(57)【要約】    【課題】  ４種の光記録媒体に対する記録・再生に適用可能であって、しかも回折効率が高く、かつ光学性能をさらに高めた光学素子及びその光学素子を用いた光ピックアップ装置を提供する。    【解決手段】  等方性材料の第１部材１１Ａ１と、入射偏光方向によって屈折率が異なる第２部材１１Ａ２とが積層され、その境界に第１回折部Ａ３が設けられて構成された第１構造１１Ａと、等方性材料の第３部材１１Ｂ１と、異常分散材料の第４部材１１Ｂ２とが積層され、その境界に第２回折部１１Ｂ３が設けられて構成された第２構造１１Ｂとによって、光学素子１１を構成する。その光学素子１１を単一の対物レンズの前に配置し、かつその光学素子１１の入射光の偏光方向を切り換えることにより、４種の光記録媒体に対応する。【選択図】  図３
2008204583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光記録媒体に対する記録又は再生を行う光ピックアップ装置に用いられる光学素子であって、
等方性材料からなる第１部材と、入射偏光方向によって屈折率が異なる第２部材とが積層され、前記第１部材と第２部材の境界に第１回折部が設けられて構成された第１構造と、
等方性材料からなる第３部材と、異常分散材料からなる第４部材とが積層され、前記第３部材と第４部材の境界に第２回折部が設けられて構成された第２構造とを有することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光学素子は、異なる３種類の波長λｉ（ｉ＝１〜３、λ１＜λ２＜λ３）を有する３種類のレーザ光に対応可能な素子であり、
前記第３部材と第４部材の前記波長λｉにおける屈折率差をΔｎｉ（ｉ＝１〜３）、前記第２回折部の階段状段差の１段当たりの深さをｄ２とするとき、次の２式を共に満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子：
Δｎ１・ｄ２／λ１≒ｋ１
Δｎ２・ｄ２／λ２≒ｋ２
ただし、ｋ１、ｋ２共に整数で且つｋ１＞ｋ２。
【請求項３】
複数の光記録媒体に対する記録又は再生を行う光ピックアップ装置において、
第１基板厚さを有する第１光記録媒体と、前記第１基板厚さよりも厚い第２基板厚さを有する第２光記録媒体とに対して選択的に記録又は再生を行うために、第１波長の第１レーザ光を出射する第１レーザ光源と、
前記第２基板厚さと略同等の基板厚さである第３基板厚さを有する第３光記録媒体に対して選択的に記録又は再生を行うために、前記第１波長よりも長い第２波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ光源と、
前記第２基板厚さよりも厚い第４基板厚さを有する第４光記録媒体に対して選択的に記録又は再生を行うために、前記第２波長よりも長い第３波長の第３レーザ光を出射する第３レーザ光源と、
前記第１光記録媒体に対する記録又は再生を行う際に最適に設計されている対物レンズと、
前記対物レンズの前に配置され、球面収差を補正するための互換光学素子とを備え、
前記第１光記録媒体及び前記第４光記録媒体に対する記録又は再生を行う場合には、前記互換光学素子に対して、前記第１レーザ光及び前記第３レーザ光を第１直線偏光で入射させ、
前記第２光記録媒体及び前記第３光記録媒体に対する記録又は再生を行う場合には、前記互換光学素子に対して、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光で入射させ、
前記互換光学素子は、等方性材料からなる第１部材と、入射偏光方向によって屈折率が異なる第２部材とが積層され、前記第１部材と第２部材の境界に第１回折部が設けられて構成された第１構造と、
等方性材料からなる第３部材と、異常分散材料からなる第４部材とが積層され、前記第３部材と第４部材の境界に第２回折部が設けられて構成された第２構造とを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記第１〜第３レーザ光源と前記互換光学素子との間に、偏光面を切り換えるための偏光面切換素子をさらに備え、
前記第１光記録媒体及び前記第４光記録媒体に対する記録又は再生を行う場合には、前記偏光面切換素子に入射された直線偏光を前記第１直線偏光として出射し、
前記第２光記録媒体及び前記第３光記録媒体に対する記録又は再生を行う場合には、前記偏光面切換素子に入射された直線偏光を前記第２直線偏光として出射するように前記偏光面切換素子を制御することを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光記録媒体に対して記録又は再生を行う光ピックアップ装置に用いられる光学素子であって、１つの対物レンズで４種類の光記録媒体に対する記録又は再生を行うことを可能にする光学素子及びその光学素子を用いた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、円盤状の光ディスクやカード状の光カードなどの光記録媒体は、映像情報、音声情報、あるいはコンピュータデータなどの情報信号を透明基板上の螺旋状又は同心円状に形成されたトラックに高密度に記録できること、及び記録済みのトラックを再生する際に所望のトラックを高速にアクセスできることから、多用されている。
【０００３】
この種の光記録媒体となる光ディスクとして、例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などは既に市販され、最近では、より一層高密度化を図った２種類の高密度光記録媒体、すなわちＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）及びＨＤ−ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ＤＶＤ）が流通している。
【０００４】
まず、上記したＣＤには、波長が７８５ｎｍ前後のレーザ光を開口数（以下「ＮＡ」という）が０．４５程度の対物レンズで絞って得たレーザビームが照射され、レーザビーム入射面から１．２ｍｍ（基板厚さ）隔てられた位置にある信号面に情報信号が記録され、記録された情報信号が再生される。
【０００５】
また、上記したＤＶＤには、波長が６５０ｎｍ前後のレーザ光をＮＡが０．６から０．６５程度の対物レンズで絞って得たレーザビームが照射され、レーザビーム入射面から０．６ｍｍ（基板厚さ）隔てられた位置にある信号面に情報信号が記録され、記録された情報信号が再生される。この際、ＤＶＤの記録容量はＣＤよりも６〜８倍高められており、ディスク基板の直径が１２ｃｍのＤＶＤでは、片面で４．７ＧＢ（ギガバイト）程度である。
【０００６】
また、上記したＢＤには、波長が４０５ｎｍ前後のレーザ光をＮＡが０．８５程度の対物レンズで絞って得たレーザビームが照射され、レーザビーム入射面から０．１ｍｍ（基板厚さ）隔てられた位置にある信号面に情報信号が記録され、記録された情報信号が再生される。この際、ＢＤの記録容量はＤＶＤよりも５倍高められており、ディスク基板の直径が１２ｃｍのＢＤでは、片面で２５ＧＢ（ギガバイト）程度である。
【０００７】
また、上記したＨＤ−ＤＶＤには、波長が４０５ｎｍ前後のレーザ光をＮＡが０．６５程度の対物レンズで絞って得たレーザビームが照射され、レーザビーム入射面から０．６ｍｍ（基板厚さ）隔てられた位置にある信号面に情報信号が記録され、記録された情報信号が再生される。この際、ＨＤ−ＤＶＤの記録容量はＤＶＤよりも３倍高められており、ディスク基板の直径が１２ｃｍのＨＤ−ＤＶＤでは、片面で１５ＧＢ（ギガバイト）程度である。
【０００８】
上述した４種類の光記録媒体に対して１つの光ピックアップを用いて、記録又は再生を行う光ピックアップ装置が特許文献１に示されている。
【０００９】
図１４は特許文献１に示された光ピックアップ装置１００の一例を示した図であり、図１５は光ピックアップ装置１００に使われる偏光選択性回折格子１０７の一例を示した図である。以下図１４及び１５を参照して従来の光ピックアップ装置を説明する。
【００１０】
光ピックアップ装置１００は、特許文献１に開示されている１つの対物レンズで４種類の光記録媒体に対する記録又は再生を行う光ピックアップ装置であり、図１５に示した偏光選択性収差補正素子１０７は光ピックアップ装置１００に必要不可欠な重要部品である。
【００１１】
図１４には、光記録媒体となる光ディスクとして、第１光記録媒体（ＢＤ）１１０ａ、第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）１１０ｂ、第３光記録媒体（ＤＶＤ）１１０ｃ、第４光記録媒体（ＣＤ）１１０ｄが示されている。記録又は再生時にはいずれかの光記録媒体１種のみが図示しない回転機構にセットされ、駆動回転される。
【００１２】
まず、第１光記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対する記録又は再生を行う場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射された直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光面切換素子１０３で偏光方向が９０°回転され、ハーフミラー１０４、トリクロイックプリズム１１５を透過し、偏向プリズム１０５で光路が９０°偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａと、偏光選択性収差補正素子１０７を不感帯透過し、対物レンズ１０９に入射し、第１光記録媒体（ＢＤ）１１０ａ上に微小スポットとして集光され、情報の記録又は再生が行われる。
【００１３】
次に、第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）１１０ｂに対する記録又は再生を行う場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射された直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光面切換素子１０３では偏光面を回転せずにそのまま通過し、ハーフミラー１０４、トリクロイックプリズム１１５を透過し、偏向プリズム１０５で光路が９０°偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡが０．６５に制限され、偏光選択性収差補正素子１０７において所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）１１０ｂ上に微小スポットとして集光され、情報の記録又は再生が行われる。
【００１４】
次に、第３光記録媒体（ＤＶＤ）１１０ｃに対する記録又は再生を行う場合について説明する。ホログラムユニット２０１の半導体レーザ２０１ａから出射された波長６６０ｎｍの光束は、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０２で所定の有限系の光束とされ、ダイクロイックプリズム２０４を透過し、トリクロイックプリズム１１５によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０°偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡが０．６５に制限され、偏光選択性収差補正素子１０７において所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、第３光記録媒体（ＤＶＤ）１１０ｃ上に微小スポットとして集光され、情報の記録又は再生が行われる。
【００１５】
次に、第４光記録媒体（ＣＤ）１１０ｄに対する記録又は再生を行う場合について説明する。ホログラムユニット２１１の半導体レーザ２１１ａから出射された波長７８５ｎｍの光束は、ホログラム２１１ｂを透過し、コリメートレンズ２１２で所定の有限系の光束とされ、ダイクロイックプリズム２０４で反射し、トリクロイックプリズム１１５によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０°偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡが０．５に制限され、偏光選択性収差補正素子１０７において所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、第４光記録媒体（ＣＤ）１１０ｄ上に微小スポットとして集光され、情報の記録又は再生が行われる。
【００１６】
次に、重要部品である偏光選択性収差補正素子１０７について簡略に説明する。図１５（ａ）と図１５（ｂ）に示した偏光選択性収差補正素子１０７は、等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４と、これらを挟むようにして配置されたガラス１３０とからなる。複屈折媒質１３４は図１５（ａ）に示すように鋸歯状に形成されたものが円心部から円周に向けて、同心円に多数形成された形状となっている。等方性媒質１３３はこの複屈折媒質１３４と相補的な形状であり、複屈折媒質１３４の鋸歯状に形成された面に密着している。
【００１７】
第１光記録媒体（ＢＤ）１１０ａと第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）１１０ｂは基板厚さが異なるため、ＮＡが０．８５で基板厚さが０．１ｍｍの第１光記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対して無限系の光束で波面収差が最小となる対物レンズ１０９を使い、ＮＡが０．６５で基板厚さが０．６ｍｍの第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）１１０ｂに無限系の光束で記録又は再生をしようとしても、球面収差が発生し、情報の記録又は再生が困難となる。第３光記録媒体（ＤＶＤ）１１０ｃ及び第４光記録媒体（ＣＤ）１１０ｄについても無限系の光束で記録又は再生をしようとしても同様に球面収差が発生し、情報の記録又は再生が困難となる。
【００１８】
次に、この偏光選択性収差補正素子１０７を利用した収差補正方法について説明する。偏光選択性収差補正素子１０７の複屈折媒質１３４は入射される光束の偏光方向によって、常光線に対する屈折率ｎｏと、異常光線に対する屈折率ｎｅをもつ。波長４０５ｎｍに対する複屈折媒質１３４の屈折率をｎｏ＿４０５及びｎｅ＿４０５とする。また、波長４０５ｎｍに対する等方性媒質１３３の屈折率ｎ１＿４０５と複屈折媒質１３４の異常光線に対する屈折率ｎｅ＿４０５は等しく設定してある。
【００１９】
第１光記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対する記録又は再生を行う場合は、偏光選択性収差補正素子１０７への入射光束の偏光方向を異常光線の偏光方向と等しくする。すると、等方性媒質１３３の屈折率ｎ１＿４０５と複屈折媒質１３４の異常光線に対する屈折率ｎｅ＿４０５が同じであるため、波長４０５ｎｍの光束は何の影響も受けずに透過する。すなわち、第１光記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対して、偏光選択性収差補正素子１０７は不感帯となっている。
【００２０】
第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）１１０ｂに対する記録又は再生を行う場合は、偏光選択性収差補正素子１０７への入射光束の偏光方向は第１光記録媒体（ＢＤ）１１０ａの時の偏光方向と直交する方向（常光線の偏光方向）に偏光された光束とする。その光束が入射されると、等方性媒質１３３の屈折率ｎ１＿４０５と複屈折媒質１３４の常光線に対する屈折率ｎｏ＿４０５とが異なっているので、偏光選択性収差補正素子１０７の等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４の境界面の形状によって回折が起きて光束の進行経路が変わり、球面収差を補正することができる。
【００２１】
第３光記録媒体（ＤＶＤ）１１０ｃに対する記録又は再生を行う場合は、波長６６０ｎｍに対する等方性媒質１３３の屈折率ｎ１＿６６０と複屈折媒質１３４の異常光線に対する屈折率ｎｅ＿６６０を等しくしているので、等方性媒質１３３の屈折率ｎ１＿６６０と波長６６０ｎｍに対する複屈折媒質１３４の屈折率ｎｏ＿６６０は異なるものとなる。すなわち、波長６６０ｎｍの光束に対しては等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４で互いに異なる屈折率となるため、偏光選択性収差補正素子１０７の等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４の境界面の形状によって回折が起きて、球面収差を補正することができる。またこの時、球面収差補正をより満足なものとするため有限系の光学系を使用している。
【００２２】
第４光記録媒体（ＣＤ）１１０ｄに対する記録又は再生を行う場合も、第３光記録媒体（ＤＶＤ）１１０ｃの場合と同様に球面収差を補正することができる。
【００２３】
【特許文献１】特開２００６−１２３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ところで、従来の光ピックアップ装置１００が各光記録媒体に対する記録又は再生を行う場合の偏光選択性収差補正素子１０７の光学性能、すなわち回折効率やレンズシフトによる収差特性などが、特許文献１には開示されていない。本願発明の発明者が解析したところ、回折次数の選択次第ですべての光記録媒体について回折効率を高くすることができるが、この場合、収差補正を行うと、光記録媒体によっては、倍率の高い有限系の光束でなければ情報の記録又は再生ができないことがある。しかし、有限系の倍率を高くすると、レンズシフトによる収差特性などの光学性能が厳しくなる問題がある。一方、すべての光記録媒体に対し倍率の低い有限系あるいは無限系の光束を用いる場合には、偏光選択性収差補正素子として回折効率が低いものを用いなければ情報の記録又は再生を実現できないことが確認された。
【００２５】
本発明は、この点を考慮してなされたものであり、ＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、ＤＶＤ、及びＣＤの４種全ての光記録媒体に対する記録・再生に適用可能であって、しかも回折効率が高く、かつ光学性能をさらに高めた光学素子及びその光学素子を用いた光ピックアップ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】
【００２６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数の光記録媒体に対する記録又は再生を行う光ピックアップ装置に用いられる光学素子であって、等方性材料からなる第１部材（１１Ａ１）と、入射偏光方向によって屈折率が異なる第２部材（１１Ａ２）とが積層され、前記第１部材（１１Ａ１）と第２部材（１１Ａ２）の境界に第１回折部（１１Ａ３）が設けられて構成された第１構造（１１Ａ）と、等方性材料からなる第３部材（１１Ｂ１）と、異常分散材料からなる第４部材（１１Ｂ２）とが積層され、前記第３部材（１１Ｂ１）と第４部材（１１Ｂ４）の境界に第２回折部（１１Ｂ３）が設けられて構成された第２構造（１１Ｂ）とを有することを特徴とする。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子であって、異なる３種類の波長λｉ（ｉ＝１〜３、λ１＜λ２＜λ３）を有する３種類のレーザ光に対応可能な素子であり、前記第３部材（１１Ｂ１）と第４部材（１１Ｂ２）の前記波長λｉにおける屈折率差をΔｎｉ（ｉ＝１〜３）、前記第２回折部（１１Ｂ３）の階段状段差の１段当たりの深さをｄ２とするとき、次の２式を共に満たすことを特徴とする：
Δｎ１・ｄ２／λ１≒ｋ１
Δｎ２・ｄ２／λ２≒ｋ２
ただし、ｋ１、ｋ２共に整数で且つｋ１＞ｋ２。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、複数の光記録媒体に対する記録又は再生を行う光ピックアップ装置において、第１基板厚さを有する第１光記録媒体（ＢＤ）と、前記第１基板厚さよりも厚い第２基板厚さを有する第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）とに対して選択的に記録又は再生を行うために、第１波長の第１レーザ光を出射する第１レーザ光源と、前記第２基板厚さと略同等の基板厚さである第３基板厚さを有する第３光記録媒体（ＤＶＤ）に対して選択的に記録又は再生を行うために、前記第１波長よりも長い第２波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ光源と、前記第２基板厚さよりも厚い第４基板厚さを有する第４光記録媒体（ＣＤ）に対して選択的に記録又は再生を行うために、前記第２波長よりも長い第３波長の第３レーザ光を出射する第３レーザ光源と、前記第１光記録媒体に対する記録又は再生を行う際に最適に設計されている対物レンズと、前記対物レンズの前に配置され、球面収差を補正するための互換光学素子とを備え、前記第１光記録媒体（ＢＤ）及び前記第４光記録媒体（ＣＤ）に対する記録又は再生を行う場合には、前記互換光学素子に対して、前記第１レーザ光及び前記第３レーザ光を第１直線偏光（Ｐ）で入射させ、前記第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）及び前記第３光記録媒体（ＤＶＤ）に対する記録又は再生を行う場合には、前記互換光学素子に対して、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を前記第１直線偏光（Ｐ）と直交する第２直線偏光（Ｓ）で入射させ、前記互換光学素子は、等方性材料からなる第１部材（１１Ａ１）と、入射偏光方向によって屈折率が異なる第２部材（１１Ａ２）とが積層され、前記第１部材（１１Ａ１）と第２部材（１１Ａ２）の境界に第１回折部（１１Ａ３）が設けられて構成された第１構造（１１Ａ）と、等方性材料からなる第３部材（１１Ｂ１）と、異常分散材料からなる第４部材（１１Ｂ２）とが積層され、前記第３部材（１１Ｂ１）と第４部材（１１Ｂ２）の境界に第２回折部（１１Ｂ３）が設けられて構成された第２構造（１１Ｂ）とを有することを特徴とする。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光ピックアップ装置において、前記第１〜第３レーザ光源と前記互換光学素子との間に、偏光面を切り換えるための偏光面切換素子をさらに備え、前記第１光記録媒体（ＢＤ）及び前記第４光記録媒体（ＣＤ）に対する記録又は再生を行う場合には、前記偏光面切換素子に入射された直線偏光を前記第１直線偏光（Ｐ）として出射し、前記第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）及び前記第３光記録媒体（ＤＶＤ）に対する記録又は再生を行う場合には、前記偏光面切換素子に入射された直線偏光を前記第２直線偏光（Ｓ）として出射するように前記偏光面切換素子を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、単一の対物レンズで、第１〜第４光記録媒体に対する記録又は再生を行う光ピックアップ装置に利用する光学素子であって、すべての光記録媒体に対して光学性能が良く、且つ回折効率が高い光学素子を提供することができる。
【００３１】
請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、第１〜第３レーザ光源から出射される第１〜第３レーザ光が、球面収差を補正する互換光学素子、及び第１光記録媒体に対する記録又は再生を行う際に最適に設計されている対物レンズを介して第１〜第４光記録媒体の何れかに照射され、情報の記録又は再生が行われる。第１及び第４光記録媒体に対する記録又は再生を行う場合には、それぞれ第１及び第３レーザ光が第１直線偏光Ｐとして互換光学素子に入射され、第２及び第３光記録媒体に対する記録又は再生を行う場合には、それぞれ第１及び第２レーザ光が第１直線偏光Ｐと直交する第２直線偏光Ｓとして互換光学素子に入射される。これにより、互換光学素子において、各光記録媒体に適した球面収差補正が行われる。互換光学素子は、請求項１に記載された光学素子に相当するものであるので、第１〜第４光記録媒体のすべてに対して光学性能が良く、且つ回折効率が高い状態で記録又は再生を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる光ピックアップ装置の全体構成を示すブロック図である。光ピックアップ装置１は、波長λ１＝４０８ｎｍの第１レーザ光Ｌ１により、第１光記録媒体信号面２１ｂに情報信号を有する基板厚さｔ１（＝０．１ｍｍ）の第１光記録媒体（以下「ＢＤ」という）２１に対する記録又は再生を行う。ＢＤ２１は、その信号面２１ｂに情報信号が記録される。
【００３３】
また、光ピックアップ装置１は、上記した第１レーザ光Ｌ１により、基板厚さｔ２（＝０．６ｍｍ）の第２光記録媒体（以下「ＨＤ−ＤＶＤ」という）２２に対する記録又は再生を行う。ＨＤ−ＤＶＤ２２は、その信号面２２ｂに情報信号が記録される。
【００３４】
また、光ピックアップ装置１は、波長λ２＝６５５ｎｍの第２レーザ光Ｌ２により、基板厚さｔ３（＝０．６ｍｍ）の第３光記録媒体（以下「ＤＶＤ」という）２３に対する記録又は再生を行う。ＤＶＤ２３は、その信号面２３ｂに情報信号が記録される。
【００３５】
また、光ピックアップ装置１は、波長λ３＝７８５ｎｍの第３レーザ光Ｌ３により、基板厚さｔ４（＝１．２ｍｍ）の第４光記録媒体（以下「ＣＤ」という）２４に対する記録又は再生を行う。ＣＤ２４は、その信号面２４ｂに情報信号が記録される。
【００３６】
ここで、上記した光記録媒体となるＢＤ２１、ＨＤ−ＤＶＤ２２、ＤＶＤ２３、及びＣＤ２４は、信号面までの基板と補強板を貼り合せた合計厚さが約１．２ｍｍである。
【００３７】
図１を用いて、光ピックアップ装置１を構成する光学部品について説明する。第１レーザ光源２は波長λ１＝４０８ｎｍの第１レーザ光Ｌ１を出射する。第１グレーティング３はＢＤ２１に対する記録又は再生を行う際のトラック位置を検出するために、第１レーザ光源２から射出された第１レーザ光Ｌ１を３つのビームに分割する。第１プリズム４は第１波長選択性誘電体多層膜４ａを備え、この第１波長選択性誘電体多層膜４ａによって波長λ１の第１レーザ光Ｌ１を透過させ、波長λ２の第２レーザ光Ｌ２を反射する。
【００３８】
ハーフミラー５は、誘電体多層膜５ａを備え、波長λ１及びλ２の第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２に対して、それぞれ入射光の３０％を透過させ、７０％を反射する。第２プリズム６は第２波長選択性誘電体多層膜６ａを備え、この第２波長選択性誘電体多層膜６ａによって波長λ１及びλ２の第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を透過させ、波長λ３の第３レーザ光Ｌ３を反射する。コリメータレンズ７は、波長λ１、λ２、及びλ３の第１レーザ光Ｌ１、第２レーザ光Ｌ２、及び第３レーザ光Ｌ３を平行光、倍率の低い収束光、もしくは倍率の低い発散光とする。
【００３９】
偏光面切換素子８は、波長λ１の光に対してλ１／２板、波長λ２の光に対してλ２／２板、波長λ３の光に対してλ３／２板の作用を与える波長板である。以下、偏光面切換素子８を波長板８と記す。図２（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は波長板８とそれによる偏光面切換方法を説明するための図である。図２（ａ）は波長板８の初期状態（実線部）と４５°方向回転させたときの状態（破線部）を示している。図２（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ図２（ａ）の初期状態（状態Ａ）及び４５°方向回転させたときの状態（状態Ｂ）をｚ（光軸）方向から見た図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、状態Ａでは、波長板８の光学軸がｙ軸に平行に配置される。ｙ軸は光軸（ｚ軸）と垂直な方向である。入射光の波長板８への入射偏光方向がｙ軸と平行なときは、入射光はｙ軸と平行な状態の偏光方向のまま出射する。波長板８を４５°方向回転させた場合（状態Ｂ：図２（ｃ））において、入射光の波長板８への入射偏光方向がｙ軸と平行なときは、入射光は偏光方向が９０°回転し、ｘ軸と平行な状態の偏光方向で出射する。
【００４０】
立上ミラー９は、反射膜９ａを備え、波長λ１、λ２、及びλ３の第１レーザ光Ｌ１、第２レーザ光Ｌ２、及び第３レーザ光Ｌ３を反射する。開口制限素子１０は、波長選択性誘電体多層膜（図示せず）を備え、ＨＤ−ＤＶＤ２２に対して、ＮＡを０．６５、ＤＶＤ２３に対してＮＡを０．６、ＣＤ２４に対してＮＡを０．４５に制限する。
【００４１】
互換光学素子１１は各光記録媒体に対応して球面収差を補正するためのものであり、詳細は後述する。対物レンズ１２は、第１レーザ光Ｌ１をＢＤ２１の信号面２１ｂ、またはＨＤ−ＤＶＤ２２の信号面２２ｂに集光するとともに、第２レーザ光Ｌ２及び第３レーザ光Ｌ３をそれぞれＤＶＤ２３の信号面２３ｂ、ＣＤ２４の信号面２４ｂに集光する。なお、対物レンズ１２の第１レーザ光源２側の第１面１２ａと各光記録媒体側の第２面１２ｂは共に非球面形状に形成されている。
【００４２】
検出レンズ１３はハーフミラー５側の面がシリンドリカル面に形成され、反対側の面が凹状の球面に形成されている。光検出器１４は、ＢＤ２１、ＨＤ−ＤＶＤ２２、又はＤＶＤ２３の各情報記録面に記録された各情報の読取信号を得る。
【００４３】
第２レーザ光源１５は波長λ２＝６５５ｎｍの第２レーザ光Ｌ２を出射する。第２グレーティング１６はＨＤ−ＤＶＤ２２に対する記録又は再生を行う際のトラック位置を検出するために、第２レーザ光源１５から射出された第２レーザ光Ｌ２を３つのビームに分割する。
【００４４】
ホログラムデバイス１７はＣＤ２４に対する記録又は再生を行うためのものであり、第３レーザ光源１７ａ、受光部１７ｂ、第３グレーティング１７ｃ、及びホログラム１７ｄからなる。第３レーザ光源１７ａは波長λ３＝７８５ｎｍの第３レーザ光Ｌ３を出射する。受光部１７ｂはＣＤ２４の信号面２４ｂに記録された各情報の読取信号を得るものであって、ホログラム１７ｄはＣＤ２４の信号面２４ｂからの戻り光を受光部１７ｂへ導くための素子である。第３グレーティング１７ｃは、ＣＤ２４の信号面２４ｂに対する記録又は再生を行う際のトラック位置を検出するために、第３レーザ光源１７ａから射出された第３レーザ光Ｌ３を３つのビームに分割する。
【００４５】
表１は、第１レーザ光Ｌ１によりＢＤ２１に対する記録又は再生を行うように無限共役で最適設計した対物レンズ１２の仕様を示している。
【表１】
2008204583.tif 000003
【００４６】
次に、対物レンズ１２の第１面１２ａ及び第２面１２ｂを非球面に形成する際、下記の式（１）の多項式を用いて非球面形状を表すものとする。
【数１】
2008204583.tif 000004
この式（１）で、Ｚは対物レンズ１２の第１面１２ａ又は第２面１２ｂの頂点からの距離、Ｃは各面の曲率（曲率：半径分の１）、ｈは対物レンズの光軸からの距離、Ｋはコーニック定数、Ｎは多項式係数の数、Ａ2iは次数２ｉ（ｉ：２以上の整数）の非球面係数である。
【００４７】
上記式（１）の多項式を用いた時に、対物レンズ１２の第１面１２ａを非球面に形成するための非球面係数Ａ4〜Ａ16の一例（Ｎ＝７）を下記の表２に示す。
【表２】
2008204583.tif 000005
【００４８】
また、上記式（１）の多項式を用いた時に、対物レンズ１２の第２面１２ｂを非球面に形成するための非球面係数Ａ4〜Ａ14の一例（Ｎ＝６）を下記の表３に示す。
【表３】
2008204583.tif 000006
【００４９】
図３は、互換光学素子１１の断面図である。まず、第１レーザ光源２側について説明する。等方性材料からなる第１部材１１Ａ１と偏光方向によって屈折率が異なるように作用する複屈折材料からなる第２部材１１Ａ２が積層され、第１構造１１Ａが形成されている。第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２の境界には第１部材１１Ａ１で形成されるブレーズ状の第１回折部１１Ａ３が設けられている。第１部材１１Ａ１には例えば、合成石英が用いられる。
【００５０】
第１構造１１Ａと密着して第２構造１１Ｂが形成されている。第２構造１１Ｂは、等方性材料からなる第３部材１１Ｂ１と、短波長の領域で急激に屈折率が変化する異常分散材料からなる第４部材１１Ｂ２が積層されて形成されている。第３部材１１Ｂ１と第４部材１１Ｂ２の境界には第３部材１１Ｂ１で形成される階段状の第２回折部１１Ｂ３が設けられている。第３部材１１Ｂ１にも例えば、合成石英が用いられる。
【００５１】
互換光学素子１１の第１回折部１１Ａ３、及び第２回折部１１Ｂ３の回折構造は下記の式（２）の多項式を用いて回折面形状を表すものとする。下記の式（２）に示した位相関数Φ（ｈ）により、第１回折部１１Ａ３、及び第２回折部１１Ｂ３の光軸からの距離ｈにおける位相差が求まり、半径方向の回折面形状が決定する。
【数２】
2008204583.tif 000007
ここで、Ｎは多項式係数の数、Ｂ2iは次数２ｉの位相関数係数、ｈは互換光学素子１１の光軸からの距離である。
【００５２】
式（２）の多項式を用いた時に、第１回折部１１Ａ３の回折面形状を形成するための位相関数係数Ｂ2〜Ｂ10の一例（Ｎ＝５）を下記の表４に示す。
【表４】
2008204583.tif 000008
なお第１回折部１１Ａ３の回折面の次数は、波長λ１＝４０８ｎｍに対しては３次、波長λ２＝６５５ｎｍに対しては２次が使用される。表４は波長λ１＝４０８ｎｍ使用時の回折次数が３次での値である。
【００５３】
上記式（２）の多項式を用いた時に、第２回折部１１Ｂ３の回折面形状を形成するための位相関数係数Ｂ2〜Ｂ10の一例（Ｎ＝５）を下記の表５に示す。
【表５】
2008204583.tif 000009
なお、第２回折部の回折面の次数は、波長λ１＝４０８ｎｍに対して２次（整数倍の位相差で見かけ回折作用なし）、波長λ２＝６５５ｎｍに対して１次（整数倍の位相差で見かけ回折作用なし）、波長λ３＝７８５ｎｍに対して１次が使用される。表５は波長λ３＝７８５ｎｍ使用時の回折次数が１次の値である。
【００５４】
下記表６は各光記録媒体に対する記録又は再生を行う際の互換光学素子１１と対物レンズ１２の各光学面関係を示している。ここで、面間隔で使われる∞記号は入射光が平行光であることを示し、−の記号が付されたものは収束光であることを示している。
【表６】
2008204583.tif 000010
ＢＤ２１、ＨＤ−ＤＶＤ２２、及びＣＤ２４の場合は、互換光学素子１１に対する物体距離が∞なので、互換光学素子１１への入射光は平行光である。ＤＶＤ２３の場合は互換光学素子１１に対する物体距離が−３００ｍｍなので、互換光学素子１１への入射光は倍率の低い（緩い）収束光である。なお、表６の光ディスク／面間隔の欄のＢＤが０．１ではなく０．０８７５となっているのは、記録層が２層のＢＤ２１について、２層の中間の厚さ０．０８７５ｍｍに基板厚さを設定することで、２層のそれぞれの記録層に対して緩い有限光とすることができるためである。このとき、基板厚さ０．１ｍｍのＢＤ２１に対しては、入射光を８００ｍｍの緩い発散光とすることで最適な特性が得られる。
【００５５】
下記表７は互換光学素子１１の各第１部材１１Ａ１、１１Ａ２、１１Ｂ１、１１Ｂ２の屈折率を示している。複屈折材料は常光線と異常光線で屈折率が異なる。異常分散材料については後述する。
【表７】
2008204583.tif 000011
【００５６】
下記表８は、各光記録媒体別の第１回折部１１Ａ３及び第２回折部１１Ｂ３における理論的な回折効率を示している。第１回折部１１Ａ３はブレーズ状に形成され、第２回折部１１Ｂ３は階段状段数ｑが「５」の階段状に形成されている。
【表８】
2008204583.tif 000012
【００５７】
まず、第１回折部１１Ａ３の深さｄ１について説明する。第１回折部１１Ａ３の深さｄ１（ブレーズ状部分の全体の深さ）が下記式（３）を満たすとき、波長λ１に対して回折効率の理論値が１００％となる。
【数３】
2008204583.tif 000013
ここで、ｍは整数である。
【００５８】
ＨＤ−ＤＶＤ２２では回折次数として３次を使用するため、ｍ＝３である。さらに、ｎ0_408＝１．７、ｎ1_408＝１．４６９３、λ１＝４０８ｎｍを上記式（３）に代入すると、第１回折部１１Ａ３の深さｄ１＝５．３０６μｍとなる。このとき波長λ１＝４０８ｎｍ（ＨＤ−ＤＶＤ２２）での回折効率が１００％となる。ＤＶＤ２３の場合には、この深さで回折次数が２次（ｍ＝２）のとき、９４％の回折効率を得る。また、第１回折部１１Ａ３の深さｄ１を若干深くすることにより、ＨＤ−ＤＶＤ２２での回折効率が下がり、ＤＶＤ２３での回折効率を上げることができるので、双方のバランスをとった深さとしても良い。ＣＤ２４については後述するが、偏光方向を変えて回折作用させないので、回折効率は問題とはならない。
【００５９】
次に、第２回折部１１Ｂ３の１段当たりの深さｄ２について説明する。第２回折部１１Ｂ３の１段当たりの深さｄ２が下記式（４）を満たすとき、波長λ１に対して見かけ回折作用のない光の理論値が１００％となる。
【数４】
2008204583.tif 000014
ここで、ｋは整数である。
【００６０】
１段当たりの深さｄ２を波長λ１の２倍の位相差が付与されるように決めて、波長λ１＝４０８ｎｍに対しては２次光で見かけ回折作用が生じないようにする。このときのｋをｋ＝ｋ１とすると、ｋ１＝２となる。さらに、ｎ2_408＝１．６７、ｎ1_408＝１．４６９３、λ１＝４０８ｎｍを上記式（４）に代入すると、深さｄ２＝４．０６６μｍとなり、ＢＤ２１、ＨＤ−ＤＶＤ２２での０次回折効率が１００％となる。
【００６１】
このとき、上記式（４）の波長をλ２＝６５５ｎｍに置き換え、屈折率を波長λ２＝６５５ｎｍのときのｎ2_655＝１．６１９、ｎ1_655＝１．４５６４で置き換え、このときのｋをｋ＝ｋ２とし、ｋ２＝１として、深さｄ２を計算すると、ｄ２＝４．０２８μｍとなり、λ１＝４０８ｎｍで算出した深さｄ２であるｄ２＝４．０６６μｍとほぼ等しい値となる。よって、深さｄ２＝４．０６６μｍのとき、ＤＶＤ２３では、見かけ１次光の回折光によって波長λ２の略１倍の位相差が付与される。波長λ２＝６５５ｎｍに対しては回折作用がほとんど生じないことになり、ＤＶＤ２３での１次回折効率も略１００％となる。また、ＣＤ２４では、深さｄ２＝４．０６６μｍのとき、１段当たり波長λ３に対して、１次光で約０．８３倍の位相差を付与することになるので、回折光が生じる。図３に示すように階段状段数ｑが「５」の場合には、１次回折効率が８３％となる。
【００６２】
ここで、第２回折部１１Ｂ３の１段当たりの深さｄ２はｋ１及びｋ２が共に整数になるように設計することで、波長λ１及びλ２のそれぞれに対して回折効率が１００％となるので望ましい。しかしながら、ｋ１及びｋ２が共に整数となる条件は難しいので、使用可能な特性が得られる条件及び望ましい特性が得られる条件を以下に説明する。
【００６３】
信号に必要な光の回折効率は、少なくとも不要光より高いことが必要である。これにより、不要光でフォーカスサーボがかかり、正常に動作しない状況が避けられる。不要光となる回折光は様々な次数で発生する可能性があるが、信号に必要な光が少なくとも５０％以上であれば使用可能である。
【００６４】
一般にｈ方向の周期をΛとする薄い回折格子のｋ次回折効率ηkは下記式（５）で求められる。
【数５】
2008204583.tif 000015
第２回折部１１Ｂ３は周期性を有するとは限らず、ほとんどの場合、周期Λ＝１であるが、周期Λを有するとみなして回折効率ηkを求めてもほぼ同じ結果となる。例えば、周期性を有すると仮定した場合、位相関数φ（ｈ）は、０≦ｈ＜Λ／５のとき次の式で表される。
φ（ｈ）＝２・π・ｄ２・（ｎ2_408−ｎ1_408）／λ１
また、Λ／５≦ｈ＜２・Λ／５のとき次の式で表される。
φ（ｈ）＝２・π・ｄ２・（３・（ｎ2_408−ｎ1_408）／４＋１／４）／λ１
【００６５】
位相関数φ（ｈ）は波長λ１と、第２回折部１１Ｂ３の１段当たりの深さｄ２と、回折面を挟む硝材の屈折率差ｎ2_408−ｎ1_408とで決まる関数であり、上記式（４）から求められるパラメータｋと階段状段数ｑにより回折効率が一義的に決まることになる。
【００６６】
図４には階段状段数ｑに対して、回折効率ηkが５０％以上となるパラメータｋの範囲が斜線部で示されている。なお、ＩＮＴ（ｋ）はパラメータｋの整数部分を表している。図４より、回折効率が５０％以上となるパラメータｋの範囲は下記式（６）で表すことができる。
【数６】
2008204583.tif 000016
【００６７】
上記式（６）で表されるパラメータｋの範囲をｋ１及びｋ２が共に満たすことが必要である。回折効率が５０％以上であれば、光ピックアップ装置が正常に動作するという意味においてシステム上は成立するものの、ＢＤ２１、ＨＤ−ＤＶＤ２２、又はＤＶＤ２３に対する記録を行うためには、光の復路でも５０％以上の光量を確保する必要から、回折効率は７０％以上が望ましい。
【００６８】
図５には階段状段数ｑに対して、回折効率ηkが７０％以上となるパラメータｋの範囲が斜線部で示されている。図５より、回折効率が７０％以上となるパラメータｋの範囲は下記式（７）で表すことができる。
【数７】
2008204583.tif 000017
【００６９】
上記式（７）で表されるパラメータｋの範囲をｋ１及びｋ２が共に満たすことが光記録媒体に対する記録を行うためには望ましいが、単に再生のみを行う光ディスクのための光ピックアップ装置では、再生のみを行うとき使用される波長に対応するパラメータｋ（ｋ１もしくはｋ２）は上記式（６）を満たせば良い。なお、光記録媒体に高倍速記録を行う場合には、回折効率は９０％以上が望ましい。
【００７０】
図６には階段状段数ｑに対して、回折効率ηkが９０％以上となるパラメータｋの範囲が斜線部で示されている。図６より、回折効率が９０％以上となるパラメータｋの範囲は下記式（８）で表すことができる。
【数８】
2008204583.tif 000018
【００７１】
図７は通常分散材料と異常分散材料の屈折率の特性を示したものである。通常分散材料は実線で示したような特性をもち、低波長（ｇ線とＦ線の間）側の屈折率変化は高波長（Ｆ線とＣ線の間）側の屈折率変化とほぼ同一であり、傾きがほぼ一定の直線関係となっている。このような特性の材料を第４部材１１Ｂ２に用いて、波長λ１＝４０８ｎｍ（ＢＤ２１、ＨＤ−ＤＶＤ２２）で整数倍（偶数倍）の位相差を付与するように１段当たりの深さｄ２を決めた場合について考えると、波長λ３＝７８５ｎｍが波長λ１＝４０８ｎｍの約２倍であるため、ＣＤ２４では略整数倍の位相差が付与されてしまい、回折光がほとんど生じない。すなわち、ＢＤ２１とＨＤ−ＤＶＤ２２で回折光を生じない（球面収差の補正をしない）場合は、ＣＤ２４でも球面収差の補正をすることができない。
【００７２】
一方、異常分散材料は図４に破線で示したような特性を持ち、低波長（ｇ線とＦ線の間）側の屈折率変化は高波長（Ｆ線とＣ線の間）側の屈折率変化より急峻なものになっている。このような特性の材料を第４部材１１Ｂ２に用いて、波長λ１＝４０８ｎｍのＢＤ２１とＨＤ−ＤＶＤ２２で整数倍（偶数倍）の位相差を付与する１段当たりの深さｄ２の場合は、波長λ２＝６５５ｎｍのＤＶＤ２３で略整数倍の位相差が付与され、回折光がほとんど生じない。逆に、波長λ３＝７８５ｎｍのＣＤ２４では整数倍から離れた位相差が付与されるので、球面収差の補正が可能になる。
【００７３】
図８は互換光学素子１１の機能を示している。ＢＤ２１に対する記録又は再生を行う場合の入射偏光方向を第１直線偏光Ｐとする。第１直線偏光Ｐは図２に示したｙ軸に平行な偏光方向である。第１直線偏光Ｐに対して直交する直線偏光を第２直線偏光Ｓとして表す。すなわち、第２直線偏光Ｓは図２に示したｘ軸に平行な偏光方向である。互換光学素子１１は、第１直線偏光Ｐの偏光方向と第２部材１１Ａ２の異常光線に対する偏光方向が等しくなるように構成されている。
【００７４】
図９（ａ）及び（ｂ）は、上記した仕様の対物レンズ１２と互換光学素子１１を組合せた場合におけるＢＤ２１に対応する縦収差及び正弦条件を示したものである。図９（ａ）に示す縦収差及び図９（ｂ）に示す正弦条件は良好なものになっている。
【００７５】
ＢＤ２１に対する記録又は再生を行う場合には、互換光学素子１１の入射光は、第１直線偏光Ｐとされる。第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２には屈折率差Δｎがない（Δｎ＝０）ので、第１回折部１１Ａ３では回折作用が生じない。そして、上記したように第２回折部１１Ｂ３の１段当たりの深さｄ２が、波長λ１＝４０８ｎｍの整数倍の位相差を付与するように設定されているので、第２回折部１１Ｂ３でも見かけの回折作用が生じない。よって、ＢＤ２１の場合には、互換光学素子１１が何ら作用しないので、対物レンズ１２単体で縦収差や正弦条件が決まる。
【００７６】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、上記した仕様の対物レンズ１２と互換光学素子１１を組合せた場合におけるＨＤ−ＤＶＤ２２に対応する縦収差及び正弦条件を示したものである。図１０（ａ）に示す縦収差及び図１０（ｂ）に示す正弦条件は良好なものになっている。
【００７７】
ＨＤ−ＤＶＤ２２に対する記録又は再生を行う場合には、互換光学素子１１の入射光は、第２直線偏光Ｓとされる。第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２には屈折率差Δｎが生じる（Δｎ≠０）ので、第１回折部１１Ａ３で回折作用が生じ、本実施形態では３次光が用いられる。そして、上記したように第２回折部１１Ｂ３の１段当たりの深さｄ２が、波長λ１＝４０８ｎｍの整数倍の位相差相当になっているので、第２回折部１１Ｂ３では見かけの回折作用は生じない。よって、ＨＤ−ＤＶＤ２２の場合には、互換光学素子１１の第１構造１１Ａと対物レンズ１２の組合せで縦収差や正弦条件が決まる。
【００７８】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、上記した仕様の対物レンズ１２と互換光学素子１１を組合せた場合におけるＤＶＤ２３に対応する縦収差及び正弦条件を示したものである。図１１（ａ）の縦収差及び図１１（ｂ）の正弦条件はほぼ良好なものになっている。
【００７９】
ＤＶＤ２３に対する記録又は再生を行う場合には、互換光学素子１１の入射光は、第２直線偏光Ｓとされる。第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２には屈折率差Δｎが生じる（Δｎ≠０）ので、第１回折部１１Ａ３で回折作用が生じ、本実施形態では２次光が用いられる。そして、上記したように第２回折部１１Ｂ３の１段当たりの深さｄ２が、波長λ２＝６５５ｎｍに対しても整数倍の位相差相当になるので、第２回折部１１Ｂ３では見かけの回折作用はほとんど生じない。よって、ＤＶＤ２３の場合には、互換光学素子１１の第１構造１１Ａと対物レンズ１２の組合せで縦収差や正弦条件が決まる。
【００８０】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、上記した仕様の対物レンズ１２と互換光学素子１１を組合せた場合におけるＣＤ２４に対応する縦収差及び正弦条件を示したものである。図１２（ａ）に示す縦収差及び図１２（ｂ）に示す正弦条件はほぼ良好なものとなっている。
【００８１】
ＣＤ２４に対する記録又は再生を行う場合には、互換光学素子１１の入射光は、第１直線偏光Ｐとされる。第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２には、ほとんど屈折率差がない（Δｎ≒０）ので、第１回折部１１Ａ３での回折作用はほとんどない。そして、上記したように第２回折部１１Ｂ３の１段当たりの深さｄ２が、波長λ３＝７８５ｎｍに対しては整数倍の位相差相当からずれているので、第２回折部１１Ｂ３では回折作用が生じ、本実施形態では１次光が用いられる。よって、ＣＤ２４の場合には、互換光学素子１１の第２構造１１Ｂと対物レンズ１２の組合せで縦収差や正弦条件が決まる。
【００８２】
再び、図１に戻って各光記録媒体に対する記録又は再生を行う場合の光学系について説明する。
まず、基板厚さｔ１＝０．１ｍｍのＢＤ２１の信号面２１ｂに対する記録又は再生を行う場合について説明する。第１レーザ光源２から出射された第１レーザ光Ｌ１は第１直線偏光Ｐの発散光であり、第１グレーティング３を通って、トラッキング信号を検出するために所定の分岐比で３つのビームに分割される。ここでは、メイン信号を得るためのメインビームについてのみ説明する。第１グレーティング３を通って得られるメインビームは、第１プリズム４の第１波長選択性誘電体多層膜４ａを透過し、ハーフミラー５で７０％が反射され、反射された第１レーザ光Ｌ１は第２プリズム６の第２波長選択性誘電体多層膜６ａを透過し、コリメータレンズ７で８００ｍｍの緩い発散光となり、初期状態である状態Ａ（図２（ｂ）参照）の波長板８では偏光方向の影響を受けずに透過する。その後、第１レーザ光Ｌ１の緩い発散光は、立上ミラー９の反射膜９ａにより９０°方向を転じて、開口制限素子１０を透過し、互換光学素子１１に入射する。
【００８３】
第１レーザ光Ｌ１は、互換光学素子１１の第２部材１１Ａ２の異常光線に対する偏光方向と同じ第１直線偏光Ｐで互換光学素子１１に入射する。よって、第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２の屈折率が等しい状態にあるので、第１回折部１１Ａ３では回折は生じない。また、第２回折部１１Ｂ３はλ１＝４０８ｎｍの２倍の位相差相当なので、第２回折部１１Ｂ３においても見かけ回折は生じない。よって、互換光学素子１１での回折効率理論値は１００％×１００％＝１００％となる。
【００８４】
互換光学素子１１を透過した第１レーザ光Ｌ１の緩い発散光が、対物レンズ１２の第１面１２ａに入射される。ＮＡが０．８５の対物レンズ１２で絞られた第１レーザ光Ｌ１はＢＤ２１のビーム入射面２１ａから入射し、信号面２１ｂ上で収差が良好な状態で集光し、情報の記録又は再生が行われる。
【００８５】
そして、ＢＤ２１の信号面２１ｂで反射された第１レーザ光Ｌ１による戻りの反射光は対物レンズ１２に再入射し、対物レンズ１２により緩い収束光となり、互換光学素子１１に入射する。往路と同様に第２回折部１１Ｂ３で回折が生じず、反射光も往路と同様に第１直線偏光Ｐであるため、第１回折部１１Ａ３でも回折は生じない。
【００８６】
その後、開口制限素子１０を透過した後に、第１レーザ光Ｌ１の緩い収束光は立上ミラー９で９０°光線方向を転じ、波長板８で偏光方向の影響を受けずに透過し、コリメータレンズ７により収束光となり、第２プリズム６の第２波長選択性誘電体多層膜６ａを透過して、ハーフミラー５に入射する。ハーフミラー５を透過した３０％の第１レーザ光Ｌ１が検出レンズ１３で絞られて、光検出器１４に入射する。光検出器１４は、ＢＤ２１の信号面２１ｂを再生したときのトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号、及びメインデータ信号を検出する。
【００８７】
次に、基板厚さｔ２＝０．６ｍｍのＨＤ−ＤＶＤ２２の信号面２２ｂに対する記録又は再生を行う場合について説明する。第１レーザ光源２から出射された第１レーザ光Ｌ１は第１直線偏光Ｐの発散光であり、第１グレーティング３を通って、トラッキング信号を検出するために所定の分岐比で３つのビームに分割される。ここでは、メイン信号を得るためのメインビームについてのみ説明する。第１グレーティング３を通って得られるメインビームは、第１プリズム４の第１波長選択性誘電体多層膜４ａを透過し、ハーフミラー５で７０％が反射され、反射された第１レーザ光Ｌ１は第２プリズム６の第２波長選択性誘電体多層膜６ａを透過し、コリメータレンズ７で平行光となる。コリメータレンズ７を透過した平行光は、４５°方向に回転された状態Ｂ（図２（ｃ）参照）の波長板８で偏光方向が９０°回転した第２直線偏光Ｓとなる。その後、第１レーザ光Ｌ１の平行光は、立上ミラー９の反射膜９ａにより、９０°方向を転じて、開口制限素子１０でＮＡが０．６５に制限されて透過し、互換光学素子１１に入射する。
【００８８】
第１レーザ光Ｌ１は、互換光学素子１１の第２部材１１Ａ２の常光線に対する偏光方向と同じ第２直線偏光Ｓで互換光学素子１１に入射する。よって、第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２には屈折率差が生じ、入射光は第１回折部１１Ａ３で回折し、３次光が使用される。また、第２回折部１１Ｂ３はλ１＝４０８ｎｍの２倍の位相差相当なので、第２回折部１１Ｂ３では２次光によって見かけ回折作用は生じない。第１回折部１１Ａ３はＨＤ−ＤＶＤ２２で３次光の回折効率１００％となる（表８参照）ので、互換光学素子１１での回折効率理論値は１００％×１００％＝１００％となる。
【００８９】
第１レーザ光Ｌ１は光学素子１１で回折して僅かに収束光となり、対物レンズ１２の第１面１２ａに入射する。ＮＡが０．６５の対物レンズ１２で絞られた第１レーザ光Ｌ１はＨＤ−ＤＶＤ２２のビーム入射面２２ａから入射し、信号面２２ｂ上で収差が良好な状態で集光し、情報の記録又は再生が行われる。
【００９０】
そして、ＨＤ−ＤＶＤ２２の信号面２２ｂで反射された第１レーザ光Ｌ１による戻りの反射光は対物レンズ１２に再入射し、対物レンズ１２により僅かに発散光となり、互換光学素子１１に入射する。往路と同様に第２回折部１１Ｂ３で見かけ回折は生じず、反射光も往路と同様に第２直線偏光Ｓであるため、第１回折部１１Ａ３で回折が生じて平行光となる。
【００９１】
その後、開口制限素子１０を通過した後に、第１レーザ光Ｌ１の平行光は立上ミラー９で９０°光線方向を転じ、波長板８で偏光方向が往路とは反対方向に９０°回転して第１直線偏光Ｐとなり、コリメータレンズ７により収束光となり、第２プリズム６の第２波長選択性誘電体多層膜６ａを透過して、ハーフミラー５に入射する。ハーフミラー５を透過した３０％の第１レーザ光Ｌ１が検出レンズ１３で絞られて、光検出器１４に入射する。光検出器１４は、ＨＤ−ＤＶＤ２２の信号面２２ｂを再生したときのトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号、及びメインデータ信号を検出する。
【００９２】
次に、基板厚さｔ３＝０．６ｍｍのＤＶＤ２３の信号面２３ｂに対する記録又は再生を行う場合について説明する。第２レーザ光源１５から出射された第２レーザ光Ｌ２は第１直線偏光Ｐの発散光であり、第２グレーティング１６を通って、トラッキング信号を検出するために所定の分岐比で３つのビームに分割される。ここでは、メイン信号を得るためのメインビームについてのみ説明する。第２グレーティング１６を通って得られるメインビームは、第１プリズム４の第１波長選択性誘電体多層膜４ａで反射され、ハーフミラー５で７０％が反射され、反射された第２レーザ光Ｌ２は第２プリズム６の第２波長選択制誘電体多層膜６ａを透過し、コリメータレンズ７で物体距離−３００ｍｍの緩やかな収束光となる。コリメータレンズ７を透過した収束光は、４５°方向に回転された状態Ｂ（図２（ｃ）参照）の波長板８で偏光方向が９０°回転した第２直線偏光Ｓとなる。その後、第２レーザ光Ｌ２の平行光は立上ミラー９の反射膜９ａにより９０°方向を転じて、開口制限素子１０でＮＡが０．６に制限されて透過し、互換光学素子１１に入射する。
【００９３】
第２レーザ光Ｌ２は、互換光学素子１１の第２部材１１Ａ２の常光線に対する偏光方向と同じ第２直線偏光Ｓで互換光学素子１１に入射する。よって、第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２には屈折率差が生じ、入射光は第１回折部１１Ａ３で回折し、２次光が使用される。また、第２回折部１１Ｂ３はλ１＝４０８ｎｍの１倍の位相差相当なので、第２回折部１１Ｂ３では１次光によって見かけ回折作用は生じない。第１回折部１１Ａ３はＤＶＤ２３で２次光の回折効率９４％となる（表８参照）ので、互換光学素子１１での回折効率理論値は９４％×１００％＝９４％となる。
【００９４】
第２レーザ光Ｌ２は互換光学素子１１で回折して緩やかな収束光となり、対物レンズ１２の第１面１２ａに入射する。ＮＡが０．６の対物レンズ１２で絞られた第２レーザ光Ｌ２はＤＶＤ２３のビーム入射面２３ａから入射し、信号面２３ｂ上で収差が良好な状態で集光し、情報の記録又は再生が行われる。
【００９５】
そして、ＤＶＤ２３の信号面２３ｂで反射された第２レーザ光Ｌ２による戻りの反射光は対物レンズ１２に再入射し、対物レンズ１２により緩やかな発散光となり、互換光学素子１１に入射する。往路と同様に第２回折部で見かけ回折は生じず、反射光も往路と同様に第２直線偏光Ｓであるため、第１回折部１１Ａ３で回折が生じて緩やかな発散光となる。
【００９６】
その後、開口制限素子１０を通過した後に、第２レーザ光Ｌ２の平行光は立上ミラー９で９０°光線方向を転じ、波長板８で偏光方向が往路とは反対方向に９０°回転して第１直線偏光Ｐとなり、コリメータレンズ７により収束光となり、第２プリズム６の波長選択性誘電体多層膜６ａを透過し、ハーフミラー５に入射する。ハーフミラー５を透過した３０％の第２レーザ光Ｌ２が検出レンズ１３で絞られて、光検出器１４入射する。光検出器１４は、ＤＶＤ２３の信号面２３ｂを再生したときのトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号、及びメインデータ信号を検出する。
【００９７】
次に、基板厚さｔ４＝１．２ｍｍのＣＤ２４の信号面２４ｂに対する記録又は再生を行う場合について説明する。第３レーザ光源１７ａから出射された第３レーザ光Ｌ３は第１直線偏光Ｐの発散光であり、第３グレーティング１７ｃを通って、トラッキング信号を検出するために所定の分岐比で３つのビームに分割される。ここでは、メイン信号を得るためのメインビームについてのみ説明する。第３グレーティング１７ｃを通って得られるメインビームは、ホログラム１７ｄを透過し、第２プリズム６の第２波長選択性誘電体多層膜６ａで反射され、コリメータレンズ７で平行光となる。コリメータレンズ７を透過した平行光は、初期状態である状態Ａ（図２（ｂ）参照）の波長板８では偏光方向に影響を受けずに透過する。その後、第３レーザ光Ｌ３の平行光は立上ミラー９の反射膜９ａにより、９０°方向を転じて、開口制限素子１０でＮＡが０．４５に制限されて透過し、互換光学素子１１に入射する。
【００９８】
第３レーザ光Ｌ３は、互換光学素子１１の第２部材１１Ａ２の異常光線に対する偏光方向と同じ第１直線偏光Ｐで互換光学素子１１に入射する。よって、第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２にはほとんど屈折率差が生じず、第１回折部１１Ａ３では回折作用は生じない。また、入射光は第２回折部１１Ｂ３で回折し、１次光が使用される。第２回折部１１Ｂ３はＣＤ２４で１次光の回折効率８３％となる（表８参照）ので、互換光学素子１１での回折効率理論値は１００％×８３％、＝８３％となる。
【００９９】
第３レーザ光Ｌ３は互換光学素子１１で回折して発散光となり、対物レンズ１２の第１面１２ａに入射する。ＮＡが０．４５の対物レンズ１２で絞られた第３レーザ光Ｌ３はＣＤ２４のビーム入射面２４ａから入射し、信号面２４ｂ上で収差が良好な状態で集光し、情報の記録又は再生が行われる。
【０１００】
そして、ＣＤ２４の信号面２４ｂで反射された第３レーザ光Ｌ３による戻りの反射光は対物レンズ１２に再入射し、対物レンズ１２により収束光となり、互換光学素子１１に入射する。往路と同様に第２回折部１１Ｂ３で回折が生じて、反射光も往路と同様に第１直線偏光Ｐであるため、第１回折部１１Ａ３では回折が生じず、平行光となる。
【０１０１】
その後、開口制限素子１０を通過した後に、第３レーザ光Ｌ３の平行光は立上ミラー９で９０°光線方向を転じ、波長板８で偏光方向の影響は受けずに第１直線偏光Ｐのまま、コリメータレンズ７により収束光となり、第２プリズム６の第２波長選択性誘電体多層膜６ａで反射し、ホログラム１７ｄに入射する。第３レーザ光Ｌ３は、ホログラム１７ｄで光線方向が変えられ、受光部１７ｂに入射する。受光部１７ｂは、ＣＤ２４の信号面２４ｂを再生したときのトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号、及びメインデータ信号を検出する。
【０１０２】
ＢＤ２１、ＨＤ−ＤＶＤ２２、ＣＤ２４に対しては物体距離がほぼ無限系であるので、互換光学素子１１と対物レンズ１２の組合せでレンズシフトが発生しても光学性能が悪化することはほとんどない。一方、ＤＶＤ２３に対しては物体距離が有限系であるので、互換光学素子１１と対物レンズ１２の組合せでレンズシフトが発生した場合には収差が悪くなる。
【０１０３】
図１３は互換光学素子１１と対物レンズ１２を組合せてＤＶＤ２３に対する記録又は再生を行う際のレンズシフト特性を示した図である。±０．３ｍｍのレンズシフトがあった場合でも、波面収差は３０ｍλを示しており、充分な光学性能が得られている。これは、物体距離を−３００ｍｍとした倍率の低い有限系にすることにより充分な光学性能が得られている。また、作動距離も０．４６ｍｍ確保でき、物体距離を−３００ｍｍとしても十分な作動距離を得ることができる。
【０１０４】
なお、本実施形態では、偏光面切換素子は波長板を用いて説明したが、既知である液晶素子により偏光方向の切換を行うものであっても良い。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態の光ピックアップ装置に用いる光学素子は、等方性材料からなる第１部材１１Ａ１と、入射偏光方向によって屈折率が異なる第２部材１１Ａ２とが積層され、第１部材１１Ａ１と第２部材１１Ａ２の境界には第１回折部１１Ａ３が設けられて構成された第１構造１１Ａと、等方性材料からなる第３部材１１Ｂ１と、異常分散材料からなる第４部材１１Ｂ２とが積層され、第３部材１１Ｂ１と第４部材１１Ｂ２の境界には第２回折部１１Ｂ３が設けられて構成された第２構造１１Ｂが設けられている。この光学素子は、ＢＤ２１に適用するレーザ光に対しては、第１回折部１１Ａ３及び第２回折部１１Ｂ３がともに作用せず、ＨＤ−ＤＶＤ２２に適用するレーザ光に対しては、第２回折部１１Ｂ３は作用せず、第１回折部１１Ａ３が作用した結果の回折光を出射し、ＤＶＤ２３に適用するレーザ光に対しては、第２回折部１１Ｂ３は作用せず、第１回折部１１Ａ３での作用結果の回折光を出射し、ＣＤ２４に適用するレーザ光に対しては、第１回折部１１Ａ３は作用せず、第２回折部１１Ｂ３での作用結果の回折光を出射する。したがって、光記録媒体２１〜２４に対する記録又は再生を行う際に、すべての光記録媒体に対して、高い回折効率を得ることができ、且つ適切に球面収差を補正することができる。
【０１０６】
なお、互換光学素子１１と対物レンズ１２との間に光軸ずれが生じると、収差が発生する。このため、互換光学素子１１と対物レンズ１２との偏芯は数十μｍ程度までが許容される。よって、ボビン等の円筒状のものにより対物レンズ１２と互換光学素子１１を一体にするのが望ましい。上述した実施形態では、互換光学素子１１は、第１構造１１Ａと第２構造１１Ｂとを密着させて構成したが、第１構造１１Ａと第２構造１１Ｂの両方で回折作用させる光記録媒体がないため、第１構造１１Ａと第２構造１１Ｂとが密着せず、近接した状態であっても、同一ボビン等で一体にしてあれば問題はない。例えば、対物レンズ１２と互換光学素子１１を一体にして、アクチュエータで動作させる感度を考慮すると、互換光学素子１１の第１構造１１Ａから対物レンズ１２の第２面１２ｂまでの距離は１０ｍｍ程度までとなるようにするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光ピックアップ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】偏光面切換方法を説明するための図である。
【図３】互換光学素子の断面図である。
【図４】第２回折部の回折効率が５０％以上になるパラメータｋの小数部分の範囲を示す図である。
【図５】第２回折部の回折効率が７０％以上になるパラメータｋの小数部分の範囲を示す図である。
【図６】第２回折部の回折効率が９０％以上になるパラメータｋの小数部分の範囲を示す図である。
【図７】波長に対する異常分散材料の屈折率の特性を示す図である。
【図８】互換光学素子の機能を説明するための図である。
【図９】第１光記録媒体に対する記録又は再生を行う際の縦収差及び正弦条件を示す図である。
【図１０】第２光記録媒体に対する記録又は再生を行う際の縦収差及び正弦条件を示す図である。
【図１１】第３光記録媒体に対する記録又は再生を行う際の縦収差及び正弦条件を示す図である。
【図１２】第４光記録媒体に対する記録又は再生を行う際の縦収差及び正弦条件を示す図である。
【図１３】第３光記録媒体に対する記録又は再生を行う際のレンズシフト特性を示す図である。
【図１４】従来の光ピックアップ装置の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】従来の光ピックアップ装置の偏光選択性回折格子の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  光ピックアップ装置
２  第１レーザ光源
８  偏光面切換素子（１／２波長板）
１１  互換光学素子
１１Ａ  第１構造
１１Ａ１  第１部材（等方性材料）
１１Ａ２  第２部材（複屈折材料）
１１Ａ３  第１回折部
１１Ｂ  第２構造
１１Ｂ１  第３部材（等方性材料）
１１Ｂ２  第４部材（異常分散材料）
１１Ｂ３  第２回折部
１２  対物レンズ
１５  第２レーザ光源
１７ａ  第３レーザ光源
２１  第１光記録媒体（ＢＤ）
２２  第２光記録媒体（ＨＤ−ＤＶＤ）
２３  第３光記録媒体（ＤＶＤ）
２４  第４光記録媒体（ＣＤ）
【図１】
2008204583.tif 000019
【図２】
2008204583.tif 000020
【図３】
2008204583.tif 000021
【図４】
2008204583.tif 000022
【図５】
2008204583.tif 000023
【図６】
2008204583.tif 000024
【図７】
2008204583.tif 000025
【図８】
2008204583.tif 000026
【図９】
2008204583.tif 000027
【図１０】
2008204583.tif 000028
【図１１】
2008204583.tif 000029
【図１２】
2008204583.tif 000030
【図１３】
2008204583.tif 000031
【図１４】
2008204583.tif 000032
【図１５】
2008204583.tif 000033