(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
2011023092.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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とし、
上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、
上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、
第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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）｜の関係を満足するとともに、
関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する対物レンズ。
【請求項２】
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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、
上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、
上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、
第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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）｜の関係を満足する対物レンズ。
【請求項３】
上記第２の領域における、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ｋ１ｍｍ，ｋ２ｍｍ，ｋ３ｍｍとするとともに、ｋ１ｍｍ，ｋ２ｍｍ，ｋ３ｍｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｍｓ，ｋ２ｍｓ，ｋ３ｍｓとし、
上記第２の領域の回折構造は、（Ｎ２−１）段差Ｎ２レベルの階段構造であり、
上記第２の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第２レベル、第Ｎ２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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｍ（Ｘ）を示す近似した関係式φｍ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、
第２レベル、第Ｎ２レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｍ２、φｍＮ２と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ２レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ２から上記関係式で得られるφｍ（ｘ２）、φｍ（ｘＮ２）とが、ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＞０のとき｜φｍ２｜＜｜φｍ（ｘ２）｜又は｜φｍＮ２｜＞｜φｍ（ｘＮ２）｜の関係を満足し、ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＜０のとき｜φｍ２｜＞｜φｍ（ｘ２）｜又は｜φｍＮ１｜＜｜φｍ（ｘＮ２）｜の関係を満足する請求項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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とした際に、
関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する対物レンズ。
【請求項５】
関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍの少なくとも一方を満足する請求項４記載の対物レンズ。
【請求項６】
関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍの両方を満足する請求項４記載の対物レンズ。
【請求項７】
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、
上記第１乃至第３の波長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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とし、
上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、
上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、
第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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）｜の関係を満足するとともに、
関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する光ピックアップ。
【請求項８】
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、
上記第１乃至第３の波長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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、
上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、
上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、
第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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）｜の関係を満足する光ピックアップ。
【請求項９】
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、
上記第１乃至第３の波長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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とした際に、
関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する光ピックアップ。
【請求項１０】
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、
上記第１乃至第３の波長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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とし、
上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、
上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、
第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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）｜の関係を満足するとともに、
関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する光ディスク装置。
【請求項１１】
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、
上記第１乃至第３の波長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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、
上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、
上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、
第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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）｜の関係を満足する光ディスク装置。
【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、
上記第１乃至第３の波長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、
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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とした際に、
関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する光ディスク装置。
【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、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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とし、上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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）｜の関係を満足するとともに、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する。
【００１１】
また、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、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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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。
【００１２】
また、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、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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とした際に、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する。
【００１３】
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、上記第１乃至第３の波長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、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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とし、上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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）｜の関係を満足するとともに、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する。
【００１４】
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、上記第１乃至第３の波長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、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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、上記第１の領域の回折構造は、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であり、上記第１の領域の回折構造による波長λ１に対する光路差位相量を、上記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し、得られた各周期の第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で、半径方向の位置Ｘに対する上記光路差位相量φｉ（Ｘ）を示す近似した関係式φｉ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出し、第２レベル、第Ｎ１レベルの開始点位置における上記光路差位相量φｉ２、φｉＮ１と、第２レベルの開始点の半径方向の位置ｘ２、第Ｎ１レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ１から上記関係式で得られるφｉ（ｘ２）、φｉ（ｘＮ１）とが、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。
【００１５】
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、上記第１乃至第３の波長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、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、上記第１の領域における、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ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍとするとともに、ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍに隣接する次数の回折不要光のうち、回折効率が大きい次数をｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓ，ｋ３ｉｓとし、次数ｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓの光ビームに上記回折部の回折力及び上記対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーをそれぞれＰ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓとし、波長λ１，λ２のそれぞれに対する光ディスクの屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎｄ２とした際に、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍのうちいずれか一の関係式を満足する。
【００１６】
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】
【００１７】
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】
【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。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）に示された内輪帯と比較するための比較例の回折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、図５に示す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】中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＝２、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（０，−１，＋１，−１）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１２】中輪帯構成例における球面補正可能性及びフレア化について説明する図であり、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（０，−１，＋１，−１）の場合の図である。かかる場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図１３】対物レンズの回折部における内輪帯、中輪帯及び外輪帯の基準となる非球面形状における軸上面間距離について説明するための図である。
【図１４】外輪帯構成例１の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝∞、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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２０】正規光と不要回折光との集光点位置の差の距離Δｒｅａｌとこの集光点位置の差の距離をシミュレーションにより得た値Δｃａｌｃとの関係を説明するための図である。（ａ）は、第１の波長λ１のΔｒｅａｌ及びΔｃａｌｃをＢＤフォーマットの層間厚さの領域範囲とともに示す図である。（ｂ）は、第２の波長λ２のΔｒｅａｌ及びΔｃａｌｃをＤＶＤフォーマットの層間厚さの領域範囲とともに示す図である。
【図２１】正規光と不要回折光との集光点位置の差の距離Δｒｅａｌとこの集光点位置の差の距離をシミュレーションにより得た値Δｃａｌｃとの相違原因について説明するための図である。（ａ）は、Δｃａｌｃを想定するにあたり用いられるＣ１係数を考慮した際の縦収差の状態を示す図である。（ｂ）は、Δｒｅａｌに影響を及ぼすＣ１係数及びＣ２係数を考慮した際の縦収差の状態を示す図である。
【図２２】等間隔階段形状の回折構造の第１の光ディスク（ＢＤ）の溝深さの変化に対する不要信号／正規信号比率の変化を示す図である。
【図２３】等間隔階段形状の回折構造の第２の光ディスク（ＤＶＤ）の溝深さの変化に対する不要信号／正規信号比率の変化を示す図である。
【図２４】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本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２５】改善構成の回折構造の第１の光ディスク（ＢＤ）の溝深さの変化に対する不要信号／正規信号比率の変化を示す図である。
【図２６】改善構成の回折構造の第２の光ディスク（ＤＶＤ）の溝深さの変化に対する不要信号／正規信号比率の変化を示す図である。
【図２７】改善構成の回折構造の第３の光ディスク（ＣＤ）の溝深さの変化に対する不要信号／正規信号比率の変化を示す図である。
【図２８】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、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１、−１、−２）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４ステップ５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本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２９】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、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０、−１、−２）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３ステップ４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本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３０】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、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０、−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５ステップ６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本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３１】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、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（２、−１、−２）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５ステップ６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本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３２】通常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３３】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３４】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３５】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３６】中輪帯における不要信号低減の手法について代表的な例として、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）の場合を例に挙げて説明するための図である。（ａ）は、通常構成として等間隔階段形状とされた２ステップ３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）〜（ｃ）は、第１及び第２の波長λ１，λ２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。（ｄ）は、（ａ）で示した通常構成に対して本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。（ｅ）〜（ｆ）は、第１及び第２の波長λ１，λ２に対する選択された回折次数の回折光に対し（ｄ）で示す改善構成が付与する位相量を示す図である。
【図３７】中輪帯における不要信号低減の手法について代表的な例として、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（１，０）の場合を例に挙げて説明するための図である。（ａ）は、通常構成として等間隔階段形状とされた３ステップ４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）〜（ｃ）は、第１及び第２の波長λ１，λ２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。（ｄ）は、（ａ）で示した通常構成に対して本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。（ｅ）〜（ｆ）は、第１及び第２の波長λ１，λ２に対する選択された回折次数の回折光に対し（ｄ）で示す改善構成が付与する位相量を示す図である。
【図３８】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】
【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．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
【００２０】
〔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。
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
〔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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。この点については、図９及び図１０を用いて後述する。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
〔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。
【００５７】
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の回折（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第３の領域（以下、「外輪帯」ともいう。）５３を有する。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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５２，７３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。
【００６２】
具体的には、第１の領域５１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、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（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。第１の領域５１に形成される回折構造は、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。
【００６３】
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。
【００６４】
また、ここで、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（ａ）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。
【００６５】
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、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。
【００６６】
尚、第１の領域５１に形成される第１の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（ａ）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うるよう、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。
【００６７】
例えば、第１の領域５１の回折構造は、図８（ａ）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５１ｓ１，５１ｓ２，５１ｓ３，５１ｓ４，５１ｓ５，５１ｓ６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５１ｆ１，５１ｆ２，５１ｆ３，５１ｆ４，５１ｆ５，５１ｆ６，５１ｆ７を有して形成されている。尚、以下では、この各回折面５１ｆ１〜５１ｆ７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５１Ｌ１Ｓ，５１Ｌ２Ｓ，５１Ｌ３Ｓ，５１Ｌ４Ｓ，５１Ｌ５Ｓ，５１Ｌ６Ｓ，５１Ｌ７Ｓ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。
【００６８】
ここで、図８（ａ）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１５１を図８（ｂ）に示し、これを用いて説明する。図８（ｂ）に示す回折構造１５１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１５１ｓ１〜１５１ｓ６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１５１ｆ１〜１５１ｆ７を有して形成されている。図８（ａ）に示す第１の領域５１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１５１Ｌ２Ｓ、７レベルの開始点１５１Ｌ７Ｓを図８（ｂ）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。すなわち、図８（ａ）の各開始点５１Ｌ２Ｓ，５１Ｌ７Ｓとなるよう変更したものである。尚、２，７レベルの開始点に換えて、３レベルの開始点及び６レベルの開始点を移動させてもよいし、２，３，６，７レベルの開始点の位置を変更するように構成しても良い。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。
【００６９】
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。
【００７０】
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＝５４００（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＝０．８６、図９（ｂ）に示すように、ｅｆｆ２＝０．７０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。
【００７１】
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。
【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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
中輪帯の構成例として、具体的に、図１１は、回折構造をステップ数Ｓ＝２の階段形状として、（ｋ１ｍ、ｋ２ｍ、ｋ３ｍ、ｋ３ｍ’）＝（０，−１，＋１，−１）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。ここで、回折構造において第３の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数ｋ３ｍとともに、所謂不要光として２番目に大きな回折効率を有する回折次数ｋ３ｍ’として示している。そして、図１１（ａ）は、第１の波長の光ビームの０次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１１（ｂ）は、第２の波長の光ビームの−１次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１１（ｃ）は、第３の波長の光ビームの、不要光となる＋１次回折光の回折効率の変化をＬＦ１として、また、他の不要光となる−１次回折光の回折効率の変化をＬＦ２として示す図である。図１１（ａ）〜図１１（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、横軸が１６００ｎｍの位置において、図１１（ａ）に示すように、ｅｆｆ１は、０．９９であり、図１１（ｂ）に示すように、ｅｆｆ２は、０．６３である。また、この位置において、図１１（ｃ）に示すように、ｅｆｆ３は、０．２８程度であり、ｅｆｆ３’は、０．２８程度であるが、スポットがフレア化される。
【００８０】
具体的に、フレア化させることについて、図１２を用いて説明する。図１２は、横軸に波長×回折次数（ｎｍ）により算出される値を、縦軸に保護層厚さ（ｍｍ）を設定して各回折次数（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（０，−１，＋１，−１）に対応する各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３，Ｐλ３’をプロットしたものである。ＬＭ１は、設計直線を想定している。図１２において、第１の波長の設計点Ｐλ１と第２の波長の設計点Ｐλ２とは、設計直線ＬＭ１上に位置するために、回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍの回折光の収差は略０となる。尚、この設計直線ＬＭ１の傾きは、例えば、（ｔ１−ｔ２）／（λ１×ｋ１ｍ−λ２×ｋ２ｍ）により算出されるＰλ１とＰλ２とを結ぶ直線の傾きに略近似される。その一方で、第３の波長におけるプロットされた点Ｐλ３，Ｐλ３’は、収差ゼロ設計点とはかなりの乖離を有しており、フレア化されていることを示している。具体的に、プロットＰλ３の球面収差補正直線からの乖離量Δは、Δ＝−１．６２（ｍｍ）程度であり、プロット点Ｐλ３’の球面収差補正直線からの乖離量をΔ’は、Δ’＝−０．４０（ｍｍ）程度である。この結果、第３の波長においては収差が取れ残り、すなわち、結果としてこの中輪帯を通過した第３の波長の光ビームは信号記録面に結像しないで、第３の光ディスクに入射してしまう第３の波長の光ビームの光量を抑えることができる。この結果、図１１に示すように第３の波長の光ビームの回折効率が存在しても、これらの光ビームは結像に対して寄与せず、適切な開口制限（ＮＡ＝０．４５）を実現することができる。すなわちかかる構成により、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ができ、実質的に第３の光ディスクの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低減させることができる。これにより、上述のような第３の波長の光ビームに対する開口制限を確実且つ良好に行うことを可能とする。
【００８１】
外輪帯である第３の領域５３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。
【００８２】
また、第３の領域５３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５３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５３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。
【００８３】
また、第３の領域５３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５３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５３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。
【００８４】
このように、第３の領域５３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５３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５３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５３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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。尚、かかる第３の領域５３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。
【００８７】
具体的に、第３の領域５３は、次式（１）で示すような非球面形状となるように形成されている。尚、第１及び第２の領域５１，５２についても、回折構造が形成される基準面が、この次式（１）で示される非球面形状となるようにされ、かかる非球面形状の基準面上に上述の回折構造が形成されている。また、後述する回折部７０の回折領域である第３の領域７３についても、回折構造が形成される基準面が、この次式（１）で示される非球面形状となるようにされ、かかる非球面形状の基準面上に上述の回折構造が形成されている。この式（１）中で、ｈは、光軸からの高さ、すなわち半径方向の位置を示し、ｚは、ｈの位置における光軸に平行するサグ量を示し、すなわち、ｈの位置における面頂点の接平面からの距離を示す。このｚで示すサグ量は、回折構造がない第３の領域５３においては、レンズの面形状を示すものである。また、ｃは、曲率、すなわち曲率半径の逆数を示し、κは、円錐係数（非球面係数）を示し、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・は、非球面係数を示す。
【００８８】
【数１】
2011023092.tif 000003
【００８９】
また、式（１）中Δｚは、内輪帯の基準面を示す２−１面を基準に取った場合の２−１面からの軸上面間距離を示す。すなわち、内輪帯基準面を２−１面とし、中輪帯基準面を２−２面とし、外輪帯基準面を２−３面とし、内輪帯基準面２−１面の頂点位置を原点とした場合に以下のことを示す。すなわち、中輪帯基準面２−２面と、外輪帯基準面２−３面とがこの原点からΔｚだけオフセットして面が形成されていることを示す。ここで、「外輪帯基準面」としたが、これは、ここで説明する外輪帯５３の場合には、この「外輪帯基準面」自体が外輪帯の面形状となるが、後述する外輪帯７３の場合には、この基準面に回折構造が形成されることを意味する。例えば、２−２面についての軸上面間距離Δｚは、図１３のように示されることとなる。尚、図１３中、Ｓｕ２−１は、内輪帯５１の基準面である２−１面を示し、Ｓｕ２−２は、中輪帯５２の基準面である２−２面を示す。また、横軸は、光軸方向のサグ量ｚを示し、ｈは、半径方向の位置を示し、ｚ（ｈ）は、式（９）中のｚである半径方向の位置毎のサグ量を示す。また、図１３において、実線部は、Ｓｕ２−１及びＳｕ２−２により形成される基準面を示し、破線部は、Ｓｕ２−１，Ｓｕ２−２を延長した部分を示す。かかる図１３において、Δｚは、２−１面の頂点と、２−２面の頂点との軸上の距離を示すものである。尚、ここでは、２−１面と２−２面との交点が内輪帯及び中輪帯の領域境界となっているが、これに限られるものではなく、収差や回折効率を考慮して各光ディスクの信号記録面に適切に集光できるような状態になるように形成される。換言すると、内輪帯と中輪帯との２境界の閾値は、半径方向の位置を示すｈにより決定されるものである。そして、上述のように２−１面と２−２面とが、ｈで決定される境界部分で交差しないような場合は、微少の段差を有して内輪帯及び中輪帯の基準面が形成されることとなる。また、上述は内輪帯と中輪帯との関係について説明したが、外輪帯と内輪帯及び中輪帯との関係も上述の場合と同様であり、また、外輪帯におけるΔｚも、内輪帯の面頂点との関係で上述と同様に決定されている。
【００９０】
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。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。
【００９１】
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及び屈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。
【００９２】
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。
【００９３】
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、等間隔に対して変化させた回折構造を有していることにより、〔５．〕に示すように、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。
【００９４】
さらに、上述したような回折部５０を有する対物レンズ３４は、中輪帯としての第２の領域５２が（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）の関係を満たす。第１及び第２の波長において球面収差を低減できるとともに、第３の波長において適切な開口制限を可能とする。また、対物レンズ３４は、製造上有利な構成とでき、高い回折効率を得ることができ、内輪帯との関係で、全体として良好な特性を発揮できる。
【００９５】
さらに、回折部５０を有する対物レンズ３４は、外輪帯として、第２の領域５２の外側に設けられ輪帯状の第３の領域５３を有し、この第３の領域５３が、所定の屈折作用を有する非球面連続面として形成されている。かかる構成により、上述のような、高い光利用効率を得ることや、良好なスポットを集光できることや、所定の開口制限を発揮させること等の機能を発揮できる。また、対物レンズ３４は、外輪帯における、製造工程の簡素化や、外輪帯における回折構造を有しないことにより高い光利用効率を実現する。
【００９６】
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の領域５２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。第３の領域５３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適切なスポットを形成しないように屈折させる。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。
【００９７】
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、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。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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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の領域にも所定の回折構造が設けるように構成してもよい。すなわち、上述のような非球面連続面とされた第３の領域５３に換えて、所定の回折構造により第１の波長の光ビームを光ディスクに集光させる回折光を発生させるとともに、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。換言すると、上述した所定の回折構造が形成された第１及び第２の領域５１，５２と、第１の光ディスクの開口数に対応するような領域に形成された回折構造を有する第３の領域とを有する回折部として構成してもよい。
【０１０２】
〔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に換えて外輪帯を回折領域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の外側に回折領域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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。）７３を有する。
【０１０５】
外輪帯である第３の領域７３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７３は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｃ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７３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７３は、通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｃ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。
【０１０６】
また、第３の領域７３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３４Ｃ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７３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７３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３４Ｃ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７３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３４Ｃ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７３は、通過する第２の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｃ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。
【０１０７】
また、第３の領域７３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３４Ｃ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７３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７３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３４Ｃ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７３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３４Ｃ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７３は、通過する第３の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｃ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。
【０１０８】
このように、第３の領域７３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７３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３４Ｃ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。
【０１０９】
また、第３の領域７３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７３は、第２及び第３の波長の光ビームについては、この領域７３を通過して対物レンズ３４Ｃ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７３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７３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３４Ｃ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７３を通過して対物レンズ３４Ｃ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７３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。
【０１１０】
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ような大きさに形成されている。また、この第３の領域７３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３４Ｃ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７３を備える回折部７０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７３を通過する第１の波長の光ビームは、例えば１次、４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７３の外側の領域を透過した０次光は、対物レンズ３４Ｃ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３４Ｃ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７３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７０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。
【０１１１】
具体的には、第３の領域７３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。
【０１１２】
外輪帯である、第３の領域７３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７３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。
【０１１３】
第３の領域７３は、通過する第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｏ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３の領域７３は、通過する第２の波長の光ビームの次数ｋ２ｏ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３の領域７３は、通過する第３の波長の光ビームの次数ｋ３ｏ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、回折次数ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏを選択する際に、第１の波長の次数と回折効率だけを考慮すればよい。これは、所定の回折効率を有してしまう第２及び第３の波長の集光点をフレア化して結像させた状態からずらすことができるからである。そして、具体的に、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）の場合には、所定の効率とフレア化の利点を得ることができるものである。
【０１１４】
外輪帯の構成例として、具体的に、図１４は、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）として、ブレーズ形状（Ｓ＝∞）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１４（ａ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、第１の波長の光ビームの＋４次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１４（ｂ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、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示す図である。図１４（ｃ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、第３の波長の光ビームの＋２次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１４（ａ）〜図１４（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、横軸が３１００ｎｍの位置において、図１４（ａ）に示すように、ｅｆｆ１は、１．０である。また、この位置において、図１４（ｂ）に示すように、ｅｆｆ２は、０．６程度であるが、スポットがフレア化され、図１４（ｃ）に示すように、ｅｆｆ３は、１．０程度であるが、スポットがフレア化される。フレア化させる点については、上述の中輪帯の場合と同様であり、Ｐλ１のプロットのみを通る設計直線を設定すればよいので、比較的自由度が高いといえる。フレア化により、図１４に示すように第２の波長の光ビームの回折効率が存在しても、この光ビームは結像に対して寄与せず、適切な開口制限（ＮＡ＝０．６）を実現することができる。また、図１４に示すように第３の波長の光ビームの回折効率が存在しても、この光ビームは結像に対して寄与せず、適切な開口制限（ＮＡ＝０．４５）を実現することができる。
【０１１５】
以上のような構成とされた第１乃至第３の領域５１，５２，７３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対物レンズ３４Ｃ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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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、等間隔に対して変化させた回折構造を有していることにより、〔５．〕に示すように、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。
【０１１８】
〔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。
【０１１９】
＜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は、６ステップ７レベルよりなるおよそ５．４μｍ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。
【０１２０】
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５４００ｎｍの位置から僅かに左に移動することを想定すればよい。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
これら波長及び温度の変動時の効率変動の計算例を図１５〜図１７に示す。図１５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１６は、第２の光ディスク（ＤＶＤ）における環境効率変動を示し、図１７は、第３の光ディスク（ＣＤ）における環境効率変動を示す。
【０１２５】
図１５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、Ｌλ１ＦＣは、第１の波長λ１の不要光の４０５ｎｍ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。
【０１２６】
また、図１６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、Ｌλ２ＦＣ，Ｌλ２ＦＭ、Ｌλ２ＦＰは、それぞれ第２の波長λ２の不要光の６５５ｎｍ，６５０ｎｍ，６６０ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。
【０１２７】
また、図１７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。また、Ｌλ３ＦＣ，Ｌλ３ＦＭ、Ｌλ３ＦＰは、それぞれ第３の波長λ３の不要光の７８５ｎｍ，７８０ｎｍ，７９０ｎｍの光の温度変化に伴う効率変化を示す線である。
【０１２８】
以上の図１５〜図１７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。
【０１２９】
＜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１８の概略で示したような形状となる。図１８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１８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。
【０１３０】
ここで、図１８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。
【０１３１】
【表１】
2011023092.tif 000004
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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１９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１９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１９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。
【０１３５】
＜解決法＞
かかる問題を解決することが解決する手法については２つの手法が考えられる。まず、第１の手法としては、焦点距離を変えることで不要信号の出ている位置を乖離させ、Δを２層光ディスクの規格外位置へ導くという手法である。次に、第２の手法としては、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である。
【０１３６】
＜不要信号乖離について＞
ここでは、不要信号の位置を正規信号から乖離させる手法について説明する。一般に、回折構造によって与えられる面パワーＰｄｉｆは、回折次数をｋとし、回折構造の２次の位相差関数係数をＣ１とし、波長をλとし、製造波長をλ０とすれば、次式（２）で与えられることが知られている。
【０１３７】
【数２】
2011023092.tif 000005
【０１３８】
また、入射面のトータルパワーＰ１は、球面によるパワーをＰｒとすれば、次式（３）及び次式（４）によって与えられる。ここで、ｎｉは各波長の屈折率を示し、ｒ１は入射面の曲率半径を示す。
【０１３９】
【数３】
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【０１４０】
また、幾何光学によれば、レンズトータルのパワーＰａｌｌは、次式（５）、次式（６）及び次式（７）により与えられる。ここで、Ｐ２は、出射面のパワーを示し、ｒ２は、出射面の曲率半径を示すが、レンズが両凸レンズである場合ｒ１＞０、ｒ２＜０と定義する。また、ｄは、レンズの軸上厚さを示す。
【０１４１】
【数４】
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【０１４２】
これらの式にも示されているように、式（２）における回折次数ｋが正規回折光のものと不要回折光のものとで異なるため、式（７）で算出されるＰａｌｌの値は、回折次数により値が異なる。
【０１４３】
ここで、正規光に対するレンズトータルのパワーをＰａｌｌｒｅａｌとし、不要回折光に対するレンズトータルのパワーをＰａｌｌｆａｋｅとし、レンズを通過して集光した際の各々の集光点位置の差をΔｃａｌｃとすると、次式（８）の関係が成立する。ここで、ｎｄは、光ディスクの屈折率を示しており、式（８）中において光ディスク内の距離に換算するために乗算されている。そして、この集光点位置差Δｃａｌｃが、略正規信号及び不要信号の乖離距離に対応するといえる。
【０１４４】
【数５】
2011023092.tif 000008
【０１４５】
次に、Δｃａｌｃと、光ディスク内の実際の正規信号及び不要信号の距離（「正規信号−不要信号間距離」ともいう。）Δｒｅａｌとの関係性をシミュレーションしたものを図２０に示す。図２０（ａ）中第１の波長λ１についてのシミュレーション結果によるプロットしたものを結んだ線をＬΔλ１として示し、図２０（ｂ）中第２の波長λ２についてのシミュレーション結果によるプロットしたものを結んだ線をＬΔλ２として示す。このシミュレーションは、各レンズを光学詳細設計した上で、信号を構成する次数の光の縦収差位置を平均計算することで、不要信号位置を概算したものである。本シミュレーションにおいては、表２に示すようなパラメータを用いている。表２中Δｃａｌｃは、式（２）〜式（８）によって導出した値である。尚、Δｒｅａｌ、Δｃａｌｃは、負のときに不要光が本信号よりディスク信号面手前側に結像することを示す。
【０１４６】
【表２】
2011023092.tif 000009
【０１４７】
ΔｃａｌｃとΔｒｅａｌとは、本来レンズパワーのみを考慮して構成できるならば一致する。しかし、実際のレンズでは一致しない。この点の概略を図２１に示した。すなわち、実際のレンズでは、球面収差補正のためＣ１係数のみではなくＣ２係数も考慮して構成されている。このため、Ｃ１係数とＣ２係数を両方考慮した縦収差の方が、Ｃ１係数の寄与分のみを考えたものよりも縦収差曲率が大きくなる。よって、平均すると集光点が正規光に近づくことになる。このため図２１（ｂ）のＬΔＣ１Ｃ２に示すΔｒｅａｌの方が図２１（ａ）のＬΔＣ１に示すΔｃａｌｃよりも大きくなる。また、Ｃ２係数の寄与は波長に比例するために、ＤＶＤ等に対応する第２の波長λ２の方がＢＤ等に対応する第１の波長λ１の場合よりもΔｒｅａｌ／Δｃａｌｃが大きくなる。
【０１４８】
そして、ＤＶＤの二層光ディスクの層間厚さは、一般的に４０μｍ〜７０μｍ（（株）アルメディオのテストディスク）である。また、ＢＤの二層光ディスクの層間厚さは、一般的に２０μｍ〜３０μｍ（小川博司・田中伸一監修「図解ブルーレイディスク読本」）である。図２０には、このＢＤの領域範囲をＡＢＤとし、このＤＶＤの領域範囲をＡＤＶＤとして示している。また、図２０において、縦軸のプラスの値は、光ディスクの手前側で不要信号が生じることを示し、縦軸のマイナスの値は、光ディスクの奥側で不要信号が生じることを示す。図２０より２層光ディスクにおける層間厚さを避けるためには、ＢＤで次式（９）あるいは次式（１０）を満足する必要があるといえる。
ΔｃａｌｃＢＤ≦−２７μｍ  ・・・（９）
ΔｃａｌｃＢＤ≧−１８μｍ  ・・・（１０）
【０１４９】
尚、後述で示す「回折構造深さ変更」や「非周期構造」の手法をとることによって、ＢＤの不要信号を犠牲にしてＤＶＤの不要信号を低減できるため、ＤＶＤの不要信号回避は必須ではない。ただし、ＤＶＤも回避した構成にすることでより根本的な解決を図ることができる。すなわち、ＤＶＤでも回避するためには、次式（１１）あるいは次式（１２）を満足する必要があるといえる。
ΔｃａｌｃＤＶＤ≦３５μｍ  ・・・（１１）
ΔｃａｌｃＤＶＤ≧６１μｍ  ・・・（１２）
【０１５０】
すなわち、式（９）〜式（１２）のいずれかを満足すれば不要光回避の最低条件が満たされる。さらに言及すると、式（９）〜式（１２）の中で、式（１０）及び式（１１）は、不要光を短い側に回避することを意味するので、隣接不要次数光を避けることができるが次の不要光、すなわち第２、第３の回折不要光の影響を回避することができない。よって、式（９）あるいは式（１２）を満足することが望ましいといえる。さらに、式（９）及び式（１２）の両方を満たすことにより、後述する「回折構造深さ変更」や「非周期構造」の手法を用いなくても十分に不要光の影響を低減することができる。
【０１５１】
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（１３）〜次式（１６）のいずれかひとつを満足するよう構成することにより、不要光を乖離させ不要光の影響を避けることができる。ここで、式中ｎｄ１は、第１の波長λ１に対する光ディスク（の光透過部分を構成する材料）の屈折率を示し、ｎｄ２は、第２の波長λ２に対する光ディスクの屈折率を示す。また、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、Ｐ１ｍは、次数ｋ１ｉｍの光ビームに回折部の回折力及び対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーを示す。また、Ｐ２ｍは、次数ｋ２ｉｍの光ビームに回折部の回折力及び対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーを示す。また、Ｐ１ｓは、次数ｋ１ｉｓの光ビームに回折部の回折力及び対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーを示す。また、Ｐ２ｓは、次数ｋ２ｉｓの光ビームに回折部の回折力及び対物レンズの入射側及び出射側の面の曲面の屈折力により付与されるレンズの総パワーを示す。ここで、各光ビームは内輪帯により回折される回折次数の光ビームを示しているので、回折部の回折力とは、第１の領域５１における回折構造による回折力を意味するものとする。具体的に、Ｐ１ｍ、Ｐ２ｍ、Ｐ１ｓ、Ｐ２ｓは、上述の式（２）〜式（７）により算出される。
【０１５２】
【数６】
2011023092.tif 000010
【０１５３】
尚、詳細に検討すると、上述の不要信号乖離量は、波長・温度の影響で若干変動する。隣接不要信号における影響は数％であるので、図２０及び図２１や上述の式に従って構成すれば、所定の効果が得られる。
【０１５４】
＜不要信号低減−回折構造深さ変更と焦点距離変更について＞
次に、不要信号の低減を行う手法について説明する。不要信号の低減を行う手法には大きく分けて、２種類の手法がある。
【０１５５】
その一つは、本来の設計位置である所謂等間隔階段形状として定められる位置より内輪帯の回折構造深さを変更することで、ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤ等の第１乃至第３の光ディスク間の効率と温度波長変動効率の比率を見直す手法である。これは、図９より明らかなように、回折構造深さと不要効率との間には一定の関係が見られるためである。図２２，図２３にＢＤの焦点距離ｆ＝２．２ｍｍとして設計したレンズの正規フォーカスエラー信号と不要フォーカスエラー信号との割合を見積もった図を示した。図２２，図２３中横軸は、常温時溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、正規信号に対する不要信号の割合（以下、「不要信号／正規信号比率」又は「不要信号／正規信号」ともいう。）を示す。図２２中、ＬＨλ１Ｔ１は、第１の波長λ１として３５℃且つ４０５ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。また、ＬＨλ１Ｔ０は、短波長低温側である０℃且つ４００ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。図２３中、ＬＨλ２Ｔ１は、第２の波長λ２として３５℃且つ６５５ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。また、ＬＨλ２Ｔ２は、長波長高温側である７０℃且つ６６５ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。尚、図２２及び図２３は、後述の図２５〜図２７とも比較可能な図であり、後述の図２４（ａ）に対応する所謂等間隔階段形状（通常構成）の回折構造における不要信号／正規信号関係を示す図である。
【０１５６】
この図２２及び図２３は、各信号を構成する回折次数光の効率の総和によって見積もった値である。具体的にまず、各輪帯（内輪帯、中輪帯、外輪帯）の正規光次数効率を、ＢＤに対応する第１の波長λ１おいてそれぞれＥｆｆ１ｉｍ、Ｅｆｆ１ｍｍ、Ｅｆｆ１ｏｍとする。また、内輪帯及び中輪帯の正規次数効率を、ＤＶＤに対応する第２の波長λ２においてＥｆｆ２ｉｍ、Ｅｆｆ２ｍｍとする。また、内輪帯不要光次数の効率をＢＤに対応する第１の波長λ１においてＥｆｆ１ｉｓ、ＤＶＤに対応する第２の波長λ２においてＥｆｆ２ｉｓとする。正規信号に対する不要信号比ＥＦＦｒ１、ＥＦＦｒ２は、次式（１７）及び次式（１８）により算出される。尚、ここでは、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、レンズ入射面の内輪帯、中輪帯、及び外輪帯の各領域の半径を示す。当該式（１７）及び式（１８）は、実際の信号レベルと僅かに乖離があるが、概略比例しており、本手法を述べる上では問題がない。
【０１５７】
【数７】
2011023092.tif 000011
【０１５８】
また、図２２及び図２３中に示した温度・波長条件は光ピックアップを想定した場合に変動する温度、初期レーザ波長のうち、最悪となる条件を選んで示している。上述したとおり、ＢＤでは短波長・低温側が不要信号の増大する方向であり、ＤＶＤでは長波長・高温側が不要信号の増大する方向である。
【０１５９】
また、図２２及び図２３によれば、５４００ｎｍ程度で示している本来の設計位置ではＢＤの不要信号は抑えられている。一方で、ＤＶＤの不要信号レベルが高温及び長波長側ではかなり大きくなることが示されている。小川博司・田中伸一監修「図解ブルーレイディスク読本」Ｐ２３７によればＢＤのフォーカスサーボの残渣は±０．０４５μｍである。一方で、ＢＤの焦点深度は、λ１＝４０５ｎｍとして、λ１／ＮＡ１２＝０．５６μｍであるため、不要信号と正規信号との形状が略同等として、不要信号に対する正規信号の比率は、０．０４５／０．５６≒８．０％で算出される８．０％以下でなくてはならない。
【０１６０】
次に、ＤＶＤも同様に、徳丸春樹・横川文彦・入江満共著「図解ＤＶＤ読本」Ｐ５８によればＤＶＤのフォーカスサーボの残渣は±０．２３μｍ以下である。λ２＝６５５ｎｍとしてλ２／ＮＡ２２＝１．８２μｍとすれば、０．２３／１．８２≒１２．６％で算出される１２．６％以下となる。
【０１６１】
よって、回折構造深さを５４７０ｎｍとすれば回避が可能である。さらに、上述のとおり、式（１３）を満たす構成と組み合わせることで、ＢＤの不要信号は二層光ディスクの層間厚外とし、さらにロバストな回避を行い、外乱耐久性を増加させることも可能である。すなわち、上述の式（１３）を満たす構成を備えることでＢＤの不要信号が大きくても問題がなくなる。よって、ＤＶＤの不要信号をさらに低減する解が存在することとなる。
【０１６２】
このとき、不要光信号は正規信号に対して二層厚みの範囲外に外れているか、あるいは閾値以下の効率となる。以上の点をまとめると、０〜７０℃の温度範囲において、式（１９）及び式（２１）を満たすか、式（２０）及び式（２１）を満たすか、式（１９）及び式（２２）を満たすか、式（２０）及び式（２２）を満たすこととなる。これらの式中、ＢＤフォーカスエラーサーチを行った際の、正規信号レベルをＥｆｆ１ｍとし、不要信号レベルをＥｆｆ１ｓとする。ＤＶＤフォーカスエラーサーチを行った際の、正規信号レベルをＥｆｆ２ｍとし、不要信号レベルをＥｆｆ２ｓとする。
【０１６３】
【数８】
2011023092.tif 000012
【０１６４】
以上のように、０〜７０℃の温度範囲において、式（１９）又は式（２０）を満たし、且つ式（２１）又は式（２２）を満たすことで、不要光信号を乖離させるか、あるいは閾値以下の効率にすることを可能とする。換言すると、上述の回折部５０を有する光ピックアップにおいて、式（１９）又は式（２０）を満たし、且つ式（２１）又は式（２２）を満たすことで不要信号低減を実現する。
【０１６５】
＜不要信号低減−回折構造形状変更について＞
さて、上述した手法による不要光低減には、一定の効果が見られるものの、図９によれば深さを変えることによって、正規回折次数光の効率が減少してしまうことが確認される。また、深さを深くすることはレンズ上の回折構造形成において不利になりやすい。加えて本手法による低減効果は、制限いっぱいにしか設計できないため、受光素子の温度効率変動など他の要因が生じるとすぐにリミットを上回ってしまう。すなわち、光ピックアップのシステムの余裕を利用したものであり、他の構成部品に高精度が要求されることとなり、冗長性が不足している。よって、次の他の手法によって不要信号問題を解決することを考える。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。尚、当該手法の概略については、後述の「位相特性の改善の手法について」の欄で説明するとともに、さらに当該手法の詳細については、特開２００９−７６１６３号公報を援用するものとする。
【０１６６】
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２４を用いて説明する。図２４（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２４（ａ）は、図８（ｂ）に対応する。また、図２４（ｂ）〜図２４（ｄ）に、そのときの正規回折次数光にとっての位相量（位相量−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２４（ｂ）〜図２４（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２４（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２４（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。尚、かかる位相図において、平坦に近いほど波長変動に強く、すなわち波長変動耐性を有することは、後述の「位相特性の改善の手法について」の欄や特開２００９−７６１６３号に示されている。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。
【０１６７】
次に、図２４（ｅ）に改善策を施した回折構造の構成（以下、「改善構成」ともいう。）を示す。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２４（ｂ）〜図２４（ｄ）に示されている。そして、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２４（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０．７５倍とし、その他の境界点は初期状態と全く同等としている。そして、第２レベルと第６レベルのピッチが１．２５倍となっている。図２４（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２４（ｆ）〜図２４（ｈ）に示す。
【０１６８】
図２４（ｅ）のように改善構成とした結果、図２４（ｆ）〜図２４（ｈ）に示すように、位相の平坦性が大きく改善されている。さらに、この改善構成の回折構造を内輪帯に適用した場合の不要信号／正規信号関係を図２５〜図２７に示す。この図２５〜図２７は、上述した図２２及び図２３と比較するべく正規フォーカスエラー信号と不要フォーカスエラー信号との割合を見積もった図である。すなわち、図２５〜図２７中横軸は、常温時溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、正規信号に対する不要信号の割合（以下、「不要信号／正規信号比率」ともいう。）を示す。図２５中、ＬＪλ１Ｔ１は、第１の波長λ１として３５℃且つ４０５ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。また、ＬＪλ１Ｔ０は、短波長低温側である０℃且つ４００ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。図２６中、ＬＪλ２Ｔ１は、第２の波長λ２として３５℃且つ６５５ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。また、ＬＪλ２Ｔ２は、長波長高温側である７０℃且つ６６５ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。図２７中、ＬＪλ３Ｔ１は、第３の波長λ３として３５℃且つ７８５ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。また、ＬＪλ３Ｔ０は、短波長低温側である０℃且つ７７０ｎｍの条件の際の溝深さに対する不要信号／正規信号比率の変化を示す。
【０１６９】
図２５〜図２７に示すように、図２４（ｅ）に示すような改善構成の回折構造によれば、ＢＤに対応する第１の波長λ１及びＤＶＤに対応する第２の波長λ２の不要信号の環境変動は大きく抑えられている。すなわち、図２５〜図２７によれば、各位相量は、影響を与えない水準以下になっており、すなわち、影響を与えない程度の平坦になっていることから、不要信号によるフォーカスエラー信号への漏れ込みは抑えられるものと考えられる。換言すると、図２４（ａ）に示すような改善構成は、環境変化耐性に優れる構成であるといえる。また、ＣＤに対応する第３の波長λ３では不要信号が大きくなることが示唆されているが、一般的にＣＤのフォーマットに二層メディアはないため、不要信号が生じてもなんら問題はないといえる。仮にその他の影響が生ずることを考慮する場合でも、ピッチの縮小倍率を抑えることによって通常設計と改善設計との中間状態での設計ができ、最適な状態を得ることができる。
【０１７０】
また本手法の応用として、全段の幅を変えることで更に全体有利な構成とすることも出来る。図２４（ｈ）に示されるように、階段形状変更に伴ってＣＤの位相状態は分散され、効率が減少することが予想される。このときのＣＤ効率は設計中心で４５％程度であり、構造変更前の５１％から低下している。全段の幅を変えた場合には、ＢＤ・ＤＶＤをほぼ同等の位相平坦性としてもＣＤ側の分散を抑えることが出来る。例えば各段幅を（０．８７５：１．０５：１．０５：１．０５：１．０５：１．０５：０．８７５）倍となるように構成した場合、ＣＤ効率を４８％程度にしたままＢＤ・ＤＶＤの不要信号割合を図２５、図２６とほぼ同等とすることができる。また、こちらのほうが実用上望ましい。
【０１７１】
加えて全段変更を用いた場合には、第２隣接不要信号の影響も加味する必要がでてくる。全段変更は両端変更よりも遥かにインパクトが大きいため、特に図９（ａ）の波形変化がおおきくなり、ＬＦ（０）とＬＦ（２）の寄与が逆転するためである。このため図２５、図２６に対して第二不要信号割合をプロットし、両者が最良となる深さを選択することが望ましい。このときの深さは第一不要信号と第二不要信号がバランスするために、図９と同一のプロットを行うとＢＤの効率頂点となるような深さとなっている。
【０１７２】
階段幅に関しては、以下のように決定される。まずＢＤの第一不要信号と第二不要信号割合の最良値は上記操作を行うとほとんど変動しない。このためＤＶＤの不要信号割合とＣＤ効率から最良階段幅が決定される。中心部階段幅を大きくするほどＤＶＤの不要信号割合は低下するが、それに伴ってＣＤの効率が低下する。使用可能なＣＤ効率を保ちつつなるべくＤＶＤ不要効率を下げる構成が肝要である。
本例では、各段幅を（０．８２５：１．０７：１．０７：１．０７：１．０７：１．０７：０．８２５）程度とし、５４７０ｎｍ程度とするのがすべての不要信号割合と各信号効率を確保できる解となる。ここでの材料は、ＺＥＯＮＥＸ３４０Ｒを想定している。深さに関しては屈折率・温度屈折率変動・分散によって異なり、ＡＰＥＬ５０１４ＤＰでは５０２０ｎｍ程度が最適である。また異なった材料を用いた場合でも、屈折率・温度屈折率変動・分散が略同一である場合にはほぼ同程度の深さが最適となる。一方で階段幅に関しては、材料によらずほとんど同一が最適となる。
【０１７３】
上述では（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−２，−３）の場合を例に挙げ説明したが、他の次数の場合には、各々の次数に応じた最適化が必要になる。その他の次数としては、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。各々の次数組み合わせに対して上述した図２４の場合と同様に最適な改善策を施した際の改善手法及び改善構成について図２８、図２９、図３０及び図３１に示す。
【０１７４】
具体的に、図２８（ａ）、図２９（ａ）、図３０（ａ）及び図３１（ａ）に、上述の様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。図２８（ｂ）〜図２８（ｄ）、図２９（ｂ）〜図２９（ｄ）、図３０（ｂ）〜図３０（ｄ）及び図３１（ｂ）〜図３１（ｄ）に、各場合の正規回折次数光にとっての位相量を示す。以下、この等間隔階段形状を「通常構成」という。この各図から、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。
【０１７５】
図２８（ｅ）、図２９（ｅ）、図３０（ｅ）及び図３１（ｅ）に、改善策を施した回折構造の構成（以下、「改善構成」ともいう。）を示す。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２８（ｂ）〜図２８（ｄ）、図２９（ｂ）〜図２９（ｄ）、図３０（ｂ）〜図３０（ｄ）及び図３１（ｂ）〜図３１（ｄ）に示されている。そして、ｘ＝０付近と、ｘ＝１付近においてＤＶＤの位相分布等を変更するために、第１レベルと最終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２８（ｅ）、図２９（ｅ）、図３０（ｅ）及び図３１（ｅ）である。尚、最終レベルとは、（Ｎ１−１）段差Ｎ１レベルの階段構造であった場合には、第Ｎ１レベルを意味する。具体的に図２８の場合には、第１レベルと第５レベルのピッチを通常構成の０．６２５倍とし、その他の境界点は初期状態と全く同等としている。そして、第２レベルと第４レベルのピッチが１．３７５倍となっている。また、図２９の場合には、第１レベルと第４レベルのピッチを通常構成の１．２倍とし、その他の境界点は初期状態と全く同等としている。そして、第２レベルと第３レベルのピッチが０．８倍となっている。また、図３０の場合には、第１レベルと第６レベルのピッチを通常構成の０．７５倍とし、その他の境界点は初期状態と全く同等としている。そして、第２レベルと第５レベルのピッチが１．２５倍となっている。図３１の場合には、第１レベルと第６レベルのピッチを通常構成の０．７５倍とし、その他の境界点は初期状態と全く同等としている。そして、第２レベルと第５レベルのピッチが１．２５倍となっている。図２８（ｅ）、図２９（ｅ）、図３０（ｅ）、図３１（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２８（ｆ）〜図２８（ｈ）、図２９（ｆ）〜図２９（ｈ）、図３０（ｆ）〜図３０（ｈ）、図３１（ｆ）〜図３１（ｈ）に示す。
【０１７６】
また、表３に各々の最適化前後の不要信号／正規信号比を示す。表３には、最大の回折効率の次数の組み合わせｋ１ｉｍ，ｋ２ｉｍ，ｋ３ｉｍを「次数」として示し、これらに隣接する次数のうち回折効率が大きい次数ｋ１ｉｓ，ｋ２ｉｓを「隣接不要次数」として示す。また、各次数の組み合わせの場合の正規信号に対する不要信号の割合を「不要信号／正規信号」として、波長及び温度条件毎に示す。また、各次数の組み合わせの場合の、第１レベル及び最終レベルを大きくするか小さくするかを「改善極性」として示した。すなわち、「改善極性」は、改善操作時のピッチ増大極性ともいえる。尚、「−」は、第１レベル及び最終レベルのピッチが通常構成より小さくすることで改善できることを意味し、「＋」は、第１レベル及び最終レベルのピッチが通常構成より大きくすることで改善できることを意味する。また、「改善ｄｕｔｙ」は、第１レベル及び最終レベルのピッチの通常構成に対する比率を示すものである。尚、中輪帯の最大回折効率となる次数組み合わせはＢＤ等に対応する第１の波長λ１に対して０次、ＤＶＤ等に対応する第２の波長λ２に対して−１次としたものである。また、外輪帯の最大回折効率となる次数組み合わせは、ＢＤ等に対応する第１の波長λ１に対して２次としたものである。中輪帯及び外輪帯において他の次数を用いた場合でも内輪帯部の改善構成が全体構成の改善に寄与するのは同様である。上述したように、図２８〜図３１における次数の組み合わせにおける改善操作としては、いずれも第１レベル及び最終レベルのピッチ変更である。これは、効率が大きくなるよう設定された回折構造では、平均の位相がおおよそ揃っているため、中心部位相がおおよそ揃っていることに起因しているためである。すなわち、位相乖離が生じているのは往々にして、周辺部の構造となるからである。
【０１７７】
【表３】
2011023092.tif 000013
【０１７８】
＜実際のレンズ上の回折構造＞
上述の回折構造形状変更手法によって設計された例えば図２４（ｅ）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、ここで説明する。まず、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Ｃｎを用いて、次式（２３）のようになる。
【０１７９】
【数９】
2011023092.tif 000014
【０１８０】
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（２４）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    ・・・（２４）
【０１８１】
次に、図２４（ａ）や図８（ｂ）のような通常構成においては、（Ｎ1−１）段Ｎ１レベルを持っているとすると、段境界は、次式（２５）で得られるφ’’に従った部分となる。ここで、ｌ’は整数である。
φ’’＝φ’ｌ’／Ｎ１  ・・・（２５）
【０１８２】
これにしたがって段数を構成する際には、初期高さを０とし各段境界においてｄ／Ｎずつ高さが増加するよう構成する。図３２にＮ＝３のときの通常設計の例を示す。具体的には、図３２（ａ）は、上述した式（２３）により得られる、横軸のｘで示される半径方向の位置毎の位相φを縦軸に示す図である。図３２（ｂ）は、式（２４）で得られるように、φをλ０により剰算した場合の余り、所謂剰余演算により得られる値であるφ’を縦軸に示す図である。このφ’は、回折構造のピッチ等を決めるための付与すべき位相量ともいえる。また、式（２５）で示されるφ’’により、図３２（ｂ）の縦軸に示される「１／４」，「２／４」，「３／４」，「１」が得られる。この図３２（ｂ）の縦軸の各位置に対応する横軸が、階段形状の各段の境界値となる。そして、図３２（ｃ）は、図３２（ｂ）に示された形状を階段形状にすることにより得られる回折構造である。
【０１８３】
次に、改善構成の場合の構成手法を図３３に示す。改善構成では、図３２（ａ）及び図３２（ｂ）までの手順は同じなので、省略している。すなわち、図３３（ａ）は、図３２（ｂ）と同じ図である。この図３３の改善手法で、図３２の通常構成と異なっているのは、図３３（ｂ）に示すように、φ’により式（２５）に従ってｘの段境界を得る段階で、式（２５）のφ’’を比例変換する点にある。例えば第１レベルと第２レベルの境界域をデューティー比ηに従って変更するには、次式（２６）に示すように変換する。ここで、ηは、第１レベルと第２レベルの幅をα、βとすれば次式（２７）に示すとおりとなる。α＝０．７５でβ＝１．２５であるので、η＝０．７５となる。尚、他の段境界を動かす場合も同様であり、設定後の各段の位相幅比率が先に示した非周期段差の段比率となる。このとき、位相に従って動かすのは段境界のみであり、各段の高さはｄ／Ｎずつで不変である。
【０１８４】
【数１０】
2011023092.tif 000015
【０１８５】
また、実際のレンズに対して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用光束の入射面射出角度をθ、レンズ屈折率をｎ１として、次式（２８）のようになっている。
【０１８６】
【数１１】
2011023092.tif 000016
【０１８７】
＜実際のレンズの位相との関係＞
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。以上のように形成された回折格子形状は、式（２８）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２４の位相結果を見ると望ましくないためである。仮に第四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（２３）は、一般的にｊ＝５程度で十分に近似できる。よって、図３４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３４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（２８）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（２８）の逆算を行う。この時点で２番目に示された図３４（ｂ）に示すように、深さは一定となる。次にこの２番目の図３４（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３４（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３４（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３４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３４（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３２（ａ）から図３２（ｂ）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３４（ｃ）から図３４（ｄ）のようにする。この図３４（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（１０）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３４（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３４（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３４（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３４（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３４（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２４（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３５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３５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３５は、図２４（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２４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、上述した改善時の極性＋，−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、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。改善時の極性が「−」であれば、上述した（１，−２，−３）の組み合わせの場合と同様の極性である。よって、ｎ−１段ｎステップの階段形状であれば、第２レベル開始点あるいは第３レベル開始点位相量を大きく、第ｎレベル開始点あるいは第ｎ−１レベル開始点の位相量を小さくすることで改善することができる。一方、「＋」で示された極性であれば、その逆であり、第２レベル開始点あるいは第３レベル開始点位相量を小さく、第ｎレベル開始点あるいは第ｎ−１レベル開始点の位相量を小さくすることで改善できる。
【０１９４】
こ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、例えば表３の一番目の例では、１−２＝−１で負であり、改善極性も負となっており、三番目の例では、０−（−１）＝１で正であり、改善極性も正となっている。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２４、図２８〜図３１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２４，図２８，図３０，図３１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。例えば、これは、図２９に示されている。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。
【０１９５】
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（２９）と、次式（３０）若しくは次式（３１）とを満たすこと、又は、次式（３２）と、次式（３３）若しくは次式（３４）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  ・・・（２９）
｜φｉ２｜＜｜φｉ（ｘ２）｜  ・・・（３０）
｜φｉＮ１｜＞｜φｉ（ｘＮ１）｜  ・・・（３１）
ｋ１ｉｍ−ｋ１ｉｓ＜０  ・・・（３２）
｜φｉ２｜＞｜φｉ（ｘ２）｜  ・・・（３３）
｜φｉＮ１｜＜｜φｉ（ｘＮ１）｜  ・・・（３４）
【０１９６】
＜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改善手法を採用することで、さらに、環境変動に強い構成とすることができる。図３６に中輪帯における改善手法の一例を（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）の場合を挙げて示す。ここでは、図２４を用いて説明した内輪帯の改善手法の場合と同様に、第１レベルと第３レベルのピッチを０．７５倍に狭くする。第１、第３レベルを狭くすることによって、ＤＶＤに対応する第２の波長λ２の位相ばらつきを中心部付近へとシフトさせ、環境変動に対する効率のバラツキが抑えられる。この結果、メイン効率の環境変動分が減少し、正規信号に対する不要信号の割合を相対的に低下することができる。尚、図３６（ａ）は、図２４（ａ）と同様であり、中輪帯における２段差３レベルの等間隔階段形状としての回折構造の１周期を示す。図３６（ｂ）及び図３６（ｃ）は、上述した図２４（ｂ）〜図２４（ｃ）に対応する図であり、それぞれ各波長λ１，λ２における正規回折次数にとっての位相量を示す。また、図３６（ｄ）は、中輪帯を改善構成としてものであり、上述したように第１、第３レベルを狭くした構成を示す。図３６（ｅ）及び図３６（ｆ）は、それぞれ各波長λ１，λ２に対する図３６（ｄ）のように改善した構成における正規回折次数にとっての位相量を示す。図３６（ｅ）及び図３６（ｆ）に示すように、図３６（ｂ）及び図３６（ｃ）では特に第２の波長λ２において右肩下がりであった位相の分布が、平坦に改善されたことが示されている。
【０１９７】
次に、中輪帯の他の次数の組み合わせの例について（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（１，０）の場合について図３７を用いて説明する。この例においても、図２４を用いて説明した内輪帯の改善手法の場合と同様に、第１レベルと第４レベルのピッチを０．４倍に狭くする。第１、第４レベルを狭くすることによって、ＢＤに対応する第１の波長λ１の位相ばらつきを中心部付近へとシフトさせ、環境変動に対する効率のバラツキが抑えられる。この結果、メイン効率の環境変動分が減少し、正規信号に対する不要信号の割合を相対的に低下することができる。尚、図３７（ａ）は、中輪帯における３段差４レベルの等間隔階段形状としての回折構造の１周期を示す。図３７（ｂ）及び図３７（ｃ）は、上述した図３６（ｂ）及び図３６（ｃ）に対応する図である。また、図３７（ｄ）は、中輪帯を改善構成としてものであり、上述したように第１、第４レベルを狭くした構成を示す。図３７（ｅ）及び図３７（ｆ）は、それぞれ各波長λ１，λ２に対する図３７（ｄ）のように改善した構成における正規回折次数にとっての位相量を示す。図３７（ｅ）及び図３７（ｆ）に示すように、図３７（ｂ）及び図３７（ｃ）では特に第１の波長λ１において右肩下がりであった位相の分布が、平坦に改善されたことが示されている。以上のように、中輪帯における改善手法も本質的に内輪帯における改善手法と同等である。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、両端のピッチを減少させることにより改善を図ることができる。その一方で、正規回折次数−不要隣接回折次数が正であれば、両端のピッチを増大させることで改善を図ることができる。換言すると、内輪帯と同様に一定の関係を満足することで、不要光の影響を避けることができる。
【０１９８】
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（３５）と、次式（３６）若しくは次式（３７）とを満たすこと、又は、次式（３８）と、次式（３９）若しくは次式（４０）とを持たすことにより、不要光の影響を避けることができる。すなわち、上述の式（２９）〜式（３４）等は、内輪帯を通過する光ビームの不要光の影響を避けることができる構成であり、ここの式（３５）〜式（４０）等は、中輪帯を通過する光ビームの不要光の影響を避けることができる構成である。ここで、かかる３波長互換対物レンズが有する中輪帯である第２の領域５２の回折構造は、（Ｎ２−１）ステップＮ２レベルの階段状回折構造である。式中ｋ１ｍｍ，ｋ２ｍｍ，ｋ３ｍｍは、それぞれ上述したｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍと同じものを示しており、すなわち、第２の領域５２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、ｋ１ｍｓは、ｋ１ｍｍ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、ｋ２ｍｓは、ｋ２ｍｍ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、ｋ３ｍｓは、ｋ３ｍｍ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φｍ（ｘ２）及びφｍ（ｘＮ２）は、次の手順により算出する。第２の領域５２の回折構造による第１の波長λ１に対する光路差位相量φｍ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Ｎ２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φｍ（Ｘ）を近似した関係式φｍ（Ｘ）＝Ｃ１Ｘ２＋Ｃ２Ｘ４＋Ｃ３Ｘ６＋Ｃ４Ｘ８＋Ｃ５Ｘ１０を算出する。φｍ（ｘ２）及びφｍ（ｘＮ２）は、半径方向の位置ｘ２，ｘＮ２から関係式で得られる値である。φｍ（ｘＮ１）は、この関係式φｍ（Ｘ）の右辺のＸに第Ｎ２レベルの開始点の半径方向の位置ｘＮ２を入れることで算出される値である。その一方で、このφｍ（ｘ２）と比較するφｍ２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φｍ（ｘＮ２）と比較するφｍＮ２は、第Ｎ２レベルの開始点位置における光路差位相量である。
ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＞０  ・・・（３５）
｜φｍ２｜＜｜φｍ（ｘ２）｜  ・・・（３６）
｜φｍＮ２｜＞｜φｍ（ｘＮ２）｜  ・・・（３７）
ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＜０  ・・・（３８）
｜φｍ２｜＞｜φｍ（ｘ２）｜  ・・・（３９）
｜φｍＮ２｜＜｜φｍ（ｘＮ２）｜  ・・・（４０）
【０１９９】
＜位相特性の改善の手法について＞
次に、上述した「不要信号低減−回折構造形状変更」で用いた位相特性の改善の手法について説明する。尚、ここでは、より環境変動耐性を実現するため、非周期的な凹凸形状を例に挙げて検討している。
【０２００】
かかる回折構造による回折効率ηについて検討する。所定の屈折率を有する材料により、溝深さをｄとし、ｇ（ｘ）で表される溝形状が形成されたこのような回折構造による任意の波長λの光ビームが回折されることにより発生する任意のｍ次回折光について検討する。かかる任意のｍ次回折光の任意のｘの位置を波源とした成分の位相φ（ｘ，ｄ，Δｎ，λ，ｍ）は、以下の式（４１）で表すことができることが知られている。尚、式（４１）中、Δｎは、回折構造の界面前後の媒質の屈折率差を意味するものである。
φ（ｘ，ｄ，Δｎ，λ，ｍ）＝｛ｄ×Δｎ／λ×ｇ（ｘ）−ｍ×ｘ｝×２π ・・・（４１）
【０２０１】
また、この式（４１）のφを用いて、スカラー回折理論により得られる回折効率ηは、次式（４２）のような数式により得ることが知られている。
【０２０２】
【数１２】
2011023092.tif 000017
【０２０３】
そして、上述したようにφの累積合計であるともいえるηが回折効率を示すことに鑑みれば、次の事項が成立する。溝形状の任意の位置を波源とした位相φの分布を一定範囲に抑えると、これによりηが大きくなるとともに、ｄη／ｄλが小さくなり、すなわち、回折効率の増大及び波長変動に対する回折効率の変動の減少を実現する。尚、ここでφの分布については、ｘの全範囲（０≦ｘ＜１）に亘って一定の範囲内にあることが好ましく、その場合にはより波長変動耐性に優れることは当然である。さらに上述の観点からｘの範囲の内その僅か一部についてφの分布が一定の範囲外にあったとしても、ｘの範囲の内の「略全範囲」である大部分についてφの分布が一定の範囲内であれば回折効率が高く且つ波長変動耐性を発揮するといえる。
【０２０４】
以上のようにφの分布が一定範囲にあることは、上述の図２４で示した位相が平坦な分布を有することと同じ意味合いである。そして、平坦な分布を有するよう構成することで波長変動耐性、温度変動耐性を高めることができる。上述では、より平坦な構成とするため図２４（ｅ）に示すように構成したことから、環境変動による回折不要光の増大を防止できる。
【０２０５】
＜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。
【０２０６】
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は、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）、（１、−１、−２）、（０、−１、−２）、（０、−２、−３）、（２、−１、−２）を満たす。第１の領域５１は、その回折構造が（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。
【０２０７】
また、本発明を適用した対物レンズ３４は、中輪帯にも特徴を有している。すなわち、第２の領域５２は、例えば、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（１，０）、（０，−２）、（１，−１）等を満たす。第２の領域５２は、その回折構造が（Ｎ２−１）段差Ｎ２レベルの非等間隔階段構造とされている。そして、ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＞０のとき｜φｍ２｜＜｜φｍ（ｘ２）｜又は｜φｍＮ２｜＞｜φｍ（ｘＮ２）｜の関係を満足し、ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＜０のとき｜φｍ２｜＞｜φｍ（ｘ２）｜又は｜φｍＮ１｜＜｜φｍ（ｘＮ２）｜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、中輪帯を通過する光ビームの不要光の影響を低減できる。これにより、対物レンズ３４は、環境変動耐性を有することができ、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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
また、本発明を適用した対物レンズ３４は、上述の回折構造の構成を工夫するというのと他の観点から構成する点にも特徴を有する。この観点は、焦点距離を一定の範囲とすることで不要光の影響を防止するというものであり、この観点においても、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、以下の４つの関係式のうちいずれか一の関係式を満足する点に特徴を有する。第一の式は、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍである。第二の式は、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍである。第三の式は、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍである。第四の式は、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍ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、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。尚、対物レンズ３４は、特に上述したように関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍの少なくとも一方を満足することでより有効に不要光の影響を避けることができる。また、対物レンズ３４は、特に上述したように関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍ、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍの両方を満足することで不要光の影響をより低減することができる。
【０２１０】
〔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。
【０２１１】
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。この場合、第３の領域５３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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
〔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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
〔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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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３の領域５３を通過する第２の波長の光ビームは、上述の作用により、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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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の領域５２を通過することにより発生した回折光は、上述のフレア化の効果により、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。また、第３の領域５３を通過する第３の波長の光ビームは、上述の非球面連続面の作用により、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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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屈折機能又は回折機能と、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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
そして、本発明を適用した光ピックアップ３は、内輪帯としての第１の領域５１による次数（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）が（１，−２，−３）、（１、−１、−２）、（０、−１、−２）、（０、−２、−３）、（２、−１、−２）である。よって、光ピックアップ３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、光ピックアップ３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、光ピックアップ３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、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。
【０２４７】
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、等間隔形状に対して位相が平坦性を有するように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、第１の領域５１や第２の領域５２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。
【０２４８】
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。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の光ビームが上記第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、その回折構造が（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。また、第２の領域５２は、その回折構造が（Ｎ２−１）段差Ｎ２レベルの非等間隔階段構造とされている。そして、ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＞０のとき｜φｍ２｜＜｜φｍ（ｘ２）｜又は｜φｍＮ２｜＞｜φｍ（ｘＮ２）｜の関係を満足し、ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＜０のとき｜φｍ２｜＞｜φｍ（ｘ２）｜又は｜φｍＮ１｜＜｜φｍ（ｘＮ２）｜の関係を満足する点に特徴を有する。また、第１の領域５１は、例えば（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）を満たす場合に、その回折構造が６段差７レベルの非等間隔階段構造とされている。この場合に、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よう構成しても良い。また、第１の領域５１は、以下の４つの関係式のうちいずれか一の関係式を満足する点に特徴を有するよう構成しても良い。第一の式は、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍである。第二の式は、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍである。第三の式は、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍである。第四の式は、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍである。以上いずれかの特徴的な構成を有する光ピックアップ３は、共通の対物レンズ３４及び回折部５０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３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３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。
【０２４９】
また、本発明を適用した光ピックアップ３は、回折部５０，７０の外輪帯として所謂非球面連続面とされた第３の領域５３や、第３の回折構造を有する第３の領域７３を有している。かかる光ピックアップ３は、高い光利用効率を得るとともに、３波長互換を実現し、さらに、所定の開口制限を発揮することを実現する。また、光ピックアップ３は、内輪帯や中輪帯の構成に応じて、外輪帯の構成を球面連続面や回折構造とすることができ、回折部外輪帯の構成の簡素化や、回折部が設けられる素子の製造工程の簡素化を実現する。
【０２５０】
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。
【０２５１】
また、本発明を適用した光ピックアップ３は、対物レンズ３４等を３波長に対して共通とすることができるので、アクチュエータにおける可動部の重量が増大することによる感度低下等の問題の発生を防止できる。また、光ピックアップ３は、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おそれがある等の問題の発生を防止できる。また、光ピックアップ３は、回折部５０，７０を一面に構成するのみであるので、従来のような球面収差低減用の回折部を複数面に設けた場合の各回折部間の位置合わせや、複数の回折部を設けることによる回折効率の低下等の問題を防止できる。すなわち、光ピックアップ３は、組立工程の簡素化及び光の利用効率の向上を実現する。また、光ピックアップ３は、回折部を光学素子の一面に設ける構成を可能とし、回折部を対物レンズに一体とする構成により、さらなる構成の簡素化、アクチュエータの可動部の重量を小さくすること、組立工程の簡素化及び光の利用効率の向上を実現する。また、一般的な光ピックアップでは各フォーマットでのコマ収差方向が異なるため、調整法が複雑化する問題があった。Ｒａｄ方向にチルト可能なアクチュエータを搭載した場合、Ｒａｄ調整後の取れ残りコマ収差は０．０３０λｒｍｓ程度以下とする必要がある。従来の２対物ピックアップではこの範囲を満たすために複雑な調整を行っていた。一方、本発明を適用した光ピックアップ３は、保持する対物レンズが１つのみであるため、フォーマットごとのコマ収差発生方向を概略揃った構成とすることができ、上記範囲を満たし、調整が容易である。また本発明の１対物レンズでは、コマ収差の大きさについても各フォーマット間で相関がある。このため１フォーマットでの３次〜高次コマ収差を抑えることで、他の波長のコマ量を管理でき、収差管理が容易となる。
【０２５２】
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。
【０２５３】
〔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３８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。
【０２５４】
本発明を適用した光ピックアップ６０は、図３８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。
【０２５５】
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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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、第１の領域５１は、その回折構造が（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。また、第２の領域５２は、その回折構造が（Ｎ２−１）段差Ｎ２レベルの非等間隔階段構造とされている。そして、ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＞０のとき｜φｍ２｜＜｜φｍ（ｘ２）｜又は｜φｍＮ２｜＞｜φｍ（ｘＮ２）｜の関係を満足し、ｋ１ｍｍ−ｋ１ｍｓ＜０のとき｜φｍ２｜＞｜φｍ（ｘ２）｜又は｜φｍＮ１｜＜｜φｍ（ｘＮ２）｜の関係を満足する点に特徴を有する。また、第１の領域５１は、例えば（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）を満たす場合に、その回折構造が６段差７レベルの非等間隔階段構造とされている。この場合に、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よう構成しても良い。また、第１の領域５１は、以下の４つの関係式のうちいずれか一の関係式を満足する点に特徴を有するよう構成しても良い。第一の式は、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≧２７μｍである。第二の式は、関係式ｎｄ１｜（１／Ｐ１ｍ）−（１／Ｐ１ｓ）｜≦１８μｍである。第三の式は、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≧６１μｍである。第四の式は、関係式ｎｄ２｜（１／Ｐ２ｍ）−（１／Ｐ２ｓ）｜≦３５μｍである。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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
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】
【０２６２】
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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