(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、
前記光記録媒体の記録密度が大きい順に第１，第２，第３の光記録媒体として、前記第１の光記録媒体に対応した第１の波長λ１を有する第１の光束を出射する第１の光源と、前記第２の光記録媒体に対応した第２の波長λ２を有する第２の光束を出射する第２の光源と、前記第３の光記録媒体に対応した第３の波長λ３を有する第３の光束を出射する第３の光源と、前記第１〜第３の光束を前記第１〜第３の光記録媒体の各記録面に集光させ、波長λ１の光束に対して収差が最小になるように設計された単一の対物レンズと、前記対物レンズと前記第１〜第３の光源の間に設けた収差補正手段とを備え、
前記光源の第１，第２，第３の波長はλ１＜λ２＜λ３の関係であり、
前記収差補正手段は、一面に回折構造が形成された回折面を有し、該回折面に光束が通過する光線有効径内で、少なくとも３つの同心円状の領域に分割した領域のうち中心側から順に、２つの領域のそれぞれで断面形状が凹凸形状で溝深さの異なる回折構造を形成され、
中心領域に形成した前記回折構造は、波長λ１の光束を回折せずに波長λ２，波長λ３の光束を回折し、前記波長λ２の光束の最大回折角より前記波長λ３の光束の最大回折角の方が大きい回折面を設けてなり、
前記収差補正手段は、平行光として入射する前記波長λ２、λ３の光束を発散方向に回折させ、前記波長λ２、λ３の光束が前記対物レンズへ入射するときに発生する収差と、基板厚・波長の違いにより発生する収差を、互いに逆極性にすることで収差補正することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
請求項１記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、波長λ１，λ２，λ３の光束により最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ11，Ｎ12，Ｎ13とするとき、次の条件
｜Ｎ11｜＜｜Ｎ12｜＜｜Ｎ13｜
が成り立つことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
請求項１または２記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、波長λ１，λ２の光束により最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ21，Ｎ22とするとき、次の条件
｜Ｎ21｜＜｜Ｎ22｜
が成り立つことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、
前記回折構造の回折光における次数Ｎ11，Ｎ12，Ｎ13と次数Ｎ21，Ｎ22とは次数の符号が逆であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
請求項２記載の光ピックアップであって、
前記回折光の次数Ｎ11，Ｎ12，Ｎ13が、「Ｎ11＝０，Ｎ12＝−１，Ｎ13＝−２」であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
請求項３記載の光ピックアップであって、
前記回折光の次数Ｎ21，Ｎ22が、「Ｎ21＝０，Ｎ22＝＋１」であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】
請求項１または２記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、波長λ１，λ２の光束により最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ21，Ｎ22とするとき、「Ｎ21＝０，Ｎ22＝−１」であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心領域および中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、前記各階段形状の傾斜方向が、中心領域と中心から２番目の領域では逆になることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
請求項１〜６，８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、前記各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるように形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
請求項１〜６，８，９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、前記各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが高くなるように形成したことを特徴とする光ピックアップ。 
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さを、
「波長λ１の光束に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、
波長λ２の光束に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ２の位相差、
波長λ３の光束に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−２）／Ｍ）λ３の位相差、
ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」
を付与する寸法に設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１２】
請求項１１記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状であり段数Ｍを「４」としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１３】
請求項１〜６，８〜１２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さを、
「波長λ１の光束に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、
波長λ２の光束に対しては、（Ｎ２＋１／Ｍ）λ２の位相差、
波長λ３の光束に対しては、（Ｎ３・Ｍ）λ３の位相差、
ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」
を付与する寸法に設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１４】
請求項１３記載の光ピックアップであって、
前記回折構造は階段形状であり段数Ｍを「５」としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１５】
請求項１，２，７のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さを、
「波長λ１の光束に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、
波長λ２の光束に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ２の位相差、
波長λ３の光束に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ３の位相差、
ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」
を付与する寸法に設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１６】
請求項１５記載の光ピックアップであって、
前記回折構造は階段形状であり段数Ｍを「３」としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、回折構造を形成した領域は、階段形状であり、中心から２番目の領域の溝深さが、中心領域より低いことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心から３番目の領域を平坦部としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心から３番目の領域に光軸方向の厚さが異なる段差を形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、波長λ２の光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差と、波長λ３の光束が第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とを打ち消すように、前記回折構造に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、波長λ２の光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消すように、前記回折構造に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
対物レンズは、最も記録密度の大きい第１の光記録媒体に対して、波長λ１の光束により収差が最小になるように設計したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面の回折構造を対物レンズの面上に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２４】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面を設けた収差補正手段の前記回折面と反対側の面に波長板を形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面の回折構造を樹脂材料により構成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記回折面を有する収差補正手段の外形形状を前記回折面と同心円の円形状としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２７】
記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光情報処理装置であって、
請求項１〜２６のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報処理装置に用いられる光ピックアップに係り、特に、光源の波長または光記録媒体の透明基板厚が異なることで、記録密度が異なる３種類の光記録媒体に対して情報を記録，再生する際に、互換性を有する光ピックアップおよび光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０．６５ＧＢのＣＤ、記録容量４．７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上および大容量化の要求が強くなっている。
【０００３】
このような光記録媒体の記録密度を向上させる手段としては、光記録媒体に情報の書き込みまたは読み出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（以下、ＮＡという）を大きくすること、あるいは、光源の波長を短くすることにより、この対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットを小径化することが有効である。
【０００４】
そこで、例えば「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０．５０、光源の波長が７８０ｎｍとされているのに対して、「ＣＤ系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「ＤＶＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０．６５、光源の波長が６６０ｎｍとされている。そして、光記録媒体は、前述したように、さらなる記録密度の向上および大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズのＮＡを０．６５よりもさらに大きく、あるいは、光源の波長を６６０ｎｍよりもさらに短くすることが望まれている。
【０００５】
このような大容量の光記録媒体および光情報処理装置として、２つの規格が提案されている。１つは、青色の波長領域の光源とＮＡ０．８５の対物レンズを用いて、２２ＧＢ相当の容量確保を満足する「Ｂlu-ray Ｄisc」の規格（以下、ＢＤという）である。もう１つは、青色波長は同じであるが、ＮＡ０．６５の対物レンズを用いて、２０ＧＢ相当の容量確保を満足する「ＨＤ−ＤＶＤ」の規格（以下、ＨＤという）である。
【０００６】
前者はＤＶＤ系に比べ短波長化、高ＮＡ化の変更により大容量化を行い、後者は高ＮＡ化を行わない代わりに信号処理の工夫により線記録密度の向上を可能とし、ランド・グルーブ記録の採用により大容量化を行っている。
【０００７】
また、ＢＤとＨＤは、光源の発振波長が４０５ｎｍ程度の青紫色半導体レーザの光源を用いる点で共通しているが、光記録媒体は基板厚さがそれぞれ０．１ｍｍ、０．６ｍｍと異なる。
【０００８】
ＢＤとＨＤのような高密度な情報の記録および／または再生を行える光ピックアップであっても、従来から大量に供給されたＣＤ、ＤＶＤに対しても情報の記録および／または再生を確保する必要があり、ＢＤまたはＨＤと、ＤＶＤ、ＣＤの光学系を一体にすることが望ましい。
【０００９】
そして、記録，再生すべき光記録媒体の種類に応じて、適切な波長の光源を選択し、この選択した光束に対して適切な光学処理を施し、それぞれの光記録媒体の基板厚さの違いによって生じる球面収差を補正することが望ましい。
【００１０】
３つの異なる光記録媒体を１つの光ピックアップを用いて記録あるいは再生するものとしては、回折素子を用いる方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１５８２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記の手段では、２つの回折面を使用するため、回折素子の製造工程や成型に必要な金型の数が多く必要となる。また、光ピックアップの部品点数が多くなり、小型化、低コスト化に適さないという問題が生じる。
【００１２】
さらに、前述の手段では回折面を２面用いるために、回折させないで用いるＢＤの光束に対して、ＤＶＤやＣＤに対する効率がさらに低下するという問題が生じることから、回折面の面数は少ない方が望ましい。
【００１３】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズと回折面一面により、異なる基板厚さを有する３種類の光記録媒体の記録面に、必要な開口数（ＮＡ）で光束を収束する光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した光ピックアップは、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、光記録媒体の記録密度が大きい順に第１，第２，第３の光記録媒体として、第１の光記録媒体に対応した第１の波長λ１を有する第１の光束を出射する第１の光源と、第２の光記録媒体に対応した第２の波長λ２を有する第２の光束を出射する第２の光源と、第３の光記録媒体に対応した第３の波長λ３を有する第３の光束を出射する第３の光源と、第１〜第３の光束を第１〜第３の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、対物レンズと第１〜第３の光源の間に設けた収差補正手段とを備え、光源の第１，第２，第３の波長はλ１＜λ２＜λ３の関係であり、収差補正手段の１面に、断面形状が同心円状の凹凸形状となる回折構造を有する回折面を設けたことによって、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、発生する収差を補正でき、効率低下を抑制する。
即ち、単一の対物レンズは、最も短い波長λ１の光束に対して収差が最小になるように設計される。
前記収差補正手段の一方の面に形成された回折面の回折構造は、光束が通過する光線有効径内で、少なくとも３つの同心円状の領域に分割した領域のうち中心側から順に、２つの領域のそれぞれで断面形状が凹凸形状で溝深さの異なる回折構造である。
中心領域に形成した回折構造は、波長λ１の光束を回折せずに波長λ２，波長λ３の光束を回折し、前記波長λ２の光束の最大回折角より前記波長λ３の光束の最大回折角の方が大きい回折面として形成されている。
そして、収差補正手段は、平行光として入射する波長λ２、λ３の光束を発散方向に回折させ、「波長λ２、λ３の光束が対物レンズへ入射するときに発生する収差」と「基板厚・波長の違いにより発生する収差」を、互いに逆極性にすることで収差補正する。
【００１７】
また、請求項２に記載した光ピックアップは、請求項１記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、波長λ１，λ２，λ３の光束により最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ11，Ｎ12，Ｎ13とするとき、次の条件：｜Ｎ11｜＜｜Ｎ12｜＜｜Ｎ13｜が成り立つことによって、波長λ２の光束の最大回折角より前記波長λ３の光束の最大回折角の方を大きくでき、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載した光ピックアップは、請求項１または２記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、波長λ１，λ２の光束により最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ21，Ｎ22とするとき、次の条件：｜Ｎ21｜＜｜Ｎ22｜が成り立つことによって、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、収差を補正することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載した光ピックアップは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折構造の回折光における次数Ｎ11，Ｎ12，Ｎ13と次数Ｎ21，Ｎ22とは次数の符号が逆であることによって、溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成でき、高効率の収差補正が可能となり、３種類の光記録媒体に対して、別素子を設けることなく、効率的に開口を切り替えることができる。
【００２０】
また、請求項５に記載した光ピックアップは、請求項２記載の光ピックアップであって、回折光の次数Ｎ11，Ｎ12，Ｎ13が、「Ｎ11＝０，Ｎ12＝−１，Ｎ13＝−２」であることによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正でき、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成できる。
【００２１】
また、請求項６に記載した光ピックアップは、請求項３記載の光ピックアップであって、回折光の次数Ｎ21，Ｎ22が、「Ｎ21＝０，Ｎ22＝＋１」であることによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し、開口を切り替えることができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成できる。
【００２２】
また、請求項７に記載した光ピックアップは、請求項１または２記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、波長λ１，λ２の光束により最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ21，Ｎ22とするとき、「Ｎ21＝０，Ｎ22＝−１」であることによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し、開口を切り替えることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載した光ピックアップは、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心領域および中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、各階段形状の傾斜方向が、中心領域と中心から２番目の領域では逆になることによって、溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成でき、効率の良い収差補正ができ、また３種類の光記録媒体に対して、別素子を設けることなく、効率的に開口を切り替えることができる。
【００２４】
また、請求項９に記載した光ピックアップは、請求項１〜６，８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるように形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正でき、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成できる。
【００２５】
また、請求項１０に記載した光ピックアップは、請求項１〜６，８，９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状を繰り返して形成し、各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが高くなるように形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し、開口を切り替えることができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成できる。
【００２６】
また、請求項１１，１２に記載した光ピックアップは、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さを、「波長λ１の光束に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、波長λ２の光束に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ２の位相差、波長λ３の光束に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−２）／Ｍ）λ３の位相差、ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」を付与する寸法に設定したこと、また段数Ｍを「４」としたことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成できる。
【００２７】
また、請求項１３，１４に記載した光ピックアップは、請求項１〜６，８〜１２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さを、「波長λ１の光束に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、波長λ２の光束に対しては、（Ｎ２＋１／Ｍ）λ２の位相差、波長λ３の光束に対しては、（Ｎ３・Ｍ）λ３の位相差、ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」を付与する寸法に設定したこと、また段数Ｍを「５」としたことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成できる。
【００２８】
また、請求項１５，１６に記載した光ピックアップは、 請求項１，２，７のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造は、階段形状であり一段当たりの高さを、「波長λ１の光束に対しては、Ｎ１・Ｍ・λ１の位相差、波長λ２の光束に対しては、（Ｎ２＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ２の位相差、波長λ３の光束に対しては、（Ｎ３＋（Ｍ−１）／Ｍ）λ３の位相差、ただし、Ｍは階段形状の段数、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は０以上の整数」を付与する寸法に設定したこと、また段数Ｍを「３」としたことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正することができ、また溝深さが低く段数を多くできる回折構造が形成できる。
【００２９】
また、請求項１７に記載した光ピックアップは、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、回折構造を形成した領域は、階段形状であり、中心から２番目の領域の溝深さが、中心領域より低いことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し開口を切り替えることができ、また周辺領域の効率低下を抑制できる。
【００３０】
また、請求項１８に記載した光ピックアップは、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から３番目の領域を平坦部としたことによって、高い効率で開口を切り替えることができる。
【００３１】
また、請求項１９に記載した光ピックアップは、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から３番目の領域に光軸方向の厚さが異なる段差を形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、収差を良好に補正し開口を切り替えることができ、かつ波長変動による色収差を補正することができる。
【００３２】
また、請求項２０に記載した光ピックアップは、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心領域に形成した回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、波長λ２の光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差と、波長λ３の光束が第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差とを打ち消すように、回折構造に形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００３３】
また、請求項２１に記載した光ピックアップは、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から２番目の領域に形成した回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、波長λ２の光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消すように、回折構造に形成したことによって、３種類の光記録媒体に対して回折面一面で、収差を良好に補正することができる。
【００３４】
また、請求項２２に記載した光ピックアップは、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、対物レンズは、最も記録密度の大きい第１の光記録媒体に対して、波長λ１の光束により収差が最小になるように設計したことによって、３種類の光記録媒体のうち、１種類に０次回折光を用いることができ、回折面一面での収差補正を高効率に行うことができる。
【００３５】
また、請求項２３，２４に記載した光ピックアップは、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面の回折構造を対物レンズの面上に形成したこと、また回折面を設けた収差補正手段の回折面と反対側の面に波長板を形成したことによって、部品点数を削減して、組立および調整作業の工数を低減することができる。
【００３６】
また、請求項２５に記載した光ピックアップは、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面の回折構造を樹脂材料により構成したことによって、成型加工が容易であるため大量生産がしやすく、かつ軽量化により対物レンズの可動部の負荷を低減することができる。
【００３７】
また、請求項２６に記載した光ピックアップは、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、回折面を有する収差補正手段の外形形状を回折面と同心円の円形状としたことによって、外部環境が変動しても形状の変化が均一化され、うねりを低減することができ、波面精度の良い安定した素子を実現できる。
【００３８】
また、請求項２７に記載した光情報処理装置は、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光情報処理装置であって、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことによって、３種類の光記録媒体に対して、発生する収差を補正することができ、効率低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚さと記録密度の異なる３種類の光記録媒体の記録面に良好な集光し、安定した記録，再生の動作ができ、小型化，低コスト化，高効率化した高精度な光ピックアップおよび光情報処理装置が実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
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。
【００４１】
図１は本発明の実施形態１における光ピックアップの概略構成を示す図である。図１に示すように、単一の対物レンズ１０６により、異なる光源波長を用いて、３種類の光記録媒体（ＢＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系）を異なる開口数（ＮＡ）で記録または再生を行う互換型の光ピックアップである。
【００４２】
この３種類のＢＤ系光記録媒体１０７，ＤＶＤ系光記録媒体１２７，ＣＤ系光記録媒体１３７の基板厚は、それぞれ０.１ｍｍ，０.６ｍｍ，１.２ｍｍであり、開口数は、それぞれＮＡ０.８５，ＮＡ０.６５，ＮＡ０．４５であり、それぞれＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤの各光記録媒体に対応し、また光源の使用波長は、それぞれλ１＝４０５ｎｍ，λ２＝６６０ｎｍ，λ３＝７８５ｎｍである。
【００４３】
図１に示す光ピックアップは、ＢＤ系光記録媒体１０７に対する光学系として、半導体レーザ１０１，コリメートレンズ１０２，偏光ビームスプリッタ１０３，プリズム１０４，１／４波長板１０５，対物レンズ１０６，検出レンズ１０８，受光素子１１０，収差補正手段５０１により構成される。第１の光源である半導体レーザ１０１の中心波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ１０６の開口数（ＮＡ）は０．８５である。ＢＤ系光記録媒体１０７の基板厚は０.１ｍｍである。
【００４４】
半導体レーザ１０１からの出射光は、コリメートレンズ１０２により略平行光にされる。コリメートレンズ１０２を通過した光束は偏光ビームスプリッタ１０３に入射し、プリズム１０４より偏向される。さらに、１／４波長板１０５で円偏光に変換され、収差補正手段５０１，対物レンズ１０６を介して集光されることにより、情報の記録，再生がされる。
【００４５】
そして、ＢＤ系光記録媒体１０７からの反射光は、１／４波長板１０５を通過した後、往路の光束の偏光方向とは直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０３により反射、入射光と分離して偏向され、検出レンズ１０８により受光素子１１０上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００４６】
また、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、中心波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１３０ａから出射した光束は、発散角変換レンズ１３２，波長選択性ビームスプリッタ１３３を経て、プリズム１０４より偏向される。さらに、１／４波長板１０５，収差補正手段５０１，対物レンズ１０６を介して、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に集光される。ＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚は０.６ｍｍであり、対物レンズのＮＡは０.６５である。ＮＡの切り替えは、収差補正手段５０１により制限される。
【００４７】
そして、ＤＶＤ系光記録媒体１２７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１３３により偏向され、ホログラム素子１３０ｂにより回折され、入射光と分離して受光素子１３０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００４８】
また、ＣＤ系光記録媒体１３７に対して、中心波長が７８５ｎｍの半導体レーザ１４０ａから出射した光束は、発散角変換レンズ１４２，波長選択性ビームスプリッタ１４３を経て、プリズム１０４より偏向される。さらに、１／４波長板１０５，収差補正手段５０１，対物レンズ１０６を介して、ＣＤ系光記録媒体１３７に集光される。ＣＤ系光記録媒体１３７の基板厚は１.２ｍｍであり、対物レンズのＮＡは０．４５である。ＮＡの切り替えは、収差補正手段５０１により制限される。
【００４９】
そして、ＣＤ系光記録媒体１３７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１４３により偏向され、ホログラム素子１４０ｂにより回折され、入射光と分離して受光素子１４０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００５０】
また、図１に示す光ピックアップは、ＤＶＤ系およびＣＤ系に用いる半導体レーザ１３０ａ，１４０ａと受光素子１３０ｃ，１４０ｃとホログラム素子１３０ｂ，１４０ｂが一体化されたモジュール構成を用いている。光ピックアップの構成は、これに限られるものでなく、例えば図２に示すような構成であっても良い。
【００５１】
図１に示す対物レンズ１０６は、厚さ０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７を高精度に記録，再生できるように最適に設計されている。つまり、設計波長は４０５ｎｍであり、波長４０５ｎｍでは波面収差０.０１λｒｍｓ以下と十分小さくなるよう設計されている。これは、対物レンズ１０６は、高ＮＡ化、短波長化に伴い製造誤差の影響を受けやすく、言い方をかえると製造マージンが狭いため、本実施形態１では対物レンズ１０６を３種類の光記録媒体のうちのＢＤ系光記録媒体１０７に対応した設計としている。
【００５２】
なお、本実施形態１の対物レンズ１０６は、厚さ０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７に最適（収差が最小になるよう）に設計されているが、これに限定されるものではない。例えば、情報記録面を２層有する２層ＢＤ系光記録媒体では、情報記録面を光入射側か０.０７５ｍｍと０.１００ｍｍの位置に情報記録面を有するために、その中間の値である厚さ０.０８７５ｍｍを設計中央値とするように、異なる厚さの基板厚に最適に設計した対物レンズであっても良い。
【００５３】
本実施形態１における対物レンズ１０６は両面非球面形状であり、面の頂点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、ｒを近軸曲率半径、κを円錐形数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，・・・を非球面係数とするとき、面の光軸方向の距離ｘと半径Ｒの関係より、非球面形状は、（数１）
【００５４】
【数１】
0004787060.tif 000002
で表される。各面および各領域の面データを（表１）に示す。
【００５５】
【表１】
0004787060.tif 000003
ここで、ガラスの硝材は住田光学製のＫＶＣ８１、対物レンズの有効瞳半径は２.１５ｍｍである。なお、対物レンズ１０６の材料としては、ガラスに限らず、樹脂を用いても良い。
【００５６】
図２〜図４は収差補正手段５０１を説明するための図であり、図２，図３は拡大した断面図、図４は回折面を示す図である。
【００５７】
収差補正手段５０１は、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、中心波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１３０ａから出射した光束と、ＣＤ系光記録媒体１３７に対して、中心波長が７８０ｎｍの半導体レーザ１４０ａから出射した光束が、基板厚さの違いと、波長の違いにより発生する球面収差を補正するための互換素子である。さらに、収差補正手段５０１は、それぞれの光記録媒体に対して、対物レンズ１０６の開口切り替えするための開口制限の機能を有する。
【００５８】
図２は本実施形態１における収差補正手段５０１と対物レンズ１０６の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、収差補正手段５０１と対物レンズ１０６は、鏡筒１２１により同軸で一体化されている。具体的には、円筒状の鏡筒１２１の一端に、収差補正手段５０１を固定し、他端に対物レンズ１０６を固定して、これらを光軸に沿って同軸に一体化した構成となっている。
【００５９】
いま、ＢＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１０７，１２７，１３７を記録，再生するときに、対物レンズ１０６はトラッキング制御により、光軸に対して垂直方向に±０.５ｍｍ程度の範囲内で移動する。ところが、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対しては、収差補正手段５０１により回折を受けるため、収差補正手段５０１が移動せずに、対物レンズ１０６だけが移動すると、収差が発生して集光スポットが劣化してしまう。そこで、収差補正手段５０１と対物レンズ１０６を一体化させ、トラッキング制御時に一体で移動させることにより、良好な集光スポットを得る構成としている。
【００６０】
なお、収差補正手段５０１または対物レンズ１０６の少なくとも一方にフランジを設け、このフランジを介して直接一体化する構成にしても良い。また、対物レンズ１０６と鏡筒１２１、さらには対物レンズ１０６、鏡筒１２１、収差補正手段５０１すべてが一体化する構成にしても良い。
【００６１】
また、本実施形態１では、第１，第２，第３の光束は、いずれも収差補正手段５０１に平行光で入射する。つまり、発散光や収束光ではないため、光記録媒体の記録再生時に、トラッキング制御により一体化された対物レンズ１０６と収差補正手段５０１が偏芯しても、コマ収差が発生しないという利点がある。なお、発散光や収束光として入射する構成にしても良い。
【００６２】
図３に本実施形態１の収差補正手段５０１の断面図を示す。収差補正手段５０１は、回折構造が形成されている回折面５０２を有する。この回折面５０２とは、垂直断面形状を凹凸形状とした回折構造が形成されている面である。平板面の一部に回折構造が形成されていれば良く、回折構造が形成されていない領域があっても良い。
【００６３】
また、収差補正手段５０１の材料として樹脂を用いる。樹脂は、ガラスと比べて軽く、かつ成型加工が容易であるため大量生産がしやすい。本実施形態１の収差補正手段５０１は対物レンズ１０６の可動部１２０に搭載され、対物レンズ１０６と一体駆動するため、軽い方が望ましい。樹脂として例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いる。ＰＭＭＡは、高い透明性，耐候性を有し、特に射出成形に適合する強みがあるため光学部品に最も広く使用されている樹脂の１つである。また吸湿が小さい日本ゼオン社製の光学樹脂であるＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス：登録商標）を用いても良い。さらに、収差補正手段５０１の材料としては、紫外線硬化樹脂を含むあらゆる光学樹脂、光学ガラスに適応可能である。
【００６４】
そして、回折面５０２には、図４に示すように光束が通過する範囲内に、同心円状に分割された３つの領域、第１の中心領域５０２ａ、第２の中心から２番目の領域５０２ｂ、第３の前記中心から３番目の領域５０２ｃを有する。
【００６５】
中心領域５０２ａはＣＤ系光記録媒体１３７に対するＮＡ０．４５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．２５ｍｍと設定する。中心領域５０２ａには、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７の基板厚の違いと、波長の違いにより生じる球面収差を補正するように、第２，第３の光束を回折させる回折構造が形成されている。
【００６６】
２番目の領域５０２ｂは、ＣＤ系光記録媒体１３７に対するＮＡ０．４５の領域からＤＶＤ系光記録媒体１２７に対するＮＡ０．６５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．２５ｍｍから１．７１５ｍｍに設定する。２番目の領域５０２ｂには、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２の光束を回折させ、かつ第３の光束は、ＣＤ系光記録媒体１３７の記録面に集光しないような回折構造が形成されている。
【００６７】
３番目の領域５０２ｃは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対するＮＡ０．６５からＢＤ系光記録媒体１０７に対するＮＡ０．８５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．７１５ｍｍから２．１５ｍｍに設定する。３番目の領域５０２ｃは回折構造が形成されない平坦部であり、第１，第２，第３の光束をそのまま透過させるため、ＢＤ系光記録媒体１０７に対しては対物レンズ１０６より集光され、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対しては集光されない構造となる。
【００６８】
したがって、回折面５０２は、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対して、第２，第３の光束で発生する球面収差を補正し、かつ開口を切り替えるような構成となり、良好なスポットを形成できる。
【００６９】
また、収差補正手段５０１は、平行光で入射してきた光束を発散方向に回折させることで、収差の補正を行っている。つまり、発散光を対物レンズ１０６へ入射するときに発生する収差と、基板厚や波長の違いによって発生する収差を逆極性にすることで補正している。発散光を対物レンズ１０６へ入射させると、対物レンズ１０６と光記録媒体との距離であるワーキングディスタンスが広がるため、高ＮＡの対物レンズ１０６でＣＤ系光記録媒体１３７のような基板厚の厚いものに集光させる際には、都合の良い構成となる。
【００７０】
収差補正手段５０１の中心領域５０２ａの断面は図３に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状の凹凸部からなる。各輪帯状の凹凸部は階段形状であり、４つの段数を有する。ここで、段数とは、最下段も含めて数えている。輪帯状の凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。
【００７１】
輪帯状の凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対しては、−１次回折光、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては、−２次回折光を用い、それぞれで発生する収差を補正するよう設定される。
【００７２】
ここで、−１次回折光について図５を参照しながら説明する。図５は入射光２０１ａが、４段の階段形状の回折構造を通過する際の波面の様子を示している。入射光２０１ａの波面は、４段の階段形状の回折構造を通過すると、それぞれ階段形状に応じて位相差が生じ、結果として出射光２０１ｂのように−１次回折光として回折される。階段形状の各段の高さは０．７５λの位相差が付与されるよう設定されている。
【００７３】
また、−２次回折光について図６を参照しながら説明する。図６は入射光２０２ａが、４段の階段形状の回折構造を通過する際の波面の様子を示している。入射光２０２ａの波面は、４段の階段形状の回折構造を通過すると、それぞれ階段形状に応じて位相差が生じ、結果として出射光２０２ｂ，２０２ｃのように−２次回折光と、＋２次回折光として回折される。このとき階段形状の各段の高さは、０．５λの位相差が付与されるよう設定されている。
【００７４】
以上のようにして発生する−１次回折光が対物レンズ１０６により集光されＤＶＤ系光記録媒体１２７に、−２次回折光がＣＤ系光記録媒体１３７に良好集光するように、ピッチを設定している。
【００７５】
回折面５０２の光路差関数は、（数２）
【００７６】
【数２】
0004787060.tif 000004
と定義される。
【００７７】
ただし、光軸垂直面の光軸と交わる点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、φは光路差関数、Ｒは半径（光軸からの距離）、Ｃ１，Ｃ２，・・・は光路差係数である。中心領域５０２ａの面における光路差係数を（表２）に示す。また、中心領域５０２ａのピッチの最小値は２１μｍ、輪帯数は２８である。輪帯数とは回折構造の１周期（図５に示すピッチ２００）の数である。
【００７８】
【表２】
0004787060.tif 000005
図５，図６を比較すると分かるように、同じピッチであれば、回折光の次数の絶対値が大きいほど、回折する角度が大きい。ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７において発生する球面収差量は、ＤＶＤ系よりＣＤ系の光記録媒体の方が大きい。これは基板厚さや波長の差が大きいためである。
【００７９】
したがって、収差補正量がより大きいＣＤ系光記録媒体１３７に対して用いる回折光の次数の方を、ＤＶＤ系光記録媒体１２７より大きくすると、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対して同時に、収差を補正することが可能となる。つまり、第１，第２，第３の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ11，Ｎ12，Ｎ13とするとき、｜Ｎ11｜＜｜Ｎ12｜＜｜Ｎ13｜の関係が成り立つ必要がある。
【００８０】
本実施形態１では、Ｎ11＝０，Ｎ12＝−１，Ｎ13＝−２としている。これは用いる次数は小さい方が、回折効率が高いためである。
【００８１】
また、収差補正手段５０１の２番目の領域５０２ｂの断面は、図３に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状の凹凸部からなる。各輪帯状の凹凸部は階段形状であり、５つの段数を有する。輪帯状の凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。
【００８２】
この輪帯状の凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、発生する収差を補正するよう設定される。したがって、第１，第２の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ21，Ｎ22とするとき、｜Ｎ21｜＜｜Ｎ22｜が成り立つよう設定する。本実施形態１ではＮ21＝０，Ｎ22＝＋１を用いた。
【００８３】
２番目の領域５０２ｂの光路差係数を（表３）に示す。
【００８４】
【表３】
0004787060.tif 000006
２番目の領域５０２ｂは、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては開口を制限する機能を有するよう、−２次回折光が発生しない階段状の溝深さが設定されている。この詳細については後述する。また、本実施形態１の２番目の領域５０２ｂのピッチの最小値は１７．８μｍ、輪帯数は２４である。
【００８５】
次に、回折面５０２の各段の高さについて図７を用いて説明する。回折光学系では、入射光のすべてのエネルギーが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。図７の破線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状は、ある波長でブレーズ化されると、その波長での回折効率は薄型近似の場合、理論的には１００％である。回折面５０２は、３波長のうち、４０５ｎｍの第１の光束に対しては０次回折光、６６０ｎｍ，７８５ｎｍの第２，第３の光束に対しては±１次以上の回折光として使用し、図７のような階段近似した形状とする。
【００８６】
なお、階段形状とは、鋸歯状のキノフォーム形状を近似した形状のことであり、階段形状の傾斜方向とは、鋸歯状の傾斜方向のことである。また、階段形状にすると、理想的なキノフォーム形状を製作するよりも容易となる。さらに、０次回折光とは、入射光の入射する際の進行方向をそのまま保つ透過光のことである。
【００８７】
回折面５０２における中心領域５０２ａは、第２の光束に対して回折効率が最も大きくなる次数Ｎ12と、第３の光束に対して回折効率が最も大きくなる次数Ｎ13の関係が｜Ｎ12｜＜｜Ｎ13｜となる必要がある。さらに、第１の光束に対しては、０次回折光を用いる。したがって、それぞれの光束における回折光の効率が大きくなるように、回折構造の高さを設定しなければならない。
【００８８】
図７に示すように、階段形状の溝深さをＤ、鋸歯状の溝深さをＨ、階段形状の段数をＭとすると、例えば、４段の場合、０次回折光、±１次回折光と±２次回折光の最大の回折効率となる溝深さの位相差は（表４）のようになる。
【００８９】
【表４】
0004787060.tif 000007
（表５）は、Ｍ段の場合に一般化したときの、一段当たりの位相差を示している。（表５）のような条件に一段の高さを設定すると、所望の回折次数を最も効率よく得ることができる。
【００９０】
【表５】
0004787060.tif 000008
本実施形態１のように４段の場合、第１の光束４０５ｎｍに対しては、階段の１段分の位相差が波長の整数（Ｎ１）倍になるようにして０次回折光の効率を最大にする。第２の光束６６０ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の０．７５倍と波長の整数（Ｎ２）倍を加算した値になるようにして−１次回折光の効率を最大にする。または０．２５倍と波長の整数（Ｎ２）倍を加算した値になるようにして＋１次回折光の効率を最大にする。第３の光束７８５ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の０．５倍と波長の整数（Ｎ３）倍を加算した値になるようにして±２次回折光の効率を最大にする。原理は、図５，図６で示したように回折構造の段数に応じて、一段の高さを所望の位相差を得られるように設定すると、回折効率が大きくなる。さらに、回折効率を高くするためには、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の数が小さい方が良い。
【００９１】
各光束で所望の回折光の次数で効率が大きくなるように、材料と高さを選定する。階段形状の４段においては、第２の光束に対しては−１次回折光、第３の光束に対しては−２次回折光を用いる。
【００９２】
図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は階段形状の深さＤと回折効率の関係を示す図であり、（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する関係であり、ＲＣＷＡ（Ｒigorous Ｃoupled Ｗave Ａnalysis）法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは２０μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、全段数の溝深さＤを７．２μｍとすると、どの波長に対しても所望の効率を得ることができる。
【００９３】
回折効率は、第１，第２，第３の光束でそれぞれ８６％，６７％，３９％となる。７．２μｍの溝深さＤは一段に換算すると、溝の深さは２．４μｍとなる。これは、４０５ｎｍの波長に対しては、波長の約３倍の位相差（Ｎ１＝３）、６６０ｎｍの波長に対しては、波長の整数倍と０．７５波長を加算した分の位相差、７８０ｎｍに対しては、波長の整数倍と０．５波長を加算した分の位相差を発生させる溝深さとなっている。
【００９４】
このように、４段の階段状で形成される回折構造で、｜Ｎ12｜＜｜Ｎ13｜となる次数でそれぞれ回折効率が高く、かつ第１の光束に対して透過してくる０次回折効率が高くなる条件は、Ｎ12＝−１、Ｎ13＝−２となる。
【００９５】
また、２番目の領域５０２ｂは、第２の光束に対しては回折して収差を補正し、第３の光束に対してはＣＤ系光記録媒体１３７上に集光しないようにする。例えば、０次回折光、±１次回折光と±２次回折光の最大の回折効率となる溝深さの位相差は（表６）のようになる。
【００９６】
【表６】
0004787060.tif 000009
また、階段形状が５段の場合、４０５ｎｍに対しては、階段の１段分の位相差が波長の整数倍になるようにして０次回折光の効率を最大にする。第２の光束６６０ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の０．２倍と波長の整数倍を加算した値になるようにして＋１次回折光の効率を最大にする。第３の光束７８５ｎｍに対しては、±２次回折光を発生させないようにする。
【００９７】
図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は階段形状の全段の溝深さＤと回折効率の関係を示す図であり、段数は５段である。図９（ａ）は第１の光束、図９（ｂ）は第２の光束、図９（ｃ）は第３の光束に対する関係であり、ＲＣＷＡ法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは２０μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、全段数の深さＤを６．４μｍとすると、どの波長に対しても所望の効率を得ることができる。つまり、第１の光束の０次回折光の効率は８４％、第２の光束の＋１次回折光の効率は７３％、第３の光束の−２次回折光の効率は０％となる。第３の光束に対しては、０次回折光が７８％と効率が良い。
【００９８】
図１０（ａ）はＣＤ系光記録媒体上に集光するときの光束、図１０（ｂ）はＣＤ系光記録媒体上に形成されるスポットを示す図である。中心領域５０２ａを通過する光束は−２次回折光として、ＣＤ系光記録媒体１３７上に集光される。一方、２番目の領域５０２ｂを通過する光束は、０次回折光として、そのまま透過するため、ＣＤ系光記録媒体１３７上では、集光せず周辺にフレア光として大きく広がり、記録再生に影響しない。
【００９９】
また、その他の構成例としては、材料がＰＭＭＡの場合に、段数が４段であり溝深さＤが４．８μｍ（Ｎ１＝２）、段数が３段であり溝深さＤが３．２μｍ（Ｎ１＝２）、あるいは段数が３段であり溝深さＤが６．４μｍ（Ｎ１＝４）といった構成であっても良い。
【０１００】
また、３番目の領域５０２ｃは、回折構造のない平坦部になっている。図３に示すように、３番目の領域５０２ｃである平坦部の高さは、回折構造の最下段に対して第１の光束の波長の整数倍になるように設定する。本実施形態１では、波長の５倍の位相差に相当する４．０μｍに設定した。
【０１０１】
この３番目の領域５０２ｃの平坦部を透過した光束は、第２，第３の光束に対しては有効径外となるため、スポット形成には不要光となる。ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７上では、図１０（ｂ）に示したのと同様にフレア光として大きく広がる。一方、第１の光束に対しては、中心領域５０２ａ，２番目の領域５０２ｂの最下段に対して、波長の整数倍の位相差となるように高さを設定した。本実施形態１では波長の５倍の４μｍとしたが、これに限定されるものではない。
【０１０２】
次に、図１１に収差補正手段の回折面に形成された回折構造の実形状を示す。中心領域５０２ａと２番目の領域５０２ｂの境界部は、光路差係数が異なるため、滑らかにはつながらない。そのため、第１の光束に対して、波長の整数倍になる高さの領域を設け、滑らかにつながるような構造にする。本実施形態１では、溝の最下段の高さに設定した。
【０１０３】
階段形状の回折面の回折効率は、段数が多いほど、図７の破線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状に近づくため、回折効率は向上する。しかしながら、段数が多いと一段当たりのピッチ２００が狭くなり、製造が困難になり、製造誤差によるだれなどの影響で効率低下が発生する。
【０１０４】
また、ピッチ２００が同じ場合、溝深さＤは低く、Ｎ１が小さい方が、回折効率が良い。さらに波長や温度変動による効率低下の影響を受けにくい。そのため、回折構造としては、溝深さＤが低く、Ｎ１が小さく、段数Ｍが多い方が望ましい。
【０１０５】
本実施形態１では、回折光の次数の符号を中心領域５０２ａと２番目の領域５０２ｂで反転させることにより、第１，第２，第３の光束の回折効率と凹凸形状と溝深さの関係を大きく変化させることができる。そのため、溝深さが低く、段数が多い回折構造のまま、効率の良い収差補正手段および記録再生に影響しない開口制限素子としての機能を一面で提供することができる。
【０１０６】
また、回折面はピッチが狭くなると、効率が低下することが知られている。したがって、ピッチが狭くなる周辺部は効率が低下する。その様子を図１２に示す。光源の強度分布２０３に対して、中心領域５０２ａは周辺にいくに従い、光量の低下が著しくなることが分かる。また、２番目の領域５０２ｂは中心領域５０２ａよりもさらにピッチが狭くなるが、本実施形態１では、２番目の領域５０２ｂは段数が５段、かつ中心領域５０２ａよりも溝深さが低いため、効率の低下を低減することができ、光利用効率を向上することができる。
【０１０７】
なお、段数Ｍと溝深さＤは、前述の記載に限定されず、回折光の次数の符号を反転させれば、容易にスポットにとって不要光が発生しない開口制限を実現することができる。
【０１０８】
次に、本実施形態１の収差補正手段の外形形状について、詳細に説明する。図４に示すように、収差補正手段の外形の形状として、回折面５０２の回折構造を有する領域と平坦部との境界と同様の円形状とする。なお、円形状とは、多角形を含み、図１３に示すような８角形においても、同様の効果が得られる。
【０１０９】
本実施形態１で用いているＰＭＭＡ等の樹脂は、射出成形ができる等の強みがあるため光学部品に最も広く使用され、かつ大量生産しやすいという特徴があるが、一方で吸湿性が弱点として挙げられる。これは屈折率や透過率といった光学特性を変動させるだけでなく、変形としても現れる。
【０１１０】
図１４（ａ）〜（ｄ）に収差補正手段５０１が四角の形状の場合の波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す。図１４（ａ）は光線有効径内における中心領域５０２ａ，２番目の領域５０２ｂ，３番目の領域５０２ｃすべての領域における透過波面測定の結果であり、波面形状を示す。図１４（ｂ），（ｃ）は図１４（ａ）の結果を領域（回折部と平坦部）に分割して波面測定した結果である。図１４（ｂ）は回折部（回折構造が形成された中心領域５０２ａと２番目の領域５０２ｂ）領域内のみの透過波面形状５０２ｇ、図１４（ｃ）は平坦部（３番目の領域５０２ｃ）のみの透過波面形状５０２ｆを示す。
【０１１１】
波面精度が非常に悪く、光線有効径内の波面精度が悪い原因は、平坦部にあることが分かる。図１４（ｄ）は平坦部の波面形状を円周方向に沿って、プロットしたものである。平坦部は収差補正手段５０１の四角の形状に沿って、うねりが発生しており波面劣化の要因となっていると考えられる。
【０１１２】
このうねりの要因は、回折部と平坦部との境界において、外形の四角形の辺から近いところ５０２ｄと遠いところ５０２ｅが存在し、近いところ５０２ｄと遠いところ５０２ｅではＰＭＭＡの吸湿に差異がある。この吸湿の差異が変形の差異となり、うねりが発生している。
【０１１３】
図１５（ａ）〜（ｄ）は本実施形態１の収差補正手段５０１の波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す図である。形状は円である。図１５（ａ）は光線有効径内における中心領域５０２ａ，２番目の領域５０２ｂ，３番目の領域５０２ｃの透過波面測定の結果であり、波面形状を示す。図１５（ｂ），（ｃ）は図１５（ａ）の結果を領域（回折部と平坦部）に分割して波面測定した結果である。図１５（ｂ）は回折部（回折構造が形成された中心領域５０２ａと２番目の領域５０２ｂ）領域内のみの透過波面形状５０２ｇ、図１５（ｃ）は平坦部（３番目の領域５０２ｃ）のみの透過波面形状５０２ｆを示す。
【０１１４】
図１５（ｄ）は平坦部の波面形状を円周方向に沿って、プロットしたものである。周辺部のうねりはなく良好な波面精度である。このように、収差補正手段５０１の外形形状を、回折部と平坦部との境界と同様の円形状にすることで、ＰＭＭＡの吸湿による形状の変化が均一化され、うねりを低減することができ、高精度な光ピックアップを提供することができる。
【０１１５】
図１６は本発明の実施形態２における収差補正手段を説明するための図である。本実施形態２において、光ピックアップの構成や対物レンズは前述した実施形態１と同じである。
【０１１６】
また、回折面６０２は、図１７に示すように光束が通過する範囲内に、同心円状に分割された３つの領域からなり、中心領域６０２ａ，２番目の領域６０２ｂ，３番目の領域６０２ｃを有する。
【０１１７】
中心領域６０２ａ，２番目の領域６０２ｂは、実施形態１と同様に、ＣＤ系光記録媒体１３７に対するＮＡ０．４５、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対するＮＡ０．６５でそれぞれ分割され、半径はそれぞれ１．２５ｍｍ、１．７１５ｍｍに設定する。
【０１１８】
中心領域６０２ａは、実施形態１と同様に波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２，第３の光束を回折させる回折構造が形成されている。
【０１１９】
２番目の領域６０２ｂは、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２の光束を回折させ、かつ第３の光束は、ＣＤ系光記録媒体１３７の記録面に集光しないような回折構造が形成されている。
【０１２０】
３番目の領域６０２ｃは、回折構造が形成されない平坦部であり、第１，第２，第３の光束をそのまま透過させるため、ＢＤ系光記録媒体１０７に対しては対物レンズ１０６より集光され、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対しては集光されない構造となる。
【０１２１】
したがって、回折面６０２は、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対して、第２，第３の光束で発生する収差を補正し、かつ開口を切り替えるような構成となり、良好なスポットを形成できる。
【０１２２】
図１６に示すように、収差補正手段６０１の中心領域６０２ａの断面は、実施形態１の中心領域５０２ａと段数、溝深さ、回折光の次数ともに同様である。回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。輪帯状の凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対しては−１次回折光を、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては、−２次回折光を用いて、発生する収差を補正するよう設定される。この中心領域６０２ａの面の光路差係数を（表７）に示す。
【０１２３】
【表７】
0004787060.tif 000010
また、収差補正手段６０１の２番目の領域６０２ｂの断面は、図１６に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状の凹凸部からなる。各輪帯状の凹凸部は階段形状であり、３つの段を有する。輪帯状の凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。そして、輪帯状の凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対しては−１次回折光を用い、発生する収差を補正するよう設定される。２番目の領域６０２ｂの面の光路差係数を（表８）に示す。
【０１２４】
【表８】
0004787060.tif 000011
この２番目の領域６０２ｂは、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては開口を制限する機能を有するよう、−２次回折光が発生しない階段状の溝深さが設定されている。また、本実施形態２の２番目の領域６０２ｂのピッチの最小値は１７．８μｍ、輪帯数は２４である。
【０１２５】
そして、３番目の領域６０２ｂは、実施形態１と同様に、第２の光束に対しては回折して収差を補正し、第３の光束に対してはＣＤ系光記録媒体１３７上に集光しないようにする。
【０１２６】
本実施形態２の段数が３段の場合、第１の光束４０５ｎｍに対しては、階段の１段分の位相差が波長の整数（Ｎ１＝１）倍になるようにして０次回折光の効率を最大にする。第２の光束６６０ｎｍに対しては、一段分の位相差が波長の０．３３倍と波長の整数（Ｎ２＝０）倍を加算した値になるようにして＋１次回折光の効率を最大にする。第３の光束７８５ｎｍに対しては、±２次回折光を発生させないようにする。
【０１２７】
図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）は回折構造における階段の溝深さＤと回折効率の関係を示す図である。段数Ｍは３段であり、図１８（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する効率との関係を示す、ＲＣＷＡ法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは２０μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、全段数の深さＤを１．６μｍとすると、どの波長に対しても所望の効率を得ることができる。つまり、第１の光束の０次回折光の効率は９４％、第２の光束の−１次回折光の効率は５６％、第３の光束の−２次回折光の効率は８％となる。第３の光束に対しては、±１次回折光が３０％と効率が良い。
【０１２８】
図１０（ａ）に示したＣＤ系光記録媒体上に集光するときの光束、図１０（ｂ）に示したＣＤ系光記録媒体上に形成されるスポットの状態と同様に、収差補正手段６０１の中心領域６０２ａを通過する光束は−２次回折光として、ＣＤ系光記録媒体１３７上に集光される。一方、２番目の領域６０２ｂを通過する光束は、±１次回折光として回折されるが、ＣＤ系光記録媒体１３７上では、集光せず周辺にフレア光として大きく広がるため、記録再生には影響しない。
【０１２９】
図１９に本実施形態２の収差補正手段の回折面に形成された回折構造の実形状を示す。中心領域６０２ａと２番目の領域６０２ｂの境界部は、光路差係数が異なるため、滑らかにはつながらない。そのため、第１の光束に対して、波長の整数倍になる高さの領域を設け、滑らかにつながるような構造にする。このような構成にすることにより、効率の良い収差補正手段および記録再生に影響しない開口制限素子としての機能を一面で提供することができる。
【０１３０】
図２０は本発明の実施形態３における収差補正手段の構成を示す断面図である。図２０に示すように、前述した実施形態１，２に示した収差補正手段の平坦部を有する３番目の領域５０２ｃ，６０２ｃのいずれかに相当する３番目の領域７０２ｃに段差７０４を設けたものである。この段差７０４により、波長が短く、ＮＡの大きいＢＤ系光記録媒体１０７に対して発生する色収差を補正する。
【０１３１】
光記録媒体に情報の記録，再生を行う光情報処理装置は、半導体レーザを光源としているが、この半導体レーザの発振波長は、個々に異なっていたり、温度の変化に伴い変動したりする。このため光学材料の屈折率は、波長により変化する性質（分散）を持つため、光源の波長が変動すると３次の球面収差が発生する。したがって、情報の記録，再生時、この球面収差が光学的な課題の１つとなる。この波長が変化したときの球面収差の発生量は、光源の短波長化と高ＮＡ化により大きくなる。
【０１３２】
これは、波長を短くすると光学材料の屈折率変化が大きくなり、波長が変化したときの球面収差の変化量が大きくなることと、球面収差変化はＮＡの４乗に比例して大きくなるためである。したがって、波長が変化したときの記録，再生における光情報の劣化に与える影響はより大きくなる。
【０１３３】
図２１に、波長４０５ｎｍにおいてＮＡ０．６５とＮＡ０．８５の対物レンズを使用したときの波長変動による波面収差の変化を示す。
【０１３４】
一般的に光情報処理装置の動作環境として、温度を１０℃から８０℃まで想定すると、半導体レーザの波長は、３ｎｍ程度変動する。また、中心波長ばらつきが±５ｎｍ程度と想定する必要がある。このため、ＮＡ０．８５の対物レンズを用いる光学系では、このような波長変化による球面収差を補正する必要がある。
【０１３５】
また図２０に示す段差７０４の構造は、光軸方向に、光軸を中心とした同心円状の領域に分割されており、光軸から離れるにしたがって、厚みが増すように形成されている。それぞれの領域における厚みの段差は、対物レンズの設計波長４０５ｎｍの整数倍の光路差を生じるように、形成されている。
【０１３６】
図２２には収差補正手段に形成された位相段差を示す。図２２において横軸は半径位置、縦軸は位相段差数Ｎである。本実施形態３では、Ｎ＝８，１４を用い、３番目の領域７０２ｃに段差７０４を設けた。したがって、この段差７０４に影響を受けるのは、ＢＤ系光記録媒体１０７にスポットを形成するときである。
【０１３７】
段差７０４がないときの波長変化による球面収差量は、図２３の破線のようになるのに対して、段差７０４を形成すると、図２３の実線のように３次の球面収差を補正することができる。ここで例えば、波長が６ｎｍ変化した場合の、波面の位相の様子を図２４に示す。位相段差を付与したところで、波面の位相が不連続になっているのが分かる。このように波面を不連続に変化させ、３次の球面収差を補正している。
【０１３８】
なお、段差７０４の高さ、段差７０４の境の半径位置は、対物レンズの形状、対物レンズの設計波長、収差補正手段７０１を構成する材料、開口数（ＮＡ）によって異なり、本実施形態３に示した例に限定されるものではない。
【０１３９】
本発明の実施形態４における収差補正手段は、実施形態１〜３に記載した回折面を対物レンズと一体化した構成である。
【０１４０】
図２５，図２６には、実施形態１に記載した収差補正手段５０１と対物レンズ１０６を一体化した構成図を示す。図２５，図２６に示したように対物レンズ１０６の面上に回折補正素子５０１の回折面を一体に形成すると、対物レンズ１０６と回折補正素子５０１との軸ずれによる波面劣化が低減できるだけでなく、組み付け工程も削減でき、低コスト化を実現できる。なお、回折面を対物レンズ１０６の入射側の面、出射側の面のどちらに形成しても良い。
【０１４１】
さらに、回折面の形成は、対物レンズ１０６と一体に成型しても良い。あるいは、対物レンズ１０６の面上に回折構造を別途形成しても良い。その場合、回折構造の材料としては、紫外線硬化樹脂が製造上適している。
【０１４２】
本発明の実施形態５における収差補正素子を設ける光ピックアップの構成や対物レンズは実施形態１と同じである。図２７（ａ），（ｂ）に示すように本実施形態５の収差補正手段８０１は、実施形態２の収差補正手段６０１の裏面に図１に示した１／４波長板１０５に代えて、波長板８０５ａまたは波長板８０５ｂが形成されている。
【０１４３】
波長板は光学系が共通化されている光路中に設けられているため、波長４０５ｎｍ，６６０ｎｍ，７８５ｎｍという広い範囲で、通過する光束のＴＭ波、ＴＥ波に対して０．２５±０．０５の位相差を与える必要がある。一般的なものとして、波長板８０５ａのように微細構造を有するもの、波長板８０５ｂのように水晶など高価な素材や樹脂フィルム製の位相差フィルムを用いているものが挙げられる。特に、波長板８０５ａのように微細構造を有するものは、広い波長域で位相差を与えることができる。また、微細構造は収差補正手段と同じの材料であっても良いし、異なる材料であっても良い。
【０１４４】
本実施形態５のように、収差補正手段８０１の両面に回折面８０１と波長板８０５を形成すれば部品点数を減らすことができ、小型化を実現することができる。また、微細構造により波長板を形成すると、一体に成型することができ、製造工程を減らすことができるため、低コスト化を実現することができる。
【０１４５】
図２８は本発明の実施形態６における光情報処理装置の概略構成を示す図である。本実施形態６は、光情報処理装置の１形態であり、前述の実施形態１〜５のいずれかの光ピックアップを用いて、光記録媒体に対する情報の再生、記録、消去のうちの、少なくとも１つを行う装置である。
【０１４６】
図２８に示すように、光情報処理装置は光学ピックアップ９１、送りモータ９２およびスピンドルモータ９８等により構成されており、これらは光情報処理装置全体を制御するシステムコントローラ９６により制御される。そして、光ピックアップ９１のトラッキング方向への移動は、送りモータ９２とサーボ制御回路９３で構成される制御駆動手段により行われる。例えば、光記録媒体１００を再生する場合、システムコントローラ９６からのコントロール信号がサーボ制御回路９３と変復調回路９４に供給される。
【０１４７】
サーボ制御回路９３では、スピンドルモータ９８を設定された回転数で回転させるとともに送りモータ９２を駆動する。
【０１４８】
変復調回路９４には、光ピックアップ９１の光検出器により検出されたフォーカシングエラー信号，トラッキングエラー信号および光記録媒体１００の何処を読み出しているかの位置情報等が供給される。フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号はシステムコントローラ９６を介してサーボ制御回路９３に供給される。
【０１４９】
サーボ制御回路９３は、フォーカシング制御信号によってアクチュエータのフォーカシングコイルを駆動し、トラッキング制御信号によってアクチュエータのトラッキングコイルを駆動する。トラッキング制御信号の低域成分はシステムコントローラ９６を介してサーボ制御回路９３に供給され、送りモータ９２を駆動する。これらによって、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボが行われる。
【０１５０】
また、光記録媒体１００の何処を読み出しているかの位置情報は変復調回路９４により処理され、スピンドル制御信号としてスピンドルモータ９８に供給され、光記録媒体１００の再生位置に応じた所定の回転数に制御駆動され、ここから実際の再生が開始される。そして、変復調回路９４により処理されて復調された再生データは外部回路９５を介して外部に伝送される。
【０１５１】
データを記録する場合、フォーカシングサーボ，トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボをかけるまでは再生と同様の過程を経る。
【０１５２】
外部回路９５を介して入力される入力データを光記録媒体１００の何処に記録するかのコントロール信号が、システムコントローラ９６からサーボ制御回路９３および変復調回路９４に供給される。
【０１５３】
サーボ制御回路９３では、スピンドルモータ９８を所定の回転数に制御するとともに、送りモータ９２を駆動して光ピックアップ９１を情報記録位置に移動させる。
【０１５４】
また、外部回路９５を介して変復調回路９４に入力された入力信号は、記録フォーマットに基づく変調が行われ、光ピックアップ９１に供給される。光ピックアップ９１では出射光の変調および出射光パワーが制御されて、光記録媒体１００への記録が開始される。
【０１５５】
光記録媒体１００の種類は再生データ信号で判別する。光記録媒体１００の種類を判別する方法として、トラッキングサーボ信号やフォーカスサーボ信号を用いても良い。
【０１５６】
再生専用の光情報処理装置および記録と再生の両方の処理可能な光情報処理装置に具備される光ピックアップに、本発明の収差補正手段を用いた光ピックアップを具備していれば、基板厚の異なる光記録媒体の情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。
【０１５７】
以上のように、本実施形態６における光情報処理装置によれば、単一の対物レンズ１０６により異なる基板厚さを有する３種類の光記録媒体（ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤ）の記録面に良好なスポットが形成可能な光ピックアップを用いて、光記録媒体１００に対して情報信号の記録，再生または消去の最適な処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明に係る光ピックアップおよび光情報処理装置は、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚さと記録密度の異なる３種類の光記録媒体の記録面に良好に集光し、安定した記録，再生の動作ができ、異なる３種類の光記録媒体に対して情報を記録，再生する際に、互換性を有する装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】本発明の実施形態１における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】収差補正手段の近傍を拡大した断面図
【図３】収差補正手段を拡大した断面図
【図４】収差補正手段の回折面を示す図
【図５】入射光が４段の階段形状の回折構造を通過する−１次回折光の波面の様子を示す図
【図６】入射光が４段の階段形状の回折構造を通過する±２次回折光の波面の様子を示す図
【図７】回折面の高さ（溝深さ）を説明する図
【図８】（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する階段形状４段の深さＤと回折効率の関係を示す図
【図９】（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する階段形状５段の深さＤと回折効率の関係を示す図
【図１０】（ａ）はＣＤ系光記録媒体上に集光する光束、（ｂ）はＣＤ系光記録媒体上に形成されるスポットを示す図
【図１１】収差補正手段の回折面に形成された回折構造の実形状を示す図
【図１２】回折面と回折光の強度分布の関係を示す図
【図１３】収差補正手段の外形の形状を示す図
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は収差補正手段が四角形状で波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す図
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は収差補正手段が円形状で波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す図
【図１６】本発明の実施形態２における収差補正手段の近傍を拡大した断面図
【図１７】収差補正手段の回折面を示す図
【図１８】（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束に対する階段形状３段の深さＤと回折効率の関係を示す図
【図１９】収差補正手段の回折面に形成された回折構造の実形状を示す図
【図２０】本発明の実施形態３における収差補正手段を拡大した断面図
【図２１】波長４０５ｎｍにおけるＮＡ０．６５とＮＡ０．８５の波長変動による波面収差の変化を示す図
【図２２】収差補正手段に形成された位相段差を示す図
【図２３】段差の有無による波長変化の球面収差量を示す図
【図２４】波長が６ｎｍ変化したときの波面位相の様子を示す図
【図２５】本発明の実施形態４における収差補正手段を対物レンズの面上部に一体化した構成図
【図２６】収差補正手段を対物レンズの面下部に一体化した構成図
【図２７】本発明の実施形態５における（ａ），（ｂ）は裏面に波長板を設けた収差補正手段の断面図
【図２８】本発明の実施形態６における光情報処理装置の概略構成を示す図
【符号の説明】
【０１６０】
９１  光ピックアップ
９２  送りモータ
９３  サーボ制御回路
９４  変復調回路
９５  外部回路
９６  システムコントローラ
９８  スピンドルモータ
１００  光記録媒体
１０１，１３０ａ，１４０ａ  半導体レーザ
１０２  コリメートレンズ
１０３  偏光ビームスプリッタ
１０４  プリズム
１０５  １／４波長板
１０６  対物レンズ
１０７  ＢＤ系光記録媒体
１０８  検出レンズ
１１０，１３０ｃ，１４０ｃ，１５０  受光素子
１２０  可動部
１２１  鏡筒
１２７  ＤＶＤ系光記録媒体
１３０ｂ，１４０ｂ  ホログラム素子
１３２，１４２，１５２  発散角変換レンズ
１３３，１４３  波長選択性ビームスプリッタ
１３７  ＣＤ系光記録媒体
２００  ピッチ
２０１ａ，２０２ａ  入射光
２０１ｂ，２０２ｂ  出射光
２０３  光源の強度分布
５０１，６０１，７０１，８０１  収差補正手段
５０２，６０２，７０２，８０２  回折面
５０２ａ，６０２ａ，７０２ａ  中心領域
５０２ｂ，６０２ｂ，７０２ｂ  ２番目の領域
５０２ｃ，６０２ｃ，７０２ｃ  ３番目の領域
５０２ｄ  近いところ
５０２ｅ  遠いところ
５０２ｆ  平坦部の透過波面形状
５０２ｇ  回折部の透過波面形状
７０４  段差
８０５，８０５ａ，８０５ｂ  波長板
【図１】
0004787060.tif 000012
【図２】
0004787060.tif 000013
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004787060.tif 000016
【図６】
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【図７】
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【図８】
0004787060.tif 000019
【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】
0004787060.tif 000024
【図１４】
0004787060.tif 000025
【図１５】
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【図１６】
0004787060.tif 000027
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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