(57)【要約】【課題】規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置用対物光学系において、光利用効率の低下を有効に抑えること。【解決手段】第一と第二の段差を含む少なくとも二種類の段差で規定される位相シフト構造を有し、第一の段差の配置間隔と、第二の段差の配置間隔とが所定の条件を満たすと共に、第一と第二の段差が付与する互いの位相変化が相殺されるように光情報記録再生装置用対物光学系を構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録密度の異なる第一、第二、第三の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二、第三の波長を持つ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又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される、少なくとも一枚の対物レンズからなる光情報記録再生装置用対物光学系において、
前記第一の波長をλ１（単位：ｎｍ）と定義し、前記第二の波長をλ２（単位：ｎｍ）と定義し、前記第三の波長をλ３（単位：ｎｍ）と定義した場合に、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ１と定義し、前記第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ２と定義し、前記第三の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ３と定義した場合に、
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
前記対物光学系中の少なくとも一面が、同心状に分割された複数の屈折面で構成され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して異なる位相差を付与する段差を持つ位相シフト構造を有する位相シフト面であり、
前記位相シフト面は、
前記第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域を有し、
前記第一の領域は、第一の波長でのＮＡ０．３よりも有効径が大きく、
前記第一の領域には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されており、
光軸方向と直交する方向において、前記第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの前記第一の段差の配置間隔をＰ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの該第二の段差であって、一方が該二つの第一の段差に挟まれて位置する二つの該第二の段差の配置間隔をＰ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、前記第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのＮＡ０．３よりも有効径が大きい領域において、次の条件（１）
０．９５＜Ｐ１／Ｐ２＜１．０５・・・（１）
（但し、前記二つの第一の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第一の段差が前記第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第一の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第一の起点段差、前記第一の終点段差として、前記配置間隔Ｐ１を決定し、
前記二つの第二の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第二の段差が前記第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第二の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第二の起点段差、前記第二の終点段差として、前記配置間隔Ｐ２を決定する。）
を満たす輪帯の組み合わせを複数有し、
前記第一の段差が前記第一の波長の光束に対して前記光源から前記光ディスクに向かう該光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、該第一の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ１（単位：ｒａｄ）と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して該光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、該第二の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ２（単位：ｒａｄ）と定義した場合に、前記第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのＮＡ０．３よりも有効径が大きい領域において、次の条件（２）
−３．００＜Δφ１／Δφ２＜−０．１０・・・（２）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項２】
前記位相シフト面は、次の条件（３）
−１．３０＜Δφ１／Δφ２＜−０．３５・・・（３）
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項３】
前記位相シフト面は、
前記第一の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ１（単位：πｒａｄ）と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ２（単位：πｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（４）及び（５）
２．２＜φ１＜２．８・・・（４）
１．００＜φ２＜１．７０・・・（５）
を満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項４】
前記位相シフト面は、次の条件（６）及び（７）
２．３＜φ１＜２．６・・・（６）
１．１＜φ２＜１．５・・・（７）
を満たすことを特徴とする、請求項３に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項５】
前記位相シフト面は、
前記第一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をΔＯＰＤ１（単位：μｍ）と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔＯＰＤ２（単位：μｍ）と定義した場合に、次の条件（８）及び（９）
１．１０＜ΔＯＰＤ１／λ１＜１．４０・・・（８）
０．５０＜ΔＯＰＤ２／λ１＜０．８５・・・（９）
を満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項６】
前記位相シフト面は、次の条件（１０）及び（１１）
１．１５＜ΔＯＰＤ１／λ１＜１．３０・・・（１０）
０．５５＜ΔＯＰＤ２／λ１＜０．７５・・・（１１）
を満たすことを特徴とする、請求項５に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項７】
前記位相シフト面は、
近軸に配置された前記第一の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をＤ１（単位：μｍ）と定義し、近軸に配置された前記第二の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をＤ２（単位：μｍ）と定義した場合に、次の条件（１２）及び（１３）
０．７０＜Ｄ１＜１．１０・・・（１２）
０．３０＜Ｄ２＜０．７０・・・（１３）
を満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項８】
前記位相シフト面は、次の条件（１４）及び（１５）
０．８０＜Ｄ１＜０．９５・・・（１４）
０．４０＜Ｄ２＜０．５５・・・（１５）
を満たすことを特徴とする、請求項７に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項９】
前記第一の領域に形成された前記少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik（ｈ）=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
（但し、ｈは、光軸からの高さを、Ｐｉｋ２、Ｐｉｋ４、Ｐｉｋ６・・・はそれぞれ、第ｋの領域の第ｉの光路差関数（ｋ、ｉは何れも自然数）における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、ｍikは、入射光束の回折効率が最大となる第ｋの領域の第ｉの光路差関数における回折次数を、λは、前記入射光束の使用波長を、それぞれ示す。）
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、
前記第一の位相シフト構造は、前記第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に１次となる第一の光路差関数で規定される回折構造であり、
前記第二の位相シフト構造は、前記第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ１次、０次、０次となる第二の光路差関数で規定される回折構造であることを特徴とする、請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１０】
前記位相シフト面は、
前記第一の領域の外側に、前記第一、第二の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二の光ディスクの記録面上に収束させると共に、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、
前記第二の領域には、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されており、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの前記第三の段差の配置間隔をＰ３（単位：ｍｍ）と定義し、該第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの該第四の段差であって、一方が該二つの第三の段差に挟まれて位置する二つの該第四の段差の配置間隔をＰ４（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（１６）
０．９５＜Ｐ３／Ｐ４＜１．０５・・・（１６）
（但し、前記二つの第三の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第三の段差が前記第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第三の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第三の起点段差、前記第三の終点段差として、前記配置間隔Ｐ３を決定し、
前記二つの第四の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第四の段差が前記第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第四の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第四の起点段差、前記第四の終点段差として、前記配置間隔Ｐ４を決定する。）
を満たす輪帯の組み合わせを複数有し、
前記第三の段差が前記第一の波長の光束に対して前記光源から前記光ディスクに向かう該光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、該第三の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ３（単位：ｒａｄ）と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して該光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、該第四の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ４（単位：ｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（１７）
−２．７０＜Δφ３／Δφ４＜−０．０５・・・（１７）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項９の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１１】
前記位相シフト面は、次の条件（１８）
−１．０５＜Δφ３／Δφ４＜−０．２０・・・（１８）
を満たすことを特徴とする、請求項１０に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１２】
前記位相シフト面は、
前記第三の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ３（単位：πｒａｄ）と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ４（単位：πｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（１９）及び（２０）
２．１＜φ３＜２．８・・・（１９）
１．００＜φ４＜１．７０・・・（２０）
を満たすことを特徴とする、請求項１０又は請求項１１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１３】
前記位相シフト面は、次の条件（２１）及び（２２）
２．２＜φ３＜２．６・・・（２１）
１．１＜φ４＜１．５・・・（２２）
を満たすことを特徴とする、請求項１２に記載の光情報記録再生装置用対物光学
【請求項１４】
前記位相シフト面は、
前記第三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をΔＯＰＤ３（単位：μｍ）と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔＯＰＤ４（単位：μｍ）と定義した場合に、次の条件（２３）及び（２４）
１．０５＜ΔＯＰＤ３／λ１＜１．４０・・・（２３）
０．５０＜ΔＯＰＤ４／λ１＜０．８５・・・（２４）
を満たすことを特徴とする、請求項１０又は請求項１１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１５】
前記位相シフト面は、次の条件（２５）及び（２６）
１．１０＜ΔＯＰＤ３／λ１＜１．３０・・・（２５）
０．５５＜ΔＯＰＤ４／λ１＜０．７５・・・（２６）
を満たすことを特徴とする、請求項１４に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１６】
前記位相シフト面は、
前記第一の領域との境界に配置された前記第三の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をＤ３（単位：μｍ）と定義し、該一の領域との境界に配置された前記第四の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をＤ４（単位：μｍ）と定義した場合に、次の条件（２７）及び（２８）
０．８５＜Ｄ３＜１．２０・・・（２７）
０．４５＜Ｄ４＜０．８５・・・（２８）
を満たすことを特徴とする、請求項１０又は請求項１１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１７】
前記位相シフト面は、次の条件（２９）及び（３０）
０．９５＜Ｄ３＜１．１０・・・（２９）
０．５５＜Ｄ４＜０・７５・・・（３０）
を満たすことを特徴とする、請求項１６に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１８】
前記第二の領域に形成された前記少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik（ｈ）=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
（但し、ｈは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第ｋの領域の第ｉの光路差関数（ｋ、ｉは何れも自然数）における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、ｍikは、入射光束の回折効率が最大となる第ｋの領域の第ｉの光路差関数における回折次数を、λは、前記入射光束の使用波長を、それぞれ示す。）
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、
前記第三の位相シフト構造は、前記第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に１次となる第三の光路差関数で規定される回折構造であり、
前記第四の位相シフト構造は、前記第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ１次、０次となる第四の光路差関数で規定される回折構造であることを特徴とする、請求項１０から請求項１７の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項１９】
前記位相シフト面は、
前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に収束させると共に、前記第二、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することを特徴とする、請求項１０から請求項１８の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項２０】
記録密度の異なる第一、第二、第三の各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置において、
第一の波長（≒４０５ｎｍ）、第二の波長（≒６６０ｎｍ）、第三の波長（≒７９０ｎｍ）の光束を射出する光源と、
前記射出された第一、第二、第三の波長の光束の発散収束度を変換するカップリングレンズと、
前記発散収束度が変換された第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる、請求項１から請求項１９の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、
を有す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】
本発明は、規格の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録又は再生を行うのに適した構成の光情報記録再生装置用対物光学系、及び該対物光学系を搭載した光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、ＢＤ（Blu-ray Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）等の記録密度や保護層厚等の規格の異なる複数種類の光ディスクが存在するため、光情報記録再生装置に搭載された対物光学系には、各光ディスクに対する互換性が要求される。ここで、互換性とは、使用する光ディスクを切り替えたときに部品交換等をすることなく情報の記録又は再生が保証されることである。
【０００３】
対物光学系が規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つためには、ディスク保護層の厚さの差により生じる相対的な球面収差を補正すると共に、情報の記録又は再生に使用する対物光学系の開口数（ＮＡ）を変化させて記録密度の違いに対応したビームスポットを得る必要がある。光情報記録再生装置は、光ディスクの記録密度毎に、異なる波長のレーザー光を使用するように構成されている。光情報記録再生装置は、例えばＣＤの記録又は再生を行う場合、約７９０ｎｍの波長の光（いわゆる近赤外レーザー光）を、ＤＶＤの記録又は再生を行う場合、約６６０ｎｍの波長の光（いわゆる赤色レーザー光）を、ＢＤの記録又は再生を行う場合、約４０５ｎｍの波長の光（いわゆる青色レーザー光）を、それぞれ使用する。特許文献１には、三種類の規格の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置の具体的構成例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９９７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の光情報記録再生装置用の対物レンズには、それぞれ異なる光路長変化量を付与する二種類の段差が形成されている。特許文献１に記載の対物レンズにおいて、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数は、一方の段差で１次／０次／０次であり、他方の段差で２次／１次／１次である。ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の全ての波長の光束においてスポット光量が確保されるように段差を設計すると、後者の段差では各波長の光束における位相ずれが小さいため回折効率が高い一方、前者の段差では各波長の光束における位相ずれが大きいため回折効率が小さい。そのため、対物レンズ全体として光利用効率が低いという欠点がある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置用対物光学系、及び該対物光学系を搭載した光情報記録再生装置において、光利用効率の低下を有効に抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置用対物光学系は、記録密度の異なる第一、第二、第三の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二、第三の波長を持つ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又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される、少なくとも一枚の対物レンズからなる光学系である。なお、第一の波長をλ１（単位：ｎｍ）と定義し、第二の波長をλ２（単位：ｎｍ）と定義し、第三の波長をλ３（単位：ｎｍ）と定義した場合に、
λ１≒４０５ｎｍ、λ２≒６６０ｎｍ、λ３≒７９０ｎｍ
である。また、第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ１と定義し、第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ２と定義し、第三の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ３と定義した場合に、
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
が満たされる。
【０００８】
本発明に係る光情報記録再生用対物光学系中の少なくとも一面は、同心状に分割された複数の屈折面で構成され、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異なる位相差を付与する段差を持つ位相シフト構造を有する位相シフト面である。位相シフト面は、第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる、第一の波長でのＮＡ０．３よりも有効径が大きい第一の領域を有している。第一の領域には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されている。
【０００９】
位相シフト面は、光軸方向と直交する方向において、第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第一の段差の配置間隔をＰ１（単位：ｍｍ）と定義し、第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第二の段差であって、一方が二つの第一の段差に挟まれて位置する二つの第二の段差の配置間隔をＰ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのＮＡ０．３よりも有効径が大きい領域において、次の条件（１）
０．９５＜Ｐ１／Ｐ２＜１．０５・・・（１）
を満たす輪帯の組み合わせを複数有する。なお、二つの第一の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差と定義し、二つの第二の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差と定義する。そして、光軸方向と直交する方向において、第一の段差が第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第一の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差として、配置間隔Ｐ１を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第二の段差が第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第二の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差として、配置間隔Ｐ２を決定する。
【００１０】
また、位相シフト面は、第一の段差が第一の波長の光束に対して光源から光ディスクに向かう光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、第一の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ１（単位：ｒａｄ）と定義し、第二の段差が第一の波長の光束に対して光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、第二の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ２（単位：ｒａｄ）と定義した場合に、第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのＮＡ０．３よりも有効径が大きい領域において、次の条件（２）
−３．００＜Δφ１／Δφ２＜−０．１０・・・（２）
を満たす。
【００１１】
また、位相シフト面は、次の条件（３）
−１．３０＜Δφ１／Δφ２＜−０．３５・・・（３）
を満たす構成としてもよい。
【００１２】
また、位相シフト面は、第一の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ１（単位：πｒａｄ）と定義し、第二の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ２（単位：πｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（４）及び（５）
２．２＜φ１＜２．８・・・（４）
１．００＜φ２＜１．７０・・・（５）
を満たす構成としてもよい。
【００１３】
また、位相シフト面は、次の条件（６）及び（７）
２．３＜φ１＜２．６・・・（６）
１．１＜φ２＜１．５・・・（７）
を満たす構成としてもよい。
【００１４】
また、位相シフト面は、第一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をΔＯＰＤ１（単位：μｍ）と定義し、第二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をΔＯＰＤ２（単位：μｍ）と定義した場合に、次の条件（８）及び（９）
１．１０＜ΔＯＰＤ１／λ１＜１．４０・・・（８）
０．５０＜ΔＯＰＤ２／λ１＜０．８５・・・（９）
を満たす構成としてもよい。
【００１５】
また、位相シフト面は、次の条件（１０）及び（１１）
１．１５＜ΔＯＰＤ１／λ１＜１．３０・・・（１０）
０．５５＜ΔＯＰＤ２／λ１＜０．７５・・・（１１）
を満たす構成としてもよい。
【００１６】
また、位相シフト面は、近軸に配置された第一の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をＤ１（単位：μｍ）と定義し、近軸に配置された第二の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をＤ２（単位：μｍ）と定義した場合に、次の条件（１２）及び（１３）
０．７０＜Ｄ１＜１．１０・・・（１２）
０．３０＜Ｄ２＜０．７０・・・（１３）
を満たす構成としてもよい。
【００１７】
また、位相シフト面は、次の条件（１４）及び（１５）
０．８０＜Ｄ１＜０．９５・・・（１４）
０．４０＜Ｄ２＜０．５５・・・（１５）
を満たす構成としてもよい。
【００１８】
ここで、第一の領域に形成された少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik（ｈ）=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
（但し、ｈは、光軸からの高さを、Ｐｉｋ２、Ｐｉｋ４、Ｐｉｋ６・・・はそれぞれ、第ｋの領域の第ｉの光路差関数（ｋ、ｉは何れも自然数）における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、ｍikは、入射光束の回折効率が最大となる第ｋの領域の第ｉの光路差関数における回折次数を、λは、入射光束の使用波長を、それぞれ示す。）
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、第一の位相シフト構造は、例えば、第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に１次となる第一の光路差関数で規定される回折構造であり、第二の位相シフト構造は、例えば、第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ１次、０次、０次となる第二の光路差関数で規定される回折構造である。
【００１９】
また、位相シフト面は、第一の領域の外側に、第一、第二の波長の光束をそれぞれ第一、第二の光ディスクの記録面上に収束させると共に、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する構成としてもよい。第二の領域には、例えば、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されている。
【００２０】
また、位相シフト面は、光軸方向と直交する方向において、第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第三の段差の配置間隔をＰ３（単位：ｍｍ）と定義し、第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第四の段差であって、一方が二つの第三の段差に挟まれて位置する二つの第四の段差の配置間隔をＰ４（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（１６）
０．９５＜Ｐ３／Ｐ４＜１．０５・・・（１６）
を満たす輪帯の組み合わせを複数有する構成としてもよい。なお、二つの第三の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差と定義し、二つの第四の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差と定義する。そして、光軸方向と直交する方向において、第三の段差が第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第三の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差として、配置間隔Ｐ３を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第四の段差が第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第四の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差として、配置間隔Ｐ４を決定する。
【００２１】
また、位相シフト面は、第三の段差が第一の波長の光束に対して光源から光ディスクに向かう光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、第三の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ３（単位：ｒａｄ）と定義し、第四の段差が第一の波長の光束に対して光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、第四の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ４（単位：ｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（１７）
−２．７０＜Δφ３／Δφ４＜−０．０５・・・（１７）
を満たす構成としてもよい。
【００２２】
また、位相シフト面は、次の条件（１８）
−１．０５＜Δφ３／Δφ４＜−０．２０・・・（１８）
を満たす構成としてもよい。
【００２３】
また、位相シフト面は、第三の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ３（単位：πｒａｄ）と定義し、第四の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ４（単位：πｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（１９）及び（２０）
２．１＜φ３＜２．８・・・（１９）
１．００＜φ４＜１．７０・・・（２０）
を満たす構成としてもよい。
【００２４】
また、位相シフト面は、次の条件（２１）及び（２２）
２．２＜φ３＜２．６・・・（２１）
１．１＜φ４＜１．５・・・（２２）
を満たす構成としてもよい。
【００２５】
また、位相シフト面は、第三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をΔＯＰＤ３（単位：μｍ）と定義し、第四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をΔＯＰＤ４（単位：μｍ）と定義した場合に、次の条件（２３）及び（２４）
１．０５＜ΔＯＰＤ３／λ１＜１．４０・・・（２３）
０．５０＜ΔＯＰＤ４／λ１＜０．８５・・・（２４）
を満たす構成としてもよい。
【００２６】
また、位相シフト面は、次の条件（２５）及び（２６）
１．１０＜ΔＯＰＤ３／λ１＜１．３０・・・（２５）
０．５５＜ΔＯＰＤ４／λ１＜０．７５・・・（２６）
を満たす構成としてもよい。
【００２７】
また、位相シフト面は、第一の領域との境界に配置された第三の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をＤ３（単位：μｍ）と定義し、一の領域との境界に配置された第四の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をＤ４（単位：μｍ）と定義した場合に、次の条件（２７）及び（２８）
０．８５＜Ｄ３＜１．２０・・・（２７）
０．４５＜Ｄ４＜０．８５・・・（２８）
を満たす構成としてもよい。
【００２８】
また、位相シフト面は、次の条件（２９）及び（３０）
０．９５＜Ｄ３＜１．１０・・・（２９）
０．５５＜Ｄ４＜０．７５・・・（３０）
を満たす構成としてもよい。
【００２９】
ここで、第二の領域に形成された少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik（ｈ）=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
（但し、ｈは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第ｋの領域の第ｉの光路差関数（ｋ、ｉは何れも自然数）における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、ｍikは、入射光束の回折効率が最大となる第ｋの領域の第ｉの光路差関数における回折次数を、λは、入射光束の使用波長を、それぞれ示す。）
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、第三の位相シフト構造は、例えば、第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に１次となる第三の光路差関数で規定される回折構造であり、第四の位相シフト構造は、例えば、第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ１次、０次となる第四の光路差関数で規定される回折構造である
【００３０】
また、位相シフト面は、第二の領域の外側に、第一の波長の光束を第一の光ディスクの記録面上に収束させると共に、第二、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する構成としてもよい。
【００３１】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置は、記録密度の異なる第一、第二、第三の各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う装置であり、第一の波長（≒４０５ｎｍ）、第二の波長（≒６６０ｎｍ）、第三の波長（≒７９０ｎｍ）の光束を射出する光源と、光源から射出された第一、第二、第三の波長の光束の発散収束度を変換するカップリングレンズと、カップリングレンズによって発散収束度が変換された第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる上記の光情報記録再生装置用対物光学系とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る光情報記録再生用対物光学系、及び光情報記録再生装置は、第一から第三の各波長の光束に対して、第一の領域に形成された複数種類の位相シフト構造による複合的な光学的作用を付与することにより、第一から第三の光ディスクに対する互換性を確保しつつ、条件（１）及び（２）を共に満たすことにより、第一の段差を透過した第一の波長の光束と、第二の段差を透過した第一の波長の光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造による位相ずれが異なる位相変化をもって相殺されるため、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る光情報記録再生装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る対物レンズの構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態において光ディスクを使用する際の対物レンズの側断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る対物レンズの第一面の非球面形状を平面状に展開したときのレンズ面形状展開図であり、各領域に形成された位相シフト構造単独の形状を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る対物レンズの第一面の各領域に形成された同種の段差の配置間隔についての説明図である。
【図６】本発明の実施例１に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図７】本発明の実施例２に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図８】本発明の実施例３に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図９】本発明の実施例４に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図１０】本発明の実施例５に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図１１】本発明の実施例６に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図１２】本発明の実施例７に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図１３】本発明の実施例８に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図１４】本発明の実施例９に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図１５】本発明の実施例１０に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図１６】本発明の実施例１１に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態に係る光情報記録再生装置について説明する。本実施形態の光情報記録再生装置は、保護層厚や記録密度等の仕様が異なる三種類の光ディスクに対して互換性を有している。なお、本明細書において、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」、「情報の記録及び再生兼用装置」の全てを含む。
【００３５】
以下においては、説明の便宜上、上記三種類の光ディスクのうち、例えばＢＤ等の高記録密度の光ディスクを「光ディスクＯＤ１」と記し、ＢＤよりも記録密度の低いＤＶＤ等の光ディスクを「光ディスクＯＤ２」と記し、ＤＶＤよりも記録密度の低いＣＤ等の光ディスクを「光ディスクＯＤ３」と記す。
【００３６】
光ディスクＯＤ１の保護層厚をｔ１（単位：ｍｍ）と定義し、光ディスクＯＤ２の保護層厚をｔ２（単位：ｍｍ）と定義し、光ディスクＯＤ３の保護層厚をｔ３（単位：ｍｍ）と定義した場合、各保護層厚の具体的数値は、次に示される通りである。
ｔ１≒０．１
ｔ２≒０．６
ｔ３≒１．２
なお、各保護層厚は、部品個体差や温度変化等による設計値に対する誤差を考慮して、各式中「≒」としている。
【００３７】
光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３の各々に対して情報の記録又は再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされる開口数（ＮＡ）の値を変化させる必要がある。ここで、光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３の各々に対する情報の記録時又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と定義すると、次の関係が成立する。
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
すなわち、記録密度が最も高い光ディスクＯＤ１使用時には、光ディスクＯＤ２又はＯＤ３使用時よりも小径なスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが最も高い。これに対して、記録密度が最も低い光ディスクＯＤ３使用時には、光ディスクＯＤ１又はＯＤ２使用時よりも径の大きいスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが最も低い。
【００３８】
更に、記録密度の異なる光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３を使用する場合、各記録密度に対応した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使用される。具体的には、光ディスクＯＤ１使用時には、最も小径のビームスポットを光ディスクＯＤ１の記録面上に形成するため、波長λ１（単位：ｎｍ）のレーザー光を光源から射出する。光ディスクＯＤ２使用時には、光ディスクＯＤ１使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクＯＤ２の記録面上に形成するため、波長λ１より長い波長λ２（単位：ｎｍ）のレーザー光を光源から射出する。光ディスクＯＤ３使用時には、光ディスクＯＤ２使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクＯＤ３の記録面上に形成するため、波長λ２より長い波長λ３（単位：ｎｍ）のレーザー光を光源から射出する。各波長の具体的数値は、次に示される通りである。
λ１≒４０５
λ２≒６６０
λ３≒７９０
なお、各使用波長は、部品個体差や温度変化等によって設計基準波長に対して当然に変化する微少な波長範囲も含めるため、各式中「≒」としている。
【００３９】
図１は、本実施形態に係る光情報記録再生装置１００の構成を概略的に示す図である。光情報記録再生装置１００は、波長λ１のレーザー光束を射出する光源１Ａ、波長λ２のレーザー光束を射出する光源１Ｂ、波長λ３のレーザー光束を射出する光源１Ｃ、回折格子２Ａ〜２Ｃ、カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃ、ビームスプリッタ４１、４２、ハーフミラー５Ａ〜５Ｃ、受光部６Ａ〜６Ｃ、対物レンズ１０を有している。なお、図１中、一点鎖線は、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸである。また、実線、破線、点線で示される光束はそれぞれ、波長λ１、λ２、λ３のレーザー光束を示す。対物レンズ１０の光軸は、通常、基準軸ＡＸと一致する。但し、対物レンズ１０は、図示省略された周知のトラッキング機構による光ディスクに対する半径方向の移動によって、光軸が基準軸ＡＸから外れる状態も起こり得る。
【００４０】
光情報記録再生装置１００では、各光ディスク使用時に必要とされる対物レンズのＮＡがそれぞれ異なる。そのため、光情報記録再生装置１００は、波長λ１〜λ３のレーザー光束それぞれの光束径を規定する開口制限素子（不図示）を有した構成としてもよい。
【００４１】
光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時にはそれぞれ、波長λ１〜λ３のレーザー光束が光源１Ａ〜１Ｃから射出される。波長λ１〜λ３のレーザー光束はそれぞれ、回折格子２Ａ〜２Ｃを透過後、ハーフミラー５Ａ〜５Ｃによって光路が折り曲げられて、カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃに入射する。カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃはそれぞれ、入射した波長λ１〜λ３のレーザー光束を平行光束に変換する。波長λ１又はλ２の平行光束は、ビームスプリッタ４１、４２を介して対物レンズ１０に入射する。波長λ３の平行光束は、ビームスプリッタ４２を介して対物レンズ１０に入射する。対物レンズ１０は、入射した波長λ１〜λ３の平行光束をそれぞれ、光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３の記録面近傍に収束させる。収束した各レーザー光束は、光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３の記録面上にスポットを形成する。光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３の記録面で反射したレーザー光束はそれぞれ、入射時と同一の光路を戻り、ハーフミラー５Ａ〜５Ｃを透過して受光部６Ａ〜６Ｃにより検出される。受光部６Ａ〜６Ｃは、検出信号を図示省略された周知の信号処理回路に出力する。信号処理回路は、受光部６Ａ〜６Ｃの各出力を基に、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、光ディスクに記録された情報の再生信号等を検出する。
【００４２】
上記の通り、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃから射出されるレーザー光束は、何れも平行光束である。つまり、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃは、コリメートレンズとして機能する。このように、対物レンズ１０に平行光束を入射させる構成を採用することにより、対物レンズ１０がトラッキングシフトした場合であっても、コマ収差等の軸外収差が発生しない。なお、本発明の範囲は、全ての規格の光ディスクに対して平行光束を入射させる構成に限定されない。当該範囲には、例えば光ディスクＯＤ３等に対して弱発散光を入射させる、いわゆる有限系も含まれる。有限系を採用することにより、例えば光ディスクＯＤ３使用時に残存する球面収差を補正すると共に作動距離を確保しやすくなる。
【００４３】
図２（ａ）は、対物レンズ１０の正面図を、図２（ｂ）は、対物レンズ１０の側断面図を、それぞれ示す。図３は、光ディスクＯＤ１（又はＯＤ２、ＯＤ３）使用時の対物レンズ１０の側断面図を示す。対物レンズ１０は、上記の通り、規格の異なる複数種類の光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３に対して互換性を有する光情報記録再生装置１００の光ヘッドに適用され、光源である半導体レーザーから射出されたレーザー光束を各光ディスクの記録面に収束させる機能を有している。
【００４４】
対物レンズ１０は、ビームスプリッタ４２に対向する第一面１０ａと、光ディスクに対向する第二面１０ｂとを有する両凸の単レンズである。第一面１０ａ、第二面１０ｂは共に非球面である。非球面の形状は、光軸からの高さがｈ（単位：ｍｍ）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ＳＡＧと定義し、非球面の光軸上での曲率を１／ｒ（但し、ｒ（単位：ｍｍ）は曲率半径）と定義し、円錐係数をκと定義し、４次以上の偶数次の非球面係数をＡ４、Ａ６、・・・と定義した場合に、次の式で表される。対物レンズ１０の各レンズ面を非球面にすることにより、球面収差やコマ収差等の諸収差を適切にコントロールすることが可能になる。
【数１】
2013041659.tif 000003
【００４５】
図２（ａ）に示されるように、対物レンズ１０の第一面１０ａは、光軸を中心とする円形の第一の領域Ｒ１と、第一の領域Ｒ１の外側に配置された円環状の第二の領域Ｒ２と、第二の領域Ｒ２の外側に配置された円環状の第三の領域Ｒ３を有している。領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の有効半径はそれぞれ、ＮＡ３（ＮＡ３は、波長λ１でのＮＡ０．３より大きい）、ＮＡ２、ＮＡ１に基づいて定められている。また、領域Ｒ１〜Ｒ３には、輪帯状の位相シフト構造が設けられている。位相シフト構造は、同心状に分割された複数の屈折面と各屈折面の境界において光軸に沿って延びる複数の微小な段差からなる（図３の拡大図参照）。位相シフト構造は、第二面１０ｂにだけ設けられてもよく、又は第一面１０ａと第二面１０ｂの両面に分離して設けられてもよい。なお、本実施形態のように、位相シフト構造をより有効径の大きい第一面１０ａに設けた場合、例えば位相シフト構造の最小輪帯幅をより広く設計することができ、輪帯の段差部分による光量損失を抑えることができるメリットがある。また、対物レンズ１０がレンズクリーナーを用いて擦られた場合に位相シフト構造が摩耗しない、などのメリットがある。
【００４６】
また、位相シフト構造は、対物レンズ１０とは別体の光学素子（不図示）に設けられてもよい。別体の光学素子は、例えば対物レンズ１０とビームスプリッタ４２との間に配置される。この場合、位相シフト構造は、別体の光学素子の少なくとも一面にだけ設けられてもよく、又は対物レンズ１０と別体の光学素子の各面に分離して設けられてもよい。但し、対物レンズ１０と別体の光学素子との光軸がずれた場合に収差が発生するという不具合を考えると、トラッキング時において、別体の光学素子と対物レンズが一体でシフトすることが望ましい。
【００４７】
位相シフト構造を構成する段差は、各屈折面の境界の内側を透過する光束と外側を透過する光束との間で所定の位相差（別の表現によれば、所定の光路長差）が生じるように設計される。この構造を一般に回折構造と称することもできる。所定の光路長差が特定の波長λαのｎ倍（ｎは整数）となるように設計された位相シフト構造は、ブレーズ波長λαのｎ次回折構造と称することができる。ここで、回折構造に特定の波長λβの光束を透過させた際に最も回折効率が高くなる回折光の回折次数は、波長λβの光束に対して与えられる光路長差を波長λβで割ったときの値に最も近い整数ｍとして求まる。以下、説明の便宜上、回折構造（位相シフト構造）において波長λ１、λ２、λ３のレーザー光束で回折効率が最大となる回折次数をそれぞれ、便宜上、「ＢＤ使用回折次数」、「ＤＶＤ使用回折次数」、「ＣＤ使用回折次数」と記す。
【００４８】
回折構造（位相シフト構造）は、第ｋの領域の第ｉの光路差関数φik（ｈ）によって表すことができる。なお、k、ｉは、何れも自然数である。光路差関数φik（ｈ）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した関数であり、位相シフト構造における各段差の設置位置を規定する。光路差関数φik（ｈ）は、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれＰｉｋ２、Ｐｉｋ４、Ｐｉｋ６、・・・と定義し、使用される（入射する）レーザー光の設計波長をλと定義し、入射光束の回折効率が最大となる第ｋの領域の第ｉの光路差関数における回折次数をｍｉｋと定義した場合に、次の式により表される。
φik（ｈ）=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
【００４９】
領域Ｒ１及びＲ２の位相シフト構造は、少なくとも二種類の段差（少なくとも二種類の光路差関数）を組み合わせることで規定される形状を有している。領域Ｒ１及びＲ２の位相シフト構造は、少なくとも二種類の段差（光路差関数）を重ね合わせることにより、入射光束に対して互いに異なる位相差（光路長差）を付与する。これにより、入射光束には、複合的な光学的作用が付与される。
【００５０】
領域Ｒ１には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を組み合わせることで規定される位相シフト構造（以下、説明の便宜上、「位相シフト構造ｒ１」と記す。）が形成されている。位相シフト構造ｒ１は、波長λ１〜λ３のレーザー光束の何れの収束にも寄与する、すなわち、波長λ１のレーザー光束を光ディスクＯＤ１の記録面上に、波長λ２のレーザー光束を光ディスクＯＤ２の記録面上に、波長λ３のレーザー光束を光ディスクＯＤ３の記録面上に、それぞれ収束させるように構成されている。
【００５１】
図４は、対物レンズ１０の第一面１０ａの非球面形状を平面状に展開したときのレンズ面形状展開図であり、各領域Ｒ１〜Ｒ３に形成された位相シフト構造単独の形状を示す。図４に示されるように、領域Ｒ１には、凸形状の輪帯を規定する第一の段差、凹形状の輪帯を規定する第二の段差が略交互に形成されている。
【００５２】
位相シフト構造ｒ１は、光軸方向と直交する方向において、第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第一の段差の配置間隔（図３の拡大図中符号Ｐ参照）をＰ１（単位：ｍｍ）と定義し、第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第二の段差であって、一方が上記の二つの第一の段差に挟まれて位置する、二つの第二の段差の配置間隔をＰ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、領域Ｒ１のうち少なくとも波長λ１でのＮＡ０．３よりも有効径が大きい領域において、次の条件（１）
０．９５＜Ｐ１／Ｐ２＜１．０５・・・（１）
を満たす輪帯の組み合わせを複数有するように構成されている。
【００５３】
ここで、配置間隔Ｐ１を空けて配置されている二つの第一の段差のうち光軸に近い段差を第一の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第一の終点段差と定義し、配置間隔Ｐ２を空けて配置されている二つの第二の段差のうち光軸に近い段差を第二の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第二の終点段差と定義する。また、光軸方向と直交する方向において、第一の段差が第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第一の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差として配置間隔Ｐ１を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第二の段差が第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第二の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差として配置間隔Ｐ２を決定する。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）を参照して、配置間隔Ｐ１及びＰ２について説明する。なお、図５（ａ）、（ｂ）の各図とも左側が光軸に近い側である。図５（ａ）は、第一と第二の段差が交互に現れる段差構成例を示す。図５（ａ）に示されるように、第二の起点段差を挟んで隣接して位置する第一の起点段差と第一の終点段差との配置間隔がＰ１であり、第一の終点段差を挟んで隣接して位置する第二の起点段差と第二の終点段差との配置間隔がＰ２である。また、図５（ｂ）は、第一の段差Ｘ、Ｙが第二の段差を挟まずに連続して配置されている段差構成例を示す。この場合、図５（ｂ）に示されるように、第一の段差Ｘ、Ｙのうち光軸に近い段差Ｘが第一の起点段差となる。そして、第一の終点段差は、段差Ｙではなく、第二の終点段差を挟んで最初に位置する第一の段差Ｚとなる。すなわち、第一の段差ＸとＺとの配置間隔がＰ１になる。配置間隔Ｐ２は、連続する第一の段差Ｘ及びＹを挟んで隣接して位置する第二の起点段差と第二の終点段差との配置間隔になる。
【００５５】
また、位相シフト構造ｒ１は、第一の段差が波長λ１のレーザー光束に対して図２中矢印Ａ方向（光軸方向に沿った方向）に光路長を付与したときの、第一の段差による波長λ１のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ１（単位：ｒａｄ）と定義し、第二の段差が波長λ１のレーザー光束に対して図２中矢印Ａ方向と逆の矢印Ｂ方向に光路長を付与したときの、第二の段差による波長λ１のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ２（単位：ｒａｄ）と定義した場合に、領域Ｒ１のうち少なくとも波長λ１でのＮＡ０．３よりも有効径が大きい領域において、次の条件（２）
−３．００＜Δφ１／Δφ２＜−０．１０・・・（２）
を満たすように構成されている。
【００５６】
位相シフト構造ｒ１は、波長λ１〜λ３のレーザー光束に対して第一及び第二の段差による複合的な光学的作用を付与することにより、光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３に対する互換性を確保しつつ、条件（１）及び（２）を共に満たすことにより、第一の段差を透過した波長λ１のレーザー光束と、第二の段差を透過した波長λ１のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造ｒ１は、特に高い光利用効率が求められる波長λ１のレーザー光束について、位相シフト構造による位相ずれを異なる位相変化をもって相殺して抑えることによって、位相ずれに起因する光利用効率の低下を有効に抑えている。
【００５７】
条件（１）又は条件（２）の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第一の段差を透過した波長λ１のレーザー光束に付与された位相変化と、第二の段差を透過した波長λ１のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果が低いため、大きな位相ずれが残存し、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられない。
【００５８】
また、位相シフト構造ｒ１は、第一の段差を透過した波長λ１のレーザー光束に付与された位相変化と、第二の段差を透過した波長λ１のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果を高めることによって、波長λ１のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件（３）
−１．３０＜Δφ１／Δφ２＜−０．３５・・・（３）
を満たす構成としてもよい。
【００５９】
また、位相シフト構造ｒ１は、第一の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ１（単位：πｒａｄ）と定義し、第二の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ２（単位：πｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（４）及び（５）
２．２＜φ１＜２．８・・・（４）
１．００＜φ２＜１．７０・・・（５）
を共に満たす構成としてもよい。
【００６０】
条件（４）及び（５）が共に満たされる場合、第一の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差と、第二の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果によって波面が揃うため、波長λ１のレーザー光束の光利用効率の低下が有効に抑えられる。ここで、波長λ１のレーザー光束について７０％以上の光利用効率が確保されるよう、条件（４）の上限が規定されている。また、波長λ３のレーザー光束について４０％以上の光利用効率が確保されるよう、条件（４）の下限が規定されている。また、波長λ２のレーザー光束について５０％以上の光利用効率が確保されるよう、条件（５）の上下限が規定されている。また、条件（４）及び（５）が共に満たされる場合、第一及び第二の段差の段差高さが低いため、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【００６１】
条件（４）又は条件（５）の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第一と第二の段差で付与される位相差の相殺効果が小さいため、波長λ２及びλ３のレーザー光束の光利用効率が著しく低下する。また、条件（４）の上限値を上回る場合は第一の段差の段差高さが高くなり、条件（５）の下限値を下回る場合は第二の段差の段差高さが高くなり、何れの場合においても、転写不良等の製造誤差が生じやすい。そのため、製造誤差による光量損失が大きく発生する虞がある。この種の損失光量は、光ディスクＯＤ１の記録面への集光には寄与せず、スポット近傍にフレアとして現れるため、再生性能を劣化させる原因となる。
【００６２】
また、位相シフト構造ｒ１は、第一の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差と、第二の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果を高めることによって、波長λ１のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件（６）及び（７）
２．３＜φ１＜２．６・・・（６）
１．１＜φ２＜１．５・・・（７）
を共に満たす構成としてもよい。条件（６）が満たされることにより、例えば、波長λ１及び波長λ３のレーザー光束の光利用効率が更に１０％ほど向上する。また、条件（７）が満たされることにより、例えば、波長λ２のレーザー光束の光利用効率が更に１０％ほど向上する。
【００６３】
また、位相シフト構造ｒ１は、第一の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔＯＰＤ１（単位：μｍ）と定義し、第二の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔＯＰＤ２（単位：μｍ）と定義した場合に、条件（４）及び（５）に代えて、次の条件（８）及び（９）
１．１０＜ΔＯＰＤ１／λ１＜１．４０・・・（８）
０．５０＜ΔＯＰＤ２／λ１＜０．８５・・・（９）
を共に満たす構成としてもよい。
【００６４】
また、位相シフト構造ｒ１は、条件（６）及び（７）に代えて、次の条件（１０）及び（１１）
１．１５＜ΔＯＰＤ１／λ１＜１．３０・・・（１０）
０．５５＜ΔＯＰＤ２／λ１＜０．７５・・・（１１）
を共に満たす構成としてもよい。
【００６５】
また、位相シフト構造ｒ１は、近軸に配置された第一の段差の光軸方向の段差高さ（図３の拡大図中符号Ｄ参照）の絶対値をＤ１（単位：μｍ）と定義し、近軸に配置された第二の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をＤ２（単位：μｍ）と定義した場合に、条件（４）及び（５）に代えて、次の条件（１２）及び（１３）
０．７０＜Ｄ１＜１．１０・・・（１２）
０．３０＜Ｄ２＜０．７０・・・（１３）
を共に満たす構成としてもよい。
【００６６】
また、位相シフト構造ｒ１は、条件（６）及び（７）に代えて、次の条件（１４）及び（１５）
０．８０＜Ｄ１＜０．９５・・・（１４）
０．４０＜Ｄ２＜０．５５・・・（１５）
を共に満たす構成としてもよい。
【００６７】
第一の位相シフト構造は、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数が共に１次となる第一の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。また、第二の位相シフト構造は、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数がそれぞれ１次、０次、０次となる第二の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。各使用回折次数を低次にすることにより、第一及び第二の段差の段差高さを低くすることができ、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【００６８】
領域Ｒ２には、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を組み合わせることで規定される位相シフト構造（以下、説明の便宜上、「位相シフト構造ｒ２」と記す。）が形成されている。位相シフト構造ｒ２は、波長λ１、λ２のレーザー光束の収束にのみ寄与する、すなわち、波長λ１のレーザー光束を光ディスクＯＤ１の記録面上に、波長λ２のレーザー光束を光ディスクＯＤ２の記録面上に、それぞれ収束させると共に、波長λ３のレーザー光束を光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３の何れの記録面上にも収束させないように構成されている。図４に示されるように、領域Ｒ２には、凸形状の輪帯を規定する第三の段差、凹形状の輪帯を規定する第四の段差が略交互に形成されている。
【００６９】
位相シフト構造ｒ２は、光軸方向と直交する方向において、第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第三の段差の配置間隔をＰ３（単位：ｍｍ）と定義し、第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第四の段差であって、一方が上記の二つの第三の段差に挟まれて位置する、二つの第四の段差の配置間隔をＰ４（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（１６）
０．９５＜Ｐ３／Ｐ４＜１．０５・・・（１６）
を満たす輪帯の組み合わせを複数有するように構成されている。
【００７０】
ここで、配置間隔Ｐ３を空けて配置されている二つの第三の段差のうち光軸に近い段差を第三の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第三の終点段差と定義し、配置間隔Ｐ４を空けて配置されている二つの第四の段差のうち光軸に近い段差を第四の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第四の終点段差と定義する。また、光軸方向と直交する方向において、第三の段差が第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第三の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差として配置間隔Ｐ３を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第四の段差が第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第四の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差として配置間隔Ｐ４を決定する。
【００７１】
また、位相シフト構造ｒ２は、第三の段差が波長λ１のレーザー光束に対して図２中矢印Ａ方向に光路長を付与したときの、第三の段差による波長λ１のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ３（単位：ｒａｄ）と定義し、第四の段差が波長λ１のレーザー光束に対して図２中矢印Ｂ方向に光路長を付与したときの、第四の段差による波長λ１のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と２πとの差をΔφ４（単位：ｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（１７）
−２．７０＜Δφ３／Δφ４＜−０．０５・・・（１７）
を満たすように構成されている。
【００７２】
位相シフト構造ｒ２は、波長λ１及びλ２のレーザー光束に対して第三及び第四の段差による複合的な光学的作用を付与することにより、光ディスクＯＤ１及びＯＤ２に対する互換性を確保しつつ、条件（１６）及び（１７）を共に満たすことにより、第三の段差を透過した波長λ１のレーザー光束と、第四の段差を透過した波長λ１のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造ｒ２は、特に高い光利用効率が求められる波長λ１のレーザー光束について、位相シフト構造による位相ずれを異なる位相変化をもって相殺して抑えることによって、位相ずれに起因する光利用効率の低下を有効に抑えている。
【００７３】
条件（１６）又は条件（１７）の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第三の段差を透過した波長λ１のレーザー光束に付与された位相変化と、第四の段差を透過した波長λ１のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果が低いため、大きな位相ずれが残存し、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられない。
【００７４】
また、位相シフト構造ｒ２は、第三の段差を透過した波長λ１のレーザー光束に付与された位相変化と、第四の段差を透過した波長λ１のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果を高めることによって、波長λ１のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件（１８）
−１．０５＜Δφ３／Δφ４＜−０．２０・・・（１８）
を満たす構成としてもよい。
【００７５】
また、位相シフト構造ｒ２は、第三の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ３（単位：πｒａｄ）と定義し、第四の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ４（単位：πｒａｄ）と定義した場合に、次の条件（１９）及び（２０）
２．１＜φ３＜２．８・・・（１９）
１．００＜φ４＜１．７０・・・（２０）
を共に満たす構成としてもよい。
【００７６】
条件（１９）及び（２０）が共に満たされる場合、第三の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差と、第四の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果によって波面が揃うため、波長λ１のレーザー光束の光利用効率の低下が有効に抑えられる。ここで、波長λ１のレーザー光束について７０％以上の光利用効率が確保されるよう、条件（１９）の上限が規定されている。また、波長λ２のレーザー光束について５０％以上の光利用効率が確保されるよう、条件（１９）の下限が規定されている。また、波長λ２のレーザー光束について５０％以上の光利用効率が確保されるよう、条件（２０）の上下限が規定されている。また、条件（１９）及び（２０）が共に満たされる場合、第三及び第四の段差の段差高さが低いため、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【００７７】
条件（１９）又は条件（２０）の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第三と第四の段差で付与される位相差の相殺効果が小さいため、波長λ２のレーザー光束の光利用効率が著しく低下する。また、条件（１９）の上限値を上回る場合は第三の段差の段差高さが高くなり、条件（２０）の下限値を下回る場合は第四の段差の段差高さが高くなり、何れの場合においても、転写不良等の製造誤差が生じやすい。そのため、製造誤差による光量損失が大きく発生する虞がある。この種の損失光量は、光ディスクＯＤ１の記録面への集光には寄与せず、スポット近傍にフレアとして現れるため、再生性能を劣化させる原因となる。
【００７８】
また、位相シフト構造ｒ２は、第三の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差と、第四の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果を高めることによって、波長λ１のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件（２１）及び（２２）
２．２＜φ３＜２．６・・・（２１）
１．１＜φ４＜１．５・・・（２２）
を共に満たす構成としてもよい。条件（２１）が満たされることにより、例えば、波長λ１及び波長λ３のレーザー光束の光利用効率が更に１０％ほど向上する。また、条件（２２）が満たされることにより、例えば、波長λ２のレーザー光束の光利用効率が更に１０％ほど向上する。
【００７９】
また、位相シフト構造ｒ２は、第三の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔＯＰＤ３（単位：μｍ）と定義し、第四の段差が波長λ１のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔＯＰＤ４（単位：μｍ）と定義した場合に、条件（１９）及び（２０）に代えて、次の条件（２３）及び（２４）
１．０５＜ΔＯＰＤ３／λ１＜１．４０・・・（２３）
０．５０＜ΔＯＰＤ４／λ１＜０．８５・・・（２４）
を共に満たす構成としてもよい。
【００８０】
また、位相シフト構造ｒ２は、条件（２１）及び（２２）に代えて、次の条件（２５）及び（２６）
１．１０＜ΔＯＰＤ３／λ１＜１．３０・・・（２５）
０．５５＜ΔＯＰＤ４／λ１＜０．７５・・・（２６）
を共に満たす構成としてもよい。
【００８１】
また、位相シフト構造ｒ２は、近軸に配置された第三の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をＤ３（単位：μｍ）と定義し、近軸に配置された第四の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をＤ４（単位：μｍ）と定義した場合に、条件（１９）及び（２０）に代えて、次の条件（２７）及び（２８）
０．８５＜Ｄ３＜１．２０・・・（２７）
０．４５＜Ｄ４＜０．８５・・・（２８）
を共に満たす構成としてもよい。
【００８２】
また、位相シフト構造ｒ２は、条件（２１）及び（２２）に代えて、次の条件（２９）及び（３０）
０．９５＜Ｄ３＜１．１０・・・（２９）
０．５５＜Ｄ４＜０．７５・・・（３０）
を共に満たす構成としてもよい。
【００８３】
第三の位相シフト構造は、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数が共に１次となる第三の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。また、第四の位相シフト構造は、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数がそれぞれ１次、０次となる第四の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。各使用回折次数を低次にすることにより、第三及び第四の段差の段差高さを低くすることができ、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【００８４】
なお、領域Ｒ３は、波長λ１のレーザー光束の収束にのみ寄与する、すなわち、波長λ１のレーザー光束を光ディスクＯＤ１の記録面上に収束させると共に、波長λ２、λ３のレーザー光束を光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３の何れの記録面上にも収束させないように構成されている。図４に示されるように、領域Ｒ３には、一種類の鋸歯状の輪帯構造が形成されている。
【００８５】
次に、これまで説明した対物レンズ１０を搭載する光情報記録再生装置１００の具体的実施例を１１例説明する。各実施例１〜１１の光情報記録再生装置１００は、図１に示される概略構成を有する。実施例１〜１１の対物レンズ１０は、図２及び図３に示される概略構成を有する。実施例１〜１１の各数値データから再現される各光学素子の形状の違いは、本件願書に添付可能な図面の縮尺では現れない微差に過ぎない。よって、各実施例１〜１１の光情報記録再生装置１００の全体構成は図１を、各実施例１〜１１の対物レンズ１０の構成図は図３を、それぞれ参照し、本件願書への添付を省略する。
【実施例１】
【００８６】
実施例１の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様、具体的には、設計（使用）波長（単位：ｎｍ）、焦点距離（単位：ｍｍ）、ＮＡ、倍率は、表１に示される。なお、実施例１の各表又は各図面についての説明は、以降の各実施例で提示される各表又は各図面においても適用する。
【００８７】
【表１】
2013041659.tif 000004
【００８８】
表１中、倍率の値が示すように、実施例１の光情報記録再生装置１００では、レーザー光束は、何れの光ディスク使用時であっても平行光束として対物レンズ１０に入射する。これにより、トラッキングした際における軸外収差が発生しない。光情報記録再生装置１００における対物レンズ１０以降の各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成は、表２に示される。
【００８９】
【表２】
2013041659.tif 000005
【００９０】
表２において、面番号１−１、１−２、１−３はそれぞれ、対物レンズ１０の第一面１０ａの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を示す。面番号２は、対物レンズ１０の第二面１０ｂを、面番号３は、対象となる光ディスクの保護層表面を、面番号４は、対象となる光ディスクの記録面を、それぞれ示す。「ｒ」は、光学部材の各面の曲率半径（単位：ｍｍ）を示す。「ｄ（＠４０５ｎｍ）」、「ｄ（＠６６０ｎｍ）」、「ｄ（＠７９０ｎｍ）」はそれぞれ、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における光学部材厚又は光学部材間隔（単位：ｍｍ）を示す。「ｎ（＠４０５ｎｍ）」、「ｎ（＠６６０ｎｍ）」、「ｎ（＠７９０ｎｍ）」はそれぞれ、括弧書き内の波長に対する光学部材の屈折率を示す。
【００９１】
対物レンズ１０の第一面１０ａ（面番号１−１、１−２、１−３）、第二面１０ｂ（面番号２）は、非球面である。各非球面形状は、光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３の記録又は再生に最適に設計されている。各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数Ａ４、Ａ６、・・・は、表３に示される。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。
【００９２】
【表３】
2013041659.tif 000006
【００９３】
領域Ｒ１〜Ｒ３の各領域は、独自の位相シフト構造（別の表現によれば、回折構造）を有している。第一面１０ａの各領域における位相シフト構造（回折構造）を規定するための光路差関数における各光路差関数係数、及び各位相シフト構造における使用回折次数は、表４及び表５に示される。表４中「１−１」、表５中「１−１」はそれぞれ、領域Ｒ１の位相シフト構造ｒ１を構成する第一、第二の位相シフト構造におけるＢＤ使用回折次数／ＤＶＤ使用回折次数／ＣＤ使用回折次数（第一の位相シフト構造では１／１／１、第二の位相シフト構造では１／０／０）、及び第一、第二の位相シフト構造の光路差関数係数を示す。表４中「１−２」、表５中「１−２」はそれぞれ、領域Ｒ２の位相シフト構造ｒ２を構成する第三、第四の位相シフト構造におけるＢＤ使用回折次数／ＤＶＤ使用回折次数（第三の位相シフト構造では１／１／−、第四の位相シフト構造では１／０／−）、及び第三、第四の位相シフト構造の光路差関数係数を示す。表５中「１−３」は、領域Ｒ３に形成された位相シフト構造におけるＢＤ使用回折次数（２／−／−）、及び当該位相シフト構造の光路差関数係数を示す。
【００９４】
【表４】
2013041659.tif 000007
【００９５】
【表５】
2013041659.tif 000008
【００９６】
領域Ｒ１〜Ｒ３に形成される位相シフト構造の具体的構成は、列記する数値が多く一頁に収まらないため、表６Ａ〜６Ｃに分割して示される。表６Ａの番号６０の続きは、表６Ｂの番号６１であり、表６Ｂの番号１２０の続きは、表６Ｃの番号１２１である。表６Ａ〜６Ｃ中、位相シフト構造を構成する各輪帯の番号は、光軸側から順に振られており、各輪帯の範囲は、図中「輪帯開始位置」〜「輪帯終了位置」で表されている。また、表６Ａ〜６Ｃには、各輪帯（段差）間における位相差φ１〜φ４、光路長差ΔＯＰＤ１／λ１〜ΔＯＰＤ４／λ１、段差高さＤ１〜Ｄ４、及び領域Ｒ３の位相シフト構造の各段差が付与する位相差、光路長差、各段差の段差高さも示される。
【００９７】
【表６Ａ】
2013041659.tif 000009
【表６Ｂ】
2013041659.tif 000010
【表６Ｃ】
2013041659.tif 000011
【００９８】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、実施例１の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差図である。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図の縦軸は波面収差量を、横軸は入射瞳座標をそれぞれ表す。
【実施例２】
【００９９】
実施例２の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表７〜１１、１２Ａ〜１２Ｃに順に示される。また、実施例２の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１００】
【表７】
2013041659.tif 000012
【０１０１】
【表８】
2013041659.tif 000013
【０１０２】
【表９】
2013041659.tif 000014
【０１０３】
【表１０】
2013041659.tif 000015
【０１０４】
【表１１】
2013041659.tif 000016
【０１０５】
【表１２Ａ】
2013041659.tif 000017
【表１２Ｂ】
2013041659.tif 000018
【表１２Ｃ】
2013041659.tif 000019
【実施例３】
【０１０６】
実施例３の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表１３〜１７、１８Ａ〜１８Ｃに順に示される。また、実施例３の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１０７】
【表１３】
2013041659.tif 000020
【０１０８】
【表１４】
2013041659.tif 000021
【０１０９】
【表１５】
2013041659.tif 000022
【０１１０】
【表１６】
2013041659.tif 000023
【０１１１】
【表１７】
2013041659.tif 000024
【０１１２】
【表１８Ａ】
2013041659.tif 000025
【表１８Ｂ】
2013041659.tif 000026
【表１８Ｃ】
2013041659.tif 000027
【実施例４】
【０１１３】
実施例４の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表１９〜２３、２４Ａ〜２４Ｃに順に示される。また、実施例４の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１１４】
【表１９】
2013041659.tif 000028
【０１１５】
【表２０】
2013041659.tif 000029
【０１１６】
【表２１】
2013041659.tif 000030
【０１１７】
【表２２】
2013041659.tif 000031
【０１１８】
【表２３】
2013041659.tif 000032
【０１１９】
【表２４Ａ】
2013041659.tif 000033
【表２４Ｂ】
2013041659.tif 000034
【表２４Ｃ】
2013041659.tif 000035
【実施例５】
【０１２０】
実施例５の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表２５〜２９、３０Ａ、３０Ｂに順に示される。また、実施例５の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１２１】
【表２５】
2013041659.tif 000036
【０１２２】
【表２６】
2013041659.tif 000037
【０１２３】
【表２７】
2013041659.tif 000038
【０１２４】
【表２８】
2013041659.tif 000039
【０１２５】
【表２９】
2013041659.tif 000040
【０１２６】
【表３０Ａ】
2013041659.tif 000041
【表３０Ｂ】
2013041659.tif 000042
【実施例６】
【０１２７】
実施例６の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表３１〜３５、３６Ａ〜３６Ｃに順に示される。また、実施例６の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１２８】
【表３１】
2013041659.tif 000043
【０１２９】
【表３２】
2013041659.tif 000044
【０１３０】
【表３３】
2013041659.tif 000045
【０１３１】
【表３４】
2013041659.tif 000046
【０１３２】
【表３５】
2013041659.tif 000047
【０１３３】
【表３６Ａ】
2013041659.tif 000048
【表３６Ｂ】
2013041659.tif 000049
【表３６Ｃ】
2013041659.tif 000050
【実施例７】
【０１３４】
実施例７の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表３７〜４１、４２Ａ〜４２Ｃに順に示される。また、実施例７の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１３５】
【表３７】
2013041659.tif 000051
【０１３６】
【表３８】
2013041659.tif 000052
【０１３７】
【表３９】
2013041659.tif 000053
【０１３８】
【表４０】
2013041659.tif 000054
【０１３９】
【表４１】
2013041659.tif 000055
【０１４０】
【表４２Ａ】
2013041659.tif 000056
【表４２Ｂ】
2013041659.tif 000057
【表４２Ｃ】
2013041659.tif 000058
【実施例８】
【０１４１】
実施例８の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表４３〜４７、４８Ａ〜４８Ｅに順に示される。また、実施例８の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１４２】
【表４３】
2013041659.tif 000059
【０１４３】
【表４４】
2013041659.tif 000060
【０１４４】
【表４５】
2013041659.tif 000061
【０１４５】
【表４６】
2013041659.tif 000062
【０１４６】
【表４７】
2013041659.tif 000063
【０１４７】
【表４８Ａ】
2013041659.tif 000064
【表４８Ｂ】
2013041659.tif 000065
【表４８Ｃ】
2013041659.tif 000066
【表４８Ｄ】
2013041659.tif 000067
【表４８Ｅ】
2013041659.tif 000068
【実施例９】
【０１４８】
実施例９の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表４９〜５３、５４Ａ〜５４Ｃに順に示される。また、実施例９の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１４９】
【表４９】
2013041659.tif 000069
【０１５０】
【表５０】
2013041659.tif 000070
【０１５１】
【表５１】
2013041659.tif 000071
【０１５２】
【表５２】
2013041659.tif 000072
【０１５３】
【表５３】
2013041659.tif 000073
【０１５４】
【表５４Ａ】
2013041659.tif 000074
【表５４Ｂ】
2013041659.tif 000075
【表５４Ｃ】
2013041659.tif 000076
【実施例１０】
【０１５５】
実施例１０の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表５５〜５９、６０Ａ〜６０Ｃに順に示される。また、実施例１０の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１５６】
【表５５】
2013041659.tif 000077
【０１５７】
【表５６】
2013041659.tif 000078
【０１５８】
【表５７】
2013041659.tif 000079
【０１５９】
【表５８】
2013041659.tif 000080
【０１６０】
【表５９】
2013041659.tif 000081
【０１６１】
【表６０Ａ】
2013041659.tif 000082
【表６０Ｂ】
2013041659.tif 000083
【表６０Ｃ】
2013041659.tif 000084
【実施例１１】
【０１６２】
実施例１１の対物レンズ１０の仕様、各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表６１〜６５、６６Ａ〜６６Ｃに順に示される。また、実施例１１の光情報記録再生装置１００において光ディスクＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３使用時に発生する波面収差は、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示される。
【０１６３】
【表６１】
2013041659.tif 000085
【０１６４】
【表６２】
2013041659.tif 000086
【０１６５】
【表６３】
2013041659.tif 000087
【０１６６】
【表６４】
2013041659.tif 000088
【０１６７】
【表６５】
2013041659.tif 000089
【０１６８】
【表６６Ａ】
2013041659.tif 000090
【表６６Ｂ】
2013041659.tif 000091
【表６６Ｃ】
2013041659.tif 000092
【０１６９】
（実施例のまとめ）
表６７は、実施例１〜１１の各例において、条件（２）〜（１５）、（１７）〜（３０）のそれぞれを適用したときに算出される値の一覧を示す（条件（１）、（１６）の各配置間隔Ｐ１〜Ｐ４については、各実施例の位相シフト構造の具体的構成を示す表を参照）。また、表６８は、実施例１〜１１の各例における各光ディスクＯＤ１〜ＯＤ３使用時における光利用効率（回折効率）の一覧を示す。
【０１７０】
【表６７】
2013041659.tif 000093
【０１７１】
【表６８】
2013041659.tif 000094
【０１７２】
各実施例１〜１１の対物レンズ１０は、表６７に示されるように、少なくとも条件（１）及び（２）を共に満たす。これにより、各実施例の波面収差図（図６〜図１６）に示されるように、第一の段差を透過した波長λ１のレーザー光束と、第二の段差を透過した波長λ１のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化が付与されて、互いの位相変化が相殺されることによって波面のうねりが抑えられている。そのため、波面収差の発生量が少ない。すなわち、各実施例１〜１１の対物レンズ１０は、波長λ１〜λ３のレーザー光束に対して第一及び第二の段差による複合的な光学的作用を付与しつつも波面の乱れを抑えている。そのため、表６８に示されるように、位相シフト構造による位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられる。また、各実施例１〜１１の対物レンズ１０では、条件（１）及び（２）以外の条件を満たすことによる効果も重畳的に奏される。
【０１７３】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【０１７４】
１Ａ、２Ａ、３Ａ  光源
１０  対物レンズ
ＯＤ１〜ＯＤ３  光ディスク
１００  光情報記録再生装置
【図１】
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【図２】
2013041659.tif 000096
【図３】
2013041659.tif 000097
【図４】
2013041659.tif 000098
【図５】
2013041659.tif 000099
【図６】
2013041659.tif 000100
【図７】
2013041659.tif 000101
【図８】
2013041659.tif 000102
【図９】
2013041659.tif 000103
【図１０】
2013041659.tif 000104
【図１１】
2013041659.tif 000105
【図１２】
2013041659.tif 000106
【図１３】
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【図１４】
2013041659.tif 000108
【図１５】
2013041659.tif 000109
【図１６】
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