(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生する光ピックアップ装置であって、
透明基板を有する第２光情報記録媒体に対して、情報を記録および／または再生するための波長λ１の光束を出射する第１の光源と、
透明基板を有する第１光情報記録媒体に対して、情報を記録および／または再生するための波長λ２（ここで、λ１＜λ２）の光束を出射する第２の光源と、
前記第１光情報記録媒体の透明基板よりも厚くかつ前記第２光情報記録媒体の透明基板よりも厚い透明基板を有する第３光情報記録媒体に対して、情報を記録および／または再生するための波長λ３（ここで、λ２＜λ３）の光束を出射する第３の光源と、
前記各光源から出射された光束が入射され、該光束を前記各光情報記録媒体に集光させるための対物レンズと、を備え、
前記第１光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの像側開口数をＮＡ２、前記第２光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの像側開口数をＮＡ１、前記第３光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの像側開口数をＮＡ３としたとき、前記ＮＡ１及び前記ＮＡ２は、前記ＮＡ３より大きく、
前記対物レンズは、屈折パワーを有する非球面上に同心の輪帯状の回折面を有し、前記回折面によって、前記第１の光源、前記第２の光源あるいは前記第３の光源の光束から出射した前記λ１、前記λ２、前記λ３の各波長の光束が前記回折面を通過することにより回折され、回折された前記各波長の光束によって前記第２光情報記録媒体、前記第１光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の前記透明基板の厚さの違いに基づいて発生する収差の補正を行い、
前記第１の光源、前記第２の光源及び前記第３の光源のうち、少なくとも２つの光源がユニット化されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記第１の光源から出射される前記波長λ１の光束は、青色レーザからの光束であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
第１の光源を対物レンズの光軸上に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記第３光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生する際に、前記ＮＡ３よりも大きな像側開口数の領域を通過する光束において球面収差がフレアになる回折面を前記対物レンズに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記第３光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生する際に、前記所定開口数ＮＡ１内において球面収差は不連続部を有することを特徴とする請求項４に光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記不連続部は１箇所のみであることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長赤色レーザの実用化に伴い、ＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体（光ディスクともいう）であるＤＶＤが製品化されている。ＤＶＤ用記録再生装置では、６５０nｍの半導体レーザを使用したときの対物レンズの光ディスク側の開口数ＮＡを０．６〜０．６５としている。ＤＶＤはトラックピッチ０．７４μｍ、最短ビット長０．４μｍであり、ＣＤのトラックピッチ１．６μｍ、最短ピット長０．８３μｍに対して半分以下に高密度化されている。また、ＤＶＤにおいては、光ディスクが光軸に対して傾いたときに生じるコマ収差を小さく抑えるために、透明基板厚は０．６ｍｍとＣＤの透明基板厚の半分になっている。
【０００３】
また、上述したＣＤ、ＤＶＤの他に、光源波長や透明基板厚さが異なるなど種々の規格の光ディスク、例えばＣＤ−Ｒ，ＲＷ（追記型コンパクトディスク）、ＶＤ（ビデオディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）なども商品化されて普及している。さらに半導体レーザの短波長化が進み、発振波長４００nｍ程度の短波長青色レーザが実用化されようとしている。波長が短くなることでたとえＤＶＤと同じ開口数を用いても光情報記録媒体の更なる大容量化が可能となる。
【０００４】
また、上述のような従来の光情報記録媒体であるＣＤと同程度の大きさで、記録再生が可能なＣＤ−Ｒや、記録密度を高めたＤＶＤなど、記録面の透明基板の厚みや記録再生用レーザ光の波長の異なる複数の光情報記録媒体の開発が進み、これらの光情報記録媒体に対して、同一の光ピックアップでの記録再生を可能とすることが求められている。このため、使用波長に応じた複数のレーザ光源を備えながら、同一の対物レンズで記録面へ必要な開口数でレーザ光を収束する光ピックアップが、各種提案されている（例えば特開平８−５５３６３号公報、同平１０−９２０１０号公報など）。
【０００５】
これらのうち、特開平９−５４９７３号公報には、６３５nｍを透過光（０次回折光）、７８５nｍは−１次回折光を利用したホログラム光学素子を用いた光学系および６３５nｍを＋１次回折光、７８５nｍは透過光（０次回折光）を利用したホログラム光学素子を用いた光学系が開示されている。また、特開平１０−２８３６６８号公報には、６５０nｍではホログラム型リングレンズを１００％透過し、７８０nｍでは、ホログラム型リングレンズで１次回折される光学系が開示されている。
【０００６】
しかしながら、これらのホログラム素子ならびにホログラム型リングレンズにおいて、一方の波長で０次光の回折効率をほぼ１００％とした場合に、どうしても、他方の波長での、＋１次回折光もしくは−１次回折光の回折効率には限界があり、所望の高い回折効率は得られず、光量のロスが生じ、光量の利用効率が悪くなってしまうという問題があった。光量のロスが生じる場合、特に情報の記録時においては、より高パワーのレーザーが必要になってしまう。
【０００７】
また、ホログラム素子ならびにホログラム型リングレンズにおいて、一方の波長で０次光の回折効率をほぼ１００％とし、他方の波長で、できるだけ０次光を透過させず、＋１次回折光もしくは−１次回折光の回折効率を大きくする場合、ホログラムの深さが３．８〜５．１８μｍと深くなってしまっていた。このため、特に対物レンズに、ホログラム光学素子もしくはホログラム型リングレンズの機能を一体化させた場合、金型の加工、成形が非常に困難であるという問題も有していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者等は先に、同心円状に分割された複数の輪帯からなり、各輪帯は、波長の異なる複数の光源、及び／または、記録面の厚みの異なる透明基板に対してほぼ回折限界に収差補正され、構成が簡素化された光ピックアップを構成できる対物レンズを提案した（特願平９−２８６９５４号）。この対物レンズは、使用波長及び／または透明基板の厚みに応じて自動的に必要な開口を得られるという機能を有している。しかし、レーザ光源と光検出器が一体となったレーザ／検出器集積ユニットを使用した場合、光検出器に入射するフレア光により、正確な検出が出来ない場合が生じるという問題があった。これは特に、ホログラムを利用して光束を偏向し光検出器に導く方式のレーザ／検出器集積ユニットにおいて顕著である。また、ＤＶＤ系の記録可能なディスク（ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等）や、ＣＤ系の記録可能なディスク（ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等）に高速記録する場合、専用レンズを使った光学系と比べて、一部の光がフレアとなるため光量の利用効率が悪く、レーザ光源のパワーを大きくする必要があった。
【０００９】
本発明の目的は、互いに異なる３つの波長の光をそれぞれ用いる、異なる種類の光情報記録媒体の記録及び／または再生を、１つの光ピックアップ装置で可能とする、光ピックアップ装置を提供することである。
【００１０】
さらには、互いに異なる少なくとも３つの波長の光を用い、異なる種類の光情報記録媒体に適用する場合であっても、大きな球面収差や色収差を発生させることなくそれぞれの異なる光情報記録媒体に対して、情報の記録および／または再生を、１つのピックアップ装置で可能とすることを目的とする。しかも、簡単な構成である光ピックアップ装置を提供することも目的とする。特に、厚さの異なる透明基板を有する異なる種類の光情報記録媒体を用いる場合には、球面収差の問題がさらに深刻になるが、そのような場合であっても、大きな球面収差や色収差を発生させることなくそれぞれの異なる光情報記録媒体に対して、情報を記録および／または再生を、１つの光ピックアップ装置で行えるようにすることも目的とする。
【００１１】
さらに、複数のレーザや複数の検出器の集積ユニットを用いたピックアップ装置においても、検出に悪影響を与えてしまうようなフレア光が光検出器上に照射されることなく、光検出器による光の検出が良好に行え、検出におけるＳ字特性も良好とすることを目的とする。さらに、光量のロスが少なく、光量の利用効率に優れた光ピックアップ装置を提供することも本発明の目的である。
【００１２】
使用波長および透明基板厚さが異なるＤＶＤおよびＣＤの両方に対して、大きな球面収差や色収差を発生させることなく一つの対物レンズを使用して情報を記録および／または再生するための互換性のある光学系が種々提案されている。しかしながら、実用化されているものは、光源からの発散光束をカップリングレンズでその発散度を弱めるかもしくは平行光束とするかあるいは弱い収束光束とし、対物レンズと光情報記録媒体の透明基板とを介して情報記録面に光束を収束させる構成になっており、カップリングレンズと対物レンズの２つのレンズを必要としている。そのため、光ピックアップ装置を小型薄型化するのが困難で、しかもコストが高くなるという問題がある。
【００１３】
一方、前述の様にＣＤやＤＶＤ以外の様々な光ディスクが普及してきており、これらの光ディスクに対しても互換性があって、しかも構成が簡単な光学系およびこれを備えた光ピックアップ装置が必要とされている。かかる光ピックアップ装置を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の光ピックアップ装置は、光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生する光ピックアップ装置であって、透明基板を有する第２光情報記録媒体に対して、情報を記録および／または再生するための波長λ１の光束を出射する第１の光源と、透明基板を有する第１光情報記録媒体に対して、情報を記録および／または再生するための波長λ２（ここで、λ１＜λ２）の光束を出射する第２の光源と、前記第１光情報記録媒体の透明基板よりも厚くかつ前記第２光情報記録媒体の透明基板よりも厚い透明基板を有する第３光情報記録媒体に対して、情報を記録および／または再生するための波長λ３（ここで、λ２＜λ３）の光束を出射する第３の光源と、前記各光源から出射された光束が入射され、該光束を前記各光情報記録媒体に集光させるための対物レンズと、を備え、前記第１光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの像側開口数をＮＡ２、前記第２光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの像側開口数をＮＡ１、前記第３光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの像側開口数をＮＡ３としたとき、前記ＮＡ１及び前記ＮＡ２は、前記ＮＡ３より大きく、前記対物レンズは、屈折パワーを有する非球面上に同心の輪帯状の回折面を有し、前記回折面によって、前記第１の光源、前記第２の光源あるいは前記第３の光源の光束から出射した前記λ１、前記λ２、前記λ３の各波長の光束が前記回折面を通過することにより回折され、回折された前記各波長の光束によって前記第２光情報記録媒体、前記第１光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の前記透明基板の厚さの違いに基づいて発生する収差の補正を行い、前記第１の光源、前記第２の光源及び前記第３の光源のうち、少なくとも２つの光源がユニット化されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記第１の光源から出射される前記波長λ１の光束は、青色レーザからの光束であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置である。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記第１の光源を対物レンズの光軸上に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ装置である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記第３光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生する際に、前記ＮＡ３よりも大きな像側開口数の領域を通過する光束において球面収差がフレアになる回折面を前記対物レンズに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記第３光情報記録媒体に対して情報を記録および／または再生する際に、前記所定開口数ＮＡ１内において球面収差は不連続部を有することを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置である。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、前記不連続部は１箇所のみであることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置である。
【００２０】
本発明における情報記録媒体には、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ等の各種ＣＤ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ、ＬＤ、ＭＯ等のディスク状の情報記録媒体が挙げられる。一般に、情報記録媒体の情報記録面上には透明基板が存在する。もちろん、これらに限られるものではなく、ブルーレーザを用いるような光情報記録媒体も含まれる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光ピックアップ装置によれば、互いに異なる３つの波長の光をそれぞれ用いる、異なる種類の光情報記録媒体の記録及び／または再生が、簡単な構成の１つの光ピックアップ装置で可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態の光学系は、基本的には両面非球面の単玉レンズであり、一方の非球面上には回折輪帯（輪帯状の回折面）を設けてある。一般に非球面屈折面では、ある主波長光に対して球面収差を補正した場合、主波長光より短い波長光に対しては球面収差がアンダー（補正不足）となる。これとは逆に、回折面を有するレンズである回折レンズでは、ある主波長光で球面収差を補正した場合、主波長光より短い波長で球面収差をオーバー（補正過剰）とすることが可能である。従って、屈折による非球面レンズの非球面係数と、回折レンズの位相差関数の係数を適当に選んで、屈折パワーと回折パワーとを組み合わせることにより、異なる２波長光の両方で、球面収差を良好に補正することが可能である。
【００２４】
また、一般に、回折輪帯のピッチは、後述の実施例で詳述する位相差関数若しくは光路差関数を使って定義される。具体的には、位相差関数ΦBは単位をラジアンとして以下の〔数１〕で表され、光路差関数Φbは単位をｍｍとして〔数２〕で表わされる。
【００２５】
【数１】
0004775674.tif 000002
【００２６】
【数２】
0004775674.tif 000003
これら２つの表現方法は、単位が異なるが、回折輪帯のピッチを表わす意味では同等である。即ち、主波長λ（単位ｍｍ）に対し、位相差関数の係数Ｂに、λ／２πを掛ければ光路差関数の係数ｂに換算でき、また逆に光路差関数の係数ｂに、２π／λを掛ければ位相差関数の係数Ｂに換算できる。
【００２７】
今、説明を簡単にする為、１次回折光を用いる回折レンズについて述べることにすると、光路差関数なら、関数値が主波長λの整数倍を超える毎に輪帯が刻まれ、位相差関数なら、関数値が２πの整数倍を超える毎に輪帯が刻まれることになる。
【００２８】
例えば、屈折パワーのない円筒状の両平面の物体側面に回折輪帯を刻んだレンズを想定し、主波長を０．５μ＝０．０００５ｍｍ、光路差関数の２次係数（２乗項）を−０．０５（位相差関数の２次係数に換算すると−６２８．３）、他の次数の係数を全て零とすると、第１輪帯の半径はｈ＝０．１ｍｍであり、第２輪帯の半径はｈ＝０．１４１ｍｍということになる。また、この回折レンズの焦点距離ｆについては、光路差関数の２次係数ｂ２＝−０．０５に対して、ｆ＝−１／（２・ｂ２）＝１０ｍｍとなることが知られている。
【００２９】
今、上記の定義を基にした場合、位相差関数若しくは光路差関数の２次係数を零でない値とすることにより、光軸に近い、いわゆる近軸領域での色収差を補正することができる。また、位相差関数若しくは光路差関数の２次以外の係数、例えば、４次係数、６次係数、８次係数、１０次係数等を零でない値とすることにより、２波長間での球面収差を制御することができる。尚、ここで、制御するということは、２波長間で、球面収差の差を極めて小さくすることもできるし、光学的仕様に必要な差を設けることも可能であるということを意味する。
【００３０】
上記の具体的な適用としては、波長の違う２光源からのコリメート光（平行光）を同時に対物レンズに入射させ、光ディスク上に結像させるときは、まず、位相差関数若しくは光路差関数の２次係数を使って近軸の軸上色収差を補正するとともに、位相差関数若しくは光路差関数の４次以降の係数を使って球面収差の２波長間での差を許容内になるよう小さくするのがよい。
【００３１】
また、別の例として、波長の違う２光源からの光を一つの対物レンズを使い、一方の波長の光に対しては、ｔ１の厚み（透明基板の厚み）のディスクに対して収差が補正されるようにし、もう一方の波長の光に対しては、ｔ２の厚みのディスクに対して収差が補正されるようにする仕様の場合について考えてみる。この場合、主に位相差関数若しくは光路差関数の４次以降の係数を使うことにより、球面収差の２波長間での差を設け、それぞれの厚みに対しては、それぞれの波長で球面収差が補正されるようにすることができる。また、いずれの場合にも屈折面は球面であるよりも非球面であるほうが、２波長間での収差補正をし易い。
【００３２】
上記の非球面屈折面は、異なる波長に対してはそれぞれ屈折力が異なり、集光点が異なるので、それぞれの集光点をそれぞれ基板厚の異なる光ディスクに対応させることができる。この場合、短い方の光源波長は７００ｎｍ以下であり、長い方の光源波長は６００ｎｍ以上であり、その波長差が８０ｎｍ以上であることが好ましい。また、その波長差が４００ｎｍ以下であることがより好ましく、更に好ましくは、その波長差が１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、そして、回折面は、異なる２波長光に対し、ほぼその中間の波長で回折効率が最大であることが望ましいが、どちらか一方の波長で最大の回折効率を有するものであってもよい。
【００３３】
上記球面収差の補正と同一の作用を利用することにより、光学面上に回折輪帯レンズを設け、異なる２波長の光源の各々に対して、ある１つの同次数の回折光により軸上色収差を補正することができる。すなわち、異なる２波長の光源の光に対する軸上色収差を±λ／（２ＮＡ2）の範囲に補正することができる。ただし、λは２波長のうち長いほうの波長、ＮＡは長いほうの波長に対応する像側開口数とする。
【００３４】
また、上記異なる２波長の光源の波長差が８０ｎｍ以上であり、対物レンズの硝材のアッベ数をνｄとしたとき、
νｄ  ＞  ５０          ・・・（１）
を満足することが望ましい。上記条件（１）は、異なる２波長の光源に対して軸上色収差を補正した場合に、２次スペクトルを小さくするための条件である。
【００３５】
次に、薄肉単玉レンズの一方の面に回折面が設けられている場合に、単玉レンズ全体を、回折レリーフを外したベースとなる屈折レンズと回折面との合成と考えてこの合成レンズの色収差について検討する。ある波長λx と波長λy （λx ＜λy ）とでの色消し条件は次式となる。
【００３６】
ｆR ・νR ＋ｆD ・νD ＝０
ただし、ｆR 、ｆD ：それぞれ屈折レンズ、回折面の焦点距離
νR 、νD ：それぞれ屈折レンズ、回折面のアッベ数で、次式で定まる。
νR ＝（ｎ0−１）／（ｎx −ｎy ）
νD ＝λ0／（λx −λy ）
【００３７】
ただし、ｎ0：基準波長での屈折率、λ0：基準波長
【００３８】
このとき、ある波長λz に対する色収差δｆは次式となる。
δｆ＝ｆ（θR −θD ）／（νR −νD ）    ・・・（２）
ただし、θR 、θD ：それぞれ屈折レンズ、回折面の部分分散比で次式で定まる。
【００３９】
θR ＝（ｎx −ｎz ）／（ｎx −ｎy ）
【００４０】
θD ＝（λx −λz ）／（λx −λy ）
ただし、ｎz ：波長λz での屈折率
【００４１】
例として、λ0＝λx ＝６３５ｎｍ、λy ＝７８０ｎｍ、λz ＝６５０ｎｍとし、ベースとなる屈折レンズの硝材をホーヤ社ＢＳＣ７（νｄ＝６４．２）としてみると、
νR＝１３４．５，  νD＝−４．３８，  θR＝０．１２８，  θD＝０．１０３
となり、δｆ＝０．１８×１０-3ｆとなる。
【００４２】
また、ベースとなる屈折レンズの硝材をホーヤ社Ｅ−ＦＤ１（νｄ＝２９．５）に変えてみると、
νR＝７０．５，  θR＝０．１３６  となり、  δｆ＝０．４４×１０-3ｆとなる。
【００４３】
このように式（２）においては、右辺分母（νR −νD ）は｜νD｜が｜νR｜より十分小さいため、屈折レンズの硝材を変えることによる色収差δｆの変化にとっては、屈折レンズのアッベ数νRの変化が支配的である。一方、θR とθD とは波長によってのみ定まり、右辺分子（θR −θD ）は、その変化の寄与が右辺分母（νR −νD ）に比べて小さい。
【００４４】
上記により、回折面を有するレンズにおいては、２次スペクトルδｆを小さく抑えるには、屈折レンズの材料としてアッベ数νRの大きい材料を選ぶことが有効であることがわかる。条件式（１）は光源の波長変化などに対応できるよう、２次スペクトルを抑えるのに有効な限界を示す。
【００４５】
また、回折面を使用せずに、２種類の材料の屈折レンズを貼合わせて色消しを行う場合は、それぞれの材料について、θR ＝ａ＋ｂ・νR ＋△θR  （ａ，ｂは定数）と表したとき、△θR は小さく、異常分散性が無いならば２次スペクトルδｆは２つの屈折レンズのアッベ数νR にはよらない。したがって、式（１）は回折光学系に特有の条件であることがわかる。
【００４６】
本実施の形態の回折レンズを簡易に製造するためには、対物レンズをプラスチック材料で構成することが望ましい。条件式（１）を満たすプラスチック材料としては、アクリル系、ポリオレフィン系が用いられるが、耐湿性、耐熱性などから、ポリオレフィン系が好ましい。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施の形態の対物レンズおよびこれを備えた光ピックアップ装置の構成を具体的に説明する。
【００４８】
図４８に、本実施の形態の光ピックアップ装置の概略構成図を示す。光ピックアップ装置により情報記録および／または再生する光情報記録媒体である光ディスク２０は、透明基板の厚さｔ１の第１光ディスク（例えばＤＶＤ）及び第２光ディスク（例えば青色レーザ使用次世代高密度光ディスク）と、ｔ１とは異なる透明基板の厚さｔ２を有する第３光ディスク（例えばＣＤ）の３種であるとして説明する。ここでは、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、ｔ２＝１．２ｍｍである。
【００４９】
図示の光ピックアップ装置は、光源として第１光源である第１半導体レーザ１１（波長λ1＝６１０ｎｍ〜６７０ｎｍ）と、第２光源である青色レーザ１２（波長λ2＝４００ｎｍ〜４４０ｎｍ）と、第３光源である第２半導体レーザ１３（波長λ3＝７４０ｎｍ〜８７０ｎｍ）とを有しているとともに、光学系の一部として対物レンズ１を有している。第１光源、第２光源及び第３光源は、情報を記録および／または再生する光ディスクに応じて選択使用される。
【００５０】
第１半導体レーザ１１、青色レーザ１２あるいは第２半導体レーザ１３から出射された発散光束は、ビームスプリッタ１９および絞り３を介し、光ディスク２０の透明基板２１を透過して、対物レンズ１によってそれぞれの情報記録面２２上に集光され、スポットを形成する。
【００５１】
各レーザからの入射光は、情報記録面２２上の情報ピットによって変調された反射光となり、ビームスプリッタ１８、トーリックレンズ２９を介して共通の光検出器３０に入射し、その出力信号を用いて、光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号、合焦検出信号やトラック検出信号が得られる。
【００５２】
また、光路内に設けられている絞り３は、この例においては固定の開口数（ＮＡ０．６５）を有する絞りであり、余分な機構を必要とせず、低コスト化を実現できるものである。なお、第３光ディスクの記録および／または再生時には不要光（ＮＡ０．４５以上）を除去できるように、絞り３の開口数を可変としてもよい。
【００５３】
対物レンズ１の光学面に実使用開口の外側の一部の光束を遮蔽するように輪帯状のフィルターを一体に形成することで、実使用開口の外側のフレア光を安価な構成で容易に除去することも可能である。
【００５４】
本実施の形態のように有限共役型の光学系を用いる場合には、集光性能を維持するため、光源と集光光学系との関係を一定に保つ必要があり、合焦やトラッキングのための移動は、光源１１、１２、１３と対物レンズ１とを１つのユニットとして行うことが望ましい。
【００５５】
次に、本発明の第３の実施の形態の対物レンズおよびこれを含む光ピックアップ装置の構成を具体的に説明する。
【００５６】
図４９に、本実施の形態の光ピックアップ装置の概略構成図を示す。図４９の光ピックアップ装置はレーザー、光検出器およびホログラムをユニット化したレーザ／検出器集積ユニット４０を用いた例であり、図４８と同じ構成要素は同じ符号で示す。この光ピックアップ装置においては、第１半導体レーザ１１、青色レーザ１２、第１の光検出手段３１、第２の光検出手段３２、ホログラムビームスプリッタ２３がレーザ／検出器集積ユニット４０としてユニット化されている。
【００５７】
第１光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１から出射された光束は、ホログラムビームスプリッタ２３を透過し、絞り３によって絞られ、対物レンズ１により第１光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１、絞り３を介してホログラムビームスプリッタ２３のディスク側の面で回折され、第１半導体レーザ１１に対応した第１の光検出器３１上へ入射する。そして、第１の光検出器３１の出力信号を用いて、第１光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号、合焦検出信号やトラック検出信号が得られる。
【００５８】
第２光ディスクを再生する場合、青色レーザ１２から出射された光束は、ホログラムビームスプリッタ２３のレーザ側の面で回折され、上記の第１半導体レーザ１１からの光束と同じ光路を取る。すなわち、このホログラムビームスプリッタ２３の半導体レーザ側の面は、光合成手段としての機能を果たす。さらに絞り３、対物レンズ１を介して第２光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１、絞り３を介して、ホログラムビームスプリッタ２３のディスク側の面で回折されて青色レーザ１２対応した第２の光検出器３２上へ入射する。そして、第２の光検出器３２の出力信号を用いて、第２光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号、合焦検出信号やトラック検出信号が得られる。
【００５９】
さらに、第３光ディスクを再生する場合、第２半導体レーザ１３、第３の光検出手段３３、およびホログラムビームスプリッタ２４がユニット化されたレーザ／検出器集積ユニット４１が使用される。第２半導体レーザ１３から出射された光束は、ホログラムビームスプリッタ２４を透過し、出射光の合成手段であるビームスプリッタ１９で反射し、絞り３によって絞られ、対物レンズ１により光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１、絞り３、ビームスプリッタ１９を介してホログラムビームスプリッタ２４で回折されて第３の光検出器３３上へ入射する。そして、第３の光検出機３３の出力信号を用いて、第３光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号、合焦検出信号やトラック検出信号が得られる。
【００６０】
第２および第３の実施の形態の光ピックアップ装置においては、対物レンズ１の非球面屈折面に光軸４と同心の輪帯状回折面が構成されている。一般に非球面屈折面だけで対物レンズを構成すると、ある波長λａに対して球面収差を補正した場合、λａよりも短い波長λｂに対しては球面収差がアンダーとなる。一方回折面を使用すると、ある波長λａに対して球面収差を補正した場合、λａよりも短い波長λｂに対しては球面収差がオーバーとなる。従って、屈折面による非球面光学設計と、回折面の位相差関数の係数を適当に選んで、屈折パワーと回折パワーとを組み合わせることにより、異なる波長間での球面収差を補正することが可能となる。また、非球面屈折面では、波長が異なると屈折力も変化し集光位置も異なる。よって、非球面屈折面を適当に設計することで、異なる波長に対しても各透明基板２１の情報記録面２２に集光させることができる。
【００６１】
また、第２および第３の実施の形態の対物レンズ１では、非球面屈折面と輪帯状回折面の位相差関数とを適当に設計することで、第１半導体レーザ１１、青色レーザ１２あるいは第２半導体レーザ１３から出射した各光束に対して、光ディスク２０の透明基板２１厚さの違いにより発生する球面収差を補正している。さらに、輪帯状回折面において、輪帯の位置を表す位相差関数が、冪級数の４乗以降の項の係数を用いると球面収差の色収差を補正することが可能となる。なお、第３光ディスク（ＣＤ）については実使用上の開口はＮＡ０．４５であり、第３光ディスクではＮＡ０．４５以内で球面収差を補正し、ＮＡ０．４５より外側の領域の球面収差をフレアとしている。これらの補正により各光ディスク２０に対して、情報記録面２２上の集光スポットの収差が回折限界（０．０７λｒｍｓ）とほぼ同程度あるいはそれ以下になっている。
【００６２】
上記のような第２および第３の実施の形態の光ピックアップ装置は、例えばＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＭＤ等の、任意の異なる２つまたはそれ以上の複数の光情報記録媒体に対して、コンパチブルなプレーヤ、またはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等、の音声および／または画像の記録、および／または、音声および／または画像の再生装置に搭載することができる。
【００６３】
次に、本発明の第４の実施の形態の対物レンズおよびこれを含む光ピックアップ装置の構成を具体的に説明する。
【００６４】
図６７は本実施の形態の光ピックアップ装置１０の概略構成図である。図６７においては、第２および第３の実施の形態と共通の部材については同じ符号を用いることがある。
図６７において光ピックアップ装置１０は、光情報記録媒体である複数の光ディスク２０を記録／再生するものである。以下、この複数の光ディスク２０は、透明基板の厚さｔ１の第１光ディスク（ＤＶＤ）および第２光ディスク（青色レーザ使用次世代高密度光ディスク）と、ｔ１とは異なる透明基板の厚さｔ２を有する第３光ディスク（ＣＤ）として説明する。ここでは、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、ｔ２＝１．２ｍｍである。
【００６５】
光ピックアップ装置１０は、光源として第１光源である第１半導体レーザ１１（波長λ1＝６１０ｎｍ〜６７０ｎｍ）と第２光源である青色レーザ１２（波長λ2＝４００ｎｍ〜４４０ｎｍ）及び第３光源である第２半導体レーザ１３（波長λ3＝７４０ｎｍ〜８７０ｎｍ）とを有している。これら第１光源、第２光源及び第３光源は、記録／再生する光ディスクに応じて排他的に使用される。
【００６６】
集光光学系５は、第１半導体レーザ１１、青色レーザ１２あるいは第２半導体レーザ１３から出射された光束を、光ディスク２０の透明基板２１を介して、それぞれの情報記録面２２上に集光させ、スポットを形成する手段である。本実施の形態では、集光光学系５として、光源から出射された光束を平行光（略平行でよい）に変換するコリメータレンズ２と、コリメータレンズ２によって平行光とされた光束を集光させる対物レンズ１とを有している。
【００６７】
対物レンズ１の両面には、光軸４と同心の輪帯状回折面が構成されている。一般に非球面屈折面だけで集光光学系５を構成すると、ある波長λａに対して球面収差を補正した場合、λａよりも短い波長λｂに対しては球面収差がアンダーとなる。一方、回折面を使用すると、ある波長λａに対して球面収差を補正した場合、λａよりも短い波長λｂに対しては球面収差がオーバーとなる。従って、屈折面による非球面光学設計と、回折面の位相関数の係数を適当に選んで、屈折パワーと回折パワーとを組み合わせることにより、異なる波長間での球面収差を補正することが可能となる。また非球面屈折面では、波長が異なると屈折力も変化し集光位置も異なる。よって、非球面屈折面を適当に設計することで、異なる波長に対しても各透明基板の情報記録面２２に集光させることができる。
【００６８】
上記の輪帯状回折面では、第１半導体レーザ１１、青色レーザ１２あるいは第２半導体レーザ１３から出射した各光束に対して１次回折光を利用して収差補正を行っている。同次数の回折光を対応させると、異なる次数の回折光を対応させる場合に比べて光量損出が少なく、さらに、高次の回折光を対応させるよりも、１次回折光を用いると光量損出が少ない。したがって、本実施の形態の対物レンズ１は、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの高密度な情報を記録する光ディスクに情報を記録する光ピックアップ装置において有効となる。また、回折面は、異なる３つの波長光に対し、その中間の波長で回折効率が最大であることが望ましいが、両端の波長で最大の回折効率を有するものであってもよい。
【００６９】
また、非球面屈折面と輪帯状回折面の位相差関数とを適当に設計することで、第１半導体レーザ１１、青色レーザ１２あるいは第２半導体レーザ１３から出射した各光束に対して、光ディスク２０の透明基板２１厚さの違いにより発生する球面収差を補正している。
さらに、対物レンズ１に形成された輪帯の位置を表す位相差関数において、冪級数の４乗以降の項の係数を用いると球面収差の色収差を補正することが可能となる。なお、第３光ディスク（ＣＤ）については実使用上の開口はＮＡ０．４５であり、ＮＡ０．４５以内で球面収差を補正し、ＮＡ０．４５より外側の領域の球面収差をフレアとしている。ＮＡ０．４５以内の領域を通過する光束が情報記録面で光スポットを形成し、ＮＡ０．４５の外側を通るフレア光は、悪影響を与えないように情報記録面で光スポットから間隔を隔てたところを通る。これらの補正により各光ディスク２０に対して、情報記録面２２上の集光スポットの収差が回折限界（０．０７λｒｍｓ）とほぼ同程度あるいはそれ以下になっている。
【００７０】
本実施の形態では、光路内に設けられた絞り３は固定の開口数（ＮＡ０．６５）を有しており、余分な機構を必要とせず、低コスト化を実現できるものである。なお、第３光ディスクの記録／再生時には不要光（ＮＡ０．４５以上）を除去できるように、絞り３の開口数を可変としてもよい。また、ビームスプリッタ６、７は、各レーザ光の光軸を合わせるためのものである。光検出器（図示せず）は、周知のように、各光源ごとにそれぞれ設けても良く、１つの光検出器で３つの光源１１、１２、１３に対応する反射光を受光するようにしても良い。
【００７１】
次に、本発明の第５の実施の形態の対物レンズについて説明する。
【００７２】
本実施の形態では、対物レンズの輪帯状回折面において、輪帯の位置を表す位相差関数が冪級数の２乗の項の係数を用いる点のみにおいて、上述した第４の実施の形態の対物レンズと異なっており、これによって軸上色収差をも補正することが可能となっている。また、本実施の形態の対物レンズによると、第４の実施の形態と同様に各光ディスク２０に対して、情報記録面２２上の集光スポットの収差が回折限界（０．０７λｒｍｓ）とほぼ同程度あるいはそれ以下となっている。
【００７３】
次に、本発明の第６の実施の形態の光ピックアップ装置について説明する。
【００７４】
本実施の形態の光ピックアップ装置では、第１光ディスク（例えばＤＶＤ）と第２光ディスク（例えば、青色レーザ使用次世代高密度光ディスク）に対しては、光源から射出された光束をカップリングレンズによって平行光とし、第３光ディスク（例えばＣＤ）に対しては、光源から射出された光束をカップリングレンズによって発散光とし、それぞれ対物レンズによって集光させる。第１および第２光ディスクの透明基板２１の厚さは０．６ｍｍであり、第３光ディスクの透明基板２１の厚さは１．２ｍｍである。
【００７５】
本実施の形態では、第１光ディスクと第２光ディスクとの両方の球面収差を回折面の効果により回折限界以内に補正し、また、第３光ディスクに対しては第１および第２光ディスクよりディスク厚が大きいことによって生じる球面収差を主として対物レンズに発散光束が入射することによって生じる球面収差によって打ち消し、第３光ディスクの記録／再生に必要な所定の開口数ＮＡ、例えばＮＡ０．５或いはＮＡ０．４５以下における球面収差を回折限界以内に補正するようにしている。
【００７６】
従って、λ1、λ2、λ3（λ1＜λ2＜λ3）の各波長に対応する光情報記録媒体に対して、記録／再生を行うのに必要な所定の開口数をＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とするとき、それぞれの波長に対して、ＮＡ１の範囲で波面収差のＲＭＳを０．０７λ1以下、ＮＡ２の範囲で０．０７λ2以下、ＮＡ３の範囲で０．０７λ2以下に補正することができる。
【００７７】
また、第３光ディスクに対しては、所定の開口数ＮＡよりも大きい開口数ＮＡの光束によってビームスポット径が小さくなり過ぎることは好ましくない。そのため、第４の実施の形態と同様に必要な開口数よりも大きな開口数では球面収差をフレアとすることが好ましい。
【００７８】
上記のような異なる波長光の３光源を有する第４〜第６の実施の形態の光ピックアップ装置は、例えばＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＭＤ等の、任意の異なる２つ以上の複数の光情報記録媒体に対して、コンパチブルなプレーヤ、またはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等、の音声および／または画像の記録、および／または、音声および／または画像の再生装置に搭載することができる。
【実施例】
【００７９】
以下、本発明の対物レンズについての実施例について説明する。
〈実施例１〜８〉
【００８０】
実施例１〜８の対物レンズは、第１の実施の形態に係る対物レンズの具体例であり、次の〔数３〕で表される非球面形状を屈折面に有している。
【００８１】
【数３】
0004775674.tif 000004
ただし、Ｚは光軸方向の軸、ｈは光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ：光の進行方向を正とする）、Ｒ0は近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａは非球面係数、２ｉは非球面のべき数である。また、実施例１〜３、６〜８では回折面が単位をラジアンとした位相差関数ΦBとして〔数１〕で表され、同様に実施例４，５では回折面が単位をｍｍとした光路差関数Φbとして〔数２〕で表わされる。
【００８２】
【数１】
0004775674.tif 000005
【００８３】
【数２】
0004775674.tif 000006
（実施例１）
【００８４】
図１に、実施例１の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図を示す。また、図２に、実施例１の回折光学レンズについてのλ＝６３５ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図を示す。また、図３および図４に、実施例１の回折光学レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５および０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。なお、図１の回折光学レンズは、レンズ全面にブレーズド型の同心円状の輪帯回折部を有しているが、図面において回折部のレリーフ形状は省略されている。また、以降の多くの図面においても、回折部のレリーフ形状は省略されている。
【００８５】
実施例１の回折光学レンズによると、図２に示すように、波長λ＝６３５ｎｍに対してはＮＡ０．６０までの全開口がほぼ無収差である。また、図３に示すように、波長λ＝７８０ｎｍに対しては、実使用範囲であるＮＡ０．４５までがほぼ無収差である。その外側のＮＡ０．４５〜０．６０の部分については、図４に示すように球面収差は大きくアンダーとされ、フレアとなっている。これによって、波長λ＝７８０ｎｍについて、適正なスポット径を得ることが可能となっている。
【００８６】
図５、図６に、実施例１の回折光学レンズについてのλ＝６３５ｎｍおよび波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図をそれぞれ示す。これらの図から分かるように、実施例１の回折光学レンズによると、いずれの波長に対しても、光軸上ではほぼ無収差となり、像高０．０３ｍｍにおいても、実用上無収差に近いレベルとなっている。
【００８７】
以下、実施例１のレンズデータを示す。〔表１〕中、Ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎは主波長での屈折率、νはアッベ数を示す。
【００８８】
実施例１
【００８９】
光源波長λ1＝６３５ｎｍのとき
焦点距離ｆ1＝３.３４  開口数ＮＡ1＝０.６０  無限仕様
【００９０】
光源波長λ2＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ2＝３.３６      開口数ＮＡ2＝０.４５  無限仕様
【００９１】
本実施例は、λ１の光束において＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ２の光束においても、＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
λ１に対する＋１次回折光の回折効率を１００％とすれば、λ２に対する回折効率は８４％となる。また、λ２に対する＋１次回折光の回折効率を１００％とすれば、λ１に対する回折効率は８９％となる。
【００９２】
【表１】
0004775674.tif 000007
非球面係数
非球面１                          非球面２
κ  ＝−０.１７０２１             κ  ＝−１１.６５３
Ａ4 ＝−０.００３２３１５         Ａ4 ＝    ０.０３８４５６
Ａ6 ＝−０.０００５８１６０       Ａ6 ＝  −０.０２０８００
Ａ8 ＝−４.６３１６×１０-5       Ａ8 ＝    ０.００７８６４８
Ａ10＝−３.７９８５８×１０-5     Ａ10＝  −０.００１９４３１
Ａ12＝−６.０３０８×１０-6       Ａ12＝    ０.０００２４３４３
【００９３】
回折面係数
Ｂ2 ＝−９６.７６６
Ｂ4 ＝  −２.９９５０
Ｂ6 ＝    ２.１３０６
Ｂ8 ＝  −０.１２６１４
Ｂ10＝  −０.０９５２８５
【００９４】
（実施例２、実施例３）
【００９５】
次に、実施例２、実施例３について説明する。図７および図８に、実施例２の対物レンズである回折光学レンズのλ＝４０５ｎｍおよび６３５ｎｍに対する光路図をそれぞれ示す。また、図９および図１０に、実施例２の回折光学レンズについてのλ＝４０５ｎｍおよび６３５ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図１１および図１２に、実施例２の回折光学レンズについての波長λ＝４０５ｎｍおよび６３５ｎｍに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【００９６】
また、図１３および図１４に、実施例３の対物レンズである回折光学レンズのλ＝４０５ｎｍおよび６３５ｎｍに対する光路図をそれぞれ示す。また、図１５および図１６に、実施例３の回折光学レンズについてのλ＝４０５ｎｍおよび６３５ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図１７および図１８に、実施例３の回折光学レンズについての波長λ＝４０５ｎｍおよび６３５ｎｍに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【００９７】
実施例２、３においては、波長λ＝４０５ｎｍおよび波長λ＝６３５ｎｍに対し、基板厚は共に０．６ｍｍ、ＮＡは０．６０であり、波面収差は光軸上はほぼ無収差、像高０．０３ｍｍにおいても、実用上無収差に近いレベルとなっている。
【００９８】
以下、実施例２、３のレンズデータを示す。
【００９９】
実施例２
【０１００】
光源波長λ1＝４０５ｎｍのとき
焦点距離ｆ1＝３.２３      開口数ＮＡ1＝０.６０  無限仕様
【０１０１】
光源波長λ2＝６３５ｎｍのとき
焦点距離ｆ2＝３.３４      開口数ＮＡ2＝０.６０  無限仕様
【０１０２】
本実施例は、λ１の光束において＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ２の光束においても、＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
【０１０３】
【表２】
0004775674.tif 000008
非球面係数
非球面１                          非球面２
κ  ＝−０.１５０７９             κ  ＝−３.８２８８
Ａ4 ＝−０.００２１２３０         Ａ4 ＝  ０.０３６９６２
Ａ6 ＝−０.０００７６５２８       Ａ6 ＝−０.０２０８５８
Ａ8 ＝−８.８４９５７×１０-5     Ａ8 ＝  ０.００７９７３２
Ａ10＝−３.４９８０３×１０-5     Ａ10＝−０.００１８７１３
Ａ12＝−２.３８９１６×１０-6     Ａ12＝  ０.０００２２５０４
【０１０４】
回折面係数
Ｂ2 ＝  ０.０
Ｂ4 ＝−６.７１６９
Ｂ6 ＝  ２.０７９１
Ｂ8 ＝−０.３１９７０
Ｂ10＝  ０.０００１６７０８
【０１０５】
実施例３
【０１０６】
光源波長λ1＝４０５ｎｍのとき
焦点距離ｆ1＝３.３１      開口数ＮＡ1＝０.６０  無限仕様
【０１０７】
光源波長λ2＝６３５ｎｍのとき
焦点距離ｆ2＝３.３４      開口数ＮＡ2＝０.６０  無限仕様
【０１０８】
本実施例は、λ１の光束において＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ２の光束においても、＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
【０１０９】
【表３】
0004775674.tif 000009
非球面係数
非球面１                          非球面２
κ  ＝−０.１９０２９             κ  ＝  ６.４４３０
Ａ4 ＝  ０.０００３０５３８       Ａ4 ＝  ０.０３７０４５
Ａ6 ＝−０.００１０６１９         Ａ6 ＝−０.０２１４７４
Ａ8 ＝−７.５７４７×１０-5        Ａ8 ＝  ０.００７８１７５
Ａ10＝−６.７５９９×１０-5        Ａ10＝−０.００１６０６４
Ａ12＝−３.３７８８×１０-6        Ａ12＝  ０.０００１４３３２
【０１１０】
回折面係数
Ｂ2 ＝−９６.７６６
Ｂ4 ＝  −２.９９５０
Ｂ6 ＝  −０.２５５６０
Ｂ8 ＝  −０.０８７８９
Ｂ10＝    ０.０１４５６２
【０１１１】
（実施例４、実施例５）
【０１１２】
次に、色収差補正を行った実施例４、実施例５について説明する。図１９に、実施例４の対物レンズである回折光学レンズの光路図をそれぞれ示す。また、図２０に、実施例４の回折光学レンズについてのλ＝６３５ｎｍ、６５０ｎｍおよび７８０ｎｍに対する開口数０．５０までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図２１に、実施例５の対物レンズである回折光学レンズの光路図をそれぞれ示す。また、図２２に、実施例５の回折光学レンズについてのλ＝６３５ｎｍ、６５０ｎｍおよび７８０ｎｍに対する開口数０．５０までの球面収差図をそれぞれ示す。
【０１１３】
図２０および図２２から分かるように、実施例４、５の回折光学レンズによると、波長λ＝６３５ｎｍ、波長λ＝７８０ｎｍに対しては、ほぼ完全に色によるずれは補正され、波長λ＝６５０ｎｍに対しても、実用上全く問題はない程度に補正されている。
【０１１４】
以下、実施例４、５のレンズデータを示す。
【０１１５】
実施例４
【０１１６】
光源波長λ1＝６３５ｎｍのとき
焦点距離ｆ1＝３.４０      開口数ＮＡ1＝０.５０  無限仕様
【０１１７】
光源波長λ2＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ2＝３.４１      開口数ＮＡ2＝０.５０  無限仕様
【０１１８】
本実施例は、λ１の光束において＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ２の光束においても、＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
【０１１９】
【表４】
0004775674.tif 000010
非球面係数
非球面１                          非球面２
κ  ＝−０.５３２４５             κ  ＝  ７.３９８８
Ａ4 ＝  ０.２４０３３×１０-2      Ａ4 ＝  ０.９０４０８×１０-2
Ａ6 ＝−０.９１４７２×１０-3      Ａ6 ＝−０.１８７０４×１０-2
Ａ8 ＝  ０.１５５９０×１０-4      Ａ8 ＝−０.４７３６８×１０-3
Ａ10＝−０.１１１３１×１０-3      Ａ10＝  ０.１６８９１×１０-3
【０１２０】
回折面係数
ｂ2 ＝−０.３６７６４×１０-2
ｂ4 ＝−０.９１７２７×１０-4
ｂ6 ＝−０.３４９０３×１０-4
ｂ8 ＝  ０.７７４８５×１０-5
ｂ10＝−０.１５７５０×１０-5
【０１２１】
実施例５
【０１２２】
光源波長λ1＝６３５ｎｍのとき
焦点距離ｆ1＝３.４０      開口数ＮＡ1＝０.５０  無限仕様
【０１２３】
光源波長λ2＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ2＝３.４０      開口数ＮＡ2＝０.５０  無限仕様
【０１２４】
本実施例は、λ１の光束において＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ２の光束においても、＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
【０１２５】
【表５】
0004775674.tif 000011
非球面係数
非球面１                          非球面２
κ  ＝−０.１７００６             κ  ＝−４０.７８２
Ａ4 ＝−０.３０５６３×１０-2      Ａ4 ＝    ０.７３４４７×１０-2
Ａ6 ＝−０.４５１９９×１０-3      Ａ6 ＝    ０.８５１７７×１０-3
Ａ8 ＝  ０.５８８１１×１０-5      Ａ8 ＝  −０.８２７９５×１０-3
Ａ10＝−０.１３００２×１０-4      Ａ10＝    ０.２３０２９×１０-3
【０１２６】
回折面係数
ｂ2 ＝−０.７４４６１×１０-2
ｂ4 ＝  ０.１１１９３×１０-2
ｂ6 ＝−０.８５２５７×１０-3
ｂ8 ＝  ０.５０５１７×１０-3
ｂ10＝−０.１１２４２×１０-3
【０１２７】
（実施例６〜８）
【０１２８】
次に、実施例６〜８について説明する。図２３、図３０および図３７に、実施例６〜８の対物レンズである回折光学レンズのλ＝６５０ｎｍに対する光路図をそれぞれ示す。また、図２４、図３１および図３８に、実施例６〜８の回折光学レンズのλ＝７８０ｎｍ（ＮＡ＝０．５）に対する光路図をそれぞれ示す。また、図２５、図３２および図３９に、実施例６〜８の回折光学レンズについてのλ＝６５０±１０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図２６、図３３および図４０に、実施例６〜８の回折光学レンズについてのλ＝７８０±１０ｎｍに対する開口数０．５０までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図２７、図３４および図４１に、実施例６〜８の回折光学レンズについてのλ＝７８０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。
【０１２９】
また、図２８、図３５および図４２に、実施例６〜８の回折光学レンズについてのλ＝６５０ｎｍに対する波面収差ｒｍｓ図をそれぞれ示す。また、図２９、図３６および図４３に、実施例６〜８の回折光学レンズについてのλ＝７８０ｎｍに対する波面収差ｒｍｓ図をそれぞれ示す。また、図４４、図４５および図４６に、実施例６〜８の回折光学レンズについての回折輪帯数と光軸からの高さとの関係を示すグラフをそれぞれ示す。ここで、回折輪帯数は、位相差関数を２πで割った値として定義される。
【０１３０】
実施例６〜８では、球面収差図に示されたとおり、波長λ＝６５０ｎｍに対してはＮＡ０．６０までの全開口がほぼ無収差となっている。また、波長λ＝７８０ｎｍに対しては、実使用範囲であるＮＡ０．５０までがほぼ無収差となっているが、その外側のＮＡ０．５０〜０．６０の部分については球面収差が大きく、フレアとなっている。これによって、波長λ＝７８０ｎｍについて、適正なスポット径を得ることが可能となっている。
【０１３１】
以下、実施例６〜８のレンズデータを示す。〔表６〕〜〔表８〕、更に〔表１５〕〜〔表１８〕中、ＳＴＯは絞り、ＩＭＡは像面を表しており、絞りを含めた形で表現している。また、ＯＢＪは、物点（光源）を表しており、以下の各表においても同じである。
【０１３２】
実施例６
【０１３３】
光源波長λ＝６５０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３.３３      像側開口数ＮＡ＝０.６０  無限仕様
【０１３４】
光源波長λ＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３.３７      像側開口数ＮＡ＝０.５０（ＮＡ＝０.６０）  無限仕様
ｗ（７８０ｎｍの光束の結像面での１３．５％強度のビーム径）＝１．２０μｍ
【０１３５】
本実施例は、図４４に見るように、λ１の光束においても、λ２の光束においても、光軸からの高さが有効径のおよそ半分以下の中心部では、−１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、光軸からの高さが有効径のおよそ半分以上の周辺部では、＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。ただし、本実施例において、輪帯ピッチを整数倍して、±１次回折光ではなく、高次の同次回折光を発生させるようにしてもよい。
【０１３６】
また、本実施例において、図２７に示されるように、第２の光情報記録媒体では、ＮＡ１＝０．６のとき、球面収差は＋２９μｍであり、ＮＡ２＝０．５のとき、球面収差は＋１μｍである。
また、本実施例において、開口数（ＮＡ）０．４における回折部のピッチは１４μｍである。
【０１３７】
【表６】
0004775674.tif 000012
非球面係数
非球面１                          非球面２
κ＝−１．０７９５２             κ＝−３．４５２９２９
Ａ4 ＝０.５１９１９７２５×１０-2  Ａ4 ＝０.１５５９１２９２×１０-1
Ａ6 ＝０.１０９８８８６１×１０-2  Ａ6 ＝−０.４４５２８７３８×１０-2
Ａ8 ＝−０.４４３８６５１９×１０-3  Ａ8 ＝０.６５４２３４０４×１０-3
Ａ10＝５．４０５３１３７×１０-5   Ａ10＝−４．７６７９９９２×１０-5
【０１３８】
回折面係数
Ｂ2 ＝２９．４４３１０４
Ｂ4 ＝−１４．４０３６８３
Ｂ6 ＝３．９４２５９５１
Ｂ8 ＝−２．１４７１９５５
Ｂ10＝０．３１８５９２４８
【０１３９】
実施例７
【０１４０】
光源波長λ＝６５０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３.３３      像側開口数ＮＡ＝０.６０  無限仕様
【０１４１】
光源波長λ＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３.３７      像側開口数ＮＡ＝０.５０（ＮＡ＝０.６０）  有限仕様
【０１４２】
本実施例は、図４５に見るように、λ１の光束においても、λ２の光束においても、全面的に、＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。ただし、本実施例において、輪帯ピッチを整数倍して、＋１次回折光ではなく、高次の同次回折光を発生させるようにしてもよい。
【０１４３】
【表７】
0004775674.tif 000013
非球面係数
非球面１                          非球面２
κ＝−１．８０１３２９             κ＝−８．８７１６４７
Ａ4 ＝０.１６１５４２２×１０-1  Ａ4 ＝０.１４９２５１１×１０-1
Ａ6 ＝−０.４９３７９６９×１０-3  Ａ6 ＝−０.４４４７４４５×１０-2
Ａ8 ＝０.１１０３８３２２×１０-3  Ａ8 ＝０.６００６７１４３×１０-3
Ａ10＝−２．１８２３３０６×１０-5   Ａ10＝−３．４６８４２０６×１０-5
【０１４４】
回折面係数
Ｂ2 ＝−１７．１５０２３７
Ｂ4 ＝−４．１２２７０４５
Ｂ6 ＝１．１９０２２４９
Ｂ8 ＝−０．２６２０２２２２
Ｂ10＝０．０１８８４５３１５
【０１４５】
実施例８
【０１４６】
光源波長λ＝６５０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３.３３      像側開口数ＮＡ＝０.６０  無限仕様
【０１４７】
光源波長λ＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３.３５      像側開口数ＮＡ＝０.５０（ＮＡ＝０.６０）  無限仕様
ｗ（７８０ｎｍの光束の結像面での１３．５％強度のビーム径）＝１．２７μｍ
【０１４８】
本実施例は、図４６に見るように、λ１の光束においても、λ２の光束においても、ごく周辺部のみ−１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、他は＋１次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。ただし、本実施例において、輪帯ピッチを整数倍して、±１次回折光ではなく、高次の同次回折光を発生させるようにしてもよい。
【０１４９】
また、本実施例において、図４１に示されるように、第２の光情報記録媒体では、ＮＡ１＝０．６のとき、球面収差は＋６８μｍであり、ＮＡ２＝０．５のとき、球面収差は＋９μｍである。
【０１５０】
また、本実施例において、開口数（ＮＡ）０．４におけるピッチは６１μｍである。
【０１５１】
【表８】
0004775674.tif 000014
非球面係数
非球面１                          非球面２
κ＝−１．２５３２               κ＝−９．１５１３６２
Ａ4 ＝０.１００７×１０-1  Ａ4 ＝０.１３３３２７×１０-1
Ａ6 ＝−０.８５８４９×１０-3  Ａ6 ＝−０.３７８６８２×１０-2
Ａ8 ＝−１．５７７３×１０-5  Ａ8 ＝０.３００１×１０-3
Ａ10＝３．２８５５×１０-5   Ａ10＝４．０２２２１×１０6
【０１５２】
回折面係数
Ｂ2 ＝３．４２５１×１０-21
Ｂ4 ＝０．０７６３９７７
Ｂ6 ＝−５．５３８６
Ｂ8 ＝０．０５９３８
Ｂ10＝０．２２２４
ここで、実施例６〜８に基づいて、レンズに入射する半導体レーザの波長の変動要因について考察する。半導体レーザの波長の個体ばらつきは、±２から３ｎｍ程度、多モード発振の幅が±２ｎｍ程度、書き込み時のモードホップが２ｎｍ程度と考えられる。これらの要因による半導体レーザの波長変動に伴う、レンズの球面収差の変動を考慮した場合について説明する。
【０１５３】
つまり、異なる２波長の光源に対し、光ディスクの透明基板の厚みがそれぞれで異なる場合、実施例６に関するデータから理解されるように、異なる２波長の光源からの無限光（平行光束）に対して無収差に補正したレンズでは、１つの光源での波長１０ｎｍ程度の変化に対し、球面収差変動が比較的大きい。実施例６では、６５０ｎｍの波長においては波面収差が０．００１λｒｍｓであるが、６４０ｎｍおよび６６０ｎｍの波長においては、波面収差が０．０３５λｒｍｓ程度に劣化する。もちろん、レーザの波長がよく管理された光学系に対しては、実施例６も十分実用に供することができる。これに対し、実施例７のレンズのように、どちらか一方の光源からの無限光に対してほぼ無収差で、もう一方の波長の光源からの有限光（非平行光束）に対してほぼ無収差に補正したレンズでは、１つの光源の波長１０ｎｍ程度の変化に対し、球面収差変動を極めて小さく抑えることが可能となる。
【０１５４】
次に、本実施の形態の回折光学系（回折光学レンズを有する光学系）の性能の温度変化について考察する。まず、半導体レーザの波長は、温度が３０℃上昇すると６ｎｍ程度伸びる傾向がある。これに対し、回折光学系がプラスチックレンズで構成されている場合、３０℃温度が上昇すると、屈折率が０．００３ないし０．００４程度減少する傾向がある。実施例６のような、２つの波長のどちらの無限光に対しても無収差に補正したレンズでは、半導体レーザの波長の温度変化による要因とプラスチックレンズの屈折率の温度変化による要因とが補償効果を起こし、温度変化に極めて強い光学系を作り出すことができる。また、実施例６において、素材がガラスである場合も、温度変化に対し許容幅のある光学系にすることは可能である。また、実施例７においても、実施例６には及ばないものの、３０℃の温度変化で、波面収差の劣化は０．０３５λｒｍｓ程度であり、実用上充分な温度補償ができている。
【０１５５】
上述の温度変化の補償効果について更に説明する。波長の異なる２つの光源により、透明基板の厚さが異なる２種類の光情報記録媒体の記録及び／または再生する場合において、回折パターンを有する対物レンズを用いることにより、それぞれの光ディスクの情報記録面に必要とされる開口数ないしそれ以上の開口数においても波面収差のｒｍｓ値がそれぞれの波長の０．０７以下とすることができるので、専用の対物レンズと同等の結像特性を得ることができる。低価格でコンパクトな光ピックアップ装置とするために、光源には半導体レーザが用いられ、対物レンズにはプラスチックレンズが用いられることが多い。
【０１５６】
レンズ用のプラスチック材料には種々のものがあるが、屈折率の温度変化や線膨張係数がガラスに比べて大きい。特に、屈折率の温度変化がレンズの諸特性に影響を及ぼす。２５℃近傍の屈折率の温度変化としては、光ピックアップの光学素子として用いられるプラスチック材料では、−０．０００２／℃ないし−０．００００５／℃である。さらに、低複屈折材料は−０．０００１／℃のものが多い。また、レンズ用の熱硬化性プラスチックはさらに温度変化に対して屈折率の変化が大きく、上記範囲を外れるものもある。
【０１５７】
半導体レーザに関しても、現在の技術で製作されるものについては、発振波長に温度依存性があり、２５℃近傍の発振波長の温度変化は、０．０５ｎｍ／℃ないし０．５ｎｍ／℃である。
【０１５８】
光情報記録媒体の情報を再生または光情報記録媒体に情報を記録するための光束の波面収差が温度により変化しｒｍｓ値が波長の０．０７以上となると光ピックアップ装置としての特性を維持することが困難であり、特に、より高密度の光情報媒体において波面収差の温度変化について留意する必要がある。プラスチックレンズの温度変化による波面収差の変化では焦点ズレと球面収差の変化の双方が起こっているが、前者は光ピックアップ装置において焦点制御を行うので、後者が重要である。ここで、プラスチック材料は温度変化ΔＴ（℃）があったときの屈折率の変化量をΔｎとしたときに、
−０．０００２／℃＜Δｎ／ΔＴ＜−０．００００５／℃
の関係を満たし、半導体レーザは、温度変化ΔＴがあったときの発振波長の変化量をΔλ１としたときに、
０．０５ｎｍ／℃＜Δλ１／ΔＴ＜０．５ｎｍ／℃
の関係を満たすと、プラスチックレンズの屈折率の温度変化による波面収差の変動と、半導体レーザ光源の波長の温度変化とによる波面収差の変動とが打ち消しあう方向に作用し、補償効果を得ることができる。
【０１５９】
また、環境温度変化が△Ｔ（℃）あったときに、波面収差の３次の球面収差成分の変化量を△ＷＳＡ３（λｒｍｓ）とすると、これは対物レンズを通過する光束の対物レンズの光情報媒体側の開口数（ＮＡ）の４乗に比例し、プラスチックレンズの焦点距離ｆ（ｍｍ）に比例し、波面収差を波長単位で評価しているので光源の波長λ（ｍｍ）に反比例する。したがって、次式が成立する。
△ＷＳＡ３＝ｋ・（ＮＡ）4・ｆ・△Ｔ／λ                      （ａ１）
ここで、ｋは対物レンズの種類に依存する量である。
ちなみに、プラスチック製の両面非球面対物レンズで、焦点距離３．３６ｍｍ、光情報媒体側の開口数が０．６で入射光束が平行光の場合に最適化されているものが、MOC/GRIN'97 Techical Digest C5 p40-p43、"The Temperature characteristics of a new optical system with quasi-finite conjugate plastic objective for high density optical disk use"に記載されているが、この文献の中のグラフから、３０℃の温度変化でＷＳＡ３が０．０４５λｒｍｓだけ変化しており、ＤＶＤ用途であることから、波長は、λ＝６５０ｎｍと考えられる。以上のデータを式（ａ１）に代入すると、ｋ＝２．２×１０-6が得られる。また、温度変化による波長変化の影響に関しては記載がないが、発振波長の温度変化が小さい場合、回折を使用しない対物レンズについては、温度による屈折率変化の影響のほうが大きい。
【０１６０】
ＤＶＤについて記録及び／または再生する光ピックアッブ装置に関しては、ｋが上記値以下であることが必要となる。透明基板の厚さが異なる２種類の光情報記録媒体の記録及び／または再生する場合に、回折パターンを有する対物レンズにおいて、温度変化による波長変化の影響も無視することはできなくなる。特にｋに関し、焦点距離、プラスチック材料の屈折率の温度変化、透明基板の厚さの差、二つの光源の発振波長の差等によりｋの値は異なるが、実施例６においては、半導体レーザの波長の温度変化による要因とプラスチックレンズの屈折率の温度変化による要因とが補償効果を起こし、対物レンズがプラスチックレンズであっても温度変化による波面収差の変化は少なくシミュレーションによると、
ｋ＝２．２×１０-6／℃、ｋ＝０．４×１０-6／℃
となる。
【０１６１】
ｋとしては、０．３＜ｋ＜２．２の範囲を取ることができる。したがって、式（ａ１）より、
【０１６２】
ｋ＝ΔＷＳＡ３・λ／｛ｆ・（ＮＡ１）4・ΔＴ（ＮＡ）｝      （ａ２）
であるから、
０．３×１０-6／℃＜ΔＷＳＡ３・λ／｛ｆ・（ＮＡ１）4・ΔＴ｝＜
２．２×１０-6／℃                                             （ａ３）
となる。式（ａ３）において、ｋの値が上限を越えると、温度変化により光ピックアップ装置としての特牲を維持することが困難となり易く、また、下限を越えると、温度変化に対しての変動は少ないが、波長たけが変化した場合において光ピックアップ装置としての特性を維持することが困難となり易い。
【０１６３】
また、実施例８においては、実施例６と比較して、一方の波長、即ち、７８０ｎｍの波長の性能を許容範囲内でやや悪くすることにより、もう一方の波長、即ち、６５０ｎｍの波長近傍±１０ｎｍでの球面収差変動を小さくすることができる。実施例６においては、波長６４０ｎｍ若しくは６６０ｎｍでの波面収差は０．０３５λｒｍｓ程度であるが、実施例８においては、波長６４０ｎｍ若しくは６６０ｎｍでの波面収差は０．０２０λｒｍｓ程度に向上させることができる。この二つの要因はトレードオフの関係があるが、バランスを保つことが重要であり、０．０７λｒｍｓを超えると、レンズ性能が悪化し、光ディスク用光学系として用いることは困難となってくる。
【０１６４】
次に、実施例６に基づいて、波長変化に対する、マージナル光線の球面収差の変化量と軸上色収差の変化量との関係について説明する。実施例６のように透明基板の厚さが薄い方の情報記録媒体には短い方の波長の光束を使用し、透明基板の厚さが厚い方の情報記録媒体には長い方の波長の光束を使用する一つの光ピックアップ装置で、それら光束に使用される対物レンズでは、回折面の作用によって、或る波長に対して波長が長くなった場合に球面収差をアンダー側に変位させることで、透明基板厚の差によって生じる球面収差を補正することができる。
【０１６５】
この対物レンズにおいて、少なくとも一方の光源の使用波長の微小な変化に対する、マージナル光線の球面収差の変化量と軸上色収差の変化量とを、それぞれ△ＳＡ、△ＣＡとすれば、
−１＜△ＳＡ／△ＣＡ＜−０．２
を満たすことが望ましい。この式は使用波長が変化した時の、マージナル光線の球面収差の変化量と軸上色収差の変化量との比を示し、この条件式の下限を上回ることで、回折輪帯の間隔を大きくでき、回折効率の高い回折面が製造し易く、条件式の上限を下回ることで、回折面が負で大きな屈折力を持つことを抑制でき、また軸上色収差の波長変化が過大にならず、モードポップ等の波長変化に対して焦点位置の変動を抑えることができる。なお、波長の微小な変化とは、１０ｎｍ以下程度の変化を意味する。実施例６では図２５に見るように、波長６５０ｎｍにおいて△ＳＡ／△ＣＡの値は−０．７である。
【０１６６】
ここで、回折パワーとレンズ形状との関係について説明する。図４７に、回折パワーとレンズ形状との関係を模式的に示す。図４７（ａ）は回折パワーがすべての部分で正のレンズ形状を示す図であり、図４７（ｂ）は回折パワーがすべての部分で負のレンズ形状を示す図である。実施例６のレンズは、図４７（ｃ）に示すように、回折パワーが光軸付近では負のパワーであり、途中で正のパワーに切り替わるように設計されている。これにより、回折輪帯のピッチが細かくなりすぎないようにすることができる。また、実施例８のように、レンズの周辺部付近で回折パワーが、正のパワーから負のパワーに切り替わるように設計することにより、２波長間で、良好な収差を得ることもできる。図４７（ｄ）のように、例えば、回折パワーが光軸付近では正のパワーであり、途中で負のパワーに切り替わるようにできる。
【０１６７】
図４７（ｃ）では、回折面はブレーズ化された複数の回折輪帯を有し、光軸に近い側の回折輪帯ではその段差部が光軸から離れた側に位置し、光軸から離れた側の回折輪帯ではその段差部が光軸に近い側に位置している。また、図４７（ｄ）では、回折面はブレーズ化された複数の回折輪帯を有し、光軸に近い側の回折輪帯ではその段差部が光軸に近い側に位置し、光軸から離れた側の回折輪帯ではその段差部が光軸から離れた側に位置している。
【０１６８】
〈実施例９、１０〉
【０１６９】
実施例９、１０の対物レンズは、上述した〔数３〕で表される非球面形状を屈折面に有しており、実施例９は２光源対応の有限共役型、実施例１０は、第２の実施の形態に係る対物レンズの具体例であり、３光源対応の有限共役型である。また、実施例９、１０では回折面が単位をラジアンとした位相差関数ΦBとして上述の〔数１〕で表される。
【０１７０】
図５０および図５１に、実施例９の対物レンズのλ＝６５０ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍにおける光路図を示す。また、図５２に、実施例９の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図を示す。また、図５３および図５４に、実施例９の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５および０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図５５、図５６に、実施例９の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍおよび波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【０１７１】
図５７〜図５９に、実施例１０の対物レンズのλ＝６５０ｎｍ、λ＝４００ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍにおける光路図を示す。また、図６１、図６１に、実施例１０の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍおよびλ＝４００ｎｍに対する開口数０．６５までの球面収差図を示す。また、図６２および図６３に、実施例１０の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５および０．６５までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図６４〜図６６に、実施例１０の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍ、λ＝４００ｎｍおよび波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【０１７２】
実施例９、１０の対物レンズによると、何れの実施例でも、７８０ｎｍ波長光に対しては、実使用上のＮＡ０．４５を超える光束では大きな球面収差を生じ、フレアとして情報の記録および／または再生には寄与しない。
【０１７３】
以下、実施例９、１０のレンズデータを示す。〔表９〕、〔表１０〕中、ｒはレンズの曲率半径、ｄは面間隔、ｎは各波長での屈折率、νはアッベ数を示す。また、参考として、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）での屈折率と、νｄ（アッベ数）を記す。また、面No.の数字は、絞りを含めて表示しており、また、本実施例では、便宜上、光ディスクの透明基板に相当する部分の前後２か所に空気間隔を分けて表現している。
【０１７４】
実施例９
f＝3.33  像側 NA 0.60           倍率  -0.194  (波長λ＝650nmのとき)
f＝3.35  像側 NA 0.45(NA 0.60)  倍率  -0.195  (波長λ＝780nmのとき)
【０１７５】
【表９】
0004775674.tif 000015
非球面１  κ ＝-0.1295292            回折面１  B2 ＝ 0
A4 ＝-0.0045445253                   B4 ＝-7.6489594
A6 ＝-0.0011967305                   B6 ＝ 0.9933123
A8 ＝-0.00011777995                  B8 ＝-0.28305522
A10＝-5.3843777×10-5                 B10＝ 0.011289605
A12＝-9.0807729×10-6
【０１７６】
非球面２  κ ＝-5.161871
A4 ＝ 0.019003845
A6 ＝-0.010002187
A8 ＝ 0.004087239
A10＝-0.00085994626
A12＝ 7.5491556×10-5
【０１７７】
実施例１０
f＝3.31  像側 NA 0.65           倍率  -0.203  (波長λ＝650nmのとき)
f＝3.14  像側 NA 0.65           倍率  -0.190  (波長λ＝400nmのとき)
f＝3.34  像側 NA 0.45(NA 0.65)  倍率  -0.205  (波長λ＝780nmのとき)
【０１７８】
【表１０】
0004775674.tif 000016
非球面１  κ ＝-0.08796008          回折面１  B2 ＝  0
A4 ＝-0.010351744                   B4 ＝-61.351934
A6 ＝ 0.0015514472                  B6 ＝  5.9668445
A8 ＝-0.00043894535                 B8 ＝ -1.2923244
A10＝ 5.481801×10-5                 B10＝  0.041773541
A12＝-4.2588508×10-6
【０１７９】
非球面２  κ ＝-302.6352            回折面２  B2 ＝   0
A4 ＝   0.002                       B4 ＝ 341.19136
A6 ＝  -0.0014                      B6 ＝-124.16233
A8 ＝   0.0042                      B8 ＝  49.877242
A10＝  -0.0022                      B10＝  -5.9599182
A12＝   0.0004
【０１８０】
なお、上記実施例１０の対物レンズの具体例は、第３の実施の形態にも同様に適用できる。
【０１８１】
〈実施例１１〜１４〉
【０１８２】
実施例１１〜１４の対物レンズは、上述した〔数３〕で表される非球面形状を屈折面に有しており、また、実施例１１〜１３では回折面が単位をラジアンとした位相差関数ΦBとして上述の〔数１〕で表され。実施例１４では回折面が単位をｍｍとした光路差関数Φbとして上述の〔数２〕で表わされる。
【０１８３】
これら実施例１１〜１４の対物レンズ特性を得るに当たって、第１光ディスク（ＤＶＤ）用の光源波長を６５０ｎｍ、第２光ディスク（青色レーザ使用次世代高密度光ディスク）用の光源波長を４００ｎｍとし、第１および第２光ディスクの透明基板厚さｔ１は共にｔ１＝０．６ｍｍである。また、ｔ１とは異なる透明基板の厚さｔ２＝１．２ｍｍを有する第３光ディスク（ＣＤ）用の光源波長は７８０ｎｍとした。また、光源波長４００ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対応する開口数ＮＡとして、０．６５、０．６５、０．５をそれぞれ想定している。
【０１８４】
（実施例１１）
【０１８５】
実施例１１は、第４の実施の形態に係わる対物レンズの具体例であり、対物レンズには平行光が入射するように構成されている。この実施例では、回折面の位相差関数の係数に２乗項が含まれず（Ｂ2＝０）、２乗項以外の項の係数だけを使用している。
【０１８６】
図６８〜図７０に、実施例１１の対物レンズのλ＝６５０ｎｍ、λ＝４００ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍにおける光路図を示す。また、図７１および図７２に、実施例１１の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍおよびλ＝４００ｎｍに対する開口数０．６５までの球面収差図を示す。また、図７３および図７４に、実施例１１の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５および０．６５までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図７５〜図７７に、実施例１１の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍ、λ＝４００ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【０１８７】
以下、実施例１１のレンズデータを示す。〔表１１〕中、ｒはレンズの曲率半径、ｄは面間隔、ｎは各波長での屈折率を示す。また、面No.の数字は、絞りを含めて表示している。
【０１８８】
実施例１１
f＝3.33  像側 NA 0.65               (波長λ＝650nmのとき)
f＝3.15  像側 NA 0.65               (波長λ＝400nmのとき)
f＝3.37  像側 NA 0.45(NA 0.65)      (波長λ＝780nmのとき)
【０１８９】
【表１１】
0004775674.tif 000017
非球面１  κ ＝-0.1847301           回折面１  B2 ＝  0
A4 ＝-0.0090859227                  B4 ＝-69.824562
A6 ＝ 0.0016821871                  B6 ＝  0.35641549
A8 ＝-0.00071180761                 B8 ＝  0.6877372
A10＝ 0.00012406905                 B10＝ -0.18333885
A12＝-1.4004589×10-5
【０１９０】
非球面２  κ ＝-186.4056            回折面２  B2 ＝   0
A4 ＝   0.002                       B4 ＝ 745.72117
A6 ＝  -0.0014                      B6 ＝-334.75078
A8 ＝   0.0042                      B8 ＝  81.232224
A10＝  -0.0022                      B10＝  -5.3410176
A12＝   0.0004
【０１９１】
実施例１１（および後述する実施例１２）のような対物レンズと３つの光源とを有する光ピックアップ装置において、非球面係数及び位相差関数の係数を適当に設計することで、透明基板厚さの違いにより発生する球面収差及び波長の違いにより発生する球面収差の色収差を各ディスクともに補正することが可能である。また、図７４から明らかなように、第３光ディスクでは実使用上の開口数ＮＡ０．４５の外側をフレアとしている。
【０１９２】
（実施例１２）
【０１９３】
また、実施例１２の対物レンズは、有限距離からの発散光が入射するように構成されている。この実施例では、回折面の位相差関数の係数に２乗項が含まれず（Ｂ2＝０）、２乗項以外の項の係数だけを使用している。
【０１９４】
図７８〜図８０に、実施例１２の対物レンズのλ＝６５０ｎｍ、λ＝４００ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍにおける光路図を示す。また、図８１および図８２に、実施例１２の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍおよびλ＝４００ｎｍに対する開口数０．６５までの球面収差図を示す。また、図８３および図８４に、実施例１２の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５および０．６５までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図８５〜図８７に、実施例１２の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍ、λ＝４００ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【０１９５】
以下、実施例１２のレンズデータを示す。
【０１９６】
実施例１２
f＝3.31  像側 NA 0.65           倍率  -0.203  (波長λ＝650nmのとき)
f＝3.14  像側 NA 0.65           倍率  -0.190  (波長λ＝400nmのとき)
f＝3.34  像側 NA 0.45(NA 0.65)  倍率  -0.205  (波長λ＝780nmのとき)
【０１９７】
【表１２】
0004775674.tif 000018
非球面１  κ ＝-0.08796008          回折面１  B2 ＝  0
A4 ＝-0.010351744                   B4 ＝-61.351934
A6 ＝ 0.0015514472                  B6 ＝  5.9668445
A8 ＝-0.00043894535                 B8 ＝ -1.2923244
A10＝ 5.481801×10-5                 B10＝  0.041773541
A12＝-4.2588508×10-6
【０１９８】
非球面２  κ ＝-302.6352            回折面２  B2 ＝   0
A4 ＝   0.002                       B4 ＝ 341.19136
A6 ＝  -0.0014                      B6 ＝-124.16233
A8 ＝   0.0042                      B8 ＝  49.877242
A10＝  -0.0022                      B10＝  -5.9599182
A12＝   0.0004
【０１９９】
実施例１２のような対物レンズと３つの光源とを有する光ピックアップ装置において、透明基板厚さの違いにより発生する球面収差及び波長の違いにより発生する球面収差の色収差について各ディスクともに補正することが可能である。また、図８４から明らかなように、第３光ディスクでは実使用上の開口数ＮＡ０．４５の外側をフレアとしている。
【０２００】
（実施例１３）
【０２０１】
また、実施例１３の対物レンズは、第４の実施の形態に係わる対物レンズの他の具体例であり、無限距離からの平行光が入射するように構成されている。この実施例では、回折面の位相差関数の係数として２乗項および２乗項以外の項が使用されている。
【０２０２】
図８８〜図９０に、実施例１３の対物レンズのλ＝６５０ｎｍ、λ＝４００ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍにおける光路図を示す。また、図９１および図９２に、実施例１３の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍおよびλ＝４００ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図を示す。また、図９３および図９４に、実施例１３の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５および０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図９５〜図９７に、実施例１３の対物レンズについてのλ＝６５０ｎｍ、λ＝４００ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【０２０３】
以下、実施例１３のレンズデータを示す。
【０２０４】
実施例１３
f＝3.31  像側 NA 0.60               (波長λ＝650nmのとき)
f＝3.14  像側 NA 0.60               (波長λ＝400nmのとき)
f＝3.34  像側 NA 0.45(NA 0.60)      (波長λ＝780nmのとき)
【０２０５】
【表１３】
0004775674.tif 000019
非球面１  κ ＝-0.3363369           回折面１  B2 ＝-177.66083
A4 ＝-0.0025421455                  B4 ＝ -46.296284
A6 ＝-0.0010660122                  B6 ＝  -6.8014831
A8 ＝ 4.7189743×10-5                B8 ＝   1.6606499
A10＝ 1.5406396×10-6                B10＝  -0.39075825
A12＝-7.0004876×10-6
【０２０６】
非球面２  κ ＝43.44262             回折面２  B2 ＝ 241.52445
A4 ＝ 0.002                         B4 ＝ 402.41974
A6 ＝-0.0014                        B6 ＝-191.87213
A8 ＝ 0.0042                        B8 ＝  64.779696
A10＝-0.0022                        B10＝  -8.6741764
A12＝ 0.0004
【０２０７】
本実施例では、回折面の位相差関数の係数として２乗項および２乗項以外の項が使用されているために、透明基板厚さの違いにより発生する球面収差及び波長の違いにより発生する球面収差の色収差と軸上色収差について各ディスクともに補正することが可能となっている。また、図９４から明らかなように、第３光ディスクでは実使用上の開口数ＮＡ０．４５の外側をフレアとしている。
【０２０８】
（実施例１４）
【０２０９】
実施例１４の対物レンズは、第６の実施の形態に係わる対物レンズの具体例であり、無限距離から波長４００ｎｍと６５０ｎｍの平行光が入射し、有限距離から波長７８０ｎｍの発散光が入射するように構成されている。この実施例では、回折面の光路差関数の係数として２乗項および２乗項以外の項が使用されている。
【０２１０】
図９８に、実施例１４の対物レンズのλ＝４００ｎｍにおける光路図を示す。また、図９９および図１０１に、実施例１４の対物レンズについてのλ＝４００ｎｍ±１０ｎｍ、λ＝６５０ｎｍ±１０ｎｍおよびλ＝７８０ｎｍ±１０ｎｍに対する開口数０．６５までの球面収差図を示す。
【０２１１】
以下、実施例１４のレンズデータを示す。
【０２１２】
実施例１４
f＝    像側 NA 0.65               (波長λ＝650nmのとき)
f＝    像側 NA 0.65               (波長λ＝400nmのとき)
f＝    像側 NA 0.45(NA 0.65)      (波長λ＝780nmのとき)
【０２１３】
【表１４】
0004775674.tif 000020
非球面１  κ ＝-2.0080           回折面  b2 ＝-0.51589×10-3
A4 ＝ 0.18168×10-1            b4 ＝-0.24502×10-3
A6 ＝-0.91791×10-3            b6 ＝ 0.49557×10-4
A8 ＝ 0.16455×10-3            b8 ＝-0.14497×10-4
A10＝-0.11115×10-4
【０２１４】
非球面２  κ ＝3.1831
A4 ＝   0.14442×10-1
A6 ＝  -0.17506×10-2
A8 ＝   0.21593×10-4
A10＝   0.12534×10-4
【０２１５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。回折を対物レンズの両面に形成したが、光ピックアップ装置の光学系内の光学素子のある一面に設けてもよい。また輪帯状回折面をレンズ面全体に形成したが、部分的に回折面を形成しても良い。さらに、青色レーザ使用次世代高密度光ディスクとして、光源波長４００ｎｍ、透明基板の厚さ０．６ｍｍと仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに関しても本発明は適用が可能である。
【０２１６】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
【０２１７】
図１１７は、本実施の形態の対物レンズ及びこれを含む光ピックアップ装置の概略構成である。図１１７のように、第１の半導体レーザ１１１と第２の半導体レーザ１１２が光源としてユニット化されている。コリメータ１３と対物レンズ１６との間にビームスプリッタ１２０が配置され、コリメータ１３でほぼ平行にされた光がビームスプリッタ１２０を通過し対物レンズ１６へ向かう。また、情報記録面２２から反射した光束が光路変更手段としてのビームスプリッタ１２０で光検出器３０に向かうように光路を変える。対物レンズ１６はその外周にフランジ部１６ａを有し、このフランジ部１６ａにより対物レンズ１６を光ピックアップ装置に容易に取り付けることができる。また、フランジ部１６ａは対物レンズ１６の光軸に対し略垂直方向に延びた面を有するから、更に精度の高い取付が容易にできる。
【０２１８】
第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１から出射された光束は、コリメータ１３を透過し平行光束となる。さらにビームスプリッタ１２０を経て絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６により第１の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６、絞り１７を介して、ビームスプリッタ１２０で反射され、シリンドリカルレンズ１８０により非点収差が与えられ、凹レンズ５０を経て、光検出器３０上ヘ入射し、光検出器３０から出カされる信号を用いて、第１の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０２１９】
また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させるとともに、第１の半導体レ―ザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６を移動させる。
【０２２０】
次に、第２の光ディスクを再生する場合、第２の半導体レーザ１１２から出射された光束は、コリメータ１３を透過し平行光束となる。さらにビームスプリッタ１２０を経て絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６により第２の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６、絞り１７を介して、ビームスプリッタ１２０で反射され、シリンドリカルレンズ１８０により非点収差が与えられ、凹レンズ５０を経て、光検出器３０上ヘ入射し、光検出器３０から出力される信号を用いて、第２の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５か第１の半導体レーザ１１２からの光束を第２光ディスク２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させるとともに、第２の半導体レーサ１１２からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６を移動させる。
【０２２１】
対物レンズ（回折レンズ）１６は、第１の光ディスク、第２の光ディスクの記録及び／または再生に必要な開口数のうち大きい方の開口数（最大開口数）まで、それぞれの半導体レーザからの入射光に対して、それぞれの波長（λ）に対して０．０７λｒｍｓ以下であるように設計されている。このため、それぞれの光束の結像面上の波面収差は、０．０７λｒｍｓ以下となっている。従って、結像面上及び検出器３０上でどちらの光ディスクの記録及び／または再生時にフレアがなく、合焦誤差検出やトラック誤差検出の特性が良好となる。
【０２２２】
なお、第１の光ディスクをＤＶＤ（光源波長６５０ｎｍ）、第２の光ディスクをＣＤ（光源波長７８０ｎｍ）とするケースや、第１の光ディスクを次世代高密度光ディスク（光源波長４００ｎｍ）、第２の光ディスクをＤＶＤ（光源波長６５０ｎｍ）のケースが想定されるが、特に、それぞれの光ディスクの必要開口数に大きな差がある場合には、上記のような場合には、必要なスポット径に比較してスポットが小さすぎる場合もある。このときは本明細書の他の箇所で説明している開口制限手段を導入し、所望のスポット径とすればよい。
【０２２３】
以下、第７の実施の形態に係わる対物レンズの具体例として、球面収差補正レンズの実施例１５、１６，１７，１８を説明する。各実施例で波面収差が、最大開口数に対し０．０７λｒｍｓ以下に補正されている。なお、以下において像側とは光情報記録媒体側の意味である。
【０２２４】
〈実施例１５〉
【０２２５】
図１１８に、実施例１５の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図を示す。また、図１１９に、実施例１５の回折光学レンズについての波長（λ）＝６４０，６５０，６６０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図を示す。また、図１２０は光情報記録媒体の透明基板が図１１８より厚い場合の実施例１５の回折光学レンズの光路図を示す。図１２１に、図１２０の場合の回折光学レンズについての波長λ＝７７０，７８０，７９０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。
【０２２６】
実施例１５の回折光学レンズによると、図１１９に示すように、波長λ＝６５０ｎｍに対してはＮＡ０．６０までの全開口がほぼ無収差である。また、図１２０、図１２１に示すように、透明基板が厚い場合で、波長λ＝７８０ｎｍに対しては、ＮＡ０．６０までがほぼ無収差である。なお、λ＝７８０ｎｍのときの所定開口数は０．４５である。
【０２２７】
以上のように、実施例１５では、実施例１，６，８と比べて、光情報記録媒体の透明基板が厚く波長が７８０ｎｍの場合の球面収差を透明基板がこれよりも薄く波長が６５０ｎｍの場合と同じ開口数（ＮＡ０．６０）まで補正できる。
【０２２８】
以下、実施例１５のレンズデータを示す。
【０２２９】
光源波長λ＝６５０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３．３３  像側開口数  ＮＡ＝０．６０  無限仕様（平行光束入射）
【０２３０】
光源波長λ＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３．３８  像側開口数  ＮＡ＝０．６０  無限仕様
【０２３１】
【表１５】
0004775674.tif 000021
非球面係数
非球面１
Ｋ＝−１．０３５８
Ａ4＝４．８６３２×１０-3
Ａ6＝５．３８３２×１０-4
Ａ8＝−１．５７７３×１０-4
Ａ10＝３．８６８３×１０-7
【０２３２】
非球面２
Ｋ＝−９．２５６３５２ 
Ａ4＝１．５８８７×１０-2
Ａ6＝−５．９７４２２×１０-3
Ａ8＝１．１１６１３×１０-3
Ａ10＝−９．３９６８２×１０-5
【０２３３】
回折面係数（基準波長６５０ｎｍ）
ｂ2＝６．０００×１０-3
ｂ4＝−１．３１７×１０-3
ｂ6＝１．５２７４×１０-4
ｂ8＝−６．５７５７×１０-5
ｂ10＝６．２２１×１０-6
【０２３４】
〈実施例１６〉
【０２３５】
図１２２に、実施例１６の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図を示す。また、図１２３に、実施例１６の回折光学レンズについての波長（λ）＝６４０，６５０，６６０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図を示す。また、図１２４は光情報記録媒体の透明基板が図１２２より厚い場合の実施例１６の回折光学レンズの光路図を示す。図１２５に、図１２４の場合の回折光学レンズについての波長λ＝７７０，７８０，７９０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。
【０２３６】
実施例１６の回折光学レンズによると、図１２３に示すように、波長λ＝６５０ｎｍに対してはＮＡ０．６０までの全開口がほぼ無収差である。また、図１２４、図１２５に示すように、透明基板が厚い場合で、波長λ＝７８０ｎｍに対しては、ＮＡ０．６０までがほぼ無収差である。なお、λ＝７８０ｎｍのときの所定開口数は０．４５である。
【０２３７】
以上のように、実施例１６では、実施例１，６，８と比べて、光情報記録媒体の透明基板が厚く波長が７８０ｎｍの場合の球面収差を透明基板がこれよりも薄く波長が６５０ｎｍの場合と同じ開口数（ＮＡ０．６０）まで補正できる。なお、実施例１５，１６では、透明基板の厚さの差による球面収差をＮＡ０．６まで補正するために、回折による球面収差の補正作用が強いことが必要であるが、このため輪帯ピッチが狭くなるが、回折の近軸パワーを負にしてピッチの減少を緩和している。
【０２３８】
以下、実施例１６のレンズデータを示す。
【０２３９】
光源波長λ＝６５０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３．３３  像側開口数  ＮＡ＝０．６０  無限仕様
【０２４０】
光源波長λ＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３．３６  像側開口数  ＮＡ＝０．６０  無限仕様
【０２４１】
【表１６】
0004775674.tif 000022
非球面係数
非球面１
Ｋ＝−１．１３３１
Ａ4＝４．５３７５×１０-3
Ａ6＝１．２９６４×１０-3
Ａ8＝−３．６１６４×１０-4
Ａ10＝２．０７６５×１０-5
【０２４２】
非球面２
Ｋ＝−４．３５６２９８ 
Ａ4＝１．５７４２７×１０-2
Ａ6＝−４．９１１９８×１０-3
Ａ8＝７．７２６０５×１０-4
Ａ10＝−５．７５４５６×１０-5
【０２４３】
回折面係数（基準波長６５０ｎｍ）
ｂ2＝２．１６６５×１０-3
ｂ4＝−２．０２７２×１０-3
ｂ6＝５．５１７８×１０-4
ｂ8＝−１．８３９１×１０-4
ｂ10＝１．８１４８×１０-5
【０２４４】
〈実施例１７〉
【０２４５】
図１２６に、実施例１７の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図を示す。また、図１２７に、実施例１７の回折光学レンズについての波長（λ）＝６４０，６５０，６６０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図を示す。また、図１２８は光情報記録媒体の透明基板が図１２６より厚い場合の実施例１７の回折光学レンズの光路図を示す。図１２９に、図１２８の場合の回折光学レンズについての波長λ＝７７０，７８０，７９０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図をそれぞれ示す。
【０２４６】
実施例１７の回折光学レンズによると、図１２７に示すように、波長λ＝６５０ｎｍに対してはＮＡ０．６０までの全開口がほぼ無収差である。また、図１２８、図１２９に示すように、透明基板が厚い場合で、波長λ＝７８０ｎｍに対しては、ＮＡ０．６０までがほぼ無収差である。なお、λ＝７８０ｎｍのときの所定開口数は０．４５である。また、実施例１５〜１７は軸上色収差が異なり、また、輪帯ピッチも変わっている。
【０２４７】
以上のように、実施例１７では、実施例１，６，８と比べて、光情報記録媒体の透明基板が厚く波長が７８０ｎｍの場合の球面収差を透明基板がこれよりも薄く波長が６５０ｎｍの場合と同じ開口数（ＮＡ０．６０）まで補正できる。
【０２４８】
以下、実施例１７のレンズデータを示す。
【０２４９】
光源波長λ＝６５０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３．３３  像側開口数  ＮＡ＝０．６０  無限仕様
【０２５０】
光源波長λ＝７８０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３．３４  像側開口数  ＮＡ＝０．６０  無限仕様
【０２５１】
【表１７】
0004775674.tif 000023
非球面係数
非球面１
Ｋ＝−１．０７５１
Ａ4＝５．０７３２×１０-3
Ａ6＝４．３７２２×１０-4
Ａ8＝−１．４７７４×１０-4
Ａ10＝９．６６９４×１０-7
【０２５２】
非球面２
Ｋ＝−１０．４１４１１ 
Ａ4＝１．５９４６３×１０-2
Ａ6＝−６．０２９６３×１０-3
Ａ8＝１．１１２６８×１０-3
Ａ10＝−９．３１５１×１０-5
【０２５３】
回折面係数（基準波長６５０ｎｍ）
ｂ2＝−２．０００×１０-3
ｂ4＝−１．４４６２×１０-3
ｂ6＝１．１３３１×１０-4
ｂ8＝−６．６２１１×１０-5
ｂ10＝６．８２２０×１０-6
【０２５４】
〈実施例１８〉
【０２５５】
図１３０に、実施例１８の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図を示す。また、図１３１に、実施例１８の回折光学レンズについての波長（λ）＝３９０，４００，４１０ｎｍに対する開口数０．７０までの球面収差図を示す。また、図１３２は光情報記録媒体の透明基板が図１３０より厚い場合の実施例１８の回折光学レンズの光路図を示す。図１３３に、図１３２の場合の回折光学レンズについての波長λ＝６４０，６５０，６６０ｎｍに対する開口数０．７０までの球面収差図をそれぞれ示す。
【０２５６】
実施例１８の回折光学レンズによると、図１３１に示すように、波長λ＝４００ｎｍに対してはＮＡ０．７０までの全開口がほぼ無収差である。また、図１３２、図１３３に示すように、透明基板が厚い場合で、波長λ＝６５０ｎｍに対しては、ＮＡ０．７０までがほぼ無収差である。
【０２５７】
以上のように、実施例１７では、実施例１，６，８と比べて、光情報記録媒体の透明基板が厚く波長が６５０ｎｍの場合の球面収差を透明基板がこれよりも薄く波長が４００ｎｍの場合と同じ開口数（ＮＡ０．７０）まで補正できる。
【０２５８】
以下、実施例１８のレンズデータを示す。
【０２５９】
光源波長λ＝４００ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３．３３  像側開口数  ＮＡ＝０．７０  無限仕様
【０２６０】
光源波長λ＝６５０ｎｍのとき
焦点距離ｆ＝３．４３  像側開口数  ＮＡ＝０．７０  無限仕様
【０２６１】
【表１８】
0004775674.tif 000024
非球面係数
非球面１
Ｋ＝０．０
Ａ4＝−７．９６１６×１０-4
Ａ6＝−５．７２６５×１０-4
Ａ8＝８．３２０９×１０-5
Ａ10＝−４．１５９９×１０-5
【０２６２】
非球面２
Ｋ＝０．０ 
Ａ4＝３．１１１３１×１０-2
Ａ6＝−１．１８５４８×１０-2
Ａ8＝１．６３９３７×１０-3
Ａ10＝−６．６０５１４×１０-5
【０２６３】
回折面係数（基準波長４００ｎｍ）
ｂ2＝−１．４０４６×１０-3
ｂ4＝−８．６９５９×１０-4
ｂ6＝２．３４８８×１０-4
ｂ8＝−５．２４５５×１０-5
ｂ10＝３．６３８５×１０-6
【０２６４】
次に、上述の実施例１〜３，１４〜１８の各回折光学レンズの複数の輪帯のピッチについて説明する。複数の輪帯は光軸を中心としたほぼ同心円状に形成されており、レンズの像側の最大開口数に対応する輪帯のピッチＰｆ（ｍｍ）、最大開口数の１／２の開口数に対応する輪帯のピッチＰｈ（ｍｍ）、及び（（Ｐｈ／Ｐｆ）−２）の各値を表１９に示す。
【０２６５】
【表１９】
0004775674.tif 000025
０．４≦｜（Ｐｈ／Ｐｆ）−２｜≦２５                      （ｂ１）
【０２６６】
本発明者らの更なる検討によれば、上述の式（ｂ１）が成立すると、即ち、この式の下限以上であると、高次の球面収差を補正する回折の作用が弱まることがなく、従って、透明基板の厚さが異なることによって生じる２波長間の球面収差の差を回折の作用で補正でき、また、上限以下であると、回折輪帯のピッチが過小となる箇所が生じ難くなり、回折効率の高いレンズを製造することが可能となることが判明した。
【０２６７】
また、上記関係式は、次の式（ｂ２）が好ましく、式（ｂ３）が更に好ましい。
【０２６８】
０．８≦｜（Ｐｈ／Ｐｆ）−２｜≦６．０                      （ｂ２）
【０２６９】
１．２≦｜（Ｐｈ／Ｐｆ）−２｜≦２．０                      （ｂ３）
【０２７０】
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
【０２７１】
波長６５０ｎｍの光源を使ってのＤＶＤの記録再生に必要な対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数ＮＡ１は０．６程度であり、波長７８０ｎｍの光源を使ってのＣＤの再生に必要な対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数ＮＡ２は０．４５程度（記録のときは０．５程度）である。したがって、上述の収差補正のための回折パターンは、開口数ＮＡ１までは必須ではない。
【０２７２】
さらに、光軸近傍は焦点深度が深く、球面収差量も少ないので、回折パターンは必須ではない。
【０２７３】
必要最低限の部分に回折パターンを形成し、残りの部分を屈折面とすることで、金型加工時のツールの損傷、成形時の離型性の向上、ＣＤ側で必要以上に集光スポットが絞られることに起因するディスクの厚みに誤差があるときや、ディスクが傾いたときの性能劣化を防ぐことができる。
【０２７４】
このためには、対物レンズの回折パターンは光軸に対して回転対称であり、前記第１の光源からの光束の前記対物レンズの回折パターンの最も光軸から離れた円周からの＋１次回折光は、光情報記録媒体の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の前記対物レンズの回折パターンの最も光軸側の円周からの＋１次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換されるとき、下記の条件を満足すれば良い。
ＮＡＨ１  ＜  ＮＡ１
０  ≦  ＮＡＬ１  ≦  ＮＡ２
【０２７５】
第１の光情報記録媒体がＤＶＤで、第１の光源の波長λ１が６５０ｎｍ、第２の光情報記録媒体がＣＤで第２の光源の波長λ２か７８０ｎｍの場合、
ＮＡＨ１は０．４３から０．５５
ＮＡＬ１は０．１０から０．４０
であることが好ましい。
【０２７６】
回折パターンを有する部分についての対物レンズの光学設計は、第１の光源から対物レンズに入射する光束の＋１次回折光がほぼ無収差の集光スポットとなるように行われる。
一方、回折パターンのない部分についての対物レンズの光学設計は、第１の光源から対物レンズに入射する光束がほぼ無収差の集光スポットとなるように行われる。
【０２７７】
両者の集光位置は、ほぼ一致する必要がある。さらに、それぞれの光束の位相も揃っていることが重要である。なお、位相に関しては、ｋを小さな整数としたとき、２ｋπずれていても、設計波長での集光特性は殆ど変わらないが、｜ｋ｜の絶対値が大きくなると、波長変動に弱くなってしまう。｜ｋ｜は１〜１０であることが好ましい。
【０２７８】
このとき、第２の光源からの光束のうち、対物レンズの回折パターンの最も光軸から離れた円周からの＋１次回折光は光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ２の光束に変換され、同時に回折パターンの最も光軸側の円周からの＋１次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ２の光束に変換され、
【０２７９】
第２光情報記録媒体の記録再生が可能となるようなスポットを、第２の光源からの光束のうち、対物レンズを通ったときの開口数がＮＡＨ２以下の光束を利用して光情報記録媒体の情報記録面上に形成するように、回折パターンを有する部分からの光束と、回折パターンのない部分からの光束との集光位置と位相差が最適となるように、対物レンズを通った光束の球面収差の設定がなされている。
【０２８０】
実際には、前記第１の光源からの光束のうち、対物レンズを通ったときの開口数がＮＡ１以下の光束が第１光情報記録媒体の透明基板を介した最良像点における波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であり、かつ、前記第２の光源からの光束のうち、対物レンズを通ったときの開口数がＮＡＨ２以下の光束が第２光情報記録媒体の透明基板を介した最良像点における波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であることが望ましい。
【０２８１】
なお、特に、第１の光源からの光束のうち、対物レンズを通ったときの開口数がＮＡ１以下の光束が、第１光情報記録媒体の透明基板を介した最良像点における波面収差の球面収差成分は０．０５λｒｍｓ以下であることが望ましい。
【０２８２】
第１の光源と対物レンズの間および第２の光源と対物レンズの間に少なくとも一つのコリメータを含み、第１の光源から対物レンズに入射する光束および第２の光源から対物レンズに入射する光束が、それぞれ平行光であるような光ピックアップ装置とすることで、ピックアップの調整が容易となる。
【０２８３】
また、第１の光源からの光束と第２の光源からの光束に対してコリメータを共通にすることで、光ピックアップ装置のコストダウンを図ることができる。
【０２８４】
なお、第１の光源と第２の光源が別のパッケージである場合、コリメータに対してそれぞれの光源の位置を対物レンズに入射する光束がそれぞれ平行光となるように設定すれば良い。
【０２８５】
また、第１の光源と第２の光源とが同じパッケージである場合、それぞれの光源の位置の光軸方向の差を適切に設定して、対物レンズへの入射光がそれぞれ平行光となるようにしても良いし、その調整ができない場合、コリメータの色収差が最適化されたものを用いて対物レンズへの入射光がそれぞれ平行光になるようにしても良い。
【０２８６】
さらに、対物レンズに入射する光束が、収束光束であっても発散光束であっても良く、特に第１の光源から対物レンズに入射する光束よりも第２の光源から対物レンズに入射する光束をより発散度の強いものとすることによって、発散度の差によるアンダーの球面収差が発生し、回折パターンで補正する球面収差量を減らすことができる。
【０２８７】
図１１４は、開口数ＮＡＨ２、ＮＡＬ２が同じであり、近軸色収差を補正しない場合とした場合（ΔｆＢ＝０）に、第２光源からの光束について、第２光情報記録媒体（ＣＤ）の透明基板を通過した光束の球面収差を表す模式図である。
【０２８８】
ＮＡＨ２以下の第２光情報記録媒体の再生に寄与する光束の収束位置は、回折パターンによって補正されていない場合、Ｂ点にあるが、回折パターンによって補正され、ΔｆＢをほぼ０にされてＡ点に収束する。しかし、ＮＡＨ２より外側では回折パターンによって補正されず、その収差は屈折面のみによる収差曲線Ｓを示すことになる。
【０２８９】
図から明らかなように、光束の収束点とＮＡＨ２における球面収差の跳びは、近軸色収差の補正量ΔｆＢだけ大きくなり、ＮＡＨ２からＮＡ１までのフレア成分が収束する位置は、ＮＡＨ２以下の第２光情報記録媒体の再生に寄与する光束の収束位置と大きく離れるため、光検出器上においてフレア成分の影響が小さくなる。
【０２９０】
また、λ１とλ２で近軸色収差を補正することで、λ１近傍とλ２近傍においても、近軸色収差は小さくなり、光情報記録媒体への情報記録時に、レーザのパワー変動で発振波長が変化しても、焦点ずれが起きにくくなり、高速記録が可能となる。
【０２９１】
前述のようにＮＡＨ２からＮＡ１までのフレア成分の収束位置とＮＡＨ２以下の光束の収束位置とを離れたものとするためには、前記の回折パターンの外側に、第２の回折パターンを配設し、第１光源からの光束に対しては第２の回折パターンの＋１次回折光が前記の収束位置に集光され、第２光源からの光束は第２の回折パターンでは回折されずに透過するように第２の回折パターンを設計することによって、図１１５に示す収差補正状況にすることができる。
【０２９２】
すなわち、同図（ａ）は第１光源からの光束の収差補正状況を示し、ＮＡＨ１以上においても以下においても、比較的大きく設定された屈折面による収差は、＋１次回折光の補正効果により、無収差で収束位置に集光されている。しかし、同図（ｂ）のように、第２光源からの光束は、ＮＡＨ２より外側の回折パターン部分を通過する光束では、回折作用を受けない０次光となるので、その収差補正状況は回折パターンによる補正を受けない収差がそのまま表れるため、ＮＡＨ２における球面収差の跳びが大きくなり、フレア成分の収束位置と情報の再生に寄与する光束の収束位置が大きく離れるため、光検出器上においてフレア成分の影響が小さくなる。
【０２９３】
また、この第２の回折パターンでは、第１の光源からの光束は回折されず、第２の光源からの光束は、主に−１次回折光となるように第２の回折パターンを設計しても良い。これにより、図１１３で見るように、ＮＡＨ２からＮＡ１までの光束の、回折による球面収差をよりオーバーにすることによって、第２の光源について、対物レンズを通ったときの開口数がＮＡＨ２以下の光束の第２光情報記録媒体の透明基板を通ったときの球面収差は良好に補正され、一方、ＮＡＨ２より外側の光束のオーバーの球面収差を大きくすることが出来る。その結果、図１１６（ｂ）に見るように、ＮＡＨ２における球面収差の跳びが大きくなり、フレア成分の収束位置と情報の再生に寄与する光束の収束位置が大きく離れるため、光検出器上においてフレア成分の影響が小さくなる。
【０２９４】
同様に、光源から対物レンズまでの光路中に第１光源からの光束は透過し、第２光源の光束のうち、前記第１の回折パターンの光軸とは反対側の領域を通過する光束を透過させない開口制限手段を設け、光検出器上へ到達するフレア成分を減ずることで、その影響を小さくすることができる。
【０２９５】
この開口制限手段は、第１の光源からの出射光束と、第２光源からの出射光束とを光合波手段により合波した後の光路中に、第１光源からの光束は透過し、第２光源の光束のうち、前記第１の回折パターンの光軸とは反対側の領域を通過する光束を反射または吸収する輪帯フィルターを配設すれば良い。
【０２９６】
このようなフィルターには、例えば多層膜を利用したダイクロイックフィルターを利用することができる。勿論、対物レンズのいずれかの面に、上述のフィルター効果を持たせることもできる。
【０２９７】
また、この開口制限手段は、第１光源からの光束は透過し、第２光源の光束のうち、前記回折パターンの光軸とは反対側の領域を通過する光束を回折させる輪帯フィルターであっても良い。
【０２９８】
以下、図面を参照して本発明の第８の実施の形態にかかるる第１〜第７の光ピックアップ装置を具体的に説明する。
【０２９９】
図１０２に示す第１の光ピックアップ装置は、第１の光ディスクの再生用の第１光源である半導体レーザ１１１と、第２の光ディスク再生用の半導体レーザ１１２とを有している。
【０３００】
まず第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光束は、両半導体レーザ１１１、１１２からの出射光の合成手段であるビームスプリッタ１９０を透過し、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３０、１／４波長版１４を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り１７０によって絞られ、対物レンズ１６０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３０１】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０、１／４波長板１４０、コリメータ１３０を透過して、偏光ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ１８により非点収差が与えられ、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３０２】
また、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ１６０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６０を移動させる。
【０３０３】
第２の光ディスクを再生する場合、第２半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、上記第１半導体１１１からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３０、１／４波長板１４０、絞り１７０、対物レンズ１６０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３０４】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０、１／４波長板１４０、コリメータ１３０、偏光ビームスプリッタ１２０、シリンドリカルレンズ１８０を介して、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３０５】
また、第１の光ディスクの場合と同様、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３０６】
図１０３の第２の光ピックアップ装置は、記録再生用の光学系に適した構成であるが、再生の場合について説明する。なお、以下の実施例において、図１０２の光ピックアップ装置と同一部材は同一符号で示す。
【０３０７】
第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光束は、偏光ビームスプリッタ１２１で反射され、コリメータ１３１、１／４波長板１４１を透過して円偏光の平行光となる。さらに、光合成手段であるビームスプリッタ１９０を透過し、絞り１７０によって絞られ、対物レンズ１６０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３０８】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、さらにビームスプリッタ１９０、１／４波長板１４１、コリメータ１３１を透過して、偏光ビームスプリッタ１２１に入射し、ここを透過して非点収差が与えられ、光検出器３０１上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３０９】
また、光検出器３０１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第２の光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ１６０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６０を移動させる。
【０３１０】
第２の光ディスクを再生する場合、第２半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光束は、偏光ビームスプリッタ１２２で反射され、コリメータ１３２、１／４波長板１４２を透過して円偏光の平行光となる。さらに、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、絞り１７０、対物レンズ１６０により第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３１１】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介してビームスプリッタ１９０で反射され、１／４波長板１４２、コリメータ１３２を透過して、偏光ビームスプリッタ１２２に入射し、ここを透過して非点収差が与えられ、光検出器３０２上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３１２】
また、光検出器３０２上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第２の半導体レーザ１１２からの光束を第１の光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ１６０を移動させると共に、半導体レーザ１１２からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６０を移動させることは同様である。
【０３１３】
図１０４の第３の光ピックアップ装置は、記録再生用の光学系に適した構成であるが、再生の場合について説明する。
【０３１４】
第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１からビームを出射し、発散光束の発散度を小さくするカップリングリングレンズ６０、光合成手段であるビームスプリッタ１９０、ビームスプリッタ１２０を透過し、さらにコリメータ１３０、１／４波長板１４０を透過して円偏光の平行光となる。さらに、絞り１７０によって絞られ、対物レンズ１６０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３１５】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、１／４波長板１４０、コリメータ１３０を透過して、ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射され、シリンドリカルレンズ１８０で非点収差が与えられ、凹レンズ５０を介して光検出器３０１上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３１６】
また、光検出器３０１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ１６０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６０を移動させる。
【０３１７】
第２の光ディスクを再生するための第２半導体レーザ１１２は、レーザ／検出器集積ユニット４００に光検出器３０２およびホログラム２３０とユニット化されている。「ユニット」あるいは「ユニット化」とは、ユニット化されている部材や手段が一体となって光ピックアップ装置に組込ができるようになっていることを意味し、装置の組立て時には１部品として組付けることができる上タイトされている。
【０３１８】
第２半導体レーザ１１２から出射された光束は、ホログラム２３０を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３０、１／４波長板１４０を透過し平行光束となる。さらに絞り１７０、対物レンズ１６０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３１９】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介し、１／４波長板１４０、コリメータ１３０、ビームスプリッタ１２０を透過し、ビームスプリッタ１９０で反射され、ホログラム２３０で回折されて光検出器３０２上へ入射し、その出力信号を用いて、第２光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３２０】
また、光検出器３０２上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３２１】
図１０５の第４の光ピックアップ装置においては、第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１は、レーザ／検出器集積ユニット４１０に光検出器３０１およびホログラム２３１とユニット化され、第１半導体レーザ１１１から出射された光束は、ホログラム２３１を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ１９０、コリメータ１３０を透過し平行光束となる。さらに絞り１７０によって絞られ、対物レンズ１６０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３２２】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、コリメータ１３０、ビームスプリッタ１９０を透過し、ホログラム２３１で回折されて光検出器３０１上へ入射し、その出力信号を用いて、第１光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３２３】
また、光検出器３０２上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３２４】
第２の光ディスクを再生する場合、第２半導体レーザ１１２は、レーザ／検出器集積ユニット４２に光検出器３０２およびホログラム２３２とユニット化され、第２半導体レーザ１１２から出射された光束は、ホログラム２３２を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、コリメータ１３０を透過して平行光束となる。さらに絞り１７０、対物レンズ１６０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３２５】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、コリメータ１３０を透過し、ビームスプリッタ１９０で反射され、ホログラム２３２で回折されて光検出器３０２上へ入射し、その出力信号を用いて、第２光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３２６】
また、光検出器３０２上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３２７】
図１０６の第５の光ピックアップ装置においては、第１半導体レーザ１１１、第２半導体レーザ１１２、光検出手段３０、ホログラム２３０がレーザ／検出器集積ユニット４３０としてユニット化されている。
【０３２８】
第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１から出射された光束は、ホログラム２３０、コリメータ１３０を透過し平行光束となる。さらに絞り１７０によって絞られ、対物レンズ１６０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３２９】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、コリメータ１３０を透過し、ホログラム２３０で回折されて光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第１光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３３０】
また、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３３１】
第２の光ディスクを再生する場合、第２半導体レーザ１１２から出射された光束は、ホログラム２３０、コリメータ１３０を透過してほぼ平行光束となる。さらに絞り１７０、対物レンズ１６０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３３２】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、コリメータ１３０を透過し、ホログラム２３０で回折されて光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３３３】
また、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３３４】
図１０７の第６の光ピックアップ装置においては、第１半導体レーザ１１１、第２半導体レーザ１１２、第１の光検出手段３０１、第２の光検出手段３０２、ホログラム２３０がレーザ／検出器集積ユニット４３０としてユニット化されている。
【０３３５】
第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１から出射された光束は、ホログラム２３０のディスク側の面、コリメータ１３０を透過し平行光束となる。さらに絞り１７０によって絞られ、対物レンズ１６０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３３６】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、コリメータ１３０を透過し、ホログラム２３０のディスク側の面で回折され、第１の光源に対応した光検出器３０１上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３３７】
また、光検出器３０１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３３８】
第２の光ディスクを再生する場合、第２半導体レーザ１１２から出射された光束は、ホログラム２３０の半導体レーザ側の面で回折され、、コリメータ１３０を透過してほぼ平行光束となる。このホログラムの半導体レーザ側の面は、光合成手段としての機能を果たす。さらに絞り１７０、対物レンズ１６０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３３９】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、コリメータ１３０を透過し、ホログラム２３０のディスク側の面で回折されて第２の光源対応した光検出器３０２上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３４０】
また、光検出器３０２上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３４１】
図１０８の第７の光ピックアップ装置は、記録再生用の光学系に適した構成であるが、再生の場合について説明する。
【０３４２】
第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１からビームを出射し、発散光束の発散度を小さくするカップリングリングレンズ６０、光合成手段であるビームスプリッタ１９０、ビームスプリッタ１２０を透過し、さらにコリメータ１３０、１／４波長板１４０を透過して円偏光の平行光となる。さらに、絞り１７０によって絞られ、対物レンズ１６０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３４３】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、１／４波長板１４０、コリメータ１３０を透過して、ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射され、シリンドリカルレンズ１８０で非点収差が与えられ、凹レンズ５０を介して光検出器３０１上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３４４】
また、光検出器３０１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ１６０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６０を移動させる。
【０３４５】
第２の光ディスクを再生するための第２半導体レーザ１１２は、レーザ／検出器集積ユニット４００に光検出器３０２およびホログラム２３０とユニット化されている。
【０３４６】
第２半導体レーザ１１２から出射された光束は、ホログラム２３０を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３０、１／４波長板１４０を透過し平行光束となる。さらに絞り１７０、対物レンズ１６０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３４７】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介し、１／４波長板１４０、コリメータ１３０、ビームスプリッタ１２０を透過し、ビームスプリッタ１９０で反射され、ホログラム２３０で回折されて光検出器３０２上へ入射し、その出力信号を用いて、第２光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３４８】
また、光検出器３０２上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３４９】
透明基板の厚さｔ１が第１の光ディスクとほぼ同じで、波長λ１の第１の光源で記録再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数ＮＡも第１の光ディスクと同程度の第３のＳｕｐｅｒ  ＲＥＮＳ方式のディスクを記録再生する場合について説明する。
【０３５０】
Ｓｕｐｅｒ  ＲＥＮＳ方式のディスクは、現在精力的に検討が進められているもので、その構成の１例を図１０９に示す。その記録再生は近接場光学に基づき、再生信号としては反射光を利用する方式と透過光を利用する方式があり、本実施例の構成は透過光を利用して再生信号を得る方式を示す。
【０３５１】
Ｓｕｐｅｒ  ＲＥＮＳ方式の第３のディスクを記録再生する場合には、第１半導体レーザ１１１からビームを出射し、発散光束の発散度を小さくするカップリングレンズ６０、光合成手段であるビームスプリッタ１９０、ビームスプリッタ１２０を透過し、さらにコリメータ１３０、１／４波長板１４０を透過し平行光束となる。さらに絞り１７０によって絞られ、対物レンズ１６０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０、第１の保護膜２４０を介して非線形光学膜２５０に集光される。非線形光学膜２５０には、微小な開口が形成され、第２の保護膜２６０を介して情報記録層上の情報記録面２２０にエネルギーが伝達される。そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて透過した光は、第３の保護膜２７０を透過し、対物レンズとは反対側の集光レンズ９０で集められ、光検出器３０５に到達し、その出力信号により、第３の光ディスク２００に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３５２】
一方、非線形光学膜２５０から反射された光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７０を介して、１／４波長板１４０、コリメータ１３０を透過して、ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射され、シリンドリカルレンズ１８０で非点収差が与えられ、凹レンズ５０を介して光検出器３０１上へに入射する。光検出器３０１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２００の非線形光学膜２５０上に結像する用に対物レンズ１６０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６０を移動させる。
【０３５３】
前述の光ピックアップ装置の対物レンズとして、第１の光源から無収差の平行光束が入射し、ＤＶＤの透明基板を通して無収差のスポットを形成するように設計された専用対物レンズを使って、対物レンズに第２の光源から無収差の平行光が入射し、ＣＤの透明基板を通ってスポットを形成した場合、
(1)対物レンズの屈折率の波長依存性
(2)光情報記録媒体の透明基板厚みの差
(3)透明基板屈折率の波長依存性
により球面収差が発生するが、(2)によるものがほとんどであることは既に述べた。
【０３５４】
この(2)の要因による球面収差は、ＣＤの記録再生に必要な開口数ＮＡ２において、ほぼ｜ｔ２−ｔ１｜および（ＮＡ２）4に比例する。図１１０は、対物レンズに波長λ１＝６５０ｎｍの平行光束が入射したときにＤＶＤの透明基板を通して無収差となるように設計された専用レンズについて、透明基板がＣＤの厚さで、波長λ２＝７８０ｎｍの光源を使用したときの、対物レンズから出射する光束の開口数を０．４５としたときの結像倍率Ｍ２と波面収差との関係を示したものである。結像倍率Ｍ２が０の場合は、ＤＶＤと同様、対物レンズに平行光束が入射する。
【０３５５】
図示のように、Ｍ２＝０のときは、約０．１３λｒｍｓの球面収差が発生し、回折限界性能のマレシャルの限界０．０７λｒｍｓより大きい。従って、何らかの手段によりＤＶＤ、ＣＤ双方とも波面収差がマレシャルの限界以下となるように球面収差を設定する必要が生じる。
【０３５６】
この対物レンズにおいて、結像倍率を負にして行くと、対物レンズで負の球面収差が発生し、Ｍ≒−０．０６のとき極小値となり、マレシャル限界内の値になる。このように、結像倍率によって、補正しなければならない球面収差量は異なり、図示の例においては、Ｍ≒−０．０６のときはあえて他の手段によって球面収差を補正する必要はない。また、ＣＤ−Ｒの情報記録に必要なＮＡが０．５のときは、さらに補正する球面収差は大きくなる。
【０３５７】
次に、上述の各光ピックアップ装置において、好ましいコリメート調整手段について説明する。説明を簡単にするために、コリメータと対物レンズからなる集光光学系を使用した光ピックアップ装置について考察する。コリメータと光源の距離は、コリメータの光軸上の焦点位置に光源を配置することで所望の平行光がコリメータより出射する。コリメータのバックフォーカス、半導体レーザの取り付け位置と発光点との間隔、コリメータや半導体レーザをマウントする光ピックアップ装置のハウジングの製造バラツキが小さく押さえられているため、半導体レーザとコリメータの間隔を調整しなくても、実用上間題ない精度の平行光が得られる。
【０３５８】
ところで、波長の異なる２つの光源により、透明基板の厚さが異なる２種類の光情報記録媒体の記録及び／または再生する場合において、回折パターンを有する対物レンズを用い、さらにそれぞれの光源に対して０でない同じ次数の回折光を利用する場合において、レーザの発振波長の変動により球面収差の変動が既存の両面非球面対物レンズと比較して大きい。特に、実施例６のような対物レンズでは、６５０ｎｍの波長においては波面収差が０．００１λｍｓであるが波長が±１０ｎｍ変化すると０．０３５λｒｍｓ程度に劣化する。このとき発生するのは球面収差である。半導体レーザには発振波長の個体差があり、光ピックアップ装置に個体差の大きい半導体レーザを適用すると、回折パターンを有する対物レンズの球面収差の規格が厳しくなるといった問題が生じる。
【０３５９】
光ピックアップ装置に用いられる対物レンズでは、入射光束が平行光から発散光になると負の３次球面収差が増加し、平行光束から収束光になると正の３次球面収差が増加するのであるが、対物レンズヘの入射光束の発散度を変えることで、３次の球面収差をコントロールすることができる。実施例６のような対物レンズにおいては、半導体レーザの発振波長の個体差で発生する球面収差の主成分は３次の球面収差であることから、対物レンズヘの入射光束の発散度を変えることにより、集光光学系全体の３次の球面収差を設計値通りにすることができる。
【０３６０】
なお、集光光学系にコリメータ等のカップリングレンズがあれば、これを光軸方向に動かすことで、対物レンズの３次の球面収差をコントロールすることができる。また、コリメータ等のカップリングレンズがある場合は、半導体レーザを光軸方向に動かすことで同様に目的が達成される。もちろん、コリメータ等のカップリングレンズがある場合も、半導体レーザを光軸方向に動かしてもよい。
【０３６１】
〈実施例１９〉
【０３６２】
以下、第８の実施の形態に係わる対物レンズの具体例として、球面収差補正レンズの実施例１９を図１１１及び表２０，表２１に示す。
【０３６３】
表２０中、ｒｉは屈折面の曲率半径、ｄｉ、ｄｉ’は面間隔、ｎｉ、ｎｉ’は主波長での屈折率を示す。また、面形状式を次の〔数４〕に示す。
【０３６４】
【数４】
0004775674.tif 000026
但し、Ｘは光軸方向の軸、ｈは光軸と垂直方向の軸、光の進行方向を正とし、ｒは近軸曲率半径、κは円錐形数、Ａｊは非球面係数、Ｐｊ（Ｐｉ≧３）は非球面べき数である。
【０３６５】
また、回折面は光路差関数として数１に示す通りである。単位はｍｍとして表している。
【０３６６】
【表２０】
0004775674.tif 000027
ｄｉ，ｎｉは、第１光情報記録媒体（ｔ１＝０．６ｍｍ）のときの値
【０３６７】
ｄｉ’，ｎｉ’は、第２光情報記録媒体（ｔ２＝１．２ｍｍ）のときの値
【０３６８】
【表２１】
0004775674.tif 000028
上記実施例のレンズ断面図を図１１１に、その球面収差を図１１２に示す。図１１１において、第２面Ｓ２の光軸を含む部分Ｓ２ｄは回折パターンを有し、その外側の部分Ｓ２ｒは非球面屈折面である。図１１２（ａ）は波長６３５ｎｍ、第１光情報記録媒体（ｔ１＝０．６ｍｍ）での球面収差図で十分に収差補正されている。同図（ｂ）は波長７８０ｎｍ、第２光情報記録媒体（ｔ２＝１．２ｍｍ）での球面収差図であり、第１分割面Ｓ２ｄを通る光束は回折の効果により球面収差が補正されており、第２分割面Ｓ２ｒを通る光束はフレア光となり絞りと同様の効果になっている。
【０３６９】
上記実施例のレンズは、ＮＡＨ２＝０．５とし、ＮＡＬ２＝０の対物レンズである。このレンズの回折パターン部分は、光軸を中心とした輪帯上のパターンとなり、そのステップ数は１３程度となる。また、回折パターン部の最も光軸から離れた円周部分と屈折面との境界は、約２１μｍの段差を持っている。
【０３７０】
ＮＡＨ２＝０．４５とした場合においては、回折パターンのステップ数は９程度で、上記段差量は１３μｍ程度である。段差量、回折パターンのステップ数は、ほぼＮＡＨ２の４乗に比例する。
【０３７１】
この例のようにＮＡＬ２＝０の場合には、補正する球面収差に比例して回折パターンのステップ数が増加してしまう。
【０３７２】
本発明の対物レンズにおいては、回折パターンの光軸方向の深さは２μｍ以下でも良好な効果を得ることができるが、やはり回折パターンのステップ数が多いと、金型加工、成形が難しくなるので、できるだけステップ数が少ないことが望ましい。
【０３７３】
これは、(1)ＣＤの結像倍率をＤＶＤの結像倍率よりやや小さくし、補正すべき球面収差量をあらかじめ小さくする。好ましくは、mCD(CDの記録・再生時の倍率)-mDVD(DVDの記録・再生時の倍率)が、-1/15〜0であることが好ましい、(2)深度の深い開口数の小さい部分には回折パターンを設けない、等によって達成できる。
【０３７４】
例えば、ＤＶＤの結像倍率を０、ＣＤの結像倍率を−０．０３とすれば補正すべき球面収差は半分になるので、ＣＤ−Ｒ対応のため、ＮＡＨ２を０．５としても、ステップ数は７程度で、段差量も１１μｍ程度となる。
【０３７５】
段差量が小さい場合、段差Ｓ２ｓの形状は回折パターン部Ｓ２ｄから屈折面部Ｓ２ｒへ滑らかに移行するものであっても良い。
【０３７６】
また、ＤＶＤの結像倍率、ＣＤの結像倍率とも０の場合においては、例えばＮＡＬ２＝０．３６とすれば、開口数がＮＡＬ２以下の光束の波面収差の残留球面収差成分ＷＳＡ（ＮＡＬ２）は約０．０５３λｒｍｓである。これに最適な回折パターンを付けることで、ＤＶＤの波面収差をほぼ０にに保ちながらＮＡＨ２までの波面収差のＲＭＳ値を小さくすることができる。
【０３７７】
開口数がＮＡＨ２以下の光束の波面収差の残留球面収差成分ＷＳＡ（ＮＡＨ２）は、以下の式で近似できる。
【０３７８】
ＷＳＡ（ＮＡＨ２）＝（ＮＡＬ２／ＮＡＨ２）2×ＷＳＡ（ＮＡＬ２）
よって、ＮＡＨ２＝０．４５のとき、上記値は０．０３４λｒｍｓ、ＮＡＨ２＝０．５のとき０．０２７λｒｍｓとなり、マレシャルの限界値より十分小さい。
【０３７９】
このとき、ＮＡＬ２以下ではオーバーの球面収差が発生しているため、ＮＡＬ２からＮＡＨ２までの球面収差を０とするのではなく、ＮＡＬ２以下の光束のベストフォーカスにほぼ一致するようにすれば良い。このベストフォーカス位置は近軸焦点よりオーバーな位置であるため、回折パターンで補正する球面収差量は小さくてすむ。また、ＮＡＬ２以下の光束に対しては、回折パターンは不要である。この二つの効果で、ＮＡＨ２＝０．５のとき、回折パターンのステップ数は約６、ＮＡＨ２＝０．４５のときは回折パターンのステップ数は４ですむ。
【０３８０】
勿論、ＣＤの結像倍率をＤＶＤの結像倍率より小さくすることで、回折パターンをさらに少なくでき、最低２ステップあれば、ＤＶＤとＣＤの互換再生が可能となる。
【０３８１】
ところで、透明基板厚が０．１ｍｍの高密度光情報記録媒体が提案されている。この記録再生には青色半導体レーザを使用し、２枚玉の対物レンズを用い、ＮＡ１として０．８５が必要とされている。一方において、ＣＤ−ＲＷは透明基板厚が１．２ｍｍで波長７８０なのの光源を用い、ＮＡ２は０．５５とされている。この互換光学系では、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ（ＮＡＨ２＝０．５）の場合と比較して、ＮＡ２が大きく、ｔ１−ｔ２も大きいため、球面収差の補正量も２．７倍大きい。そのため、回折パターンのステップ数も３５程度になる。
【０３８２】
さらに、近軸の色収差を補正するには、回折パターンのステップ数が増加する。またＮＡ１まで近軸色収差を含めて補正するとなると、数百のステップ数になる。このような場合、回折パターンを複数の光学面に施すことも可能である。
【０３８３】
また、必要に応じて、ＮＡＬ２からＮＡＨ２までのある部分を屈折面としても良い。
【０３８４】
さらに、ｔ１＞ｔ２である場合には、発生する球面収差の符号が逆になるので、−１次光を利用することになる。
【０３８５】
同様に、ＤＶＤとＣＤの場合も、対物レンズのＣＤの結像倍率がＤＶＤの結像倍率よりかなり小さくなり、アンダーの球面収差が残る場合も、同様に−１次光を利用することになる。
【０３８６】
なお、現在重要関心事であるＤＶＤとＣＤについて、記録または波長の異なる２つのレーザを使って単一の対物レンズで実施する例について示した。既に説明したとおり、第１の光源の波長をλ１とし、第２の光源の波長をλ２（λ２＞λ１）とした場合、ｔ１＜ｔ２である場合は＋１次回折光を利用し、ｔ１＞ｔ２である場合は−１次回折光を利用した第１の回折パターンを導入するのであるが、ＤＶＤ（第１の光源を利用）とＣＤ（第２の光源を利用）の場合は前者である。
【０３８７】
ところで、青色半導体レーザ、ＳＨＧレーザ等、近年様々な波長の光源が実用化され、今後とも多くの新しい光情報記録媒体が登場すると思われる。この場合、光情報記録媒体の記録密度から必要となるスポットサイズが決まるが、記録または記録再生に必要なＮＡは、使用する光源の波長によって変化する。このため、光情報記録媒体の透明基板の厚さ、必要ＮＡが２つの光情報記録媒体にたいして、以下の４つに分類される。
（１）  ｔ１＜ｔ２，  ＮＡ１＞ＮＡ２
（２）  ｔ１＜ｔ２，  ＮＡ１＜ＮＡ２
（３）  ｔ１＞ｔ２，  ＮＡ１＞ＮＡ２
（４）  ｔ１＞ｔ２，  ＮＡ１＜ＮＡ２
【０３８８】
以上の説明においては、特に（１）のケースについて使用する第１の回折パターンのそれぞれの光源に対する回折次数、第１の回折パターンの範囲（ＮＡＨ１，ＮＡＬ１，ＮＡＨ２，ＮＡＬ２）、回折パターン部と透過部が同一位置に集光する必要のある光源の種類とＮＡ範囲、各光源に対しての球面収差を設定するＮＡの範囲、各光源に対して波面収差が０．０７λｒｍｓ以下である必要性があるＮＡの範囲、第２の回折パターンのそれぞれの光源に対する回折次数と第１の回折パターンと同一位置に集光させる必要性、開口制限を導入する場合の、どちらの光源からの光束を制限するかの条件等について詳述したが、（２）（３）（４）の場合については、（１）の詳述から容易に遂行しえるので、詳細な説明は省略した。
【０３８９】
また、レンズの製作時には、回折パターンを刻んだ金型により、プラスチック材料やガラス材料を一体成形することも可能であり、ガラスないしプラスチックの母材に紫外線硬化樹脂等により、本発明の回折パターンを含む光学面を形成しても良い。さらに、コーティングや、直接加工により製作しても良い。
【０３９０】
上述のように、本発明の効果を持つ光学面は、対物レンズとは別の光学素子に設け、該光学素子を対物レンズの光源側ないしは光情報記録媒体側に配設しても良い。勿論、コリメータや光合成手段の第一の光源からの光束と第２の光源からの光束とが共に通過する光学面に配設しても良い。しかし、トラッキング等で対物レンズが動く際に、回折パターンの光軸と対物レンズの光軸とが相対的に移動するため、トラッキングの量が制限される。
【０３９１】
また、説明の都合上、回折パターンは光学軸に対して同心円状としたが、これに制限されるものではない。
【０３９２】
以上の実施例１〜１９に具体的に示した対物レンズは、いずれも単レンズからなる例を挙げたが、対物レンズが複数のレンズから構成されたものでもよく、その少なくとも１つの面に本発明の回折面を有する場合も本発明に含まれるものである。
【０３９３】
本発明において、特定次数の回折光を選択的に発生するとは、所定の波長の光に対して、特定次数の回折光の回折効率がその特定次数以外の他の次数のそれぞれの回折光の回折効率よりも高いことをいうことは上述のとおりであるが、互いに異なる２つの波長のそれぞれの光に対して、その特定次数の回折光の回折効率が他の次数のそれぞれの回折光の回折効率よりも１０％以上高い効率であることが好ましく、３０％以上高い効率であることが更に好ましく、また、その特定次数の回折光の回折効率が５０％以上であることが好ましく、更に好ましくは７０％以上であることが、光量損失が少なく、実用上も好ましい。
【０３９４】
また、本発明の回折面は、以上の実施の形態およびレンズの具体的な実施例にも示されたように、その回折面があることによって、互いに異なる少なくとも２つの波長の選択的に発生された特定次数の回折光がそれぞれ焦点を結ぶに際して、その回折面が無い場合すなわちその回折面のレリーフを包絡した面をシュミレーション等により想定した場合に比較して球面収差が改善されることが望ましい。
【０３９５】
また、更に、本発明において、互いに異なる少なくとも２つの波長のそれぞれの光（波長λ）に対して、それぞれ選択的に発生する特定次数の回折光は、その結像面上での波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であることが、実用上で有効な所望のスポットを得るうえで好ましい。なお、上述した実施の態様は本発明の技術的思想及び範囲から逸脱しないで当業者により変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０３９６】
【図１】本発明の実施例１の回折光学レンズの光路図である。
【図２】本発明の実施例１の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍに対する球面収差図である。
【図３】本発明の実施例１の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対するＮＡ０．４５までの球面収差図である。
【図４】本発明の実施例１の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対するＮＡ０．６０までの球面収差図である。
【図５】本発明の実施例１の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍに対する波面収差図である。
【図６】本発明の実施例１の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図である。
【図７】本発明の実施例２の回折光学レンズによる波長λ＝４０５ｎｍに対する光路図である。
【図８】本発明の実施例２の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍに対する光路図である。
【図９】本発明の実施例２の回折光学レンズによる波長λ＝４０５ｎｍに対する球面収差図である。
【図１０】本発明の実施例２の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍに対する球面収差図である。
【図１１】本発明の実施例２の回折光学レンズによる波長λ＝４０５ｎｍに対する波面収差図である。
【図１２】本発明の実施例２の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍに対する波面収差図である。
【図１３】本発明の実施例３の回折光学レンズによる波長λ＝４０５ｎｍに対する光路図である。
【図１４】本発明の実施例３の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍに対する光路図である。
【図１５】本発明の実施例３の回折光学レンズによる波長λ＝４０５ｎｍに対する球面収差図である。
【図１６】本発明の実施例３の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍに対する球面収差図である。
【図１７】本発明の実施例３の回折光学レンズによる波長λ＝４０５ｎｍに対する波面収差図である。
【図１８】本発明の実施例３の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍに対する波面収差図である。
【図１９】本発明の実施例４の回折光学レンズによる光路図である。
【図２０】本発明の実施例４の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍ、６５０ｎｍ、、７８０ｎｍに対する球面収差図である。
【図２１】本発明の実施例５の回折光学レンズによる光路図である。
【図２２】本発明の実施例５の回折光学レンズによる波長λ＝６３５ｎｍ、６５０ｎｍ、、７８０ｎｍに対する球面収差図である。
【図２３】本発明の実施例６の回折光学レンズによる波長λ＝６５０ｎｍに対する光路図である。
【図２４】本発明の実施例６の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍ（ＮＡ＝０．５）に対する光路図である。
【図２５】本発明の実施例６の回折光学レンズによる波長λ＝６５０±１０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図２６】本発明の実施例６の回折光学レンズによる波長λ＝７８０±１０ｎｍに対する開口数０．５０までの球面収差図である。
【図２７】本発明の実施例６の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図２８】本発明の実施例６の回折光学レンズによる波長λ＝６５０ｎｍに対する波面収差ｒｍｓ図である。
【図２９】本発明の実施例６の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差ｒｍｓ図である。
【図３０】本発明の実施例７の回折光学レンズによる波長λ＝６５０ｎｍに対する光路図である。
【図３１】本発明の実施例７の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍ（ＮＡ＝０．５）に対する光路図である。
【図３２】本発明の実施例７の回折光学レンズによる波長λ＝６５０±１０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図３３】本発明の実施例７の回折光学レンズによる波長λ＝７８０±１０ｎｍに対する開口数０．５０までの球面収差図である。
【図３４】本発明の実施例７の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図３５】本発明の実施例７の回折光学レンズによる波長λ＝６５０ｎｍに対する波面収差ｒｍｓ図である。
【図３６】本発明の実施例７の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差ｒｍｓ図である。
【図３７】本発明の実施例８の回折光学レンズによる波長λ＝６５０ｎｍに対する光路図である。
【図３８】本発明の実施例８の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍ（ＮＡ＝０．５）に対する光路図である。
【図３９】本発明の実施例８の回折光学レンズによる波長λ＝６５０±１０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図４０】本発明の実施例８の回折光学レンズによる波長λ＝７８０±１０ｎｍに対する開口数０．５０までの球面収差図である。
【図４１】本発明の実施例８の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図４２】本発明の実施例８の回折光学レンズによる波長λ＝６５０ｎｍに対する波面収差ｒｍｓ図である。
【図４３】本発明の実施例８の回折光学レンズによる波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差ｒｍｓ図である。
【図４４】本発明の実施例６の回折光学レンズについての回折輪帯数と光軸からの高さとの関係を示すグラフである。
【図４５】本発明の実施例７の回折光学レンズについての回折輪帯数と光軸からの高さとの関係を示すグラフである。
【図４６】本発明の実施例８の回折光学レンズについての回折輪帯数と光軸からの高さとの関係を示すグラフである。
【図４７】本発明の実施例にかかる回折光学レンズについて、回折レンズパワーとレンズ形状との関係を模式的に示す図である。
【図４８】本発明の第２の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す光路図である。
【図４９】本発明の第３の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す光路図である。
【図５０】本発明の実施例９の対物レンズの波長λ＝６５０ｎｍに対する光路図である。
【図５１】本発明の実施例９の対物レンズの波長λ＝７８０ｎｍに対する光路図である。
【図５２】本発明の実施例９の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図５３】本発明の実施例９の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対するＮＡ０．４５までの球面収差図である。
【図５４】本発明の実施例９の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対するＮＡ０．６０までの球面収差図である。
【図５５】本発明の実施例９の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する波面収差図である。
【図５６】本発明の実施例９の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図である。
【図５７】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する光路図である。
【図５８】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する光路図である。
【図５９】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する光路図である。
【図６０】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図６１】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する球面収差図である。
【図６２】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対するＮＡ０．４５までの球面収差図である。
【図６３】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対するＮＡ０．６５までの球面収差図である。
【図６４】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する波面収差図である。
【図６５】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する波面収差図である。
【図６６】本発明の実施例１０の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図である。
【図６７】本発明の第４の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図６８】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する光路図である。
【図６９】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する光路図である。
【図７０】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する光路図である。
【図７１】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図７２】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する球面収差図である。
【図７３】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５までの球面収差図である。
【図７４】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．６５までの球面収差図である。
【図７５】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する波面収差図である。
【図７６】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する波面収差図である。
【図７７】本発明の実施例１１の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図である。
【図７８】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する光路図である。
【図７９】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する光路図である。
【図８０】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する光路図である。
【図８１】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図８２】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する球面収差図である。
【図８３】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５までの球面収差図である。
【図８４】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．６５までの球面収差図である。
【図８５】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する波面収差図である。
【図８６】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する波面収差図である。
【図８７】本発明の実施例１２の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図である。
【図８８】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する光路図である。
【図８９】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する光路図である。
【図９０】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する光路図である。
【図９１】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図９２】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する球面収差図である。
【図９３】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．４５までの球面収差図である。
【図９４】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する開口数０．６５までの球面収差図である。
【図９５】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍに対する波面収差図である。
【図９６】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する波面収差図である。
【図９７】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍに対する波面収差図である。
【図９８】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍに対する光路図である。
【図９９】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝４００ｎｍ±１０ｎｍに対する球面収差図を示す。
【図１００】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝６５０ｎｍ±１０ｎｍに対する球面収差図を示す。
【図１０１】本発明の実施例１３の対物レンズについての波長λ＝７８０ｎｍ±１０ｎｍに対する球面収差図を示す。
【図１０２】本発明の第８の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第１の構成を示す光路図である。
【図１０３】本発明の第８の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第２の構成を示す光路図である。
【図１０４】本発明の第８の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第３の構成を示す光路図である。
【図１０５】本発明の第８の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第４の構成を示す光路図である。
【図１０６】本発明の第８の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第５の構成を示す光路図である。
【図１０７】本発明の第８の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第６の構成を示す光路図である。
【図１０８】本発明の第８の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第７の構成を示す光路図である。
【図１０９】Ｓｕｐｅｒ  ＲＥＮＳ方式の光ディスクの構成を示す模式図である。
【図１１０】本発明の第８の実施の形態にかかる実施例１５の対物レンズの、結像倍率ｍ２と波面収差との関係を示すグラフである。
【図１１１】本発明の第８の実施の形態にかかる実施例１５の断面図である。
【図１１２】上記実施例１５の球面収差図である。
【図１１３】回折パターンの作用の説明図である。
【図１１４】本発明の第８の実施の形態にかかる対物レンズの球面収差への色収差の影響を示す模式図である。
【図１１５】本発明の第８の実施の形態にかかる対物レンズの球面収差への＋１次回折の影響を示す模式図である。
【図１１６】本発明の第８の実施の形態にかかる対物レンズの球面収差への−１次回折の影響を示す模式図である。
【図１１７】本発明の第７の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す光路図である。
【図１１８】本発明の第７の実施の形態にかかる実施例１５の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図である。
【図１１９】図１１８の回折光学レンズについての波長（λ）＝６４０，６５０，６６０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図１２０】実施例１５において光情報記録媒体の透明基板が図１１８より厚い場合の回折光学レンズの光路図である。
【図１２１】図１２０の回折光学レンズについての波長λ＝７７０，７８０，７９０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図１２２】本発明の第７の実施の形態にかかる実施例１６の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図である。
【図１２３】図１２２の回折光学レンズについての波長（λ）＝６４０，６５０，６６０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図１２４】実施例１６において光情報記録媒体の透明基板が図１２２より厚い場合の回折光学レンズの光路図である。
【図１２５】図１２４の回折光学レンズについての波長λ＝７７０，７８０，７９０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図１２６】本発明の第７の実施の形態にかかる実施例１７の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図である。
【図１２７】図１２６の回折光学レンズについての波長（λ）＝６４０，６５０，６６０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図１２８】実施例１７において光情報記録媒体の透明基板が図１２６より厚い場合の回折光学レンズの光路図である。
【図１２９】図１２８の回折光学レンズについての波長λ＝７７０，７８０，７９０ｎｍに対する開口数０．６０までの球面収差図である。
【図１３０】本発明の第７の実施の形態にかかる実施例１８の対物レンズである回折光学レンズ（回折面を有する対物レンズ）の光路図である。
【図１３１】図１３０の回折光学レンズについての波長（λ）＝３９０，４００，４１０ｎｍに対する開口数０．７０までの球面収差図である。
【図１３２】実施例１８において光情報記録媒体の透明基板が図１３０より厚い場合の回折光学レンズの光路図である。
【図１３３】図１３２の回折光学レンズについての波長λ＝６４０，６５０，６６０ｎｍに対する開口数０．７０までの球面収差図である。
【図１３４】本発明における回折輪帯のピッチと、段差の深さを説明するための図である。
【符号の説明】
【０３９７】
１            対物レンズ
２            コリメータレンズ
３            絞り
４            光軸
５            集光光学系
６，７          ビームスプリッタ
１０            光ピックアップ装置
１１            第１半導体レーザ
１２            青色レーザ
１３            第２半導体レーザ
１６            対物レンズ
１６ａ          フランジ部
２０            光ディスク
２１            透明基板
２２            情報記録面
１１１，１１２  半導体レーザ
１２０，１２１，１２２  偏光ビームスプリッタ
１３０，１３１，１３２  コリメータ
１４０，１４１，１４２  １／４波長板
１５０          ２次元アクチュエータ
１６０          対物レンズ
１７０          絞り
１８０          シリンドリカルレンズ
１９０          ビームスプリッタ
２００          光ディスク
２１０          透明基板
２２０          情報記録面
２３０，２３１，２３２  ホログラム
２４０          第１の保護膜
２５０          非線形光学膜
２６０          第２の保護膜
２７０          第３の保護膜
３００，３０１，３０２，３０５  光検出器
４００，４１０，４２０，４３０  レーザ／検出器集積ユニット
５０            凹レンズ
６０            カップリングリングレンズ
９０            集光レンズ
【図１】
0004775674.tif 000029
【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】
0004775674.tif 000036
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７６】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図９０】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１７】
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【図１２４】
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【図１２５】
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【図１２８】
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【図１３０】
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【図１３１】
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【図１３２】
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【図１３３】
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【図１３４】
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