(57)【要約】【課題】複数の光源から発生され異なる波長を有する記録再生光の回折効率及び回折角を同時に最適にする。【解決手段】光ピックアップ１は、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズ１３と、第１乃至第３の光源と対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層１４ａと第２の回折層１４ｂとを有し、対物レンズを介して第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光するとともに、残る光ビームの０次回折光を光ディスク上に集光させる回折手段１４と、光ディスクで反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える。【選択図】図２
2005339762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、
第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、
第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、
上記第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の光源と上記対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層と第２の回折層とを有し、上記対物レンズを介して上記第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光するとともに、残る光ビームの０次回折光を光ディスク上に集光させる回折手段と、
上記光ディスクで反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える光ピックアップ。
【請求項２】
上記第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームに対する上記第１の回折層の屈折率が上記第２の回折層の屈折率よりも大きく、且つ上記第２の回折層のアッベ数が上記第１の回折層のアッベ数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
上記第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームに対する上記第１の回折層の屈折率が上記第２の回折層の屈折率よりも大きく、且つ上記第１の回折層の屈折率及び第２の回折層の屈折率がそれぞれ１．５５〜１．６５の範囲を満たす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】
上記第１の回折層は、紫外線硬化樹脂により形成されていることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項５】
上記第２の回折層は、ガラス又は合成樹脂により形成されていることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項６】
第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、
第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、
第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、
上記第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の光源と上記対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層と第２の回折層とを有し、上記対物レンズを介して上記第１乃至第３の波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光する回折手段と、
上記光ディスクにて反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える光ピックアップ。
【請求項７】
上記第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームに対する上記第２の回折層の屈折率が上記第１の回折層の屈折率よりも大きく、且つ上記第２の回折層のアッベ数が上記第１の回折層のアッベ数よりも大きいことを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ。
【請求項８】
上記第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームに対する上記第１の回折層の屈折率が上記第２の回折層の屈折率よりも大きく、上記第１の回折層の屈折率が１．５５〜１．６５の範囲を満たし、上記第２の回折層の屈折率が１．６〜１．７の範囲を満たすことを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
【請求項９】
上記第１の回折層は、紫外線硬化樹脂により形成されていることを特徴とする請求項８記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
上記第２の回折層は、ガラス又は合成樹脂により形成されていることを特徴とする請求項８記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
上記第１の回折層は、上記対物レンズの一方の面に配置され、ブレーズ形状とされた第１のホログラム部であり、
上記第２の回折層は、上記第１のホログラム部と接合され、上記第１のホログラム部との屈折率差が０．３以下である第２のホログラム部であることを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
種類の異なる複数の光ディスクを回転駆動し、送り手段によって、上記光ディスクの半径方向に移動されて光ディスクの種類に応じて波長の異なる光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップを有し、上記光ディスクの回転と上記光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光ディスク装置において、
上記光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、
第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、
第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、
上記第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の光源と上記対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層と第２の回折層とを有し、上記対物レンズを介して上記第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光するとともに、残る光ビームの０次回折光を光ディスク上に集光させる回折手段と、
上記光ディスクで反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える光ディスク装置。
【請求項１３】
種類の異なる複数の光ディスクを回転駆動し、送り手段によって、上記光ディスクの半径方向に移動されて光ディスクの種類に応じて波長の異なる光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップを有し、上記光ディスクの回転と上記光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光ディスク装置において、
上記光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、
第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、
第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、
上記第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の光源と上記対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層と第２の回折層とを有し、上記対物レンズを介して上記第１乃至第３の波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光する回折手段と、
上記光ディスクにて反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える光ディスク装置。
【請求項１４】
上記第１の回折層は、上記対物レンズの一方の面に配置され、ブレーズ形状とされた第１のホログラム部であり、
上記第２の回折層は、上記第１のホログラム部と接合され、上記第１のホログラム部との屈折率差が０．３以下である第２のホログラム部であることを特徴とする請求項１４記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光ディスク等の情報記録媒体に対して、異なる波長の光ビームを用いて情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ及び光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体は、更なる大容量化が要求されており、大容量化のために様々な技術が開発されている。また、１つのメディアに多様なデータ、例えば、音楽コンテンツデータ、映像コンテンツデータ、コンピュータ用途のデータ等が自在に記録再生できることが求められている。なかでも４０５ｎｍの波長帯のレーザを使用した高密度記録が可能な新規フォーマットの光ディスク（以下、高密度記録光ディスク）が次世代の記録技術として大いに注目されている。
【０００３】
汎用的に使用されるメディアを開発するに際しては、新旧メディアの記録再生装置間の互換性及び整合性も重要であり、新規開発の記録再生装置は、ＤＶＤ、ＣＤ等の旧来の光ディスクを利用可能であることが好ましい。ところが、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるメディア間の互換性をもたせた装置を設計することは容易ではない。
【０００４】
最も単純な方法は、異なる光学系を設け、専用対物レンズを使用波長毎に切り換える方式であるが、複数種類の対物レンズの切換機構が必要でコストアップに繋がる。また、アクチュエータが大型化するため、装置の小型化には不利であった。そのため、対物レンズ等の一部の光学系を共有した複数波長互換光学系とする方法がとられるが、球面収差が記録面を保護する保護基板厚に比例して発生するため、従来の単レンズで波長の異なる光ビームを層厚の異なる保護基板を介して記録面にほぼ無収差で集光することは困難である。そこで、回折素子等の光学素子を用いることによって特定波長を回折又は無回折で対物レンズに入射させる等の工夫がされている。
【０００５】
２波長互換タイプでは、あるレンズ曲面と回折素子の組合せによって、２つの異なるディスク保護基板厚と記録再生波長の組合せの最適値を満たすような回折素子を設計することが可能で、これにより上述の命題を解決することができる。２波長互換を実現した技術としては、例えば、使用波長付近で屈折率変化を大きくする有機物顔料層を回折素子に設ける方法（特許文献１参照）、また、回折素子を多層膜構造にして位相変化量を波長に応じて変化させる方法（特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
ところが、ＤＶＤとＣＤと、例えば上述した高密度記録光ディスクとの間の３波長互換を実現しようとすると、最適化が必要な保護基板厚及び波長の組合せが３つずつになるため、単一の回折素子を用いる手法では自由度が不足し回折効率及び回折角を同時に最適にすることは難しい。
【０００７】
高密度記録光ディスクは、単体での使用を考慮した専用の対物レンズを使用する場合、光利用効率９５％以上の高効率を達成するレンズを設計することは比較的容易である。しかし、従来のＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）との互換性を達成しようとすると課題は多い。ここでは一例として、既にある程度の互換性が達成されている高密度記録光ディスクとＤＶＤとの２波長互換光学系をＣＤ用の光ビームに対して拡張する場合について説明する。
【０００８】
例えば、高密度記録光ディスクとＤＶＤとの２波長互換光学系としては、高密度記録光ディスクに対応した光ビームを基調とする光学系とし、対物レンズに入射される高密度記録光ディスク用の光ビームを無限系としＣＤ及びＤＶＤ記録再生用の光ビームを有限系とする方式がある。無限系とは光ビームを対物レンズに対して無限遠から照射させる場合、すなわち光ビームを対物レンズに平行光で入射させることを示し、有限系とは対物レンズに発散光を入射させることを示す。無限系及び有限系による互換方式は、回折作用を使用しないため、光利用効率が良好であること、また対物レンズに入射する光ビームの発散度に応じて焦点距離を変更できるために適切な作動距離を確保できるという利点がある。しかし、光ビームが対物レンズに発散光として入射されるということは、光軸に対する対物レンズ横ぶれに対して余裕がないためトラッキング耐性が著しく低下するという欠点があった。
【０００９】
また、高密度記録光ディスクとＤＶＤとの２波長互換光学系として、高密度記録光ディスク用の光ビームを基調とする光学系とし、高密度記録光ディスク、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系では、高密度記録光ディスク用の波長４０５ｎｍ程度の光ビームにおいて９０％程度の１次回折光が得られるが、ＤＶＤ用の波長６５５ｎｍ程度の光ビームにおいて７０％程度の１次回折光しか得られず、収差特性上、有利であるものの、ＤＶＤ用光ビームの回折効率が低く光利用効率が悪化するうえ、更にＣＤ用の波長７８５ｎｍ程度の光ビームとの互換をとることは困難であった。
【００１０】
また、高密度記録光ディスクとＤＶＤとの２波長互換光学系として、高密度記録光ディスク用の光ビームを基調とする光学系とし、高密度記録光ディスクにて２次回折光を生じＤＶＤでは１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系では、高密度記録光ディスク用の光ビームの２次回折光及びＤＶＤ用の光ビームの１次回折光において９０％程度の回折効率が得られ、良好な光利用効率を示すが、球面収差の波長依存性が非常に大きく、ＣＤ用の波長７８５ｎｍ程度の光ビームとの互換をとることは、やはり困難であった。
【００１１】
上述した高密度記録光ディスク、ＤＶＤの２波長互換光学系の特徴を図１４に模式的に示した。図１４における縦軸は各光ディスクの記録面を保護する保護基板厚を示し、横軸は使用波長帯を示している。発生する球面収差量は保護基板厚に比例的であり、回折角度は波長に比例的であるため、球面収差量とこの波長で生じる回折角度との関係も表している。
【００１２】
図１４によれば、高密度記録光ディスク用の光ビームを基調とする光学系とし、高密度記録光ディスク、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系でＣＤの１次回折光を対物レンズに入射させた直線Ｌ１１１で示す場合（高密度記録光ディスク／ＤＶＤ／ＣＤ＝１次／１次／１次）、高密度記録光ディスク及びＤＶＤ互換の光学系ではＣＤ用の光ビームに対して補償できない球面収差、すなわち残存球面収差ＳＡ１１１が発生する。
【００１３】
また、高密度記録光ディスク用の光ビームを基調とする光学系とし、高密度記録光ディスクにて２次回折光を生じＤＶＤでは１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系でＣＤの１次回折光を対物レンズに入射させた直線Ｌ２１１で示す場合（高密度記録光ディスク／ＤＶＤ／ＣＤ＝２次／１次／１次）も、ＣＤ用の光ビームに対して残留球面収差ＳＡ２１１が生じる。２次回折光は、波長２倍の光ビームと同等に考えられるため、高密度記録光ディスクの２次回折光を使用する場合、高密度記録光ディスク用として２次光であることから波長８１０ｎｍ程度の光ビームとＤＶＤ用として波長６５５ｎｍ程度の光ビームを適応化する光学系として考えることができる。
【００１４】
図１４に１次／１次／１次と示した直線のように、高密度記録光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤの１次回折光を発生する光学系のほうが球面収差の残存量が小さくできるが回折効率がよくない。
【００１５】
このように、高密度記録光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤの３波長互換を達成した光学系を設計することは非常に困難であった。
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−３１８３０６号公報
【特許文献２】特開２００３−１８５８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、上述した従来の実情に鑑みてなされたものであり、単一の対物レンズ及び単一の回折手段を用いて、複数の光源から発生される異なる波長の記録再生光の回折効率及び回折角を同時に最適化できる光ピックアップ及びこの光ピックアップを用いた光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、第１乃至第３の光源と対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層と第２の回折層とを有し、対物レンズを介して第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光するとともに、残る光ビームの０次回折光を光ディスク上に集光させる回折手段と、光ディスクで反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える。
【００１９】
また、本発明に係る光ピックアップは、更に第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームに対する第１の回折層の屈折率が第２の回折層の屈折率よりも大きく、且つ第２の回折層のアッベ数が第１の回折層のアッベ数よりも大きくすることが好ましい。特に、第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームに対する第１の回折層の屈折率が第２の回折層の屈折率よりも大きく、且つ第１の回折層の屈折率及び第２の回折層の屈折率がそれぞれ１．５５〜１．６５の範囲を満たすことが好ましい。また、第１の回折層が紫外線硬化樹脂により形成されていること、第２の回折層がガラス又は合成樹脂により形成されていることが好ましい。
【００２０】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、第１乃至第３の光源と対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層と第２の回折層とを有し、対物レンズを介して第１乃至第３の波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光する回折手段と、光ディスクにて反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える。
【００２１】
また、本発明に係る光ピックアップは、更に第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームに対する第２の回折層の屈折率が第１の回折層の屈折率よりも大きく、且つ第２の回折層のアッベ数が第１の回折層のアッベ数よりも大きくすることが好ましい。特に、第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームに対する第２の回折層の屈折率が第１の回折層の屈折率よりも大きく、第１の回折層の屈折率が１．５５〜１．６５の範囲を満たし、第２の回折層の屈折率が１．６〜１．７の範囲を満たすことが好ましい。また、第１の回折層が紫外線硬化樹脂により形成されていること、第２の回折層がガラス又は合成樹脂により形成されていることが好ましい。また、本発明に係る光ピックアップにおいて、第１の回折層は、対物レンズの一方の面に配置され、ブレーズ形状とされた第１のホログラム部であり、第２の回折層は、第１のホログラム部と接合され、第１のホログラム部との屈折率差が０．３以下である第２のホログラム部であることが好ましい。
【００２２】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光ディスク装置は、種類の異なる複数の光ディスクを回転駆動し、送り手段によって、光ディスクの半径方向に移動されて光ディスクの種類に応じて波長の異なる光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップを有し、光ディスクの回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光ディスク装置において、光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、第１乃至第３の光源と対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層と第２の回折層とを有し、対物レンズを介して第１乃至第３の波長の光ビームのうち最短波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光するとともに、残る光ビームの０次回折光を光ディスク上に集光させる回折手段と、光ディスクで反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える。
【００２３】
本発明に係る光ディスク装置は、種類の異なる複数の光ディスクを回転駆動し、送り手段によって、光ディスクの半径方向に移動されて光ディスクの種類に応じて波長の異なる光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップを有し、光ディスクの回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光ディスク装置において、光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、第１乃至第３の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、第１乃至第３の光源と対物レンズとの間に配置され、断面形状が鋸歯形状であって且つ互いの屈折率差が０．３以下になるような第１の回折層と第２の回折層とを有し、対物レンズを介して第１乃至第３の波長の光ビームの１次回折光を光ディスク上に集光する回折手段と、光ディスクにて反射された反射ビームを検出する光検出手段とを備える。
【００２４】
また、本発明に係る光ディスク装置において、第１の回折層は、対物レンズの一方の面に配置され、ブレーズ形状とされた第１のホログラム部であり、第２の回折層は、第１のホログラム部と接合され、第１のホログラム部との屈折率差が０．３以下である第２のホログラム部であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、単一の対物レンズ及び単一の回折手段を用いることによって、複数の光源から発生され異なる波長を有する記録再生光の回折効率及び回折角を同時に最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る光ピックアップの具体例について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１の具体例として示す光ピックアップの光学系について、図１及び図２を用いて説明する。図２には、光ディスクの信号記録面、対物レンズ、回折部が拡大して示されている。
【００２７】
本発明が適用された光ピックアップ１は、光源、記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より出射された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ１３と、この対物レンズ１３と光源との間に配置される回折部１４とを備えている。この光ピックアップ１は、フォーマットの異なる３種類の光ディスクに対して記録及び／又は再生を行う３規格間互換性を実現した光ピックアップである。
【００２８】
ここで用いられる光ディスクは、例えば、ＣＤ(Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、情報の追記が可能とされるＣＤ−Ｒ（Recordable）及びＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、情報の書換えが可能とされるＣＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクや、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な高密度記録光ディスクや、光磁気ディスク等である。
【００２９】
特に、本具体例では、光ピックアップ１により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスクとして、保護基板厚が０．１ｍｍで波長４０５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用する高密度記録が可能な第１の光ディスク３１と、保護基板厚が０．６ｍｍで波長６５５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ等の第２の光ディスク３２と、保護基板厚が１．２ｍｍで波長７８５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＣＤ等の第３の光ディスク１３とを用いるものとして説明する。
【００３０】
本具体例では、上述した基本光学系として、第１の光ディスク３１に対して波長４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビーム４１を発生する第１の光源と、第１の光ディスク３１における反射光を検出する光検出器と、第１の光ディスク３１の規格に基づいてフォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子とを含む第１の基本光学系１１を備える。また、第２の光ディスク３２に対して波長６５５ｎｍ程度の第２の波長の光ビーム４２を発生する第２の光源と、第２の光ディスク３２における反射光を検出する光検出器と、第３の光ディスク３３に対して波長７８５ｎｍ程度の第３の波長の光ビーム４３を発生する第３の光源と、第３の光ディスク３３における反射光を検出する光検出器と、ＤＶＤ又はＣＤの規格に基づいてフォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子とを含み、ＤＶＤとＣＤとの互換がとられた第２の基本光学系１２を備えている。
【００３１】
図示しない第１の基本光学系１１に含まれる第１の光源は、第１の光ディスク３１の記録再生用の第１の波長の光ビーム４１を出射する。また、図示しない第２の基本光学系１２に含まれる第２の光源は、第２の光ディスク３２の記録再生用の第２の波長の光ビーム４２を出射する。また、第３の光源もまた第２の基本光学系１２に含まれており、第３の光ディスク３３の記録再生用の第３の波長の光ビーム４３を出射する。
【００３２】
対物レンズ１３は、第１の保護基板厚３１ａを有する第１の光ディスク３１に対して第１の波長を有する光ビーム４１を集光することができる。また、第２の保護基板厚３２ａを有する第２のディスク３２に対して第２の波長を有する光ビーム４２を、第３の保護基板厚を３３ａ有する第３の光ディスク３３に対して第３の波長を有する光ビーム４３を集光することができる。例えば、対物レンズ１３を、いわゆるゾーン分割方式のレンズとすることによって３つの異なる波長に対する互換を達成することができる。
【００３３】
この対物レンズ１３の開口数は、第１の波長の光ビーム４１に対して０．８５であり、第２の波長の光ビーム４２に対しては０．６０であり、第３の波長の光ビーム４３に対しては０．４５である。ただし、第１の光ディスク３１の第１の保護基板厚は０．１ｍｍであり、第２の光ディスク３２の第２の保護基板厚は０．６ｍｍであり、第３の光ディスク３３の第３の保護基板厚は１．２ｍｍである。
【００３４】
回折部１４は、第１の回折層１４ａと第２の回折層１４ｂとを有し、その断面が図２に示すように、第１の回折層１４ａと第２の回折層１４ｂとの境界面が曲面且つ鋸歯形状（ブレーズ形状）とされている。また、対物レンズ１３の直前（光源側）に配置されている。このように構成された回折部１４は、表面から第１の波長の光ビーム４１が入射した際には、対物レンズ１３を介して、この光ビーム４１の１次回折光を第１の光ディスク３１の信号記録面上に集光するとともに、第２の波長の光ビーム４２及び第３の波長の光ビーム４３が入射した際には、これらの０次回折光を第２の光ディスク３２の信号記録面上又は第３の光ディスク３３の信号記録面上に集光する。なお、本具体例では、図２に示す回折部１４の断面に対して矢印Ａで示した方向に出射する１次回折光と、矢印Ａと対照な−Ａ方向に出射する−１次回折光とを合わせて１次回折光と称する。
【００３５】
図２では各光ビームが直線で描かれているが、回折部１４によって生じる第１の波長の光ビーム４１の１次回折光の波面を点線Ｐ１、第２の波長の光ビーム４２の０次回折光の波面を点線Ｐ２、第３の波長の光ビーム４３の０次回折光の波面を点線Ｐ３にて表してある。
【００３６】
第１の回折層１４ａと第２の回折層１４ｂとしては、互いの相対屈折率差が０．３程度若しくはこれ以下になるような光透過性を有する光学材料を用いる。したがって空気層は、本具体例の回折層として不適である。
【００３７】
この具体例では、回折部１４を構成する回折層の条件として、第１の回折層１４ａの屈折率ｎ１を第１の波長の光ビーム４１に対する第２の回折層１４ｂの屈折率ｎ２よりも大きくし（ｎ１＞ｎ２）、且つ第２の回折層１４ｂのアッベ数ν２を第１の回折層１４ａのアッベ数ν１よりも大きくする（ν２＞ν１）。ただし、後述するが第２の波長の光ビーム４２及び第３の波長の光ビーム４３は、０次回折光が入射されるため、屈折率差の極性が回折効率に影響しない。そのため、ｎ１＞ｎ２は、最短波長を有する第１の光ディスク３１用の第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビーム４１に対する屈折率条件である。
【００３８】
回折部１４をこのように構成することにより、高分散の回折が得られ、最短波長である第１の光ディスク３１用の第１の波長の光ビーム４１の実効屈折率を大きく変化させることができる。また、回折部１４は、第２の光ディスク３２用の第２の波長の光ビーム４２及び第３の光ディスク３３用の第３の波長の光ビーム４３に対して位相変化はないが、第１の光ディスク用の第１の波長の光ビーム４１に対して球面収差を発生させる光学特性を有する。
【００３９】
第２及び第３の光ディスク３２，３３用の基本光学系１２から出射された第２及び第３の波長の光ビーム４２、４３は、波長選択合成プリズム１６により第１の光ディスク３１用の基本光学系１１から出射された第１の波長の光ビーム４１の光軸と一致するようになっている。すなわち、波長選択合成プリズム１６は、第１及び第２の基本光学系１１，１２にそれぞれ設けられた光源から出射された第１乃至第３の波長の光ビームの光路を合成する光路合成手段として機能する。光軸が一致した各光ビームは、コリメートレンズ１５によって平行光とされた後、回折部１４に入射する。回折部１４は、第１の波長の光ビーム４１が入射した際には、対物レンズ１３を介してこの光ビームの１次回折光を第１の光ディスク３１の信号記録面上に集光するとともに、第２の光ディスク３２用の第２の波長の光ビーム４２及び第３の光ディスク３３用の第３の波長の光ビーム４３が入射した際には、この０次回折光を第２の光ディスク３２の信号記録面上又は第３の光ディスク３３の信号記録面上に集光する。
【００４０】
図３に、光ピックアップ１の回折部１４の回折特性とブレーズ形状のみの回折素子の回折特性とを比較した結果を示す。横軸は格子条件として回折格子の溝深さを示し、縦軸は回折効率を示している。図３（ａ）は、ブレーズ形状のみの回折素子の回折特性を説明しており、図３（ｂ）は、回折部１４の回折特性を説明している。ブレーズ形状を設けただけの回折素子では、溝深さの最良値は、第１の波長の光ビーム４１の１次回折光、第２又は第３の波長の光ビーム４２、４３の０次回折光に対する回折効率がそれぞれ６５％、５９％、７０％のときであるのに対して、回折部１４では、第１の波長の光ビーム４１の１次回折光に対する回折効率が９０％、第２の波長の光ビーム４２の０次回折光に対する回折効率が８９％、第３の波長の光ビーム４３の０次回折光に対する回折効率が９６％になる格子条件を選択することができる。この回折効率は、ピッチが十分広いときに適用されるスカラー理論による計算値であり、実用のピッチにおいては若干の効率低下が生じるが８０％以上の効率確保が可能である。
【００４１】
なお、ここでは、第１の光ディスク３１の記録再生用の第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビームに対して、第１の回折層の屈折率；ｎ１＝１．６１８、第２の回折層の屈折率；ｎ２＝１．５８４、第１の回折層のアッベ数；ν１≒３０、第２の回折層のアッベ数；ν２≒６５であった。
【００４２】
図３（ａ）に示す通常のブレーズ回折素子の特性は、何れのディスクにも好適な回折効率を得る格子条件をみつけることが困難であるのに対して、図３（ｂ）に示す回折部の特性は、何れのディスクに対しても８０％以上の回折効率で利用できる溝深さが定まる。
【００４３】
このように、上述した第１の具体例として示す光ピックアップ１によれば、回折部１４によって、第１乃至第３の波長の光ビーム４１，４２，４３に対して１次回折光、０次回折光、０次回折光を記録面上に集光することにより、何れの系においても８０％以上の良好な回折効率で光ビームを利用することができる。また、第１の具体例として示す光ピックアップ１では、３波長のうち第１の波長の光ビーム４１のみが回折される。すなわち、回折部１４は、第１の光ディスク３１に対してのみ独立した特性を有した素子として機能している。このため、３波長互換光学系を設計する際、第１の光ディスク３１に対する特性のみを適応的に変更すればよく光学系設計の自由度が増す。したがって、第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３の３規格に対して単一の対物レンズ及び単一の回折手段によって球面収差を最適化することができる。
【００４４】
以上のように、本発明を適用した光ピックアップ１は、回折手段である回折部１４により最短波長の光ビームの１次回折光を生成し、残る光ビームを透過させるので、単一の対物レンズ及び単一の回折素子を用いて、複数の光源から発生される異なる波長を有する記録再生光の回折効率及び回折角を同時に最適化することができる。
【００４５】
続いて、本発明の第２の具体例として示す光ピックアップ２の光学系について、図４及び図５を用いて説明する。図５には、光ディスク記録面、対物レンズ、回折部が拡大して示されている。第２の具体例は、結像ユニットを構成する１組の回折素子がともにブレーズ型回折素子の場合である。図４及び図５において、図１及び図２と同様の作用を有する構成は、同一の番号を付して詳細な説明は省略している。
【００４６】
本発明が適用された光ピックアップ２は、光源、記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より出射された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ２１と、この対物レンズ２１と光源との間に配置される回折部２２とを備えている。ここで、光ピックアップ２は、基本光学系として、上述と同様に第１及び第２の基本光学系１１，１２を備える。
【００４７】
第２の本具体例も前例と同様に、光ピックアップ２により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスクとして、上述した第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３を用いる。
【００４８】
光ピックアップ２における回折部２２は、第１の回折層２２ａと第２の回折層２２ｂとを有し、その断面は、図５に示すように、第１の回折層２２ａと第２の回折層２２ｂとの境界面が曲面且つ鋸歯形状（ブレーズ形状）とされ、対物レンズ２１の直前に配置されている。
【００４９】
第１の回折層２２ａと第２の回折層２２ｂとしては、互いの屈折率差が０．３程度若しくはこれ以下になるような光透過性を有する光学材料を用いる。したがって空気層は、本具体例の回折層として不適である。
【００５０】
更に、この具体例では、回折部２２を構成する回折層の条件として、第２の回折層２２ｂの屈折率ｎ２を第１の回折層２２ａの屈折率ｎ１よりも大きく（ｎ２＞ｎ１）、且つ第２の回折層２２ｂのアッベ数ν２を第１の回折層２２ａのアッベ数ν１よりも大きく（ν２＞ν１）する。
【００５１】
これにより最短波長である第１の光ディスク３１用の第１の波長の光ビームの実効屈折率を大きく変化させることができる。また、回折部２２は、第１の光ディスク用の第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビーム４１に対して球面収差を発生させ、第２の光ディスク３２用の第２の波長（６５５ｎｍ）の光ビーム４２及び第３の光ディスク３３用の第３の波長（７８５ｎｍ）の光ビーム４３に対して位相変化はないという光学特性を有する。
【００５２】
図５では各光ビームが直線で描かれているが、回折部２２によって生じる第１の光ディスク３１用の第１の波長の光ビーム４１の１次回折光の波面を点線Ｐ１、第２の光ディスク３２用の第２の波長の光ビーム４２の１次回折光の波面を点線Ｐ２、第３の光ディスク３３用の第３の波長の光ビーム４３の１次回折光の波面を点線Ｐ３で表してある。
【００５３】
このように構成された回折部２２は、表面から第１の波長の光ビーム４１が入射した際には、対物レンズ２１を介して、この第１の波長の光ビーム４１の１次回折光を第１の光ディスク３１の信号記録面上に集光するとともに、第２の波長の光ビーム４２及び第３の波長の光ビーム４３が入射した際にも１次回折光を第２の光ディスク３２の信号記録面上又は第３の光ディスク３３の信号記録面上に集光する。
【００５４】
図６に、光ピックアップ２の回折部２２の回折特性とブレーズ形状のみの回折素子の回折特性とを比較した結果を示す。横軸は格子条件として回折格子の溝深さを示し、縦軸は回折効率を示している。図６（ａ）は、ブレーズ形状のみの回折素子の回折特性を説明しており、図６（ｂ）は、回折部２２の回折特性を説明している。ブレーズ形状を設けただけの回折素子では、溝深さの最良値は、第１の波長の光ビーム４１の１次回折光、第２の波長の光ビーム４２の１次回折光、第３の波長の光ビーム４３の１次回折光に対する回折効率がそれぞれ６６％、８６％、７５％であるのに対して、回折部２２では、第１の波長の光ビーム４１の１次回折光に対する回折効率が８９％、第２の波長の光ビーム４２の１次回折光に対する回折効率が９９％、第３の波長の光ビーム４３の１次回折光に対する回折効率が８９％になる格子条件を選択することができる。この回折効率は、ピッチが十分広いときに適用されるスカラー理論による計算値であり、実用のピッチにおいては若干の効率低下が生じるが８０％以上の効率確保が可能である。
【００５５】
なお、ここでは、第１の光ディスク３１の記録再生用の第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビームに対して、第１の回折層の屈折率；ｎ１＝１．６１１、第２の回折層の屈折率；ｎ２＝１．６７７、第１の回折層のアッベ数；ν１≒３０、第２の回折層のアッベ数；ν２≒５５であった。
【００５６】
図６（ａ）に示す通常のブレーズ回折素子では、何れのディスクにも好適な回折効率を得る格子条件を選択することが困難であるのに対して、図６（ｂ）に示す回折部２２の特性は、何れのディスクに対しても８０％以上の回折効率で利用できる格子条件が定まる。
【００５７】
上述した第２の具体例として示す光ピックアップ２によれば、回折部２２を用いて、第１乃至第３の波長の光ビーム４１，４２，４３に対して１次回折光を記録面上に集光することにより、何れの系においても８０％以上の良好な回折効率で光ビームを利用することができる。また、第１の波長の光ビーム４１の回折角を変化させることができるため、図１４の保護基板厚による球面収差発生量と回折素子の回折角の関係に示したＣＤの残存収差を補償し視野特性を良好にする。したがって、第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３の３規格に対して単一の対物レンズ及び単一の回折手段によって球面収差を最適化できる。
【００５８】
以上のように、本発明を適用した光ピックアップ２によれば、回折手段である回折部２２により第１乃至第３の光源から出射された光ビームの１次回折光を生成するので、単一の対物レンズ及び単一の回折素子を用いて、複数の光源から発生され異なる波長を有する記録再生光の回折効率及び回折角を同時に最適化することができる。
【００５９】
また、本発明を適用した光ピックアップ２は、第２の回折層の屈折率２２ｂは第１の回折層２２ａの屈折率よりも大きく、且つ第２の回折層のアッベ数は第１の回折層のアッベ数よりも大きくすることにより、最短波長の光ビームの実効屈折率を大きく変化させる。
【００６０】
上述した例では、第１の具体例、第２の具体例ともに回折部の各回折層は、入射側回折層を屈折率ｎ１の材料によって形成しても、屈折率ｎ２の材料によって形成してもよい。また、回折部は、実効屈折率を波長により変化させる構成であればよいため、上述した従来技術を適用して、例えば、有機物顔料の吸収端を第１の波長（４０５ｎｍ）より小さい値に設定することで第１の波長（４０５ｎｍ）付近の屈折率変化を急激にし第２の波長（６５５ｎｍ）及び第３の波長（７８５ｎｍ）付近の屈折率と大きく異ならせてもよい。また、多層膜を利用して同様の条件を得ることも可能である。この場合、屈折率が回折部より若干大きいものを充填剤として選択することにより、第１の波長（４０５ｎｍ）での回折効率を第２の波長（６５５ｎｍ）、第３の波長（７８５ｎｍ）に近付けることができる。また、本具体例では、上述した回折部を備えることが特徴であって、本発明の要旨を変更しない範囲で構成を適宜工夫変更することができる。例えば、立ち上げミラーを用いて途中の光軸を折り曲げて光路を構成すること等は設計事項である。
【００６１】
続いて、回折部１４，２２の第１の回折層及び第２の回折層として好適な材料の例について説明する。
【００６２】
まず、図７を用いて回折部１４の第１及び第２の回折層の材料の例について説明する。図７は、第１の回折層として、第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビーム４１に対する屈折率が１．６０７０８、第２の波長（６５５ｎｍ）の光ビーム４２に対する屈折率が１．５６８６８、第３の波長（７８５ｎｍ）の光ビーム４３に対する屈折率が１．５６２９１である紫外線硬化樹脂を使用し、第２の回折層として、第１の波長の光ビーム４１に対する屈折率が１．５８２５８、第２の波長の光ビーム４２に対する屈折率が１．５６６６６、第３の波長の光ビーム４３に対する屈折率が１．５６３９４であるガラスを用いて、ブレーズの溝深さと、この回折部による第１乃至第３の波長の光ビーム４１，４２，４３に対するｎ次回折光の回折効率との関連を示す図である。
【００６３】
図７における曲線Ｅ４１０は光ビーム４１の０次回折光の回折効率を表し、曲線Ｅ４１１は第１の波長の光ビーム４１の１次回折光を表し、曲線Ｅ４１２は第１の波長の光ビーム４１の２次回折光を表し、曲線Ｅ４２０は第２の波長の光ビーム４２の０次回折光を表し、曲線Ｅ４２１は第２の波長の光ビーム４２の１次回折光を表し、曲線Ｅ４３０は第３の波長の光ビーム４３の０次回折光を表している。
【００６４】
図７によれば、上述した第１の回折層及び第２の回折層の条件下では、ブレーズの溝深さ１６μｍ程度を選択することによって、第１の波長の光ビーム４１の１次回折光を第１の光ディスク３１の信号記録面上に集光するとともに、第２の波長の光ビーム４２及び第３の波長の光ビーム４３の０次回折光を第２の光ディスク３２の信号記録面上又は第３の光ディスク３３の信号記録面上に集光するとき、第１、第２、第３の波長の光ビームの順に１００％、９９％、１００％という理想的な回折効率を得ることができる。
【００６５】
また、ここで光ビームのうち最短波長である第１の光ディスク３１用の第１の波長の光ビーム４１に対する第１の回折層の屈折率及び第２の回折層の屈折率は、第１の回折層の屈折率が第２の回折層の屈折率よりも大きいという条件を満たしつつ、互いに屈折率が１．５５以上１．６５以下の範囲を満たすことが好ましい。
【００６６】
次に、図８を用いて回折部２２の第１及び第２の回折層の材料の例について説明する。図８は、第１の回折層として、第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビーム４１に対する屈折率が１．６０７０８、第２の波長（６５５ｎｍ）の光ビーム４２に対する屈折率が１．５６８６８、第３の波長（７８５ｎｍ）の光ビーム４３に対する屈折率が１．５６２９１である紫外線硬化樹脂を使用し、第２の回折層として、第１の波長の光ビーム４１に対する屈折率が１．６７０３、第２の波長の光ビーム４２に対する屈折率が１．６４８２、第３の波長の光ビーム４３に対する屈折率が１．６４４３であるガラスを用いて、ブレーズの溝深さと、この回折部による第１乃至第３の波長の光ビーム４１，４２，４３に対するｎ次回折光の回折効率との関連を示す図である。
【００６７】
図８における曲線Ｅ４１０は第１の波長の光ビーム４１の０次回折光の回折効率を表し、曲線Ｅ４１１は第１の波長の光ビーム４１の１次回折光を表し、曲線Ｅ４１２は第１の波長の光ビーム４１の２次回折光を表す。また、曲線Ｅ４２０は第２の波長の光ビーム４２の０次回折光を表し、曲線Ｅ４２１は第２の波長の光ビーム４２の１次回折光を表し、曲線Ｅ４２２は第２の波長の光ビーム４２の２次回折光を表し、曲線Ｅ４３０は第３の波長の光ビーム４３の０次回折光を表し、曲線Ｅ４３１は第３の波長の光ビーム４３の１次回折光を表し、曲線Ｅ４３２は第３の波長の光ビーム４３の２次回折光を表している。
【００６８】
図８によれば、上述した第１の回折層及び第２の回折層の条件下では、ブレーズの溝深さ７．５μｍ程度を選択することによって、第１の波長の光ビーム４１の１次回折光を第１の光ディスク３１の信号記録面上に集光するとともに、第２の波長の光ビーム４２及び第３の波長の光ビーム４３の１次回折光を第２の光ディスク３２の信号記録面上又は第３の光ディスク３３の記録面上に集光するとき、第１、第２、第３の波長の光ビームの順に９０％、９７％、８５％という理想的な回折効率を得ることができる。
【００６９】
ここで、光ビームのうち最短波長である第１の光ディスク３１用の第１の波長の光ビーム４１に対する第１の回折層の屈折率及び第２の回折層の屈折率は、第１の回折層の屈折率が第２の回折層の屈折率よりも大きく、第１の回折層の屈折率が１．５５以上１．６５以下の範囲を満たし、第２の回折層の屈折率が１．６以上１．７以下の範囲を満たすことが好ましい。
【００７０】
なお、図７及び図８における第２の回折層は、ガラスでなくともガラスと同程度の光透過性を有する樹脂であれば使用できる。
【００７１】
次に、本発明の第３の具体例として示す光ピックアップ３の光学系について、図９及び図１０を用いて説明する。図１０には、光ディスク記録面、対物レンズ、（対物レンズの片側の面に設けた）回折部が拡大して示されている。第３の具体例は、結像ユニットを構成する対物レンズの片側の面に設けた１組のホログラム部がともにブレーズ形状とされたホログラム部の場合である。図９及び図１０において、図１及び図２と同様の作用を有する構成は、同一の番号を付して詳細な説明は省略している。
【００７２】
本発明が適用された光ピックアップ３は、光源、記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より出射された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ２３と、この対物レンズ２３と光源との間に配置される回折部２４とを備えている。ここで、光ピックアップ３は、基本光学系として、上述と同様に第１及び第２の基本光学系１１，１２を備える。
【００７３】
第３の本具体例も、第１及び第２の具体例と同様に、光ピックアップ３により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスクとして、上述した第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３を用いる。
【００７４】
光ピックアップ３における回折部２４は、第１の回折層と第２の回折層とを有し、その断面は、図示しないが、第１の回折層と第２の回折層との境界面が曲面且つ鋸歯形状（ブレーズ形状）とされ、対物レンズ２３の一方の面、すなわち、光源側の面に配置されている。さらに具体的に説明すると、第１の回折層は、対物レンズ２３の一方の面に配置され、ブレーズ形状とされた第１のホログラム部２４ａであり、第２の回折層は、この第１のホログラム部２４ａに対応したブレーズ形状を有し第１のホログラム部２４ａに接合される第２のホログラム部２４ｂである。
【００７５】
第１の回折層である第１のホログラム部２４ａと、第２の回折層である第２のホログラム部２４ｂとしては、互いの屈折率差が０．３程度若しくはこれ以下になるような光透過性を有する光学材料を用いる。したがって、空気層は、本具体例の回折層（ホログラム部）としては不適である。
【００７６】
更に、この具体例では、回折部２４を構成するホログラム部の条件として、第１のホログラム部２４ａの屈折率が約１．５７程度で比較的分散の大きな材料とし、且つ、第２のホログラム部２４ｂの屈折率が約１．６２程度で比較的分散の小さな材料とする。
【００７７】
回折部２４は、上述のように構成することにより、対物レンズ２３と共に、平行光で入射された第１の光ディスク３１用の第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビーム４１及び第２の光ディスク３２用の第２の波長（６５５ｎｍ）の光ビーム４２に対して収差補正し、また、発散光で入射された第３の光ディスク３３用の第３の波長（７８５ｎｍ）の光ビーム４３に対して収差補正する光学特性を有する。
【００７８】
第２及び第３の光ディスク３２，３３用の基本光学系１２から出射された光ビーム４２、４３は、波長選択合成プリズム１６により第１の光ディスク３１用の基本光学系１１から出射された光ビーム４１の光軸と一致するようになっている。光軸が一致した各光ビームは、コリメートレンズ１５に入射する。第１及び第２の光ディスク３１，３２用の第１及び第２の波長の光ビーム４１，４２は、コリメートレンズ１５により平行光とされた後、回折部２４に入射する。一方、第３の光ディスク３３用の第３の波長の光ビーム４３は、コリメートレンズ１５により発散光とされた後、回折部２４に入射する。
【００７９】
回折部２４は、表面から第１の波長の光ビーム４１が入射した際には、対物レンズ２３を介して、この第１の波長の光ビーム４１の１次回折光を第１の光ディスク３１の信号記録面上に集光するとともに、第２の波長の光ビーム４２及び第３の波長の光ビーム４３が入射した際にも１次回折光を第２の光ディスク３２の信号記録面上又は第３の光ディスク３３の信号記録面上に集光する。
【００８０】
図１１に、光ピックアップ３の回折部２４の回折特性結果を示す。横軸は格子条件として回折格子の溝深さを示し、縦軸は回折効率を示している。図１１は、回折部２４の回折特性を説明している。回折部２４では、第１の波長の光ビーム４１の１次回折光に対する回折効率が８８％、第２の波長の光ビーム４２の１次回折光に対する回折効率が９７％、第３の波長の光ビーム４３の１次回折光に対する回折効率が８８％になる格子条件を選択することができる。この回折効率は、ピッチが十分広いときに適用されるスカラー理論による計算値であり、実用のピッチにおいては若干の効率低下が生じるが８０％以上の効率確保が可能である。
【００８１】
なお、ここでは、第１の光ディスク３１の記録再生用の第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビームに対して、第１の回折層の屈折率；ｎ１＝１．５７、第２の回折層の屈折率；ｎ２＝１．６２であった。
【００８２】
対物レンズの片側の面にブレーズ形状を設けるだけでは、何れのディスクにも好適な回折効率を得る格子条件を選択することが困難であるのに対し、図１１に示す回折部２４の特性は、何れのディスクに対しても８０％以上の回折効率で利用できる溝深さが定まる。
【００８３】
上述した第３の具体例として示す光ピックアップ３によれば、回折部２４を用いて、第１乃至第３の波長の光ビーム４１，４２，４３に対して１次回折光を記録面上に集光することにより、何れの系においても８０％以上の良好な回折効率で光ビームを利用することができる。また、第１の波長の光ビーム４１の回折角を変化させることができるため、図１４の保護基板厚による球面収差発生量と回折素子の回折角の関係に示した第３の光ディスク３３の残存収差を補償し視野特性を良好にする。したがって、第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３の３規格に対して単一の対物レンズ及び単一の回折手段によって球面収差を最適化できる。
【００８４】
以上のように、本発明を適用した光ピックアップ３によれば、回折手段である回折部２４により第１乃至第３の光源から出射された光ビームの１次回折光を生成するので、単一の対物レンズ及びこの対物レンズに設けた回折部を用いて、複数の光源から発生される異なる波長の記録再生光の回折効率及び回折角を同時に最適化できる。
【００８５】
続いて、回折部２４の第１のホログラム部及び第２のホログラム部として好適な材料の例について説明する。図１２は、第１のホログラム部として、第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビーム４１に対する屈折率が１．５７である「紫外線硬化樹脂」を使用し、第２のホログラム部として、第１の波長の光ビーム４１に対する屈折率が１．６２である「ガラス」を用いて、ブレーズの溝深さと、この回折部による第１乃至第３の波長の光ビーム４１，４２，４３に対するｎ次回折光の回折効率との関連を示す図である。
【００８６】
図１２における曲線Ｅ４１０は第１の波長の光ビーム４１の０次回折光の回折効率を表し、曲線Ｅ４１１は第１の波長の光ビーム４１の１次回折光を表し、曲線Ｅ４２０は第２の波長の光ビーム４２の０次回折光を表し、曲線Ｅ４２１は第２の波長の光ビーム４２の１次回折光を表し、曲線Ｅ４３０は第３の波長の光ビーム４３の０次回折光を表し、曲線Ｅ４３１は第３の波長の光ビーム４３の１次回折光を表している。
【００８７】
図１２によれば、上述した第１のホログラム部及び第２のホログラム部の条件下では、ブレーズの溝深さ約９μｍ弱程度を選択することによって、第１の波長の光ビーム４１の１次回折光を第１の光ディスク３１の信号記録面上に集光するとともに、第２の波長の光ビーム４２及び第３の波長の光ビーム４３の１次回折光を第２の光ディスク３２の信号記録面上又は第３の光ディスク３３の信号記録面上に集光するとき、第１、第２、第３の波長の光ビーム４１，４２，４３の順に８８％、９７％、８８％という理想的な回折効率を得ることができる。
【００８８】
続いて、上述の光ピックアップ１，２，３を用いた本発明が適用された光ディスク装置１０１を図１３に示す。
【００８９】
光ディスク装置１０１は、光記録媒体である光ディスク１０２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ１０３と、本発明に係る光ピックアップ１０４と、その駆動手段としての送りモータ１０５とを備えている。この光ディスク装置１０１は、フォーマットの異なる３タイプの光ディスク１０２に対して記録再生できる３規格間互換性を実現した記録再生装置である。
【００９０】
本具体例で使用可能な光ディスクとしては、上述した第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３が用いられる。尚、第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３は、図１３の光ディスク１０２に対応している。
【００９１】
ここで、スピンドルモータ１０３及び送りモータ１０５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ１０７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部１０９によりディスク種類に応じて駆動制御されており、例えば、第１の光ディスク３１、第２の光ディスク３２、第３の光ディスク３３に応じて所定の回転数で駆動される。
【００９２】
光ピックアップ１０４は、図１及び図２、図４及び図５、図９及び図１０を用いて説明した３波長互換光学系を有する光ピックアップ１，２，３であり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ１０４は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１２０に供給する。
【００９３】
プリアンプ部１２０の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）１０８に送られる。この信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ１０４は、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８の指令にしたがって回転する光ディスク１０２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク１０２に対して信号の記録又は再生を行う。
【００９４】
プリアンプ部１２０は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。記録又は再生の対象媒体とされる光記録媒体の種類に応じて、サーボ制御回路１０９、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８等により、第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３の規格に基づく復調及び誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。
【００９５】
ここで例えば、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェイス１１１を介して外部コンピュータ１３０に送出される。これにより、外部コンピュータ１３０等は、光ディスク１０２に記録された信号を再生信号として受け取ることができる。
【００９６】
また、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄ変換器１１２のＤ／Ａ変換部でデジタルアナログ変換され、オーディオビジュアル処理部１１３に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部１１３でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオビジュアル信号入出力部１１４を介して、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。
【００９７】
光ピックアップ１０４において、例えば、光ディスク１０２上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ１０５の制御、スピンドルモータ１０３の制御、及び光ピックアップ１０４において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれサーボ制御回路１０９により行われる。
【００９８】
サーボ制御回路１０９は、光ピックアップ１０４内に配設された光結合効率可変素子を動作させ、光ピックアップ１０４における光結合効率、すなわち半導体レーザ素子等のレーザ光源から出射される光束の総光量と光ディスク１０２上に集光する光量との比率が、記録モード時、再生モード時、或いは光ディスク１０２の種類に応じて変更されるように制御している。
【００９９】
レーザ制御部１２１は、光ピックアップ１０４のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部１２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク１０２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部１２１は、ディスク種類判別部１１５によって検出された光ディスク１０２の種類に応じて光ピックアップ１０４のレーザ光源を切り換えている。
【０１００】
ディスク種類判別部１１５は、第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から光ディスク１０２の異なるフォーマットを検出することができる。光ディスク装置１０１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部１１５における検出結果に応じて、装着される光ディスクの仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【０１０１】
システムコントローラ１０７は、ディスク種類判別部１１５から送られる検出結果に基づいて光ディスク１０２の種類を判別する。光記録媒体の種類を判別する手法としては、光記録媒体がカートリッジに収納されるタイプであれば、このカートリッジに検出穴を設けて接触検出センサ又は押下スイッチを用いて検出する手法があげられる。
【０１０２】
光結合効率制御手段として機能するサーボ制御回路１０９は、システムコントローラ１０７に制御され、ディスク種類判別部１１５の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。サーボ制御回路１０９は、例えば光ピックアップ１０４と光ディスク１０２との相対位置を検出する（光ディスク１０２に記録されたアドレス信号をもとに位置検出する場合を含む）ことによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。そして、サーボ制御回路１０９は、記録及び／再生する記録領域の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。
【０１０３】
以上説明した光ディスク装置１０１によれば、図１及び図２、図４及び図５、図９及び図１０に示す光ピックアップ１，２，３を用いることにより、第１乃至第３の波長（４０５ｎｍ、６５５ｎｍ、７８５ｎｍ）の光ビームを使用する系においてもそれぞれ８０％以上の良好な回折効率で光ビームを利用することができる。また、光ディスク装置１０１では、第１乃至第３の光ディスク３１，３２，３３の３規格に対して単一の対物レンズ及び単一の回折手段によって球面収差が最適化されている。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、異なる保護基板厚を有する光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長の光ビームによって行う光ピックアップであれば、具体例にて説明した以外のディスクフォーマットに対しても適用可能である。例えば、光ディスクは、光変調記録を用いた種々の方式の記録再生ディスク、いわゆる「光磁気記録」、「相変化記録」及び「色素記録」等を含む光ディスク、又は、各種光磁気記録媒体であってもよい。光ディスクは、記録層上における最適な記録及び／又は再生光パワーが異なる少なくとも２以上の記録領域に記録層が分割された光ディスク、複数の記録層が透明基板を介して積層された光ディスクであっても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明を適用した光ピックアップの光学系を説明する構成図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップの光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図３】（ａ）は、通常のブレーズ回折素子の回折特性を示し、（ｂ）は、本発明を適用した光ピックアップの回折部の回折特性を示す図である。
【図４】本発明を適用した光ピックアップの他の例の光学系を説明する構成図である。
【図５】本発明を適用した光ピックアップの他の例の光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図６】（ａ）は、通常のブレーズ回折素子の回折特性を示し、（ｂ）は、本発明を適用した光ピックアップの他の例の回折部の回折特性を示す図である。
【図７】ブレーズの溝深さと、回折部による第１乃至第３の波長の光ビームに対するｎ次回折光の回折効率との関連を示す図である。
【図８】ブレーズの溝深さと、回折部による第１乃至第３の波長の光ビームに対するｎ次回折光の回折効率との関連を示す図である。
【図９】本発明を適用した光ピックアップの更に他の例の光学系を説明する構成図である。
【図１０】本発明を適用した光ピックアップの更に他の例の光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図１１】本発明を適用した光ピックアップの更に他の例の回折部の回折特性を示す図である。
【図１２】ブレーズの溝深さと、回折部による第１乃至第３の波長の光ビームに対するｎ次回折光の回折効率との関連を示す図である。
【図１３】本発明を適用した光ピックアップを用いた光ディスク装置を説明する構成図である。
【図１４】光ディスクの記録面を保護する保護基板厚及び使用波長帯と発生する球面収差量とを説明する図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１，２，３    光ピックアップ、  １１    第１の基本光学系、  １２    第２の基本光学系、  １３    対物レンズ、  １４    回折部、  １４ａ    第１の回折層、  １４ｂ    第２の回折層、  １５    コリメートレンズ、  １６    波長選択合成プリズム、  ２１    対物レンズ、  ２２    回折部、  ２２ａ    第１の回折層、  ２２ｂ    第２の回折層、  ２３  対物レンズ、  ２４  回折部、  ２４ａ  第１のホログラム部、  ２４ｂ  第２のホログラム部、  ３１    第１の光ディスク、  ３２    第２の光ディスク、  ３３    第３の光ディスク、  ４１    第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビーム、  ４２    第２の波長（６５５ｎｍ）の光ビーム、  ４３    第３の波長（７８５ｎｍ）の光ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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