(57)【要約】【課題】使用波長に応じた複数の光源を備え、単一の対物レンズで異なる基板厚さを有する４種類の光記録媒体の記録面に、良好なスポットを形成する。 【解決手段】回折面５０３を同心円状に分割した第１の領域５０３ａは、ＨＤ系光記録媒体のＮＡ０.６５に相当する半径１.６ｍｍの回折構造を形成、波長４０５ｎｍの光束は０次光と＋１次回折光に振り分け、波長６６０ｎｍ，７８５ｎｍの光束は０次光で透過する。第２の領域５０３ｂはＨＤ系，ＢＤ系光記録媒体のＮＡ０.６５〜０.８５に相当する半径１.６〜２.２ｍｍの回折構造で平坦になる。第１の領域５０３ａは光軸中心に同心円状で＋１次回折光と０次透過光を生成、対物レンズ１０６と合わせて２焦点レンズ構成となる。同じ波長でＢＤ系，ＨＤ系光記録媒体上に集光スポットを形成し、かつ回折された光束と回折されない光束により、光軸上の異なる焦点位置に集光し各光記録媒体にスポット形成する。【選択図】図６
2007317348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、
前記光記録媒体の記録密度の大きい順に第１，第２，第３，第４の光記録媒体として、前記第１，第２の光記録媒体に対応した第１の波長λ１を有する第１の光束を出射する第１の光源と、前記第３の光記録媒体に対応した第２の波長λ２を有する第２の光束を出射する第２の光源と、前記第４の光記録媒体に対応した第３の波長λ３を有する第３の光束を出射する第３の光源と、前記第１〜第３の光束を前記第１〜第４の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、前記対物レンズと前記第１〜第３の光源との間に設けた収差補正手段とを備え、
前記光源の第１，第２，第３の波長がλ１＜λ２＜λ３の関係であり、前記収差補正手段が、前記光源の第２，第３の光束を回折せず、第１の光束を０次透過光と＋１次回折光の２つの回折光に配分する回折構造を有し、前記０次透過光は前記第１の光記録媒体への集光に用いられ、前記＋１次回折光は前記第２の光記録媒体への集光に用いられて、前記回折構造により前記第１の光束が前記第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を打ち消すことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
請求項１記載の光ピックアップであって、
前記収差補正手段は、第１の光束が通過する光線有効径内において、２つの同心円状の領域に分割して、前記分割した領域の内周側に回折構造を形成し、前記分割した領域の外周側を平坦に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
請求項２記載の光ピックアップであって、
前記回折構造は、鋸歯状の断面構造を有する複数の輪帯からなるブレーズ型回折構造、または階段状の断面構造を有する複数の輪帯からなるマルチレベル型回折構造であって、前記回折構造の断面の高さは、第２の光束の波長λ２，第３の光束の波長λ３よりも小さいことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、
前記第２の光束または前記第３の光束のうちの少なくともいずれか１が対物レンズに有限系入射することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、
液晶層と、前記液晶層を挟持する対向電極と、前記対向電極を挟持する透光性基板からなる液晶素子を備え、前記液晶素子によって、前記第２の光束または前記第３の光束のうちの少なくともいずれか１が対応する光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を打ち消すことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
請求項５記載の光ピックアップであって、
前記液晶素子の透光性基板の表面に請求項１，２または３記載の回折構造が形成されてなることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】
請求項５または６記載の光ピックアップであって、
第１，第２，第３，第４の光記録媒体に、開口数：ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３，ＮＡ４（ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３≧ＮＡ４）により光束を集光する光学系において、前記液晶素子の対向電極のそれぞれ異なる面上に前記光束の位相差が最大となる瞳半径位置ｒ３の電極と瞳半径位置ｒ４の電極を備え、前記瞳半径位置ｒ３が略開口数：ＮＡ３〜ＮＡ４の領域に、前記瞳半径位置ｒ４が略開口数：ＮＡ４以内の領域に形成されてなることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
請求項５または６記載の光ピックアップであって、
第１，第２，第３，第４の光記録媒体に、開口数：ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３，ＮＡ４（ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３≧ＮＡ４）により光束を集光する光学系において、前記液晶素子の対向電極の同一電極面上に前記光束の位相差が最大となる瞳半径位置ｒ３の電極と瞳半径位置ｒ４の電極を設け、前記瞳半径位置ｒ３が略開口数：ＮＡ３〜ＮＡ４の領域に、前記瞳半径位置ｒ４が略開口数：ＮＡ４以内の領域に形成されてなることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、
前記収差補正手段または前記液晶素子の外形形状が、光束が通過する回折構造の同心円と同軸の円形状であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光情報処理装置であって、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップと、前記光記録媒体を回転駆動する駆動手段と、前記光記録媒体に光束を追従集光するサーボ制御手段と、前記光記録媒体に対応して光源を発光制御する変復調手段とを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報処理装置に用いられる光ピックアップに係り、特に、光源の波長または光記録媒体の透明基板厚が異なることで、記録密度が異なる４種類以上の光記録媒体に対して情報を記録，再生する際に、互換性を有する光ピックアップおよび光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０.６５ＧＢのＣＤ、記録容量４.７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上および大容量化の要求が強くなっている。
【０００３】
このような光記録媒体の記録密度を向上させる手段としては、光記録媒体に情報の書き込みまたは読み出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（以下、ＮＡという）を大きくすること、または光源の波長を短くすることにより、この対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットを小径化することができ、記録密度を向上させることに有効である。
【０００４】
そこで、例えば「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０.５０、光源の波長が７８０ｎｍとされているのに対して、「ＣＤ系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「ＤＶＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０.６５、光源の波長が６６０ｎｍとされている。そして、光記録媒体は、前述したように、さらなる記録密度の向上および大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズのＮＡを０.６５よりもさらに大きく、または光源の波長を６６０ｎｍよりもさらに短くすることが望まれている。
【０００５】
このような大容量の光記録媒体および光情報処理装置として、２つの規格が提案されている。１つは、青色の波長領域の光源とＮＡ０.８５の対物レンズを用いて、２２ＧＢ相当の容量確保を満足する「Ｂlu-ray Ｄisc」の規格（以下、ＢＤという）である。もう１つは、青色波長は同じであるが、ＮＡ０.６５の対物レンズを用いて、２０ＧＢ相当の容量確保を満足する「ＨＤ−ＤＶＤ」の規格（以下、ＨＤという）である。
【０００６】
前者のＢＤはＤＶＤ系に比べ短波長化、高ＮＡ化の変更により大容量化を行い、後者のＨＤは高ＮＡ化を行わない代わりに信号処理の工夫により線記録密度の向上を可能とし、ランド・グルーブ記録の採用により大容量化を行っている。
【０００７】
また、ＢＤとＨＤは、光源の発振波長が４０５ｎｍ程度の青紫色半導体レーザの光源を用いる点で共通しているが、光記録媒体は基板厚さがそれぞれ０.１ｍｍ、０.６ｍｍと異なる。
【０００８】
ＢＤとＨＤのような高密度な情報の記録および／または再生を行える光ピックアップ装置であっても、従来から大量に供給されたＣＤ，ＤＶＤに対しても情報の記録および／または再生を確保する必要がある。さらには、ＢＤ，ＨＤの規格が同時に普及した場合は、ＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤの光学系を一体にすることが望ましい。
【０００９】
そして、記録，再生すべき光記録媒体の種類に応じて、適切な波長の光源を選択し、この選択した光束に対して適切な光学処理を施し、それぞれの光記録媒体の基板厚さの違いによって生じる球面収差を補正することが望ましい。
【００１０】
４つの異なる種類の光記録媒体を、１つの光ピックアップを用いて記録または再生するものとしては、２つの対物レンズを用いる手段が特許文献１により提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２０９２９９号公報
【特許文献２】特開２００１―１４３３０３号公報
【特許文献３】特開平９−１２８７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような従来の構成では、２つの対物レンズを用いるために部品点数が多くなり、小型化，低コスト化に適しておらず、さらに、光記録媒体に応じて、対物レンズを可動させる必要があることから、アクチュエータの機構が複雑となる上、情報へのアクセス時間がかかるという問題があった。
【００１２】
４種類の光記録媒体を記録，再生する互換型の光ピックアップにおいて、小型化，低コスト化を実現させるためには、対物レンズを含めて、共通の光学系により達成されることが望ましい。
【００１３】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより異なる基板厚さを有する４種類の光記録媒体（具体的にはＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤ）の記録面に、良好なスポットを形成する光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した光ピックアップは、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、光記録媒体の記録密度の大きい順に第１，第２，第３，第４の光記録媒体として、第１，第２の光記録媒体に対応した第１の波長λ１を有する第１の光束を出射する第１の光源と、第３の光記録媒体に対応した第２の波長λ２を有する第２の光束を出射する第２の光源と、第４の光記録媒体に対応した第３の波長λ３を有する第３の光束を出射する第３の光源と、第１〜第３の光束を第１〜第４の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、対物レンズと第１〜第３の光源との間に設けた収差補正手段とを備え、光源の第１，第２，第３の波長がλ１＜λ２＜λ３の関係であり、収差補正手段が、光源の第２，第３の光束を回折せず、第１の光束を０次透過光と＋１次回折光の２つの回折光に配分する回折構造を有し、０次透過光は第１の光記録媒体への集光に用いられ、＋１次回折光は第２の光記録媒体への集光に用いられて、回折構造により第１の光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を打ち消すことによって、収差補正手段は、効率ロスを抑えて、第１，第２の光記録媒体への集光が可能とするために、第１の光束の多くを０次と＋１次の低次回折光として光束を分配して、第１，第２の光記録媒体へ集光し、特に、対物レンズを使用時の動作マージンの最も狭い、短波長，記録密度大の第１の光記録媒体に合わせて設計して、収差補正手段を第２の光記録媒体への集光時の基板通過時に発生する収差を打ち消す回折構造とし、第２の光記録媒体の情報記録面上に良好なスポットを形成でき、安定した記録，再生の動作を単一の対物レンズにより記録密度の異なる４種類の光記録媒体に集光可能な小型の光ピックアップが実現できる。
【００１５】
また、請求項２に記載した光ピックアップは、請求項１記載の光ピックアップであって、収差補正手段は、第１の光束が通過する光線有効径内において、２つの同心円状の領域に分割して、分割した領域の内周側に回折構造を形成し、分割した領域の外周側を平坦に形成したことによって、内周側の領域の回折構造により、第２の光記録媒体への集光を行い、外周側の領域は集光に作用しない開口制限ができ、かつ外周側の輪帯領域は平坦形状であるため、光利用効率のロスなく第１の光記録媒体への集光ができる。
【００１６】
また、請求項３に記載した光ピックアップは、請求項２記載の光ピックアップであって、回折構造は、鋸歯状の断面構造を有する複数の輪帯からなるブレーズ型回折構造、または階段状の断面構造を有する複数の輪帯からなるマルチレベル型回折構造であって、回折構造の断面の高さは、第２の光束の波長λ２，第３の光束の波長λ３よりも小さいことによって、この回折構造を通過する光束が、溝深さが１波長程度のとき０次光透過光の透過率が最小となり、代わって１次回折光が増すため、第２，第３の光束の波長よりも小さい溝深さの回折構造の選択により、第２，第３の光束はその多くを０次透過光として透過させることができ、第１，第２の光記録媒体に対しては、高い光利用効率で集光して、第２，第３の光束が収差補正手段の通過に際しては、不要回折光を発生させず良好な記録特性を確保できる。
【００１７】
また、請求項４に記載した光ピックアップは、請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、第２の光束または第３の光束のうちの少なくともいずれか１が対物レンズに有限系入射することによって、第３，第４の光記録媒体の情報記録面上に球面収差のない良好なスポットを形成し、安定した再生，記録ができ、また有限系入射による球面収差補正方法は、例えば収差補正素子等の球面収差補正手段に比べて光利用効率のロスが少なく補正できる。
【００１８】
また、請求項５に記載した光ピックアップは、請求項１，２または３記載の光ピックアップであって、液晶層と、液晶層を挟持する対向電極と、対向電極を挟持する透光性基板からなる液晶素子を備え、液晶素子によって、第２の光束または第３の光束のうちの少なくともいずれか１が対応する光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を打ち消すことによって、第３，第４の光記録媒体の情報記録面上に球面収差のない良好なスポットを形成し、安定した再生，記録ができ、また液晶素子による補正方法は、例えば回折素子等の球面収差補正手段に比べて光利用効率のロスが少なく補正できる。
【００１９】
また、請求項６に記載した光ピックアップは、請求項５記載の光ピックアップであって、液晶素子の透光性基板の表面に請求項１，２または３記載の回折構造が形成されてなることによって、素子点数を削減でき、素子アセンブリの容易化と動作時の位置変動などによる影響を低減できる。
【００２０】
また、請求項７または８に記載した光ピックアップは、請求項５または６記載の光ピックアップであって、第１，第２，第３，第４の光記録媒体に、開口数：ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３，ＮＡ４（ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３≧ＮＡ４）により光束を集光する光学系において、液晶素子の対向電極のそれぞれ異なる面上、または同一電極面上に光束の位相差が最大となる瞳半径位置ｒ３の電極と瞳半径位置ｒ４の電極を備え、瞳半径位置ｒ３が略開口数：ＮＡ３〜ＮＡ４の領域に、瞳半径位置ｒ４が略開口数：ＮＡ４以内の領域に形成されてなることによって、第３，第４の光記録媒体の情報記録面上に球面収差のない良好なスポットを形成し、安定した再生，記録ができ、また回折素子等の球面収差補正手段に比べて光利用効率のロスが少なく補正でき、さらに対物レンズと液晶素子に対して平行光入射ができ、これ搭載したアクチュエータ可動時も不要な収差を発生させずに補正できる。
【００２１】
また、請求項９に記載した光ピックアップは、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップであって、収差補正手段または液晶素子の外形形状が、光束が通過する回折構造の同心円と同軸の円形状であることによって、外部環境が変動しても形状の変化が均一化されて、うねりを低減でき、波面精度のよい安定した素子が実現できる。
【００２２】
また、請求項１０に記載した光情報処理装置は、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光情報処理装置であって、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップと、光記録媒体を回転駆動する駆動手段と、光記録媒体に光束を追従集光するサーボ制御手段と、光記録媒体に対応して光源を発光制御する変復調手段とを備えたことによって、コンパクトな光情報処理装置が実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚さと記録密度の異なる４種類の光記録媒体の記録面に良好な集光し、安定した記録，再生の動作ができ、小型化，低コスト化，高効率化した高精度な光ピックアップおよび光情報処理装置が実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施形態１における光ピックアップの概略構成を示す図である。図１に示すように、単一の対物レンズ１０６により、異なる光源波長を用いて、４種類の光記録媒体（ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系）を異なる開口数（ＮＡ）で記録または再生を行う互換型の光ピックアップである。
【００２６】
この４種類のＢＤ系光記録媒体１０７，ＨＤ系光記録媒体１１７，ＤＶＤ系光記録媒体１２７，ＣＤ系光記録媒体１３７の基板厚は、それぞれ０.１ｍｍ，０.６ｍｍ，０.６ｍｍ，１.２ｍｍであり、開口数は、それぞれＮＡ０.８５，ＮＡ０.６５，ＮＡ０.６５，ＮＡ０.４５であり、それぞれＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤの各光記録媒体に対応し、また光源の使用波長は、それぞれλ１＝３９５〜４１５ｎｍ，λ２＝６５０〜６７０ｎｍ，λ３＝７７０〜８０５ｎｍである。
【００２７】
図１に示す光ピックアップは、ＢＤ系光記録媒体１０７，ＨＤ系光記録媒体１１７に対する光学系として、半導体レーザ１０１，コリメートレンズ１０２，偏光ビームスプリッタ１０３，プリズム１０４，１／４波長板１０５，対物レンズ１０６，検出レンズ１０８，受光素子１１０，収差補正手段５０１により構成される。第１の光源である半導体レーザ１０１の中心波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ１０６の開口数（ＮＡ）は０.８５である。ＨＤ系光記録媒体１１７に対してＮＡは０.６５で集光させる。ＮＡの切り替えは収差補正手段５０１により制限される。ＢＤ系光記録媒体１０７の基板厚は０.１ｍｍ、ＨＤ系光記録媒体１１７の基板厚は０.６ｍｍである。
【００２８】
半導体レーザ１０１からの出射光は、コリメートレンズ１０２により略平行光にされる。コリメートレンズ１０２を通過した光束は偏光ビームスプリッタ１０３に入射し、プリズム１０４より偏向される。さらに、１／４波長板１０５で円偏光に変換され、収差補正手段５０１，対物レンズ１０６を介して集光されることにより、情報の記録，再生がされる。
【００２９】
そして、ＢＤ系光記録媒体１０７，ＨＤ系光記録媒体１１７からの反射光は、１／４波長板１０５を通過した後、往路の光束の偏光方向とは直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０３により反射、入射光と分離して偏向され、検出レンズ１０８により受光素子１１０上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００３０】
また、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、中心波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１３０ａから出射した光束は、発散角変換レンズ１３２，波長選択性ビームスプリッタ１３３を経て、プリズム１０４より偏向される。さらに、１／４波長板１０５，収差補正手段５０１，対物レンズ１０６を介して、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に集光される。ＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚は０.６ｍｍであり、対物レンズのＮＡは０.６５である。ＮＡの切り替えは、収差補正手段５０１により制限される。
【００３１】
そして、ＤＶＤ系光記録媒体１２７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１３３により偏向され、ホログラム素子１３０ｂにより回折され、入射光と分離して受光素子１３０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００３２】
また、ＣＤ系光記録媒体１３７に対して、中心波長が７８５ｎｍの半導体レーザ１４０ａから出射した光束は、発散角変換レンズ１４２，波長選択性ビームスプリッタ１４３を経て、プリズム１０４より偏向される。さらに、１／４波長板１０５，収差補正手段５０１，対物レンズ１０６を介して、ＣＤ系光記録媒体１３７に集光される。ＣＤ系光記録媒体１３７の基板厚は１.２ｍｍであり、対物レンズのＮＡは０.４５である。ＮＡの切り替えは、収差補正手段５０１により制限される。
【００３３】
そして、ＣＤ系光記録媒体１３７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１４３により偏向され、ホログラム素子１４０ｂにより回折され、入射光と分離して受光素子１４０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００３４】
また、図１に示す光ピックアップは、ＤＶＤ系およびＣＤ系に用いる半導体レーザ１３０ａ，１４０ａと受光素子１３０ｃ，１４０ｃとホログラム素子１３０ｂ，１４０ｂが一体化されたモジュール構成を用いている。光ピックアップの構成は、これに限られるものでなく、例えば図２に示すような構成であってもよい。図２に示す光ピックアップでは、中心波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１３０ａと中心波長が７８５ｎｍの半導体レーザ１４０ａが１つにパッケージ化されてなり、図１ではＤＶＤ，ＣＤそれぞれに対応して配置されていた受光素子１３０ｃ，１４０ｃの代わりに、１つの受光素子１５０でＤＶＤ，ＣＤの信号を検出する構成とした。またホログラム素子１３０ｂ，１４０ｂの代わりに偏光ビームスプリッタ１５１により光源から光記録媒体に向かう往路と、光記録媒体からの反射光の分離を行う構成としている。
【００３５】
また、図１に示す光ピックアップでは、半導体レーザ１０１，１３０ａ，１４０ｂから出射した波長４０５ｎｍ，６６０ｎｍ，７８５ｎｍの各光束のいずれもが、収差補正手段５０１および対物レンズ１０６を通過する構成であるが、本実施形態１の収差補正手段５０１を用いる光ピックアップ構成としてはこれに限定されるものではなく、図３に示すような構成であってもよい。すなわち、ＤＶＤ用の波長６６０ｎｍ、ＣＤ用の波長７８５ｎｍの光束は対物レンズ１０６とは別体の対物レンズ７０６で集光する構成であってもよい。
【００３６】
図３に示す光ピックアップでは、図１に示すプリズム１０４の代わりに波長選択性ビームスプリッタ７０３を配置し、また対物レンズ７０６に波長６６０ｎｍの光束と波長７８５ｎｍの光束を導くためにプリズム７０４、波長６６０ｎｍの光束と波長７８５ｎｍの光束の往路と復路での直線偏光方向を９０度回転させる１／４波長板７０５を配置する。対物レンズ７０６としては、ＤＶＤ系光記録媒体１２７，ＣＤ系光記録媒体１３７それぞれに集光させることが可能な公知の樹脂性の回折レンズを用いればよい。また、波長選択性ビームスプリッタ７０３は、波長４０５ｎｍの光束を反射させ、波長７８５ｎｍ，波長６６０ｎｍの光束を透過させる多層膜が形成された波長選択性ビームスプリッタを用いればよい。
【００３７】
さらに、本実施形態１の収差補正手段５０１を用いる光ピックアップは図４に示す構成であってもよい。図４に示す光ピックアップでは、図３に示す光ピックアップにおいて、波長４０５ｎｍ，波長６６０ｎｍ，波長７８５ｎｍの各光束が光路の一部を共用していたのに対し、波長４０５ｎｍの光束が通る光路と、波長６６０ｎｍの光束および波長７８５ｎｍの光束が通る光路を別とした構成である。
【００３８】
また、図１に示す対物レンズ１０６は、厚さ０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７を高精度に記録，再生できるように最適に設計されている。つまり、設計波長は４０５ｎｍであり、波長４０５ｎｍでは波面収差０.０１λｒｍｓ以下と十分小さくなるよう設計されている。これは、対物レンズ１０６は、高ＮＡ化、短波長化に伴い製造誤差の影響を受けやすく、言い方をかえると製造マージンが狭いため、本実施形態１では対物レンズ１０６を４種類の光記録媒体のうちのＢＤ系光記録媒体１０７に対応した設計としている。
【００３９】
なお、本実施形態１の対物レンズ１０６は、厚さ０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７に最適に設計されているが、これに限定されるものではない。例えば、情報記録面を２層有する２層ＢＤ系光記録媒体では、情報記録面を光入射側か０.０７５ｍｍと０.１００ｍｍの位置に情報記録面を有するために、その中間の値である厚さ０.０８７５ｍｍを設計中央値とした対物レンズであってもよい。
【００４０】
図５に対物レンズの具体的な構成例を示す。本実施形態１における対物レンズ１０６は両面非球面形状であり、面の頂点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、ｒを近軸曲率半径、κを円錐形数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，・・・・・を非球面係数とするとき、面の光軸方向の距離ｘと半径Ｒの関係より、非球面形状は、（数１）
【００４１】
【数１】
2007317348.tif 000003
で表される。各面および各領域の面データを（表１）に示す。
【００４２】
【表１】
2007317348.tif 000004
ここで、ガラスの硝材は住田光学製のＫＶＣ８１、対物レンズの有効瞳半径は２.１５ｍｍである。なお、対物レンズ１０６の材料としては、ガラスに限らず、樹脂を用いてもよい。
【００４３】
また、対物レンズ１０６がＢＤ系光記録媒体１０７に最適に設計されていることから、ＨＤ系光記録媒体１１７に適応させるために補正する収差補正手段５０１の回折構造について説明する。図６〜図８は収差補正手段５０１を説明するための図であり、図６，図７は拡大した断面図、図８は回折面を示す図である。収差補正手段５０１は、ＨＤ系光記録媒体１１７に対して、４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した光束が、対物レンズ１０６で基板厚の違いにより発生する球面収差を補正および対物レンズ１０６の開口を切り替えるための開口制限の機能を有する。
【００４４】
図６は本実施形態１における収差補正手段５０１と対物レンズ１０６の構成を模式的に示す断面図である。図６に示すように、収差補正手段５０１と対物レンズ１０６は、鏡筒１２１により同軸で一体化されている。具体的には、円筒状の鏡筒１２１の一端に、収差補正手段５０１を固定し、他端に対物レンズ１０６を固定して、これらを光軸に沿って同軸に一体化した構成となっている。
【００４５】
いま、ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１０７，１１７，１２７，１３７を記録，再生するときに、対物レンズ１０６はトラッキング制御により、光軸に対して垂直方向に±０.５ｍｍ程度の範囲内で移動する。ところが、ＨＤ系光記録媒体１１７に対しては、収差補正手段５０１により回折を受けるため、収差補正手段５０１が移動せずに、対物レンズ１０６だけが移動すると、収差が発生して集光スポットが劣化してしまう。そこで、収差補正手段５０１と対物レンズ１０６を一体化させ、トラッキング制御時に一体で移動させることにより、良好な集光スポットを得る構成としている。
【００４６】
なお、図６に示す鏡筒１２１を収差補正手段５０１または対物レンズ１０６のいずれかのフランジとして一体化した構成であってもよい。このフランジを介して、他方の素子を接合する。
【００４７】
また、図７は本実施形態１における収差補正手段５０１を示す断面図である。収差補正手段５０１の材料としては、ガラスや樹脂、またはガラス基板上に紫外線硬化樹脂層を設け、この樹脂層に回折構造を設けたものであればよいが、ガラスと比べて軽く、成型加工が容易、かつ大量生産がしやすいという観点から樹脂が望ましい。本実施形態１の収差補正手段５０１は、図示しないアクチュエータに搭載され、フォーカシングやトラッキングの制御を行うために可動することから、軽い方が望ましい。樹脂としては、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）（４０５ｎｍ，６６０ｎｍ，７８５ｎｍの各波長での屈折率が、１.５１，１.４９，１.４８）や、吸湿特性がよい日本ゼオン社製の光学樹脂であるＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス：登録商標）などが挙げられる。
【００４８】
なお、回折構造の作製方法としては、材料がガラスの場合はエッチングやモールディングで行えばよく、樹脂材料の場合はインプリントやモールディングで行えばよい。
【００４９】
次に、収差補正手段５０１における回折構造を有する回折面５０３は、図８に示すように光束が通過する範囲内において、同心円状に分割された２つの領域５０３ａ，５０３ｂを有する。第１の領域５０３ａはＨＤ系光記録媒体１１７に対するＮＡ０.６５の領域に相当し、本実施形態１では半径１.６ｍｍと設定する。第１の領域５０３ａには、回折構造が形成されてなり、波長４０５ｎｍの第１の光束が入射すると、その光量の大半は、０次光と＋１次回折光に振り分けられ、波長６６０ｎｍの第２の光束、波長７８５ｎｍの第３の光束については、その大半が０次光で透過する。
【００５０】
また、第２の領域５０３ｂは、ＨＤ系光記録媒体１１７に対するＮＡ０.６５からＢＤ系光記録媒体１０７に対するＮＡ０.８５の領域に相当し、本実施形態１では半径１.６ｍｍから２.２ｍｍに設定する。第２の領域５０３ｂは回折構造が形成されない平坦な構造となっている。
【００５１】
さらに、回折面５０３の第１の領域５０３ａには、光軸垂直面内で光軸中心に同心円状のパターンからなる回折構造が形成されていて、＋１次回折光と同時に０次透過光を生成する。つまり、回折面５０３は入射光の一部を０次透過光、一部を＋１次以上の回折光として出射するため、対物レンズ１０６と組み合わせた２焦点レンズの構成となる。同じ波長で、異なる基板厚を有するＢＤ系，ＨＤ系光記録媒体１０７，１１７上にそれぞれ回折限界まで集光するスポットを形成する。この回折面５０３により、回折された光束と回折されない光束は、光軸上の異なる焦点位置に集光され、それぞれの光記録媒体にスポットを形成する。
【００５２】
また、前述したように、対物レンズ１０６が基板厚０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７で最適設計されているため、基板厚０.６ｍｍのＨＤ系光記録媒体１１７を収差補正手段なしで集光させた場合、無視できない球面収差が発生する。これに対し、回折面５０３の第１の領域５０３ａで＋１次回折された第１の光束は、収差補正手段５０１を配置せずに対物レンズ１０６で第１の光束をＨＤ系光記録媒体１１７に集光させた際に発生する球面収差を補正するような回折構造が形成されてなる。
【００５３】
第２の領域５０３ｂは回折構造が形成されない平坦部であり、第１の光束をそのまま透過させる。ＢＤ系光記録媒体１０７に対しては対物レンズ１０６により集光され、ＨＤ系光記録媒体１１７に対しては集光されず、図９（ｂ）に示すような散乱光となり集光には作用せず、記録，再生に影響しない。すなわち、特別な構造やコートを行わずにＨＤ系光記録媒体１１７に対するＮＡ０.６５の制限を行うことができる。
【００５４】
回折面５０３における第１の領域５０３ａに形成される回折構造の溝深さ（断面の高さ）について図１０を参照しながら説明する。回折光学系では、入射光すべてのエネルギーが射出光に変換されるのではなく、回折効率と呼ばれる効率でしか変換されない。図１０の破線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状は、ある波長でブレーズ化されると、その波長での回折効率は薄型近似の場合、理論的には１００％である。第１の領域５０３ａは、３波長のうち、４０５ｎｍの第１の光束に対しては０次透過光と１次以上の回折光として使用し、図１０に示すような階段近似した形状とする。また、階段形状にすると、理想的なキノフォーム形状を製作するよりも容易となる。なお、０次透過光とは、入射光の入射する際の進行方向をそのまま保つ透過光のことである。
【００５５】
第１の領域５０３ａは、第１の光束に対しては、対物レンズ１０６と組み合わせて２焦点レンズの構成となるため、０次透過光と＋１次回折光を発生するように、さらに、第２，第３の光束に対しては、その透過光の主たる光束を用いるため、すなわち０次透過光の効率が良くなるように、回折構造の溝深さを設定することが望ましい。
【００５６】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に階段形状の回折構造の溝深さＤと回折効率の関係を示す図であり、図１１（ａ）は第１の光束、図１１（ｂ）は第２の光束、図１１（ｃ）は第３の光束に対する結果であり、ＲＣＷＡ（Ｒigorous Ｃoupled Ｗave Ａnalysis）法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは１０μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、溝深さＤを０.２９３μｍとするとどの波長に対しても所望の効率を得ることができる。回折効率は、第１の光束の０次透過光、＋１次回折光、第２，第３の光束の０次透過光でそれぞれ３８％，３５％，７４％，８１％となる。０.２９３μｍの溝深さＤは一段に換算すると溝深さは０.１４６５μｍとなる。
【００５７】
なお、本実施形態１は、材料をＰＭＭＡ、段数を３段、回折次数を０次と１次に設定したが、これに限定されるものではなく、図１２に示すような第２，第３の光束の波長より小さい範囲での鋸歯形状であってもよい。図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）に鋸歯形状の回折構造の溝深さＤと回折効率の関係を示す図であり、図１３（ａ）は第１の光束、図１３（ｂ）は第２の光束、図１３（ｃ）は第３の光束に対する結果であり、ＲＣＷＡ法を用いたベクトル計算の結果である。効率計算時のピッチは１０μｍとした。材料にＰＭＭＡを用いる場合、溝尾深さＤを０.４０５μｍとするとどの波長に対しても所望の効率を得ることができる。回折効率は、第１の光束の０次透過光、＋１次回折光、第２，第３の光束の０次透過光でそれぞれ３８％，３８％，７２％，７９％となる。
【００５８】
また、前述の説明では、０次透過光と＋１次回折光の効率配分をほぼ同じに設定したが、使用方法に応じて、効率配分を変えることが望ましい。回折構造の溝深さＤを浅くすれば０次透過光が増し、深くすれば＋１次回折光が増す。例えば、ＢＤ系光記録媒体１０７は記録，再生、ＨＤ系光記録媒体１１７は再生のみに対応させる場合は、第１の光束の０次透過光の配分を増やせばよい。なお、第１の光束の０次透過光の配分を増やした場合、図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）などからもわかるようにＤＶＤ系，ＣＤ系の０次透過率が増加するため望ましい。
【００５９】
回折面５０３の第１の領域５０３ａに形成される回折構造の実際の形状を図１４に示す。この回折構造の回折面５０３と対物レンズ１０６の組み合わせにより、２焦点レンズを実現し、ＢＤ系，ＨＤ系光記録媒体１０７，１１７に良好な集光スポットを形成し、第２，第３の光束に対しては、０次透過光として効率よく透過させる。
【００６０】
収差補正手段５０１の第１の領域５０３ａの断面は、図７に示されるように同心円上に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、３つの段を有している。輪帯状凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。また、輪帯状凹凸部のピッチは、ＨＤ系光記録媒体１１７に対しては、＋１次回折光で収差を補正するよう設定される。
【００６１】
回折面５０３の光路差関数は（数２）
【００６２】
【数２】
2007317348.tif 000005
と定義される。
【００６３】
ただし、光軸垂直面の光軸と交わる点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、φは光路差関数、Ｒは半径（光軸からの距離）、Ｃ１，Ｃ２，・・・は光路差係数である。第１の領域５０３ａの面における光路差係数を（表２）に示す。また、第１の領域５０３ａのピッチの最小値は８.５μｍ、輪帯数は９５である。
【００６４】
【表２】
2007317348.tif 000006
また、本実施形態１においては、ＤＶＤ系光路とＣＤ系光路は有限系（対物レンズ１０６への入射光が発散光で入射する状態を意味する）の構成として配置される。
【００６５】
いま、波長λ１：４０５ｎｍ、ＮＡ：０.８５、基板厚：０.１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７に対して、無限系（対物レンズ１０６への入射光が平行光で入射する状態を意味する）入射で波面収差が最小となる単一の対物レンズ１０６を用いて、波長λ２：６６０ｎｍ、ＮＡ：０.６５、基板厚：０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１２７に無限系入射によりスポット形成させた場合、基板厚と波長の違いに伴う球面収差が発生する。同様に、波長λ３：７８５ｎｍ、ＮＡ：０.５０、基板厚：１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１３７に無限系入射によりスポット形成させた場合も、波長および基板厚の違いに伴う球面収差が発生する。このような球面収差を抑制する方法として、対物レンズ１０６への入射光束を有限系入射させる方法が知られている。一般に対物レンズ１０６へ入射する光束の発散状態を変化させることは、球面収差を変化させることと等価であるため、球面収差を低減可能な発散状態を選べばよい。
【００６６】
このことから、波長λ２：６６０ｎｍ、ＮＡ：０.６５、基板厚：０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１２７に無限系入射の状態から、物体距離（光源と対物レンズの間隔に相当する）を変化させた場合を図１５（ａ）に示す。これによれば物体距離３８ｍｍ付近で波面劣化は小さくなる。図１５（ａ）は対物レンズ１０６と光源の間を空気層として計算した結果であるが、実際には、図１に示す発散角変換レンズ１３２，プリズム１０４，１／４波長板１０５，収差補正手段５０１等を考慮して設計が行われる。
【００６７】
同様に、波長λ３：７８５ｎｍ、ＮＡ：０.５０、基板厚：１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１３７に無限系入射の状態から、物体距離（光源と対物レンズの間隔に相当する）を変化させた場合を図１５（ｂ）に示す。これによれば物体距離２４ｍｍ付近で波面劣化は小さくなる。図１５（ｂ）は対物レンズ１０６と光源の間を空気層として計算した結果であるが、実際には、発散角変換レンズ１４２，プリズム１０４，１／４波長板１０５，収差補正手段５０１等を考慮して設計が行われる。
【００６８】
また、収差補正手段５０１の対物レンズ１０６側には、コート面５０２として、ＤＶＤ，ＣＤの開口制限を行うための多層膜コートが形成されてなる。光源から出射される光束の波長に応じて、透過／反射の切り替えを利用するものであり、波長選択性を有する光学多層膜を用いる。
【００６９】
図１６に示すように、第１の領域５０２ａ（半径ｒ＜１.２５ｍｍ）はＮＡ０.４５に相当し、ＣＤ系光記録媒体１３７に集光時は、第２の領域５０２ｂ，第３の領域５０２ｃを通過する第３の光束は集光に作用しない必要がある。この要求に対し、第２の領域５０２ｂに図１７（ａ）、第３の領域５０２ｃに図１７（ｂ）に示すような透過率特性をもつ多層膜コートがなされていればよい。第２の領域５０２ｂ，第３の領域５０２ｃを通過しようとする第３の光束は反射され、第１の領域５０２ａを通過する第３の光束のみが集光に作用する。
【００７０】
また、図１６に示すように、第１，第２の領域５０２ａ，５０２ｂ（半径ｒ＜１.７１５ｍｍ）の領域はＮＡ０.６０に相当し、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に集光時は、第３の領域５０２ｃを通過する第２の光束は集光に作用しない必要がある。この要求に対し、第３の領域５０２ｃに図１７（ｂ）に示すような透過率特性をもつ多層膜コートがなされていればよい。第３の領域５０２ｃを通過しようとする第２の光束は反射され、第１の領域５０２ａ，第２の領域５０２ｂを通過する第２の光束のみが集光に作用する。
【００７１】
また、第１の光束は、第１，第２，第３の領域５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃいずれの多層膜コートも不感で透過する。なお、多層膜コートは真空蒸着で行えばよい。
【００７２】
また、開口制限方法として、光学多層膜以外の方法であってもよく、例えば回折によって光束径を切り替える手段でもよい。具体的には波長選択性を有する回折格子を形成してやればよい。第１の領域５０２ａには回折格子を形成せず、第２の領域５０２ｂには第１，第２の光束は不感で透過し、第３の光束のみ作用する回折格子を形成し、通過する第３の光束を集光に作用しないように情報記録面上で散乱させてやればよい。また、第３の領域５０２ｃには第１の光束は不感で透過し、第２，第３の光束のみ作用する回折格子を形成し、通過する第２，第３の光束を集光に作用しないように情報記録面上で散乱させてやればよい。
【００７３】
さらに、開口制限方法として、光源から出射される光束の波長に応じて、吸収によって光束径を切り替える手段でもよい。第２の領域５０２ｂには第１，第２の光束は不感で透過して第３の光束のみ吸収するような光学多層膜または微細構造が形成され、第３の領域５０２ｃには第１の光束は不感で透過して第２，第３の光束のみ吸収するような光学多層膜または微細構造が形成されていればよい。
【００７４】
このように収差補正手段５０１は、一方の回折面５０３にＨＤ系光記録媒体１１７に最適集光させるための第１の領域５０３ａを有し、他方のコート面５０２にＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に最適集光させるための開口制限用の多層膜コートが形成されている。また、収差補正手段５０１の構成はこれに限定されるものではなく、第３の領域５０２ｃの外側領域に他の収差補正用の回折構造が形成されてもよい。例えば、ＢＤ系光記録媒体１０７に集光時の波長変動時に発生する収差を補正するような階段状の回折構造が形成されてもよい。
【００７５】
次に、本実施形態１における収差補正手段５０１の外形形状について、詳細に説明する。図８および図１６に示すように、収差補正手段５０１の外形の形状は、回折構造の第１の領域３０５ａと平坦部の第２の領域３０５ｂの境界と同様の円形状とする。なお、ここで円形状とは、多角形を含み、図１８に示すような８角形においても、同様の効果が得られる。さらに、これらの円形，多角形の形状は外形形状が光束有効径の３０％増しの場合であり、それ以上に外形形状が大きい場合は四角の形状であってもよい。
【００７６】
本実施形態１で用いているＰＭＭＡ等の樹脂は、射出成形ができる等の強みがあるため光学部品に最も広く使用され、かつ大量生産しやすいという特徴があるが、一方で吸湿性が弱点として挙げられる。これは屈折率や透過率といった光学特性を変動させるだけでなく、変形としても現れる。
【００７７】
図１９（ａ）〜（ｄ）に収差補正手段５０１が四角の外形形状の場合の４０５ｎｍの透過波面の実測結果を示す。図１９（ａ）は光線有効径内の第１，第２の領域５０３ａ，５０３ｂにおける透過波面測定の結果であり、波面形状を示す。図１９（ｂ），（ｃ）は図１９（ａ）の結果を領域に分割して波面測定した結果である。図１９（ｂ）は第１の領域５０３ａのみの透過波面形状５０３ｇ、図１９（ｃ）は第２の領域５０３ｂのみの透過波面形状５０３ｆを示す。
【００７８】
これらの波面形状をもとに波面収差を計算したところ、図１９（ａ）の光線有効径内の波面形状はＰＶ（Ｐeak to Ｖalley）値が０.５λ、波面収差０.１λｒｍｓと波面精度が非常に悪い。通常、光学部品の波面収差は０.０２λｒｍｓ以下であることが望ましい。図１９（ｂ）の回折領域内の波面収差は、０.０２λｒｍｓとなり良好な波面精度であるのに対して、図１９（ｃ）の第２の領域５０３ｂ（平坦部）の波面収差は０.１３λｒｍｓと大きく、光線有効径内の波面精度が悪い原因は、第２の領域５０３ｂ（平坦部）にあることがわかる。
【００７９】
図１９（ｄ）は第２の領域５０３ｂ（平坦部）の波面形状を円周方向に沿って、プロットしたものである。第２の領域５０３ｂ（平坦部）は収差補正手段の四角の形状に沿って、うねりが発生しており波面劣化の要因となっていると考えられる。このうねりの要因は、第１の領域５０３ａ（回折領域）と第２の領域５０３ｂ（平坦部）との境界は、外形の四角形の辺から近いところ５０３ｄと遠いところ５０３ｅが存在し、近いところと遠いところではＰＭＭＡの吸湿に差異がある。この吸湿の差異が変形の差異となり、うねりが発生している。
【００８０】
図２０（ａ）〜（ｄ）に本実施形態１の収差補正手段５０１の４０５ｎｍの透過波面の形状を示す。収差補正手段５０１の形状は円である。図２０（ａ）は光線有効径内の第１，第２の領域５０３ａ，５０３ｂにおける透過波面測定の結果であり、波面形状を示す。図２０（ｂ），（ｃ）は図２０（ａ）の結果を領域に分割して波面測定した結果である。図２０（ｂ）は第１の領域５０３ａ（回折領域）内のみの透過波面形状５０３ｇ、図２０（ｃ）は５０３ｃの第２の領域５０３ｂ（平坦部）のみの透過波面形状５０３ｆを示す。
【００８１】
図２０（ｄ）は第２の領域５０３ｂ（平坦部）の波面形状を円周方向に沿って、プロットしたものである。図２０（ａ）の光線有効径内の波面形状より波面収差を計算するとＰＶ値が０.１λ、波面収差０.０２λｒｍｓ、図２０（ｂ）の第１の領域５０３ａ（回折領域）内の波面収差は、０.０１５λｒｍｓ、図２０（ｃ）の第２の領域５０３ｂ（平坦部）の波面収差は０.０１７λｒｍｓであり、周辺部のうねりはなく良好な波面精度である。
【００８２】
このように、収差補正手段５０１の外形形状を、第１の領域５０３ａ（回折領域）と第２の領域５０３ｂ（平坦部）の境界と同様の円形状にすることで、ＰＭＭＡの吸湿による形状の変化が均一化され、うねりを低減することができ、高精度な光ピックアップを提供することができる。
【００８３】
また、本実施形態１の別例として、収差補正手段５０１の機能の一部を対物レンズ１０６に備えてもよい。例えば、図２１に示すように、前述した実施形態１に記載した収差補正手段５０１の回折面５０３の機能を対物レンズ１０６と一体化した断面図を示す。図２１に示すように対物レンズ１０６の面に回折面５０３が形成されていると、対物レンズ１０６と収差補正手段５０１との軸ずれによる波面劣化が低減できるだけでなく、組み付け工程も削減し、低コスト化を実現できる。
【００８４】
収差補正手段５０１の回折面５０３は、対物レンズ１０６の面のどちらか一方に形成すればよく、対物レンズ１０６の入射側の面、出射側の面どちらに形成してもよい。また、回折面５０３の形成は、対物レンズ１０６と一体に成型してもよいし、対物レンズ面上に樹脂層を上塗りし、この樹脂上に回折構造を形成してもよい。その場合、回折構造の材料としては、紫外線硬化樹脂が製造上適している。さらに、コート面５０２の開口制限機能を対物レンズ１０６上に設けてもよい。すなわち、対物レンズ１０６のいずれかの面に輪帯状の波長選択性の光学多層膜を形成すればよい。
【００８５】
以上のように、本実施形態１の光ピックアップによれば、単一の対物レンズ１０６により異なる基板厚さを有する４種類の光記録媒体（ＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤ）の記録面に良好なスポットが形成することができる。
【００８６】
図２２は本発明の実施形態２における液晶素子の動作を説明する図である。この液晶素子６０１は実施形態１の収差補正手段５０１の構成を一部に備えたものである。なお、光ピックアップの構成や対物レンズは実施形態１と同じである。
【００８７】
図２２に示すように、本実施形態２で示す液晶素子６０１は、外部からの制御信号に基づき球面収差をコントロールする液晶素子６０１と、その液晶素子６０１の保持部材として液晶層６３を挟持する透光性基板６１ａ，６１ｂと、一方の透光性基板６１ａ面に、ＨＤ系光記録媒体１１７への集光時に発生する球面収差を補正するための回折構造と、他方の透光性基板６１ｂ面にはＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体集光時の開口切り替えのための輪帯状の光学多層膜が形成されてなる。
【００８８】
また、図２３は本実施形態２における液晶素子６０１の液晶層部分を示す断面図であり、図２４は液晶部分の電極パターンを示す図である。図２３，図２４を参照しながら液晶素子６０１の構成および動作原理を説明する。
【００８９】
図２３に示すように、液晶素子６０１の液晶部分は、特許文献２などで公知の構成である。透光性基板６１ａ，６１ｂが、導電性スペーサ６２により接着され液晶セルを形成している。透光性基板６１ａの内側表面には、内側表面から透明電極６４ａ、絶縁膜６５、配向膜６６の順に、また透光性基板６１ｂの内側表面には、内側表面から透明電極６４ｂ、絶縁膜６５、配向膜６６の順に被膜されている。透明電極６４ａは電極引出部６７で接続線によって制御回路と接続できるようパターン配線されている。
【００９０】
また、透明電極６４ｂは導電性スペーサ６２により透光性基板６１ａ上に形成された透明電極６４ａと電気的に接続されている。したがって、透明電極６４ｂは電極引出部７を介して接続線によって液晶制御回路と接続できる。液晶セルの内部には液晶層３として液晶が充填されている。
【００９１】
次に、本実施形態２における液晶素子６０１を構成する液晶層６３を挟持する透光性基板６１ａ，６１ｂ上に形成される透明電極６４ａ，６４ｂは、例えば特許文献２で開示されているような一様な電極内に給電部を設けた電圧降下型の方法、または特許文献３で開示されているセグメント型の構成を用いればよい。本実施形態２では、電極パターンは光軸中心に同心円状に形成されてなり、前者の方法を用いたときの電極パターンの概念図を図２４（ａ）に、後者の方法を用いたときの電極パターンの概念図を図２４（ｂ）に示す。
【００９２】
液晶素子６０１は、図２４（ａ），図２４（ｂ）に示すようなメタル電極６９（給電部）または分割電極６８に所定の電圧を印加して、液晶の屈折率：ｎをｎ１〜ｎ２まで、同心円状に自在に変えることを可能としている。屈折率：ｎを変化させると、各領域を通過する光束に光路差：Δｎ×ｄ（Δｎは屈折率変化分、ｄは液晶のセル厚）、すなわち、波長をλとして、位相差Δｎ×ｄ（２π／λ）を与えることができる。
【００９３】
本実施形態２のようにＢＤ系光記録媒体１０７に対して設計された対物レンズ１０６で他の媒体を集光した場合、使用波長，基板厚の違いに伴い球面収差が発生する。球面収差は図２５（ａ），図２５（ｂ）の上側部分の実線に示すように表される。図２５は横軸に瞳半径位置、縦軸に波面収差をとっている。光軸上から光軸外に向かって波面収差は大きくなり、使用開口に相当する瞳半径付近で急激に小さくなるような形状である。図２４（ａ）に示す電極を用いた場合、このような球面収差に対し、対物レンズ１０６に光源側から入射する光束に、図２５（ａ）の下側部分の破線に示すような位相差を与えるように、液晶素子６０１の各同心円帯のメタル電極６９（給電部）に印加する電圧を調整すると、液晶素子６０１を透過する光束の各部での波面の遅れにより、前述した「収差」を打ち消すことができる。
【００９４】
また、図２４（ｂ）に示す電極を用いた場合、このような球面収差に対し、対物レンズ１０６に光源側から入射する光束に、図２５（ｂ）の下側部分の破線に示すような位相差が与えられるように、液晶素子の各同心円帯の分割電極６８に印加する電圧を調整すると、液晶素子を透過する光束の各部での波面の遅れにより、前述した「収差」を打ち消すことができる。
【００９５】
図２５（ｃ）は、図２５（ａ）における実線（球面収差）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の球面収差を示す。もとの球面収差（図２５（ａ）の実線の部分）よりも格段に小さくなる。また、図２５（ｄ））は、図２５（ｂ）における実線（球面収差）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の球面収差を示す。もとの波面収差（図２５（ｃ）の上の部分）よりも格段に小さくなる。
【００９６】
前記の２つの異なる球面収差を補正するための電極構成としては、例えば図２６に示すように構成すればよい。すなわち、連続した透明電極６４ａ，６４ｂを１対となし、透明電極６４ａ，６４ｂのそれぞれにメタル電極６９ａ〜６９ｃ，７０ａ〜７０ｃを形成してなる。これらのメタル電極６９ａ〜６９ｃ，７０ａ〜７０ｃは、メタル配線によりそれぞれ外部の信号源に接続されており、信号源より各々任意の電圧を供給できる。そして、本実施形態２では、メタル電極６９ａとしてＤＶＤ系光記録媒体１２７を記録，再生時に発生する球面収差が最大となる瞳半径位置ｒ３に形成し、メタル電極７０ｂとしてＣＤ系光記録媒体１３７を記録，再生時に発生する球面収差が最大となる瞳半径位置ｒ４に形成している。
【００９７】
前述のとおり、軸上から軸外に向かって波面収差は大きくなり、使用開口に相当する瞳半径付近で急激に小さくなるような形状であるため、液晶素子の球面収差変化を最大とするべき瞳半径位置は、使用開口数より若干小さめの瞳半径位置であればよい。よって、ＤＶＤ系光記録媒体１２７を補正するための瞳半径位置はＮＡ０.４５〜０.６５以内の領域に、ＣＤ系光記録媒体１３７を補正するための瞳半径位置はＮＡ０.４５以内の領域に形成すればよい。
【００９８】
そして、このような電極パターンを有する液晶素子６０１に対して、例えば、後述するような光記録媒体判別手段によりＤＶＤ系光記録媒体１２７が挿入されたことが認識されると、付加位相量が最大となる位置がメタル電極６９ｂとなるように予めメモリされた印加電圧が各電極に加えられ、ＣＤ系光記録媒体１３７が挿入されたことが認識されると、付加位相量が最大となる位置がメタル電極７０ｂとなるように予めメモリされた印加電圧が各電極に加えられる。また、ＢＤ系光記録媒体１０７，ＨＤ系光記録媒体１１７であることが認識されると、液晶素子６０１は何ら作用しない。
【００９９】
この液晶素子６０１の電極構成としては図２６に示した構成に限られるものではない。図２７に示すような１枚の透明電極６４ａにメタル電極６９ａ〜６９ｄを形成してなり、メタル電極６９ｃとしてＤＶＤ系光記録媒体１２７を記録，再生時に付加位相量が最大となる瞳半径位置に形成し、メタル電極６９ｂとしてＣＤ系光記録媒体１３７を記録，再生時に発生する球面収差が最大となる瞳半径位置に形成してもよい。
【０１００】
前述のとおり、光軸上から光軸外に向かって球面収差は大きくなり、使用開口に相当する瞳半径付近で急激に小さくなるような形状であるため、液晶素子の球面収差変化を最大とするべき瞳半径位置は、使用開口数より若干小さめの瞳半径位置であればよい。よって、ＤＶＤ系光記録媒体１２７を補正するための瞳半径位置はＮＡ０.４５〜０.６５以内の領域に、ＣＤ系光記録媒体１３７を補正するための瞳半径位置はＮＡ０.４５以内の領域に形成すればよい。
【０１０１】
また、図２８に示すような１枚の透明電極６４ａを１〜α（αは整数）の分割電極で形成してなり、β（βは整数：１＜β＜α）の分割電極としてＤＶＤ系光記録媒体１２７を記録，再生時に発生する球面収差が最大となる瞳半径位置に形成し、γ（γは整数：１＜γ＜β＜α）の分割電極としてＣＤ系光記録媒体１３７を記録，再生時に発生する球面収差が最大となる瞳半径位置に形成してもよい。
【０１０２】
本実施形態２では、ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体の判別は、ＤＶＤ／ＣＤの２世代互換型の情報記録再生装置（コンボドライブなどと呼ばれている）において採用されている手法を用いればよい。すなわち、光記録媒体の挿入時に、青色，赤色のいずれかの光源を点灯させてフォーカスサーチさせたときの戻り光量レベルなどにより判別するような構成等を用いればよい。
【０１０３】
前述のように、光記録媒体の種類に応じて検知された光記録媒体判別手段の出力によって、ＤＶＤ系光記録媒体の記録，再生時に、光源からの光束を対物レンズに入射させると、波長や基板厚みの違いに伴う球面収差が発生し、記録面上に形成される光スポットの形状が劣化する場合、この発生する球面収差を打ち消す逆極性の球面収差量を、光記録媒体ごとに予め記憶させて、逆極性の球面収差を与える制御をすることができる。
【０１０４】
また、液晶素子６０１は、前記のＤＶＤ，ＣＤ互換の使用に限定されるものではない。ＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤの各光記録媒体で発生する他の要因に基づく球面収差を補正するものであってもよい。例えば、光記録媒体の基板厚ばらつきなどに応じて球面収差を補正するものであってもよい。この場合、光記録媒体の挿入時に液晶素子６０１の印加電圧をコントロールしながら再生信号が最良となる（具体的には、再生信号振幅最大となる）ような印加電圧を抽出してやってもよい。
【０１０５】
また、球面収差は半導体レーザの波長変動や動作温度などの環境変動によっても発生するが、前記と同様に光記録媒体の挿入時に液晶素子６０１の印加電圧をコントロールしながら再生信号が最良となる印加電圧を抽出してやることで、これらの変動要因の影響を軽減することができる。
【０１０６】
以上のように、本実施形態２における光ピックアップによれば、単一の対物レンズ１０６により異なる基板厚さを有する４種類の光記録媒体（ＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤ）の記録面に光利用効率のロスを少なくして、より良好なスポットが形成でき、かつ素子構成を簡素化でき、動作時の位置変動等による影響を低減できる。
【０１０７】
図２９は本発明の実施形態３における光情報処理装置の概略構成を示すブロック図である。実施形態１，２において説明した光記録媒体に対して、情報信号の記録および再生を行う装置であり、光ピックアップ９１は前述した光ピックアップに相当する機能を備えて構成されている。そして、光記録媒体１００を回転操作するスピンドルモータ９８と、情報信号の記録，再生を行う際に使用される光ピックアップ９１と、光ピックアップ９１を光記録媒体１００の内外周に移動操作するための送りモータ９２と、所定の変調および復調処理を行う変復調回路９４と、光ピックアップ９１のサーボ制御などを行うサーボ制御回路９３と、光情報処理装置の全体の制御を行うシステムコントローラ９６とを備えている。
【０１０８】
以下に、本実施形態３の光情報処理装置の動作について図２９を参照しながら説明する。まず、スピンドルモータ９８は、サーボ制御回路９３により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動される。すなわち、記録，再生の対象となる光記録媒体１００は、スピンドルモータ９８の駆動軸上にチャッキングされ、サーボ制御回路９３により駆動制御される。このスピンドルモータ９８によって、所定の回転数で回転操作される。
【０１０９】
光ピックアップ９１は、光記録媒体１００に対する情報信号の記録および再生を行うとき、前述したように、回転駆動される光記録媒体９７に対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。また光ピックアップ９１は、変復調回路９４に接続されている。そして、情報信号の記録を行う際には、外部回路９５から入力され変復調回路９４によって所定の変調処理が施された信号が光ピックアップ９１に供給される。光ピックアップ９１は、変復調回路９４から供給される信号に基づいて、光記録媒体１００に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。また、情報信号の再生を行う際には、光ピックアップ９１は、回転駆動される光記録媒体１００に対して、一定の出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号が生成され、この再生信号が変復調回路９４に供給される。
【０１１０】
また、この光ピックアップ９１は、サーボ制御回路９３にも接続されている。そして、情報信号の記録，再生時に、回転駆動される光記録媒体９７によって反射されて戻ってきた戻り光から、前述したように、フォーカスサーボ信号およびトラッキングサーボ信号が生成され、それらのサーボ信号がサーボ制御回路９３に供給される。
【０１１１】
変復調回路９４は、システムコントローラ９６および外部回路９５に接続されている。変復調回路９４は、情報信号を光記録媒体１００に記録するときには、システムコントローラ９６による制御のもとで、光記録媒体１００に記録する信号を外部回路９５から受け取り、この信号に対して所定の変調処理を施す。変復調回路９４によって変調された信号は、光ピックアップ９１に供給される。また、変復調回路９４は、情報信号を光記録媒体１００から再生するときには、システムコントローラ９６による制御のもとで、光記録媒体１００から再生された再生信号を光ピックアップ９１から受け取り、この再生信号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路９４によって復調された信号は、変復調回路９４から外部回路９５へ出力される。
【０１１２】
送りモータ９２は、情報信号の記録および再生を行うとき、光ピックアップ９１を光記録媒体１００の半径方向の所定の位置に移動させるためのものであり、サーボ制御回路９３からの制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送りモータ９２は、サーボ制御回路９３に接続されており、サーボ制御回路９３により制御される。
【０１１３】
サーボ制御回路９３は、システムコントローラ９６による制御のもとで、光ピックアップ９１が光記録媒体１００に対向する所定の位置に移動されるように、送りモータ９２を制御する。また、サーボ制御回路９３は、スピンドルモータ９８にも接続されており、システムコントローラ９６による制御のもとで、スピンドルモータ９８の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路９３は、光記録媒体１００に対する情報信号の記録および再生時に、この光記録媒体１００が所定の回転数で回転駆動されるように、スピンドルモータ９８を制御する。
【０１１４】
以上のように、本実施形態３における光情報処理装置によれば、単一の対物レンズ１０６により異なる基板厚さを有する４種類の光記録媒体（ＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤ）の記録面に良好なスポットが形成可能な光ピックアップを用いて、光記録媒体１００に対して情報信号の記録，再生または消去の最適な処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明に係る光ピックアップおよび光情報処理装置は、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚さと記録密度の異なる４種類の光記録媒体の記録面に良好に集光し、安定した記録，再生の動作ができ、異なる４種類以上の光記録媒体に対して情報を記録，再生する際に、互換性を有する装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施形態１における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】別の光ピックアップの概略構成を示す図
【図３】もう一つ別の光ピックアップの概略構成を示す図
【図４】さらにもう一つ別の光ピックアップの概略構成を示す図
【図５】対物レンズの具体的な構成例を示す図
【図６】対物レンズと収差補正手段を示す断面図
【図７】収差補正手段の断面図
【図８】収差補正手段の回折面を示す図
【図９】（ａ）はＨＤ系光記録媒体上に集光する光束、（ｂ）はＨＤ系光記録媒体上に形成されるスポットを示す図
【図１０】回折面の階段形状の回折構造を示す図
【図１１】階段形状の回折構造の（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束の溝深さと回折効率の関係を示す図
【図１２】回折面の鋸歯形状の回折構造を示す図
【図１３】鋸歯形状の回折構造の（ａ）は第１の光束、（ｂ）は第２の光束、（ｃ）は第３の光束の溝深さと回折効率の関係を示す図
【図１４】回折面の第１の領域に形成される回折構造の実際の形状を示す図
【図１５】（ａ）はＤＶＤ系光記録媒体に無限系入射の状態から物体距離を変化させたとき、（ｂ）はＣＤ系光記録媒体に無限系入射の状態から、物体距離を変化させたときの波面の特性を示す図
【図１６】本発明の実施形態１における収差補正手段のコート面を示す図
【図１７】図１６に示す収差補正手段の多層膜コートの（ａ）は第２の領域、（ｂ）は第３の領域の透過率特性を示す図
【図１８】収差補正手段の外形の形状を示す図
【図１９】（ａ）〜（ｄ）は収差補正手段が四角形状で波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す図
【図２０】（ａ）〜（ｄ）は収差補正手段が円形状で波長４０５ｎｍの透過光の波面形状を示す図
【図２１】収差補正手段の回折面の機能を対物レンズと一体化した断面図
【図２２】対物レンズと液晶素子の断面図
【図２３】液晶素子の液晶層部分を示す断面図
【図２４】（ａ），（ｂ）は液晶素子の電極パターンを示す図
【図２５】（ａ），（ｂ）は発生する収差の波面形状および付与する位相差、（ｃ），（ｄ）は補正した収差の波面を示す図
【図２６】収差を補正するための液晶素子の２つの電極構成を示す図
【図２７】収差を補正するための液晶素子の１つの電極構成を示す図
【図２８】収差を補正するための液晶素子の別の電極構成を示す図
【図２９】本発明の実施形態３における光情報処理装置の概略構成を示す図
【符号の説明】
【０１１７】
６１ａ，６１ｂ  透光性基板
６２  導電性スペーサ
６３  液晶層
６４，６４ａ，６４ｂ  透明電極
６５  絶縁膜
６６  配向膜
６７  引出部
６８  分割電極
６９，６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄ，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ  メタル電極
９１  光ピックアップ
９２  送りモータ
９３  サーボ制御回路
９４  変復調回路
９５  外部回路
９６  システムコントローラ
９８  スピンドルモータ
１００  光記録媒体
１０１，１３０ａ，１４０ａ  半導体レーザ
１０２  コリメートレンズ
１０３，１５１  偏光ビームスプリッタ
１０４，７０４  プリズム
１０５，７０５  １／４波長板
１０６，７０６  対物レンズ
１０７  ＢＤ系光記録媒体
１０８  検出レンズ
１１０，１３０ｃ，１４０ｃ，１５０  受光素子
１１７  ＨＤ系光記録媒体
１２１  鏡筒
１２７  ＤＶＤ系光記録媒体
１３０ｂ，１４０ｂ  ホログラム素子
１３２，１４２，１５２  発散角変換レンズ
１３３，１４３，１５３，７０３  波長選択性ビームスプリッタ
１３７  ＣＤ系光記録媒体
２００  ピッチ
５０１  収差補正手段
５０２  コート面
５０２ａ，５０３ａ  第１の領域
５０２ｂ，５０３ｂ  第２の領域
５０２ｃ  第３の領域
５０３，６０３  回折面
５０３ｄ  近いところ
５０３ｅ  遠いところ
５０３ｆ  第２の領域の透過波面形状
５０３ｇ  第１の領域の透過波面形状
６０１  液晶素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2007317348.tif 000023
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2007317348.tif 000028
【図２３】
2007317348.tif 000029
【図２４】
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【図２５】
2007317348.tif 000031
【図２６】
2007317348.tif 000032
【図２７】
2007317348.tif 000033
【図２８】
2007317348.tif 000034
【図２９】
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