WO2006040902A1

WO2006040902A1 - 回折光学素子、対物レンズモジュール、光ピックアップ及び光情報記録再生装置

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Publication number: WO2006040902A1
Application number: PCT/JP2005/017092
Authority: WO
Inventors: Katsuhiro Koike
Original assignee: Pioneer Corporation
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2006-04-20
Also published as: DE602005018801D1; EP1801798A4; US7227704B2; JPWO2006040902A1; EP1801798B1; CN100580781C; EP1801798A1; WO2006040902A9; US20060146422A1; CN101073114A; JP4340690B2

Abstract

対応波長の異なる光ディスク又は記録面に対し記録再生可能な小型化に適した対物レンズモジュールを提供する。対物レンズモジュールは、第１波長の第１レーザ光の光路に同軸に配置された集光レンズと、集光レンズへ第１レーザ光の回折光を入射する同軸に配置された透過型の回折光学素子とからなる対物レンズモジュールであって、回折光学素子が、入射面及び射出面と、入射面及び射出面の少なくとも一方の光軸周囲に設けられ、且つ光軸から順に異なる半径距離によって画定された異なる回折角の回折格子からなる第１、第２及び第３領域と、を有し、第１領域が第１レーザ光の奇数次数の回折光を集光レンズへ回折し、第２領域が第１レーザ光の偶数次数の回折光を集光レンズへ回折し、第３領域が第１レーザ光の偶数次数又はゼロ次の回折光を集光レンズへ回折して、集光レンズが第１、第２及び第３領域からの回折光を所定開口数にて集光する。

Description

回折光学素子、対物レンズモジュール、光ピックアップ及び光情報記録再生装置

技術分野本発明は、対応波長の異なる光ディスクから情報を記録再生する光情報記録再生装置における光ピックアップの光学系に関し、特に、異なる波長のレ一ザ光源を使う複数の光記録媒体への互換性を可能にする光情報記録再生装置、光ピックアップ、対物レンズモジュール、回折光学素子に関する。

背景技術光情報記録再生装置には、光記録媒体の例えば D i g i t a l Ve r s a t i 1 e D i s c (以下 DVDという）、 Comp a c t D i s c (以下 CD という）などの光ディスクから記録情報を読み取りできる光ディスク装置がる。

.■'

DVDと CDから記録情報を読み取りできるコンパチブル光ディスク装置が知られている。 DVDでは基板厚は 0. 6 mmであり、対応波長は 635 nm〜 655 nm、対物レンズの開口数（NA) は 0. 6程度である。 CDでは基板厚は 1. 2mmであり、対応波長は 760 nm〜800 nm、対物レンズの開口数は 0. 45程度である。このコンパチブル光ディスク装置では、 DVD用の波長 660 nm付近レーザ光源と CD用の波長 780 nm付近の λ _DVDのレーザ光を発光するレーザ光源とを搭載する場合がある。例えば、 D V D / C Dの基板厚みの異なる情報記録媒体に情報の記録再生を可能とする光ピックアップ装置及びそれに用いる対物レンズ並びに光学素子を提供する技術が提案されている（特開 2001 - 235676号公報参照)。回折輪帯を設けた対物レンズを光ピックァップ装置に用いることにより、開口数が小さい側の使用状態で所定開口数の外側の光束をフレアとして、厚さの異なる複数種の情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行う光ピックアツプ装置を提案している。かかる回折輪帯を設けた対物レンズは、回折輪帯をもつ回折面を有し、回折面の光路差関数を Φ (h) とするとき（hは光軸からの距離)、所定距離 h の箇所で (h) Zdhが不連続または実質的に不連続な関数であることを特徴としている。

一方、 B l u— r ay D i s c (以下 BDという）の透過保護層の厚さ（D VDなどの透明基板厚に相当）は 0. 1mmであり、対応波長は 408 nm、対物レンズの開口数は 0. 85程度である。よって、 BD、 DVD, CDのコンパチブル光ディスク装置には、上記コンパチブル光ディスク装置の構成に加えて、波長 408 nm付近の A_BDのレーザ光を発光するレーザ光源、その光学系を搭載する必要がある。また、 BD、 DVD, CDでは全て光ディスク厚みが異なるため、 3種類の異なる球面収差を補正する手段を有する必要がある。さらに、開口数も全て異なるので、これに対応する手段も有する必要がある。しかしながら前記引用文献では、 'これらの手段に関する具体的な記載はなされていない。すなわち、 BDZDVDZCDといった 3つ以上の異なる光源波長、開口数 (有効径）、光ディスク厚み（透過保護層の厚さ）の記録媒体互換を従来の単一対物レンズで実現することが困難である。

そこで、コンパチブル装置用の光ピックアップの実現方法として、 BD専用対物レンズと D VD/C D互換対物レンズを使い、波長ごとに切り換える方法が考えられるが、 2枚の対物レンズを要すので、複雑なレンズ切り替え機構が必要でコストが増大し、ァクチユエ一夕が大きくなるので小型化に不利である。また、他の方法として、対物レンズとコリメータレンズと組み合せる方法が考えられるが、対物レンズに対してコリメ一夕が固定しているため、対物レンズの移動時の性能を維持することが難しい、などの問題が発生する。

いずれにしても、 B D、 D VDおよび C Dのコンパチビリティーを確保するため複数光源を用い専用のプリズム、レンズなどの光学系を構成すると、光ピックアップ又は光へッド全体が複雑になり、大型になる傾向がある。発明の開示

そこで、本発明の解決しょうとする課題には、対応波長の異なる光ディスク又は記録面に対し記録再生可能な小型化に適した光情報記録再生装置、光ピックァップ、回折光学素子を提供することが一例として挙げられる。

本発明の対物レンズモジュールは、第 1波長の第 1レーザ光の光路に同軸に配置された集光レンズと、前記集光レンズへ第 1レーザ光の回折光を入射する同軸に配置された透過型の回折光学素子とからなる対物レンズモジュールであって、入射面及び射出面と、

前記入射面及び射出面の少なくとも一方の光軸周囲に設けられ、且つ光軸から順に異なる半径距離によって画定された、異なる回折角の回折格子からなる第 1、第 2及び第 3領域と、を有し、

前記第 1領域が第 1レーザ光の奇数次数の回折光を前記集光レンズへ回折し、 P T/JP2005/017092

4 前記第 2領域が第 1レーザ光の偶数次数の回折光を前記集光レンズへ回折し、前記第 3領域が第 1レーザ光の偶数次数又はゼロ次の回折光を前記集光レンズへ回折して、前記集光レンズが前記第 1、第 2及び第 3領域からの回折光を所定開口数にて集光することを特徴とする。

本発明の回折光学素子は、第 1レーザ光を第 1記録媒体上に集光するための対物レンズを、前記第 1レーザ光とは波長の異なる複数のレーザ光及び該複数のレ —ザ光の夫々に対応する複数の記録媒体で共用するために、前記第 1レーザ光及び前記複数のレーザ光の光路上に設けられる回折光学素子であって、

前記複数のレーザ光は、第 2記録媒体に対応する第 2レーザ光と第 3記録媒体に対応する第 3レーザ光とを含み、

前記光軸周囲に設けられ、且つ前記第 1レーザ光と前記第 2及び第 3レーザ光との波長の差異に基づいて発生する収差を補正する第 1回折レンズ構造と、前記第 1回折レンズ構造周囲に設けられ、且つ前記第 1レーザ光と前記第 2レ一ザ光との波長の差異に基づいて発生する収差を補正する第 2回折レンズ構造とを具備することを特徴とする。

本発明の回折光学素子においては、前記第 1記録媒体は第 1厚さの透過保護層を介して受光する記録層を有し、前記第 2記録媒体は前記第 1厚さ以上の第 2厚さの透過保護層を介して受光する記録層を有し、前記第 3記録媒体は前記第 2厚さより犬なる第 2厚さの透過保護層を介して受光する記録層を有する。

本発明の回折光学素子においては、前記第 1回折レンズ構造は、前記第 1レーザ光と前記第 2及び第 3レーザ光との波長の差異に加えて前記透過保護層の第 1厚さと前記透過保護層の第 2及び第 3厚さとの差分に基づいて発生する収差を補正するとともに、前記第 2回折レンズ構造は、前記第 1レーザ光と前記第 2 レーザ光との波長の差異に加えて前記透過保護層の第 1厚さと前記透過保護層の第 2厚さとの差分に基づいて発生する収差を補正する。

さらに、本発明の回折光学素子においては、前記回折光学素子の入射又は射出面に設けられ、且つ第 1レーザ光の微小な波長変動により発生する色収差を補正する第 3回折レンズ構造を具備することを特徴とする。

本発明の光ピックァップは、上記対物レンズモジュール又は回折光学素子を具備することを特徴とする。また、本発明の光情報記録再生装置は、上記光ピックァップを具備することを特徴とする。

以上のような対物レンズモジュール又は回折光学素子が使用されるピックァップの構成では、回折光学素子に施された工夫により、 B D、 D VD, C D全てを無限系で設計してあるので、ピックアップの光路を簡素化できるため好ましい。前記 B DZD VDZC D互換における球面収差補正用回折光学素子に、色収差補正用回折レンズ構造を付加することにより、不連続となっている色収差を補正することが可能となっている。

球面収差補正用回折レンズ構造と、色収差補正用回折レンズ構造を一体化することにより、組み立て調整誤差やトラッキングによるレンズシフトにより不連続な色収差補正に支障を来すといった問題を解消している。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による実施形態の光ピックァップ内部の概略構成図である。図 2は、本発明による他の実施形態の光ピックアツプ内部の概略構成図である。図 3は、本発明による実施形態の回折光学素子の光軸上から見た正面図である。図 4は、本発明による実施形態の回折光学素子の断面図である。

図 5は、本発明による実施形態の回折光学素子を含む対物レンズモジュールによる C Dに対する縦球面収差を示すグラフを説明する線図である。

図 6は、本発明による実施形態の回折光学素子を含む対物レンズモジュールによる C Dに対する波面収差を示すグラフを説明する線図である。

図 7は、本発明による実施形態の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの動作を説明するため対物レンズモジュールの概略断面図である。図 8は、本発明による他の実施形態の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 9は、本発明による他の実施形態の回折光学素子の概略断面図である。

図 1 0は、本発明による他の実施形態の回折光学素子の概略断面図である。図 1 1は、本発明による他の実施形態の回折光学素子における回折レンズ構造の合成を説明するための線図である。

図 1 2は、本発明による他の実施形態の回折光学素子の概略断面図である。図 1 3は、本発明による他の実施形態の回折光学素子構造を有する複合対物レンズの概略断面図である。

図 1 4は、本発明よる回折光学素子の製造方法に含まれる光学設計に用いる位相関数法を説明するための線図である。

図 1 5は、本発明による実施例 1の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 1 6は、本発明による実施例 1の回折光学素子の概略断面図である。図 1 7は、本発明による実施例 1の回折光学素子の概略断面図である。

図 1 8は、本発明による実施例 1で用いている対物レンズの D VD及び C Dに対する球面収差を示すグラフである。

図 1 9は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ構造 1を構成する位相段差とそれを通過する波面の光路長差を説明するための線図である。図 2 0は、本発明による実施例 1の回折光学素子と B D用対物レンズを組み合わせた際の C Dに対する縦球面収差を位相関数法を用いて計算した結果を示すグラフを説明する線図である。

図 2 1は、本発明による実施例 1の回折光学素子と B D用対物レンズを組み合わせた際の C Dに対する波面収差を位相関数法を用いて計算した結果を示すグラフを説明する線図である。

図 2 2は、本発明による実施例 1の回折光学素子と B D用対物レンズを組み合わせた際の D V Dに対する波面収差形状を位相関数法を用いて計算した結果を示すグラフである。

図 2 3は、本発明による実施例 1の回折光学素子と B D用対物レンズを組み合わせた際の C Dに対する波面収差形状を位相関数法を用いて計算した結果を示すグラフである。

図 2 4は、本発明による実施例 1の回折光学素子における回折レンズ構造 1の光軸からの高さに対する回折レンズ関数のグラフである。

図 2 5は、本発明による実施例 1の回折光学素子における回折レンズ構造 1を光軸上から見た正面図である。

図 2 6は、本発明による実施例 1の回折光学素子における回折レンズ構造 1を B D用レーザ光の回折効率が 1 0 0 %となるように製造した回折レンズ構造の断面図である。

図 2 7は、本発明による実施例 1の回折光学素子における回折レンズ構造 1の B D用レーザ光と C D用レーザ光の回折効率の均衡を考慮して製造した他の実施例の回折レンズ構造を示す断面図である。

図 2 8は、本発明による実施例 1の回折光学素子における回折レンズ構造 2を構成する位相段差とそれを通過する波面の光路長差を説明するための線図である。

図 2 9は、本発明による実施例 1の回折光学素子を使用した対物レンズモジュールの D VDの波面収差を位相関数法を用いて計算した結果示すグラフである。図 3 0は、本発明による実施例 1の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの B Dの波面収差を暫定的な形状のデ一夕により計算した結果を示すグラフである。

図 3 1は、本発明による実施例 1の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの D V Dの波面収差を暫定的な形状のデ一夕により計算した結果を示すダラフである。

図 3 2は、本発明による実施例 1の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの C Dの波面収差を暫定的な形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 3 3は、本発明による実施例 1の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの B Dの波面収差を暫定的な形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。図 3 4は、本発明による実施例 1の回折光学素子の領域の境界の位相段差量で位相ずれを調整した場合の回折レンズ構造の断面図である。

図 3 5は、本発明による実施例 1の回折光学素子の領域の境界の位相段差量で位相ずれを調整した場合の対物レンズモジュールの B Dの波面収差を示すダラフである。

図 3 6は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ関数の定数項 d 0の値により位相ずれを調整した場合の光軸からの高さに対する回折レンズ構造 1の回折レンズ関数のグラフである。

図 3 7は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ構造 1の回折レンズ関数の定数項 d 0の値により位相ずれを調整した場合の対物レンズモジュ —ルの B Dの波面収差を示すグラフである。

図 3 8は、本発明による実施例 1の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 3 9は、本発明による回折光学素子の製造方法に含まれる光学設計に用いる非球面形状を説明するための線図である。

図 4 0は、本発明による回折光学素子の設計結果を表す際の段差及び輪帯面番号を説明するための線図である。

図 4 1は、本発明'による回折光学素子の設計結果を表す際の段差量の段差符号を説明するための線図である。

図 4 2は、本発明による実施例 1の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造の断面を模式的に示すグラフである。

図 4 3は、本発明による実施例 1の回折光学素子に形成されている回折レンズ 2

10 構造の断面のサグ量を説明するダラフである。

図 4 4は、本発明による実施例 1の回折光学素子を用いた対物レンズモジュ一ルの B Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 4 5は、本発明による実施例 1の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの D V Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 4 6は、本発明による実施例 1の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの C Dの波面収差を実際の形状のデ一夕により計算した結果を示すグラフである。

図 4 7は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポット形状を示すグラフである。

図 4 8は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 4 9は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポット形状を示すグラフである。

図 5 0は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。 05 017092

11 図 5 1は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状デ一夕より対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 5 2は、本発明による実施例 1の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 5 3は、スポット形状を表す値である半値幅とサイドロ一ブ強度を示すダラフである。

図 5 4は、本発明による実施例 1の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。 '

図 5 5は、本発明による実施例 1の対物レンズモジュールを用いた場合の C D に対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すダラフである。

図 5 6は、本発明による実施例 1の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 5 7は、本発明による実施例 1の対物レンズモジュールを用いた場合の C D に対するチルト時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 5 8は、本発明による実施例 2の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの概略断面図である。 17092

12 図 5 9は、本発明による実施例 2の回折光学素子の概略断面図である。

図 6 0は、本発明による実施例 2の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造の断面を模式的に示すグラフである。

図 6 1は、本発明による実施例 2の回折光学素子における回折レンズ構造の光軸からの高さに対する回折レンズ関数のグラフである。

図 6 2は、本発明による実施例 2の回折光学素子の回折レンズ構造の光軸上から見た正面図である。

図 6 3は、本発明による実施例 2の回折光学素子の B D用レーザ光の回折効率を 1 0 0 %として製造した回折レンズ構造の断面図である。

図 6 4は、本発明による実施例 2の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造 Bの断面を模式的に示すグラフである。

図 6 5は、本発明による実施例 2の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの B Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 6 6は、本発明による実施例 2の回折光学素子を用いた対物レンズモジュ一ルの D VDの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 6 7は、本発明による実施例 2の回折光学素子を用いた対物レンズモジュ一ルの C Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 6 8は、本発明による実施例 2の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポット形状を示すグラフである。

図 6 9は、本発明による実施例 2の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 7 0は、本発明による実施例 2の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポット形状を示すグラフである。

図 7 1は、本発明による実施例 2の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 7 2は、本発明による実施例 2の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状デ一夕より対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 7 3は、本発明による実施例 2の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 7 4は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 7 5は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールを用いた場合の C D に対するチル卜時のスポッ卜半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すダラフである。図 7 6は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 7 7は、本発明による実施例 2の対物レンズモジユールを用いた場合の C D に対するチルト時のスポットサイドロ一ブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 7 8は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールによる最良像面における B Dの波面収差形状を示すグラフである。

図 7 9は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールによる光源の波長が 4 0 3 n mに変動した場合の最良像面における B Dの波面収差形状を示すグラフである。

図 8 0は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールによる光源の波長が 4 1 3 n mに変動した場合の最良像面における B Dの波面収差形状を示すダラフである。

図 8 1は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 0 3 nmにおけるスポット形状全体を示すグラフである。

図 8 2は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 1 3 nmにおけるスポット形状全体を示すグラフである。

図 8 3は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 0 3 n mにおけるスポッ卜のサイドロ一ブを示すグラフである。

図 8 4は、本発明による実施例 2の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 1 3 nmにおけるスポットのサイドロ一ブを示すグラフである。図 8 5は、本発明による実施例 2の回折光学素子を用いたレンズの波長変動に対する最良像面（集光点）の移動量を示すグラフである。

図 8 6は、本発明による実施例 2の変形例の回折光学素子の概略断面図である。図 8 7は、本発明による実施例 3の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 8 8は、回折光学素子の段差の製造誤差を示す部分断面図である。

図 8 9は、本発明による実施例 3の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造 Bの断面を模式的に示すグラフである。

図 9 0は、本発明による実施例 3の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造 Aの断面を模式的に示すグラフである。

図 9 1は、本発明による実施例 3の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造 A及び回折レンズ構造 Bを合成した場合の断面を模式的に示すグラフである。

図 9 2は、本発明による実施例 3の回折光学素子を用いた対物レンズモジュ一ルの B Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 9 3は、本発明による実施例 3の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの D V Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 9 4は、本発明による実施例 3の回折光学素子を用いた対物レンズモジュ一ルの C Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。図 9 5は、本発明による実施例 3の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポット形状を示すグラフである。

図 9 6は、本発明による実施例 3の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 9 7は、本発明による実施例 3の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状デ一夕より対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポット形状を示すグラフである。

図 9 8は、本発明による実施例 3の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状デ一夕より対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 9 9は、本発明による実施例 3の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D V D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 0 0は、本発明による実施例 3の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 0 1は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 0 2は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルド時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 0 3は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 0 4は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルト時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 0 5は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールによる最良像面における B Dの波面収差形状を示すグラフである。

図 1 0 6は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールによる光源の波長が 4 0 3 n mに変動した場合の最良像面における B Dの波面収差形状を示すグラフである。

図 1 0 7は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールによる光源の波長が 4 1 3 n mに変動した場合の最良像面における B Dの波面収差形状を示すグラフである。 .

図 1 0 8は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 0 3 nmにおけるスポッ卜形状全体を示すグラフである。

図 1 0 9は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュ一ルの B Dの波長 4 1 3 n mにおけるスポット形状全体を示すグラフである。

図 1 1 0は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 0 3 n mにおけるスポットのサイドローブを示すグラフである。図 1 1 1は、本発明による実施例 3の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 1 3 n mにおけるスポッ卜のサイドロ一ブを示すグラフである。

図 1 1 2は、本発明による実施例 3の回折光学素子を用いたレンズの波長変動に対する最良像面（集光点）の移動量を示すグラフである。

図 1 1 3は、本発明による実施例 4における回折レンズ構造 A 1の回折レンズ関数を示すグラフである。

図 1 1 4は、本発明による実施例 4における回折レンズ構造 A 2の回折レンズ関数を示すグラフである。

図 1 1 5は、本発明による実施例 4の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造 Bの断面を模式的に示すグラフである。

図 1 1 6は、本発明による実施例 4の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造 Aの断面を模式的に示すグラフである。

図 1 1 7は、本発明による実施例 4の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造 A及び回折レンズ構造 Bを合成した場合の断面を模式的に示すグラフである。

図 1 1 8は、本発明による実施例 4の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの B Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 1 1 9は、本発明による実施例 4の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの D V Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すダラフである。

図 1 2 0は、本発明による実施例 4の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの C Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 1 2 1は、本発明による実施例 4の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 2 2は、本発明による実施例 4の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 2 3は、本発明による実施例 4の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 2 4は、本発明による実施例 4の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 2 5は、本発明による実施例 4の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 2 6は、本発明による実施例 4の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポッ卜サイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 2 7は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールを用いた場合の： D V Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 2 8は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 2 9は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポットサイドロ一ブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 3 0は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルト時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 3 1は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールによる最良像面における B Dの波面収差形状を示すグラフである。

図 1 3 2は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールによる光源の波長が 4 0 3 n mに変動した場合の最良像面における B Dの波面収差形状を示すグラフである。

図 1 3 3は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールによる光源の波長が 4 1 3 n mに変動した場合の最良像面における B Dの波面収差形状を示すグラフである。

図 1 3 4は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 0 3 nmにおけるスポット形状全体を示すグラフである。

図 1 3 5は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 1 3 n mにおけるスポッ卜形状全体を示すグラフである。図 1 3 6は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 0 3 n mにおけるスポッ卜のサイドローブを示すグラフである。

図 1 3 7は、本発明による実施例 4の対物レンズモジュールの B Dの波長 4 1 3 n mにおけるスポットのサイドローブを示すグラフである。

図 1 3 8は、本発明による実施例 4の回折光学素子を用いたレンズの波長変動に対する最良像面（集光点）のの移動量を示すグラフである。

図 1 3 9は、本発明による実施例 5の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 1 4 0は、本発明による実施例 5の回折光学素子の概略断面図である。図 1 4 1は、本発明による実施例 5の回折光学素子と B D用対物レンズを組み合わせた際の D V Dに対する縦球面収差を位相関数法を用いて計算した結果を示すグラフを説明する線図である。

図 1 4 2は、本発明による実施例 5の回折光学素子における回折レンズ構造 2 の光軸からの高さに対する回折レンズ関数のグラフである。

図 1 4 3は、本発明による実施例 5の回折光学素子における回折レンズ構造 3 の光軸からの高さに対する回折レンズ関数のグラフである。

図 1 4 4は、本発明による実施例 5の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造の断面を模式的に示すグラフである。

図 1 4 5は、本発明による実施例 5の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの B Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 1 4 6は、本発明による実施例 5の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの D V Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すダラフである。

図 1 4 7は、本発明による実施例 5の回折光学素子を用いた対物レンズモジュ —ルの C Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すダラフである。

図 1 4 8は、本発明による実施例 5の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 4 9は、本発明による実施例 5の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 5 0は、本発明による実施例 5の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポッ卜形状を示すグラフである。

図 1 5 1は、本発明による実施例 5の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した B D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 5 2は、本発明による実施例 5の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 5 3は、本発明による実施例 5の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 5 4は、本発明による実施例 5の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルド時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 5 5は、本発明による実施例 5の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 5 6は、本発明による実施例 5の対物レンズモジュールを用いた場合の D VDに対するチルト時のスポットサイドロ一ブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 5 7は、本発明による実施例 5の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルド時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグ.ラフである。

図 1 5 8、本発明による実施形態の回折光学素子の断面図である。

図 1 5 9は、本発明による実施形態の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの動作を説明するため対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 1 6 0、本発明による実施形態の回折光学素子の断面図である。

図 1 6 1は、本発明による実施形態の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの動作を説明するための対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 1 6 2、本発明による実施形態の回折光学素子の断面図である。図 1 6 3は、本発明による実施形態の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの動作を説明するため対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 1 6 4は、本発明による実施例 6の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 1 6 5は、本発明による実施例 6の回折光学素子の概略断面図である。図 1 6 6は、本発明による実施例 6の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造の断面を模式的に示すグラフである。

図 1 6 7は、本発明による実施例 6の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの HD— D V Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 1 6 8は、本発明による実施例 6の回折光学素子を用いた対物レンズモジュ —ルの D V Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すダラフである。

図 1 6 9は、本発明による実施例 6の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの C Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 1 7 0は、本発明による実施例 6の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した HD— D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 7 1は、本発明による実施例 6の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D V D上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 7 2は、本発明による実施例 6の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状デ一夕より対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 7 3は、本発明による実施例 6の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した H D— D V D上のスポットサイドロ一ブ形状を示すグラフである。図 1 7 4は、本発明による実施例 6の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D V D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 7 5は、本発明による実施例 6の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 7 6は、本発明による実施例 6の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 7 7は、本発明による実施例 6の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 Ί 8は、本発明による実施例 6の対物レンズモジュールを用いた場合の D V Dに対するチルト時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。図 1 7 9は、本発明による実施例 6の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルト時のスポットサイドロ一プ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 8 0は、本発明による実施例 7の回折光学素子と対物レンズからなる対物レンズモジュールの概略断面図である。

図 1 8 1は、本発明による実施例 7の回折光学素子の概略断面図である。図 1 8 2は、本発明による実施例 7の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造の断面を模式的に示すグラフである。

図 1 8 3は、本発明による実施例 7の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの HD— D VDの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 1 8 4は、本発明による実施例 7の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの D VDの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すダラフである。

図 1 8 5は、発明による実施例 7の回折光学素子を用いた対物レンズモジユールの C Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 1 8 6は、本発明による実施例 7の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した HD— D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 8 7は、本発明による実施例 7の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 8 8は、本発明による実施例 7の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポット形状を示すグラフである。

図 1 8 9は、本発明による実施例 7の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した HD— D VD上のスポットサイドロ一ブ形状を示すグラフである。図 1 9 0は、本発明による実施例 7の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 9 1は、本発明による実施例 7の回折光学素子の回折レンズ構造の実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 1 9 2は、本発明による実施例 7の対物レンズモジュールを用いた場合の H D— D V Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 9 3は、本発明による実施例 7の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 9 4は、本発明による実施例 7の対物レンズモジュールを用いた場合の H D— D V Dに対するチルト時のスポッ卜サイドロ一ブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。図 1 9 5は、本発明による実施例 7の対物レンズモジュールを用いた場合の C Dに対するチル卜時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 1 9 6は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの概略断面図である。

図 1 9 7は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの概略断面図である。

図 1 9 8は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの HD— D V Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すダラフである。

図 1 9 9は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの D V Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。

図 2 0 0は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの C Dの波面収差を実際の形状のデータにより計算した結果を示すグラフである。図 2 0 1は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの実際の面形状デ一夕より対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算しだ HD— D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 2 0 2は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポット形状を示すグラフである。

図 2 0 3は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポット形状を示すグラフである。 .

図 2 0 4は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した HD— D VD上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。

図 2 0 5は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した D VD上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。図 2 0 6は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズの実際の面形状データより対物レンズモジュールの波面収差を計算し、その波面収差を用いて計算した C D上のスポットサイドローブ形状を示すグラフである。図 2 0 7は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズを用いた場合の H D— D V Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 2 0 8は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズを用いた場合の C Dに対するチルト時のスポット半値幅値とディスクチルト角度と関係を示すダラフ'である。

図 2 0 9は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズを用いた場合の HD—D VDに対するチルト時のスポットサイドロ一ブ強度とデイスクチルト角度と関係を示すグラフである。

図 2 1 0は、本発明による実施例 8の回折レンズ構造が施された対物レンズを用いた場合の CDに対するチルト時のスポットサイドローブ強度とディスクチルト角度と関係を示すグラフである。発明を実施するための形態

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

(光ピックアップ）

図 1は実施形態の光ピックァップの概略を示す。光ピックアツプは、第 1波長が 400 nm〜410 nm例えば 408 nm付近の短波長の λ _BDを射出する B D用半導体レーザ LD 1と、第 1波長より長い第 2波長すなわち 630 nm〜6 70 nm例えば 660 nm付近の D VD用の長波長 λ _DVDを射出する D VD用半導体レーザ LD 2と、第 2波長より長い第 3波長 760 nm〜800 nm例えば 780 nm付近の CD用の更に長波長の A_CDを射出する CD用半導体レ一ザ LD3と、を備えている。半導体レーザ LD 1、 LD2及び LD3は BD用、 D VD用及び CD用として択一的に切り換えて点灯される。

さらに光ピックアップは、これら第 1、第 2及び第 3レーザ光 A_BD、 A_DVD 及び λ _CDの光路を共通させる光軸結合素子の光軸結合プリズム（色合成プリズム） 10を備えている。この光学系の光軸結合プリズム 10は、図 1に示すように、半導体レーザ LD 1、 LD 2及び LD 3の発散レーザ光を共通の光路となすように設計され、 3つの光束の光軸を略一致させる機能を有する。光軸結合プリズム 10中のそれぞれのダイクロイツクミラーは所望の波長のレ一ザ光を透過又は反射する特性を有しており且つ、入射角度依存性を持つように多層誘電体薄膜により形成されている。また、光軸を合成する光軸結合素子は、光軸結合プリズムに限定されることなく、ダイクロイツクミラーに代えて、回折角の波長差を使った回折格子、液晶コレステリック層などを、光軸結合素子に用いることができる。

また、光ピックアップは、光軸結合プリズム 1 0の光軸の下流にビームスプリッ夕 1 3、コリメ一夕レンズ 1 4、及び対物レンズモジュール 1 6を備えている。以上の光照射光学系によって、第 1半導体レーザ L D 1及び第 2半導体レーザ L D 2の少なくとも一方からのレ一ザ光は、光軸結合プリズム 1 0及ぴビ一ムスプリツ夕 1 3を経て、コリメ一夕レンズ 1 4で平行レーザ光にされ、を透過して、対物レンズモジュール 1 6によって、その焦点付近に置かれている光ディスク 5 に向けて集光され、光ディスク 5の情報記録面のピット列上で光スポットを形成する。

以上の光照射光学系に加えて、光ピックアツプはさらに検出レンズ 1 7など光検出光学系を有しており、対物レンズモジュール 1 6、及びビ一ムスプリッ夕 1 3は光検出光学系にも利用されている。 C D、 B D又は D VDの光ディスク 5からの反射光は、対物レンズモジュール 1 6で集められを介してビームスプリッタ 1 3によって検出用集光レンズ 1 7に向けられる。検出レンズ 1 7で集光された集束光は、例えば、シリンドリカルレンズ、マルチレンズなどの非点収差発生素子（図示せず）を通過して、例えば、直交する 2線分によって 4分割されてなる 4つの受光面を有する 4分割光検出器の受光面 2 0中心付近に光スポットを形成する。

また、光検出器の受光面 2 0は復調回路 3 0及びエラー検出回路 3 1に接続されている。エラ一検出回路 3 1は対物レンズモジュールのトラツキング制御及び 7092

32 フォーカス制御用のァクチユエ一夕 2 6を含む機構を駆動する駆動回路 3 3に接続されている。

4分割光検出器は、その受光面 2 0中心付近に結像された光スポット像に応じた電気信号を復調回路 3 0及びエラー検出回路 3 1に供給する。復調回路 3 0は、その電気信号に基づいて記録信号を生成する。エラー検出回路 3 1は、その電気信号に基づいてフォーカスエラ一信号や、トラッキングエラー信号や、その他サーポ信号などを生成し、ァクチユエ一夕の駆動回路 3 3を介して各駆動信号を各ァクチユエ一夕に供給し、これらが各駆動信号に応じて対物レンズモジュール 1 6などをサーポ制御駆動する。

(対物レンズモジュール）

図 1に示すように、 B D用、 D V D用及び C D用のレ一ザ光源 L D 2からのレ一ザ光を、光軸結合プリズム 1 0によって 1つの光路を共用し、対物レンズモジユール 1 6により B D、 D VD又は C Dの光ディスク記録面上に集光させる。この対物レンズモジュール 1 6は、レーザ光を記録面へ集光する集光レンズ (基準レンズ） 1 6 aと、透光性の平板上に複数の位相段差からなる回折輪帯 (光軸を中心とした回転対称体）すなわち回折格子を有する回折光学素子 1 6 b (DOE: diffractive optical element) と、を組み合せた複合対物レンズの組立体である。集光レンズ 1 6 a及び回折光学素子 1 6 bは、ホルダ 1 6 cによって光軸に同軸に配置され、回折格子を有する回折光学素子 1 6 bは光源側すなわち光軸結合プリズム 1 0から集光レンズ 1 6 aまでの光路中に位置する。

集光レンズ 1 6 aは、 A _{B D}の波長範囲 4 0 0 n m〜4 1 0 n m、透過保護層の厚さ 0 . 1 mmに対して収差が補正された開口数 0 . 8 5を有する非球面レンズ（B D用対物レンズ）を用いる。

図 2は他の実施形態の光ピックアツプの概略を示す。上記半導体レーザ L D 1、 L D 2及び L D 3に代えて、光源に第 1、第 2及び第 3波長を発する 3波長レーザ L D 1 2 3を使用することにより、光軸結合プリズムなどを省略できピックァップの光路はさらに簡素化されるため好ましい。

(回折光学素子）

本実施形態の回折光学素子 1 6 bは、 B D用対物レンズと組み合わせて D V D と C Dの記録再生を可能とするものである。

回折光学素子 1 6 bは図 3に示すように、ガラス、プラスチックなどからなる基板の入射側又は射出側の少なくとも一方の表面に形成された回折格子すなわち回折輪帯 1 6 eからなる。回折輪帯 1 6 eは光軸を中心に複数本の同心円に切削され又はフォトリソグラフィにより積層された環状溝又は凸の輪帯である。なお、上記のような物理的な段差構造以外でも、同心円状に不連続な屈折率分布を持たせた構造でも同様の効果が得られる。すなわち、回折輪帯は、物理的な段差構造、あるいは同心円状の不連続な屈折率分布により、あるいはその他何らかの手段により、そこを透過する光の波面の位相に段差を生じさせるものであればよい。このように、光の波面の位相に、段差を生じさせる構造をまとめて位相段差、あるいは位相段差構造とよぶ。また、位相段差量の表記方法に関しては、物理的な段差構造の寸法で表記したり、屈折率が不連続となる点での屈折率差で表記したり、そこで発生する光路長差あるいは位相差量などで表記することが可能である。一般に、各回折輪帯 1 6 eの断面形状はブレ一ズ形状すなわち鋸歯状、又は、階段形状となるように形成されることが多い。例えば、鋸歯状断面の回折格子は回折効率が他より高いので有利である。回折格子断面形状の作成法として、フォトリソグラフィ技術を応用する方法と、ダイヤモンドバイトなどで精密切削する方法とがあり、これらによって、擬似的にブレーズを形成した多段階ブレーズ又はブレーズ形状の回折格子ができるが、いずれの方法でも構わない。または、かかる多段階ブレーズ又はブレーズ形状を金型に雛形を形成しておき、射出成形又はいわゆる 2 P法で透明材料から複数の回折光学素子を複製することもできる。回折光学素子の回折輪帯 1 6 eは回折レンズ構造を構成する。回折レンズは非球面レンズの面上に回折面を形成したレンズであり、回折レンズ構造は例えば巨視的非球面形状上に形成された同心円状の位相段差で構成される。回折レンズ構造は、図 4 aに示すように、少なくとも基板の片面に設けられ、対物レンズの記録媒体に対応した有効径に応じて異なる半径位置で画定された複数の領域にて区画されている。回折レンズ構造は、透過保護層の厚さの違いや波長の違いによる球面収差を補正するように、形成されている。回折レンズ構造の具体的な構造は以下のとおりである。

最内周の領域 1では、第 1レーザ光（B D用レーザ光、波長 4 0 8 n m) に対しては球面収差補正効果が無く、第 2レーザ光（D VD用レーザ光、波長 6 6 0 nm) 及び第 3レーザ光（C D用レーザ光、波長 7 8 0 n m) に対しては球面収差補正効果がある回折レンズ構造を実現できる回折光の組み合わせ {例えば（B D： 1次光、 D VD： 1次光、 C D： 1次光）、 (B D： 3次光、 D VD： 2次光、 C D： 2次光）、 (B D： 7次光、 D VD： 4次光、 C D： 3次光）、 (B D： 9次光、 D VD： 5次光、 C D： 4次光） } を利用できるように第 1回折レンズ構造 (第 1収差補正手段）が形成されている。なお、（B D： 5次光、 D VD： 3次 05 017092

35 光、 C D : 2又は 3次光）の組は、 B D用レーザ光及び D V D用レーザ光で回折レンズ構造を構成する位相段差で発生する位相差が揃ってしまうので、除外してもよい。よって、第 1レーザ光が第 1回折レンズ構造を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が 5の倍数を除く奇数となるように設計されている。回折レンズ構造によって発生する回折光の回折効率は、それを構成する同心円状の位相段差の段差量によって調節することができる。特に領域 1では B D用レーザ光の回折効率が最大となるように位相段差量を決定してしまうと、 C D用レーザ光の所望とする回折次数における十分な回折効率得ることができず、同時に不要な回折光が発生することになるので、 B D用レーザ光の回折効率と C D用レーザ光の回折効率のバランスを考慮して設計されていることが望ましい。なお、このように回折効率のパランスを考慮して設計した場合、位相段差で発生する光路長差が波長の整数倍からずれることに伴い、鋸波状の波面収差が部分的に発生するが、このことによるスポット形状の劣化はほとんど無いため問題ない。回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の深さは、発生する光路長差がすべての段差で同一となるように設計するが、最外周の位相段差で発生する光路長を他の位相段差とは異なるように設計することにより、他の領域を通過する波面との位相をより正確に合わせることができ、より良好な集光性能が得られるようになるため、好ましい。 '

領域 1より外側の中周部にある領域 2には、 B D用レーザ光及び C D用レーザ光に対しては球面収差補正効果が無く、 D V D用レーザ光に対してのみ球面収差補正効果がある回折レンズ構造を実現できる回折光の組み合わせ {例えば（B D： 2次光、 D VD： 1次光、 C D： 1次光）、 (B D： 4次光、 D VD： 2次光、 C D： 2次光）、 (B D： 6次光、 D V D： 4次光、 C D： 3次光）、 (B D： 8次光、 D VD： 5次光、 C D： 4次光） } が利用できるように第 2回折レンズ構造 (第 2収差補正手段）が形成されている。 B Dについて 1 0次回折光の場合、すベての媒体の記録及び再生に対応したレーザ光に対して回折レンズ構造を構成する位相段差で発生する位相差がほぼ揃ってしまい、 D VD用レ一ザ光のみに対して選択的に収差補正効果を与えられないため B D用レ一ザ光が第 2回折レンズ構造を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が 1 0の倍数を除く偶数となるように設計されている。回折レンズ構造を構成する位相段差の深さに関しては、要求仕様に応じて B D用レーザ光の回折効率が最大となるような光路長差を発生するように設定してもよいし、 B D用レーザの回折効率と D V D用レーザの回折効率とのバランスを取ることを考慮してもよい。また、鋸波状の波面収差が発生する場合は、領域 1の場合と同様に、最外周の位相段差のみ、発生する光路長差が異なるように設計するとより良好な集光特性が得られるようになるため、好ましい。

領域 2より外側の外周部にある領域 3には、全ての波長に対して球面収差補正効果の無いような回折レンズ構造を実現できる回折光の組み合わせ（例えば、 B D： 1 0次光、 D VD： 6次光、 C D： 5次光）が利用できるように第 3回折レンズ構造（第 3収差'補正手段）が形成されている。また、領域 3は回折レンズ構造を形成しなくともよい（ゼロ次光のみ透過)。よって、所定の B D用開口数 0 . 8 5が実現される。

図 4 aに示す例では、第 1回折レンズ構造、第 2回折レンズ構造及び第 3回折レンズ構造がすべて同一の面に形成されている。このようにすべての回折レンズ構造を一つの面に形成することにより、位相段差を成形するための微細構造を有する金型を複数必要としないため、製造容易となり、同時にコスト面においても好ましい。また、それぞれの回折レンズ構造における BD用レーザ光の回折次数や DVDおよび CDの像面位置を適切に設定することにより、図 4 aのように全ての位相段差の方向を同一にそろえることができる。ここで、位相段差の方向とは、段差の内周側の面を基準にした外周側の面の移動方向で表すこととする。このように位相段差の方向をすベて同一方向にそろえることにより、面形状は微小な輪帯状のくぼみや突起の無い、単純な階段形状となるため、金型作製が容易となり好ましく、さらに離型性の悪化が抑えられることにより金型を長寿命化するとともに、成形不良率を低減できるため、好ましい。

このように、本実施形態の回折光学素子は BDZDVDZCDの透過保護層の厚み違いにより発生する球面収差を補正するため、その少なくとも 1面に微細な同心円状の位相段差からなる回折レンズ構造が形成されている。これにより、 B D、 DVD、 CDを全て無限系として球面収差を補正すると同時にそれぞれの光ディスクの記録再生に必要な開口数へ開口制限することが可能となる。

次に、回折次数の選択により DVD/CDで異なる開口数（有効径）の制限を実現する回折レンズ構造の作用を詳細に説明する。

回折レンズ構造ば、光学材料の表面に複数の微少な位相段差で形成されている。屈折率 Nの光学材料に形成された深さ dの位相段差を波長 λのレーザ光が通過すると、段差の部分で波面に {(Ν— 1) d/λ} Χλの光路長差が発生する。回折レンズ構造を構成する位相段差で発生する光路長差が {(Ν— 1) d/λ} Χλである場合、波長 λの光に対して回折レンズ構造では r ound [(N— 1) d/λ] 次光の回折効率が最大となる。ただし、 r ound [] は [] 内の数値を四捨五入して得られる整数である。また、回折レンズ構造を構成する一つの位相段差で補正できる収差量は [r ound [(N— 1) d/λ] 一 {(N— 1) d /λ}} λである。つまり、（Ν— 1) d/λが整数である場合、すなわち、位相段差で発生する光路長差が波長の整数倍である場合、位相段差で補正できる収差量はゼロとなるが、回折効率はほぼ 100%となる。逆に、（Ν— 1) d/λが整数からずれるほど、つまり、位相段差で発生する光路長差が波長の整数倍からずれるほど、一つの位相段差で補正できる収差量は大きくなるが、回折効率は低下していく。

光学材料の屈折率 Νは一般に波長によって異なり、波長が短くなるほど屈折率は高くなる。 BD用レーザ光の波長 λ_ΒΙ)は 408 nm程度であり、 CD用レ一ザ光の波長 A_CDは 78 Onm程度であり、前記のように屈折率が波長によって異なるため、これらのレ一ザ光が同一の位相段差を通過した場合の（N— 1) d Ζλの値を比較すると、ほぼ 2 ： 1になる。

このようなことから、 BD用レーザ光に対して 2mA_BD (mは整数）の光路長差が発生する位相段差では、 CD用レーザ光に対して発生する光路長差が略 m A_CDとなる。従って、 BD用レーザ光の 2 m次光の回折効率が最大となり、これに対して球面収差補正効果を持たないように回折レンズ構造を設計した場合、 CD用レーザ光では、 m次光の回折効率が最大となり、これに対しても回折レンズ構造は球面収差補正効果をほとんど持たないため、 CDに対する球面収差の補正が不可能となる。

一方、 BD用レーザ光に対して（2m+l) λ_ΒΙ5の光路長差が発生するように回折レンズ構造の位相段差量を設定すると、回折レンズ構造では（2m+ l) 次の奇数次回折光の回折効率が最大となる。この場合、 CD用レーザ光では、位相段差で発生する光路長差が略（m+1/2) A_CDとなる。つまり、 BD用レ一ザ光と C D用レーザ光では、位相段差で発生する光路長差の波長の整数倍からのずれ量が異なるため、 BD用レーザ光に対しては収差補正効果を持たず、 CD 用レーザ光に対しては収差補正効果を持つ回折レンズ構造を実現することが可能となる。

さらに、このような現象を利用して、図 4 bに示すように CD有効径に対応する第 3回折有効径の領域 1に関しては B D用レーザ光で奇数次の回折光を利用する第 1回折レンズ構造とすることにより、 BDで球面収差を発生せずに DVD の球面収差を補正するように設計された第 1回折レンズ構造で C Dの収差をある程度補正することが可能となる。また、第 3回折有効径外の領域 2に関しては、 B D用レーザ光の偶数次の回折光を利用する第 2回折レンズ構造とすることにより、 B Dで球面収差を発生せずに D V Dの球面収差を補正するように設計された第 2回折レンズ構造で、 CDの球面収差を補正せずに残留させることが可能となる。

ただし、これらの回折レンズ構造を構成する位相段差で発生する光路長差が 5 λ_Β0となるように設計した場合、 DVD用レ一ザ光では、位相段差で発生する光路長差が略 3 A_DVDとなるため、 BDで球面収差を発生せずに DVDで球面収差を補正することは不可能となる。つまり、第 1回折レンズ構造は、 BD用レーザ光の 5の倍数を除く奇数次の回折光を利用する回折レンズ構造とし、第 2回折レンズ構造は、 BD用レーザ光の 10の倍数を除く偶数時の回折光を利用する回折レンズ構造とすればよい。

D V D有効径に対応する第 2回折有効径外の領域 3に関しては、 D V D及び C Dの両方に対して球面収差を補正しなければ、 B Dに対しては収差を発生させずに D V D及び C Dの両方に対して光をフレアとして拡散させることができる。さらに、第 2回折有効径内で且つ第 3有効径外の領域 2では、 C Dに対してのみ球面収差が存在するので、 C Dに対してのみ光をフレアとして拡散させることがでさる。

このように、使用される複数の光源波長のうち最も短い波長のレーザ光を入射した場合に発生する回折光のうち、回折効率が最大となる回折次数が、領域 1に形成された回折レンズ構造では奇数（5の倍数を除く）、最外周と最内周の領域の間の領域 2に形成された回折レンズ構造では偶数（1 0の倍数を除く）となるようにすることにより、 3つの異なる開口数に対応した有効径内の光に対してのみ球面収差を補正し、有効径外の光は球面収差を補正しないことによりフレアとして拡散させることができる。

よって、光軸を中心とする 2つの円にて分割された 3つの領域に分割し、これらのうち少なくとも 2つの領域には同心円状の微細な位相段差にて構成される回折レンズ構造は、開口数の違う B DZD VDZC Dのそれぞれの光に対して最適な開口数を付与することができる。

なお、このような構成を利用せずに B D D V D C Dのそれぞれの光に対して最適な開口数を付与する方法として、同心円状に波長選択性の透過率特性を有する膜を施す方法も考えられるが、この場合、膜を部分的に施すことが困難であり、製造工程が複雑化するため好ましくない。次に、 DVD/CDで異なる量の球面収差を補正する手段を詳述する。

DVDの透過保護層（基板）厚みは 0. 6 mmで CDの透過保護層（基板）厚みは 1. 2 mmであるため、補正すべき球面収差量が異なる。つまり、 BDZD VD互換用に設計された回折レンズ構造では、 CDに対して球面収差を完全に補正することはできない。同様に、 BDZCD互換用に設計された回折レンズ構造では、 DVDに対して球面収差を完全に補正することはできない。これは、回折レンズ構造を構成する一つの位相段差で補正できる収差量 [r ound [(N— 1) Xd/λ] 一 {(N- 1) Xd/λ}] λの値の比率を、 DVDと CDの補正すべき球面収差量の比率と同じ値にすることができないからである。このような場合、 DVDもしくは CDのどちらかの入射光を発散光もしくは収束光にすることにより、回折レンズ構造にて補正しきれなかつた球面収差を補正することが可能である。しかしながら、たとえば BDZDVDを平行光入射とし、 CDのみ発散光もしくは収束光とした場合、ピックアツプの構成が複雑になつてしまうといつた問題があり、このような観点から B D D V D / C Dの全てが平行光入射であることが望ましい。

これを実現する方法としては、以下に示す 3つの方法が考えられる。

第 1の方法としては、図 4 bのような構成における DVD/CDで共用される領域 1に形成される第 1回折レンズ構造の設計において、 DVDで補正すべき球面収差量と C Dで補正すべき球面収差量の中間の量の球面収差を補正するように設計し、 D V Dと C Dで残留する球面収差量のバランスをとる方法が考えられる。この方法では、 DVDと CDの双方において収差が 0. 07A rms以下となるような設計を得ることができる。 P T/JP2005/017092

42 第 2の方法としては、図 4 cに示すように領域 1に第 1回折レンズ構造と B D 用レーザ光に対して 1 0を除く偶数次の回折光を発生する第 4回折レンズ構造を混在させる方法が考えられる。この方法では、まず第 1回折レンズ構造を B D ZC D互換用に設計する。第 1回折レンズ構造は、 D VD用レーザ光に対しても球面収差補正効果を有するが、その補正量が補正すべき球面収差量と異なるため、それらの差分に相当する球面収差が残留する。この D VDにおける残留球面収差を補正すべく第 2回折レンズ構造と同様に B D用レーザ光に対して偶数次の回折光を発生する第 4回折レンズ構造を追加して残留収差を補正する。第 4回折レンズ構造は B D用レーザ光に対して収差補正効果を持たず、且つ偶数次の回折光を発生するように設計されているので、 C D用レーザ光に対しても収差補正効果を持たない。つまり、第 4回折レンズ構造を追加したことによる C Dの波面に対する悪影響はない。この方法では、 D VDZ C Dの双方において領域 1における収差を十分小さい値に抑える設計が可能となる。なお、設計結果によっては、第 1回折レンズ構造を構成する位相段差と第 4回折レンズ構造を構成する位相段差の間隔が非常に小さくなる場合があるが、その場合はそれら 2つの位相段差を合成して 1つの位相段差とすることにより位相段差の総数を減らすことが可能となる。すなわち、 2つの隣接する位相段差の段差量を足し合わせた段差量の段差を、それらの位相段差があったどちらかの位置あるいはその間のどこかに配置すればよい。このように、位相段差を合成した場合、それぞれの位相段差が本来の設計値からわずかにずれるため、若干の性能劣化が発生するが、合成する 2つの位相段差が近接している場合、そのずれは小さいため、性能劣化は問題とならない。このように 2つの位相段差を合成することにより 2つ必要であった位相段差の数を一つに減らすことができるため、金型製造が容易となり好ましく、成型時の離型性が向上するため、金型寿命が長寿命化し、さらに成形不良率も低減されるので好ましい。

第 3の方法として、発明者は上記の 2つ方法とは違つた設計手法により B DZ DVD/CDの全てが平行光入射となるような設計を見いだした。以下にその詳細を示す。

球面収差は、レンズの開口数の 4乗に比例する。従って、図 4dに示すように DVD/CDの共用設計領域である領域 1を C Dの有効径に対応する第 3回折有効径より小さくし、開口数を減らすことによって、補正しきれず残留する球面収差量を減らすことができる。たとえば、 DVD/CD共用設計領域を 80%程度にした場合、残留する球面収差量は 41 %程度まで低減される。しかしながら、単に共用設計領域を減らすと、 CDに対する開口数が小さくなつてしまうため、 CDの記録及び再生に支障を来す。そこで、発明者は領域 1を通過した CD用レ一ザ光の集光位置に注目した。図 5は、 CDに対する縦球面収差を表す図であり、縦軸は光軸を基準とした光軸と垂直な方向の距離、すなわち光軸からの高さを表しており、横軸は光軸方向の位置を表している。ここで示す例では、領域 1の回折レンズ構造は C Dに対して収差が補正されるように設計されている。図 5に示すように、補正前の縦球面収差が領域 2内で且つ C D有効径内側のどこか 1点でゼロとなるような位置に、 CD用レーザ光の所望とする回折光の集光位置を設定し、 CD有効径より狭くなるように領域 1を制限することにより、 DVDにおいて領域 1に残留する球面収差を低減することを提案する。すなわち、図 4 dに示すように、領域 2内で且つ C Dの有効径に相当する第 3回折有効径の中にある領域 4を考慮することによって、 C D有効径ょり狭くなるように領域 1を制限する。また、図 6は C Dに対する波面収差を表す図であり、横軸は光軸からの高さを、縦軸は収差量を表している。ここで示すように、縦球面収差がゼロとなる光軸からの高さ hにおいて波面の傾斜はゼロとなり、その周辺においても波面の傾斜は比較的緩いため、この領域だけ取り出して考えると収差はそれほど大きくならない。つまり、 h近傍の領域 4の波面は、領域 1を通る波面と位相を合わせることによって、球面収差を補正していないにもかかわらず C Dの再生に利用することができる。以上のように、第 1回折レンズ構造を設計する際に、 C Dにおける第 4領域のどこかに縦球面収差がゼロとなるような像面位置を設定することにより、領域 1の狭小化が可能となる。このように設計された回折光学素子を用いた場合、 D VDでは領域 1にて若干の収差が残留することになるが、その収差量はわずかであり、実質的に問題とはならない。また、この設計方法では、領域 1に複数の回折レンズ構造を構成する位相段差が混在しないので、位相段差数の増加を伴わない設計が可能となるため好ましい。さらに、前述の通り、特に領域 1では B D用レーザ光との回折効率のバランスを考慮する必要があるが、領域 1の面積が狭小化されているため、 C D用レーザ光の回折効率を考慮して B Dの回折効率を落としたとしても、その影響は狭小化しない場合に比べて小さく抑えることができるので好ましい。

以上、 B DZD VDZC Dの回折効率が最大となる回折次数と球面収差補正および開口制限効果とを勘案'すると、各領域で利用する B D用レーザ光の回折次数の組み合わせを表 1の示すように、まとめることができる。表 1

(対物レンズモジュールの動作)

図 7は、対物レンズモジュールの動作を示す。

図 7 (A) に示すように、 A _{B D}の第 1レーザ光が略平行光として回折光学素子 1 6 bに入射するとき、全ての領域を通る光はそのまま略平行光として対物レンズ 1 6 aへ導かれる。対物レンズ 1 6 aにより集光された光は、 B D用保護層を通過し、信号記録面上に集光される。

また、図 7 (B ) に示すように、 A _DVDの第 2レーザ光が略平行光として入射するとき、回折光学素子における D VDの有効径に対応する第 2回折有効径内の領域 1、領域 2を通過する光は、対物レンズ 1 6 aにより集光され、 D VD用保護層を通過し、信号記録面上に集光される。一方、回折光学素子における第 2回折有効径外を通過した光は、レンズ 1 6 aによって集光され D VD保護層を通過するが、球面収差が補正されず、フレアとなるので再生に寄与しない。

さらに、図 7 ( C) に示すように、 A _{C D}の第 3レーザ光が略平行光として入射するとき、 C Dの有効径に相当する第 3回折有効径内の領域 1及び領域 4を通過する光は、対物レンズ 1 6 aにより集光され、 C D用透過保護層を通過し、信号記録面上に集光される。一方、第 3回折有効径外を通過した光は、対物レンズ 1 6 aにより集光され、 C D用透過保護層を通過するが、球面収差が補正されず、フレアとなるので再生に寄与しない。

(色収差補正）

回折光学素子に色収差補正機能を持たせた場合は、球面収差補正用回折レンズ構造を追加したことにより不連続となっていた色収差を補正し、レーザの波長変動時にも安定した動作を実現できる。

B Dでは、対応する対物レンズの開口数が 0 . 8 5と非常に大きく、且つ使用する光源の波長が短いので、焦点深度が浅くなる。従って、色収差を補正することが望ましい。通常、色収差を補正するには、屈折率の異なるガラスを使ったレンズを組み合わせて、それらの色収差を相殺させて補正するか、回折光学素子を別途用いてそれにより発生する色収差と相殺させて補正する。

本実施形態の場合、 D V Dや C Dの球面収差補正と開口制限を同時に行うため、部分的に異なる特性の回折レンズ構造からなる回折光学素子を採用しているため、色収差が領域ごとに異なる特性となる。そのような場合、波長分散の異なる材料を用いた球面レンズ 2枚を組み合わせた一般的な組レンズでは収差補正が煩雑となる。発明者は、そのような不連続な色収差を補正するため、回折レンズ構造による補正、すなわち、領域 1及び領域 2における色収差が不連続とならないように前記球面収差補正用回折レンズ構造を設計し、それに対してさらに領域 3の色収差も不連続とならないように領域 3に色収差補正用の回折レンズ構造を形成することとする。

本実施形態においては、すでに説明した B D、 D VD , C D互換用の回折レンズ構造にて球面収差が補正されているので、 B D、 D VD, C D全てに対して色収差補正以外の余計な収差を発生してはならない。本実施形態における第 3回折レンズ構造は、色収差補正用回折レンズ構造として、全てに対して色収差補正以外の余計な収差を発生しない、例えば B D： 1 0次光、 D V D： 6次光、 C D： 5次光の回折次数の組み合わせで利用できる。この場合、第 1レーザ光が第 3回 T JP2005/017092

47 折レンズ構造を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が 1 0の倍数となるように設計されている。

領域 1及び領域 2に形成された第 1及び第 2回折レンズ構造（球面収差補正用）による不連続な色収差を補正すると共に、対物レンズ自体が有する色収差を補正する場合は、第 3回折レンズ構造（色収差補正用手段）を B D有効径全面（D VD , C D有効径を含む）に形成する必要がある。この場合、球面収差補正用回折レンズ構造と色収差補正用回折レンズ構造に光軸ずれが発生することは望ましくないので、球面収差補正用回折レンズ構造と色収差補正用回折レンズ構造は 1つの回折光学素子に構成することが望ましい。図 8に示すように、色収差補正用の第 3回折レンズ構造を、球面収差補正用の第 1及び第 2回折レンズ構造とは異なる面に形成して一つの回折光学素子に構成することにより、従来のように色収差補正用光学素子を別途使用した場合に比べて部品点数が減少するため、ピックアツプの小型化やコストダウンに多大な効果をもたらす。

その他に、第 1回折レンズ構造は、第 2回折レンズ構造及び第 3回折レンズ構造とは異なる面に形成されていてもよい。また、第 2回折レンズ構造は、第 1回折レンズ構造及び第 3回折レンズ構造とは異なる面に形成されていてもよい。第 1回折レンズ構造、第 2回折レンズ構造及び第 3回折レンズ構造がいずれかの面に形成されており、各々の面に形成されている位相段差の方向（深さ方向）が全て同一であることが好ましい。

これらの回折レンズ構造を一つの回折光学素子に構成する場合、図 9に示すように、回折レンズ構造を両面分けて、それぞれの面において回折レンズ構造の位相段差の方向が揃うように構成することにより、回折レンズ構造の断面形状は単純な階段形状となるため、金型加工が容易になるとともに、成形不良を低減し、金型が長寿命化するため、回折光学素子の高品位維持及びコストダウンに多大な効果をもたらす。

なお、第 3回折レンズ構造を構成する位相段差と第 1及び第 2回折レンズ構造のいずれを構成する位相段差とでは、段差で発生する光路長差が異なることが好ましい。また、第 3回折レンズ構造を構成する位相段差のうち、領域間の位相を合わせるために、第 1、第 2及び第 4回折有効径近傍にある位相段差のいずれか、あるいはそれら全てにおいて他の位相段差とは異なる光路長差が発生するように設定した方が好ましい場合がある。

さらに、複数の回折レンズ構造を有する回折光学素子において、図 1 0に示すように、それらの回折レンズ構造をすベて片面に集約することにより、製造の難しい微細段差を有する金型を 2面製造する必要が無くなるため、回折光学素子のコストダウンに多大な効果をもたらす。すなわち、回折光学素子の入射又は射出面における第 3回折有効径内の領域に、第 1回折レンズ構造を構成する位相段差全てと、第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の一部と第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の一部が混在するようにしてもよい。さらに、回折光学素子の入射又は射出面における第 4回折有効径から第 2回折有効径の間の領域に、第 2 回折レンズ構造の一部と第 3回折レンズ構造の位相段差の一部が混在するようにしてもよい。

■回折レンズ構造を片面に'集約すベぐ複数の回折レンズ構造を同一面同一領域に形成する際に、隣接する 2つの位相段差が近接している場合、これら 2つの位相段差を一つの位相段差として合成し、段差数を減らすことによって、金型の製 17092

49 造が容易になるとともに、離型性が向上することにより成型不良を削減できる。これも回折光学素子の高品位維持及びコストダウンに多大な効果をもたらす。また、段差のエッジの丸みや段差壁面のダレなどの製造誤差による光量ロスは、段差の数に応じて増加するため、段差数を減らすことは光量ロスを低減するうえでさらに好ましい。

合成する位相段差に、図 1 1に示すように、位相段差の方向が異なるものを組み合わせることによって、深い段差の数を減らすことができる。この場合、特に段差が垂直でなくなる壁面のダレような製造誤差に対する光量ロスが低減されるため好ましい。さらに、図のように微細な突起形状や窪みが無く（破線）なるため、金型加工が容易となり、成型時の離型性が向上することにより成形不良を削減でき、金型の微細な窪みに材料が残留することによる金型の短寿命化を防ぐことができるので、回折光学素子の高品位維持及びコストダウンに多大な効果をもたらす。この場合、回折光学素子の第 4回折有効径内に第 1回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量と第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量を足し合わせた深さの位相段差が少なくとも一つ以上存在する。また、回折光学素子の第 4回折有効径から第 2回折有効径の間の領域に第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量と第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量を足し合わせた深さの位相段差が少なくとも一つ以上存在する。

合成する複数の回折レンズ構造で利用する回折次数を適切に選択することにより、図 1 2に示すように：片面側ですベての位相段差を同一方向に揃えることができる。これにより、金型形状が単純になるため加工が容易となり、成型時の離型性が向上することにより成形不良を削減でき、金型の微細な窪みに材料が残留することによる金型の短寿命化を防ぐことができる。よって、回折光学素子の高品位維持及びコストダウンに多大な効果をもたらす。

また、上記の説明では回折レンズ構造を有する回折光学素子と対物レンズとを別体の光学素子として説明しているが、図 1 3のように、対物レンズに直接回折レンズ構造を形成することも可能であり、この場合、さらに部品点数が少なくて済み好ましい。

以上、表 2の示すように、各領域で利用する回折次数の組み合わせを具体的にまとめることができる。

表 2は、 B Dで利用する回折レンズ構造の回折次数に対する D V D及び C Dの回折次数、一つの位相段差による収差補正量（利用する回折次数から段差で発生する光路長差を差し引いた値)及び回折効率を示す。なお、表 2に示す回折効率は、 B D用光源に対して回折効率が 1となるように回折レンズ構造をブレーズ化した場合の一例であり、実際の設計においては、位相段差量を変えることによつて、 B D、 D VDおよび C Dにおける回折効率の均衡を考慮した設計が可能である。従って、実際の回折レンズ構造における B D、 D V Dおよび C Dの回折効率の組み合わせ A〜Dは表 2の数値に限定されるものではない。

表 2

A B A B D B A B A C

回折次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BD

回折効率 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 回折次数 1 1 2 2 3 4 4 5 5 6

DVD 収差補正量 [ス] +0.4 -0.2 +0.2 -0.4 0 +0.4 - 0.2 +0.2 -0.4 0 回折効率 0.573 0.875 0.875 0.573 1 0.4 0.875 0.875 0.573 1 回折次数 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 5

CD 収差補正量 [ス] +0.5 0 +0.5 0 -0.5 +0.5 0 -0.5 0 -0.5 0 回折効率 0.405 1 0.405 1 0.405 0.405 1 0.405 1 0.405 1 P T/JP2005/017092

51

*A : CDと DVDの両方に対して球面収差を補正できる（領域 1で利用）。

B： DVDに対してのみに球面収差を補正できる（領域 2で利用）。

C：色収差補正用だけを補正できる（領域 3で利用）。

D： CDに対してのみに球面収差を補正できる。一般に、屈折率 Nの材料に形成されている段差で発生する光路長差△は Δ = (Ν— 1) dとなる。ただし、 dは段差すなわち隣接段差面間の距離である。従つて、 BD、 DVD及び CD用レーザ光の波長 A_BD、 A_DVD及び A_CDに対する屈折率がそれぞれ N_BD、 N_DVD及び N_CDである材料に形成されている回折レンズ構造の段差 dにて発生する光路長差 Δ _BD、 Δ _DVD及び△ _CDはそれぞれ、

(N_BD - 1) d (1)

△DVD— (N_DVD一 1) d (2)

△_CD= (N_CD- 1) d (3)

となる。

(1) 式、（2) 式および（3) 式において、 dは回折レンズ構造を構成する位相段差の物理的な寸法で共通な値であるから、（1) 式および（2) 式から ά = Α_ΒΌ/ (N_BD— 1) =Δ_ονο/ (N_DVD- 1)

なる関係が導き出さ tl、この式をさらに変形すると光路長差 A_DVDは

△_DVD= (N_DVD- 1) / (N_BD- 1) ΧΔ_Βϋ (4)

となる。

ここで、回折レンズ構造を構成する位相段差で発生する光路長差が B D用レーザ光に対して F B _D X λ B _D ( F B _Dは整数で B D用レーザ光の回折光の回折次数）である場合、すなわち、

厶

A_BD (5)

である場合、 BD用レーザ光に対しては F_BD次光の回折効率が理論上 100% となる。このとき、 DVD用光源に対して位相段差が発生する光路長差 A_DVDは、 (4) 式および（5) 式から、

△_DVD= (N_DVD— 1) / (N_BD— 1) XF_BDXA_BD

が得られ、これを変形すると、

△DVD⁼ { λ BD/ (N_BD— 1) ん (N_DVD一 1) /λ DVD ^ F BD^ , DVD

(6) となる。よって、このような回折レンズ構造にて発生する DVD用レーザ光の回折光のうち、最も回折効率の高い回折次数 F_DVDは、

F_DVD=ROUND [λ_ΒΟ/ (N_BD- 1) X (N_DVD— 1) /A_DVDXF_BD]

(7) である。ただし、 ROUND [] は [] 内の値を小数点以下で四捨五入して整数を得る、いわゆる丸めるための関数である。従って、回折レンズ構造設計時に、 B D用レーザ光の F _BD次光を利用する場合は、上記式を満たす D VD用レーザ光の F_DVD次光を利用するのが好ましい。従って、 DVDの記録再生には F_DVD 次光を利用するのが妥当である。

一方、 CD用光源に対しては、上記（1) 式および（3) 式から

d = A_BD/ (N_BD- 1) =A_GD/ (N_CD- 1)

なる関係が導き出され、光路長差 A_CDは

△_CD= (N_CD— 1) / (N_BD- 1) ΧΔ_ΒΟ P T/JP2005/017092

53

(8) となる。これに、上記（5) 式を代入すると、位相段差が CD用光源に対して発生する光路長差は、

△_CD= (N_CD- 1) / (N_BD- 1) X F_BDX A_BD

つまり、

△_CD= UBD, (N_bd- 1) X (N_CD— 1) /A_CDX F_BD} X A_CD

(9) となる。 BD用光源の波長および CD用光源の波長はそれぞれ 408 nm、 78 0 nmであり、光学材料の屈折率は波長が短くなるほど一般に大きくなるので、一般的に用いられる光学材料においては、以下のような関係が成り立つ。

(10) すなわち、位相段差で発生する光路長差の比は BD用光源と CD用光源でほぼ 2 ： 1となる。従って、 BDの回折次数 F_BDが偶数の場合、 CD用光源に対して発生する光路長差もほぼ整数となるので、 CD用光源に対して収差補正効果を持たない回折レンズ構造が設計できる。この場合、 CDの回折次数 F_CDは以下の式、

F_CD = ROUND [A_BD/ (N_BD— 1) X (N_CD— 1) /A_CDXF_BD]

= F_BD/2

(1 1) によって決定される。

BDの回折次数 F_BDが奇数の場合、 CD用光源に対して発生する光路長差は整数では無くなるので、 C Dに対しても収差補正効果を有する回折レンズ構造が設計できる。 D VDや C Dは、どちらも B Dに比べてレーザ光透過層が厚いため、 BD用対物レンズに対して補正すべき球面収差の符号は同符号となる。従って、回折レンズ構造に D VDと C Dの両方に対して収差補正効果を持たせようとした場合、位相段差が有する球面収差補正効果を同符号にする必要がある。

つまり、上記条件で求めた D V Dで利用する回折次数 F _{D VD}が

FDVD> _BD/ (N_BD - 1) X (N_DVD— 1) /λ請 XF_BD

(12) である場合は、

F_DVD = ROUND [λ_ΰΏ/ (N_BD— 1) X (N_DVD— 1) /A_DVDXF_BD] =CE I L [λ_Βοκ (N_BD— 1〉 X (N_DVD— 1) /A_DVDXF_BD]

(13) であり、 D V D用レーザ光に対しては位相段差による収差補正量がブラスとなるので、 CD用レーザ光に対しても位相段差による収差補正量がプラスとなるよう

F_CD=CE I L [λ_Β0/ (N_BD— 1) X (N_CD— 1) /A_CDXF_BD]

(14) で求められる F_CD次光を利用する。ただし、 CE I L [] は、口内の値の小数点以下を切り上げて整数を得る関数である。

また、 F_DVDく λ_Β] ( _BD- 1) X (N_DVD— 1) /A_DVDXF_BD

(15) である場合は、 F_DVD = ROUND [λ_Βノ (N_BD-1) X (N 1) /A_DVDXF_BD] = FLOOR [え _BD/ (N_BD— 1) X (N_DVD- 1) /A_DVDXF_BD]

(16) であり、 D V D用レーザ光に対する位相段差による収差補正量がマイナスとなるので、 CD用レーザ光に対しても位相段差による収差補正量がマイナスとなるように、

F_CD=FL〇OR [λ_ΒΟ/ (N_BD— 1) X (N_CD- 1) / _CDXF_BD]

(17) で求められる F _CD次光を利用する。ただし、 FLOOR [] は、 [] 内の値の小数点以下を切り捨てて整数を得る関数である。この場合、

F_CD = ROUND [λ_Βノ（N_BD - 1) X (N_CD— 1) /A_CDXF_BD]

(18) の関係が成り立たない場合もある。つまり、 F_BDが奇数の場合は CD用レーザ光の F _eD次光は、 D V Dの場合と同符号の球面収差補正効果がある回折光の中では最も回折効率が高くなるが、発生するすべての回折光の中で回折効率が最も高くなるとは限らない。

このようにして、表 2に示す BD DVD及び CD用の回折次数の組み合わせを得ることができる。 80の1 1次以上の回折次数に関しては、この表 2の組み合わせが繰り返されることになる。

なお、表 2は、最適な回折次数の組み合わせや一つの位相段差による収差補正量を直感的に理解できるよう、 BD用レーザ光に対して理論上 100%の回折効率を有するといった特定の設計条件に関して記述したが、実際の回折レンズ構造における収差補正量は、回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の分布と巨視的非球面形状のみで決定されるので、実際は B D用レーザ光の回折効率が 1 0 0 %とならないように位相段差量を設計した場合でも、 B Dに対して収差補正効果を持たないように設計されている回折レンズ構造であれば、それを構成する位相段差は D VD用レーザ光および C D用レーザ光に対して表 2に示す収差補正量を有する。すなわち、位相段差量のみを変化させた場合に表 2において変化する値は B DZD VDZ C Dの回折効率のみである。また、表 2に記載されている収差補正量や回折効率は、あくまで利用する回折次数を決定する上での参考となる例としてあげた概略値である。実際の回折レンズ構造を構成する位相段差の分布、すなわちそれぞれの位相段差の光軸から高さは、位相関数法などの設計手法を利用して設計されている。また、使用される材料の屈折率と波長の関係により、 B Dノ D VDZC Dの回折効率も微妙に異なるので、正確な回折効率を見積もるためには実際に使用する材料の屈折率特性を考慮する必要がある。

(実施例 1 )

通常、光ディスクに用いられている回折レンズ構造は、同心円上の複数の微細な位相段差によって構成されており、その位相段差による光の回折を利用して光の波面を制御している。このような回折レンズ構造を設計する手法の一つとして、位相関数法が用いられる。位相関数法では、回折レンズ構造を形成する面に無限に薄い位相物体を想定し、光軸からの距離（高さ） hを通る光線に対して、下記式に示す位相関数 Ψ ( ) より与えられる位相を付加して収差の計算を行う。ただし、 d o rは回折次数、 λ。は設計波長である。

ここで、位相関数 (h) を下記式のように置き、 Δ (h) を回折レンズ関数とする。

回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の光軸からの高さは、回折レンズ関数が整数となる hを求めることにより得られる。

第 1実施例は、図 15のように、第 1光情報記録媒体である BD、第 2光情報記録媒体である D V D、第 3光情報記録媒体である C Dの互換記録再生を可能にする回折光学素子と BD用両面非球面レンズと組み合わせて構成される。レンズ系の構成及び BD、 DVD, CDに対する設計条件は表 3のとおりである。表 3

実施例 1の回折光学素子は、図 16に示すように片面に回折レンズ構造が形成されており、もう片面は平面となっている。実施例 1の回折レンズ構造は、異なる特性を有する複数の回折レンズ構造が同心円状に構成されており、内周部より回折レンズ構造 1 (領域 1)、回折レンズ構造 2 (領域 2) 及び平面である外周面（領域 3) により構成されている。

回折光学素子で発生する収差は、回折レンズ構造が形成されている巨視的非球面形状により発生する収差と、そこに形成された位相段差により発生する収差を足し合わせたものである。本実施例では、回折光学素子と BD用対物レンズを組み合わせているので、 BD用レーザ光に対しては回折光学素子で収差が発生しないように、巨視的非球面形状による収差と位相段差による収差が相殺されるような設計となっている。

回折レンズ構造 1 (領域 1) 及び回折レンズ構造 2 (領域 2) を構成する位相段差のうち、それぞれの最外周の位相段差の径を回折レンズ構造の有効径とし、図 17に示すようにそれぞれ Φ (1) 及び Φ (2) (第 4回折有効径及び第 2回折有効径）とする。回折レンズ構造 1の有効径 Φ (1) (第 4回折有効径）は、回折光学素子における CD有効径 φ (CD) (第 3回折有効径）より小さく、回折レンズ構造 2の有効径 φ (2) (第 2回折有効径）は、回折光学素子における DVD有効径 Φ (DVD) と同じ値である。 BD有効径 Φ (BD) (第 1回折有効径）は最大である。具体的数値（mm) を表 4に示す。なお、 φ (DOE 1 ) は φ (1) を、 Φ (DOE 2) は φ (2) を示す。

表 4

0(BD) 0(DVD) 0(CD) I 0(DOE1) 0(DOE2)

4.000 3.248 2.540 1 2.014 3.248 回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2では B Dにおいて利用する回折次数が異なる。回折レンズ構造 1は、 DVDと CDの両方に対して球面収差補正効果を持ち、回折レンズ構造 2は、 DVDに対してのみ球面収差補正効果を持ち、 CDに対しては球面収差補正効果を持たない。

以下に、各回折レンズ構造に関して詳しく説明する。

(回折レンズ構造 1 (領域 1) について）

回折レンズ構造 1 (領域 1) は、 DVDと CDの両方に対して球面収差補正を行う。実施例 1で用いている対物レンズで DVD及び CDを再生しょうとした際に発生する球面収差の比率は、径が同一である場合は、図 18の DVD及び CD に対する球面収差のグラフに示すとおり、 CDの収差を 1とした場合、 DVDの収差は 0. 63である。つまり、回折レンズ構造で補正される球面収差量の比率が DVDと CDで 0. 63 : 1 = 3 : 5であれば、両者において球面収差がゼロとなるような回折レンズ構造を実現できる。しかし、実際にはそのような球面収差補正量の比率を有する回折レンズ構造は実現できない。このような場合、例えば CDの倍率を変更し、有限系とすることにより球面収差を補正できる。しかしながら、 CD有限系にすることにより、光ディスクからの信号を含んだ光を受光する受光素子を BD、 DVD, CDで共用することが困難となり、ピックアップの構成が複雑化するため、好ましくない、

表 5は、 BDで利用する回折レンズ構造の回折次数に対する DVD及び CDの回折次数、位相段差による収差補正量及び回折効率を示す。表 5

なお、表 5に示す回折効率は、 BD用光源に対して回折効率が 1となるように回折レンズ構造をブレーズ化した場合の一例である。実際の設計では、後述の通り位相段差量を変えることにより BD、 DVDおよび CD間での回折効率の均衡を考慮した設計が可能であるので、回折レンズ構造の回折効率は表 5の数値に限定されるものではない。

DVDの回折次数は、 BDの回折効率が 100%となるようにブレーズ化した場合に、 DVD用レ一ザ光に対する回折効率が最も高くなる次数を選択している。

CDの回折次数は、 DVDの場合と同符号の球面収差補正効果があり、その中で最も回折効率が高い回折次数を選択している。 D V Dの収差補正量と C Dの収差補正量の符号を合わせた理由は、 BD対物レンズを用いた場合に補正すべき球面収差の符号が同じだからである。

収差補正量は、回折レンズ構造を構成する位相段差で区切られた隣接する輪帯状の面の間で発生する位相差を光路長差に置き換えたものである。 BDの 11次以上の回折次数に関しては、この表 5の組み合わせが繰り返されることになる。この表 5からもわかるとおり、 DVDと CDで収差補正効果が 3： 5となる組み合わせは存在しないので、それに近い球面収差補正量の組み合わせ組み合わせを有し、且つ DVDの回折効率の高さを考慮して、表 5の構造 1に示すコラムの組み合わせ B Dの 3次回折光、 DVDと CDで 2次回折光を利用することとした。以下に、回折レンズ構造 1 (領域 1) による収差補正の様子を説明する。

回折レンズ構造 1は、 B Dで 3次回折光、 DVDと CDで 2次回折光を利用し、 B Dの波面収差にはほとんど影響を与えることなく C Dに対して球面収差がほぼゼロとなるように設計されている。

図 19に示すように B D用レーザ光に対して 3次回折光の回折効率を高くするためには、位相段差によって区切られた隣接する輪帯状の面を通過する波面に 3 λの光路長差を与えるように位相段差量を設定する。

このように設定された回折レンズ構造において DVD用レーザ光を用いた場合は、図 19に示すように光の波長が長くなるとともに材料の屈折率が低くなるので、隣接する輪帯状の面の間で発生する光路長差が約 1. 8λとなる。光の波動的性質上、光は隣接する面の間での光路長差が波長の整数倍となる方向にしか進行しないので、 +0. 2 λの光路長差がさらに付加された 2次回折光と一 0. 8 λの光路長差がさらに付加された 1次回折光が発生することとなる。本実施例では、 DVDで 2次回折光を用いているが、この場合、一つの位相段差で +0. 2 λの光路長差に相当する収差が発生することになる。

CD用レーザ光を用いた場合は、図 19に示すようにさらに光の波長が長くなるとともに材料の屈折率が低くなるので、隣接する輪帯状の面の間で発生する光路長差は 1. 5λとなる。この場合、 +0. 5 λの光路長差がさらに付加された + 2次回折光と一 0 . 5 λの光路長差がさらに付加された 1次回折光が発生することとなる。本実施例では、 C Dで 2次回折光を用いているので、一つの位相段差で + 0 . 5 λの光路長差に相当する収差が発生することになる。

このように、回折レンズ構造の隣接する輪帯間で発生する光路長差が波長によつて異り、それに伴って付加される光路長差の違いを利用して球面収差を補正することが可能となる。

本実施例における回折レンズ構造 1 (領域 1 ) は、 B Dと C Dの球面収差がゼ口となるように回折レンズ構造を設計したので、 D VDに関しては若干の収差が残留することになる。ところで、透過保護層（基板）の厚さの違いにより発生する球面収差量は、開口数の 4乗に比例して大きくなる。このようなことを考えると、補正すべき有効径を小さくし、開口数を小さくすることができれば D VDで残留する球面収差を小さくすることができる。しかしながら、単に有効径を小さくした場合、 C Dに対する開口数が不足するため、支障を来すので、通常は、このような回折レンズ構造 1は、補正すべき有効径全面に施す必要がある。ところが、本実施例では回折レンズ構造 1を設計する際の C D用レーザ光の像面位置を以下に示す条件にて決定することにより、 C D有効径全面に回折レンズ構造 1を施す必要のない構成を実現した。

図 2 0は、本実施例の回折光学素子と B D用対物レンズを組み合わせたときの C Dに対する縦球面収差図である。比較対象のため、回折レンズ構造による補正を行う前の縦球面収差図を薄い細い線で記述した。図からもわかるとおり、入射光の光軸からの高さ Φ ( 1 ) / 2まで領域を通る光線は回折レンズ構造 1 (領域 1 ) により球面収差が補正されているため、像面に集光されている。また、光軸からの高さ φ (1) /2から φ (CD) / 2を通る光線は、収差補正がなされないため球面収差がそのまま残留しているが、回折レンズ構造 1を設計する際の像面位置がこの領域の 1点 hを通る光線が集光する位置に設定されているため、この領域を通る光線に関しては、若干の収差を有するものの、像面に集光する。光軸からの高さ Φ (CD) /2より高い位置を通る光線は、像面位置に集光せず、フレアとして拡散される。

図 21は、図 20のような縦球面収差特性を示すレンズの波面収差図である。光軸からの高さ Ψ (1) /2までの領域の波面は、回折レンズ構造 1 (領域 1) により球面収差が補正されているため、フラッ卜で良好な波面形状である。一方、光軸からの高さ Ψ (1) 2から φ (CD)ノ2を通る波面は、回折レンズ構造 2 (領域 2) を通過するが、この回折レンズ構造 2は CD用レ一ザ光に対する球面収差補正効果を持たないため、球面収差がそのまま残留する。しかしながら、縦球面収差がゼロとなる位置において、波面は極大値をとり、その周辺の傾斜は緩いため集光に寄与する。一方 CD有効径に相当する光軸からの高さ Φ (CD) /2より外側を通る波面は、傾斜がきついため集光に寄与しない。

以上のような構成で回折レンズ構造 1 (領域 1)を設計することにより、回折レンズ構造 1の有効径を最小限にとどめられ、 B Dと C Dに対して最適ィ匕された回折レンズ構造 1を用いた場合に DVDで残留する球面収差を低減することが可能となる。実際に回折レンズ構造 1の有効径 Φ (1)は、 CD有効径 φ (CD) の 79 %程度なので、残留する球面収差量は有効径全面に回折レンズ構造 1を施した場合と比べて 39 %程度まで低減できることになる。

図 22及び図 23は実施例 1の回折光学素子と BD用対物レンズを組み合わ図 2 4は、回折レンズ構造 1の回折レンズ関数のグラフである。回折レンズ構造 1の有効径内側において回折レンズ関数は図 2 4から明らかなように、単調増加となっている。回折レンズ構造 1を構成する複数の位相段差の光軸からの高さは、図 2 4と図 2 5に示すように、かかる回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さ h l〜h 8として求めることができる。なお、光軸からの高さ h 8は回折レンズ構造 1の最外周の位相段差になるので、光軸からの高さ h 8が有効径に相当する光軸からの高さ Φ ( 1 ) Z 2になる。

次に、回折レンズ構造の微視的形状の設計に関して説明する。

回折レンズ構造 1 (領域 1 ) の回折レンズ関数は単調増加となっているので、回折レンズ構造の内周部から外周部にいくに従って巨視的非球面形状より厚くなる方向にブレーズ化していき、回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さ h l〜h 8において、レンズが薄くなる方向に段差を形成する。

B D用レーザ光に対しては、回折レンズ構造の巨視的非球面形状による収差と位相段差による収差が打ち消し合うように設計されている。よって、 h 1〜！ 1 8 に形成する段差を図 2 6に示すように B D用レーザ光の波長の 3波長分の光路長差が発生するように設定する。位相段差量（深さ） dは d = 3 A _BDノ (N_{B D} 一 1 ) である（λ _Β0は B D用レーザ光の波長、 N_BDは段差数を示す)。この場合は、位相段差によって分割された輪帯状の面はすべて光軸に垂直な平面となる。また、このようにした場合、 B D用レーザ光に対する 3次回折光の回折効率は理論上 1 0 0 %となる。

しかしながら、このようにした場合は C D用レ一ザ光に対する 2次回折光の回折効率は 4 0 %程度しか得られず、さらに迷光となる 1次回折光が 4 0 %程度発生するため好ましくない。

ところで、回折レンズ構造の収差補正特性は、回折レンズ構造の巨視的非球面形状と位相段差が形成される光軸からの高さのみで決定される。そして、これらを変化させずに位相段差量のみを変化させることによって、レンズとしての特性を変えずに回折効率を調整することが可能である。更なる実施例においては、 C Dの回折効率を向上させつつ迷光を低減するため、位相段差 dの値を図 2 6の式で与えられる深さより深くしている。図 2 7は、更なる実施例の構造の断面図を示す。これにより C D用レ一ザ光に対する 2次回折光の回折効率が向上するが、 B D用レーザ光の 3次回折光の回折効率は低下するので、実施例 1では両者の回折効率が均衡するよう考慮して段差量を決定した。このように段差量を変えた場合は、位相段差で分割された輪帯状の面は光軸に垂直な平面ではなく、巨視的非球面形状と位相段差の半径を変えずに段差量だけが変わるように傾斜させた円錐面もしくは非球面となる。本実施例においては、これらの輪帯状の面を非球面として表している。

回折レンズ構造 1の有効径 Φ ( 1 ) は、 D VDにおいて残留する球面収差を低減するために C D有効径 φ (C D)よりさらに小さくなるよう工夫されていることはすでに述べたとおりであるが、上記のように回折レンズ構造 1で B Dにおける回折効率が低減す'る場合に、回折レンズ構造 1の占める割合が小さくなっていることにより、全体としての効率低減を小さく抑えられる。つまり、回折レンズ構造 1の有効径 Φ ( 1 ) を小さくすることにより、回折効率の均衡を図ったことによる B Dの光利用効率の低下を抑えられるといった副次的効果を得ることがでさた。 (回折レンズ構造 2 (領域 2) について）

回折レンズ構造 2 (領域 2)では、下記の表 6の構造 2に示すコラムの組み合わせ、 BDで 2次回折光、 DVDと CDで 1次回折光を利用することにより、 B Dと CDの波面収差にはほとんど影響を与えることなく DVDに対して球面収差がほぼゼ口となるような設計を実現している。

表 6

回折レンズ構造 2 (領域 2) における収差補正の様子を以下に説明する。図 28に示すように B D用レーザ光に対して 2次回折光の回折効率を高くするためには、位相段差によって区切られた、隣接する輪帯状の面を通過する波面に 2 λの光路長差を与えるように位相段差量を設定する。

このように設定された回折レンズ構造において DVD用レーザ光を用いた場合は、光の波長が長くなるとともに材料の屈折率が低くなることので、図 28に示すように隣接する輪帯状の面の間で発生する光路長差は約 1. 2 λとなる。光の波動的性質上、光は隣接する面の間での光路長差が波長の整数倍となる方向にしか進行しないので、 +0. 8 λの光路長差がさらに付加された 2次回折光と— 0. 2 λの光路長差がさらに付加された 1次回折光が発生することとなる。本実施例では、 DVDで 1次回折光を用いているが、この場合、一つの位相段差で— 0. 2 λの光路長差に相当する収差が発生することとなる。

図 28に示すように C D用レーザ光を用いた場合は、さらに光の波長が長くなるとともに材料の屈折率が低くなるので、隣接する輪帯状の面の間で発生する光路長差は約 1 λとなる。この場合、隣接する輪帯間で発生する光路長差が波長の整数倍となっているので、さらに光路長差が付加されることなく 1次回折光が発生する。

このように、回折レンズ構造 2 (領域 2)では、 DVD用レ一ザ光に対してのみ位相段差で光路長差が追加され、 B D用レ一ザ光と C D用レーザ光に対しては新たに光路長差が付加されることはない。つまり、回折レンズ構造 2では、 DV D用レーザ光に対してのみ収差補正効果を持たせることが可能となる。

回折レンズ構造 2 (領域 2)を設計する際の DVD用レーザ光の最良像面位置は、回折レンズ構造 1 (領域 1)の有効径内側を通る光の最良像面位置に設定する。

以上のような条件を元に回折レンズ構造 2 (領域 2)を設計した場合の DVD の波面収差を図 29に示す。光軸からの高さ Φ (1) Ζ2より内周部を通る波面は回折レンズ構造 1 (領域 1)を通過するため、若干量の球面収差が残存しており、高さ φ (1) Ζ2〜φ (2) Ζ2においては、回折レンズ構造 2 (領域 2) によって完全に球面収差が補正されるため、フラットで良好な波面形状となっている。なお、実施例として提示されている位相関数係数を用いて収差を計算すると、高さ φ (1) Ζ2より内周の波面と高さ φ (1) Ζ2より外周の波面で位相ずれが生じるが、回折レンズ関数から実形状を求めるときに、位相関数の定数項の値や境界部周辺の段差量を微調整することで修正できるので問題ない。このような補正が可能であることを考慮して、図 29の収差計算時には回折レンズ構造 1 (領域 1) の位相関数の定数項 d 0 = 1. 4563050 E-05と暫定的におき計算している。実際の回折レンズ構造の形状を求める際には、これらの d 0 の値は用いない。

つづいて、回折レンズ構造 2 (領域 2) の位相関数係数から実際の回折レンズ構造 2の形状を求める課程を説明する。

回折レンズ構造 2の形状も回折レンズ構造 1 (領域 1)の場合と同様の求め方で得られるが、回折レンズ構造 1を透過した波面と位相が合うように修正しながら形状を設計する必要がある。まずは、回折レンズ構造 1及び回折レンズ構造 2 の暫定的な形状を、実施例として提示してある巨視的非球面形状と位相関数係数を用いて求める。このようにして形状を求め、 BD、 DVD, CDの波面収差を計算するとそれぞれ図 30、図 31、図 32のようになる。なお、図 30、図 3 1、図 32の波面収差は、実形状の波面収差を計算し、光学的に無視できる波長の整数倍のシフト分を差し引いて記述している。

B D及び C Dの波面収差において、回折レンズ構造 1 (領域 1 )の有効径 Ψ ( 1 ) 内に鋸波状の波面収差が存在している。これは B Dと C Dの回折効率の均衡を考慮したことにより、位相段差で発生する光路長差がそれぞれの波長の整数倍から若干ずれており、そのずれ分が波面収差の段差として現れているからである。同様に、 DVDの波面収差にて、回折レンズ構造 2 (領域 2) が施されている光軸からの高さ Φ (1) /2力 ^ら φ (2) 2の間を通過する波面に鋸波状の波面収差が存在しているが、これは、位相段差で発生する光路長差が DVD用レーザ光では 1 . 2 λと 1 λよりやや多いため、そのずれ分が波面収差の段差として現れている。

実際には、このような鋸波状の波面収差が存在していても、.スポット形状に対する悪影響はほどんど無ぐわずかな不要回折光を発生するだけであるので問題はない。ただし、各領域の位相を合わせるといった観点では注意が必要である。すなわち、鋸波状の波面と位相を合わせるためには、波面の平均値に対して位相を合わせる必要がある。

図 3 3に示すように B Dの波面収差を見ると、内周部の鋸波状の波面の平均値と外周部の波面に位相のずれが生じていることがわかる。

このような位相のずれは、境界近傍の位相段差量を調節して位相を合わせることができる。回折レンズ関数の定数項 d 0の値はゼロのままで、図 3 4に示すように、構造の内周から数えて第 8段目の位相段差量を 0 . 0 0 2 5 1 5 mmから 0 . 0 0 3 8 7 5 mmへと変更（破線）することで修正し、図 3 5に示すように、外周部の波面をマイナス方向へシフト（破線）させた。

なお、位相のずれは、図 3 6に示すように、回折レンズ関数の定数項 d 0の値を調整して（破線)、図 3 7に示すように、位相段差全体を内周側もしくは外周側にシフト（破線）させて位相を合わせることも可能である。

表 7は、実施例 1の具体的な設計結果の近軸データである。測定した光軸からの高さ hおける光軸方向のサグ量を表し、光軸方向を正とする。表 9及び表 1 0は、回折レンズ構造の位相関数係数及び利用する回折次数である（λ。 = 4 0 8 nm) o

表 9

表 1 0

位相関数は下記式で表す。

ただし、 hは光軸からの高さ、 Ψ (h) は回折レンズ構造が施されている面の光軸からの高さ hを通る光線に与えられる位相量、 d o rは利用する回折次数、 λ 。は設計波長であり、 A _Q = 4 0 8 nmである。

表 1 1は、回折レンズ構造 1 (領域 1 ) 及び回折レンズ構造 2 (領域 2 ) の巨視的非球面データと回折レンズ関数から求めた実施例 1における回折レンズ構造の具体的な形状を示す回折レンズ構造形状データである。

表 1 1

実施例 1の回折レンズ構造は、 3 4段の位相段差とそれにより分割された中心面、輪帯面 2〜輪帯面 3 4の合計 3 3の輪帯面、及び外周面（領域 3 ) によって構成されている。

図 4 0並びに図 4 1は、段差及び輪帯面番号並びに段差符号の定義を示す。図 4 0に示すように、位相段差の番号は光軸から順番に数えており、位相段差によつて分割された輪帯面の番号はそれぞれ光軸から外周部に向かって順番に数える。輪帯幅は、輪帯の内周及び外周にある位相段差の段差半径の差分を表す。段差量は、図 4 1に示すように内周側の面から外周側の面に対して測定し、光軸方向を正とする。

実施例 1の回折レンズ構造を構成する位相段差 1〜位相段差 7は、 B Dにおける回折効率と C Dにおける回折効率の均衡を考慮して深さを決定し、中心面及び輪帯面 2〜輪帯面 8の非球面形状を表 1 2に示す非球面形状とした。つまり、光軸上にある中心面は表 1 2に示す非球面形状そのものであり、輪帯面 2〜輪帯面 P2005/017092

74

8は表 1 2に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。

表 1 2

位相段差 8は、それぞれの領域を通る波面の位相が揃うように、位相段差 1〜位相段差 7よりやや深めに設定されている。位相段差 8より外周部にある、輪帯面 9から輪帯面 3 4及び外周面（領域 3 ) は,すべて光軸に垂直な平面である。図 4 2は、実施例 1の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造の断面図を模式化したもので、光軸からの高さに対する面のサグ量を表すグラフである。サグ量は、図 4 3のとおり光軸からの高さ hにおける面の光軸方向のたわみ量で、面の光軸上の点を基準として光軸方向を正として測定する。これら図からもわかるとおり、回折レンズ構造 1 (領域 1 ) 及び回折レンズ構造 2 (領域 2 ) の巨視的非球面形状は凸面となっている。位相段差によって分割された輪帯状の面は、回折レンズ構造 1においてはすべて非球面形状をしており、回折レンズ構造 2においては全て光軸に垂直な平面となっている。回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2では、 B Dで利用する回折次数が異なるので、位相段差量もそれに応じて異なっている。また、回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2の境界線にある位相段差 8は、 B D、 D VD , C Dの全てにおいて両方の回折レンズ構造を通過する波面の位相を合わせるために深めの位相段差が施されている。図 44、図 45及び図 46は、実施例 1の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールにおける BD、 DVD、 CDの波面収差であるが、 BD、 DVD、 CD の全てにおいて、それぞれの有効径内において各回折レンズ構造を通過する波面の位相がほぼ揃っていることがわかる。また、前述のとおり CDの波面収差は光軸からの高さ φ (1) /2から φ (2) Z 2においては収差補正されていないため、位相関数法による計算上の収差値は 0. 052 λ rmsとやや大きめであつたが、実際の形状から求めた波面収差をみると、光軸からの高さ Φ (1) Z2から Φ (2) Z2の波面形状は、内周部の鋸波状の波面とほぼ同等の振幅の波面となっており、内側の鋸波状の波面と同様に見なせるため、実質上の収差はほぼゼ口であると考えてよい。

実際に、この波面収差をもとに、光ディスク盤面上の波動光学的スポット形状を計算した場合、通常の無収差のレンズで形成されるスポットとほぼ同等の良好なスポット形状が得られている。

図 47、図 48、図 49、図 50、図 51及び図 52は、回折レンズ構造の実際の面形状による収差を用いて計算した波動光学的スポット形状を示すグラフであり、縦軸に光強度を横軸に半径距離を示す。図 47、図 48及び図 49はそれぞれ BD、 DVD及び CDにおけるスポット形状全体を、図 50、図 51及び図 52はそれぞれ B'D、DVD及び CDにおけるスポットのサイドローブを示す。 BDの集光スポットは、メインのスポットが通常のレンズで集光した場合よりやや小さく、サイドローブがやや大きい。これは回折レンズ構造 1 (領域 1) で内周部の回折効率を若干落としたために、アポディゼーシヨン効果が発生しているからであるが、この程度であれば記録再生においては問題ない。また、光源として利用される半導体レーザは、一般に中心から周辺に行くに従って強度が弱くなつてくるので、実施例 1のように内周部の効率を落としてアポディゼ一ション効果を発生させた方がむしろ好ましい場合もある。 D VDや C Dに関しては、それぞれの有効径外側の光も考慮して有効径 Φ (B D)にてスポット形状を計算している。すなわち、スポット形状は、特別な開口制限素子を使用せずに集光したスポット形状になるのだが、特に開口制限を行わなくとも、通常の D VD用対物レンズゃ C D用対物レンズとほぼ同じスポット形状が得られることがわかった。また、 D V D及び C D有効径外側の光が集光に影響を与えている場合、例えばディスクチルトによってコマ収差が発生すると、サイドローブの変化が通常の場合に比べてより顕著となり、安定した再生性能を得ることができない。そこで、本実施例のレンズを用いた場合のディスクチルト時のスポット形状の変化を計算し、通常のレンズと比較を行った。スポット形状変化の計算においては、有効径外側の光の影響も考慮するため、 D VD及び C Dに対しても有効径 Φ (B D) にて計算を行った。スポット形状を表す値としては図 5 3に示すスポッ卜の半値幅とサイドローブ強度を計算した。半値幅とは、スポットの最大強度を 1とした場合に、強度が半分になる位置のスポットの幅を表し、サイドローブ強度はスポッ卜の最大強度を 1とした場合のサイドローブ強度を表す。

図 5 4、図 5 5、 '図 5 6及び図 5 7は、その計算結果を示すグラフである。図 5 4及び図 5 5はそれぞれ D VD及び C Dにおけるスポットの半値幅の変化を示しており、縦軸に半値幅を横軸にディスクチルト角度を示す。図 5 6及び図 5 7はそれぞれ D VD及び C Dにおけるサイドローブ強度の変化を示しており、縦軸にスポットのサイドローブ強度を横軸にディスクチルト角度を示す。 D VD及び C Dのいずれに対しても通常のレンズとほぼ同等の特性を示していることから、本実施例の対物レンズを用いた場合、特に開口制限を行わなくても従来の D V D用及び C D用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。

(実施例 2 )

第 2実施例も、第 1実施例と同様に第 1光情報記録媒体である B D、第 2光情報記録媒体である D V D、第 3光情報記録媒体である C Dの互換記録再生を可能とするための回折光学素子で、 B D用両面非球面レンズと組み合わせて構成される。さらに、本実施例では、光源のわずかな波長変動による色収差の影響を考慮して設計されている。

通常、光ディスクに用いられている半導体レーザなどの光源は、温度変化や記録再生時のパワーの変動により波長が変動する場合がある。これにより、対物レンズの焦点距離が変動したり、球面収差が発生したりする。このような、波長変動に伴う色収差の波面収差量は、レンズの開口数が大きいほど大きくなる。ピックアップにおいて、特に記録から再生、もしくは再生から記録への動作変化により急激に波長が変動した場合、フォーカスサーポが追従するまでの時間はスポットがデフォーカスした状態となり、動作が不安定となる。また、フォーカスサーポが追従した後も球面収差は残留することになるので、波長変動に伴う収差は小さければ小さいほど好ましい。

通常、色収差を補正するには、波長変化に伴う屈折率変化が異なる 2種類以上の材料を組み合わせた組レンズを用いるか、回折レンズ構造を用いて補正している。 P2005/017092

78 実施例 1のように領域によって異なる特性の回折レンズ構造を用いている場合は、領域によって色収差が異なるため、波面全体が不連続になる場合があり、これを組レンズで補正しょうとした場合は、組レンズの面形状を不連続とする必要がある。この場合、ガラスでは加工が難しいため、樹脂材料を使用する必要があるが、光ディスク用光学部品として使用できる樹脂材料はガラスに比べて種類が少ないため、波長変化に伴う屈折率変化が大きく異なる 2種類の組み合わせが得られない。

従って、実施例 1の回折光学素子を含んだ対物レンズの色収差を補正するためには、回折光学素子を用いることが望ましい。なお、実施例 1の回折光学素子を含んだ対物レンズの色収差は不連続となるので、これを補正するための回折光学素子も不連続な特性となる。

このように、色収差が不連続となる 2つの光学素子を光学系に組み込む場合、両者の間に光軸ずれが発生すると不連続な収差特性がうまく組み合わせられなくなり収差補正に支障を来す。従って、これらの回折光学素子の光軸ずれは極力小さくする必要がある。また、実施例 1の球面収差補正用回折光学素子と B D用対物レンズ間に光軸ずれが発生した場合には、 D V D及び C Dに対して大量のコマ収差が発生してしまうため、球面収差補正用回折光学素子と B D用対物レンズ間の光軸ずれも極力小さくする必要がある。つまり、球面収差補正用回折光学素子、色収差補正用回折光学素子及び対物レンズの 3つの部品は光軸ずれが十分抑えられるよう配置する必要がある。光ディスク用の対物レンズは、光ディスクの偏芯に追従するためにァクチユエ一夕により光軸と垂直な方向にトラッキング偏倚する構成になっているので、上記の回折光学素子もァクチユエ一夕に搭載して対物レンズと一緒にトラツキング偏倚させる必要がある。

以上のことを考慮して、実施例 2では D VDや C Dの球面収差補正用の回折レンズ構造と色収差補正用回折レンズ構造を同一の光学素子に形成している。このように構成した回折光学素子と対物レンズを一体化してァクチユエ一夕に搭載することにより、対物レンズがトラツキング偏倚をしても光軸ずれが発生しない構成が実現できる。また、球面収差補正用の回折レンズ構造と色収差補正用回折レンズ構造を一体化することにより、部品点数が削減できるため、光学系の簡素化及びコストダウンが可能となるため好ましい。

実施例 2は、図 5 8のように、第 1光情報記録媒体である B D、第 2光情報記録媒体である D V D、第 3光情報記録媒体である C Dの互換記録再生を可能にする回折レンズ構造 A及び Bを備えた回折光学素子と B D用両面非球面レンズと組み合わせて構成される。レンズ系の構成及び B D、 D VD , C Dに対する設計条件は表 1 3の'とおりである。

表 1 3

回折光学素子は、図 5 8の左側の面（第 1面）に B D、 D VD、 C D間で発生する球面収差の補正と開口制限をするように設計された回折レンズ構造 Aが形成されており、図 5 8の右側の面（第 2面）には色収差補正用の回折レンズ構造 Bが形成されている。回折レンズ構造 Aは、実施例 1の回折レンズ構造 1 (領域 05017092

80

1) と同様に、内周部に回折レンズ構造 A 1 (領域 1)、中周部に回折レンズ構造 A2 (領域 2) により構成されており、外周部には回折レンズ構造が施されていない。回折レンズ構造 Bは、内周部に回折レンズ構造 A 1 (領域 1) と対物レンズを組み合わせた場合の色収差を補正するように設計されている回折レンズ構造 B l、中周部に回折レンズ構造 A2 (領域 2) と対物レンズを組み合わせた場合の色収差を補正するように設計されている回折レンズ構造 B 2、外周部に対物レンズの色収差を補正するように設計されている回折レンズ構造 B 3により構成されている。なお、本実施例及び以後の実施例において回折レンズ構造 Aは BD、 DVD、 CD間で発生する球面収差の違いを補正することを主目的とした回折レンズ構造を指し、回折レンズ構造 Bは B Dにおける色収差を低減することを主目的とした回折レンズ構造を指す。回折レンズ構造 A及び回折レンズ構造 B は、複数の異なる特性を有する回折レンズにて構成されており、それらの部分的な回折レンズ構造を回折レンズ構造 A 1 (領域 1) というように語尾に番号を付けて表記することとする。

図 59は、実施例 2の回折光学素子の模式断面図である。回折レンズ構造 Aは、内周部の回折レンズ構造 A 1 (領域 1)、中周部の回折レンズ構造 A2 (領域 2) 及び平坦な外周面（領域 3) にて構成されている。回折レンズ構造 Bは、内周部から順番に回折レンズ構造 B 1 (領域 1)、回折レンズ構造 B 2 (領域 2)、回折レンズ構造 B 3 (領域 3) にて構成されている。回折レンズ構造の有効径は図 5 9に示すとおりである。球面収差補正用回折レンズ構造 A 1及び回折レンズ構造 A 2の有効径 φ (Α1)、 φ (A 2) は、実施例 1と同様の方法で決定する。色収差補正用の回折レンズ構造 B 1 (領域 1)、回折レンズ構造 B 2 (領域 2) TJP2005/017092

81 及び回折レンズ構造 B 3 (領域 3) の有効径 φ (Β 1)、 φ (Β 2)、 φ (Β3) は、それぞれ、球面収差補正用回折レンズ構造が施されている面の回折レンズ構造 A1 (領域 1) を透過した波面、回折レンズ構造 A 2 (領域 2) を透過した波面、及び回折レンズ構造が施されていない外周部を通過した波面の径に対応して決定する。

回折レンズ構造 A 1 (領域 1) 及び回折レンズ構造 A 2 (領域 2) で利用する回折次数の組み合わせは、実施例 1の場合と同様に決定した。すなわち、表 14 の構造 A 1並びに A 2に示すコラムの組み合わせ B Dの 2次回折光、 D VDと C Dで 1次回折光並びに B Dの 3次回折光、 DVDと CDで 2次回折光を利用することとした。

表 14

回折レンズ構造 Αの設計に関しては、基本的に実施例 1と同様の手順を踏むが、位相関数を用いた設計時には、回折レンズ構造 Bが組み合わされることで収差の出方が若干異なるので、これらを組み合わせて全体で設計する必要がある。色収差補正用の回折レンズ構造 Bは、色収差補正のみを行うため、 BD、 DV D及び CDの全てにおいて、巨視的非球面形状による収差と位相段差による収差が相殺されるような設計とする必要がある。従って、回折レンズ構造 B 1 (領域 1)、回折レンズ構造 B 2 (領域 2)、回折レンズ構造 B 3 (領域 3) で利用する回折次数の組み合わせは、表 14の構造 Bに示すコラムの組み合わせ、 BDで 1 0次回折光、 DVDで 6次回折光、 CDで 5次回折光を利用することとした。このような回折次数の組み合わせを利用すると、 B Dにおける色収差を補正しつつ、 BD、DVD及び CDの全てにおいて収差補正効果のない回折レンズ構造を実現することができる。また、色収差は小さければ小さいほど好ましいが、それにより位相段差の段数がたくさん必要となり、製造上困難となる。このようなことか •ら、本実施例では、色収差補正を完全には補正していない。本実施例で用いられている BD用対物レンズ単体で用いた場合、波長が 408 nmから 403 nmに変化すると、最良像面位置が約 5 移動し、 0. 07 λ r m sの球面収差が発生する。これに対して、実施例 2の回折光学素子を追加したことにより 408 n mから 403 nmに波長が変化した場合の最良像面の移動量は 1.6 に抑えられ、そのときの残留球面収差は 0. 01 λ rms以下に抑えられている。つまり、実施例 2の回折光学素子を追加したことにより、 DVDや CDの記録再生が可能になるとともに、 B Dの記録再生性能をより安定して行うことができる。これらの回折レンズ構造の設計においては、実施例 1と同様に位相関数法を用いて設計し、そこから求められる回折レンズ関数を利用して実際の面形状を設計することとなる。

表 15は、実施例 2の具体的な設計結果である近軸データである。表 1 5

表 1 6は、実施例 2における回折レンズ構造 A及び回折レンズ構造 Bの巨視的非球面形状及び対物レンズの非球面形状を表す非球面係数を示す。

表 1 7及び表 1 8は、回折レンズ構造 A及び回折レンズ構造 Bの位相関数係数及び利用する回折次数である（A _Q = 4 0 8 nm)。表 1 6

表 1 7

回折レンズ構造 A 回折レンズ構造 B

第 1面 (ίη) 第 1面 (mid) 第 1面 (out) 第 2面 (W 第 2面 (mid) 第 2面 (out) 係数名

DOE A1 DOE A2 (平面） DOE B1 DOE B2 DOE B3

(0<h≤ 1.007) (1.007<h≤1'.628) (h>1.628) (0<h≤ 1.007) (1.007く h≤1.628) (h>1.628) d0 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 2.856000E-04 O.OOOOOOE+00 d2 4.740800E-03 - 5.312800E- 03 0.000000E+00 -3.300600E-03 -8.078900E-04 -1.878300E-03 d4 -1.290600E-03 1.769600E-03 0.000000E+00 2.603800E-04 -5.012600E-04 -1.241700E- 04 d6 -1.970000E-04 4.854000E-04 0.000000E+00 2.551900E-05 -1.135500E-04 -3.669300E-05 d8 -5.714100E-06 -2.467900E-05 0.000000E+00 8.783200E-06 7.745500E-06 8.240400E-06 d10 -4.447200E-06 8.936400E-06 0.000000E+00一 6.596500E- 07 -3.653100E-06 -2.132700E-06 表 1 8

回折レンズ構造の実際の形状は、上記実施例と同様に巨視的非球面形状、位相関数係数及び回折次数を用いて求める。球面収差補正用の回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) と回折レンズ構造 A 2 (領域 2 ) の形状の求め方は、実施例 1と同様の手順で行ったので、詳細な説明は省略する。

表 1 9は、実施例 2における回折レンズ構造 Aの具体的な形状を示すデ一夕である。

表 1 9

実施例 2の回折レンズ構造 Aは、 3 4段の位相段差と、それにより分割された 5 017092

85 中心面、輪帯面 2〜輪帯面 3 4の合計 3 3の輪帯面及び外周面（領域 3 ) にて構成されている。

実施例 2の回折レンズ構造 Aにおいても、実施例 1の場合と同様に、 8番目の位相段差を深めにすることにより、 B D、 D VD、 C Dの全てにおいて回折レンズ構造 1 (領域 1 ) を通る波面と回折レンズ構造 2 (領域 2 ) を通る波面の位相を合わせている。

また、回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) では、 B Dにおける回折効率と C Dにおける回折効率の均衡を考慮して、位相段差の深さを決定するとともに、中心面及び輪帯面 2〜輪帯面 8の面形状を表 2 0に示す非球面形状とした。つまり、光軸上にある中心面は表 2 0に示す非球面形状そのものであり、輪帯面 2〜輪帯面 8 は表 2 0に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。位相段差 8より外周部にある、輪帯面 9から輪帯面 3 4及び外周面（領域 3 ) はすべて光軸に垂直な平面である。

表 2 0

図 6 0は、実施例 2における回折レンズ構造 Aの断面形状の模式図である。つづいて、色収差補正用の回折レンズ構造 Bの形状を求める課程を説明する。図 6 1は、回折レンズ構造 B 1の回折レンズ関数のグラフである。回折レンズ構造 Bを構成する複数の位相段差の光軸からの高さは、図 6 1と図 6 2に示すように、かかる回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さ hB l〜hB7として求めることができる。なお、光軸からの高さ hB 7は回折レンズ構造 B 1の最外周の位相段差になるので、光軸からの高さ hB 7が有効径に相当する光軸からの高さ Φ (B 1) /2になる。

回折レンズ構造 B 1の回折レンズ関数は単調減少となっているので、回折レンズ構造の内周部から外周部にいくに従って巨視的非球面形状より薄くなる方向にブレーズ化していき、回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さ h B 1〜！！ B 7において、レンズが厚くなる方向に段差を形成する。

回折レンズ構造 B 1は、 BD用光源に対して 10次光を発生するように設計されており、且つ巨視的非球面形状により発生する収差と位相段差によって発生する収差が基準となる波長において打ち消されるように設計されている。回折レンズ構造 Bを構成する位相段差量 dを図 63に示すように設定した場合、 B D用光源に対してそれぞれの位相段差で発生する光路長差は 10A_BDとなり、 10次光の回折効率は理論上 100%となる。この場合、図 63に示すように、位相段差によつて分割された輪帯状の面はすべて光軸に垂直な平面となる。

また、この回折レンズ構造 B 1を構成する位相段差で発生する光路長差は、 D VD用レーザ光でば約 6 A_DVD、 CD用レ一ザ光では約 5 λ _CDの光路長差が発生するため、 BDの場合と同様に巨視的非球面による収差と位相段差による収差がほぼ打ち消し合い、 DVD用レーザ光では 6次回折光、 CD用レーザ光では 5次回折光の理論上の回折効率がほぼ 100%となる。

回折レンズ構造 B 2 (領域 2) 及び回折レンズ構造 B 3 (領域 3) に関しても同様の手順で形状を求めるが、レーザ光の波長変動が発生した際に、各回折レンズ構造を通過した波面に位相差が発生する場合があり、その場合は回折レンズ関数の定数項 d 0の値を調整して位相段差を全体的に内周もしくは外周にシフトさせるか、位相差が発生する境界近傍の段差量で調整する方法が考えられる。実施例 2の色収差補正用回折レンズ構造 Bにおいては、回折レンズ構造 B 2 (領域 2 ) の定数項を d 0 = 0 . 0 0 0 2 8 5 6のとすることで調整した。

表 2 1は、実施例 2における回折レンズ構造 Bの具体的な形状を示すデ一夕である。

実施例 2の回折レンズ構造 Bは、 3 7段の位相段差と、それにより分割された中心面、輪帯面 2〜輪帯面 3 7の合計 3 6の輪帯面及び外周面（領域 3 ) にて構成されている。

表 2 1

図 6 4は実施例 2における回折レンズ構造 Bの断面形状の模式図である。回折レンズ構造 B l、回折レンズ構造 B 2 (領域 2 ) 及び回折レンズ構造 B 3 (領域 3 )の巨視的非球面形状は全て凹面となり、位相段差によって分割された輪帯状の面は全て光軸に垂直な平面となっている。

図 6 5〜図 6 7は、回折レンズ構造の実際の形状のデ一夕により計算した波面収差である。 B D、 D VD及び C Dの全てにおいて、有効径内側の波面の位相は揃っている。実施例 1の場合と同様に、波面に鋸波状の収差が存在しているが、これらはスポット形状に悪影響を及ぼさないので、問題ない。

図 6 8〜図 7 3は、回折レンズ構造の実際の面形状による収差を用いて計算した波動光学的スポット形状を示すグラフであり、縦軸に光強度を横軸に半径距離を示す。図 6 8〜図 7 0はそれぞれ B D、 D VD及び C Dにおけるスポット形状全体を、図 7 1〜図 7 3はそれぞれ B D、 D VD及び C Dにおけるスポットのサィドロ一ブを示す。 B Dの集光スポッ卜は、メインのスポッ卜が通常のレンズよりやや小さく、サイドローブがやや大きい。これは回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) で回折効率を若干落としたために、アポディゼーシヨン効果が発生しているからであるが、この程度であれば記録再生においては問題ない。また、光源として利用される半導体レーザは、一般に中心から周辺に行くに従って強度が弱くなつてくるので、内周部の効率を落としてアポディゼーシヨン効果を発生させた方がむしろ好ましい場合もある。 D VDや C Dに関しては、それぞれの有効径外側の光も考慮してスポット'形状を計算しているが、通常の対物レンズとほぼ同じスポット形状が得られている。

図 7 4〜図 7 7は、ディスクチルトに対するスポット形状の変化を計算した結果を示すグラフである。図 7 4及び図 7 5はそれぞれ D VD及び C Dにおけるスポットの半値幅の変化を示しており、縦軸に半値幅を横軸にディスクチルト角度を示す。図 7 6及び図 7 7はそれぞれ D VD及び C Dにおけるサイドローブ強度の変化を示しており、縦軸にスポッ卜のサイドロ一ブ強度を横軸にディスクチルト角度を示す。 D VD及び C Dのいずれに対しても通常のレンズとほぼ同等の特性を示していることから、本実施例の対物レンズを用いた場合、特に開口制限を行わなくても従来の D V D用及び C D用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。

図 7 8〜図 8 0は、実施例 2の対物レンズモジュールにおいて、光源の波長変動が発生した場合の最良像面における波面収差形状である。なお、回折光学素子および対物レンズの材料は、波長変動に伴い、表 2 2に示すように変動するものとする。

表 2 2

これらの波面収差図から、 ± 5 n mの波長変動が発生しても、若干の鋸波状の波面収差が発生するだけで、波面形状はほとんど悪化していないことがわかる。前述したとおり、鋸波状の波面収差は、スポット形状に悪影響を与えない。

図 8 1〜図 8 4は、波長 4 0 3 nm及び 4 1 3 n mにおける B Dのスポット形 2

90 状を示すグラフであり、比較のために設計波長 4 0 8 n mにおけるスポット形状を重ねて示してある。縦軸に光強度を横軸に半径距離を示す。図 8 1及び図 8 2 はそれぞれ波長 4 0 3 n m及び 4 1 3 n mにおけるスポット形状全体を、図 8 3 及び図 8 4はそれぞれ波長 4 0 3 nm及び 4 1 3 n mにおけるスポットのサイドローブを示す。図からもわかるとおり、実施例 2の回折光学素子を用いたレンズによれば、土 5 n mの波長変動に対してスポット形状はほとんど劣化しないことがわかる。

図 8 5は、実施例 2の回折光学素子を用いたレンズの波長変動に対する最良像面の移動量を計算した結果を示すグラフである。実施例 2のレンズでは波長変動に対する最良像面位置の移動量が対物レンズ単体の場合に比べて軽減しており、対物レンズ単体で用いた場合に比べて、波長変動に対してより安定した性能が得られることがわかる。

以上のように、実施例 2のレンズによれば、 B D、 D VD > C Dの互換記録再生が可能であるとともに、 B D用対物レンズ単体で使用した場合に比べて波長変動に対してより安定した性能が得られる。

なお、実施例 2においては、回折レンズ構造 Aに 2種類の球面収差補正用の回折レンズ構造、回折レンズ構造 Bに 3種類の色収差補正用回折レンズ構造を形成したが、これらは、 'どちらの面に混在してもかまわない。

図 8 6は、実施例 2の回折光学素子の変形例の断面図を示し、第 1面に球面収差補正用回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) と色収差補正用回折レンズ構造 B 2 (領域 2 ) を、第 2面に球面収差補正用回折レンズ構造 A 2 (領域 2 ) と色収差補正用回折レンズ構造 B 1及び B 3を施した。このように、球面収差補正用回折レン 05 017092

91 ズ構造と色収差補正用回折レンズ構造は必ずしもそれぞれの機能ごとに一つの面にまとめる必要はなく、これらの構成を変更することによって、回折光学素子の形状を大幅に変えることができるので、適宜作りやすい形に変形することが可能となる。

なお、図 8 6に示すの変形例では、第 1面及び第 2面の巨視的面形状が複雑になるため加工上好ましくない。一方、実施例 2の回折光学素子では、第 1面及び第 2面ともにそれぞれの面内における段差の方向が全て揃つているため、金型の加工が容易であり、且つ成型時の離型性も良好となるため好ましい。

(実施例 3 )

第 3実施例も、第 2実施例と同様に B D、 D VD、 C Dの互換記録再生を可能とするための回折光学素子で、さらに、本実施例では、光源のわずかな波長変動による色収差の影響を考慮して設計されている。

第 3実施例のレンズ系の構成及び、 B D、 D VD、 C Dに対する設計条件は表 2 3のとおりである。

表 2 3

実施例 2では、回折光学素子の両面に回折レンズ構造を形成したが、この場合、回折レンズ構造を素子の両面に形成するため、微細な位相段差を有する高精度な金型が 2つ必要となるためコストがかかる。そこで、図 8 7のように、実施例 3 では回折レンズ構造をすベて片面に集約することにより、製造コストの低減をしている。

このような構成を実現するためには、単純に球面収差補正用回折レンズ構造の実際の形状と、色収差補正用回折レンズ構造の実際の形状を求め、それらを幾何学的に足し合わせた形状とすればよい。

ところ力このように同一面に複数の回折レンズ構造を重ねる場合、位相段差の数が多くなつたり、位相段差の間隔が極端に狭くなる場合がある。位相段差の数が多くなると、以下に述べるとおり、実質的な回折効率が低下するので好ましくない。すなわち、回折レンズ構造を構成する位相段差を製造する場合、図 8 8 の断面形状に示すようなエッジの丸みだとか壁面のダレといった製造誤差が必ず発生するため、それにより回折効率が低下する。このような、製造誤差による回折効率の低下は、当然ながら位相段差の数が多いほど著しい。従って、回折レンズ構造を設計する上で、位相段差の数を削減することにより、実質的な回折効率の低下を防ぐことができる。

そこで、実施例 3では、球面収差補正用回折レンズ構造による位相段差と色収差補正用回折レンズ構造による位相段差のうち、隣接しているものを一つの段差として合成することにより、製造誤差による回折効率の低下を防いでいる。実施例 3の回折レンズ構造の設計手順は、まず同一面に球面収差補正用の回折レンズ構造 Aの位相関数と色収差補正用の回折レンズ構造 Bの位相関数を設定し、それらの位相関数係数を最適化する。球面収差補正用の回折レンズ構造 Aは、実施例 1や実施例 2と同様に C D有効径よりさらに小さい有効径 Φ (A 1 )内に B D、 D VD, C D互換用の回折レンズ構造 A 1 (領域 1 )、その外周部で D V D有効径内側に D V Dに対してのみ球面収差補正効果のある回折レンズ構造 A 2 (領域 2 ) を想定する。回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) 及び回折レンズ構造 A 2 (領域 2 )で利用する回折次数の組み合わせは、実施例 1及び実施例 2と同様とする。また、色収差補正用回折レンズ構造 Bは、実施例 2と同様に、回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) と対物レンズを組み合わせた場合の色収差を補正するように設計されている回折レンズ構造 B 1、中周部に回折レンズ構造 A 2 (領域 2 ) と対物レンズを組み合わせた場合の色収差を補正するように設計されている回折レンズ構造 B 2 (領域 2 )、外周部に対物レンズの色収差を補正するように設計されている対物レンズ構造 B 3が施されている。

回折レンズ構造 Aと回折レンズ構造 Bは、回折光学素子の光が入射する側の面に配置した。

表 2 4は、実施例 3の具体的な設計結果である近軸デ一夕である。

表 2 4

なお、表 2 4に示す近軸データでは、第 1面から第 3面までの 3面を用いて回折レンズ構造を示しているが、これはあくまで設計上の表記によるものであり、実際の面形状を求める際には、これら 3つの面の設計結果を合成して一つの面形状を求める。

表 2 5は、実施例 3における回折レンズ構造 B及び回折レンズ構造 Aの巨視的非球面形状及び対物レンズの非球面形状を表す非球面係数を示す。

表 2 5

表 2 6及び表 2 7は、回折レンズ構造 B及び回折レンズ構造 Aの位相関数係数及び利用する回折次数である（λ。= 4 0 8 ηπι)。

表 2 6

表 2 7

実際の回折レンズ構造の形状を求めるに当たっては、まず、回折レンズ構造 A と回折レンズ構造 Bの形状をそれぞれ個別に求めて、それらの形状を幾何学的に足し合わせた形状を求める。それぞれの回折レンズ構造の形状は、実施例 2と同様の手順で求めることができるので、詳細な説明は省略する。

図 8 9及び図 9 0は、巨視的非球面形状、位相関数係数及び回折次数を用いて個別に求めた回折レンズ構造 B及び回折レンズ構造 Aの断面の模式図である。これら回折レンズ構造を合成すると図 9 1のような断面形状の回折レンズ構造を得ることができる。このような回折レンズ構造を第 1面に形成した回折光学素子を利用することにより、 B D、 D VD , C Dの互換記録再生が可能になるとともに、波長変動に対してより安定した記録再生性能を得ることができる。しかしながら、このように 2種類以上の回折レンズ構造を重ね合わせるような形で合成する場合、それぞれの回折レンズ構造を構成する位相段差の間隔が極端に狭くなつてしまう場合がある。位相段差の間隔が極端に狭くなると、金型の製造が難しくなり、成型時の離型性も悪くなるため好ましくない。また、位相段差の間隔が、使用する光の波長の 1 0倍以下程度になった場合、回折効率が著しく低下することが知られている。実施例 3においては、 4 0 8 nm、 6 6 0 nm、 7 8 O nmの光源を用いているので、位相段差の間隔は、最も波長の長い 7 8 0 nmの 1 0倍以上、つまり 0 . 0 0 7 8 mm以上確保することが望ましい。表 2 8は、回折レンズ構造 Bと回折レンズ構造 Aを幾何学的に合成した回折レンズ構造の形状を表すデ一夕である。表 2 8

デ一夕中、灰色で塗られているデータは、回折レンズ構造 Bを構成していた位相段差で、そうでないデータは回折レンズ構造 Aを構成していた位相段差を表す。表 2 9は、上記の形状データから、当該位相段差とその内側の位相段差の間隔を示す輪帯幅が 0 . 0 0 7 8 mm以下のものを抜き出したデータを示す。これらの狭い位相段差間隔は、回折レンズ構造の製造を難しくするとともに、回折効率の低下の原因となるので好ましくない。表 2 9

そこで、実施例 3においては、このように極端に隣接する 2つの位相段差を一つの位相段差として合成することにより、輪帯幅を 0 . 0 0 7 8 mm以上確保することとした。

なお、 2つの位相段差を合成する方法としては、合成する 2つの位相段差の間のどこかに 2つの位相段差量を足し合わせた位相段差を形成してもよいし、どちらかの位相段差の位置に 2つの位相段差量を足し合わせた位相段差を形成し、もう片方の位相段差を消去してもよい。実施例 3においては、位相段差半径の誤差に対して要求精度が厳しい回折レンズ構造 Aを構成していた位相段差の位置に、回折レンズ構造 Bを構成していた位相段差を合成することとした。また、上記のように極端に狭い間隔の位相段差以外にも、性能に支障が出ない範囲で合成できる段差を全て合成することにより、 7 0段必要であった位相段差を 4 9段まで削減することができた。

表 3 0は、このような設計手順で得られた実施例 3における回折レンズ構造の形状データである。灰色で塗られているデータは、合成された位相段差を示すものである。

表 3 0

なお、実施例 3の回折レンズ構造においても、実施例 1及び実施例 2と同様に、有効径 Φ (A 1 ) 内においては、 B Dと C Dの回折効率の均衡を考慮して段差量が決定されており、それに応じて、中心面及び輪帯面 2〜輪帯面 9を表 3 1に示す非球面形状とした。つまり、光軸上にある中心面は表 3 1に示す非球面形状そのものであり、輪帯面 2〜輪帯面 9は表 3 1に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。

表 3 1

2

99

位相段差 9より外周部にある、輪帯面 1 0から輪帯面 4 9及び外周面（領域 3 ) はすべて光軸に垂直な平面である。

このように、位相段差を合成することにより、実施例 3における回折レンズ構造を構成する位相段差の間隔は最も狭いものでも 0 . 0 0 9 mm確保されており、全ての波長において大幅な回折効率の低下のない回折レンズ構造を実現することができた。

また、このように位相段差を合成することにより、位相段差の間隔が広がるのみならず、位相段差の数が少なくなるため、金型などの製造誤差による実質的な回折効率の低下を最小限に抑えている。特に、壁面のダレに関しては、段差が深いほど回折効率が低下するが、実施例 3においては、回折レンズ構造 Aと回折レンズ構造 Bの段差の符号が逆なので、特に段差量の大きい回折レンズ構造 Bの位相段差量を浅くすることができる。その結果、形状データで灰色に塗られている 2 1段の位相段差は、合成前の深い方の位相段差にくらベて浅くなつているので、好ましい。

さらに、このように逆方向の位相段差を合成すると、位相段差に微小な突起や窪み形状が無くなることになる。このような、微小な突起や窪みを成形するための金型を製造する際には、その細かさに応じて加工機の先端を細くする必要がある。ところが、加工機の先端が細くなると、剛性不足により高精度に金型を加工することが困難となる。また、金型が窪みとなるような形状の場合、成型時に材料が窪みに残留しやすくなる。その結果、回折レンズ構造の成型不良を起こすとともに、金型の寿命が短くつてしまう。位相段差合成前の回折レンズ構造にはこのような欠点があつたが、本実施例のように深さ方向の異なる位相段差を合成して回折レンズ構造を設計することにより、このような欠点を回避することができる。つまり、実施例 3のような設計方法を採用することにより、金型を高精度に加工することが容易となり、成型不良が減少し、金型が長寿命化するため、回折光学素子の高品質維持及びコストダウンに多大な効果をもたらす。

図 9 2〜図 9 4は、実施例 3の形状のデータにより計算した波面収差である。 B D、 D VD及び C Dの全てにおいて、それぞれの有効径内側における波面の位相は揃っている。実施例 1や実施例 2の場合と同様に、波面に鋸波状の収差が存在しているが、これらはスポット形状に悪影響を及ぼさないので、問題ない。図 9 5〜図 1 0 0は、回折レンズ構造の実際の面形状による収差を用いて計算した波動光学的スポット形状を示すグラフであり、縦軸に光強度を横軸に半径距離を示す。図 9 5〜図 9 7はそれぞれ B D、 D VD及び C Dにおけるスポット形状全体を、図 9 8〜図 1 0 0はそれぞれ B D、 D VD及び C Dにおけるスポットのサイドローブを示す。 B Dの集光スポットは、メインのスポットが通常のレンズよりやや小さく、サイドローブがやや大きい。これは内周部で回折効率を若干落としたために、アポディゼーシヨン効果が発生しているからであるが、この程度であれば記録再生においては問題ない。また、光源として利用される半導体レ —ザは、一般に中心から周辺に行くに従って強度が弱くなつてくるので、内周部の効率を落としてアポディゼーシヨン効果を発生させた方がむしろ好ましい場合もある。 D VDや C Dに関しては、それぞれの有効径外側の光も考慮してスポット形状を計算しているが、通常の対物レンズとほぼ同じスポット形状が得られている。図 1 0 1〜図 1 0 4は、ディスクチルトに対するスポット形状の変化を計算した結果を示すグラフである。図 1 0 1及び図 1 0 2はそれぞれ D VD及び C Dにおけるスポットの半値幅の変化を示しており、縦軸に半値幅を横軸にディスクチルト角度を示す。図 1 0 3及び図 1 0 4はそれぞれ D VD及び C Dにおけるサイドローブ強度の変化を示しており、縦軸にスポットのサイドロ一ブ強度を横軸にディスクチルト角度を示す。 D V D及び C Dのいずれに対しても通常のレンズとほぼ同等の特性を示していることから、本実施例の対物レンズを用いた場合、特に開口制限を行わなくても従来の D V D用及び C D用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。

図 1 0 5〜図 1 0 7は、実施例 3のレンズにおいて、光源の波長変動が発生した場合の最良像面における波面収差形状である。なお、回折光学素子および対物レンズの材料は、波長変動に伴い、表 2 2に示すように変動するものとする。これらの波面収差図から、土 5 nmの波長変動が発生しても、若干の鋸波状の波面収差が発生するだけで、波面形状はほとんど悪化していないことがわかる。前述したとおり、鋸波状の波面収差は、スポット形状に悪影響を与えない。

図 1 0 8〜図 1 1 1は、波長 4 0 3 n m及び 4 1 3 n mにおけるスポット形状を設計波長である 4 0 8 nmにおけるスポット形状と比較したものである。図からもわかるとおり、矣施例 3の回折光学素子を用いたレンズによれば、 ± 5 nm の波長変動に対してスポット形状はほとんど劣化しないことがわかる。

図 1 1 2は、実施例 3の回折光学素子を用いたレンズの波長変動に対する最良像面の移動量を計算した結果である。実施例 3のレンズでは波長変動に対する最良像面位置の移動量が対物レンズ単体の場合に比べて軽減しており、対物レンズ単体で用いた場合に比べて、波長変動に対してより安定した性能が得られることがわかる。

(実施例 4)

第 4実施例も、実施例 3と同様に BD、 DVD, CDの互換記録再生を可能とするための回折光学素子で、さらに、本実施例では、光源のわずかな波長変動による色収差の影響を考慮して設計されている。

レンズ系の構成は実施例 3と同様で、 BD、 DVD、 CDに対する設計条件は表 32のとおりである。

表 32

実施例 4では、表 3 3に示すように回折レンズ構造 Aで使用する回折次数の組み合わせを上記の実施例と異なるものとすることにより、実施例 3と同様の効果を有するとともに、少ない位相段差数でより高い色収差補正効果を持たせるとともに、量産性のよい形状を実現している。回折レンズ構造 Aで表 33の構造 A 1 並びに A 2に示すコラムの組み合わせ B Dの 7次回折光、 D VDの 4次回折光、 CDの 3次回折光並びに BDの 6次回折光、 DVDの 4次回折光、 CDの 3次回折光を利用することとした。回折レンズ構造 Bで表 33の構造 Bに示すコラムの組み合わせ、：60で10次回折光、 DVDで 6次回折光、 CDで 5次回折光を利用することとした。設計手順は、実施例 3と同様である。表 3 3

表 3 4は、実施例 4の具体的な設計結果である近軸データである。なお、表 3 に示す近軸デ一夕では、第 1面から第 3面までの 3面を用いて回折レンズ構造を示しているが、これはあくまで設計上の表記によるものであり、実際の面形状を求める際には、これら 3つの面の設計結果を合成して一つの面形状を求める。表 3 4

表 3 5は、実施例 4における回折レンズ構造 B及び回折レンズ構造 Aの巨視的非球面形状及び対物レンズの非球面形状を表す非球面係数である。表 3 5

表 3 6及び表 3 7は、回折レンズ構造 B及び回折レンズ構造 Aの位相関数とその回折次数である。（λ。 = 4 0 8 ηπι)

表 3 6

表 3 7

図 1 1 3及び図 1 1 4は、実施例 4における回折レンズ構造 A 1 (領域 1 )及び回折レンズ構造 A 2 (領域 2 ) の回折レンズ関数である。実施例 4の回折レンズ構造 A 1及び A 2は、それぞれが形成される光軸からの高さの範囲において単調減少となっている。従って、回折レンズ構造 Aの実際の形状は、内周部から外周部にいくに従つて巨視的非球面よりレンズが薄くなる方向にブレーズ化していき、回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さ h l〜h 2 1において、レンズが厚くなる方向に段差を形成することになる。

回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) については、上記の実施例と同様に B Dと C D の回折効率の均衡を考慮して位相段差の深さを決定するとともに、中心面及び輪帯面 2〜輪帯面 9の面形状を表 3 8に示す非球面形状とした。つまり、光軸上にある中心面は表 3 8に示す非球面形状そのものであり、輪帯面 2〜輪帯面 8は表 3 8に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。

表 3 8

また、実施例 4における回折レンズ構造 A 2 (領域 2 )で採用した回折次数組み合わせでは、上記め実施例と同様に B Dに対する回折効率が 1 0 0 %となるようにブレーズ化すると、 D VDに対する回折効率が 5 7 . 3 %と低くなつてしまう。そこで、実施例 4では回折レンズ構造 A 2 (領域 2 ) においても回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) と同様に段差量と面形状を変更して B Dに対する回折効率と D V Dに対する回折効率の均衡を考慮した。表 3 9は、輪帯面 1 0〜輪帯面 2 1の非球面形状デ一夕である。つまり、輪帯面 1 0〜輪帯面 2 1は表 3 9に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。

表 3 9

さらに、回折レンズ構造 A 1 (領域 1 ) を通る波面、回折レンズ構造 A 2 (領域 2 )を通る波面及び回折レンズ構造が施されていない領域を通る波面の全ての位相を揃えるため、それぞれの境界に存在する位相段差 9と位相段差 2 1の深さを調整し、回折レンズ構造 Aの実際の面形状データが設計できる。

回折レンズ構造 B 1の形状データは、実施例 2及び実施例 3と同様の手順で設計できるので詳細な説明は省略する。

図 1 1 5及び図 1 1 6は、このようにして求めた回折レンズ構造 B及び回折レンズ構造 Aの断面形状の模式図である。実施例 4の回折レンズ構造 Aは、上記の実施例と異なり、対物レンズ単体が有する色収差を相殺する方向の色収差を有する。また、使用している回折次数が高いことから、その色収差の絶対量も多いため、対物レンズの色収差補正にかなり貢献している。従って、回折レンズ構造 B においては、回折レンズ構造 Aが施される内周部にそれほど多くの位相段差を必要としなかった。

このようにして求めた回折レンズ構造 Bと回折レンズ構造 Aの形状を合成す 7092

107 ることにより、実施例 4の回折レンズ構造の形状を求めることができる。

表 4 0は、回折レンズ構造 Bと回折レンズ構造 Aを幾何学的に合成した回折レンズ構造の形状を表すデータである。

表 4 0

灰色で塗られているデータは、回折レンズ構造 Bを構成していた位相段差で、そうでないものは回折レンズ構造 Aを構成していた位相段差のデ一タを表す。実施例 3の場合と同様に、回折レンズ構造 Aを構成していた位相段差と回折レンズ構造 Bを構成していた位相段差を適宜合成して位相段差数を減らすことにより、実質的な回折効率の低下を防ぐとともに、量産上好ましい形状の回折レンズ構造を設計できる。

表 4 1に示すデータは、このような手順で得られた実施例 4における回折レンズ構造の形状データである。灰色で塗られているデータは、合成された位相段差を示すものである。上記のように、段差を適宜合成して位相段差数を減らすことにより、 4 9段必要であった位相段差を 4 2段まで削減することができた。表 4 1

表 4 2は、実施例 4の回折レンズ構造の中心面及び輪帯面 2〜輪帯面 1 0の非球面形状を表すデータである。つまり、光軸上にある中心面は表 4 2に示す非球面形状そのものであり、輪帯面 2〜輪帯面 1 0は表 4 2に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。

表 4 2

表 4 3は、輪帯面 1 1〜輪帯面 2 4の非球面形状を表すデータである。つまり、輪帯面 1 1〜輪帯面 2 4は表 4 3に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。

表 4 3

位相段差 2 4より外側にある輪帯面 2 5から輪帯面 4 2及び外周面（領域 3 ) は、全て光軸に垂直な平面である。

図 1 1 7は、実施例 4における回折レンズ構造断面の模式図であるが、回折レンズ構造を構成する位相段差は全てマイナス方向で同一なため、金型の製造が容易となり、金型に材料が残留しにくいため成形不良を起こしにくくなるとともに金型が長寿命化する。つまり、実施例 4のような設計方法を採用することにより、金型を高精度に加工することが容易となり、成型不良が減少し、金型が長寿命化するため、回折光学素子の高品質維持及びコストダウンに多大な効果をもたらす。図 1 1 8〜図 1 2 0は、実施例 3の形状のデータにより計算した波面収差である（条件は上記実施例と同様）。 B D、 D VD及び C Dの全てにおいて、それぞれの有効径内側における波面の位相は揃っている。波面に鋸波状の収差が存在しているが、これらはスポット形状に悪影響を及ぼさないので、問題ない。

図 1 2 1〜図 1 2 6は、回折レンズ構造の実際の面形状による収差を用いて計算した波動光学的スポッ卜形状を示すグラフである（条件は上記実施例と同様)。 D V Dや C Dに関しては、それぞれの有効径外側の光も考慮してスポット形状を計算している。 B D、 D VD , C D全てにおいて、通常のレンズで集光した場合とほぼ同等の良好なスポット形状が得られている。

図 1 2 7〜図 1 3 0は、ディスクチルトに対するスポット形状の変化を計算した結果である（条件は上記実施例と同様)。 D VD及び C Dのいずれに対しても通常のレンズの特性との差はわずかであり、本実施例の対物レンズを用いた場合、特に開口制限を行わなくても従来の D VD用及び C D用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。

図 1 3 1〜図 1 3 3は、実施例 4のレンズにおいて、光源の波長変動が発生した場合の最良像面における波面収差形状である（条件は上記実施例と同様)。なお、回折光学素子および対物レンズの材料は、波長変動に伴い、表 2 2に示すように変動するものとする。これらの波面収差図から、 ± 5 nmの波長変動が発生しても、若干の鋸波状の波面収差が発生するだけで、波面形状はほとんど悪化していないことがわかる。前述したとおり、鋸波状の波面収差は、スポット形状に悪影響を与えない。

図 1 3 4〜図 1 3 7は、波長 4 0 3 nm及び 4 1 3 nmにおけるスポット形状を設計波長である 4 0 8 nmにおけるスポット形状を示すグラフである（条件は上記実施例と同様)。図からもわかるとおり、実施例 4の回折光学素子を用いたレンズによれば、士 5 nmの波長変動に対してスポッ卜形状はほとんど劣化しないことがわかる。 '

図 1 3 8は、実施例 4の回折光学素子を用いたレンズの波長変動に対する最良像面の移動量を計算した結果である（条件は上記実施例と同様)。実施例 4のレンズでは波長変動に対する最良像面位置の移動量が、対物レンズ単体の場合や実施例 3のレンズを用いた場合に比べてはるかに軽減しており、波長変動に対して非常に安定した性能が得られることがわかる。

(実施例 5 )

第 5実施例は、第 1実施例と同様に第 1情報記録媒体である B D、第 2情報記録媒体である D V D、第 3情報記録媒体である C Dの互換記録再生を可能とするための回折光学素子で、 B D用両面非球面レンズと組み合わせて構成される。レンズ系の構成おょぴ B D、 D VD , C Dに対する設計条件は表 4 4に示すとおりである。

表 4 4

実施例 5の回折光学素子は、図 1 3 9に示すように、片面に回折レンズ構造が形成されており、もう片面は平面となっている。図 1 4 0は、実施例 5の回折光学素子の模式断面図である。回折レンズ構造は、異なる特性を有する複数の回折レンズ構造が同心円状に構成されており、内周部の領域 1には回折レンズ構造 1 および回折レンズ構造 3が合成されて構成されており、中周部の領域 2には回折レンズ構造 2が構成されており、外周部である領域 3は平面である。

なお、本実施例 5の回折光学素子は、実施例 1の場合と同様に色収差補正用の回折レンズ構造を持たず、球面収差補正用回折レンズ構造のみで構成されている。領域 1は、図 1 4 0に示すように第 4有効径内の内周部の領域であり、領域 2 は、内径が第 4有効径で外径が第 5有効径である輪帯状の領域であり、領域 3は 2005/017092

112 内径が第 4有効径で外径が第 1有効径である輪帯状の領域を表す。

回折レンズ構造 1、回折レンズ構造 2および回折レンズ構造 3で利用する回折次数の組み合わせは、表 45の構造 1、構造 2及び構造 3に示すコラムのとおりである。

表 45

実施例 5の回折レンズ構造 1は、 BD用光源に対しては収差補正効果を持たず、 D VD用光源と C D用光源には収差捕正効果を持たせるため、 B Dで 3次回折光、. DVDと CDで 2次回折光を利用することとし、 C Dに対して収差補正がなされるように設計されている。回折レンズ構造 1は、 DVDに対しても収差補正効果を有しているが、完全に補正することはできない。

実施例 5の回折レンズ構造 2は、 B D用光源と C D用光源に対して収差補正効果を持たず、 DVD用光源に対してのみ収差補正効果を持たせるため、 BDで 2 次回折光、 DVDと CDで 1次回折光を利用することとし、 DVDに対して収差補正効果がなされるように設計されている。

実施例 5の回折レンズ構造 3は、 BD用光源と CD用光源に対して収差補正効果を持たず、 DVD用光源に対してのみ収差補正効果を持たせるため、 BDで 2 次回折光、 D VDと C Dで 1次回折光を利用することとし、回折レンズ構造 1で完全に補正しきれなかった D V Dに対する収差を補正するように設計されている。

回折レンズ構造 1を設計する際の C Dの像面位置は、実施例 1の場合と同様に設定されているので、その有効径である第 4回折有効径の大きさは、回折光学素子における C Dの有効径に対応する第 3回折有効径ょり小さく設定することが可能となっている。

実施例 5の回折レンズ構造 2の設計においては、これまでの実施例と異なり、 '回折レンズ構造 2の有効径を、回折光学素子における D V Dの有効径に対応する第 2回折有効径ょり小なる第 5回折有効径とすることを可能とするための工夫がなされている。すなわち、図 1 4 1に示すように、修正前の縦球面収差が領域 3内で、且つ D V D有効径内である領域 5内のどこか 1点でゼロとなるような位置に、 D VD用レーザ光の所望とする回折光の集光位置を設定し、 D VD用有効径より外径が小さくなるように領域 2を制限している。位相段差の 1周の長さは、外周に行くほど長くなるため、外周に行くほど位相段差の製造誤差による光量損失は大きくなり好ましくない。このような観点から、実施例 5の回折レンズ構造では、位相段差の存在する領域が、 D VDの有効径より小さく設定されているため、好ましい。

表 4 6は、実施例 5の具体的な設計結果の近軸データである。表 4 6

なお、表 4 6に示す近軸デ一夕では、第 1面から第 5面までの 5面を用いて回折レンズ構造を示しているが、これはあくまで設計上の表記によるものであり、実際の面形状を求める際には、これら 5つの面の設計結果を合成して一つの面形状を求める。表 4 7は、実施例 5における回折レンズ構造 1、回折レンズ構造 2 および回折レンズ構造 3の巨視的非球面形状および対物レンズの非球面形状を表す。

表 4 7

表 4 8および表 4 9は、回折レンズ構造 1、回折レンズ構造 2および回折レンズ構造 3の位相関数係数および利用する回折次数である（λ。= 4 0 8 nm)。表 4 8

表 4 9

以下に回折レンズ構造の形状を求める課程を説明する。

回折レンズ構造の実形状の求め方は、まず、回折レンズ構造 1、回折レンズ構造 2および回折レンズ構造 3それぞれの実形状をそれぞれの回折レンズ関数、巨視的非球面形状および使用する回折次数を用いて求める。すなわち、これまでの実施例と同様に、回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さを求め、視的非球面上のその高さに所定の回折光が発生するよう、適切な方向及び深さの位相段差を形成する。つづいて、これらの実形状を幾何学的に足し合わせることにより、それらを一つの面に合成する。

以下にその具体的な課程を説明する。

回折レンズ構造 1の実形状の求め方に関しては、実施例 1の回折レンズ構造 1 と設計結果が同じであるので、実形状も同様にして求められるため、詳細な説明は省略する。

次に、回折レンズ構造 2の実形状の求め方に関して説明する。図 1 4 2は、回折レンズ構造 2の回折レンズ関数を表すグラフである。回折レンズ構造 2の回折レンズ関数は、領域 2において単調減少となっているので、回折レンズ構造の内周部から外周部に行くに従って巨視的非球面形状より薄くなる方向にブレーズ化していき、回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さ； h 2 0 l〜h 2 2 1において、レンズが厚くなる方向に段差を形成する。位相段差量は、 B Dにおいて 2次光の回折効率が 1 0 0 %となるように決定するが、この場合、位相段差で区切られた複数の輪帯状の面は、全て光軸と垂直な平面となる。

次に、回折レンズ構造 3の実形状の求め方に関して説明する。図 1 4 3は、回折レンズ構造 3の回折レンズ関数を表すグラフである。回折レンズ構造 3の回折レンズ関数は、領域 1において単調減少となっているので、回折レンズ構造の内周部から外周部にいくに従って巨視的非球面形状より薄くなる方向にブレーズ化していき、回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さ h 3 0 1〜！ 3 2 4において、レンズが厚くなる方向に段差を形成する。位相段差量は、 B Dにおいて 2次光の回折効率が 1 0 0 %となるように決定するが、この場合、位相段差で区切られた複数の輪帯状の面は、全て光軸と垂直な平面となる。

以上のようにして、回折レンズ構造 1、回折レンズ構造 2および回折レンズ構造 3の具体的な形状がそれぞれ求まったら、それらを一つの面に合成する。特に回折レンズ構造 1ど回折レンズ構造 3は共通の域に形成されるので、これら 2 つの回折レンズ構造を合成する際に、実施例 3や実施例 4の場合と同様に、性能に支障のでない範囲で合成できる段差を全て合成することにより、全ての波長において大幅な回折効率の低下のない回折レンズ構造を実現することができる。また、このように位相段差を合成することにより、位相段差の間隔が広がるのみならず、金型などの製造誤差による実質的な回折効率の低下を防ぐことができるため好ましい。

表 5 0は、実施例 5の回折レンズ構造の具体的な形状を示す回折レンズ構造形状データである。表 5 0で、灰色に塗られているデータは、回折レンズ構造 1を構成する位相段差と回折レンズ構造 3を構成する位相段差を合成した段差である。

表 5 0

実施例 5の回折レンズ構造は、 4 9段の位相段差とそれにより分割された中心面、輪帯面 2〜輪帯面 4 9の合計 4 8の輪帯面および外周面によって構成されている。実施例 5における回折レンズ構造 1を構成する位相段差の深さは、 + 0. 0 0 2 5 1 5 0 mmであるが、最外周の位相段差は、 B D、 D VDおよび C Dの全てに対して領域 1と領域 2の位相を合わせるため + 0 . 0 0 3 8 7 5 mmと深めに設定されている。回折レンズ構造 2および回折レンズ構造 3を構成する位相段差の深さは、どちらも— 0 . 0 0 1 4 9 8 0 mmである。

実施例 5の回折レンズ構造 1では、第 1領域の有効径に対応する半径は 1 . 0 0 7 mmであり、そこには段差 1から段差 2 9が存在する。表 5 0からも明らかなように、領域 1内には、回折レンズ構造 1を構成する位相段差、回折レンズ構造 3を構成する位相段差および回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 3を構成する位相段差を足し合わせた深さの位相段差が存在する。また、領域 1の最外周の位相段差である段差 2 9は、合成された位相段差であるが、上記の通り、 B D、 D VDおよび C Dの全てに対して領域 1と領域 2の位相をそろえるように深めに設定されているので、他の合成された位相段差とは位相段差量が異なる。つまり、段差 2 9は、他の合成された位相段差である、段差 2、段差 8、段差 1 9よりプラス方向に深い段差としている。

これにより、領域 1内には、 4種類の異なる深さの位相段差が 2 9段存在することとなる。

また、実施例 5の回折光学素子においては、合成される回折レンズ構造 1を構成する位相段差と、回折レンズ構造 3を構成する位相段差の符号が逆なので、これらを合成することにより、合成された位相段差は浅くなる。この場合、壁面のダレによる実質的な回折効率の低下を防ぐことができるため好ましい。

すなわち、このように逆符号の位相段差を合成すると、位相段差に微小な突起やくぼみ形状が無くなる。一般に、微小な突起や窪みを成形するための金型を製造する場合、その細かさに応じて加工機の先端を細くする必要があるが、加工機の先端が細くなると、剛性不足により高精度に金型を加工することが困難となる。また、金型が窪みとなるような形状の場合、成型時に材料が窪みに残留しやすくため、回折レンズ構造の成形不良を起こすとともに、金型の寿命が短くなつてしまう。位相段差合成前の回折レンズ構造にはこのような欠点があつたが、本実施例のように深さ方向の異なる位相段差を合成して回折レンズ構造を設計することにより、このような欠点を回避することができる。つまり、実施例 5のような設計方法を採用することにより、金型を高精度に加工することが容易となり、成型不良が減少し、金型が長寿命化するため、回折光学素子の高品質維持及びコストダウンに多大な効果をもたらす。

領域 1においては、 B Dにおける回折効率と C Dにおける回折効率の均衡を考慮して回折レンズ構造 1の位相段差量が設定されており、領域 1内に存在する中心面および輪帯面 2から輪帯面 2 9の面形状は表 5 1に示す非球面形状とした。つまり、光軸上にある中心面は表 5 1に示す非球面形状そのものであり、輪帯面 2〜輪帯面 2 9は表 5 1に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。

表 5 1

領域 2に存在する輪帯面 3 0から輪帯面 4 9および外周面はすべて光軸に垂直な平面である。

図 1 4 4は、実施例 5の回折光学素子に形成されている回折レンズ構造の断面図を模式化したもので、光軸からの高さに対する面のサグ量を表すグラフである。図 145、図 146および図 147は、実施例 5の回折光学素子を用いた対物レンズモジュールにおける BD、 DVD、 CDの波面収差であるが、 BD、 DV D、 CDの全てにおいて、それぞれの有効径内において各回折レンズ構造を通過する波面の位相がほぼ揃っていることがわかる。

図 148、図 149、図 150、図 151、図 152および図 153は、回折レンズ構造の実際の形状による収差を用いて計算した波動光学的スポット形状を表すグラフであり、縦軸に光強度を横軸に半径距離を表す。図 148、図 14 9および図 150は、それぞれ BD、 DVD及び CDにおけるスポット形状全体を、図 151、図 152および図 153はそれぞれ BD、 DVD及び CDにおけるスポットのサイドロ一ブを示す。 BDの集光スポットは、メインのスポットが通常のレンズで集光した場合よりやや小さく、サイドローブがやや大きい。これは領域 1で内周部の回折効率を若干落としたために、アポディゼーション効果が発生しているからであるが、この程度であれば記録再生においては問題ない。また、光源として利用される半導体レーザは、一般に中心から周辺に行くに従って強度が弱くなつてくるので、実施例 5のように内周部の効率を落としてアポディゼーション効果を発生させた方がむしろ好ましい場合もある。 DVDや CDに関しては、それぞれの有効径外側の光も考慮して有効径 Φ (BD) にてスポット形状を計算している。すなわち、スポッ卜形状は、特別な開口制限素子を使用せずに集光したスポット形状になるのだが、特に開口制限を行わなくとも、通常の D VD用対物レンズや CD用対物レンズとほぼ同じスポット形状が得られている。図 154、図 155、図 156および図 157は、ディスクチルトに対するスポット形状の変化を計算した結果を示すグラフである。図 154及び図 155はそれぞれ D V D及び C Dにおけるスポットの半値幅の変化を示しており、縦軸に半値幅を横軸にディスクチルト角度を示す。図 156及び図 157はそれぞれ D VD及び CDにおけるサイドロ一ブ強度の変化を示しており、縦軸にスポットのサイドローブ強度を横軸にディスクチルト角度を示す。 D V D及び C Dのいずれに対しても通常のレンズとほぼ同等の特性を示していることから、本実施例の対物レンズを用いた場合、特に開口制限を行わなくても従来の DVD用及ぴ CD用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。以上のように、実施例 5のレンズによれば、特に開口制限を行わなくても従来の DVD用及び CD用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。

(H D— D V D用対物レンズへの応用例）

B D以外の青色光源を利用した次世代光ディスクシステムとして、透過保護層厚さ 0. 6mm、対応波長 400〜410 nm、対物レンズの開口数が 0. 65 である H i gh D e n s i t y-DVD (以下 HD— DVDという）が提案されている。 HD— DVDは、対物レンズの開口数や透過保護層の厚さが DVDと同じ値であるため、 HD— DVD用に設計された対物レンズを用いれば D V Dの再生も可能なように思われる。しかしながら、実際はレンズ材料の屈折率が波長によって異なるため、 HD— DVD用に設計された通常の非球面レンズでは、球面収差が発生し、 DVDの再生が困難となる。 CD再生の場合は、さらに透過保護層の厚みも異なるので、やはりそのままでは再生が困難となる。従って、 HD 一 DVD用対物レンズを用いて DVDや CDの互換記録再生を行うためには、前述の BD、 DVD, CD互換対物レンズモジュールと同様に、回折レンズ構造を用いて収差を補正する必要がある。

HD— DVD、 DVD、 CDにおける対物レンズの開口数の規格値は、それぞれ 0. 65、 0. 60, 0. 45である。従って、対物レンズの有効径は HD— DVDで最も大きくなり、ついで DVD、 CDと言う順番で小さくなる。つまり、 D V Dや C Dにおいてそれぞれ異なる大きさの開口制限を行う必要がある。このように、 HD— DVD/DVDZCD互換対物レンズモジュールにおいても、前述の BDZDVDZCD互換対物レンズ又はそのモジュールの場合と同様の課題が存在する。その課題は本実施形態の HD— DVDZDVDZCD互換対物レンズ又はそのモジュール或いは回折光学素子を用いることで解決することができる。つまり、回折光学素子に形成された回折レンズ構造は、図 158 aに示すように、少なくとも基板の片面に設けられ且つ対物レンズの記録媒体に対応した有効径に応じて異なる半径位置で画定された複数の領域にて、区画されている。回折レンズ構造は、透過保護層の厚さの違いや波長の違いによる球面収差を補正するように、形成されている。

HD-DVD/DVD/C D互換対物レンズモジュールの回折レンズ構造の具体的な構造は以下のとおりである。

最内周の領域 1では、第 1レーザ光（HD— DVD用レーザ光、波長 408 n m) に対しては球面収差補正効果が無く、第 2レ一ザ光（DVD用レーザ光、波長 660 nm) 及び第 3レ一ザ光（CD用レーザ光、波長 780 nm) に対しては球面収差補正効果がある回折レンズ構造を実現できる回折光の組み合わせ {例えば（HD— DVD： 1次光、 DVD： 1次光、 CD： 1次光）、 (HD-DVD： 3次光、 DVD： 2次光、 CD： 2次光）、 (HD-DVD： 7次光、 DVD： 4 次光、 CD： 3次光）、 (HD-DVD： 9次光、 DVD： 5次光、 CD： 4次光） } を利用できるように第 1回折レンズ構造 (第 1収差補正手段)が形成されている。なお、 HD— DVDZDVDZCD互換対物レンズモジュールにおいては、（H D-DVD： 5次光、 DVD： 3次光、 CD： 2又は 3次光）の組は、 HD— D VD用レーザ光及び DVD用レーザ光で回折レンズ構造を構成する位相段差で発生する位相差が揃つてしまうが、 D V Dに対して発生する球面収差が小さいので、この組も有効な組み合わせとして考えることができる。

領域 1より外側の中周部にある領域 2には、 HD— D VD用レ一ザ光及び C D 用レーザ光に対しては球面収差補正効果が無く、 D VD用レ一ザ光に対してのみ球面収差補正効果がある回折レンズ構造を実現できる回折光の組み合わせ {例えば (HD-DVD： 2次光、 DVD： 1次光、 CD： 1次光）、 (HD—DVD： 4次光、 DVD： 2次光、 CD： 2次光）、 (HD-DVD： 6次光、 DVD： 4 次光、 CD： 3次光）、 (HD-DVD： 8次光、 DVD： 5次光、 CD： 4次光） } が利用できるように第 2回折レンズ構造 (第 2収差補正手段)が形成されている。 HD— D VDについて 10次回折光の場合、すべての媒体の記録及び再生に対応したレーザ光に対して回折レンズ構造を構成する位相段差で発生する位相差がほぼ揃ってしまい、 DVD用レーザ光のみに対して選択的に収差補正効果を与えられない。よって、回折レンズ構造は、 HD— DVD用レーザ光が第 2回折レンズ構造を通過した場合に発生する回折光のうち、回折効率が最大となる回折次数が 10の倍数を除く偶数となるように設計されている。回折レンズ構造を構成する位相段差の深さに関しては、要求仕様に応じて HD— DVD用レーザ光の回折効率が最大となるような光路長差を発生するように設定してもよいし、 HD— D VD用レーザの回折効率と DVD用レーザの回折効率とのバランスを取ることを考慮してもよい。また、鋸波状の波面収差が発生する場合は、領域 1の場合と同様に、最外周の位相段差のみ、発生する光路長差が異なるように設計するとより良好な集光特性が得られるようになるため、好ましい。

領域 2より外側の外周部にある領域 3には、全ての波長に対して球面収差補正効果の無いような回折レンズ構造を実現できる回折光の組み合わせ（例えば、 H D-DVD： 10次光、 DVD： 6次光、 CD： 5次光）が利用できるように第 3回折レンズ構造（第 3収差補正手段）が形成されている。また、領域 3は回折レンズ構造を形成しなくともよい（ゼロ次光のみ透過）。よって、所定の HD— DVD用開口数 0. 65が実現される。

次に、 DVD/CDで異なる量の球面収差を補正する手段に関して説明を行う。 DVDの透過保護層（基板）厚みは 0. 6mmで CDの透過保護層（基板）厚みは 1. 2 mmであるため、補正すべき球面収差量が異なる。つまり、 HD— D VDZDVD互換用に設計された回折レンズ構造では、 CDに対して球面収差を完全に補正することはできない。同様に、 HD— DVDZCD互換用に設計された回折レンズ構造では、 DVDに対して球面収差を完全に補正することはできない。これは、回折レンズ構造を構成する一つの位相段差で補正できる収差量 [r ound [(Ν—1〉 Χά/λ] 一 {(Ν- 1) Xd/λ}] λの値の比率を、 D VDと C Dの補正すべき球面収差量の比率と同じ値にすることができないからである。このような場合、 DVDもしくは CDのどちらかの入射光を発散光もしくは収束光にすることにより、回折レンズ構造にて補正しきれなかった球面収差を補正することが可能である。しかしながら、たとえば HD— DVDZDVDを平行光入射とし、 CDのみ発散光もしくは収束光とした場合、ピックアップの構成が複雑になつてしまうといつた問題があり、このような観点から H D— D V D /DVD/CDの全てが平行光入射であることが望ましい。

これを実現する方法は、前述の BD/DVD/CD互換レンズモジュールの場合と同じである。すなわち、第 1の方法としては、図 158 bのような構成における DVDZCDで共用される領域 1に形成される第 1回折レンズ構造の設計において、 DVDで補正すべき球面収差と CDで補正すべき球面収差量の中間の量の球面収差を補正するように設計し、 D V Dと C Dで残留する球面収差量のバランスをとる方法が考えられる。また、第 2の方法としては、図 158 cに示すように領域 1に第 1回折レンズ構造と HD— DVD用レーザ光に対して 10を除く偶数次の回折光を発生する第 4回折レンズ構造を混在させる方法が考えられる。この方法では、まず第 1回折レンズ構造を HD— DVDZCD互換用に設計する。第 1回折レンズ構造は、 DVD用レーザ光に対しても球面収差補正効果を有するが、その補正量が補正すべき球面収差量と異なるため、それらの差分に相当する球面収差が残留する。この DVDにおける残留する球面収差を補正すベく第 2回折レンズ構造と同様に H D— D V D用レーザ光に対して偶数次の回折光を発生する第 4回折レンズ構造を追加して残留収差を補正する。第 4回折レンズ構造は HD— D VD用レーザ光に対して収差補正効果を持たず、且つ偶数次の回折光を発生するように設計されているので、 CD用レ一ザ光に対しても収差補正効果を持たない。つまり、第 4回折レンズ構造を追加したことによる CDの波面に対する悪影響はない。この方法では、 DVDZCDの双方において領域 1における収差を十分小さい値に抑える設計が可能となる。なお、設計結果によっては、第 1回折レンズ構造を構成する位相段差と第 4回折レンズ構造を構成する位相段差の間隔が非常に小さくなる場合があるが、その場合はそれら 2つの位相段差を合成して 1つの位相段差とすることにより位相段差の総数を減らすことが可能となる。すなわち、 2つの隣接する位相段差の段差量を足し合わせた段差量の段差を、それらの位相段差があったどちらかの位置あるいはその間のどこかに配置すればよい。このように、位相段差を合成した場合、それぞれの位相段差が本来の設計値からわずかにずれるため、若干の性能劣化が発生するが、合成する 2つの位相段差が近接している場合、そのずれは小さいため、性能劣化は問題とならない。 ί1のように 2つの位相段差を合成することにより 2つ必要であった位相段差の数を一つに減らすことができるため、金型製造が容易となり好ましく、成型時の離型性が向上するため、金型寿命が長寿命化し、さらに成形不良率も低減されるので好ましい。

第 3の方法としては、図 1 5 8 dに示すように、 D VDZ C Dの共用設計領域である領域 1を C Dの有効径に対応する第 3回折有効径より小さくし、開口数を減らすことによって、補正しきれず残留する球面収差量を減らすことができる。たとえば、 D VDZC D共用設計領域を 8 0 %程度にした場合、残留する球面収差量は 4 1 %程度まで低減される。特に、 HD— D VDと DVDは、透過保護層の厚さが等しいため、 DVDで発生する球面収差量はそれほど大きくない。従つて、 D VD/C D共用領域を狭くすることによって、この領域においては、 DV D用光源に対しては球面収差補正を行う必要が無くなる場合もある。なお、単に共用設計領域を減らすと、 C Dに対する開口数が小さくなつてしまうため、 C D の記録及び再生に支障を来す。しかしながら、前述の B DZD VDZC D互換レンズモジュールの場合と同様に C D用レーザ光の集光位置を設定することにより、 C Dに対しても所定の開口数を得ることができる。すなわち、第 1回折レンズ構造を設計する際に、 C Dにおける第 4領域のどこかに縦球面収差がゼロとなるような像面位置を設定することにより、領域 1の狭小化が可能となる。また、この設計方法では、領域 1に複数の回折レンズ構造を構成する位相段差が混在しないので、位相段差数の増加を伴わない設計が可能となるため好ましい。さらに、前述の通り、特に領域 1では HD— D V D用レーザ光との回折効率のバランスを考慮する必要があるが、領域 1の面積が狭小化されているため、 C D用レーザ光の回折効率を考慮して HD— D VDの回折効率を落としたとしても、その影響は狭小化しない場合に比べて小さく抑えることができるので好ましい。

図 1 5 9は、対物レンズモジュールの動作を示す。

図 1 5 9 (A) に示すように A _HD__DVDの第 1レーザ光が略平行光として回折光学素子 1 6 bに入射するとき、全ての領域を通る光はそのまま略平行光として HD— D VD用対物レンズ 1 6 aへ導かれる。対物レンズ 1 6 aにより集光された光は、 HD— D VD用保護層を通過し、信号記録面上に集光される。

また、図 1 5 9 (B) に示すように、 A _DVDの第 2レーザ光が略平行光として入射するとき、回折光学素子における D VDの有効径に対応する第 2回折有効径内の領域 1、領域 2を通過する光は、 HD— D VD用対物レンズ 1 6 aにより集光され、 D V D用保護層を通過し、信号記録面上に集光される。一方、回折光学素子における第 2回折有効径外を通過した光は、レンズ 1 6 aによって集光され D VD保護層を通過するが、球面収差が補正されず、フレアとなるので再生に寄与しない。さらに、図 159 (C) に示すように、 λ _CDの第 3レーザ光が略平行光として入射するとき、 CDの有効径に相当する第 3回折有効径内の領域 1及び領域 4 を通過する光は、 HD— DVD用対物レンズ 16 aにより集光され、 CD用透過保護層を通過し、信号記録面上に集光される。一方、第 3回折有効径外を通過した光は、対物レンズ 16 aにより集光され、 CD用透過保護層を通過するが、球面収差が補正されず、フレアとなるので再生に寄与しない。

また、 DVDおよび CDで要求される対物レンズの開口数は、規格ではそれぞれ 0. 6および 0. 45と規定されているが、実際の製品では、それらよりやや大きめの開口数の対物レンズを用いた方が良い性能が得られる場合がある。特に記録を考慮した場合、 DVDにおいては開口数 0. 65程度、 CDにおいては開口数 0. 5程度の対物レンズが用いられる場合が多レ^例えば、 DVDに対する開口数を 0. 65、とした場合、 HD— DVDと DVDは開口数が同じになるので、有効径も同じになるように思われる。しかしながら、実際は、 HD— DVD と DVDでは、光源波長が異なることにより、対物レンズの焦点距離が異なるため、対物レンズにおける有効径（2 X焦点距離 X開口数）も異なってくる。一般に、硝材の屈折率は、そこを透過する光の波長が短くなるほどなるほど高くなるため、 HD— DVD用非球面対物レンズの焦点距離は短波長になるほど短くなる傾向にある。よって、光源波長の短い HD— DVDに比べて、 DVDでは対物レンズの焦点距離が長くなり、その結果、有効径は広くなる。このような場合、対物レンズモジュールでは、 DVDの有効径が最も大きくなり、次いで HD— DV Dの有効径が大きく、 CDの有効径が最も小さくなる。つまり、対物レンズモジユールの有効径は、 DVDの有効径と等しくなり、回折レンズ構造によって HD TJP2005/017092

129

— D V Dと C Dに対して異なる大きさの開口制限を行うことになる。

このような機能は、図 160 a、図 160 b、および図 160 dのような構成の回折光学素子と HD— DVD用の対物レンズを組み合わせた対物レンズモジユールにて実現できる。ここで、図 160 a、図 160 b、および図 160 cに示す光学素子の領域 3では、 D V Dに対してのみ収差補正効果を有するように面形状を設定する必要がある。

また、前記光学素子と組み合わせて使用される対物レンズ 16 aに DVD用対物レンズを用いる場合は、以下のようにそれぞれの回折レンズ構造を設計すればよい。

すなわち、図 160 a、図 160 bおよび図 160 cにおける第 1回折レンズ構造には、 DVDに対しては収差補正効果が無く、 HD— DVDと CDに対しては収差補正効果を有する回折レンズ構造を構成する。

また、第 2回折レンズ構造には、 DVDと CDに対しては収差補正効果が無く、 HD— DVDに対してのみ収差補正効果を有する回折レンズ構造を構成する。また、第 3回折レンズ構造には、 HD— DVDZDVDZCD全てに対して収差補正効果を持たないような回折光の組み合わせ（例えば、 HD— DVD： 10 次光、 DVD： 6次光、 CD： 5次光）が利用できるように第 3回折レンズ構造を構成するか、あるいは、回折レンズを構成しなくとも良い（ゼロ次光のみ透過)。また、図 160 bにおける第 4回折レンズ構造には、第 2回折レンズ構造と同様に、 DVDと CDに対しては収差補正効果が無く、 HD— DVDに対してのみ収差補正効果を有する回折レンズ構造を構成する。

それぞれの回折レンズ構造で使用する回折次数は、基本的に H D— D V D用対物レンズと組み合わせて使用する場合と同様に決定して良い。

例えば、回折レンズ構造 1に関しては、 {例えば、（HD— DVD : 1次光、 D VD： 1次光、 CD： 1次光）、 (HD-DVD： 3次光、 DVD： 2次光、 CD： 2次光）、 (HD-DVD： 5次光、 DVD： 3次光、 CD： 2又は 3次光）、 (H D-DVD： 7次光、 DVD： 4次光、 CD： 3次光）、 (HD-DVD： 9次光、 DVD： 5次光、 CD： 4次光） } を利用できるように設計すればよいし、回折レンズ構造 2および回折レンズ構造 4に関しては、 {例えば、（HD— DVD: 2 次光、 DVD： 1次光、 CD： 1次光）、 (HD-DVD： 4次光、 DVD： 2次光、 CD： 2次光）、 (HD-DVD： 6次光、 DVD： 4次光、 CD： 3次光） }、

{(HD-DVD： 8次光、 DVD： 5次光、 CD： 4次光） }が利用できるように設計すればよいし、回折レンズ構造 3に関しては、（例えば、 HD— DVD :

10次光、 DVD： 6次光、 CD： 5次光）が利用できるように設計すればよい。すなわち、前述の BDZDVDノ CD互換レンズモジュールの場合と同様に、 B Dを HD— DVDに代えて上記数式（1) 〜（18) により、 HD— DVD、 D VD及び CD用の回折次数の組み合わせを得ることができる。上記回折次数を発生する回折レンズ構造であれば、所望とする機能を有する回折光学素子の設計が可能となるが、それらの中でさらに好ましい組み合わせを以下の表 52から求めることができる。表 52

表 52は、 D V Dで利用する回折レンズ構造の回折次数に対する H D-DVD および CDの回折次数、一つの位相段差による収差補正量（利用する回折次数から段差で発生する光路長差を差し引いた値）および回折効率を示す。なお、表 5 2に示す回折効率は、 DVD用光源に対して回折効率が 1となるように回折レンズ構造をブレーズ化した場合の 1例であり、実際の設計においては、位相段差量を変えることによって、 HD— DVD、 DVDおよび CDにおける回折効率の均衡を考慮した設計が可能である。従って、実際の回折レンズ構造における HD— DVD、DVDおよび CDの回折効率の組み合わせは表 52の数値に限定されるものではない。

回折レンズ構造 1は、 DVD用対物レンズを用いた際に、 HD— DVDで発生する収差と CDで発生する収差を補正する機能を有する必要がある。この場合、 HD— DVDで発生する球面収差と CDで発生する球面収差は、一般に逆符号になるので、回折レンズ構造 1を構成する位相段差は、 HD— DVDと CDに対してそれぞれ逆符号の収差補正量を有することが望ましい。

回折レンズ構造 2は、 HD— DVDに対しては収差補正を行い、 CDに対しては収差補正効果を持たないか、逆に収差をより増大させる効果を有することが望ましい。この場合、回折レンズ構造 2を構成する位相段差は、 HD— DVDと C Dに対してそれぞれ同符号の収差補正量を有することが望ましい。このような回折次数で H D -DVDの収差補正効果がある回折レンズ構造を設計すると、 C D に対しては球面収差をより増大させることができる。

回折レンズ構造 3は、 HD— DVDおよび CDに対して収差補正効果を持たない、あるいは、逆に収差を増大する効果があればよいので、これを構成する位相段差は、 HD— DVDと CDの両方に対して収差補正効果を持たない、あるいは HD— DVDと CDに対してそれぞれ逆符号の収差補正量を有することが望ましい。回折レンズ構造 3を通過する光は、 HD— DVDと CDの両方にとって不要な光となるが、もともと D V D用対物レンズと組み合わせて使用しているため、何もしなくとも球面収差によりフレアとなるので、開口制限をしたのと同様の効果が得られる。さらに、回折レンズ構造 3にて、積極的に収差を付加することによって、この領域を通る光の影響を低減できると考えられるが、回折レンズ構造にて収差を発生させた場合、本来想定している回折次数以外の回折光が発生する場合があり、この場合、複数の回折光全てをフレアとすることが困難となる恐れがある。このようなことから、領域 3には回折レンズ構造を形成しないか、又は全ての波長に対して収差補正効果が無く且つ回折効率が高い回折次数の組み合わせ（例えば、 HD— DVD： 10次光、 DVD： 6次光、 CD： 5次光）を適用することが望ましい。

図 161は、対物レンズモジュールの動作を示す。

図 161 (A) に示すように A_HD__DVDの第 1レーザ光が略平行光として回折光学素子 16 bに入射するとき、回折光学素子における HD— DVDの有効径に対応する第 1回折有効径内の領域 1、領域 2を通過する光は、 HD— DVD用対物レンズ 16 aにより集光され、 HD— DVD用保護層を通過し、信号記録面上に集光される。一方、回折光学素子における第 1回折有効径外を通過した光は、レンズ 16 aによって集光され DVD保護層を通過するが、球面収差が補正されず、フレアとなるので再生に寄与しない。

また、図 161 (B) に示すように、 A_DVDの第 2レーザ光が略平行光として入射するとき、全ての領域を通る光はそのまま略平行光として HD— DVD用対物レンズ 16 aへ導かれる。対物レンズ 16 aにより集光された光は、 DVD用保護層を通過し、信号記録面上に集光される。

さらに、図 161 (C) に示すように、 A_CDの第 3レーザ光が略平行光として入射するとき、 CDの有効径に相当する第 3回折有効径内の領域 1及び領域 4 を通過する光は、 HD— DVD用対物レンズ 16 aにより集光され、 CD用透過保護層を通過し、信号記録面上に集光される。一方、第 3回折有効径外を通過した光は、対物レンズ 16 aにより集光され、 CD用透過保護層を通過す ¾が、球面収差が補正されず、フレアとなるので再生に寄与しない。

また、 HD— DVDの有効径と DVDの有効径が揃うように DVDの開口数を決定した設計例も可能である。この場合、開口制限は CDに対してのみ行えばよく、これまで例示してきた回折レンズ構造から最外周の領域 3を排除した形態で HD— DVD DVDZCD互換が実現できるため好ましい。

この場合、回折レンズ構造は図 162 a、図 162 bおよび図 162 cに示すような形態になる。図 163は、 HD— DVDの有効径と DVDの有効径が揃うように DVDの開口数を決定した回折光学素子を用いた対物レンズモジュールの動作を示す。図 163 (A) に示すように A_HD— _DVDの第 1レ一ザ光が略平行光として回折光学素子 16 bに入射するとき、全ての領域を通る光はそのまま略平行光として HD— DVD用対物レンズ 16 aへ導かれる。対物レンズ 16 aにより集光された光は、 HD— DVD用保護層を通過し、信号記録面上に集光される。

また、図 163 (B) に示すように、 A_DVDの第 1レーザ光が略平行光として回折光学素子 16 bに入射するとき、全ての領域を通る光はそのまま略平行光として HD— DVD用対物レンズ 16 aへ導かれる。対物レンズ 16 aにより集光された光は、 DVD用保護層を通過し、信号記録面上に集光される。

さらに、図 163 (C) に示すように、 A_CDの第 3レ一ザ光が略平行光として入射するとき、 CDの有効径に相当する第 3回折有効径内の領域 1及び領域 4 を通過する光は、 HD— DVD用対物レンズ 16 aにより集光され、 CD用透過保護層を通過し、信号記録面上に集光される。一方、第 3回折有効径外を通過した光は、対物レンズ 16 aにより集光され、 CD用透過保護層を通過するが、球面収差が補正されず、フレアとなるので再生に寄与しない。

(実施例 6)

第 6実施例は、第 1情報記録媒体である HD— DVD、第 2情報記録媒体である D VD、第 3情報記録媒体である C Dの互換記録再生を可能とするための回折光学素子で、 HD— DVD用両面非球面レンズと組み合わせて構成される。レンズ系の構成および HD— DVD、 DVD、 C Dに対する設計条件は表 53に示すとおりである。 P T/JP2005/017092

135 表 5 3

実施例 6の回折光学素子は、図 1 6 4に示すように、片面に回折レンズ構造が形成されており、もう片方は平面となっている。図 1 6 5は、実施例 6の回折光学素子の模式断面図である。回折レンズ構造は、異なる特性を有する複数の回折レンズ構造が同心円状に構成されており、内周部の領域 1には回折レンズ構造 1 が構成されており、中周部の領域 2には回折レンズ構造 2が構成されており、外周部である領域 3は平面である。

領域 1は、図 1 6 5に示すように第 4有効径内の内周部の領域であり、領域 2 は、内径が第 4有効径で外径が第 2有効径である輪帯状の領域であり、領域 3は内径が第 2有効径で外径が第 1有効径である輪帯状の領域を表す。回折レンズ構造 1および回折レンズ構造 2で利用する回折次数の組み合わせは、表 5 4の構造 1および構造 2に示すコラムの通りである。

表 5 4

構造 1 構造 2

回折次数 1 2 3 4 5 5 6 7 8 Θ 10

HD-DVD

回折効率 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 回折次数 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6

DVD 収差補正置 [λ ] +0.4 -0.2 +0.2 -0.4 0 0 +0.4 -0.2 +0.2 -0.4 0 回折効率 0.573 0.875 0.875 0.573 1 1 0.4 0.875 0.875 0.573 1 回折次数 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 5

CD 収差補正量 [λ ] +0.5 0 +0.5 0 -0.5 +0.5 0 -0.5 0 -0.5 0 回折効率 0.405 1 0.405 1 0.405 0.405 1 0.405 1 0.405 1 実施例 6の回折レンズ構造 1は、 HD— DVD用光源と DVD用光源に対しては収差補正効果を持たず、 CD用光源には収差補正効果を持たせるため、 HD— DVDで 5次光、 DVDで 3次光、 CDで 2次光を利用することとし、 CDに対して収差補正がなされるように設計されている。

実施例 6の回折レンズ構造 2は、 HD— DVD用光源と CD用光源に対して収差補正効果を持たず、 DVDに対して収差補正効果を持たせるため、 HD— DV Dで 8次光、 DVDで 5次光、 CDで 4次光を利用することとし、 DVDに対して収差補正がなされるように設計されている。

回折レンズ構造 1を設計する際の CDの像面位置は、実施例 1の場合と同様に設定されているので、その有効径である第 4有効径の大きさは、回折光学素子における C Dの有効径に対応する第 3有効径ょり小さく設定することが可能となつている。このように、回折レンズ構造 1の有効径を小さく設定することにより、この回折レンズ構造が D V D用光源に対して収差補正効果を持たなくても、 D V Dにおいてこの領域で発生する収差は十分小さい値に抑えられている。

表 55は、実施例 6の具体的な設計結果の近軸データである。

表 55

表 56は実施例 6における回折レンズ構造 1および回折レンズ構造 2の巨視的非球面形状および対物レンズの非球面形状を表す。

表 5 6

表 5 7および表 5 8は、回折レンズ構造 1および回折レンズ構造 2の位相関数係数と利用する回折次数である（λ。= 4 0 8 η πι)。

表 5 7

表 5 8

以下に回折レンズ構造の形状を求める課程を説明する。

回折レンズ構造の実形状の求め方は、まず、回折レンズ構造 1、回折レンズ構造 2および回折レンズ構造 3それぞれの実形状をそれぞれの回折レンズ関数、巨視的非球面形状および使用する回折次数を用いて求める。すなわち、これまでの実施例と同様に、回折レンズ関数が整数となる光軸からの高さを求め、視的非球面上のその高さに所定の回折光が発生するよう、適切な方向及び深さの位相段差を形成する。

表 5 9は、実施例 6における回折レンズ構造の具体的な形状を示す回折レンズ構造形状データである。

表 5 9

実施例 6の回折レンズ構造は、 1 1段の位相段差とそれにより分割された中心面、輪帯面 2〜輪帯面 1 1の合計 1 0の輪帯面、及び外周面（領域 3 ) によって構成されている。

実施例 6の回折レンズ構造を構成する位相段差 1〜位相段差 4は、 HD— D V Dにおける回折効率と C Dにおける回折効率の均衡を考慮して深さを決定し、中心面及び輪帯面 2〜輪帯面 4の菲球面形状を表 6 0に示す非球面形状とした。つまり、光軸上にある中心面は表 6 0に示す非球面そのものであり、輪帯面 2〜輪帯面 4は表 6 0に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。位相段差 4より外周部にある、輪帯面 5から輪帯面 1 1および外周面（領域 3) は全て光軸に垂直な平面である。

表 60

また、回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2の境界にあり、回折レンズ構造 1 を構成する複数の位相段差のなかで最外周に位置する位相段差 4の段差量は、 H D— DVD、 DVD、 CDの全てに対して回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2 を通る波面の位相が揃うようにするため、位相段差 1〜位相段差 3よりやや深めに設定した。

図 166は、実施例 6の光学素子に構成された回折レンズ構造の断面図を表すグラフで、光軸からの高さに対する面のサグ量を表している。図中の φ (1) は回折レンズ構造 1の有効径を示し、 Φ (2) は回折レンズ構造 2の有効径を表すグラフである。回折レンズ構造 1 (領域 1) 及び回折レンズ構造 2 (領域 2) の巨視的非球面形状は凹面となっている。位相段差によって分割された輪帯状の面は、回折レンズ構造 1においては全て非球面形状をしており、回折レンズ構造 2 においては全て光軸に垂直な平面となっている。回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2では、 HD— DVDで使用する回折次数が異なるので、位相段差量もそれに応じて異なっている。また、回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2の境界線にある位相段差 4は、 HD— DVD、 DVDおよび CDの全てにおいて両方の回折レンズ構造を通過する波面の位相を合わせるために深めの位相段差が施されている。

図 167、図 168および図 169は、実施例 6の光学素子を用いた対物レンズモジュールにおける HD— DVD、 DVD、 CDの波面収差であるが、 HD— DVD、 DVD, CDの全てで、それぞれの有効径内において各回折レンズ構造を通過する波面の位相がほぼ揃っていることがわかる。

図 170、図 171、図 172、図 173、図 174、および図 175は、回折レンズ構造の実際の面形状による収差を用いて計算した波動光学的スポット形状を示すグラフであり、縦軸に光強度を、横軸に半径距離を示す。図 170、図 171および図 172はそれぞれ HD— DVD、DVDおよび CDにおけるスポット形状全体を、図 173、図 174、および図 175はぞれぞれ HD— D V D、 DVDおよび CDにおけるスポットのサイドローブを示す。 HD— DVDの集光スポットは、メインのスポットが通常のレンズで集光した場合よりやや小さく、サイドローブがやや大きい。これは回折レンズ構造 1 (領域 1) で内周部の回折効率を若干落としたために、アポディゼ一シヨン効果が発生しているからであるが、この程度であれば記録再生においては問題ない。また、光源として利用される半導体レーザは、一般に中心から周辺に行くに従つて強度が弱くなつてくるので、実施例 1のように内周部の効率を落としてアポディゼーション効果を発生させた方がむしろ好ましい場合もある。 DVDや CDに関しては、それぞれの有効径外側の光も考慮して有効径 Φ (HD-DVD)にてスポット形状を計算している。すなわち、スポット形状は、特別な開口制限素子を使用せずに集光したスポット形状になるのだが、特に開口制限を行わなくとも、通常の DVD用対物レンズや CD用対物レンズとほぼ同じスポット形状が得られることがわかった。また、 DVD及び CD有効径外側の光が集光に影響を与えている場合、例えばディスクチルトによってコマ収差が発生すると、サイドローブの変化が通常の場合に比べてより顕著となり、安定した再生性能を得ることができない。そこで、本実施例のレンズを用いた場合におけるディスクチルト時のスポット形状の変化を計算し、通常のレンズと比較を行った。

図 176、図 177、図 178および図 179は、その計算結果を示すグラフである。図 116および図 177はそれぞれ DVDおよび CDにおけるスポットの半値幅の変化を示しており、縦軸に半値幅を、横軸にディスクチルト角を示す。図 178および図 179はそれぞれ DVD及び CDにおけるサイドローブ強度の変化を示しており、縦軸にスポッ卜のサイドロープ強度を横軸にディスクチルト角度を示す。 DVD及び CDのいずれに対しても通常のレンズとほぼ同等の特性を示していることから、本実施例の対物レンズを用いた場合、特に開口制限を行わなくても従来の DVD用及び CD用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。

(実施例 7 )

第 7実施例は、第 1情報記録媒体である HD— DVD、第 2情報記録媒体である D V D、第 3情報記録媒体である C Dの互換記録再生を可能とするための回折光学素子で、 HD— t)VD用両面非球面レンズと組み合わせて構成される。レンズ系の構成および HD— DVD、 DVD, C Dに対する設計条件は表 61に示すとおりである。表 6 1

第 7実施例の回折光学素子は、図 1 8 0に示すように、片面に回折レンズ構造が形成されており、もう片方は平面となっている。図 1 8 1は、実施例 7の回折光学素子の模式断面図である。回折レンズ構造は、異なる特性を有する複数の回折レンズ構造が同心円状に構成されており、内周部の領域には回折レンズ構造 1が構成されており、中周部の領域 2には回折レンズ構造 2が構成されており、外周部である領域 3は回折レンズ構造が形成されていない非球面である。

領域 1は、図 1 8 1に示すように第 4有効径内の領域であり、領域 2は、内径が第 4有効径で外径が第 2有効径である輪帯状の領域であり、頜域 3は内径が第 2有効径で外径が第 1有効径である輪帯状の領域を表す。回折レンズ構造 1および回折レンズ構造 2で利用する回折次数の組み合わせは、表 6 2 (表 5 4と同一）の構造 1および構造 2に示すコラムの通りである。

表 6 2

構造 1 構造 2

回折次数 1 2 3 4 5 5 6 7 8 9 10

HD-DVD

回折効率 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 回折次数 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6

DVD 収差補正 +0.4 -0.2 +0.2 -0.4 0 0 +0.4 -0.2 +0.2 -0.4 0 回折効率 0.573 0.875 0.875 0.573 1 1 0.4 0.875 0.875 0.573 1 回折次数 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 5

CD 収差補正量 [λ ] +0.5 0 +0.5 0 -0.5 +0.5 0 -0.5 0 -0.5 0 回折効率 0.405 1 0.405 1 0.405 0.405 1 0.405 1 0.405 1 実施例 7の回折レンズ構造 1は、 H D— D V D用光源と D V D用光源に対しては収差補正効果を持たず、 CD用光源には収差補正効果を持たせるため、 HD— DVDで 5次光、 DVDで 3次光、 CDで 2次光を利用することとし、 CDに対して収差補正がなされるように設計されている。

実施例 7の回折レンズ構造 2は、 H D— D V D用光源と C D用光源に対して収差補正効果を持たず、 DVDに対して収差補正効果を持たせるため、 HD— DV Dで 8次光、 DVDで 5次光、 CDで 4次光を利用することとし、 DVDに対して収差補正がなされるように設計されている。

最外周の領域 3は、最も有効径が大きい DVDで収差が発生しないように収差補正がなされた非球面形状であり、この領域には回折レンズ構造は構成されていない。この領域 3では、 HD— DVDおよび CD用光源の光に対しては収差が残留するため、光はフレアとして拡散され、再生に寄与しない。

表 63は、実施例 6の具体的な設計結果の近軸データである。表 6 3

表 6 4は実施例 7における回折レンズ構造 1および回折レンズ構造 2の巨視的非球面形状、領域 3の非球面形状、及び対物レンズの非球面形状を表す。表 6 4

表 6 5および表 6 6は、回折レンズ構造 1および回折レンズ構造 2の位相関数係数と利用する回折次数である（λ。= 4 0 8 ηπι)。

表 6 5

第 1面 (in) 第 1 ta(mid) ¾ 1面 (out)

係数名

(0<h≤0.8735) (0.8735く h≤ 1 ,513) (h>1.513)

d0 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00

d2 -2.980600E-03 1.441000E-04 0.000000E+00

d4 1.002300E-03 -5.020100E-04 0.000000E+00

d6 9.839200E-05 -8.510200E-05 0.000000E+00

d8 4.694000E - 05 9.416300E-07 0.000000E+00

d10 -3.739300E-06 -5.899100E-06 0.000000E+00 表 6 6

以下に回折レンズ構造の形状を求める課程を説明する。

回折レンズ構造 1および回折レンズ構造 2の巨視的非球面形状、位相関数係数および使用する回折次数を用いて求める。回折レンズ構造 1に関しては、設計値や有効径が実施例 6と同様であるので、形状も実施例 6と同様になる。回折レンズ構造 2に関しても、設計値は実施例 6と同様であるが、有効径が異なることと、領域 3との位相をそろえるため、この部分の実形状はやや異なる。

表 6 7は、実施例 7における回折レンズ構造の具体的な形状を示す回折レンズ構造形状データである。

表 6 7

実施例 7の回折レンズ構造は、 1 3段の位相段差とそれにより分割された中心面、輪帯面 2〜輪帯面 1 3の合計 1 2の輪帯面、及び外周面（領域 3 ) によって構成されている。

実施例 7の回折レンズ構造を構成する位相段差 1〜位相段差 4は、 HD - D V Dにおける回折効率と C Dにおける回折効率の均衡を考慮して深さを決定し、中心面及び輪帯面 2〜輪帯面 4の非球面形状を表 6 8に示す非球面形状とした。表 6 8

つまり、光軸上にある中心面は表 6 8に示す非球面そのものであり、輪帯面 2 〜輪帯面 4は表 6 8に示す非球面がそれぞれの段差量に応じた分だけ光軸方向にずれている輪帯状の面である。位相段差 4より外周部にある、輪帯面 5から輪帯面 1 1全て光軸に垂直な平面である。領域 3である外周面は、表 6 9に示す非球面形状を位相段差 1 3が所定量となるように光軸方向にずらしたものである。表 6 9

回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2の境界にあり、回折レンズ構造 1を構成する複数の位相段差のなかで最外周に位置する位相段差 4の段差量は、 HD— D VD、 D VD , C Dの全てに対して回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2を通る波面の位相が揃うようにするため、位相段差 1〜位相段差 3よりやや深めに設定した。

また、回折レンズ構造 2と領域 3の境界にあり、回折レンズ構造 2を構成する複数の位相段差のなかで最外周に位置する位相段差 13は、 DVDに対して、外周面を通過した波面が回折レンズ構造 1および回折レンズ構造 2を通過した波面と位相が揃うように段差量が調節されており、段差 5〜段差 12とは異なる段差量に設定されている。

図 182は、実施例 7の光学素子に構成された回折レンズ構造の断面図を表すグラフで、光軸からの高さに対する面のサグ量を表している。図中の φ (1) は回折レンズ構造 1の有効径を示し、 Φ (2) は回折レンズ構造 2の有効径を表すグラフである。回折レンズ構造 1 (領域 1) 及び回折レンズ構造 2 (領域 2) の巨視的非球面形状は凹面となっている。位相段差によって分割された輪帯状の面は、回折レンズ構造 1においては全て非球面形状をしており、回折レンズ構造 2 においては全て光軸に垂直な平面となっており、外周面は非球面形状をしている。回折レンズ構造 1と回折レンズ構造 2では、 H D— D V Dで使用する回折次数が異なるので、位相段差量もそれに応じて異なっている。また、回折レンズ構造 1 と回折レンズ構造 2の境界線にある位相段差 4は、 HD— DVD、 DVDおよび CDの全てにおいて両方の回折レンズ構造を通過する波面の位相を合わせるために深めの位相段差が施されている。

図 183、図 184および図 185は、実施例 7の光学素子を用いた対物レンズモジュールにおける HD— DVD、 DVD, CDの波面収差であるが、 HD— DVD、 DVD, CDの全で、それぞれの有効径内において各回折レンズ構造を通過する波面の位相がほぼ揃っていることがわかる。

図 186、図 187、図 188、図 189、図 190および図 191は、回折レンズ構造の実際の面形状による収差を用いて計算した波動光学的スポット形状を示すグラフであり、縦軸に光強度を、横軸に半径距離を示す。図 186、図 187および図 188はそれぞれ HD— DVD、DVDおよび CDにおけるスポット形状全体を、図 189、図 190および図 191はぞれぞれ HD— DVD、 DVDおよび CDにおけるスポットのサイドロ一ブを示す。 HD— DVDの集光スポットは、メインのスポットが通常のレンズで集光した場合よりやや小さく、サイドローブがやや大きい。これは回折レンズ構造 1 (領域 1)で内周部の回折効率を若干落としたために、アポディゼーシヨン効果が発生しているからであるが、この程度であれば記録再生においては問題ない。また、光源として利用される半導体レーザは、一般に中心から周辺に行くに従つて強度が弱くなつてくるので、実施例 1のように内周部の効率を落としてアポディゼーション効果を発生させた方がむしろ好ましい場合もある。 HD— DVDや CDに関しては、それぞれの有効径外側の光も考慮して有効径 Φ (DVD)にてスポット形状を計算している。すなわち、スポット形状は、特別な開口制限素子を使用せずに集光したスポット形状になるのだが、特に開口制限を行わなくとも、通常の HD— DVD用対物レンズや CD用対物レンズとほぼ同じスポット形状が得られることがわかつた。

また、 HD— DVD及び CD有効径外側の光が集光に影響を与えている場合、例えばディスクチルトによってコマ収差が発生すると、サイドロ一ブの変化が通常の場合に比べてより顕著となり、安定した再生性能を得ることができない。そこで、本実施例のレンズを用いた場合のディスクチルト時のスポット形状の変化を計算し、通常のレンズと比較を行った。

図 192、図 193、図 194および図 195は、その計算結果を示すグラフである。図 192および図 193はそれぞれ HD— DVDおよび CDにおけるスポットの半値幅の変化を示しており、縦軸に半値幅を、横軸にディスクチルト角を示す。図 194および図 195はそれぞれ HD— DVD及び CDにおけるサイドローブ強度の変化を示しており、縦軸にスポッ卜のサイドロ一ブ強度を横軸にディスクチルト角度を示す。 HD— DVD及び CDのいずれに対しても通常のレンズとほぼ同等の特性を示していることから、本実施例の対物レンズを用いた場合、特に開口制限を行わなくても従来の HD— DVD用及び CD用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。

(実施例 8 )

第 8実施例は、第 1情報記録媒体である HD— DVD、第 2情報記録媒体である D V D、第 3情報記録媒体である C Dの互換記録再生を可能とするための対物レンズで、第 7実施例からの変形例である。実施例 8の光学素子は、図 196に示すように、対物レンズの第 1面に回折レンズ構造が形成されており、もう片面は非球面となっている。レンズ系の構成および HD— DVD、 DVD、 CDに対する設計条件は表 70に示す通りである。なお、実施例 7の場合は回折レンズ構造が対物レンズからやや離れた位置にあるのに対して、実施例 8の場合は回折レンズ構造が対物レンズに一体的に直接構成されているため、それに伴い、 HD— DVD、 DVD, CDの有効径がやや大きくなつている。表 7 0

図 1 9 7は、実施例 8の対物レンズの模式断面図である。

表 7 2は、実施例 8の具体的な設計結果の近軸データである。

表 7 3は、実施例 8の具体的な設計結果の非球面係数および各輪帯面や外周面のオフセットを表す。

表 7 3

第 1面の回折レンズ構造を構成する輪帯面 2〜輪帯面 1 3および外周面を光軸上に延長した際の光軸と交わる点は、第 1面が光軸と交わる点から表 7 3に示す量だけオフセットしている。すなわち、輪帯面 2〜輪帯面 1 3のオフセット量は図 1 9 7に示す o 2〜 o 1 3で、外周面のオフセット量は o 1 4である。オフセット量は、回折レンズ構造が形成されている面の光軸上の点を基準に、輪帯面および外周面の延長面が光軸と交わる位置を測定し、光軸方向を正とする。表 7 4は、回折レンズ構造を構成する位相段差の光軸からの高さ、すなわち段差半径、輪帯幅および段差量を表すデータである。段差半径は図 1 9 7に示す h l〜 h 1 3、輪帯幅は図 1 9 7に示す w 2〜w l 3、そして、段差量は、段差の内周側の面から外周側の面に対して測定し、光軸方向を正とする。

表 7 4

実施例 8の回折レンズ構造は、 1 3段の位相段差と、それにより分割された中心面、輪帯面 2〜輪帯面 1 3の合計 1 2面の輪帯面、及び外周面（領域 3 ) によつて構成されている。位相段差の光軸からの高さ（段差半径）は、基本的に実施例 7と同じ値である。ただし、回折レンズ構造の位置の移動に伴う開口数の変化に対応するため、複数の位相段差のうち、最外周に位置し、 HD— D VDの有効径を決定する位相段差 1 3の位置はやや外周側に移動されている。また、これまでの実施例 1〜実施例 7とは異なり、段差を対物レンズに直接形成する場合、内周部と外周部では光の屈折角が大きく異なるため、同じの光路長差を発生させるのに必要とされる物理的な段差量が光軸からの高さによって異なってくる。図 198、図 199および図 200は、実施例 7の光学素子を用いた対物レンズモジュールにおける HD— DVD、 DVD、 CDの波面収差であるが、 HD— DVD、 DVD、 CDの全てにおいて、それぞれの有効径内において各回折レンズ構造を通過する波面の位相がほぼ揃っていることがわかる。

図 201、図 202、図 203、図 204、図 205および図 206は、回折レンズ構造の実際の面形状による収差を用いて計算した波動光学的スポッ卜形状を示すグラフであり、縦軸に光強度を、横軸に半径距離を示す。図 201、図 202および図 203はそれぞれ HD— DVD、DVDおよび CDにおけるスポット形状全体を、図 204、図 205および図 206はぞれぞれ HD— DVD、 DVDおよび CDにおけるスポットのサイドローブを示す。 HD— DVDの集光スポットは、メインのスポットが通常のレンズで集光した場合よりやや小さく、サイド口一ブがやや大きい。これは回折レンズ構造 1 (領域 1)で内周部の回折効率を若干落としたために、アポディゼーシヨン効果が発生しているからであるが、この程度であれば記録再生においては問題ない。また、光源として利用される半導体レーザは、一般に中心から周辺に行くに従って強度が弱くなつてくるので、実施例 1のように内周部の効率を落としてアポディゼ一ション効果を発生させた方がむしろ好ましい場合もある。 HD— DVDや CDに関しては、それぞれの有効径外側の光も考慮して有効径 Φ (DVD)にてスポット形状を計算している。すなわち、スポット形状は、特別な開口制限素子を使用せずに集光したスポット形状になるのだが、特に開口制限を行わなくとも、通常の HD— DVD用対物レンズや CD用対物レンズとほぼ同じスポット形状が得られることがわかつた。

また、 HD— DVD及び CD有効径外側の光が集光に影響を与えている場合、例えばディスクチルトによってコマ収差が発生すると、サイドローブの変化が通常の場合に比べてより顕著となり、安定した再生性能を得ることができない。そこで、本実施例のレンズを用いた場合のディスクチルト時のスポット形状の変化を計算し、通常のレンズと比較を行った。

図 207、図 208、図 209および図 210は、その計算結果を示すグラフである。図 207および図 208はそれぞれ HD— DVDおよび CDにおけるスポットの半値幅の変化を示しており、縦軸に半値幅を、横軸にディスクチルト角を示す。図 209および図 210はそれぞれ HD— DVD及び CDにおけるサイドローブ強度の変化を示しており、縦軸にスポットのサイドローブ強度を横軸にディスクチルト角度を示す。 HD-D V D及び C Dのいずれに対しても通常のレンズとほぼ同等の特性を示していることから、本実施例の対物レンズを用いた場合、特に開口制限を行わなくても従来の HD— DVD用及び CD用の対物レンズを用いた場合と同等の安定した再生特性が得られることがわかる。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1波長の第 1レーザ光の光路に同軸に配置された集光レンズと、前記集光レンズへ第 1レーザ光の回折光を入射する同軸に配置された透過型の回折光学素子とからなる対物レンズモジュールであって、前記回折光学素子が、入射面及び射出面、

前記入射面及び射出面の少なくとも一方の光軸周囲に設けられ、且つ光軸から順に異なる半径距離によって画定された異なる回折角の回折格子からなる第 1、第 2及び第 3領域と、を有し、

前記第 1領域が前記第 1レーザ光の奇数次数の回折光を前記集光レンズへ回折し、前記第 2領域が前記第 1レーザ光の偶数次数の回折光を前記集光レンズへ回折し、前記第 3領域が前記第 1レーザ光の偶数次数又はゼロ次の回折光を前記集光レンズへ回折して、前記集光レンズが前記第 1、第 2及び第 3領域からの回折光を所定開口数にて集光することを特徴とする対物レンズモジュール。

2 . 前記第 1領域は、前記第 1波長より長い第 2波長の第 2レーザ光と前記第 2波長より長い第 3波長の第 3レーザ光とが前記光路に沿ってそれぞれ前記第 1、第 2及び第 3領域へ入射された場合、前記第 1レーザ光の回折光の奇数又は偶数次数以下の回折次数の前記第 1及び 2レーザ光の回折光を前記集光レンズへ回折して、前記集光レンズが前記第 1領域からの回折光を前記所定開口数より小さい第 2開口数にて集光することを特徴とする請求項 1項に記載の対物レンズモジュール。

3 . 前記第 2領域は、前記第 2レーザ光と前記第 3レーザ光とが前記光路に沿ってそれぞれ前記第 1、第 2及び第 3領域へ入射された場合でも、前記第 1レ —ザ光の回折光の奇数又は偶数次数以下の回折次数の前記第 2レーザ光のうちの特定の回折光のみを前記集光レンズへ回折して、前記集光レンズが前記第 2領域からの回折光を前記所定開口数及び前記第 2開口数の間の値の第 3開口数にて集光することを特徴とする請求項 2項に記載の対物レンズモジュール。

4. 前記第 1、第 2及び第 3領域は、次式、

F₁≥F₂≥F₃

F ₂ GROUND [λノ (Ν「 1) X (Ν₂ - 1) /A₂XFJ

=C曰 L [λ (N_x- 1) X (N₂- 1) /λ aXFj, 及び

F₃=C曰 L iX (Ni- 1) X (N₃- 1) /AaXF ,

の組み合わせ、又は

F₁≥F₂≥F₃,

F₂ = ROUND ίλ,/ (N「 1) X (N₂— 1) /A₂XFJ,

= FLOOR [λ,/ (Ni- 1) X (N₂- 1) / λ ₂ ¥ 及び

F₃ = FLOOR [λ / (N 1) X (N₃— l) AgXFj,

の組み合わせ、又は

Fx≥F₂≥F₃

F₂ = ROUND λ / (N_x - 1) X (N₂— 1) /A₂XFJ, 及び

F₃ = ROUND [λ₁Ζ (N_x- 1) X (N₃— 1) AgXFj,

(式中、ェは前記第 1波長を、 λ₂は前記第 2波長を、 λ₃は前記第 3波長を、は前記第 1波長に対する前記回折光学素子に使用されている材料の屈折率を、 N₂は前記第 2波長に対する前記回折光学素子に使用されている材料の屈折率を、 N ₃は前記第 3波長に対する前記回折光学素子に使用されている材料の屈折率を、エは前記第 1レーザ光の回折光の回折次数を、 F ₂は前記第 2レーザ光の回折光の回折次数を、 F ₃は前記第 3レーザ光の回折光の回折次数を、 ROUND [] は □ 内の値を小数点以下で四捨五入して整数を得る関数を、 C曰し []は、 []内の値の小数点以下を切り上げて整数を得る関数を、 FLOOR []は、 []内の値の小数点以下を切り捨てて整数を得る関数を示す）の組み合わせのいずれかを満たす回折次数の回折光を生ぜしめる複数の位相段差からなり、且つ前記第 1レーザ光が前記第 1領域を通過した場合に発生する回折光のうち回折次数が奇数となるように前記第 1領域が形成されていることを特徴とする請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の対物レンズモジュール。

5 . 前記第 1レーザ一光が前記第 1領域を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が 5の倍数を除く奇数となるように前記第 1領域が形成されていることを特徴とする請求項 4に記載の対物レンズモジュール。

6 . 前記第 1レーザ光が前記第 2領域を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が 1 0の倍数を除く偶数となるように前記第 2領域が形成されていることを特徴とする請求項 5に記載の対物レンズモジュール。 .

7 . 前記第 1領域及び第 2領域を通過する前記第 3レーザ光の像面位置における湾曲した球面収差波面が極大となる前記回折光学素子の半径距離が、前記第 2領域内に存在するよう設定されていることを特徴とする請求項 1から 6のいずれか 1項に記載の対物レンズモジュール。

8 . 前記回折光学素子は、前記集光レンズと一体として設けられることを特徵とする請求項 1力ら 7のいずれか 1項に記載の対物レンズモジュール。

9 . 前記回折光学素子の前記入射又は射出面に設けられ、且つ前記第 1レーザ光の微小な波長変動により発生する色収差を補正するための色収差補正用回折レンズ構造を具備することを特徴とする請求項 1から 8のいずれか 1項に記載の対物レンズモジュール。

1 0 . 第 1レ一ザ光を第 1記録媒体上に集光するための対物レンズを、前記第 1レーザ光とは波長の異なる複数のレーザ光及び該複数のレーザ光の夫々に

'対応する複数の記録媒体で共用するために、前記第 1レーザ光及び前記複数のレ一ザ光の光路上に設けられる回折光学素子であって、

前記複数のレーザ光は、第 2記録媒体に対応する第 2レーザ光と第 3記録媒体に対応する第 3レ一ザ光とを含み、

前記光軸周囲に設けられ、且つ前記第 1レーザ光と前記第 2及び第 3レーザ光との波長の差異に基づいて発生する収差を補正する第 1回折レンズ構造と、前記第 1回折レンズ構造周囲に設けられ、且つ前記第 1レーザ光と前記第 2レ一ザ光との波長の差異に基づいて発生する収差を補正する第 2回折レンズ構造とを具備することを特徴とする回折光学素子。

1 1 . 前記対物レンズに入射する際に前記第 1、第 2及び第 3記録媒体の記録及び再生に必要な前記第 1、第 2及び第 3レーザ光の有効径に対応する回折光学素子の入射又は射出面における回折面の径は、夫々第 1回折有効径、前記第 1 回折有効径ょり小なる第 2回折有効径、及び前記第 2回折有効径ょり小なる第 3 回折有効径であることを特徴とする請求項 1 0に記載の回折光学素子。

1 2 . 前記対物レンズに入射する際に前記第 1、第 2及び第 3記録媒体の記録及び再生に必要な前記第 1、第 2及び第 3レーザ光の有効径に対応する回折光学素子の入射又は射出面における回折面の径は、夫々第 1回折有効径、前記第 1 回折有効径以上の第 2回折有効径、及び前記第 1回折有効径ょり小なる第 3回折有効径であることを特徴とする請求項 1 0に記載の回折光学素子。

1 3 . 前記第 1回折レンズ構造は、前記回折光学素子の入射又は射出面における前記第 3回折有効径ょりさらに小なる第 4回折有効径内に形成され、前記第 2回折レンズ構造は前記回折光学素子の入射又は射出面における前記第 2回折有効径内に形成され、前記第 4回折有効径において前記第 3レーザ光による縦球面収差がゼロとなるような像面位置が設定されていることを特徴とする請求項 1 0から 1 2のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

1 4. 前記第 2回折レンズ構造は、前記回折光学素子の入射又は射出面における前記第 2回折有効径ょりさらに小で且つ前記第 3回折有効径ょり犬なる第 5回折有効径内に形成され、前記第 5回折有効径において前記第 2レーザ光による縦球面収差がゼロとなるような像面位置が設定されていることを特徴とする請求項 1 3に記載の回折光学素子。

1 5 . 前記第 1記録媒体は第 1厚さの第 1透過保護層を介して受光する記録層を有し、前記第 2記録媒体は前記第 1厚さ以上の第 2厚さの第 2透過保護層を介して受光する記録層を有し、前記第 3記録媒体は前記第 2厚さより大なる第 3 厚さの第 3透過保護層を介して受光する記録層を有することを特徴とする請求項 1 0から 1 4のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

1 6 . 前記第 1回折レンズ構造は、前記第 1レーザ光と前記第 2及び第 3レ一ザ光との波長の差異に加えて前記第 1透過保護層と前記第 2及び第 3透過保護層との差分に基づいて発生する収差を補正するとともに、前記第 2回折レンズ構造は、前記第 1レーザ光と前記第 2レーザ光との波長の差異に加えて前記第 1 透過保護層と前記第 2透過保護層との差分に基づいて発生する収差を補正することを特徴とする請求項 1 5に記載の回折光学素子。

1 7 . 前記第 1回折レンズ構造及び前記第 2回折レンズ構造は、前記入射面又は射出面のどちらか一方の同一面に形成されていることを特徴とする請求項 1 0から 1 6のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

1 8 . 前記第 1回折レンズ構造及び前記第 2回折レンズ構造は、前記入射又は射出面における相異なる領域に作り込まれており、同心円状且つ輪帯状に形成されてなることを特徴とする請求項 1 7に記載の回折光学素子。

1 9 . 前記回折光学素子の前記入射又は射出面において前記第 4回折有効径内の領域を通過した前記第 3レーザ光が前記第 3記録媒体に集光する集光位置は、前記回折光学素子の前記第 4回折有効径ょり外側で光軸に最も近い光軸からの高さを通過する当該レーザ光が光軸と交わる位置と前記回折光学素子の前記第 3記録媒体に必要とされる前記第 3回折有効径に相当する光軸からの高さを通過する当該レーザ光が光軸と交わる位置との間に位置していることを特徴とする請求項 1 3から' 1 8のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

2 0 . 前記第 1及び第 2回折レンズ構造は、複数の同心円状の位相段差によつて構成された回折レンズ構造であることを特徴とする請求項 1 0から 1 9のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

2 1 . 前記第 1回折レンズ構造は、前記第 4回折有効径を外径とする円内に形成されており、前記第 2回折レンズ構造は、前記入射面又は射出面において、前記第 2回折有効径を外径とする円内に形成されてなることを特徴とする請求項 1 3から 2 0のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

2 2 . 前記第 2回折レンズ構造は、内径として前記第 4回折有効径を有する輪帯状に形成されてなることを特徴とする請求項 2 1に記載の回折光学素子。

2 3 . 前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差と前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差では、段差で発生する光路長差が同一波長において異なることを特徴とする請求項 1 0から 2 2のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

2 4. 前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差のうち、最外周の位相段差で発生する光路長差とそれ以外の位相段差で発生する光路長差が同一波長において異なることを特徴とする請求項 1 0から 2 3のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

2 5 . 前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差のうち、最外周の位相段差で発生する光路長差とそれ以外の位相段差で発生する光路長差が同一波長において異なることを特徴とする請求項 1 0から 2 4のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

2 6 . 前記回折光学素子の前記入射又は射出面における前記第 3回折有効径内の領域に、前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差全てと、前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の一部が混在していることを特徴とする請求項 1 0から 2 5のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

2 7 . 前記回折光学素子の前記入射又は射出面における前記第 3回折有効径内の領域に、前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量と前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量を足し合わせた深さの位相段差が少なくとも一つ以上存在することを特徴とする請求項 10から 26のいずれか 1 項に記載の回折光学素子。

28. 前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差の方向と前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の方向がすべて等しいことを特徴とする請求項 1 0から 27のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

29. 前記第 1回折レンズ構造は、前記第 1レーザ光が前記第 1回折レンズ構造を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が奇数であることを特徴とする請求項 1 0から 28のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

30. 前記第 1回折レンズ構造は、前記第 1レーザ光が前記第 1回折レンズ構造を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が 5の倍数を除く奇数であることを特徴とする請求項 29に記載の回折光学素子。

31. 前記第 2回折レンズ構造は、前記第 1レーザ光が前記第 2回折レンズ構造を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が 10の倍数を除く偶数であることを特徴とする請求項 10から 30のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

32. 前記回折'レンズ構造は、波長が; I iである前記第 1レーザ光が通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数がである時に、次式、

F₁≥F₂≥F₃,

F₂=ROUND [λノ (Ν_χ- 1) X (Ν₂ - 1) AaXFj, 162

=CEIL [λノ (N「 1) X (N₂— 1) Ζλ ₂XFJ 及び

F₃=C曰し [λノ（N「 l) X (Ν₃- 1) λ₃ΧΈ,],

の組み合わせ、又は

F₂=ROUND [λ _x/ (N「 l) X (N₂ - 1) ZA₂XFj、

= FLOOR [λノ (N「 1) X (N₂- 1) /A₂XF₁] 及び

F₃ = FLOOR [λノ ( 一 1) X (N₃ - 1) XA3XFJ,

の組み合わせ、又は

F₁≥F₂≥F₃,

F₂ = ROUND [λ _x/ (N₁ - 1) X (N₂- 1) /λ₂Υ. 及び

F₃ = ROUND [λ _x/ (N_x- 1) X (N₃— 1) Ζλ ₃X FJ、

(式中、 λ₂は前記第 2波長を、 λ₃は前記第 3波長を、は前記第 1波長に対する前記回折光学素子に使用されている材料の屈折率を、 N₂は前記第 2波長に対する前記回折光学素子に使用されている材料の屈折率を、 N ₃は前記第 3波長に対する前記回折光学素子に使用されている材料の屈折率を、 F₂は前記第 2レ一ザ光の回折光の回折次数を、 F ₃は前記第 3レーザ光の回折光の回折次数を、 ROUND [] は [] 内の値を小数点以下で四捨五入して整数を得る関数を、 C曰し []は、口内の値の小数点以下を切り上げて整数を得る関数を、 FLOOR []は、 []内の値の小数点以下を切り捨てて整数を得る関数を示す）の組み合わせのいずれかを満たす回折次数の回折光を生ぜしめることを特徴とする請求項 1 0から 31のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

33. 前記回折光学素子の入射又は射出面における前記第 1回折有効径内に設けられ、且つ前記第 1レーザ光の微小な波長変動により発生する色収差を補正する第 3回折レンズ構造をさらに具備することを特徴とする請求項 1 0力、ら 3 2のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

3 4 . 前記第 3回折レンズ構造は、前記回折光学素子の前記入射面又は出射面における、前記第 1回折レンズ構造及び前記第 2回折レンズ構造とは異なる面に形成されていることを特徴とする請求項 3 3に記載の回折光学素子。

3 5 . 前記第 3回折レンズ構造は、前記回折光学素子の前記入射面又は出射面における、前記第 1回折レンズ構造及び前記第 2回折レンズ構造と同一の面に形成されていることを特徴とする請求項 3 3に記載の回折光学素子。

3 6 . 前記第 2回折レンズ構造は、前記回折光学素子の前記入射面又は出射面における、前記第 1回折レンズ構造とは異なる面に形成されていることを特徴とする請求項 3 3に記載の回折光学素子。

3 7 . 前記第 3回折レンズ構造は、前記回折光学素子の前記入射面又は出射面における、前記第 1回折レンズ構造と同一の面に形成されていることを特徴とする請求項 3 6に記載の回折光学素子。

3 8 . 前記第 3回折レンズ構造は、前記回折光学素子の前記入射面又は出射面における、前記第 2回折レンズ構造と同一の面に形成されていることを特徴とする請求項 3 6に記載の回折光学素子。

3 9 . 前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差と前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差では、段差で発生する光路長差が同一波長において異なることを特徴とする請求項 3 3から 3 8のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 0 . 前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差と前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差では、段差で発生する光路長差が同一波長において異なることを特徴とする請求項 3 3から 3 8のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 1 . 前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差、前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差及び前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差は、段差で発生する光路長差が同一波長において互いに異なることを特徴とする請求項 3 3から 3 8のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 2 . 前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差のうち、前記第 4回折有効径近傍の位相段差で発生する光路長差とそれ以外の位相段差で発生する光路長差が同一波長において異なることを特徴とする請求項 3 3から 4 1のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 3 . 前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差のうち、前記第 2回折有効径近傍の位相段差で発生する光路長差とそれ以外の位相段差で発生する光路長差が同一波長において異なることを特徴とする請求項 3 3から 4 1のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 4. 前記回折光学素子の入射又は射出面における前記第 3回折有効径内の領域に、前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差全てと、前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の一部と前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の一部が混在することを特徴とする請求項 3 3から 4 3のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 5 . 前記回折光学素子の入射又は射出面における前記第 4回折有効径内の領域に、前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差全てと、前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の一部が混在することを特徴とする請求項 3 3から 4 4のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 6 . 前記回折光学素子の前記第 4回折有効径内に前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量と第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量を足し合わせた深さの位相段差が少なくとも一つ以上存在することを特徴とする請求項 3 3から 4 5のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 7 . 前記回折光学素子の前記第 3回折有効径内に前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量と前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量と前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量を足し合わせた深さの位相段差が少なくとも一つ以上存在することを特徴とする請求項 2 8から 4 5のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 8 . 前記第 1回折レンズ構造を構成する位相段差の方向と前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の方向が異なることを特徴とする請求項 3 3から 4 7のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

4 9 . 前記回折光学素子の入射文は射出面における前記第 4回折有効径から前記第 2回折有効径の間の領域に、前記第 2回折レンズ構造の一部もしくは全部と前記第 3回折レンズ構造の位相段差の一部が混在していることを特徴とする請求項 3 3から 4 8のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

5 0 . 前記回折光学素子の前記第 4回折有効径から前記第 2回折有効径の間の領域に前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量と前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の段差量を足し合わせた深さの位相段差が少なくとも一つ以上存在することを特徴とする請求項 3 3から 4 9のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

5 1 . 前記第 4回折有効径から前記第 2回折有効径の間の領域において前記第 2回折レンズ構造を構成する位相段差の方向と前記第 3回折レンズ構造を構成する位相段差の方向が異なることを特徴とする請求項 3 3から 5 0のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

5 2 . 前記回折光学素子の前記入射面又は出射面における、同一の面に前記第 1回折レンズ構造、前記第 2回折レンズ構造及び前記第 3回折レンズ構造が形成されており、前記第 1、第 2及び第 3回折レンズ構造の位相段差の方向が全て同一であることを特徴とする請求項 3 3から 5 0のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

5 3 . 前記第 3レンズ構造は、前記第 1レーザ光が前記第 3回折レンズ構造を通過した場合に発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が 1 0 の倍数であることを特徴とする請求項 3 3から 5 2のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

5 4. 前記回折光学素子に入射される前記第 1、第 2及び第 3レーザ光は略平行光であることを特徴とする請求項 1 0から 5 3のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

5 5 . 前記回折光学素子は、前記対物レンズと一体として設けられることを特徴とする請求項 1 0から 5 4のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

5 6 . 前記第 1、第 2及び第 3レーザ光はそれぞれ第 1、第 2及び第 3波長を有し、前記第 2波長が前記第 1波長より長く且つ前記第 3波長が前記第 2波長より長いことを特徴とする請求項 1 0から 5 5のいずれか 1項に記載の回折光学素子。

5 7 . 請求項 1から 9のいずれか 1項に記載の対物レンズモジュール又は請求項 1 0から 5 6のいずれか 1項に記載の回折光学素子を具備することを特徴とする光ピックアップ。

5 8 . 請求項 5 7に記載の光ピックアップを具備することを特徴とする光情報記録再生装置。