(57)【要約】【課題】記録／消去時にスポット形成に寄与しない不用光を利用し、スポット形成パワーを低く抑え、受光素子に入射する不用光を除去する。【解決手段】波長λ２の光は、互換素子１１８を通るＮＡ０．６５相当のビーム径φＡと、ＮＡ０．８５相当のビーム径φＸにて、φＡ内側の光は球面収差が補正されＤＶＤディスク１００ｂ記録面上に記録／消去用スポット形成する。φＡとφＸで囲まれた領域の光は補正されず広がり、光軸が略一致した記録／消去用スポットの周囲に補助熱用スポットが形成される。補助熱用スポットのエネルギーを重畳して、記録／消去用スポット単独パワーよりも低いパワーで記録／消去ができる。反射光は、波長板１１７と広帯域１／４波長板により迷光成分の光軸を含まない周辺部の偏光が、光軸を含む領域とは直交した偏光とされ、ＰＢＳで分離されて迷光成分の光は受光素子に入射せず、検出信号にノイズ成分を排除した高Ｓ／Ｎの信号を得る。【選択図】図４
2010015658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の異なる光を出射する光源と、単一の対物レンズとを有し、異なる基板厚ｔ１，ｔ２，ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうちいずれか１以上を行う光ピックアップに用いる波長板であって、
光ピックアップの球面収差補正光学系により、前記光源からの波長λ１の光で前記基板厚ｔ１の光記録媒体上に最良のスポットが形成されるよう設計された前記対物レンズを用いて、前記光源からの波長λ２の光で前記基板厚ｔ２の光記録媒体上に良好なスポットを形成し、前記光源からの波長λ３の光で前記基板厚ｔ３の光記録媒体上に良好なスポットを形成し、
当該波長板が、前記対物レンズと前記光源との間に配置され、透過光に対し第１の位相差を与える光軸を中心とする円環状の第１領域と、前記第１領域の周辺に位置し透過光に対して第２の位相差を与える第２領域とからなることを特徴とする波長板。
【請求項２】
前記光源からの波長λ２の光は、対物レンズにより基板厚ｔ２の光記録媒体に集光され、集光時の光記録媒体側の開口数はＮＡ２であって、前記開口数ＮＡ２で集光時の光束が当該波長板を通過する最も外側の径をφＡとし、前記光源からの波長λ３の光は、前記対物レンズにより基板厚ｔ３の光記録媒体に集光され、集光時の光記録媒体側の開口数はＮＡ３であって、前記開口数ＮＡ３で集光時の光束が当該波長板を通過する最も外側の径をφＢとした時、
前記φＢと前記φＡで囲まれた円環状の領域において、
前記光源からの波長λ１の光に対して「２×Ｅ×π」（Ｅは整数）、
前記光源からの波長λ２の光に対して「２×Ｆ×π」（Ｆは整数）、
前記光源からの波長λ３の光に対して「（４×Ｇ＋１）×π／２」（Ｇは整数）、あるいは「（４×Ｈ＋３）×π／２」（Ｈは整数）の位相差を与え、
前記φＡの外側の領域において、
前記光源からの波長λ１の光に対して「２×Ｉ×π」（Ｉは整数）、
前記光源からの波長λ２の光に対して「（４×Ｊ＋１）×π／２」（Ｊは整数）、あるいは「（４×Ｋ＋３）×π／２」（Ｋは整数）、
前記光源からの波長λ３の光に対して「（４×Ｌ＋１）×π／２」（Ｌは整数）、あるいは「（４×Ｍ＋３）×π／２」（Ｍは整数）の位相差を与えることを特徴とする請求項１記載の波長板。
【請求項３】
波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の異なる光を出射する光源と、単一の対物レンズとを有し、異なる基板厚ｔ１，ｔ２，ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうちいずれか１以上を行う光ピックアップに用いる波長板であって、
光ピックアップの球面収差補正光学系により、前記光源からの波長λ１の光で前記基板厚ｔ１の光記録媒体上に最良のスポットが形成されるよう設計された前記対物レンズを用いて、前記光源からの波長λ２の光で前記基板厚ｔ２の光記録媒体上に良好なスポットを形成し、前記光源からの波長λ３の光で前記基板厚ｔ３の光記録媒体上に良好なスポットを形成し、
当該波長板が、前記対物レンズと前記光源との間に配置され、透過光に対し第１の位相差を与える光軸を中心とする円環状の第１領域と、前記第１領域の周辺に位置し透過光に対して第２の位相差を与える第２領域と、前記第１領域の内側に位置し透過光に対して第３の位相差を与える第３領域とからなることを特徴とする波長板。
【請求項４】
前記光源からの波長λ２の光は、対物レンズにより基板厚ｔ２の光記録媒体に集光され、集光時の光記録媒体側の開口数はＮＡ２であって、前記開口数ＮＡ２で集光時の光束が当該波長板を通過する最も外側の径をφＡとし、前記光源からの波長λ３の光は、前記対物レンズにより基板厚ｔ３の光記録媒体に集光され、集光時の光記録媒体側の開口数はＮＡ３であって、前記開口数ＮＡ３で集光時の光束が当該波長板を通過する最も外側の径をφＢとした時、
前記φＢの内側の第３領域において、
前記光源からの波長λ１の光に対して「（２×ＡＥ＋１）×π／２」（ＡＥは整数）、
前記光源からの波長λ２の光に対して「（２×ＡＦ＋１）×π／２」（ＡＦは整数）、
前記光源からの波長λ３の光に対して「（２×ＡＧ＋１）×π／２」（ＡＧは整数）の位相差を与え、
前記φＢと前記φＡで囲まれた円環状の第１領域において、
前記光源からの波長λ１の光に対して「（２×ＡＨ＋１）×π／２」（ＡＨは整数）、
前記光源からの波長λ２の光に対して「（２×ＡＩ＋１）×π／２」（ＡＩは整数）、
前記光源からの波長λ３の光に対して「２×ＡＪ×π」（ＡＪは整数）の位相差を与え、
前記φＡの外側の第２領域において、
前記光源からの波長λ１の光に対して「（２×ＡＫ＋１）×π／２」（ＡＫは整数）、
前記光源からの波長λ２の光に対して「２×ＡＬ×π」（ＡＬは整数）、
前記光源からの波長λ３の光に対して「２×ＡＭ×π」（ＡＭは整数）の位相差を与えることを特徴とする請求項３記載の波長板。
【請求項５】
前記波長板が、複屈折結晶で構成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長板。
【請求項６】
前記波長板が、高分子フィルムで構成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長板。
【請求項７】
前記波長板が、フォトニック結晶で構成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長板。
【請求項８】
前記波長板が、サブ波長構造で構成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長板。
【請求項９】
前記球面収差補正光学系が、位相シフタあるいは回折格子からなる球面収差補正光学素子であって、
前記球面収差補正光学素子と請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長板とが一体的に構成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
前記球面収差補正光学系が、位相シフタあるいは回折格子からなる球面収差補正光学素子であって、
前記球面収差補正光学素子と請求項１，２，５，６，７または８記載の波長板とが単一の素子で形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
前記球面収差補正光学系が、位相シフタあるいは回折格子からなり、光源からの波長λ２の光が対物レンズにより基板厚ｔ２の光記録媒体に集光時に補正する第１球面収差補正面と、前記光源からの波長λ３の光が前記対物レンズにより基板厚ｔ３の光記録媒体に集光時に補正する第２球面収差補正面とが、単一の素子の同一面に形成されてなる球面収差補正光学素子であって、
前記球面収差補正光学素子と請求項３〜８のいずれか１項に記載の波長板とが一体的に構成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
前記球面収差補正光学系が、位相シフタあるいは回折格子からなり、光源からの波長λ２の光が対物レンズにより基板厚ｔ２の光記録媒体に集光時に補正する第１球面収差補正面と、前記光源からの波長λ３の光が前記対物レンズにより基板厚ｔ３の光記録媒体に集光時に補正する第２球面収差補正面とが、単一の素子の同一面に形成されてなる球面収差補正光学素子であって、
前記球面収差補正光学素子と請求項３〜８のいずれか１項に記載の波長板とが単一の部品の表裏に形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１３】
前記光学素子が、対物レンズと一体的に固定されてなることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１４】
請求項１３記載の光学素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１５】
請求項１４記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の光記録媒体に対して、単一の対物レンズで記録や再生を可能とするための波長板、光学素子、光ピックアップおよび光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０．６５ＧＢのＣＤ、記録容量４．７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及している。そして、近年、さらなる大容量化を実現した「Blu-ray Disc」（以下、ＢＤという）が普及しつつある。光記録媒体の記録密度を向上させる手段としては、光記録媒体に情報の書き込みまたは読み出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（以下、ＮＡという）を大きくすること、あるいは、光源の波長を短くすることにより、対物レンズによって光記録媒体上に集光されるビームスポットを小径化することが有効である。
【０００３】
そこで、例えば「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０．５０、光源の波長が７８５ｎｍとされているのに対して、「ＣＤ系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「ＤＶＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０．６５、光源の波長が６５０ｎｍとされている。そして、さらなる高記録密度化がなされた「ＢＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡを０．８５とし、光源の波長が４０５ｎｍの光を用いて、２５ＧＢの容量を実現した。
【０００４】
また、ＣＤ，ＤＶＤ，ＢＤと対物レンズのＮＡが大きくなるに従い、光記録媒体の傾きに対する収差の増加を抑えるため、ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤの光記録媒体の基板厚はそれぞれ０．１ｍｍ，０．６ｍｍ，１．２ｍｍとされている。ＢＤのような高密度な情報の再生および／または記録および／または消去を行える記録再生装置において、現在広く普及しているＣＤ，ＤＶＤの再生および／または記録および／または消去ができることが望ましく、記録再生装置の大型化、コスト上昇を抑えるためには、ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤを１つの光学系で再生および／または記録および／または消去できることが望ましい。
【０００５】
そのためには、記録、再生すべき光記録媒体の種類に応じて、適切な波長の光源を選択し、この選択した光束に対して適切な光学処理を施し、それぞれの光記録媒体に良好なスポットを形成する必要がある。
【０００６】
光学的な記録再生装置に用いる光ピックアップに関し、複数種類の光記録媒体に対応できる複数波長の光源を備えた光ピックアップの構成が提案されている（特許文献１，２参照）。
【特許文献１】国際公開第０５／０７６２６６号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０５／０８３６９４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の特許文献１では、基板厚の異なる光記録媒体に、単一の対物レンズでスポットを形成した時に発生する球面収差を、回折構造を持った素子により、対物レンズ入射光の状態を変化させ良好なスポットを得るため、有効径を絞る方法として、有効径の外側にスポット形成のための回折構造と異なる回折構造を持った回折格子を形成している。
【０００８】
また、特許文献２では、基板厚の異なる光記録媒体に、単一の対物レンズでスポットを形成した時に発生する球面収差を、回折構造（回折格子）あるいは光路差付与構造（位相シフタ）を持った素子により、対物レンズ入射光の状態を変化させ良好なスポットを得るため、有効径を絞る方法として、ダイクロイックフィルターを用いる方法、回折作用を利用する方法が開示されている。
【０００９】
図１７はＢＤディスク１００ａに光束が集光する様子を示す図である。対物レンズ１０１に入射する光は波長λ１が略４０５ｎｍで、開口制限部１０２で光束の一部が遮光され、基板厚が略０．１ｍｍのＢＤディスク１００ａの記録面上に集光する。対物レンズ１０１は、波長λ１略４０５ｎｍ、基板厚略０．１ｍｍで設計されたＢＤディスク１００ａ用レンズであり、理想状態であればほとんど無収差の良好なスポットを形成する。開口制限部１０２の有効径は、ＢＤディスク１００ａ側の集光角度αがｓｉｎα＝０．８５となる径である（ＢＤディスク側ＮＡ０．８５）。
【００１０】
次に、図１８はＤＶＤディスク１００ｂに同一の対物レンズ１０１で集光する様子を示す図である。対物レンズ１０１に入射する光は波長λ２が略６６０ｎｍで、基板厚は略０．６ｍｍである。対物レンズ１０１はＢＤディスク１１０ａ用であり、ＤＶＤディスク１１０ｂ記録面上のスポットには、基板厚の違い、波長の違いにより大きな球面収差が発生する。この時の波面収差を図１９に示す。図１９において、横軸は規格化した瞳半径、ここで、規格化半径１の位置はＮＡ０．８５に相当する瞳径である。縦軸はＯＰＤ（Optical Path Difference）である。このままのスポットでは、ＤＶＤディスク１００ｂの再生、記録などは行うことができない。
【００１１】
基板厚の違い、波長の違いによる球面収差を補正する方法として、従来３つの方法が考えられている。１つ目は、図２０に示すように、対物レンズ１０１入射光を発散光とし球面収差を補正方法である。２つ目は、図２１（ａ）に示すように、対物レンズ１０１の前段に回折格子１０３を配置し、対物レンズ１０１入射光を発散光とし球面収差を補正する方法である。図２１（ｂ）に回折格子１０３の断面の一部を示す。回折格子１０３には光軸を中心に同心円状の溝が形成されている。３つ目は、図２２（ａ）に示すように、対物レンズ１０１の前段に位相シフタ１０４を配置し、対物レンズ１０１入射光の位相を部分的に変化させ球面収差を補正している。図２２（ｂ）に位相シフタ１０４の断面の一部を示す。位相シフタ１０４には光軸を中心に同心円状の位相段差が形成されている。図２３にＤＶＤディスク１００ｂ用（ＤＶＤディスク１００ｂ集光時のＮＡは略０．６５であり、図２０，図２１（ａ），図２２（ａ）でｓｉｎβ＝０．６５）位相シフタ１０４の位相段差と補正後の波面収差を示す。ＤＶＤディスク１００ｂ記録再生消去時のＮＡ０．６５まで十分収差が補正されていることがわかる。
【００１２】
基板厚、波長の違いによる球面収差補正方式を説明したが、ＢＤディスク１００ａの基板厚略０．１ｍｍとＤＶＤディスク１００ｂの基板厚略０．６ｍｍでは、厚みの差が大きいため、図１９に示したように、ＮＡ０．６５を越えたあたりから急激に波面は劣化し、前記３つの方法では、この領域まで収差を補正することは非常に困難である。逆に、ＮＡ０．６５程度までは補正が可能であり、ＮＡ０．６５を超える領域の光はスポット形成に寄与しないため、ＮＡ０．６５の相当の開口制限を用いなくても、前記３つの方式のいずれの方式でも、ＮＡ０．８５のＢＤ用対物レンズ１０１で、ＤＶＤ１００ｂディスクに集光したスポットは、ＤＶＤ用対物レンズで集光したスポットと略同一のスポット径とすることができる。
【００１３】
ただし、１つ目の方式は、有限系で対物レンズ１０１に入射するため、対物レンズ１０１のトラッキングによる光軸直交方向のずれによりコマ収差が発生するため実用は困難である。残る２つの方式では、回折格子１０３あるいは位相シフタ１０４を対物レンズ１０１と一体で駆動することによりコマ収差は発生しない。
【００１４】
回折格子１０３の効率を計算したものを図２４に示す。図２４において、横軸は溝深さ、縦軸は効率、各線は、０Ｔは０次光、１（２）Ｔは１（２）次光、−１（−２）Ｔは−１（−２）次光である。１例として溝深さ略６．２μｍとした場合、波長４０５ｎｍの０次光効率は略８０％、波長６６０ｎｍの−１次光効率は、略７０％である。一般に、回折格子の効率を３種類の波長に対して、全て９０％以上とすることは困難であり効率の低下は避けられない。また、位相シフタを用いて球面収差を補正した場合は、良好にスポットは形成されるが、高次収差が残留するため、対物レンズ入射光を同じとしてもそのピーク強度は、ＤＶＤ用対物レンズでスポットを形成した時に比べ略半分程度に低下している。つまり、回折格子、位相シフタを通して、スポットを形成した場合、光学系の光利用効率は低下することになる。
【００１５】
記録あるいは消去を行う場合の光源パワーは、光記録媒体の回転数にもよるが、再生時の光源の発光パワーに対して、数倍〜数十倍を必要とし、回折格子、位相シフタを用いた光学系では、大出力の光源が必要となる。また、光源の出力増大に伴い、光源部の発熱、波長変動が大きくなり、放熱、色収差、不要輻射等の対策が必要となる。
【００１６】
また、回折格子、位相シフタの通過により効率の低下した分の光は、光記録媒体に入射し、その反射光は信号の再生に不用な迷光となる。迷光は、信号検出の受光素子に入射した場合、制御信号，再生信号へのノイズ成分となり、良好な記録再生が行えなくなることがある。図２５（ａ），（ｂ）を用いて迷光について説明する。図２５（ａ）は、ＢＤディスク用対物レンズ１０１と回折格子１０３を用いてＤＶＤディスク１００ｂにスポットを形成するものである。ＤＶＤディスク１００ｂ反射光を位置Ａで光軸方向から見た様子を図２５（ｂ）に示す。円形の領域Ｉは、良好なスポットを形成したＮＡ０．６５領域内の反射光、円環状の領域ＩＩはＮＡ０．６５の外側の光で、前記良好なスポットから離れた位置に入射し反射した光である。
【００１７】
例えば、ＲＯＭディスクを再生した場合、領域Ｉにおいて、記録マークがある部分では光の回折・干渉により反射光量は低下し、記録マークのない部分では光量の低下は起こらない。この光量差が再生信号振幅となる。一方、領域ＩＩにおいては、ＲＯＭディスクの記録面に集光していない光が反射してくるため、記録マークの有無に対応した光量変動は生じることはない。そのため領域ＩＩを含めて再生信号を検出すると、記録マーク有の時の光量低下が小さくなり、検出光に占める信号成分が低下し、信号のＳ／Ｎが低下する。
【００１８】
同様のことは、反射光の強弱により検出する信号全般に起こる。例えば、トラッキング信号をプッシュプル法で検出する場合も、信号振幅は低下し、Ｓ／Ｎは低下する。従来技術では、迷光の信号検出受光素子への入射を防ぐため、開口制限を回折格子、ダイクロイックフィルター等で行っている。図２６に回折格子で開口制限を行う場合の１例を示す。回折格子１０３のＮＡ０．６５相当のビーム径の外側の領域に開口制限用回折格子１０５を設ける。開口制限用回折格子１０５による光の回折方向は、球面収差補正のための回折格子１０３の回折方向とは大きく異なるように回折構造を形成し、開口制限用回折格子１０４で回折した光が、ＤＶＤディスク１００ｂで反射した時に、対物レンズ１０１の外側に反射するようにすればよい。本構成とすれば、ＮＡ０．６５の外側の迷光は除去できる。
【００１９】
ダイクロイックフィルターで開口制限をする場合の一例を図２７に示す。回折格子１０３はＮＡ０．６５相当のビーム径の外側の領域に波長４０５ｎｍ近傍の光を透過し、波長６６０ｎｍ近傍の光を透過しないダイクロイックフィルター１０６を設ける。ＤＶＤディスク１００ｂにＮＡ０．６５の外側の光が到達することはなく、ＤＶＤディスク１００ｂ反射の迷光はない。これら、従来技術で、迷光の除去は行うことはできるが、ＮＡ０．６５の外側の光を利用することはできず、記録あるいは消去時に大きな光源パワーを必要とする。ここでは、ＢＤディスク用対物レンズ１０１で、ＤＶＤディスク１００ｂに集光する場合について説明したが、ＢＤディスク用対物レンズ１０１で、ＣＤディスクに集光する場合も同様である。
【００２０】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、基板厚の異なる複数の記録媒体に、単一の対物レンズで良好なスポットを形成でき、記録あるいは消去時にスポット形成に寄与しない不用光を利用して、記録あるいは消去パワーを低く抑えることと、再生、記録あるいは消去時に受光素子に入射する不用光を除去する波長板、光学素子、光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した波長板は、波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の異なる光を出射する光源と、単一の対物レンズとを有し、異なる基板厚ｔ１，ｔ２，ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうちいずれか１以上を行う光ピックアップに用いる波長板であって、光ピックアップの球面収差補正光学系により、光源からの波長λ１の光で基板厚ｔ１の光記録媒体上に最良のスポットが形成されるよう設計された対物レンズを用いて、光源からの波長λ２の光で基板厚ｔ２の光記録媒体上に良好なスポットを形成し、光源からの波長λ３の光で基板厚ｔ３の光記録媒体上に良好なスポットを形成し、当該波長板が、対物レンズと光源との間に配置され、透過光に対し第１の位相差を与える光軸を中心とする円環状の第１領域と、第１領域の周辺に位置し透過光に対して第２の位相差を与える第２領域とからなる構成としたので、第１の領域と第２の領域で透過する光に対して異なる位相差を与えることから、光記録媒体に入射する光を遮光することなく光記録媒体面に到達させ非スポット光を記録あるいは消去時において、予熱あるいは補助熱として利用可能として光源出力を低下させることができ、また波長λ２，波長λ３のそれぞれの光に対して光記録媒体反射光の信号成分と非信号成分の偏光状態を変え、非信号成分を受光素子に入射しないようにしてＳ／Ｎの高い信号再生ができる。
【００２２】
また、請求項２に記載した波長板は、請求項１の波長板において、光源からの波長λ２の光は、対物レンズにより基板厚ｔ２の光記録媒体に集光され、集光時の光記録媒体側の開口数はＮＡ２であって、開口数ＮＡ２で集光時の光束が当該波長板を通過する最も外側の径をφＡとし、光源からの波長λ３の光は、対物レンズにより基板厚ｔ３の光記録媒体に集光され、集光時の光記録媒体側の開口数はＮＡ３であって、開口数ＮＡ３で集光時の光束が当該波長板を通過する最も外側の径をφＢとした時、φＢとφＡで囲まれた円環状の領域において、光源からの波長λ１の光に対して「２×Ｅ×π」（Ｅは整数）、光源からの波長λ２の光に対して「２×Ｆ×π」（Ｆは整数）、光源からの波長λ３の光に対して「（４×Ｇ＋１）×π／２」（Ｇは整数）、あるいは「（４×Ｈ＋３）×π／２」（Ｈは整数）の位相差を与え、φＡの外側の領域において、光源からの波長λ１の光に対して「２×Ｉ×π」（Ｉは整数）、光源からの波長λ２の光に対して「（４×Ｊ＋１）×π／２」（Ｊは整数）、あるいは「（４×Ｋ＋３）×π／２」（Ｋは整数）、光源からの波長λ３の光に対して「（４×Ｌ＋１）×π／２」（Ｌは整数）、あるいは「（４×Ｍ＋３）×π／２」（Ｍは整数）の位相差を与える構成としたので、第１の領域と第２の領域で透過する光に対して、光ピックアップに配置された広帯域１／４波長板と合わせて、波長λ２，波長λ３のそれぞれの光に対して、スポット光と非スポット光が、往復で偏光方向が直交するような位相差を与えることから、光記録媒体に入射する光を遮光することなく光記録媒体面に到達させ非スポット光を記録あるいは消去時において、予熱あるいは補助熱として利用可能として光源出力を低下させることができ、また光記録媒体反射光の信号成分と非信号成分の偏光状態を変え偏光素子で分離可能とし、非信号成分を受光素子に入射しないようにしてＳ／Ｎの高い信号再生ができる。
【００２３】
また、請求項３に記載した波長板は、波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の異なる光を出射する光源と、単一の対物レンズとを有し、異なる基板厚ｔ１，ｔ２，ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうちいずれか１以上を行う光ピックアップに用いる波長板であって、光ピックアップの球面収差補正光学系により、光源からの波長λ１の光で基板厚ｔ１の光記録媒体上に最良のスポットが形成されるよう設計された対物レンズを用いて、光源からの波長λ２の光で基板厚ｔ２の光記録媒体上に良好なスポットを形成し、光源からの波長λ３の光で基板厚ｔ３の光記録媒体上に良好なスポットを形成し、当該波長板が、対物レンズと光源との間に配置され、透過光に対し第１の位相差を与える光軸を中心とする円環状の第１領域と、第１領域の周辺に位置し透過光に対して第２の位相差を与える第２領域と、第１領域の内側に位置し透過光に対して第３の位相差を与える第３領域とからなる構成としたので、第１領域と第２の領域と第３の領域により波長λ１，波長λ２，波長λ３のそれぞれの光に対して、広帯域１／４波長板の機能を持たせることで光ピックアップの広帯域１／４波長板を不用としコストを低減でき、光記録媒体に入射する光を遮光することなく光記録媒体面に到達させ非スポット光を記録あるいは消去時において、予熱あるいは補助熱として利用可能として光源出力を低下させ、また波長λ２，波長λ３のそれぞれの光に対して光記録媒体反射光の信号成分と非信号成分の偏光状態を変えて偏光素子により分離可能とし、非信号成分を受光素子に入射しないようにしてＳ／Ｎの高い信号再生ができる。
【００２４】
また、請求項４に記載した波長板は、請求項３の波長板において、光源からの波長λ２の光は、対物レンズにより基板厚ｔ２の光記録媒体に集光され、集光時の光記録媒体側の開口数はＮＡ２であって、開口数ＮＡ２で集光時の光束が当該波長板を通過する最も外側の径をφＡとし、光源からの波長λ３の光は、対物レンズにより基板厚ｔ３の光記録媒体に集光され、集光時の光記録媒体側の開口数はＮＡ３であって、開口数ＮＡ３で集光時の光束が当該波長板を通過する最も外側の径をφＢとした時、φＢの内側の第３領域において、光源からの波長λ１の光に対して「（２×ＡＥ＋１）×π／２」（ＡＥは整数）、光源からの波長λ２の光に対して「（２×ＡＦ＋１）×π／２」（ＡＦは整数）、光源からの波長λ３の光に対して「（２×ＡＧ＋１）×π／２」（ＡＧは整数）の位相差を与え、φＢとφＡで囲まれた円環状の第１領域において、光源からの波長λ１の光に対して「（２×ＡＨ＋１）×π／２」（ＡＨは整数）、光源からの波長λ２の光に対して「（２×ＡＩ＋１）×π／２」（ＡＩは整数）、光源からの波長λ３の光に対して「２×ＡＪ×π」（ＡＪは整数）の位相差を与え、φＡの外側の第２領域において、光源からの波長λ１の光に対して「（２×ＡＫ＋１）×π／２」（ＡＫは整数）、光源からの波長λ２の光に対して「２×ＡＬ×π」（ＡＬは整数）、光源からの波長λ３の光に対して「２×ＡＭ×π」（ＡＭは整数）の位相差を与える構成としたので、第１領域と第２の領域と第３の領域により波長λ１，波長λ２，波長λ３のそれぞれの光に対して、広帯域１／４波長板の機能を持たせることで光ピックアップの広帯域１／４波長板を不用としコストを低減でき、波長λ２，波長λ３のそれぞれの光に対して、スポット光と非スポット光が、往復で偏光方向が直交するような位相差を与えることから、光記録媒体に入射する光を遮光することなく光記録媒体面に到達させ非スポット光を記録あるいは消去時において、予熱あるいは補助熱として利用可能として光源出力を低下させ、また光記録媒体反射光の信号成分と非信号成分の偏光状態を変えて偏光素子により分離可能とし、非信号成分を受光素子に入射しないようにしてＳ／Ｎの高い信号再生ができる。
【００２５】
また、請求項５〜８に記載した波長板は、請求項１〜４の波長板が、複屈折結晶で構成されてなること、または高分子フィルムで構成されてなること、またはフォトニック結晶で構成されてなること、またはサブ波長構造で構成されてなるようにしたことから、複屈折性結晶のような光ピックアップ用光学部品として広く使用されている水晶を用いることで、安価な波長板を実現でき、また高分子フィルムを用いることで、所定の位相差を持つ高分子フィルムを所定の領域に貼り付けることによって、容易で、領域ごとに異なる位相差を持つ波長板を実現でき、フォトニック結晶あるいはサブ波長構造（ＳＷＳ）を用いることで、それらの凹凸部と互換素子（位相シフタあるいは回折格子）の凹凸部を同一工程で作製でき、球面収差補正素子と光軸を中心に円形の領域を持つ波長板の光軸を高精度に一致させ、非信号光除去を高精度に行うことができ、単一の基板を加工するため、部品の薄型化、低コスト化が可能である。
【００２６】
また、請求項９に記載した光学素子は、球面収差補正光学系が、位相シフタあるいは回折格子からなる球面収差補正光学素子であって、この球面収差補正光学素子と請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長板とが一体的に構成されていることから、球面収差補正光学素子と波長板を一体として、光軸を合わせた後に、単一部品としての提供できる。
【００２７】
また、請求項１０に記載した光学素子は、球面収差補正光学系が、位相シフタあるいは回折格子からなる球面収差補正光学素子であって、この球面収差補正光学素子と請求項１，２，５，６，７または８記載の波長板とが単一の素子で形成されていることから、球面収差補正光学素子と波長板を単一の光学素子で形成し、部品を小型化、光学系の薄型化ができ、別部品を一体化するための工数がなくコスト低減ができる。
【００２８】
また、請求項１１，１２に記載した光学素子は、球面収差補正光学系が、位相シフタあるいは回折格子からなり、光源からの波長λ２の光が対物レンズにより基板厚ｔ２の光記録媒体に集光時に補正する第１球面収差補正面と、光源からの波長λ３の光が対物レンズにより基板厚ｔ３の光記録媒体に集光時に補正する第２球面収差補正面とが、単一の素子の同一面に形成されてなる球面収差補正光学素子であって、球面収差補正光学素子と請求項３〜８のいずれか１項に記載の波長板とが一体的に構成されていること、または、単一の部品の表裏に形成されている構成としたことから、球面収差補正光学素子を一方の面に、また他方の面を平坦として波長板をホルダ部品等を介さずに直接貼り付け、または直接形成して部品の小型化、低コスト化ができる。
【００２９】
また、請求項１３に記載した光学素子は、請求項９〜１２の光学素子が、対物レンズと一体的に固定されてなる構成としたことから、光学素子と対物レンズを一体的に固定し、トラッキングによる対物レンズの光軸直交方向移動に対しても、対物レンズと光学素子の光軸がずれることがなく、またトラッキングによる非信号光の受光素子への入射は発生せずに、安定したＳ／Ｎの高い信号再生ができ、また、３種類の光記録媒体互換、高効率、高Ｓ／Ｎを実現する対物レンズ光学系を単体部品として提供できる。
【００３０】
また、請求項１４に記載した光ピックアップは、請求項１３記載の光学素子を備えたことから、３種類の光記録媒体に互換を持ち、低コスト，薄型，高Ｓ／Ｎの光ピックアップを提供することができる。
【００３１】
また、請求項１５に記載した光情報処理装置は、請求項１４記載の光ピックアップを備えたことから、３種類の光記録媒体に互換を持ち、低コストで高信頼性の光情報処理装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、基板厚の異なる複数の記録媒体に、単一の対物レンズで良好なスポットを形成でき、光記録媒体に入射する光を遮光することなく光記録媒体面に到達させ非スポット光を記録あるいは消去時において、予熱あるいは補助熱として利用可能として光源出力を低下させることができ、またそれぞれの光に対して光記録媒体反射光の信号成分と非信号成分の偏光状態を変え、非信号成分を受光素子に入射しないようにしてＳ／Ｎの高い信号再生ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００３４】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る光ピックアップの概略構成を示す図である。図１において、第１の半導体レーザー（以下、ＬＤという）１１０（波長λ１：３９０〜４２０ｎｍ）から出射したＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）１１１を透過し、カップリングレンズ１１２によりその発散度合いを変えられ、トリクロイックプリズム１１３で反射され、ズームレンズ１１４により略平行光とされ、広帯域１／４波長板１１５で円偏光とされ、偏向ミラー１１６で反射され、波長λ１の光に対しては偏光状態に影響を与えない波長板１１７を透過し、波長λ１の光に対しては不感の溝高さあるいは段差高さで構成された、従来技術で記述した回折格子１０３あるいは位相シフタ１０４で構成される互換素子１１８を透過し、開口制限部１０２により光束の一部が遮光され、ＮＡ０．８５のＢＤ用対物レンズ１０１で、ＢＤディスク１００ａの記録面上に集光され、再生あるいは記録あるいは消去が行われる。
【００３５】
この時、ＢＤディスク１００ａ側のＮＡ（ＢＤ）は略０．８５である。ズームレンズ１１４は、多層ディスクの再生あるいは記録あるいは消去に対応するためのもので、各層の基板厚の差により生ずる球面収差を補正するためのものである。
【００３６】
ＢＤディスク１００ａを反射した光は、往路と逆の光路をたどる。この時、全光束が広帯域１／４波長板１１５で往路と直交したＳ偏光とされ、ＰＢＳ１１１で反射され、検出レンズ１１９に入射する。受光素子１２０の出力信号を演算することにより、ＢＤディスク１００ａの情報信号、対物レンズ１０１制御信号（フォーカシング方向制御信号、トラッキング方向制御信号）が検出される。検出レンズ１１９は例えばシリンドリカルレンズであり、フォーカシング信号は非点収差法、トラッキング信号はプッシュプル法で検出する。
【００３７】
また、第２のＬＤ１２１（波長λ２：６４０〜６７０ｎｍ）から出射したＰ偏光の光は、ダイクロイックプリズム１２２を透過し、ＰＢＳ１２３を透過し、カップリングレンズ１２４によりその発散度合いを変えられ、トリクロイックプリズム１１３を透過し、ズームレンズ１１４により再び発散度合いを変え、広帯域１／４波長板１１５で円偏光とされ、偏向ミラー１１６で反射され、波長板１１７で光束の光軸を含まない周辺部の光のみＳ偏光とされ、互換素子１１８を透過し、ＢＤディスク用対物レンズ１０１で、ＤＶＤディスク１００ｂの記録面上にＤＶＤ用スポットとして集光し、再生あるいは記録あるいは消去が行われる。
【００３８】
この時、ＤＶＤディスク１００ｂ側のＮＡ（ＤＶＤ）は略０．５９〜０．６６である。互換素子１１８は、従来技術で記述した回折格子１０３あるいは位相シフタ１０４で構成されるもので、ＤＶＤディスク１００ｂに対応したＮＡ（ＤＶＤ）のスポットが良好に形成される。
【００３９】
ＤＶＤディスク１００ｂを反射した光は、往路と逆の光路をたどる。この時、波長板１１７で、光軸を含まない周辺部の光の偏光は、光軸を含む領域の光の偏光とは逆向きの円偏光とされ、広帯域１／４波長板１１５でＰ偏光とされ、ＰＢＳ１２３を透過し、受光素子１２６に入射しない。一方、光軸を含む領域の光の偏光は、広帯域１／４波長板１１５でＳ偏光とされ、ＰＢＳ１２３で反射され、検出レンズ１２５に入射し、受光素子１２６に入射する。受光素子１２６の出力信号を演算することにより、ＤＶＤディスク１００ｂの情報信号、対物レンズ１０１制御信号（フォーカシング方向制御信号、トラッキング方向制御信号）が検出される。迷光成分となる光軸を含まない周辺部の光は、ＰＢＳ１２３を透過し、受光素子１２６に入射しないため、受光素子１２６で検出される信号は、ノイズ成分を排除した高Ｓ／Ｎの信号となる。この時、ＮＡ（ＤＶＤ）相当で集光する光の外側の光束は、ＤＶＤスポット近傍に入射している。記録あるいは消去時には、この光で予熱あるいは補助熱効果を持たせることにより、記録あるいは消去時の発光パワーを低減することが可能となる。
【００４０】
ここで、図２（ａ），（ｂ），図３（ａ），（ｂ）を用いて、予熱と補助熱効果について説明する。図２（ａ）のφＡは、ＮＡ０．６５相当の互換素子１１８を通るビーム径、φＸは、ＮＡ０．８５相当の互換素子１１８を通るビーム径である。φＡの内側の光は、互換素子１１８を通ることにより、球面収差が補正されＤＶＤディスク１００ｂの記録面上にスポットを形成する。φＡとφＸで囲まれた領域の光は、球面収差が補正されず、ＤＶＤディスク１００ｂ上には集光せず、ある程度広がりを持って集まっている。
【００４１】
図２（ｂ）にＤＶＤディスク１００ｂ記録面上のスポットを見た図を示す。記録あるいは消去用スポット１７０の周囲に集まってくる光が補助熱用スポット１７１となる。記録／消去用スポット１７０と補助熱用スポット１７１のエネルギーが重畳されるため、記録／消去用スポット１７０単独での記録／消去パワーよりも、低パワーで記録／消去が可能となる。記録／消去用スポット１７０と補助熱用スポット１７１の光軸は略一致している。
【００４２】
図３（ａ）は、φＡとφＸで囲まれた領域の光は、互換素子１１８により、記録／消去用スポット１７０からずれた位置に集光している状態を示す。図３（ｂ）にこの状態での、ＤＶＤディスク１００ｂ記録面上のスポットを見た図を示す。記録／消去用スポット１７０のディスク進行の反対方向前方に予備熱用スポット１７２が集光している。予備熱用スポット１７２で熱せられた状態で、記録／消去用スポット１７０により書き込みを行うので、記録／消去用スポット１７０単独での記録／消去パワーよりも、低パワーで記録／消去が可能となる。記録／消去用スポット１７０の光軸に対し、予備熱用スポット１７２の光軸はディスク進行方向の反対方向にずれている。
【００４３】
また同様に、第３のＬＤ１２７（波長λ３：７７０〜８００ｎｍ）から出射したＰ偏光の光は、ダイクロイックプリズム１２２を反射し、ＰＢＳ１２３を透過し、カップリングレンズ１２４によりその発散度合いを変えられ、トリクロイックプリズム１１３を透過し、ズームレンズ１１４により再び発散度合いを変え、広帯域１／４波長板１１５で円偏光とされ、偏向ミラー１１６で反射され、波長板１１７で光束の光軸を含まない周辺部の光のみＳ偏光とされ、互換素子１１８を透過し、ＢＤディスク用対物レンズ１０１で、ＣＤディスク１００ｃの記録面上にＣＤ用スポットとして集光し、再生あるいは記録あるいは消去が行われる。
【００４４】
この時、ＣＤディスク１００ｃ側のＮＡ（ＣＤ）は略０．４４〜０．５１である。互換素子１１８は、従来技術で記述した回折格子１０３あるいは位相シフタ１０４で構成されるもので、ＣＤディスク１００ｃに対応したＮＡ（ＣＤ）のスポットが良好に形成される。
【００４５】
ＣＤディスク１００ｃを反射した光は、往路と逆の光路をたどる。この時、波長板１１７で、光軸を含まない周辺部の光の偏光は、光軸を含む領域の光の偏光とは逆向きの円偏光とされ、広帯域１／４波長板１１５でＰ偏光とされ、ＰＢＳ１２３を透過し、受光素子１２６に入射しない。一方、光軸を含む領域の光の偏光は、広帯域１／４波長板１１５でＳ偏光とされ、ＰＢＳ１２３で反射され、検出レンズ１２５に入射し、受光素子１２６に入射する。受光素子１２６の出力信号を演算することにより、ＣＤディスク１００ｃの情報信号、対物レンズ１０１制御信号（フォーカシング方向制御信号、トラッキング方向制御信号）が検出される。迷光成分となる光軸を含まない周辺部の光は、ＰＢＳ１２３を透過し、受光素子１２６に入射しないため、受光素子１２６で検出される信号は、ノイズ成分を排除した高Ｓ／Ｎの信号となる。この時、ＮＡ（ＣＤ）相当で集光する光の外側の光束は、ＣＤスポット近傍に入射している。記録あるいは消去時には、この光で予熱あるいは補助熱効果を持たせることにより、記録あるいは消去時の発光パワーを低減することが可能となる。
【００４６】
図４に波長λ１，波長λ２，波長λ３の光がそれぞれＢＤディスク１００ａ，ＤＶＤディスク１００ｂ，ＣＤディスク１００ｃに集光する様子を示す。互換素子１１８として、一方の面にＤＶＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｂ、他方の面にＣＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｃを備える位相シフタ１０４を配置した。波長λ１の光は、位相シフタ１０４を素通りし、対物レンズ１０１の最も外側を通る光がαの角度でＢＤディスク１００ａに入射し、良好なスポットを形成する。この時のＢＤディスク１００ａ側の開口数（ＮＡ１）は略０．８５である（ｓｉｎα＝０．８５）。φＸは、波長λ１の光がＮＡ１で集光する時、波長板１１７を通る最も外側の径である。
【００４７】
波長λ２の光は、位相シフタ１０４のＤＶＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｂで波面に位相差を与えられ、対物レンズ１０１で集光する最も外側の光がβの角度でＤＶＤディスク１００ｂに入射し、球面収差の補正された良好なスポットを形成する。この時のＤＶＤディスク１００ｂ側の開口数（ＮＡ２）は０．５９〜０．６６である（ｓｉｎβ＝０．５９〜０．６６）。φＡは、波長λ２の光がＮＡ２で集光する時、波長板１１７を通る最も外側の径である。
【００４８】
波長λ３の光は、位相シフタ１０４のＣＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｃで波面に位相差を与えられ、対物レンズ１０１で集光する最も外側の光がγの角度でＣＤディスク１００ｃに入射し、球面収差の補正された良好なスポットを形成する。この時のＣＤディスク１００ｃ側の開口数（ＮＡ３）は０．４４〜０．５１である（ｓｉｎγ＝０．４４〜０．５１）。φＢは、波長λ３の光がＮＡ３で集光する時、波長板１１７を通る最も外側の径である。
【００４９】
波長λ２の光でφＡの外側の光、あるいは波長λ３の光でφＢの外側の光は、位相シフタ１０４で位相差が与えられないため、球面収差は補正されず正規のスポット近傍に入射する。これらの非スポット光は、記録あるいは消去時の予熱あるいは補助熱として作用させることができ、記録あるいは消去時の発光パワーを低減することが可能となる。
【００５０】
また、波長板１１７に入射する波長λ１，λ２，λ３の光は、広帯域１／４波長板１１５により全て円偏光とされている。広帯域とは、波長λ１，λ２，λ３の各波長領域全てにおいて１／４波長板としての機能を有するということである。ここで、１／４波長板について説明する。１／４波長板は、通過する光に対しその進相軸方位に沿った方向の偏光が、進相軸と直交した遅相軸に沿った方向の偏光に対し位相が１／４波長分（π／２）進む。進相軸方向と遅相軸方向の偏光成分を持つ光が同じ振幅（強度）であれば１／４波長板を通過した光は円偏光となる。円偏光の光が、光ディスクなどで反射され、その光が再び同一の１／４波長板を通過すると再び直線偏光となる。ただし、逆転した円偏光が入射することになるため、直線偏光の振動方向は初期入射光に対して９０度回転した方向となる。
【００５１】
初期入射光をＰ偏光とすれば、光ディスク反射後、１／４波長板に入射し直線偏光となった光はＳ偏光となる。よって、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いることにより、往復での光が分離可能となる。ここで、進相軸方向と遅相軸方向の光の振幅を同じにするために、進相軸はＰ偏光の光に対して、４５度（１３５度，２２５度，３１５度）とされる。直線偏光を円偏光とするには、進相軸方向と遅相軸方向の偏光に１／４波長（１／２π）の位相差を与えればよいが、３／４波長（３／２π）相当の位相差を与えても同様に円偏光とできる（回転方向が１／４波長相当の位相差を与えた時と逆方向）。
【００５２】
広帯域１／４波長板１１５は各波長に対して、１／４波長板と３／４波長板の組み合わせで実現されている（全て１／４波長板でも、全て３／４波長板の組み合わせでもよい）。１／４波長板として機能させるには進相軸と遅相軸に与える位相差を「（４×ｅ＋１）×π／２」（ｅは整数）とすればよく、３／４波長板として機能させるためには進相軸と遅相軸に与える位相差を「（４×ｆ＋３）×π／２」（ｆは整数）とすればよい。
【００５３】
また、図５には本実施形態１の波長板１１７を光軸方向から見た図を示す。図５の波長板１１７のφＢとφＡで囲まれた円環状の領域において、波長λ１の光に対して「２×Ｅ×π」（Ｅは整数）、波長λ２の光に対して「２×Ｆ×π」（Ｆは整数）、波長λ３の光に対して「（４×Ｇ＋１）×π／２」（Ｇは整数）、あるいは「（４×Ｈ＋３）×π／２」（Ｈは整数）の位相差を与える。
【００５４】
また、φＡの外側の領域において、波長λ１の光に対して「２×Ｉ×π」（Ｉは整数）、波長λ２の光に対して「（４×Ｊ＋１）×π／２」（Ｊは整数）、あるいは「（４×Ｋ＋３）×π／２」（Ｋは整数）、波長λ３の光に対して「（４×Ｌ＋１）×π／２」（Ｌは整数）、あるいは「（４×Ｍ＋３）×π／２」（Ｍは整数）の位相差を与える波長板である。
【００５５】
ここでの位相差とは、波長板の進相軸方向と遅相軸方向の位相差である。以下に出てくる位相差も同様とする。また、φＢの内側の領域は透過光に対して位相差を与えない領域である。
【００５６】
次に、波長板１１７の各領域の進相軸方位が、広帯域１／４波長板１１５の進相軸方位と同一方向である場合における、各波長の光が広帯域１／４波長板１１５と波長板１１７を通過した時の偏光状態について説明する。
【００５７】
波長λ１の光に対して、φＢとφＡに囲まれた円環状の領域と、φＡの外側の領域にそれぞれ「２×Ｅ×π」、「２×Ｉ×π」（Ｅ，Ｉは整数）の位相差を与える。この場合は、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、偏光状態に変化はなく、広帯域１／４波長板１１５のみがある場合と等価となる。
【００５８】
波長λ２の光に対して、φＢとφＡに囲まれた円環状の領域に「２×Ｆ×π」（Ｆは整数）の位相差を与える。この場合は、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、何ら偏光状態に変化はなく広帯域１／４波長板１１５のみがある場合と等価である。また、φＡの外側の領域には、「（４×Ｊ＋１）×π／２」、あるいは「（４×Ｋ＋３）×π／２」（Ｊ，Ｋは整数）の位相差が与えられる。
【００５９】
波長λ２の光に対して、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｇ＋３）×π／２」（ｇは整数）の時には、「（４×Ｊ＋１）×π／２」（Ｊは整数）とし、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｈ＋１）×π／２」（ｈは整数）の時には、「（４×Ｋ＋３）×π／２」（Ｋは整数）とする。この場合、波長板１１７を出射した光の位相差は、「２×（ｇ＋Ｊ＋１）×π」，「２×（ｈ＋Ｋ＋１）×π」（ｇ，Ｊ，ｈ，Ｋは整数）となり、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、光路中に波長板がないことと等価となる。
【００６０】
波長λ３の光に対して、φＢとφＡに囲まれた円環状の領域に、「（４×Ｇ＋１）×π／２」あるいは「（４×Ｈ＋３）×π／２」（Ｇ，Ｈは整数）の位相差を与える。波長λ３の光に対して、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｉ＋３）×π／２」（ｉは整数）の時には、「（４×Ｇ＋１）×π／２」（Ｇは整数）とし、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｊ＋１）×π／２」（ｊは整数）の時には、「（４×Ｈ＋３）×π／２」（Ｈは整数）とする。この場合、波長板１１７を出射した光の位相差は、「２×（ｉ＋Ｇ＋１）×π」，「２×（ｊ＋Ｈ＋１）×π」（ｉ，Ｇ，ｊ，Ｈは整数）となり、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、光路中に波長板がないことと等価となる。
【００６１】
φＡの外側の領域に、「（４×Ｌ＋１）×π／２」あるいは「（４×Ｍ＋３）×π／２」（Ｌ，Ｍは整数）の位相差を与える。波長λ３の光に対して、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｋ＋３）×π／２」（ｋは整数）の時には、「（４×Ｌ＋１）×π／２」（Ｌは整数）とし、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｌ＋１）×π／２」（ｌは整数）の時には、「（４×Ｍ＋３）×π／２」（Ｍは整数）とする。この場合、波長板１１７を出射した光の位相差は、「２×（ｋ＋Ｌ＋１）×π」，「２×（ｌ＋Ｍ＋１）×π」（ｋ，Ｌ，ｌ，Ｍは整数）となり、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、光路中に波長板がないことと等価となる。
【００６２】
以上をまとめると、広帯域１／４波長板１１５と波長板１１７を組み合わせると、波長λ１の光に対しては、全領域で１／４波長板として機能し、波長λ２の光に対しては、φＡの内側が１／４波長板として機能し、波長λ３の光に対しては、φＢの内側のみが１／４波長板として機能する。つまり、波長λ１のＢＤディスク１００ａの反射光は、全て受光素子１２０に入射し、波長λ２のＤＶＤディスク１００ｂの反射光は、φＡの内側の光のみが受光素子１２６に入射し、波長λ３のＣＤディスク１００ｃの反射光は、φＢの内側の光のみが受光素子１２６に入射する。
【００６３】
ここでは、球面収差補正光学系（互換素子１１８）を位相シフタ１０４として説明したが、両面が図２１（ａ），（ｂ）で説明した回折格子１０３としても、また一方の面を位相シフタ、他方の面を回折格子としても本発明の効果は同様である。
【００６４】
また、図６に示すように、球面収差補正光学系を実現する互換素子１１８と波長板１１７をホルダ１３０により一体的に構成してもよい。光軸を中心として互換素子１１８と波長板１１７を一体としたので、光軸を合わせた後、単一部品としての提供ができる。
【００６５】
（実施形態２）
図７は本発明の実施形態２における光学素子を示す図である。前述の実施形態１で説明した球面収差補正光学系を実現する互換素子１１８と、波長板１１７を単一の光学素子として、図５に示す互換素子１１８−２として形成したものである。図５中のφＡ，φＢ，φＸは、図４で説明した領域と同一である。
【００６６】
また図８（ａ）は、互換素子１１８−２をＤＶＤ用球面収差補正部１１８ｂ側から見た図（第１面とする）、図８（ｂ）は、互換素子１１８−２をＣＤ用球面収差補正部１１８ｃ側から見た図（第２面とする）である。ＤＶＤ用球面収差補正部１１８ｂ，ＣＤ用球面収差補正部１１８ｃは、前述の位相シフタあるいは回折格子で形成されるものである。
【００６７】
第１面のＤＶＤ用球面収差補正部１１８ｂの外側（図８（ａ）φＡの外側）と、第２面のＣＤ用球面収差補正部１１８ｃの外側（図８（ｂ）φＢの外側）にそれぞれに波長板を形成した。これらの波長板の構成を詳細に説明する。波長λ１の光に対して、第１面φＡの内側を透過し、第２面φＢとφＡで囲まれた円環状の領域を透過する光に対して、第２面で「２×Ｎ×π」（Ｎは整数）の位相差を与え、第１面φＡの外側を透過し、第２面φＡの外側を透過する光に対して、第１面と第２面で、「２×Ｏ×π」（Ｏは整数）の位相差を与える構成とする。
【００６８】
波長λ１の光に対しては、第１面，第２面透過により、λの位相差が与えられるため、この領域では、波長板がないと等価である。波長λ２の光に対しては、第１面φＡの内側を透過し、第２面φＢとφＡで囲まれた円環状の領域を透過する光に対して、第２面で「２×Ｐ×π」（Ｐは整数）の位相差を与え、第１面φＡの外側を透過し、第２面φＡの外側を透過する光に対して、第１面と第２面で、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｇ＋３）×π／２」（ｇは整数）の時には、「（４×Ｑ＋１）×π／２」（Ｑは整数）、また広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｈ＋１）×π／２」（ｈは整数）の時には、「（４×Ｒ＋３）×π／２」（Ｒは整数）の位相差を与える。
【００６９】
第１面φＡの内側を透過し、第２面φＢとφＡで囲まれた円環状の領域を透過する光に対しては、第１面、第２面透過により、λの位相差が与えられるため、この領域では波長板がないと等価である。
【００７０】
第１面φＡの外側を透過し、第２面φＡの外側を透過する光に対しては、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差と波長板が与える位相差が、「２×（ｇ＋Ｑ＋１）×π」，「２×（ｈ＋Ｒ＋１）×π」（ｇ，Ｑ，ｈ，Ｒは整数）となり、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、光路中に波長板がないことと等価となる。
【００７１】
波長λ３の光に対しては、第１面φＡの内側を透過し、第２面φＢとφＡで囲まれた円環状の領域を透過する光に対して、第２面で広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｉ＋３）×π／２」（ｉは整数）の時には、「（４×Ｓ＋１）×π／２」（Ｓは整数）、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｊ＋１）×π／２」（ｊは整数）の時には、「（４×Ｔ＋３）×π／２」（Ｔは整数）の位相差を与え、第１面φＡの外側を透過し、第２面φＡの外側を透過する光に対して、第１面と第２面で、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｋ＋３）×π／２」（ｋは整数）の時には、「（４×Ｕ＋１）×π／２」（Ｕは整数）、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差が、「（４×ｌ＋１）×π／２」（ｌは整数）の時には、「（４×Ｖ＋３）×π／２」（Ｖは整数）の位相差を与える。
【００７２】
波長λ３の光に対しては、第１面，第２面の透過により、広帯域１／４波長板１１５が与える位相差と波長板が与える位相差が、「２×（ｉ＋Ｓ＋１）×π」，「２×（ｊ＋Ｔ＋１）×π」，「２×（ｋ＋Ｕ＋１）×π」，「２×（ｌ＋Ｖ＋１）×π」（ｉ，Ｓ，ｊ，Ｔ，ｋ、Ｕ，ｌ，Ｖは整数）となり、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、光路中に波長板がないことと等価となる。
【００７３】
以上をまとめると、広帯域１／４波長板１１５と互換素子１１８−２を組み合わせると、波長λ１の光に対しては、全領域で１／４波長板として機能し、波長λ２の光に対しては、φＡの内側が１／４波長板として機能し、波長λ３の光に対しては、φＢの内側のみが１／４波長板として機能する。つまり、波長λ１のＢＤディスク１００ａの反射光は、全て受光素子１２０に入射し、波長λ２のＤＶＤディスク１００ｂの反射光は、φＡの内側の光のみが受光素子１２６に入射し、波長λ３のＣＤディスク１００ｃの反射光は、φＢの内側の光のみが受光素子１２６に入射する。
【００７４】
（実施形態３）
図９は本発明の実施形態３に係る光ピックアップの概略構成を示す図である。図９において、第１のＬＤ１１０（波長λ１：３９０〜４２０ｎｍ）から出射したＰ偏光の光は、ＰＢＳ１１１を透過し、カップリングレンズ１１２によりその発散度合いを変えられ、トリクロイックプリズム１１３で反射され、ズームレンズ１１４により略平行光とされ、偏向ミラー１１６で反射され、波長λ１の光に対しては１／４波長板として機能する波長板１１７−２で円偏光とされ、波長λ１の光に対しては不感の溝高さあるいは段差高さで構成された、従来技術で記述した回折格子１０３あるいは位相シフタ１０４で構成される互換素子１１８を透過し、開口制限部１０２により光束の一部が遮光され、ＮＡ０．８５のＢＤ用対物レンズ１０１で、ＢＤディスク１００ａの記録面上に集光され、再生あるいは記録あるいは消去が行われる。
【００７５】
この時、ＢＤディスク１００ａ側のＮＡ（ＢＤ）は略０．８５である。ズームレンズ１１４は、多層ディスクの再生あるいは記録あるいは消去に対応するためのもので、各層の基板厚の差により生ずる球面収差を補正するためのものである。
【００７６】
ＢＤディスク１００ａを反射した光は、往路と逆の光路をたどる。この時、全光束が波長板１１７−２で往路と直交したＳ偏光とされ、ＰＢＳ１１１で反射され、検出レンズ１１９に入射する。受光素子１２０の出力信号を演算することにより、ＢＤディスク１００ａの情報信号、対物レンズ１０１制御信号（フォーカシング方向制御信号、トラッキング方向制御信号）が検出される。検出レンズ１１９は例えばシリンドリカルレンズであり、フォーカシング信号は非点収差法、トラッキング信号はプッシュプル法で検出する。
【００７７】
また、第２のＬＤ１２１（波長λ２：６４０〜６７０ｎｍ）から出射したＰ偏光の光は、ダイクロイックプリズム１２２を透過し、ＰＢＳ１２３を透過し、カップリングレンズ１２４によりその発散度合いを変えられ、トリクロイックプリズム１１３を透過し、ズームレンズ１１４により再び発散度合いを変え、偏向ミラー１１６で反射され、波長板１１７−２で光束の光軸を含む領域は円偏光とされ、光束の光軸を含まない周辺部の光はＳ偏光とされ、互換素子１１８を透過し、ＢＤディスク用対物レンズ１０１で、ＤＶＤディスク１００ｂの記録面上にＤＶＤ用スポットとして集光し、再生あるいは記録あるいは消去が行われる。
【００７８】
この時、ＤＶＤディスク１００ｂ側のＮＡ（ＤＶＤ）は略０．５９〜０．６６である。互換素子１１８は、従来技術で記述した回折格子１０３あるいは位相シフタ１０４で構成されるもので、ＤＶＤディスク１００ｂに対応したＮＡ（ＤＶＤ）のスポットが良好に形成される。
【００７９】
ＤＶＤディスク１００ｂを反射した光は、往路と逆の光路をたどる。この時、光軸を含まない周辺部の光の偏光は、波長板１１７−２でＰ偏光とされ、ＰＢＳ１２３を透過し、受光素子１２６に入射しない。一方、光軸を含む領域の光の偏光は、波長板１１７−２で往路と直交したＳ偏光とされ、ＰＢＳ１２３を反射し、検出レンズ１２５に入射し、受光素子１２６に入射する。受光素子１２６の出力信号を演算することにより、ＤＶＤディスク１００ｂの情報信号、対物レンズ１０１制御信号（フォーカシング方向制御信号、トラッキング方向制御信号）が検出される。迷光成分となる光軸を含まない周辺部の光は、ＰＢＳ１２３を透過し、受光素子１２６に入射しないため、受光素子１２６で検出される信号は、ノイズ成分を排除した高Ｓ／Ｎの信号となる。この時、ＮＡ（ＤＶＤ）相当で集光する光の外側の光束は、ＤＶＤスポット近傍に入射している。記録あるいは消去時には、この光で予熱あるいは補助熱効果を持たせることにより、記録あるいは消去時の発光パワーを低減することが可能となる。
【００８０】
また同様に、第３のＬＤ１２７（波長λ３：７７０〜８００ｎｍ）から出射したＰ偏光の光は、ダイクロイックプリズム１２２を反射し、ＰＢＳ１２３を透過し、カップリングレンズ１２４によりその発散度合いを変えられ、トリクロイックプリズム１１３を透過し、ズームレンズ１１４により再び発散度合いを変え、偏向ミラー１１６で反射され、波長板１１７−２で光束の光軸を含む領域は円偏光とされ、光束の光軸を含まない周辺部の光はＳ偏光とされ、互換素子１１８を透過し、ＢＤディスク用対物レンズ１０１で、ＣＤディスク１００ｃの記録面上にＣＤ用スポットとして集光し、再生あるいは記録あるいは消去が行われる。
【００８１】
この時、ＣＤディスク１００ｃ側のＮＡ（ＣＤ）は略０．４４〜０．５１である。互換素子１１８は、従来技術で記述した回折格子１０３あるいは位相シフタ１０４で構成されるもので、ＣＤディスク１００ｃに対応したＮＡ（ＣＤ）のスポットが良好に形成される。
【００８２】
ＣＤディスク１００ｃを反射した光は、往路と逆の光路をたどる。この時、光軸を含まない周辺部の光の偏光は、波長板１１７−２でＰ偏光とされ、ＰＢＳ１２３を透過し、受光素子１２６に入射しない。一方、光軸を含む領域の光の偏光は、波長板１１７−２で往路と直交したＳ偏光とされ、ＰＢＳ１２３で反射され、検出レンズ１２５に入射し、受光素子１２６に入射する。受光素子１２６の出力信号を演算することにより、ＣＤディスク１００ｃの情報信号、対物レンズ１０１制御信号（フォーカシング方向制御信号、トラッキング方向制御信号）が検出される。迷光成分となる光軸を含まない周辺部の光は、ＰＢＳ１２３を透過し、受光素子１２６に入射しないため、受光素子１２６で検出される信号は、ノイズ成分を排除した高Ｓ／Ｎの信号となる。この時、ＮＡ（ＣＤ）相当で集光する光の外側の光束は、ＣＤスポット近傍に入射している。記録あるいは消去時には、この光で予熱あるいは補助熱効果を持たせることにより、記録あるいは消去時の発光パワーを低減することが可能となる。
【００８３】
また、図１０には本実施形態３の波長板１１７−２を光軸方向から見た図を示す。ＤＶＤディスク１００ｂ側の開口数（ＮＡ２）は０．５９〜０．６５であり、φＡは、波長λ２の光がＮＡ２で集光する時、波長板１１７−２を通る最も外側の径である。ＣＤディスク１００ｃ側の開口数（ＮＡ３）は０．４４〜０．５１であり、φＢは、波長λ３の光がＮＡ３で集光する時、波長板１１７−２を通る最も外側の径である。
【００８４】
図１０に示す波長板１１７−２のφＢの内側の領域において、波長λ１の光に対して「（２×ＡＥ＋１）×π／２」（ＡＥは整数）、波長λ２の光に対して「（２×ＡＦ＋１）×π／２」（ＡＦは整数）、波長λ３の光に対して「（２×ＡＧ＋１）×π／２」（ＡＧは整数）の位相差を与える。
【００８５】
また、φＢとφＡで囲まれた円環状の領域において、波長λ１の光に対して「（２×ＡＨ＋１）×π／２」（ＡＨは整数）、波長λ２の光に対して「（２×ＡＩ＋１）×π／２」（ＡＩは整数）、波長λ３の光に対して「２×ＡＪ×π」（ＡＪは整数）の位相差を与える。
【００８６】
また、φＡの外側の領域において、波長λ１の光に対して「（２×ＡＫ＋１）×π／２」（ＡＫは整数）、波長λ２の光に対して「２×ＡＬ×π」（ＡＬは整数）、波長λ３の光に対して「２×ＡＭ×π」（ＡＭは整数）の位相差を与える波長板である。
【００８７】
各波長の光が波長板１１７−２を通過した時の偏光状態について説明する。波長λ１の光に対し、φＢの内側の領域、φＢとφＡで囲まれた円環状の領域、φＡの外側の領域で、それぞれ「（２×ＡＥ＋１）×π／２」，「（２×ＡＨ＋１）×π／２」，「（２×ＡＫ＋１）×π／２」（ＡＥ，ＡＨ，ＡＫは整数）の位相差が与えられる。つまり、全ての領域に対し、１／４波長、あるいは３／４波長の位相差が、進相軸と遅相軸方向の偏光成分に対し与えられるため、Ｐ偏光で波長板１１７−２に入射した光は、ＢＤディスク１００ａ反射後、波長板１１７−２でＳ偏光とされ、全ての光が受光素子１２０に入射することになる。
【００８８】
波長λ２の光に対しては、φＢの内側の領域、φＢとφＡで囲まれた円環状の領域でそれぞれ、「（２×ＡＦ＋１）×π／２」，「（２×ＡＩ＋１）×π／２」（ＡＦ，ＡＩは整数）の位相差が与えられ、φＡの外側では、「２×ＡＬ×π」（ＡＬは整数）の位相差が与えられる。つまり、φＡの内側の領域に対し、１／４波長、あるいは３／４波長の位相差が、進相軸と遅相軸方向の偏光成分に対し与えられるため、Ｐ偏光で波長板１１７−２に入射した光は、ＤＶＤディスク１００ｂ反射後、波長板１１７−２でＳ偏光とされ、受光素子１２６に入射することになる。また、φＡの外側の領域に対しては、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、光路中に波長板がないことと等価となる。つまり、Ｐ偏光で波長板１１７−２に入射した光は、ＤＶＤディスク１００ｂ反射後、Ｐ偏光でＰＢＳ１２３に入射するため、ＰＢＳ１２３を透過し受光素子１２６に入射することはない。
【００８９】
波長λ３の光に対しては、φＢの内側の領域に、「（２×ＡＧ＋１）×π／２」（ＡＧは整数）の位相差が与えられ、φＢとφＡで囲まれた円環状の領域とφＡの外側の領域にそれぞれ、「２×ＡＪ×π」、「２×ＡＭ×π」（ＡＪ，ＡＭは整数）の位相差が与えられる。つまり、φＢの内側の領域に対し、１／４波長、あるいは３／４波長の位相差が、進相軸と遅相軸方向の偏光成分に対し与えられるため、Ｐ偏光で波長板１１７−２に入射した光は、ＣＤディスク１００ｃ反射後、波長板１１７−２でＳ偏光とされ、受光素子１２６に入射することになる。また、φＢの外側の領域に対しては、進相軸方向と遅相軸方向の位相がλずれるだけであるので、光路中に波長板がないことと等価となり、Ｐ偏光で波長板１１７−２に入射した光は、ＤＶＤディスク１００ｂ反射後、Ｐ偏光でＰＢＳ１２３に入射し、ＰＢＳ１２３を透過して受光素子１２６に入射することはない。
【００９０】
また、図１１に示すように、球面収差補正光学系を実現する互換素子１１８と波長板１１７−２をホルダ１３１により一体的に構成してもよい。光軸を中心として互換素子１１８と波長板１１７−２を一体としたので、光軸を合わせた後、単一部品としての提供ができる。
【００９１】
（実施形態４）
図１２（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態４における光学素子を示す図である。前述の実施形態１の図４に示した位相シフタ１０４の両面にそれぞれＤＶＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｂとＣＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｃを形成した位相段差を、基板の同一面に形成し１つの面にＤＶＤ，ＣＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｄを形成し、位相シフタ１０４−２とした例である。
【００９２】
本構成の位相段差は、図４で示したＤＶＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｂとＣＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｃの一方を光軸に直交する面で反転させ同一位置で足し合わせた高さとなる。ここで、ＤＶＤ用球面収差補正位相段差面を実質的に波長λ２（６４０〜６７０ｎｍ）の光のみに位相差を与える高さとし、ＣＤ用球面収差補正位相段差面を実質的に波長λ３（７７０〜８００ｎｍ）の光のみに位相差を与える高さとすることで、波長λ１，波長λ２，波長λ３の各波長のスポットを良好に集光させることができる。
【００９３】
本実施形態４のように光学素子の１面にＤＶＤ，ＣＤ用球面収差補正面を構成できれば、他方の面は平坦とできるので、図１２（ｂ）に示すように、平坦な面に波長板１１７−２を貼り付けて一体化することが可能となる。図１２（ｃ）に示すように、位相シフタ１０４−２の平坦な面に直接波長板１１７−２を形成することも可能である。
【００９４】
本実施形態４では、ＤＶＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｂとＣＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｃを形成した位相シフタの位相段差を、基板の同一面に１つのＤＶＤ，ＣＤ用球面収差補正位相段差面１０４ｄを形成した位相シフタ１０４−２で説明したが、ＤＶＤ用球面収差補正回折格子とＣＤ用球面収差補正回折格子を同一面に設けても同様の構成が可能である。ＤＶＤ用球面収差補正回折格子とＣＤ用球面収差補正回折格子を同一面に設け、ＤＶＤディスク１００ｂとＣＤディスク１００ｃで発生する球面収差を低減するには、波長λ２，波長λ３で使用する回折光の次数を異なるように設定し設計することで可能となる。この時、回折格子の高さは、波長λ１の光に対しては、略不感の高さとしておく。また、位相シフタと回折格子を組み合わせることも可能である。
【００９５】
（実施形態５）
本発明の実施形態５について説明する。前述した各実施形態の波長板を構成する材料として、例えば、複屈折結晶より構成することができる。領域ごとに異なる位相差を与えるには、領域ごとに異なる厚みに制御することで可能となる。代表的な複屈折結晶としては水晶がある。また、複屈折性を示す高分子材料で構成した高分子フィルムを用いて、領域ごとに位相差の異なるフィルムから構成することも可能である。高分子材料としては、例えば、ポリカーボネート，ポリオレフィン，ポリイミド，シクロオレフィンポリマー等がある。
【００９６】
また、フォトニック結晶を用いて波長板を作製することも可能である。フォトニック結晶とは、２次元あるいは３次元で、屈折率の異なる材料が周期的に並んだ構造体のことである。図１３に２次元のフォトニック結晶の例を示す。ガラス、石英、シリコン（Ｓｉ）などからなる基板１４１に波長の半分程度の凹凸部１４２をＥＢ（電子ビーム）描画、ナノインプリント法などで形成する。その上に、ＳiＯ２，Ｎb２Ｏ５，Ｔa２Ｏ５などの材料をスパッタリングにより、膜Ａ１４３と膜Ｂ１４４として交互に成膜していく。
【００９７】
２次元のフォトニック結晶では、光の電界振動成分が、溝に平行な方向（図中Ｚ方向）と溝に垂直な方向（図中Ｘ方向）とで実効的な屈折率が異なる。この性質を利用して波長板としての機能を持たせる。領域ごとに異なる位相差を与えるには、領域ごとに基板の凹凸パターンを変えたり、領域ごとに多層膜の厚みを制御したりすることにより可能となる。図１２（ｂ）に示したように、位相シフタ１０４−２と波長板１１７−２を張り合わせるような場合は、基板１４１の平坦部を張り合わせればよい。
【００９８】
また、図７，図１２（ｃ）で示したように、互換素子１１８−２の平坦部あるいは位相シフタ１０４−２の球面収差補正位相段差面の裏面に作製する場合は、平坦部あるいは裏面に直接凹凸部を形成し、材料を積層させればよい。図１３の例では、膜Ａ１４３と膜Ｂ１４４の２種類を交互に積層したが、３種類以上の膜で構成することも可能である。また、サブ波長構造（以下、ＳＷＳという）により、波長板を作製することも可能である。図１４にＳＷＳの例を示す。ＳＷＳとは、格子周期ＰＩが波長以下の回折格子である。ＳＷＳでは、光の電界振動成分が、溝に平行な方向（図中Ｚ方向）と溝に垂直な方向（図中Ｘ方向）とで実効的な屈折率が異なる。よって光の偏光状態に対して異なる位相差を持たせることができ、波長板として機能を持たせることができる。
【００９９】
ＳＷＳの位相差は、基板材料、格子周期（ＰＩ）、ライン幅（ＬＩ）、格子高さ（ＨＩ）で決定される。領域ごとに、ＰＩ，ＬＩ，ＨＩさらには領域ごとの基板材料を変えることにより、その領域ごとに異なる位相差を持たせることが可能となる。ＳＷＳの作製は、例えばナノプリント技術で行われる。図７，図１２（ｃ）で示したように、互換素子１１８−２の平坦部あるいは位相シフタ１０４−２の球面収差補正位相段差面の裏面に作製する場合は、平坦部あるいは裏面に直接凹凸部を形成すればよい。
【０１００】
（実施形態６）
本発明の実施形態６について図１５を参照しながら説明する。前述の各実施形態の図６，図７，図１１，図１２（ｂ），図１２（ｃ）で示した、互換素子１１８あるいは１１８−２（互換素子とは回折格子１０３あるいは位相シフタ１０４あるいは１０４−２である）と波長板１１７あるいは１１７−２が一体に構成された光学素子と、対物レンズ１０１とを対物レンズホルダ１６０を用いて一体的に構成したものである。図１５には、図１２（ｃ）で説明した光学素子と対物レンズ１０１を一体的に構成した例を示している。
【０１０１】
このように、光学素子と対物レンズとを一体化し、部品点数を抑えた対物レンズユニットとして提供することができる。
【０１０２】
（実施形態７）
図１６は本発明の実施形態７に係る光情報処理装置の１例を示す図である。光情報処理装置７００は、光ピックアップ３００とスピンドルモーター４００とシークモーター５００と信号処理制御部６００より構成される。光ピックアップ３００については、実施形態３で説明した図９の構成と同様であるが、ここでは、実施形態６の図１５で示したように、対物レンズ１０１と位相シフタ１０４−２は、対物レンズホルダ１６０で一体化されている。
【０１０３】
スピンドルモーター４００は、光記録媒体を回転させる手段である。シークモーター５００は光ピックアップ３００を光記録媒体の半径方向に移動させる手段である。信号処理制御部６００は、ＣＰＵ・メモリ６０１、半導体レーザー駆動回路６０２、電流電圧変換回路６０３、信号演算回路６０４、サーボ回路６０５、アクチュエータ駆動回路６０６、球面収差補正素子駆動回路６０７、シークモーター駆動回路６０８、スピンドルモーター駆動回路６０９より構成され、ＣＰＵ・メモリ６０１は外部インターフェース８００と接続される。
【０１０４】
信号処理制御部６００は、ＬＤ１１０，１２１，１２７の発光制御、スピンドルモーター４００の回転制御、シークモーター５００の位置制御、受光素子１２０，１２６からの信号をもとに、再生信号の検出、対物レンズアクチュエータ１０７のフォーカス方向制御、トラック方向制御、球面収差補正のためのズームレンズ１１４の位置制御を行う。ズームレンズ１１４はコイル１８０で駆動される。
【０１０５】
本実施形態７によって、複数種類以上の基板厚の異なる光記録媒体に対し、単一の対物レンズで良好なスポット形成し、不用光によるＳ／Ｎ低下のない再生信号が得られ、記録あるいは消去時の光源出力を抑えた部品点数の少ない小型、低コストの光ピックアップを得られ、また良好に記録、再生あるいは消去が行える小型、低コストの光情報処理装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明に係る波長板、光学素子、光ピックアップおよび光情報処理装置は、光記録媒体に入射する光を遮光することなく光記録媒体面に到達させ非スポット光を記録あるいは消去時において、予熱あるいは補助熱として利用可能として光源出力を低下させることができ、またそれぞれの光に対して光記録媒体反射光の信号成分と非信号成分の偏光状態を変え、非信号成分を受光素子に入射しないようにしてＳ／Ｎの高い信号再生ができ、複数種類の光記録媒体に対して、単一の対物レンズで記録や再生をするための良好なスポットの形成に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施形態１に係る光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】本実施形態１の補助熱効果を説明する（ａ）は光路、（ｂ）はスポットを示す図
【図３】本実施形態１の予熱効果を説明する（ａ）は光路、（ｂ）はスポットを示す図
【図４】波長λ１，波長λ２，波長λ３の光がＢＤディスク１００ａ，ＤＶＤディスク１００ｂ，ＣＤディスク１００ｃに集光する様子を示す図
【図５】本実施形態１の波長板を光軸方向から見た図
【図６】本実施形態１の互換素子と波長板をホルダにより一体的に構成した図
【図７】本発明の実施形態２における光学素子を示す図
【図８】光学素子（互換素子）を示す（ａ）は第１面のＤＶＤ用球面収差補正部側から見た図、（ｂ）は第２面のＣＤ用球面収差補正部１１８ｃ側から見た図
【図９】本発明の実施形態３に係る光ピックアップの概略構成を示す図
【図１０】本実施形態３の波長板を光軸方向から見た図
【図１１】本実施形態３の互換素子と波長板をホルダにより一体的に構成した図
【図１２】本発明の実施形態４における光学素子で（ａ）は位相シフタの構成、（ｂ）は位相シフタと波長板を一体的にした構成、（ｃ）は位相シフタと波長板を単一の素子とした構成を示す図
【図１３】本発明の実施形態５における波長板の２次元フォトニック結晶の例を示す図
【図１４】本実施形態５のサブ波長構造（ＳＷＳ）を説明する図
【図１５】本発明の実施形態６における光学素子と対物レンズを一体的に構成した例を示す図
【図１６】本発明の実施形態７に係る光情報処理装置の１例を示す図
【図１７】従来のＢＤディスクに光束が集光する様子を示す図
【図１８】従来のＤＶＤディスクに同一の対物レンズで集光する様子を示す図
【図１９】ＤＶＤディスクに同一の対物レンズで集光時の波面収差を示す図
【図２０】対物レンズへの入射光を発散光として球面収差補正方法を示す図
【図２１】対物レンズ前段に回折格子を配置して入射光を発散光として球面収差を補正する方法の（ａ）は光路、（ｂ）は回折格子を示す図
【図２２】対物レンズ前段に位相シフタを配置して球面収差を補正する方法の（ａ）は光路、（ｂ）は位相シフタを示す図
【図２３】ＤＶＤディスクにおける位相シフタの位相段差と補正後の波面収差を示す図
【図２４】回折格子の溝深さと効率を計算したものを示す図
【図２５】ＢＤディスク用対物レンズと回折格子を用いてＤＶＤディスクにスポットを形成した（ａ）は光路、（ｂ）は反射光を位置Ａで光軸方向から見た様子を示す図
【図２６】回折格子で開口制限する場合の１例を示す図
【図２７】ダイクロイックフィルターで開口制限する場合の１例を示す図
【符号の説明】
【０１０８】
１００ａ  ＢＤディスク
１００ｂ  ＤＶＤディスク
１００ｃ  ＣＤディスク
１０１  対物レンズ
１０２  開口制限部
１０３  回折格子
１０４，１０４−２  位相シフタ
１０４ｂ  ＤＶＤ用球面収差補正位相段差面
１０４ｃ  ＣＤ用球面収差補正位相段差面
１０４ｄ  ＤＶＤ，ＣＤ用球面収差補正位相段差面
１０５  開口制限用回折格子
１０６  ダイクロイックフィルター
１０７  対物レンズアクチュエータ
１１０  ＬＤ（４０５ｎｍ）
１１１，１２３  ＰＢＳ
１１２，１２４  カップリングレンズ
１１３  トリクロイックプリズム
１１４  ズームレンズ
１１５  広帯域１／４波長板
１１６  偏向ミラー
１１７，１１７−２  波長板
１１８，１１８−２  互換素子
１１８ｂ  ＤＶＤ用球面収差補正部
１１８ｃ  ＣＤ用球面収差補正部
１１９，１２５  検出レンズ
１２０，１２６  受光素子
１２１  ＬＤ（６５０ｎｍ）
１２２  ダイクロイックプリズム
１２７  ＬＤ（７８５ｎｍ）
１３０  ホルダ
１４０  フォトニック結晶
１４１  基板
１４２  凹凸部
１４３  膜Ａ
１４４  膜Ｂ
１５０  ＳＷＳ（サブ波長構造）
１６０  対物レンズホルダ
１７０  記録／消去用スポット
１７１  補助熱用スポット
１７２  予備熱用スポット
３００  光ピックアップ
４００  スピンドルモーター
５００  シークモーター
６００  信号処理制御部
７００  光情報処理装置
【図１】
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【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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