(57)【要約】【課題】第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正する。【解決手段】位相光学素子２０は、第１レーザー光Ｌの基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして第１，第２の位相関数によって第１，第２の位相関数曲線をそれぞれ求めた上で、一方の面の内周領域に第１の位相関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を輪帯状に形成し、且つ、内周側階段状位相差パターン部より外側の外周領域に第２の位相関数曲線に基づいて外周側階段状位相差パターン部２０ａ２を輪帯状に形成すると共に、内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定する一方、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ（但し、ｍは０を含まない自然数）の位相差に相当する高さもしくは各段ごとにｍの値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ前記第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体と、前記第１，第２光記録媒体の各信号面を組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に記録又は再生する光ピックアップ装置において、
前記第１光記録媒体に対応して波長が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光を出射させる第１レーザー光源と、
前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光を出射させる第２レーザー光源と、
第１光記録媒体用として開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する各面のうち少なくとも一方の面が非球面に形成されて、前記第１，第２レーザー光を前記第１，第２光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズと、
前記第１，第２レーザー光源側と前記対物レンズとの間に設けられ、且つ、前記第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子とを少なくとも備え、
前記位相光学素子は、前記第１レーザー光の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして第１，第２の位相関数によって第１，第２の位相関数曲線をそれぞれ求めた上で、一方の面の内周領域に前記第１の位相関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部を輪帯状に形成し、且つ、前記内周側階段状位相差パターン部より外側の外周領域に前記第２の位相関数曲線に基づいて外周側階段状位相差パターン部を輪帯状に形成すると共に、前記内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定する一方、前記外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ（但し、ｍは０を含まない自然数）の位相差に相当する高さもしくは各段ごとにｍの値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
請求項１記載の光ピックアップ装置において、
前記第２の位相関数に、前記第１の位相関数が作る波面の平均値に近く且つ前記設計波長λの略整数倍の位相差を付加することで、前記位相光学素子の前記外周側階段状位相差パターン部の全体高さと、前記内周側階段状位相差パターン部の全体高さとの間にオフセットを与え、このことにより、前記第１レーザー光の基準波長近傍で波長が変化した時の前記内周側階段状位相差パターン部を出射した光の平均波面と、前記外周側階段状位相差パターン部を出射した光の波面との間の位相差を減少させたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
請求項１記載又は請求項２記載の光ピックアップ装置において、
前記位相光学素子は、前記外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ＝略１λに設定した場合に、前記外周側階段状位相差パターン部と対向して前記第２レーザー光に対して前記対物レンズへの開口数（ＮＡ）を制限するための第２レーザー光用開口制限部を他方の面に形成したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちいずれか１項記載の光ピックアップ装置において、
前記第１レーザー光源側と前記位相光学素子との間に、色収差を補正する色収差補正素子を配置したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
請求項４記載の光ピックアップ装置において、
前記色収差補正素子が、前記第１レーザー光に対してのみ作用するように配置したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が異なる第１，第２レーザー光を用いて基板厚さが異なる第１，第２光記録媒体を選択的に記録又は再生する際に、開口数（ＮＡ）が０．７５以上である一つの対物レンズと、この対物レンズを用いた時に第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子とを少なくとも備えた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、円盤状の光ディスクやカード状の光カードなどの光記録媒体は、映像情報とか音声情報やコンピュータデータなどの情報信号を透明基板上で螺旋状又は同心円状に形成したトラックに高密度に記録し、且つ、記録済みのトラックを再生する際に所望のトラックを高速にアクセスできることから多用されている。
【０００３】
この種の光記録媒体となる光ディスクとして例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などは既に市販されているが、最近になって光ディスクに対してより一層高密度化を図るために、ＤＶＤよりも情報信号を超高密度に記録又は再生できるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの開発が盛んに行われている。
【０００４】
上記したＤＶＤは、波長が６５０ｎｍ前後のレーザー光を開口数（ＮＡ）が０．６程度の対物レンズで絞って得たレーザービームを照射して、レーザービーム入射面から略０．６ｍｍ隔てた位置にある信号面上に情報信号を記録又は再生している。この際、ＤＶＤの記録容量はディスク基板の直径が１２ｃｍの時に片面で４．７ＧＢ（ギガバイト）程度である。
【０００５】
一方、上記したＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃは、波長が４５０ｎｍ以下のレーザー光を開口数（ＮＡ）が０．７５以上の対物レンズで絞って得たレーザービームを照射して、レーザービーム入射面から略０．１ｍｍ隔てた位置にある信号面上に情報信号を記録又は再生できるように開発が進められている。この際、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの記録容量はディスク基板の直径が１２ｃｍの時に片面で２５ＧＢ（ギガバイト）前後である。
【０００６】
ところで、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの開発が進むにつれて、一つの対物レンズを用いて記録密度が超高密度であるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃと、このＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃよりも記録密度が低いＤＶＤとを下位互換性を確保して記録又は再生できる光ピックアップ装置が開発されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１）。
【０００７】
また、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃに対して色収差を補正できる光ピックアップ装置も開発されている（例えば、特許文献２及び特許文献３）。
【０００８】
更に、一般的な光ディスクに対して色収差を補正できる光ピックアップ装置も開発されている（例えば、特許文献４）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２３６２５３号公報（第５７−５８頁、第３１図）
【特許文献２】特開２００３−２７２２１３号公報（第５−６頁、第２図）
【特許文献３】特開２００３−２７０５２５号公報（第６頁、第３図）
【特許文献４】特開平６−８２７２５号公報（第２頁、第１図）
【非特許文献１】Phase Shift Element for Blu-ray Disc / DVD Compatibility, Katsuhiro Koike et. al., Technical digest for ODS 2003, WA6
【００１０】
図１８は従来例１の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図、
図１９は従来例２の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図、
図２０は従来例３の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図、
図２１は従来例４の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図、
図２２は従来例５の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。
【００１１】
まず、図１８に示した従来例１の光ピックアップ装置１１０は、上記した特許文献１に開示されているものであり、特許文献１を参照して簡略に説明すると、従来例１の光ピックアップ装置１１０では、透明基板の厚さが０．１ｍｍである第１光ディスク（例えば青色レーザー使用の次世代高密度光ディスク）１０１と、透明基板の厚さが０．６ｍｍである第２光ディスク（例えばＤＶＤ）１０２とが選択的に適用可能に構成されている。
【００１２】
上記した従来例１の光ピックアップ装置１１０内には、第１光ディスク（例えば次世代高密度光ディスク）１０１に対応して波長が４００ｎｍ程度の第１レーザー光（青色レーザー光）を出射する第１半導体レーザー１１１と、第２光ディスク（例えばＤＶＤ）１０２に対応して波長が６５０ｎｍ程度の第２レーザー光（赤色レーザー光）を出射する第２半導体レーザー１１２と、第１，第２ビームスプリッタ１１３，１１４と、１次元アクチュエータ１１５によって光軸方向に移動可能なコリメータ１１６と、１／４波長板１１７と、絞り１１８と、２次元アクチュエータ１１９によって第１，第２レーザー光を第１，第２光ディスク上に結像するために開口数ＮＡが０．７以上で少なくとも１面上に回折輪帯レンズが形成された対物レンズ１２０と、第１，第２光ディスク１０１，１０２からの戻り光を検出するためのシリンドリカルレンズ１２１及び光検出器１２２とを備えている。
【００１３】
そして、第１，第２半導体レーザー１１１，１１２から出射した各発散光束は、２個の第１，第２ビームスプリッタ１１３，１１４，コリメータ１１６，１／４波長板１１７，絞り１１８を介して、第１，第２光ディスク１０１，１０２の情報記録面１０１ａ，１０２ａ上にそれぞれ選択的に集光され、各スポットを形成する。この際、第１，第２光ディスク１０１，１０２の基板厚さに誤差がある場合とか、第１，第２半導体レーザー１１１，１１２の製造誤差により各発振波長に誤差がある場合とか、集光光学系を構成するレンズに厚さの誤差がある場合に発生する球面収差をコリメータ１１６の移動により補正している。
【００１４】
更に、対物レンズ１２０は、第１半導体レーザー１１１からの光束に対して像側開口数ＮＡ１内で回折限界内となるように集光させるので、高密度な第１光ディスク１０１を再生でき、一方、第２半導体レーザー１１２からの光束に対して像側開口数ＮＡ２内で回折限界内となるように集光させるので、第２光ディスク１０２を再生できる。また、第２半導体レーザー１１２からの光束を第２光ディスク１０２の情報記録面１０２ａ上に集光させる際、対物レンズ１２０の少なくとも１面上に形成された回折輪帯レンズの作用により、像側開口数ＮＡ１からＮＡ２の領域を通過する光束をフレア成分とするので、第２半導体レーザー１１２からの光束を、ＮＡ１で決定される絞り１１８をすべて通過させても、像側開口数ＮＡ１からＮＡ２の領域を通過する光束は第２光ディスク１０２の情報記録面１０２ａ上にスポットを結ばないため、ＮＡ１とＮＡ２との開口切り替え手段を設ける必要がないように構成されている。
【００１５】
次に、図１９に示した従来例２の光ピックアップ装置１３０は、上記した非特許文献１に開示されているものであり、非特許文献１を参照して簡略に説明すると、従来例２の光ピックアップ装置１３０では、レンズホルダ１３１内に、位相光学素子（ＰＳＥ：Phase Shift Element)１３２と、開口数（ＮＡ）が０．８５である対物レンズ１３３とが取り付けられており、４０５ｎｍの波長に対応したＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃと、６５０ｎｍの波長に対応したＤＶＤとを選択的に適用可能に構成されており、位相光学素子１３２でＢｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃとＤＶＤとの基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正できるようになっている。
【００１６】
ここで、上記した位相光学素子（ＰＳＥ：Phase Shift Element)１３２は、内周に階段状位相差パターン部１３２ａが形成され、この階段状位相差パターン部１３２ａの外周に平坦部１３２ｂが形成されている。
【００１７】
そして、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃに対して波長が４０５ｎｍの第１レーザー光を位相光学素子１３２の階段状位相差パターン部１３２ａと平坦部１３２ｂとをそのまま透過させて対物レンズ１３３によりＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ上に集光させる一方、ＤＶＤに対して波長が６５０ｎｍの第２レーザー光を位相光学素子１３２の階段状位相差パターン部１３２ａのみを透過させてこの階段状位相差パターン部１３２ａで球面収差を補正しながら対物レンズ１３３によりＤＶＤ上に集光させている。
【００１８】
次に、図２０に示した従来例３の光ピックアップ装置１４０は、上記した特許文献２に開示されているものであり、特許文献２を参照して簡略に説明すると、従来例３の光ピックアップ装置１４０では、凹レンズ１４１Ａと凸レンズ１４１Ｂとからなるビームエキスパンダー１４１と、凹レンズ１４２Ａと凸レンズ１４２Ｂと凹レンズ１４２Ｃとを貼り合わせて形成されて色収差補正手段となるトリプレット１４２と、開口数が０．７以上である対物レンズ１４３とで構成されており、波長が４０３ｎｍ前後のレーザー光Ｌに対応したＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１０１に対して球面収差と色収差とを補正できるようになっている。
【００１９】
ここで、上記したビームエキスパンダー１４１は、２枚のレンズ１４１Ａ，１４１Ｂの間隔を調整することで光の平行度を変化させて、対物レンズ１４３の球面収差を補正している。また、上記したトリプレット１４２は、対物レンズ１４３の色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正している。
【００２０】
次に、図２１に示した従来例４の光ピックアップ装置１５０は、上記した特許文献３に開示されているものであり、特許文献３を参照して簡略に説明すると、従来例４の光ピックアップ装置１５０では、凹レンズ１５１Ａとフレネルレンズ１５１Ｂとからなるビームエキスパンダー１５１と、開口数が０．７以上である対物レンズ１５２とで構成されており、波長が４０５ｎｍ前後のレーザー光Ｌに対応したＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１０１に対して球面収差と色収差とを補正できるようになっている。
【００２１】
ここで、上記したビームエキスパンダー１５１は、２枚のレンズ１５１Ａ，１５１Ｂの間隔を調整することで光の平行度を変化させて、対物レンズ１５２の球面収差を補正している。また、ビームエキスパンダー１５１中のフレネルレンズ１５１Ｂは、アナログ的なブレーズ１５１Ｂａ（又は階段状のブレーズ）が形成されており、凹レンズ１５１Ａに対して凸レンズとしての機能を有するものであって、その焦点距離は対物レンズ１５２の色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正できるようになっている。
【００２２】
次に、図２２に示した従来例５の光ピックアップ装置１６０は、上記した特許文献４に開示されているものであり、特許文献４を参照して簡略に説明すると、従来例５の光ピックアップ装置１６０では、光入射端面１６１ａ，光出射端面１６１ｂの少なくとも一方に、光軸に対して垂直な平面を同心円状の輪帯として階段状に形成した色収差補正素子１６１と、対物レンズ１６２とで構成されており、光ディスク１０３に対して単一の色収差補正素子１６１で色収差を補正できるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
ところで、上記した従来例１の光ピックアップ装置１１０では、開口数ＮＡが０．７以上で少なくとも１面上に回折輪帯レンズが形成された対物レンズ１２０によって、透明基板の厚さが０．１ｍｍである第１光ディスク１０１と、透明基板の厚さが０．６ｍｍである第２光ディスク１０２とを選択的に適用可能に構成されているものの、対物レンズ１２０の少なくとも１面上に形成した回折輪帯レンズはピッチが狭くなり、対物レンズ１２０の加工が困難であり、レンズ性能に悪影響を及ぼす危険性がある。
【００２４】
また、上記した従来例２の光ピックアップ装置１３０では、位相光学素子１３２と、開口数ＮＡが０．８５である対物レンズ１３３とで４０５ｎｍの波長に対応したＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃと、６５０ｎｍの波長に対応したＤＶＤとを選択的に適用可能に構成されているものの、位相光学素子１３２の内周に形成した階段状位相差パターン部１３２ａで第２レーザー光に対して球面収差が補正されるものの、内周に形成した階段状位相差パターン部１３２ａと外周に形成した平坦部１３２ｂとをそのまま透過する第１レーザー光では、波長誤差が生じた時に外周が平坦であるためにＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃへの球面収差補正が甘くなってしまう。
【００２５】
また、上記した従来例３の光ピックアップ装置１４０では、ビームエキスパンダー１４１と、トリプレット１４２と、開口数が０．７以上である対物レンズ１４３とで、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１０１に対して球面収差及び色収差の補正が可能なものの、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１０１とＤＶＤ（図示せず）とを下位互換性を確保して記録又は再生することに対して考慮されていない。また、色収差補正手段となるトリプレット１４２は、光学全体で軸上色収差を過剰に補正出来るように設計する必要があるため、貼り合わせ面の曲率半径が小さくなり、加工が難しい。更に、ビームエキスパンダー１４１により球面収差を補正する場合に、ビームエキスパンダー１４１の間隔を変化させれば良いものの、球面収差の補正に要する時間がかなりかかってしまう。
【００２６】
また、上記した従来例４の光ピックアップ装置１５０では、ブレーズを有するビームエキスパンダー１５１だけで球面収差及び色収差の補正が可能であるので、従来例３よりも部品点数を削減してもＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１０１に対して同等の性能が得られるものの、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１０１とＤＶＤ（図示せず）とを下位互換性を確保して記録又は再生することに対して考慮されていない。また、ビームエキスパンダー１５１中のフレネルレンズ１５１Ｂにアナログ的なブレーズ１５１Ｂａ（又は階段状のブレーズ）を形成する時にピッチが狭くなり加工が難しい。
【００２７】
また、上記した従来例５の光ピックアップ装置１６０では、階段状に形成した色収差補正素子１６１により光ディスク１０３に対して色収差を補正できるので、超高密度なＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃにも適用可能であるものの、Ｂｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃとＤＶＤとを下位互換性を確保して記録又は再生することに対して考慮されていない。
【００２８】
そこで、一つの対物レンズを用いて記録密度が超高密度である第１光記録媒体（例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）と、この第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体（例えば、ＤＶＤ）とを下位互換性を確保して記録又は再生でき、波長変化が生じた場合の球面収差の変動が少なく、且つ、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃに対して同時に用いられる色収差補正素子の設計を製造しやすい方向へ導き、更に、素子数の増加を伴わない光ピックアップ装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ前記第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体と、前記第１，第２光記録媒体の各信号面を組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に記録又は再生する光ピックアップ装置において、
前記第１光記録媒体に対応して波長が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光を出射させる第１レーザー光源と、
前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光を出射させる第２レーザー光源と、
第１光記録媒体用として開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する各面のうち少なくとも一方の面が非球面に形成されて、前記第１，第２レーザー光を前記第１，第２光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズと、
前記第１，第２レーザー光源側と前記対物レンズとの間に設けられ、且つ、前記第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子とを少なくとも備え、
前記位相光学素子は、前記第１レーザー光の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして第１，第２の位相関数によって第１，第２の位相関数曲線をそれぞれ求めた上で、一方の面の内周領域に前記第１の位相関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部を輪帯状に形成し、且つ、前記内周側階段状位相差パターン部より外側の外周領域に前記第２の位相関数曲線に基づいて外周側階段状位相差パターン部を輪帯状に形成すると共に、前記内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定する一方、前記外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ（但し、ｍは０を含まない自然数）の位相差に相当する高さもしくは各段ごとにｍの値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定したことを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００３０】
また、第２の発明は、上記した第１の発明の光ピックアップ装置において、
前記第２の位相関数に、前記第１の位相関数が作る波面の平均値に近く且つ前記設計波長λの略整数倍の位相差を付加することで、前記位相光学素子の前記外周側階段状位相差パターン部の全体高さと、前記内周側階段状位相差パターン部の全体高さとの間にオフセットを与え、このことにより、前記第１レーザー光の基準波長近傍で波長が変化した時の前記内周側階段状位相差パターン部を出射した光の平均波面と、前記外周側階段状位相差パターン部を出射した光の波面との間の位相差を減少させたことを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００３１】
また、第３の発明は、上記した第１又は第２の発明の光ピックアップ装置において、  前記位相光学素子は、前記外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ＝略１λに設定した場合に、前記外周側階段状位相差パターン部と対向して前記第２レーザー光に対して前記対物レンズへの開口数（ＮＡ）を制限するための第２レーザー光用開口制限部を他方の面に形成したことを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００３２】
また、第４の発明は、上記した第１〜第３のいずれかの発明の光ピックアップ装置において、
前記第１レーザー光源側と前記位相光学素子との間に、色収差を補正する色収差補正素子を配置したことを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００３３】
更に、第５の発明は、上記した第４の発明の光ピックアップ装置において、
前記色収差補正素子が、前記第１レーザー光に対してのみ作用するように配置したことを特徴とする光ピックアップ装置である。
【発明の効果】
【００３４】
以上詳述した本発明に係る光ピックアップ装置において、請求項１記載によると、とくに、第１，第２光記録媒体１，２に対応して第１，第２レーザー光をそれぞれ出射させる第１，第２レーザー光源と、開口数が０．７５以上である対物レンズと、第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子とを少なくとも備えた際、位相光学素子は、第１レーザー光の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして第１，第２の位相関数によって第１，第２の位相関数曲線をそれぞれ求めた上で、一方の面の内周領域に第１の位相関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部を輪帯状に形成し、且つ、内周側階段状位相差パターン部より外側の外周領域に第２の位相関数曲線に基づいて外周側階段状位相差パターン部を輪帯状に形成すると共に、内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定する一方、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ（但し、ｍは０を含まない自然数）の位相差に相当する高さもしくは各段ごとにｍの値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定したため、内周側階段状位相差パターン部で第２レーザー光Ｌ２に対する球面収差を補正でき、且つ、外周側階段状位相差パターン部で第１レーザー光Ｌ１に対して色収差に関する補正ができるので、これにより第１，第２記録媒体に対して性能の良い位相光学素子を有した光ピックアップ装置を提供することができる。
【００３５】
また、請求項２記載によると、請求項１記載の光ピックアップ装置において、第２の位相関数に、第１の位相関数が作る波面の平均値に近く且つ設計波長λの略整数倍の位相差を付加することで、位相光学素子の外周側階段状位相差パターン部の全体高さと、内周側階段状位相差パターン部の全体高さとの間にオフセットを与え、このことにより、第１レーザー光の基準波長近傍で波長が変化した時の内周側階段状位相差パターン部を出射した光の平均波面と、外周側階段状位相差パターン部を出射した光の波面との間の位相差を減少させたため、これにより第１レーザー光Ｌ１に対して光学系で発生する波面収差を改善することができる。
【００３６】
また、請求項３記載によると、請求項１又は請求項２記載の光ピックアップ装置において、位相光学素子は、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ＝略１λに設定した場合に、外周側階段状位相差パターン部と対向して第２レーザー光に対して対物レンズへの開口数（ＮＡ）を制限するための第２レーザー光用開口制限部を他方の面に形成したため、内周側階段状位相差パターン部及び外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを共に略１λに設定した場合に、第２レーザー光の対物レンズへの開口数（ＮＡ）を制限する際に第２レーザー光用開口制限部により第２レーザー光を遮光することができる。
【００３７】
また、請求項４記載によると、請求項１〜請求項３のうちいずれか１項記載の光ピックアップ装置において、第１レーザー光源側と位相光学素子との間に、色収差を補正する色収差補正素子を配置したため、凹レンズと凸レンズと凹レンズとを貼り合わせて形成した色収差補正素子の貼り合わせ面の半径を大きく設定できるので、色収差補正素子の製作が容易となると共に、第１，第２記録媒体に対して性能の良い光ピックアップ装置を提供できる。
【００３８】
更に、請求項５記載によると、請求項４記載の光ピックアップ装置において、色収差補正素子が第１レーザー光に対してのみ作用するように配置したため、上記した請求項４の効果が得られる他に第１記録媒体を良好に記録又は再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に本発明に係る光ピックアップ装置の一実施例を図１乃至図１７を参照して詳細に説明する。
【００４０】
本発明に係る光ピックアップ装置は、一つの対物レンズを用いて記録密度が超高密度である第１光記録媒体（例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）と、この第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体（例えば、ＤＶＤ）とを下位互換性を確保して記録又は再生する際に、次世代光ディスク規格の第１光記録媒体に対応して設計し且つ開口数（ＮＡ）が０．７５以上である対物レンズと、第１光記録媒体に対して色収差を補正するための色収差補正素子と、第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子とを少なくとも備え、位相光学素子を設けることで色収差補正素子の設計を製造しやすい方向へ導き、且つ、後述するように第１の位相関数によって求めた第１の位相関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部を輪帯状に形成し、且つ、第２の位相関数によって求めた第２の位相関数曲線に基づいて外周側階段状位相差パターン部を輪帯状に形成した位相光学素子で第１，第２光記録媒体への球面収差を相殺するか又は減じるように補正できることを特徴とするものである。
【実施例】
【００４１】
図１は本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。
【００４２】
図１に示した如く、本発明に係る光ピックアップ装置１０は、基準波長λ１が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光Ｌ１により情報信号を基板厚さが薄い信号面１ｂに超高密度に記録又は再生する第１光記録媒体１と、基準波長λ２が第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１より長く６５０ｎｍ前後の第２レーザー光Ｌ２により情報信号を前記した第１光記録媒体１の信号面１ｂよりも基板厚さが厚い信号面２ｂに高密度に記録又は再生する第２光記録媒体２と、第１，第２レーザー光Ｌ１，Ｌ２のいずれかが入射するレーザービーム入射面を共通化し且つ第１，第２光記録媒体１，２の各信号面１ｂ，２ｂを組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に適用可能に開発したものである。
【００４３】
尚、ここでの図示を省略するものの、第１，第２光記録媒体１，２の各信号面１ｂ，２ｂを組み合わせた組み合わせ型光記録媒体は合計のディスク基板厚さが略１．２ｍｍに形成されるものであるが、以下の説明では第１，第２光記録媒体１，２の個々について詳述し、組み合わせ型光記録媒体の場合はその応用であるので説明を省略する。
【００４４】
また、以下の説明では、第１，第２光記録媒体１，２として、円盤状の光ディスクに適用した場合について説明するが、これに限ることなく、カード状の光記録媒体であっても良い。
【００４５】
そして、上記した第１，第２光記録媒体１，２は、光ディスク駆動装置５内に回転自在に設けたスピンドルモータ６の軸に固着したターンテーブル７上に選択的に装着されるようになっている。
【００４６】
ここで、上記した第１光記録媒体となるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１は、次世代光ディスク規格に基づいてレーザービーム入射面１ａと信号面１ｂとの間のディスク基板厚さｄ１が略０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍに薄く設定されて、この上に補強板（図示せず）を貼り合せて合計厚さが厚く形成されており、この合計厚さは例えば略１．２ｍｍである。尚、以下の説明では、第１光記録媒体をＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１と記す。
【００４７】
また、上記した第２光記録媒体となるＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）２は、ＤＶＤ規格に基づいてレーザービーム入射面２ａと信号面２ｂとの間のディスク基板厚さｄ２がＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１よりも厚く０．６ｍｍに設定されて、この上に補強板（図示せず）を貼り合せて合計厚さが略１．２ｍｍに形成されている。尚、以下の説明では、第２光記録媒体をＤＶＤ２と記す。
【００４８】
尚、この実施例では、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１，ＤＶＤ２の各ディスク基板厚さｄ１，ｄ２が、例えば０．１ｍｍ，０．６ｍｍにそれぞれ設定されているものとする。
【００４９】
また、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａ又はＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａの下方には、本発明に係る光ピックアップ装置１０がＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１又はＤＶＤ２の径方向に移動自在に設けられている。
【００５０】
上記した本発明に係る光ピックアップ装置１０内には、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対応して基準波長λ１が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光Ｌ１を出射するための第１レーザー光源（以下、青色半導体レーザーと記す）１１と、ＤＶＤ２に対応して基準波長λ２が６５０ｎｍ前後の第２レーザー光Ｌ２を出射するためにＤＶＤ用集積デバイス３０内の第２レーザー光源（以下、赤色半導体レーザーと記す）３１とが設けられている。
【００５１】
尚、この実施例では、青色半導体レーザー１１から出射される第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１は例えば４０８ｎｍに設定され、また、赤色半導体レーザー３１から出射される第２レーザー光Ｌ２の基準波長λ２は例えば６５５ｎｍに設定されているものとする。
【００５２】
まず、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対応する青色半導体レーザー１１側について説明すると、青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１は直線偏光の発散光であり、この発散光が回折格子（グレーティング）１２に入射され、この回折格子１２内に形成された凹凸状格子（図示せず）のピッチと傾斜の角度に応じて０次回折光と±１次回折光とからなる３本のビーム（以下、３ビームと記す）に分離された後に、３ビームが偏光ビームスプリッタ１３に入射される。
【００５３】
尚、この実施例では、回折格子１２により３ビームを生成しているが、回折格子１２を設けない構成もあり、この場合には青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１を１ビームのままで偏光ビームスプリッタ１３に直接入射させれば良い。
【００５４】
上記した偏光ビームスプリッタ１３は、回折格子１２からの３ビームを透過させ、且つ、後述するＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１からの反射光を反射させて略９０°方向を転じさせるために偏光性を有する半透過反射誘電体多層膜１３ａが膜付けされている。
【００５５】
この後、偏光ビームスプリッタ１３内の半透過反射誘電体多層膜１３ａを透過した第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、コリメーターレンズ１４で平行光に変換されて、球面収差補正手段１５に入射される。
【００５６】
上記した球面収差補正手段１５は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１のディスク基板厚さｄ１のバラツキとか、青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１の波長誤差などに伴って青色半導体レーザー１１とＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１の信号面１ｂとの間に配置された光学系によって発生する球面収差を補正するものであり、青色半導体レーザー１１側に設けた凹レンズ（負レンズ）１５Ａと、後述の対物レンズ２１側に設けた凸レンズ（正レンズ）１５Ｂと、凸レンズ１５Ｂを光軸方向に沿って変位させるアクチュエータ１５Ｃとから構成されている。そして、凸レンズ１５Ｂをアクチュエータ１５Ｃによって凹レンズ１５Ａに対して光軸方向に変位させ、凹レンズ１５Ａと凸レンズ１５Ｂとの間隔を制御して、対物レンズ２１に入射する３ビームの平行度を調整して、対物レンズ２１の倍率誤差による球面収差を発生させて他の球面収差と相殺することで球面収差が零になるように補正するものである。尚、凹レンズ（負レンズ）１５Ａを凸レンズ１５Ｂに対して光軸方向に変位させる方法でも良い。
【００５７】
尚、球面収差補正手段として、この実施例では凹レンズ１５Ａと凸レンズ１５Ｂとアクチュエータ１５Ｃとの組み合わせを用いたが、これに代えて液晶素子などを用いた波面変調素子を適用することも可能である。
【００５８】
この後、球面収差補正手段１５を通った第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、波長板１６を透過する際に、第１レーザー光Ｌ１による３ビームに対して、波長板の進相軸と遅相軸に対応する偏光成分に、略１／４波長（９０°）の位相差を与えて円偏光に変換した後に、色収差補正素子１７に入射する。
【００５９】
上記した色収差補正素子１７は、凹レンズ１７Ａと凸レンズ１７Ｂと凹レンズ１７Ｃとを貼り合わせて形成されており、第１レーザー光Ｌ１に対して色収差を補正する機能を有している。
【００６０】
尚、この実施例では、上記したような色収差補正素子１７を用いているが、これに代えて先に図２２を用いて従来例５で述べたような光入射端面，光出射端面の少なくとも一方に、光軸に対して垂直な平面を同心円状の輪帯として階段状に形成した色収差補正素子を適用しても良い。また、この同心円上の輪帯は屈折面（曲面）の上に形成しても良い。
【００６１】
尚更に、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１が４０８ｎｍであれば色収差が発生しないために、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対して色収差を測定する場合には、第１レーザー光Ｌ１の波長が例えば４１１ｎｍである青色半導体レーザー１１を用いて測定すれば良い。
【００６２】
そして、色収差補正素子１７を通過した第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、ダイクロイックプリズム１８を通過する。このダイクロイックプリズム１８は、青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１を透過させる一方、赤色半導体レーザー３１から出射した第２レーザー光Ｌ２に対して反射させて略９０°方向を転じさせるために波長選択性を有する半透過反射ダイクロイック膜１８ａが膜付けされている。
【００６３】
この後、ダイクロイックプリズム１８内の半透過反射ダイクロイック膜１８ａを透過した第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、レンズホルダ１９内の下方部位に取り付けた位相光学素子２０を平行光のままで直進してレンズホルダ１９内の上方部位に取り付けた対物レンズ２１に入射し、この対物レンズ２１で絞り込んだ第１レーザービーム（３ビーム）がＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１のレーザー入射面１ａから入射して信号面１ｂに集光される。
【００６４】
この際、上記した位相光学素子２０は、後述するように第１の位相関数により求めた第１の位相関数曲線に基づいて上面（一方の面）側の内周領域に輪帯状に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、第２の位相関数により求めた第２の位相関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部２０ａより外側の外周領域に輪帯状に形成した外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とからなるものであり、且つ、レンズホルダ１９内で対物レンズ２１と光軸を一致させて取り付けられている。そして、青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１に対して位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とを平行光のまま透過させた後に、第１レーザー光Ｌ１を対物レンズ２１に入射させている。
【００６５】
尚、上記した位相光学素子２０は、実施例の要部を構成するものであり、この位相光学素子２０の形状と、位相光学素子２０による第１レーザー光Ｌ１に対する動作については後で詳述する。
【００６６】
また、上記した対物レンズ２１は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ用として開口数が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する面２１ａ，２１ｂのうち少なくとも一方の面が非球面に形成されているものであるが、この実施例では開口数（ＮＡ）が０．８５で
アプラナートな特性、又は、アプラナートに近い特性を持った単玉レンズを用いている。尚、ここで言うアプラナートとは、軸上の球面収差を完全に補正しつつ正弦条件（軸外でコマ収差を発生しない条件）を満足したものである。
【００６７】
また、レンズホルダ１９の外周にはフォーカスコイル２２とトラッキングコイル２３とが一体的に取り付けられ、且つ、レンズホルダ１９の外周に固着させた不図示の複数本のサスペンションワイヤを介してレンズホルダ１９と一体に位相光学素子２０と対物レンズ２１とがＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１のフォーカス方向とトラッキング方向とに制御されている。
【００６８】
尚、後述するＤＶＤ２の場合にも、位相光学素子２０と対物レンズ２１とがレンズホルダ１９と一体となってＤＶＤ２のフォーカス方向とトラッキング方向とに制御されるものである。
【００６９】
この後、対物レンズ２１で絞り込んだ第１レーザービーム（３ビーム）をＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａから入射させて信号面１ｂ上に集光し、第１レーザービームによって信号面１ｂへの再生、記録、または消去が行われる。
【００７０】
更にこの後、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１の信号面１ｂで反射された第１レーザービームによる戻りの第１反射光は、上記とは逆に対物レンズ２１に再入射して、位相光学素子２０，ダイクロイックプリズム１８，色収差補正素子１７，波長板１６，球面収差補正手段１５，コリメーターレンズ１４を順に通過して、偏光ビームスプリッタ１３内の偏光性を有する半透過反射誘電体多層膜１３ａで反射されて略９０°方向を転じた後にシリンドリカルレンズ２４を介して第１光検出器２５に集光する。そして、第１光検出器２５でＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１の信号面１ｂを再生した時のトラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号を検出している。
【００７１】
次に、ＤＶＤ２に対応する赤色半導体レーザー３１側について説明すると、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合には、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する際に用いた球面収差補正手段１５及び色収差補正素子１７を用いない光学系になっている。
【００７２】
尚、球面収差補正手段１５と色収差補正素子１７は、上記ではＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する光学系のみに配置されているが、これに限らず、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合でも、その両者１５，１７を含んだ光学系として構成することも可能である。この場合には第２レーザー光Ｌ２に対して収差が小さくなるように球面収差補正手段１５を成業するか、又は、球面収差補正手段１５及び色収差補正素子１７に入射する第２レーザー光Ｌ２の平行度を適切に設定して収差を小さくすれば良い。
【００７３】
ここで、ＤＶＤ用集積デバイス３０は、赤色半導体レーザー３１と、赤色半導体レーザー３１の右方に設置した第２光検出器３２とが不図示の半導体基板上に一体化されており、且つ、赤色半導体レーザー３１の上方にホログラム素子３３が設置されている。
【００７４】
尚、この実施例ではＤＶＤ用集積デバイス３０を用いているが、これに限ることなく、図示を省略するが赤色半導体レーザーからの第２レーザー光をビームスプリッタで分離させる構成でも良い。
【００７５】
ここで、赤色半導体レーザー３１から出射した第２レーザー光Ｌ２は直線偏光の発散光であり、この発散光がホログラム素子３３を通過する。この後、ホログラム素子３３を通過した第２レーザー光Ｌ２は、コリメータレンズ３４で平行光となり、この平行光が第２レーザー光用の位相板３５を透過して円偏光となる。この際、第２レーザー光用の位相板３５は第２レーザー光Ｌ２が透過する時に、その進相軸と遅相軸の間に（λ２）／４の位相差を与えて円偏光に変換するものである。
【００７６】
更に、位相板３５を通った第２レーザー光Ｌ２は、ダイクロイックプリズム１８内の波長選択性を有する半透過反射ダイクロイック膜１８ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、第２レーザー光Ｌ２に対して位相光学素子２０により対物レンズ２１への開口数（ＮＡ）が０．６相当になるように開口を制限させると共に、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１のみを略平行光の状態で透過させて球面収差を補正しながら対物レンズ２１に入射させている。
【００７７】
尚、位相光学素子２０による第２レーザー光Ｌ２に対する動作については後で詳述する。
【００７８】
この後、対物レンズ２１で絞り込んだ第２レーザービームをＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａから入射させて信号面２ｂ上に集光し、第２レーザービームによってＤＶＤ２の信号面２ｂへの再生、記録、または消去が行われる。
【００７９】
更にこの後、ＤＶＤ２の信号面２ｂで反射された第２レーザービームによる戻りの第２反射光は、上記とは逆に対物レンズ２１に再入射し、位相光学素子２０を経てダイクロイックプリズム１８内の半透過反射ダイクロイック膜１８ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、第２レーザー光用の位相板３５，コリメータレンズ３４を順に通過して、ホログラム素子３３によって回折されて、第２光検出器３２に集光する。そして、第２光検出器３２でＤＶＤ２の信号面２ｂを再生した時のトラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号を検出している。
【００８０】
ここで、実施例における主要な光学系の仕様を順に説明する。
【００８１】
まず、対物レンズ２１の仕様を下記の表１に示す。
【表１】
2005174491.tif 000003
【００８２】
次に、色収差補正素子１７と、位相光学素子２０と、対物レンズ２１と、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１及びＤＶＤ２とを含む各光学面形成部材の一覧について下記の表２に示す。
【表２】
2005174491.tif 000004
【００８３】
また、表２中に示した色収差補正素子，位相光学素子，対物レンズに用いた各材料の各波長に対する屈折率を下記の表３に示す。
【表３】
2005174491.tif 000005
【００８４】
次に、表２の第６面（位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１）を作製する際に用いる第１の位相関数Φ（ｈ）を下記の数１に示す。
【数１】
2005174491.tif 000006
【００８５】
また、上記した第１の位相関数Φ（ｈ）中の位相関数係数Ａ２〜Ａ８の一例を下記の表４に示す。
【表４】
2005174491.tif 000007
【００８６】
次に、表２の第６面（位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部２０ａ２）を作製する際に用いる第２の位相関数Φ’（ｈ）を下記の数２に示す。
【数２】
2005174491.tif 000008
【００８７】
また、上記した第２の位相関数Φ’（ｈ）中の位相関数係数Ａ’２〜Ａ’８の一例を下記の表５に示す。
【表５】
2005174491.tif 000009
【００８８】
次に、対物レンズ２１において、レーザー光源側である表２の第７面（対物レンズ２１中で位相光学素子２０と対向する面２１ａ）と、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１又はＤＶＤ２と対向する面である表２の第８面（２１ｂ）とを非球面に形成する際、下記する数３の多項式を用いて非球面を表すものとする。
【数３】
2005174491.tif 000010
【００８９】
上記した数３の多項式を用いた時に、対物レンズ２１の面２１ａ（第７面）を非球面に形成するための非球面係数Ｂ４〜Ｂ１２の一例を下記の表６に示す。
【表６】
2005174491.tif 000011
【００９０】
また、上記した数３の多項式を用いた時に、対物レンズ２１の面２１ｂ（第８面）を非球面に形成するための非球面係数Ｂ４〜Ｂ１０の一例を下記の表７に示す。
【表７】
2005174491.tif 000012
【００９１】
以下、先に表２で示した各光学面形成部材について順を追って、先に説明した図１と、新たな図２〜図９とを用いて説明する。
【００９２】
図２は図１に示した位相光学素子を拡大して示した縦断面図、
図３は位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部を作製する際に用いられる第１の位相関数Φ（ｈ）により求めた内周側位相関数曲線（第１の位相関数曲線）を説明するための図、
図４は位相光学素子を作製する際に用いられる第２の位相関数Φ’（ｈ）により求めた外周側位相関数曲線（第２の位相関数曲線）を説明するための図、
図５は図３（又は図４）で得られた内周側位相関数曲線（又は外周側位相関数曲線）に基づいて位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部（又は外周側階段状位相差パターン部）を形成する状態を説明するための図、
図６は位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部及び外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを共に略１λの位相差に相当する高さに設定した場合を模式的に示した図、
図７は位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定し、且つ、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略２λの位相差に相当する高さに設定した場合を模式的に示した図、
図８は位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定し、且つ、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを非周的位相構造に形成した場合を模式的に示した図、
図９は位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定し、且つ、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを非周的位相構造に形成すると共に外周側階段状位相差パターン部の全体高さを図８の場合よりも低く設定した場合を模式的に示した図、
図１０は図８に示した位相位相光学素子を用いた時のＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの波面収差図、
図１１は図９に示した位相位相光学素子を用いた時のＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの波面収差図である。
【００９３】
まず、色収差補正素子１７は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する光学系中にのみに配置されており、凹レンズ１７Ａと凸レンズ１７Ｂと凹レンズ１７Ｃとを貼り合わせて形成する際に、貼り合わせ面の半径が先の表２に示したように４．０ｍｍに設定されている。
【００９４】
次に、図２に示した如く、実施例の要部となる位相光学素子２０は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対応する第１レーザー光Ｌ１の波長と、ＤＶＤ２に対応する第２レーザー光Ｌ２の波長との違いにより波長が変化すると波面変化が発生するので、この波面変化を用いてＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１と、ＤＶＤ２との基板厚さの異なりにより発生する球面収差を補正するものである。
【００９５】
尚、図２に示した位相光学素子２０は、後述の図３及び図４に示した内周側位相関数曲線（第１の位相関数曲線）及び外周側位相関数曲線（第２の位相関数曲線）を基にして作製されたものであるが、概念を表したものであり、段差数、内周と外周の段差の関係、輪帯のピッチ等は厳密に描かれた物ではなく、概念的に描かれたものである。
【００９６】
とくに、上記した位相光学素子２０では、基準波長λ１（４０８ｎｍ）の第１レーザー光Ｌ１では波面変化が生じないように設計し、且つ、第１，第２レーザー光Ｌ１，Ｌ２の波長が変化すると波面の変化が生じるが、内周領域における波面の変化に対して外周領域における波面の変化が最適な関係になるように設定することを特徴とするものである。
【００９７】
より具体的に説明すると、上記した位相光学素子２０は、光透過性を有する透明なＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）とか、石英基板とか、透明樹脂などを用いて一体的に形成されており、この実施例では先の表２に示したようにＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）を用いている。
【００９８】
また、位相光学素子２０は、対物レンズ２１（図１）と対向する上面（一方の面）側で中心“０”を中心にして内周領域径φＤ１内に内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が輪帯状（リング状）に形成され、且つ、この内周側階段状位相差パターン部２０ａ１より外側で少なくとも外周領域径φＤ２内に外周側階段状位相差パターン部２０ａ２が輪帯状（リング状）に形成されており、内周側階段状位相差パターン２０ａ１でＤＶＤ用の第２レーザー光Ｌ２に対して球面収差を補正でき、且つ、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２でＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ用の第１レーザー光Ｌ１に対して色収差に関する補正ができるようになっている。この際、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が形成される内周領域径φＤ１はφ２．２ｍｍに設定され、且つ、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２が形成される外周領域径φＤ２はφ３．０ｍｍに設定され、先に表１で示したように対物レンズ２１（図１）の瞳径がφ３．０ｍｍであるので、この瞳径の全面をカバーできるようになっている。
【００９９】
ここで、位相光学素子２０の内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１は、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１と同じ値（４０８ｎｍ）の波長を設計波長λとして、先に数１で示した第１の位相関数Φ（ｈ）に先の表４で示した２次から８次の位相関数係数Ａ２〜Ａ８を代入して、図３に示した内周側位相関数曲線（第１の位相関数曲線）を求めて、この内周側位相関数曲線中で半径が１．１ｍｍの範囲以内の曲線に基づいて形成されており、中心“０”部位を階段の上段に設定して対物レンズ２１（図１）側に向かって凸状に突出し且つ中心“０”から内周領域径φＤ１に向かって階段が徐々に下降している。
【０１００】
一方、位相光学素子２０の外周領域に形成した外周側階段状位相差パターン部２０ａ２は、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１と同じ値（４０８ｎｍ）の波長を設計波長λとして、先に数２で示した第２の位相関数Φ’（ｈ）に先の表５で示した２次から８次の位相関数係数Ａ’２〜Ａ’８を代入して、図４に示した外周側位相関数曲線（第２の位相関数曲線）を求めて、この外周側位相関数曲線中で半径が１．１ｍｍ以上の曲線に基づいて形成されており、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の下段部位に対して互いに位相関数曲線が異なるために曲線的には切り離され且つ構造的には接続されてこの内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の下段部位よりも上方に向かうように階段が徐々に上昇して外周領域径φＤ２の外側まで形成されている。
【０１０１】
尚、ここに記した下降または上昇の関係は、位相光学素子２０の設計に依存していて、設計によっては、内周側で上昇したり、あるいは上昇と下降の両方を含んだりする場合もある。
【０１０２】
上記した第１，第２の位相関数Φ（ｈ），Φ’（ｈ）はラジアン単位である。これら第１，第２の位相関数Φ（ｈ），Φ’（ｈ）により求めた内周側位相関数曲線（第１の位相関数曲線），外周側位相関数曲線（第２の位相関数曲線）を、図３，図４に示したように、２πラジアンごとに分割して、それを一単位として、階段状の構造とすることで、具体的な位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の形状が定まる。ここで、階段の位相差は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対応した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の略整数倍になるように為される。この際、図３，図４では、横軸を位相光学素子２０の光軸からの高さｈと等価な半径（ｍｍ）で示し、且つ、縦軸を位相差（λ）で示している。ここで縦軸の位相差は、２πラジアンを１波長（１λ）としたものである。尚、１波長（１λ）を単位としたのは、以後の説明を容易にするためである。
【０１０３】
そして、図３，図４に示した内周側位相関数曲線，外周側位相関数曲線を基にして、位相光学素子２０を作製する場合には、図５に拡大して示したように、連続的なスムーズな位相関数曲線の値を、離散な値に近似させるように内周側位相関数曲線，外周側位相関数曲線に基づいて予め設定した位相差幅で階段の段差ピッチを設定している。
【０１０４】
即ち、位相光学素子２０において、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の実際の形状は、第１，第２の位相関数Φ（ｈ），Φ’（ｈ）において、ｍを０を含まない自然数として、略２ｍπ（設計波長λの略整数倍）となる位相差幅で、離散的な階段形状とした形態となり、これにより階段の段差ピッチは光路長の差が設計波長λ（４０８ｎｍ）の、略ｍ倍となる高さとする。こうすると設計波長λの略ｍ倍の波長（略ｍλ）では、実質的に位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２を透過した基準波長λ１が４０８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して波面は変化が生じず、第１レーザー光Ｌ１の波長が変化した場合は、位相構造に応じた波面変化が生じる。
【０１０５】
この図５中では予め設定した位相差幅を例えば設計波長λの略１波長（略１λ）に設定して、階段状に区分けした場合を図示している。
【０１０６】
この際、連続的なスムーズな位相関数曲線の値と、これに近似させた離散な値との間の誤差（量子化誤差と言える）は、波面の誤差となり、主として回折損失になる。具体的には光透過率が多少下がるのであるが、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対応した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の近傍では、波長の変化範囲が小さいことから、この低下は小さく実用上問題はない。一方、ＤＶＤ２に対しては、光量的に数１０％のオーダーの回折損失が生じるが、これを考慮した設計で充分補える範囲である。
【０１０７】
そして、図６に示したように、位相光学素子２０は、内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の階段の段差ピッチと、外周領域に形成した外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の階段の段差ピッチとを、共に設計波長λの略１波長（略１λ）の位相差に相当する高さに設定した場合には、１次の位相構造となる。
【０１０８】
また、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の段差ピッチが共に設計波長λの略１波長（略１λ）の位相差に相当する高さに設定されている場合には、図２及び図６に示したように、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２と対向する下面２０ｂの外周領域内に第２レーザー光Ｌ２に対して対物レンズ２１への開口数（ＮＡ）が０．６相当になるように制限するための第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１がダイクロイック膜を用いてリング状に成膜されている。
【０１０９】
この際、位相光学素子２０の下面（他方の面）２０ｂに形成した第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１は、波長選択性を有するダイクロイック膜により青色半導体レーザー１１（図１）から出射した基準波長λ１＝４０８ｎｍ±８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１を透過し、且つ、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した基準波長λ２＝６５５ｎｍ±１０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２を遮光する特性を有している。
【０１１０】
従って、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２には、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対応した第１レーザー光Ｌ１が透過する一方、ＤＶＤ２に対応した第２レーザー光Ｌ２は内周側階段状位相差パターン部２０ａ１のみを透過し、且つ、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２で遮光されるので外周側階段状位相差パターン部２０ａ２はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ専用領域になっている。
【０１１１】
ところで、ＤＶＤ２に対して球面収差を考えなくて良い位相光学素子２０の外周側は、位相構造の次数に制約はなく、図７に示したように、位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部２０ａ３の階段の段差ピッチを、例えば設計波長λの略２倍の波長（略２λ）の位相差に相当する高さに設定しているが、これに限らず、設計波長λに対して略ｍ（但し、ｍは０を含まない自然数）倍の波長（略ｍλ）の位相差に相当する高さに設定しても良い。このように形成した位相光学素子２０は高次（２次以上）の位相構造と呼ばれている。
【０１１２】
また、図８に示したように、位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部２０ａ４の階段の段差ピッチを、階段構造の各段ごとにｍ（但し、ｍは０を含まない自然数）の値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定しても良い。このように形成した位相光学素子２０は、非周期的位相構造と呼ばれている。
【０１１３】
図８に示した位相光学素子２０の例では、外周側階段状位相差パターン部２０ａ４における非周期的位相構造として、例えば、外周側階段状位相差パターン部２０ａ４の１段目と２段目の間を２λ、２段目と３段目の間も２λ、３段目と４段目の間は１λ、４段目と５段目の間を３λとなるように設定している。
【０１１４】
さて、このようにして構成した、図６，図７，図８に示した位相光学素子２０を用いた光学系の、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの波面収差は図１０に示した如く得られる。
【０１１５】
この図１０に示した波面収差図から明らかなように、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１（４０８ｎｍ）に対しては内周領域及び外周領域共に波面収差が全く生じていないが、第１レーザー光Ｌ１の波長にバラツキがあり、例えば波長が例えば４１１ｎｍである第１レーザー光Ｌ１に対しては波面収差が生じている。この場合に、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を出射した波長が４１１ｎｍである第１レーザー光Ｌ１の波面収差値を積分して平均化した平均値に対して、外周側階段状位相差パターン部２０ａ４を出射した波長が４１１ｎｍである第１レーザー光Ｌ１の波面収差値は０であるので、内周領域と外周領域とで平均波面の値に位相差が出ている。
【０１１６】
そこで、外周側に対応した第２の位相関数Φ’（ｈ）に、内周側に対応した第１の位相関数Φ（ｈ）が作る波面の平均値に近く且つ設計波長λの略整数の位相差を付加することで、位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部の全体高さと、内周側階段状位相差パターン部の全体高さとの間にオフセットを与え、このことにより、第１レーザー光Ｌ１の基準波長近傍で波長が変化した時の内周側階段状位相差パターン部を出射した光の平均波面と、外周側階段状位相差パターン部を出射した光の波面との間の位相差を減少させて波面収差量を低減する。この際、オフセットとして与える位相差は、設計波長λの略整数の位相差とされているので、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１においては、この操作でなんらの影響が生じない。また、縦収差図で示されている光線収差への影響もない。
【０１１７】
上記のことを、図９を用いて説明する。図９は、図８に示された位相光学素子２０に前記した操作が施されている。図８と図９に示した各位相光学素子２０の内周側の構造は等しくされており、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１は、下面２０ｂを基準とした全体高さＨが同じであり且つ階段形状も同じである。
【０１１８】
一方、図９に示したように、位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部２０ａ５の全体の高さＨ２は、図８に示した位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部２０ａ４の全体の高さＨ１に比べて低く設定されている。従って、Ｈ１より、Ｈ２の方が小さな値になっている。この時、Ｈ１とＨ２の高さの差により、前記したオフセットとして与えられる位相差が発生する。ここで、この位相差を設計波長λの略整数倍とすることで、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１における収差の発生を防ぐことができる。
【０１１９】
このようになされた、図９に示した位相光学素子２０を用いた光学系の波面収差の様子を図１１に示す。
【０１２０】
この図１１に示した波面収差図から明らかなように、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の全体高さＨに対して外周側階段状位相差パターン部２０ａ５の全体高さＨ２を図８に示した全体高さＨ１よりも低く設定することで、外周側階段状位相差パターン部２０ａ５を出射した波長が４１１ｎｍである第１レーザー光Ｌ１の波面収差値は、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を出射した波長が４１１ｎｍである第１レーザー光Ｌ１の波面収差値を積分して平均化した平均値と近い値が得られるので、内周領域と外周領域とで波面収差値が略同じになる。これを言い換えると、位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部２０ａ５の全体高さＨ２を、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の全体高さＨに対して内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を出射した第１レーザー光Ｌ１の波面収差値を積分して平均化した平均値に近い値の波面収差値が得られるように設定したことになる。これより、第１レーザー光Ｌ１に対して位相光学素子２０で内周領域及び外周領域の波面収差を改善することができる。
【０１２１】
この際、図８に示した形状の位相光学素子２０と、図９に示した形状の位相光学素子２０は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差及び外周側縦収差はどちらも同じ特性であり、位相光学素子２０へのＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差図及び外周側縦収差図については後述する。
【０１２２】
勿論、このように、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１（４０８ｎｍ）に対して波長のバラツキがあり、例えば４１１ｎｍである第１レーザー光Ｌ１に対して波面収差値を内周領域と外周領域とで略同じ値にするように位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部を形成する技術的思想は、図７に示した形状の位相光学素子２０、又は、図８に示した形状の位相光学素子２０にも適用できるものである。
【０１２３】
そして、上記のように、位相光学素子２０の外周側を、図７に示したような高次（２次以上）の位相構造、または、図８，図９に示したような非周期的位相構造とした場合、外周側位相構造中の階段の輪帯ピッチを大きく設定することが可能になり、位相光学素子２０の製造が容易になるというメリットがある。
【０１２４】
更に、位相光学素子２０の外周側を、図７に示したような高次（２次以上）の位相構造、または、図８，図９に示したような非周期的位相構造とした場合、ＤＶＤ２に対しては不要光である外周側の第２レーザー光Ｌ２に対して波長選択性を有する第２レーザー光用開口制限部などを設けずに内周側のＤＶＤ再生に必要な光束のみを分離できるメリットがある。この理由は、位相構造において、次数が異なると言うことは、位相構造により発生する回折作用の次数が異なっていることを示していて、このことにより内外周の境界で波面の連続性が分断されて、外周側の光束と内周側の光束とが分離されて内周側の光束が作るＤＶＤ２へのスポットに影響を与えなくなるためである。
【０１２５】
また、位相光学素子２０が高次の位相構造においては、波長が６５０ｎｍ近傍における回折効率が低下することが多いことも、その理由の一つである。これに対して、１次の位相構造の場合は、図２及び図６に示したように、外周側にＤＶＤ２に対応した第２レーザー光Ｌ２を遮光する第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１を設けた方がＤＶＤ２への記録特性又は再生特性が向上するものである。
【０１２６】
尚、勿論、高次（２次以上）の位相構造の場合、または、非周期的位相構造の場合であっても、位相光学素子２０の下面２０ｂの外周側にＤＶＤ２に対応した第２レーザー光Ｌ２を遮光する第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１を設けることで、外周の光の影響度を低減して、ＤＶＤ２への記録特性又は再生特性が向上させることができる。
【０１２７】
ここで、再び図１に戻り、実施例の要部となる対物レンズ２１は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ用として設計されたものであり、硝材として例えば先の表２に示したようにＮＢＦ１（ＨＯＹＡ製光学ガラス）を用いて、位相光学素子２０と対向する面２１ａを非球面に形成すると共に、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１又はＤＶＤ２と対向する面２１ｂも非球面に形成している。
【０１２８】
この際、対物レンズ２１の面２１ｂとＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａとの間の作動距離は先の表２に示したように略０．４０ｍｍ程度であり、また、対物レンズ２１の面２１ｂとＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａとの間の作動距離は先の表２に示したように０．１６ｍｍ程度である。
【０１２９】
また、基準波長λ１が４０８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１によりＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１を記録又は再生するように無限共役で最適に設計した対物レンズ２１は、先の表１に示したように、青色半導体レーザー２２（図１）から出射した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１を例えば４０８ｎｍに設定し、且つ、開口数（ＮＡ）が０．８５であり、焦点距離が１．７６４７ｍｍであり、入射瞳直径（瞳径）が３．０ｍｍのものを使用している。
【０１３０】
ここで、実施例における光学系を用いた時の動作について説明する。                図１２はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの光路図、
図１３はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差図、
図１４はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの外周側縦収差図、
図１５はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差と外周側縦収差とを合成した縦収差図、
図１６はＤＶＤでの光路図、
図１７はＤＶＤでの縦収差図である。
【０１３１】
まず、実施例において、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する場合に、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの光路図を図１２に示すと共に、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差図を図１３に、外周側縦収差図を図１４に、内周側縦収差と外周側縦収差とを合成した縦収差図を図１５にそれぞれ示す。
【０１３２】
即ち、この実施例において、図１２に示した光学系によりＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する場合には、青色半導体レーザー１１（図１）側に凹レンズ１７Ａと凸レンズ１７Ｂと凹レンズ１７Ｃとを貼り合わせて形成した色収差補正素子１７が配置されている。
【０１３３】
そして、青色半導体レーザー１１（図１）から出射した第１レーザー光Ｌ１をコリメーターレンズ１４（図１）で平行光にし、この第１レーザー光Ｌ１の平行光を色収差補正素子１７を介して位相光学素子２０の下面２０ｂの内周領域及び外周領域に入射させている。ここで、位相光学素子２０の下面２０ｂには、外周領域にダイクロイック膜を用いて第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１がリング状に成膜されているものの、第１レーザー光Ｌ１を下面２０ｂの内周領域と第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１とをそのまま透過させた後、更に、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とをそのまま透過させ、平行光のままで対物レンズ２１の面２１ａに入射させている。
【０１３４】
この際、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２は、先に図６で説明したように階段の段差ピッチが設計波長λの略１波長（略１λ）の位相差に相当する高さに設定されているので、基準波長λ１が４０８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して波面は変化が生じない。
【０１３５】
尚、位相光学素子２０として、先に図７に示したような高次（２次以上）の位相構造、または、図８，図９に示したような非周期的位相構造とした場合も適用可能であり、この場合には、下面２０ｂに第２レーザー光用開口制限部が設けられていない点が異なるものである。
【０１３６】
そして、対物レンズ２１で絞った第１レーザービームをＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａから入射させてディスク基板厚さが０．１ｍｍの信号面１ｂ上に集光している。
【０１３７】
更に、図１３に示したＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差図と、図１４に示したＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの外周側縦収差図とから明らかなように、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１を記録又は再生した時には、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１（４０８ｎｍ）に対しては球面収差の影響が事実上無いと言って差し支えないレベルに小さいので、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対して充分に良好な特性が得られている。一方、第１レーザー光Ｌ１に波長誤差がある時に、例えば４１１ｎｍの波長に対しては内周側の球面収差が変化するものの、外周側で球面収差の発生が少なくなるように設計されている。
【０１３８】
更に、図１５に示した如く、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差と外周側縦収差とを合成した縦収差図は、本発明の効果を理解しやすく説明するために、正確な図ではなく、主として対物レンズ２１が発生している縦収差の高次のうねりは無いものとして、模式的に描いてある。これがレンズ系としての収差図となる。
【０１３９】
ここで明らかなように、外周側は、波長誤差がある場合、内周側の光束が作る最良像面の近傍に、全光束が集光されるように設計される。このようにすることで、波長誤差がある場合に、光学系としての収差の発生を小さく押さえることができる。
【０１４０】
尚、この実施例においては、色収差補正素子１７の設計を適切にすることで、内周側に関して、４０８ｎｍの像面と４１１ｎｍの最良像面の差が小さくなるように成されている。これに対して、色収差補正をやや不足気味、ないしは、過剰気味とすることで、両者を一致させない設計も可能である。この場合においても、外周側の設計は、内周側の波長誤差がある場合の光束の（例では４１１ｎｍの）最良像面付近、または、４０８ｎｍ（基準波長）の像面付近のどちらかあるいは、その中間に置けば、良い結果が得られる。
【０１４１】
ここで、実施例におけるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの光路図の効果を説明するにあたって、比較例として位相光学素子を設けない時の色収差補正素子は、凹レンズと凸レンズと凹レンズとを貼り合わせて形成した際に貼り合わせ面の半径が３．８ｍｍとなり、この３．８ｍｍの半径はかなり深い形状をしていて、かなり製作しにくい色収差補正素子であると言える。そして、位相光学素子を設けずに貼り合わせ面の半径が３．８ｍｍの色収差補正素子を用いた際に、第１レーザー光Ｌ１の波長が４１１ｎｍである時の波面収差のｒｍｓ値は、０．０３１λとなる。
【０１４２】
これに対して、実施例では、位相光学素子２０を設けているので、色収差補正素子１７の貼り合わせ面の半径は先の表２に示したように４．０ｍｍであり、上記した比較例と比較すると、色収差補正素子１７の貼り合わせ面の半径を５％以上緩和することができる。従って、ここで示した色収差補正素子１７の貼り合わせ面の半径の緩和は、色収差補正素子１７の製作がし易くなり非常に有効である。更に、位相光学素子２０を設けて貼り合わせ面の半径が４．０ｍｍの色収差補正素子１７を用いた際に、第１レーザー光Ｌ１の波長が４１１ｎｍである時の波面収差のｒｍｓ値は、０．００３λであり、ほぼ無収差に押さえることができる。これらの数値はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ１に対して有効性を示すことになる。
【０１４３】
次に、実施例において、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、ＤＶＤでの光路図を図１６に示すと共に、ＤＶＤでの縦収差図を図１７に示す。
【０１４４】
即ち、図１６に示した如く、赤色半導体レーザー３１（図１）側には色収差補正素子が配置されてなく、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した第２レーザー光Ｌ２をコリメーターレンズ３４（図１）で平行光にし、この第２レーザー光Ｌ２の平行光を位相光学素子２０の下面２０ｂの外周領域に形成した第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１により遮光して対物レンズ２１への開口数（ＮＡ）が０．６相当になるように制限させると共に、第２レーザー光Ｌ２の平行光を位相光学素子２０の下面２０ｂの内周領域のみに入射させている。この後、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１により球面収差を補正して、略平行光の状態で対物レンズ２１の面２１ａに入射させている。
【０１４５】
そして、対物レンズ２１で絞った第２レーザービームをＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａから入射させてディスク基板厚さが０．６ｍｍの信号面２ｂ上に集光している。
【０１４６】
この場合、対物レンズ２１はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ用として設計されているので、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した波長λ２が６５５ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対して球面収差が大きくなるものの、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１により波面補正を行うことによって球面収差を補正しているので、ＤＶＤ２への記録又は再生に支障をきたさない。
【０１４７】
更に、図１７で示したＤＶＤでの縦収差図では対物レンズ２１の瞳径である光線高さ１．１ｍｍまで描いており、光線高さが１．１ｍｍ以上の外周領域はＤＶＤ２においては、不要であるから何等の問題はなく、且つ、内周領域径φＤ１（図２）が２．２ｍｍ以内の内周領域ではＤＶＤ２に対して球面収差が補正されており、更に、図示を省略するもののＤＶＤ２に対して波面収差のｒｍｓ値が０．０５λ２より低くなっている。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。
【図２】図１に示した位相光学素子を拡大して示した縦断面図である。
【図３】位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部を作製する際に用いられる第１の位相関数Φ（ｈ）により求めた内周側位相関数曲線（第１の位相関数曲線）を説明するための図である。
【図４】位相光学素子を作製する際に用いられる第２の位相関数Φ’（ｈ）により求めた外周側位相関数曲線（第２の位相関数曲線）を説明するための図である。
【図５】図３（又は図４）で得られた内周側位相関数曲線（又は外周側位相関数曲線）に基づいて位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部（又は外周側階段状位相差パターン部）を形成する状態を説明するための図である。
【図６】位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部及び外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを共に略１λの位相差に相当する高さに設定した場合を模式的に示した図である。
【図７】位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定し、且つ、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略２λの位相差に相当する高さに設定した場合を模式的に示した図である。
【図８】位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定し、且つ、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを非周的位相構造に形成した場合を模式的に示した図である。
【図９】図８に示した位相光学素子よりも外周側階段状位相差パターン部の全体高さを低く設定した場合を模式的に示した図である。
【図１０】図８に示した位相位相光学素子を用いた時のＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの波面収差図である。
【図１１】図９に示した位相位相光学素子を用いた時のＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの波面収差図である。
【図１２】Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの光路図である。
【図１３】Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差図である。
【図１４】Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの外周側縦収差図である。
【図１５】Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃでの内周側縦収差と外周側縦収差とを合成した縦収差図である。
【図１６】ＤＶＤでの光路図である。
【図１７】ＤＶＤでの縦収差図である。
【図１８】従来例１の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。
【図１９】従来例２の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。
【図２０】従来例３の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。
【図２１】従来例４の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。
【図２２】従来例５の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１…第１光記録媒体（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）
１ａ…レーザービーム入射面、１ｂ…信号面、
２…第２光記録媒体（ＤＶＤ）、２ａ…レーザービーム入射面、２ｂ…信号面、
５…光ディスク駆動装置、６…スピンドルモータ、７…ターンテーブル、
１０…光ピックアップ装置、
１１…第１レーザー光源（青色半導体レーザー）、
１２…回折格子（グレーティング）、１３…偏光ビームスプリッタ、
１４…コリメーターレンズ、
１５…球面収差補正手段、
１５Ａ…凹レンズ、１５Ｂ…凸レンズ、１５Ｃ…アクチュエータ、
１６…波長板、
１７…色収差補正素子、
１７Ａ…凹レンズ、１７Ｂ…凸レンズ、１７Ｃ…凹レンズ、
１８…ダイクロイックプリズム、１９…レンズホルダ、
２０…位相光学素子、
２０ａ１…階段の段差ピッチが略１λの内周側階段状位相差パターン部、
２０ａ２…階段の段差ピッチが略１λの外周側階段状位相差パターン部、
２０ａ３…階段の段差ピッチが略２λの外周側階段状位相差パターン部、
２０ａ４…階段の段差ピッチが非周期の外周側階段状位相差パターン部、
２０ａ５…階段の段差ピッチが非周期で且つ全体高さを低く設定した外周側階段状位相差パターン部、
２０ｂ…下面，２０ｂ１…第２レーザー光用開口制限部、
２１…対物レンズ、
２２…フォーカスコイル、２３…トラッキングコイル、
２４…シリンドリカルレンズ、２５…第１光検出器、
３０…ＤＶＤ用集積デバイス、３１…第２レーザー光源（赤色半導体レーザー）、
３２…第２光検出器、３３…ホログラム素子、
Ｌ１，Ｌ２…第１，第２レーザー光、
λ１，λ２…第１，第２レーザー光の各基準波長、
λ…位相光学素子の設計波長、
ｄ１，ｄ２…第１，第２光記録媒体の基板厚さ。
【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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