(57)【要約】【課題】青色／ＤＶＤの２世代、またはＣＤを含む３世代互換を簡素化した構成で達成し、各世代互換時に発生する球面収差を補正する。【解決手段】波長λ１（青色系）の光源点灯時には無限系、波長λ２（ＤＶＤ系）の光源点灯時には有限系で使用し、単一開口１０７を対物レンズ１０８の前側主点から光源側へ所定距離ｔに配置して、開口切換素子を用いることなく２世代互換を可能とする。また、発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、位相補正素子２０３ａには、同心円状の干渉パターンを有し、波長λ２の光に対して＋１次回折して、対物レンズ１０８の出射光がＤＶＤ系光記録媒体を透過する際の球面収差と、対物レンズ１０８が有する球面収差との和を打ち消す球面収差を与える。位相補正素子２０３ａの＋１次回折光は対物レンズ１０８によりＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂ上に無収差で集光する。【選択図】    図１
2005025847.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，λ２（λ１＜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、
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の光源点灯時には有限系の入射光束で使用するとともに、一定の開口を、前記対物レンズの前側主点から前記光源側へ（数１）で求める所定距離ｔの位置に配置したことを特徴とする光ピックアップ。
【数１】
2005025847.tif 000010
ここで    ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１の光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２の光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２の光源点灯時の物体距離
【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，λ２，λ３（λ１＜λ２＜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、
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及び波長λ３の光源点灯時には有限系の入射光束で使用するとともに、波長λ１，λ２の透過時は光束径φ１、波長λ３の透過時は光束径φ２（φ１＞φ２）となる開口切換素子を、前記対物レンズの前側主点から前記光源側へ（数２）で求める所定距離ｔの位置に配置したことを特徴とする光ピックアップ。
【数２】
2005025847.tif 000011
ここで    ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１の光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２の光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２の光源点灯時の物体距離
【請求項３】
前記開口切換素子が、光源からの光束径φ１，φ２の切り換えを、波長帯域または偏光方向に応じて、反射，回折，または吸収のいずれかによって行うことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記波長λ２の光源点灯時に、所定の球面収差を付加する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記補正手段が、光軸に直交する面において同心円状、かつ光軸方向への断面形状が特定波長において最適化された位相パターンを有することを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記補正手段が、光軸に直交する面において同心円状、かつ光軸方向への断面形状が２段以上の階段状となる位相パターンを有することを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記補正手段が、電圧印加により通過光束に位相変化を与える液晶素子であることを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記対物レンズが、凹レンズと凸レンズを貼り合わせた１群２枚のレンズ構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記対物レンズが、入射面もしくは出射面に回折面もしくは階段状の位相パターンが形成されたレンズ構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
請求項１，４〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップを用いて、青色波長帯域用光記録媒体と赤色波長帯域用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以上を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【請求項１１】
請求項２〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップを用いて、青色波長帯域用光記録媒体と赤色波長帯域用光記録媒体と赤外波長帯域用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以上を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色波長帯域用、赤色波長帯域用、あるいは赤外波長帯域用の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、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０．６５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】
前記高ＮＡ化、あるいは短波長化による新規格が、近年提案される一方、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記新規格の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。その最も簡単な方法としては、従来の光ピックアップと、新規格用の光ピックアップの両方を搭載する方法がある。しかしながら、このような方法では、小型化、低コスト化を達成することは難しい。
【０００６】
そこで、青色波長帯域の光源を用いた大容量（青色系）光記録媒体と、既存のＤＶＤ、あるいはＣＤとの互換が可能な光ピックアップとして、図２７（ａ）に示すように青色系，ＤＶＤ系の各光源と、各光源からの出射光を所定の光記録媒体に集光させるための一つの対物レンズを備えた構成、さらには図２７（ｂ）に示すように青色系，ＤＶＤ系，ＣＤ系の各光源と、各光源からの出射光を所定の光記録媒体に集光させるための一つの対物レンズを備えた構成とすることが望ましい。
【０００７】
ところで、このように一つの対物レンズで、青色系，ＤＶＤ系，あるいはＣＤ系の異なる規格の光記録媒体に集光させるためには、２つの課題が存在する。
【０００８】
まず、第１の課題として、規格の異なる複数種の光記録媒体では使用する開口数：ＮＡが異なる。そのために、記録，再生を行う光記録媒体に応じて、ＮＡを切り換える必要がある。そこで、ＤＶＤ系とＣＤ系の２世代互換時には、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素子、また大容量光記録媒体とＤＶＤ系光記録媒体の２世代互換時には、特許文献５に記載されている開口切換素子、さらには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段階の開口切換素子が必要とされていた。
【０００９】
波長：λ１＝４０７ｎｍ、ＮＡ（λ１）＝０．６７、基板厚：ｔ１＝０．６ｍｍの青色系光記録媒体に対して、無限系入射（対物レンズへの入射光が平行光で入射する状態を意味する）で収差の波面最小となる単一の対物レンズを用いて、波長：λ２＝６６０ｎｍ、ＮＡ（λ２）＝０．６５、基板厚：ｔ２＝０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に無限系入射でスポット形成させた場合、図６（ｂ）に示すように波長の違いに伴う球面収差が発生する。
【００１０】
このような課題は、ＤＶＤ／ＣＤ互換型光ピックアップにおいても同様にあった。すなわち、波長：λ２＝６６０ｎｍ、ＮＡ（λ２）＝０．６５、基板厚：ｔ２＝０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に無限系入射で収差の波面最小となる単一の対物レンズを用いて、波長：λ３＝７８０ｎｍ、ＮＡ（λ３）＝０．５０、基板厚：ｔ３＝１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に無限系入射で集光させた場合、波長の違いと基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【００１１】
このときの対応方法として、例えば、特許文献３，特許文献７に記載がある。すなわち、波長の異なる２つの半導体レーザーと、波長選択性の位相補正素子とを有し、一方の半導体レーザーから出射された波長６６０ｎｍの光を用いて厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に対して記録や再生を行い、他方の半導体レーザーから出射された波長７８０ｎｍの光を用いて厚さ１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に対して記録や再生を行うように構成し、波長選択性の位相補正素子については、一方の波長６６０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長７８０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させて基板厚さの違いに伴う球面収差を補正するという手法を提案している。
【００１２】
また、他の方法として、対物レンズに対して波長６６０ｎｍのＤＶＤ側入射光が無限系、ＣＤ側入射光が有限系（いわゆる、対物レンズへの入射光が発散光で入射する状態を意味する）とすることにより、ＤＶＤ系光記録媒体とＣＤ系光記録媒体の基板厚および波長の差に起因する球面収差を補正する手段が一般に知られている。
【００１３】
さて、以上のような従来例を用いて、非特許文献１には、青色系光記録媒体／ＤＶＤ系光記録媒体／ＣＤ系光記録媒体の３種類の光記録媒体を一つの対物レンズで記録あるいは再生する方法が提案されている。波長４０５ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍの異なる３つの半導体レーザーと、波長選択性の位相補正素子とを有し、波長４０５ｎｍで無限系入射の光を用いて厚さ０．１ｍｍの青色系光記録媒体に対して照射を行い、波長６６０ｎｍで有限系入射の光を用いて厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に対して照射を行い、波長７８０ｎｍで有限系入射の光を用いて厚さ１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に対して照射を行う構成とし、波長選択位相板は波長４０５ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長６６０ｎｍ，７８０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させている。この構成では、基板厚さの違いに伴う球面収差を補正する方法として、波長選択性の位相補正素子とＤＶＤ／ＣＤ系の２波長を有限系にするという２種類の波面補正手段を併用している。
【００１４】
【特許文献１】
特許第３２４０８４６号公報
【特許文献２】
特許第２７１３２５７号公報
【特許文献３】
特許第２７２５６５３号公報
【特許文献４】
実用新案登録第３０３６３１４号公報
【特許文献５】
特開２００１−２１６６７６号公報
【特許文献６】
特開２０００−１８７８７０号公報
【特許文献７】
特開平１０−３３４５０４号公報
【非特許文献１】
ＩＳＯＭ２００１予稿集「ＢＬＵＥ／ＤＶＤ／ＣＤ  ＣＯＭＰＡＴＩＢＬＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＨＥＡＤ  ＷＩＴＨ  ＴＨＲＥＥ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＳ  ＡＮＤ  Ａ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＦＩＬＴＥＲ」Ｒｙｕｉｃｈｉ  Ｋａｔａｙａｍａ  ａｎｄ  Ｙｕｉｃｈｉ  Ｋｏｍａｔｓｕ  ｐ３０〜３１
【非特許文献２】
「回折光学素子入門」、監修（社）応用物理学会  日本光学会  光設計研究グループ、平成９年５月２０日発行、ｐ１１９〜１２０
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、開口切換素子は、ＮＡの変化を避けるために対物レンズと一体可動するようにアクチュエータ上に搭載される。一方、アクチュエータとしては、軽量化，組付工数の低減を図るために部品点数の削減が望まれている。よって、開口切換素子を除くことが望まれる。また、３世代の記録再生時用として特許文献６に提案されているような３段階の開口切換素子は構造が複雑で、波面特性、透過率特性などの性能補償が困難となり、その設計・製造手法が煩雑化するという課題があった。
【００１６】
また、非特許文献１に記載される方法では、ＤＶＤ系光記録媒体／ＣＤ系光記録媒体の互換時に十分な波面性能が得られない。一般に、回折限界の収差の波面として、マーシャル・クライテリオン：０．０７λｒｍｓが基準値として用いられることがあるが、光ピックアップでは、光記録媒体の厚み誤差、光記録媒体のチルト誤差、光記録媒体と対物レンズ位置のずれに伴うデフォーカス誤差などをはじめとする様々な誤差要因が存在し、これらの誤差に伴う収差の波面劣化の確立的な積み上げを考えると、誤差を含まない状態の収差の波面（中央値）は０．０３λｒｍｓ以下であることが望まれる。しかしながら、非特許文献１では、ＤＶＤ系光記録媒体の収差の波面（中央値）は、約０．０５λｒｍｓもある。何故なら、１つの素子で、ＤＶＤ系とＣＤ系いずれの収差の波面も最小とすることは不可能である。すなわち、ＤＶＤ系とＣＤ系の収差が最小となる位相補正素子条件の中間値を狙った設計を行わざるを得なくなり、結果、十分に収差を抑制することはできないためである。
【００１７】
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、まず、開口切換素子を具備することなく青色／ＤＶＤなどの２世代互換を達成し、組付工程の簡素化、可動部であるアクチュエータの重量軽減、部品点数削減を図ることを第１の目的とし、また、３段階でなく２段階の開口切換素子により青色／ＤＶＤ／ＣＤなどの３世代互換を達成し、開口切換素子として従来の工法／構成を転用可能とすることを第２の目的とし、また、各世代の互換時に発生する球面収差を十分に補正できる光学部品、光学系構成を提供することを第３の目的とする。
【００１８】
【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に記載された光ピックアップは、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，λ２（λ１＜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、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の光源点灯時には有限系の入射光束で使用するとともに、一定の開口を、対物レンズの前側主点から光源側へ（数３）で求める所定距離ｔの位置に配置した構成によって、開口切換素子を具備することなく青色／ＤＶＤなどの２世代互換を達成できる。
【００１９】
【数３】
ｔ＝Ｌ−ＮＡ１・ｆ／ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
ここで    ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１の光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２の光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２の光源点灯時の物体距離
また、請求項２に記載された光ピックアップは、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，λ２，λ３（λ１＜λ２＜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の光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、波長λ２及び波長λ３の光源点灯時には有限系の入射光束で使用するとともに、波長λ１，λ２の透過時は光束径φ１、波長λ３の透過時は光束径φ２（φ１＞φ２）となる開口切換素子を、対物レンズの前側主点から光源側へ（数４）で求める所定距離ｔの位置に配置した構成によって、３段階でなく２段階の開口切換素子で青色／ＤＶＤ／ＣＤなどの３世代互換を達成できる。
【００２０】
【数４】
ｔ＝Ｌ−ＮＡ１・ｆ／ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
ここで    ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１の光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２の光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２の光源点灯時の物体距離
また、請求項３に記載された光ピックアップは、請求項２の光ピックアップであって、開口切換素子が、光源からの光束径φ１，φ２の切り換えを、波長帯域または偏光方向に応じて、反射、回折または吸収のいずれかによって行う構成によって、従来の２段階の開口切換素子を用いて青色／ＤＶＤ／ＣＤなどの３世代互換を達成できる。
【００２１】
また、請求項４に記載された光ピックアップは、請求項１〜３の光ピックアップであって、波長λ２の光源点灯時に、所定の球面収差を付加する補正手段を備えた構成によって、対物レンズ入射時に逆極性の球面収差を付加して発生する球面収差を補正することができる。
【００２２】
また、請求項５〜７に記載された光ピックアップは、請求項４の光ピックアップであって、補正手段が、光軸に直交する面において同心円状、かつ光軸方向への断面形状が特定波長において最適化された位相パターンを有すること、または、光軸に直交する面において同心円状、かつ光軸方向への断面形状が２段以上の階段状となる位相パターンを有すること、または、電圧印加により通過光束に位相変化を与える液晶素子である構成によって、対物レンズ入射時に逆極性の球面収差を付加して発生する球面収差を補正することができる。
【００２３】
また、請求項８，９に記載された光ピックアップは、請求項１〜３の光ピックアップであって、対物レンズが、凹レンズと凸レンズを貼り合わせた１群２枚のレンズ構成であること、または、入射面もしくは出射面に回折面もしくは階段状の位相パターンが形成されたレンズ構成であることによって、補正手段を用いることなく対物レンズ入射時に逆極性の球面収差を付加して発生する球面収差を補正することができる。
【００２４】
また、請求項１０に記載された光情報処理装置は、請求項１，４〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップを用いて、青色波長帯域用光記録媒体と赤色波長帯域用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以上を行うことができる。
【００２５】
また、請求項１１に記載された光情報処理装置は、請求項２〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップを用いて、青色波長帯域用光記録媒体と赤色波長帯域用光記録媒体と赤外波長帯域用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以上を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明における実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態１における「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、「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、情報の記録、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。
【００２８】
本実施の形態１において用いる青色世代の規格に関しては、現在策定中の状況であるが、本実施の形態１では、使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６７という構成を代表例に説明する。これらの値を満足することにより４．７ＧＢのＤＶＤ系光記録媒体に対し、約２．７倍の容量が確保できる。
【００２９】
図１に示す本実施の形態１における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２０４、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、単一開口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より構成された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、カップリングレンズ２０２、位相補正素子２０３ａ、ダイクロイックプリズム２０４、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、単一開口１０７、対物レンズ１０８から構成された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。すなわち、ダイクロイックプリズム２０４、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、単一開口１０７、対物レンズ１０８は２つの光学系の共通光路中にある。
【００３０】
ここで、対物レンズ１０８は、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」に対し、無限系入射により球面収差の波面が最小になるように設計されている。また、光記録媒体１０９ａ，１０９ｂはそれぞれ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、光記録媒体１０９ｂは基板厚さが０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体である。情報の記録、あるいは再生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。
【００３１】
また、単一開口１０７は、対物レンズ１０８をフォーカス方向、トラック方向に可動させるアクチュエータ上の対物レンズ１０８を保持するボビン上に配置して入射光束を規制することが可能であり、具体的な光学部品を用いる必要はない。
【００３２】
まず、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」に情報の記録、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２０４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、単一開口１０７でＮＡ０．６７に制限され、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。
【００３３】
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、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。
【００３４】
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」に情報の記録、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つの容器（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２０１が一般的に用いられるようになってきた。図２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のチップ、ホログラム２０１ｂおよび受光素子２０１ｃを一体化して構成される。このホログラムユニット２０１の半導体レーザー２０１ａから出射された波長６６０ｎｍの光は、ホログラム２０１ｂを透過し、カップリングレンズ２０２で所定の有限系ビームとされ、後述する位相補正素子２０３ａによって所定の球面収差が付加され、青色波長域の光は透過し赤色波長域の光は反射させるダイクロイックプリズム２０４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を通過し円偏光とされ、単一開口１０７でＮＡ０．６５に制限され、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。
【００３５】
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２０４で反射され、カップリングレンズ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。
【００３６】
ここで、本発明の特徴とする部分、すなわち、単一開口、収差補正素子について説明する。本実施の形態１における光ピックアップの構成は、青色波長帯域と、ＤＶＤ用赤色波長帯域の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、２世代互換を達成するために開口切換素子を必要としていないことを特徴としている。
【００３７】
図３は、以下の特性を有する対物レンズを例として、
硝種：ＢａＣＤ５（ＨＯＹＡ社製）
光記録媒体基板厚：０．６ｍｍ
赤色波長帯域６６０ｎｍの光を通過させたときの入射光束径（Ｘ軸）と、その入射光束径でＤＶＤ系光路がＮＡ０．６５を得る為の単一開口１０７−対物レンズ１０８の前側主点間隔条件（左側Ｙ軸）の関係を示したものである。また図３の右側Ｙ軸には青色波長帯域４０７ｎｍの光を通過させたときの入射光束径（Ｘ軸）に対する開口数：ＮＡを示している。特に、本実施の形態１における青色系光記録媒体への記録再生時の使用開口数はＮＡ０．６７であり、図３より最適な入射光束径φ＝４．０３ｍｍと、最適な単一開口−対物レンズの前側主点間距離ｔ＝１．４４ｍｍとなる。
【００３８】
なお、本実施の形態１において、波長λ１，λ２（λ１＜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を備えて、波長λ１（青色系４０７ｎｍ）の光源点灯時には無限系の入射光束で使用、また波長λ２（赤色系６６０ｎｍ）の光源点灯時には有限系の入射光束で使用して、一定の開口を対物レンズの前側主点から光源側へ（数５）で求まる所定距離ｔの位置に配置する。
【００３９】
【数５】
ｔ＝Ｌ−ＮＡ１・ｆ／ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
ここで    ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１の光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２の光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２の光源点灯時の物体距離
これにより、開口切換素子を具備することなく青色／ＤＶＤなどの２世代互換を可能としている。
【００４０】
図４に示すように、波長λ１、開口数ＮＡ１、無限系の光路は図４の一点鎖線のごとく描かれる。また、対物レンズの焦点距離ｆと入射光束径φ、開口数ＮＡ１は一般に（数６）の関係が知られている。
【００４１】
【数６】
ＮＡ１＝φ／２／ｆ
一方、波長λ２、開口数ＮＡ２、物体距離Ｌ、物体側開口数ＮＡ２ｏｂｊの有限系光路は図４の実線のごとく描かれる。ここで、単一開口の位置は対物レンズ前側主点から光源側に距離ｔだけ離れた位置で、波長λ２の入射光束径がφとなるように設置すると、（数７）の関係が得られる。
【００４２】
【数７】
φ／２＝（Ｌ−ｔ）×ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
以上の（数７）に（数６）を代入することにより、前述の（数５）が得られる。
【００４３】
本実施の形態１では、「青色波長帯域の光路条件：λ１＝４０７ｎｍ、ＮＡ１＝０．６７」、「赤色波長帯域の光路条件：λ２＝６６０ｎｍ、ＮＡ２＝０．６５、Ｌ＝１５７ｍｍ、ＮＡ２ｏｂｊ＝０．０１３」において、φ＝４．０３ｍｍ、ｔ＝１．４４ｍｍとなる図３に示す構成となる。
【００４４】
また、対物レンズの硝種はＢａＣＤ５に限らず、ＢａＣＤ１２，ＬａＣｌ１３０，ＢａＦ４１，ＮｂＦ１などが挙げられ、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。そして入射光束径・単一開口−対物レンズの前側主点間距離は、この硝材選定によってもコントロールされる。
【００４５】
本実施の形態１の実施例１として、球面収差の補正素子に回折光を用いて行う位相補正素子を備えた光ピックアップについて図１を参照しながら説明する。波長４０７ｎｍで波面が最小となる単一の対物レンズ１０８に、波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体１０９にスポット形成させた場合、図６（ｂ）に示すように、波長の違いに伴う球面収差が発生する。また、図５（ｂ）は波長４０７ｎｍでの収差の波面を示す。
【００４６】
本実施例１では、図６（ｂ）のように発生するＤＶＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、ＤＶＤ系光路を有限系で構成するとともに位相補正素子２０３ａを備えている。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、球面収差を低減可能な発散状態を選べばよい。
【００４７】
図７に示すように、有限系で構成されたＤＶＤ光学系の物体距離（光源と対物レンズの間隔に相当する）を変化させると収差の波面が抑制される。図７によれば物体距離１１０〜１６０ｍｍ付近で波面劣化は小さくなる。図７は対物レンズと光源の間には、部品が存在しない場合で説明しているが、実際は対物レンズと光源の間に、図１に示すような光路長を短くするためのカップリングレンズ２０２を配置している。
【００４８】
しかしながら、有限系の構成のみではＤＶＤ系光路の収差の波面は十分に抑制できない。そこで本実施例１では、有限系の構成にするとともに位相補正素子２０３ａを備えたことによりＤＶＤ系光路の収差の波面を抑制している。位相補正素子２０３ａは、波長６６０ｎｍの光に対して＋１次回折し、対物レンズからの出射光が厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体を透過する際に生じる球面収差と、対物レンズ１０８が有する球面収差の和を打ち消す球面収差を有する。したがって、位相補正素子２０３ａの＋１次回折光は対物レンズ１０８によりＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂ上に無収差で集光される。
【００４９】
図８（ａ）は位相補正素子の平面図、図８（ｂ）は断面図を示す。図８（ａ）において、位相補正素子２０３ａは同心円状の干渉パターンを有し、＋１次回折光に対しては、前述した球面収差補正の働きをする。ここで、本実施例１における位相補正面はある波長で最適化して構成する。回折素子は、例えば非特許文献２に記載があるように、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、回折素子で理想的な形状とされたキノフォーム形状（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。このような位相補正素子２０３ｂのブレーズ化を本実施例１では、ＤＶＤ光学系に特化して行える構成としている。
【００５０】
ここで、本実施例１における具体的な数値構成及び光学的特性を説明する。まず、青色光学系の対物レンズについて、図５（ａ），（表１）を用いて、波長４０７ｎｍの入射光における光学的性能を示す。本実施例１の対物レンズ１０８は、波長４０７ｎｍで球面収差の波面が最小となるように設計された対物レンズである。開口数をＮＡ０．６７、焦点距離をｆ：３ｍｍ、波長４０７ｎｍにおいての屈折率をｎ：１．６０４９で表し、対物レンズの硝種はＨＯＹＡ社製のＢａＣＤ５を使用した。
【００５１】
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、周知の非球面式の（数８）で表し、Ｒ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・を与えて形状を特定する。
【００５２】
【数８】
Ｘ＝（Ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｙ／Ｒ２｝＋ＡＹ４＋ＢＹ６＋ＣＹ８＋ＤＹ１０＋ＥＹ１２＋ＦＹ１４＋ＧＹ１６＋ＨＹ１８＋ＪＹ２０＋・・
【００５３】
【表１】
2005025847.tif 000003
【００５４】
（表１）には、具体的データを示す。表中の記号は、以下のとおりである。「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」は単一の開口面であり、その曲率半径は「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」で、厚さは設計上「０」としている。ここで、特に断らない限り、長さの次元をもつ量の単位は「ｍｍ」である。
【００５５】
「Ｓ２」は対物レンズ１０８の「光源側面」、「Ｓ３」は「光記録媒体側面」を意味する。対物レンズ１０８の肉厚は１．７ｍｍであり、Ｓ３の欄の「曲率半径の右側」に記載された厚さ：１．６５６７８８ｍｍは「ワーキングディスタンス」を示す。「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、ｎ：１．６２０２である。
【００５６】
「ＥＰＤ：入射瞳径」は入射光束径（４．０３ｍｍ）を表し、「ＷＬ：波長」は使用波長（４０７ｎｍ）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。
【００５７】
続いて、ＤＶＤ光学系の位相補正素子について、図６（ａ），（表２），（表３）を用いて、位相補正素子２０３ａの数値構成と、波長６６０ｎｍでの光学的性能を示す。対物レンズ１０８の形状は（表１）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンスは異なる。位相補正素子２０３ａの対物レンズ１０８側の面に形成した干渉縞のパターンによる光路長の位相付加量は、光軸からの高さｈ、ｎ次（偶数次）の光路差関数係数Ｃｉ、回折次数ｍ、波長λを用いて、（数９）により定義される光路差関数γ（ｈ）により表される。
【００５８】
【数９】
γ（ｈ）＝（Ｃ１ｈ２＋Ｃ２ｈ４＋Ｃ３ｈ６＋…）×ｍ×λ
位相付加量は、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の位相補正素子２０３ａに形成し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。
【００５９】
【表２】
2005025847.tif 000004
【００６０】
そして、本実施例１では、波長６６０ｎｍで球面収差が最小となるように位相補正素子２０３の干渉縞のパターンは設計されており、光路差関数係数Ｃｉは、（表３）に示されるとおりとなる。
【００６１】
【表３】
2005025847.tif 000005
【００６２】
図６（ｄ）には、波長６６０ｎｍにおける位相補正素子挿入時の球面収差の波面を示す。横軸は光軸からの高さを示し、縦軸は球面収差を示す。このときの球面収差のＲＭＳ値は、０．００１λｒｍｓである。使用上求められる０．０３０λｒｍｓを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。
【００６３】
図９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、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色光記録媒体」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、情報の記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【００６４】
図１に示す光ピックアップと異なる点は、位相補正素子２０３ａとして図８（ｂ）に示すようなブレーズ化したピッチ形状を有する位相補正素子２０３ａの代わりに、図１０に示すような階段形状の位相補正素子２０３ｂを用いた点であり、実施例１が＋１次回折光を用いたのに対して、本実施例２は透過光（０次光）そのものの位相を変化させて収差補正を行っている。
【００６５】
位相補正素子２０３ｂを用いない場合、波長６６０ｎｍの対物レンズからの出射光が厚さ０．６ｍｍの光照射側基板厚を透過する際には球面収差が残留することは前述のとおりである。本実施例２では、球面収差を抑制する手段として階段状の位相補正素子２０３ｂを用いている。階段形状は、図６（ｃ）において残留している収差形状に合わせて形成される。図１０は本実施例２の位相補正素子２０３ｂの断面図であり、位相補正素子２０３ｂはガラス基板上に同心円状のパターンが形成されて構成される。
【００６６】
図１１は本実施の形態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である。本実施例３は実施例１と同じく、「青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色光記録媒体」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、情報の記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【００６７】
本実施例３の光ピックアップと実施例１，２に示す光ピックアップと異なる点は、球面収差の補正手段として、ダイナミックな位相補正素子３０２ｃを用いた点である。ダイナミックな位相補正素子３０２ｃ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て、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。
【００６８】
屈折率ｎを変化させると、各領域を通過する光に光路差Δｎ・ｄ（Δｎは屈折率変化分、ｄは液晶のセル厚）、即ち、波長をλとして、位相差Δｎ・ｄ（２π／λ）を与えることができる。
【００６９】
使用波長の違いに起因して発生する球面収差が、例えば、図１３の如きものであったとする。この球面収差の波面を２次元曲線として示したのが図１４（ａ）の上側の実線部分である。このような収差の波面に対し、対物レンズに光源側から入射する光束に、図１４（ａ）の下側の破線部分に示すような位相差を与えるように、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波面の遅れにより前記の収差の波面を打ち消すことができる。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）における実線（収差の波面）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を示す。もとの収差の波面（図１４（ａ）の上側の実線部分）よりも格段に小さくなる。
【００７０】
また、本実施例３の位相補正素子２０３ｃは、液層素子に印加する電圧を調整することで、二層光記録媒体のレイヤギャップ、あるいはピックアップ光学部品の組付誤差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。
【００７１】
図１５は本実施の形態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である。本実施例４は実施例１と同じく、「青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色光記録媒体」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、情報の記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【００７２】
本実施例４の光ピックアップと実施例１，２，３の光ピックアップと異なる点は、位相補正素子の代わりに対物レンズの工夫によりＤＶＤ系光記録媒体の記録再生時に発生する球面収差を抑制しようとするものである。すなわち、本実施例４では、対物レンズとして、１群２枚の貼り合わせ型の対物レンズ１０８ｂを用いている。一般に、正の屈折力をもつレンズと負の屈折力をもつレンズを貼り合わせることにより、色収差を軽減できることが知られているが、本実施例４では、青色波長帯域から赤色波長帯域にかけて色収差を補正可能なレンズを用いている。
【００７３】
以下に、本実施例４で用いる１群２枚の対物レンズの具体的な数値構成を、図１６（ａ），（ｂ）、図１７（ａ），（ｂ）を用いて説明する。光源側（図１６（ａ）、図１７（ａ）の左側）からの入射光束は開口（光束径：φ＝４．０３ｍｍ）を通過し、対物レンズ１０８ｂに入射し、集光光束とされ、光記録媒体１０９の光照射側基板を透過して記録面（光照射側基板１０９の右側面に合致）に光スポットを形成する。
【００７４】
（表４）に、青色波長帯域使用時の具体的データを示す。
【００７５】
【表４】
2005025847.tif 000006
【００７６】
レンズ面の非球面形状は（数１０）の非球面式で表される。
【００７７】
【数１０】
Ｘ＝（Ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｙ／Ｒ２｝＋ＡＹ４＋ＢＹ６＋ＣＹ８＋ＤＹ１０＋ＥＹ１２＋ＦＹ１４＋ＧＹ１６＋ＨＹ１８＋ＪＹ２０＋・・
また、（表４）のなかの記号は、以下の通りである。
【００７８】
「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。
【００７９】
「Ｓ２」は対物レンズの「光源側面」、「Ｓ３」は「２枚のレンズの貼り合わせ面」、「Ｓ４」は「光記録媒体側面」を意味する。「Ｓ２」〜「Ｓ４」の間隔、すなわち、レンズの肉厚は２．４６３９８１ｍｍであり、Ｓ４の欄の「曲率半径の右側」に記載した厚さ：１．２３２２２８ｍｍは「ワーキングディスタンス」を示す。
【００８０】
「Ｓ５」は光記録媒体１０９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Ｓ５，ＩＭＧの間隔、すなわち、光照射側基板厚は０．６ｍｍ、屈折率ｎ＝１．６２０２である。「ＥＰＤ：入射瞳径」は開口径（４．０３ｍｍ）を表し、「ＷＬ：波長」は使用波長（４０７ｎｍ）を表す。（表５）に、赤色波長帯域使用時の具体的データを示す。
【００８１】
【表５】
2005025847.tif 000007
【００８２】
対物レンズ１０８ｂの形状は（表４）と同じであるが、有限系であるため「ＯＢＪ」のＴＨＩが無限大でなく有限の距離：１５６ｍｍ、また各素子の屈折率、ワーキングディスタンスが異なっている。
【００８３】
図１８は本実施の形態１の実施例５における光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施例５は実施例１と同じく、「青色波長帯域の使用波長４０７ｎｍの光源、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色光記録媒体」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、情報の記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【００８４】
本実施例５の光ピックアップと実施例１〜４の光ピックアップと異なる点は、実施例１，２で説明した位相補正素子の機能を対物レンズに一体化した点である。すなわち、図１または図９に示すように位相補正素子２０３ａ，２０３ｂと対物レンズ１０８の組み合せにより波長６６０ｎｍの光で、厚さ０．６ｍｍの光照射側基板厚を透過する際に発生する球面収差を抑制するのに対して、図１９に示すように位相パターンを対物レンズ１０８ｃ上に形成してもよい。図１９では、対物レンズ１０８ｃの光源側の面上に光軸に対して同心円状のパターンが形成される。パターンを形成する面は、これに限らず、光記録媒体側の面に形成してもよいし、光源側と光記録媒体側の両面に形成するものであってもよい。
【００８５】
図２０は本発明の実施の形態２における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６７、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」のそれぞれに対して、情報の記録、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。
【００８６】
図２０に示すように光ピックアップの要部は、波長４０７ｎｍ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２０４，３０４、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、単一開口１０７、開口切換素子１０７ｂ、対物レンズ１０８、検出レンズ１１０、光束分割手段１１１、受光素子１１２により構成された波長４０７ｎｍの光が通過する青色光学系が構築されている。
【００８７】
さらに、ホログラムユニット２０１、カップリングレンズ２０２、位相補正素子２０３ａ（もしくは２０３ｂ、もしくは２０３ｃ）、ダイクロイックプリズム２０４，３０４、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、単一開口１０７、開口切換素子１０７ｂ、対物レンズ１０８から構成された波長６６０ｎｍの光が通過するＤＶＤ光学系が構築されている。
【００８８】
またさらに、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３０４、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、単一開口１０７、開口切換素子１０７ｂ、対物レンズ１０８から構成された波長７８０ｎｍの光が通過するＣＤ光学系から構築されている。
【００８９】
すなわち、図２０に示すダイクロイックプリズム２０４，３０４、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０６、単一開口１０７、開口切換素子１０７ｂ、対物レンズ１０８は、２ないし３つの光学系に用いる共通部品である。
【００９０】
ここで、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」に対し、無限系入射により球面収差の波面が最小になるように設計されている。
【００９１】
また、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あり、光記録媒体１０９ａは基板厚さが０．６ｍｍの青色系光記録媒体、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、または再生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。
【００９２】
以上のように構成される光ピックアップにおいて、まず、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」に情報の記録、再生、または消去する場合について図２０を参照しながら説明する。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２０４，３０４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、単一開口１０７でＮＡ０．６７に制限され、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。
【００９３】
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、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。
【００９４】
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」に情報の記録、再生、または消去する場合について説明する。前述の実施の形態１でも説明したが、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ており、半導体レーザー２０１ａ、ホログラム２０１ｂ及び受光素子２０１ｃを一体化してホログラムユニット２０１が構成される。
【００９５】
ホログラムユニット２０１の半導体レーザー２０１ａから出射された波長６６０ｎｍの光は、ホログラム２０１ｂを透過し、カップリングレンズ２０２で所定の有限系ビームとなり、位相補正素子２０３ａ（もしくは２０３ｂ、もしくは２０３ｃ）によって所定の球面収差が付加され、波長４０７ｎｍ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２０４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、単一開口１０７でＮＡ０．６５に制限され、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。
【００９６】
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２０４で反射され、カップリングレンズ２０２で収束光とされ、ホログラム２０１ｂにより受光素子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。
【００９７】
なお、実施の形態１の実施例１〜３で説明した位相補正素子２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃは本実施の形態２においても同様に使用されている。また実施の形態１の実施例４，５を示す図１５，図１８と同様に、位相補正素子２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの代わりに対物レンズ１０８ｂ，１０８ｃで収差補正を行う構成であってもよい。
【００９８】
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」に情報の記録、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ている。前述したホログラムユニット２０１と同様に、半導体レーザー３０１ａ、ホログラム３０１ｂ及び受光素子３０１ｃを一体化したホログラムユニット３０１が構成される。
【００９９】
このホログラムユニット３０１の半導体レーザー３０１ａから出射された波長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３０４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、開口切換素子１０７ｂ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。
【０１００】
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３０４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。
【０１０１】
本実施の形態２における光ピックアップの構成は、青色波長帯域と、ＤＶＤ用の赤色波長帯域、ＣＤ用の赤外波長帯域の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、３世代互換を達成するために開口切換素子１０７ｂを備えた構成とする。ただし、３世代互換を実施するために、青色／ＤＶＤについては共通開口とすることにより、ＤＶＤ／ＣＤ互換光学系で用いられるような従来の２段階の開口制限手段を適用できる構成としていることを特徴としている。開口切換素子１０７ｂは、波長帯域或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。
【０１０２】
また、本実施の形態２では、波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源と、光源光を該光記録に集光照射する単一の対物レンズとを備えて、波長λ１（青色系４０７ｎｍ）の光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、波長λ２（赤色系６６０ｎｍ）およびλ３（赤外系７８０ｎｍ）の光源点灯時には有限系の入射光束で使用して、波長λ１，λ２透過時はφ１、波長λ３透過時はφ２（φ１＞φ２）となる開口切換素子を対物レンズ前側主点から光源側へ（数１１）を満足するように配置するため、３段階でなく２段階の開口切換素子で青色／ＤＶＤ／ＣＤなどの３世代互換を達成可能としている。
【０１０３】
【数１１】
ｔ＝Ｌ−ＮＡ１・ｆ／ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
ここで    ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１の光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２の光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２の光源点灯時の物体距離
本実施の形態２の開口切換素子としては、光源から出射された光束の波長に応じて、図２１のように反射によって光束径を切り換える手段を用いればよい。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２１の光の透過特性は、誘電体光学多層膜が施されていない中心部領域φ２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（中心部領域φ２より外周側の領域）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である。
【０１０４】
実施の形態１と同様に、青色波長帯域、赤色波長帯域の光束は、対物レンズアクチュエータ上に形成される開口面（単一開口）でφ１以内の光束径のみに制限される。また開口切換素子面に青色波長帯域、赤色場長帯域の光束を制限（粗し面などの遮光手段）を行ってもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態２の開口切換素子として、光源から出射された光束の波長に応じて、図２２の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２２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φ２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させ、中心部領域φ２より外周側の領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しは作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回折させる。また実施の形態１と同様に、青色波長帯域、赤色波長帯域の光束は、対物レンズアクチュエータ上に形成される開口面（単一開口）でφ１以内の光束径のみに制限される。
【０１０６】
またさらに、本実施の形態２の開口切換素子として、光源から出射された光束の波長に応じて、図２３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。
【０１０７】
ここまで、波長に応じて光束径を切り換える開口切換素子について説明したが、本実施の形態２はこれに限るものではなく、偏光特性を利用してもよい。すなわち、赤色波長域と赤外波長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。
【０１０８】
また、開口切換素子におけるφ２の部分、すなわち赤外波長帯域を制限する手段を対物レンズ面上に実施してもよい。この場合、実施の形態１と同様に開口切換素子を不要にできる。なお、制限する手段としては前記した反射，吸収を行うような薄膜のコーティングを行ってもよいし、回折形状を設けてやってもよい。
【０１０９】
次に、ＣＤ光学系の有限系構成について、図２４（ａ），（表６）を用いて、ＣＤ光学系の数値構成と、波長７８０ｎｍでの光学的性能を示す。（表６）における対物レンズ１０８の形状は（表１）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。また、ＣＤ光学系は有限系構成とすることにより球面収差の波面の最小化を図っている。
【０１１０】
【表６】
2005025847.tif 000008
【０１１１】
（表６）に記載されているとおり、物体距離（ＯＢＪ〜Ｓ３までの距離）：５３．７ｍｍとする構成により最適の波面が得られる。実際には、図２０の光ピックアップの構成図に示すように光源と対物レンズの途中光路にカップリングレンズ３０２を挿入することにより、光路の短縮化を図っている。
【０１１２】
図２４（ｂ）には、波長７８０ｎｍにおける収差の波面を示す。横軸は光軸からの高さを示し、縦軸は収差の波面を示す。このときの波面のＲＭＳ値は、０．００６λｒｍｓである。使用上求められる０．０３０λｒｍｓを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。
【０１１３】
本実施の形態２では、ＣＤ系光路については有限系の構成とすることにより、最良の収差の波面を得ているが、ＤＶＤ系光路については、実施の形態１の実施例１〜５に示した収差補正素子を用いることで最良な収差の波面が得られる。
【０１１４】
なお、実施の形態１の実施例４における１群２枚の貼り合わせレンズ構成は、ＣＤ系光路についても同様に適用することができ、図２５（ａ）、（表７）にその具体的な構成を示す。
【０１１５】
【表７】
2005025847.tif 000009
【０１１６】
図２６は本発明の実施の形態３における光情報処理装置である情報記録再生装置のが略構成を示す透過斜視図である。
【０１１７】
情報記録再生装置３０は、光記録媒体４０に対して光ピックアップ３１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３において、光記録媒体４０はディスク状であって、保護ケースのカートリッジ４１内に格納されている。光記録媒体４０はカートリッジ４１ごと、挿入口３２から情報記録再生装置３０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３３により回転駆動され、光ピックアップ３１により情報の記録や再生、あるいは消去が行われる。
【０１１８】
光ピックアップ３１として、前述の実施形態１，２に記載の光ピックアップを適宜用いることができる。また、光記録媒体として、青色波長帯域用，赤色波長帯域用，赤外波長帯域用の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以上をすることができる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、開口切換素子を具備することなく青色／ＤＶＤなどの２世代互換、あるいは３段階でなく２段階の開口切換素子で青色／ＤＶＤ／ＣＤなどの３世代互換が可能であり、複数世代の互換を簡素な構成で実現できるとともに、静的または動的な位相補正素子、あるいは対物レンズの工夫により、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及びこれを用いる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図
【図２】半導体レーザー、ホログラム及び受光素子を一体化構成したホログラムユニットを示す図
【図３】入射光束径と単一開口−対物レンズの間隔、及び開口数の関係を示す図
【図４】単一開口へ入射する光の無限系と有限系における対物レンズの焦点光路を説明する図
【図５】（ａ）は波長４０７ｎｍの位相補正素子と対物レンズの部分光路、（ｂ）は（ａ）における波長４０７ｎｍでの球面収差を示す図
【図６】（ａ）は波長６６０ｎｍの位相補正素子と対物レンズの部分光路、（ｂ）は波長４０７ｎｍで収差が最小の対物レンズに、波長６６０ｎｍの光を無限系で入射時の球面収差、（ｃ）は波長６６０ｎｍの光を有限系で入射時の球面収差、（ｄ）は波長６６０ｎｍの光を有限系で入射時の位相補正した球面収差を示す図
【図７】有限系のＤＶＤ光学系において物体距離と収差の波面との関係を示す図
【図８】本実施の形態１の実施例１における位相補正素子を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図９】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
【図１０】本実施の形態１の実施例２における位相補正素子を示す断面図
【図１１】本実施の形態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１２】本実施の形態１の実施例３における位相補正素子の液晶電極パターンを示す正面図
【図１３】使用波長の違いに起因して発生する球面収差を示す図
【図１４】（ａ）は球面収差の波面（実線）と位相シフトパターン（破線）を２次元曲線で表した図、（ｂ）は補正後の収差の波面を示す図
【図１５】本実施の形態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１６】（ａ）は波長４０７ｎｍの位相補正素子と１群２枚の対物レンズの部分光路、（ｂ）は（ａ）における波長４０７ｎｍでの球面収差を示す図
【図１７】（ａ）は波長６６０ｎｍの位相補正素子と１群２枚の対物レンズの部分光路、（ｂ）は（ａ）における波長６６０ｎｍでの球面収差を示す図
【図１８】本実施の形態１の実施例５における光ピックアップの概略構成を示す図
【図１９】位相パターンを形成した対物レンズを示す図
【図２０】本実施の形態２における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２１】本実施の形態２の光源から出射される光束の波長に応じ、反射によって光束径を切り換える開口切換素子を示す図
【図２２】本実施の形態２の光源から出射される光束の波長に応じ、回折によって光束径を切り換える開口切換素子を示す図
【図２３】本実施の形態２の光源から出射される光束の波長に応じ、吸収によって光束径を切り換える開口切換素子を示す図
【図２４】（ａ）は波長７８０ｎｍの開口切換素子と対物レンズの部分光路、（ｂ）は（ａ）における波長７８０ｎｍでの球面収差を示す図
【図２５】（ａ）は波長７８０ｎｍにおける１群２枚の対物レンズの部分光路、（ｂ）は（ａ）における波長７８０ｎｍでの球面収差を示す図
【図２６】本発明の実施の形態３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２７】（ａ）は青色波長帯域の光源を用いた大容量光記録媒体と、既存のＤＶＤとの互換が可能な光ピックアップ、（ｂ）は大容量光記録媒体と、既存のＤＶＤ及びＣＤとの互換が可能な光ピックアップの概略構成を示す図
【符号の説明】
３０  情報記録再生装置
３１  光ピックアップ
３２  挿入口
３３  スピンドルモータ
４０  光記録媒体
４１  カートリッジ
１００  青色用光源
１０１，２０１ａ，３０１ａ  半導体レーザー
１０２  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
１０６  １／４波長板
１０７  単一開口
１０７ｂ  開口切換素子
１０８，１０８ｂ，１０８ｃ  対物レンズ
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ  光記録媒体
１１０  検出レンズ
１１１  光束分割手段
１１２，２０１ｃ，３０１ｃ  受光素子
２００  ＤＶＤ用光源
２０１，３０１  ホログラムユニット
２０１ｂ，３０１ｂ  ホログラム
２０２，３０２  カップリングレンズ
２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ  位相補正素子
２０４，３０４  ダイクロイックプリズム
３００  ＣＤ用光源
【図１】
2005025847.tif 000012
【図２】
2005025847.tif 000013
【図３】
2005025847.tif 000014
【図４】
2005025847.tif 000015
【図５】
2005025847.tif 000016
【図６】
2005025847.tif 000017
【図７】
2005025847.tif 000018
【図８】
2005025847.tif 000019
【図９】
2005025847.tif 000020
【図１０】
2005025847.tif 000021
【図１１】
2005025847.tif 000022
【図１２】
2005025847.tif 000023
【図１３】
2005025847.tif 000024
【図１４】
2005025847.tif 000025
【図１５】
2005025847.tif 000026
【図１６】
2005025847.tif 000027
【図１７】
2005025847.tif 000028
【図１８】
2005025847.tif 000029
【図１９】
2005025847.tif 000030
【図２０】
2005025847.tif 000031
【図２１】
2005025847.tif 000032
【図２２】
2005025847.tif 000033
【図２３】
2005025847.tif 000034
【図２４】
2005025847.tif 000035
【図２５】
2005025847.tif 000036
【図２６】
2005025847.tif 000037
【図２７】
2005025847.tif 000038