JP2009070547A - 光情報記録再生装置用対物光学系および光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の光ディスクに互換性を有し、第一の光ディスク使用時における光利用効率を高く確保しつつも特に第二の光ディスク使用時における光利用効率を向上させることができる、安価かつ容易に製造が可能な光情報記録再生装置用対物光学系を提供すること。
【解決手段】光情報記録再生装置用対物光学系は、単一の材料によって作製され、少なくとも一方の面に輪帯構造が設けられている光学素子を有し、輪帯構造には、互いに隣り合う輪帯の境界に光軸方向への段差が設けられ、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は所定の光路長差が与えられるように構成されており、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差が、第一の波長の光束に対して略奇数波長分となるように設計されており、材料は、アッベ数νｄが所定の条件を満たすように構成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、記録密度や保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置、および該装置に好適に搭載される対物光学系に関する。

光ディスクには、従来、ＣＤやＤＶＤといった、記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。また近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、ＤＶＤよりも一層記録密度の高い高記録密度光ディスクが実用化されつつある。高記録密度光ディスクとしては、例えばＨＤ ＤＶＤやＢＤ（Blu-ray Disc）等がある。このような高記録密度光ディスクは、ＤＶＤの保護層厚と同等もしくはそれ以下の保護層厚を有する。このように規格の異なる複数の光ディスクが存在するためユーザの利便性に鑑み、近年、光情報記録再生装置、より厳密には装置内に設けられる対物光学系は、上記の三種類の光ディスクに対して互換性を持つことが要求される。なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。また、互換性を持つとは、使用する光ディスクを切り替えたとしても部品を交換したりすることなく情報の記録または再生が保証されることをいう。

装置が規格の異なる複数の光ディスクに対して互換性を持つためには、規格が異なる光ディスクの切り替え時に、保護層の厚みによって変化してしまう球面収差を補正しつつ、情報の記録または再生に使用する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が得られるようにする必要がある。一般にスポット径は波長が短いほど小さくできる。そこで従来、記録密度に応じて、光情報記録再生装置では、複数の波長のレーザー光が使用される。例えば、ＤＶＤ等を使用する時には、ＣＤ等の記録密度が最も低い光ディスク使用時に用いられる約７９０ｎｍの光（いわゆる近赤外レーザー光）より短い約６６０ｎｍの波長の光（いわゆる赤色レーザー光）が用いられる。また、ＢＤやＨＤ ＤＶＤ等の高記録密度光ディスク使用時には、その記録密度の高さからＤＶＤ等に対する情報の記録または再生時に用いられる波長よりもさらに短波長の光（例えば４０８ｎｍあたりのいわゆる青色レーザー光）が用いられる。

各々の光ディスクに対して、良好な状態で各光ディスクの記録面位置に収束させる一つの手段として、対物光学系を構成する光学素子における任意の一面に輪帯状の微細な段差を有する輪帯構造を設け、該輪帯構造の作用によって、異なる波長の光を各々対応する光ディスクの記録面において良好に収束させる技術が実用化されている。このような輪帯構造を利用して、規格が異なる複数の光ディスクに対して互換性を有する光情報記録再生装置は、例えば以下の特許文献１に開示される。

特開２００６−１８５５７６号公報

ここで、高記録密度の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う場合には、既存の光ディスク以上に高い強度のビームスポットを形成する必要がある。そのため、通常、上記高記録密度の光ディスクに対する情報の記録または再生時に用いられる青色レーザー光の光利用効率が高く設定されるような輪帯構造が設計される。なお、光利用効率とは、光源から照射されるレーザー光の光量に関する情報の記録または再生の寄与度を表す。光利用効率が高いということは、対物光学系を構成する各光学部材での透過率が高いことを意味する。

しかし、青色レーザー光の光利用効率を高く設定しながら青色レーザー光に対して略奇数波長分の光路長差を与えるように設計された輪帯構造を使用しようとすると、必ず近赤外レーザー光に対する光利用効率、すなわちＣＤ等に対する情報の記録または再生時における光利用効率が低下してしまう。

そこで、以下に示す特許文献２では、互いに異なる二種類の材料からなる光学部材を貼り合わせるとともに、その貼り合わせ面に回折構造を設けることにより、青色レーザー光の回折効率を高く維持しつつも、近赤外レーザー光の回折効率を極力高めようとした光ピックアップ装置用光学素子を持つ対物光学系を開示している。

特開２００６−１２３９４号公報

しかし、上記特許文献２に記載の光学素子は、貼り合わせ等の製造工程が増えるだけでなく、貼り合わせ面に適切な回折構造を配設しなければならず、非常に高い精度が要求される、また製造コストが高くなるといった問題が生じている。

また、以下に示す特許文献３では、青色レーザー光と近赤外レーザー光の両方の回折効率を高く維持するために、少なくとも二種類の分散の異なる材質からなる積層された回折格子を用いた光ピックアップ装置、あるいは、青色レーザー光、および近赤外レーザー光において回折効率が最大となる回折次数を適切に選択した１つの回折面を有する光学素子を用いた光ピックアップ装置用光学素子を開示している。

特開２００７−１２２８２８号公報

しかし、上記特許文献３に記載の積層された回折格子を用いる場合は、特許文献２と同様に非常に高い精度が要求される、製造コストが高くなるといった問題が生じる。また、上記特許文献３に記載の１つの回折面を有する光学素子は、青色レーザー光に対して偶数次の回折光を強く発生させる構成となるが、その場合、青色レーザー光を使用するディスクと近赤外レーザー光を使用するディスクに対して、相対的な球面収差を補正することが難しくなる。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、規格が異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を有しつつ、ＢＤやＨＤ ＤＶＤ等の高記録密度光ディスク使用時における光利用効率を高く確保しつつも特にＣＤ等の低記録密度の光ディスク使用時における光利用効率を向上させることができる、安価かつ容易に製造が可能な光情報記録再生装置用対物光学系および該対物光学系が好適に配設される光情報記録再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光情報記録再生装置用対物光学系は、記録密度の異なる少なくとも二種類の各光ディスクに対して波長の異なる少なくとも二種類の光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物光学系であって、二種類の波長を、それぞれλａ、λｂ（各単位：ｎｍ）、とすると、
１．８＜λｂ／λａ＜２．０
であり、波長λａの光束を用いて情報の記録または再生が行われる光ディスクＤａの保護層厚をｔａ（単位：ｍｍ）、波長λｂの光束を用いて情報の記録または再生が行われる光ディスクＤｂの保護層厚をｔｂ（単位：ｍｍ）、とすると、
ｔａ＜ｔｂ
であり、光ディスクＤａに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡａ、光ディスクＤｂに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡｂ、とすると、
ＮＡａ＞ＮＡｂ
であり、少なくとも一つの面に輪帯構造が設けられている光学素子を有し、輪帯構造には、互いに隣り合う輪帯の境界に光軸方向に延びる段差が設けられ、段差は、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は所定の光路長差が与えられるように構成されており、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は、波長λａの光束に対して略奇数波長分となるように設計されており、光学素子の材料は、アッベ数νｄが以下の条件、
１５＜νｄ＜３５
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によれば、異なる材料からなる光学部材同士を貼り合わせる等の複雑な製造工程を経ることなく、情報の記録または再生に使用される波長の異なる少なくとも二種類の光束双方の光利用効率を高くすることができる。

請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は波長λａの光束に対して略３波長分となるように設計されており、かつ光学素子の材料のアッベ数は、
１５＜νｄ＜３０
を満たすように選択される。

請求項３に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、波長λａの光束が段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
２．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦３．３
を満たすことが望ましい。

請求項４に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は波長λａの光束に対して略５波長分となるように設計されており、かつ光学素子の材料のアッベ数は、
１５＜νｄ＜３０
を満たすように選択される。

請求項５に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、波長λａの光束が段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
４．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦５．３
を満たすことが望ましい。

請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は波長λａの光束に対して略７波長分となるように設計することもできる。

請求項７に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、波長λａの光束が段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
６．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦７．３
を満たすことが望ましい。

請求項８に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は波長λａの光束に対して略９波長分となるように設計することもできる。

請求項９に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、波長λａの光束が段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
８．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦９．３
を満たすことが望ましい。

請求項１０に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、上記光学素子の材料は合成樹脂が相応しい。

なお、色収差を良好に抑えることを重視すると、上記光学素子は、波長λａの光束に対する屈折作用と段差構造によって与えられる作用とが打ち消し合うことで、波長λａの光束に対して殆どパワーを有していないことが望ましい（請求項１１）。この場合、対物光学系は、光学素子と使用される光ディスクの間に配設され、入射する光束をそれぞれ対応する光ディスクの記録面近傍に収束させる対物レンズをさらに有する（請求項１２）。但し、光学素子は対物レンズそのものであってもよい（請求項１３）。

請求項１４に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、輪帯構造は、特に、光ディスクＤｂに対する情報の記録または再生に必要な開口数ＮＡｂを確保するための領域に形成されていることが望ましい。

請求項１５に記載の光情報記録再生装置によれば、対物光学系に入射する二種類の光束がいずれも略平行光束であることが望ましい。

別の観点から、本発明に係る光情報記録再生装置は、互いに異なる第一、第二の波長を持つ少なくとも二種類の光束を照射する光源と、上記種々の特徴を有する光情報記録再生装置用対物光学系を有し、記録密度の異なる複数の光ディスクのうち、少なくとも二種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行うことを特徴とする。

さらに、別の観点から、本発明に係る光情報記録再生装置用対物光学系は、記録密度の異なる少なくとも第一、第二、第三の各光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ少なくとも三種類の光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物光学系であって、第一から第三の波長を、それぞれλ１、λ２、λ３（各単位：ｎｍ）、とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．８＜λ３／λ１＜２．０
であり、第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１（単位：ｍｍ）、第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２（単位：ｍｍ）、第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３（単位：ｍｍ）、とすると、
ｔ１≦ｔ２＜ｔ３
であり、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３
ＮＡ２＞ＮＡ３
であり、少なくとも一つの面に輪帯構造が設けられている光学素子を有し、輪帯構造には、互いに隣り合う輪帯の境界に光軸方向に延びる段差が設けられ、段差は、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所定の光路長差が与えられるように構成されており、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は、第一の波長の光束に対して略奇数波長分となるように設計されており、光学素子の材料は、アッベ数νｄが以下の条件、
１５＜νｄ＜３５
を満たすことを特徴とする。

請求項１７に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、互いに記録密度が異なる三種類の光ディスクそれぞれに対する情報の記録または再生時であっても、高い光利用効率を確保することができる。

請求項１８に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は第一の波長の光束に対して略３波長分となるように設計されており、かつ光学素子の材料のアッベ数は、
１５＜νｄ＜３０
を満たすように選択される。

請求項１９に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、第一の波長の光束が段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
２．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦３．３
を満たすことが望ましい。

請求項２０に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は第一の波長の光束に対して略５波長分となるように設計されており、かつ光学素子の材料のアッベ数は、
１５＜νｄ＜３０
を満たすように選択される。

請求項２１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、第一の波長の光束が段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
４．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦５．３
を満たすことが望ましい。

請求項２２に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は第一の波長の光束に対して略７波長分となるように設計することもできる。

請求項２３に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、第一の波長の光束が段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
６．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦７．３
を満たすことが望ましい。

請求項２４に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は第一の波長の光束に対して略９波長分となるように設計することもできる。

請求項２５に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、第一の波長の光束が段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
８．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦９．３
を満たすことが望ましい。

請求項２６に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、第一から第三の波長の比率が以下の条件
１．６＜λ２／λ１＜１．８
１．８＜λ３／λ１＜２．０
を満たし、かつ、第一から第三の光ディスク保護層厚の比率が以下の条件
５＜ｔ２／ｔ１＜７
１１＜ｔ３／ｔ１＜１５
を満たしていれば、第一の波長の光束に対して略９波長分の光路長差を与える段差構造のみを用いた場合でも、入射する三種類の光束をいずれも略平行光で用いることができる。

請求項２６に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、上記光学素子の材料は合成樹脂が相応しい。

なお、色収差を良好に抑えることを重視すると、上記光学素子は、第一の波長の光束に対する屈折作用と段差構造によって与えられる作用とが打ち消し合うことで、第一の波長の光束に対して殆どパワーを有していないことが望ましい（請求項２７）。この場合、対物光学系は、光学素子と使用される光ディスクの間に配設され、入射する光束をそれぞれ対応する光ディスクの記録面近傍に収束させる対物レンズをさらに有する（請求項２８）。但し、光学素子は対物レンズそのものであってもよい（請求項２９）。

請求項３０に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、輪帯構造は、特に、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数ＮＡ３を確保するための領域に形成されていることが望ましい。

請求項３１に記載の光情報記録再生装置によれば、対物光学系に入射する二種類の光束がいずれも略平行光束であることが望ましい。

また、別の観点から請求項３２に記載の光情報記録再生装置は、互いに異なる第一から第三の波長を持つ少なくとも三種類の光束を照射する光源と、第一から第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に好適であってかつ上述した特徴を持つ光情報記録再生装置用対物光学系を有し、各光ディスクそれぞれに対して、上記三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行うことを特徴とする。

以上のように、本発明にかかる光情報記録再生装置用対物光学系は、材料のアッベ数を適切に選択し、高記録密度の光ディスク使用時に用いられる光束に対して付与する光路長差が略奇数波長分となるような輪帯構造を設けた光学素子を使用する。これにより、貼り合わせ素子等を使用することなく、高記録密度の光ディスク使用時における光利用効率を高く維持したまま、ＣＤ等の低記録密度の光ディスク使用時における光利用効率も効果的に向上させることが可能になる。

つまり、本発明によれば、複雑かつコストがかさむ製造工程を経ることなく、規格が異なる複数種類の光ディスクに対して良好な互換性を有する対物光学系および光情報記録再生装置が提供される。

以下、本発明の実施形態の対物光学系および該対物光学系が搭載され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、記録密度等といった規格がそれぞれ異なる三種類の光ディスクについて互換性を有している。

以下では説明の便宜上、上記三種類の光ディスクのうち、例えばＨＤ ＤＶＤやＢＤ等の第一の光ディスクをＤ１、ＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ等の第二の光ディスクをＤ２、ＣＤやＣＤ−Ｒ等の第三の光ディスクをＤ３、と記す。

各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、各保護層厚には、以下のような関係がある。
ｔ１≦ｔ２＜ｔ３

また、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のそれぞれに対して情報の記録または再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされるＮＡの値を変化させる必要がある。ここで、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時に必要とされる最適な設計開口数を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とすると、各ＮＡには以下のような関係がある。
ＮＡ１＞ＮＡ３
ＮＡ２＞ＮＡ３

つまり、記録密度の高い第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時には、より小径なスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが高くなる。これに対し、最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時には、必要とされるＮＡは比較的小さい。なお、どの光ディスクも、情報の記録または再生時には、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。

上記のように記録密度が異なる各光ディスクＤ１〜Ｄ３を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が用いられる。具体的には、第一の光ディスクＤ１に対して情報の記録または再生を行う際には、最も小径のビームスポットを第一の光ディスクＤ１の記録面上において形成するために、最も短波長（第一の波長）であるレーザー光（以下、第一のレーザー光という）を光源から照射する。また、第三の光ディスクＤ３に対して情報の記録または再生を行う際には、最も大きな径のビームスポットを第三の光ディスクＤ３の記録面上において形成するために、最も長波長（第三の波長）であるレーザー光（以下、第三のレーザー光という）を光源から照射する。そして第二の光ディスクＤ２に対して情報の記録または再生を行う際には、第二の光ディスクＤ２の記録面上において比較的小径のスポットを形成するために、第一のレーザー光よりは長波長であってかつ第三のレーザー光よりは短波長（第二の波長）であるレーザー光（以下、第二のレーザー光という）を光源から照射する。

つまり、第一の波長をλ１、第二の波長をλ２、第三の波長をλ３とすると、各波長には以下の関係が成立する。
λ１＜λ２＜λ３

特に、第一の波長λ１と第三の波長λ３は、以下の関係も成立する。
１．８＜λ３／λ１＜２．０

図１は、本実施形態の対物光学系３０を有する光情報記録再生装置１００の概略構成を表す模式図である。光情報記録再生装置１００は、第一のレーザー光を照射する光源１Ａ、第二のレーザー光を照射する光源１Ｂ、第三のレーザー光を照射する光源１Ｃ、回折格子２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、カップリングレンズ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、ビームスプリッタ４１、４２、ハーフミラー５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、受光部６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、対物光学系３０を有する。なお、図１中一点鎖線で示すＡＸは光情報記録再生装置１００の基準軸を示す。対物光学系３０の光軸は、通常、基準軸ＡＸと一致する。但し、トラッキング動作などにより対物光学系３０全体、または対物レンズ１０の光軸が基準軸ＡＸから外れる状態も起こりうる。

光情報記録再生装置１００では、上記の通り、各光ディスク使用時に必要とされるＮＡが各々異なることに対応する必要がある。そのため、光情報記録再生装置１００では、図示しないが、第一、第二、第三のレーザー光のそれぞれの光束径を規定する開口制限素子が配設されていてもよい。

各光ディスクＤ１〜Ｄ３は、図示しないが、それぞれ保護層、記録面を有する。なお、実際の光ディスクＤ１〜Ｄ３において、記録面は、保護層と基板層あるいはレーベル層によって挟持されている。

図１に示すように、各光源１Ａ〜１Ｃから照射された第一〜第三の各レーザー光束は、各回折格子２Ａ〜２Ｃ、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃ、ビームスプリッタ４１、４２を介して共通の光路に導かれ、対物光学系３０に入射する。なお本実施形態では、各カップリングレンズ３Ａ〜３Ｃから射出されレーザー光は、いずれも平行光束に変換される。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。このように平行光束を対物光学系３０に入射させるように構成することにより、いわゆるトラッキング動作によって対物光学系３０（または対物レンズ１０）が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）した場合であっても、コマ収差等の軸外収差の発生を良好に抑えることができる。

対物光学系３０を透過した各光束は、情報の記録または再生の対象となる各光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面５２近傍に収束する（図２（ａ）参照）。記録面５２で反射した各レーザー光は、入射時と同一の光路を戻り、ハーフミラー５Ａ〜５Ｃを透過し、受光部６Ａ〜６Ｃにより検出される。

光情報記録再生装置１００のように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時には異なる波長のレーザー光を用いる場合、対物レンズ１０の屈折率の変化や、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層２１の厚さの違いに起因して、球面収差が変化する。各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する互換性を光情報記録再生装置１００に持たせるためには、いずれの光ディスクを使用した場合に発生する球面収差も良好に補正する必要がある。また、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であってもＳ／Ｎ比が高く高精度な情報の記録または再生を可能にするためには、光利用効率を高くして、各光ディスクの記録面上において、より多くの光量の光により所定径のビームスポットを形成する必要がある。上記の必要性に応えるべく、本実施形態では、対物光学系３０を以下のように構成している。

図１に示すように、対物光学系３０は、光路上、各光源側から順に光学素子２０、対物レンズ１０を有する。図２（ａ）は、対物光学系３０近傍を拡大して示す図である。

図２（ａ）に示すように、対物レンズ１０は、光源側から順に第一面１１と第二面１２を有する。対物レンズ１０は、各面１１、１２がいずれも非球面である両凸の単レンズである。非球面の形状は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）、非球面の光軸上での曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をＫ、４次以上の偶数次の非球面係数をＡ_２ｉ（ただしｉは２以上の整数）として、以下の数１の式で表される。対物レンズ１０の各面を非球面にすることにより、球面収差を良好に補正することができる。

光学素子２０は、単一の材料により作製される光学素子である。なお本実施形態の光学素子２０は、製造の容易性、効率性に鑑み、合成樹脂を用いて作製されている。光学素子２０の材料は、アッベ数νｄが以下の条件（１）を満たすようなものが採用される。
１５＜νｄ＜３５…（１）

このように、本実施形態は、積極的に高分散材料を選択することにより、第一のレーザー光の光利用効率を高く維持しつつも第三のレーザー光の光利用効率も向上させることが可能になる。

加えて、光学素子２０の第一面２１、第二面２２の少なくとも一方には、基準軸ＡＸを中心とした同心状に複数分割された屈折面と各屈折面の境界に形成される複数の微小な段差からなる輪帯構造が設けられている。本実施形態では、輪帯構造は、第一面２１に設けられている。図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、光学素子２０の第一面２１に設けられた輪帯構造を表す概念図である。図２（ｂ）は、輪帯構造を、光学素子２０の第一面２１側からみた状態を表し、図２（ｃ）は、輪帯構造の断面を表している。

ここで、該輪帯構造には互いに隣り合う輪帯の境界に光軸方向に延びる段差が設けられる。該段差は、上記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は所定の光路長差が与えられるように設計される。このような構造を回折構造と称することもできる。さらには、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、ブレーズ化波長αのｎ次回折構造と称することができる。また、該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の高い回折光の回折次数は、光路長差を波長βで割ったときの値に最も近い整数ｍとなる。

なお、上記輪帯構造を回折構造として捉えた場合、該輪帯構造は、以下の光路差関数φ（ｈ）により表すことができる。光路差関数φ（ｈ）は、光学素子２０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ものである。より詳しくは、光路差関数φ（ｈ）は、該輪帯構造（換言すれば回折構造）における段差の設置位置と高さを規定する関数である。光路差関数φ（ｈ）は、数２に示す式によって表される。

数２に示す光路差関数φ（ｈ）において、Ｐ_２ｉはそれぞれ２ｉ次（ただしｉは自然数）の係数である。ｍは使用するレーザー光の光利用効率（回折効率）が最大となる回折次数を、λは使用する（入射する）レーザー光の波長（設計波長）を、それぞれ表す。

光学素子２０に設けられる輪帯構造は、少なくとも一つの段差が、第一のレーザー光に対して略奇数波長分の光路長差を付与するように構成される。つまり、輪帯構造を上記数２で表した場合、λは第一の波長（＝λ１）に、ｍは３次以上の奇数次に設定される。なお、ここで輪帯構造を第一の波長λ１を基準として規定することにより、最も収差に対する許容度が低く、より高い光利用効率が要求される第一の光ディスクＤ１に対する情報の記録または再生を高精度で実現している。また、光利用効率（回折効率）が最大となる回折次数ｍを奇数次に設定することにより、第一のレーザー光と第三のレーザー光それぞれに異なる回折作用を与える輪帯構造が提供される。従って、互いに規格が異なる光ディスクＤ１、Ｄ３に好適な収差補正作用を付与することができる。

上記少なくとも一つの段差が付与する光路長差に関連し、輪帯構造をどのように構成するかに応じて、光学素子２０のアッベ数も適切に設定される。

具体的には、少なくとも一つの段差によって第一のレーザー光に付与される光路長差ΔＯＰＤが、第一の波長λ１に対して略３波長分、より詳しくは以下の条件（２）を満たすように輪帯構造を構成する場合、光学素子２０は、アッベ数νｄが上記条件（１）さらに好ましくは以下の条件（３）を満たす材料により好適に構成される。
２．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦３．３・・・（２）
１５≦νｄ≦３０・・・（３）

また、少なくとも一つの段差によって第一のレーザー光に付与される光路長差ΔＯＰＤが、第一の波長λ１に対して略５波長分、より詳しくは以下の条件（４）を満たすように輪帯構造を構成する場合、光学素子２０は、アッベ数νｄが上記条件（１）さらに好ましくは以下の条件（３）を満たす材料により好適に構成される。
４．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦５．３・・・（４）
１５≦νｄ≦３０・・・（３）

他にも、少なくとも一つの段差によって第一のレーザー光に付与される光路長差ΔＯＰＤが、第一の波長λ１に対して略７波長分、より詳しくは以下の条件（５）を満たすように輪帯構造を構成することも可能である。同様に上記光路長差ΔＯＰＤが、第一の波長λ１の略９倍、より詳しくは以下の条件（６）を満たすように輪帯構造を構成することも可能である。条件（５）、（６）を満たす輪帯構造を持つ光学素子２０は、上記条件（１）を満たす材料により好適に構成される。
６．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦７．３・・・（５）
８．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦９．３・・・（６）

以上のように、輪帯構造の段差が第一のレーザー光に対して付与する光路長差と、光学素子２０のアッベ数を適切に選択する、つまり上記の各条件を満たすように輪帯構造および光学素子２０を設計することにより、第一のレーザー光の光利用効率をより一層高く（全入射光量の７０％以上）維持することができる。併せて、既述のように対物光学系３０に高分散の光学素子２０を含めることにより、第三のレーザー光の光利用効率も向上させることができる。

本実施形態では、上記のように比較的低いアッベ数つまり高分散の材料によって光学素子２０を作製する。一般的に、光情報記録再生装置用対物光学系では、高分散の材料は色収差を大きく発生させる原因の一つとされるため、忌避されがちである。しかし、本実施形態では、光学素子２０は、第一のレーザー光に関して、屈折作用と段差構造により付与される作用とが相殺される。つまり、光学素子２０は、第一のレーザー光に対して殆どパワーを有さない（略０である）ため、色収差の発生量は抑えられる。

図３（Ａ）は、低分散材料で作製された光学素子を含む対物光学系３０を透過した第一のレーザー光（λ１＝４０８ｎｍ）に関する球面収差図である。また、図３（Ｂ）は、高分散材料で作製された本実施形態の光学素子２０を含む対物光学系３０を透過した第一のレーザー光（λ１＝４０８ｎｍ）に関する球面収差図である。図３（Ａ）において、低分散材料とは、ｎｄ＝１．５０９、νｄ＝５６．４を想定する。但し、ｎｄはｄ線（５８８ｎｍ）での屈折率を、νｄはｄ線でのアッベ数を、それぞれ示す。また、図３（Ｂ）において、高分散材料とは、ｎｄ＝１．５８５、νｄ＝２９．９を想定する。各図において、実線は第一のレーザー光が４０８ｎｍのときの球面収差を、破線は第一のレーザー光が微小に波長変動したとき（４１０ｎｍのとき）の球面収差をそれぞれ表す。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態の光学素子２０を含む対物光学系３０を用いた場合、第一のレーザー光に微小な波長変動があっても、色収差は、低分散材料の光学素子を使用した場合と殆ど変わっていないことが分かる。

以上が、三種類の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対して互換性を有する実施形態の光情報記録再生装置および該装置に好適に搭載される対物光学系に関する説明である。ここで、本発明は、第一の光ディスクＤ１使用時における光利用効率を高く維持しつつ、第三の光ディスクＤ３使用時における光利用効率も向上させるところに、本質的特徴が存する。つまり、本発明の本質的特徴は、第一の光ディスクＤ１と第三の光ディスクＤ３の二種類の光ディスクの関係に特化して説明することも可能である。

すなわち、極めて高い記録密度を持つ光ディスクＤａと記録密度が低い光ディスクＤｂについて互換性を有する光情報記録再生装置を想定する。該装置は、例えば、図１に示す光情報記録再生装置１００における第二の光ディスクＤ２使用時に用いられる光学部材を除去したような構成が想定される。

光ディスクＤａは、上記実施形態における第一の光ディスクＤ１に対応する。光ディスクＤｂは、上記実施形態における第三の光ディスクＤ３に対応する。上記実施形態の光情報記録再生装置１００と同様、本光情報記録再生装置には以下の関係が成立する。

ｔａ＜ｔｂ
ＮＡａ＞ＮＡｂ
１．８＜λｂ／λａ＜２．０
ただし、ｔａは、光ディスクＤａの保護層厚（保護層厚ｔ１に対応）を、
ｔｂは、光ディスクＤｂの保護層厚（保護層厚ｔ３に対応）を、
ＮＡａは、光ディスクＤａに対する情報の記録または再生時に必要とされる最適な設計開口数（開口数ＮＡ１に対応）を、
ＮＡｂは、光ディスクＤｂに対する情報の記録または再生時に必要とされる最適な設計開口数（開口数ＮＡ３に対応）を、
λａは、光ディスクＤａに対する情報の記録または再生時に使用されるレーザー光の波長（第一の波長λ１に対応）を、
λｂは、光ディスクＤｂに対する情報の記録または再生時に使用されるレーザー光の波長（第三の波長λ３に対応）を、それぞれ表す。

上記実施形態で詳述したように、本光情報記録再生装置を構成する対物光学系において、光学素子２０は、上記の各条件（１）〜（６）を満たすように構成される。これにより、高価かつ高精度な光学部材を要することなく、高記録密度の光ディスクＤａ使用時における光利用効率を高く維持しつつも、低記録密度の光ディスクＤｂ使用時における光利用効率を向上させることができる。ただし、条件（２）、（４）、（５）、（６）は以下の条件（２’）、（４’）、（５’）、（６’）に読み替えられる。

２．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦３．３・・・（２’）
４．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦５．３・・・（４’）
６．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦７．３・・・（５’）
８．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦９．３・・・（６’）

以上のように構成された光学素子２０に関する波長と光利用効率の関係を三例示す。また、各例の光学素子２０を含む対物光学系３０に入射する各レーザー光の波長は、λ１＝４０８ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍ、λ３＝７９０ｎｍを想定する。

図４〜図７は、第一作製例の光学素子２０について、入射する光束の波長と光利用効率との関係を表す。詳しくは、図４は、上記条件（２）（または条件（２’））を満たす第一作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図５は、上記条件（４）（または条件（４’））を満たす第一作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図６は、上記条件（５）（または条件（５’））を満たす第一作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図７は、上記条件（６）（または条件（６’））を満たす第一作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。

第一作製例の光学素子２０は、ｎｄ＝１．５８５、νｄ＝２９．９の材料により作製されている。また、第一作製例の光学素子２０の一つの面（ここでは第一面２１）には、ブレーズ化波長４０８ｎｍ（つまり第一の波長λ１）でブレーズ化された輪帯構造が設けられている。

図８〜図１１は、第二作製例の光学素子２０について、入射する光束の波長と光利用効率との関係を表す。詳しくは、図８は、上記条件（２）（または条件（２’））を満たす第二作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図９は、上記条件（４）（または条件（４’））を満たす第二作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図１０は、上記条件（５）（または条件（５’））を満たす第二作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図１１は、上記条件（６）（または条件（６’））を満たす第二作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。

第二作製例の光学素子２０は、ｎｄ＝２．１４４、νｄ＝１７．８の材料により作製されている。また、第二作製例の光学素子２０の一つの面（ここでは第一面２１）には、ブレーズ化波長４０８ｎｍ（つまり第一の波長λ１）でブレーズ化された輪帯構造が設けられている。

図１２〜図１５は、第三作製例の光学素子２０について、入射する光束の波長と光利用効率との関係を表す。詳しくは、図１２は、上記条件（２）（または条件（２’））を満たす第三作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図１３は、上記条件（４）（または条件（４’））を満たす第三作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図１４は、上記条件（５）（または条件（５’））を満たす第三作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。図１５は、上記条件（６）（または条件（６’））を満たす第三作製例の光学素子２０に関する波長と光利用効率との関係を表す。

第三作製例の光学素子２０は、第一作製例と同様に、ｎｄ＝１．５８５、νｄ＝２９．９の材料により作製されている。また、第三作製例の光学素子２０は、一つの面（ここでは第一面２１）に、条件（２）（または条件（２’））、（４）（または条件（４’））、（５）（または条件（５’））、（６）（または条件（６’））のいずれを満足するかに応じて異なるブレーズ化波長でブレーズ化された輪帯構造が設けられている。具体的には、輪帯構造は、条件（２）（または条件（２’））を満たす場合には３７９ｎｍで、条件（４）（または条件（４’））を満たす場合には３９０ｎｍで、条件（５）（または条件（５’））を満たす場合には３９５ｎｍで、条件（６）（または条件（６’））を満たす場合には３９８ｎｍで、それぞれブレーズ化されている。

図４、図８、図１２に示すように、条件（２）（または条件（２’））を満たす光学素子２０を使用すると、第三のレーザー光（または波長λｂの光束）の１次回折光について、５０％以上の高い光利用効率が確保されていることが分かる。また、条件（２）（または条件（２’））を満たす光学素子２０を使用すると、第一の波長λ１（または波長λａ）近傍の光利用効率も約７０％以上と高く維持されている。つまり、上記各作製例の光学素子２０を使用することにより、微小な波長変動があったとしても第一のレーザー光の光利用効率を高く維持することができる。

また、図５〜図７、図９〜図１１、図１３〜図１５に示すように、第一のレーザー光の光利用効率が最大となる次数を高次に設定するほど、第三のレーザー光の特定次の成分がより一層高い光利用効率を得ていることが分かる。さらに、第一のレーザー光の光利用効率が最大となる次数を高次に設定することにより、第二のレーザー光の光利用効率も向上していることがわかる。つまり、いずれの作製例の光学素子２０を有する対物光学系３０を使用しても、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対して高精度な情報の記録または再生を行うことができる。

次に上記各作製例の光学素子２０の実効性を検証するため、比較例の光学素子を二例提示する。比較例１の光学素子は、ｎｄ＝１．５０９、νｄ＝５６．４の低分散材料により作製され、第一の波長λ１に等しい４０８ｎｍでブレーズ化された輪帯構造を有する。つまり、比較例１の光学素子は、条件（１）を満たさない構成である。図１６〜図１９は、入射した第一のレーザー光の光利用効率が最大となる次数がそれぞれ３次、５次、７次、９次となるように構成された輪帯構造を持つ比較例１の光学素子の波長と光利用効率の関係を示す図である。

比較例２の光学素子は、ｎｄ＝１．５０９、νｄ＝５６．４の低分散材料により作製されている。つまり、比較例２の光学素子も、条件（１）を満たさない構成である。図２０〜図２３は、入射した第一のレーザー光の光利用効率が最大となる次数がそれぞれ３次、５次、７次、９次となるように構成された輪帯構造を持つ比較例２の光学素子の波長と光利用効率の関係を示す図である。入射した第一のレーザー光の光利用効率が最大となる次数が３次の光学素子に設けられる輪帯構造は、３４９ｎｍでブレーズ化されている。同様に、入射した第一のレーザー光の光利用効率が最大となる次数が５次、７次、９次の光学素子に設けられる輪帯構造は、それぞれ、３７２ｎｍ、３８２ｎｍ、３８８ｎｍでブレーズ化されている。つまり、比較例２の光学素子は、条件（２）も満たさない構成である。

図１６〜図１９に示すように、比較例１の光学素子は、輪帯構造をどのように設定したとしても、第三のレーザー光の光利用効率が実施例１、２の光学素子２０よりも明らかに劣っていることが分かる。また、図２０〜図２３に示すように、比較例２の光学素子は、ブレーズ化波長を大きく変動させることで、第三レーザー光の光利用効率は比較例１よりも高くなっているが、最も光利用効率が高いことが要求される第一のレーザー光の該効率が５０％を割ってしまっている。このように、上述した各条件を満たすように構成された作製例の光学素子２０を含む対物光学系３０と、各条件を満たさない光学素子を含む対物光学系との効果は明らかである。

次いで、上記作製例のような効果を有する光学素子２０の実施例１〜１６に関する具体的数値構成をそれぞれ表１〜表１６に示す。各実施例の光学素子２０はいずれも、互いに異なる二種類または三種類の光路差関数を重ね合わせることにより得られる形状の輪帯構造を有する。詳しくは、光路差関数のうち、一種類は、ΔＯＰＤ／λ１が第一の波長の略奇数倍、つまり上記条件（２）（または（２’））、（４）（または（４’））、（５）（または（５’））、（６）（または（６’））を満たす段差が形成されるような関数である。

各実施例は、使用する光路差関数の組み合わせによって、６種の群Ａ〜Ｆに大別される。表１〜表３に示す実施例１〜３は、条件（２）（または（２’））を満たす段差を有し、二種類の光路差関数の組み合わせにより得られる輪帯構造を持つ光学素子に関する実施例群Ａである。表４〜表６に示す実施例４〜６は、条件（４）（または（４’））を満たす段差を有し、二種類の光路差関数の組み合わせにより得られる輪帯構造を持つ光学素子に関する実施例群Ｂである。表７〜表９に示す実施例７〜９は、条件（５）（または（５’））を満たす段差を有し、二種類の光路差関数の組み合わせにより得られる輪帯構造を持つ光学素子に関する実施例群Ｃである。表１０〜表１２に示す実施例１０〜１２は、条件（６）（または（６’））を満たす段差を有し、二種類の光路差関数の組み合わせにより得られる輪帯構造を持つ光学素子に関する実施例群Ｄである。

また、表１３、表１４に示す実施例１３、１４は、条件（５）（または（５’））を満たす段差を有し、三種類の光路差関数の組み合わせにより得られる輪帯構造を持つ光学素子に関する実施例群Ｅである。表１５、表１６に示す実施例１５、１６は、条件（６）（または（６’））を満たす段差を有し、三種類の光路差関数の組み合わせにより得られる輪帯構造を持つ光学素子に関する実施例群Ｆである。

なお、いずれの実施例群Ａ〜Ｆにおいても、最後に提示している実施例３、６、９、１２、１４、１６は、第一の波長（または波長λａ）の整数倍以外の値を採るようにΔＯＰＤ／λ１を調整している。

最後に、以上の説明した特徴を有する光学素子２０を搭載する本実施形態の光情報記録再生装置１００の具体的数値構成について４つ提示する（数値構成例１〜４）。以下に示す具体的数値構成を有する光情報記録再生装置１００は、例えば既述の図１に示される。ただし、以下では、提示する数値の簡略化し、特徴を明確化するため、対物光学系３０以降の数値構成のみ示す。

（数値構成例１）
数値構成例１に係る光情報記録再生装置１００に搭載される対物光学系３０の具体的仕様は表１７に示される。

表１７中、倍率の値が示すように、光情報記録再生装置１００では、いずれの光ディスク使用時であっても、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。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有効に回避することができる。光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２、Ｄ３使用時における具体的数値構成は、順に表１８〜表２０に示される。

表１８〜表２０において、面番号０は光源、面番号１、２はそれぞれ光学素子２０の第一面２１と第二面２２、面番号３、４はそれぞれ第一面１１と第二面１２、面番号５、６はそれぞれ対象となる光ディスクの保護層と記録層を、表す。また、ｒは光学部材の各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは情報の記録または再生時における光学部材厚または光学部材間隔（単位：ｍｍ）である。

光学素子２０の第一面２１（面番号１）、対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号３、４）は、非球面である。各面の非球面形状を規定する円錐係数Ｋと非球面係数Ａ_２ｉは表２１に示される。なお、各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。

また、光学素子２０の第一面２１は、光軸を含む第一領域、第一領域の外側に形成される第二領域、第一面２１の最も外側に位置する第三領域の３領域から構成される。詳しくは、第一領域は、いずれのレーザー光に対しても収束に寄与する共用領域である。第二領域は、第一と第二のレーザー光の収束に寄与し第三のレーザー光の収束には寄与しない、換言すれば第三のレーザー光使用時における開口制限機能を持つ領域である。第三領域は、最も大きな開口数ＮＡが要求される光ディスク（ここでは第一の光ディスクＤ１）使用時に当該開口数を確保するための領域で、第一のレーザー光の収束に寄与し第二と第三のレーザー光の収束には寄与しない、換言すれば第二と第三のレーザー光使用時における開口制限機能を持つ。加えて、各領域は、それぞれ、各レーザー光の波長が最適な波長から微小にずれた際の球面収差の変動を抑える作用等も有する。従って第一と第二の領域は、上記のような互いに異なる作用を有するために少なくとも二種類の異なる光路差関数によって表される各領域独自の輪帯構造を持つ。第一面２１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係数Ｐ_２ｉ表２２に、回折次数ｍは表２３に示される。加えて、表２３には、各領域の範囲を有効半径（光軸からの高さ）で表す。

表２２、表２３に示すように、第一面２１の第一領域は、互いに異なる第一から第三の３種類の光路差関数を重ね合わせることにより得られる形状の輪帯構造を有する。また、第一面２１の第二領域は、互いに異なる第四、第五の２種類の光路差関数を重ね合わせることにより得られる形状の輪帯構造を有する。第一面２１の第三領域は、第六の光路差関数によって得られる形状の輪帯構造を有する。

（数値構成例２）
数値構成例２に係る光情報記録再生装置１００に搭載される対物光学系３０の具体的仕様は表２４に示される。

表２４中、倍率の値が示すように、光情報記録再生装置１００では、いずれの光ディスク使用時であっても、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。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有効に回避することができる。光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２、Ｄ３使用時における具体的数値構成は、順に表２５〜表２７に示される。

表２５〜表２７において、面番号０は光源、面番号１、２はそれぞれ光学素子２０の第一面２１と第二面２２、面番号３、４はそれぞれ第一面１１と第二面１２、面番号５、６はそれぞれ対象となる光ディスクの保護層と記録層を、表す。また、ｒは光学部材の各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは情報の記録または再生時における光学部材厚または光学部材間隔（単位：ｍｍ）である。

光学素子２０の第一面２１（面番号１）、対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号３、４）は、非球面である。各面の非球面形状を規定する円錐係数Ｋと非球面係数Ａ２ｉは表２８に示される。なお、各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。

また、光学素子２０の第一面２１は、光軸を含む第一領域、第一領域の外側に形成される第二領域、第一面２１の最も外側に位置する第三領域の３領域から構成される。詳しくは、第一領域は、いずれのレーザー光に対しても収束に寄与する共用領域である。第二領域は、第一と第二のレーザー光の収束に寄与し第三のレーザー光の収束には寄与しない、換言すれば第三のレーザー光使用時における開口制限機能を持つ領域である。第三領域は、最も大きな開口数ＮＡが要求される光ディスク（ここでは第一の光ディスクＤ１）使用時に当該開口数を確保するための領域で、第一のレーザー光の収束に寄与し第二と第三のレーザー光の収束には寄与しない、換言すれば第二と第三のレーザー光使用時における開口制限機能を持つ。また各領域は、少なくとも一種類の異なる光路差関数によって表される各領域独自の輪帯構造を持つ。第一面２１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係数Ｐ２ｉは表２９に、回折次数ｍは表３０に示される。加えて、表３０においては、各領域の範囲を有効半径（光軸からの高さ）で表す。

表２９、表３０に示すように、第一面２１の第一領域は、第一の光路差関数により得られる形状の輪帯構造を有する。また、第一面２１の第二領域は、第二の光路差関数により得られる形状の輪帯構造を有する。第一面２１の第三領域は、第三の光路差関数によって得られる形状の輪帯構造を有する。

（数値構成例３）
数値構成例３に係る光情報記録再生装置１００に搭載される対物光学系３０の具体的仕様は表３１に示される。

表３１中、倍率の値が示すように、光情報記録再生装置１００では、第一、第二のレーザーに用いる光ディスク使用時には、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射し、第三のレーザーに用いる光ディスク使用時には発散光束が対物レンズ１０に入射する。これにより、第一、第二のレーザーに用いる光ディスク使用時には、トラッキングした際における軸外収差の発生を有効に回避することができ、第三の光ディスク使用時には作動距離を十分に得ることができる。光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２、Ｄ３使用時における具体的数値構成は、順に表３２〜表３４に示される。

表３２〜表３４において、面番号０は光源、面番号１、２はそれぞれ光学素子２０の第一面２１と第二面２２、面番号３、４はそれぞれ第一面１１と第二面１２、面番号５、６はそれぞれ対象となる光ディスクの保護層と記録層を、表す。また、ｒは光学部材の各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは情報の記録または再生時における光学部材厚または光学部材間隔（単位：ｍｍ）である。

光学素子２０の第一面２１（面番号１）、対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号３、４）は、非球面である。各面の非球面形状を規定する円錐係数Ｋと非球面係数Ａ２ｉは表３５に示される。なお、各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。

また、光学素子２０の第一面２１は、光軸を含む第一領域、第一領域の外側に形成される第二領域、第一面２１の最も外側に位置する第三領域の３領域から構成される。詳しくは、第一領域は、いずれのレーザー光に対しても収束に寄与する共用領域である。第二領域は、第一と第二のレーザー光の収束に寄与し第三のレーザー光の収束には寄与しない、換言すれば第三のレーザー光使用時における開口制限機能を持つ領域である。第三領域は、最も大きな開口数ＮＡが要求される光ディスク（ここでは第一の光ディスクＤ１）使用時に当該開口数を確保するための領域で、第一のレーザー光の収束に寄与し第二と第三のレーザー光の収束には寄与しない、換言すれば第二と第三のレーザー光使用時における開口制限機能を持つ。加えて、各領域は、それぞれ、各レーザー光の波長が最適な波長から微小にずれた際の球面収差の変動を抑える作用等も有する。従って第一の領域は、上記のような互いに異なる作用を有するために少なくとも二種類の異なる光路差関数によって表される領域独自の輪帯構造を持つ。第一面２１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係数Ｐ２ｉは表３６に、回折次数ｍは表３７に示される。加えて、表３７においては、各領域の範囲を有効半径（光軸からの高さ）で表す。

表３６、表３７に示すように、第一面２１の第一領域は、互いに異なる第一、第二の２種類の光路差関数を重ね合わせることにより得られる形状の輪帯構造を有する。また、第一面２１の第二領域は、第三の光路差関数により得られる形状の輪帯構造を有する。第一面２１の第三領域は、第四の光路差関数によって得られる形状の輪帯構造を有する。

（数値構成例４）
数値構成例４に係る光情報記録再生装置１００に搭載される対物光学系３０の具体的仕様は表３８に示される。

表３８中、倍率の値が示すように、光情報記録再生装置１００では、第一、第二のレーザーに用いる光ディスク使用時には、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射し、第三のレーザーに用いる光ディスク使用時には発散光束が対物レンズ１０に入射する。これにより、第一、第二のレーザーに用いる光ディスク使用時には、トラッキングした際における軸外収差の発生を有効に回避することができ、第三の光ディスク使用時には作動距離を十分に得ることができる。光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２、Ｄ３使用時における具体的数値構成は、順に表３９〜表４１に示される。

表３９〜表４１において、面番号０は光源、面番号１、２はそれぞれ光学素子２０の第一面２１と第二面２２、面番号３、４はそれぞれ第一面１１と第二面１２、面番号５、６はそれぞれ対象となる光ディスクの保護層と記録層を、表す。また、ｒは光学部材の各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは情報の記録または再生時における光学部材厚または光学部材間隔（単位：ｍｍ）である。

光学素子２０の第一面２１（面番号１）、対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号３、４）は、非球面である。各面の非球面形状を規定する円錐係数Ｋと非球面係数Ａ２ｉは表４２に示される。なお、各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。

また、光学素子２０の第一面２１は、光軸を含む第一領域、第一領域の外側に形成される第二領域、第一面２１の最も外側に位置する第三領域の３領域から構成される。詳しくは、第一領域は、いずれのレーザー光に対しても収束に寄与する共用領域である。第二領域は、第一と第二のレーザー光の収束に寄与し第三のレーザー光の収束には寄与しない、換言すれば第三のレーザー光使用時における開口制限機能を持つ領域である。第三領域は、最も大きな開口数ＮＡが要求される光ディスク（ここでは第一の光ディスクＤ１）使用時に当該開口数を確保するための領域で、第一のレーザー光の収束に寄与し第二と第三のレーザー光の収束には寄与しない、換言すれば第二と第三のレーザー光使用時における開口制限機能を持つ。加えて、各領域は、それぞれ、各レーザー光の波長が最適な波長から微小にずれた際の球面収差の変動を抑える作用等も有する。従って第一の領域は、上記のような互いに異なる作用を有するために少なくとも二種類の異なる光路差関数によって表される領域独自の輪帯構造を持つ。第一面２１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係数Ｐ２ｉ表４３に、回折次数ｍは表４４に示される。加えて、表４４には、各領域の範囲を有効半径（光軸からの高さ）で表す。

表４３、表４４に示すように、第一面２１の第一領域は、互いに異なる第一、第二の２種類の光路差関数を重ね合わせることにより得られる形状の輪帯構造を有する。また、第一面２１の第二領域は、第三の光路差関数により得られる形状の輪帯構造を有する。第一面２１の第三領域は、第四の光路差関数によって得られる形状の輪帯構造を有する。

なお、表２２、表２３、表２９、表３０、表３６、表３７、表４３、表４４に示すように、光学素子２０において、上述した各条件を満足するような輪帯構造は、少なくとも共用領域である第一領域に設けられていれば十分に効果を奏する。

なお、上記数値構成例に関しては、第一から第三の波長の比率が以下の条件
１．６＜λ２／λ１＜１．８
１．８＜λ３／λ１＜２．０
を満たし、かつ、第一から第三の光ディスク保護層厚の比率が以下の条件
５＜ｔ２／ｔ１＜７
１１＜ｔ３／ｔ１＜１５
を満たしている。

以上が本発明の実施形態および該実施形態の具体的実施例の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、対物光学系３０を構成する部材のうち、光学素子２０を高分散材料で作製している。本発明に係る対物光学系は、これに限定されるものではない。例えば、高分散材料を採用したことによる色収差を適切に補正することができるのであれば、対物レンズそのものを高分散材料により作成することも可能である。なお、色収差の適切な補正は、例えば分散が異なる材料によりそれぞれ作製された正負一対のレンズを貼り合わせて構成される色収差補正専用の素子を配設することによって達成される。

本発明の実施形態の光情報記録再生装置の概略構成を表す模式図である。 図２（ａ）は、本発明の実施形態の対物光学系近傍の拡大図を表し、図２（ｂ）は、第一面側からみた光学素子の正面図を表し、図２（ｃ）は、光学素子の断面図を表す。 本発明の実施形態の対物光学系の、第一のレーザー光を使用した際に発生する球面収差および色収差を表す収差図である。 実施例１の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例１の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例１の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例１の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例２の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例２の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例２の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例２の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例３の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例３の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例３の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 実施例３の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 比較例１の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 比較例１の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 比較例１の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 比較例１の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 比較例２の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 比較例２の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 比較例２の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。 比較例２の光学素子の波長と回折効率の関係を示す図である。

符号の説明

１Ａ、２Ａ、３Ａ 光源
１０ 対物レンズ
２０ 光学素子
Ｄ１〜Ｄ３ 光ディスク
１００ 光情報記録再生装置

Claims (33)

1. 記録密度の異なる少なくとも二種類の各光ディスクに対して波長の異なる少なくとも二種類の光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物光学系であって、
   前記二種類の波長を、それぞれλａ、λｂ（各単位：ｎｍ）、とすると、
   １．８＜λｂ／λａ＜２．０
   であり、
   前記波長λａの光束を用いて情報の記録または再生が行われる光ディスクＤａの保護層厚をｔａ（単位：ｍｍ）、前記波長λｂの光束を用いて情報の記録または再生が行われる光ディスクＤｂの保護層厚をｔｂ（単位：ｍｍ）、とすると、
   ｔａ＜ｔｂ
   であり、
   前記光ディスクＤａに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡａ、前記光ディスクＤｂに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡｂ、とすると、
   ＮＡａ＞ＮＡｂ
   であり、
   少なくとも一つの面に輪帯構造が設けられている光学素子を有し、
   前記輪帯構造には、互いに隣り合う輪帯の境界に光軸方向に延びる段差が設けられ、
   前記段差は、前記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所定の光路長差が与えられるように構成されており、
   少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は、前記波長λａの光束に対して略奇数波長分となるように設計されており、
   前記光学素子の材料は、アッベ数νｄが以下の条件、
   １５＜νｄ＜３５
   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。
2. 請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
   前記少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は、前記波長λａの光束に対して略３波長分となるように設計されており、
   前記材料のアッベ数νｄが以下の条件、
   １５＜νｄ＜３０
   を満たしていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
3. 請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
   前記波長λａの光束が前記段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
   ２．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦３．３
   を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
4. 請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
   前記少なくとも１つの段差において与えられる光路長差が前記波長λａの光束に対して略５波長分となるように設計されており、前記材料のアッベ数νｄが以下の条件、
   １５＜νｄ＜３０
   を満たしていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
5. 請求項４に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
   前記波長λａの光束が前記段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
   ４．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦５．３
   を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
6. 請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
   前記少なくとも１つの段差において与えられる光路長差が前記波長λａの光束に対して略７波長分となるように設計されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
7. 請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
   前記波長λａの光束が前記段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
   ６．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦７．３
   を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
8. 請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
   前記少なくとも１つの段差において与えられる光路長差が前記波長λａの光束に対して略９波長分となるように設計されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
9. 請求項８に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
   前記波長λａの光束が前記段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
   ８．８≦ΔＯＰＤ／λａ≦９．３
   を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記材料は、合成樹脂であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記光学素子は、前記波長λａの光束に対する屈折作用と前記段差構造によって与えられる作用とが打ち消し合うことにより、前記波長λａの光束に対するパワーが略０となることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
12. 前記光学素子と使用される光ディスクの間に配設され、入射する光束をそれぞれ対応する光ディスクの記録面近傍に収束させる対物レンズをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
13. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記光学素子は、入射する光束をそれぞれ対応する光ディスクの記録面近傍に収束させる対物レンズであることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
14. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記輪帯構造は、前記光ディスクＤｂに対する情報の記録または再生に必要な開口数ＮＡｂを確保するための領域に形成されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
15. 請求項１から請求項１４のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記対物光学系に入射する前記二種類の光束がいずれも略平行光束であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
16. 互いに異なる第一、第二の波長を持つ少なくとも二種類の光束を照射する光源と、
    請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系を有し、
    記録密度の異なる複数の光ディスクのうち、少なくとも二種類のそれぞれに対して、前記二種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行うことを特徴とする光情報記録再生装置。
17. 記録密度の異なる少なくとも第一、第二、第三の各光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ少なくとも三種類の光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物光学系であって、
    前記第一から第三の波長を、それぞれλ１、λ２、λ３（各単位：ｎｍ）、とすると、
    λ１＜λ２＜λ３
    １．８＜λ３／λ１＜２．０
    であり、
    前記第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１（単位：ｍｍ）、前記第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２（単位：ｍｍ）、前記第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３（単位：ｍｍ）、とすると、
    ｔ１≦ｔ２＜ｔ３
    であり、
    前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
    ＮＡ１＞ＮＡ３
    ＮＡ２＞ＮＡ３
    であり、
    少なくとも一つの面に輪帯構造が設けられている光学素子を有し、
    前記輪帯構造には、互いに隣り合う輪帯の境界に光軸方向に延びる段差が設けられ、
    前記段差は、前記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所定の光路長差が与えられるように構成されており、
    少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は、前記第一の波長の光束に対して略奇数波長分となるように設計されており、
    前記光学素子の材料は、アッベ数νｄが以下の条件、
    １５＜νｄ＜３５
    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。
18. 請求項１７に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記少なくとも１つの段差において与えられる光路長差は、前記第一の波長の光束に対して略３波長分となるように設計されており、前記材料のアッベ数νｄが以下の条件、
    １５＜νｄ＜３０
    を満たしていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
19. 請求項１８に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記第一の波長の光束が前記段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
    ２．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦３．３
    を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
20. 請求項１７に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記少なくとも１つの段差において与えられる光路長差が前記第一の波長の光束に対して略５波長分となるように設計されており、前記材料のアッベ数νｄが以下の条件、
    １５＜νｄ＜３０
    を満たしていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
21. 請求項２０に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記第一の波長の光束が前記段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
    ４．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦５．３
    を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
22. 請求項１７に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記少なくとも１つの段差において与えられる光路長差が前記第一の波長の光束に対して略７波長分となるように設計されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
23. 請求項２２に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記第一の波長の光束が前記段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
    ６．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦７．３
    を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
24. 請求項１７に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記少なくとも１つの段差において与えられる光路長差が前記第一の波長の光束に対して略９波長分となるように設計されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
25. 請求項２４に記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記第一の波長の光束が前記段差で与えられる光路長差をΔＯＰＤ（単位：ｎｍ）とすると、以下の条件、
    ８．８≦ΔＯＰＤ／λ１≦９．３
    を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
26. 請求項２５に記載の光情報記録再生装置用対物光学系であって、
    前記第一から第三の波長の比率が以下の条件
    １．６＜λ２／λ１＜１．８
    １．８＜λ３／λ１＜２．０
    を満たし、
    前記第一から第三の光ディスク保護層厚の比率が以下の条件
    ５＜ｔ２／ｔ１＜７
    １１＜ｔ３／ｔ１＜１５
    を満たし、
    前記対物光学系に入射する前記三種類の光束がいずれも略平行光束であることを特徴とする光情報記録再生用対物光学系。
27. 請求項１７から請求項２６のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記材料は、合成樹脂であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
28. 請求項１７から請求項２７のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記光学素子は、前記第一の波長の光束に対する屈折作用と前記段差構造によって与えられる作用とが打ち消し合うことにより、前記第一の波長の光束に対するパワーが略０であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
29. 前記光学素子と使用される光ディスクの間に配設され、入射する光束をそれぞれ対応する光ディスクの記録面近傍に収束させる対物レンズをさらに有することを特徴とする請求項２８に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
30. 請求項１７から請求項２７のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記光学素子は、入射する光束をそれぞれ対応する光ディスクの記録面近傍に収束させる対物レンズであることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
31. 請求項１７から請求項３０のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記輪帯構造は、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数ＮＡ３を確保するための領域に形成されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
32. 請求項１７から請求項２５、および、請求項２７から請求項３１のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系において、
    前記対物光学系に入射する前記三種類の光束がいずれも略平行光束であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
33. 互いに異なる第一から第三の波長を持つ少なくとも三種類の光束を照射する光源と、
    請求項１７から請求項３２のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系を有し、
    記録密度の異なる第一から第三の各光ディスクそれぞれに対して、前記三種類の光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行うことを特徴とする光情報記録再生装置。
    

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