(57)【要約】【課題】単一の対物レンズで、異なる基板厚さの複数の光記録媒体に良好なスポットを形成し、複数の情報記録面を持つ多層光記録媒体の隣接層からの干渉光を抑制する。【解決手段】回折光学素子１０６は収差補正機能の同心円状に分割された２つの領域１０６ｂ，１０６ｃと不要光対策の領域１０６ａを有する。領域１０６ｂはＮＡ０.６５の回折構造で波長４０５ｎｍの入射光束を０次透過光と＋１次回折光に配分する。領域１０６ｃはＮＡ０.６５〜ＮＡ０.８５の平坦構造でＮＡ制限し、領域１０６ａには隣接層の干渉光対策用の回折を形成する。領域１０６ｂは、対物レンズとの組合せで２焦点レンズ構成となり、各光記録媒体にスポットを形成、また情報記録面集光時に生じる球面収差を補正する。領域１０６ａの回折構造により、対象層で反射された±１次回折光とオーバーラップされる隣接層の０次透過光を回折させて、隣接層からの干渉光の受光を抑制する。【選択図】図５
2008305484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束の入射面と記録面との間隔である基板厚が互いに異なる第１の光記録媒体と第２の光記録媒体とを含む複数種類の光記録媒体のいずれかにアクセスし、情報の記録、再生および消去のうち少なくとも１つを行う光ピックアップにおいて、
光源と、
前記第１の光記録媒体に対して最適化され、前記光源から出射された光束をアクセス対象の光記録媒体の記録面に集光する集光光学素子と、
前記光源と前記集光光学素子との間の光路上に配置され、前記光源からの光束を３つの光束に分けるグレーティングと、
前記光源と前記集光光学素子との間の光路上に配置され、前記集光光学素子を介した戻り光束を分岐する分岐光学素子と、
前記分岐光学素子および前記グレーティングと前記集光光学素子との間の光路上に配置され、透過光束の一部を回折させる第１の領域と前記透過光束の一部に光学的位相を付加する第２の領域を同一面に有する回折光学素子と、
前記分岐光学素子で分岐された戻り光束を所定の受光位置で受光する受光素子とを備え、
前記回折光学素子の前記第１の領域は、前記集光光学素子の光軸近傍の領域に形成され、前記第２の領域は、前記第１の領域の外側に光軸中心とした同心円状の領域に形成されてなり、
前記第１の領域は、少なくとも片面に複数の記録層を持つ光記録媒体の適用時、隣接層による干渉光が前記受光素子に受光されることを抑制するように回折させる回折構造を有し、
前記第２の領域は、光束を前記第１の光記録媒体への集光に用いる０次透過光と前記第２の光記録媒体への集光に用いる＋１次回折光の２つの回折光に配分する回折構造を有し、
前記第２の領域の回折構造により、前記＋１次回折光が前記第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、前記集光光学素子を介して前記第２の光記録媒体の記録面に集光させることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
光束の入射面と記録面との間隔である基板厚が互いに異なる第１の光記録媒体と第２の光記録媒体とを含む複数種類の光記録媒体のいずれかにアクセスし、情報の記録、再生および消去のうち少なくとも１つを行う光ピックアップにおいて、
光源と、
前記第１の光記録媒体に対して最適化され、前記光源から出射された光束をアクセス対象の光記録媒体の記録面に集光する集光光学素子と、
前記光源と前記集光光学素子との間の光路上に配置され、前記光源からの光束を３つの光束に分けるグレーティングと、
前記光源と前記集光光学素子との間の光路上に配置され、前記集光光学素子を介した戻り光束を分岐する分岐光学素子と、
前記分岐光学素子および前記グレーティングと前記集光光学素子との間の光路上に配置され、透過光束の一部を回折させる第１の領域と前記透過光束の一部に光学的位相を付加する第２の領域を同一面に有する回折光学素子と、
前記分岐光学素子で分岐された戻り光束を所定の受光位置で受光する受光素子とを備え、
前記回折光学素子の前記第１の領域は、前記集光光学素子の光軸近傍の領域に形成され、前記第２の領域は、前記第１の領域の外側に光軸中心とした同心円状の領域に形成されてなり、
前記第１の領域は、少なくとも片面に複数の記録層を持つ光記録媒体の適用時、隣接層による干渉光が前記受光素子に受光されることを抑制するように回折させる回折構造を有し、
前記第２の領域は、光軸を中心に同心円状に光軸方向の高さが異なる矩形状または階段状の段差が形成され、前記光束が前記第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、前記集光光学素子を介して前記第２の光記録媒体の記録面に集光させることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
前記回折光学素子と前記光記録媒体との間の光路上に、入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与する１／４波長板を備え、
前記回折光学素子の第１の領域は、基板上光軸垂直面内に、光束の波長よりも大きいピッチを有する表面凹凸型の同心円状の回折構造を有し、
前記回折構造の凸部は、前記光束の波長よりも小さいピッチを有する表面凹凸型の周期状のサブ波長構造が重畳され、
光源から前記回折光学素子に入射する光束の偏光方向は、前記サブ波長構造の溝方向と略直交することを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記回折光学素子の回折領域が形成されている面の裏面に、光束の波長よりも小さいピッチを有する表面凹凸型の周期状のサブ波長構造が形成され、入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
光記録媒体の記録面に光束を照射して情報の記録、再生および消去のうち少なくとも１つを行う光情報処理装置において、
前記光情報処理装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記録再生装置に用いられる光ピックアップに係り、特に、複数の光記録媒体の互換機能と、複数の記録層を持つ多層光記録媒体の記録および／または再生時に、隣接層によるトラックエラー信号の劣化防止を好適に実現した光ピックアップおよび光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０.６５ＧＢのＣＤ、記録容量４.７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上および大容量化の要求が強くなっている。
【０００３】
このような光記録媒体の記録密度を向上させる手段としては、光記録媒体に情報の書き込みまたは読み出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（以下、ＮＡという）を大きくすること、あるいは、光源の波長を短くすることにより、この対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットを小径化することが有効である。
【０００４】
そこで、例えば「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０.５０、光源の波長が７８０ｎｍとされているのに対して、「ＣＤ系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「ＤＶＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０.６５、光源の波長が６６０ｎｍとされている。そして、光記録媒体は、前述したように、さらなる記録密度の向上および大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズのＮＡを０.６５よりもさらに大きく、あるいは、光源の波長を６６０ｎｍよりもさらに短くすることが望まれている。
【０００５】
このような大容量の光記録媒体および光情報処理装置として、２つの規格が提案されている。１つは、青色の波長領域の光源とＮＡ０.８５の対物レンズを用いて、２２ＧＢ相当の容量確保を満足する「Blu-ray Disc」の規格（以下、ＢＤ系という）である。もう１つは、青色波長は同じであるが、ＮＡ０.６５の対物レンズを用いて、２０ＧＢ相当の容量確保を満足する「ＨＤ−ＤＶＤ」の規格（以下、ＨＤ系という）である。
【０００６】
前者はＤＶＤ系に比べ短波長化、高ＮＡ化の変更により大容量化を行い、後者は高ＮＡ化を行わない代わりに信号処理の工夫により線記録密度の向上を可能とし、ランド・グルーブ記録の採用により大容量化を行っている。
【０００７】
また、ＢＤ系とＨＤ系は、光源の発振波長が４０５ｎｍ程度の青紫色半導体レーザ光源を用いる点で共通しているが、光記録媒体は基板厚さがそれぞれ０.１ｍｍ、０.６ｍｍと異なる。
【０００８】
そして、２つの異なる光記録媒体を１つの光ピックアップ装置を用いて記録あるいは再生するものとしては、球面収差補正用のホログラムを併設し、２重焦点を有する光ピックアップの構成が提案されている。すなわち、０次透過光で基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に集光し、＋１次回折光で基板１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に集光する。
【０００９】
また、特許文献１には、片面に複数の記録層を持つ複数層光ディスクの記録および／または再生時、隣接層による干渉光を抑制できて、ＤＰＰ法（Differential Push-Pull：差動プッシュプル法）により検出されたトラックエラー信号の揺れを改善する構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２０３０９０号公報
【特許文献２】特公平４−０３４２１２号公報
【特許文献３】特開２００１−５１１２２号公報
【特許文献４】ＷＯ２００４／１１３９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記のような課題および課題達成手段が開示されている一方で、光ピックアップにおいては光学部品点数に係る課題がある。例えば、光ピックアップは、レンズ，プリズム，波長板，偏光光学素子など多くの光学部品を組み合わせて構成されている。近年では、従来のＣＤ系やＤＶＤ系に加え、大容量の青色系の光記録媒体など多種類の光記録媒体に対応する必要があり、部品点数はさらに増加する方向にある。その一方で、光ピックアップのサイズはおおよそ定まっており、大きくすることはできない。すなわち、ＣＤ系のサイズにＤＶＤ系や青色系の機能を入れ込む必要がある。さらに、これを用いる光ドライブを収納するパーソナルコンピュータのノート化などさらなる小型化の要求もある。
【００１１】
また、特許文献１には隣接層からの不要光を回避するための光学部材の回折構造、あるいは波長板の構造に関する記述がされておらず、また、これらの部材の材料に関する記述もされていない。また、他の光記録媒体との互換時の素子構成に関しても記述がされていない。
【００１２】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、単一の対物レンズで、異なる基板厚さを有する２種類以上の光記録媒体の記録面に、良好なスポットを形成するとともに、光記録媒体が複数層の情報記録面を有する多層光記録媒体を適用するときに、隣接層による干渉光を抑制して隣接層によるトラックエラー信号の劣化を改善するという２つの機能を単一の光学素子で実現する光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した光ピックアップは、光束の入射面と記録面との間隔である基板厚が互いに異なる第１の光記録媒体と第２の光記録媒体とを含む複数種類の光記録媒体のいずれかにアクセスし、情報の記録、再生および消去のうち少なくとも１つを行う光ピックアップにおいて、光源と、第１の光記録媒体に対して最適化され、光源から出射された光束をアクセス対象の光記録媒体の記録面に集光する集光光学素子（対物レンズ）と、光源と集光光学素子との間の光路上に配置され、光源からの光束を３つの光束に分けるグレーティングと、光源と集光光学素子との間の光路上に配置され、集光光学素子を介した戻り光束を分岐する分岐光学素子（偏光ビームスプリッタ）と、分岐光学素子およびグレーティングと集光光学素子との間の光路上に配置され、透過光束の一部を回折させる第１の領域と透過光束の一部に光学的位相を付加する第２の領域を同一面に有する回折光学素子と、分岐光学素子で分岐された戻り光束を所定の受光位置で受光する受光素子とを備え、回折光学素子の第１の領域は、集光光学素子の光軸近傍の領域に形成され、第２の領域は、第１の領域の外側に光軸中心とした同心円状の領域に形成されてなり、第１の領域は、少なくとも片面に複数の記録層を持つ光記録媒体の適用時、隣接層による干渉光が受光素子に受光されることを抑制するように回折させる回折構造を有し、第２の領域は、光束を第１の光記録媒体への集光に用いる０次透過光と第２の光記録媒体への集光に用いる＋１次回折光の２つの回折光に配分する回折構造を有し、第２の領域の回折構造により、＋１次回折光が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、集光光学素子を介して第２の光記録媒体の記録面に集光させることによりを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載した光ピックアップは、光束の入射面と記録面との間隔である基板厚が互いに異なる第１の光記録媒体と第２の光記録媒体とを含む複数種類の光記録媒体のいずれかにアクセスし、情報の記録、再生および消去のうち少なくとも１つを行う光ピックアップにおいて、光源と、第１の光記録媒体に対して最適化され、光源から出射された光束をアクセス対象の光記録媒体の記録面に集光する集光光学素子と、光源と集光光学素子との間の光路上に配置され、光源からの光束を３つの光束に分けるグレーティングと、光源と集光光学素子との間の光路上に配置され、集光光学素子を介した戻り光束を分岐する分岐光学素子と、分岐光学素子およびグレーティングと集光光学素子との間の光路上に配置され、透過光束の一部を回折させる第１の領域と透過光束の一部に光学的位相を付加する第２の領域を同一面に有する回折光学素子と、分岐光学素子で分岐された戻り光束を所定の受光位置で受光する受光素子とを備え、回折光学素子の第１の領域は、集光光学素子の光軸近傍の領域に形成され、第２の領域は、第１の領域の外側に光軸中心とした同心円状の領域に形成されてなり、第１の領域は、少なくとも片面に複数の記録層を持つ光記録媒体の適用時、隣接層による干渉光が受光素子に受光されることを抑制するように回折させる回折構造を有し、第２の領域は、光軸を中心に同心円状に光軸方向の高さが異なる矩形状または階段状の段差が形成され、光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、集光光学素子を介して第２の光記録媒体の記録面に集光させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載された光ピックアップは、請求項１，２の光ピックアップであって、回折光学素子と光記録媒体との間の光路上に、入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与する１／４波長板を備え、回折光学素子の第１の領域は、基板上光軸垂直面内に、光束の波長よりも大きいピッチを有する表面凹凸型の同心円状の回折構造を有し、回折構造の凸部は、光束の波長よりも小さいピッチを有する表面凹凸型の周期状のサブ波長構造が重畳され、光源から回折光学素子に入射する光束の偏光方向は、サブ波長構造の溝方向と略直交することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載された光ピックアップは、請求項１〜３の光ピックアップであって、回折光学素子の回折領域が形成されている面の裏面に、光束の波長よりも小さいピッチを有する表面凹凸型の周期状のサブ波長構造が形成され、入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載された光情報処理装置は、光記録媒体の記録面に光束を照射して情報の記録、再生および消去のうち少なくとも１つを行う光情報処理装置において、光情報処理装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする。
【００１８】
前記構成によれば、単一の対物レンズで、異なる基板厚さを有する２種類以上の光記録媒体の記録面に良好なスポットを形成するとともに、複数層の情報記録面を有する多層光記録媒体の適用時には、隣接層による干渉光を抑制してトラックエラー信号の劣化することの改善を回折光学素子の一方の面の回折構造によって実現でき、他方の面に１／４波長板などの他の機能を付加することが可能であり、また、１／４波長板がサブ波長構造により実現できることから、回折構造と併せて一体両面加工することができる。また、この光ピックアップを用いて安定した信号検出ができる装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、単一の対物レンズで、異なる基板厚さを有する２種類以上の光記録媒体の記録面に良好なスポットを形成するとともに、複数層の情報記録面を有する多層光記録媒体の適用時には、隣接層による干渉光を抑制してトラックエラー信号の劣化を改善することができ、さらに信号劣化の改善を回折光学素子の一方の面の回折構造によって実現し、他方の面にはサブ波長構造により１／４波長板機能を付加し、回折構造と併せての一体両面加工することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における光ピックアップの全体構成を示す概略図である。単一の対物レンズ１０７により、２種類の光記録媒体を異なるＮＡ（開口数）で記録または再生を行う互換型の光ピックアップである。
【００２２】
ここで、２種類の光記録媒体は、基板厚がそれぞれ０.１ｍｍ，０.６ｍｍであり、開口数がそれぞれＮＡ０.８５，ＮＡ０.６５であり、使用波長がλ１＝３９５〜４１５ｎｍであり、それぞれの光記録媒体がＢＤ系（Blu-ray Disc）、ＨＤ系（ＨＤ−ＤＶＤ）の各光記録媒体に対応する。
【００２３】
また、ＢＤ系，ＨＤ系ともに公知の通り情報記録面を２層持つものがあり、本実施形態１はこれにも対応する。ＢＤ系の２層光記録媒体は光束が入射する側から、０.０７５ｍｍと０.１００ｍｍの位置に情報記録面を持つ。また、ＨＤ系の２層光記録媒体は光束が入射する側から、０.６００ｍｍと０.６４０ｍｍの位置に情報記録面を持つ。
【００２４】
なお、本実施形態１は２層光記録媒体に限定されるものでなく、情報記録面を３層以上持つものに用いてもよく、情報記録面を２層以上持つ光記録媒体を総じて多層光記録媒体と呼ぶこととする。
【００２５】
図１に示すように、ＢＤ系光記録媒体１０８ａ、ＨＤ系光記録媒体１０８ｂに対して、光ピックアップは、半導体レーザ１０１，コリメートレンズ１０２，グレーティング１０３，偏光分岐素子の偏光ビームスプリッタ１０４，ミラー１０５，回折光学素子１０６（１／４波長板機能面１１６ａ），集光光学素子の対物レンズ１０７，検出レンズ１０９，受光素子１１０より構成される。
【００２６】
回折光学素子１０６は、後述する通り、平面基板の片面に、不要光対策および収差補正の機能を有する回折構造、もう一方の面には１／４波長板の機能を有する回折構造を持つ。ここで、不要光とは、多層光記録媒体の記録／再生対象外の隣接する情報記録面からの反射光（隣接層による干渉光）を指す。
【００２７】
光源である半導体レーザ１０１の中心波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ１０７のＮＡは０.８５である。ＨＤ系光記録媒体１０８ｂに対してＮＡは０.６５で集光させる。ＮＡの切替えは回折光学素子１０６により制限される。また、ＢＤ系光記録媒体１０８ａの基板厚は０.１ｍｍ、ＨＤ系光記録媒体１０８ｂの基板厚は０.６ｍｍである。
【００２８】
半導体レーザ１０１からの出射光は、コリメートレンズ１０２により略平行光にされる。コリメートレンズ１０２を通過した光束は、グレーティング１０３により３本の光束に分けられ、偏光ビームスプリッタ１０４に入射し、ミラー１０５より偏向される。回折光学素子１０６を通過する際、１／４波長板機能面１１６ａにより円偏光に変換され、対物レンズ１０７を介して集光されることにより、情報の記録、再生がされる。そして、ＢＤ系光記録媒体１０８ａ，ＨＤ系光記録媒体１０８ｂからの反射光は、回折光学素子１０６を再び通過する際に１／４波長板機能面１１６ａにより、往路の光束の偏光方向とは直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０４により反射、入射光と分離して偏向され、検出レンズ１０９により受光素子１１０上に導かれ、再生信号，フォーカスエラー信号，トラックエラー信号が検出される。
【００２９】
本実施形態１において、対物レンズ１０７は厚さ０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０８ａを高精度に記録，再生できるように最適に設計されている。設計波長は４０５ｎｍであり、波長４０５ｎｍでは波面収差０.０１λｒｍｓ以下と十分小さくなるよう設計されている。
【００３０】
これは対物レンズが、高ＮＡ化、短波長化に伴い製造誤差の影響を受けやすく、言い方をかえると製造マージンが狭いため、本実施形態１では対物レンズ１０７は２種類の光記録媒体のうちのＢＤ系光記録媒体１０８ａに対応した設計としている。なお、本実施形態１の対物レンズ１０７は、厚さ０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０８ａに最適に設計されているが、これに限定されるものではない。
【００３１】
例えば、情報記録面を２層有する２層ＢＤ（Blu-ray Disc）の光記録媒体では、情報記録面として光束の入射側から０.０７５ｍｍと０.１００ｍｍの位置に情報記録面を有するため、その中間値の厚さ０.０８７５ｍｍを設計中央値とした対物レンズであってもよい。
【００３２】
図２に対物レンズの具体的な構成例を示す。本実施形態１の対物レンズ１０７は両面非球面形状であり、面の頂点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、ｒを近軸曲率半径、κを円錐形数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，…を非球面係数とするとき、面の光軸方向の距離ｘと半径Ｒの関係より、非球面形状は、（数１）
【００３３】
【数１】
2008305484.tif 000003
で表される。各面および各領域の面データを（表１）に示す。
【００３４】
【表１】
2008305484.tif 000004
対物レンズに用いるガラスの硝材は住田光学製のＫＶＣ８１であり、対物レンズの有効瞳半径は２.１５ｍｍである。なお、対物レンズの材料としては、ガラスに限らず、樹脂を用いてもよい。
【００３５】
使用波長がλ＝４０５ｎｍ、基板厚が０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０８ａに対して良好な収差特性となるよう設計されたＮＡ＝０.８５で用いる対物レンズ１０８を、使用波長は同一のλ＝４０５ｎｍで基板厚さが０.６ｍｍのＨＤ系光記録媒体１０８ｂにＮＡ＝０.６５で用いたときに発生する波面収差を図３に示す。図３は横軸に入射瞳径をとり、縦軸に波面収差を表す。図３は位相差分布の２次元的な断面形状を表しているが、実際には縦軸（ＮＡ＝０）に関して回転対称な３次元的な分布となっている。このような発生収差を補正するために、回折機能を利用すればよい。
【００３６】
図４は、一般的な対物レンズの基板厚みと発散度の関係を示したグラフである。図４において、横軸は基板厚、縦軸は対物レンズに入射する光束の発散度の関数である使用状態における対物レンズの倍率である。対物レンズより基板側へ出射する光束は常に収斂光であるので、対物レンズに収斂光が入射するときの符号を「＋」、発散光が入射するときの符号は「−」とする。また、この倍率が「０」のときは、対物レンズへは平行光が入射する。
【００３７】
図４の中の曲線は各基板厚に対し、波面収差を最小とする倍率を結んだものであり、例えば基板厚０.１ｍｍで平行光入射が最良の場合、基板厚が厚くなるほど「−」すなわち発散光、薄くなるほど「＋」すなわち収斂光を入射させてやると収差が小さくなるということが一般に知られる。よって、本実施形態１においては、対物レンズ１０７は基板厚０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０８ａで最適化されたレンズであるため、基板厚０.６ｍｍのＨＤ系光記録媒体１０８ｂに集光するときは発散光を入射させることにより収差を抑制することが可能となる。このような発散光を作り出す手段として本発明では回折を利用する。
【００３８】
回折光学素子１０６は図５（ａ）に示すように１／４波長板機能面１１６ａと、不要光対策および収差補正機能を有する回折面を各面に持つ。このうち、回折光学素子１０６の回折面は、図５（ｂ）に示すように光束が通過する範囲内に、同心円状に分割された２つの領域１０６ｂ，１０６ｃおよび後述する不要光対策のための領域１０６ａを有する。なお、図５（ｂ）では、領域１０６ｂの内径の内側に領域１０６ａが形成されてなるが、領域１０６ａが領域１０６ｂの一部分に領域１０６ａが形成されてもよい。
【００３９】
図５（ｂ）において、領域１０６ｂの外径はＨＤ系光記録媒体に対するＮＡ０.６５の領域に相当し、本実施形態１では半径１.６ｍｍと設定する。領域１０６ｂには、回折構造が形成されてなり、波長４０５ｎｍの第１の光束が入射すると、その光量の大半は、０次透過光と＋１次回折光に振り分けられる。
【００４０】
また、領域１０６ｃは、ＨＤ系光記録媒体に対するＮＡ０.６５からＢＤ系光記録媒体に対するＮＡ０.８５の領域に相当し、本実施形態１では半径１.６ｍｍから２.１５ｍｍに設定する。領域１０６ｃは回折構造が形成されない平坦な構造となっている。なお、領域１０６ａは収差補正には用いられず、隣接層による干渉光対策用の構造が形成されてなる。
【００４１】
回折面の領域１０６ｂは、光軸垂直面内で光軸中心に同心円状のパターンからなる回折構造が形成されていて、＋１次回折光と同時に０次透過光を生成する。つまり入射光の一部を０次透過光、一部を＋１次以上の回折光として出射するため、対物レンズ１０７と組み合わせた２焦点レンズの構成となる。同じ波長で、異なる基板厚を有するＢＤ，ＨＤ系光記録媒体上にそれぞれ回折限界まで集光するスポットを形成する。この回折領域により、回折された光束と回折されない光束は、光軸上の異なる焦点位置に集光され、それぞれの光記録媒体にスポットを形成する。
【００４２】
本実施形態１では対物レンズ１０７が基板厚０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体で最適設計されているため、基板厚０.６ｍｍのＨＤ系光記録媒体を収差補正領域なしで集光させた場合、無視できない球面収差が発生する。これに対して、回折光学素子１０６の領域１０６ｂで＋１次光回折された波長４０５ｎｍの第１の光束は、回折光学素子１０６を配置せずに対物レンズ１０７で波長４０５ｎｍの第１の光束をＨＤ系光記録媒体の情報記録面に集光させた際に発生する球面収差を補正するような回折構造が形成されてなる。
【００４３】
また、領域１０６ｃは回折構造が形成されない平坦部であり、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させる。ＢＤ系光記録媒体に対しては対物レンズ１０７より集光され、ＨＤ系光記録媒体に対しては集光されず、図６（ａ），（ｂ）に示すような散乱光となり集光には作用せず、記録再生に影響しない。すなわち、特別な構造やコートを行わずにＨＤ系光記録媒体に対するＮＡ０.６５の開口制限を行う。図６（ａ）は光線図を示し図６（ｂ）は集光点での様子を示す。
【００４４】
図７は図５のＡ−Ａ’線の断面図であり回折領域（領域１０６ｂ）の実形状を示す図である。なお、図７では説明の簡略化のために領域１０６ａを除いた図を示している。この回折面と対物レンズ１０７の組合せにより、２焦点レンズを実現し、ＢＤ，ＨＤ系光記録媒体に良好な集光スポットを形成する。
【００４５】
回折光学素子１０６で回折面の領域１０６ｂの断面は図７に示されるような断面形状を持つ同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。輪帯状凹凸部のピッチは、回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に変化している。そして、輪帯状凹凸部のピッチは、ＨＤ系光記録媒体に対しては、＋１次回折光で収差を補正するよう設定される。
【００４６】
この回折面の光路差関数は（数２）
【００４７】
【数２】
2008305484.tif 000005
と定義される。ただし、光軸垂直面の光軸と交わる点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、φは光路差関数、Ｒは半径（光軸からの距離）、Ｃ１，Ｃ２，…は光路差係数である。
【００４８】
回折面の領域１０６ｂの光路差係数を（表２）に示す。
【００４９】
【表２】
2008305484.tif 000006
なお、回折面の溝断面形状により、回折効率をコントロールすることが可能である。例えば、図８（ａ）のような矩形状の断面形状であってもよい。図８（ｂ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。仮に、０次透過光（ＢＤ系光記録媒体への集光させるための光束）と１次回折光（ＨＤ系光記録媒体へ集光させるための光束）の各光量を同等とした場合、図８（ｂ）より溝深さ０.２７μｍのところを選択すれば、各々０.２８（すなわち２８％）となる。
【００５０】
また、図８（ｃ）のような階段状の断面形状であってもよい。図８（ｄ）は、屈折率１.５の材料に３段の段数を持つ階段状の回折面に、波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。仮に、０次透過光（ＢＤ系光記録媒体への集光させるための光束）と１次回折光（ＨＤ系光記録媒体へ集光させるための光束）の各光量を同等とした場合、図８（ｄ）より溝深さ０.３０μｍのところを選択すれば、各々３５％となる。
【００５１】
また、図８（ｅ）のような鋸歯形状の断面形状であってもよい。図８（ｆ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。仮に、０次透過光（ＢＤ系光記録媒体への集光させるための光束）と１次回折光（ＨＤ系光記録媒体へ集光させるための光束）の各光量を同等とした場合、図８（ｆ）より溝深さ０.４２μｍのところを選択すれば、各々３８％となる。
【００５２】
続いて、回折光学素子１０６の不要光対策領域である、図５（ｂ）に示す領域１０６ａについて説明する。なお、不要光の抑制はＢＤ系光記録媒体，ＨＤ系光記録媒体いずれに対しても効果がある。
【００５３】
図１に示す半導体レーザ１０１からの出射光束は、グレーティング１０３により３本の光束に分けられ、光記録媒体１０８面上で集光，反射され、それぞれの光束に対応した３つ受光領域からなる受光素子１１０に達し、トラックエラー信号が検出される。さて、このときのトラックエラー信号の検出方法である特許文献２に記載される差動プッシュプル（ＤＰＰ）法について説明する。
【００５４】
グレーティング１０３により生じた３本の光束は図９に示すように、光記録媒体１０８上で両サイドビームＢｓをメインビームＢｍに対し、半径方向にトラックピッチＴｐの半分だけずらして配置する。メインとサイドのそれぞれのスポットに対し、プッシュプル信号ＴＥ１，ＴＥ２，ＴＥ３を検出し、その差動ＴＥＤＰＰをとる方法である。
【００５５】
数式で示すと、メインビームＢｍのメインスポット（ＳＰＯＴ１）のプッシュプル信号は（数３）、両サイドビームＢｓのサイドスポット（ＳＰＯＴ２，ＳＰＯＴ３）のプッシュプル信号は（数４），（数５）で、その差動ＴＥＤＰＰは（数６）
【００５６】
【数３】
2008305484.tif 000007
【００５７】
【数４】
2008305484.tif 000008
【００５８】
【数５】
2008305484.tif 000009
【００５９】
【数６】
2008305484.tif 000010
の通りである。
【００６０】
この差動プッシュプル法によれば、メインビームＢｍのプッシュプル信号とサイドビームＢｓのプッシュプル信号は、共に対物レンズ１０７の光束の光軸に対する軸ずれや対物レンズ１０７と光記録媒体１０８の相対的なチルトによるオフセット量が等しいため、これらによるオフセット発生をキャンセルできることで知られている。
【００６１】
ところで、特許文献１に記載されているように、情報記録層を複数層有する多層光記録媒体に記録および／または再生するとき、受光素子に戻る光束は、対物レンズ１０７の焦点に位置した記録および／または再生対象の層だけでなく、隣接層による干渉光（不要光）も含まれるという課題がある。
【００６２】
対象層により反射された０次透過光と隣接層により反射された０次透過光とはその光量差が大きいために、ＤＰＰ方式によるトラックエラー信号を検出するのに使われる差信号、すなわち、Ｅ１−Ｆ１信号に、隣接層による０次透過光が大きく影響を及ぼさない。
【００６３】
しかし、対象層により反射された±１次回折光と隣接層により反射された０次透過光とは相対的に光量差が大きくないために、ＤＰＰ方式によるトラックエラー信号を検出するのに使われる信号、すなわち、（Ｅ２−Ｆ２）＋（Ｅ３−Ｆ３）信号に、隣接層による０次透過光がかなり影響を及ぼし、トラックエラー信号に揺れが生じる。
【００６４】
これを抑制するためには、隣接層による０次透過光が対象層により反射された±１次回折光とオーバーラップした光束が、サイドビーム用の受光部に受光されることを防止することが重要である。
【００６５】
これに対し本実施形態では、回折光学素子１０６の中央領域に所定の回折構造を設けることにより、この隣接層による干渉光（不要光）を回避している。回折光学素子１０６の領域１０６ａにより、少なくとも対象層により反射された±１次回折光とオーバーラップされる隣接層による０次透過光を回折させれば、サイドビームを受光する受光部に、隣接層による干渉光を受光されないように抑制できる。
【００６６】
なお、図７に示すように収差補正用の領域１０６ｂは一般に中心部から外周部に向かうほど回折構造が密になる一方、中心部は粗のため不要光対策用の領域１０６ａを設けることが可能となる。
【００６７】
ここで、情報記録面を２層持つＢＤ系光記録媒体を例に説明する。ＢＤの２層光記録媒体は光束が入射する側から、０.０７５ｍｍ（Ｌ１層とする）と０.１００ｍｍ（Ｌ２層とする）の位置に情報記録面を持つ。光入射面から近いＬ１層の再生時に受光素子１１０に受光される光Ｌ１１に対し、Ｌ２層で反射された光Ｌ１２はその焦点が光Ｌ１１より前方に位置し、一方、Ｌ２層の再生時に受光素子１１０に受光される光Ｌ２２に対し、Ｌ１層で反射された光Ｌ２１はその焦点が光Ｌ２２より後方に位置するとした場合、２層光記録媒体で反射されて回折光学素子１０６を経由して受光素子１１０に集光される光分布は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示された通りである。
【００６８】
図１０（ａ）は、Ｌ１層の再生時に受光素子１１０に集光される光分布を示す。図１０（ｂ）は、Ｌ２層の再生時に受光素子１１０に集光される光分布を示す。図１０（ａ）で、Ｌ１１＿０次透過光、Ｌ１１＿±１次回折光、Ｌ１２＿０次透過光は、それぞれＬ１層の再生時、Ｌ１層で反射された０次透過光、Ｌ１層で反射された±１次回折光、Ｌ２層で反射された０次透過光を表す。図１０（ａ）で、Ｌ１Ｍは、回折光学素子１０６の領域１０６ａにより回折された光束を表す。
【００６９】
図１０（ｂ）で、Ｌ２２＿０次透過光、Ｌ２２＿±１次回折光、Ｌ２１＿０次透過光は、それぞれＬ２層の再生時、Ｌ２層で反射された０次透過光、Ｌ２層で反射された±１次回折光、Ｌ１層で反射された０次透過光を表す。図１０（ｂ）で、Ｌ２Ｍは、回折光学素子１０６の領域１０６ａにより回折された光束を表す。
【００７０】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に図示されたように、本発明による光ピックアップを適用すれば、２つのサイドビームを受光する各受光部に、対象層により反射された±１次回折光とオーバーラップされて隣接層により反射された０次透過光が受光されることを防止できる。
【００７１】
したがって、ＤＰＰ信号のための±１次回折光の受光領域での隣接層による干渉光が効果的に抑制されるので、隣接層による干渉光によるトラックエラー信号の揺れを大きく改善できる。
【００７２】
回折光学素子１０６は、受光素子１１０の受光部の構造と同一または類似した構造の図１１に示された（ａ）〜（ｃ）の複数の領域１０６ａを具備し、隣接層による干渉光（不要光）を抑制するために領域１０６ａを利用して干渉光を回折させる。特許文献１の記載と同様に、図１１の（ａ）〜（ｃ）は、回折光学素子１０６の領域１０６ａの多様な実施例を示す。それ以外にも、回折光学素子１０６での領域１０６ａは多様に変形できる。例えば、収差補正領域と同様に同心円状の領域をとってもよい。この場合、不要光は、リング状に回折される。
【００７３】
回折溝のピッチ：ｐは、この領域を通過する光束の回折角度：θ、波長：λとの間に（数７）
【００７４】
【数７】
2008305484.tif 000011
の関係を持つ。すなわち、回折溝のピッチｐを十分に小さくすることにより回折角度θは大きくなり、信号光から干渉光と信号光のオーバーラップしている光束を大きく離すことが可能となる。
【００７５】
回折面の溝断面形状により、回折効率をコントロールすることが可能である。例えば、図１２（ｂ）のような矩形状の断面形状であってもよい。この場合、図１２（ａ）に示すように＋１次回折光と−１次回折光が均等の光量で発生する。すなわち、図１０（ａ），（ｂ）では片側のみに不要回折光が発生した図となっていたが断面が矩形状の回折溝を用いた場合、両側に不要回折光が発生する。
【００７６】
図１２（ｃ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図１２（ｃ）より溝深さ０.４μｍのところを選択すれば、±１次回折光が０.３９（すなわち３９％）となり、一方の０次透過光が５％以下と十分小さくでき、不要光を回折させる機能が十分に発現できることが可能となることがわかる。
【００７７】
また、図１３（ｂ）のような階段状の断面形状であってもよい。この場合、図１３（ａ）に示すように＋１次回折光のみ発生させることが可能である。図１３（ｃ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図１３（ｃ）より溝深さ１.１μｍのところを選択すれば、＋１次回折光が５６％となり、一方の０次透過光、−１次回折光が５％以下と十分小さくでき、不要光を回折させる機能が十分に発現できることが可能となることがわかる。
【００７８】
また、図１４（ｂ）のような鋸歯状の断面形状であってもよい。この場合、図１４（ａ）に示すように＋１次回折光のみ発生させることが可能である。図１４（ｃ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図１４（ｃ）より溝深さ０.８μｍのところを選択すれば、＋１次回折光が８８％となり、一方の０次透過光、−１次回折光が５％以下と十分小さくでき、不要光を回折させる機能が十分に発現できることが可能となることがわかる。
【００７９】
なお、素子作製上、収差補正領域と不要光対策領域の回折溝形状は同等とすることが望ましい。
【００８０】
また、図１０（ａ），（ｂ）では、対象層により反射された０次透過光の一部も隣接層により反射された０次透過光と共に回折される。これに対しては、特許文献１と同様に、情報再生時、再生信号の劣化を防止するために、補助受光素子で検出し、これを合算して情報再生信号を検出してもよい。
【００８１】
なお、本実施形態１については、隣接層による干渉光の抑制のみならず、収差補正領域により発生する不要光による影響も低減可能である。すなわち、本実施形態１の収差補正領域による０次透過光はＢＤ系光記録媒体１０８ａに集光し、１次回折光でＨＤ系光記録媒体１０８ｂに集光するが、この際、使用しない回折光は不要光となり、受光素子１１０面上では、図１０（ａ），（ｂ）の不要光と同様のスポット像となる。しかしながら、本実施形態１では回折光学素子１０６の領域１０６ａにより、前記の隣接層による不要光の抑制同様に低減可能である。
【００８２】
続いて、回折光学素子１０６の光記録媒体側の面に形成された１／４波長板の構成について説明する。回折光学素子１０６の１／４波長板機能面１１６ａには、図１５に示すような構造性複屈折を呈する（発現する）サブ波長構造が構成されている。ここで、構造性複屈折とは、光束の波長よりも短い凹凸周期構造に、溝に平行な偏光成分（ＴＥ波）と溝に垂直な偏光成分（ＴＭ波）とで感じる屈折率が異なり、複屈折作用が生じることをいう。
【００８３】
ここで、以下の説明のため、図１６を参照しながら用語について説明する。図１６は形成された「断面矩形波状の微細凹凸構造」を模式的に示した説明図である。微細凹凸構造の凹凸は断面形状が「矩形波状」であり、このような矩形波状の凹凸が、図面に直交する方向へ均一な断面形状で形成されている。
【００８４】
したがって、微細凹凸構造における凸部は図面に直交する方向に長い「凸状」をなし、凹部は図面に直交する方向に長い「凹状」をなす。凸状をなす凸部を「ランド」と呼び、凹状をなす凹部を「スペース」と呼ぶ。断面矩形波状の微細凹凸構造のピッチ：Ｐは、図１６に示すように、１対をなすランドとスペースにおいて、ランド幅：ａとスペース幅：ｂの和（ａ＋ｂ）である。また、スペース底部に対するランドの高さを「溝深さ：ｄ」、フィリングファクタは「ｆ＝ａ／Ｐ」とする。
【００８５】
微細凹凸構造がサブ波長構造であると、そのピッチＰよりも大きい波長の光は回折せず「０次透過光」としてそのまま透過する（このときの透過率を「０次透過率」と呼ぶ。）が、入射光に対して複屈折性を示す。すなわち、図１６に示すように、微細凹凸構造へ「空気領域から入射」する入射光において、微細凹凸構造の周期方向（図の左右方向）に平行に振動する偏光成分：ＴＭ、ランド長手方向（図面に直交する方向）に平行に振動する偏光成分ＴＥに対し、微細凹凸構造は「屈折率が異なる媒質」のように作用する。
【００８６】
微細凹凸構造の部分における有効屈折率を、偏光成分：ＴＭにつきｎ（ＴＭ）、偏光成分：ＴＥについてｎ（ＴＥ）とすると、これらの有効屈折率は、微細凹凸構造が形成された材料の屈折率：ｎ、微細凹凸構造のフィリングファクタ：ｆを用いて（数８），（数９）
【００８７】
【数８】
2008305484.tif 000012
【００８８】
【数９】
2008305484.tif 000013
のように表される。
【００８９】
このため、透過光における偏光成分：ＴＭに対し、偏光成分：ＴＥは位相が「δ」だけ遅れることになる。
【００９０】
すなわち、溝深さ：ｄを用いると、微細凹凸構造の「光学的厚さ」は、偏光成分：ＴＭに対して「ｄ×ｎ（ＴＭ）」、偏光成分：ＴＥに対して「ｄ×ｎ（ＴＥ）」であるので、これら光学的厚さの差：ｄ｛ｎ（ＴＥ）−ｎ（ＴＭ）｝に応じて「位相遅れ：δ」が生ずる。この「位相遅れ：δ」が「リタデーション」である。
【００９１】
ｎ（ＴＥ）、ｎ（ＴＭ）は、材料の屈折率：ｎと、フィリングファクタ：ｆにより決定され、リタデーション：δは、屈折率：ｎ、フィリングファクタ：ｆ、溝深さ：ｄにより定まるから、結局、リタデーションは材料（ｎが定まる）と微細凹凸構造の形態（フィリングファクタ：ｆと溝深さ：ｄが定まる）を調整することにより所望のものを得ることができる。
【００９２】
なお、１／４波長板機能面１１６ａのサブ波長構造の溝方向は入射光偏光方向に対して４５度方向で設定されてなる。
【００９３】
図１７は屈折率ｎ（横軸）の媒質に、フィリングファクタ（ＦＦ）が０.５でサブ波長構造を形成したときの有効屈折率である。破線が「ｎ//」（ＴＥ方向の有効屈折率）、実線が「ｎ⊥」（ＴＭ方向の有効屈折率）を表している。なお波長は４０５ｎｍである。「ｎ//」が「ｎ⊥」に比して大きい。例えば、基材屈折率２.０のときｎ（ＴＥ）＝１.５９，ｎ（ＴＭ）＝１.２６であるため、溝深さ０.７６μｍとすれば１／４波長板となる。
【００９４】
なお、本実施形態１では１／４波長板機能面と、収差補正機能（領域１０６ｂ、領域１０６ｃ）、不要光対策（領域１０６ａ）が平板基板の両面を使って集約されてなるが、これに限定されるものでなく、各々の機能が別体の３つの素子でも同様の機能を果たすことが可能である。
【００９５】
次に、回折光学素子１０６の各面の構造を作製する方法について簡単に説明する。材料として光透過性で熱可塑性の樹脂を用いれば樹脂成形金型に形成された微細形状を転写すればよい。すなわち、蒸着のような長時間を要するプロセスを用いないため大量生産が可能である。図１８（ａ）〜（ｅ）に金型作製工程の断面図を示す。すなわち、金型は電子銃による電子線を金型基板上のレジストの一部領域に照射する電子線露光技術によりパターニングし、現像した後（図１８（ａ），（ｂ））、反応性イオンエッチングなどにより金型基板を掘り込み（図１８（ｃ），（ｄ））、その後に転写工程で金型を容易に引き離せるように剥離材料を塗布する工程からなる（図１８（ｅ））。
【００９６】
また、図１９（ａ）〜（ｃ）に樹脂に回折構造を転写する工程断面図を示す。基板４５の上に、樹脂４６を配置し（図１９（ａ））、樹脂４６に金型４０を押し当て、金型４０の表面を樹脂４６のＴｇ温度（融点）より僅かに高い温度に加熱し、樹脂４６に金型４０を押し当てる（図１９（ｂ））。樹脂４６が金型４０にならって変形した後、徐々に樹脂を除冷し形状を転写して、樹脂４６と金型４０を剥離する（図１９（ｃ））。
【００９７】
以上のように作製される回折光学素子のサブ波長構造は、１種類の材質へのダイレクト加工でよく、材質の制約もない。そのため、高パワーや短波長の光を用いる場合は、ガラスを用いればよく、選択できる材質の範囲は多数存在する。さらに、複屈折性結晶を必要とせず、ガラスや樹脂などの容易に、しかも安価に入手できる材料で作製でき、フォトリソグラフィの手法やナノインプリントの手法で簡単に多数個同時に製作することができる。
【００９８】
（実施例２）
前述した本実施形態１の光ピックアップとは構成の異なる実施例２の光ピックアップについて説明する。本実施例２の光ピックアップでは、不要光対策を行う領域１０６ａとして、光記録媒体１０８で反射された復路光のみを回折させるように、入射光の偏光によって選択的に回折させる偏光回折構造とした。すなわち、光源である半導体レーザ１０１から出射されて対物レンズ１０７側に進む往路光はそのまま透過させ、光記録媒体１０８で反射されて１／４波長板機能面１１６ａを経由して往路光と直交する偏光方向に変わった光束のみ回折させるものである。
【００９９】
このように、半導体レーザ１０１から対物レンズ１０７側に進む光束については回折作用をしないように、回折光学素子１０６の領域１０６ａに偏光回折構造を形成する理由は、光記録媒体１０８に向かう光束の一部が回折光学素子１０６での回折により遺失されて集光スポットの強度が弱くなり、それにより、記録光量の低下および／または再生信号の劣化を防止し、往路効率を確保するためである。
【０１００】
このような機能を発現させるために、本実施例２では、回折光学素子１０６の不要光を回折する領域１０６ａは、図２０に示すように、基板上光軸垂直面内に、光束の波長よりも大きいピッチを有する表面凹凸型の直線状の回折構造を有し、この回折構造の凸部は、光束の波長よりも小さいピッチを有する表面凹凸型の周期状のサブ波長構造が重畳され、光源側から回折光学素子１０６に入射する光束の偏光方向は、サブ波長構造の溝方向と略直交する構成とした。この構成により、往路では０次透過光が主たる光束となり、復路では１次回折光が主として発生する。
【０１０１】
サブ波長構造が重畳された回折構造では、後述する通り、その入射光偏光方向によって回折効率が異なる。本実施例２では、領域１０６ａの回折構造と光記録媒体の間に１／４波長板機能面１１６ａを介在しているため、光源側から光記録媒体へ向かう回折光学素子１０６に入射する光束と、光記録媒体側から反射して回折光学素子１０６に入射する光束の偏光方向は直交してなる。
【０１０２】
サブ波長構造が重畳された回折光学素子１０６ではサブ波長構造の溝方向に平行な偏光方向の光束が入射した場合は０次透過光と１次回折光が生じ、溝方向と直交する偏光方向の光束が入射した場合は０次透過光が主たる光束となる。
【０１０３】
以下、図２０に示すサブ波長構造に関して説明する。図２１には、屈折率２.０の材料にフィリングファクタ０.５、ピッチ０.４μｍのサブ波長構造を重畳形成された回折光学素子１０６に、波長４０５ｎｍの光束が入射したときの、０次透過率および１次回折効率の溝深さ依存性を示す図である。
【０１０４】
溝深さ０.７１５μｍのところでは、ＴＥ方向の回折効率は０次透過光が５％以下、１次回折光は４０％、一方、ＴＭ方向の回折効率は０次透過光が９０％、１次回折光は５％以下である。
【０１０５】
このような特性を利用すれば、復路では０次透過光と１次回折光が生じ、往路では０次透過光を主たる光束とすることが可能である。すなわち、往路ではＴＭ方向とサブ波長構造の溝方向を一致させればよい。復路では、１／４波長板機能面により往路と直交する偏光方向の光（ＴＥ方向の光）が回折光学素子１０６に入射する。
【０１０６】
図２２はサブ波長構造のピッチと透過率の関係を示す図である。図２２はＴＭ方向の透過率に相当する。なお図２２の計算条件としては、フィリングファクタ０.５、溝深さ０.７１５μｍ、波長４０５ｎｍである。ピッチ０.２５μｍ以上では透過率が減少している。これは回折光の発生によるものである。０.２５μｍ（波長よりも１／２以下）であれば、０次透過光のみのサブ波長機能が発現することがわかる。よって、本発明のサブ波長構造としては、波長の１／２以下のピッチが望ましい。
【０１０７】
（実施例３）
また、本実施形態１の光ピックアップとは構成の異なる実施例３の光ピックアップについて説明する。本実施例３の光ピックアップでは、１／４波長板機能面として図２３のように、実施形態１で説明したサブ波長構造の構造面上に、多層膜を形成したものであってもよい。特に、特許文献３で開示されているように高屈折率材料（例えば、Ｓi）と低屈折率材料（例えば、ＳiＯ２）をある所定条件で積層することにより、入射する偏光方向に応じて位相差を付与できる。電子ビームリソグラフィおよびドライエッチング技術で加工された凹凸パターン上に、スパッタデポジションとスパッタエッチングを組み合わせたプロセスにより、作製できる。
【０１０８】
（実施例４）
また、本実施形態１の光ピックアップとは構成の異なる実施例４の光ピックアップについて説明する。本実施例４の光ピックアップでは、収差補正を行うための領域１０６ｂとして、実施形態１で回折現象を利用したのに対し、位相シフタ方式を用いている。位相シフタ方式とは、後述する通り透過光に位相段差を付加し収差補正するものである。図２４に示すように領域１０６ｂの範囲内に、光軸を中心に同心円状に光軸方向の高さが異なる矩形または階段状の段差が形成されている。なお、図２４において、説明の簡略化のために不要光対策の領域１０６ａは省略した。
【０１０９】
波長４０５ｎｍの光束をそのまま透過させ、ＨＤ系光記録媒体１０８ｂのＢＤ系光記録媒体１０８ａに対する基板厚の違いにより生じる球面収差を補正するように、位相差を付与する段差が形成されている。形成された段差のうち、４０５ｎｍの波長に対して２πの整数倍となる位相差を付与する段差が形成されたリング状の領域の光束は、ＢＤ系光記録媒体１０８ａに集光する。
【０１１０】
図２４においては、段差の高さＤが２πのゼロ倍すなわち段差の形成されていない領域に相当する。ＮＡ０.６５からＮＡ０.８５の領域１０６ｃは、段差が形成されない平坦部であり、ＢＤ系光記録媒体１０８ａへの集光に寄与し、ＨＤ系光記録媒体１０８ｂに対しては集光されない構造となる。位相シフタが形成されている領域１０６ｂおよび領域１０６ｃは、ＨＤ系光記録媒体１０８ｂに集光時の発生収差を補正し、かつ開口（ＮＡ）を切り替える機能を有する。
【０１１１】
ここで、図２５を用いて収差を補正する原理について説明する。図２５において横軸は対物レンズの瞳半径位置、縦軸は位相（λ）である。図２５（ａ）の５０３はＨＤ系光記録媒体１０８ａに回折光学素子１０６なしで集光した場合に発生する収差の波面形状を示している。波面形状５０３の波面を補正するために、５０４で示す階段状の位相差を付与すると、波面形状５０５のように光軸中心よりも進んでいる波面や遅れている波面が光軸中心とほぼ同じ位相に補正される。
【０１１２】
同様に図２５（ｂ）の５０６の階段状の位相差を付与すると、波面形状５０５のように補正される。形状５０６の位相差は、位相差５０４から波長に対して２πの整数倍の位相差をシフトさせたものであり、形状５０６は位相差５０４と同等の位相差を付与することができる。
【０１１３】
また、本実施例４では、波長に対して（１＋２×ａ）π，（１.５＋２×ｂ）πの位相差を付与するよう段差を形成しており、具体的にはａ＝０，ｂ＝０で図２４において、段差の高さはそれぞれ（数１０），（数１１）
【０１１４】
【数１０】
2008305484.tif 000014
【０１１５】
【数１１】
2008305484.tif 000015
と設定している。ここでλは波長４０５ｎｍ，ｎは光学ガラスＢＫ７の４０５ｎｍの屈折率１.５３０である。
【０１１６】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。前述の実施形態１および実施例２〜実施例４においては、ＢＤ系光記録媒体とＨＤ系光記録媒体を互換する光ピックアップに適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、使用波長の異なる複数の光記録媒体を互換する光ピックアップについても適用可能である。本実施形態２においては、ＢＤ系光記録媒体とＤＶＤ系光記録媒体を互換する光ピックアップに適用した事例について説明する。
【０１１７】
図２６は本実施形態２における光ピックアップの全体構成の概略図である。単一の対物レンズ１０７により、２種類の光記録媒体を異なるＮＡ（開口数）、異なる使用波長：λで記録または再生を行う互換型の光ピックアップである。
【０１１８】
ここで、２種類の光記録媒体は、基板厚がそれぞれ０.１ｍｍ，０.６ｍｍであり、使用波長がλ１＝４０５ｎｍ，λ２＝６６０ｎｍであり、開口数がそれぞれＮＡ０.８５，ＮＡ０.６５であり、それぞれの光記録媒体がＢＤ系（Blu-ray Disc）、ＤＶＤ系（ＤＶＤディスク）の各光記録媒体に対応する。
【０１１９】
また、ＢＤ系，ＤＶＤ系ともに公知の通り情報記録面を２層持つものがあり、本実施形態２はこれにも対応する。ＢＤ系の２層光記録媒体は光束が入射する側から、０.０７５ｍｍと０.１００ｍｍの位置に情報記録面を持つ。また、ＤＶＤ系の２層光記録媒体は光束が入射する側から、０.６００ｍｍと０.６４０ｍｍの位置に情報記録面を持つ。
【０１２０】
なお、本実施形態は２層光記録媒体に限定されるものでなく、情報記録面を３層以上持つものに用いてもよく、情報記録面を２層以上持つ光記録媒体を総じて多層光記録媒体と呼ぶこととする。
【０１２１】
図２６に示すように、ＢＤ系光記録媒体１０８ａ、ＤＶＤ系光記録媒体２０８に対して、光ピックアップは、半導体レーザ１０１，コリメートレンズ１０２，グレーティング１０３，半導体レーザ２０１，コリメートレンズ２０２，グレーティング２０３，ダイクロイックプリズム２１１，偏光分岐素子の偏光ビームスプリッタ２０４，ミラー２０５，回折光学素子２０６，対物レンズ１０７、検出レンズ２０９，受光素子２１０より構成される。
【０１２２】
回折光学素子２０６は、後述する通り、平面基板の片面に、不要光対策および収差補正の機能を有する回折構造、もう一方の面には１／４波長板の機能を有する。ここで、不要光とは、多層光記録媒体の記録／再生対象外の隣接する情報記録面からの反射光を指す。光源である半導体レーザ１０１の中心波長は４０５ｎｍであり、もう１つの半導体レーザ２０１の中心波長は６６０ｎｍである。対物レンズ１０７のＮＡは０.８５である。ＤＶＤ系光記録媒体２０８に対してＮＡは０.６５で集光させる。ＮＡの切替えは回折光学素子２０６により制限される。ＢＤ系光記録媒体１０８ａの基板厚は０.１ｍｍ、ＤＶＤ系光記録媒体２０８の基板厚は０.６ｍｍである。
【０１２３】
まず、ＢＤ系光記録媒体１０８ａの記録／再生時の光路の流れについて説明する。半導体レーザ１０１の出射光は、コリメートレンズ１０２により略平行光にされる。コリメートレンズ１０２を通過した光は、グレーティング１０３により３本の光束に分けられ、ダイクロイックプリズム２１１，偏光ビームスプリッタ２０４に入射し、ミラー２０５より偏向される。回折光学素子２０６を通過する際、１／４波長板機能面２１６ａにより円偏光に変換され、対物レンズ１０７を介して集光されることにより、情報の記録，再生がされる。
【０１２４】
ＢＤ系光記録媒体１０８ａからの反射光は、回折光学素子２０６を再び通過する際に１／４波長板機能面２１６ａにより、往路の光束の偏光方向とは直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２０４により反射、入射光と分離して偏向され、検出レンズ２０９により受光素子２１０上に導かれ、再生信号，フォーカスエラー信号，トラックエラー信号が検出される。
【０１２５】
次に、ＤＶＤ系光記録媒体２０８の記録／再生時の光路の流れについて説明する。半導体レーザ２０１の出射光は、コリメートレンズ２０２により略平行光にされる。コリメートレンズ２０２を通過した光束は、グレーティング２０３により３本の光束に分けられ、ダイクロイックプリズム２１１により９０度偏向され、偏光ビームスプリッタ２０４に入射し、ミラー２０５より偏向される。回折光学素子２０６を通過する際、１／４波長板機能面２１６ａにより円偏光に変換され、対物レンズ１０７を介して集光されることにより、情報の記録，再生がされる。
【０１２６】
ＤＶＤ系光記録媒体２０８からの反射光は、回折光学素子２０６を再び通過する際に１／４波長板機能面２１６ａにより、往路の光束の偏光方向とは直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２０４により反射、入射光と分離して偏向され、検出レンズ２０９により受光素子２１０上に導かれ、再生信号，フォーカスエラー信号，トラックエラー信号が検出される。
【０１２７】
本実施形態２においても、対物レンズ１０７は厚さ０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０８ａを高精度に記録，再生できるように最適に設計されている。設計波長は４０５ｎｍであり、波長４０５ｎｍでは波面収差０.０１λｒｍｓ以下と十分小さくなるよう設計されている。
【０１２８】
これは対物レンズ１０７が、高ＮＡ化，短波長化に伴い製造誤差の影響を受けやすく、言い方をかえると製造マージンが狭いため、本実施形態２では対物レンズ１０７は２種類の光記録媒体のうちのＢＤ系光記録媒体１０８ａに対応した設計としている。なお、本実施形態２の対物レンズ１０７は、厚さ０.１ｍｍの光記録媒体１０８ａに最適に設計されているが、これに限定されるものではない。
【０１２９】
例えば、情報記録面を２層有する２層ＢＤ系光記録媒体では、情報記録面を光束の入射側か０.０７５ｍｍと０.１００ｍｍの位置に情報記録面を有するため、その中間値の厚さ０.０８７５ｍｍを設計中央値とした対物レンズであってもよい。また、対物レンズ１０７の具体的な構成は前述の実施形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【０１３０】
使用波長がλ＝４０５ｎｍ、基板厚が０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０８ａに対して良好な収差特性となるよう設計されたＮＡ＝０.８５対物レンズを、使用波長：λ＝６６０ｎｍで厚さが０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体２０８にＮＡ＝０.６５で用いたときに発生する波面収差を図２７に示す。図２７は横軸に入射瞳径をとり、縦軸に波面収差を表す。図２７は位相差分布の２次元的な断面形状を表しているが、実際には縦軸（ＮＡ＝０）に関して回転対称な３次元的な分布となっている。このような発生収差を補正するために、回折機能を利用すればよい。
【０１３１】
また、一般的な対物レンズの基板厚みと発散度の関係は、前述した実施形態１の図４のグラフに示したように、各基板厚に対し、波面収差を最小とする倍率を結んだものであり、例えば基板厚０.１ｍｍで平行光入射が最良の場合、基板厚が厚くなるほどマイナス、すなわち発散光、薄くなるほどプラスすなわち収斂光を入射させてやると収差が小さくなるということが一般に知られる。よって、本実施形態２においては、対物レンズは基板厚０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０８ａで最適化されたレンズであるため、基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体２０８に集光するときは発散光を入射させることにより収差を抑制することが可能となる。このような発散光を作り出す手段として本発明では回折を利用する。
【０１３２】
回折光学素子２０６は図２８（ａ）に示すように１／４波長板機能面２１６ａと、不要光対策および収差補正機能を有する回折面を各面に持つ。このうち、回折光学素子２０６の回折面は、図２８（ｂ）に示すように光束が通過する範囲内に、同心円状に分割された２つの領域２０６ｂ，２０６ｃおよび後述する不要光対策のための領域２０６ａを有する。なお、図２８（ｂ）では、領域２０６ｂの内径の内側に領域２０６ａが形成されてなるが、領域２０６ａが領域２０６ｂの一部分に領域２０６ａが形成されてもよい。
【０１３３】
図２８（ｂ）において、領域２０６ｂの外径はＤＶＤ系光記録媒体２０８に対する開口数０.６５の領域に相当し、本実施形態２では半径１.６ｍｍと設定する。領域２０６ｂには、回折構造が形成されてなり、波長４０５ｎｍの光束が入射すると、その光量の大半は、０次透過光に、波長６６０ｎｍの光束が入射すると、その光量の大半は、１次回折光に振り分けられる。
【０１３４】
また、領域２０６ｃは、ＤＶＤ系光記録媒体２０８に対するＮＡ０.６５からＢＤ系光記録媒体に対する開口数０.８５の領域に相当し、本実施形態２では半径１.６ｍｍから２.１５ｍｍに設定する。領域２０６ｃは回折構造が形成されない平坦な構造となっている。
【０１３５】
なお、領域２０６ａは収差補正には用いられず、隣接層による干渉光対策用の構造が形成されてなる。
【０１３６】
本実施形態２では対物レンズ１０７が基板厚０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体で最適設計されているため、基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体２０８を収差補正領域なしで集光させた場合、無視できない球面収差が発生する。これに対して、回折光学素子２０６の領域２０６ｂで＋１次光回折された波長６６０ｎｍの光束は、回折光学素子２０６を配置せずに対物レンズ１０７でＤＶＤ系光記録媒体２０８に集光させた際に発生する球面収差を補正するような回折構造が形成されてなる。一方、波長４０５ｎｍの光束は領域２０６ｂを通過する際には、０次光透過、すなわち回折構造を不感帯透過する。
【０１３７】
また、領域２０６ｃは回折構造が形成されない平坦部であり、波長４０５ｎｍ、波長６６０ｎｍの光束をそのまま透過させる。ＢＤ系光記録媒体に対しては対物レンズ１０７より集光され、ＤＶＤ系光記録媒体２０８に対しては集光されず、図２９（ａ），（ｂ）に示すような散乱光となり集光には作用せず、記録再生に影響しない。すなわち、特別な構造やコートを行わずにＤＶＤ系光記録媒体２０８に対するＮＡ０.６５の制限を行う。図２９（ａ）は光線図を示し図２９（ｂ）は集光点での様子を示す。
【０１３８】
図２８のＡ−Ａ’線断面図、すなわち回折領域（領域２０６ｂ）の実形状を図３０に示す。なお、図３０では説明の簡略化のために領域２０６ａを除いた図を示している。この回折面と対物レンズ１０７の組合せにより、ＢＤ系光記録媒体１０８ａ，ＤＶＤ系光記録媒体２０８に良好な集光スポットを形成する。
【０１３９】
回折光学素子２０６の回折面の領域２０６ｂの断面は図３０に示されるような断面形状を持つ同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。輪帯状凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に変化している。そして、輪帯状凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体２０８に対しては、＋１次回折光で収差を補正するよう設定される。
【０１４０】
また、この回折面の光路差関数は、前述の実施形態１の（数２）でした説明と同様に（数１２）
【０１４１】
【数１２】
2008305484.tif 000016
と定義され、この回折面の領域２０６ｂの光路差係数を（表３）に示す。
【０１４２】
【表３】
2008305484.tif 000017
本実施形態２の収差補正領域は、波長４０５ｎｍの光束に対しては０次光透過し、波長６６０ｎｍの光に対しては１次光透過してなる。これに対し、回折部の溝断面形状により、回折効率をコントロールすることが可能である。例えば、図３１（ａ）のような矩形状の断面形状であってもよい。図３１（ｂ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率、図３１（ｃ）は波長６６０ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図３１（ｂ），（ｃ）より溝深さ３.２５μｍのところを選択すれば、波長６６０ｎｍの光束については、１次回折光は０.３８（３８％）、波長４０５ｎｍの光束の１次回折光は５％以下とすることができる。
【０１４３】
また、図３１（ｄ）のような階段状の断面形状であってもよい。図３１（ｅ）は、屈折率１.５の材料に３段の段数を持つ階段状の回折面に、波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示し、図３１（ｆ）は、波長６６０ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図３１（ｅ），（ｆ）より溝深さ１．６４μｍのところを選択すれば、波長６６０ｎｍの光については、＋１次光は０.４６（４６％）、波長４０５ｎｍの光の１次光は５％以下とすることができる。
【０１４４】
回折光学素子２０６の１／４波長板機能面２１６ａについては、実施形態１と同様にサブ波長構造、あるいはその上に多層膜を形成した構造を用いればよい。特に、本実施形態２では４０５ｎｍ，６６０ｎｍの２波長について１／４波長板機能を満足するように、サブ波長構造のピッチ，フィリングファクタ，材料を選んでやればよい。波長４０５ｎｍの光束に対しては３／４波長板（すなわち−１／４波長板）として機能し、波長６６０ｎｍの光束に対しては１／４波長板として機能するような構成であってもよい。
【０１４５】
続いて、回折光学素子２０６の不要光対策の領域、図２８（ｂ）に示す領域２０６ａについて説明する。本実施形態２では、特に情報記録面を２層有するＢＤ系光記録媒体の適用時に発生する不要光を抑制し、ＤＶＤ系光記録媒体の適用時は０次光透過、すなわち波長６６０ｎｍの光束については領域２０６ａが不感帯となる構成について説明する。
【０１４６】
図２６に示す半導体レーザ１０１からの出射光束は、グレーティング１０３により３本の光束に分けられ、光記録媒体１０８面上で集光，反射され、それぞれの光束に対応した３つ受光領域からなる受光素子２１０に達し、トラックエラー信号が検出される。さて、このときのトラックエラー信号の検出方法である特許文献２に記載された差動プッシュプル（ＤＰＰ）法について説明する。
【０１４７】
グレーティング１０３により生じた３本の光束は前述の実施形態１の図９に示すように、光記録媒体１０８上で両サイドビームＢｓをメインビームＢｍに対し、半径方向にトラックピッチＴｐの半分だけずらして配置する。メインビームＢｍとサイドビームＢｓのそれぞれのスポットに対し、プッシュプル信号ＴＥ１，ＴＥ２，ＴＥ３を検出し、その差動ＴＥＤＰＰをとる方法である。
【０１４８】
数式で示すと前述した（数３）〜（数６）で説明したように、メインビームＢｍのメインスポット（ＳＰＯＴ１）のプッシュプル信号は（数１３）、両サイドビームＢｓのサイドスポット（ＳＰＯＴ２，ＳＰＯＴ３）のプッシュプル信号は（数１４），（数１５）で、その差動ＴＥＤＰＰは（数１６）
【０１４９】
【数１３】
2008305484.tif 000018
【０１５０】
【数１４】
2008305484.tif 000019
【０１５１】
【数１５】
2008305484.tif 000020
【０１５２】
【数１６】
2008305484.tif 000021
の通りである。
【０１５３】
この差動プッシュプル法によれば、メインビームＢｍのプッシュプル信号とサイドビームＢｓのプッシュプル信号は、共に対物レンズ１０７の光束の光軸に対する軸ずれや対物レンズ１０７と光記録媒体１０８の相対的なチルトによるオフセット量が等しいため、これらによるオフセット発生をキャンセルできることで知られている。
【０１５４】
そして、前述したように特許文献１の記載から、情報記録層を複数層有する多層光記録媒体に記録および／または再生するとき、受光素子に戻る光束は、対物レンズの焦点に位置した記録および／または再生対象層だけでなく、隣接層による干渉光も含まれるという課題がある。
【０１５５】
対象層により反射された０次透過光と隣接層により反射された０次透過光とはその光量差が大きいために、ＤＰＰ方式によるトラックエラー信号の検出に使われる差信号（Ｅ１−Ｆ１信号）に、隣接層による０次透過光が大きく影響を及ぼさない。しかし、対象層により反射された±１次回折光と隣接層により反射された０次透過光とは相対的に光量差が大きくないために、ＤＰＰ方式によるトラックエラー信号の検出に使われる信号、すなわち、（Ｅ２−Ｆ２）＋（Ｅ３−Ｆ３）信号に、隣接層による０次光がかなり影響を及ぼし、トラックエラー信号に揺れが生じることになる。これを抑制するためには、隣接層による０次透過光と対象層により反射された±１次回折光とがオーバーラップした光束が、サイドビーム用の受光部に受光されることを防止することが重要である。
【０１５６】
これに対して本実施形態２では、回折光学素子２０６の中央領域に所定の回折構造を設けることにより、この隣接層による干渉光（不要光）を回避している。回折光学素子２０６の領域２０６ａにより、少なくとも対象層により反射された±１次回折光とオーバーラップされる隣接層による０次透過光を回折させれば、サイドビーム用の受光部に受光されないように隣接層による干渉光を抑制できる。
【０１５７】
なお、図３０に示すように収差補正用の領域２０６ｂは一般に中心部から外周部に向かうほど回折構造が密になる一方、中心部は粗で干渉光対策用の領域２０６ａを設けることが可能となる。
【０１５８】
ここで、情報記録面を２層持つＢＤ系光記録媒体を例に説明する。ＢＤの２層光記録媒体は光束が入射する側から、０.０７５ｍｍ（Ｌ１層とする）と０.１００ｍｍ（Ｌ２層とする）の位置に情報記録面を持つ。光入射面から近いＬ１層の再生時に受光素子２１０に受光される光Ｌ１１に対し、Ｌ２層で反射された光Ｌ１２はその焦点が光Ｌ１１より前方に位置し、一方、Ｌ２層の再生時に受光素子２１０に受光される光Ｌ２２に対し、Ｌ１層で反射された光Ｌ２１はその焦点が光Ｌ２２より後方に位置するとした場合、２層光記録媒体で反射されて回折光学素子２０６を経由して受光素子２１０に集光される光分布は、前述の実施形態１と同様で図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示された通りである。
【０１５９】
また、図１０（ａ）は、Ｌ１層の再生時に受光素子２１０に集光される光分布を示し、Ｌ１１＿０次透過光、Ｌ１１＿±１次回折光、Ｌ１２＿０次透過光は、Ｌ１層で反射された０次透過光、Ｌ１層で反射された±１次回折光、Ｌ２層で反射された０次透過光であり、Ｌ１Ｍは、回折光学素子２０６の領域２０６ａにより回折された光束を表す。
【０１６０】
また、図１０（ｂ）は、Ｌ２層の再生時に受光素子２１０に集光される光分布を示し、Ｌ２２＿０次透過光、Ｌ２２＿±１次回折光、Ｌ２１＿０次透過光は、Ｌ２層で反射された０次透過光、Ｌ２層で反射された±１次回折光、Ｌ１層で反射された０次透過光であり、Ｌ２Ｍは、回折光学素子２０６の領域２０６ａにより回折された光束を表す。
【０１６１】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に図示されたように、２つのサイドビームを受光する各受光部に、対象層により反射された±１次回折光とオーバーラップされて隣接層により反射された０次透過光が受光されることを防止でき、ＤＰＰ信号のための±１次回折光の受光領域での隣接層による干渉光が効果的に抑制されるので、隣接層による干渉光によるトラックエラー信号の揺れを大きく改善できる。
【０１６２】
また、回折光学素子２０６は、受光素子２１０の受光部の構造と同一または類似した構造で、例えば前述した回折光学素子１０６で図１１に示された（ａ）〜（ｃ）の複数の領域１０６ａを具備して、隣接層による干渉光（不要光）を抑制するために領域１０６ａを利用して干渉光を回折させることができる。そして、回折光学素子２０６の領域２０６ａにおいても同様に線形なパターンを有し不要光除去を可能としている。なお、パターンは線形に限定されず同心円状のパターンであってもよい。
【０１６３】
前述した（数７）で説明したように、（数１７）
【０１６４】
【数１７】
2008305484.tif 000022
で表され、回折溝のピッチｐは、この領域を通過する光束の回折角度θと波長λの関係を持ち、回折溝のピッチｐを十分に小さくすることにより回折角度θは大きくなり、信号光から干渉光と信号光のオーバーラップしている光束を大きく離すことが可能となる。
【０１６５】
また、本実施形態２の不要光対策の領域２０６ａは、波長６６０ｎｍの光束に対しては０次光透過し、波長４０５ｎｍの光束に対しては１次光回折してなる。これに対し、回折面の溝断面形状により、回折効率をコントロールすることが可能である。例えば、図３２（ａ）のような矩形状の断面形状であってもよい。図３２（ｂ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率、図３２（ｃ）は波長６６０ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図３２（ｂ），（ｃ）より溝深さ１.２５μｍのところを選択すれば、波長４０５ｎｍの光束については、１次回折光は０.３８（３８％）、波長６６０ｎｍの光束の±１次回折光は５％以下とすることができる。
【０１６６】
また、図３２（ｄ）のような階段状の断面形状であってもよい。図３２（ｅ）は、屈折率１.５の材料に３段の段数を持つ階段状の回折部に、波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示し、図３２（ｆ）は、波長６６０ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図３２（ｅ），（ｆ）より溝深さ２.７μｍのところを選択すれば、波長４０５ｎｍの光束については、＋１次回折光は０.５（５０％）、波長６６０ｎｍの光束の１次回折光は５％以下とすることができる。
【０１６７】
なお、素子作製上、収差補正領域と不要光対策領域の回折溝形状は同等することが望ましい。
【０１６８】
（実施例６）
また、本実施形態２の光ピックアップとは構成の異なる実施例６の光ピックアップについて説明する。本実施例６の光ピックアップでは、情報記録面を２層有するＤＶＤ系光記録媒体の適用時に発生する不要光を抑制し、ＢＤ系光記録媒体の適用時は０次光透過、すなわち波長４０５ｎｍの光束については、領域２０６ａは不感帯となり、波長６６０ｎｍの光束については回折する構成であってもよい。
【０１６９】
本実施例６の不要光対策領域２０６ａは、波長４０５ｎｍの光束に対しては０次光透過し、波長６６０ｎｍの光束に対しては１次光回折してなる。これに対して、回折面の溝断面形状により、回折効率をコントロールすることが可能である。例えば、図３３（ａ）のような矩形状の断面形状であってもよい。図３３（ｂ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率、図３３（ｃ）は波長６６０ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図３３（ｂ），（ｃ）より溝深さ３.２５μｍのところを選択すれば、波長６６０ｎｍの光束については、１次回折光は０.３８（３８％）、波長４０５ｎｍの光束の±１次回折光は５％以下とすることができる。
【０１７０】
また、図３３（ｄ）のような階段状の断面形状であってもよい。図３３（ｅ）は、屈折率１.５の材料に３段の段数を持つ階段状の回折面に、波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示し、図３３（ｆ）は、波長６６０ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図３３（ｅ），（ｆ）より溝深さ１.６４μｍのところを選択すれば、波長６６０ｎｍの光束については、＋１次回折光は０.４８（４８％）、波長４０５ｎｍの光束の１次回折光は５％以下とすることができる。
【０１７１】
なお、本実施例６については、隣接層による不要光の抑制のみならず、収差補正領域により発生する不要光による影響も低減可能である。すなわち、本実施例６の収差補正領域は波長６６０ｎｍの光束については、＋１次回折光でＤＶＤ系光記録媒体２０８に集光するが、この際、使用しない回折光（０次透過光、−１次回折光）は不要光となり、受光素子面上では、図１０（ａ）に示す不要光と同様のスポット像となる。しかしながら、本実施例６では回折光学素子２０６の領域２０６ａにより、前記の隣接層による不要光の抑制同様に低減可能である。
【０１７２】
（実施例７）
また、本実施形態２の光ピックアップとは構成の異なる実施例７の光ピックアップについて説明する。本実施例７の光ピックアップでは、情報記録面を２層有するＤＶＤ系光記録媒体、ＢＤ系光記録媒体いずれに対しても不要光を抑制する構成であってもよい。
【０１７３】
本実施例７の不要光対策の領域２０６ａは、波長４０５ｎｍ，波長６６０ｎｍの光束それぞれに対して１次光回折してなる。これに対し、回折面の溝断面形状により、回折効率をコントロールすることが可能である。例えば、図３４（ａ）のような矩形状の断面形状であってもよい。図３４（ｂ）は屈折率１.５の材料に波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率、図３４（ｃ）は波長６６０ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図３４（ｂ），（ｃ）より溝深さ２.０３μｍのところを選択すれば、波長４０５ｎｍの光束については、１次回折光は０.４０（４０％）、波長６６０ｎｍの光束の１次回折光は０.３８（３８％）とすることができる。
【０１７４】
また、図３４（ｄ）のような階段状の断面形状であってもよい。図３４（ｅ）は、屈折率１.５の材料に３段の段数を持つ階段状の回折面に、波長４０５ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示し、図３４（ｆ）は、波長６６０ｎｍの光束を入射させたときの０次透過率および±１次回折効率の溝深さ依存性を示した図である。図３４（ｅ），（ｆ）より溝深さ４.３５μｍのところを選択すれば、波長４０５ｎｍの光束については、１次回折光は０.５１（５１％）、波長６６０ｎｍの光束の１次回折光は０.５（５０％）とすることができる。
【０１７５】
なお、本実施例７については、隣接層による不要光の抑制のみならず、収差補正領域により発生する不要光による影響も低減可能である。すなわち、本実施例７の収差補正領域は波長６６０ｎｍの光束については、＋１次回折光でＤＶＤ系光記録媒体２０８に集光するが、この際、使用しない回折光（０次透過光、−１次回折光）は不要光となり、受光素子面上では、図１０（ａ）に示した不要光と同様のスポット像となる。しかしながら、本実施例７では回折光学素子２０６の領域２０６ａにより、前記の隣接層による不要光の抑制同様に低減可能である。
【０１７６】
なお、本実施形態２および実施例６，７では、１／４波長板機能面２１６ａと、収差補正機能（領域２０６ｂ，領域２０６ｃ）、不要光対策（領域２０６ａ）が平板基板の両面を使って集約されてなるが、これに限定されるものでなく、各々の機能が別体の３つの素子でも同様の機能を果たすことが可能である。例えば、図２６の光ピックアップにおいて、光学素子２０６の不要光対策領域のみを備えた平板基板を、偏光ビームスプリッタ２０４と検出レンズ２０９の光路間に配置した構成も有効である。
【０１７７】
また、ＢＤ系，ＤＶＤ系、ＣＤ系の３波長を互換する光ピックアップについても、前述した実施形態２および実施例６，７と同様にして互換することが可能である。すなわち、波長４０５ｎｍ，波長６６０ｎｍ，波長７８５ｎｍの３波長について０次透過光と±１次回折光の配分をコントロールしてやればよい。このとき、本件発明者が先に出願した特願２００６−１２１８９９に示されているような１つの面でＤＶＤ系，ＣＤ系の２種類の収差補正を行う構成が好適である。
【０１７８】
以上に、不要光対策の領域として回折を用いた場合について、実施形態１では偏光依存性のない回折構造、実施例２では偏光依存性の回折構造、また実施形態２および実施例６，７では波長依存性の回折構造を例に説明してきたが、これに限定されるものではなく、回折の代わりに偏光子であってもよい。すなわち、Ｐ偏光方向の光束が入射した場合には透過、Ｓ偏光方向の光束が入射した場合には反射するような機能を用いてもよい。
【０１７９】
また、回折光学素子の不要光対策の領域として、往路では透過、復路では反射するような偏光子の機能を形成させてもよい。このような機能は、例えば実施例３で説明したようなサブ波長構造上に、高屈折率材料（例えば、Ｓi）と低屈折率材料（例えば、ＳiＯ２）をある所定条件で積層することで実現可能である（特許文献４参照）。
【０１８０】
また、偏光子の領域を１／４波長板機能面（１１６ａや２１６ａ）の一部分に設けてもよい。例えば実施例３で説明したようなサブ波長構造上に、高屈折率材料（例えば、Ｓi）と低屈折率材料（例えば、ＳiＯ２）をある所定条件で積層して１／４波長板機能面を形成した場合、サブ波長構造は同一構造で積層条件を部分的に変えることにより偏光子の領域を形成することが可能である。
【０１８１】
（実施形態３）
図３５は本発明の実施形態３における光情報処理装置の概略構成を示すブロック図である。実施形態１，２の光記録媒体に対して、情報信号の記録および再生を行う装置であり、前述した光ピックアップに相当する９１を備えて構成されている。そして光記録媒体１０８を回転操作するスピンドルモータ９８と、情報信号の記録，再生を行うに当たって使用される光ピックアップ９１と、光ピックアップ９１を光記録媒体１０８の内外周に移動操作するための送りモータ９２と、所定の変調および復調処理を行う変復調回路９４と、光ピックアップ９１のサーボ制御などを行うサーボ制御回路９３と、光情報処理装置の全体の制御を行うシステムコントローラ９６とを備えている。
【０１８２】
以下に、本実施形態３の光情報処理装置の動作について説明する。スピンドルモータ９８は、サーボ制御回路９３により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動される。すなわち、記録，再生の対象となる光記録媒体１０８は、スピンドルモータ９８の駆動軸上にチャッキングされ、サーボ制御回路９３により駆動制御されるスピンドルモータ９８によって、所定の回転数で回転操作される。
【０１８３】
光ピックアップ９１は、光記録媒体１０８に対する情報信号の記録および再生を行うとき、前述したように、回転駆動される光記録媒体１０８に対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。この光ピックアップ９１は、変復調回路９４に接続されている。そして、情報信号の記録を行う際には、外部回路９５から入力され変復調回路９４によって所定の変調処理が施された信号が光ピックアップ９１に供給される。光ピックアップ９１は、変復調回路９４から供給される信号に基づいて、光記録媒体１０８に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。また、情報信号の再生を行う際には、光ピックアップ９１は、回転駆動される光記録媒体１０８に対して、一定の出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号が生成され、この再生信号が変復調回路９４に供給される。
【０１８４】
また、この光ピックアップ９１は、サーボ制御回路９３にも接続されている。そして、情報信号の記録再生時に、回転駆動される光記録媒体１０８によって反射されて戻ってきた戻り光から、前述したように、フォーカスサーボ信号およびトラッキングサーボ信号が生成され、それらのサーボ信号がサーボ制御回路９３に供給される。
【０１８５】
変復調回路９４は、システムコントローラ９６および外部回路９５に接続されている。この変復調回路９４は、情報信号を光記録媒体１０８に記録するときには、システムコントローラ９６による制御のもとで、光記録媒体１０８に記録する信号を外部回路９５から受け取り、この信号に対して所定の変調処理を施す。変復調回路９４によって変調された信号は、光ピックアップ１０８に供給される。また、この変復調回路９４は、情報信号を光記録媒体１０８から再生するときには、システムコントローラ９６による制御のもとで、光記録媒体１０８から再生された再生信号を光ピックアップ９１から受け取り、この再生信号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路９４によって復調された信号は、変復調回路９４から外部回路９５へ出力される。
【０１８６】
送りモータ９２は、情報信号の記録および再生を行うとき、光ピックアップ９１を光記録媒体１０８の径方向で所定の位置に移動させるためのものであり、サーボ制御回路９３からの制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送りモータ９２は、サーボ制御回路９３に接続されており、サーボ制御回路９３により制御される。
【０１８７】
サーボ制御回路９３は、システムコントローラ９６による制御のもとで、光ピックアップ９１が光記録媒体１０８に対向する所定の位置に移動されるように、送りモータ９２を制御する。また、サーボ制御回路９３は、スピンドルモータ９８にも接続されており、システムコントローラ９６による制御のもとで、スピンドルモータ９８の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路９３は、光記録媒体１０８に対する情報信号の記録および再生時に、光記録媒体１０８が所定の回転数で回転駆動されるように、スピンドルモータ９８を制御する。
【０１８８】
光情報処理装置に本発明の光ピックアップを具備していれば、異なる基板厚さを有する光記録媒体の記録面に、良好なスポットを形成するとともに、光記録媒体からの反射光の回折光を抑制し受光素子で受光する信号光を向上させ、安定した信号検出ができ、情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明に係る光ピックアップおよび光情報処理装置は、単一の対物レンズで、異なる基板厚さを有する２種類以上の光記録媒体の記録面に良好なスポットを形成するとともに、複数層の情報記録面を有する多層光記録媒体の適用時には、隣接層による干渉光を抑制してトラックエラー信号の劣化を改善することができ、さらに信号劣化の改善を回折光学素子の一方の面の回折構造によって実現し、他方の面にはサブ波長構造により１／４波長板機能が付加でき回折構造と併せての一体両面加工ができ、複数の光記録媒体の互換機能、および複数の記録層を持つ多層光記録媒体の適用時に、隣接層の干渉光によるトラックエラー信号の劣化防止に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明の実施形態１における光ピックアップの全体構成を示す概略図
【図２】対物レンズの具体的な構成例を示す図
【図３】基板厚さの異なる光記録媒体に発生する波面収差を示す図
【図４】一般的な対物レンズの基板厚みと発散度の関係を示すグラフ
【図５】回折光学素子の（ａ）は側面図、（ｂ）は不要光対策および収差補正機能の各領域を示す図
【図６】回折光学素子の（ａ）は光線図、（ｂ）は集光点での様子を示す図
【図７】回折光学素子の図５に示すＡ−Ａ’線の断面図
【図８】回折光学素子の（ａ）は矩形状の断面図、（ｂ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図、（ｃ）は階段状の断面図、（ｄ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図、（ｅ）は鋸歯形状の断面図、（ｆ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図
【図９】差動プッシュプル（ＤＰＰ）法について説明する図
【図１０】光記録媒体の（ａ）は１層目、（ｂ）は２層目の反射光が受光素子に集光された光分布を示す図
【図１１】回折光学素子の不要光対策の領域（ａ）〜（ｃ）を示す図
【図１２】回折光学素子の（ａ）は各領域、（ｂ）は矩形状の断面図、（ｃ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図
【図１３】回折光学素子の（ａ）は各領域、（ｂ）は階段状の断面図、（ｃ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図
【図１４】回折光学素子の（ａ）は各領域、（ｂ）は鋸歯状の断面図、（ｃ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図
【図１５】微細凹凸構造へ入射光と偏光成分：ＴＥと偏光成分：ＴＭを示す図
【図１６】微細凹凸構造を模式的に示した説明図
【図１７】屈折率ｎの媒質にサブ波長構造を形成したときの有効屈折率を示す図
【図１８】金型作製工程（ａ）〜（ｅ）を示す工程断面図
【図１９】樹脂に回折構造を転写する工程（ａ）〜（ｃ）を示す工程断面図
【図２０】回折光学素子の回折構造とサブ波長構造の構成を示す図
【図２１】０次透過率および１次回折効率の溝深さ依存性を示す図
【図２２】サブ波長構造のピッチと透過率の関係を示す図
【図２３】１／４波長板機能面として多層膜の形成を説明する図
【図２４】回折光学素子に位相シフタ方式を用いた断面図
【図２５】位相シフタによって補正する（ａ）は位相差、（ｂ）は階段状の位相差の原理を説明する図
【図２６】本発明の実施形態２における光ピックアップの全体構成を示す概略図
【図２７】基板厚さの異なる光記録媒体に発生する波面収差を示す図
【図２８】回折光学素子の（ａ）は側面図、（ｂ）は不要光対策および収差補正機能の各領域を示す図
【図２９】回折光学素子の（ａ）は光線図、（ｂ）は集光点での様子を示す図
【図３０】回折光学素子の図２８に示すＡ−Ａ’線の断面図
【図３１】回折光学素子の（ａ）は矩形状の断面図、（ｂ），（ｃ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図、（ｄ）は階段状の断面図、（ｅ），（ｆ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図
【図３２】回折光学素子の波長４０５が１次回折光、波長６６０が０次回折光で（ａ）は矩形状の断面形状、（ｂ），（ｃ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図、（ｄ）は階段状の断面形状、（ｅ），（ｆ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図
【図３３】回折光学素子の波長４０５が０次回折光、波長６６０が１次回折光で（ａ）は矩形状の断面形状、（ｂ），（ｃ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図、（ｄ）は階段状の断面形状、（ｅ），（ｆ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図
【図３４】回折光学素子の波長４０５が１次回折光、波長６６０が１次回折光で（ａ）は矩形状の断面形状、（ｂ），（ｃ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図、（ｄ）は階段状の断面形状、（ｅ），（ｆ）は入射光束の溝深さ依存性を示す図
【図３５】本発明の実施形態３における光情報処理装置の概略構成を示す図
【符号の説明】
【０１９１】
４０  金型
４５  基板
４６  樹脂
９１  光ピックアップ
９２  送りモータ
９３  サーボ制御回路
９４  変復調回路
９５  外部回路
９６  システムコントローラ
９８  スピンドルモータ
１０１，２０１  半導体レーザ
１０２，２０２  コリメートレンズ
１０３，２０３  グレーティング
１０４，２０４  偏光ビームスプリッタ
１０５，２０５  ミラー
１０６，２０６  回折光学素子
１０７  対物レンズ
１０８  光記録媒体
１０８ａ  ＢＤ系光記録媒体
１０８ｂ  ＨＤ系光記録媒体
１０９，２０９  検出レンズ
１１０，２１０  受光素子
１１６ａ，２１６ａ  １／４波長板機能面
２０８  ＤＶＤ系光記録媒体
【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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