JP2010153038A - 対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】規格の異なるどの光ディスクを使用した場合であっても、コマ収差の発生を抑えて記録面上に良好なスポットを形成することができ、かつ成形時における転写不良で生じる段差のダレ等の不具合を有効に防ぐ設計がなされた対物レンズを提供すること。
【解決手段】 対物レンズは、各面に各々形状の異なる内側領域と外側領域とを有し、各面における内側領域は、第二の光ディスク使用時に内側領域と外側領域の境界位置において、内側領域は、外側領域で光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差よりも収差量を低減し、第二面での二つの領域の境界位置において、該内側領域の延長面〜第二面の光軸での接平面間の距離X_Aと該外側領域の延長面〜該接平面間の距離X_Bとが以下の条件式（１）を満たし、第二面の境界位置における、内側領域での面の傾きθ_2A、外側領域での面の傾きθ_2Bが以下の条件式（２）を満たす構成にした。
-1.0×10^-3＜X_B-X_A＜1.0×10^-3 …(1)
-2.50＜θ_2B-θ_2A＜-0.05 …(2)
【選択図】図２

Description

この発明は、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に用いられる対物レンズに関する。

光ディスクには、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。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）よりもＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の記録密度は高く、保護層が薄い。そこで、情報の記録または再生に際し、規格が異なる光ディスクを使い分ける場合には、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光の開口数（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。

例えば、保護層厚が比較的薄く記録密度が高い光ディスクの記録／再生には、保護層厚が比較的厚く記録密度が低い光ディスク専用の光学系より高ＮＡにしてビームスポットを絞る必要がある。スポット径は波長が短いほど小さくなるため、ＤＶＤを利用する光学系では、ＣＤ専用の光学系で用いられていた７８０〜８３０ｎｍより短い６３５〜６６５ｎｍの発振波長のレーザ光源を用いる。そのため近年、光情報記録再生装置には、波長の異なるレーザ光を発振可能な光源部が使用されている。

また、保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対して、それぞれ良好な状態で各光ディスクの記録面位置にレーザ光を収束させる手段の一つとして、従来、例えば下記の特許文献１に開示される対物レンズが知られている。

特許文献１には、一方の面に輪帯状の微細な段差を有する回折構造を設けた対物レンズに波長の異なる二種類の平行光束を入射させる構成が開示されている。

ところで、規格の異なる光ディスクに対して情報の記録または再生を実現するための対物レンズは、各光ディスクに対応したレーザ光束を各光ディスクの記録面上に収束させる際に、球面収差が補正されているだけでなく、対物レンズに光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差も良好に補正されていることが要求される。しかし、上記特許文献１に例示されるような構成の対物レンズは、各光ディスク使用時に発生するコマ収差をそれぞれ良好に抑えることはできてはいない。特許文献１からわかるように、従来は、光情報記録再生装置の用途に対応して、各光ディスク使用時に発生するコマ収差のバランスを調整するように対物レンズを構成しているにすぎなかった。

上記の事情に鑑み、下記の特許文献２に開示される対物レンズが提案されている。

特許文献２に開示される対物レンズは、該レンズの第一面と第二面の双方において、第一の光ディスクよりも保護層の厚い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ＮＡを確保するための内側領域と、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ＮＡを確保するための外側領域とを有している。そして各面において、内側領域と外側領域の面形状を異なるように構成している。

特許文献２には、このような構成の対物レンズを使用することにより、各光ディスク使用時に光束が光軸に対して斜めに入射することにより発生するコマ収差が低減されたと記載されている。しかし、各面における内側領域と外側領域を、互いの領域との関係においてどのような面形状にすればコマ収差を効果的に低減できるか、という点については、何ら開示されていない。そのため、上記特許文献２に基づいて、各光ディスク使用時に発生するコマ収差をバランスよく低減することができる対物レンズを実現するためには、試行錯誤で設計する必要があった。

従って、依然として、どの光ディスクを使用しても高精度な情報の記録または再生が可能となるように、対物レンズのさらなる改良が強く望まれていた。また、この改良にあたっては、単に性能の向上を実現するだけでなく、コート膜の剥離や成形時における転写不良で生じる段差（特に内側領域と外側領域の境界位置に生じる段差）のダレといった実際の製造時や使用時に想定される不具合も有効に防ぐことができるようなレンズ設計をする必要がある。

特開２００１−２４３６５１号公報 特開２００３−１５６６８２号公報

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、規格の異なるどの光ディスクに対して情報の記録または再生を行った場合であっても、対物レンズに光束が光軸に対して斜めに入射した際のコマ収差の発生を抑えてディスク記録面上に良好なスポットを形成することができ、かつ成形時における転写不良で生じる段差のダレ等の不具合を有効に防ぐ設計がなされた対物レンズを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る対物レンズは、第一の光ディスクと、該第一の光ディスクよりも相対的に保護層厚が厚い第二の光ディスクと、の保護層厚が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクに対して記録または再生が可能な光ディスク用対物レンズであって、該対物レンズは、光源側に配設される第一面および光ディスク側に配設される第二面を有し、第一面および第二面はどちらも、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要なＮＡを確保するための内側領域と、該内側領域の外側にあり、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要なＮＡを確保するための外側領域と、を有し、各面における内側領域は、少なくとも、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に、内側領域と外側領域の境界位置において外側領域に光源からの光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差よりもコマ収差の量を低減するような面形状を有する。そして具体的には、第二面での境界位置において、該内側領域の面形状で規定される面から、該内側領域の光軸での接平面までの距離をＸ_Ａ[mm]、該外側領域の面形状で規定される面から、該接平面までの距離をＸ_Ａ[mm]とすると、以下の条件式（１）、
-1.0×10^-3＜X_B-X_A＜1.0×10^-3 ・・・(1)
を満たし、
第二面の境界位置における、内側領域での面の傾きをθ_2A［degree］、外側領域での面の傾きをθ_2B［degree］とすると、以下の条件式（２）、
-2.50＜θ_2B-θ_2A＜-0.05 ・・・(2)
を満たすことを特徴とする。

本発明に係る対物レンズは、対物レンズが持つ二つの面のどちらにも、内側領域と外側領域が設けられている。そして各面における、内側領域と外側領域の面形状を上記のように設計する。すなわち、対物レンズの両面を面形状の異なる複数の領域に分けることにより、設計の自由度を増やし、各光ディスク使用時に発生するコマ収差を個別に補正する。なお本文において、境界位置において発生するコマ収差とは、内側領域あるいは外側領域における境界位置近傍で発生するコマ収差のことをいう。

本発明に係る対物レンズによれば、第一の光ディスクと第二の光ディスクのいずれを使用した場合にも対物レンズに光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差を良好に補正することができる。対物レンズに光束が光軸に対して斜めに入射する場合とは、例えば２波長レーザを光源として使用する場合が考えられる。

図１は、本願発明に係る対物レンズを拡大して示す、光軸ＡＸを含む面での断面模式図である。面の傾きθは、図１に示すように光軸に平行な線に対する面法線の角度で表し、時計方向を正として測ることとする。また、図２は、本願発明に係る対物レンズの光ディスク側に配設される第二面の拡大図である。図１、図２において、各符号はそれぞれ以下のものを示す。
Ｐ…内側領域と外側領域の境界位置
ＬＡ…内側領域（の断面形状）を表す線
ＬＡ’…内側領域の面形状で規定される面を表す線
ＬＢ…外側領域（の断面形状）を表す線
ＬＢ’…外側領域の面形状で規定される面を表す線
ＬＣ…境界位置Ｐ近傍で平滑化した場合の断面形状
ＰＬ…境界位置Ｐにおける面法線
θ…光軸ＡＸに対して面法線ＰＬがなす角（degree）
Ｘ_Ａ…境界位置Ｐにおける、内側領域の面形状で規定される面ＬＡ’から第二面の光軸上における接平面までの距離（ｍｍ）
Ｘ_Ｂ…境界位置Ｐにおける、外側領域の面形状で規定される面ＬＢ’から第二面の光軸上における接平面までの距離（ｍｍ）
但し、各符号に下付けされた数字は、第一面、第二面の別を意味する。

本願発明に係る対物レンズは、上記の通り、いずれの光ディスクを使用した場合に発生するコマ収差もより効果的に補正するために、第二面にも面形状の異なる二つの領域を設定している。そのため、該二つの領域の境界位置では段差が発生するおそれがある。該段差は、コーティングされた膜を剥離しやすくする、レンズクリーナーによる研磨時に破壊されてゴミを発生させるといった不具合の要因や、成形時における転写不良で生じる段差のダレによる光量の損失を招くといったレンズ品質低下の要因になりかねない。

そこで、本発明によれば、第二面に関して、距離Ｘ_ＡとＸ_Ｂの差が条件式（１）を満たすように設計して、上記の段差をより小さくしている。距離Ｘ_ＡとＸ_Ｂの差が条件式（１）の上限もしくは下限を越えるほど大きく設計をしてしまうと、上述した膜の剥離等のレンズ品質の低下を招いてしまうため好ましくない。条件式（１）を満たす面形状を、本明細書では、略連続面とする。なお、「内側領域の面形状で規定される面」「外側領域の面形状で規定される面」とは、具体的にはそれぞれ内側領域及び外側領域の面形状を表す式で規定される面であり、上記Ｘ_Ａ、Ｘ_Ｂの値はこの面形状を表す式に光軸からの高さｙとして境界位置Ｐに相当する値を代入して得られる面にもとづき求められる。

上記の条件式（２）は、コマ収差補正の実効性を与えるための条件式である。条件式（２）において、境界位置Ｐでの内側領域の傾きθ_2Aとは、該領域を表す線ＬＡおよび該領域ＬＡの延長線ＬＡ’によって規定される面形状の境界位置Ｐでの面法線ＰＬが光軸ＡＸに対してなす角をいう。同様に、境界位置Ｐでの外側領域の傾きθ_2Bとは、該領域を表す線ＬＢおよび該領域ＬＢの延長線ＬＢ’によって規定される面形状の境界位置Ｐでの面法線ＰＬが光軸ＡＸに対してなす角をいう。二つの傾きθ_2Aとθ_2Bの差が条件式（２）を満足することにより、外側領域では比較的保護層厚の薄い光ディスクを使用したときに対物レンズに光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差を補正しつつ、内側領域では比較的保護層厚の厚い光ディスクを使用したときに対物レンズに光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差を低減することができる。なお、条件式（２）について、上限を超えると、いずれの光ディスクを使用したときにも発生するコマ収差を低減する効果が小さくなる。下限を超えると、特に第一の光ディスク使用時に発生するコマ収差が補正過剰になる。

さらに、第一面での、内側領域と外側領域の境界位置において、内側領域での面の傾きをθ_1A［degree］、外側領域での面の傾きをθ_1B［degree］とすると、以下の条件式（３）、
-1.2＜θ_1B-θ_1A＜0.0 ・・・(3)
を満足することが好ましい。上記条件式（３）について、上限を超えると、いずれの光ディスクを使用したときにも発生するコマ収差を低減する効果が小さくなる。下限を超えると、特に第一の光ディスク使用時に発生するコマ収差が補正過剰になる。

さらに、本発明によれば、第一面および第二面のうち、少なくとも一方の面に回折構造を設けることにより、各光ディスク使用時に光源から照射される光束（例えば、第一のレーザ光束と第二のレーザ光束）の波長が異なる場合に、その波長差による回折作用の差を用いて、ディスク保護層厚によって変化する球面収差を良好に補正することができる。

なお、回折構造を設けた面の形状は、回折効率を高めるために微細な段差をもつフレネルレンズ状にすることが一般的である。フレネルレンズ状に回折構造を設けた面の傾きは、ベース形状の傾きとする。

上記構成の対物レンズを使用した場合、第一の光ディスクと第二の光ディスクは、共に略同一の結像倍率で使用することができる。そのため、単一の光源を用いる場合、あるいは２波長レーザーなどと呼ばれる複数の波長の光束を発振可能な光源を用いた場合でも、複数の光ディスクに対して互換性のある光情報記録再生装置が実現できる。また、対物レンズに非平行光を入射させる有限共役系（有限系）を利用した場合、トラッキング動作時に発生する軸外コマ収差による性能劣化が問題となるが、本発明によれば複数の保護層厚の光ディスクのどれを使用した場合であってもコマ収差の量を低減することができるため、良好な性能が得られる。

本発明に係る対物レンズによれば、第二面における外側領域は、第一面における外側領域を透過した光が第二面に当たる領域であることが望ましい。また、本発明に係る対物レンズによれば、内側領域は、第一の光ディスクの保護層厚と第二の光ディスクの保護層厚との中間厚においてコマ収差が良好に補正されるように設計することができる。

本発明に係る対物レンズによれば、境界位置で発生した段差によって生じる、上記の不具合やレンズ品質低下などの要因となる現象を有効に回避すべく、研磨等の製造過程において境界位置を予め平滑化（連続面化）することが好ましい。具体的には、図２中、対物レンズの第二面を光軸側から周辺部に向かってＬＡ−ＬＣ−ＬＢで示すように、境界位置をなだらかな面形状に構成する。

但し、図２中ＬＣで示される領域を透過する光束は、各光ディスク面上で良好に収束しない。そのため、情報の記録または再生時に使用可能な光量の無用な損失を回避するために、本発明に係る対物レンズによれば、第二面において、内側領域と外側領域の境界位置において連続となるように構成された領域の面積は、各領域の面積の総和の２％以下であることが好ましい。

また、成形用金型をＲバイトで加工することにより、図２中ＬＣで示される領域のように境界位置を平滑化することが容易となる。Ｒバイトによって加工された成形用金型を用いて成形された対物レンズは、境界位置を連続面として形成することができるため、膜の剥離等の不具合やレンズの質の低下を有効に防止することができる。

以上のように、本発明に係る対物レンズは、両面に内側領域と外側領域を設け、各領域を互いに異なる面形状とすることにより、従来、規格（保護層厚）の異なる複数の光ディスクを使用したときに発生するコマ収差を、どの光ディスクを使用した場合であっても良好に補正することができる。加えて本発明に係る対物レンズは、面形状が異なる二つの領域の境界位置で発生する段差を略なくすことにより、上記コマ収差の補正効果を発揮しつつも、研磨によるゴミの発生や成形時における転写不良で生じる段差のダレを防止して品質の維持を図ることができる。

本発明に係る対物レンズの面の傾きに関する説明図である。 本発明に係る対物レンズの第二面の形状に関する説明図である。 本発明の実施形態の対物レンズを含む光ピックアップ系および各光ディスクを、各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示している。 本発明の実施形態の対物レンズを拡大して表す図である。 実施例１の対物レンズの、第一の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 実施例１の対物レンズの、第二の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 比較例１の対物レンズの、第一の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 比較例１の対物レンズの、第二の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 実施例１の対物レンズの、第一の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 実施例１の対物レンズの、第二の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 比較例１の対物レンズの、第一の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 比較例１の対物レンズの、第二の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 実施例２の対物レンズを含む光ピックアップ系および各光ディスクを、各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示している。 実施例２の対物レンズの、第一の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 実施例２の対物レンズの、第二の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 比較例２の対物レンズの、第一の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 比較例２の対物レンズの、第二の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 実施例２の対物レンズの、第一の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 実施例２の対物レンズの、第二の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 比較例２の対物レンズの、第一の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 比較例２の対物レンズの、第二の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 実施例３の対物レンズの、第一の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 実施例３の対物レンズの、第二の光ディスク使用時における波面収差を表す収差図である。 実施例３の対物レンズの、第一の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。 実施例３の対物レンズの、第二の光ディスク使用時に発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。

以下、この発明に係る対物レンズの実施形態を説明する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、実施形態に係る対物レンズ１０を含む光ピックアップ系１００と第一の光ディスク２０Ａ、第二の光ディスク２０Ｂを、各光ディスク２０Ａ、２０Ｂ使用時における光路ごとに分けて図示したものである。光ピックアップ系１００は、対物レンズの他に、光源３０、光分岐素子４０、カップリングレンズ５０を有する。ここで、カップリングレンズとは、光源からの光束の発散角を変換する役割を持つ。光ピックアップ系１００は、保護層厚や記録密度といった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する、光情報記録再生装置に搭載される。なお本文において、光情報記録再生装置には、記録専用装置、再生専用装置、および記録、再生兼用装置の全てが含まれる。

各光ディスク２０Ａ、２０Ｂ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。なお本明細書では、保護層が薄く記録密度が高い光ディスク（例えばＤＶＤ）を第一の光ディスク２０Ａと記す。また、保護層が厚く記録密度が低い光ディスク（例えばＣＤやＣＤ−Ｒ等）を第二の光ディスク２０Ｂと記す。

光源３０は、各光ディスク２０Ａ、２０Ｂに対する情報の記録または再生に適した波長のレーザ光束を発振する二つの発光部を備える２波長レーザである。具体的には、第一の光ディスク２０Ａに対して情報の記録または再生を行う際には、記録面上において小径のビームスポットを形成するために、光源３０の一方の発光部から短波長（例えば、６５７ｎｍ）のレーザ光（以下、第一のレーザー光という）が照射される。また、記録密度の低い第二の光ディスク２０Ｂに対して記録または再生を行う際には、記録面上において比較的大きな径のスポットを形成するために、光源３０の他方の発光部から第一のレーザ光よりも長波長のレーザ光（以下、第二のレーザー光という）が照射される。なお、本実施形態の光源３０では、第一のレーザ光の発光部は、対物レンズの光軸上に配設されている。すなわち第二のレーザ光の発光部は、該光軸から外れて位置している。従って、第二のレーザ光は、対物レンズの光軸に対して斜めに入射する。

上記光源から照射されたレーザ光は、光分岐素子４０を介してカップリングレンズ５０に入射する。カップリングレンズ５０によって平行光もしくは弱い発散光に変換されたレーザ光は、対物レンズ１０により光ディスク２０Ａ、もしくは光ディスク２０Ｂの記録面近傍に収束される。ここで、平行光束もしくは弱い発散光を対物レンズ１０に入射させることにより、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、コマ収差や非点収差を非常に小さくしている。

各光ディスク２０Ａ、２０Ｂの記録面で反射した光束（戻り光）は、対物レンズ１０、カップリングレンズ５０の順に光路を戻り、光分岐素子４０に入射する。光分岐素子４０は、例えば、光源３０側の面４０ａに回折格子を設けた回折素子などが知られている。該戻り光は、面４０ａによって回折作用を受けつつ光分岐素子４０から射出される。光分岐素子４０の面４０ａによって回折した戻り光は、光源３０から照射された光束の光路から外れて、光源３０近傍に設けられた図示しない受光素子に受光される。

対物レンズ１０は、光源３０側から順に第一面１０ａと第二面１０ｂを有する。対物レンズ１０は、両面１０ａ、１０ｂとも非球面である両凸のプラスチック製単レンズである。上述した通り、第一の光ディスク２０Ａと第二の光ディスク２０Ｂでは、保護層の厚さが異なる。このため、使用されるディスクによってコマ収差や球面収差が変化する。そこで、本実施形態の対物レンズ１０は、以下のように構成することにより、各収差を良好に抑えている。

図４（Ａ）は対物レンズ１０の拡大図、図４（Ｂ）は対物レンズ１０の第一面１０ａの一部拡大図、図４（Ｃ）は対物レンズ１０の第二面１０ｂの一部拡大図である。図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、対物レンズ１０の第一面１０ａは、光軸の周囲に位置する内側領域１１ａと、内側領域１１ａの周囲に位置し、レンズ外周部までの外側領域１２ａを有する。内側領域１１ａと外側領域１２ａは互いの面形状が異なる。また、第二面１０ｂも内側領域１１ｂと外側領域１２ｂを有する。内側領域１１ｂと外側領域１２ｂも互いの面形状が異なる。より詳しくは、外側領域１２ｂの方が内側領域１１ｂよりも面の傾きが小さくなるように設計されている。なお、第一面１０ａを基準として考えた場合、外側領域１２ａを透過した光が第二面１０ｂに当たる（入射する）領域が第二面１０ｂにおける外側領域１２ｂとする。

内側領域１１ａ、１１ｂは、第二のレーザ光が、第二の光ディスク２０Ｂの記録面において情報の記録または再生に必要なスポット径を得るためのＮＡを確保するための領域である。

記録密度の高い第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録または再生時は、記録密度が相対的に低い第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時よりも、小径なスポット形成が要求される。つまり第一の光ディスク２０Ａ使用時には、より高いＮＡが要求される。そのため、内側領域１１ａ、１１ｂを透過した第一のレーザ光のみでは、情報の記録または再生を実現するために十分小径化されたスポットを得ることができない。そこで外側領域１２ａ、１２ｂは、第一のレーザ光が第一の光ディスク２０Ａの記録面において情報の記録または再生に必要なスポット径を得るためのＮＡを確保するための領域として用いられる。外側領域１２ａ、１２ｂは、第二のレーザ光の収束には寄与しない。つまり、外側領域に入射した第二のレーザ光は、対物レンズ１０から射出されると拡散してしまう。

このように、対物レンズ１０の両面１０ａ、１０ｂをそれぞれ、互いに面形状が異なる二つの領域に分けることにより、対物レンズ１０の設計の自由度を増加させることができる。これにより、光ディスク２０Ａ、２０Ｂのいずれを使用した場合にも、対物レンズに光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差を良好に補正することができる。本実施形態では、以下のように各領域を形成することにより、各ディスク使用時に対物レンズに光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差を補正している。

詳しくは、本実施形態では、各面の内側領域１１ａ、１１ｂは、第二の光ディスク２０Ｂ使用時に対物レンズ１０に光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差を第一の光ディスク２０Ａ使用時に発生するコマ収差よりも優先的に補正するような面形状に形成される。そのため、第一面１０ａは、第二の光ディスク２０Ｂ使用時に境界位置Ｐａにおいて光束が光軸に対して斜めに入射した場合、外側領域１２ａで発生するコマ収差よりも内側領域１１ａで発生するコマ収差のほうが小さくなるような面形状になっている。第二面１０ｂも同様である。

そして、各面の外側領域１２ａ、１２ｂは、第一の光ディスク２０Ａを使用したときに発生するコマ収差を補正するような面形状に形成される。このように本実施形態の対物レンズ１０は、内側領域１１ａ、１１ｂと外側領域１２ａ、１２ｂを上記のように異なる面形状にすることにより、第二の光ディスク２０Ｂ使用時に発生するコマ収差を低減するとともに、第一の光ディスク２０Ａ使用時に発生するコマ収差も情報の記録または再生に必要な径のスポット形成に影響を及ぼさない程度に十分補正している。

上述したコマ収差補正を実現するために、各面は、具体的には以下のような形状を有する。まず第一面１０ａは、図４（Ｂ）に示す各領域の境界位置Ｐａにおいて、上記の条件式（３）を満たすように形成されるのが好ましい。

また第二面１０ｂは、図４（Ｃ）に示すように、各領域の境界位置Ｐｂにおいて、外側領域１２ｂの面の傾きが内側領域１１ｂの面の傾きよりも小さく、第二面１０ｂの各領域１１ｂ、１２ｂの各形状は、境界位置Ｐｂにおいて連続するような（平滑化された）面形状に形成される。上記の条件式（１）および（２）は、第二面１０ｂのこのような面形状を規定する式である。このような面形状に加工することにより、境界位置Ｐｂは連続した面となるため、膜の剥離等の不具合を有効に防止することができる。また、第二面１０ｂにおける上記連続する面形状を持つ領域（図２中ＬＣで示す）は、該領域を透過した光束の各光ディスク面上での収束には寄与しない。そこで、第二面１０ｂにおける該領域の割合を可能な限り小さくすることにより、無用な光量損失を回避している。本実施形態では、該領域は、内側領域１１ｂと外側領域１２ｂの面積の総和の２％以下に抑えている。

なお、第二面１０ｂに上記の連続する面形状を持つ領域を有する対物レンズは、Ｒバイトにより加工された成形用金型を用いて成形される。

また、本実施形態では、図４（Ｂ）実線で示すように、第一面１０ａに回折構造を設けている。該回折構造は、内側領域１１ａと外側領域１２ａとで異なる構造になっている。

第一面１０ａの内側領域１１ａは、第一および第二のレーザ光がそれぞれ対応する光ディスク２０Ａ、２０Ｂの記録面において良好に収束するような回折構造を備える。

第一面１０ａの外側領域１２ａに形成される回折構造は、第一のレーザ光が入射した場合、第一の光ディスク２０Ａの記録面において良好に収束し、かつ第二のレーザ光が入射した場合は拡散してしまい、第二の光ディスク２０Ｂの記録面におけるスポットの形成に寄与しないように設計される。具体的には、外側領域１２ａの回折構造は、該領域１２ａを透過した第一のレーザ光の波面が、内側領域１１ａを透過した第一のレーザ光の波面と略連続するように構成される。

上記構成の対物レンズ１０を透過した第二のレーザ光は、内側領域１１を透過した成分のみが第二の光ディスク２０Ｂの記録面に良好に収束する。これにより該記録面には、第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生に好適な、比較的大径のスポットが形成される。また対物レンズ１０を透過する第一のレーザ光は、第一の光ディスク２０Ａの記録面上に小径のスポットを形成する。

上記の通り、本実施形態の対物レンズ１０は、各面において、内側領域と外側領域で面形状が異なるように構成される。そのため、各面における二つの領域の境界位置で段差が発生するおそれがある。特に、第二面１０ｂに発生する段差は、レンズクリーナーによる研磨時に破壊されてゴミを発生させる等の不具合の要因や、成形時における転写不良で生じる段差のダレを発生させて光量の損失を招くといったレンズ品質低下の要因になりかねない。

そこで本実施形態では、上記の条件式（１）を満たすように構成することにより、第二面１０ｂで発生する段差を小さくして、上記の不具合やレンズ品質の低下を有効に防いでいる。なお、図４では、条件式（１）に用いられる距離Ｘ_Ｂを規定するための外側領域の形状を光軸に向かう方向に延長させた延長面（図１、図２中ＬＢ’）を一点鎖線で示している。

次に上述した実施形態に基づく具体的な実施例を３例提示する。いずれの実施例も、保護層の厚みが０．６ｍｍの第一の光ディスク２０Ａと、保護層の厚みが１．２ｍｍの第二の光ディスク２０Ｂとの互換性を有する対物レンズ１０に関するものである。

実施例１の対物レンズ１０を含む光ピックアップ系１００と各光ディスク２０Ａ、２０Ｂを表す概略図は、図３に示される。実施例１の対物レンズ１０の各光ディスク２０Ａ、２０Ｂ使用時における具体的な仕様は表１に示されている。また、実施例１の対物レンズ１０を用いて各光ディスク２０Ａ、２０Ｂに対して情報の記録または再生を行う場合における光ピックアップ系１００の具体的数値構成を表２、表３に示す。

表１中、設計波長λは各光ディスクに対する情報の記録または再生に最も適した波長（単位：ｎｍ）、開口数ＮＡは各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である。後述する表７においても同様である。

また表２中、ｒはレンズ各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｎ（Ｘｎｍ）は波長Ｘｎｍでの屈折率、備考は各面番号が示す光学部材を表す。表３および後述の各実施例で示す表も同様である。なお、表２と表３に示すｄが異なるのは、各光ディスク使用時に用いられるレーザ光の波長と各光ディスクの保護層厚が異なるからである。表２、表３に示すように、実施例１の対物レンズ１０の第一面１０ａは、光軸ＡＸからの高さｈが１．５７ｍｍである境界位置Ｐａを境にして、内側領域１１ａと外側領域１２ａに分けられている。同様に、第二面１０ｂも、光軸ＡＸからの高さｈが１．１２ｍｍである境界位置Ｐｂを境にして、内側領域１１ｂと外側領域１２ｂに分けられている。

実施例１の対物レンズ１０の第一面１０ａおよび第二面１０ｂは、非球面である。そ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、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をＡ_４，Ａ_６，Ａ_８，Ａ_１０，Ａ_１２として、以下の式で表される。

各非球面を規定する円錐係数と非球面係数は、表４に示される。表２〜表４に示すように、第一面１０ａは各領域１１ａ、１２ａによって、第二面１０ｂは各領域１１ｂ、１２ｂによって、それぞれ面形状（曲率半径ｒや非球面係数など）が異なる。なお、表４における表記Ｅは、１０を基数とし、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。以下に示す各表においても同様である。

さらに、実施例１の対物レンズ１０の第一面１０ａには、回折構造が形成される。該回折構造は、以下の光路差関数φ（ｈ）を用いて規定される。

光路差関数φ（ｈ）は、波長λの光束に対して回折レンズが与える回折作用を、光軸からの高さｈの位置における光路長付加量の形で表現したものである。Ｐ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、…はそれぞれ光路差関数に関する２次、４次、６次、…の係数である。対物レンズ１０の回折構造を規定するために用いられる光路差関数係数Ｐ_２、…は、表５に示される。なお、ｍは情報の記録または再生に利用する回折光の次数を表し、本実施例ではｍ＝1としている。

実施例１の対物レンズ１０の各条件式（１）、（２）に関する値を表６に示す。表６に示すように、実施例１の対物レンズ１０は、条件式（１）および条件式（２）を満たす。

条件式（１）および条件式（２）を満たす実施例１の対物レンズ１０を使用して第一の光ディスク２０Ａ、第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行った場合の波面収差図を、順に、図５と図６に示す。また、比較例１の対物レンズを使用して第一の光ディスク２０Ａ、第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行った場合の波面収差図を、順に、図７と図８に示す。各図において、（Ａ）が軸上での波面収差を、（Ｂ）が軸外（像高０．０６ｍｍ）での波面収差を表す。後述の各実施例で示す波面収差図についても同様である。なお、比較例１の対物レンズとは、実施例１の対物レンズ１０と同一の構成を取りつつも、二つの領域に分割されていない第二面を有するものをいう。

図９は実施例１の対物レンズ１０を用いて第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。図１０は実施例１の対物レンズ１０を用いて第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。図１１は、比較例１の対物レンズを使用して第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。図１２は、比較例１の対物レンズを使用して第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。各グラフ中、coma3は３次のコマ収差を、as3は３次の非点収差を、coma5は５次のコマ収差を、それぞれ表す。後述の各実施例において示すグラフにおいても同様である。

図９と図１１を比較しつつ第一の光ディスク２０Ａ使用時に該ディスクの記録面上で発生する波面収差の量を検証する。実施例１の対物レンズ１０を使用した場合、３次のコマ収差は、比較例１の対物レンズ使用時とほぼ同程度に抑えられている。また、図１０と図１２を比較しつつ第二の光ディスク２０Ｂ使用時に該ディスクの記録面上で発生する波面収差の量を検証する。実施例１の対物レンズ１０を使用した場合、比較例１の対物レンズを使用した場合に比べて、３次のコマ収差が良好に抑えられている、つまり波面収差全体の発生量が低減している。結果として、実施例１の対物レンズ１０を使用すると、第一の光ディスク２０Ａと第二の光ディスク２０Ｂのどちらを使用した場合であっても、３次のコマ収差が良好に補正されることにより、各光ディスクの記録面上において、情報の記録または再生に好適なスポットを形成できる程度まで十分にコマ収差を抑えることが可能となる。

なお、実施例１の対物レンズ１０の第二面１０ｂにおける実際の形状は、境界位置Ｐｂ近傍において、表２〜表４で示される数値を元に平滑化された形状になっている。但し、対物レンズ１０が条件式（１）、（２）を満足するため、平滑化された領域の範囲は非常に狭い。よって、平滑化された実施例１の対物レンズ１０は、性能上、図５、６、９または図１０に示すものとほとんど違いはない。

実施例２の対物レンズ１０を含む光ピックアップ系１００’と各光ディスク２０Ａ、２０Ｂを表す概略図は、図１３に示される。光ピックアップ系１００’は、上記光ピックアップ系１００とは異なり、カップリングレンズ５０を用いない構成にすることによりコストダウンを図っている。従って、光源３０から照射されたレーザ光束は、発散光束のまま実施例２の対物レンズ１０に入射する。実施例２の対物レンズ１０の具体的な仕様は表７に示されている。また、実施例２の対物レンズ１０を用いて各光ディスク２０Ａ、２０Ｂに対して情報の記録または再生を行う場合における光ピックアップ系１００’の具体的数値構成を表８、表９に示す。

表８、表９に示すように、実施例２の対物レンズ１０の第一面１０ａは、光軸ＡＸからの高さｈが１．６１ｍｍである境界位置Ｐａを境にして、内側領域１１ａと外側領域１２ａに分けられている。第二面１０ｂも、光軸ＡＸからの高さｈが１．０５ｍｍである境界位置Ｐｂを境にして、内側領域１１ｂと外側領域１２ｂに分けられている。

実施例２の対物レンズ１０の第一面１０ａおよび第二面１０ｂは非球面である。従って、各非球面の形状は上記の数１によって表される。数１に用いられる円錐係数と非球面係数は、表１０に示される。表８〜表１０に示すように、実施例２の対物レンズ１０における各面１０ａ、１０ｂはそれぞれ内側領域と外側領域によって、面形状（曲率半径ｒや非球面係数など）が異なる。

また、実施例２の対物レンズ１０の第一面１０ａには、回折構造が形成される。該回折構造を規定するための光路差関数係数は、表１１に示される。

実施例２の対物レンズ１０の各条件式（１）、（２）に関する値を表１２に示す。表１２に示すように、実施例２の対物レンズ１０は、実施例１の対物レンズ１０と同様に条件式（１）および条件式（２）を満たす。

条件式（１）および条件式（２）を満たす実施例２の対物レンズ１０を使用して第一の光ディスク２０Ａ、第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行った場合の波面収差図を、順に、図１４と図１５に示す。また、比較例２の対物レンズを使用して第一の光ディスク２０Ａ、第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行った場合の波面収差図を、順に、図１６と図１７に示す。なお、比較例２の対物レンズとは、実施例２の対物レンズ１０と同一の構成を取りつつも、二つの領域に分割されていない第二面を有するものをいう。

図１８は実施例２の対物レンズ１０を用いて第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。図１９は実施例２の対物レンズ１０を用いて第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。図２０は、比較例２の対物レンズを使用して第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。図２１は、比較例２の対物レンズを使用して第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。

図１８と図２０を比較しつつ第一の光ディスク２０Ａ使用時に該ディスクの記録面上で発生する波面収差の量を検証する。実施例２の対物レンズ１０を使用した場合、３次のコマ収差は、比較例２の対物レンズ使用時よりは若干収差量が増えているものの、実使用上は何ら問題がない程度に十分抑えられている。また、図１９と図２１を比較しつつ第二の光ディスク２０Ｂ使用時に該ディスクの記録面上で発生する波面収差の量を検証する。実施例２の対物レンズ１０を使用した場合、比較例２の対物レンズを使用した場合に比べて、３次のコマ収差が良好に抑えられている。結果として、実施例２の対物レンズ１０を使用すると、第一の光ディスク２０Ａと第二の光ディスク２０Ｂのどちらを使用した場合であっても、３次のコマ収差を良好に補正することが可能となる。

なお、実施例２の対物レンズ１０の第二面１０ｂにおける実際の形状は、境界位置Ｐｂ近傍において、表８〜表１０で示される数値を元に平滑化された形状になっている。但し、対物レンズ１０が条件式（１）、（２）を満足するため、平滑化された領域の範囲は非常に狭い。よって、平滑化された実施例２の対物レンズ１０は、性能上、図１４、１５、１８または図１９に示すものとほとんど違いはない。

実施例３の対物レンズ１０は、実施例１の対物レンズが搭載される光ピックアップ系１００と略同一の光ピックアップ系に搭載される。従って、実施例３の対物レンズを含む光ピックアップ系１００と各光ディスク２０Ａ、２０Ｂを表す概略図は、図３を参照する。実施例３の対物レンズ１０の各光ディスク２０Ａ、２０Ｂ使用時における具体的な仕様は実施例１の仕様と同一であるため、表１を参照しここでの説明は省略する。実施例３の対物レンズ１０を用いて各光ディスク２０Ａ、２０Ｂに対して情報の記録または再生を行う場合における光ピックアップ系１００の具体的数値構成を表１３、表１４に示す。

表１３、表１４に示すように、実施例３の対物レンズ１０の第一面１０ａは、光軸ＡＸからの高さｈが１．５７ｍｍである境界位置Ｐａを境にして、内側領域１１ａと外側領域１２ａに分けられている。第二面１０ｂも、光軸ＡＸからの高さｈが１．１２ｍｍである境界位置Ｐｂを境にして、内側領域１１ｂと外側領域１２ｂに分けられている。

実施例３の対物レンズ１０の第一面１０ａおよび第二面１０ｂは非球面である。従って、各非球面の形状は上記の数１によって表される。数１に用いられる円錐係数と非球面係数は、表１５に示される。表１３〜表１５に示すように、実施例３の対物レンズ１０における各面１０ａ、１０ｂはそれぞれ内側領域と外側領域によって、面形状（曲率半径ｒや非球面係数など）が異なる。

また、実施例３の対物レンズ１０の第一面１０ａには、回折構造が形成される。該回折構造を規定するための光路差関数係数は、表１６に示される。

実施例３の対物レンズ１０の各条件式（１）〜（３）に関する値を表１７に示す。表１７に示すように、実施例３の対物レンズ１０は、どの条件式（１）〜（３）も満たす。

各条件式（１）〜（３）を満たす実施例３の対物レンズ１０を使用して第一の光ディスク２０Ａ、第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行った場合の波面収差図を、順に、図２２と図２３に示す。また、図２４は実施例３の対物レンズ１０を用いて第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。図２５は実施例３の対物レンズ１０を用いて第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生を行ったときに発生する波面収差と像高との関係を表すグラフである。

実施例３の対物レンズ１０の性能を評価するにあたり、比較対象として、比較例１の対物レンズを用いる。図２４と図１１を比較しつつ第一の光ディスク２０Ａ使用時に該ディスクの記録面上で発生する波面収差の量を検証する。実施例３の対物レンズ１０を使用した場合、３次のコマ収差は、比較例１の対物レンズ使用時と略同程度にまで十分抑えられている。また、図２５と図１２を比較しつつ第二の光ディスク２０Ｂ使用時に該ディスクの記録面上で発生する波面収差の量を検証する。実施例２の対物レンズ１０を使用した場合、比較例１の対物レンズを使用した場合に比べて、３次のコマ収差が良好に抑えられている。結果として、実施例３の対物レンズ１０を使用すると、第一の光ディスク２０Ａと第二の光ディスク２０Ｂのどちらを使用した場合であっても、３次のコマ収差を良好に補正することが可能となる。

なお、実施例３の対物レンズ１０の第二面１０ｂにおける実際の形状は、境界位置Ｐｂ近傍において、表１３〜表１５で示される数値を元に平滑化された形状になっている。但し、対物レンズ１０が条件式（１）、（２）を満足するため、平滑化された領域の範囲は非常に狭い。よって、平滑化された実施例３の対物レンズ１０は、性能上、図２２〜図２５に示すものとほとんど違いはない。

以上が本発明の実施形態である。なお、上記実施形態はあくまでも本発明に係る対物レンズの一例である。つまり本発明に係る対物レンズは、上記実施形態の構成に限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、各面の内側領域１１ａ、１１ｂは、第二の光ディスクを使用したときに発生するコマ収差を優先的に補正するような面形状に形成されると説明した。ここで、各面の内側領域１１ａ、１１ｂは、少なくとも第二の光ディスクを使用したときに発生するコマ収差を低減するような面形状であれば、上記実施形態と略同様の効果を得ることができる。例えば、各面の内側領域１１ａ、１１ｂを、第一の光ディスク２０Ａの保護層厚と第二の光ディスク２０Ｂの保護層厚との中間厚の位置においてコマ収差が良好に補正されるような面形状に形成することも可能である。

１０ 対物レンズ
２０Ａ 第一の光ディスク
２０Ｂ 第二の光ディスク
３０ 光源
４０ 回折素子
５０ カップリングレンズ
１００、１００’ 光ピックアップ系

Claims (8)

1. 第一の光ディスクと、前記第一の光ディスクよりも相対的に保護層厚が厚い第二の光ディスクと、の保護層厚が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクに対して情報の記録または再生が可能な光ディスク用対物レンズであって、
   前記対物レンズは、光源側に配設される第一面および前記光ディスク側に配設される第二面を有し、
   前記第一面および前記第二面はどちらも、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要なＮＡを確保するための内側領域と、該内側領域の外側にあり、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要なＮＡを確保するための外側領域と、を有し、
   各面における前記内側領域は、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に、前記内側領域と外側領域の境界位置において、前記外側領域で前記光源から照射された光束が該光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差よりもコマ収差の量を低減するような面形状を有し、
   前記第二面において、前記内側領域の面形状で規定された面の、前記境界位置における前記内側領域の光軸での接平面までの距離をX_A[mm]、前記外側領域の面形状で規定された面の、前記境界位置における接平面までの距離をX_B[mm]とすると、以下の条件式（１）、
   -1.0×10^-3＜X_B-X_A＜1.0×10^-3 ・・・(1)
   を満たし、
   前記第二面の前記境界位置における、前記内側領域での面の傾きをθ_2A［degree］、前記外側領域での面の傾きをθ_2B［degree］とすると、以下の条件式（２）、
   -2.50＜θ_2B-θ_2A＜-0.05 ・・・(2)
   （但し、面の傾きθは光軸に平行な線に対する面法線の角度で表し、時計方向を正とする。）
   を満たすことを特徴とする対物レンズ。
2. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、
   前記第一面での前記内側領域と前記外側領域の境界位置における、前記内側領域での面の傾きをθ_1A［degree］、前記外側領域での面の傾きをθ_1B［degree］とすると、以下の条件式（３）、
   -1.2＜θ_1B-θ_1A＜0.0 ・・・(3)
   を満たすことを特徴とする対物レンズ。
3. 請求項１または請求項２に記載の対物レンズにおいて、
   前記第一面および前記第二面のうち、少なくとも一方の面は輪帯状の回折構造を有していることを特徴とする対物レンズ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記第一の光ディスクと前記第二の光ディスクは、共に略同一の結像倍率で使用されることを特徴する対物レンズ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記第二面における前記外側領域は、前記第一面における前記外側領域を透過した光が前記第二面に当たる領域であることを特徴とする対物レンズ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記内側領域は、前記第一の光ディスクの保護層厚と前記第二の光ディスクの保護層厚との中間厚においてコマ収差が良好に低減されるように設計されていることを特徴とする対物レンズ。
7. 第一の光ディスクと、前記第一の光ディスクよりも相対的に保護層厚が厚い第二の光ディスクと、の保護層厚が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクに対して情報の記録または再生が可能な光ディスク用対物レンズであって、
   前記対物レンズは、光源側に配設される第一面および前記光ディスク側に配設される第二面を有し、
   前記第一面および前記第二面はどちらも、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要なＮＡを確保するための内側領域と、該内側領域の外側にあり、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要なＮＡを確保するための外側領域と、を有し、
   各面における前記外側領域は、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に前記光源から照射された光束が光軸に対して斜めに入射した際に発生するコマ収差を低減させるように、前記内側領域と異なる面形状を有し、
   各面における前記内側領域は、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に、前記内側領域と前記外側領域の境界位置において前記光源から照射された光束が光軸に対して斜めに入射した際に、該境界位置の前記外側領域で発生するコマ収差よりも、前記内側領域で発生するコマ収差のほうが小さくなるような面形状を有し、
   前記第二面において、前記内側領域の形状と前記外側領域の形状が、前記内側領域と外側領域の境界位置において連続となるように構成されることを特徴とする対物レンズ。
8. 請求項７に記載の対物レンズにおいて、
   前記第二面において、前記境界位置において連続となるように構成された領域の面積が、前記内側領域と前記外側領域の面積の和の２％以下であることを特徴とする対物レンズ。

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