(57)【要約】【課題】  構成を複雑にすることなく、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対する互換を実現するとともに、温度や波長の変動によらず良好な記録再生特性を実現する。【解決手段】  λ１＜λ２＜λ３の関係を有する３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームが入射される対物レンズ３４と、３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームを互換して対物レンズ３４により対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部５０とを備え、回折部５０は、最内周部に設けられ回折する第１の領域５１と、第１の回折領域の外側に設けられ光ビームを回折する第２の領域５２と、第２の回折領域の外側に設けられる第３の領域５３とを有し、第１の領域５１の回折構造は、所定の次数が最大の回折効率を有するとともに所定のレベルを有する階段構造からなり、各レベルの光路差位相量が一定の関係を有するよう構成されている。【選択図】  図２
2011141909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともλ１＜λ２＜λ３の関係を有する３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームを互換して対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、
入射側の面に所定の回折構造を有する回折部を備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、
上記第１乃至第３の領域は、上記λ１の光ビームが上記第１乃至第３の領域に相当する開口径となり、上記λ２の光ビームが上記第１及び第２の領域に相当する開口径となり、上記λ３の光ビームが上記第１の領域に相当する開口径となるように形成され、
上記第１の領域には、輪帯状で且つ所定の高さを有する回折構造が形成され、上記第１の領域の回折構造は、単位周期構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造であるとともに、階段状回折構造に高さｈのブレーズ構造が重畳された構造であり、上記ブレーズ構造の傾斜の方向は、上記階段状回折構造の各段の高さが増大する方向と逆方向に増大する方向であり、上記高さｈは、当該対物レンズの構成材料の上記λ１に対する屈折率がｎ１としたときに、関係式ｈ＜（λ１／（ｎ１−１））を満たし、上記階段状回折構造は、周期内で各段の幅及び高さが等しくされた等間隔階段状回折構造に対して幅が変化された不等間隔階段状回折構造である対物レンズ。
【請求項２】
上記第１の領域の上記階段状回折構造に重畳されるブレーズ構造が１つである請求項１記載の対物レンズ。
【請求項３】
上記第１の領域の回折構造は、入射した光ビームに対して、光軸方向に向かって回折する次数を正の次数としたときに、波長λ１，λ２，λ３のそれぞれに対して最大の回折効率を有する次数をｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉとしたとき、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）となるように回折する回折構造であり、
上記重畳されるブレーズ構造の周期は、上記階段状回折構造の周期のｍ倍の周期であり、上記ｍは、整数であり、
上記階段状回折構造の高さをｄ０とし、上記階段状回折構造の１周期において上記ブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計を（ｄ０×δ）としたとき、関係式０＜δ＜０．１５／ｍを満たす請求項２記載の対物レンズ。
【請求項４】
上記階段状回折構造は、６段差７レベルの階段構造であり、変化された各段の幅の周期内の比率が順に（７−５η）／２：η：η：η：η：η：（７−５η）／２となり、且つ１＜η＜１．１１の関係を満たす請求項３記載の対物レンズ。
【請求項５】
上記第１の領域の回折構造は、上記階段状回折構造に１つのブレーズ構造が重畳されるとともにさらにバイナリー構造が重畳された構造であり、
上記バイナリー構造は、不等間隔とされた上記階段状回折構造の各段の幅に対応して不等間隔とされたバイナリー構造である請求項１記載の対物レンズ。
【請求項６】
上記第１の領域の回折構造は、入射した光ビームに対して、光軸方向に向かって回折する次数を正の次数としたときに、波長λ１，λ２，λ３のそれぞれに対して最大の回折効率を有する次数をｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉとしたとき、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）となるように回折する回折構造であり、
上記重畳されるブレーズ構造の周期は、上記階段状回折構造の周期と同一周期であり、
上記階段状回折構造の高さをｄ０とし、上記階段状回折構造の１周期において上記ブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計を（ｄ０×δ）としたとき、関係式０＜δ＜０．３を満たす請求項５記載の対物レンズ。
【請求項７】
上記階段状回折構造は、６段差７レベルの階段構造であり、変化された各段の幅の比率が（７−５η）／２：η：η：η：η：η：（７−５η）／２となり、且つ１＜η＜１．１１の関係を満たす請求項６記載の対物レンズ。
【請求項８】
上記第１の領域の上記階段状回折構造に重畳されるブレーズ構造は、上記階段状回折構造と同一周期のブレーズ構造と、上記階段状回折構造の整数倍周期のブレーズ構造とからなる２つである請求項１記載の対物レンズ。
【請求項９】
上記第１の領域の回折構造は、入射した光ビームに対して、光軸方向に向かって回折する次数を正の次数としたときに、波長λ１，λ２，λ３のそれぞれに対して最大の回折効率を有する次数をｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉとしたとき、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）となるように回折する回折構造であり、
上記整数倍周期のブレーズ構造における整数倍は、ｍ倍であり、
上記階段状回折構造の高さをｄ０とし、上記階段状回折構造の１周期において上記同一周期のブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計をｄ０×δｓとし、上記階段状回折構造の１周期において上記整数倍周期のブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計をｄ０×δｍとしたとき、関係式０＜δｍ×ｍ＋δｓ＜０．１５を満たす請求項８記載の対物レンズ。
【請求項１０】
上記階段状回折構造は、６段差７レベルの階段構造であり、変化された各段の幅の比率が（７−５η）／２：η：η：η：η：η：（７−５η）／２となり、且つ１＜η＜１．１１の関係を満たす請求項９記載の対物レンズ。
【請求項１１】
少なくともλ１＜λ２＜λ３の関係を有する３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームが入射される対物レンズと、
上記３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられ、上記３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームを互換して上記対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、
上記第１乃至第３の領域は、上記λ１の光ビームが上記第１乃至第３の領域に相当する開口径となり、上記λ２の光ビームが上記第１及び第２の領域に相当する開口径となり、上記λ３の光ビームが上記第１の領域に相当する開口径となるように形成され、
上記第１の領域には、輪帯状で且つ所定の高さを有する回折構造が形成され、上記第１の領域の回折構造は、単位周期構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造であるとともに、階段状回折構造に高さｈのブレーズ構造が重畳された構造であり、上記ブレーズ構造の傾斜の方向は、上記階段状回折構造の各段の高さが増大する方向と逆方向に増大する方向であり、上記高さｈは、当該対物レンズの構成材料の上記λ１に対する屈折率がｎ１としたときに、関係式ｈ＜（λ１／（ｎ１−１））を満たし、上記階段状回折構造は、周期内で各段の幅及び高さが等しくされた等間隔階段状回折構造に対して幅が変化された不等間隔階段状回折構造である光ピックアップ。
【請求項１２】
回転駆動される複数種類の光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップを備え、
上記光ピックアップは、
少なくともλ１＜λ２＜λ３の関係を有する３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームが入射される対物レンズと、
上記３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられ、上記３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームを互換して上記対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、
上記第１乃至第３の領域は、上記λ１の光ビームが上記第１乃至第３の領域に相当する開口径となり、上記λ２の光ビームが上記第１及び第２の領域に相当する開口径となり、上記λ３の光ビームが上記第１の領域に相当する開口径となるように形成され、
上記第１の領域には、輪帯状で且つ所定の高さを有する回折構造が形成され、上記第１の領域の回折構造は、単位周期構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造であるとともに、階段状回折構造に高さｈのブレーズ構造が重畳された構造であり、上記ブレーズ構造の傾斜の方向は、上記階段状回折構造の各段の高さが増大する方向と逆方向に増大する方向であり、上記高さｈは、当該対物レンズの構成材料の上記λ１に対する屈折率がｎ１としたときに、関係式ｈ＜（λ１／（ｎ１−１））を満たし、上記階段状回折構造は、周期内で各段の幅及び高さが等しくされた等間隔階段状回折構造に対して幅が変化された不等間隔階段状回折構造である光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる３種類の光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられる対物レンズ、並びに光ピックアップ及びこの光ピックアップを用いた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長４０５ｎｍ程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う高密度記録が可能な光ディスク（以下、「高密度記録光ディスク」という。）が提案されている。この高密度記録光ディスクは、信号記録層を保護するカバー層の厚さを薄く、例えば０．１ｍｍとした構造のものが提案されている。
【０００３】
これらの高密度記録光ディスクに対応する光ピックアップを提供するに際して、従来の光ディスクとの互換性を有することが望まれる。すなわち、従来の使用波長が７８５ｎｍ付近であるＣＤ（Compact Disc）、使用波長が６５５ｎｍ付近であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のフォーマットの異なる光ディスクとの互換性を有するものが望まれる。このように、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるフォーマットの光ディスク間の互換性を有する光ピックアップ及び光ディスク装置が必要とされる。
【０００４】
従来、異なるフォーマットとされた３種類の光ディスクに対して、情報信号の記録又は再生を実現する方法として、２種類の対物レンズを有するものがあった。具体的には、ＤＶＤ・ＣＤ用、及び、高密度記録光ディスク用の２種類の対物レンズと２種類の光学系を設け、それぞれの対物レンズを使用波長毎に切り換える方式の光ピックアップがある。
【０００５】
しかしながら、かかる光ピックアップでは、２個の対物レンズを用いることによって、それぞれの対物レンズのアクチュエータのレンズホルダへの取り付け角度が不適切となる場合がある。また、かかる光ピックアップでは、それぞれの対物レンズのアクチュエータのレンズホルダへの取り付け角度が不適切となる場合がある。これにより、光ディスクに対して最適な対物レンズの傾きとすることができなくなり、再生信号の品質が低下するといった問題がある。また、かかる光ピックアップでは、２種類の光学系のそれぞれの光路内に挿入する必要のある部品点数が増大することとなる。このため、高コストになり、光ピックアップが大型化してしまうといった問題がある。さらに、上述の光ピックアップでは、２つの対物レンズを対物レンズ駆動用のアクチュエータに搭載する必要があるため、アクチュエータの重量が増大し、感度が低下するという問題もあった。
【０００６】
これに対し、上述のような問題を解消するとともに、さらに光学部品の簡素化を可能とするため複数種類の光ディスク及び３種類の使用波長に対して共通の単一の対物レンズを備える光ピックアップも検討されている。３波長の光ビームに対応した対物レンズを設ける場合の基本的指針としては、光路上に回折部を設け、この回折部により拡散方向又は収束方向に回折作用を加えることで、使用波長とメディアの組み合わせによって生じる球面収差を補正するというものである。
【０００７】
しかし、従来検討されている単一の対物レンズで３波長互換を実現する光ピックアップでは、回折構造に伴う回折不要光が温度・波長変動によって増大することを考慮したものはなかった。すなわち、これらの不要光は正規光と同様の結像を受光素子上に生じてしまうため、特に二層光ディスクの読み出しの際には、フォーカスサーボ信号に他層からの信号が漏れ込み、安定してフォーカスサーボを行うことができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２６５５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、構成を複雑にすることなく、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いて光ビームを信号記録面に集光して情報信号の記録及び／又は再生を実現するとともに、温度や波長の変動によらず良好な記録再生特性を実現する光ピックアップに用いられる対物レンズ並びに光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明に係る対物レンズは、少なくともλ１＜λ２＜λ３の関係を有する３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームを互換して対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、入射側の面に所定の回折構造を有する回折部を備え、上記回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、上記第１乃至第３の領域は、上記λ１の光ビームが上記第１乃至第３の領域に相当する開口径となり、上記λ２の光ビームが上記第１及び第２の領域に相当する開口径となり、上記λ３の光ビームが上記第１の領域に相当する開口径となるように形成され、上記第１の領域には、輪帯状で且つ所定の高さを有する回折構造が形成され、上記第１の領域の回折構造は、単位周期構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造であるとともに、階段状回折構造に高さｈのブレーズ構造が重畳された構造であり、上記ブレーズ構造の傾斜の方向は、上記階段状回折構造の各段の高さが増大する方向と逆方向に増大する方向であり、上記高さｈは、当該対物レンズの構成材料の上記λ１に対する屈折率がｎ１としたときに、関係式ｈ＜（λ１／（ｎ１−１））を満たし、上記階段状回折構造は、周期内で各段の幅及び高さが等しくされた等間隔階段状回折構造に対して幅が変化された不等間隔階段状回折構造である。
【００１１】
また、本発明に係る光ピックアップは、少なくともλ１＜λ２＜λ３の関係を有する３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームが入射される対物レンズと、上記３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられ、上記３つの波長λ１，λ２，λ３の光ビームを互換して上記対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、上記回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、上記第１乃至第３の領域は、上記λ１の光ビームが上記第１乃至第３の領域に相当する開口径となり、上記λ２の光ビームが上記第１及び第２の領域に相当する開口径となり、上記λ３の光ビームが上記第１の領域に相当する開口径となるように形成され、上記第１の領域には、輪帯状で且つ所定の高さを有する回折構造が形成され、上記第１の領域の回折構造は、単位周期構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造であるとともに、階段状回折構造に高さｈのブレーズ構造が重畳された構造であり、上記ブレーズ構造の傾斜の方向は、上記階段状回折構造の各段の高さが増大する方向と逆方向に増大する方向であり、上記高さｈは、当該対物レンズの構成材料の上記λ１に対する屈折率がｎ１としたときに、関係式ｈ＜（λ１／（ｎ１−１））を満たし、上記階段状回折構造は、周期内で各段の幅及び高さが等しくされた等間隔階段状回折構造に対して幅が変化された不等間隔階段状回折構造である。
【００１２】
また、本発明に係る光ディスク装置は、回転駆動される複数種類の光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップを備える光ディスク装置であり、この光ディスク装置に用いる光ピックアップとして、上述したようなものを用いたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、回折部により３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。また、本発明は、回折部による不要回折光が温度や波長の変動により増大してサーボが不安定となることを防止する。これにより、本発明は、記録再生特性の劣化を防止して、良好な記録再生特性を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した光ディスク装置を示すブロック回路図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップの光学系を示す光路図である。
【図３】図２に示す光ピックアップを構成する回折部の機能を説明するための図である。且つ回折部が対物レンズとは別体の光学素子に設けられていた場合を例に挙げて回折部が設けられ回折機能を有する回折光学素子及び屈折機能を有する対物レンズの機能を説明するための図である。（ａ）は、例えば、第１の光ディスクに対して第１の波長の光ビームの＋１次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図である。（ｂ）は、例えば、第２の光ディスクに対して第２の波長の光ビームの−２次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図である。（ｃ）は、例えば、第３の光ディスクに対して第３の波長の光ビームの−３次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図である。
【図４】図２に示す光ピックアップを構成する対物レンズの例として、外輪帯を回折領域として構成する例について説明するための図であり、（ａ）は、対物レンズの平面図であり、（ｂ）は、対物レンズの断面図である。
【図５】図２に示す光ピックアップを構成する対物レンズの他の例として、外輪帯を非球面連続面として構成する例について説明するための図であり、（ａ）は、対物レンズの平面図であり、（ｂ）は、対物レンズの断面図である。
【図６】図２に示す光ピックアップを構成する集光光学デバイスの例について説明するための図であり、図４に対応する変形例を説明するための図である。（ａ）は、その入射側の面に回折部が一体に形成された対物レンズにより構成された例の集光光学デバイスを示す側面図であり、（ｂ）は、入射側の面に回折部を有する回折光学素子と、対物レンズとにより構成された例の集光光学デバイスを示す側面図である。
【図７】図２に示す光ピックアップを構成する集光光学デバイスの例について説明するための図であり、図５に対応する変形例を説明するための図である。（ａ）は、その入射側の面に回折部が一体に形成された対物レンズにより構成された例の集光光学デバイスを示す側面図であり、（ｂ）は、入射側の面に回折部を有する回折光学素子と、対物レンズとにより構成された例の集光光学デバイスを示す側面図である。
【図８】図４及び図５に示す対物レンズの一面に設けられた回折部の構成を説明するための図である。（ａ）は、回折部の内輪帯として設けられた回折領域である第１の領域の例として基準面に対する形状を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示された回折構造を得るためにブレーズ構造を付与される前の不等間隔階段構造の基準面に対する形状を示す断面図である。（ｃ）は、（ｂ）に示された不等間隔階段構造と比較するための等間隔階段構造を示す断面図である。
【図９】内輪帯構成例の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝６、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１０】図４及び図５に示す対物レンズの一面に設けられた回折部の構成を説明するための図である。（ａ）は、回折部の中輪帯として設けられた回折領域である第２の領域の例として基準面に対する形状を示す断面図である。（ｂ）は、回折部の外輪帯として設けられた回折領域である第３の領域の例として基準面に対する形状を示す断面図である。
【図１１】第１の光ディスク（ＢＤ）における環境効率変動を示す図であり、正規光及び不要光の所定の波長毎における温度変化に伴う光効率の変動を示す図である。
【図１２】第２の光ディスク（ＤＶＤ）における環境効率変動を示す図であり、正規光及び不要光の所定の波長毎における温度変化に伴う光効率の変動を示す図である。
【図１３】第３の光ディスク（ＣＤ）における環境効率変動を示す図であり、正規光の所定の波長毎における温度変化に伴う光効率の変動を示す図である。
【図１４】環境変動に対する不要回折光の効率変動がフォーカスエラー信号に与える影響を説明するための図であり、フォーカスサーチ波形（１層）を示す図である。
【図１５】環境変動に対する不要回折光の効率変動がフォーカスエラー信号に与える影響を説明するための図であり、フォーカスサーチ波形（２層）を示す図である。
【図１６】回折構造形状変更により不要信号低減する手法について代表的な例として、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−２，−３）の場合を例に挙げて説明するための図である。（ａ）は、低減する前の通常構成として等間隔階段形状とされた６ステップ７レベルの回折構造の１周期の半径方向の位置と格子高さとの関係を示す図である。（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、第１乃至第３の波長λ１，λ２，λ３に対する選択された回折次数の回折光に対し（ａ）で示す通常構成が付与する位相量を示す図である。（ｅ）は、（ａ）で示した通常構成に対してステップ幅改善手法により変更した改善構成の回折構造の１周期の半径方向の位置と格子高さとの関係を示す図である。（ｆ）〜（ｈ）は、それぞれ、第１乃至第３の波長λ１，λ２，λ３に対する選択された回折次数の回折光に対し（ｅ）で示す改善構成が付与する位相量を示す図である。
【図１７】通常構成（等間隔階段構成、深さ５０００ｎｍ）における第１の光ディスク（ＢＤ）の不要信号状態を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における不要信号／正規信号の比率の変動を示す図である。
【図１８】通常構成（等間隔階段構成、深さ５０００ｎｍ）における第２の光ディスク（ＤＶＤ）の不要信号状態を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における不要信号／正規信号の比率の変動を示す図である。
【図１９】ステップ幅改善構成（不等間隔階段構成、深さ５０３０ｎｍ）における第１の光ディスク（ＢＤ）の不要信号状態を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における不要信号／正規信号の比率の変動を示す図である。
【図２０】ステップ幅改善構成（不等間隔階段構成、深さ５０３０ｎｍ）における第２の光ディスク（ＤＶＤ）の不要信号状態を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における不要信号／正規信号の比率の変動を示す図である。
【図２１】通常構成（等間隔階段構成、深さ５０００ｎｍ）における第３の光ディスク（ＣＤ）の効率を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における第３の波長の効率変動を示す図である。
【図２２】ステップ幅改善構成（不等間隔階段構成、深さ５０３０ｎｍ）における第３の光ディスク（ＣＤ）の効率を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における第３の波長の効率変動を示す図である。
【図２３】スロープ付与改善構成と、スロープ量を説明するための図である。（ａ）は、スロープが付与された回折構造を示す。（ｂ）は、スロープが付与される階段構造の一例を示す図である。（ｃ）は、付与されるスロープを示すブレーズ構造を示す図である。
【図２４】図１６で説明したステップ幅改善手法に対して更にスロープ付与改善構成を施した場合の図である。（ａ）は、図１６（ｅ）で示したステップ幅改善構成に対してスロープ付与改善手法により変更した改善構成の回折構造の１周期の半径方向の位置と格子高さとの関係を示す図である。（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、第１乃至第３の波長λ１，λ２，λ３に対する選択された回折次数の回折光に対し（ａ）で示す改善構成が付与する位相量を示す図である。
【図２５】ステップ幅改善構成とスロープ付与改善構成の不要光位相を比較して説明するための図である。（ａ）及び（ｂ）は、図１６（ｅ）に示す回折構造による、それぞれ第一不要光、第二不要光となる次数光にとっての半径方向の位置毎の位相量Φ−ｋｘを示す図である。（ｃ）及び（ｃ）は、図２４（ａ）に示す回折構造による、それぞれ第一不要光、第二不要光となる次数光にとっての半径方向の位置毎の位相量Φ−ｋｘを示す図である。
【図２６】スロープ付与改善構成（傾斜付き不等間隔階段構成、深さ５１１０ｎｍ）における第１の光ディスク（ＢＤ）の不要信号状態を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における不要信号／正規信号の比率の変動を示す図である。
【図２７】スロープ付与改善構成（傾斜付き不等間隔階段構成、深さ５１１０ｎｍ）における第２の光ディスク（ＤＶＤ）の不要信号状態を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における不要信号／正規信号の比率の変動を示す図である。
【図２８】スロープ付与改善構成（傾斜付き不等間隔階段構成、深さ５１１０ｎｍ）における第３の光ディスク（ＣＤ）の効率を示す図である。全体深さ変動量に対する、設計中心、低温短波長、高温長波長における第３の波長の効率変動を示す図である。
【図２９】η及びδの変動に伴う第１の波長λ１のＴＹＰ効率の分布を示す図である。
【図３０】η及びδの変動に伴う第２の波長λ２のＴＹＰ効率の分布を示す図である。
【図３１】η及びδの変動に伴う第３の波長λ３のＴＹＰ効率の分布を示す図である。
【図３２】η及びδの変動に伴う第１の波長λ１の第一不要光の回折効率の分布を示す図である。
【図３３】η及びδの変動に伴う第２の波長λ２の第一不要光の回折効率の分布を示す図である。
【図３４】η及びδの変動に伴う第３の波長λ３の相対効率変動量の分布を示す図である。
【図３５】フォーカスサーチ時の受光素子上の和信号及びフォーカスエラー信号を示す図である。
【図３６】図２４で説明したスロープ付与改善構成とは別の改善構成である２段スロープ付与改善構成を説明する図である。かかる２段スロープ付与改善構成における回折構造の１周期の半径方向の位置と格子高さとの関係を示す図である。
【図３７】２段スロープ付与改善構成を説明するための図である。（ａ）は、スロープが付与される階段構造の一例を示す図である。（ｂ）は、付与されるスロープを示すブレーズ構造を示す図である。（ｃ）は、さらに重畳されるバイナリー構造を示す図である。（ｄ）は、（ａ）〜（ｃ）を重畳することにより得られる２段スロープ付与回折構造を示す図である。
【図３８】スロープ付与改善構成の一例として２倍周期のブレーズ構造を重畳した例について説明する図である。（ａ）は、スロープが付与される階段構造の一例を示す図である。（ｂ）は、付与されるスロープを示す２倍周期のブレーズ構造を示す図である。（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）を重畳することにより得られる複数周期スロープ付与回折構造を示す図である。
【図３９】更に別の改善構成としてスロープ複合付与改善構成を説明するための図である。（ａ）は、図３８（ｃ）に示すように既に１つのブレーズ構造が付与された回折構造であり、（ｂ）は、さらに付与されるスロープを示す階段状回折構造と同周期のブレーズ構造を示す図である。（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）を重畳することにより得られるスロープ複合付与回折構造を示す図である。
【図４０】更に別の改善構成として図３９に示すスロープ複合付与改善構成を説明する図である。かかるスロープ複合付与改善構成における回折構造の１周期の半径方向の位置と格子高さとの関係を示す図である。
【図４１】改善構成の回折構造の各段の段境界の半径方向の位置と各段の深さとを決定する手法について説明する図であり、準備変換について説明する図である。
【図４２】改善構成の回折構造の各段の段境界の半径方向の位置と各段の深さとを決定する手法について説明する図である。
【図４３】レンズ形状からの位相推定手法と、改善構成の確認手法とについて説明するための図である。
【図４４】通常構成と改善構成との各レベルの開始点における位相点を比較するための図である。
【図４５】本発明を適用した光ピックアップの光学系の他の例を示す光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明を実施するための最良の形態を以下の順で説明する。
１．光ディスク装置の全体構成
２．光ピックアップの全体構成
３．本発明を適用した対物レンズについて
４．本発明を適用した対物レンズの他の例について
５．温度・波長変動による回折不要光の増大防止の手法について
６．本発明を適用した光ピックアップに用いられる回折部の例について（〔３．〕の変形例）
７．本発明を適用した光ピックアップに用いられる回折部の他の例について（〔４．〕の変形例）
８．本発明を適用した光ピックアップについて
９．本発明を適用した光ピックアップの他の例について
【００１６】
〔１．光ディスク装置の全体構成〕
以下、本発明を適用した光ピックアップを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明が適用された光ディスク装置１は、図１に示すように、光ディスク２から情報記録再生を行う光ピックアップ３と、光ディスク２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ４とを備える。また、光ディスク装置１は、光ピックアップ３を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ５を備えている。この光ディスク装置１は、フォーマットの異なる３種類の光ディスク及び記録層が積層化された光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うことができる３規格間互換性を実現した光ディスク装置である。
【００１８】
ここで用いられる光ディスクは、例えば、発光波長が７８５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＣＤ(Compact Disc）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＣＤ−ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクである。また、ここで用いられる光ディスクは、発光波長を６５５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクである。さらに、ここで用いられる光ディスクは、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能なＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））等の高密度記録光ディスクである。
【００１９】
特に、以下で光ディスク装置１により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスク２として、以下の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３を用いるものとして説明する。第１の光ディスク１１は、０．１ｍｍ程度の第１の厚さで形成された保護層を有し波長４０５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用する高密度記録が可能な上述したＢＤ等の光ディスクである。尚、この第１の光ディスク１１には、記録層が単層である光ディスク（カバー層厚さ：１００μｍ）や、記録層が２層である所謂２層光ディスクがあるが、更に、多くの記録層を有していても良い。２層光ディスクの場合は、記録層Ｌ０のカバー層厚さが１００μｍ程度とされ、記録層Ｌ１のカバー層厚さが７５μｍ程度とされている。第２の光ディスク１２は、０．６ｍｍ程度の第２の厚さで形成された保護層を有し波長６５５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ等の光ディスクである。なお、この光ディスクにおいても、複数の記録層を設けても良い。第３の光ディスク１３は、１．１ｍｍ程度の第３の厚さで形成された保護層を有し波長７８５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＣＤ等の光ディスク１３である。
【００２０】
光ディスク装置１において、スピンドルモータ４及び送りモータ５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部９によりディスク種類に応じて駆動制御されている。スピンドルモータ４及び送りモータ５は、例えば、第１の光ディスク１１、第２の光ディスク１２、第３の光ディスク１３に応じて所定の回転数で駆動される。
【００２１】
光ピックアップ３は、３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを保護層側から照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ３は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号を出力する。
【００２２】
光ディスク装置１は、光ピックアップ３から出力された信号に基づいてフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するプリアンプ１４を備える。また、光ディスク装置１は、プリアンプ１４からの信号を復調し又は外部コンピュータ１７等からの信号を変調するための信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調器＆ＥＣＣブロックと記す。）１５を備える。また、光ディスク装置１は、インターフェース１６と、Ｄ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８と、オーディオ・ビジュアル処理部１９と、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０とを備える。
【００２３】
このプリアンプ１４は、光検出器からの出力に基づいて、非点収差法等によってフォーカスエラー信号を生成し、また、３ビーム法、ＤＰＤ法、ＤＰＰ法等によってトラッキングエラー信号を生成する。また、プリアンプ１４は、更にＲＦ信号を生成し、ＲＦ信号を、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５に出力する。また、プリアンプ１４は、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号とをサーボ制御部９に出力する。
【００２４】
信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第１の光ディスクに対して、データの記録を行うとき、インターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタル信号に対して、以下の処理を行う。すなわち、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第１の光ディスク１１に対してデータを記録するとき、入力されたディジタル信号に対して、ＬＤＣ−ＥＣＣ及びＢＩＳ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行う。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、次いで、１−７ＰＰ方式等の変調処理を行う。また、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第２の光ディスク１２に対してデータを記録するとき、ＰＣ（Product Code）等のエラー訂正方式に従ってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１６変調等の変調処理を行う。更に、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第３の光ディスク１３に対してデータを記録するとき、ＣＩＲＣ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１４変調処理等の変調処理を行う。そして、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、変調されたデータをレーザ制御部２１に出力する。更に、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、各光ディスクの再生を行うとき、プリアンプ１４から入力されたＲＦ信号に基づいて、変調方式に応じた復調処理を行う。更に、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、エラー訂正処理を行って、インターフェース１６又はデータをＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８に出力する。
【００２５】
なお、データ圧縮してデータ記録するときには、圧縮伸長部を信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５とインターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８との間に設けても良い。この場合、データは、ＭＰＥＧ２やＭＰＥＧ４といった方式でデータが圧縮される。
【００２６】
サーボ制御部９は、プリアンプ１４からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が入力される。サーボ制御部９は、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が０となるようなフォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらのサーボ信号に基づいて、対物レンズを駆動する２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動部を駆動制御する。また、プリアンプ１４からの出力より、同期信号等を検出して、ＣＬＶ（Constant Linear Velocity）やＣＡＶ（Constant Angular Velocity）、更にはこれらの組み合わせの方式等で、スピンドルモータをサーボ制御する。
【００２７】
レーザ制御部２１は、光ピックアップ３のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部２１は、ディスク種類判別部２２によって検出された光ディスク２の種類に応じて光ピックアップ３のレーザ光源を切り換えている。
【００２８】
ディスク種類判別部２２は、第１〜第３の光ディスク１１，１２，１３の間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から反射光量の変化を検出し光ディスク２の異なるフォーマットを検出することができる。
【００２９】
光ディスク装置１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部２２における検出結果に応じて、装着される光ディスク２の仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【００３０】
システムコントローラ７は、ディスク種類判別部２２で判別された光ディスク２の種類に応じて装置全体を制御する。また、システムコントローラ７は、ユーザからの操作入力に応じて、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録されたアドレス情報や目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）に基づいて、各部を制御する。すなわち、システムコントローラ７は、上述の情報に基づいて、記録再生を行う光ディスクの記録位置や再生位置を特定し、特定した位置に基づいて、各部を制御する。
【００３１】
以上のように構成された光ディスク装置１は、スピンドルモータ４によって、光ディスク２を回転操作する。そして、光ディスク装置１は、サーボ制御部９からの制御信号に応じて送りモータ５を駆動制御し、光ピックアップ３を光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。
【００３２】
具体的には、光ディスク装置１により記録再生するときには、サーボ制御部９は、ＣＡＶやＣＬＶやこれらの組み合わせで光ディスク２を回転する。光ピックアップ３は、光源から光ビームを照射して光検出器により光ディスク２からの戻りの光ビームを検出し、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する。また、光ピックアップ３は、これらフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて対物レンズ駆動機構により対物レンズを駆動してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。
【００３３】
また、光ディスク装置１により記録する際には、外部コンピュータ１７からの信号がインターフェース１６を介して信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５に入力される。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、インターフェース１６又はＡ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタルデータに対して上述したような所定のエラー訂正符号を付加し、更に所定の変調処理を行った後に記録信号を生成する。レーザ制御部２１は、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５で生成された記録信号に基づいて、光ピックアップ３のレーザ光源を制御して、所定の光ディスクに記録する。
【００３４】
また、光ディスク２に記録された情報を光ディスク装置１により再生する際には、光検出器で検出された信号に対して、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５が復調処理を行う。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェース１６を介して外部コンピュータ１７に出力される。これにより、外部コンピュータ１７は、光ディスク２に記録された信号に基づいて動作することができる。また、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ変換器１８でデジタルアナログ変換され、オーディオ・ビジュアル処理部１９に供給される。そしてオーディオ・ビジュアル処理部１９でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０を介して、図示しない外部のスピーカやモニターに出力される。
【００３５】
ここで、上述した光ディスク装置１に用いられる記録再生用光ピックアップ３等について詳しく説明する。
【００３６】
〔２．光ピックアップの全体構成〕
次に、上述した光ディスク装置１に用いられる本発明を適用した光ピックアップ３について説明する。この光ピックアップ３は、上述したように、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３から任意に選択された光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射する。そして、この光ピックアップ３は、３種類の光ディスクのそれぞれに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う３波長互換を実現する光ピックアップである。それとともに、この光ピックアップ３は、光利用効率を高めること、不要光入射を低減させること、作動距離と焦点距離を適切にすること、製造の観点から有利な構成とすること等を実現するものである。
【００３７】
本発明を適用した光ピックアップ３は、図２に示すように、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する第１の光源部３１を備える。また、光ピックアップ３は、第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部を有する第２の光源部３２を備える。また、光ピックアップ３は、第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部を有する第３の光源部３３を備える。また、光ピックアップ３は、この第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する集光光学デバイスとして機能する対物レンズ３４を備える。
【００３８】
また、光ピックアップ３は、第２及び第３の出射部と対物レンズ３４との間に設けられる第１のビームスプリッタ３６を有する。この第１のビームスプリッタ３６は、第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームの光路と第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として機能する。また、光ピックアップ３は、第１のビームスプリッタ３６と対物レンズ３４との間に設けられる第２のビームスプリッタ３７を有する。この第２のビームスプリッタ３７は、第１のビームスプリッタ３６で光路を合成された第２及び第３の波長の光ビームの光路と、第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として機能する。また、光ピックアップ３は、第２のビームスプリッタ３７と対物レンズ３４との間に設けられる第３のビームスプリッタ３８を有する。この第３のビームスプリッタ３８は、第２のビームスプリッタ３７で光路を合成された第１乃至第３の波長の光ビームの往路の光路と、光ディスクで反射された第１乃至第３の波長の光ビームの戻り（以下、「復路」ともいう。）の光路とを分離する光路分離手段として機能する。
【００３９】
さらに、光ピックアップ３は、第１の光源部３１の第１の出射部と第２のビームスプリッタ３７との間に設けられる第１のグレーティング３９を有する。この第１のグレーティング３９は、第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する。また、光ピックアップ３は、第２の光源部３２の第２の出射部と第１のビームスプリッタ３６との間に設けられる第２のグレーティング４０を有する。この第２のグレーティング４０は、第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する。また、光ピックアップ３は、第３の光源部３３の第３の出射部と第１のビームスプリッタ３６との間に設けられる第３のグレーティング４１を有する。この第３のグレーティング４１は、第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する。
【００４０】
また、光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８と対物レンズ３４との間に設けられるコリメータレンズ４２を有する。このコリメータレンズ４２は、第３のビームスプリッタ３８で光路を合成された第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を変換して略平行光の状態又は略平行光に対して拡散若しくは収束した状態となるように調整して出射させる発散角変換手段として機能する。また、光ピックアップ３は、コリメータレンズ４２と対物レンズ３４との間に設けられ、コリメータレンズ４２に発散角を調整された第１乃至第３の波長の光ビームに１／４波長の位相差を与える１／４波長板４３を有する。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４と１／４波長板４３との間に設けられる立ち上げミラー４４を有する。立ち上げミラー４４は、対物レンズ３４の光軸に略直交する平面内で上述した光学部品を経由された光ビームを反射して立ち上げることにより対物レンズ３４の光軸方向に光ビームを出射させる。
【００４１】
さらに、光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８で往路の第１乃至第３の波長の光ビームの光路から分離された復路の第１乃至第３の波長の光ビームを受光して検出する光検出器４５を有する。また、光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８と光検出器４５との間に設けられるマルチレンズ４６を有する。このマルチレンズ４６は、第３のビームスプリッタ３８で分離された復路の第１乃至第３の波長の光ビームを光検出器４５のフォトディテクタ等の受光面に集光させるとともにフォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を付与する。
【００４２】
第１の光源部３１は、第１の光ディスク１１に対して４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する。第２の光源部３２は、第２の光ディスク１２に対して６５５ｎｍ程度の第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部を有する。第３の光源部３３は、７８５ｎｍ程度の第３の光ディスクに対して第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部を有する。尚、ここでは、第１乃至第３の出射部をそれぞれ別々の光源部３１，３２，３３に配置するように構成したが、これに限られるものではない。例えば、第１乃至第３の出射部の内２つの出射部を有する光源部と、残りの１つの出射部を有する光源部とを異なる位置に配置するように構成してもよい。さらに例えば、第１乃至第３の出射部を略同一位置に有する光源部となるように構成してもよい。
【００４３】
対物レンズ３４は、入射した第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光させる。この対物レンズ３４は、図示しない２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構によって移動自在に保持されている。そして、この対物レンズ３４は、光検出器４５で検出された光ディスク２からの戻り光のＲＦ信号により生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号に基づいて、２軸アクチュエータ等により移動操作される。これにより対物レンズ３４は、光ディスク２に近接離間する方向及び光ディスク２の径方向の２軸方向へ移動される。よって、対物レンズ３４は、第１乃至第３の出射部から出射される光ビームが光ディスク２の信号記録面上で常に焦点が合うように、この光ビームを集束するとともに、この集束された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に形成された記録トラックに追従させる。尚、後述のように回折部５０を対物レンズとは別体の光学素子（回折光学素子３５Ｂ）に設ける場合（図６参照）がある。この場合には、対物レンズ３４Ｂが保持される対物レンズ駆動機構のレンズホルダに、この対物レンズ３４Ｂと一体となるように後述の回折光学素子３５Ｂを保持するように構成されることになる。そして、かかる構成により、対物レンズ３４Ｂのトラッキング方向への移動等の視野振りの際にも回折光学素子３５Ｂに設けた回折部５０の後述の作用効果を適切に発揮することができる。
【００４４】
また、対物レンズ３４は、その一方の面として例えば、入射側の面に複数の回折領域からなる回折部５０が設けられている。対物レンズ３４は、この回折部５０により、複数の回折領域毎に通過する第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折する。対物レンズ３４の回折部５０は、所定の発散角を有する拡散状態又は収束状態の光ビームとして対物レンズ３４に入射させるのと同様の状態とできる。すなわち、回折部５０は、この単一の対物レンズ３４を用いて第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれに対応する３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。回折部５０を有する対物レンズ３４は、基準となる屈折力を発生させるレンズ面形状を基準として回折力を発生させる回折構造が形成されている。回折部５０を有する対物レンズ３４は、かかる構成により、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。また、このように対物レンズ３４は、屈折素子の機能と回折素子の機能を兼ね備えており、すなわち、レンズ曲面による屈折機能と、一方の面に設けられた回折部５０による回折機能とを兼ね備えるものである。
【００４５】
ここで、回折部５０の回折機能について概念的に説明するために、後述のように、回折部５０が屈折力を有する対物レンズ３４Ｂと別体の回折光学素子３５Ｂに設けられていた場合（図６参照）を例に挙げて説明する。屈折機能のみを有する対物レンズ３４Ｂとともに用いられる回折光学素子３５Ｂは、例えば、図３（ａ）に示すように、回折部５０を通過した第１の波長の光ビームＢＢ０を＋１次回折光ＢＢ１となるように回折して対物レンズ３４Ｂに入射させる。すなわち、回折部５０を有する回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する拡散状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第１の光ディスク１１の信号記録面に適切に集光させる。また、この回折光学素子３５Ｂは、図３（ｂ）に示すように、回折部５０を通過した第２の波長の光ビームＢＤ０を−２次回折光ＢＤ１となるように回折して対物レンズ３４Ｂに入射させる。すなわち、回折部５０を有する回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する収束状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第２の光ディスク１２の信号記録面に適切に集光させる。また、この回折光学素子３５Ｂは、図３（ｃ）に示すように、回折部５０を通過した第３の波長の光ビームＢＣ０を−３次回折光ＢＣ１となるように回折して対物レンズ３４Ｂに入射させる。すなわち、回折部５０を有する回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する収束状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第３の光ディスク１３の信号記録面に適切に集光させる。このように、回折光学素子３５Ｂの回折部５０は、単一の対物レンズ３４Ｂを用いて３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。尚、ここでは、回折部５０の複数の回折領域において、同じ波長の光ビームを同じ回折次数の回折光とする例について図３を用いて説明したが、これに限られるものでない。本発明を適用した光ピックアップ３を構成する回折部５０は、後述のように、各領域毎に各波長に対する回折次数を設定し、適切な開口制限を行うとともに球面収差を低減するように構成することを可能とする。以上では、説明のため回折部５０を対物レンズと別体の光学素子に設けた場合を例に挙げて説明したが、ここで説明する対物レンズ３４の一方の面に一体に設けた回折部５０もその回折構造に応じた回折力を付与することで同様の機能を有する。そして、回折部５０の回折力と、対物レンズ３４の基準となるレンズ曲面による屈折力により、各波長の光ビームを対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。
【００４６】
上述及び以下の回折次数の記載において、入射した光ビームに対して、進行方向に進むにつれて光軸側に近接する方向に回折する次数を正の次数とし、進行方向に進むにつれて光軸から離間する方向に回折する次数を負の次数とする。換言すると、入射した光ビームに対して光軸方向に向かって回折する次数を正の次数とする。
【００４７】
尚、本発明を適用した光ピックアップ３等に設けられる対物レンズや回折部としては、図４に示す対物レンズ３４及び回折部５０に限られるものではなく、他の構成として図５〜図７の例が挙げられる。各具体的構成については、後述の〔３．〕〜〔７．〕で詳細に説明する。
【００４８】
対物レンズ３４と第３のビームスプリッタ３８との間に設けられたコリメータレンズ４２は、第２のビームスプリッタ３７で光路を合成され、第３のビームスプリッタ３８を透過された、第１乃至第３の波長の光ビームの発散角をそれぞれ変換する。かかるコリメータレンズ４２は、各波長の光ビームの発散角を変換して、例えば略平行光の状態として、１／４波長板４３及び対物レンズ３４側に出射させる。例えば、コリメータレンズ４２は、第１の波長の光ビームの発散角を、略平行光の状態として上述した対物レンズ３４に入射させる。それとともに、コリメータレンズ４２は、第２及び第３の波長の光ビームの発散角を、平行光に対してわずかに拡散した発散角の状態（以下、この拡散した状態及び収束した状態のことを「有限系の状態」ともいう。）で対物レンズ３４に入射させる。このように構成することにより、コリメータレンズ４２は、第２又は第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２、第３の光ディスクの信号記録面に集光する際の球面収差を低減してより収差が発生しない３波長互換を実現する。ここでは、第２の光源部３２とコリメータレンズ４２との配置関係、及び／又は、第３の光源部３３とコリメータレンズ４２との配置関係により、この所定の発散角の状態で対物レンズ３４に入射させることを実現できる。その他の構成としては、例えば、複数の出射部を共通の光源部に配置した場合には、第２及び／又は第３の波長の光ビームの発散角のみを変換する素子を設けることで実現してもよい。さらに、コリメータレンズ４２を駆動する手段を設けること等により所定の発散角の状態で対物レンズ３４に入射させることを実現してもよい。また、状況に応じて、第２及び第３の波長の光ビームのうちいずれかを有限系の状態で対物レンズ３４に入射させるように構成して、さらに収差を低減するようにしてもよい。また、第２及び第３の波長の光ビームを有限系で且つ拡散状態で入射させることにより、戻り倍率を調整することを実現することもできる。そして、かかる場合は、戻り倍率の調整によりフォーカス引き込み範囲等をフォーマットに適合させた所望の状態として、さらに良好な光学系の互換性を達成するという効果も有している。
【００４９】
マルチレンズ４６は、例えば、波長選択性のマルチレンズである。マルチレンズ４６には、各光ディスクの信号記録面で反射され、対物レンズ３４、コリメータレンズ４２等を経由して、第３のビームスプリッタ３８で反射されて往路の光ビームより分離された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームが入射される。マルチレンズ４６は、かかる光ビームを光検出器４５のフォトディテクタ等の受光面に適切に集光する。このとき、マルチレンズ４６は、フォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を戻りの光ビームに付与する。
【００５０】
光検出器４５は、マルチレンズ４６で集光された戻りの光ビームを受光して、情報信号とともに、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号等の各種検出信号を検出する。
【００５１】
以上のように構成された光ピックアップ３において、光検出器４５によって得られたフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ３４が駆動変位される。光ピックアップ３は、対物レンズ３４を駆動変位することで、光ディスク２の信号記録面に対して対物レンズ３４が合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク２の信号記録面に合焦されて、光ディスク２に対して情報の記録又は再生が行われる。
【００５２】
〔３．本発明を適用した対物レンズについて〕
次に、上述した光ピックアップ３に用いられる本発明を適用した対物レンズ３４と、この対物レンズ３４に設けられる回折部５０について詳細に説明する。
【００５３】
具体的に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、対物レンズ３４の入射側の面に設けられた回折部５０は、最内周部に設けられ略円形状の回折領域である第１の領域（以下、「内輪帯」、「第１の回折領域」ともいう。）５１を有する。また、回折部５０は、第１の領域５１の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第２の領域（以下、「中輪帯」、「第２の回折領域」ともいう。）５２を有する。また、回折部５０は、第２の領域５２の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第３の領域（以下、「外輪帯」、「第３の回折領域」ともいう。）５３を有する。
【００５４】
内輪帯である第１の領域５１は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成される。第１の領域５１は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の領域５１は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００５５】
また、第１の領域５１は、第１の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の領域５１は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００５６】
また、第１の領域５１は、第１の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の領域５１は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００５７】
このように、第１の領域５１は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されている。このため、第１の領域５１を通過して所定の次数の回折光とされた各波長の光ビームが対物レンズ３４によりそれぞれの光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。尚、この第１の領域５１及び後述で詳細に説明する第２及び第３の領域５２，５３において、各波長の光ビームに対して支配的となるように選択される所定の次数の回折光には、透過光、すなわち、０次光が含まれるものとして、上述及び後述する。
【００５８】
また、第１の領域５１に設けられる第１の回折構造は、輪帯状で、基準面に対して複数の段部に傾斜部を組み合わせて凹凸形状とされた単位周期構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造である。ここで、第１の回折構造は、単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられ、基準面に対する各段部の光軸方向の高さ及び１周期の幅に対する各段部の幅の割合が周期的とされて形成されている。この周期構造からなる第１の回折構造は、基礎となる階段状回折構造に高さｈのブレーズ構造が重畳された構造である。このブレーズ構造の傾斜の方向が、階段状回折構造の各段（ステップ）の高さが増大する方向と逆方向に増大する方向である。また、この高さｈは、回折部５０を構成する材料、ここでは対物レンズ３４の構成材料の第１の波長λ１に対する屈折率をｎ１としたときに、関係式ｈ＜（λ１／（ｎ１−１））を満たすように構成されている。ここでブレーズ構造が重畳される被重畳階段状回折構造は、周期内で各段の幅及び高さが等しくされた等間隔階段状回折構造であっても、等間隔階段状回折構造に対して幅が変化された不等間隔階段状回折構造であってもよい。すなわち、後述のようにブレーズ構造が重畳されることの効果を得て、すなわち不要光の影響を低減することができる。尚、ここで説明する実施の形態では、温度や波長の変動に対して有利な構成とするために不等間隔階段状回折構造が採用された例について説明する。ブレーズ重畳の構成は、不等間隔階段状回折構造とともに用いられることで特に有利であり、かかる図８（ａ）のような構成は、ブレーズ重畳の効果と不等間隔の効果をともに得ることができる。
【００５９】
具体的には、ここで説明する第１の領域５１に設けられる第1の回折構造は、図４及び図８（ａ）に示すように、光軸を中心とした輪帯状の回折構造が基準面に対して設けられる構成とされている。すなわち、第１の回折構造は、傾斜付き階段状回折構造とされ、この傾斜の方向が、ステップ高さが増大する方向と逆方向で増大する構造とされている。図８（ａ）に示す第1の回折構造について、図８（ｂ）及び図８（ｃ）を用いてさらに詳細に説明する。
【００６０】
すなわち、第1の回折構造は、図８（ａ）に示すような傾斜付き階段状回折構造であるが、これは、基礎となる図８（ｂ）に示す階段状回折構造に対して傾斜構造を付加したような構成である。そして、図８（ｂ）に示す階段状回折構造は、図８（ｃ）に示すような基本となる等間隔の階段状回折構造に対して、温度や波長の変動（以下、「環境変動」ともいう。）によらず良好な特性を発揮するために少なくともその一部の幅を変更して不等間隔としたものである。ここで、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示す回折構造は、所定の深さ（以下、「溝深さ」ともいう。）ｄで所定のステップ数Ｓ（Ｓは、正の整数とする。）の階段形状（以下、「マルチステップの階段形状」ともいう。）が半径方向に連続して形成されている。また、図８（ｃ）に示す回折構造は、周期内で幅及び高さが均等とされた等間隔階段状回折構造である。また、図８（ｂ）に示す回折構造は、環境変動（温度や波長の変動）によらず良好な特性を発揮するために後述のような等間隔ではない階段形状が形成される。ここで、上述の回折構造における輪帯の断面形状とは、輪帯の半径方向を含む面、すなわち、輪帯の接線方向に直交する面における断面形状を意味する。かかる、図８（ｂ）に示す回折構造に対して所定のブレーズ構造を重畳することにより、図８（ａ）に示すような傾斜付き階段状回折構造を構成して後述のような効果を得ることができる。かかるブレーズ構造重畳の詳細については後述する。
【００６１】
また、この基準面は、対物レンズ３４の屈折素子の機能として要求される入射側の面の面形状を意味するものとする。そして、この第１の領域５１には、実際には図４（ａ）に示すように、対物レンズ３４の屈折素子の機能として要求される入射側の面の面形状を基準面として、回折構造が以下のように形成されている。すなわち、第１の領域５１には、この基準面に対して、図８（ａ）に示すような回折機能を有する回折構造となる輪帯状で傾斜付き階段形状の面形状を合わせたような面形状が形成されている。しかしこの図８（ａ）、並びに後述の図１０（ａ）及び図１０（ｂ）では、説明のためその基準面に対する回折構造の形状のみを示すとともに、以下の説明においても基準面に対する形状について説明するものとする。尚、回折部５０を対物レンズと別体の光学素子（後述の回折光学素子３５Ｂ）に設けた場合には、図８（ａ）、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す形状が、当該回折光学素子３５Ｂの断面形状となる。また、この図４等で示した回折構造は、実際には後述のように微小な寸法で形成されており、図８等は拡大断面を示すものである。
【００６２】
また、ブレーズ構造が重畳される前の図８（ｂ）に示す所定のステップ数Ｓの階段形状を有する回折構造とは、各段の深さが略同一深さとされた第１乃至第Ｓの段部を有する段部の深さや幅が等間隔から変動された階段部が半径方向に連続して形成されている構造である。さらに、換言すると光軸方向に略同一間隔に形成された第１乃至第（Ｓ＋１）の回折面を有して形成されている構造である。また、回折構造における所定の深さｄは、階段形状の最も表面側（最高段、浅い位置）に位置される第（Ｓ＋１）の回折面と、階段形状の最も素子側（最低段、深い位置）に位置される第１の回折面との光軸方向の長さを意味する。尚、図８（ｂ）において、階段形状の各階段部内において段部が半径方向の内側に向けて形成、すなわち、段部が半径方向の内側に向かうにつれて表面側に向けて形成されるように構成した。この理由は、内輪帯において後述するような回折次数が最大回折効率次数として選択されているからである。また、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）においては、内輪帯と同様に、鋸歯形状の凹凸の斜面又は階段形状の段部の形成方向が半径方向の内側に向かうにつれて表面側に向けて形成されるような例について図示しているが、これに限られるものではない。すなわち、選択される回折次数に応じてブレーズ形状又は階段形状の形成方向が設定されることとなる。図８（ａ）〜図８（ｃ）、図１０（ａ）、及び図１０（ｂ）中ＲＯは、輪帯の半径方向外側に向けた方向を示し、すなわち、光軸から離間する方向を示すものである。
【００６３】
このように、第１の領域５１には、ステップ数Ｓとされた階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された傾斜付き階段形状の回折構造が基準面に対して形成されるが、かかる構成には以下のものが含まれるものとする。すなわち、ブレーズ構造が重畳される階段構造には、基本となる１周期の構造における同一段差及び同一間隔に各段部が形成された構造に対して同一とされた段差や間隔の１／２程度の微少な段を付加的に設けたものも含まれるものとする。これは、基本となる段差や間隔の１／２程度の微少な段を付加したものが、全体の特性に大きな影響を与えずに所定の回折次数の回折効率の特性を多少変動させることができるからである。換言すると、後述のように規定されるステップ数Ｓや溝深さｄは、それ自体を規定することで回折部や対物レンズの機能を発揮できるものであり、それに対してさらに上述のような微少な段を付加したものも同様な機能を発揮できるからである。そして、ステップ数Ｓは、一周期の階段構造における段数であり、段差が階段構造における一段の平均高さの１／２以下となる場合はステップとして数えないものである。また、ステップ数Ｓは、Ｓ＝０で平坦を表すように定義している。また、溝深さｄは、一周期内の最深及び最浅間の差であり、すなわち、一周期の階段構造における光軸方向に最も離間した面の間の光軸方向の距離である。尚、ここで説明した事項については、後述する第２の領域５２についても同様である。
【００６４】
尚、第１の領域５１に形成される第１の回折構造の基礎となる階段状回折構造並びに後述の第２及び第３の回折構造において、溝深さｄ及びステップ数Ｓは、支配的となる回折次数、及び回折効率を考慮して決定されている。また、図８（ｂ）に示すように、各段部の溝幅（階段形状の各段部の半径方向の寸法）は、後述のように環境変動耐性を発揮し得るよう、等間隔の状態から変動されて形成されている。それとともに、半径方向に連続して形成されている異なる階段部間において、光軸から離間するにつれてその値が小さくなるように形成されている。尚、ここでは上述のように構成するものとして説明したが、各段部の溝幅が、半径方向に連続して形成されている異なる階段部間において、光軸から離間するにつれてその値が大きくなるように形成される場合もある。この点については、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）についても同様である。尚、この溝幅は、光ディスクの信号記録面上で集光されるスポットが最適となるように、この溝幅で形成された回折領域で与える位相差に基づいて決定されている。
【００６５】
例えば、第１の領域５１の回折構造の基礎となる階段状回折構造１５１は、図８（ｂ）に示すように、ステップ数が６（Ｓ＝６）とされた回折構造である。すなわち、各段の深さが略同一深さ（ｄ／６）とされた第１乃至第６の段部１５１ｓ１，１５１ｓ２，１５１ｓ３，１５１ｓ４，１５１ｓ５，１５１ｓ６を有する階段部が半径方向に連続して形成されている。また、光軸方向に間隔が（ｄ／６）で略同一間隔で且つ半径方向の幅が同一長さ（等間隔）の状態から所定間隔に変更して形成された第１乃至第７の回折面１５１ｆ１，１５１ｆ２，１５１ｆ３，１５１ｆ４，１５１ｆ５，１５１ｆ６，１５１ｆ７を有して形成されている。尚、以下では、この各回折面１５１ｆ１〜１５１ｆ７を、それぞれ１レベル、２レベル、３レベル、４レベル、５レベル、６レベル、７レベルともいう。また、図中に各レベル開始点１５１Ｌ１Ｓ，１５１Ｌ２Ｓ，１５１Ｌ３Ｓ，１５１Ｌ４Ｓ，１５１Ｌ５Ｓ，１５１Ｌ６Ｓ，１５１Ｌ７Ｓを示す。また、Ｓ＝６の回折構造を６段差７レベル又は６ステップ７レベルの回折構造ともいう。さらに、ここでは、環境変動耐性を持たせるため幅が等間隔から変更された例について説明するが、深さが等間隔から変更されていてもよい。
【００６６】
ここで、図８（ｂ）の形状が具体的に幅が等間隔から変更されている点について説明するため、一般的な等間隔な階段形状として６ステップ７レベルで構成した比較例の回折構造２５１を図８（ｃ）に示し、これを用いて説明する。図８（ｃ）に示す回折構造２５１は、各段の深さが略同一深さ（ｄ／６）とされた第１乃至第６の段部２５１ｓ１〜２５１ｓ６を有する階段部が半径方向に連続して形成されている。また、光軸方向に間隔が（ｄ／６）で略同一間隔で且つ各回折面の幅が同一長さとなるように形成された第１乃至第７の回折面２５１ｆ１〜２５１ｆ７を有して形成されている。図８（ｂ）に示す第１の領域１５１の回折構造は、後述の〔５．〕で説明する観点から、２レベルの開始点２５１Ｌ２Ｓ、７レベルの開始点２５１Ｌ７Ｓを図８（ｃ）に示す基本形状（等間隔階段形状）から外側に移動させるよう変更したものである。さらに、３〜６レベルの開始点２５１Ｌ３〜２５１Ｌ６を均等な位置に移動させるように変更したものである。すなわち、図８（ｂ）の各開始点１５１Ｌ２Ｓ〜１５１Ｌ７Ｓとなるよう変更したものである。尚、ここでは、ステップ数が６（Ｓ＝６）の場合の環境変動耐性を持たせるために上述の開始点の位置を変更する構成について説明したがこれに限られるものではない。詳細は後述するがステップ数がＳ＝Ｎ１−１である場合には、２レベル開始点及びＮ１レベル開始点の位置を等間隔の状態から変更し、第１レベルの幅及び第Ｎ１レベルの幅を変更するよう内輪帯の回折構造を構成してもよい。かかる構成により、環境変動耐性を持たせるようにすることができる。
【００６７】
また、図８（ｂ）の形状から図８（ａ）の形状に変更するためには、各レベルの開始点５１Ｌ１Ｓ〜５１Ｌ７Ｓが重畳されるブレーズの傾斜角度と、各レベル５１Ｌ１〜５１Ｌ７の幅に応じて決定される高さ分だけ位置が変更される。これにより、図８（ａ）に示すように、第１乃至第６の段部５１ｓ１，５１ｓ２，５１ｓ３，５１ｓ４，５１ｓ５，５１ｓ６と、それぞれ傾斜付きの１〜７レベル５１ｆ１〜５１ｆ７を有した傾斜付き不等間隔階段形状の回折構造が形成されることとなる。
【００６８】
また、第１の領域５１は、通過する第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｉの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第１の領域５１は、通過する第２の波長の光ビームの次数ｋ２ｉの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第１の領域５１は、通過する第３の波長の光ビームの次数ｋ３ｉの回折光が支配的となるように発生させるとする。この場合に、第１の領域５１は、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−２，−３）、（１、−１、−２）、（０、−１、−２）、（０、−２、−３）、（２、−１、−２）の関係を有するように構成されている。ここで、回折次数の符号は、正の回折次数が、光の進行方向に対して光軸中心方向へ向かって回折される回折次数であるものとして説明する。また、第１の領域５１において、かかる回折次数の組み合わせは、大型化防止、回折効率確保、収差低減、製造有利等の観点から選択されたものである。この第１の領域５１や後述の領域５２，５３等における次数の組み合わせは、特願２００９−０１８７０６号に記載された観点から選択されるものであり、特願２００９−０１８７０６号を援用するものとする。
【００６９】
内輪帯の構成例として、具体的に、図９は、例えば回折構造をステップ数Ｓ＝６の階段形状として、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）としたときの、溝深さｄに対する回折効率の変化を示すものである。そして、図９（ａ）は、第１の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化をＬＳで示すとともに、隣接次数である０次光及び＋２次回折光の回折効率の変化をＬＦ（０），ＬＦ（２）で示す図である。図９（ｂ）は、第２の波長の光ビームの−２次回折光の回折効率の変化をＬＳ示すとともに、隣接次数である−１次回折光及び−３次回折光の回折効率の変化をＬＦ（−１）、ＬＦ（−３）示す図である。図９（ｃ）は、第３の波長の光ビームの−３次回折光の回折効率の変化をＬＳで示すとともに、隣接次数である−２次回折光及び−４次回折光の回折効率の変化をＬＦ（−２），ＬＦ（−４）で示す図である。図９（ａ）〜図９（ｃ）中において横軸は、溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、回折効率（光の強度）を示す図である。そして、ｋ１ｉの回折効率をｅｆｆ１とし、ｋ２ｉの回折効率をｅｆｆ２とし、ｋ３ｉの回折効率をｅｆｆ３としたときに、横軸に示す溝深さｄ＝５０００（ｎｍ）の位置で十分な回折効率を有している。具体的に、図９（ａ）に示すように、ｅｆｆ１＝０．９２、図９（ｂ）に示すように、ｅｆｆ２＝０．６８で、図９（ｃ）に示すように、ｅｆｆ３＝０．５２であり、十分な回折効率を有するものとなっている。図９に示すように、回折効率と溝深さとの関係は、ステップ数によっても変動するので、適切なステップ数を選択する必要性があるが、ここでは、上述のようにステップ数Ｓ＝６とした。なお、ここでステップとして微少な段を付加的に設けることで、全体の特性に悪影響を与えず、多少特性を変動させることができる。すなわち、所定の深さで所定のステップ数Ｓで構成される回折構造に各波長の光ビームの選択された回折次数の回折効率が良好となるように微少な段を付加的に設ける構成としてもよい。ここで、目安として１ステップとしての平均段差の１／２を超えると全体の特性に影響を与えることとなってしまう。また、当該選択された次数の組み合わせは、（λ１×ｋ１ｉ−λ２×ｋ２ｉ）／（ｔ１−ｔ２）≒（λ１×ｋ１ｉ−λ３×ｋ３ｉ）／（ｔ１−ｔ３）を満たすので、球面収差を十分に低減できる。ここで、第１の波長をλ１（ｎｍ）とし、第２の波長をλ２（ｎｍ）とし、第３の波長をλ３（ｎｍ）としている。また、第１の光ディスクの第１の保護層の厚さをｔ１（ｍｍ）とし、第２の光ディスクの第２の保護層の厚さをｔ２（ｍｍ）とし、第３の光ディスクの第３の保護層の厚さをｔ３（ｍｍ）としている。
【００７０】
中輪帯である第２の領域５２は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１の回折構造とは異なる構造とされた第２の回折構造が形成される。第２の領域５２は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の領域５２は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７１】
また、第２の領域５２は、第２の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の領域５２は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７２】
また、第２の領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の領域５２は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。この点について換言すると、第２の領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないような次数の回折光が支配的となるようにされている。ここで、第２の回折構造は、フレア化の作用等を考慮した上で構成されている。尚、第２の領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。ここで、「フレア化」とは、所定の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して結像される位置を対応する光ディスクの信号記録面からずらして、実質的に信号記録面に集光されるこの波長の光ビームの光量を低減させることを意味するものとする。
【００７３】
このように、第２の領域５２は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されている。そのため、第２の領域５２を通過して所定の次数の回折光とされた第１及び第２の波長の光ビームが対物レンズ３４によりそれぞれの光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【００７４】
また、第２の領域５２は、第１及び第２の波長の光ビームに対しては上述のように機能する。それとともに、第２の領域５２は、第３の波長の光ビームについては、フレア化の影響等を考慮して、この第２の領域５２を通過して対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に集光しない次数の回折光が支配的となるように構成されている。かかる構成とされているから、この第２の領域５２を通過した第３の波長の光ビームが対物レンズ３４に入射しても第３の光ディスクの信号記録面にはほとんど影響を与えることがない。換言すると、この第２の領域５２を通過して対物レンズ３４により信号記録面に集光される第３の波長の光ビームの光量を大幅に低減して略ゼロとして、第３の波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能することができる。
【００７５】
ところで、上述した第１の領域５１は、その領域を通過した第３の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．４５程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４に入射するような大きさに形成されている。また、この第１の領域５１の外側に形成される第２の領域５２は、この領域を通過した第３の波長の光ビームを、対物レンズ３４を介して第３の光ディスク上に集光させない。そのため、かかる構成とされた第１及び第２の領域５１，５２を備える回折部５０は、第３の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．４５程度に開口制限を行うように機能することとなる。ここでは、回折部５０において、第３の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．４５程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【００７６】
具体的には、第２の領域５２は、図４及び図１０（ａ）に示すように、光軸を中心とした輪帯状で基準面に対してこの輪帯の断面形状が所定の深さ（以下、「溝深さ」ともいう。）ｄで所定のステップ数Ｓの階段形状が半径方向に連続して形成されている。尚、ここで、第２の領域５２は、第１の領域５１の場合と比べてｄ及び／又はＳの数値が異なっており、すなわち、第１の領域５１に設けられた第１の回折構造とは異なる第２の回折構造が形成されている。例えば、図１０（ａ）に示す第２の領域５２の回折構造は、ステップ数が２（Ｓ＝２）とされた回折構造であり、各段の深さが略同一深さ（ｄ／２）とされた第１乃至第２の段部５２ｓ１，５２ｓ２を有する階段部が半径方向に連続して形成されている。また、光軸方向に間隔が（ｄ／３）で同一間隔に形成された第１乃至第３の回折面５２ｆ１，５２ｆ２，５２ｆ３を有して形成されている。尚、中輪帯としての第２の領域は、所望の位相差を付与する非周期構造が輪帯の半径方向に形成された非周期形状の回折構造が形成されるように構成してもよい。
【００７７】
また、第２の領域５２は、通過する第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｍの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第２の領域５２は、通過する第２の波長の光ビームの次数ｋ２ｍの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第２の領域５２は、通過する第３の波長の光ビームの次数ｋ３ｍの回折光が支配的、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。このような場合に、第２の領域５２は、例えば（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）の関係を有するよう構成されている。第２の領域５２において、かかる回折次数の組み合わせは、第３の波長に対する開口制限の実現や、フレア化の観点や、内輪帯の回折次数との相性や、製造有利の観点から選択されるものである。尚、次数の組み合わせはこれに限られるものではなく、例えば、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−２）、（１，０）、（１，−１）等であってもよく、さらに他の組み合わせでもよい。
【００７８】
中輪帯の構成例として、具体的に、回折構造をステップ数Ｓ＝２の階段形状として、溝深さを１５００ｎｍとした。このとき、（ｋ１ｍ、ｋ２ｍ）＝（０，−１）のｅｆｆ１は、１．００であり、ｅｆｆ２は、０．５９である。第３の波長に対してはフレア化の作用により、回折効率は問題ない。フレア化は、（ｔ１−ｔ２）／（λ１×ｋ１ｍ−λ２×ｋ２ｍ）により算出される設計直線の傾きを調整することにより、第３の波長の光ビームの当該回折次数の回折光を第３の光ディスクの信号記録面に焦点を結像させた状態からずらすことを意味する。かかるフレア化の詳細は、特願２００８−１９６６４０号を援用する。かかる構成により第３の波長に対して、適切な開口制限（ＮＡ＝０．４５）を実現することができる。
【００７９】
外輪帯である第３の領域５３は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされた第３の回折構造が形成される。第３の領域５３は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域５３は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。換言すると、外輪帯である第３の領域５３は、通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させる状態とする。
【００８０】
また、第３の領域５３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域５３は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。この点について換言すると、第３の領域５３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないような次数の回折光が支配的となるようにされている。ここで、第３の回折構造は、フレア化の作用等を考慮した上で構成されている。尚、第３の領域５３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。換言すると、外輪帯である第３の領域５３は、通過する第２の波長の光ビームを対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。
【００８１】
また、第３の領域５３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域５３は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。この点について換言すると、第３の領域５３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないような次数の回折光が支配的となるようにされている。ここで、第３の回折構造は、フレア化の作用等を考慮した上で構成されている。尚、第３の領域５３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。換言すると、外輪帯である第３の領域５３は、通過する第３の波長の光ビームを対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。
【００８２】
このように、第３の領域５３は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されている。そのため、第３の領域５３を通過して所定の次数の回折光とされた第１の波長の光ビームが対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【００８３】
また、第３の領域５３は、第１の波長の光ビームに対しては上述のように機能する。それとともに、第３の領域５３は、第２及び第３の波長の光ビームについては、この領域５３を通過して対物レンズ３４を介して第２及び第３の光ディスクの信号記録面に集光しない次数の回折光が支配的となるように構成されている。その際、第３の領域５３は、フレア化の影響等を考慮した構成とされている。かかる構成とされているから、この第３の領域５３を通過した第２及び第３の波長の光ビームが対物レンズ３４に入射しても第２及び第３の光ディスクの信号記録面にはほとんど影響を与えることがない。換言すると、この第３の領域５３を通過して対物レンズ３４により信号記録面に集光される第２及び第３の波長の光ビームの光量を大幅に低減して略ゼロとして、第２の波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能することができる。尚、第３の領域５３は、第３の波長の光ビームに対しては、上述の第２の領域５２とともに、開口制限を行うよう機能することができる。
【００８４】
ところで、上述した第２の領域５２は、その領域を通過した第２の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．６程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４に入射するような大きさに形成されている。また、この第２の領域５２の外側に形成される第３の領域５３は、この領域を通過した第２の波長の光ビームを、対物レンズ３４を介して光ディスク上に集光させない。このため、かかる構成とされた第２及び第３の領域５２，５３を備える回折部５０は、第２の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．６程度に開口制限を行うように機能することとなる。ここでは、回折部５０において、第２の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．６程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【００８５】
また、第３の領域５３は、その領域を通過した第１の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．８５程度で開口制限されるような大きさに形成されている。また、この第３の領域５３の外側には回折構造が形成されていないため、この領域を透過した第１の波長の光ビームを、対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光させない。そのため、かかる構成とされた第３の領域５３を備える回折部５０は、第１の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．８５程度の開口制限を行うように機能することとなる。尚、第３の領域５３を通過する第１の波長の光ビームは、例えば２次のものが支配的となるようにされているため、第３の領域５３の外側の領域を透過した０次光は、対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光しない場合がほとんどである。しかしこの０次光が、対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光することになる場合には、第３の領域５３の外側の領域に、通過する光ビームを遮蔽する遮蔽部を設けて開口制限を行うようにしてもよい。また、通過する光ビームを対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光する次数以外の次数の光ビームが支配的となる回折構造を有する回折領域を設けることにより、開口制限を行うように構成してもよい。ここでは、回折部５０において、第１の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．８５程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【００８６】
具体的には、第３の領域５３は、図５及び図１０（ｂ）に示すように、光軸を中心とした輪帯状で基準面に対してこの輪帯の断面形状が所定の深さｄのブレーズ形状となるように形成されている。
【００８７】
外輪帯である、第３の領域５３においては、上述のようにブレーズ構造を採用している。この理由としては、最も外側に設けられる外輪帯は、極めてレンズ曲面が最も急峻な曲率を有しており、ブレーズ以外の構造を設けるのは製造上の観点から不利なためである。また、上述したような不要光や効率等の問題は考慮する必要がないため、ブレーズ構造で十分な性能を得ることができる。尚、第３の領域５３において階段形状からなるステップ構造により構成しても良いが、上述のブレーズの利点を考慮すればブレーズ構造の方が有利である。
【００８８】
外輪帯の構成例として、具体的に、ブレーズ形状（Ｓ＝∞）で、溝深さを１４５０ｎｍとした。このとき、ｋ１ｏ＝２のｅｆｆ１は１．００である。第２及び第３の波長に対してはフレア化の作用により、回折効率は問題ない。かかる構成により、第２の波長に対して、適切な開口制限（ＮＡ＝０．６）を実現することができ、第３の波長に対して、適切な開口制限（ＮＡ＝０．４５）を実現することができる。
【００８９】
以上のような構成とされた第１乃至第３の領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、各領域を通過する各波長の光ビームに所定の作用を付与する。回折部５０は、第１の領域５１を通過する第１乃至第３の波長の光ビームを、３波長に共通の対物レンズ３４の屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部５０は、対物レンズ３４の屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部５０は、第２の領域５２を通過する第１及び第２の波長の光ビームを、共通の対物レンズ３４の屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部５０は、対物レンズ３４の屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部５０は、第３の領域５３を通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４の屈折力により対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部５０は、対物レンズ３４の屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。ここで、「球面収差が発生しない発散角の状態」には、発散状態、収束状態及び平行光の状態も含み、球面収差がレンズ曲面の屈折力により補正される状態を意味するものとする。
【００９０】
すなわち、光ピックアップ３の光学系における第１乃至第３の出射部と信号記録面との間の光路上に配置される対物レンズ３４の一面に設けられた回折部５０は、以下のような効果を有する。回折部５０は、それぞれの領域（第１〜第３の領域５１，５２，５３）を通過するそれぞれの波長の光ビームを信号記録面に発生する球面収差を低減する状態となるように回折力を付与することができる。これにより回折部５０は、光ピックアップ３において第１乃至第３の波長の光ビームを共通の対物レンズ３４を用いてそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面に集光させたときの信号記録面に発生する球面収差を極限まで低減することができる。すなわち、回折部５０は、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズ３４とを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【００９１】
また、上述したような第１乃至第３の領域５１，５２，５３からなる回折部５０を有する対物レンズ３４は、内輪帯としての第１の領域５１が回折次数（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）が、（１，−２，−３）である。よって、対物レンズ３４は、球面収差を低減でき、作動距離及び焦点距離を最適なものにでき、製造上有利な構成とできる。すなわち、対物レンズ３４は、適切に球面収差を低減できる次数の回折光を支配的とすることで、各波長の光ビームを対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、対物レンズ３４は、大型化する等の問題を防止でき、製造工程を簡素化でき、選択された回折次数の回折効率を十分に高く設定できる。これにより、対物レンズ３４は、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。尚、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）が（１、−１、−２）、（０、−１、−２）、（０、−２、−３）、（２、−１、−２）となるように対物レンズ３４を構成した場合にも、（１，−２，−３）とした場合と同様の効果が得られる。
【００９２】
また、対物レンズ３４は、内輪帯としての第１の領域５１が図８（ａ）に示すように、階段状回折構造にブレーズ重畳することにより、第３の波長の効率を増大させ第１の波長の不要光を低減でき、温度や波長の変動によらず、良好な記録再生特性を実現する。また、内輪帯としての第１の領域５１において、ブレーズを重畳する被重畳階段状回折構造が図８（ｂ）に示すように、等間隔に対して変化させた回折構造であることにより、温度や波長の変動によらず、良好な記録再生特性を実現する。これは、第１の領域５１に設けられる回折構造が、環境変動の際の不要回折光の発生を抑えるのでサーボが不安定になることを防止できるからである。尚、この点については〔５．〕で後述する。
【００９３】
また、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、第２及び第３の領域５２，５３を第３の波長の光ビームが通過することにより開口制限機能を発揮できる。第２及び第３の領域５２，５３は、最大の回折効率及び所定の回折効率を有して発生する回折次数の回折光をフレア化して結像位置を信号記録面からずらすことによりその回折次数の回折光の回折効率を低減することができる。かかる構成により、第３の波長の光ビームについて、第１の領域５１を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光させる。そして、この第１の領域５１がこの領域を通過する第３の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、第３の波長の光ビームについて例えば０．４５程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。
【００９４】
また、回折部５０は、第３の領域５３を第２の波長の光ビームが通過することにより開口制限機能を発揮できる。第３の領域５３は、最大の回折効率及び所定の回折効率を有して発生する回折次数の回折光をフレア化して結像位置を信号記録面からずらすことによりその回折次数の回折光の回折効率を低減することができる。かかる構成により、第２の波長の光ビームについて、第１及び第２の領域５１，５２を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光させる。そして、この第１及び第２の領域５１，５２がこの領域を通過する第２の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、第２の波長の光ビームについて例えば０．６０程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。
【００９５】
また、回折部５０は、第３の領域５３の外側の領域を通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４により対応する種類の光ディスクの信号記録面に適切に集光しないような状態又は遮蔽することで、開口制限機能を発揮できる。回折部５０は、第１の波長の光ビームについて、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光させる。そして、第１乃至第３の領域５１，５２，５３がこの領域を通過する第１の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、第１の波長の光ビームについて例えば０．８５程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。
【００９６】
このように、上述のような光路上に配置される対物レンズ３４の一面に設けられた回折部５０は、３波長互換を実現するのみならず、開口制限機能を達成できる。すなわち、回折部５０は、３種類の光ディスク及び第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれに適応した開口数で開口制限した状態で共通の対物レンズ３４に各波長の光ビームを入射させることを可能とする。すなわち、回折部５０は、３波長に対応した収差補正の機能を有するのみならず、開口制限手段としての機能も有する。
【００９７】
尚、上述の各回折領域の実施例を適宜組み合わせて回折部を構成することが可能である。すなわち、各回折領域を通過する各波長の回折次数は、上述で言及した事項を踏まえて適宜選択可能である。尚、各回折領域を通過する各波長の回折次数を変える場合には、この各領域を通過した各波長の各回折次数に対応したレンズ曲面を有するように対物レンズ３４を構成すればよい。
【００９８】
また、以上で説明した第１乃至第３の領域５１，５２，５３の変形例としては、第３の領域を非球面連続面により構成してもよい。すなわち、上述のような所定の回折構造が形成された第３の領域５３に換えて、所定の非球面連続面により、第１の波長の光ビームを光ディスクに集光させ、第２及び第３の波長に対しては適切に開口制限を行うように構成してもよい。
【００９９】
〔４．本発明を適用した対物レンズの他の例について〕
次に、上述した光ピックアップ３に用いられる本発明を適用した対物レンズの他の例として、上述した回折部５０の第３の領域５３に換えて外輪帯を非球面連続面として構成する例について図５を用いて説明する。すなわち、図５を用いて、第１、第２の領域５１，５２に加えてかかる第２の領域５２の外側に非球面連続面として形成された第３の領域７３を有する回折部７０と、回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃについて説明する。尚、回折部７０は、上述した回折部５０の第３の領域５３に相当する部分に第３の領域７３を有することを除いては、上述した回折部５０と同様であるので、共通する部分には同一の符号を付すとともに詳細は省略する。
【０１００】
回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃは、回折部５０を有する場合と同様に、この回折部７０により、複数の領域５１，５２毎に通過する第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折する。そして、所定の発散角を有する拡散状態又は収束状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｃに入射させるのと同様の状態とすること及び後述の第３の領域７３により所定の作用を与える。かかる構成により、この単一の対物レンズ３４Ｃを用いて第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれに対応する３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃは、基準となる屈折力を発生させるレンズ面形状を基準として回折力を発生させる回折構造が形成されている。対物レンズ３４Ｃは、かかる構成により、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。また、回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃは、屈折素子の機能と回折素子の機能を兼ね備えており、すなわち、レンズ曲面による屈折機能と、一方の面に設けられた回折部７０による回折機能とを兼ね備えるものである。
【０１０１】
具体的に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、対物レンズ３４Ｃの入射側の面に設けられた回折部７０は、最内周部に設けられ略円形状の回折領域である第１の領域（内輪帯）５１を有する。また、回折部７０は、第１の領域５１の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第２の領域（中輪帯）５２を有する。また、回折部７０は、第２の領域５２の外側に設けられ輪帯状の第３の領域（以下、「外輪帯」ともいう。）７３を有する。
【０１０２】
外輪帯である第３の領域７３は、輪帯状で所定の屈折作用を有する非球面連続面として形成され、通過する第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光するように屈折させる。
【０１０３】
また、第３の領域７３は、上述の非球面連続面により、通過する第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないように屈折させる。すなわち、第３の領域７３は、第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。換言すると、第３の領域７３は、第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面からデフォーカスすなわち乖離した位置に集光させる状態か、又は、発散させて集光させない状態となるように第２の波長の光ビームに屈折作用を与える。
【０１０４】
また、第３の領域７３は、上述の非球面連続面により、通過する第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないように屈折させる。すなわち、第３の領域７３は、第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。換言すると、第３の領域７３は、第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面からデフォーカスすなわち乖離した位置に集光させる状態か、又は、発散させて集光させない状態となるように第３の波長の光ビームに屈折作用を与える。
【０１０５】
このように、第３の領域７３は、上述の作用を与える非球面連続面により形成されることにより、第３の領域７３を通過した第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。また、第３の領域７３は、第２の波長の光ビームについては、対応する光ディスクの信号記録面に集光させず、開口制限機能を発揮することができる。さらに、第３の領域７３は、第３の波長の光ビームについても、対応する光ディスクの信号記録面に集光させず、上述の領域５２とともに、開口制限機能を発揮することができる。
【０１０６】
ここで、第３の領域７３は、上述の第２の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．６程度に開口制限を行うように構成された第２の領域５２の外側に形成されている。また、第３の領域７３は、その領域を通過した第１の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．８５程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４Ｃに入射するような大きさに形成されている。尚、かかる第３の領域７３の外側の領域は、通過する光ビームを遮蔽する遮蔽部を設けることにより、開口制限が行われる。若しくは通過する光ビームを対物レンズ３４Ｃを介して第１の光ディスク上に集光する次数以外の次数の光ビームが支配的となる回折領域を設けることにより、開口制限が行われる。又は通過する第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に集光させないような屈折面が形成されることにより、開口制限が行われる。上述の構成により制限される開口数は、これに限られるものではない。
【０１０７】
以上のような構成とされた回折領域である第１及び第２の領域５１，５２と、非球面形状とされた第３の領域７３を有する回折部７０は、各領域を通過する各波長の光ビームに所定の作用を付与する。回折部７０は、第１の領域５１を通過する第１乃至第３の波長の光ビームを、３波長に共通の対物レンズ３４Ｃの屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部７０は、対物レンズ３４Ｃの屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部７０は、第２の領域５２を通過する第１及び第２の波長の光ビームを、共通の対物レンズ３４Ｃの屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部７０は、対物レンズ３４Ｃの屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部７０は、第３の領域７３を通過する第１の波長の光ビームをその屈折力により対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるように対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。
【０１０８】
すなわち、光ピックアップ３の光学系における第１乃至第３の出射部と信号記録面との間の光路上に配置される対物レンズ３４Ｃの一面に設けられた回折部７０は、以下のような効果を有する。回折部７０は、それぞれの領域（第１乃至第３の領域５１，５２，７３）を通過するそれぞれの波長の光ビームを信号記録面に発生する球面収差を低減する状態となるように回折力及び屈折力を付与することができる。これにより回折部７０は、光ピックアップ３において第１乃至第３の波長の光ビームを共通の対物レンズ３４Ｃを用いてそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面に集光させたときの信号記録面に発生する球面収差を極限まで低減することができる。すなわち、回折部７０は、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズ３４Ｃとを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０１０９】
また、対物レンズ３４Ｃの一面に設けられた回折部７０と、この回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃとは、第１及び第２の領域５１，５２の機能や、第３の領域７３の機能により、上述した回折部５０やこれを有する対物レンズ３４と同様の機能、効果を有する。すなわち、内輪帯としての第１の領域５１が図８（ａ）に示すように、階段状回折構造にブレーズ重畳することにより、第３の波長の効率を増大させ第１の波長の不要光を低減でき、温度や波長の変動によらず、良好な記録再生特性を実現する。また、内輪帯としての第１の領域５１において、ブレーズを重畳する被重畳階段状回折構造が図８（ｂ）に示すように、等間隔に対して変化させた回折構造であることにより、温度や波長の変動によらず、良好な記録再生特性を実現する。これは、〔５．〕で後述するように、第１の領域５１に設けられる回折構造が、環境変動の際の不要回折光の発生を抑えるのでサーボが不安定になることを防止できるからである。
【０１１０】
〔５．温度・波長変動による回折不要光の増大防止の手法について〕
＜問題点について＞
以上で説明した対物レンズ３４，３４Ｃは、入射側の面の回折域を２つ以上の領域に分け、内輪帯の回折次数及び中輪帯の回折次数を適正にすることで３波長互換を実現する３波長互換対物レンズである。上述したように例えば（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）を選択した回折構造を有する内輪帯は、図８（ｂ）に示すように所謂等間隔の階段形状として回折構造を構成したときにも良好な特性を有し、常温においては、その特性を十分に発揮する。しかし、本発明者は、温度が変化したときや、レーザーの発振波長が変動した際には不要光となる次数の回折効率が増大するという問題があることを見出した。そして、かかる不要回折光の増大は、特に２層光ディスクではフォーカス信号に不要光の影響が漏れ込みサーボが不安定になるという問題を招く。そして、サーボが不安定となることに起因して結果的に信号読み出しジッターが悪化に繋がるおそれがある。
【０１１１】
＜不要回折次数について＞
不要回折次数について（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）の場合を例に挙げて詳細に説明する。上述したように、内輪帯において（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）を選択した回折構造を形成するに際しては、ある屈折率を想定した場合に、対応する段数及び高さの等間隔階段状回折構造を選び出すことができる。例えば屈折率ｎ１（λ１）＝１．５６０、ｎ２（λ２）＝１．５４１、ｎ３（λ３）＝１．５３７、ｄｎ／ｄＴ＝−９．０×１０−５、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍ、λ３＝７８５ｎｍである条件について説明する。かかる条件において、６ステップ７レベルよりなるおよそ５．０μｍ程度の等間隔階段状回折構造が考えられる。このときの深さに対する効率の関係性は、上述した図９に示したとおりである。図９には、上述したように正規光として選択された次数の回折光の回折効率とともに、当該正規次数の隣接次数の隣接不要光の回折効率の変化も示している。
【０１１２】
ここで、環境変化を検討するに、温度上昇によって屈折率が低下した場合を想定する。屈折率が低下すると、空気との光路差は減少する方向性であるので、図９における溝深さが低下したように換算することができる。結果、図９（ｂ）に示すように、第２の光ディスク（ＤＶＤ）に対応する第２の波長λ２では、正規光である−２次光の効率が下がり、一方で不要光である−３次光の効率が増大する。具体的には、図９（ｂ）中では５０００ｎｍの位置から僅かに左に移動することを想定すればよい。
【０１１３】
その一方で、温度が低下すると屈折率が増大し、溝深さは増加したように換算することができる。その結果、第１の光ディスク（ＢＤ）では、正規光である＋１次光の効率が低下し、不要光である＋２次光の効率が増大する。
【０１１４】
また、波長変動があっても同様の振る舞いが発生する。すなわち、波長が長波長側に変動すると、該当波長における溝深さは浅くなり、第２の光ディスク（ＤＶＤ）では正規光量が低下するとともに不要光量が増大する。逆に、第１の光ディスク（ＢＤ）では短波長側になると正規効率が低下し、不要光効率が増大する。上述の現象は、図９のように次数や溝深さが選択された状態で、溝深さと回折効率曲線におけるピーク位置との位置関係に基づいて発生している。以上のことから上述の条件において、最も不要光が増大する場合は第１の光ディスク（ＢＤ）では低温短波長側であり、第２の光ディスク（ＤＶＤ）では高温長波長側である。
【０１１５】
尚、図９（ｃ）に示すように、第３の光ディスク（ＣＤ）では、溝深さ−効率グラフの頂点部分に深さが位置している。そのため、基本的には波長変動・温度変動に対して耐性があり、変動率は、第１及び第２の光ディスク（ＢＤ，ＤＶＤ）に比べれば無視できる程度の変化量である。
【０１１６】
上述では発生しやすい側の環境変動による不要光について説明したが、実際には逆方向に温度変動や波長変動がある場合にも不要光が生じる場合がある。すなわち、第２の光ディスク（ＤＶＤ）では低温短波長側に行き過ぎた場合に−１次光が発生し隣接不要光として振る舞う。また、第１の光ディスク（ＢＤ）では、高温長波長側に行き過ぎた場合に０次光が発生し隣接不要光として振る舞う。以下、これらを「第二不要光」という。また、上述の発生しやすい側の不要光を「第一不要光」という。
【０１１７】
これら波長及び温度の変動時の効率変動の計算例を図１１〜図１３に示す。図１１は、第１の光ディスク（ＢＤ）における環境変化による効率変動（「環境効率変動」ともいう。）を示し、図１２は、第２の光ディスク（ＤＶＤ）における環境効率変動を示し、図１３は、第３の光ディスク（ＣＤ）における環境効率変動を示す。かかる図１１〜図１３において第二不要光はいずれも小さな値となっており、これは本信号の温度に対する効率変動が中心温度に対して非対称になっているからであり、後に示す最適化を行った場合にはその値が重要となる。また、第３の光ディスク（ＣＤ）においては不要光が問題とならないので、不要光をプロットしていない。尚、このプロットにおいてＬＤの温度波長変動量も考慮している。
【０１１８】
図１１において、Ｌλ１ＳＣは、第１の光ディスクに対応する第１の波長λ１の正規光の中心波長である４０５ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。ここで正規光とは、回折構造を形成する際に選択される次数（例えば、ｋ１ｉ）の回折光を意味するものとする。Ｌλ１ＳＭは、第１の波長λ１の正規光の中心波長より短波長側の条件である４００ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。Ｌλ１ＳＰは、第１の波長λ１の正規光の中心波長より長波長側の条件である４１０ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。また、Ｌλ１ＦＭ、Ｌλ１ＦＰは、それぞれ第一不要光、第二不要光を示すものであり、第１の波長λ１の不要光の４００ｎｍ，４１０ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。尚、ここでは温度変化に伴うレーザー波長変化量も温度軸に含めている。
【０１１９】
また、図１２において、Ｌλ２ＳＣは、第２の光ディスクに対応する第２の波長λ２の正規光の中心波長である６５５ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。Ｌλ２ＳＭ，Ｌλ２ＳＰは、それぞれ、第２の波長λ２の正規光の中心波長より短波長側及び長波長側の条件である６５０ｎｍ，６６０ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。また、Ｌλ２ＦＰ，Ｌλ２ＦＭは、それぞれ第一不要光、第二不要光を示すものであり、第２の波長λ２の不要光の６６０ｎｍ，６５０ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。
【０１２０】
また、図１３において、Ｌλ３ＳＣは、第３の光ディスクに対応する第３の波長λ３の正規光の中心波長である７８５ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。Ｌλ３ＳＭ，Ｌλ３ＳＰは、それぞれ、第３の波長λ３の正規光の中心波長より短波長側及び長波長側の条件である７８０ｎｍ，７９０ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。
【０１２１】
以上の図１１〜図１３によれば、温度とレーザの初期波長によっては正規光に対する隣接する回折次数の光（以下、単に「不要光」ともいう。）の効率が大きく増大することが確認できる。また、この不要光としては、隣接する回折次数のうち、悪影響を及ぼす可能性が高い回折次数、すなわち、回折効率が増大する側の回折次数の光を意味するものとする。
【０１２２】
＜フォーカスエラー信号＞
次に、かかる環境変化に対する不要回折光の効率変動がフォーカスエラー信号に対する影響について検討する。上述の対物レンズを搭載した光ピックアップを想定し、光ディスクに対してフォーカスサーボを行うとすれば、そのときのフォーカスエラー信号は、図１４の概略で示したような形状となる。図１４は、正規信号及び不要信号のフォーカスサーチ波形を示す。また、図１４中ＬＦＯＳは、正規光から得られるフォーカスエラー信号の正規信号を示し、ＬＦＯＦは、不要回折光から形成されるフォーカスエラー信号の不要信号を示す。また、ΔＦＯＳＦは、これら正規信号の中心と、不要信号の中心との間の間隔を示す。
【０１２３】
ここで、図１４中ＬＦＯＳで示される正規信号は、内輪帯〜外輪帯において各輪帯の正規回折次数の往復の総和によって形成されている。一方、不要信号は、内輪帯における上述した不要回折次数と、正規回折次数の往復組み合わせによって形成されている。中輪帯、外輪帯を適宜選択して形成した場合の正規光・不要光と正規信号・不要信号の関係を表１に示す。表１に示すフォーカスエラー信号は二層光ディスクにおいて問題となる可能性がある。
【０１２４】
【表１】
2011141909.tif 000003
【０１２５】
ここで、表１について補足的に説明する。表１に示す正規信号（総和）とは、内輪帯の正規光、中輪帯の正規光、外輪帯の正規光の総和から得られる正規信号を意味する。ここで、内輪帯の正規光とは、内輪帯の往路において正規光となる＋１次光で、復路においても正規光となる＋１次光である組み合わせのものである。尚、中輪帯及び外輪帯においても同様であるものとする。
【０１２６】
また、表１の不要信号とは、往路において正規光となる＋１次光で、復路において不要光となる＋２次光である組み合わせのものと、往路において不要光となる＋２次光で、復路において正規光となる＋１次光である組み合わせのものを示している。
【０１２７】
今、正規信号に対する不要信号が大きく、且つ正規信号と不要信号の乖離距離Δが２層光ディスクの２層間の光学距離と等しい場合、図１５に示したように第１層目の不要信号と、読み出したい第２層目の正規信号が重なる形になる。図１５中ＬＦＯＳ１，ＬＦＯＳ２は、それぞれ２層光ディスクの１層目、２層目からの正規光から得られるフォーカスエラー信号の正規信号を示す。また、ＬＦＯＦ１，ＬＦＯＦ２は、それぞれ２層光ディスクの１層目、２層目からの不要回折光から形成されるフォーカスエラー信号の不要信号を示す。ここで、図１５中ＬＦＯＳ２で示す２層目を読み出したい層である場合に、上述のように、第２層目の正規信号に第１層目の不要信号が漏れ込むこととなる。また、このとき、光ディスクの層間厚さが不変であればフォーカスに対する影響はある程度抑えられるが、実際にはディスク層間厚さは光ディスク上の位置によって異なり、例えばνで示した分だけ動くことになる。その結果、ディスク回転に応じ、不要信号と正規信号との干渉位置が変わり、フォーカスサーボが極めて不安定となる。なお、ここではフォーカスサーボとして非点収差法を仮定したが、他の手法を用いたとしても本質的な問題は同等であり、不要信号を低減しなくてはフォーカスサーボが安定しない。また、不要信号が逆方向に出ていたとしても、今度は第１層での読み込みが安定しなくなる。また、上述の「不要回折次数について」の欄で仮定したのは、隣接する次数と正規光の組み合わせが最も正規信号に近い不要信号位置となり、二層光ディスクの層間隔と略等しくなってしまうためである。それ以外の次数組み合わせによる不要信号はいずれも二層光ディスクの層間隔よりも十分厚くなり、影響を与えない。
【０１２８】
＜解決法＞
かかる問題を解決するために、回折構造の構成を工夫することで、不要光の効率をいずれの環境変動においても問題とならないレベルにまで低下させるという手法が考えられる。すなわち、図８（ｂ）で説明したように、不等間隔からなる階段状構造を形成することで不要信号の影響を低減することができる。しかし、かかる図８（ｂ）の構成においてもさらに改良すべき点がある。第一に、当該手法においては、ＣＤ等に対する第３の波長λ３の効率低下が顕著であり、場合によっては実使用上の問題が発生してしまう程度に第３の波長λ３の回折効率が低下するという問題点である。第二に、当該手法においては、適性深さを選択した際にＢＤ等に対する第１の波長λ１の不要光低減効果がほとんど望めず、ＤＶＤ等に対する第２の波長λ２の不要光のみしか低減できないという問題点である。ここで、ＢＤに対する第１の波長λ１の不要光量も低減したいという要求がある。かかる問題点や要求を考慮して、上述した例えば図８（ａ）に示すように、以下で説明するブレーズ構造重畳構成という手法がある。かかる手法を採用することにより、ＣＤ等に対する第３の波長の効率低下を補償し、さらに、ＤＶＤ等に対する第２の波長の効率も上昇させ、さらに、ＢＤ等に対する第１の波長の不要光を低減できるという優れた利点を得ることができる。さらに、かかる構成は、回折構造の変更を極めて軽微に行うだけでよく、簡易な変更で大きな利点を得ることができるものである。以下に、まず、図８（ｂ）に示す不等間隔による改善手法を説明し、その次に図８（ａ）に示すスロープ付与による改善手法を説明する。
【０１２９】
＜解決手法−不等間隔回折構造形状変更について＞
ここでは略等間隔より形成された内輪帯の階段形状を特開２００９−７６１６３号公報に記載された手法を用いることで図８（ｂ）に示すように改良し、ＢＤ及びＤＶＤの位相特性を改善し効率を上昇させることを主眼とする。
【０１３０】
この手法によれば予め元となる回折構造を仮定し、その上で各波長に対する位相量を設計変更することで効率及び波長特性、ひいては温度特性の改善を見込むことができる。まず、代表的な例として、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−２，−３）の場合を例に挙げて図１６を用いて説明する。図１６（ａ）に、上述のように回折効率と溝深さとステップ数の関係から等間隔階段形状として最初に想定できる回折構造の１周期を示す。すなわち、図１６（ａ）は、図８（ｃ）に対応する。また、図１６（ｂ）〜図１６（ｄ）に、そのときの正規回折次数光にとっての位相量Φ（ｘ）−ｋｘ（ｋは次数）を示す。以下、この等間隔階段形状を「通常構成」という。この図１６（ｂ）〜図１６（ｄ）から、ＢＤに対応する第１の波長λ１とＤＶＤに対応する第２の波長λ２において位相平均がずれている様子が伺える。特に図１６（ｃ）で示すＤＶＤに対応する第２の波長λ２において位相がｘ＝０からｘ＝１に移り変わるにつれ、右肩下がりに低下している様子が示されている。また、図１６（ｂ）で示すＢＤに対応する第１の波長λ１において位相がｘ＝０からｘ＝１に移り変わるにつれ、右肩上がりに上昇している。基本的に本位相図において、一定の位相に近ければ近い範囲に位相が分布するほど効率が高くなり、位相の全体としての動きが平坦に近ければ近いほど、波長変動に強くなる。
【０１３１】
かかる特性については、一般的に用いられる次式（１）で示される回折効率Ｉの計算式によって明らかである（（株）オプトロクニス社発行「回折光学素子入門」増補改訂第１版ｐ６９参照）。すなわち、当該式を用いｘ＝Λｘと規格化し、Φ（ｘ）の範囲を０〜１の記載に変更している。尚、式（１）中Ｉは、回折効率を示し、Φ（ｘ）が回折構造によって与えられる位相を示す。式（１）において効率が高くなるということは、すなわち、｜Φ（ｘ）−ｋｘ｜≒一定値となることと対応する。一定値に近ければ近いほど積分の中が１に近づき、効率が上昇する。これはΦ（ｘ）−ｋｘの位相図で一定の位相に近ければ近い範囲に位相が分布するほど、効率が良くなることを示す。また、式（１）内のΦ（ｘ）は波長変動により変動する部分であるが、この変動によって効率が変動しずらくするためには、ｄΦ（ｘ）／ｄλ≒一定値とする必要がある。ここで、ｄΦ（ｘ）／ｄλは、ｄΦ（ｘ）／ｄｘと相関があるから、ｄΦ（ｘ）／ｄｘ≒一定値とするのが、波長変動に耐性をつけるために必要である。これは、｜Φ（ｘ）−ｋｘ｜の全体としての動きが平坦に近ければ近いほど、波長変動ひいては温度変動や深さ変動に強いことを示すことになる。よって、環境変動不要光を低減するには、この位相全体としてのＢＤ右肩上がりや、ＤＶＤ右肩下がりを改善することが必要である。
【０１３２】
【数１】
2011141909.tif 000004
【０１３３】
次に、図１６（ｅ）にステップ幅変更の改善策を施した回折構造の構成（以下、「ステップ幅改善構成」ともいう。）を示す。図１６（ｅ）は、図８（ｂ）に対応する。上述の等間隔階段形状とされた通常構成の回折構造のｘ＝０．４〜０．６にかけての部分では、おおよそ平坦な位相分布を示しているために、一方を良くすると一方が悪化するため等間隔から構造を変更することに向かない。当該事項は、図１６（ｂ）〜図１６（ｄ）に示されている。よって、それ以外の部分を変更する。具体的に、ｘ＝０付近と、ｘ＝１付近においてＢＤ、ＤＶＤの位相分布を変更するために、第１レベルと第７レベルのピッチを狭めることで、位相の分布を平坦に近づけたのが図１６（ｅ）である。具体的にここでは、第１レベルと第７レベルのピッチを通常構成の０．７７５倍とし、それ以外のレベルのピッチを等間隔とする。すなわち、図８（ｃ）に示すようなもともと各段の幅の比が（１：１：１：１：１：１：１）であったところを図８（ｂ）に示すように（０．７７５：１．０９：１．０９：１．０９：１．０９：０．７７５）と変更することによって、位相の平坦性を大きく改善することを意図している。以下では、デューティー比ηを用いてこの不等間隔を表すこととする。すなわち、ステップ数をｓとしたとき、各段の幅の周期内の比率が順に〔（（ｓ＋１）−（ｓ−１）η）／２：η：η：・・・：η：η：（（ｓ＋１）−（ｓ−１）η）／２〕となるような不等間隔を構成すればよい。特にｓ＝６の６段差７レベルの場合には、〔（７−５η）／２：η：η：η：η：η：（７−５η）／２〕となる。図１６（ｅ）のような改善構成の回折構造における、正規回折次数光にとっての位相量を、図１６（ｆ）〜図１６（ｈ）に示す。このように、図１６（ｅ）のようにステップ幅改善構成とした結果、図１６（ｆ）〜図１６（ｈ）に示すように、位相の平坦性が大きく改善されている。特にＢＤ、ＤＶＤにおいて位相の平坦性が改善されている。
【０１３４】
実際に、このステップ幅改善構成を内輪帯に適用した場合の不要信号比（不要信号／正規信号）の改善状態を図１７〜図２０を用いて説明する。すなわち、図１７は、このステップ幅改善構成と比較するための通常構成である等間隔階段構成を採用した場合のＢＤ等に対応する第１の波長の不要信号状態を示す図である。また、図１８は、等間隔階段構成を採用した場合のＤＶＤ等に対応する第２の波長の不要信号状態を示す図である。また、図１９は、ステップ幅改善構成を採用した場合の第１の波長の不要信号状態を示す図である。また、図２０は、ステップ幅改善構成を採用した場合の第２の波長の不要信号状態を示す図である。
【０１３５】
尚、図１７〜図２０において、各線分は、全体深さ変動量（ｕｍ）に対する比率（不要信号／正規信号比率）変動の変化を示し、図中、ＬＦＳ１Ｍは、低温短波長第一不要光を示し、ＬＦＳ２Ｍは、低温短波長第二不要光を示す。また、図中、ＬＦＳ１Ｃは、設計中心第一不要光を示し、ＬＦＳ２Ｃは、設計中心第二不要光を示し、ＬＦＳ１Ｐは、高温長波長第一不要光を示し、ＬＦＳ２Ｐは、高温長波長第二不要光を示す。
【０１３６】
ここで説明した図１７〜図１８で示す通常構成における回折構造の全体高さは５０００ｎｍであり、図１９〜図２０で示すステップ幅改善構成における回折構造の全体高さは５０３０ｎｍである。それぞれ横軸は深さ変動を示す。尚、レーザ波長の上下限はいずれの波長の中心値に対して±５ｎｍを採用している。また、温度の上下限は設計中心温度である３５℃に対して±３５℃としている。
【０１３７】
この図１７〜図２０における、不要信号量／正規信号量は実際にレンズを設計して光線追跡によって得られた信号比から推定された値である。すなわち、ＢＤ等に対応する第１の波長λ１に対する各輪帯（内輪体、中輪帯、外輪帯）における正規光となる次数の効率を、それぞれＥｆｆ１ｉｍ、Ｅｆｆ１ｍｍ、Ｅｆｆ１ｏｍとする。また、ＤＶＤ等に対応する第２の波長λ２に対する各輪帯（内輪体、中輪帯）における正規光となる次数の効率を、それぞれ、Ｅｆｆ２ｉｍ、Ｅｆｆ２ｍｍとする。第１の波長λ１に対する内輪体における不要光となる次数の効率を、Ｅｆｆ１ｉｓとし、第２の波長λ２に対する内輪体における不要光となる次数の効率をＥｆｆ２ｉｓとする。以上の場合において、正規信号に対するＢＤ（第１の波長λ１）の不要信号比Ｅｆｆｒ１と、ＤＶＤ（第２の波長λ２）の不要信号比Ｅｆｆｒ２とは、次式（２）及び次式（３）の関係で表される。尚、式中Ｒ１〜Ｒ３は、それぞれ第１乃至第３の領域の半径である。また、各効率Ｅｆｆを算出するにあたり、中輪帯及び外輪帯の構成は、表２の構造及び深さを採用して算出した。式（２）及び式（３）は、各々不要信号比に比例しているに過ぎないので、この際の比例係数については実際のフォーカスエラーサーチシミュレーションにおいて、レンズに対して光線追跡を行って比例係数を算出した。
【０１３８】
【数２】
2011141909.tif 000005
【０１３９】
【表２】
2011141909.tif 000006
【０１４０】
図１７〜図２０によれば、特にＤＶＤにおいてこの手法（ステップ幅改善構成）の効果が高く、不要光の出現量を最大１０％程度あったものを２％以下へと大きく低減できていることが示されている。一方で、ＢＤの不要信号比に関してはさほど改善されていない。ＢＤの不要信号比に関してはある程度大きくても運用自体は可能と考えられるが、各種エラーが少ない安定な光ピックアップを提供するという意味で、更なる改善が必要とされていた。
【０１４１】
また、図２１に、通常構成におけるＣＤ等に対応する第３の波長λ３に対する効率変動を示し、図２２に、ステップ幅改善構成における第３の波長λ３に対する効率変動を示す。図２１〜図２２中、ＬＥλ３Ｍは、低温短波長の場合を示し、ＬＥλ３Ｃは、設計中心の場合を示し、ＬＥλ３Ｐは、高温長波長の場合を示す。この図２１〜図２２において、ステップ幅改善構成は、最低ＣＤ効率が４２％程度にまで低下しており、実使用においてはレーザーパワーを大きく必要とするためにコストが高くなる可能性がある。このため、この点も改善できる手法が望まれることとなる。次に、かかるＢＤ不要信号比及びＣＤ効率をさらに改善するスロープ構造、すなわちブレーズ重畳構成について説明する。
【０１４２】
＜更なる解決手法−スロープ構造付与＞
ここでは、上述のステップ幅改善構成に加えて、一定のスロープを付与して図２３（ａ）に示すような周期構造を構成する手法を採用することで不要光の影響をさらに低減できる等の改善効果が得られる。かかるスロープを付与するという手法は、より詳細に説明すると、図２３（ｂ）に示す階段構造に対し、図２３（ｃ）に示すブレーズ構造を重畳することを意味し、かかる重畳により、図２３（ａ）に示すような傾斜構造付き階段形状の回折構造が得られる。さらに、本手法はあわせてＣＤ効率を改善することもできる。よって、本手法は、より全体として最適な対物レンズを構成することができる。まず、スロープ量δについて、図２３（ａ）に示すように定義する。まず、何も行わない場合すなわちスロープを付与する前の階段構造、すなわち、図２３（ｂ）に示す階段構造の全体の高さを１とし、各スロープがつく段の合計値をスロープ量δと定義する。すなわち、δ＝δ１＋δ２＋δ３＋δ４＋δ５＋δ６＋δ７の関係が満足する。このとき、スロープの傾きは一定とする。すなわち、図２３では等間隔階段構造にスロープを付与した例を模式的に示す図であるが、図に示すようにステップ数ｓ＝６で等間隔の場合、各段の高さはδ／７だけ大きくなることになる。不等間隔の場合にはトータル量がδであることは不変のまま、各段には幅に比例した分だけの高さを持ったスロープがつく。なお、ステップが増す方向と逆方向にスロープ量が増すように形成を行うことにより以下のような効果が得られるものであり、逆の方向のスロープを付与しても意図した効果が得られない。
【０１４３】
図２４にスロープ付与の改善策を施した回折構造の構成（以下、「スロープ付与改善構成」ともいう。）を示す。図２４（ａ）は、不等間隔階段形状にスロープを付与した改善構成の回折構造の１周期を示す。図２４（ａ）は、図８（ａ）に対応する。かかるスロープ付与改善構成におけるスロープ量δはδ＝０．１であり、デューティー比ηは、η＝１．０９であり、全体深さは５１１０ｎｍである。図２４（ａ）のような改善構成の回折構造における、正規回折次数光にとっての位相量を、図２４（ｂ）〜図２４（ｄ）に示す。図２４（ｂ）〜図２４（ｄ）に示す本位相状態によれば、上述した図１６（ｆ）〜図１６（ｈ）におけるものよりもＤＶＤ・ＣＤのΦ−ｋｘの包絡線が一定値に収束気味になっており、ＤＶＤおよびＣＤの効率が上がることが想定される。尚、図１６及び図２４中破線で示す線分は包絡線を示している。
【０１４４】
一方、ＢＤの効率は下がると想定される。しかし、ＢＤの不要光にとっての位相図Φ−ｋｘをプロットした図２５を比較すると、上述したステップ幅改善構成に比べてスロープ付与改善構成の方が包絡線が大きく、より不要光効率が低下することが示されている。尚、図２５（ａ）は、図１６（ｅ）に示す回折構造による第一不要光となる次数光にとっての位相量Φ−ｋｘを示し、図２５（ｂ）は、図１６（ｅ）に示す回折構造による第二不要光となる次数光にとっての位相量Φ−ｋｘを示す。また、図２５（ｃ）は、図２４（ａ）に示す回折構造による第一不要光となる次数光にとっての位相量Φ−ｋｘを示し、図２５（ｄ）は、図２４（ａ）に示す回折構造による第二不要光となる次数光にとっての位相量Φ−ｋｘを示す。上述したように、図２５（ａ）及び図２５（ｂ）に示すステップ幅改善構成に比べ、図２５（ｃ）及び図２５（ｄ）に示すスロープ付与改善構成の方が包絡線が大きい。このことから不要光効率が低下するといえる。
【０１４５】
次に、実際にこのスロープ付与改善構成を内輪体に適用した場合の不要信号比（不要信号／正規信号）の改善状態を図２６，図２７を用いて説明する。すなわち、図２６及び図２７は、上述したステップ幅改善構成の場合を示す図１９及び図２０に対応する図であり、さらにスロープ付与改善構成を採用した場合のそれぞれ、第１の波長、第２の波長の不要信号状態を示す図である。図２６及び図２７によれば、上述の図１９及び図２０に対してＢＤ不要光が１％程改善していることが示されている。また、図２８に、スロープ付与改善構成を内輪体に適用した場合の第３の波長λ３に対する効率変動を示す。この図２８は、上述したステップ幅改善構成の場合を示す図２２に対応する図であり、さらにスロープ付与改善構成を採用した場合の図である。図２８によれば、図２２に比べて最低ＣＤ効率は４９％程度にまで回復しており、かかる対物レンズを光ピックアップ等に用いる場合に構成として有利であり、非常に使いやすい構成といえる。
【０１４６】
以上のように、第１の領域５１に設けられた第１の回折構造は、図８（ａ）に示すように、階段状回折構造に所定の高さ及び向きのブレーズ構造が重畳されることによりスロープ付与改善構成とされている。また、第１の回折構造は、被重畳の階段状回折構造が、図８（ｂ）に示すように不等間隔階段構造とされている。第１の回折構造は、ステップ幅改善構成により、環境変動の際の不要光の効率を低減でき、特にＤＶＤ不要光を低減できる。また、第１の回折構造は、スロープ付与改善構成により、ＢＤ不要光を十分に低減できるとともに、ＣＤ効率を高く保持することができる。以上のような第１の回折構造を有する回折部５０及び対物レンズ３４は、回折部による不要回折光が温度や波長の変動により増大してサーボが不安定となることを防止する。よって、回折部５０及び対物レンズ３４は、記録再生特性の劣化を防止して、良好な記録再生特性を実現して、すなわち簡易な構成で良好な３波長互換を実現する。
【０１４７】
＜スロープ構造におけるηとδの限界について＞
ここでは、スロープ構造付与改善構成における改善効果を有するηとδの限界について説明する。デューティー比ηを増大させるとＢＤ効率・ＤＶＤ効率が増大し、ＣＤ効率が減少する。また、ＤＶＤ不要光が低減される。一方で、δを増大させるとＤＶＤ・ＣＤ効率が増大し、ＢＤ効率が減少する。また、ＢＤ不要光が低減されるが、ＣＤの温度による効率変動量が増大する。ＢＤにおいては内輪帯−中輪帯間の効率が５０％以上異なる場合には、スポットサイズ減少が生じて既存のレンズと振る舞いが異なるため、表１より内輪帯５０％以上の効率が必要である。これは全効率に換算すれば、次式（４）で算出されるよう８６％に相当する。
【０１４８】
【数３】
2011141909.tif 000007
【０１４９】
また、ＣＤでは、効率の変動量を示す相対効率変動量が１０％を超えると使用が難しい。ここで、相対効率変動量とは、ある波長λでの設計中心温度での効率値をＩ０λ、温度変動時の効率値をＩλとおけば、相対効率変動量＝（Ｉλ−Ｉ０λ）／Ｉ０λで表される量である。この相対効率変動量は、λと温度変化によって値が上下動するが、ここで選択される次数を用いて改善構成で構成する場合、もっぱら高温・長波長（７０℃、＋５ｎｍ）で絶対値が最大となる。このため、以降で挙げる図３４のＣＤ相対効率変動量も、この高温長波長側を用いている。
【０１５０】
本効率の関係性をηとδに関する２次元マップにすれば、図２９〜図３４に示したとおりになる。図２９は、ＢＤＴＹＰ効率、すなわち、ＢＤ等に対応する第１の波長の最大回折次数の環境中心状態における回折効率の分布を示す図である。ここで、環境中心状態とは、想定される温度変動や波長変動を考慮した上で、決定される設計中心とされる温度や波長における回折効率であることを意味し、具体的にここでは温度３５℃で波長４０５ｎｍであるものとしている。図３０は、ＤＶＤＴＹＰ効率、すなわち、ＤＶＤ等に対応する第２の波長の最大回折次数の環境中心状態における回折効率の分布を示す図である。図３１は、ＣＤＴＹＰ効率、すなわち、ＣＤ等に対応する第３の波長の最大回折次数の環境中心状態における回折効率の分布を示す図である。図３２は、ＢＤＦａｋｅ１ＭＡＸ、すなわち、第１の波長の第一不要光の回折効率の分布を示す。図３３は、ＤＶＤＦａｋｅ１ＭＡＸ、すなわち、第２の波長の第一不要光の回折効率の分布を示す。図３４は、ＣＤ効率変動、すなわち、第３の波長の相対効率変動の分布を示す。
【０１５１】
図２９〜図３４中横軸は、デューティー比ηを示し、縦軸はスロープ量δを示す。図２９中ＲＢＴ０１〜ＲＢＴ０６は、第１波長λ１の環境中心状態の回折効率％の範囲の分布を示すものである。そして、各範囲として、ＲＢＴ０１は、９６％−９８％であり、ＲＢＴ０２は、９４％−９６％であり、ＲＢＴ０３は、９２％−９４％であり、ＲＢＴ０４は、９０％−９２％であり、ＲＢＴ０５は、８８％−９０％であることを示す。また、ＲＢＴ０６は、８６％−８８％である。
【０１５２】
図３０中ＲＤＴ０１〜ＲＤＴ０８は、第２の波長λ２の環境中心状態の回折効率％の範囲の分布を示すものである。そして、各範囲として、ＲＤＴ０１は、７９％−８１％であり、ＲＤＴ０２は、７７％−７９％であり、ＲＤＴ０３は、７５％−７７％であり、ＲＤＴ０４は、７３％−７５％であり、ＲＤＴ０５は、７１％−７３％であることを示す。また、ＲＤＴ０６は、６９％−７１％であり、ＲＤＴ０７は、６７％−６９％であり、ＲＤＴ０８は、６５％−６７％である。
【０１５３】
図３１中ＲＣＴ０１〜ＲＣＴ１１は、第３の波長λ３の環境中心状態の回折効率％の範囲の分布を示すものである。そして、各範囲として、ＲＣＴ０１は、６５％−６７％であり、ＲＣＴ０２は、６３％−６５％であり、ＲＣＴ０３は、６１％−６３％であり、ＲＣＴ０４は、５９％−６１％であり、ＲＣＴ０５は、５７％−５９％であることを示す。また、ＲＣＴ０６は、５５％−５７％であり、ＲＣＴ０７は、５３％−５５％であり、ＲＣＴ０８は、５１％−５３％であり、ＲＣＴ０９は、４９％−５１％であり、ＲＣＴ１０は、４７％−４９％であり、ＲＣＴ１１は、４５％−４７％である。
【０１５４】
図３２中ＲＢＦ０１〜ＲＢＦ１１は、第１の波長λ１の不要回折光の回折効率％の範囲の分布を示すものである。そして、各範囲として、ＲＢＦ０１は、１．０％−１．５％であり、ＲＢＦ０２は、１．５％−２．０％であり、ＲＢＦ０３は、２．０％−２．５％であり、ＲＢＦ０４は、２．５％−３．０％であり、ＲＢＦ０５は、３．０％−３．５％であることを示す。また、ＲＢＦ０６は、３．５％−４．０％であり、ＲＢＦ０７は、４．０％−４．５％であり、ＲＢＦ０８は、４．５％−５．０％であり、ＲＢＦ０９は、５．０％−５．５％であり、ＲＢＦ１０は、５．５％−６．０％である。また、ＲＢＦ１１は、６．０％−６．５％である。
【０１５５】
図３３中ＲＤＦ０１〜ＲＤＦ１１は、第２の波長λ２の不要回折光の回折効率％の範囲の分布を示すものである。そして、各範囲として、ＲＤＦ０１は、１．０％−２．０％であり、ＲＤＦ０２は、２．０％−３．０％であり、ＲＤＦ０３は、３．０％−４．０％であり、ＲＤＦ０４は、４．０％−５．０％であり、ＲＤＦ０５は、５．０％−６．０％であることを示す。また、ＲＤＦ０６は、６．０％−７．０％であり、ＲＤＦ０７は、７．０％−８．０％であり、ＲＤＦ０８は、８．０％−９．０％であり、ＲＤＦ０９は、９．０％−１０．０％であり、ＲＤＦ１０は、１０．０％−１１．０％であり。また、ＲＤＦ１１は、１１．０％−１２．０％である。
【０１５６】
図３４中ＲＣＨ０１〜ＲＣＨ１０は、第３の波長λ３の相対効率変動量の範囲の分布を示すものである。そして、各範囲として、ＲＣＨ０１は、−１％−０％であり、ＲＣＨ０２は、０％−１％であり、ＲＣＨ０３は、１％−２％であり、ＲＣＨ０４は、２％−３％であり、ＲＣＨ０５は、３％−４％であり、ＲＣＨ０６は、４％−５％であることを示す。また、ＲＣＨ０７は、５％−６％であり、ＲＣＨ０８は、６％−７％であり、ＲＣＨ０９は、７％−８％であり、ＲＣＨ１０は、８％−９％である。
【０１５７】
以上の図２９〜図３４の傾向性を外挿し、ＢＤ効率８６％に相当する部分を計算すれば、δ＜０．１５と考えられる。またＣＤの効率変動量より、η＜１．１１と考えられる。これは、ＢＤ効率を示す図２９の分布によれば、効率は、ηに依存しにくく、δに依存している傾向があるからである。また、ＣＤの効率変動量を示す図３４によれば、ＣＤの効率変動量は、ηに依存する傾向があり、さらに図中分布からη＜１．１１が想定できるからである。
【０１５８】
図２９〜図３４の傾向性から想定できるδ＜０．１５、η＜１．１１を確認するために、δ＝０．１５、η＝１．１１とした例を「η・δ限界構成として」表３及び表４に示している。ここで、各設計のパラメータを表３に示すとともに、各構成例の効率や信号比を表４に示す。ここで、η・δ限界構成の深さは５１８０ｎｍである。このときのＣＤ効率変動は、長波長・高温側（＋５ｎｍ、７０℃）で−１０％となっており、限界値となる。ここで回折構造全体深さをｄとした場合、元の被重畳側の深さをｄ０とすれば、ｄ＝（１＋δ／（ｓ＋１））ｄ０の関係がおおよそ成立する。実際には全体深さは、図１７と同等の図を描き、不要光バランスを加味して調整を行ったほうが全体最適となる。
【０１５９】
【表３】
2011141909.tif 000008
【０１６０】
【表４】
2011141909.tif 000009
【０１６１】
以上のように、上述の様な図８（ａ）に示すような第１の回折領域５１に設けられる第１の回折構造は、スロープ量を示すδが０＜δ＜０．１５であることによりＢＤ不要光を抑えてＢＤ効率も高く保持できるとともに、ＣＤ効率も高く保持できる。尚、このδは、階段状回折構造の高さをｄ０とし、階段状回折構造の１周期においてブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計をｄ０×δと定義されるものである。また、後述のように、重畳されるブレーズ構造の周期が、階段状回折構造の周期のｍ倍の周期であったとき、スロープ量δは、０＜δ＜０．１５／ｍを満たせば同様の効果が得られる。また、図８（ａ）に示すような第１の回折領域５１に設けられる第１の回折構造は、デューティー比を示すηが０＜η＜１．１１であることによりＣＤの温度変動時の効率変動量を抑えることができる。
【０１６２】
＜２倍スロープ構造＞
ここでは、上述したスロープ付与改善構成の変形例について説明する。尚、以下で説明する問題点は光ディスク装置のシステムにより改善可能なものであるが、以下で説明する「２倍スロープ構造」の場合は回折部として解決可能である。さて上述した回折格子構造はほとんどの特性が良好になるが、ＢＤにおいてはメイン光の回折効率を低減した影響により他の不要光が発生する。図３５にこの概略図を示した。図３５（ａ）は、フォーカスサーチ時のフォーカスエラー信号を示し、ＬＦＯＳＳは、信号面正規信号を示し、ＬＦＯＨＳは、表面正規信号を示し、ＬＦＯＳＦは、信号面不要信号を示す。図３５（ｂ）は、フォーカスサーチ時の和信号を示し、ＬＲＳＳは、信号面正規信号を示し、ＬＲＨＳは、表面正規信号を示し、ＬＲＳＦは、信号面不要信号を示す。図３５によれば、表面正規信号の右側に信号面からの不要信号が生じているのが見てとれる。この信号はフォーカスサーチ中に表面信号を認識するのに障害となる可能性があるため、なるべく減らしておきたいという要求がある。以後、この問題の信号を「遠方不要信号」という。上述した図８（ａ）に示すスロープ構造においては、遠方不要信号とＢＤの隣接不要信号との関係性はトレードオフであり、両立する解を得られない。実際に、そのときの環境変動時の最悪温特遠方不要信号の量を上述の表３、表４に示した。表４において遠方不要信号の量は表面信号の量を元に規格化されている。なお、そのときの反射率はＢＤの一層メディアを想定している。表４における遠方不要信号の和信号数値は表面信号よりもだいぶ大きく、位置もさほどずれていないことからフォーカスサーチ中に影響を与える可能性がある。
【０１６３】
この問題を解決する手法の一つが、先ほどのスロープを二倍の本数とする構造である（以下、「２倍スロープ付与改善構成」ともいう。）。この例を図３６に示した。図３６におけるスロープ量はやはり全体をあらかじめ１としたときに付与される傾斜部分の高さ合計値である。具体的には図３６では、δ＝０．２、デューティー比η＝１．０９、全体深さ５０９０ｎｍである。この際の各効率値を表３及び表４に示した。表４より、遠方不要信号の影響を低減した上でバランスよく隣接不要光が低減されていることが確認できる。このとき、ここでは２倍の本数となる周期構造を仮定したが、３倍や４倍であっても良い。
【０１６４】
２倍スロープ構造はさらに遠方に生じる遠遠方不要信号の比率が増大するため、多少運用には工夫を要する可能性がある。また二倍のスロープを形成するのは実際には種々の成型リスクが生じる可能性を否定できない。この点を解決したのが次項に示す複数周期スロープ構造である。
【０１６５】
２倍スロープ構造は、図３７（ａ）に示すようなステップに対して図３７（ｂ）に示すブレーズと図３７（ｃ）に示すバイナリーを重畳したような図３７（ｄ）に示すような構造を持つ。不等間隔の場合は、ステップにバイナリーを重畳したものを不等間隔化し、ブレーズを重畳して形成できる。この際、図３６に示すように各スロープの高さが等しくなるためには、図３７において、δｓ＝（ｓ＋１）δｂが成り立っている。ここでｓはステップ数である。また全体のスロープ高さδは、δｓとδｂによって、δ＝δｓ＋（ｓ＋１）δｂで表される。特に図３７のように各スロープ高さが同一ならば、δ＝２δｓである。
【０１６６】
以上のように、回折部５０を構成する第１の領域５１に設けられる第１の回折構造として、上述の図８（ａ）に示す回折構造に換えて、図３６及び図３７（ｄ）に示す２倍スロープ構造の回折構造を設けるように構成してもよい。かかる第１の回折構造は、光軸を中心とした輪帯状の回折構造が基準面に対して設けられる構成とされる。そして、図３６及び図３７（ｄ）に示す第１の回折構造は、傾斜付き階段状回折構造とされ、この傾斜の方向が、ステップ高さが増大する方向と逆方向で増大する構造とされている。かかる第１の回折構造は、図３７を用いて上述したように階段状回折構造に１つのブレーズ構造が重畳されるとともにさらにバイナリー構造が重畳された構造である。尚、図３７では等間隔の階段状回折構造に重畳するようにしたが、幅が不等間隔とされた不等間隔階段状回折構造であってもよく、かかる場合には、バイナリー構造が、階段状回折構造の各段の幅に対応して不等間隔とされたバイナリー構造となる。換言するとバイナリー構造における凹凸の１周期の幅が不等間隔階段状回折構造の各ステップの幅に一致され、１周期内の凹部と凸部とは同じ幅となるように構成されている。
【０１６７】
なお、２倍スロープ構造におけるηとδの限界については、上述の通常スロープを元に簡単に計算することが出来る。まず、図２９〜図３４において、η＝１に関しては、深さが最良となる点が見つからないために暫定で設定した深さを用いており、ηとδの関係性を見積もる上では無視すべきである。この結果、ηとδの効果に関しては各々ほぼ独立しているとみなせる。まず、ＣＤの温特効率変動量を考えるに、これはηの影響を強く受ける項目であり、δにほとんど依存しない。この結果、１０％の変動量を保てるレベルは上述の通常スロープと同様、η＜１．１１が成立する。次にδであるが、本構成におけるバイナリーは非常に細かいため、実質的に正規回折光や隣接次数光に影響を与えない。すなわち、ブレーズ部分だけがδに寄与する。よって、δｓ＜０．１５が成立する。各スロープの高さが同じ場合、δ＝２δｓ＜０．３となる。
【０１６８】
以上のように、図３７（ｄ）に示すような第１の回折構造は、２段スロープ付与改善構成により、ＢＤ不要光を十分に低減できるとともに、ＣＤ効率を高く保持することができ、且つ遠方不要信号を低減してフォーカスサーチの際の悪影響を防止できる。更に、かかる２段スロープ付与改善構成においても、ステップ幅改善構成と組み合わせることにより環境変動の際の不要光の効率を低減でき、特にＤＶＤ不要光を低減できる。以上のような第１の回折構造を有する回折部５０及び対物レンズ３４は、回折部による不要回折光が温度や波長の変動により増大してサーボが不安定となることを防止する。よって、回折部５０及び対物レンズ３４は、記録再生特性の劣化を防止して、良好な記録再生特性を実現して、すなわち簡易な構成で良好な３波長互換を実現する。
【０１６９】
＜複数周期スロープ構造＞
図３８に複数周期におけるスロープ構造を示した。本構造においては、たとえば２周期にわたってｘに比例した高さを足し合わせたような構造となる。すなわち、図３８（ａ）に示す階段状回折構造に対して図３８（ｂ）に示す２倍周期のブレーズ構造を重畳することで、図３８（ｃ）に示すようなスロープ付与構造が得られる。図３８に示すような回折構造を、複数周期スロープ付与改善構成ともいう。このときの効果は、遠方不要信号を増大させることなく、ＢＤの不要隣接信号を低減できる点にある。一般にこの構造のみではＢＤ不要隣接信号の低減効果が薄いため、通常のスロープ構造と共に用いられる。これを図３９に示した。すなわち、図３８（ｃ）と同じ図３９（ａ）の回折構造に、図３９（ｂ）のような、階段状回折構造と同周期のブレーズ構造を重畳することで、図３９（ｃ）に示すようなスロープ複合付与構造が得られる。このときのスロープ量の定義は複数周期に対するスロープ量δｍと１周期に対するスロープ量δｓの二つのパラメーターで表される。例えば、δｍ＝０．０３、δｓ＝０．０６、η＝１．０９、深さ５０９０ｎｍとすれば、図４０に示すような２単位形状を持つ。以後これを「スロープ複合付与改善構成」という。そのときの各効率値を上述の表３及び表４に示している。隣接不要信号を低減しつつ、ある程度遠方不要光も低減できており、さらに遠遠方不要光の問題も少ない解となっている。なおこの構造の場合、両者の傾斜方向の和はやはりステップの増大方向と逆方向に増大傾向であることは不変である。
【０１７０】
以上のように、回折部５０を構成する第１の領域５１に設けられる第１の回折構造として、上述の図８（ａ）や図３７（ｄ）に示す回折構造に換えて、図３９（ｃ）及び図４０に示すスロープ複合付与改善構成を設けるように構成してもよい。かかる第１の回折構造は、光軸を中心とした輪帯状の回折構造が基準面に対して設けられる構成とされる。そして、図３９（ｃ）及び図４０に示す第１の回折構造は、傾斜付き階段状回折構造とされ、この傾斜の方向が、ステップ高さが増大する方向と逆方向に増大する構造とされている。かかる第１の回折構造は、図３８〜図４０を用いて上述したように階段状回折構造に、この階段状回折構造と同一周期のブレーズ構造と、階段状回折構造の整数倍周期のブレーズ構造とからなる２つのブレーズ構造が重畳されている。ここで、以下のように各値を設定した場合に関係式０＜δｍ×ｍ＋δｓ＜０．１５を満たす。すなわち、整数倍周期のブレーズ構造における整数倍は、ｍ倍とする。階段状回折構造の高さをｄ０とし、階段状回折構造の１周期において同一周期のブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計をｄ０×δｓとする。また、階段状回折構造の１周期において整数倍周期のブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計をｄ０×δｍとする。
【０１７１】
なお、スロープ複合付与構造におけるηとδの限界についても、上述の２倍スロープと同等に考えることが出来る。すなわち、ηに関しては通常スロープと同様、η＜１．１１が成立する。またδであるが、ここではｍ倍の周期となる構造を採用している。この形状はのこぎり波であるからフーリエ級数展開を行うと、次式（５）のようになる。このことはある周期Ｔ０を持つ鋸波と比べ、ｍ倍の周期ｍ×Ｔ０を持つ鋸波においてはＴ０周期の成分がｍ倍相当となることを示している。このため、Ｔ０と同等の不要光低減効果をｍ倍周期ののこぎり波で行う場合、１／ｍの深さを必要とすることになる。一方、１倍の周期を持つδsに関しては通常スロープと同等に考えられるから、各鋸波のＴ０と同一の成分を足すことによって、０＜δｍ×ｍ＋δｓ＜０．１５が成立することとなる。特にδｓ＝０の場合、０＜δｍ＜０．１５／ｍとなる。
【０１７２】
【数４】
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【０１７３】
＜そのほかの応用構造について＞
そのほかの応用構造として、いくつかの段のスロープ量を変動させることで選択的に効率と不要光レベルとを調整することが出来る。たとえば第１ステップ・第７ステップのみにスロープをδ＝０．１と同等の傾きを入れ、第２〜第６ステップを水平とすることで、前述の遠方不要光を著しく低減した上で、ＤＶＤ不要光をある程度抑えるような設計を行うこともできる。これは各ステップに導入するスロープ量が同等でも、各々のステップによって生じる不要光低減効果が異なるからである。前述したとおり、「スロープ付与改善構成」では遠方不要光が発生しており、これを低減することを考える。第１・第７ステップにおいては水平に近くしても遠方不要光は減少しない。一方、第２〜第６ステップに対しては水平にすることで遠方不要光がいずれも低下する。これが上記構造が選択的に遠方不要信号を低減できる組み合わせとなっている理由である。また、第２・第６ステップではより第一不要光が生じやすく、第４ステップではより第二不要光が生じやすい。また第３・第５ステップにおいては両者が同等に生じる。これを利用して各不要光のバランスをとることでより最適な設計も行える。例えば、スロープ付与改善構成において更なる改善を行う場合、第２・第６ステップのスロープ量を増大（１．２５倍）させ、第４ステップのスロープ量を低減（０．５倍）すれば図２７においてネックとなっている高温長波長第一不要光を低減することも可能となる。
【０１７４】
＜単位周期について＞
また、ＢＤ・ＤＶＤ・ＣＤ各々にとって整数倍波長光路差となる、約７３００ｎｍの段差を周期ごとに加算して付与しても良い。このことによって単位周期が異なって、あるいは存在しないように見えることもある。
【０１７５】
＜重畳構造との関係＞
上述のように、図８、図２３、図３６〜図３９で示した傾斜付き階段状回折構造は、階段状回折構造にスロープを重畳したともみなせる。すなわち、かかる傾斜付き階段状回折構造は、付加するスロープの周期自体にはさほど大きな制限はないため、位相差関数＝０をもったＢＤ：ＤＶＤ：ＣＤ＝０：０：０次となるブレーズ回折構造を重畳したものとみなせる。本手法においては、他の位相差関数を持った構造を重畳するのではなく、位相差関数を持たないブレーズを重畳することとしていることから、位相差関数を持った構造を重畳する構成における複数の問題に対して極めて有効に改善を行うことができる。
【０１７６】
ここで、かかる問題点として第一から第三の問題を説明する。第一に、他の位相差関数を持った重畳構造においては、回折構造が深くなることが原理的に避けられないため、さまざまな問題が生じやすい。深さが深くなることで、波長変動や温度変動による擬似深さ変動量も大きくなるから、環境耐性は悪化する。また、成型が困難になり、所望の効率を得られないという問題も生じうる。第二に、他の位相差関数を重畳した場合、理想位相形状と回折格子によって与えられる位相間のギャップが大きくなる。これは形状が複雑になるほど顕著であり、その分効率が原理的に低下する。第三に、他の位相差関数を重畳する場合、得られる効率値と位相差関数の形状は切り分けができない。このため設計においては所望の解を得るまでに多くの設計工数が必要となる。本手法による変更は設計次数に影響を与えないため、きわめて設計変更が容易である。
【０１７７】
以上のような問題点を解消するという利点を持つためには、位相差関数０が近似的に与えられ、巨視的には位相状態が変化しないようにしなくてはならない。このためにブレーズとしてみた場合に、ＢＤの次数の絶対値は１以下でなくてはならない。ＢＤ１次の場合のブレーズ高さが、ｈ＝λ／（ｎ−１）であることから、上述のような傾斜付き階段状回折構造を構成するための重畳ブレーズ高さは、ｈ＜λ／（ｎ−１）を満足することになる。ここで、回折構造全体深さをｄとした場合、元の被重畳側の深さをｄ０とすれば、ｄ≒（１＋δ／（ｓ＋１））ｄ０であって、ｈを上述のδで表せば、ｈ＝δｄ０≒δｄ／（１＋δ／（ｓ＋１））となる。
【０１７８】
また、上述の回折構造の構成は、隣接不要信号の削減という目標をも達成するために所定の傾斜方向で所定の高さのブレーズを重畳することにより構成されるものであり、単に効率のみを重視してスロープを設けるという構成とは異なるものである。すなわち、単にＢＤにおける効率を上昇させるための手段として構成する場合には、スロープ方向はベースとなるステップ構造と同方向に構成される。しかし、本傾斜付き階段状回折構造では、スロープ方向がベースとなるステップ構造とは逆方向でなくては不要信号の低減ができないことに鑑み、かかる構成をとっている。すなわち、本発明を適用した対物レンズを構成する回折部５０の第１の回折領域５１においては、傾斜付き階段状回折構造の傾斜の方向が、ステップ高さが増大する方向と逆方向で増大する方向であることが必須である。
【０１７９】
＜その他の次数に対するスロープについて＞
上述では内輪帯部における各回折次数が（ＢＤ：ＤＶＤ：ＣＤ）＝（１：−２：−３）の場合について説明したが、他の次数を選択した場合においても同様となる。例えば、（ＢＤ：ＤＶＤ：ＣＤ）＝（１：−１：−２）、（０：−１：−２）、（０：−２：−３）、（２：−１：−２）、（１：−３：−４）などでも同様の効果を得ることができる。また、各次数に対して（２：１：１）のブレーズを重畳の上、同様の事を行っても問題ないから、（３：０：−１）、（２：０：−１）、（２：−１：−２）、（３：０：−１）、（３：−２：−３）などを用いてもよい。ただし、いずれの場合にも、ブレーズの方向はステップ増大方向に対して逆方向に減少するブレーズでなくてはならない。これは、すべての構造において隣接次数と使用次数の隣接関係性が同等であり（深くなると＋次数の不要光が発生する）、この場合には逆ブレーズをつけないとＢＤ不要光を低減できないことに起因する。
【０１８０】
＜実際のレンズ上の回折構造＞
上述の手法によって設計・構成された例えば図２４の基本回折構造を実際にレンズへ転写する手法について、説明する。まず予め、図２４の形状を横軸ｘ、縦軸深さｄとなっているものをそのまま横軸位相φ、縦軸深さｄとし、各々の節点の座標（φｎ，ｄｎ）を保持する。これは図２４の形状はφ＝ｘなる線形位相を表現するものであり、実際は横軸を位相と読み替えてよいためである。上述の手法を図４１に示した。すなわち、図４１（ａ）は、横軸に半径方向の位置ｘを示し、縦軸に位相φを示す図２４（ａ）に対応する図であり、図４１（ｂ）は、接点座標自体は保持して、横軸を位相φ、縦軸を深さｄと読み替えたものである。
【０１８１】
次に、回折部が設けられたレンズ（以下「回折レンズ」ともいう。）の回折部によって、与えるべき位相差関数φが決定される。その位相φは位相差関数係数Ｃｉを用いて、次式（６）のようになる。
【０１８２】
【数５】
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【０１８３】
ここで、λ０は、製造波長を示し、ｋは、回折次数を示し、ｒは、レンズ半径位置を示す。このφは、設計波長λ０にとっての位相を表すので、次式（７）としたφ’とφの与える位相とはまったく同一である。ここで、ｌは整数である。
φ’＝φ−ｌ    ・・・（７）
【０１８４】
よって図４２（ｂ）に示すように、各位相を整数で折り返すことで各周期の境界域を定めることができる。次に、先程保持した（φｎ、ｄｎ）を用いて各段の節点を求め直線で結ぶことで想定した位相を持つ形状を得ることができる。この一連の操作を図４２に示した。
【０１８５】
また、実際のレンズに対しては回折構造を構成するにあたり、一般的には深さの補正も行われる。これは、射出光線の光線角度からその分だけ回折構造深さを調整する手法であり、３波長対物レンズにおいてはＢＤに対応する第１の波長λ１の射出光線角度から補正がなされる。すなわち、通常の回折レンズの回折構造深さをｄとすれば、補正後の深さｄ’は、ＢＤの入射面射出角度をθ、ＢＤ波長に対するレンズ屈折率をｎ１として、次式（８）の関係が成立する。これを逆用すると、本特許の使用の有無がわかる。
【０１８６】
【数６】
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【０１８７】
＜実際のレンズの位相との関係＞
具体的に、実際のレンズの位相との関係について（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−２，−３）の場合を例に挙げて説明する。すなわち、上述のブレーズ等が重畳される前の階段状回折構造は、設計位相差関数にしたがってレンズ上に形成される階段状回折構造であるが、かかる構成について具体的に説明する。形成される回折格子形状は、式（８）の深さ分の補正分を除くと、周期毎の整数倍位相分を考慮して第１レベル、第４レベル、第５レベルの開始点位置を結ぶことによって、本来の位相量を想定することができる。これは、第４レベルの両端と第１レベル始点位置をずらすことは、図１６の位相結果を見ると望ましくないためである。仮に第４レベル両端をずらす場合にも、あまり大きく動かさないため全体への影響が少なく、推定に影響がない。また、上述の式（６）は、一般的にｊ＝５程度で十分に近似できる。よって、図４３に示すように少なくとも３周期程度の回折構造があればｊ＝５程度で位相量を近似し、位相量を推定し、本手法が適用されているか確認できる。
【０１８８】
図４３の確認法を以下のように逐次説明する。まず、形成されている回折構造は、式（８）による補正がなされているので、射出光線角度を推定し式（８）の逆算を行う。次に、階段状形状の段部傾斜が生じている場合には、各段の傾斜量からδを推定できる。こののち、δ分を差し引くことによって、２番目に示された図４３（ｂ）に示すように、深さは一定となる。次にこの２番目の図４３（ｂ）において第１レベル、第４レベル、第５レベルの開始点位置ＲＬ１Ｓ，ＲＬ４Ｓ，ＲＬ５Ｓから、ｘ方向の位置を決定する。ここでは、例えば図４３（ｂ）に示すようにｘ１，ｘ４，ｘ５，ｘ１’，ｘ４’，ｘ５’として算出する。
【０１８９】
次に、３番目に示された図４３（ｃ）に示すように、最大位相量を１とし、各レベルの位相量を、第Ｎレベル始点で（Ｎ−１）／７、すなわち、第１レベル始点で０、第４レベル始点で３／７、第５レベル始点で４／７となるよう、各位相量を決定していく。これは、図４３中の白丸で示している点である。
【０１９０】
次に、４番目に示された図４３（ｄ）に示すように、第ｍ周期目においてはｍ−１の位相量が本来位相差関数には付与されているため、その分を足し戻す。換言すると、図４２で示した剰余演算動作の逆の操作をするものであり、各周期の位相整数倍を加算して、図４３（ｃ）から図４３（ｄ）のようにする。この図４３（ｄ）上で先程決定した位相点φＬ１Ｓ、φＬ４Ｓ、φＬ５Ｓ、φＬ１Ｓ’、φＬ４Ｓ’、φＬ５Ｓ’を結ぶことで、位相差関数φ（Ｘ）を推定できる。尚、φＬ１Ｓは、上述した０であり、φＬ４Ｓは、上述した３／７であり、φＬ５Ｓは、上述した４／７である。また、φＬ１Ｓ’は上述の足し戻しにより７／７であり、φＬ４Ｓ’は上述の足し戻しにより１０／７であり、φＬ５Ｓ’は上述の足し戻しにより１１／７である。また、これらの足し戻し完了後の位相量φＬ１Ｓ、φＬ４Ｓ、φＬ５Ｓ、φＬ１Ｓ’、φＬ４Ｓ’、φＬ５Ｓ’を想定位相量ともいう。また、式（６）を用いて説明したように、当該位相差関数φ（Ｘ）はφ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０・・・の関係を満足している。上述の横軸方向（Ｘ方向）の位置ｘ１，ｘ４，ｘ５，ｘ１’，ｘ４’，ｘ５’と、縦軸方向の位置（想定位相量）φＬ１Ｓ、φＬ４Ｓ、φＬ５Ｓ、φＬ１Ｓ’、φＬ４Ｓ’、φＬ５Ｓ’とからＣ１〜Ｃ５が具体的に決定し、φ（Ｘ）の近似した関係式が算出される。上述したとおり、この推定はｊ＝５程度で十分であり、ゆえに６点以上の白点があれば推定できる。よって、１周期内で３点（第１レベル、第４レベル、第５レベルの開始点）が得られるので、少なくとも２周期以上あれば推定可能である。上述では隣接する２周期で推定しているが、周期数は多ければ多いほど正確さが増す。
【０１９１】
最後に、５番目に示された図４３（ｅ）に示したとおり、残りの第２レベル始点・第３レベル始点・第６レベル始点・第７レベル始点において、φとの乖離を見ることによって、本手法の使用の有無を確認できる。換言すると、上述した図４３（ｂ）で白点で示した第１、第４、第５レベル開始点からｘ１，ｘ４，ｘ５・・・を得るのと同様に、第２、第３、第６、第７レベル開始点からｘ方向の位置ｘ２，ｘ３，ｘ６，ｘ７・・・を得ておく。そして、図４３（ｅ）に示すように、φ（Ｘ）を示す曲線と、それぞれ横軸方向（ｘ方向）の位置ｘ２，ｘ３，ｘ６，ｘ７との交点における縦軸方向の位相量をφ（ｘ２），φ（ｘ３），φ（ｘ６），φ（ｘ７）とする。その一方で、図４３（ｂ）の黒丸で示した第２、第３、第６、第７レベル開始点における具体的な縦軸方向の位置で示される光路差位相量φ２，φ３，φ６，φ７とする。これら位相量は第２レベル始点でφ２＝１／７、第３レベル始点でφ３＝２／７、第６レベル始点でφ６＝５／７、第７レベル始点でφ７＝６／７である。なお、これは図４３（ｂ）の各段の高さが等間隔の場合であって、不等間隔の場合にはその値に比例して位相を分割した値となる。これらの光路差位相量φ２、φ３、φ６、φ７と、φ（Ｘ）の関係式で得られるφ（ｘ２）、φ（ｘ３）、φ（ｘ６）、φ（ｘ７）との関係により本手法を採用した構成であるか、否かを確認することができる。すなわち、上述した「不要信号低減−回折構造形状変更について」で図１６（ｅ）を用いて説明したように、第１レベルと第７レベルのピッチを狭めた場合を例にすると、次の関係が成立する。すなわち、かかる場合には、関係式｜φ２｜＞｜φ（ｘ２）｜、関係式｜φ７｜＜｜φ（ｘ７）｜が成立することとなる。さらに、第３レベル開始点を第２レベル開始点側に移動させることにより、位相の平坦性を実現する場合には、関係式｜φ３｜＞｜φ（ｘ３）｜が満足することとなる。また、第６レベル開始点を第７レベル開始点側に移動させることにより、位相の平坦性を満足する場合は、関係式｜φ６｜＜｜φ（ｘ６）｜が満足することとなる。換言すると、関係式｜φ２｜＞｜φ（ｘ２）｜、関係式｜φ３｜＞｜φ（ｘ３）｜、関係式｜φ６｜＜｜φ（ｘ６）｜、関係式｜φ７｜＜｜φ（ｘ７）｜のうち少なくとも一の関係式を満足すると、平坦性を向上できるといえる。よって、上述の関係式の少なくとも一を満足することで、温度、波長等の環境変動によらず良好な信号を得ることができ、良好な記録再生特性を実現できる。
【０１９２】
さらに、図４４に通常構成で得られるφの予想位相に対して、改善構成で得られる各開始段の位相を示した。この図４４より第２レベル開始点ＰＸＬ２Ｓの位相は想定のφよりも大きくなる。また、第７レベル開始点の位相ＰＸＬ７Ｓは想定のφよりも小さくなる。この図４４は、図１６（ｅ）に対応したものである。また、上述したように、かかる改善手法は、図１６に示すように、位相状態から第３レベル始点を−ｘ側に、第６レベル始点を＋ｘ側に動かしても実現できる。そのため、第３レベル開始点の位相ＰＸＬ３Ｓは想定のφよりも大きくしたり、また、第６レベル開始点の位相ＰＸＬ６Ｓを想定のφよりも小さくしたりしても実現できる。また、上述では半径位置と位相差量の関係を示す関係式φ（Ｘ）について、第２レベル、第３レベル、第６レベル、第７レベル開始点以外のものを用いるようにしたが、これに限られるものではない。すなわち、ここで述べたように第３レベル及び第６レベルを改善構成に用いていないと予め判明している場合には、第２レベル及び第７レベル開始点以外のものを用いてφ（Ｘ）の関係式を算出すればよい。
【０１９３】
上述では（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−２，−３）の場合を例に挙げ説明したが、他の次数に関しては、極性に応じた方向によってピッチを変動させる。他の次数としては、例えば上述したように、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）が（１、−１、−２）、（０、−１、−２）、（０、−２、−３）、（２、−１、−２）の組み合わせが挙げられる。
それぞれの次数組み合わせの正負極性に関しては、正規回折光次数に対する隣接不要回折次数の正負によって規定されるものである。すなわち、ＢＤに対応する第１の波長λ１において正規回折次数−不要隣接回折次数が負であれば極性は負となり、逆に正規回折次数−不要隣接回折次数が正であるならば極性は正となる。これは、等間隔階段形状とされた通常構成の位相状態等を参照することからこの傾向を導き出すことができる。すなわち、図１６において、特にＤＶＤに対応した第２の波長λ２について着目すると、位相図が右肩下がりである場合には両端ピッチの減少により、全体を平坦に近くすることができる。例えば、これは、図１６に示されている。一方、右肩上がりである場合には、その逆であり、両端ピッチの増大により、全体を平坦に近くすることができる。ここで、右肩上がりとは、ｘ＝０からｘ＝１に移り変わるにつれて位相が上昇することを意味し、右肩下がりとは、ｘ＝０からｘ＝１に移り変わるにつれて位相が下降することを意味する。この位相図の傾き方向は、正規光の深さに対する効率傾き（ｄＥｆｆ／ｄＤ）を示す。図９にも示されているように、正規光がｄＥｆｆ／ｄＤ＝０となる深さのとき隣接不要光はいずれも０となり、それ以外では正規光のｄＥｆｆ／ｄＤの正負によってより大きな隣接回折光の次数が入れ替わる。このため、正規回折光次数に対する隣接不要光回折次数の正負が、改善するためのピッチ増減の正負と対応することとなる。
【０１９４】
以上の点をまとめると、３波長互換対物レンズを構成するに際して、次式（９）と、次式（１０）若しくは次式（１１）とを満たすこと、又は、次式（１２）と、次式（１３）若しくは次式（１４）とを満たすことにより、不要光の影響を避けることができる。ここで、かかる３波長互換対物レンズが有する内輪帯である第１の領域５１の回折構造のブレーズ等が重畳される前の階段状回折構造は、（Ｎ１−１）ステップＮ１レベルの階段状回折構造である。式中ｋ１ｉｍ、ｋ２ｉｍ、ｋ３ｉｍは、それぞれ上述したｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉと同じものを示しており、すなわち、第１の領域５１の回折構造における第１乃至第３の波長λ１，λ２，λ３のそれぞれに対して最大の回折効率を有する次数を示す。また、ｋ１ｉｓは、ｋ１ｉｍに隣接する次数のうち、回折効率が大きい方の次数を示し、ｋ２ｉｓは、ｋ２ｉｍに隣接する次数のうち、回折効率が大きい方の次数を示し、ｋ３ｉｓは、ｋ３ｉｍに隣接する次数のうち、回折効率が大きい方の次数を示す。また、各式中のφｉ（ｘ２）及びφｉ（ｘＮ１）は、次の手順により算出する。第１の領域５１の回折構造による第１の波長λ１に対する光路差位相量φｉを階段構造の複数周期における、各周期の位相整数倍分を足し戻すことにより各想定位相量を得る。得られた各想定位相量のうち、各周期の第２レベル、第Ｎ１レベル以外のレベルの開始点位置の想定位相量を結ぶことにより、半径方向の位置Ｘに対する光路差位相量φｉ（Ｘ）を近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出する。φｉ（ｘ２）及びφｉ（ｘＮ１）は、半径方向の位置ｘ２，ｘＮ１から関係式で得られる値である。具体的に、φｉ（ｘ２）は、この関係式φ（Ｘ）の右辺のＸに第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２を入れることで算出される値である。φｉ（ｘＮ１）は、この関係式φｉ（Ｘ）の右辺のＸに第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１を入れることで算出される値である。その一方で、このφｉ（ｘ２）と比較するφｉ２は、第２レベルの開始点位置における光路差位相量である。また、このφｉ（ｘＮ１）と比較するφｉＮ１は、第Ｎ１レベルの開始点位置における光路差位相量である。
ｋ１ｉｍ−ｋ１ｉｓ＞０  ・・・（９）
｜φｉ２｜＜｜φｉ（ｘ２）｜  ・・・（１０）
｜φｉＮ１｜＞｜φｉ（ｘＮ１）｜  ・・・（１１）
ｋ１ｉｍ−ｋ１ｉｓ＜０  ・・・（１２）
｜φｉ２｜＞｜φｉ（ｘ２）｜  ・・・（１３）
｜φｉＮ１｜＜｜φｉ（ｘＮ１）｜  ・・・（１４）
【０１９５】
＜中輪帯における構成＞
上述の回折構造形状変更は、内輪帯（第１の領域５１）を例にとり、構成を説明したが、かかる手法は、中輪帯（第２の領域５２）においても同様に適用できるものである。中輪帯においても当該不等間隔改善手法やスロープ付加改善手法を採用することで、さらに、環境変動に強い構成や、ＤＶＤの全体効率を上げ、不要信号を相対的に低減することができる。
【０１９６】
＜温度・波長変動による回折不要光の増大防止の手法のまとめ＞
以上のような手法が採用されて所定の回折構造で構成される第１の領域５１は、３波長互換対物レンズにおいて、解決が困難であった、環境変動時の不要回折信号による悪影響を低減できる。これにより、第１の領域５１を備える回折部５０及び対物レンズ３４は、単一の対物レンズで２層光ディスクを含む複数種類の光ディスクに対して記録及び／再生を行う光ピックアップを実現する。
【０１９７】
すなわち、本発明を適用した対物レンズ３４は、第１乃至第３の領域５１，５２，５３等を有する点に特徴を有する。ここで、λ１の光ビームが第１乃至第３の領域に相当する開口径となり、λ２の光ビームが第１及び第２の領域に相当する開口径となり、λ３の光ビームが第１の領域に相当する開口径となるようにされている。また第１の領域５１には、輪帯状で且つ所定の高さを有する回折構造が形成され、この回折構造は、階段状回折構造に高さｈのブレーズ構造が重畳された構造である。ブレーズ構造の傾斜の方向は、階段状回折構造の各段の高さが増大する方向と逆方向に増大する方向である。そして高さｈは、関係式ｈ＜（λ１／（ｎ１−１））を満たし、階段状回折構造は、周期内で各段の幅及び高さが等しくされた等間隔階段状回折構造に対して幅が変化された不等間隔階段状回折構造である。かかる対物レンズ３４は、かかる一の対物レンズによりそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光する３波長互換を可能とする。また、かかる対物レンズ３４は、ブレーズが重畳される前の階段状回折構造が不等間隔である構成により、環境変動耐性を有することにより回折部５０による不要回折光が温度や波長の変動により増大してサーボが不安定となることを防止する。また、かかる対物レンズ３４は、所定の向き及び高さのブレーズが上長されることにより、λ３の効率を増大させ、λ１の不要光を低減できさらに安定したサーボを実現する。これにより、対物レンズ３４は、これを搭載した光ピックアップ３による記録再生特性の劣化を防止して、良好な記録再生特性を実現する。
【０１９８】
この際に、例えば、図８、図２３、図３８等を用いて説明したように、階段状回折構造に重畳されるブレーズ構造が１つである場合が考えられる。また、例えば、図３７を用いて説明したように、階段状回折構造に１つのブレーズ構造及びバイナリー構造が重畳される場合が考えられる。この場合には、上述の＜２倍スロープ構造＞の欄で説明したように、遠方不要信号によるフォーカスサーチ中の悪影響を防止することを実現する。さらに、例えば、図３９を用いて説明したように、階段状回折構造に重畳されるブレーズ構造が、階段状回折構造と同一周期のブレーズ構造（図３９（ｂ））と、階段状回折構造の整数倍周期のブレーズ構造（図３８（ｂ））とからなる２つである場合が考えられる。この場合には、上述の＜複数周期スロープ構造＞の欄のスロープ複合付与構造で説明したように、遠方不要信号を増大させることなく、λ１の不要隣接信号を低減して、フォーカスサーチの悪影響を防止するとともにさらに安定したサーボを実現する。
【０１９９】
また、かかる対物レンズ３４の第１の領域５１は、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）、（１、−１、−２）、（０、−１、−２）、（０、−２、−３）、（２、−１、−２）を満たす。そして、第１の領域５１は、そのブレーズが重畳される階段状回折構造が（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの非等間隔階段構造とされている。そして、ｋ１ｉｍ−ｋ１ｉｓ＞０のとき｜φｉ２｜＜｜φｉ（ｘ２）｜又は｜φｉＮ１｜＞｜φｉ（ｘＮ１）｜の関係を満足し、ｋ１ｉｍ−ｋ１ｉｓ＜０のとき｜φｉ２｜＞｜φｉ（ｘ２）｜又は｜φｉＮ１｜＜｜φｉ（ｘＮ１）｜の関係を満足する点に特徴を有する。かかる対物レンズ３４は、かかる一の対物レンズによりそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光する３波長互換を可能とする。また、かかる対物レンズ３４は、環境変動耐性を有することにより回折部５０による不要回折光が温度や波長の変動により増大してサーボが不安定となることを防止する。これにより、対物レンズ３４は、これを搭載した光ピックアップ３による記録再生特性の劣化を防止して、良好な記録再生特性を実現する。
【０２００】
さらに、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）を満足する場合には以下の構成を有することに特徴を有する。かかる対物レンズ３４は、第１乃至第３の領域５１，５２，５３等を有する点に特徴を有する。ここで、λ１の光ビームが第１乃至第３の領域に相当する開口径となり、λ２の光ビームが第１及び第２の領域に相当する開口径となり、λ３の光ビームが第１の領域に相当する開口径となるようにされている。また、第１の領域５１は、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）を満たすとともに、その重畳される前の階段状回折構造が６段差７レベルの非等間隔階段構造とされている。そして、関係式｜φ２｜＞｜φ（ｘ２）｜、関係式｜φ３｜＞｜φ（ｘ３）｜、関係式｜φ６｜＜｜φ（ｘ６）｜、関係式｜φ７｜＜｜φ（ｘ７）｜のうち少なくとも一の関係式を満足する点に特徴を有する。かかる対物レンズ３４は、かかる一の対物レンズによりそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光する３波長互換を可能とする。また、かかる対物レンズ３４は、環境変動耐性を有することにより回折部５０による不要回折光が温度や波長の変動により増大してサーボが不安定となることを防止する。これにより、対物レンズ３４は、これを搭載した光ピックアップ３による記録再生特性の劣化を防止して、良好な記録再生特性を実現する。
【０２０１】
また、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）を満足する場合には以下の構成を有することに特徴を有する。まず、階段状回折構造に重畳されるブレーズ構造が１つである場合に、重畳されるブレーズ構造の周期は、階段状回折構造の周期のｍ倍の周期であるとする。そして、階段状回折構造の高さをｄ０とし、階段状回折構造の１周期においてブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計を（ｄ０×δ）としたとき、関係式０＜δ＜０．１５／ｍを満たす点に特徴を有する。また、階段状回折構造にブレーズ構造及びバイナリ構造が重畳される場合に、重畳されるブレーズ構造の周期は、階段状回折構造と同一周期であるとする。この場合、階段状回折構造の高さをｄ０とし、階段状回折構造の１周期においてブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計を（ｄ０×δ）としたとき、関係式０＜δ＜０．３を満たす点に特徴を有する。さらに、階段状回折構造に同一周期と整数倍周期の２つのブレーズ構造が重畳される場合に、整数倍周期のブレーズ構造における整数倍は、ｍ倍であるとする。この場合、階段状回折構造の高さをｄ０とし、上記階段状回折構造の１周期において上記同一周期のブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計をｄ０×δｓとする。また階段状回折構造の１周期において整数倍周期のブレーズ構造により付与される傾斜高さの合計をｄ０×δｍとしたとき、関係式０＜δｍ×ｍ＋δｓ＜０．１５を満たす点に特徴を有する。いずれの場合にも、＜スロープ構造におけるηとδの限界について＞で説明したように、λ１の効率が十分確保でき、スポットサイズ減少等を招くことなく、良好な記録再生特性を実現する。
【０２０２】
また、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）で且つ被重畳階段状回折構造が６段差７レベルの階段構造である場合には以下の構成を有することに特徴を有する。変化された各段の幅の周期内の比率が順に（７−５η）／２：η：η：η：η：η：（７−５η）／２となり、且つ１＜η＜１．１１の関係を満たす点に特徴を有する。かかる場合には、＜スロープ構造におけるηとδの限界について＞で説明したように、λ３の温度変動の際の効率変動量を低減して、良好な記録再生特性を実現する。
【０２０３】
〔６．本発明を適用した光ピックアップに用いられる回折部の例について（〔３．〕の変形例）〕
次に、本発明を適用した光ピックアップ３に用いられる回折部５０の構成例について図６を用いて説明する。
【０２０４】
上述の〔３．〕では、図６（ａ）に示すように、対物レンズ３４の入射側の面に、３つの領域５１，５２，５３からなる回折部５０等を設けるように構成したが、これに限られるものではなく、回折部５０は、対物レンズ３４の出射側の面に設けてもよい。さらに、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、対物レンズとは別体に設けた光学素子の入射側又は出射側の面に一体に設けるように構成してもよい。
【０２０５】
例えば、図６（ｂ）に示すように、上述した対物レンズ３４から回折部５０を除いたようなレンズ曲面のみを有する対物レンズ３４Ｂと、回折部５０が一方の面に設けられ、３波長に共通の光路上に配置される回折光学素子３５Ｂとを設けるようにしてもよい。そして、この対物レンズ３４Ｂと回折光学素子３５Ｂとから集光光学デバイスを構成するようにしてもよい。
【０２０６】
上述の図６（ａ）に示す対物レンズ３４においては、対物レンズの屈折力の機能として要求される入射側の面の面形状を基準として、これに回折力の機能として要求される回折構造の面形状を合わせたような面形状が形成されていた。これに対し、図６（ｂ）に示すような別体の回折光学素子３５Ｂを設ける場合には、対物レンズ３４Ｂ自体が、屈折力の機能として要求される面形状とされる。それとともに、回折光学素子３５Ｂの一方の面に回折力の機能として要求される回折構造の面形状が形成されることとなる。
【０２０７】
図６（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｂ及び回折光学素子３５Ｂは、集光光学デバイスとして上述した対物レンズ３４と同様に機能して、光ピックアップ３に用いられることにより収差等を低減して光ピックアップの３波長互換を実現する。それとともに、対物レンズ３４Ｂ及び回折光学素子３５Ｂは、部品点数を削減して、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現するという効果を発揮する。さらに、対物レンズ３４に一体に設ける場合に比べて回折構造を複雑にすることが可能である。その一方で、上述で述べた図６（ａ）の場合は、１つの素子（対物レンズ３４）のみで、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。よって、回折部５０を対物レンズ３４に一体に設けることにより、さらなる光学部品の削減、及び構成の小型化を可能とする。尚、上述した回折部５０は、従来困難であった３波長互換のための収差補正用の回折構造を一面に設けるだけで十分であるので、上述のような屈折素子としての対物レンズ３４に一体に形成することを可能とする。これによりプラスチックレンズに回折面を直接形成する構成を可能とし、回折部５０を一体化した対物レンズ３４をプラスチック材料により構成することでより高生産性、低コスト化を実現する。尚、ここで図６を用いて説明した変形例については、回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃについても同様である。
【０２０８】
〔７．本発明を適用した光ピックアップに用いられる回折部の他の例について（〔４．〕の変形例）〕
次に、本発明を適用した光ピックアップ３に用いられる回折部７０の構成例について図７を用いて説明する。
【０２０９】
上述の〔４．〕では、図７（ａ）に示すように、対物レンズ３４Ｃの入射側の面に、３つの領域５１，５２，７３からなる回折部７０を設けるように構成したが、これに限られるものではなく、回折部７０は、対物レンズ３４Ｃの出射側の面に設けてもよい。さらに、第１乃至第３の領域５１，５２，７３を有する回折部７０は、対物レンズとは別体に設けた光学素子の入射側又は出射側の面に一体に設けるように構成してもよい。この場合、第３の領域７３の屈折作用は、対物レンズ側に付与されるとともに、第１及び第２の領域５１，５２に相当する回折作用が当該別体の光学素子に付与されることとなる。
【０２１０】
例えば、図７（ｂ）に示すように、上述した対物レンズ３４Ｃから回折部７０を除いたようなレンズ曲面のみを有する対物レンズ３４Ｄと、回折部７０が一方の面に設けられ、３波長に共通の光路上に配置される回折光学素子３５Ｄとを設けるようにしてもよい。そして、この対物レンズ３４Ｄと回折光学素子３５Ｄとから集光光学デバイスを構成するようにしてもよい。
【０２１１】
上述の図７（ａ）に示す対物レンズ３４Ｃにおいては、対物レンズの屈折力の機能として要求される入射側の面の面形状を基準として、これに回折力の機能として要求される回折構造の面形状を合わせたような面形状が形成されていた。これに対し、図７（ｂ）に示すような別体の回折光学素子３５Ｄを設ける場合には、対物レンズ３４Ｄ自体が、屈折力の機能として要求される面形状とされる。それとともに、回折光学素子３５Ｄの一方の面に回折力の機能として要求される回折構造の面形状が形成されることとなる。
【０２１２】
図７（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｄ及び回折光学素子３５Ｄは、集光光学デバイスとして上述した対物レンズ３４Ｃと同様に機能して、光ピックアップ３に用いられることにより収差等を低減して光ピックアップの３波長互換を実現する。それとともに、対物レンズ３４Ｄ及び回折光学素子３５Ｄは、部品点数を削減して、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現するという効果を発揮する。さらに、対物レンズ３４Ｃに一体に設ける場合に比べて回折構造を複雑にすることが可能である。その一方で、上述で述べた図７（ａ）の場合は、１つの素子（対物レンズ３４Ｃ）のみで、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。よって、回折部７０を対物レンズ３４Ｃに一体に設けることにより、さらなる光学部品の削減、及び構成の小型化を可能とする。尚、上述した回折部７０は、従来困難であった３波長互換のための収差補正用の回折構造を一面に設けるだけで十分であるので、上述のような屈折素子としての対物レンズ３４Ｃに一体に形成することを可能とする。これによりプラスチックレンズに回折面を直接形成する構成を可能とし、回折部７０を一体化した対物レンズ３４Ｃをプラスチック材料により構成することでより高生産性、低コスト化を実現する。
【０２１３】
〔８．本発明を適用した光ピックアップについて〕
本発明を適用した光ピックアップ３は、上述した対物レンズ３４等の一方の面に設けられ、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を有する回折部５０により、各波長の光ビームに対して領域毎に最適な回折効率及び回折角を与えることができる。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４Ｃ等の一方の面に設けられ、第１乃至第３の領域５１，５２，７３を有する回折部７０により、各波長の光ビームに対して領域毎に最適な回折効率及び回折角を与えることができる。これにより、光ピックアップ３は、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３の信号記録面における球面収差を十分に低減できる。よって、光ピックアップ３は、異なる３波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の読み取り及び書き込みを可能とする。
【０２１４】
また、上述の光ピックアップ３を構成する、図６（ａ）、図７（ａ）に示した回折部５０，７０を有する対物レンズ３４，３４Ｃは、入射した光ビームを所定の位置に集光させる集光光学装置（集光光学デバイス）として機能することができる。同様に、図６（ｂ）、図７（ｂ）を用いて説明した回折部５０，７０を有する回折光学素子３５Ｂ，３５Ｄ及び対物レンズ３４Ｂ、３４Ｄは、集光光学装置（集光光学デバイス）として機能することができる。この集光光学装置は、対物レンズ３４、３４Ｃ又は回折光学素子３５Ｂ、３５Ｄの一方の面に設けられる回折部５０、７０により、異なる３種類の光ディスクに対して光ビームを照射して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに適用可能である。そしてこの集光光学装置は、光ピックアップに用いられた場合に、３種類の光ディスクの信号記録面に対応する光ビームを球面収差を十分に低減した状態で適切に集光することを可能とする。すなわち、かかる集光光学装置は、３波長に対して共通の対物レンズ３４、又は対物レンズ３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを用いる光ピックアップの３波長互換を可能とする。
【０２１５】
また、図６（ｂ）、図７（ｂ）を用いて説明した回折部５０，７０を有する回折光学素子３５Ｂ，３５Ｄ及び対物レンズ３４Ｂ，３４Ｄは、例えば、一体となるように、アクチュエータに設けるように構成してもよい。このアクチュエータのレンズホルダに組み付ける際の組み付け精度を高めるとともに組付けを容易にするためにかかる回折光学素子及び対物レンズをユニット状にして一体としたような集光光学ユニットとして構成してもよい。例えば、回折光学素子３５Ｂ及び対物レンズ３４Ｂを、スペーサ等を用いて、位置、間隔及び光軸を合わせながらホルダにより固定することで一体化して集光光学ユニットを構成できる。かかる対物レンズ駆動機構に一体に組み付けられる構成は、例えばトラッキング方向へ変位される等の視野振りの際にも第１乃至第３の波長の光ビームの球面収差を低減させた状態で各光ディスクの信号記録面に適切に集光することを可能とする。
【０２１６】
次に、上述のように構成された光ピックアップ３における、第１乃至第３の光源部３１，３２，３３から出射された光ビームの光路について、図２を用いて説明する。ここでは、対物レンズ３４を用いる場合の例について説明するが、他の対物レンズ３４Ｃ等を用いた場合も同様である。まず、第１の光ディスク１１に対して第１の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２１７】
光ディスク２の種類が第１の光ディスク１１であることを判別したディスク種類判別部２２は、第１の光源部３１の第１の出射部から第１の波長の光ビームを出射させる。
【０２１８】
第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームは、第１のグレーティング３９によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第２のビームスプリッタ３７に入射される。第２のビームスプリッタ３７に入射された第１の波長の光ビームは、そのミラー面３７ａで反射され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２１９】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第１の波長の光ビームは、そのミラー面３８ａを透過されて、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて略平行光とされる。次いで、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０２２０】
対物レンズ３４に入射した第１の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１乃至第３の領域５１，５２，５３により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のように所定の回折次数が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折力により、第１の光ディスク１１の信号記録面に適切に集光される。このとき、第１の波長の光ビームは、各領域５１，５２，５３を通過した光ビームが球面収差を低減できるような状態となるような回折力及び屈折力が付与されていることにより適切に集光される。尚、対物レンズ３４から出射される第１の波長の光ビームは、所定の回折力が付与された状態とされているのみならず、開口制限された状態とされている。
【０２２１】
第１の光ディスク１１で集光された光ビームは、信号記録面で反射し、対物レンズ３４、立ち上げミラー４４、１／４波長板４３，コリメータレンズ４２を経由して、第３のビームスプリッタ３８のミラー面３８ａにより反射されて光検出器４５側に出射される。
【０２２２】
第３のビームスプリッタ３８により反射された往路の光ビームから光路分岐された光ビームは、マルチレンズ４６により光検出器４５に受光面に集束されて検出される。
【０２２３】
次に、第２の光ディスク１２に対して第２の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２２４】
光ディスク２の種類が第２の光ディスク１２であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３２の第２の出射部から第２の波長の光ビームを出射させる。
【０２２５】
第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームは、第２のグレーティング４０によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第１のビームスプリッタ３６に入射される。第１のビームスプリッタ３６に入射された第２の波長の光ビームは、そのミラー面３６ａを透過され、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａも透過され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２２６】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第２の波長の光ビームは、そのミラー面３８ａを透過されて、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて拡散光の状態とされる。次いで、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０２２７】
対物レンズ３４に入射した第２の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１及び第２の領域５１，５２により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のような所定の回折次数が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折力により、第２の光ディスク１２の信号記録面に適切に集光される。このとき、第２の波長の光ビームは、第１及び第２の領域５１，５２を通過した光ビームが球面収差を低減できるような状態となるような回折力が付与されていることにより適切に集光される。尚、第２の波長の光ビームが、第３の領域５３を通過することにより発生した回折光は、フレア化の効果等により第２の光ディスク１２の信号記録面に集光されない状態とされており、すなわち、適切に開口制限の効果が得られる状態とされている。
【０２２８】
第２の光ディスク１２の信号記録面で反射された光ビームの復路側の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。
【０２２９】
次に、第３の光ディスク１３に対して第３の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２３０】
光ディスク２の種類が第３の光ディスク１３であることを判別したディスク種類判別部２２は、第３の光源部３３の第３の出射部から第３の波長の光ビームを出射させる。
【０２３１】
第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームは、第３のグレーティング４１によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第１のビームスプリッタ３６に入射される。第１のビームスプリッタ３６に入射された第３の波長の光ビームは、そのミラー面３６ａで反射され、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａを透過され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２３２】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第３の波長の光ビームは、そのミラー面３８ａを透過されて、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて拡散光の状態とされる。次いで、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０２３３】
対物レンズ３４に入射した第３の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１の領域５１により、この領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のような所定の回折次数が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折力により、第３の光ディスク１３の信号記録面に適切に集光される。このとき、第３の波長の光ビームは、第１の領域５１を通過した光ビームが球面収差を低減できるような状態となるような回折力が付与されていることにより適切に集光される。尚、第３の波長の光ビームが第２及び第３の領域５２，５３を通過することにより発生した回折光は、フレア化の効果等により第３の光ディスク１３の信号記録面に集光されない状態とされており、すなわち、適切に開口制限の効果が得られる状態とされている。
【０２３４】
第３の光ディスク１３の信号記録面で反射された光ビームの復路側の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。
【０２３５】
尚、ここでは第２、第３の波長の光ビームは、第２、第３の出射部の配置を調整することでコリメータレンズ４２により発散角を変換され対物レンズに入射される光ビームを略平行光の状態に対して拡散した状態となるように構成したがこれに限られるものではない。すなわち、波長選択性を有して発散角を変換する素子を設けることにより、又はコリメータレンズ４２を光軸方向に駆動するような手段を設けることにより、拡散若しくは収束した状態で対物レンズ３４に入射するように構成してもよい。
【０２３６】
また、ここでは、第１の波長の光ビームが、略平行光の状態で対物レンズ３４に入射されるとともに、第２及び第３の波長の光ビームが、拡散光の状態で対物レンズ３４に入射されるように構成したが、これに限られるものではない。例えば、第１乃至第３の波長の光ビーム全てを平行光の状態で、又は、第１乃至第３の波長の光ビームの内、いずれか又は全部の光ビームを発散光又は集束光の状態で対物レンズ３４に入射するように構成してもよい。
【０２３７】
本発明を適用した光ピックアップ３は、第１乃至第３の波長の光ビームを出射する第１乃至第３の出射部と、対物レンズ３４等と、往路の光路上に配置される光学素子としての対物レンズ３４等の一方の面に設けられる回折部５０等とを備える。そして、この回折部５０等が第１乃至第３の領域５１，５２，５３，７３を有し、第１及び第２の領域５１，５２が、輪帯状で且つ所定の深さを有するそれぞれ異なる回折構造とされる。また、この第１及び第２の領域５１，５２が、各波長の光ビームに対して上述のような所定の回折次数（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）の回折光が支配的となるように発生させる第１及び第２の回折構造を有するように構成される。また、第３の領域５３，７３も上述したような所定の回折機能又は屈折機能と、開口制限機能を有している。光ピックアップ３は、かかる特徴的な構成により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ピックアップ３は、構成を複雑にすることなく、対物レンズ３４等を共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な情報信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０２３８】
すなわち、本発明を適用した光ピックアップ３は、第１乃至第３の波長の光ビームの光路内の一面に設けられた回折部５０，７０により最適な回折効率及び回折角を得ることで、異なる波長の光ビームを用いて、信号の読み取り及び書き込みを可能とする。すなわち、光ピックアップ３は、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して３波長互換を可能とするとともに、対物レンズ３４等の光学部品を共通化することができる。これにより、光ピックアップ３は、部品点数を削減して、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【０２３９】
また、光ピックアップ３は、内輪帯としての第１の領域５１が図８（ａ）に示すように、階段状回折構造にブレーズ構造が重畳された構造である。また、この階段状回折構造が図８（ｂ）に示すように、等間隔形状に対して位相が平坦性を有するようにステップ幅を変化させた回折構造を有している。よって、光ピックアップ３は、〔５．〕で説明したように、ステップ幅改善構成により、環境変動の際の不要回折光の発生を抑えるのでサーボが不安定になることを防止できる。さらに、光ピックアップ３は、スロープ付与改善構成により、λ３の効率を増大させ、λ１の不要光を低減できる。かかる光ピックアップ３は、温度や波長の変動によらず、良好な記録再生特性を実現する。すなわち、本発明を適用した光ピックアップ３は、対物レンズ３４と、第１乃至第３の領域５１，５２，５３等を有する点に特徴を有する。内輪帯として特徴的な第１の領域５１等を有することで、温度や波長の変動によらず、良好な記録再生特性を実現できる点は、上述の＜温度・波長変動による回折不要光の増大防止の手法のまとめ＞等で説明したのと同様である。光ピックアップ３は、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０２４０】
このように、本発明を適用した光ピックアップ３は、光ビームを出射する出射部と光ディスクの信号記録面との間の光路上に配置される対物レンズ３４，３４Ｃや回折光学素子３５Ｂ，３５Ｄ等の光学素子の一面に設けられた回折部５０，７０を備える。光ピックアップ３は、かかる回折部５０，７０により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ピックアップ３は、構成を複雑にすることなく、対物レンズを共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０２４１】
また、上述では、光ピックアップ３において、第１の光源部３１に第１の出射部を設け、第２の光源部３２に第２の出射部を設け、第３の光源部３３に第３の出射部を設けるように構成したが、これに限られるものではない。例えば、第１乃至第３の出射部の内２つの出射部を有する光源部と、残りの１つの出射部を有する光源部とを異なる位置に配置して設けるように構成してもよい。
【０２４２】
〔９．本発明を適用した光ピックアップの他の例について〕
次に、本発明を適用した光ピックアップの他の例として、第１の出射部を有する光源部と、第２及び第３の出射部を有する光源部とを備える図４５に示す光ピックアップ６０について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ３と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は、省略する。
【０２４３】
本発明を適用した光ピックアップ６０は、図４５に示すように、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する第１の光源部６１を備える。また、光ピックアップ６０は、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する第２の光源部６２を備える。また、光ピックアップ６０は、この第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する集光光学デバイスとして機能する対物レンズ３４を備える。尚、ここで説明する光ピックアップ６０においても、集光光学デバイスとして回折部５０を有する対物レンズ３４を用いるものとして説明するが、これに限られるものではない。すなわち、これに換えて図６（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｂと、回折光学素子３５Ｂとからなる集光光学デバイスを設けるように構成してもよい。また、図５に示すような回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃからなる集光光学デバイスを設けるように構成してもよい。さらに、図７（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｄと、回折光学素子３５Ｄとからなる集光光学デバイスを設けるように構成してもよい。いずれの集光光学デバイスを光ピックアップ６０に適用した場合にも、以下で説明する効果を奏するとともに、上述した各対物レンズ及び各回折部の作用効果を有する。
【０２４４】
また、光ピックアップ６０は、光路合成手段としてビームスプリッタ６３を有する。このビームスプリッタ６３は、第１の光源部６１の第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームの光路と、第２の光源部６２の第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長の光ビームの光路とを合成する。また、光ピックアップ６０は、上述の第３のビームスプリッタ３８と同様の機能を有するビームスプリッタ６４を有する。
【０２４５】
さらに、光ピックアップ６０は、第１のグレーティング３９と、第２の光源部６２とビームスプリッタ６３との間に設けられるグレーティング６５を有する。このグレーティング６５は、第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のためにそれぞれ３ビームに回折する波長依存性を有する。
【０２４６】
また、光ピックアップ６０は、コリメータレンズ４２と、１／４波長板４３と、立ち上げミラー４４と、光検出器４５と、マルチレンズ４６とを有するとともに、このコリメータレンズ４２を光軸方向に駆動するコリメータレンズ駆動部６６とを有する。コリメータレンズ駆動部６６は、コリメータレンズ４２を光軸方向に駆動することで、上述したように、コリメータレンズ４２を通過した光ビームの発散角を調整することができる。これにより、コリメータレンズ駆動部６６は、所望の状態で対物レンズ３４へ各光ビームを入射させて、球面収差を低減させ上述のフレア化を可能とする。また、コリメータレンズ駆動部６６は、装着された光ディスクが信号記録面を複数有する所謂多層光ディスクであった場合には、そのいずれの信号記録面への記録及び／又は再生をも可能とする。
【０２４７】
以上のように構成された光ピックアップ６０において、各光学部品の機能は、上述したことを除いて光ピックアップ３と同様である。光ピックアップ６０において、第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームの光路についても、上述したことを除いて、光ピックアップ３と同様である。すなわち、光ピックアップ６０において、ビームスプリッタ６４で各波長の光ビームの光路が合成された後は光ピックアップ３と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０２４８】
本発明を適用した光ピックアップ６０は、第１乃至第３の波長の光ビームを出射する第１乃至第３の出射部と、対物レンズ３４等と、往路の光路上に配置される光学素子としての対物レンズ３４等の一方の面に設けられる回折部５０等とを備える。そして、この回折部５０等が第１乃至第３の領域５１，５２，５３，７３を有し、第１の領域５１が図８（ａ）に示すように、階段状回折構造にブレーズ構造が重畳された構造である。また、この階段状回折構造が図８（ｂ）に示すように、等間隔形状に対して位相が平坦性を有するようにステップ幅を変化させた回折構造を有している。よって、光ピックアップ６０は、〔５．〕で説明したように、ステップ幅改善構成により、環境変動の際の不要回折光の発生を抑えるのでサーボが不安定になることを防止できる。さらに、光ピックアップ６０は、スロープ付与改善構成により、λ３の効率を増大させ、λ１の不要光を低減できる。かかる光ピックアップ３は、温度や波長の変動によらず、良好な記録再生特性を実現する。以上いずれかの特徴的な構成を有する光ピックアップ６０は、かかる特徴的な構成により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ピックアップ６０は、構成を複雑にすることなく、対物レンズ３４等を共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な情報信号の記録及び／又は再生を実現する。また、光ピックアップ６０は、かかる共通の対物レンズ３４によりそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光する３波長互換を可能とする。また、かかる光ピックアップ６０は、環境変動耐性を有することにより回折部５０による不要回折光が温度や波長の変動により増大してサーボが不安定となることを防止する。これにより、光ピックアップ６０は、記録再生特性の劣化を防止して、良好な記録再生特性を実現する。また、光ピックアップ６０は、その他の上述した光ピックアップ３と同様の効果を有している。
【０２４９】
さらに、光ピックアップ６０は、第２及び第３の出射部を共通の光源部６２に配置するように構成したことから、さらなる構成の簡素化及び小型化を実現する。尚、同様に、本発明を適用した光ピックアップは、第１乃至第３の出射部を略同一位置に有する光源部に配置するように構成してもよく、そのような構成とした場合には、さらなる構成の簡素化及び小型化を実現する。
【０２５０】
本発明を適用した光ディスク装置１は、第１乃至第３の光ディスクから任意に選択される光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、この駆動手段によって回転駆動される光ディスクに対し情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを備える。そして、回転駆動される光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとして、上述した光ピックアップ３，６０を用いている。光ディスク装置１は、各波長の光ビームの光路上の光学素子の一面に設けられた回折部により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ディスク装置１は、構成を複雑にすることなく、対物レンズを共通した３波長互換を実現するとともに、温度や波長の変動によらず良好な記録再生特性を実現する。このように、光ディスク装置１は、構成の簡素化及び小型化を可能とするとともに良好な記録・再生特性を得ることを実現する。
【符号の説明】
【０２５１】
１  光ディスク装置、  ２  光ディスク、  ３  光ピックアップ、  ４  スピンドルモータ、  ５  送りモータ、  ９  サーボ制御部、  ２２  ディスク種類判別部、  ３１  第１の光源部、  ３２  第２の光源部、  ３３  第３の光源部、  ３４  対物レンズ、    ３６  第１のビームスプリッタ、  ３７  第２のビームスプリッタ、  ３８  第３のビームスプリッタ、  ３９  第１のグレーティング、  ４０  第２のグレーティング、  ４１  第３のグレーティング、  ４２  コリメータレンズ、  ４３  １／４波長板、  ４４  立ち上げミラー、  ４５  光検出器、  ４６  マルチレンズ、  ５０  回折部、  ５１  第１の領域、  ５２  第２の領域、  ５３  第３の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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