特許 5667712 光情報記録再生装置用対物光学系、及び光情報記録再生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5667712

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】光情報記録再生装置用対物光学系、及び光情報記録再生装置

(51)【国際特許分類】

   G11B 7/135 20120101AFI20150122BHJP

【ＦＩ】

   G11B7/135 A

【請求項の数】22

【全頁数】67

(21)【出願番号】特願2014-76886(P2014-76886)

(22)【出願日】2014年4月3日

(62)【分割の表示】特願2010-254596(P2010-254596)の分割

【原出願日】2010年11月15日

(65)【公開番号】特開2014-139861(P2014-139861A)

(43)【公開日】2014年7月31日

【審査請求日】2014年4月25日

(31)【優先権主張番号】特願2009-265072(P2009-265072)

(32)【優先日】2009年11月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000113263

【氏名又は名称】ＨＯＹＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078880

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100169856

【弁理士】

【氏名又は名称】尾山 栄啓

(72)【発明者】

【氏名】是枝 大輔

(72)【発明者】

【氏名】竹内 修一

【審査官】 ゆずりは 広行

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５５２０１９７（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｂ ７／１２ − ７／２２

(57)【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又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載され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＜λ２＜λ３
であり、
前記第一の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第一の光ディスクの保護層をｔ１（単位：ｍｍ）と定義し、前記第二の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第二の光ディスクの保護層をｔ２（単位：ｍｍ）と定義し、前記第三の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第三の光ディスクの保護層をｔ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、
ｔ１＜ｔ２＜ｔ３
ｔ３−ｔ１≧１．０
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に、次の数式
φ_ik（ｈ）=(P_ik2×h²+P_ik4×h⁴+P_ik6×h⁶+P_ik8×h⁸+P_ik10×h¹⁰+P_ik12×h¹²)m_ikλ
（但し、ｈ（単位：ｍｍ）は、光軸からの高さを、P_ik2、P_ik4、P_ik6・・・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、m_ikは、入射光束の回折次数が最大となる第kの領域の第ｉの光路差関数における回折次数を、λ（単位：ｎｍ）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を持つ回折面を有し、
前記回折面は、
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、該第一の領域は、第一の光路差関数で規定される回折構造と、第二の光路差関数で規定される回折構造を少なくとも有し、該第一の光路差関数で規定される回折構造において、該第一、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次であり、該第一の波長の光束に対する前記対物光学系の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の領域の第一の光路差関数で規定される回折構造が有する焦点距離をｆＤ_１１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件
−0.15＜f1／fD₁₁＜−0.03
但し、fD₁₁＝−1／(2×P₁₁₂×m₁₁×λ)
を満たし、かつ、前記第二の光路差関数で規定される回折構造において、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、２次、１次、１次であり、
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、該第二の領域は、少なくとも一種類の前記光路差関数で規定される回折構造を有し、該第一、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次であり、
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し、該第三の領域は、少なくとも一種類の前記光路差関数で規定される回折構造を有する、
光情報記録再生装置用対物光学系。

【請求項2】

前記回折面は、前記第二の領域の最大有効半径をｈ２（単位：ｍｍ）と定義し、前記第三の領域の最大有効半径をｈ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件
−0.05＜(φ₁₃(h3)−φ₁₃(h2))／(m₁₃×f1)＜−0.005
を満たす、
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】

前記回折面は、前記第一の領域の第二の光路差関数で規定される回折構造が有する焦点距離をｆＤ_２１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件
0≦f1／fＤ₂₁＜0.15
但し、fD₂₁＝−1／(2×P₂₁₂×ｍ₂₁×λ)
を満たす、
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】

前記回折面は、次の条件
−0.10＜f1／fＤ₁₁＜−0.05
を満たす、
請求項１から請求項３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5】

前記回折面は、次の条件
0≦f1／fＤ₂₁＜0.01
を満たす、
請求項１から請求項４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6】

前記回折面は、前記第三の領域の第一の光路差関数で規定される回折構造が有する焦点距離をｆＤ_１３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件
−0.150＜f1／fＤ₁₃＜−0.015
但し、fD₁₃＝−1／(2×P₁₃₂×ｍ₁₃×λ)
を満たす、
請求項１から請求項５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7】

前記回折面は、次の条件
−0.03＜(φ₁₃(h3)−φ₁₃(h2))／(m₁₃×f1)＜−0.01
を満たす、
請求項２を引用する請求項３から請求項６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8】

前記回折面は、前記第二の領域において、第一の光路差関数で規定される回折構造と、第二の光路差関数で規定される回折構造を少なくとも有し、前記第一の領域の最大有効半径をｈ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件
−0.05＜(φ₂₂(h2)−φ₂₂(h1))／f1＜0.03
を満たす、
請求項２を引用する、請求項３から請求項７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9】

前記回折面は、前記第二の領域において、第一の光路差関数で規定される回折構造と、第二の光路差関数で規定される回折構造を少なくとも有し、前記第一の領域の最大有効半径をｈ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第二の領域の第二の光路差関数で規定される回折構造が有する焦点距離をｆＤ_２２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件
−0.03＜(φ₂₂(h2)−φ₂₂(h1))／f1＜0
0≦f1／fＤ₂₂＜0.08
但し、fD₂₂＝−1／(2×P₂₂₂×m₂₂×λ)
を満たす、
請求項２を引用する、請求項３から請求項７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】

前記対物光学系は、対物レンズと、前記回折面を少なくとも一面に持つ光学素子を有する、
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】

前記対物光学系は、前記回折面を少なくとも一面に持つ対物レンズを有する、
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12】

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又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載され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＜λ２＜λ３
であり、
前記第一の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第一の光ディスクの保護層をｔ１（単位：ｍｍ）と定義し、前記第二の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第二の光ディスクの保護層をｔ２（単位：ｍｍ）と定義し、前記第三の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第三の光ディスクの保護層をｔ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、
ｔ１＜ｔ２＜ｔ３
ｔ３−ｔ１≧１．０
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する位相シフト面を有し、
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、該第一の領域は、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異なる光路長差を付与する第一の段差を持つ位相シフト構造と、第二の段差を持つ位相シフト構造を少なくとも有し、該第一の段差は、第kの領域の第iの段差で付与される光路長差をΔOPD_ik（単位：ｎｍ）と定義し、第kの領域の第iの段差の段差数をN_ikと定義し、該第一の波長の光束に対する前記対物光学系の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件
INT｜(ΔOPD₁₁/λ1)+0.5｜=1
0.60×10²<N₁₁×f1<2.50×10²
を満たし、かつ、前記第二の段差は、次の条件
INT｜(ΔOPD₂₁/λ1)+0.5｜=2
を満たし、
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、該第二の領域は、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持つ位相シフト構造を有し、次の条件
INT｜(ΔOPD₁₂/λ1)+0.5｜=1
を満たし、
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し、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付与する段差を持つ位相シフト構造を有する、
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
0.80×10²<N₁₃×f1<3.50×10²
を満たす、
請求項１２に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。

【請求項14】

前記位相シフト面は、次の条件
0.04×10²≦N₂₁×f1<1.50×10²
を満たす、
請求項１２又は請求項１３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
1.20×10²<N₁₁×f1<2.20×10²
を満たす、
請求項１２から請求項１４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16】

前記位相シフト面は、次の条件
0.04×10²≦N₂₁×f1<1.00×10²
を満たす、
請求項１２から請求項１５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17】

前記位相シフト面は、次の条件
1.50×10²<N₁₃×f1<3.00×10²
を満たす、
請求項１２から請求項１６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18】

前記位相シフト面は、前記第二の領域において、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光路長差を付与する第一の段差を持つ位相シフト構造と、第二の段差を持つ位相シフト構造を少なくとも有し、次の条件
0.25×10²<N₂₂×INT｜(ΔOPD₂₂/λ1)+0.5｜×f1<1.00×10²
を満たす、
請求項１２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】

前記対物光学系は、対物レンズと、前記位相シフト面を少なくとも一面に持つ光学素子を有する、
請求項１２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】

前記対物光学系は、前記位相シフト面を少なくとも一面に持つ対物レンズを有する、
請求項１２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。

【請求項21】

前記対物光学系は、対物レンズを有し、
前記対物レンズのｄ線のアッベ数をνdと定義した場合に、次の条件
35≦νd≦80
を満たす、
請求項１から請求項２０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22】

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、第二、第三の波長の光束を射出する光源と、
前記光源からの各波長の射出光束を略平行光束に変換するカップリングレンズと、
請求項１から請求項２１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、
を有し、
前記第一の波長（単位：ｎｍ）の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第一の光ディスクの保護層をｔ１（単位：ｍｍ）と定義し、前記第二の波長（単位：ｎｍ）の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第二の光ディスクの保護層をｔ２（単位：ｍｍ）と定義し、前記第三の波長（単位：ｎｍ）の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第三の光ディスクの保護層をｔ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、
０．０５＜ｔ１＜０．１２
ｔ２≒０．６
ｔ３≒１．２
であり、
前記対物光学系は、
前記第一の波長の光束に対する焦点距離、結像倍率をそれぞれｆ１（単位：ｍｍ）、Ｍ１と定義し、前記第二の波長の光束に対する焦点距離、結像倍率をそれぞれｆ２（単位：ｍｍ）、Ｍ２と定義し、前記第三の波長の光束に対する焦点距離、結像倍率をそれぞれｆ３（単位：ｍｍ）、Ｍ３と定義した場合に、次の条件
-0.02<f1×M1<0.02
-0.02<f2×M2<0.02
-0.02<f3×M3<0.02
を満たし、かつ、対物レンズを有し、
前記対物レンズの前記第一、第三の波長に対する屈折率をそれぞれｎ１、ｎ３と定義した場合に、次の条件
0.4<(λ1/(n3-1))/(λ3/(n1-1))<0.6
を満たす、
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、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、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やＢＤ（Blu-ray 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同時に、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又は２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２００６−１６４４９８号公報

【特許文献2】国際公開第２００８／００７５５２号パンフレット

【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は、近赤外レーザー光使用時における回折効率を改善するため、青色レーザー光使用時において回折効率が最大となる次数が偶数次である回折構造が設けられた対物光学系を有する。しかし、近赤外レーザー光使用時における球面収差の補正のため、近赤外レーザー光を対物光学系に発散光として入射させる必要がある。そのため、対物光学系がトラッキング動作によって光軸と直交する方向に微小量移動（いわゆるトラッキングシフト）した時に、コマ収差等の軸外収差の発生が避けられない。

【0006】

特許文献２に記載の光情報記録再生装置は、対物光学素子に、青色、赤色レーザー光を平行光で入射させ、近赤外レーザー光を平行光又は発散光で入射させるように構成されている。特許文献２では、対物光学素子の中央領域で生じた二種類の回折次数光の集光位置を適切に設定することにより、フレア光による信号の劣化を低減するよう試みている。しかし、二種類の回折次数光の集光位置が近いため、フレア光対策として不十分であるという問題が指摘される。また、青色レーザー光専用の領域である対物光学素子の最周辺領域が屈折面であるため、例えば、レーザー光の波長変化や温度が変化した際に生じる球面収差のコントロールができない。

【0007】

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、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ等の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好適に構成された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を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される光学系である。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＜λ２＜λ３
が満たされる。第一の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる第一の光ディスクの保護層をｔ１（単位：ｍｍ）と定義し、第二の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる第二の光ディスクの保護層をｔ２（単位：ｍｍ）と定義し、第三の波長の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる第三の光ディスクの保護層をｔ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、
ｔ１＜ｔ２＜ｔ３
ｔ３−ｔ１≧１．０
が満たされる。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。

【0009】

本発明に係る光情報記録再生装置用対物光学系は、少なくとも一面に、次の数式
φ_ik（ｈ）=(P_ik2×h²+P_ik4×h⁴+P_ik6×h⁶+P_ik8×h⁸+P_ik10×h¹⁰+P_ik12×h¹²)m_ikλ
（但し、ｈ（単位：ｍｍ）は、光軸からの高さを、P_ik2、P_ik4、P_ik6・・・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、m_ikは、入射光束の回折次数が最大となる第kの領域の第ｉの光路差関数における回折次数を、λ（単位：ｎｍ）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を持つ回折面を有する。

【0010】

回折面は、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領域を有する。第一の領域は、第一の光路差関数で規定される回折構造と、第二の光路差関数で規定される回折構造を少なくとも有する。第一の領域は、第一の光路差関数で規定される回折構造において、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次であり、第一の波長の光束に対する対物光学系の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の領域の第一の光路差関数で規定される回折構造が有する焦点距離をｆＤ_１１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（１）
−0.15＜f1／fD₁₁＜−0.03・・・（１）
但し、fD₁₁＝−1／(2×P₁₁₂×m₁₁×λ)
を満たし、かつ、第二の光路差関数で規定される回折構造において、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、２次、１次、１次であるように設計されている。

【0011】

条件（１）を満たすことにより、第三の光ディスク使用時の作動距離を確保しつつ第一の光ディスク使用時の色収差を良好に補正することができる。条件（１）の上限を上回る場合、第三の光ディスク使用時の作動距離を確保できる代償として、特に第一の光ディスク使用時の色収差が過大となる。条件（１）の下限を下回る場合には、第一の光ディスク使用時に発生する色収差量が抑えられるが、その代償として、第三の光ディスク使用時の作動距離を確保するのが難しくなると共に、第一の領域を透過後に生じる第三の波長の光束の不要回折次数光が、第三の光ディスクの記録面近傍に集光し、スポット性能の劣化が懸念される。

【0012】

更に、回折面は、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。第二の領域は、少なくとも一種類の光路差関数で規定される回折構造を有する。この回折構造は、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次であるように設計されている。

【0013】

更に、回折面は、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。第三の領域は、少なくとも一種類の光路差関数で規定される回折構造を有する。

【0014】

この回折構造は、第二の領域の最大有効半径をｈ２（単位：ｍｍ）と定義し、第三の領域の最大有効半径をｈ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（２）
−0.05＜(φ₁₃(h3)−φ₁₃(h2))／(m₁₃×f1)＜−0.005・・・（２）
を満たす構成であってもよい。

【0015】

条件（２）を満たすことにより、第一の光ディスク使用時の環境変化時に生じる球面収差を良好に補正しつつ、第三の領域を透過した第二、第三の波長の光束の不要回折次数光が第一の領域を透過した第二、第三の波長の光束の結像位置近傍に収束するのを避けられるため、スポット性能の劣化を抑えることができる。条件（２）の下限を下回る場合、波長変化時の球面収差が過剰補正になると共に、段差数の増加によって製造が難しくなるという問題が生じる。条件（２）の上限を上回る場合は、第三の領域を透過した第二、第三の波長の光束の不要回折次数光が、それぞれ第二、第三の光ディスクの波長の光束の結像位置の近傍に収束し、スポット性能が大きく劣化する。

【0016】

回折面は、全ての光ディスク使用時の色収差を良好に補正するため、第一の領域の第二の光路差関数で規定される回折構造が有する焦点距離をｆＤ_２１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（３）
0≦f1／fＤ₂₁＜0.15・・・（３）
但し、fD₂₁＝−1／(2×P₂₁₂×ｍ₂₁×λ)
を満たす構成としてもよい。

【0017】

条件（３）の上限を上回る場合、全ての光ディスク使用時の色収差が共に補正不足となる。条件（３）の下限を下回る場合には、全ての光ディスク使用時の色収差が共に過剰補正となる。

【0018】

回折面は、第三の光ディスク使用時の作動距離を十分に確保しつつ、特に第一の光ディスク使用時の色収差をより一層良好に補正するため、次の条件（４）
−0.10＜f1／fＤ₁₁＜−0.05・・・（４）
を満たす構成としてもよい。

【0019】

回折面は、全ての光ディスク使用時の色収差をより一層良好に補正するため、次の条件（５）
0≦f1／fＤ₂₁＜0.01・・・（５）
を満たす構成としてもよい。

【0020】

回折面は、第三の領域を透過した第二、第三の波長の光束が第二、第三の光ディスクの記録面上近傍で集光しないようにするため、第三の領域の第一の光路差関数で規定される回折構造が有する焦点距離をｆＤ_１３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（６）
−0.150＜f1／fＤ₁₃＜−0.015・・・（６）
但し、fD₁₃＝−1／(2×P₁₃₂×ｍ₁₃×λ)
を満たす構成としてもよい。

【0021】

条件（６）を満たさない場合、第三の領域を透過した第二、第三の波長の回折効率が高い不要回折次数光がそれぞれ、第一の領域を透過した第二、第三の波長の光束の結像位置近傍に集光して、第二、第三の光ディスクの記録面上のスポット性能を劣化させるため望ましくない。

【0022】

回折面は、第三の領域において、温度変化等に伴う球面収差の変動をより一層適切にコントロールすると共に第二、第三の波長の光束の不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けるため、次の条件（７）
−0.03＜(φ₁₃(h3)−φ₁₃(h2))／(m₁₃×f1)＜−0.01・・・（７）
を満たす構成としてもよい。

【0023】

回折面は、回折次数が小さいほど波長変化時の回折効率の変化が小さいことから、好ましくは、第三の領域において、第一の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が１次であるように設計される。

【0024】

回折面は、第二の領域において、温度変化等に伴う第一、第二の光ディスク使用時の球面収差の変動をより一層適切にコントロールするため、第一の光路差関数で規定される回折構造と、第二の光路差関数で規定される回折構造を少なくとも有する構成としてもよい。かかる回折面は、第一の領域の最大有効半径をｈ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第二の領域の第二の光路差関数で規定される回折構造が有する焦点距離をｆＤ_２２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（８）又は条件（９）及び（１０）
−0.05＜(φ₂₂(h2)−φ₂₂(h1))／f1＜0.03・・・（８）
−0.03＜(φ₂₂(h2)−φ₂₂(h1))／f1＜0・・・（９）
0≦f1／fＤ₂₂＜0.08・・・（１０）
但し、fD₂₂＝−1／(2×P₂₂₂×m₂₂×λ)
を満たす構成としてもよい。

【0025】

条件（８）の上限を上回る場合、第二の領域を透過した第三の波長の強い不要回折次数光が、第一の領域を透過した第三の波長の光束の結像位置近傍に集光して、第三の光ディスクの記録面上のスポット性能を劣化させるため望ましくない。条件（８）の下限を下回る場合、特に第二の光ディスク使用時における温度変化に対する球面収差が過剰補正となり、望ましくない。条件（８）が満たされる場合は、このような不要回折次数光によるスポット性能の劣化が避けられると共に、第二の光ディスク使用時の温度変化に対する球面収差が良好に補正される。

【0026】

条件（９）の上限を上回る場合、特に第二の光ディスク使用時における温度変化に対する球面収差が補正不足となり望ましくない。条件（９）の下限を下回ると、第二の領域を透過した第三の波長の強い不要回折次数光が、第一の領域を透過した第三の波長の光束の結像位置近傍に集光して、第三の光ディスクの記録面上のスポット性能を劣化させるため望ましくない。

【0027】

条件（１０）を満たさない場合、第二の領域を透過した第三の波長の強い不要回折次数光が、第一の領域を透過した第三の波長の光束の結像位置近傍に集光して、第三の光ディスクの記録面上のスポット性能を劣化させるため望ましくない。条件（９）、（１０）が同時に満たされる場合、第二の領域を透過した第三の波長の強い回折次数光が、第一の領域を透過した第三の波長の光束の結像位置から離れた位置に集光するため、スポット性能の劣化が避けられる。

【0028】

別の側面によれば、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、少なくとも一面に、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する位相シフト面を有する。

【0029】

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領域を有する。第一の領域は、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異なる光路長差を付与する第一の段差を持つ位相シフト構造と、第二の段差を持つ位相シフト構造を少なくとも有する。位相シフト面は、第kの領域の第iの段差で付与される光路長差をΔOPD_ik（単位：ｎｍ）と定義し、第kの領域の第iの段差の段差数をN_ikと定義し、該第一の波長の光束に対する対物光学系の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、第一の領域の第一の段差が、次の条件（１１）、（１２）
INT｜(ΔOPD₁₁/λ1)+0.5｜=1・・・（１１）
0.60×10²<N₁₁×f1<2.50×10²・・・（１２）
を満たし、かつ、第二の段差が、次の条件（１３）
INT｜(ΔOPD₂₁/λ1)+0.5｜=2・・・（１３）
を満たすように構成される。

【0030】

条件（１１）及び（１３）を満たす第一の領域において、第一の段差が条件（１２）を満たすことにより、全ての使用波長において高い回折効率が得られると共に、第三の光ディスク使用時における作動距離の確保と第一の光ディスク使用時の色収差の良好な補正が達成される。条件（１２）の上限を上回る場合、第三の光ディスク使用時の作動距離を確保できる代償として、特に第一の光ディスク使用時の色収差が大きくなる。条件（１２）の下限を下回る場合は、特に第一の光ディスク使用時に発生する色収差量が抑えられるが、第三の光ディスク使用時の作動距離を確保するのが難しくなると共に、第一の領域を透過した第三の波長の光束の不要回折次数光が第三の光ディスクの記録面上近傍に集光し、スポットの性能が大きく劣化する。

【0031】

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、第三の波長の光束を収束に寄与させず、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持つ位相シフト構造を有し、次の条件（１４）
INT｜(ΔOPD₁₂/λ1)+0.5｜=1・・・（１４）
を満たすように構成される。

【0032】

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。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持つ位相シフト構造を有する。

【0033】

位相シフト面は、次の条件（１６）
0.80×10²<N₁₃×f1<3.50×10²・・・（１６）
を満たす構成としてもよい。

【0034】

条件（１６）の上限を上回る場合、第一の光ディスク使用時において環境変化による球面収差が過剰補正となり、好ましくない。条件（１６）の下限を下回る場合には、第一の光ディスク使用時において環境変化による球面収差が補正不足となると同時に、第三の領域を透過した第二、第三の波長の光束がそれぞれ、第一の領域を透過した第二、第三の波長の光束の結像位置近傍に集光して、第二、第三の光ディスクの記録面上に形成されるスポット形状に悪影響を及ぼすため望ましくない。

【0035】

位相シフト面は、全ての光ディスク使用時の色収差を良好に補正するため、第一の領域の第二の段差が次の条件（１７）
0.04×10²≦N₂₁×f1<1.50×10²・・・（１７）
を満たす構成としてもよい。

【0036】

条件（１７）の上限を上回る場合、全ての光ディスク使用時の色収差が共に過剰補正となる。条件（１７）の下限を下回る場合には、第一、第三の光ディスク使用時の色収差が共に補正不足となる。

【0037】

位相シフト面は、第三の光ディスク使用時の作動距離を十分に確保しつつ第一の光ディスク使用時の色収差をより一層良好に補正するため、第一の領域の第一の段差が次の条件（１８）
1.20×10²<N₁₁×f1<2.20×10²・・・（１８）
を満たす構成としてもよい。

【0038】

位相シフト面は、全ての光ディスク使用時の色収差をより一層良好に補正するため、第一の領域の第二の段差が次の条件（１９）
0.04×10²≦N₂₁×f1<1.00×10²・・・（１９）
を満たす構成としてもよい。

【0039】

位相シフト面は、第三の領域において、温度変化等に伴う球面収差の変動をより一層適切にコントロールすると共に、第二、第三の波長の光束の不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けるため、次の条件（２０）
1.50×10²<N₁₃×f1<3.00×10²・・・（２０）
を満たす構成としてもよい。

【0040】

位相シフト面は、第三の領域において、波長変化時の回折効率の変化を小さく抑えるため、次の条件（２１）
INT｜(ΔOPD₁₃/λ1)+0.5｜=1・・・（２１）
を満たす構成としてもよい。

【0041】

位相シフト面は、第二の領域において、第三の波長の光束の不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けるため、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光路長差を付与する第一の段差を持つ位相シフト構造と、第二の段差を持つ位相シフト構造を少なくとも有し、次の条件（２２）
0.25×10²<N₂₂×INT｜(ΔOPD₂₂/λ1)+0.5｜×f1<1.00×10²・・・（２２）
を満たす構成としてもよい。

【0042】

条件（２２）を満たさない場合、第二の領域を透過した第三の波長の強い不要回折次数光が、第一の領域を透過した第三の波長の光束の結像位置近傍に集光して、第三の光ディスクの記録面上のスポット性能を劣化させるため望ましくない。

【0043】

ここで、本発明に係る光情報記録再生装置用対物光学系は、回折面又は位相シフト面を少なくとも一面に持つ対物レンズ単体の構成に限らず、回折面又は位相シフト面を少なくとも一面に持つ光学素子を更に有する構成としてもよい。

【0044】

本発明に係る光情報記録再生装置用対物光学系を構成する対物レンズは、第一の光ディスク使用時の色収差の補正をより好適に実現するため、ｄ線のアッベ数をνdと定義した場合に、次の条件（２３）
35≦νd≦80・・・（２３）
を満たす構成としてもよい。

【0045】

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、第一、第二、第三の波長の光束を射出する光源と、該光源からの各波長の射出光束を略平行光束に変換するカップリングレンズと、上記の何れかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系を有する。なお、第一の波長（単位：ｎｍ）の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる第一の光ディスクの保護層をｔ１（単位：ｍｍ）と定義し、第二の波長（単位：ｎｍ）の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる第二の光ディスクの保護層をｔ２（単位：ｍｍ）と定義し、第三の波長（単位：ｎｍ）の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる第三の光ディスクの保護層をｔ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、
０．０５＜ｔ１＜０．１２
ｔ２≒０．６
ｔ３≒１．２
が満たされる。また、対物光学系は、第一の波長の光束に対する焦点距離、結像倍率をそれぞれｆ１（単位：ｍｍ）、Ｍ１と定義し、第二の波長の光束に対する焦点距離、結像倍率をそれぞれｆ２（単位：ｍｍ）、Ｍ２と定義し、第三の波長の光束に対する焦点距離、結像倍率をそれぞれｆ３（単位：ｍｍ）、Ｍ３と定義した場合に、次の条件（２４）〜（２６）
-0.02<f1×M1<0.02・・・（２４）
-0.02<f2×M2<0.02・・・（２５）
-0.02<f3×M3<0.02・・・（２６）
を満たす。そして、対物光学系は、対物レンズを有しており、全ての使用波長においてより一層高い回折効率が得られるように、該対物レンズの第一、第三の波長に対する屈折率をそれぞれｎ１、ｎ３と定義した場合に、次の条件（２７）
0.4<(λ1/(n3-1))/(λ3/(n1-1))<0.6・・・（２７）
を満たすように構成される。

【発明の効果】

【0046】

本発明によれば、何れの規格の光ディスク使用時にも球面収差を良好に補正すると同時に不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けることができ、かつ、作動距離を十分に確保することも可能な、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が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】本発明の実施形態の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】本発明の実施形態の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、各規格の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】本発明の実施例１において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図5】本発明の実施例１において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図6】本発明の比較例において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図7】本発明の比較例において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図8】本発明の実施例２において、各規格の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9】本発明の実施例２において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図10】本発明の実施例２において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図11】本発明の実施例３において、各規格の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12】本発明の実施例３において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図13】本発明の実施例３において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図14】本発明の実施例４の光情報記録再生装置の構成を概略的に示す図である。

【図15】本発明の実施例４の光情報記録再生装置内における、各波長のレーザー光束の光路を展開して示す図である。

【図16】本発明の実施例４において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図17】本発明の実施例４において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図18】本発明の実施例５の光情報記録再生装置の構成を概略的に示す図である。

【図19】本発明の実施例５の光情報記録再生装置内における、各波長のレーザー光束の光路を展開して示す図である。

【図20】本発明の実施例５において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【図21】本発明の実施例５において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

以下、本発明の実施形態の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。

【0049】

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Ｄ１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Ｄ２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Ｄ３と記す。

【0050】

光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１（単位：ｍｍ）、ｔ２（単位：ｍｍ）、ｔ３（単位：ｍｍ）と定義すると、次の関係が成立する。
ｔ１＜ｔ２＜ｔ３
ｔ３−ｔ１≧１．０
０．０５＜ｔ１＜０．１２
ｔ２≒０．６
ｔ３≒１．２

【0051】

光ディスクＤ１〜Ｄ３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Ｄ１〜Ｄ３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Ｄ１使用時には、光ディスクＤ２又はＤ３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Ｄ３使用時には、光ディスクＤ１又はＤ２使用時よりも大径なスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが最も低い。

【0052】

さらに、記録密度の異なる光ディスクＤ１〜Ｄ３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Ｄ１使用時には、最も小径のビームスポットを光ディスクＤ１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Ｄ２使用時には、光ディスクＤ１使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクＤ２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Ｄ３使用時には、光ディスクＤ２使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクＤ３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。すなわち、各使用波長には、次の関係が成立する。
λ１＜λ２＜λ３

【0053】

図１は、本実施形態の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。

【0054】

光情報記録再生装置１００では、前述の通り、各光ディスク使用時に必要とされる対物レンズのＮＡが各々異なる。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。

【0055】

光ディスクＤ１〜Ｄ３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Ｄ１〜Ｄ３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Ｄ１〜Ｄ３の記録面上にスポットを形成する。光ディスクＤ１〜Ｄ３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。

【0056】

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。具体的には、カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃと対物レンズ１０とがなす光学系の波長λ１〜λ３に対する結像倍率をそれぞれ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３と定義し、対物レンズ１０の波長λ１〜λ３に対する焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）、ｆ２（単位：ｍｍ）、ｆ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、
次の条件（２４）〜（２６）
-0.02<f1×M1<0.02・・・（２４）
-0.02<f2×M2<0.02・・・（２５）
-0.02<f3×M3<0.02・・・（２６）
が満たされる。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。

【0057】

ところで、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時にそれぞれ異なる波長のレーザー光束を用いる場合、対物レンズ１０の屈折率又は保護層厚の相違に起因して、相対的な球面収差が発生する。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、これらの球面収差も良好に補正すると同時に、フレア光（主に不要回折次数光）によるスポットへの悪影響を抑える必要がある。また、保護層の厚い光ディスクＤ３使用時に作動距離を確保することも必要である。本実施形態においては、これらの必要性に応えるべく、対物レンズ１０を次のように構成している。

【0058】

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（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、光ディスクＤ１〜Ｄ３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、前述の通り、規格の異なる複数種類の光ディスクＤ１〜Ｄ３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。

【0059】

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とを有する両凸の樹脂製単レンズである。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Ａ_４、Ａ_６、・・・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】

【0060】

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を有する。領域Ｒ１〜Ｒ３を含む全域に、輪帯構造が設けられている。輪帯構造は、図２（ａ）又は図２（ｂ）の拡大図に示されるように、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。この輪帯構造は、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。但し、本実施形態のように輪帯構造をより有効径の大きい第一面１０ａに設けた場合、例えば輪帯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輪帯構造が摩耗しない、などのメリットがある。

【0061】

輪帯構造の段差は、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ができる。所定の光路長差が特定の波長αのｎ倍（ｎは整数）となるように設計された輪帯構造は、ブレーズ波長α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β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βの光束に対して与えられる光路長差を波長βで割ったときの値に最も近い整数ｍとして求まる。

【0062】

他にも、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に光路長差が生じるということは、互いの位相が、輪帯構造の段差の作用によってずれると捉えることもできる。したがって輪帯構造は、入射光束の位相をシフトする構造、つまり、位相シフト構造と称することもできる。

【0063】

輪帯構造は、第kの領域の第ｉの光路差関数φ_ik（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φ_ik（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（単位：ｍｍ）における光路長付加量の形で表現した関数であり、輪帯構造における各段差の設置位置を規定する。光路差関数φ_ik（ｈ）は、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれＰ_ｉｋ２、Ｐ_ｉｋ４、Ｐ_ｉｋ６、・・・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（単位：ｎｍ）と定義し、入射光束の回折次数が最大となる第kの領域の第ｉの光路差関数における回折次数をｍ_ｉｋと定義した場合に、次の式により表される。
φ_ik（ｈ）=(P_ik2×h²+P_ik4×h⁴+P_ik6×h⁶+P_ik8×h⁸+P_ik10×h¹⁰+P_ik12×h¹²)m_ikλ

【0064】

輪帯構造は、一種類の光路差関数で規定されるだけでなく、複数種類の光路差関数を組み合わせて規定される形状とすることもできる。本実施形態の輪帯構造は、領域Ｒ１、Ｒ２において、二種類の光路差関数（第一の光路差関数と第二の光路差関数）を重ね合わせることにより、入射光束に対して互いの異なる光路長差を付与する二種類の段差を有している。これにより、入射光束には、二種類の光学的作用が付与される。ここで、第一の光路差関数で規定される段差を「第一の段差」、第二の光路差関数で規定される段差を「第二の段差」と記す。なお、輪帯構造は、三種類以上の光路差関数を重ね合わせて構成することも可能で、その場合はさらに複雑な光学的作用が与えられる。

【0065】

領域Ｒ１の輪帯構造は、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Ｄ１の記録面上に、波長λ２のレーザー光束を光ディスクＤ２の記録面上に、波長λ３のレーザー光束を光ディスクＤ３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。領域Ｒ１の輪帯構造は、対物レンズ１０に入射する何れの使用波長も略平行光束であるから、各光ディスクの保護層厚の違いで生じる球面収差を補正するため、異なる回折次数の組み合わせを有する二種類の光路差関数で規定される段差を持つ回折構造となっている。なお、以降の説明では、各段差において波長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。

【0066】

ＢＤ使用回折次数を偶数次（例えば２次）に設定した場合、ＣＤ使用回折次数が奇数（例えば１次）となり、波長λ１のレーザー光束が該輪帯構造で付与されるパワーと、波長λ１の約２倍の波長λ３のレーザー光束が該輪帯構造で付与されるパワーとがほぼ同じとなる。そのため、光ディスクＤ１とＤ３とで生じる相対的な球面収差の補正が困難である。これは、該輪帯構造で付与されるパワーが、波長と回折次数に比例するためである。従って、領域Ｒ１において第一又は第二の段差の少なくとも一方は、ＢＤ使用回折次数を奇数次に設定する必要がある。もう一方の段差に関しては、波長λ１から波長λ３の各レーザー光束で高い回折効率が得られることから、ＢＤ使用回折次数を偶数次に設定することが好ましい。すなわち、領域Ｒ１の輪帯構造は、第一と第二の段差を組み合わせることにより、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数の全てにおいて高い回折効率が得られるように設計されている。なお、回折次数が小さいほど波長変化時の回折効率の変化が小さい。そのため、本実施形態では、第一の段差において、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次であるように設計され、第二の段差において、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、２次、１次、１次であるように設計されている。

【0067】

領域Ｒ１の輪帯構造は、光ディスクＤ３使用時の作動距離を確保しつつ光ディスクＤ１使用時の色収差を良好に補正するため、領域Ｒ１の第一の段差を持つ回折構造が有する焦点距離をｆＤ_１１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（１）
−0.15＜f1／fD₁₁＜−0.03・・・（１）
但し、fD₁₁＝−1／(2×P₁₁₂×m₁₁×λ)
を満たすように構成されている。なお、保護層厚の厚い光ディスクＤ３使用時の作動距離を確保することにより、保護層厚が光ディスクＤ３よりも薄い光ディスクＤ１又はＤ２使用時の作動距離も自ずと確保される。また、色収差の変化が最も大きい光ディスクＤ１使用時に色収差を良好に補正することにより、光ディスクＤ２又はＤ３使用時の色収差も自ずと良好に補正される。

【0068】

条件（１）の上限を上回る場合、光ディスクＤ３使用時の作動距離を確保できる代償として、光ディスクＤ１使用時の色収差が過大となる。条件（１）の下限を下回る場合には、光ディスクＤ１使用時に発生する色収差量が抑えられるが、その代償として、光ディスクＤ３使用時の作動距離を確保するのが難しくなると共に、領域Ｒ１を透過後に生じる波長λ３のレーザー光束の不要回折次数光が、光ディスクＤ３の記録面近傍に集光し、スポット性能の劣化が懸念される。

【0069】

領域Ｒ２の輪帯構造は、二種類の光路差関数で規定される段差を持つ回折構造を有し、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Ｄ１の記録面上に、波長λ２のレーザー光束を光ディスクＤ２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Ｄ１〜Ｄ３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。但し、領域Ｒ２の輪帯構造は、少なくとも一種類の光路差関数で規定される段差を持つ回折構造であれば足り、二種類は必須ではない。

【0070】

領域Ｒ２においては、ＢＤ使用回折次数を偶数次に設定した場合、ＣＤ使用回折次数の回折効率が高くなり、領域Ｒ２を透過した波長λ３のレーザー光束が光ディスクＤ３の記録面上近傍に集光した場合に、所望のスポットが形成されない問題が生じる。そこで、領域Ｒ２の輪帯構造は、第一の段差において、ＣＤ使用回折次数の回折効率を低減させつつＢＤ使用回折次数及びＤＶＤ使用回折次数の回折効率を高くするため、ＢＤ使用回折次数を奇数次に設定することが好ましい。このように、ＢＤ使用回折次数が奇数次である場合、波長λ３のレーザー光束については、回折効率が４０％程度の二種類の回折次数光が生じ、これらの不要回折次数光がそれぞれ光ディスクＤ３の記録面から離れた位置に集光し、光ディスクＤ３の記録面上のスポット形状を劣化させるという不具合が避けられる。本実施形態では、回折次数が小さいほど波長変化時の回折効率の変化が小さいことから、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数が共に１次であるように設計されている。

【0071】

領域Ｒ３の輪帯構造は、一種類の光路差関数で規定される段差を持つ回折構造を有し、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Ｄ１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Ｄ１〜Ｄ３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。

【0072】

領域Ｒ３の輪帯構造は、温度変化等に伴う球面収差の変動を適切にコントロールすると共に、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の不要回折次数光が領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置近傍に収束してスポット性能が劣化するのを避けるため、ＢＤ使用回折次数が奇数次であると同時に、領域Ｒ２の最大有効半径をｈ２（単位：ｍｍ）と定義し、領域Ｒ３の最大有効半径をｈ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（２）
−0.05＜(φ₁₃(h3)−φ₁₃(h2))／(m₁₃×f1)＜−0.005・・・（２）
を満たすように構成されている。なお、領域Ｒ３において、ＢＤ使用回折次数は、回折次数が小さいほど波長変化時の回折効率の変化が小さいことから、１次であることが望ましい。

【0073】

条件（２）の上限を上回る場合には、波長変化時の球面収差が補正不足となりオーバーの球面収差が残存する。また、条件（２）の下限を下回る場合には、波長変化時の球面収差が過剰補正となり、アンダーの球面収差が発生する。そのため、条件（２）を満たさない場合は、光ディスクに対する情報の記録又は再生を良好に行うことができない。

【0074】

また別の観点から、条件（２）に関して説明する。領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３の強い回折次数光は共に、条件（２）の値が小さいほど光ディスクＤ３の記録面上での球面収差が大きくなる。そのため、これらの回折次数光が不要なフレア光として現れてスポット性能を劣化させるという不具合が避けられる。よって、条件（２）の値が小さいほど好適と思われる。しかし、条件（２）の値が小さいほど領域Ｒ３に設けるべき段差数が増大する。すなわち、条件（２）の下限を下回る場合は、段差数の増加によって製造が難しくなり、量産に適さないという問題が生じる。一方、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束は共に、条件（２）の値が大きいほど光ディスクＤ３の記録面上での球面収差が小さくなる。すなわち、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３の強い不要回折次数光がそれぞれ、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置近傍に集光して、光ディスクＤ２、Ｄ３の記録面上のスポット性能を劣化させる。条件（２）の上限を上回る場合は、不要回折次数光によるスポット性能の劣化が非常に大きく、光ディスクＤ２、Ｄ３に対する情報の記録又は再生を良好に行うことができない。

【0075】

領域Ｒ１の輪帯構造は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の色収差を良好に補正するため、領域Ｒ１の第二の段差を持つ回折構造が有する焦点距離をｆＤ_２１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（３）
0≦f1／fＤ₂₁＜0.15・・・（３）
但し、fD₂₁＝−1／(2×P₂₁₂×ｍ₂₁×λ)
を満たすように構成されてもよい。

【0076】

条件（３）の上限を上回る場合、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の色収差が共に補正不足となり、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録又は再生を良好に行うことができない。条件（３）の下限を下回る場合には、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の色収差が共に過剰補正となり、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録又は再生を良好に行うことができない。

【0077】

領域Ｒ１の輪帯構造は、光ディスクＤ３使用時の作動距離を十分に確保しつつ光ディスクＤ１使用時の色収差をより一層良好に補正するため、次の条件（４）
−0.10＜f1／fＤ₁₁＜−0.05・・・（４）
を満たすように構成されてもよい。

【0078】

領域Ｒ１の輪帯構造は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の色収差をより一層良好に補正するため、次の条件（５）
0≦f1／fＤ₂₁＜0.01・・・（５）
を満たすように構成されてもよい。

【0079】

領域Ｒ３の輪帯構造は、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束（不要回折次数光）を、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置近傍で集光させないため、領域Ｒ３の第一の段差を持つ回折構造が有する焦点距離をｆＤ_１３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（６）
−0.150＜f1／fＤ₁₃＜−0.015・・・（６）
但し、fD₁₃＝−1／(2×P₁₃₂×ｍ₁₃×λ)
を満たすように構成されてもよい。

【0080】

波長λ１で１次回折光が生じる輪帯構造を想定すると、条件（６）の上限を上回る場合、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３の０次回折光がそれぞれ、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置近傍に集光して、光ディスクＤ２、Ｄ３の記録面上のスポット性能を劣化させるため望ましくない。条件（６）の下限を下回る場合には、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３の１次回折光がそれぞれ、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置近傍に集光して、光ディスクＤ２、Ｄ３の記録面上のスポット性能を劣化させるため望ましくない。

【0081】

領域Ｒ３の輪帯構造は、温度変化等に伴う球面収差の変動をより一層適切にコントロールすると共にＣＤ使用回折次数及びＤＶＤ使用回折次数の不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けるため、次の条件（７）
−0.03＜(φ₁₃(h3)−φ₁₃(h2))／(m₁₃×f1)＜−0.01・・・（７）
を満たすように構成されてもよい。

【0082】

領域Ｒ２の輪帯構造は、温度変化等に伴う光ディスクＤ１又はＤ２使用時の球面収差の変動をより一層適切にコントロールするため、前述した第一の段差（ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数が共に１次である段差）と異なる光路差関数で規定される第二の段差を更に有し、第二の段差において、ＢＤ使用回折次数が奇数次（例えば７次）であるように設計されるのが望ましい。

【0083】

第二の段差を持つ領域Ｒ２の輪帯構造は、領域Ｒ１の最大有効半径をｈ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、領域Ｒ２の段差数を規定する次の条件（８）
−0.05＜(φ₂₂(h2)−φ₂₂(h1))／f1＜0.03・・・（８）
を満たす構成としてもよい。

【0084】

第二の段差で、波長λ１で７次回折光が生じる輪帯構造を想定すると、条件（８）の上限を上回る場合は、領域Ｒ２を透過した波長λ３の４次回折光が光ディスクＤ３の記録面上近傍に集光し、光ディスクＤ３の記録面上のスポット性能を劣化させる。条件（８）の下限を下回る場合には、領域Ｒ２を透過した波長λ３の不要回折次数光（３次回折光や４次回折光）の球面収差が大きくなるものの、光ディスクＤ２使用時における温度変化に対する球面収差が過剰補正となり、望ましくない。これに対して、条件（８）が満たされると、領域Ｒ２を透過した波長λ３の強い不要回折次数光が領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の結像位置近傍に集光しないため、スポット性能の劣化が避けられる。条件（８）が満たされる場合は、更に、光ディスクＤ２使用時における温度変化に対する球面収差が良好に補正される。

【0085】

第二の段差を持つ領域Ｒ２の輪帯構造は、条件（８）の代替として、領域Ｒ２の第二の段差を持つ回折構造が有する焦点距離をｆＤ_２２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件（９）、（１０）
−0.03＜(φ₂₂(h2)−φ₂₂(h1))／f1＜0・・・（９）
0≦f1／fＤ₂₂＜0.08・・・（１０）
但し、fD₂₂＝−1／(2×P₂₂₂×m₂₂×λ)
を同時に満たす構成であってもよい。

【0086】

第二の段差で、波長λ１で７次回折光が生じる輪帯構造を想定すると、条件（９）の上限を上回る場合は、領域Ｒ２を透過した波長λ３の３次回折光が光ディスクＤ３の記録面上近傍に集光し、光ディスクＤ３の記録面上のスポット性能を劣化させる。また、光ディスクＤ２使用時における温度変化に対する球面収差が補正不足となり望ましくない。条件（９）の下限を下回る場合には、領域Ｒ２を透過した波長λ３の４次回折光が光ディスクＤ３の記録面上近傍に集光し、光ディスクＤ３の記録面上のスポット性能を劣化させる。

【0087】

第二の段差で、波長λ１で７次回折光が生じる輪帯構造を想定すると、条件（１０）の上限を上回る場合は、領域Ｒ２を透過した波長λ３の３次回折光が光ディスクＤ３の記録面上近傍に集光し、光ディスクＤ３の記録面上のスポット性能を劣化させる。条件（１０）の下限を下回る場合には、領域Ｒ２を透過した波長λ３の４次回折光が光ディスクＤ３の記録面上近傍で集光して、光ディスクＤ３の記録面上のスポット性能を劣化させる。

【0088】

これに対して、条件（９）、（１０）が同時に満たされると、領域Ｒ２を透過した波長λ３の強い不要回折次数光（３次回折光、４次回折光）が、光ディスクＤ３の記録面近傍で集光せず、スポット性能の劣化が避けられる。

【0089】

ここで、領域Ｒ１〜Ｒ３の輪帯構造は、位相シフト構造と捉えることができる。以下においては、輪帯構造を位相シフト構造と捉えることにより、対物レンズ１０を上記とは別の表現で説明する。

【0090】

領域Ｒ１の輪帯構造は、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異なる光路長差を付与する第一と第二の段差を持つ位相シフト構造と定義される。第一の段差は、第kの領域の第iの段差で付与される光路長差をΔOPD_ik（単位：ｎｍ）と定義し、第kの領域の第iの段差の段差数をN_ikと定義した場合に、次の条件（１１）、（１２）
INT｜(ΔOPD₁₁/λ1)+0.5｜=1・・・（１１）
0.60×10²<N₁₁×f1<2.50×10²・・・（１２）
を満たすように構成されている。第二の段差は、次の条件（１３）
INT｜(ΔOPD₂₁/λ1)+0.5｜=2・・・（１３）
を満たすように構成されている。

【0091】

領域Ｒ１の位相シフト構造において、条件（１１）及び（１３）を満たす場合に更に、条件（１２）を満たすことで、光ディスクＤ３使用時における作動距離の確保と光ディスクＤ１使用時の色収差の良好な補正が達成される。

【0092】

条件（１２）の上限を上回る場合、光ディスクＤ３使用時の作動距離を確保できる代償として、光ディスクＤ１使用時の色収差が大きくなる。条件（１２）の下限を下回る場合は、光ディスクＤ１使用時に発生する色収差量が抑えられるが、光ディスクＤ３使用時の作動距離を確保するのが難しくなると共に、領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の不要回折次数光が光ディスクＤ３の記録面上近傍に集光し、スポットの性能が大きく劣化する。

【0093】

領域Ｒ２の輪帯構造は、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異なる光路長差を付与する第一と第二の段差を持つ位相シフト構造と定義される。領域Ｒ２において、第一の段差は、ＣＤ使用時の効率を低減させつつＢＤ及びＤＶＤ使用時の効率を高くするため、次の条件（１４）
INT｜(ΔOPD₁₂/λ1)+0.5｜=1・・・（１４）
を満たすように構成されている。

【0094】

領域Ｒ３の輪帯構造は、互いに隣り合う屈折面の境界において入射光束に対し一種類の光路長差を付与する段差を持つ位相シフト構造と定義される。領域Ｒ３の段差は、温度変化等に伴う球面収差の変動を適切にコントロールすると共にＣＤ及びＤＶＤ使用時の効率を低減させてフレア光によるスポット性能の劣化を避けるため、次の条件（１５）、（１６）
INT｜(ΔOPD₁₃/λ1)+0.5｜=2L+1・・・（１５）
0.80×10²<N₁₃×f1<3.50×10²・・・（１６）
（但し、Lは整数）
を共に満たすように構成されている。

【0095】

条件（１６）の上限を上回る場合、光ディスクＤ１使用時において環境変化による球面収差が過剰補正となり、好ましくない。条件（１６）の下限を下回る場合には、光ディスクＤ１使用時において環境変化による球面収差が補正不足となると同時に、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束がそれぞれ、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置近傍に集光して、光ディスクＤ２、Ｄ３の記録面上に形成されるスポット形状に悪影響を及ぼすため望ましくない。

【0096】

領域Ｒ１の位相シフト構造は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の色収差を良好に補正するため、第二の段差が次の条件（１７）
0.04×10²≦N₂₁×f1<1.50×10²・・・（１７）
を満たすように構成されてもよい。

【0097】

条件（１７）の上限を上回る場合、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の色収差が共に過剰補正となり、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録又は再生を良好に行うことができない。条件（１７）の下限を下回る場合には、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の色収差が共に補正不足となり、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録又は再生を良好に行うことができない。

【0098】

領域Ｒ１の位相シフト構造は、光ディスクＤ３使用時の作動距離を十分に確保しつつ光ディスクＤ１使用時の色収差をより一層良好に補正するため、第一の段差が次の条件（１８）
1.20×10²<N₁₁×f1<2.20×10²・・・（１８）
を満たすように構成されてもよい。

【0099】

領域Ｒ１の位相シフト構造は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の色収差をより一層良好に補正するため、第二の段差が次の条件（１９）
0.04×10²≦N₂₁×f1<1.00×10²・・・（１９）
を満たすように構成されてもよい。

【0100】

領域Ｒ３の位相シフト構造は、温度変化等に伴う球面収差の変動をより一層適切にコントロールすると共にＣＤ及びＤＶＤ使用時に生じるフレア光によるスポット性能の劣化を避けるため、領域Ｒ３の段差数を規定する次の条件（２０）
1.50×10²<N₁₃×f1<3.00×10²・・・（２０）
を満たすように構成されてもよい。

【0101】

領域Ｒ３の位相シフト構造は、波長変化時の効率の変化を小さく抑えるため、領域Ｒ３の段差数を規定する次の条件（２１）
INT｜(ΔOPD₁₃/λ1)+0.5｜=1・・・（２１）
を満たすように構成されてもよい。

【0102】

領域Ｒ２において、第二の段差は、ＣＤ使用時の効率を低減させてフレア光によるスポット性能の劣化を避けるため、次の条件（２２）
0.25×10²<N₂₂×INT｜(ΔOPD₂₂/λ1)+0.5｜×f1<1.00×10²・・・（２２）
を満たすように構成されてもよい。
ＩＮＴ｜（ΔＯＰＤ_２２）＋０．５｜＝７を満たす位相シフト構造を想定すると、条件（２２）の上限を上回る場合、領域Ｒ２を透過した波長λ３の３次回折光が領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の結像位置近傍に集光し、光ディスクＤ３の記録面上のスポット性能を劣化させる。条件（２２）の下限を下回る場合には、領域Ｒ２を透過した波長λ３の４次回折光が領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の結像位置近傍に集光する。この４次回折光は、光ディスクＤ３の記録面上で不要なフレア光として現れて、光ディスクＤ３の記録面上のスポット性能を劣化させる。

【0103】

以上説明された対物レンズ１０は、光ディスクＤ３使用時における作動距離の確保と光ディスクＤ１使用時の色収差の補正とをより好適に実現するため、対物レンズ１０のｄ線のアッベ数をνdと定義した場合に、次の条件（２３）
35≦νd≦80・・・（２３）
を満たすように構成されてもよい。

【0104】

対物レンズ１０は、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数の全てにおいてより一層高い回折効率を得るべく、波長λ１、λ３に対する屈折率をそれぞれｎ１、ｎ３と定義した場合に、次の条件（２７）
0.4<(λ1/(n3-1))/(λ3/(n1-1))<0.6・・・（２７）
を満たすように構成されてもよい。

【0105】

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、５例説明する。このうち、実施例１〜３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。なお、実施例１〜３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、実施例１〜３の光情報記録再生装置１００の全体構成は、図１を参照し、本件願書への添付を省略する。

【実施例1】

【0106】

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は、図２又は図３に示される概略構成を有し、その仕様、具体的には、使用波長、焦点距離、ＮＡ、倍率Ｍ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、比較例又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される。

【0107】

【表1】

【0108】

表１中、倍率Ｍの値が示すように、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Ｄ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表２〜表４に順に示される。

【0109】

【表2】

【表3】

【表4】

【0110】

表２〜表４において、面番号１（第１領域）、１（第２領域）、１（第３領域）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、Ｄは、光学部材厚又は光学部材間隔（単位：ｍｍ）を、ｎは、括弧書き内の波長に対する光学部材の屈折率を、それぞれ示す。なお、非球面素子におけるＲは、光軸上での曲率半径を示す。

【0111】

対物レンズ１０の第一面１０ａ（面番号１（第１領域）、１（第２領域）、１（第３領域））、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Ｄ１〜Ｄ３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Ａ_４、Ａ_６、・・・は、表５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。

【0112】

【表5】

【0113】

実施例１の対物レンズ１０の第一面１０ａは、領域Ｒ１〜Ｒ３の各領域の範囲が光軸からの高さ（つまり有効半径）ｈによって以下のように表される。
領域Ｒ１：０．０００≦ｈ≦１．１２０
領域Ｒ２：１．１２０＜ｈ≦１．４００
領域Ｒ３：１．４００＜ｈ≦１．８７０

【0114】

領域Ｒ１は、何れの使用波長のレーザー光束に対しても収束に寄与する共用領域である。領域Ｒ２は、波長λ１、λ２のレーザー光束の収束に寄与しつつ波長λ３のレーザー光束の収束には寄与しない、換言すれば波長λ３のレーザー光束使用時における開口制限機能を持つ領域である。領域Ｒ３は、最も大きな開口数ＮＡが要求される光ディスクＤ１使用時に当該開口数を確保するための領域である。すなわち、領域Ｒ３は、波長λ１のレーザー光束の収束に寄与しつつ波長λ２、λ３のレーザー光束の収束には寄与しない、換言すれば波長λ２、λ３のレーザー光束使用時における開口制限機能を持つ領域である。

【0115】

領域Ｒ１〜Ｒ３は、上記のような互いに異なる作用を有するために各領域独自の輪帯構造（別の表現によれば、位相シフト構造）を持つ。特に、領域Ｒ１とＲ２は、二種類の異なる光路差関数によって表される輪帯構造を持つ。第一面１０ａの各領域における輪帯構造を規定するための光路差関数における光路差関数係数Ｐ_ｉ２は表６に、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数は表７に、それぞれ示される。表６及び表７中、「１（第１領域）丸１」、「１（第１領域）丸２」、「１（第２領域）丸１」、「１（第２領域）丸２」、「１（第３領域）」はそれぞれ、領域Ｒ１の第一の段差、領域Ｒ１の第二の段差、領域Ｒ２の第一の段差、領域Ｒ２の第二の段差、領域Ｒ３の段差に対応する。

【0116】

【表6】

【表7】

【0117】

領域Ｒ１〜Ｒ３に形成される輪帯構造の具体的構成は、表８〜１０に順に示される。表８〜１０中、輪帯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、光軸からの高さｈｍｉｎ〜ｈｍａｘで表されている。また、各輪帯間における光路長差ΔＯＰＤ_１１/λ１、ΔＯＰＤ_２１/λ１、ΔＯＰＤ_１２/λ１、ΔＯＰＤ_２２/λ１、ΔＯＰＤ_３２/λ１、ΔＯＰＤ_１３/λ１、ΔＯＰＤ_２３/λ１も示されている。なお、表１０は、行数が多いため、便宜上、表１０Ａ、１０Ｂの２表に分けて示している。表１０Ａの番号１００の続きは、表１０Ｂの番号１０１である。

【0118】

【表8】

【表9】

【表10A】

【表10B】

【0119】

表５４は、実施例１〜５の光情報記録再生装置１００に対して条件（１）〜（２７）を適用したときに算出される値の一覧表である。表５４に示されるように、実施例１の光情報記録再生装置１００は、条件（１）〜（１７）、（１９）〜（２１）、（２３）〜（２７）を満たす。そのため、実施例１の光情報記録再生装置１００は、何れの光ディスク使用時にも球面収差を良好に補正すると同時に不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けることができ、更に、光ディスクＤ３使用時における作動距離を十分に確保することができる。

【0120】

図４（ａ）〜（ｃ）は、実施例１において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図４（ａ）は、光ディスクＤ１のＮＡ１（＝０．８５）に対する光ディスクＤ１の記録面上での球面収差を、図４（ｂ）は、光ディスクＤ２のＮＡ２（＝０．６０）に対する光ディスクＤ２の記録面上での球面収差を、図４（ｃ）は、光ディスクＤ３のＮＡ３（＝０．４７）に対する光ディスクＤ３の記録面上での球面収差を、それぞれ表す。なお、各球面収差図において、実線が設計波長での球面収差を、点線が設計波長から＋５ｎｍ変化した波長での球面収差を、それぞれ表す。

【0121】

図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、実施例１の光情報記録再生装置１００は、設計基準時だけでなく波長変化があった場合も、光ディスクＤ１〜Ｄ３の全てにおいて球面収差が良好に補正される。

【0122】

図５（ａ）〜（ｃ）は、実施例１において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図５（ａ）は、ＮＡ１に対する光ディスクＤ１の記録面上での球面収差を、図５（ｂ）は、ＮＡ１に対する光ディスクＤ２の記録面上での球面収差を、図５（ｃ）は、ＮＡ１に対する光ディスクＤ３の記録面上での球面収差を、それぞれ表す。

【0123】

図５（ｂ）、（ｃ）に示されるように、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束は、主に、比較的高い回折効率を持つ０次と１次の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。また、図５（ｃ）に示されるように、領域Ｒ２を透過した波長λ３のレーザー光束は、３種類以上の複数の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。そのため、これらの不要回折次数光がフレア光として現れ難くなり、各光ディスクの記録面上におけるスポット性能の劣化が避けられる。

【0124】

図６（ａ）〜（ｃ）は、比較例において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、比較例において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。比較例は、対物レンズ１０が条件（２）又は条件（１６）を満たさない点を除いては、実施例１と略同一に構成された光情報記録再生装置１００を想定している。

【0125】

図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）〜（ｃ）によれば、比較例の構成では、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束は、主に、比較的高い回折効率を持つ０次と１次の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置の近傍に集光する。そのため、各光ディスクの記録面上におけるスポット性能の劣化が避けられない。これに対して、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、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束が、主に、比較的高い回折効率を持つ０次と１次の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。そのため、これらの不要回折次数光がフレア光として現れ難くなり、各光ディスクの記録面上におけるスポット性能の劣化が避けられる。このように、実施例１の対物レンズ１０は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録時又は再生時において優れた光学特性を有する。

【実施例2】

【0126】

図８（ａ）〜（ｃ）は、各光ディスク使用時における実施例２の対物レンズ１０の側断面図を示す。実施例２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、使用波長、焦点距離、ＮＡ、倍率Ｍは、表１１に示される。

【0127】

【表11】

【0128】

表１１中、倍率Ｍの値が示すように、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Ｄ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表１２〜表１４に順に示される。

【0129】

【表12】

【表13】

【表14】

【0130】

対物レンズ１０の第一面１０ａ、第二面１０ｂは、非球面である。各非球面形状を規定する円錐係数、非球面係数は、表１５に示される。

【0131】

【表15】

【0132】

実施例２の対物レンズ１０の第一面１０ａは、領域Ｒ１〜Ｒ３の各領域の範囲が光軸からの高さ（つまり有効半径）ｈによって以下のように表される。
領域Ｒ１：０．０００≦ｈ≦１．１３５
領域Ｒ２：１．１３５＜ｈ≦１．４１５
領域Ｒ３：１．４１５＜ｈ≦１．８７０
各領域が持つ機能は、実施例１における各領域と同質である。

【0133】

対物レンズの第一面１０ａは、輪帯構造を持つ。第一面１０ａの各領域における輪帯構造を規定するための光路差関数における光路差関数係数は表１６に、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数は表１７に、それぞれ示される。

【0134】

【表16】

【表17】

【0135】

領域Ｒ１〜Ｒ３に形成される輪帯構造の具体的構成は、表１８〜２０に順に示される。なお、表２０は、行数が多いため、便宜上、表２０Ａ、２０Ｂの２表に分けて示している。表２０Ａの番号１４５の続きは、表２０Ｂの番号１４６である。

【0136】

【表18】

【表19】

【表20A】

【表20B】

【0137】

表５４に示されるように、実施例２の光情報記録再生装置１００は、条件（１）〜（４）、（６）〜（１７）、（１９）〜（２１）、（２３）〜（２７）を満たす。そのため、実施例２の光情報記録再生装置１００は、何れの光ディスク使用時にも球面収差を良好に補正すると同時に不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けることができ、更に、光ディスクＤ３使用時における作動距離を十分に確保することができる。

【0138】

図９（ａ）〜（ｃ）は、実施例２において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図９（ａ）〜（ｃ）に示されるように、実施例２の光情報記録再生装置１００は、設計基準時だけでなく波長変化があった場合も、光ディスクＤ１〜Ｄ３の全てにおいて球面収差が良好に補正される。

【0139】

図１０（ａ）〜（ｃ）は、実施例２において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図１０（ｂ）、（ｃ）に示されるように、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束は、主に、比較的高い回折効率を持つ０次と１次の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。また、図１０（ｃ）に示されるように、領域Ｒ２を透過した波長λ３のレーザー光束は、３種類以上の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。そのため、これらの不要回折次数光がフレア光として現れ難くなり、各光ディスクの記録面上におけるスポット性能の劣化が避けられる。

【実施例3】

【0140】

図１１（ａ）〜（ｃ）は、各光ディスク使用時における実施例３の対物レンズ１０の側断面図を示す。実施例３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、使用波長、焦点距離、ＮＡ、倍率Ｍは、表２１に示される。

【0141】

【表21】

【0142】

表２１中、倍率Ｍの値が示すように、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２２〜表２４に順に示される。

【0143】

【表22】

【表23】

【表24】

【0144】

カップリングレンズの第二面（面番号４）、対物レンズ１０の第一面１０ａ、第二面１０ｂは、非球面である。各非球面形状を規定する円錐係数、非球面係数は、表２５〜表２７に示される。なお、対物レンズ１０は、表２５〜表２７の各表で共通である。表２６、２７の第一面１０ａ、第二面１０ｂの各係数は、表２５で参照される。

【0145】

【表25】

【表26】

【表27】

【0146】

実施例３の対物レンズ１０の第一面１０ａは、領域Ｒ１〜Ｒ３の各領域の範囲が光軸からの高さ（つまり有効半径）ｈによって以下のように表される。
領域Ｒ１：０．０００≦ｈ≦１．３３０
領域Ｒ２：１．３３０＜ｈ≦１．６７０
領域Ｒ３：１．６７０＜ｈ≦２．２１０
各領域が持つ機能は、実施例１における各領域と同質である。

【0147】

対物レンズの第一面１０ａは、輪帯構造を持つ。第一面１０ａの各領域における輪帯構造を規定するための光路差関数における光路差関数係数は表２８に、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数は表２９に、それぞれ示される。

【0148】

【表28】

【表29】

【0149】

領域Ｒ１〜Ｒ３に形成される輪帯構造の具体的構成は、表３０〜３２に順に示される。なお、表３０は、行数が多いため、便宜上、表３０Ａ、３０Ｂの２表に、同じく表３２は、表３２Ａ、３２Ｂの２表に分けて示している。表３０Ａの番号５０の続きは、表３０Ｂの番号５１である。表３２Ａの番号１８３の続きは、表３２Ｂの番号１８４である。

【0150】

【表30A】

【表30B】

【表31】

【表32A】

【表32B】

【0151】

表５４に示されるように、実施例３の光情報記録再生装置１００は、条件（１）〜（４）、（６）〜（１９）、（２１）〜（２７）を満たす。そのため、実施例３の光情報記録再生装置１００は、何れの光ディスク使用時にも球面収差を良好に補正すると同時に不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けることができ、更に、光ディスクＤ３使用時における作動距離を十分に確保することができる。

【0152】

図１２（ａ）〜（ｃ）は、実施例３において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図１２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、実施例３の光情報記録再生装置１００は、設計基準時だけでなく波長変化があった場合も、光ディスクＤ１〜Ｄ３の全てにおいて球面収差が良好に補正される。

【0153】

図１３（ａ）〜（ｃ）は、実施例３において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図１３（ｂ）、（ｃ）に示されるように、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束は、主に、比較的高い回折効率を持つ０次と１次の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。また、図１３（ｃ）に示されるように、領域Ｒ２を透過した波長λ３のレーザー光束は、３種類以上の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。そのため、これらの不要回折次数光がフレア光として現れ難くなり、各光ディスクの記録面上におけるスポット性能の劣化が避けられる。

【実施例4】

【0154】

図１４は、実施例４の光情報記録再生装置２００の構成を概略的に示す図である。光情報記録再生装置２００は、少なくとも波長λ１のレーザー光束を射出する光源１Ｄ、波長λ２、λ３のレーザー光束を射出する光源１Ｅ、回折格子２Ｄ、２Ｅ、カップリングレンズ３Ｄ、３Ｅ、ビームスプリッタ４３、対物レンズ１０を有している。なお、図１４中、一点鎖線は、光情報記録再生装置２００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。

【0155】

図１５（ａ）〜（ｃ）は、実施例４の光情報記録再生装置２００内における、各波長のレーザー光束の光路を展開して示す図である。波長λ１のレーザー光束は、図１５（ａ）に示されるように、光源１Ｄから射出された後、回折格子２Ｄ、カップリングレンズ３Ｄ、ビームスプリッタ４３、対物レンズ１０を介して、光ディスクＤ１の記録面近傍に集光する。波長λ２、λ３のレーザー光束はそれぞれ、図１５（ｂ）、（ｃ）に示されるように、光源１Ｅから射出された後、回折格子２Ｅ、カップリングレンズ３Ｅ、ビームスプリッタ４３、対物レンズ１０を介して、光ディスクＤ２、Ｄ３の記録面近傍に集光する。各波長のレーザー光束は、各光ディスクの記録面上でのスポット形成後、入射時と同一の光路を戻り、図示省略されたハーフミラーを介して受光部により検出される。このように、実施例４の光情報記録再生装置２００は、波長λ２、λ３のレーザー光束の光路を共通化することにより、小型に設計されている。

【0156】

光情報記録再生装置２００では、前述の通り、各光ディスク使用時に必要とされる対物レンズのＮＡが各々異なる。そのため、光情報記録再生装置２００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。

【0157】

実施例４の光情報記録再生装置２００に搭載される対物レンズ１０の仕様、具体的には、使用波長、焦点距離、ＮＡ、倍率Ｍは、表３３に示される。

【0158】

【表33】

【0159】

表３３中、倍率Ｍの値が示すように、光情報記録再生装置２００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、あるいは弱い発散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の発生を小さく抑えられる。光情報記録再生装置２００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３４〜表３６に順に示される。

【0160】

【表34】

【表35】

【表36】

【0161】

カップリングレンズの第二面（面番号４）、対物レンズ１０の第一面１０ａ、第二面１０ｂは、非球面である。各非球面形状を規定する円錐係数、非球面係数は、表３７、表３８に示される。対物レンズ１０は、表３７、表３８の各表で共通である。表３８の第一面１０ａ、第二面１０ｂの各係数は、表３７で参照される。

【0162】

【表37】

【表38】

【0163】

実施例４の対物レンズ１０の第一面１０ａは、領域Ｒ１〜Ｒ３の各領域の範囲が光軸からの高さ（つまり有効半径）ｈによって以下のように表される。
領域Ｒ１：０．０００≦ｈ≦１．１３０
領域Ｒ２：１．１３０＜ｈ≦１．４０５
領域Ｒ３：１．４０５＜ｈ≦１．８７０
各領域が持つ機能は、実施例１における各領域と同質である。

【0164】

対物レンズの第一面１０ａは、輪帯構造を持つ。第一面１０ａの各領域における輪帯構造を規定するための光路差関数における光路差関数係数は表３９に、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数は表４０に、それぞれ示される。

【0165】

【表39】

【表40】

【0166】

領域Ｒ１〜Ｒ３に形成される輪帯構造の具体的構成は、表４１〜４３に順に示される。なお、表４３は、行数が多いため、便宜上、表４３Ａ、４３Ｂの２表に分けて示している。表４３Ａの番号１３４の続きは、表４３Ｂの番号１３５である。

【0167】

【表41】

【表42】

【表43A】

【表43B】

【0168】

表５４に示されるように、実施例４の光情報記録再生装置２００は、条件（１）〜（１７）、（１９）〜（２７）を満たす。そのため、実施例４の光情報記録再生装置２００は、何れの光ディスク使用時にも球面収差を良好に補正すると同時に不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けることができ、更に、光ディスクＤ３使用時における作動距離を十分に確保することができる。

【0169】

図１６（ａ）〜（ｃ）は、実施例４において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図１６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、実施例４の光情報記録再生装置２００は、設計基準時だけでなく波長変化があった場合も、光ディスクＤ１〜Ｄ３の全てにおいて球面収差が良好に補正される。

【0170】

図１７（ａ）〜（ｃ）は、実施例４において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図１７（ｂ）、（ｃ）に示されるように、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束は、主に、比較的高い回折効率を持つ０次と１次の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。また、図１７（ｃ）に示されるように、領域Ｒ２を透過した波長λ３のレーザー光束は、３種類以上の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。そのため、これらの不要回折次数光がフレア光として現れ難くなり、各光ディスクの記録面上におけるスポット性能の劣化が避けられる。

【実施例5】

【0171】

図１８は、実施例５の光情報記録再生装置３００の構成を概略的に示す図である。光情報記録再生装置３００は、少なくとも、波長λ１〜λ３のレーザー光束を射出する光源１Ｆ、回折格子２Ｆ、カップリングレンズ３Ｆ、対物レンズ１０を有している。なお、図１８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。

【0172】

図１９（ａ）〜（ｃ）は、実施例５の光情報記録再生装置３００内における、各波長のレーザー光束の光路を展開して示す図である。波長λ１〜λ３のレーザー光束はそれぞれ、図１９（ａ）〜（ｃ）に示されるように、光源１Ｆから射出された後、回折格子２Ｆ、カップリングレンズ３Ｆ、対物レンズ１０を介して、光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面近傍に集光する。各波長のレーザー光束は、各光ディスクの記録面上でのスポット形成後、入射時と同一の光路を戻り、図示省略されたハーフミラーを介して受光部により検出される。このように、実施例５の光情報記録再生装置３００は、全ての波長のレーザー光束の光路を共通化することにより、小型に設計されている。

【0173】

光情報記録再生装置３００では、前述の通り、各光ディスク使用時に必要とされる対物レンズのＮＡが各々異なる。そのため、光情報記録再生装置３００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。

【0174】

実施例５の光情報記録再生装置３００に搭載される対物レンズ１０の仕様、具体的には、使用波長、焦点距離、ＮＡ、倍率Ｍは、表４４に示される。

【0175】

【表44】

【0176】

表４４中、倍率Ｍの値が示すように、光情報記録再生装置３００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、あるいは弱い発散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の発生を小さく抑えられる。光情報記録再生装置３００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４５〜表４７に順に示される。

【0177】

【表45】

【表46】

【表47】

【0178】

カップリングレンズの第二面（面番号４）、対物レンズ１０の第一面１０ａ、第二面１０ｂは、非球面である。各非球面形状を規定する円錐係数、非球面係数は、表４８に示される。

【0179】

【表48】

【0180】

実施例５の対物レンズ１０の第一面１０ａは、領域Ｒ１〜Ｒ３の各領域の範囲が光軸からの高さ（つまり有効半径）ｈによって以下のように表される。
領域Ｒ１：０．０００≦ｈ≦１．２００
領域Ｒ２：１．２００＜ｈ≦１．４９５
領域Ｒ３：１．４９５＜ｈ≦１．８７０
各領域が持つ機能は、実施例１における各領域と同質である。

【0181】

対物レンズの第一面１０ａは、輪帯構造を持つ。第一面１０ａの各領域における輪帯構造を規定するための光路差関数における光路差関数係数は表４９に、ＢＤ使用回折次数、ＤＶＤ使用回折次数、ＣＤ使用回折次数は表５０に、それぞれ示される。

【0182】

【表49】

【表50】

【0183】

領域Ｒ１〜Ｒ３に形成される輪帯構造の具体的構成は、表５１〜５３に順に示される。なお、表５１は、行数が多いため、便宜上、表５１Ａ、５１Ｂの２表に、同じく表５３は、表５３Ａ、５３Ｂの２表に分けて示している。表５１Ａの番号６０の続きは、表５１Ｂの番号６１である。表５３Ａの番号２２０の続きは、表５３Ｂの番号２２１である。

【0184】

【表51A】

【表51B】

【表52】

【表53A】

【表53B】

【0185】

表５４に示されるように、実施例５の光情報記録再生装置３００は、条件（１）〜（４）、（６）〜（２７）を満たす。そのため、実施例５の光情報記録再生装置３００は、何れの光ディスク使用時にも球面収差を良好に補正すると同時に不要回折次数光によるスポット性能の劣化を避けることができ、更に、光ディスクＤ３使用時における作動距離を十分に確保することができる。

【0186】

図２０（ａ）〜（ｃ）は、実施例５において、各光ディスクのＮＡに対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図２０（ａ）〜（ｃ）に示されるように、実施例５の光情報記録再生装置３００は、設計基準時だけでなく波長変化があった場合も、光ディスクＤ１〜Ｄ３の全てにおいて球面収差が良好に補正される。

【0187】

図２１（ａ）〜（ｃ）は、実施例５において、光ディスクＤ１のＮＡ１に対する各光ディスクの記録面上での球面収差を表す図である。図２１（ｂ）、（ｃ）に示されるように、領域Ｒ３を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束は、主に、比較的高い回折効率を持つ０次と１次の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ２、λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。また、図２１（ｃ）に示されるように、領域Ｒ２を透過した波長λ３のレーザー光束は、３種類以上の回折光に分離して、領域Ｒ１を透過した波長λ３のレーザー光束の結像位置から離れた場所に集光する。そのため、これらの不要回折次数光がフレア光として現れ難くなり、各光ディスクの記録面上におけるスポット性能の劣化が避けられる。

【0188】

【表54】

【0189】

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。例えば光情報記録再生装置１００の対物光学系は、対物レンズ１０とビームスプリッタ４２との間に所定の光学素子を備えた構成としてもよい。この場合、本実施形態の輪帯構造は、光学素子の少なくとも一面に設けられてもよく、又は対物レンズ１０と光学素子の各面に分離して設けられてもよい。

【符号の説明】

【0190】

１Ａ、２Ａ、３Ａ 光源
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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】