(57)【要約】【課題】波長が長いレーザー光のワーキングディスタンスを長く確保するとともに、所定以上の厚みを備えた対物レンズおよびそれを備えた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】本発明の対物レンズ１０は、中心部からＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光する第１領域Ｆ１、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光する第２領域Ｆ２およびＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光を集光する第３領域Ｆ３を設けている。そして、第２領域Ｆ２を通過したＢＤ規格のレーザー光をスポット形成に寄与させない事により、ＢＤ規格で光学的超解像を実現している。【選択図】図１
2012150854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長を有する第１レーザー光を第１光ディスクの情報記録層に集光させ、
前記第１波長よりも長い第２波長を有する第２レーザー光を、第２光ディスクの情報記録層に集光させ、
前記両レーザー光よりも長い第３波長を有する第３レーザー光を、第３光ディスクの情報記録層に集光させる、対物レンズであり、
前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光の何れか複数を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光させる共用領域を複数有し、
前記共用領域同士の間に、前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光の何れかを、対応する前記光ディスクの前記情報記録層でスポット形成に寄与させない第１無効領域を配置することを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記共用領域は、
前記対物レンズの中央部付近に配置された円形状の領域であり、前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光する第１共用領域と、
前記第１共用領域を囲む位置に配置された輪帯状の領域であり、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光する第２共用領域と、
前記第２共用領域を囲む位置に配置された輪帯状の領域であり、前記第１レーザー光および前記第２レーザー光を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光する第３共用領域と、を備え、
前記第２共用領域に入射した前記第１レーザー光が、前記第１光ディスクの前記情報記録層でスポット形成に寄与しないことにより、前記第１レーザー光に関して前記第２共用領域が前記第１無効領域となることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記第２共用領域には輪帯段差が設けられ、
前記輪帯段差の段差量を、前記第１レーザー光に０．３λ以上の収差が発生すると共に、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光に発生する収差が０．３λ未満となるようにすることを特徴とする請求項２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
各々の前記共用領域に設けられる輪帯段差の段差量Ｄは、任意の次数をｍ、レーザー光の波長をλ、対物レンズの屈折率をｎとした場合、Ｄ＝ｍ・λ／（ｎ−１）で与えられ、
前記第２共用領域では、第２レーザー光および前記第３レーザー光に発生する収差が０．３λ未満となると共に、前記第１レーザー光に発生する収差が０．３λ以上となるように、ｍの次数が設定されることを特徴とする請求項３に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記第３共用領域の外側に、前記第１レーザー光のみを前記第１光ディスクの情報記録層に集光させる第１専用領域を更に備え、
前記第３共用領域と前記第１専用領域との間に、前記第１レーザー光を、前記第１光ディスクの前記情報記録層でスポット形成に寄与させない第２無効領域を配置することを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記第３共用領域の外側に、前記第２レーザー光のみを前記第２光ディスクの情報記録層に集光させる第２専用領域を更に備え、
前記第３共用領域と前記第２専用領域との間に、前記第２レーザー光を、前記第２光ディスクの前記情報記録層でスポット形成に寄与させない第３無効領域を配置することを特徴とする請求項２から請求項５の何れかに記載の対物レンズ。
【請求項７】
前記第３共用領域では、前記第３レーザー光に発生する収差が０．３λ以上となるように、ｍの次数が決定されることを特徴とする請求項４に記載の対物レンズ。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れかに記載された対物レンズを備えたことを特徴とする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、波長が異なる複数のレーザー光を対応する光ディスクに集光する対物レンズおよびそれを備えた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報記録媒体として使用される光ディスクは複数の規格が存在しており、規格ごとに使用されるレーザー光、記録密度、情報記録層を被覆する被覆層の厚さが異なる。具体的には、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）規格、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）規格、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）規格の光ディスクが現状で使用されている。
【０００３】
部品点数を削減するためには、１つの対物レンズでこれら３つの規格の光ディスクに対処することが好ましい。しかしながら、これら３つの規格で互換性を備える対物レンズを開発することは容易ではなかった。
【０００４】
この理由は、各規格でレーザー光の波長等の条件が異なるからである。一例を挙げると、ＢＤ規格の場合、レーザー光の波長は４０５ｎｍであり、光ディスクの情報記録層を被覆する被覆層の厚みは０．１ｍｍであり、使用される対物レンズの開口数は０．８５である。ＤＶＤ規格では、レーザー光の波長は６５０ｎｍであり、光ディスクの被覆層の厚みは０．６ｍｍであり、対物レンズの開口数は０．６０である。ＣＤ規格では、レーザー光の波長は７８０ｎｍであり、光ディスクの被覆層の厚みは１．２ｍｍであり、対物レンズの開口数は０．４５である。
【０００５】
対物レンズの開口数を大きくすること無く集光スポットを微小にする技術として、光学的超解像が存在する。光学的超解像を用いた対物レンズを備えた光ピックアップ装置は、例えば、以下の特許文献１および特許文献２に記載されている。
【０００６】
特許文献１では、光学的超解像を実現するために、レーザー光を部分的に遮光する発明が開示されている。具体的には、この文献の図１、２を参照して、レーザー光の光路の途中に減衰体３を介装し、この減衰体３によりレーザー光を部分的に遮光している。これにより、対物レンズ６の中心部付近のレーザー光が遮光され、光学的超解像が実現される。
【０００７】
特許文献２には、対物レンズ自体で光学的超解像を実現する構造が記載されている。具体的には、この文献の図２を参照すると、対物レンズ８に、中心付近の第１領域８−１と、外側の第２領域８−２を設け、第１領域８−１に入射した光ビームを散乱させている。これにより、第１領域８−１に入射した光がスポット形成に寄与せず、光学的超解像を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−６９２３７号公報
【特許文献２】特開２００３−４５０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された発明では、光学的超解像を実現させるために、対物レンズとは別途の部品が必要とされる。従って、光ピックアップ装置の構成が複雑になると共に、コストアップを招く恐れがある。
【００１０】
また、特許文献２では、対物レンズのみで光学的超解像が実現されるので、部品点数の増加は回避されるものの、波長が異なる複数のレーザー光で光学的超解像を実現する構造が開示されていない。従って、この文献に記載された発明を、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光させる対物レンズに用いることは困難である。
【００１１】
更に、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光させる３波長対応の対物レンズの場合、次の理由によりＣＤ規格のワーキングディスタンスを長く確保する必要がある。具体的には、ＣＤ規格の光ディスクの内周部には、情報記録層から２００μｍ程度厚み方向に突出するスタックリブが設けられている。このスタックリブは、複数の光ディスクを積み重ねた際に、光ディスクの信号記録面が他の光ディスクに接触しないようにするためのものである。一方、対物レンズが備えられる光ピックアップ装置には、対物レンズの衝突を防止するための衝突防止部が設けられている。この衝突防止部は、光ディスク側に、対物レンズのレンズ面よりも１００μｍ程度突出している。従って、上記したワーキングディスタンスを十分に確保しなければ、使用状況下に於いて、光ピックアップ装置の衝突防止部が、光ディスクのスタックリブと衝突してしまう恐れがある。
【００１２】
しかしながら、ワーキングディスタンスを長くするためには、対物レンズの中心部分を薄く形成する必要がある。更に、ＢＤ規格のレーザー光を集光するために開口数（ＮＡ）を０．８５程度に大きくすると、対物レンズの周辺端部の厚みが極端に短くなる。このようになると、樹脂を射出成形することで対物レンズを成形する際に、射出成形用の金型のキャビティのゲート（注入口）が小さくなり、良好に射出成形を行うことが困難になる。
【００１３】
本発明は上記した問題を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、波長が長いレーザー光のワーキングディスタンスを長く確保するとともに、端部が所定以上の厚みを備えた対物レンズおよびそれを備えた光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第１波長を有する第１レーザー光を第１光ディスクの情報記録層に集光させ、前記第１波長よりも長い第２波長を有する第２レーザー光を、第２光ディスクの情報記録層に集光させ、前記両レーザー光よりも長い第３波長を有する第３レーザー光を、第３光ディスクの情報記録層に集光させる、対物レンズであり、前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光の何れか複数を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光させる共用領域を複数有し、前記共用領域同士の間に、前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光の何れかを、対応する前記光ディスクの前記情報記録層でスポット形成に寄与させない第１無効領域を配置することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光ピックアップ装置は、このような構成の対物レンズを備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の対物レンズでは、中心部から、第１レーザー光、第１レーザー光および第３レーザー光を集光する第１共用領域、第２レーザー光および第３レーザー光を集光する第２共用領域、および第１レーザー光および第２レーザー光を集光する第３共用領域を設けている。そして、第２共用領域を通過した第１レーザー光をスポット形成に寄与させない事により、最も波長が短い第１レーザー光で、光学的超解像を実現している。このことにより、対物レンズの中心部分の厚みを薄くしても、端部の厚みが所定以降に確保され、射出成形による対物レンズの成形性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の対物レンズを示す図であり、（Ａ）は対物レンズを示す断面図であり、（Ｂ）は対物レンズに設けられる各領域を説明するための表である。
【図２】本発明の対物レンズがレーザー光を集光する状態を示す図であり、（Ａ）はＢＤ規格のレーザー光を集光する状態を示し、（Ｂ）はＤＶＤ規格のレーザー光を集光する状態を示し、（Ｃ）はＣＤ規格のレーザー光を集光する状態を示す。
【図３】本発明の対物レンズを用いてＢＤ規格に発生する収差を示すグラフであり、（Ａ）は光路長差から算出される収差を示す図であり、（Ｂ）は実質的に発生する収差を示すグラフである。
【図４】本発明の対物レンズを用いてＤＶＤ規格に発生する収差を示すグラフであり、（Ａ）は光路長差から算出される収差を示す図であり、（Ｂ）は実質的に発生する収差を示すグラフである。
【図５】本発明の対物レンズを用いてＣＤ規格に発生する収差を示すグラフであり、（Ａ）は光路長差から算出される収差を示す図であり、（Ｂ）は実質的に発生する収差を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の対物レンズの特性および形状を決定する際に用いられるパラメータを示す表であり、（Ｅ）は（Ａ）等に示すパラメータを説明する図である。
【図７】本発明の形状を決定する際に用いられるパラメータを示す表であり、（Ａ）は輪帯が設けられるレンズ面の形状を規定するパラメータを示し、（Ｂ）は輪帯が形成されないレンズ面を規定するパラメータを示す。
【図８】本発明の対物レンズに備えられる輪帯段差を示す図である。
【図９】本発明の対物レンズに設けられる輪帯段差の段差量と残留収差との関係を示す表である。
【図１０】本発明の対物レンズを備えた光ピックアップ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照して、本形態に係る対物レンズ１０を説明する。図１（Ａ）は対物レンズ１０を全体的に示す断面図であり、図１（Ｂ）は対物レンズ１０に形成される各領域の特性を示す表である。
【００１９】
対物レンズ１０は、第１レンズ面１０Ａと第２レンズ面１０Ｂとを備えており、使用状況下に於いては第１レンズ面１０Ａ側から第２レンズ面１０Ｂを通過するようにレーザー光は照射される。また、対物レンズ１０はプラスチックまたはガラスから成る。
【００２０】
本形態では、対物レンズ１０は、波長の異なる複数のレーザー光を光ディスクの情報記録層に集光する。具体的には、対物レンズ１０は、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）規格、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓc）規格およびＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓc）規格のレーザー光を、各規格に対応する光ディスクの情報記録層に集光する。
【００２１】
ここで、ＢＤ規格のレーザー光の波長は青紫色（青色）波長帯３９５ｎｍ〜４２０ｎｍ（例えば４０５ｎｍ）であり、ＤＶＤ規格のレーザー光の波長は赤色波長帯６４５ｎｍ〜６７５ｎｍ（例えば、６５５ｎｍ）であり、ＣＤ規格のレーザー光の波長は赤外波長帯７６５ｎｍ〜８０５ｎｍ（例えば７８５ｎｍ）である。
【００２２】
また本形態では、対物レンズ１０に入射するレーザー光は、無限光または弱有限光である。無限光は、単層の情報記録層を備える各規格の光ディスクに適用される。弱有限光のレーザー光は、多層の情報記録層を備えるＢＤ規格またはＤＶＤ規格の光ディスクに使用される。この事項の詳細は後述する。
【００２３】
本形態の対物レンズ１０では、第１レンズ面１０Ａが複数の領域に輪帯状に分割され、各領域にて所定のレーザー光を屈折作用により光ディスクの情報記録層に集光している。具体的には、対物レンズ１０の第１レンズ面１０Ａは、中央から外側に向かって第１領域Ｆ１〜第６領域Ｆ６に輪帯状に分割されている。
【００２４】
本形態の対物レンズ１０は、中央部付近に設けられた共用領域１１Ａと、この共用領域１１Ａを囲むように配置された輪帯状の専用領域１１Ｂとを備えている。共用領域１１Ａは、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光の中の２以上を、対応する光ディスクの情報記録層に集光する。共用領域１１Ａは下記する第１領域Ｆ１、第２領域Ｆ２および第３領域Ｆ３とを含む。専用領域１１Ｂは、ＢＤ規格またはＤＶＤ規格を、対応する光ディスクの情報記録層に集光する。専用領域１１Ｂは、下記する第４領域Ｆ４、第５領域Ｆ５および第６領域Ｆ６を含む。
【００２５】
第１領域Ｆ１は、対物レンズ１０の第１レンズ面１０Ａの中央部付近に配置された円形の領域であり、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの各規格のレーザー光を、対応する光ディスクの情報記録層に集光する。また、第１領域Ｆ１は、対物レンズ１０の中心から０．５９２８ｍｍまでの領域に円形に形成されており、輪帯段差により区分される輪帯が形成される。ここでは、プラスの段差量を有する輪帯段差が形成されている。本形態では、輪帯段差量は対物レンズ１０に入射するレーザー光の進行方向をプラスとして表している。従って、プラスの段差量を有する輪帯段差が設けられた場合、その段差の外側で対物レンズ１０が薄くなる。
【００２６】
第１領域Ｆ１には、１つの輪帯が形成されている。即ち、第１領域Ｆ１では、円形状の領域とその周囲の輪帯部分が輪帯段差により区分されている。ここで、形成される輪帯の数および輪帯の幅は、ＤＶＤ規格の光ディスクに設けられる被覆層で発生する球面収差が、対物レンズ１０で発生する色収差で補正されるように決定される。
【００２７】
第１領域Ｆ１に形成される輪帯段差量Ｄは、以下の式１により算出される。
【００２８】
式１・・・・・Ｄ＝ｍ・λ／（ｎ−１）
ここで、ｍは定数であり、ｎは対物レンズの屈折率であり、λはレーザー光の波長である。尚、実際の対物レンズ１０の設計に用いられる詳細な値は図６および図７を参照して後述する。
【００２９】
本形態では、第１領域Ｆ１に形成される輪帯段差の段差量Ｄの算出に用いられる波長λとして、ＢＤ規格のレーザー光の波長（４０５ｎｍ）を採用している。具体的には、上記した式１のｍの値として８を採用し、ＢＤ規格の波長に於ける対物レンズの屈折率ｎとして１．５５８７０１を採用している。これにより、段差の有無はＢＤのレーザー光の実質的な波面収差に影響を及ぼさない。
【００３０】
一方、ＤＶＤ規格のレーザー光に対しては、輪帯段差を設けることによる位相ズレは、波長の整数倍ではない。従って、第１領域Ｆ１に輪帯段差を設けることにより、ＤＶＤ規格のレーザー光では色収差が発生し、この色収差により光ディスクの被覆層で発生する球面収差が補正される。これにより本形態では、ＤＶＤ規格のレーザー光で発生する実質的な収差が低減されている。
【００３１】
段差量Ｄの算出にＢＤ規格の波長を用いる更なる理由は、波長が短いＢＤ規格のレーザー光の波長で輪帯段差量を算出した方が、輪帯最小段差量を小さくすることが可能であり、ＤＶＤ規格のレーザー光で発生する収差を調整しやすいからである。
【００３２】
第２領域Ｆ２は、第１領域Ｆ１に隣接してその周囲を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝０．５９２８ｍｍ〜０．９３２ｍｍ）であり、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を対応する規格の光ディスクの情報記録面に集光してスポットを形成する。ここで、第２領域Ｆ２でＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光が集光するポイントは、第１領域Ｆ１でこれらのレーザー光が集光するポイントと同じである。即ち、各領域にてワーキングディスタンスが一致している。この事項は下記する各領域で同様である。尚、この領域に入射したＢＤ規格のレーザー光は、スポットの形成には寄与しない。
【００３３】
第２領域Ｆ２にも複数の輪帯が設けられており、各輪帯同士の間に設けられる輪帯段差の段差量はＤＶＤ規格のレーザー光の波長から算出されている。ここでは、マイナスの段差量を有する輪帯段差が形成され、輪帯段差よりも外側の対物レンズが厚くなる断面形状となる。輪帯段差を設けることにより色収差が発生し、この色収差によりＣＤ規格のレーザー光に発生する球面収差が補正される。また、輪帯段差の有無は、基本的にはＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差には影響を及ぼさない。更に本形態では、第２領域Ｆ２を通過するＢＤ規格のレーザー光に一定以上の収差を付与することにより、光学的超解像を実現しているが、この事項は図９を参照して後述する。
【００３４】
本形態では、第１領域Ｆ１と第２領域Ｆ２との間に段差が設けられている。これは、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光で収差が最適化される第１領域Ｆ１の最外周部の位置と、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光で収差が最適化される第２領域Ｆ２の最内周部との位置が合致しないからである。なお、同様の理由により、第２領域Ｆ２と第３領域Ｆ３との間にも段差が発生する。
【００３５】
第３領域Ｆ３は、第２領域Ｆ２に隣接してその周囲を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝０．９３２ｍｍ〜１．０１３ｍｍ）であり、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光を対応する光ディスクの情報記録層に集光してスポットを形成する。第３領域Ｆ３に入射したＣＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。同様に、第３領域Ｆ３よりも外側の領域に入射したＣＤ規格のレーザー光も、スポット形成には寄与しない。
【００３６】
第３領域Ｆ３には３個の輪帯が設けられており、各輪帯同士の間に形成される段差の段差量は、第１領域Ｆ１と同様に、ＢＤ規格の波長を用いて算出される。従って、この領域に於いても、輪帯段差を設けることにより発生する色収差により、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生する球面収差が補正される。
【００３７】
第４領域Ｆ４は、第３領域を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝１．０１３ｍｍ〜１．０８ｍｍ）であり、ＢＤ規格のレーザー光のみを対応する規格の光ディスクの情報記録層に集光してスポットを形成する。第４領域Ｆ４に照射されたＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光は、スポット形成には寄与しない。従って、ＢＤ規格以外の規格（ＤＶＤ規格およびＣＤ規格）のレーザー光で発生する球面収差を考慮する必要が無く、輪帯段差は設けられていない。このことから、第４領域Ｆ４は段差の無い連続する面形状を呈している。この事項は、特定の規格のレーザー光のみを集光する以下の第５領域Ｆ５および第６領域Ｆ６も同様である。
【００３８】
この第４領域Ｆ４は、他の規格のレーザー光との兼ね合いを考慮する必要が無いので、発生する収差の量を極めて小さくすることができる。このようなＢＤ規格のみの領域を設けることにより、対物レンズ１０全体でＢＤ規格のレーザー光に発生する収差が改善される。
【００３９】
ここで、当然ではあるが、第４領域Ｆ４は、第３領域Ｆ３と同様に、ＢＤ規格とＤＶＤ規格の両方の収差を減らすような輪帯がついていても構わない。しかし、よりよく、ＢＤ規格の収差を低減するため、このような第４領域Ｆ４領域を設けるとよい。
【００４０】
第５領域Ｆ５は、第４領域Ｆ４を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝１．０８ｍｍ〜１．２００ｍｍ）であり、ＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光してスポットを形成する。この領域に集光されたＢＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光は、スポット形成には寄与しない。ＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光させる専用領域である第５領域Ｆ５を設けることにより、ＤＶＤ規格のレーザー光で収差が改善される。この理由は、第４領域Ｆ４の場合と同様である。
【００４１】
ここで、当然ではあるが、第５領域Ｆ５は、第３領域Ｆ３と同様に、ＢＤ規格とＤＶＤ規格の両方の収差を減らすような輪帯がついていても構わない。しかし、よりよく、ＤＶＤ規格の収差を低減するため、このような第５領域Ｆ５を設けるとよい。また、第４領域Ｆ４、および、第５領域Ｆ５の両方が、第３領域Ｆ３と同様に、ＢＤ規格とＤＶＤ規格の両方の収差を減らすような輪帯がついていても構わない。しかし、よりよく、ＢＤ規格とＤＶＤ規格の収差を低減するため、このような第４領域Ｆ４、および、第５領域Ｆ５を設けるとよい。
【００４２】
第６領域Ｆ６は、第５領域Ｆ５を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝１．２００ｍｍ〜１．５１０ｍｍ）であり、第４領域Ｆ４と同様にＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域である。対物レンズ１０の最外周部に、ＢＤ規格のレーザー光を集光させる専用領域を配置することにより、ＢＤ規格のレーザー光で発生する収差が全体として更に小さくなる。
【００４３】
図２を参照して、各規格のレーザー光が対物レンズ１０で集光される状態を説明する。ここで、図２（Ａ）はＢＤ規格のレーザー光を対物レンズ１０で光ディスク１２Ａに集光する状態を示す断面図であり、図２（Ｂ）はＤＶＤ規格に関する同様の断面図であり、図２（Ｃ）はＣＤ規格に関する同様の断面図である。ここで、図２の各図では、スポットを形成するレーザー光が通過する部分をハッチングにて示している。一方、スポット形成には寄与しない領域にはハッチングを施していない。
【００４４】
図２（Ａ）を参照して、上方から照射されたＢＤ規格のレーザー光は、対物レンズ１０により、ＢＤ規格の光ディスク１２Ａの情報記録層１４Ａに集光されてスポットを形成する。ここで、光ディスク１２Ａの情報記録層１４Ａを被覆する被覆層の厚さＴ１は、例えば０．１ｍｍである。
【００４５】
この図からも明らかなように、対物レンズ１０に照射されるＢＤ規格のレーザー光の全てが光ディスク１２Ａに集光されるのではなく、対物レンズ１０に照射されたレーザー光の一部分はスポット形成に寄与しない。具体的には、対物レンズ１０に照射されたレーザー光のうち、領域Ｆ１、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ６に照射されたレーザー光が、光ディスク１２Ａの情報記録層１４Ａに集光する。一方、第２領域Ｆ２はＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光のみを集光するので、この領域に照射されたＢＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。同様に、第５領域Ｆ５はＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光するので、この領域に照射されたＢＤ規格のレーザー光はスポット形成に寄与しない。このように、対物レンズ１０に入射したレーザー光の一部を、スポット形成に寄与させないことにより、光学的超解像を実現し、ＮＡを規定値（ＢＤ：０．８５、ＤＶＤ：０．６０）より小さくしても規定値のＮＡの場合と同等のスポット径が得られるようにして対物レンズ１０の端部の厚みを一定以上に確保している。
【００４６】
尚、対物レンズ１０に入射されるＢＤ規格のレーザー光の利用効率は例えば４０％程度であり、この効率であれば情報の読み出しは良好に行え、書込みについてもハイパワーのレーザーを用いれば行うことができる。
【００４７】
図２（Ｂ）を参照して、対物レンズ１０に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光が照射されると、領域Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３およびＦ５に照射されたレーザー光が光ディスク１２Ｂの情報記録層１４Ｂに集光してスポットを形成する。一方、第４領域Ｆ４はＢＤ規格のレーザー光のみを集光する領域であるので、この領域に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光はスポット形成に寄与しない。同様に、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光する第６領域Ｆ６に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光も、スポット形成に寄与しない。このようにすることで、ＤＶＤ規格のレーザー光でも光学的超解像が実現され、上記したＢＤ規格の場合と同様の効果が得られる。
【００４８】
尚、対物レンズ１０に入射されるＤＶＤ規格のレーザー光の利用効率は例えば８０％程度であり、良好に情報の読出し及び書込を行うことができる。また、ＤＶＤ規格の光ディスク１２Ｂの情報記録層１４Ａを被覆する被覆層の厚さＴ２は、０．６ｍｍである。
【００４９】
図２（Ｃ）を参照して、対物レンズ１０にＣＤ規格のレーザー光が照射されると、第１領域Ｆ１および第２領域Ｆ２に照射されたレーザー光のみが、光ディスク１２Ｃの情報記録層１４Ｃに集光してスポットを形成する。一方、領域Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５およびＦ６に入射されたＣＤ規格のレーザー光は、スポット形成に寄与しない。
【００５０】
対物レンズ１０に入射するＣＤ規格のレーザー光の利用効率は例えば９０％程度であり、問題なく情報の読出し及び書込を行うことが可能である。また、ＣＤ規格の光ディスク１２Ｃの情報記録層１４Ｃを被覆する被覆層の厚さＴ３は１．２ｍｍである。
【００５１】
図３から図５を参照して、上記した構成の対物レンズに発生する収差を説明する。図３はＢＤ規格のレーザー光に発生する収差を示し、図４はＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差を示し、図５はＣＤ規格のレーザー光に発生する収差を示している。これらの図のグラフでは、縦軸は収差の量を示し、横軸は瞳半径を示している。また、各々の図で（Ａ）はその波長で発生する光路長差に応じた収差の値を示し、（Ｂ）はこの値からレーザー光の整数倍を差し引いて実質的に発生する収差の値を示している。更に、これらの図に示す収差の値は、対物レンズに発生する収差と、光ディスクの情報記録層を被覆する被覆層に発生する収差とを加算した値である。
【００５２】
図３（Ａ）を参照して、ＢＤ規格のレーザー光では、対物レンズの曲面形状および輪帯段差量に即して収差が変化している。具体的には、第１領域Ｆ１では、輪帯段差が設けられた箇所にて、その輪帯段差の段差量に応じて１０λ程度の波面収差が発生している。しかしながら、この輪帯段差の段差量は、ＢＤ規格のレーザー光の波長を元に算出されているので、この輪帯段差の存在はＢＤ規格の収差に大きな影響は及ぼさない。
【００５３】
また、このグラフでは第２領域Ｆ２の収差が示されていない。この理由は、第２領域Ｆ２はＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光のみを集光する領域であり、この領域を通過したＢＤ規格のレーザー光がスポット形成に寄与しないからである。このことにより、ＢＤ規格のレーザー光にて光学的超解像が実現され、上記した効果が得られる。
【００５４】
第３領域Ｆ３では、マイナスの段差量で輪体段差が形成されているので、この段差形状に従ってマイナスの収差が発生する。
【００５５】
第４領域Ｆ４および第６領域Ｆ６は、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光する領域なので、ＢＤ規格の波長にて収差が発生しない設計が可能であり、これらの領域で発生する収差量は極めて小さい。
【００５６】
一方、第５領域Ｆ５では収差の値は示されてない。これは、この第５領域Ｆ５はＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光する領域であり、この領域に照射されたＢＤ規格のレーザー光はスポット形成に寄与しないからである。
【００５７】
図３（Ｂ）を参照して、第１領域Ｆ１では、中部から離れるに従い徐々に波面収差の値はマイナスの方向に大きくなり、輪帯段差が設けられた箇所でその値がプラスの方向に大きくなる。そして、再び中央部から離れるに従い波面収差の値はマイナス方向に大きくなる。
【００５８】
対物レンズ１０の中央に位置する第１領域Ｆ１の表面形状は、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光で波面収差が小さくなるように設計されている。換言すると、輪帯段差を設けることによって残留する収差を、ＢＤ規格のレーザー光およびＤＶＤ規格のレーザー光に振り分けている。従って、第１領域Ｆ１に於いてＢＤ規格のレーザー光に発生する収差は零ではなく、マイナスの収差が若干発生している。
【００５９】
また、第１領域Ｆ１の内部で輪体段差が設けられた箇所にてＢＤ規格の収差がプラス方向にシフトされており、この理由は次の通りである。先ず、中央の第１領域Ｆ１に設けられる輪帯段差はＢＤ規格のレーザー光の波長で算出されるので、この段差の有無は基本的にはＢＤ波長のレーザー光に発生する収差には影響を与えない。しかしながら、第１領域Ｆ１と第２領域Ｆ２とのワーキングディスタンスを揃えるために、表面形状を調整している。この結果、第１領域Ｆ１の表面形状が調整され、輪帯段差の段差量が変化し、輪帯段差が設けられた箇所にてＢＤ規格のレーザー光で発生する収差がシフトする。
【００６０】
第２領域Ｆ２はＢＤ規格のレーザー光のスポット形成に寄与しない領域であるので、収差の値は図示されていない。この事項は、第５領域でも同様である。
【００６１】
第３領域Ｆ３は、ＢＤ規格のレーザー光とＤＶＤ規格のレーザー光を集光させる領域であり、ＢＤ規格のレーザー光で輪体段差量が算出されると共に、両規格で収差が振り分けられる面形状となっている。この結果、第３領域Ｆ３でもマイナスの収差が若干発生している。また、第１領域Ｆ１と同様に、第３領域Ｆ３に於いても、他の領域とのワーキングディスタンスが考慮されて表面形状が調整されている。この結果、輪帯段差が設けられた箇所にて収差の値がシフトしている。
【００６２】
第４領域Ｆ４および第６領域Ｆ６は、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域であるので、この領域で殆ど収差が発生しないように設計することも可能である。しかしながら、実際はプラス側に若干の収差が発生している。この原因は、第１領域Ｆ１等と同様に、これらの領域の表面形状を、第１領域Ｆ１等の他の領域とワーキングディスタンスが揃うような形状とした結果である。
【００６３】
ＢＤ規格のレーザー光に発生する収差は極めて小さく、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）波面収差は、光ディスクの被覆層がＢＤ規格の多層ディスクの最表層の情報記録層と最深層の情報記録層との中間の厚みである０．０８７５ｍｍの条件で、０．０３１ｍλＲＭＳとなる。一般的に、マレシャル評価基準で０．０７ｍλＲＭＳ以下であれば良好とされているが、本形態では光ディスクの被覆層の厚み０．０８７５ｍｍの条件で、０．０３１ｍλＲＭＳとすることで、多層ディスクの合焦させる情報記録層に対応してコリメートレンズ３６（図１０参照）を光軸方向に変位させることにより球面収差を補正することによりＢＤ規格の多層ディスクの最表層および最深層のいずれの情報記録層に対してもマレシャル評価基準の０．０７ｍλＲＭＳ以下が実現されている。従って、本形態の対物レンズを用いて、ＢＤ規格の光ディスクに対して情報の読出し及び書込を良好に行うことができる。
【００６４】
図４を参照して、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差を説明する。この図のグラフでは、ＤＶＤ規格のレーザー光を集光する第１領域Ｆ１から第５領域Ｆ５の範囲内で収差を示している。なお、第６領域Ｆ６はＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域であるので、この領域に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。
【００６５】
図４（Ａ）を参照して、ＤＶＤ規格のレーザー光に於いても、対物レンズに形成された輪帯段差の段差量に応じて収差がシフトする。具体的には、第１領域Ｆ１では、輪帯段差が設けられている箇所にて波面収差の値が５λ程度大きくなる。そして、第１領域Ｆ１と第２領域Ｆ２の境界には輪帯段差が形成されているので、この段差の段差量に応じて収差が減少する。更に、第２領域Ｆ２では、形成された輪帯段差に応じて階段状に収差の値が変化している。また、第３領域Ｆ３では、ＢＤ規格の波長で算出された段差量を有する輪帯段差の影響を受けて、収差がプラス方向に変化している。一方、第４領域Ｆ４は、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光してスポットを形成する領域であるので、この領域に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。また、第５領域Ｆ５は、ＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域であるので、この領域で発生する収差は極めて小さい。
【００６６】
図４（Ｂ）を参照して、上記したように第１領域Ｆ１の面形状は、基本的にはＢＤ規格のレーザー光の収差が少なくなるように設計されているので、ＤＶＤ規格のレーザー光には球面収差が発生する。具体的には、この収差は瞳半径が大きくなるに従い、プラス方向に大きくなる。そして、輪帯段差が設けられた箇所にて、収差の値がマイナス方向にシフトして補正される。更に、輪帯段差よりも外側の領域では再び外側に向かって収差はプラス方向に大きくなる。このように、輪帯段差の部分で収差がマイナス方向に補正される理由は、この輪体段差の段差量がＢＤ規格のレーザー光の波長から算出されるからである。
【００６７】
また、この図からも明らかなように、輪帯段差により収差がマイナス方向にシフトする部分を除外した大部分に於いて、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差はプラスの値を示している。本形態では、第１領域Ｆ１に於いて、上記したようにＢＤ規格のレーザー光で発生する収差の大部分をマイナスの値とする一方、ＤＶＤ規格のレーザー光で発生する収差の大部分をプラスの値としている。これにより、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格の両方に規格で発生する収差が小さくなる。
【００６８】
第２領域Ｆ２は、上記したように、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光する領域であり、複数個の輪帯が設けられている。そして、この領域に設けられる輪帯段差の輪帯段差量は、波長が比較的短いＤＶＤ規格のレーザー光の波長を元に算出される。しかしながら、ＣＤ規格のレーザー光とＤＶＤ規格のレーザー光で収差を振り分けるような面形状とした結果、この領域に於いてもＤＶＤ規格のレーザー光にプラス方向の収差が若干発生している。また、他の領域とのワーキングディスタンスを整合させるために表面形状を調整した結果、この領域の輪帯段差の段差量が変化し、輪帯段差が設けられた箇所にてＤＶＤ規格のレーザー光の収差がシフトしている。
【００６９】
第３領域Ｆ３では、第１領域Ｆ１と同様に、ＢＤ規格のレーザー光の波長で輪帯段差が決定される結果、ＤＶＤ規格のレーザー光で発生する球面収差が色収差でシフトして補正されている。
【００７０】
第４領域Ｆ４はＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域であるので、この領域に入射したＤＶＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。従って、このグラフでは、第４領域Ｆ４の収差は示されていない。このことにより、ＤＶＤ規格のレーザー光に於いても光学的超解像が実現される。
【００７１】
第５領域Ｆ５はＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光する領域であるのでこの領域で発生する収差は極めて小さい。
【００７２】
ここで、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生するＲＭＳ波面収差は、光ディスクの被覆層が０．６ｍｍの条件で、０．０４０ｍλＲＭＳであり、上記したマレシャル評価基準を十分に満たすものである。
【００７３】
図５を参照して、ＣＤ規格のレーザー光に発生する収差を説明する。ここでは、第１領域Ｆ１および第２領域Ｆ２に発生する収差を示している。なお、第２領域Ｆ２よりも外側の領域に照射されたＣＤ規格のレーザー光は、スポット形成には寄与しないので、これらの領域に発生する収差は図示しない。
【００７４】
図５（Ａ）を参照して、第１領域Ｆ１では、ＢＤ規格のレーザー光の波長から算出される輪帯段差に応じて収差が変化している。また、第２領域Ｆ２では、ＤＶＤ規格のレーザー光の波長で算出される輪帯段差に応じて収差が変化している。
【００７５】
図５（Ｂ）に示す収差の実効値を参照すると、第１領域Ｆ１では輪帯段差が設けられた箇所およびその周辺部にて若干収差が大きくなるものの、この領域で発生する収差は最大で０．１λ程度である。
【００７６】
第２領域Ｆ２では、ＤＶＤ規格のレーザー光の波長で輪体段差量が算出されているので、対物レンズの色収差によりＣＤ規格のレーザー光に発生する球面収差が補正される。この結果、このように収差が小さい値を示している。
【００７７】
ここで、ＣＤ規格のレーザー光に発生するＲＭＳ波面収差は、光ディスクの被覆層の厚みが１．２ｍｍの条件で、０．０３４ｍλＲＭＳであり、上記したマレシャル評価基準を十分に満たすものである。
【００７８】
図６および図７を参照して、次に、上記した対物レンズ１０の具体的な形状を説明する。図６および図７に示す表は、具現化された対物レンズの形状や特性を表す係数を示している。
【００７９】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格の波長での、光ピックアップレンズ（対物レンズ）および、光ディスク内光透過層（被覆層）の屈折率および面間隔を示している。ここで、開口径Φ、面間隔ｄ２、ｄ３は、図６（Ｅ）に示す通りである。
【００８０】
また、図６（Ｃ）は各規格の波長に於けるレンズ材料およびディスク内透過層の温度特性を示し、図６（Ｄ）はレンズ材料およびディスク内透過層の材料波長特性を示している。
【００８１】
図７に、レンズ面の形状を規定するパラメータを示す。図７（Ａ）は、複数の輪帯が設けられるレンズ面Ｒ１（図１（Ａ）に示す第１レンズ面１０Ａ）の形状を規定するパラメータを示す。図７（Ｂ）は対物レンズのレンズ面Ｒ２（図１（Ａ）に示す第２レンズ面１０Ｂ）の形状を示すパラメータである。
【００８２】
図７（Ａ）を参照して、この表に示された各パラメータを以下の式２に代入することでレンズ面形状が決定される。
【００８３】
【数１】
2012150854.tif 000003
【００８４】
この式２に於いて、図６（Ｅ）に示すＲ１面からＲ２面にかけて正の符号であり、ｈ１は光軸からの段差量（ｍｍ）であり、非球面係数はｈ（ｍｍ）を含む輪帯ｘの数値を用いる。
【００８５】
図７（Ａ）の表では、輪帯毎に、集光するレーザー光の波長、上記式１を用いて輪帯段差量を算出する際に使用される次数ｍおよび波長、輪帯開始半径、輪帯終了半径および形状を算出する際に用いられる係数が示されている。ここで、輪帯１〜輪帯２が図１（Ａ）に示す第１領域Ｆ１であり、輪帯３〜輪帯１３が第２領域Ｆ２であり、輪帯１４から輪帯１６が第３領域Ｆ３であり、輪帯１７が第４領域Ｆ４であり、輪帯１８が第５領域Ｆ５であり、輪帯１９が第６領域Ｆ６である。
【００８６】
また、図７（Ｂ）に示す係数を以下の式３に代入することにより、レンズ面Ｒ２の形状が決定される。
【００８７】
【数２】
2012150854.tif 000004
【００８８】
この式３に於いて、ｈ２は光軸からの段差量（ｍｍ）であり、非球面係数はＲ２面の数値を用いる。
【００８９】
図８を参照して、各輪帯の段差量は対物レンズの中心に対して上記式１が成立するように算出され、この後に各輪帯の面形状が最適化されている。従って、例えば、輪帯１と輪帯２との間に設けられる輪帯段差の段差量Ｄは、ｍ＝８、波長＝４０５を式１に代入することで算出される。この値は輪帯２の表面を仮想延長してレンズ中心まで広げた場合の、レンズ中心部と仮想延長された面の段差量を示している。
【００９０】
尚、図７（Ａ）の表を参照して、輪帯３と輪帯４とを比較した場合、輪帯３の段差量Ｄはｍ＝−２、波長＝６６０を式１に代入した値であり、輪帯４の輪帯段差はｍ＝−３、波長＝６６０を式１に代入した値である。これらの値は、上記したように対物レンズの中心を基準とした値である。従って、両者の境界に設けられる輪帯段差の段差量は各々の値を式１に代入した段差量の差となる。
【００９１】
以上が本形態に係る対物レンズ１０の説明である。
【００９２】
本発明の特徴は、図２（Ａ）を参照して、対物レンズ１０の共用領域に入射するレーザー光の一部をスポット形成に寄与させないことで、光学的超解像を実現したことにある。
【００９３】
具体的には、上記したように、使用状況下に於いて光ピックアップ装置が光ディスクに衝突することを防止するために、ＣＤ規格のワーキングディスタンスを長く確保する必要がある。このためには、図２（Ａ）を参照して、対物レンズ１０の中心部分（第１領域Ｆ１〜第２領域Ｆ２）の厚みを薄くする必要がある。しかしながら、このようにすると対物レンズ１０の端部の厚みＴ１１が極めて短くなり、射出成形による対物レンズの成形が困難になる。対物レンズ１０の端部の厚みＴ１１が短くなる理由は、この領域がＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格で共用されると共に、ＣＤ規格の開口数（０．４７）に対して、ＢＤ規格の開口数（０．７８）は非常に大きいからである。
【００９４】
この問題を解決するために、本形態では、共用領域１１Ａの一部を、ＢＤ規格に対応のレーザー光を集光させない共用領域とすることで、光学的超解像を実現している。具体的には、対物レンズ１０の中心部付近に配置された第１領域Ｆ１、第２領域Ｆ２および第３領域Ｆ３は、規格の異なる複数のレーザー光を集光する共用領域である。そして、第１領域Ｆ１および第３領域Ｆ３に入射したＢＤ規格のレーザー光は、光ディスク１２Ａの情報記録層１４Ａに集光されてスポット形成に寄与する。一方、第２領域Ｆ２に入射したレーザー光はスポット形成に寄与しない。換言すると、第２領域Ｆ２は、ＢＤ規格のレーザー光のスポット形成に寄与しない無効領域である。これにより、光学的超解像が実現され、ＣＤ規格のワーキングディスタンスを長く確保するために対物レンズ１０の中心部の厚みＴ１０が短く設定された場合であっても、端部の厚みＴ１１を０．２７４ｍｍ以上に厚く確保できる。従って、射出成形時に、この位置に設けられる金型のゲートの幅を大きくすることができ、射出成形を良好に行うことができる。
【００９５】
第２領域Ｆ２に入射したレーザー光をスポット形成に寄与させないために、本形態では、第２領域Ｆ２に設けられる輪帯段差の段差量を所定に調整している。具体的には、この段差量を、ＢＤ規格の波長ではなく、ＤＶＤ規格の波長を用いて算出している。このようにすることで、第２領域Ｆ２を通過したＢＤ規格のレーザー光には、０．３λ以上の収差が発生してスポット形成に寄与しなくなる。これに対して、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格で発生する収差は、グラフを参照して上記したとおりであり、良好にスポット形成に寄与する値（例えば、０．３λ未満）となる。
【００９６】
更に本形態では、対物レンズ１０の外側に設けた専用領域１１Ｂに於いても、第５領域Ｆ５に照射されたＢＤ規格のレーザー光はスポット形成に寄与せず、この領域は無効領域となっている。これは、第５領域Ｆ５のレンズ面形状を、ＤＶＤ規格のレーザー光のみを適切に集光する曲面形状とすることにより実現される。これにより、光学的超解像で得られる上記した効果がさらに大きくなり、開口数を０．７８により光学的超解像を用いない場合のＢＤ規格の適合開口数を０．８５に対応させることができる。
【００９７】
図２（Ｂ）を参照して、本形態では、ＤＶＤ規格のレーザー光でも、中心部付近に無効領域を設けることにより、光学的超解像を実現させている。具体的には、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる専用領域である第４領域Ｆ４がＤＶＤ規格のレーザー光のスポット形成に寄与しない無効領域である。このようにすることで、光学的超解像による効果がさらに大きくなる。
【００９８】
一方、図２（Ｃ）を参照して、ＣＤ規格では、要求される開口数が小さいので、上記した光学的超解像は要求されない。この結果、対物レンズ１０の第１領域Ｆ１および第２領域Ｆ２のみが、ＣＤ規格のレーザー光のスポット形成に寄与する。そして、それよりも外側の領域（第３領域Ｆ３−第６領域Ｆ６）は、ＣＤ規格のレーザー光のスポット形成に寄与しない無効領域である。
【００９９】
上記したＢＤ規格に於ける光学的超解像は、第２領域Ｆ２に設けられる輪帯段差の段差量を所定量とすることにより実現される。図９を参照してこの事項を説明する。図９はＤＶＤ規格の波長を基に、次数ｍを１から６まで変化させて輪帯段差量を算出した場合に、各規格のレーザー光に発生する残留収差を示している。
【０１００】
このグラフに示す残留収差を算出するための条件を説明すると、ＤＶＤ規格のレーザー光の波長は６６０ｎｍであり、ＤＶＤ規格の波長での対物レンズの屈折率は１．５３９６４２である。また、ＤＶＤ規格の１波長での段差量（輪帯を中心へ仮想延長した場合の軸上段差量）は１．２２３００３μｍである。
【０１０１】
先ず、第２領域Ｆ２では、ＤＶＤ規格の波長に基づいて上記した式１を用いて輪帯段差量Ｄを決定している。輪帯段差量Ｄの算出にＢＤ規格の波長を採用しない理由は次の通りである。即ち、ＢＤ規格の波長を用いて輪帯段差量を算出すると、ＢＤ規格で発生する収差の値が小さくなり、第２領域Ｆ２に入射したＢＤ規格のレーザー光がスポット形成に寄与してしまい、ＢＤ規格に関して第２領域Ｆ２が無効領域として機能しないからである。また、ＣＤで規格の波長を用いて輪帯段差量を算出すると、所定の輪帯段差量の範囲内で選択できる次数ｍ（式１参照）の種類が少ないので、最適な残留収差を発生させる次数ｍの値が選択しづらく成る。
【０１０２】
この表を参照して、輪帯段差量が７μｍの範囲では、次数ｍは１乃至６の何れかを採用することが可能であるが、最適な次数ｍは１である。その理由は、先ず、ＣＤ規格のレーザー光で発生する残留収差の値（絶対値）が０．３λ未満（−０．１６４５１）であるので、第２領域Ｆ２を通過したＣＤ規格のレーザー光は良好に光ディスクの情報記録層に集光する。一方、ＢＤ規格のレーザー光で発生する残留収差の値は０．３λ以上（０．３１２８２）であるので、第２領域Ｆ２に入射したＢＤ規格のレーザー光は、スポット形成には寄与しない。尚、ここではＤＶＤ規格の波長を基に輪帯段差量を算出しているので、ＤＶＤ規格のレーザー光には基本的には残留収差は発生しない。このことにより、第２領域Ｆ２がＢＤ規格のレーザー光に関して無効領域と成り、上記した光学的超解像が実現される。
【０１０３】
尚、第１領域Ｆ１では、輪帯段差量を算出するための波長としてＢＤ規格の波長が採用され、次数ｍとしては８が採用される。これにより、第１領域Ｆ１で、３つの規格（ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ）で収差が０．３λ未満となり、これらの規格のレーザー光が良好に集光される。また、第３領域Ｆ３では、輪帯段差量を算出するための波長としてＢＤ規格の波長が採用され、次数ｍとしては３が採用される。これにより、第３領域Ｆ３で、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格で収差が０．３λ未満に成り、これらの規格のレーザー光が集光する。更に、ＣＤ規格の収差が０．３λ以上となることにより、第３領域Ｆ３を通過したＣＤ規格のレーザー光がスポット形成に寄与しない。
【０１０４】
上記したように本形態では、集光するべきレーザー光に発生する残留収差の値を０．３λ未満とすることで読取・書出の精度を向上させているが、この値は変更可能である。例えば、より好ましい残留収差の値は０．２５λ未満であり、特に好ましい値は０．２０λ未満であり、このような値を採用することにより、読取・書出の精度が更に向上される。
【０１０５】
また、上記説明では、スポットを形成しないレーザー光に発生する残留収差の値を０．３λ以上とすることで、光学的超解像を実現していたが、この値は変更可能である。例えば、より好ましい残留収差の値は０．３５λ以上であり、特に好ましい残留収差の値は０．４０λ以上である。このようにすることで、光学的超解像をより確実に実現可能となる。
【０１０６】
ここで、図２（Ａ）を参照して、上記説明では、第２領域Ｆ２を通過したＢＤ規格のレーザー光をスポット形成に寄与させないことにより光学的超解像を実現させていたが、他の規格のレーザー光（例えば第２レーザー光）をスポット形成に寄与させないことで光学的超解像を実現することも可能である。
【０１０７】
ここで、本形態では、収差を補正するために輪帯段差を設けているが、この輪帯段差の段差量はある程度の幅が許容される。具体的には、第１領域Ｆ１での段差量Ｄを求めるために、上記した式１に代入される波長（λ）の値は、必ずしもＢＤ規格の４０５ｎｍである必要はなく、例えば３９５ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲で変更されても良い。このように、段差量の算出に用いられる波長を若干変更することにより、ＢＤ規格以外のＤＶＤ規格またはＣＤ規格のレーザー光に発生する収差が改善される。このことは、第２領域Ｆ２および第３領域Ｆ３でも同様であり、段差量の算出に使用される波長は、ＤＶＤ規格の場合は６４５ｎｍ〜６７５ｎｍで変更可能である。
【０１０８】
更に本形態では、無限光または弱有限光である各規格のレーザー光を、対物レンズ１０にて集光している。ここで、弱有限光の場合は、弱有限光で設計された対物レンズに無限光を入射した場合に、最小となる収差がマレシャル限界を超えないように対物レンズが設計される。
【０１０９】
無限光は単層の情報記録層を備えた各規格の光ディスクに対して、情報の読出し又は書込を行う際に用いられる。情報記録層が単層の場合は、この情報記録層を被覆する被覆層の厚みは一定であるため、無限光を用いることにより安定した読出し及び書込を行うことができる。無限光は、光ピックアップ装置の内部に於いて、レーザー光が通過する光路の途中にコリメートレンズを介装することで生成される。
【０１１０】
弱有限光は、多層の情報記録層を備えたＢＤ規格またはＤＶＤ規格の光ディスクの各層にレーザー光を集光する場合に用いられる。具体的には、２層の情報記録層を備えたＢＤ規格の光ディスクの場合、表面に近い情報記録層を被覆する被覆層の厚さは０．０７５ｍｍであり、表面から遠い方の情報記録層を被覆する被覆層の厚さは０．１００ｍｍである。この場合、対物レンズは、使用するレーザー光を無限に設定して２層の光ディスクの各被覆層の中間の厚さである０．０８７５ｍｍが焦点となるように設計される。そして、入射するレーザー光を弱有限光とすることにより、読取または書込を行う情報記録層にレーザー光を集光させてスポットを形成する。
【０１１１】
また、ＢＤ規格で４層の情報記録層を備える光ディスクの場合、最表層の情報記録層は厚さ０．０５０ｍｍの被覆層で被覆され、最深層の情報記録層は厚さ０．１０５ｍｍの被覆層により被覆される。この場合、両者の中間値である厚さ０．０７７５ｍｍの被覆層により被覆された情報記録層に、無限光のレーザー光が集光するように対物レンズを設計する。そして、対物レンズは入射されるレーザー光が弱有限光となることにより、所望の情報記録層にレーザー光を集光する。
【０１１２】
上記した弱有限光は、レーザー光の光路の途中に介装されたコリメートレンズを移動することにより作り出される。すなわち、弱有限光とは、無限光が入射された場合に多層ディスクの各被覆層の中間の厚さに設定される対物レンズの焦点を光ディスクの各情報記録層に変位させるために必要な角度の対物レンズに入射する発散光および収束光を示している。
【０１１３】
図１０を参照して、上記した構成の対物レンズ１０を備えた光ピックアップ装置２０の構成を説明する。光ピックアップ装置２０は、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格またはＣＤ規格のレーザー光を、光ディスク５２の情報記録層に集光させ、この情報記録層からの反射光を受光して電気信号に変換する機能を備えている。このことにより、光ピックアップ装置２０は、各規格の光ディスク５２からの情報の読出または書込を行う。
【０１１４】
本形態の光ピックアップ装置２０に含まれる各素子を以下に説明する。
【０１１５】
レーザー装置２２は、ＢＤ規格の波長のレーザー光を出射する。レーザー装置２４は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格の波長のレーザー光を出射する。
【０１１６】
回折格子２６は、レーザー装置２２と合成プリズム２８との間に配置され、ＢＤ規格のレーザー光が入射する。そして、回折格子２６は、入射するレーザー光を０次光、＋１次回折光、−１次回折光に分離する回折格子と、入射するレーザー光を合成プリズム２８の偏光面に対してＳ方向の直線偏光光に変換する１／２波長板とから構成される。同様に、回折格子３０は、レーザー装置２４と合成プリズム３４との間に配置され、回折格子と１／２波長板とから構成される。尚、回折格子３０は、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光を合成プリズム３４の偏光面に対してＳ方向の直線偏光光に変換する。
【０１１７】
ダイバージェントレンズ３２は、回折格子３０と合成プリズム３４との間に配置され、回折格子３０で回折されたレーザー光の広がり角を調整する。
【０１１８】
合成プリズム２８は、波長選択性および偏光選択性を有する偏光面を内蔵し、ＢＤ規格のレーザー光には偏光ビームスプリッタとして機能し、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光には、全透過プリズムとして機能する。具体的には、Ｓ方向の直線偏光光であるＢＤ規格のレーザー光は、その偏光面により紙面＋Ｘ方向に反射される。一方、光ディスク５２により反射されたレーザー光（戻り光）は、Ｐ方向の直線偏光光であり、この偏光面を紙面−Ｘ方向に透過する。
【０１１９】
合成プリズム３４は、波長選択性および偏光選択性を有する偏光面を内蔵し、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光には偏光ビームスプリッタとして機能し、ＢＤ規格のレーザー光には、全透過プリズムとして機能する。具体的には、合成プリズム３４は、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光の反射率を調整することで、ＰＤＩＣ５６へと導かれる第２のレーザー光の光量を調整する。そして、Ｓ方向の直線偏光光であるＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光の大部分は、その偏光面により紙面＋Ｘ方向に反射される。一方、光ディスクにより反射されたＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光（戻り光）は、Ｐ方向の直線偏光光であり、一定の割合にてこの偏光面を紙面−Ｘ方向に透過する。
【０１２０】
コリメートレンズ３６は、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光を無限光に変換する。コリメートレンズ３６は、点線にて示す光路（光軸）に対して平行方向（紙面±Ｘ方向）に移動する。そして、コリメートレンズ３６は、それぞれの規格のレーザー光に応じて光学倍率を最適化することで、層間迷光や層間クロストークの発生を抑止する。また、コリメートレンズ３６を移動させることにより、レーザー光を弱有限光に変換することができる。
【０１２１】
反射ミラー３８は、波長選択性および偏光選択性を有する。具体的には、反射ミラー３８は、往路のレーザー光を部分的に透過させてＦＭＤ２３に照射させる。
【０１２２】
ＦＭＤ２３は、反射ミラー３８を透過した往路側のレーザー光を受光し、受光したレーザー光の光量を示す信号を出力する。そして、ＦＭＤ２３の出力に基づいてレーザー装置２２、２４が制御される。
【０１２３】
反射ミラー４０は、各規格の往路のレーザー光を紙面−Ｘ方向に全反射する。同様に、光ディスク５２により反射された復路のレーザー光（戻り光）も、紙面−Ｙ方向に全反射する。
【０１２４】
１／４波長板４２は、入射するレーザー光に位相差を生じさせ、各規格のレーザー光をＳ方向の直線偏光光から円偏光光へと変換する。一方、光ディスク５２により反射されたレーザー光（戻り光）は、再び１／４波長板４２を通過すると、Ｐ方向の直線偏光光のレーザー光に変換される。
【０１２５】
立ち上げミラー４４は、各規格のレーザー光を紙面＋Ｙ方向に反射させる。
【０１２６】
対物レンズ１０は、立ち上げミラー４４により反射されたＢＤ規格、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光を光ディスク５２の情報記録層に集光させる。
【０１２７】
アナモレンズ５４は、合成プリズム２８とＰＤＩＣ５６との間に配置され、光ディスク５２により反射された各規格のレーザー光（戻り光）が通過する。そして、アナモレンズ５４は、通過するレーザー光にフォーカスサーボ用の非点収差を付与し、各規格のレーザー光を１つのＰＤＩＣ５６にて対処可能とする。
【０１２８】
ＰＤＩＣ５６は、信号検出用のフォトダイオード集積回路素子が内蔵された光検出器であり、各規格のレーザー光を同一平面上の受光領域にて受光し、光電変換によって情報信号成分を含む検出信号を出力する。更に、ＰＤＩＣ５６は、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボに用いられるサーボ信号成分を含む検出信号を出力する。
【０１２９】
次に、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光の光路を説明する。
【０１３０】
先ず、レーザー装置２４から出射されたレーザー光は、回折格子３０にてＳ方向の直線偏光光に変換され、ダイバージェントレンズ３２により所定の広がり角へと調整された後、合成プリズム３４へと入射する。その後、レーザー光は、合成プリズム３４の偏光面にて反射し、コリメートレンズ３６にて無限光に変換された後に、反射ミラー３８にて反射する。また、レーザー光の一部は、反射ミラー３８を透過してＦＭＤ２３に照射される。そして、ＦＭＤ２３の出力に基づいてレーザー装置２４の出力が制御される。
【０１３１】
反射ミラー３８で反射されたレーザー光は、反射ミラー４０にて全反射され、１／４波長板４２を通過することにより、Ｓ方向の直線偏光光から円偏光光に変換される。そして、円偏光光のレーザー光は、立ち上げミラー４４にて反射した後、対物レンズ１０により光ディスク５２の情報記録層に集光される。
【０１３２】
次に、光ディスク５２の情報記録層により反射されたレーザー光（戻り光）は、対物レンズ１０を透過し、立ち上げミラー４４にて反射した後、１／４波長板４２を透過することで、円偏光光からＰ方向の直線偏光光のレーザー光へと変換される。そして、このレーザー光は、反射ミラー４０、３８で反射された後に、コリメートレンズ３６、合成プリズム３４、２８を透過する。その後、レーザー光は、アナモレンズ５４にてフォーカスエラー検出用の非点収差が付与され、ＰＤＩＣ５６の受光領域にて受光され、光電変換によって検出信号へと変換される。
【０１３３】
次に、ＢＤ規格のレーザー光の光路を説明する。
【０１３４】
先ず、レーザー装置２２から出射されたレーザー光は、回折格子２６にてＳ方向の直線偏光光に変換され、合成プリズム２８へと入射する。そして、このレーザー光は、合成プリズム２８の偏光面にて全反射した後、合成プリズム３４を全透過する。その後、レーザー光は、コリメートレンズ３６で無限光とされた後に、反射ミラー３８で大部分が反射され、残りの部分が透過する。透過したレーザー光はＦＭＤ２３で検出され、ＦＭＤ２３の出力に基づいてレーザー装置２２の出力が上記と同様に調整される。
【０１３５】
反射ミラー３８を反射したレーザー光は、反射ミラー４０にて全反射され、１／４波長板４２を通過することにより、Ｓ方向の直線偏光光から円偏光光に変換される。そして、円偏光光のレーザー光は、立ち上げミラー４４にて反射した後、対物レンズ１０により光ディスク５２の情報記録層に集光される。
【０１３６】
次に、光ディスク５２の情報記録層により反射されたレーザー光（戻り光）は、対物レンズ１０を透過し、立ち上げミラー４４にて反射し、１／４波長板４２を透過することで、円偏光光からＰ方向の直線偏光光のレーザー光へと変換される。そして、レーザー光は、反射ミラー４０、３８にて反射された後に、コリメートレンズ３６、合成プリズム３４、２８を透過する。その後、レーザー光は、アナモレンズ５４にて非点収差が付与され、ＰＤＩＣ５６の受光領域にて受光され、光電変換によって検出信号が出力される。
【０１３７】
以上が、本形態のレーザー光の各光路の説明である。上記した光ピックアップ装置２０では、課題の欄にて述べたように、光ディスク５２（ＣＤ規格の光ディスク）が備えるスタックリブと、対物レンズ１０を保護する為に上方に突出する衝突防止部との接触を防止するために、対物レンズのワーキングディスタンスを長くしている。そして、この為には対物レンズ１０の中心部分を薄く形成する必要があり、このような場合であっても射出成形を良好に行うために、光学的超解像を採用している。光学的超解像の詳細は、図２等を参照して上記した通りである。
【０１３８】
ここで、上記した対物レンズおよび光ピックアップを用いて、ライトスクライブを行うことも可能である。ライトスクライブとは、光ディスクの記録面とは反対側の面に、レーザを用いることによって文字情報や絵情報を焼き付けることである。本形態の対物レンズはレーザー光の利用効率が高いので、効率よくライトスクライブを行える。
【符号の説明】
【０１３９】
１０   対物レンズ
１０Ａ 第１レンズ面
１０Ｂ 第２レンズ面
１１Ａ 共用領域
１１Ｂ 専用領域
Ｆ１   第１領域
Ｆ２   第２領域
Ｆ３   第３領域
Ｆ４   第４領域
Ｆ５   第５領域
Ｆ６   第６領域
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ      光ディスク
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ      情報記録層
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ      被覆層
２０   光ピックアップ装置
２２   レーザー装置
２４   レーザー装置
２６   回折格子
２８   合成プリズム
３０   回折格子
３２   ダイバージェントレンズ
３４   合成プリズム
３６   コリメートレンズ
３８   反射ミラー
４０   反射ミラー
４２   １／４波長板
４４   立ち上げミラー
５４   アナモレンズ
５６   ＰＤＩＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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