(57)【要約】      （修正有）【課題】異なる３種類の波長を用いて複数種類の光ディスクに対して記録、再生を行う光ピックアップにおいて、構成部品を共通化するとともに、各光ディスクのフォーマットに対応する適切なフォーカス引き込み範囲を設定して、良好な３波長互換を実現する。【解決手段】複数種類の光ディスクにそれぞれ対応する３つの波長の光ビームを出射する各出射部と、各波長の光ビームを光ディスクに集光する集光光学デバイス３６と、光軸方向に移動可能とされ、移動された光軸方向の位置に応じて光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する発散角変換素子３７と、光路分離手段３８，３９で分離された戻りの光ビームを受光する共通の光検出器４１と、集光光学デバイス３６と受光部４０との間に設けられ、各波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、光ビームに対して他の光ビームとは異なる状態に波面の位相状態を変換する位相変換部４３とを備える。【選択図】図２
2009176391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の光ディスクから任意に選択された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の記録及び／又は再生を行う光ピックアップにおいて、
第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、
上記第１の波長よりも長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、
上記第２の波長よりも長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、
上記第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面上に集光する集光光学デバイスと、
上記第１乃至第３の出射部と、上記集光光学デバイスとの間の光路上に配置され且つ光軸方向に移動可能とされ、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する発散角変換素子と、
上記光ディスクで反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを受光する共通の受光部を有する光検出器と、
上記集光光学デバイスと上記受光部との間に設けられ、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部とを備える光ピックアップ。
【請求項２】
上記位相変換部は、上記集光光学デバイスと上記受光部との間に設けられる位相変換素子の一方の面に設けられ、
入射した光ビームに対して光軸方向に屈折させる屈折力を正の屈折力としたときに、上記位相変換素子は、上記第１の波長の光ビームに対して付与する屈折力より上記第２の波長の光ビームに対して付与する屈折力が大きくなるのと略同等の状態に第１及び第２の波長の光ビームの波面の位相状態を変換するとともに、上記第１の波長の光ビームに対して付与する屈折力より上記第３の波長の光ビームに対して付与する屈折力が大きくなるのと略同等の状態に第１及び第３の波長の光ビームの波面の位相状態を変換する請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
上記発散角変換素子は、上記第１乃至第３の波長の光ビームのうち出射される光ビームの種類毎に、光軸方向の所定の位置に移動され、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの状態を変えることで、各波長の光ビームを上記受光部の同一の受光面上に集光させる請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項４】
さらに、上記集光光学デバイスと上記受光部との間に、入射した上記第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を変換して上記受光部上に集光させる発散角変換機能及び／又は入射した上記第１乃至第３の波長の光ビームに非点収差を付与して上記受光部側に出射させる非点収差付与機能を有するマルチレンズを備え、
上記位相変換部は、上記マルチレンズの一方の面に一体に形成されている請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項５】
上記光ディスクで反射された上記第１乃至第３の波長の光ビームを上記受光部に導く、少なくとも上記集光光学デバイス、上記発散角変換素子及び上記位相変換部からなる復路光学系による上記第１の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ１とし、上記復路光学系による上記第２の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ２とし、上記復路光学系による上記第３の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ３としたとき、
１５．７５≦Ｍλ１≦２５．００の関係、１２．５０≦Ｍλ２≦１８．００の関係、及び１１．５０≦Ｍλ３≦１６．２５の関係を満たすようにされている請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項６】
複数種類の光ディスクから任意に選択される光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、
上記駆動手段によって回転駆動される光ディスクに対して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の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを備える光ディスク装置において、
上記光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、
上記第１の波長よりも長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、
上記第２の波長よりも長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、
上記第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面上に集光する集光光学デバイスと、
上記第１乃至第３の出射部と、上記集光光学デバイスとの間の光路上に配置され且つ光軸方向に移動可能とされ、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する発散角変換素子と、
上記光ディスクで反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを受光する共通の受光部を有する光検出器と、
上記集光光学デバイスと上記受光部との間に設けられ、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部とを備える光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる３種類の光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ及びこれを用いた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長４０５ｎｍ程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う高密度記録が可能な光ディスク（以下、「高密度記録光ディスク」という。）が提案されている。この高密度記録光ディスクは、信号記録層を保護する保護層（カバー層）の厚さを薄く、例えば０．１ｍｍとした構造のものが提案されている。
【０００３】
これらの高密度記録光ディスクに対応する光ピックアップを提供するに際して、従来の使用波長が７８５ｎｍ付近であるＣＤ（Compact Disc）、使用波長が６５５ｎｍ付近であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のフォーマットの異なる光ディスクとの互換性を有するものが望まれる。このように、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるフォーマットの光ディスク間の互換性を有する光ピックアップ及び光ディスク装置が必要とされる。
【０００４】
ところで、上述したような高密度記録光ディスク並びにＤＶＤ，ＣＤ等の光ディスクには、それぞれ、普及するメディアやこれを記録再生する装置の統一性・互換性を守るための規格（フォーマット）が存在する。これらの規格書（フォーマットブック）には、製品技術に関して、さまざまな要求事項が記載されているが、上述したような異なる３種類の光ディスクに対して、情報信号の記録又は再生を実現する所謂３波長互換を実現するためには、特にその記載事項の一つであるフォーカスサーボ等のためのサーボ信号に対する要求事項を満足することが重要となってくる。
【０００５】
上述したような３波長互換を行う場合には、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスクに対する従来のシステムに加えて、高密度記録光ディスクに対するシステムを実現可能とする必要があり、そのためには、複数種類のフォーマットに対応したフォーカスサーボに適したフォーカスエラー信号の要求仕様を満たす必要がある。そして、このような複数種類のフォーマットで決められた光ディスクの仕様の違いにより、それぞれの光ディスクのフォーマットに対応したフォーカスサーボに適したフォーカスエラー信号の要求仕様が、異なっている。
【０００６】
特に、フォーカスエラー信号の波形は、光ピックアップの光学系及び電気系と関わり合いが深く、光学系の復路系の倍率（以下、「復路倍率」ともいう。）でＳ字波形の引き込み範囲（以下、「フォーカス引き込み範囲」ともいう。）という指標が制約されることとなる。
【０００７】
例えば、従来のシステムを考慮すると、高密度記録光ディスクであるＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））に適したフォーカス引き込み範囲は、１．５μｍ〜３．５μｍ程度であり、ＤＶＤ及びＣＤに適したフォーカス引き込み範囲は、４．０μｍ〜１２．０μｍ程度であった。
【０００８】
そして、このフォーカス引き込み範囲が各光ディスクのフォーマットに適合しない場合には、フォーカスサーボの感度が低下したり、フォーカス外れが発生し適切なフォーカスサーボを行うことができず、これにより、記録・再生を良好に行うことができないといった問題が発生するおそれがあった。使用波長としての３波長それぞれにおいて適切なフォーカス引き込み範囲を与えるためには、それぞれ最適な復路倍率に設定する必要がある。復路倍率は、主に対物レンズの焦点距離、対物レンズへの入射倍率、その他の復路光学系に配置される光学部品の焦点距離により決まる。以上のようなことに鑑みて、従来は、例えば、図１７に示すように、受光素子を２つ以上用い、復路系の共通光路以外の光路に曲率の異なるカップリングレンズとしてのマルチレンズを個別に配置する方法等が用いられ、又は検討されてきた。ここで、図１７に示す従来検討されてきた光ピックアップの構成について説明する。
【０００９】
図１７に示す光ピックアップ１６０は、３波長の光ビームに対応する共通の対物レンズを有するものであり、従来の２つの対物レンズを有する光ピックアップの問題点を解消する。すなわち、光ピックアップ１６０は、２つの対物レンズ駆動用のアクチュエータに搭載する必要があるため、アクチュエータの重量が増大し、感度が低下する等の問題を解消するものである。
【００１０】
この光ピックアップ１６０は、具体的に、ＣＤ等の光ディスクに対して波長７８５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部を有するレーザダイオード等の光源部１６３と、ＤＶＤ等の光ディスクに対して波長６５５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部を有するレーザダイオード等の光源部１６２と、高密度記録光ディスクに対して波長４０５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部を有するレーザダイオード等の光源部１６１と、高密度記録光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ用の共通の対物レンズ１６４と、収差補正用の回折光学素子１６５とを備える。
【００１１】
また、この光ピックアップ１６０は、可動コリメータレンズ１６７、１／４波長板１７５、立ち上げミラー１７６、ビームスプリッタ１６８Ａ，１６８Ｂ，１６９Ａ、グレーティング１７３Ａ，１７３Ｂ，１７３Ｃ等を備える。
【００１２】
さらに、この光ピックアップ１６０は、復路の光路中に、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスク用の戻り光検出系としてマルチレンズ１７２Ｂ及び光検出器１７１Ｂと、高密度記録光ディスク用の戻り光検出系としてマルチレンズ１７２Ａ及び光検出器１７１Ａと、それぞれの戻り光検出系に所定の光ビームを導くビームスプリッタ１６９Ｂとを備える。
【００１３】
光源部１６３より出射された波長７８５ｎｍ程度の光ビームは、ビームスプリッタ１６８Ｂで反射され、ビームスプリッタ１６９Ａを透過して対物レンズ１６４へと入射する。この対物レンズ１６４によって厚さ１．１ｍｍ程度の保護層を有する光ディスクの信号記録面に集光される。
【００１４】
光源部１６２より出射された波長６５５ｎｍ程度の光ビームは、ビームスプリッタ１６８Ａで反射され、ビームスプリッタ１６８Ｂ，１６９Ａを透過して対物レンズ１６４へと入射する。この対物レンズ１６４によって厚さ０．６ｍｍの保護層を有する光ディスクの信号記録面に集光される。光ディスクの信号記録面で反射された波長７８５ｎｍ及び波長６５５ｎｍの戻り光は、ビームスプリッタ１６９Ａを経て、ビームスプリッタ１６９Ｂで反射されて、マルチレンズ１７２Ｂによりフォトディテクタ等を有する光検出器１７１Ｂで検出される。
【００１５】
光源部１６１より出射された波長４０５ｎｍ程度の光ビームは、ビームスプリッタ１６８Ａ，１６８Ｂ，１６９Ａを透過され、対物レンズ１６４へと入射する。この対物レンズ１６４によって厚さ約０．１ｍｍの保護層を有する光ディスクの信号記録面に集光される。光ディスクの信号記録面で反射された波長４０５ｎｍの戻り光は、ビームスプリッタ１６９Ａを経て、ビームスプリッタ１６９Ｂを透過されて、マルチレンズ１７２Ａによりフォトディテクタ等を有する光検出器１７１Ａで検出される。
【００１６】
この光ピックアップ１６０の復路光学系において、ＤＶＤ／ＣＤ用のマルチレンズ１７２Ｂと、高密度記録光ディスク用のマルチレンズ１７２Ａとの焦点距離及び配置を適宜調整することにより、ＤＶＤ及びＣＤ等の光ディスク用の波長７８５ｎｍ及び波長６５５ｎｍの光ビームの復路倍率と、高密度記録光ディスク用の波長４０５ｎｍの光ビームの復路倍率とを設定して、各波長それぞれにおいて適切なフォーカス引き込み範囲を与えることができる。
【００１７】
以上のような図１７に示す光ピックアップ１６０は、３波長の光ビームに対応する対物レンズ１６４と、収差補正用の回折光学素子１６５とを設けることにより、異なる３種類の光ディスクの記録及び／又は再生を実現するとともに、各光ディスクに対して適切なフォーカス引き込み範囲を設定し、すなわち、複数種類の光ディスク間の互換を実現する。
【００１８】
しかし、図１７に示す光ピックアップ１６０は、受光素子を有する光検出器を２個設ける必要により部品点数が多くなり、低コスト化と小型化の面から問題がある。すなわち、かかる光ピックアップ１６０は、例えば、２つの光検出器が必要であるためにコストがかかるのみならず、これらの光検出器に対応する光ビームを分離して入射させるビームスプリッタ等の素子も必要となり、また、それぞれの光検出器の受光素子上に集光させる倍率変換レンズとしてのマルチレンズ等の部品も複数個必要となり、さらに配線も二箇所から引き回すために構成が複雑となり、これにより、全体としての構成が複雑になるとともに装置の小型化を妨げる等の問題があった。
【００１９】
このように、上述の図１７に示す光ピックアップでは、部品点数が多くなり、光学系が複雑になるという問題があった。また、複数のマルチレンズや受光素子を設けることで、それを調整する工程も増え、光ピックアップを作製するのに多大な時間を要し、装置の構成が複雑となったり、小型化の妨げとなるという問題があった。
【００２０】
そこで、さらなる小型化、構成の簡素化、調整工程の簡素化等を実現するために、１つの受光部と１つの光検出器よりなる光学系を有する光ピックアップを構成することが望まれるが、単に１つの対物レンズと１つの受光部を有する光検出器とから光ピックアップを構成した場合には、３種類の使用波長に対する復路倍率に差を設定することができず、フォーカスサーボ信号波形を適切にすることができず、すなわち、上述したように、所望のフォーカス引き込み範囲を得ることができないという問題があった。
【００２１】
さらに、上述した高密度記録光ディスクとして、信号記録面を複数有する多層光ディスクとして例えば二層光ディスク等に対して再生を行う場合には、信号の再生を行う記録面とは異なる記録面からの迷光が受光面に入射するということを考慮する必要があり、十分に大きな復路倍率を有さない光学系においては、干渉による問題が大きくなり、再生特性に悪影響を及ぼすこともあり、この点に鑑みてもある程度以上の復路倍率（戻り倍率）を有することが望ましい。
【００２２】
このように、フォーカス引き込み範囲を適正なものとするという観点から各フォーマットに対応させた復路倍率を最適なものにすることと、各光ディスクに対応した各使用波長に対して対物レンズと受光素子とを共通化することにより、３波長互換と装置の小型化及び構成の簡素化とを可能にすることを両立させることは非常に困難であった。
【００２３】
【特許文献１】特開２００７−２２０２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は、異なる３種類の波長を用いて複数種類の光ディスクに対して記録及び／又は再生を行う光ピックアップであって、構成部品を共通化して構成の簡素化、装置の小型化を可能とするとともに、それぞれの光ディスクのフォーマットに対応する適切なフォーカス引き込み範囲とすることを可能として、構成の小型化と良好なサーボ信号を得て３波長互換を両立させることを可能とする光ピックアップ及びこれを用いた光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る光ピックアップは、複数種類の光ディスクから任意に選択された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の記録及び／又は再生を行う光ピックアップにおいて、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、上記第１の波長よりも長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、上記第２の波長よりも長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、上記第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面上に集光する集光光学デバイスと、上記第１乃至第３の出射部と、上記集光光学デバイスとの間の光路上に配置され且つ光軸方向に移動可能とされ、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する発散角変換素子と、上記光ディスクで反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを受光する共通の受光部を有する光検出器と、上記集光光学デバイスと上記受光部との間に設けられ、上記第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部とを備える。
【００２６】
また、本発明に係る光ディスク装置は、複数種類の光ディスクから任意に選択される光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、上記駆動手段によって回転駆動される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の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを有する光ディスク装置であり、この光ディスク装置に用いる光ピックアップとして、上述したようなものを用いたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、３種類の使用波長に対応する共通の対物レンズと共通の受光素子を有する共通の光学系を用いて、各光ディスクに対して対応する波長の光ビームを集光するとともに、光ディスクからの反射光を検出して、複数種類の光ディスクに情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップの光学系において、互いに異なる波長とされた第１乃至第３の波長の光ビームのうち少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部により各光ビームの位相状態を変換することで、使用波長に応じて復路系の倍率を最適なものとすることができ、これにより、それぞれの各光ディスクのフォーマットに対応する適切なフォーカス引き込み範囲を設定することを可能とし、構成の簡素化及び装置の小型化を実現するとともに各光ディスクに対して良好な記録及び／又は再生を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、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、図面を参照して説明する。
【００２９】
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から情報記録再生を行う光ピックアップ３と、光ディスク２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ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とを備えている。この光ディスク装置１は、フォーマットの異なる３種類の光ディスク及び記録層が積層化された光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うことができる３規格間互換性を実現した光ディスク装置である。
【００３０】
ここで用いられる光ディスクは、例えば、発光波長が７８５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＣＤ(Compact Disc）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＣＤ−ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクや、発光波長を６５５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクや、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能なＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））等の高密度記録光ディスクである。
【００３１】
特に、以下で光ディスク装置１により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスク２として、０．１ｍｍ程度の第１の厚さで形成された保護層を有し波長４０５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用する高密度記録が可能な上述したＢＤ等の第１の光ディスク１１と、０．６ｍｍ程度の第２の厚さで形成された保護層を有し波長６５５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ等の第２の光ディスク１２と、１．１ｍｍ程度の第３の厚さで形成された保護層を有し波長７８５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＣＤ等の第３の光ディスク１３とを用いるものとして説明する。
【００３２】
光ディスク装置１において、スピンドルモータ４及び送りモータ５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部９によりディスク種類に応じて駆動制御されており、例えば、第１の光ディスク１１、第２の光ディスク１２、第３の光ディスク１３に応じて所定の回転数で駆動される。
【００３３】
光ピックアップ３は、３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスク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するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ３は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号を出力する。
【００３４】
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いて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と、プリアンプ１４からの信号を復調し又は外部コンピュータ１７等からの信号を変調するための信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調器＆ＥＣＣブロックと記す。）１５と、インターフェース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とを備える。
【００３５】
このプリアンプ１４は、光検出器からの出力に基づいて、非点収差法等によってフォーカスエラー信号を生成し、また、３ビーム法、ＤＰＤ法、ＤＰＰ法等によってトラッキングエラー信号を生成し、更にＲＦ信号を生成し、ＲＦ信号を、信号変調＆ＥＣＣブロック１５に出力する。また、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とをサーボ制御部９に出力する。
【００３６】
信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、第１の光ディスクに対して、データの記録を行うとき、インターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタル信号に対して、ＬＤＣ−ＥＣＣ及びＢＩＳ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、１−７ＰＰ方式等の変調処理を行う。また、信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、第２の光ディスクに対してデータを記録するとき、ＰＣ（Product Code）等のエラー訂正方式に従ってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１６変調等の変調処理を行う。更に、信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、第３の光ディスクに対してデータを記録するとき、ＣＩＲＣ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１４変調処理等の変調処理を行う。そして、信号変調＆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。更に、信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、各光ディスクの再生を行うとき、プリアンプ１４から入力されたＲＦ信号に基づいて復調処理を行い、更に、エラー訂正処理を行って、インターフェース１６又はデータをＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８に出力する。
【００３７】
なお、データ圧縮してデータ記録するときには、圧縮伸長部を変調＆ＥＣＣブロック１５とインターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８との間に設けても良い。この場合、データは、ＭＰＥＧ２やＭＰＥＧ４といった方式でデータが圧縮される。
【００３８】
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が入力される。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が０となるような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いて、対物レンズを駆動する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。また、プリアンプ１４からの出力より、同期信号等を検出して、ＣＬＶ（Constant Linear Velocity）やＣＡＶ（Constant Angular Velocity）、更にはこれらの組み合わせの方式等で、スピンドルモータをサーボ制御する。
【００３９】
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、この具体例では、レーザ制御部２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部２１は、ディスク種類判別部２２によって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ている。
【００４０】
ディスク種類判別部２２は、第１〜第３の光ディスク１１，１２，１３の間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から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ことができる。
【００４１】
光ディスク装置１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部２２における検出結果に応じて、装着される光ディスク２の仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【００４２】
システムコントローラ７は、ディスク種類判別部２２で判別された光ディスクの種類に応じて装置全体を制御する。また、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、光ディスク最内周にあ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）に基づいて、記録再生を行う光ディスクの記録位置や再生位置を特定し、特定した位置に基づいて、各部を制御する。
【００４３】
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によって、光ディスク２を回転操作し、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、光ピックアップ３を光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。
【００４４】
具体的には、光ディスク装置１により記録再生するときには、サーボ制御部９は、ＣＡＶやＣＬＶやこれらの組み合わせで光ディスク２を回転する。光ピックアップ３は、光源から光ビームを照射して光検出器により光ディスク２からの戻りの光ビームを検出し、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し、これらフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて対物レンズ駆動機構により対物レンズを駆動してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。
【００４５】
また、光ディスク装置１により記録する際には、外部コンピュータ１７からの信号がインターフェース１６を介して信号変復調＆ＥＣＣブロック１５に入力される。信号変復調＆ＥＣＣブロック１５は、インターフェース１６又はＡ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタルデータに対して上述したような所定のエラー訂正符号を付加し、更に所定の変調処理を行っ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＆ＥＣＣブロック１５で生成された記録信号に基づいて、光ピックアップ３のレーザ光源を制御して、所定の光ディスクに記録する。
【００４６】
また、光ディスク２に記録された情報を光ディスク装置１により再生する際には、光検出器で検出された信号に対して、信号変復調＆ＥＣＣブロック１５が復調処理を行う。信号変復調＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェース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いて動作することができる。また、信号変復調＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ変換器１８でデジタルアナログ変換され、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でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０を介して、図示しない外部のスピーカやモニターに出力される。
【００４７】
ここで、上述した記録再生用光ピックアップ３について詳しく説明する。この光ピックアップ３は、上述したように、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第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の記録及び／又は再生を行う光ピックアップである。
【００４８】
本発明を適用した光ピックアップ３は、図２に示すように、第１の波長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と、第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する第２の光源部３２と、この第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する集光光学デバイス３６を構成する対物レンズ３４及び回折光学素子３５と、第１乃至第３の出射部と、集光光学デバイス３６との間の光路上に配置され且つ光軸方向に移動可能とされ、第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を変換して略平行光の状態又は所定の発散角を有する状態となるように調整して出射させる発散角変換素子としてのコリメータレンズ３７とを備える。
【００４９】
また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４により光ディスク２の信号記録面に集光されてこの信号記録面で反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビーム（以下、「復路の光ビーム」ともいう。）の光路を第１乃至第３の出射部から出射された往路の各光ビームの光路とを分離する光路分離手段として機能する第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９と、この第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９により分離された復路（戻り）の第１乃至第３の波長の光ビームを受光する共通の受光部４０を有する光検出器４１と、第１のビームスプリッタ３８と受光部４０との間に設けられ、第１のビームスプリッタ３８からの復路の第１乃至第３の波長の光ビームを受光部４０の受光面に集光させる倍率変換レンズ（カップリングレンズ）として機能するマルチレンズ４２と、マルチレンズ４２と第１のビームスプリッタ３８との間に設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ位相差を付与することにより、所望の波長の光ビームに対して所定の屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部４３を有する位相変換素子４４とを備える。
【００５０】
また、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１のビームスプリッタ３８との間に設けられ、第１の出射部から出射された第１の波長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ビームに回折する第１のグレーティング４５と、第２の光源部３２の第２及び第３の出射部と第２のビームスプリッタ３９との間に設けられ、第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長の光ビームをそれぞれトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する第２のグレーティング４６とを備える。
【００５１】
さらに、光ピックアップ３は、コリメータレンズ３７と対物レンズ３４との間に設けられ、入射した第１乃至第３の波長の光ビームに１／４波長の位相差を与える１／４波長板４７と、対物レンズ３４と１／４波長板４７との間に設けられ、対物レンズ３４及び回折光学素子３５の光軸に直交する平面内で上述した光学部品を経由された光ビームを反射して立ち上げることにより対物レンズ３４及び回折光学素子３５の光軸方向に光ビームを出射させる立ち上げミラー４８とを有する。
【００５２】
第１の光源部３１は、第１の光ディスク１１に対して４０５ｎｍ程度の第１の波長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に対して６５５ｎｍ程度の第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、７８５ｎｍ程度の第３の光ディスクに対して第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する。この第２の光源部３２において、第２及び第３の出射部は、この第２及び第３の出射部から出射される第２及び第３の波長の光ビームの光軸に直交する同一平面内に各発光点が位置するように配置されている。尚、ここでは、第１の出射部を第１の光源部３１に配置し、第２及び第３の出射部を第２の光源部３２に配置するように構成したが、これに限られるものではなく、第１乃至第３の出射部をそれぞれ別々の光源部に配置するように構成してもよいが、上述のように第２及び第３の出射部を共通の光源部に配置するように構成した方が構成の簡素化、装置の小型化に有利である。
【００５３】
第１のグレーティング４５は、第１の光源部３１と第１のビームスプリッタ３８との間に設けられ、第１の光源部３１の第１の出射部から出射された第１の波長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ビームに回折して第１のビームスプリッタ３８側に出射させる。
【００５４】
第２のグレーティング４６は、第２の光源部３２と第２のビームスプリッタ３９との間に設けられ、第２の光源部３２の第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長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それぞれ３ビームに回折して第２のビームスプリッタ３９側に出射させる。この第２のグレーティング４６は、波長依存性を有する所謂２波長グレーティングであり、第２及び第３の波長の光ビームに対して所定の３ビームに回折する機能を有している。
【００５５】
第１のビームスプリッタ３８は、第１のグレーティング４５で回折され入射された第１の波長の光ビームを反射させて第２のビームスプリッタ３９側に出射させるとともに、復路の第１乃至第３の波長の光ビームを透過させてマルチレンズ４２側に出射させる分離面３８ａを有している。この分離面３８ａは、波長依存性、偏光依存性等を有して形成されることにより上述のような機能を発揮する。そして、第１のビームスプリッタ３８は、この分離面３８ａにより、復路の第１の波長の光ビームの光路と、第１の出射部から出射された往路の第１の波長の光ビームの光路とを分離する光路分離手段として機能する。
【００５６】
第２のビームスプリッタ３９は、第１のビームスプリッタ３８からの往路の第１の波長の光ビームを透過させてコリメータレンズ３７側に出射させ、第２のグレーティング４６からの往路の第２及び第３の波長の光ビームを反射させてコリメータレンズ３７側に出射させて導くとともに、復路の第１乃至第３の波長の光ビームを透過させて第１のビームスプリッタ３８側に出射させる合成分離面３９ａを有している。この合成分離面３９ａは、波長依存性、偏光依存性等を有して形成されることにより上述のような機能を発揮する。そして、第２のビームスプリッタ３９は、この合成分離面３９ａにより、往路の第１の波長の光ビームの光路と、往路の第２及び第３の波長の光ビームの光路とを合成してコリメータレンズ３７側に導く光路合成手段として機能する。また、第２のビームスプリッタ３９は、この合成分離面３９ａにより、復路の第２及び第３の波長の光ビームの光路と、第２及び第３の出射部から出射された往路の第２及び第３の波長の光ビームの光路とを分離する光路分離手段として機能する。
【００５７】
尚、この光ピックアップ３では、第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９に光路分離手段としての機能を持たせるとともに、第２のビームスプリッタ３９に光路合成手段としての機能を持たせるように構成したが、これに限られるものではなく、往路における第１乃至第３の波長の光ビームの光路を合成する光路合成手段と、復路における第１乃至第３の波長の光ビームの光路を、この各第１乃至第３の波長の光ビームの往路の光路から分離して受光部４０側に導くようにする光路分離手段とを設けるように構成すればよい。
【００５８】
コリメータレンズ３７は、第２のビームスプリッタ３９と、１／４波長板４７との間に設けられるとともに光軸方向に移動可能とされ、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する発散角変換素子として機能する。また、光ピックアップ３には、このコリメータレンズ３７を光軸方向に駆動して移動させるコリメータレンズ駆動手段４９が設けられている。
【００５９】
光ピックアップ３におけるコリメータレンズ３７は、後述のように、位相変換素子４４により各波長毎に異なる屈折力を付与されてマルチレンズ４２により共通の受光部４０に導かれる戻りの各波長の光ビームが、同一平面上、すなわち受光部４０の受光面上に適切に集光されるように、入射される光ビームの種類に応じて、光軸方向の所定の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（図７参照）に移動される。また、例えば第１及び第２の光源部３１，３２等のその他の光学部品は、この各波長毎に異なる位置に移動されるコリメータレンズ３７を経由した各波長の光ビームが集光光学デバイス３６で適切に集光されるように構成されている。すなわち、コリメータレンズ３７は、出射される光ビームの種類毎に、所定の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に移動され、移動された位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの状態を変えることで、各波長毎に異なる屈折力を付与する位相変換素子４４を介して各波長の光ビームを受光部４０の同一の受光面上に集光させることができる。
【００６０】
また、このとき、コリメータレンズ駆動手段４９は、ディスク種類判別部２２で検出された光ディスク２の種類に応じて、システムコントローラ７に制御されることにより、コリメータレンズ３７を駆動して上述の第１乃至第３の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に移動させる。
【００６１】
１／４波長板４７は、コリメータレンズ３７により発散角を変換された往路の第１乃至第３の波長の光ビームに、１／４波長の位相を付与することにより、直線偏光状態から円偏光状態として立ち上げミラー４８に出射させ、立ち上げミラー４８から導かれた復路の第１乃至第３の波長の光ビームに、１／４波長の位相を付与することにより、円偏光状態から直線偏光状態としてコリメータレンズ３７側に出射させる。
【００６２】
立ち上げミラー４８は、１／４波長板４７により１／４波長の位相差を付与された光ビームを反射して、対物レンズ３４の光軸にその光軸を合わせた状態で回折光学素子３５側に出射させる。
【００６３】
対物レンズ３４は、入射した第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光させる。この対物レンズ３４は、図示しない２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構によって移動自在に保持されている。そして、この対物レンズ３４は、光検出器４１で検出された光ディスク２からの戻り光により生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号に基づいて、２軸アクチュエータ等により移動操作されることにより、光ディスク２に近接離間する方向及び光ディスク２の径方向の２軸方向へ移動される。対物レンズ３４は、第１乃至第３の出射部からの光ビームが光ディスク２の信号記録面上で常に焦点が合うように、この光ビームを集束するとともに、この集束された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に形成された記録トラックに追従させる。尚、対物レンズ３４が保持される対物レンズ駆動機構のレンズホルダに、この対物レンズ３４と一体になるように後述の回折光学素子３５を保持するように構成されており、対物レンズ３４のトラッキング方向への移動等の視野振りの際にも回折光学素子３５に設けた回折部５０の後述の作用効果を適切に発揮することができる。
【００６４】
回折光学素子３５は、その一方の面として例えば、入射側の面に複数の回折領域からなる回折部５０が設けられており、この回折部５０により、複数の回折領域毎に通過する第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折して対物レンズ３４に入射させ、すなわち、所定の発散角を有する拡散状態又は収束状態の光ビームとして対物レンズ３４に入射させることで、この単一の対物レンズ３４を用いて第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれに対応する３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。
【００６５】
具体的に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、回折光学素子３５の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略円形状の第１の回折領域（以下、「内輪帯」ともいう。）５１と、第１の回折領域５１の外側に設けられ輪帯状の第２の回折領域（以下、「中輪帯」ともいう。）５２と、第２の回折領域５２の外側に設けられ輪帯状の第３の回折領域（以下、「外輪帯」ともいう。）５３とを有する。
【００６６】
内輪帯である第１の回折領域５１は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００６７】
また、第１の回折領域５１は、第１の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００６８】
また、第１の回折領域５１は、第１の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００６９】
このように、第１の回折領域５１は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されているため、第１の回折領域５１を通過して所定の次数の回折光とされた各波長の光ビームが対物レンズ３４によりそれぞれの光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【００７０】
中輪帯である第２の回折領域５２は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１の回折構造とは異なる構造とされた第２の回折構造が形成され、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７１】
また、第２の回折領域５２は、第２の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７２】
また、第２の回折領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。尚、第２の回折領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。
【００７３】
このように、第２の回折領域５２は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されているため、第２の回折領域５２を通過して所定の次数の回折光とされた第１及び第２の波長の光ビームが対物レンズ３４によりそれぞれの光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【００７４】
外輪帯である第３の回折領域５３は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされた第３の回折構造が形成され、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７５】
また、第３の回折領域５３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。尚、第３の回折領域５３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。
【００７６】
また、第３の回折領域５３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように、すなわち、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。尚、第３の回折領域５３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。
【００７７】
このように、第３の回折領域５３は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されているため、第３の回折領域５３を通過して所定の次数の回折光とされた第１の波長の光ビームが対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【００７８】
ここで、上述の第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３には、例えば、光軸を中心とした輪帯状でこの輪帯の断面形状が、所定の深さのブレーズ形状又は階段形状となるように形成されている。各回折領域５１，５２，５３の各回折構造において、溝深さ及び溝幅は、上述したように光ディスクの信号記録面で集光されるスポットが最適となるような所定の次数の回折光の回折角度、及びこの次数の回折光の回折効率が所定の範囲となるように形成されている。
【００７９】
また、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３は、通過する各波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能している。すなわち、第１の回折領域５１は、例えばＮＡ＝０．４５程度に対応する大きさに形成されており、第２の回折領域５２は、例えばＮＡ＝０．６程度に対応する大きさに形成されており、第３の回折領域５３は、例えばＮＡ＝０．８５程度に対応する大きさに形成されている。この第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３は、通過する第１の波長の光ビームについて例えば０．８５程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とし、通過する第２の波長の光ビームについて例えば０．６０程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とし、通過する第３の波長の光ビームについて例えば０．４５程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。このように、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３からなる回折部５０は、３種類の光ディスク及び３種類の波長の光ビームに対応した開口数で開口制限を行うことができ、これにより従来光ピックアップに必要であった開口制限フィルター等を設けることや、これを配置させる際の調整を不要とし、光ピックアップの構成の簡素化、小型化、及び低コスト化を可能とする。
【００８０】
また、上述では、図４（ａ）に示すように、対物レンズ３４とは別体に設けた回折光学素子３５の入射側の面に、３つの回折領域５１，５２，５３からなる回折部５０を設けるように構成したが、これに限られるものではなく、回折光学素子３５の出射側の面に設けてもよい。さらに、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、対物レンズ３４の入射側又は出射側の面に一体に設けるように構成してもよく、例えば図４（ｂ）に示すように、その入射側の面に回折部５０を有する対物レンズ３４Ｂを設けるように構成してもよい。例えば、対物レンズ３４Ｂの入射側の面に回折部５０が設けられる場合には、対物レンズとしての機能として要求される入射側の面の面形状を基準として、これに上述のような回折構造の面形状を合わせたような面形状が形成されることとなる。このように構成される対物レンズ３４Ｂは、上述した回折光学素子３５及び対物レンズ３４が２つの素子により集光光学デバイス３６として機能していたのに対して、１つの素子のみで、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の信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。回折部５０を対物レンズ３４Ｂに一体に設け、これを本発明を適用した光ピックアップを構成する集光光学デバイスとすることにより、さらなる光学部品の削減、及び構成の小型化を可能とする。回折部５０と同様の機能を有する回折部を入射側又は出射側の面に一体に設けられた対物レンズ３４Ｂは、光ピックアップに用いられることにより収差等を低減して光ピックアップの３波長互換を実現するとともに、部品点数を削減して、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【００８１】
以上のように、対物レンズ３４及び回折光学素子３５からなる集光光学デバイス３６、並びに対物レンズ３４Ｂからなる集光光学デバイスは、上述したように、コリメータレンズ３７により発散角を変換され略平行光とされた第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に良好に集光させ、コリメータレンズ３７により発散角を変換され所定の発散角の拡散光とされた第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に良好に集光させ、コリメータレンズ３７により発散角を変換され所定の発散角の拡散光とされた第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に良好に集光させるように形成されている。
【００８２】
位相変換素子４４は、第１のビームスプリッタ３８とマルチレンズ４２との間の光路上に配置され、その一方の面に、所定の位相構造を有し、入射した第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部４３を備える。
【００８３】
尚、以下の説明において、所定の屈折力（「パワー」ともいう。）を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換するための位相差のことを「パワー位相差」ともいう。すなわち、この位相変換素子４４の位相変換部４３は、所定の波長の光ビームに、所定のパワー位相差を付与することにより、その光ビームに屈折力を付与するのと同様の機能を有する。以下の説明においては、この位相変換部４３により、所定の波長の光ビームにパワー位相差が付与されることにより変換された所定の波面の位相状態と、略同等とみなされる屈折力を、当該所定の波長の光ビームに対する位相変換部４３の屈折力ということとする。また、同様に、この位相変換部４３の屈折力と同じ屈折力を有する薄肉レンズの焦点距離を、当該所定の波長の光ビームに対する位相変換部４３の焦点距離ということとする。さらに、ここで、入射した光ビームに対して光軸方向に屈折させる、すなわち入射方向に対して収束する方向に屈折させる屈折力を正の屈折力とし、入射した光ビームに対して光軸から離間させる方向に屈折させる、すなわち入射方向に対して発散させる方向に屈折させる屈折力を負の屈折力という。
【００８４】
そして、位相変換素子４４は、この位相変換部４３により、各光ディスクの信号記録面で反射され、対物レンズ３４、回折光学素子３５、立ち上げミラー４８、１／４波長板４７、及びコリメータレンズ３７を経由して、第２及び第１のビームスプリッタ３９，３８を透過されて往路の光ビームより分離されて入射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームに対してそれぞれ位相差を付与することにより、少なくとも２種類の光ビームに対して異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に各波長の光ビームの波面の位相状態を変換して出射させる。
【００８５】
例えば、位相変換素子４４は、入射した第１の波長の光ビームに対しては、ほとんど屈折力を付与しないのと略同等の状態に波面の位相状態を変換し、入射した第２の波長の光ビームに対しては、所定の正の屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換し、入射した第３の波長の光ビームに対しては、所定の正の屈折力を付与するのと略同様の状態に波面の位相状態を変換する。このように、位相変換素子４４は、所定の位相差を付与して波面を所定の位相状態にすることにより、レンズ等により屈折力を付与したのと同様の状態にすることができ、すなわち、レンズ効果を有することとなる。
【００８６】
このとき、この位相変換素子４４の位相変換部４３は、第１の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ１より第２の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ２が大きく（Ｐλ１＜Ｐλ２）なるのと略同等の状態に第１及び第２の波長の光ビームの波面の位相状態を変換するとともに、第１の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ１より第３の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ３が大きく（Ｐλ１＜Ｐλ３）なるのと略同等の状態に第１及び第３の波長の光ビームの波面の位相状態を変換する。そして、第２及び第３の波長の光ビームに対してそれぞれ付与する屈折力Ｐλ２，Ｐλ３は、後述のように所定の差を有するようにしてもよいが、ここでは、略同程度の屈折力であるものとして説明する。これにより、位相変換素子４４は、第１の波長の光ビームと、第２及び第３の波長の光ビームとの２種類の光ビームに対して異なる屈折力を付与するのと略同様の状態に各光ビームの波面の位相状態を変換して出射させる。
【００８７】
このことを上述した焦点距離に置き換えて説明すると、位相変換部４３を有する位相変換素子４４は、第１の波長の光ビームに対する焦点距離ｆｐλ１より第２の波長の光ビームに対する焦点距離ｆｐλ２が小さく（ｆｐλ１＞ｆｐλ２）なるように構成されており、第１の波長の光ビームに対する焦点距離ｆｐλ１より第３の波長の光ビームに対する焦点距離ｆｐλ３が小さく（ｆｐλ１＞ｆｐλ３）なるように構成されている。ここで、正の焦点距離は、当該素子から光の進行方向に向けた集光点までの距離のことをいい、素子が作用しない場合には、無限大であるものとする。
【００８８】
具体的に、位相変換部４３は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、光軸を中心とした輪帯状の位相構造からなり、この位相構造の半径方向と光軸方向を含む断面形状が、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、所定の高さ（深さ）と所定の幅で形成された複数の段部を有する段形状の位相構造が設けられている。尚、図５（ｃ）は、位相構造の断面の段形状を模式的に示したものであり、この断面形状が基準となる平面を示す水平線に対して平行な直線と、この水平線に対して直交する垂直線により示される直線とから形成されているように示されているが、実際には、後述のように、目標となる獲得目標位相（図１１参照）に基づいた位相構造（図１２参照）が形成されている。すなわち、この位相構造は、所定の波長の光ビームに対して所定の位相差を付与することができるように決定された形状に形成されるものであり、断面形状が基準となる平面を示す水平線に対して平行な直線と、垂直線とからのみ形成されるものではなく、この直線に対して傾斜した直線（傾斜面）や、曲線（曲面）等を有した形状となるように形成されている。
【００８９】
換言すると、位相変換部４３の位相構造は、第１乃至第３の波長の光ビームのうち少なくとも一の光ビームとして第２及び第３の波長の光ビームと、他の光ビームとして第１の波長の光ビームとの２種類の光ビームに対してそれぞれ異なる屈折力を付与するのと略同等の位相状態の波面にするための位相差を付与するような形状に形成され、このような位相構造を有する位相変換部４３は、これら２種類の光ビームに対してそれぞれ所定の位相差を付与することにより波面の位相状態を変換する。
【００９０】
所定の輪帯状の位相構造が形成された位相変換部４３は、入射した光ビームの各光線が入射した半径方向の位置におけるその深さに応じて所定の位相差を各波長の光ビームに付与することにより、通過する光ビームの波面の位相状態を変換する。
【００９１】
この位相変換部４３を有する位相変換素子４４は、その全面に亘って第１の波長の光ビームに対してほとんど位相差を付与せずに、すなわち入射した光ビームに当該位相変換素子４４の影響を与えず出射させる。一方、この位相変換部４３を有する位相変換素子４４は、第２及び第３の波長の光ビームに対しては半径方向の位置に応じて所定の位相差を付与することにより、第２及び第３の波長の光ビームの波面の位相状態を変換して、すなわち入射した第２及び第３の波長の光ビームに所定の屈折力（パワー）を付与するのと同等の効果を与えて出射させる。
【００９２】
すなわち、位相変換素子４４は、位相変換部４３が第１の波長の光ビームの波面の位相状態をほとんど変換させないので、図６（ａ）に示すように、入射した第１の波長の光ビームＢλ１ｉに対して屈折力を付与しないで、この入射光ビームＢλ１ｉと略同じ発散角の状態（収束状態）とされた第１の波長の光ビームＢλ１ｏを出射させる。これに対し、位相変換素子４４は、位相変換部４３が第２及び第３の波長の光ビームの波面の位相状態を所望の状態に変換させることにより、図６（ｂ）に示すように、入射した第２の波長の光ビームＢλ２ｉ，Ｂλ３ｉに対して正の屈折力を付与して、この入射光ビームＢλ２ｉ，Ｂλ３ｉに対してより光軸方向に屈折された発散角の状態（より収束された状態）とされた第２及び第３の波長の光ビームＢλ２ｏ，Ｂλ３ｏを出射させる。このとき、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、第１の波長の光ビームの集光点Ｐｆλ１と、第２及び第３の波長の光ビームの集光点Ｐｆλ２，Ｐｆλ３とが異なるような図となっているが、これはあくまで、位相変換部４３の機能を示すため、同様な状態で入射した場合の集光点を示したものであり、実際には、上述したように、及び図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、コリメータレンズ３７を光軸方向の前後に移動させることにより、各集光点Ｐｆλ１、Ｐｆλ２’，Ｐｆλ３’を同一平面上に位置するようにでき、すなわち各波長に共通の受光部４０の受光面上に適切に集光させることができる。具体的に、コリメータレンズ３７は、第１の波長の光ビームが入射される場合の位置Ｐ１に比べて、第２及び第３の波長の光ビームが集光される場合の位置Ｐ２，Ｐ３が、位相変換素子４４側となるように駆動制御されることにより、各波長の光ビームの位相変換素子４４への入射状態を変化させて、上述したような位相変換部４３により屈折力に影響を受けることの問題を解消し、すなわち、各光ビームを共通の受光部４０の受光面上に適切に集光させることができる。尚、図７（ｂ）では、便宜的に位置Ｐ２，Ｐ３が同じ位置に位置するものとして図示しているが、実際には、異なる位置となる場合もあり、同じ位置となる場合もある。
【００９３】
位相変換部４３を有する位相変換素子４４は、復路の光ビームのみが通過する光路上に配置され、第１の波長λ１の光ビームに対しては屈折力を与えずに、第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームに対してのみ所定の屈折力を付与することにより、使用波長に応じて復路系の光学倍率を最適なものとすることができ、すなわち、第１の光ディスクの使用波長である第１の波長における復路倍率Ｍλ１に対して、第２及び第３の光ディスクそれぞれの使用波長である第２、第３の波長における復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３を小さくすることを可能にする。
【００９４】
以上のような位相変換部４３を有する光ピックアップ３は、この位相変換部４３が、受光部４０と第１のビームスプリッタ３８との間、すなわち復路の光ビームのみが通過する光路上に設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、所定の状態に波面の位相状態を変換することで、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態にすることで、共通の対物レンズ３４と共通の受光部４０を用いて、複数種類の光ディスクに対して記録・再生を行う光ピックアップの光学系における、各波長の戻り光学系（復路光学系）の倍率（「復路倍率」ともいう。）を所定の倍率にすることができ、これによりフォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを可能とする。
【００９５】
ここで、所定の倍率とは、フォーカス引き込み範囲を第１乃至第３の光ディスクの各フォーマットに適合させることができる程度の倍率をいう。また、フォーカス引き込み範囲とは、制御信号に応じてアクチュエータが駆動してフォーカス動作を実行しうる範囲をいい、具体的には、図８に示すように横軸に対物レンズのデフォーカス量をとり、縦軸に後述のように算出されるフォーカスエラー信号ＦＥをとったときに、現れるＳ字波形のピーク間（以下、「Ｓ字ｐ−ｐ」ともいう。）、すなわち、上限ピーク位置と下限ピーク位置との横軸方向の距離である。尚、一般的に、第１乃至第３の光ディスクの各フォーマットに適したフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３は、第１の波長に対するＳｊｉλ１が、１．５μｍ＜Ｓｊｉλ１＜３．５μｍであり、第２及び第３の波長に対するＳｊｉλ２，Ｓｊｉλ３が、４．０μｍ＜Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３＜１２．０μｍである。
【００９６】
ここで、戻りの光学系の倍率を所定の倍率とすることで、フォーカス引き込み範囲を適合させることができることについて説明する。
【００９７】
上述のような第１乃至第３の光ディスクのフォーカス引き込み範囲の目安はフォーマットにより規定されているが、一般的に実際に設定される、第１の光ディスクのフォーカス引き込み範囲は、第２及び第３の光ディスクのフォーカス引き込み範囲より短く設定することが好ましい。また、その一方で、上述したフォーカス引き込み範囲を示すＳ字ｐ−ｐ（Ｓｊｉ）は、非点隔差をΔとし、光学系の復路倍率をＭとしたときに、Ｓｊｉ＝Δ／（２×Ｍ２）の関係を満たす。ここで、非点隔差Δは、マルチレンズ４２等により発生する非点収差により形成される前焦線と後焦線との焦線間の距離を意味する。また、復路倍率Ｍは、復路光学系に配置される光学部品の焦点距離等により算出される値であり、この点については後述する。ここで、Ｓｊｉを各波長毎に所望の値とするために、Δ、Ｍの一方又は両方を変更して波長選択性を持たせる必要がある。一般的に、受光部及び非点収差付与機能を有するマルチレンズを共通とする場合の非点隔差Δ、及び光ディスクから受光部までの光路が共通な場合の復路倍率Ｍは、共に波長選択性がほとんどなく、これらに波長選択性を持たせることが困難であったが、本発明を適用した光ピックアップ３においては、位相変換部４３を設けることにより復路倍率Ｍに波長選択性を持たせたものである。そして、上述のようにフォーカス引き込み範囲を所望の値に設定するためには、少なくとも第１の光ディスクに対する第１の波長の光ビームの復路倍率Ｍλ１を、第２及び第３の光ディスクに対する第２及び第３の波長の光ビームの復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３より大きくする必要がある。
【００９８】
すなわち、上述したように、各波長の光ビームの復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３を所定の値となるように設定することにより、各光ディスクに対応して各波長の光ビーム毎に所望のフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３を得ることができる。
【００９９】
例えば、光ディスクで反射された各光ビームを受光部４０まで導く、対物レンズ３４、コリメータレンズ３７、位相変換素子４４及びマルチレンズ４２からなる復路光学系による第１の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ１とし、この復路光学系による第２の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ２とし、この復路光学系による第３の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ３としたとき、後述のような観点から１５．７５≦Ｍλ１≦２５．００の関係、１２．５０≦Ｍλ２≦１８．００の関係、及び１１．５０≦Ｍλ３≦１６．２５の関係を満たすようにされることにより、各波長の光ビーム毎に所望のフォーカス引き込み範囲を得ることができる。
【０１００】
尚、ここでは、光ピックアップ３を構成する位相変換部として、位相変換素子４４の一方の面に設けられ、第１の波長の光ビームに対して屈折力を付与せず、第２及び第３の波長の光ビームに対して正の屈折力を付与する位相変換部４３を設けるものとして説明したが、本発明を適用する光ピックアップを構成する位相変換部は、これに限られるものではなく、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換するものであればよく、例えば、第２及び第３の波長の光ビームに対して屈折力をほとんど付与せず、第１の波長の光ビームに対して負の屈折力を付与する位相変換部を設けるように構成してもよい。
【０１０１】
ここで、光ピックアップ３を構成する位相変換素子の他の例として、位相変換素子４４Ｂと、この一方の面に設けられた位相変換部４３Ｂについて説明する。
【０１０２】
位相変換素子４４Ｂは、第１のビームスプリッタ３８とマルチレンズ４２との間の光路上に配置され、その一方の面に、所定の位相構造を有し、入射した第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部４３Ｂを備える。
【０１０３】
位相変換素子４４Ｂは、入射した第１の波長の光ビームに対しては、所定の負の屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換し、入射した第２及び第３の波長の光ビームに対しては、ほとんど屈折力を付与しないのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する。このように、位相変換素子４４Ｂは、所定の位相差を付与して波面を所定の位相状態にすることにより、レンズ等により屈折力を付与したのと同様の状態にすることができ、すなわち、レンズ効果を有することとなる。
【０１０４】
このとき、位相変換素子４４Ｂの位相変換部４３Ｂは、上述した位相変換部４３と同様に、第１の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ１’より第２の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ２’が大きく（Ｐλ１’＜Ｐλ２’）なるのと略同等の状態に第１及び第２の波長の光ビームの波面の位相状態を変換するとともに、第１の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ１’より第３の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ３’が大きく（Ｐλ１’＜Ｐλ３’）なるのと略同等の状態に第１及び第３の波長の光ビームの波面の位相状態を変換する。
【０１０５】
具体的に、位相変換部４３Ｂは、上述した位相変換部４３と同様に、光軸を中心とした輪帯状の位相構造からなり、この位相構造の半径方向と光軸方向を含む断面形状が、上述した各波長に対する付与する位相差に基づいた形状となるように形成されている。
【０１０６】
この位相変換部４３Ｂを有する位相変換素子４４Ｂは、第１の波長の光ビームに対して半径方向の位置に応じて所定の位相差を付与することにより、第１の波長の光ビームの波面の位相状態を変換して、すなわち入射した第１の波長の光ビームに所定の負の屈折力を付与するのと同等の効果を与えて出射させる。一方、この位相変換部４３Ｂを有する位相変換素子４４Ｂは、その全面に亘って第２及び第３の波長の光ビームに対してほとんど位相差を付与せずに、すなわち入射した光ビームに当該位相変換素子４４の影響を与えず出射させる。
【０１０７】
位相変換部４３Ｂを有する位相変換素子４４Ｂは、復路の光ビームのみが通過する光路上に配置され、第１の波長λ１の光ビームに対してのみ所定の負の屈折力を付与し、第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームに対しては屈折力を与えないことにより、使用波長に応じて復路系の光学倍率を最適なものとすることができ、すなわち、第１の光ディスクの使用波長である第１の波長における復路倍率Ｍλ１に対して、第２及び第３の光ディスクそれぞれの使用波長である第２，第３の波長における復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３を小さくすることを可能にする。
【０１０８】
以上のような位相変換部４３Ｂを上述した位相変換部４３に換えて設けた光ピックアップは、この位相変換部４３Ｂが、受光部４０と第１のビームスプリッタ３８との間、すなわち復路の光ビームのみが通過する光路上に設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、所定の状態に波面の位相状態を変換することで、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態にすることで、共通の対物レンズ３４と共通の受光部４０を用いて、複数種類の光ディスクに対して記録・再生を行う光ピックアップの光学系における復路倍率を所定の倍率にすることができ、これによりフォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを可能とする。
【０１０９】
ところで、マルチレンズ４２は、第１のビームスプリッタ３８と受光部４０との間の光路上に配置され、例えば屈折面を有することにより、位相変換素子４４から出射されて入射された光ビームに対して、所定の倍率及び屈折力を付与して光検出器４１のフォトディテクタ等の受光部４０の受光面に適切に集光する。また、マルチレンズ４２は、例えばシリンドリカル面を有することにより、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。このように、マルチレンズ４２は、非点収差を付与する素子として機能することで非点収差付与機能を発揮するとともに入射した復路の各波長の光ビームを共通の受光部４０上に集光させるために発散角を変換する素子として機能することで発散角変換機能を発揮する。尚、ここでは、マルチレンズ４２は、屈折面を有することにより発散角変換機能を有するとともに、シリンドリカルレンズ面を有することにより非点収差付与機能を有するものとして説明するが、発散角変換機能又は非点収差付与機能のいずれか一方のみ備えるように構成して、他の光学部品や光学系の配置によりこれと同様の機能を持たせるようにしてもよい。
【０１１０】
また、上述した位相変換素子４４の位相変換部４３は、このマルチレンズ４２の一方の面に一体に形成されるように構成してもよい。この場合には、位相変換部４３として機能する位相構造は、例えばマルチレンズの屈折面やシリンドリカル面といった曲面を基準面として、この基準面に対して、所定の付与する位相差量に基づく半径方向の位置毎の高さ（深さ）に基づく形状に形成される。このように、位相変換部４３を、マルチレンズ４２に一体に形成するように構成することで、光ピックアップとしてのさらなる構成の簡素化及び小型化を可能とし、実用上の利便性も高くなる。
【０１１１】
光検出器４１は、フォトディテクタ等の受光素子からなる受光部４０を有し、マルチレンズ４２で集光された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームをこの共通の受光部４０で受光して、情報信号とともに、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号等の各種検出信号を検出する。
【０１１２】
以上のように構成された光ピックアップ３は、光検出器４１によって得られたフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ３４を駆動変位させることによって、光ディスク２の信号記録面に対して対物レンズ３４が合焦位置に移動されて、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に対して情報の記録又は再生が行われる。
【０１１３】
光ピックアップ３は、第１乃至第３の波長の光ビームを出射する第１乃至第３の出射部と、第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスクの信号記録面に集光する集光光学デバイス３６を構成する対物レンズ３４と、第１乃至第３の波長の光ビームの往路の光路上に配置される回折光学素子３５の一方の面に設けられる回折部５０とを備え、回折部５０が、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３を有し、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３が、輪帯状で且つ所定の深さを有するそれぞれ異なる回折構造とされるとともに、各波長の光ビームに対して上述のような所定の回折次数の回折光が支配的となるように発生させる第１乃至第３の回折構造を有するように構成されていることにより、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズ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として、構成を複雑にすることなく、対物レンズ３４を共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な情報信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０１１４】
尚、ここで、対物レンズ３４と、対物レンズ３４で光ディスクに集光される光ビームの入射側の位置に設けられ、対物レンズ３４により光ディスクに集光される各波長の光ビームの収差を低減する回折部５０を有する回折光学素子３５とから光ピックアップ３を構成する集光光学デバイス３６を構成して対物レンズを共通とした３波長互換を実現するようにしたが、光ピックアップ３を構成する集光光学デバイス３６は、これに限られるものではなく、上述したような少なくとも一方の面に回折部５０として各波長の光ビームの収差を低減する回折構造を有する対物レンズ３４Ｂにより構成されるようにしてもよく、その場合には、さらなる構成の簡素化及び小型化を可能とする。また、ここでは、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３からなる所謂一面に３輪体を備えた回折部５０により収差低減を実現したが、これに限られるものではなく例えば光学素子の両面に設けた回折構造によりこの回折部５０と同様の機能を持たせるようにしてもよいが、上述した回折部５０を設ける構成とした場合の方が、装置の小型化や構成の簡素化、さらには光利用効率の向上や調整工程の省略化等に有利である。
【０１１５】
以上のように、光ピックアップ３は、集光光学デバイス３６を構成する回折光学素子３５の一方の面に設けられ、第１乃至第３の回折領域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及び回折角を与えることができ、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第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、対物レンズ３４等の光学部品を共通化することにより、装置の小型化及び構成の簡素化を可能とするとともに、異なる３波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の読み取り及び書き込みを可能とする。
【０１１６】
さらに、この光ピックアップ３は、復路の光ビームのみが通過する光路上に設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、位相差を付与して、波面の位相状態を変換することで、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部４３を有することにより、使用波長毎に復路光学系の光学倍率（復路倍率）をそれぞれ所定の倍率にすることができ、これによりフォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合させることができる。
【０１１７】
ここで、上述したように、受光部４０の手前に位相変換素子４４を設けることによって、所望の波長に対してだけ、レンズ効果を与えることができ、これにより所望の復路倍率（戻り倍率）Ｍ及び引き込み範囲Ｓｊｉを得ることができることについて詳細に説明する。
【０１１８】
まず、光ピックアップ３を構成する、復路光学系の光路にのみ設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部として、上述した第２及び第３の波長の光ビームに正の屈折力を付与し、第１の波長の光ビームに屈折力をほとんど付与しないのと略同等の状態に各波長の光ビームの波面の位相状態を変換する位相変換部４３を設けた場合について、その具体的数値を実施例１として挙げるとともに説明する。
【０１１９】
＜実施例１＞
上述した光ピックアップ３において、対物レンズ３４、回折光学素子３５、立ち上げミラー４８、１／４波長板４７、コリメータレンズ３７、第２のビームスプリッタ３９、第１のビームスプリッタ３８、位相変換素子４４及びマルチレンズ４２は、復路光学系を構成し、このうち、対物レンズ３４、コリメータレンズ３７、位相変換部４３及びマルチレンズ４２が復路倍率（戻り倍率）に寄与する。
【０１２０】
そして、マルチレンズ４２、コリメータレンズ３７及び対物レンズ３４は、例えばこの実施例１において、位相変換素子４４が設けられていない状態では、第１の波長λ１（＝４０５ｎｍ）の光ビームに対して復路倍率が１８．０となるように構成されており、このとき、第２及び第３の波長λ２（＝６５５ｎｍ）、λ３（＝７８５ｎｍ）の光ビームに対しても略同一倍率となるような系として構成されている。
【０１２１】
このような系に対して、本発明を適用した光ピックアップ３のように、位相変換素子４４を追加して設けることにより、第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームに対してだけレンズ作用を与えることで、共通の対物レンズ３４と共通の受光部４０とからなる光学系における第１の波長の光ビームの復路倍率Ｍλ１と、第２及び第３の波長の光ビームの復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３とに差を設けることを可能とする。
【０１２２】
この位相変換素子４４の機能及び作用について説明する。図６（ａ）を用いて上述したように、この位相変換素子４４の位相変換部４３は、第１の波長λ１の光ビームには屈折力を付与せず復路倍率を変化させる機能としては作用しないので、第１の波長λ１に対する復路倍率Ｍλ１が１８．０倍で、位相変換素子４４を設けない場合に比べて不変である。
【０１２３】
一方で、第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームに対しては、図６（ｂ）を用いて上述したように、位相変換素子４４の位相変換部４３である位相変換面が上述したようにレンズと同様の作用をして集光パワー、すなわち屈折力を付与し、第２及び第３の波長λ２、λ３に対する復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３は、第２の波長においては１３．２倍（＝Ｍλ２）、第３の波長においては１２．５倍（＝Ｍλ３）となる。
【０１２４】
ここで、上述したように、図６（ａ）及び図６（ｂ）の状態では、集光点が異なるため、実際には受光部４０の受光面上に集光点を一致させるために、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すようにコリメータレンズ３７を移動する必要があり、コリメータレンズ３７を移動させた状態では、Ｍλ１＝約１７．７倍、Ｍλ２＝約１４．２倍、Ｍλ３＝約１３．５倍となる。
【０１２５】
また、このときに必要なコリメータレンズ３７のレンズストローク量は、約２．９ｍｍであり、十分有用な大きさである。上述のように位相変換素子４４等の各光学部品を構成した構成例としての実施例１の「往路倍率」、「復路倍率」、「コリメータレンズの位置」、「コリメータレンズのレンズストローク量」及び「位相変換素子の位相差係数Ｃ１」について「表１」に示す。
【０１２６】
【表１】
2009176391.tif 000003
【０１２７】
そして、表１及び上述した各波長に対する復路倍率の倍率差は、所望の目標フォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３を満たすこととなる。尚、最も望ましいフォーカス引き込み範囲は、ＢＤ等の第１の光ディスクに対して２μｍ程度（＝Ｓｊｉλ１）で、ＤＶＤ等の第２の光ディスクに対して５μｍ程度（＝Ｓｊｉλ２）で、ＣＤ等の第３の光ディスクに対して６μｍ程度（＝Ｓｊｉλ３）である。ここで、フォーカス引き込み範囲Ｓｊｉは、上述したように、復路倍率をＭとすれば、式（１）で示すような関係で表される。ここで、Δは、非点隔差であり、この光ピックアップ３においては、図９に示すように、マルチレンズ４２によって発生するｘ方向の焦線（前焦線）とｙ方向の焦線（後焦線）との光軸方向の位置間隔を示す。ここで、上述したように、位相変換部４３により復路倍率Ｍに波長選択性を持たせることによりフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉを所望のものとしている。尚、図９は、マルチレンズ４２により付与された非点収差によりｘ方向の集光位置Ｐｘと、ｙ方向の集光位置Ｐｙとが異なり、すなわち、非点隔差Δが発生することを模式的に示す図である。ここで、ｘ方向及びｙ方向は、マルチレンズ４２の配置により決定される方向であり、所謂非点収差の方向である。
【０１２８】
【数１】
2009176391.tif 000004
【０１２９】
その一方で、非点隔差Δ及び復路倍率Ｍは、図１０に示すように、フォトダイオード等の受光部４０上のスポット半径Ｒｐｄと、以下の式（２）で示すような関係がある。尚、この式（２）においては、前焦線への倍率をＭとしている。尚、図１０中ＬＴは、復路の光学系における集光作用を有する素子、すなわち、対物レンズ３４、コリメータレンズ３７、位相変換素子４４及びマルチレンズ４２を合成した合成レンズを示すものとする。
【０１３０】
【数２】
2009176391.tif 000005
【０１３１】
式（２）及び図１０中ＮＡは、対物レンズ３４の開口数を示し、ｆｏｌは、対物レンズ３４の焦点距離を示すものである。また、ｘは、前焦線からスポットが円形となる位置までの光軸方向の距離を示すものである。そして、この式（２）を変形すると、次式（３）が得られる。
【０１３２】
【数３】
2009176391.tif 000006
【０１３３】
式（２）及び式（３）に用いられる受光部４０上のスポット半径Ｒｐｄの大きさとしては、ＢＤ等の第１の光ディスクで反射された第１の波長の光ビームの受光部４０上のスポット半径Ｒｐｄ１は、Ｒｐｄ１＝４２．５〜５０μｍ程度が望ましく、ＤＶＤ等の第２の光ディスクで反射された第２の波長の光ビームの受光部４０上のスポット半径Ｒｐｄ２は、Ｒｐｄ２＝３７．４〜４７．５μｍ程度が望ましく、ＣＤ等の第３の光ディスクで反射された第３の波長の光ビームの受光部４０上のスポット半径Ｒｐｄ３は、Ｒｐｄ３＝３２．５〜４２．５μｍ程度が望ましい。また、式（１）と式（３）より、次式（４）が得られる。
【０１３４】
【数４】
2009176391.tif 000007
【０１３５】
よって、この式（４）を満たすように、Ｍを求める必要があり、後述のようにＭの範囲が決定される。表１に示すような復路倍率の場合の「Ｒｐｄ」、「Ｓｊｉ」及び「Δ」を算出した結果と、この算出に用いた、「ＮＡ」及び「ｆｏｌ」を表２に示す。表２に示すように、ＢＤ：１７．７倍、ＤＶＤ：１４．２倍、ＣＤ：１３．５倍程度となる今回の解は、妥当であり、引き込み範囲ＢＤ：３．２μｍ、ＤＶＤ：５．１μｍ、ＣＤ：５．８μｍ程度と、所望の範囲とすることを実現できる。
【０１３６】
【表２】
2009176391.tif 000008
【０１３７】
表２に示すフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉは、Ｓｊｉλ１＝３．２μｍ、Ｓｊｉλ２＝５．１μｍ、Ｓｊｉλ３＝５．８μｍであり、上述した理想よりは僅かに外れているが、光ピックアップとして十分適切な性能を発揮できる値となる。これに対し、かかる位相変換素子４４を設けない場合には、復路倍率は、第１乃至第３の波長に対して略一様に１８倍で固定されてしまい、フォーカス引き込み範囲は、いずれのフォーマットに対しても３μｍ程度となり、実用が極めて難しくなる。以上のように、位相変換素子４４を復路光学系に配置することにより、所望の波長に対してだけ、レンズ効果を与えることができ、これにより所望の倍率Ｍ及び所望の引き込み範囲Ｓｊｉを得ることができる。
【０１３８】
また、表２における非点隔差Δが略同一となっている。これは、非点隔差Δには、上述したようにあまり波長依存性がないことを示すものである。そして、この非点隔差Δに波長依存性がないことに着目して、各波長におけるΔを等しいとすると、式（１）より、式（５）の関係が成立する必要があることとなる。
【０１３９】
【数５】
2009176391.tif 000009
【０１４０】
この式（５）を用いて、例えば第１の光ディスクに対するフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１をＳｊｉλ１＝３μｍ程度、第２の光ディスクに対するフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ２をＳｊｉλ２＝５μｍ程度、第３の光ディスクに対するフォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ３をＳｊｉλ３＝６μｍ程度の関係を成り立たせるには、各波長に対する復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３は、Ｍλ１：Ｍλ２：Ｍλ３＝１／（（３）１／２）：１／（（５）１／２）：１／（（６）１／２）≒１．００：０．７７：０．７１程度の関係に調整する必要がある。尚、表１及び表２で示した各復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３は、略この関係を満たしている。
【０１４１】
また、この各復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３の関係から、各波長における位相変換素子４４の第１乃至第３の波長の光ビームに対する各焦点距離ｆｐλ１，ｆｐλ２，ｆｐλ３が、ｆｐλ１＞ｆｐλ２の関係、及びｆｐλ１＞ｆｐλ３の関係を満たす必要がある。換言すると、上述したように位相変換素子４４が第１乃至第３の波長の光ビームに付与する各屈折力Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３が、Ｐλ１＜Ｐλ２の関係、及びＰλ１＜Ｐλ３の関係を満たす必要がある。
【０１４２】
また、上述の式（４）の関係、受光部上のスポット半径Ｒｐｄ１，Ｒｐｄ２，Ｒｐｄ３の範囲の制約、非点隔差Δが略同一である必要があることの制約、及び所望のＳｊｉの範囲の制約から、光ピックアップ３の復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３として適した範囲について説明する。
【０１４３】
具体的に、上述したフォーカス引き込み範囲のうち１．５≦Ｓｊｉλ１≦３．５を得ることを目的とし、この範囲で０．１毎のＳｉｊλ１の値と、復路倍率Ｍλ１が１０．００〜２５．００の範囲で０．２５毎のＭλ１の値と、式（４）とからＲｐｄ１が４２．５〜５０μｍに当てはまる際の式（３）により得られるΔを表３に示し、また、Ｒｐｄ１がこの範囲に当てはまらない場合には、「０」と示す。尚、この表３〜表５において、横方向に各Ｓｊｉ値を示し、縦方向に各復路倍率Ｍ値を示すものとする。
【０１４４】
【表３】
2009176391.tif 000010
【０１４５】
同様に、上述したフォーカス引き込み範囲のうち４．５≦Ｓｊｉλ２≦５．５を得ることを目的とし、４〜６μｍの範囲で０．１毎のＳｊｉλ２の値と、復路倍率Ｍλ２が１０．００〜２５．００の範囲で０．２５毎のＭλ２の値と、式（４）とからＲｐｄ２が３７．４〜４７．５μｍに当てはまる際の式（３）により得られるΔを表４に示し、また、Ｒｐｄ２がこの範囲に当てはまらない場合には、「０」と示す。
【０１４６】
【表４】
2009176391.tif 000011
【０１４７】
さらに、上述したフォーカス引き込み範囲のうち５．５≦Ｓｊｉλ３≦６．０を得ることを目的とし、５〜７μｍの範囲で０．１毎のＳｊｉλ３の値と、復路倍率Ｍλ３が１０．００〜２５．００の範囲で０．２５毎のＭλ３の値と、式（４）とからＲｐｄ３が３２．５〜４２．５μｍに当てはまる際の式（３）により得られるΔを表５に示し、また、Ｒｐｄ３がこの範囲に当てはまらない場合には、「０」と示す。
【０１４８】
【表５】
2009176391.tif 000012
【０１４９】
この表３からＭλ１の適切な範囲として１５．７５≦Ｍλ１≦２５．００が得られ、また、表４からＭλ２の適切な範囲として１２．５０≦Ｍλ２≦１８．００が得られ、さらに、表５からＭλ３の適切な範囲として１１．５０≦Ｍλ３≦１６．２５が得られる。
【０１５０】
また、表３〜表５に示すように、Δの範囲も第１乃至第３の波長において、略近い範囲が得られ、上述の範囲が優れたものであることを示している。尚、ここで、Δの値が近いものを選択して戻り倍率を決定することで、さらに、光学系の特性として優れたものとすることができる。また、上述のＳｊｉλ１、Ｓｊｉλ２、Ｓｊｉλ３の範囲は、上述で説明したような対物レンズ３４及び受光部４０を３波長に共通とし、位相変換部４３により復路倍率を調整する光ピックアップ３において適正なフォーカス引き込み範囲を得るための適正な範囲である。
【０１５１】
ここで、このＳｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３の範囲を用いて、上述とは異なる観点から光ピックアップ３の復路倍率として適した範囲となる各復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３の関係があることについて説明する。
【０１５２】
すなわち、ここでは、Ｓｊｉλ１が２．５〜３．５であること、Ｓｊｉλ２が４．５〜５．５であること、及びＳｊｉλ３が５．５〜６．５であること、並びに式（５）に基づいて各関係を導きだすものである。すなわち、（４．５／３．５）１／２≦Ｍλ１／Ｍλ２≦（５．５／２．５）１／２であることから、復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２において、１．１３≦Ｍλ１／Ｍλ２≦１．４８の関係が適正な範囲として得られる。また、（５．５／３．５）１／２≦Ｍλ１／Ｍλ３≦（６．５／２．５）１／２であることから、復路倍率Ｍλ１，Ｍλ３において、１．２５≦Ｍλ１／Ｍλ３≦１．６１の関係が適正な範囲として得られる。
【０１５３】
そして、上述のような所望の復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３は、位相変換部４３の各波長の光ビームに対する焦点距離ｆｐλ１，ｆｐλ２，ｆｐλ３と、位相変換部４３とコリメータレンズ３７との間隔ｔｐ１，ｔｐ２，ｔｐ３を調整することにより実現できる。
【０１５４】
ここで、各波長に対する位相変換部４３の焦点距離ｆｐλ１，ｆｐλ２，ｆｐλ３と、この位相変換部４３とコリメータレンズ３７との間隔ｔｐ１，ｔｐ２，ｔｐ３を調整することにより、所望の復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３が得られる点について説明する。
【０１５５】
まず、一般的な複数のレンズからなる光学系の倍率計算法について説明する。複数のレンズからなる光学系の倍率Ｍは、式（６）に示すような各レンズの像点Ｓｉｎ及び物点Ｓｏｎの除算（Ｓｏｎ／Ｓｉｎ）の積からなることが知られている。ここで、ｎは、ｎ番目（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）のレンズの像点又は物点であることを示し、Ｎは、レンズの個数を示す。これを、光ピックアップ３に当てはめると、位相変換素子４４の位相変換部４３もレンズとして含めることができ、ｎ＝１が対物レンズ３４であり、ｎ＝２がコリメータレンズ３７であり、ｎ＝３が位相変換部４３であり、ｎ＝４（＝Ｎ）がマルチレンズ４２を示すものである。
【０１５６】
【数６】
2009176391.tif 000013
【０１５７】
また、あるｎ番目のレンズの像点Ｓｉｎと、ｎ番目のレンズと（ｎ＋１）番目のレンズとのレンズ間の距離ｔｎとから、式（７）に示すような関係式により（ｎ＋１）番目のレンズの物点Ｓｏ（ｎ＋１）が得られ、また、ｎ番目のレンズの像点Ｓｉｎと、物点Ｓｏｎと、焦点距離ｆｎとには式（８）に示すような関係式が成立することが知られている。
【０１５８】
【数７】
2009176391.tif 000014
【０１５９】
これらの式（６）〜式（８）から、位相変換素子４４の焦点距離ｆｐλ１，ｆｐλ２，ｆｐλ３と、位相変換素子４４とコリメータレンズ３７との間隔ｔｐ１，ｔｐ２，ｔｐ３とによって、復路倍率Ｍλ１，Ｍλ２，Ｍλ３を変化させて調整することができることが示されている。すなわち、上述のように位相変換素子４４が設けられない場合に復路倍率が１８倍である系に対して、上述のような第２及び第３の波長に対してレンズ効果を有する位相変換素子４４を設けることにより、１３〜１４倍の復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３が得られることとなる。
【０１６０】
次に、位相変換素子４４の一面に設けられた位相変換部４３の具体的な形状を決定する際に考慮すべき点について説明する。
【０１６１】
位相変換素子４４の位相変換部４３は、上述した図５に示すような、段形状の位相構造が形成されており、具体的には、例えば図１１に示すような位相差を第１乃至第３の波長λ１，λ２，λ３に対して付与するために形成されている。すなわち、図１１は、位相変換部４３の位相構造による獲得目標位相を示すものであり、図１１及び後述の図１４中横軸は、半径方向の位置（ｍｍ）を示し、縦軸は、半径方向の位置毎に各波長の光ビームに対して必要となる位相差量をその波長λ（＝λ１，λ２，λ３）で規格化したものを示す。尚、この図１１及び図１４で示す位相段差は、目標とする位相差を０〜λの範囲内に収めたものとしている。尚、この図１１及び後述の図１２〜１６において、集光光束中に配置される位相変換素子の有効径が１ｍｍ以下である場合について示しているが、その配置位置に応じて有効径が１ｍｍを超える場合にはその超えた部分の獲得目標位相等を算出すればよい。
【０１６２】
ここで、第１の波長λ１に対する獲得目標位相Ｌλ１１は、ここでは第１の波長の光ビームに対して屈折力を付与しないことを目標とすることから、半径方向の中心（横軸：０）から最外周（横軸：１）にわたって０であり、第２及び第３の波長λ２，λ３に対する獲得目標位相Ｌλ２１，Ｌλ３１は、ここでは第２及び第３の波長の光ビームに対して所定の屈折力を付与することを目標とすることと、一般的に屈折力を付与された波面の位相状態が半径の２乗に比例した曲線となることから、半径の２乗に比例した曲線を各波長λ２，λ３で折り返したような線で表されている。
【０１６３】
また、一般的に、位相構造により半径方向の位置毎の所定の波長の光ビームに付与する位相差φ（λ）は、次式（９）を満たすことが知られている。ここで、式（９）において、Ｃ１，Ｃ２・・・は、光路差関数係数を示すものであり、ｒは、半径を示すものであり、λ０は、設計波長を示すものであり、ここではλ０＝λ１である。
【０１６４】
【数８】
2009176391.tif 000015
【０１６５】
さらに、一般的に、光路差関数係数Ｃｉは、付与したい位相形状、すなわち、図１１に示す獲得目標位相差を示す直線Ｌλ１１，Ｌλ２１，Ｌλ３１により変化するものである。ここで、この位相構造で付与したい位相は、屈折力（パワー）を付与するのと同等の状態にするための位相差であり、このような屈折力を付与するのと同等の位相状態とするためには、光路差関数係数ＣｉのうちＣ１のみに着目すればよいことが知られている。さらに、このような位相構造が形成された素子（位相変換素子４４）の所定の波長の光ビームに対する焦点距離ｆｐと、Ｃ１との間には、式（１０）に示す関係があることが知られている。ここで、式（１０）において、λ０は、設計波長を示すものであり、λは、実際に通過する光ビーム（焦点距離を算出する所定の波長の光ビーム）の波長を示すものである。このことから、上述した焦点距離ｆｐからＣ１が決定されることとなる。
【０１６６】
【数９】
2009176391.tif 000016
【０１６７】
図１１に示すような各獲得目標位相Ｌλ１１，Ｌλ２１，Ｌλ３１により、この各獲得目標位相を各波長λ１，λ２，λ３の光ビームに与える最適な位相構造が図１２に示すように算出される。図１２及び後述の図１５中横軸は、半径方向の位置（ｍｍ）を示し、縦軸は、半径方向の位置毎の基準面に対する位相構造の高さを示すものである。ここで、図１２に示すような位相構造は、第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームに対しては正方向のパワー（位相差係数Ｃ１＝５．６７×１０−３）を与えるような位相差を設定し、第２及び第３の波長に対する復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３を所望の約１３〜１４倍となるように変換する。一方で、第１の波長λ１の光ビームに対しては、位相差が０となるのと同様な、すなわち、λ１の整数倍の位相差を付与するようにすることで、第１の波長の光ビームに対しては作用せず、第１の波長に対する復路倍率Ｍλ１を所望の約１８倍のままとするようにする。
【０１６８】
ここで、上述した表１に示す状態からコリメータレンズ３７を移動させないときの、位相変換部４３のＣ１を変化させたときの第２及び第３の波長に対する復路倍率の変化を表６に示す。
【０１６９】
【表６】
2009176391.tif 000017
【０１７０】
この表６に示すように、Ｃ１が変化することでｆ及びＭが変化することとなる。さらに、この表６に示すように、Ｃ１＝５．６７×１０−３が適正な値であることが分かる。このように、Ｃ１の適正な値は、上述した一連の式に基づいて、光学系における他のレンズや、レンズ間の間隔等によって、複雑な関連性を有して変化するが、一定の関係から目標となるＭ及びｆを決めることで、適正な値を算出することが可能である。
【０１７１】
また、位相変換素子４４の位相構造の半径方向の位置毎の深さｄは、以下のような指針によって設計されている。各波長での所望の位相差をφ１、φ２、φ３（ｒａｄ）、各波長での回折格子屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３、空気中の屈折率ｎ０とすれば、以下の式（１１）〜式（１３）が成立する。但し、この式（１１）〜式（１３）中ｍ１、ｍ２、ｍ３は、正又は負の任意の整数又は０を示すものとする。この実施例では、φ１≒０であるので、式（１４）のような関係を満たす必要があり、且つ、式（１２）及び式（１３）を満たす最適なｄを求めれば良いことになる。
【０１７２】
【数１０】
2009176391.tif 000018
【０１７３】
ここで、実際には、ｄの高さには製造上の制限があるため、選択には完全な自由度はないが、ここでは、例えば、その制限としてｄ＜１０μｍを製造限界と仮定している。このとき、所望位相差φ１、φ２、φ３に対して最も近い値を与えるｄを設定すると、図１２のような位相構造が得られる。尚、製造上の問題さえ解消すればｄ＜１０μｍに限られるものではない。
【０１７４】
そして、図１２に示すような位相構造によって得られる獲得位相量を図１３に示す。図１３及び後述の図１６中横軸は、半径方向の位置（ｍｍ）を示し、縦軸は、それぞれ図１２及び図１５のような位相構造により半径方向の位置毎に付与される位相差量をその波長λ（＝λ１，λ２，λ３）で規格化したものを示す。また、図１３及び図１６中Ｌλ１１’Ｌλ１２’は、この位相構造により第１の波長の光ビームに付与される獲得位相を示し、Ｌλ２１’、Ｌλ２２’は、この位相構造により第２の波長の光ビームに付与される獲得位相を示し、Ｌλ３１’、Ｌλ３２’は、この位相構造により第３の波長の光ビームに付与される獲得位相を示すものとする。図１３に示すように、図１２に示すような位相構造により付与される位相差量は、当初、想定した図１１に示すような獲得目標位相差量と比べると、おおよそで一致していることから、第２及び第３の光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ）にそれぞれ対応する第２及び第３の波長の光ビームに対して想定した屈折力を与えることができる。
【０１７５】
本実施例１によって計算された上述した表１によれば、いずれの値も、実用上妥当な範囲に収まり、かつ所望の復路倍率差が得られていることが改めて確認できる。これにより、所望の目標フォーカス引き込み範囲Ｓｊｉλ１，Ｓｊｉλ２，Ｓｊｉλ３を満たすこととなる。
【０１７６】
尚、上述した実施例１においては、第２及び第３の光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ等）に対応する第２及び第３の波長の光ビームに与えられる位相差が同一となるように構成したが、それぞれ異なる屈折力に基づく獲得目標位相を設定して、この獲得目標位相を付与するような位相構造を形成した位相変換部として構成してもよい。一般的に、同一の位相差とすると、上述した式（１０）の関係から、各々の波長の逆数に比例した焦点距離ｆとなるが、獲得目標位相差量を変えることによってこの制約をはずすことができ、さらに位相構造を選択する自由度が大きくなる。
【０１７７】
また、この実施例においては、所定の段差からなる位相構造によって、第２及び第３の波長λ２，λ３に屈折力に相当する位相変換効果を与え、第１の波長λ１の光ビームにのみ屈折力に相当する位相変換効果を与えないようにしたが、これは二種類の屈折率をもつ材料によって構成することで、このような位相変換機能を有するように構成してもよい。
【０１７８】
尚、本実施例１においては第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームに対してパワー（屈折力）を与えて所望の復路倍率を得たが、第１の波長λ１に対して負のパワー（屈折力）を与えることによって倍率を所望の値としてもよい。
【０１７９】
次に、光ピックアップ３を構成する、復路光学系の光路にのみ設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部として、上述した第１の波長の光ビームに負の屈折力を付与し、第２及び第３の波長の光ビームに屈折力をほとんど付与しないのと略同等の状態に各波長の光ビームの波面の位相状態を変換する位相変換部４３Ｂを設けた場合について、その具体的数値を挙げたものを実施例２として説明する。
【０１８０】
＜実施例２＞
この実施例２においては、この素子を設けなかったとした場合の、第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームに対して復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３を１４倍程度に設計しておき、第１の波長λ１の光ビームにのみ所望の屈折力（負のパワー）を与えて、この光ビームに対して復路倍率Ｍλ１が１８倍程度となることを目指すものである。
【０１８１】
この実施例２における、上述した図１１と同様な具体的な獲得目標位相を図１４に示し、また、上述した図１２と同様に、図１４に示すような獲得目標位相を各波長の光ビームに与える最適な位相構造を図１５に示し、さらに、上述した図１３と同様に、図１５に示すような位相構造によって得られる獲得位相量を図１６に示す。ここで、（負の屈折力を付与する）実施例２の獲得目標位相、形成段差（高さ）、獲得位相のいずれもは、（正の屈折力を付与する）実施例１との比較のために反転した値を示している。
【０１８２】
図１４に示すように、第１の波長λ１に対する獲得目標位相Ｌλ１２は、第１の波長の光ビームに対して所定の屈折力を付与することを目標とすることと、一般的に屈折力を付与された波面の位相状態が半径の２乗に比例した曲線となることから、半径の２乗に比例した曲線を波長λ１で折り返したような線で表されている。尚、ここで、第１の波長に対しては負の屈折力を付与するが、反転された値を示しているものである。また、第２及び第３の波長λ２，λ３に対する獲得目標位相Ｌλ２２，Ｌλ３２は、第２及び第３の波長の光ビームに対して屈折力を付与しないことを目標とすることから、半径方向の中心から最外周にわたって０である。
【０１８３】
図１６に示すように、図１５に示すような位相構造により付与される位相差量は、当初、想定した図１４に示すような獲得目標位相差量と比べると、おおよそで一致していることから第１の光ディスク（ＢＤ）に対応する第１の波長の光ビームに対して想定した屈折力を与えることができる。
【０１８４】
また、このように、位相変換素子４４Ｂ等の各光学部品を構成した実施例２の「往路倍率」、「復路倍率」、「コリメータレンズの位置」、「コリメータレンズのレンズストローク量」及び「位相変換素子の位相差係数Ｃ１」について表７に示す。
【０１８５】
【表７】
2009176391.tif 000019
【０１８６】
表７に示すように、第１の波長λ１の光ビームに対しては、位相変換素子４４Ｂの位相変換部４３Ｂが上述したように負の屈折力を付与して復路倍率Ｍλ１は、Ｍλ１＝１９．０倍となる。また、第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームに対しては屈折力を付与せず復路倍率を変化させる機能としては作用せず、コリメータレンズ３７を移動させた状態で復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３は、Ｍλ２＝１４．６倍、Ｍλ３＝１４．６倍となる。
【０１８７】
このような実施例における、表７に示すような復路倍率の場合の「Ｒｐｄ」、「Ｓｊｉ」及び「Δ」を算出した結果と、この算出に用いた、「ＮＡ」及び「ｆｏｌ」を表８に示す。表８に示すように、ＢＤ：１９倍、ＤＶＤ：１４．６倍、ＣＤ：１４．６倍となる今回の解は、妥当であり、引き込み範囲ＢＤ：３．１μｍ、ＤＶＤ：５．３μｍ、ＣＤ：５．３μｍ程度と、所望の目標フォーカス引き込み範囲とすることを実現できる。
【０１８８】
【表８】
2009176391.tif 000020
【０１８９】
尚、実施例２においては、第２及び第３の光ディスクに対応する第２及び第３の波長の光ビームに与えられる位相差がともに屈折力を付与しないような同一の位相差となるように構成したが、それぞれ異なる屈折力に基づく獲得目標位相を設定し、この獲得目標位相を付与するような位相構造を形成した位相変換部として構成してもよい。
【０１９０】
また、実施例１，２においては、第１の波長の光ビームと、第２及び第３の波長の光ビームとのいずれか一方を屈折力を付与しないように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、３種類の波長それぞれに対して異なる屈折力を付与するように構成してもよく、すなわち、第１の波長に対して負の屈折力、第２及び第３の波長に対して正の屈折力を付与するような位相構造を形成した位相変換部として構成してもよい。
【０１９１】
以上で説明した実施例１，２に示すように、異なる３種類の波長の光ビームを用いるとともに、対物レンズ３４及び受光部４０を共通とする光ピックアップ３において、各波長の光ビームに対して、位相差を付与して、波面の位相状態を変換することで、所望の波長に対して所定の屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部４３，４３Ｂを有することにより、例えば、第１の波長の光ビームに屈折力を付与しないとともに第２及び第３の波長の光ビームに所定の正の屈折力を付与して、又は、第１の波長の光ビームに所定の負の屈折力を付与するとともに第２及び第３の波長の光ビームに屈折力を付与しないことにより、使用波長毎に復路光学系の光学倍率をそれぞれ所定の倍率にすることができ、これによりフォーカス引き込みを各フォーマットに適合させることができる。
【０１９２】
すなわち、上述のような位相変換部４３又は位相変換部４３Ｂを備える光ピックアップ３は、三波長互換を実現する対物レンズ３４に対して、ただ一つの受光部４０を配置する構成において、所望のフォーカス引き込み範囲を実現することができる。かかる光ピックアップ３は、対物レンズ３４及び受光部４０を共通としたことにより、コストの削減及び装置の小型化を実現する。そして、この光ピックアップ３は、上述した実施例１，２で説明したように、コリメータレンズ３７のレンズストローク量を十分小さく抑えることを可能とし、光ピックアップ３の小型化を可能にする。
【０１９３】
また、光ピックアップ３は、発散角変換素子としてのコリメータレンズ３７が、第１乃至第３の波長の光ビームのうち出射される光ビームの種類毎に、光軸方向の所定の位置に移動され、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの状態を変えることで、各波長の光ビームを受光部４０の同一の受光面上に集光させる構成により、上述した位相変換素子４４の機能を発揮して各波長の復路光学系の倍率を所望の倍率とする効果と、３波長に対応した共通の対物レンズ３４及び共通の受光部４０で互換性を実現するという効果とを両立させることを可能とする。
【０１９４】
このように、この光ピックアップ３は、共通の対物レンズ３４と共通の受光部４０により、フォーカス引き込み範囲等を含めた適切な３波長互換を実現し、対物レンズ３４及び光検出器４１の光学部品を共通化して部品点数を削減するのみならず、その間の光路上に配置される種々の光学部品を共通化することを実現して、小型化及び低コスト化を実現するとともに、部品共通化により各波長ごとに設けた個々の部品毎に特性ばらつきがあった場合等の影響を防止して光ピックアップとしての特性を向上させることができる。
【０１９５】
また、この光ピックアップ３は、３波長互換を１つの対物レンズ３４により実現することにより、複数の対物レンズを用いていた場合の問題点である、アクチュエータの感度が低下する等の問題や、個々の対物レンズのアクチュエータへの取り付け角度に誤差があった場合の特性の劣化等の問題を解消して、良好な記録再生特性を実現する。また、この光ピックアップ３は、３波長互換を１つの受光部４０により実現することにより、複数の受光部（受光素子）を設ける場合の問題点である、配線を複数引き回すための構成が煩雑となったり小型化を妨げるという問題点を解消して、簡素な構成及び小型化を実現する。さらに、この光ピックアップ３は、全体として上述のように構成部品を削減することで、製造上において必要となる調整工程を少なくして、製造の容易化及び低コスト化を実現する。
【０１９６】
次に、上述のように構成された光ピックアップ３における、第１及び第２の光源部３１，３２の各出射部から出射された光ビームの光路について、図２を用いて説明する。まず、第１の光ディスク１１に対して第１の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０１９７】
次に、上述のように構成された光ピックアップ３における、第１及び第２の光源部３１，３２の各出射部から出射された光ビームの光路について、図２を用いて説明する。尚、この説明においては、光ピックアップ３を構成する位相変換部を有する位相変換素子としては、上述した位相変換素子４４を用いた場合の例について説明するものとし、位相変換素子４４Ｂを用いた場合については上述のような付与する屈折力が異なるだけであるので説明は省略する。まず、第１の光ディスク１１に対して第１の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０１９８】
光ディスク２の種類が第１の光ディスク１１であること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の波長の光ビームを出射させる。
【０１９９】
第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームは、第１のグレーティング４５によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第１のビームスプリッタ３８に入射される。第１のビームスプリッタ３８に入射された第１の波長の光ビームは、その分離面３８ａで反射され、第２のビームスプリッタ３９側に出射される。
【０２００】
第２のビームスプリッタ３９に入射された第１の波長の光ビームは、その合成分離面３９ａを透過されて、コリメータレンズ３７側に出射され、コリメータレンズ３７により発散角を変換され、１／４波長板４７に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４８で反射されて集光光学デバイス３６の回折光学素子３５側に出射される。このとき、コリメータレンズ３７は、コリメータレンズ駆動手段４９により第１の位置に移動されて、第１の波長の光ビームを所定の状態で出射させるように制御されている。
【０２０１】
回折光学素子３５に入射した第１の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のように所定の回折次数が支配的となるようにして出射され、集光光学デバイス３６の対物レンズ３４に入射される。尚、回折光学素子３５から出射される第１の波長の光ビームは、所定の発散角の状態とされているのみならず、所定の開口制限がされた状態とされている。
【０２０２】
対物レンズ３４に入射した第１の波長の光ビームは、各領域５１，５２，５３を通過した光ビームが球面収差を低減できるような発散角の状態で入射されているので、対物レンズ３４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。
【０２０３】
第１の光ディスク１１で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、回折光学素子３５、立ち上げミラー４８、１／４波長板４７、コリメータレンズ３７を経由して、第２のビームスプリッタ３９の合成分離面３９ａを透過され、第１のビームスプリッタ３８の分離面３８ａを透過されて、位相変換素子４４側に出射される。
【０２０４】
第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９により往路の光ビームの光路から光路分岐された第１の波長の光ビームは、位相変換素子４４により屈折力の影響を受けずに通過して、マルチレンズ４２により非点収差及び所定の屈折力を付与されて、光検出器４１の受光部４０の受光面上に集束されて検出される。このとき、第１の光ディスクからの戻りの光学系における復路倍率Ｍλ１は、この第１の波長の光ビームが位相変換素子４４により屈折力の影響を受けず、後述の第２及び第３の波長の光ビームが位相変換素子４４により正の屈折力を付与されていることから、後述の復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３よりも大きな値とされている。
【０２０５】
次に、第２の光ディスク１２に対して第２の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２０６】
光ディスク２の種類が第２の光ディスク１２であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３２の第２の出射部から第２の波長の光ビームを出射させる。
【０２０７】
第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームは、第２のグレーティング４６によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第２のビームスプリッタ３９に入射される。第２のビームスプリッタ３９に入射された第２の波長の光ビームは、その合成分離面３９ａで反射され、コリメータレンズ３７側に出射され、コリメータレンズ３７により発散角を変換され、１／４波長板４７に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４８で反射されて集光光学デバイス３６の回折光学素子３５側に出射される。このとき、コリメータレンズ３７は、コリメータレンズ駆動手段４９により第２の位置に移動されて、第２の波長の光ビームを所定の状態で出射されるように制御されている。
【０２０８】
回折光学素子３５に入射した第２の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のような所定の回折次数が支配的となるようにして出射され、集光光学デバイス３６の対物レンズ３４に入射される。尚、回折光学素子３５から出射される第２の波長の光ビームは、所定の発散角の状態とされているのみならず、対物レンズ３４に入射することにより開口制限の効果が得られる状態とされている。
【０２０９】
対物レンズ３４に入射した第２の波長の光ビームは、第１及び第２の回折領域５１，５２を通過した光ビームが球面収差を低減できるような発散角の状態で入射されているので、対物レンズ３４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。
【０２１０】
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の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。但し、このとき、第２の光ディスクからの戻りの光学系における復路倍率Ｍλ２は、この第２の波長の光ビームが位相変換素子４４により波面の位相状態を変換され、正の屈折力を付与されていることから、上述した復路倍率Ｍλ１よりも小さな値とされている。また、コリメータレンズ３７が第２の位置に移動されていることから、位相変換素子４４により第１の波長の場合と異なる屈折力を付与されているが、上述の図７を用いて説明したように、集光点の位置を第１の波長の場合と同じ位置とすることができ、すなわち、共通の受光部４０で確実に戻りの光ビームを受光し検出することができる。
【０２１１】
次に、第３の光ディスク１３に対して第３の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２１２】
光ディスク２の種類が第３の光ディスク１３であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３２の第３の出射部から第３の波長の光ビームを出射させる。
【０２１３】
第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームは、第２のグレーティング４６によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第２のビームスプリッタ３９に入射される。第２のビームスプリッタ３９に入射された第３の波長の光ビームは、その合成分離面３９ａで反射され、コリメータレンズ３７側に出射され、コリメータレンズ３７により発散角を変換され、１／４波長板４７に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４８で反射されて集光光学デバイス３６の回折光学素子３５側に出射される。このとき、コリメータレンズ３７は、コリメータレンズ駆動手段４９により第３の位置に移動されて、第３の波長の光ビームを所定の状態で出射されるように制御されている。
【０２１４】
回折光学素子３５に入射した第３の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のような所定の回折次数が支配的となるようにして出射され、集光光学デバイス３６の対物レンズ３４に入射される。尚、回折光学素子３５から出射される第３の波長の光ビームは、所定の発散角の状態とされているのみならず、対物レンズ３４に入射することにより開口制限の効果が得られる状態とされている。
【０２１５】
対物レンズ３４に入射した第３の波長の光ビームは、第１の回折領域５１を通過した光ビームが球面収差を低減できるような発散角の状態で入射されているので、対物レンズ３４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。
【０２１６】
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の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。但し、このとき、第３の光ディスクからの戻りの光学系における復路倍率Ｍλ３は、この第３の波長の光ビームが位相変換素子４４により波面の位相状態を変換され、正の屈折力を付与されていることから、上述した復路倍率Ｍλ１よりも小さな値とされている。また、コリメータレンズ３７が第３の位置に移動されていることから、位相変換素子４４により第１の波長の場合と異なる屈折力が付与されているが、上述の図７を用いて説明したように、集光点の位置を第１の波長の場合と同じ位置とすることができ、すなわち、共通の受光部４０で確実に戻りの光ビームを受光し検出することができる。
【０２１７】
本発明を適用した光ピックアップ３は、第１乃至第３の波長の光ビームを出射する第１乃至第３の出射部と、第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面上に集光する集光光学デバイス３６と、光軸方向に移動可能とされ、移動された光軸方向の位置に応じて第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する発散角変換素子としてコリメータレンズ３７と、光ディスクで反射された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームの光路を第１乃至第３の出射部から出射された各光ビームの光路と分離する光路分離手段として第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９と、この第１及び第２のビームスプリッタ３８，３９により各往路光から分離された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームを受光する３波長間において共通の受光部４０を有する光検出器４１と、光路分離手段としての第１のビームスプリッタ３８と受光部４０との間に設けられ、第１乃至第３の波長の光ビームに対して、それぞれ位相差を付与し、少なくとも一の光ビームに対して他の光ビームとは異なる屈折力を付与するのと略同等の状態に波面の位相状態を変換する位相変換部４３，４３Ｂとを備えることにより、このような３種類の使用波長に対応する共通の集光光学デバイス３６と共通の受光部４０を有する共通の光学系を用いて、各光ディスクに対して対応する波長の光ビームを集光するとともに、光ディスクからの反射光を検出して、装置の小型化及び構成の簡素化を達成した上で、複数種類の光ディスクに情報信号の記録及び／又は再生を行うことを可能とするとともに、このような共通の光学系における、それぞれの使用波長に応じて復路系の光学倍率（復路倍率）を位相変換部４３，４３Ｂにより最適なものとすることができ、これにより、それぞれの各光ディスクのフォーマットに対応するフォーカス引き込み範囲を設定することを可能とし、各光ディスクに対する互換性をより発揮することを可能とし、よって、構成の簡素化及び装置の小型化を実現するとともに各光ディスクに対して互換性を発揮して良好な記録及び／又は再生を実現する。
【０２１８】
また、光ピックアップ３は、上述の位相変換部４３，４３Ｂが集光光学デバイス３６と受光部４０との間に設けられる位相変換素子４４の一方の面に設けられ、この位相変換素子４４が、第１の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ１より第２の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ２が大きく（Ｐλ１＜Ｐλ２）なるのと略同等の状態に第１及び第２の波長の光ビームの波面の位相状態を変換するとともに、第１の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ１より第３の波長の光ビームに対して付与する屈折力Ｐλ３が大きく（Ｐλ１＜Ｐλ３）なるのと略同等の状態に第１及び第３の波長の光ビームの位相状態を変換する構成により、換言すると、位相変換素子４４の第１乃至第３の波長の光ビームに対する焦点距離ｆｐλ１，ｆｐλ２，ｆｐλ３が、ｆｐλ１＞ｆｐλ２の関係、及びｆｐλ１＞ｆｐλ３の関係を満たすような構成により、第１の光ディスクの使用波長である第１の波長における復路倍率Ｍλ１に対して、第２及び第３の光ディスクそれぞれの使用波長である第２、第３の波長における復路倍率Ｍλ２，Ｍλ３を小さくすることを可能とし、これによりフォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを可能とし、よって、構成の簡素化及び装置の小型化を実現するとともに各光ディスクに対して互換性を発揮して良好な記録及び／又は再生を実現する。
【０２１９】
また、光ピックアップ３は、第１のビームスプリッタ３８と受光部４０との間に、入射した第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を変換して受光部４０上に集光させる発散角変換機能と、入射した第１乃至第３の波長の光ビームにフォーカスエラー信号を得るため等の非点収差を付与して受光部４０側に出射させる非点収差機能との両方又は何れか一方の機能を有するマルチレンズを備え、位相変換部４３がこのマルチレンズの一方の面に一体に形成される構成とすることにより、上述の効果に加えて、光ピックアップとしてのさらなる構成の簡素化及び小型化を実現する。
【０２２０】
また、光ピックアップ３は、光ディスクで反射された第１乃至第３の波長の光ビームを受光部４０に導く、集光光学デバイス３６、コリメータレンズ３７、位相変換部４３を有する位相変換素子４４、及びマルチレンズ４２からなる復路光学系による第１の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ１とし、この復路光学系による第２の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ２とし、この復路光学系による第３の波長の光ビームに対する復路倍率をＭλ３としたとき、１５．７５≦Ｍλ１≦２５．００の関係、１２．５０≦Ｍλ２≦１８．００の関係、及び１１．５０≦Ｍλ３≦１６．２５の関係を満たすようにされていることから、フォーカス引き込み範囲を各フォーマットに適合した所望の値とすることを可能とし、よって、各光ディスクに対してより良好な記録再生特性を発揮して、これにより各光ディスクに対するより優れた互換性を発揮することを実現する。
【０２２１】
また、この光ピックアップ３は、対物レンズ３４を３波長に対して共通とすることができるので、アクチュエータにおける可動部の重量が増大することによる感度低下等の問題の発生を防止できる。また、本発明を適用した光ピックアップ３は、３波長互換の際の共通の対物レンズ３４を用いた場合に問題となる球面収差を光学素子の一面に設けた回折部５０により十分に低減できるので、従来のような球面収差低減用の回折部を複数面に設けた場合の各回折部間の位置合わせや、複数の回折部を設けることによる回折効率の低下等の問題を防止でき、すなわち、組立工程の簡素化及び光の利用効率の向上を実現する。また、本発明を適用した光ピックアップ３は、上述のように回折部５０を光学素子の一面に設ける構成を可能とすることにより、対物レンズ３４及び回折光学素子３５に換えて回折部５０を有する対物レンズ３４Ｂを有するように構成することを可能とし、この回折部５０を対物レンズに一体とする構成により、さらなる構成の簡素化、アクチュエータの可動部の重量を小さくすること、組立工程の簡素化及び光の利用効率の向上を実現する。
【０２２２】
さらに、この光ピックアップ３は、上述した回折光学素子３５の一面に設けられた回折部５０により３波長互換を実現するのみならず、３種類の光ディスク及び３種類の波長の光ビームに対応した開口数で開口制限を行うことができ、これにより従来必要であった開口制限フィルター等を設けることや、これを配置させる際の調整を不要とし、さらに、構成の簡素化、小型化、及び低コスト化を実現する。
【０２２３】
本発明を適用した光ディスク装置１は、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第３の光ディスクから任意に選択される光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、この駆動手段によって回転駆動される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の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを備え、この光ピックアップとして上述した光ピックアップ３を用いたことにより、第１乃至第３の波長の光ビームの光路上の光学素子の一面に設けられた回折部により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズ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として対物レンズ３４及び受光部４０等の構成部品を共通化して構成の簡素化、装置の小型化を可能するとともに、位相変換部４３によりそれぞれの光ディスクのフォーマットに対応する適切なフォーカス引き込み範囲とすることを可能として、構成の小型化と良好なサーボ信号を得て良好な記録・再生特性を得ることによる３波長互換を両立させることを実現する。
【図面の簡単な説明】
【０２２４】
【図１】本発明を適用した光ディスク装置を示すブロック回路図である。
【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】本発明を適用した光ピックアップを構成する集光光学デバイスの回折光学素子を説明するための図であり、（ａ）は、回折光学素子の平面図であり、（ｂ）は、回折光学素子の断面図である。
【図４】本発明を適用した光ピックアップを構成する集光光学デバイスの例について説明するための図であり、（ａ）は、入射側の面に回折部を有する回折光学素子と、対物レンズとにより構成された例の集光光学デバイスを示す断面図であり、（ｂ）は、その入射側の面に回折部が一体に形成された対物レンズにより構成された例の集光光学デバイスを示す断面図である。
【図５】本発明を適用した光ピックアップを構成する位相変換部を説明するための図であり、（ａ）は、位相変換部が設けられた位相変換素子の平面図であり、（ｂ）は、位相変換素子の断面図であり、（ｃ）は、位相変換部の位相構造を拡大するとともに模式的に示す位相変換素子の拡大断面図である。
【図６】本発明を適用した光ピックアップを構成する位相変換素子の位相変換部の機能について説明するための図であり、（ａ）は、入射した第１の波長の光ビームが位相変換部の影響を受けずに出射された状態を示す図であり、（ｂ）は、同様の状態で入射した第２及び第３の波長の光ビームが位相変換部により正の屈折力を付与されて出射された状態を示す図である。
【図７】本発明を適用した光ピックアップにおいて、図６で説明した位相変換部により異なる屈折力を付与された各波長の光ビームが同一の受光面に適切に集光される点について説明するための図であり、（ａ）は、第１の波長の光ビームが基準となる位置に配置されたコリメータレンズと図６で説明した位相変換部とを経由することにより所定の集光点に集光されていることを示す図であり、（ｂ）は、第２及び第３の波長の光ビームが、上述の基準の位置から光軸方向に移動されたコリメータレンズにより図６で説明した位相変換部を経由した際に第１の波長の光ビームと同じ集光点に集光されていることを示す図である。
【図８】対物レンズのデフォーカス量と、フォーカスエラー信号との関係、及びフォーカス引き込み範囲を示す図である。
【図９】復路光学系により付与される非点収差により発生する非点隔差について説明する図であり、非点収差を付与するマルチレンズを通過することによるｘ方向の集光位置と、ｙ方向の集光位置と、これらの位置の間隔である非点隔差とを模式的に示す図である。
【図１０】復路光学系における所定の関係式を説明するための図であり、対物レンズの開口数及び焦点距離、復路光学系の光学部品を合成した合成レンズ、復路倍率、非点隔差、並びに受光部上のスポット半径を模式的に示す図である。
【図１１】実施例１の位相変換部を構成するための獲得目標位相量を半径方向の位置毎に示す図である。
【図１２】実施例１の位相変換部の光学位相変換面形状、すなわち位相構造を示すための図であり、半径方向の位置毎のこの位相構造の高さを示す図である。
【図１３】図１２に示す実施例１の位相構造により得られる獲得位相量を半径方向の位置毎に示す図である。
【図１４】実施例２の位相変換部を構成するための獲得目標位相量を反転したものを半径方向の位置毎に示す図である。
【図１５】実施例２の位相変換部の光学位相変換面形状、すなわち位相構造を示すための図であり、半径方向の位置毎のこの位相構造の高さを反転したものを示す図である。
【図１６】図１５に示す実施例２の位相構造により得られる獲得位相量を反転したものを半径方向の位置毎に示す図である。
【図１７】従来の光ピックアップの光学系の例を示す図であり、受光素子を複数有する光ピックアップを示す光路図である。
【符号の説明】
【０２２５】
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、  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、  ３４  対物レンズ、  ３５  回折光学素子、  ３６  集光光学デバイス、  ３７  コリメータレンズ、  ３８  第１のビームスプリッタ、  ３９  第２のビームスプリッタ、  ４０  受光部、  ４１  光検出器、  ４２  マルチレンズ、  ４３  位相変換部、  ４４  位相変換素子、  ４５  第１のグレーティング、  ４６  第２のグレーティング、  ４７  １／４波長板、  ４８  立ち上げミラー、  ４９  コリメータレンズ駆動手段、  ５０  回折部、  ５１  第１の回折領域、  ５２  第２の回折領域、  ５３  第３の回折領域
【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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