(57)【要約】【課題】波長変動，波長ばらつきに伴う色収差劣化の小さい大容量の青色系、ＤＶＤ系の２世代、またはＣＤ系を含む３世代互換で、煩雑化や部品点数増加のない光ピックアップを実現する。【解決手段】光ピックアップは、液晶などの電気光学素子を用い同心円状に分割の透明電極と共通電極との間で印加電圧を制御し液晶の屈折率を変化させ透過光を制御する位相補正手段１０５を共用して、光源の中心波長のばらつき，温度変動に伴う波長変動による色収差を補正できる。さらに、１群２枚貼り合わせ型の対物レンズ１０８を備え、発光出力変動に伴う波長変動，マルチモード発光に伴う波長分布による色収差を抑える。また、青色波長帯域の半導体レーザー１０１、赤色波長帯域のホログラムユニット２０１、赤外波長帯域のホログラムユニット３０の各光源に応じて入射光束径を切り換える開口切換手段１０７により複数世代互換ができる。【選択図】　　図５
2004111012.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、記録、再生時における光源の出力変動に伴う波長変動、または雑音低減のため前記光源の波長に拡がりを持たせるマルチモード発光に伴う波長分布に起因して発生する色収差を補正する第１の色収差補正手段と、前記光源の中心波長のばらつき、または温度変動に伴う前記光源の波長変動に起因して発生する色収差を補正する第２の色収差補正手段とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
前記第１の色収差補正手段を、１群２枚の貼り合わせ型の対物レンズとしたことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記第２の色収差補正手段を、対物レンズと光源の間に配置し、光束が透過または反射する際に、光学波面に対して同心円状に異なる位相を付加する補正素子としたことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記第２の色収差補正手段を、対物レンズと光源の間に配置し、対物レンズ入射光の発散状態を変化させる補正素子としたことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記光ピックアップに、光記録媒体の基板厚変動を検知する基板厚誤差検知手段を備え、前記基板厚誤差検知手段からの出力値に応じて、第２の色収差補正手段の補正素子による位相状態、または発散状態を変化させることを特徴とする請求項３または４記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記光ピックアップに、２層以上の情報記録面を有する多層光記録媒体の情報記録面間距離を検知する情報記録面間距離検知手段を備え、前記情報記録面間距離検知手段からの出力値に応じて、第２の色収差補正手段の補正素子による位相状態、または発散状態を変化させることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記光ピックアップに、使用波長または使用開口数の異なる複数種類の光記録媒体における種類を判別する光記録媒体判別手段を備え、
前記光記録媒体判別手段からの出力値に応じて、第２の色収差補正手段の補正素子による位相状態、または発散状態を変化させることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記基板厚誤差検知手段、または情報記録面間距離検知手段、または光記録媒体判別手段を、光記録媒体の情報記録面上で発生する波面収差量を検知する波面収差検知手段としたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記光ピックアップに、対物レンズへの入射光束径を切り換える開口切換手段を備え、前記開口切換手段が、光源の波長帯域に応じて、反射，回折，吸収のいずれかにより前記入射光束径の開口を切り換えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
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、各々波長の異なる複数の光源（波長：λ１，λ２，…λｉ（λ１＜λ２＜…＜λｉ））と、前記光記録媒体に前記光源からの出射光を集光させる対物レンズと、前記各光源と前記対物レンズ間の光路を合成する光路合成手段とを備えた光ピックアップにおいて、
前記波長λ１の光源と前記光路合成手段との間に配置され、前記対物レンズと逆特性の色収差を有する回折素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
前記回折素子が、光源の波長λ１で最適化されてな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】
前記回折素子が、光源と対物レンズ間に光路を構成する他の光学部品と一体化されてなることを特徴とする請求項１０または１１記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
前記他の光学部品が、樹脂層または液晶層を１対のガラス基板または樹脂基板で挟み込んだ素子からなり、前記１対のガラス基板または樹脂基板の少なくとも一方の面に回折面が形成されてなることを特徴とする請求項１２記載の光ピックアップ。
【請求項１４】
前記樹脂層または液晶層を１対のガラス基板または樹脂基板で挟み込んだ素子が、前記ガラス基板の内側に液晶層を挟持し、かつ１対の電極層を有する液晶素子であることを特徴とする請求項１３記載の光ピックアップ。
【請求項１５】
前記回折素子が、ガラス基板または樹脂基板の両面に回折面が形成されてなることを特徴とする請求項１０または１１記載の光ピックアップ。
【請求項１６】
前記回折素子が、一方の面を対物レンズと逆特性の色収差を有する色収差補正面とし、他方の面を光源からの出射光を３つ以上に分離するグレーティング面としたことを特徴とする請求項１５記載の光ピックアップ。
【請求項１７】
前記回折素子が、一方の面を対物レンズと逆特性の色収差を有する色収差補正面とし、他方の面を光記録媒体からの戻り光を偏向させるホログラム面としたことを特徴とする請求項１５記載の光ピックアップ。
【請求項１８】
前記回折素子が、一方の面を対物レンズと逆特性の色収差を有する色収差補正面とし、他方の面を光源からの出射光のビーム径を拡大あるいは縮小させるビーム整形面としたことを特徴とする請求項１５記載の光ピックアップ。
【請求項１９】
請求項１〜１８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１以上を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【請求項２０】
前記光記録媒体に対して、青色波長帯域の光源光、開口数０．５９〜０．８６により、または赤色波長帯域の光源光、開口数０．５９〜０．６６により、または赤外波長帯域の光源光、開口数０．４５〜０．５５により情報の記録，再生，消去の少なくとも１以上を行うことを特徴とする請求項１９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において、特に、色収差を補正する手段を備えた光ピックアップ及び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上のデータを保存する手段として、記録容量０．６５ＧＢのＣＤ系、記録容量４．７ＧＢのＤＶＤ系などの光記録媒体が普及している。そして、近年、さらなる記録密度の向上及び大容量化の要求が強くなっている。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（以下、ＮＡという）を大きくすること、または、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、光記録媒体上に集光，形成されるビームスポットの小径化が有効である。
【０００３】
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（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及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０．６０よりもさらに大きく、または、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。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１０８６９５号公報
【特許文献２】
特開平９−３１８８７３号公報
【特許文献３】
特開２００１−３３７２６９号公報
【特許文献４】
特開２００１−３１９３６８号公報
【特許文献５】
特開平７−３１１３３７号公報
【特許文献６】
特開平８−６２４９６号公報
【特許文献７】
特開平９−３１１２７１号公報
【特許文献８】
特開２００１−１３４０６号公報
【非特許文献１】
（社）応用物理学会　日本光学会　光設計研究グループ　監修「回折光学素子入門」オプトロニクス社、平成９年５月２０日発行、ｐ．２０−２１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような短波長半導体レーザーを用いたシステムは、波長変動により対物レンズで生じる色収差が許容できないという課題がある。この短波長で色収差が大となることについては２つの原因が考えられる。第１の原因は、一般の対物レンズは短い波長を取り扱う場合、微小な波長の変動に対して屈折率の変化が大となり、焦点の移動量であるデフォーカス量が大となることである。第２の原因は、光記録媒体のさらなる高密度化、大容量化とともに対物レンズで収束される収束スポットの径を極力小とする必要があるが、対物レンズの焦点深度ｄは（数１）で表されるように、取り扱う波長が短いほど焦点深度ｄが小となり、僅かなデフォーカスさえも許されないことである。
【０００６】
【数１】
ｄ＝λ／（ＮＡ）２
ただし、λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数
前述のような色収差を発生させる主な要因として、以下の４点が挙げられる。
▲１▼　光源の中心波長のばらつき
▲２▼　温度変動に伴う光源の波長変動
▲３▼　記録／再生時のような光源の発光出力変動に伴う波長変動
▲４▼　マルチモード発光に伴う波長分布
以上の各項目について、説明する。
▲１▼　光源の中心波長は、一般に製造ロット間で±１０ｎｍ程度ばらつきを有する。これは活性層の組成比のばらつきによるものである。
▲２▼　また光源の発振波長は、温度変動によっても変化する。温度が上がるとバンド間エネルギーが小さくなることに伴い長波長側へシフトする。ＧａＮ（ガリウム窒素）系の青色波長帯域の半導体レーザーでは０．０５ｎｍ／℃程度の温度依存性を有する。
▲３▼　光源の発振波長は、発光出力によっても変化する。発光出力の小さい再生パワー・消去パワーから、発光出力の大きい記録パワーへ変化すると、ＧａＮ系の青色波長帯域の半導体レーザーでは、波長が０．５ｎｍ程度変動する。
▲４▼　また、光ピックアップでは、光源光をマルチモード化して波長（スペクトラム）に拡がりを持たせて、低ノイズ化する手法が利用されているが、このような波長分布も色収差の原因である。ＧａＮ系の青色波長帯域の半導体レーザーを数百ＭＨｚで変調させた場合、０．８ｎｍ程度の波長分布を持つ。
【０００７】
以上▲１▼〜▲４▼の色収差の要因は、対物レンズを光軸方向に調整するフォーカスサーボの追従性から大きく２つに分けられる。すなわち、フォーカスサーボの動作が追いつく（ｍｓｅｃオーダー）波長ばらつき・波長変動である▲１▼及び▲２▼、そして、フォーカスサーボの動作が追いつかない▲３▼及び▲４▼である。後者のフォーカスサーボが追いつかない色収差が存在すると、フォーカスサーボが応答して、ディスクが波長に応じた焦点位置へくるまでの間、デフォーカスが生じて書き込み不良、再生不良、トラッキング不良等の不具合が生じる。
【０００８】
このような色収差に対する対策として、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている、正の屈折力を持つレンズと負の屈折力を持つレンズを貼り合わせたレンズ群を対物レンズの前段に配置する構成、あるいは特許文献４に記載されているような回折素子を対物レンズの前段に配置する構成がある。しかしながら、このような補正素子を配置することは、ピックアップの重量増加、部品点数増加に伴う組付煩雑化・コストアップなどの課題がある。
【０００９】
このような課題に対して、対物レンズ自体で色収差を補償する構成が提案されている。例えば、特許文献５、特許文献６、特許文献７に開示されているような単レンズ構成の対物レンズの片側に回折面を成形させる方法と、特許文献８（図３５参照）に開示されているような１群２枚貼り合わせ型の対物レンズを用いる方法がある。
【００１０】
しかしながら、前者の回折面を設けたレンズは光記録媒体へ向かう透過率が１割程度ロスする課題がある。また、後者の１群２枚貼り合わせレンズは、色収差補正効果はあるものの、発明者らによる実施例の計算によれば、レンズ重量が３００ｍｇと非常に重く、アクチュエータへ搭載するためには、搭載する光学部品の重量が１５０ｍｇ以下程度である必要があり不可能である。また、特許文献８のレンズ重量を軽減する方法として、レンズ有効径そのものを小さくする方法が考えられるが、実際には、レンズの偏芯などの変動に弱くなること、対物レンズと光記録媒体の間隔であるワーキングディスタンスが小さくなってしまうなどの副作用があることから、有効径は３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ程度であることが望ましく、重量を軽減する手段にはならない。
【００１１】
以上に述べた、前記の色収差を発生させる▲１▼光源の発振波長のばらつき、▲２▼温度変動に伴う光源の波長変動、▲３▼記録／再生時のような光源の発光出力変動に伴う波長変動、▲４▼マルチモード発光に伴う波長分布の主な要因による光ピックアップの色収差を抑制し、光記録媒体上に最良の盤面スポットを確保することを課題とし、さらに、色収差の補正手段として、光ピックアップ上への部品点数を増加させず、光利用効率を十分に確保し、アクチュエータ性能を劣化させることのないことが課題として挙げられる。
【００１２】
また、前述のような機能を実現するにあたり、光ピックアップの大型化、高コスト化を招くことなく、すなわち、各機能の集約、小型化が他の課題として挙げられる。
【００１３】
さらには、前述した高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。これらの光記録媒体と前述の新規格による光記録媒体を共に同一の光情報処理装置で取り扱えることが望ましい。これを実現する最も簡単な方法としては、従来の光ピックアップと、新規格による光ピックアップを搭載する方法がある。
【００１４】
しかしながら、この方法では、小型化、低コスト化を達成することは難しく、これら青色波長帯域を用いた大容量世代と、既存のＤＶＤ、あるいはＣＤ世代との互換を行う必要があり、従来の光記録媒体との互換性が課題として挙げられる。
【００１５】
本発明は、前記従来技術の課題を解決することに指向するものであり、波長変動，波長ばらつきに伴う収差劣化の小さい大容量の光情報処理装置、及びこの光ピックアップを実現するとともに、青色系、ＤＶＤ系の２世代、あるいは、青色系、ＤＶＤ系、ＣＤ系の３世代互換を可能とし、かつ煩雑化することなく、さらに部品点数を増加させることなく実現する光ピックアップ及び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。
【００１６】
【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、記録、再生時における光源の出力変動に伴う波長変動、または雑音低減のため光源の波長に拡がりを持たせるマルチモード発光に伴う波長分布に起因して発生する色収差を補正する第１の色収差補正手段と、光源の中心波長のばらつき、または温度変動に伴う光源の波長変動に起因して発生する色収差を補正する第２の色収差補正手段とを備えた構成によって、第１の色収差補正手段と、第２の色収差補正手段により２種類の機能別に分配して色収差を補正でき、各手段の性能確保が容易にできる。
【００１７】
また、請求項２に記載の光ピックアップは、請求項１の光ピックアップにおいて、第１の色収差補正手段を、１群２枚の貼り合わせ型の対物レンズとした構成によって、光源の出力変動に伴う波長変動、またはマルチモード発光に伴う波長分布に起因し発生の色収差を補正でき、また、第２の色収差補正手段によって色収差を補正するため、軽量な対物レンズができる。
【００１８】
また、請求項３，４に記載の光ピックアップは、請求項１の光ピックアップにおいて、第２の色収差補正手段を、対物レンズと光源の間に配置し、光束が透過または反射する際に、光学波面に対して同心円状に異なる位相を付加する補正素子としたこと、または、対物レンズ入射光の発散状態を変化させる補正素子とした構成によって、光源の中心波長のばらつき、または温度変動に伴う波長変動に起因して発生の色収差を補正できる。
【００１９】
さらに、請求項５〜８に記載の光ピックアップは、請求項３，４の光ピックアップにおいて、光記録媒体の基板厚変動を検知する基板厚誤差検知手段を備え、この基板厚誤差検知手段からの出力値に応じて、また２層以上の情報記録面を有する多層光記録媒体の情報記録面間距離を検知する情報記録面間距離検知手段を備え、この情報記録面間距離検知手段からの出力値に応じて、また使用波長または使用開口数の異なる複数種類の光記録媒体における種類を判別する光記録媒体判別手段を備え、この光記録媒体判別手段からの出力値に応じて、第２の色収差補正手段の補正素子による位相状態、または発散状態を変化させること、さらに、基板厚誤差検知手段、または情報記録面間距離検知手段、または光記録媒体判別手段を、光記録媒体の情報記録面上で発生する波面収差量を検知する波面収差検知手段とした構成によって、専用の補正手段を設けることなく、光源の中心波長のばらつき、または温度変動に伴う波長変動に起因して発生の色収差を補正することができる。
【００２０】
また、請求項９に記載の光ピックアップは、請求項１〜８の光ピックアップにおいて、対物レンズへの入射光束径を切り換える開口切換手段を備え、開口切換手段が、光源の波長帯域に応じて、反射，回折，吸収のいずれかにより入射光束径の開口を切り換える構成によって、色収差を補正して青色系記録媒体とＤＶＤ系記録媒体，ＣＤ系記録媒体との互換性を得ることができる。
【００２１】
また、請求項１０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、各々波長の異なる複数の光源（波長：λ１，λ２，…λｉ（λ１＜λ２＜…＜λｉ））と、光記録媒体に光源からの出射光を集光させる対物レンズと、各光源と対物レンズ間の光路を合成する光路合成手段とを備えた光ピックアップにおいて、波長λ１の光源と光路合成手段との間に配置され、対物レンズと逆特性の色収差を有する回折素子を備えた構成によって、波長λ１の光源において高効率の光学系を構築し、光記録媒体の高速記録／再生することができる。
【００２２】
また、請求項１１に記載の光ピックアップは、請求項１０の光ピックアップにおいて、回折素子が、光源の波長λ１で最適化されてなる構成によって、波長λ１の光源を用いる光源において高効率の光学系を構築し、さらに光記録媒体の高速記録／再生することができる。
【００２３】
また、請求項１２に記載の光ピックアップは、請求項１０，１１の光ピックアップにおいて、回折素子が、光源と対物レンズ間に光路を構成する他の光学部品と一体化されてなる構成によって、小型化及び組み付けの簡素化を図ることができる。
【００２４】
また、請求項１３，１４に記載の光ピックアップは、請求項１２の光ピックアップにおいて、他の光学部品が、樹脂層または液晶層を１対のガラス基板または樹脂基板で挟み込んだ素子からなり、１対のガラス基板または樹脂基板の少なくとも一方の面に回折面が形成されてなること、さらに、ガラス基板の内側に液晶層を挟持し、かつ１対の電極層を有する液晶素子である構成によって、小型化及び組み付けの簡素化を図ることができる。
【００２５】
また、請求項１５に記載の光ピックアップは、請求項１０，１１の光ピックアップにおいて、回折素子が、ガラス基板または樹脂基板の両面に回折面が形成されてなる構成によって、さらに小型化及び組み付けの簡素化を図ることができる。
【００２６】
また、請求項１６〜１８に記載の光ピックアップは、請求項１５に光ピックアップにおいて、回折素子が、一方の面を対物レンズと逆特性の色収差を有する色収差補正面とし、他方の面を光源からの出射光を３つ以上に分離するグレーティング面としたこと、または、他方の面を光記録媒体からの戻り光を偏向させるホログラム面としたこと、または、他方の面を光源からの出射光のビーム径を拡大あるいは縮小させるビーム整形面とした構成によって、組付簡素化、素子構成の簡略化及び光学系を小型化することができる。
【００２７】
また、請求項１９に記載の光情報処理装置は、請求項１〜１８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１以上を行うことができる。
【００２８】
また、請求項２０に記載の光情報処理装置は、請求項１９の光情報処理装置において、光記録媒体に対して、青色波長帯域の光源光、開口数０．５９〜０．８６により、または赤色波長帯域の光源光、開口数０．５９〜０．６６により、または赤外波長帯域の光源光、開口数０．４５〜０．５５により情報の記録，再生，消去の少なくとも１以上を行うことができる。
【００２９】
【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。
【００３０】
図１は本発明の実施の形態１の実施例１における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」を記録、再生、または消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施例１における光ピックアップの要部は、図１に示すように、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、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から構成されている。
【００３１】
光ピックアップにおける光学系の動作は、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が、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、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、情報の記録、再生、または消去が行われる。
【００３２】
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、集光レンズ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。
【００３３】
図２は本実施の形態１の実施例２における光ピックアップの概略構成を示す図で、前記実施の形態１の実施例１とは、位相補正手段１０５に代えてエキスパンダ１１３を使用した点が異なり、その他の構成は実施例１と同じである。
【００３４】
図３は本実施の形態１の実施例３における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を共に記録、再生、または消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【００３５】
また、本実施例３における光ピックアップの要部は、図３に示すように、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、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、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系光学系から構成されている。
【００３６】
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。さらに、対物レンズ１０８は、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」で最良の波面を形成するように設計されている。
【００３７】
光ピックアップにおける光学系の動作として、まず、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」を記録、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を通過し円偏光とされ、開口切換手段１０７を経て対物レンズ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、情報の記録、再生、または消去が行われる。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、集光レンズ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。
【００３８】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。近年、ＤＶＤ系のピックアップには受発光素子を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ようになっている。図４に示すように、ホログラムユニット２０１は、半導体レーザー２０１ａ、ホログラム２０１ｂ及び受光素子２０１ｃを一体化して構成される。
【００３９】
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、開口切換手段１０７を経て対物レンズ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。こうして形成されたスポットにより、情報の記録、再生、または消去が行われる。
【００４０】
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。
【００４１】
図５は本実施の形態１の実施例４における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を共に記録、再生、または消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【００４２】
本実施例４における光ピックアップの要部は、図５に示すように、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系光学系から構成されている。
【００４３】
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ないし３つの光学系の共通部品である。また実施の形態１の実施例３と同様に、対物レンズ１０８は、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」で最良の波面を形成するように設計されている。
【００４４】
光ピックアップにおける光学系の動作として、まず、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」を記録、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、情報の記録、再生、または消去が行われる。
【００４５】
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、集光レンズ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。
【００４６】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。ＤＶＤ系のピックアップには受発光素子を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ていることは前述と同様であり、図５に示すホログラムユニット２０１は、半導体レーザー２０１ａ、ホログラム２０１ｂ及び受光素子２０１ｃを一体化して構成されている。
【００４７】
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、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、情報の記録、再生、または消去が行われる。
【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２０３で反射され、コリメートレンズ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。
【００４９】
引き続き、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。ＤＶＤ系と同様にＣＤ系の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５に示すホログラムユニット３０１は、半導体レーザー３０１ａ、ホログラム３０１ｂ及び受光素子３０１ｃを一体化して構成される。
【００５０】
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で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、情報の記録、再生、または消去が行われる。
【００５１】
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、コリメートレンズ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。
【００５２】
本実施の形態１においては、光ピックアップを示す各図の対物レンズ１０８として、１群２枚貼り合わせ型対物レンズを用いている。以下に、本実施の形態１で用いている１群２枚対物レンズの具体例を、アパーチュア、光ピックアップ用対物レンズ、光照射側基板の配置状態を示す図６を用いて説明する。
【００５３】
図６において、１０８ａはアパーチュア、１０８は対物レンズ、１０９ａは光記録媒体の光照射側基板（厚さ：０．６ｍｍ）を表すものとする。光源側（図６の左側）からの光束は「平行光束」としてアパーチュア１０８ａの開口（有効径：３．９ｍｍ）を通過し、光ピックアップ用対物レンズ１０８に入射し、対物レンズ１０８により集光光束とされ、光記録媒体の光照射側基板１０９ａを透過して記録面（光照射側基板１０９ａの右側面）に合致し光スポットを形成する。
【００５４】
ここで、対物レンズ１０８を、開口数をＮＡ、焦点距離をｆ、レンズ材質のｄ線に対する屈折率及びアッベ数をｎｄ及びνｄで表し、また、レンズ面の非球面形状は、光軸方向の座標：Ｘ、光軸直交方向の座標：Ｙ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，…を用いて、周知の非球面式を（数２）で表し、Ｒ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・を与えて形状を特定する。
【００５５】
【数２】
Ｘ＝（Ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｙ／Ｒ２｝＋ＡＹ４＋ＢＹ６＋ＣＹ８＋ＤＹ１０＋ＥＹ１２＋ＦＹ１４＋ＧＹ１６＋ＨＹ１８＋ＪＹ２０＋・・
この対物レンズ１０８においては、使用波長：４０７ｎｍであり、ＮＡ：０．６５，ｆ：３．０ｍｍ，ｎｄ＝１．６９３５０，νｄ＝５３．２とｎｄ＝１．９２２８６，νｄ＝２０．９の２種類の硝材から構成される。
【００５６】
具体的データを（表１）に示す。
【００５７】
【表１】
2004111012.tif 000003
【００５８】
また、表中の記号は、以下のとおりである。
【００５９】
ＯＢＪは物点（光源としての半導体レーザー）を意味するが、対物レンズ１０８は無限系であり、曲率半径：ＲＤＹ及び厚さ：ＴＨＩのＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）は光源が無限遠にあることを意味する。また、ＳＴＯはアパーチュア１０８ａの面であり、その曲率半径はＩＮＦＩＮＩＴＹで、厚さは設計上「０」としている。また、特に断らない限り、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【００６０】
Ｓ１は対物レンズ１０８の光源側面、Ｓ２は２枚のレンズの貼り合わせ面、Ｓ３は光記録媒体側面を意味する。Ｓ１〜Ｓ３の間隔、すなわち、レンズの肉厚は２．１９３２４７ｍｍであり、Ｓ３の欄の曲率半径の右側に記載された厚さ：１．４３８３４９ｍｍはワーキングディスタンスを示す。
【００６１】
Ｓ４は光記録媒体１０９ａの光照射側基板の光源側面、ＩＭＧは同記録面に合致した面であり、これらの面Ｓ４，ＩＭＧの間隔、すなわち、光照射側基板厚は０．６ｍｍ、ｎｄ＝１．５１６３３０、νｄ＝６４．１である。ＥＰＤ：入射瞳径はアパーチュア１０８ａの開口の有効径（３．９ｍｍ）を表し、ＷＬ：波長は使用波長（４０７ｎｍ）を表す。
【００６２】
なお、非球面係数の表示において、例えば、「Ｄ：０．２７８２２１Ｅ−０５」とあるのは、「Ｄ＝０．２７８２２１×１０−５」を意味する。他の表示においても同様である。また、１群２枚の貼り合わせ型対物レンズは、第１面を非球面とし、光記録媒体に対向する第３面を非球面または球面または平面とし、貼り合わせ面である第２面を球面とする構成が生産上、望ましい構成である。
【００６３】
ここで、図７（ａ）に示す単玉対物レンズ１０８’において、以下の特性を有し、使用波長が中心波長の４０７ｎｍから変化したときの収差劣化を図７（ｂ），（ｃ）に示す。
【００６４】
入射光束径　　　：　３．９ｍｍ
硝種　　　　　　：　ＢａＣＤ５（ＨＯＹＡ社製）
光記録媒体基板厚：　０．６ｍｍ
図７（ｂ）は各波長でベストフォーカス位置となる位置での波面収差を示す図であり、図７（ｃ）は波長４０７ｎｍでのベストフォーカス位置に固定（デフォーカス調整しない場合）したときの波面収差を示す図である。すなわち、フォーカスサーボの動作が追いつく（ｍｓｅｃオーダー）▲１▼光源の発振波長のばらつき、及び▲２▼温度変動に伴う発振波長の変化に伴う収差劣化の様子は、図７（ｂ）よりわかる。そしてフォーカスサーボの動作が追いつかない▲３▼記録／再生時のような光源の発光出力変動に伴う波長変動、及び▲４▼マルチモード発光に伴う波長分布の様子は図７（ｃ）よりわかる。
【００６５】
前記フォーカスサーボの動作が追いつく（ｍｓｅｃオーダー）▲１▼波長ばらつき，▲２▼波長変動は、前述のとおり±１０ｎｍ程度見込む必要がある。また、フォーカスサーボの動作が追いつかない▲３▼波長変動，▲４▼波長分布は、マージンも含めると±１ｎｍ程度見込む必要がある。
【００６６】
これに対して、波面収差の目標値は、これらの波長変化を、一般に無収差と見なせる収差の限界値である、マレシャルの基準値０．０７λ以下に抑える必要がある。すなわち、任意に設定した中心波長の±１０ｎｍの範囲でフォーカス調整後の波面収差が０．０７λ以下という第１の条件と、任意に設定した中心波長の±１ｎｍの範囲で波面収差が０．０７λ以下という第２の条件を満足する必要がある。
【００６７】
すなわち、図７（ａ）に示す単玉対物レンズ１０８’では、フォーカスサーボの動作が追いつかない▲３▼波長変動、▲４▼波長分布が目標値０．０７λを満足できていないため、スポットぼけが生じ、結果信号の記録／再生特性が劣化してしまう。
【００６８】
また、図８は、波長変動に伴い劣化する波面収差の様子を示す図である。光軸中心に対称な偶数次の形状となっている。このような光軸中心に対称な収差を補正する具体的な手段について説明する。補正手段としては大きく２種類ある。対物レンズ入射光に同心円状の位相を与える方法と、対物レンズ入射光の発散状態を変化させる方法である。
【００６９】
まず、対物レンズ入射光に同心円状の位相を与える方法について説明する。対物レンズ入射光に、同心円状に位相を与えることは、同心円状に波面の位相を進退できるため、光学系全体で発生する光軸中心に対称な収差と逆極性の収差を与えることが可能となる。例えば、発生する収差が、図８の如きものであったとする。この波面収差を２次元曲線として示したのが図９（ａ）の上側の実線部分である。このような波面収差に対し、対物レンズに光源側から入射する光束に、図９（ａ）の下側の破線部分に示すような位相が与えられると、補正手段を透過する光束の各部での波面の遅れによって、この収差を打ち消すことができる。図９（ｂ）は、図９（ａ）における実線（波面収差）と破線（収差補正手段による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面収差を示す。もとの波面収差（図９（ａ）の上側の実線部分）よりも格段に小さくなる。
【００７０】
また、対物レンズ入射光の発散状態を変化させる収差補正手段を用いてもよい。対物レンズ入射光の発散状態を変化させることは、光軸中心に対称な収差を発生させることと等価であるため、光学系全体で発生する光軸中心に対称な収差と、逆極性の収差を発生させることが可能となる。例えば、発生する光軸中心に対称な収差が、図８の如きものであったとする。この波面収差を２次元曲線として示したのが図１０（ａ）である。このような波面収差に対し、対物レンズへの入射光の発散状態を変化させると、図１０（ｂ）のような波面収差が補正後の波面収差として得られる。これにより、もとの波面収差よりも格段に小さくなる。
【００７１】
これらの手段を利用することにより、フォーカスサーボが追いつく▲１▼波長ばらつき，▲２▼波長変動に起因した波面劣化を補正することは可能である。
【００７２】
一方、フォーカスサーボが追いつかない▲３▼波長変動、▲４▼波長分布に起因した波面劣化を補正する手段としては、特許文献８に開示されているようなアッベ数の異なる凸レンズと凹レンズの貼り合わせレンズを用いればよい。
【００７３】
図１１は、中心波長４０７ｎｍでのベストフォーカス位置に固定された場合の波長変動と波面収差の関係を示す図である。図１１における破線はＮＡ０．６５、有効径３．９ｍｍの単玉対物レンズ１０８’（図７（ａ）参照）における図７（ｂ）に示す波面収差と同じ関係に相当し、実線は本実施の形態１の同劣化量を示す。単玉対物レンズ１０８’に比べ、±１ｎｍ程度の波長変動があっても波面劣化は０．０７λ以下で、十分に色収差が抑制されている。
【００７４】
また、図６に示す対物レンズ１０８の重量は、約８５ｍｇ程度であり、特許文献８の記載に比べ軽量な対物レンズ１０８が実現できる。これは、フォーカスサーボが追従できる波長ばらつき，波長変化に対しては、後述する位相補正手段など別手段を流用することにより補正するため、レンズの肉厚を薄くしても性能が確保できるためである。さらに、凸レンズと凹レンズの貼り合わせレンズにおいて、アッベ数が３０以上異なる硝種を用いれば、色収差補正能力は十分に確保できる。
【００７５】
前述したように、本実施の形態１の対物レンズ１０８には、アクチュエータが追従不可能な波長変動に伴う色収差を抑制する効果がある。一方、別の波長変動の要因として、▲１▼光源の発振波長のばらつき、▲２▼温度変動に伴う光源の波長変動などがある。本実施の形態１では、位相補正手段１０５、あるいはエキスパンダ１１３を具備しているため、これらの手段により、▲１▼光源の発振波長のばらつき、▲２▼温度変動に伴う色収差も抑制することが可能である。また、これらの補正手段は、波面収差検知手段などの出力信号に応じて所定の位相、あるいは可動量を与えることにより十分な補正が可能となる。
【００７６】
次に、位相補正手段１０５として、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１２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、印加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。
【００７７】
後述する波面収差検知手段で検出される波長や基板厚に起因して発生する波面収差が、例えば、図８の如きものであったとする。この波面収差を２次元曲線として示したのが図９（ａ）の上側の実線部分である。このような波面収差に対し、対物レンズ１０８に光源側から入射する光束に、図９（ａ）の下側の破線部分に示すような位相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波面収差を打ち消すことができる。図９（ｂ）は、図９（ａ）における実線（波面収差）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面収差を示す。もとの波面収差（図９（ａ）の上側の実線部分）よりも格段に小さくなる。
【００７８】
図１３は、図６の対物レンズ１０８のフォーカス調整後の波長変化に伴う波面収差の様子を示すものであるが、位相補正手段を用いることにより、各波長で最良の波面が得られる（図１３に示す中で、▲１▼位相補正オフ→▲２▼位相補正オン）。
【００７９】
ところで、対物レンズのＮＡ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波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波面収差は、一般的に（数３）で与えられる。
【００８０】
【数３】
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は光源の波長を意味する。
【００８１】
この（数３）から、短波長、高ＮＡほど波面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、特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。このような課題から、高ＮＡ化あるいは短波長化が図られた光ピックアップでは、この波面収差を抑制する手段が設置されている。
【００８２】
同様に、光源光照射面に情報記録面を２層以上形成された光記録媒体の各層間距離（スペーサ厚）も波面収差の原因となる。このスペーサ厚は、青色系の世代では３０μｍ前後が想定されており、波面収差の補正が必要である。なお、このような２層以上の記録層を有する光記録媒体は大容量化のための有効な手段であることは言うまでもない。
【００８３】
さらに、青色波長帯域で波面収差最小となる対物レンズに、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を形成させた場合、あるいは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を形成させた場合、波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う波面収差、色収差が発生する。このようなことから従来の光記録媒体との互換を図る場合、収差補正手段の設置が必要となる。
【００８４】
そして、これらの収差はいずれも光軸中心に対称な収差であり、その形状は図８に示す波長変化に伴う収差劣化と同様である。よって、前述の基板厚誤差用の収差補正手段、多層光記録媒体のスペーサ用の収差補正手段、従来の光記録媒体との互換用の収差補正手段を、波長変化用の収差補正手段と共用利用することが可能である。なお、各光記録媒体の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媒体種別を判別する構成などを用いればよい。
【００８５】
このことから、本実施の形態１における位相補正手段１０５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（スペーサ）などに起因する波面収差も併せて補正する。すなわち、図６に示す中心波長４０７ｎｍの対物レンズ１０８に、波長４１７ｎｍの光を入射させたときの波面収差（断面図）は図１４に示すような形状である。一方、同対物レンズ１０８で光記録媒体の厚みが０．０３ｍｍずれたときの波面収差（断面図）は図１５のようになる。いずれの収差も光軸中心に対称な偶数次の形状を示す、よって、前述の位相補正手段１０５を用いれば、これら両収差を補正することができる。
【００８６】
また、本実施の形態１の位相補正手段１０５は、ＤＶＤ系光記録媒体やＣＤ系光記録媒体などの従来の光記録媒体に集光させたときに発生する波面収差も併せて補正することが可能である。すなわち、図６に示す中心波長４０７ｎｍ／光記録媒体基板厚０．６ｍｍ／ＮＡ０．６５の対物レンズを用いて、波長６６０ｎｍ／基板厚０．６ｍｍ／ＮＡ０．６５で集光させたとき、波長７８０ｎｍ／基板厚１．２ｍｍ／ＮＡ０．５０で集光させたときの波面収差（断面図）を図１６にそれぞれ示す。図１４，図１５と同様に光軸中心に対称な偶数次の形状である。よって、前述の位相補正手段１０５を用いれば、これら異なる光記録媒体に光ビームを集光させたときに発生する波面収差も合わせて補正することができる。
【００８７】
また、本実施の形態１では、位相補正手段１０５の制御信号として、波面収差検知手段の出力信号を用いている。図８に示すとおり、波長変動、波長ばらつきがあると色収差が発生し、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、図１に示す検出レンズ１１０を介して受光素子１１２に向かう光束にも収差が発生する。図１７はこの状態を示している。戻り光束に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波面収差の発生状況を知ることができる。
【００８８】
例えば、光束分割手段１１１としてホログラムを用いた場合、図１８に示すようにホログラム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１１２を準備すればよい。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１１２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を（数４）により求め、この（数４）が収差信号に相当する。
【００８９】
【数４】
Ｗ１＝（Ｓａ−Ｓｂ−Ｓｃ＋Ｓｄ）
Ｗ１＝０で収差がないことを意味する。
【００９０】
また、本実施の形態１は、位相補正手段１０５の代わりに、図２に示すようなエキスパンダ１１３を用いてもよい。エキスパンダ１１３は、２枚のレンズと、これらレンズの間隔を調整する間隔調整手段（図示せず）とにより構成されている。２枚のレンズは一方が正レンズ、他方が負レンズで、図２の例では負レンズが光源側に配置されているが、正レンズを光源側に配置してもよい。構成する正・負レンズの間隔を変化させると、対物レンズ１０８へ透過する光束に光軸中心に対称な収差が発生するので、この光軸中心に対称な収差によって波長変化に伴う色収差を相殺するようにする。
【００９１】
前記収差検出方法により検出された収差が、例えば、図８の如きものであったとする。この波面収差を２次元曲線として示したものが図１０（ａ）である。このような波面収差に対し、対物レンズ１０８に光源側から入射する光束中で正・負レンズの間隔を変化させて、対物レンズ１０８への入射光の発散状態を変化させると、図１０（ｂ）のような補正後の波面収差として得られる。もとの波面収差よりも格段に小さくなる。
【００９２】
次に、本発明の実施の形態２における実施例１の対物レンズへの入射光束を切り換える開口切換手段について説明する。前記実施の形態１における実施例３の光ピックアップは、青色波長帯域の光、ＤＶＤ用赤色波長帯域の光の２光源を備えた、いわゆる２世代互換型光ピックアップであり、また、実施の形態１における実施例４の光ピックアップは、青色波長帯域の光、ＤＶＤ用赤色波長帯域の光、ＣＤ用赤外波長帯域の光の３光源を備えた、３世代互換型光ピックアップである。
【００９３】
ところで、これらの複数世代用の光ピックアップはその世代に応じて、使用ＮＡが異なる。ＣＤ系光記録媒体のＮＡは０．４５〜０．５５の範囲に定められ、使用波長７８０±２０ｎｍ、基板厚１．２±０．０３ｍｍである。また、ＤＶＤ系光記録媒体のＮＡは０．５９〜０．６６の範囲に定められ、使用波長６６０±２０ｎｍ、基板厚０．６±０．０３ｍｍである。そして、青色波長帯域を用いた光ピックアップについては、ＮＡ０．６５からＮＡ０．８５のいずれかの領域に設定される方向にある。
【００９４】
すなわち、点灯光源に応じて、ＮＡを切り換える必要があり、このＮＡの切り換えは、対物レンズへ入射する光束径を切り換えることにより行う。光束径切換手段として、例えば、開口切換手段を用いて、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。
【００９５】
以下に、図５に示す光ピックアップの構成を参照して、青色系光記録媒体に対してはＮＡ０．７０、ＤＶＤ系光記録媒体にはＮＡ０．６５、ＣＤ系光記録媒体にはＮＡ０．５０により記録、再生を行う場合における開口切換手段について説明する。
【００９６】
図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、本実施例１における開口切換手段１０７としては、光源から出射される光束の波長に応じて、反射によって光束径を切り換える手段を用いる。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。図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）の開口切換手段１０７における光の透過特性は、誘電体光学多層膜が施されていない中心部領域φ３では青色波長帯域、赤色（ＤＶＤ系）波長帯域、赤外（ＣＤ系）波長帯域の光に対して高透過率で（図１９（ｃ）参照）、次の周辺部領域φ３〜φ２（φ３の外周から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（図１９（ｂ）参照）、さらに周辺部領域φ２〜φ１（φ２の外周からφ１までの領域）では、青色波長帯域に対してのみ高透過率で、赤外波長帯域、赤色波長帯域の光には低透過率である（図１９（ａ）参照）。
【００９７】
また、本実施例１の開口切換手段１０７として、光源から出射される光束の波長に応じて、図２０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように回折によって光束径を切り換える手段でもよい。具体的には波長選択性を有する回折格子を形成してやればよい。図２０（ａ），（ｂ），（ｃ）の光の透過特性は、回折格子が施されていない中心部領域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、次の周辺部領域φ３〜φ２（φ３の外周から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、周辺部領域φ２〜φ１（φ２の外周からφ１までの領域）では、青色波長帯域の光に対しは作用せず、赤色波長帯域、赤外波長帯域の光について回折させる。
【００９８】
さらに、本実施例１の開口切換手段１０７としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）のように吸収によって光束径を切り換える手段でもよい。
【００９９】
なお、本実施例１において、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、本実施例１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。
【０１００】
図２２（ａ），（ｂ）は本実施の形態２の実施例２における対物レンズの前段に配置される位相補正手段１０５，１／４波長板１０６，開口切換手段１０７を一体形成した複合素子を示す図である。これにより、組付工程の簡素化を図ることができる。また、図２２（ｂ）に示す構成によって、すなわち、ガラス基板，位相補正手段（液晶層），１／４波長板の順に一体形成され、ガラス基板の表面もしくは１／４波長板の表面に開口切換手段が形成されていてもよい。これにより、例えば、液晶素子単体は、ガラス基板、液晶層、ガラス基板を順に接合した構成であるが、それと同等の素子厚み、素子重量を軽減できる。
【０１０１】
さらに本実施例１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（図示せず）上に設置してもよい。これらの部品をアクチュエータ上に設置し、対物レンズ１０８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、相対的なシフトやチルトに伴う波面劣化を抑制できる。
【０１０２】
なお、本実施例１のアクチュエータは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軸アクチュエータにより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が、光記録媒体の傾きにより発生するコマ収差と相殺することが可能である。
【０１０３】
図２３（ａ）は本発明の実施の形態３の実施例１における「使用波長４００ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を共に記録、再生、または消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【０１０４】
本実施例１における光ピックアップの要部は、青色波長帯域（波長４００ｎｍ）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、回折素子１１４、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、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より構成される波長４００ｎｍ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、１／４波長板１０６、開口切換手段１０７、対物レンズ１０８から構成される波長６６０ｎｍの光が通過するＤＶＤ系光学系と、ホログラムユニット３０１、カップリングレンズ３０２’、ダイクロイックプリズム３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、開口切換手段１０７、対物レンズ１０８から構成される波長７８０ｎｍの光が通過するＣＤ系光学系から構成されている。
【０１０５】
すなわち、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、開口切換手段１０７、対物レンズ１０８は２ないし３つの光学系の共通部品である。ここで、対物レンズ１０８は、「使用波長４００ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」に対し、無限系で波面収差が最小になるように設計されている。
【０１０６】
また、本実施例１における光記録媒体は、光記録媒体１０９ａ，１０９ｂ及び１０９ｃはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体で、光記録媒体１０９ａは基板厚さが０．６ｍｍの青色系光記録媒体で、光記録媒体１０９ｂは基板厚さが０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体で、光記録媒体１０９ｃは基板厚さが１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体である。記録、再生、または消去時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【０１０７】
光ピックアップにおける光学系の動作として、まず、「使用波長４００ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。波長４００ｎｍ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を透過し、後述する回折素子１１４の第１面である色収差補正面より入射し、回折素子１１４の第２面であるグレーティング面で３つの光ビーム（０次光であるメインビームと、±１次光のサイドビーム）に分岐され、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、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１０９ａ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、または消去が行われる。光記録媒体１０９ａ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、集光レンズ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。
【０１０８】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。近年、ＤＶＤのピックアップには受発光素子を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ようになっている。図４に示すように、ホログラムユニット２０１は、半導体レーザー２０１ａ、ホログラム２０１ｂ及び受光素子２０１ｃを一体化して構成される。
【０１０９】
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、波長４００ｎｍの光は透過し波長６６０ｎｍ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、１／４波長板１０６を通過し円偏光あるいは楕円偏光とされ、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１０９ｂ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、または消去が行われる。
【０１１０】
光記録媒体１０９ｂ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。
【０１１１】
引き続き、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。ＤＶＤ系と同様にＣＤ系の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２３（ａ）において、ホログラムユニット３０１は、半導体レーザー３０１ａ、ホログラム３０１ｂ及び受光素子３０１ｃを一体化して構成される。
【０１１２】
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、カップリングレンズ３０２’で所定の発散状の光ビームに変換され、青色と赤色波長域の光は透過し赤外波長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、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でＮＡ０．５０に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９ｃ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、または消去が行われる。光記録媒体１０９ｃ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、カップリングレンズ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。
【０１１３】
以下に、本実施例１に用いられている一方の面に色収差補正用パターン、他方の面にグレーティング用パターンの各面を有する回折素子１１４の具体的な構成、機能について説明する。
【０１１４】
いま、図２４（ａ）に示すような単玉レンズよりなる対物レンズ１０８において、以下の特性を有し、
入射光束径　　　：　φ３．９ｍｍ
屈折率　　　　　：　１．６２５
光記録媒体基板厚：　０．６ｍｍ
使用波長が、中心波長の４００ｎｍから変化したときの収差劣化を図２４（ｂ）に示す。すなわち、発明が解決しようとする課題に記述したフォーカスサーボの動作が追いつかない▲３▼記録／再生時のような光源の発光出力変動（一般に０．５ｎｍ程度）に伴う波長変動、及び▲４▼マルチモード発光に伴う波長分布（一般に０．８ｎｍ程度）により、図２４（ｂ）のような波面劣化が生じる。
【０１１５】
波面収差の目標値は、これらの波長変化を、一般に無収差と見なせる収差の限界値である、マレシャルの基準値０．０７λ以下に抑える必要がある。すなわち、図２４（ａ）の単玉対物レンズでは、目標値０．０７λを満足できていないため、スポットぼけが生じ、結果信号の記録／再生特性が劣化してしまう。
【０１１６】
図２５（ａ）は波長変動に伴い劣化する波面収差の様子を示す図であり、光軸中心に対称な偶数次の形状となっている。このような単玉対物レンズの色収差を抑制するために、本実施例１では、回折素子１１４（図２３（ａ）参照）を用いている。回折素子は、例えば非特許文献１にあるように、通常のガラスの分散と逆の分散を有する結果、対物レンズ１０８と回折素子１１４の屈折率ｆと分散ｎが、色消しの条件である（数５）を満足し、
【０１１７】
【数５】
Σｆν＝０
対物レンズ１０８と回折素子１１４の組み合わせにより、波長変動による影響を軽減できる。
【０１１８】
回折素子１１４の一方の第１面である色収差補正面では、波長４００ｎｍの光に対して＋１次回折し、対物レンズ１０８と逆の色収差を有し、対物レンズ１０８により青色系光記録媒体１０９ａ上に集光される光ビームは波長変動が生じても無収差で集光される。図２６（ａ）は回折素子の色収差補正面側の平面を、図２６（ｂ）は断面を示す図である。ここで、本実施例１における色収差補正面は、ある波長で最適化（ブレーズ化）されて構成される。回折素子１１４においては、例えば非特許文献１にあるように、入射光の全エネルギーが射出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が、回折素子１１４で理想的な形状とされるキノフォーム形状（鋸歯状）では、ある波長で最適化（ブレーズ化）されると、その波長での回折効率は理論的に１００％になり、また、これを階段近似した形状であっても９０％以上の回折効率が得られる。
【０１１９】
このようなブレーズ化を本実施例１では、青色光学系に特化して行うことができる構成としている。すなわち、回折素子１１４をＤＶＤ系やＣＤ系の光路と共用する光路に配置せず、青色系専用の光路に配置した構成であるため、青色光学系の効率をロスすることなく、青色／ＤＶＤ／ＣＤ系の３波長対応の光ピックアップを実現している。
【０１２０】
次に、対物レンズと色収差補正面の具体的な数値構成と光学的性能とを説明する。特に、ここでは簡単のため、対物レンズと回折素子に限定して説明し、対物レンズと回折素子も実際よりも近い配置とし、実際の構成においては対物レンズと回折素子の間には、前述する各種の光学部品が配置され構成される。
【０１２１】
まず、図２４（ａ），（表２）を用いて、対物レンズ１０８と回折素子１１４の色収差補正面について説明する。本実施例１の対物レンズ１０８は、波長４００ｎｍで波面最小となるように設計された対物レンズであり、開口数をＮＡ（ＮＡ：０．６５）、焦点距離をｆ（ｆ：３ｍｍ）、波長４００ｎｍにおいての屈折率をｎ（ｎ＝１．６２５）として表す。
【０１２２】
また、レンズ面の非球面形状は、光軸方向の座標：Ｘ、光軸直交方向の座標：Ｙ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，…を用いて、周知の非球面式を（数６）で表し、Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・を与えて形状を特定する。
【０１２３】
【数６】
Ｘ＝（Ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｙ／Ｒ２｝＋ＡＹ４＋ＢＹ６＋ＣＹ８＋ＤＹ１０＋ＥＹ１２＋ＦＹ１４＋ＧＹ１６＋ＨＹ１８＋ＪＹ２０＋・・
また、（表２）に具体的データを示す。
【０１２４】
【表２】
2004111012.tif 000004
【０１２５】
また、表中の記号は、以下のとおりである。
【０１２６】
ＯＢＪは物点（光源としての半導体レーザー）を意味するが、対物レンズ１０８は無限系であり、曲率半径：ＲＤＹ及び厚さ：ＴＨＩのＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）は光源が無限遠にあることを意味する。また、ＳＴＯは開口切換手段の開口制限面であり、その曲率半径はＩＮＦＩＮＩＴＹで、厚さは設計上「０」としている。また、特に断らない限り、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【０１２７】
Ｓ１は回折素子１１４の光源側面である色収差補正面、Ｓ２は光記録媒体側面でありグレーティング面であるが、ここでは省略する。Ｓ４は対物レンズ１０８の光源側面、Ｓ５は光記録媒体側面を意味する。レンズの肉厚は１．７ｍｍであり、Ｓ５の欄の曲率半径の右側に記載された厚さ：１．４２３９９ｍｍはワーキングディスタンスを示す。Ｓ７は光記録媒体１０９ａの光照射側基板の光源側面、ＩＭＧは同記録面に合致した面であり、これらの面Ｓ７，ＩＭＧの間隔、すなわち、光照射側基板厚は０．６ｍｍ、ｎ＝１．６２３である。ＥＰＤ：入射瞳径は開口切換手段の開口径（３．９ｍｍ）を表し、ＷＬ：波長は使用波長（４００ｎｍ）を表す。なお、非球面係数の表示において、例えば「Ｄ：−．２００９９３Ｅ−０４」とあるのは、「Ｄ＝―０．２００９９３×１０−４」を意味する。
【０１２８】
続いて、（表３）を用いて、回折素子１１４の色収差補正面の数値構成を示す。回折素子１１４の光源側面に形成された干渉縞のパターンによる光路長の位相付加量φは、光軸からの高さｈ、ｎ次（偶数次）の光路差関数係数Ｐｉ、回折次数ｍ、波長λを用いて、（数７）により定義される光路差関数φ（ｈ）により表される。
【０１２９】
【数７】
φ（ｈ）＝（Ｃ１ｈ２＋Ｃ２ｈ４＋Ｃ３ｈ６＋…）×ｍ×λ
付加量φは、軸上の光路長に対して光路長が長くなる方向を正として表す。なお、本実施例１の回折素子１１４に形成された同心円状の干渉縞のパターンは、１次回折光を利用するよう設計されている。ただし、いずれの次数の回折光を利用するかは任意であり、例えば、２次回折光を利用することもできる。光路差関数係数Ｃｉは、（表３）に示されるとおりとなる。
【０１３０】
【表３】
2004111012.tif 000005
【０１３１】
図２５（ｂ）には、色収差補正を行う回折素子１１４を備えたときの波面収差の様子を示す。図２５（ａ）に対して、波長変動に伴う形状劣化が見られない。同様に波長−波面収差の関係を図２４（ｃ）に示す。この図２４（ｃ）においても、図２４（ｂ）に示すような波面収差の劣化が見られない。以上のことから、波長変化が生じても良好なスポットを確保することが可能となっている。
【０１３２】
また、回折素子１１４の他方の第２面であるグレーティング面は、直線状の矩形ピッチからなる回折格子が形成されてなり、光源からの光ビームを３つ以上に分割する。分割された光ビームは、対物レンズのチルトやシフトの影響を受けないトラックエラー信号である差動プッシュプル信号の生成や、ＲＦ信号に重畳する隣接トラックからのノイズの抑制（クロストークキャンセル）や、複数のトラックを同時に記録／再生するマルチリード／マルチライトなどのよく知られた方法に用いられる。
【０１３３】
以下に、青色光学系においてトラックエラー信号生成方法として差動プッシュプル法を用いた場合を例として説明する。これは１つの光ビームでプッシュプル信号を生成する場合に比べ、対物レンズのシフトやチルトによる影響を受けないメリットがある。図２３（ａ），（ｂ）に示す半導体レーザー１０１からの出射光束は、回折素子１１４の第２面により３本の光ビームに分けられ、光記憶媒体１０９ａ上で集光・反射され、それぞれの光ビームに対応した３つ受光領域からなる受光素子１１２に達し、トラックエラー信号が検出される。回折素子１１４により生じた３本の光ビームは図２７に示すように、光記憶媒体１０９ａ上で両サイドビームＢｓをメインビームＢｍに対し、半径方向にトラックピッチ（Ｔｐ）の半分だけずらして配置する。メインとサイドのそれぞれのスポット１〜３に対し、プッシュプル信号ＴＥ１，ＴＥ２，ＴＥ３を検出し、その差動ＴＥ　ＤＰＰをとる方法である。次の（数８）に示すとおりである。
【０１３４】
【数８】
ＴＥ１＝Ｅ１−Ｆ１　（メインのスポット１のプッシュプル信号）
ＴＥ２＝Ｅ２−Ｆ２　（サイドのスポット２のプッシュプル信号）
ＴＥ３＝Ｅ３−Ｆ３　（サイドのスポット３のプッシュプル信号）
ＴＥ　ＤＰＰ＝ＴＥ１−（１／２）・（ＴＥ２＋ＴＥ３）
この差動プッシュプル法によれば、メインビームＢｍのプッシュプル信号とサイドビームＢｓのプッシュプル信号は、共に対物レンズ１０８の光の光軸に対する軸ずれや対物レンズ１０８と光記憶媒体１０９ａの相対的なチルトによるオフセット量が等しいため、これらによるオフセット発生をキャンセルできる。
【０１３５】
なお、一般に差動プッシュプル法においては、サイドビームＢｓをＴｐ／２の位置に配置するためにグレーティング面を光軸中心に回転調整するが、第１面の色収差補正面は光軸中心に同心円状のパターンであり、何ら問題なく回転調整が行える。
【０１３６】
以上のように、本実施例１においては、図２３（ｂ）に示すような回折素子１１４として、一方の第１面に色収差補正面、他方の第２面にグレーティング面が形成されてなる。これにより、組付工程の簡素化、部品の小型化、低コスト化、重量の低減ができる。
【０１３７】
図２８（ａ）は本実施の形態３の実施例２における光ピックアップの概略構成を示す図である。前記実施の形態３の実施例１と構成が異なる点は、青色系光路も光源と受光素子と光路分離手段を単一パッケージに収めたホログラムユニット４０１を使用するとともに、図２８（ｂ）に示すように、ホログラム４０１ｂの第１面のホログラム面と対向する第２面に色収差補正面を設けている。
【０１３８】
このような構成により、ホログラムユニットを用いる系においても、組付簡素化、素子構成の簡略化を図れる。また、ホログラム４０１ｂは光記録媒体からの戻り光が受光素子面に良好に集光されるように組付時において回転調整されるが実施の形態３における実施例１と同様、本実施例２においても、この点は問題ない。
【０１３９】
図２９（ａ）は本実施の形態３の実施例３における光ピックアップの概略構成を示す図である。前記実施の形態３の実施例１と構成が異なる点は、回折素子１１４’として、光源側の一方の第１面はビーム整形機能を有し、他方の第２面は前記実施の形態３の実施例１，２で説明した色収差補正機能を有している。
【０１４０】
ここで、ビーム整形機能を実施する機構に関して説明する。半導体レーザー１０１はその活性層に平行な軸と垂直な軸によって拡がり角が異なる光ビームを出射する。従って、コリメートレンズ１０２によって平行にされた光束の光軸に垂直な断面における強度分布は楕円形状となり、多くの半導体レーザー１０１から出射された光ビームにおいてはその比が１：２以上である。この楕円形状の強度分布を略円形に整形するための手段として、ビーム整形プリズムが知られている。
【０１４１】
図３０にビーム整形プリズムを用いた光ピックアップ装置の一例を示す。プリズム２１１の水平方向に傾いた面２１１ａに対し水平方向が短い楕円形状の光ビームを入射させ、この面２１１ａで屈折させることにより水平方向を拡げている。面２１１ａにおける屈折では、図３０の紙面に対し垂直な方向の光ビームの幅は変わらないので、楕円形状の光ビームの強度分布は整形され、略円形の強度分布を得ることができる。強度分布が略円形となった光ビームは、対物レンズ１０８によって集光される。この構成においては、略円形に整形された光ビームを光記憶媒体１０９に照射できるので、スポット径を小さくでき、かつ、より円形のスポットが得られるので、高記録密度の光記憶媒体の記録、再生に適した光ピックアップ装置を実現できる。
【０１４２】
しかしながら、このようなプリズム２１１は光学系のサイズアップを招くことになる。そこで、本実施例３では、ビーム整形機能を回折素子１１４’に担わせることにより、光学系の小型化を果たす。さらにその回折素子１１４’の対向する面には、これまで説明してきた色収差補正機能も備えて構成する。
【０１４３】
ビーム整形用の回折パターンとしては、図２９（ｂ）に示すように同心楕円状のパターン面を用意すればよい。
【０１４４】
以上のような構成により、ビーム整形機構が必要な構成においても、組付簡素化、素子構成の簡略化を図ることができる。
【０１４５】
図３１は本実施の形態３の実施例４における光ピックアップの概略構成を示す図である。前記実施の形態３の実施例１と構成が異なる点は、位相補正を行う液晶素子１１５のガラス基板上に、前記実施の形態３の実施例１，２，３で説明した色収差補正機能を有し、回折素子１１４に代えて配置している。
【０１４６】
前述してきた回折素子１１４，１１４’は、アクチュエータが追従不可能な波長変動に伴う色収差を抑制する効果がある。一方、別の波長変動の要因として、▲１▼光源の発振波長のばらつき、▲２▼温度変動に伴う光源の波長変動などがある。本実施例４では、前述した液晶素子１１５を具備しているため、▲１▼光源の発振波長のばらつき、▲２▼温度変動に伴う色収差も抑制することが可能である。
【０１４７】
本実施例４における液晶素子１１５は、前記実施の形態１の位相補正手段１０５（図６参照）において説明したように、図１２に示すような、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間に独立した電圧が印加できる。この電圧を制御することで、各電極部分の液晶の屈折率：ｎをｎ１　からｎ２まで自在に変えて、屈折率ｎを変化させると、各領域の通過光線に光路差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。
【０１４８】
上述のような波長変動に起因して発生する収差が、例えば、図８の如きものであったとする。この波面収差を２次元曲線として示したのが図３２（ａ）の上側の実線部分である。このような波面収差に対し、対物レンズ１０８に光源側から入射する光束に、図３２（ａ）の下側の破線部分に示すような位相が与えられるように、液晶素子１１５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１１５を透過する光束の各部での波面の遅れにより波面収差を打ち消すことができる。図３２（ｂ）は、図３２（ａ）における実線（波面収差）と破線（液晶素子１１５による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面収差を示す。もとの波面収差（図３２（ａ）の上側の実線部分）よりも格段に小さくなる。
【０１４９】
また、図３３は本実施例４の液晶素子の概略構成を示す断面図であり、図３３に示す液晶素子１１５は、ガラス基板１ａ，１ｂが、導電性スペーサ２により接着され液晶セルを形成している。ガラス基板１ａの内側表面には、内側表面から電極４ａ、絶縁膜５、配向膜６の順に、またガラス基板１ｂの内側表面には、内側表面から電極４ｂ、絶縁膜５、配向膜６の順に被膜され、そして、ガラス基板１ａの外側表面に回折素子面４０が形成される。
【０１５０】
以上のような構成により、アクチュエータが追従できる波長変動に伴う波面劣化を抑制できる光学系においても、組付簡素化、素子構成の簡略化を図れる。
【０１５１】
図３４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。
【０１５２】
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，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４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により情報の記録や再生、あるいは消去が行われる。
【０１５３】
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。
【０１５４】
以上の各実施の形態においては、説明を簡単とするため、波長として代表的な数値（４００ｎｍ，６６０ｎｍ，７８０ｎｍ等）に限定して述べてきたが、本発明は、以下のような各光記録媒体が規格として定める範囲
青色波長帯域：波長３９７ｎｍ〜４１７ｎｍ
赤色波長帯域：波長６５０ｎｍ〜６７０ｎｍ
赤外波長帯域：波長７７０ｎｍ〜７９０ｎｍ
に適用することが可能である。
【０１５５】
同様に、開口数：ＮＡにおいても代表的な数値（０．６５，０．５０等）に限定して述べてきたが、これらも
青色系光記録媒体のＮＡ　：０．５９〜０．８６
ＤＶＤ系光記録媒体のＮＡ：０．５９〜０．６６
ＣＤ系光記録媒体のＮＡ　：０．４５〜０．５０
の範囲に適用することができる。
【０１５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、色収差補正手段として、光源の記録／再生動作時の発光出力の変化に伴う波長変動、またはマルチモード発光時の波長分布に伴う色収差（フォーカスサーボが追従不可能な波長変化に伴う波面収差劣化）を補正する第１の色収差補正手段と、光源の中心波長のばらつき、または温度変動による光源の波長変動に伴う色収差（フォーカスサーボが追従可能な（ｍｓｅｃオーダー）波長変化に伴う波面収差劣化）を補正する第２の色収差補正手段とを備えて、各種変動に伴う色収差を補正でき、さらに第２の色収差補正手段は、光記録媒体の基板厚誤差に対する収差補正、多層光記録媒体の情報記録面間距離に対する収差補正、使用波長及び基板厚の異なる他世代の光記録媒体に対する収差補正を行う素子と共用でき、部品点数を増加させることなく色収差を補正すことができ、また、第１の色収差補正手段と同機能の回折素子を、他の光学部品と一体形成、集約化してより光ピックアップの小型化、低コスト化、組付の簡素化を図り、かつ回折素子を青色系光源と光路合成手段間に配置して、青色系の波長で最適化した高効率光学系を構築し、これによって光記録媒体の高速回転、すなわち高速記録／再生を実現することが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の実施例１における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１の実施例２における光ピックアップの概略構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態１の実施例３における光ピックアップの概略構成を示す図
【図４】本実施の形態１の光ピックアップに用いられるホログラムユニットの拡大図
【図５】本発明の実施の形態１の実施例４における光ピックアップの概略構成を示す図
【図６】本実施の形態１のアパーチュア、光ピックアップ用対物レンズ、光照射側基板の配置状態を示す図
【図７】（ａ）は単玉対物レンズ、光照射側基板の配置状態、（ｂ）はフォーカスサーボが追従でき、（ｃ）はフォーカスサーボが追従できない波長劣化に伴う波面劣化の特性を示す図
【図８】波長変動に伴い劣化する波面収差の様子を示す図
【図９】（ａ）は波面収差を実線、入射光を変化させる位相を破線の２次元曲線として示し、（ｂ）は補正後の波面収差を示す図
【図１０】（ａ）は波面収差、（ｂ）は対物レンズへの入射光の発散状態を変化させ、補正後の波面収差を示す図
【図１１】中心波長４０７ｎｍでのベストフォーカス位置に固定された場合の波長変動と波面収差の関係を示す図
【図１２】位相補正手段の電気光学素子として用いた液晶の電極パターンを示す図
【図１３】対物レンズのフォーカス調整後の波長変化に伴う波面収差の様子を示す図
【図１４】中心波長４０７ｎｍの対物レンズに、波長４１７ｎｍの光を入射させたときの波面収差を示す図
【図１５】中心波長４０７ｎｍの対物レンズで光記録媒体の厚みが０．０３ｍｍずれたときの波面収差を示す図
【図１６】中心波長４０７ｎｍ／光記録媒体基板厚０．６ｍｍ／ＮＡ０．６５の対物レンズを用いて、波長６６０ｎｍ／基板厚０．６ｍｍ／ＮＡ０．６５で集光させたとき、波長７８０ｎｍ／基板厚１．２ｍｍ／ＮＡ０．５０で集光させたときの波面収差を示す図
【図１７】検出レンズを介して受光素子に向かう光束に発生する波面収差を示す図
【図１８】光束分割手段（ホログラム）の分割パターンを形成し、分割光束を検知する受光領域を分割した受光素子を示す図
【図１９】本発明の実施の形態２の実施例１における（ａ）は青色波長帯域、（ｂ）は赤色波長帯域、（ｃ）は赤外波長帯域の透過光を反射により光束径を切り換える開口切換手段を示す図
【図２０】本発明の実施の形態２の実施例１における（ａ）は青色波長帯域、（ｂ）は赤色波長帯域、（ｃ）は赤外波長帯域の透過光を回折により光束径を切り換える開口切換手段を示す図
【図２１】本発明の実施の形態２の実施例１における（ａ）は青色波長帯域、（ｂ）は赤色波長帯域、（ｃ）は赤外波長帯域の透過光を吸収により光束径を切り換える開口切換手段を示す図
【図２２】本発明の実施の形態２の実施例２における（ａ）は対物レンズの前段に配置される位相補正手段，１／４波長板，開口切換手段を一体形成した複合素子、（ｂ）は簡素化した複合素子を示す図
【図２３】本発明の実施の形態３の実施例１における（ａ）は光ピックアップの概略構成、（ｂ）は回折素子の第１，第２面を示す図
【図２４】（ａ）は回折素子と対物レンズと光記録媒体との具体的な配置構成、（ｂ）は対物レンズのみ配置した波面収差、（ｃ）は回折素子と対物レンズを配置した波面収差を示す図
【図２５】（ａ）は波長変動に伴い劣化する波面収差、（ｂ）は色収差補正を行う回折素子を備えたときの波面収差の様子を示す図
【図２６】（ａ）は回折素子の色収差補正面側の平面、（ｂ）は断面を示す図
【図２７】回折素子により生じた３本の光ビームを用いた差動プッシュプル法を説明する図
【図２８】本発明の実施の形態３の実施例２における（ａ）は光ピックアップの概略構成、（ｂ）は回折素子の第１，第２面を示す図
【図２９】本発明の実施の形態３の実施例３における（ａ）は光ピックアップの概略構成、（ｂ）は回折素子の第１，第２面を示す図
【図３０】ビーム整形プリズムを用いた光ピックアップの一例を示す図
【図３１】本発明の実施の形態３の実施例４における光ピックアップの概略構成を示す図
【図３２】（ａ）は波面収差を実線、入射光を変化させる位相を破線の２次元曲線として示し、（ｂ）は補正後の波面収差を示す図
【図３３】本実施の形態３の実施例４における液晶素子の概略構成を示す断面図
【図３４】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
【図３５】従来の１群２枚貼り合わせ型の対物レンズを示す図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ　ガラス基板
２　導電性スペーサ
３　液晶
４ａ，４ｂ　電極
５　絶縁膜
６　配向膜
７　電極引出部
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
２０　光記録媒体
２１　カートリッジ
４０　回折素子面
１０１，２０１ａ，３０１ａ　半導体レーザー
１０２，２０２，３０２　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
１０８’　単玉対物レンズ
１０８ａ　アパーチュア
１０９　光記録媒体
１０９ａ　光照射側基板
１１０　検出レンズ
１１１　光束分割手段
１１２，２０１ｃ，３０１ｃ　受光素子
１１３　エキスパンダ
１１４，１１４’　回折素子
１１５　液晶素子
２０１，３０１，４０１　ホログラムユニット
２０１ｂ，３０１ｂ，４０１ｂ　ホログラム
２０３，３０３　ダイクロイックプリズム
２１１　プリズム
２１１ａ　面
３０２’　カップリングレンズ
【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】
2004111012.tif 000031
【図２７】
2004111012.tif 000032
【図２８】
2004111012.tif 000033
【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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