(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長の光ビームを発生する２以上の光源を有し、これらの光源から出射した光ビームを光記録媒体に導くための光学手段を有する光学ピックアップ装置であって、
前記光源から光記録媒体までの光路中に、波長によって透過率の異なる選択透過領域を有する光学素子が少なくとも１つ存在し、
光記録媒体の記録表面から光路方向にすべての光学素子を重ねて見たとき、光ビーム断面に相当する領域内に、短波長光の透過率が、外周側で高く内周側で低くなり、長波長光の透過率が、外周側で低く内周側で高くなるよう前記選択透過領域が設けられ、
前記内周側の光透過率は、短波長光が７０％以下、長波長光が８０％以上であり、前記短外周側における光透過率は、短波長光が６０％以上、長波長光が１０％以下であり、
短波長光の光ビームが前記光記録媒体に導かれた際に、前記内周側を透過した光ビームを前記外周側を透過した光ビームより減衰させることで、短波長光の光ビームに対し光学的超解像が作用するようにした光学ピックアップ装置。
【請求項２】
異なる波長の光ビームを発生する２以上の光源を有し、これらの光源から出射した光ビームを光記録媒体に導くための光学手段を有する光学ピックアップ装置であって、
前記光源から光記録媒体までの光路中に、波長によって透過率の異なる選択透過領域を有する光学素子が少なくとも１つ存在し、
光記録媒体の記録表面から光路方向にすべての光学素子を重ねて見たとき、光ビーム断面に相当する領域内に、短波長光の透過率が長波長光の透過率よりも高い短波長選択透過領域と、長波長光の透過率が短波長光の透過率よりも高い長波長選択透過領域とが存在し、前記短波長選択透過領域が前記長波長選択領域よりも外側に存在し、
前記長波長選択透過領域における光透過率は、短波長光が７０％以下、長波長光が８０％以上であり、前記短波長選択透過領域における光透過率は、短波長光が６０％以上、長波長光が１０％以下であり、かつ、前記長波長選択透過領域の短波長光の透過率が前記短波長光選択透過領域の短波長光の透過率より低く設定されており、
短波長光の光ビームが前記光記録媒体に導かれた際に、前記長波長選択透過領域を透過した光ビームを前記短波長選択透過領域を透過した光ビームより減衰させることで、短波長光の光ビームに対し光学的超解像が作用するようにした光学ピックアップ装置。
【請求項３】
前記短波長選択透過領域と前記長波長選択領域とが同心円状に設けられている請求項２の光学ピックアップ装置。
【請求項４】
すべての選択透過領域が１つの光学素子に設けられている請求項１〜３のいずれかの光学ピックアップ装置。
【請求項５】
前記選択透過領域が色素膜により構成されている請求項１〜４のいずれかの光学ピックアップ装置。
【請求項６】
前記色素膜が透明基体上に形成され、前記色素膜上に反射防止膜が形成されている請求項５の光学ピックアップ装置。
【請求項７】
前記色素膜の数がｋ個であり、各色素膜において、使用する最も短い波長における屈折率をｎi（ｉ＝１〜ｋ）、厚さをｄi（ｉ＝１〜ｋ）としたとき、ｎiとｄiとの積が一定である請求項５または６の光学ピックアップ装置。
【請求項８】
前記長波長選択透過領域が一つ形成され、前記短波長選択透過領域が二つ形成され、短波長及び長波長いずれも減衰せずに透過する透過領域が一つ形成されており、
前記長波長選択透過領域が中央に円形状に配置され、その外側に輪帯状の第１の短波長選択透過領域が配置され、当該第１の短波長選択透過領域の外側に輪帯状の前記透過領域が形成され、当該透過領域の外側に第２の短波長選択透過領域が形成されている請求項２〜７のいずれかの光学ピックアップ装置。
【請求項９】
前記長波長選択透過領域が中央に円形状に形成され、前記長波長選択透過領域とその外側に形成されている前記短波長選択透過領域との間に、長波長の光ビームの透過率が高く、短波長光の光ビームの透過率が低い第３の選択透過領域が帯輪状に形成されている請求項２〜７のいずれかの光学ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記異なる波長の光ビームは、長波長の光ビームの波長が７８０ｎｍであり、短波長の光ビームの波長が６５０ｎｍである請求項１〜９のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２個以上の光源を有し、異なる２以上の波長での再生または記録・再生が可能な光学ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光記録媒体の応用範囲の広範化に伴い、記録密度、基板の厚さ、基板の材質、記録再生方式、ディスクサイズ等が異なる多種の光記録媒体が、提供されている。そのため、光学ピックアップ装置に対しては、記録、再生等の基本機能に加えて、異なった種類の媒体を扱うことができる汎用性の高さも要求されるようになった。
【０００３】
以下、従来の光学ピックアップ装置で、記録密度、基板の厚さ等が異なる光記録媒体を扱うために必要となる構成とその問題点について、図面を参照して説明する。なお、本明細書において基板とは、記録表面と光源との間に存在し、入射光に影響を与える光学的媒質を意味する。例えば、記録表面上に樹脂等からなる保護層を設け、この保護層を通して記録光や再生光を入射させる場合には、この保護層は、本明細書において基板として機能することになる。
【０００４】
図１０は、従来の光学ピックアップ装置の構成を示した概略図である。
【０００５】
この光学ピックアップ装置においては、半導体レーザ３から出射した光ビームは、回折格子５で主ビーム（焦点誤差信号用、記録再生信号用）と副ビーム（トラッキング誤差信号用）に分離した後、コリメータレンズ６に入射する。コリメータレンズ６に入射した光ビームは、発散光から平行光にされ、ビームスプリッタ７に入射する。ビームスプリッタ７に入射した光ビームは対物レンズ９の方向に反射され、対物レンズ９に入射する。対物レンズ９に入射した光ビームは平行光から収束光にされ、光記録媒体１０の記録表面にスポットを形成する。
【０００６】
この光ビームは、記録表面で反射され、その際、記録表面の記録情報に応じて変調される。記録表面で反射された光ビームは、対物レンズ９で再び平行光とされ、ビームスプリッタ７に入射する。ビームスプリッタ７に入射した光ビームは、ビームスプリッタ７内を直進し、集光レンズ１１に入射する。集光レンズ１１に入射した光ビームは、平行光から収束光にされ、アナモフィックレンズ１２に入射する。アナモフィックレンズ１２に入射した光ビームは、焦点誤差信号検出用非点収差を発生し、受光素子１３に入射する。受光素子１３に入射した光ビームは、トラッキング誤差信号、焦点誤差信号、記録再生信号等の電気信号に変換される。
【０００７】
ここで、正確な電気信号を得るには、適正なスポットを記録表面に結像する必要があり、そのためには光ビームの収差を十分に小さくする必要がある。以下、光ビームの収差を小さくするための収差補正とその問題点について説明する。
【０００８】
図１１は、光記録媒体の基板４０中を透過し記録表面に達する光ビームを示した説明図である。
【０００９】
同図に示した光記録媒体は、基板４０と記録表面４１とからなり、基板４０には例えばポリカーボネートが用いられ、記録表面４１にはアルミニウム等の光を反射する膜が用いられる。
【００１０】
また、保護層４０の厚さは例えば１．２mm程度であり、記録表面４１の表面には深さ１２０nm、幅０．５μm程度の微細な凹凸（ピット）が設けられている。
【００１１】
この光記録媒体の記録表面４１に適正なスポット４２を結像する場合、光ビームは回折限界まで小さく絞り込まれる。そのスポット径は例えば１．４μm程度である。このように回折限界まで光ビームを絞り込むような光学系では、その光ビームの波面収差を十分に小さくする必要があり、一般的にはマレシャルの基準と呼ばれる目安が知られてる。この基準によれば、その波面収差量は０．０７λＲＭＳである。
【００１２】
ここで、結像に寄与する光ビームの波面収差が小さいということは、波面、すなわち光ビームの等位相面（点ａ、点ａ'を結ぶ曲線で示される面）が、スポット４２を中心とした球面になっているということである。
【００１３】
しかし、適正な収差補正がなされていない光ビームが光記録媒体に照射された場合、図１１に示す基板４０中において光ビームの等位相面がスポット４２を中心とした球面にはならない。
【００１４】
このように基板４０の外での光ビームの等位相面が基板４０の中での等位相面と同一の曲率にならないのは、基板４０の屈折率（例えば、ポリカーボネートでは１．５５）と空気（真空）の屈折率との差異により、基板４０中を進行する光ビームの速度と空気（真空）中を進行する光ビームの速度とが異なるためである。
【００１５】
つまり、屈折率が１．５５の基板４０中を進行する光ビームの速度（ｄｃ間の速度）は空気（真空）中を進行する光ビームの速度（ｃｂ"間の速度）よりも遅いので、光路長が等しい線分ｂｄ（または線分ｂ'ｄ）と線分ｂ"ｄの長さは等しくならない。
【００１６】
以上説明したように、空気中または真空中での屈折率と異なる屈折率を有する平行平板内を収束光が通過した場合、空気中または真空中を通過する理想的な波面に対して収差（以下、球面収差と表記する）が発生する。したがって、光学ピックアップ装置を設計する場合には、この球面収差を考慮した収差補正を施す必要があり、さらに詳しくは、光学系において、基板４０で発生する球面収差と量が同じで向きが反対の収差（補正用球面収差）をあらかじめ与えておく必要がある。図１１は、このような収差補正が施された系における波面の等位相面を示している。
【００１７】
ところで、上述のように光記録媒体の多様化に伴い、特に記録密度を高めた光記録媒体においては、その基板の厚さを薄くする傾向がある。このように光記録媒体の高密度化に伴い、その基板の厚さを薄くするのは、次のような理由による。
【００１８】
一般に、光記録媒体を高密度化した場合、読み取りに要求されるスポット径も小さくなる。また、入射光を理想無収差および強度分布が均一の平面波とし、ビームウエストを中心強度の１／ｅ2としたときのスポット半径Ｒは、
式Ｉ  Ｒ＝０．４１λ／ＮＡ
で与えられる。上記式Ｉにおいて、λは光ビームの波長である。また、ＮＡはレンズの開口数であり、
式II  ＮＡ＝ｎ×sinθ
で定義される。上記式IIにおいて、ｎは波長λにおける屈折率であり、θは図１２（対物レンズ９の開口数を説明するための図）に示すように、射出瞳径に張る角度である。
【００１９】
これらの式からもわかるように、スポット半径Ｒを小さくするためには、光ビームの波長λを短くするか、または、対物レンズの開口数ＮＡ、つまりθを大きくする必要がある。
【００２０】
しかし、対物レンズの開口数ＮＡが大きくなると、基板で発生する球面収差が大きくなる。また、図１３に示したように光記録媒体１０が光ビームの光軸に対して傾いた場合に発生するコマ収差も大きくなる。なお、光記録媒体が光ビームの光軸に対して傾くのは、主に光記録媒体の反りが原因であって、例えば０．７度程度の傾きが生じることは珍しくない。
【００２１】
このように、光記録媒体の高密度化に対応して対物レンズの開口数ＮＡを大きくし、また、光ビームの波長λを短くした場合には球面収差やコマ収差が増大するが、基板の厚さを薄くすることにより球面収差およびコマ収差を抑えることができる。
【００２２】
したがって、記録密度の異なる複数種の光記録媒体に対応することが必要な駆動装置は、厚さの異なる媒体を駆動可能であることが必要とされ、かつ、波長の異なる光ビームを出射するための２以上の光源を備える光学ピックアップを備えることが必要とされる。
【００２３】
しかし、基板の厚さが異なる光記録媒体、例えば、基板の厚さが１．２mmの低密度記録媒体と、基板の厚さが０．６mmの高密度記録媒体とでは、基板で発生する球面収差の量が異なるため、光学ピックアップ装置の収束光線に予め与えておく補正用球面収差の量を変えなければならない。このため、基板の厚さが異なる光記録媒体を扱う光学ピックアップ装置では、通常、波長の異なる光ビーム間で対物レンズを共用することができず、基板の厚さに応じて複数の対物レンズを交換する手段等を設けることが一般的であるが、特開平８−１０２０７９号公報には、基板の厚さが異なる光記録媒体を１個の対物レンズで再生するための手段が示されている。
【００２４】
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、基板の厚さが異なる光記録媒体を１個の対物レンズで再生するための手段を示した説明図であり、上記特開平８−１０２０７９号公報に記載されている手段を簡略化したものである。ここで、図１４（ａ）は、基板が薄い高密度記録媒体を再生する場合を示し、図１４（ｂ）は基板が厚い低密度記録媒体を再生する場合を示している。
【００２５】
この手段において高密度記録媒体を再生する図１４（ａ）の場合、液晶素子５１に入射した光ビームは、液晶素子５１中を一様に透過した後、対物レンズ５２で収束光とされる。また、対物レンズ５２を透過する際に、光ビームには高密度記録媒体の基板５３ａで発生する球面収差を打ち消す逆向きの球面収差が与えられる。このように収差補正がなされた収束光の光ビームは、基板５３ａ中を透過し、記録表面５４ａ上に小さなスポット５５ａを結像する。
【００２６】
一方、低密度記録媒体を再生する図１４（ｂ）の場合、液晶素子５１を円形開口フィルタとして機能させ、光ビームの周辺部を遮断するので、光ビームの中央部だけが対物レンズ５２に入射して収束光とされる。また、対物レンズ５２を透過する際に、光ビームには高密度記録媒体の場合と同じ収差補正がなされる。このように収差補正がなされた収束光の光ビームは、基板５３ｂ中を透過し、記録表面５４ｂ上にスポット５５ｂを結像するが、θ１＞θ２であるため開口数が小さくなり、スポット径は図１４（ａ）の場合よりも大きくなる。
【００２７】
なお、低密度記録媒体の基板５３ｂは、高密度記録媒体の基板５３ａより厚いので、高密度記録媒体の場合と同じ補正量では収差補正が不十分となるが、低密度記録媒体の場合には、θ２が小さい、すなわち開口数が小さいため、補正しきれない球面収差は小さく、無視することができる。したがって、近似的には球面収差は補正されていると考えても差し支えない。つまり、球面収差の発生量は、光ビーム（光束）の周辺部では大きく、光ビーム（光束）の中央部では極めて小さいため、周辺部の光ビームを遮断すれば、収差補正が不十分であっても球面収差はほとんど問題にならない。
【００２８】
以上のように、この従来技術では、対物レンズに入射する光ビームの径を制御することにより、スポット径を変更すると共に、近似的に球面収差を補正している。
【００２９】
なお、このほか特開平１０−２７３７５号公報には、液晶素子に替えて、透過率が波長依存性をもつ色素膜を利用することにより、同様な作用によって光ビームを制御する光学ピックアップ装置が記載されている。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術は、光源波長の短縮化に伴う基板厚さの減少に応じて、対物レンズの実効的な開口数を変更しようとするものである。しかし、開口数の制御に液晶素子を用いた場合でも色素膜を用いた場合でも、対物レンズ周辺部の透過率を長波長側で完全に遮断し、かつ、短波長側で完全に透過させることはできない。コスト高を甘受してかなり性能の高い波長選択性フィルタを使用したとしても、透過率を長波長において５％程度、短波長において９０％程度とするのが限度である。このように遮断および透過に制限があることに起因して、以下のような問題が生じてしまう。
【００３１】
長波長を用いたとき（基板が厚いとき）の球面収差を抑えるために、円形開口フィルタの長波長における透過率を下げると、これに伴って短波長における透過率も下がってしまう。その結果、微小スポットの結像に最も寄与する対物レンズ外周部の光量が短波長において減少するので、スポット径が大きくなってしまい、高密度記録情報の記録、再生に不適となる。
【００３２】
一方、短波長側のスポット径増大を抑えるために、円形開口フィルタの短波長における透過率を上げると、これに伴って長波長における透過率も上がってしまう。その結果、球面収差の要因となる対物レンズ外周部を通過する光を十分に遮断できなくなり、長波長における球面収差が増大してスポット径が大きくなってしまう。
【００３３】
本発明の目的は、光ビーム入射側に存在する基板ないし保護層の厚さが相異なる複数種の光記録媒体に対し、前記基板ないし保護層の厚さが薄いほど波長の短い光ビームを用いて再生ないし記録・再生を行うための光学ピックアップにおいて、短波長においても長波長においても光記録媒体の記録表面に結像するスポット径を小さくすることである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記（１）〜（１０）の本発明により達成される。
（１）異なる波長の光ビームを発生する２以上の光源を有し、これらの光源から出射した光ビームを光記録媒体に導くための光学手段を有する光学ピックアップ装置であって、前記光源から光記録媒体までの光路中に、波長によって透過率の異なる選択透過領域を有する光学素子が少なくとも１つ存在し、光記録媒体の記録表面から光路方向にすべての光学素子を重ねて見たとき、光ビーム断面に相当する領域内に、短波長光の透過率が、外周側で高く内周側で低くなり、長波長光の透過率が、外周側で低く内周側で高くなるよう前記選択透過領域が設けられ、前記内周側の光透過率は、短波長光が７０％以下、長波長光が８０％以上であり、前記短外周側における光透過率は、短波長光が６０％以上、長波長光が１０％以下であり、短波長光の光ビームが前記光記録媒体に導かれた際に、前記内周側を透過した光ビームを前記外周側を透過した光ビームより減衰させることで、短波長光の光ビームに対し光学的超解像が作用するようにした光学ピックアップ装置。
（２）異なる波長の光ビームを発生する２以上の光源を有し、これらの光源から出射した光ビームを光記録媒体に導くための光学手段を有する光学ピックアップ装置であって、前記光源から光記録媒体までの光路中に、波長によって透過率の異なる選択透過領域を有する光学素子が少なくとも１つ存在し、光記録媒体の記録表面から光路方向にすべての光学素子を重ねて見たとき、光ビーム断面に相当する領域内に、短波長光の透過率が長波長光の透過率よりも高い短波長選択透過領域と、長波長光の透過率が短波長光の透過率よりも高い長波長選択透過領域とが存在し、前記短波長選択透過領域が前記長波長選択領域よりも外側に存在し、前記長波長選択透過領域における光透過率は、短波長光が７０％以下、長波長光が８０％以上であり、前記短波長選択透過領域における光透過率は、短波長光が６０％以上、長波長光が１０％以下であり、かつ、前記長波長選択透過領域の短波長光の透過率が前記短波長光選択透過領域の短波長光の透過率より低く設定されており、短波長光の光ビームが前記光記録媒体に導かれた際に、前記長波長選択透過領域を透過した光ビームを前記短波長選択透過領域を透過した光ビームより減衰させることで、短波長光の光ビームに対し光学的超解像が作用するようにした光学ピックアップ装置。
（３）前記短波長選択透過領域と前記長波長選択領域とが同心円状に設けられている上記（２）の光学ピックアップ装置。
（４）すべての選択透過領域が１つの光学素子に設けられている上記（１）〜（３）のいずれかの光学ピックアップ装置。
（５）前記選択透過領域が色素膜により構成されている上記（１）〜（４）のいずれかの光学ピックアップ装置。
（６）前記色素膜が透明基体上に形成され、前記色素膜上に反射防止膜が形成されている上記（５）の光学ピックアップ装置。
（７）前記色素膜の数がｋ個であり、各色素膜において、使用する最も短い波長における屈折率をｎi（ｉ＝１〜ｋ）、厚さをｄi（ｉ＝１〜ｋ）としたとき、ｎiとｄiとの積が一定である上記（５）または（６）の光学ピックアップ装置。
（８）前記長波長選択透過領域が一つ形成され、前記短波長選択透過領域が二つ形成され、短波長及び長波長いずれも減衰せずに透過する透過領域が一つ形成されており、前記長波長選択透過領域が中央に配置され、その外側に輪帯状の第１の短波長選択透過領域が配置され、当該第１の短波長選択透過領域の外側に輪帯状の前記透過領域が形成され、当該透過領域の外側に第２の短波長選択透過領域が形成されている上記（２）〜（７）のいずれかの光学ピックアップ装置。  
（９）前記長波長選択透過領域が中央に円形状に形成され、前記長波長選択透過領域とその外側に形成されている前記短波長選択透過領域との間に、長波長の光ビームの透過率が高く、短波長光の光ビームの透過率が低い第３の選択透過領域が帯輪状に形成されている上記（２）〜（７）のいずれかの光学ピックアップ装置。
（１０）前記異なる波長の光ビームは、長波長の光ビームの波長が７８０ｎｍであり、短波長の光ビームの波長が６５０ｎｍである上記（１）〜（９）のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１（ｃ）に、本発明で用いる光学素子の構成例を示す。この光学素子は、光学ガラス（ＢＫ７）から構成される正方形状の透明基体表面に、円形の長波長選択透過領域１０１と、これを包囲する短波長選択透過領域１０２とを形成したものである。これらの選択透過領域はいずれも有機色素から構成され、中央部の長波長選択透過領域１０１は、長波長光の透過率が短波長光の透過率よりも高く、外周部の短波長選択透過領域１０２は、短波長光の透過率が長波長光の透過率よりも高いものとなっている。
【００３６】
図２（ｃ）に、外周部に短波長選択透過領域１０２を設け、中央部を素通しの透過領域１０４としたほかは図１（ｃ）と同じ構成の光学素子を示す。なお、中央部の透過領域１０４の寸法は、図１（ｃ）の長波長選択透過領域１０１と同じである。この光学素子は、前記特開平１０−２７３７５号公報に記載された円形開口フィルタと同様な構成である。
【００３７】
図１（ｃ）および図２（ｃ）において、長波長選択透過領域１０１の透過率は、波長７８０nmで約９５％、波長６５０nmで約７０％であり、短波長選択透過領域１０２の透過率は、波長７８０nmで約５％、波長６５０nmで約９０％である。
【００３８】
次に、光学ピックアップ装置の対物レンズの前段に上記いずれかの光学素子を配置し、これを通過した入射光を対物レンズにより記録表面にビームスポットとして結像させる場合について考える。なお、入射光はガウシアン分布を有する波長６５０nmのレーザ光とし、対物レンズの開口数は０．６０、対物レンズ最外周における入射光のリム強度は０．５０、短波長選択透過領域１０２を開口絞りとして考えたときの開口数は０．４５とする。
【００３９】
図１（ｃ）の光学素子を設けた場合における、対物レンズに入射する光ビームの強度分布を図１（ａ）に、その場合のビームスポットの強度分布を図１（ｂ）にそれぞれ示す。また、図２（ｃ）の光学素子を設けた場合における、対物レンズに入射する光ビームの強度分布を図２（ａ）に、その場合のビームスポットの強度分布を図２（ｂ）にそれぞれ示す。また、比較のために、どちらの光学素子も設けない場合における、対物レンズに入射する光ビームの強度分布を図３（ａ）に、その場合のビームスポットの強度分布を図３（ｂ）にそれぞれ示す。なお、各図では、縦軸を中心強度で規格化してあり、また、入射する光ビームの強度分布グラフでは、横軸を対物レンズ半径で規格化してある。
【００４０】
光学素子を設けなかった図３（ｂ）では、スポット径（中心強度の１／ｅ2に相当）は０．９６１μmであるが、円形開口を有する従来の光学素子を設けた図２（ｂ）では、スポット径が０．９７６μmに増大してしまう。スポット径の増大は、図２（ｃ）に示す短波長選択透過領域１０２により、微小スポットの結像に最も寄与する光ビーム外周部の強度が約１０％減少したためである。この従来の光学素子を用いるという条件下でスポット径の増大を抑えるためには、入射光のリム強度を増大させる必要がある。例えばリム強度を０．６０とすれば、対物レンズへの入射光の強度分布は図４（ａ）に示されるものとなり、その結果、ビームスポットの強度分布は図４（ｂ）に示されるものとなって、光学素子を設けなかった図３（ｂ）と同等のスポット径が得られる。しかし、このようなリム強度の変更は、光学系の大幅な設計変更を伴うため、実用的とはいえない。
【００４１】
これに対し、図１（ｃ）に示す光学素子を設けた場合には、中央部に長波長選択透過領域１０１を設けるため、この領域で短波長光の強度が減少する。したがって、短波長の入射ビームについては、入射ビーム外周部における強度の落ち込みを補償することができ、ビームスポット径の増大を抑制できる。特に、この例のように、長波長選択透過領域１０１における短波長光の透過率（約７０％）を、短波長選択透過領域１０２のそれ（約９０％）よりも低く設定すれば、図１（ａ）に示されるように入射ビームを中央部で減衰させることができる。その結果、光学的超解像の効果により、回折限界を超える微小なスポットを結像させることが可能となる。この例では、図１（ｂ）に示すように、ビームスポット径が０．９２５μmとなり、光学素子を設けなかった図３（ｂ）よりも小さくなっている。
【００４２】
また、図１（ｃ）に示す光学素子では、長波長選択透過領域１０１における短波長光の透過率を変えることによりビームスポット径を容易に変更できるので、様々な目的に応じた設計変更が容易となる。
【００４３】
一方、図１（ｃ）に示す光学素子における長波長光の透過率は、長波長選択透過領域１０１で約９５％と高く、短波長選択透過領域１０２で約５％と低いため、長波長ビームの外周部カットによる球面収差低減については、図１（ｂ）に示す従来の光学素子と同等の効果が得られる。
【００４４】
図１（ｃ）に示す例において、長波長選択透過領域１０１の寸法は、この領域だけを光が透過すると考えたときの開口数が、対物レンズの開口数の４０％〜８５％、特に５０％〜８０％の範囲内に相当するように設定することが好ましい。
【００４５】
また、図１（ｃ）に示す例において、長波長選択透過領域１０１および短波長選択透過領域１０２のそれぞれにおける透過特性は、各波長におけるビームの結像性能やレーザ光の効率等を考慮して適宜定めればよいが、長波長選択透過領域１０１における光透過率は、短波長光が７０％以下、長波長光が８０％以上であることが好ましく、短波長選択透過領域１０２における光透過率は、短波長光が６０％以上、長波長光が１０％以下であることが好ましい。さらに、光ビーム断面に相当する領域内において、短波長光の透過率が外周側で高く内周側で低くなり、長波長光の透過率が外周側で低く内周側で高くなるように、長波長選択透過領域１０１および短波長選択透過領域１０２のそれぞれにおける光透過率を設定すれば、上述したように短波長光における光学的超解像効果と、長波長光における球面収差の低減とが同時に実現する。
【００４６】
本発明では、図１（ｃ）に示す例のほか、例えば図５に示すように、長波長選択透過領域１０１を中央に配置し、その外側に輪帯状に第１の短波長選択透過領域１０２を配置し、その外側を輪帯状に透過領域１０４とし、さらにその外側に第２の短波長選択透過領域１０２を配置する構成としてもよい。図５に示す構成では、輪帯状の第１の短波長選択透過領域１０２において長波長光が減衰し、その外側の透過領域１０４では長波長光の減衰は生じないため、収差補正のなされない長波長光において球面収差が最も大きくなる輪帯部（第１の短波長選択透過領域１０２に相当）の透過光を減衰させることができ、結果として長波長光の球面収差を低減できる。一方、短波長光については、中央部に長波長選択透過領域１０１が存在するため、前述した光学的超解像による効果が実現する。このように本発明では、球面収差が連続的に分布する任意の同心円状領域の光透過率を各波長ごとに制御することができるため、目的とするスポット径を容易に得ることができる。
【００４７】
なお、上記説明では、すべての選択透過領域を１つの光学素子に設けた例を挙げたが、少なくとも１つの選択透過領域を設けた光学素子を、光路中に複数配置する構成としてもよい。すなわち、光路方向からすべての光学素子を重ねて見たときに、光束内において、例えば図１（ｃ）に示すような選択透過領域の配置が実現する構成としてもよい。
【００４８】
また、上記説明では、隣接する選択透過領域間で透過特性が段階的に（不連続に）変化する構成としてあるが、１つの選択透過領域から他の選択透過領域に透過特性がなだらかに変化するものであってもよい。
【００４９】
また、上記説明では、選択透過領域の形状を円状または輪帯状としたが、例えば図１（ｃ）における長波長選択透過領域１０１を図６（ａ）に示すような扇状としてもよく、図６（ｂ）に示すように光学素子中央を挟んで扇状の長波長選択透過領域１０１が複数並ぶ形状としてもよい。また、図６（ｃ）に示すように長波長選択透過領域１０１を方形状としてもよく、図６（ｄ）に示すように、長波長選択透過領域１０１と短波長選択透過領域１０２とを、光学素子中央が長波長選択透過領域１０１内に含まれるように分割する構成としてもよい。
【００５０】
本発明において選択透過領域は、上述したようにガラスや樹脂からなる透明基体の少なくとも一方の表面に、色素膜を形成することにより設けることができる。有機色素、特にフタロシアニン系色素やナフタロシアニン系色素は、波長に対し急峻な吸収特性を有し、かつ、製法や組成設計によって吸収波長帯を比較的容易に制御することが可能であるため、本発明に好適である。具体的には、長波長選択透過領域１０１にはフタロシアニン系色素を用いることが好ましく、短波長選択透過領域１０２にはナフタロシアニン系色素を用いることが好ましい。透明な無機材料の多層膜からなる干渉型フィルタでは、目的とする透過率の波長依存性を得るためには数マイクロメートル程度の厚さが必要であるのに対し、有機色素膜では数十ナノメートル程度の厚さで目的とする透過率およびその波長依存性を実現することができる。また、上記有機色素は、追記型光記録媒体の記録層に用いられていることからわかるように耐食性に優れ、また、耐光性に優れるものも開発されているので、十分な耐久性が得られるが、色素膜上に誘電体の単層膜または多層膜からなる反射防止膜を設ければ、耐久性がさらに向上する。なお、色素膜は、塗布や蒸着により形成することができる。
【００５１】
本発明では、性質の異なる選択透過領域を通過したそれぞれの光束間で、位相にずれが生じることがある。選択透過領域を色素膜で構成する場合、色素膜は薄いため、これによる位相のずれは小さく無視することもできるが、厳密にいえば、位相の揃っている光だけが結像に寄与するため、良好な結像を行うためには、特に位相ずれの影響を大きく受ける短波長側において位相を揃えることが好ましい。具体的には、色素膜（選択透過領域）の数がｋ個のとき、ｉ番目の色素膜において、使用する最短波長における屈折率をｎi（ｉ＝１〜ｋ）、膜厚をｄi（ｉ＝１〜ｋ）としたとき、ｎiとｄiとの積が一定となるように各色素膜を設計すればよい。
【００５２】
なお、本発明の応用として、選択透過領域に位相シフタとしての機能をもたせることもできる。特開平１０−２５５３０５号公報に示される輪帯位相シフタは、対物レンズの開口面の一部に輪帯状に凸部または凹部を設け、その段差の高さを適当な値に設計することにより、その部分を透過する光の位相を輪帯の外を通過する光の位相に対してシフトさせる働きを示すものである。このように対物レンズ開口面内において輪帯状に位相をシフトさせることで、光記録媒体の基板厚さが設計値に対して異なる場合に発生する球面収差を最小限に抑えることができる。また、この段差を最適化すれば、２種の波長において両方の球面収差を良好に低減することができる。
【００５３】
上記特開平１０−２５５３０５号公報では、対物レンズに物理的な段差を設けることにより位相シフタを実現しているが、本発明では選択透過領域において位相を制御することにより同様な機能を実現することができる。この例を図７に示す。図７に示す光学素子は、図１（ｃ）に示す光学素子において、中央部の長波長選択透過領域１０１とその外側の短波長選択透過領域１０２との間に、第３の選択透過領域１０３を輪帯状に設けたものである。この第３の選択透過領域１０３は、長波長光については透過率が高く、かつその位相が所定の量だけ変化し、短波長光については透過率が低く、かつその位相シフト量が長波長選択透過領域１０１と同じになるように設計された領域である。図７に示す光学素子を用いることにより、光記録媒体の基板厚さが設計値に対して異なる場合に生じる球面収差、あるいは、収差補正が短波長光使用時（基板が薄い場合）に最適化されている場合に生じる長波長光使用時（基板が厚い場合）の球面収差を、単に開口制限を行う場合に比べ低減でき、結像性能を向上させることができる。基板厚さ０．６mmかつ波長６５０nmの場合に最適化された対物レンズを用いたときの波長７８０nm（基板厚さ１．２mm）での球面収差を図８（ａ）に、その場合において、円形開口フィルタにより開口制限を行った場合の球面収差を図８（ｂ）に、円形開口フィルタの替わりに図７に示す光学素子を設けた場合の球面収差を図８（ｃ）にそれぞれグラフとして示す。これらのグラフから、図７に示す構成の輪帯位相シフタにより、球面収差が著しく低減することがわかる。
【００５４】
次に、本発明を２光源の光学ピックアップ装置に適用する場合の具体例について説明する。
【００５５】
図９は、上記光学素子を用いた２光源の光学ピックアップ装置の構成を示した説明図である。
【００５６】
この光学ピックアップ装置は、発振波長６５０nmの半導体レーザ３ａと発振波長７８０nmの半導体レーザ３ｂを有しており、半導体レーザ３ａまたは半導体レーザ３ｂから出力された光ビームはビームスプリッタ４を介して回折格子５に入射する。回折格子５に入射した光ビームは、主ビーム（焦点誤差信号用、記録再生信号用）と副ビーム（トラッキング誤差信号用）に分離した後、コリメータレンズ６に入射する。コリメータレンズ６に入射した光ビームは、発散光から平行光とされ、ビームスプリッタ７に入射する。ビームスプリッタ７に入射した光ビームは、対物レンズ９の方向に反射され、光学素子８を介して対物レンズ９に入射する。対物レンズ９に入射した光ビームは、平行光から収束光とされ、光記録媒体１０の記録表面にスポットを形成する。対物レンズ９は、光記録媒体１０が高密度記録媒体（基板厚さ０．６mm）であって、かつ波長６５０nmの光ビームを用いて記録再生を行う場合に対して、開口数や収差補正等が最適化されている。また、光学素子８は、図１（ｃ）に示すような選択透過領域が設けられたものである。
【００５７】
光記録媒体の記録表面にスポットを形成した光ビームは、記録表面で反射され、対物レンズ９に入射する。対物レンズ９に入射した光ビームは、再び平行光とされ、光学素子８を再び通過し、ビームスプリッタ７を直進して集光レンズ１１に入射する。集光レンズ１１に入射した光ビームは平行光から収束光にされ、アナモフィックレンズ１２に入射する。アナモフィックレンズ１２に入射した光ビームは焦点誤差信号検出用非点収差を発生し、受光素子１３に達する。受光素子１３に達した光ビームは、トラッキング誤差信号、焦点誤差信号および記録再生信号に変換される。
【００５８】
この光学ピックアップ装置においては、例えば、高密度記録媒体の基板の厚さを前記したように０．６mmとし、また、低密度記録媒体の基板の厚さを１．２mmとし、高密度記録媒体再生時（波長６５０nmのとき）の対物レンズの開口数を０．６、低密度記録媒体再生時（波長７８０nmのとき）の対物レンズの実質的な開口数を０．３５としたときに良好な記録再生特性が実現するが、基板の厚さ、波長、開口数がこれらに限定されないことは勿論である。また、本発明は、３個以上の光源を搭載した光学ピックアップ装置にも適用することができる。また、本発明は、有限系光学ピックアップ装置に適用することもできる。
【００５９】
また、選択透過領域を有する光学素子は、図示例のように光学ピックアップ装置の構成要素と独立に設ける必要はなく、例えば前記特開平１０−２７３７５号公報に記載されているように、対物レンズ表面、ビームスプリッタ表面、回折格子表面、コリメータレンズ表面などに選択透過領域を設けたものであってもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明では、以上に説明したような選択透過領域を光学ピックアップ装置の光路中に設けることにより、単一の対物レンズを用い、かつ、基板厚さの相異なる複数種の光記録媒体に対し異なる波長で記録や再生を行う際に、短波長においても長波長においても光記録媒体の記録表面に結像するスポット径を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、図１（ｃ）に示す光学素子を設けた場合における、対物レンズに入射する光ビームの強度分布を示すグラフである。（ｂ）は、その場合のビームスポットの強度分布を示すグラフである。（ｃ）は、本発明に用いる光学素子の構成例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図２（ｃ）に示す光学素子を設けた場合における、対物レンズに入射する光ビームの強度分布を示すグラフである。（ｂ）は、その場合のビームスポットの強度分布を示すグラフである。（ｃ）は、円形開口フィルタとして働く従来の光学素子の構成例を示す平面図である。
【図３】（ａ）は、光学素子を設けない場合における、対物レンズに入射する光ビームの強度分布を示すグラフである。（ｂ）は、その場合のビームスポットの強度分布を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、図２（ｃ）に示す光学素子を設け、かつリム強度を上げた場合における、対物レンズに入射する光ビームの強度分布を示すグラフである。（ｂ）は、その場合のビームスポットの強度分布を示すグラフである。
【図５】本発明に用いる光学素子の構成例を示す平面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、本発明に用いる光学素子の構成例を示す平面図である。
【図７】本発明に用いる光学素子であって、輪帯位相シフタとしての機能を有するものの構成例を示す平面図である。
【図８】（ａ）は、短波長光を用い、かつ基板が薄い場合に対し収差補正が最適化された対物レンズを用いたときの長波長光の球面収差を示すグラフである。（ｂ）は、その場合において、円形開口フィルタにより開口制限を行ったときの球面収差を示すグラフである。（ｃ）は、円形開口フィルタの替わりに図７に示す光学素子を設けたときの球面収差を示すグラフである。
【図９】本発明の光学ピックアップ装置の構成例を示す説明図である。
【図１０】従来の光学ピックアップ装置の構成例を示す説明図である。
【図１１】基板で生じる球面収差を説明するための説明図である。
【図１２】開口数を説明するための説明図である。
【図１３】光記録媒体が光軸に対し傾いた場合を示す説明図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、対物レンズに入射する光ビームの径が異なる場合における結像の違いを説明する図である。
【符号の説明】
１０１  長波長選択透過領域
１０２  短波長選択透過領域
１０３  第３の選択透過領域
１０４  透過領域
３、３ａ、３ｂ  半導体レーザ
４  ビームスプリッタ
５  回折格子
６  コリメータレンズ
７  ビームスプリッタ
８  光学素子
９  対物レンズ
１０  光記録媒体
１１  集光レンズ
１２  アナモフィックレンズ
１３  受光素子
４０  基板
４１  記録表面
４２  スポット
【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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