(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度光ディスクに適した第１の偏光である短波長光と、該第１の偏光と直交する第２の偏光であって少なくとも１種の低密度光ディスクに適した少なくとも１つの長波長光を選択的に出射し、前記高密度光ディスク及び低密度光ディスクから反射された光を受光して検出させる光ユニットと、
入射される短波長光及び長波長光を集束して高密度光ディスク及び低密度光ディスクに光スポットを形成させる対物レンズと、
前記光ユニットと前記対物レンズとの間に配置してあり、前記光ユニット側から入射される長波長光はそのまま透過させ、前記光ユニット側から入射される前記短波長光を回折させる偏光ホログラム素子と、
前記偏光ホログラム素子と前記対物レンズとの間に配置してあり、前記光ユニットから前記対物レンズ側に進行する前記短波長光及び長波長光を屈折させる発散レンズとを含み、
前記光ユニットから前記対物レンズ側に進行する長波長光が、前記偏光ホログラム素子で回折されずにそのまま透過し、前記発散レンズで屈折されて、前記対物レンズに入射され、且つ、前記光ユニットから前記対物レンズ側に進行する短波長光が、前記偏光ホログラム素子で回折され、前記発散レンズで屈折されて、略平行光として前記対物レンズに入射され、
前記偏光ホログラム素子と前記対物レンズは、前記短波長光の波長が変動した場合に、前記偏光ホログラム素子における一次回折光の回折角が、前記短波長光の波長の変動に起因して前記対物レンズの焦点距離が変化した分を相殺するように変化する構成としたことを特徴とする互換型光ピックアップ。
【請求項２】
前記偏光ホログラム素子は、
前記短波長光に対する１次回折効率を高められるようにブレーズタイプよりなることを特徴とする請求項１に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項３】
前記低密度光ディスクは記録密度及び厚さの相異なる第１及び第２低密度光ディスクを含み、
前記長波長光は前記第１低密度光ディスクに適した波長λ１を有する第１長波長光と、前記第２低密度光ディスクに適した波長λ２を有する第２長波長光とを含むことを特徴とする請求項１に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項４】
前記低密度光ディスクは記録密度及び厚さの相異なる第１及び第２低密度光ディスクを含み、
前記長波長光は前記第１低密度光ディスクに適した波長λ１を有する第１長波長光と、前記第２低密度光ディスクに適した波長λ２を有する第２長波長光とを含むことを特徴とする請求項１に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項５】
前記低密度光ディスクは記録密度及び厚さの相異なる第１及び第２低密度光ディスクを含み、
前記長波長光は前記第１低密度光ディスクに適した波長λ１を有する第１長波長光と、前記第２低密度光ディスクに適した波長λ２を有する第２長波長光とを含み、
前記回折素子は、階段型構造のパターンが形成されたホログラム素子であり、前記パターンの段差ｄは前記第１及び第２長波長光の波長λ１、λ２に対して、前記ホログラム素子をなす光学媒質の屈折率をｎ１１，ｎ２２とする時、次の式、
（ｎ１１−ｎ０’）ｄ＝ｇλ１
（ｎ２２−ｎ０”）ｄ＝ｈλ２
ここで、ｇ，ｈは整数±０．０７以内の数であり、ｎ０’，ｎ０”は各々波長λ１、λ２に対する空気領域の屈折率である。
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項６】
前記第１低密度光ディスクはＤＶＤ系の光ディスクであり、第２低密度光ディスクはＣＤ系の光ディスクであることを特徴とする請求項３ないし５のうち何れか一項に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項７】
前記高密度光ディスクは前記第１低密度光ディスクより薄いことを特徴とする請求項６に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項８】
前記高密度光ディスクは約０．１ｍｍの厚さよりなることを特徴とする請求項７に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項９】
前記対物レンズは前記高密度光ディスクに適するように０．７以上の開口数を有することを特徴とする請求項７に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１０】
前記対物レンズの作動距離は０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１１】
前記対物レンズは０．８５の開口数を有することを特徴とする請求項９に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１２】
前記第１長波長光及び第２長波長光に対して各々位相差変化を生じ、第１及び第２低密度光ディスク採用時の収差を補正させる第１及び第２位相補正器をさらに備えることを特徴とする請求項３ないし５のうち何れか一項に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１３】
前記第１及び第２位相補正器は、複数の位相遅延領域を備え、
前記第１位相補正器は、波長λ，λ２の短波長光及び第２長波長光が各々前記第１位相補正器の一位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をａ、ａ’、これに隣接した第１位相補正器の他の位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｂ、ｂ’とする時、次の式（１）、
（ａ−ｂ）＝ｌλ
（ａ’−ｂ’）＝ｍλ２          （１）
ここで、ｌ，ｍは整数±０．０７以内の数である。
を満たし、
前記第２位相補正器は波長λ，λ１の短波長光及び第１長波長光が各々前記第２位相補正器の一位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｃ、ｃ’、これに隣接した第２位相補正器の他の位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｄ、ｄ’とする時、次の式（２）、
（ｃ−ｄ）＝ｐλ
（ｃ’−ｄ’）＝ｑλ１          （２）
ここで、ｐ，ｑは整数±０．０７以内の数である。
を満たすことを特徴とする請求項１２に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１４】
前記第１位相補正器には階段型構造よりなるパターンが形成されており、前記パターンの階段が前記位相遅延領域に各々対応し、前記階段の段差ｓ１は前記波長λ，λ２に対して前記第１位相補正器をなす光学媒質の屈折率を各々ｎ，ｎ２とする時、次の式、
（ｎ−ｎ０）ｓ１＝ｌλ
（ｎ２−ｎ０”）ｓ１＝ｍλ２
ここで、ｎ０，ｎ０”は各々λ，λ２に対する空気領域の屈折率である。
を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１５】
前記第２位相補正器には階段型構造よりなるパターンが形成されていて、前記パターンの階段は前記位相遅延領域に各々対応されて、前記階段の段差ｓ２は前記波長λ，λ１に対して前記第２位相補正器をなす光学媒質の屈折率を各々ｎ’、ｎ１’とする時、次の式、
（ｎ’−ｎ０）ｓ２＝ｐλ
（ｎ１’−ｎ０’）ｓ２＝ｑλ１
ここで、ｎ０，ｎ０’は各々λ，λ１に対する空気領域の屈折率である。
を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１６】
前記第１及び第２低密度光ディスクのうち何れか１つの低密度光ディスクの記録及び／または再生に適するように、前記第１及び第２長波長光のうち何れか１つの長波長光に対して前記対物レンズの有効開口数を変更させる開口フィルターをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１７】
前記開口フィルターは、中心部に入射される光はそのまま進行させ、前記中心部の外側に入射される光の進行を波長によって選択的に妨害するように形成された波長選択性コーティング部材及びホログラムタイプの回折部材のうち何れか１つであることを特徴とする請求項１６に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１８】
前記開口フィルターは、前記第１及び第２位相補正器のうち何れか１つの位相補正器に一体形成されたことを特徴とする請求項１６に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１９】
前記第１及び第２低密度光ディスクのうち何れか１つの低密度光ディスクの記録及び／または再生に適するように、前記第１及び第２長波長光のうち何れか１つの長波長光に対して前記対物レンズの有効開口数を変更させる開口フィルターをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし５のうち何れか一項に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２０】
前記開口フィルターは、中心部に入射される光はそのまま進行させ、前記中心部の外側に入射される光の進行を波長によって選択的に妨害するように形成された波長選択性コーティング部材及びホログラムタイプの回折部材のうち何れか１つであることを特徴とする請求項１９に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２１】
前記短波長光は青紫色波長領域の光であり、前記第１長波長光は赤色波長領域の光であり、前記第２長波長光は赤外線波長領域の光であることを特徴とする請求項３ないし５のうち何れか一項に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２２】
前記λは４００〜４１０ｎｍほど、前記λ１は６３５及び６５０ｎｍほどのうち何れか１つの波長、λ２は約７８０ｎｍであることを特徴とする請求項２１に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２３】
前記回折素子は、階段型構造のパターンが形成されたホログラム素子であり、前記ホログラム素子のパターンの段差ｄは前記長波長光の波長λに対して、このホログラム素子をなす光学媒質の屈折率をｎとする時、次の式、
（ｎ−ｎ０）ｄ＝ｇλ
ここで、ｇは整数±０．０７以内の数であり、ｎ０は波長λに対する空気領域の屈折率である。
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２４】
前記ホログラム素子にはブレーズタイプのパターンが形成されることを特徴とする請求項４または２３に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２５】
前記光ユニット側から前記回折素子に入射される短波長光が平行光である時、前記発散レンズは、前記回折素子により前記短波長光に加えた光学的なパワーを相殺し、前記対物レンズに平行した短波長光を入射させることを特徴とする請求項１ないし５、２３のうち何れか一項に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２６】
前記回折素子及び発散レンズは前記対物レンズと一体駆動されることを特徴とする請求項２５に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２７】
前記短波長光に対する光効率を高められるように、前記回折素子と対物レンズとの間に波長板をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか一項に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２８】
前記波長板は前記短波長光に対して約１／４波長板の役割を行い、前記長波長光に対しては約１／２波長の役割を行わせることを特徴とする請求項２７に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２９】
前記短波長光に対する光効率を高められるように、前記光ユニットの内部であって、前記短波長光の光路の位置に、波長板、をさらに備えることを特徴とする請求項１、４、５、２３のうち何れか一項に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項３０】
前記波長板は前記短波長光に対して約１／４波長板の役割を行うことを特徴とする請求項２９に記載の互換型光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数波長の光を使用して相異なるフォーマットを有する複数の光ディスクを記録及び／または再生可能な互換型光ピックアップに係り、特に高密度光ディスクのための記録及び／または再生モード転換時光源の出力変動によって対物レンズから生じる色収差を補正可能な互換型光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
対物レンズにより集束形成された光スポットを用いて光ディスクに／から任意の情報を記録／再生する光記録再生機器において、記録容量は光スポットの大きさにより決定される。光スポットの大きさＳは式（３）のように、光の波長λに比例し、対物レンズの開口数（ＮＡ、Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に反比例する。
【０００３】
【数１】
0004510367.tif 000002
したがって、光ディスクの高密度化のために光ディスクに集束される光スポットの大きさを減少させるためには、青紫色レーザーのような短波長光源と開口数０．６以上の対物レンズの採用が必須である。
【０００４】
したがって、現在開発されている次世代ＤＶＤ、いわゆるＨＤ−ＤＶＤ用の光ピックアップは、光ディスクに集束される光スポットの大きさをさらに縮め、従来のＣＤやＤＶＤ系の光ディスクから得られる情報記録密度に比べて高い情報記録密度を得るように、青紫色光を出射する光源及び０．６以上の開口数を有する対物レンズを採用する予定である。
【０００５】
ところが、一般に光ピックアップで対物レンズの材料として使用するガラス及びプラスチックのような光学材料は６５０ｎｍよりも短波長帯域で非常に激しい屈折率の変化を示す。
【０００６】
表１は対物レンズモールディングガラス材料として用いられるＨｏｙａ社のＭ−ＢａＣＤ５Ｎの波長による屈折率の変化を示す。
【０００７】
【表１】
0004510367.tif 000003
表１から分かるように、光学材料は１ｎｍ程度の小さな波長変化に対して、ＤＶＤ用光ピックアップに使われる赤色波長に比べて短い青紫色波長帯域で４倍程度大きい屈折率の変化を示す。
【０００８】
このような短波長での光学材料の急激な屈折率変動は、記録／再生を反復して転換する記録可能な高密度光ピックアップではデフォーカスによる性能劣化の主要な原因となる。すなわち、光ピックアップでは相異なる記録光パワーと再生光パワーとを使用するが、通常光源の出力を高めるとその光源から出射される光の波長は長くなる。記録及び／または再生モード変換時の光出力変化による波長変動により対物レンズから発生する色収差はデフォーカス（モードホッピングによるデフォーカス）を誘発する。ここで、モードホッピング（ｍｏｄｅ ｈｏｐｐｉｎｇ）とは、光源自体の条件、例えば、温度変化時に波長が断続的に増減する現象を意味する。光出力を増加させるために注入電流を増加させれば内部発熱により光源内部の温度が上がるために、前記のようなモードホッピングが起こる。
【０００９】
このような波長変動に伴うデフォーカスは、アクチュエータで対物レンズを調整して補正が可能であるが、アクチュエータで対物レンズを駆動して波長変動に追従するのに相対的に長時間がかかるので、この間は再生及び記録信号の品質が劣化される。記録のために光出力を増加させる時のデフォーカスは記録光パワーの不足を誘発し、再生のために出力減少時のデフォーカスはジッタを増加させる。
【００１０】
すなわち、光ディスクに情報を記録するために光源の出力を増加させれば光源から出射される光の波長が、例えば４０６ｎｍと延びて光ディスクに集束される光スポットにデフォーカスが生じてアクチュエータがこれに追従するまでは正しく記録を行えない。そして、再生のために光源の出力を減少させれば、光源の波長が、例えば、４０５ｎｍに短くなり、この場合にもアクチュエータは延びた波長に合わせて追従した状態であるために、再びデフォーカスが生じる。このようにデフォーカスが生じれば、再生信号にはデフォーカスによってジッタが増加する。
【００１１】
したがって、記録／再生が反復される記録可能な高密度用光ピックアップは記録／再生出力変動に伴う光源から出射される光の波長が変わっても、これによる色収差発生を抑制または補償できる光学系構造を有する必要がある。
【００１２】
一方、光ディスクの傾斜により生じるコマ収差Ｗ３１は、光ディスクの傾斜角をθ、光ディスクの屈折率をｎ、光ディスクの厚さをｄ、対物レンズの開口数をＮＡとする時、例えば、式（４）のような関係式で示される。
【００１３】
【数２】
0004510367.tif 000004
ここで、光ディスクの屈折率及び厚さは各々光入射面から記録面に至る光学媒質の屈折率及び厚さを示す。
【００１４】
式（４）を考慮すれば、光ディスクの傾斜による公差を確保しようとすれば、高密度化のために対物レンズの開口数を高めることによって光ディスクを薄くする必要がある。ＣＤの１．２ｍｍからＤＶＤの０．６ｍｍに薄くし、次世代ＤＶＤ、いわゆるＨＤ−ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）は０．１ｍｍになる可能性が高い。もちろん、ＣＤの場合０．４５からＤＶＤの場合０．６に対物レンズの開口数が高まり、ＨＤ−ＤＶＤの場合には対物レンズの開口数が０．８５になる可能性が高い。また、ＨＤ−ＤＶＤの場合には、記録容量を考慮すれば、青紫色光源が採用される可能性が高い。このように新たな規格の光ディスクを開発するに当たって、問題となるのは既存の光ディスクとの互換性である。
【００１５】
例えば、既存の光ディスクのうち一回記録用のＤＶＤ−Ｒ及びＣＤ−Ｒは波長によって反射率が顕著に落ちるために、６５０ｎｍと７８０ｎｍ波長の光源の使用が必須である。したがって、ＤＶＤ−Ｒ及び／またはＣＤ−Ｒとの互換性を考慮すれば、ＨＤ−ＤＶＤを記録及び／または再生できる互換型光ピックアップは２つまたは３つの異なる波長の光源を採用する必要がある。
【００１６】
この際、異なる波長の複数の光源を採用する互換型光ピックアップは、装置の大きさ、組立性、価格などを考慮する時、単一の対物レンズを備えることが望ましい。
【００１７】
ところが、０．８５のように高開口数を有する対物レンズを１枚に設計、製作するには相当な技術が要求され、前記のように高開口数を有しつつ作動距離をＤＶＤ用対物レンズのように長くするのは難しい。本技術分野では、青紫色光源と０．１ｍｍ厚さのＨＤ−ＤＶＤに対して、対物レンズは通常０．６ｍｍの作動距離を有するように設計される。ＤＶＤ用光源及びＣＤ用光源から出射された光をＨＤ−ＤＶＤに対して０．６ｍｍの作動距離を有する対物レンズに集束してＤＶＤ及びＣＤに光スポットを形成する時、作動距離は各々０．３２ｍｍ，−０．０３ｍｍとなる。これはＣＤが対物レンズと衝突することを意味する。
【００１８】
ＣＤ用光源とコリメーティングレンズとの間の距離を狭めてＣＤ用光源から出射された光を発散光の形に対物レンズに入射させる場合、作動距離を確保しうる。しかし、この場合に光学系は有限光学系になるために、アクチュエータの半径方向への移動による収差特性が急激に劣化されて望ましくない。
【００１９】
要約すれば、赤色波長より短波長の光源を用いる記録／再生が反復される記録可能な高密度用光ピックアップは記録及び／または再生モード変換時のデフォーカスを抑制または補償できる光学系構造が必要である。また、高密度用光ピックアップは相対的に低密度のＤＶＤ及び／またはＣＤとの互換性を考慮する時、ＤＶＤ及び／またはＣＤ用光に対する作動距離を延ばす必要がある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を勘案して案出されたものであって、短波長光源のモードホッピングによるデフォーカスを減らし、短波長光源と少なくとも１つの長波長光源とを採用し、高密度及び相対的に厚い低密度光ディスクを互換する時、長波長光源から出射された光に対して対物レンズと低密度光ディスクとが衝突しないように十分な作動距離を確保できる互換型光ピックアップを提供するところにその目的がある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る互換型光ピックアップは、高密度光ディスクに適した短波長光と少なくとも１種の低密度光ディスクに適した少なくとも１つの長波長光を出射し、前記高密度光ディスク及び低密度光ディスクから反射された光を受光して検出させる光ユニットと、入射される短波長光及び長波長光を集束して高密度光ディスク及び低密度光ディスクに光スポットを形成させる対物レンズと、前記光ユニット側から入射される短波長光を回折させ、前記短波長光の波長変動による色収差を補正する回折素子と、前記光ユニットから前記対物レンズ側に進行する前記長波長光を屈折させ、少なくとも１種の低密度光ディスクに対する作動距離を延ばす発散レンズとを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の特徴によれば、前記短波長光及び長波長光は相互直交する偏光であり、前記回折素子は、一偏光の短波長光は回折させ、これに直交する他の偏光の長波長光はそのまま透過させる偏光ホログラム素子であることが望ましい。
【００２３】
この際、前記偏光ホログラム素子は、前記短波長光に対する１次回折効率を高められるようにブレーズタイプよりなることが望ましい。
【００２４】
前記低密度光ディスクは、記録密度及び厚さの相異なる第１及び第２低密度光ディスクを含み、前記長波長光は前記第１低密度光ディスクに適した波長λ１を有する第１長波長光と、前記第２低密度光ディスクに適した波長λ２を有する第２長波長光とを含むことが望ましい。
【００２５】
本発明の他の特徴によれば、前記回折素子は、階段型構造のパターンが形成されたホログラム素子であり、前記パターンの段差ｄは前記第１及び第２長波長光の波長λ１、λ２に対して、前記ホログラム素子をなす光学媒質の屈折率をｎ１１，ｎ２２とする時、次の式、
（ｎ１１−ｎ０’）ｄ＝ｇλ１
（ｎ２２−ｎ０”）ｄ＝ｈλ２
ここで、ｇ，ｈは整数±０．０７以内の数であり、ｎ０’，ｎ０”は各々波長λ１、λ２に対する空気領域の屈折率である。
を満たすことが望ましい。
【００２６】
この際、前記回折素子にはブレーズタイプのパターンが形成されることが望ましい。一方、前記第１低密度光ディスクはＤＶＤ、第２低密度光ディスクはＣＤであることが望ましく、前記高密度光ディスクは前記第１低密度光ディスクより薄い厚さ、例えば約０．１ｍｍの厚さを有することが望ましい。
【００２７】
前記対物レンズは前記高密度光ディスクに適するように０．７以上の開口数を有することが望ましい。
【００２８】
前記対物レンズの作動距離は０．７ｍｍ以下であることが望ましい。一方、前記第１長波長光及び第２長波長光に対して各々位相差変化を生じ、第１及び第２低密度光ディスク採用時の収差を補正させる第１及び第２位相補正器をさらに備えることが望ましい。
【００２９】
前記第１及び第２位相補正器は、複数の位相遅延領域を備え、前記第１位相補正器は、波長λ，λ２の短波長光及び第２長波長光が各々前記第１位相補正器の一位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をａ、ａ’、これに隣接した第１位相補正器の他の位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｂ、ｂ’とする時、次の式（１）、
（ａ−ｂ）＝ｌλ
（ａ’−ｂ’）＝ｍλ２          （１）
ここで、ｌ，ｍは整数±０．０７以内の数である。
を満たし、前記第２位相補正器は波長λ，λ１の短波長光及び第１長波長光が各々前記第２位相補正器の一位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｃ、ｃ’、これに隣接した第２位相補正器の他の位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｄ、ｄ’とする時、次の式（２）、
（ｃ−ｄ）＝ｐλ
（ｃ’−ｄ’）＝ｑλ１          （２）
ここで、ｐ，ｑは整数±０．０７以内の数である。
を満たすことが望ましい。
【００３０】
より具体的に、前記第１位相補正器には階段型構造よりなるパターンが形成されており、前記パターンの階段が前記位相遅延領域に各々対応し、前記階段の段差ｓ１は前記波長λ，λ２に対して前記第１位相補正器をなす光学媒質の屈折率を各々ｎ，ｎ２とする時、次の式、
（ｎ−ｎ０）ｓ１＝ｌλ
（ｎ２−ｎ０”）ｓ１＝ｍλ２
ここで、ｎ０，ｎ０”は各々λ，λ２に対する空気領域の屈折率である。
を満たす。
【００３１】
また、前記第２位相補正器には階段型構造よりなるパターンが形成されていて、前記パターンの階段は前記位相遅延領域に各々対応されて、前記階段の段差ｓ２は前記波長λ，λ１に対し前記第２位相補正器をなす光学媒質の屈折率を各々ｎ’、ｎ１’とする時、次の式、
（ｎ’−ｎ０）ｓ２＝ｐλ
（ｎ１’−ｎ０’）ｓ２＝ｑλ１
ここで、ｎ０，ｎ０’は各々λ，λ１に対する空気領域の屈折率である。
を満たすことが望ましい。
【００３２】
一方、前記第１及び第２低密度光ディスクのうち何れか１つの低密度光ディスクの記録及び／または再生に適するように、前記第１及び第２長波長光のうち何れか１つの長波長光に対して前記対物レンズの有効開口数を変更させる開口フィルターをさらに備えることが望ましい。
【００３３】
前記開口フィルターは、中心部に入射される光はそのまま進行させ、前記中心部の外側に入射される光の進行を波長によって選択的に妨害するように形成された波長選択性コーティング部材及びホログラムタイプの回折部材のうち何れか１つで有り得る。
【００３４】
前記開口フィルターは、前記第１及び第２位相補正器のうち何れか１つの位相補正器に一体形成されうる。
【００３５】
一方、前記短波長光は青紫色波長領域の光であり、前記第１長波長光は赤色波長領域の光であり、前記第２長波長光は赤外線波長領域の光であることが望ましい。具体的に、前記λは４００〜４１０ｎｍ、前記λ１は６３５及び６５０ｎｍのうち何れか１つの波長、λ２は約７８０ｎｍで有り得る。
【００３６】
前記光ユニット側から前記回折素子に入射される短波長光が平行光である時、前記発散レンズは、前記回折素子により前記短波長光に加えた光学的なパワーを相殺し、前記対物レンズに平行した短波長光を入射させることが望ましい。
【００３７】
前記回折素子及び発散レンズは前記対物レンズと一体駆動されることが望ましい。前記短波長光に対する光効率を高められるように、前記回折素子と対物レンズとの間に波長板をさらに備えることが望ましい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明を詳細に説明する。
【００３９】
図１を参照すれば、本発明に係る互換型光ピックアップは、光ユニット１と、光ユニット１側から入射される短波長光及び長波長光を集束して高密度光ディスク５０ａ及び低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃに光スポットを形成させる対物レンズ４０と、光ユニット１側から入射される短波長光を回折させる回折素子１５と、光ユニット１から対物レンズ４０側に進む長波長光を屈折させ少なくとも１種の低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃに対する作動距離を延ばす発散レンズ１７を含んで構成される。
【００４０】
光ユニット１は、高密度光ディスク５０ａと少なくとも１種の低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃとを互換して記録及び／または再生するように高密度光ディスク５０ａに適した短波長光１ａと少なくとも１種の低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃに適した少なくとも１つの長波長光１ｂ，１ｃを出射する。そして、光ユニット１は高密度光ディスク５０ａ及び低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃから反射された光を受光して情報信号及び誤差信号を検出する。
【００４１】
高密度光ディスク５０ａは、例えば、２０ＧＢ以上の貯蔵容量を有する次世代ＤＶＤ系の光ディスク（以下、ＨＤ−ＤＶＤ）であって、ＤＶＤより薄く形成しうる。低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃとしては記録密度及び厚さの相異なる第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃを備えられる。高密度光ディスク５０ａがＨＤ−ＤＶＤである場合、第１低密度光ディスク５０ｂはＤＶＤ系の光ディスク（以下、ＤＶＤ）、第２低密度光ディスク５０ｃは、ＣＤ系の光ディスク（以下、ＣＤ）である。
【００４２】
本発明に係る互換型光ピックアップが記録密度の相異なる３種の光ディスク、すなわち、高密度光ディスク５０ａ、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃを互換して記録及び／または再生させる場合、長波長光１ｂ，１ｃは第１低密度光ディスク５０ｂに適した波長λ１を有する第１長波長光１ｂと、第２低密度光ディスク５０ｃに適した波長λ２を有する第２長波長光１ｃとなる。
【００４３】
本発明に係る互換型光ピックアップがＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤを互換して記録及び／または再生される場合、短波長光１ａは青紫色波長領域、例えば、約４００〜４１０ｎｍ範囲内の波長の光であり、第１長波長光１ｂは赤色波長領域、例えば、約６３５または６５０ｎｍ波長の光であり、第２長波長光１ｃは赤外線波長領域、例えば、約７８０ｎｍ波長の光であることが望ましい。
【００４４】
対物レンズ４０は、高密度光ディスク５０ａを記録及び／または再生できるように、０．７以上、望ましくは０．８５の開口数を有する。対物レンズ４０は、０．７ｍｍ以下の作動距離を有しうる。これは後述するように、発散レンズ１７により高密度光ディスク５０ａより厚い第１及び／または第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃの採用時に作動距離を延ばすことができて、対物レンズ４０と第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃとの衝突を防止できるからである。
【００４５】
光ユニット１は相互直交する偏光の短波長光１ａと第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃを出射させうる。ここで、例えば、短波長光１ａはＰ偏光を、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃはＳ偏光を有する。
【００４６】
回折素子１５は偏光型回折素子であって、一偏光の短波長光１ａは回折させ、これに直交する他の偏光の第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃはそのまま透過させる偏光ホログラム素子を具備しうる。
【００４７】
偏光ホログラム素子は、周知の如く透過タイプの場合に特定偏光の光に対しては回折作用を行い、一方これに直交する偏光の光に対しては回折作用無しに透過させる。
【００４８】
本実施例において、この偏光ホログラム素子は短波長光１ａに対する有効光として用いられる１次回折光に対して回折効率を高められるブレーズタイプ（ｂｌａｚｅｄ ｔｙｐｅ）に形成されたことが望ましい。ここで、ブレーズタイプの偏光ホログラム素子は後述する図２に示されたブレーズタイプの非偏光ホログラム素子と類似した構造である。前記ブレーズタイプの偏光ホログラム素子は、例えば偏光によって屈折率の異なる異方性光学材質で形成されうる。
【００４９】
代案として、回折素子１５は入射光の偏光に関係なく短波長光１ａに対してのみ位相差変化を発生させる複数の位相遅延領域を備え、前記複数の位相遅延領域が周期的に反復されて短波長光１ａのみを回折させる構造よりなりうる。この際、回折素子１５はブレーズタイプで形成され、短波長光１ａに対して１次回折光の光効率を向上させうることが望ましい。
【００５０】
前記複数の位相遅延領域は、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃに対して１つの位相遅延領域とそれに隣接した他の位相遅延領域での位相差が各々式（５）のようにほぼ第１長波長光１ｂの波長λ１と第２長波長光１ｃの波長λ２の整数倍になることが望ましい。
【００５１】
すなわち、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃが各々回折素子１５の一位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をＩ，ｉ’、前記第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃが各々回折素子１５の他の位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｊ、ｊ’とする時、隣接した位相遅延領域間の位相差は式（５）を満たすことが望ましい。
【００５２】
（ｉ−ｊ）＝ｇλ１
（ｉ’−ｊ’）＝ｈλ２        （５）
ここで、ｇ，ｈは整数±０．０７以内、望ましくは整数±０．０５以内の数である。
【００５３】
この場合、回折素子１５は第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃを位相変化なしにそのまま透過させうるので、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃは回折させない。一方、短波長光１ａに対しては回折素子１５で位相変化が生じ、その複数の位相遅延領域が周期的な反復構造により短波長光１ａを回折させる。
【００５４】
具体的な実施例として、回折素子１５は非偏光型回折素子であって、図２に示されたように、プレート型光学媒質の少なくとも一面に短波長光１ａを回折させうるように階段型構造よりなるパターンを周期的に形成したホログラム素子を備えられる。図２は、回折素子１５が４階段構造よりなるブレーズタイプのホログラム素子の例を示す。図２において、部材番号１５ａは回折素子１５を製作するのに使われるガラスなどの光学媒質部分であり、１６は階段型構造のパターンを形成して光学媒質が除去された空気領域である。また、ｄは段差の大きさを意味する。
【００５５】
この際、回折素子１５のパターンの段差の大きさは、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃをほとんどそのまま透過させるように、式（５）の条件を満たす、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの波長λ１、λ２のほぼ整数倍に該当する大きさに形成されることが望ましい。ここで、前記パターンの段階は各々前記位相遅延領域に対応する。
【００５６】
回折素子１５のパターンの段差の大きさｄは式（５）に対応して式（６）を満たすことが望ましい。
【００５７】
（ｎ１１−ｎ０’）ｄ＝ｇλ１
（ｎ２２−ｎ０”）ｄ＝ｈλ２        （６）
ここで、ｎ１１、ｎ２２は回折素子１５をなす光学媒質の第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの波長λ１、λ２に対する屈折率であり、ｎ０’、ｎ０”は第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの波長λ１、λ２に対する空気領域の屈折率である。
【００５８】
図３は、回折素子１５の光学媒質としてＭ−ＬａＣ１３０＿ＨＯＹＡを使用する時、段差ｄの大きさによる第１長波長光１ｂの波長λ１と第２長波長光１ｃの波長λ２に対する位相差を示すグラフである。図３のグラフは、高密度光ディスク５０ａ、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃを各々ＨＤ−ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤとし、短波長光１ａの波長λが４００ｎｍ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの波長λ１、λ２が各々６５０ｎｍ，７８０ｎｍである場合に得られたものである。ここで、Ｍ−ＬａＣ１３０＿ＨＯＹＡの屈折率は波長４００ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍに対して各々１．７１５５６６，１．６８９８５８，１．６８４６５７である。
【００５９】
図３を参照すれば、光学媒質としてＭ−ＬａＣ１３０＿ＨＯＹＡを使用し、段差ｄが５．６６μｍである階段型パターンを形成すれば、ＤＶＤ用第１長波長光１ｂの波長λ１に対しては整数倍に近い０．００７λ１、ＣＤ用第２長波長光１ｃの波長λ２に対しては整数倍に近い０．０３２λ２の位相差が生じ、ＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λに対しては０．１４λの位相差が生じる。
【００６０】
したがって、Ｍ−ＬａＣ１３０＿ＨＯＹＡを光学媒質として使用して段差ｄ５．６６μｍになる複数の階段を有するパターンを周期的に形成すれば、式（６）を満たす回折素子１５が得られる。
【００６１】
前記のような偏光型または非偏光型回折素子１５は、グレーティング方程式から分かるように、同一次数の回折光の回折角が大きくなるにつれて、入射光の波長が延びると焦点距離を短くする。
【００６２】
したがって、前記のような回折素子１５を備えると、短波長光１ａの波長が延びて対物レンズ４０の焦点距離が長くなる時、逆に回折素子１５では焦点距離が短くなるので、焦点距離の増減が互いに相殺され、高密度光ディスク５０ａに対して記録及び／または再生モード転換時のモードホッピングによるデフォーカスを減らせる。
【００６３】
また、前記のような回折素子１５を備えると、短波長光１ａに対しては記録及び／または再生モード転換時のモードホッピングによるデフォーカスを減らせ、長波長光１ｂ，１ｃに対しては回折素子１５によりほとんど影響を受けず進行させうる。
【００６４】
発散レンズ１７は、回折素子１５と対物レンズ４０との間の光路上に配置されうる。発散レンズ１７は、光ユニット１から対物レンズ４０側に進行する第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃを屈折させて発散光として対物レンズ４０に入射させる。本発明者らは、発散レンズ１７を適用する場合、高密度光ディスク５０ａ、すなわちＨＤ−ＤＶＤに対して開口数０．８５であり、０．６ｍｍの作動距離を有する対物レンズにより、第２長波長光１ｃを集束する場合、第２低密度光ディスク５０ｃ、すなわちＣＤに対して、例えば０．２３ｍｍの作動距離を確保可能なことを確認した。ここで、作動距離０．６ｍｍの対物レンズ４０を使用する場合、ＤＶＤに対しては問題無いことを前で言及した。
【００６５】
このように、対物レンズ４０の入射瞳側に発散レンズ１７を備えると、ＨＤ−ＤＶＤに対して普通の作動距離（例えば、０．６ｍｍ）を有する対物レンズ４０を使用する場合にも、ＤＶＤだけでなくＣＤに対して十分な作動距離を確保しうる。したがって、ＣＤ記録及び／または再生時、光ディスクと対物レンズ４０との衝突が防止される。
【００６６】
一方、発散レンズ１７がなければ、回折素子１５により回折された短波長光１ａは回折角により対物レンズ４０に収束光として入射される。しかし、前記の通り対物レンズ４０の入射瞳側に発散レンズ１７が配置された場合には、回折素子１５により回折された短波長光１ａはこの発散レンズ１７により屈折されて対物レンズ４０に略平行光として入射される。これは、図１に示されたように、回折素子１５に入射される短波長光１ａが平行光である時、発散レンズ１７が回折素子１５により短波長光１ａに加えられた光学的なパワーを相殺するからである。
【００６７】
本発明において、回折素子１５と発散レンズ１７とは、高密度光ディスク５０ａ用短波長光１ａに対しては光学的なパワーをほとんど持っていないことが望ましく、このために、回折素子１５及び発散レンズ１７は、対物レンズ４０と一体駆動されることが望ましい。すなわち、回折素子１５及び発散レンズ１７は、対物レンズ４０が設けられるアクチュエータ（図示せず）のボビンに設けられることが望ましい。
【００６８】
一方、本発明に係る互換型光ピックアップは、高密度光ディスク５０ａ用短波長光１ａに対する効率を向上させるために、波長板１９をさらに備えることが望ましい。波長板１９は、図１のように回折素子１５と対物レンズ４０との間に配置される場合、短波長光１ａに対しては１／４波長板の役割を行い、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃに対しては略１／２波長板の役割を行うことが望ましい。
【００６９】
ここで、回折素子１５として偏光ホログラム素子を備える場合には、波長板１９を、図１に示されたように、回折素子１５と対物レンズ４０との間に配することが望ましい。回折素子１５として非偏光型回折素子１５を備える場合には、後述する図８に示されたように、波長板（図８の６９）の位置が変更しうる。
【００７０】
一方、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃが高密度光ディスク５０ａと異なる厚さを有すれば、第１長波長光１ｂを対物レンズ４０に集束して第１低密度光ディスク５０ｂに光スポットを形成する時、高密度光ディスク５０ａと第１低密度光ディスク５０ｂとの厚さ差による球面収差が生じる。同様に、第２長波長光１ｃを対物レンズ４０に集束して第２低密度光ディスク５０ｃに光スポットを形成する時、高密度光ディスク５０ａと第２低密度光ディスク５０ｃとの厚さ差による球面収差が生じる。また、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃを対物レンズ４０により集束する時、短波長光１ａとの波長差による色収差が生じる。
【００７１】
したがって、前記のように、高密度光ディスク５０ａと第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃを互換して記録及び／または再生する場合、本発明に係る互換型光ピックアップは、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃの採用時の収差を補正可能に第１及び第２位相補正器２０，３０をさらに備えることが望ましい。
【００７２】
第１位相補正器２０は、第１低密度光ディスク５０ｂの記録及び／または再生時に第１長波長光１ｂに対して生じる球面収差及び／または色収差などを補正するためのものである。また、第２位相補正器３０は第２低密度光ディスク５０ｃの記録及び／または再生時に第２長波長光１ｃに対して生じる球面収差及び／または色収差などを補正するためのものである。
【００７３】
第１位相補正器２０は第１低密度光ディスク５０ｂの記録及び／または再生時に生じる収差を補正するために、第１長波長光１ｂに対してのみ位相差変化を生じる複数の位相遅延領域を備える。前記複数の位相遅延領域は、図２に基づいて説明した非偏光型回折素子１５の場合と類似した原理により特定波長の光に対してのみ位相差変化を生じるように、短波長光１ａ及び第２長波長光１ｃに対して一位相遅延領域とそれに隣接した他の位相遅延領域での位相差が各々式（７）のように略短波長光１ａの波長λ、第２長波長光１ｃの波長λ２の整数倍になることが望ましい。
【００７４】
すなわち、短波長光１ａ及び第２長波長光１ｃが各々第１位相補正器２０の一位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をａ，ａ’、短波長光１ａ及び第２長波長光１ｃが各々第１位相補正器２０の他の位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｂ，ｂ’とする時、隣接した位相遅延領域間の位相差は式（７）を満たすことが望ましい。
【００７５】
（ａ−ｂ）＝ｌλ
（ａ’−ｂ’）＝ｍλ２        （７）
ここで、ｌ，ｍは整数±０．０７以内、より望ましくは整数±０．０５以内の数である。
【００７６】
この場合、第１位相補正器２０は第１長波長光１ｂに対しては位相変化を生じつつ短波長光１ａ及び第２長波長光１ｃは位相変化無しにそのまま透過させうる。
【００７７】
同様に、第２位相補正器３０は第２低密度光ディスク５０ｃの記録及び／または再生時に生じる収差を補正するために、入射される第２長波長光１ｃに対してのみ位相差変化を生じる複数の位相遅延領域を備える。前記複数の位相遅延領域は、短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂに対して一位相遅延領域とそれに隣接した他の位相遅延領域での位相差が各々略短波長光１ａの波長λと第１長波長光１ｂの波長λ１との整数倍になることが望ましい。すなわち、短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂが各々第２位相補正器３０の一位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｃ，ｃ’、短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂが各々第２位相補正器３０の他の位相遅延領域を通過する時の位相遅延量をｄ，ｄ’とする時、隣接した位相遅延領域間の位相差は式（８）を満たすことが望ましい。
【００７８】
（ｃ−ｄ）＝ｐλ
（ｃ’−ｄ’）＝ｑλ１        （８）
ここで、ｐ，ｑは整数±０．０７以内、より望ましくは整数±０．０５以内の数である。
【００７９】
この場合、第２位相補正器３０は第２長波長光１ｃに対しては位相変化を生じつつ短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂは位相変化なしにそのまま透過させうる。
【００８０】
第１及び第２位相補正器２０，３０は、図４に示されたように、プレート型光学媒質の少なくとも一面に、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃの互換時に生じる収差を補正できる位相差変化を生じるように階段型構造よりなるパターンを形成した構造よりなりうる。図４において、部材番号２１は第１及び第２位相補正器２０，３０の製作に用いられるガラスなどの光学媒質部分であり、２３は階段型構造のパターンを形成して光学媒質を除去した空気領域である。また、ｓは段差の大きさを意味する。
【００８１】
この際、第１及び第２位相補正器２０，３０それぞれのパターンの段差大きさは、式（７）及び（８）の条件を満たすように、１波長の光に対してのみ位相差変化を生じる作用を行い、残りの２波長の光をほとんどそのまま透過させるように、略２波長の整数倍に該当する大きさに形成されたことが望ましい。ここで、前記パターンの階段は各々前記位相遅延領域に対応する。
【００８２】
すなわち、第１位相補正器２０のパターンの段差大きさｓ１は、式（７）に対応して式（９）を満たすことが望ましい。
【００８３】
（ｎ−ｎ０）ｓ１＝ｌλ
（ｎ２−ｎ０”）ｓ１＝ｍλ２        （９）
ここで、ｎ，ｎ２は第１位相補正器２０をなす光学媒質の短波長光１ａ及び第２長波長光１ｃの波長λ，λ２に対する屈折率であり、ｎ０，ｎ０”は短波長光１ａ及び第２長波長光１ｃの波長λ，λ２に対する空気領域の屈折率である。
【００８４】
また、第２位相補正器３０のパターンの段差の大きさｓ２は、式（８）に対応して式（１０）を満たすことが望ましい。
【００８５】
（ｎ’−ｎ０）ｓ２＝ｐλ
（ｎ１’−ｎ０’）ｓ２＝ｑλ１        （１０）
ここで、ｎ’，ｎ１’は第２位相補正器３０をなす光学媒質の短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂの波長λ，λ１に対する屈折率であり、ｎ０，ｎ０’は短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂの波長λ，λ１に対する空気領域の屈折率である。
【００８６】
図５は第１位相補正器２０の光学媒質としてＢＫ７を使用する時、段差ｓ１の大きさによるＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λとＣＤ用第２長波長光１ｃの波長λ２に対する位相差を示すグラフである。図５のグラフは、高密度光ディスク５０ａ、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃを各々ＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤとし、短波長光１ａの波長λが４００ｎｍ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの波長λ１，λ２が各々６５０ｎｍ、７８０ｎｍである場合に得られたものである。ここで、ガラス材質のＢＫ７の屈折率は各々波長４００ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍに対して１．５３０８４９，１．５１４５２０，１．５１１１８３である。
【００８７】
図５を参照すれば、光学媒質としてＢＫ７を使用し、段差ｓ１が１．５μｍである階段型パターンを形成すれば、ＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λに対しては整数倍に近い０．９９λの位相差が生じ、ＣＤ用第２長波長光１ｃの波長λ２に対しては整数倍に近い０．９８λ２の位相差が生じ、ＤＶＤ用第１長波長光１ｂの波長λ１に対しては０．２０λ１の位相差が生じる。ここで、位相補正器に形成されたパターンの段差の大きさが所定波長の光に対する位相差の整数倍ということは、その波長の光が位相補正器を通過する時、パターン形状による位相差変化が生じないことを意味する。
【００８８】
したがって、ＢＫ７を光学媒質として用いて段差ｓ１が１．５μｍになるようにパターンを形成すれば、式（７）及び式（９）を満たす第１位相補正器２０が得られる。
【００８９】
また、第１位相補正器２０のように所定の光学媒質に式（１０）の条件を満たす階段型構造のパターンを形成すれば、短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂはほとんどそのまま通過させ、第２長波長光１ｃに対してのみ位相差変化を生じる第２位相補正器３０が得られる。第２位相補正器３０の具体例については後述する。
【００９０】
前述したように、第１位相補正器２０に式（９）を満たす段差ｓ１を有するパターンを形成すれば、短波長光１ａ及び第２長波長光１ｃは第１位相補正器２０をほとんどそのまま透過するが、第１長波長光１ｂは第１位相補正器２０を通過しつつ、そのパターン形状による位相差変化が生じる。また、第２位相補正器３０に式（１０）を満たす段差ｓ２を有するパターンを形成すれば、短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂは第２位相補正器３０をほとんどそのまま透過するが、第２長波長光１ｃは第２位相補正器３０を通過しつつそのパターン形状による位相差変化が生じる。
【００９１】
したがって、パターンの段差を２波長の整数倍に製作して１波長に対してのみ位相差変化を生じる作用を行う２種の位相補正器、すなわち第１及び第２位相補正器２０，３０を備えた本発明に係る互換型光ピックアップは、厚さの相異なる３枚の光ディスク５０ａ，５０ｂ，５０ｃの互換採用時の収差発生を十分に抑制しうる。
【００９２】
また、図１を参照すれば、本発明に係る互換型光ピックアップは第１長波長光１ｂに対して対物レンズ４０の有効開口数を変更させるための第１開口フィルター２５と、第２長波長光１ｃに対して対物レンズ４０の有効開口数を変更させるための第２開口フィルター３５とをさらに備えることが望ましい。
【００９３】
第１及び第２開口フィルター２５，３５は、中心部に入射される光はそのまま進行させ、その外側のリング部２５ａ，３５ａに入射される光の進行を波長によって選択的に妨害して対物レンズ４０の有効開口数を変更させうる波長選択性コーティング部材またはホログラムタイプの回折部材であることが望ましい。
【００９４】
第１及び第２開口フィルター２５，３５は、図１に示されたように、リング部２５ａ，３５ａの内側が開口された形よりなり、第１及び第２位相補正器２０，３０に各々一体形成されたことが望ましい。
【００９５】
第１開口フィルター２５のリング部２５ａは、第１長波長光１ｂの進行だけを遮断し、残りの短波長光１ａ及び第２長波長光１ｃはそのまま透過させる。この際、第１開口フィルター２５のリング部２５ａの内径は第１低密度光ディスク５０ｂの記録及び／または再生に適した対物レンズ４０の有効開口数を達成可能な大きさに形成されたことが望ましい。例えば、第１低密度光ディスク５０ｂがＤＶＤである場合、第１開口フィルター２５のリング部２５ａの内径は対物レンズ４０の有効開口数０．６を達成可能な大きさに形成されたことが望ましい。
【００９６】
第２開口フィルター３５のリング部３５ａは第２長波長光１ｃの進行だけを遮断し、残りの短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂはそのまま透過させる。この際、第２開口フィルター３５のリング部３５ａの内径は第２低密度光ディスク５０ｃの記録及び／または再生に適した対物レンズ４０の有効開口数を達成可能な大きさに形成されたことが望ましい。例えば、第２低密度光ディスク５０ｃがＣＤである場合、第２開口フィルター３５のリング部３５ａの内径は対物レンズ４０の有効開口数０．４５を達成可能な大きさに形成されたことが望ましい。
【００９７】
一方、本発明の一実施例に係る互換型光ピックアップの光学的構成度を概略的に示す図６を参照すれば、光ユニット１は、高密度光ディスク５０ａの記録及び／または再生に適した波長λの短波長光１ａを出射する第１光源２と、高密度光ディスク５０ａから反射された光を受光して検出する第１光検出器１３と、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃの記録及び／または再生に適した波長λ１，λ２の第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃを出射する第１及び第２光モジュール７，８と、第１光源２、第１及び第２光モジュール７，８から出射された短波長光１ａ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの進行経路を変換するための第１ないし第３光路変換器３，６，４を含んで構成されうる。
【００９８】
高密度光ディスク５０ａとしてＨＤ−ＤＶＤを適用する場合、第１光源２としては、例えば４００ｎｍ波長の短波長光１ａを出射する青紫色半導体レーザーを備えられる。
【００９９】
第１光モジュール７は第１長波長光１ｂを出射する光源及び第１低密度光ディスク５０ｂから反射された第１長波長光１ｂを受光する光検出器が一体化した構造である。同様に、第２光モジュール８は第２長波長光１ｃを出射する光源及び第２低密度光ディスク５０ｃから反射された第２長波長光１ｃを受光する光検出器が一体化した構造である。第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃとしてＤＶＤ，ＣＤを適用する場合、第１及び第２光モジュール７，８の光源としては、各々例えば６５０ｎｍ波長の第１長波長光１ｂを出射する赤色半導体レーザー及び７８０ｎｍ波長の第２長波長光１ｃを出射する赤外線半導体レーザーを備えられる。
【０１００】
ここで、第１及び第２光モジュール７，８の構造は本技術分野において周知のものなので、ここではその詳細な説明及び図示を省略する。
【０１０１】
図６に示された互換型光ピックアップは、回折素子１５として偏光ホログラム素子を備える場合に適した光学的構成であって、第１光源２は、例えばＰ偏光の短波長光１ａを出射し、第１及び第２光モジュール７，８は、例えばＳ偏光の第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃを出射することが望ましい。
【０１０２】
第１光路変換器３としては、短波長光１ａに対する光効率を高めるために、偏光ビームスプリッタを備えることが望ましい。第２光路変換器１０としては第１及び第２光モジュール７，８から出射された第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃを類似した割合で透過及び反射させるように、Ｓ偏光に対して、例えば透過率：反射率が５：５であるビームスプリッタを備えられる。第３光路変換器４として、例えば短波長光１ａに対して透過率が９０％以上と高く、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃに対してはＳ偏光に対して９０％以上の反射率を有するビームスプリッタを備えられる。
【０１０３】
一方、光ユニット１は第３光路変換器４と対物レンズ４０との間の光路上には第１光源２、第１及び第２光モジュール７，８から出射された短波長光１ａ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃを集束して略平行光に変換させるコリメーティングレンズ５をさらに備えることが望ましい。
【０１０４】
回折素子１５として偏光ホログラム素子を備える場合、波長板１９は図６に示されたように、回折素子１５と対物レンズ４０との間に配置されることが望ましい。本実施例において、波長板１９は前述したように、短波長光１ａに対しては１／４波長板、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃに対しては１／２波長板としての役割をする。
【０１０５】
この場合、図７Ａに短波長光１ａの偏光変化を例示したように、短波長光１ａが光ユニット１側から入射される時はＰ偏光に偏光ホログラム素子により回折される一方、高密度光ディスク５０ａから反射されて入射される時はＳ偏光になって偏光ホログラム素子により回折されない。また、図７Ｂ及び図７Ｃに第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの偏光変化を例示したように、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃは光ユニット１側から入射される時と第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃから反射されて入射される時とが両方Ｓ偏光であるために、偏光ホログラム素子により回折されない。
【０１０６】
一方、図６に示されたように、高密度光ディスク５０ａから反射されて回折素子１５を経た短波長光１ａは回折素子１５から回折されないために、コリメーティングレンズ５側に戻ってくる短波長光１ａは発散光となり、この発散光はコリメーティングレンズ５により概略的に平行光に変わって第３及び第１光路変換器４，３を経て第１光検出器１３側に向かう。この際、第１光検出器１３側に向かう短波長光１ａはほとんど平行光の形であるために、第１光路変換器３と第１光検出器１３との間には前記平行光を集束するためのコンデンシングレンズ９をさらに備えることが望ましい。また、コンデンシングレンズ９と第１光検出器１３との間にはセンシングレンズ１１をさらに備えることが望ましい。センシングレンズ１１は周知の如く、フォーカスエラー信号のＳカーブのゼロ位置と高密度光ディスク５０ａの情報面の位置とを一致させるように、光軸に沿って位置調整されるレンズである。
【０１０７】
図８は、本発明の他の実施例に係る互換型光ピックアップの光学的構成図を概略的に示す図である。図６のような部材番号は実質的に同一または類似した機能を行う部材を示すので、その反復的な説明は省略する。
【０１０８】
図８を参照すれば、本発明の他の実施例に係る互換型光ピックアップは偏光に関係なく特定波長の光に対してのみ選択的回折が可能な回折素子１５（図４及び図５参照）を備える。この場合、図６とは違って波長板６９を回折素子１５と対物レンズ４０との間に配する必要がない。図８は光ユニット１が短波長光１ａに対する光効率を高めるために、第１光路変換器３で偏光ビーム分割器を備え、第１光路変換器３と第３光路変換器４との間に波長板６９を備えた例を示す。この際、波長板６９は短波長光１ａの波長に対して１／４波長板であることが望ましい。
【０１０９】
一方、偏光に関係なく特定波長の光に対してのみ選択的回折が可能な回折素子１５を備えれば、高密度光ディスク５０ａから反射された短波長光１ａも回折素子１５を通過しつつ回折される。したがって、高密度光ディスク５０ａで反射された短波長光１ａは光ユニット１から出射される時と同一な光路を経て戻り、収束光の形態に第１光検出器１３側に進行する。したがって、図６の場合とは違って第１光路変換器３と第１光検出器１３との間にコンデンシングレンズを備えなくてもよい。
【０１１０】
図６及び図８は、本発明に係る互換型光ピックアップの光学的構造の例を示した図であり、他にも多様な光学的構造が本発明に係る互換型光ピックアップに適用されうる。
【０１１１】
さらに、図６及び図８では立方ビームスプリッタ型光路変換器を備えた例を示したが、本発明がこれに限定されるものではなく、第１ないし第３光路変換器３，１０，４に対する多様な変形が可能である。
【０１１２】
前述したような本発明に係る互換型光ピックアップでの光の進行過程を図６に示した光学的構成について例を挙げて説明すれば次の通りである。
【０１１３】
まず、高密度光ディスク５０ａが採用された場合、第１光源２から出射されたＰ偏光の短波長光１ａは第１光路変換器３及び第３光路変換器４を順次に透過した後、コリメーティングレンズ５により平行光に変わって光ユニット１から出射される。この光ユニット１から出射されたＰ偏光の短波長光１ａは回折素子１５で回折され、発散レンズ１７によりほぼ平行光の形になり、波長板１９で一円偏光に変わって第１及び第２位相補正器２０，３０側に進行する。短波長光１ａは第１及び第２位相補正器２０，３０、第１及び第２開口フィルター２５，３５をそのまま透過し、対物レンズ４０により集束されて高密度光ディスク５０ａの記録面に光スポットとして収束される。この高密度光ディスク５０ａで反射されつつ直交する他の円偏光よりなる短波長光１ａは順次に対物レンズ４０、第１及び第２位相補正器２０，３０などを経て、波長板１９を経つつＳ偏光になる。このＳ偏光の短波長光１ａは発散レンズ１７に入射され、発散レンズ１７により発散光の形に変わり、回折素子１５をそのまま通過して光ユニット１側に入射される。光ユニット１側に入射された短波長光１ａはコリメーティングレンズ５により略平行光の形になり、第３光路変換器４を透過して第１光路変換器３に入射される。短波長光１ａは第１光路変換器３から反射されてコンデンシングレンズ９に入射され、コンデンシングレンズ９及びセンシングレンズ１１により集束されて第１光検出器１３に受光される。
【０１１４】
第１低密度光ディスク５０ｂが採用された場合、第１光モジュール７から出射されたＳ偏光の第１長波長光１ｂは第２光路変換器６を透過して第３光路変換器４に入射される。第１長波長光１ｂは第３光路変換器４から反射されてコリメーティングレンズ５に入射され、コリメーティングレンズ５により略平行光に変わる。このＳ偏光の第１長波長光１ｂは回折素子１５をそのまま透過し、発散レンズ１７により発散光になる。このＳ偏光の第１長波長光１ｂは波長板１９を通過しつつ略Ｐ偏光の光に変わり、第１位相補正器２０に入射される。第１長波長光１ｂは第１位相補正器２０で球面収差及び／または色収差を補正可能に位相差変化が生じ、第１開口フィルター２５に入射される。この第１長波長光１ｂは第１開口フィルター２５によりその一部が遮断され、そのリング部２５ａの内側に進行する部分だけが第１開口フィルター２５を通過し、第１低密度光ディスク５０ｂを記録及び／または再生するのに適した有効開口数、例えば０．６の開口数を達成可能な大きさになる。この第１長波長光１ｂは第２位相補正器３０及び第２開口フィルター３５をそのまま通過して対物レンズ４０に入射され、対物レンズ４０により集束されて第１光ディスク５０ｂの記録面に光スポットとして収束される。第１低密度光ディスク５０ｂで反射された第１長波長光１ｂは波長板１９を経つつＳ偏光になり、前記と反対経路を経て第１光モジュール７に戻る。
【０１１５】
第２低密度光ディスク５０ｃが採用された場合、第２光モジュール８から出射されたＳ偏光の第２長波長光１ｃは第２及び第３光路変換器６，４で順次に反射された後、コリメーティングレンズ５により略平行光に変わる。このＳ偏光の第２長波長光１ｃは回折素子１５をそのまま透過し、発散レンズ１７により発散光になる。このＳ偏光の第２長波長光１ｃは波長板１９を通過しつつ略Ｐ偏光の光に変わり、第１位相補正器２０に入射される。第２長波長光１ｃは第１位相補正器２０及び第１開口フィルター２５をそのまま通過した後、第２位相補正器３０に入射される。第２長波長光１ｃは第２位相補正器３０球面収差及び／または色収差を補正可能に位相差変化が生じ、第２開口フィルター３５によりその一部が遮断される。第２長波長光１ｃのリング部３５ａの内側に進行する部分だけが第２開口フィルター３５を通過し、第２低密度光ディスク５０ｃを記録及び／または再生するのに適した有効開口数、例えば０．４５の開口数を達成可能な大きさになる。この第２長波長光１ｃは対物レンズ４０により集束されて第２低密度光ディスク５０ｃの記録面に光スポットとして集束される。第２低密度光ディスク５０ｃから反射されたＰ偏光の第２長波長光１ｃは波長板１９を経つつＳ偏光になり、前記と反対経路を経て第２光モジュール８に戻る。
【０１１６】
以下では前記のような本発明に係る互換型光ピックアップの光学的設計例を説明する。
【０１１７】
図９Ａないし図９Ｃは、各々図６及び図８の互換型光ピックアップをＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤの記録及び／または再生に寄与する光学系別に分離し、その時の短波長光１ａ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの光路を示したものであり、表２は図９Ａないし図９Ｃの光路が得られる設計例を示す。表２において短波長光１ａ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃは各々波長４００ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍの場合である。
【０１１８】
【表２】
0004510367.tif 000005
表２において、面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１３，Ｓ１４の厚さ／間隔データは各々上からＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤに関するものである。面Ｓ２とＳ３との間の厚さは４００ｎｍ用第１光源２に対してはウィンドウの厚さであり、６５０ｎｍ，７８０ｎｍ用第１及び第２光モジュール７，８に対しては透明部材の厚さである。
【０１１９】
表２において、Ｋは前記非球面Ｓ２，Ｓ３の円錐定数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊは非球面係数である。非球面Ｓ２，Ｓ３に対する非球面式は非球面の頂点からの深さをｚとする時、式（１１）のようである。
【０１２０】
【数３】
0004510367.tif 000006
ここで、ｈは光軸からの高さ、ｃは曲率、Ａ〜Ｊは非球面係数である。
【０１２１】
表２において、面Ｓ１０は回折素子（ホログラム素子）１５の回折面を、Ｃ１はパワーを示す係数である。ホログラム素子の位相係数は回転対称形式で示せば式（１２）のようである。
【０１２２】
【数４】
0004510367.tif 000007
ここで、φは位相差、Ｃｎは係数、ｒは極座標である。
【０１２３】
【表３】
0004510367.tif 000008
表３は表２の設計において光学媒質として使われるガラス材質のＢＫ７＿ＨＯＹＡ，Ｍ−ＢａＣＤ５Ｎ＿ＨＯＹＡ，Ｍ−ＬａＣ１３０＿ＨＯＹＡ、そして光ディスク媒質の‘ＣＧ’の波長４００ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍに対する屈折率、図９Ａないし図９Ｃでの対物レンズ４０に入射される４００ｎｍ波長の短波長光１ａ、６５０ｎｍ波長の第１長波長光１ｂ、７８０ｎｍ波長の第２長波長光１ｃが対物レンズ４０に入射される入射瞳の直径を示す。
【０１２４】
表２及び表３の光学的データを有する場合、図９Ａから分かるように、０．１ｍｍ厚さのＨＤ−ＤＶＤに対しては略０．６ｍｍの作動距離が得られる。図９ｂから分かるように、厚さ０．６ｍｍのＤＶＤに対しては略０．５７ｍｍの作動距離が得られる。図９Ｃから分かるように、厚さ１．２ｍｍのＣＤに対しては略０．２３ｍｍの作動距離が得られる。ここで、図９Ａないし図９Ｃにおいて、ＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤに対する対物レンズ４０の作動距離０．６ｍｍ，０．５７ｍｍ，０．２３ｍｍは表２に示したＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤに対する対物レンズ４０の作動距離０．６４１８１０ｍｍ，０．６１４９２ｍｍ，０．２６７３２ｍｍから対物レンズ形状による０．０４ｍｍを引いた値である。
【０１２５】
したがって、表２及び表３、図９Ａないし図９Ｃに基づいた具体的な実施例から分かるように、本発明に係る互換型光ピックアップは第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃに対して発散レンズ１７により作動距離を延ばせるために、高密度光ディスク５０ａに対して０．７ｍｍ以下の短い作動距離を有するように設計された対物レンズ４０を適用する場合にも、高密度光ディスク５０ａに比べて相当厚い第２低密度光ディスク５０ｃの採用時、対物レンズ４０と第２低密度光ディスク５０ｃとが衝突することを防止できる程度に十分な作動距離を確保しうる。
【０１２６】
また、本発明に係る互換型光ピックアップが、表２及び表３、図９Ａないし図９Ｃに基づいて説明した具体例のような光学的データを有し、前述したような回折素子１５を備える場合、表４、図１０Ａ及び図１０Ｂから分かるように、短波長光１ａの波長変動に対して収差を顕著に減らせる。
【０１２７】
表４は波長変動のない正常状態と、モードホッピングにより波長が１ｎｍだけ延びた時の、対物レンズ４０自体（ＯＬ ｏｎｌｙ）による収差及びデフォーカス量、本発明に係る互換型光ピックアップでのように第１光源（ＬＤ）２、コリメーティングレンズ（ＣＬ）５、回折素子（回折面）１５及び対物レンズ（ＯＬ）４０を全て適用した場合（ＬＤ＋ＣＬ＋回折面＋ＯＬ）の収差及びデフォーカス量を示す。モードホッピングにより波長が１ｎｍだけ延びた時、図１０Ａは対物レンズ４０自体による色収差も、図１０Ｂは第１光源２、コリメーティングレンズ５、回折素子１５及び対物レンズ４０を全て適用した場合の色収差図を示す。
【０１２８】
【表４】
0004510367.tif 000009
表４、図１０Ａ及び図１０Ｂから分かるように、本発明に係る互換型光ピックアップのように、回折素子１５を備える場合、モードホッピングによる波長変化時の収差及びデフォーカス量が顕著に減少することが分かる。表４では、モードホッピング時のＬＤ＋ＣＬ＋回折面＋ＯＬに対する収差量が０．０３５３λであると示されているが、通常的な収差許容値が０．０３５λである点を考慮する時、０．０３５３λ程度の収差量は許容可能な程度である。
【０１２９】
一方、表４では実際使用条件を考慮し、第１光源（ＬＤ）２、コリメーティングレンズ（ＣＬ）５、回折素子（回折面）１５及び対物レンズ（ＯＬ）４０を全て適用した場合（ＬＤ＋ＣＬ＋回折面＋ＯＬ）の収差及びデフォーカス量を表示した。
【０１３０】
ここで、本発明のように回折素子１５を備えた時の収差及びデフォーカス変化を観察するために、回折面＋ＯＬの結合時の収差及びデフォーカス値を観察すれば次の通りである。回折面＋ＯＬである場合、定常状態での収差は０．００６５１λであり、モードホッピングにより波長が１ｎｍ延びた時の収差及びデフォーカスは各々０．０２１７１λ、５６ｎｍである。
【０１３１】
一方、表５を参照すれば、ＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤに採用する時、表２の設計データを有する対物レンズ４０の短波長光１ａ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃに対する焦点距離は各々略２．２８６ｍｍ，２．３５９ｍｍ，２．３７５ｍｍであり、対物レンズ４０の有効径（開口数）は短波長光１ａ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃに対して各々略３．９ｍｍ（ＮＡ＝０．８５），２．８ｍｍ（ＮＡ＝０．６０）、２．１ｍｍ（ＮＡ＝０．４５）である。
【０１３２】
【表５】
0004510367.tif 000010
一方、表２の設計データで製作された対物レンズ４０としてＤＶＤ及びＣＤを互換する時に生じる収差（ＯＰＤｒｍｓ）の大きさを見ると、表５に示したように、対物レンズ４０に波長４００ｎｍの短波長光１ａを集束して厚さ０．１ｍｍのＨＤ−ＤＶＤ５０ａに光スポットを形成する時には収差がほとんど生じない。一方、対物レンズ４０に波長が６５０ｎｍの第１長波長光１ｂを集束して厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ５０ｂに光スポットを形成する時には０．３０λ１の収差、対物レンズ４０に波長７８０ｎｍの第２長波長光１ｃを集束して厚さ１．２ｍｍのＣＤ５０ｃに光スポットを形成する時には０．１８λ２の収差が生じる。すなわち、対物レンズ４０にＤＶＤ及びＣＤ互換時には発散レンズ１７の作用による発散光により一部球面収差が補正されるが、相変らず光ピックアップにおいて通常の収差許容値である０．０３５λを大きく超えた収差が残存する。
【０１３３】
しかし、対物レンズ４０の入射瞳側に本発明に係る第１及び第２位相補正器２０，３０を配すれば、後述のようにＤＶＤ及びＣＤ互換時に生じる収差を顕著に減らせる。
【０１３４】
以下では、本発明に係る互換型光ピックアップに適用可能な第１及び第２位相補正器２０，３０の具体例及びこのような第１及び第２位相補正器２０，３０を用いると、ＤＶＤ及びＣＤ互換時に生じる収差を顕著に減らせることを説明する。第１及び第２位相補正器２０，３０の具体例は高密度光ディスク５０ａ、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃが各々ＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤであり、短波長光１ａ、第１及び第２長波長光１ｂ，１ｃの波長λ，λ１，λ２が各々４００ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍの場合について説明する。
【０１３５】
表６は、第１及び第２位相補正器２０，３０の具体例及びそれによる第１及び第２位相補正器２０，３０を用いる時の残存収差を示す。図１１は、第１位相補正器２０の光学媒質としてＦＣＤ１を使用する時、段差ｓ１の大きさによるＨＤ−ＤＶＤ用の短波長光１ａの波長λとＣＤ用第２長波長光１ｃの波長λ２に対する位相差を示すグラフである。図１２は、第２位相補正器３０の光学媒質としてＭ−ＮｂＦＤ８３を使用する時、段差ｓ２の大きさによるＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λとＤＶＤ用第１長波長光１ｂの波長λ１に対する位相差を示すグラフである。表６、図１１及び図１２のグラフは、ＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λを４００ｎｍ、ＣＤ用第２長波長光１ｃの波長λ２を７８０ｎｍ、ＤＶＤ用第１長波長光１ｂの波長λ１を６５０ｎｍとして得られたものである。
【０１３６】
【表６】
0004510367.tif 000011
表６及び図１１を参照すれば、第１位相補正器２０の光学媒質としてＦＣＤ１を使用する場合、段差ｓ１が１．５７μｍである時、ＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λに対しては整数倍に近い０．９９λの位相差が生じ、ＣＤ用第２長波長光１ｃの波長λ２に対しては整数倍に近い０．９９λ２の位相差が生じ、ＤＶＤ用第１長波長光１ｂの波長λ１に対しては０．２０λ１の位相差が生じる。
【０１３７】
このように、第１位相補正器２０の光学媒質としてＦＣＤ１を使用して段差ｓ１を１．５７μｍ、パターンを５階段構造で形成すれば、ＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａとＣＤ用第２長波長光１ｃは第１位相補正器２０を通過しつつ位相差変化がほとんど生じない一方、ＤＶＤ用第１長波長光１ｂは第１位相補正器２０を通過しつつ位相差変化が生じる。したがって、第１位相補正器２０にＤＶＤ用第１長波長光１ｂに対する収差を相殺可能な位相差変化を発生させるパターンを形成すれば、ＤＶＤ用第１長波長光１ｂに対する収差の補正が可能である。
【０１３８】
表６及び図１２を参照すれば、第２位相補正器３０の光学媒質としてＭ−ＮｂＦＤ８３を使用する場合、段差ｓ２が３．２μｍである時、ＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λに対しては整数倍に近い０．９９λの位相差が生じ、ＤＶＤ用第１長波長光１ｂの波長λ１に対しては整数倍に近い０．００λ１の位相差が生じ、ＣＤ用第２長波長光１ｃの波長λ２に対しては０．２９λ２の位相差が生じる。
【０１３９】
このように、第２位相補正器３０の光学媒質としてＭ−ＮｂＦＤ８３を使用して段差ｓ２を３．２μｍ、パターンを２階段構造で形成すれば、ＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａとＤＶＤ用第１長波長光１ｂとは第２位相補正器３０を通過しつつ位相差変化がほとんど生じない一方、ＣＤ用第２長波長光１ｃは第２位相補正器３０を通過しつつ位相差変化が生じる。したがって、第２位相補正器３０にＣＤ用第２長波長光１ｃに対して収差を相殺できる位相差変化を生じるようにパターンを形成すれば、ＣＤ用第２長波長光１ｃに対する収差の補正が可能である。
【０１４０】
一方、図１３は、ＤＶＤの採用時補正しなければならない球面収差に該当する位相差を２次元で示す図である。図１４は、図１３に示された位相差（収差）を補正するために５階段構造のパターンが形成された第１位相補正器２０で生じる位相差変化を２次元で示す図である。図１５は、図１３及び図１４を重畳させた１次元位相差の断面を示す。図１３及び図１５に示した補正しなければならない位相差はＤＶＤ採用時に生じる収差に対する位相差を逆相で示したものである。図１５において、横軸は図１３及び図１４の横軸と同じスケールを示し、縦軸は位相差を波長の単位で示したものである。
【０１４１】
図１５から分かるように、前述したような本発明に係る第１位相補正器２０によれば、ＤＶＤ採用時に生じる収差を十分に補正できる。
【０１４２】
この際、第１位相補正器２０に形成されるパターンの段差ｓ１の大きさがＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λの整数倍の値、ＣＤ用第２長波長光１ｃの波長λ２の整数倍の値とは前述した誤差範囲内で微小な差がある。したがって、ＣＤ記録及び／または再生時には図１６ａに示されたように第１位相補正器２０による位相差が残存しうる。また、ＨＤ−ＤＶＤ記録及び／または再生時には、図１６Ｂに示したように第１位相補正器２０による位相差が残存しうる。図１６Ａ及び図１６Ｂのように短波長光及び第２長波長光１ａ，１ｃに対して第１位相補正器２０により位相差が残存するが、このような残存する位相差による収差量は表６から分かるように、０．０３５λより遥かに小さな値であって、十分に許容可能な程度である。ここで、図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて横軸は図１５の横軸と同じスケールを示し、縦軸は位相差を波長の単位で示したものである。
【０１４３】
例えば、図１７は、ＣＤ採用時に補正しなければならない球面収差に該当する位相差を２次元で示す図である。図１８は、図１７の位相差（収差）を補正するために２階段構造のパターンが形成された第２位相補正器３０で生じる位相差変化を２次元で示す図である。図１９は、図１７及び図１８を重畳させた１次元位相差の断面を示す。図１９において横軸は図１７及び図１８の横軸と同じスケールを示し、縦軸は位相差を波長単位で示す。
【０１４４】
図１９から分かるように、前述したような本発明に係る第２位相補正器３０によれば、ＣＤ採用時に生じる収差を十分に補正しうる。
【０１４５】
この際、第２位相補正器３０に形成されるパターンの段差ｓ２の大きさが第１位相補正器２０と同様に、ＨＤ−ＤＶＤ用短波長光１ａの波長λの整数倍の値と、ＤＶＤ用第１長波長光１ｂの波長λ１の整数倍の値とは前述した誤差範囲内で微小な差がある。したがって、ＤＶＤ記録及び／または再生時には、図２０Ａに示したように第２位相補正器３０による位相差が残存することがある。また、ＨＤ−ＤＶＤ記録及び／または再生時には図２０Ｂに示されたように第２位相補正器３０による位相差が残存することがある。図２０Ａ及び図２０Ｂのように、短波長光１ａ及び第１長波長光１ｂに対して第２位相補正器３０により位相差が残存するが、このような残存する位相差による収差量は、表６から分かるように、十分に許容可能な範囲である。ここで、図２０Ａ及び図２０Ｂにおいて横軸は図１９の横軸と同じスケールを示し、縦軸は位相差を波長単位で示したものである。
【０１４６】
以上では回折素子１５、第１及び第２位相補正器２０，３０の階段構造のパターンが図２及び図４に基づき、物理的な階段構造よりなるものと説明及び図示したが、本発明に係る回折素子１５、第１及び第２位相補正器２０，３０は物理的な階段構造に対応する位相差変化を生じる屈折率変化構造を有するように形成されても良い。
【０１４７】
例えば、第１及び第２位相補正器２０，３０として、式（７）及び（８）の条件を満たすように製作及び駆動され、特定の一波長の光に対しては位相補正機能を行い、残りの２波長の光はほとんどそのまま透過させる液晶パネルを備えることもできる。
【０１４８】
以上では、本発明に係る互換型光ピックアップが高密度光ディスク５０ａ、第１及び第２低密度光ディスク５０ｂ，５０ｃを互換採用するように備えられた場合について説明及び図示したが、本発明が必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、本発明に係る互換型光ピックアップは、高密度光ディスク５０ａと第１低密度光ディスク５０ｂとを互換採用するように備えても良い。この場合、非偏光型回折素子のパターンの段差ｄは前記第１長波長光の波長λ１に対して、この回折素子をなす光学媒質の屈折率をｎ１１とする時、（ｎ１１−ｎ０’）ｄ＝ｇλ１を満たすことが望ましい。この際、ｇは整数±０．０７以内の数であり、ｎ０’は波長λ１に対する空気領域の屈折率である。
【０１４９】
このように何れか２つのフォーマットの光ディスクを互換するための本発明に係る互換型光ピックアップの光学的構成は前述したように光学的構成を適切に変更することによって得られるので、これについてはその詳細な説明を省略する。
【０１５０】
以上で使用した光学材質（光学媒質）に対する記号はＨＯＹＡ社のカタログでそのまま引用したことを明らかにする。
【０１５１】
【発明の効果】
前述したような本発明に係る互換型光ピックアップは、回折素子を備えることによって、短波長光源のモードホッピングによるデフォーカスを減らせ、発散レンズを備えることによって長波長光源から出射された光に対して対物レンズと低密度光ディスクとの衝突が生じないように十分な作動距離を確保しうる。
【０１５２】
また、本発明に係る互換型光ピックアップは、相異なる波長の３つの光を使用して高密度光ディスク、第１及び第２低密度光ディスク、例えばＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤを互換して記録及び／または再生する時、特定波長の光に対しては位相差変化を生じつつ残りの２つの波長の光はほとんどそのまま透過させる１対の位相補正器を備えることによって、第１及び第２低密度光ディスクの記録及び／または再生時に生じる収差を十分に補正しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る互換型光ピックアップを概略的に示す図である。
【図２】本発明に係る互換型光ピックアップに適用される非偏光型回折素子の実施例を説明するための図である。
【図３】図２の非偏光型回折素子の光学媒質としてＭ−ＬａＣ１３０＿ＨＯＹＡを使用する時、段差ｄの大きさによる第１長波長光の波長λ１と第２長波長光の波長λ２とに対する位相差を示すグラフである。
【図４】本発明に係る互換型光ピックアップに適用される第１及び第２位相補正器である一実施例を説明するための図である。
【図５】第１位相補正器の光学媒質としてＢＫ７を使用する時、段差ｓ１の大きさによるＨＤ−ＤＶＤ用短波長光の波長λとＣＤ用第２長波長光の波長λ２とに対する位相差を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施例に係る互換型光ピックアップの光学的構成図を概略的に示す図である。
【図７Ａ】図１において短波長光と第１及び第２長波長光とが相互直交する偏光であり、偏光型回折素子を備える時、短波長光、第１及び第２長波長光の偏光変化を例示した図である。
【図７Ｂ】図１において短波長光と第１及び第２長波長光とが相互直交する偏光であり、偏光型回折素子を備える時、短波長光、第１及び第２長波長光の偏光変化を例示した図である。
【図７Ｃ】図１において短波長光と第１及び第２長波長光とが相互直交する偏光であり、偏光型回折素子を備える時、短波長光、第１及び第２長波長光の偏光変化を例示した図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る互換型光ピックアップの光学的構成図を概略的に示す図である。
【図９Ａ】図６及び図８に示された互換型光ピックアップをＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤの記録及び／または再生に寄与する光学系別に分離し、その時の短波長光、第１及び第２長波長光の光路を示す図である。
【図９Ｂ】図６及び図８に示された互換型光ピックアップをＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤの記録及び／または再生に寄与する光学系別に分離し、その時の短波長光、第１及び第２長波長光の光路を示す図である。
【図９Ｃ】図６及び図８に示された互換型光ピックアップをＨＤ−ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤの記録及び／または再生に寄与する光学系別に分離し、その時の短波長光、第１及び第２長波長光の光路を示す図である。
【図１０Ａ】モードホッピングにより波長が１ｎｍだけ延びた時、対物レンズ自体による色収差図である。
【図１０Ｂ】モードホッピングにより波長が１ｎｍだけ延びた時、本発明に係る互換型光ピックアップでの第１光源、コリメーティングレンズ、回折素子及び対物レンズを全て適用した場合の色収差図である。
【図１１】第１位相補正器の光学媒質としてＦＣＤ１を使用する時、段差ｓ１の大きさによるＨＤ−ＤＶＤ用短波長光の波長λとＣＤ用第２長波長光の波長λ２とに対する位相差を示すグラフである。
【図１２】第２位相補正器の光学媒質としてＭ−ＮｂＦＤ８３を使用する時、段差ｓ２の大きさによるＨＤ−ＤＶＤ用短波長光の波長λとＤＶＤ用第１長波長光の波長λ１とに対する位相差を示すグラフである。
【図１３】ＤＶＤ採用時に補正しなければならない球面収差に該当する位相差を２次元で示す図である。
【図１４】図１３に示された位相差（収差）を補正するために５階段構造のパターンが形成された第１位相補正器で生じる位相差変化を２次元で示す図である。
【図１５】図１３及び図１４を重畳させた１次元位相差断面である。
【図１６Ａ】ＣＤ記録及び／または再生時に第１位相補正器により残存する位相差を示す図である。
【図１６Ｂ】ＨＤ−ＤＶＤ記録及び／または再生時に第１位相補正器により残存する位相差を示す図である。
【図１７】ＣＤ採用時に補正しなければならない球面収差に該当する位相差を２次元で示す図である。
【図１８】図１７の位相差（収差）を補正するために２階段構造のパターンが形成された第２位相補正器で生じる位相差変化を２次元で示す図である。
【図１９】図１７及び図１８を重畳させた１次元位相差断面を示す図である。
【図２０Ａ】ＤＶＤ記録及び／または再生時に第２位相補正器により残存する位相差を示す図である。
【図２０Ｂ】ＨＤ−ＤＶＤ記録及び／または再生時に第２位相補正器により残存する位相差を示す図である。
【符号の説明】
１      光ユニット
１５    回折素子
１７    発散レンズ
４０    対物レンズ
５０ａ  高密度光ディスク
５０ｂ，５０ｃ  低密度光ディスク
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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