(57)【要約】【課題】ＮＡの異なる少なくとも２種類の光ディスク規格に対して互換性があり、ＮＡが相対的に小さな光ディスク規格用の光の集光時に実効ＮＡを制御して、良好なスポットを形成できる対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】対物レンズ素子１４３の内周部１３１Ｂと及び外周部１３１Ｆには、互いに異なる回折構造が設けられており、以下の条件が満たされる。    ＤＯ１１×ＤＯ１２＞０  ・・・（１）    ＤＯ２１×ＤＯ２２＜０  ・・・（２）ただし、ＤＯ１１（ＤＯ２１）：内周部の回折構造によって回折された波長λ1（λ2）の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数、ＤＯ１２（ＤＯ２２）：第２領域の回折構造によって回折された波長λ1（λ2）の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側及び出射側に光学機能面を備え、波長λ1の第１の入射光束を、基板厚ｔ1を持つ基板を介して集光しスポットを形成するとともに、前記波長λ1より長い波長λ2の第２の入射光束を、前記基板厚ｔ1より大きい基板厚ｔ2を持つ基板を介して集光しスポットを形成する対物レンズ素子であって、
前記光学機能面のうち少なくとも一方は、回転対称軸を含み実質的にスポット形成に寄与する前記第１及び第２の入射光束のいずれもが透過する第１領域と、前記第１領域を囲む輪帯状領域であって実質的にスポット形成に寄与する前記第１の入射光束のみが透過する第２領域とに分割されており、
前記第１領域及び前記第２領域には、互いに異なる回折構造が設けられ、
以下の条件を満足する、対物レンズ素子。
ＤＯ１１×ＤＯ１２＞０  ・・・（１）
ＤＯ２１×ＤＯ２２＜０  ・・・（２）
ここで、
ＤＯ１１：前記第１領域の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２１：前記第１領域の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ１２：前記第２領域の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２２：前記第２領域の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
である。
【請求項２】
以下の条件を満足する、請求項１に記載の回折レンズ素子。
１．５≦（ＤＯ２２／ＤＯ１２）−（ＤＯ２１／ＤＯ１１）≦３．０  ・・・（３）
【請求項３】
以下の条件を満足する、請求項１に記載の回折レンズ素子。
−１．０≦（ＤＯ２２／ＤＯ１２）／（ＤＯ２１／ＤＯ１１）≦−０．３  ・・・（４）
【請求項４】
入射側及び出射側に光学機能面を備え、波長λ1の第１の入射光束を、基板厚ｔ1を持つ基板を介して集光しスポットを形成するとともに、前記波長λ1より長い波長λ2の第２の入射光束を、前記基板厚ｔ1より大きい基板厚ｔ2を持つ基板を介して集光しスポットを形成し、更に、前記波長λ2より長い波長λ3の第３の入射光束を、前記基板厚ｔ2より大きい基板厚ｔ3を持つ基板を介して集光しスポットを形成するする対物レンズ素子であって、
前記光学機能面のうち少なくとも一方は、回転対称軸を含み実質的にスポット形成に寄与する前記第１〜第３の入射光束のいずれもが透過する第１領域と、前記第１領域を囲む輪帯状領域であって実質的にスポット形成に寄与する前記第１及び第２の入射光束のみが透過する第２領域と、前記第２領域を囲む輪帯状領域であって実質的にスポット形成に寄与する前記第１の入射光束のみが透過する第３領域とに分割されており、
前記第１領域〜前記第３領域には、互いに異なる回折構造が設けられ、
以下の条件を満足する、対物レンズ素子。
ＤＯ１２×ＤＯ１３＞０  ・・・（５）
ＤＯ２２×ＤＯ２３＜０  ・・・（６）
ここで、
ＤＯ１２：前記第２領域の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２２：前記第２領域の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数、
ＤＯ１３：前記第３領域の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２３：前記第３領域の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
である。
【請求項５】
以下の条件を満足する、請求項４記載の対物レンズ素子。
ＤＯ３２×ＤＯ３３＜０  ・・・（７）
ここで、
ＤＯ３２：前記第２領域の回折構造によって回折された波長λ3の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ３３：前記第３領域の回折構造によって回折された波長λ3の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
である。
【請求項６】
以下の条件を満足する、請求項４記載の対物レンズ素子。
１．５≦（ＤＯ２３／ＤＯ１３）―（ＤＯ２２／ＤＯ１２）≦３．０  ・・・（８）
【請求項７】
以下の条件を満足する、請求項４に記載の回折レンズ素子。
−１．０≦（ＤＯ２３／ＤＯ１３）／（ＤＯ２２／ＤＯ１２）≦−０．３  ・・・（９）
【請求項８】
以下の条件を満足する、請求項５に記載の回折レンズ素子。
１．５≦（ＤＯ３３／ＤＯ１３）−（ＤＯ３２／ＤＯ１２）≦３．０  ・・・（１０）
【請求項９】
以下の条件を満足する、請求項５に記載の回折レンズ素子。
−３．０≦（ＤＯ３３／ＤＯ１３）／（ＤＯ３２／ＤＯ１２）≦−１．０  ・・・（１１）
【請求項１０】
波長λ1の第１の入射光束を、基板厚ｔ1を持つ基板を介して集光しスポットを形成するとともに、前記波長λ1より長い波長λ2の第２の入射光束を、前記基板厚ｔ1より大きい基板厚ｔ2を持つ基板を介して集光しスポットを形成する光ピックアップ装置であって、
前記波長λ1の光束を出射する第１の光源と、
前記波長λ2の光束を出射する第２の光源と、
請求項１〜９のいずれかに記載の対物レンズ素子と、
光ディスクの情報記録媒体によって反射された光を検出する検出素子とを備える、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、光情報記録媒体の情報記録面に対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うために用いられる対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ近傍の青色レーザー光を用いて、光ディスクの記録密度を高め、記憶容量を向上させた高密度光ディスクの研究・開発が活発に行われている。このような高密度光ディスクの規格の１つに、対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、光ディスクの情報記録面上の保護基板厚を約０．１ｍｍとしたＢｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標。以下、「ＢＤ」という）がある。
【０００３】
ＢＤの他にも、波長６８０ｎｍ近傍の赤色レーザー光を用いるＤＶＤ（保護基板厚：約０．６ｍｍ）と、波長７８０ｎｍ近傍の赤外レーザー光を用いるＣＤ（保護基板厚：約１．２ｍｍ）も併存しており、これらの３種類の規格を互換できる対物レンズが種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の規格に互換性のある光学素子及び光ピックアップ装置が開示されている。特許文献１に記載の対物レンズには、階段状の段差を周期的に配置してなる階段状回折構造（バイナリ型回折構造ともいう）が設けられている。この段差１段分の高さは、最も短い設計波長の光に対して約１．２５波長の光路差を与えるように設計されている。また、半径方向に連続する４つの段差（ベース面からの高さが単位段差の０〜３倍）によって、１つの周期構造が構成されている。
【０００５】
このような段差構造を設けることによって、ＢＤ用の波長の光の使用時には、＋１次回折光の回折効率を最大とし、ＤＶＤの波長の光の使用時には、−１次回折光の回折効率を最大とすることができる。したがって、波長に対する回折角の変化を利用して、ＢＤとＤＶＤとの切替時に、波長及びディスク基材厚の違いに起因して発生する球面収差を補正することが可能となる。
【０００６】
また、特許文献２には、青紫色光半導体レーザーを用いる高密度光ディスクとＤＶＤとを互換できる対物レンズが開示されている。特許文献２に記載の対物レンズは、レンズの光学機能面に複数の輪帯状段差を設け、高密度光ディスク用の波長の光の使用時には＋３次回折光の回折効率が最大となり、ＤＶＤの波長の光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となるように、輪帯状段差の深さが設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９９３８７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高密度光ディスクの開口数（ＮＡ）がＤＶＤのＮＡより大きい場合、対物レンズの光学機能面の外周部分は、高密度光ディスクの専用領域となるため、この領域に入射するＤＶＤ用の光をスポット形成に寄与させないことが必要である。高密度光ディスクの専用領域に入射したＤＶＤ用の光が光ディスクの情報記録面上に集光されると、スポット性能の劣化に繋がる。しかしながら、特許文献２では、高密度光ディスクの専用領域に入射するＤＶＤ用の光の集光を制限するといった、光ディスク規格毎のＮＡの違いを考慮した設計はなされていない。したがって、実効ＮＡを調整するためには、開口制限機能を有する別途の光学部材が必要となるが、部品点数やコスト増を招くため、好ましいとは言えない。
【０００９】
それ故に、本発明は、ＮＡの異なる少なくとも２種類の光ディスク規格に対して互換性があり、ＮＡが相対的に小さな光ディスク規格用の光の集光時に実効ＮＡを制御して、良好なスポットを形成できる対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置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】
【００１０】
本発明は、入射側及び出射側に光学機能面を備え、波長λ1の第１の入射光束を、基板厚ｔ1を持つ基板を介して集光しスポットを形成するとともに、波長λ1より長い波長λ2の第２の入射光束を、基板厚ｔ1より大きい基板厚ｔ2を持つ基板を介して集光しスポットを形成する対物レンズ素子に関する。光学機能面のうち少なくとも一方は、回転対称軸を含み実質的にスポット形成に寄与する第１及び第２の入射光束のいずれもが透過する第１領域と、第１領域を囲む輪帯状領域であって実質的にスポット形成に寄与する第１の入射光束のみが透過する第２領域とに分割されている。第１領域及び第２領域には、互いに異なる回折構造が設けられる。この対物レンズ素子は、以下の条件を満足する。
ＤＯ１１×ＤＯ１２＞０  ・・・（１）
ＤＯ２１×ＤＯ２２＜０  ・・・（２）
ここで、
ＤＯ１１：第１領域の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２１：第１領域の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ１２：第２領域の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２２：第２領域の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
である。
【００１１】
また、本発明は、入射側及び出射側に光学機能面を備え、波長λ1の第１の入射光束を、基板厚ｔ1を持つ基板を介して集光しスポットを形成するとともに、波長λ1より長い波長λ2の第２の入射光束を、基板厚ｔ1より大きい基板厚ｔ2を持つ基板を介して集光しスポットを形成し、更に、波長λ2より長い波長λ3の第３の入射光束を、基板厚ｔ2より大きい基板厚ｔ3を持つ基板を介して集光しスポットを形成するする対物レンズ素子に関する。光学機能面のうち少なくとも一方は、回転対称軸を含み実質的にスポット形成に寄与する第１〜第３の入射光束のいずれもが透過する第１領域と、第１領域を囲む輪帯状領域であって実質的にスポット形成に寄与する第１及び第２の入射光束のみが透過する第２領域と、第２領域を囲む輪帯状領域であって実質的にスポット形成に寄与する第１の入射光束のみが透過する第３領域とに分割されている。第１領域〜第３領域には、互いに異なる回折構造が設けられる。この対物レンズ素子は、以下の条件を満足する。
ＤＯ１２×ＤＯ１３＞０  ・・・（５）
ＤＯ２２×ＤＯ２３＜０  ・・・（６）
ここで、
ＤＯ１２：第２領域の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２２：第２領域の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数、
ＤＯ１３：第３領域の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２３：第３領域の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
である。
【００１２】
また、本発明は、波長λ1の第１の入射光束を、基板厚ｔ1を持つ基板を介して集光しスポットを形成するとともに、波長λ1より長い波長λ2の第２の入射光束を、基板厚ｔ1より大きい基板厚ｔ2を持つ基板を介して集光しスポットを形成する光ピックアップ装置であって、波長λ1の光束を出射する第１の光源と、波長λ2の光束を出射する第２の光源と、上記のいずれかの記載の対物レンズ素子と、光ディスクの情報記録媒体によって反射された光を検出する検出素子とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小さな光ディスク規格用の光の集光時に、最も外周にある領域が開口制限機能を発揮するので、ＮＡの異なる少なくとも２種類の光ディスク規格に対して互換性があり、かつ、良好なスポットを形成できる対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係る対物レンズ素子の概略構成図
【図２】図１に示される対物レンズ素子の内周部に設けられる階段状回折構造の説明図
【図３】図１に示される対物レンズ素子の内周部と外周部の境界近傍に設けられた回折構造を示す図
【図４】実施の形態１に係る対物レンズ素子を備える光ピックアップ装置の概略構成図
【図５】実施の形態２係る対物レンズ素子の概略構成図
【図６】図５に示される対物レンズ素子の内周部に設けられる階段状回折構造の説明図
【図７】図５に示される対物レンズ素子の内周部と中間部の境界近傍に設けられた回折構造を示す図
【図８】実施の形態２に係る対物レンズ素子を備える光ピックアップ装置の概略構成図
【図９】数値実施例１に係る対物レンズ素子の光路図
【図１０】数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射した場合の球面収差を示すグラフ
【図１１】数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射した場合の正弦条件を示すグラフ
【図１２】数値実施例１に係る対物レンズ素子の縦収差を示すグラフ
【図１３】数値実施例２に係る対物レンズ素子の光路図
【図１４】数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射した場合の球面収差を示すグラフ
【図１５】数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射した場合の正弦条件を示すグラフ
【図１６】数値実施例２に係る対物レンズ素子の縦収差を示すグラフ
【図１７】数値実施例２に係る対物レンズ素子の縦収差を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る対物レンズ素子の概略構成図である。
【００１６】
実施の形態１に係る対物レンズ素子１４３は、ＢＤ規格（ＮＡ＝０．８５）とＤＶＤ規格（ＮＡ＝０．６５）とに互換性を有しており、波長λ1（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚み０．１ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成すると共に、波長λ2（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚み０．６ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。対物レンズ素子１４３の入射側の光学機能面は、回転対称軸（光軸）を含む内周部１３１Ｂと、内周部１３１Ｂを取り囲む輪帯状の外周部１３１Ｆとに分割されている。内周部１３１Ｂには、周期的な階段状段差よりなる階段状回折構造が設けられ、外周部１３１Ｆには鋸歯状回折構造が設けられている。
【００１７】
図２は、図１に示される対物レンズ素子の内周部に設けられる階段状回折構造の説明図である。図２（ａ）は、対物レンズ素子の光学機能面に設けられる階段状段差構造の理論形状を表す。図２（ｂ）は、ＢＤ用の波長λ1の光に対して与える位相の変化量を表し、図２（ｃ）は、ＤＶＤ用の波長λ2の光に対して与える位相の変化量を表す。
【００１８】
図３は、図１に示される対物レンズ素子の内周部と外周部の境界近傍に設けられた回折構造を示す図である。図３（ａ）は、理解を容易にするために、ベース非球面を除去して平坦面上に回折構造のみを配置した図である。図３（ｂ）は、対物レンズ素子を構成するベース非球面上に回折構造を配置した図である。
【００１９】
図２（ａ）に示す階段状回折構造は、連続する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。１段分の段差高さは、ＢＤ用の青色光に対して、その波長λ1の約１．２５倍の光路差を付与するように設計されている。この階段状回折構造に波長λ1の光が入射した場合、図２（ｂ）に示すように、段差高さが１段増加する毎に約０．２５波長分の位相差（約１／２π）を与える。図２（ｂ）の１周期分の回折構造は、０．２５波長分の位相差を与える段差を階段状に連続して４段並べた回折格子とみなすことができるので、回折効率が最も高い回折次数は＋１次となる。
【００２０】
一方、図２（ａ）に示す階段状回折構造に波長λ2の光が入射した場合、段差１段は、波長λ2の光に対して約０．７５波長分の光路差を与える。したがって、この階段状回折構造は、図２（ｃ）に示すように、段差高さが１段増加する毎に波長λ2の光に対して約−０．２５波長分の位相差（約−１／２π）を与える。図２（ａ）に示す階段状回折構造は、波長λ2の光の使用時には、−０．２５波長分の位相差を与える段差を階段状に連続して４段並べた回折格子とみなすことができるので、回折効率が最も高い回折次数は−１次となる。
【００２１】
外周部１３１Ｆは、ＢＤ専用領域であるので、ＤＶＤ用の波長λ2の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有する。すなわち、外周部１３１Ｆに入射した波長λ2の光束が、内周部に入射した波長λ2の光束が形成するスポットから大きく離れた位置に集光することなく、大きなデフォーカス成分及び球面収差成分を生じるように、外周部１３１Ｆは設計されている。また、波長λ2の光の使用時の外周部１３１Ｆの回折効率が、波長λ1の光の使用時と比べて低くなるように、鋸歯深さが設計される。
【００２２】
具体的には、本実施の形態に係る対物レンズ素子１４３においては、ＢＤ用の波長λ1の光の使用時に、＋３次回折光の回折効率が最大となるように段差深さが決定されている。この場合、ＤＶＤ用の波長λ2の最も回折効率の高い回折次数は＋２次となるが、＋２次回折光の回折効率は比較的低い。また、波長λ1の光の回折次数は、内周部１３１Ｂで＋１次、外周部１３１Ｆで＋３次であるのに対し、波長λ2の光の回折次数は、内周部１３１Ｂで−１次、外周部１３１Ｆで＋２次となる。波長λ2の光に与える回折のパワーは、負から正へと大きく変化しているため、内周部１３１Ｂを透過した光と外周部１３１Ｆを透過した光との間で大きな焦点位置ずれが生じ、球面収差の発生量も多くなる。このように、外周部１３１Ｆは、入射した波長λ2の光をスポット形成に実質的に寄与させず、開口制限機能を発揮する。
【００２３】
他の例として、外周部１３１Ｆによって回折される波長λ1の光のうち、＋１次回折光の回折効率が最大となるように鋸歯状回折構造を設計しても良い。この場合、ＤＶＤ用の波長λ2の光の使用時には、＋１次回折光の回折効率が最大となるが、ＢＤ用のブレーズ波長に合わせるため、その回折効率は最大でも＋６０％程度となる。また、回折次数も内周部１３１Ｂの−１次から外周部の＋１次へと大きく変化するため、焦点位置ずれと大きな球面収差を発生する。したがって、外周部１３１Ｆは、上記の例と同様に開口制限機能を発揮することができる。
【００２４】
ここで、実施の形態１に係る対物レンズ素子１４３は、以下の条件（１）及び（２）を満足する。
ＤＯ１１×ＤＯ１２＞０  ・・・（１）
ＤＯ２１×ＤＯ２２＜０  ・・・（２）
ここで、
ＤＯ１１：内周部の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２１：内周部の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ１２：外周部の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２２：外周部の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
である。
【００２５】
条件（１）及び（２）は、外周部１３１Ｆの回折次数と内周部１３１Ｂの回折次数の符号変化を規定する。条件（１）及び（２）を満たすことによって、ＤＶＤ用の波長λ2の回折方向を内周部１３１Ｂと外周部１３１Ｆとで大きく変化させることができ、外周部１３１Ｆに開口制限機能を付与することができる。
【００２６】
実施の形態１に係る対物レンズ素子１４３は、以下の条件（３）を満足することが好ましい。
１．５≦（ＤＯ２２／ＤＯ１２）−（ＤＯ２１／ＤＯ１１）≦３．０  ・・・（３）
【００２７】
条件（３）は、外周部１３１Ｆの回折次数と、内周部１３１Ｂの回折次数との関係を規定する。条件（３）の数値範囲を外れると、外周部１３１Ｆが波長λ2の光に対して十分な開口制限機能を発揮できなくなる。
【００２８】
実施の形態１に係る対物レンズ素子１４３は、以下の条件（４）を満足することが好ましい。
−１．０≦（ＤＯ２２／ＤＯ１２）／（ＤＯ２１／ＤＯ１１）≦−０．３  ・・・（４）
【００２９】
条件（４）は、外周部１３１Ｆの回折次数と、内周部１３１Ｂの回折次数との関係を規定する。外周部１５１Ｆが波長λ2の光に対して十分な開口制限機能を発揮できるように、これらの条件を満たすことが好ましい。
【００３０】
表１に、内周部１３１Ｂ及び外周部１３１Ｆに設ける回折構造が取り得る回折次数の組み合わせを例示する。ただし、上記条件（１）及び（２）を満足する限り、他の回折次数の組み合わせを取るように回折構造を設計しても良い。
【表１】
2012094231.tif 000003
【００３１】
図４は、実施の形態１に係る対物レンズ素子を備える光ピックアップ装置の概略構成図である。図４に示す光ピックアップ装置は、ＢＤ及びＤＶＤの２つの光ディスク規格に対して互換性を有するものである。
【００３２】
レーザー光源１から出射された青色光ビーム６１は、リレーレンズ２を透過し、ビームスプリッター４で反射された後、コリメートレンズ８により略平行光に変換される。コリメートレンズ８は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差や情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した青色ビーム６１は、立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１４３に入射し、光ディスク９の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク９の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ素子１４３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された青色ビーム６１は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光信号として検出される。
【００３３】
レーザー光源２０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ８は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク９の使用時と同様に、コリメートレンズ８が甲ｋじくほうこうに移動することによって、ディスク基材厚の差や温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した赤色光ビーム６２は、発散光として立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１４３に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ素子１４３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射し、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光信号として検出される。
【００３４】
図４に示した光ピックアップ装置は、実施の形態１に係る対物レンズ素子１４３を備えるので、波長λ2の光の使用時に、ＢＤ専用領域である外周部１３１Ｆが実効ＮＡを調整するための開口制限機能を発揮する。したがって、本実施の形態に係る光ピックアップ装置によれば、いずれの規格の光ディスクに対しても良好なスポット形成が可能となる。
【００３５】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２係る対物レンズ素子の概略構成図である。
【００３６】
実施の形態２に係る対物レンズ素子１６３は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光ディスク規格に互換性を有しており、波長λ1（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚み０．１ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ2（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚み０．６ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ3（７８０ｎｍ近傍）の赤外光を厚み１．２ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。
【００３７】
対物レンズ素子１６３の入射側の光学機能面は、対称軸（光軸）を中心とする３つの領域、すなわち、対称軸を含む内周部１５１Ｂと、内周部１５１Ｂを取り囲む輪帯状の中間部１５１Ｍと、中間部１５１Ｍを取り囲む輪帯状の外周部１５１Ｆとに分割されている。内周部１５１Ｂには、階段状回折構造が設けられ、中間部１５１Ｍには、内周部１５１Ｂに設けられているものとは異なる階段状回折構造が設けられ、外周部１５１Ｆには、鋸歯状回折構造が設けられている。
【００３８】
図６は、図５に示される対物レンズ素子の内周部に設けられる階段状回折構造の説明図である。図６（ａ）は、対物レンズ素子の光学機能面に設けられる階段状段差構造の理論形状を表す。図６（ｂ）は、ＢＤ用の波長λ1の光に対して与える位相の変化量を表し、図６（ｃ）は、ＤＶＤ用の波長λ2の光に対して与える位相の変化量を表し、図６（ｄ）は、ＣＤ用の波長λ3の光に対して与える位相の変化量を表す。
【００３９】
図７は、図５に示される対物レンズ素子の内周部と中間部の境界近傍に設けられた回折構造を示す図である。図７（ａ）は、理解を容易にするために、ベース非球面を除去して平坦面上に回折構造のみを配置した図である。図７（ｂ）は、対物レンズ素子を構成するベース非球面上に回折構造を配置した図である。
【００４０】
内周部１５１Ｂは、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ用の３波長の光で共用される領域である。内周部１５１Ｂに設けられる階段状回折構造は、高さが１段分ずつ単調に増加する８レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。１段分の段差高さは、ＢＤ用の青色光に対して、その波長λ1の約１．２５倍の光路差を付与するように設計されている。この階段状回折構造に波長λ1の光が入射した場合、段差高さが１段増加する毎に波長λ1の光に対して約０．２５波長分の位相差（約１／２π）を与える。図６（ａ）に示す階段状回折構造は、図６（ｂ）に示すように、波長λ2の光の使用時には、０．２５波長分の位相差を与える段差を階段状に連続して４段並べた回折格子とみなすことができるので、回折効率が最も高い回折次数は＋２次となる。
【００４１】
また、図６（ａ）に示す階段状回折構造に波長λ2の光が入射した場合、段差１段は、波長λ2の光に対して約０．７５波長分の光路差を与える。したがって、この階段状回折構造は、図６（ｂ）に示すように、段差高さが１段増加する毎に波長λ2の光に対して約−０．２５波長分の位相差（約−１／２π）を与える。図６（ａ）に示す階段状回折構造は、波長λ2の光の使用時には、−０．２５波長分の位相差を与える段差を階段状に連続して４段並べた回折格子とみなすことができるので、回折効率が最も高い回折次数は−２次となる。
【００４２】
また、図６（ａ）に示す階段状回折構造に波長λ3の光が入射した場合、段差１段は、波長λ3の光に対して約０．６２５波長分の光路差を与える。したがって、この階段状回折構造は、図６（ｃ）に示すように、段差高さが１段増加する毎に波長λ3の光に対して約−０．３７５波長分の位相差を与える。図６（ａ）に示す階段状回折構造は、波長λ3の光の使用時には、−０．３７５波長分の位相差を与える段差のほぼ３段を１つの回折格子とみなすことができるので、回折効率が最も高い回折次数は−３次となる。
【００４３】
尚、内周部１５１Ｂに設ける階段状回折構造の１周期は、必ずしも８レベルの段差から構成されている必要はなく、５、６、７、９レベルのいずれかの段差で構成されていても良い。
【００４４】
中間部１５１Ｍは、ＢＤ及びＤＶＤ用の２波長の光で共用される領域である。中間部１５１Ｍに設けられる階段状回折構造は、１段ずつ単調に高さが増加する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。１段分の段差高さは、ＢＤ用の波長λ1の光に対して、その約１．２５倍の光路差を付与するように設計されている。したがって、波長λ1の青色光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ2の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となる。中間部１５１Ｍに入射したＣＤ用の赤外光ビームは、スポットに寄与せず、かつ、迷光として光検出器に入ることなく、散乱する。すなわち、ＣＤ用の波長λ3の光に対して、中間部１５１Ｍは、開口制限機能を発揮する。中間部１５１Ｍに設ける階段状回折構造の１周期は、必ずしも４レベルの段差で構成されている必要はなく、４以外のレベル数の段差で構成されていても良い。
【００４５】
外周部１５１Ｆは、ＢＤ専用領域であるので、ＤＶＤ用の波長λ2の光及びＣＤ用の波長λ3の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有する。すなわち、外周部１５１Ｆに入射した波長λ2またはλ3の光束が、内周部に入射した同じ波長の光束が形成するスポットから大きく離れた位置に集光することなく、大きなデフォーカス成分及び球面収差成分を生じるように、外周部１５１Ｆは設計されている。また、波長λ2またはλ3の光の使用時の外周部１５１Ｆの回折効率が、波長λ1の光の使用時と比べて低くなるように、鋸歯深さが設計される。
【００４６】
具体的には、本実施の形態に係る対物レンズ素子１６３においては、ＢＤ用の波長λ1の光の使用時に、＋３次回折光の回折効率が最大となるように段差深さが決定されている。この場合、ＤＶＤ用の波長λ2の回折光のうち最も回折効率が高い次数、ＣＤ用の波長λ3の回折光のうち最も回折効率が高い次数は、いずれも＋２次となる。また、波長λ2の＋２次回折光の回折効率、波長λ3の＋２次回折光の回折効率は、それぞれ、８４％、４０％程度となり、ＢＤ用の波長λ1の光の回折効率より低くなる。
【００４７】
ＢＤ用の波長λ1の光の回折次数は、内周部１５１Ｂで＋２次、中間部で＋１次、外周部１５１Ｆで＋３次であるので、位相は緩やかに増減する。したがって、ＢＤの使用時には、内周部１５１Ｂ、中間部１５１Ｍ、外周部１５１Ｆに入射した光が良好なスポットを形成できる。
【００４８】
ＤＶＤ用の波長λ2の光の回折次数は、内周部１５１Ｂで−２次、中間部で−１次であり、位相は緩やかに変化する。したがって、ＤＶＤの使用時には、内周部１５１Ｂ及び中間部１５１Ｍに入射した光が良好なスポットを形成できる。ここで、外周部１５１Ｆによって回折された波長λ2の光の回折次数は＋２次である。内周部１５１Ｍから外周部１５１Ｆにかけて、回折によるパワーが負から正に大きく切り替わることによって、中間部１５１Ｍの集光スポットに対して、外周部１５１Ｆの集光スポットは、０．１７ｍｍ程度の焦点位置ずれを生じる。また、回折次数が−１次から＋２次へと急激に変化しているため球面収差も大きく発生する。ＤＶＤの使用時において、外周部１５１Ｆは、入射した波長λ2の光をスポット形成に実質的に寄与させず、開口制限機能を発揮する。
【００４９】
ＣＤの波長λ3の光の回折次数は、内周部１５１Ｂで−３次、中間部１５１Ｍで−１次となるが、これらの回折次数の変化率がＢＤ用の波長λ1の光とは異なる。このため、中間部１５１Ｍに入射した光は、良好なスポット形成に寄与しない。また、４段で１周期を構成する階段状回折構造の場合、波長λ3の光の回折効率は３５％程度であり、回折光の強度自体も弱い。このように、ＣＤの使用時において、中間部１５１Ｍは、入射した波長λ3の光に対して十分に開口制限機能を有する。更に、外周部１５１Ｆによって回折された波長λ3の光の回折次数は＋２次である。中間部１５１Ｍから外周部１５１Ｆにかけて回折によるパワーが負から正に切り替わるため、中間部１５１Ｍの集光スポットに対して、外周部１５１Ｆの集光スポットの焦点位置ずれが生じる。また、回折次数が−１次から＋２次へと急激に変化しているため球面収差も大きく発生する。よって、ＣＤの使用時には、外周部１５１Ｆもまた入射した波長λ3の光をスポット形成に実質的に寄与させず、開口制限機能を発揮する。
【００５０】
他の例として、外周部１５１Ｆによって回折される波長λ1の光のうち、＋１次回折光の回折効率が最大となるように鋸歯状回折構造を設計しても良い。この場合、ＤＶＤ用の波長λ2及ＣＤ用の波長λ3の光の使用時には、＋１次回折光の回折効率が最大となる。ただし、ＢＤ用のブレーズ波長に合わせるため、波長λ2の光の回折効率は最大でも＋６０％程度であり、波長λ3の光の回折効率は最大でも＋４２％程度となる。また、ＤＶＤ及びＣＤのいずれの場合でも、回折次数も内周部１５１Ｂの−１次から外周部の＋１次へと大きく変化するため、焦点位置ずれと大きな球面収差を発生する。したがって、外周部１５１Ｆは、上記の例と同様に開口制限機能を発揮することができる。
【００５１】
ここで、実施の形態２に係る対物レンズ素子１６３は、以下の条件（５）及び（６）を満足する。
【００５２】
ＤＯ１２×ＤＯ１３＞０  ・・・（５）
ＤＯ２２×ＤＯ２３＜０  ・・・（６）
ここで、
ＤＯ１２：中間部の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２２：中間部の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数、
ＤＯ１３：外周部の回折構造によって回折された波長λ1の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ２３：外周部の回折構造によって回折された波長λ2の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
である。
【００５３】
条件（５）及び（６）は、外周部１５１Ｆの回折次数と中間部１５１Ｍの回折次数の符号変化を規定する。条件（５）及び（６）を満たすことによって、ＤＶＤ用の波長λ2の回折方向を内周部１５１Ｂと外周部１５１Ｆとで大きく変化させることができ、外周部１５１Ｆに開口制限機能を付与することができる。
【００５４】
実施の形態２に係る対物レンズ素子１６３は、条件（５）及び（６）に加えて、以下の条件（７）を満足する。
【００５５】
ＤＯ３２×ＤＯ３３＜０  ・・・（７）
ここで、
ＤＯ３２：中間部の回折構造によって回折された波長λ3の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
ＤＯ３３：外周部の回折構造によって回折された波長λ3の光のうち、最も回折効率の高い回折光の回折次数
である。
【００５６】
条件（７）は、更に、外周部１５１Ｆの回折次数と中間部１５１Ｍの回折次数の符号変化を規定する。条件（７）を満たすことによって、ＣＤ用の波長λ3の回折方向を内周部１５１Ｂと外周部１５１Ｆとで大きく変化させることができ、外周部１５１Ｆに開口制限機能を付与することができる。
【００５７】
実施の形態２に係る対物レンズ素子１６３は、以下の条件（８）を満足することが好ましい。
１．５≦（ＤＯ２３／ＤＯ１３）―（ＤＯ２２／ＤＯ１２）≦３．０  ・・・（８）
【００５８】
実施の形態２に係る対物レンズ素子１６３は、以下の条件（９）を満足することが好ましい。
−１．０≦（ＤＯ２３／ＤＯ１３）／（ＤＯ２２／ＤＯ１２）≦−０．３  ・・・（９）
【００５９】
実施の形態２に係る対物レンズ素子１６３は、以下の条件（１０）を満足することが好ましい。
１．５≦（ＤＯ３３／ＤＯ１３）−（ＤＯ３２／ＤＯ１２）≦３．０  ・・・（１０）
【００６０】
また、実施の形態２に係る対物レンズ素子１６３は、以下の条件（１１）を満足することが好ましい。
−３．０≦（ＤＯ３３／ＤＯ１３）／（ＤＯ３２／ＤＯ１２）≦−１．０  ・・・（１１）
【００６１】
条件（８）〜（１１）は、外周部１５１Ｆの回折次数と、中間部１５１Ｍの回折次数との関係を規定する。外周部１５１Ｆが波長λ2及びλ3の光に対して十分な開口制限機能を発揮できるように、これらの条件を満たすことが好ましい。
【００６２】
表２に、内周部１５１Ｂ、中間部１５１Ｍ及び外周部１５１Ｆに設ける回折構造が取り得る回折次数の組み合わせを例示する。ただし、上記条件（２）を満足する限り、他の回折次数の組み合わせを取るように回折構造を設計しても良い。
【表２】
2012094231.tif 000004
【００６３】
図８は、実施の形態２に係る対物レンズ素子を備える光ピックアップ装置の概略構成図である。図８に示す光ピックアップ装置は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの光ディスク規格に対して互換性を有するものである。
【００６４】
レーザー光源１から出射された青色光ビーム６１は、リレーレンズ２を透過し、ビームスプリッター４で反射された後、コリメートレンズ８により略平行光に変換される。コリメートレンズ８は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差や情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した青色ビーム６１は、立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１６３に入射し、光ディスク９の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク９の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ素子１６３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された青色ビーム６１は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光信号として検出される。
【００６５】
本実施の形態に係るレーザー光源は、赤色光と赤外光を選択的に出射する２波長レーザー光源である。レーザー光源２０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ８は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク９の使用時と同様に、コリメートレンズ８が光軸方向に移動することによって、ディスク基材厚の差や温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した赤色光ビーム６２は、発散光として立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１６３に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ素子１６３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射し、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光信号として検出される。
【００６６】
レーザー光源２０から出射された赤外光ビーム６３は、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。コリメートレンズ８から出射された赤外光ビーム６３は、立ち上げミラー１２によって反射され対物レンズ１６３素子に入射し、光ディスク１１の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク１１の情報記録面上で反射された赤外光ビーム６３は、再び対物レンズ素子１６３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過しビームスプリッター１６で反射された後、検出レンズ３２によって集光され、光検出器３３で光信号として検出される。
【００６７】
図８に示した光ピックアップ装置は、実施の形態２に係る対物レンズ素子１６３を備えるので、波長λ2及びλ3の光の使用時に、ＢＤ専用領域である外周部１５１Ｆが実効ＮＡを調整するための開口制限機能を発揮する。したがって、本実施の形態に係る光ピックアップ装置によれば、いずれの規格の光ディスクに対しても良好なスポット形成が可能となる。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明の数値実施例を、コンストラクションデータ、収差図等を挙げてさらに具体的に説明する。尚、各数値実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と透過な屈折作用を有する面（例えば回折面等）であることを示す。非球面の面形状は、以下の数１で定義される。
【数１】
2012094231.tif 000005
ここで、
Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状の点の非球面頂点の接平面からの距離、
ｈ：光軸からの高さ、
Ｃj：レンズ第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃj＝１／Ｒj）、
ｋj：レンズ第ｊ面の円錐定数、
Ａj,n：レンズ第ｊ面のｎ次の非球面定数
である。
【００６９】
また、光学面に付加された回折構造によって生じる位相差は、以下の数２で与えられる。
【数２】
2012094231.tif 000006
ここで、
φ（ｈ）：位相関数
ｈ：光軸からの高さ
Ｐj,m：レンズ第ｊ面の２ｍ次の位相関数係数
【００７０】
（数値実施例１）
数値実施例１は、実施の形態１に対応する。数値実施例１に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む内周部と、内周部を取り囲む外周部とに分割されている。第１面の内周部には、階段状回折構造が設けられ、外周部には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面も、内周部と外周部に分割されており、それぞれ異なる非球面よりなる。数値実施例１に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離２．２４ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．８６、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６５８ｎｍ、焦点距離１．７４ｍｍ、ＮＡ０．６、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【００７１】
表３及び４に数値実施例１に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表３】
2012094231.tif 000007
【表４】
2012094231.tif 000008
【００７２】
図９は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の光路図である。図１０は、数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射した場合の球面収差を示すグラフである。図１１は、数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射した場合の正弦条件を示すグラフである。図１０及び１１より、収差が良好に補正されていることが把握される。
【００７３】
表５に、第１面の内周部に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表５】
2012094231.tif 000009
【００７４】
数値実施例１の内周部では、連続する４レベルの階段状段差により１つの輪帯周期が構成されている。表５における輪帯周期とは、図３（ａ）の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）の輪帯の幅を指す。内周部には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、・・・、第２９輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図３（ａ）の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。
【００７５】
表６に、第１面の外周部に設けた鋸歯状回折構造の輪帯周期を示す。
【表６】
2012094231.tif 000010
【００７６】
表６における輪帯周期は、図３（ｂ）の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向の）の輪帯の幅を指す。より詳細には、輪帯周期とは、図３（ｂ）に示す断面上において、レンズ有効面の輪郭線（光軸と平行な段差の壁面を除く）と、曲面ＭＧ２を表す一点鎖線との交点間（隣接する交点間）の距離を表す。外周部には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、・・・、第９輪帯が設けられている。
【００７７】
表７に、第１面の内周部に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第３段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差の高さは、逆方向に３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表７】
2012094231.tif 000011
【００７８】
表８に、第１面の外周部に設けた鋸歯状回折構造の段差高さを示す。また、鋸歯状回折構造の段差高さは、ＢＤの設計波長の光に対して３波長分の位相差を付与するように設計されており、＋３次回折光を使用する。
【表８】
2012094231.tif 000012
【００７９】
図１２は、直径をＢＤの有効径と等しくしたＤＶＤ用の波長６５８ｎｍの光束を、数値実施例１に係る対物レンズ素子の入射面に入射させた場合の縦収差を示すグラフである。
【００８０】
対物レンズ素子の外周部を透過した光の焦点位置が、光軸方向に約０．１３ｍｍずれており、かつ大きなオーバーの球面収差を持っていることがわかる。外周部は、入射したＤＶＤ用の光が集光することなく、かつ、迷光とならないように、良好に開口制限機能を発揮している。
【００８１】
（数値実施例２）
数値実施例２は、実施の形態２に対応する。数値実施例２に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む内周部と、内周部を取り囲む中間部と、中間部を取り囲む外周部とに分割されている。第１面の内周部には、階段状回折構造が設けられている。中間部には、内周部とは異なる階段状回折構造が設けられている。外周部には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面からなる。数値実施例２に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．８ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．８６、情報記録媒体の保護層厚８７．５μｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６５８ｎｍ、焦点距離２．０ｍｍ、ＮＡ０．６、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離２．１ｍｍ、ＮＡ０．４７、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【００８２】
表９及び１０に数値実施例１に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表９】
2012094231.tif 000013
【表１０】
2012094231.tif 000014
【００８３】
図１３は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の光路図である。図１４は、数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射した場合の球面収差を示すグラフである。図１５は、数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射した場合の正弦条件を示すグラフである。図１４及び１５より、収差が良好に補正されていることが把握される。
【００８４】
表１１に、第１面の内周部に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表１１】
2012094231.tif 000015
【００８５】
数値実施例２の内周部では、連続する８レベルの階段状段差により１つの輪帯周期が構成されている。表１２の輪帯周期とは、図７（ｂ）の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。内周部には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、・・・、第１６輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図７（ｂ）の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、・・・、第８段差とする。
【００８６】
表１２に、第１面の中間部に設けた階段状回折構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表１２】
2012094231.tif 000016
【００８７】
数値実施例２の中間部では、連続する４レベルの階段状段差により１つの輪帯周期が構成されている。表１２の輪帯周期とは、図７（ｂ）の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。内周部には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、・・・、第１１輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図７（ｂ）の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。
【００８８】
表１３に、第１面の外周部に設けた鋸歯状回折構造の輪帯周期を示す。
【表１３】
2012094231.tif 000017
【００８９】
表１４における輪帯周期は、数値実施例１と同様に定義され、図３（ｂ）の矢印で示した、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。外周部には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、・・・、第１６輪帯が設けられている。また、鋸歯状回折構造の段差高さは、ＢＤの設計波長の光に対して３波長分の位相差を付与するように設計されており、＋３次回折光を使用する。
【００９０】
表１４に、第１面の内周部に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。
【表１４】
2012094231.tif 000018
【００９１】
表１５に、第１面の中間部に設けた鋸歯状回折構造の段差高さを示す。
【表１５】
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【００９２】
表１６に、第１面の外周部に設けた鋸歯状回折構造の段差高さを示す。
【表１６】
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【００９３】
図１６は、直径をＢＤの有効径と等しくしたＤＶＤ用の波長６５８ｎｍの光束を、数値実施例２に係る対物レンズ素子の入射面に入射させた場合の縦収差を示すグラフである。
【００９４】
対物レンズ素子の外周部を透過した光の焦点位置が、光軸方向に約０．１８ｍｍずれており、かつ、大きなオーバーの球面収差を持っていることがわかる。したがって、外周部は、入射したＤＶＤ用の光が集光することなく、かつ、迷光とならないように、良好に開口制限機能を発揮している。
【００９５】
図１７は、直径をＢＤの有効径と等しくしたＣＤ用の波長７８５ｎｍの光束を、数値実施例２に係る対物レンズ素子の入射面に入射させた場合の縦収差を示すグラフである。
【００９６】
対物レンズ素子の中間部を透過した光の焦点距離が光軸方向に約０．１ｍｍずれ、外周部を透過した光の焦点位置が、光軸方向に約０．１３ｍｍずれている。また、大きなオーバーの球面収差を持っていることがわかる。したがって、中間部及び外周部は、入射したＣＤ用の光が集光することなく、かつ、迷光とならないように、良好に開口制限機能を発揮している。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、波長の異なる光を用いる複数の規格の光ディスクに対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うために用いられる対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置に利用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１  レーザー光源
７    光検出器
９  光ディスク
１０  光ディスク
１１  光ディスク
２０  レーザー光源
３３  光検出器
１４３  対物レンズ素子
１６３  対物レンズ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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