(57)【要約】【課題】３種類の光記録媒体と対応する第１〜第３レーザー光を収差補正素子に入射させる際にできるだけ多くのレーザー光を平行光の状態で収差補正素子に入射させる。【解決手段】収差補正素子２１を第１〜第３レーザー光源１１，３１，４１と対物レンズ２２との間に設け、第１，第２レーザー光源１１，３１から出射した第１，第２レーザー光Ｌ１，Ｌ２は平行光の状態で収差補正素子２１に入射させる一方、第３レーザー光源４１から出射した第３レーザー光Ｌ３は拡散光の状態で収差補正素子２１に入射させる。【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い第２光記録媒体と、前記第２光記録媒体よりも記録密度が低い第３光記録媒体と、前記第１〜第３光記録媒体の各信号面を適宜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、
前記第３光記録媒体に対応して前記第２レーザー光よりも波長が長い第３レーザー光を出射させる第３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、互いに対向する第１，第２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３レーザー光を前記第１〜第３光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズ、
前記第１〜第３レーザー光源側の下面に円形状の光透過性平坦部とリング状の第３レーザー光用開口制限部とリング状の第２レーザー光用開口制限部とを中心部から外周部に向かって順に形成し、且つ、前記対物レンズ側の上面の内周領域に回折パターン部を形成すると共にこの回折パターン部の外側を平坦に形成した収差補正素子とを少なくとも備え、  前記収差補正素子は、平行光の状態で入射させた前記第１レーザー光を前記光透過性平坦部及び前記第２，第３レーザー光用開口制限部をそのまま透過させた後に、前記回折パターン部で回折させることなく透過させて０次光を前記対物レンズに入射させ、
また、平行光の状態で入射させた前記第２レーザー光を前記第２レーザー光用開口制限部で遮蔽して前記対物レンズへの開口数を所定数に制限すると共に、前記光透過性平坦部及び前記第３レーザー光用開口制限部を透過させた後に、前記回折パターン部で回折させることで前記第２レーザー光に対して球面収差を補正した１次光を前記対物レンズに入射させ、
更に、拡散光の状態で入射させた前記第３レーザー光を前記第２，第３レーザー光用開口制限部で遮蔽して前記対物レンズへの開口数を前記とは異なる所定数に制限すると共に、前記光透過性平坦部を透過させた後に、前記回折パターン部で前記第２レーザー光よりも拡散度を強めて回折させることで前記第３レーザー光に対して球面収差を補正した１次光を前記対物レンズに入射させることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
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い第２光記録媒体と、前記第２光記録媒体よりも記録密度が低い第３光記録媒体と、前記第１〜第３光記録媒体の各信号面を適宜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、
前記第３光記録媒体に対応して前記第２レーザー光よりも波長が長い第３レーザー光を出射させる第３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、互いに対向する第１，第２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３レーザー光を前記第１〜第３光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズ、
前記第１〜第３レーザー光源側の下面に円形状の光透過性平坦部とリング状の第３レーザー光用開口制限部とを中心部から外周部に向かって順に形成し、且つ、前記対物レンズ側の上面の内周領域に回折パターン部を形成すると共にこの回折パターン部の外側を平坦に形成した収差補正素子とを少なくとも備え、
前記収差補正素子は、平行光の状態で入射させた前記第１レーザー光を前記光透過性平坦部及び前記第３レーザー光用開口制限部をそのまま透過させた後に、前記回折パターン部で回折させることなく透過させて０次光を前記対物レンズに入射させ、
また、平行光の状態で入射させた前記第２レーザー光を前記光透過性平坦部及び前記第３レーザー光用開口制限部をそのまま透過させた後に、前記回折パターン部内に入射した前記第２レーザー光のみを前記回折パターン部で回折させることで前記第２レーザー光に対して球面収差を補正した１次光を前記対物レンズに入射させ、
更に、拡散光の状態で入射させた前記第３レーザー光を前記第３レーザー光用開口制限部で遮蔽して前記対物レンズへの開口数を所定数に制限すると共に、前記光透過性平坦部を透過させた後に、前記回折パターン部で前記第２レーザー光よりも拡散度を強めて回折させることで前記第３レーザー光に対して球面収差を補正した１次光を前記対物レンズに入射させる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又は請求項２記載の光ピックアップ装置において、
前記回折パターン部を凹凸状に形成し、且つ、凹凸部の繰り返し周期を内周部から外周部に向かうにつれて徐々に狭めてリング状に形成した時に、前記回折パターン部中の凹部の深さを前記第１レーザー光に対して略最大回折効率が得られる深さと、前記第２レーザー光に対して略最大回折効率が得られる深さとの間になるように設定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３レーザー光を用いて基板厚さが異なる第１〜第３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３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収差補正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ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）や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、ＣＤ，ＤＶＤよりも情報信号を超高密度に記録又は再生できる超高密度光ディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）の開発が盛んに行われている。
【０００４】
まず、上記したＣＤは、従来、波長が７８０ｎｍ前後のレーザー光を開口数（ＮＡ）＝０．４５程度の対物レンズで絞り込んだレーザービームをディスク基板に照射して、ディスク基板のレーザービーム入射面から略１．２ｍｍ隔てた信号面上に情報信号を記録又は再生している。
【０００５】
また、上記したＤＶＤは、従来、波長が６５０ｎｍ前後のレーザー光を開口数（ＮＡ）＝０．６程度の対物レンズで絞り込んだレーザービームをディスク基板に照射して、ディスク基板のレーザービーム入射面から略０．６ｍｍ隔てた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ＣＤよりも６〜８倍高めて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。
【０００６】
また、上記した超高密度光ディスクは、波長が４５０ｎｍ以下のレーザー光を開口数（ＮＡ）＝０．７５以上の対物レンズで絞り込んだレーザービームをディスク基板に照射して、レーザービーム入射面から略０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍ隔てた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、超高密度光ディスク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。
【０００７】
ところで、ディスク基板厚さが異なる３種類の光ディスクを記録又は再生する光ヘッド装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−６７９７２号公報（第１９頁、第８図）
【非特許文献１】「青色／ＤＶＤ／ＣＤ互換ヘッド，ＭＩＣＲＯＯＰＴＩＣＳ  ＮＥＷＳ  Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．３，微小光学研究グループ機関誌，２００２．９．６」（第２０〜２１頁、第２図，第７図）。
【０００８】
図１５は従来の光ヘッド装置の形態を示した図、
図１６（ａ）〜（ｃ）は従来の光ヘッド装置において、３種類の光学系からの出射光を３種類の光ディスクにそれぞれ照射する状態を模式的に示した図である。
【０００９】
図１５に示した従来の光ヘッド装置１１０は、上記した特許文献１及び非特許文献１に開示されているものであり、ここでは特許文献１及び非特許文献１を参照して簡略に説明する。
【００１０】
図１５に示した如く、従来の光ヘッド装置１１０は、３種類の光ディスク１０１〜１０３にそれぞれ対応した第１〜第３光学系１１１〜１１３と、第１，第２干渉フィルタ１１４，１１５と、波長選択フィルタ１１６と、対物レンズ１１７とで構成されている。
【００１１】
上記した３種類の第１〜第３光学系１１１〜１１３は、内部に半導体レーザーと、光ディスクからの反射光を受光する光検出器をそれぞれ備えている。この際、第１光学系１１１内の半導体レーザーの波長は４０５ｎｍであり、また、第２光学系１１２内の半導体レーザーの波長は６５０〜６６０ｎｍ程度であり、更に、第３光学系１１３内の半導体レーザーの波長は７８０〜７８５ｎｍ程度である。
【００１２】
上記した第１干渉フィルタ１１４は、波長４０５ｎｍの光を透過させ、且つ、波長６５０〜６６０ｎｍの光を反射させる働きを有する。また、第２干渉フィルタ１１５は、波長４０５ｎｍ，６５０〜６６０ｎｍの光を透過させ、且つ、波長７８０〜７８５ｎｍの光を反射させる働きを有する。
【００１３】
そして、第１光学系１１１内の半導体レーザーからの出射光は、第１，第２干渉フィルタ１１４，１１５を順に透過し、図１６（ａ）に示したように平行光の状態で波長選択フィルタ１１６に入射した後に波長選択フィルタ１１６をそのまま透過して対物レンズ１１７に入射し、ディスク基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格の光ディスク１０１上に集光される。この後、光ディスク１０１からの反射光は、上記とは逆に戻り第１光学系１１１内の光検出器で受光される。
【００１４】
また、第２光学系１１２内の半導体レーザーからの出射光は、第１干渉フィルタ１１４で反射されて第２干渉フィルタ１１５を透過して、図１６（ｂ）に示したように拡散光（＝発散光）の状態で波長選択フィルタ１１６に入射した後に波長選択フィルタ１１６で回折されて対物レンズ１１７に入射し、ディスク基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格の光ディスク１０２上に集光される。この後、光ディスク１０２からの反射光は、上記とは逆に戻り第２光学系１１２内の光検出器で受光される。
【００１５】
また、第３光学系１１３内の半導体レーザーからの出射光は、第２干渉フィルタ１１５で反射されて、図１６（ｃ）に示したように拡散光（＝発散光）の状態で波長選択フィルタ１１６に入射した後に波長選択フィルタ１１６で回折されて対物レンズ１１７に入射し、ディスク基板厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格の光ディスク１０３上に集光される。この後、光ディスク１０３からの反射光は、上記とは逆に戻り第３光学系１１３内の光検出器で受光される。
【００１６】
上記構成による従来の光ヘッド装置１１０によれば、ディスク基板厚さが異なることによって発生する球面収差を波長選択フィルタ１１６によって補正することで、３種類の光ディスク１０１〜１０３を記録又は再生できるように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上記した特許文献１及び非特許文献１に開示された従来の光ヘッド装置１１０において、第１〜第３光学系１１１〜１１３内の各半導体レーザーからの各出射光を波長選択フィルタ１１６，対物レンズ１１７に順に入射させる際に、図１６（ａ）〜（ｃ）に示したように、第１光学系１１１内の半導体レーザーからの出射光は平行光の状態で波長選択フィルタ１１６に入射させているものの、第２，第３光学系１１２，１１３内の各半導体レーザーからの各出射光は拡散光（＝発散光）の状態で波長選択フィルタ１１６に入射させている。ここで、拡散光を波長選択フィルタ１１６に入射させた場合に、拡散光の光軸が対物レンズ１１７の光軸に対してズレた場合に平行光よりも球面収差の悪化が著しく、且つ、平行光よりも組み立て時の光軸調整が難しい。
【００１８】
また、上記した非特許文献１には、第１〜第３光学系１１１〜１１３を組み立てるにあたって、各光学系１１１〜１１３の光軸と対物レンズ１１７の光軸とのズレによる対物レンズシフトを考慮する場合とか、あるいは、対物レンズシフトにより生じるコマ収差を補正する場合に、対物レンズシフト（μｍ）に対するＲＭＳ波面収差（λ  ｒｍｓ．）が図１７に示したように開示されている。
【００１９】
図１７は従来の光ヘッド装置において、ＤＶＤ及びＣＤに対して対物レンズシフト時の波面収差を示した図である。
【００２０】
図１７において、一般的には、対物レンズシフトに対して対物レンズ１１７の中心軸から±３００μｍの許容誤差が望まれるために、この範囲内でのデータが示されているが、ＤＶＤ，ＣＤとも、波面収差は対物レンズシフトがない場合には小さいものの、倍率の絶対値が大きい（入射共役長が短い）ために対物レンズシフトが大きくなると波面収差が急激に増加する。尚、上記した入射共役長とは、対物レンズとレーザー光源との間隔である（但し、対物レンズとレーザー光源との間に何ら光学素子がない場合である）。
【００２１】
この場合、図示から判断すると、対物レンズシフトが略±１５０μｍを越えた場合に周知のマレシャルクライテリオンの０．０７λ  ｒｍｓ．を超えてしまい、実用的でないことが確認できる。
【００２２】
そこで、次世代規格の超高密度光ディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ），ＤＶＤ，ＣＤなど３種類の光記録媒体を一つの対物レンズで記録又は再生する光ピックアップ装置において、３種類の光記録媒体と対応する第１〜第３レーザー光を収差補正素子に入射させる際にできるだけ多くのレーザー光を平行光の状態で収差補正素子に入射させることが望まれていると共に、対物レンズのシフト時における波面収差を低減し、実用化レベルに達することができる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】
【００２３】
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い第２光記録媒体と、前記第２光記録媒体よりも記録密度が低い第３光記録媒体と、前記第１〜第３光記録媒体の各信号面を適宜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、
前記第３光記録媒体に対応して前記第２レーザー光よりも波長が長い第３レーザー光を出射させる第３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、互いに対向する第１，第２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３レーザー光を前記第１〜第３光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズ、
前記第１〜第３レーザー光源側の下面に円形状の光透過性平坦部とリング状の第３レーザー光用開口制限部とリング状の第２レーザー光用開口制限部とを中心部から外周部に向かって順に形成し、且つ、前記対物レンズ側の上面の内周領域に回折パターン部を形成すると共にこの回折パターン部の外側を平坦に形成した収差補正素子とを少なくとも備え、  前記収差補正素子は、平行光の状態で入射させた前記第１レーザー光を前記光透過性平坦部及び前記第２，第３レーザー光用開口制限部をそのまま透過させた後に、前記回折パターン部で回折させることなく透過させて０次光を前記対物レンズに入射させ、
また、平行光の状態で入射させた前記第２レーザー光を前記第２レーザー光用開口制限部で遮蔽して前記対物レンズへの開口数を所定数に制限すると共に、前記光透過性平坦部及び前記第３レーザー光用開口制限部を透過させた後に、前記回折パターン部で回折させることで前記第２レーザー光に対して球面収差を補正した１次光を前記対物レンズに入射させ、
更に、拡散光の状態で入射させた前記第３レーザー光を前記第２，第３レーザー光用開口制限部で遮蔽して前記対物レンズへの開口数を前記とは異なる所定数に制限すると共に、前記光透過性平坦部を透過させた後に、前記回折パターン部で前記第２レーザー光よりも拡散度を強めて回折させることで前記第３レーザー光に対して球面収差を補正した１次光を前記対物レンズに入射させることを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００２４】
また、第２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い第２光記録媒体と、前記第２光記録媒体よりも記録密度が低い第３光記録媒体と、前記第１〜第３光記録媒体の各信号面を適宜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、
前記第３光記録媒体に対応して前記第２レーザー光よりも波長が長い第３レーザー光を出射させる第３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、互いに対向する第１，第２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３レーザー光を前記第１〜第３光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズ、
前記第１〜第３レーザー光源側の下面に円形状の光透過性平坦部とリング状の第３レーザー光用開口制限部とを中心部から外周部に向かって順に形成し、且つ、前記対物レンズ側の上面の内周領域に回折パターン部を形成すると共にこの回折パターン部の外側を平坦に形成した収差補正素子とを少なくとも備え、
前記収差補正素子は、平行光の状態で入射させた前記第１レーザー光を前記光透過性平坦部及び前記第３レーザー光用開口制限部をそのまま透過させた後に、前記回折パターン部で回折させることなく透過させて０次光を前記対物レンズに入射させ、
また、平行光の状態で入射させた前記第２レーザー光を前記光透過性平坦部及び前記第３レーザー光用開口制限部をそのまま透過させた後に、前記回折パターン部内に入射した前記第２レーザー光のみを前記回折パターン部で回折させることで前記第２レーザー光に対して球面収差を補正した１次光を前記対物レンズに入射させ、
更に、拡散光の状態で入射させた前記第３レーザー光を前記第３レーザー光用開口制限部で遮蔽して前記対物レンズへの開口数を所定数に制限すると共に、前記光透過性平坦部を透過させた後に、前記回折パターン部で前記第２レーザー光よりも拡散度を強めて回折させることで前記第３レーザー光に対して球面収差を補正した１次光を前記対物レンズに入射させることを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００２５】
更に、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、
前記回折パターン部を凹凸状に形成し、且つ、凹凸部の繰り返し周期を内周部から外周部に向かうにつれて徐々に狭めてリング状に形成した時に、前記回折パターン部中の凹部の深さを前記第１レーザー光に対して略最大回折効率が得られる深さと、前記第２レーザー光に対して略最大回折効率が得られる深さとの間になるよう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。
【発明の効果】
【００２６】
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、収差補正素子に入射させる第１〜第３レーザー光の光束に対して、レーザー光の光束はできるだけ拡散光よりも平行光の状態で収差補正素子に入射させることが望ましく、第１光記録媒体用の第１レーザー光と第２光記録媒体用の第２レーザー光とを平行光の状態で収差補正素子に入射させ、第３光記録媒体用の第３レーザー光のみを拡散光の状態で収差補正素子に入射させているために、第１，第２レーザー光の光軸が対物レンズの光軸に対して僅かにズレた場合でも球面収差の悪化が少なくなると共に、収差補正素子に入射させる場合に平行光の方が拡散光よりも組み立て時の光軸調整が容易となる。また、第３レーザー光を拡散光の状態で収差補正素子を入射させているものの、第２レーザー光を平行光の状態で収差補正素子に入射しているために、この時に第３レーザー光の拡散光は従来例よりも拡散度を抑えて収差補正素子に入射させることができるので、第２，第３光記録媒体に対する対物レンズシフト時の波面収差を従来例よりも向上させることができる。
【００２７】
また、請求項２記載によると、上記した請求項１記載の効果と同等の効果が得られる他に、とくに、収差補正素子のうちで第１〜第３レーザー光源側の下面に第３レーザー光用の開口制限部を形成し、且つ、対物レンズ側の上面に回折パターン部を形成したために、収差補正素子の一部簡素化を図ることができ、これにより収差補正素子を安価に作製することができる。
【００２８】
更に、請求項３記載によると、とくに、収差補正素子の回折パターン部を凹凸状に形成した時に回折パターン部中の凹部の深さを、第１レーザー光に対して略最大回折効率が得られる深さと、第２レーザー光に対して略最大回折効率が得られる深さとの間になるように設定したために、例えば、波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光に対して回折効率が７７％以上得られ、且つ、波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光及び波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光に対して回折効率が共に３７％以上得られるので、３種類の光ディスクを良好に記録又は再生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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１４を参照して詳細に説明する。
【００３０】
本発明に係る光ピックアップ装置は、波長が異なる第１〜第３レーザー光を用いて基板厚さが異なる第１〜第３光記録媒体を選択的に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（超高密度光ディスク：Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）に対応して設計した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３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収差補正素子とを少なくとも備えたことを特徴とするものである。
【実施例】
【００３１】
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。
【００３２】
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、波長λ１が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光Ｌ１により情報信号を超高密度に記録又は再生する第１光記録媒体（以下、超高密度光ディスクと記す）１と、波長λ２が第１レーザー光Ｌ１の波長λ１より長く６５０ｎｍ前後の第２レーザー光Ｌ２により情報信号を高密度に記録又は再生する第２光記録媒体（以下、ＤＶＤと記す）２と、波長λ３が第２レーザー光Ｌ２の波長λ２より長く７８０ｎｍ前後の第３レーザー光Ｌ３により情報信号を記録又は再生する第３光記録媒体（以下、ＣＤと記す）３と、第１〜第３レーザー光Ｌ１〜Ｌ３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３光記録媒体１〜３の各信号面１ｂ〜３ｂを適宜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。
【００３３】
尚、第１〜第３光記録媒体１〜３の各信号面１ｂ〜３ｂを適宜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しては、第１光記録媒体の信号面１ｂと第２光記録媒体の信号面２ｂとの組み合わせとか、第１光記録媒体の信号面１ｂと第３光記録媒体の信号面３ｂとの組み合わせとか、第２光記録媒体の信号面２ｂと第３光記録媒体の信号面３ｂとの組み合わせとかがあり、これらの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、以下の説明では個々の光記録媒体について詳述し、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は省略する。
【００３４】
また、以下の説明では、第１〜第３光記録媒体１〜３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。
【００３５】
そして、上記した第１〜第３光記録媒体１〜３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。
【００３６】
ここで、上記した第１光記録媒体となる超高密度光ディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）１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ｔ１が略０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍに薄く設定されて、この上に補強板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。
【００３７】
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ｔ２が超高密度光ディスク１よりも厚く略０．６ｍｍに設定されて、この上に略０．６ｍｍの補強板を貼り合せて合計厚さが略１．２ｍｍに形成されている。
【００３８】
また、上記した第３光記録媒体となるＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）３は、ＣＤ規格に基づいてレーザービーム入射面３ａと信号面３ｂとの間のディスク基板厚さｔ３がＤＶＤ２よりも厚く略１．２ｍｍに設定されている。
【００３９】
尚、この実施例では、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３の各ディスク基板厚さｔ１，ｔ２，ｔ３が、例えば０．１ｍｍ，０．６ｍｍ，１．２ｍｍにそれぞれ設定されているものとする。
【００４０】
また、超高密度光ディスク１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もしくはＣＤ３のレーザービーム入射面３ａの下方には、本発明に係る光ピックアップ装置１０が各光ディスク１，２，３の径方向に移動自在に設けられている。
【００４１】
上記した本発明に係る光ピックアップ装置１０内には、超高密度光ディスク１に対応して波長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、ＣＤ３に対応して波長λ３が７８０ｎｍ前後の第３レーザー光Ｌ３を出射するためにＣＤ用集積デバイス４０内の第３レーザー光源（以下、赤外半導体レーザーと記す）４１とが設けられている。
【００４２】
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の波長λ１は例えば４０５ｎｍ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の波長λ２は例えば６６０ｎｍに設定され、更に、赤外半導体レーザー４１から出射される第３レーザー光Ｌ３の波長λ３は例えば７８０ｎｍに設定されているものとする。
【００４３】
まず、超高密度光ディスク１に対応して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から出射した波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１は直線偏光（ｐ偏光）の発散光であり、この発散光がコリメータレンズ１２で平行光となり、第１レーザー光Ｌ１の平行光が偏光ビームスプリッタ１３の偏光選択性誘電体多層膜１３ａ（ｐ偏光：透過、ｓ偏光：反射）で反射されて９０°方向を転じ、この後、第１レーザー光Ｌ１は第１ダイクロイックプリズム１４のダイクロイック膜１４ａ（波長λ１：透過、波長λ２：反射）を透過し、位相板１５を透過して円偏光となる。この際、位相板１５は波長λ１の第１レーザー光Ｌ１が透過するときに（λ１）／４の位相差を与え、後述する波長λ２の第２レーザー光Ｌ２が透過するときには（λ２）／４の位相差を与えるものである。
【００４４】
また、位相板１５を透過した第１レーザー光Ｌ１は、第２ダイクロイックプリズム１６のダイクロイック膜１６ａ（波長λ１：透過，波長λ２：透過、波長λ３：反射）を透過し、立ち上げ用の平面ミラー１７で９０°光線方向を転じて、この後、第１レーザー光Ｌ１の平行光をレンズホルダ２０内の下方部位に収納した収差補正素子２１で回折させることなく０次光をそのまま透過させた後に、更に、レンズホルダ２０内の上方部位に収納した対物レンズ２２に入射させ、この第１レーザー光Ｌ１を対物レンズ２２で絞って得た第１レーザービームを超高密度光ディスク１のレーザービーム入射面１ａから入射させて信号面１ｂ上に集光している。
【００４５】
尚、第１レーザー光Ｌ１に対する収差補正素子２１の作用についての詳細は後述する。
【００４６】
この際、対物レンズ２２は、超高密度光ディスク用として開口数が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する第１，第２面２２ａ，２２ｂ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の単玉レンズであり、且つ、後述するように収差補正素子２１側と対向する第１面２２ａ及び各光ディスク１，２，３側と対向する第２面２２ｂが共に非球面に形成されて、波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して無限共役で最適化されている。そして、第１レーザー光Ｌ１に対して球面収差が最小となる対物レンズ２２と超高密度光ディスク１のレーザービーム入射面１ａとの間の距離、すなわち作動距離は０．５ｍｍである。
【００４７】
また、レンズホルダ２０内の下方部位に収納した収差補正素子２１と、レンズホルダ２０内の上方部位に収納した対物レンズ２２とは、レンズホルダ２０内で光軸を合わせて一体化することによりコマ収差の発生を抑えており、本発明の要部となる収差補正素子２１と対物レンズ２２については、後で詳述する。
【００４８】
また、レンズホルダ２０の外周にはフォーカスコイル２３とトラッキングコイル２４とが一体的に取り付けられ、且つ、レンズホルダ２０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２０が超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３のフォーカス方向とトラッキング方向とに揺動可能に支持されている。
【００４９】
そして、フォーカスコイル２３とトラッキングコイル２４と不図示の永久磁石とにより、収差補正素子２１と対物レンズ２２とがレンズホルダ２０と一体となって超高密度光ディスク１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。尚、後述するＤＶＤ２，ＣＤ３の場合にも、収差補正素子２１と対物レンズ２２とがレンズホルダ２０と一体となって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。
【００５０】
この後、対物レンズ２２で集光した第１レーザービームによって超高密度光ディスク１の信号面１ｂへの再生、記録、または消去が行われる。
【００５１】
更にこの後、超高密度光ディスク１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反射光は往路と反対回りの円偏光となって対物レンズ２２に再入射し、この対物レンズ２２により平行光となり、収差補正素子２１を通過した後に平面ミラー１７で９０°光線方向を転じ、第２ダイクロイックプリズム１６のダイクロイック膜１６ａを透過し、位相板１５を透過して往路とは偏光方向が直交した直線偏光（ｓ偏光）となり、第１ダイクロイックプリズム１４のダイクロ膜１４ａを透過する。この際、位相板１５を透過した第１反射光は往路と偏光方向が直交した直線偏光（ｓ偏光）であるので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光選択性誘電体多層膜１３ａを透過し、シリンドリカルレンズ１８で収束光となり、第１光検出器１９に集光する。そして、第１光検出器１９で超高密度光ディスク１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。
【００５２】
次に、ＤＶＤ２に対応して赤色半導体レーザー３１側について説明すると、赤色半導体レーザー３１から出射した波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２は直線偏光（ｐ偏光）の発散光であり、この発散光がＤＶＤ用集積デバイス３０中のホログラム素子３３を通過してコリメータレンズ３４で平行光となる。
【００５３】
尚、上記したＤＶＤ用集積デバイス３０は、赤色半導体レーザー３１と、この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、赤色半導体レーザー３１及び第２光検出器３２の上方に設置したホログラム素子３３とを不図示の半導体基板上で一体化したものである。
【００５４】
また、コリメータレンズ３４を透過した第２レーザー光Ｌ２は、第１ダイクロイックプリズム１４のダイクロイック膜１４ａで反射されて９０°光線方向を転じ、位相板１５を透過して円偏光となり、第２ダイクロイックプリズム１６のダイクロイック膜１６ａを透過する。この後、立ち上げ用の平面ミラー１７で９０°光線方向を転じ、更に、第２レーザー光Ｌ２の平行光を収差補正素子２１で対物レンズ２２への開口数（ＮＡ）が０．６相当となるように外周領域で開口制限させるも、内周領域で回折させた１次光によって球面収差を補正した後に、回折された１次光による拡散光が対物レンズ２２に入射され、この第２レーザー光Ｌ２を対物レンズ２２で絞って得た第２レーザービームをＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａから入射させて信号面２ｂ上に集光している。
【００５５】
尚、第２レーザー光Ｌ２に対する収差補正素子２１の作用についての詳細は後述する。
【００５６】
この後、対物レンズ２２で集光した第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。
【００５７】
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反射光は往路と反対回りの円偏光となって対物レンズ２２に入射し、１次光の第２反射光が対物レンズ２２により収束光となり、更に、収差補正素子２１により平行光となった後に平面ミラー１７で９０°光線方向を転じ、第２ダイクロイックプリズム１６のダイクロイック膜１６ａを透過して、位相板１５を透過後に往路とは反対の直線偏光（ｓ偏光）となって、第１ダイクロイックプリズム１４のダイクロイック膜１４ａで反射されて９０°光線方向を転じ、コリメータレンズ３４で収束光となり、ＤＶＤ用集積デバイス３０中のホログラム素子３３によって回折し、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。
【００５８】
この際、赤色半導体レーザー３１とＤＶＤ２の信号面２ｂとの間の光軸上に配置された集光光学系によって発生する球面収差を収差補正素子２１で補正しているが、この球面収差が最小となった時に、対物レンズ２２とＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａとの間の距離、すなわち作動距離は０．３５ｍｍ程度である。
【００５９】
上記説明したように、ＤＶＤ２側では無偏光光学系であるが、往路と直交した直線偏光となるので、赤色半導体レーザー３１への第２反射光が与える影響はほとんどない。
【００６０】
次に、ＣＤ３に対応して赤外半導体レーザー４１側について説明すると、赤外半導体レーザー４１から出射した波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３は直線偏光（ｐ偏光）の発散光であり、この発散光がＣＤ用集積デバイス４０中のホログラム素子４３を通過してコリメータレンズ４４で平行光となる。
【００６１】
尚、上記したＣＤ用集積デバイス４０は、上記したＤＶＤ用集積デバイス３０と略同様な構成であり、赤外半導体レーザー４１と、この赤色半導体レーザー４１の右方に設置した第３光検出器４２と、赤外半導体レーザー４１及び第３光検出器４２の上方に設置したホログラム素子４３とを不図示の半導体基板上で一体化したものである。
【００６２】
また、コリメータレンズ４４を透過した第３レーザー光Ｌ３は、凹レンズ４５を透過して拡散光とされ、位相板４６を透過して円偏光となり、第２ダイクロイックプリズム１６のダイクロイック膜１６ａで反射されて９０°光線方向を転ずる。位相板４６は波長λ３の第３レーザー光Ｌ３が透過するときに（λ３）／４の位相差を与えるものである。この後、立ち上げ用の平面ミラー１７で９０°光線方向を転じ、更に、第３レーザー光Ｌ３の拡散光を収差補正素子２１で対物レンズ２２への開口数（ＮＡ）が０．４５相当となるように外周領域で開口制限させるも、内周領域で第２レーザー光Ｌ２よりも拡散度を強めて回折させた１次光によって球面収差を補正した後に、第２レーザー光Ｌ２よりも拡散度を強めて回折された１次光による拡散光が対物レンズ２２に入射され、この第３レーザー光Ｌ３を対物レンズ２２で絞って得た第３レーザービームをＣＤ３のレーザービーム入射面３ａから入射させて信号面３ｂ上に集光している。
【００６３】
尚、第３レーザー光Ｌ３に対する収差補正素子２１の作用についての詳細は後述する。
【００６４】
この後、対物レンズ２２で集光した第３レーザービームによってＣＤ３の信号面３ｂへの再生、記録、または消去が行われる。
【００６５】
更にこの後、ＣＤ３の信号面３ｂで反射された第３レーザービームによる戻りの第３反射光は往路と反対回りの円偏光となって対物レンズ２２に入射し、１次光の第３反射光が対物レンズ２２と収差補正素子２１とにより収束光となり、平面ミラー１７で９０°光線方向を転じ、第２ダイクロイックプリズム１６のダイクロイック膜１６ａで反射されて、位相板４６を透過後に往路とは反対の直線偏光（ｓ偏光）となり、凹レンズ４５により平行光となって、コリメータレンズ４４で収束光となり、ＣＤ用集積デバイス４０中のホログラム素子４３によって回折し、第３光検出器４２に集光する。そして、第３光検出器４２でＣＤ３の信号面３ｂ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。
【００６６】
この際、赤外半導体レーザー４１とＣＤ３の信号面３ｂとの間の光軸上に配置された集光光学系によって発生する球面収差を凹レンズ４５による有限補正と収差補正素子２１による波面補正とで併せて補正しているが、この球面収差が最小となった時に、対物レンズ２２とＣＤ３のレーザービーム入射面３ａとの間の距離、すなわち作動距離は０．１４ｍｍ程度である。
【００６７】
上記説明したように、ＣＤ３側でも無偏光光学系であるが、往路と直交した直線偏光となるので、赤外半導体レーザー４１への第３反射光が与える影響はほとんどない。
【００６８】
ここで、実施例の要部となる収差補正素子２１と対物レンズ２２とについて図２〜図１０を用いて順に説明する。
【００６９】
図２（ａ）〜（ｃ）は図１に示した実施例における収差補正素子の作製方法１を説明するための工程図、
図３（ａ）〜（ｆ）は図１に示した実施例における収差補正素子の作製方法２を説明するための工程図、
図４は図１に示した実施例における収差補正素子を説明するための図であり、（ａ）は上面図，（ｂ）は正面図，（ｃ）は凹凸状回折パターン部の凹凸形状図、
図５は超高密度光ディスク用として無限共役に最適化された対物レンズを用いて、超高密度光ディスク，ＤＶＤ，ＣＤを記録又は再生する場合を拡大して示した図、
図６は図４に示した収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、超高密度光ディスクを記録又は再生する場合を模式的に示した図、
図７は図４に示した収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＤＶＤを記録又は再生する場合を説明するための光線図、
図８は図４に示した収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＣＤを記録又は再生する場合を説明するための光線図、
図９は図４に示した収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＤＶＤ，ＣＤを記録又は再生した時に、ＤＶＤ，ＣＤに対して対物レンズシフト時の最良像面での波面収差を示した図、
図１０は図４に示した収差補正素子に、波長λ１〜λ３の第１〜第３レーザー光が入射した時の各回折効率と、凹凸状回折パターン部中の凹部の深さとの関係を示した図である。
【００７０】
本発明の要部となる収差補正素子２１を作製する場合には、図２（ａ）〜（ｃ）に示した作製方法１と、図３（ａ）〜（ｆ）に示した作製方法２のいずれかの方法を用いている。
【００７１】
まず、収差補正素子２１の作製方法１を説明すると、図２（ａ）に示した露光工程では、後述する収差補正素子２１の凹凸状回折パターン部に対応したマスクを電子線描画装置により作製し、このマスクを例えば光透過性を有する石英基板上に成膜したレジストと対向させ、マスクの上方からＵＶ光を照射して、マスクの開口孔を通ったＵＶ光でレジストを露光する。次に、図２（ｂ）に示した現像工程では、ＵＶ光で露光したレジスト部位を除去して石英基板の一部を露出させると共に、石英基板上でＵＶ光を露光していないレジスト部位を残す。次に、図２（ｃ）に示したエッチング／レジスト除去工程では、石英基板を露出させた部位をエッチング液を用いてエッチングし、この後、石英基板上に残ったレジストを除去すると、石英基板上に凹凸状回折パターン部が形成され、石英基板を用いた収差補正素子２１が作製される。この際、１枚の石英基板で多数個の収差補正素子２１を作製できるようにマスクを予め作製し、エッチング／レジスト除去工程が終了した段階で石英基板から多数個の収差補正素子２１をカッティングすれば、１枚の石英基板で多数個の収差補正素子２１が作製でき、収差補正素子２１のコストを抑えることができる。
【００７２】
一方、収差補正素子２１の作製方法２を説明すると、光透過性を有する石英基板に代えて不透明なＳｉ基板を用いて、図３（ａ）〜（ｃ）までの工程は上記した図２（ａ）〜（ｃ）までと同じ工程を経て、Ｓｉ基板上に凹凸状回折パターン部を形成する。この後、図３（ｄ）に示したスタンパ作製工程では、電鋳加工により凹凸状回折パターン部を反転させたニッケルスタンパを作製する。次に、図３（ｅ）に示した転写工程では、ニッケルスタンパを用いて成形加工により溶融した透明樹脂にニッケルスタンパの凹凸状回折パターン部を転写する。次に、図３（ｆ）に示したスタンパ剥離工程では、透明樹脂からニッケルスタンパを剥離すると、Ｓｉ基板上に形成した凹凸状回折パターン部と同じ凹凸状回折パターン部が形成され、透明樹脂材を用いた収差補正素子２１を何回も繰り返し成形することができ、材料費が安価な透明樹脂材を用いて収差補正素子２１のコストを更に抑えることができる。
【００７３】
そして、実施例では、上記の作製方法１を適用し、硝材として図２に示した石英基板を用いずに、例えば厚さが０．９２５ｍｍのＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）を用いて収差補正素子２１を下記の図４（ａ）〜（ｃ）に示した形状で作製している。
【００７４】
即ち、図４（ａ），（ｂ）に示した如く、実施例における収差補正素子２１は、光透過性を有する厚さ０．９２５ｍｍのＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）を用いて、外形形状を５ｍｍ角の正方形に形成し、且つ、対物レンズ２２（図１）と対向する上面２１ａ側で中心“Ｏ”を中心にした直径φ２．６ｍｍの内周領域内に凹凸状回折パターン部２１ａ１が形成されていると共に、この凹凸状回折パターン部２１ａ１の外周に隣接した外周領域は凹凸状回折パターン部が形成されていない平坦な上面２１ａとなっている。
【００７５】
また、図４（ｃ）に示した如く、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凸状回折パターン部２１ａ１は、凹凸部が径方向に複数本リング状に形成され、且つ、凹凸部の繰り返し周期Ｔが内周部から外周部に向かうにつれて徐々に狭めて形成されている。
【００７６】
図４（ａ），（ｂ）に戻り、収差補正素子２１の下面２１ｂ側には、上記した凹凸状回折パターン部２１ａ１と対向して光透過性平坦部２１ｂ１が中心“Ｏ”を中心にして直径φ２．１８ｍｍ以内の内周領域に円形状に形成され、且つ、光透過性平坦部２１ｂ１の外周に隣接して直径φ２．１８ｍｍ以上で直径φ２．６ｍｍ以下の外周領域内に第３レーザー光Ｌ３に対して対物レンズ２２への開口数を制限する第３レーザー光用開口制限部２１ｂ２がダイクロイック膜を用いてリング状に成膜されており、更に、第３レーザー光用開口制限部２１ｂ２の外周に隣接して直径φ２．６ｍｍ以上で直径φ３．７４ｍｍ以下の外周領域内に第２レーザー光Ｌ２に対して対物レンズ２２への開口数を制限する第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３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。
【００７７】
この際、収差補正素子２１の下面２１ｂに形成した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ２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）から出射した波長λ１＝４０５ｎｍ±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）から出射した波長λ２＝６６０ｎｍ±１０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２を透過する一方、赤外半導体レーザー４１（図１）から出射した波長λ３＝７８０±１０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３を遮蔽する特性を有している。
【００７８】
また、収差補正素子２１の下面２１ｂに形成した第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３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）から出射した波長λ１＝４０５ｎｍ±８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１を透過する一方、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した波長λ２＝６６０ｎｍ±１０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２を遮蔽し、且つ、赤外半導体レーザー４１（図１）から出射した波長λ３＝７８０±１０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３を遮蔽する特性を有している。
【００７９】
尚、収差補正素子２１の下面２１ｂに形成した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ２及び第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３として波長選択性を有するダイクロイック膜を成膜せずに、これらに代えて同様の性能を有し、且つ、凹凸状回折パターン部２１ａ１とは凹凸寸法が異なる凹凸状の回折格子を外周領域にリング状に形成しても良い。
【００８０】
更に、収差補正素子２１の上面２１ａ及び下面２１ｂに、反射率が０．５％以下の反射防止膜（図示せず）を成膜することで光透過率が９８％以上になっている。
【００８１】
従って、収差補正素子２１は、第１〜第３レーザー光源１１，３１，４１側の下面２１ｂに円形状の光透過性平坦部２１ｂ１と、リング状の第３レーザー光用開口制限部２１ｂ２と、リング状の第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３とを中心部から外周部に向かって順に形成し、且つ、対物レンズ２２側の上面２１ａの内周領域に回折パターン部２１ａ１を形成すると共にこの回折パターン部２１ａ１の外側を平坦に形成している。
【００８２】
この際、収差補正素子２１の硝材にＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）を用いた場合には、青色半導体レーザー１１（図１）から出射した波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対する屈折率Ｎ１は１．５３０２であり、また、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対する屈折率Ｎ２は１．５１４２であり、更に、赤外半導体レーザー４１から出射した波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対する屈折率Ｎ３は１．５１１２である。
【００８３】
また、図４（ｃ）に示した如く、収差補正素子２１の上面２１ａの内周領域において、段差が１段の凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄは、青色半導体レーザー１１（図１）から出射した波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して回折作用が発生しないように下記の数１から求めると、全く回折せずに第１レーザー光Ｌ１の０次光をそのまま透過するようになっている。即ち、凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが位相差２πの整数倍の時、０次回折効率が１００％となる。
【数１】
2005071462.tif 000003
【００８４】
上記した数１中で自然数ｋをｋ＝１とした場合に、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄは０．７６３μｍとなっている。
【００８５】
更に、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１は、後述するように赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２の平行光を回折させて得た１次光を対物レンズ２２を介してＤＶＤ２に照射した時に、ＤＶＤ２（図１）の信号面２ｂ上で第２レーザー光Ｌ２のスポットが開口数（ＮＡ）＝０．６相当になり、第２レーザー光Ｌ２の１次光の球面収差が最小となるように下記の数２に示した位相差関数Φ（ｘ）により凹凸状回折パターン部２１ａ１の中心“Ｏ”からの半径方向の距離ｘにおける位相差が求まり、その位相差を２値化することによって半径方向の凹凸形状が決定する。
【数２】
2005071462.tif 000004
【００８６】
上記した数２において、位相差関数Φ（ｘ）中の位相差関数係数Ａ２〜Ａ８の一例を下記の表１に示す。
【表１】
2005071462.tif 000005
【００８７】
次に、図５に示した如く、実施例の要部となる対物レンズ２２は、超高密度光ディスク用として設計されたものであり、硝材として例えばＮＢＦ１（ＨＯＹＡ製光学ガラス）を用いて、収差補正素子２１と対向する第１面２２ａ側を非球面に形成すると共に、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３と対向する第２面２２ｂ側も非球面に形成している。
【００８８】
この際、対物レンズ２２の第２面２２ｂと超高密度光ディスク１のレーザービーム入射面１ａとの間の作動距離ＷＤ１は０．５ｍｍ程度であり、また、対物レンズ２２の第２面２２ｂとＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａとの間の作動距離ＷＤ２は０．３５ｍｍ程度であり、更に、対物レンズ２２の第２面２２ｂとＣＤ３のレーザービーム入射面３ａとの間の作動距離ＷＤ３は０．１４ｍｍ程度である。
【００８９】
そして、対物レンズ２２の硝材にＮＢＦ１（ＨＯＹＡ製光学ガラス）を用いた場合には、青色半導体レーザー１１（図１）から出射した波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対する屈折率Ｎ４は１．７６８９８５であり、また、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対する屈折率Ｎ５は１．７３８５３２であり、更に、赤外半導体レーザー４１（図１）から出射した波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対する屈折率Ｎ６は１．７３３１７５０４である。
【００９０】
ここで、波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１により超高密度光ディスク１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２２の仕様を下記の表２に示す。
【表２】
2005071462.tif 000006
【００９１】
この表２から、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の設計波長λ１を例えば４０５ｎｍに設定し、且つ、対物レンズ２２は開口数（ＮＡ）が０．８５のものを使用する。
【００９２】
次に、対物レンズ２２の第１面２２ａ及び第２面２２ｂ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】
2005071462.tif 000007
【００９３】
上記した数３の多項式を用いた時に、対物レンズ２２の第１面２２ａ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３に示す。
【表３】
2005071462.tif 000008
【００９４】
また、上記した数３の多項式を用いた時に、対物レンズ２２の第２面２２ｂ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４に示す。
【表４】
2005071462.tif 000009
【００９５】
更に、図４に示した収差補正素子２１と、図５に示した対物レンズ２２とをレンズホルダ２０内に収納した時に、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３に対する各光学面関係についてそれぞれ下記の表５，表６，表７に順に示す。
【表５】
2005071462.tif 000010
【００９６】
【表６】
2005071462.tif 000011
【００９７】
【表７】
2005071462.tif 000012
【００９８】
上記した表５〜表７から、収差補正素子２１の厚さは０．９２５ｍｍであり、収差補正素子２１と対物レンズ２２との間の空間は４．０ｍｍである。また、対物レンズ２２の第１面２２ａの頂点における曲率半径は１．８１２１７１ｍｍであり、第２面２２ｂの頂点における曲率半径は−６．５０７５８４ｍｍであり、対物レンズ２２のレンズ厚さが３．１０４ｍｍである。
【００９９】
次に、図４に示した収差補正素子２１と、図５に示した対物レンズ２２とをレンズホルダ２０内に収納した状態で、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３を記録又は再生する場合について図６〜図８を用いて順に説明する。
【０１００】
ここで、図６に示した如く、レンズホルダ２０内に収納した収差補正素子２１と対物レンズ２２とにより超高密度光ディスク１を記録又は再生する場合に、対物レンズ２２の第２面２２ｂと超高密度光ディスク１のレーザービーム入射面１ａとの間で作動距離ＷＤ１が０．５ｍｍ程度に設定されている状態で青色半導体レーザー１１（図１）から出射した波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１をコリメータレンズ１２（図１）で平行光にし、この平行光を収差補正素子２１の下面２１ｂの内周領域に円形状に形成した光透過性平坦部２１ｂ１と、この光透過性平坦部２１ｂ１の外側にダイクロイック膜を用いてリング状に順に成膜した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ２及び第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３とをそのまま透過させ、更に、この平行光を収差補正素子２１の上面２１ａの内周領域に形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で回折させずに０次光をそのまま透過させ、平行光のままで対物レンズ２２の第１面２２ａに入射させている。
【０１０１】
そして、対物レンズ２２の第１，第２面２２ａ，２２ｂで絞った第１レーザービームを超高密度光ディスク１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。
【０１０２】
この場合には、波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で回折が生じないため、収差補正素子２１での反射並びに吸収以外の光量損失がなく、前記したように凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが０．７６３μｍに形成されている場合に、０次光の回折効率は１００％である。現時点では、波長λ１＝４０５ｎｍの青色半導体レーザー１１（図１）の出力が低いため、実施例の光ピックアップ装置１０の各光学部品においては、光量損失が少ないことが必須となっている。
【０１０３】
次に、図７に示した如く、レンズホルダ２０内に収納した収差補正素子２１と対物レンズ２２とによりＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、対物レンズ２２の第２面２２ｂとＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａとの間で作動距離ＷＤ２が０．３５ｍｍ程度に設定されている状態で赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２をコリメータレンズ３４（図１）で平行光にし、この平行光を収差補正素子２１の下面２１ｂの外周領域にダイクロイック膜を用いてリング状に成膜した第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３で遮蔽して対物レンズ２２への開口数（ＮＡ）が０．６相当となるように開口制限されるも、収差補正素子２１の下面２１ｂの内周領域に円形状に形成した光透過性平坦部２１ｂ１及びこの光透過性平坦部２１ｂ１の外側にダイクロイック膜を用いてリング状に成膜した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ２を透過させ、更に、この平行光を収差補正素子２１の上面２１ａの内周領域に形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で回折させた１次光によって球面収差を補正して凹凸状回折パターン部２１ａ１を透過させ、回折させて得た１次光による拡散光を対物レンズ２２の第１面２２ａに入射させている。
【０１０４】
そして、対物レンズ２２の第１，第２面２２ａ，２２ｂ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。
【０１０５】
この場合、対物レンズ２２は超高密度光ディスク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＝６６０ｎｍ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、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で第２レーザー光Ｌ２に対して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。
【０１０６】
更に、図８に示した如く、レンズホルダ２０内に収納した収差補正素子２１と対物レンズ２２とによりＣＤ３を記録又は再生する場合に、対物レンズ２２の第２面２２ｂとＣＤ３のレーザービーム入射面３ａとの間で作動距離ＷＤ３が０．１４ｍｍ程度に設定されている状態で赤外半導体レーザー４１（図１）から出射した波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３をコリメータレンズ４４（図１）で平行光とし、さらに凹レンズ４５（図１）によって拡散光にし、この拡散光を収差補正素子２１の下面２１ｂの外周領域にダイクロイック膜を用いてリング状に順に成膜した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ２及び第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３で遮蔽して対物レンズ２２への開口数（ＮＡ）が０．４５相当となるように開口制限されるも、収差補正素子２１の下面２１ｂの内周領域に円形状に形成した光透過性平坦部２１ｂ１を透過させ、更に、この拡散光を収差補正素子２１の上面２１ａの内周領域に形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で第２レーザー光Ｌ２よりも拡散度を強めて回折させた１次光によって球面収差を補正して凹凸状回折パターン部２１ａ１を透過させ、第２レーザー光Ｌ２よりも拡散度を強めて回折させて得た１次光による拡散光を対物レンズ２２の第１面２２ａに入射させている。
【０１０７】
そして、対物レンズ２２の第１，第２面２２ａ，２２ｂで絞った第３レーザービームをＣＤ３のレーザービーム入射面３ａから入射させてディスク基板厚さが１．２ｍｍの信号面３ｂ上に集光している。
【０１０８】
この場合、対物レンズ２２は超高密度光ディスク用として設計されているので、赤外半導体レーザー４１（図１）から出射した波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対して球面収差が大きくなるものの、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１の周期Ｔ｛図４（ｃ）｝が第２レーザービームに対して最適設計されているので、この凹凸状回折パターン部２１ａ１によって第３レーザー光Ｌ３に対して波面補正を行って球面収差を補正し、更に不足する球面収差補正量に対して凹レンズ４５（図１）を用いて拡散光とした第３レーザー光Ｌ３を収差補正素子２１に入射する際に有限補正を行って、波面補正と有限補正とを併せて球面収差を補正しているので、ＣＤ３への記録又は再生に支障をきたさない。
【０１０９】
上記から本発明の光ピックアップ装置１０では、収差補正素子２１に入射させる第１〜第３レーザー光Ｌ１〜Ｌ３の光束に対して、先に発明が解決しようとする課題でも述べたように、レーザー光の光束はできるだけ拡散光よりも平行光の状態で収差補正素子２１に入射させることが望ましく、この実施例では超高密度光ディスク用の第１レーザー光Ｌ１とＤＶＤ用の第２レーザー光Ｌ２とを平行光の状態で収差補正素子２１に入射させ、ＣＤ用の第３レーザー光Ｌ３のみを拡散光の状態で収差補正素子２１に入射させているために、第１，第２レーザー光Ｌ１，Ｌ２の光軸が対物レンズ２２の光軸に対して僅かにズレた場合でも球面収差の悪化が少なくなると共に、収差補正素子２１に入射させる場合に平行光の方が拡散光よりも組み立て時の光軸調整が容易となる。
【０１１０】
また、第３レーザー光Ｌ３を拡散光の状態で収差補正素子２１に入射させているものの、第２レーザー光Ｌ２を平行光の状態で収差補正素子２１に入射しているために、この時に第３レーザー光Ｌ３の拡散光は従来例よりも拡散度を抑えて（入射共役長を長くして）収差補正素子２１に入射させることができるので、下記するようにＤＶＤ２，ＣＤ３に対する対物レンズシフト時の波面収差を従来例よりも向上させることができる。
【０１１１】
ここで、先に発明が解決しようとする課題で述べたように、図１に示した光ピックアップ装置１０を組み立てる際に、３種類の光学系の光軸と対物レンズ２２の光軸とのズレによる対物レンズシフト量が重要であることから、図９には、光ピックアップ装置１０内で対物レンズ２２のシフト量の許容範囲を±３００μｍ以内として対物レンズ２２を１００μｍ間隔でシフトした時の、ＤＶＤ２，ＣＤ３に対するそれぞれの波面収差を示している。
【０１１２】
図９から、ＤＶＤ２，ＣＤ３ともに対物レンズシフト時の波面収差は、マレシャルクライテリオンの０．０７λ  ｒｍｓ．以下である。この実施例では、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、波長λ２が６６０ｎｍである第２レーザー光Ｌ２を収差補正素子２１に平行光の状態で入射させることにより対物レンズシフト時の波面収差が良好になっている。また、ＣＤ３を記録又は再生する場合に、波長λ３が７８０ｎｍである第３レーザー光Ｌ３を収差補正素子２１に拡散光の状態で入射させているものの、ＤＶＤ２の場合に収差補正素子２１に対して平行光を入射できるように設計していることから、ＣＤ３の場合に収差補正素子２１に対する拡散光の入射角度を小さく（入射共役長が長い）することができるので、ＣＤ３での対物レンズシフトの波面収差が良好になっている。
【０１１３】
ここで、レンズホルダ２０内に収納した収差補正素子２１と対物レンズ２２とにより超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３を選択的に記録又は再生する場合に、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹凸部の周期Ｔ｛図４（ｃ）｝が波長に比べて十分大きく、薄い素子とみなせる時に、凹凸状回折パターン部２１ａ１を透過した後のｍ次回折効率ηｍはスカラー理論を用いて、下記の数４で表される。
【数４】
2005071462.tif 000013
【０１１４】
この際、数４中の凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹凸部の周期Ｔは、計算を容易にするために一定な値として計算しているものであるが、前述したように凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹凸部の周期Ｔは内周部から外周部に向かうにつれて徐々に狭めて形成されている。
【０１１５】
次に、図１０は超高密度光ディスク用である波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１と、ＤＶＤ用である波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２と、ＣＤ用である波長λ＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３を収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１に入射させた時に、第１レーザー光Ｌ１の０次光の回折効率と、第２レーザー光Ｌ２の１次光の回折効率と、第３レーザー光Ｌ３の１次光の回折効率とを上記した数４を用いて算出した結果を表している。
【０１１６】
ここで、前述したように、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄ＝０．７６３μｍは、超高密度光ディスク用である波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対応して設計した値であり、この凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが０．７６３μｍ（波長λ１に対して、位相差２π）である時に第１レーザー光Ｌ１の０次光の回折効率は図１０中のＱ線上で１００％となる。
【０１１７】
一方、凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが０．７６３μｍである時に、ＤＶＤ用である波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対する１次光の回折効率は３７．１％となり、また、ＣＤ用である波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対する１次光の回折効率は４０．５％となり、この４０．５％の値は第３レーザー光Ｌ３に対して最大回折効率となる。
【０１１８】
上記に対して、ＤＶＤ用である波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対する１次光の回折効率が最大となる条件を求めると、図１０中のＰ線上で凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが０．６４２μｍとなり、この時に第２レーザー光Ｌ２に対する１次光の最大回折効率は４０．５％である。一方、凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが０．６４２μｍである時には、超高密度光ディスク用である波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対する０次光の回折効率は７７．２％となり、また、ＣＤ用であるλ３＝７８０ｎｍの第３レーザービームに対する１次光の回折効率は３８．１％となる。
【０１１９】
上記から超高密度光ディスク１と、ＤＶＤ２と、ＣＤ３とを記録又は再生するシステムが成立するためには、波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１と、波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２と、波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３とに対して共に、収差補正素子２１上での高い回折効率が得られることが望ましい。この際、ＤＶＤ用となる波長λ２が６６０ｎｍ程度の赤色半導体レーザー３１（図１）は高出力のものが量産できるようになってきているとはいうものの、少しでも高い回折効率が望ましい。一方、超高密度光ディスク用となる波長λ１が４０５ｎｍ程度の青色半導体レーザー１１（図１）は低出力ではあるが、１００％の回折効率が必須ではなく、多少の回折効率の低下は許容される。例えば、超高密度光ディスク１での回折効率は７０％以上を確保しつつ、若干の犠牲を払い、ＤＶＤ２，ＣＤ３で最大回折効率に近く、高い回折効率を保った、バランスのとれた設計が求められる。
【０１２０】
上記条件を考慮すると、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄは、第１レーザー光Ｌ１に対して略最大回折効率が得られる深さと、第２レーザー光Ｌ２に対して略最大回折効率が得られる深さとの間（図１０中のＰ線とＱ線とに挟まれた区間）になるように設定すると、波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して回折効率が７７％以上得られ、且つ、波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２及び波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対して回折効率が共に３７％以上得られる。
【０１２１】
この際、半導体プロセスを適用して収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄをエッチング処理で形成する際にエッチング精度により１０ｎｍ程度の深さ誤差が生じるが、図１０中のＰ線とＱ線とに挟まれた区間（波長λ１に対して、位相差１．６８πから２πの範囲）であれば、凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが設計値から多少ずれた場合であっても、共に高い回折効率が確保できる。
【０１２２】
更に、収差補正素子２１の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１は、段差が１段の凹凸構造であるので、第２レーザー光Ｌ２の１次光と対称に−１次光や高次光が発生するが、第２レーザー光Ｌ２の１次光以外の回折光はＤＶＤ２の信号面２ｂ上には結像しないので、影響はほとんどない。
【０１２３】
尚、一般的に、波長λｉの第ｉレーザー光Ｌｉに対して、ｎ値化した（凹凸段差がｎ−１段）凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部全体の深さｄｉは、下記の数５の関係を満たす時、１次回折効率が最大となる。
【数５】
2005071462.tif 000014
【０１２４】
また、上記した数５において、ｎ＝２の場合に対応して波長λ２の第２レーザー光Ｌ２に対して収差補正素子２１の屈折率がＮ２で、且つ、１次光の回折効率が最大となる図１０中のＰ線と対応した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄｐは下記の数６で表される。
【数６】
2005071462.tif 000015
【０１２５】
更に、前記した数１において、波長λ１の第１レーザー光Ｌ１に対して収差補正素子２１の屈折率がＮ１で、且つ、０次光の回折効率が最大となる図１０中のＱ線と対応した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄｑは下記の数７で表される。
【数７】
2005071462.tif 000016
【０１２６】
ここで、第１レーザー光Ｌ１の波長λ１の範囲を４０３ｎｍ以上４１５ｎｍ以下とし、且つ、第２レーザー光Ｌ２の波長λ２の範囲を６４０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下とすると、それぞれの最大回折効率が得られる凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄｐ，ｄｑは下記の表８のように表される。
【表８】
2005071462.tif 000017
【０１２７】
表８において、例えば、収差補正素子２１の硝材の屈折率が波長λ１＝４０３ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対してＮ１＝１．４であり、波長λ２＝６４０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対してＮ２＝１．３９である時に、凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さはｄｐ＝０．８２１μｍ以上、ｄｑ＝１．００８μｍ以下であれば第１レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２の回折効率のバランスをとることができる。図１０からも明らかなように、ｄｐ，ｄｑ付近では、それぞれの回折効率の変化が緩やかである。
【０１２８】
また、波長λ１が４０３ｎｍ以上４１５ｎｍ以下、波長λ２が６４０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下、波長λ３が７７０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下で、この時に収差補正素子２１の硝材の各屈折率が下記の表９の通りである時に、ｄｐとｄｑの深さを最大幅で取り、その時の回折効率を表９に示す。
【表９】
2005071462.tif 000018
【０１２９】
表９から明らかなように、上記波長範囲の時に、ｄｐとｄｑの間（波長λ１に対して位相差２πから２πより僅かに短い範囲）で収差補正素子２１の凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄを設定することで、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３ともに最大回折効率付近の変化が緩やかなところを使えるため、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３ともに高効率でバランスの良い回折効率とすることができる。即ち、収差補正素子２１の凹凸状回折パターン部２１ａ１は、凸部のパターンを通る光と凹部のパターンを通る光との位相差が２πもしくは２πより僅かに短くなるように設定すれば良い。
【０１３０】
次に、本発明に係る光ピックアップ装置１０において、収差補正素子２１の下面２１ｂの外周領域に形成した第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３を削除して、一部簡素化を図った変形例の収差補正素子２１’を適用した場合について、先に説明した図１と、新たな図１１〜図１４とを用いて説明する。
【０１３１】
図１１は一部簡素化を図った変形例の収差補正素子を説明するための図であり、（ａ）は上面図，（ｂ）は正面図，（ｃ）は凹凸状回折パターン部の凹凸形状図、
図１２は図１１に示した変形例の収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、超高密度光ディスクを記録又は再生する場合を模式的に示した図、
図１３は図１１に示した変形例の収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＤＶＤを記録又は再生する場合を説明するための光線図、
図１４は図１１に示した変形例の収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＣＤを記録又は再生する場合を説明するための光線図である。
【０１３２】
本発明に係る光ピックアップ装置１０において、先に説明した収差補正素子２１に代えて一部簡素化を図った変形例の収差補正素子２１’は、図１に示したように、レンズホルダ２０内の下方部位に収納されており、この収差補正素子２１’の上方部位に対物レンズ２２が収納されている。
【０１３３】
即ち、図１１（ａ），（ｂ）に示した如く、一部簡素化を図った変形例の収差補正素子２１’は、先に図４（ａ），（ｂ）を用いて説明した収差補正素子２１と同様に、光透過性を有する厚さ０．９２５ｍｍのＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）を用いて、外形形状を５ｍｍ角の正方形に形成し、且つ、対物レンズ２２（図１）と対向する上面２１ａ側で中心“Ｏ”を中心にした直径φ２．６ｍｍの内周領域内に凹凸状回折パターン部２１ａ１が形成されていると共に、この凹凸状回折パターン部２１ａ１の外周に隣接した外周領域は凹凸状回折パターン部が形成されていない平坦な上面２１ａとなっている。
【０１３４】
また、図１１（ｃ）に示した如く、収差補正素子２１’の上面２１ａに形成した凸状回折パターン部２１ａ１は、凹凸部が径方向に複数本リング状に形成され、且つ、凹凸部の繰り返し周期Ｔが内周部から外周部に向かうにつれて徐々に狭めて形成されていると共に、段差が１段の凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄは、青色半導体レーザー１１（図１）から出射した波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して回折作用が発生しないように前記した数１から求めると、全く回折せずに第１レーザー光Ｌ１の０次光をそのまま透過するようになっている。即ち、凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが位相差２πの整数倍の時、０次回折効率が１００％となり、前記した数１中で自然数ｋをｋ＝１とした場合に、収差補正素子２１’の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄは０．７６３μｍとなっている。
【０１３５】
一方、先に説明した収差補正素子２１に対して異なる点を説明すると、図１１（ａ），（ｂ）に示したように、一部簡素化を図った変形例の収差補正素子２１’の下面２１ｂ側には、上記した凹凸状回折パターン部２１ａ１と対向して光透過性平坦部２１ｂ１が中心“Ｏ”を中心にして直径φ２．１８ｍｍ以内の内周領域に円形状に形成され、且つ、光透過性平坦部２１ｂ１の外周に隣接して直径φ２．１８ｍｍ以上で直径φ３．７４ｍｍ以下の外周領域内に第３レーザー光Ｌ３に対して対物レンズ２２への開口数を制限する第３レーザー光用開口制限部２１ｂ４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。即ち、上記した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ４は、先に、図４（ａ），（ｂ）で説明した第２，３レーザー光用開口制限部２１ｂ２，２１ｂ３を含む領域に成膜されており、第２レーザー光用開口制限部２１ｂ３が成膜されない分だけ、変形例の収差補正素子２１’を安価に製作できるものである。
【０１３６】
ここで、図１２に示した如く、レンズホルダ２０内に収納した変形例の収差補正素子２１’と対物レンズ２２とにより超高密度光ディスク１を記録又は再生する場合に、対物レンズ２２の第２面２２ｂと超高密度光ディスク１のレーザービーム入射面１ａとの間で作動距離ＷＤ１が０．５ｍｍ程度に設定されている状態で青色半導体レーザー１１（図１）から出射した波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１をコリメータレンズ１２（図１）で平行光にし、この平行光を収差補正素子２１’の下面２１ｂの内周領域に円形状に形成した光透過性平坦部２１ｂ１と、この光透過性平坦部２１ｂ１の外側にダイクロイック膜を用いてリング状に順に成膜した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ４とをそのまま透過させ、更に、この平行光を収差補正素子２１の上面２１ａの内周領域に形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で回折させずに０次光をそのまま透過させ、平行光のままで対物レンズ２２の第１面２２ａに入射させている。
【０１３７】
そして、対物レンズ２２の第１，第２面２２ａ，２２ｂで絞った第１レーザービームを超高密度光ディスク１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に集光している。
【０１３８】
この場合には、波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して収差補正素子２１’の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で回折が生じないため、収差補正素子２１’での反射並びに吸収以外の光量損失がなく、前記したように凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄが０．７６３μｍの場合に、０次光の回折効率は１００％である。
【０１３９】
次に、図１３に示した如く、レンズホルダ２０内に収納した変形例の収差補正素子２１’と対物レンズ２２とによりＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、対物レンズ２２の第２面２２ｂとＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａとの間で作動距離ＷＤ２が０．３５ｍｍ程度に設定されている状態で赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２をコリメータレンズ３４（図１）で平行光にし、この平行光を収差補正素子２１’の下面２１ｂの内周領域に円形状に形成した光透過性平坦部２１ｂ１と、この光透過性平坦部２１ｂ１の外側にダイクロイック膜を用いてリング状に順に成膜した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ４とをそのまま透過させている。
【０１４０】
ここで、収差補正素子２１’の下面２１ｂに入射させた平行光のうちで収差補正素子２１’の上面２１ａの内周領域に形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１より外側でφ２．６ｍｍ以上の外周領域の平行光は凹凸状回折パターン部が形成されていない平坦な上面２１ａの外周領域をそのまま透過させて対物レンズ２２に入射させているので、収差補正素子２１’上での周辺部の収差は大きく、内周と外周の波面は非連続で変化し、波面の連続性が保たれなくなり、対物レンズ２２を通過した外周光はＤＶＤ２の信号面２ｂ上でスポット形成に寄与しない。言い換えると、前述したように、収差補正素子２１’の上面２１ａの内周領域に形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１はＤＶＤ２に対して対物レンズ２２への開口数が０．６相当になるように形成されているため、第２レーザー光Ｌ２による外周の平行光は凹凸状回折パターン部２１ａ１を通過しないのでＤＶＤ２に対して対物レンズ２２への開口数が制限された状態でスポット形成に寄与しない。
【０１４１】
一方、収差補正素子２１’の下面２１ｂに入射させた平行光のうちで収差補正素子２１’の上面２１ａの内周領域に形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１より内側でφ２．６ｍｍ以内の内周領域の平行光のみを凹凸状回折パターン部２１ａ１で回折させた１次光によって球面収差を補正して凹凸状回折パターン部２１ａ１を透過させ、回折させて得た１次光による拡散光を対物レンズ２２の第１面２２ａに入射させている。
【０１４２】
そして、対物レンズ２２の第１，第２面２２ａ，２２ｂ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。
【０１４３】
この場合、対物レンズ２２は超高密度光ディスク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＝６６０ｎｍ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、収差補正素子２１’の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で第２レーザー光Ｌ２に対して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。
【０１４４】
更に、図１４に示した如く、レンズホルダ２０内に収納した変形例の収差補正素子２１’と対物レンズ２２とによりＣＤ３を記録又は再生する場合に、対物レンズ２２の第２面２２ｂとＣＤ３のレーザービーム入射面３ａとの間で作動距離ＷＤ３が０．１４ｍｍ程度に設定されている状態で赤外半導体レーザー４１（図１）から出射した波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３をコリメータレンズ４４（図１）で平行光とし、さらに凹レンズ４５（図１）によって拡散光にし、この拡散光を収差補正素子２１’の下面２１ｂの外周領域にダイクロイック膜を用いてリング状に順に成膜した第３レーザー光用開口制限部２１ｂ４で遮蔽して対物レンズ２２への開口数（ＮＡ）が０．４５相当となるように開口制限されるも、収差補正素子２１’の下面２１ｂの内周領域に円形状に形成した光透過性平坦部２１ｂ１を透過させ、更に、この拡散光を収差補正素子２１’の上面２１ａの内周領域に形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１で第２レーザー光Ｌ２よりも拡散度を強めて回折させた１次光によって球面収差を補正して凹凸状回折パターン部２１ａ１を透過させ、第２レーザー光Ｌ２よりも拡散度を強めて回折させて得た１次光による拡散光を対物レンズ２２の第１面２２ａに入射させている。
【０１４５】
そして、対物レンズ２２の第１，第２面２２ａ，２２ｂで絞った第３レーザービームをＣＤ３のレーザービーム入射面３ａから入射させてディスク基板厚さが１．２ｍｍの信号面３ｂ上に集光している。
【０１４６】
この場合、対物レンズ２２は超高密度光ディスク用として設計されているので、赤外半導体レーザー４１（図１）から出射した波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対して球面収差が大きくなるものの、収差補正素子２１’の上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１の周期Ｔ｛図１１（ｃ）｝が第２レーザービームに対して最適設計されているので、この凹凸状回折パターン部２１ａ１によって第３レーザー光Ｌ３に対して波面補正を行って球面収差を補正し、更に不足する球面収差補正量に対して凹レンズ４５（図１）を用いて拡散光とした第３レーザー光Ｌ３を収差補正素子２１’に入射する際に有限補正を行って、波面補正と有限補正とを併せて球面収差を補正しているので、ＣＤ３への記録又は再生に支障をきたさない。
【０１４７】
そして、一部簡素化を図った変形例の収差補正素子２１’を用いた場合でも、超高密度光ディスク用の第１レーザー光Ｌ１とＤＶＤ用の第２レーザー光Ｌ２とを平行光の状態で収差補正素子２１’の下面２１ｂに入射させ、ＣＤ用の第３レーザー光Ｌ３のみを拡散光の状態で収差補正素子２１’の下面２１ｂに入射させているために、先に説明した収差補正素子２１と同様に、第１，第２レーザー光Ｌ１，Ｌ２の光軸が対物レンズ２２の光軸に対して僅かにズレた場合でも球面収差の悪化が少なくなると共に、収差補正素子３０’に入射させる場合に平行光の方が拡散光よりも組み立て時の光軸調整が容易となり、更に、先に図９を用いて説明したと同様に、ＤＶＤ２，ＣＤ３に対する対物レンズシフト時の波面収差を従来例よりも向上させることができる。
【０１４８】
更に、一部簡素化を図った変形例の収差補正素子２１’でも、上面２１ａに形成した凹凸状回折パターン部２１ａ１中の凹部の深さｄを、先に図１０を用いて説明したと同様に、波長λ１が４０５ｎｍである第１レーザー光Ｌ１に対して略最大回折効率が得られる深さと、波長λ２が６６０ｎｍである第２レーザー光Ｌ２に対して略最大回折効率が得られる深さとの間になるように設定することで、前述したように波長λ３が７８０ｎｍである第３レーザー光Ｌ３に対しても略最大回折効率が得られるために、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３を良好に記録又は再生できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【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】（ａ）〜（ｃ）は図１に示した収差補正素子の作製方法１を説明するための工程図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は図１に示した収差補正素子の作製方法２を説明するための工程図である。
【図４】図１に示した実施例における収差補正素子を説明するための図であり、（ａ）は上面図，（ｂ）は正面図，（ｃ）は凹凸状回折パターン部の凹凸形状図である。
【図５】超高密度光ディスク用として無限共役に最適化された対物レンズを用いて、超高密度光ディスク，ＤＶＤ，ＣＤを記録又は再生する場合を拡大して示した図である。
【図６】図４に示した収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、超高密度光ディスクを記録又は再生する場合を模式的に示した図である。
【図７】図４に示した収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＤＶＤを記録又は再生する場合を説明するための光線図である。
【図８】図４に示した収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＣＤを記録又は再生する場合を説明するための光線図である。
【図９】図４に示した収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＤＶＤ，ＣＤを記録又は再生した時に、ＤＶＤ，ＣＤに対して対物レンズシフト時の最良像面での波面収差を示した図である。
【図１０】図４に示した収差補正素子に、波長λ１〜λ３の第１〜第３レーザー光が入射した時の各回折効率と、凹凸状回折パターン部中の凹部の深さとの関係を示した図である。
【図１１】一部簡素化を図った変形例の収差補正素子を説明するための図であり、（ａ）は上面図，（ｂ）は正面図，（ｃ）は凹凸状回折パターン部の凹凸形状図である。
【図１２】図１１に示した変形例の収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、超高密度光ディスクを記録又は再生する場合を模式的に示した図である。
【図１３】図１１に示した変形例の収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＤＶＤを記録又は再生する場合を説明するための光線図である。
【図１４】図１１に示した変形例の収差補正素子と、図５に示した対物レンズとにより、ＣＤを記録又は再生する場合を説明するための光線図である。
【図１５】従来の光ヘッド装置の形態を示した図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は従来の光ヘッド装置において、３種類の光学系からの出射光を３種類の光ディスクにそれぞれ照射する状態を模式的に示した図である。
【図１７】従来の光ヘッド装置において、ＤＶＤ及びＣＤに対して対物レンズシフト時の波面収差を示した図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１…第１光記録媒体（超高密度光ディスク）、
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、
３…第３光記録媒体（ＤＶＤ）、３ａ…レーザービーム入射面、３ｂ…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…本発明に係る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…コリメータレンズ、１３…偏光ビームスプリッタ、
１４…第１ダイクロイックプリズム、１５…位相板、
１６…第２ダイクロイックプリズム、１７…平面ミラー、２０…レンズホルダ、
２１…収差補正素子、
２１’…一部簡素化を図った変形例の収差補正素子、
２１ａ…上面、２１ａ１…凹凸状回折パターン部、
２１ｂ…下面、２１ｂ１…光透過性平坦部、
２１ｂ２…第３レーザー光用開口制限部、２１ｂ３…第２レーザー光用開口制限部、
２２…対物レンズ、２２ａ…第１面、２２ｂ…第２面、
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）、
３４…コリメータレンズ、
４０…ＣＤ用集積デバイス、
４１…第３レーザー光源（赤外半導体レーザー）、
４４…コリメータレンズ、４５…凹レンズ、４６…位相板、
ｄ…収差補正素子の凹凸状回折パターン部中の凹部の深さ、
Ｌ１〜Ｌ３…第１〜第３レーザー光、
λ１〜λ３…第１〜第３レーザー光の波長。
【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】
2005071462.tif 000029
【図１２】
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【図１３】
2005071462.tif 000031
【図１４】
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【図１５】
2005071462.tif 000033
【図１６】
2005071462.tif 000034
【図１７】
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