JP5300769B2 - 光情報記録再生装置用対物レンズ、及び光情報記録再生装置 - Google Patents

Description

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レンズ、及び該対物レンズを搭載した光情報記録再生装置に関する。

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の異なる複数種類の規格が存在する。規格の異なる複数種類の光ディスクが存在するため、光情報記録再生装置に搭載された対物光学系には、各光ディスクに対する互換性が要求される。ここで、互換性とは、使用する光ディスクを切り替えたときに部品交換等をすることなく情報の記録又は再生が保証されることである。

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、ディスク厚（保護層表面から記録面までの光学的距離）に応じて変化する球面収差を補正すると同時に、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。一般に、ビームスポットは、波長が短いほど小さく絞られる。そこで、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）を使用する。ＢＤの記録又は再生を行う場合には、約４０５ｎｍの波長の光（いわゆる青色レーザー光）を使用する。複数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は、特許文献１〜３に記載されている。

例えば、特許文献１には、ＣＤ（Compact Disc）とＤＶＤの両規格に対して互換性を持つ光情報記録再生装置が記載されている。特許文献２、３には、ＤＶＤとＢＤの両規格に対して互換性を持つ光情報記録再生装置が記載されている。特許文献１〜３に記載の光情報記録再生装置用対物レンズの一面には、互換性を確保するため、光軸を中心とする同心輪帯状の回折構造が設けられている。この種の回折構造は、各規格のレーザー光使用時における回折効率を向上させるため、それぞれ異なるブレーズ波長の回折構造が設けられた複数の領域を有している。具体的には、回折構造は、各規格の光ディスクの記録面に対する各使用レーザー光の収束に寄与する第一領域と、高密度光ディスク（特許文献１の場合はＤＶＤ、特許文献２、３の場合はＢＤ）の記録面に対する使用レーザー光の収束にのみ寄与する第二領域を有している。

特開２０００−８１５６６号公報 特開２００４−２６５５７３号公報 特開２００４−３２６８６２号公報

ところで、複数の規格に対する互換性を単一の対物レンズに持たせる場合、フレア光による信号の劣化が懸念される。例えば特許文献１においてＣＤ使用時には（又は特許文献２、３においてＤＶＤ使用時には）、主に、第一領域の不要回折次数光と第二領域の不要光の２種類のフレア光が発生する。各光ディスクに対する情報の記録又は再生を良好に行うためには、信号に対するフレア光の影響を軽減させる必要がある。

しかし、特許文献１に記載の光情報記録再生装置では、対物レンズがフォーカスサーボ制御下でＣＤに接近する際、第一領域の不要回折次数光がＣＤの記録面に集光して信号を劣化させるという問題が指摘される。一方、特許文献２、３に記載の光情報記録再生装置では、各規格のレーザー光使用時における回折効率を向上させているため、不要回折次数光の絶対量が少ない。しかし、これらの光情報記録再生装置は、回折効率の向上のため、各規格のレーザー光に対してそれぞれ異なる高次の回折光を使用するように設計されている。そのため、回折構造の一段当たりの段差高さが高く、金型加工や成形が難しいという問題を抱えている。

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、ＤＶＤやＢＤ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レンズ、及び該対物レンズを搭載した光情報記録再生装置を提供することである。

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レンズは、記録密度の異なる第一、第二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の波長を持つ略平行光束と第二の波長を持つ略平行光束もしくは発散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たレンズである。なお、第一の波長λ１（単位：ｎｍ）、第二の波長λ２（単位：ｎｍ）はそれぞれ、
３９０＜λ１＜４２０
６４０＜λ２＜７００
を満たす。第一の波長λ１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ｔ１（単位：ｍｍ）、第二の波長λ２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ｔ２（単位：ｍｍ）はそれぞれ、
０．０５＜ｔ１＜０．１５
０．５０＜ｔ２＜０．７０
を満たす。第一、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ＮＡ１、ＮＡ２は、
ＮＡ１＞ＮＡ２
を満たす。

本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、光源側の面又は光ディスク側の面の少なくとも一方に、次の数式により表される光路差関数で規定される回折構造を持つ回折面を有する。
φ(h)=(P₂h²+P₄h⁴+P₆h⁶+P₈h⁸+P₁₀h¹⁰+P₁₂h¹²)mλ
（但し、ｈは、光軸からの高さを、Ｐ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、・・・はそれぞれ、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数を、ｍは、入射光束の回折効率が最大となる回折次数を、λは、該入射光束の使用波長を、それぞれ示す。）

かかる回折面は、第一領域と第二領域を有する。第一領域は、第一の波長λ１の光束を第一の光ディスクの記録面上に、第二の波長λ２の光束を第二の光ディスクの記録面上に、それぞれ収束させることに寄与する領域であり、該第一の波長λ１、該第二の波長λ２の各光束使用時における回折効率が最大となる回折次数が共に１次である回折構造を持つ。第二領域は、第一領域の外側に配置され、第一の波長λ１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、第二の波長λ２の光束の収束には寄与しない領域である。本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第一領域の回折構造を規定する光路差関数の２次の係数をＰ２と定義し、第二の波長λ２の回折効率が最大となる回折次数の光束（使用回折次数光）における焦点距離をｆ２と定義した場合に、次の条件（１）
３５＜Ｐ２×ｆ２＜２００・・・（１）
を満たすように構成される。

第一領域の回折効率が最大となる回折次数が１次（又は他の低次）であることによって、０次や２次等の不要次数の光をより遠くに飛ばすことが出来る。ｎ次の回折光を用いた場合、不要光として主に発生するｎ±１次光とのパワー差は１／ｎで決まるため、１次光の時にパワー差が最大となる。

条件（１）を満たすことにより、回折パワーの増強に伴う回折構造の段差数の増加や色収差の増大等を有効に避けつつ、不要回折次数光の近軸集光位置を使用回折次数光の焦点位置から十分離すことができ、不要回折次数光による信号劣化の影響が良好に抑えられる。条件（１）の下限を下回る場合は、不要回折次数光の近軸集光位置を使用回折次数光の焦点位置から十分に離すことができず、不要回折次数光による信号劣化の影響を抑えることができない。条件（１）の上限を上回る場合は、回折パワーの増強に伴う回折構造の段差数の増加や色収差の増大等が著しく、製造面や光学性能面の不利益が大きい。

本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第一領域におけるブレーズ波長をλＢ１（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件（２）
４５０＜λＢ１＜５５０・・・（２）
を更に満たす構成としてもよい。

条件（２）を満たす場合、第一領域を透過した第二の波長λ２の光束の不要回折次数光の絶対量が少ない。条件（２）の下限を下回る場合は、第一領域を透過した第二の波長λ２の光束の使用回折次数光の回折効率が低すぎて、第二の光ディスクに対する情報の良好な記録又は再生を行うには不利である。条件（２）の上限を上回る場合は、第一領域を透過した第一の波長λ１の光束の使用回折次数光の回折効率が低すぎて、第一の光ディスクに対する情報の良好な記録又は再生を行うには不利である。具体的には、回折効率が低いため、高倍速記録（又は高倍速再生）対応が難しい。回折効率の低下分を補填するには、例えば高出力光源を搭載する必要があり、コスト面で望ましくない。また、回折効率の低下による不要回折次数光の増加に伴い、再生信号等のＳ／Ｎ比が低下するという問題も発生する。

上記の課題を解決する本発明の別の形態に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、条件（１）に代えて、次の条件（３）
−０．０１０＜（λＢ１−λ２）/（Ｐ２×ｆ２×λ２）＜−０．００１・・・（３）
を満たすように構成される。

条件（３）を満たすことにより、フレア光の影響を小さくすることができる。条件（３）の分母は、不要回折次数光の集光位置が使用回折次数光の焦点位置から離れるほど値が大きくなる。条件（３）の分子は、不要回折次数光の強度が大きいほど値が大きくなる。不要回折次数光の集光位置と強度とのバランスを取ることで、不要回折次数光の影響をコントロールして軽減することができる。条件（３）の下限を下回る場合は、不要回折次数光の近軸集光位置を使用回折次数光の焦点位置から十分に離すことができない、もしくはフレア光の強度が大きすぎるため、不要回折次数光による信号劣化の影響を抑えることができない。条件（３）の上限を上回る場合は、回折パワーの増強に伴う回折構造の段差数の増加や色収差の増大等が著しく、製造面や光学性能面の不利益が大きい。

第二領域は、第二の波長λ２の光束に対する開口制限機能を備えるべく、該第二領域を透過する第二の波長λ２の光束に球面収差を付加してフレア光にする回折構造を持つ構成としてもよい。

本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第二領域におけるブレーズ波長をλＢ２（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件（４）
３９０＜λＢ２＜４２０・・・（４）
を更に満たす構成としてもよい。

条件（４）を満たす場合、第二領域における第一の波長λ１の光束の回折効率がほぼ１００％になる。条件（４）を外れると、第二領域を透過した第一の波長λ１の光束の回折効率が低すぎて、高倍速対応が困難になると共に不要回折次数光の増加に伴い再生信号等のＳ／Ｎ比が低下するという不都合が生じる。

本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第二の波長λ２に対する屈折率をｎ２と定義し、光源側の面の曲率半径をＲ１と定義し、光軸上のレンズ厚をＤと定義した場合に、次の条件（５）
ｆ２×（１＋２×Ｐ２×λ２−Ｄ×（ｎ２−１）／（ｎ２×Ｒ１））＞０．５７・・・（５）
を更に満たす構成としてもよい。

条件（５）を満たす場合、第二の光ディスク使用時の作動距離を十分に確保することができる。条件（５）を満たさない場合は、第二の光ディスク使用時の作動距離が短すぎるため、光情報記録再生装置用対物レンズと第二の光ディスクとの機械的干渉による欠損等が懸念される。

本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、不要回折次数光による信号劣化の影響をより一層抑えるため、次の条件（６）、
７０＜Ｐ２×ｆ２＜２００・・・（６）
を更に満たす構成としてもよい。

本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第一の波長λ１の回折効率が最大となる回折次数光（使用回折次数光）における焦点距離をｆ１と定義した場合に次の条件（７）、
１．０＜ｆ１＜１．６・・・（７）
を更に満たす構成としてもよい。

条件（７）を満たす場合、光情報記録再生装置用対物レンズの小型化設計と第一の光ディスク使用時の作動距離の確保に有利である。条件（７）の下限を下回る場合は、第一の光ディスク使用時の作動距離を確保するのが難しい。また、レンズ面が小さくなり製造が難しく、取り扱いも困難である。条件（７）の上限を上回る場合は、光情報記録再生装置用対物レンズの小型化設計に適さない。

本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、製造容易性等を考慮しつつ第二領域における第二の波長λ２の光束の最大となる回折効率を抑えるため、第二領域において第一の波長λ１の光束の回折効率が最大となる回折次数が１次であるよう設計されてもよい。

本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第二の波長λ２の光束の対物レンズにおける倍率をＭＭ２と定義した場合に、次の条件（８）
−０．０２０＜ＭＭ２≦０．０００・・・（８）
を更に満たす構成としてもよい。

条件（８）を満たす場合、光情報記録再生装置用対物レンズの小型化設計と第一の光ディスク使用時の作動距離の確保に有利である。条件（８）の下限を下回る場合は、第一の光ディスク使用時との倍率差が大きくなり、同一のコリメートレンズが使用できない。また、トラッキング時の性能劣化も大きくなる。条件（８）の上限を上回る場合は、第二の光ディスク使用時の作動距離を確保するのに不利な方向になってしまい、本発明の目的が達成されない。

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、所定の光源から射出された第一、第二の波長を持つ略平行光束をそれぞれ、上記の何れかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズを用いて、記録密度の異なる第一、第二の光ディスクの記録面上に集光し、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ＤＶＤやＢＤ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レンズ、及び該対物レンズを搭載した光情報記録再生装置が提供される。

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。 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。 フレア光距離Δｆ２と条件（１）との関係を示す図である。 光ディスクＤ２使用時の作動距離と条件（５）との関係を示す図である。 本発明の実施例１における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例１における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例２における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例２における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例３における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例３における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例４における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例４における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例５における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例５における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例６における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例６における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例７における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例７における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例８における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例８における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例９における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例９における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例１０における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例１０における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例１１における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例１１における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例１２における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光の球面収差を示す図である。 本発明の実施例１２における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光及び不要回折次数光の球面収差を示す図である。

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二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。

以下においては、説明の便宜上、上記二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やＤＶＤ−Ｒ等の光ディスクを光ディスクＤ２と記す。

光ディスクＤ１、Ｄ２の保護層厚（保護層表面から記録対象又は再生対象の記録面までの光学的距離）をそれぞれｔ１（単位：ｍｍ）、ｔ２（単位：ｍｍ）と定義すると、次の関係が成立する。
ｔ１＜ｔ２
各保護層厚の具体的寸法は、製品個体差を考慮すると、次に示す範囲内の数値である。
０．０５＜ｔ１＜０．１５
０．５０＜ｔ２＜０．７０

光ディスクＤ１、Ｄ２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、Ｄ２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と定義すると、次の関係が成立する。
ＮＡ１＞ＮＡ２
すなわち、記録密度の高い光ディスクＤ１使用時には、光ディスクＤ２使用時よりも小径なスポットの形成が要求されるため、ＮＡが高くなる。ＮＡ１は、例えば０．８５であり、ＮＡ２は、例えば０．６０である。

上記のように記録密度の異なる光ディスクＤ１、Ｄ２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、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。すなわち、各波長には、次の関係が成立する。
λ１＜λ２
各波長は、使用環境及び製品個体差を考慮すると、次に示される範囲で変動する。
３９０＜λ１＜４２０
６４０＜λ２＜７００

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、対物レンズ１０、ＢＤ用モジュール２１、ＤＶＤ用モジュール２２、ビームコンバイナ２３、コリメートレンズ２４を有している。図１に示される一点鎖線は、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸである。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。

また、図１中、実線で示されるレーザー光束Ｌ１は、光ディスクＤ１への入射光又はその戻り光である。点線で示されるレーザー光束Ｌ２は、光ディスクＤ２の入射光又はその戻り光である。対物レンズ１０は、図示省略された周知のフォーカスサーボ機構によって光軸方向に移動自在である。対物レンズ１０は、光ディスクＤ１使用時には図１中実線で示される位置に移動して、光ディスクＤ２使用時には図１中点線で示される位置に移動する。

ＢＤ用モジュール２１、ＤＶＤ用モジュール２２は、半導体レーザーと受光センサとを一体化した素子である。ＢＤ用モジュール２１は、波長λ１のレーザー光束Ｌ１を射出する半導体レーザーを、ＤＶＤ用モジュール２２は、波長λ２のレーザー光束Ｌ２を射出する半導体レーザーを、それぞれ備える。

光ディスクＤ１の使用時には、ＢＤ用モジュール２１を動作させる。ＢＤ用モジュール２１の半導体レーザーが射出したレーザー光束Ｌ１は、ビームコンバイナ２３を介してコリメートレンズ２４に入射する。コリメートレンズ２４は、入射したレーザー光束Ｌ１を平行光束に変換して、対物レンズ１０に向けて射出する。対物レンズ１０は、入射した平行光束Ｌ１を光ディスクＤ１の記録面近傍に収束させる。収束したレーザー光束Ｌ１は、光ディスクＤ１の記録面上にスポットを形成する。光ディスクＤ１の記録面で反射したレーザー光束Ｌ１は、入射時と同一の光路を戻り、ＢＤ用モジュール２１に設けられた受光センサによって受光される。

光ディスクＤ２の使用時には、ＤＶＤ用モジュール２２を動作させる。ＤＶＤ用モジュール２２の半導体レーザーが射出したレーザー光束Ｌ２は、ビームコンバイナ２３によって光路が折り曲げられて、コリメートレンズ２４に入射する。コリメートレンズ２４は、レーザー光束Ｌ１と同様に、入射したレーザー光束Ｌ２を平行光束に変換して、対物レンズ１０に向けて射出する。対物レンズ１０は、入射した平行光束Ｌ２を光ディスクＤ２の記録面近傍に収束させる。収束したレーザー光束Ｌ２は、光ディスクＤ２の記録面上にスポットを形成する。光ディスクＤ２の記録面で反射したレーザー光束Ｌ２は、入射時と同一の光路を戻り、ＤＶＤ用モジュール２２に設けられた受光センサによって受光される。

各モジュールに設けられた受光センサは、受光した戻り光を検出して、周知の構成を持つ信号処理回路３０に出力する。信号処理回路３０は、受光センサの出力を基に、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。なお、対物レンズ１０には、何れの光ディスクを使用する際にも平行光束が入射する。そのため、対物レンズ１０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）した場合であっても、コマ収差等の軸外収差が発生しない。

本実施形態では、何れの光ディスクに対しても平行光束を入射させる、いわゆる無限系を想定しているが、別の実施形態では、光ディスクＤ２に対して弱発散光を入射させる、いわゆる有限系も想定される。有限系において、レーザー光束Ｌ２の対物レンズ１０における倍率をＭＭ２と定義した場合は、次の条件（８）
−０．０２０＜ＭＭ２≦０．０００・・・（８）
が満たされる。

ところで、光ディスクＤ１使用時と光ディスクＤ２使用時とでは、保護層厚の相違に起因して、発生する球面収差量が変化する。例えば、光情報記録再生装置１００を光ディスクＤ１に最適に設計した場合、光ディスクＤ２使用時に保護層厚の差に起因して球面収差が補正過剰になり、光ディスクＤ２の利用に適さない。光情報記録再生装置１００を光ディスクＤ２に最適に設計した場合は、光ディスクＤ１使用時に保護層厚の差に起因して球面収差が補正不足になり、光ディスクＤ１の利用に適さない。光ディスクＤ１とＤ２に対して互換性を持たせる、つまり両規格の光ディスクに対する情報の記録又は再生を保証するためには、何れの光ディスク使用時であっても球面収差を良好に補正することが求められる。また、記録密度（ピットサイズ）に対応したサイズのビームスポットを各光ディスクの記録面に形成して、再生信号等のＳ／Ｎ比を向上させることも求められる。本実施形態においては、これらの要求に応えるべく、対物レンズ１０を次のように構成している。

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。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（光ディスクＤ１、Ｄ２）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。

対物レンズ１０は、コリメートレンズ２４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。

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領域ＲＣと、第一領域ＲＣの外側に配置された円環状の第二領域ＲＥを有する。第一領域ＲＣと第二領域ＲＥを含む全域に、輪帯構造が設けられている。この輪帯構造は、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。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の両面に設けられてもよい。

輪帯構造を第一面１０ａにだけ設けた場合、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、有効光束幅に対する輪帯の段差部分による光量損失を抑えることができる。また、回転する光ディスクと向き合わず第二面１０ｂに対するゴミ等の付着の心配が増えない、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する虞がない、などのメリットがある。

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λα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λαのｎ次回折構造と称することができる。ここで、回折構造に特定の波長λβの光束を透過させた際に最も回折効率が高くなる回折光の回折次数は、波長λβの光束に対して与えられる光路長差を波長λβで割ったときの値に最も近い整数ｍとして求まる。

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。

輪帯構造は、光路差関数φ（ｈ）によって表すことができる。光路差関数φ（ｈ）は、対物レンズ１０の回折レンズとしての機能を光軸からの高さｈにおける光路長付加量の形で表現した関数であり、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（ｈ）は、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれＰ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、・・・と定義し、使用される（入射する）レーザー光の設計波長をλと定義し、入射光束の回折効率が最大となる回折次数をｍと定義した場合に、次の式により表される。
φ(h)=(P₂h²+P₄h⁴+P₆h⁶+P₈h⁸+P₁₀h¹⁰+P₁₂h¹²)mλ

第一領域ＲＣに設けられた輪帯構造は、レーザー光束Ｌ１、Ｌ２の何れの収束にも寄与する、具体的には、レーザー光束Ｌ１を光ディスクＤ１の記録面上に収束させると共に、レーザー光束Ｌ２を光ディスクＤ２の記録面上に収束させるように構成されている。第一領域ＲＣに設けられた輪帯構造は、回折構造として捉えた場合、レーザー光束Ｌ１、Ｌ２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。

レーザー光束Ｌ１、Ｌ２に対して１次回折光を使用するように第一領域ＲＣを設計することにより、レーザー光束Ｌ１使用時における回折効率と、レーザー光束Ｌ２使用時における回折効率とのバランスをとることができ、一方の回折効率が低くなりすぎるという問題が有効に避けられる。また、必要な光路長付加量が少ないため、段差が低く、金型加工や成形が容易である。

しかし、各レーザー光束使用時の回折効率をバランスよく設定した代償として、不要回折次数光の発生が避けられない。この種の不要回折次数光は、光ディスクの記録面に集光して信号を劣化させる虞がある。特に、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の主たる不要回折次数光（回折効率が２番目に高い回折次数光）は、信号を劣化させる因子となりやすい。

そこで、対物レンズ１０は、第一領域ＲＣの輪帯構造を規定する光路差関数の２次の係数をＰ２と定義し、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の焦点距離（単位：ｍｍ）をｆ２と定義した場合に、次の条件（１）
３５＜Ｐ２×ｆ２＜２００・・・（１）
を満たすように構成される。なお、本明細書中「焦点距離」と記す場合は、特に断りのない限り、「回折効率が最大となる回折次数光の焦点距離」をいう。例えばｆ２は、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の回折効率が最大となる回折次数光の焦点距離である。また、回折効率が最大となる回折次数光の焦点距離に対応する焦点位置は、「正規の焦点位置」と記す。また、本明細書中、「回折効率が最大となる回折次数光」と「使用回折次数光」は同義で用いられる。

ここで、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の回折効率が２番目に高い回折次数光の焦点距離（単位：ｍｍ）をｆ２’と定義し、焦点距離ｆ２と焦点距離ｆ２’との差（単位：ｍｍ）をΔｆ２（＝ｆ２−ｆ２’）と定義する。差Δｆ２は、回折効率が最も高い不要回折次数光の近軸集光位置が正規の焦点位置に対して光軸方向にどの程度離れているかを数値で示すものである。以下においては、説明の便宜上、回折効率が最も高い不要回折次数光を「主たる不要回折次数光」と記し、差Δｆ２を「フレア光距離Δｆ２」と記す。

対物レンズ１０は、光ディスクとの機械的干渉による欠損等を避けるため、フォーカスサーボＯＦＦ時には光ディスクから十分に離れた位置で支持されている。対物レンズ１０は、フォーカスサーボがＯＮすると、正規の焦点位置を光ディスクの記録面に合わせるため、光ディスクに近付く。このとき、焦点距離ｆ２’が焦点距離ｆ２よりも長ければ、正規の焦点位置が光ディスクＤ２の記録面に合う前に、主たる不要回折次数光が光ディスクＤ２の記録面に集光するという不具合が発生する。しかし、条件（１）を満たす限り、係数Ｐ２の符号は正である。焦点距離ｆ２’は、係数Ｐ２が正の符号であることにより、焦点距離ｆ２よりも短い。すなわち、主たる不要回折次数光は、使用回折次数光よりも対物レンズ１０側に集光する。そのため、条件（１）を満たす限りは、対物レンズ１０が光ディスクＤ２に接近する際の上記不具合の発生が有効に避けられる。

但し、主たる不要回折次数光の近軸集光位置と正規の焦点位置とが近接する場合、主たる不要回折次数光による信号劣化は、焦点距離ｆ２’を焦点距離ｆ２より短くしただけでは十分には抑えられない。信号劣化の抑制には、主たる不要回折次数光の近軸集光位置と正規の焦点位置とを一定距離以上離す必要がある。例えば多層ＤＶＤの層間距離が０．０４ｍｍ程度であることを考慮すると、主たる不要回折次数光の近軸集光位置を正規の焦点位置から光軸方向に少なくとも０．０５ｍｍ程度離すことが望ましい。正規の焦点位置と主たる不要回折次数光の近軸集光位置とが０．０５ｍｍ程度離れていれば、層間のクロストークが大幅に低減する。無論、単層ＤＶＤの場合も、正規の焦点位置と主たる不要回折次数光の近軸集光位置とが０．０５ｍｍ程度離れていれば、主たる不要回折次数光による信号劣化は良好に抑えられる。

図３は、フレア光距離Δｆ２と条件（１）との関係を示す図である。図３の縦軸は、フレア光距離Δｆ２を示し、横軸は、条件（１）の値を示す。図３に示されるように、条件（１）の値とフレア光距離Δｆ２は、ほぼ比例関係にある。なお、図３は、後述する実施例１〜１２、比較例の各例を条件（１）に適用したときの値をプロットしたものである。

図３に示されるように、条件（１）の値が３５を上回ると、フレア光距離Δｆ２が０．０５ｍｍ以上となる。すなわち、条件（１）の下限を上回る場合は、主たる不要回折次数光の近軸集光位置を正規の焦点位置から光軸方向に０．０５ｍｍ以上離すことができ、主たる不要回折次数光による信号劣化の影響を大幅に抑えることができる。条件（１）の下限を下回る場合は、主たる不要回折次数光の近軸集光位置を正規の焦点位置から十分に離すことができず、主たる不要回折次数光による信号劣化の影響を抑えることができない。

条件（１）の値を大きくするためには、より大きな回折パワーが必要である。但し、回折パワーの増大には、回折構造の段差数の増加や色収差の増大等を伴う。そのため、回折パワーは、単純には大きくすることができない。条件（１）の上限を上回る場合は、回折構造の段差数の増加や色収差の増大等が著しく、製造面や光学性能面の不利益が大きい。

第一領域ＲＣで回折効率が最大となる回折次数が低次であるほど、主たる不要回折次数光の近軸集光位置を正規の焦点位置から離す上では有利である。また、回折効率が最大となる回折次数がｎ次である場合、不要光として主に発生するｎ±１次光とのパワー差は１／ｎで決まる。すなわち、使用回折次数光は低次光であるほど、主たる不要回折次数光に対して強いパワーを持つ。本実施形態においては、使用回折次数光として１次光が選択されているため、０次や２次等の主たる不要回折次数光を正規の焦点位置に対してより離れた位置に集光させるのに好適であると共に、主たる不要回折次数光に対する使用回折次数光のパワーが強いため好適である。

なお、別の実施形態の対物レンズ１０としては、第一領域ＲＣの回折構造のブレーズ波長をλＢ１（単位：ｎｍ）と定義した場合に、条件（１）に代えて、次の条件（３）
−０．０１０＜（λＢ１−λ２）/（Ｐ２×ｆ２×λ２）＜−０．００１・・・（３）
を満たす構成が想定される。

条件（３）を満たすことにより、不要回折次数光による信号劣化の影響が好適に抑えられる。条件（３）の下限を下回る場合は、不要回折次数光の近軸集光位置を使用回折次数光の焦点位置から十分に離すことができない、もしくはフレア光の強度が大きすぎるため、不要回折次数光による信号劣化の影響を抑えることができない。条件（３）の上限を上回る場合は、回折パワーの増強に伴う回折構造の段差数の増加や色収差の増大等が著しく、製造面や光学性能面の不利益が大きい。

対物レンズ１０は、主たる不要回折次数光による信号劣化をより一層抑えるべく、次の条件（６）
７０＜Ｐ２×ｆ２＜２００・・・（６）
を更に満たす構成としてもよい。

第二領域ＲＥに設けられた輪帯構造は、レーザー光束Ｌ１の収束にのみ寄与する、具体的には、レーザー光束Ｌ１を光ディスクＤ１の記録面上に収束させると共に、光ディスクＤ２使用時にレーザー光束Ｌ２の球面収差を大きく発生させてフレア光とし、何れの光ディスクの記録面にも収束させないように構成されている。すなわち、第二領域ＲＥは、レーザー光束Ｌ２に対する開口制限機能を持つ領域として定義される。第二領域ＲＥに設けられた輪帯構造は、光ディスクＤ１専用に設計されており、レーザー光束Ｌ１使用時における回折効率がほぼ１００％になるように設計されている。

対物レンズ１０は、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の不要回折次数光の絶対量を削減するため、次の条件（２）
４５０＜λＢ１＜５５０・・・（２）
を満たすように構成される。

下記の表１は、ブレーズ化の回折次数が１次である場合における、ブレーズ波長λＢ１、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ１の回折効率（表１中ＢＤ）、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の回折効率（表１中ＤＶＤ）の関係を示す。表１に示されるように、条件（２）を満たす場合、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の回折効率が６５％以上の高い効率であるから、レーザー光束Ｌ２の不要回折次数光自体の発生量が少ない。条件（２）の上限を上回る場合は、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の回折効率が高いため、不要回折次数光の絶対量が少ない。しかしながら、レーザー光束Ｌ２の回折効率を上げた代償としてレーザー光束Ｌ１の回折効率が低くなりすぎる。条件（２）の下限を下回る場合は、第一領域ＲＣを透過したレーザー光束Ｌ２の回折効率が低くなりすぎる。何れの場合も、高倍速対応が困難になると共に不要回折次数光の増加に伴い再生信号等のＳ／Ｎ比が低下するという不都合が生じる。

対物レンズ１０は、第二領域ＲＥの回折構造のブレーズ波長をλＢ２（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件（４）
３９０＜λＢ２＜４２０・・・（４）
を満たすように構成される。

条件（４）を満たすことにより、光ディスクＤ１専用領域である第二領域ＲＥでレーザー光束Ｌ１の回折効率がほぼ１００％になる。条件（４）を外れると、第二領域ＲＥを透過したレーザー光束Ｌ１の回折効率が低下するため、高倍速対応が困難になると共に不要回折次数光の増加に伴い再生信号等のＳ／Ｎ比が低下するという不都合が生じる。

対物レンズ１０は、波長λ２に対する屈折率をｎ２と定義し、第一面１０ａの曲率半径をＲ１と定義し、光軸上のレンズ厚をＤと定義した場合に、次の条件（５）
ｆ２×（１＋２×Ｐ２×λ２−Ｄ×（ｎ２−１）／（ｎ２×Ｒ１））＞０．５７・・・（５）
を満たすように構成される。

図４は、光ディスクＤ２使用時の作動距離（単位：ｍｍ）と条件（５）との関係を示す図である。図４の縦軸は、光ディスクＤ２使用時の作動距離を示し、横軸は、条件（５）の値を示す。図４に示されるように、条件（５）の値と光ディスクＤ２使用時の作動距離は、ほぼ比例関係にある。なお、図４は、後述する実施例１〜１２、比較例の各例を条件（５）に適用したときの値をプロットしたものである。

図４に示されるように、条件（５）を満たす場合は、光ディスクＤ２使用時の作動距離として０．２００ｍｍ以上を確保することができる。条件（５）を満たさない場合は、光ディスクＤ２使用時の作動距離が短すぎるため、対物レンズ１０と光ディスクＤ２との機械的干渉による欠損等が懸念される。

対物レンズ１０は、レーザー光束Ｌ１に対する焦点距離（単位：ｍｍ）をｆ１と定義した場合に、次の条件（７）
１．０＜ｆ１＜１．６・・・（７）
を満たすように構成される。

条件（７）を満たす場合は、対物レンズ１０の小型化設計と光ディスクＤ１使用時の作動距離の確保に有利である。条件（７）の下限を下回る場合は、ディスクＤ１使用時の作動距離を確保するのが難しい。条件（７）の上限を上回る場合は、対物レンズ１０の小型化設計に適さない。

下記の表２は、第二領域ＲＥをブレーズ波長λＢ２のｎ次回折構造として設計したときに、レーザー光束Ｌ２の最大及び２番目に高い回折効率がどのように変化するかを示している。表２中、上欄の回折効率が最大の回折効率を示し、下欄の回折効率が２番目に高い回折効率を示す。回折効率に付す括弧書きは、対応する回折次数を示す。なお、表２の例では、ブレーズ波長λＢ２は４０６ｎｍであり、ｎ次は、第二領域ＲＥを透過したレーザー光束Ｌ１の回折効率が最大となる回折次数であって、設計において１次〜７次の何れかの範囲で任意に設定可能である。第二領域ＲＥを１次又は４次若しくは６次回折構造に設計した場合、表２に示されるように、レーザー光束Ｌ２を複数の回折光に分散させることができる。また、レーザー光束Ｌ２で回折効率が高くなる回折次数で収差を大きく発生させる場合には、レーザー光束Ｌ１の回折効率が最大となる次数を２次又は３次、５次、６次回折構造とすることで他の次数の回折光の収差に関係なく第二領域ＲＥにおけるレーザー光束Ｌ２をフレアとすることができる。しかし、あまり高次の回折構造は、段差高さが高いため、金型加工や成形が難しいという欠点を抱えている。このような製造面の不都合を考慮して、対物レンズ１０は、本実施形態では第二領域ＲＥを透過したレーザー光束Ｌ１の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ている。

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１２例説明する。各具体的実施例１〜１２の光情報記録再生装置１００は、図１に示される概略構成を有する。実施例１〜１２の対物レンズ１０は、図２に示される概略構成を有する。なお、実施例１〜１２の各数値データから再現される対物レンズ１０は、類似の形状となる。よって、実施例１〜１２の対物レンズ１０の構成図は、図２を参照し、本件願書への添付を省略する。

実施例１の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様、具体的には、使用波長、焦点距離、ＮＡ、倍率は、表３に示される。なお、実施例１の各表及び各図についての説明は、実施例１以外の他の実施例及び比較例で提示される各表及び各図においても適用される。

表３中、倍率の値が示すように、光情報記録再生装置１００では、何れの光ディスク使用時であっても、レーザー光束は、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が有効に避けられる。光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は、表４に示される。

表４中、面番号１−１は、対物レンズ１０の第一面１０ａの第一領域ＲＣを、面番号１−２は、第一面１０ａの第二領域ＲＥを、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（４０６ｎｍ）」は、波長λ１に対する光学部材厚又は光学部材間隔（単位：ｍｍ）を、「ｎ（４０６ｎｍ）」は、波長λ１に対する光学部材の屈折率を、「ｄ（６６２ｎｍ）」は、波長λ２に対する光学部材厚又は光学部材間隔（単位：ｍｍ）を、「ｎ（６６２ｎｍ）」は、波長λ２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。

第一領域ＲＣ（面番号１−１）、第二領域ＲＥ（面番号１−２）、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及びＤ２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。

第一領域ＲＣ（面番号１−１）、第二領域ＲＥ（面番号１−２）には、輪帯構造が設けられている。この光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は、表６に示される。

表６中、回折次数「１／１」は、第一領域ＲＣで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１、Ｌ２の回折次数が共に１次であることを示す。回折次数「１」は、第二領域ＲＥで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１の回折次数が１次であることを示す。第一領域ＲＣ、第二領域ＲＥにおける光ディスクＤ１使用時の不要回折次数光は共に使用回折次数ｎ±１次光、すなわち、０次回折光と２次回折光である。第一領域ＲＣにおける光ディスクＤ２使用時の不要回折次数光も０次回折光と２次回折光である。光ディスクＤ２使用時に第二領域ＲＥを透過して発生する回折次数光は全て不要光である。

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の仕様は表７に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表８に、非球面形状を規定する各係数は表９に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表１０に、それぞれ示される。

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の仕様は表１１に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表１２に、非球面形状を規定する各係数は表１３に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表１４に、それぞれ示される。

実施例４の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表１５に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表１６に、非球面形状を規定する各係数は表１７に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表１８に、それぞれ示される。

実施例５の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表１９に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表２０に、非球面形状を規定する各係数は表２１に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表２２に、それぞれ示される。

実施例６の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表２３に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表２４に、非球面形状を規定する各係数は表２５に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表２６に、それぞれ示される。

実施例７の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表２７に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表２８に、非球面形状を規定する各係数は表２９に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表３０に、それぞれ示される。実施例７においては、表３０に示されるように、第二領域ＲＥで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１の回折次数が２次である。そのため、第二領域ＲＥにおける光ディスクＤ１使用時の不要回折次数光は、１次回折光と３次回折光である。

実施例８の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表３１に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表３２に、非球面形状を規定する各係数は表３３に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表３４に、それぞれ示される。実施例８においては、表３４に示されるように、第二領域ＲＥで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１の回折次数が４次である。そのため、第二領域ＲＥにおける光ディスクＤ１使用時の不要回折次数光は、３次回折光と５次回折光である。

実施例９の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表３５に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表３６に、非球面形状を規定する各係数は表３７に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表３８に、それぞれ示される。

実施例１０の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表３９に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表４０に、非球面形状を規定する各係数は表４１に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表４２に、それぞれ示される。表４２に示されるように、第二領域ＲＥで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１の回折次数は２次である。実施例１０においては、表４２に示されるように、第二領域ＲＥで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１の回折次数が２次である。そのため、第二領域ＲＥにおける光ディスクＤ１使用時の不要回折次数光は、１次回折光と３次回折光である。

実施例１１の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表４３に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表４４に、非球面形状を規定する各係数は表４５に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表４６に、それぞれ示される。実施例１１の光情報記録再生装置１００は有限系であり、表４３に示されるように、光ディスクＤ２への入射光が弱発散光である。実施例１１においては、表４６に示されるように、第二領域ＲＥで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１の回折次数が２次である。そのため、第二領域ＲＥにおける光ディスクＤ１使用時の不要回折次数光は、１次回折光と３次回折光である。

実施例１２の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表４７に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表４８に、非球面形状を規定する各係数は表４９に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表５０に、それぞれ示される。実施例１２の光情報記録再生装置１００は有限系であり、表４７に示されるように、光ディスクＤ２への入射光が弱発散光である。

次に、比較例を説明する。比較例の光情報記録再生装置、対物レンズもそれぞれ、図１、図２に示される概略構成を有する。比較例の対物レンズの形状は、実施例１〜１２の何れの対物レンズとも異なるが、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、比較例の対物レンズの構成図も図２を参照して、本件願書への添付を省略する。

比較例の対物レンズの仕様は表５１に、光情報記録再生装置の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表５２に、非球面形状を規定する各係数は表５３に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表５４に、それぞれ示される。

以上説明した実施例１〜１２、比較例の計１３例を用いて比較検討を行う。表５５Ａ、５５Ｂは、実施例１〜１２及び比較例に関する各条件（１）〜（７）、フレア光距離Δｆ２、光ディスクＤ２使用時の作動距離をそれぞれ示す。

表５５Ｂに示されるように、比較例は、条件（１）（又は条件（３））を満たさない。具体的には、比較例では、条件（１）（又は条件（３））の下限を下回るため、主たる不要回折次数光の近軸集光位置を正規の焦点位置から十分に離すことができず、主たる不要回折次数光による信号劣化の影響が大きい。これに対して、表５５Ａ、５５Ｂに示されるように、実施例１〜１２は、条件（１）（又は条件（３））を満たす。そのため、実施例１〜１２では、回折構造の段差数の増加や色収差の増大等を抑えつつも主たる不要回折次数光の近軸集光位置を正規の焦点位置から十分離すことができ、主たる不要回折次数光による信号劣化の影響が大幅に抑えられる。

また、表５５Ｂに示されるように、比較例は、条件（５）を満たさない。そのため、比較例では、光ディスクＤ２使用時の作動距離を十分に確保することができず、対物レンズと光ディスクＤ２との機械的干渉による欠損等が懸念される。これに対して、表５５Ａ、５５Ｂに示されるように、実施例１〜１２は、条件（５）を満たす。そのため、実施例１〜１２では、光ディスクＤ２使用時の作動距離を十分に確保することができ、上記懸念がない。

なお、実施例１〜１２では、表５５Ａ、５５Ｂに示される通り、条件（１）、（３）、（５）以外でも満たす条件がある。そのため、実施例１〜１２では、条件（１）、（３）、（５）以外の他の条件も満たすことによる更なる効果が奏される。

図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、実施例１における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光（１次回折光）の球面収差を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、実施例１における光ディスクＤ１、Ｄ２の使用回折次数光（１次回折光）及び不要回折次数光（０次回折光、２次回折光）の球面収差を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）の各図中、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、一点鎖線が設計波長から−５ｎｍ変化した波長での球面収差を、それぞれ表す。図６（ａ）、（ｂ）の各図中、実線が１次回折光の球面収差を、破線が０次回折光の球面収差を、一点鎖線が２次回折光の球面収差を、それぞれ表す。図５、６の各図の縦軸は入射瞳座標を、横軸は球面収差量（単位：λｒｍｓ）を示す。図５と図６の横軸は、説明の便宜上、スケールが相違する。

光ディスクＤ１使用時は、図５（ａ）に示されるように、第一領域ＲＣ、第二領域ＲＥで共に使用回折次数光の球面収差を補正している。また、図６（ａ）に示されるように、第一領域ＲＣ、第二領域ＲＥで共に不要回折次数光の球面収差を意図的に発生させている。すなわち、光ディスクＤ１使用時における不要回折次数光の近軸集光位置を光ディスクＤ１の記録面（正規の焦点位置）から意図的に離している。これにより、光ディスクＤ１使用時の不要回折次数光による信号の劣化が有効に抑えられる。

光ディスクＤ２使用時は、図５（ｂ）に示されるように、第一領域ＲＣで使用回折次数光の球面収差を補正すると共に第二領域ＲＥで該次数光（不要光）の球面収差を意図的に発生させている。また、図６（ｂ）に示されるように、第一領域ＲＣ、第二領域ＲＥで共に不要回折次数光の球面収差を意図的に発生させている。すなわち、光ディスクＤ２使用時における不要光及び不要回折次数光の近軸集光位置を光ディスクＤ２の記録面（正規の焦点位置）から意図的に離している。これにより、光ディスクＤ２使用時の不要光又は不要回折次数光による信号の劣化が有効に抑えられる。

図７、８はそれぞれ、実施例２における図５、６と同様の収差図である。図９、１０はそれぞれ、実施例３における図５、６と同様の収差図である。図１１、１２はそれぞれ、実施例４における図５、６と同様の収差図である。図１３、１４はそれぞれ、実施例５における図５、６と同様の収差図である。図１５、１６はそれぞれ、実施例６における図５、６と同様の収差図である。図１７、１８はそれぞれ、実施例７における図５、６と同様の収差図である。図１９、２０はそれぞれ、実施例８における図５、６と同様の収差図である。図２１、２２はそれぞれ、実施例９における図５、６と同様の収差図である。図２３、２４はそれぞれ、実施例１０における図５、６と同様の収差図である。図２５、２６はそれぞれ、実施例１１における図５、６と同様の収差図である。図２７、２８はそれぞれ、実施例１２における図５、６と同様の収差図である。図７〜２８の各図に示されるように、実施例２〜１２の何れにおいても、不要光又は不要回折次数光の球面収差を意図的に発生させている。すなわち、実施例２〜１２の何れにおいても、不要光又は不要回折次数光の近軸集光位置を光ディスクの記録面（正規の焦点位置）から意図的に離すことにより、不要光又は不要回折次数光による信号の劣化が有効に抑えられている。

このように、実施例１〜１２の対物レンズ１０は、各光ディスクＤ１、Ｄ２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。

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。

１０ 対物レンズ
２１ ＢＤ用モジュール
２２ ＤＶＤ用モジュール
２３ ビームコンバイナ
２４ コリメートレンズ
１００ 光情報記録再生装置

Claims (12)

1. 記録密度の異なる第一、第二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の波長を持つ略平行光束と第二の波長を持つ略平行光束もしくは発散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レンズにおいて、
   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）と定義した場合に、
   ３９０＜λ１＜４２０
   ６４０＜λ２＜７００
   であり、
   前記第一の波長λ１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λ２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）と定義した場合に、
   ０．０５＜ｔ１＜０．１５
   ０．５０＜ｔ２＜０．７０
   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と定義した場合に、
   ＮＡ１＞ＮＡ２
   であり、
   前記光源側の面又は前記光ディスク側の面の少なくとも一方に、次の数式
   φ(h)=(P₂h²+P₄h⁴+P₆h⁶+P₈h⁸+P₁₀h¹⁰+P₁₂h¹²)mλ
   （但し、ｈは、光軸からの高さを、Ｐ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、・・・はそれぞれ、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数を、ｍは、入射光束の回折効率が最大となる回折次数を、λは、該入射光束の使用波長を、それぞれ示す。）
   により表される光路差関数で規定される回折構造を持つ回折面を有し、
   前記回折面は、
   前記第一の波長λ１の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に、前記第二の波長λ２の光束を前記第二の光ディスクの記録面上に、それぞれ収束させることに寄与する第一領域であって、該第一の波長λ１、該第二の波長λ２の各光束使用時における回折効率が最大となる回折次数が共に１次である回折構造を持つ第一領域と、
   前記第一の波長λ１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、前記第二の波長λ２の光束の収束には寄与しない、前記第一領域の外側に配置された第二領域と、
   を有し、
   前記第一領域の回折構造を規定する光路差関数の２次の係数をＰ２と定義し、前記第二の波長λ２の回折効率が最大となる回折次数の光束における焦点距離をｆ２と定義した場合に、次の条件
   ３５＜Ｐ２×ｆ２＜２００
   を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
2. 記録密度の異なる第一、第二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の波長を持つ略平行光束と第二の波長を持つ略平行光束もしくは発散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レンズにおいて、
   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）と定義した場合に、
   ３９０＜λ１＜４２０
   ６４０＜λ２＜７００
   であり、
   前記第一の波長λ１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λ２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）と定義した場合に、
   ０．０５＜ｔ１＜０．１５
   ０．５０＜ｔ２＜０．７０
   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と定義した場合に、
   ＮＡ１＞ＮＡ２
   であり、
   前記光源側の面又は前記光ディスク側の面の少なくとも一方に、次の数式
   φ(h)=(P₂h²+P₄h⁴+P₆h⁶+P₈h⁸+P₁₀h¹⁰+P₁₂h¹²)mλ
   （但し、ｈは、光軸からの高さを、Ｐ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、・・・はそれぞれ、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数を、ｍは、入射光束の回折効率が最大となる回折次数を、λは、該入射光束の使用波長を、それぞれ示す。）
   により表される光路差関数で規定される回折構造を持つ回折面を有し、
   前記回折面は、
   前記第一の波長λ１の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に、前記第二の波長λ２の光束を前記第二の光ディスクの記録面上に、それぞれ収束させることに寄与する第一領域であって、該第一の波長λ１、該第二の波長λ２の各光束使用時における回折効率が最大となる回折次数が共に１次である回折構造を持つ第一領域と、
   前記第一の波長λ１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、前記第二の波長λ２の光束の収束には寄与しない、前記第一領域の外側に配置された第二領域と、
   を有し、
   前記第一領域の回折構造を規定する光路差関数の２次の係数をＰ２と定義し、前記第二の波長λ２の回折効率が最大となる回折次数の光束における焦点距離をｆ２と定義し、前記第一領域におけるブレーズ波長をλＢ１（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件
   −０．０１０＜（λＢ１−λ２）/（Ｐ２×ｆ２×λ２）＜−０．００１
   を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
3. 次の条件
   ３５＜Ｐ２×ｆ２＜２００
   を更に満たすことを特徴とする、請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
4. 次の条件
   ７０＜Ｐ２×ｆ２＜２００
   を更に満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項３の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
5. 前記第一領域におけるブレーズ波長をλＢ１（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件
   ４５０＜λＢ１＜５５０
   を更に満たすことを特徴とする、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レンズ。
6. 前記第二領域は、該第二領域を透過する前記第二の波長λ２の光束に球面収差を付加してフレア光にする回折構造を持つことを特徴とする、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レンズ。
7. 前記第二領域におけるブレーズ波長をλＢ２（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件
   ３９０＜λＢ２＜４２０
   を更に満たすことを特徴とする、請求項１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レンズ。
8. 前記第二の波長λ２に対する屈折率をｎ２と定義し、前記光源側の面の曲率半径をＲ１と定義し、光軸上のレンズ厚をＤと定義した場合に、次の条件
   ｆ２×（１＋２×Ｐ２×λ２−Ｄ×（ｎ２−１）／（ｎ２×Ｒ１））＞０．５７
   を更に満たすことを特徴とする、請求項１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レンズ。
9. 前記第一の波長λ１の回折効率が最大となる回折次数光における焦点距離をｆ１と定義した場合に次の条件
   １．０＜ｆ１＜１．６
   を更に満たすことを特徴とする、請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
10. 前記第二領域において前記第一の波長λ１の光束の回折効率が最大となる回折次数が１次であることを特徴とする、請求項１から請求項９の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
11. 前記第二波長の光束の前記対物レンズにおける倍率をＭＭ２と定義した場合に次の条件
    −０．０２０＜ＭＭ２≦０．０００
    を更に満たすことを特徴とする、請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
12. 所定の光源から射出された第一、第二の波長を持つ略平行光束をそれぞれ、対物レンズを用いて、記録密度の異なる第一、第二の光ディスクの記録面上に集光し、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、
    前記対物レンズは、請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用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。

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