(57)【要約】【課題】従来の対物レンズでは、回折効率が低かった。【解決手段】上記課題を解決する対物レンズは階段状回折構造を備える。階段状回折構造は、段差面２５０と、側壁面２６０を備える。段差面２５０は、その１周期中に光軸Ａに対して面が対向しないように形成されている。側壁面２６０は、光軸Ａに対して面が対向するように形成されている。段差面２５０は光軸Ａに垂直な面Ｍに対して傾きΦ［度］で傾いている。側壁面２６０は光軸Ａに対して傾きΦ［度］で傾いている。この傾きθおよび傾きΦは、下記式（１）を満たす。０＜θ＜Φ    ・・・（１）０＜Φ≦６０  ・・・（２）【選択図】図４
2015062147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの面に、
第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光し情報を記録または再生または消去し、
第２光ディスクの記録面上に波長λ２の光を集光し情報を記録または再生または消去する光学面を有する光学素子であって、
前記光学面は、
光軸を中心に同心円状に周期的に形成された、階段状の断面を持つ回折構造を有し、
前記回折構造の１周期中には、
前記光軸に対して面が対向しないように形成した段差面と、
前記光軸に対して面が対向するように形成した側壁面を有し、
前記側壁面は前記光軸に対して
傾きθ［度］で傾いており、
前記段差面は前記光軸に垂直な面に対して
傾きΦ［度］で傾いており、
前記回折構造の少なくとも１周期が
０＜θ＜Φ
０＜Φ≦６０
を満たす回折光学素子。
【請求項２】
前記回折構造が、
１周期中に３〜９段の段差を持つ階段状の回折構造である、
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記波長λ１の光は波長３５０〜４５０ｎｍであり、
前記波長λ２の光は波長６００〜８００ｎｍである、
請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記１〜３に記載の光学素子を備える光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ディスクなどの光情報媒体上に記憶される情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置および、光ヘッド装置に用いる対物レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ近傍の青色レーザー光を用いて光ディスクの記録密度を高めることによって、記憶容量を大きくした高密度光ディスクの研究・開発が活発に行われている。このような高密度光ディスクの規格として、対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、光ディスクの情報記録面上に形成された保護基板厚を約０．１ｍｍとする規格（Ｂｌｕ−Ｒａｙ（Ｒ））（以下ＢＤ）がある。
【０００３】
また、上記規格と、波長６８０ｎｍ近傍の赤色レーザー光を用いて光ディスクの情報記録面上に形成された保護基板厚を約０．６ｍｍとする規格、いわゆるＤＶＤと、波長７８０ｎｍ近傍の赤外レーザー光を用いて保護基板厚を約１．２ｍｍとする規格、いわゆるＣＤとを互換する事を目的とした対物レンズが開示されている。
【０００４】
ＢＤとＤＶＤの２種類の情報記録媒体を互換する対物レンズやＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の情報記録媒体を互換する対物レンズ及び光ヘッド装置が過去に開示されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７０６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＢＤとＤＶＤの２種類の光ディスクを互換する対物レンズにおいては、第１面を対称軸（光軸）を中心に同心円状に２つの領域に分割し、光軸に近い領域にＢＤとＤＶＤの２種類の波長に対して収差補正を行う互換領域を構成し、その外側にＢＤに最適化された外周領域を構成する。互換領域は回折構造を有し、波長の違いによる回折角の違いを利用し、ＢＤとＤＶＤの２種類のフォーマットに対して球面収差補正を実現している。なお、第１面とは、対物レンズの２つの光学機能面のうち、光源に近い方に配置された面のことをいう。換言すると、対物レンズの入射面である。また、第１面と対向する面を第２面と称する。第２面とは、換言すると、対物レンズの出射面である。
【０００７】
ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の光ディスクを互換する対物レンズにおいては、第１面を光軸を中心に同心円状に３つの領域に分割し、光軸に最も近い領域にＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の波長に対して収差補正を行う３波長互換領域を構成し、その外側にＢＤとＤＶＤの２種類の波長に対して収差補正を行う２波長互換領域を構成し、さらにその外側にＢＤに最適化された外周領域を構成する。前記互換領域は回折構造を有し、波長の違いによる回折角の違いを利用し、ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類のフォーマットに対して球面収差補正を実現している。
【０００８】
上記のような互換領域の回折構造は複数の波長に対して作用するが、従来の鋸歯回折形状と比較して、それぞれの波長の回折効率は低い。さらに対物レンズのように傾斜を持つ光学面に狭い回折ピッチで回折構造を形成するとさらに回折効率は落ちる。
【０００９】
光学素子の回折効率が低下すると記録面上のスポットの光量が不足し、情報の記録・再生あるいは消去を行うための十分な光量が得られない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の光学素子は、
少なくとも１つの面に、
第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光し情報を記録または再生または消去し、
第２光ディスクの記録面上に波長λ２の光を集光し情報を記録または再生または消去する光学面を有し、
前記光学面は、
光軸を中心に同心円状に周期的に形成された、階段状の断面を持つ回折構造を有し、
前記回折構造の１周期中には、
前記光軸に対して面が対向しないように形成した段差面と、
前記光軸に対して面が対向するように形成した側壁面を有し、
前記側壁面は前記光軸に対して
傾きθ［度］で傾いており、
前記段差面は前記光軸に垂直な面に対して
傾きΦ［度］で傾いており、
前記回折構造の少なくとも１周期が
０＜θ＜Φ
０＜Φ≦６０
を満たす
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回折効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の光ヘッド装置の概略構成図
【図２】第１実施形態対物レンズの概略断面図
【図３】第１実施形態の対物レンズの部分拡大図
【図４】第１実施形態の階段状回折構造の部分拡大図
【図５】従来の階段状回折構造の部分拡大図
【図６】第２実施形態の光ヘッド装置の概略構成図
【図７】第２実施形態の対物レンズの概略断面図
【図８】第２実施形態の対物レンズの部分拡大図
【図９】第２実施形態の階段状回折構造の部分拡大図
【図１０】実施例１の回折効率を示すグラフ
【図１１】実施例２の回折効率を示すグラフ
【図１２】実施例３の回折効率を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞
［１−１．光ヘッド］
図１は、第１実施形態に係る光ヘッド装置１００の概略構成図である。
【００１５】
第１実施形態に係る光ヘッド装置１００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有した構成になっている。
【００１６】
レーザ光源１１０は、波長λ１の青色光ビーム６１を出射する。波長λ１は、３５０〜４５０ｎｍの波長の光である。レーザー光源１１０から出射された青色光ビーム６１は、ビームスプリッタ１３０で反射された後、コリメートレンズ１５０により略平行光に変換される。コリメートレンズ１５０は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差や情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した青色ビーム６１は、立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ２００に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ２００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射され、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過する。ビームスプリッタ１４０から出射された青色ビーム６１は、ビームスプリッタ１３０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００１７】
レーザ光源１２０は、波長λ２の赤色光ビーム６２を出射する。波長λ２は、６００〜８００ｎｍの波長の光である。レーザー光源１２０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１４０、ビームスプリッタ１３０を順に透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ１５０は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク１０の使用時と同様に、コリメートレンズ１５０が光軸方向に移動することによって、ディスク基材厚の差や温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した赤色光ビーム６２は、発散光として立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ２００に入射し、光ディスク２０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１１の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ２００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射し、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１３０を順に透過する。ビームスプリッタ１３０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１４０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００１８】
［１−２．対物レンズ］
次に、本実施形態の対物レンズ２００について説明する。図２は、本実施形態の対物レンズ２００の概略断面図である。
【００１９】
第１実施形態に係る対物レンズ２００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有している。対物レンズ２００は、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光ビーム６１を、厚みｔ１（０．１ｍｍ）の基板を介して情報記録面１１上に集光してスポットを形成する。また、対物レンズ２００は、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光ビーム６２を、厚みｔ２（０．６ｍｍ）の基板を介して情報記録面２１上に集光してスポットを形成する。
【００２０】
対物レンズ２００の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする２つの領域、すなわち、光軸Ｘを含む内周領域２０１と、内周領域２０１を取り囲む輪帯状の外周領域２０２とに分割されている。内周領域２０１には、階段状回折構造が設けられている。外周領域２０２には、鋸歯状回折構造２２０が設けられている。内周領域２０１は、ＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。外周領域２０２はＢＤの光のみのスポット形成に寄与するBD専用の領域である。
【００２１】
［１−３．光学機能面］
次に、本実施形態の対物レンズ２００の光学機能面について説明する。図３は、対物レンズ２００の光学機能面の形状を説明するための部分拡大図である。対物レンズ２００の光学機能面には、階段状回折構造２１０と鋸歯状回折構造２２０とが形成されている。なお、実際には階段状回折構造や鋸歯状回折構造は、非球面形状のベース面Ｌ上に形成される。
【００２２】
図３において、階段状回折構造２１０と鋸歯状回折構造２２０の下方は例えばガラス等のレンズ部材であり、階段状回折構造２１０と鋸歯状回折構造２２０の上方は空気である。なお、以下の図面において、階段状回折構造２１０と鋸歯状回折構造２２０の部分拡大図を示す図面でも同様に、階段状回折構造２１０と鋸歯状回折構造２２０の下方をレンズ部材とし、上方を空気とする。
【００２３】
本実施形態の対物レンズ２００は、主として内周領域２０１と外周領域２０２とを備える。内周領域２００は、第1領域の一例である。外周領域２０２は、中周領域の一例である。
【００２４】
図３に示す階段状回折構造２１０は一例であり、他の階段状回折構造２１０であってもよい。また、階段状回折構造２１０と鋸歯状回折構造２２０が接続される部分についても、図３に示す形状は一例であり、階段状回折構造と鋸歯状回折構造が接続される部分の形状は適宜設定されうる。また、説明を容易にするため、内周領域２０１には、第１階段状回折構造２１０を２周期分しか記載していないが、本来は複数の第１階段状回折構造２１０で構成される。同様に、外周領域２０２には、鋸歯状回折構造２２０が４周期分しか記載していないが、本来は複数の鋸歯状回折構造２２０で構成される。
【００２５】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００２６】
内周領域２０１に設けられる階段状回折構造２１０は、レンズの光軸Ｘから離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、レンズのベース面Ｌに対して略平行になっている部分の数を表している。
【００２７】
内周領域２０１の階段状回折構造２１０の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。ここで回折次数の正負について説明する。まず、第１面に入射する光が、第１面の曲率によって屈折する方向を基準方向とする。第１面に入射した光が、回折によって基準方向よりも内側に集光される方向に進む場合を正としている。また、第１面に入射した光が、回折によって基準方向よりも外側に集光される方向に進む場合を負としている。
【００２８】
内周領域２０１に設けられる階段状回折構造２１０の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００２９】
外周領域２０２に設けられる鋸歯状回折構造２２０の高さは、外周領域２０２を通過するＢＤ用の波長λ１の光が光ディスクの記録面上に形成するスポットの形成に寄与するように設計されている。ただし、外周領域２０２は、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域２０２に入射した波長λ１以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器１９１上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射や干渉を起こし、光検出器上の所望の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００３０】
[１−４．階段状回折構造]
図４は本実施形態に係る階段状回折構造２１０の形状を詳細に説明するための図である。
【００３１】
図４に示すように、本実施形態に係る内周領域２０１の4レベルの階段状回折構造２１０は、段差面２５０と、側壁面２６０とを備える。段差面２５０は、その１周期中に光軸Ａに対して面が対向しないように形成されている。側壁面２６０は、光軸Ａに対して面が対向するように形成されている。段差面２５０は光軸Ａに垂直な面Ｍに対して傾きΦ［度］で傾いている。側壁面２６０は光軸Ａに対して傾きθ［度］で傾いている。
【００３２】
このときθおよびΦは、下記式（１）、（２）を満たす。
０＜θ＜Φ    ・・・（１）
０＜Φ≦６０  ・・・（２）
このような構成により、内周領域２０１の回折効率が向上する。以下、回折効率が向上する理由について説明する。
【００３３】
まず、側壁面２６０の光軸Ａに対して平行（θ＝０）のときの回折形状を対物レンズの斜面に形成した場合を図５に示す。段差面２５０で屈折・回折した光は側壁面２６０に向かう方向に曲がる。段差面２５０で屈折・回折した光のうち、側壁面２６０に到達する光は遮られスポットの形成に寄与しない。つまり記録面上のスポットの光量が不足し、情報の記録・再生あるいは消去を行うための十分な光量が得られない。
【００３４】
これは屈折によって光が側壁面２６０に向かって曲げられるほど顕著になる。つまり対物レンズの傾斜角が大きいほど影響が大きい。
【００３５】
そこで本実施形態では、図４のように段差面２５０で屈折・回折した光が曲がる方向と同じ方向に側壁面２６０を光軸Ａに対して傾ける。これによって段差面２５０で屈折・回折した光のうち、側壁面によって遮られる光量を少なくすることができる。
【００３６】
つまり使用する波長の回折効率が向上する。
【００３７】
ここで上記式（１）、（２）は内周領域２０１に含まれるすべての回折構造について満たしてもよい。これによって内周領域２０１全面の回折効率が向上する。
また、上記式（１）、（２）は内周領域２０１の一部の回折構造について満たしてもよい。例えば内周領域２０１に含まれる回折構造のうち５０％以上が上記式（１）、（２）を満たしていてもよい。これによって上記式（１）、（２）を満たしている回折構造においては回折効率が向上する。
また、内周領域２０１の周縁部分、つまり外周領域の近くに形成される幾つかの回折構造だけ満たしていてもよい。光軸から離れた位置に形成される回折構造は対物レンズ全面に占める面積の割合が大きい。よって光軸から離れた位置に形成される回折構造の回折効率を向上させることで対物レンズの回折効率が顕著に向上する。
本実施形態のΦは、内周領域２０１に形成される回折構造１周期ごとに異なる。例えば、ある回折構造についての光軸に垂直な面に対する段差面の傾斜角は、別の回折構造については値が異なる。対して本実施形態のθは回折構造１周期ごとに異なっていてもよいし、等しくても良い。内周領域２０１に含まれる回折構造のそれぞれにおいて、光軸に対する側壁面の傾斜角および光軸に垂直な面に対する段差面の傾斜角を見たときに、上記式（１），（２）を満たせばその回折構造については回折効率向上の効果が得られる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る光ヘッド装置４００について説明する。
【００３９】
［２−１．光ヘッド］
図６は、第２実施形態に係る光ヘッド装置４００の概略構成図である。
【００４０】
第２実施形態に係る光ヘッド装置４００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格に互換性を有した構成になっている。
【００４１】
青色光ビーム６１の光の流れについては、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００４２】
レーザー光源１２５は、赤色光と赤外光を選択的に出射する２波長レーザー光源である。レーザー光源１１５から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１３０、ビームスプリッタ１４０を透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ１５０は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク１０の使用時と同様に、コリメートレンズ１５０が光軸方向に移動することによって、ディスク基材厚の差や温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した赤色光ビーム６２は、発散光として立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ３００に入射し、光ディスク２０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク２０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ３００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射し、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過する。ビームスプリッタ１４０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１３０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００４３】
レーザー光源１２５から出射された赤外光ビーム６３は、ビームスプリッタ１４０、ビームスプリッタ１３０を透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。コリメートレンズ１５０から出射された赤外光ビーム６３は、立ち上げミラー１７０によって反射され対物レンズ３００に入射し、光ディスク３０の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク３０の情報記録面上で反射された赤外光ビーム６３は、再び対物レンズ３００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射され、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過しビームスプリッタ１３０で反射された後、検出レンズ１９０によって集光され、光検出器１９１で光信号として検出される。
【００４４】
［２−２．対物レンズ］
次に、本実施形態の対物レンズ３００について説明する。図７は、本実施形態の対物レンズ３００の概略断面図である。
【００４５】
第２実施形態に係る対物レンズ３００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格とに互換性を有しており、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚みｔ１（０．１ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚みｔ２（０．６ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ３（７８０ｎｍ近傍）の赤外光を厚みｔ３（１．２ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。
【００４６】
対物レンズ３００の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする３つの領域、すなわち、光軸を含む内周領域３０１と、内周領域３０１を取り囲む輪帯状の中周領域３０２と、中周領域３０２を取り囲む輪帯状の外周領域３０３とに分割されている。内周領域３０１、中周領域３０２には、それぞれ異なる階段状回折構造が設けられている。外周領域３０３には、凹凸構造が設けられている。
【００４７】
内周領域３０１は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長の光がスポットに寄与する領域である。
【００４８】
中周領域３０２は、ＢＤ、ＤＶＤの２波長の光がスポットに寄与する領域である。中周領域３０２は、第１領域の一例である。
【００４９】
外周領域３０３はＢＤの光のみがスポットに寄与するBD専用の領域である。外周領域３０３は、第２領域の一例である。
【００５０】
［２−３．光学機能面］
次に、本実施形態の対物レンズ３００の光学機能面について説明する。図８は、対物レンズ３００の光学機能面の形状を説明するための部分拡大図である。
【００５１】
本実施形態の対物レンズ３００は、主として内周領域３０１と中周領域３０２と外周領域３０３とを備える。また、説明を容易にするため、内周領域３０１には、第１階段状回折構造３１０を１周期分しか記載していないが、本来は複数の第１階段状回折構造３１０で構成される。同様に、中周領域３０２には、第２階段状回折構造３２０を１周期分しか記載していないが、本来は複数の鋸歯状回折構造３２０で構成される。同様に、外周領域３０２には、鋸歯状回折構造３２０を４周期分しか記載していないが、本来は複数の鋸歯状回折構造２２０で構成される。
【００５２】
本実施形態の対物レンズ３００は、内周領域３０１に形成される第１階段状回折構造３１０と、中周領域３０２に形成される第２階段状回折構造３２０と、外周領域３０３に形成される鋸歯回折構造３３０とを備える。図８に示す階段形状は一例であり、他の形状であってもよい。また、構造同士が接続される部分についても、図８に示す形状は一例であり、構造同士が接続される部分の形状は適宜設定されうる。
【００５３】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００５４】
内周領域３０１に設けられる階段状回折構造は、レンズの光軸Ｘから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、レンズのベース面Ｌに対して略平行になっている部分の数を表している。
【００５５】
内周領域３０１の第１階段状回折構造３１０の段差高さは、波長λ１の青色（ＢＤ）光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色（ＤＶＤ）光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ３の赤外（ＣＤ）光の使用時には−２次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。回折次数の正負については、上述した実施の形態１と同じである。
【００５６】
内周領域３０１に設ける第１階段状回折構造３１０の１周期は、必ずしも６レベルの段差から構成されている必要はなく、６以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００５７】
中周領域３０２に設けられる第２階段状回折構造３２０は、レンズの光軸Ｘから離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。中周領域３０２の第２階段状回折構造３２０の段差高さは、波長λ１のＢＤ光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２のＤＶＤ光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。中周領域３０２に設ける第２階段状回折構造３２０の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において回折次数はそれぞれの波長での回折効率が最大となる回折次数を選択しているが、回折効率が最大とならない回折次数を用いても良い。ただし、中周領域３０２は、ＣＤ波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、中周領域３０２に入射したＣＤ波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射や干渉を起こし、光検出器上の所望の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００５８】
外周領域３０３に設けられる鋸歯状回折構造３３０の高さは、外周領域３０３を通過するＢＤ用の波長λ１の光が光ディスクの記録面上に形成するスポットの形成に寄与するように設計されている。ただし、外周領域３０３は、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域３０３に入射したＢＤ以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。
【００５９】
[２−４．階段状回折構造]
図９は本実施形態に係る階段状回折構造の形状を詳細に説明するための図である。図９（ａ）は、内周領域３０１に形成された第１階段状回折構造３１０の部分断面図であり、図９（ｂ）は、中周領域３０２に形成された第２階段状回折構造３２０の部分断面図である。
【００６０】
図９（ａ）に示すように、本実施の形態の階段状回折構造３１０は、段差面３５０と、側壁面３６０とを備える。段差面３５０は、その１周期中に光軸に対して面が対向しないように形成されている。側壁面３６０は、光軸Ａに対して面が対向するように形成されている。段差面３５０は、光軸Ａに垂直な面に対して傾きΦ［度］で傾いている。側壁面３６０は光軸Ａに対して傾きθ［度］で傾いている。
【００６１】
このような構成により、側壁面３６０で遮られる光量を少なくすることができるため、内周領域３０１の回折効率が向上する。
【００６２】
また、図９（ｂ）に示すよう、第２階段状回折構造３２０も、第１階段状回折構造３１０と同様に、段差面３５０と、側壁面３６０を備える。側壁面３６０は、光軸Ａに対して面が対向するように形成されている。段差面３５０は、光軸Ａに垂直な面に対して傾きΦ［度］で傾いている。側壁面３６０は光軸Ａに対して傾きθ［度］で傾いている。
【００６３】
このような構成により、中周領域３０２の側壁面３６０で遮られる光量を少なくすることができるため、中周領域３０２の回折効率が向上する。
【００６４】
ここで本実施形態のΦは内周領域３０１と中周領域３０２で異なる。第１実施形態と同様に内周領域３０１と中周領域３０２に含まれる回折構造のそれぞれにおいて、光軸に対する側壁面の傾斜角および光軸に垂直な面に対する段差面の傾斜角を見たときに、式（１），（２）を満たせばその回折構造については回折効率向上の効果が得られる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の数値実施例をコンストラクションデータと具体的な回折効率の値を説明する。尚、各数値実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と等価な屈折作用を有する面（例えば回折面等）であることを示す。非球面の面形状は、以下の数式３で定義される。
【００６６】
【数３】
2015062147.tif 000003
ここで、
Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状の点の非球面頂点の接平面からの距離、
ｈ：光軸からの高さ、
Ｃｊ：レンズ第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）、
ｋｊ：レンズ第ｊ面の円錐定数、
Ａｊ，ｎ：レンズ第ｊ面のｎ次の非球面定数
である。
【００６７】
また、光学面に付加された回折構造によって生じる位相差は、以下の数式３で与えられる。
【００６８】
【数４】
2015062147.tif 000004
ここで、
φ（ｈ）：位相関数
ｈ：光軸からの高さ
Ｐｊ，ｍ：レンズ第ｊ面の２ｍ次の位相関数係数
Ｍ：回折次数
（実施例１）
実施例１は、第１実施形態に対応する。実施例１に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む内周領域と、内周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、ＢＤ光が１次で回折する鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は光軸を含む領域１と、領域１を取り囲む領域２に分割されている。領域１と領域２にはそれぞれには異なる非球面が設けられている。実施例１に係る対物レンズは、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．３０ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．８６、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、ＮＡ０．６、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【００６９】
表１及び２に実施例１に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【００７０】
【表１】
2015062147.tif 000005
【００７１】
【表２】
2015062147.tif 000006
内周領域には、対物レンズの光軸から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、第４輪帯、…、第３６輪帯が設けられている。表３に、第１面の内周領域の第３５輪帯の輪帯の幅、段差の幅、段差高さを示す。輪帯の幅とは、半径方向（光軸と直交する方向）における階段状回折形状１周期の幅を指す。段差の幅とは、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。段差の深さとは、回折形状の１周期中に存在する、光軸に平行な方向の高さを指す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第３段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して約１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差の高さは、逆方向に約３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【００７２】
【表３】
2015062147.tif 000007
本実施例の第３５輪帯の側壁面の傾きθを変化させたときの、第３５輪帯におけるＢＤ光，ＤＶＤ光の回折効率の変化を図１０に示す。図１０においてθがゼロのときの回折効率の値が従来の回折形状のまま形成した場合の回折効率の値に対応する。
【００７３】
本実施例の場合は、BD光については０＜θ＜約１０、および約２５＜θ＜約３５の範囲で回折効率が向上している。DVD光については０＜θ＜約４５の範囲で回折効率が向上している。この範囲は式（１）および式（２）を満たしている。
【００７４】
本実施例の場合はθ＝３０度とするのが好ましい。例えば所望の対物レンズの反転形状を金型に形成し、その形状をガラスや樹脂材料などの光学材料に転写することによって対物レンズを成形する場合、傾きθが大きいほど回折構造が転写しやすくなると同時に金型と光学材料が離れやすくなる。従って所望の回折形状が形成された対物レンズを容易に実現できる。
【００７５】
（実施例２）
実施例２は、第２実施形態に対応する。実施例２に係る対物レンズの第１面は、光軸Ｘを含む内周領域と、内周領域を取り囲む中周領域と、中周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸Ｘから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。中周領域にはレンズの光軸Ｘから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状凹凸構造が設けられている。第２面は、非球面が設けられている。実施例２に係る対物レンズは、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７７ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離１．９１ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。表４及び５に実施例２に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【００７６】
【表４】
2015062147.tif 000008
【００７７】
【表５】
2015062147.tif 000009
内周領域には、対物レンズの光軸から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、第４輪帯、…、第２３輪帯が設けられている。表６に、第１面の内周領域の第２３輪帯の輪帯の幅、段差の幅、段差高さを示す。輪帯の幅とは、半径方向（光軸と直交する方向）における階段状回折形状１周期の幅を指す。段差の幅とは、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。段差の深さとは、回折形状の１周期中に存在する、光軸に平行な方向の高さを指す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して約１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に約６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【００７８】
【表６】
2015062147.tif 000010
本実施例の第２３輪帯の側壁面の傾きθを変化させたときの、第２３輪帯におけるＢＤ光，ＤＶＤ光、ＣＤ光の回折効率の変化を図１１に示す。図１１においてθがゼロのときの回折効率の値が従来の回折形状のまま形成した場合の回折効率の値に対応する。
【００７９】
本実施例の場合は、BD光については０＜θ＜約２０、DVD光については０＜θ＜約３０、CD光については約１５＜θ＜約２５の範囲で回折効率が向上している。この範囲は式（１）および式（２）を満たしている。
（実施例３）
実施例３に係る対物レンズ素子の第１面は、光軸Ｘを含む内周領域と、内周領域を取り囲む中周領域と、中周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸Ｘから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する７レベルの階段状回折構造が設けられている。中周領域にはレンズの光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は、光軸を含む領域１と、領域１を取り囲む領域２に分割されている。領域１，２はそれぞれ異なる非球面形状である。実施例３に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７１ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離１．８４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。  表７及び８に実施例３に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【００８０】
【表７】
2015062147.tif 000011
【００８１】
【表８】
2015062147.tif 000012
内周領域には、対物レンズの光軸から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、第４輪帯、…、第２０輪帯が設けられている。表９に、第１面の内周領域の第２０輪帯の輪帯の幅、段差の幅、段差高さを示す。輪帯の幅とは、半径方向（光軸と直交する方向）における階段状回折形状１周期の幅を指す。段差の幅とは、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。段差の深さとは、回折形状の１周期中に存在する、光軸に平行な方向の高さを指す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第６段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して約１．１４波長分の位相差を付与するように設計され、第７段差の高さは、逆方向に約６．８４波長分の位相差を付与するように設計されている。
【００８２】
【表９】
2015062147.tif 000013
本実施例の第２０輪帯の側壁面の傾きθを変化させたときの、第２０輪帯におけるＢＤ光，ＤＶＤ光、ＣＤ光の回折効率の変化を図１２に示す。図１２においてθがゼロのときの回折効率の値が従来の回折形状のまま形成した場合の回折効率の値に対応する。
【００８３】
本実施例の場合は、BD光については０＜θ＜約２０、DVD光については０＜θ＜約３０、CD光については０＜θ＜約４５の範囲で回折効率が向上している。この範囲は式（１）および式（２）を満たしている。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、波長の異なる光を用いる複数の規格の光ディスクに対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うために用いられる対物レンズ素子及びこれを用いた光ヘッド装置に利用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１０  光ディスク
１１  情報記録面
２０  光ディスク
２１  情報記録面
３０  光ディスク
３１  情報記録面
６１  青色ビーム
６２  赤色ビーム
６３  赤外ビーム
１００  光ヘッド装置
１１０  レーザ光源
１２０  レーザ光源
１２５  レーザ光源
１３０  ビームスプリッタ
１４０  ビームスプリッタ
１５０  コリメートレンズ
１６０  １／４波長板
１７０  立ち上げミラー
１８０  駆動部
１９０  検出レンズ
１９１  光検出器
２００  対物レンズ
２０１  内周領域
２０２  外周領域
２１０  第１階段状回折構造
２２０  鋸歯状回折構造
２５０  段差面
２６０  側壁面
２７０  接続部
３００  対物レンズ
３０１  内周領域
３０２  中周領域
３０３  外周領域
３１０  第１階段状回折構造
３２０  第２階段状回折構造
３３０  鋸歯状回折構造
４００  光ヘッド装置
【図１】
2015062147.tif 000014
【図２】
2015062147.tif 000015
【図３】
2015062147.tif 000016
【図４】
2015062147.tif 000017
【図５】
2015062147.tif 000018
【図６】
2015062147.tif 000019
【図７】
2015062147.tif 000020
【図８】
2015062147.tif 000021
【図９】
2015062147.tif 000022
【図１０】
2015062147.tif 000023
【図１１】
2015062147.tif 000024
【図１２】
2015062147.tif 000025