(57)【要約】【課題】青色，ＤＶＤの２世代、またはＣＤを含む３世代の互換を簡素化した構成で、対物レンズと光記録媒体のワーキングディスタンスを確保し、変動に伴う収差劣化を小さくする。【解決手段】青色波長帯域のＮＡ０．５９〜０．７０の青色系光記録媒体と赤色波長帯域のＮＡ０．５９〜０．６６のＤＶＤ系光記録媒体を、単一の開口で互換できる対物レンズを選択し、波長選択性を有する誘電体光学多層膜が施されていない中心部領域の入力光束径φ３では青色，赤色，赤外波長帯域の光に対して高透過率、周辺部領域の入射光束径φ３の外周からφ１（φ１＝φ２）までの領域では、青色，赤色波長帯域の光に対してのみ高透過率で、赤外波長帯域の光には低透過率となる開口切換手段を備え、赤外波長帯域のＮＡ０．４４〜０．５１のＣＤ系光記録媒体との互換が可能とする。【選択図】　　図１４
2004087072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長λ１の光源と、波長λ２の光源と、光源光を前記光記録媒体に集光照射する単一の対物レンズとを備え、
前記対物レンズに一定の開口を設け、前記波長λ１，λ２（λ１＜λ２）に対して、各波長の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２）が、次の条件
ＮＡ（λ１）＞ＮＡ（λ２）
を満足する対物レンズを用いたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長λ１の光源と、波長λ２の光源と、波長λ３の光源と、光源光を前記光記録媒体に集光照射する単一の対物レンズとを備え、
前記波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）に対して、各波長の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）が、次の条件
ＮＡ（λ１）≧ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）
を満足する対物レンズを用い、
かつ前記対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件
φ２＞φ１＞φ３
を満足する光源光としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長λ１の光源と、波長λ２の光源と、波長λ３の光源と、光源光を前記光記録媒体に集光照射する単一の対物レンズとを備え、
前記波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）に対して、各波長の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）が、次の条件
ＮＡ（λ１）≧ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）
を満足する対物レンズを用い、
かつ前記対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件
φ１＝φ２＞φ３
を満足する光源光としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
前記対物レンズを、波長λ１の光源において収差最小の波面となるように形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記対物レンズにおいて、波長λ１の光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、波長λ２の光源または波長λ３の光源点灯時には有限系の入射光束で使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記波長λ１，λ２，λ３の光源が、青色波長帯域，赤色波長帯域，赤外波長帯域の光源であることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記対物レンズに入射する光源からの入射光束径φ１，φ２，φ３を切り換える開口切換手段を備え、前記開口切換手段において、光源光からの波長帯域に応じて、反射，回折，吸収のいずれかにより開口の切り換えを行うことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記対物レンズに入射する光源からの入射光束径φ１，φ２，φ３の少なくともいずれか１つは楕円形状であることを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記楕円形状の光束径が、タンジェンシャル方向に短軸を有する楕円形状であることを特徴とする請求項８記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
前記対物レンズに入射する光源に応じて、入射光束に所定の位相を付加する位相補正手段を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
前記入射光束に所定の位相を付加する位相補正手段が、光記録媒体の種類を判別する記録媒体判別手段からの出力信号に基づいて、前記入射光束に付加する位相量を決定することを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
前記入射光束に所定の位相を付加する位相補正手段が、光記録媒体上に発生する球面収差を検出する球面収差検出手段からの出力信号に基づいて、前記入射光束に付加する位相量を決定することを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
前記入射光束に所定の位相を付加する位相補正手段が、光記録媒体の基板厚を検出する基板厚検知手段からの出力信号に基づいて、前記入射光束に付加する位相量を決定することを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ。
【請求項１４】
前記光源の青色波長帯域および赤色波長帯域の光を略円偏光とする単一の波長板を備え、開口切換手段，位相補正手段，波長板の少なくともいずれか２つを一体形成したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項１５】
前記波長板が、電気光学素子を用いた位相補正手段と一体に形成され、前記位相補正手段の表面または前記波長板の表面に開口切換手段を形成したことを特徴とする請求項１４記載の光ピックアップ。
【請求項１６】
前記対物レンズを、開口切換手段および／または位相補正手段および／または波長板と一体で可動することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光情報処理装置であって、
青色波長帯域の光源により、ＮＡ０．５９〜０．７０で光照射側基板厚０．１〜０．６ｍｍの光記録媒体、および赤色波長帯域の光源により、ＮＡ０．５９〜０．６６で光照射側基板厚０．６ｍｍの光記録媒体、および赤外波長帯域の光源により、ＮＡ０．４５〜０．５５で光照射側基板厚１．２ｍｍの光記録媒体に対して、前記光ピックアップにより情報の記録・再生・消去の１以上を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【請求項１８】
前記青色波長帯域，赤色波長帯域，赤外波長帯域の光源により各光記録媒体に情報の記録・再生・消去の１以上を行う光情報処理装置において、少なくともいずれか１つの光記録媒体上に、２値記録に対する情報記録密度増倍度Ｐ１の多値記録を行う光情報処理装置が、次の条件
Ｐ１＞１．８
を満足することを特徴とする請求項１７記載の光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光ピックアップとこれを用いる光情報処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
映像情報、音声情報、またはコンピュータにおいて処理される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。具体的には、ＨＤ（Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）−ＴＶを２時間（映画１本分）記録できる２２ＧＢの容量の必要性が挙げられている。
【０００３】
このような光記録媒体の記録密度を上げる手段としては、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（ＮＡ）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の小径化が有効である。
【０００４】
そこで、例えば、「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズの開口数が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、対物レンズの開口数が０．６５（より詳細には０．５９〜０．６６の範囲を仕様とする）、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いる。
【０００５】
そのためには、対物レンズの開口数を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。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、例えば、非特許文献１などに挙げられている、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システム提案がある。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３２４０８４６号
【特許文献２】
特許第２７１３２５７号
【特許文献３】
特許第２７２５６５３号
【特許文献４】
実用新案登録第３０３６３１４号
【特許文献５】
特開２００１−２１６６７６号
【特許文献６】
特開２０００−１８７８７０号
【非特許文献１】
ＩＳＯＭ２００１　予稿集「Ｎｅｘｔ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄｉｓｃ」Ｈｉｒｏｓｈｉ　Ｏｇａｗａ、ｐ６〜７
【非特許文献２】
宮川直康「多値記録を用いた相変化光メモリ」オプトロニクス、２００１年１１月号、ｖｏｌ．２０　Ｎｏ２３９、ｐ１４９〜１５４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、対物レンズの開口数を大きくする（高ＮＡ化）ためには、焦点距離の短いレンズを用いる必要がある。そのために、対物レンズと光記録媒体との物理的距離を意味するワーキングディスタンスが短くなってしまう。そして、非特許文献１に挙げられているシステムでは、ワーキングディスタンスは０．１５ｍｍと、従来のＣＤやＤＶＤの１／１０程度である。ワーキングディスタンスが短くなると、光記録媒体と対物レンズの衝突による破損などが生じやすくなるという問題がある。
【０００８】
さらに、対物レンズの開口数をより大きく、あるいは光源の波長をより短くすると、レンズの製造誤差、光記録媒体の透明基板の厚み誤差などによって生じる球面収差の影響が顕著となる。光記録媒体の透明基板の厚み誤差によって発生する球面収差は、一般的に以下の（数１）で与えられる。
【０００９】
【数１】
Ｗ４０＝（（ｎ２−１）／（８ｎ３））×（ｄ×ＮＡ４／λ）
ここで、ｎは光記録媒体の透明基板の屈折率、ｄは透明基板の厚み、ＮＡは対物レンズの開口数、λは光源の波長である。
【００１０】
この（数１）から、短波長、高ＮＡほど収差が大きくなることがわかる。同様に、光ピックアップ中の光学部品、とくに光記録媒体への集光に用いられる対物レンズの製造誤差も短波長、高ＮＡほど収差の劣化が大きくなる。
【００１１】
また、前記高ＮＡ化・短波長化による新規格が近年実現する一方、利用者の手元には、従来の光記録媒体であるＣＤ，ＤＶＤが存在する。これら従来の光記録媒体と前述した青色波長帯域を用いた大容量の新規格光記録媒体をともに同一の光情報処理装置で取り扱えることが望ましい。最も簡単な方法としては、従来の光ピックアップと、新規格用光ピックアップをともに搭載する方法がある。しかし、この方法では、小型化、低コスト化を達成することは難しい。
【００１２】
例えば、ＤＶＤとＣＤの２世代互換では、特許文献１，特許文献２，特許文献３，特許文献４に記載されている開口切換手段、また、特許文献５に記載されている大容量光記録媒体とＤＶＤとの開口切換手段が必要とされている。
【００１３】
このような世代互換を実現する場合、一般に複数の光学部品を設置すること、さらに個々の部品が煩雑となり、光ピックアップの大型化、高コスト化を招き、各機能の集約、小型化が課題として挙げられる。
【００１４】
また、３世代互換を達成するためには、特許文献６に記載されているような３段階の開口切換手段がある。しかしながら、開口切換手段は多段階にするに伴い、波面特性，透過率特性などの性能保証が困難となり、この設計・製造手法が煩雑となるという課題があった。
【００１５】
さらに、前記のようなＮＡ０．８５の光学系では、ＤＶＤ，ＣＤに対して、十分なワーキングディスタンスを確保することはできず、互換は不可能であるという問題があった。
【００１６】
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、青色，ＤＶＤの２世代、あるいは青色，ＤＶＤ，ＣＤの３世代の互換を部品点数の増加や煩雑化させることなく実現して、対物レンズと光記録媒体とのワーキングディスタンスを十分に確保し、変動に伴う収差劣化の小さい光ピックアップとこれを用いる光情報処理装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の光ピックアップは、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長λ１の光源と、波長λ２の光源と、光源光を光記録媒体に集光照射する単一の対物レンズとを備え、対物レンズに一定の開口を設け、波長λ１，λ２（λ１＜λ２）に対して、各波長の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２）が、次の条件「ＮＡ（λ１）＞ＮＡ（λ２）」を満足する対物レンズを用いた構成によって、開口切換手段を備えることなく２世代互換を実現できる。
【００１８】
また、請求項２に記載の光ピックアップは、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長λ１の光源と、波長λ２の光源と、波長λ３の光源と、光源光を光記録媒体に集光照射する単一の対物レンズとを備え、波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）に対して、各波長の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）が、次の条件「ＮＡ（λ１）≧ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）」を満足する対物レンズを用い、かつ対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件「φ２＞φ１＞φ３」を満足する光源光とした構成によって、３世代互換を実現できる。
【００１９】
また、請求項３に記載の光ピックアップは、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長λ１の光源と、波長λ２の光源と、波長λ３の光源と、光源光を光記録媒体に集光照射する単一の対物レンズとを備え、波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）に対して、各波長の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）が、次の条件「ＮＡ（λ１）≧ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）」を満足する対物レンズを用い、かつ対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件「φ１＝φ２＞φ３」を満足する光源光とした構成によって、２段階の開口切換手段によって３世代互換を実現できる。
【００２０】
また、請求項４〜６に記載された請求項１〜３の光ピックアップにおいて、前記対物レンズを、波長λ１の光源において収差最小の波面となるように形成したこと、前記対物レンズにおいて、波長λ１の光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、波長λ２の光源または波長λ３の光源点灯時には有限系の入射光束で使用すること、前記波長λ１，λ２，λ３の光源が、青色波長帯域，赤色波長帯域，赤外波長帯域の光源である構成によって、青色波長帯域で最小となる単一の対物レンズに赤色波長帯域，赤外波長帯域において対物レンズで発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正することができる。
【００２１】
また、請求項７〜９に記載された請求項２〜６の光ピックアップにおいて、前記対物レンズに入射する光源からの入射光束径φ１，φ２，φ３を切り換える開口切換手段を備え、この開口切換手段において、光源光からの波長帯域に応じて、反射，回折，吸収のいずれかにより開口の切り換えを行うこと、さらに前記対物レンズに入射する光源からの入射光束径φ１，φ２，φ３の少なくともいずれか１つは楕円形状であること、また前記楕円形状の光束径が、タンジェンシャル方向に短軸を有する楕円形状である構成によって、開口の切り換えを行うと共に、光束径をタンジェンシャル方向に短軸の楕円形状として、多値記録を行う場合のスポット系を絞りＳ／Ｎを向上できる。
【００２２】
また、請求項１０〜１３に記載された請求項１〜９の光ピックアップにおいて、前記対物レンズに入射する光源に応じて、入射光束に所定の位相を付加する位相補正手段を備えたこと、さらに、前記入射光束に所定の位相を付加する位相補正手段が、光記録媒体の種類を判別する記録媒体判別手段からの出力信号に基づいて、入射光束に付加する位相量を決定すること、また光記録媒体上に発生する球面収差を検出する球面収差検出手段からの出力信号に基づいて、入射光束に付加する位相量を決定すること、また光記録媒体の基板厚を検出する基板厚検知手段からの出力信号に基づいて、入射光束に付加する位相量を決定する構成によって、光学系全体で発生する球面収差に応じた逆極性の球面収差を与えることができる。
【００２３】
また、請求項１４〜１６に記載された請求項１〜１３の光ピックアップにおいて、前記光源の青色波長帯域および赤色波長帯域の光を略円偏光とする単一の波長板を備え、開口切換手段，位相補正手段，波長板の少なくともいずれか２つを一体形成したこと、さらに、前記波長板が、電気光学素子を用いた位相補正手段と一体に形成され、位相補正手段の表面または波長板の表面に開口切換手段を形成したこと、また前記対物レンズを、開口切換手段および／または位相補正手段および／または波長板と一体で可動する構成によって、３つの機能を一体共用した構成で、重量の低減，組み付け工数の簡略化ができ、対物レンズの移動に伴う光量の低減を抑制できる。
【００２４】
また、本発明に係る請求項１７に記載された光情報処理装置は、請求項１〜１６のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光情報処理装置であって、青色波長帯域の光源により、ＮＡ０．５９〜０．７０で光照射側基板厚０．１〜０．６ｍｍの光記録媒体、および赤色波長帯域の光源により、ＮＡ０．５９〜０．６６で光照射側基板厚０．６ｍｍの光記録媒体、および赤外波長帯域の光源により、ＮＡ０．４５〜０．５５で光照射側基板厚１．２ｍｍの光記録媒体に対して、前記光ピックアップにより情報の記録・再生・消去の１以上を行う構成によって、高ＮＡの対物レンズを用いることなく３世代互換の光情報処理装置を実現できる。
【００２５】
また、請求項１８に記載された請求項１７の光情報処理装置において、前記青色波長帯域，赤色波長帯域，赤外波長帯域の光源により各光記録媒体に情報の記録・再生・消去の１以上を行う光情報処理装置において、少なくともいずれか１つの光記録媒体上に、２値記録に対する情報記録密度増倍度Ｐ１の多値記録を行う光情報処理装置が、次の条件「Ｐ１＞１．８」を満足する構成によって、大容量の光情報処理装置を実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態１は、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系（大容量）光記録媒体と、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体のそれぞれに対して、記録、再生、または消去を行う光ピックアップである。
【００２８】
図１に示すように光ピックアップの要部は、青色波長帯域の光源である半導体レーザー１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３、偏向プリズム１０４、位相補正手段１０５、１／４波長板１０６、対物レンズ１０８、検出レンズ１１０、光束分割手段１１１、受光素子１１２より構成される青色波長帯域の光が通過する青色光学系と、ホログラムユニット２０１、コリメートレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０３、偏向プリズム１０４、位相補正手段１０５、１／４波長板１０６、対物レンズ１０８から構成される赤色波長帯域の光が通過するＤＶＤ系の赤色光学系から構成されている。すなわち、ダイクロイックプリズム２０３、偏向プリズム１０４、位相補正手段１０５、１／４波長板１０６、対物レンズ１０８は２つの光学系の共通部品である。
【００２９】
ここで、対物レンズ１０８は、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体において、収差が最小となる最良の波面を形成するように設計されている。
【００３０】
まず、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体に記録、再生、または消去する場合について説明する。波長４０７ｎｍの半導体レーザー１０１から出射し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、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３を透過し、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、位相補正手段１０５を透過し、１／４波長板１０６を通過して円偏光とされ、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００３１】
光記録媒体１０９から反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０６を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１１０で収束光とされ、光束分割手段１１１により複数の光路に偏向分割され受光素子１１２に至る。受光素子１１２からは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００３２】
次に、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に記録、再生、または消去する場合について説明する。近年、ＤＶＤの光ピックアップには受発光素子を１つのキャン（容器）の中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられるようになってきた。
【００３３】
図１において、２０１は、半導体レーザーのチップ２０１ａ、ホログラム２０１ｂおよび受光素子２０１ｃを一体化して構成されたホログラムユニットを示す。このホログラムユニット２０１の半導体レーザー２０１ａから出射された６６０ｎｍの光は、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０２で平行光とされ、青色波長帯域の光は透過し赤色波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム２０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、位相補正手段１０５において所定の位相が付加され、１／４波長板１０６を通過し円偏光とされ、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。後述する通り、このときの光記録媒体１０９への実効的開口数は、０．６５程度となる。こうして形成されたスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００３４】
また、光記録媒体１０９から反射した光は、偏向プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム２０３で反射され、コリメートレンズ２０２で収束光とされ、図２に示すように、ホログラム２０１ｂにより半導体レーザー２０１ａと同一キャン内にある受光素子２０１ｃ方向に回折されて受光素子２０１ｃに受光される。受光素子２０１ｃからは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００３５】
本実施の形態１における光ピックアップの構成は、青色波長帯域の光，ＤＶＤ用の赤色波長帯域の光の２つの光源を備えたいわゆる２世代互換型の光ピックアップであり、この２世代互換をするにあたり開口切換手段を使用しない。
【００３６】
一般に、青色波長帯域で最良の波面を有する対物レンズに、同一光束径の赤色帯域の光を無限系入射させた場合、屈折力が低下し、開口数が低くなる。逆に言うと、赤色波長帯域の光を通過させた場合に比べ、青色波長帯域の光を通過させたときの方が、ＮＡが高くなり、短波長化と加えて大容量の光ピックアップが実現できる。一方、ＤＶＤ世代はその仕様で、ＮＡが０．５９〜０．６６の範囲に定められている。図３は、以下の特性を有する対物レンズを例として、
入射光束径φ　　：　３．９ｍｍ
硝種　　　　　　：　ＢａＣＤ５（ＨＯＹＡ社製）
光記録媒体基板厚：　０．６ｍｍ
青色波長４０７ｎｍと赤色波長６６０ｎｍの光を透過させたときのＮＡの関係を示すものである。図３から、例えば、ＤＶＤ系の赤色波長の光でＮＡ０．５９〜０．６６のとき、同一入射光束径の青色波長の光に対しては、ＮＡ０．６１〜０．６８程度になることを意味する。
【００３７】
波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５のＤＶＤ系の光記録媒体に対して、同一開口の青色光学系は、波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６７となり、容量は（数２）に比例するため、
【００３８】
【数２】
（ＮＡ／λ）２
ここで、λ：波長である。
ＤＶＤ系光記録媒体に対して２．８倍の容量拡大が可能となる。
【００３９】
なお、硝種はＢａＣＤ５に限らず、ＢａＣＤ１２，ＬａＣ１３０，ＢａＦ４１，ＮｂＦ１等が挙げられ、非球面モールド形成可能な硝材を選択することが望ましい。そして青色波長の光に対するＮＡは、この硝材選定によってもコントロールすることが可能である。
【００４０】
次に、図４は本発明の実施の形態２の実施例１における光ピックアップの概略構成を示すブロック図である。本実施例１は、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体と、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体と、赤外波長帯域の使用波長７８０ｎｍの光源、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体のそれぞれに対して、記録、再生、または消去を行う光ピックアップである。
【００４１】
図４に示すように光ピックアップの要部は、青色波長帯域の半導体レーザー１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、位相補正手段１０５、１／４波長板１０６、開口切換手段１０７、対物レンズ１０８、検出レンズ１１０、光束分割手段１１１、受光素子１１２より構成される青色波長帯域の光が通過する青色光学系と、ホログラムユニット２０１、コリメートレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、位相補正手段１０５、１／４波長板１０６、開口切換手段１０７、対物レンズ１０８から構成される赤色波長帯域の光が通過するＤＶＤ系の赤色光学系と、ホログラムユニット３０１、コリメートレンズ３０２、ダイクロイックプリズム３０３、偏向プリズム１０４、位相補正手段１０５、１／４波長板１０６、開口切換手段１０７、対物レンズ１０８から構成される赤外波長帯域の光が通過するＣＤ系の赤外光学系から構成されている。
【００４２】
すなわち、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、位相補正手段１０５、１／４波長板１０６、開口切換手段１０７、対物レンズ１０８は２乃至３つの光学系の共通部品である。
【００４３】
まず、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体に記録、再生、または消去する場合について説明する。波長４０７ｎｍの半導体レーザー１０１から出射し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、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３を透過し、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、位相補正手段１０５を透過し、１／４波長板１０６を通過し円偏光とされ、開口切換手段１０７においてＮＡ０．６５に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００４４】
光記録媒体１０９から反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０６を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射されて、検出レンズ１１０で収束光とされ、光束分割手段１１１により複数の光路に偏向分割され受光素子１１２に至る。受光素子１１２からは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００４５】
次に、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に記録、再生、または消去する場合について説明する。また、ＤＶＤの光ピックアップにおける受発光素子は前述の実施の形態１で説明したホログラムユニットが用いられている。図４において、２０１は、半導体レーザーのチップ２０１ａ、ホログラム２０１ｂおよび受光素子２０１ｃを一体化して構成されたホログラムユニットを示す。このホログラムユニット２０１のレーザーチップ２０１ａから出射された６６０ｎｍの光は、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０２で平行光とされ、青色波長帯域の光は透過し赤色波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム２０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、位相補正手段１０５において所定の位相が付加され、１／４波長板１０６を通過し円偏光とされ、開口切換手段１０７において０．６５に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。前述したように、このときの光記録媒体１０９への実効的開口数は、０．６５程度となる。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００４６】
光記録媒体１０９から反射した光は、偏向プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム２０３で反射され、コリメータレンズ２０２で収束光とされ、図４に示すようにホログラム２０１ｂにより半導体レーザー２０１ａと同一キャン内にある受光素子２０１ｃ方向に回折されて受光素子２０１ｃに受光される。受光素子２０１ｃからは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００４７】
さらに、赤外波長帯域の使用波長７８０ｎｍの光源、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に記録、再生、または消去する場合について説明する。前述のＤＶＤ系と同様にＣＤ系の光ピックアップも受発光素子を１つのキャンの中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられる。図４において、３０１は、半導体レーザー３０１ａ、ホログラム３０１ｂおよび受光素子３０１ｃを一体化して構成されたホログラムユニットを示す。このホログラムユニット３０１の半導体レーザー３０１ａから出射された７８０ｎｍの光は、ホログラム３０１ｂを透過し、コリメートレンズ３０２で平行光とされ、青色と赤色波長帯域の光は透過し赤外波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム３０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、位相補正手段１０５において所定の位相が付加され、１／４波長板１０６を通過し楕円偏光あるいは円偏光とされ、開口切換手段１０７においてＮＡ０．５０に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００４８】
光記録媒体１０９から反射した光は、偏向プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム３０３で反射され、コリメータレンズ３０２で収束光とされ、受光素子３０１ｃ方向に回折されて受光素子３０１ｃに受光される。受光素子３０１ｃからは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００４９】
図５は本発明の実施の形態２の実施例２における光ピックアップの概略構成を示すブロック図である。本実施例２は実施例１と同じく、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体と、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体と、赤外波長帯域の使用波長７８０ｎｍの光源、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体のそれぞれに対して記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【００５０】
図４に示す光ピックアップの構成と異なる点は、青色光学系も光源（半導体レーザー４０１ａ）と受光素子４０１ｃと光路分離手段（ホログラム４０１ｂ）を単一パッケージに収めたホログラムユニット４０１を使用している点である。これにより、光学系の小型化、組付の簡素化が図れる。
【００５１】
また、図６は本発明の実施の形態２の実施例３における光ピックアップの概略構成を示すブロック図である。本実施例３は実施例２と同じく、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体と、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体と、赤外波長帯域の使用波長７８０ｎｍの光源、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体のそれぞれに対して記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【００５２】
図５に示す光ピックアップの構成と異なる点は、赤色／赤外波長帯域（ＤＶＤ／ＣＤ系）の光源（半導体レーザー２０１ａ，３０１ａ）、受光素子２０１ｃ，３０１ｃ、光路分離手段（ホログラム５０１ｂ）を単一パッケージに集約しホログラムユニット５０１とした点である。これにより、３波長帯域の光学系をより小型な光ピックアップとして実現することが可能である。なお、ホログラム５０１ｂとしては、図７に示すようにＤＶＤ用のホログラム面をもつ層とＣＤ用のホログラム面をもつ層を備えた構成を用いる。
【００５３】
前述の実施の形態１で説明したように、青色波長帯域で最良の波面を有する対物レンズに、同一光束径の赤色帯域の光を無限系入射させた場合、屈折力が低下し、開口数が低くなる。そのため、本実施の形態２では赤色波長帯域については、青色波長帯域での入射光束径φ１に比べ、大きな光束径φ２で入射させる。
【００５４】
図８（ａ）は、以下の特性を有する対物レンズにおいて、
青色波長帯域使用時の入射光束径φ：　３．９ｍｍ
開口数（ＮＡ）　　　　　　　　　：　０．６５
焦点距離（ｆ）　　　　　　　　　：　１．７ｍｍ
硝種　　　　　　　　　　　　　　：　ＢａＣＤ５
ＮＡ０．６５となる有効径と波長の関係を示すものである。この図８（ａ）から、波長６６０ｎｍを使用するＤＶＤ系光記録媒体の記録、再生時には光束径φ２を４．０２ｍｍ程度にする必要があることがわかる。また、光束径φ１とφ２の関係は、対物レンズの硝種によっても異なる。図８（ｂ）は図８（ａ）の対物レンズと同じφ１、焦点距離、開口数の対物レンズで、硝種を変化させたときの、φ２／φ１と、使用硝種のｄ線での屈折率ｎｄの関係を示したものであり、対物レンズの硝種に応じて適当なφ２を選択してやればよい。
【００５５】
一方、ＣＤ系光記録媒体を記録、再生するときの最適なＮＡは０．５程度であるが、図８（ａ）と同様の方法により、最適な有効径φ３を見積もると、φ３＝３ｍｍ程度とすればよいことがわかる。
【００５６】
また図９は、図８（ａ）と同じ対物レンズで、使用波長６６０ｎｍ、青色と同一の光束径φ１＝φ２＝３．９ｍｍで使用する系において、波長６６０ｎｍ入射光の物体距離を変化させたときのＮＡ値を示したものである。この図９から、波長６６０ｎｍの光で、ＮＡ０．６５とするためには物体距離−４０ｍｍ程度となる収束光で使用すればよいことがわかる。
【００５７】
前述のような点灯光源に応じて、光束径を切り換える手段としては、例えば、開口切換手段を用いればよい。開口切換手段は、波長帯域あるいは偏光方向に応じて、反射，回折，吸収のいずれかの光学特性を利用して光束径の切り換えを行うものであればよい。
【００５８】
図１０（ａ）の青色波長帯域の光束，図１０（ｂ）の赤色波長帯域の光束，図１０（ｃ）の赤外波長帯域の光束の開口切換手段に示すように、光源から出射される各光束の波長に応じて、これを反射によって光束径を切り換える波長選択性反射膜１２０を用いればよく、具体的には、波長選択性を有する誘電体光学多層膜を用いる。この光の透過特性は、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す誘電体光学多層膜が施されていない中心部領域の入射光束径φ３では青色波長帯域，赤色波長帯域，赤外波長帯域の光に対して高透過率で、周辺部領域の入射光束径φ３の外周から入射光束径φ１までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対してのみ高透過率で、赤外波長帯域の光には低透過率となり、さらに周辺部領域の入射光束径φ１の外周から入射光束径φ２までの領域では、赤色波長帯域の光に対してのみ高透過率で、青色波長帯域と赤外波長帯域の光には低透過率となる。
【００５９】
また、開口切換手段としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように回折によって光束径を切り換える波長選択性を有する回折格子を形成した波長選択性回折格子１２１を用いればよい。図１１（ａ）の青色波長帯域の光束，図１１（ｂ）の赤色波長帯域の光束，図１１（ｃ）の赤外波長帯域の光束における各光束の透過特性は、回折格子が施されていない中心部領域の入射光束径φ３では青色波長帯域，赤色波長帯域，赤外波長帯域の光に対して透過し、周辺部領域の入射光束径φ３の外周から入射光束径φ１までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回析させ、周辺部領域の入射光束径φ１の外周から入射光束径φ２までの領域では、赤色波長帯域の光に対しては作用せず、青色波長帯域と赤外波長帯域の光は回析させる。
【００６０】
さらに、開口切換手段としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように吸収によって光束径を切り換える波長選択性吸収膜１２２でもよい。
【００６１】
なお、本実施の形態２における青色波長帯域のＮＡ（λ１）は、ＤＶＤ世代（赤色波長帯域）と略同一のものであり、例えば、ＤＶＤ＋ＲＷにおいて仕様とされるＮＡ（λ２）０．５９〜０．６６範囲を満たし、かつ各種の製造誤差によるわずかなばらつきを有してもよく、実際に（ＮＡ（λ１）−ＮＡ（λ２））＜０．０４程度の範囲にあればよい。
【００６２】
以上のように、本実施の形態２によれば、これまでのＤＶＤ世代と略同等のＮＡにより、光源として青色波長領域のものを用いて、ＤＶＤ用光ピックアップから大きな設計変更を伴わずに、十分なワーキングディスタンスを確保し、変動に伴う収差劣化も小さい状態で大容量化を実現できる。
【００６３】
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３において前述の実施の形態２と同様に、図４，図５，図６に概略構成のブロック図を示す光ピックアップにおいて、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体と、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体と、赤外波長帯域の使用波長７８０ｎｍの光源、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体のそれぞれに対して、記録、再生、または消去を行う。
【００６４】
ここで、対物レンズ１０８は、青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体において、収差が最小となる最良の波面を形成するように設計されている。
【００６５】
まず、図４に示す光ピックアップにおける青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体に記録、再生、または消去する場合を説明する。波長４０７ｎｍの半導体レーザー１０１から出射し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、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３を透過し、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、位相補正手段１０５を透過し、１／４波長板１０６を通過し円偏光とされ、開口切換手段１０７では何ら作用を受けずに通過し、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。光記録媒体１０９から反射した光は、前述した実施の形態２の実施例１と同様に、受光素子１１２に至り、各信号が検出される。
【００６６】
また、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に記録、再生、または消去する場合を説明する。ホログラムユニット２０１のレーザーチップ２０１ａから出射された６６０ｎｍの光は、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０２で平行光とされ、青色波長帯域の光は透過し赤色波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム２０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、位相補正手段１０５において所定の位相が付加され、１／４波長板１０６を通過し円偏光とされ、開口切換手段１０７では何ら作用を受けずに通過し、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。前述したように、このときの光記録媒体１０９への実効的開口数は、０．６５程度となる。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。そして、光記録媒体１０９から反射した光は、受光素子１１２に至り、各信号が検出される。
【００６７】
さらに、赤外波長帯域の使用波長７８０ｎｍの光源、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に記録、再生、または消去する場合においては、前述の実施の形態２と同様に開口切換手段１０７においてＮＡ０．５０に制限され、情報の再生、記録あるいは消去が行われ、光記録媒体１０９から反射した光は、受光素子１１２に至り、各信号が検出される。また、図５，図６に示す実施の形態２の光ピックアップにおいても同様である。
【００６８】
本実施の形態３における光ピックアップの構成は、青色，赤色，赤外波長帯域の光の３つの光源を備えたいわゆる３世代互換型の光ピックアップであり、この３世代互換をするにあたり開口切換手段として、３段階の切り換えでなく従来から用いられている２段階の開口切換手段を使用する。
【００６９】
青色波長帯域のＮＡ０．５９〜０．７０の青色系光記録媒体と赤色波長帯域のＮＡ０．５９〜０．６６のＤＶＤ系光記録媒体を、単一の開口で互換できることは実施の形態１で述べた通りである。さらに、本実施の形態３は、開口切換手段を備えることにより、赤外波長帯域のＮＡ０．４４〜０．５１のＣＤ系光記録媒体との互換も可能である。
【００７０】
図１３は、図３と同じ対物レンズで、赤外波長７８０ｎｍ、光記録媒体基板厚１．２ｍｍで通過させたときＮＡ０．４４〜０．５１となる有効径（入射光束径）φ３の範囲を示すものである。この図１３から、例えば、青色波長帯域のＮＡ０．６５の対物レンズでは、φ３として２．７８〜３．１８ｍｍの範囲のいずれかを選定すればよい。
【００７１】
前述の実施の形態２と同様に、各光源に応じて、光束径を切り換える開口変換手段として、波長帯域あるいは偏光方向に応じて、反射，回折，吸収のいずれかの光学特性を利用して光束径の切り換えを行うものであればよい。
【００７２】
図１４（ａ）の青色波長帯域の光束，図１４（ｂ）の赤色波長帯域の光束，図１４（ｃ）の赤外波長帯域の光束の開口切換手段に示すように、光源から出射される各光束の波長に応じて、これを反射によって光束径を切り換える波長選択性反射膜１２０’を用いればよく、具体的には、波長選択性を有する誘電体光学多層膜を用いる。この光の透過特性は、図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す誘電体光学多層膜が施されていない中心部領域の入射光束径φ３では青色波長帯域，赤色波長帯域，赤外波長帯域の光に対して高透過率で、周辺部領域の入射光束径φ３の外周から入射光束径φ１（φ１＝φ２）までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対してのみ高透過率で、赤外波長帯域の光には低透過率となる。
【００７３】
また、開口切換手段としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように回折によって光束径を切り換える波長選択性を有する回折格子を形成した波長選択性回折格子１２１’を用いればよい。図１５（ａ）の青色波長帯域の光束，図１５（ｂ）の赤色波長帯域の光束，図１５（ｃ）の赤外波長帯域の光束における各光束の透過特性は、回折格子が施されていない中心部領域の入射光束径φ３では青色波長帯域，赤色波長帯域，赤外波長帯域の光に対して透過し、周辺部領域の入射光束径φ３の外周から入射光束径φ１（φ１＝φ２）までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回折させる。
【００７４】
さらに、開口切換手段としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように吸収によって光束径を切り換える波長選択性吸収膜１２２’でもよい。
【００７５】
ここまで、各波長に応じて光束径を切り換える開口切換手段について説明したが、光束径の切り換えはこれに限られるものではなく、偏光特性を利用してもよい。すなわち、赤色波長帯域と赤外波長帯域の光の偏光方向が直交するように光源を配置し、この直交する偏光方向に応じて開口を切り換えてもよい。
【００７６】
また、開口切換手段から対物レンズに入射される入射光束径φ１，φ２，φ３において、この光束径の、少なくともいずれか１つは楕円形状であってもよく、また、この楕円形状としては、短軸をタンジェンシャル方向とする楕円形状であってもよい。一般に、対物レンズで集光される光ビームの光束においてエッジ強度が大きいほど、光スポット径は小さく絞られる。とくに、後述する多値記録を行うような場合、ラジアル方向に比べタンジェンシャル方向のスポット径を絞ることによりＳ／Ｎの向上が可能となる。
【００７７】
また、前述の実施の形態１，２，３における青色波長帯域で球面収差が最小となる単一の対物レンズに、図１７に示すような赤色波長帯域の光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体にスポット形成させた場合、あるいは図１８に示すように、赤外波長帯域の光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体にスポット形成させた場合、波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。これを補正するため、この球面収差とは逆極性の球面収差を発生させる位相補正手段を備える。
【００７８】
例えば、赤色（ＤＶＤ）光学系あるいは赤外（ＣＤ）光学系として、対物レンズへの入射ビームを発散状態となる有限系を採用してもよい。ＤＶＤ光学系やＣＤ光学系を有限系とすることは、対物レンズへの入射光束を発散状態あるいは収束状態とすることを意味する。一般に対物レンズへの入射光束の発散状態を変化させることは、球面収差を変化させることと等価であるため、逆極性の球面収差を発生させることが可能となる。
【００７９】
例えば、赤外波長域の光を無限系入射させてＣＤ光記録媒体に集光させたときに発生する球面収差が、図１９（ａ）のごときものであったとする。この球面収差を２次元曲線として示したのが図１９（ｂ）である。このような球面収差に対し、対物レンズへの入射光の発散状態を変化させると、図１９（ｃ）のような球面収差が補正後の球面収差として得られる。もとの球面収差よりも格段に小さくなる。このことから、球面収差を低減可能な発散状態を選べばよい。また、対物レンズと光源の間に、図１，４，５に示すようなコリメートレンズの代わりに光路長を短くするためのカップリングレンズを配置してもよい（図示せず）。
【００８０】
この有限系を構成する光学系に対しては、位相補正手段は作用しない構成であってもよく。例えば、青色波長帯域と赤色波長帯域については無限系で、赤外波長帯域については有限系で入射させ、赤色波長帯域の光に対してのみ所定の位相補正を行う位相補正手段を備える構成であってもよい。
【００８１】
さらに、この位相補正手段として、記録、再生する各光記録媒体に応じて所定の位相量を付加する手段であればよく、静的な手段、動的な手段のいずれでもよい。動的な手段を使用する場合、後述するような光記録媒体の媒体判別手段、または球面収差検知手段、または基板厚検知手段などを設けてこの出力信号に応じた所定の位相を与えればよい。
【００８２】
まず、静的は位相補正手段について説明する。静的な位相補正手段として、例えば、図２０（ａ）に示すようにガラス基板上に同心円状の位相シフタを形成すればよい。同心円状の位相シフタは、光源の波長帯域と、前記開口切換手段の光束径φ１，φ２，φ３に応じて、所定の位相が与えられるものであればよい。すなわち、青色波長帯域の光に対しては何ら作用せず、赤色波長帯域の光に対しては光束径φ２の範囲で図１７に示す球面収差と逆極性の位相を与え、赤外波長帯域の光に対しては光束径φ３の範囲で図１８に示す球面収差と逆極性の位相を与える位相シフタであればよい。
【００８３】
位相シフタは、図２０（ｂ）のように階段状の断面形状を有するもので、このガラス基板の屈折率をｎｉ、隣接する各段の高さの差をｈｉ、点灯する光源の波長をλｉとしたとき、隣接する各段の位相差は（数３）で与えられる。
【００８４】
【数３】
δｉ＝２π（ｎｉ―１）ｈｉ／λｉ
青色波長帯域に対しては常にδ１＝２π、赤色，赤外波長帯域では所定のδ２、δ３を満足するｈｉを選択すればよい。
【００８５】
次に、動的な位相補正手段について説明する。動的な位相補正手段としては、例えば、液晶などの電気光学素子を用いればよい。液晶素子は、図２１（ａ）に示すように、少なくとも一方の透明電極が同心円状に分割され、各同心円帯の電極部分（と共通電極との間）に独立して電圧を印加できるようになっており、前記電圧を制御することにより、各電極部分の液晶の屈折率ｎをｎ１からｎ２まで自在に変えることができる。屈折率ｎを変化させると、各領域を通過する光線に光路差Δｎ・ｄ（Δｎは屈折率変化分、ｄは液晶のセル厚）、すなわち、波長をλとして、位相差Δｎ・ｄ（２π／λ）を与えることができる。
【００８６】
後述する媒体判別手段，球面収差検知手段，基板厚検知手段などにより検出される波長や基板厚に起因して発生する球面収差が、例えば、図１９（ａ）のごときものであったとする。この球面収差を２次元曲線として示したのが図２１（ｂ）の上側の実線部分である。このような球面収差に対し、対物レンズに光源側から入射する光束に、図２１（ｂ）の下側の破線部分に示すような位相差が与えられるように、液晶素子の各同心円帯電極に印加する電圧を調整すると、液晶素子を透過する光束の各部での波面の遅れにより、球面収差を打ち消すことができる。
【００８７】
図２１（ｃ）は、図２１（ｂ）における実線（球面収差）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の球面収差を示す。もとの球面収差（図２１（ｂ）の上側の実線部分）よりも格段に小さくなる。また、この位相補正手段は、青色系光記録媒体の基板厚誤差、２層光記録媒体のレイヤギャップなどに起因する球面収差も併せて補正することが可能である。
【００８８】
この動的な位相補正手段の制御信号としては、媒体判別手段の出力信号を用いればよく、前述の通り、ＤＶＤやＣＤの記録再生時に、この光源からの光束を対物レンズに入射させると、波長や基板厚みの違いに伴う球面収差が発生し、記録面上に形成される光スポットの形状が劣化する。発生する球面収差を打ち消す逆極性の球面収差量を、光記録媒体ごとに予め記憶させておき、媒体判別手段から検知された光記録媒体の種類に応じて、逆極性の球面収差を与えるようにすればよい。録媒体判別手段としては、例えば、光記録媒体挿入時に、青色，赤色，赤外のいずれかの光源を点灯させてフォーカスサーチさせたときの戻り光量レベルなどにより判別する構成などを用いればよい。
【００８９】
また、他の動的な位相補正手段の制御信号としては、球面収差検知手段の出力信号を用いてもよく、前述の通り、ＤＶＤやＣＤの記録再生時に、この光源からの光束を対物レンズに無限系の光束により入射させると、波長や基板厚みの違いに伴う球面収差が発生し、記録面上に形成される光スポットの形状が劣化する。このように発生した収差は戻り光束の波面を歪ませることになり、例えば、図４に示すコリメートレンズ２０２を介して受光素子２０１ｃに向う光束にも収差が発生する。
【００９０】
図２２（ａ）はこの状態を示している。戻り光束に球面収差が発生しているときには、戻り光束の基準波面に対して、光軸中心に同心円状に波面の遅れがあり、基準波面を集光したときの集光点に対し遅れた波面が集光する位置はデフォーカスとなる。そこで、遅れた波面と進んだ波面の差を取り出してフォーカス状態を検出することで球面収差の発生状況を知ることができる。
【００９１】
例えば、図２２（ｂ）に示すように、ホログラム２０１ｂの分割パターンを形成して、分割された各々の光束を検知できるように受光領域が分割された受光素子２０１ｃを準備すればよい。図２２（ｃ）に示すように、ホログラムは光軸直交面内でジッタ方向に対称分割された半分の領域を同心円に内側、外側の２領域に分割されたホログラムとする。受光素子１３０は、ホログラムで回折された各々の光束を検知する２分割の受光素子とする。そして、ホログラム回折光の光点像の移動量を検知して、各受光素子で生成される差分（Ｓａ−Ｓｂ），（Ｓｃ−Ｓｄ）の差分Ｗ１は（数４）
【００９２】
【数４】
Ｗ１＝（Ｓａ−Ｓｂ−Ｓｃ＋Ｓｄ）
が球面収差信号に相当し、Ｗ１＝０で収差がないことを意味する。
【００９３】
また、この方法によれば、光記録媒体や各種光学部品の製造誤差に伴い発生する球面収差も検知できるため、この製造誤差に伴い発生する球面収差も合わせて補正することが可能となる。
【００９４】
また、もう一つ他の動的な位相補正手段の制御信号としては、青色光記録媒体とそれ以外の光記録媒体の違いを判別する手段と、さらに基板厚検知手段を備えてもよい。これにより、青色光記録媒体とＣＤ系光記録媒体、あるいはＤＶＤ系光記録媒体とＣＤ系光記録媒体の違いを確認することが可能となる。基板厚検知手段として、例えば、光記録媒体の光透過層の厚み（光照射側基板厚）を検出する方法としては、光源から出射した光を、対物レンズによって光記録媒体上に集光照射し、反射された戻り光を、光検出器によって受光してフォーカスエラー信号を検出する光学系を用いて、このフォーカスエラー信号のうち、記録層で反射された戻り光による信号と、光透過層の表面で反射された戻り光による信号の時間差を検知することによって、前記光透過層の厚さを検出する方法が挙げられる。この方法によれば、光記録媒体の製造誤差分も検知できるため、製造誤差に伴い発生する球面収差を合わせて補正することが可能となる。
【００９５】
なお、動的な位相補正手段は、さらに球面収差以外の位相補正を行ってもよく、例えば、光記録媒体と対物レンズの相対的な傾きに応じて発生するコマ収差を補正する機能を併せることにより光記録媒体のチルトによるスポット劣化を補正することもできる。
【００９６】
さらに、前述の実施の形態１，２，３における光ピックアップでは、波長４０７ｎｍの光（青色系）と波長６６０ｎｍの光（ＤＶＤ系）をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換できると共に、波長７８０ｎｍの光（ＣＤ系）については直線偏光から円偏光もしくは楕円偏光、あるいはその逆の変換が行える１／４波長板を備えている。
【００９７】
波長４０７ｎｍの光と波長６６０ｎｍの光と波長７８０ｎｍの光をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換できる１／４波長板の構成としては、ある厚さｔにおいて常光線（屈折率ｎｏ）と異常光線（屈折率ｎｅ）の位相差が波長４０７ｎｍと波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの１／４となるような結晶からなる１／４波長板を採用すればよい。すなわち以下の（数５），（数６），（数７）を満たす結晶であればよい。
【００９８】
【数５】
Δｎ１×ｔ＝｛（２ｐ＋１）／４｝×４０７　（ｐ＝０，１…）
Δｎ１；波長４０７ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
【００９９】
【数６】
Δｎ２×ｔ＝｛（２ｑ＋１）／４｝×６６０　（ｑ＝０，１…）
Δｎ２；波長６６０ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
【０１００】
【数７】
Δｎ３×ｔ＝｛（２ｒ＋１）／４｝×７８０　（ｒ＝０，１…）
Δｎ３；波長７８０ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
同様に、波長４０７ｎｍの光と波長６６０ｎｍの光をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換し、波長７８０ｎｍの光については楕円偏光に変換する１／４波長板の構成としては、前記（数５），（数６）の条件を満足すればよい。
【０１０１】
このような特性をもつ１／４波長板を配置することにより、例えば、図４のＣＤ系光記録媒体のホログラムユニット３０１の出射光と光記録媒体１０９からホログラムユニット３０１へ向かう光の偏光方向を直交させられる。このように往路の光と復路の光の偏光方向を直交させることにより半導体レーザー３０１ａへの戻り光によるノイズ発生を防止することが可能となる。
【０１０２】
また、このような特性をもつ１／４波長板を配置することにより、例えば、図１の青色系光記録媒体に対しては偏光ビームスプリッタ１０３と１／４波長板１０６が、組み合わされた偏光分離光学系が実現されており、十分な光量を得られるとともに、半導体レーザー１０１への戻り光によるノイズ発生も低減可能となる。
【０１０３】
また、図１のＤＶＤ系光記録媒体に対しても、ホログラム２０１ｂとして偏光選択性のホログラムを使用することにより偏光分離光学系が実現可能である。
【０１０４】
なお、１／４波長板は前記（数５），（数６），（数７）、あるいは（数５），（数６）を満足する結晶のものに限られない。例えば、有機材料の位相差素子を積層配置させたものをガラス板で挟み込んだ構成であってもよく、あるいは、液晶素子などの電気光学素子を用いてもよい。
【０１０５】
３世代互換を実現する本実施の形態２，３において、図２３（ａ）に示すように、位相補正手段１０５，１／４波長板１０６，開口切換手段１０７、を一体形成してもよい。これにより、組付工程の簡素化が図れる。また、図２３（ｂ）に示すような構成、すなわち、位相補正手段１０５を形成する液晶層を挟むガラス基板の一方を１／４波長板１０６とし、他方のガラス基板に液晶層とは反対側の面に誘電体多層膜を形成した開口切換手段１０７を形成する。あるいは、一方の１／４波長板１０６の液晶層とは反対側の面に誘電体多層膜を形成してもよく、これにより、従来の液晶素子単体のガラス基板，液晶層，ガラス基板を順に接合した構成と同等の素子の厚み，重量により、位相補正手段１０５，１／４波長板１０６，開口切換手段１０７の一体形成を実現できる。
【０１０６】
さらに、前述の位相補正手段１０５，１／４波長板１０６，開口切換手段１０７はアクチュエータ上に設置してもよく、これらの部品をアクチュエータ上に設置し、対物レンズと一体可動させることにより、別体配置させた場合に比べて相対的なシフトやチルトに伴う波面劣化を抑制できる。なお、本実施の形態におけるアクチュエータは２〜４軸のいずれの可動変位であってもよい。すなわち、フォーカス・トラッキングの２方向制御に加えて、ラジアル方向もしくはジッタ方向の１軸周りのチルト制御可能な３軸アクチュエータや、２軸周りのチルト制御可能な４軸アクチュエータを用いてもよい。３軸あるいは４軸アクチュエータで対物レンズの傾きを変化させると、対物レンズへ透過する光束にコマ収差が発生するので、光記録媒体の傾きで発生するコマ収差と相殺するようにすることが可能である。
【０１０７】
図２４は本発明の実施の形態４における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【０１０８】
情報記録再生装置１０は、光記録媒体２０に対して光ピックアップ１１を用いて情報の記録、再生、または消去の少なくともいずれか１以上を行う装置である。本実施の形態３において、光記録媒体２０はディスク状であって、保護ケースのカートリッジ２１内に格納されている。光記録媒体２０はカートリッジ２１ごと、挿入口１２から情報記録再生装置１０に矢印「ディスク挿入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ１３により回転駆動され、光ピックアップ１１により情報の記録、再生、または消去が行われる。
【０１０９】
この光ピックアップ１１として、前述の実施の形態１，２，３に記載の光ピックアップを適宜用いることができる。
【０１１０】
情報記録再生装置１０の大容量化を実現するため、高ＮＡ化、短波長化を行う方法は、信頼性の確保が困難となることは前述した通りであり、前記した（数１）からもわかるように、球面収差はＮＡの４乗で作用するため、その影響は大きくなるが、本実施の形態における光ピックアップは、ＤＶＤ系と比較して波長を短波長化して、ＮＡは従来のＤＶＤ系に近いものを選択してもよいため、信頼性の確保が容易である。
【０１１１】
さらに、本発明の光情報処理装置として、情報の高密度化を図る手段である多値記録技術を用いることで、例えば、青色波長域の使用波長４０７ｎｍ±１０ｎｍ、ＮＡ０．５９〜０．７０によって、光記録媒体上に情報記録密度増倍度Ｐ１の多値記録を行う光情報処理装置であって、条件Ｐ１＞１．８を満足する光情報処理装置である。
【０１１２】
これにより、例えば、２２ＧＢ以上の光情報処理装置をＮＡ０．８５の高ＮＡの対物レンズを用いることなく実現できる。すなわち、光記録媒体への記録容量はスポット径で定まる。ＤＶＤ系光記録媒体（４．７ＧＢ）に比べ、青色波長域の青色系光記録媒体を利用すれば、スポット径比（λ／ＮＡ）２で容量が上げられ、１２ＧＢ相当となる。これに前記条件の多値記録を適用することにより、２２ＧＢ相当が得られる。この結果、変動などに伴うマージンを拡大することができる。対物レンズの焦点深度は、ＮＡの２乗に比例して厳しくなるため、ＮＡ０．８５の対物レンズに比べてＮＡ０．６５のレンズは１．７倍マージンを広げられる。
【０１１３】
前述の多値記録の方法として、例えば、非特許文献２の記載にあるような書き込みレーザー光の強度変化によって、記録マークの大きさを制御する方法などがある。なお、一般に多値記録ではスポット径の大きさを微小変化させるため、チルトやデフォーカスなどの変動に伴うマージンが狭くなるが、前述した対物レンズに入射する光束径を楕円形状として、さらに、短軸をタンジェンシャル方向とする楕円形状とすることで、対物レンズで集光される光ビームの光束のエッジ強度が大きく、光スポット径は小さく絞られる。このラジアル方向に比べタンジェンシャル方向のスポット径を絞ることによって、Ｓ／Ｎの向上が可能となり、十分なマージンを確保した状態で、記録、再生、または消去が行える。
【０１１４】
さらに、本実施の形態の光ピックアップにおいて、光記録媒体の層間距離に起因して生じる球面収差も併せて補正することができることから、光記録媒体として、記録情報面を複数層から構成されるものを用いてもよく、層数に応じて、容量が増すことは言うまでもない。また、光記録媒体として、情報記録面を表裏両面に備えた光記録媒体であってもよく、容量を２倍にすることが可能である。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、開口切換手段を具備することなく青色／ＤＶＤなどの２世代互換、あるいは青色／ＤＶＤ／ＣＤなどの３世代互換をＤＶＤ仕様から大きく設計変更することなく、また３段階でなく２段階の開口切換手段によって可能であり、複数世代の互換を簡素な構成で実現でき、静的または動的な位相補正手段を備えて、青色用対物レンズによりＤＶＤやＣＤの記録、再生を行う場合でも、十分なスポット性能を確保し、高いＳ／Ｎの複数世代互換可能な光ピックアップを、その重量の低下、低コスト化、設計・製造の簡易化が実現でき、また青色波長帯域の光源を使用し、多値記録技術を併用することにより、２２ＧＢ以上の大容量化が可能な光情報処理装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示すブロック図
【図２】ホログラムユニットの拡大図
【図３】同一入射光束径で対物レンズに青色波長と赤色波長の光を通過させたときのＮＡ相関を示す図
【図４】本発明の実施の形態２の実施例１における光ピックアップの概略構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態２の実施例２における光ピックアップの概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態２の実施例３における光ピックアップの概略構成を示すブロック図
【図７】ＤＶＤ用のホログラム面をもつ層とＣＤ用のホログラム面をもつ層を備えたホログラムユニットの拡大図
【図８】（ａ）はＮＡ０．６５となる光束径と波長、（ｂ）は硝種を変化させた使用硝種のｄ線でのφ２／φ１との屈折率ｎｄの関係を示す図
【図９】図８（ａ）と同じ対物レンズにおいて、使用波長６６０ｎｍ、青色と同一光束径φ１＝φ２で使用する系の入射光の物体距離を変化させたときのＮＡ値を示す図
【図１０】（ａ）は青色波長帯域の光束、（ｂ）は赤色波長帯域の光束、（ｃ）は赤外波長帯域の光束の反射型の開口切換手段を説明する図
【図１１】（ａ）は青色波長帯域の光束、（ｂ）は赤色波長帯域の光束、（ｃ）は赤外波長帯域の光束の回折型の開口切換手段を説明する図
【図１２】（ａ）は青色波長帯域の光束、（ｂ）は赤色波長帯域の光束、（ｃ）は赤外波長帯域の光束の吸収型の開口切換手段を説明する図
【図１３】図３と同じ特性の対物レンズにおいてＮＡ０．４４〜０．５１となる入射光束φ３の有効径を示す図
【図１４】（ａ）は青色波長帯域の光束、（ｂ）は赤色波長帯域の光束、（ｃ）は赤外波長帯域の光束の反射型の開口切換手段を説明する図
【図１５】（ａ）は青色波長帯域の光束、（ｂ）は赤色波長帯域の光束、（ｃ）は赤外波長帯域の光束の回折型の開口切換手段を説明する図
【図１６】（ａ）は青色波長帯域の光束、（ｂ）は赤色波長帯域の光束、（ｃ）は赤外波長帯域の光束の吸収型の開口切換手段を説明する図
【図１７】青色波長帯域で球面収差が最小となる単一の対物レンズに赤色波長帯域の光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体にスポット形成させた場合の球面収差を示す図
【図１８】青色波長帯域で球面収差が最小となる単一の対物レンズに赤外波長帯域の光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体にスポット形成させた場合の球面収差を示す図
【図１９】（ａ）は赤外波長域の光を無限系入射させてＣＤ光記録媒体に発生する球面収差、（ｂ）は２次元曲線として表した球面収差、（ｃ）は入射光の発散状態を変化させた補正後の球面収差を示す図
【図２０】（ａ）はガラス基板上に形成した同心円状の位相シフタ、（ｂ）は階段状の断面形状を示す図
【図２１】（ａ）は位相補正手段における液晶素子の同心円状に分割された透明電極、（ｂ）は２次元曲線として表した球面収差、（ｃ）は位相補正手段により補正後の球面収差を示す図
【図２２】（ａ）は戻り光束に球面収差が発生し集光するデフォーカス状態、（ｂ）はホログラムに形成の分割パターン、（ｃ）はホログラムで回折された光束を検知する２分割の受光素子を示す図
【図２３】（ａ）は位相補正手段，１／４波長板，開口切換手段を一体形成した構成、（ｂ）は他の一体形成した構成を示す図
【図２４】本発明の実施の形態４における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図
【符号の説明】
１０　情報記録再生装置
１１　光ピックアップ
１２　挿入口
１３　スピンドルモータ
１４　キャリッジ
２０　光記録媒体
２１　カートリッジ
２２　シャッタ
１０１，２０１ａ，３０１ａ，４０１ａ　半導体レーザー
１０２，２０２，３０２，５０２　コリメートレンズ
１０３　偏光ビームスプリッタ
１０４　偏向プリズム
１０５　位相補正手段
１０６　１／４波長板
１０７　開口切換手段
１０８　対物レンズ
１０９　光記録媒体
１１０　検出レンズ
１１１　光束分割手段
１１２，１３０，２０１ｃ，３０１ｃ　受光素子
１２０，１２０’　波長選択性反射膜
１２１，１２１’　波長選択性回折格子
１２２，１２２’　波長選択性吸収膜
２０１，３０１，４０１，５０１　ホログラムユニット
２０１ｂ，３０１ｂ，４０１ｂ，５０１ｂ　ホログラム
２０３，３０３，５０３　ダイクロイックプリズム
【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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