(57)【要約】【課題】回折構造の壁面傾斜に起因した不要光の増加を防止可能な、対物レンズ、光ピックアップおよび光ディスク装置を提供する。【解決手段】少なくとも３つの波長の光ビームを互換して、対応する光ディスク２の信号記録面上に集光する対物レンズ３４であって、入射側の面に設けられた回折部５０は、最内周部に設けられ光ビームを回折させ、または光ビームに位相差を付与する第１の領域５１を有し、第１の領域には、輪帯状でかつ所定の深さｄを有する構造が形成され、第１の領域の構造は、壁面ｗと段面ｓからなる複数の階段形状が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造をなし、複数の階段形状は、光軸に対する壁面の傾きｍの符号の変化点により区分される複数の壁面群ＷＧを有し、複数の壁面群のうち半数以上の壁面群は、各壁面群の中央近傍に位置し、かつ各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きｍａｖｒよりも緩やかな傾きの壁面を有する。【選択図】図４
2012079366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光ビームを互換して、対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズであって、
入射側の面に所定構造を有する回折部を備え、
前記回折部は、最内周部に設けられ前記光ビームを回折させ、または前記光ビームに位相差を付与する第１の領域と、前記第１の領域の外側に設けられ前記光ビームを回折させ、または前記光ビームに位相差を付与する第２の領域と、前記第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、
前記第１から第３の領域は、前記波長λ１の光ビームが前記第１から第３の領域に相当する開口径となり、前記波長λ２の光ビームが前記第１から第２の領域に相当する開口径となり、前記波長λ３の光ビームが前記第１の領域に相当する開口径となり、
前記第１の領域には、輪帯状でかつ所定の深さを有する構造が形成され、前記第１の領域の構造は、壁面と段面からなる複数の階段形状が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造をなし、
前記複数の階段形状は、光軸に対する前記壁面の傾きの符号の変化点により区分される複数の壁面群を有し、
前記複数の壁面群のうち半数以上の壁面群は、各壁面群の中央近傍に位置し、かつ前記各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面を有する、対物レンズ。
【請求項２】
前記第１の領域は、前記波長λ１または前記波長λ２の光ビームに位相差を付与する構造を有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記輪帯の半径方向に沿う前記各壁面群の延長距離を１とするとき、前記各壁面群に含まれる前記他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面は、前記各壁面群の端部から０．３５から０．６５の範囲に位置する、請求項１または２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記第１の領域は、周期構造、前記周期構造に１０λ１の整数倍の位相差を付与する段差を任意に重畳させた構造、または位相差付与構造を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記各壁面群の壁面に光軸中心から順に壁面番号ｊ＝１、２、・・・、Ｓを割当て、前記壁面番号ｊ＝１、２、…、Ｓの壁面の傾きをｍ１、ｍ２、…ｍＳとすると、
Ｓが偶数のとき、ｍＳ／２＜ｍＳ／２−１および／またはｍＳ／２＋１＜ｍＳ／２＋２であり、
Ｓが奇数のとき、ｍ（Ｓ＋１）／２＜ｍ（Ｓ＋１）／２−１である、請求項１から４のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記複数の壁面群に含まれる全ての壁面群は、前記各壁面群の中央近傍に位置し、かつ前記各壁面群に含まれる前記他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項７】
前記各壁面群の壁面に光軸中心から順に壁面番号ｊ＝１、２、・・・、Ｓを割当て、前記壁面番号ｊ＝１、２、…、Ｓの壁面の傾きに相当する幅をＷ１、Ｗ２、…ＷＳとし、隣接する壁面群の境界に位置する壁面の傾きに相当する幅をＷｉ、Ｗｉ＋１とすると、
Ｓが偶数のとき、ＷＳ／２＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２および／またはｗＳ／２＋１＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２であり、
Ｓが奇数のとき、Ｗ（Ｓ＋１）／２＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２であり、
０．１＜Ｒ＜２．０である、請求項１から６のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項８】
少なくとも３つの波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光ビームを互換して、対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
前記波長λ１、λ２、λ３の光ビームの光路上に配置される光学素子または前記対物レンズの一面に設けられ、前記波長λ１、λ２、λ３の光ビームを互換して前記対物レンズにより前記対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、
前記回折部は、最内周部に設けられ前記光ビームを回折させ、または前記光ビームに位相差を付与する第１の領域と、前記第１の領域の外側に設けられ前記光ビームを回折させ、または前記光ビームに位相差を付与する第２の領域と、前記第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、
前記第１から第３の領域は、前記波長λ１の光ビームが前記第１から第３の領域に相当する開口径となり、前記波長λ２の光ビームが前記第１から第２の領域に相当する開口径となり、前記波長λ３の光ビームが前記第１の領域に相当する開口径となり、
前記第１の領域には、輪帯状でかつ所定の深さを有する構造が形成され、前記第１の領域の構造は、壁面と段面からなる複数の階段形状が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造をなし、
前記複数の階段形状は、光軸に対する前記壁面の傾きの符号の変化点により区分される複数の壁面群を有し、
前記複数の壁面群のうち半数以上の壁面群は、各壁面群の中央近傍に位置し、かつ前記各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面を有する、光ピックアップ。
【請求項９】
回転駆動される複数種類の光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号を記録および／または再生する光ピックアップを備え、
前記光ピックアップは、
少なくとも３つの波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光ビームを互換して、対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
前記波長λ１、λ２、λ３の光ビームの光路上に配置される光学素子または前記対物レンズの一面に設けられ、前記波長λ１、λ２、λ３の光ビームを互換して前記対物レンズにより前記対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、
前記回折部は、最内周部に設けられ前記光ビームを回折させ、または前記光ビームに位相差を付与する第１の領域と、前記第１の領域の外側に設けられ前記光ビームを回折させ、または前記光ビームに位相差を付与する第２の領域と、前記第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、
前記第１から第３の領域は、前記波長λ１の光ビームが前記第１から第３の領域に相当する開口径となり、前記波長λ２の光ビームが前記第１から第２の領域に相当する開口径となり、前記波長λ３の光ビームが前記第１の領域に相当する開口径となり、
前記第１の領域には、輪帯状でかつ所定の深さを有する構造が形成され、前記第１の領域の構造は、壁面と段面からなる複数の階段形状が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造をなし、
前記複数の階段形状は、光軸に対する前記壁面の傾きの符号の変化点により区分される複数の壁面群を有し、
前記複数の壁面群のうち半数以上の壁面群は、各壁面群の中央近傍に位置し、かつ前記各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面を有する、光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーマットが異なる３種類の光ディスクに対して情報信号を記録および／または再生する光ピックアップに用いられる対物レンズ、光ピックアップおよび光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長約４０５ｎｍの光ビームを用いて信号の記録再生を行うブルーレイディスク（登録商標、以下、ＢＤとも称する。）等の高密度記録光ディスクが普及しつつある。ここで、ＢＤ等に対応する光ピックアップは、従来の光ディスクとの互換性を有することが望まれる。つまり、使用波長約６５５ｎｍのＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、使用波長約７８５ｎｍのＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）等の光ディスクと互換性を有することが望まれる。
【０００３】
従来、フォーマットが異なる３種類の光ディスクに対して情報信号を記録および／または再生するために、２種類の対物レンズを有する光ピックアップが知られている。このような光ピックアップは、ＤＶＤ／ＣＤ用とＢＤ等用として、対物レンズおよび光学系を別々に有し、それぞれの対物レンズおよび光学系を使用波長に応じて切替えて利用する。
【０００４】
しかし、このような光ピックアップでは、２つの対物レンズを利用するので、光ディスクに対して対物レンズの傾きを最適化することができず、再生信号の品質が低下してしまう場合がある。また、２つの光学系を利用するので、部品点数が増加し、光ピックアップが大型化、高コスト化してしまう場合がある。
【０００５】
このため、フォーマットが異なる３種類の光ディスクに互換して利用可能な１種類の対物レンズを有する光ピックアップが開発されている。このような光ピックアップでは、光路上に設けられた回折部により、拡散方向または収束方向に光ビームを回折させることで、使用波長と光ディスクの組合せにより生じる球面収差が補正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６５５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、既存の光ピックアップでは、回折の不要光が回折構造の壁面に形成された傾斜により増加することが考慮されていない。ここで、回折構造の壁面には、対物レンズ等、光学素子の成型時における金型からの離型を考慮して、ある程度の傾斜が形成される。そして、壁面傾斜により増加した不要光は、正規光と同様の結像を受光素子上に生じさせてしまう。このため、特に２層光ディスクの再生時には、フォーカスエラー信号に他層からの信号が漏れこみ、フォーカスサーボが不安定になる場合があった。
【０００８】
そこで、本発明は、回折構造の壁面傾斜に起因した不要光の増加を防止可能な、対物レンズ、光ピックアップおよび光ディスク装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある観点によれば、少なくとも３つの波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光ビームを互換して、対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズが提供される。対物レンズは、入射側の面に所定構造を有する回折部を備え、回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折させ、または光ビームに位相差を付与する第１の領域と、第１の領域の外側に設けられ光ビームを回折させ、または光ビームに位相差を付与する第２の領域と、第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、第１から第３の領域は、波長λ１の光ビームが第１から第３の領域に相当する開口径となり、波長λ２の光ビームが第１から第２の領域に相当する開口径となり、波長λ３の光ビームが第１の領域に相当する開口径となり、第１の領域には、輪帯状でかつ所定の深さを有する構造が形成され、第１の領域の構造は、壁面と段面からなる複数の階段形状が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造をなし、複数の階段形状は、光軸に対する壁面の傾きの符号の変化点により区分される複数の壁面群を有し、複数の壁面群のうち半数以上の壁面群は、各壁面群の中央近傍に位置し、かつ各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面を有する。
【００１０】
また、第１の領域は、波長λ１または波長λ２の光ビームに位相差を付与する構造を有してもよい。
【００１１】
また、輪帯の半径方向に沿う各壁面群の延長距離を１とするとき、各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面は、各壁面群の端部から０．３５から０．６５の範囲に位置してもよい。
【００１２】
また、第１の領域は、周期構造、周期構造に１０λ１の整数倍の位相差を付与する段差を任意に重畳させた構造、または位相差付与構造を有してもよい。
【００１３】
また、各壁面群の壁面に光軸中心から順に壁面番号ｊ＝１、２、・・・、Ｓを割当て、壁面番号ｊ＝１、２、…、Ｓの壁面の傾きをｍ１、ｍ２、…ｍＳとすると、Ｓが偶数のとき、ｍＳ／２＜ｍＳ／２−１および／またはｍＳ／２＋１＜ｍＳ／２＋２であり、Ｓが奇数のとき、ｍ（Ｓ＋１）／２＜ｍ（Ｓ＋１）／２−１であってもよい。
【００１４】
また、複数の壁面群に含まれる全ての壁面群は、各壁面群の中央近傍に位置し、かつ各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面を有してもよい。
【００１５】
また、各壁面群の壁面に光軸中心から順に壁面番号ｊ＝１、２、・・・、Ｓを割当て、壁面番号ｊ＝１、２、…、Ｓの壁面の傾きに相当する幅をＷ１、Ｗ２、…ＷＳとし、隣接する壁面群の境界に位置する壁面の傾きに相当する幅をＷｉ、Ｗｉ＋１とすると、Ｓが偶数のとき、ＷＳ／２＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２および／またはｗＳ／２＋１＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２であり、Ｓが奇数のとき、Ｗ（Ｓ＋１）／２＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２であり、０．１＜Ｒ＜２．０であってもよい。
【００１６】
本発明の他の観点によれば、少なくとも３つの波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光ビームを互換して、対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、波長λ１、λ２、λ３の光ビームの光路上に配置される光学素子または対物レンズの一面に設けられ、波長λ１、λ２、λ３の光ビームを互換して対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備えるピックアップが提供される。ピックアップの回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折させ、または光ビームに位相差を付与する第１の領域と、第１の領域の外側に設けられ光ビームを回折させ、または光ビームに位相差を付与する第２の領域と、第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、第１から第３の領域は、波長λ１の光ビームが第１から第３の領域に相当する開口径となり、波長λ２の光ビームが第１から第２の領域に相当する開口径となり、波長λ３の光ビームが第１の領域に相当する開口径となり、第１の領域には、輪帯状でかつ所定の深さを有する構造が形成され、第１の領域の構造は、壁面と段面からなる複数の階段形状が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造をなし、複数の階段形状は、光軸に対する壁面の傾きの符号の変化点により区分される複数の壁面群を有し、複数の壁面群のうち半数以上の壁面群は、各壁面群の中央近傍に位置し、かつ各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面を有する。
【００１７】
本発明の他の観点によれば、回転駆動される複数種類の光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号を記録および／または再生する光ピックアップを備える光ディスク装置が提供される。光ディスク装置の光ピックアップは、少なくとも３つの波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光ビームを互換して、対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、波長λ１、λ２、λ３の光ビームの光路上に配置される光学素子または対物レンズの一面に設けられ、波長λ１、λ２、λ３の光ビームを互換して対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折させ、または光ビームに位相差を付与する第１の領域と、第１の領域の外側に設けられ光ビームを回折させ、または光ビームに位相差を付与する第２の領域と、第２の領域の外側に設けられる第３の領域とを有し、第１から第３の領域は、波長λ１の光ビームが第１から第３の領域に相当する開口径となり、波長λ２の光ビームが第１から第２の領域に相当する開口径となり、波長λ３の光ビームが第１の領域に相当する開口径となり、
第１の領域には、輪帯状でかつ所定の深さを有する構造が形成され、第１の領域の構造は、壁面と段面からなる複数の階段形状が輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造をなし、複数の階段形状は、光軸に対する壁面の傾きの符号の変化点により区分される複数の壁面群を有し、複数の壁面群のうち半数以上の壁面群は、各壁面群の中央近傍に位置し、かつ各壁面群に含まれる他の壁面の平均傾きよりも緩やかな傾きの壁面を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回折構造の壁面傾斜に起因した不要光の増加を防止可能な、対物レンズ、光ピックアップおよび光ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した光ディスク装置を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップの光学系を示す光路図である。
【図３】図２に示す光ピックアップを構成する回折部の機能を示す図である。
【図４】図２に示す光ピックアップを構成する対物レンズの一例を示す図である。
【図５】回折構造の壁面を垂直にしたときの階段形状の一例を示す図である。
【図６】図２に示す光ピックアップを構成する集光光学デバイスの一例を示す図である。
【図７】回折構造の傾き調整を説明するための図である。
【図８】回折構造の壁面を垂直にしたときの正規光と不要光の効率変動を示すグラフである。
【図９】不要光の効率変動がフォーカスエラー信号に与える影響を説明する図（１／２）である。
【図１０】不要光の効率変動がフォーカスエラー信号に与える影響を説明する図（２／２）である。
【図１１】壁面を傾斜させた回折構造の一例を示す図である。
【図１２】壁面を傾斜させたときの正規光と不要光の効率変動を示すグラフである。
【図１３】壁面傾斜が不要光の効率変動に与える影響を説明する図（モデル）である。
【図１４】壁面傾斜が不要光の効率変動に与える影響を説明する図（各次数の効率）である。
【図１５】壁面傾斜と不要光の効率変動との関係を示すグラフである。
【図１６】修正された壁面傾斜が不要光の効率変動に与える影響を説明する図（モデル）である。
【図１７】修正された壁面傾斜が不要光の効率変動に与える影響を説明する図（各次数の効率）である。
【図１８】壁面傾斜を修正したときの回折構造を示す図である。
【図１９】壁面傾斜を修正したときの正規光と不要光の効率変動を示すグラフである。
【図２０】壁面傾斜を修正したときの回折構造の他の例を示す図（１／２）である。
【図２１】壁面傾斜を修正したときの回折構造の他の例を示す図（２／２）である。
【図２２】位相段差構造の一例を示す図である。
【図２３】位相段差により第１から第３の波長の光ビームの波面が揃う状態を示す図である。
【図２４】位相差付与構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
以下、本発明の実施形態を以下の順で説明する。
１．光ディスク装置の全体構成
２．光ピックアップの全体構成
３．本発明を適用した対物レンズ
４．回折構造の壁面傾斜に起因した不要光の増加防止
５．本発明を適用した光ピックアップ
【００２２】
［１．光ディスク装置の全体構成］
以下、図１を参照して、本発明を適用した光ピックアップを用いた光ディスク装置について説明する。
【００２３】
本発明が適用された光ディスク装置１は、図１に示すように、光ディスク２に対して情報を記録再生する光ピックアップ３と、光ディスク２を回転駆動するスピンドルモータ４と、光ピックアップ３を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ５とを有する。光ディスク装置１では、フォーマットが異なる３種類の光ディスク２と、記録層が積層化された光ディスク２に対して情報を記録および／または再生可能な３規格間互換性が実現される。
【００２４】
光ディスク２は、発光波長λ１＝約４０５ｎｍの青紫色半導体レーザを用いたＢＤ等である。光ディスク２は、発光波長λ２＝約６５５ｎｍの半導体レーザを用いたＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等である。光ディスク２は、発光波長λ３＝約７８５ｎｍの半導体レーザを用いたＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等である。
【００２５】
以下では、第１から第３の３種類の光ディスク１１、１２、１３に対して情報を記録再生する場合について説明する。第１の光ディスク１１は、厚さ約０．１ｍｍの保護層を有し、使用波長λ１＝約４０５ｎｍの光ビームを用いたＢＤ等の高密度記録可能な光ディスクである。第１の光ディスク１１は、記録層の数に応じて、１層光ディスク、２層光ディスク、３層以上の多層光ディスクを含む。１層光ディスクは、カバー層厚さ約１００μｍであり、２層光ディスクは、第１の記録層のカバー層厚さ約１００μｍ、第２の記録層のカバー層厚さ約７５μｍである。第２の光ディスク１２は、厚さ約０．６ｍｍの保護層を有し、使用波長λ２＝約６５５ｎｍの半導体レーザを用いたＤＶＤ等の光ディスクである。第２の光ディスク１２も複数の記録層を有してもよい。第３の光ディスク１３は、厚さ約１．１ｍｍの保護層を有し、使用波長λ３＝約７８５ｎｍの半導体レーザを用いたＣＤ等の光ディスクである。
【００２６】
スピンドルモータ４と送りモータ５は、システムコントローラ７からの指令に基づき制御されるサーボ制御部９により、光ディスク２の種類に応じて駆動制御される。スピンドルモータ４と送りモータ５は、例えば、第１から第３の光ディスク１１、１２、１３に応じて所定回転数で駆動する。
【００２７】
光ピックアップ３は、３波長互換の光学系を有し、規格が異なる３種類の光ディスク１１、１２、１３の記録層に対して異なる波長の光ビームを保護層側から照射し、照射した光ビームの記録層からの反射光を検出する。光ピックアップ３は、検出した反射光から光ビームに対応する信号を出力する。
【００２８】
光ディスク装置１は、光ピックアップ３から出力された信号に基づきフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するプリアンプ１４を有する。光ディスク装置１は、プリアンプ１４からの信号を復調し、または外部コンピュータ１７等からの信号を変調する信号変復調器およびエラー訂正符号ブロック１５（以下、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５とも称する。）を有する。光ディスク装置１は、インターフェイス１６とＤ／Ａ、Ａ／Ｄ変換器１８と、オーディオ・ビジュアル処理部１９と、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０とを有する。
【００２９】
プリアンプ１４は、光検出器４５（図２参照）からの出力に基づき、非点収差法等によりフォーカスエラー信号を生成し、３ビーム法、ＤＰＤ法等によりトラッキングエラー信号を生成する。プリアンプ１４は、さらにＲＦ信号を生成し、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５に出力する。プリアンプ１４は、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号をサーボ制御部９に出力する。
【００３０】
信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第１の光ディスク１１にデータを記録するとき、インターフェイス１６またはＤ／Ａ、Ａ／Ｄ変換器１８から入力されたデジタル信号を以下のように処理する。つまり、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第１の光ディスク１１にデータを記録するとき、入力されたデジタル信号を、ＬＤＣ−ＥＣＣおよびＢＩＳなどのエラー訂正方式によりエラー訂正処理し、次いで１−７ＰＰ方式等で変調処理する。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第２の光ディスク１２にデータを記録するとき、ＰＣ（Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｃｏｄｅ）等の方式によりエラー訂正処理し、次いで８−１６変調等で変調処理する。さらに、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第３の光ディスク１３にデータを記録するとき、ＣＩＲＣなどのエラー訂正方式によりエラー訂正処理し、次いで８−１４変調等で変調処理する。そして、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、変調されたデータをレーザ制御部２１に出力する。
【００３１】
さらに、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、各光ディスク２を再生するとき、プリアンプ４から入力されたＲＦ信号に基づき、変調方式に応じた復調処理をする。さらに、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、エラー訂正処理し、インターフェイス１６またはＤ／Ａ、Ａ／Ｄ変換器１８にデータを出力する。
【００３２】
なお、データ圧縮してデータを記録するときは、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５とインターフェイス１６またはＤ／Ａ、Ａ／Ｄ変換器１８との間に圧縮伸張部が設けられてもよい。この場合、データは、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４等の方式で圧縮される。
【００３３】
サーボ制御部９は、プリアンプ１４からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を入力される。サーボ制御部９は、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を０とするようにフォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらのサーボ信号に基づき、対物レンズ３４（図２参照）を駆動する２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動部を駆動制御する。サーボ制御部９は、プリアンプ１４の出力から同期信号等を検出し、ＣＬＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）方式やＣＡＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）方式、またはこれらを組合せた方式等で、スピンドルモータ４をサーボ制御する。
【００３４】
レーザ制御部２１は、光ピックアップ３のレーザ光源を制御する。特に、図１に示す例では、レーザ制御部２１は、記録モード時と再生モード時との間で、または光ディスク２の種類に応じて、レーザ光源の出力パワーを変化させるように、レーザ光源を制御する。レーザ制御部２１は、ディスク種類判別部２２により検出された光ディスク２の種類に応じて光ピックアップ３のレーザ光源を切り換える。
【００３５】
ディスク種類判別部２２は、第１から第３の光ディスク１１、１２、１３の間で、表面反射率、形状的や外形的な違い等に基づく反射光量の変化を検出し、光ディスク２の異なるフォーマットを検出する。光ディスク装置１を構成する各部は、ディスク種類判別部２２の検出結果に応じて、装着される光ディスク２の仕様に基づく信号処理をするように構成される。
【００３６】
システムコントローラ７は、ディスク種類判別部２２により判別された光ディスク２の種類に応じて装置１全体を制御する。システムコントローラ７は、ユーザからの操作入力に応じて、光ディスク２の最内周に位置するプリマスタードピットやグルーブ等に記録されたアドレス情報や目録情報（Ｔａｂｌｅ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｅｎｔｓ；ＴＯＣ）に基づき各部を制御する。つまり、システムコントローラ７は、上記情報に基づき、記録再生する光ディスク２の記録位置や再生位置を特定し、特定した位置に基づき各部を制御する。
【００３７】
以上のように構成された光ディスク装置１は、スピンドルモータ４により光ディスク２を回転駆動する。そして、光ディスク装置１は、サーボ制御部９からの制御信号に応じて送りモータ５を駆動制御し、光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に光ピックアップ３を移動させることで、光ディスク２に対して情報を記録再生する。
【００３８】
具体的に、データを記録再生するとき、サーボ制御部９は、ＣＬＶやＣＡＶ、またはこれらの組合せにより光ディスク２を回転させる。光ピックアップ３は、光源から光ビームを照射して光ディスク２からの反射光を光検出器４５により検出し、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する。光ピックアップ３は、これらのエラー信号に基づき対物レンズ駆動機構により対物レンズ３４を駆動し、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボをする。
【００３９】
データを記録するとき、外部コンピュータ１７からの信号がインターフェイス１６を介して信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５に入力される。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、インターフェイス１６またはＡ／Ｄ変換器１８から入力されたデジタルデータに所定のエラー訂正符号を付加し、さらに所定の変調処理をした後に記録信号を生成する。レーザ制御部２１は、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により生成された記録信号に基づき、光ピックアップ３のレーザ光源を制御して所定の光ディスク２に記録する。
【００４０】
データを再生するとき、光検出器４５により検出された信号が信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調処理される。復調された記録信号は、コンピュータのデータ保存用であれば、インターフェイス１６を介して外部コンピュータ１７に出力される。これにより、外部コンピュータ１７は、光ディスク２に記録された信号に基づき動作する。復調された記録信号は、オーディオ・ビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ変換器１８によりデジタル／アナログ変換されてオーディオ・ビジュアル処理部１９に供給される。そして、オーディオ・ビジュアル処理部１９によりオーディオ・ビジュアル処理され、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０を介して、外部のスピーカやモニタに出力される。
【００４１】
［２．光ピックアップの全体構成］
以下、図２および図３を参照して、光ディスク装置１に用いられる光ピックアップ３について詳しく説明する。
【００４２】
光ピックアップ３は、保護層の厚さ等、フォーマットが異なる３種類の第１から第３の光ディスク１１、１２、１３から任意に選択された光ディスク２に波長が異なる複数の光ビームを選択的に照射する。そして、光ピックアップ３は、３種類の光ディスク１１、１２、１３の各々に対して情報信号を記録および／または再生する３波長互換を実現する。光ピックアップ３は、光利用効率の向上、不要光入射の低減、作動距離と焦点距離の適正化、製造性の向上を実現する。
【００４３】
光ピックアップ３は、図２に示すように、第１の波長λ１の光ビームを出射する第１の出射部を有する第１の光源部３１を有する。光ピックアップ３は、第１の波長λ１より長い第２の波長λ２の光ビームを出射する第２の出射部を有する第２の光源部３２を有する。光ピックアップ３は、第２の波長λ２より長い第３の波長λ３の光ビームを出射する第３の出射部を有する第３の光源部３３を有する。光ピックアップ３は、第１から第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面に集光する集光光学デバイスとして機能する対物レンズ３４を有する。
【００４４】
光ピックアップ３は、第２および第３の出射部と対物レンズ３４との間に設けられる第１のビームスプリッタ３６を有する。第１のビームスプリッタ３６は、第２の出射部から出射された第２の波長λ２の光ビームの光路と、第３の出射部から出射された第３の波長λ３の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として機能する。光ピックアップ３は、第１のビームスプリッタ３６と対物レンズ３４との間に設けられる第２のビームスプリッタ３７を有する。
【００４５】
第２のビームスプリッタ３７は、第１のビームスプリッタ３６により光路を合成された第２および第３の波長λ２、λ３の光ビームの光路と、第１の出射部から出射された第１の波長λ１の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として機能する。光ピックアップ３は、第２のビームスプリッタ３７と対物レンズ３４との間に設けられる第３のビームスプリッタ３８を有する。第３のビームスプリッタ３８は、第２のビームスプリッタ３７により光路を合成された第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの往路の光路と、光ディスク２により反射された第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの戻り（復路）の光路とを分離する光路分離手段として機能する。
【００４６】
光ピックアップ３は、第１の光源部３１の第１の出射部と第２のビームスプリッタ３７との間に設けられる第１のグレーティング３９を有する。第１のグレーティング３９は、第１の出射部から出射された第１の波長λ１の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３つの光ビームに回折させる。光ピックアップ３は、第２の光源部３２の第２の出射部と第１のビームスプリッタ３６との間に設けられる第２のグレーティング４０を有する。第２のグレーティング４０は、第２の出射部から出射された第２の波長λ２の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３つの光ビームに回折させる。光ピックアップ３は、第３の光源部３３の第３の出射部と第１のビームスプリッタ３６との間に設けられる第３のグレーティング４１を有する。第３のグレーティング４１は、第３の出射部から出射された第３の波長λ３の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３つの光ビームに回折させる。
【００４７】
光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８と対物レンズ３４との間に設けられるコリメータレンズ４２を有する。コリメータレンズ４２は、第３のビームスプリッタ３８により光路を合成された第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの発散角を変換し、略平行光の状態または略平行光に対して拡散もしくは収束した状態となるように調整して出射させる発散角変換手段として機能する。光ピックアップ３は、コリメータレンズ４２と対物レンズ３４との間に設けられ、コリメータレンズ４２に発散角を調整された第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームに１／４波長の位相差を与える１／４波長板４３を有する。光ピックアップ３は、対物レンズ３４と１／４波長板４３との間に設けられる立上げミラー４４を有する。立上げミラー４４は、対物レンズ３４の光軸に略直交する平面内で、上記光学部品を経由した光ビームを反射して立上げることで、対物レンズ３４の光軸方向に光ビームを出射させる。
【００４８】
光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８により往路の第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの光路から分離された、復路の第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームを受光して検出する光検出器４５を有する。光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８と光検出器４５との間に設けられるマルチレンズ４６を有する。マルチレンズ４６は、第３のビームスプリッタ３８により分離された復路の第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームを光検出器４５のフォトディテクタ等の受光面に集光させるとともに、フォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を付与する。
【００４９】
第１の光源部３１は、第１の光ディスク１１に約４０５ｎｍの第１の波長λ１の光ビームを出射する第１の出射部を有する。第２の光源部３２は、第２の光ディスク１２に約６５５ｎｍの第２の波長λ２の光ビームを出射する第２の出射部を有する。第３の光源部３３は、第３の光ディスク１３に約７８５ｎｍの第３の波長λ３の光ビームを出射する第３の出射部を有する。なお、第１から第３の出射部は、別々の光源部３１、３２、３３に配置されなくてもよい。例えば、第１から第３の出射部のうち２つの出射部を有する光源部と、残り１つの出射部を有する光源部とを異なる位置に配置してもよい。さらに、例えば、第１から第３の出射部を略同一位置に有する光源部としてもよい。
【００５０】
対物レンズ３４は、入射した第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームを光ディスク２の信号記録面に集光させる。対物レンズ３４は、不図示の２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構により移動自在に保持される。そして、対物レンズ３４は、光検出器４５により検出された光ディスク２からの戻り光のＲＦ信号から生成されたトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号に基づき、２軸アクチュエータ等により移動される。これにより、対物レンズ３４は、光ディスク２に近接離間する方向と光ディスク２の径方向で移動される。よって、対物レンズ３４は、第１から第３の出射部から出射された光ビームが光ディスク２の信号記録面で常に合焦するように、光ビームを収束させるとともに、収束された光ビームを光ディスク２の信号記録面に形成された記録トラックに追従させる。
【００５１】
対物レンズ３４には、一方の面、例えば入射側の面に、複数の回折領域を形成された回折部５０（図４参照）が設けられる。回折部５０は、複数の回折領域５１、５２、５３（図４参照）毎に通過する第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折させる。回折部５０は、所定の発散角を有する拡散状態または収束状態の光ビームを対物レンズ３４に入射させた場合と同様の状態をもたらすことができる。つまり、回折部５０は、単一の対物レンズ３４を用いて、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームをそれぞれに対応する３種類の光ディスク１１、１２、１３の信号記録面に球面収差を生じさせないように、適切に集光させることができる。
【００５２】
回折部５０を有する対物レンズ３４には、所定の屈折機能を発揮するレンズ面形状を基準として、回折機能を発揮する回折構造が形成される。これにより、回折部５０を有する対物レンズ３４は、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスク１１、１２、１３の信号記録面に球面収差を生じさせないように、適切に集光させる集光光学デバイスとして機能する。対物レンズ３４は、屈折素子の機能とともに回折素子の機能を有し、つまり、レンズ曲面により発揮される屈折機能と、一方の面に設けられた回折部５０により発揮される回折機能とを有する。
【００５３】
なお、後述するように、回折部５０は、対物レンズ３４Ｂとは別体の回折光学素子３５Ｂに設けられてもよい（図６（ｂ）参照）。この場合、対物レンズ３４Ｂを保持する対物レンズ駆動機構のレンズホルダには、対物レンズ３４Ｂと一体となるように回折光学素子３５Ｂが保持される。これにより、対物レンズ３４Ｂがトラッキング方向へ移動するときにも、回折光学素子３５Ｂに設けられた回折部５０の作用効果を適切に発揮させることができる。
【００５４】
ここで、図３を参照して、回折部５０による回折機能について概念的に説明する。図３には、屈折機能を有する対物レンズ３４Ｂとは別体の回折光学素子３５Ｂに回折部５０が設けられる場合（図６（ｂ）参照）が示されている。回折光学素子３５Ｂは、例えば、図３（ａ）に示すように、回折部５０を通過した第１の波長λ１の光ビームＢＢ０を＋１次回折光ＢＢ１となるように回折させて対物レンズ３４Ｂに入射させる。つまり、回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する拡散状態の光ビームＢＢ１として対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第１の光ディスク１１の信号記録面に適切に集光させる。
【００５５】
回折光学素子３５Ｂは、図３（ｂ）に示すように、回折部５０を通過した第２の波長λ２の光ビームＢＤ０を−２次回折光ＢＤ１となるように回折させて対物レンズ３４Ｂに入射させる。つまり、回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する収束状態の光ビームＢＤ１として対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第２の光ディスク１２の信号記録面に適切に集光させる。
【００５６】
回折光学素子３５Ｂは、図３（ｃ）に示すように、回折部５０を通過した第３の波長λ３の光ビームＢＣ０を−３次回折光ＢＣ１となるように回折させて対物レンズ３４Ｂに入射させる。つまり、回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する収束状態の光ビームＢＣ１として対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第３の光ディスク１３の信号記録面に適切に集光させる。
【００５７】
このように、回折光学素子３５Ｂの回折部５０は、単一の対物レンズ３４Ｂを用いて、３種類の光ディスク１１、１２、１３の信号記録面に球面収差を生じさせないように、適切に集光させることができる。なお、回折部５０の複数の回折領域５１、５２、５３では、同一波長の光ビームを同一次数の回折光としなくてもよい。本発明を適用した光ピックアップ３を構成する回折部５０は、後述するように、各領域で各波長に対応する回折次数を設定し、開口を適切に制限するとともに、球面収差を低減するように構成することができる。前述した説明では、対物レンズ３４Ｂとは別体の光学素子３５Ｂに回折部５０を設ける場合について説明した。しかし、対物レンズ３４の一方の面に回折部５０を設ける場合も、回折構造に応じた回折機能を付与することで、前述した説明の場合と同様に機能する。そして、回折部５０による回折機能と、対物レンズ３４の基準となるレンズ曲面による屈折機能とにより、各波長の光ビームを対応する光ディスク２の信号記録面に球面収差を生じさせないように、適切に集光させることができる。
【００５８】
前述した説明および以下の説明では、入射した光ビームに対して、光ビームの進行につれて光軸側に近接するように回折する次数を正の回折次数とし、光軸側から離間するように回折する次数を負の回折次数とする。つまり、入射した光ビームに対して光軸方向に向けて回折する次数を正の回折次数とする。
【００５９】
対物レンズ３４と第３のビームスプリッタ３８との間に設けられたコリメータレンズ４２は、第２のビームスプリッタ３７により光路を合成され、第３のビームスプリッタ３８を透過した、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの発散角をそれぞれ変換する。コリメータレンズ４２は、各波長λ１、λ２、λ３の光ビームの発散角を変換し、例えば略平行光の状態として、１／４波長板４３および対物レンズ３４側に出射させる。例えば、コリメータレンズ４２は、第１の波長λ１の光ビームの発散角を略平行光の状態として対物レンズ３４に入射させる。それとともに、コリメータレンズ４２は、第２および第３の波長λ２、λ３の光ビームの発散角を平行光に対してわずかに拡散した発散角の状態（以下、この拡散した状態および収束した状態を「有限系の状態」ともいう。）で対物レンズ３４に入射させる。これにより、コリメータレンズ４２は、対物レンズ３４を介して第２、第３の光ディスク１２、１３の信号記録面に集光する第２または第３の波長λ２、λ３の光ビームの球面収差を低減し、収差の発生を抑えた３波長互換を実現する。
【００６０】
ここでは、第２の光源部３２とコリメータレンズ４２との配置関係、および／または第３の光源部３３とコリメータレンズ４２との配置関係により、この所定の発散角の状態で対物レンズ３４に入射させることが実現される。または、例えば、複数の出射部を共通の光源部に配置した場合に、第２および／または第３の波長λ２、λ３の光ビームの発散角のみを変換する素子を設けることで、所定の発散角の状態で対物レンズ３４に入射させてもよい。さらに、コリメータレンズ４２を駆動する手段を設けるなどして、所定の発散角の状態で対物レンズ３４に入射させてもよい。また、状況に応じては、第２および第３の波長λ２、λ３の光ビームのうちいずれかを有限系の状態で対物レンズ３４に入射させることで、さらに収差の発生を抑えてもよい。また、第２および第３の波長λ２、λ３の光ビームを有限系でかつ拡散状態で入射させることで、戻り倍率を調整してもよい。この場合、戻り倍率の調整によりフォーカス引き込み範囲などをフォーマットに適合する所望の状態とすることで、さらに良好な光学系の互換性を達成することができる。
【００６１】
マルチレンズ４６は、例えば、波長選択性のマルチレンズである。マルチレンズ４６には、各光ディスク２の信号記録面で反射され、対物レンズ３４、コリメータレンズ４２等を経由して、第３のビームスプリッタ３８で反射されて往路の光ビームにより分離された第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の戻りの光ビームが入射される。マルチレンズ４６は、入射された光ビームを光検出器４５のフォトディテクタ等の受光面に適切に集光させる。このとき、マルチレンズ４６は、フォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を戻りの光ビームに付与する。光検出器４５は、マルチレンズ４６により集光された戻りの光ビームを受光して、情報信号とともに、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号等の各種信号を検出する。
【００６２】
以上のように構成された光ピックアップ３では、光検出器４５により得られたフォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号に基づき、対物レンズ３４が駆動変位される。光ピックアップ３は、対物レンズ３４を駆動変位することで、光ディスク２の信号記録面に対して対物レンズ３４を合焦位置に移動させ、光ビームが光ディスク２の信号記録面に合焦されて光ディスク２に対して情報が記録または再生される。
【００６３】
［３．本発明を適用した対物レンズ］
つぎに、前述した光ピックアップに用いられる本発明を適用した対物レンズ３４と、対物レンズ３４に設けられる回折部５０について詳細に説明する。
【００６４】
図４に示すように、対物レンズ３４の入射側の面には回折部５０が設けられている。回折部５０は、第１の領域５１、第２の領域５２および第３の領域５３を有する。第１の領域５１は、最内周部に輪帯状に設けられ、内輪帯、第１の回折領域とも称される。第２の領域５２は、第１の領域５１の外側に輪帯状に設けられ、中輪帯、第２の回折領域とも称される。第３の領域５３は、第２の領域５２の外側に輪帯状に設けられ、外輪帯、第３の回折領域とも称される。第１から第３の領域５１、５２、５３は、光ビームを回折させ、または光ビームに位相差を付与する。
【００６５】
第１の領域５１には、所定深さｄを有する第１の回折構造が形成され、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームが通過する。第１の領域５１は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第１の光ディスク１１の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光が支配的となるように、第１の波長λ１の光ビームを回折させる。第１の領域５１は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第２の光ディスク１２の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光が支配的となるように、第２の波長λ２の光ビームを回折させる。第１の領域５１は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第３の光ディスク１３の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光が支配的となるように、第３の波長λ３の光ビームを回折させる。
【００６６】
つまり、第１の領域５１は、各波長の光ビームについて、所定次数の回折光の回折効率を最大化するように機能する。よって、第１の領域５１には、各波長の光ビームに対して、所定次数の回折光を支配的とするように構成された第１の回折構造が形成される。このため、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームに対して、第１の領域５１を通過して所定次数の回折光とされた各波長の光ビームを対応する光ディスク２の信号記録面に集光させる際の球面収差を低減することができる。なお、第１の領域５１のみならず第２および第３の領域５２、５３における所定次数の回折光には、透過光つまり０次光も含まれる。
【００６７】
第１の領域５１には、図４に示すように、光軸を中心とした輪帯状の回折構造が基準面に対して設けられている。輪帯の半径方向には、回折基本パラメータにより規定される階段形状の断面が連続して形成される。ここで、回折基本パラメータは、ステップ数Ｓ（Ｓ：正の整数）と溝深さｄからなる。輪帯の断面とは、輪帯の半径方向を含む面、つまり輪帯の接線方向に直交する面の断面を意味する。なお、図４および他の図中「ＲＯ」は、輪帯の半径方向外側に向けた方向、つまり、光軸から離間する方向を示している。
【００６８】
また、基準面とは、対物レンズ３４のうち屈折素子として機能する入射側の面を意味する。そして、第１の領域５１には、図４に示すように、対物レンズ３４の入射側の面を基準面として、以下のような回折構造が形成される。第１の領域５１は、輪帯状かつ階段形状の面を基準面に組み合わせて形成される。ただし、以下では、基準面に組み合わされる回折構造の形状についてのみ説明する。なお、詳細は後述するが、回折部５０を対物レンズ３４Ｂと別体の回折光学素子３５Ｂに設ける場合、回折光学素子３５Ｂには、図４に示す回折構造と同様の段面形状が形成される。
【００６９】
図５には、第１の領域５１に設けられた回折構造の詳細が示されている。図５に示すように、回折構造には、ステップ数Ｓ＝６の階段形状ＷＧ１、ＷＧ２、ＷＧ３、・・・が半径方向に連続して設けられている。以下では、階段形状ＷＧ１、ＷＧ２、ＷＧ３、・・・を壁面群ＷＧ１、ＷＧ２、ＷＧ３、・・・とも称する。なお、図５は、第１の領域５１に設けられた回折構造を平面に直して示している。なお、壁面群ＷＧには、光軸の内側の壁面群ＷＧから昇順にＷＧ１、ＷＧ２、ＷＧ３、…と番号が付与される。
【００７０】
各壁面群ＷＧは、略同一高さ（段差）で光軸方向に形成されたステップ数Ｓに相当する数の壁面ｗと、略同一間隔（幅）で半径方向に形成された（Ｓ＋１）個の段面ｓとを有する。なお、各壁面群ＷＧに形成されたＳ個の壁面ｗを第１の壁面とも総称する。例えば、壁面群ＷＧ１は、壁面ｗ１１〜ｗ１６の６つの壁面ｗと、段面ｓ１１〜ｓ１７の７つの段面ｓ（回折面）とを有する。また、壁面群ＷＧの溝深さｄは、各壁面群ＷＧの最も素子側の段面ｓ（例えば段面ｓ１１）と最も表面側の段面ｓ（例えば段面ｓ１７）との間の光軸方向の距離を意味する。
【００７１】
また、隣接する壁面群ＷＧの境界には、一方の壁面群ＷＧの最も表面側の段面ｓと、他方の壁面群ＷＧの最も素子側の段面ｓとを接続する壁面ｗが形成される。例えば、壁面群ＷＧ１とＷＧ２の境界には、壁面群ＷＧ１の段面ｓ１７と壁面群ＷＧ２の段面ｓ２１とを接続する壁面ｗ１が形成される。同様に、壁面群ＷＧ２とＷＧ３の境界には、壁面ｗ２が形成され、壁面群ＷＧ３とＷＧ４の境界には、壁面ｗ３が形成される。なお、隣接する壁面群ＷＧの境界に形成された壁面ｗを第２の壁面とも総称する。
【００７２】
ここで、第１の壁面は、段面ｓに対して垂直、つまり基準面に対して垂直に形成されている。また、第２の壁面は、段面ｓに対して垂直、つまり基準面に対して垂直に形成されている。一方、後述するように、光学素子の成型時の離型を考慮した場合、第１および第２の壁面にはある程度の傾斜が形成される。
【００７３】
なお、第１の壁面をなす壁面ｗと段面ｓには、各壁面群ＷＧの最も素子側（深い側）から昇順に番号が付与される。例えば、壁面番号ｗ２１は、壁面群ＷＧ２の１番目の壁面ｗを示し、段面番号ｓ２１は、壁面群ＷＧ２の１番目の段面ｓを示している。また、第２の壁面には、隣接する壁面群ＷＧのうち若い方の壁面群ＷＧの番号が付与される。例えば、壁面番号ｗ１は、壁面群ＷＧ１とＷＧ２の境界に位置する壁面ｗを示している。
【００７４】
第１の回折構造は、例えば、第１の波長λ１の光ビームのうちｋ１ｉ＝＋１次光が支配的となり、第２の波長λ２の光ビームのうちｋ２ｉ＝−２次光が支配的となり、第３の波長λ３の光ビームのうちｋ３ｉ＝−３次光が支配的となるように構成される。これら次数が（λ１×ｋ１ｉ−λ２×ｋ２ｉ）／（ｔ１−ｔ２）≒（λ１×ｋ１ｉ−λ３×ｋ３ｉ）／（ｔ１−ｔ３）の条件を満たすように組合わされると、球面収差を十分に低減することができる。ここで、第１の光ディスク１１の第１の保護層の厚さｔ１（ｍｍ）、第２の光ディスク１２の第２の保護層の厚さｔ２（ｍｍ）、第３の光ディスク１３の保護層の厚さｔ３（ｍｍ）としている。
【００７５】
第２の領域５２には、所定深さｄを有し第１の回折構造とは異なる第２の回折構造が形成され、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームが通過する。第２の領域５２は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第１の光ディスク１１の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光が支配的となるように、第１の波長λ１の光ビームを回折させる。第２の領域５２は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第２の光ディスク１２の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光が支配的となるように、第２の波長λ２の光ビームを回折させる。
【００７６】
一方、第２の領域５２は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第３の光ディスク１３の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光とは異なる次数の回折光が支配的となるように、第３の波長λ３の光ビームを回折させる。換言すれば、第２の領域５２は、対物レンズ３４から出射する第３の波長λ３の光ビームの各種次数の回折光のうち、第３の光ディスク１３の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光の回折効率を低減させる。ここで、第２の回折構造は、フレア化の作用等を考慮して構成される。なお、フレア化とは、所定波長の光ビームが対物レンズ３４を介して結像する位置を、対応する光ディスク２の信号記録面からずらして、信号記録面に集光される当該光ビームの光量を低減させることを意味する。
【００７７】
つまり、第２の領域５２は、各波長の光ビームに対して、所定次数の回折光の回折効率を他の次数に比べて最大化するように機能する。よって、第２の領域５２には、各波長の光ビームに対して、所定次数の回折光を支配的とするように構成された第２の回折構造が形成される。このため、第１および第２の波長λ１、λ２の光ビームについて、第２の領域５２を通過して所定次数の回折光とされた各波長の光ビームを対応する光ディスク２の信号記録面に集光させる際の球面収差を低減することができる。
【００７８】
また、第２の領域５２は、第３の波長λ３の光ビームについては、フレア化の影響等を考慮して、第２の領域５２を通過して対物レンズ３４を介して第３の光ディスク１３の信号記録面に集光しない次数の回折光が支配的となるようにする。よって、第２の領域５２を通過した第３の波長λ３の光ビームが対物レンズ３４に入射しても、第３の光ディスク１３の信号記録面には影響が殆ど及ばない。換言すれば、第２の領域５２を通過して対物レンズ３４により信号記録面に集光される第３の波長λ３の光ビームの光量を大幅に低減することで、第３の波長λ３の光ビームに対して開口制限するように機能する。
【００７９】
第２の領域５２には、第１の領域５１と同様に光軸を中心とした輪帯状の回折構造が基準面に対して設けられる。輪帯の半径方向には、回折基本パラメータにより規定され、第１の領域５１とは異なる階段形状の断面が連続して形成される。
【００８０】
このように、第１および第２の領域５１、５２には、ステップ数Ｓの壁面群ＷＧが輪帯の半径方向に連続した回折構造が形成される。ここで、各壁面群ＷＧには、略同一高さ（基本高）および略同一間隔（基本間隔）の壁面ｗを有する基本形状に、基本高の１／２以下、基本間隔の１／２以下の微小なステップが付加される場合もある。これは、回折部５０や対物レンズ３４は、基本的に回折基本パラメータを規定することで所定機能を実現するが、さらに微小なステップを付加することで、所定機能を損ねずに所定次数の回折光の効率を多少変動させることができるためである。ここで、基本高の１／２未満となるステップは、ステップ数として計数しない。ステップ数Ｓ＝０は、平坦を表している。
【００８１】
また、各壁面群ＷＧには、基本間隔から変動された幅で段面ｓ（回折面）が形成されてもよい。つまり、段面ｓの幅は、光ディスク２の信号記録面上に最適なスポットが集光されるように、この段面ｓの幅で形成された回折領域により与える位相差に基づき決定される。段面ｓの幅は、例えば、光軸から離間するにつれて小さくしてもよく、逆に大きくしてもよい。なお、図４に示す第１および第２の領域５１、５２では、階段形状の段面ｓが半径方向の内側に向かうにつれて表面側（浅い側）に向けて形成されている。しかし、階段形状の方向は、選択される回折次数に応じて設定される。
【００８２】
ところで、前述した第１の領域５１は、第１の領域５１を通過した第３の波長λ３の光ビームが開口数ＮＡ＝０．４５程度で開口制限されるような大きさに形成されている。また、第１の領域５１の外側に形成された第２の領域５２は、第２の領域５２を通過した第３の波長λ３の光ビームを、対物レンズ３４を介して第３の光ディスク１３上に集光させない。このため、第１および第２の領域５１、５２を設けられた回折部５０は、第３の波長λ３の光ビームに対してＮＡ＝０．４５程度に開口制限するように機能する。
【００８３】
第２の回折構造は、例えば、第１の波長λ１の光ビームのうちｋ１ｍ＝０次光が支配的となり、第２の波長λ２の光ビームのうちｋ２ｍ＝−１次光が支配的となるように構成される。ｋ１ｍとｋ２ｍは、例えば（ｋ１ｍ、ｋ２ｍ）＝（０、−１）、（０、−２）、（＋１、０）、（＋１、−１）として組合わされる。
【００８４】
第３の領域５３には、所定深さｄを有し第１および第２の回折構造とは異なる第３の回折構造が形成され、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームが通過する。第３の領域５３は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第１の光ディスク１１の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光が支配的となるように、第１の波長λ１の光ビームを回折させる。
【００８５】
一方、第３の領域５３は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第２の光ディスク１２の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光とは異なる次数の回折光が支配的となるように、第２の波長λ２の光ビームを回折させる。同様に、第３の領域５３は、対物レンズ３４から出射する各種次数の回折光のうち、第３の光ディスク１３の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光とは異なる次数の回折光が支配的となるように、第３の波長λ３の光ビームを回折させる。
【００８６】
換言すれば、第３の領域５３は、対物レンズ３４から出射する第２の波長λ２の光ビームの各種次数の回折光のうち、第２の光ディスク１２の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光の回折効率を低減させる。同様に、第３の領域５３は、対物レンズ３４から出射する第３の波長λ３の光ビームの各種次数の回折光のうち、第３の光ディスク１３の信号記録面に集光して適切なスポットを形成する次数の回折光の回折効率を低減させる。ここで、第３の回折構造は、フレア化の作用等を考慮して構成される。
【００８７】
つまり、第３の領域５３は、各波長の光ビームに対して、所定次数の回折光の回折効率を最大化するように機能する。よって、第３の領域５３には、各波長の光ビームに対しては、所定次数の回折光を支配的とするように構成された第３の回折構造が形成される。このため、第１の波長λ１の光ビームに対して、第３の領域５３を通過して所定次数の回折光とされた各波長の光ビームを対応する光ディスク２の信号記録面に集光させる際の球面収差を低減することができる。
【００８８】
また、第３の領域５３は、第２の波長λ２の光ビームについては、フレア化の影響等を考慮して、第３の領域５３を通過して対物レンズ３４を介して第２の光ディスク１２の信号記録面に集光しない次数の回折光が支配的となるようにする。よって、第３の領域５３を通過した第２の波長λ２の光ビームが対物レンズ３４に入射しても、第２の光ディスク１２の信号記録面には影響が殆ど及ばない。換言すれば、第３の領域５３を通過して対物レンズ３４により信号記録面に集光される第２の波長λ２の光ビームの光量を大幅に低減することで、第２の波長λ２の光ビームに対して開口制限するように機能する。
【００８９】
同様に、第３の領域５３は、第３の波長λ３の光ビームについては、フレア化の影響等を考慮して、第３の領域５３を通過して対物レンズ３４を介して第３の光ディスク１３の信号記録面に集光しない次数の回折光が支配的となるようにする。よって、第３の領域５３を通過した第３の波長λ３の光ビームが対物レンズ３４に入射しても、第３の光ディスク１３の信号記録面には影響が殆ど及ばない。換言すれば、第３の領域５３を通過して対物レンズ３４により信号記録面に集光される第３の波長λ３の光ビームの光量を大幅に低減することで、第３の波長λ３の光ビームに対して開口制限するように機能する。
【００９０】
第３の領域５３には、図４に示すように、光軸を中心とした輪帯状の回折構造が基準面に対して設けられる。ここで、第３の領域５３には、基準面に対する輪帯の断面形状が所定深さｄとなるブレーズ形状が形成される。これは、対物レンズ３４の最も外側ではレンズ曲面の曲率が大きく、ブレーズ形状以外の構造として外輪帯を設けることが製造上の観点から不利となるためである。ただし、場合によっては階段形状からなるステップ構造として外輪帯が設けられてもよい。また、外輪帯では回折不要光や回折効率を考慮する必要性が低く、ブレーズ形状の構造により十分な機能が実現可能となるためである。また、図４に示す第３の領域５３では、ブレーズ形状の段面が半径方向の内側に向かうにつれて表面側（浅い側）に向けて形成されている。しかし、ブレーズ形状の方向は、選択される回折次数に応じて設定される。
【００９１】
ところで、第２の領域５２は、第２の領域５２を通過した第２の波長λ２の光ビームがＮＡ＝０．６程度で開口制限されるような大きさに形成されている。また、第２の領域５２の外側に形成された第３の領域５３は、第２の波長λ２の光ビームをＮＡ＝０．６０程度に開口制限する第２の領域５２の外側に設けられている。また、第３の領域５３は、第３の領域５３を通過した第１の波長λ１の光ビームがＮＡ＝０．８５程度で開口制限されるような大きさに形成されている。また、第３の領域５３の外側には、回折構造が形成されないので、第３の領域５３を通過した第１の波長λ１の光ビームを対物レンズ３４を介して第１の光ディスク１１上に集光させない。このため、第３の領域５３を設けられた回折部５０は、第１の波長λ１の光ビームに対してＮＡ＝０．８５程度に開口制限するように機能する。なお、第３の領域５３を通過して対物レンズ３４を介して第１の光ディスク１１上に集光する次数の回折光とは異なる次数の回折光が支配的となるような回折構造を有する回折領域が設けられてもよい。
【００９２】
以上のように構成された第１から第３の領域５１、５２、５３を有する回折部５０は、各領域を通過する各波長の光ビームに所定作用を及ぼす。回折部５０は、第１の領域５１を通過する第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームを、各波長に共通する対物レンズ３４の屈折機能により、それぞれ対応する光ディスク２の信号記録面に球面収差を生じない発散角の状態となるように回折させる。それとともに、回折部５０は、対物レンズ３４の屈折機能により、それぞれ対応する光ディスク２の信号記録面に適切なスポットを形成させる。
【００９３】
また、回折部５０は、第２の領域５２を通過する第１および第２の波長λ１、λ２の光ビームを、各波長に共通する対物レンズ３４の屈折機能により、それぞれ対応する光ディスク２の信号記録面に球面収差を生じない発散角の状態となるように回折させる。それとともに、回折部５０は、対物レンズ３４の屈折機能により、それぞれ対応する光ディスク２の信号記録面に適切なスポットを形成させる。
【００９４】
また、回折部５０は、第３の領域５３を通過する第１の波長λ１の光ビームを、対物レンズ３４の屈折機能により、対応する光ディスク２の信号記録面に球面収差を生じない発散角の状態となるように回折させる。それとともに、回折部５０は、対物レンズ３４の屈折機能により、それぞれ対応する光ディスク２の信号記録面に適切なスポットを形成させる。ここで、「球面収差を生じない発散角の状態」には、発散状態、収束状態および平行光の状態も含まれ、球面収差がレンズ曲面の屈折により補正される状態を意味する。
【００９５】
つまり、光ピックアップ３の光学系における第１から第３の出射部と信号記録面との間の光路上に配置される対物レンズ３４の一面に設けられた回折部５０は、以下のような効果を有する。回折部５０は、それぞれの領域を通過するそれぞれの波長の光ビームを回折させることで、信号記録面に生じる球面収差を低減させる。これにより、回折部５０は、光ピックアップ３における第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームを共通の対物レンズ３４により、それぞれ対応する光ディスク２の信号記録面に集光させた際に信号記録面に生じる球面収差を極限まで低減することができる。つまり、回折部５０は、３種類の光ディスク１１、１２、１３に対して３種類の波長λ１、λ２、λ３に共通する対物レンズ３４を用いた光ピックアップ３の３波長互換を実現し、それぞれの光ディスク１１、１２、１３に対して適切に情報信号を記録および／または再生することを可能にする。
【００９６】
また、第１から第３の領域５１、５２、５３を有する回折部５０は、第２および第３の領域５２、５３に第３の波長λ３の光ビームを通過させることで、開口制限機能を発揮する。第２の領域５２は、最大の回折効率および所定の回折効率を有して生じる回折次数の回折光をフレア化して、信号記録面から結像位置をずらすことで、当該回折次数の回折光の回折効率を低減することができる。第３の領域５３は、第３の波長λ３の光ビームを第３の光ディスク１３の信号記録面に適切なスポットを形成しないように屈折させる。これにより、第３の波長λ３の光ビームのうち、第１の領域５１を通過した部分のみを対物レンズ３４により光ディスク１１の信号記録面に集光させる。そして、第１の領域５１を通過する第３の波長λ３の光ビームが所定のＮＡとなるような大きさで第１の領域５１を形成することで、第３の波長λ３の光ビームを例えばＮＡ＝０．４５程度となるように開口制限することができる。
【００９７】
また、回折部５０は、第３の領域５３に第２の波長λ２の光ビームを通過させることで、開口制限機能を発揮する。第３の領域５３は、第２の波長λ２の光ビームを第２の光ディスク１２の信号記録面に適切なスポットを形成しないように屈折させる。これにより、第２の波長λ２の光ビームのうち、第１および第２の領域５１、５２を通過した部分のみを対物レンズ３４により光ディスク１１、１２の信号記録面に集光させる。そして、第１および第２の領域５１、５２を通過する第２の波長λ２の光ビームが所定開口数となるような大きさで第１および第２の領域５１、５２を形成することで、第２の波長λ２の光ビームを例えばＮＡ＝０．６０程度となるように開口制限することができる。
【００９８】
また、回折部５０は、第３の領域５３の外側を通過する第１の波長λ１の光ビームを、対物レンズ３４により対応する光ディスク２の信号記録面に適切に集光させず、または遮蔽することで、開口制限機能を発揮する。回折部５０は、第１の波長λ１の光ビームのうち、第１から第３の領域５１、５２、５３を通過した部分のみを対物レンズ３４により光ディスク１１の信号記録面に集光させる。そして、第１から第３の領域５１、５２、５３を通過する第１の波長λ１の光ビームが所定開口数となるような大きさで第１から第３の領域５１、５２、５３を形成することで、第１の波長λ１の光ビームを例えばＮＡ＝０．８５程度となるように開口制限することができる。
【００９９】
このように、回折部５０は、３波長互換を実現するのみならず、開口制限機能を発揮する。つまり、回折部５０は、３種類の光ディスク１１、１２、１３と３種類の波長λ１、λ２、λ３の光ビームに適した開口数で開口制限された状態で、共通する対物レンズ３４に各波長の光ビームを入射させることを可能にする。つまり、回折部５０は、３波長に対応した収差補正機能のみならず、開口制限機能も有する。
【０１００】
なお、前述の説明では、第３の領域５３にブレーズ構造を有する回折構造を設ける場合について説明したが、第３の領域５３は、非球面連続面を有する非回折構造として構成されてもよい。
【０１０１】
つぎに、図６を参照して、本発明を適用した光ピックアップ３に用いられる回折部５０の他の構成例について説明する。図４では、図６（ａ）に示すように、対物レンズ３４の入射側の面に第１から第３の領域５１、５２、５３からなる回折部５０を設けた構成について説明したが、回折部５０は、対物レンズ３４の出射側の面に設けられてもよい。さらに、第１から第３の領域５１、５２、５３からなる回折部５０は、対物レンズ３４Ｂとは別体に設けられた回折光学素子３５Ｂの入射側または出射側の面に一体に設けられてもよい。
【０１０２】
例えば図６（ｂ）に示すように、対物レンズ３４から回折部５０を除いたレンズ曲面を有する対物レンズ３４Ｂと、回折部５０を一方の面に設けられ、３波長に共通の光路上に配置される回折光学素子３５Ｂとが設けられてもよい。そして、対物レンズ３４Ｂと回折光学素子３５Ｂからなる集光光学デバイスを構成してもよい。
【０１０３】
図６（ａ）に示す対物レンズ３４には、対物レンズ３４の屈折機能として要求される入射側の面の面形状を基準とし、これに回折機能として要求される回折構造の面形状を組合せた面形状が形成されている。一方、図６（ｂ）に示すような回折光学素子３５Ｂを設ける場合、対物レンズ３４Ｂが屈折機能として要求される面形状とされ、回折光学素子３５Ｂの一方の面が回折機能として要求される回折構造の面形状とされる。
【０１０４】
図６（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｂおよび回折光学素子３５Ｂは、図６（ａ）に示した対物レンズ３４と同様に集光光学デバイスとして機能し、光ピックアップ３に用いられることで、収差等を低減して３波長互換を実現する。それとともに、対物レンズ３４Ｂおよび回折光学素子３５Ｂは、部品点数を削減し、構成の簡素化および小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。さらに、対物レンズ３４に回折部５０を設ける場合よりも、回折構造を複雑にすることができる。
【０１０５】
［４．回折構造の壁面傾斜に起因した不要光の増加防止］
以下では、回折構造の壁面傾斜に起因した不要光の増加を防止する方法について説明する。
【０１０６】
以下では、表１および表２に示す諸元を有する光ピックアップ３を一例として説明する。なお、表１および表２に示す諸元は、あくまでも一例にすぎない。光ピックアップ３は、３種類の光ディスク１１、１２、１３（ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ）に対して互換して利用可能な１種類の対物レンズ３４を有する。表１に示すように、ＢＤは、第１の波長λ１の光ビーム（波長４０５ｎｍ、屈折率１．５６０）に対応し、ＤＶＤは、第２の波長λ２の光ビーム（波長６６０ｎｍ、屈折率１．５４０）に対応し、ＣＤは、第３の波長λ３の光ビーム（波長７８５ｎｍ、屈折率１．５３６）に対応している。
【０１０７】
【表１】
2012079366.tif 000003
【０１０８】
［３．］で前述したように、光ピックアップ３は、入射側の面に回折部５０が設けられた対物レンズ３４を有する。回折部５０には、内輪帯、中輪帯、外輪帯が設けられる。各輪帯には、表２に示す回折パラメータにより規定される回折構造が形成されている。つまり、内輪帯には、ステップ数Ｓ＝６、溝深さｄ＝５．１μｍの階段形状（壁面群ＷＧ）が形成され、中輪帯には、ステップ数Ｓ＝２、溝深さｄ＝１．５μｍの階段形状（壁面群ＷＧ）が形成され、外輪帯には、溝深さｄ＝１．４５μｍのブレーズ形状が形成されている。
【０１０９】
【表２】
2012079366.tif 000004
【０１１０】
特に、第１の領域５１では、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームに対する回折機能を最適化するために、回折基本パラメータにより規定される壁面群ＷＧが回折調整パラメータにより調整される。回折調整パラメータは、段面ｓの幅を調整するための幅調整値ηと、段面ｓの傾きを調整するための傾き調整値δからなる。
【０１１１】
幅調整値ηは、基本的に（１、１、１、…、１、１、１）の比率を有する段面ｓの幅を（式１）に示す比率に調整する。式中のＳは、壁面群ＷＧのステップ数であり、例えばＳ＝６、η＝１．０９の場合、段面ｓの幅は、（０．７８、１．０９、１．０９、１．０９、１．０９、１．０９、０．７８）の比率となる。傾き調整値δは、（式２）に基づき段面ｓの傾きを調整する。傾き調整値δは、図７に示すように、段面ｓの傾き調整値をδ１、…、δｎとした場合に、各壁面群ＷＧの傾き調整値の合計Σδｎと、段面ｓの傾きを調整する前における壁面群ＷＧの高さ（ｄ−Σδｎ）との比率を規定する。なお、図７は、第１の領域５１に設けられた回折構造を実スケール比で示している。
【０１１２】
【数１】
2012079366.tif 000005
【０１１３】
そして、内輪帯は、第１の波長λ１の光ビームを＋１次光が支配的となるように回折させ、第２の波長λ２の光ビームを−２次光が支配的となるように回折させ、第３の波長λ３の光ビームを−３次光が支配的となるように回折させる。中輪帯は、第１の波長λ１の光ビームを０次光が支配的となるように回折させ、第２の波長λ２の光ビームを−１次光が支配的となるように回折させる。外輪帯は、第１の波長λ１の光ビームを２次光が支配的となるように回折させる。
【０１１４】
つまり、内輪帯では、第１の波長λ１の光ビームでは＋１次光が正規光となり、第２の波長λ２の光ビームでは−２次光が正規光となり、第３の波長λ３の光ビームでは−３次光が正規光となる。中輪帯では、第１の波長λ１の光ビームでは０次光が正規光となり、第２の波長λ２の光ビームでは−１次光が正規光となる。外輪帯では、第１の波長λ１の光ビームでは＋２次光が正規光となる。
【０１１５】
図８（ａ）〜（ｃ）には、図５に示すように内輪帯の回折構造の壁面ｗを垂直にした場合について、溝深さｄの変動と正規光および不要光の効率との関係が示されている。ここで、図８（ａ）〜（ｃ）は、表１および表２に示した諸元に基づいている。また、図８（ａ）〜（ｃ）は、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームに各々に対応している。不要光の効率としては、正規光に隣接する正側の次数の不要光（不要光１）の効率および負側の次数の不要光（不要光２）の効率を示している。
【０１１６】
図８（ａ）に示すように、第１の波長λ１の光ビームでは、＋２次光である不要光１の効率が溝深さ変動量Δｄ１１≒−０．０２μｍで略０％となり、０次光である不要光２の効率が溝深さ変動量Δｄ１２≒−０．０４μｍで略０％となる。図８（ｂ）に示すように、第２の波長λ２の光ビームでは、−１次光である不要光１と−３次光である不要光２の効率が溝深さ変動量Δｄ２１≒Δｄ２２≒０．０１μｍで略０％となる。図８（ｃ）に示すように、第３の波長λ３の光ビームでは、−２次光である不要光１と−４次光である不要光２の効率が溝深さ変動量Δｄ３１、Δｄ３２＝−０．１２μｍ未満で最小となる。
【０１１７】
つぎに、不要光１、２の効率がフォーカスエラー信号に及ぼす影響について説明する。図９には、光ピックアップ３によりフォーカスサーボのために検出されるフォーカスエラー信号が示されている。フォーカスエラー信号には、正規光から得られる正規信号と、不要光から得られる不要信号とが含まれている。なお、正規信号と不要信号は、フォーカス方向に距離Δで離間している。
【０１１８】
ここで、正規信号とは、内輪帯の正規光、中輪帯の正規光、外輪帯の正規光の総和から得られる。各輪帯の正規光とは、各輪帯の往路と復路の両方で正規光となる光を組み合わせたものである。また、不要光とは、往路で正規光、復路で不要光となる光を組み合わせたものと、往路で不要光、復路で正規光となる光を組み合わせたものである。
【０１１９】
ここで、正規信号に対して不要信号が大きく、かつ正規信号と不要信号の離間距離Δが２層光ディスクの２層間の光学距離に等しいと、図１０に示すように、第１層の不要信号と読出し対象となる第２層の正規信号とが重なる。図１０には、２層光ディスクの第１層、第２層のそれぞれの正規光から得られる正規信号１、２と、不要光から得られる不要信号１、２とが示されている。第１層の不要信号１と第２層の正規信号２とが重なると、信号干渉が生じてしまう。
【０１２０】
また、光ディスク２の層間厚さが一定であれば、フォーカスに対する影響がある程度抑えられるが、実際にはディスク層間厚さは、光ディスク２上の位置に応じて変動する。結果として、光ディスク２の回転に応じて、不要信号と正規信号との干渉位置が変動し、フォーカスサーボ動作が極めて不安定となる。よって、フォーカスサーボの動作を安定させるためには、不要光の効率を低下させ、不要信号のレベルを十分に抑えることが望まれる。なお、図８に示した程度の不要光効率であれば、フォーカスサーボの動作をほぼ安定させることができる。
【０１２１】
ところで、回折構造の壁面ｗには、対物レンズ３４等、光学素子の成型時における金型からの離型を考慮して、数十度の傾斜が形成される。図１１には、図５に示した回折構造に対して、壁面ｗを傾斜させた回折構造の一例が示されている。なお、図１１に示す回折構造では、回折格子の平均間隔を約１００μｍ、レンズ面の平均角度を２５°としている。また、壁面ｗを傾斜させた回折構造は、第１および第２の壁面の角度を２０°としている。なお、図１１には、基準面に組み合わされる回折構造の形状のみが示されている。
【０１２２】
ここで、図１１に示す回折構造では、壁面ｗ１１〜ｗ１６、壁面ｗ２１〜ｗ２６、壁面ｗ３１〜ｗ３６の高さは同一である。なお、壁面ｗの高さは、前述した傾き調整量δにより調整されてもよい。また、回折構造では、第１の壁面に相当する、壁面ｗ１１〜ｗ１６、壁面ｗ２１〜ｗ２６、壁面ｗ３１〜ｗ３６には、半径方向外側に下る傾斜が形成されている。また、第２の壁面に相当する、壁面ｗ１、ｗ２、ｗ３には、半径方向内側に下る傾斜が形成されている。よって、第２の壁面は、第１の壁面とは逆勾配で傾いている。換言すると、壁面群ＷＧは、壁面ｗの傾き符号の変化点、つまり第１の壁面の傾き符号から第２の壁面の傾き符号への変化点により、隣接する壁面群ＷＧと区分される。
【０１２３】
壁面ｗ１１〜ｗ１６、ｗ２１〜ｗ２６、ｗ３１〜ｗ３６の傾斜は、傾斜幅Ｗｗ１１〜Ｗｗ１６、Ｗｗ２１〜Ｗｗ２６、Ｗｗ３１〜Ｗｗ３６により規定される。壁面ｗ１、ｗ２、ｗ３の傾斜は、傾斜幅Ｗｗ１、Ｗｗ２、Ｗｗ３により規定される。なお、壁面ｗの傾きは、傾斜の幅と高さの比率（＝高さ／幅）として表され、段面ｓまたは基準面と垂直をなす場合を１とし、段面ｓまたは基準面に対して平行に近づくほど、つまり傾きが緩やかなほど０に近づくものとする。
【０１２４】
図１２（ａ）〜（ｃ）には、図１１に示すように内輪帯の回折構造の壁面を傾斜させた場合について、溝深さｄの変動と正規光および不要光の効率との関係が示されている。なお、図１２（ａ）〜（ｃ）は、図８（ａ）〜（ｃ）に対応している。
【０１２５】
図１２（ａ）に示すように、第１の波長λ１の光ビームでは、不要光１の効率が溝深さ変動量Δｄ１１≒−０．０３μｍで略０％となり、不要光２の効率が溝深さ変動量Δｄ１２≒−０．０２μｍで略０％となる。図１２（ｂ）に示すように、第２の波長λ２の光ビームでは、不要光１の効率が溝深さ変動量Δｄ２１≒−０．０２μｍで略０％となり、不要光２の効率が溝深さ変動量Δｄ２２≒０．０２μｍで略０％となる。図１２（ｃ）に示すように、第３の波長λ３の光ビームでは、不要光１、２の効率が溝深さ変動量Δｄ３１、Δｄ３２＝−０．１２μｍ未満で最小となる。
【０１２６】
ここで、図１２（ｂ）に着目すると、不要光１の効率を最小化する溝深さ変動量Δｄ２１と、不要光２の効率を最小化する溝深さ変動量Δｄ２２との差｜Δｄ２１−Δｄ２２｜が０．０４μｍとなっている。つまり、壁面を傾斜させた場合、図８（ｂ）に示した壁面を垂直にした場合（｜Δｄ２１−Δｄ２２｜≒０．０２μｍ）に比べて、不要光１と不要光２の間で効率を最小化する溝深さｄが大きく乖離している。
【０１２７】
このため、垂直の壁面ｗを条件として不要光１、２の効率を最小化するように溝深さｄを最適化しても、レンズ成型時に壁面ｗを傾斜させると、溝深さｄに対する不要光効率のトレランスが低下してしまう。さらに、実設計では、通常、回折格子の平均間隔がより小さくなり、レンズ面の平均角度もより大きくなるので、不要光１、２の間で不要光効率を最小化する溝深さｄが余計に乖離し、溝深さｄに対する不要光効率のトレランスがさらに低下してしまう。ここで、温度変動やレーザの発振波長の変動等の環境変動も考慮すると、あたかも溝深さｄが変動するように感じられてしまう。このため、溝深さｄに対する不要光効率のトレランスが低下すると、環境変動時における隣接信号のフェイク量が大きくなり、フォーカスサーボの動作が不安定になってしまう。
【０１２８】
図１３から図１５は、回折構造の壁面傾斜に起因した不要光の増加原理を説明するための図である。図１３には、第１の壁面と第２の壁面からなる回折構造が単純モデルとして示されている。ここで、正規光／不要光の効率算出に用いるフーリエ変換は、線形性を有するので、第２の壁面に着目して検討する。モデルでは、回折構造のサイズが半径方向１．０、光軸方向１．０に正規化されている。モデルは、幅０．９の平坦面と、平坦面に続く幅０．１、深さ１．０の斜面と、斜面に続く高さ１．０の垂直面からなる。平坦面は、第１の壁面をモデル化しており、斜面と垂直面は、第２の壁面をモデル化している。
【０１２９】
図１４には、図１３に示すようにモデル化された回折構造を用いて、フーリエ変換により各種次数の不要光の効率を算出した結果が示されている。図１４に示すように、各種次数の不要光の効率は、０次光を中心としたガウス分布に従っている。このため、正規光が０次光でなければ、正規光の正側に隣接する不要光１と負側に隣接する不要光２との間では、不要光効率のバランスが崩れてしまう。例えば、正規光が＋１次光であれば、＋２次光である不要光１に比べて０次光である不要光２の効率が高くなり、不要光２の光量が多くなる。よって、不要光１と不要光２の間で効率を最小化する溝深さｄが大きく乖離する原因となる。つまり、効率を最小化する溝深さｄの乖離は、第１の壁面と第２の壁面の間で形状バランスが崩れることに起因していると考えられる。
【０１３０】
図１５には、第２の壁面の傾斜幅と不要光１と不要光２の間で効率を最小化する溝深さｄの乖離量との関係が示されている。図１５に示すように、第２の壁面の傾斜幅と溝深さｄの乖離量の関係は、概ね線形関係を示している。そして、第１の波長λ１の光ビームでは、第２の壁面の傾斜幅が０．０μｍのときの乖離量が−０．０２μｍとなり、傾斜幅が２．５μｍのときの乖離量が０．０１５μｍとなる。第２の波長λ２の光ビームでは、第２の壁面の傾斜幅が０．０μｍのときの乖離量が−０．００５μｍとなり、傾斜幅が２．５μｍのときの乖離量が０．０３５μｍとなる。なお、正の乖離量は、第１の不要光の溝深さｄが第２の不要光の溝深さｄよりも大きいことを意味し、負の乖離量は、第１の不要光の溝深さｄが第２の不要光の溝深さｄよりも小さいことを意味する。
【０１３１】
図１６および図１７は、回折構造の壁面傾斜に起因して増加した不要光の低減原理を説明するための図である。図１６には、第２の壁面とバランスするように傾斜した第１の壁面を有する壁面群ＷＧの回折構造が単純モデルとして示されている。モデルは、幅０．４の第１の平坦面と、第１の平坦面に続く幅０．１、深さ１．０の第１の斜面と、第１の斜面に続く高さ１．０の第１の垂直面と、第１の垂直面に続く幅０．４の第２の平坦面と、第２の平坦面に続く幅０．１、深さ１．０の第２の斜面と、第２の斜面に続く高さ１．０の第２の垂直面からなる。ここで、第１の平坦面から第２の平坦面は、第２の壁面とバランスするように傾斜した第１の壁面をモデル化している。
【０１３２】
図１７には、図１６に示すようにモデル化された回折構造を用いて、フーリエ変換により各種次数の不要光の効率を算出した結果が示されている。図１７に示すように、各種次数の不要光の効率は、０次光を中心とした第１種ベッセル関数に従って分布する。これにより、回折構造の壁面傾斜に起因して増加した不要光を低減する上で、以下のような利点が得られる。
【０１３３】
第１の利点として、図１７に示すように、正規光が偶数次の光である場合、正規光の正側に隣接する不要光１と負側に隣接する不要光２の効率がともに０％となる。例えば、正規光が−２次光である場合、−１次光である不要光１と−３次光である不要光２の効率がともに０となる。よって、回折構造の壁面傾斜に起因した不要光の増加を抑えることができる。
【０１３４】
第２の利点として、図１７に示すように、正規光が奇数次の光である場合でも、偶数次の不要光の効率変化は、図１４に示す効率曲線に比べて図１７に示す効率曲線の方が明らかに小さい。つまり、第１種ベッセル関数の包絡線がガウス分布の包絡線に比べて緩やかであるので、不要光１と不要光２の間での効率差が小さくなる。例えば、正規光が＋１次光である場合、図１４に示す効率曲線では、＋２次光である不要光１と０次光である不要光２との効率比が１．１％となるが、図１７に示す効率曲線では、不要光１と不要光２の効率比が５．７％となる。よって、第２の壁面とバランスするように第１の壁面を傾斜させない場合よりも、不要光１と不要光２の効率比を１／６程度に抑えることができる。
【０１３５】
そして、第１および第２の利点を考慮すれば、不要光１と不要光２の間で効率を最小化する溝深さｄの乖離を抑えることができる。なお、第２の壁面とバランスするように傾斜した第１の壁面を第１の壁面の中央近傍以外に形成すると、第１種ベッセル関数の包絡線がガウス分布の包絡線に近づくとともに、効率が略０％となる次数の光が少なくなる。よって、第２の壁面とバランスするように傾斜した第１の壁面は、第１の壁面と第２の壁面の形状バランスを考慮して、第１の壁面の中央近傍に形成することが望ましい。
【０１３６】
さらに、図１４に示した効率曲線によれば、第１および第２の波長λ１、λ２の光ビームの正規光が０次光である場合には、不要光１、２の効率が略等しくなるので、回折構造の壁面傾斜に起因して不要光が実質的に増加しない。換言すれば、第１および／または第２の波長λ１、λ２の光ビームの正規光が０次光以外である場合には、不要光を低減するために、第２の壁面とバランスするように第１の壁面を傾斜させることが望ましい。
【０１３７】
図１８には、図１１に示した回折構造に対して、第２の壁面とバランスするように第１の壁面の一部を傾斜させた回折構造の一例が示されている。図１８に示す回折構造では、壁面群ＷＧ１〜ＷＧ３のうち２つ、つまり半数以上の壁面群ＷＧ１、ＷＧ３の中央部、つまり壁面ｗ１３、ｗ１４、ｗ３３、ｗ３４の傾斜が他の壁面ｗの傾斜よりも緩やかに傾斜している。壁面ｗ１３、ｗ１４、ｗ３３、ｗ３４は、第２の壁面ｗ１、ｗ３の傾斜幅をＷｗ１、Ｗｗ３とすると、例えば、傾斜幅Ｗｗ１３＝Ｗｗ１４＝Ｒ・Ｗｗ１、Ｗｗ３３＝Ｗｗ３４＝Ｒ・Ｗｗ３、Ｒ＝０．５となるように形成される。なお、傾斜を緩やかにする壁面ｗは、一対の壁面ｗ１３、ｗ１４と一対の壁面ｗ３３、ｗ３４に代えて、壁面ｗ１３または壁面ｗ１４と壁面ｗ３３または壁面ｗ３４とされてもよい。また、傾斜幅Ｗｗ１３≠Ｗｗ１４、傾斜幅Ｗｗ３３≠Ｗｗ３４でもよい。
【０１３８】
よって、図１８に示す回折構造は、以下のように一般化することができる。つまり、回折構造をなす複数の壁面群ＷＧのうち半数以上の壁面群ＷＧについて、各壁面群ＷＧの中央近傍の壁面ｗの傾斜が修正される。中央近傍の壁面ｗの傾斜は、各壁面群ＷＧの中央近傍の壁面ｗの傾斜が各壁面群ＷＧに含まれる他の壁面ｗの平均傾斜ｍｉａｖｒよりも小さくなるように修正される。例えば、壁面群ＷＧｉの中央近傍の壁面ｗの傾斜をｍｉ、ｊ、ｍｉ、ｊ＋１、…とすると、次式が成立する。
ｍｉｎ（｜ｍｉ、ｊ｜、｜ｍｉ、ｊ＋１｜、…）＜｜ｍｉａｖｒ｜  …（式３）
【０１３９】
（式３）に示す関係は、回折格子の形状に依存せずに一般化することができる。なぜなら、第１の壁面と第２の壁面との間で壁面が不均等に傾斜していることにより、効率を最小化する溝深さｄが乖離していると考えられるためである。そして、壁面群ＷＧに含まれる一部の壁面ｗの傾きを小さくすることで、壁面傾斜の不均等を是正することができるためである。
【０１４０】
ここで、中央近傍の壁面ｗとは、各壁面群ＷＧの延長距離を１としたときに、各壁面群ＷＧの一方の端部から０．３５〜０．６５の範囲に位置する壁面ｗを意味する。よって、例えば、壁面ｗｉ１〜ｗｉ９からなる壁面群ＷＧｉでは、壁面ｗｉ４〜ｗｉ６のうちの１以上の壁面ｗの傾斜｜ｍｉ、４｜〜｜ｍｉ、６｜が平均傾斜｜ｍｉａｖｒ｜よりも小さくなるように修正される。なお、上記範囲を逸脱すると、第１の壁面と第２の壁面の間で形状バランスを保つことができなくなるので、溝深さｄに対する不要光効率が改善されても、正規光効率が低下してしまう。
【０１４１】
さらに、図１８に示す回折構造は、以下のように具体化することができる。つまり、回折構造をなす複数の壁面群ＷＧのうち半数以上の壁面群ＷＧについて、各壁面群ＷＧの中央部の１または２の壁面ｗの傾斜ｍが修正される。例えば、壁面群ＷＧｉの壁面ｗｉ１〜ｗｉＳの傾斜をｍｉ、１、ｍｉ、２、・・・ｍｉ、Ｓとすると、次式が成立する。
・壁面数Ｓが偶数のとき
｜ｍｉ、Ｓ／２｜＜｜ｍｉ、Ｓ／２−１｜
および／または｜ｍｉ、Ｓ／２＋１｜＜｜ｍｉ、Ｓ／２＋２｜
・壁面数Ｓが奇数のとき
｜ｍｉ、（Ｓ＋１）／２｜＜｜ｍｉ、（Ｓ＋１）／２＋１｜        …（式４）
【０１４２】
ここで、（式４）は、壁面数Ｓが偶数のとき、壁面群ＷＧｉの中央部に位置する１および／または２の当該壁面ｗの傾斜ｍｉ、Ｓ／２、ｍｉ、Ｓ／２＋１が、壁面群ＷＧｉの中央部以外に位置し、かつ当該壁面ｗに隣接する壁面ｗの傾斜ｍｉ、Ｓ／２−１、ｍｉ、Ｓ／２＋２よりも小さいことを意味する。また、（式４）は、壁面数Ｓが奇数のとき、壁面群ＷＧｉの中央部に位置する１の壁面ｗの傾斜ｍｉ、（Ｓ＋１）／２が、壁面群ＷＧｉの中央部以外に位置し、かつ当該壁面ｗに隣接する壁面ｗの傾斜ｍｉ、（Ｓ＋１）／２＋１よりも小さいことを意味する。
【０１４３】
この場合、傾斜ｍを修正する壁面ｗの位置が特定されるので、壁面群ＷＧの中央近傍の壁面ｗの傾斜を修正する場合よりも適切に形状バランスを保ちつつ、第２の壁面とバランスするように第１の壁面の一部を傾斜させることができる。
【０１４４】
さらに、回折構造をなす複数の壁面群ＷＧのうち半数以上の壁面群ＷＧに代えて、全ての壁面群ＷＧについて、各壁面群ＷＧの中央近傍の壁面ｗまたは中央部の１または２の壁面ｗの傾斜ｍが修正されてもよい（図２０参照）。この場合、全ての壁面群ＷＧで壁面ｗの傾斜ｍを修正するので、半数以上の壁面群ＷＧで壁面ｗの傾斜ｍを修正する場合よりも適切に回折構造全体で第１と第２の壁面の形状バランスを保ちつつ、溝深さｄに対する不要光効率のトレランスを適切に維持することができる。
【０１４５】
ここで、壁面群ＷＧの中央近傍または中央部の壁面ｗは、正規光の効率を低下させずに、溝深さｄに対する不要光効率のトレランスを維持するために、例えば、（式５）に示すように、第２の壁面の傾斜幅Ｗｗに比例する傾斜幅Ｗｗで形成される。
・壁面数Ｓが偶数のとき
Ｗｗｉ、Ｓ／２＝Ｒ・Ｗｉおよび／またはＷｗｉ、Ｓ／２＋１＝Ｒ・Ｗｉ
・壁面数Ｓが奇数のとき
Ｗｗｉ、（Ｓ＋１）／２＝Ｒ・Ｗｉ                                …（式５）
【０１４６】
これは、フーリエ変換の原理によれば、中央近傍または中央部の壁面ｗの幅Ｗｗと溝深さｄの乖離量との関係は、図１５に示した第２の壁面の幅と溝深さｄの乖離量との関係と同様に、概ね線形関係にあると考えられるためである。ここで、傾斜幅Ｗｗの算出に用いる比例係数Ｒは、レンズ成型時の条件や回折格子の間隔等により設定されるが、概ねＲ＝０．１から２．０程度に設定されることが望ましい。なお、第２の壁面にバランスするように第１の壁面の一部を傾斜させると、一般的に、レンズ成型時の離型を考慮して形成される傾斜よりも緩やかな傾斜ｍが形成される。
【０１４７】
また、壁面群ＷＧｉの中央近傍または中央部の壁面ｗは、例えば、（式６）に示すように、壁面群ＷＧｉの第２の壁面の傾斜幅Ｗｗｉと壁面群ＷＧ（ｉ−１）の第２の壁面の傾斜幅Ｗｗｉ−１との平均値に比例する傾斜幅Ｗｗで形成されてもよい。なお、第１の壁面の傾斜幅Ｗｗは、必ずしも第２の壁面の傾斜幅Ｗｗまたは第２の壁面の傾斜幅Ｗｗの平均値に比例しなくてもよい。
・壁面数Ｓが偶数のとき
Ｗｗｉ、Ｓ／２＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２
および／またはＷｗｉ、Ｓ／２＋１＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２
・壁面数Ｓが奇数のとき
Ｗｗｉ、（Ｓ＋１）／２＝Ｒ・（Ｗｉ＋Ｗｉ−１）／２            …（式６）
【０１４８】
図１９（ａ）〜（ｃ）には、図１８に示すように、第２の壁面とバランスするように第１の壁面の一部を傾斜させた場合について、溝深さｄの変動と正規光および不要光の効率との関係が示されている。なお、図１９（ａ）〜（ｃ）は、図１２（ａ）〜（ｃ）に対応している。
【０１４９】
図１９（ａ）に示すように、第１の波長λ１の光ビームでは、不要光１、２の効率が溝深さ変動量Δｄ１１≒Δｄ１２≒−０．０３μｍで略０％となる。図１９（ｂ）に示すように、第２の波長λ２の光ビームでは、不要光１の効率が溝深さ変動量Δｄ２１≒０．０２μｍで略０％となり、不要光２の効率が溝深さ変動量Δｄ２２≒０．００μｍで略０％となる。図１９（ｃ）に示すように、第３の波長λ３の光ビームでは、不要光１、２の効率が溝深さ変動量Δｄ３１、Δｄ３２≒−０．１２μｍ未満で最小となる。
【０１５０】
ここで、図１９（ａ）に着目すると、不要光１の効率を最小化する溝深さ変動量Δｄ１１と、不要光２の効率を最小化する溝深さ変動量Δｄ１２との差｜Δｄ１１−Δｄ１２｜が０．００μｍとなっている。また、図１９（ｂ）に着目すると、不要光１の効率を最小化する溝深さ変動量Δｄ２１と、不要光２の効率を最小化する溝深さ変動量Δｄ２２との差｜Δｄ２１−Δｄ２２｜が０．０２μｍとなっている。つまり、第２の壁面にバランスするように傾斜させた第１の壁面を有する場合、図１２に示した同様な壁面を有しない場合（｜Δｄ１１−Δｄ１２｜≒０．０２μｍ、｜Δｄ２１−Δｄ２２｜≒０．０４μｍ）に比べて、第１および第２の波長λ１、λ２の光ビームでは、不要光１と不要光２の間で効率を最小化する溝深さｄの乖離が十分に抑えられている。
【０１５１】
図２０には、図１８に示した回折構造の変形例が示されている。図１８に示した回折構造では、半数以上の壁面群ＷＧ１、ＷＧ３について、第２の壁面にバランスするように中央部の壁面ｗが緩やかに傾斜している。一方、図２０に示す回折構造では、壁面群ＷＧ１〜ＷＧ３のうち３つ、つまり全ての壁面群ＷＧ１、ＷＧ２、ＷＧ３の中央部、つまり壁面ｗ１３、ｗ１４、ｗ２３、ｗ２４、ｗ３３、ｗ３４が他の壁面ｗよりも緩やかに傾斜している。なお、他の構造については、図１８に示した回折構造と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１５２】
図２１には、第２の壁面にバランスするように第１の壁面の一部を傾斜させた回折構造の他の例が示されている。図２１に示すように、回折構造には、ステップ数Ｓ＝７の壁面群ＷＧ１、ＷＧ２、ＷＧ３、・・・が半径方向に連続して設けられている。例えば、壁面群ＷＧ１は、壁面ｗ１１〜ｗ１７の７つの壁面と、段面ｓ１１〜ｓ１８の８つの段面（回折面）とを有する。壁面群ＷＧ１とＷＧ２の境界には、壁面ｗ１が形成され、壁面群ＷＧ２とＷＧ３の境界には、壁面ｗ２が形成され、壁面群ＷＧ３とＷＧ４の境界には、壁面ｗ３が形成されている。
【０１５３】
また、回折構造の壁面ｗには、レンズ成型時の離型を考慮して傾斜が形成されている。つまり、壁面ｗ１１〜ｗ１７、ｗ２１〜ｗ２７、ｗ３１〜ｗ３７には、傾斜幅Ｗｗ１１〜Ｗｗ１７、Ｗｗ２１〜Ｗｗ２７、Ｗｗ３１〜Ｗｗ３７により規定される傾斜が形成されている。壁面ｗ１〜ｗ３には、傾斜幅Ｗｗ１〜Ｗｗ３により規定される傾斜が形成されている。
【０１５４】
さらに、壁面群ＷＧ１〜ＷＧ３のうち２つ、つまり半数以上の壁面群ＷＧ１、ＷＧ３の中央部、つまり壁面ｗ１４、ｗ３４が他の壁面ｗよりも緩やかに傾斜している。壁面ｗ１４、ｗ３４は、第２の壁面ｗ１、ｗ３の傾斜幅をＷｗ１、Ｗｗ３とすると、例えば、傾斜幅Ｗｗ１４＝Ｒ・Ｗｗ１、Ｗｗ３４＝Ｒ・Ｗｗ３、Ｒ＝０．５となるように形成されている。
【０１５５】
また、第２の壁面とバランスするように第１の壁面の一部を傾斜させた回折構造に対して、位相段差構造を追加してもよい。ここで、図２２に示すように、第１の波長λ１の１０倍、つまり１０λ１の位相段差構造を追加する一例を考える。図２２に示す例では、回折構造をなす壁面群ＷＧ１〜ＷＧ４のうち、壁面群ＷＧ１、ＷＧ２と壁面群ＷＧ３、ＷＧ４との間に位相差１０λ１／（ｎ１−１）の位相差が付与される。ここで、位相差は、基準面上における壁面群ＷＧ３、ＷＧ４の配置を位相差に相当する距離だけ高くする、換言すれば壁面群ＷＧ３、ＷＧ４の下部に位相差に相当する高さの光学素材の段差を追加することで付与される。ここで、ｎ１とは、第１の波長λ１の光ビームの屈折率を意味する。もちろん、位相段差は、位相差１０λ１／（ｎ１−１）の整数倍の位相差に相当する高さの段差として追加されてもよい。
【０１５６】
この場合、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３では、１０λ１の位相差は、略６λ２、５λ３の位相差に相当する。よって、図２３に示すように、第１の波長λ１の光の１０波長分の光学距離は、第２の波長λ２の光の６波長分の光路差に相当し、かつ第３の波長λ３の光の５波長分の光路差に相当する。このため、位相段差構造を追加しても、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの波面が揃うことになり、位相段差構造は、各波長の正規光効率に殆ど影響を及ぼさない。このため、位相段差構造を追加することで、不要光の発生量を抑えることも考えられる。
【０１５７】
以上、回折部５０に光ビームを回折させる領域５１、５２、５３を設ける場合について説明した。しかし、前述した説明は、第１または第２の波長λ１、λ２の光ビームの回折次数が０次以外であれば、位相差付与構造を設ける場合についても同様に当てはまる。これは、位相差付与構造でも、レンズ成型時の離型を考慮して設けられた壁面傾斜は、光ビームを回折させる領域を設ける場合と同様に挙動するためである。例えば、図２４に示す位相差付与構造でも、壁面傾斜に起因して、溝深さｄに対する不要光効率が変動することが確認されている。図２４は、第１、第２、第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの換算回折次数を１１：−２４：−３３とした位相差付与構造の一例を示している。なお、図２４では、ｘ＝１．０が第１の領域５１と第２の領域５２との境界を示している。よって、位相差付与構造においても、光ビームを回折させる領域を設ける場合と同様に、第２の壁面とバランスするように第１の壁面の一部を傾斜させることで、溝深さｄに対する不要光効率の変動を抑制することができる。
【０１５８】
［５．本発明を適用した光ピックアップ］
本発明を適用した光ピックアップ３は、対物レンズ３４等の一方の面に設けられ、第１から第３の領域５１、５２、５３を有する回折部５０により、各波長の光ビームに対して領域毎に最適な回折効率および回折角を与えることができる。これにより、光ピックアップ３は、フォーマットが異なる３種類の第１から第３の光ディスク１１、１２、１３の信号記録面における球面収差を十分に低減できる。よって、光ピックアップ３は、異なる３波長λ１、λ２、λ３の光ビームを用いて、３種類の光ディスク１１、１２、１３に対する信号の読取りおよび書込みを可能にする。また、光ピックアップ３を構成する、図４に示した回折部５０を有する対物レンズ３４は、入射した光ビームを所定位置に集光させる集光光学系として機能する。
【０１５９】
同様に、図６（ｂ）に示した回折部５０を有する回折光学素子３５Ｂは、集光光学装置として機能する。集光光学装置は、対物レンズ３４Ｂまたは回折光学素子３５Ｂの一方の面に設けられる回折部５０により、異なる３種類の光ディスク１１、１２、１３に対して光ビームを照射して信号を記録および／または再生する光ピックアップ３に適用可能である。そして、集光光学装置は、光ピックアップ３に用いられることで、３種類の光ディスク１１、１２、１３の信号記録面に対応する光ビームを球面収差を十分に低減した状態で適切に集光することを可能にする。つまり、集光光学装置は、３波長に対して共通の対物レンズ３４Ｂを用いる光ピックアップ３の３波長互換を可能にする。
【０１６０】
図６（ｂ）に示した回折部５０を有する回折光学素子３５Ｂは、例えば、対物レンズ３４Ｂと一体化してアクチュエータに設けられてもよい。また、アクチュエータのレンズホルダに対する組付け精度を高めるとともに組付けを容易にするために、対物レンズ３４Ｂと回折光学素子３５Ｂを一体化した集光光学ユニットとして構成してもよい。例えば、対物レンズ３４Ｂと回折光学素子３５Ｂは、スペーサ等を用いて位置、間隔および光軸を調整しながらホルダに固定することで、一体化された集光光学ユニットとして構成されてもよい。対物レンズ駆動機構に一体に組み付けることで、例えばトラッキング方向へ変位される等、視野振りの際にも第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの球面収差を低減させた状態で、各光ディスク２の信号記録面に適切に集光することを可能にする。
【０１６１】
つぎに、前述のように構成された光ピックアップ３について、第１から第３の光源部３１、３２、３３から出射された光ビームの光路を図２を参照して説明する。まず、第１の波長λ１の光ビームを出射して、第１の光ディスク１１に対して信号の読取りまたは書き込むときの光路について説明する。第１の光ディスク１１を判別したディスク種類判別部２２は、第１の光源部３１の第１の出射部から第１の波長λ１の光ビームを出射させる。
【０１６２】
第１の出射部から出射された第１の波長λ１の光ビームは、第１のグレーティング３９によりトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに分割され、第２のビームスプリッタ３７に入射される。第２のビームスプリッタ３７に入射された第１の波長λ１の光ビームは、ミラー面３７ａにより反射され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０１６３】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第１の波長λ１の光ビームは、ミラー面３８ａを透過して、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて略平行光となる。ついで、１／４波長板４３により所定位相差を付与され、立上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０１６４】
対物レンズ３４に入射した第１の波長λ１の光ビームは、入射側の面に設けられた回折部５０の第１から第３の領域５１、５２、５３により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ前述のように所定次数の回折光が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折機能により、第１の光ディスク１１の信号記録面に適切に集光される。このとき、第１の波長λ１の光ビームは、各領域を通過した光ビームが球面収差を低減可能な状態となるように適切に集光される。なお、対物レンズ３４から出射される第１の波長λ１の光ビームは、所定の回折機能を有する状態とされるとともに、開口制限された状態とされている。
【０１６５】
第１の光ディスク１１により集光された光ビームは、信号記録面で反射し、対物レンズ３４、立上げミラー４４、１／４波長板４３、コリメータレンズ４２を経由して、第３のビームスプリッタ３８のミラー面３８ａで反射されて光検出器４５に出射される。第３のビームスプリッタ３８で反射された往路の光ビームから光路分岐された光ビームは、マルチレンズ４６により光検出器４５に収束されて検出される。
【０１６６】
つぎに、第２の波長λ２の光ビームを出射して、第２の光ディスク１２に対して信号を読取りまたは書込むときの光路について説明する。第２の光ディスク１２を判別したディスク種別判別部２２は、第２の光源部３２の第２の出射部から第２の波長λ２の光ビームを出射させる。
【０１６７】
第２の出射部から出射された第２の波長λ２の光ビームは、第２のグレーティング４０によりトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに分割され、第１のビームスプリッタ３６に入射される。第１のビームスプリッタ３６に入射された第２の波長λ２の光ビームは、ミラー面３６ａを透過し、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａも透過し、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０１６８】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第２の波長λ２の光ビームは、ミラー面３８ａを透過し、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて拡散光の状態とされる。ついで、１／４波長板４３により所定位相差を付与され、立上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０１６９】
対物レンズ３４に入射した第２の波長λ２の光ビームは、入射側の面に設けられた回折部５０の第１および第２の領域５１、５２により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ前述のように所定次数の回折光が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折機能により、第２の光ディスク１２の信号記録面に適切に集光される。このとき、第２の波長λ２の光ビームは、第１および第２の領域５１、５２を通過した光ビームが球面収差を低減可能な状態となるように適切に集光される。
【０１７０】
なお、第３の領域５３を通過する第２の波長λ２の光ビームは、前述した作用により、第２の光ディスク１２の信号記録面に集光されない状態とされており、つまり、適切に開口制限の効果が得られる状態とされている。なお、第２の光ディスク１２の信号記録面で反射された光ビームの復路側の光路については、前述した第１の波長λ１の光ビームと同様であるので、説明を省略する。
【０１７１】
つぎに、第３の波長λ３の光ビームを出射して、第３の光ディスク１３に対して信号を読取りまたは書込むときの光路について説明する。第３の光ディスク１３を判別したディスク種別判別部２２は、第３の光源部３３の第３の出射部から第３の波長λ３の光ビームを出射させる。
【０１７２】
第３の出射部から出射された第３の波長λ３の光ビームは、第３のグレーティング４１によりトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに分割され、第１のビームスプリッタ３６に入射される。第１のビームスプリッタ３６に入射された第３の波長λ３の光ビームは、ミラー面３６ａで反射し、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａを透過し、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０１７３】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第３の波長λ３の光ビームは、ミラー面３８ａを透過し、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて拡散光の状態とされる。ついで、１／４波長板４３により所定位相差を付与され、立上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０１７４】
対物レンズ３４に入射した第３の波長λ３の光ビームは、入射側の面に設けられた回折部５０の第１の領域５１により、この領域を通過した光ビームがそれぞれ前述のように所定次数の回折光が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折機能により、第３の光ディスク１３の信号記録面に適切に集光される。このとき、第３の波長λ３の光ビームは、第１の領域５１を通過した光ビームが球面収差を低減可能な状態となるように適切に集光される。
【０１７５】
なお、第２および第３の領域５２、５３を通過する第３の波長λ３の光ビームにより発生する回折光は、前述したフレア効果により、第３の光ディスク１３の信号記録面に集光されない状態とされており、つまり、適切に開口制限の効果が得られる状態とされている。  なお、第３の光ディスク１３の信号記録面で反射された光ビームの復路側の光路については、前述した第１の波長λ１の光ビームと同様であるので、説明を省略する。
【０１７６】
本発明を適用したピックアップ３は、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームを出射する第１から第３の出射部と、対物レンズ３４等と、往路の光路上に配置される対物レンズ３４等の一方に設けられる回折部５０とを有する。そして、回折部５０が第１から第３の領域５１、５２、５３を有し、第１および第２の領域５１、５２が、所定の深さｄを有する輪帯状の回折構造とされる。また、第１および第２の領域５１、５２は、各波長の光ビームに対して所定次数の回折光が支配的となるように発生させる第１および第２の回折構造を有する。また、第３の領域５３は、所定の回折機能と屈折機能とともに、開口制限機能を有している。
【０１７７】
光ピックアップ３は、かかる構成により、使用波長を異にする３種類の光ディスク１１、１２、１３に対して、共通の１の対物レンズ３４を用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能にする。よって、光ピックアップ３は、構成を複雑化することなしに、対物レンズ３４等を共通として３波長互換を実現してそれぞれの光ディスク１１、１２、１３に対して良好に情報信号を記録および／または再生することを可能にする。
【０１７８】
つまり、本発明を適用した光ピックアップ３は、第１から第３の波長λ１、λ２、λ３の光ビームの光路内の一面に設けられた回折部５０により最適な回折効率および回折角を得ることで、異なる波長の光ビームを用いて、信号の読取りおよび書込みを可能にする。つまり、光ピックアップ３は、複数種類の光ディスク１１、１２、１３に対して３波長互換を可能とするとともに、対物レンズ３４等の光学部品を共通化することができる。これにより、光ピックアップ３は、部品点数を削減して、構成の簡素化および小型化を可能にし、高生産性、高コスト化を実現する。
【０１７９】
そして、本発明を適用した光ピックアップ３は、内輪帯としての第１の領域５１による次数（ｋ１ｉ、ｋ２ｉ、ｋ３ｉ）が例えば（＋１、−２、−３）となる。よって、光ピックアップ３は、球面収差を低減でき、作動距離および焦点距離を最適化でき、製造上有利な構成となる。つまり、光ピックアップ３は、球面収差を適切に低減できる次数の回折光を支配的とすることで、各波長の光ビームを対応する光ディスク１１、１２、１３の信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。
【０１８０】
また、光ピックアップ３には、図１８に示したように、回折部５０の第１の領域５１に複数の壁面群ＷＧ（階段形状）からなる第１の回折構造が設けられる。また、第１の回折構造の壁面ｗには、レンズ成型時における離型を考慮して、ある程度の傾斜が形成される。そして、壁面傾斜により増加した不要光により、フォーカスサーボの動作が不安定となる場合があった。
【０１８１】
しかし、本発明を適用した光ピックアップ３では、第１の回折構造に設けられた複数の壁面群ＷＧのうち半数以上の壁面群ＷＧに、各壁面群ＷＧの中央近傍に位置し、かつ各壁面群ＷＧに含まれる他の壁面ｗの平均傾きよりも小さい傾きの壁面ｗが設けられる。つまり、隣接する壁面群ＷＧの間に形成された壁面ｗ（第２の壁面）とバランスするように、壁面群ＷＧに形成された壁面ｗ（第１の壁面）の一部が緩やかに傾斜される。これにより、壁面群ＷＧに形成された第１の壁面と、隣接する壁面群ＷＧの間に形成された第２の壁面との間に生じていた形状的なアンバランスが解消され、壁面傾斜に起因した不要光の増加を抑制することができる。
【０１８２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１８３】
１    光ディスク装置
２    光ディスク
３    光ピックアップ
４    スピンドルモータ
５    送りモータ
７    システムコントローラ
９    サーボ制御部
２２    ディスク種類判別部
３１    第１の光源部
３２    第２の光源部
３３    第３の光源部
３４    対物レンズ
３６    第１のビームスプリッタ
３７    第２のビームスプリッタ
３８    第３のビームスプリッタ
３９    第１のグレーティング
４０    第２のグレーティング
４１    第３のグレーティング
４２    コリメータレンズ
４３    １／４波長板
４４    立上げミラー
４５    光検出器
４６    マルチレンズ
５０    回折部
５１    第１の領域
５２    第２の領域
５３    第３の領域
ＷＧ    壁面群
ｗ    壁面
ｓ    段面
Ｗｗ    傾斜幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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