(57)【要約】【課題】  異なる３種類の波長を用いて複数種類の光ディスクに対して記録、再生を行う光ピックアップにおいて、構成部品を共通化するとともに、各光ディスクのフォーマットに対応する適切なフォーカス引き込み範囲を設定して、良好な３波長互換を実現する。【解決手段】  各出射部から出射された各波長の光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズ３４と、戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを受光する共通の受光部４０を有する光検出器４１と、集光光学デバイス３６と受光部４０との間に設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ所定の非点収差を付与し、所定の非点隔差を形成する非点収差付与デバイスとしての回折光学素子４４とを備える。【選択図】  図２
2010061768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の出射部から出射され第１の光ディスクに対応する第１の波長の光ビームと、第２の出射部から出射され上記第１の光ディスクと異なる種類の第２の光ディスクに対応するとともに上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、第３の出射部から出射され上記第１及び第２の光ディスクと異なる種類の第３の光ディスクに対応するとともに上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクに集光する対物レンズと、
上記光ディスクで反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを共通の受光部で受光して検出する光検出器と、
上記対物レンズと上記受光部との間に設けられ、入射した光ビームの波長に応じた非点収差を付与する非点収差付与デバイスとを備え、
上記非点収差付与デバイスは、上記第１の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ１とし、上記第２の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ２とし、上記第３の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ３としたとき、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように各波長の光ビームに非点収差を付与する光ピックアップ。
【請求項２】
上記非点収差付与デバイスは、上記第１乃至第３の光ビームに対して上記非点収差を付与するように回折する回折部を有する回折光学素子である請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
上記回折光学素子は、通過する上記第１の波長の光ビームの最大の回折効率となる次数Ｎ１と、通過する上記第２の波長の光ビームの最大の回折効率となる次数Ｎ２と、通過する上記第３の波長の光ビームの最大の回折効率となる次数Ｎ３とが、上記第１の波長をλ１とし、上記第２の波長をλ２とし、上記第３の波長をλ３としたとき、式（１）及び式（２）を満足するように各波長の光ビームを回折する請求項２記載の光ピックアップ。
１．１４λ１Ｎ１＜Ｎ２λ２＜８．０λ１Ｎ１  ・・・（１）
１．１４λ１Ｎ１＜Ｎ３λ３＜８．０λ１Ｎ１  ・・・（２）
【請求項４】
上記回折光学素子は、各波長の最大の回折効率となる次数の組み合わせ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）が（＋１，＋１，＋１）又は（−１，−１，−１）であるように各波長の光ビームを回折するようにブレーズ形状の回折構造が設けられている請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項５】
上記回折光学素子は、入射側又は出射側の面に、単位周期構造が連続的に形成された周期構造からなる回折構造が形成された上記回折部を有し、
上記回折部は、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１１、Ｎ２１，Ｎ３１の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記回折部は、上記回折構造による位相差関数係数をＣ１とし、上記第１の波長をλ１とし、上記第２の波長をλ２とし、上記第３の波長をλ３としたとき、Δ１：Δ２：Δ３＝（Ｎ１１Ｃ１）λ１：（Ｎ２１Ｃ１）λ２：（Ｎ３１Ｃ１）λ３の関係を満足するように形成され、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対して上記非点収差を付与するように支配的となる次数の回折光を発生させる請求項２記載の光ピックアップ。
【請求項６】
上記非点収差付与デバイスは、一又は二の回折光学素子のそれぞれの入射側又は出射側の面から選択された任意の面に、それぞれ設けられる第１及び第２の回折部を有し、上記第１及び第２の回折部を通過する上記第１乃至第３の波長の光ビームに対して上記非点収差を付与し、
上記第１の回折部は、単位周期構造が連続的に形成された周期構造からなる第１の回折構造を有し、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１１、Ｎ２１，Ｎ３１の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の回折部は、単位周期構造が連続的に形成された周期構造からなる第２の回折構造を有し、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１２、Ｎ２２，Ｎ３２の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第１及び第２の回折部は、上記第１の回折構造による位相差関数係数をＣ１とし、上記第２の回折構造による位相差関数係数をＣ２とし、上記第１の波長をλ１とし、上記第２の波長をλ２とし、上記第３の波長をλ３としたとき、Δ１：Δ２：Δ３＝（Ｎ１１Ｃ１＋Ｎ１２Ｃ２）λ１：（Ｎ２１Ｃ１＋Ｎ２２Ｃ２）λ２：（Ｎ３１Ｃ１＋Ｎ３２Ｃ２）λ３の関係を満足するように形成され、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対して上記非点収差を付与するように支配的となる次数の回折光を発生させる請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項７】
上記回折光学素子は、入射側又は出射側の面に、少なくとも第１の基礎構造と第２の基礎構造とを重畳するように形成された回折構造が形成された上記回折部を有し、
上記第１の基礎構造は、単位周期構造が連続的に形成された周期構造であり、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１１、Ｎ２１，Ｎ３１の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の基礎構造は、単位周期構造が連続的に形成された周期構造であり、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１２、Ｎ２２，Ｎ３２の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記回折部は、上記第１の基礎構造による位相差関数係数をＣ１とし、上記第２の基礎構造による位相差関数係数をＣ２とし、上記第１の波長をλ１とし、上記第２の波長をλ２とし、上記第３の波長をλ３としたとき、Δ１：Δ２：Δ３＝（Ｎ１１Ｃ１＋Ｎ１２Ｃ２）λ１：（Ｎ２１Ｃ１＋Ｎ２２Ｃ２）λ２：（Ｎ３１Ｃ１＋Ｎ３２Ｃ２）λ３の関係を満足するように形成され、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対して上記非点収差を付与するように支配的となる次数の回折光を発生させる請求項２記載の光ピックアップ。
【請求項８】
上記対物レンズと上記受光部との間に設けられ、光軸方向に移動可能とされ、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する発散角変換素子を備え、
上記発散角変換素子は、上記第１乃至第３の波長の光ビームのうち出射される光ビームの種類毎に、光軸方向の所定の位置に移動され、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの状態を変えることで、各波長の光ビームを上記受光部の同一の受光面上に集光させる請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項９】
上記非点収差付与デバイスは、印加される電圧に対応して、互いに直交する方向のうち一方向又は両方向の曲率を変化させることにより、上記直交する方向に対して異なる曲率を有する液体レンズであり、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ上記非点収差を付与するように所定の屈折力を付与する請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
複数種類の光ディスクから任意に選択され、回転駆動される光ディスクに対して波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップを備え、
上記光ピックアップは、
第１の出射部から出射され第１の光ディスクに対応する第１の波長の光ビームと、第２の出射部から出射され上記第１の光ディスクと異なる種類の第２の光ディスクに対応するとともに上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、第３の出射部から出射され上記第１及び第２の光ディスクと異なる種類の第３の光ディスクに対応するとともに上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクに集光する対物レンズと、
上記光ディスクで反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを共通の受光部で受光して検出する光検出器と、
上記対物レンズと上記受光部との間に設けられ、入射した光ビームの波長に応じた非点収差を付与する非点収差付与デバイスとを備え、
上記非点収差付与デバイスは、上記第１の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ１とし、上記第２の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ２とし、上記第３の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ３としたとき、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように各波長の光ビームに非点収差を付与する光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる３種類の光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ及びこれを用いた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長４０５ｎｍ程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う高密度記録が可能な光ディスク（以下、「高密度記録光ディスク」という。）が提案されている。この高密度記録光ディスクとして、例えばＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））のような、信号記録層を保護する保護層（カバー層）の厚さを薄く、例えば０．１ｍｍとした構造のものが提案されている。
【０００３】
これらの高密度記録光ディスクに対応する光ピックアップを提供するに際して、従来の使用波長が７８５ｎｍ付近であるＣＤ（Compact Disc）、使用波長が６５５ｎｍ付近であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のフォーマットの異なる光ディスクとの互換性を有するものが望まれる。このように、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるフォーマットの光ディスク間の互換性を有する光ピックアップ及び光ディスク装置が必要とされる。
【０００４】
ところで、上述したような高密度記録光ディスク並びにＤＶＤ，ＣＤ等の光ディスクには、それぞれ、普及するメディアやこれを記録再生する装置の統一性・互換性を守るための規格（フォーマット）が存在する。これらの規格書（フォーマットブック）には、製品技術に関して、さまざまな要求事項が記載されている。そして、上述したような異なる３種類の光ディスクに対して、情報信号の記録又は再生を実現する所謂３波長互換を実現するためには、特にその記載事項の一つであるフォーカスサーボ等のためのサーボ信号に対する要求事項を満足することが重要となってくる。
【０００５】
上述したような３波長互換を行う場合には、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスクに対する従来のシステムに加えて、高密度記録光ディスクに対するシステムを実現可能とする必要がある。そして、そのためには、複数種類のフォーマットに対応したフォーカスサーボに適したフォーカスエラー信号の要求仕様を満たす必要がある。そして、このような複数種類のフォーマットで決められた光ディスクの仕様の違いにより、それぞれの光ディスクのフォーマットに対応したフォーカスサーボに適したフォーカスエラー信号の要求仕様が、異なっている。
【０００６】
特に、フォーカスエラー信号の波形は、光ピックアップの光学系及び電気系と関わり合いが深く、光学系の復路系の倍率（以下、「復路倍率」ともいう。）でＳ字波形の引き込み範囲（以下、「フォーカス引き込み範囲」ともいう。）という指標が制約されることとなる。
【０００７】
例えば、従来のシステムを考慮すると、高密度記録光ディスクであるＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））に適したフォーカス引き込み範囲は、１．５μｍ〜３．５μｍ程度である。また、ＤＶＤ及びＣＤに適したフォーカス引き込み範囲は、４．０μｍ〜１２．０μｍ程度であった。
【０００８】
そして、このフォーカス引き込み範囲が各光ディスクのフォーマットに適合しない場合には、フォーカスサーボの感度が低下したり、フォーカス外れが発生し適切なフォーカスサーボを行うことができないおそれがあった。さらに、これにより、記録・再生を良好に行うことができないといった問題が発生するおそれがあった。使用波長としての３波長それぞれにおいて適切なフォーカス引き込み範囲を与えるためには、それぞれ最適な復路倍率に設定する必要がある。復路倍率は、主に対物レンズの焦点距離、対物レンズへの入射倍率、その他の復路光学系に配置される光学部品の焦点距離により決まる。以上のようなことに鑑みて、従来は、例えば、図２２に示すように、受光素子を２つ以上用い、復路系の共通光路以外の光路に曲率の異なるカップリングレンズとしてのマルチレンズを個別に配置する方法等が用いられ、又は検討されてきた。ここで、図２２に示す従来検討されてきた光ピックアップの構成について説明する。
【０００９】
図２２に示す光ピックアップ１６０は、３波長の光ビームに対応する共通の対物レンズを有するものであり、従来の２つの対物レンズを有する光ピックアップの問題点を解消する。すなわち、光ピックアップ１６０は、２つの対物レンズ駆動用のアクチュエータに搭載する必要があるため、アクチュエータの重量が増大し、感度が低下する等の問題を解消するものである。
【００１０】
この光ピックアップ１６０は、具体的に、ＣＤ等の光ディスクに対して波長７８５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部を有するレーザダイオード等の光源部１６３を有する。また、光ピックアップ１６０は、ＤＶＤ等の光ディスクに対して波長６５５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部を有するレーザダイオード等の光源部１６２を有する。また、光ピックアップ１６０は、高密度記録光ディスクに対して波長４０５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部を有するレーザダイオード等の光源部１６１を有する。また、光ピックアップ１６０は、高密度記録光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ用の共通の対物レンズ１６４と、収差補正用の回折光学素子１６５とを備える。
【００１１】
また、この光ピックアップ１６０は、可動コリメータレンズ１６７、１／４波長板１７５、立ち上げミラー１７６、ビームスプリッタ１６８Ａ，１６８Ｂ，１６９Ａ、グレーティング１７３Ａ，１７３Ｂ，１７３Ｃ等を備える。
【００１２】
さらに、この光ピックアップ１６０は、復路の光路中に、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスク用の戻り光検出系としてマルチレンズ１７２Ｂ及び光検出器１７１Ｂを有する。また、光ピックアップ１６０は、高密度記録光ディスク用の戻り光検出系としてマルチレンズ１７２Ａ及び光検出器１７１Ａと、それぞれの戻り光検出系に所定の光ビームを導くビームスプリッタ１６９Ｂとを備える。
【００１３】
光源部１６３より出射された波長７８５ｎｍ程度の光ビームは、ビームスプリッタ１６８Ｂで反射され、ビームスプリッタ１６９Ａを透過して対物レンズ１６４へと入射する。この対物レンズ１６４によって厚さ１．１ｍｍ程度の保護層を有する光ディスクの信号記録面に集光される。
【００１４】
光源部１６２より出射された波長６５５ｎｍ程度の光ビームは、ビームスプリッタ１６８Ａで反射され、ビームスプリッタ１６８Ｂ，１６９Ａを透過して対物レンズ１６４へと入射する。この対物レンズ１６４によって厚さ０．６ｍｍの保護層を有する光ディスクの信号記録面に集光される。光ディスクの信号記録面で反射された波長７８５ｎｍ及び波長６５５ｎｍの戻り光は、ビームスプリッタ１６９Ａを経て、ビームスプリッタ１６９Ｂで反射されて、マルチレンズ１７２Ｂによりフォトディテクタ等を有する光検出器１７１Ｂで検出される。
【００１５】
光源部１６１より出射された波長４０５ｎｍ程度の光ビームは、ビームスプリッタ１６８Ａ，１６８Ｂ，１６９Ａを透過され、対物レンズ１６４へと入射する。この対物レンズ１６４によって厚さ約０．１ｍｍの保護層を有する光ディスクの信号記録面に集光される。光ディスクの信号記録面で反射された波長４０５ｎｍの戻り光は、ビームスプリッタ１６９Ａを経て、ビームスプリッタ１６９Ｂを透過されて、マルチレンズ１７２Ａによりフォトディテクタ等を有する光検出器１７１Ａで検出される。
【００１６】
この光ピックアップ１６０の復路光学系において、ＤＶＤ／ＣＤ用のマルチレンズ１７２Ｂと、高密度記録光ディスク用のマルチレンズ１７２Ａとの焦点距離及び配置を適宜調整することにより、以下のような効果が得られる。すなわち、上述の構成により、ＤＶＤ及びＣＤ等の光ディスク用の波長７８５ｎｍ及び波長６５５ｎｍの光ビームの復路倍率と、高密度記録光ディスク用の波長４０５ｎｍの光ビームの復路倍率とを設定できる。そして、かかる構成により、各波長それぞれにおいて適切なフォーカス引き込み範囲を与えることができる。
【００１７】
以上のような図２２に示す光ピックアップ１６０は、３波長の光ビームに対応する対物レンズ１６４と、収差補正用の回折光学素子１６５とを設けることにより、異なる３種類の光ディスクの記録及び／又は再生を実現する。それとともに、光ピックアップ１６０は、各光ディスクに対して適切なフォーカス引き込み範囲を設定し、すなわち、複数種類の光ディスク間の互換を実現する。
【００１８】
しかし、図２２に示す光ピックアップ１６０は、受光素子を有する光検出器を２個設ける必要により部品点数が多くなり、低コスト化と小型化の面から問題がある。すなわち、かかる光ピックアップ１６０は、例えば、２つの光検出器が必要であるためにコストがかかるといった問題があった。さらに、光ピックアップ１６０は、これらの光検出器に対応する光ビームを分離して入射させるビームスプリッタ等の素子も必要となり、また、それぞれの光検出器の受光素子上に集光させる倍率変換レンズとしてのマルチレンズ等の部品も複数個必要となる。また、光ピックアップ１６０では、さらに配線も二箇所から引き回すために構成が複雑となり、これにより、全体としての構成が複雑になるとともに装置の小型化を妨げる等の問題があった。
【００１９】
このように、上述の図２２に示す光ピックアップでは、部品点数が多くなり、光学系が複雑になるという問題があった。また、複数のマルチレンズや受光素子を設けることで、それを調整する工程も増え、光ピックアップを作製するのに多大な時間を要し、装置の構成が複雑となったり、小型化の妨げとなるという問題があった。
【００２０】
そこで、さらなる小型化、構成の簡素化、調整工程の簡素化等を実現するために、１つの受光部と１つの光検出器よりなる光学系を有する光ピックアップを構成することが望まれる。しかしながら、単に１つの対物レンズと１つの受光部を有する光検出器とから光ピックアップを構成した場合には、３種類の使用波長に対する復路倍率に差を設定することができないという問題があった。また、フォーカスサーボ信号波形を適切にすることができず、すなわち、上述したように、所望のフォーカス引き込み範囲を得ることができないという問題があった。
【００２１】
さらに、上述した高密度記録光ディスクとして、信号記録面を複数有する多層光ディスクとして例えば二層光ディスク等に対して再生を行う場合には、信号の再生を行う記録面とは異なる記録面からの迷光が受光面に入射するということを考慮する必要がある。これにより、十分に大きな復路倍率を有さない光学系においては、干渉による問題が大きくなり、再生特性に悪影響を及ぼすこともあり、この点に鑑みてもある程度以上の復路倍率（戻り倍率）を有することが望ましい。
【００２２】
このように、フォーカス引き込み範囲を適正なものとするという観点から各フォーマットに対応させた復路倍率を最適なものにすることと、各光ディスクに対応した各使用波長に対して対物レンズと受光素子とを共通化することにより、３波長互換と装置の小型化及び構成の簡素化とを可能にすることを両立させることは非常に困難であった。
【００２３】
【特許文献１】特開２００７−２２０２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は、異なる３種類の波長を用いて複数種類の光ディスクに対して記録及び／又は再生を行う光ピックアップであって、構成部品を共通化して構成の簡素化、装置の小型化を可能とするとともに、それぞれの光ディスクのフォーマットに対応する適切なフォーカス引き込み範囲とすることを可能として、構成の小型化と良好なサーボ信号を得て３波長互換を両立させることを可能とする光ピックアップ及びこれを用いた光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る光ピックアップは、第１の出射部から出射され第１の光ディスクに対応する第１の波長の光ビームと、第２の出射部から出射され上記第１の光ディスクと異なる種類の第２の光ディスクに対応するとともに上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、第３の出射部から出射され上記第１及び第２の光ディスクと異なる種類の第３の光ディスクに対応するとともに上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクに集光する対物レンズと、上記光ディスクで反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを共通の受光部で受光して検出する光検出器と、上記対物レンズと上記受光部との間に設けられ、入射した光ビームの波長に応じた非点収差を付与する非点収差付与デバイスとを備え、上記非点収差付与デバイスは、上記第１の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ１とし、上記第２の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ２とし、上記第３の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差をΔ３としたとき、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように各波長の光ビームに非点収差を付与する。
【００２６】
また、本発明に係る光ディスク装置は、複数種類の光ディスクから任意に選択され、回転駆動される光ディスクに対して波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップを備える光ディスク装置であり、この光ディスク装置に用いる光ピックアップとして、上述したようなものを用いたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、３種類の使用波長に対応する共通の対物レンズと共通の受光部を有する共通の光学系を用いて、各光ディスクに対して対応する波長の光ビームを集光するとともに、光ディスクからの反射光を検出して、複数種類の光ディスクに情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップの光学系において、対物レンズと受光部との間に設けられる非点収差付与デバイスが、各波長の光ビームに所定の非点収差を付与することに一定の関係を有する非点隔差を形成することで、使用波長に応じて復路系の倍率を最適なものとすることができ、これにより、それぞれの各光ディスクのフォーマットに対応する適切なフォーカス引き込み範囲を設定することを可能とし、構成の簡素化及び装置の小型化を実現するとともに各光ディスクに対して良好な記録及び／又は再生を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を適用した光ピックアップを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。
【００２９】
本発明が適用された光ディスク装置１は、図１に示すように、光ディスク２から情報記録再生を行う光ピックアップ３と、光ディスク２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ４とを備える。また、光ディスク装置１は、光ピックアップ３を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ５を備えている。この光ディスク装置１は、フォーマットの異なる３種類の光ディスク及び記録層が積層化された光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うことができる３規格間互換性を実現した光ディスク装置である。
【００３０】
ここで用いられる光ディスクは、例えば、発光波長が７８５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＣＤ(Compact Disc）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＣＤ−ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクである。また、かかる光ディスクは、例えば、発光波長を６５５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクである。また、かかる光ディスクは、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能なＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））等の高密度記録光ディスクである。
【００３１】
特に、以下で光ディスク装置１により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスク２として、以下の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３を用いるものとして説明する。すなわち、第１の光ディスク１１は、０．１ｍｍ程度の第１の厚さで形成された保護層を有し波長４０５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用する高密度記録が可能な上述したＢＤ等の光ディスクである。また、第２の光ディスク１２は、０．６ｍｍ程度の第２の厚さで形成された保護層を有し波長６５５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ等の光ディスクである。また、第３の光ディスク１３は、１．１ｍｍ程度の第３の厚さで形成された保護層を有し波長７８５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＣＤ等の光ディスクである。
【００３２】
光ディスク装置１において、スピンドルモータ４及び送りモータ５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部９によりディスク種類に応じて駆動制御されている。これにより、例えば、第１の光ディスク１１、第２の光ディスク１２、第３の光ディスク１３に応じて所定の回転数で駆動される。
【００３３】
光ピックアップ３は、３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを保護層側から照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ３は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号を出力する。
【００３４】
光ディスク装置１は、光ピックアップ３から出力された信号に基づいてフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するプリアンプ１４を備える。また、光ディスク装置１は、プリアンプ１４からの信号を復調し又は外部コンピュータ１７等からの信号を変調するための信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調器＆ＥＣＣブロックと記す。）１５を備える。また、光ディスク装置１は、インターフェース１６と、Ｄ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８と、オーディオ・ビジュアル処理部１９と、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０とを備える。
【００３５】
このプリアンプ１４は、光検出器からの出力に基づいて、非点収差法等によってフォーカスエラー信号を生成し、また、３ビーム法、ＤＰＤ法、ＤＰＰ法等によってトラッキングエラー信号を生成する。また、プリアンプ１４は、更にＲＦ信号を生成し、ＲＦ信号を、信号変調器＆ＥＣＣブロック１５に出力する。また、プリアンプ１４は、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号とをサーボ制御部９に出力する。
【００３６】
信号変調器＆ＥＣＣブロック１５は、第１の光ディスクに対して、データの記録を行うとき、インターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタル信号に対して、以下の処理を行う。すなわち、信号変調器＆ＥＣＣブロック１５は、当該入力されたディジタル信号に対して、ＬＤＣ−ＥＣＣ及びＢＩＳ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、１−７ＰＰ方式等の変調処理を行う。また、信号変調器＆ＥＣＣブロック１５は、第２の光ディスクに対してデータを記録するとき、ＰＣ（Product Code）等のエラー訂正方式に従ってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１６変調等の変調処理を行う。更に、信号変調器＆ＥＣＣブロック１５は、第３の光ディスクに対してデータを記録するとき、ＣＩＲＣ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１４変調処理等の変調処理を行う。そして、信号変調器＆ＥＣＣブロック１５は、変調されたデータをレーザ制御部２１に出力する。更に、信号変調器＆ＥＣＣブロック１５は、各光ディスクの再生を行うとき、プリアンプ１４から入力されたＲＦ信号に基づいて復調処理を行い、更に、エラー訂正処理を行って、インターフェース１６又はデータをＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８に出力する。
【００３７】
なお、データ圧縮してデータ記録するときには、圧縮伸長部を変調器＆ＥＣＣブロック１５とインターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８との間に設けても良い。この場合、データは、ＭＰＥＧ２やＭＰＥＧ４といった方式でデータが圧縮される。
【００３８】
サーボ制御部９は、プリアンプ１４からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が入力される。サーボ制御部９は、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が０となるようなフォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらのサーボ信号に基づいて、対物レンズを駆動する２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動部を駆動制御する。また、プリアンプ１４からの出力より、同期信号等を検出して、ＣＬＶ（Constant Linear Velocity）やＣＡＶ（Constant Angular Velocity）、更にはこれらの組み合わせの方式等で、スピンドルモータをサーボ制御する。
【００３９】
レーザ制御部２１は、光ピックアップ３のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部２１は、ディスク種類判別部２２によって検出された光ディスク２の種類に応じて光ピックアップ３のレーザ光源を切り換えている。
【００４０】
ディスク種類判別部２２は、第１〜第３の光ディスク１１，１２，１３の間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から反射光量の変化を検出し光ディスク２の異なるフォーマットを検出することができる。
【００４１】
光ディスク装置１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部２２における検出結果に応じて、装着される光ディスク２の仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【００４２】
システムコントローラ７は、ディスク種類判別部２２で判別された光ディスクの種類に応じて装置全体を制御する。また、システムコントローラ７は、ユーザからの操作入力に応じて、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録されたアドレス情報や目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）に基づいて、各部を制御する。すなわち、システムコントローラ７は、上述の情報に基づいて、記録再生を行う光ディスクの記録位置や再生位置を特定し、特定した位置に基づいて、各部を制御する。
【００４３】
以上のように構成された光ディスク装置１は、スピンドルモータ４によって、光ディスク２を回転操作する。そして、光ディスク装置１は、サーボ制御部９からの制御信号に応じて送りモータ５を駆動制御し、光ピックアップ３を光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。
【００４４】
具体的には、光ディスク装置１により記録再生するときには、サーボ制御部９は、ＣＡＶやＣＬＶやこれらの組み合わせで光ディスク２を回転する。光ピックアップ３は、光源から光ビームを照射して光検出器により光ディスク２からの戻りの光ビームを検出し、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する。また、光ピックアップ３は、これらフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて対物レンズ駆動機構により対物レンズを駆動してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。
【００４５】
また、光ディスク装置１により記録する際には、外部コンピュータ１７からの信号がインターフェース１６を介して信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５に入力される。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、インターフェース１６又はＡ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタルデータに対して上述したような所定のエラー訂正符号を付加し、更に所定の変調処理を行った後に記録信号を生成する。レーザ制御部２１は、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５で生成された記録信号に基づいて、光ピックアップ３のレーザ光源を制御して、所定の光ディスクに記録する。
【００４６】
また、光ディスク２に記録された情報を光ディスク装置１により再生する際には、光検出器で検出された信号に対して、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５が復調処理を行う。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェース１６を介して外部コンピュータ１７に出力される。これにより、外部コンピュータ１７は、光ディスク２に記録された信号に基づいて動作することができる。また、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ変換器１８でデジタルアナログ変換され、オーディオ・ビジュアル処理部１９に供給される。そしてオーディオ・ビジュアル処理部１９でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０を介して、図示しない外部のスピーカやモニターに出力される。
【００４７】
ここで、上述した記録再生用光ピックアップ３について詳しく説明する。この光ピックアップ３は、上述したように、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３から任意に選択された光ディスクに対する光ピックアップである。そして、この光ピックアップ３は、上述の光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップである。
【００４８】
本発明を適用した光ピックアップ３は、図２に示すように、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する第１の光源部３１を備える。また、光ピックアップ３は、第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する第２の光源部３２を備える。また、光ピックアップ３は、この第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する集光光学デバイス３６を構成する対物レンズ３４及び回折光学素子３５を備える。また、光ピックアップ３は、第１乃至第３の出射部と、集光光学デバイス３６との間の光路上に配置され且つ光軸方向に移動可能とされるコリメータレンズ３７を備える。かかるコリメータレンズ３７は、第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を変換して略平行光の状態又は所定の発散角を有する状態となるように調整して出射させる発散角変換素子として機能する。
【００４９】
また、光ピックアップ３は、光路分離手段として機能する第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９を備える。かかる第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９は、復路の光ビームの光路と、第１乃至第３の出射部から出射された往路の各光ビームの光路とを分離する光路分離手段である。ここで、復路の光ビームとは、対物レンズ３４により光ディスク２の信号記録面に集光されてこの信号記録面で反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを意味するものとする。また、光ピックアップ３は、この第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９により分離された復路（戻り）の第１乃至第３の波長の光ビームを受光する共通の受光部４０を有する光検出器４１を備える。また、光ピックアップ３は、第１のビームスプリッタ３８と受光部４０との間に設けられるマルチレンズ４２を備える。かかるマルチレンズ４２は、第１のビームスプリッタ３８からの復路の第１乃至第３の波長の光ビームを受光部４０の受光面に集光される倍率変換レンズ（カップリングレンズ）として機能する。また、光ピックアップ３は、マルチレンズ４２と第１のビームスプリッタ３８との間に設けられ、入射した光ビームの波長に応じた非点収差を付与する非点収差付与デバイスとしての回折光学素子４４とを備える。そして、かかる回折光学素子４４は、図３（ａ）に示すように、その入射側の面に、第１乃至第３の波長の光ビームに対して所定の非点収差を付与するように回折する回折部４３を有する。
【００５０】
ここで、光ピックアップ３を構成する非点収差付与デバイスは、上述のような回折光学素子４４に限られるものではなく、例えば、集光機能を有するマルチレンズと一体に回折部４３が設けられたような回折光学素子であってもよい。すなわち、上述のマルチレンズ４２及び回折光学素子４４に換えて、図３（ｂ）に示すような、非点収差付与デバイスとしての回折光学素子４４Ｂを設けるように構成してもよい。かかる回折光学素子４４Ｂは、その一方の面として例えば入射側の面に、上述と同様の回折部４３が設けられている。また、かかる回折光学素子４４Ｂは、他方の面として例えば出射側の面に、倍率変換機能を有するレンズ面４２Ｂが設けられており、このように、回折光学素子としてのマルチレンズである。
【００５１】
また、光ピックアップ３は、第１の光源部３１の第１の出射部と第１のビームスプリッタ３８との間に設けられる第１のグレーティング４５を備える。かかる第１のグレーティング４５は、第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する機能を有する。また、光ピックアップ３は、第２の光源部３２の第２及び第３の出射部と第２のビームスプリッタ３９との間に設けられる第２のグレーティング４６を備える。かかる第２のグレーティング４６は、第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長の光ビームをそれぞれトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する機能を有する。
【００５２】
さらに、光ピックアップ３は、コリメータレンズ３７と対物レンズ３４との間に設けられ、入射した第１乃至第３の波長の光ビームに１／４波長の位相差を与える１／４波長板４７を備える。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４と１／４波長板４７との間に設けられる立ち上げミラー４８を備える。この立ち上げミラー４８は、対物レンズ３４及び回折光学素子３５の光軸に直交する平面内で上述した光学部品を経由された光ビームを反射して立ち上げることにより対物レンズ３４及び回折光学素子３５の光軸方向に光ビームを出射させる。
【００５３】
第１の光源部３１は、第１の光ディスク１１に対して４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する。第２の光源部３２は、第２の光ディスク１２に対して６５５ｎｍ程度の第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、７８５ｎｍ程度の第３の光ディスクに対して第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する。この第２の光源部３２において、第２及び第３の出射部は、この第２及び第３の出射部から出射される第２及び第３の波長の光ビームの光軸に直交する同一平面内に各発光点が位置するように配置されている。尚、ここでは、第１の出射部を第１の光源部３１に配置し、第２及び第３の出射部を第２の光源部３２に配置するように構成したが、これに限られるものではなく、第１乃至第３の出射部をそれぞれ別々の光源部に配置するように構成してもよい。ただし、上述のように第２及び第３の出射部を共通の光源部に配置するように構成した方が構成の簡素化、装置の小型化に有利である。
【００５４】
第１のグレーティング４５は、第１の光源部３１と第１のビームスプリッタ３８との間に設けられている。第１のグレーティング４５は、第１の光源部３１の第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折して第１のビームスプリッタ３８側に出射させる。
【００５５】
第２のグレーティング４６は、第２の光源部３２と第２のビームスプリッタ３９との間に設けられている。第２のグレーティング４６は、第２の光源部３２の第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のためにそれぞれ３ビームに回折して第２のビームスプリッタ３９側に出射させる。この第２のグレーティング４６は、波長依存性を有する所謂２波長グレーティングであり、第２及び第３の波長の光ビームに対して所定の３ビームに回折する機能を有している。
【００５６】
第１のビームスプリッタ３８は、以下のような機能を有する分離面３８ａを有している。分離面３８ａは、第１のグレーティング４５で回折され入射された第１の波長の光ビームを反射させて第２のビームスプリッタ３９側に出射させるとともに、復路の第１乃至第３の波長の光ビームを透過させてマルチレンズ４２側に出射させる機能を有している。この分離面３８ａは、波長依存性、偏光依存性等を有して形成されることにより上述のような機能を発揮する。そして、第１のビームスプリッタ３８は、この分離面３８ａにより、復路の第１の波長の光ビームの光路と、第１の出射部から出射された往路の第１の波長の光ビームの光路とを分離する光路分離手段として機能する。
【００５７】
第２のビームスプリッタ３９は、以下のような機能を有する合成分離面３９ａを有している。合成分離面３９ａは、第１のビームスプリッタ３８からの往路の第１の波長の光ビームを透過させてコリメータレンズ３７側に出射させる。また、合成分離面３９ａは、第２のグレーティング４６からの往路の第２及び第３の波長の光ビームを反射させてコリメータレンズ３７側に出射させて導く。これとともに、合成分離面３９ａは、復路の第１乃至第３の波長の光ビームを透過させて第１のビームスプリッタ３８側に出射させる機能を有している。この合成分離面３９ａは、波長依存性、偏光依存性等を有して形成されることにより上述のような機能を発揮する。そして、第２のビームスプリッタ３９は、この合成分離面３９ａにより、往路の第１の波長の光ビームの光路と、往路の第２及び第３の波長の光ビームの光路とを合成してコリメータレンズ３７側に導く光路合成手段として機能する。また、第２のビームスプリッタ３９は、この合成分離面３９ａにより、復路の第２及び第３の波長の光ビームの光路と、第２及び第３の出射部から出射された往路の第２及び第３の波長の光ビームの光路とを分離する光路分離手段として機能する。
【００５８】
尚、この光ピックアップ３では、第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９に光路分離手段としての機能を持たせるとともに、第２のビームスプリッタ３９に光路合成手段としての機能を持たせるように構成したが、これに限られるものではない。すなわち、往路における第１乃至第３の波長の光ビームの光路を合成する光路合成手段と、以下のような光路分離手段とを設けるように構成してもよい。かかる光路分離手段は、復路における第１乃至第３の波長の光ビームの光路を、この各第１乃至第３の波長の光ビームの往路の光路から分離して受光部４０側に導くものであればよい。
【００５９】
コリメータレンズ３７は、第２のビームスプリッタ３９と、１／４波長板４７との間に設けられるとともに光軸方向に移動可能とされている。コリメータレンズ３７は、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する発散角変換素子として機能する。また、光ピックアップ３には、このコリメータレンズ３７を光軸方向に駆動して移動させるコリメータレンズ駆動手段４９が設けられている。
【００６０】
光ピックアップ３におけるコリメータレンズ３７は、マルチレンズ４２により共通の受光部４０に導かれる戻りの各波長の光ビームが、同一平面上、すなわち受光部４０の受光面上に適切に集光されるように移動される。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、コリメータレンズ３７は、入射される光ビームの種類に応じて、光軸方向の所定の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に移動される。また、例えば第１及び第２の光源部３１，３２等のその他の光学部品は、この各波長毎に異なる位置に移動されるコリメータレンズ３７を経由した各波長の光ビームが集光光学デバイス３６で適切に集光されるように構成されている。すなわち、コリメータレンズ３７は、出射される光ビームの種類毎に、所定の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に移動される。そして、コリメータレンズ３７は、移動された位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの状態を変えることで、各波長の光ビームを共通の受光部４０の同一の受光面上に集光させることができる。例えば、図４（ａ）に示すように、位置Ｐ１のコリメータレンズ３７は、マルチレンズ４２を介してＰｆλ１の位置に集光させる。また、図４（ｂ）に示すように、位置Ｐ２，Ｐ３に移動されたコリメータレンズ３７は、マルチレンズ４２を介してＰｆλ２、Ｐｆλ３の位置に集光させる。ここで、集光位置Ｐｆλ１と、集光位置Ｐｆλ２、Ｐｆλ３とは、同一位置であり、この位置に共通の受光部４０の受光面が配置されている。尚、図４（ｂ）では、便宜的に位置Ｐ２，Ｐ３が同じ位置に位置するものとして図示しているが、実際には、異なる位置となる場合もあり、同じ位置となる場合もある。
【００６１】
また、このとき、コリメータレンズ駆動手段４９は、ディスク種類判別部２２で検出された光ディスク２の種類に応じて、システムコントローラ７に制御されることにより、コリメータレンズ３７を駆動して上述の第１乃至第３の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に移動させる。
【００６２】
１／４波長板４７は、コリメータレンズ３７により発散角を変換された往路の第１乃至第３の波長の光ビームに、１／４波長の位相を付与することにより、直線偏光状態から円偏光状態として立ち上げミラー４８に出射させる。また、１／４波長板４７は、立ち上げミラー４８から導かれた復路の第１乃至第３の波長の光ビームに、１／４波長の位相を付与することにより、円偏光状態から直線偏光状態としてコリメータレンズ３７側に出射させる。
【００６３】
立ち上げミラー４８は、１／４波長板４７により１／４波長の位相差を付与された光ビームを反射して、対物レンズ３４の光軸にその光軸を合わせた状態で回折光学素子３５側に出射させる。
【００６４】
対物レンズ３４は、入射した第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光させる。この対物レンズ３４は、図示しない２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構によって移動自在に保持されている。そして、この対物レンズ３４は、光検出器４１で検出された光ディスク２からの戻り光により生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号に基づいて、２軸アクチュエータ等により移動操作される。これにより、対物レンズ３４は、光ディスク２に近接離間する方向及び光ディスク２の径方向の２軸方向へ移動される。対物レンズ３４は、第１乃至第３の出射部からの光ビームが光ディスク２の信号記録面上で常に焦点が合うように、この光ビームを集束するとともに、この集束された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に形成された記録トラックに追従させる。尚、対物レンズ３４が保持される対物レンズ駆動機構のレンズホルダに、この対物レンズ３４と一体になるように後述の回折光学素子３５を保持するように構成されている。これにより、対物レンズ３４のトラッキング方向への移動等の視野振りの際にも回折光学素子３５に設けた回折部５０の後述の作用効果を適切に発揮することができる。
【００６５】
回折光学素子３５は、３波長互換集光用の回折光学素子であり、その一方の面として例えば、入射側の面に複数の回折領域からなる回折部５０が設けられている。回折光学素子３５は、この回折部５０により、複数の回折領域毎に通過する第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折して対物レンズ３４に入射させる。すなわち、回折光学素子３５は、所定の発散角を有する拡散状態又は収束状態の光ビームとして対物レンズ３４に入射させる。これにより、回折光学素子３５は、この単一の対物レンズ３４を用いて第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれに対応する３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。
【００６６】
具体的に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、回折光学素子３５の入射側の面に設けられた回折部５０は、最内周部に設けられ略円形状の第１の回折領域（以下、「内輪帯」ともいう。）５１を有する。また、回折部５０は、第１の回折領域５１の外側に設けられ輪帯状の第２の回折領域（以下、「中輪帯」ともいう。）５２と、第２の回折領域５２の外側に設けられ輪帯状の第３の回折領域（以下、「外輪帯」ともいう。）５３とを有する。
【００６７】
内輪帯である第１の回折領域５１は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成されている。第１の回折領域５１は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の回折領域５１は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００６８】
また、第１の回折領域５１は、第１の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の回折領域５１は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００６９】
また、第１の回折領域５１は、第１の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の回折領域５１は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７０】
このように、第１の回折領域５１は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されているため、以下のような機能を有する。すなわち、第１の回折領域５１は、第１の回折領域５１を通過して所定の次数の回折光とされた各波長の光ビームが対物レンズ３４によりそれぞれの光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【００７１】
中輪帯である第２の回折領域５２は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１の回折構造とは異なる構造とされた第２の回折構造が形成されている。第２の回折領域５２は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の回折領域５２は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７２】
また、第２の回折領域５２は、第２の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の回折領域５２は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７３】
また、第２の回折領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の回折領域５２は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。尚、第２の回折領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。
【００７４】
このように、第２の回折領域５２は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されているため、以下のような機能を有する。すなわち、第２の回折領域５２は、第２の回折領域５２を通過して所定の次数の回折光とされた第１及び第２の波長の光ビームが対物レンズ３４によりそれぞれの光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【００７５】
外輪帯である第３の回折領域５３は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされた第３の回折構造が形成されている。第３の回折領域５３は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の回折領域５３は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７６】
また、第３の回折領域５３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の回折領域５３は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。尚、第３の回折領域５３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。
【００７７】
また、第３の回折領域５３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の回折領域５３は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。尚、第３の回折領域５３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。
【００７８】
このように、第３の回折領域５３は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されているため、以下のような機能を有する。すなわち、第３の回折領域５３は、第３の回折領域５３を通過して所定の次数の回折光とされた第１の波長の光ビームが対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【００７９】
ここで、上述の第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３には、例えば、光軸を中心とした輪帯状でこの輪帯の断面形状が、所定の深さのブレーズ形状又は階段形状となるように形成されている。各回折領域５１，５２，５３の各回折構造において、溝深さ及び溝幅は、上述したように光ディスクの信号記録面で集光されるスポットが最適となるような所定の次数の回折光の回折角度、及びこの次数の回折光の回折効率が所定の範囲となるように形成されている。
【００８０】
また、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３は、通過する各波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能している。すなわち、第１の回折領域５１は、例えばＮＡ＝０．４５程度に対応する大きさに形成されている。また、第２の回折領域５２は、例えばＮＡ＝０．６程度に対応する大きさに形成されており、第３の回折領域５３は、例えばＮＡ＝０．８５程度に対応する大きさに形成されている。この第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３は、通過する第１の波長の光ビームについて例えば０．８５程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。また、この第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３は、通過する第２の波長の光ビームについて例えば０．６０程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。また、この第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３は、通過する第３の波長の光ビームについて例えば０．４５程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。このように、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３からなる回折部５０は、３種類の光ディスク及び３種類の波長の光ビームに対応した開口数で開口制限を行うことができる。これにより、かかる回折部５０は、従来光ピックアップに必要であった開口制限フィルター等を設けることや、これを配置させる際の調整を不要とし、光ピックアップの構成の簡素化、小型化、及び低コスト化を可能とする。
【００８１】
また、上述では、図６（ａ）に示すように、対物レンズ３４とは別体に設けた回折光学素子３５の入射側の面に、３つの回折領域５１，５２，５３からなる回折部５０を設けるように構成したが、これに限られるものではない。すなわち、かかる機能を有する回折部は、回折光学素子３５の出射側の面に設けてもよい。さらに、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、対物レンズ３４の入射側又は出射側の面に一体に設けるように構成してもよい。例えば図６（ｂ）に示すように、その入射側の面に回折部５０を有する対物レンズ３４Ｂを設けるように構成してもよい。例えば、対物レンズ３４Ｂの入射側の面に回折部５０が設けられる場合には、対物レンズとしての機能として要求される入射側の面の面形状を基準として、これに上述のような回折構造の面形状を合わせたような面形状が形成されることとなる。このように構成される対物レンズ３４Ｂは、上述した回折光学素子３５及び対物レンズ３４が２つの素子により集光光学デバイス３６として機能していたのに対して、以下のような利点がある。すなわち、対物レンズ３４Ｂは、１つの素子のみで、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。回折部５０を対物レンズ３４Ｂに一体に設け、これを本発明を適用した光ピックアップを構成する集光光学デバイスとすることにより、さらなる光学部品の削減、及び構成の小型化を可能とする。回折部５０と同様の機能を有する回折部を入射側又は出射側の面に一体に設けられた対物レンズ３４Ｂは、光ピックアップに用いられることにより以下のような利点がある。すなわち、対物レンズ３４Ｂは、収差等を低減して光ピックアップの３波長互換を実現するとともに、部品点数を削減して、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【００８２】
以上のように、対物レンズ３４及び回折光学素子３５からなる集光光学デバイス３６、並びに対物レンズ３４Ｂからなる集光光学デバイスは、上述したような効果を有する。すなわち、かかる集光光学デバイスは、コリメータレンズ３７により発散角を変換され略平行光とされた第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に良好に集光させるように構成されている。また、かかる集光光学デバイスは、コリメータレンズ３７により発散角を変換され所定の発散角の拡散光とされた第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に良好に集光させるように構成されている。また、かかる集光光学デバイスは、コリメータレンズ３７により発散角を変換され所定の発散角の拡散光とされた第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に良好に集光させるように構成されている。
【００８３】
非点収差付与デバイスを構成する非点収差付与用の回折光学素子４４は、第１のビームスプリッタ３８とマルチレンズ４２との間の光路上に配置される。回折光学素子４４は、その一方の面に、単位周期構造が連続的に形成された周期構造からなる所定の回折構造を有し、入射した第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ所定の非点収差を付与する。すなわち、回折光学素子４４は、その入射側の面に、所定の回折構造を有する回折部４３を有し、この回折部４３により、各波長の光ビームに、所定の非点収差を付与する。
【００８４】
そして、回折光学素子４４は、各波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３が、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与する。ここで、Δ１は、回折光学素子４４が第１の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差であり、Δ２は、回折光学素子４４が第２の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差である。また、Δ３は、回折光学素子４４が第３の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差である。
【００８５】
具体的に、回折光学素子４４の回折部４３には、図７（ａ）に示すように、ｘ’方向及びｙ’方向に非点収差を発生させる双曲線形状の周期構造からなる回折構造５５及び回折構造５６が形成されている。そして、回折部４３には、この回折構造５５，５６により付与される非点収差の方向であるｙ’方向の断面であるＡ−Ａ断面が図７（ｂ）に示すように、所定の高さ（深さ）と所定の幅で形成されたブレーズ形状の回折構造が設けられている。また、回折部４３には、この回折構造５５，５６により付与される非点収差の方向であるｘ’方向の断面であるＢ−Ｂ断面が図７（ｃ）に示すように、所定の高さ（深さ）と所定の幅で形成されたブレーズ形状の回折構造が設けられている。
【００８６】
具体的には、後述のような直交するとともに光軸上で交差するｘ方向及びｙ方向で分割された４つの領域４３Ａ１、４３Ａ２，４３Ａ３，４３Ａ４のうち、光軸を挟んで一方の対角方向に対向する領域４３Ａ２，４３Ａ４に回折構造５５が設けられている。また、４つの領域のうち、光軸を挟んで他方の対角方向に対向する領域４３Ａ１，４３Ａ３に回折構造５６が設けられている。換言すると、回折構造５５は、ｙ’方向に対向する一対の領域に設けられた双曲線形状の周期構造からなる回折構造であり、かかる領域に入射した光ビームをｙ’方向に回折する。また、回折構造５６は、ｘ’方向に対向する一対の領域に設けられた双曲線形状の周期構造からなる回折構造であり、かかる領域に入射した光ビームをｘ’方向に回折する。このように、回折部４３は、ｙ’方向に屈折力を付与する領域４３Ａ２，４３Ａ４からなる第１の回折領域と、ｘ’方向に屈折力を付与する領域４３Ａ１，４３Ａ３からなる第２の回折領域とを有している。
【００８７】
また、この回折部４３に形成される回折構造５５，５６は、上述のようにｙ’方向のＡ−Ａ断面の形状と、ｘ’方向のＢ−Ｂ断面の形状とは、反転形状とされている。換言すると、Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面のいずれか一方の断面形状が、他方の断面形状に対して、基準高さに対して反対側に向けて形成されている。すなわち、例えば、ｙ’方向のＡ−Ａ断面は、基準面を示す基準高さＢＨに対して素子側に立ち下げられるように形成され、ｘ’方向のＢ−Ｂ断面は、基準高さＢＨに対して素子側から空気側に向けて立ち上げられるように形成されている。かかるＡ−Ａ断面の形状のように構成された回折構造５５は、回折構造５５が形成された領域に入射した光ビームをｙ’方向で且つ光軸に近接する方向に回折する。また、かかるＢ−Ｂ断面の形状のように構成された回折構造５６は、回折構造５６が形成された領域に入射した光ビームをｘ’方向で且つ光軸から離間する方向に回折する。かかる回折構造５５，５６は、回折構造５５，５６を設けなかった場合の集光位置に対して、ｙ’方向には手前側で集光させ、ｘ’方向には奥側で集光させる作用を有する。回折部４３は、このようにｘ’方向及びｙ’方向に非点収差を発生させ、所定の前焦線及び後焦線を形成して回折角度に応じた非点隔差を形成することができる。
【００８８】
回折構造５５，５６を有する回折部４３は、第１乃至第３の波長に対して、それぞれ所望の回折角度を有する回折次数の回折光が支配的となるよう、すなわち、当該回折次数の回折光の回折効率が他の次数の回折光の回折効率に比べて最大となるように発生させる。そして、回折部４３は、かかる支配的とされた回折光の回折角度により、上述の各非点隔差が、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与する。
【００８９】
尚、上述では、図７に示すように、ｙ’方向に対向する一対の領域に設けられた回折構造５５と、ｘ’方向に対向する一対の領域に設けられた回折構造５６とから回折部４３を構成するようにしたが、これに限られるものではない。すなわち、図８に示すように、例えば一方の回折構造のみを有するように構成してもよい。図８に示す回折部４３Ｂは、ｘ方向及びｙ方向で分割された４つの領域のうち、光軸を挟んでｙ’方向に対向する領域に回折構造５５が設けられている。そして、かかる回折構造５５は、上述したように図７（ｂ）に示すような断面形状とされている。回折構造５５を有する回折部４３Ｂは、回折構造５５，５６を設けなかった場合の集光位置に対して、ｙ’方向に手前側で集光させる作用により、所定の非点隔差を形成することが可能である。また、上述では、回折構造５５及び回折構造５６を反転形状とするように構成したが、これに限られるものではなく、それぞれ異なる深さや溝幅を有するような異なる形状に形成されていてもよい。但し、異なる形状である場合にも一方は、光軸に近接する方向に回折させ、他方は、光軸から離間する方向に回折させることにより、所定の非点隔差を形成する方が有利である。
【００９０】
また、図８で説明した場合や、両回折構造が異なる形状に形成される場合に比べて、図７で説明した反転形状とされた回折構造５５，５６を有する回折部４３は、同等の非点隔差を与える場合には回折格子周期を大きくすることができ、製造上の観点から有利である。また、図７を用いて説明した回折構造５５，５６を有する回折部４３は、溝深さ等を小さくすることで、製造誤差等を抑えることができ、回折効率の低下等を防止でき、光利用効率を高めることができる。
【００９１】
また、ここでは、ブレーズ形状として回折部４３を構成するようにしたが、非点収差付与デバイスを構成する回折部は、ブレーズ形状に限られるものではなく、複数の段部を有する階段形状の回折構造が設けられるように構成してもよい。ここで、溝深さｄ及びステップ数Ｓ（ブレーズ形状のときはＳ＝∞とする）は、支配的となる回折次数、及び回折効率を考慮して決定されている。
【００９２】
例えば、上述したブレーズ形状とされた回折構造５５に換えて、図９に示すような階段形状の回折構造５７を設けるように構成してもよい。ここで、ブレーズ形状とされた回折構造５６に換える階段形状の回折構造は、図９を用いて以下で説明する階段形状に対して基準面に対して対称形状となるように構成されるものであるので、ここでは、詳細は省略する。
【００９３】
図９に示す回折構造５７は、ステップ数が４（Ｓ＝４）とされた回折構造であり、格段の深さが略同一深さ（ｄ／４）とされた第１乃至第４の段部５７ｓ１，５７ｓ２，５７ｓ３，５７ｓ４を有する階段部が半径方向に連続して形成されている。また、回折構造５７は、光軸方向に間隔が（ｄ／４）で同一間隔に形成された第１乃至第５の回折面５７ｆ１，５７ｆ２，５７ｆ３，５７ｆ４，５７ｆ５を有して形成されている。かかる階段形状の回折構造が設けられるように構成した回折部は、ブレーズ形状の回折構造が形成された上述の場合と同様に、第１乃至第３の波長に対して、それぞれ所望の回折角度を有する回折次数の回折光が支配的となるように発生させる。そしてかかる回折部は、上述の各非点隔差が所定の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与する。
【００９４】
ここで、回折光学素子４４の回折部４３に形成される双曲線形状の周期構造からなる回折構造についてさらに説明する。
【００９５】
この双曲線形状の周期構造とは、周期構造の境界、及び各周期内で同じ高さ（深さ）の位置を結んだ曲線が、−ｘ’２／ａ２＋ｙ’２／ｂ２＝１、及びｘ’２／ａ２−ｙ’２／ｂ２＝１で表される双曲線状とされていることを意味する。ここで、ａ及びｂは、任意の値であるが、ａ＝ｂ＝２（１／２）のときに、ｘ’方向及びｙ’方向におけるパワー差がもっとも大きくなるため、回折格子周期が大きくなり、製造上優位である。また、ｘ’方向及びｙ’方向は、上述したように、非点収差を付与するため、光軸を通り互いに直交する方向である。そして、かかる、ｘ’方向及びｙ’方向に４５°傾斜されたｘ方向、ｙ方向を設定、すなわち、光軸を通り、且つ互いに直交するｘ方向及びｙ方向を設定したときに、以下のように表すことができる。すなわち、かかるｘ方向、ｙ方向をｘ軸及びｙ軸とした座標系において、上述の回折部４３の双曲線形状の双曲線は、ｘｙ＝ｃとした反比例の式で表せられる曲線でもある。ここで、ｃは、正又は負の任意の値であり、上述のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面におけるピッチを示す位置の原点からの距離をｒとしたとき、ｃ＝ｒ２／２で表すことができる。そして、後述の図１３を用いて説明するｘ’方向又はｙ’方向のピッチが決定されると、このピッチを「ｒ」とした反比例の式によりここで説明した周期構造が一義的に決定されることとなる。
【００９６】
回折光学素子４４の回折部４３は、復路の光ビームのみが通過する光路上に配置され、各波長の光ビームに対して、形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３が、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、構成されることにより以下の効果を有する。すなわち、かかる回折部４３は、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与することにより、使用波長に応じてフォーカス検出用の非点隔差を最適なものとすることを可能とする。
【００９７】
以上のような非点収差付与デバイスを構成する回折部４３を有する光ピックアップ３は、この回折部４３が、受光部４０と第１のビームスプリッタ３８との間、すなわち復路の光ビームのみが通過する光路上に設けられている。そして、この回折部４３が、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ非点収差を付与する。これにより、光ピックアップ３は、共通の対物レンズ３４と共通の受光部４０を用いて、複数種類の光ディスクに対して記録・再生を行う光ピックアップの光学系において、各波長の非点隔差を所定の関係を有するようにすることができる。光ピックアップ３は、これによりフォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを可能とする。
【００９８】
ここで、フォーカス引き込み範囲とは、制御信号に応じてアクチュエータが駆動してフォーカス動作を実行しうる範囲をいう。具体的には、フォーカス引き込み範囲とは、図１０に示すように横軸に対物レンズのデフォーカス量をとり、縦軸に後述のように算出されるフォーカスエラー信号ＦＥをとったときに、現れるＳ字波形のピーク間（以下、「Ｓ字ｐ−ｐ」ともいう。）である。すなわち、フォーカス引き込み範囲とは、上限ピーク位置と下限ピーク位置との横軸方向の距離である。尚、一般的に、第１乃至第３の光ディスクの各フォーマットに適したフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３は、以下のとおりである。第１の波長に対するＳｊｉλ１が、１．５μｍ＜Ｓｊｉλ１＜３．５μｍであり、第２及び第３の波長に対するＳｊｉλ２，Ｓｊｉλ３が、４．０μｍ＜Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３＜１２．０μｍである。
【００９９】
次に、非点隔差を所定の関係とすることで、フォーカス引き込み範囲を適合させることができることについて説明するが、これに先立ち、非点収差法によるフォーカス信号の導出原理について説明する。
【０１００】
一般的に、多くの光ピックアップにおいて、フォーカスエラー信号の検出において非点収差法が用いられている。その原理としては、例えば光学系においてシリンドリカルレンズ等のシリンドリカル手段ＣＳを用いて、ｘ’方向及び／又はｙ’方向に非点収差を発生させ、図１１のようにｘ’方向焦点位置とｙ’方向焦点位置に差を形成する。ここで、ｘ’方向焦点位置と、ｙ’方向焦点位置との間の距離が、「非点隔差」である。尚、本発明を適用した光ピックアップ３においては、上述の回折部４３がこのシリンドリカル手段ＣＳとして機能する。
【０１０１】
そして、図１１では、所謂前焦線であるｙ’方向焦点位置と、後焦線であるｘ’方向焦点位置との間に、受光部４０である受光素子が配置される。この受光部４０は、図１２に示すように、４分割された領域４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを有している。ここで、以下の演算においては、領域４０ａからの出力信号をＡとし、領域４０ｂからの出力信号をＢとし、領域４０ｃからの出力信号をＣとし、領域４０ｄからの出力信号をＤとする。受光部４０上におけるスポット形状は、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すように、フォーカシングの前後によって楕円方位が異なってくるため、ＦＥ＝Ａ＋Ｃ−Ｂ−Ｄの演算を施すことによって、正負のフォーカス信号が得られる。尚、図１２（ａ）は、前焦線位置ｆａｌｌｙ’からフォーカス位置ｆｃｏｌまでのスポットＳ１のスポット形状を示し、図１２（ｂ）は、ジャストフォーカス位置であるｆｃｏｌでのスポットＳ２のスポット形状を示している。また、図１２（ｃ）は、フォーカス位置ｆｃｏｌから後焦線位置ｆａｌｌｘ’までのスポットＳ３のスポット形状を示している。このフォーカス信号ＦＥは、図１２（ｂ）のようなちょうど０となる位置でディスクフォーカスが最適となる。よってこの信号ＦＥを用いて光ディスクのフォーカス位置をあわせることができる。シリンドリカル手段ＣＳは、一般的にはマルチレンズの片側一面に、シリンドリカル面として構成されるが、光ピックアップ３においては、上述の非点収差付与デバイスとしての回折光学素子４４の回折部４３がこのシリンドリカル手段ＣＳの機能を有する。さらに、かかる回折部４３は、上述及び後述のように、各波長毎に付与する非点収差量を調整することができ、これによりフォーカス引き込み範囲を各光ディスク１１，１２，１３に適合させることができる。尚、本発明を適用した光ピックアップ３において、回折光学素子４４は、任意の方向に回転されることによって、ｘ’方向、ｙ’方向を任意の方向に変化させることができる。これによって、受光部４０の分割パターンに沿った非点隔差を生じさせることができる。
【０１０２】
次に、フォーカス引き込み範囲を適合させる条件について説明する。一般的に、フォーカス引き込み範囲Ｓｊｉは、非点隔差をΔｎとし、光学系の復路倍率Ｍとしたときに、以下の式（１）に示す関係性があることが知られている。ここで、Δｎは、上述した非点隔差であり、第１の波長のときｎ＝１であり、第２の波長のときｎ＝２であり、第３の波長のときｎ＝３である。また、復路倍率Ｍは、復路光学系に配置される光学部品の焦点距離等により算出される値である。ここで、Ｓｊｉを各波長毎に所望の値とするために、Δｎ、Ｍの一方又は両方に波長選択性を持たせる必要がある。一般的に、受光部及び復路光学系の構成部品を共通とする場合の非点隔差Δｎ、復路倍率Ｍは、共に波長選択性がほとんどなく、これらに波長選択性を持たせることが困難であった。これに鑑みて、本発明を適用した光ピックアップ３においては、回折光学素子４４を設けることにより非点隔差Δｎに波長選択性を持たせたものである。そして、上述のようにフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３を所望の値にするためには、各非点隔差ΔｎをΔ１＜Δ２＜Δ３とする必要がある。
【０１０３】
【数１】
2010061768.tif 000003
【０１０４】
すなわち、上述したように、各波長の光ビームに形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３を所定の関係となるように設定することにより、各光ディスクに対応できる。そして、上述の関係とすることで、各光ディスクに対応して、各波長の光ビーム毎に所望のフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３を得ることができる。
【０１０５】
ここで、上述した回折部４３に形成される回折構造と、各波長の光ビームに形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３の関係について、さらに詳細に説明する。
【０１０６】
上述した光ピックアップ３は、各波長の光ビームの共通の対物レンズ３４と共通の受光部４０とを有する、所謂一対物・一受光素子よりなる三波長対応光ピックアップである。かかる三波長対応光ピックアップにおいて、所望の引き込み範囲を与えるよう、回折光学素子４４を一般的な光ピックアップにおけるシリンドリカル面の代わりとして用いたものである。回折光学素子４４は、上述したような非点隔差を生じさせるように回折構造が設けられた回折部４３を有する。ここでは、上述したように、回折構造としてブレーズ形状が形成された例の回折部４３について説明する。
【０１０７】
図７に示すような非点隔差を生じさせる回折構造における位相差関数φは、次式（２）で与えられる。式（２）及び後述の式（３）中において、Ｃは、位相差関数係数を示し、各波長に対して同一の値である。また、λは、波長を示し、第１の波長λ１、第２の波長λ２、第３の波長λ３のいずれかを示し、また、λ０は、製造波長で、ここでは、第１の波長λ１としている。また、ｘ、ｙは、図７に示すｘ方向及びｙ方向の距離（ｍｍ）を示す。また、Ｎは、回折次数を示す。かかる式（２）で示される位相差関数φは、波長λのＮ次の回折光の、ｘ及びｙで規定される位置において付与される位相差量を示す。
【０１０８】
【数２】
2010061768.tif 000004
【０１０９】
ここで、＋ｘ方向及び＋ｙ方向の中間の方向を示す上述のｘ’方向と、−ｘ方向及び＋ｙ方向の中間の方向を示す上述のｙ’方向とからなるｘ’ｙ’座標系において、以下の関係を有する。すなわち、上述した位相差関数係数Ｃは、回折構造によるｘ’方向の焦点距離をｆｄｘ’とすると、次式（３）の関係を有する。ここで、回折構造による焦点距離とは、回折構造により回折された支配的となる次数の回折光に与えられた回折角度と、同じ屈折角度を有する屈折力を有する薄肉レンズの焦点距離を意味する。尚、上述した図７に示すような場合には、回折構造５６による焦点距離がｆｄｘ’であり、回折構造５５による焦点距離が後述のｆｄｙ’である。ここで、入射した光ビームに対して光軸方向に回折させる、すなわち入射方向に対して収束する方向に回折させる回折構造による焦点距離を正の焦点距離とする。また、入射した光ビームに対して光軸から離間させる方向に回折させる、すなわち入射方向に対して発散させる方向に回折させる回折構造による焦点距離を負の焦点距離という。
【０１１０】
【数３】
2010061768.tif 000005
【０１１１】
式（２）及び式（３）から明らかなように、位相差関数係数Ｃを適切なものとすることによって、ｘ’方向およびｙ’の焦点距離を変動させることができる。この際、回折構造５５，５６が上述したように反転形状とされていることから、ｆｄｘ’＝−ｆｄｙ’の関係が成立する。このとき、ｘ方向及びｙ方向の焦線位置、すなわちｘ’方向及びｙ’方向の焦点位置の中間位置であるジャストフォーカス位置は、かかる回折構造５５，５６の影響を受けない。
【０１１２】
式（３）に示すように、回折構造５５による焦点距離ｆｄｘ’は、選択される回折次数Ｎ及び波長λの大きさに反比例する。このことから、材質の分散を無視した場合には、各波長のｆｄｘ’は、次式（４）で示される関係を満たす。式（４）中で、コリメータレンズ３７の焦点距離をｆｃｏｌとしている。また、関係式を簡略化するため、コリメータレンズ３７は、薄肉レンズと仮定するとともに、マルチレンズ４２を設けないものと仮定する。尚、マルチレンズ４２を考慮したとしても、コリメータレンズ３７及びマルチレンズ４２の合成焦点距離を後述のｆｃｏｌに換えて用いればよい。
ｆｄｘ１’：ｆｄｘ２’：ｆｄｘ３’＝１／Ｎ１λ１：１／Ｎ２λ２：１／Ｎ３λ３・・・（４）
【０１１３】
ここで、この回折構造を有する回折部４３を追加して設けることで得られる合成ｆａｌｌｘ’は、以下の式（５）により算出される。式（５）において、ｔは、コリメータレンズ３７とシリンドリカル手段ＣＳとしての機能を有する回折部４３との間の距離である。
【０１１４】
【数４】
2010061768.tif 000006
【０１１５】
また、コリメータレンズ３７に入射する光ビームが平行光の場合には、物点距離Ｓと焦点距離ｆは同一となる。同様に、簡単化のために、コリメータレンズ３７への入射光束は平行光であると仮定する。非点隔差Δは、図１１において、ｆａｌｌｘ’とｆａｌｌｙ’の差である。すなわち、非点隔差Δは、次式（６）で算出できる。また、上述したように、ｆｄｘ’＝−ｆｄｙ’であることから次式（７）の関係が成立する。この式（７）を用いて式（６）を変形すると次式（８）が得られる。
Δ＝ｆａｌｌｘ’−ｆａｌｌｙ’  ・・・（６）
ｆａｌｌｘ’−ｆｃｏｌ＝−（ｆａｌｌｙ’−ｆｃｏｌ）  ・・・（７）
Δ＝２（ｆａｌｌｘ’−ｆｃｏｌ）  ・・・（８）
【０１１６】
この式（８）の関係より、所望のΔを実現するｆａｌｌｘ’が一意に決定される。そして式（５）と式（８）から次式（９）が得られる。ここで、ｆｃｏｌ＞＞Δが自明であるとしてこの関係を用いて式（９）を算出した。
【０１１７】
【数５】
2010061768.tif 000007
【０１１８】
式（９）から、各波長における非点隔差Δの比は、上述の式（４）を用いて次式（１０）の関係が得られる。
Δ１：Δ２：Δ３＝Ｎ１λ１：Ｎ２λ２：Ｎ３λ３  ・・・（１０）
【０１１９】
すなわち、式（１０）に示すように、回折部４３を構成する際に、適切な回折次数を選ぶことによって、非点隔差Δの大きさを調整することができる。最も望ましいフォーカス引き込み範囲は、ＢＤ等の第１の光ディスクに対して２μｍ程度（＝Ｓｊｉλ１）で、ＤＶＤ等の第２の光ディスクに対して５μｍ程度（＝Ｓｊｉλ２）で、ＣＤ等の第３の光ディスクに対して６μｍ程度（＝Ｓｊｉλ３）である。たとえば、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６５５ｎｍ、λ３＝７８５ｎｍの場合には、Ｎ１＝＋１、Ｎ２＝＋１、Ｎ３＝＋１の各次数を選ぶことによって、所望の値が得られる。すなわち、上述の各次数を選ぶことで、式（１０）によれば、おおよそ、ＢＤ等に対するＳｊｉλ１＝３．２μｍ、ＤＶＤ等に対するＳｊｉλ２＝４．９μｍ、ＣＤ等に対するＳｊｉλ３＝５．８μｍ程度の値とすることができる。これは、多少、ＢＤ等に対するＳｊｉλ１の値が大きいものの、十分に使用に耐えられる範囲内の良好な値である。また、同様に、Ｎ１＝−１、Ｎ２＝−１、Ｎ３＝−１の各次数を選ぶことによって、式（１０）によれば、良好なＳｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３が得られる。さらに、上述では、回折構造５５とこれによる焦点距離ｆｄｘ’とに注目し、その回折次数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３について説明したが、回折構造５６における回折次数は以下のような関係を有する。すなわち、回折構造５６においては、上述したように回折構造５５の反転形状とされているため、回折構造５５における回折次数と正負が反対となる。すなわち、例えば、回折構造５５における回折次数（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）＝（＋１，＋１，＋１）であれば、回折構造５６における回折次数（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）＝（−１，−１，−１）となる。
【０１２０】
また、上述の引き込みの条件では、次式（１１）が成立することとなる。この点についてさらに検討すると、適切な引き込み量とするには、従来技術にも記載した式（１２），式（１３），式（１４）の関係から以下のようにΔ１，Δ２，Δ３の関係が導かれることとなる。
Δ１＜Δ２＜Δ３  ・・・（１１）
１．５μｍ＜Ｓｊｉλ１＜３．５μｍ  ・・・（１２）
４．０μｍ＜Ｓｊｉλ２＜１２．０μｍ  ・・・（１３）
４．０μｍ＜Ｓｊｉλ３＜１２．０μｍ  ・・・（１４）
【０１２１】
具体的に、式（１２）、式（１３）、式（１４）は、以下の式（１５）、式（１６）、式（１７）ように置き換えることができる。
Ｓｊｉλ１ｍｉｎ＜Ｓｊｉλ１＜Ｓｊｉλ１ｍａｘ  ・・・（１５）
Ｓｊｉλ２ｍｉｎ＜Ｓｊｉλ２＜Ｓｊｉλ２ｍａｘ  ・・・（１６）
Ｓｊｉλ３ｍｉｎ＜Ｓｊｉλ３＜Ｓｊｉλ３ｍａｘ  ・・・（１７）
【０１２２】
この式（１５）、式（１６）、式（１７）から、各引き込み範囲の最大値と最小値とに基づいてＳｊｉλ２／Ｓｊｉλ１の関係と、Ｓｊｉλ３／Ｓｊｉλ１の関係とをそれぞれ式（１８）、式（１９）として得ることができる。
【０１２３】
【数６】
2010061768.tif 000008
【０１２４】
この式（１８）、式（１９）を、上述の式（１２）、式（１３）、式（１４）に基づいて変形することにより、以下の式（２０），式（２１）を得ることができる。そして、この式（２０）、式（２１）は、式（２２）、式（２３）に示すように変形することができる。
【０１２５】
【数７】
2010061768.tif 000009
【０１２６】
この式（２２）、式（２３）と、上述の式（１）と、Ｍは三波長に対して略同一であることとに基づいて、次式（２４）、次式（２５）が得られる。
【０１２７】
【数８】
2010061768.tif 000010
【０１２８】
この式（２４）、式（２５）を変形することで、以下の式（２６）、式（２７）が得られる。
１．１４Δ１＜Δ２＜８．０Δ１  ・・・（２６）
１．１４Δ１＜Δ３＜８．０Δ１  ・・・（２７）
【０１２９】
そして、式（２６），式（２７）の関係が成立するためには、次式（２８），次式（２９）の関係が必要である。そして、式（２８）、式（２９）から次式（３０），次式（３１）程度の範囲にある必要がある。
１．１４λ１Ｎ１＜Ｎ２λ２＜８．０λ１Ｎ１  ・・・（２８）
１．１４λ１Ｎ１＜Ｎ３λ３＜８．０λ１Ｎ１  ・・・（２９）
【０１３０】
【数９】
2010061768.tif 000011
【０１３１】
ここで、上述した回折部４３のように仮にブレーズ形状から回折部を構成すると、ブレーズの条件から、Ｎ１≧Ｎ２≧Ｎ３の関係、且つ、Ｎ１、Ｎ２，Ｎ３は同符号である関係が必ず成立する。このため、回折光学素子４４により選択される各波長の最大の回折効率となる次数の組み合わせ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）が（＋１，＋１，＋１）又は（−１，−１，−１）である場合は、優れた範囲といえる。
【０１３２】
すなわち、回折光学素子４４及びこれに設けられた回折部４３は、上述の式（２８）及び式（２９）を満たすように各波長の光ビームを回折するように構成されていることから、非点隔差Δ１，Δ２，Δ３を所定の関係となるように設定することができる。回折光学素子４４及び回折部４３は、これにより、各光ディスクに対応して各波長の光ビーム毎に所望のフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３を得ることができる。
【０１３３】
また、回折光学素子４４及びこれに設けられた回折部４３は、ブレーズ形状の回折構造が形成されるとともに、各波長の最大の回折効率となる次数の組み合わせ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）が上述したように構成されている。すなわち、回折光学素子４４及び回折部４３は、（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）＝（＋１，＋１，＋１）又は（−１，−１，−１）であるように各波長の光ビームを回折するように構成されていることから、非点隔差Δ１，Δ２，Δ３を適切な関係にできる。回折光学素子４４及び回折部４３は、これにより、各光ディスクに対応して各光ディスクに対応して各波長の光ビーム毎に所望のフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３を得ることができる。さらに、かかる次数が選択されたブレーズ形状の回折構造を有する回折部４３は、回折面の溝深さを小さくでき、温度変化等の影響も低減できる。
【０１３４】
このように、光ピックアップ３は、非点収差付与デバイスとして上述した回折光学素子４４を備えることにより、各波長の非点隔差をΔ１＜Δ２＜Δ３とすることができ、フォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを実現する。
【０１３５】
次に、回折部４３に形成される回折構造５５，５６における「ピッチ設計」について説明する。回折構造のピッチ設計において、上述のような非点収差を付与する回折構造を有する回折部（回折面）の場合には、位相差関数φは、上述の式（２）により算出される。ここで、上述の式（１）に示すように、所望のフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉと、光学系の構成により倍率ＭとからΔの大きさが決定される。このΔと上述の式（９）から所望のｆｄｘ’の大きさが一意に決定され、また位相差関数係数Ｃが決定されることになる。かかる位相差関数係数Ｃから式（２）によって位相差関数φが算出される。
【０１３６】
この式（２）で算出されるφの値は、設計波長λ０における位相を表しているので、φ’＝φ−ｎλ０の関係式により得られるφ’と、このφの与える位相とはその与える影響が全く同一である。上述の関係式により得られるφ’は、換言すると、図１３（ｂ）に示すように、例えば図１３（ａ）に示すようなφをλ０により剰算した場合の余り、すなわち所謂剰余演算により得られる値である。このφ’は、実際の回折構造のピッチを決めるための付与すべき位相量ともいえる。実際の回折構造ピッチは、このφ’から決定されるものであり、具体的には、図１３（ｃ）に示すように、このφ’の形状に沿うように決定されることとなる。尚、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）中の横軸は、ｘ’方向の半径方向の位置を示すものである。また、図１３（ａ）中の縦軸は、その位置毎の必要位相量φを示すものであり、図１３（ｂ）中の縦軸は、その位置毎に剰余演算により得られる付与位相量φ’を示すものである。また、図１３（ｃ）中の縦軸は、溝深さｄを示すものである。ここで、図１３（ｃ）では、ピッチを決定した後に、ブレーズ形状を示しているが、上述の図９を用いて説明した回折構造５７等のように、階段形状を採用する場合には、図１３（ｃ）に示すようになる。すなわち、かかる場合には図１３（ｃ）に示すように、ブレーズの斜面の部分が所定のステップ数Ｓの階段形状が形成されることとなる。以上のように、所望のフォーカス引き込み範囲等からｆｄｘ’を算出し、上述の手法により、ｘ’方向の回折ピッチが決定でき、上述の双曲線、すなわちこれを変形した反比例の式におけるｃが得られる。同様に、ｆｄｙ’等を算出してｙ’方向の回折ピッチを決定してもよいが、ここでは、反転形状とされているので、同じピッチとなる。
【０１３７】
回折部４３は、以上のように決定されたピッチで、且つ上述したような双曲線形状の周期構造からなるような回折構造が形成されることにより、所望の非点収差を通過する第１乃至第３の波長の光ビームに付与する。そして、回折部４３は、各波長に形成される非点隔差をΔ１＜Δ２＜Δ３の関係で且つ所望の範囲とすることで、フォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを実現する。
【０１３８】
尚、上述では、光ピックアップ３を構成する非点収差付与デバイスとして、回折光学素子４４の一方の面に設けられ、各波長の光ビームに対して所定の非点隔差を形成する回折部４３を設けるものとして説明したが、これに限られるものではない。すなわち、非点収差付与デバイスは、一又は二の回折光学素子のそれぞれの入射側又は出射側から選択された任意の二面に、それぞれ設けられる第１及び第２の回折部からなるように構成するようにしてもよい。
【０１３９】
ここで、二面に設けられた回折部を有する非点収差付与デバイスについて図１４（ａ）及び図１４（ｂ）を用いて説明する。
【０１４０】
図１４（ａ）に示す非点収差付与デバイスは、例えばその入射側の面に第１の回折部４３Ｃ１を有する回折光学素子４４Ｃ１と、例えばその入射側の面に第２の回折部４３Ｃ２を有する回折光学素子４４Ｃ２とからなる。かかる非点収差付与デバイスは、第１及び第２の回折部４３Ｃ１，４３Ｃ２を通過する第１乃至第３の波長の光ビームに対し非点収差を付与する。回折光学素子４４Ｃ１，４４Ｃ２は、各波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３が、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与する。ここで、Δ１は、回折光学素子４４Ｃ１，４４Ｃ２が第１の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差であり、Δ２は、回折光学素子４４Ｃ１，４４Ｃ２が第２の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差である。また、Δ３は、回折光学素子４４Ｃ１，４４Ｃ２が第３の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差である。
【０１４１】
第１の回折部４３Ｃ１は、単位周期構造が連続的に形成された周期構造からなる所定の第１の回折構造を有する。また、第２の回折部４３Ｃ２は、単位周期構造が連続的に形成された周期構造からなる所定の第２の回折構造を有する。尚、以下の説明において、第１の回折部４３Ｃ１は、第１の回折構造により、第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１１、Ｎ２１，Ｎ３１の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるものとする。また、第２の回折部４３Ｃ２は、第２の回折構造により、第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１２、Ｎ２２，Ｎ３２の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるものとする。
【０１４２】
そして、第１及び第２の回折部４３Ｃ１，４３Ｃ２は、以下の式（３２）を満足するように形成されている。式（３２）中において、第１の回折構造による位相差関数係数をＣ１とし、第２の回折構造による位相差関数係数をＣ２とする。すなわち、各面の支配的となる回折次数Ｎ１１、Ｎ２１，Ｎ３１，Ｎ１２、Ｎ２２，Ｎ３２が式（３２）の関係を満足するように形成される。そして、各波長の光ビームに対して上述のΔ１＜Δ２＜Δ３の関係を満足するように各波長の光ビームに対して非点収差を付与するような回折光を発生させる。尚、第１及び第２の回折部４３Ｃ１，４３Ｃ２においては、各波長における非点隔差Δの比は、上述した式（１０）と同様の手法により算出されるものである。
Δ１：Δ２：Δ３＝（Ｎ１１Ｃ１＋Ｎ１２Ｃ２）λ１：（Ｎ２１Ｃ１＋Ｎ２２Ｃ２）λ２：（Ｎ３１Ｃ１＋Ｎ３２Ｃ２）λ３  ・・・（３２）
【０１４３】
そして、第１及び第２の回折部４３Ｃ１，４３Ｃ２は、例えば、Ｎ１１＝＋２、Ｎ２１＝＋１、Ｎ３１＝＋１、Ｎ１２＝＋１、Ｎ２２＝−１、Ｎ３２＝−２、Ｃ１＝−１．３Ｃ２とすることで、Δ１：Δ２：Δ３≒１：２．３：４．０の関係が得られる。これは、後述のように、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤの各フォーマットの引き込み範囲に適合した非点隔差の比である。
【０１４４】
以上のような非点収差付与デバイスとしての回折光学素子４４Ｃ１，４４Ｃ２は、使用波長に応じてフォーカス検出用の非点隔差を最適なものとすることを可能とする。
【０１４５】
次に、図１４（ｂ）に示す非点収差付与デバイスについて説明する。図１４（ｂ）に示す非点収差付与デバイスは、例えばその入射側の面に第１の回折部４３Ｄ１と、その出射側の面に第２の回折部４３Ｄ２とを有する回折光学素子４４Ｄからなる。かかる非点収差付与デバイスは、第１及び第２の回折部４３Ｄ１，４３Ｄ２を通過する第１乃至第３の波長の光ビームに対し非点収差を付与する。
【０１４６】
回折光学素子４４Ｄは、各波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３が、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与する。尚、ここで第１の回折部４３Ｄ１は、上述した図１４（ａ）に示す第１の回折部４３Ｃ１と同様の構成であり、第２の回折部４３Ｄ２は、上述の第２の回折部４３Ｃ１と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。すなわち、第１及び第２の回折部４３Ｄ１，４３Ｄ２は、式（３２）の関係を満たすように構成されている。以上のような非点収差付与デバイスとしての回折光学素子４４Ｄは、使用波長に応じてフォーカス検出用の非点隔差を最適なものとすることを可能とする。
【０１４７】
尚、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）では、光ピックアップ３を構成する非点収差付与デバイスとして、二面により構成される回折部からなるように構成したが、これに限られるものではない。すなわち、非点収差付与デバイスは、複合の一面により構成される回折部からなるように構成してもよい。
【０１４８】
ここで、回折構造が複合とされた回折部を有する非点収差付与デバイスについて図１４（ｃ）を用いて説明する。
【０１４９】
図１４（ｃ）に示す非点収差付与デバイスは、例えばその入射側の面に、第１の基礎構造と第２の基礎構造とを重畳するように形成された回折構造が形成された回折部４３Ｅを有する回折光学素子４４Ｅからなる。かかる非点収差付与デバイスは、回折部４３Ｅを通過する第１乃至第３の波長の光ビームに対し非点収差を付与する。
【０１５０】
回折光学素子４４Ｅは、各波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３が、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与する。ここで、Δ１は、回折光学素子４４Ｅが第１の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差であり、Δ２は、回折光学素子４４Ｅが第２の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差である。また、Δ３は、回折光学素子４４Ｅが第３の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差である。
【０１５１】
第１の基礎構造は、単位周期構造が連続的に形成された周期構造であり、例えば、上述した図１４（ａ）の第１の回折部４３Ｃ１に形成された第１の回折構造と同様の構造とされている。第２の基礎構造は、単位周期構造が連続的に形成された周期構造であり、例えば、上述した図１４（ａ）の第２の回折部４３Ｃ２に形成された第２の回折構造と同様の構造とされている。第１及び第２の基礎構造は、上述したのと同様に、各基礎構造の支配的となる回折次数Ｎ１１、Ｎ２１，Ｎ３１，Ｎ１２、Ｎ２２，Ｎ３２が式（３２）の関係を満足するように形成されている。ここで、Ｃ１，Ｃ２は、第１及び第２の基礎構造のそれぞれにおける位相差関数係数を示すものである。かかる、各波長に対して所定の回折次数を支配的となるような第１の基礎構造と、各波長に対して所定の回折次数を支配的となるような第２の基礎構造とを重畳させた複合回折構造を形成した回折部４３Ｅは、以下のように機能する。すなわち、複合回折構造とされた回折部４３Ｅは、各波長の光ビームに対して所定の光路差を付与することにより、第１の基礎構造とされた回折構造と、第２の基礎構造とされた回折構造とを通過するのと同様の機能をすることができる。換言すると、回折部４３Ｅは、上述した図１４（ａ）又は図１４（ｂ）に示す回折部４３Ｃ１，４３Ｃ２を通過するのと、又は回折部４３Ｄ１，４３Ｄ２を通過するのと同様の影響を光ビームに付与することができる。以上のような非点収差付与デバイスとしての回折光学素子４４Ｅは、使用波長に応じてフォーカス検出用の非点隔差を最適なものとすることを可能とする。
【０１５２】
また、上述の図１４（ａ）及び図１４（ｂ）では、光ピックアップ３を構成する非点収差付与デバイスとして、二面により構成される回折部からなるように構成したが、これに限られるものではない。すなわち、非点収差付与デバイスは、複数の回折光学素子のそれぞれの入射側又は出射側から選択された任意の三面に、それぞれ設けられる第１乃至第３の回折部からなるように構成してもよい。
【０１５３】
ここで、三面に設けられた回折部を有する非点収差付与デバイスについて図１４（ｄ）を用いて説明する。
【０１５４】
図１４（ｄ）に示す非点収差付与デバイスは、例えば回折光学素子４４Ｆ１と、回折光学素子４４Ｆ２とからなる。回折光学素子４４Ｆ１は、例えばその入射側の面に第１の回折部４３Ｆ１と、その出射側の面に第２の回折部４３Ｆ２とを有する。回折光学素子４４Ｆ２は、例えばその入射側の面に第３の回折部４３Ｆ２を有する。かかる非点収差付与デバイスは、第１乃至第３の回折部４３Ｆ１，４３Ｆ２，４３Ｆ３を通過する第１乃至第３の波長の光ビームに対し非点収差を付与する。
【０１５５】
回折光学素子４４Ｆ１，４４Ｆ２は、各波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３が、Δ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与する。ここで、Δ１は、回折光学素子４４Ｆ１，４４Ｆ２が第１の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差であり、Δ２は、回折光学素子４４Ｆ１，４４Ｆ２が第２の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差である。また、Δ３は、回折光学素子４４Ｆ１，４４Ｆ２が第３の波長の光ビームに非点収差を付与することにより形成される非点隔差である。
【０１５６】
第１乃至第３の回折部４３Ｆ１，４３Ｆ２，４３Ｆ３は、それぞれ、単位周期構造が連続的に形成された周期構造からなる所定の第１乃至第３の回折構造を有する。尚、以下の説明において、第１の回折部４３Ｆ１は、第１の回折構造により、第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１１、Ｎ２１，Ｎ３１の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるものとする。また、第２の回折部４３Ｆ２は、第２の回折構造により、第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１２、Ｎ２２，Ｎ３２の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるものとする。また、第３の回折部４３Ｆ３は、第３の回折構造により、第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ次数Ｎ１３、Ｎ２３，Ｎ３３の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるものとする。
【０１５７】
そして、第１乃至第３の回折部４３Ｆ１，４３Ｆ２，４３Ｆ３は、以下の式（３３）を満足するように形成されている。式（３３）中において、第１の回折構造による位相差関数係数をＣ１とし、第２の回折構造による位相差関数係数をＣ２とし、第３の回折構造による位相差関数係数をＣ３とする。すなわち、各面の支配的となる回折次数Ｎ１１、Ｎ２１，Ｎ３１，Ｎ１２、Ｎ２２，Ｎ３２，Ｎ１３、Ｎ２３，Ｎ３３が式（３３）の関係を満足するように形成される。そして、各波長の光ビームに対して上述のΔ１＜Δ２＜Δ３の関係を満足するように各波長の光ビームに対して非点収差を付与するような回折光を発生させる。尚、第１乃至第３の回折部４３Ｆ１，４３Ｆ２，４３Ｆ３においては、各波長における非点隔差Δの比は、上述した式（１０）と同様の手法により算出されるものである。
Δ１：Δ２：Δ３＝（Ｎ１１Ｃ１＋Ｎ１２Ｃ２＋Ｎ１３Ｃ３）λ１：（Ｎ２１Ｃ１＋Ｎ２２Ｃ２＋Ｎ２３Ｃ３）λ２：（Ｎ３１Ｃ１＋Ｎ３２Ｃ２＋Ｎ３３Ｃ３）λ３  ・・・（３３）
【０１５８】
以上のような非点収差付与デバイスとしての回折光学素子４４Ｆ１，４４Ｆ２は、使用波長に応じてフォーカス検出用の非点隔差を最適なものとすることを可能とする。尚、上述した図１４（ｃ）を用いて説明した場合と同様に、図１４（ｄ）に示した三面のうちの二面又は三面を基礎構造として重畳させた複合回折構造とした回折部を有するように構成してもよい。
【０１５９】
以上のような図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示す非点収差付与デバイス等を有する光ピックアップ３は、非点収差付与デバイスを構成する回折光学素子が使用波長に応じてフォーカス検出用の非点隔差をΔ１＜Δ２＜Δ３とすることで以下の利点がある。すなわち、かかる光ピックアップ３は、フォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを可能とする。さらに、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）に示す非点収差付与デバイスは、式（３２）を用いて説明したように、二面における各次数と、位相差関数係数とを調整することにより、より最適な非点隔差の関係Δ１，Δ２，Δ３を得ることを可能とする。また、図１４（ｄ）に示す非点収差付与デバイスは、式（３３）を用いて説明したように、三面における各次数と、位相差関数係数とを調整することにより、さらに最適な非点隔差の関係Δ１，Δ２，Δ３を得ることを可能とする。よって、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示す非点収差付与デバイスを有する光ピックアップ３は、フォーカス引き込み範囲を各フォーマットにより適合した値とすることを実現する。
【０１６０】
ところで、マルチレンズ４２は、第１のビームスプリッタ３８と受光部４０との間の光路上に配置され、例えば屈折面を有することにより、以下の作用を有する。すなわち、マルチレンズ４２は、回折光学素子４４から出射されて入射された光ビームに対して、所定の倍率及び屈折力を付与して光検出器４１のフォトディテクタ等の受光部４０の受光面に適切に集光する。マルチレンズ４２は、入射した復路の各波長の光ビームを共通の受光部４０上に集光させるために発散角を変換する素子として機能することで発散角変換機能を発揮する。上述した回折光学素子４４の回折部４３は、このマルチレンズ４２の一方の面に一体に形成されるように構成してもよい。このように、回折部４３を、マルチレンズ４２に一体に形成するように構成することで、光ピックアップとしてのさらなる構成の簡素化及び小型化を可能とし、実用上の利便性も高くなる。
【０１６１】
光検出器４１は、フォトディテクタ等の受光素子からなる受光部４０を有し、マルチレンズ４２で集光された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームをこの共通の受光部４０で受光する。光検出器４１は、これにより、情報信号とともに、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号等の各種検出信号を検出する。
【０１６２】
以上のように構成された光ピックアップ３は、光検出器４１によって得られたフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ３４を駆動変位させる。これにより、光ピックアップ３は、光ディスク２の信号記録面に対して対物レンズ３４が合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク２の信号記録面に合焦されて、光ディスク２に対して情報の記録又は再生が行われる。
【０１６３】
かかる光ピックアップ３は、第１乃至第３の波長の光ビームを出射する第１乃至第３の出射部と、各波長の光ビームを集光する集光光学デバイス３６を構成する対物レンズ３４と、回折光学素子３５の一方の面に設けられる回折部５０とを備えるものである。そして、回折部５０が、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３を有し、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３が、上述した所定の第１乃至第３の回折構造を有するように構成されている。かかる光ピックアップ３は、３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズ３４を用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ピックアップ３は、構成を複雑にすることなく、対物レンズ３４を共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な情報信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０１６４】
尚、ここで、対物レンズ３４と、回折部５０を有する回折光学素子３５とから光ピックアップ３を構成する集光光学デバイス３６を構成して対物レンズを共通とした３波長互換を実現するようにしたが、これに限られるものではない。すなわち、光ピックアップ３を構成する集光光学デバイス３６は、回折構造を有する対物レンズ３４Ｂにより構成されるようにしてもよく、その場合には、さらなる構成の簡素化及び小型化を可能とする。また、ここでは、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３からなる所謂一面に３輪帯を備えた回折部５０により収差低減を実現したが、これに限られるものではなく例えば光学素子の両面に設けた回折構造により実現しても良い。ただし、上述した回折部５０を設ける構成とした場合の方が、装置の小型化や構成の簡素化、さらには光利用効率の向上や調整工程の省略化等に有利である。
【０１６５】
以上のように、光ピックアップ３は、集光光学デバイス３６を構成する回折部５０により、各波長の光ビームに対して領域毎に最適な回折効率及び回折角を与えることができる。そして、光ピックアップ３は、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３の信号記録面における球面収差を十分に低減でき、対物レンズ３４等の光学部品を共通化できる。これにより、光ピックアップ３は、装置の小型化及び構成の簡素化を可能とするとともに、異なる３波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の読み取り及び書き込みを可能とする。
【０１６６】
また、この光ピックアップ３は、復路の光ビームのみが通過する光路上に設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、入射した光ビームの波長に応じた非点収差を付与する回折部４３等からなる非点収差付与デバイスを備える点に特徴を有する。光ピックアップ３は、非点収差付与デバイスを有することにより、使用波長毎に適切な非点隔差を形成することができ、これによりフォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合させることができる。
【０１６７】
ここで、上述したように、回折部４３を有する回折光学素子４４を設けることによって、所望の非点隔差Δ及び引き込み範囲Ｓｊｉを得ることができることについて、その具体的数値を実施例１として挙げて説明する。
【０１６８】
＜実施例１＞
実施例１は、実際に、この回折部４３を有する回折光学素子４４を光路中に挿入することによって構成された光ピックアップ３の実施例である。かかる実施例１の光ピックアップにおける、諸数値を表１に示す。表１及び後述の表４における諸数値としては、各光ディスクに対応する波長の光ビームの支配的となる「回折次数」、位相差関数係数「ｃ」、各波長に対する「対物レンズの焦点距離ｆ」（ｍｍ）を示す。また、「コリメータレンズ３７の焦点距離ｆｃｏｌ」（ｍｍ）、各波長における、「倍率Ｍ」、フォーカス引き込み範囲「Ｓｊｉ」（μｍ）、非点隔差「Δ」（ｍｍ）、受光部４０上の光ビーム半径「Ｒｐｄ」（μｍ）を示す。この表１に示す実施例１及び後述の実施例２の算出においては、レンズの分散が考慮されたうえ、コリメータレンズ３７の移動によって非点隔差の中心が受光部４０としてのＰＤＩＣ上に位置するように調整している。そのため、理論値からは多少乖離した値となっているが、実使用上の問題はない。
【０１６９】
【表１】
2010061768.tif 000012
【０１７０】
また、表２に、実施例１の光ピックアップの各レンズ設計値を示す。表２及び後述の表５、表８において、第０面は、光源を示し、ここでは、無限（∞）からの平行光としている。第１面及び第２面は、コリメータレンズの入射側及び出射側の面を示している。光源からの光ビームは、第１面及び第２面からなるコリメータレンズで収束光に変換した後に、第２面と第３面との間の空気層を通過する。この際の面間隔ｔは、上述したように、コリメータレンズ駆動手段４９によりコリメータレンズ３７が駆動されることにより、受光部４０の受光面上に戻り光が集光されるような値となるように、波長λ毎に変化させる。第３面及び第４面は、図３（ｂ）で説明した回折光学素子としてのマルチレンズ４４Ｂの入射側及び出射側の面を示す。すなわち、第３面には、回折部４３が設けられており、また、第４面には、倍率変換機能を有するレンズ面４２Ｂが設けられていることを示すものである。
【０１７１】
【表２】
2010061768.tif 000013
【０１７２】
尚、この表２に示す値は、厳密には、式（９）及び式（１０）により導出される値とは僅かに差を有するものであるが、これは、色収差や、上述の薄肉レンズの仮定や、マルチレンズの出射側のレンズ面４２Ｂの曲率に起因するものである。すなわち、式（９）及び式（１０）の関係をおおよそ満足するものである。
【０１７３】
また、実施例１の光ピックアップを構成する回折部４３のブレーズの深さ・効率設計の具体的数値について図１５及び表３に示す。
【０１７４】
【表３】
2010061768.tif 000014
【０１７５】
ここで、図１５及び表３は、（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）が（＋１，＋１，＋１）である場合のブレーズの深さ・効率設計を示すものである。図１５は、回折構造をＳ＝∞のブレーズ形状として、（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）＝（＋１，＋１，＋１）としたときの、溝深さｄに対する回折効率の変化を示すものである。そして、図１５（ａ）は、第１の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図であり、図１５（ｂ）は、第２の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図である。また、図１５（ｃ）は、第３の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１５（ａ）〜図１５（ｃ）中において横軸は、溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、回折効率（光の強度）を示す図である。
【０１７６】
図１５及び表３に示すように、溝深さｄ＝９５０ｎｍとしたときの、第１の波長の光ビームの回折次数Ｎ１＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．８４であり、第２の波長の光ビームの回折次数Ｎ２＝＋１の回折効率ｅｆｆ２＝０．７９である。また、第３の波長の光ビームの回折次数Ｎ３＝＋１の回折効率ｅｆｆ３＝０．５９である。すなわち、各効率が、ＢＤ８４％、ＤＶＤ７９％、ＣＤ５９％とすることができ、十分な効率を持っていることが示されている。
【０１７７】
そして、表１乃至表３に示すように、実施例１の光ピックアップ及び非点収差付与デバイスとしての回折部は、十分な効率を有した状態で所望の非点隔差Δを得ることができ、これによりフォーマットに適合した所望の引き込みＳｊｉを得ることを実現できる。
【０１７８】
以上の実施例１では、回折部が一面に形成された場合について説明したが、二面構成とし、異なる回折パワーを与える例について、その具体的数値を実施例２として挙げて説明する。
【０１７９】
＜実施例２＞
実施例２は、実際に、上述した図１４（ａ）及び図１４（ｂ）で説明した回折部４３Ｃ１，４３Ｃ２又は回折部４３Ｄ１，４３Ｄ２を有する回折光学素子を入れることによって構成された光ピックアップ３の実施例である。かかる実施例２の光ピックアップにおける、諸数値を表４に示す。表４における諸数値としては、上述した通りであるが、複数の回折部の各回折部により支配的となる「回折次数（第一面）」、「回折次数（第二面）」として示した。また、各回折部における位相差関数係数を「ｃ（第一面）」、「ｃ（第二面）」とし、この各位相差関数係数の比率を「ｃ係数比」（＝ｃ（第一面）／ｃ（第二面））として示した。
【０１８０】
【表４】
2010061768.tif 000015
【０１８１】
また、表５に、実施例２の光ピックアップの各レンズ設計値を示す。この表５において、第３面には、上述した第１面に相当する回折面１と、第２面に相当する回折面２とが設けられているものとして説明する。その他の表５に示す構成については、上述した表２と同様であるので詳細は省略する。
【０１８２】
【表５】
2010061768.tif 000016
【０１８３】
また、実施例２の光ピックアップを構成する第１及び第２の回折部のブレーズの深さ・効率設計の具体的数値について図１６、図１７及び表６に示す。
【０１８４】
【表６】
2010061768.tif 000017
【０１８５】
ここで、図１６、図１７及び表６は、Ｎ１１＝＋２、Ｎ２１＝＋１、Ｎ３１＝＋１、Ｎ１２＝＋１、Ｎ２２＝−１、Ｎ３２＝−２、Ｃ１＝−１．３Ｃ２として設計した場合のブレーズの深さ・効率設計を示すものである。尚、かかる回折次数の組み合わせは、式（３２）の関係によれば、Δ１：Δ２：Δ３≒１：２．３：４．０（＝２：４．６：８．０）である。これは、式（１）のようにＭに波長依存性がなく、ΔとＳｊｉとが略比例するとすれば、Ｓｊｉの比率が２：４．６：８程度とすることができることを意味する。これは、実施例１の場合に比べて、第１の光ディスク（ＢＤ等）と第２の光ディスク（ＤＶＤ等）との非点隔差量を離すことができており、これにともないフォーカス引き込み範囲も適切にすることができるため、より実用に向いた構成となっている。
【０１８６】
かかる構成とする場合には、Ｎ１２＝＋１、Ｎ２２＝−１、Ｎ３２＝−２の関係を与えるために、第２面の形状はステップ構造とする。ステップ構造の場合には、ステップ数と深さの両方を変動させることによって各次数の効率を変化させることができる。
【０１８７】
尚、図１６は、回折構造をＳ＝∞のブレーズ形状として、（Ｎ１１，Ｎ２１，Ｎ３１）＝（＋２，＋１，＋１）としたときの、溝深さｄに対する回折効率の変化を示すものである。そして、図１６（ａ）は、第１の波長の光ビームの＋２次回折光の回折効率の変化を示す図であり、図１６（ｂ）は、第２の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図である。また、図１６（ｃ）は、第３の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図である。
【０１８８】
また、図１７は、回折構造をステップ数Ｓ＝４の階段形状として、（Ｎ１２，Ｎ２２，Ｎ３２）＝（＋１，−１，−２）としたときの、溝深さｄに対する回折効率の変化を示すものである。そして、図１７（ａ）は、第１の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図であり、図１７（ｂ）は、第２の波長の光ビームの−１次回折光の回折効率の変化を示す図である。また、図１７（ｃ）は、第３の波長の光ビームの−２次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）中において横軸は、溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、回折効率（光の強度）を示す図である。
【０１８９】
図１６、図１７及び表６に示すように、ブレーズとして構成される第１面（第１の回折部）においては、図１６に示すように、溝深さｄ＝１６００ｎｍとしたときの、第１の波長の光ビームの回折次数Ｎ１１＝＋２の回折効率ｅｆｆ１＝０．９８である。また、第２の波長の光ビームの回折次数Ｎ２１＝＋１の回折効率ｅｆｆ２＝０．８３であり、第３の波長の光ビームの回折次数Ｎ３１＝＋１の回折効率ｅｆｆ３＝１．００である。すなわち、各効率が、ＢＤ９８％、ＤＶＤ８３％、ＣＤ１００％を確保できるため、この構成による光量損失は抑えられ、十分な効率を持っていることが示されている。
【０１９０】
また、階段形状として構成される第２面（第２の回折部）においては、図１７に示すように、ステップ数ｓ＝４、溝深さｄ＝３８００ｎｍとしたときの、第１の波長の光ビームの回折次数Ｎ１２＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．８１である。また、第２の波長の光ビームの回折次数Ｎ２２＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．６２であり、第３の波長の光ビームの回折次数Ｎ３２＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．５７である。すなわち、各効率が、ＢＤ８１％、ＤＶＤ６２％、ＣＤ５７％とすることができ、十分な効率を持っていることが示されている。
【０１９１】
そして、表４乃至表６に示すように、実施例２の光ピックアップ及び非点収差付与デバイスとしての第１及び第２の回折部は、十分な効率を有した状態で所望の非点隔差Δを得ることができる。これにより、光ピックアップ及び非点収差付与デバイスは、フォーマットに適合した所望の引き込みＳｊｉを得ることを実現できる。
【０１９２】
また、実施例２の変形例として、上述した図１４（ｃ）に示したように重畳により複合回折部を構成した場合にも上述の表４乃至表６に示すような結果が得られる。そして、具体的に、例えば、２種類の回折構造の重ね合わせについて、図１８に示す。すなわち、図１８中において、Ｌｓ１は、実施例２で示した第１面の形状、すなわち、第１の基礎構造の周期構造を示すものである。また、Ｌｓ２は、実施例２で示した第２面の形状、すなわち、第２の基礎構造の周期構造を示すものである。そして、Ｌｇ１２は、かかる第１及び第２の基礎構造を重畳した回折構造を示すものである。図１８中、横軸は、半径方向で且つｘ’方向の位置を示すものであり、縦軸は、溝深さを示すものである。図１８のＬｇ１２で示される複合面は、ｘ’方向の断面形状を示すものである。
【０１９３】
以上で説明した実施例１，２に示すように、異なる３種類の波長の光ビームを用いるとともに、対物レンズ３４及び受光部４０を共通とする光ピックアップ３において、非点収差付与デバイスを設けることにより、以下のような効果が得られる。すなわち、所定の次数が選択された非点収差付与デバイスとしての回折部を設けることにより、各波長の光ビームに対して所定の非点収差を付与して、適切な非点隔差を形成することができる。また、非点収差付与デバイスが、各波長の光ビームに対して、所定の非点収差を付与して、各波長の光ビームに対してΔ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たす非点隔差を発生させることにより、フォーカス引き込みを各フォーマットに適合させることができる。
【０１９４】
すなわち、上述のような非点収差付与デバイスとしての回折部４３等を備える光ピックアップ３は、三波長互換を実現する対物レンズ３４に対して、ただ一つの受光部４０を配置する構成において、所望のフォーカス引き込み範囲を実現することができる。かかる光ピックアップ３は、対物レンズ３４及び受光部４０を共通としたことにより、コストの削減及び装置の小型化を実現する。そして、この光ピックアップ３は、上述した実施例１，２にも示されているように、コリメータレンズ３７のレンズストローク量を十分小さく抑えることを可能とし、光ピックアップ３の小型化を可能にする。
【０１９５】
また、光ピックアップ３は、発散角変換素子としてのコリメータレンズ３７が、第１乃至第３の波長の光ビームのうち出射される光ビームの種類毎に、光軸方向の所定の位置に移動されるように構成されている。光ピックアップ３は、コリメータレンズ３７が、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの状態を変えることで、各波長の光ビームを受光部４０の同一の受光面上に集光させることができる。すなわち、光ピックアップ３は、３波長に対応した共通の対物レンズ３４及び共通の受光部４０で互換性を実現するという効果を有する。
【０１９６】
このように、この光ピックアップ３は、共通の対物レンズ３４と共通の受光部４０により、フォーカス引き込み範囲等を含めた適切な３波長互換を実現し、対物レンズ３４及び光検出器４１の光学部品を共通化して部品点数を削減することを可能とする。さらに、光ピックアップ３は、対物レンズ３４及び光検出器４１の間の光路上に配置される種々の光学部品を共通化することを実現して、小型化及び低コスト化を実現できる。また、光ピックアップ３は、部品共通化により各波長ごとに設けた個々の部品毎に特性ばらつきがあった場合等の影響を防止して光ピックアップとしての特性を向上させることができる。
【０１９７】
また、この光ピックアップ３は、３波長互換を１つの対物レンズ３４により実現することにより、複数の対物レンズを用いていた場合の問題点を解消する。すなわち、光ピックアップ３は、アクチュエータの感度が低下する等の問題や、個々の対物レンズのアクチュエータへの取り付け角度に誤差があった場合の特性の劣化等の問題を解消して、良好な記録再生特性を実現する。また、この光ピックアップ３は、３波長互換を１つの受光部４０により実現することにより、複数の受光部（受光素子）を設ける場合の問題点である、配線を複数引き回すための構成が煩雑となったり小型化を妨げるという問題点を解消する。さらに、この光ピックアップ３は、全体として上述のように構成部品を削減することで、製造上において必要となる調整工程を少なくして、製造の容易化及び低コスト化を実現する。
【０１９８】
次に、上述のように構成された光ピックアップ３における、第１及び第２の光源部３１，３２の各出射部から出射された光ビームの光路について、図２を用いて説明する。まず、第１の光ディスク１１に対して第１の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０１９９】
次に、上述のように構成された光ピックアップ３における、第１及び第２の光源部３１，３２の各出射部から出射された光ビームの光路について、図２を用いて説明する。まず、第１の光ディスク１１に対して第１の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２００】
光ディスク２の種類が第１の光ディスク１１であることを判別したディスク種類判別部２２は、第１の光源部３１の第１の出射部から第１の波長の光ビームを出射させる。
【０２０１】
第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームは、第１のグレーティング４５によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第１のビームスプリッタ３８に入射される。第１のビームスプリッタ３８に入射された第１の波長の光ビームは、その分離面３８ａで反射され、第２のビームスプリッタ３９側に出射される。
【０２０２】
第２のビームスプリッタ３９に入射された第１の波長の光ビームは、その合成分離面３９ａを透過されて、コリメータレンズ３７側に出射され、コリメータレンズ３７により発散角を変換され、１／４波長板４７に所定の位相差を付与される。そして、この光ビームは、立ち上げミラー４８で反射されて集光光学デバイス３６の回折光学素子３５側に出射される。このとき、コリメータレンズ３７は、コリメータレンズ駆動手段４９により第１の位置に移動されて、第１の波長の光ビームを所定の状態で出射させるように制御されている。
【０２０３】
回折光学素子３５に入射した第１の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のように所定の回折次数が支配的となるようにして出射される。そしてかかる光ビームは、集光光学デバイス３６の対物レンズ３４に入射される。尚、回折光学素子３５から出射される第１の波長の光ビームは、所定の発散角の状態とされているのみならず、所定の開口制限がされた状態とされている。
【０２０４】
対物レンズ３４に入射した第１の波長の光ビームは、各領域５１，５２，５３を通過した光ビームが球面収差を低減できるような発散角の状態で入射されているので、対物レンズ３４により、第１の光ディスク１１の信号記録面に適切に集光される。
【０２０５】
第１の光ディスク１１で集光された光ビームは、信号記録面で反射し、対物レンズ３４、回折光学素子３５、立ち上げミラー４８、１／４波長板４７、コリメータレンズ３７を経由する。そして、かかる光ビームは、第２のビームスプリッタ３９の合成分離面３９ａを透過され、第１のビームスプリッタ３８の分離面３８ａを透過されて、回折光学素子４４側に出射される。
【０２０６】
第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９により往路の光ビームの光路から光路分岐された第１の波長の光ビームは、回折光学素子４４により所定の非点収差を付与される。かかる第１の波長の光ビームは、マルチレンズ４２により所定の屈折力を付与されて、光検出器４１の受光部４０の受光面上に集束されて検出される。このとき、回折光学素子４４の回折部４３により非点収差を付与されることにより形成される非点隔差Δ１は、後述のΔ２及びΔ３との関係で、上述したような関係とされている。
【０２０７】
次に、第２の光ディスク１２に対して第２の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２０８】
光ディスク２の種類が第２の光ディスク１２であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３２の第２の出射部から第２の波長の光ビームを出射させる。
【０２０９】
第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームは、第２のグレーティング４６によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第２のビームスプリッタ３９に入射される。第２のビームスプリッタ３９に入射された第２の波長の光ビームは、その合成分離面３９ａで反射され、コリメータレンズ３７側に出射され、コリメータレンズ３７により発散角を変換され、１／４波長板４７に所定の位相差を付与される。そしてかかる光ビームは、立ち上げミラー４８で反射されて集光光学デバイス３６の回折光学素子３５側に出射される。このとき、コリメータレンズ３７は、コリメータレンズ駆動手段４９により第２の位置に移動されて、第２の波長の光ビームを所定の状態で出射されるように制御されている。
【０２１０】
回折光学素子３５に入射した第２の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のような所定の回折次数が支配的となるようにして出射される。そしてかかる光ビームは、集光光学デバイス３６の対物レンズ３４に入射される。尚、回折光学素子３５から出射される第２の波長の光ビームは、所定の発散角の状態とされているのみならず、対物レンズ３４に入射することにより開口制限の効果が得られる状態とされている。
【０２１１】
対物レンズ３４に入射した第２の波長の光ビームは、第１及び第２の回折領域５１，５２を通過した光ビームが球面収差を低減できるような発散角の状態で入射されているので、対物レンズ３４により、第２の光ディスク１２の信号記録面に適切に集光される。
【０２１２】
第２の光ディスク１２の信号記録面で反射された光ビームの復路の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。但し、このとき、第２の光ディスクからの戻りの光学系における、回折光学素子４４の回折部４３により非点収差を付与されることにより形成される非点隔差Δ２は、Δ１及び後述のΔ３との関係で、上述したような関係とされている。また、コリメータレンズ３７が第２の位置に移動されていることから、共通の受光部４０で確実に戻りの光ビームを受光し検出することができる。
【０２１３】
次に、第３の光ディスク１３に対して第３の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２１４】
光ディスク２の種類が第３の光ディスク１３であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３２の第３の出射部から第３の波長の光ビームを出射させる。
【０２１５】
第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームは、第２のグレーティング４６によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第２のビームスプリッタ３９に入射される。第２のビームスプリッタ３９に入射された第３の波長の光ビームは、その合成分離面３９ａで反射され、コリメータレンズ３７側に出射され、コリメータレンズ３７により発散角を変換される。そしてかかる光ビームは、１／４波長板４７に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４８で反射されて集光光学デバイス３６の回折光学素子３５側に出射される。このとき、コリメータレンズ３７は、コリメータレンズ駆動手段４９により第３の位置に移動されて、第３の波長の光ビームを所定の状態で出射されるように制御されている。
【０２１６】
回折光学素子３５に入射した第３の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のような所定の回折次数が支配的となるようにして出射される。そしてかかる光ビームは、集光光学デバイス３６の対物レンズ３４に入射される。尚、回折光学素子３５から出射される第３の波長の光ビームは、所定の発散角の状態とされているのみならず、対物レンズ３４に入射することにより開口制限の効果が得られる状態とされている。
【０２１７】
対物レンズ３４に入射した第３の波長の光ビームは、第１の回折領域５１を通過した光ビームが球面収差を低減できるような発散角の状態で入射されているので、対物レンズ３４により、第３の光ディスク１３の信号記録面に適切に集光される。
【０２１８】
第３の光ディスク１３の信号記録面で反射された光ビームの復路の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。但し、このとき、第３の光ディスクからの戻りの光学系における、回折光学素子４４の回折部４３により非点収差を付与されることにより形成される非点隔差Δ３は、Δ１及びΔ２との関係で、上述したような関係とされている。また、コリメータレンズ３７が第３の位置に移動されていることから、共通の受光部４０で確実に戻りの光ビームを受光し検出することができる。
【０２１９】
本発明を適用した光ピックアップ３は、共通の集光光学デバイス３６と、共通の受光部４０を有する光検出器４１と、上述した回折光学素子４４等の非点収差付与デバイスとを備える点に特徴を有する。光ピックアップ３は、このような３種類の使用波長に対応する共通の集光光学デバイス３６と共通の受光部４０を有する共通の光学系を用いて、各光ディスクに対して対応する波長の光ビームを集光するとともに、光ディスクからの反射光を検出する。そして、光ピックアップ３は、装置の小型化及び構成の簡素化を達成した上で、複数種類の光ディスクに情報信号の記録及び／又は再生を行うことを可能とする。また、光ピックアップ３は、このような共通の光学系における、それぞれの使用波長に応じて形成される非点隔差を非点収差付与デバイスにより最適なものとすることができる。ここで、非点収差付与デバイスは、各波長において形成される非点隔差の関係をΔ１＜Δ２＜Δ３の適切な関係とすることができる。よって、光ピックアップ３は、これにより、それぞれの各光ディスクのフォーマットに対応するフォーカス引き込み範囲を設定することを可能とし、各光ディスクに対する互換性をより発揮することを可能する。そして、光ピックアップ３は、よって、構成の簡素化及び装置の小型化を実現するとともに各光ディスクに対して互換性を発揮して良好な記録及び／又は再生を実現する。
【０２２０】
また、光ピックアップ３は、非点収差付与デバイスを回折部４３を有する回折光学素子４４により形成することにより、簡易な構成で確実に上述のような効果を得ることができる。また、光ピックアップ３において、回折部４３は、１．１４λ１Ｎ１＜Ｎ２λ２＜８．０λ１Ｎ１の関係、及び１．１４λ１Ｎ１＜Ｎ３λ３＜８．０λ１Ｎ１の関係を満たすように構成されている。これにより、回折部４３及び光ピックアップ３は、各波長に対して所望の非点隔差の関係を得ることができ、これにより各フォーマットに対応した最適なフォーカス引き込み範囲を得ることを実現する。また、光ピックアップ３において、回折部４３は、支配的となるように発生させる回折次数の組み合わせ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）が（＋１，＋１，＋１）又は（−１，−１，−１）であるように構成されている。これにより、回折部４３及び光ピックアップ３は、各波長に対して所望の非点隔差の関係を得ることができ、これにより各フォーマットに対応した最適なフォーカス引き込み範囲を得ることを実現する。ここで、光ピックアップ３は、かかる回折次数の組み合わせとされたブレーズ形状の回折部４３を有する構成により、回折面の溝深さを小さくでき、温度変化等の影響も低減できる。また、光ピックアップ３は、回折部４３が上述の式（１０）の関係となるように構成されていることにより、各波長に対して所望の非点隔差の関係を得ることができ、これにより各フォーマットに対応した最適なフォーカス引き込み範囲を得ることを実現する。
【０２２１】
また、光ピックアップ３は、この回折部４３に換えて図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示すような回折部４３Ｃ１，４３Ｃ２、回折部４３Ｄ１，４３Ｄ２、回折部４３Ｅ、又は回折部４３Ｆ１，４３Ｆ２，４３Ｆ３からなる非点収差付与デバイスに特徴を有する。かかる光ピックアップ３は、このような二面若しくは三面構成、又はこれらを重畳したような構成とされている。これにより、かかる非点収差付与デバイス及び光ピックアップ３は、式（３２）又は式（３３）の関係を満たすように構成することで、各波長に対して付与する非点隔差を、さらに最適な範囲に調整することを可能とする。したがって、光ピックアップ３は、各フォーマットに対応した最適なフォーカス引き込み範囲を得ることを実現する。
【０２２２】
また、光ピックアップ３は、第１のビームスプリッタ３８と受光部４０との間に、入射した第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を変換して受光部４０上に集光させる発散角変換機能を有するマルチレンズ４４Ｂを備える。そして、回折部４３がこのマルチレンズ４４Ｂの一方の面に一体に形成される構成とすることにより、上述の効果に加えて、光ピックアップとしてのさらなる構成の簡素化及び小型化を実現する。
【０２２３】
また、光ピックアップ３は、光軸方向に移動可能とされる発散角変換素子としてのコリメータレンズ３７を備える点に特徴を有する。そして、コリメータレンズ３７は、光ビームの種類に応じて、所定の位置に移動され、第１乃至第３の波長の光ビームの状態を変えることで、各波長の光ビームを受光部４０の同一の受光面上に集光させる。光ピックアップ３は、かかるコリメータレンズ３７と非点収差付与デバイスにより、共通の光学部品により複数種類の光ディスクの各フォーマットに適合させることを実現する。光ピックアップ３は、構成の簡素化及び装置の小型化を実現するとともに各光ディスクに対して互換性を発揮して良好な記録及び／又は再生を実現する。また、光ピックアップ３において、コリメータレンズ３７のストローク量を小さく抑えることができるので、光ピックアップの小型化を可能にする。
【０２２４】
また、この光ピックアップ３は、対物レンズ３４を３波長に対して共通とすることができるので、アクチュエータにおける可動部の重量が増大することによる感度低下等の問題の発生を防止できる。また、本発明を適用した光ピックアップ３は、３波長互換の際の共通の対物レンズ３４を用いた場合に問題となる球面収差を光学素子の一面に設けた回折部５０により十分に低減できる。これにより光ピックアップ３は、従来のような球面収差低減用の回折部を複数面に設けた場合の各回折部間の位置合わせや、複数の回折部を設けることによる回折効率の低下等の問題を防止できる。すなわち、光ピックアップ３は、組立工程の簡素化及び光の利用効率の向上を実現する。また、本発明を適用した光ピックアップ３は、上述のように回折部５０を光学素子の一面に設ける構成を可能とすることにより、対物レンズ３４及び回折光学素子３５に換えて回折部５０を有する対物レンズ３４Ｂを有するように構成することを可能とする。かかる光ピックアップ３は、この回折部５０を対物レンズに一体とする構成により、さらなる構成の簡素化、アクチュエータの可動部の重量を小さくすること、組立工程の簡素化及び光の利用効率の向上を実現する。
【０２２５】
さらに、この光ピックアップ３は、上述した回折光学素子３５の一面に設けられた回折部５０により３波長互換を実現するのみならず、３種類の光ディスク及び３種類の波長の光ビームに対応した開口数で開口制限を行うことができる。これにより、光ピックアップ３は、従来必要であった開口制限フィルター等を設けることや、これを配置させる際の調整を不要とし、さらに、構成の簡素化、小型化、及び低コスト化を実現する。
【０２２６】
尚、上述の光ピックアップ３では、回折光学素子４４等からなる非点収差付与デバイスを有する例について説明したが、本発明を適用した光ピックアップを構成する非点収差付与デバイスは、これに限られるものではない。例えば、非点収差付与デバイスとしては、印加される電圧により光の屈折力を変化させる液体レンズを用いるように構成してもよい。
【０２２７】
次に、非点収差付与デバイスとして液体レンズを用いた例について、図１９を用いて説明する。図１９に示す光ピックアップ６０においては、上述した光ピックアップ３に対して、回折光学素子４４に換えて液体レンズ６４を用いること以外は、上述と同様であるので、同じ符号を付して詳細は省略する。
【０２２８】
光ピックアップ６０は、図１９に示すように、第１の光源部３１と、第２の光源部３２と、集光光学デバイス３６を構成する対物レンズ３４及び回折光学素子３５と、コリメータレンズ３７とを備える。また、光ピックアップ６０は、第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９と、受光部４０を有する光検出器４１と、マルチレンズ４２とを備える。また、光ピックアップ６０は、図１９及び図２１（ａ）に示すように、マルチレンズ４２と第１のビームスプリッタ３８との間に設けられ、入射した光ビームの波長に応じた非点収差を付与する非点収差付与デバイスとしての液体レンズ６４を備える。また、光ピックアップ６０は、第１及び第２のグレーティング４５，４６と、１／４波長板４７と、立ち上げミラー４８とを備える。
【０２２９】
非点収差付与デバイスとしての液体レンズ６４は、図２０（ａ）〜図２０（ｃ）に示すように、互いに屈折率の異なる２つの媒質である第１の媒質６４ａ及び第２の媒質６４ｂを封止層となる硝子層６４ｃにより封止したものである。ここで、第１の媒質６４ａとしては、例えば絶縁性オイルが用いられる。また、第２の媒質６４ｂとしては、例えば、導電性水溶液が用いられる。また、この液体レンズ６４には、絶縁層６５，６６を介して電極６７，６８が設けられている。第１及び第２の倍率６４ａ，６４ｂの間の界面形状は、電極６７，６８に印加される電圧に応じて変化するように構成されている。そして、液体レンズ６４は、電圧に応じて水溶液の撥水性の強度を変化させて所望の屈折力を発揮できるように界面形状を変化させる。また、液体レンズ６４は、そのレンズ面として機能する界面形状がシリンドリカル形状となるように構成されている。具体的には、液体レンズ６４は、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すように、上述の電極６７，６８が一方向のみに配置されるように構成されている。この液体レンズ６４は、電極６７，６８間に電圧を印加された場合、この電圧によってｘ’方向の曲率が大きくなる一方で、ｙ’方向にはほとんど変化しない。このため、液体レンズ６４は、上述したシリンドリカル手段のシリンドリカル面として作用する。このように液体レンズ６４は、例えば、上述したｘ’方向にのみ屈折力を有するような構成とされている。
【０２３０】
以上のように、液体レンズ６４は、印加される電圧に対応して、互いに直交するｘ’方向及びｙ’方向のうち例えばｘ’方向の界面形状の曲率を変化させ光の屈折力を変化させることにより、直交するｘ’方向及びｙ’方向に対して異なる曲率を有するものである。換言すると、液体レンズ６４は、直交するｘ’方向及びｙ’方向に対して異なる曲率を有するよう、上述のような一方向に電界を付与するように構成されている。尚、この光ピックアップ６０に用いられる液体レンズの構成は、これに限られるものではなく、非点収差を付与できるシリンドリカル機能を有するものであればよく、用いられる媒質等も上述に限られるものではない。
【０２３１】
また、光ピックアップ６０を構成する非点収差付与デバイスは、上述のような図２１（ａ）に示す液体レンズ６４に限られるものではなく、例えば、集光機能を有するマルチレンズと一体に液体レンズが設けられたような複合光学素子であってもよい。すなわち、上述のマルチレンズ４２及び液体レンズ６４に換えて、図２１（ｂ）に示すような、非点収差付与デバイスとしての複合光学素子７４を設けるように構成しても良い。かかる複合光学素子７４は、その一方の面として例えば入射側に、上述と同様の液体レンズ６４が設けられている。また、かかる複合光学素子７４は、出射側の面に、倍率変換機能を有するレンズ面４２Ｂが設けられている。そして、この複合光学素子７４は、上述したマルチレンズ４２及び液体レンズ６４の両機能を有する。
【０２３２】
図２０に示す液体レンズ６４は、印加される電圧を変化させることにより、そのｘ’方向の屈折力を変化させることができる。ここで、液体レンズ６４は、第１の波長の光ビームに対しては、ｘ’方向にＲｘ’１の屈折力を付与するものとする。また、第２の波長の光ビームに対しては、ｘ’方向にＲｘ’２の屈折力を付与するものとする。さらに、第３の波長の光ビームに対しては、ｘ’方向にＲｘ’３の屈折力を付与するものとする。尚、ここでは、ｘ’方向に屈折力を付与するものとして液体レンズ６４を配置するように構成したが、ｙ’方向で且つ各波長に対して所定の屈折力を付与するように液体レンズを構成してもよい。さらに、ｘ’方向，ｙ’方向の両方向に電極を配置し、各方向で電圧を印加して各々異なった曲率半径となるように構成された液体レンズを用いるように構成しても良い。この場合には、ｘ’方向，ｙ’方向のパワー差Ｒｘｙ’１、Ｒｘｙ’２、Ｒｘｙ’３の比が後述と同様にＲｘｙ’１＞Ｒｘｙ’２＞Ｒｘｙ’３の関係にあればよい。
【０２３３】
かかる液体レンズ６４は、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ所定の非点収差を付与する。そして、液体レンズ６４は、各波長の光ビームに非点収差付与を付与することにより形成される非点隔差Δ１，Δ２，Δ３がΔ１＜Δ２＜Δ３の関係を満たすように、第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与する。すなわち、液体レンズ６４は、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、Ｒｘ’１＞Ｒｘ’２＞Ｒｘ’３の関係を満たすような屈折力を付与するように構成されている。
【０２３４】
以上のように、非点収差付与デバイスとしての液体レンズ６４は、上述のような関係の屈折力Ｒｘ’１，Ｒｘ’２，Ｒｘ’３を付与することにより、各波長の非点隔差をΔ１＜Δ２＜Δ３とすることができる。これにより液体レンズ６４は、フォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを実現する。
【０２３５】
ここで、上述したような液体レンズ６４を設けることによって、所望の非点隔差Δ及び引き込み範囲Ｓｊｉを得ることができることについて、その具体的数値を実施例３として挙げて説明する。
【０２３６】
＜実施例３＞
実施例３は、実際に、この液体レンズを光路中に挿入することによって構成された光ピックアップ３の実施例である。かかる液体レンズは、上述したように、シリンドリカル手段ＣＳを液体レンズとすることによって、一方向の曲率を可変とすることができる。最も適した非点隔差量を実現するには、次式（３４）の関係が必要である。ここで、最も適した非点隔差量とは、第１の光ディスク（ＢＤ等）に対して２μｍ（＝Ｓｊｉλ１）、第２の光ディスク（ＤＶＤ等）に対して５μｍ（＝Ｓｊｉλ２）、第３の光ディスク（ＣＤ等）に対して６μｍ（＝Ｓｊｉλ３）程度である。
【０２３７】
【数１０】
2010061768.tif 000018
【０２３８】
式（３４）の関係が必要なのは、通常のレンズにおいては、レンズ半径の逆数がレンズにおけるパワーを規定するためである。おおよそ上述の関係を満たすと非点隔差量もそれに応じた大きさとなることが一般に知られている。
【０２３９】
以上のような実施例３の光ピックアップにおけるＳｊｉの大きさ等の諸数値を表７に示す。この際のＲｘ’はおおよそ式（３４）を満たしており、所望のＳｊｉ引き込みに近い値が得られていることが示されている。また、液体レンズを使用した場合には、透過率の低下はほとんどなく、また、与えたいＳｊｉ量を柔軟に制御できるため、設計自由度が大きい。
【０２４０】
【表７】
2010061768.tif 000019
【０２４１】
また、表８に、実施例３の光ピックアップの各レンズ設計値を示す。この表８において、第３面には、上述した液体レンズが設けられているものとして説明する。尚、この表８の例においては、２液体からなる界面とはせずに、単に空気と硝材との界面であるとしているが、実際には同等のパワーを有するように２液体の界面曲率を制御すればよく、同等の効果を与えることも可能である。その他の表８に示す構成については、上述した表２と同様であるので詳細は省略する。
【０２４２】
【表８】
2010061768.tif 000020
【０２４３】
本発明を適用した光ピックアップ６０は、集光光学デバイス３６と、共通の受光部４０を有する光検出器４１と、非点収差付与デバイスとして液体レンズ６４とを備える点に特徴を有する。液体レンズ６４を有する光ピックアップ６０は、このような３種類の使用波長に対応する共通の集光光学デバイス３６と共通の受光部４０を有する共通の光学系を用いて、各光ディスクに対して対応する波長の光ビームを集光する。これとともに光ピックアップ６０は、光ディスクからの反射光を検出する。そして、光ピックアップ６０は、装置の小型化及び構成の簡素化を達成した上で、複数種類の光ディスクに情報信号の記録及び／又は再生を行うことを可能とする。また、光ピックアップ６０は、このような共通の光学系における、それぞれの使用波長に応じて形成される非点隔差を非点収差付与デバイスにより最適なものとすることができる。ここで、非点収差付与デバイスは、各波長において形成される非点隔差の関係をΔ１＜Δ２＜Δ３の適切な関係とすることができる。よって、光ピックアップ６０は、これにより、それぞれの各光ディスクのフォーマットに対応するフォーカス引き込み範囲を設定することを可能とし、各光ディスクに対する互換性をより発揮することを可能する。そして、光ピックアップ６０は、よって、構成の簡素化及び装置の小型化を実現するとともに各光ディスクに対して互換性を発揮して良好な記録及び／又は再生を実現する。さらに、かかる光ピックアップ６０は、非点収差付与デバイスとして液体レンズを用いることにより、高い自由度を持ち、迷光等の影響を受けにくく、液体レンズを挿入してもＳＮ比を高く保つことができる。
【０２４４】
本発明を適用した光ディスク装置１は、光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、回転駆動される複数種類の光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを備える。光ディスク装置１は、この光ピックアップとして上述した光ピックアップ３，６０を用いたことにより、回折部５０により、３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズ３４を用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。また、光ディスク装置１は、対物レンズ３４及び受光部４０等の構成部品を共通化して構成の簡素化、装置の小型化を可能する。それととともに、光ディスク装置１は、回折光学素子４４等の非点収差付与デバイスによりそれぞれの光ディスクのフォーマットに対応する適切なフォーカス引き込み範囲とすることを可能とする。これにより、光ディスク装置１は、構成の小型化と良好なサーボ信号を得て良好な記録・再生特性を得ることによる３波長互換を両立させることを実現する。
【図面の簡単な説明】
【０２４５】
【図１】本発明を適用した光ディスク装置を示すブロック回路図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップの光学系を示す光路図である。
【図３】本発明を適用した光ピックアップを構成する非点収差付与デバイスを説明するための図であり、（ａ）は、非点収差付与デバイスとしての回折光学素子をマルチレンズとは別体に設けた例の図である。（ｂ）は、非点収差付与デバイスとしての回折光学素子をマルチレンズと一体に設けた例の図である。
【図４】本発明を適用した光ピックアップにおいて、コリメータレンズを移動させることにより共通の受光部の受光面に３波長の光ビームが集光される点について説明するための図である。（ａ）は、第１の波長の光ビームが基準となる位置に配置されたコリメータレンズにより所定の集光点に集光されていることを示す図である。（ｂ）は、第２及び第３の波長の光ビームが、上述の基準の位置から光軸方向に移動されたコリメータレンズにより第１の波長の光ビームと同じ集光点に集光されていることを示す図である。
【図５】本発明を適用した光ピックアップを構成する集光光学デバイスの回折光学素子を説明するための図であり、（ａ）は、回折光学素子の平面図であり、（ｂ）は、回折光学素子の断面図である。
【図６】本発明を適用した光ピックアップを構成する集光光学デバイスの例について説明するための図である。（ａ）は、入射側の面に回折部を有する３波長集光互換用の回折光学素子と、対物レンズとにより構成された例の集光光学デバイスを示す断面図である。（ｂ）は、その入射側の面に回折部が一体に形成された対物レンズにより構成された例の集光光学デバイスを示す断面図である。
【図７】本発明を適用した光ピックアップを構成する非点収差付与デバイスとしての回折光学素子を説明するための図であり、（ａ）は、回折部が設けられた回折光学素子の平面図である。（ｂ）は、Ａ−Ａ断面を示す回折光学素子のｙ’方向の断面図であり、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ断面を示す回折光学素子のｘ’方向の断面図である。
【図８】本発明を適用した光ピックアップを構成する非点収差付与デバイスの他の例を示す図であり、ｙ’方向にのみ回折作用を有する回折部が設けられた例の解説光学素子の平面図である。
【図９】本発明を適用した光ピックアップを構成する回折光学素子の他の例を示す図であり、階段形状の回折部が設けられた回折光学素子の平面図である。
【図１０】対物レンズのデフォーカス量と、フォーカスエラー信号との関係、及びフォーカス引き込み範囲を示す図である。
【図１１】復路光学系により付与される非点収差により発生する非点隔差について説明する図であり、非点収差を付与するマルチレンズを通過することによるｘ方向の集光位置と、ｙ方向の集光位置と、これらの位置の間隔である非点隔差とを模式的に示す図である。
【図１２】非点収差法によるフォーカスエラー信号の検出について説明するための図であり、（ａ）は、焦点位置より近い位置にある場合の受光部上のスポット形状を示す平面図である。（ｂ）は、焦点位置にある場合の受光部上のスポット形状を示す平面図である。（ｃ）は、焦点位置より遠いが位置にある場合の受光部上のスポット形状を示す平面図である。
【図１３】非点収差を付与する回折構造のピッチを決定する手法について説明するための図であり、（ａ）は、半径方向の位置毎に設計波長λ０に付与を意図する設計位相量φを示す図である。（ｂ）は、（ａ）で示したφに基づいて、実際に半径方向の位置毎に与える位相量φ’を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）で示した位相量φ’を付与する回折構造の形状を概念的に示す図である。
【図１４】非点収差付与デバイスとしての回折光学素子のさらに他の例について説明するための図である。（ａ）は、複数の回折光学素子に第１及び第２の回折部が設けられた例の図であり、（ｂ）は、一の回折光学素子に第１及び第２の回折部が設けられた例の図である。（ｃ）は、複数の基礎構造が重畳された複合回折部が設けられた例の図であり、（ｄ）は、複数の回折光学素子に第１乃至第３の回折部が設けられた例の図である。
【図１５】実施例１の回折光学素子の回折部の回折効率を計算するためのグラフであり、ブレーズ形状（Ｓ＝∞）で、（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）＝（＋１，＋１，＋１）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１６】実施例２の回折光学素子の第１の回折部（第１面）の回折効率を計算するためのグラフである。ブレーズ形状（Ｓ＝∞）で、（Ｎ１１，Ｎ２１，Ｎ３１）＝（＋２，＋１，＋１）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１７】実施例２の回折光学素子の第２の回折部（第２面）の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝４、（Ｎ１２，Ｎ２２，Ｎ３２）＝（＋１，−１，−２）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１８】実施例２の変形例として、図１６の第１面を第１の基礎構造とし図１７の第２面を第２の基礎構造とした場合の、重畳により複合回折部を構成した場合の、複合回折構造の回折構造を説明するための図である。複合回折構造の半径方向（ｘ’方向）の位置に対する溝深さを示す図である。
【図１９】本発明を適用した光ピックアップの非点収差付与デバイスとして液体レンズを用いた例の光学系を示す光路図である。
【図２０】本発明を適用した光ピックアップを構成する非点収差付与デバイスとしての液体レンズを説明するための図であり、（ａ）は液体レンズの平面図である。（ｂ）は、ｘ’方向及びｙ’方向を含む方向の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示す断面と異なる方向の断面図である。
【図２１】図１９に示す光ピックアップを構成する非点収差付与デバイスを説明するための図であり、（ａ）は、非点収差付与デバイスとしての液体レンズをマルチレンズとは別体に設けた例の図である。（ｂ）は、非点収差付与デバイスとしての液体レンズをマルチレンズと一体に設けた例の図である。
【図２２】従来の光ピックアップの光学系の例を示す図であり、受光素子を複数有する光ピックアップを示す光路図である。
【符号の説明】
【０２４６】
１  光ディスク装置、  ２  光ディスク、  ３  光ピックアップ、  ４  スピンドルモータ、  ５  送りモータ、  ９  サーボ制御部、２２  ディスク種類判別部、  ３１  第１の光源部、  ３２  第２の光源部、  ３４  対物レンズ、  ３５  回折光学素子、  ３６  集光光学デバイス、  ３７  コリメータレンズ、  ３８  第１のビームスプリッタ、  ３９  第２のビームスプリッタ、  ４０  受光部、  ４１  光検出器、  ４２  マルチレンズ、  ４３  回折部、  ４４  回折光学素子、  ４５  第１のグレーティング、  ４６  第２のグレーティング、  ４７  １／４波長板、  ４８  立ち上げミラー、  ４９  コリメータレンズ駆動手段、  ５０  回折部、  ５１  第１の回折領域、  ５２  第２の回折領域、  ５３  第３の回折領域
【図１】
2010061768.tif 000021
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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