(57)【要約】【課題】球面収差の低減を実現しつつ、共通の一の対物レンズを用いて３波長の光ビームを信号記録面に集光可能な光ピックアップに用いられる対物レンズを提供する。【解決手段】光ビームが入射される入射側の面に所定の回折構造を有する回折部５０は、第１の領域５１と、第２の領域５２と、第３の領域５３とを有し、λ１の光ビームが第１乃至第３の領域５１〜５３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５１〜５２に相当する開口径となり、λ３の光ビームが第１の領域５１に相当する開口径となるように形成され、第１の領域５１と第２の領域５２との回折構造が、所定の式を式を満たすことで、λ１の光ビームとλ２の光ビームとにおける最大効率を持つ回折次数の組み合わせが、第１の領域５１と第２の領域５２との間で一致している。【選択図】  図４
2011227956.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、
上記光ビームが入射される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、
ｎを１以上の任意の整数としたとき、
上記第１の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、該第１基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11（λ１）、ki12（λ２）とし、さらに他の回折構造が存在するときには該第１基礎回折構造以降の第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、ｋｉｎ１（λ１）、ｋｉｎ２（λ２）、…、とし、
上記第２の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造と第２基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、ｋｍｎ１（λ１）、ｋｍｎ２（λ２）、ｋｍｎ３（λ３）、…、とし、
上記第１の領域と上記第２の領域との回折構造が、下記の（１）式の条件と、下記の（２）式の条件とを満たす対物レンズ。
（ｋｍｎ１(λ１)，ｋｍｎ２(λ１)，ｋｍｎ３(λ１)）≠（０，０，Ｎ）  ・・・（１）
【数１】
2011227956.tif 000030
ここで、Ｎは０以外の任意の整数であり、Ｃ２ｉｎは上記第１の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次項の係数であり、Ｃ２ｍｎは上記第２の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次項の係数である。
【請求項２】
上記第１の領域は、非球面レンズ形状に、第１基礎回折構造のみが重畳されており、
上記第２の領域は、非球面レンズ形状に、第１基礎回折構造と第２基礎回折構造との２つの回折構造が重畳されており、
上記第１の領域と上記第２の領域との回折構造が、下記の（３）式の条件を満たす請求項１記載の対物レンズ。
【数２】
2011227956.tif 000031
【請求項３】
上記第１の領域と上記第２の領域との回折構造が、
ｋｍ１１＝０、ｋｍ１２＝−１、ｋｍ２１＝２、ｋｍ１２＝１、の条件を満たす請求項２記載の対物レンズ。
【請求項４】
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、
ｎを１以上の任意の整数としたとき、
上記第１の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、該第１基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11（λ１）、ki12（λ２）とし、さらに他の回折構造が存在するときには該第１基礎回折構造以降の第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、ｋｉｎ１（λ１）、ｋｉｎ２（λ２）、…、とし、
上記第２の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造と第２基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、ｋｍｎ１（λ１）、ｋｍｎ２（λ２）、ｋｍｎ３（λ３）、…、とし、
上記第１の領域と上記第２の領域との回折構造が、下記の（１）式の条件と、下記の（２）式の条件とを満たす光ピックアップ。
（ｋｍｎ１(λ１)，ｋｍｎ２(λ１)，ｋｍｎ３(λ１)）≠（０，０，Ｎ）  ・・・（１）
【数３】
2011227956.tif 000032
ここで、Ｎは０以外の任意の整数であり、Ｃ２ｉｎは上記第１の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数であり、Ｃ２ｍｎは上記第２の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数である。
【請求項５】
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、
ｎを１以上の任意の整数としたとき、
上記第１の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、該第１基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11（λ１）、ki12（λ２）とし、さらに他の回折構造が存在するときには該第１基礎回折構造以降の第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、ｋｉｎ１（λ１）、ｋｉｎ２（λ２）、…、とし、
上記第２の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造と第２基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、ｋｍｎ１（λ１）、ｋｍｎ２（λ２）、ｋｍｎ３（λ３）、…、とし、
上記第１の領域と上記第２の領域との回折構造が、
下記の（１）の条件と、下記の（２）式の条件とを満たす光ディスク装置。
（ｋｍｎ１(λ１)，ｋｍｎ２(λ１)，ｋｍｎ３(λ１)）≠（０，０，Ｎ）  ・・・（１）
【数４】
2011227956.tif 000033
ここで、Ｎは０以外の任意の整数であり、Ｃ２ｉｎは上記第１の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数であり、Ｃ２ｍｎは上記第２の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数である。
【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では、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】
光ピックアップには、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る。具体的に、２種類の対物レンズを有するピックアップは、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となっている。
【０００５】
これに対して、特許文献１には、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が記載されている。特許文献１に記載された光ピックアップでは、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４５５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された光ピックアップでは、共通の一の対物レンズを用いて３波長の光ビームを信号記録面に集光可能であるが、更に、温度変動による球面収差を、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら、全体として低減することが望まれる。
【０００８】
本発明は、この実情に鑑みて提案されたもので、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現しつつ、共通の一の対物レンズを用いて３波長の光ビームを信号記録面に集光可能な光ピックアップに用いられる対物レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
また、この対物レンズが組み込まれた光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための手段として、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、光ビームが入射される入射側の面に所定の回折構造を有する回折部を備え、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、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、第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、第１乃至第３の領域は、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形成され、ｎを１以上の任意の整数としたとき、第１の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、第１基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11（λ１）、ki12（λ２）とし、さらに他の回折構造が存在するときには第１基礎回折構造以降の第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、ｋｉｎ１（λ１）、ｋｉｎ２（λ２）、…、とし、第２の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造と第２基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、ｋｍｎ１（λ１）、ｋｍｎ２（λ２）、ｋｍｎ３（λ３）、…、とし、第１の領域と第２の領域との回折構造が、下記の（１）式の条件と、下記の（２）式の条件とを満たす。
（ｋｍｎ１(λ１)，ｋｍｎ２(λ１)，ｋｍｎ３(λ１)）≠（０，０，Ｎ）  ・・・（１）
【００１１】
【数１】
2011227956.tif 000003
ここで、Ｎは０以外の任意の整数であり、Ｃ２ｉｎは上記第１の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数であり、Ｃ２ｍｎは上記第２の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数である。
【００１２】
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、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対物レンズの一方の面に設けられ、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、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、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、第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、ｎを１以上の任意の整数としたとき、第１の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、第１基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11（λ１）、ki12（λ２）とし、さらに他の回折構造が存在するときには第１基礎回折構造以降の第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、ｋｉｎ１（λ１）、ｋｉｎ２（λ２）、…、とし、第２の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造と第２基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、ｋｍｎ１（λ１）、ｋｍｎ２（λ２）、ｋｍｎ３（λ３）、…、とし、第１の領域と第２の領域との回折構造が、下記の（１）式の条件と、下記の（２）式の条件とを満たす。
（ｋｍｎ１(λ１)，ｋｍｎ２(λ１)，ｋｍｎ３(λ１)）≠（０，０，Ｎ）  ・・・（１）
【００１３】
【数２】
2011227956.tif 000004
ここで、Ｎは０以外の任意の整数であり、Ｃ２ｉｎは上記第１の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数であり、Ｃ２ｍｎは上記第２の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数である。
【００１４】
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、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、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対物レンズの一方の面に設けられ、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、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、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、第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、ｎを１以上の任意の整数としたとき、第１の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、第１基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11（λ１）、ki12（λ２）とし、さらに他の回折構造が存在するときには第１基礎回折構造以降の第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、ｋｉｎ１（λ１）、ｋｉｎ２（λ２）、…、とし、第２の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第１基礎回折構造と第２基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第ｎ基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、ｋｍｎ１（λ１）、ｋｍｎ２（λ２）、ｋｍｎ３（λ３）、…、とし、第１の領域と第２の領域との回折構造が、下記の（１）の条件と、下記の（２）式の条件とを満たす。
（ｋｍｎ１(λ１)，ｋｍｎ２(λ１)，ｋｍｎ３(λ１)）≠（０，０，Ｎ）  ・・・（１）
【００１５】
【数３】
2011227956.tif 000005
ここで、Ｎは０以外の任意の整数であり、Ｃ２ｉｎは上記第１の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数であり、Ｃ２ｍｎは上記第２の領域における第ｎ基礎回折構造の位相差関数係数のうちの二次の係数である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、第１の領域と第２の領域との回折構造が、上述した（１）式と（２）式を満たすことで、λ１の光ビームとλ２の光ビームとにおける最大効率を持つ回折次数の組み合わせを、第１の領域と第２の領域との間で一致させる。このようにして、本発明は、第１の領域と第２の領域とにおいて、λ１の光ビームに与えられる回折パワーと、λ２の光ビームに与えられる回折パワーとが、温度が変動しても、それぞれ同等にパワーが変化するようにすることができる。
【００１７】
よって、本発明は、第１の領域と第２の領域との間で、温度変動時の波面が滑らかに繋がるため、例えばλ１の光ビームにおける５次の球面収差などの高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現することができる。すなわち、本発明は、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現しつつ、共通の一の対物レンズを用いて３波長の光ビームを信号記録面に集光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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。（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】本発明が適用された対物レンズの構成について説明するための図である。（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】回折部に係る回折構造について説明するための図である。（Ａ）は、階段状周期構造を示す断面図であり、（Ｂ）は、ブレーズ形状を示す断面図である。
【図６】回折構造における高さと位相差との対応関係について説明するための図である。
【図７】温度変動に応じた球面収差の変化について説明するための図である。（Ａ）は、温度変動時の波面収差量ＳＡ＿６５を示すグラフであり、（Ｂ）は、コリメータレンズの移動によって生じる波面収差量ＳＡ＿Ｃを示すグラフであり、（Ｃ）は、コリメータレンズの動作に応じて相殺された波面収差量ＳＡ＿ＣＡＮを示すグラフである。
【図８】比較例１に係る対物レンズにおいて、設計中心から温度が変動したときにおける回折部の波面収差量を示す図である。（Ａ）は、ＢＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量を示し、（Ｂ）は、ＤＶＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量を示す。
【図９】表２の設計条件で示される回折次数の組み合わせを保ったまま、同等レベルでＢＤに対応するビーム光に対する回折パワーのみを増大させたときの回折部の波面収差量を示す図である。（Ａ）は、ＢＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量を示し、（Ｂ）は、ＤＶＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量を示す。
【図１０】比較例２に係る対物レンズにおいて、設計中心から温度が変動したときにおける回折部の波面収差量を示す図である。（Ａ）は、ＢＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量を示し、（Ｂ）は、ＤＶＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量を示す。
【図１１】本発明が適用された対物レンズの第２の領域における基礎回折構造の重畳について説明するための図である。（Ａ）は第１基礎回折構造を示し、（Ｂ）は第２基礎回折構造を示し、（Ｃ）はこれら２つの基礎回折構造の重畳構造を示す。
【図１２】実施例１に係る対物レンズにおいて、設計中心から温度が変動したときにおける回折部の波面収差量を示す図である。（Ａ）は、ＢＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量を示し、（Ｂ）は、ＤＶＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量を示す。
【図１３】本発明が適用された対物レンズの第２の領域における基礎回折構造の重畳について説明するための図である。（Ａ）は基礎回折構造が等周期で重畳された構造を示し、（Ｂ）は基礎回折構造が不等周期で重畳された構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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．対物レンズについて
【００２０】
〔１．光ディスク装置の全体構成〕
以下、本発明が適用され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。
【００２１】
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を回転させ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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を回転させる。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
〔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。これとともに、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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する。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軸方向へ移動する。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れる。
【００５５】
なお、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は、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が保持される。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。
【００５６】
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。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。
【００５７】
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、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に設けられているものとして説明する。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
なお、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ものとなっている。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。これとともに、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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
〔３．対物レンズについて〕
次に、本発明が適用された対物レンズ３４の具体的な構成について説明する。対物レンズ３４は、図４に示すような、３波長互換対物の入射面の回折域を２つ以上の領域に分け、３波長の互換を実現するための回折部５０を有する。
【００７１】
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の基本形状である非球面レンズ形状は、下記の（１）式によって決定される。
【００７２】
【数４】
2011227956.tif 000006
ここで、ｚは、光軸に平行するサグ量であり、ｈは光軸方向の高さを表す。ｃは曲率であり、曲率半径Ｒの逆数である。κはコーニック係数を表し、ａ４、ａ６、ａ８…は、それぞれ非球面係数を表す。また、Δｚは、後述する第１の領域５１を基準に取った場合の第１の領域５１からの軸上面間距離を表す。
【００７３】
このような非球面形状の回折部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５３を有する。
【００７４】
ここで、第１の領域５１、第２の領域５２、第３の領域５３は、次のようにして形成されている。すなわち、第１の波長の光ビームの開口径が、第１の領域５１、第２の領域５２、第３の領域５３に相当し、第２の波長の光ビームの開口径が、第１の領域５１、第２の領域５２に相当し、第３の波長の光ビームの開口径が、第１の領域５１に相当するように形成されている。
【００７５】
第１の領域５１、及び、第２の領域５２は、複数の異なる波長の光ビームを、それぞれ所定の次数光に回折するため、図５（Ａ）に示すような、輪帯状で、基準面に対して、複数のステップ数（Ｓ＋１）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５０ａが輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造を有している。
【００７６】
なお、図５（Ａ）では、Ｓ＝３でステップ数を４とし、各段の深さが略同一深さ（Ｈ／４）とされた第１乃至第４の段部ｓ１〜ｓ４からなる階段部が半径方向に周期的に形成された単位周期構造５０ａを示している。
【００７７】
第３の領域５３は、第１の波長の光ビームを所定の次数光に回折するために、例えば図５（Ｂ）に示すようなブレーズ形状ｂ１、ｂ２・・・、ｂｎからなるブレーズ形状周期構造５０ｂによって構成される。
【００７８】
以上のような回折構造により、非球面レンズ形状に対して与えられる第１の領域５１及び第２の領域５２が有する周期構造による位相差Φは、下記の（２）によって表される。
【００７９】
【数５】
2011227956.tif 000007
ここで、Ｃ２ｎは、位相差関数を示し、ｈは光軸方向の高さを示し、ｋは回折次数を示す。λ０は設計波長である。この得られた位相差関数Φに対して形成される回折面形状は、一般的には、図６に示すような高さと位相差との対応関係に基づいて変換することにより、所定の位相差を実現するような回折面の形状へと変換される。
【００８０】
すなわち、図６において、横軸にＭＯＤ（Φ、λ０）をとり、（ここでＭＯＤは剰余を取る関数）そのときの値から高さを一意に決定する。この方法で得られた高さを位相差関数Φと正負を同様として基本形状に足し合わせることにより、所定の位相差を実現するような回折レンズが形成される。ここで、Φが負の値のときは、レンズに対して掘り込み方向の値を示す。
【００８１】
ここで、後述する本発明が適用された対物レンズ３４に係る設計条件の説明に先立ち、第１の比較例として、第１の領域５１、第２の領域５２、第３の領域５３の回折形状が、下記の表１のように設計した対物レンズに係る球面収差特性について説明する。なお、第１の比較例に係る対物レンズは、本発明が適用された対物レンズ３４と同様に、３波長互換対物の入射面の回折域を２つ以上の領域に分け、３波長の互換を実現するための回折部５０を有しているので、図４で示した符号と同様の符号を用いて各部の構成を参照して説明するものとする。
【００８２】
【表１】
2011227956.tif 000008
【００８３】
ここで、面番号「２−１」は、第１の領域５１に相当する。面番号「２−２」は、第２の領域５２に相当する。面番号「２−３」は、第１の領域５３に相当する。
【００８４】
このような回折形状を設計したものに対して、回折部５０は、例えば、下記の表２で示したような条件で、非球面レンズ形状を設計することで、ＢＤ・ＤＶＤ・ＣＤの各光ディスクへの回折次数の光の光量を確保しつつ、各波長毎に異なる所定の回折次数光が、当該対物レンズにより信号記録面上に集光することができる。具体的に、このような非球面形状は、最小自乗法などの数値解析手法を用いることで、下記の非球面形状に係る各係数を求めることが可能である。
【００８５】
【表２】
2011227956.tif 000009
【００８６】
ここで、面番号「０」は、各波長の光ビームの光源部に相当する。面番号「１」は、各光源部から回折部５０までの光学系に相当する。面番号「２」は、回折部５０に相当する。面番号「３」は、対物レンズの出射面に相当する。面番号「４」は、対物レンズの出射面から各光ディスクの間の媒質である空気に相当する。面番号「５」は、各光ディスクに相当する。
【００８７】
また、Ｒはレンズの曲率半径を示す。「回折次数」において、「１／−２／−３」は、それぞれＢＤ・ＤＶＤ・ＣＤに対応する波長の光ビームを、１次、−２次、−３次に回折することを表し、「０／−１」は、それぞれＢＤ、ＤＶＤに対応する波長の光ビームを、０次、−１次に回折することを表す。
【００８８】
なお、内輪帯に対応する第１の領域５１では、図６で示したような、位相差に対して等間隔な形状ではなく、不等間隔形状や傾斜付き不等間隔形状を採用することによって、さらに不要光影響を低減する構成とするようにしてもよい。加えて実際の回折部に係るレンズ形状では、回折面に対して斜め入射する光を考慮した補正も一般的に行われる。また、外輪帯に対応する第３の領域５３では、製造工程の簡略化を重視する観点から、ブレーズがない単純非球面形状にしてもよい。
【００８９】
以上のような設計条件に基づいて設計された第１の比較例に係る対物レンズにおいて、ＢＤに対応する波長の光ビームを入射したときの温度変化に伴う球面収差量の変化を、下記の表３に示す。
【００９０】
【表３】
2011227956.tif 000010
【００９１】
ここで、温度波長係数を０．０５ｎｍ／℃、ｄｎ１／ｄＴ＝−１１．０×１０−５としている。また、表３では、設計中心を３５℃として、温度変化の一例として６５℃のときの球面収差量を示している。また、表３中において、「ＳＡ３」は、３次球面収差量を示し、「ＳＡ５」は、５次球面収差量を示し、「ＳＡ７」は、７次球面収差量を示している。
【００９２】
また、表３中の「６５℃ＳＡ補正後」では、６５℃における球面収差をコリメータレンズ４２を動かして取り除いた際の収差量を示している。表３中の「波長＋５ｎｍ」では、波長変動に応じた収差量の変動特性を示す具体例として、ＢＤに対応する波長を基準値から５ｎｍ変化させたときの収差量を示している。表３中の「＋５ｎｍＳＡ補正後」では、ＢＤに対応する波長を基準値から５ｎｍ変化させたときの収差量をコリメータレンズ４２を動かして取り除いた際の収差量を示している。
【００９３】
具体的に、温度変動時の球面収差をコリメータレンズ４２によって生じる球面収差で相殺する作用について、図７を参照して説明する。図７では、「２−１面との軸上面間距離Δ」に応じた球面収差量を示している。すなわち、図７（Ａ）に示すような、温度変動時の波面収差量ＳＡ＿６５は、図７（Ｂ）に示すようなコリメータレンズ４２の移動によって生じる波面収差量ＳＡ＿Ｃで、図７（Ｃ）に示すような波面収差量ＳＡ＿ＣＡＮに相殺することができる。この際、波面収差量ＳＡ＿ＣＡＮは、ＳＡ５やＳＡ７などの高次の項に関しても一部がキャンセルされている。特に、波面収差量ＳＡ＿６５において、ＳＡ３と、ＳＡ５やＳＡ７などの高次の球面収差量のバランスが、コリメータレンズ４２移動時のＳＡ３と高次収差のバランスと同等の場合には、波面収差量ＳＡ＿ＣＡＮを、完全に０にすることができる。
【００９４】
このようにして、コリメータレンズ４２の移動によって生じる球面収差量で、温度変動時の球面収差量を相殺することが可能であるが、表３に示すように、表２に係る設計条件に基づいて設計された第１の比較例に係る対物レンズでは、温度変動によって生ずる３次球面収差量が、例えばＢＤ専用の対物レンズと比べて相対的に大きくなる。具体的に、単にＢＤに対応する波長の光ビームを集光するＢＤ専用の対物レンズは、温度変動によって生じる球面収差が、１００〜１２０ｍλｒｍｓ／３０℃程度のものが用いられている。
【００９５】
このような温度変動によって生じる球面収差は、上述の通りコリメータレンズ４２によってキャンセルすることができるが、球面収差が大きいと、コリメータレンズ４２の駆動量が大きくなり、光ピックアップ３が大型化してしまう。特に薄い４層ディスクや３層ディスクを想定した場合には、コリメータレンズ４２の駆動量が更に大きくなる。また対物レンズへの入射倍率が大きく変動すると、レンズチルトさせた際のコマ収差発生量も大きく変動するため、レンズ傾きの調整機構が必要となる。
【００９６】
このような観点から、コリメータレンズ４２によって補正処理を行う前の段階で、対物レンズは、温度変動によって生じる球面収差差ができるだけ低く抑えられていることが望ましい。
【００９７】
このような問題に対して、温度変動によって生じる球面収差ができるだけ低く抑えるための対応策として、比較例２に係る対物レンズを用いることで、第３の領域５３の回折格子の本数を増やすことで、球面収差をできるだけ低く抑えることができる。
【００９８】
比較例２に係る対物レンズは、第１の領域５１、第２の領域５２、第３の領域５３の回折形状が、下記の表４のように設計され、さらに下記の表５で示すような条件で、非球面形状が設計される。
【００９９】
【表４】
2011227956.tif 000011
【０１００】
【表５】
2011227956.tif 000012
【０１０１】
また、回折格子の本数は、上述した（２）式により算出される位相差を用いて、下記の（３）式により算出される。
【０１０２】
【数６】
2011227956.tif 000013
ここで、ｈｉｎ、ｈｏｕｔは領域境界であり、ｃｅｉｌは整数値に切り上げる関数である。この結果、得られた回折格子本数を、下記の表６に示す。
【０１０３】
【表６】
2011227956.tif 000014
【０１０４】
ここで、比較例１と比較例２とに加えて、さらに後述する本発明が適用された設計条件によって設計される２つの実施例１、２に係る対物レンズ３４の各領域の回折格子本数も示している。なお、「２−１領域」と「２−２領域」とにおいて、「Ａ」の欄は、各領域において重畳される第１基礎回折構造の回折格子本数を示し、「Ｂ」の欄は、各領域において重畳される第２基礎回折構造の回折格子本数を示している。
【０１０５】
上記の表６から明らかなように、比較例２に係る対物レンズでは、比較例１に係る対物レンズに比べてに比べ、「２−３領域」に対応する第３の領域５３の回折格子本数が増大している。
【０１０６】
以上のような設計条件に基づいて設計された比較例２に係る対物レンズにおいて、ＢＤに対応する波長の光ビームを入射したときの、温度変化に伴う球面収差量の変化を、下記の表７に示す。
【０１０７】
【表７】
2011227956.tif 000015
【０１０８】
上述したように、比較例２に係る対物レンズでは、比較例１に係る対物レンズと比べて、第１の領域５１と第２の領域５２の基本的な構成が同じであっても、第３の領域５３の回折格子本数を増やすことで温特球面収差を減少させることができる。具体的に、上記の表７から明らかなように、比較例２に係る対物レンズでは、比較例１に係る対物レンズと比べて、３次の温特収差が低減できていることが確認できる。その一方で、比較例２に係る対物レンズでは、第３の領域５３において、温度変動に応じた低次球面収差量を低減するため、回折格子本数を増加にしているため、高次収差が生じやすい。
【０１０９】
ここで、比較例１、及び、比較例２では、高次収差の発生を抑え、且つ、全体として球面収差量を低減することができない点について説明する。
【０１１０】
まず、図８は、比較例１に係る対物レンズにおいて、設計中心から温度が変動したときにおける回折部５０の波面収差量を示す図である。例えば、図８（Ａ）に示すようなＢＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量ＳＡ＿ＢＤ＿１は、その波面形状が３次球面収差の形状に似通っている。すなわち、比較例１に係る対物レンズは、「２−１領域（第１の領域５１）」から「２−３領域（第３の領域５３）」において、この波長の光ビームに対する回折のパワーがほぼ同等であるように設計されており、温度変動時の波面が綺麗な３次球面収差形状となり、高次の球面収差が発生しない。
【０１１１】
また、図８（Ｂ）には、ＤＶＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量ＳＡ＿ＤＶＤ＿１を示している。
【０１１２】
図８（Ａ）に示すような波面収差量ＳＡ＿ＢＤ＿１を低減しようとする場合には、一般的に、回折部５０の全領域において、同等に回折のパワーを上げることが要求される。ところが、上述した表２で示されるとおり、「２−１領域（第１の領域５１）」と「２−２領域（第２の領域５２）」とにおける「ＢＤに対応する波長の光ビーム」と「ＤＶＤに対応する波長の光ビーム」との回折次数の組み合わせが異なるため、回折部５０の全領域で回折パワーを同一量となるように上昇をさせることができない。
【０１１３】
仮に、表２の設計条件で示される回折次数の組み合わせを保ったまま、同等レベルでＢＤに対応するビーム光に対する回折パワーのみを増大させて、図９（Ａ）に示す波面収差量ＳＡ＿ＢＤ＿１２のように改善することも考えられる。しかし、この場合、図９（Ｂ）に示すＤＶＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量ＳＡ＿ＤＶＤ＿１２は、「２−２領域（第２の領域５２）」において増大してしまう。よって、ＢＤに対応する波長の光ビーム光に対する回折パワーのみを増大させると、対物レンズは、ＤＶＤ互換機能が果たせなくなってしまう。
【０１１４】
逆に、ＤＶＤ互換機能を果たしたまま、ＢＤに対応する波長のビーム光に対する回折パワーを増大させると、加熱時のＢＤに対応する波面状態が、「２−１領域（第１の領域５１）」と「２−２領域（第２の領域５２）」との間で途切れることで、大きな収差が発生してしまう。
【０１１５】
したがって、比較例１に係る対物レンズでは、表２の設計条件で示される次数関係を保っている限り、「２−１領域（第１の領域５１）」と「２−２領域（第２の領域５２）」とにおいて、球面収差量を低減するため、ＢＤに対応する波長のビーム光に対する回折パワーを増大することは好ましくない。
【０１１６】
このような比較例１に係る対物レンズに対して、比較例２に係る対物レンズは、ＢＤに対応する波長のビーム光が通過する専用領域である「２−３領域（第３の領域５３）」の回折パワーを上げることで、図１０に示すようにして、温度変動時に生じる球面収差量の低減を図っている。比較例２に係る対物レンズにおいて、図１０（Ａ）に示すようなＢＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量ＳＡ＿ＢＤ＿２は、同図で示される上述した波面収差量ＳＡ＿ＢＤ＿１１に対して、波面形状が３次収差の形状から乖離するため、全体の３次球面収差量が減少するが、高次の球面収差量が増大してしまう。この高次球面収差の増大は、温度変動時および波長変動時でその量に注意する必要があり、例えば記録再生特性が劣化などの影響を考慮すると、特に５次球面収差量が問題となることが多い。
【０１１７】
比較例２に係る対物レンズでは、表７に示したように、温度変動時に加えて波長変動時の高次球面収差が大きく、コリメータレンズ４２を動かしても取れ残る。ここで、波長変動に応じた球面収差量と、温度変動に応じた球面収差量との和が、最悪条件下の球面収差量であるが、比較例２に係る対物レンズでは、比較例１に係る対物レンズと比べて、約２倍程度、５次の球面収差量が取れ残ってしまうことになる。この収差の取れ残りは、小さければ小さいほど信号の安定化につながるため好ましい。
【０１１８】
＜実施例１＞
このような比較例１及び比較例２に対して、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現するため、実施例１に係る対物レンズ３４は、次のような設計条件に従って設計される。
【０１１９】
まず、上述のとおり、各領域に設定された各波長での回折次数と、その際の回折効率とは、回折格子の形状によって規定される。例えば、第２の領域５２において、単純なステップ構造のみを非球面レンズ形状に重畳させることで、最大の回折効率となるＢＤ、ＤＶＤに対応する各波長の回折次数の組み合わせを調整したとしても、第１の領域５１と同等の回折次数の組み合わせとするのは容易ではない。
【０１２０】
これは、第１に、ステップの選択肢が少なく、所望の関係の組み合わせがあまりないこと、第２に、第２の領域５２で、第１の領域５１と全く同一の回折構造を使うと、第３の波長であるＣＤの開口制限機能が発揮できないこと、の二点の理由による。
【０１２１】
そこで、実施例１に係る対物レンズ３４では、第２の領域５２に重畳させる回折構造として、例えば次のような第１、及び、第２基礎回折構造を用いることで、最大の回折効率となるＢＤ、ＤＶＤに対応する各波長の光ビームの回折次数の組み合わせが、第１の領域５１と同等となるようにすることができる。
【０１２２】
ここで、第１基礎回折構造は、図１１（Ａ）に示すような、最大効率を持つ回折次数の組み合わせがＢＤ：ＤＶＤ＝（０：−１）で、２ステップ３レベルの周期的な階段形状５２１で、光路差約２λ１の回折格子からなる回折構造である。
【０１２３】
第２基礎回折構造は、図１１（Ｂ）に示すような、最大効率を持つ回折次数の組み合わせがＢＤ：ＤＶＤ＝（２：１）で、光路差２λ１のブレーズ形状５２２からなる回折構造である。
【０１２４】
実施例１に係る対物レンズ３４は、これら２つの基礎回折構造を、図１１（Ｃ）に示すように重畳して所望の次数を得る。この組み合わせは、両者とも浅いために製造上有利な上、ＢＤの効率を１００％近く保てるという点で好ましい。実施例１に係る対物レンズ３４は、この組み合わせを用いた上で、第２の領域５２において２つの基礎回折構造を重畳する条件を下記の（４）式に従って算出する。
【０１２５】
【数７】
2011227956.tif 000016
ここで、ｋｉ１，ｋｉ２は、第１の領域５１に重畳された回折構造によってそれぞれ生じるＢＤ、ＤＶＤの回折光のうち最大効率を持つ次数の組み合わせである。また、ｋｍ１１，ｋｍ１２は、第２の領域５２の第１基礎回折構造によってそれぞれ生じるＢＤ、ＤＶＤの回折光のうち最大効率を持つ次数の組み合わせである。ｋｍ２１，ｋｍ２２は、第２の領域５２の第２基礎回折構造によってそれぞれ生じるＢＤ、ＤＶＤの回折光のうち最大効率を持つ次数の組み合わせである。αｉは比例係数、αｍ１、αｍ２は、各々の構造の周期数を表す。
【０１２６】
実施例１に係る対物レンズ３４は、たとえば、比較例１に係る対物レンズの第２の領域５２の回折構造を変更して、第１の領域５１と第２の領域５２とのそれぞれの回折次数の組み合わせを、（ｋｉ１，ｋｉ２）＝（１，−２）、（ｋｍ１１，ｋｍ１２）＝（０，−１）、（ｋｍ２１，ｋｍ２２）＝（２，１）とし、（４）式により、各周期数と比例係数が、αｉ＝２、αｍ１＝５、αｍ２＝１とする。実施例１に係る対物レンズ３４では、このような条件に従って第１、第２基礎回折構造を重畳することによって、第２の領域５２において、（ＢＤ：ＤＶＤ）＝２×（１：−２）という、第１の領域５１と同等のＢＤ、ＤＶＤの回折次数の組み合わせを得ることができる。
【０１２７】
実際に、第１基礎回折構造と、第２基礎回折構造と、これらの構造を組み合わせた重畳構造とにおける回折効率は、下記の表８のようになる。
【０１２８】
【表８】
2011227956.tif 000017
【０１２９】
ここで、表８中において、「重畳構成構造１、２」は、それぞれ第１、第２基礎回折構造に相当し、「重畳結果構造」はこれらの基礎構造を重畳した回折構造に相当する。また、「Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３」は、回折効率の高い回折次数の番号を示している。
【０１３０】
各基礎回折構造の高さ変動耐性が高いため、実施例１に係る対物レンズ３４では、重畳した場合に位相のずれが生じることなく、各構造の効率掛け算で回折効率を得ることができる。この掛け算によって重畳後の回折効率が求まり、そのときの回折次数が線形和で表されるという規則性は、上記の第１、第２基礎回折構造を用いることで、どのような周期に対しても成り立つ。
【０１３１】
また、実施例１に係る対物レンズ３４では、ＢＤ、ＤＶＤの二種の波長の光ビームに対して高さ変動耐性がある次のような基礎回折構造を用いるようにしてもよい。
（ＢＤ：ＤＶＤ）＝（２：１）の高さ２λ１光路差ブレーズ
（ＢＤ：ＤＶＤ）＝（０：−１）の高さ２λ１光路差２ステップ
（ＢＤ：ＤＶＤ）＝（０：１）の高さ６λ１光路差３ステップ
（ＢＤ：ＤＶＤ）＝（１：−１）高さ３．８λ１光路差３ステップ、
（ＢＤ：ＤＶＤ）＝（０：−１）高さ８λ１光路差４ステップ、
（ＢＤ：ＤＶＤ）＝（１：−２）高さ６．９λ１光路差６ステップ、
実施例１に係る対物レンズ３４では、このような基礎回折構造を上記の（４）式の条件を満たすようにして任意に組み合わせることで、大きな回折効率を実現しつつ、高さが低い回折構造、すなわち格子の深さが浅い構造を見つけ出すことができる。
【０１３２】
実施例１に係る対物レンズ３４では、ＢＤに対応する波長の回折効率を大きくしつつ、回折構造の深さがもっとも浅くなる条件として、（ＢＤ：ＤＶＤ）＝（２：１）と（ＢＤ：ＤＶＤ）＝（０：−１）の組み合わせとなっている。
【０１３３】
また、実施例１に係る対物レンズ３４では、第２の領域５２における回折次数の組み合わせが、下記の（５）式で示される条件を満たすように設計されている。
【０１３４】
ＢＤ：ＤＶＤ：ＣＤ≠（０：０：Ｎ）（Ｎは０以外の整数）  ・・・（５）
このような条件に対して、例えば、（５）式の条件を満たさない場合には、対物レンズの第２の領域５２において、ＢＤ：ＤＶＤ：ＣＤ＝（０：０：１）という最大効率回折次数をもつ回折構造を重畳させることによって、第１の領域５１と共通の基礎構造を持ちつつ、第２の領域５２においてのみＣＤに対応する波長の光ビームをフレア化させることができる。ただしこの場合には、このＢＤ：ＤＶＤ：ＣＤ＝（０：０：１）を実現する回折格子深さが１ステップ、深さが光路差５λ１である約３．６μｍと深く、他の基礎構造深さと組み合わせると更に深くなり、製造時ロスが大きいという問題がある。
【０１３５】
これに対して、実施例１に係る対物レンズ３４では、第２の領域５２における回折次数の組み合わせが、（５）式で示される条件を満たすように設計されているので、回折格子深さを浅くすることができる。
【０１３６】
以上のような設計条件に従って、実施例１に係る対物レンズ３４は、第１の領域５１、第２の領域５２、第３の領域５３の回折形状を、下記の表９のように設計し、さらに下記の表１０で示すような条件で、非球面レンズ形状を設計することができる。
【０１３７】
【表９】
2011227956.tif 000018
【０１３８】
【表１０】
2011227956.tif 000019
【０１３９】
ここで、表９及び表１０中の「２−２Ａ」と「２−２Ｂ」とは、それぞれ第２の領域５２に重畳される第１基礎回折構造と第２基礎回折構造との構造を示している。このとき「２−２Ａ」に係る第１基礎回折構造の位相差関数係数は、いずれも「２−２Ｂ」に係る第２基礎回折構造の位相差関数係数の５倍となっており、上述した図１１（Ｃ）に示すように、２ステップ３レベルの階段形状５２１が５周期現れると、ブレーズ形状が１周期現れることを示している。
【０１４０】
以上のような表９と表１０とに基づいて設計された実施例１に係る対物３４レンズにおいて、ＢＤに対応する第１の波長の光ビームを入射したときの、温度変化に伴う球面収差量の変化を、下記の表１１に示す。
【０１４１】
【表１１】
2011227956.tif 000020
【０１４２】
表１１を表６と比べると明らかなように、実施例１に係る対物レンズ３４は、上述した比較例２に比べて、コリメータレンズ４２移動後の収差量がより低減されている。特に、実施例１に係る対物レンズ３４は、例えば次の理由から、上述した比較例２に比べて、対物レンズの収差として管理されることの多い５次球面収差に関して低減が図られており、よりコストダウンに向いた構成となっている。
【０１４３】
これは、「第１の領域５１」と「第２の領域５２」におけるＢＤ、ＤＶＤ間の最大回折効率となる次数関係が同等であるために、図１２（Ａ）に示すように、回折部５０全体の回折パワーを増大することで、温度変動時におけるＢＤに対応する波長の波面収差量ＳＡ＿ＢＤを低減することができるためである。
【０１４４】
また、図１２（Ａ）に示すように縦収差状態も基本的には微分可能な形でつながり、図１２（Ｂ）に示すように、ＤＶＤに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量ＳＡ＿ＤＶＤがほとんど発生することがないため、実施例１に係る対物レンズ３４では、常温時フォーカスエラーサーチ波形ＢＤ，ＤＶＤがいずれにおいてもほとんどゆがまない。このようにして、実施例１に係る対物レンズ３４では、フォーカスエラーサーチ波形がほとんどゆがまないので、システムにおける信号処理の負荷を低減できる。加えて、図１２（Ａ）に示すように、第１の領域５１から第３の領域３にかけての各境界において、斜め方向にＢＤに対応する波長の光ビームが入射した場合も、基本的に回折も非球面も連続面であるため波面飛びが生じない。このため、実施例１に係る対物レンズ３４では、レンズチルト時の高次収差を抑えることができるという利点もある。
【０１４５】
＜実施例２＞
本発明が適用された対物レンズは、上述した実施例１に係る対物レンズ３４のように、第１の領域５１の非球面レンズ形状に第１基礎回折構造のみが重畳され、第２の領域５２の非球面レンズ形状に、第１基礎回折構造と第２基礎回折構造との２つの回折構造が重畳されたものに限定されない。すなわち、本発明が適用された対物レンズは、第１の領域５１に複数の基礎回折構造が重畳されている場合や、第１の領域５１の回折構造が不等周期である場合や、第２の領域５２の回折構造が不等周期である場合でも適用可能である。このような適用例である実施例２に係る対物レンズ３４の具体的な設計条件の説明に先立ち、第１の領域５１と第２の領域５２との回折構造における関係式の導出過程を説明する。
【０１４６】
まず、図１３（Ａ）に示すような第１基礎回折構造５０１と第２基礎回折構造５０２との重なる間隔が一定している等周期に対して、不等周期とは、図１３（Ｂ）に示すような第１基礎回折構造５０１と第２基礎回折構造５０２との重なる間隔が一定していないものである。すなわち、レンズ設計としては、各基礎回折構造の位相差関数係数Ｃ２ｎがいずれかのｎにおいて比例していないものをいう。例えば、図１３（Ａ）に示す等周期間隔の重畳構造では、２ステップ３レベルの１周期当たり３つの階段形状５０１ａに対して、１周期分のブレーズ形状５０２ａがちょうど一致するようになる。一方、図１３（Ｂ）に示す不等周期間隔の重畳構造では、等周期間隔の重畳構造が有する一定性が見られない。
【０１４７】
次に、第１の領域５１に第１基礎回折構造と第２基礎回折構造とが重畳された構造が適用されたものとする。基本的に第１の領域５１で与えられる回折パワーを、重畳される基礎回折構造毎に、ＢＤに対応する波長の光ビームに対してφｉ１１、φｉ２１、ＤＶＤに対応する波長の光ビームに対してφｉ２１、φｉ２２とすると、トータルの回折パワーφｉ１Ａｌｌ（ＢＤ）とφｉ２Ａｌｌ（ＤＶＤ）は、下記の（６）式で表される。
【０１４８】
【数８】
2011227956.tif 000021
【０１４９】
また、回折次数をｋ、波長をλ、設計波長をλ０とすれば、下記の（７）式が成り立つ。
【０１５０】
【数９】
2011227956.tif 000022
【０１５１】
（７）式から、仮想的なトータルのＢＤの波長λ１の最大回折効率となる回折次数に対する、ＤＶＤの波長λ２の最大回折効率となる回折次数の比であるγ＝φｉ２Ａｌｌ／φｉ１Ａｌｌは、下記の（８）式となる。
【０１５２】
【数１０】
2011227956.tif 000023
ここで、Ｃ２ｉ１は、第１の領域５１における、第１基礎回折構造の位相差関数第１項（すなわち、２次の項。）を示し、Ｃ２ｉ２は、第１の領域５１における、第２基礎回折構造の位相差関数第１項を示す。また、ｋｉ１１、ｋｉ１２は各々、第１の領域５１の第１基礎回折構造、第２基礎回折構造におけるλ１の最大効率回折次数であり、ｋｉ２１、ｋｉ２２は各々、第１の領域５１の第１基礎回折構造、第２基礎回折構造におけるλ２の最大効率回折次数である。
【０１５３】
上記の（８）式で算出される比率γが、第１の領域５１と第２の領域５２との間で同一の関係となることが、上述した図１２（Ａ）に示すような球面収差を全領域で綺麗につなぐための条件となる。仮にこのような第１の領域５１と第２の領域５２との間の関係がずれていた場合、波長変動による挙動も、第１の領域５１と第２の領域５２との間で異なってしまい、位相飛びを生じ高次の収差を残留してしまうことになる。
【０１５４】
よって、第２の領域５２についても、上記の（８）式と同様の計算によりγを算出すれば、下記の（９）式が、球面収差を全領域で綺麗につなぐための条件式となる。
2011227956.tif 000024
ここで、第１の領域５１に第１基礎回折構造のみが重畳されている場合、上記の（９）式は、下記の（１０）式のように変形することができる。
2011227956.tif 000025
【０１５５】
また、第１の領域５１に第１基礎回折構造のみが重畳されていて、さらに、第２の領域５２に第１基礎回折構造と第２基礎回折構造との２つのみ重畳されているならば、上記の（９）式は、下記の（１１）式のように変形することができる。
2011227956.tif 000026
【０１５６】
例えば、上述した実施例１に係る対物レンズ３４に対して、（１１）式の条件を当てはめようとすると、ｋｉ１＝１、ｋｉ２＝−２であって、ｋｍ１１＝０、ｋｍ１２＝２、ｋｍ２１＝−１、ｋｍ２２＝１、Ｃ２ｍ１＝−２．４９８９×１０-2、Ｃ２ｍ２＝−４．９９７９×１０−３であるから、（左辺）＝−２、（右辺）＝−２となる。このようにして、実施例１に係る対物レンズ３４では、（１１）式の条件が満たされていることが確認できる。
【０１５７】
なお、この関係性は、Ｃ２（２次の係数）だけでなく、Ｃ４（４次の係数）やＣ６においても成り立つことが望ましいが、Ｃ２において本式が成り立てば近軸に関する条件が満たされるため、十分機能的なレンズとして成り立たせることができる。
【０１５８】
さらに、第２の領域５２に対して、さらなる次数重畳を行うことで、回折本数の減少を図ることもできる。この場合には（４）式に対して第３式が加わることとなり、自由度が増える。ただし過剰な重畳は回折効率の低下を招くため、最大でも３つ程度の重畳とすることが好ましい。
【０１５９】
以上のようにして導出された（１０）式を用いて、実施例２に係る対物レンズ３４では、第１の領域５１に第１基礎回折構造と第２基礎回折構造とが重畳されている条件下で、第１の領域５１と第２の領域５２とにおいて、λ１の光ビームに与えられる回折パワーと、λ２の光ビームに与えられる回折パワーとがそれぞれ同等にパワーが変化するようにする。
【０１６０】
なお、実施例２に係る対物レンズ３４においても、第２の領域５２における回折次数の組み合わせが、上述した（５）式で示される条件を満たすように設計されているものとする。
【０１６１】
このような設計条件及び設計指針に従って、実施例２に係る対物レンズ３４は、第１の領域５１、第２の領域５２、第３の領域５３の回折形状を、下記の表１２のように設計し、さらに下記の表１３で示すような条件で、非球面レンズ形状を設計することができる。
【０１６２】
【表１２】
2011227956.tif 000027
【０１６３】
【表１３】
2011227956.tif 000028
【０１６４】
ここで、表１２中の「２−１Ａ」と「２−１Ｂ」とは、それぞれ第１の領域５１に重畳される第１基礎回折構造と第２基礎回折構造との構造を示している。また、「２−２Ａ」と「２−２Ｂ」とは、それぞれ第２の領域５２に重畳される第１基礎回折構造と第２基礎回折構造との構造を示している。
【０１６５】
以上のような表１２と表１３とに基づいて設計された実施例２に係る対物３４レンズにおいて、ＢＤに対応する第１の波長の光ビームを入射したときの、温度変化に伴う球面収差量の変化を、下記の表１４に示す。
【０１６６】
【表１４】
2011227956.tif 000029
【０１６７】
表１４から明らかなように、実施例２に係る対物レンズ３４は、上述した実施例１と同様に、５次球面収差が増大することなく、コリメータレンズ４２移動後の収差量を低減することができる。
【０１６８】
なお、実施例２に係る対物レンズ３４は、第１の領域５１と第２の領域５２とが、ともに非球面レンズ形状に対して２つの基礎回折構造が重畳された構造となっているが、上述した（８）式を用いることで、更に複雑な回折構造に適用することができる。
【０１６９】
すなわち、本発明が適用された対物レンズ３４では、ｎを１以上の任意の整数としたとき、第１の領域５１と第２の領域５２とに、それぞれ第ｎ基礎回折構造が重畳された回折構造を有するものとし、さらに、第１の領域５１と第２の領域５２とに係る回折構造を上述した（５）式と（８）式とを満たすように設計することで、λ１の光ビームとλ２の光ビームとにおける最大効率を持つ回折次数の組み合わせを、第１の領域と第２の領域との間で一致させることができる。
【０１７０】
以上のようにして、本発明が適用された対物レンズ３４では、実施例１及び実施例２に係る球面収差量の温度特性から明らかなように、上述した（５）式と（８）式を満たすことで、λ１の光ビームとλ２の光ビームとにおける最大効率を持つ回折次数の組み合わせを、第１の領域と第２の領域との間で一致させる。このようにして、対物レンズ３４では、第１の領域５１と第２の領域５２とにおいて、λ１の光ビームに与えられる回折パワーと、λ２の光ビームに与えられる回折パワーとが、温度が変動しても、それぞれ同等にパワーが変化するようにする。
【０１７１】
よって、対物レンズ３４では、第１の領域５１と第２の領域５２との間で、温度変動時の波面が滑らかに繋がるため、例えばλ１の光ビームにおける５次の球面収差などの高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現することができる。すなわち、対物レンズ３４では、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現しつつ、共通の一の対物レンズを用いて３波長の光ビームを信号記録面に集光することができる。
【０１７２】
この対物レンズ３４が組み込まれた光ピックアップ３は、コリメータレンズ４２の移動量を減らし、小型化を図ることができる。光ピックアップ３は、レンズチルト感度変動が間接的に抑えられ、複雑な調整工程を省くことができ、コストダウンを行うことができる。さらに、この光ピックアップ３が組み込まれた光ディスク装置１は、フォーカスエラー波形の歪みも抑制することができ、安定な信号読み取りが可能となる。
【符号の説明】
【０１７３】
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、７  システムコントローラ、９  サーボ制御部、１１、１２、１３  光ディスク、１４  プリアンプ、１５  信号変復調器＆ＥＣＣブロック、１６  インターフェース、１７  外部コンピュータ、１８  Ｄ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器、１９  オーディオ・ビジュアル処理部、２０  オーディオ・ビジュアル信号入出力部、２１  レーザ制御部、２２  ディスク種類判別部、３１、３２、３３  光源部、３４  対物レンズ、３４Ｂ  対物レンズ、３５Ｂ  回折光学素子、３６、３７、３８  ビームスプリッタ、３９、４０、４１  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、５０ａ  単位周期構造、５０ｂ  ブレーズ形状周期構造、５０１  第１基礎回折構造、５０１ａ、５２１  階段形状、５０２  第２基礎回折構造、５０２ａ、５２２  ブレーズ形状
【図１】
2011227956.tif 000034
【図２】
2011227956.tif 000035
【図３】
2011227956.tif 000036
【図４】
2011227956.tif 000037
【図５】
2011227956.tif 000038
【図６】
2011227956.tif 000039
【図７】
2011227956.tif 000040
【図８】
2011227956.tif 000041
【図９】
2011227956.tif 000042
【図１０】
2011227956.tif 000043
【図１１】
2011227956.tif 000044
【図１２】
2011227956.tif 000045
【図１３】
2011227956.tif 000046