(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、
前記第一の波長をλ１（ｎｍ）、前記第二の波長をλ２（ｎｍ）、前記第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
前記対物レンズは以下の条件（１）、
４０≦νｄ≦８０・・・（１）
ただし、νｄは対物レンズの材料のアッベ数
を満たす材料で作られており、
少なくともいずれかの面に、同心状に複数に分割された屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、互いに隣り合う屈折面間において、入射光束に対して光路長差を付与する段差を有し、前記段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ（ｎｍ）、とすると、以下の条件（２）、
２Ｎ＋１．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．３０・・・（２）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記位相シフト構造は、以下の条件（３）、
３．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．３０・・・（３）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記位相シフト構造は、以下の条件（４）、
１．５０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．６２・・・（４）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項４】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記位相シフト構造は、以下の条件（５）、
５．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜５．３０・・・（５）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項５】
請求項１または請求項４に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記位相シフト構造は、以下の条件（６）、
２．５０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜２．５８・・・（６）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項６】
記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、
前記第一の波長をλ１（ｎｍ）、前記第二の波長をλ２（ｎｍ）、前記第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
前記対物レンズは以下の条件（７）、
２０≦νｄ＜４０・・・（７）
ただし、νｄは対物レンズの材料のアッベ数
を満たす材料で構成されており、
少なくともいずれかの面に、同心状に複数に分割された屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、互いに隣り合う屈折面間において、入射光束に対して光路長差を付与する段差を有し、前記段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ（ｎｍ）とすると、以下の条件（８）、
２Ｎ＋０．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．２５・・・（８）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項７】
請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記位相シフト構造は、以下の条件（９）、
２．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．２５・・・（９）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記位相シフト構造は、以下の条件（１０）、
１．３０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．４７・・・（１０）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項９】
請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記位相シフト構造は、以下の条件（１１）、
４．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜５．２５・・・（１１）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１０】
請求項６または請求項９に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記位相シフト構造は、以下の条件（１２）、
２．２７＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜２．４６・・・（１２）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１１】
記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、
前記第一の波長をλ１（ｎｍ）、前記第二の波長をλ２（ｎｍ）、前記第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
以下の条件（１）、
４０≦νｄ≦８０・・・（１）
ただし、νｄは対物レンズのアッベ数を表す
を満たす材料で作られている対物レンズを備え、
前記第一から第三の波長のうち最も短い第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第一の波長よりも長い第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記第一から第三の波長のうち最も長い第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
前記第一の波長および前記第二の波長の光束は略平行光束が、前記第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、
前記対物レンズは、少なくともいずれかの面の、前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域に、同心状に複数に分割された屈折面で構成され、かつ互いに隣り合う屈折面間において入射光束に対して光路長差を付与する段差を有する位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、前記第一の領域において、前記段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ（ｎｍ）とすると、以下の条件（２）、
２Ｎ＋１．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．３０・・・（２）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光情報記録再生装置において、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、以下の条件（１３）から条件（１５）、
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１３）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（１４）
−０．１２＜ｆ３×Ｍ３＜−０．０４・・・（１５）
を満たし、
さらに、以下の条件（３）、
３．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．３０・・・（３）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、以下の条件（４）、
１．５０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．６２・・・（４）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１４】
記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、
前記第一の波長をλ１（ｎｍ）、前記第二の波長をλ２（ｎｍ）、前記第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
以下の条件（７）、
２０≦νｄ＜４０・・・（７）
ただし、νｄは対物レンズのアッベ数を表す
を満たす材料で作られている対物レンズを備え、
前記第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束は略平行光束が、前記第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、
前記対物レンズは、少なくともいずれかの面の、前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域に、同心状に複数に分割された屈折面で構成され、かつ互いに隣り合う屈折面間において入射光束に対して光路長差を付与する段差を有する位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、前記第一の領域において、前記段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ（ｎｍ）とすると、以下の条件（８）、
２Ｎ＋０．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．２５・・・（８）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光情報記録再生装置において、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、以下の条件（１３）、（１４）および条件（１６）、
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１３）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（１４）
−０．３８＜ｆ３×Ｍ３＜−０．３０・・・（１６）
を満たし、
さらに、以下の条件（９）、
２．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．２５・・・（９）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、以下の条件（１０）、
１．３０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．４７・・・（１０）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１７】
記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の略平行光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、
前記第一の波長をλ１（ｎｍ）、前記第二の波長をλ２（ｎｍ）、前記第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
以下の条件（１）、
４０≦νｄ≦８０・・・（１）
ただし、νｄは対物レンズのアッベ数を表す
を満たす材料で作られている対物レンズを備え、
前記第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
前記対物レンズは、少なくともいずれかの面の、前記第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域に、同心状に複数に分割された屈折面で構成され、かつ互いに隣り合う屈折面間において入射光束に対して光路長差を付与する段差を少なくとも二種類有する位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、前記第一の領域において、少なくとも一方の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ１（ｎｍ）とすると、以下の条件（１７）
２Ｎ＋１．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜２Ｎ＋１．３０・・・（１７）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光情報記録再生装置において、
前記第一の領域において、前記位相シフト構造は、以下の条件（１８）、
３．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜３．３０・・・（１８）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８に記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、以下の条件（１９）、
１．５０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜１．６２・・・（１９）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載の光情報記録再生装置において、
前記第一の領域において、前記位相シフト構造は、以下の条件（２０）、
５．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜５．３０・・・（２０）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２１】
請求項１７または請求項２０に記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、以下の条件（２１）、
２．５０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜２．５８・・・（２１）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２２】
記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の略平行光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、
前記第一の波長をλ１（ｎｍ）、前記第二の波長をλ２（ｎｍ）、前記第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
以下の条件（７）、
２０≦νｄ＜４０・・・（７）
ただし、νｄは対物レンズのアッベ数
を満たす材料で作られている対物レンズを備え、
前記第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
前記対物レンズは、少なくともいずれかの面の、前記第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域に、同心状に複数に分割された屈折面で構成され、かつ互いに隣り合う屈折面間において入射光束に対して光路長差を付与する段差を少なくとも二種類有する位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、前記第一の領域において、少なくとも一方の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ１（ｎｍ）とすると、以下の条件（２２）
２Ｎ＋０．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜２Ｎ＋１．２５・・・（２２）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、以下の条件（２３）、
２．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜３．２５・・・（２３）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２４】
請求項２２または請求項２３に記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、以下の条件（２４）、
１．３０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜１．４７・・・（２４）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２５】
請求項２２に記載の光情報記録再生装置において、
前記前記位相シフト構造は、以下の条件（２５）、
４．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜５．２５・・・（２５）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２６】
請求項２２または請求項２５に記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、以下の条件（２６）、
２．２７＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜２．４６・・・（２６）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２７】
請求項１７から請求項２６のいずれかに記載の光情報記録再生装置において、
前記第一の領域における前記少なくとも一方の段差と異なる光路長差を付与する段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ２（ｎｍ）とすると、以下の条件（２７）、
２Ｎ−０．２０＜｜ΔＯＰＤ２／λ１｜＜２Ｎ＋０．２０・・・（２７）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の光情報記録再生装置において、
さらに以下の条件（２８）、
１．８０＜｜ΔＯＰＤ２／λ１｜＜２．２０・・・（２８）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２９】
請求項１１から請求項１６のいずれかに記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、前記第一の領域の外側に、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束し、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
前記第二の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して少なくとも一種類の光路長差を付与する段差を有し、
前記第二の領域の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値のうち少なくとも一種類は、前記第一の領域の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差とは異なることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項３０】
請求項２７または請求項２８に記載の光情報記録再生装置において、
前記位相シフト構造は、前記第一の領域の外側に、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束し、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
前記第二の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して少なくとも一種類の光路長差を付与する段差を有し、
前記第二の領域の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値のうち少なくとも一種類は、前記｜ΔＯＰＤ２／λ１｜とは異なることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項３１】
請求項２９または請求項３０に記載の光情報記録再生装置において、
以下の条件（２９）、
ｆ１×ＮＡ１＞ｆ２×ＮＡ２・・・（２９）
を満たし、
前記位相シフト構造は、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束させ、前記第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三の領域を有し、
前記第三の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して少なくとも一種類の光路長差を付与する段差を有し、
前記第三の領域の段差により付与される前記少なくとも一種類の光路長差の絶対値は、前記第二の領域の段差により付与される前記少なくとも一種類の光路長差の絶対値と異なることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項３２】
請求項２９または請求項３０に記載の光情報記録再生装置において、
以下の条件（３０）、
ｆ１×ＮＡ１＜ｆ２×ＮＡ２・・・（３０）
を満たし、
前記位相シフト構造は、前記第二の領域の外側に、前記第二の波長の光束のみを収束させ、前記第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三の領域を有し、
前記第三の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して少なくとも一種類の光路長差を付与する段差を有し、
前記第三の領域の段差により付与される前記少なくとも一種類の光路長差の絶対値は、前記第二の領域の段差により付与される前記少なくとも一種類の光路長差の絶対値とは異なることを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、記録密度や保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置および該装置に搭載される対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、従来、ＣＤやＤＶＤといった記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。また近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、ＤＶＤよりも一層記録密度の高い新規格の光ディスクが実用化されつつある。該新規格の光ディスクとしては、例えばＨＤ  ＤＶＤやＢＤ(Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ)等がある。このような新規格の光ディスクは、ＤＶＤの保護層厚と同等もしくはそれ以下の保護層厚を有する。このように規格の異なる複数の光ディスクが存在するためユーザの利便性に鑑み、近年、光情報記録再生装置、より厳密には装置内に設けられる対物光学系は、上記の三種類の光ディスクに対して互換性を持つことが要求される。なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。また、互換性を持つとは、使用する光ディスクを切り替えたとしても部品を交換したりすることなく情報の記録または再生が保証されることをいう。
【０００３】
装置が規格の異なる複数の光ディスクに対して互換性を持つためには、まず、規格が異なる光ディスクの切り替え時に、保護層の厚みによって変化する球面収差を補正しつつ、情報の記録または再生に使用する光の開口数（ＮＡ）を変化させて記録密度の違いに対応した大きさのビームスポットを得る必要がある。一般にスポット径は波長が短いほど小さくできる。そこで従来、記録密度に応じて、光情報記録再生装置では、複数の波長のレーザー光が使用される。例えば、ＤＶＤ使用時には、ＣＤ使用時に用いられる約７９０ｎｍより短い約６６０ｎｍの波長のレーザー光が用いられる。また、該新規格の光ディスク使用時には、その記録密度の高さからＤＶＤに対する情報の記録または再生時に用いられる波長よりもさらに短波長の光（例えば４０８ｎｍあたりのいわゆる青色レーザー光）が用いられる。
【０００４】
また、各々の光ディスクに対して、良好な状態で各光ディスクの記録面位置に収束させる一つの手段として、対物光学系を構成する一つまたは複数の光学素子（例えば対物レンズ）における任意の一面に輪帯状の微細な段差を有する輪帯構造を設け、該輪帯構造の作用によって、異なる波長の光を各々対応する光ディスクの記録面において良好に収束させる技術が実用化されている。
【０００５】
上記光学素子は、光源の個体差や温度変化等の環境変化によって、使用するレーザー光の波長が設計波長からずれることにより生じる球面収差も補正するような作用を持つことが好ましい。なお設計波長とは、各光ディスクに対する情報の記録または再生に最適とされる各レーザー光の波長を意味する。
【０００６】
上記のように、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ  ＤＶＤのように三種類の光ディスクに対して互換性を持つ対物レンズとしては、例えば以下の特許文献１に提案される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２４７０２５号公報
【０００８】
特許文献１は、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して互換性を持たせた光ピックアップ装置が開示されている。具体的には、光ピックアップ装置に搭載された対物レンズに、高密度な光ディスクに対する情報の記録または再生時には３次回折光が用いられ、ＤＶＤまたはＣＤに対する情報の記録または再生時には２次回折光が用いられるような輪帯構造を持たせている。このような対物レンズを搭載することにより、特に各光ディスクの記録面上で情報の記録または再生に好適なスポットを形成している。これにより、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して互換性を持つ光ピックアップ装置を提供している。
【０００９】
しかし、上記特許文献１に開示する光ピックアップ装置では、ＣＤに対する情報の記録または再生時における光の利用効率が４０％程度しか確保できず、しかも４０％程度の不要次（この場合は１次）回折光が発生してしまう。そのため、フォーカスエラー信号の波形が崩れ、フォーカシング機能が低下する、あるいは、スポットが所望の値まで絞れないといった問題が生じてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑み、波長が異なる複数種類の光束を使用して規格の異なる三種類の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生を行った時であっても、各光ディスクの記録面上において球面収差を抑えて良好なスポットを形成するとともに、ＣＤのように記録密度が相対的に低い光ディスク使用時において不要回折次数光が発生するような位相シフト構造を対物レンズに設けた場合であっても、フォーカシング機能の低下を抑え、かつスポットを所望の値まで絞ることができる、さらに、ＨＤ  ＤＶＤのように記録密度の高い光ディスク使用時において高い効率を維持した光情報記録再生装置および該光情報記録再生装置用対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、第一の波長をλ１（ｎｍ）、第二の波長をλ２（ｎｍ）、第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
アッベ数νｄが以下の条件（１）、
４０≦νｄ≦８０・・・（１）
を満たす材料で作られており、少なくともいずれかの面に、同心状に複数に分割された屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、互いに隣り合う屈折面間において、入射光束に対して光路長差を付与する段差を有し、該段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ（ｎｍ）とすると、以下の条件（２）、
２Ｎ＋１．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．３０・・・（２）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、条件（１）を満たす対物レンズを、位相シフト構造の段差で付与される光路長差が条件（２）を満たすように構成することにより、規格の異なる三種類の光ディスクに対する高い互換性を持たせることができる。しかも特にＣＤのように記録密度が相対的に低い光ディスク使用時に発生する不要回折次数光の光量を小さくすることができるため、フォーカスエラー信号の波形の崩れを抑えることができる。
【００１３】
請求項１に記載の光情報記録再生装置に用いられる対物レンズによれば、上記位相シフト構造は、以下の条件（３）を満たすことが望ましい。
３．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．３０・・・（３）（請求項２）。
【００１４】
条件（２）、あるいは条件（２）をより具体化させた条件（３）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（４）を満たすことが望ましい（請求項３）。
１．５０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．６２・・・（４）
【００１５】
また、請求項１に記載の光情報記録再生装置に用いられる対物レンズによれば、位相シフト構造は、以下の条件（５）を満たすことが望ましい。
５．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜５．３０・・・（５）（請求項４）。
【００１６】
条件（２）、あるいは条件（２）をより具体化させた条件（５）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（６）を満たすことが望ましい（請求項５）。
２．５０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜２．５８・・・（６）
【００１７】
対物レンズのアッベ数が条件（１）を満たす、すなわち比較的大きい場合には、第一の波長の光に対して段差で付与する光路長差が条件（３）、あるいは条件（５）を満たすように構成することにより、第三の波長の光束使用時において、不要回折次数光に対して正規回折次数光の回折効率を高くできる。また、第二の波長の回折効率もより高くすることができる。なお、正規回折次数光とは、情報の記録または再生に用いられる回折次数の光を言う。
【００１８】
また、上記位相シフト構造を、さらに条件（４）も満たすように構成する、または条件（６）も満たすように構成することにより、第三の波長の光束で発生する不要回折次数光の光量を抑えて回折効率を向上させることができる。
【００１９】
請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して、短波長側から順に第一から第三の波長を持つ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、第一の波長をλ１（ｎｍ）、第二の波長をλ２（ｎｍ）、第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
アッベ数νｄが以下の条件（７）、
２０≦νｄ＜４０・・・（７）
を満たし、少なくともいずれかの面に、同心状に複数に分割された屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、互いに隣り合う屈折面間において、入射光束に対して光路長差を付与する段差を有し、該段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ（ｎｍ）とすると、以下の条件（８）、
２Ｎ＋０．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．２５・・・（８）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、条件（７）を満たす対物レンズを、上記位相シフト構造の段差で付与される光路長差が条件（８）を満たすように構成することにより、規格の異なる三種類の光ディスクに対する高い互換性を持たせることができる。しかも特にＣＤのように記録密度が相対的に低い光ディスク使用時に発生する不要回折次数光の光量を小さくすることができるため、フォーカスエラー信号の波形の崩れを抑えることができる。
【００２１】
請求項６に記載の光情報記録再生装置に用いられる対物レンズによれば、位相シフト構造が、以下の条件（９）を満たすことが望ましい（請求項７）。
２．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．２５・・・（９）
【００２２】
条件（８）、あるいは条件（８）をより具体化させた条件（９）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（１０）を満たすことが望ましい（請求項８）。
１．３０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．４７・・・（１０）
【００２３】
また、請求項６に記載の光情報記録再生装置に用いられる対物レンズによれば、位相シフト構造が、以下の条件（１１）を満たすことが望ましい（請求項９）。
４．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜５．２５・・・（１１）
【００２４】
条件（８）、あるいは条件（８）をより具体化させた条件（１１）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（１２）を満たすことが望ましい（請求項１０）。
２．２７＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜２．４６・・・（１２）
【００２５】
対物レンズのアッベ数が条件（７）を満たす、すなわち比較的小さい場合には、第一の波長の光に対して段差で付与する光路長差が条件（９）あるいは条件（１１）を満たすように構成することにより、第三の波長の光束使用時において、不要回折次数光に対して正規回折次数光の回折効率を高くすることができる。
【００２６】
さらに、上記位相シフト構造を、条件（１０）も満たすように構成する、または条件（１２）も満たすように構成することにより、第三の波長の光束で発生する不要回折次数光の光量を抑えて回折効率を向上させることもできる。
【００２７】
また、別の観点から、請求項１１に記載の光情報記録再生装置は、記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、第一の波長をλ１（ｎｍ）、第二の波長をλ２（ｎｍ）、第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
以下の条件（１）、
４０≦νｄ≦８０・・・（１）
ただし、νｄは対物レンズのアッベ数を表す。
を満たす材料で作られている対物レンズを備え、第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、第一の波長、および、第二の波長の光束は略平行光束が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、対物レンズは、少なくともいずれかの面の、第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域に、同心状に複数に分割された屈折面で構成され、かつ互いに隣り合う屈折面間において入射光束に対して光路長差を付与する段差を有する位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、第一の領域において、該段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ（ｎｍ）とすると、以下の条件（２）、
２Ｎ＋１．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．３０・・・（２）
ただし、Ｎは０以上の整数
を満たすことを特徴とする。
【００２８】
ここで、第一の光ディスクとは、上述した新規格の光ディスク、より詳しくはＨＤ  ＤＶＤが該当する。また、第二の光ディスクとは、例えばＤＶＤが該当する。第三の光ディスクとは、例えばＣＤやＣＤ−Ｒが該当する。
【００２９】
請求項１２に記載の光情報記録再生装置は、第一の波長の光束に対して段差が付与する光路長差が、条件（３）を満たす、つまり略３波長分になるように位相シフト構造を設定している。該位相シフト構造を用いて、第一の光ディスク使用時と第二の光ディスク使用時に発生する各球面収差を補正した場合、第三の光ディスク使用時に発生する球面収差が十分に補正しきれず残存してしまう。そこで請求項８に記載の構成では、第三の光ディスク使用時に発生する球面収差に対しては対物レンズに入射する光束の発散度を異ならせることにより良好に補正している。
【００３０】
さらに、請求項１２に記載の光情報記録再生装置によれば、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、以下の条件（１３）から条件（１５）、
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１３）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（１４）
−０．１２＜ｆ３×Ｍ３＜−０．０４・・・（１５）
を満たすように構成される。
【００３１】
なお、第一の領域は、上記の通り、第一から第三の波長の光束を、それぞれ第一から第三の光ディスクの記録面上に収束させるための領域で、対物レンズの光軸近傍に設けられる。
【００３２】
請求項１２に記載の光情報記録再生装置によれば、上記の各条件（３）、（１３）、（１４）、（１５）を満たすことにより、第三の波長の光束で発生する不要回折次数光の光量を抑えつつ、第一の波長の光束の光量を高く設定し、さらに、第一から第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時においても球面収差を抑えて記録面上に良好なスポットを形成することができる。
【００３３】
請求項１３に記載の光情報記録再生装置によれば、条件（２）、あるいは条件（２）をより具体化させた条件（３）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（４）を満たすことが望ましい。
１．５０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．６２・・・（４）
【００３４】
請求項１４に記載の光情報記録再生装置は、記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、第一の波長をλ１（ｎｍ）、第二の波長をλ２（ｎｍ）、第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
以下の条件（７）、
２０≦νｄ＜４０・・・（７）
を満たす材料で作られている対物レンズを備え、第一から第三の光ディスクの保護層厚が、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、第一から第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数が、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、第一の波長、および、第二の波長の光束は略平行光束が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、対物レンズは、少なくともいずれかの面の、第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域に、同心状に複数に分割された屈折面で構成され、かつ互いに隣り合う屈折面間において入射光束に対して光路長差を付与する段差を有する位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、第一の領域において、該段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ（ｎｍ）、とすると、以下の条件（８）、
２Ｎ＋０．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．２５・・・（８）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする。
【００３５】
請求項１５に記載の光情報記録再生装置によれば、さらに、以下の条件（１３）、（１４）および条件（１６）、
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１３）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（１４）
−０．３８＜ｆ３×Ｍ３＜−０．３０・・・（１６）
を満たすとともに、以下の条件（９）、
２．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．２５・・・（９）
を満たす。
【００３６】
請求項１５に記載の光情報記録再生装置は、第三の光ディスク使用時、上記の条件（１６）を満たすように構成される。条件（１６）の上限を超えると、オーバーな球面収差が残存してしまい好ましくない。また、条件（１６）の下限を下回ると、アンダーな球面収差が発生してしまい好ましくない。
【００３７】
請求項１６に記載の光情報記録再生装置によれば、条件（８）、あるいは条件（８）をより具体化させた条件（９）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（１０）を満たすことが望ましい。
１．３０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．４７・・・（１０）
【００３８】
また、別の観点から、請求項１７に記載の光情報記録再生装置は、記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の略平行光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、第一の波長をλ１（ｎｍ）、第二の波長をλ２（ｎｍ）、第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
以下の条件（１）、
４０≦νｄ≦８０・・・（１）
を満たす材料で作られている対物レンズを備え、第一から第三の光ディスクの保護層厚が、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、第一から第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数が、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、対物レンズは、少なくともいずれかの面の、第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域に、同心状に複数に分割された屈折面で構成され、かつ互いに隣り合う屈折面間において入射光束に対して光路長差を付与する段差を少なくとも二種類有する位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、第一の領域において、少なくとも一方の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ１（ｎｍ）、とすると、以下の条件（１７）
２Ｎ＋１．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜２Ｎ＋１．３０・・・（１７）
ただし、Ｎは０以上の整数
を満たすことを特徴とする。
【００３９】
有限系の光学系を利用した場合、トラッキングのために対物レンズを光軸方向と直交する方向（光ディスクの円周方向）に移動（トラッキング動作）させた時にコマ収差や非点収差といった軸外収差が発生してしまう。該軸外収差によって各光ディスクの記録面における良好なスポット形成が妨げられるおそれがある、つまり収差劣化の影響が大きくなる。そこで、請求項１７に記載の光情報記録再生装置では、第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束する第一の領域において、第一の波長の光束に対して異なる光路長差を付与する少なくとも二種類の段差を設けることにより、第一から第三の波長の略平行光束を対物レンズに入射させている。これにより、トラッキング動作時の収差の発生量を小さくすることができる。
【００４０】
さらに請求項１８に記載の光情報記録再生装置によれば、第一の領域の第一の段差は、以下の条件（１８）を満たすことが望ましい。
３．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜３．３０・・・（１８）
【００４１】
請求項１９に記載の光情報記録再生装置によれば、条件（１７）、あるいは条件（１７）をより具体化させた条件（１８）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（１９）を満たすことが望ましい。
１．５０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜１．６２・・・（１９）
【００４２】
また、請求項２０に記載の光情報記録再生装置によれば、第一の領域の第一の段差は、以下の条件（２０）を満たすことが望ましい。
５．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜５．３０・・・（２０）
【００４３】
請求項２１に記載の光情報記録再生装置によれば、条件（１７）、あるいは条件（１７）をより具体化させた条件（２０）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（２１）を満たすことが望ましい。
２．５０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜２．５８・・・（２１）
【００４４】
第一の領域の第一の段差が、条件（１８）または条件（２０）を満たすことにより、第三の波長の光束で発生する不要回折次数光の光量を抑えつつ、第一の波長の光束の光量を高く設定することができる。なお、位相シフト構造は、条件（１９）、条件（２１）を満たすことによっても、第三の波長の光束に関する回折効率を向上させ、装置全体としての光利用効率を高めることができる。
【００４５】
請求項２２に記載の光情報記録再生装置は、記録密度の異なる少なくとも三種類の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の略平行光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、第一の波長をλ１（ｎｍ）、第二の波長をλ２（ｎｍ）、第三の波長をλ３（ｎｍ）とすると、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
以下の条件（７）、
２０≦νｄ＜４０・・・（７）
を満たす材料で作られている対物レンズを備え、第一から第三の光ディスクの保護層厚が、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、第一から第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数が、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、対物レンズは、少なくともいずれかの面の、第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域に、同心状に複数に分割された屈折面で構成され、かつ互いに隣り合う屈折面間において入射光束に対して光路長差を付与する段差を少なくとも二種類有する位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、第一の領域において、少なくとも一方の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ１（ｎｍ）とすると、以下の条件（２２）
２Ｎ＋０．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜２Ｎ＋１．２５・・・（２２）
ただし、Ｎは０以上の整数である
を満たすことを特徴とする。
【００４６】
さらに請求項２３に記載の光情報記録再生装置によれば、第一の領域の第一の段差は、以下の条件（２３）を満たすことが望ましい。
２．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜３．２５・・・（２３）
【００４７】
請求項２４に記載の光情報記録再生装置によれば、条件（２２）、あるいは条件（２２）をより具体化させた条件（２３）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（２４）を満たすことが望ましい。
１．３０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜１．４７・・・（２４）
【００４８】
また、請求項２５に記載の光情報記録再生装置によれば、第一の領域の第一の段差は、以下の条件（２５）を満たすことが望ましい。
４．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜５．２５・・・（２５）
【００４９】
請求項２６に記載の光情報記録再生装置によれば、条件（２２）、あるいは条件（２２）をより具体化させた条件（２５）を満たす位相シフト構造は、さらに以下の条件（２６）を満たすことが望ましい。
２．２７＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜２．４６・・・（２６）
【００５０】
第一の領域の第一の段差が、条件（２３）または条件（２５）を満たすことにより、第三の波長の光束で発生する不要回折次数光の光量を抑えつつ、第一の波長の光束の光量を高く設定することができる。さらに、第一から第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時においても球面収差を抑えて記録面上に良好なスポットを形成することもできる。なお、位相シフト構造は、条件（２４）、条件（２６）を満たすことによっても、第三の波長の光束に関する回折効率を向上させ、装置全体としての光利用効率を高めることができる。
【００５１】
また請求項２２に記載の光情報記録再生装置によれば、第一から第三の波長に対して、略平行光束を対物レンズに入射させることができる。そのため、トラッキング動作時の収差の発生量を小さくすることができる。
【００５２】
また、第一の領域における上記少なくとも一方の段差と異なる光路長差を付与する段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差をΔＯＰＤ２とすると、以下の条件（２７）を満たすことが望ましい（請求項２７）。
２Ｎ−０．２０＜｜ΔＯＰＤ２／λ１｜＜２Ｎ＋０．２０・・・（２７）
【００５３】
条件（２７）を満たすことにより、第一の波長および第三の波長の光束を使用して光ディスクに対する情報の記録または再生を行う場合において高い回折効率を得ることができる。
【００５４】
さらに第二の段差が、以下の条件（２８）、を満たすことが望ましい（請求項２８）。
１．８０＜｜ΔＯＰＤ２／λ１｜＜２．２０・・・（２８）
【００５５】
条件（２８）を満たすことにより、いずれの光ディスク使用時であっても記録面上に収束する光束の光量を高くすることができる。
【００５６】
請求項２９に記載の光情報記録再生装置によれば、位相シフト構造は、第一の領域の外側に、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束し、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、第二の領域における互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、該第二の領域の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値のうち少なくとも一種類が、第一の領域の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差とは異なる。
【００５７】
また、請求項３０に記載の光情報記録再生装置によれば、位相シフト構造は、第一の領域の外側に、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束し、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、第二の領域における互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、該第二の領域の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値のうち少なくとも一種類が、｜ΔＯＰＤ２／λ１｜とは異なる。
【００５８】
また、請求項３１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件（２９）が成立する場合、上記位相シフト構造は、第二の領域の外側に、第一の波長の光束のみ収束させ、第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三の領域を設けることが望ましい。該第三の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して、少なくとも一種類の光路長差を有する段差を有し、該光路長差の絶対値が、第二の領域における少なくとも一種類の光路長差の絶対値と異なる。
ｆ１×ＮＡ１＞ｆ２×ＮＡ２・・・（２９）
【００５９】
また、請求項３２に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件（３０）が成立する場合、上記位相シフト構造には、第二の領域の外側に、第二の波長の光束のみ収束させ、第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三の領域を設けることが望ましい。該第三の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して、少なくとも一種類の光路長差を有する段差を有し、該光路長差の絶対値が、第二の領域における少なくとも一種類の光路長差の絶対値と異なる。
ｆ１×ＮＡ１＜ｆ２×ＮＡ２・・・（３０）
【発明の効果】
【００６０】
以上のように、本発明によれば、光情報記録再生装置における対物レンズの少なくとも一面に所定の位相シフト構造を形成することにより、第三の光ディスクを使用した場合であっても、回折効率を向上させて、球面収差のみならず不要回折次数光に起因するフォーカスエラー信号の劣化を抑えることができる。すなわち、フォーカシング機能を劣化させることなく、記録密度の異なる三種類の光ディスクの記録面上において良好なスポットを形成可能な光情報記録再生用対物レンズおよび該対物レンズを搭載する光情報記録再生装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、本発明の対物レンズについて二つ実施形態を説明する。各実施形態の対物レンズは、光情報記録再生装置に搭載され、保護層厚、記録密度等といった規格がそれぞれ異なる三種類の光ディスクについて互換性を有している。
【００６２】
以下では説明の便宜上、上記三種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスク（例えばＨＤ  ＤＶＤやＢＤ等の新規格の光ディスク）を第一の光ディスクＤ１、第一の光ディスクＤ１に比べて相対的に記録密度が低い（例えばＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ等）を第二の光ディスクＤ２、記録密度が最も低い光ディスク（例えばＣＤやＣＤ−Ｒ等）を第三の光ディスクＤ３、と記す。
【００６３】
各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、本実施形態で想定する各保護層厚には、以下のような関係がある。
ｔ１＝０．６ｍｍ
ｔ２＝０．６ｍｍ
ｔ３＝１．２ｍｍ
【００６４】
また、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のそれぞれに対して情報の記録または再生を行う場合、記録密度の違いに対応した大きさのビームスポットが得られるように、必要とされるＮＡの値を変化させる必要がある。ここで、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時に必要とされる最適な設計開口数を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とすると、各ＮＡには以下のような関係がある。
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
【００６５】
つまり、記録密度の高い第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時には、より小径なスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが高くなる。これに対し、最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時には、必要とされるＮＡは比較的小さい。なお、どの光ディスクも、情報の記録または再生時には、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。
【００６６】
上記のように記録密度が異なる各光ディスクＤ１〜Ｄ３を使用する場合、各記録密度に対応した大きさのビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が用いられる。具体的には、第一の光ディスクＤ１に対して情報の記録または再生を行う際には、最も小径のビームスポットを第一の光ディスクＤ１の記録面上において形成するために、最も短波長（第一の波長）であるレーザー光（以下、第一のレーザー光という）を光源から照射する。また、第三の光ディスクＤ３に対して情報の記録または再生を行う際には、最も大きな径のビームスポットを第三の光ディスクＤ３の記録面上において形成するために、最も長波長（第三の波長）であるレーザー光（以下、第三のレーザー光という）を光源から照射する。そして第二の光ディスクＤ２に対して情報の記録または再生を行う際には、第二の光ディスクＤ２の記録面上において比較的小径のスポットを形成するために、第一のレーザー光よりは長波長であってかつ第三のレーザー光よりは短波長（第二の波長）であるレーザー光（以下、第二のレーザー光という）を光源から照射する。
【００６７】
図１は、第一実施形態の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００の概略構成を表す模式図である。光情報記録再生装置１００は、第一のレーザー光を照射する光源１Ａ、第二のレーザー光を照射する光源１Ｂ、第三のレーザー光を照射する光源１Ｃ、回折格子２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、カップリングレンズ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、ビームスプリッタ４１、４２、ハーフミラー５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、受光部６Ａ、６Ｂ、６Ｃを有する。なお、光情報記録再生装置１００では、上記の各光ディスク使用時に必要とされるＮＡが各々異なることに対応する必要がある。そのため、光情報記録再生装置１００では、図示しないが、第三のレーザー光の光束径を規定する開口制限素子が配設されていてもよい。
【００６８】
図１に示すように、各光源１Ａ〜１Ｃから照射された第一〜第三の各レーザー光束は、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃ、ビームスプリッタ４１、４２を介して共通の光路に導かれ、対物レンズ１０に入射する。対物レンズ１０を透過した各光束は、情報の記録または再生の対象となる各光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面近傍に収束する。記録面で反射した各レーザー光は、ハーフミラー５Ａ〜５Ｃで偏向され、受光部６Ａ〜６Ｃにより検出される。
【００６９】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、対物レンズ１０および各光ディスクＤ１〜Ｄ３を各光ディスク使用時における各光源から各光ディスクまでの光路を、光ディスクごとに分けて示した図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）において、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸは、図中一点鎖線で表示されている。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す状態では、対物レンズの光軸は基準軸ＡＸと一致しているが、トラッキング動作などにより対物レンズの光軸が基準軸ＡＸから外れる状態もある。基準軸ＡＸと光軸の関係は、後述する第二実施形態（図４参照）においても同様である。
【００７０】
対物レンズ１０は、光源側から順に第一面１１と第二面１２を有する。対物レンズ１０は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように各面１１、１２とも非球面である両凸のプラスチック製単レンズである。非球面の形状は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）、非球面の光軸上での曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次…の非球面係数をＡ２ｉ（ただし、ｉは１以上の整数）として、以下の数１の式で表される。
【数１】
0004828303.tif 000002
【００７１】
また各光ディスクＤ１〜Ｄ３は、それぞれ保護層２１、記録面２２を有する。なお、実際の光ディスクＤ１〜Ｄ３において、記録面２２は、保護層２１と図示しないレーベル層によって挟持されている。
【００７２】
光情報記録再生装置１００のように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時には異なる波長のレーザー光を用いる場合、対物レンズの屈折率の変化や、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層２１の厚さの違いに起因して、球面収差が変化する。各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する互換性を光情報記録再生装置１００に持たせるためには、いずれの光ディスクを使用した場合に発生する球面収差も良好に補正する必要がある。そのため、対物レンズ１０の少なくとも一方の面（本実施形態では第一面１１）に、基準軸ＡＸを中心とした同心状に複数に分割された屈折面と各屈折面の境界に形成される複数の微小な段差からなる位相シフト構造を設ける。該段差は、入射光束に対して、所定の光路長差を付与するように構成される。
【００７３】
図３は、第一面１１に設けられた位相シフト構造の拡大図である。ここで、光路長差とは、図３に示すように、第（ｊ−１）屈折面の形状を光軸から離れる方向に延長させた仮想上の延長面（Ａ−Ａ’面）の境界位置（ｈｊ）で屈折した場合に得られる像面までで評価した時の光路長と、第ｊ屈折面の形状を光軸に向かう方向に延長させた仮想上の延長面（Ｂ−Ｂ’面）の境界位置（ｈｊ）で屈折した場合に得られる像面までで評価した時の光路長の差を意味する。
【００７４】
図３に示す位相シフト構造は、第一と第二のレーザー光で波長が異なることにより対物レンズ１０の屈折レンズ部分で生じる球面収差をコントロールできるような特性を有する。加えて、該位相シフト構造の段差は、対物レンズ１０のアッベ数に応じて、第一のレーザー光に対して付与する光路長差が所定の値になるように設計される。これにより、特に第三の光ディスクＤ３使用時におけるフォーカシング機能を低下することなく光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生を行うことができる。
【００７５】
より具体的には、アッベ数νｄが以下の条件（１）、
４０≦νｄ≦８０・・・（１）
を満たす対物レンズ１０を使用する場合には、位相シフト構造は、該位相シフト構造を構成する段差によって第一のレーザー光に付与される光路長差ΔＯＰＤが、以下の条件（２）を満たすように設計される。
２Ｎ＋１．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．３０・・・（２）
ただし、Ｎは０以上の整数である。以下に示す各条件において用いられるＮも同様である。
【００７６】
条件（２）について、上限を超えると、第一レーザー光の光量が低下してしまい好ましくない。また下限を超えると、第三のレーザー光において不要回折次数光の光量が増大してしまいフォーカシング機能が低下するため好ましくない。
【００７７】
より具体的には、第一のレーザー光に対して光路長差を付与する上記段差が、以下の条件（３）あるいは条件（５）、
３．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．３０・・・（３）
５．００＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜５．３０・・・（５）
を満たすように設計される。
【００７８】
また、第三のレーザー光に関する正規回折次数光が不要回折次数光よりも高い回折効率を有するようにするため、条件（２）を満たす上記段差は、以下の条件（４）または条件（６）を満たすように設計される。より具体的には、条件（３）を満たす上記段差は条件（４）を満たすように設計することが望ましく、条件（５）を満たす段差は条件（６）を満たすように設計することが望ましい。なお位相シフト構造は、条件（３）と条件（４）を両方満たすことが好ましいが、少なくともいずれか一方を満たしていれば良い。条件（５）と条件（６）についても同様である。
【００７９】
１．５０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．６２・・・（４）
２．５０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜２．５８・・・（６）
【００８０】
通常、対物レンズ１０は、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸ上に配設される。しかし、情報の記録または再生の過程において、トラッキングシフトによって、対物レンズ１０の位置が基準軸ＡＸ上から外れることもある。この場合に、対物レンズ１０に平行光束が入射していれば収差の発生はないが、発散光や収束光などの非平行光が入射している場合にはコマ収差や非点収差といった軸外の収差が発生してしまう。一般に、情報の記録または再生に高ＮＡが要求される光ディスクほど、収差に対する許容範囲が狭い。従って、情報の記録または再生に高ＮＡが要求される光ディスク使用時は、対物レンズ１０がトラッキングシフト等した場合であっても、軸外光による諸収差の発生を抑えるために、対物レンズ１０には略平行光束を入射させることが望まれる。
【００８１】
例えば、上記条件（３）ないし条件（６）を満たすように設計された位相シフト構造を持つ対物レンズ１０は、以下の条件（１３）および条件（１４）を満たすように設計される。
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１３）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（１４）
ただし、Ｍ１、ｆ１は、それぞれ第一の光ディスクＤ１使用時における対物レンズ１０の結像倍率と焦点距離を、
Ｍ２、ｆ２は、それぞれ第二の光ディスクＤ２使用時における対物レンズ１０の結像倍率と焦点距離を、表す。
【００８２】
条件（１３）および条件（１４）を満たすように対物レンズ１０を設計することにより、第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスクＤ２使用時に、使用される光は略平行光束となる。よって、トラッキングシフト時におけるコマ収差や非点収差の発生量を無視できる程度まで良好に小さくすることができる。
【００８３】
なお、第一実施形態では、第一光源１Ａと第二光源１Ｂを、各光源１Ａ、１Ｂから照射されたレーザー光が各カップリングレンズ３Ａ、３Ｂによって平行光束に変換されるような位置に配設することにより、対物レンズ１０の結像倍率Ｍ１やＭ２を０にしている。すなわち第一実施形態の各カップリングレンズ３Ａ、３Ｂは、第一のレーザー光および第二のレーザー光に対して、コリメートレンズとして機能する。
【００８４】
上記のように、収差に対する許容範囲が狭い各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時の収差を有効に抑えるように対物レンズ１０を設計すると、対物レンズ１０自体の性能のみでは、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に発生する球面収差を十分に抑えることができない。そこで、第三の光ディスクＤ３使用時に発生する球面収差は、図２（Ｃ）に示すように対物レンズ１０に入射する光束を発散光にすることにより補正する。具体的には、第三の光ディスクＤ３使用時における対物レンズ１０の結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、対物レンズ１０は、以下の条件（１５）を満たすように設計される。
−０．１２＜ｆ３×Ｍ３＜−０．０４・・・（１５）
【００８５】
条件（１５）の上限を超えると、第三の光ディスクＤ３使用時において、オーバーな球面収差が残存してしまい好ましくない。また、条件（１５）の下限を下回ると、第三の光ディスクＤ３使用時において、アンダーな球面収差が発生してしまい好ましくない。条件（１５）を満たすように対物レンズ１０を設計することにより、第三の光ディスクＤ３使用時に発生する球面収差を良好に抑えることができる。
【００８６】
ここで、段差で付与される光路長差が、上記条件（３）を満たす、具体的には第一のレーザー光で約３波長分になるように位相シフト構造を設計すると、第一の光ディスクＤ１と第三の光ディスクＤ３におけるディスク厚の違いなどによる球面収差を低減することができる。そのため、対物レンズ１０に入射する第三のレーザー光の発散角は、段差で付与される光路長差が第一のレーザー光束で略２Ｋ波長分（Ｋは自然数、以下同じ。）の場合と比べて小さくすることが可能となる。
【００８７】
またアッベ数νｄが以下の条件（７）、
２０≦νｄ＜４０・・・（７）
を満たす対物レンズ１０を使用する場合には、位相シフト構造は、該位相シフト構造を構成する段差によって第一のレーザー光に付与される光路長差ΔＯＰＤが、以下の条件（８）を満たすように設計される。
２Ｎ＋０．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜２Ｎ＋１．２５・・・（８）
【００８８】
条件（８）について、上限を超えると、第三の波長の光束において不要回折次数光の光量が増大してしまい好ましくない。条件（８）の下限を超えると、第一の波長の光束の光量が低下してしまい、好ましくない。
【００８９】
より具体的には、第一のレーザー光に対して光路長差を付与する上記段差が、以下の条件（９）、あるいは条件（１１）、
２．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜３．２５・・・（９）
４．７０＜｜ΔＯＰＤ／λ１｜＜５．２５・・・（１１）
を満たすように設計される。
【００９０】
また、第三のレーザー光に関する正規回折次数光が不要回折次数光よりも高い回折効率を有するようにするため、条件（８）を満たす上記段差は、以下の条件（１０）または条件（１２）を満たすように設計される。より具体的には、条件（９）を満たす上記段差は条件（１０）を満たすように設計することが望ましく、条件（１１）を満たす段差は条件（１２）を満たすように設計することが望ましい。なお位相シフト構造は、条件（９）と条件（１０）を両方満たすことが好ましいが、少なくともいずれか一方を満たしていれば良い。条件（１１）と条件（１２）についても同様である。
【００９１】
１．３０＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜１．４７・・・（１０）
２．２７＜｜ΔＯＰＤ／λ３｜＜２．４６・・・（１２）
【００９２】
上述したように、情報の記録または再生に高ＮＡが要求される光ディスク使用時は、対物レンズ１０には略平行光束を入射させることが望まれる。また、対物レンズ１０は、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に発生する球面収差も良好に補正する必要がある。従って、例えば、上記条件（９）や条件（１０）を満たすように設計された位相シフト構造を持つ対物レンズ１０は、上記の条件（１３）、条件（１４）、および以下の条件（１６）を満たすように設計される。
−０．３８＜ｆ３×Ｍ３＜−０．３０・・・（１６）
【００９３】
以上、第一実施形態の光情報記録再生装置１００は、アッベ数νｄの値に応じて上記のような構成を採ることにより、図２（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示すように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時、使用する光ディスクに対応する光源から照射されたレーザー光は、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃと各ビームスプリッタ４１、４２と対物レンズ１０を介して光ディスクの記録面近傍に収束し、情報の記録または再生に好適なスポットを形成する。また、第三の光ディスクＤ３使用時に不要回折次数光の発生を抑えてフォーカシング機能を良好に保つことができる。
【００９４】
次に第二の実施形態の光情報記録再生装置１００について説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、第二実施形態の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０および各光ディスクＤ１〜Ｄ３を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示した図である。図２と同様、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸは、図中一点鎖線で表示されている。なお、第二実施形態において、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、ここでの詳細な説明は省く。
【００９５】
第二実施形態では、各光源１Ａ〜１Ｃを、各光源１Ａ〜１Ｃから照射されたレーザー光が各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃによって平行光束に変換されるような位置に配設することにより、対物レンズ１０の結像倍率を略０にしている。すなわち第二実施形態の各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃは、第一〜第三の各レーザー光に対して、コリメートレンズとして機能する。
【００９６】
本実施形態の位相シフト構造は、第一から第三の各レーザー光で使用波長の違いによる球面収差をそれぞれ略０になるようにコントロールする回折作用を持つ。該回折作用は、対物レンズ１０を透過した各レーザー光が、対応する光ディスクの記録面２２上において、球面収差が良好に抑えられ、情報の記録または再生に好適なスポットを形成できるような回折作用、つまり三波長互換作用といえる。
【００９７】
以上のような位相シフト構造を持つ対物レンズ１０は、例えば以下のように設計される。まず、第一から第三の各レーザー光束における回折効率が最大となる回折次数の比率が互いに異なる少なくとも二種類の光路差関数、例えば第一の光路差関数と第二の光路差関数を算出する。
【００９８】
なお、光路差関数は、対物レンズ１０の回折レンズとしての機能を光軸からの高さｈにおける光路長付加量の形で表現される。光路差関数をφ（ｈ）とすると、該φ（ｈ）は、以下の式によって表される。
【００９９】
【数２】
0004828303.tif 000003
【０１００】
光路差関数φ（ｈ）において、Ｐ２ｉ（ただし、ｉは１以上の整数）はそれぞれ二次、四次、六次、…の係数である。ｍは使用するレーザー光の回折効率が最大となる回折次数を、λは使用するレーザー光の設計波長を、それぞれ表す。
【０１０１】
次いで、算出された各光路差関数を重ね合わせることにより、上記位相シフト構造の形状を求める。このように、互いに異なる二つの光路差関数に基づき求められた位相シフト構造に形成される段差は、第一のレーザー光に対して光路長差の絶対値が異なる二種類の光路長変化をもたらす。つまり、第二実施形態の位相シフト構造の段差は、第一のレーザー光に対して異なる光路長差を付与する、第一の段差と第二の段差の二種類に分類される。なお、光路長差の絶対値が異なる、と記載したのは、対物レンズ１０から各光ディスクに向かう方向の光路長差を正、逆方向を負と定義した場合、正負の符号の不一致を「光路長差が異なる」とは言わないことを明確にしたものである。
【０１０２】
第二実施形態の位相シフト構造における第一の段差は、第一実施形態と同様に、対物レンズ１０のアッベ数に応じて、第一のレーザー光に対して付与する光路長差が所定の値になるように設計される。
【０１０３】
より具体的には、アッベ数νｄが以下の条件（１）、
４０≦νｄ≦８０・・・（１）
を満たす対物レンズ１０を使用する場合には、位相シフト構造は、第一の段差によって第一のレーザー光に付与される光路長差ΔＯＰＤ１が、以下の条件（１７）を満たすように設計される。
２Ｎ＋１．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜２Ｎ＋１．３０・・・（１７）
【０１０４】
より具体的には、第一のレーザー光に対して光路長差を付与する上記第一の段差が、以下の条件（１８）、あるいは条件（２０）、
３．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜３．３０・・・（１８）
５．００＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜５．３０・・・（２０）
を満たすように設計される。
【０１０５】
また、第三のレーザー光に関する正規回折次数光が不要回折次数光よりも高い回折効率を有するようにするため、条件（１７）を満たす上記段差は、以下の条件（１９）または条件（２１）を満たすように設計される。より具体的には、条件（１８）を満たす上記段差は条件（１９）を満たすように設計することが望ましく、条件（２０）を満たす段差は条件（２１）を満たすように設計することが望ましい。
【０１０６】
１．５０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜１．６２・・・（１９）
２．５０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜２．５８・・・（２１）
【０１０７】
条件（１７）は、第一実施形態における条件（２）に対応する。条件（１８）、（２０）は、それぞれ第一実施形態における条件（３）、（５）に対応する。条件（１９）、（２１）は、それぞれ第一実施形態における条件（４）、（６）に対応する。従って、各条件（１７）〜（２１）は第一実施形態においてそれぞれ対応する条件の説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【０１０８】
また第二実施形態において、アッベ数νｄが以下の条件（７）、
２０≦νｄ＜４０・・・（７）
を満たす対物レンズ１０を使用する場合には、位相シフト構造は、光路長差ΔＯＰＤ１が、以下の条件（２２）を満たすように設計される。
２Ｎ＋０．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜２Ｎ＋１．２５・・・（２２）
【０１０９】
より具体的には、第一のレーザー光に対して光路長差を付与する上記段差が、以下の条件（２３）、あるいは条件（２５）、
２．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜３．２５・・・（２３）
４．７０＜｜ΔＯＰＤ１／λ１｜＜５．２５・・・（２５）
を満たすように設計される。
【０１１０】
また、第三のレーザー光に関する正規回折次数光が不要回折次数光よりも高い回折効率を有するようにするため、条件（２２）を満たす上記段差は、以下の条件（２４）または条件（２６）を満たすように設計される。より具体的には、条件（２３）を満たす上記段差は条件（２４）を満たすように設計することが望ましく、条件（２５）を満たす段差は条件（２６）を満たすように設計することが望ましい。
【０１１１】
１．３０＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜１．４７・・・（２４）
２．２７＜｜ΔＯＰＤ１／λ３｜＜２．４６・・・（２６）
【０１１２】
条件（２２）は、第一実施形態における条件（８）に対応する。条件（２３）、（２５）は、それぞれ第一実施形態における条件（９）、（１１）に対応する。条件（２４）、（２６）は、それぞれ第一実施形態における条件（１０）、（１２）に対応する。
【０１１３】
図５から図８は、順に各条件（２３）〜（２６）を満たす場合の効果を説明するための、回折効率を表すグラフである。各グラフにおいて、太実線は第一のレーザー光を、太点線は第二のレーザー光を、細実線は第三のレーザー光の不要回折次数光を、細点線は第三のレーザー光の正規回折次数光を、それぞれ表す。詳しくは、各図５〜８は、横軸に各条件の値、縦軸に各光ディスクの記録面における各回折光の光量（単位：％）を示すグラフである。光量は、図５、図６にあっては３次の第一のレーザー光の光量を１００％としたときの相対値であり、図７、８にあっては５次の第一のレーザー光の光量を１００％としたときの相対値である。光量が高いと言うことは、各回折光の回折効率が高いことを意味する。なお、各図５〜８において、第一から第三の波長はそれぞれ、４０７ｎｍ、６６０ｎｍ、７９０ｎｍである、また位相シフト構造を有する対物レンズの材料は、ｄ線での屈折率が１．６１、ｄ線でのアッベ数が２７である。
【０１１４】
図５〜図８に示すように、各条件を満足するように位相シフト構造が設計されている場合、第一、第二の各レーザー光は、使用する各光ディスクＤ１、Ｄ２の記録密度の高さに対応して情報の記録または再生を行えるだけの十分に高い回折効率を有している。加えて、各条件を満足するように位相シフト構造が設計されている場合、第三のレーザー光は、常に正規回折次数光が不要回折次数光よりも高い効率を有し、かつ第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生に最低限必要とされる４０％以上の光量を確保している。
【０１１５】
上記のように、各条件（１８）〜（２１）、（２３）〜（２６）を満たすように構成すると、第一の段差により付与される光路長差が第一のレーザー光に対して、略（２Ｋ＋１）波長分になる。そのため、第一の段差により、第三のレーザー光の正規回折次数光の光量は低くならざるを得ない。そこで、第二の段差は、特に第三のレーザー光の正規回折次数光の光量を高くすることが好ましい。詳しくは、第二実施形態の対物レンズ１０に配設される位相シフト構造における第二の段差は、該第二の段差が第一のレーザー光に対して付与する光路長差ΔＯＰＤ２が以下の条件（２７）、より具体的には条件（２８）を満たすように設計される。
２Ｎ−０．２０＜｜ΔＯＰＤ２／λ１｜＜２Ｎ＋０．２０・・・（２７）
１．８０＜｜ΔＯＰＤ２／λ１｜＜２．２０・・・（２８）
【０１１６】
光路長差ΔＯＰＤ２が、条件（２７）や条件（２８）を満たすように位相シフト構造の第二の段差を設計することにより、第一のレーザー光や第二のレーザー光に関する回折効率を高く維持しつつも、第三の光ディスクＤ３使用時における記録面２２上での光量を高くすることができる。
【０１１７】
上記に示すような位相シフト構造を設計することにより、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時に、対応する第一から第三のレーザー光を略平行光束に変換して用いたとしても、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時に発生する球面収差を良好に抑えることができるとともに、トラッキング動作時に発生するコマ収差や非点収差を良好に抑えることができる。また、第三の光ディスクＤ３使用時に不要回折次数光の発生を抑えてフォーカシング機能を良好に保つことができる。
【０１１８】
以上、実施形態を二つ説明した。各実施形態において、上述した段差を有する位相シフト構造は、必ずしも第一面１１の全域に設ける必要はない。上述した位相シフト構造は、対物レンズ１０の光軸を含む最も内側の領域であってかつ第三のレーザー光の収束に寄与する領域、つまり第一から第三のいずれのレーザー光の収束にも寄与する領域（以下、第一の領域という）に設けられていればよい。
【０１１９】
また、第一および第二実施形態の対物レンズ１０では、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生に必要なＮＡを確保するための有効光束径の違いに応じて、第一の領域の外側に第一の領域とは異なる位相シフト構造を持つ第二の領域が、さらには第二の領域の外側に第一、第二の各領域とは異なる位相シフト構造を持つ第三の領域が設けられる場合もある。
【０１２０】
第二の領域の位相シフト構造は、一般に第三の光ディスクＤ３使用時よりも高いＮＡが要求される第一、第二の光ディスクＤ１、Ｄ２使用時に用いられる第一および第二のレーザー光を、対応する光ディスクＤ１、Ｄ２の記録面２２上に良好に収束させるための回折作用を持つ。
【０１２１】
第二の領域の位相シフト構造は、第三のレーザー光の収束に寄与しないような段差を有する。つまり、第一のレーザー光を基準とした場合（言い換えれば第一のレーザー光が入射した場合）に、第二の領域の段差において付与される光路長差のうち少なくとも一種類の絶対値は、第一の領域に存在する段差において付与される光路長差の絶対値とは異なる。ここで、第一の領域に複数種類の段差が存在する場合は、第一のレーザー光に対して偶数に近い光路長差を付与する段差が、上記第一の領域に存在する段差に該当する。例えば第一の領域に上述したような二種類の段差が存在する場合、上記条件（２７）や（２８）を満足するような段差が、上記第一の領域に存在する段差に該当する。
【０１２２】
また、第三の領域の位相シフト構造は、対物レンズ１０の第一面１１における第一のレーザー光の入射光束径と、第二のレーザー光の有効光束径が異なる場合に設けられる。
【０１２３】
第三の領域が設けられるケースとしては、まず、第一の光ディスクＤ１使用時の焦点距離をｆ１、第二の光ディスクＤ２使用時の焦点距離をｆ２としたとき、以下の条件（２９）、
ｆ１×ＮＡ１＞ｆ２×ＮＡ２・・・（２９）
が成立する場合、つまり、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径が、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径より大きい場合が挙げられる。この場合、第一のレーザー光が第一の光ディスクＤ１の記録面上において略無収差で良好に収束するような位相シフト構造を有する第三の領域が第一面１１に形成される。
【０１２４】
条件（２９）が成立する場合に形成される第三の領域は、第二の領域とは異なり、第二のレーザー光の収束には寄与しない。つまり、条件（２９）が成立するときに形成される第三の領域は、第二のレーザー光に対する開口制限機能を有する。そのため、該構造は、第一のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長差が、第二の領域における第一のレーザー光についての光路長差とは異なるように設計される。該設計時には、第三の領域は、第一のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。
【０１２５】
第三の領域が設けられるケースとしては、次に、以下の条件（３０）、
ｆ１×ＮＡ１＜ｆ２×ＮＡ２・・・（３０）
が成立する場合、つまり、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径が、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径より大きい場合が挙げられる。この場合、第二のレーザー光が第二の光ディスクＤ２の記録面上において略無収差で良好に収束するような位相シフト構造を有する第三の領域が第一面１１に形成される。条件（３０）が成立する場合に形成される第三の領域は、第二の領域とは異なり、第一のレーザー光の収束には寄与しない。つまり、条件（３０）が成立するときに形成される第三の領域は、第一のレーザー光に対する開口制限機能を有する。そのため、該位相シフト構造は、第二のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長差が、第二の領域における第二のレーザー光についての光路長差とは異なるように設計される。該設計時には、第三の領域は、第二のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。
【０１２６】
以上説明した第一実施形態の設計方法により設計された対物レンズ１０を対物光学系として用いた光情報記録再生装置１００の具体的な実施例を５例（実施例１〜実施例５）、対物レンズ１０自体の具体的実施例を２例（実施例６、実施例７）示す。実施例１〜２の光情報記録再生装置１００は、図１、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示される。また実施例３〜５の光情報記録再生装置は、図１、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示される。なお、各実施例に関して、第三の光ディスクＤ３使用時は、情報の記録または再生に好適な開口数を得るために図示しない開口制限素子を用いて光束径を規定している。そのため、図２（Ａ）〜（Ｃ）、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第三の光ディスクＤ３使用時は、第一、第二の光ディスクＤ１、Ｄ２使用時に比べて有効光束径が小さくなる。
【０１２７】
各実施例において使用される光ディスクは、保護層厚０．６ｍｍの最も記録密度の高い第一の光ディスクＤ１、保護層厚０．６ｍｍであり第一の光ディスクＤ１よりは記録密度の低い第二の光ディスクＤ２、保護層厚１．２ｍｍの最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３を想定する。
【実施例１】
【０１２８】
実施例１の光情報記録再生装置１００の対物レンズ１０は、一種類の光路長差を与える段差のみで構成された位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例１の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表１に示されている。
【０１２９】
【表１】
0004828303.tif 000004
【０１３０】
表１中、倍率の値が示すように、実施例１では、光ディスクＤ１〜Ｄ２使用時には、レーザー光は平行光束として、光ディスクＤ３使用時には、レーザー光は発散光束として、対物レンズ１０に入射する。表１に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表２〜表４に示される。
【０１３１】
【表２】
0004828303.tif 000005
【表３】
0004828303.tif 000006
【表４】
0004828303.tif 000007
【０１３２】
表２〜表４中の備考に示すように、面番号０が各光源１Ａ〜１Ｃ、面番号１、２が各回折格子２Ａ〜２Ｃ、面番号３、４が各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃ、表２〜表３の面番号５、６がビームスプリッタ４１、表２〜３の面番号７、８および表４の面番号５，６がビームスプリッタ４２、表２〜３の面番号９、１０および表４の面番号７、８が対物レンズ１０、表２〜３の面番号１１、１２および表４の面番号９、１０が媒体である各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層２１および記録面２２を示している。表２〜表４中、ｒはレンズ各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは情報の記録または再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｎ（Ｘｎｍ）は波長Ｘｎｍでの屈折率である。以下に説明する各実施例で示す具体的数値構成の表でも同様である。
【０１３３】
また、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃの第二面、および対物レンズ１０の両面１１、１２は非球面である。第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表５〜７に示される。なお各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。
【０１３４】
【表５】
0004828303.tif 000008
【表６】
0004828303.tif 000009
【表７】
0004828303.tif 000010
【０１３５】
実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数Ｐ２ｉは表８に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表９に示される。表９に示すように、回折次数ｍは使用するレーザー光によって異なる値が設定されている。
【０１３６】
【表８】
0004828303.tif 000011
【表９】
0004828303.tif 000012
【０１３７】
実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表１０に示される。表１０は、実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯を透過することにより与えられる光路長差を示した表である。各輪帯の範囲は、光軸からの高さｈｍｉｎ〜ｈｍａｘで表している。
【０１３８】
【表１０】
0004828303.tif 000013
【０１３９】
実施例１の光情報記録再生装置の対物レンズ１０は、アッベ数νｄが５８で条件（１）を満たす。また表１０に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ／λ１｜は、３．１７（つまり、Ｎ＝１）であり、条件（２）および条件（３）を満たす。また、第三のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ／λ３｜は、１．５６であり、条件（４）も満たす。
【０１４０】
ここで、実施例１の光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時にフォーカスエラー信号を検出するための光学系の具体的数値構成を表１１に示す。
【０１４１】
【表１１】
0004828303.tif 000014
【０１４２】
表１１中の備考に示すように、面番号１１、１２が光ディスクＤ３の保護層および記録面、面番号１３、１４が対物レンズ１０、面番号１５、１６がビームスプリッタ４２、面番号１７、１８がカップリングレンズ３Ｃ、面番号１９、２０が、ハーフミラー５Ｃ、面番号２１が受光部６Ｃを示している。以下の各実施例で示すフォーカスエラー信号を検出するための光学系の具体的数値構成の表に関しても同様である。
【０１４３】
図９は、実施例１の光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号を示す。図９において、縦軸は検出されたフォーカスエラー信号を、横軸は対物レンズのデフォーカス量を示す。以下の各実施例で説明するフォーカスエラー信号を示す図についても同様である。図９に示すように、受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号は、崩れの小さい良好な波形を有している。つまり、実施例１の光情報記録再生装置１００は、条件（３）や条件（４）を満たすことにより、フォーカスエラー信号の崩れを抑え、フォーカシング機能の低下を良好に防いでいる。
【０１４４】
さらに、実施例１の光情報記録再生装置１００は、表１から分かるように、ｆ１×Ｍ１が０．０００、ｆ２×Ｍ２が０．０００、ｆ３×Ｍ３が−０．０８１であり、条件（１３）から条件（１５）を満たす。
【０１４５】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１０（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１０（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１０（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。なお、以下の各実施例で示す収差図においても同様である。
【０１４６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例１の対物レンズ１０を搭載した光情報記録再生装置１００は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、球面収差を良好に補正し、記録面上には情報の記録または再生に好適なスポットを形成していることが分かる。以上が実施例１の光情報記録再生装置１００の説明である。
【実施例２】
【０１４７】
実施例２の対物レンズ１０に関する具体的数値構成や仕様は、実施例１と同一である。従って、上記表１〜表９を参照し、ここでの説明は省略する。
【０１４８】
実施例２の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は、具体的には表１２に示されている。表１２は、実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯を透過することにより与えられる光路長差を示した表である。
【０１４９】
【表１２】
0004828303.tif 000015
【０１５０】
実施例２の光情報記録再生装置の対物レンズ１０は、アッベ数νｄが５８で条件（１）を満たす。また表１２に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ／λ１｜は３．０８（つまり、Ｎ＝１）であり、条件（２）および条件（３）を満たす。また、第三のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ／λ３｜は、１．５２であり、条件（４）も満たす。
【０１５１】
図１１は、実施例２の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号を示す。ここで、フォーカスエラーを検出するための光学系は、実施例１と同様であるため表１１を参照してここでの説明は省略する。図１１に示すように、受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号は、崩れの小さい良好な波形を有している。つまり、実施例２の光情報記録再生装置１００も、実施例１と同様に条件（３）や条件（４）を満たすことにより、フォーカスエラー信号の崩れを抑えることができ、フォーカシング機能の低下を防いでいる。以上が実施例２の光ピックアップ装置１００の説明である。
【実施例３】
【０１５２】
実施例３の光情報記録再生装置１００の対物レンズ１０は、互いに異なる光路長差を与える二種類の段差で構成された位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例３の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表１３に示されている。
【０１５３】
【表１３】
0004828303.tif 000016
【０１５４】
表１３中、倍率の値が示すように、実施例３では、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時も、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表１３に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表１４〜表１６に示される。
【０１５５】
【表１４】
0004828303.tif 000017
【表１５】
0004828303.tif 000018
【表１６】
0004828303.tif 000019
【０１５６】
また、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃの第二面、および対物レンズ１０の両面１１、１２は非球面である。第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表１７〜１９に示される。
【０１５７】
【表１７】
0004828303.tif 000020
【表１８】
0004828303.tif 000021
【表１９】
0004828303.tif 000022
【０１５８】
上記の通り、実施例３の対物レンズ１０は、互いに異なる光路長差を与える二種類の段差で構成された位相シフト構造を有する。該位相シフト構造は、第一と第二の二種類の光路差関数によって規定される。各光路差関数における係数Ｐ２ｉは表２０に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表２１に示される。表２１に示すように、回折次数ｍは使用するレーザー光および光路差関数毎によって異なる値が設定されている。
【０１５９】
【表２０】
0004828303.tif 000023
【表２１】
0004828303.tif 000024
【０１６０】
実施例３の対物レンズ１０の第一面１１に形成される輪帯構造は具体的には表２２に示される。表２２は、実施例３の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯を透過することにより与えられる光路長差を示した表である。各輪帯の範囲は、光軸からの高さｈｍｉｎ〜ｈｍａｘで表している。
【０１６１】
【表２２】
0004828303.tif 000025
【０１６２】
実施例３の光情報記録再生装置の対物レンズ１０は、アッベ数νｄが５８で条件（１）を満たす。また表２２に示すように、第一のレーザー光が第一の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ１／λ１｜は、３．２１（つまり、Ｎ＝１）であり、条件（１７）および条件（１８）を満たす。また、第三のレーザー光が第一の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ１／λ３｜は、１．５８であり、条件（１９）も満たす。
【０１６３】
さらに、第一のレーザー光が第二の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ２／λ１｜は、１．９４（つまり、Ｎ＝１）であり、条件（２７）および条件（２８）を満たす。
【０１６４】
ここで、実施例３の光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時にフォーカスエラー信号を検出するための光学系の具体的数値構成を表２３に示す。
【０１６５】
【表２３】
0004828303.tif 000026
【０１６６】
図１２は、実施例３の光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号を示す。図１２に示すように、受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号は、崩れの小さい良好な波形を有している。つまり、実施例３の光情報記録再生装置１００は、上記の各条件を満たすことにより、いずれの光ディスク使用時における回折効率も向上させている。また、特に第三の光ディスクＤ３使用時におけるフォーカスエラー信号の崩れを抑え、フォーカシング機能の低下を良好に防いでいる。
【０１６７】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３の光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【０１６８】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例３の対物レンズ１０を搭載した光情報記録再生装置１００は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、球面収差を良好に補正し、記録面上には情報の記録または再生に好適なスポットを形成していることが分かる。以上が実施例３の光情報記録再生装置１００の説明である。
【実施例４】
【０１６９】
実施例４の光情報記録再生装置１００の対物レンズ１０は、実施例３と同様に互いに異なる光路長差を与える二種類の段差で構成された位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例４の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表２４に示されている。
【０１７０】
【表２４】
0004828303.tif 000027
【０１７１】
表２４中、倍率の値が示すように、実施例４も実施例３と同様に、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時も、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表２４に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表２５〜表２７に示される。
【０１７２】
【表２５】
0004828303.tif 000028
【表２６】
0004828303.tif 000029
【表２７】
0004828303.tif 000030
【０１７３】
また、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃの第二面、および対物レンズ１０の両面１１、１２は非球面である。各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表２８〜３０に示される。
【０１７４】
【表２８】
0004828303.tif 000031
【表２９】
0004828303.tif 000032
【表３０】
0004828303.tif 000033
【０１７５】
実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に施される位相シフト構造は、第一と第二の二種類の光路差関数によって規定される。各光路差関数における係数Ｐ２ｉは表３１に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表３２に示される。
【０１７６】
【表３１】
0004828303.tif 000034
【表３２】
0004828303.tif 000035
【０１７７】
実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表３３に示される。表３３は、実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯を透過することにより与えられる光路長差を示した表である。各輪帯の範囲は、光軸からの高さｈｍｉｎ〜ｈｍａｘで表している。
【０１７８】
【表３３】
0004828303.tif 000036
【０１７９】
実施例４の光情報記録再生装置の対物レンズ１０は、アッベ数νｄが５８で条件（１）を満たす。また表３３に示すように、第一のレーザー光が第一の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ１／λ１｜は、５．２１（つまり、Ｎ＝２）であり、条件（１７）および条件（２０）を満たす。また、第三のレーザー光が第一の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ１／λ３｜は、２．５６であり、条件（２１）も満たす。
【０１８０】
さらに、第一のレーザー光が第二の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ２／λ１｜は、２．００（つまり、Ｎ＝１）であり、条件（２７）および条件（２８）を満たす。
【０１８１】
ここで、実施例４の光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時にフォーカスエラー信号を検出するための光学系の具体的数値構成を表３４に示す。
【０１８２】
【表３４】
0004828303.tif 000037
【０１８３】
図１４は、実施例４の光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号を示す。図１４に示すように、受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号は、崩れの小さい良好な波形を有している。つまり、実施例４の光情報記録再生装置１００は、上記の各条件を満たすことにより、上述した実施例３の装置１００と同様の効果を奏する。
【０１８４】
図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例４の光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例４の対物レンズ１０を搭載した光情報記録再生装置１００は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、球面収差を良好に補正し、記録面上には情報の記録または再生に好適なスポットを形成していることが分かる。以上が実施例４の光情報記録再生装置１００の説明である。
【実施例５】
【０１８５】
実施例５は、第二実施形態の光情報記録再生装置１００の具体的実施例である。実施例５の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表３５に示されている。
【０１８６】
【表３５】
0004828303.tif 000038
【０１８７】
表３５中、倍率の値が示すように、実施例５も実施例３や実施例４と同様に、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時も、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表３５に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表３６〜表３８に示される。
【０１８８】
【表３６】
0004828303.tif 000039
【表３７】
0004828303.tif 000040
【表３８】
0004828303.tif 000041
【０１８９】
なお、表３５によれば、ｆ１×ＮＡ１が１．９５０、ｆ２×ＮＡ２が１．８６１となる。つまり、実施例５の光情報記録再生装置１００は、条件（２９）を満たす。そこで、実施例５の対物レンズ１０の第一面１１は、二種類の光路長変化量を付与する位相シフト構造を持つ第一領域と、第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する位相シフト構造を持つ第二領域と、第二のレーザー光に対する開口制限機能を有する位相シフト構造を持つ第三領域が形成されている。第一面における各領域の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一領域…ｈ≦１．５９０、
第二領域…１．５９０＜ｈ≦１．８６１、
第三領域…１．８６１＜ｈ≦１．９５０、となる。
【０１９０】
各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃの第二面、および対物レンズ１０の両面１１、１２は非球面である。各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表３９〜４１に示される。なお、各表３９〜４１に示すように、対物レンズ１０の第一面１１の非球面形状は、第一から第三の各領域によって異なる。
【０１９１】
【表３９】
0004828303.tif 000042
【表４０】
0004828303.tif 000043
【表４１】
0004828303.tif 000044
【０１９２】
実施例５の対物レンズ１０の第二面に施される位相シフト構造において、第一領域は、第一と第二の二種類の光路差関数によって規定される。第二領域と第三領域は、一種類の光路差関数によって規定される。各領域を規定する各光路差関数における係数Ｐ２ｉは表４２に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表４３に示される。
【０１９３】
【表４２】
0004828303.tif 000045
【表４３】
0004828303.tif 000046
【０１９４】
実施例５の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表４４に示される。表４４は、実施例５の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯を透過することにより与えられる光路長差を示した表である。各輪帯の範囲は、光軸からの高さｈｍｉｎ〜ｈｍａｘで表している。
【０１９５】
【表４４】
0004828303.tif 000047
【０１９６】
上記の通り、実施例５の対物レンズ１０は、第一面１１において領域毎に異なる位相シフト構造が形成されている。従って、表４４に示すように、領域毎で第一のレーザー光が段差により付与される光路長差は異なる。
【０１９７】
実施例５の光情報記録再生装置の対物レンズ１０は、アッベ数νｄが５８で条件（１）を満たす。また表４４に示すように、第一領域において、第一のレーザー光が第一の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ１／λ１｜は、３．２１（つまり、Ｎ＝１）であり、条件（１７）および条件（１８）を満たす。また第一領域において、第三のレーザー光が第一の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ１／λ３｜は、１．５８であり、条件（１９）も満たす。
【０１９８】
さらに、第一のレーザー光が第二の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ２／λ１｜は、２．０３（つまり、Ｎ＝１）であり、条件（２７）および条件（２８）を満たす。
【０１９９】
ここで、実施例５の光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時にフォーカスエラー信号を検出するための光学系の具体的数値構成を表４５に示す。
【０２００】
【表４５】
0004828303.tif 000048
【０２０１】
図１６は、実施例５の光情報記録再生装置１００において、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号を示す。図１６に示すように、受光部６Ｃで検出されるフォーカスエラー信号は、崩れの小さい良好な波形を有している。つまり、実施例５の光情報記録再生装置１００は、上記の各条件を満たすことにより、上述した各実施例３、４の装置１００と同様の効果を奏する。
【０２０２】
図１７（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例５の光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例５の対物レンズ１０を搭載した光情報記録再生装置１００は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対して、平行光束を用いて情報の記録または再生を行っても、球面収差を良好に補正し、記録面上には情報の記録または再生に好適なスポットを形成していることが分かる。以上が実施例５の光情報記録再生装置１００の説明である。
【実施例６】
【０２０３】
実施例６の対物レンズ１０は、図１に示すような光情報記録再生装置１００であって、特に実施例１の装置１００に好適に使用される。実施例６の対物レンズ１０は、一種類の光路長差を与える段差のみで構成された位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例６の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表４６に示されている。また、該位相シフト構造において、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは、表４７に示される。なお、表４６より、実施例６の対物レンズ１０は、条件（７）を満たす。
【０２０４】
【表４６】
0004828303.tif 000049
【表４７】
0004828303.tif 000050
【０２０５】
上記のように構成された実施例６の対物レンズ１０は、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ／λ１｜は２．９５（つまり、Ｎ＝１）であり、条件（８）および条件（９）を満たす。また、第三のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ／λ３｜は、１．３７であり、条件（１０）も満たす。
【実施例７】
【０２０６】
実施例７の対物レンズ１０も、実施例６と同様に、図１に示すような光情報記録再生装置１００であって、特に実施例１の装置１００に好適に使用される。実施例７の対物レンズ１０は、一種類の光路長差を与える段差のみで構成された位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例７の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表４８に示されている。また、該位相シフト構造において、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは、表４９に示される。なお、表４８より、実施例７の対物レンズ１０は、条件（７）を満たす。
【０２０７】
【表４８】
0004828303.tif 000051
【表４９】
0004828303.tif 000052
【０２０８】
上記のように構成された実施例７の対物レンズ１０は、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ／λ１｜は５．１７（つまり、Ｎ＝２）であり、条件（８）および条件（１１）を満たす。また、第三のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長差｜ΔＯＰＤ／λ３｜は、２．４０であり、条件（１２）も満たす。
【０２０９】
次に、上記実施例１〜７の光情報記録再生装置１００（対物レンズ１０）と従来の対物レンズを持つ装置における、フォーカスエラー信号を比較する。比較例の対物レンズとしては、条件（３）の値が３．００となるように設定した位相シフト構造を想定する。表５０に、各実施例１〜７における各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の、各レーザー光の回折効率を示す。また、表５１に比較例における各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の、各レーザー光の回折効率を示す。また、図１８に比較例におけるフォーカスエラー信号を示す。
【０２１０】
【表５０】
0004828303.tif 000053
【表５１】
0004828303.tif 000054
【０２１１】
表５０において、第三の光ディスクＤ３使用時における正規回折次数光と不要回折次数光の次数は以下の通りである。すなわち、正規回折次数光、不要回折次数光の順に、実施例１〜３、実施例５は２次、１次、実施例４は３次、２次、実施例６は１次、２次、実施例７は２次、３次である。
【０２１２】
表５０、表５１を比較すれば分かるように、比較例では第三の光ディスクＤ３使用時における正規回折次数光の回折効率が低く、不要回折次数光の回折効率が高い。そのため、図１８に示すように、フォーカスエラー信号の波形に大きな崩れが生じ、フォーカシング機能が低下してしまう。
【０２１３】
これに対し、各実施例１〜７では、表５０に示すように第三の光ディスク利用時における正規回折次数光の回折効率が高く、不要回折次数光の回折効率が低い。さらに言えば、記録密度が高い光ディスクＤ１、Ｄ２に対しても良好に情報の記録または再生ができるよう、第一、第二のレーザー光の正規回折次数光も高い回折効率を確保している。つまり本発明に係る対物レンズあるいは該対物レンズを備える光情報記録再生装置によれば、フォーカスエラー信号の崩れを改善することができ、フォーカシング機能の低下を防ぐことができる。
【０２１４】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく以下に例示するように、様々な範囲で変形が可能である。
【０２１５】
本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、各実施例の具体的数値構成に限定されるものではない。光情報記録再生装置の対物光学系を構成するレンズ等の光学素子の数は複数であっても良い。対物光学系が複数の光学素子から構成される場合、本発明に係る設計方法により設計される光学素子は、片側一面のみならず両面に位相シフト構造を設けることができる。
【０２１６】
また、上記の各実施例で示したように、各光源１Ａ〜１Ｃと光ディスクＤ１〜Ｄ３との間に配設されるカップリングレンズ３Ａ〜３Ｃの焦点距離は、波長差による屈折率により異なる。ここで、本発明に係る光情報記録再生装置では、各光源１Ａ〜１Ｃから照射されたレーザー光を共通のカップリングレンズを介して記録面に導く構成にしてもよい。該構成を採用する場合であって、第一のレーザー光を照射する光源１Ａと第二のレーザー光を照射する光源１Ｂが同一基板上にある場合、つまり各光源がカップリングレンズから同距離にある場合、焦点距離の違いによって第一のレーザー光と第二のレーザー光の少なくとも一方は、収束光、もしくは発散光にならざるを得ない。この場合であっても、上記の条件（１３）および条件（１４）を満たすように結像倍率が極力小さくなるように対物レンズを配置すれば、上記各実施例と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】本発明の第一実施形態の光情報記録再生装置の概略構成を表す模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態の光情報記録再生装置を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示す図である。
【図３】本発明の第一および第二実施形態の対物レンズの、第一面に設けられた位相シフト構造の拡大図である。
【図４】本発明の第二実施形態の光情報記録再生装置を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示す図である。
【図５】条件（２３）を満たす場合の効果を説明するための、回折効率を表すグラフである。
【図６】条件（２４）を満たす場合の効果を説明するための、回折効率を表すグラフである。
【図７】条件（２５）を満たす場合の効果を説明するための、回折効率を表すグラフである。
【図８】条件（２６）を満たす場合の効果を説明するための、回折効率を表すグラフである。
【図９】実施例１の光情報記録再生装置の、第三のレーザー光を使用したときに検出されるフォーカスエラー信号を表す図である。
【図１０】実施例１の光情報記録再生装置の、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１１】実施例２の光情報記録再生装置の、第三のレーザー光を使用したときに検出されるフォーカスエラー信号を表す図である。
【図１２】実施例３の光情報記録再生装置の、第三のレーザー光を使用したときに検出されるフォーカスエラー信号を表す図である。
【図１３】実施例３の光情報記録再生装置の、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１４】実施例４の光情報記録再生装置の、第三のレーザー光を使用したときに検出されるフォーカスエラー信号を表す図である。
【図１５】実施例４の光情報記録再生装置の、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１６】実施例５の光情報記録再生装置の、第三のレーザー光を使用したときに検出されるフォーカスエラー信号を表す図である。
【図１７】実施例５の光情報記録再生装置の、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１８】比較例の光情報記録再生装置の、第三のレーザー光を使用したときに検出されるフォーカスエラー信号を表す図である。
【符号の説明】
【０２１８】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  光源
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  回折格子
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  カップリングレンズ
４１、４２  ビームスプリッタ
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ  ハーフミラー
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  受光部
１０  対物レンズ
Ｄ１〜Ｄ３  光ディスク
１００  光情報記録再生装置
【図１】
0004828303.tif 000055
【図２】
0004828303.tif 000056
【図３】
0004828303.tif 000057
【図４】
0004828303.tif 000058
【図５】
0004828303.tif 000059
【図６】
0004828303.tif 000060
【図７】
0004828303.tif 000061
【図８】
0004828303.tif 000062
【図９】
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【図１０】
0004828303.tif 000064
【図１１】
0004828303.tif 000065
【図１２】
0004828303.tif 000066
【図１３】
0004828303.tif 000067
【図１４】
0004828303.tif 000068
【図１５】
0004828303.tif 000069
【図１６】
0004828303.tif 000070
【図１７】
0004828303.tif 000071
【図１８】
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