(57)【要約】【課題】  有限光学系を不用とし、トラッキング動作に伴う球面収差の増大を回避する。【解決手段】  次世代DVD 、DVD 、CD用の光ビームＡ、Ｂ、Ｃの平行光束が光束制限素子で種類毎のNAに応じた光束径ａ、ｂ、ｃ（ａ＞ｂ＞ｃ）に制限され、かつＢは直径ｂ〜ｃとｄ( ＝0.85×ｃ) 〜ｅ（ｄ＞ｅ＞０）の範囲、Ｃは直径ｃ〜ｄとｅ以下の範囲に制限され、位相補正素子13Ｂを経て共通の対物レンズにより対応する光記録媒体信号面上に集光される。対物レンズは次世代DVD の信号面上でのＡの波面収差が最小となるように最適化しておく。位相補正素子13B は階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学構造の位相補正領域Z1乃至Z4を有し、Z1、Z3でＢに対し球面収差補正をし、Z2、Z4でＣに対し球面収差補正をする。ＡはZ1乃至Z4の段差高さを最適化して光束径ａの全範囲を平行光束状態のまま透過させる。【選択図】        図１６
2006302433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用波長と開口数（ＮＡ）と信号面保護基板厚みの規格が異なるｋ種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射するｋ種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置されるｋ種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系と、を含む光ピックアップ装置において、
光学系と対物レンズとの間に、波長の異なるｋ種類の光ビームの光束について各々一部分だけを透過する光束制限手段と、ｋ種類の光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、
位相補正手段に、互いに重ならない少なくとも２ｋ個の光軸を中心とする同心の円環状または円盤状の位相補正領域を設け、各位相補正領域は波長の異なるｋ種類の光ビームの内の１種類の光ビーム専用に位相補正をするとともに、各光ビームは隣接しない専用の少なくとも２つの位相補正領域で位相補正されるようにし、
光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の各位相補正領域と各々同形な複数の波長選択性透過領域を設け、互いに同形な位相補正領域と波長選択性透過領域を対応付けるとともに、各波長選択性透過領域は対応する位相補正領域が位相補正対象としている波長の光ビームだけを透過し、波長選択性透過領域以外ではいずれの波長の光ビームも透過させないようにしたこと、
を特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
使用波長と開口数（ＮＡ）と信号面保護基板厚みの規格が異なる２種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する２種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される２種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系とを含み、２種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径φ１、φ２がφ１＞φ２の関係にある光ピックアップ装置において、
２種類の光ビームの内、対応する光記録媒体の種類に対応する開口数に応じた光束径がφ１の光ビームを第１光ビーム、φ２の光ビームを第２光ビームとして区別し、
光学系と対物レンズとの間に、第１、第２光ビームの光束について各々一部分だけを透過する光束制限手段と、第１、第２光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、
位相補正手段に、外側から外径がφ１、内径がφ１より小さくφ２以上の光軸を中心とする第１光ビーム用の円環状の第１位相補正領域、外径がφ２、内径φ３がφ２より小さく０より大きい光軸を中心とする第２光ビーム用の円環状の第２位相補正領域、外径がφ３以下で内径φ４が０より大きい光軸を中心とする第１光ビーム用の円環状の第３位相補正領域、外径がφ４以下の光軸を中心とする第２光ビーム用の円環状または円盤状の第４位相補正領域を設け、
光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の第１乃至第４位相補正領域と各々同形な４つの第１乃至第４波長選択性透過領域を設け、第１、第３波長選択性透過領域は第１光ビームを透過させ、第２光ビームを透過させず、第２、第４波長選択性透過領域は第２光ビームを透過させ、第１光ビームを透過させず、第１乃至第４波長選択性透過領域以外では第１、第２光ビームのいずれも透過させないようにしたこと、
を特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
第１位相補正領域の内径はφ１の略０．８５としたこと、
を特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
第２位相補正領域の内径φ３はφ２の略０．８５としたこと、
を特徴とする請求項２または３記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
各位相補正領域は、断面が２段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成したこと、
を特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
位相補正手段と光束制限手段を、共通基板の両側に形成して一体化するか、若しくは、貼り合わせにより一体化したこと、
を特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、
を特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
対物レンズの保持機構に光束制限手段及び位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、
を特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
使用波長と開口数（ＮＡ）と信号面保護基板厚みの規格が異なる３種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する３種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される３種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系とを含み、対物レンズは特定の１種類の光ビームを対応する特定の１種類の光記録媒体上に集光させたときの波面収差を最小とするように形成され、特定の１種類と他の２種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径φ０、φ１、φ２がφ０＞φ１＞φ２の関係にある光ピックアップ装置において、
特定の１種類を除く２種類の光ビームの内、対応する光記録媒体の種類に対応する開口数に応じた光束径がφ１の光ビームを第１光ビーム、φ２の光ビームを第２光ビームとして区別し、
光学系と対物レンズとの間に、特定の１種類の光ビームは特定の１種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径φ０に相当する部分だけを全て通過させる一方、第１、第２光ビームは各光束について各々一部分だけを透過させる光束制限手段と、特定の１種類の光ビームは平行光束状態のまま通過させる一方、第１、第２光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、
位相補正手段に、外側から外径がφ１、内径がφ１より小さくφ２以上の光軸を中心とする第１光ビーム用の円環状の第１位相補正領域、外径がφ２、内径φ３がφ２より小さく０より大きい光軸を中心とする第２光ビーム用の円環状の第２位相補正領域、外径がφ３以下で内径φ４が０より大きい光軸を中心とする第１光ビーム用の円環状の第３位相補正領域、外径がφ４以下の光軸を中心とする第２光ビーム用の円環状または円盤状の第４位相補正領域を設け、
光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の第１乃至第４位相補正領域と各々同形な４つの第１乃至第４波長選択性透過領域を設け、第１、第３波長選択性透過領域は第１光ビーム及び特定の１種類の光ビームを透過させ、第２光ビームを遮蔽し、第２、第４波長選択性透過領域は第２光ビーム及び特定の１種類の光ビームを透過させ、第１光ビームは遮蔽し、第１乃至第４波長選択性透過領域以外は第１、第２光ビームのいずれも透過させないようにしたこと、
を特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
第１位相補正領域の内径はφ１の略０．８５としたこと、
を特徴とする請求項９記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
第２位相補正領域の内径φ３はφ２の略０．８５としたこと、
を特徴とする請求項９または１０記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
各位相補正領域は、断面が２段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成したこと、
を特徴とする請求項９記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
各位相補正領域は、断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成し、
階段構造の段差高さｈを、特定の１種類の光ビームの波長をλ０、回折光学領域の波長λ０の屈折率ｎ、１段分の段差による特定の１種類の光ビームの位相シフトをψとして、
ψ＝２π（ｎ−１）ｈ／λ０
が２πの整数倍となるように設定したこと、
を特徴とする請求項９記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
位相補正手段と光束制限手段を、共通基板の両側に形成して一体化するか、若しくは、貼り合わせにより一体化したこと、
を特徴とする請求項９記載の光ピックアップ装置。
【請求項１５】
対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、
を特徴とする請求項９記載の光ピックアップ装置。
【請求項１６】
対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、
を特徴とする請求項９記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ピックアップ装置に係り、とくに規格の異なる複数種の光記録媒体に対応した各々波長の異なる複数種の光ビームを共通の対物レンズに導き光記録媒体に集光させる光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在普及しているＣＤ、ＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディスク）は各々数百Ｍバイト、数Ｇバイトの容量を持つが、近年の映像の高画質化を受けて数十Ｇバイトものより大容量の光記録媒体である次世代ＤＶＤ（高密度ＤＶＤとも呼ばれる）が開発、実用化が進められている。次世代ＤＶＤに対し記録および／または再生を行う光ピックアップは、その小型化、低コスト化の要請から、従来からの光記録媒体であるＤＶＤ及びＣＤに対しても共通の対物レンズを用いて記録および／または再生を可能とする互換技術が望まれている。但し、各光記録媒体では使用波長、開口数（ＮＡ）、信号面の保護基板厚みが表１の如く異なるため、共通の対物レンズを使用した場合に球面収差を補正することができず、正常な情報の記録および／または再生を行うことができないという問題がある。
【０００３】
【表１】
2006302433.tif 000003
【０００４】
図１は、上記問題を解決するため位相補正素子を用いて規格の異なる複数種の光記録媒体に対して情報の記録および／または再生を行うようにした光ピックアップである（特許文献１参照）。図１において、対物レンズ１は次世代ＤＶＤに対応する波長の光を平行光束で入射したときに光記録媒体（次世代ＤＶＤ）２−１の信号面上での波面収差を最小にするように設計されている。また、ＤＶＤ用及びＣＤ用光源は、受発光部を一つにパッケージ化したＤＶＤ用、ＣＤ用ホログラムモジュール３、４が使用される。次世代ＤＶＤ用半導体レーザ５から放射された光ビームはコリメータレンズ６により平行光束に変換され、偏向ビームスプリッタ７、ＤＶＤ及びＣＤ用の光束分離をするダイクロイックプリズム８及び９を透過し、プリズム１０により進路を９０度変更し、波長板１１により偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、開口制限素子１２で次世代ＤＶＤのＮＡに対応する光束径に制限され、位相補正素子１３を平行光束状態のまま（等位相面が平面のまま）透過して対物レンズ１に入射し、光記録媒体（次世代ＤＶＤ）２−１の信号面上に集光されて情報の記録および／または再生を行う。光記録媒体２−１により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ１により平行光束に変換され、波長板１１により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム１０により進路を９０度変更され、更に偏光ビームスプリッタ７により反射されたのち検出レンズ１４により受光素子１５の上に集光される。一方、ＤＶＤ用ホログラムモジュール３から放射された光ビームはカップリングレンズ１６により平行光束に変換され、ダイクロイックプリズム８により反射され、ダイクロイックプリズム７を透過し、プリズム１０により進路を９０度変更し、波長板１１により偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、開口制限素子１２でＤＶＤのＮＡに対応する光束径に制限され、位相補正素子１３により球面収差を補正して対物レンズ１に入射し、光記録媒体（ＤＶＤ）２−２の信号面上に集光されて情報の記録および／または再生を行う。ＤＶＤの光記録媒体２−２により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ１および位相補正素子１３により平行光束に変換され、波長板１１により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム１０により進路を９０度変更され、ダイクロイックプリズム８により反射され、カップリングレンズ１６によりＤＶＤ用ホログラムモジュール３の受光素子上に集光される。更に、ＣＤ用ホログラムモジュール４から放射された光ビームはカップリングレンズ１７により所定の発散光束に変換され、ダイクロイックプリズム９により反射され、プリズム１０により進路を９０度変更し、波長板１１により偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、開口制限素子１２でＣＤのＮＡに対応する光束径に制限され、位相補正素子１３を等位相面の形状を変えることなく透過して対物レンズ１に入射し、光記録媒体（ＣＤ）２−３の信号面上に集光されて情報の記録および／または再生を行う。光記録媒体２−３により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ１により所定の収束光束に変換され、波長板１１により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム１０により進路を９０度変更され、ダイクロイックプリズム９により反射され、カップリングレンズ１７によりＣＤ用ホログラムモジュール４の受光素子上に集光される。
【０００５】
ところで、図１の従来例では、少なくとも１波長の光ビームに対しては有限光学系による光学系の構成が必要であり、その波長の光ビームでは対物レンズ１のトラッキング動作に伴い球面収差が劣化してしまうという問題がある。また、有限光学系入射による対物レンズ１への入射角度を所望の値にするためには、光学系の各部の配置間隔を特定の値にする必要があり、また、正確には整数倍でない次世代ＤＶＤとＣＤに対応する波長の光ビームに対して共通の位相補正素子により２πの整数倍の位相シフトを与え、等位相面の形状を変えることなく透過させるために、位相補正素子に用いる硝子種が限定されてしまうため、光学系構成の自由度が極端に少なくなり、設計が難しくなるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４６９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、有限光学系を不用とし、対物レンズのトラッキング動作に伴う球面収差の劣化を回避でき、光学系構成の自由度も確保できる光ピックアップ装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、使用波長と開口数（ＮＡ）と信号面保護基板厚みの規格が異なるｋ種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射するｋ種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置されるｋ種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系と、を含む光ピックアップ装置において、光学系と対物レンズとの間に、波長の異なるｋ種類の光ビームの光束について各々一部分だけを透過する光束制限手段と、ｋ種類の光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、位相補正手段に、互いに重ならない少なくとも２ｋ個の光軸を中心とする同心の円環状または円盤状の位相補正領域を設け、各位相補正領域は波長の異なるｋ種類の光ビームの内の１種類の光ビーム専用に位相補正をするとともに、各光ビームは隣接しない専用の少なくとも２つの位相補正領域で位相補正されるようにし、光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の各位相補正領域と各々同形な複数の波長選択性透過領域を設け、互いに同形な位相補正領域と波長選択性透過領域を対応付けるとともに、各波長選択性透過領域は対応する位相補正領域が位相補正対象としている波長の光ビームだけを透過し、波長選択性透過領域以外ではいずれの波長の光ビームも透過させないようにしたこと、を特徴としている。
請求項２の発明は、使用波長と開口数（ＮＡ）と信号面保護基板厚みの規格が異なる２種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する２種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される２種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系とを含み、２種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径φ１、φ２がφ１＞φ２の関係にある光ピックアップ装置において、２種類の光ビームの内、対応する光記録媒体の種類に対応する開口数に応じた光束径がφ１の光ビームを第１光ビーム、φ２の光ビームを第２光ビームとして区別し、光学系と対物レンズとの間に、第１、第２光ビームの光束について各々一部分だけを透過する光束制限手段と、第１、第２光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、位相補正手段に、外側から外径がφ１、内径がφ１より小さくφ２以上の光軸を中心とする第１光ビーム用の円環状の第１位相補正領域、外径がφ２、内径φ３がφ２より小さく０より大きい光軸を中心とする第２光ビーム用の円環状の第２位相補正領域、外径がφ３以下で内径φ４が０より大きい光軸を中心とする第１光ビーム用の円環状の第３位相補正領域、外径がφ４以下の光軸を中心とする第２光ビーム用の円環状または円盤状の第４位相補正領域を設け、光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の第１乃至第４位相補正領域と各々同形な４つの第１乃至第４波長選択性透過領域を設け、第１、第３波長選択性透過領域は第１光ビームを透過させ、第２光ビームを透過させず、第２、第４波長選択性透過領域は第２光ビームを透過させ、第１光ビームを透過させず、第１乃至第４波長選択性透過領域以外では第１、第２光ビームのいずれも透過させないようにしたこと、を特徴としている。
請求項３の発明は、第１位相補正領域の内径はφ１の略０．８５としたこと、を特徴としている。
請求項４の発明は、第２位相補正領域の内径φ３はφ２の略０．８５としたこと、を特徴としている。
請求項５の発明は、各位相補正領域は、断面が２段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成したこと、を特徴としている。
請求項６の発明は、位相補正手段と光束制限手段を、共通基板の両側に形成して一体化するか、若しくは、貼り合わせにより一体化したこと、を特徴としている。
請求項７の発明は、対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、を特徴としている。
請求項８の発明は、対物レンズの保持機構に光束制限手段及び位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、を特徴としている。
請求項９の発明は、使用波長と開口数（ＮＡ）と信号面保護基板厚みの規格が異なる３種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する３種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される３種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系とを含み、対物レンズは特定の１種類の光ビームを対応する特定の１種類の光記録媒体上に集光させたときの波面収差を最小とするように形成され、特定の１種類と他の２種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径φ０、φ１、φ２がφ０＞φ１＞φ２の関係にある光ピックアップ装置において、特定の１種類を除く２種類の光ビームの内、対応する光記録媒体の種類に対応する開口数に応じた光束径がφ１の光ビームを第１光ビーム、φ２の光ビームを第２光ビームとして区別し、光学系と対物レンズとの間に、特定の１種類の光ビームは特定の１種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径φ０に相当する部分だけを全て通過させる一方、第１、第２光ビームは各光束について各々一部分だけを透過させる光束制限手段と、特定の１種類の光ビームは平行光束状態のまま通過させる一方、第１、第２光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、位相補正手段に、外側から外径がφ１、内径がφ１より小さくφ２以上の光軸を中心とする第１光ビーム用の円環状の第１位相補正領域、外径がφ２、内径φ３がφ２より小さく０より大きい光軸を中心とする第２光ビーム用の円環状の第２位相補正領域、外径がφ３以下で内径φ４が０より大きい光軸を中心とする第１光ビーム用の円環状の第３位相補正領域、外径がφ４以下の光軸を中心とする第２光ビーム用の円環状または円盤状の第４位相補正領域を設け、光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の第１乃至第４位相補正領域と各々同形な４つの第１乃至第４波長選択性透過領域を設け、第１、第３波長選択性透過領域は第１光ビーム及び特定の１種類の光ビームを透過させ、第２光ビームは透過させず、第２、第４波長選択性透過領域は第２光ビーム及び特定の１種類の光ビームを透過させ、第１光ビームは透過させず、第１乃至第４波長選択性透過領域以外は第１、第２光ビームのいずれも透過させないようにしたこと、を特徴としている。
請求項１０の発明は、第１位相補正領域の内径はφ１の略０．８５としたこと、を特徴としている。
請求項１１の発明は、第２位相補正領域の内径φ３はφ２の略０．８５としたこと、を特徴としている。
請求項１２の発明は、各位相補正領域は、断面が２段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成したこと、を特徴としている。
請求項１３の発明は、各位相補正領域は、断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成し、階段構造の段差高さｈを、特定の１種類の光ビームの波長をλ０、回折光学領域の波長λ０の屈折率ｎ、１段分の段差による特定の１種類の光ビームの位相シフトをψとして、ψ＝２π（ｎ−１）ｈ／λ０が２πの整数倍となるように設定したこと、を特徴としている。
請求項１４の発明は、位相補正手段と光束制限手段を、共通基板の両側に形成して一体化するか、若しくは、貼り合わせにより一体化したことを特徴としている。
請求項１５の発明は、対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、を特徴としている。
請求項１６の発明は、対物レンズの保持機構に光束制限手段及び位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、を特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、共通の対物レンズ及び共通の位相補正手段により、２種または２種以上の波長の光ビームに対して平行光束により球面収差補正が可能となり、有限光学系の使用を回避して、対物レンズのトラッキング動作に伴う球面収差の劣化を回避でき、光学系構成の自由度も確保できる。
他の発明によれば、波長の異なる３種類の光ビームに対し共通に用いる対物レンズが、特定の１種類の波長の平行光束の光ビームに対し対応する光記録媒体上での波面収差が最小となるように形成されている場合、共通の位相補正手段により、特定の１種類の光ビーム以外の２種類の平行光束の光ビームの球面収差補正が可能となり、有限光学系の使用を回避して、対物レンズのトラッキング動作に伴う球面収差の劣化を回避でき、光学系構成の自由度も確保できる。
また、位相補正手段に、位相補正対象の光ビームの光束径の直径をφとして、１φ〜略０．８５φの部分に相当する位相補正領域を設けたことにより、良好な点像光強度分布が得られる。
また、位相補正対象の各光ビームの各々に対して同心円状に２箇所以上の位相補正領域を設けたことにより、サイドローブの無い良好な点像光強度分布が得られる。
また、位相補正手段の各位相補正領域をキノフォーム形または断面が２段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域としたことで、波長を選択して収差を補正することが可能となる。更に、階段構造の段数により回折効率を制御することができる。
更に、位相補正手段は、２種類の光ビームに対し位相補正し、特定の１種類の光ビームは位相補正せず平行光束状態のまま透過させたい場合に、位相補正素子の各位相補正領域を断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成し、階段構造の段差高さｈを、位相補正対象でない特定の１種類の光ビームの波長をλ０、回折光学領域の波長λ０での屈折率ｎ、１段分の段差による特定の１種類の光ビームの位相シフトをψとして、ψ＝２π（ｎ−１）ｈ／λ０が２πの整数倍となるように設定したことにより、特定の１種類の光ビームが各位相補正領域を透過しても等位相面の平面状態が良好に保たれ、特定の１種類以外の光ビームの位相補正に影響を与えることなく特定の１種類の光ビームに対して位相シフトを発生しないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
使用波長λ０＝４０５ｎｍ、開口数０．８５、信号面保護基板厚み０．１ｍｍの次世代ＤＶＤ、使用波長λ１＝６５０ｎｍ、開口数０．６、信号面保護基板厚み０．６ｍｍのＤＶＤ、使用波長λ２＝７８０ｎｍ、開口数０．４５、信号面保護基板厚み１．２ｍｍのＣＤの３種類の光記録媒体に対応した光ピックアップ装置の場合、次世代ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径をφ０、φ１、φ２とすると、φ０＞φ１＞φ２の関係にある。波長λ０＝４０５ｎｍ、波長λ１＝６５０ｎｍ、波長λ２＝７８０ｎｍの３種類の光ビームを放射させ、光学系で平行光束に変換するとともに光軸と同軸にし、前後に併設された光束制限素子と位相補正素子を通して共通の対物レンズに導く。光束制限素子と位相補正素子は各々光軸に垂直に配置され、かつ光軸を中心とする直径φ０の円領域より大きく形成してある。対物レンズは、次世代ＤＶＤ用の波長λ０の平行光束の光ビームを入射したとき次世代ＤＶＤの信号面上での波面収差が最小となるように設計されており、位相補正素子は波長λ０の平行光束の光ビームを平行光束状態のまま（等位相面を平面に保ったまま）透過させ、波長λ１の光ビームに対してはＤＶＤの信号面上の球面収差を最良にするための位相補正をし、波長λ２の光ビームに対してはＣＤの信号面上の球面収差を最良にするための位相補正をする。
位相補正素子の光軸を中心とし外径がφ０、内径がφ１の円環状領域は、次世代ＤＶＤ用の波長λ０の光ビームの透過領域（透過した際に、光束の光軸に垂直な断面内で位相差が生じない）である。位相補正素子の光軸を中心とし、外径がφ１、内径がφ２の円環状の領域は第１位相補正領域であり、ＤＶＤ用の波長λ１の光ビームに対する球面収差補正用の位相補正を行う。位相補正素子の光軸を中心とし、外径がφ２、内径φ３がφ２より小さく０より大きい円環状の領域は第２位相補正領域であり、ＣＤ用の波長λ２の光ビームに対する球面収差補正用の位相補正を行う。位相補正素子の光軸を中心とし、外径がφ３、内径φ４がφ３より小さく０より大きい円環状の領域は第３位相補正領域であり、ＤＶＤ用の波長λ１の光ビームに対する球面収差補正用の位相補正を行う。外径がφ４の円板状の領域は第４位相補正領域であり、ＣＤ用の波長λ２の光ビームに対する球面収差補正用の位相補正を行う。位相補正対象の波長λ１、λ２の各光ビームにつき、光束断面の周辺部と中心付近の両方で位相補正を行うことにより、超解像効果による点像光強度分布のサイドローブの増加を回避できる。第１位相補正領域の内径を略０．８５×φ１とするのが、ＤＶＤ用の光ビームのＤＶＤ上での点像光強度分布を所望の特性にする上で好ましい。同様に、第２位相補正領域の内径を略０．８５×φ２とするのが、ＣＤ用の光ビームのＣＤ上での点像光強度分布を所望の特性にする上で好ましい。
各位相補正領域を断面がキノフォーム形の回折光学領域とすることで、回折効率の良好な位相補正素子が得られる。製造容易性の観点から、断面が２段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成する場合、位相補正対象でない次世代ＤＶＤ用の波長λ０での位相補正領域を形成する材質の屈折率ｎ、１段分の段差による位相シフトをψとして、ψ＝２π（ｎ−１）ｈ／λ０が２πの整数倍となるように設定することにより、次世代ＤＶＤ用の光ビームが各位相補正領域を通過しても等位相面の平面状態が良好に保たれ、次世代ＤＶＤの信号面上での波面収差が劣化しない。
光束制限素子は波長λ０の光ビームに対し光軸を中心とする光束径がφ０以下の範囲を全て透過し、それ以外の範囲を遮蔽する。また、光束制限素子には位相補正素子の第１乃至第４位相補正領域と各々同形・同寸の第１乃至第４波長選択性透過領域が設けられている。各第１乃至第４波長選択性透過領域の中心は光軸と一致している。第１乃至第４位相補正領域は各々第１乃至第４波長選択性透過領域と対応し、波長λ１の光ビームは第１、第３波長選択性透過領域だけを透過し、それ以外の領域は透過しない。よって、波長λ１の光ビームは光束径がφ１以下φ２以上の範囲と光束径がφ３以下φ４以上の範囲だけ透過し、前者が位相補正素子の第１位相補正領域に入射し、後者が第３位相補正領域に入射する。波長λ２の光ビームは第２、第４波長選択性透過領域だけを透過し、それ以外の領域は透過しない。よって、波長λ２の光ビームは光束径がφ２以下φ３以上の範囲と光束径がφ４以下の範囲だけ透過し、前者が位相補正素子の第２位相補正領域に入射し、後者が第４位相補正領域に入射する。波長λ０の光ビームは第１乃至第４波長選択性透過領域を含めて光束径がφ０以下の範囲が全て透過し、位相補正素子の光軸を中心とする直径φ０の円領域に入射する。
【実施例１】
【００１１】
図２は本発明の原理を説明するための光ピックアップ装置の構成図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号が付してある。
図２において、対物レンズ１は使用波長λ０＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８５、信号面保護基板厚み０．１ｍｍの次世代ＤＶＤに対応する波長λ０の光を平行光束で入射したときに次世代ＤＶＤの信号面上での波面収差を最小にするように設計されている。また、ＤＶＤ用及びＣＤ用光源は、受発光部を１パッケージ化したＤＶＤ用、ＣＤ用ホログラムモジュール３、４が使用される。次世代ＤＶＤ用半導体レーザ５から放射された光ビームはコリメータレンズ６により平行光束に変換され、偏向ビームスプリッタ７、ＤＶＤ及びＣＤ用の光束分離をするダイクロイックプリズム８及び９を透過し、プリズム１０により進路を９０度変更し、波長板１１により偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光束制限素子１８で次世代ＤＶＤに対応するＮＡに応じた光束径（φ０）に制限され、位相補正素子１３Ａを平行光束状態のまま（等位相面が平面のまま）透過して対物レンズ１に入射し、光記録媒体（次世代ＤＶＤ）２−１の信号面上に集光されて情報の記録および／または再生を行う。光記録媒体２−１により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ１により平行光束に変換され、波長板１１により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム１０により進路を９０度変更され、偏向ビームスプリッタ７により反射され、検出レンズ１４により受光素子１５の上に集光される。一方、ＤＶＤ用ホログラムモジュール３から放射された波長λ１（＝６５０ｎｍ）の光ビームはカップリングレンズ１６により平行光束に変換され、ダイクロイックプリズム８により反射され、ダイクロイックプリズム７を透過し、プリズム１０により進路を９０度変更し、波長板１１により偏向状態を直線偏光から円偏光に変換し、光束制限素子１８でＤＶＤに対応するＮＡに応じた光束径（φ１）に制限されると同時に位相補正素子１３Ａに設けられた後述する円環状の第１、第３位相補正領域に入射する光束断面部分だけ透過するように制限され、位相補正素子１３Ａにより球面収差を補正して対物レンズ１に入射し、光記録媒体（ＤＶＤ）２−２の信号面上に集光されて情報の記録および／または再生を行う。光記録媒体２−２により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ１および位相補正素子１３Ａにより平行光束に変換され、波長板１１により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム１０により進路を９０度変更され、ダイクロイックプリズム８により反射され、カップリングレンズ１６によりＤＶＤ用ホログラムモジュール３の受光素子上に集光される。更に、ＣＤ用ホログラムモジュール４から放射された波長λ２（＝７０５ｎｍ）の光ビームはカップリングレンズ１７により平行光束に変換され、ダイクロイックプリズム９により反射され、プリズム１０により進路を９０度変更し、波長板１１により偏向状態を直線偏光から円偏光に変換し、光束制限素子１８でＣＤに対応するＮＡに応じた光束径（φ２）に制限されると同時に位相補正素子１３Ａに設けられた後述する円環状及び円盤状の第２、第４位相補正領域に入射する光束断面部分だけ透過するように制限され、位相補正素子１３Ａにより球面収差を補正して���物レンズ１に入射し、光記録媒体（ＣＤ）２−３の信号面上に集光されて情報の記録および／または再生を行う。光記録媒体２−３により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ１および位相補正素子１３Ａにより平行光束に変換され、波長板１１により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム１０により進路を９０度変更され、ダイクロイックプリズム９により反射され、カップリングレンズ１７によりＣＤ用ホログラムモジュール４の受光素子上に集光される。なお、ここではφ０乃至φ２の具体的数値はφ０＝３．１ｍｍ、φ１＝２．２ｍｍ、φ２＝１．８ｍｍであるとする。
【００１２】
光束制限素子１８と位相補正素子１３Ａは、位相補正素子１３Ａの方が対物レンズ寄りとなるようにして前後に併設されている。この内、位相補正素子１３Ａは対物レンズ１の光軸に対し垂直に配置されており、次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ１、λ２の平行光束が垂直に入射する。この位相補正素子１３Ａは正方形の板状に形成されており、図３に光軸方向から見た平面図を示す。外寸Ｌは直径φ０の円領域より大きく形成され、ここでは一例としてＬ＝３．８ｍｍであるとする。位相補正素子１３Ａには、内側に光軸を中心とし、外径φ１、内径φ２の円環状の第１位相補正領域（Ｗ１）と、光軸を中心とし外径φ２の円盤状の第２位相補正領域（Ｗ２）が設けられている。φ０、φ１、φ２は各々、次世代ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応するＮＡであるＮＡ０、ＮＡ１、ＮＡ２に応じた光束径であり、φ０＞φ１＞φ２の関係がある。第１位相補正領域Ｗ１はＤＶＤ用の光ビームに対して位相補正により球面収差を補正し、第２位相補正領域Ｗ２はＣＤ用の光ビームに対して位相補正により球面収差を補正する。光軸を中心とし、外径φ０、内径φ１の円環状の領域（Ｗ０）は透過領域であり、次世代ＤＶＤに対応する波長λ０の光ビームを平行光束状態のまま（等位相面が平面のまま）透過させる。
【００１３】
光束制限素子１８も正方形の板状に形成されて対物レンズ１の光軸に対し垂直に配置されており、次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ１、λ２の平行光束が垂直に入射する。図４に光軸方向から見た平面図を示す。外寸Ｌ１は光束制限素子１８に入射する次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ１、λ２の平行光束のいずれの光束径よりも大きく形成されており、ここでは一例としてＬ１＝３．８ｍｍとする。光束制限素子１８には内側に光軸を中心とし、位相補正素子１３Ａの第１、第２位相補正領域Ｗ１、Ｗ２と各々同形・同寸の第１、第２波長選択性透過領域Ｙ１、Ｙ２と、外径φ０、内径φ１の円環状の外側波長選択性透過領域領域Ｙ０が設けられている。外側波長選択性透過領域Ｙ０の外側は遮蔽領域ＹＹであり、次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ１、λ２のいずれの光束も遮蔽させる。外側波長選択性透過領域Ｙ０は次世代ＤＶＤ用の波長λ０を透過させ、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ１、λ２は遮蔽させる。第１波長選択性透過領域Ｙ１は次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用の波長λ０、λ１を透過させ、ＣＤ用の波長λ２は遮蔽させる。第２波長選択性透過領域Ｙ２は次世代ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ２を透過させ、ＤＶＤ用の波長λ１は遮蔽させる。これにより、次世代ＤＶＤ用の波長λ０は光軸を中心とする光束径φ０の範囲内に制限されて位相補正素子１３Ａの第１、第２位相補正領域Ｗ１、Ｗ２、領域Ｗ０に入射する（図５参照）。ＤＶＤ用の波長λ１は光軸を中心とする光束径φ１の範囲内に制限されると同時に直径がφ１からφ２までの部分だけに制限されて位相補正素子１３Ａの第１位相補正領域Ｗ１に入射する（図６参照）。ＣＤ用の波長λ２は光軸を中心とする光束径φ２の範囲内に制限されて位相補正素子１３Ａの第２位相補正領域Ｗ２に入射する（図７参照）。
【００１４】
図３に戻って、位相補正領域Ｗ１、Ｗ２は各々、断面が２段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域である。ここで、擬似キノフォーム形の回折光学領域の構成につき説明すると、光軸に対し垂直方向へ計った光軸からの距離ｒ、使用波長λ、ＤＶＤとＣＤのそれぞれにつき球面収差を補正するための位相シフトを与える次式の光路差関数Φ（ｒ）は、ＤＶＤ、ＣＤに対して光軸からの距離ｒに対する球面収差により決定される。球面収差は光軸からの距離ｒにより変化するため、球面収差を補正するための位相シフトを距離ｒに従って変化させることにより、球面収差を生じる位相差を補正することができる。
Φ（ｒ）＝（ｍλ／２π）×（ａ1 ｒ2 ＋ａ2 ｒ4 ＋ａ3 ｒ6 ＋・・）
・・（１）
但し、λは補正対象波長であり、領域Ｗ１はＤＶＤ用、領域Ｗ２はＣＤ用
ｍは使用する特定の回折次数であり、通常−１または＋１
ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ・・は各々光学系の構成で定まる所定の光路差係数
光路差関数Φ（ｒ）を図示すると例えば図８（１）の如くなるが、光路差関数に波長λの整数倍（位相で見た場合２πの整数倍）を加減しても等価な光路差関数が得られるので、Φ（ｒ）に波長λの整数倍を加減して光路差関数の値が０乃至λの範囲に収まるように変換した光路差関数をΦＦ（ｒ）とすると、図８（２）の如くなる。ΦＦ（ｒ）を波長λでの屈折率ｎ（λ）の位相補正素子１３Ａの材質で実現するとき、厚さ分布関数Ｔ（ｒ）、
Ｔ（ｒ）＝ΦＦ（ｒ）／（ｎ（λ）−１）                ・・（２）
に従って厚さを変化させれば良い（図８（３））。（２）式の構造を一定厚さの基板上に形成すると、溝の最大深さＤがλ／（ｎ（λ）−１）で一定、溝ピッチＰがｒが大きくなるとともに徐々に小さくなるような溝を光軸を中心に同心円状に形成した回折光学構造となる。一般に、溝ピッチＰの回折光学領域に垂直に入射した波長λの光線は、ｓｉｎθ＝ｍλ／Ｐで定まる回折角度θ（θはここでは光軸方向から測った角度）でｍ次光を射出する。内周側から外周側へ溝ピッチＰを徐序に小さくした同心円状の回折光学領域に垂直に入射した平行光束は内周側から外周側へ徐序に回折角度が大きくなるため発散光束または収束光束を射出する。従って、連続的に溝ピッチＰの変化する同心円状の回折光学領域はレンズと同様に光の進行方向を曲げる光学素子として扱うことができる。
【００１５】
図８（３）の如く断面鋸歯状の回折光学構造はキノフォームと呼ばれ、対象波長の一次光の回折効率は理論上１００％となる。しかし、キノフォーム形の回折構造の製造は難易度が高く、通常は図９の如く断面が２段以上の階段構造で近似した擬似キノフォーム形とされる。回折効率は階段数で決定され、２段で４１％、４段で８１％、８段で９５％、１６段で９９％に達する。なお、溝の最大深さＤがλ／（ｎ（λ）−１）からずれると回折効率は低下する。図５乃至図７、図９において、ＫとＭは位相補正素子１３Ａの前面（光束制限素子１８に対向する面）と背面（対物レンズ１に対向する面）を表し、階段構造は背面側に形成されており、光ビームの平行光束は前面側から入射する。
【００１６】
ここで、階段構造の隣接する各段差による位相シフトは入射光の波長をλ、位相補正素子１３Ａの材質の波長λでの屈折率をｎ、段差高さをｈとすると、位相シフトψ＝２π（ｎ（λ）−１）ｈ／λで与えられる。従って、波長λにおいてψが２πの整数倍となるように段差高さｈを設計することにより、段差を垂直に通過する波長λの平行光束の等位相面を平面に保つことが可能となる。位相補正素子１３Ａの場合、第１位相補正領域Ｗ１はＤＶＤ用の波長λ１の平行光束の光ビームに対し球面収差を補正する段差構造の溝ピッチＰに設定されるとともに、次世代ＤＶＤ用の波長λ０に対し位相シフトψが２πの整数倍となるように段差構造の段差高さｈを設定すれば良い（溝の最大深さＤは、λ１／（ｎ（λ１）−１）からずれるが、λ１／（ｎ（λ１）−１）の整数倍近くになるように段数と高さｈを設定することで、回折効率の低下を抑えることができる）。同様に、第２位相補正領域Ｗ２はＣＤ用の波長λ２に平行光束の光ビームに対し球面収差を補正するとともに、次世代ＤＶＤ用の波長λ０に対し位相シフトψが２πの整数倍となるように段差構造の段差高さｈが設定してある（溝の最大深さＤは、λ２／（ｎ（λ２）−１）からずれるが、λ２／（ｎ（λ２）−１）の整数倍近くになるように段数と高さｈを設定することで、回折効率の低下を抑えることができる）。なお、領域Ｗ０は断面を階段構造とせず、第１位相補正領域Ｗ１の階段構造の上面または底面と面一な平面とし（図９のＡまたはＢ参照）、領域Ｗ０と第１位相補正領域Ｗ１とで階段構造を除く位相補正素子１３Ａの厚みが同一とされている。この結果、次世代ＤＶＤ用の光ビームは位相補正素子１３Ａを通過する際に、Ｗ０〜Ｗ２の全領域で平行光束状態が変化しない。
【００１７】
一例として各位相補正領域を含む位相補正素子１３Ａの硝子材にＢＫ７を用いることとすると、ｎ（λ０）＝１．５３０１９６、ｎ（λ１）＝１．５１４５２０、ｎ（λ２）＝１．５１１１８３であり、位相補正領域Ｗ１を疑似キノフォーム形とする場合、例えば階段数＝５段、段差高さｈ＝０．７６４μｍ、最大溝深さＤ＝３．８１９μｍとし、位相補正領域Ｗ２を疑似キノフォーム形とする場合、例えば階段数＝４段、段差高さｈ＝０．７６４μｍ、最大溝深さＤ＝３．０５５μｍとすれば良い。以下では、各位相補正領域を含む位相補正素子１３Ａの硝子材はＢＫ７、位相補正領域Ｗ１は階段数＝５段、段差高さｈ＝０．７６４μｍ、最大溝深さＤ＝３．８１９μｍ、位相補正領域Ｗ２は階段数＝４段、段差高さｈ＝０．７６４μｍ、最大溝深さＤ＝３．０５５μｍとして説明する。
仮に第１位相補正領域Ｗ１を第２位相補正領域Ｗ２の領域まで拡張し、対応して光束制限素子１８の第１波長選択性透過領域Ｙ１を第２波長選択性透過領域Ｙ２まで拡張し、位相補正素子１３Ａの光軸を中心とする直径φがφ１≧φの範囲全てをＤＶＤ用の波長λ１に対する球面収差補正をするための擬似キノフォーム形とした場合、ＤＶＤ用の光ビームが光記録媒体（ＤＶＤ）２−２の信号面上に集光したときの光路と点像光強度分布は図１０、図１１の如くなり、球面収差の補正が可能であることが判る。同様に、第２位相補正領域Ｗ２を第１位相補正領域Ｗ１の領域まで拡張し、対応して光束制限素子１８の第２波長選択性透過領域Ｙ２を第１波長選択性透過領域Ｙ１まで拡張し、位相補正素子１３Ａの光軸を中心とする直径φがφ２≧φの範囲全てをＣＤ用の波長λ２に対する球面収差補正をするための擬似キノフォーム形とした場合、ＣＤ用の光ビームが光記録媒体（ＣＤ）２−３の信号面上に集光したときの光路と点像強度分布は図１２、図１３の如くなり、球面収差の補正が可能であることが判る。図３の位相補正素子１３Ａでは、１つの素子でＤＶＤ用の波長λ１とＣＤ用の波長λ２の両者につき位相補正可能とするため領域分割して各々に専用の第１、第２位相補正領域Ｗ１、Ｗ２を設けてあり、対応して光束制限素子１８にも第１、第２波長選択性透過領域Ｙ１、Ｙ２を設けてある。
【００１８】
ところが、図３の位相補正素子１３Ａと図４の光束制限素子１８を用いた図２の光ピックアップ装置により、ＤＶＤ用の波長λ１の光ビームを光記録媒体（ＤＶＤ）２−２の信号面上に集光させたときの光路と点像光強度分布は図１４、図１５の如くなり、メインローブＭＬのスポット径は小さいもののサイドローブＳＬの強度が大きくなっている。これは、超解像効果と呼ばれる現象で光束径の中心付近に対して周辺部の寄与を大きくすることで発生し、光記録媒体の信号面上のスポット径を回折限界以下にする方法として周知であるが、メインローブＭＬのピーク強度に対しサイドローブＳＬのピーク強度が１／ｅ2 以上有る場合、クロストークによる再生信号の劣化が生じる恐れがあり、図３の位相補正素子１３Ａのままでは実用にならない。
【００１９】
図１６は本発明の実施例に係る位相補正素子を光軸方向から見た平面図である。図１６は超解像効果によるクロストークの問題を改善した位相補正素子の例であり、ここでは、超解像効果とは逆の効果であるアポジゼーション効果を利用している。アポジゼーション効果は、光束径の周辺部に対して中心付近の寄与を大きくすることで具現できる。位相補正素子１３Ｂは正方形の板状に形成されており、外寸Ｌは直径φ０の円領域より大きく形成され、内側に光軸を中心とし、外径φ１、内径φ２の円環状の第１位相補正領域（Ｚ１）と、光軸を中心とし外径φ２、内径φ３（φ２＞φ３＞０）の円環状の第２位相補正領域（Ｚ２）と、光軸を中心とし外径φ３、内径φ４（φ３＞φ４＞０）の円環状の第３位相補正領域（Ｚ３）と、光軸を中心とする外径φ４の円盤状の第４位相補正領域（Ｚ４）が設けられている。φ０、φ１、φ２は各々、次世代ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応するＮＡであるＮＡ０、ＮＡ１、ＮＡ２に応じた光束径であり、φ０＞φ１＞φ２の関係がある。第１位相補正領域Ｚ１は、図３の第１位相補正領域Ｗ１と同一に構成され、第３位相補正領域Ｚ３は、仮に第１位相補正領域Ｗ１を内径がφ４まで拡張したときのφ３≧φ≧φ４の部分と同一に構成されており、断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域であり、ＤＶＤ用の波長λ１の光ビームに対して位相補正により球面収差を補正する段差構造の溝ピッチＰに設定されるとともに、次世代ＤＶＤ用の波長λ０に対し位相シフトψが２πの整数倍となるように段差構造の段差高さｈが設定してある（溝の最大深さＤは、λ１／（ｎ（λ１）−１）からずれるが、λ１／（ｎ（λ１）−１）の整数倍近くになるように段数と高さｈを設定することで、回折効率の低下を抑えることができる）。第２位相補正領域Ｚ２は、図３の第２位相補正領域Ｗ２のφ２≧φ≧φ３と同一に構成され、第４位相補正領域Ｚ４は、第２位相補正領域Ｗ２のφ４≧φ≧０の部分と同一に構成されており、断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域であり、ＣＤ用の波長λ２の光ビームに対して位相補正により球面収差を補正する段差構造の溝ピッチＰに設定されるとともに、次世代ＤＶＤ用の波長λ０に対し位相シフトψが２πの整数倍となるように段差構造の段差高さｈが設定してある（溝の最大深さＤは、λ２／（ｎ（λ２）−１）からずれるが、λ２／（ｎ（λ２）−１）の整数倍近くになるように段数と高さｈを設定することで、回折効率の低下を抑えることができる）。φ０≧φ≧φ１の領域Ｚ０の部分は図３の領域Ｗ０と同一であり、次世代ＤＶＤに対する波長λ０の光ビームの透過領域である。第１乃至第４位相補正領域Ｚ１乃至Ｚ４と領域Ｚ０を含むφ０≧φの全領域は、次世代ＤＶＤに対する波長λ０の光ビームを平行光束状態のまま（等位相面が平面のまま）透過する。なお、φ３は良好な点像光強度分布を得るために０．９×φ２以下に設定すれば良いが、好ましくは略０．８５×φ２に設定するのが良い。
【００２０】
図１７は位相補正素子１３Ｂと対で用いられる光束制限素子１８Ｂを光軸方向から見た平面図である。光束制限素子１８Ｂも正方形の板状に形成されており、次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ１、λ２の平行光束が垂直に入射する。外寸Ｌ１は図４の光束制限素子１８と同一であり、光束制限素子１８Ｂに入射する次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ１、λ２の平行光束のいずれの光束径よりも大きく形成されており、内側に光軸を中心とし、位相補正素子１２Ｂの第１乃至第４位相補正領域Ｚ１乃至Ｚ４と同形・同寸の第１乃至第４波長選択性透過領域Ｘ１乃至Ｘ４と、外径φ０、内径φ１の円環状の外側波長選択性透過領域Ｘ０が設けられている。外側波長選択性透過領域Ｘ０の外側は遮蔽領域ＸＸであり、次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ１、λ２のいずれの光束も遮蔽させる。外側波長選択性透過領域Ｘ０は次世代ＤＶＤ用の波長λ０を透過させ、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ１、λ２は遮蔽させる。第１、第３波長選択性透過領域Ｘ１、Ｘ３は次世代ＤＶＤ用、ＤＶＤ用の波長λ０、λ１を透過させ、ＣＤ用の波長λ２は遮蔽させる。第２、第４波長選択性透過領域Ｘ２、Ｘ４は次世代ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ０、λ２を透過させ、ＤＶＤ用の波長λ１は遮蔽させる。これにより、次世代ＤＶＤ用の波長λ０は光軸を中心とする光束径φ０の範囲内に制限されて位相補正素子１３Ｂの第１乃至第４位相補正領域Ｚ１乃至Ｚ４、領域Ｚ０に入射する（図１８参照）。ＤＶＤ用の波長λ１は光軸を中心とする光束径φ１の範囲内に制限されると同時に直径がφ１からφ２までの部分とφ３からφ４までの部分だけに制限されて位相補正素子１３Ｂの第１、第３位相補正領域Ｚ１、Ｚ３に入射する（図１９参照）。ＣＤ用の波長λ２は光軸を中心とする光束径φ２の範囲内に制限されると同時に直径がφ２からφ３までの部分とφ４以下の部分だけに制限されて位相補正素子１３Ｂの第２、第４位相補正領域Ｚ２、Ｚ４に入射する（図２０参照）。
【００２１】
図２の光ピックアップの位相補正素子１３Ａと光束制限素子１８を各々図１６の位相補正素子１３Ｂと図１７の光束制限素子１８Ｂに置き換え、φ０＝３．１ｍｍ、φ１＝２．２ｍｍ、φ２＝１．８ｍｍ、φ３＝０．８５×φ２＝１．２ｍｍ、φ４＝０．６ｍｍとし、各位相補正領域を含む位相補正素子１３Ｂの材質がＢＫ７、第１、第３位相補正領域Ｚ１、Ｚ３の階段構造は階段数＝５段、段差高さｈ＝０．７６４μｍ、最大溝深さＤ＝３．８１９μｍとし、第２、第４位相補正領域Ｚ２、Ｚ４の階段構造は階段数＝４段、段差高さｈ＝０．７６４μｍ、最大溝深さＤ＝３．０５５μｍとしたときに、ＤＶＤ用の波長λ１光ビームが光記録媒体（ＤＶＤ）２−２の信号面上に集光したときの光路と点像光強度分布は図２１、図２２の如くなり、ＣＤ用の波長λ２の光ビームが光記録媒体（ＣＤ）２−３の信号面上に集光したときの光路と点像光強度分布は図２３、図２４の如くなり、次世代ＤＶＤ用の波長λ０の光ビームが光記録媒体（次世代ＤＶＤ）２−１の信号面上に集光したときの光路と点像光強度分布は図２５、図２６の如くなりる。図２２、図２４から、ＤＶＤとＣＤについてメインローブＭＬのピーク強度に対しサイドローブＳＬのピーク強度が１／ｅ2 以下に低減し、超解像効果が改善されていることが判る。また、図２６から次世代ＤＶＤについて、メインローブＭＬのピーク強度に対しサイドローブＳＬのピーク強度の比にとくに問題ないことが判る。なお、第１位相補正領域Ｚ１の内径は、良好な点像光強度分布を得るために略０．８５×φ１に設定するのがより好ましい。
【００２２】
図１６の位相補正素子１３Ｂと図１７の光束制限素子１８Ｂによれば、次世代ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各光記録媒体に対し、対応する光ビームの集光を共通に行う対物レンズ１が次世代ＤＶＤ用の波長λ０の平行光束の光ビームに対し光記録媒体（次世代ＤＶＤ）２−１の信号面上での波面収差が最小となるように形成されている場合に、位相補正素子１３Ｂにより、前記次世代ＤＶＤ用の特定の光ビームを除く残り２つのＤＶＤ用とＣＤ用の波長λ１とλ２の平行光束の光ビームの位相補正による球面収差補正が可能となり、２つの波長の光ビームの球面収差補正が必要な場合に、有限光学系の使用を回避して、対物レンズのトラッキング動作に伴う球面収差の劣化を回避でき、光学系構成の自由度も確保できる。
また、位相補正素子１３Ｂの各位相補正領域を断面が２段以上の階段構造で近似した擬似キノフォーム形の回折光学領域としたので、低損失で球面収差補正をでき、更に、段差高さは次世代ＤＶＤ用の光ビームが１段の段差を通過する際の位相シフトが２πの整数倍となるようにしたことで、次世代ＤＶＤ用の光ビームが各位相補正領域を通過しても平行光束状態が変化せず、波面収差が劣化することはない。
また、位相補正素子１３Ｂを平行光束のまま透過させるのは、次世代ＤＶＤ用の光ビーム１つなので、位相補正素子１３Ｂに使用出来る硝子材の種類の制約が少ない。
【００２３】
なお、上記実施例において、位相補正素子１３Ｂの位相補正領域は規格別の光記録媒体のＮＡに対応しているため、光束制限素子１８Ｂとの間に位置ずれがあると球面収差の補正性能を低下させる。従って、同一基板上の両面に位相補正領域と光束制限領域を形成するか、位相補正素子と光束制限素子を貼り合わす等により固着し、一体化すると良い。
また、上記実施例において、位相補正素子による光軸からの距離ｒでの位相補正量は、対物レンズと光記録媒体の保護基板による光軸からの距離ｒでの球面収差量に対応しているため、対物レンズと位相補正素子との位置ずれは球面収差補正性能を低下させる。従って、対物レンズのフォーカシング及びトラッキング方向動作時においても位置ずれが発生しないように対物レンズの保持機構に位相補正素子及び／または光束制限素子も一緒に保持させると良い。
また、位相補正領域は断面が階段構造の擬似キノフォーム形でなく、矩形の回折光学領域としたり、或いは、液晶収差補正素子を用いた位相補正領域としても同様に位相補正をすることができる。
また、対物レンズ上に、位相補正領域を形成するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、次世代ＤＶＤ、ＤＶＤまたは／及びＣＤ等の規格の異なる複数の光記録媒体に対し再生または／および記録を行う光ディスク装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の光ピックアップの光学系の構成図である。
【図２】本発明の原理を説明するための光ピックアップの光学系の構成図である。
【図３】図２中の位相補正素子の平面図である。
【図４】図２中の光束制限素子の平面図である。
【図５】次世代ＤＶＤ用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。
【図６】ＤＶＤ用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。
【図７】ＣＤ用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。
【図８】図２中の位相補正素子の位相補正領域の構成法の説明図である。
【図９】図２中の位相補正素子の位相補正領域の断面構造の説明図である。
【図１０】図２中の位相補正素子の位相補正領域をＤＶＤ用に形成し、ＤＶＤ用の波長の光ビームをＤＶＤの信号面上に集光させたときの光路図である。
【図１１】図２中の位相補正素子の位相補正領域をＤＶＤ用に形成し、ＤＶＤ用の波長の光ビームをＤＶＤの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。
【図１２】図２中の位相補正素子の位相補正領域をＣＤ用に形成し、ＣＤ用の波長の光ビームをＣＤの信号面上に集光させたときの光路図である。
【図１３】図２中の位相補正素子の位相補正領域をＣＤ用に形成し、ＣＤ用の波長の光ビームをＣＤの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。
【図１４】図２の光ピックアップ装置により、ＤＶＤ用の波長の光ビームをＤＶＤの信号面上に集光させたときの光路図である。
【図１５】図２中の光ピックアップ装置により、ＤＶＤ用の波長の光ビームをＤＶＤの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。
【図１６】本発明の実施例にかかる位相補正素子の平面図である（実施例１）。
【図１７】本発明の実施例にかかる光束制限素子の平面図である。
【図１８】次世代ＤＶＤ用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。
【図１９】ＤＶＤ用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。
【図２０】ＣＤ用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。
【図２１】図１６の位相補正素子と図１７の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、ＤＶＤ用の波長の光ビームをＤＶＤの信号面上に集光させたときの光路図である。
【図２２】図１６の位相補正素子と図１７の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、ＤＶＤ用の波長の光ビームをＤＶＤの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。
【図２３】図１６の位相補正素子と図１７の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、ＣＤ用の波長の光ビームをＣＤの信号面上に集光させたときの光路図である。
【図２４】図１６の位相補正素子と図１７の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、ＣＤ用の波長の光ビームをＣＤの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。
【図２５】図１６の位相補正素子と図１７の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、次世代ＤＶＤ用の波長の光ビームを次世代ＤＶＤの信号面上に集光させたときの光路図である。
【図２６】図１６の位相補正素子と図１７の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、次世代ＤＶＤ用の波長の光ビームを次世代ＤＶＤの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  対物レンズ                      ２−１  光記録媒体（次世代ＤＶＤ）
２−２  光記録媒体（ＤＶＤ）        ２−３  光記録媒体（ＣＤ）
１３Ｂ  位相補正素子
Ｚ１乃至Ｚ４  第１乃至第４位相補正領域
１８Ｂ  光束制限素子
Ｘ１乃至Ｘ４  第１乃至第４波長選択性透過領域
Ｘ０  外側波長選択性透過領域
ＸＸ  遮蔽領域
【図１】
2006302433.tif 000004
【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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