(57)【要約】【課題】使用波長に応じた複数の光源を備え、単一の対物レンズで異なる基板厚さを有する４種類の光記録媒体の記録面に、良好なスポットを形成する。【解決手段】第１の回折面５０２の中心領域５０２ａはＣＤ系１３７のＮＡ０．４５に相当し、第１の光束を透過、第２，第３の光束を回折する。２番目の領域５０２ｂは、ＣＤ系からＤＶＤ系のＮＡ０．４５〜０．６５に相当し、第１の光束を透過、第２の光束を回折、第３の光束をＣＤ系に集光させず。３番目の領域５０２ｃは、ＤＶＤ系からＢＤ系１０７のＮＡ０．６５〜０．８５に相当する平坦部で、第１〜３の光束を透過、ＢＤ系に対物レンズ１０６で集光、ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤ系に集光させず。第２の回折面５０３の中心領域５０３ａは、ＨＤ系１１７のＮＡ０．６５に相当し、第１の光束を透過しＢＤ系に集光、ＨＤ系を収差補正するため回折し、対物レンズ１０６と合わせ２焦点レンズとし、良好なスポットを得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、
前記光記録媒体の記録密度が大きい順に第１，第２，第３，第４の光記録媒体として、前記第１，第２の光記録媒体に対応した第１の波長λ１を有する第１の光束を出射する第１の光源と、前記第３の光記録媒体に対応した第２の波長λ２を有する第２の光束を出射する第２の光源と、前記第４の光記録媒体に対応した第３の波長λ３を有する第３の光束を出射する第３の光源と、前記第１〜第３の光束を前記第１〜第４の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、前記対物レンズと前記第１〜第３の光源の間に設けた収差補正手段とを備え、
前記光源の第１，第２，第３の波長はλ１＜λ２＜λ３の関係であり、前記収差補正手段に、断面形状が同心円状の凹凸形状となる回折構造を有する第１の回折面と第２の回折面とを設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
請求項１記載の光ピックアップであって、
前記第１，第２の回折面は、光束が通過する光線有効径内で、少なくとも２つ以上の同心円状の領域に分割したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
請求項１または２記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面は、光束が通過する光線有効径内で、少なくとも３つ以上の同心円状の領域に分割したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面は、光束が通過する光線有効径内で、複数の領域に分割した少なくとも２つの領域に回折構造を形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心側から順に、２つの領域に回折構造を形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、回折構造を形成した２つ以上の領域において、それぞれの回折構造で凹凸形状の溝深さが異なることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造において、第１，第２，第３の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ１１，Ｎ１２，Ｎ１３とするとき、次の条件
｜Ｎ１１｜＜｜Ｎ１２｜＜｜Ｎ１３｜
が成り立つことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造において、第１，第２の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ２１，Ｎ２２とするとき、次の条件
｜Ｎ２１｜＜｜Ｎ２２｜
が成り立つことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折光の次数Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３と次数Ｎ２１，Ｎ２２とは次数の符号が逆であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
請求項９記載の光ピックアップであって、
前記回折光の次数Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３が、「Ｎ１１＝０，Ｎ１２＝−１，Ｎ１３＝−２」であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
請求項９記載の光ピックアップであって、
前記回折光の次数Ｎ２１，Ｎ２２が、「Ｎ２１＝０，Ｎ２２＝＋１」であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１２】
請求項８記載の光ピックアップであって、
前記回折光の次数Ｎ２１，Ｎ２２が、「Ｎ２１＝０，Ｎ２２＝−１」であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域および中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、前記各階段形状の傾斜方向が、前記中心領域と前記中心から２番目の領域で逆になることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、前記各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるように形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１５】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、前記各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが高くなるように形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１６】
請求項１０，１４記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さが、
「第１の波長に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、
第２の波長に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ２の位相差、
第３の波長に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−２）／Ｍ）λ３の位相差、
ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」
を付与する寸法に設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１７】
請求項１６記載の光ピックアップであって、
前記階段形状の段数Ｍを「４」としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１８】
請求項１１，１５記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さが、
「第１の波長に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、
第２の波長に対しては、（Ｎ２＋１／Ｍ）λ２の位相差、
第３の波長に対しては、（Ｎ３・Ｍ）λ３の位相差、
ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」
を付与する寸法に設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１９】
請求項１８記載の光ピックアップであって、
前記階段形状の段数Ｍを「５」としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２０】
請求項１２記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さが、
「第１の波長に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、
第２の波長に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ２の位相差、
第３の波長に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ３の位相差、
ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」
を付与する寸法に設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２１】
請求項２０記載の光ピックアップであって、
前記階段形状の段数Ｍを「３」としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり溝深さが、中心領域より低いことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２３】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心から３番目の領域を平坦部としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２４】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心から３番目の領域に光軸方向の厚さが異なる段差を形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２５】
請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域の領域に形成した回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、第２の光束が第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差と、第３の光束が第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とを打ち消すように、前記回折構造に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２６】
請求項１〜３または２５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、第２の光束が第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差を、前記対物レンズと前記記録面の距離が請求項２５と同距離で打ち消すように、前記回折構造に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２７】
請求項１または２記載の光ピックアップであって、
前記第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に回折構造を形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２８】
請求項１，２または２７記載の光ピックアップであって、
前記第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造のピッチが、第１の光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消すように、前記回折構造に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２９】
請求項１，２，２７または２８記載の光ピックアップであって、
前記第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造において、回折した第１の光束は異なる次数の回折光であり、それぞれ第１，第２の光記録媒体に集光することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３０】
請求項１，２，２７〜２９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造において、第１の光束を回折した回折光の次数が、０次と＋１次であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３１】
請求項１，２，２７〜３０のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造において、回折した第２の光束で最も強く発生する回折光の次数が０次であり、第３の光束で最も強く発生する回折光の次数が０次であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３２】
請求項１，２，２７〜３１のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第２の回折面の中心領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さが、
「第１の波長に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１と（Ｎ１＋１／Ｍ）λ１の間の位相差、
第２の波長に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−２）／Ｍ）λ２の位相差、
第３の波長に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ３の位相差、
ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」
を付与する寸法に設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３３】
請求項１〜３２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
対物レンズは、最も記録密度の大きい第１の光記録媒体に対して、波長λ１の光束により収差が最小になるように設計したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３４】
請求項１〜３３のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面と前記第２の回折面を収差補正手段の両面に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３５】
請求項１〜３３のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面と前記第２の回折面の少なくともどちらか一方の回折構造を対物レンズの面上に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３６】
請求項１〜３３のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面と前記第２の回折面の回折構造をそれぞれ異なる材料により形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３７】
請求項１〜３６のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面と前記第２の回折面の回折構造を樹脂材料により構成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３８】
請求項１〜３７のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の回折面と前記第２の回折面を有する光学素子の外形形状を回折面と同心円の円形状としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３９】
請求項１〜３８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第２の光束が収差補正手段を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、前記第２の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ球面収差と、前記対物レンズおよび第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記対物レンズの光軸と前記収差補正手段の光軸とが横ズレした際、前記発散光の持つ球面収差の前記横ズレに起因するコマ収差成分と、前記対物レンズおよび前記第３の光記録媒体で発生する球面収差の前記横ズレに起因するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とすることで前記第２の光束の前記光ピックアップ光学系全体のコマ収差を補正する回折構造を前記第１の回折面に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４０】
請求項１〜３８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第３の光束が収差補正手段を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、前記第３の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ球面収差と、前記対物レンズおよび第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記対物レンズの光軸と前記収差補正手段の光軸とが横ズレした際、前記発散光の持つ球面収差の前記横ズレに起因するコマ収差成分と、前記対物レンズおよび前記第４の光記録媒体で発生する球面収差の前記横ズレに起因するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とすることで前記第３の光束の前記光ピックアップ光学系全体のコマ収差を補正する回折構造を前記第１の回折面に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４１】
請求項１〜３８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第２の光束が収差補正手段を介して回折されて対物レンズに入射する第１の球面収差を有した発散光であり、前記第２の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ第１の球面収差と、前記対物レンズおよび第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記第３の光束が前記収差補正手段を介して回折されて前記対物レンズに入射する第２の球面収差を有した発散光であり、前記第３の光束の前記光ピックアップ光学系全体の球面収差は、前記発散光が持つ第２の球面収差と、前記対物レンズおよび第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記対物レンズの光軸と前記収差補正手段の光軸とが横ズレした際、前記発散光の持つ第１の球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分と、前記対物レンズおよび前記第３の光記録媒体で発生するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とし、かつ、前記発散光の持つ第２の球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分と、前記対物レンズおよび前記第４の光記録媒体で発生するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とすることで、前記第２の光束と前記第３の光束の前記光ピックアップ光学系全体のコマ収差を同時に補正する回折構造を前記第１の回折面に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４２】
請求項１〜４１のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の光束が収差補正手段を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、前記第１の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ球面収差と、前記対物レンズおよび第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記対物レンズの光軸と前記収差補正手段の光軸とが横ズレした際、前記発散光の持つ球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分と、前記対物レンズおよび前記第２の光記録媒体で発生するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とすることで、前記第１の光束の前記光ピックアップ光学系全体のコマ収差を補正する回折構造を前記第２の回折面に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４３】
請求項１〜４２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第２の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、前記第２の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ球面収差と、前記対物レンズおよび第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記第２の光束が前記収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて前記対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、前記球面収差を有していない発散光が前記第２の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の前記収差補正手段の第１の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ２，最小ピッチをＰｍ２としたとき、
前記球面収差を有した発散光を回折させる前記収差補正手段の第１の回折面での輪帯数Ｎａ１と最小ピッチＰａ１が、次の条件
Ｎａ１≧Ｎｍ２，Ｐａ１≦Ｐｍ２
を満足する回折構造を有したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４４】
請求項１〜４２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第３の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、前記第３の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ球面収差と、前記対物レンズおよび第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記第３の光束が前記収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて前記対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、前記球面収差を有していない発散光が前記第３の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の前記収差補正手段の第１の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ３，最小ピッチをＰｍ３としたとき、
前記球面収差を有した発散光を回折させる前記収差補正手段の第１の回折面での輪帯数Ｎａ１と最小ピッチＰａ１が、次の条件
Ｎａ１≧Ｎｍ３，Ｐａ１≦Ｐｍ３
を満足する回折構造を有したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４５】
請求項１〜４２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第２の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、前記第２の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ球面収差と、前記対物レンズおよび第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記第２の光束が前記収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて前記対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、前記球面収差を有していない発散光が前記第２の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の前記収差補正手段の第１の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ２，最小ピッチをＰｍ２とし、
前記第３の光束が前記収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて前記対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、前記第３の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ球面収差と、前記対物レンズおよび第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記第３の光束が前記収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて前記対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、前記球面収差を有していない発散光が前記第３の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の前記収差補正手段の第１の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ３，最小ピッチをＰｍ３としたとき、
前記球面収差を有した発散光を回折させる前記収差補正手段の第１の回折面での輪帯数Ｎａ１と最小ピッチＰａ１が、次の条件
Ｎａ１≧Ｎｍ３，Ｐａ１≦Ｐｍ３
を満足する回折構造を有したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４６】
請求項１〜４５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記第１の光束が収差補正手段の第２の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、前記第１の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差は、前記発散光が持つ球面収差と、前記対物レンズおよび第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、
前記第１の光束が前記収差補正手段の第２の回折面を介して回折されて前記対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、前記球面収差を有していない発散光が前記第１の光束の前記光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の前記収差補正手段の第２の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ１，最小ピッチをＰｍ１としたとき、
前記球面収差を有した発散光を回折させる前記収差補正手段の第２の回折面での輪帯数Ｎａ２と最小ピッチＰａ２が、次の条件
Ｎａ２≧Ｎｍ１，Ｐａ２≦Ｐｍ１
を満足する回折構造を有したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４７】
記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光情報処理装置であって、
請求項１〜４６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、光情報処理装置に用いられる光ピックアップに係り、特に、光源の波長または光記録媒体の透明基板厚が異なることで、記録密度が異なる複数種類の光記録媒体に対して情報を記録，再生する際に、互換性を有する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、特許文献１に記載されているような、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とＨＤ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】
ＢＤとＨＤのような高密度な情報の記録および／または再生を行える光ピックアップであっても、従来から大量に供給されたＣＤ、ＤＶＤに対しても情報の記録および／または再生を確保する必要がある。さらに、ＢＤ、ＨＤの規格が同時に普及した場合は、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光学系を一体にすることが望ましい。
【０００９】
そして、記録，再生すべき光記録媒体の種類に応じて、適切な波長の光源を選択し、この選択した光束に対して適切な光学処理を施し、それぞれの光記録媒体の基板厚さの違いによって生じる球面収差を補正することが望ましい。
【００１０】
４つの異なる光記録媒体を１つの光ピックアップを用いて記録あるいは再生するものとしては、２つの対物レンズを用いる手段が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−３３９７１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記の特許文献２の手段では、２つの対物レンズを用いるため、部品点数が多くなり、小型化，低コスト化に適さない。さらに、光記録媒体に応じて、対物レンズを可動させる必要があるため、アクチュエータの機構が複雑となる上、情報へのアクセス時間がかかるという課題が生じる。
【００１２】
４種類の光記録媒体を記録，再生する互換型の光ピックアップにおいて、小型化，低コスト化を実現させるためには、対物レンズを含めて、共通の光学系で達成されることが望ましい。
【００１３】
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、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズで、異なる基板厚さを有する４種類の光記録媒体の記録面に、必要な開口数（ＮＡ）で光束を収束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】
【００１４】
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、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、光記録媒体の記録密度が大きい順に第１，第２，第３，第４の光記録媒体として、第１，第２の光記録媒体に対応した第１の波長λ１を有する第１の光束を出射する第１の光源と、第３の光記録媒体に対応した第２の波長λ２を有する第２の光束を出射する第２の光源と、第４の光記録媒体に対応した第３の波長λ３を有する第３の光束を出射する第３の光源と、第１〜第３の光束を第１〜第４の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、対物レンズと第１〜第３の光源の間に設けた収差補正手段とを備え、光源の第１，第２，第３の波長はλ１＜λ２＜λ３の関係であり、収差補正手段に、断面形状が同心円状の凹凸形状となる回折構造を有する第１の回折面と第２の回折面とを設けたことによって、４種類の光記録媒体に対して、回折面２面で、発生する収差を補正することができ、単一の光学素子で収差補正が可能となり、また回折面数が少ないため、効率低下を抑制できる。
【００１５】
また、請求項２に記載した光ピックアップは、請求項１記載の光ピックアップであって、第１，第２の回折面は、光束が通過する光線有効径内で、少なくとも２つ以上の同心円状の領域に分割したことによって、４種類の光記録媒体に対して、回折面２面で、収差を補正しかつ開口を切り替えることができるため、収差補正と開口制限を単一の光学素子で構成できる。
【００１６】
また、請求項３に記載した光ピックアップは、請求項１または２記載の光ピックアップであって、第１の回折面は、光束が通過する光線有効径内で、少なくとも３つ以上の同心円状の領域に分割したことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を補正し開口を切り替えができる。
【００１７】
また、請求項４に記載した光ピックアップは、請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、第１の回折面は、光束が通過する光線有効径内で、複数の領域に分割した少なくとも２つの領域に回折構造を形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を補正し開口を切り替えることができ、かつ効率低下を抑制できる。
【００１８】
また、請求項５に記載した光ピックアップは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心側から順に、２つの領域に回折構造を形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して、収差を補正し開口を切り替えることができ、効率低下を抑制できる。
【００１９】
また、請求項６に記載した光ピックアップは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、回折構造を形成した２つ以上の領域において、それぞれの回折構造で凹凸形状の溝深さが異なることによって、３種類の光記録媒体に対して、開口の切り替えを収差補正手段と共用できる。
【００２０】
また、請求項７に記載した光ピックアップは、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造において、第１，第２，第３の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ１１，Ｎ１２，Ｎ１３とするとき、次の条件「｜Ｎ１１｜＜｜Ｎ１２｜＜｜Ｎ１３｜」が成り立つことによって、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００２１】
また、請求項８に記載した光ピックアップは、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造において、第１，第２の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ２１，Ｎ２２とするとき、次の条件「｜Ｎ２１｜＜｜Ｎ２２｜」が成り立つことによって、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００２２】
また、請求項９に記載した光ピックアップは、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折光の次数Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３と次数Ｎ２１，Ｎ２２とは次数の符号が逆であることによって、溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成でき、また３種類の光記録媒体に対して、別素子を設けることなく、効率的に開口を切り替えることができる。
【００２３】
また、請求項１０に記載した光ピックアップは、請求項９記載の光ピックアップであって、回折光の次数Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３が、「Ｎ１１＝０，Ｎ１２＝−１，Ｎ１３＝−２」であることによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造を形成できる。
【００２４】
また、請求項１１に記載した光ピックアップは、請求項９記載の光ピックアップであって、回折光の次数Ｎ２１，Ｎ２２が、「Ｎ２１＝０，Ｎ２２＝＋１」であることによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し、開口を切り替えることができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造を形成できる。
【００２５】
また、請求項１２に記載した光ピックアップは、請求項８記載の光ピックアップであって、回折光の次数Ｎ２１，Ｎ２２が、「Ｎ２１＝０，Ｎ２２＝−１」であることによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し、開口を切り替えることができる。
【００２６】
また、請求項１３に記載した光ピックアップは、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域および中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、各階段形状の傾斜方向が、中心領域と中心から２番目の領域で逆になることによって、溝深さが低く段数を多くできる回折構造を形成でき、また３種類の光記録媒体に対して、別素子を設けることなく、効率的に開口を切り替えることができる。
【００２７】
また、請求項１４に記載した光ピックアップは、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるように形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造を形成できる。
【００２８】
また、請求項１５に記載した光ピックアップは、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが高くなるように形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し、開口を切り替えることができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造を形成できる。
【００２９】
また、請求項１６，１７に記載した光ピックアップは、請求項１０，１４記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さが、「第１の波長に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、第２の波長に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−２）／Ｍ）λ２の位相差、第３の波長に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ３の位相差、ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」を付与する寸法に設定したこと、また階段形状の段数Ｍを「４」としたことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造を形成できる。
【００３０】
また、請求項１８，１９に記載した光ピックアップは、請求項１１，１５記載の光ピックアップにおいて、第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さが、「第１の波長に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、第２の波長に対しては、（Ｎ２＋１／Ｍ）λ２の位相差、第３の波長に対しては、（Ｎ３・Ｍ）λ３の位相差、ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」を付与する寸法に設定したこと、また階段形状の段数Ｍを「５」としたことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し、開口を切り替えることができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造を形成できる。
【００３１】
また、請求項２０，２１に記載した光ピックアップは、請求項１２記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さが、「第１の波長に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、第２の波長に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ２の位相差、第３の波長に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ３の位相差、ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」を付与する寸法に設定したこと、また階段形状の段数Ｍを「３」としたことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し、開口を切り替えることができる。
【００３２】
また、請求項２２に記載した光ピックアップは、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり溝深さが、中心領域より低いことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し開口を切り替えることができ、また周辺領域の効率低下を抑制できる。
【００３３】
また、請求項２３に記載した光ピックアップは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心から３番目の領域を平坦部としたことによって、高い効率で開口を切り替えることができる。
【００３４】
また、請求項２４に記載した光ピックアップは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心から３番目の領域に光軸方向の厚さが異なる段差を形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し開口を切り替えることができ、かつ波長変動による色収差を補正することができる。
【００３５】
また、請求項２５に記載した光ピックアップは、請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心領域の領域に形成した回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、第２の光束が第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差と、第３の光束が第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とを打ち消すように、回折構造に形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００３６】
また、請求項２６に記載した光ピックアップは、請求項１〜３，２５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、第２の光束が第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差を、対物レンズと記録面の距離が請求項２５と同距離で打ち消すように、回折構造に形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００３７】
また、請求項２７に記載した光ピックアップは、請求項１または２記載の光ピックアップであって、第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に回折構造を形成したことによって、収差を補正し開口を切り替えることができ、効率低下を抑制できる。
【００３８】
また、請求項２８に記載した光ピックアップは、請求項１，２または２７記載の光ピックアップであって、第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造のピッチが、第１の光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消すように、回折構造に形成したことによって、２種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００３９】
また、請求項２９に記載した光ピックアップは、請求項１，２，２７または２８記載の光ピックアップであって、第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造において、回折した第１の光束は異なる次数の回折光であり、それぞれ第１，第２の光記録媒体に集光することによって、同じ波長を用いる２種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００４０】
また、請求項３０に記載した光ピックアップは、請求項１，２，２７〜２９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造において、第１の光束を回折した回折光の次数が、０次と＋１次であることによって、同じ波長を用いる２種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００４１】
また、請求項３１に記載した光ピックアップは、請求項１，２，２７〜３０のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第２の回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造において、回折した第２の光束で最も強く発生する回折光の次数が０次であり、第３の光束で最も強く発生する回折光の次数が０次であることによって、第２，第３の光束に対しては、回折しないで透過するため、第１の光束を用いる光記録媒体に対してのみ、選択的に収差を良好に補正することができる。
【００４２】
また、請求項３２に記載した光ピックアップは、請求項１，２，２７〜３１のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第２の回折面の中心領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さが、「第１の波長に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１と（Ｎ１＋１／Ｍ）λ１の間の位相差、第２の波長に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−２）／Ｍ）λ２の位相差、第３の波長に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ３の位相差、ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」を付与する寸法に設定したことによって、第２，第３の光束に対しては、回折しないで透過するため、第１の光束を用いる光記録媒体に対してのみ、選択的に収差を良好に補正することができる。
【００４３】
また、請求項３３に記載した光ピックアップは、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、対物レンズは、最も記録密度の大きい第１の光記録媒体に対して、波長λ１の光束により収差が最小になるように設計したことによって、４種類の光記録媒体のうち、１種類に０次回折光を用いることができ、回折面２面での収差補正を高効率に行うことができる。
【００４４】
また、請求項３４に記載した光ピックアップは、請求項１〜３３のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面と第２の回折面を収差補正手段の両面に形成したことによって、単一の光学素子で収差補正と開口の切り替えができ、部品点数を削減して、組立および調整作業の工数を低減できる。
【００４５】
また、請求項３５に記載した光ピックアップは、請求項１〜３３のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面と第２の回折面の少なくともどちらか一方の回折構造を対物レンズの面上に形成したことによって、部品点数を削減し、組立および調整作業の工数を低減できる。
【００４６】
また、請求項３６に記載した光ピックアップは、請求項１〜３３のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面と第２の回折面の回折構造をそれぞれ異なる材料により形成したことによって、設計自由度が広がり、より高効率の回折面を得ることができる。
【００４７】
また、請求項３７に記載した光ピックアップは、請求項１〜３６のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面と第２の回折面の回折構造を樹脂材料により構成したことによって、成型加工が容易で大量生産がしやすく、かつ軽量化して対物レンズの可動部の負荷を低減することができる。
【００４８】
また、請求項３８に記載した光ピックアップは、請求項１〜３７のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の回折面と第２の回折面を有する光学素子の外形形状を回折面と同心円の円形状としたことによって、外部環境が変動しても形状の変化が均一化され、うねりを低減することができ、波面精度の良い安定した素子を得ることができる。
【００４９】
また、請求項３９に記載した光ピックアップは、請求項１〜３８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第２の光束が収差補正手段を介して回折され、対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、第２の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ球面収差と、対物レンズおよび第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、対物レンズの光軸と収差補正手段の光軸とが横ズレした際、発散光の持つ球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分と、対物レンズおよび第３の光記録媒体で発生する球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とすることで第２の光束の光ピックアップ光学系全体のコマ収差を補正する回折構造を第１の回折面に形成したことによって、収差補正手段を光ピックアップや対物レンズの鏡筒との組み付け時、対物レンズと収差補正手段とを一体成型時、第１の回折面と第２の回折面の製造時などにおいて、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度で組み付けが容易な光ピックアップを安定に提供できる。
【００５０】
また、請求項４０に記載した光ピックアップは、請求項１〜３８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第３の光束が収差補正手段を介して回折され、対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、第３の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ球面収差と、対物レンズおよび第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、対物レンズの光軸と収差補正手段の光軸とが横ズレした際、発散光の持つ球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分と、対物レンズおよび第４の光記録媒体で発生する球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とすることで第３の光束の光ピックアップ光学系全体のコマ収差を補正する回折構造を第１の回折面に形成したことによって、収差補正手段を光ピックアップや対物レンズの鏡筒との組み付け時、対物レンズと収差補正手段とを一体成型時、第１の回折面と第２の回折面の製造時などにおいて、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度で組み付けが容易な光ピックアップを安定に提供できる。
【００５１】
また、請求項４１に記載した光ピックアップは、請求項１〜３８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第２の光束が収差補正手段を介して回折され、対物レンズに入射する第１の球面収差を有した発散光であり、第２の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ第１の球面収差と、対物レンズおよび第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、第３の光束が収差補正手段を介して回折され、対物レンズに入射する第２の球面収差を有した発散光であり、第３の光束の光ピックアップ光学系全体の球面収差は、発散光が持つ第２の球面収差と、対物レンズおよび第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、対物レンズの光軸と収差補正手段の光軸とが横ズレした際、発散光の持つ第１の球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分と、対物レンズおよび第３の光記録媒体で発生するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とし、かつ、発散光の持つ第２の球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分と、対物レンズおよび第４の光記録媒体で発生するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とすることで、第２の光束と第３の光束の光ピックアップ光学系全体のコマ収差を同時に補正する回折構造を第１の回折面に形成したことによって、収差補正手段を光ピックアップや対物レンズの鏡筒との組み付け時、対物レンズと収差補正手段とを一体成型時、第１の回折面と第２の回折面の製造時などにおいて、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度で組み付けが容易な光ピックアップを安定に提供できる。
【００５２】
また、請求項４２に記載した光ピックアップは、請求項１〜４１のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の光束が収差補正手段を介して回折され、対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、第１の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ球面収差と、対物レンズおよび第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、対物レンズの光軸と収差補正手段の光軸とが横ズレした際、発散光の持つ球面収差の横ズレに起因するコマ収差成分と、対物レンズおよび第２の光記録媒体で発生するコマ収差成分が、互いに打ち消す方向とすることで、第１の光束の光ピックアップ光学系全体のコマ収差を補正する回折構造を第２の回折面に形成したことによって、収差補正手段を光ピックアップや対物レンズの鏡筒との組み付け時、対物レンズと収差補正手段とを一体成型時、第１の回折面と第２の回折面の製造時などにおいて、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度で組み付けが容易な光ピックアップを安定に提供できる。
【００５３】
また、請求項４３に記載した光ピックアップは、請求項１〜４２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第２の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、第２の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ球面収差と、対物レンズおよび第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、第２の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、球面収差を有していない発散光が第２の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の収差補正手段の第１の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ２，最小ピッチをＰｍ２としたとき、球面収差を有した発散光を回折させる収差補正手段の第１の回折面での輪帯数Ｎａ１と最小ピッチＰａ１が、次の条件「Ｎａ１≧Ｎｍ２，Ｐａ１≦Ｐｍ２」を満足する回折構造を有したことによって、収差補正手段を光ピックアップや対物レンズの鏡筒との組み付け時、対物レンズと収差補正手段との一体成型時、第１の回折面と第２の回折面の製造時などにおいて、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度で組み付けが容易な光ピックアップを安定に提供できる。
【００５４】
また、請求項４４に記載した光ピックアップは、請求項１〜４２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第３の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、第３の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ球面収差と、対物レンズおよび第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、第３の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、球面収差を有していない発散光が第３の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の収差補正手段の第１の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ３，最小ピッチをＰｍ３としたとき、球面収差を有した発散光を回折させる収差補正手段の第１の回折面での輪帯数Ｎａ１と最小ピッチＰａ１が、次の条件「Ｎａ１≧Ｎｍ３，Ｐａ１≦Ｐｍ３」を満足する回折構造を有したことによって、収差補正手段を光ピックアップや対物レンズの鏡筒との組み付け時、対物レンズと収差補正手段とを一体成型時、第１の回折面と第２の回折面の製造時などにおいて、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度で組み付けが容易な光ピックアップを安定に提供できる。
【００５５】
また、請求項４５に記載した光ピックアップは、請求項１〜４２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第２の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、第２の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ球面収差と、対物レンズおよび第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、第２の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、球面収差を有していない発散光が第２の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の収差補正手段の第１の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ２，最小ピッチをＰｍ２とし、第３の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、第３の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ球面収差と、対物レンズおよび第４の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、第３の光束が収差補正手段の第１の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、球面収差を有していない発散光が第３の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の収差補正手段の第１の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ３，最小ピッチをＰｍ３としたとき、球面収差を有した発散光を回折させる収差補正手段の第１の回折面での輪帯数Ｎａ１と最小ピッチＰａ１が、次の条件「Ｎａ１≧Ｎｍ３，Ｐａ１≦Ｐｍ３」を満足する回折構造を有したことによって、収差補正手段を光ピックアップや対物レンズの鏡筒との組み付け時、対物レンズと収差補正手段とを一体成型時、第１の回折面と第２の回折面の製造時などにおいて、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度で組み付けが容易な光ピックアップを安定に提供できる。
【００５６】
また、請求項４６に記載した光ピックアップは、請求項１〜４５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、第１の光束が収差補正手段の第２の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有した発散光であり、第１の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差は、発散光が持つ球面収差と、対物レンズおよび第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とによって補正され、第１の光束が収差補正手段の第２の回折面を介して回折されて対物レンズに入射する球面収差を有していない発散光であって、球面収差を有していない発散光が第１の光束の光ピックアップ光学系全体における球面収差を補正する際の収差補正手段の第２の回折面に有する回折構造の輪帯数をＮｍ１，最小ピッチをＰｍ１としたとき、球面収差を有した発散光を回折させる収差補正手段の第２の回折面での輪帯数Ｎａ２と最小ピッチＰａ２が、次の条件「Ｎａ２≧Ｎｍ１，Ｐａ２≦Ｐｍ１」を満足する回折構造を有したことによって、収差補正手段を光ピックアップや対物レンズの鏡筒との組み付け時、対物レンズと収差補正手段とを一体成型時、第１の回折面と第２の回折面の製造時などにおいて、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度で組み付けが容易な光ピックアップを安定に提供できる。
【００５７】
また、請求項４７に記載した光情報処理装置は、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光情報処理装置であって、請求項１〜４６のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことによって、４種類の光記録媒体に対して、発生する収差を補正し、かつ効率低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明によれば、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚さと記録密度の異なる４種類の光記録媒体の記録面に良好な集光と、安定した記録，再生の動作ができ、さらに、組み付け公差を大きくでき、容易に組立てが可能な小型化，低コスト化，高効率化した高精度な光ピックアップおよび光情報処理装置が実現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】
【００５９】
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。
【００６０】
図１は本発明の実施形態１における光ピックアップの概略構成を示す図である。図１に示すように、単一の対物レンズ１０６で、異なる光源波長を用いて、４種類の光記録媒体（ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系）を異なる有効瞳半径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。
【００６１】
ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系の光記録媒体１０７，１１７，１２７，１３７の基板厚は、それぞれ０．１ｍｍ，０．６ｍｍ，０．６ｍｍ，１．２ｍｍであり、それぞれＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光記録媒体に対応する。開口数は、それぞれＮＡ０．８５，ＮＡ０．６５，ＮＡ０．６５，ＮＡ０．４５であり、また第１，第２，第３の光源の波長λ１，λ２，λ３は、それぞれ４０５ｎｍ，６６０ｎｍ，７８５ｎｍである。
【００６２】
図１に示す光ピックアップは、ＢＤ系光記録媒体１０７，ＨＤ系光記録媒体１１７に対して、半導体レーザ１０１，コリメートレンズ１０２，プリズム１０４，１／４波長板１０５，対物レンズ１０６，偏光ビームスプリッタ１０３，検出レンズ１０８，受光素子１１０，収差補正手段５０１により構成される。第１の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１０６の開口数（ＮＡ）は０．８５である。ＨＤ系光記録媒体１１７に対する対物レンズ１０６の開口数（ＮＡ）は０．６５であり、このＮＡの切り替えは収差補正手段５０１により制限される。ＢＤ系光記録媒体１０７の基板厚は０．１ｍｍ、ＨＤ系光記録媒体１１７の基板厚は０．６ｍｍとする。
【００６３】
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を通過した光は偏光ビームスプリッタ１０３に入射し、プリズム１０４より偏向される。そして、１／４波長板１０５，収差補正手段５０１，対物レンズ１０６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。ＢＤ系光記録媒体１０７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、偏光ビームスプリッタ１０３により入射光と分離して偏向され、検出レンズ１０８により受光素子１１０上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００６４】
また、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、中心波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１３０ａから出射した光は、発散角変換レンズ１３２，波長選択性ビームスプリッタ１３３を経て、プリズム１０４により偏向される。そして、１／４波長板１０５，収差補正手段５０１，対物レンズ１０６を介して、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に集光される。このＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚は０．６ｍｍであり、対物レンズ１０６のＮＡは０．６５である。ＮＡの切り替えは、収差補正手段５０１により制限される。ＤＶＤ系光記録媒体１２７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１３３により偏向され、ホログラム素子１３０ｂにより入射光と分離して受光素子１３０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００６５】
さらに、ＣＤ系光記録媒体１３７に対して、中心波長が７８５ｎｍの半導体レーザ１４０ａから出射した光は、発散角変換レンズ１４２，波長選択性ビームスプリッタ１４３を経て、プリズム１０４により偏向される。そして、１／４波長板１０５，収差補正手段５０１，対物レンズ１０６を介して、ＣＤ系光記録媒体１３７に集光される。このＣＤ系光記録媒体１３７の基板厚は１．２ｍｍであり、対物レンズのＮＡは０．４５である。ＮＡの切り替えは、収差補正手段５０１により制限される。ＣＤ系光記録媒体１３７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１４３により偏向され、ホログラム素子１４０ｂにより入射光と分離して受光素子１４０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００６６】
ここで、対物レンズ１０６は厚さ０．１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７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、４０５ｎｍでは波面収差が０．０１λｒｍｓ以下と十分小さくなるよう設計されている。なお、本実施形態１の対物レンズ１０６は、厚さ０．１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７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。例えば、情報記録面を２層有する２層のＢＤ系光記録媒体では、情報記録面は光の入射側から０．０７５ｍｍと０．１ｍｍの位置に有するため、その中間値の厚さ０．０８７５ｍｍを設計中央値とするように、異なる厚さの基板厚に最適設計されていても良い。
【００６７】
本実施形態１における対物レンズ１０６は両面非球面形状であり、面の頂点を原点とし、光源から光記録媒体へ向かう光軸方向を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）
【００６８】
【数１】
2008090994.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。
【００６９】
【表１】
2008090994.tif 000004
ここで、ガラスの硝材は住田光学製のＫＶＣ８１、対物レンズの有効瞳半径は２．１５ｍｍである。なお、対物レンズ１０６の材料としては、ガラスに限らず、樹脂を用いても良い。
【００７０】
図２〜図５は収差補正手段５０１を説明するための図であり、図２，図３は拡大された断面図、図４，図５は各回折面を示す図である。
【００７１】
収差補正手段５０１は、ＨＤ系光記録媒体１１７に対して、４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した光が、対物レンズ１０６で基板厚の違いにより発生する球面収差と、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、中心波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１３０ａから出射した光と、ＣＤ系光記録媒体１３７に対して、中心波長が７８０ｎｍの半導体レーザ１４０ａから出射した光が、基板厚さの違いと、波長の違いにより発生する球面収差を補正するための互換素子である。さらに、収差補正手段５０１は、それぞれの光記録媒体に対して、対物レンズ１０６の開口切り替えするための開口制限の機能を有する。
【００７２】
図２は本実施形態１における収差補正手段５０１と対物レンズ１０６の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、収差補正手段５０１と対物レンズ１０６は、鏡筒１２１により同軸で一体化されている。具体的には、円筒状の鏡筒１２１の一端に、収差補正手段５０１を固定し、他端に対物レンズ１０６を固定して、これらを光軸に沿って同軸に一体化した構成となっている。対物レンズ１０６は、主として鏡筒１２１の内側に凸の形状をしたレンズ面を有する。
【００７３】
いま、ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１０７，１１７，１２７，１３７を記録，再生するときに、対物レンズ１０６はトラッキング制御により、光軸に対して垂直方向に±０．５ｍｍ程度の範囲内で移動する。ところが、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７に対しては、収差補正手段５０１により回折を受けるため、収差補正手段５０１が移動せずに、対物レンズ１０６だけが移動すると、収差が発生して集光スポットが劣化してしまう。
【００７４】
そこで、収差補正手段５０１と対物レンズ１０６を一体化させ、トラッキング制御時に一体で移動させることにより、良好な集光スポットを得る構成としている。なお、収差補正手段５０１または対物レンズ１０６の少なくとも一方にフランジを設け、このフランジを介して直接一体化する構成にしても良い。また、対物レンズ１０６と鏡筒１２１、さらには対物レンズ１０６，鏡筒１２１，収差補正手段５０１すべてが一体化する構成にしても良い。
【００７５】
本実施形態１では、第１，第２，第３の光束は、いずれも収差補正手段５０１に平行光で入射する。つまり、発散光や収束光ではないため、各光記録媒体の記録再生時に、トラッキング制御により一体化された対物レンズ１０６と収差補正手段５０１が偏芯しても、コマ収差が発生しないという利点がある。なお、発散光や収束光として入射する構成にしても良い。
【００７６】
図３に本実施形態１の収差補正手段５０１の断面図を示す。収差補正手段５０１は、回折構造が形成されている第１の回折面５０２と第２の回折面５０３を有する。なお、第１の回折面５０２と第２の回折面５０３の配置は逆であっても良い。また、個別の素子にそれぞれの回折面が形成されていても良い。ここでいう回折面とは、垂直断面形状を凹凸形状とした回折構造が形成されている面である。平板面または曲面の一部に回折構造が形成されていれば良く、回折構造が形成されていない領域があってよい。
【００７７】
また、収差補正手段５０１の材料として樹脂を用いる。樹脂は、ガラスと比べて軽く、かつ成型加工が容易であるため大量生産がしやすい。本実施形態１の収差補正手段５０１は対物レンズ１０６の可動部１２０に搭載され、対物レンズ１０６と一体駆動するため、軽い方が望ましい。樹脂として例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いる。ＰＭＭＡは、高い透明性，耐候性を有し、特に射出成形に適合する強みがあるため光学部品に最も広く使用されている樹脂の１つである。また吸湿が小さい日本ゼオン社製の光学樹脂であるＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス：登録商標）を用いても良い。さらに、収差補正手段５０１の材料としては、紫外線硬化樹脂を含むあらゆる光学樹脂、光学ガラスに適応可能である。
【００７８】
そして、第１の回折面５０２は、図４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３つの領域、第１の中心領域５０２ａ、第２の中心から２番目の領域５０２ｂ、第３の中心から３番目の領域５０２ｃを有する。
【００７９】
中心領域５０２ａはＣＤ系光記録媒体１３７に対するＮＡ０．４５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．２５ｍｍと設定する。中心領域５０２ａには、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２，第３の光束を回折させる回折構造が形成されている。
【００８０】
２番目の領域５０２ｂは、ＣＤ系光記録媒体１３７に対するＮＡ０．４５の領域からＤＶＤ系光記録媒体１２７に対するＮＡ０．６５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．２５ｍｍから１．７１５ｍｍに設定する。２番目の領域５０２ｂには、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２の光束を回折させ、かつ第３の光束は、ＣＤ系光記録媒体１３７の記録面に集光しないような回折構造が形成されている。
【００８１】
３番目の領域５０２ｃは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対するＮＡ０．６５からＢＤ系光記録媒体１０７に対するＮＡ０．８５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．７１５ｍｍから２．１５ｍｍに設定する。３番目の領域５０２ｃは回折構造が形成されない平坦部であり、第１，第２，第３の光束をそのまま透過させるため、ＢＤ系光記録媒体１０７に対しては対物レンズ１０６より集光され、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７に対しては集光されない構造となる。
【００８２】
したがって、第１の回折面５０２は、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対して、第２，第３の光束で発生する収差を補正し、かつ開口を切り替えるような構成となり、良好なスポットを形成できる。
【００８３】
収差補正手段５０１は、平行光で入射してきた光束を発散方向に回折させることで、収差の補正を行っている。つまり、発散光を対物レンズ１０６へ入射するときに発生する収差と、基板厚や波長の違いによって発生する収差を逆極性にすることで補正している。発散光を対物レンズ１０６へ入射させると、対物レンズ１０６と光記録媒体との距離であるワーキングディスタンスが広がるため、高ＮＡの対物レンズ１０６でＣＤ系光記録媒体１３７のような基板厚の厚いものに集光させる際には、都合の良い構成となる。
【００８４】
また、収差補正手段５０１の中心領域５０２ａの断面は、図３に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、４つの段数を有する。ここで、段数とは、最下段も含めて数えている。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狭くなっている。
【００８５】
輪帯状凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対しては、−１次回折光、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては、−２次回折光を用い、それぞれで発生する収差を補正するよう設定される。
【００８６】
ここで、−１次回折光について図６を参照しながら説明する。図６は入射光２０１ａが、４段の階段形状の回折構造を通過する際の波面の様子を示している。入射光２０１ａの波面は、４段の階段形状の回折構造を通過すると、それぞれ階段形状に応じて位相差が生じ、結果として出射光２０１ｂのように−１次回折光として回折される。階段形状の各段の高さは０．７５λの位相差が付与されるよう設定されている。
【００８７】
また、−２次回折光について図７を参照しながら説明する。図７は入射光２０２ａが、４段の階段形状の回折構造を通過する際の波面の様子を示している。入射光２０２ａの波面は、４段の階段形状の回折構造を通過すると、それぞれ階段形状に応じて位相差が生じ、結果として出射光２０２ｂ，２０２ｃのように−２次回折光と、＋２次回折光として回折される。このとき階段形状の各段の高さは、０．５λの位相差が付与されるよう設定されている。
【００８８】
以上のようにして発生する−１次回折光が対物レンズ１０６により集光されＤＶＤ系光記録媒体１２７に、−２次回折光がＣＤ系光記録媒体１３７に良好集光するように、ピッチを設定している。
【００８９】
回折面５０２の光路差関数は、（数２）
【００９０】
【数２】
2008090994.tif 000005
と定義される。
【００９１】
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。中心領域５０２ａの面における光路差係数を（表２）に示す。また、中心領域５０２ａのピッチの最小値は２１μｍ、輪帯数は２８である。輪帯数とは回折構造の１周期（図６に示すピッチ２００）の数である。
【００９２】
【表２】
2008090994.tif 000006
図６，図７を比較すると分かるように、同じピッチであれば、回折光の次数の絶対値が大きいほど、回折する角度が大きい。ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７において発生する球面収差量は、ＤＶＤ系よりＣＤ系の光記録媒体の方が大きい。これは基板厚さや波長の差が大きいためである。
【００９３】
したがって、収差補正量がより大きいＣＤ系光記録媒体１３７に対して用いる回折光の次数の方を、ＤＶＤ系光記録媒体１２７より大きくすると、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対して同時に、収差を補正することが可能となる。つまり、第１，第２，第３の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ１１，Ｎ１２，Ｎ１３とするとき、｜Ｎ１１｜＜｜Ｎ１２｜＜｜Ｎ１３｜の関係が成り立つ必要がある。
【００９４】
本実施形態１では、Ｎ１１＝０，Ｎ１２＝−１，Ｎ１３＝−２としている。これは用いる次数は小さい方が、回折効率が高いためである。
【００９５】
また、収差補正手段５０１の２番目の領域５０２ｂの断面は、図３に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状の凹凸部からなる。各輪帯状の凹凸部は階段形状であり、５つの段数を有する。輪帯状の凹凸部のピッチは、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狭くなっている。
【００９６】
この輪帯状の凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、発生する収差を補正するよう設定される。したがって、第１，第２の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ２１，Ｎ２２とするとき、｜Ｎ２１｜＜｜Ｎ２２｜が成り立つよう設定する。本実施形態１ではＮ２１＝０，Ｎ２２＝＋１を用いた。
【００９７】
２番目の領域５０２ｂの光路差係数を（表３）に示す。
【００９８】
【表３】
2008090994.tif 000007
２番目の領域５０２ｂは、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては開口を制限する機能を有するよう、−２次回折光が発生しない階段状の溝深さが設定されている。この詳細については後述する。また、本実施形態１の２番目の領域５０２ｂのピッチの最小値は１７．８μｍ、輪帯数は２４である。
【００９９】
次に、第１の回折面５０２の各段の高さについて図８を用いて説明する。回折光学系では、入射光のすべてのエネルギーが出射光に変換されるのではなく、回折効率と呼ばれる効率でしか変換されない。図８の破線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状は、ある波長でブレーズ化されると、その波長での回折効率は薄型近似の場合、理論的には１００％である。第１の回折面５０２は、３波長のうち、４０５ｎｍの第１の光束に対しては０次回折光、６６０ｎｍ，７８５ｎｍの第２，第３の光束に対しては±１次以上の回折光として使用し、図８のような階段近似した形状とする。
【０１００】
なお、階段形状とは、鋸歯状のキノフォーム形状を近似した形状のことであり、階段形状の傾斜方向とは、鋸歯状の傾斜方向のことである。また、階段形状にすると、理想的なキノフォーム形状を製作するよりも容易となる。さらに、０次回折光とは、入射光の入射する際の進行方向をそのまま保つ透過光のことである。
【０１０１】
第１の回折面５０２における中心領域５０２ａは、第２の光束に対して回折効率が最も大きくなる次数Ｎ１２と、第３の光束に対して回折効率が最も大きくなる次数Ｎ１３の関係が｜Ｎ１２｜＜｜Ｎ１３｜となる必要がある。さらに、第１の光束に対しては、０次回折光を用いる。したがって、それぞれの光束における回折光の効率が大きくなるように、回折構造の高さを設定しなければならない。
【０１０２】
図８に示すように、階段形状の溝深さをＤ、鋸歯状の溝深さをＨ、階段形状の段数をＭとすると、例えば、４段の場合、０次回折光、±１次回折光と±２次回折光の最大の回折効率となる溝深さの位相差は（表４）のようになる。
【０１０３】
【表４】
2008090994.tif 000008
（表５）は、Ｍ段の場合に一般化したときの、一段当たりの位相差を示している。（表５）のような条件に一段の高さを設定すると、所望の回折次数を最も効率よく得ることができる。
【０１０４】
【表５】
2008090994.tif 000009
本実施形態１のように４段の場合、第１の光束４０５ｎｍに対しては、階段の一段分の位相差が波長の整数（Ｎ１）倍になるようにして０次回折光の効率を最大にする。第２の光束６６０ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の０．７５倍と波長の整数（Ｎ２）倍を加算した値になるようにして−１次回折光の効率を最大にする。もしくは０．２５倍と波長の整数（Ｎ２）倍を加算した値になるようにして＋１次回折光の効率を最大にする。第３の光束７８５ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の０．５倍と波長の整数（Ｎ３）倍を加算した値になるようにして±２次回折光の効率を最大にする。原理は、図６，図７で示したように回折構造の段数に応じて、一段の高さを所望の位相差を得られるように設定すると、回折効率が大きくなる。
【０１０５】
各光束で所望の回折光の次数の効率が大きくなるように、材料と高さを選定する。階段形状の４段においては、第２の光束に対しては−１次回折光、第３の光束に対しては−２次回折光を用いる。
【０１０６】
図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は階段形状の溝深さＤと回折効率の関係を示す図であり、（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する関係であり、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは２０μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、全段数の溝深さＤを７．２μｍとすると、どの波長に対しても所望の効率を得ることができる。
【０１０７】
回折効率は、第１，第２，第３の光束でそれぞれ８６％，６７％，３９％となる。７．２μｍの溝深さＤは一段に換算すると、溝の深さは２．４μｍとなる。これは、４０５ｎｍの波長に対しては、波長の整数倍の位相差、６６０ｎｍの波長に対しては、波長の整数倍と０．７５波長を加算した分の位相差、７８０ｎｍの波長に対しては、波長の整数倍と０．５波長を加算した分の位相差を発生させる溝深さとなっている。
【０１０８】
このように、４段の階段形状で形成される回折構造で、｜Ｎ１２｜＜｜Ｎ１３｜となる次数でそれぞれ回折効率が高く、かつ第１の光束に対して透過してくる０次回折効率が高くなる条件は、Ｎ１２＝−１、Ｎ１３＝−２となる。
【０１０９】
また、２番目の領域５０２ｂは、第２の光束に対しては回折して収差を補正し、第３の光束に対してはＣＤ系光記録媒体１３７上に集光しないようにする。例えば、０次回折光、±１次回折光と±２次回折光の最大の回折効率となる溝深さの位相差は（表６）のようになる。
【０１１０】
【表６】
2008090994.tif 000010
また、階段形状が５段の場合、４０５ｎｍに対しては、階段の一段分の位相差が波長の整数倍になるようにして０次回折光の効率を最大にする。第２の光束６６０ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の０．２倍と波長の整数倍を加算した値になるようにして＋１次回折光の効率を最大にする。第３の光束７８５ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の整数倍になるようにして±２次回折光を発生させないようにする。
【０１１１】
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）は階段形状の溝深さＤと回折効率の関係を示す図であり、段数は５段である。図１０（ａ）は第１の光束、図１０（ｂ）は第２の光束、図１０（ｃ）は第３の光束に対する関係であり、ＲＣＷＡ法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは２０μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、全段の溝深さＤを６．４μｍとすると、どの波長に対しても所望の効率を得ることができる。つまり、第１の光束の０次回折光の効率は８４％、第２の光束の＋１次回折光の効率は７３％、第３の光束の−２次回折光の効率は０％となる。また、第３の光束に対しては、０次回折光が７８％と効率が良い。
【０１１２】
図１１（ａ）はＣＤ系光記録媒体上に集光するときの光束、図１１（ｂ）はＣＤ系光記録媒体上に形成されるスポットを示す図である。中心領域５０２ａを通過する光束は−２次回折光として、ＣＤ系光記録媒体１３７上に集光される。一方、２番目の領域５０２ｂを通過する光束は、０次回折光として、そのまま透過するため、ＣＤ系光記録媒体１３７上では、集光せず周辺にフレア光として大きく広がり、記録再生に影響しない。
【０１１３】
その他の構成として、例えばＰＭＭＡの場合４段で溝深さＤ４．８μｍ（第１の光束の一段の位相差：２λ）、３段で溝深さＤ３．２μｍ（第１の光束の一段の位相差：２λ）、あるいは３段で溝深さＤ６．４μｍ（第１の光束の一段の位相差：４λ）といった構成でも良い。
【０１１４】
３番目の領域５０２ｃは、回折構造のない平坦部になっている。図３に示すように、３番目の領域５０２ｃの平坦部の高さは、回折構造の最下段に対して第１の光束の波長の整数倍になるように設定する。本実施形態１では、波長の５倍の位相差に相当する４．０μｍに設定した。
【０１１５】
この３番目の領域５０２ｃの平坦部を透過した光束は、第２，第３の光束に対しては有効径外となるため、スポット形成には不要光となる。ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７上では、図１１（ｂ）に示すのと同様にフレア光として大きく広がる。一方、第１の光束に対しては、中心領域５０２ａ，２番目の領域５０２ｂの最下段に対して波長の整数倍の位相差となるように溝深さを設定した。本実施形態１では波長の５倍の４μｍとしたが、これに限定されるものではない。
【０１１６】
次に、図１２に収差補正手段の第１の回折面に形成される回折構造の実形状を示す。中心領域５０２ａと２番目の領域５０２ｂの境界部は、光路差係数が異なるため、滑らかにはつながらない。そのため、第１の光束に対して、波長の整数倍になる高さの領域を設け、滑らかにつながるような構造にする。本実施形態１では、溝の最下段の高さに設定した。
【０１１７】
階段形状の回折面の回折効率は、段数が多いほど、図８の破線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状に近づくため、回折効率は向上する。しかしながら、段数が多いと一段当たりのピッチ２００が狭くなり、製造が困難になり、製造誤差によるだれなどによる影響で効率低下が発生する。
【０１１８】
また、ピッチ２００が同じ場合、溝深さＤは低い方がより回折効率が良い。さらに波長や温度変動による効率低下の影響を受けにくい。そのため、回折構造としては、溝深さＤが低く、段数が多い方が望ましい。
【０１１９】
本実施形態１では、回折光の次数の符号を中心領域５０２ａと２番目の領域５０２ｂで反転させることにより、第１，第２，第３の光束の回折効率と凹凸形状と溝深さの関係を大きく変化させることができる。そのため、溝深さが低く、段数が多い回折構造を実現でき、効率の良い収差補正手段および記録再生に影響しない開口制限素子としての機能を一面で提供することができる。
【０１２０】
また、回折面はピッチが狭くなると、効率が低下することが知られている。したがって、ピッチが狭くなる周辺部は効率が低下する。その様子を図１３に示す。光源の強度分布２０３に対して、中心領域５０２ａは周辺にいくに従い、光量の低下が著しくなることが分かる。また、２番目の領域５０２ｂは中心領域５０２ａよりもさらにピッチが狭くなるが、本実施形態１では、２番目の領域５０２ｂは５段、かつ中心領域５０２ａよりも溝深さが低いため、効率の低下を低減することができ、光利用効率を上げることができる。
【０１２１】
なお、段数と溝深さは、前述の記載に限定されず、次数の符号を反転させれば、容易にスポットにとって不要光が発生しない開口制限を実現することができる。
【０１２２】
また、収差補正手段５０１の第２の回折面５０３は、図５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（中心領域５０３ａ、２番目の領域５０３ｂ）を有する。
【０１２３】
中心領域５０３ａはＨＤ系光記録媒体１１７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。中心領域５０３ａには、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＢＤ系光記録媒体１０７に集光し、かつＨＤ系光記録媒体１１７の基板厚の違いにより生じる球面収差を補正するように、第１の光束を回折させる回折構造が形成されている。
【０１２４】
つまり、第２の回折面５０３は入射光の一部を０次回折光、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１０６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系，ＨＤ系光記録媒体１０７，１１７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。この回折面により、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上にスポットを形成する。
【０１２５】
そして、一方の焦点で情報の記録再生をしているときには、他方の焦点を集光点とする光束は大きく広がっており光強度は小さく、記録再生には影響を与えない。
【０１２６】
２番目の領域５０３ｂは、ＨＤ系光記録媒体１１７に対するＮＡ０．６５からＢＤ系光記録媒体１０７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２．２ｍｍに設定する。２番目の領域５０３ｂは回折構造が形成されない平坦部であり、第１，第２，第３の光束をそのまま透過させるため、ＢＤ系光記録媒体１０７に対しては対物レンズ１０６より集光され、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７に対しては集光されない構造となる。つまり、図１１（ｂ）で示したのと同様にフレア光として大きく広がる構成とする。
【０１２７】
したがって、第２の回折面５０３は、ＨＤ系光記録媒体１１７に対して発生する収差を補正し、かつ開口を切り替えるような構成となり、良好な集光スポットを得ることができる。
【０１２８】
また、収差補正手段５０１の中心領域５０３ａの断面は図３に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、３つの段を有する。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狭くなっている。
【０１２９】
輪帯状凹凸部のピッチは、ＨＤ系光記録媒体１１７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。中心領域５０３ａ面の光路差係数を（表７）に示す。
【０１３０】
【表７】
2008090994.tif 000011
中心領域５０３ａのピッチの最小値は８．５μｍ、輪帯数は９５である。
【０１３１】
次に、第２の回折面５０３の各段の溝深さについて説明する。中心領域５０３ａは、第１の光束に対しては、対物レンズ１０６と組み合わせて２焦点レンズの構成となるため、０次回折光と＋１次回折光を発生するよう、さらに、第２，第３の光束に対しては、０次回折光の効率が良くなるように、回折構造の溝深さを設定することが望ましい。
【０１３２】
本実施形態１の３段における各次数の最大効率と高さの関係を（表８）に示す。
【０１３３】
【表８】
2008090994.tif 000012
（表８）をもとに各光束で所望の回折効率が大きくなるように、回折構造の材料と高さを選定する。３段においては、第２，第３の光束に対しては一段の高さを波長の整数倍の位相差を付与するよう設定する。また、第１の光束に対しては、一段の高さを波長の整数倍から０．３３倍の間の位相差を付与するように設定する。図１４に階段形状の溝深さＤと回折効率の関係を示す図であり、図１４（ａ）は第１の光束、図１４（ｂ）は第２の光束、図１４（ｃ）は第３の光束に対する関係であり、ＲＣＷＡ法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは８μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、全段数の深さＤを０．２９３μｍとすると、どの波長に対しても所望の効率を得ることができる。回折効率は、第１の光束の０次回折光、１次回折光、第２，第３の光束の０次回折光でそれぞれ３８％，３５％，７４％，８１％となる。０．２９３μｍの溝深さＤは一段に換算すると、溝の深さは０．１４６５μｍとなる。これは、第１の光束に対しては、波長の０．１８倍の位相差となっており、回折効率を０次と＋１次に振り分けている。第２，第３の光束に対してもほぼ０．１８倍の位相差であり、（表８）に記載の最大の効率の条件ではないが、効率の良い溝深さとなっている。
【０１３４】
なお、本実施形態１は、材料をＰＭＭＡ、段数を３段、回折光の次数を０次と１次に設定したが、これに限定されるものではない。また、０次回折光と＋１次回折光の効率配分をほぼ同じに設定したが、使用方法に応じて、効率配分を変えることが望ましい。回折構造の溝深さを浅くすれば０次透過光が増し、深くすれば＋１次回折光が増すことから、例えばＢＤ系光記録媒体１０７は記録再生、ＨＤ系光記録媒体１１７は再生のみに対応させるような場合は、０次回折光の配分を増やせば良い。
【０１３５】
また、２番目の領域５０３ｂは、回折構造のない平坦部になっている。図３に示す２番目の領域５０３ｂの平坦部の高さは、回折構造の最下段に対して第１の光束の波長の整数倍になるように設定する。本実施形態１では、回折構造の最下段と同じ高さに設定した。
【０１３６】
この２番目の領域５０３ｂの平坦部を透過した光束は、ＨＤ系光記録媒体１１７に対して、スポット形成には不要光となる。つまり、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７上では、図１１（ｂ）に示したのと同様にフレア光として大きく広がる。
【０１３７】
また、第２の回折面５０３の実形状を図１５に示す。この回折面と対物レンズ１０６の組み合わせにより、２焦点レンズを実現し、ＢＤ系，ＨＤ系光記録媒体１０７，１１７に良好な集光スポットを形成し、第２，第３の光束に対しては、０次回折光として効率よく透過させる。
【０１３８】
次に、本実施形態１における収差補正手段の外形形状について、詳細に説明する。図４，図５に示したように、収差補正手段５０１の外形の形状は、回折部と平坦部との境界と同様の円形状とする。なお、円形状とは、多角形を含み、図１６のような８角形においても、同様の効果が得られる。
【０１３９】
本実施形態１で用いているＰＭＭＡ等の樹脂は、射出成形ができる等の強みがあるため光学部品に最も広く使用され、かつ大量生産しやすいという特徴があるが、一方で吸湿性が弱点として挙げられる。これは屈折率や透過率といった光学特性を変動させるだけでなく、変形としても現れる。
【０１４０】
図１７（ａ）〜（ｄ）に収差補正手段の外形形状が四角の形状の場合の波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す。図１７（ａ）は光線有効径内における中心領域５０２ａ，２番目の領域５０２ｂ，３番目の領域５０２ｃすべての領域における透過波面測定の結果であり、波面形状を示す。図１７（ｂ），（ｃ）は図１７（ａ）の結果を領域（回折部と平坦部）に分割して波面測定した結果である。図１７（ｂ）は回折部（回折構造が形成された中心領域５０２ａと２番目の領域５０２ｂ）領域内のみの透過波面形状５０２ｇ、図１７（ｃ）は平坦部（３番目の領域５０２ｃ）のみの透過波面形状５０２ｆを示す。
【０１４１】
波面形状をもとに波面収差を計算したところ、図１７（ａ）の光線有効径内の波面形状はＰＶ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙ）値が０．５λ、波面収差０．１λｒｍｓと波面精度が非常に悪い。通常、光学部品の波面収差は０．０２λｒｍｓ以下であることが望ましい。図１７（ｂ）の回折部の領域内の波面収差は、０．０２λｒｍｓとなり良好な波面精度であるのに対して、図１７（ｃ）の平坦部（３番目の領域５０２ｃ）の波面収差は０．１３λｒｍｓと大きく、光線有効径内の波面精度が悪い原因は、平坦部にあることが分かる。図１７（ｄ）は平坦部の波面形状を円周方向に沿って、プロットしたものである。平坦部は収差補正手段５０１の四角の形状に沿って、うねりが発生しており波面劣化の要因となっていると考えられる。
【０１４２】
このうねりの要因は、回折部と平坦部との境界において、外形の四角形の辺から近いところ５０２ｄと遠いところ５０２ｅが存在し、近いところ５０２ｄと遠いところ５０２ｅではＰＭＭＡの吸湿に差異がある。この吸湿の差異が変形の差異となり、うねりが発生している。
【０１４３】
図１８（ａ）〜（ｄ）は本実施形態１の収差補正手段５０１の波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す図である。形状は円である。図１８（ａ）は光線有効径内における中心領域５０２ａ，２番目の領域５０２ｂ，３番目の領域５０２ｃの透過波面測定の結果であり、波面形状を示す。図１８（ｂ），（ｃ）は図１７（ａ）の結果を領域（回折部と平坦部）に分割して波面測定した結果である。図１８（ｂ）は回折部（回折構造が形成された中心領域５０２ａと２番目の領域５０２ｂ）領域内のみの透過波面形状５０２ｇ、図１８（ｃ）は平坦部（３番目の領域５０２ｃ）のみの透過波面形状５０２ｆを示す。
【０１４４】
図１８（ｄ）は平坦部の波面形状を円周方向に沿って、プロットしたものである。図１８（ａ）の光線有効径内の波面形状より波面収差を計算するとＰＶ値が０．１λ、波面収差０．０２λｒｍｓ、図１８（ｂ）の回折部の領域内の波面収差は、０．０１５λｒｍｓ、図１８（ｃ）の平坦部（３番目の領域５０２ｃ）の波面収差は０．０１７λｒｍｓであり、周辺部のうねりはなく良好な波面精度である。
【０１４５】
このように、収差補正手段５０１の外形形状を、回折部と平坦部との境界と同様の円形状にすることで、ＰＭＭＡの吸湿による形状の変化が均一化され、うねりを低減することができ、高精度な光ピックアップを実現することができる。
【０１４６】
図１９は本発明の実施形態２における収差補正手段を説明するための図である。本実施形態２において、光ピックアップの構成や対物レンズは前述した実施形態１と同じである。本実施形態２で示す収差補正手段６０１は、第１の回折面６０２が、実施形態１の収差補正手段５０１の第１の回折面５０２と構成が異なり、第２の回折面６０３については、実施形態１の第２の回折面５０３と同様である。
【０１４７】
第１の回折面６０２は、図２０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３つの領域（中心領域６０２ａ，２番目の領域６０２ｂ，３番目の領域６０２ｃ）を有する。この中心領域６０２ａ，２番目の領域６０２ｂは、実施形態１と同様に、ＣＤ系光記録媒体１３７に対するＮＡ０．４５、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対するＮＡ０．６５でそれぞれ分割され、半径はそれぞれ１．２５ｍｍ、１．７１５ｍｍに設定する。
【０１４８】
中心領域６０２ａは、実施形態１と同様に波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２，第３の光束を回折させる回折構造が形成されている。
【０１４９】
２番目の領域６０２ｂは、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２の光束を回折させ、かつ第３の光束は、ＣＤ系光記録媒体１３７の記録面に集光しないような回折構造が形成されている。
【０１５０】
３番目の領域６０２ｃは、回折構造が形成されない平坦部であり、第１，第２，第３の光束をそのまま透過させるため、ＢＤ系光記録媒体１０７に対しては対物レンズ１０６より集光され、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７に対しては集光されない構造となる。
【０１５１】
したがって、第１の回折面６０２は、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対して、第２，第３の光束で発生する収差を補正し、かつ開口を切り替えるような構成となり、良好なスポットを形成できる。
【０１５２】
収差補正手段６０１の中心領域６０２ａの断面は図１９に示すように、実例形態１の中心領域５０２ａと段数，溝深さ，回折光の次数ともに同様である。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狭くなっている。輪帯状凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対しては−１次回折光を、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては、−２次回折光を用い、発生する収差を補正するよう設定される。この２番目の領域６０２ｂ面の光路差係数を（表９）に示す。
【０１５３】
【表９】
2008090994.tif 000013
また、収差補正手段６０１の２番目の領域６０２ｂの断面も、図１９に示すように同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、３つの段を有する。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狭くなっている。
【０１５４】
また、輪帯状凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対しては−１次回折光を用い、発生する収差を補正するよう設定される。この２番目の領域６０２ｂ面の光路差係数を（表１０）に示す。
【０１５５】
【表１０】
2008090994.tif 000014
この２番目の領域６０２ｂは、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては開口を制限する機能を有するよう、−２次回折光が発生しない階段形状の溝深さが設定されている。本実施形態２の２番目の領域６０２ｂのピッチの最小値は１７．８μｍ、輪帯数は２４である。
【０１５６】
また、２番目の領域６０２ｂは、実施形態１と同様に、第２の光束に対しては回折して収差を補正し、第３の光束に対してはＣＤ系光記録媒体１３７上に集光しないようにする。この２番目の領域６０２ｂが３段の場合、第１の光束４０５ｎｍに対しては、階段の一段分の位相差が波長の整数倍になるようにして０次回折光の効率を最大にする。第２の光束６６０ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の０．３３倍と波長の整数倍を加算した値になるようにして＋１次回折光の効率を最大にする。第３の光束７８５ｎｍに対しては、±２次回折光を発生させないようにする。
【０１５７】
図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）は回折構造における階段の溝深さＤと回折効率の関係を示す図である。段数は３段であり、図２１（ａ）は第１の光束、図２１（ｂ）は第２の光束、図２１（ｃ）は第３の光束に対する関係であり、ＲＣＷＡ法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは２０μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、全段数の深さＤを１．６μｍとすると、どの波長に対しても所望の効率を得ることができる。つまり、第１の光束の０次回折光の効率は９４％、第２の光束の−１次回折光の効率は５６％、第３の光束の−２次回折光の効率は８％となる。第３の光束に対しては、±１次回折光が３０％と効率が良い。
【０１５８】
前述した図１１（ａ）のＣＤ系光記録媒体１３７上の集光するときの光束、また図１１（ｂ）のＣＤ系光記録媒体１３７上に形成されるスポットの様子を示した図と同様に、中心領域６０２ａを通過する光束は−２次回折光として、ＣＤ系光記録媒体１３７上に集光される。一方、２番目の領域６０２ｂを通過する光束は、±１次回折光として、回折されるが、ＣＤ系光記録媒体１３７上では、集光せず周辺にフレア光として大きく広がるため、記録再生には影響しない。
【０１５９】
図２２に本実施形態２の収差補正手段６０１に形成された第１の回折面６０２の実形状を示す。中心領域６０２ａと２番目の領域６０２ｂの境界部は、光路差係数が異なるため、滑らかにはつながらない。そのため、第１の光束に対して、波長の整数倍になる溝深さの領域を設け、滑らかにつながるような構造にする。
【０１６０】
回折光の次数の符号は中心領域６０２ａと２番目の領域６０２ｂにいて、実施形態１とは異なり同じ符号である。したがって、効率の良い収差補正手段および開口制限素子としての機能を一面で提供することができる。
【０１６１】
図２３は本発明の実施形態３における収差補正手段の構成を示す断面図である。本実施形態３で示す光ピックアップの構成や対物レンズ１０６は実施形態１と同じであり、図２３に示すように収差補正手段７０１は、実施形態１の収差補正手段５０１とは第２の回折面７０３の構成が異なる。第１の回折面７０２は、実施形態１または実施形態２の第１の回折面５０２，６０２と同様である。また、本実施形態３の収差補正手段７０１は第１の回折面７０２と第２の回折面７０３の材料が異なる。
【０１６２】
実施形態１の第２の回折面５０３の溝深さＨは、第１，第２，第３の光束すべてにおいて、位相差が１λ以下という浅溝に設定している。このような場合は、材料の分散にほぼ関係なく、高さを設定できる。
【０１６３】
図２４に、浅い溝タイプ（溝深さＤの位相差が１λ以下）の場合の材料と各光束の所望の次数における回折効率の関係を示す。材料の分散に関係なく、効率が一定である。したがって、図２３に示すように、第１の回折面７０２と第２の回折面７０３を異なる材料で構成しても良い。
【０１６４】
また図２５は、深い溝タイプ（溝深さＤが１０μｍ〜１３μｍ程度）の材料（ｄ線の屈折率ｎｄは１．６である）と各光束の所望次数の効率との関係を示す。材料の分散特性により、各光束の効率が異なってくる。所望の効率を得るために、４段の場合はＶｄが７０の超低分散材料が、３段の場合はＶｄが５０程度の材料を用いることが望ましい。
【０１６５】
このように、第１の回折面と第２の回折面で異なる材料を用いることにより、より効率の高い収差補正手段を提供することができる。
【０１６６】
図２６は本発明の実施形態４における収差補正手段の構成を示す断面図である。本実施形態４の収差補正手段８０１は前述の実施形態１〜３に示した収差補正手段の平坦部（第１の回折面の３番目の領域５０２ｃ，６０２ｃ，７０２ｃと第２の回折面の２番目の領域５０３ｂ，６０３ｂ，７０３ｂのいずれか）に段差８０４を設けたものであり、図２６には第２の回折面に設けている。この段差８０４により、波長が短く、ＮＡの大きいＢＤ系光記録媒体１０７に対して発生する色収差を補正する。
【０１６７】
光記録媒体に情報の記録，再生を行う光情報処理装置は、半導体レーザを光源としているが、この半導体レーザの発振波長は、個々に異なっていたり、温度の変化に伴い変動したりする。特に、光学材料の屈折率は、波長により変化する性質（分散）を持つため、光源の波長が変動すると３次の球面収差が発生する。したがって、情報の記録，再生時、この球面収差が光学的な課題の１つとなる。この波長が変化したときの球面収差発生量は、光源の短波長化と高ＮＡ化により大きくなる。
【０１６８】
これは、波長を短くすると光学材料の屈折率変化が大きくなり、波長が変化したときの球面収差変化量が大きくなることと、球面収差変化はＮＡの４乗に比例して大きくなるためである。したがって、波長が変化したときの記録，再生における光情報の劣化に与える影響はより大きくなる。
【０１６９】
図２７に、波長４０５ｎｍにおいてＮＡ０．６５とＮＡ０．８５の対物レンズを使用したときの波長変動による波面収差の変化を示す。図２７に示すように、ＮＡ０．６５では対物レンズ設計波長である４０５ｎｍから１０ｎｍ波長が変動しても、対物レンズの要望性能である０．０３λｒｍｓ以下であるのに対して、ＮＡ０．８５では３ｎｍ波長が変動すると０．０３λｒｍｓを超えてしまい、情報の記録，再生が行えなくなるおそれがある。
【０１７０】
一般的に光情報処理装置の動作環境として、温度を１０℃から８０℃まで想定すると、半導体レーザの波長は、３ｎｍ程度変動する。また、中心波長ばらつきが±５ｎｍ程度と想定する必要がある。したがって、ＮＡ０．８５の対物レンズを用いる光学系では、このような波長変化による球面収差を補正する必要がある。
【０１７１】
また、収差補正手段８０１の段差８０４における段差構造は、光軸方向に、光軸を中心とした同心円状に領域に分割されており、光軸から離れるにしたがって、厚みが増すように形成されている。それぞれの領域における厚みの段差は、対物レンズの設計波長４０５ｎｍの整数倍の光路差を生じるように、形成されている。
【０１７２】
図２８に形成された段差８０４の位相段差を示す。横軸は半径位置、縦軸は位相段差数Ｎを示す。本実施形態４では、Ｎ＝８，４を用いて、第２の回折面８０３の２番目の領域８０３ｂに段差８０４を設けた。したがって、この段差に影響を受けるのは、ＢＤ系光記録媒体１０７へスポットを形成するときである。
【０１７３】
第２の回折面８０３に段差８０４がないときの波長変化による球面収差量は、図２９に示す破線のようになるのに対して、前述の段差８０４を形成すると、図２９の実線のように３次の球面収差を補正することができる。ここで例えば、波長が６ｎｍ変化した場合の、波面の位相の様子を図３０に示す。位相段差を付与したところで、波面の位相が不連続になっていることが分かる。このように波面を不連続に変化させ、３次の球面収差を補正している。
【０１７４】
なお、段差８０４の高さ、段差の境の半径位置は、対物レンズの形状、対物レンズの設計波長、収差補正手段を構成する材料、開口数（ＮＡ）によって異なり、本実施形態４に限定されるものではない。
【０１７５】
本発明の実施形態５における収差補正手段は、実施形態１〜４に記載した回折面を対物レンズと一体化した構成である。本実施形態５は図３１に示すように、実施形態１の収差補正手段５０１と対物レンズ１０６を一体化した構成である。図３１のように対物レンズ１０６の面上に回折面が形成されていると、対物レンズ１０６と収差補正手段５０１との軸ずれによる波面劣化が低減できるだけでなく、組み付け工程も低減し、低コスト化を実現できる。
【０１７６】
対物レンズ１０６の面上へ形成する回折面は、第１，第２の回折面５０２，５０３どちらか一方でも良い。その場合、対物レンズ１０６の入射側の面、あるいは出射側の面のどちらに形成しても良い。また、回折面の形成は、対物レンズ１０６と一体に成型しても良い。対物レンズ１０６の面上に回折構造を別途形成しても良い。その場合、回折構造の材料としては、紫外線硬化樹脂が製造上適している。
【０１７７】
本発明の実施形態６において示す光ピックアップの構成や対物レンズは実施形態１と同じである。本実施形態６における収差補正手段は、収差補正手段の光軸と対物レンズの光軸とが横ズレした際に発生する光ピックアップ全体のコマ収差の発生を低減する回折構造を形成した構成である。ここで、光ピックアップ全体のコマ収差とは、光記録媒体上に集光されるスポットのコマ収差である。
【０１７８】
本実施形態６における収差補正手段の回折面は、有限倍率を変換させて発散光にする機能と、その発散光に球面収差を付与する機能の２種類の足し合わせにより、球面収差を補正している。
【０１７９】
図３２は第２の光束６６０ｎｍに対して、収差補正手段の第１の回折面で回折される有限倍率と同様の発散光が対物レンズに入射し、ＤＶＤ系光記録媒体で発生する収差（ａ）と収差補正手段の第１の回折面により回折された発散光が持つ球面収差（ｂ）の瞳半径位置と位相の関係を示している。対物レンズに起因する収差（図３２（ａ））と発散光が持つ球面収差（図３２（ｂ））は逆向きになっており、球面収差が良好に補正され、ＤＶＤ系光記録媒体で良好なスポットが形成される。
【０１８０】
前述した対物レンズに起因する収差（図３２（ａ））と発散光が持つ球面収差（図３２（ｂ））の大きさは、回折面の設計時に第２の光束６６０ｎｍのＤＶＤ系のＷＤで調整することができる。また、ＷＤ（ワーキングディスタンス）とは対物レンズが光軸方向に作動できる距離のことである。
【０１８１】
図３３はＷＤの異なる第１の回折面とその対物レンズへ入射する際の発散角の関係を示す図である。ＷＤと発散角は線形に変化しており、対物レンズに起因する収差（図３２（ａ））の大きさはＷＤを調整して、回折面を最適設計することにより制御することができる。例えば、図３２のＷＤは０．５７ｍｍであり、図３４はＷＤが０．４２ｍｍ、図３５はＷＤが０．６０ｍｍの場合を示す。
【０１８２】
ＷＤにより、対物レンズに起因する収差（図３２（ａ）、図３４（ａ）、図３５（ａ））の大きさが異なることが分かる。いずれの回折面においても、対物レンズに起因する収差（図３２（ａ）、図３４（ａ）、図３５（ａ））と発散光が持つ球面収差（図３２（ｂ）、図３４（ｂ）、図３５（ｂ））は逆向きで大きさが同じであるため、互いに打ち消しあい、球面収差が良好に補正され、ＤＶＤ系光記録媒体で良好なスポットが形成される。ＷＤ０．４２ｍｍ，ＷＤ０．５７ｍｍ，ＷＤ０．６０ｍｍの回折面の位相係数はそれぞれ異なり、例えば回折溝の輪帯数は、１０，６５，７７となっている。
【０１８３】
図３６は対物レンズ１０６と収差補正手段５０１との光軸が横ズレした場合を示す図である。第１の回折面５０２が図３６のように、横ズレした場合の収差について説明する。
【０１８４】
図３６に示す横ズレ９０３とは、対物レンズ１０６の光軸９０１と収差補正手段５０１の回折面の光軸９０２が光軸に対して垂直方向にずれることをいう。図３２（ｃ），（ｄ）にＤＶＤ系のＷＤが０．５７ｍｍになるよう設計された第１の回折面と対物レンズが横ズレしたときの瞳半径位置と位相の関係を示す。
【０１８５】
収差補正手段と対物レンズが２００μｍ横ズレした場合の図３２（ｃ）が収差補正手段の第１の回折面の回折構造で回折される有限倍率と同様の発散光が対物レンズに入射し、ＤＶＤ系光記録媒体で発生する収差と、図３２（ｄ）が収差補正手段の第１の回折面より回折された発散光が持つ球面収差とを示している。
【０１８６】
対物レンズに起因する波面の横ズレにより発生するコマ収差（図３２（ｃ）参照）と、発散光が持つ球面収差の横ズレにより発生するコマ収差（図３２（ｄ）参照）は、逆方向に発生しており、また大きさがほぼ等しいため、コマ収差が打ち消しあい、横ズレしても良好に補正される。
【０１８７】
図３７に横軸が横ズレ、縦軸にＤＶＤ系の基板上のスポットで発生するコマ収差を示す。図３２に対応するＷＤが０．５７ｍｍのタイプは光軸が横ズレしても、ほとんどコマ収差が発生していない。一方、図３４（ｃ），（ｄ）、図３５（ｃ），（ｄ）に対応するＷＤが０．４２ｍｍと０．６ｍｍのタイプは、光軸が横ズレするとコマ収差が発生していることが分かる。これは、図３４（ｃ），（ｄ）、図３５（ｃ），（ｄ）を見ると、横ズレ２００μｍ発生時のコマ収差の方向や大きさが打ち消しあっていないためである。
【０１８８】
図３４に示すＷＤ０．４２ｍｍのタイプは回折面から出射された光束はほぼ平行光である。したがって、図３４（ｃ）の対物レンズに起因する波面の横ズレによるコマ収差は発生しない。このような場合は、互いに打ち消し合うことができないため、横ズレによるコマ収差は補正できない。したがって、横ズレによるコマ収差を低減するためには、回折面から出射された光束は、少なくとも発散光でなければいけない。
【０１８９】
このように回折面を、横ズレした際に発生するコマ収差を低減する構成にしておくことで、図３６に示す収差補正手段５０１を光ピックアップや対物レンズ１０６の鏡筒１２１に組み付けるときや、対物レンズ１０６と収差補正手段５０１とを一体成型するとき、第１の回折面と第２の回折面の製造時の、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度な光ピックアップを安定に提供することができる。
【０１９０】
さらに、本発明の設計指針を説明する。前述したように、ＷＤ０．４２ｍｍ，ＷＤ０．５７ｍｍ，ＷＤ０．６０ｍｍの回折面の位相係数はそれぞれ異なり、例えば回折溝の輪帯数は、１０，６５，７７となっている。つまりＷＤが大きいタイプの回折面を設計すると輪帯数が増加していき、隣合う溝同士の間隔であるピッチが小さくなり、ピッチの製造公差は厳しくなる。その一方で、横ズレによるコマ収差は輪帯数が多いＷＤ０．５７ｍｍタイプで最も低減される。したがって、このような回折面を設計する際には、トレードオフの関係となる横ズレによるコマ収差とピッチの製造公差の両方の特性でバランス良い回折面を設計しなければならない。このようにして回折面を設計することで、横ズレによる組み付け公差だけでなく、回折溝の製造公差をも低減された、従来にない非常に安定な回折素子を提供することができる。
【０１９１】
また、前述した例ではＤＶＤ系について示したが、ＣＤ系の軸ずれを補正するように第１の回折面に回折構造を構成しても良い。例えば、図３８に横軸が横ズレ、縦軸にＣＤ系の基板上のスポットで発生するコマ収差を示す。図３２に対応するＣＤ系として、ＣＤ系のＷＤが０．３５ｍｍのタイプは横ズレしても、ほとんどコマ収差が発生していない。
【０１９２】
次に、ＤＶＤ系とＣＤ系の横ズレによるコマ収差の発生を同時に低減する場合を示す。図３９の横軸は−２次回折光を用いるＣＤ系のＷＤであり、縦軸は３０μｍ横ズレした際のＤＶＤ系およびＣＤ系のコマ収差を示している。本実施形態６の第１の回折面の場合は、ＤＶＤ系とＣＤ系で横ズレに対して最適な回折構造が異なっている。したがって、ＤＶＤ系、ＣＤ系ともに横ズレによるコマ収差を低減できるように、例えばＷＤ０．６２のような回折構造を形成すると良い。
【０１９３】
また、第２の回折面については、ＨＤ系の軸ずれを補正するように第２の回折面の回折構造を構成しても良い。例えば図４０に、ＨＤ系のＷＤであって、縦軸に３０μｍ横ズレが発生した際のＨＤ系の基板上のスポットで発生するコマ収差を示す。ＨＤ系のＷＤが０．５ｍｍのタイプは横ズレしても、ほとんどコマ収差が発生していない。ＷＤが０．５ｍｍのタイプの回折構造の輪帯数は１００である。また、横ズレ３０μｍで０．０３λｒｍｓの劣化までを許容とする場合は、ＷＤが０．４７ｍｍのタイプでも良い。
【０１９４】
本実施形態６のように、本発明の収差補正素子は、有限倍率を変換させ発散光にする機能と、その発散光に球面収差を付与する機能の２種類の足し合わせにより、球面収差を補正し、横ズレによるコマ収差の発生量と回折構造のピッチ製造公差を任意に調整しているため、組み付けや製造公差を大きくすることができる。
【０１９５】
本発明の実施形態７において示す光ピックアップの構成や対物レンズは実施形態１と同じである。また、本実施形態７における収差補正手段は、実施形態６と同様に、収差補正手段の光軸と対物レンズの光軸とが横ズレした際に発生する光ピックアップ全体のコマ収差の発生を低減する回折構造を形成した構成である。
【０１９６】
本実施の形態７における収差補正手段の回折面は、有限倍率を変換させ発散光にする機能と、その発散光に球面収差を付与する機能の２種類の足し合わせにより、球面収差を補正している。
【０１９７】
図３２は実施形態６で説明したように、第２の光束６６０ｎｍに対して、ＷＤが０．５７ｍｍとなる収差補正手段の第１の回折面で回折される有限倍率と同様の発散光が対物レンズに入射し、ＤＶＤ系光記録媒体で発生する収差（ａ）と収差補正手段の第１の回折面より回折された発散光が持つ球面収差（ｂ）の瞳半径位置と位相の関係を示している。対物レンズに起因する収差（図３２（ａ））と発散光が持つ球面収差（図３２（ｂ））は逆向きになっており、球面収差が良好に補正され、ＤＶＤ系光記録媒体で良好なスポットが形成される。
【０１９８】
一方、図４１（ａ）は第２の光束６６０ｎｍに対して、ＷＤが０．５４ｍｍとなる収差補正手段の第１の回折面で回折された発散光が対物レンズに入射し、ＤＶＤ系光記録媒体で発生する収差である。波面の位相はほぼ平らであり、収差が有限倍率の変換だけで補正されていることが分かる。したがって、ＷＤが０．５４ｍｍとなる収差補正素子の第１の回折面が付与する球面収差成分は、図４１（ｂ）のようにほぼゼロとなる。このＷＤが０．５４ｍｍとなる回折構造の輪帯数をＮｍ２，最小ピッチをＰｍ２とするとき、本実施形態７の収差補正手段の第１の回折面の回折構造における輪帯数Ｎａ１と最小ピッチＰａ１が条件「Ｎａ１≧Ｎｍ２，Ｐａ１≦Ｐｍ２」の関係となるように設定する。
【０１９９】
この「Ｎａ１≧Ｎｍ２，Ｐａ１≦Ｐｍ２」を満たすような回折構造とする理由を以下に示す。図３６に示すように、対物レンズ１０６と収差補正手段５０１の第１の回折面５０２との光軸が、横ズレしても波面劣化を低減するには、対物レンズに起因する波面の横ズレにより発生するコマ収差（図３２（ｃ））と、発散光が持つ球面収差の横ズレにより発生するコマ収差（図３２（ｄ））は、逆方向に発生する必要があることを実施形態６で述べた。
【０２００】
平行光の光束が対物レンズに入射し、ＤＶＤ系光記録媒体で発生する収差は、図３４（ａ）に示すような正の球面収差である。横ズレにより発生するコマ収差を逆方向に発生させるためには、有限倍率の変換だけで補正されている図４１より、発散角を大きくし図３２（ａ）のように負の球面収差を発生させ、補正過剰になった分は図３２（ｂ）のように、発散光に正の球面収差を付与させる回折構造であることが望ましい。
【０２０１】
一般的に回折面で回折された光束は、ピッチが小さく輪帯数が多いほど、回折角が大きくなるため、回折面からの発散角度が大きくなる。すなわち、有限倍率の変換だけで補正されている図４１より、より発散角を大きくするためには、より多くの輪帯数が必要となり、最小ピッチが小さくなるため、前述の条件「Ｎａ１≧Ｎｍ２，Ｐａ１≦Ｐｍ２」を満たすことが望ましい。
【０２０２】
このように回折面を、横ズレした際に発生するコマ収差を低減する構成にしておくことで、収差補正手段５０１を光ピックアップや対物レンズの鏡筒１２１に組み付けるときや、対物レンズと収差補正手段とを一体成型するとき、第１の回折面と第２の回折面の製造時の、組み付け公差や製造公差を大きくすることができ、高精度な光ピックアップを安定に提供することができる。
【０２０３】
図４２に、それぞれのＷＤとなるように最適設計した回折構造の輪帯数と最小ピッチの関係を示している。有限倍率変換のみで補正される回折構造となるＷＤ０．５４ｍｍの輪帯数と最小ピッチをＮｍ２，Ｐｍ２として見ると、本実施形態７における回折面の輪帯数Ｎａ１と最小ピッチＰａ１は、条件「Ｎａ１≧Ｎｍ２，Ｐａ１≦Ｐｍ２」を満たすような回折構造となる。
【０２０４】
図４３に、それぞれのＷＤで最適設計した回折構造において、３０μｍ横ズレが発生した際の基板上のスポットで発生するコマ収差を示す。図４３に示すように、条件「Ｎａ１≧Ｎｍ２，Ｐａ１≦Ｐｍ２」を満たす範囲が、横ズレしたコマ収差の発生を低減することができる範囲であることがわかる。
【０２０５】
また、前述した例ではＤＶＤ系について示したが、ＣＤ系の軸ずれを補正するように第１の回折面の回折構造を構成しても良い。つまり、ＣＤ系を有限倍率変換のみで補正される回折構造の輪帯数と最小ピッチをＮｍ３，Ｐｍ３とすると、本実施形態７の回折面の輪帯数Ｎａ１，最小ピッチＰａ１は、条件「Ｎａ１≧Ｎｍ３，Ｐａ１≦Ｐｍ３」を満たすような回折構造となる。これにより、横ズレしても、ＣＤ系のコマ収差発生が低減でき、組み付け公差や製造公差を大きくすることができる。
【０２０６】
次に、ＤＶＤ系とＣＤ系の横ズレによるコマ収差の発生を同時に低減する場合を示す。図３９の横軸は−２次回折光を用いるＣＤ系のＷＤであり、縦軸は３０μｍ横ズレした際のＤＶＤ系およびＣＤ系のコマ収差を示している。本実施形態７の第１の回折面の場合は、ＤＶＤ系とＣＤ系で横ズレに対して最適な回折構造が異なっている。本実施形態７において、ＤＶＤ系とＣＤ系の輪帯数がＮｍ２≧Ｎｍ３、最小ピッチがＰｍ２≦Ｐｍ３であるため、ＤＶＤ系、ＣＤ系ともに横ズレによるコマ収差を低減できるように、回折構造は少なくとも、条件「Ｎａ１≧Ｎｍ３，Ｐａ１≦Ｐｍ３」を満たしていることが望ましい。
【０２０７】
また、第２の回折面については、ＨＤ系の軸ずれを補正するように第２の回折面の回折構造を構成しても良い。例えば図４４に、それぞれのＷＤでＨＤ系を最適設計した回折構造において、３０μｍ横ズレが発生した際のＨＤ系の基板上のスポットで発生するコマ収差と主光線が０．５ｄｅｇ傾いて入射した場合のコマ収差と、最小ピッチと輪帯数の関係を示す。本実施形態７の有限倍率変換のみで補正する際の回折構造はＷＤが０．４７である。ＷＤが０．４７ｍｍのタイプの回折構造の最小ピッチと輪帯数をＰｍ１，Ｎｍ１とすると、本実施形態７の第２の回折面の最小ピッチＰａ２と輪帯数Ｎａ２は、条件「Ｎａ２≧Ｎｍ１，Ｐａ２≦Ｐｍ１」を満たしている。
【０２０８】
この条件を満たすことで、横ズレしても、ＨＤ系のコマ収差発生が低減でき、組み付け公差や製造公差を大きくすることができる。
【０２０９】
図４５は本発明の実施形態８における光情報処理装置の概略構成を示す図である。本実施形態８は、光情報処理装置の一形態であり、前述の実施形態１〜７のいずれかの光ピックアップを用いて、光記録媒体に対する情報の再生、記録、消去のうちの、少なくとも１つを行う装置である。
【０２１０】
図４５に示すように、光情報処理装置は光学ピックアップ９１、送りモータ９２およびスピンドルモータ９８等により構成されており、これらは光情報処理装置全体を制御するシステムコントローラ９６により制御される。そして、光ピックアップ９１のトラッキング方向への移動は、送りモータ９２とサーボ制御回路９３で構成される制御駆動手段により行われる。例えば、光記録媒体１００を再生する場合、システムコントローラ９６からのコントロール信号がサーボ制御回路９３と変復調回路９４に供給される。
【０２１１】
サーボ制御回路９３では、スピンドルモータ９８を設定された回転数で回転させるとともに送りモータ９２を駆動する。
【０２１２】
変復調回路９４には、光ピックアップ９１の光検出器により検出されたフォーカシングエラー信号，トラッキングエラー信号および光記録媒体１００の何処を読み出しているかの位置情報等が供給される。フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号はシステムコントローラ９６を介してサーボ制御回路９３に供給される。
【０２１３】
サーボ制御回路９３は、フォーカシング制御信号によってアクチュエータのフォーカシングコイルを駆動し、トラッキング制御信号によってアクチュエータのトラッキングコイルを駆動する。トラッキング制御信号の低域成分はシステムコントローラ９６を介してサーボ制御回路９３に供給され、送りモータ９２を駆動する。これらによって、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボが行われる。
【０２１４】
また、光記録媒体１００の何処を読み出しているかの位置情報は変復調回路９４により処理され、スピンドル制御信号としてスピンドルモータ９８に供給され、光記録媒体１００の再生位置に応じた所定の回転数に制御駆動され、ここから実際の再生が開始される。そして、変復調回路９４により処理されて復調された再生データは外部回路９５を介して外部に伝送される。
【０２１５】
データを記録する場合、フォーカシングサーボ，トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボをかけるまでは再生と同様の過程を経る。
【０２１６】
外部回路９５を介して入力される入力データを光記録媒体１００の何処に記録するかのコントロール信号が、システムコントローラ９６からサーボ制御回路９３および変復調回路９４に供給される。
【０２１７】
サーボ制御回路９３では、スピンドルモータ９８を所定の回転数に制御するとともに、送りモータ９２を駆動して光ピックアップ９１を情報記録位置に移動させる。
【０２１８】
また、外部回路９５を介して変復調回路９４に入力された入力信号は、記録フォーマットに基づく変調が行われ、光ピックアップ９１に供給される。光ピックアップ９１では出射光の変調および出射光パワーが制御されて、光記録媒体１００への記録が開始される。
【０２１９】
光記録媒体１００の種類は再生データ信号で判別する。光記録媒体１００の種類を判別する方法として、トラッキングサーボ信号やフォーカスサーボ信号を用いても良い。
【０２２０】
再生専用の光情報処理装置および記録と再生の両方の処理可能な光情報処理装置に具備される光ピックアップに、本発明の収差補正手段を用いた光ピックアップを具備していれば、基板厚の異なる光記録媒体の情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。
【０２２１】
以上のように、本実施形態８における光情報処理装置によれば、単一の対物レンズ１０６により異なる基板厚さを有する４種類の光記録媒体（ＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤ）の記録面に良好なスポットが形成可能な光ピックアップを用いて、光記録媒体１００に対して情報信号の記録，再生または消去の最適な処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０２２２】
本発明に係る光ピックアップおよび光情報処理装置は、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚さと記録密度の異なる４種類の光記録媒体の記録面に良好に集光し、安定した記録，再生の動作ができ、異なる４種類以上の光記録媒体に対して情報を記録，再生する際に、互換性を有する装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２２３】
【図１】本発明の実施形態１における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】収差補正手段の近傍を拡大した断面図
【図３】収差補正手段を拡大した断面図
【図４】収差補正手段の第１の回折面を示す図
【図５】収差補正手段の第２の回折面を示す図
【図６】入射光が４段の階段形状の回折構造を通過する−１次回折光の波面の様子を示す図
【図７】入射光が４段の階段形状の回折構造を通過する±２次回折光の波面の様子を示す図
【図８】回折面の高さ（溝深さ）を説明する図
【図９】（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する階段形状４段の深さＤと回折効率の関係を示す図
【図１０】（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する階段形状５段の深さＤと回折効率の関係を示す図
【図１１】（ａ）はＣＤ系光記録媒体上に集光する光束、（ｂ）はＣＤ系光記録媒体上に形成されるスポットを示す図
【図１２】収差補正手段の第１の回折面に形成された回折構造の実形状を示す図
【図１３】回折面と回折光の強度分布の関係を示す図
【図１４】（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する階段形状３段の深さＤと回折効率の関係を示す図
【図１５】収差補正手段の第２の回折面に形成された回折構造の実形状を示す図
【図１６】収差補正手段の外形の形状を示す図
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は収差補正手段が四角形状で波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す図
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は収差補正手段が円形状で波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す図
【図１９】本発明の実施形態２における収差補正手段の近傍を拡大した断面図
【図２０】収差補正手段の第１の回折面を示す図
【図２１】（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する階段形状３段の深さＤと回折効率の関係を示す図
【図２２】収差補正手段の第１の回折面に形成された回折構造の実形状を示す図
【図２３】本発明の実施形態３における収差補正手段を拡大した断面図
【図２４】浅い溝タイプの場合の材料と各光束の次数における回折効率の関係を示す図
【図２５】深い溝タイプの場合の材料と各光束の次数における回折効率の関係を示す図
【図２６】本発明の実施形態４における収差補正手段を拡大した断面図
【図２７】波長４０５ｎｍにおいてＮＡ０．６５とＮＡ０．８５の対物レンズを使用したときの波長変動による波面収差の変化を示す図
【図２８】収差補正手段に形成された位相段差を示す図
【図２９】段差の有無による波長変化の球面収差量を示す図
【図３０】波長が６ｎｍ変化したときの波面位相の様子を示す図
【図３１】本発明の実施形態５における収差補正手段を対物レンズの面上に一体化した構成図
【図３２】本発明の実施形態６におけるＤＶＤ系のＷＤ０．５７で横ズレ０μｍの（ａ）は対物レンズに起因する収差、（ｂ）は発散光が持つ球面収差、また横ズレ２００μｍの（ｃ）は対物レンズに起因する収差、（ｄ）は発散光が持つ球面収差を示す図
【図３３】ＷＤの異なる第１の回折面と対物レンズへ入射する発散角の関係を示す図
【図３４】本発明の実施形態６におけるＤＶＤ系のＷＤ０．４２で横ズレ０μｍの（ａ）は対物レンズに起因する収差、（ｂ）は発散光が持つ球面収差、また横ズレ２００μｍの（ｃ）は対物レンズに起因する収差、（ｄ）は発散光が持つ球面収差を示す図
【図３５】本発明の実施形態６におけるＤＶＤ系のＷＤ０．６０で横ズレ０μｍの（ａ）は対物レンズに起因する収差、（ｂ）は発散光が持つ球面収差、また横ズレ２００μｍの（ｃ）は対物レンズに起因する収差、（ｄ）は発散光が持つ球面収差を示す図
【図３６】対物レンズと光軸が横ズレした収差補正手段の近傍を拡大した断面図
【図３７】ＤＶＤ系のＷＤ毎の横ズレとコマ収差の特性を示す図
【図３８】ＣＤ系のＷＤ毎の横ズレとコマ収差の特性を示す図
【図３９】ＣＤ系のＷＤにおける３０μｍ横ズレしたＤＶＤ系およびＣＤ系のコマ収差を示す図
【図４０】ＨＤ系のＷＤにおける３０μｍ横ズレしたＨＤ系のコマ収差を示す図
【図４１】本発明の実施形態７におけるＤＶＤ系のＷＤ０．５４で横ズレ０μｍの（ａ）は対物レンズに起因する収差、（ｂ）は発散光が持つ球面収差を示す図
【図４２】各ＷＤに最適設計した回折構造の輪帯数と最小ピッチの関係を示す図
【図４３】各ＷＤに最適設計した回折構造にて、３０μｍ横ズレが発生した際の基板上のスポットで発生するコマ収差を示す図
【図４４】ＨＤ系のＷＤで３０μｍ横ズレが発生したスポットで発生するコマ収差と主光線が０．５ｄｅｇ傾いて入射した場合のコマ収差と、最小ピッチと輪帯数の関係を示す図
【図４５】本発明の実施形態８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】
【０２２４】
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
１００  光記録媒体
１０１，１３０ａ，１４０ａ  半導体レーザ
１０２  コリメートレンズ
１０３  偏光ビームスプリッタ
１０４  プリズム
１０５  １／４波長板
１０６  対物レンズ
１０７  ＢＤ系光記録媒体
１０８  検出レンズ
１１０，１３０ｃ，１４０ｃ，１５０  受光素子
１１７  ＨＤ系光記録媒体
１２０  可動部
１２１  鏡筒
１２７  ＤＶＤ系光記録媒体
１３０ｂ，１４０ｂ  ホログラム素子
１３２，１４２，１５２  発散角変換レンズ
１３３，１４３  波長選択性ビームスプリッタ
１３７  ＣＤ系光記録媒体
２００  ピッチ
２０１ａ，２０２ａ  入射光
２０１ｂ，２０２ｂ  出射光
２０３  光源の強度分布
５０１，６０１，７０１，８０１  収差補正手段
５０２，６０２，７０２，８０２  第１の回折面
５０２ａ，５０３ａ，６０２ａ，６０３ａ，７０２ａ，７０３ａ，８０２ａ，８０３ａ  中心領域
５０２ｂ，５０３ｂ，６０２ｂ，６０３ｂ，７０２ｂ，７０３ｂ，８０２ｂ，８０３ｂ  ２番目の領域
５０２ｃ，６０２ｃ，７０２ｃ，８０２ｃ  ３番目の領域
５０３，６０３，７０３，８０３  第２の回折面
５０２ｄ  近いところ
５０２ｅ  遠いところ
５０２ｆ  平坦部の透過波面形状
５０２ｇ  回折部の透過波面形状
８０４  段差
９０１  対物レンズの光軸
９０２  収差補正手段の光軸
９０３  横ズレ
【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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