(57)【要約】【課題】１つの集光手段を用いて波長の異なる光束を集光し、光透過層の厚さおよび再生に最適な波長の異なる光ディスクに対して記録再生が可能な光ピックアップを実現する。【解決手段】本発明の光ピックアップは、入射した第１及び第２光ビームを回折させ、かつ、屈折させて出射する回折光学素子２１１と、回折光学素子２１１から出射された第１及び第２光ビームのそれぞれ２次及び１次回折光あるいは３次及び２次回折光を、それぞれ第１及び第２記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１及び第２光スポットを形成する対物レンズ２１２とを備え、第１光ビームＬ１は、回折光学素子２１１に対して平行光で入射し、平行光で対物レンズ２１２に入射し、前記回折光学素子２１１は、収束型の回折格子と、発散型のレンズとを備えると共に、上記対物レンズ２１２と保持体によって保持され、前記第２光ビームＬ２は発散光として前記回折光学素子２１１に入射する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報記録面上に厚さｔ１の光透過層を備えた第１記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ１の第１光ビームを集光して第１光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能であり、かつ、情報記録面上に厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の光透過層を備えた第２記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ２（λ２＞λ１）の第２光ビームを集光して第２光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能な光ピックアップであって、
前記第１及び第２光ビームが入射することにより、入射した第１及び第２光ビームを回折させ、かつ、屈折させて出射する回折光学素子と、
回折光学素子から出射された第１光ビームの２次回折光及び第２光ビームの１次回折光を、それぞれ前記第１記録媒体の情報記録面及び第２記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１及び第２光スポットを形成する対物レンズとを備え、
第１光ビームは、回折光学素子に対して平行光で入射し、平行光で対物レンズに入射し、
前記回折光学素子は、上記対物レンズの光源側に配され、収束型の回折面と、対物レンズ側に配された凹面の屈折面とを有し、
前記回折光学素子と上記対物レンズとは、保持体によって保持され、
前記第２光ビームは発散光として前記回折光学素子に入射することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
前記回折光学素子の回折面は、屈折面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記回折光学素子の回折面には、鋸歯状又は階段状の回折格子が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体に情報を記録する、あるいは記録媒体から情報を再生するための光ピックアップに関し、特に、光入射面から情報記録面に至る光透過層の厚さや、利用する光ビームの最適な波長の異なる記録媒体に対して情報を記録あるいは再生するために好適な光ピックアップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｄｉｓｃ）やＣＤ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）等の光ディスク（光記録媒体）から記録情報を読み取り可能な光学式ディスクプレーヤ（光学式記録再生装置）がある。最近では、容量４．７ＧＢのＤＶＤが市場に導入されているが、さらに高密度な光ディスクへの要求が強く、その実現に向けた検討が進んでいる。記録密度の向上には、よく知られているように読み取りに使用する光の短波長化、及び対物レンズの高ＮＡ化が有効である。
【０００３】
現在、次世代高密度光ディスクを再生するための光ピックアップでは、対物レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）が従来のＤＶＤにおける０．６から０．８５に引き上げられるとともに、使用する光の波長が従来のＤＶＤにおける６５０ｎｍから４０５ｎｍに短波長化されることにより、絞り込みスポットが微小化され、高記録密度化が図られている。
【０００４】
ところで、対物レンズのＮＡを大きくすると光ディスクが傾いたときに発生するコマ収差が急激に増大するため、絞り込みスポットの集光特性が劣化しやすくなるという問題点がある。なお、本明細書において、コマ収差とは、光軸上以外で焦点を結ぶときに発生する収差を指す。光ディスクの傾きにより発生するコマ収差は、光ディスクにおける光入射面から情報記録面に至る光透過層の厚さに比例するため、光ディスクの光透過層を薄くすることにより対物レンズのＮＡを大きくすることにともなうコマ収差の増大を抑制することが可能である。この考え方に基づいて、次世代高密度光ディスクにおいては、光透過層を従来のＤＶＤにおける０．６ｍｍから０．１ｍｍに薄型化することが提案されている。
【０００５】
ここで、次世代高密度光ディスクには、現在広く普及している従来のＤＶＤやＣＤとの互換性の確保が求められる。つまり、次世代高密度光ディスクを再生するための光学式ディスクプレーヤは、現在のＤＶＤやＣＤをも再生できることが必要となる。
【０００６】
しかし、使用する光の波長や、光ディスクの光透過層の厚さが異なると、光ディスクの互換性の確保が困難になるという問題がある。通常、対物レンズは、特定の光ディスクの光透過層厚さ、及び使用する光の波長を想定して設計されているため、光透過層厚さや使用する光の波長が大きく異なる光ディスクに対しては、絞り込みスポットに球面収差が発生し、絞り込みスポットの集光特性が劣化するからである。なお、本明細書において、球面収差とは、光線中心に近い光線である近軸光線の焦点位置と、光線中心から離れた光線である周辺光線の焦点位置との差を指す。
【０００７】
このため、使用波長に応じた複数のレーザ光源を備え、同一の対物レンズで情報記録面へ必要な開口数でレーザ光を収束する光ピックアップが、提案されている（例えば特許文献１から３及び非特許文献１）。
【０００８】
特許文献１には、使用波長が４００ｎｍで光透過層が０．６ｍｍの光ディスクと、使用波長が６５０ｎｍで光透過層が０．６ｍｍの光ディスクと、使用波長が７８０ｎｍで光透過層が１．２ｍｍの光ディスクとを、対物レンズの曲面上に回折面を設けた光学系により記録再生する技術が開示されている。また、このとき回折面を設けた対物レンズは、それぞれの波長にたいして１次回折光を利用するように設計されている。
【０００９】
特許文献２には、第１光源、第２光源、集光光学系および補正光学系を備えた光ピックアップ装置が開示されている。この光ピックアップ装置において、第１光源は、波長６５０ｎｍの光ビームを出射する。第２光源は、波長７８０ｎｍの光ビームを出射する。この集光光学系は、第１光源からの光ビームを、球面収差が低減された状態で、ＤＶＤの情報記録面に集束させることができるように構成される。補正光学系は、第２光源と集光光学系との間に配置される。この補正光学系は、第２光源からの光ビームが集光光学系によってＣＤの情報記録面に集光されるときに発生する球面収差を低減する。
【００１０】
特許文献３には、使用する光の波長が異なり、光透過層が同じ厚さの光ディスクを再生するための光ピックアップに関する技術が、例えば、特許文献１に開示されている。この技術においては、それぞれ４０５ｎｍ及び６５０ｎｍの波長の光（それぞれ青色光及び赤色光）を発する２つの光源、並びに青色光を光透過層厚さが０．６ｍｍの光ディスクに集光することができる回折光学素子及び対物レンズを設けて構成されている。そして、何れの波長の光も平行光で回折光学素子に入射するように構成されており、青色光については回折光学素子による２次回折光を利用し、赤色光については１次回折光を利用することにより、異なる２つの波長の光に対して十分な回折効率を得ることができ、また、赤色光に対して発生する球面収差を補正することができるようになっている。
【００１１】
非特許文献１には、使用波長が４０５ｎｍで光透過層が０．１ｍｍの光ディスクと、使用波長が６５５ｎｍで光透過層が０．６ｍｍの光ディスクと、使用波長が７８５ｎｍで光透過層が１．２ｍｍの光ディスクとを、対物レンズと、７８５ｎｍの波長の光ビームに対してのみ凹レンズとして作用するホログラム（回折素子）とを設けた光学系により記録再生する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−１９７７１７号公報（公開日２００２年７月１２日）
【特許文献２】特開２０００−３０６２６１号公報（公開日２００２年１１月２日）
【特許文献３】特開２００１−９３１７９号公報（公開日平成１３年４月６日）
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】海保直樹、他６名，「Ｂｌｕ−ｒａｙ ＤｉｓｃにおけるＤＶＤ／ＣＤ互換技術」，第６３回応用物理学関係連合講演会２００２秋季 講演予稿集，Ｎｏ．３、１００８頁 講演番号（２７ｐ−ＹＤ−５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記特許文献１に開示された技術を、互いに厚さの異なる光透過層を有する光ディスク、すなわち、次世代高密度光ディスク（使用波長４００ｎｍ、光透過層０．１ｍｍ）と、ＤＶＤ（使用波長６５０ｎｍ、光透過層０．６ｍｍ）と、ＣＤ（使用波長７８０ｎｍ、光透過層１．２ｍｍ）とに適応させた場合の問題点を以下に示す。
【００１５】
一般に、記録密度の異なる光ディスクに対応可能な光ピックアップ（互換型光ピックアップ）では、より記録容量の多い光ディスクに対して収差が補正された対物レンズが用いられる。したがって、上記次世代高密度光ディスクと、従来のＤＶＤと、従来のＣＤとに対応可能な互換型光ピックアップでは、次世代高密度光ディスクに対して対物レンズの収差が補正されることになる。この対物レンズを、次世代高密度光ディスクとは光透過層の厚さの異なる従来のＤＶＤやＣＤにそのまま使用すると、球面収差が増大して記録再生できなくなる。
【００１６】
この問題を解消するためには、従来のＤＶＤを記録再生する際に、上記対物レンズに発散光を入射させ、光透過層が厚いために発生する球面収差と逆向きの収差を発生させることにより補正することが考えられる。
【００１７】
つまり、厚さの異なる光透過層を有する光ディスクを記録再生するためには、それぞれに対応する波長の光の収束／発散度合いを変えて対物レンズに対して入射させることになる。
【００１８】
有効径が３ｍｍの対物レンズに対し、青色光（４００ｎｍの波長の光）を平行光に入射させ、光透過層の厚みが０．１ｍｍの次世代光ディスクに集光させる場合、光透過層の厚みが大きいために発生するＤＶＤでの球面収差を補正するためには、赤色光（６５０ｎｍの波長の光）の発散度合いを約−０．０３とする必要があり、さらに光透過層の厚みが大きいＣＤでの球面収差を補正するためには、赤外光（７８０ｎｍの波長の光）の発散度合いを約−０．０７と大きくする必要がある。ここで、収束／発散度合いは焦点距離の逆数であり、負の値のときは発散光を、正の値のときは収束光を表す。
【００１９】
このとき、赤色光及び赤外光に関しては、対物レンズに入射する光の発散度合いが大きいため、トラッキングなどによる対物レンズのラジアル方向（対物レンズに入射する光ビームの光軸にほぼ直交する方向）のシフトにより、光ディスク上の絞り込みスポットに付加されるコマ収差が増大してしまい集光特性が大きく劣化してしまうという問題を招来する。特に、ＣＤの場合は、対物レンズに入射する光の発散度合いがより大きいため、対物レンズのラジアル方向のシフトによる集光特性の劣化が大きくなってしまう。
【００２０】
また、上記特許文献１に開示されている、回折面を設けた対物レンズでは、１つの波長での１次光の回折効率をほぼ１００％とした場合に、他の波長での１次回折光の回折効率には限界があり、所望の高い回折効率は得られない。そのため、光量のロスが生じ、光の利用効率が悪くなってしまうという問題を招来する。光量のロスが生じると、特に情報の記録時においてより高パワーのレーザが必要になってしまう。また、利用回折次数以外の不要光が、再生時に検出器に迷光として入射してしまい、信号の劣化などを引き起こしてしまう恐れが生じる。
【００２１】
上記特許文献２に開示された技術を、次世代高密度光ディスクおよびＤＶＤから情報を読み取るための光ピックアップ装置に適用した場合には、開口数の高い対物レンズが設けられる。この対物レンズは、屈折率の高い硝材から成るので、波長依存性が高い。このように対物レンズの波長依存性が高いので、モードホップ現象による波長変動および高周波重畳による波長変動などのようなアクチュエータが追従できない波長変動に対して、焦点位置が大きくずれてしまうという問題が生じる。
【００２２】
上記特許文献３に開示された技術を、互いに厚さの異なる光透過層を有する光ディスク、すなわち、次世代高密度光ディスク（光透過層厚さ０．１ｍｍ）、及び従来のＤＶＤ（光透過層厚さ０．６ｍｍ）に適応させ、回折光学素子に対し、赤色光、青色光ともに平行光を入射させた場合、光透過層の厚みの差が大きいために発生する球面収差を補正するのに必要となる、青色光の回折角と赤色光の回折角との角度差を約２から３°に大きくする必要がある。ここで、回折光学素子における回折格子のピッチと上記角度差との関係は、図３５のグラフのようになる。図３５より、上記角度差を約２から３°にするためには、回折格子のピッチを３．５から４．５μｍの細かい幅にする必要があることがわかる。
【００２３】
また、一般に、対物レンズ（無限系の対物レンズ）は無限遠方から来た青色光に対して最適化されているため、回折光学素子から出射した光を平行光にする必要がある。そのために、回折光学素子において、回折面で曲げられた青色光を屈折面（回折光学素子の対物レンズ側の面）で平行光にする必要がある。なお、こうすることにより、回折光学素子と対物レンズとの位置ずれによる収差の発生を防止することもできる。
【００２４】
そこで、回折光学素子に対して平行光で入射した青色光が回折光学素子を通過後も平行光となる場合の、回折格子のピッチと回折光学素子の屈折面の曲率との関係を図３６に示す。なお、図３６に示した関係は、有効半径が２ｍｍの対物レンズを使用する光ピックアップにおける回折光学素子の場合である。また、回折光学素子の屈折面は球面とする。図３６より、回折格子のピッチを上記の３．５から４．５μｍとするためには、回折光学素子の屈折面の曲率半径を２．２ｍｍ以下にする必要があることがわかる。
【００２５】
しかし、対物レンズの有効半径が２ｍｍであることから、回折光学素子の有効径も２ｍｍとなるため、曲率半径が２．２ｍｍ以下の屈折面はほぼ半球となり、作製が不可能、あるいは実質上使用が不可能となる。また、屈折面を非球面にしたとしても、曲率が極端に小さいため、作製が困難であり、また、作製できたとしても、軸上の集光特性は何れの光ディスクの場合も０．０１８λ（ｒｍｓ）と大きくなってしまう。
【００２６】
ところで、一般に、ホログラム（回折素子）の利用波長の回折効率は、回折格子の深さにより決定される。図２は、ＰＣ（ポリカーボネイト）基板に回折格子を形成した場合の回折格子の深さと各利用波長の各回折次数についての回折効率との関係を示すグラフである。図２中、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｒ０、Ｒ１、Ｉｒ０、及びＩｒ１は、それぞれ次世代高密度光ディスクの使用波長（４００ｎｍ）の光ビームの０次回折光、１次回折光、２次回折光、ＤＶＤの使用波長（６５０ｎｍ）の光ビームの０次回折光、１次回折光、ＣＤの使用波長（７８０ｎｍ）の光ビームの０次回折光、１次回折光の回折効率を表している。
【００２７】
上記非特許文献１に開示された技術を、上記光ピックアップに利用した場合、本願発明の実施形態で使用する図２に示すグラフからわかるように、７８０ｎｍの波長での１次回折光が、その波長での他の次数の回折光より高くなるように回折格子の深さを設定すると、他の波長での所定回折次数の回折光（４０５ｎｍ及び６５０ｎｍの波長では０次回折光）の回折効率は概ね１０％以下になり、逆に、４０５ｎｍまたは６５５ｎｍの波長での０次回折光が、それぞれの波長での他の次数の回折光より高くなるように回折格子の深さを設定すると、７８５ｎｍの波長での１次回折光の回折効率が概ね１０％以下となる。このため、どの波長の光に対しても光の利用効率が高くなるように回折格子の深さを設定することは実質的に不可能である。
【００２８】
特に、より高出力のレーザの作成が困難である４０５ｎｍの波長の光ビームに対して、回折効率、すなわち光の利用効率が大きくなるように、例えばその回折効率が８０％以上となるように上記回折格子の深さを設定した場合、７８０ｎｍの波長の１次回折光の利用効率は５％以下になってしまう。そのため、上記光ピックアップを用いた場合、ＣＤに対する情報の記録または再生に際し、十分な光量が得られないという問題が発生する。
【００２９】
本発明は、上記の各問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光透過層の厚さ及び再生に最適な光ビームの波長の異なる記録媒体に対して、情報の記録又は再生が可能であるとともに、対物レンズのラジアル方向のシフトにより集光特性が大きく劣化するのを抑えることができ、かつ波長変動に起因する焦点位置のずれを抑制することができる光ピックアップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記の課題を解決するために、本発明の光ピックアップは、情報記録面上に厚さｔ１の光透過層を備えた第１記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ１の第１光ビームを集光して第１光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能であり、かつ、情報記録面上に厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の光透過層を備えた第２記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ２（λ２＞λ１）の第２光ビームを集光して第２光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能な光ピックアップであって、前記第１及び第２光ビームが入射することにより、入射した第１及び第２光ビームを回折させ、かつ、屈折させて出射する回折光学素子と、回折光学素子から出射された第１光ビームの２次回折光及び第２光ビームの２次及び１次回折光を、それぞれ前記第１記録媒体の情報記録面及び第２記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１及び第２光スポットを形成する対物レンズとを備え、第１光ビームは、回折光学素子に対して平行光で入射し、平行光で対物レンズに入射し、前記回折光学素子は、上記対物レンズの光源側に配され、収束型の回折面と、対物レンズ側に配された凹面の屈折面とを有し、前記回折光学素子と上記対物レンズとは、保持体によって保持され、前記第２光ビームは発散光として前記回折光学素子に入射することを特徴としている。
【００３１】
上記の構成によれば、少なくとも、第１光ビームに対して、対物レンズユニットのラジアル方向シフトによるコマ収差の発生の低減が可能であり、さらに、回折光学素子に対する対物レンズのラジアル方向への位置ズレによる収差の発生の低減を可能である。
【００３２】
前記回折光学素子の回折面は、屈折面上に形成されていることが好ましい。
【００３３】
上記構成によれば、回折光学素子の屈折面と回折面との位置合わせが不要になり、回折光学素子の作成を容易にすることができる。
【００３４】
前記回折光学素子の回折面には、鋸歯状又は階段状の回折格子が形成されていることが好ましい。
【００３５】
上記構成によれば、回折光学素子における各光ビームの回折効率を向上させることができる。これにより、各光ビームの光源の出力を小さくできるため、光源での消費電力を抑えることができる。上記構成は、高出力なビームが必要となる情報の記録や消去を行う光ピックアップに特に有効である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の光ピックアップは、情報記録面上に厚さｔ１の光透過層を備えた第１記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ１の第１光ビームを集光して第１光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能であり、かつ、情報記録面上に厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の光透過層を備えた第２記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ２（λ２＞λ１）の第２光ビームを集光して第２光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能な光ピックアップであって、前記第１及び第２光ビームが入射することにより、入射した第１及び第２光ビームを回折させ、かつ、屈折させて出射する回折光学素子と、回折光学素子から出射された第１光ビームの２次回折光及び第２光ビームの２次及び１次回折光を、それぞれ前記第１記録媒体の情報記録面及び第２記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１及び第２光スポットを形成する対物レンズとを備え、第１光ビームは、回折光学素子に対して平行光で入射し、平行光で対物レンズに入射し、前記回折光学素子は、上記対物レンズの光源側に配され、収束型の回折面と、対物レンズ側に配された凹面の屈折面とを有すると共に、上記対物レンズと保持体によって保持され、前記第２光ビームは発散光として前記回折光学素子に入射することで、少なくとも、第１光ビームに対して、対物レンズユニットのラジアル方向シフトによるコマ収差の発生の低減が可能であり、さらに、回折光学素子に対する対物レンズのラジアル方向への位置ズレによる収差の発生を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる光ピックアップにおける光学系のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態の回折光学素子の深さと回折効率との関係を示すグラフである。
【図３】上記光ピックアップおける回折光学素子の作用を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態の回折光学素子における、曲率半径の形状を決めるための、第１の波長の光ビームにおける一次回折光と、第２の波長の光ビームにおける回折光との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施形態の回折光学素子における、曲率半径の形状を決めるための、第１の波長の光ビームにおける一次回折光と、第２の波長の光ビームにおける回折光との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、本発明における他の実施例の回折光学素子に第１光ビームが入射される場合の作用を説明する対物レンズユニットの部分断面図であり、（ｂ）は、本発明における他の実施例の回折光学素子に第２光ビームが入射される場合の作用を説明する対物レンズユニットの部分断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明におけるさらに他の実施例の回折光学素子に第１光ビームが入射される場合の作用を説明する対物レンズユニットの部分断面図であり、（ｂ）は、本発明におけるさらに他の実施例の回折光学素子に第２光ビームが入射される場合の作用を説明する対物レンズユニットの部分断面図である。
【図８】本実施形態の光ピックアップによって、一方の記録媒体の情報記録面にスポット光を形成したときの、波面収差λｒｍｓの波長依存性を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の一形態における光ピックアップの概略構成を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の実施の一形態における実施例として作製した対物レンズユニットにより光ビームを光ディスクに集光する様子を示した上記対物レンズユニットの断面図であり、（ａ）は第１光ビームを第１光ディスクに集光する場合の断面図、（ｂ）は第２光ビームを第２光ディスクに集光する場合の断面図である。
【図１１】図１の対物レンズユニットにより光ビームを集光した場合の対物レンズユニットのシフト量と波面収差との関係を示すグラフであり、（ａ）は第１光ビームを集光した場合のグラフ、（ｂ）は第２光ビームを集光した場合のグラフである。
【図１２】図１０の対物レンズユニットにより第１光ビームを第１光ディスクに集光した場合の第１光ビームの波長の変化に対する波面収差の変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の一形態における実施例として作製した対物レンズユニットにより光ビームを光ディスクに集光する様子を示した上記対物レンズユニットの断面図であり、（ａ）は第１光ビームを第１光ディスクに集光する場合の断面図、（ｂ）は第２光ビームを第２光ディスクに集光する場合の断面図である。
【図１４】図１３の対物レンズユニットにより光ビームを集光した場合の対物レンズユニットのシフト量と波面収差との関係を示すグラフであり（ａ）は第１光ビームを集光した場合のグラフ、（ｂ）は第２光ビームを集光した場合のグラフである。
【図１５】本発明の実施の一形態における第３実施例として作製した対物レンズユニットにより光ビームを光ディスクに集光する様子を示した上記対物レンズユニットの断面図であり、（ａ）は第１光ビームを第１光ディスクに集光する場合の断面図、（ｂ）は第２光ビームを第２光ディスクに集光する場合の断面図である。
【図１６】図１５の対物レンズユニットにより光ビームを集光した場合の対物レンズユニットのシフト量と波面収差との関係を示すグラフであり（ａ）は第１光ビームを集光した場合のグラフ、（ｂ）は第２光ビームを集光した場合のグラフである。
【図１７】本発明の実施の一形態に係る光ピックアップの概略構成を示す構成図である。
【図１８】図１７の光ピックアップに備わる回折光学素子の回折面及び屈折面のパワー、並びに回折光学素子前後における光ビームの収束／発散度合いを説明するための断面図である。
【図１９】図１７の光ピックアップに備わる回折光学素子の回折格子の深さと、各回折次数についての回折効率との関係を示すグラフである。
【図２０】図１７の光ピックアップに備わる回折光学素子へ入射する第１光ビームの収束／発散度合いと、第２及び第３光ビームの収束／発散度合いとの関係を示すグラフである。
【図２１】図１７の光ピックアップに備わる回折光学素子へ入射する第１光ビームの収束／発散度合いと、第１、第２及び第３光ビームの波面収差との関係を示すグラフである。
【図２２】本発明の実施の一形態に係る光ピックアップにおける光ビームの収束／発散度合いの一実施例を示す断面図であり、（ａ）〜（ｂ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示す断面図である。
【図２３】図２２に示す実施例と比較例とについて、対物シフトのシフト量と波面収差との関係を比較するグラフであり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示すグラフである。
【図２４】図２２に示す実施例において、青色光の波長シフトと波面収差との関係を示すグラフである。
【図２５】本発明の実施の一形態に係る光ピックアップにおける光ビームの収束／発散度合いの他の実施例を示す断面図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示す断面図である。
【図２６】図２５に示す実施例と比較例とについて、対物シフトのシフト量と波面収差との関係を比較するグラフであり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示すグラフである。
【図２７】図２５に示す実施例において、青色光の波長シフトと波面収差との関係を示すグラフである。
【図２８】図２５に示す実施例において、回折光学素子の屈折面のパワーと回折格子の最小ピッチとの関係を示すグラフである。
【図２９】図２５に示す実施例において、回折光学素子の屈折面のパワーと対物シフトのシフト量が２００μｍのときの青色光の波面収差との関係を示すグラフである。
【図３０】本発明の実施の一形態に係る光ピックアップにおける光ビームの収束／発散度合いの一実施例を示す断面図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示す断面図である。
【図３１】図３０に示す実施例と比較例とについて、対物シフトのシフト量と波面収差との関係を比較するグラフであり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示すグラフである。
【図３２】図３０に示す実施例において、青色光の波長シフトと波面収差との関係を示すグラフである。
【図３３】本発明の実施の一形態に係る光ピックアップにおける光ビームの収束／発散度合いの他の実施例を示す断面図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示す断面図である。
【図３４】図３３に示す実施例と比較例とについて、対物シフトのシフト量と波面収差との関係を比較するグラフであり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示すグラフである。
【図３５】回折光学素子における回折格子のピッチと回折角度差との関係を示すグラフである。
【図３６】回折光学素子に対して平行光で入射した青色光が回折光学素子を通過後も平行光となる場合の、回折格子のピッチと回折光学素子の屈折面の曲率との関係を示すグラフである。
【図３７】本発明の実施の一形態に係る光ピックアップにおける光ビームの収束／発散度合いの他の実施例を示す断面図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示す断面図である。
【図３８】図３３に示す実施例と比較例とについて、対物シフトのシフト量と波面収差との関係を比較するグラフであり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ青色光、赤色光及び赤外光の場合を示すグラフである。
【図３９】図３７に示す実施例において、青色光の波長シフトと波面収差との関係を示すグラフである。
【図４０】本発明の光ピックアップの他の例を示す概略構成図である。
【図４１】（ａ）は、本発明の光ピックアップに備えられた回折光学素子の凹面が光源側に備えた対物レンズユニットに第１光ビームが入射された場合の作用を示す説明図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成の光ピックアップの対物レンズユニットに第２光ビームが入射された場合の作用を示す説明図である。
【図４２】（ａ）（ｂ）は、本発明の光ピックアップの対物レンズユニットの他の例を示す概略構成図である。
【図４３】回折光学素子における回折格子のピッチと回折角度差との関係を示すグラフである。
【図４４】回折光学素子に対して平行光で入射した青色光が回折光学素子を通過後も平行光となる場合の、回折格子のピッチと回折光学素子の屈折面の曲率半径との関係を示すグラフである。
【図４５】本発明の光ピックアップの他の例を示す概略構成図である。
【図４６】本発明の光ピックアップを備えた記録再生装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の各実施形態について、以下に説明する。
【００３９】
〔実施形態１〕
図１に、本実施形態にかかる光ピックアップ１００の概略構成を示す。本実施形態では、次世代高密度光ディスク１４ａ（第１光ディスク、第１記録媒体）及び従来のＤＶＤ１４ｂ（第２光ディスク、第２記録媒体）に対応可能な光ピックアップ１００について説明する。
【００４０】
なお、第１光ディスクは、使用する光（第１光ビームＬ１）が波長（第１波長λ１）４０５ｎｍ付近の短波長の青色光、光透過層の厚さｔ１が０．１ｍｍのものであり、第２光ディスクは、使用する光（第２光ビームＬ２）が波長（第２波長λ２）６５０ｎｍ付近の長波長の赤色光、光透過層の厚さｔ２が０．６ｍｍのものである。
【００４１】
また、光ピックアップ１００は、第１波長λ１を有する第１光ビームＬ１を出射する半導体レーザ１ａと、第１波長λ１より長い第２波長λ２を有する第２光ビームＬ２を出射する半導体レーザ１ｂとを備えている。半導体レーザ１ａと半導体レーザ１ｂとは、対象となる光ディスクに応じて互いに切り換えて点灯される。
【００４２】
上記光ピックアップ１００は、さらに、半導体レーザ１ａ・１ｂから出射された第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれほぼ平行にするコリメータレンズ２ａ・２ｂ、楕円形強度分布を有する第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれほぼ円形の強度分布に整形する整形プリズムなどの整形光学系３ａ・３ｂ、整形光学系３ａ・３ｂからの第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれ透過させるビームスプリッタ４ａ・４ｂ、を備えている。
【００４３】
上記整形光学系３ａ・３ｂは、１つの三角プリズム、貼り合わされた三角プリズム、あるいは独立して配置された２つの三角プリズム等の公知の光学系によって構成されている。なお、光ピックアップ１は、整形光学系３ａ・３ｂを備えていなくてもよい。
【００４４】
半導体レーザ１ａ、コリメータレンズ２ａ、整形光学系３ａ、及びビームスプリッタ４ａにより第１光学系１６ａが構成され、半導体レーザ１ｂ、コリメータレンズ２ｂ、整形光学系３ｂ、及びビームスプリッタ４ｂにより第２光学系１６ｂが構成されている。
【００４５】
第１及び第２光学系１６ａ・１６ｂから出射された第１及び第２光ビームＬ２は、ダイクロプリズム５により互いの光軸が合わせられ、それ以降は共通光学系を通ることになる。
【００４６】
共通光学系において、第１及び第２光ビームＬ２は、球面収差補償系６及び１／４波長板８を通過し、ミラー９で反射された後、対物レンズユニット１３に入る。
【００４７】
対物レンズユニット１３に入った第１及び第２光ビームＬ２は、波長選択性開口フィルタ１０、回折光学素子１１、及び対物レンズ１２を順次通過し、第１光ディスク１４ａの情報記録面に微小な光スポットを、あるいは第２光ディスク１４ｂの情報記録面に微小な光スポットを形成する。
【００４８】
ここで、球面収差補償系６は、第１及び第２光ディスク１４ａ・１４ｂにおける光透過層の厚みムラ等により発生する球面収差を補正するものであり、例えばビームエキスパンダーや液晶補正素子などで構成されている。
【００４９】
なお、光ピックアップ１が整形光学系３ａ・３ｂを備えない構成である場合には、球面収差補償系６を用いなくてもかまわない。また、波長選択性開口フィルタ１０は、波長が第１波長λ１の光ビームに対しては開口数がＮＡ１（具体的には０．８５）となるように働き、波長が第２波長λ２の光ビームに対しては開口数がＮＡ２（具体的には０．６）となるように開口制御する。なお、ここでは波長選択性開口フィルタ１０を、ミラー９と回折光学素子１１との間に配置しているが、回折光学素子１１及び対物レンズ１２と一体的に動作可能な場所であればどこでもよい。また、上記のような開口制御と同じ機能を有するものであれば、波長選択性開口フィルタ１０以外のものであってもよい。
【００５０】
なお、回折光学素子１１と対物レンズ１２とは、図１に示すように、ホルダ１７（保持体）にて保持されている。これにより、回折光学素子１１および対物レンズ１２は保持体によって保持されることで、回折光学素子および対物レンズの相対的な位置のずれが防がれる。よって、回折光学素子および対物レンズの相対的な位置のずれに起因する集光特性の劣化が防がれる。
【００５１】
また、対物レンズユニット１３は、図示しない駆動ユニット（駆動手段）を備えており、光ディスク１４ａ・１４ｂに照射される光の焦点を調節するようになっている。つまり、上記駆動ユニットは、光ディスク１４ａ・１４ｂの面振れおよび回転偏芯に追従させるようになっている。
【００５２】
波長選択性開口フィルタ１０、回折光学素子１１及び対物レンズ１２は、対物レンズユニット１３として一体化されている。
【００５３】
光ピックアップ１００は、以上の光照射光学系に加えて、さらに再生信号検出光学系１５ａ・１５ｂを備えている。再生信号検出光学系１５ａ・１５ｂでは、従来公知の種々の光学系により、自動焦点やトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行なわれる。
【００５４】
回折光学素子１１は、ガラス又はプラスチックなどからなっている。また、回折光学素子１１の回折格子は、光軸を中心にして同心円状に、切削された環状溝又はフォトリソグラフィにより積層された凸の輪帯からなる。この回折格子は、光軸を含んだ平面に現れる断面形状がブレーズ形状すなわち鋸歯状、又は、階段状となるように形成される。鋸歯状又は階段状断面の回折格子（特に鋸歯状断面）の回折格子は、回折効率が他より高いので有利である。
【００５５】
また、このようなブレーズ化した回折格子の回折効率ηｍは、以下の数式１で求める事ができる。
【００５６】
【数１】
2011165316.tif 000003
【００５７】
式中、Ａ（ｘ）は透過振幅分布、φ（ｘ）は位相分布、Ｔはグレーティングのピッチを示している。
【００５８】
また、具体的にＰＣ（ポリカーボネイト）基板に回折格子を形成した回折光学素子の場合の回折効率を図２に示す。図２において、Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ第１光ビームＬ１の０次回折光、１次回折光、２次回折光、第２光ビームＬ２の０次回折光、１次回折光、２次回折光の回折効率を表している。
【００５９】
ここで、各々の回折次数の利用効率は、回折格子の深さにより決まり、適当な回折次数及び格子深さを設定することで記録再生に十分な光ビームを得ることができる。よって、高出力が必要な情報の記録や消去を行う光ピックアップが実現でき、更に、レーザ出力を小さくできるため消費電力を抑えることができる。
【００６０】
また、光ディスク１４ａ・１４ｂにおける光透過層の厚さにより発生する球面収差は、前記対物レンズ１２に発散光を入射した場合に発生する球面収差と逆向きに発生する。その為、前記対物レンズ１２を使用して次世代高密度光ディスクの記録層とＤＶＤディスクの記録層との両方に光ビームを集光させるためには、青色の光ビームを平行光で対物レンズ１２に入射し、赤色の光ビームを発散光で対物レンズ１１に入射することが望ましい。
【００６１】
従って、本発明の光ピックアップ１００においては、前記回折光学素子１１は、例えば、波長４０５ｎｍの青色の第１光ビームＬ１が通過後に平行光となり、波長６５０ｎｍの赤色の第２光ビームＬ２が通過後に発散光となるように設計されることが好ましい。
【００６２】
ここで、上記の条件となる光ピックアップ１００における対物レンズユニット１３について、図３に基づいてより詳細に説明する。この対物レンズユニット１３では、屈折率ｎのレンズ部１１ｂの回折面に回折格子１１ａが形成されている回折光学素子１１を通過した光ビームが対物レンズ１２により光ディスク１４における記録層に集光されるようになっている。また、上記レンズ部１１ｂの頂点と回折面との光軸方向の距離をａとする。
【００６３】
なお、図３において、回折格子１１ａ、対物レンズ１２を経て光ディスク１４ａに合焦している破線を第１光ビームＬ１、光ディスク１４ａに合焦している太線を第２光ビームＬ２とする。
【００６４】
ここで、対物レンズ１２の開口数がＮＡ２（具体的に０．６）に対応した波長６５０ｎｍの光ビーム（第２光ビームＬ２）が回折光学素子１１における回折面を通過する場合の最外周の半径をＲ（つまり、第２光ビームＬ２の半径をＲ）とする。このとき、回折光学素子１１における半径Ｒを通過するそれぞれの波長の第１光ビームＬ１と第２光ビームＬ２とが回折光学素子１１を通過した後の光軸に対する角度が光ディスクの記録層に良好に集束される角度になるように考えればよい。つまり、４０５ｎｍの光ビームはｍ１の回折次数で回折し、６５０ｎｍの光ビームはｍ２の回折次数で回折する場合、上記の設計を可能にする回折次数の組み合わせは、以下の数式２および数式３の条件式を満足する。
【００６５】
【数２】
2011165316.tif 000004
【００６６】
ただし、上記ｒは、曲率半径であり、ｆ（ｄ、ｍＸ）は数式３のような関数である。
【００６７】
【数３】
2011165316.tif 000005
【００６８】
ここで、Ｘは１または２であり、対物レンズ１２の開口数ＮＡ２に対応した第２光ビームＬ２の回折面での半径はＲである。また、回折光学素子１１の回折格子１１ａにおいては、第１光ビームＬ１はｍ１の次数で回折され、第２光ビームＬ２はｍ２の回折次数で回折されており、そのときの回折角をα１、α２とする。さらに、光ディスク（記録媒体）に良好な集光スポットとなる時のレンズ部１１ｂを通過後の光線と光軸との角度をβ１、β２とし、半径Ｒでの回折格子１１ａのピッチをｄとしている。
【００６９】
具体的に球面収差を打ち消すための発散角度β１及びβ２は対物レンズ１２の形状によって変化するが、次世代高密度光ディスクとＤＶＤディスクとの場合で、回折光学素子１１のレンズ部１１ｂ（基板）をポリカーボネート（ＰＣ）とし、青色光（第１光ビームＬ１）を対物レンズ１２に平行光入射した時、次世代高密度光ディスクに対して無収差となるように設計された後述のレンズ形状を使用した場合、β１は０°、β２は約２．５°となる。この時の球面の曲率半径ｒと半径Ｒ＝１．１での回折格子１１ａのピッチｄとの関係を図４、図５に示す。図４は青色光（４０５ｎｍ）の回折次数が１次回折の場合、図５は青色光（４０５ｎｍ）の回折次数が２次回折の場合の計算結果をしめす。ここで、交点が存在しない回折次数の組み合わせは次世代高密度光ディスクとＤＶＤディスクの両方を集光させる回折光学素子１１を作製できないことを意味する。作製可能な回折次数の組み合わせを以下の表１に示す。
【００７０】
【表１】
2011165316.tif 000006
【００７１】
上記では、球面収差を打ち消す為の発散角度β２を２．５°としたが、１から５°の間の入射角であれば、２．５°の場合と同じ回折次数の組み合わせで次世代高密度光ディスクとＤＶＤディスクの両方を集光させる回折光学素子１１を作成できる。
【００７２】
以下に、本実施形態に係る光ピックアップの実施例について説明する。
【００７３】
（実施例１）
本実施例では、上記実施形態１で説明した光ピックアップ１００において、図６（ａ）（ｂ）に示すように、回折光学素子１１が回折格子１１ａと凸球面１１ｃとを有するレンズ１１ｂで構成されており、回折格子１１ａが光源側に備えられている。そして、回折光学素子１１の基板材料（レンズ）としてＰＣを用い、４０５ｎｍの波長の第１光ビームＬ１における１次回折光を使用し、６５０ｎｍの波長の第２光ビームＬ２における１次回折光を使用した場合について詳細を説明する。
【００７４】
図６（ａ）に示すように、４０５ｎｍのレーザ光（第１光ビームＬ１）がこの回折光学素子１１に平行光束で入射したとき、この第１光ビームＬ１は、回折格子１１ａの面で１次回折方向（発散方向）に回折され、凸球面１１ｃで屈折され、平行光として回折光学素子１１から出射される。この平行光は、対物レンズ１２により、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスク（次世代高密度光ディスク）１４ａの記録層上に集光される。これにより、上記光ピックアップ１００では、良好な集光特性が得られる。
【００７５】
また、図６（ｂ）に示すように、６５０ｎｍのレーザ光（第２光ビームＬ２）が回折光学素子１１に平行光束で入射したとき、この第２光ビームＬ２は、回折格子１１ａの面で１次回折方向（発散方向）に回折され、凸球面１１ｃで屈折し、発散光として回折光学素子１１から出射される。この発散光は、対物レンズ１２により、厚さ０．６ｍｍの光透過層を有する光ディスク１４ｂ（ＤＶＤディスク）の記録層上に集光される。これにより、上記光ピックアップ１００では、良好な集光特性が得られる。
【００７６】
この時、光ディスク１４ｂにおける光透過層の厚さのために発生する球面収差は、発散光を対物レンズ１２に入射することで抑えられる。また、それ以外の補正しきれない球面収差は、回折格子１１ａの非球面項により補正することができる。もちろん、上記凸球面１１ｃを非球面にして、より収差を抑える設計にしてもかまわない。
【００７７】
ここで、開口数が０．６に対応した光束より外側の光は光透過層の厚さ０．６ｍｍの光ディスク１４ｂ上に集光させないように、４０５ｎｍの波長の光は透過し、６５０ｎｍの波長の光は透過しない波長選択性フィルタ１０を用いて対物レンズ１２の開口数を切り替えるようにする。
【００７８】
本実施例において、第１光ビームＬ１である４０５ｎｍの波長のレーザ光（青色光）を、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスクに適用する場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λで十分小さい収差量である。また、第２光ビームＬ２である６５０ｎｍの波長のレーザ光（赤色光）を、厚さ０．６ｍｍの光透過層を有する光ディスクに適用する場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λで十分小さい収差量である。したがって、上記光ピックアップ１００は、上記光ディスク１４ａ・１４ｂの情報信号読み出しが十分可能である。
【００７９】
本実施例では、光源側に回折格子１１ａで対物レンズ１２側が凸面となる回折光学素子１１を備えているが、これに限らず、回折光学素子１１を光源側が凸面で、対物レンズ１２側が回折格子１１ａになる構成にしても良い。
【００８０】
ここで、回折光学素子１１の回折格子１１ａの形状と屈折面の曲率半径の自動設計したデータは表２〜４のとおりである。この表２〜４に示した値は、具体的に次世代高密度光ディスク（波長４０５ｎｍ、光透過層厚０．１ｍｍ）とＤＶＤ（波長６５０ｎｍ、光透過層厚０．６ｍｍ）における波面収差の計算結果である。
【００８１】
ここで、回折光学素子１１の回折格子１１ａの形状と屈折面の曲率半径の自動設計したデータは表２〜４のとおりである。この表２〜４に示した値は、具体的に次世代高密度光ディスク（波長４０５ｎｍ、光透過層厚０．１ｍｍ）とＤＶＤ（波長６５０ｎｍ、光透過層厚０．６ｍｍ）における波面収差の計算結果である。ここで、表２〜４における対物レンズは、青色光を、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスクに対して集光するように最適設計されている。
【００８２】
【表２】
2011165316.tif 000007
【００８３】
【表３】
2011165316.tif 000008
【００８４】
【表４】
2011165316.tif 000009
【００８５】
また、表２〜４において、面番号１及び２は回折光学素子１１の入射面及び出射面、面番号３及び４は対物レンズ１２の入射面及び出射面、面番号５及び６はそれぞれの光ディスクの表面及び情報記録面である。なお、各面番号の行に記載の面間隔は、当該面番号の面と、当該面番号の次の面番号の面との光軸上の距離を意味する。
【００８６】
表３は、各面の非球面係数を表す。
【００８７】
また、位相関数Φ（ｒ）は、以下の数式４で表される。
【００８８】
【数４】
2011165316.tif 000010
【００８９】
（但し、ｍ：回折次数、λ：波長、ｒ：光軸からの半径、ＤＦ１〜ＤＦ５：係数）
本実施例（表２〜表４の回折光学素子１１を用いた場合）において、４０５ｎｍの波長のレーザ光（青色光）を、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスクに適用する場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λで十分小さい収差量である。また、６５０ｎｍの波長のレーザ光（赤色光）を、厚さ０．６ｍｍの光透過層を有する光ディスクに適用する場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λで十分小さい収差量である。したがって、上記光ピックアップは、上記光ディスク１４ａ・１４ｂの情報信号読み出しが十分可能である。
【００９０】
（実施例２）
本実施例では、上記実施形態１で説明した光ピックアップ１００において、図７（ａ）（ｂ）に示すように、前記実施例１の対物レンズユニット１３の代わりに対物レンズユニット１１３を備えた構成となっている。すなわち、回折光学素子１１１が凹面１１１ｃと回折格子１１１ａとを有するレンズ１１１ｂで構成されており、回折格子１１１ａが光源側に備えられている。そして、回折光学素子１１１の基板材料（レンズ）としてＰＣを用い、回折光学素子１１１の回折格子１１１ａ面は、第１回折光の回折次数をｍ１、第２回折光の回折次数をｍ２、回折格子１１１ａの溝間隔をｄとしたとき、以下の数式６、
【００９１】
【数５】
2011165316.tif 000011
【００９２】
を満たす場合、ここで、第１回折光Ｍ１の回折次数ｍ１は＋１であり、かつ第２回折光Ｍ２の回折次数ｍ２は０、つまり４０５ｎｍの波長の第１光ビームＬ１における１次回折光を使用し、６５０ｎｍの波長の第２光ビームＬ２における０次回折光を使用した場合について詳細を説明する。
【００９３】
図７（ａ）に示すように、４０５ｎｍのレーザ光（第１光ビームＬ１）がこの回折光学素子１１１に平行光束で入射したとき、この第１光ビームＬ１は、回折格子１１１ａの面で１次回折方向（収束方向）に回折され、凹面１１１ｃで発散方向に屈折されて平行光として出射される。この平行光は、対物レンズ１１２により、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスク１４ａの記録層上に集光される。これにより、上記光ピックアップ１００では、良好な集光特性が得られる。
【００９４】
また、図７（ｂ）に示すように、６５０ｎｍのレーザ光（第２光ビームＬ２）が回折光学素子１１１に平行光束で入射したとき、この第２光ビームＬ２は、回折格子１１１ａの面で回折されず（０次回折）、凹面１１１ｃで発散方向に屈折され発散光として回折光学素子１１から出射される。この発散光は、対物レンズ１１２により、厚さ０．６ｍｍの光透過層を有する光ディスク１４ｂ上に集光される。これにより、上記光ピックアップ１００では、良好な集光特性が得られる。
【００９５】
この時、光ディスク１４ｂにおける光透過層の厚さのために発生する球面収差は、発散光を対物レンズ１１２に入射することである程度抑えられる。また、それ以外の補正しきれない球面収差は、回折格子の非球面項により補正することができる。もちろん、凹面１１１ｃを非球面にすることで補正してもよい。
【００９６】
ここで、開口数が０．６に対応した光束より外側の光は光透過層の厚さ０．６ｍｍの光ディスク１４ｂ上に集光させないように、４０５ｎｍの波長の光は透過し、６５０ｎｍの波長の光は透過しない波長選択性フィルタを用いて対物レンズ１２の開口数を切り替えるようにする。
【００９７】
本実施例において、第１光ビームＬ１である４０５ｎｍの波長のレーザ光（青色光）を、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスクに適用した場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λで十分小さい収差量である。また、第２光ビームＬ２である６５０ｎｍの波長のレーザ光（赤色光）を、厚さ０．６ｍｍの光透過層を有する光ディスクに適用する場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λと球面収差が補正され十分小さい収差である。従って、上記光ピックアップ１００は、上記光ディスク１４ａ・１４ｂの情報信号読み出しが十分可能である。
【００９８】
本実施例では、上述のように、回折光学素子１１１の回折格子１１１ａが光源側に向いた例を示したが、凹面１１１ｃが光源側に向いていても同様の効果を奏する。例えば、図４１（ａ）（ｂ）に示すように、回折光学素子１１１の凹面１１１ｃが光源側に備えられていてもよい。
【００９９】
この場合、図４１（ａ）に示すように、４０５ｎｍのレーザ光（第１光ビーム）がこの回折光学素子１１１に平行光束で入射したとき、この第１光ビームは、凹面１１１ｃで発散方向に屈折され、回折格子１１１ａの面で１次回折方向（収束方向）に、平行光として出射される。この平行光は、対物レンズ１１２により、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスク１４ａの記録層上に集光される。これにより、上記光ピックアップでは、良好な集光特性が得られる。
【０１００】
また、図４１（ｂ）に示すように、６５０ｎｍのレーザ光（第２光ビーム）が回折光学素子１１１に平行光束で入射したとき、この第２光ビームは、凹面１１１ｃで発散方向に屈折され、回折格子１１１ａの面で回折されず（０次回折）発散光として回折光学素子１１１から出射される。この発散光は、対物レンズ１１２により、厚さ０．６ｍｍの光透過層を有する光ディスク１４ｂ上に集光される。これにより、上記光ピックアップでは、良好な集光特性が得られる。
【０１０１】
この時、光ディスク１４ｂにおける光透過層の厚さのために発生する球面収差は、発散光を対物レンズに入射することである程度抑えられる。また、それ以外の補正しきれない球面収差は、回折格子の非球面項により補正することができる。もちろん、凹面を非球面にすることで補正してもよい。
【０１０２】
ここで、開口数が０．６に対応した光束より外側の光は光透過層の厚さ０．６ｍｍの光ディスク１４ｂ上に集光させないように、４０５ｎｍの波長の光は透過し、６５０ｎｍの波長の光は透過しない波長選択性フィルタを用いて対物レンズ１１２の開口数を切り替えるようにする。
【０１０３】
ここで、図４１（ａ）（ｂ）に示した回折光学素子１１１の回折面の形状と屈折面の曲率半径及び非球面項を自動設計したデータは表５〜７のとおりである。この表５〜７に示した値は、具体的に次世代高密度光ディスク（波長４０５ｎｍ、光透過層厚０．１ｍｍ）とＤＶＤ（波長６５０ｎｍ、光透過層厚０．６ｍｍ）における波面収差の計算結果である。ここで、表５〜７の対物レンズは、青色光を、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスクに対して集光するように最適設計されている。また、凹面は６５０ｎｍの波長の光が光ディスクにおける光透過層により生じる収差を補正するために非球面形状としている。
【０１０４】
【表５】
2011165316.tif 000012
【０１０５】
【表６】
2011165316.tif 000013
【０１０６】
【表７】
2011165316.tif 000014
【０１０７】
また、表５〜７において、面番号１及び２は回折光学素子１１１の入射面及び出射面、面番号３及び４は対物レンズ１１２の入射面及び出射面、面番号５及び６はそれぞれの光ディスクの表面及び情報記録面である。なお、各面番号の行に記載の面間隔は、当該面番号の面と、当該面番号の次の面番号の面との光軸上の距離を意味する。
【０１０８】
表６は、各面の非球面係数を表す。
【０１０９】
本実施例（表５〜表７の回折光学素子１１１を用いた場合）において、４０５ｎｍの波長のレーザ光（青色光）を、厚さ０．１ｍｍの光透過層を有する光ディスクに適用した場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λで十分小さい収差量である。また、６５０ｎｍの波長のレーザ光（赤色光）を、厚さ０．６ｍｍの光透過層を有する光ディスクに適用する場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λと球面収差が補正され十分小さい収差である。従って、上記光ピックアップは、上記光ディスク１４ａ・１４ｂの情報信号読み出しが十分可能である。
【０１１０】
本実施例では、光源側に凹面で対物レンズ側が回折格子となる回折光学素子を備えているが、これに限らず、光源側が回折格子で、対物レンズ側に凹面になる構成にしても本発明の効果を損なうものではない。
【０１１１】
以上述べてきた本発明の実施例においては、光ディスクとして、次世代高密度光ディスク（光透過層厚０．１ｍｍ、青色光（４０５ｎｍ）利用）、およびＤＶＤ（光透過層厚０．６ｍｍ、赤色光（６５０ｎｍ）利用）を中心に説明してきたが、本発明の内容は上記光ディスクにおける光透過層の厚さ及びその光ディスクに使用される光の波長に限定されず、多種多様の光ディスクにおける光透過層の厚さや光の波長に適用可能である。
【０１１２】
以上のように、本発明の光ピックアップは、第１の波長λ１の第１光ビームＬ１を出射する第１の光源と開口数ＮＡ１の対物レンズとにより形成された集光スポットを用いて記録あるいは再生可能な光入射面から情報記録面に至る光透過層の厚さがｔ１の第１の記録媒体と、第１の波長より長い第２の波長λ２の第２光ビームＬ２を出射する第２の光源と前記対物レンズの開口数ＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）の領域のみ利用して形成された集光スポットを用いて記録あるいは再生が可能な光入射面から情報記録面に至る光透過層の厚さがｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の光記録媒体の両者に対して、共通の対物レンズを用いて集光スポットを形成する互換型の光ピックアップにおいて、前記第１及び第２の光源から前記対物レンズまでの光路中に配置された回折素子と屈折率がｎのレンズを備え、前記回折素子面とレンズ面の頂点との距離をａ、対物レンズの開口数ＮＡ２に対応した第２光ビームＬ２の回折面での半径をＲ、前記回折素子が第１光ビームＬ１に対してはｍ１の次数で回折し、第２光ビームＬ２に対してはｍ２の回折次数で回折し、回折角をα１、α２、前記記録媒体に良好な集光スポットとなる時のレンズを通過後の光線と光軸との角度をβ１、β２とする時、半径Ｒでの回折素子ピッチｄにおいて、下記の条件を示す数式６および数式７、
【０１１３】
【数６】
2011165316.tif 000015
【０１１４】
ただし、ｆ（ｄ、ｍ）は下記のような関数で、Ｘは１または２である。
【０１１５】
【数７】
2011165316.tif 000016
【０１１６】
を満足する回折次数ｍ１とｍ２の組み合わせを用いるといえる。
【０１１７】
これにより、波長の大きく異なる光源で開口数の大きな対物レンズを用いても光透過層厚の異なる光ディスク上に、数式６の条件式を満たす回折次数を利用する回折素子とレンズを利用することで、それぞれ回折限界まで集光する光スポットを形成し、ディスクの光透過層厚及び再生に最適な波長の異なる光ディスクに対して、記録再生可能な光ピックアップを実現できる。
【０１１８】
また、図８においては、本実施形態の光ピックアップ１００における波面収差λｒｍｓの波長依存性を実線Ａで示し、他の光ピックアップ装置における波面収差λｒｍｓの波長依存性を破線Ｂで示す。ここで、各波長における波面収差λｒｍｓは、波面収差λｒｍｓが最小となる波長における最良像点の位置での波面収差λｒｍｓである。
【０１１９】
波面収差λｒｍｓは、第１光ビームＬ１の第１波長λ１が４０５ｎｍから離れるにつれて、徐々に増加する。図８によると、この波面収差λｒｍｓの増加は、本実施形態の光ピックアップ１００の方が、前記他の光ピックアップ装置に比べて小さいことが判る。したがって、本実施形態の光ピックアップ１００は、波長依存性が低いことが判る。
【０１２０】
第１および第２光源１ａ，２ｂは、前述のように半導体レーザ装置によって実現されるので、モードホップ現象などによって、波長変動が生じる。また高周波重畳によっても、波長変動が生じる。このような波長変動による焦点位置のずれは、対物レンズ１２を駆動するアクチュエータが追従することができない。本実施形態の光ピックアップ１００は、前記他の光ピックアップ装置に比べて、モードホップ現象による波長変動および高周波重畳による波長変動などのような波長変動に対して、波面収差の変化が小さい。したがって、前記波長変動に起因する焦点位置のずれが抑制され、前記波長変動に拘わらず、良好なスポット光を形成することができる。
【０１２１】
また、本実施形態では第１光ビームＬ１における波長変動に起因する焦点位置ズレの抑制は次世代高密度光ディスク専用のピックアップの場合でも有効である。つまり、第１光ビームＬ１に対応する部品のみで構成された場合においても効果を損なわない。
【０１２２】
この時、前記回折光学素子のパワーをΦ、前記回折光子の回折面のパワーをΦＤ、屈折面のパワーをΦＬとしたとき、
Φ＝ΦＤ＋ΦＬ＝０
であれば、第１光学系１６ａで平行光に出射された第１光ビームＬ１を回折光学素子通過後も平行光で出射でき、対物レンズ１２との位置ズレによる収差の悪化を抑えることができる。この場合、回折光学素子は第１光ビームＬ１１６ａと対物レンズとの間であればどこに挿入してもかまわなくなる。
【０１２３】
本実施例では、光源側に凹面で対物レンズ側が回折格子となる回折光学素子とすることで回折格子のピッチや凹面の曲率を大きくすることができ作成には有利である。しかしながら、これに限らず、光源側が回折格子で、対物レンズ１２側に凹面になる構成にしても本発明の効果を損なうものではない。
【０１２４】
また、本実施形態では次世代高密度光ディスクに対応する部品のみで構成された場合においても効果を損なわない。
【０１２５】
本実施形態においては、図１に示す構成の光ピックアップの他に、例えば、図４０に示す光ピックアップにおいても適用可能である。この図４０に示す光ピックアップは、図１に示す光ピックアップにおける１／４波長板８と球面収差補正系６との位置、対物レンズユニット１３内の回折光学素子１１と波長選択性フィルタ１０との位置が逆になっているだけで、その他の構成は、図１に示す光ピックアップと同じである。
【０１２６】
〔実施形態２〕
図９に、本実施形態の光ピックアップ２００の概略構成を示す。本実施形態では、次世代高密度光ディスク（第１光ディスク）及び従来のＤＶＤ（第２光ディスク）に対応可能な光ピックアップ２００について説明する。
【０１２７】
なお、第１光ディスクは、使用する光（第１光ビームＬ１）が波長（第１波長λ１）４０５ｎｍ付近の短波長の青色光、光透過層の厚さｔ１が０．１ｍｍのものであり、第２光ディスクは、使用する光（第２光ビームＬ２）が波長（第２波長λ２）６５０ｎｍ付近の長波長の赤色光、光透過層の厚さｔ２が０．６ｍｍのものである。
【０１２８】
また、光ピックアップ２００は、第１波長λ１を有する第１光ビームＬ１を出射する半導体レーザ１ａと、第１波長λ１より長い第２波長λ２を有する第２光ビームＬ２を出射する半導体レーザ１ｂとを備えている。半導体レーザ１ａと半導体レーザ１ｂとは、対象となる光ディスクに応じて互いに切り換えて点灯される。
【０１２９】
上記光ピックアップ２００は、さらに、半導体レーザ１ａ・１ｂから出射された第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれほぼ平行にするコリメータレンズ２ａ・２ｂ、楕円形強度分布を有する第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれほぼ円形の強度分布に整形する整形プリズムなどの整形光学系３ａ・３ｂ、整形光学系３ａ・３ｂからの第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれ透過させるビームスプリッタ４ａ・４ｂ、を備えている。
【０１３０】
整形光学系３ａ・３ｂは、１つの三角プリズム、貼り合わされた三角プリズム、あるいは独立して配置された２つの三角プリズム等の公知の光学系によって構成されている。なお、光ピックアップ２は、整形光学系３ａ・３ｂを備えていなくてもよい。
【０１３１】
半導体レーザ１ａ、コリメータレンズ２ａ、整形光学系３ａ、及びビームスプリッタ４ａにより第１光学系１６ａが構成され、半導体レーザ１ｂ、コリメータレンズ２ｂ、整形光学系３ｂ、及びビームスプリッタ４ｂにより第２光学系１６ｂが構成されている。
【０１３２】
第１及び第２光学系１６ａ・１６ｂから出射された第１及び第２光ビームＬ２は、ダイクロプリズム５により互いの光軸が合わせられ、それ以降は共通光学系を通ることになる。
【０１３３】
共通光学系において、第１及び第２光ビームＬ２は、球面収差補償系６で光ビームの種類（第１光ビームＬ１又は第２光ビームＬ２）に応じて収束・発散度合いが変化され、１／４波長板８、ミラー９で反射された後、対物レンズユニット２１３に入る。
【０１３４】
対物レンズユニット２１３に入った第１及び第２光ビームＬ２は、波長選択性開口フィルタ２１０、回折光学素子２１１、及び対物レンズ２１２を順次通過し、第１光ディスクの情報記録面上に微小な光スポットを、あるいは第２光ディスクの情報記録面上に微小な光スポットを形成する。
【０１３５】
ここで、球面収差補償系６は、第１及び第２光ディスクにおける光透過層の厚みムラ等により発生する球面収差を補正するビームエキスパンダーであるとともに、上記のように第１及び第２光ビームの収束・発散度合いを変化させる光ビーム制御手段としての機能を有している。
【０１３６】
なお、光ピックアップ２００が整形光学系３ａ・３ｂを備えない構成である場合には、球面収差補償系６を用いることなく、コリメータレンズ２ａ・２ｂを使って第１及び第２光ビームＬ２の収束・発散度合いを変化させるようにしてもかまわない。さらに、これら以外の素子を使って第１及び第２光ビームＬ２の収束・発散度合いを変化させるようにしてもよい。
【０１３７】
また、波長選択性開口フィルタ２１０は、波長が第１波長λ１の光ビームに対しては開口数がＮＡ１（具体的には０．８５）となるように働き、波長が第２波長λ２の光ビームに対しては開口数がＮＡ２（具体的には０．６）となるように開口制御する。なお、ここでは波長選択性開口フィルタ２１０を、ミラー９と回折光学素子２１１との間に配置しているが、回折光学素子２１１及び対物レンズ２１２と一体的に動作可能な場所であればどこでもよい。また、上記のような開口制御と同じ機能を有するものであれば、波長選択性開口フィルタ２１０以外のものであってもよい。
【０１３８】
波長選択性開口フィルタ２１０、回折光学素子２１１及び対物レンズ２１２は、対物レンズユニット２１３として一体化されて光ピックアップ２の他の光学系に対して移動できるようになっている。これにより、第１及び第２光ディスクの情報記録面の面振れや、第１及び第２光ディスクの情報トラックの回転偏心に対して、集光スポットを良好に追従させることができる。
【０１３９】
光ピックアップ２００は、以上の光照射光学系に加えて、さらに再生信号検出光学系１５ａ・１５ｂを備えている。再生信号検出光学系１５ａ・１５ｂでは、従来公知の種々の光学系により、自動焦点やトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行なわれる。
【０１４０】
回折光学素子２１１を、収束型の回折格子２１１ａと、発散型の平凹レンズ２１１ｂとを備えて構成することにより、波長変動に対する波面収差の劣化を抑えることができ、波長変動に対しても良好な集光特性を得ることができる。
【０１４１】
ここでは、部品点数を減らすために、平凹レンズ２１１ｂの平面上に回折格子２１１ａを形成して回折光学素子２１１を構成しているが、回折素子及びレンズの２つの光学素子を組み合わせて回折光学素子を構成してもよい。
【０１４２】
また、透光性のレンズの平面とは反対側の屈折面上に回折格子を備えた回折光学素子２１１を用いて対物レンズユニット２１３を構成してもよい。
【０１４３】
回折光学素子２１１の平凹レンズ２１１ｂは、ガラス又はプラスチックなどからなっている。また、回折光学素子２１１の回折格子２１１ａは、平凹レンズ２１１ｂの平面上に、光軸を中心にして同心円状に、切削された環状溝又はフォトリソグラフィにより積層された凸の輪帯からなる。この回折格子２１１ａは、光軸を含んだ平面に現れる断面形状がブレーズ形状すなわち鋸歯状、又は、階段状となるように形成される。鋸歯状又は階段状断面の回折格子（特に鋸歯状断面）の回折格子は、回折効率が他より高いので有利である。
【０１４４】
なお、回折光学素子２１１としては、上述のように平凹レンズ２１１ｂの凹面に回折格子２１１ａを形成しても同様の効果を得ることができる。また、この場合は、凹面と回折格子２１１ａとの位置合わせが簡単になり、凹面及び回折格子２１１ａの形成が容易になる。
【０１４５】
ここで、回折光学素子２１１の回折格子２１１ａによる回折光のうち、光ピックアップ２００の記録再生に利用する回折光の回折次数は、最も効率がよくなるように、第１光ビームＬ１（波長４０５ｎｍ）については２次回折光を利用し、第２光ビームＬ２（波長６５０ｎｍ）については１次回折光を利用する。
【０１４６】
光ピックアップ２００では、この回折光学素子２１１に対して、第１及び第２光ビームＬ２の少なくとも一方を、収束光又は発散光、つまり非平行光で入射させる。つまり、回折光学素子２１１に入射する際の第１光ビームＬ１と第２光ビームＬ２との間で、収束・発散角度に角度差をつけておく。これにより、光透過層の厚みの差が大きいことにより発生する球面収差を補正するために必要となる、回折格子での第１光ビームＬ１の回折角と、第２光ビームＬ２の回折角との角度差を約０．５から１．５°程度にすることができる。その結果、回折格子のピッチを広げることができるようになり、それにとともなって凹面の曲率半径も大きくすることが可能になる。これにより、回折光学素子２１１の作製が容易になる。
【０１４７】
なお、本明細書において、「収束・発散角度」とは、光ビームの光軸を含む断面において、光軸と光ビームの最外周とのなす角度を指し、その光ビームが収束光の場合には収束・発散角度を負の値とし、その光ビームが発散光の場合には収束・発散角度を正の値とする。
【０１４８】
また、図４２（ａ）に示すように、透光性の平凹レンズ１２２ａ’の平面Ｓ１とは反対側の屈折面（凹面）Ｓ２上に回折格子１２２ｂ’を備えた回折光学素子１２２’を用いて対物レンズユニット１２０’を構成してもよい。
【０１４９】
回折光学素子１２２’の平凹レンズ１２２ａ’は、ガラス又はプラスチックなどからなっている。また、回折光学素子１２２’の回折格子１２２ｂ’は、平凹レンズ１２２ａ’の平面Ｓ１上に、光軸を中心にして同心円状に、切削された環状溝又はフォトリソグラフィにより積層された凸の輪帯からなる。この回折格子１２２ｂ’は、図３に示すように、光軸を含んだ平面に現れる断面形状がブレーズ形状すなわち鋸歯状に形成されることが好ましい。鋸歯状断面の回折格子は、回折効率が他より高いので有利である。また、図４２（ｂ）に示すように、回折格子１２２ｂ”は、光軸を含んだ平面に現れる断面形状が階段状となるように形成した対物レンズユニット１２０”としてもよい。階段状断面の回折格子１２２ｂ”は、鋸歯状断面の回折格子１２２ｂ’に次いで回折効率が高いので有利である。
【０１５０】
なお、図４２（ｂ）に示す回折光学素子１２２”としては、図４２（ａ）ｎｉ示すように平凹レンズ１２２ａ”の凹面Ｓ２に回折格子１２２ｂ”を形成しても同様の効果を得ることができる。また、この場合は、凹面Ｓ２と回折格子１２２ｂ”との位置合わせが簡単になり、凹面Ｓ２及び回折格子１２２ｂ”の形成が容易になる。
【０１５１】
以下に、本実施形態にかかる光ピックアップ２００の実施例について説明する。
【０１５２】
（実施例３）
本実施例では、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１光ビームＬ１（波長４０５ｎｍ）については、対物レンズユニット２１３に対して平行光で（つまり、収束・発散角度θが０°となるように）入射させ、回折光学素子２１１による２次回折光を利用し、第２光ビームＬ２（波長６５０ｎｍ）については、対物レンズユニット２１３に対して発散光で（具体的には、収束・発散角度θが１．５°となるように）入射させ、回折光学素子２１１による１次回折光を利用する対物レンズユニット２１３を作製した。対物レンズ２１２には非球面レンズを用い、回折光学素子２１１の凹面も非球面形状とした。
【０１５３】
第１光ビームＬ１が回折光学素子２１１に平行光で入射すると、回折光学素子２１１の回折格子で２次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された回折光が、回折光学素子２１１の平凹レンズで発散方向に屈折されて出射されることにより、平行光で対物レンズ２１２に入射する。この回折光は、さらに対物レンズ２１２によって集光され、光透過層（厚さ０．１ｍｍ）を透過し、情報記録面上に微小な光スポットを形成することにより、良好な集光特性が得られる。
【０１５４】
また、第２光ビームＬ２が回折光学素子２１１に発散光で入射すると、回折光学素子２１１の回折格子で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された回折光が、回折光学素子２１１の平凹レンズで発散方向に屈折されて出射されることにより、発散光で対物レンズ２１２に入射する。この回折光は、さらに対物レンズ２１２によって集光され、光透過層（厚さ０．６ｍｍ）を透過し、情報記録面上に微小な光スポットを形成することにより、良好な集光特性が得られる。
【０１５５】
このように、第１光ビームＬ１を回折光学素子２１１に平行光で入射させ、かつ、第２光ビームＬ２を回折光学素子２１１に発散光で入射させることにより、第１光ビームＬ１の２次回折光が対物レンズ２１２に入射するときの収束・発散角度θを０°に設定しつつ、第２光ビームＬ２の１次回折光が対物レンズ２１２に入射するときの収束・発散角度を２°から３°に設定するように（すなわち、第１光ビームＬ１の２次回折光の収束・発散角度と、第２光ビームＬ２の１次回折光の収束・発散角度との角度差を２°から３°に設定するように）、回折格子のピッチ、及び平凹レンズの凹面の形状を設計することが可能になった。
【０１５６】
設計した対物レンズ２１２及び回折光学素子２１１の面データ等は表８から１１のとおりである。表８から１１において、面番号０は仮想光源を表し、面番号１及び２は回折光学素子２１１の入射面及び出射面、面番号３及び４は対物レンズ２１２の入射面及び出射面、面番号５及び６は光ディスクの表面及び情報記録面である。なお、各面番号の行に記載の面間隔は、当該面番号の面と、当該面番号の次の面番号の面との光軸上の距離を意味する。
【０１５７】
表１０は、各面の非球面係数を表し、表１１は回折面の位相差関数Φ（ｒ）を数式８で表したときの各項の係数である。数式８において、ｍは回折次数、λは波長、ｒは光軸との距離、ＤＦ１からＤＦ５は係数である。また、表１０及び１１において、例えば「−２．２Ｅ−０３」は、「−２．２−３」を意味する。
【０１５８】
【表８】
2011165316.tif 000017
【０１５９】
【表９】
2011165316.tif 000018
【０１６０】
【表１０】
2011165316.tif 000019
【０１６１】
【表１１】
2011165316.tif 000020
【０１６２】
【数８】
2011165316.tif 000021
【０１６３】
本実施例として作製した光ピックアップ２００を用いて光ディスクに集光させた場合の、対物レンズユニット２１３の光軸方向へのシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図１１（ａ）及び（ｂ）に実線で示す。また、比較のために作製した従来の光ピックアップを用いた場合を図１１（ａ）及び（ｂ）に破線で示す。なお、図１１（ａ）は第１光ディスクに集光した結果であり、図１１（ｂ）は第２光ディスクに集光した結果である。
【０１６４】
比較のために作製した従来の光ピックアップは、第１及び第２光ビームＬ２の何れも対物レンズユニットに対して平行光で入射させ、第１光ビームＬ１については２次回折光を、第２光ビームＬ２については１次回折光を利用した場合に波面収差が最適となるように作製したものである。
【０１６５】
図１１（ａ）からわかるように、光ピックアップ２００を用いることにより、従来の光ピックアップと比較して第１光ディスクに対する波面収差を低減することができ、良好な集光スポットを形成することができる。
【０１６６】
また、図１１（ｂ）からわかるように、光ピックアップ２００において、第２光ビームＬ２を発散光で対物レンズユニット２１３に入射させることにより発生する、対物レンズユニット２１３のシフトによる影響も、第２光ディスクに対する波面収差に関しては、対物レンズユニット２１３のシフト量が０．１５ｍｍ以下の範囲であれば従来の光ピックアップと比較して低減することができる。
【０１６７】
このように、光ピックアップ２００により、従来の光ピックアップと比較して、第１及び第２光ディスクに対する波面収差の低減を図ることができる。
【０１６８】
また、本実施例として作製した光ピックアップ２００を用いて第１光ディスクに集光させた場合の、第１光ビームＬ１の波長の変化に対する波面収差λｒｍｓの変化を図１２に実線で示す。また、比較のために作製した第１光ディスク専用の光ピックアップを用いた場合を図１２に破線で示す。
【０１６９】
比較のために作製した第１光ディスク専用の光ピックアップは、本実施例とした作製した光ピックアップ２００における対物レンズ２１２（第１光ビームＬ１専用の対物レンズ）単体で対物レンズユニットを構成したものである。
【０１７０】
図１２からわかるように、光ピックアップ２００では、第１光ディスク専用の光ピックアップよりも使用可能な波長範囲が広い。これは、本実施例の光ピックアップ２００の回折光学素子２１１が収束型の回折格子及び平凹レンズで構成されているためであり、これにより第１光ビームＬ１専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。したがって、光ピックアップ２００では、モードホップなどによる波長変動が生じても、良好な集光スポットを形成することができる。
【０１７１】
（実施例４）
本実施例では、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１光ビームＬ１（波長４０５ｎｍ）については、対物レンズユニット２１３に対して収束光（具体的には、収束・発散角度θが−１．５°となるように）入射させ、回折光学素子２１１による２次回折光を利用し、第２光ビームＬ２（波長６５０ｎｍ）については、対物レンズユニット２１３に対して平行光で（つまり、収束・発散角度θが０°となるように）入射させ、回折光学素子２１１による１次回折光を利用する対物レンズユニット２１３を作製した。対物レンズ２１２には非球面レンズを用い、回折光学素子２１１の凹面も非球面形状とした。
【０１７２】
第１光ビームＬ１が回折光学素子２１１に収束光で入射すると、回折光学素子２１１の回折格子２１１ａで２次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された回折光が、回折光学素子２１１の平凹レンズ２１１ｂで発散方向に屈折されて出射されることにより、平行光で対物レンズ２１２に入射する。この回折光は、さらに対物レンズ２１２によって集光され、光透過層（厚さ０．１ｍｍ）を透過し、情報記録面上に微小な光スポットを形成することにより、良好な集光特性が得られる。
【０１７３】
また、第２光ビームＬ２が回折光学素子２１１に平行光で入射すると、回折光学素子２１１の回折格子２１１ａで１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された回折光が、回折光学素子２１１の平凹レンズ２１１ｂで発散方向に屈折されて出射されることにより、発散光で対物レンズ２１２に入射する。この回折光は、さらに対物レンズ２１２によって集光され、光透過層（厚さ０．６ｍｍ）を透過し、情報記録面上に微小な光スポットを形成することにより、良好な集光特性が得られる。
【０１７４】
このように、第１光ビームＬ１を回折光学素子２１１に収束光で入射させ、かつ、第２光ビームＬ２を回折光学素子２１１に平行光で入射させることにより、第１光ビームＬ１の２次回折光が対物レンズ２１２に入射するときの収束・発散角度θを０°に設定しつつ、第２光ビームＬ２の１次回折光が対物レンズ２１２に入射するときの収束・発散角度θを２°から３°に設定するように（すなわち、第１光ビームＬ１の２次回折光の収束・発散角度と、第２光ビームＬ２の１次回折光の収束・発散角度との角度差を２°から３°に設定するように）、回折格子のピッチ、及び平凹レンズの凹面の形状を設計することが可能になった。
【０１７５】
設計した対物レンズ２１２及び回折光学素子２１１の面データ等は表１２から１５のとおりである。なお、表１２から１５における記号等は表８から１１のものと同一内容である。
【０１７６】
【表１２】
2011165316.tif 000022
【０１７７】
【表１３】
2011165316.tif 000023
【０１７８】
【表１４】
2011165316.tif 000024
【０１７９】
【表１５】
2011165316.tif 000025
【０１８０】
本実施例として作製した光ピックアップ２００を用いて光ディスクに集光させた場合の、対物レンズユニット２１３の光軸方向へのシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図１４（ａ）及び（ｂ）に実線で示す。また、比較のために作製した従来の光ピックアップを用いた場合を図１４（ａ）及び（ｂ）に破線で示す。なお、図１４（ａ）は第１光ディスクに集光した結果であり、図１４（ｂ）は第２光ディスクに集光した結果である。
【０１８１】
比較のために作製した従来の光ピックアップは、前記実施例３の場合と同様、第１及び第２光ビームＬ２の何れも対物レンズユニットに対して平行光で入射させ、第１光ビームＬ１については２次回折光を、第２光ビームＬ２については１次回折光を利用した場合に波面収差が最適となるように作製したものである。
【０１８２】
図１４（ａ）からわかるように、光ピックアップ２００において、第１光ビームＬ１を収束光で対物レンズユニット２１３に入射させることにより発生する、対物レンズユニット２１３のシフトによる影響も、第１光ディスクに対する波面収差に関しては、対物レンズユニット２１３のシフト量が０．１２ｍｍ以下の範囲であれば従来の光ピックアップと比較して低減することができる。
【０１８３】
また、図１４（ｂ）からわかるように、光ピックアップ２００を用いることにより、従来の光ピックアップと比較して第２光ディスクに対する波面収差を低減することができ、良好な集光スポットを形成することができる。
【０１８４】
このように、光ピックアップ２００により、従来の光ピックアップと比較して、第１及び第２光ディスクに対する波面収差の低減を図ることができる。
【０１８５】
（実施例５）
本実施例では、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１光ビームＬ１（波長４０５ｎｍ）については、対物レンズユニット２１３に対して収束光（具体的には、収束・発散角度θが−０．８°となるように）入射させ、回折光学素子２１１による２次回折光を利用し、第２光ビームＬ２（波長６５０ｎｍ）については、対物レンズユニット２１３に対して発散光で（具体的には、収束・発散角度θが０．８°となるように）入射させ、回折光学素子２１１による１次回折光を利用する対物レンズユニット２１３を作製した。対物レンズ２１２には非球面レンズを用い、回折光学素子２１１の凹面も非球面形状とした。
【０１８６】
第１光ビームＬ１が回折光学素子２１１に収束光で入射すると、回折光学素子２１１の回折格子で２次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された回折光が、回折光学素子２１１の平凹レンズで発散方向に屈折されて出射されることにより、平行光で対物レンズ２１２に入射する。この回折光は、さらに対物レンズ２１２によって集光され、光透過層（厚さ０．１ｍｍ）を透過し、情報記録面上に微小な光スポットを形成することにより、良好な集光特性が得られる。
【０１８７】
また、第２光ビームＬ２が回折光学素子２１１に発散光で入射すると、回折光学素子２１１の回折格子で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された回折光が、回折光学素子２１１の平凹レンズで発散方向に屈折されて出射されることにより、発散光で対物レンズ２１２に入射する。この回折光は、さらに対物レンズ２１２によって集光され、光透過層（厚さ０．６ｍｍ）を透過し、情報記録面上に微小な光スポットを形成することにより、良好な集光特性が得られる。
【０１８８】
このように、第１光ビームＬ１を回折光学素子２１１に収束光で入射させ、かつ、第２光ビームＬ２を回折光学素子２１１に発散光で入射させることにより、第１光ビームＬ１の２次回折光が対物レンズ２１２に入射するときの収束・発散角度θを０°に設定しつつ、第２光ビームＬ２の１次回折光が対物レンズ２１２に入射するときの収束・発散角度θを２°から３°に設定するように（すなわち、第１光ビームＬ１の２次回折光の収束・発散角度と、第２光ビームＬ２の１次回折光の収束・発散角度との角度差を２°から３°に設定するように）、回折格子のピッチ、及び平凹レンズの凹面の形状を設計することが可能になった。
【０１８９】
設計した対物レンズ２１２及び回折光学素子２１１の面データ等は表１６から１９のとおりである。なお、表１６から１９における記号等は表８から１１のものと同一内容である。
【０１９０】
【表１６】
2011165316.tif 000026
【０１９１】
【表１７】
2011165316.tif 000027
【０１９２】
【表１８】
2011165316.tif 000028
【０１９３】
【表１９】
2011165316.tif 000029
【０１９４】
本実施例として作製した光ピックアップ２００を用いて光ディスクに集光させた場合の、対物レンズユニット２１３の光軸方向へのシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図１６（ａ）及び（ｂ）に実線で示す。また、比較のために作製した従来の光ピックアップを用いた場合を図１６（ａ）及び（ｂ）に破線で示す。なお、図１６（ａ）は第１光ディスクに集光した結果であり、図１６（ｂ）は第２光ディスクに集光した結果である。
【０１９５】
比較のために作製した従来の光ピックアップは、前記実施例４の場合と同様、第１及び第２光ビームＬ２の何れも対物レンズユニットに対して平行光で入射させ、第１光ビームＬ１については２次回折光を、第２光ビームＬ２については１次回折光を利用した場合に波面収差が最適となるように作製したものである。
【０１９６】
図１６（ａ）及び（ｂ）からわかるように、本実施例の光ピックアップ２００を用いることにより、従来の光ピックアップと比較して第１及び第２光ディスクに対する波面収差を低減することができ、良好な集光スポットを形成することができる。
【０１９７】
また、光ピックアップ２００において、第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれ収束光及び発散光で対物レンズユニット２１３に入射させることにより発生する、対物レンズユニット２１３のシフトによる影響も、第１光ディスクに対する波面収差に関しては対物レンズユニット２１３のシフト量が０．２３ｍｍ以下の範囲、第２光ディスクに対する波面収差に関しては対物レンズユニット２１３のシフト量が０．３ｍｍ以下の範囲であれば、従来の光ピックアップと比較して低減することができる。
【０１９８】
このように、対物レンズユニット２１３に対して、第１光ビームＬ１を収束光で入射させ、第２光ビームＬ２を発散光で入射させることにより、対物レンズユニット２１３が第１及び第２光ビームＬ２の光軸方向にシフトした場合でも、比較的広いシフト範囲において波面収差の劣化を低く抑えることができる。
【０１９９】
以上の実施例３から５では、回折光学素子２１１の凹面を非球面で作製しているが、球面でも作製しても同様の効果を得ることができる。球面で作製する場合は、非球面で作製する場合と比較して回折光学素子２１１の作製が容易になり、安価な回折光学素子２１１を提供でき、コスト低減が可能になる。
【０２００】
本光ピックアップ２００では、第１光ビームＬ１と第２光ビームＬ２とが、互いに収束又は発散度合いの異なる光ビームとして回折光学素子２１１に入射することにより、上記角度差を大きくしやすくすることができる。これにより、回折光学素子２１１に要求される回折及び屈折特性の制限を緩和して、回折光学素子２１１の設計上の制約を緩和することができる。その結果、作製しやすい回折光学素子２１１を用いて、集光する回折光の波面収差を十分小さくすることができる光ピックアップ２００を実現することが可能になる。
【０２０１】
なお、第１光ビームＬ１と第２光ビームＬ２とが互いに収束又は発散度合いの異なる光ビームとして回折光学素子２１１に入射する形態としては、実施例３から５で説明した、一方が収束光で他方が発散光で入射する場合や、一方が平行光で他方が収束光又は発散光で入射する場合のほか、両方が収束光又は発散光であり、かつ、その収束度合い又は発散度合いが異なる場合であってもよい。
【０２０２】
なお、次世代高密度光ディスクと、従来のＤＶＤとの互換を実現するためには、回折光学素子２１１に対し、赤色光、青色光ともに平行光を入射させた場合、光透過層の厚みの差が大きいために発生する球面収差を補正するのに必要となる、青色光の回折角と赤色光の回折角との角度差を、上述のように、約２°から３°に大きくする必要がある。ここで、回折光学素子２１１における回折格子２１１ａのピッチと上記角度差との関係は、図４３のグラフのようになる。図４３より、上記角度差を約２°から３°にするためには、回折格子のピッチを３．５から４．５μｍの細かい幅にする必要があることがわかる。
【０２０３】
また、一般に、対物レンズ（無限系の対物レンズ）は無限遠方から来た青色光に対して最適化されているため、回折光学素子から出射した光を平行光にする必要がある。そのために、回折光学素子において、回折面で曲げられた青色光を屈折面（回折光学素子の対物レンズ側の面）で平行光にする必要がある。なお、こうすることにより、回折光学素子と対物レンズとの位置ずれによる収差の発生を防止することもできる。
【０２０４】
そこで、回折光学素子に対して平行光で入射した青色光が回折光学素子を通過後も平行光となる場合の、回折格子のピッチと回折光学素子の屈折面の曲率半径との関係を図４４に示す。なお、図４４に示した関係は、有効半径が２ｍｍの対物レンズを使用する光ピックアップにおける回折光学素子の場合である。また、回折光学素子の屈折面は球面とする。図４４より、回折格子のピッチを上記の３．５から４．５μｍとするためには、回折光学素子の屈折面の曲率半径を２．２ｍｍ以下にする必要があることがわかる。
【０２０５】
しかし、一般的な対物レンズの有効半径が２ｍｍであることから、回折光学素子の有効径も２ｍｍとなるため、曲率半径が２．２ｍｍ以下の屈折面はほぼ半球となり、作製が不可能、あるいは実質上使用が不可能となる。また、屈折面を非球面にしたとしても、曲率半径が極端に小さいため、作製が困難であり、また、作製できたとしても、軸上の集光特性は何れの光ディスクの場合も０．０１８λ（ｒｍｓ）と大きくなってしまう。
【０２０６】
ところが、上述のように、本実施形態にかかる光ピックアップ２００によれば、上述したように、このような問題を解決することができる。すなわち、本光ピックアップ２００によれば、透過層の厚さ及び再生に最適な波長の異なる記録媒体に対して、情報の記録又は再生が可能であるとともに、作製しやすく、かつ、集光する光ビームの収差を十分に小さくすることができるという効果を奏する。
【０２０７】
本実施形態においては、図９に示す光ピックアップの他に、例えば、図４５に示す光ピックアップにおいても適用可能である。この図４５に示す光ピックアップは、図９に示す光ピックアップ２００における１／４波長板８と球面収差補正系６との位置が逆になっているだけで、その他の構成は、図９に示す光ピックアップ２００と同じである。
【０２０８】
〔実施形態３〕
図１７に、本実施形態の光ピックアップ３００の概略構成を示す。本実施形態では、次世代高密度光ディスク（第１光ディスク１４ａ、第１記録媒体）、従来のＤＶＤ（第２光ディスク１４ｂ、第２記録媒体）、及び従来のＣＤ（第３光ディスク１４ｃ、第３記録媒体）に対応可能な光ピックアップ３００について説明する。
【０２０９】
なお、第１光ディスク１４ａは、使用する光（第１光ビームＬ１）が波長（第１波長λ１）４０５ｎｍ付近の短波長の青色光、光透過層の厚さｔ１が０．１ｍｍのものであり、第２光ディスク１４ｂは、使用する光（第２光ビームＬ２）が波長（第２波長λ２）６５０ｎｍ付近の長波長の赤色光、光透過層の厚さｔ２が０．６ｍｍのものであり、第３光ディスク１４ｃは、使用する光（第３光ビームＬ３）が波長（第３波長λ３）７８０ｎｍ付近の長波長の赤外光、光透過層の厚さｔ３が１．２ｍｍのものである。
【０２１０】
光ピックアップ３００は、第１波長λ１を有する第１光ビームＬ１を出射する半導体レーザ１ａ、第１波長λ１より長い第２波長λ２を有する第２光ビームＬ２を出射する半導体レーザ１ｂ、及び第２波長λ２より長い第３波長λ３を有する第３光ビームＬ３を出射する半導体レーザ１ｃを備えている。半導体レーザ１ａ、半導体レーザ１ｂ及び半導体レーザ１ｃ（光源）は、対象となる光ディスクに応じて互いに切り換えて点灯される。
【０２１１】
上記光ピックアップ３００は、さらに、半導体レーザ１ａ・１ｂから出射された第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれほぼ平行光にするコリメータレンズ２ａ・２ｂ、楕円形強度分布を有する第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれほぼ円形の強度分布に整形する整形プリズムなどの整形光学系３ａ・３ｂ、整形光学系３ａ・３ｂからの第１及び第２光ビームＬ２をそれぞれ透過させるビームスプリッタ４ａ・４ｂを備えている。
【０２１２】
整形光学系３ａ・３ｂは、１つの三角プリズム、貼り合わされた三角プリズム、あるいは独立して配置された２つの三角プリズム等の公知の光学系によって構成されている。なお、光ピックアップ３００は、整形光学系３ａ・３ｂを備えていなくてもよい。
【０２１３】
さらに、光ピックアップ３００は、半導体レーザ１ｃから出射された第３光ビームＬ３を所定の発散光にする補正レンズ２ｃ、補正レンズ２ｃを経た第３光ビームＬ３を透過させるビームスプリッタ４ｃを備えている。ここで、補正レンズ２ｃは、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトの影響を小さくする目的で挿入されている非球面のレンズである。
【０２１４】
半導体レーザ１ａ、コリメータレンズ２ａ、整形光学系３ａ、及びビームスプリッタ４ａにより第１光学系１６ａが構成され、半導体レーザ１ｂ、コリメータレンズ２ｂ、整形光学系３ｂ、及びビームスプリッタ４ｂにより第２光学系１６ｂが構成され、半導体レーザ１ｃ、補正レンズ２ｃ、及びビームスプリッタ４ｃにより第３光学系１６ｃが構成されている。
【０２１５】
第１及び第２光学系１６ａ・１６ｂから出射された第１及び第２光ビームＬ２は、ダイクロミラー５により互いの光軸が合わせられ、球面収差補償系６で光ビームの種類（第１光ビームＬ１又は第２光ビームＬ２）に応じて収束／発散度合いが変化される。その後、第１及び第２光ビームＬ２は、第３光学系１６ｃから出射された第３光ビームＬ３とダイクロミラー７により互いの光軸が合わせられ、それ以降は共通光学系を通ることになる。
【０２１６】
ここで、球面収差補償系６は、第１及び第２光ディスク１４ａ・１４ｂにおける光透過層の厚みムラ等により発生する球面収差を補正するビームエキスパンダーであるとともに、上記のように第１及び第２光ビームＬ２の収束／発散度合いを変化させる光ビーム制御手段としての機能を有している。なお、第３光ビームＬ３の収束／発散度合いを変化させる光ビーム制御手段としての機能は、補正レンズ２ｃが担っている。
【０２１７】
なお、光ピックアップ３００が整形光学系３ａ・３ｂを備えない構成である場合には、球面収差補償系６を用いることなく、コリメータレンズ１２ａ・１２ｂを使って第１及び第２光ビームＬ２の収束／発散度合いを変化させるようにしてもかまわない。さらに、これら以外の素子を使って第１及び第２光ビームＬ２の収束／発散度合いを変化させるようにしてもよい。
【０２１８】
共通光学系において、第１、第２及び第３光ビームは、１／４波長板８を通過し、ミラー９で反射された後、対物レンズユニット３１３に入る。
【０２１９】
対物レンズユニット３１３に入った第１、第２及び第３光ビームは、波長選択性開口フィルタ３１０、回折光学素子３１１、及び対物レンズ３１２を順次通過し、第１光ディスク１４ａ、第２光ディスク１４ｂ又は第３光ディスク１４ｃの情報記録面上に微小な光スポットを形成する。
【０２２０】
また、波長選択性開口フィルタ３１０は、波長が第１波長λ１の第１光ビームＬ１に対しては開口数がＮＡ１（具体的には０．８５）となるように働き、波長が第２波長λ２の第２光ビームＬ２に対しては開口数がＮＡ２（具体的には０．６）となるように働き、波長が第３波長λ３の第３光ビームＬ３に対しては開口数がＮＡ３（具体的には０．４５）となるように働くことで開口制御する。なお、ここでは波長選択性開口フィルタ３１０を、ミラー９と回折光学素子３１１との間に配置しているが、回折光学素子３１１及び対物レンズ３１２と一体的に動作可能であり、かつ、対物レンズ３１２と光源との間の場所であればどこに配置してもかまわない。また、上記のような開口制御と同じ機能を有するものであれば、波長選択性開口フィルタ３１０以外のものであってもよい。
【０２２１】
波長選択性開口フィルタ３１０、回折光学素子３１１及び対物レンズ３１２は、対物レンズユニット３１３として一体化され、光ピックアップ３００の他の光学系に対して、光軸方向、すなわち図１７中矢印Ｚ方向に移動できるようになっている。これにより、第１、第２及び第３光ディスク１４ａ・１４ｂ・１４ｃの情報記録面の面振れや、第１、第２及び第３光ディスク１４ａ・１４ｂ・１４ｃの情報トラックの回転偏心に対して、集光スポットを良好に追従させることができる。
【０２２２】
光ピックアップ３００は、以上の光照射光学系に加えて、さらに再生信号検出光学系１５ａ・１５ｂ・１５ｃを備えている。再生信号検出光学系１５ａ・１５ｂ・１５ｃでは、公知の種々の光学系により、自動焦点やトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行なわれる。
【０２２３】
対物レンズユニット３１３は、第１、第２及び第３光ビームをそれぞれ第１、第２及び第３光ディスク１４ａ・１４ｂ・１４ｃの情報記録面へ集光する対物レンズ３１２、透光性を有する発散型のレンズである平凹レンズ３１１ｂと平凹レンズ３１１ｂの平面上に形成された収束型の回折格子３１１ａとを有する回折光学素子３１１、及び波長選択性開口フィルタ３１０が一体化された組立体である。
【０２２４】
回折光学素子３１１を、収束型の回折格子３１１ａと、発散型の平凹レンズ３１１ｂとを有する構成にすることにより、波長変動に対する波面収差の劣化を抑えることができ、波長変動に対しても良好な集光特性を得ることができる。なお、本明細書においては、収差の量を表す語として波面収差を使用する。
【０２２５】
ここでは、部品点数を減らすために、平凹レンズ３１１ｂの平面上に回折格子３１１ａを形成して回折光学素子３１１を構成しているが、回折素子及びレンズの２つの光学素子を組み合わせて回折光学素子を構成してもよい。いずれにしても、回折光学素子３１１において回折作用を有する面を回折面、屈折作用を有する面を屈折面と称する。
【０２２６】
なお、本光ピックアップ３００では、回折光学素子３１１の回折格子３１１ａが波長選択性開口フィルタ３１０（光源側）にあるが、対物レンズ３１２側に回折格子３１１ａがあっても同様の効果を得ることができる。
【０２２７】
また、透光性のレンズの平面とは反対側の凹面（屈折面）上に回折格子を備えた回折光学素子を用いて対物レンズユニット３１３を構成してもよい。この場合は、凹面と回折格子との位置合わせが簡単になる。
【０２２８】
回折光学素子３１１の平凹レンズ３１１ｂは、ガラス又はプラスチックなどからなっている。また、回折光学素子１１の回折格子３１１ａは、平凹レンズ３１１ｂの平面上に、光軸を中心にして同心円状に、切削された環状溝又はフォトリソグラフィにより積層された凸の輪帯からなる。もしくは、ガラスモールドや樹脂成型により光軸を中心に同心円状に作製されている。
【０２２９】
この回折格子３１１ａは、光軸を含んだ平面に現れる断面形状がブレーズ形状すなわち鋸歯状に形成されることが好ましい。鋸歯状断面の回折格子３１１ａは、回折効率が他より高いので有利である。また、回折格子３１１ａは、光軸を含んだ平面に現れる断面形状が階段状となるように形成されてもよい。階段状断面の回折格子３１１ａは、鋸歯状断面の回折格子３１１ａに次いで回折効率が高いので有利である。
【０２３０】
ここで、対物レンズ３１２は、第１光ビームＬ１（青色光：波長４０５ｎｍ）が第１光ディスク１４ａ（次世代高密度光ディスク：使用波長４０５ｎｍ、光透過層０．１ｍｍ）の情報記録面に対して収差が補正されるように設計しておく。
【０２３１】
回折光学素子３１１を通過後の第１、第２及び第３光ビームの収束／発散度合いΦｏｕｔｂ、Φｏｕｔｒ、ΦｏｕｔＩｒはそれぞれ数式９のように表すことができる。
【０２３２】
【数９】
2011165316.tif 000030
【０２３３】
ただし、Φｉｎｂ、Φｉｎｒ及びΦｉｎＩｒは、それぞれ回折光学素子３１１に入射する第１、第２及び第３光ビームの収束／発散度合いを表し、ΦＨＯＥｂ、ΦＨＯＥｒ及びΦＨＯＥＩｒは、第１、第２及び第３光ビームに対する回折光学素子３１１の回折面でのパワーを表し、ΦＬｂ、ΦＬｒ及びΦＬＩｒは、第１、第２及び第３光ビームに対する回折光学素子３１１の屈折面でのパワーを表している。
【０２３４】
ここで、本明細書における収束／発散度合いや各面でのパワーの定義について図１８を用いて説明する。図１８は、屈折率ｎの部材で作られた回折光学素子３１１を通過する光線の状態を、光軸に垂直な方向から見た断面図であり、物点Ｏからの光線が回折面Ｔで回折され、屈折面Ｓで屈折されている様子を表している。
【０２３５】
回折光学素子３１１に入射する収束／発散度合い（入射収束／発散度合い）Φｉｎは、物点Ｏと、光軸が回折面Ｔに交わる点Ａとの距離ｓの逆数を表す。つまり、回折面Ｔの光軸との交点Ａから距離ｈ離れた回折面Ｔに角度ｕで入射する光線の収束／発散度合いは数式１０のように表すことができる。
【０２３６】
【数１０】
2011165316.tif 000031
【０２３７】
また、回折光学素子３１１から出射する収束／発散度合い（出射収束／発散度合い）Φｏｕｔは、回折光学素子３１１通過後の光線と光軸とが交わる点Ｏ’と、屈折面Ｓとの距離ｓ’の逆数を表す。つまり、屈折面Ｓの頂点Ｂから距離ｈ’離れた屈折面Ｓからｕ’の角度で出射する光線の収束／発散度合いは数式１１のように表すことができる。
【０２３８】
【数１１】
2011165316.tif 000032
【０２３９】
なお、本明細書では、収束／発散度合いが負の値のときは発散光を、正の値のときは収束光を表す。また、本明細書では、ΦｉｎやΦｏｕｔに、第１光ビームＬ１に対する対物レンズ３１２の有効径φをかけたφ×Φｉｎやφ×Φｏｕｔにより収束／発散度合いを表すこともある。
【０２４０】
次に、屈折面ＳのパワーΦＬｂ，ΦＬｒ，ΦＬＩｒは、数式１２のように表すことができる。なお、本明細書では、パワーが負の値のときは発散のパワーを、正の値のときは収束のパワーを表す。
【０２４１】
【数１２】
2011165316.tif 000033
【０２４２】
ここで、ｎｂ，ｎｒ，ｎＩｒは、それぞれ第１、第２及び第３光ビームについての回折光学素子３１１の屈折率であり、Ｒは屈折面Ｓの曲率半径である。また、回折面ＴのパワーΦＨＯＥは、回折面Ｔの形状を表す光路差関数から求めることができる。なお、屈折面Ｓのパワーと回折面ＴのパワーΦＨＯＥとは、入射光線を屈折させる能力を表す値として、同等の意味をもつものである。
【０２４３】
第１光ビームＬ１が平行光で対物レンズ３１２に入射し、第１光ディスク１４ａに対して無収差となる場合、第２及び第３光ディスク１４ｂ・１４ｃに対して、光透過層の厚みの差により発生する球面収差を補正するのに必要な第２及び第３光ビームの回折光学素子３１１通過後の収束／発散度合い（対物レンズに入射する収束／発散度合い）は一般的に、それぞれ数式１３の範囲であればよい。なお、数式１３におけるφは第１光ビームＬ１に対する対物レンズ３１２の有効径を表す。
【０２４４】
【数１３】
2011165316.tif 000034
【０２４５】
本光ピックアップ３００は、回折光学素子３１１を用いることで、数式１４を満たすように設計されている。
【０２４６】
【数１４】
2011165316.tif 000035
【０２４７】
これにより、発散度合いの絶対値が比較的小さい第２及び第３光ビームを対物レンズユニット３１３に入射させても、光透過層の厚さの違いにより発生する球面収差を補正するのに十分な発散度合いの光ビームを対物レンズ３１２に入射させることができるようになる。このように、発散度合いの絶対値が比較的小さい第２及び第３光ビームを対物レンズユニット３１３に入射させることができるので、トラッキングなどに伴う対物レンズユニット３１３のラジアル方向（入射する第１、第２及び第３光ビームの光軸にほぼ直交する方向、図１７中矢印Ｚ方向）のシフトの影響を小さくすることができる。
【０２４８】
上記数式１４を満たすためには、回折面の形状を表す光路差関数や、第１、第２及び第３光ビームの利用する回折次数、回折光学素子３１１へ入射する第１、第２及び第３光ビームの収束／発散度合い、屈折面の曲率半径、回折光学素子３１１の屈折率から決まる。
【０２４９】
また、本光ピックアップ３００では、Φｏｕｔｂ＝０であることが好ましい。これにより、波面収差の精度が最も厳しい短波長の第１光ビームＬ１を対物レンズ３１２に対して平行光で入射することができる。その結果、第１光ビームＬ１を使用する場合において、回折光学素子３１１と対物レンズ３１２との位置ずれに起因する収差の発生を抑制することができる。
【０２５０】
次に、回折光学素子３１１の回折面で回折した光ビームのうち、利用する光ビームの回折次数について説明する。ブレーズ化した回折格子の回折効率は、数式１５で求める事ができる。
【０２５１】
【数１５】
2011165316.tif 000036
【０２５２】
ここで、ｍは回折次数、Ａ（ｘ）は透過振幅分布、φ（ｘ）は位相分布、Ｔはｘ軸方向の周期の長さを示す。なお、以下の計算においてはＡ（ｘ）＝１として規格化している。この数式１５を用いて、ＰＣ（ポリカーボネイト）基板に回折格子を形成した場合の回折効率を具体的に計算した結果を図１９に示す。
【０２５３】
図１９において、Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｉｒ０，Ｉｒ１，Ｉｒ２は、それぞれ第１光ビームＬ１の０次回折光、１次回折光、２次回折光、第２光ビームＬ２の０次回折光、１次回折光、２次回折光、第３光ビームの０次回折光、１次回折光及び２次回折光の回折効率を表している。
【０２５４】
本光ピックアップ３００では、第１光ビームについては２次回折光を利用し、第２及び第３光ビームについてはそれぞれ１次回折光を利用するように設定している。これにより、第１、第２及び第３光ビームそれぞれの利用効率を高めることができる。
【０２５５】
具体的には回折光学素子の材料としてＰＣの場合、図１９より、回折格子の深さを約１．３μｍにすることで、第１光ビームＬ１をほぼ１００％利用可能であり、かつ、第２及び第３光ビームにおいても９０％以上で利用可能になる。これにより、高出力の光ビームが必要な情報の記録や消去を行う光ピックアップを容易に実現できる。また、光源の出力を小さくできるため、消費電力を抑えることができる。さらに、利用回折光以外の不要光がほとんど発生することがないため、再生時に再生信号検出光学系１５ａ等の検出器に迷光が入射することを抑制し、再生信号の劣化を抑えることができる。
【０２５６】
次に、第１、第２及び第３光ビームの回折光学素子３１１への入射収束／発散度合いの関係を図２０に示す。図２０は、第１光ビームＬ１の入射収束／発散度合い（φ×Φｉｎｂ）を変化させたときの、第２及び第３光ビームの入射収束／発散度合い（φ×Φｉｎｒ及びφ×ΦｉｎＩｒ）の変化を示している。
【０２５７】
ここで、第１光ビームＬ１の対物レンズ３１２への入射光（回折光学素子３１１からの出射光）は平行光（φ×Φｏｕｔｂ＝０）としている。
【０２５８】
また、第２光ビームＬ２の対物レンズ３１２への入射光（回折光学素子３１１からの出射光）は発散光φ×Φｏｕｔｒ＝−０．１とし、第３光ビームの対物レンズ３１２への入射光（回折光学素子３１１からの出射光）は発散光φ×ΦｏｕｔＩｒ＝−０．２としている。これらの発散度合いは、第２及び第３光ビームをそれぞれ第２及び第３光ディスク１４ｂ・１４ｃに集光させるときに、第１光ディスク１４ａとの光透過層の厚みの差により発生する球面収差を補正するのに必要な一般的な発散度合いの範囲として上述した、数式１３のそれぞれほぼ中心値であり、補正するのにもっとも効果のある発散度合いである。
【０２５９】
また、ここでは回折光学素子３１１の回折面における利用する回折次数を第１光ビームＬ１は２次回折光、第２及び第３光ビームはそれぞれ１次回折光とし、回折光学素子３１１の屈折面の曲率半径は５ｍｍで回折光学素子３１１の材料はＰＣを使用している。そして、回折光学素子３１１の回折面の形状を変化させることにより、第１光ビームＬ１の入射収束／発散度合いを変化させている。
【０２６０】
図２０からわかるように、第１光ビームＬ１の入射収束／発散度合いと、第２及び第３光ビームの入射収束／発散度合いとは、ほぼ比例関係にある。また、第３光ビームＬ３の回折光学素子３１１への入射収束／発散度合いを負の値、つまり、第３光ビームＬ３を発散光で回折光学素子３１１へ入射させることにより、第１及び第２光ビームＬ２の回折光学素子３１１への入射収束／発散度合いの絶対値を比較的小さく抑えることができる。そして、特に第１光ビームＬ１の入射収束／発散度合いが０以上の範囲、つまり、第１光ビームＬ１を平行光又は収束光で回折光学素子３１１に入射させる場合において、第２及び第３光ビームの入射収束／発散度合いの絶対値が小さくなる。
【０２６１】
したがって、例えば、回折光学素子３１１に対して第１及び第２光ビームがそれぞれ平行光及び発散光で入射するように設定することが好ましい。これにより、最も厳しい集光特性が要求される第１光ビームＬ１を回折光学素子３１１に対して平行光で入射させつつ、回折光学素子３１１に対して入射する第２及び第３光ビームの発散度合いを比較的小さくすることができる。その結果、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる集光特性の劣化をより効果的に抑えることができる。
【０２６２】
あるいは、回折光学素子３１１に対して第１光ビームＬ１が収束光で入射し、第２光ビームＬ２が収束光、平行光又は発散光で入射するように設定することが好ましい。これにより、回折光学素子３１１に対して入射する第１、第２及び第３光ビームの収束／発散度合いの絶対値を比較的小さくすることができる。その結果、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる集光特性の劣化をより効果的に抑えることができる。
【０２６３】
これを具体的に検証した結果を図２１に示す。図２１は、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトのシフト量が２００μｍであるときの、第１光ビームＬ１の回折光学素子３１１への入射発散度合いと波面収差との関係を示したものである。
【０２６４】
本光ピックアップ３００では、図２０より、第１光ビームＬ１の回折光学素子３１１への入射収束／発散度合いを数式１６範囲とすることで、第２及び第３光ビームの回折光学素子１１への入射収束／発散度合いがそれぞれ数式１７、１８を満たすようになる。
【０２６５】
【数１６】
2011165316.tif 000037
【０２６６】
【数１７】
2011165316.tif 000038
【０２６７】
【数１８】
2011165316.tif 000039
【０２６８】
の範囲にある。そして、この場合、図２１に示すように、第１、第２及び第３光ビーム全てについて波面収差を０．０４λｒｍｓ以下に抑えることができる。
【０２６９】
また、この場合、図２１からわかるように、上述した数式１４を満たすことになる。これにより、回折光学素子３１１に入射する第２及び第３光ビームの収束／発散度合いを小さくすることができ、トラッキングなどに伴う対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトの影響を小さくすることができる。
【０２７０】
ここで、第１、第２及び第３光ビームについての回折光学素子３１１のパワーΦｂ・Φｒ・ΦＩｒを数式１９のように定義する。つまり、回折光学素子３１１のパワーは、回折面のパワー（ΦＨＯＥ）と屈折面のパワー（ΦＬ）との和として定義する。
【０２７１】
【数１９】
2011165316.tif 000040
【０２７２】
上記数式９及び数式１９より、数式２０が成り立つ。
【０２７３】
【数２０】
2011165316.tif 000041
【０２７４】
よって、Φｉｎの範囲を示す１６，１７，１８と、Φｏｕｔの範囲を示すΦｏｕｔｂ＝０、及び数式１３とより、本光ピックアップ３００では、回折光学素子３１１のパワーがそれぞれ、数式２１を満たしていることになる。
【０２７５】
【数２１】
2011165316.tif 000042
【０２７６】
これにより、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトの有無にかかわらず良好な波面収差を得ることができる。
【０２７７】
また、回折光学素子３１１の回折面及び屈折面のそれぞれのパワーは、回折光学素子３１１のパワーが上記範囲内となる範囲で適宜設定することが可能であるが、本光ピックアップ３００では回折面が正のパワー（収束型の回折面）をもち、屈折面が負のパワー（凹面）をもつ。これにより、後述するように、光源の波長がシフトした場合に発生する波面収差の増加量を低減することが可能になる。
【０２７８】
ここで、第１光ビームＬ１の回折光学素子３１１への入射収束／発散度合いφ×Φｉｎｂ＝０（回折光学素子３１１に対し、第１光ビームＬ１を平行光で入射させる）とすることにより、波長が短いため集光特性がより厳しくなる第１光ビームＬ１に対しても、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる波面収差の劣化を小さくすことができる。さらに、φ×Φｏｕｔｂ＝０（対物レンズ３１２に対し、第１光ビームＬ１を平行光で入射させる）とする場合には、第１光ビームＬ１の回折光学素子３１１のパワーはΦｂ＝０になるように設定される。この構成についての詳細は実施例６で説明する。
【０２７９】
また、別の実施例として、第１光ビームＬ１の回折光学素子３１１への入射発散度合いをφ×Φｉｎｂ＝０．０６程度（回折光学素子３１１に対し、第１光ビームＬ１を収束光で入射させる）とすると、ほぼφ×Φｉｎｒ＝０であり（ほぼ平行光入射）、ほぼφ×ΦｉｎＩｒ＝−０．１５（発散光入射）（図２０参照）である。この場合、第２光ビームＬ２に対しても対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる波面収差の劣化を小さくすことができる（図２１参照）。この構成についての詳細は実施例７で説明する。
【０２８０】
また、上記のように所定の収束／発散度合いの第１、第２及び第３光ビームを回折光学素子３１１に入射することで、対物レンズユニット３１３がラジアル方向にシフトした場合でも波面収差の劣化を抑えられるが、回折光学素子３１１に発散光を入射したときに対物レンズユニット３１３がラジアル方向にシフトすることで発生するコマ収差が小さくなるように非球面レンズを光源と回折光学素子３１１の間に挿入することでさらに良好な波面収差を得ることができる。
【０２８１】
（実施例６）
本発明の実施例について、図２２（ａ）（ａ）（ｃ），図２３（ａ）（ｂ）（ｃ），図２４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０２８２】
本実施例は、集光特性がより厳しくなる第１光ビームＬ１に対して、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトの影響をほぼなくすことができるように、図２２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第１光ビームＬ１が回折光学素子３１１に入射するときの収束／発散度合いφ×Φｉｎｂ＝０となる構成である。なお、ここでは、第１光ビームＬ１に対する有効径φ＝３ｍｍの対物レンズ３１２を使用した。
【０２８３】
本実施例としては、第１光ビームＬ１に対しては平行光φ×Φｉｎｂ＝０で回折光学素子に入射し、回折光学素子３１１の回折面で２次回折光を利用し、第２光ビームＬ２に対しては発散光φ×Φｉｎｒ＝−０．０４８で回折光学素子に入射し、回折光学素子３１１の回折面で１次回折光を利用し、さらに、第３光ビームＬ３に対しては発散φ×ΦｉｎＩｒ＝−０．１８で回折光学素子に入射し、回折光学素子３１１の回折面で１次回折光を利用する光ピックアップ３００を作製した。
【０２８４】
回折光学素子３１１は、凹面３１１ｃと回折格子３１１ａで構成されており、非球面の対物レンズ３１２の光源側に配置され、凹面は球面形状で曲率半径は５ｍｍとした。
【０２８５】
ここで、凹面３１１ｃを球面状にすることにより凹面３１１ｃの作製が容易になる。また、非球面形状とすることで、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト特性をより改善することができる。
【０２８６】
本実施例の光ピックアップ３００では、第１光ディスク１４ａに対しては、図２２（ａ）に示すように、第１光ビームＬ１がこの回折光学素子３１１に平行光φ×Φｉｎｂ＝０で入射させ、回折格子３１１ａ回折面で２次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面３１１ｃで発散方向に屈折されることにより、平行光で対物レンズ３１２に入射し、光透過層厚０．１ｍｍの第１光ディスク１４ａ上に集光し、良好な集光特性が得られる。
【０２８７】
第２光ディスク１４ｂに対しては、図２２（ｂ）に示すように、第２光ビームＬ２が回折光学素子３１１に発散光束φ×Φｉｎｒ＝−０．０４８で入射させ、回折格子３１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面３１１ｃで発散方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光ビーム（本実施例ではφ×Φｏｕｔｒ＝−０．１）で対物レンズ３１２に入射し、光透過層厚０．６ｍｍと厚い第２光ディスク１４ｂに対して良好な集光特性を得ることができる。
【０２８８】
このとき、回折光学素子３１１を配置することで対物レンズ３１２に入射する発散度合いより小さな発散度合いの光ビームを対物レンズユニット３１３に入射することが可能になり、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０２８９】
また、第３光ディスク１４ｃの場合、図２２（ｃ）に示すように、第３光ビームＬ３が回折光学素子３１１に発散光束φ×ΦｉｎＩｒ＝−０．１８で入射した場合、回折格子３１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面３１１ｃで発散方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光ビーム（本実施例ではφ×ΦｏｕｔＩｒ＝−０．２）で対物レンズ３１２に入射し、光透過層厚１．２ｍｍと厚い第３光ディスク１４ｃに対して良好な集光特性を得ることができる。
【０２９０】
このとき、回折光学素子３１１を配置することで対物レンズ３１２に入射する発散度合いより小さな発散度合いの光ビームを対物レンズユニット３１３に入射することが可能になり、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０２９１】
本実施例として作製した光ピックアップ３００を用いて第１、第２及び第３光ビームをそれぞれ第１、第２及び第３光ディスク１４ａ・１４ｂ・１４ｃに集光させた場合の、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト（対物シフト）のシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図２３（ａ）（ｂ）（ｃ）に実線で示す。また、比較のために作製した光ピックアップ（比較例１ａ）を用いた場合を図２３（ａ）（ｂ）（ｃ）に破線で示す。なお、図２３（ａ）は第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光した結果であり、図２３（ｂ）は第２光ビームＬ２を第２光ディスク１４ｂに集光した結果であり、図２３（ｃ）は第３光ビームＬ３を第３光ディスク１４ｃに集光した結果である。
【０２９２】
比較例１ａは、第１光ビームＬ１を対物レンズに対して平行光で入射させ、第２及び第３光ビームについては光透過層厚の差による球面収差を補正するために所定の発散光を対物レンズに入射させ、その発散光の光路中に対物レンズのシフト特性の悪化を防ぐために非球面のレンズを挿入し、波面収差が最適となるように作製したものである。
【０２９３】
図２３（ａ）からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００を用いることにより、第１光ディスク１４ａに良好な集光スポットを形成することができる。
【０２９４】
また、図２３（ｂ）からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００を用いることにより、第２光ディスク１４ｂに良好な集光スポットを形成することができる。比較例１ａと比較すると、第２光ビームＬ２を発散光で回折光学素子３１１に入射させることにより発生する、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトの影響が大きくなっている部分もあるが、波面収差の劣化度合いは小さく抑えられている。ここで、より対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトの影響を抑えるために、光源と回折光学素子３１１との間のレンズ面を非球面としている。
【０２９５】
また、図２３（ｃ）からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００を用いることにより、第３光ディスク１４ｃに良好な集光スポットを形成することができる。本実施例の光ピックアップ３００において、第３光ビームＬ３を発散光で回折光学素子３１１に入射させることにより発生する、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる影響を、比較例１ａと比較して低減することができる。ここで、より対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトの影響を抑えるために、光源と回折光学素子３１１との間のレンズ面を非球面としている。
【０２９６】
このように、本実施例の光ピックアップ３００では、第１光ビームＬ１については比較例１ａと同等、第３光ビームＬ３については比較例１ａより良好な波面収差を得ることができる。また、第２光ビームＬ２については、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトのシフト量によっては比較例１ａより波面収差が劣化する場合もあるが、劣化の程度は小さく抑えることができる。
【０２９７】
次に、本実施例の光ピックアップ３００を用いて第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光させた場合の、第１光ビームＬ１の波長のシフトに対する波面収差λｒｍｓの変化を図２４に実線で示す。また、比較のために作製した第１光ディスク１４ａ専用の光ピックアップ（比較例１ｂ）を用いた場合を図２４に破線で示す。比較例１ｂは、本実施例の光ピックアップ３００における対物レンズ３１２（第１光ビームＬ１専用の対物レンズ３１２）単体で対物レンズユニットを構成したものである。ここで、各波長における波面収差の値は、波面収差が最小となる波長における最良像点の位置での値である。
【０２９８】
図２４からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００では、比較例１ｂよりも使用可能な波長範囲が広い。これは、本実施例の光ピックアップ３００の回折光学素子３１１が収束型の回折格子及び平凹レンズで構成されているためであり、これにより第１光ビームＬ１専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。
【０２９９】
一般的に、次世代高密度光ディスクで使用する高ＮＡの対物レンズは屈折率の高い硝材を使用しているため、波長依存性が大きく、そのためモードホップなどのようなアクチュエータが追従できない波長変動に対して焦点位置が大きくずれてしまい良好なスポットを形成することが困難である。しかし、本実施例の光ピックアップ３００を用いれば、モードホップなどによる波長変動が生じても、良好な集光スポットを形成することができる。
【０３００】
さらに、図１９からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００における回折光学素子３１１の回折面は第１光ビームＬ１に対しては２次回折光を、第２及び第３光ビームに対しては１次回折光を利用しているため、第１、第２及び第３光ビームのすべてに対して９０％以上の効率で光の利用が可能となる回折格子の深さを設定できる。このため、高出力の光ビームが必要な情報の記録や消去を行う光ピックアップを容易に実現できる。また、光源の出力を小さくできるため、消費電力を抑えることができる。さらに、利用回折光以外の不要光が検出器に入射するのを抑えることができるので信号の劣化が抑えられる。
【０３０１】
（実施例７）
本発明の実施例について図２５（ａ）（ｂ）（ｃ），図２６（ａ）（ｂ）（ｃ），図２７〜２９に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０３０２】
本実施例は、図２５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第１光ビームＬ１が回折光学素子１１に入射するときの収束度合いφ×Φｉｎｂ＝０．０６となる構成である。なお、前記実施例６と同様に、第１光ビームＬ１の有効径φ＝３ｍｍの対物レンズ１２を使用した。
【０３０３】
本実施例としては、第１光ビームＬ１Ｌ１に対しては収束光φ×Φｉｎｂ＝０．０６で回折光学素子３１１に入射し、回折光学素子３１１の回折面で２次回折光を利用し、第２光ビームＬ２に対してはほぼ平行光φ×Φｉｎｒ＝０で回折光学素子３１１に入射し、回折光学素子３１１の回折面で１次回折光を利用し、さらに、第３光ビームＬ３に対しては発散φ×ΦｉｎＩｒ＝−０．１５で回折光学素子３１１に入射し、回折光学素子３１１の回折面で１次回折光を利用する光ピックアップ３を作製した。
【０３０４】
回折光学素子３１１は、凹面３１１ｃと回折格子３１１ａで構成されており、非球面の対物レンズ３１２の光源側に配置され、凹面３１１ｃは球面形状で曲率半径は５ｍｍとした。
【０３０５】
ここで、凹面３１１ｃを作製が容易な球面形状としたが、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト特性をより改善するために非球面形状としてもよい。
【０３０６】
本実施例の光ピックアップ３００では、第１光ディスク１４ａに対しては、図２５（ａ）に示すように、第１光ビームＬ１Ｌ１がこの回折光学素子３１１に収束光φ×Φｉｎｂ＝０．０６で入射させ、回折格子３１１ａの回折面で２次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面３１１ｃで発散方向に屈折されることにより、平行光で対物レンズ３１２に入射し、光透過層厚０．１ｍｍの第１光ディスク１４ａ上に集光し、良好な集光特性が得られる。
【０３０７】
第２光ディスク１４ｂに対しては、図２５（ｂ）に示すように、第２光ビームＬ２が回折光学素子３１１にほぼ平行光φ×Φｉｎｒ＝０で入射させ、回折格子３１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面３１１ｃで発散方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光ビーム（本実施例ではφ×Φｏｕｔｒ＝−０．１）で対物レンズ３１２に入射し、光透過層厚０．６ｍｍと厚い第２光ディスク１４ｂに対して良好な集光特性を得ることができる。
【０３０８】
このとき、回折光学素子３１１を配置することで対物レンズ３１２に発散光を入射させ、かつ、対物レンユニット３１３に平行光を入射させることが可能になり、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０３０９】
また、第３光ディスク１４ｃの場合、図２５（ｃ）に示すように、第３光ビームＬ３が回折光学素子３１１に発散光束φ×ΦｉｎＩｒ＝−０．１５で入射した場合、回折格子３１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面３１１ｃで発散方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光ビーム（本実施例ではφ×ΦｏｕｔＩｒ＝−０．２）で対物レンズ３１２に入射し、光透過層厚１．２ｍｍと厚い第３光ディスク１４ｃに対して良好な集光特性を得ることができる。
【０３１０】
このとき、回折光学素子３１１を配置することで対物レンズ３１２に入射する発散度合いより小さな発散度合いの光ビームを対物レンユニット３１３に入射することが可能になり、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０３１１】
本実施例として作製した光ピックアップ３００を用いて第１、第２及び第３光ビームをそれぞれ第１、第２及び第３光ディスク１４ａ・１４ｂ・１４ｃに集光させた場合の、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト（対物シフト）のシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）に実線で示す。また、比較のために作製した光ピックアップ（比較例２ａ）を用いた場合を図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）に破線で示す。なお、図２６（ａ）は第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光した結果であり、図２６（ｂ）は第２光ビームＬ２を第２光ディスク１４ｂに集光した結果であり、図２６（ｃ）は第３光ビームＬ３を第３光ディスク１４ｃに集光した結果である。
【０３１２】
比較例２ａは、第１光ビームＬ１を対物レンズに対して平行光で入射させ、第２及び第３光ビームについては光透過層厚の差による球面収差を補正するために所定の発散光を対物レンズに入射させ、その発散光の光路中に対物レンズのシフト特性の悪化を防ぐために非球面のレンズを挿入し、波面収差が最適となるように作製したものである。なお、比較例２ａは上記比較例１ａと同一のものである。
【０３１３】
図２６（ａ）からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００を用いることにより、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる影響を抑え、第１光ディスク１４ａに良好な集光スポットを形成することができる。
【０３１４】
また、図２６（ｂ）からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００を用いることにより、第２光ビームＬ２をほぼ平行光で回折光学素子１１に入射させるため、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる影響を、比較例２ａと比較して低減することができる。
【０３１５】
また、図２６（ｃ）からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００を用いることにより、第３光ビームＬ３を発散光で回折光学素子３１１に入射させることにより発生する、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる影響を、比較例２ａと比較して低減することができる。ここで、より対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトの影響を抑えるために、光源と回折光学素子３１１との間のレンズ面を非球面としている。
【０３１６】
このように、本実施例の光ピックアップ３００では、比較例２ａと比較して、第１、第２及び第３光ディスク１４ａ・１４ｂ・１４ｃに対する波面収差を低減することができる。
【０３１７】
次に、本実施例の光ピックアップ３００を用いて第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光させた場合の、第１光ビームＬ１の波長のシフトに対する波面収差λｒｍｓの変化を図２７に実線で示す。また、比較のために作製した第１光ディスク１４ａ専用の光ピックアップ（比較例２ｂ、比較例１ｂと同じ）を用いた場合を図２７に破線で示す。比較例２ｂは、本実施例の光ピックアップ３００における対物レンズ３１２（第１光ビームＬ１専用の対物レンズ３１２）単体で対物レンズユニットを構成したものである。ここで、各波長における波面収差の値は、波面収差が最小となる波長における最良像点の位置での値である。
【０３１８】
図２７からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００では、比較例２ｂよりも使用可能な波長範囲が広い。これは、本実施例の光ピックアップ３００の回折光学素子３１１が収束型の回折格子３１１ａ及び平凹レンズ３１１ｂで構成されているためであり、これにより第１光ビームＬ１専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。また、本実施例の光ピックアップ３００でも、モードホップなどによる波長変動が生じても、良好な集光スポットを形成することができる。
【０３１９】
さらに、図１９からわかるように、本実施例の光ピックアップ３００における回折光学素子３１１の回折面は第１光ビームＬ１に対しては２次回折光、第２及び第３光ビームに対しては１次回折光を利用しているため、第１、第２及び第３光ビームのすべてに対して９０％以上の効率で光の利用が可能となる回折格子の深さを設定できる。このため、高出力の光ビームが必要な情報の記録や消去を行う光ピックアップを容易に実現できる。また、光源の出力を小さくできるため、消費電力を抑えることができる。さらに、利用回折光以外の不要光が検出器に入射するのを抑えることができるので信号の劣化が抑えられる。
【０３２０】
ここで、第１光ビームＬ１を回折光学素子３１１にφ×Φｉｎｂ＝０．０６の収束／発散度合いで入射させたときの、第１光ビームＬ１に対する回折光学素子３１１の屈折面のパワーと、回折面における最小格子ピッチとの関係を図２８に示す。屈折面が凹面の場合を実線で示し、屈折面が凸面の場合を破線で示している。図２８に示すように、屈折面を凹面とし、かつ、屈折面のパワーの絶対値を小さくした方が、回折面の最小ピッチを大きくすることができる。回折面の最初ピッチが大きくなると、回折光学素子３１１の作成を容易になる。また、回折面と屈折面との偏芯により発生する収差を低減することが可能になる。
【０３２１】
また、第１光ビームＬ１を回折光学素子にφ×Φｉｎｂ＝０．０６の収束／発散度合いで入射させたときの、第１光ビームＬ１に対する回折光学素子３１１の屈折面のパワーと、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト（対物シフト）のシフト量が２００μｍである場合の波面収差との関係を図２９に示す。図２９からわかるように、回折光学素子３１１の屈折面のパワーが−０．１を下回ると、急激に波面収差が悪化する。このため屈折面のパワーは−０．１以上にすることが好ましい。
【０３２２】
（実施例８）
本発明の実施例について図３０（ａ）（ｂ）（ｃ），図３１（ａ）（ｂ）（ｃ）、図３２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０３２３】
本実施例は、図３０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第１光ビームＬ１が回折光学素子３１１に平行光で入射するときの構成である。
【０３２４】
実施例に係る光ピックアップ３００は、集光特性がより厳しくなる第１光ビームＬ１に対して、対物レンズユニット３１３のラジアル方向へのシフトの影響をほぼなくすことができるように、第１光ビームＬ１が、平行光で回折光学素子３１１に入射する構成である。すなわち、第１光ビームＬ１が回折光学素子３１１に入射するときの収束／発散度合いφ×Φｉｎｂ＝０となる構成である。なお、ここでは、第１光ビームＬ１に対する有効径φ＝３ｍｍの対物レンズ３１２を使用した。
【０３２５】
また、第１光ビームＬ１に対しては、平行光で回折光学素子３１１に入射し、該回折光学素子３１１の回折面で１次回折光を利用し、第２光ビームＬ２に対しては平行光で回折光学素子３１１に入射し、該回折光学素子３１１の回折面で０次回折光を利用し、第３光ビームＬ３に対しては発散光束で回折光学素子３１１に入射し、該回折光学素子３１１の回折面で０次回折光を利用する光ピックアップ３００を作製した。
【０３２６】
回折光学素子３１１は、凹面３１１ｃ（屈折面Ｖ）と回折格子３１１ａとで構成されており、対物レンズ３１２の光源側に配置され、凹面３１１ｃは非球面形状とした。
【０３２７】
ここで、凹面３１１ｃを非球面形状とすることで、第２及び第３光ディスク１４ｂ，１４ｃに対して、光透過層の厚みの差により発生する球面収差をさらに補正し、かつ、対物レンズユニット３１３のラジアル方向へのシフト特性をより改善することができ、より良好な集光特性が得ることができる。
【０３２８】
光ピックアップ３００では、第１光ディスク１４ａに対しては、図３０（ａ）に示すように、第１光ビームＬ１が回折光学素子１１に平行光で入射し、回折格子３１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面３１１ｃで発散方向に屈折されることにより、平行光で対物レンズ３１２に入射し、光透過厚０．１ｍｍの第１光ディスク１４ａ上に集光し、良好な集光特性が得られる。
【０３２９】
第２光ディスク１４ｂに対しては、図３０（ｂ）に示すように、第２光ビームＬ２が回折光学素子３１１にほぼ平行光で入射した場合、回折格子３１１ａの回折面では回折されない第２光ビームＬ２が、凹面３１１ｃで発散方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光束（本実施例ではφ×Φｏｕｔｒ＝−０．０３）で対物レンズ３１２に入射し、光透過厚０．６ｍｍと厚い第２光ディスク１４ｂに対して良好な集光特性が得ることができる。また、凹面３１１ｃの形状を非球面とすることで残存する球面収差をさらに補正し、かつ、対物レンズユニット３１３のシフト特性の悪化を抑えることができ、より良好な集光特性を得ることができる。
【０３３０】
このとき、回折光学素子３１１を配置することで、対物レンズユニット３１３に、第２光ビームＬ２をほぼ平行光で入射しても、対物レンズ３１２には所定の発散度合いで光ビームを入射することが可能になる。そのため、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０３３１】
また、第３光ディスク１４ｃの場合、第３光ビームＬ３が回折光学素子３１１に発散光束で入射した場合、回折格子３１１ａの回折面で回折されない光ビームが、凹面３１１ｃで発散方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光束（本実施例では、φ×ΦｏｕｔＩｒ＝−０．０７）で対物レンズ３１２に入射し、光透過厚１．２ｍｍと厚い第３光ディスク１４ｃに対して良好な集光特性が得ることができる。また、凹面３１１ｃの形状を非球面とすることで残存する球面収差をさらに補正し、かつ、対物レンズユニット３１３のシフト特性の悪化を抑えることができ、より良好な集光特性が得ることができる。
【０３３２】
このとき、回折光学素子３１１を配置することで対物レンズ３１２に入射する発散度合いより小さな発散度合いの光ビームを対物レンズユニット３１３に入射することが可能になり、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０３３３】
以上のように、実施例に係る光ピックアップ３００における回折光学素子３１１の回折面は第１光ビームＬ１に対しては１次回折光、第２及び第３光ビームに対しては０次回折光を利用しているため、高出力の光ビームが必要な情報の記録や消去を行う光ピックアップが容易に実現できる。また、光源の出力を小さくできるため、消費電力を抑えることができる。
【０３３４】
また、本実施例では、収束型の回折面を有する回折格子３１１ａと凹面３１１ｃを組み合わせた回折光学素子３１１を配置することで対物レンズユニット３１３に弱い発散光を入射するだけで、対物レンズ１２に所定の発散度合いで光ビームを入射することが可能になる。そのため、対物レンズユニット３１３のラジアル方向へのシフトに対する影響を小さくすることができ、また半導体レーザ１ａ，１ｂ，１ｃを、上記対物レンズユニット３１３に対し、遠い位置に配置することが可能になり、該半導体レーザ１ａ，１ｂ，１ｃの配置が容易になる。しかも、上記回折光学素子３１１が、収束型の回折面と凹面からなる屈折面とを有していることで、第１光ディスク１４ａ専用の光ピックアップよりも使用可能な波長範囲が広くなり、第１光ディスク１４ａ専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。このため、上記の構成によれば、モードポップなどによる波長変動が生じても、良好な集光特性を保つことができる。また、上記の構成によれば、回折光学素子３１１の回折面の最小ピッチを広げることができ、回折光学素子３１１の作成を容易にすることができる。
【０３３５】
本実施例で作製した光ピックアップ３００を用いて第１，第２及び第３光ビームをそれぞれ第１，第２及び第３光ディスク１４ａ，１４ｂ，１４ｃに集光させた場合における対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト（対物シフト）のシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図３１（ａ）〜（ｃ）に実線ａで示す。また、比較のために作製した光ピックアップ（以下、比較用光ピックアップ（Ｉ）と記す）を用いて同様の操作を行った場合における対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト（対物シフト）のシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図３１（ａ）〜（ｃ）に破線ｂで示す。なお、図３１（ａ）は第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光した結果であり、図３１（ｂ）は第２光ビームＬ２を第２光ディスク１４ｂに集光した結果であり、図３１（ｃ）は第３光ビームＬ３を第３光ディスク１４ｃに集光した結果である。なお、本明細書においては、収差の量を表す語として、前記したように波面収差を使用する。
【０３３６】
また、比較用光ピックアップは、第１光ビームＬ１を対物レンズに対して平行光で入射させ、第２及び第３光ビームについては光透過層厚の差による球面収差を補正するために所定の発散光を対物レンズに入射させ、その発散光の光路中に対物レンズのシフト特性の悪化を防ぐために非球面のレンズを挿入し、波面収差が最適となるように作製したものである。
【０３３７】
図３１（ａ）からわかるように、実施例に係る光ピックアップ３００を用いることにより、対物レンズユニット３１３のラジアル方向へのシフトによる影響を抑え、第１光ディスク１４ａに良好な集光スポットを形成することができる。
【０３３８】
また、図３１（ｂ）からわかるように、実施例に係る光ピックアップ３００を用いることにより、第２光ビームＬ２をほぼ平行光で回折光学素子３１１に入射させるため、第２光ディスクに良好な集光スポットを形成することができる。特に、本実施例では、比較用光ピックアップと比較して、第２光ビームＬ２を発散光で回折光学素子３１１に入射させることにより発生する対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる影響が小さく抑えられている。
【０３３９】
また、図３１（ｃ）からわかるように、実施例に係る光ピックアップ３００を用いることにより、第３光ディスク１４ｃに良好な集光スポットを形成することができる。実施例の光ピックアップ３００によれば、第３光ビームＬ３を発散光で回折光学素子３１１に入射させることにより発生する、対物レンズユニット３１３のシフトによる影響を、比較用光ピックアップと比較して低減することができる。
【０３４０】
このように、実施例の光ピックアップ３００では、第１光ビームＬ１については比較用光ピックアップと同等、第２及び第３光ディスク１４ｂ，１４ｃについて従来の光ピックアップより良好な波面収差を得ることができる。
【０３４１】
次に、実施例の光ピックアップ３００を用いて第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光させた場合における第１光ビームＬ１の波長の変化（シフト）に対する波面収差λｒｍｓの変化を図３２に実線ｃで示す。また、比較のために作製した第１光ディスク１４ａ専用の光ピックアップを用いた場合における第１光ビームＬ１の波長の変化（シフト）に対する波面収差λｒｍｓの変化を図３２に破線ｄで示す。比較用光ピックアップは、実施例に係る光ピックアップ３００における対物レンズ３１２（第１光ビームＬ１専用の対物レンズ３１２）単体で対物レンズユニットを構成したものである。ここで、各波長における波面収差の値は、波面収差が最小となる波長における最良像点の位置での値である。
【０３４２】
図３２からわかるように、実施例に係る光ピックアップ３００では、比較用光ピックアップよりも使用可能な波長範囲が広い。また、実施例に係る光ピックアップ３００では、第１光ディスク１４ａ専用の光ピックアップよりもモードホップなどのようなアクチュエータが追従できない波長変動に対しての収差の劣化が少ない。これらは、実施例に係る光ピックアップ３００の回折光学素子３１１が収束型の回折格子３１１ａ及び平凹レンズ３１１ｂで構成されているためであり、これにより、第１光ビームＬ１専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。
【０３４３】
一般的に、次世代高密度光ディスクで使用する高ＮＡの対物レンズは屈折率の高い硝材を使用しているため、波長依存性が大きく、そのためモードホップなどのようなアクチュエータが追従できない波長変動に対して焦点位置が大きくずれてしまい良好なスポットを形成することが困難である。しかし、実施例に係る光ピックアップ３を用いれば、モードホップなどによる波長変動が生じても、良好な集光スポットを形成することができる。
【０３４４】
（実施例９）
本発明の実施例について図３３（ａ）（ｂ）（ｃ），図３４（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０３４５】
本実施例は、図３３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第１光ビームＬ１が回折光学素子３１１に平行光で入射するときの構成である。
【０３４６】
本実施例に係る光ピックアップ３００は、集光特性がより厳しくなる第１光ビームＬ１に対して、対物レンズユニット３１３のラジアル方向へのシフトの影響をほぼなくすことができるように、第１光ビームＬ１が、平行光で回折光学素子３１１に入射する構成である。すなわち、本実施例に係る光ピックアップ３００もまた、前記実施例８同様、第１光ビームＬ１が回折光学素子３１１に入射するときの収束／発散度合いφ×Φｉｎｂ＝０となる構成である。なお、ここでは、前記実施例８と同様に、第１光ビームＬ１に対する有効径φ＝３ｍｍの対物レンズ１２を使用した。
【０３４７】
本実施例においては、第１光ビームＬ１に対しては、平行光で回折光学素子３１１に入射し、回折光学素子３１１の回折面で１次回折光を利用し、第２光ビームＬ２に対しては、平行光で回折光学素子３１１に入射し、回折光学素子３１１の回折面で１次回折光を利用し、第３光ビームＬ３に対しては発散光束で回折光学素子３１１に入射し、回折光学素子３１１の回折面で１次回折光を利用する光ピックアップ３００を作製した。
【０３４８】
回折光学素子３１１は、凸面３１１ｄ（屈折面Ｖ）と回折格子３１１ａとで構成されており、対物レンズ３１２の光源側に配置され、凸面３１１ｄは非球面形状とした。
【０３４９】
ここで、凸面３１１ｄを非球面形状とすることで、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト特性をより改善することができる。
【０３５０】
本実施例の光ピックアップ３００では、第１光ディスク１４ａに対しては、図３３（ａ）に示すように、第１光ビームＬ１がこの回折光学素子３１１に平行光で入射し、回折格子３１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して発散方向）に回折された光ビームが、凸面３１１ｄで収束方向に屈折されることにより、平行光で対物レンズ３１２に入射し、光透過厚０．１ｍｍの第１光ディスク１４ａ上に集光し、良好な集光特性が得られる。
【０３５１】
第２光ディスク１４ｂに対しては、図３３（ｂ）に示すように、第２光ビームＬ２が回折光学素子３１１にほぼ平行光で入射した場合、回折構成３１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して発散方向）に回折された光ビームが、凸面３１１ｄで収束方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光束（本実施例９ではφ×Φｏｕｔｒ＝−０．０３）で対物レンズ３１２に入射し、光透過厚０．６ｍｍと厚い第２光ディスク１４ｂに対して良好な集光特性が得ることができる。また、凸面３１１ｄの形状を非球面とすることで残存する球面収差をさらに補正し、かつ、対物レンズユニット３１３のシフト特性の悪化を抑えることができ、より良好な集光特性が得ることができる。
【０３５２】
このとき、回折光学素子３１１を配置することで、対物レンズユニット３１３に、第２光ビームＬ２をほぼ平行光で入射しても、対物レンズ３１２には所定の発行度合いで光ビームを入射することが可能になる。そのため、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０３５３】
また、第３光ディスク１４ｃの場合、図３３（ｃ）に示すように、第３光ビームＬ３が回折光学素子３１１に発散光束で入射した場合、回折格子３１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して発散方向）に回折された光ビームが、凸面３１１ｄで収束方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光束（本実施例２ではφ×ΦｏｕｔＩｒ＝−０．０７）で対物レンズ３１２に入射し、光透過厚１．２ｍｍと厚い第３光ディスク１４ｃに対して良好な集光特性が得ることができる。
【０３５４】
また、凸面３１１ｄの形状を非球面とすることで残存する球面収差をさらに補正し、かつ、対物レンズユニット３１３のシフト特性の悪化を抑えることができ、より良好な集光特性が得ることができる。
【０３５５】
このとき、回折光学素子３１１を配置することで対物レンズ３１２に入射する発散度合いより小さな発散度合いの光ビームを対物レンズユニット３１３に入射することが可能になり、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０３５６】
以上のように、本実施例に係る光ピックアップ３００における回折光学素子３１１の回折面は、第１，第２及び第３光ビームのそれぞれに対して１次回折光を利用することで高出力の光ビームが必要な情報の記録や消去を行う光ピックアップを容易に実現することができる。また、光源の出力を小さくできるため、消費電力を抑えることができる。
【０３５７】
また、本実施例では、発散型の回折面を有する回折格子３１１ａと凸面３１１ｄを組み合わせた回折光学素子３１１を配置することで対物レンズユニット３１３に弱い発散光を入射するだけで、対物レンズ３１２に所定の発散度合いで光ビームを入射することが可能になる。そのため、対物レンズユニット３１３のラジアル方向へのシフトに対する影響を小さくすることができ、また半導体レーザ１ａ，１ｂ，１ｃを、上記対物レンズユニット３１３に対し、遠い位置に配置することが可能になり、該半導体レーザ１ａ，１ｂ，１ｃの配置が容易になる。
【０３５８】
本実施例で作製した光ピックアップ３００を用いて第１，第２及び第３光ビームをそれぞれ第１，第２及び第３光ディスク１４ａ，１４ｂ，１４ｃに集光させた場合における対物レンズユニット３１３のラジアル方向へのシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図３４（ａ）〜（ｃ）に実線ｅで示す。また、上記光ピックアップ３００に代えて、比較のために作製した従来の光ピックアップ（前記比較用光ピックアップを用いて同様の操作を行った場合における対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフト（対物シフト）のシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図３４（ａ）〜（ｃ）に破線ｆで示す。なお、図３４（ａ）は第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光した結果であり、図３４（ｂ）は第２光ビームＬ２を第２光ディスク１４ｂに集光した結果であり、図３４（ｃ）は第３光ビームＬ３を第３光ディスク１４ｃに集光した結果である。
【０３５９】
なお、比較用光ピックアップは、前記したように、第１光ビームＬ１を対物レンズに対して平行光で入射させ、第２及び第３光ビームについては光透過層厚の差による球面収差を補正するために所定の発散光を対物レンズに入射させ、その発散光の光路中に対物レンズのシフト特性の悪化を防ぐために非球面のレンズを挿入し、波面収差が最適となるように作製したものである。
【０３６０】
図３４（ａ）からわかるように、実施例に係る光ピックアップ３００を用いることにより、対物レンズユニット３１３のラジアル方向へのシフトの影響を抑え、第１光ディスク１４ａに良好な集光スポットを形成することができる。
【０３６１】
また、図３４（ｂ）からわかるように、実施例に係る光ピックアップ３００を用いることにより、第２光ビームＬ２をほぼ平行光で回折光学素子３１１に入射させるため、第２光ディスクに良好な集光スポットを形成することができる。特に、本実施例では、比較用光ピックアップと比較して、第２光ビームＬ２を発散光で回折光学素子３１１に入射させることにより発生する対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる影響が小さく抑えられている。
【０３６２】
また、図３４（ｃ）からわかるように、実施例に係る光ピックアップ３００を用いることにより、第３光ビームＬ３を発散光で回折光学素子３１１に入射させることにより発生する、対物レンズユニット３１３のラジアル方向のシフトによる影響を、比較用光ピックアップと比較して低減することができる。
【０３６３】
このように、実施例に係る光ピックアップ３００では、比較用光ピックアップと比較して、第２、第３光ディスク１４ｂ，１４ｃに対する波面収差を低減することができる。
【０３６４】
なお、上記した各実施例においては、上記第１の光ビームを１次回折光とし、第２，第３の光ビームを、共に０次回折光または共に１次回折光としたが、第２，第３光ビームは、上記第１光ビームＬ１の回折次数と同じかもしくはそれより低い回折次数の回折光であればよく、第２，第３光ビームが同じ回折次数を有していなくても構わない。
【０３６５】
例えば、光ピックアップ３００において、第１及び第２光ビームＬ２についてはそれぞれ１次回折光を利用し、第３光ビームＬ３については０次回折光を利用するように設定してもよい。これにより、第１，第２及び第３光ビームそれぞれの利用効率を高めることができる。
【０３６６】
〔実施形態４〕
本実施形態の光ピックアップの概略構成は、前記実施形態３で示した図１７の光ピックアップとほぼ同じである。よって、光ピックアップの詳細な説明については、前記実施形態３と異なる構成を除いて省略する。本実施形態では、前記実施形態３と同様に、次世代高密度光ディスク（第１光ディスク１４ａ、第１記録媒体）、従来のＤＶＤ（第２光ディスク１４ｂ、第２記録媒体）、及び従来のＣＤ（第３光ディスク１４ｃ、第３記録媒体）に対応可能な光ピックアップについて説明する。
【０３６７】
なお、本実施形態にかかる光ピックアップは、前記実施形態３の光ピックアップ３００の対物レンズユニット３１２に代えて、図３７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような対物レンズユニット４１３を備えている。
【０３６８】
本実施形態では、第１光ディスク１４ａは、使用する光（第１光ビームＬ１）が波長（第１波長λ１）４０５ｎｍ付近の短波長の青色光、光透過層の厚さｔ１が０．６ｍｍのものであり、第２光ディスク１４ｂは、使用する光（第２光ビームＬ２）が波長（第２波長λ２）６５０ｎｍ付近の長波長の赤色光、光透過層の厚さｔ２が０．６ｍｍのものであり、第３光ディスク１４ｃは、使用する光（第３光ビームＬ３）が波長（第３波長λ３）７８０ｎｍ付近の長波長の赤外光、光透過層の厚さｔ３が１．２ｍｍのものである。ここで、対物レンズは第１光ディスク用に最適化されたレンズを用いる。
【０３６９】
また、本実施形態では、波長選択性開口フィルタ４１０は、波長が第１波長λ１の第１光ビームＬ１に対しては開口数がＮＡ１（具体的には０．６５）となるように働き、波長が第２波長λ２の第２光ビームＬ２に対しては開口数がＮＡ２（具体的には０．６）となるように働き、波長が第３波長λ３の第３光ビームＬ３に対しては開口数がＮＡ３（具体的には０．４５）となるように働くことで開口制御する。
【０３７０】
以下に、本実施形態にかかる光ピックアップの実施例について説明する。
【０３７１】
（実施例１０）
本実施例は、図３７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第１光ビームＬ１が回折光学素子４１１に集束光で入射する構成である。
【０３７２】
本実施例としては、第１光ビームＬ１に対しては収束光で回折光学素子４１１に入射し、回折光学素子４１１の回折面で２次回折光を利用し、第２光ビームＬ２に対しては収束又は発散光で回折光学素子４１１に入射し、回折光学素子４１１の回折面で１次回折光を利用し、さらに、第３光ビームに対しては発散光で回折光学素子４１１に入射し、回折光学素子４１１の回折面で１次回折光を利用する光ピックアップを作製した。
【０３７３】
回折光学素子４１１は、凹面４１１ｃと回折格子４１１ａで構成されており、対物レンズ４１２の光源側に配置され、凹面は球面形状である。
【０３７４】
ここで、凹面４１１ｃを作製が容易な球面形状としたが、対物レンズユニット４１３のラジアル方向のシフト特性をより改善するために非球面形状としてもよい。
【０３７５】
本実施例の光ピックアップでは、第１光ディスク１４ａに対しては、図３７（ａ）に示すように、第１光ビームＬ１がこの回折光学素子４１１に収束光で入射させ、回折格子４１１ａの回折面で２次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面４１１ｃで発散方向に屈折されることにより、平行光で対物レンズ４１２に入射し、光透過層厚０．６ｍｍの第１光ディスク１４ａ上に集光し、良好な集光特性が得られる。
【０３７６】
第２光ディスク１４ｂに対しては、図３７（ｂ）に示すように、第２光ビームＬ２が回折光学素子４１１に収束又は発散光で入射させ、回折格子４１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面４１１ｃで発散方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光ビームで対物レンズ４１２に入射し、使用する波長の異なる光透過層０．６ｍｍの第２光ディスク１４ｂに対して良好な集光特性を得ることができる。ここで所定の発散度合いとは使用する波長の違いによる球面収差を補正するのに必要な対物レンズに入射する光ビームの発散度合いのことである。
【０３７７】
また、第３光ディスク１４ｃの場合、図３７（ｃ）に示すように、第３光ビームＬ３が回折光学素子１１に発散光束で入射した場合、回折格子４１１ａの回折面で１次回折方向（光軸に対して収束方向）に回折された光ビームが、凹面４１１ｃで発散方向に屈折することにより、所定の発散度合いの光ビームで対物レンズ４１２に入射し、光透過層厚１．２ｍｍと厚い第３光ディスク１４ｃに対して良好な集光特性を得ることができる。ここで所定の発散度合いとは使用する波長や光ディスクの光透過層厚の違いによる球面収差を補正するのに必要な対物レンズに入射する光ビームの発散度合いのことである。
【０３７８】
このとき、回折光学素子４１１を配置することで対物レンズ４１２に入射する発散度合いより小さな発散度合いの光ビームを対物レンユニット４１３に入射することが可能になり、対物レンズユニット４１３のラジアル方向のシフトに対する影響を小さくすることができる。
【０３７９】
本実施例として作製した光ピックアップを用いて第１、第２及び第３光ビームをそれぞれ第１、第２及び第３光ディスク１４ａ・１４ｂ・１４ｃに集光させた場合の、対物レンズユニット４１３のラジアル方向のシフト量に対する像面での波面収差λｒｍｓの変化を図３８（ａ）（ｂ）（ｃ）に実線Ａで示す。また、比較のために作製した光ピックアップ（比較例）を用いた場合を図３８（ａ）（ｂ）（ｃ）に破線Ｂで示す。なお、図３８（ａ）は第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光した結果であり、図３８（ｂ）は第２光ビームＬ２を第２光ディスク１４ｂに集光した結果であり、図３８（ｃ）は第３光ビームＬ３を第３光ディスク１４ｃに集光した結果である。
【０３８０】
比較例は、回折光学素子を用いずに、第１光ビームＬ１を対物レンズに対して平行光で入射させ、第２及び第３光ビームについては使用する光の波長の違いや光透過層厚の差による色収差や球面収差を補正するために必要な所定の発散光を対物レンズに入射させた場合の波面収差である。
【０３８１】
図３８（ａ）からわかるように、本実施例の光ピックアップを用いることにより、対物レンズユニット４１３のラジアル方向のシフトによる影響を抑え、第１光ディスク１４ａに良好な集光スポットを形成することができる。
【０３８２】
また、図３８（ｂ）からわかるように、本実施例の光ピックアップを用いることにより、第２光ディスク１４ｂに良好な集光スポットを形成することができる。比較例と比較すると、第２光ビームＬ２を発散光で回折光学素子４１１に入射させることにより発生する、対物レンズユニット４１３のラジアル方向のシフトの影響が大きくなっている部分もあるが、波面収差の劣化度合いは小さく抑えられている。
【０３８３】
また、図３８（ｃ）からわかるように、本実施例の光ピックアップを用いることにより、第３光ビームＬ３を発散光で回折光学素子４１１に入射させることにより発生する、対物レンズユニット４１３のラジアル方向のシフトによる影響を、比較例と比較して低減することができる。
【０３８４】
このように、本実施例の光ピックアップでは、比較例と比較して、第１、第２及び第３光ディスク１４ａ・１４ｂ・１４ｃに対する波面収差を低減することができる。
【０３８５】
次に、本実施例の光ピックアップを用いて第１光ビームＬ１を第１光ディスク１４ａに集光させた場合の、第１光ビームＬ１の波長のシフトに対する波面収差λｒｍｓの変化を図３９に実線Ａで示す。また、比較のために作製した第１光ディスク１４ａ専用の光ピックアップ（比較例）を用いた場合を図３９に破線Ｂで示す。比較例は、本実施例の光ピックアップにおける対物レンズ４１２（第１光ビームＬ１専用の対物レンズ４１２）単体で対物レンズユニットを構成したものである。ここで、各波長における波面収差の値は、波面収差が最小となる波長（実施例では波長は４０５ｎｍ）における最良像点の位置での値である。
【０３８６】
図３９からわかるように、本実施例の光ピックアップでは、比較例よりも使用可能な波長範囲が広い。これは、本実施例の光ピックアップの回折光学素子４１１が収束型の回折格子及び平凹レンズで構成されているためであり、これにより第１光ビームＬ１専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。また、本実施例の光ピックアップでも、モードホップなどによる波長変動が生じても、良好な集光スポットを形成することができる。
【０３８７】
さらに、前記実施形態３の図１９からわかるように、本実施例の光ピックアップにおける回折光学素子４１１の回折面は第１光ビームＬ１に対しては２次回折光、第２及び第３光ビームに対しては１次回折光を利用しているため、第１、第２及び第３光ビームのすべてに対して９０％以上の効率で光の利用が可能となる回折格子の深さを設定できる。このため、高出力の光ビームが必要な情報の記録や消去を行う光ピックアップを容易に実現できる。また、光源の出力を小さくできるため、消費電力を抑えることができる。さらに、利用回折光以外の不要光が検出器に入射するのを抑えることができるので信号の劣化が抑えられる。
【０３８８】
以上のように、本実施形態の光ピックアップは、光透過層の厚さ及び再生に最適な光ビームの波長の異なる記録媒体に対して、情報の記録又は再生が可能であるとともに、対物レンズに入射する光の発散度合いが大きくなる光透過層の厚い光ディスク（具体的にＣＤ）に対して、対物レンズのラジアル方向のシフトにより集光特性が大きく劣化するのを抑えることができ、かつ構成が簡単な光ピックアップを提供することができる。
【０３８９】
以上の各実施形態で示した光ピックアップは、例えば図４６に示すような情報記録／再生装置に適用できる。ここで、図４６は、図１７に示す光ピックアップ３００を使用した情報記録／再生装置の概略ブロック図を示す。
【０３９０】
図６に示すように、本実施形態にかかる情報記録／再生装置は、図１７に示した光ピックアップ３００に加え、次の構成を有している。
【０３９１】
すなわち、再生信号検出光学系１５ａ、１５ｂ、１５ｃは復調回路１９及びエラー検出回路１７に接続されている。エラー検出回路１７は対物レンズユニット３１３のトラッキング制御及びフォーカス制御機構を駆動する駆動回路１８に接続されている。光検出器は、光スポット像に応じた電気信号を復調回路１９及びエラー検出回路１７に供給する。復調回路１９は、その電気信号に基づいて記録信号を生成する。エラー検出回路１７は、その電気信号に基づいてフォーカスエラー信号や、トラッキングエラー信号や、その他サーボ信号などを生成し、駆動回路１８を介して各駆動信号を供給し、これらが各駆動信号に応じて対物レンズユニット３１３などをサーボ制御駆動する。
【０３９２】
光ピックアップユニット２５は、第１の波長、第２の波長および第３の波長をそれぞれ出射する光源である半導体レーザ１ａ、１ｂおよび１ｃに半導体レーザを駆動させる半導体レーザ駆動回路２１ａ、２１ｂおよび２１ｃが接続された図１に示す光ピックアップ３００を示す。
【０３９３】
入出力端子２３は、変調／復調回路１９に接続され、上位装置からの記録データを変調／復調回路１９に入力し、情報記録／再生装置の再生データを変調／復調回路１９から上位装置へ出力する。
【０３９４】
制御信号入出力端子２４は、制御回路２０に接続され、上位装置からの制御信号が入力され、情報記録／再生装置の制御結果が上位装置に出力される。制御回路２０はエラー検出回路１７、変調／復調回路１９、切替え回路２２に接続され、制御信号入出力端子２４からの制御信号により、記録動作、再生動作の制御を行う。
【０３９５】
変調／復調回路１９は、半導体レーザ駆動回路２１ａ、２１ｂおよび２１ｃに記録データに応じた記録信号を供給し、再生信号検出光学系１５ａ、１５ｂおよび１５ｃからの再生信号が入力される。エラー検出回路１７は、再生信号検出光学系１５ａ、１５ｂおよび１５ｃからの再生信号が入力され、その再生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、その他サーボ信号を生成して駆動回路１８に駆動信号を出力する。駆動回路１８はエラー検出回路１７からの駆動信号により、光ピックアップユニット２５をサーボ制御駆動する。
【０３９６】
切替え回路２２は、制御回路２２の指示により、第１光ビームＬ１に係る半導体レーザ駆動回路２１ａおよび再生信号検出光学系１５ａ、第２光ビームＬ２に係る半導体レーザ駆動回路２１ｂおよび再生信号検出光学系１５ｂ、第３光ビームＬ３に係る半導体レーザ駆動回路２１ｃおよび再生信号検出光学系１５ｃ、を切替えると共に記録または再生に応じた半導体レーザパワーを供給する。ここで、再生信号検出光学系１５ａ、１５ｂ、１５ｃに入射される迷光が実質的に無視できるのであれば、再生信号検出光学系１５ａ、１５ｂ、１５ｃを切替え回路２２により切替えなくてもよい。
【０３９７】
次に、記録時および再生時の動作について、図４６を参照して説明する。
【０３９８】
記録時は、上位装置から入出力端子２３に記録データが入力され、制御入出力端子２４に記録制御信号および入力情報記録／再生装置に挿入されている光ディスクに応じた光ビーム切替え信号が入力される。以下、光ビーム切替え信号として、第１光ビームＬ１が入力されたものとして説明する。
【０３９９】
切替え回路２２は、制御回路２０の指示により、第１光ビームＬ１に係る半導体レーザ駆動回路２１ａおよび再生信号検出光学系１５ａをオンし、他の半導体レーザ駆動回路（２１ｂ、２１ｃ）および再生信号検出光学系（１５ｂ、１５ｃ）をオフする。また、半導体レーザ１ａを再生レベルより強い記録パワーで駆動するよう半導体レーザ駆動回路２１ａを駆動する。
【０４００】
入出力端子２３からの記録データは、制御回路２０の指示により、変調／復調回路１９が記録データから記録信号を出力し、この記録信号が半導体レーザ駆動回路１ａに入力され、記録信号に応じた第１光ビームＬ１が第１光ディスク１４ａに照射される。また、第１光ビームＬ１が照射された第１光ディスク１４ａに形成された光スポット像に応じた出力信号が再生信号検出光学系１５ａを介してエラー検出回路１７に入力され、この出力信号に基づいて、エラー検出回路１７が、制御回路１７の指示により駆動回路１８に駆動信号を供給し、光ピックアップユニット２５をサーボ制御する。このように本実施形態の情報記録／再生装置は、光ピックアップユニット２５をサーボ制御しながら、記録信号に応じた第１光ビームＬ１が記録パワーで第１光ディスク１４ａに照射されることにより、第１光ディスク１４ａに上位装置からの記録データを記録する。
【０４０１】
再生時は、制御入出力端子２４に再生制御信号および入力情報記録／再生装置に挿入されている光ディスクに応じた光ビーム切替え信号が入力される。以下、光ビーム切替え信号として、第１光ビームＬ１が入力されたものとして説明する。
【０４０２】
切替え回路２２は、制御回路２０の指示により、第１光ビームＬ１に係る半導体レーザ駆動回路２１ａおよび再生信号検出光学系１５ａをオンし、他の半導体レーザ駆動回路（２１ｂ、２１ｃ）および再生信号検出光学系（１５ｂ、１５ｃ）をオフする。また、半導体レーザ１ａを記録レベルより弱い再生パワーで駆動するよう半導体レーザ駆動回路２１ａを駆動する。
【０４０３】
半導体レーザ１ａより照射された第１光ビームＬ１が第１光ディスク１４ａを再生パワーで照射すると、再生信号検出光学系１５ａは、第１光ディスク上で形成された光スポット像に応じた出力信号を変調／復調回路１９およびエラー検出回路１７に供給する。制御回路２０の指示により、エラー検出回路１７は、この出力信号に基づいて、駆動回路１８に駆動信号を供給し、光ピックアップユニット２５をサーボ制御する。また、制御回路２０の指示により、変調／復調回路１９は、この出力信号に基づき入出力端子２３に再生データを出力して、再生データを上位装置に出力する。
【０４０４】
このように、本実施形態の情報記録／再生装置は、光ピックアップユニット２５をサーボ制御しながら、第１光ビームＬ１が再生パワーで第１光ディスク１４ａに照射されることにより、第１光ディスク１４ａに記録された記録信号を再生し、上位装置に再生データを出力する。
【０４０５】
あるいは、光ビーム切替え信号として、第２光ビームＬ２が入力された場合、切替え回路２２は、半導体レーザ駆動回路２１ｂおよび再生信号検出光学系１５ｂをオンし、第３光ビームＬ３が入力された場合、切替え回路２２は、ビーム半導体レーザ駆動回路２１ｃおよび再生信号検出光学系１５ｃをオンする。従って、第２光ディスクが挿入され場合は、第２光ビームＬ２に係る半導体レーザ駆動回路２１ｂおよび再生信号検出光学系１５ｂによって、第２光ディスクに対して情報を記録または再生することができ、第３光ディスクが挿入され場合は、第３光ビームＬ３に係る半導体レーザ駆動回路２１ｃおよび再生信号検出光学系１５ｃによって、第３光ディスクに対して情報を記録または再生することができる。
【０４０６】
図４６では、３つの光源を有した情報記録／再生装置を示したが、これに限定されるものではなく、例えば図１に示すような光ピックアップ１００、すなわち、２つの光源を有した光ピックアップも情報記録／再生装置に適用することができる。
【０４０７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０４０８】
以下において、本願発明の参考例について説明する。
【０４０９】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、第１の波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１の光源、第１の波長よりも長い第２の波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２の光源、第１光透過層を有する第１記録媒体の情報記録面に前記第１光ビームを集光させるとともに、第１光透過層よりも厚い第２光透過層を有する第２記録媒体の情報記録面に前記第２光ビームを集光させる対物レンズ、および前記第１及び第２の光源から前記対物レンズまでの光路中に配置されている、回折格子と屈折率ｎのレンズとを有する回折光学素子を備える光ピックアップにおいて、上記回折格子の回折面とレンズのレンズ面の頂点との間の距離をａ、第２光ビームの半径をＲ、および第２ビームの最外の光線が通過する上記回折格子におけるピッチをｄとしたとき、上記回折光学素子は、上記第１光ビームの上記回折格子におけるｍ１次回折光の回折角α１、ｍ１次回折光のレンズにおける屈折光と上記第１光ビームの光軸との角度β１、上記第２光ビームの上記回折格子におけるｍ２次回折光の回折角α２、およびｍ２次回折光のレンズにおける屈折光と上記光軸との角度β２が、以下の式
【０４１０】
【数２２】
2011165316.tif 000043
【０４１１】
ただし、ｆ（ｄ、ｍｘ）は下記の関数、ここで、Ｘは１または２である、
【０４１２】
【数２３】
2011165316.tif 000044
【０４１３】
を満たすようにｍ１、ｍ２が設定されていることを特徴としている。
【０４１４】
上記の構成によれば、第１記録媒体に対して第１光ビームを用い、第２記録媒体に対して第２光ビームを用いている。このとき、第１記録媒体における第１光透過層は、第２記録媒体における第２光透過層よりも厚いため、上記第２光透過層の厚さにより収差が生じる。しかしながら、上記の式を満たすことにより、この収差を補正することができる。したがって、より高精度に記録媒体の情報記録面に集光することができ、記録、再生を行うことができる光ピックアップを提供することができる。
【０４１５】
つまり、波長の大きく異なる光源で開口数の大きな対物レンズを用いても光透過層の厚さの異なる記録媒体上に、数１の条件式を満たす回折次数を利用する回折格子とレンズを有する回折光学素子を利用することで、それぞれ回折限界まで集光する光スポットを形成し、光透過層の厚さ及び再生に最適な波長の異なる記録媒体に対して、記録再生可能な光ピックアップを実現できる。
【０４１６】
また、上記構成の光ピックアップに、前記第１光源と回折光学素子との間および前記第２光源と回折光学素子との間には、第１および第２光源からの第１および第２光ビームを、平行光にして、回折光学素子に入射させるコリメータレンズが設けられた構成であっても、上記同様の効果を奏する。
【０４１７】
本発明の光ピックアップは、上記回折光学素子が、前記回折格子とレンズとが一体になっていることが好ましい。
【０４１８】
上記の構成によれば、上記光ピックアップにおける部品点数を減らすことができる。
【０４１９】
本発明の光ピックアップは、β１＝０、β２＞０であることが好ましい。
【０４２０】
上記の構成によれば、第１光ビームは、β１＝０とすることにより、平行光となり、対物レンズにおけるシフト特性を確保しやすくすることができる。このとき、第２記録媒体の第２光透過層では、球面収差が生じるが、上記のように、β２＞０として第２光ビームを発散光とすることにより、この球面収差を抑制することができる。
【０４２１】
また、本発明の光ピックアップは、前記ｍ２次回折光が、前記ｍ１次回折光以下の次数であることが好ましい。
【０４２２】
上記の構成によれば、前記ｍ１次回折光と前記ｍ２次回折光とが記録媒体の情報記録面上において、同一の焦点を形成することがないので、これら回折光による読取または記録への影響を抑えることができる。
【０４２３】
また、本発明の光ピックアップは、前記回折光学素子が、ｍ１＝１、ｍ２＝１に設定されていることが好ましい。さらに、前記レンズは、凸面が球面である平凸レンズであり、前記回折格子は、前記平凸レンズの平面に備えられていることが好ましい。
【０４２４】
また、本発明の光ピックアップは、前記回折光学素子が、ｍ１＝１、ｍ２＝０に設定されていることが好ましい。さらに、前記レンズは、凹面が非球面である平凹レンズであり、前記回折格子が平凹レンズの平面に備えられているが好ましい。さらに、前記回折格子が対物レンズ側に備えられていることが好ましい。
【０４２５】
上記のように、各条件を設定することにより上記光ピックアップを好適に実現することができる。
【０４２６】
また、本発明の光ピックアップは、前記回折光学素子の回折格子面が、第１回折光の回折次数をｍ１、第２回折光の回折次数をｍ２、環状溝の間隔をｄとし、回折格子面の法線に関して前記予め定める光軸側へ傾斜する角度を正としたとき、次式、
【０４２７】
【数２４】
2011165316.tif 000045
【０４２８】
を満たし、かつ前記第１回折光の回折次数ｍ１は＋１であり、かつ前記第２回折光の回折次数ｍ２は０であることが好ましい。
【０４２９】
上記の構成によれば、第１回折光の回折次数ｍ１は＋１であり、かつ第２回折光の回折次数ｍ２は０である。このように前式を満たす各回折光のうちで、回折次数ｍ１が最も小さい第１回折光と回折次数ｍ２が最も小さい第２回折光とが利用されるので、第１および第２回折光の回折効率を容易に確保することができる。
【０４３０】
また、本発明の光ピックアップは、前記回折光学素子の回折格子面が、前記第１および第２光ビームを前記予め定める光軸に近接させる方向に回折特性を有することが好ましい。
【０４３１】
上記の構成によれば、回折光学素子の回折格子面は、第１および第２光ビームを前記予め定める光軸に近接させる方向に回折特性を有するので、第１回折光の回折効率を向上させることができる。これによって第１光ビームの利用効率を向上させることができる。
【０４３２】
また、本発明の光ピックアップは、前記回折光学素子が、第１および第２光ビームが入射する側に前記回折格子面が形成され、第１および第２回折光が出射する側に前記回折格子面と共通な光軸を有する凹面が形成されていることが好ましい。
【０４３３】
上記の構成によれば、回折光学素子には、回折格子面および凹面が形成される。凹面は、対物レンズの軸上色収差を低減する。したがって回折格子面に加えて凹面が形成されることによって、第１回折光に関しては、波長変動に起因する焦点位置のずれをさらに抑制することができる。また第２回折光に関しても、波長変動に起因する焦点位置のずれを抑制することができる。
【０４３４】
また、本発明の光ピックアップは、前記凹面が非球面であることが好ましい。
【０４３５】
上記の構成によれば、回折光学素子に形成される凹面は非球面である。この凹面が適切な非球面に形成されることによって、凹面が球面である場合に比べて、光透過層の厚みが相互に異なる２つの記録媒体の各情報記録面に対して、球面収差をさらに低減して、より良好なスポット光をそれぞれ形成することができる。
【０４３６】
本発明の光ピックアップは、情報記録面上に厚さｔ１の光透過層を備えた第１記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ１の第１光ビームを集光して第１光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能な光ピックアップであって、前記第１光ビームを回折させ、かつ、屈折させて出射する回折面と屈折面を持った回折光学素子と、回折光学素子から出射された第１ビームの所定回折次数の回折光を、それぞれ前記第１記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１光スポットを形成する対物レンズと、前記第１光源と回折光学素子との間には、第１光源からの第１光ビームを、平行光にして、回折光学素子に入射させるコリメータレンズとを備え、前記回折光学素子の回折面は第１光ビームを光軸に近接させる方向に回折特性を有し、屈折面は凹面であることを特徴としている。
【０４３７】
上記の構成によれば、次世代高密度光ディスク専用のピックアップの場合であっても、波長変動に起因する焦点位置のずれをさらに抑制することができる。
【０４３８】
本発明の光ピックアップは、前記回折光学素子のパワーをΦ、前記回折光子の回折面のパワーをΦＤ、屈折面のパワーをΦＬとしたとき、
Φ＝ΦＤ＋ΦＬ＝０
であることが好ましい。
【０４３９】
上記構成によれば、第１光学系で平行光に出射された第１光ビームを回折光学素子を通過後も平行光で出射でき、対物レンズとの位置ズレによる収差の悪化を抑えることができる。この場合、回折光学素子は第１光ビームと対物レンズとの間であればどこに挿入してもかまわなくなる。
【０４４０】
また、本発明の光ピックアップは、情報記録面上に厚さｔ１の光透過層を備えた第１記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ１の第１光ビームを集光して第１光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能であり、かつ、情報記録面上に厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の光透過層を備えた第２記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ２（λ２＞λ１）の第２光ビームを集光して第２光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能な光ピックアップであって、上記の課題を解決するために、前記第１及び第２光ビームが入射することにより、入射した第１及び第２光ビームを回折させ、かつ、屈折させて出射する回折光学素子と、回折光学素子から出射された第１及び第２光ビームのそれぞれ所定回折次数の回折光を、それぞれ前記第１及び第２記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１及び第２光スポットを形成する対物レンズとを備え、前記第１光ビームと第２光ビームとが、互いに収束又は発散度合いの異なる光ビームとして前記回折光学素子に入射することを特徴としている。
【０４４１】
上記の構成によれば、互いに厚さの異なる光透過層を備えた第１及び第２記録媒体の情報記録面に対して、互いに波長の異なる第１及び第２光ビームの回折光を共通の対物レンズにより集光させてそれぞれ第１及び第２光スポットを形成する場合、集光させる各回折光の波面収差を十分小さくして良好な集光特性を得るためには、対物レンズに入射する際の各回折光の収束・発散角度の角度差をある程度大きくする必要がある。
【０４４２】
従って、第１光ビームと第２光ビームとが、互いに収束又は発散度合いの異なる光ビームとして回折光学素子に入射することにより、上記角度差を大きくしやすくすることができる。これにより、回折光学素子に要求される回折及び屈折特性の制限を緩和して、回折光学素子の設計上の制約を緩和することができる。その結果、作製しやすい回折光学素子を用いて、集光する回折光の波面収差を十分小さくすることができる光ピックアップを実現することが可能になる。
【０４４３】
なお、第１光ビームと第２光ビームとが互いに収束又は発散度合いの異なる光ビームとして回折光学素子に入射する形態としては、例えば、一方が収束光で他方が発散光で入射する場合や、一方が平行光で他方が収束光又は発散光で入射する場合などがあり、さらに、両方が収束光又は発散光であり、かつ、その収束度合い又は発散度合いが異なる場合であってもよい。
【０４４４】
また、本発明の光ピックアップは、前記回折光学素子が、収束型の回折格子と、発散型のレンズとを備えることが好ましい。
【０４４５】
上記の構成によれば、波長変動に対する波面収差の劣化を抑えることができ、波長変動に対しても良好な集光特性を得ることができる。
【０４４６】
さらに、本発明の光ピックアップは、前記回折光学素子に対して、前記第１光ビームが収束光で入射し、前記第２光ビームが発散光で入射することが好ましい。
【０４４７】
上記の構成によれば、回折光学素子及び対物レンズが第１及び第２光ビームの光軸方向にシフトした場合でも、比較的広いシフト範囲において波面収差の劣化を低く抑えることができる。
【０４４８】
また、本発明の光ピックアップは、前記対物レンズが、前記回折光学素子から出射された第１及び第２光ビームのそれぞれ２次及び１次回折光を、それぞれ前記第１及び第２記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１及び第２光スポットを形成することが好ましい。
【０４４９】
あるいは、本発明の光ピックアップは、前記対物レンズが、前記回折光学素子から出射された第１及び第２光ビームのそれぞれ３次及び２次回折光を、それぞれ前記第１及び第２記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１及び第２光スポットを形成することが好ましい。
【０４５０】
上記の構成によれば、回折光学素子による高い回折効率の回折光を利用できる。これにより、第１及び第２光ビームを効率的に利用することができ、第１及び第２光ビームの光源の消費電力を抑えつつ、高出力な光を第１及び第２記録媒体へ照射することができるようになる。
【０４５１】
本発明の光ピックアップは、それぞれ情報記録面上に厚さｔ１，ｔ２，ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の光透過層を備えた第１、第２及び第３記録媒体の前記各情報記録面に対して、それぞれ波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の第１、第２及び第３光ビームを集光して情報の記録又は再生が可能な光ピックアップであって、上記の課題を解決するために、入射する第１、第２及び第３光ビームの光軸にほぼ直交する方向に移動可能であり、この第１、第２及び第３光ビームをそれぞれ前記第１、第２及び第３記録媒体の各情報記録面に対して集光する対物レンズと、前記対物レンズに対して第１、第２及び第３光ビームの入射側に、前記対物レンズと一体となって移動可能に設けられており、第１、第２及び第３光ビームを回折させ、かつ、屈折させて所定回折次数の第１、第２及び第３光ビームを前記対物レンズに入射させる回折光学素子とを備え、前記回折光学素子は、前記対物レンズに対して第２及び第３光ビームを発散光で入射させるとともに、第２及び第３光ビームについて、前記回折光学素子に入射する収束／発散度合いをそれぞれΦｉｎｒ及びΦｉｎＩｒとし、前記対物レンズに入射する発散度合いをそれぞれΦｏｕｔｒ及びΦｏｕｔＩｒとすると、
｜Φｉｎｒ｜＜｜Φｏｕｔｒ｜、かつ、｜ΦｉｎＩｒ｜＜｜ΦｏｕｔＩｒ｜
を満たすことを特徴としている。
【０４５２】
上記の構成によれば、互いに異なる波長の第１、第２及び第３光ビームを用いて、それぞれ第１、第２及び第３記録媒体の記録又は再生を行う光ピックアップでは、最も短波長の第１光ビームを第１記録媒体に集光する場合について収差が補正された対物レンズを用いることになる。
【０４５３】
一方、第１記録媒体とは光透過層の厚さの異なる第２及び第３記録媒体に対してそれぞれ第２及び第３光ビームを集光させるために上記対物レンズをそのまま使用すると、第２及び第３光ビームの球面収差が増大してしまう。この球面収差の増大を抑えるためには、補正のために逆向きの収差を発生させるべく、第２及び第３光ビームを上記対物レンズに発散光として入射させればよい。
【０４５４】
ここで、球面収差の増大抑制効果を十分に得るためには、対物レンズに入射させる第２及び第３光ビームの発散度合いを大きくする必要がある。ところが、対物レンズに入射させる光ビームの発散度合いを大きくすると、トラッキングなどによる対物レンズのラジアル方向（対物レンズに入射する第１、第２及び第３光ビームの光軸にほぼ直交する方向）の移動により、記録媒体上の絞り込みスポットに付加されるコマ収差が増大してしまい集光特性が大きく劣化してしまうという問題を招来する。
【０４５５】
そこで、上記構成では、第２及び第３光ビームを対物レンズに発散光として入射させる際に、対物レンズと一体となって移動可能に設けられた回折光学素子を用いる。そして、この回折光学素子は、
｜Φｉｎｒ｜＜｜Φｏｕｔｒ｜、かつ、｜ΦｉｎＩｒ｜＜｜ΦｏｕｔＩｒ｜
を満たすように作用する。すなわち、回折光学素子に入射する第２及び第３光ビームよりも、回折光学素子から出射する第２及び第３光ビームの方が、収束／発散度合いの絶対値が大きくなるようにする。
【０４５６】
これにより、球面収差の増大抑制効果を十分に得つつ、対物レンズと回折光学素子とからなるユニット（対物レンズユニット）に対して入射させる第２及び第３光ビームの収束／発散度合いの絶対値を小さくする、つまり、平行光に近づけることが可能になる。その結果、上記構成では、回折光学素子を用いない場合と比較して、上記対物レンズユニットのラジアル方向の移動（対物シフト）による集光特性の劣化を抑制することができる。
【０４５７】
このように、上記の構成では、１つの対物レンズを用いて、異なる光透過層厚の記録媒体に対して良好な集光スポットを形成し、情報の記録又は再生が可能になるとともに、対物レンズユニットのラジアル方向の移動によっても集光特性が大きく劣化するのを抑えることができる。
【０４５８】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子は、前記対物レンズに対して第１光ビームを平行光で入射させることが好ましい。
【０４５９】
上記構成によれば、最も厳しい集光特性が要求される短波長の第１光ビームを対物レンズに対して平行光で入射させることにより、第１光ビームの使用における回折光学素子と対物レンズとの位置ずれによる収差の発生を抑制することができる。
【０４６０】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子は、第１光ビームの２次回折光、第２光ビームの１次回折光、及び第３光ビームの１次回折光をそれぞれ前記対物レンズに入射させ、前記回折光学素子では、第１光ビームについては２次回折光の回折効率が最も高く、第２光ビームについては１次回折光の回折効率が最も高く、第３光ビームについては１次回折光の回折効率が最も高いことが好ましい。
【０４６１】
上記構成によれば、第１、第２及び第３光ビーム全ての回折効率を向上させることができる。これにより、各光ビームの光源の出力を小さくできるため、光源での消費電力を抑えることができる。上記構成は、高出力なビームが必要となる情報の記録や消去を行う光ピックアップに特に有効である。特に、前記回折光学素子では、第１光ビームについては２次回折光の回折効率が９０％以上であることが好ましい。
【０４６２】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子に対して第３光ビームが発散光で入射することが好ましい。
【０４６３】
上記構成によれば、球面収差の増大を抑えるために、最も発散度合いの大きくする必要がある第３光ビームを、回折光学素子に対して発散光で入射させることにより、回折光学素子に入射させる第１及び第２光ビームの発散度合いが大きくなるのを防ぐことができる。
【０４６４】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子に対して第１及び第２光ビームがそれぞれ平行光及び発散光で入射することが好ましい。
【０４６５】
上記構成によれば、回折光学素子に対して第１光ビームを平行光で入射させつつ、回折光学素子に対して入射する第２及び第３光ビームの発散度合いを比較的小さくすることができる（図２０参照）。その結果、対物レンズユニットのラジアル方向の移動による集光特性の劣化をより効果的に抑えることができる。
【０４６６】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子に対して第１光ビームが収束光で入射し、第２光ビームが収束光、平行光又は発散光で入射することが好ましい。
【０４６７】
上記構成によれば、回折光学素子に対して入射する第１、第２及び第３光ビームの収束／発散度合いの絶対値を比較的小さくすることができる（図２０参照）。その結果、対物レンズユニットのラジアル方向の移動による集光特性の劣化をより効果的に抑えることができる。
【０４６８】
例えば、第１光ビームに対する対物レンズの有効径をφとすると、前記回折光学素子に入射する第１、第２及び第３光ビームの収束／発散度合いは、
０≦φ×Φｉｎｂ≦０．１１、
−０．０４８≦φ×Φｉｎｒ≦０．０４、かつ、
−０．１８≦φ×ΦｉｎＩｒ≦−０．１
を満たすことが好ましい。
【０４６９】
言い換えれば、第１、第２及び第３光ビームに対する前記回折光学素子のパワーをそれぞれΦｂ，Φｒ，ΦＩｒとすると、
−０．１１≦φ×Φｂ≦０、
−０．２≦φ×Φｒ≦−０．００２、かつ、
−０．１６≦φ×ΦＩｒ≦０．０３
を満たすことが好ましい。
【０４７０】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子は、収束型の回折面、及び凹面の屈折面を備えることが好ましい。
【０４７１】
上記構成によれば、第１記録媒体専用の光ピックアップよりも使用可能な波長範囲が広くなり、第１記録媒体専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。したがって、上記構成では、モードホップなどによる波長変動が生じても、良好な集光特性を保つことができる。また、回折光学素子の回折面の最小ピッチを広げることができ、回折光学素子の作成を容易にすることができる。
【０４７２】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子の屈折面は、球面であることが好ましい。
【０４７３】
上記構成によれば、回折光学素子の作成が容易になり、安価な光ピックアップを提供することができる。
【０４７４】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、第１光ビームに対する前記回折光学素子の屈折面のパワーは、−０．１以上であることが好ましい。
【０４７５】
上記構成によれば、対物レンズユニットのラジアル方向の移動による集光特性の劣化をより効果的に抑えることができる。
【０４７６】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、λ１＜λ２＜λ３の関係を有する波長λ１，λ２，λ３の第１，第２，第３の光ビームをそれぞれ出射する第１，第２，第３の光源（例えば半導体レーザ）を備え、上記第１，第２，第３の光ビームを、同じ集光手段（例えば対物レンズ）により、光透過層の厚さが異なる第１，第２，第３の記録媒体（光ディスク、例えば、順に、次世代高密度光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ）の各情報記録面に集光させて情報の記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、上記第１，第２，第３の光源から上記対物レンズまでの共通の光路中に配置され、回折面と屈折面とを有し、各光ビームを、光ビームの波長に応じて収束／発散させると共に、上記回折面で、第１の光ビームは１次回折光とし、第２の光ビーム及び第３の光ビームは第１の光ビームの回折次数と同じかもしくはそれより低い回折次数の回折光として上記集光手段に入射させる回折光学素子を備え、上記回折光学素子の回折面における回折格子の深さは、上記集光手段に入射する各光ビームの回折光の回折効率が、それぞれ、他の回折次数の回折光の回折効率よりも高くなるように設定されていることを特徴としている。
【０４７７】
上記の構成によれば、互いに異なる波長の第１，第２，第３の光ビームを用いて、それぞれ第１，第２，第３の記録媒体の記録または再生を行う光ピックアップでは、最も短波長の第１の光ビームを第１の記録媒体に集光する場合について収差が補正された集光手段が用いられる。一方、第１の記録媒体とは光透過層の厚さの異なる第２，第３の記録媒体に対してそれぞれ第２，第３の光ビームを集光させるために同一の集光手段を使用すると、そのままでは第２，第３の光ビームの球面収差が増大してしまう。
【０４７８】
しかしながら、上記の構成によれば、上記第１，第２，第３の光源から上記対物レンズまでの共通の光路中に上記回折光学素子が配置されることで、光透過層の厚さが異なる第１，第２，第３の記録媒体の各情報記録面に、互いに波長が異なる第１，第２，第３の光ビームが上記集光手段を介して形成する集光スポットの位置を変化させることができる。このため、上記の構成によれば、光透過層の厚さが異なる第１，第２，第３の記録媒体の各情報記録面に、互いに波長が異なる第１，第２，第３の光ビームを、１つの集光手段を用いて集光させることが可能であり、しかも、上記回折光学素子に対する上記第２，第３の光ビームの発散度合いを抑えることができ、トラッキングなどによる上記集光レンズのラジアル方向へのシフトの影響を抑えることが可能となる。
【０４７９】
また、上記回折光学素子における各光ビームの回折光の回折効率は、該回折光学素子の回折面における回折格子の深さにより決定される。本願発明者らの検討によれば、上記回折光学素子が、その回折面では第１の光ビームを１次回折光とし、第２の光ビーム及び第３の光ビームを第１の光ビームの回折次数と同じかもしくはそれより低い回折次数の回折光とし、該回折面における回折格子の深さが、上記集光手段に入射する各光ビームの回折光の回折効率がそれぞれ他の回折次数の回折光の回折効率よりも高くなるように設定されていることで、各記録媒体に入射される光量のロスを、どの回折光に対しても低減することができる。このため、上記の構成によれば、光透過層の厚さの異なる３つの記録媒体に対する互換性を有し、かつ、各記録媒体の各情報記録面に入射される各回折光の回折効率、すなわち、上記各光ビームの利用効率が高く、高出力の光ビームが必要となる情報の記録や消去を行うことができる光ピックアップを実現することができる。さらに、上記の構成によれば、各光ビームの出力を小さくすることができるため、光源での消費電力を抑えることができる。
【０４８０】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、上記回折光学素子は、上記第１の光ビームを１次回折光とし、第２，第３の光ビームを０次回折光として上記集光手段に入射させ、上記回折光学素子の回折面における回折格子の深さは、上記第１の光ビームに対しては１次回折光の回折効率が最も高く、第２，第３の光ビームに対してはそれぞれ０次回折光の回折効率が最も高くなるように設定されていることを特徴としている。
【０４８１】
上記の構成によれば、上記回折光学素子が、上記第１の光ビームを１次回折光とし、第２，第３の光ビームを０次回折光として上記集光手段に入射させ、上記回折光学素子の回折面における回折格子の深さは、上記第１の光ビームに対しては１次回折光の回折効率が最も高く、第２，第３の光ビームに対してはそれぞれ０次回折光の回折効率が最も高くなるように設定されていることで、各記録媒体に入射される光量のロスを、どの回折光に対しても低減することができると共に、同じ集光手段を用いて異なる光透過層厚の記録媒体に対して良好な集光スポットを形成することができる。また、上記の構成によれば、上記回折光学素子に対する上記第２，第３の光ビームの発散度合いを抑えることができ、トラッキングなどによる上記集光レンズのラジアル方向へのシフトの影響を抑えることが可能となる。このため、上記の構成によれば、光透過層の厚さの異なる３つの記録媒体に対する互換性を有し、かつ、各記録媒体の各情報記録面に入射される各回折光の回折効率が何れも高く、高出力の光ビームが必要となる情報の記録や消去を行うことができる光ピックアップを実現することができる。さらに、上記の構成によれば、各光ビームの出力を小さくすることができるため、光源での消費電力を抑えることができる。
【０４８２】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、上記回折光学素子は、上記回折面及び屈折面として、収束型の回折面と凹面の屈折面とを備えていることを特徴としている。
【０４８３】
上記の構成によれば、第１の記録媒体専用の光ピックアップよりも使用可能な波長範囲が広くなり、第１の記録媒体専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。したがって、上記構成では、モードポップなどによる波長変動が生じても、良好な集光特性を保つことができる。また、回折光学素子の回折面の最小ピッチを広げることができ、回折光学素子の作成を容易にすることができる。
【０４８４】
さらに、上記の構成によれば、上記集光手段に弱い発散光を入射するだけで、上記集光手段に所定の発散度合いで光ビームを入射することが可能になる。そのため、上記集光手段のラジアル方向へのシフトに対する影響を小さくすることができると共に、上記集光手段に対する光源の位置を遠くすることが可能になり、光源の配置が容易になる。
【０４８５】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、上記回折光学素子の回折面における回折格子の深さは、上記第１の光ビームの１次回折光の回折効率が９０％以上になるように設定されていることを特徴としている。
【０４８６】
上記の構成によれば、上記第１，第２，第３のどの光ビームの回折光に対しても回折効率を向上させることができる。これにより、各光ビームの出力を小さくすることができるため、光源の消費電力を抑えることができる。また、上記の構成によれば、高出力のレーザを作成することが困難な第１の光ビームに対して、より利用効率の高い光ピックアップを実現することができる。
【０４８７】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、上記回折光学素子に入射する第２，第３光ビームの収束／発散度合いをそれぞれΦｉｎｒ，ΦｉｎＩｒとし、上記集光レンズに入射する第２，第３光ビームの収束／発散度合いをそれぞれΦｏｕｔｒ，ΦｏｕｔＩｒとすると、
｜Φｏｕｔｒ｜＞｜Φｉｎｒ｜、かつ、｜ΦｏｕｔＩｒ｜＞｜ΦｉｎＩｒ｜
を満足することを特徴としている。
【０４８８】
上記の構成によれば、回折光学素子に入射する第２，第３の光ビームよりも、回折格子から出射する第２，第３の光ビームの方が、収束／発散度合いの絶対値を大きくなるようにすることにより、光透過層の厚さが異なることにより発生する球面収差の増大抑制効果を十分に得つつ、回折光学素子に対して入射させる第２，第３の光ビームの収束／発散度合いの絶対値を小さくすることが可能となる。つまり、平行光に近づけることが可能となる。これにより、特に本発明の光ピックアップにおいて、第３光ビームを小さい収束／発散度合いで回折光学素子に入射することが可能となる。
【０４８９】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、上記回折光学素子は、上記第１，第２，第３の光ビームを、それぞれ１次回折光として上記集光手段に入射させ、上記回折光学素子の回折面における回折格子の深さは、上記第１，第２，第３の何れの光ビームに対しても１次回折光の回折効率が最も高くなるように設定されていることを特徴としている。
【０４９０】
上記の構成によれば、上記回折光学素子が、上記第１，第２，第３の光ビームを、それぞれ１次回折光として上記集光手段に入射させ、上記回折光学素子の回折面における回折格子の深さは、上記第１，第２，第３の何れの光ビームに対しても１次回折光の回折効率が最も高くなるように設定されていることで、各記録媒体に入射される光量のロスを、どの回折光に対しても低減することができると共に、同じ集光手段を用いて異なる光透過層厚の記録媒体に対して良好な集光スポットを形成することができる。また、上記の構成によれば、上記回折光学素子に対する上記第２，第３の光ビームの発散度合いを抑えることができ、トラッキングなどによる上記集光レンズのラジアル方向へのシフトの影響を抑えることが可能となる。このため、上記の構成によれば、光透過層の厚さの異なる３つの記録媒体に対する互換性を有し、かつ、各記録媒体の各情報記録面に入射される各回折光の回折効率が何れも高く、高出力の光ビームが必要となる情報の記録や消去を行うことができる光ピックアップを実現することができる。さらに、上記の構成によれば、各光ビームの出力を小さくすることができるため、光源での消費電力を抑えることができる。
【０４９１】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、上記回折光学素子は、上記回折面及び屈折面として、発散型の回折面と凸面の屈折面とを備えていることを特徴としている。
【０４９２】
上記の構成によれば、１つの集光手段を用いて、光透過層の厚さが異なる各記録媒体に対して、良好な集光スポットを形成することができる。また、上記の構成によれば、上記集光手段に弱い発散光を入射するだけで、上記集光手段に所定の発散度合いで光ビームを入射することが可能になる。そのため、上記の構成によれば、第２，第３の光ビームの上記回折光学素子への発散度合いを抑えることができ、上記集光手段のラジアル方向へのシフトによる集光特性の劣化をより効果的に抑えることができると共に、上記集光手段に対する光源の位置を遠くすることが可能になり、光源の配置が容易になる。
【０４９３】
本発明の光ピックアップは、上記の課題を解決するために、上記回折光学素子の屈折面は非球面であることを特徴としている。
【０４９４】
上記の構成によれば、上記各記録媒体の光透過層の厚さの違いによって発生する球面収差をさらに補正し、かつ、上記集光手段のシフト特性の悪化を抑えることができ、より良好な集光特性が得ることができる。
【０４９５】
上記の各構成の光ピックアップにおいて、前記回折光学素子の回折面は、屈折面上に形成されていることが好ましい。
【０４９６】
上記構成によれば、回折光学素子の屈折面と回折面との位置合わせが不要になり、回折光学素子の作成を容易にすることができる。
【０４９７】
上記の各構成の光ピックアップにおいて、前記回折光学素子の回折面には、鋸歯状又は階段状の回折格子が形成されていることが好ましい。
【０４９８】
上記構成によれば、回折光学素子における各光ビームの回折効率を向上させることができる。これにより、各光ビームの光源の出力を小さくできるため、光源での消費電力を抑えることができる。上記構成は、高出力なビームが必要となる情報の記録や消去を行う光ピックアップに特に有効である。
【０４９９】
本発明の光ピックアップは、それぞれ情報記録面上に厚さｔ１，ｔ２，ｔ３（ｔ１＝ｔ２＜ｔ３）の光透過層を備えた第１、第２及び第３記録媒体の前記各情報記録面に対して、それぞれ波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の第１、第２及び第３光ビームを集光して情報の記録又は再生が可能な光ピックアップであって、この第１、第２及び第３光ビームをそれぞれ前記第１、第２及び第３記録媒体の各情報記録面に対して集光する対物レンズと、前記対物レンズに対して第１、第２及び第３光ビームの入射側に、前記対物レンズと一体に設けられ、第１、第２及び第３光ビームを回折させ、かつ、屈折させて所定回折次数の第１、第２及び第３光ビームを前記対物レンズに入射させる回折光学素子とを備え、前記回折光学素子は、前記対物レンズに対して第３光ビームを発散光で入射させるとともに、第３光ビームについて、前記回折光学素子に入射する収束／発散度合いをΦｉｎＩｒとし、前記対物レンズに入射する発散度合いをΦｏｕｔＩｒとすると、｜ΦｉｎＩｒ｜＜｜ΦｏｕｔＩｒ｜
を満たすことを特徴としている。
【０５００】
上記の構成によれば、互いに異なる波長の第１、第２及び第３光ビームを用いて、それぞれ第１、第２及び第３記録媒体の記録又は再生を行う光ピックアップでは、最も短波長の第１光ビームを第１記録媒体に集光する場合について収差が補正された対物レンズを用いることになる。
【０５０１】
一方、第１記録媒体とは使用波長や光透過層の厚さの異なる第２及び第３記録媒体に対してそれぞれ第２及び第３光ビームを集光させるために上記対物レンズをそのまま使用すると、第２及び第３光ビームの色収差や球面収差が増大してしまう。この球面収差の増大を抑えるためには、補正のために逆向きの収差を発生させるべく、第２及び第３光ビームを上記対物レンズに発散光として入射させればよい。
【０５０２】
ここで、球面収差の増大抑制効果を十分に得るためには、対物レンズに入射させる第３光ビームの発散度合いを大きくする必要がある。ところが、対物レンズに入射させる光ビームの発散度合いを大きくすると、トラッキングなどによる対物レンズのラジアル方向（対物レンズに入射する第１、第２及び第３光ビームの光軸にほぼ直交する方向）の移動により、記録媒体上の絞り込みスポットに付加されるコマ収差が増大してしまい集光特性が大きく劣化してしまうという問題を招来する。
【０５０３】
そこで、上記構成では、第３光ビームを対物レンズに発散光として入射させる際に、対物レンズと一体となって移動可能に設けられた回折光学素子を用いる。そして、この回折光学素子は、
｜ΦｉｎＩｒ｜＜｜ΦｏｕｔＩｒ｜
を満たすように作用する。すなわち、回折光学素子に入射する第３光ビームよりも、回折光学素子から出射する第３光ビームの方が、収束／発散度合いの絶対値が大きくなるようにする。
【０５０４】
これにより、球面収差の増大抑制効果を十分に得つつ、対物レンズと回折光学素子とからなるユニット（対物レンズユニット）に対して入射させる第３光ビームの収束／発散度合いの絶対値を小さくする、つまり、平行光に近づけることが可能になる。その結果、上記構成では、回折光学素子を用いない場合と比較して、上記対物レンズユニットのラジアル方向のシフトによる集光特性の劣化を抑制することができる。
【０５０５】
このように、上記の構成では、１つの対物レンズを用いて、使用波長や異なる光透過層厚の記録媒体に対して良好な集光スポットを形成し、情報の記録又は再生が可能になるとともに、対物レンズユニットのラジアル方向の移動によっても集光特性が大きく劣化するのを抑えることができる。
【０５０６】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子は、前記対物レンズに対して第１光ビームを平行光で入射させることが好ましい。
【０５０７】
上記構成によれば、最も厳しい集光特性が要求される短波長の第１光ビームを対物レンズに対して平行光で入射させることにより、第１光ビームの使用における回折光学素子と対物レンズとの位置ずれによる収差の発生を抑制することができる。
【０５０８】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子に対して第１光ビームが平行光もしくは収束光で入射することが好ましい。
【０５０９】
上記構成によれば、回折光学素子に対して入射する第３光ビームの収束／発散度合いの絶対値を比較的小さくすることができる。その結果、対物レンズユニットのラジアル方向の移動による集光特性の劣化をより効果的に抑えることができる。
【０５１０】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子は、第１光ビームの２次回折光、第２光ビームの１次回折光、及び第３光ビームの１次回折光をそれぞれ前記対物レンズに入射させ、前記回折光学素子では、第１光ビームについては２次回折光の回折効率が他の回折次数の効率よりも高く、第２光ビームについては１次回折光の回折効率が他の回折次数の効率よりも高く、第３光ビームについては１次回折光の回折効率が他の回折次数の効率よりも高いことが好ましい。
【０５１１】
上記構成によれば、第１、第２及び第３光ビーム全ての回折効率を向上させることができる。これにより、各光ビームの光源の出力を小さくできるため、光源での消費電力を抑えることができる。上記構成は、高出力なビームが必要となる情報の記録や消去を行う光ピックアップに特に有効である。特に、前記回折光学素子では、第１光ビームについては２次回折光の回折効率が９０％以上であることが好ましい。
【０５１２】
本発明の光ピックアップは、上記構成において、前記回折光学素子は、収束型の回折面、及び凹面の屈折面を備えることが好ましい。
【０５１３】
上記構成によれば、第１記録媒体専用の光ピックアップよりも使用可能な波長範囲が広くなり、第１記録媒体専用の対物レンズを単体で用いる場合よりも波長依存特性を改善することができる。したがって、上記構成では、モードホップなどによる波長変動が生じても、良好な集光特性を保つことができる。また、回折光学素子の回折面の最小ピッチを広げることができ、回折光学素子の作成を容易にすることができる。
【０５１４】
本発明の光ピックアップは、情報記録面上に厚さｔ１の光透過層を備えた第１記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ１の第１光ビームを集光して第１光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能であり、かつ、情報記録面上に厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の光透過層を備えた第２記録媒体の前記情報記録面に対して、波長λ２（λ２＞λ１）の第２光ビームを集光して第２光スポットを形成することにより情報の記録又は再生が可能な光ピックアップであって、前記第１及び第２光ビームが入射することにより、入射した第１及び第２光ビームを回折させ、かつ、屈折させて出射する回折光学素子と、回折光学素子から出射された第１及び第２光ビームのそれぞれ２次及び１次回折光あるいは３次及び２次回折光を、それぞれ前記第１及び第２記録媒体の情報記録面に対して集光して前記第１及び第２光スポットを形成する対物レンズとを備え、第１光ビームは、回折光学素子に対して平行光で入射し、平行光で対物レンズに入射し、前記回折光学素子は、収束型の回折格子と、発散型のレンズとを備え、前記第１光ビームと第２光ビームとが、互いに収束又は発散度合いの異なる光ビームとして前記回折光学素子に入射することを特徴としている。
【０５１５】
上記の構成によれば、少なくとも、第１光ビームに対して、対物レンズユニットのラジアル方向シフトによるコマ収差の発生の低減が可能であり、さらに、回折光学素子に対する対物レンズのラジアル方向への位置ズレによる収差の発生の低減を可能である。
【産業上の利用可能性】
【０５１６】
本発明は、異なる波長の光ビームを用いた光ピックアップに適用できる。
【符号の説明】
【０５１７】
１ａ    半導体レーザ
１ｂ    半導体レーザ
１ｃ    半導体レーザ
２ａ    コリメータレンズ
２ｂ    コリメータレンズ
２ｃ    補正レンズ
３ａ    整形光学系
３ｂ    整形光学系
４ａ    ビームスプリッタ
４ｂ    ビームスプリッタ
４ｃ    ビームスプリッタ
５      ダイクロミラー
６      球面収差補償系
７      ダイクロミラー
８      １／４波長板
９      ミラー
１０      波長選択性開口フィルタ
１１      回折光学素子
１２      対物レンズ
１３      対物レンズユニット
１４ａ    第１光ディスク
１４ｂ    第２光ディスク
１４ｃ    第３光ディスク
１５ａ    再生信号検出光学系
１５ｂ    再生信号検出光学系
１５ｃ    再生信号検出光学系
１６ａ    第１光学系
１６ｂ    第２光学系
１６ｃ    第３光学系
１００    光ピックアップ
１１１    回折光学素子
１１２    対物レンズ
１１３    対物レンズユニット
２００    光ピックアップ
２１１    回折光学素子
２１２    対物レンズ
２１３    対物レンズユニット
３００    光ピックアップ
３１１    回折光学素子
３１２    対物レンズ
３１３    対物レンズユニット
４１１    回折光学素子
４１２    対物レンズ
４１３    対物レンズユニット
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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