(57)【要約】【課題】  構成を複雑にすることなく、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対する互換と波長変動耐性とを実現する。【解決手段】  第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、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の信号記録面上に集光する対物レンズ３４と、第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子３５の一方の面に設けられる回折部５０とを備え、回折部５０は、最内周部に設けられ略円形状の第１の回折領域５１と、第１の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第２の回折領域５２と、第２の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第３の回折領域５３とを有し、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３は、輪帯状で複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造等が半径方向に連続的に形成された第１乃至第３の回折構造が形成される。【選択図】  図５
2009076163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の光ディスクに対して、４５０ｎｍよりも短い第１の波長λ１の光ビームと、４５０ｎｍよりも長く７００ｎｍよりも短い第２の波長λ２の光ビームと、７００ｎｍよりも長い第３の波長λ３の光ビームとを選択的に照射することにより情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路内に設けられる光学素子において、
いずれか一方の面に反射型又は透過型の回折部を備え、
上記回折部は、上記一方の面の一部又は全部に、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた回折構造を有する回折領域を有し、上記回折領域に入射した第１の波長の光ビームの次数がｍ１の回折光を回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記回折領域に入射した第２の波長の光ビームの次数がｍ２の回折光を回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記回折領域に入射した第３の波長の光ビームの次数がｍ３の回折光を回折効率が３０％以上となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ１，ｍ２，ｍ３の回折光の上記各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させる光学素子。
【請求項２】
上記回折部は、以下の式中λｐ、ｍｐ、Ｖａｐ、φａｐのｐがｐ＝１，２，３のとき、ｘが０≦ｘ＜１のうちの略全範囲で、それぞれ以下の式（１）〜（４）を満たすように形成されている請求項１記載の光学素子。
｜ｗ（Ａ）｜＝｜｛（Ａ＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖａｐ  ・・・（１）
Ａ＝Ｃ１×ｄ×ｇ（ｘ）−Ｃ２×ｘ−φａｐ  ・・・（２）
Ｃ１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（３）
Ｃ２＝２πｍｐ  ・・・（４）
但し、式（１）〜（４）中
ｗ（Ａ）：（）内のＡをｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
ｄ：上記回折構造の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状の最も高い面と、最も低い面との光軸方向の距離、
ｘ：上記凹凸形状の１周期内の基準となる位置から任意の位置までの上記凹凸形状の形成方向の距離を上記回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ（ｘ）：上記任意の位置における上記凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を上記ｄで除したときの値、
φａｐ：０≦ｘ＜１の範囲のうちの略全範囲で式（１）を満足する任意の値、
Δｎ：上記回折構造の境界面における当該光学素子と、外部との屈折率の差、
λｐ：上記回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍｐ：上記回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖａｐ：｜ｗ（Ａ）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖａ１＝０．３π、Ｖａ２＝０．４π、Ｖａ３＝０．６π、
である。
【請求項３】
複数種類の光ディスクに対して、４５０ｎｍよりも短い第１の波長λ１の光ビームと、４５０ｎｍよりも長く７００ｎｍよりも短い第２の波長λ２の光ビームと、７００ｎｍよりも長い第３の波長λ３の光ビームとを選択的に照射することにより情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路内に設けられる光学素子において、
いずれか一方の面に反射型又は透過型の回折部を備え、
上記回折部は、上記一方の面の一部又は全部に、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた回折構造を有する回折領域を有し、上記回折領域に入射した第１の波長の光ビームの次数がｍ’１の回折光を回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記回折領域に入射した第２の波長の光ビームの次数がｍ’２の回折光を回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記回折領域に入射した第３の波長の光ビームの次数がｍ’３の回折光を回折効率が１０％以下となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ’１，ｍ’２の回折光の上記第１及び第２の波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させる光学素子。
【請求項４】
上記回折部は、以下の式（５）〜（８）中λｐ、ｍ’ｐ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝１，２のとき、ｘ’が０≦ｘ’＜１のうちの略全範囲で、それぞれ以下の式（５）〜（８）を満たし、且つ、以下の式（６）〜（８）中λｐ、ｍ’ｐ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝３のとき、式（９）を満たすｘ’の範囲の合計をｒとしたとき式（１０）を満たすように形成されている請求項３記載の光学素子。
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖ’ａｐ  ・・・（５）
Ａ’＝Ｃ’１×ｄ’×ｇ’（ｘ’）−Ｃ’２×ｘ’−φ’ａｐ  ・・・（６）
Ｃ’１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（７）
Ｃ’２＝２πｍ’ｐ  ・・・（８）
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＞π／２  ・・・（９）
｜２ｒ−１｜＜０．３５  ・・・（１０）
但し、式（５）〜（１０）中
ｗ（Ａ’）：（）内のＡ’をｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
ｄ’：上記回折構造の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状の最も高い面と、最も低い面との光軸方向の距離、
ｘ’：上記凹凸形状の１周期内の基準となる位置から任意の位置までの上記凹凸形状の形成方向の距離を上記回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ’（ｘ’）：上記任意の位置における上記凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を上記ｄ’で除したときの値、
φ’ａｐ：ｐ＝１，２のとき０≦ｘ’＜１の範囲のうちの略全範囲で式（５）を満足する任意の値であり、ｐ＝３のとき式（１０）を満足する任意の値、
Δｎ：上記回折構造の境界面における当該光学素子と、外部との屈折率の差、
λｐ：上記回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍ’ｐ：上記回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖ’ａｐ：｜ｗ（Ａ’）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖ’ａ１＝０．３π、Ｖ’ａ２＝０．４π、
である。
【請求項５】
第１の光ディスクに対応した４５０ｎｍよりも短い第１の波長λ１の光ビームを出射する第１の出射部と、
上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクに対応した４５０ｎｍよりも長く７００ｎｍよりも短い第２の波長λ２の光ビームを出射する第２の出射部と、
上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクに対応した７００ｎｍよりも長い第３の波長λ３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の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の第１の回折領域と、上記第１の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第２の回折領域と、上記第２の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第３の回折領域とを有し、
上記第１の回折領域には、輪帯状で、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が半径方向に連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた第１の回折構造が形成され、
上記第１の回折領域は、上記第１の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ１の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第１の回折領域に入射した第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ２の回折光を、回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記第１の回折領域に入射した第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ３の回折光を、回折効率が３０％以上となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ１，ｍ２，ｍ３の回折光の上記各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させ、
上記第２の回折領域には、上記第１の回折構造とは異なる構造とされ、輪帯状で、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が半径方向に連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた第２の回折構造が形成され、
上記第２の回折領域は、上記第２の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’１の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第２の回折領域に入射した第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’２の回折光を、回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記第２の回折領域に入射した第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’３の回折光を、回折効率が１０％以下となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ’１，ｍ’２の回折光の上記第１及び第２の波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させ、
上記第３の回折領域には、上記第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされ、輪帯状の第３の回折構造が形成され、
上記第３の回折領域は、上記第３の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’’ １の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第３の回折領域に入射した第２及び第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２、第３の光ディスクの信号記録面に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発生させるとともに、上記次数がｍ’’ １の回折光の上記第１の波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させる光ピックアップ。
【請求項６】
上記第１の回折構造は、以下の式（１１）〜（１４）中λｐ、ｍｐ、Ｖａｐ、φａｐのｐがｐ＝１，２，３のとき、ｘが０≦ｘ＜１のうちの略全範囲で、それぞれ以下の式（１１）〜（１４）を満たすように形成されている請求項５記載の光ピックアップ。
｜ｗ（Ａ）｜＝｜｛（Ａ＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖａｐ  ・・・（１１）
Ａ＝Ｃ１×ｄ×ｇ（ｘ）−Ｃ２×ｘ−φａｐ  ・・・（１２）
Ｃ１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（１３）
Ｃ２＝２πｍｐ  ・・・（１４）
但し、式（１１）〜（１４）中
ｗ（Ａ）：（）内のＡをｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
ｄ：上記第１の回折構造の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状の最も高い面と、最も低い面との光軸方向の距離、
ｘ：上記第１の回折構造の凹凸形状の１周期内の半径方向の基準となる位置から任意の位置までの半径方向の距離を上記第１の回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ（ｘ）：上記任意の位置における上記第１の回折構造の凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を上記ｄで除したときの値、
φａｐ：０≦ｘ＜１の範囲のうちの略全範囲で式（１１）を満足する任意の値、
Δｎ：上記第１の回折構造の境界面における上記回折部が設けられた上記光学素子又は上記対物レンズと、外部との屈折率の差、
λｐ：上記第１の回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍｐ：上記第１の回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖａｐ：｜ｗ（Ａ）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖａ１＝０．３π、Ｖａ２＝０．４π、Ｖａ３＝０．６π、
である。
【請求項７】
上記第２の回折構造は、以下の式（１５）〜（１８）中λｐ、ｍ’ｐ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝１，２のとき、ｘ’が０≦ｘ’＜１のうちの略全範囲で、それぞれ以下の式（１５）〜（１８）を満たし、且つ以下の式（１６）〜（１８）中λｐ、ｍ’ｐ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝３のとき、式（１９）を満たすｘ’の範囲の合計をｒとしたとき式（２０）を満たすように形成されている請求項５又は請求項６記載の光ピックアップ。
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖ’ａｐ  ・・・（１５）
Ａ’＝Ｃ’１×ｄ’×ｇ’（ｘ’）−Ｃ’２×ｘ’−φ’ａｐ  ・・・（１６）
Ｃ’１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（１７）
Ｃ’２＝２πｍ’ｐ  ・・・（１８）
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＞π／２  ・・・（１９）
｜２ｒ−１｜＜０．３５  ・・・（２０）
但し、式（１５）〜（２０）中
ｗ（Ａ’）：（）内のＡ’をｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
ｄ’：上記第２の回折構造の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状の最も高い面と、最も低い面との光軸方向の距離、
ｘ’：上記第２の回折構造の凹凸形状の１周期内の半径方向の基準となる位置から任意の位置までの半径方向の距離を上記第２の回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ’（ｘ’）：上記任意の位置における上記第２の回折構造の凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を上記ｄ’で除したときの値、
φ’ａｐ：ｐ＝１，２のとき０≦ｘ’＜１の範囲のうちの略全範囲で式（１５）を満足する任意の値であり、ｐ＝３のとき式（２０）を満足する任意の値、
Δｎ：上記第２の回折構造の境界面における上記回折部が設けられた上記光学素子又は上記対物レンズと、外部との屈折率の差、
λｐ：上記第２の回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍ’ｐ：上記第２の回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖ’ａｐ：｜ｗ（Ａ’）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖ’ａ１＝０．３π、Ｖ’ａ２＝０．４π、
である。
【請求項８】
少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクと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において、
上記光ピックアップは、第１の光ディスクに対応した４５０ｎｍよりも短い第１の波長λ１の光ビームを出射する第１の出射部と、
上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクに対応した４５０ｎｍよりも長く７００ｎｍよりも短い第２の波長λ２の光ビームを出射する第２の出射部と、
上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクに対応した７００ｎｍよりも長い第３の波長λ３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の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の第１の回折領域と、上記第１の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第２の回折領域と、上記第２の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第３の回折領域とを有し、
上記第１の回折領域には、輪帯状で、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が半径方向に連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた第１の回折構造が形成され、
上記第１の回折領域は、上記第１の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ１の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第１の回折領域に入射した第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ２の回折光を、回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記第１の回折領域に入射した第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ３の回折光を、回折効率が３０％以上となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ１，ｍ２，ｍ３の回折光の上記各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させ、
上記第２の回折領域には、上記第１の回折構造とは異なる構造とされ、輪帯状で、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が半径方向に連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた第２の回折構造が形成され、
上記第２の回折領域は、上記第２の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’１の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第２の回折領域に入射した第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’２の回折光を、回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記第２の回折領域に入射した第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’３の回折光を、回折効率が１０％以下となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ’１，ｍ’２の回折光の上記第１及び第２の波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させ、
上記第３の回折領域には、上記第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされ、輪帯状の第３の回折構造が形成され、
上記第３の回折領域は、上記第３の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’’ １の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第３の回折領域に入射した第２及び第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２、第３の光ディスクの信号記録面に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発生させるとともに、上記次数がｍ’’ １の回折光の上記第１の波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させる光ディスク装置。
【請求項９】
上記第１の回折構造は、以下の式（２１）〜（２４）中λｐ、ｍｐ、Ｖａｐ、φａｐのｐがｐ＝１，２，３のとき、ｘが０≦ｘ＜１のうちの略全範囲で、それぞれ以下の式（２１）〜（２４）を満たすように形成されている請求項８記載の光ディスク装置。
｜ｗ（Ａ）｜＝｜｛（Ａ＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖａｐ  ・・・（２１）
Ａ＝Ｃ１×ｄ×ｇ（ｘ）−Ｃ２×ｘ−φａｐ  ・・・（２２）
Ｃ１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（２３）
Ｃ２＝２πｍｐ  ・・・（２４）
但し、式（２１）〜（２４）中
ｗ（Ａ）：（）内のＡをｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
ｄ：上記第１の回折構造の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状の最も高い面と、最も低い面との光軸方向の距離、
ｘ：上記第１の回折構造の凹凸形状の１周期内の半径方向の基準となる位置から任意の位置までの半径方向の距離を上記第１の回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ（ｘ）：上記任意の位置における上記第１の回折構造の凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を上記ｄで除したときの値、
φａｐ：０≦ｘ＜１の範囲のうちの略全範囲で式（２１）を満足する任意の値、
Δｎ：上記第１の回折構造の境界面における上記回折部が設けられた上記光学素子又は上記対物レンズと、外部との屈折率の差、
λｐ：上記第１の回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍｐ：上記第１の回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖａｐ：｜ｗ（Ａ）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖａ１＝０．３π、Ｖａ２＝０．４π、Ｖａ３＝０．６π、
である。
【請求項１０】
上記第２の回折構造は、以下の式（２５）〜（２８）中λｐ、ｍ’ｐ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝１，２のとき、ｘ’が０≦ｘ’＜１のうちの略全範囲で、それぞれ以下の式（２５）〜（２８）を満たし、且つ以下の式（２６）〜（２８）中λｐ、ｍ’ｐ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝３のとき、式（２９）を満たすｘ’の範囲の合計をｒとしたとき式（３０）を満たすように形成されている請求項８又は請求項９記載の光ディスク装置。
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖ’ａｐ  ・・・（２５）
Ａ’＝Ｃ’１×ｄ’×ｇ’（ｘ’）−Ｃ’２×ｘ’−φ’ａｐ  ・・・（２６）
Ｃ’１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（２７）
Ｃ’２＝２πｍ’ｐ  ・・・（２８）
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＞π／２  ・・・（２９）
｜２ｒ−１｜＜０．３５  ・・・（３０）
但し、式（２５）〜（３０）中
ｗ（Ａ’）：（）内のＡ’をｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
ｄ’：上記第２の回折構造の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状の最も高い面と、最も低い面との光軸方向の距離、
ｘ’：上記第２の回折構造の凹凸形状の１周期内の半径方向の基準となる位置から任意の位置までの半径方向の距離を上記第２の回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ’（ｘ’）：上記任意の位置における上記第２の回折構造の凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を上記ｄ’で除したときの値、
φ’ａｐ：ｐ＝１，２のとき０≦ｘ’＜１の範囲のうちの略全範囲で式（２５）を満足する任意の値であり、ｐ＝３のとき式（３０）を満足する任意の値、
Δｎ：上記第２の回折構造の境界面における上記回折部が設けられた上記光学素子又は上記対物レンズと、外部との屈折率の差、
λｐ：上記第２の回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍ’ｐ：上記第２の回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖ’ａｐ：｜ｗ（Ａ’）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖ’ａ１＝０．３π、Ｖ’ａ２＝０．４π、
である。
【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に用いられ入射した光ビームをその波長に応じて所定の回折効率で所定の回折光を発生させる光学素子、並びに光ピックアップ及びこの光ピックアップ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】
従来、異なるフォーマットとされた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方法として、例えば、ＤＶＤ・ＣＤ用、及び、高密度記録光ディスク用の２種類の対物レンズと２種類の光学系を設け、それぞれの対物レンズを使用波長毎に切り換える方式のものがある。
【０００５】
かかる光ピックアップでは、使用波長に応じて、２種類の対物レンズと２種類の光学系を切り換えて用いることにより、異なる３種類の光ディスクの記録及び／又は再生を実現し、すなわち、複数種類の光ディスク間の互換を可能とする。
【０００６】
しかしながら、２種類の対物レンズと２種類の光学系を有する光ピックアップでは、以下のような問題がある。まず、各光ディスク毎に最適となる対物レンズの傾きに相違があり、上述の光ピックアップでは、２個の対物レンズを用いることによって、それぞれの対物レンズのアクチュエータのレンズホルダへの取り付け角度が不適切となる場合があり、このことにより光ディスクに対して最適な対物レンズの傾きとすることができない場合がある。この結果、再生信号の品質が低下するといった問題がある。また、上述の光ピックアップでは、２種類の対物レンズを用いることによって、立ち上げミラー、コリメータレンズ或いは１／４波長板といった２種類の光学系のそれぞれの光路内に挿入する必要のある部品点数が増大することとなる。このため、高コストになり、また光ピックアップが大型化してしまうといった問題がある。さらに、上述の光ピックアップでは、２つの対物レンズを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、感度が低下するという問題もあった。
【０００７】
これに対し、上述のような問題を解消するとともに、さらに光学部品の簡素化を可能とするため複数種類の光ディスク及び３種類の使用波長に対して共通の単一の対物レンズを備える光ピックアップも検討されている。３波長の光ビームに対応した対物レンズを設ける場合の基本的指針としては、対物レンズに入射する前の光路上に回折光学素子等の回折部を設けることによって、対物レンズに対して拡散・収束光の状態で入射させ、使用波長とメディアの組み合わせによって生じる球面収差を補正するというものである。
【０００８】
しかし、従来検討されている光ピックアップでは、回折部が複数面に設けられることにより構成されていたり、対物レンズの球面とは異なる球面形状を回折面に設ける必要があったり、対物レンズの入射前の光路に複雑な構成を有する液晶素子を設けることが必要であったりした。これらの構成は、いずれもレンズ部、回折部、液晶素子等が別々に形成されたのちに組み合わされており、これらの位置合わせや複数の回折面の貼り合わせにかなり高い精度が要求されることとなり、製造の煩雑化・複雑化といった問題や、これらの精度が満たされないことによる問題等もあった。
【０００９】
また、例えば、特開２００５−１２９２２７号公報に記載のように、回折部を一面に設けた光ピックアップも考えられているが、２波長互換の実現に留まっており、３波長互換を実現するためには、別に残りの１波長に対応した対物レンズを設ける必要があり、光学部品の増大及び構成の複雑化といった問題があった。（特許文献１参照）。
【００１０】
また、その一方で、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）においては、光源から出射される光ビームの波長変動等により、検出器の受光部上の光量に変化がないことが望まれており、そのためには、光ディスクの信号記録面上の光量に変化がないこと、すなわち、上述したような光ピックアップの光学系を構成する回折部においても入射する光ビームの波長変動により回折光の回折効率が変化しにくいことが要求される。このように、光ピックアップには、波長変動により影響を受けにくいことを示す波長変動耐性が求められる。
【００１１】
そして、上述のような各波長の光ビームに対応した所定の角度と十分な回折効率を有する回折部に、波長変動耐性を持たせることは、非常に困難であった。換言すると、一又は複数の回折部により共通の一の対物レンズを用いた光学系による３波長互換を達成したとしても波長変動耐性が低い場合があり、このことに起因して良好な記録再生を行えないといった問題があった。
【００１２】
このように、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を用いて光ビームを信号記録面に集光するとともに、光源から出射される光ビームに波長変動が発生した場合にも良好な情報信号の記録及び／又は再生を行うことは、困難であった。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１２９２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、構成を複雑にすることなく、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を用いて光ビームを信号記録面に集光して情報信号の記録及び／又は再生を実現するとともに、各波長の光ビームに波長変動が発生した場合にも良好な記録及び／又は再生を実現する光ピックアップに用いられる光学素子並びに光ピックアップ及びこの光ピックアップ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】
【００１５】
この目的を達成するため、本発明に係る光学素子は、複数種類の光ディスクに対して、４５０ｎｍよりも短い第１の波長λ１の光ビームと、４５０ｎｍよりも長く７００ｎｍよりも短い第２の波長λ２の光ビームと、７００ｎｍよりも長い第３の波長λ３の光ビームとを選択的に照射することにより情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路内に設けられる光学素子において、いずれか一方の面に反射型又は透過型の回折部を備え、上記回折部は、上記一方の面の一部又は全部に、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた回折構造を有する回折領域を有し、上記回折領域に入射した第１の波長の光ビームの次数がｍ１の回折光を回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記回折領域に入射した第２の波長の光ビームの次数がｍ２の回折光を回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記回折領域に入射した第３の波長の光ビームの次数がｍ３の回折光を回折効率が３０％以上となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ１，ｍ２，ｍ３の回折光の上記各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させる。
【００１６】
また、本発明に係る光学素子を構成する回折部は、以下の式中λｐ、ｍｐ、Ｖａｐ、φａｐのｐがｐ＝１，２，３のとき、ｘが０≦ｘ＜１のうちの略全範囲で、それぞれ以下の式（１）〜（４）を満たすように形成されるようにしてもよい。
【００１７】
｜ｗ（Ａ）｜＝｜｛（Ａ＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖａｐ  ・・・（１）
Ａ＝Ｃ１×ｄ×ｇ（ｘ）−Ｃ２×ｘ−φａｐ  ・・・（２）
Ｃ１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（３）
Ｃ２＝２πｍｐ  ・・・（４）
【００１８】
但し、式（１）〜（４）中
ｗ（Ａ）：（）内のＡをｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
ｄ：上記回折構造の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状の最も高い面と、最も低い面との光軸方向の距離、
ｘ：上記凹凸形状の１周期内の基準となる位置から任意の位置までの上記凹凸形状の形成方向の距離を上記回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ（ｘ）：上記任意の位置における上記凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を上記ｄで除したときの値、
φａｐ：０≦ｘ＜１の範囲のうちの略全範囲で式（１）を満足する任意の値、
Δｎ：上記回折構造の境界面における当該光学素子と、外部との屈折率の差、
λｐ：上記回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍｐ：上記回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖａｐ：｜ｗ（Ａ）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖａ１＝０．３π、Ｖａ２＝０．４π、Ｖａ３＝０．６π、
である。
【００１９】
また、本発明に係る光学素子は、複数種類の光ディスクに対して、４５０ｎｍよりも短い第１の波長λ１の光ビームと、４５０ｎｍよりも長く７００ｎｍよりも短い第２の波長λ２の光ビームと、７００ｎｍよりも長い第３の波長λ３の光ビームとを選択的に照射することにより情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路内に設けられる光学素子において、いずれか一方の面に反射型又は透過型の回折部を備え、上記回折部は、上記一方の面の一部又は全部に、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた回折構造を有する回折領域を有し、上記回折領域に入射した第１の波長の光ビームの次数がｍ’１の回折光を回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記回折領域に入射した第２の波長の光ビームの次数がｍ’２の回折光を回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記回折領域に入射した第３の波長の光ビームの次数がｍ’３の回折光を回折効率が１０％以下となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ’１，ｍ’２，ｍ’３の回折光の上記各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させる。
【００２０】
また、本発明に係る光学素子を構成する回折部は、以下の式（５）〜（８）中λｐ、ｍ’ｐ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝１，２のとき、ｘ’が０≦ｘ’＜１のうちの略全範囲で、それぞれ以下の式（５）〜（８）を満たし、且つ、以下の式（６）〜（８）中λｐ、ｍ’ｐ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝３のとき、式（９）を満たすｘ’の範囲の合計をｒとしたとき式（１０）を満たすように形成されるようにしてもよい。
【００２１】
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖ’ａｐ  ・・・（５）
Ａ’＝Ｃ’１×ｄ’×ｇ’（ｘ’）−Ｃ’２×ｘ’−φ’ａｐ  ・・・（６）
Ｃ’１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（７）
Ｃ’２＝２πｍ’ｐ  ・・・（８）
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＞π／２  ・・・（９）
｜２ｒ−１｜＜０．３５  ・・・（１０）
【００２２】
但し、式（５）〜（１０）中
ｗ（Ａ’）：（）内のＡ’をｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
ｄ’：上記回折構造の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状の最も高い面と、最も低い面との光軸方向の距離、
ｘ’：上記凹凸形状の１周期内の基準となる位置から任意の位置までの上記凹凸形状の形成方向の距離を上記回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ’（ｘ’）：上記任意の位置における上記凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を上記ｄ’で除したときの値、
φ’ａｐ：ｐ＝１，２のとき０≦ｘ’＜１の範囲のうちの略全範囲で式（５）を満足する任意の値であり、ｐ＝３のとき式（１０）を満足する任意の値、
Δｎ：上記回折構造の境界面における当該光学素子と、外部との屈折率の差、
λｐ：上記回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍ’ｐ：上記回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖ’ａｐ：｜ｗ（Ａ’）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖ’ａ１＝０．３π、Ｖ’ａ２＝０．４π、
である。
【００２３】
また、本発明に係る光ピックアップは、第１の光ディスクに対応した４５０ｎｍよりも短い第１の波長λ１の光ビームを出射する第１の出射部と、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクに対応した４５０ｎｍよりも長く７００ｎｍよりも短い第２の波長λ２の光ビームを出射する第２の出射部と、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクに対応した７００ｎｍよりも長い第３の波長λ３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の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられる回折部とを備え、上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の第１の回折領域と、上記第１の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第２の回折領域と、上記第２の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第３の回折領域とを有し、上記第１の回折領域には、輪帯状で、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が半径方向に連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた第１の回折構造が形成され、上記第１の回折領域は、上記第１の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ１の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第１の回折領域に入射した第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ２の回折光を、回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記第１の回折領域に入射した第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ３の回折光を、回折効率が３０％以上となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ１，ｍ２，ｍ３の回折光の上記各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させ、上記第２の回折領域には、上記第１の回折構造とは異なる構造とされ、輪帯状で、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が半径方向に連続的に、且つ上記単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた第２の回折構造が形成され、上記第２の回折領域は、上記第２の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’１の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第２の回折領域に入射した第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’２の回折光を、回折効率が５０％以上となるように発生させ、上記第２の回折領域に入射した第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’３の回折光を、回折効率が１０％以下となるように発生させるとともに、上記各次数がｍ’１，ｍ’２の回折光の上記第１及び第２の波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させ、上記第３の回折領域には、上記第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされ、輪帯状の第３の回折構造が形成され、上記第３の回折領域は、上記第３の回折領域に入射した第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｍ’’ １の回折光を、回折効率が７０％以上となるように発生させ、上記第３の回折領域に入射した第２及び第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２、第３の光ディスクの信号記録面に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発生させるとともに、上記次数がｍ’’ １の回折光の上記第１の波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させる。
【００２４】
また、本発明に係る光ディスク装置は、少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクと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】
【００２５】
本発明は、光ビームを出射する出射部と光ディスクの信号記録面との間の光路上に配置される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、対物レンズを共通とした３波長互換を実現するとともに、光ビームに波長変動が発生した場合にもそれぞれの光ディスクに対して良好な信号の記録及び／又は再生を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、保護層の厚さが０．１ｍｍで波長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、保護層の厚さが０．６ｍｍで波長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、保護層の厚さが１．１ｍｍで波長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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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部１４と、プリアンプ部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＆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。
【００３３】
このプリアンプ部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、プリアンプ部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。
【００３４】
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、インタフェース１６又はデータをＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８に出力する。
【００３５】
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。
【００３６】
サーボ制御部９は、プリアンプ部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、プリアンプ部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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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の出射部を有する第２の光源部３２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の出射部を有する第３の光源部３３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対物レンズ３４と、第１乃至第３の出射部と対物レンズ３４との間の光路上に設けられる回折光学素子３５とを備える。
【００４７】
また、光ピックアップ３は、第２及び第３の出射部と回折光学素子３５との間に設けられ、第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームの光路と第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として第１のビームスプリッタ３６と、第１のビームスプリッタ３６と回折光学素子３５との間に設けられ、第１のビームスプリッタ３６で光路を合成された第２及び第３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第１の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として第２のビームスプリッタ３７と、第２のビームスプリッタ３７と回折光学素子３５との間に設けられ、第２のビームスプリッタで光路を合成された第１乃至第３の波長の光ビームの往路の光路と、光ディスクで反射された第１乃至第３の波長の光ビームの戻り（以下、「復路」ともいう。）の光路とを分離する光路分離手段として第３のビームスプリッタ３８とを有する。
【００４８】
さらに、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、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３９と、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、第２の出射部から出射された第２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２のグレーティング４０と、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、第３の出射部から出射された第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３ビームに回折する第３のグレーティング４１とを有する。
【００４９】
また、光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８と回折光学素子３５との間に設けられ、第３のビームスプリッタ３８で光路を合成された第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略平行光に対して拡散若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のコリメータレンズ４２と、コリメータレンズ４２と回折光学素子３５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４３と、回折光学素子３５と１／４波長板４３との間に設けられ、対物レンズ３４及び回折光学素子３５の光軸に略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４４とを有する。
【００５０】
さらに、光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８で往路の第１乃至第３の波長の光ビームの光路から分離された復路の第１乃至第３の波長の光ビームを受光して検出する光検出器４５と、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、第３のビームスプリッタ３８で分離された復路の第１乃至第３の波長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シングエラー信号等の検出のための非点収差を付与するマルチレンズ４６とを有する。
【００５１】
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の出射部を有する。第３の光源部３３は、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の出射部を有する。尚、ここでは、第１乃至第３の出射部をそれぞれ別々の光源部３１，３２，３３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の出射部の内２つの出射部を有する光源部と、残りの１つの出射部を有する光源部とを異なる位置に配置するように構成してもよく、さらに、第１乃至第３の出射部を略同一位置に有する光源部となるように構成してもよい。また、第１乃至第３の出射部から出射される光ビームの波長は、上述のものに限られるものではなく、第１の波長が４５０ｎｍよりも短ければよく、第２の波長が４５０ｎｍよりも長く７００ｎｍよりも短ければよく、第３の波長が７００ｎｍよりも長ければよく、これらの範囲で使用する光ディスクに合わせた各波長の光ビームを出射させるように構成すればよい。
【００５２】
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４５で検出された光ディスク２からの戻り光のＲＦ信号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シング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の出射部から出射される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と一体と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することにより、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。
【００５３】
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。
【００５４】
回折部５０を有する回折光学素子３５は、例えば、図３（ａ）に示すように、回折部５０を通過した第１の波長の光ビームＢＢ０を＋１次回折光ＢＢ１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の光ビームとして対物レンズ３４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、図３（ｂ）に示すように、回折部５０を通過した第２の波長の光ビームＢＤ０を−１次回折光ＢＤ１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、第２の光ディスク１２の信号記録面に適切に集光させ、図３（ｃ）に示すように、回折部５０を通過した第３の波長の光ビームＢＣ０を−２次回折光ＢＣ１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、第３の光ディスク１３の信号記録面に適切に集光させることにより、単一の対物レンズ３４を用いて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。尚、ここでは、回折部５０の複数の回折領域において、同じ波長の光ビームを同じ回折次数の回折光とする例について図３を用いて説明したが、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、後述のように、各領域毎に各波長に対する回折次数を設定し、より球面収差を低減するように構成することを可能とする。
【００５５】
具体的に、図４（ａ）及び図４（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。
【００５６】
内輪帯である第１の回折領域５１は、輪帯状で、基準面に対して複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造（以下、「第１の単位周期構造」ともいう。）が輪帯の半径方向に連続的に設けられ、且つ単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられ、基準面に対する各段部の光軸方向の高さ及び１周期の幅に対する各段部の幅の割合が周期的とされた第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ｍ１ｉ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、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が７０％以上となるようにして発生させる。
【００５７】
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ｍ２ｉ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、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が５０％以上となるようにして発生させる。
【００５８】
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ｍ３ｉ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、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が３０％以上となるようにして発生させる。
【００５９】
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り且つ所定の回折効率以上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。
【００６０】
さらに、第１の回折領域５１は、上記の各波長の光ビームの各次数の回折光の各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させることができ、波長変動により回折光の回折効率が変化しにくい性質（以下、「波長変動耐性」ともいう。）を有する構成とされている。
【００６１】
具体的には、第１の回折領域５１は、図４及び図５（ａ）に示すように、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（以下、「溝深さ」ともいう。）ｄを有し、所定の段数Ｓ（Ｓは、正の整数とする。）の複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が輪帯の半径方向に連続して形成されるとともに、この単位周期構造のピッチが半径方向の外周方向に向かうにつれて徐々に小さくなるように変化して形成されている。
【００６２】
ここで、上述の回折構造における輪帯の断面形状とは、輪帯の半径方向を含む面、すなわち、輪帯の接線方向に直交する面における断面形状を意味する。また、ここで単位周期構造が連続して形成されているとは、ある一定の周期形状が連続して複数設けられていることを意味し、具体的にここでは、基準面に対する各段部の光軸方向の高さと、１周期の幅に対する各段部の幅の割合とが周期的とされており、すなわち、隣接する単位周期構造において対応する各段部の上述の高さ及び上述の幅の割合とが等しくされている。また、ここでは、単位周期構造のピッチが半径方向の外周方向に向かうにつれて小さくなるように変化して形成されるようにしたが、単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられていればよい。また、単位周期構造のピッチとは、単位周期構造の形成方向、すなわち、半径方向の大きさ（幅）をいう。また、所定の段数の複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造とは、基準面に対して各段部の光軸方向の高さがそれぞれ所定の高さとされた第１乃至第Ｓの段部を有する凹凸形状が形成されている構造であり、さらに、換言すると、基準面に対して光軸方向にそれぞれ所定の距離を有して形成された第１乃至第（Ｓ＋１）の光学面を有して形成されている構造である。また、回折構造における所定の深さ（溝深さ）ｄは、基準面に対して形成される凹凸形状の最も表面側（最高段、浅い位置）に位置される光学面と、凹凸形状の最も素子側（最低段、深い位置）に位置される光学面との光軸方向の距離を意味する。この点については、後述する図５（ｂ）及び図５（ｃ）についても同様である。尚、上述の第１の回折構造並びに後述の第２及び第３の回折構造において、支配的となる回折次数及び単位周期構造の溝幅等を設定することにより、所定の回折角度及び回折効率を得るとともに、回折次数がプラスであるかマイナスであるかに応じて凹凸形状の形成方向を設定することにより所望の発散角を有した拡散状態又は収束状態を得ることができる。尚、図５（ａ）〜図５（ｃ）中ＲＯは、輪帯の半径方向外側に向けた方向を示し、すなわち、光軸から離間する方向を示すものである。
【００６３】
ここで、第１の回折構造の１周期の幅である第１の単位周期構造のピッチ（幅）、及び後述の第２及び第３の回折構造の単位周期構造のピッチ（幅）は、対物レンズ３４を介して光ディスクの信号記録面上で集光されるスポットが最適となるように、この溝幅で形成された回折領域で与える位相差に基づいて決定される。尚、ここでは、基準面を光学素子の入射側又は出射側の主面と平行な平面、すなわち光軸に直交する平面として、上述のような凹凸形状を設けることにより、図５（ａ）に示すような断面形状を有する光学素子を形成した例について説明するが、例えば、対物レンズの入射側又は出射側の面に設ける場合等には、その対物レンズの断面形状が、各波長の光ビームを集光するための屈折率等を考慮した曲面形状を基準面として、これに上述のように決定される凹凸形状を足し合わせたような形状とされて形成されることとなる。
【００６４】
また、第１の回折領域５１に形成される第１の回折構造は、支配的となる回折次数、その次数の回折効率及び波長変動耐性を考慮して、以下の式（１１）〜式（１４）中のλｐ、ｍｐｉ、Ｖａｐ、φａｐのｐがｐ＝１（第１の波長の光ビームに対する条件），２（第２の波長の光ビームに対する条件），３（第３の波長の光ビームに対する条件）のとき、ｘが０≦ｘ＜１のうちの略全範囲でそれぞれ以下の式（１１）〜式（１４）を満たすように第１の単位周期構造として基準面に対して形成される凹凸形状が決定されて形成される。尚、ここでは、ｘが０≦ｘ＜１のうちの略全範囲で式（１１）〜式（１４）を満たすような凹凸形状が形成されるように第１の回折構造を構成するようにしたが、ｘが０≦ｘ＜１の全範囲において式（１１）〜式（１４）を満たすように構成してもよく、その場合には、後述のように、より波長変動耐性に優れることとなる。
【００６５】
｜ｗ（Ａ）｜＝｜｛（Ａ＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖａｐ  ・・・（１１）
Ａ＝Ｃ１×ｄ×ｇ（ｘ）−Ｃ２×ｘ−φａｐ  ・・・（１２）
Ｃ１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（１３）
Ｃ２＝２πｍｐｉ  ・・・（１４）
【００６６】
但し、式（１１）〜（１４）中
ｗ（Ａ）：（）内のＡをｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
Ａ：式（１２）の右辺で表されるφ’（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐｉ）を置き換えたものであり、すなわち複数の変数によりφ’（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐｉ）で表される波長λｐのｍｐｉ次回折光の凹凸形状のｘの位置を波源とした成分の位相から任意の値φａｐを差し引いたもの、
ｄ：第１の回折構造の第１の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状における最も表面側に位置される面（以下、「最も高い面」ともいう。）と、最も素子側に位置される面（以下、「最も低い面」ともいう。）との光軸方向の距離、
ｘ：０以上１未満の範囲の変数であり、第１の回折構造の凹凸形状の１周期内の基準（半径方向の基準）となる位置から任意の位置までの凹凸形状の形成方向、すなわち半径方向の距離を第１の回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ（ｘ）：ｘで表された任意の位置における第１の回折構造の凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離をｄが１となるように規格化したときの値であり、すなわち、任意の位置における上述の光軸方向の距離をｄで除した（除算した）ときの値、
φａｐ：０≦ｘ＜１の範囲のうちの上述した所定の範囲（略全範囲）で式（１１）を満足する任意の値、
Δｎ：第１の回折構造の境界面における回折光学素子３５と素子外部である空気との屈折率の差、
λｐ：第１の回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍｐｉ：第１の回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖａｐ：｜ｗ（Ａ）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖａ１＝０．３π、Ｖａ２＝０．４π、Ｖａ３＝０．６π、
である。
【００６７】
尚、φａｐは、上述したように式（１１）を満足する任意の値であるが、例えば、０≦ｘ＜１の範囲のうちの略全範囲で｜ｗ（Ａ）｜の最大値が最も小さくなるように決定される任意の値としてもよく、同様の条件が得られる。
【００６８】
例えば、第１の回折領域５１の回折構造は、図５（ａ）に示すように、段数Ｓが４とされた第１乃至第４の段部５１ｓ１，５１ｓ２，５１ｓ３，５１ｓ４からなる凹凸形状の単位周期構造が半径方向に連続して形成された回折構造である。換言すると、この単位周期構造としての凹凸形状は、第１乃至第５の光学面５１ｆ１，５１ｆ２，５１ｆ３，５１ｆ４，５１ｆ５を有している。
【００６９】
すなわち、任意の単位周期構造において、図５（ａ）に示すように、第１の光学面５１ｆ１は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ１から半径方向に０〜Ｗｎｆ１の位置に、幅方向の寸法がＷｎｆ１で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄｆ１（ここではｄｆ１＝０であるため図５（ａ）では図示しない）の位置に形成された光学面であり、第２の光学面５１ｆ２は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ１から半径方向にＷｎｆ１〜（Ｗｎｆ１＋Ｗｎｆ２）の位置に、幅方向の寸法がＷｎｆ２で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄｆ２の位置に形成された光学面であり、第３の光学面５１ｆ３は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ１から半径方向に（Ｗｎｆ１＋Ｗｎｆ２）〜（Ｗｎｆ１＋Ｗｎｆ２＋Ｗｎｆ３）の位置に、幅方向の寸法がＷｎｆ３で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄｆ３の位置に形成された光学面であり、第４の光学面５１ｆ４は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ１から半径方向に（Ｗｎｆ１＋Ｗｎｆ２＋Ｗｎｆ３）〜（Ｗｎｆ１＋Ｗｎｆ２＋Ｗｎｆ３＋Ｗｎｆ４）の位置に、幅方向の寸法がＷｎｆ４で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄｆ４の位置に形成された光学面であり、第５の光学面５１ｆ５は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ１から半径方向に（Ｗｎｆ１＋Ｗｎｆ２＋Ｗｎｆ３＋Ｗｎｆ４）〜（Ｗｎｆ１＋Ｗｎｆ２＋Ｗｎｆ３＋Ｗｎｆ４＋Ｗｎｆ５）の位置に、幅方向の寸法がＷｎｆ５で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄｆ５の位置に形成された光学面である。
【００７０】
この第１乃至第５の光学面５１ｆ１，５１ｆ２，５１ｆ３，５１ｆ４，５１ｆ５からなる単位周期構造において、溝深さｄは、最も低い面である第５の光学面５１ｆ５と、最も高い面である第１の光学面５１ｆ１との光軸方向の距離であり、すなわちｄ＝（ｄｆ５−ｄｆ１＝ｄｆ５−０＝）ｄｆ５であり、この単位周期構造のピッチＷｎは、第１乃至第５の光学面の幅方向の寸法の合計であり、すなわちＷｎ＝Ｗｎｆ１＋Ｗｎｆ２＋Ｗｎｆ３＋Ｗｎｆ４＋Ｗｎｆ５である。尚、図５（ａ）に示す第１の回折領域５１の回折構造においては、このピッチＷｎで形成された単位周期構造の外周方向に隣接する単位周期構造のピッチＷｎ＋１が、Ｗｎよりも小さく（Ｗｎ＞Ｗｎ＋１）なるように連続して変化して形成されている。
【００７１】
そして、この第１乃至第５の光学面５１ｆ１，５１ｆ２，５１ｆ３，５１ｆ４，５１ｆ５からなる境界面の凹凸形状、すなわち、基準面を平坦面とするここでは単位周期構造の断面形状は、上述した式（１１）〜式（１４）を満足するｇ（ｘ）により決定されており、換言すると、上述のｄｆ１〜ｄｆ４、Ｗｎ１〜Ｗｎ５、ｄ、Ｗｎを用いることにより、
ｇ（ｘ）＝ｄｆ１／ｄ（０≦ｘ＜Ｗｎ１／Ｗｎ）
ｇ（ｘ）＝ｄｆ２／ｄ（Ｗｎ１／Ｗｎ≦ｘ＜（Ｗｎ１＋Ｗｎ２／Ｗｎ）
ｇ（ｘ）＝ｄｆ３／ｄ（（Ｗｎ１＋Ｗｎ２）／Ｗｎ≦ｘ＜（Ｗｎ１＋Ｗｎ２＋Ｗｎ３）／Ｗｎ）
ｇ（ｘ）＝ｄｆ４／ｄ（（Ｗｎ１＋Ｗｎ２＋Ｗｎ３）／Ｗｎ≦ｘ＜（Ｗｎ１＋Ｗｎ２＋Ｗｎ３＋Ｗｎ４）／Ｗｎ）
ｇ（ｘ）＝ｄｆ５／ｄ（（Ｗｎ１＋Ｗｎ２＋Ｗｎ３＋Ｗｎ４）／Ｗｎ≦ｘ＜（Ｗｎ１＋Ｗｎ２＋Ｗｎ３＋Ｗｎ４＋Ｗｎ５）／Ｗｎ）
で表される。このように表されるｇ（ｘ）が、上述のように式（１１）〜式（１４）を満足することとなる。
【００７２】
さらに、第１の回折領域５１は、回折効率が最大となる各波長の回折次数、すなわちこの領域を通過する各波長の光ビームの対物レンズ３４を介して対応するそれぞれの光ディスクの信号記録面にスポットを形成するよう集光する回折次数（ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ）が以下の表１で示される組み合わせのいずれかの関係となるように構成されている。
【００７３】
【表１】
2009076163.tif 000003
【００７４】
以下に、内輪帯である第１の回折領域５１の具体的な実施例として、溝深さｄ及び溝形状ｇ（ｘ）についての具体的な数値、形状を挙げ、各波長の光ビームに対して支配的となる次数の回折光の回折次数、及び、その回折次数の回折光の回折効率について表２に示す。尚、表２は、第１の回折領域５１の実施例として内輪帯構成例１〜内輪帯構成例２と、これと比較するための内輪帯比較例１について示すものであり、表２中ｍ１ｉは、第１の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数を示し、ｅｆｆ１は、第１の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数の回折効率を示し、ｍ２ｉは、第２の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数を示し、ｅｆｆ２は、第２の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数の回折効率を示し、ｍ３ｉは、第３の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数を示し、ｅｆｆ３は、第３の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数の回折効率を示し、ｄは、上述したような第１の回折領域５１の溝深さ、すなわち凹凸形状の最低段から最高段までの距離を示し、溝形状は、それぞれ対応する溝形状を示すものであり、具体的には、「タイプ１」が、図７（ａ）で示される溝形状（単位周期構造）を示すものであり、「タイプ２」が、図８（ａ）で示される溝形状（単位周期構造）を示すものであり、「４ステップ」が、所謂４ステップの等間隔階段形状、すなわち図９（ａ）で示される溝形状（単位周期構造）を示すものである。ここで、等間隔階段形状とは、単位周期構造内において、各段部の溝幅及び段差が略等間隔で形成された階段形状の回折構造を意味するものとする。
【００７５】
【表２】
2009076163.tif 000004
【００７６】
ここで、表２に示す内輪帯構成例１について説明する。内輪帯構成例１においては、表２に示すように、溝深さｄ＝３．７７（μｍ）、段数Ｓ＝４とし、図７（ａ）に示すような溝形状（「タイプ１」ともいう。）としたときの、第１の波長の光ビームの回折次数ｍ１ｉ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．８６であり、第２の波長の光ビームの回折次数ｍ２ｉ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．６９であり、第３の波長の光ビームの回折次数ｍ３ｉ＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．４８である。
【００７７】
次に、この内輪帯構成例１について図７（ａ）〜図７（ｃ）を用いて、さらに具体的に説明する。図７（ａ）は、この内輪帯構成例１の溝形状（タイプ１）を規格化して示す図であり、横軸を上述のｘとし、縦軸を上述のｇ（ｘ）としたときの単位周期構造の状態を示す図であり、図７（ｂ）は、表２及び図７（ａ）に示すような溝形状で構成された単位周期構造を有する回折構造による波長変動に対する回折効率の変化を示す図であり、図７（ｃ）は、表２及び図７（ａ）に示すような溝形状で構成された単位周期構造による任意の位置ｘを波源とした成分の位相φ’の変化を示す図である。
【００７８】
尚、図７（ａ）中、横軸は、内輪帯構成例１の単位周期構造の凹凸形状における基準となる位置から半径方向の距離を単位周期構造の幅が１となるように規格化した値ｘを示し、縦軸は、ｘの位置における凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を、溝深さｄが１となるように規格化した値ｇ（ｘ）を示すものであり、図７（ｂ）中、横軸は、各波長λ１，λ２，λ３に対する波長変動量（波長シフト量）を示し、縦軸は、各波長の光ビームに波長変動が生じた場合の内輪帯構成例１のように構成された回折領域により発生される各波長の光ビームの回折光の回折効率の変化を、この回折効率の、中心波長である各波長λ１、λ２、λ３の場合の回折効率に対する割合である効率比の変化として示すものであり、図７（ｃ）中、横軸は、単位周期構造の凹凸形状の任意の位置を上述のように規格化した値ｘで示し、縦軸は、その任意の位置ｘを波源とした成分の位相φ’を示すものである。
【００７９】
具体的に、図７（ａ）に示される溝形状は、以下のｇ（ｘ）で表すものである。
ｇ（ｘ）＝０．０００（０．００≦ｘ＜０．１５）
ｇ（ｘ）＝０．２５０（０．１５≦ｘ＜０．４０）
ｇ（ｘ）＝０．５００（０．４０≦ｘ＜０．６０）
ｇ（ｘ）＝０．７５０（０．６０≦ｘ＜０．８５）
ｇ（ｘ）＝１．０００（０．８５≦ｘ＜１．００）
【００８０】
このように形成された内輪帯構成例１のｇ（ｘ）は、ｐ＝１，２，３のいずれの場合にも０≦ｘ＜１の全範囲において、式（１１）〜式（１４）を満たす。このとき、φａｐ、Δｎは、それぞれ、φａ１＝−０．４２９、φａ２＝−０．２７５  、φａ３＝１．３１６  、Δｎ＝０．５  であり、λｐは、それぞれ、λ１＝０．４０７（μｍ）、λ２＝０．６５６（μｍ）、λ３＝０．７８５（μｍ）であり、ｄ及びｍｐｉは、表２に示す通りの値である。
【００８１】
ここで、φａｐが上述のような値のときの各波長（ｐ＝１，２，３）における式（１２）の右辺で表される、波長λｐのｍｐｉ次回折光の凹凸形状のｘの位置を波源とした成分の位相から任意の値φａｐを差し引いた値φ’（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐｉ）は、ｘの変化に対して、それぞれ図７（ｃ）に示すような変化を示す。
【００８２】
図７（ｃ）に示すように、第１の波長（ｐ＝１）に対するφ’は、０≦ｘ＜１の全範囲において、−０．３π〜＋０．３π（Ｖａ１）の範囲内であり、式（１１）〜式（１４）を満たすことが確認でき、第２の波長（ｐ＝２）に対するφ’は、０≦ｘ＜１の全範囲において、−０．４π〜＋０．４π（Ｖａ２）の範囲内であり、式（１１）〜式（１４）を満たすことが確認でき、第３の波長（ｐ＝３）に対するφ’は、０≦ｘ＜１の全範囲において、−０．６π〜＋０．６π（Ｖａ３）の範囲内であり、式（１１）〜式（１４）を満たすことが確認できる。
【００８３】
そして、このように式（１１）〜式（１４）を満足する内輪帯構成例１により、表２及び図７（ｂ）に示すように、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集光する次数がｍ１ｉ（＋１）の回折光の回折効率を７０％以上である８６％とすることができ、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集光する次数がｍ２ｉ（−１）の回折光の回折効率を５０％以上である６９％とすることができ、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集光する次数がｍ３ｉ（−２）の回折光の回折効率を３０％以上である４８％とすることができるとともに、波長シフトに対する効率比の変動を低く抑えることができ、特に後述する図９（ｂ）（内輪帯比較例１）に比べて第２の波長の効率比の変動を低く抑えることができ、具体的には各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化を１％未満に低減することを実現できる。
【００８４】
ところで、第１の回折領域５１のような機能を有する領域において、第１の波長をλ１（ｎｍ）とし、第２の波長をλ２（ｎｍ）とし、第３の波長をλ３（ｎｍ）とし、第１の波長の光ビームの支配的な回折次数をｍ１ｉとし、第２の波長の光ビームの支配的な回折次数をｍ２ｉとし、第３の波長の光ビームの支配的な回折次数をｍ３ｉとし、第１の光ディスクの保護層の厚さをｔ１（ｍｍ）とし、第２の光ディスクの保護層の厚さをｔ２（ｍｍ）とし、第３の光ディスクの保護層の厚さをｔ３（ｍｍ）としたときに、（λ１×ｍ１ｉ−λ２×ｍ２ｉ）／（ｔ１−ｔ２）≒（λ１×ｍ１ｉ−λ３×ｍ３ｉ）／（ｔ１−ｔ３）の条件式を満たすことが各波長の各光ディスクの信号記録面上の球面収差を補正して低減できる条件であることが知られている。このことは、後述のように、図６に示す各波長毎に「波長×次数（ｎｍ）」を横軸にとり、「基板厚み（ｍｍ）」を縦軸にとって点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３をプロットした場合に、この３点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３が略一直線上に並ぶことを意味する。この内輪帯の構成例１においては、λ１＝４０７（ｎｍ）、λ２＝６５６（ｎｍ）、λ３＝７８５（ｎｍ）、ｔ１＝０．１（ｍｍ）、ｔ２＝０．６（ｍｍ）、ｔ３＝１．１（ｍｍ）としたときに、ｍ１ｉ＝＋１、ｍ２ｉ＝−１、ｍ３ｉ＝−２であるので、この条件式を満足することとなり、球面収差を低減できることが確認できた。
【００８５】
また、表２に示す内輪帯構成例２についても同様に、溝深さｄ＝５．２９（μｍ）、段数Ｓ＝５とし、溝形状を図８（ａ）に示すような溝形状（「タイプ２」ともいう。）としたとき、第１の波長の光ビームの回折次数ｍ１ｉ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．８４であり、第２の波長の光ビームの回折次数ｍ２ｉ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．７２であり、第３の波長の光ビームの回折次数ｍ３ｉ＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．４９である。尚、図８（ａ）は、上述した図７（ａ）と同様に、この内輪帯構成例２の溝形状（タイプ３）を規格化して示す図である。ここで、図８（ａ）〜図８（ｃ）中の各軸及び各線分の意味は、上述した図７（ａ）〜図７（ｃ）と同様のものであるので詳細な説明は省略する。
【００８６】
具体的に、図８（ａ）に示される溝形状は、以下のｇ（ｘ）で表すものである。
ｇ（ｘ）＝０．０００（０．００≦ｘ＜０．１５）
ｇ（ｘ）＝０．１７９（０．１５≦ｘ＜０．４０）
ｇ（ｘ）＝０．３５７（０．４０≦ｘ＜０．６０）
ｇ（ｘ）＝０．５３６（０．６０≦ｘ＜０．８５）
ｇ（ｘ）＝０．７１４（０．８５≦ｘ＜０．９０）
ｇ（ｘ）＝１．０００（０．９０≦ｘ＜１．００）
【００８７】
そして、このような内輪帯構成例２では、上述した図７（ｂ）及び図７（ｃ）と同様に、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、波長変動に対する回折効率の変化及び単位周期構造による任意の位置ｘを波源とした成分の位相φ’の変化が得られる。
【００８８】
また、上述の内輪帯構成例１，２と比較するための表２に示す内輪帯比較例１については、溝深さｄ＝３．７２（μｍ）、段数Ｓ＝４とし、図９（ａ）に示すような溝形状、すなわち、所謂４ステップ等間隔階段形状とした。このような内輪帯比較例１では、第１の波長の光ビームの回折次数ｍ１ｉ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．８８であり、第２の波長の光ビームの回折次数ｍ２ｉ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．５０であり、第３の波長の光ビームの回折次数ｍ３ｉ＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．５７である。尚、図９（ａ）は、上述した図７（ａ）と同様に、この帯比較例１の溝形状（４ステップ等間隔階段形状）を規格化して示す図である。ここで、図９（ａ）〜図９（ｃ）中の各軸及び各線分の意味は、上述した図７（ａ）〜図７（ｃ）と同様のものであるので詳細な説明は省略する。
【００８９】
そして、このような内輪帯比較例１では、上述した図７（ｂ）及び図７（ｃ）と同様に、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、波長変動に対する回折効率の変化及び単位周期構造による任意の位置ｘを波源とした成分の位相φの変化が得られる。
【００９０】
内輪帯構成例１，２においては、図７（ａ）、図７（ｃ）、図８（ａ）及び図８（ｃ）に示すように、上述した式（１１）〜式（１４）を満たす溝形状である凹凸形状を有しており、これにより、表１に示した各波長の所定の回折次数（ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ）の組み合わせの回折光を、各波長の所定の回折次数の回折効率がそれぞれ７０％以上、５０％以上、３０％以上となるように発生させることができるとともに、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、波長変動に対する効率比の変化についても十分に低く抑えることができ、すなわち、各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化を１％未満に抑えることができる。これに対して、内輪帯比較例１においては、従来の構成及び考え方に基づき回折効率及び回折光の次数に着目して適切な溝形状を選択することにより、各波長の所定の次数の回折効率を確保して発生させることについてはできるが、式（１１）〜式（１４）を満足せず、具体的には、図９（ｃ）に示すように、第２の波長について（ｐ＝２のときの）式（１１）〜式（１４）を満たしていないため、図９（ｂ）に示すように、第２の波長における波長変動に対する効率比の変化について低く抑えることができず、すなわち、第２の波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化を１％未満に抑えることができない。このため、図９（ａ）の溝形状を有する内輪帯比較例１のような回折構造を有する場合には、設計波長においては、対物レンズ３４を介して球面収差が補正される所定の発散状態又は収束状態とされた回折光を十分な回折効率で発生させて対物レンズ３４に入射させることで、この各波長に対して共通の対物レンズ３４により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることを可能とするが、光ビームの波長に波長変動が生じてしまった場合には、第２の波長の光ビームの回折効率に変動が生じてしまい、これにともない、受光部で受光される光量、光検出器で検出される信号に変動が生じることにより、良好な記録・再生に不都合が生じたり、この不都合を防止するために検出器のマージンを広く取る必要が発生することとなる。
【００９１】
上述した内輪帯構成例１，２のように、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に設けられ、上述のような式（１１）〜式（１４）を満たす第１の回折構造を有する第１の回折領域５１は、上述の３波長互換とともに波長変動耐性を発揮して、すなわち、設計波長において、対物レンズ３４を介して球面収差が補正される所定の発散状態又は収束状態とされた回折光を十分な回折効率で発生させて対物レンズ３４に入射させることで、この各波長に対して共通の対物レンズ３４により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させて各波長の光ビームに対応する各種光ディスクに対して良好な記録・再生を行うことを可能とするとともに、各波長の光ビームの波長に波長変動が生じてしまった場合においても、回折効率の変化を極めて低く抑えることができ、すなわち、波長変動が生じた場合にも、受光部で受光される光量、光検出器で検出される信号に変動が生じることを防止して、検出器のマージンを広げることなく良好な記録・再生を可能とする。
【００９２】
中輪帯である第２の回折領域５２は、上述した第１の回折構造とは異なる構造とされ、輪帯状で、基準面に対して複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造（以下、「第２の単位周期構造」ともいう。）が輪帯の半径方向に連続的に設けられ、単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられ、基準面に対する各段部の光軸方向の高さ及び１周期の幅に対する各段部の幅の割合が周期的とされた第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ｍ１ｍ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、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が７０％以上となるようにして発生させる。
【００９３】
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ｍ２ｍ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、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が５０％以上となるようにして発生させる。
【００９４】
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ｍ３ｍ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ｍ３ｍの回折光の回折効率を十分に低減することができ、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が１０％以下となるように低減して発生させることができる。
【００９５】
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所定の回折効率以上又は以下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。
【００９６】
さらに、第２の回折領域５２は、上記の第１及び第２の波長の光ビームの各次数の回折光の各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させることができ、波長変動耐性（波長変動により回折光の回折効率が変化しにくい性質）を有する構成とされている。
【００９７】
また、第２の回折領域５２は、第１及び第２の波長の光ビームに対しては上述のように機能するとともに、第３の波長の光ビームについては、この第２の回折領域５２を通過して対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に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して信号記録面に集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減できるよう構成されていることから、この第２の回折領域５２を通過した第３の波長の光ビームが対物レンズ３４に入射しても第３の光ディスクの信号記録面にはほとんど影響を与えることなく、換言すると、この第２の回折領域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の波長の光ビームの光量を大幅に低減して、第３の波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能することができる。
【００９８】
ところで、上述した第１の回折領域５１は、その領域を通過した第３の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．４５程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４に入射するような大きさに形成されており、また、この第１の回折領域５１の外側に形成される第２の回折領域５２は、この領域を通過した第３の波長の光ビームを、対物レンズ３４を介して第３の光ディスク上に集光させないため、かかる構成とされた第１及び第２の回折領域５１，５２を備える回折部５０は、第３の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．４５程度に開口制限を行うように機能することとなる。ここでは、回折部５０において、第３の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．４５程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【００９９】
具体的には、第２の回折領域５２は、上述した第１の回折領域５１と同様に、図４及び図５（ｂ）に示すように、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（溝深さ）ｄ’を有し、所定の段数Ｓの複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が輪帯の半径方向に連続して形成されるとともに、この単位周期構造のピッチが半径方向の外周方向に向かうにつれて徐々に小さくなるように変化して形成されている。ここでは、単位周期構造のピッチが半径方向の外周方向に向かうにつれて小さくなるように変化して形成されるようにしたが、単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられていればよい。
【０１００】
また、第２の回折領域５２に形成される第２の回折構造は、支配的となる回折次数、その次数の回折効率及び波長変動耐性を考慮して、以下の式（１５）〜式（１８）中のλｐ、ｍｐｍ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝１（第１の波長の光ビームに対する条件），２（第２の波長の光ビームに対する条件）のとき、ｘ’が０≦ｘ’＜１のうちの略全範囲でそれぞれ以下の式（１５）〜式（１８）を満たし、且つ、以下の式（１６）〜式（１８）中λｐ、ｍｐｍ、Ｖ’ａｐ、φ’ａｐのｐがｐ＝３（第３の波長の光ビームに対する条件）のとき、式（１９）を満たすｘの範囲の合計をｒとしたとき式（２０）を満たすように第２の単位周期構造として基準面に対して形成される凹凸形状が決定されて形成される。尚、ここでは、ｘ’が０≦ｘ’＜１のうちの略全範囲で式（１５）〜式（１８）を満たすような凹凸形状が形成されるように第２の回折構造を構成するようにしたが、ｘ’が０≦ｘ’＜１の全範囲において式（１５）〜式（１８）を満たすように構成してもよく、その場合には、後述のように、より波長変動耐性に優れることとなる。
【０１０１】
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＜Ｖ’ａｐ  ・・・（１５）
Ａ’＝Ｃ’１×ｄ’×ｇ’（ｘ’）−Ｃ’２×ｘ’−φ’ａｐ  ・・・（１６）
Ｃ’１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（１７）
Ｃ’２＝２πｍｐｍ  ・・・（１８）
｜ｗ（Ａ’）｜＝｜｛（Ａ’＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π｜＞π／２  ・・・（１９）
｜２ｒ−１｜＜０．３５  ・・・（２０）
【０１０２】
但し、式（１５）〜（２０）中
ｗ（Ａ’）：（）内のＡ’をｍｏｄで示される剰余演算を用いて−π〜πの範囲内に折り返す演算式、
Ａ’：式（１６）の右辺で表されるφ’（ｘ’，ｄ’，Δｎ，λｐ，ｍｐｍ）を置き換えたものであり、すなわち複数の変数によりφ’（ｘ’，ｄ’，Δｎ，λｐ，ｍｐｍ）で表される波長λｐのｍｐｍ次回折光の凹凸形状のｘ’の位置を波源とした成分の位相から任意の値φ’ａｐを差し引いたもの、
ｄ’：第２の回折構造の第２の単位周期構造として高さ方向の基準面に対して形成される凹凸形状における最も表面側に位置される面（以下、「最も高い面」ともいう。）と、最も素子側に位置される面（以下、「最も低い面」ともいう。）との光軸方向の距離、
ｘ’：０以上１未満の範囲の変数であり、第２の回折構造の凹凸形状の１周期内の基準（半径方向の基準）となる位置から任意の位置までの凹凸形状の形成方向、すなわち半径方向の距離を第２の回折構造の１周期の幅が１となるように規格化したときの値、
ｇ’（ｘ’）：ｘ’で表された任意の位置における第２の回折構造の凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離をｄ’が１となるように規格化したときの値であり、すなわち、任意の位置における上述の光軸方向の距離をｄ’で除した（除算した）ときの値、
φ’ａｐ：ｐ＝１、２のとき０≦ｘ’＜１の略全範囲で式（１５）を満足する任意の値であり、ｐ＝３のとき式（２０）を満足する任意の値、
Δｎ：第２の回折構造の界面における回折光学素子３５と素子外部である空気との屈折率差、
λｐ：第２の回折構造に入射される光ビームの波長、
ｍｐｍ：第２の回折構造で回折される回折光の次数、
Ｖ’ａｐ：｜ｗ（Ａ’）｜の範囲を規定するための値であり、Ｖ’ａ１＝０．３π、Ｖ’ａ２＝０．４π、
である。
【０１０３】
尚、φ’ａｐは、上述したようにそれぞれ式（１５）又は式（２０）を満足する任意の値であるが、例えば、０≦ｘ＜１の範囲のうちの略全範囲で、｜ｗ（Ａ’）｜の最大値が最も小さくなるように決定される任意の値としてもよく、同様の条件が得られる。
【０１０４】
例えば、第２の回折領域５２の回折構造は、図５（ｂ）に示すように、段数Ｓが５とされた第１乃至第５の段部５２ｓ１，５２ｓ２，５２ｓ３，５２ｓ４，５２ｓ５からなる凹凸形状の単位周期構造が半径方向に連続して形成された回折構造である。換言すると、この単位周期構造としての凹凸形状は、第１乃至第６の光学面５２ｆ１，５２ｆ２，５２ｆ３，５３ｆ４，５２ｆ５，５２ｆ６を有している。
【０１０５】
すなわち、任意の単位周期構造において、図５（ｂ）に示すように、第１の光学面５２ｆ１は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ２から半径方向に０〜Ｗ’ｎｆ１の位置に、幅方向の寸法がＷ’ｎｆ１で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄ’ｆ１（ここではｄ’ｆ１＝０であるため図５（ｂ）では図示しない）の位置に形成された光学面であり、第２の光学面５２ｆ２は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ２から半径方向にＷ’ｎｆ１〜（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２）の位置に、幅方向の寸法がＷ’ｎｆ２で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄ’ｆ２の位置に形成された光学面であり、第３の光学面５２ｆ３は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ２から半径方向に（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２）〜（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２＋Ｗ’ｎｆ３）の位置に、幅方向の寸法がＷ’ｎｆ３で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄ’ｆ３の位置に形成された光学面であり、第４の光学面５２ｆ４は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ２から半径方向に（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２＋Ｗ’ｎｆ３）〜（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２＋Ｗ’ｎｆ３＋Ｗ’ｎｆ４）の位置に、幅方向の寸法がＷ’ｎｆ４で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄ’ｆ４の位置に形成された光学面であり、第５の光学面５２ｆ５は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ２から半径方向に（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２＋Ｗ’ｎｆ３＋Ｗ’ｎｆ４）〜（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２＋Ｗ’ｎｆ３＋Ｗ’ｎｆ４＋Ｗ’ｎｆ５）の位置に、幅方向の寸法がＷ’ｎｆ５で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄ’ｆ５の位置に形成された光学面であり、第６の光学面５２ｆ６は、半径方向の基準となる位置Ｐｒ２から半径方向に（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２＋Ｗ’ｎｆ３＋Ｗ’ｎｆ４＋Ｗ’ｎｆ５）〜（Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２＋Ｗ’ｎｆ３＋Ｗ’ｎｆ４＋Ｗ’ｎｆ５＋Ｗ’ｎｆ６）の位置に、幅方向の寸法がＷ’ｎｆ６で形成され、高さ方向の基準面Ｌｒに対して距離がｄ’ｆ６の位置に形成された光学面である。
【０１０６】
この第１乃至第６の光学面５２ｆ１，５２ｆ２，５２ｆ３，５２ｆ４，５２ｆ５，５２ｆ６からなる単位周期構造において、溝深さｄ’は、最も低い面である第６の光学面５２ｆ６と、最も高い面である第１の光学面５２ｆ１との光軸方向の距離であり、すなわちｄ’＝（ｄ’ｆ６−ｄ’ｆ１＝ｄ’ｆ６−０＝）ｄ’ｆ６であり、この単位周期構造のピッチＷ’ｎは、第１乃至第６の光学面の幅方向の寸法の合計であり、すなわちＷ’ｎ＝Ｗ’ｎｆ１＋Ｗ’ｎｆ２＋Ｗ’ｎｆ３＋Ｗ’ｎｆ４＋Ｗ’ｎｆ５＋Ｗ’ｎｆ６である。尚、図５（ｂ）に示す第２の回折領域５２の回折構造においては、このピッチＷ’ｎで形成された単位周期構造の外周方向に隣接する単位朱記構造のピッチＷ’ｎ＋１が、Ｗ’ｎよりも小さく（Ｗ’ｎ＞Ｗ’ｎ＋１）なるように連続して変化して形成されている。
【０１０７】
そして、この第１乃至第６の光学面５２ｆ１，５２ｆ２，５２ｆ３，５２ｆ４，５２ｆ５からなる境界面の凹凸形状、すなわち、基準面を平坦面とするここでは単位周期構造の断面形状は、上述した式（１５）〜式（２０）を満足するｇ’（ｘ’）により決定されており、換言すると、上述のｄ’ｆ１〜ｄ’ｆ５、Ｗ’ｎ１〜Ｗ’ｎ６、ｄ’、Ｗ’ｎを用いることにより、
【０１０８】
ｇ’（ｘ’）＝ｄ’ｆ１／ｄ（０≦ｘ’＜Ｗ’ｎ１／Ｗ’ｎ）
ｇ’（ｘ’）＝ｄ’ｆ２／ｄ’（Ｗ’ｎ１／Ｗ’ｎ≦ｘ’ ＜（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２）／Ｗ’ｎ）
ｇ’（ｘ’）＝ｄ’ｆ３／ｄ’（（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２）／Ｗ’ｎ≦ｘ’ ＜（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２＋Ｗ’ｎ３）／Ｗ’ｎ）
ｇ’（ｘ’）＝ｄ’ｆ４／ｄ’（（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２＋Ｗ’ｎ３）／Ｗ’ｎ≦ｘ’ ＜（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２＋Ｗ’ｎ３＋Ｗ’ｎ４）／Ｗ’ｎ）
ｇ’（ｘ’）＝ｄ’ｆ５／ｄ’（（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２＋Ｗ’ｎ３＋Ｗ’ｎ４）／Ｗ’ｎ≦ｘ’ ＜（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２＋Ｗ’ｎ３＋Ｗ’ｎ４＋Ｗ’ｎ５）／Ｗ’ｎ）
ｇ’（ｘ’）＝ｄ’ｆ６／ｄ’（（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２＋Ｗ’ｎ３＋Ｗ’ｎ４＋Ｗ’ｎ５）／Ｗ’ｎ≦ｘ’ ＜（Ｗ’ｎ１＋Ｗ’ｎ２＋Ｗ’ｎ３＋Ｗ’ｎ４＋Ｗ’ｎ５＋Ｗ’ｎ６）／Ｗ’ｎ）
で表される。このように表されるｇ’（ｘ’）が、上述のように式（１５）〜式（１８）を満足することとなる。
【０１０９】
さらに、第２の回折領域５２は、回折効率が最大となる第１及び第２の波長の光ビームの回折次数、及び所定の回折効率以下（１０％以下）となる第３の波長の光ビームの回折次数、すなわちこの領域を通過する各波長の光ビームの対物レンズ３４を介して対応するそれぞれの光ディスクの信号記録面にスポットを形成するよう集光する回折次数（ｍ１ｍ，ｍ２ｍ，ｍ３ｍ）が上述した表１で示される（ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ）の組み合わせのいずれかの関係と同様の組み合わせとなるように構成されている。尚、第２の回折領域５２における上述した所定の回折次数（ｍ１ｍ，ｍ２ｍ，ｍ３ｍ）の組み合わせは、第１の回折領域５１における所定の回折次数（ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ）の組み合わせと異なる組み合わせとなるように形成されていてもよい。
【０１１０】
以下に、中輪帯である第２の回折領域５２の具体的な実施例として、溝深さｄ’及び溝形状ｇ’（ｘ’）についての具体的な数値、形状を挙げ、第１及び第２の波長の光ビームに対して支配的となる次数の回折光の回折次数、第３の波長の光ビームに対して所定の回折効率以下（１０％以下）となる次数の回折光の回折次数、及び、その回折次数の回折光の回折効率について表３に示す。尚、表３は、第２の回折領域５２の実施例として中輪帯構成例１〜中輪帯構成例２と、これと比較するための中輪帯比較例１について示すものであり、表３中ｍ１ｍは、第１の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数を示し、ｅｆｆ１は、第１の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数の回折効率を示し、ｍ２ｍは、第２の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数を示し、ｅｆｆ２は、第２の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数の回折効率を示し、ｍ３ｍは、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数を示し、ｅｆｆ３は、第３の波長の光ビームのこの回折次数ｍ３ｍの回折効率を示し、ｄ’は、上述したような第２の回折領域５２の溝深さ、すなわち凹凸形状の最低段から最高段までの距離を示し、溝形状は、それぞれ対応する溝形状を示すものであり、具体的には、「タイプ３」が、図１０（ａ）で示される溝形状（単位周期構造）を示すものであり、「タイプ４」が、図１１（ａ）で示される溝形状（単位周期構造）を示すものであり、「３ステップ」が、所謂３ステップの等間隔階段形状、すなわち図１２（ａ）で示される溝形状（単位周期構造）を示すものである。
【０１１１】
【表３】
2009076163.tif 000005
【０１１２】
ここで、表３に示す中輪帯構成例１について説明する。中輪帯構成例１においては、表３に示すように、溝深さｄ’＝３．００（μｍ）、段数Ｓ＝５とし、図１０（ａ）に示すような溝形状（「タイプ３」ともいう。）としたとき、第１の波長の光ビームの回折次数ｍ１ｍ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．８６であり、第２の波長の光ビームの回折次数ｍ２ｍ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．６９である。また、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数ｎ３ｍ＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．００６である。
【０１１３】
次に、この中輪帯構成例１について図１０（ａ）〜図１０（ｃ）を用いて、さらに具体的に説明する。図１０（ａ）は、この中輪帯構成例１の溝形状（タイプ３）を規格化して示す図であり、横軸を上述のｘ’とし、縦軸を上述のｇ’（ｘ’）としたときの単位周期構造の状態を示す図であり、図１０（ｂ）は、表３及び図１０（ａ）に示すような溝形状で構成された単位周期構造を有する回折構造による波長変動に対する回折効率の変化を示す図であり、図１０（ｃ）は、表３及び図１０（ａ）に示すような溝形状で構成された単位周期構造による任意の位置ｘ’を波源とした成分の位相φ’の変化を示す図である。
【０１１４】
尚、図１０（ａ）中、横軸は、中輪帯構成例１の単位周期構造の凹凸形状における基準となる位置から半径方向の距離を単位周期構造の幅が１となるように規格化した値ｘ’を示し、縦軸は、ｘ’の位置におけるこの凹凸形状の基準面に対する光軸方向の距離を、溝深さｄ’が１となるように規格化した値ｇ’（ｘ’）を示すものであり、図１０（ｂ）中、横軸は、各波長λ１、λ２、λ３に対する波長変動量（波長シフト量）を示し、縦軸は、各波長の光ビームに波長変動が生じた場合の中輪帯構成例１のように構成された回折領域により発生される各波長の光ビームの回折光の回折効率の変化を、この回折効率の、中心波長である各波長λ１、λ２、λ３の場合の回折効率に対する割合である効率比の変化として示すものであり、図１０（ｃ）中、横軸は、単位周期構造の凹凸形状の任意の位置を上述のように規格化した値ｘ’で示し、縦軸は、その任意の位置ｘ’を波源とした成分の位相φ’を示すものであり、横軸に示すｙは、式（１６）〜式（１８）中のｐ＝３のときに式（１９）を満たす範囲を示すものである。
【０１１５】
具体的に、図１０（ａ）に示される溝形状は、以下のｇ’（ｘ’）で表されるものである。
ｇ’（ｘ’）＝０．０００（０．００≦ｘ’＜０．１０）
ｇ’（ｘ’）＝０．８１０（０．１０≦ｘ’＜０．２５）
ｇ’（ｘ’）＝０．３３３（０．２５≦ｘ’＜０．５０）
ｇ’（ｘ’）＝０．６６７（０．５０≦ｘ’＜０．７５）
ｇ’（ｘ’）＝０．１９０（０．７５≦ｘ’＜０．９０）
ｇ’（ｘ’）＝１．０００（０．９０≦ｘ’＜１．００）
【０１１６】
このように形成された中輪帯構成例１のｇ’（ｘ’）は、ｐ＝１，２のいずれの場合にも０≦ｘ’＜１の全範囲において、式（１５）〜式（１８）を満たし、且つｐ＝３の場合に式（１６）〜式（１９）を満たすｘ’の範囲の合計をｒとしたとき式（２０）を満たす。このとき、φ’ａｐ、Δｎは、それぞれ、φ’ａ１＝−０．４０６  、φ’ａ２＝０．９９５  、φ’ａ３＝−０．２１７  、Δｎ＝０．５であり、λｐは、それぞれ、λ１＝０．４０７（μｍ）、λ２＝０．６５６（μｍ）、λ３＝０．７８５（μｍ）であり、ｄ及びｍｐは、表３に示す通りの値であり、ｒは、ｒ＝０．４３  である。
【０１１７】
ここで、φ’ａｐが上述のような値のときの各波長（ｐ＝１，２，３）における式（１６）の右辺で表される、波長λｐのｍｐｍ次回折光の凹凸形状のｘ’の位置を波源とした成分の位相から任意の値φ’ａｐを差し引いた値φ’（ｘ’，ｄ’，Δｎ，λｐ，ｍｐｍ）は、ｘ’の変化に対して、それぞれ図１０（ｃ）に示すような変化を示す。
【０１１８】
図１０（ｃ）に示すように、第１の波長（ｐ＝１）に対するφ’は、０≦ｘ’＜１の全範囲において、−０．３π〜＋０．３π（Ｖ’ａ１）の範囲内であり、式（１５）〜式（１８）を満たすことが確認でき、第２の波長（ｐ＝２）に対するφ’は、０≦ｘ’＜１の全範囲において、−０．４π〜＋０．４π（Ｖ’ａ２）の範囲内であり、式（１５）〜式（１８）を満たすことが確認でき、さらに、第３の波長（ｐ＝３）に対するφ’は、−０．５π〜＋０．５π（式（１９）の不等号の右辺）の範囲内のｘ’の範囲が０．４３（＝ｒ）であり、この範囲外のｘ’の範囲が０．５７であり、すなわち、｜２ｒ−１｜＝０．１４であり式（２０）を満たすことが確認できる。ここで、図１０（ｃ）中、ｒｉ１は、ｐ＝３のときのφ’が−π〜−０．５π、０．５π〜πの範囲内のｘ’の部分を示し、ｒｏ１，ｒｏ２は、この範囲外のｘ’の部分を示し、上述したｒは、ｒｉ１の横軸方向の大きさを示すものである。
【０１１９】
そして、このように式（１５）〜式（２０）を満足する中輪帯構成例１により、表３及び図１０（ｂ）に示すように、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集光する次数がｍ１ｍ（＋１）の回折光の回折効率を７０％以上である８６％とすることができ、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集光する次数がｍ２ｍ（−１）の回折光の回折効率を５０％以上である６９％とすることができ、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集光する次数がｍ３ｍ（−２）の回折光の回折効率を１０％以下である０．６％とすることができるとともに、波長シフトに対する効率比の変動を低く抑えることができ、具体的には各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化を１％未満に低減することを実現できる。
【０１２０】
また、表３に示す中輪帯構成例２についても同様に、溝深さｄ’＝４．３５（μｍ）、段数Ｓ＝６とし、図１１（ａ）に示すような溝形状（「タイプ４」ともいう。）としたとき、第１の波長の光ビームの回折次数ｍ１ｍ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．７７であり、第２の波長の光ビームの回折次数ｍ２ｍ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．６０である。また、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数ｎ３ｍ＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．０４である。尚、図１１（ａ）は、上述した図１０（ａ）と同様に、この中輪帯構成例２の溝形状（タイプ４）を規格化して示す図である。ここで、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）中の各軸及び各線分の意味は、上述した図１０（ａ）〜図１０（ｃ）と同様のものであるので詳細な説明は省略する。
【０１２１】
具体的に、図１１（ａ）に示される溝形状は、以下のｇ’（ｘ’）で表されるものである。
ｇ’（ｘ’）＝０．２２２（０．００≦ｘ’＜０．１４）
ｇ’（ｘ’）＝０．７６２（０．１４≦ｘ’＜０．２２）
ｇ’（ｘ’）＝０．９８１（０．２２≦ｘ’＜０．４８）
ｇ’（ｘ’）＝１．０００（０．４８≦ｘ’＜０．６３）
ｇ’（ｘ’）＝０．６４５（０．６３≦ｘ’＜０．７０）
ｇ’（ｘ’）＝０．３１８（０．７０≦ｘ’＜０．８０）
ｇ’（ｘ’）＝０．０００（０．８０≦ｘ’＜１．００）
【０１２２】
そして、このような中輪帯構成例２では、上述した図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）と同様に、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示すように、波長変動に対する回折効率の変化及び単位周期構造による任意の位置ｘ’を波源とした成分の位相φ’の変化が得られる。尚、このとき、ｒ＝０．３７であり、｜２ｒ−１｜＝０．２６である。また、図１１（ｃ）中、ｒｉ１，ｒｉ２，ｒｉ３，ｒｉ４は、ｐ＝３のときのφ’が−π〜−０．５π、０．５π〜πの範囲内のｘ’の部分を示し、ｒｏ１，ｒｏ２，ｒｏ３，ｒｏ４は、この範囲外のｘ’の部分を示し、上述したｒは、ｒｉ１〜ｒｉ４の横軸方向の大きさの合計を示すものである。
【０１２３】
また、上述の中輪帯構成例１，２と比較するための表３に示す中輪帯比較例１については、溝深さｄ’＝２．９０（μｍ）、段数Ｓ＝３とし、図１２（ａ）に示すような溝形状、すなわち、所謂３ステップ等間隔階段形状とした。このような中輪帯比較例１では、第１の波長の光ビームの回折次数ｍ１ｍ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．８１であり、第２の波長の光ビームの回折次数ｍ２ｍ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．８１である。また、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数ｎ３ｍ＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．１９である。尚、図１２（ａ）は、上述した図１０（ａ）と同様に、この中輪帯比較例１の溝形状（３ステップ等間隔階段形状）を規格化して示す図である。ここで、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）中の各軸及び各線分の意味は、上述した図１０（ａ）〜図１０（ｃ）と同様のものであるので詳細な説明は省略する。
【０１２４】
そして、このような中輪帯比較例１では、上述した図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）と同様に、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、波長変動に対する回折効率の変化及び単位周期構造による任意の位置ｘ’を波源とした成分の位相φ’の変化が得られる。尚、このとき、ｒ＝０．２４であり、｜２ｒ−１｜＝０．５２である。また、図１２（ｃ）中、ｒｉ１，ｒｉ２，ｒｉ３，ｒｉ４は、ｐ＝３のときのφ’が−π〜−０．５π、０．５π〜πの範囲内のｘ’の部分を示し、ｒｏ１，ｒｏ２，ｒｏ３は、この範囲外のｘ’の部分を示し、上述したｒは、ｒｉ１〜ｒｉ４の横軸方向の大きさの合計を示すものである。
【０１２５】
中輪帯構成例１，２においては、図１０（ａ）、図１０（ｃ）、図１１（ａ）及び図１１（ｃ）に示すように、上述した式（１５）〜式（２０）を満たす溝形状である凹凸形状を有しており、これにより、表１に示した各波長の所定の回折次数（ｍ１ｍ，ｍ２ｍ，ｍ３ｍ）の組み合わせの回折光を、各波長の所定の回折次数の回折効率がそれぞれ７０％以上、５０％以上、１０％以下となるように発生させることができるとともに、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すように、波長変動に対する効率比の変化についても十分に低く抑えることができ、すなわち、各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化を１％未満に抑えることができる。これに対して、中輪帯比較例１においては、従来の構成及び考え方に基づき回折効率及び回折光の次数に着目して溝形状を選択することにより、第１及び第２の波長の所定の次数の回折効率を確保するとともに、第３の波長の光ビームの所定の次数の回折効率を、１９％とある程度低く抑えることはできるが、第１及び第２の波長の回折効率を保持したまま、第３の波長の回折効率をこれ以上に抑えることができない。このため、図１２（ａ）の溝形状を有する中輪帯比較例１のような回折構造を有する場合には、第１及び第２の波長の光ビームを用いる場合には、所定の発散状態又は収束状態とされた回折光を十分な回折効率で発生させて対物レンズ３４に入射させることで、光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることを可能とするが、第３の波長の光ビームを用いる場合には、本来光量を十分に低減して開口制限を行いたいが、第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減できずに、換言すると開口制限としての機能を十分に発揮できず、記録再生特性を劣化させることとなる。
【０１２６】
上述した中輪帯構成例１，２のように、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に設けられ、上述のような式（１５）〜式（２０）を満たす第２の回折構造を有する第２の回折領域５２は、上述のように第１及び第２の波長の所定の次数の回折効率を十分に確保し、且つ第３の波長の所定の次数の回折効率を十分に低減して３波長互換を発揮するとともに波長変動耐性を発揮することができ、すなわち、第１及び第２の波長において、対物レンズ３４を介して球面収差が補正される所定の発散状態又は収束状態とされた回折光を十分な回折効率で発生させて対物レンズ３４に入射させることで、この各波長に対して共通の対物レンズ３４により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させ、且つ第３の波長において、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集光される次数の回折光の回折効率を十分に低減させることで、この波長に対して開口制限を行うことで、これらの各波長に対して共通の対物レンズ３４により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させて各波長の光ビームに対応する各種光ディスクに対して良好な記録・再生を行うことを可能とするとともに、各波長の光ビームの波長に波長変動が生じてしまった場合においても、回折効率の変化を極めて低く抑えることができ、すなわち、波長変動が生じた場合にも、受光部で受光される光量、光検出器で検出される信号に変動が生じることを防止して、良好な記録・再生を可能とする。
【０１２７】
外輪帯である第３の回折領域５３は、上述した第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされ、輪帯状で、基準面に対して所定の深さを有する階段形状等の凹凸形状又はブレーズ状の単位周期構造が輪帯の半径方向に連続的に設けられ、単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた第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ｍ１ｏ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、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が７０％以上となるようにして発生させる。
【０１２８】
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ｍ２ｏ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ｍ２ｏの回折光の回折効率を十分に低減することができ、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が１０％以下となるように低減して発生させることができる。
【０１２９】
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ｍ３ｏ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ｍ３ｏの回折光の回折効率を十分に低減することができ、具体的にはこの次数の回折光の回折効率が１０％以下となるように低減して発生させることができる。
【０１３０】
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所定の回折効率以上又は以下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。
【０１３１】
また、第３の回折領域５３は、第１の波長の光ビームに対しては上述のように機能するとともに、第２及び第３の波長の光ビームについては、この第３の回折領域５３を通過して対物レンズ３４を介して第２及び第３の光ディスクの信号記録面に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して信号記録面に集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減できるよう構成されていることから、この第３の回折領域５３を通過した第２及び第３の波長の光ビームが対物レンズ３４に入射しても第２及び第３の光ディスクの信号記録面にはほとんど影響を与えることなく、換言すると、この第３の回折領域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及び第３の波長の光ビームの光量を大幅に低減して、第２の波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能することができる。尚、第３の回折領域５３は、第３の波長の光ビームに対しては、上述の第２の回折領域５２とともに、開口制限を行うよう機能することができる。
【０１３２】
ところで、上述した第２の回折領域５２は、その領域を通過した第２の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．６程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４に入射するような大きさに形成されており、また、この第２の回折領域５２の外側に形成される第３の回折領域５３は、この領域を通過した第２の波長の光ビームを、対物レンズ３４を介して光ディスク上に集光させないため、かかる構成とされた第２及び第３の回折領域５２，５３を備える回折部５０は、第２の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．６程度に開口制限を行うように機能することとなる。ここでは、回折部５０において、第２の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．６程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【０１３３】
また、第３の回折領域５３は、その領域を通過した第１の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．８５程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４に入射するような大きさに形成されており、また、この第３の回折領域５３の外側には回折構造が形成されていないため、この領域を透過した第１の波長の光ビームを、対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光させないため、かかる構成とされた第３の回折領域５３を備える回折部５０は、第１の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．８５程度の開口制限を行うように機能することとなる。尚、第３の回折領域５３を通過する第１の波長の光ビームは、例えば０次以外の回折次数のものが支配的となるようにされている場合には、第３の回折領域５３の外側の領域を透過した０次光は、対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光しない場合がほとんどであるが、この０次光が、対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光することになる場合や第３の回折領域５３を通過する第１の波長の光ビームの回折次数が０次のものが支配的となるようにされている場合には、第３の回折領域５３の外側の領域に、通過する光ビームを遮蔽する遮蔽部又は通過する光ビームを対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光する次数以外の次数の光ビームが支配的となる回折構造を有する回折領域を設けることにより、開口制限を行うように構成してもよい。ここでは、回折部５０において、第１の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．８５程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【０１３４】
具体的には、第３の回折領域５３は、図４及び図５（ｃ）に示すように、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ｄで所定の段数（ステップ数）Ｓの階段形状が半径方向に連続して形成されている。以下で説明する、第３の回折領域５３に形成される階段形状は、単位周期構造内において、各段部の溝幅及び段差が略等間隔で形成された等間隔階段形状の回折構造を意味するものとする。尚、上述したように、第３の回折領域５３に形成される回折構造は、等間隔階段形状からなるものに限られるものではなく、上述した第１及び第２の回折領域と同様に、凹凸形状の単位周期構造からなるものであってもよく、さらに、所謂ブレーズ形状からなるものであってもよい。
【０１３５】
例えば、第３の回折領域５３の回折構造は、図５（ｃ）に示すように、段数（ステップ数）が３（Ｓ＝３）とされた回折構造であり、各段の深さが略同一深さ（ｄ’’／３）とされた第１乃至第３の段部５３ｓ１，５３ｓ２、５３ｓ３を有する階段部が半径方向に連続して形成されており、また、光軸方向に間隔が（ｄ’’／３）で同一間隔に形成された第１乃至第４の回折面５３ｆ１，５３ｆ２，５３ｆ３，５３ｆ４を有して形成されている。さらに、任意の単位周期構造において、各回折面５３ｆ１，５３ｆ２，５３ｆ３，５３ｆ４の幅方向の寸法は、略等しく（Ｗ’’ｎ／４）で形成されている。
【０１３６】
また、ここでは、輪帯の断面形状が等間隔階段形状となるような回折構造を有する第３の回折領域５３が形成されているものとして説明するが、上述のような各波長の光ビームに対して所定の次数の回折光が初手の回折効率以上又は以下となるような回折構造であればよく、例えば、上述した第１及び第２の回折領域と同様に、凹凸形状であってもよく、さらに例えば、輪帯の断面形状が図１３に示すような所定の深さｄのブレーズ形状となるような回折構造を有する回折領域５３Ｂが形成されるように構成してもよい。
【０１３７】
さらに、第３の回折領域５３は、回折効率が最大となる第１の波長の光ビームの回折次数、及び所定の回折効率以下（１０％以下）となる第２及び第３の波長の光ビームの回折次数、すなわちこの領域を通過する各波長の光ビームの対物レンズ３４を介して対応するそれぞれの光ディスクの信号記録面にスポットを形成するよう集光する回折次数（ｍ１ｏ，ｍ２０，ｍ３０）が上述した表１で示される（ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ）の組み合わせのいずれかの関係と同様の組み合わせとなるように構成されている。尚、第３の回折領域５３における上述した所定の回折次数（ｍ１ｏ，ｍ２ｏ，ｍ３ｏ）の組み合わせは、第１の回折領域５１における所定の回折次数（ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ）の組み合わせ及び／又は第２の回折領域５２における所定の回折次数（ｍ１ｍ，ｍ２ｍ，ｍ３ｍ）の組み合わせと異なる組み合わせとなるように形成されていてもよい。
【０１３８】
以下に、外輪帯である第３の回折領域５３の具体的な実施例として、溝深さｄ’’及び溝形状（所定のステップ数Ｓの等間隔階段形状、ブレーズ形状）等についての具体的な数値、形状を挙げ、第１の波長の光ビームに対して支配的となる次数の回折光の回折次数、第２及び第３の波長の光ビームに対して所定の回折効率以下（１０％以下）となる次数の回折光の回折次数、及びその回折次数の回折光の回折効率について表４に示す。尚、表４は、第３の回折領域５３の実施例として外輪帯構成例１〜外輪帯構成例２について示すものであり、表４中ｍ１ｏは、第１の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数を示し、ｅｆｆ１は、第１の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数の回折効率を示し、ｍ２ｏは、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数を示し、ｅｆｆ２は、第２の波長の光ビームのこの回折次数ｍ２ｏの回折効率を示し、ｍ３ｏは、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数を示し、ｅｆｆ３は、第３の波長の光ビームのこの回折次数ｍ３ｏの回折効率を示し、ｄ’’は、上述したような第３の回折領域５３の溝深さ、すなわち階段形状の最低段から最高段までの距離を示し、Ｓは、第３の回折領域５３の階段形状のステップ数を示すものである。
【０１３９】
【表４】
2009076163.tif 000006
【０１４０】
ここで、表４に示す外輪帯構成例１について説明する。外輪帯構成例１においては、表４に示すように、溝深さｄ’’＝０．６０（μｍ）、段数（ステップ数）Ｓ＝３とし、溝形状を上述した等間隔階段形状としたとき、第１の波長の光ビームの回折次数ｍ１ｏ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝０．８１である。また、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数ｍ２ｏ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．０５であり、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数ｍ３０＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．０３である。尚、ここで、外輪帯構成例１における各波長の１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化は１％未満であった。
【０１４１】
また、表４に示す外輪帯構成例２についても同様に、溝深さｄ’’＝０．７８（μｍ）、溝形状を図１３に示すようなブレーズ形状としたとき、第１の波長の光ビームの回折次数ｍ１ｏ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝１．００である。また、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数ｍ２ｏ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．０３５であり、この領域を通過する第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スポットを形成するよう集光する回折次数ｍ３０＝−２の回折効率ｅｆｆ３＝０．０１６である。尚、ここで、外輪帯構成例１における各波長の１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化は１％未満であった。
【０１４２】
上述した外輪帯構成例１，２のように、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に設けられる第３の回折構造を有する第３の回折領域５３は、上述のように第１の波長の所定の次数の回折効率を十分に確保し、且つ第２及び第３の波長の所定の次数の回折効率を十分に低減することで開口制限して３波長互換を発揮するとともに波長変動耐性を発揮することができ、すなわち、第１の波長において、対物レンズ３４を介して球面収差が補正される所定の発散状態又は収束状態とされた回折光を十分な回折効率で発生させて対物レンズ３４に入射させることで、この各波長に対して共通の対物レンズ３４により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させ、且つ第２及び第３の波長において、対物レンズ３４を介して第２、第３の光ディスクの信号記録面に集光される次数の回折光の回折効率を十分に低減させることで、この波長に対して開口制限を行うことで、これらの各波長に対して共通の対物レンズ３４により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させて、各波長の光ビームに対応する各種光ディスクに対して良好な記録・再生を行うことを可能とするとともに、各波長の光ビームの波長に波長変動が生じてしまった場合においても、回折効率の変化を極めて低く抑えることができ、すなわち、波長変動が生じた場合においても、受光部で受光される光量、光検出器で検出される信号に変動が生じることを防止して、良好な記録・再生を可能とする。
【０１４３】
以上のような構成とされた第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、第１の回折領域５１を通過する第１乃至第３の波長の光ビームを、共通の対物レンズ３４を介してそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態、すなわち、対物レンズ３４を介して球面収差が補正される発散状態又は収束状態で対物レンズ３４に入射させて対応する光ディスク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、第２の回折領域５２を通過する第１及び第２の波長の光ビームを、共通の対物レンズ３４を介してそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態、すなわち、対物レンズ３４を介して球面収差が補正される発散状態又は収束状態で対物レンズ３４に入射させて対応する光ディスク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、第３の回折領域５３を通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４を介して対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態、すなわち、対物レンズ３４を介して球面収差が補正される発散状態又は収束状態で対物レンズ３４に入射させて対応する光ディスク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とともに、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３に入射されるそれぞれの第１乃至第３の波長の光ビームに波長変動が生じた場合の回折効率の変動を上述のように十分に低減できる。
【０１４４】
すなわち、光ピックアップ３の光学系における第１乃至第３の出射部と信号記録面との間の光路上に配置される回折光学素子３５の一面に設けられた回折部５０は、それぞれの領域（第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３）を通過するそれぞれの波長の光ビームを信号記録面に発生する球面収差を低減する状態で対物レンズ３４に入射させることができるので、光ピックアップ３において第１乃至第３の波長の光ビームを共通の対物レンズ３４を用いてそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面に集光させたときの信号記録面に発生する球面収差を極限まで低減することができ、すなわち、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズ３４とを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０１４５】
よって、この回折部５０は、このような３波長互換を実現するとともに、波長変動が発生した場合の回折効率の変動を十分に低減できるので、波長変動が発生した場合にもそれぞれの光ディスクに対して適切且つ良好に信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０１４６】
また、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、第２及び第３の回折領域５２，５３を通過する第３の波長の光ビームを対物レンズ３４を介して対応する種類の光ディスクの信号記録面に適切に集光する回折次数の回折光の回折効率を十分に低減できるので、第３の波長の光ビームについて、第１の回折領域５１を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４を介して光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、この第１の回折領域５１がこの領域を通過する第３の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、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。
【０１４７】
また、回折部５０は、第３の回折領域５３を通過する第２の波長の光ビームを対物レンズ３４を介して対応する種類の光ディスクの信号記録面に適切に集光する回折次数の回折光の回折効率を十分に低減できるので、第２の波長の光ビームについて、第１及び第２の回折領域５１，５２を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４を介して光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、この第１及び第２の回折領域５１，５２がこの領域を通過する第２の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、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する。
【０１４８】
また、回折部５０は、第３の回折領域５３の外側の領域を通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４を介して対応する種類の光ディスクの信号記録面に適切に集光しないような状態又は遮蔽することで、第１の波長の光ビームについて、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４を介して光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、この第１乃至第３の回折領域５１，５２，５３がこの領域を通過する第１の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、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する。
【０１４９】
このように、上述のような光路上に配置される回折光学素子３５の一面に設けられた回折部５０は、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第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれに適応した開口数で開口制限した状態で共通の対物レンズ３４に各波長の光ビームを入射させることを可能とする。すなわち、回折部５０は、３波長に対応した収差補正の機能を有するのみならず、開口制限手段としての機能も有する。
【０１５０】
尚、上述の各回折領域の実施例を適宜組み合わせて回折部を構成することが可能である。また、各回折領域により支配的となるように発生させられる各波長の回折光等の回折次数の組み合わせは、上述したように適宜選択可能である。尚、各回折領域により発生される各波長の回折次数を変える場合には、この各領域を通過した各波長の各回折次数に対応した対物レンズ３４を用いればよい。
【０１５１】
また、上述では、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良い。さらに、第１乃至第３の回折領域５１，５２，５５３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い。例えば、対物レンズの入射側の面に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面として、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。回折部を対物レンズに一体に設けることにより、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。
【０１５２】
ここで、上述のように式（１１）〜式（１４）を満たすように構成された第１の回折領域５１を有する回折部５０が、この第１の回折領域５１に入射した第１乃至第３の波長の光ビームの所定の回折次数の回折光を、所定の回折効率以上で発生させるとともに、入射する各光ビームの波長に変動が生じた場合にも回折効率の変動を抑えることを達成すること、及び、式（１５）〜式（２０）を満たすように構成された第２の回折領域５２を有する回折部５０が、この第２の回折領域５２に入射した第１及び第２の波長の光ビームの所定の回折次数の回折光を、所定の回折効率以上で発生させ、且つこの第２の回折領域５２に入射した第３の波長の光ビームの所定の回折次数の回折光を、所定の回折効率以下に抑えるとともに、入射する各光ビームの波長に変動が生じた場合にも回折効率の変動を抑えることを達成することについて説明するが、その説明に先立ち、スカラー回折理論による溝形状と回折効率の関係式について説明する。
【０１５３】
ここでは、まず回折領域に形成された単位周期構造（溝形状）と、この回折領域により回折された回折光の回折効率との関係式を用いて説明する。例えば、回折素子の１ピッチ（１周期中）の幅方向の寸法を１となるように規格化し、溝形状を示す規格化された幅方向の座標を変数ｘ（０≦ｘ＜１）とし、溝形状を示す高さ方向の座標をｇ（ｘ）とする。このｇ（ｘ）で表される溝形状は、単位周期構造を規格化したものである。
【０１５４】
そして、所定の屈折率を有する材料により、溝深さをｄとし、ｇ（ｘ）で表される溝形状が形成されたこのような回折構造による任意の波長λの光ビームが回折されることにより発生する任意のｍ次回折光の任意のｘの位置を波源とした成分の位相φ（ｘ，ｄ，Δｎ，λ，ｍ）は、以下の式（２１）で表すことができることが知られている。尚、式（２１）中、Δｎは、回折構造の界面前後の媒質の屈折率差を意味するものである。
φ（ｘ，ｄ，Δｎ，λ，ｍ）＝｛ｄ×Δｎ／λ×ｇ（ｘ）−ｍ×ｘ｝×２π  ・・・（２１）
また、この式（２１）のφを用いて、スカラー回折理論により得られる回折効率ηは、次式（２２）のような数式により得ることが知られている。
【０１５５】
【数１】
2009076163.tif 000007
【０１５６】
ここで、式（２２）中、λが任意のλ１（例えば４０５ｎｍ）のときの、波長変動による効率変化の度合いを示す効率波長依存性を抑えるためには、ｄが１０μｍ以下のときは、ηをλにより微分した値、すなわちｄη（ｄ，Δｎ，λ，ｍ）／ｄλ｜λ＝λｐを一定値以下に抑えることで概ね達成できる。
【０１５７】
そして、光ピックアップで用いられる３つの波長をλｐ（ｐ＝１，２，３）とするとともに、それぞれの波長の光ビームを用いる際に使用される回折次数をｍｐのように表すとする。このような条件で回折素子を設計する場合、Δｎに対する自由度はあまりなく、ｍｐも対物レンズとの関係等である程度制限される。結局、与えられたλｐ、ｍｐ、Δｎについて、式（２２）のη（ｄ、Δｎ、λｐ、ｍｐ）（ｐ＝１，２，３）が必要な回折効率以上となり、かつ、ｄη（ｄ，Δｎ，λ，ｍｐ）／ｄλ｜λ＝λｐが十分小さくなるように、ｇ（ｘ）とｄを決めることが要求される。
【０１５８】
上述の指針はスカラー回折理論の範疇で正しいものであるが、このままで実用的な設計指針といえるものではない。その理由として、式（２２）は、ｘの積分の形で表されており、さらにその関数のλによる微分を求めることにより評価する必要があり、これらと溝形状ｇ（ｘ）との関係の見通しが困難であるので、３波長に対して条件を満たす最適なｇ（ｘ）の発見は従来略不可能であるとされていた。これは、上述の条件からｇ（ｘ）を解析的に解くことができないからである。
【０１５９】
また、計算機による各種最適化アルゴリズムによる解の探索も困難である。その理由は、ｇ（ｘ）の形状をある程度限定しても、その評価関数の形状は一様に平坦な面上にランダムに存在する無数の極大と極小とからなっており、例えば３波長互換を必要とされる光ピックアップにおいては、その極小の中のごく小数の実用的な解を見つける必要があるからである。
【０１６０】
このような実情をふまえ、本発明では、３波長対応の光ピックアップに用いられる光学素子に設けられる回折部の単位周期構造を最適に設計されたものとして構成することにより、３波長に対して最適な回折効率を得ることと、例えば光源の波長変動に対する効率変動が少ないことを意味する波長変動耐性とを実現するものである。すなわち、従来の光ピックアップに用いられる回折光学素子の回折部に設けられる単位周期構造では、ブレーズ形状やステップ間隔及びステップ段差が略一定の所謂等間隔階段形状の中で、限られたステップ数と回折次数の組み合わせの中から実用的な深さの解を探し出し採用していたのに対し、本発明では、回折部に設けられる回折構造の単位周期構造として、従来のブレーズ形状や等間隔階段形状に限定せずに、特性の最適化自由度を高め、溝形状をこれらのものに限定しないことにより無数に存在する溝形状の中から別の指針により選択される単位周期構造を用いるものである。すなわち、本発明では、上述したスカラー回折理論に基づく指針を概略満たす、略十分条件となるｘとｇ（ｘ）と定数のみの簡便な関係で表すことができる見通しの良い指針を構築し、それらを３波長に対して成り立たせる溝形状ｇ（ｘ）を探索する方法により、設計された溝形状を構成することにより、３波長互換と波長変動耐性とを実現するものである。
【０１６１】
次に、本発明における溝形状の構成についての設計指針、すなわち、上述のような式（１１）〜式（１４）を満たす第１の回折構造を有する第１の回折領域５１と、上述のような式（１５）〜式（２０）を満たす第２の回折構造を有する第２の回折領域５２とが、上述のような機能を実現することについて説明する。
【０１６２】
ある波長λｐ（ｐ＝１，２，３）に対して、回折効率ｅｆ１ｐ以上が必要である場合、以下の式を満たすようにｇ（ｘ）、ｄを決定する。
｜ｗ（φ’（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐ））｜＜Ｖａｐ  ・・・（２３）
φ’（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐ）＝φ（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐ）−φａｐ
＝Ｃ１×ｄ×ｇ（ｘ）−Ｃ２×ｘ−φａｐ・・・（２４）
Ｃ１＝２π×Δｎ／λｐ  ・・・（２５）
Ｃ２＝２πｍｐ  ・・・（２６）
ここで、ｗは、任意の角度（ｒａｄ）を−π〜πの範囲に折り返す演算（ｗ（ａ）≡｛（ａ＋π）ｍｏｄ（２π）｝−π）である。また、φａｐは、−π〜πの中から式を満たすのに適したものを選ぶことができる。Ｖａｐは、ｅｆ１ｐの大きさに応じて適当に設定されるものである。例えば、効率７０％以上が必要な場合に、Ｖａｐは０．３π程度が適当である。上述の式（２３）〜式（２６）を変形すると、ｇ（ｘ）及びｄを用いた式（２７）が得られる。
｜ｗ（Ｃ１×ｄ×ｇ（ｘ）−Ｃ２×ｘ−φａｐ）｜＜Ｖａｐ  ・・・（２７）
式（２７）のように設定されたｇ（ｘ）及びｄを選ぶことで、φ（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐ）の値の変動が小さくなり、上述した式（２２）の積分値が大きくなり、η（ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐ）を一定値以上にすることが可能になる。また、ｄη（ｄ，Δｎ，λ，ｍｐ）／ｄλ｜λ＝λｐも小さくなり、波長依存性を抑えることができる。
【０１６３】
換言すると、上述したようにφの累積合計であるともいえるηが回折効率を示すことに鑑みれば、溝形状の任意の位置を波源とした位相φ及びこのφの値から任意の値φａｐを差し引いたφ’のいずれか一方の分布を一定範囲に抑えること、他方の分布についても一定範囲に抑えることとなり、これによりηが大きくなるとともに、ｄη／ｄλが小さくなり、すなわち、回折効率の増大及び波長変動に対する回折効率の変動の減少を実現するものである。尚、ここでφ及びφ’の分布については、ｘの全範囲（０≦ｘ＜１）に亘って一定の範囲内にあることが好ましく、その場合にはより波長変動耐性に優れることは当然であるが、上述のような観点からｘの範囲の内その僅か一部についてφ及びφ’の分布が一定の範囲外にあったとしても、ｘの範囲の内の大部分、すなわち「略全範囲」についてφ及びφ’の分布が一定の範囲内であれば回折効率が高く且つ波長変動耐性を具備するものである。具体的にはその範囲においてφ及びφ’の分布が一定の範囲であれば、上述の回折効率（λ１について７０％、λ２について５０％、λ３について３０％）及び波長変動耐性（１ｎｍの変化に対して回折効率変動が１％未満）を満たす範囲である。
【０１６４】
より具体的には、例えば上述した図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、所定の範囲内（λ１の分布に対しては−０．３π〜＋０．３π、λ２の分布に対しては−０．４π〜＋０．４π、λ３の分布に対しては−０．６π〜＋０．６π）にφ’の分布を抑えることにより、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、波長変動耐性を備えることとなる。さらに具体的に説明すると、図９（ａ）に示すような溝形状では、図９（ｃ）に示すようなλ２に対して所定の範囲外となる部分があることにより、図９（ｂ）に示すようにλ２の光ビームに対する波長変動耐性を備えることができなかったような場合に、この図９（ｃ）に示す所定の範囲外となってしまうｘ’の部分に対応する溝形状を変えることでφ及びφ’の分布を所望の状態とし、これにより回折効率を増大し波長変動耐性を具備するように構成することができる。
【０１６５】
その一方で、あるλｐ（ｐ＝１，２，３のいずれか）に対して回折効率ｅｆ２ｐ以下であることが必要な場合には、以下の式（２８）、式（２９）を満たすようにｇ（ｘ）、ｄを決定する。ここで、式（２９）のｒは、式（２２）を満たすｘの範囲の合計を示す。
｜ｗ（φ’（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐ））｜＝｜ｗ（Ｃ１×ｄ×ｇ（ｘ）−Ｃ２×ｘ−φａｐ）｜＞π／２  ・・・（２８）
｜ｒ−（１−ｒ）｜＝｜２ｒ−１｜＜Ｖｂｐ  ・・・（２９）
式（２８）中のＣ１，Ｃ２，ｗ、φａｐの意味は、上述した式（２３）〜式（２７）のものと同じである。また、Ｖｂｐは、ｅｆ２ｐの大きさに応じて適切に設定されるものである。例えば効率１０％以下が必要な場合、Ｖｂｐは０．３５が適切である。このように選ぶことでφ（ｘ，ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐ）の値が２πラジアンの全方位に満遍なく分布し、式（２２）のη（ｄ，Δｎ，λｐ，ｍｐ）を一定値以下に減少させることが可能になる。
【０１６６】
換言すると、上述したようにφの累積合計であるともいえるηが回折効率を示すことに鑑みれば、溝形状の任意の位置を波源とした位相φ及びこのφの値から任意の値φａｐを差し引いたφ’のいずれか一方の分布を、全範囲（−π〜＋π）のうちの半分の範囲（−０．５π〜＋０．５π）にあるものと、この範囲外にあるものとの割合がＶｂｐで与えられる条件に当てはまる程度に近い値であれば、すなわち、φ及びφ’をこのように満遍なく分布させることで、位相が互いに打ち消し合うこととなり光量が下がり、これにより回折効率を低下させることを実現するものである。
【０１６７】
より具体的には、例えば図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）のλ３のときのφ’に示すように、φ’が所定の範囲内（−π〜−０．５π、＋０．５π〜＋π）にあるときのｘ’の部分と、φ’が所定の範囲外（−０．５π〜＋０．５π）にあるときのｘ’の部分との割合が近い値であることにより、表３に示すように、回折効率を大幅に低く抑えられることとなる。
【０１６８】
以上のように、上述した式（１１）〜式（１４）を満たす第１の回折構造を有する第１の回折領域５１は、入射した３波長の光ビームの所定の回折次数の回折光を、所定の回折効率以上で発生させることができるとともに、波長変動耐性を発揮して、３波長互換を実現する光ピックアップに設けられる回折部の内輪帯として適したものであり、また、上述した式（１５）〜式（２０）を満たす第２の回折構造を有する第２の回折領域５２は、入射した３波長の光ビームの所定の回折次数の回折光を、その種類に応じて所定の回折効率以上又は所定の回折効率以下とすることができるとともに、波長変動耐性を発揮して、３波長互換を実現する光ピックアップに設けられる回折部の中輪帯として適したものである。
【０１６９】
このような第１及び第２の回折領域５１，５２は、上述した第３の回折領域５３とともに回折部５０を構成し、この回折部５０は、上述したように、共通の対物レンズを用いて３波長互換を実現するとともに、波長変動が発生した場合にもそれぞれの光ディスクに対して適切且つ良好に信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０１７０】
また、上述のように構成された内輪帯としての第１の回折領域５１に設けられた第１の回折構造は、回折効率の観点からも収差補正の観点からも優れているが、この点について以下に詳細に説明する。まず、（Ａ）回折効率評価指標、（Ｂ）収差補正評価指標について説明した後に（Ｃ）上述した第１の回折構造の評価について説明する。
【０１７１】
（Ａ）回折効率評価指標
まず、回折効率評価指標について説明する。回折効率評価指標は、回折効率の観点に基づく指標であり、すなわち、回折効率の絶対値と、波長変動に対する効率変動（波長依存性）の小ささとがどの程度基準値を満足しているかを示すものであり、具体的には以下の式（３１）、式（３２）で示すものとする。尚、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、式（３２）で示すｘを横軸に、式（３２）に示すｆ（ｘ，ｘ（ｔｈ），ｘｗ（ｔｈ））を縦軸にとって、このｘに伴うｆの変化を示すものであり、図１４（ａ）は、ｘｗ（ｔｈ）＞０のときのものであり、図１４（ｂ）は、ｘｗ（ｔｈ）＜０のときのものである。
【０１７２】
【数２】
2009076163.tif 000008
【０１７３】
但し、式（３１）、式（３２）中
ηｐ：λｐ（ｐ＝１，２，３）に対する回折効率、
η（ｔｈ）ｐ：必要とされる回折効率を示す基準値であり、０．７（ｐ＝１）、０．５（ｐ＝２）、０．３（ｐ＝３）、
ηｗ（ｔｈ）ｐ：ｘの変化に対する回折効率の大きさの指標の変化がどの程度の鋭さで立ち上がるかを示す値であり、０．１（ｐ＝１）、０．１（ｐ＝２）、０．０７（ｐ＝３）、
（ｄη／ｄλ）ｐ：λｐ（ｐ＝１，２，３）に対する回折効率の波長依存性（％／ｎｍ）、
（ｄη／ｄλ）（ｔｈ）ｐ：必要とされる波長依存性を示す値であり、１％／ｎｍ（ｐ＝１，２，３）
（ｄη／ｄλ）ｗ（ｔｈ）ｐ：ｘの変化に対する回折効率波長変動の小ささの指標の変化がどの程度の鋭さで立ち上がるかを示す基準値であり、−０．５％／ｎｍ（ｐ＝１，２，３）
ｘ：式（３１）中の式（３２）で示されるｆの演算式を表すために、評価されるべきものとして上述したηｐ又は｜（ｄη／ｄλ）ｐ｜を変数として表示したもの、
ｆ（ｘ，ｘ（ｔｈ），ｘｗ（ｔｈ））：（）内で示される値ｘ，ｘ（ｔｈ），ｘｗ（ｔｈ）から式（３２）右辺で示されるアークタンジェント演算（ａｔａｎ）を用いた演算、すなわち各指標を数値化するための演算により算出される指標を示す値、
Π：式（３１）において、ｐ＝１，２，３としてそれぞれ算出された値の積として効率評価指標を算出する演算（総乗記号）を示すもの、
である。
【０１７４】
ここで、式（３１）で表される指標の値（以下、「評価値」ともいう。）は、「基準を満たすか」に対する評価指標となるように、評価対象の値に対して基準値付近で勾配が大きくなる単調関数となっている。例えば、λ３の効率に対する条件は、「０．３以上」であり、効率０．２と０．３では評価値の差は、大きくなるが、効率０．９と１．０では評価値の差は、はるかに小さくなる。３つのλ（λ１，λ２，λ３）に対する絶対値と波長依存性の各評価値の積が最終的な評価指標であり、大きいほどに望ましいものである。尚、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）中の横軸に表示される「ｘ（ｔｈ）」は、上述した基準値が指標の中央に位置することを示し、「２ｘｗ（ｔｈ）」は、式（３２）で示される変化曲線において、中心に対して横軸の±ｘｗ（ｔｈ）の範囲が縦軸におけるｆが０．２５〜０．７５の範囲に該当することを示すものである。尚、上述した式（３１）で示される回折効率評価指標は、数値が高い程優れた特性を持つことを意味するものである。
【０１７５】
（Ｂ）収差補正評価指標
次に、収差補正評価指標について説明するが、（Ｂ１）で球面収差補正を考慮した次数の選び方を説明した後に（Ｂ２）で収差補正評価指標について説明する。
【０１７６】
（Ｂ１）球面収差補正を考慮した次数の選び方について
複数の波長と基板厚（保護層厚さ）が異なるメディア（光ディスク）を再生するため、すなわち、互換性を実現するための回折部により回折される回折光のうち用いられる回折光の回折次数を決定する際には、以下のような指針が用いられる。
【０１７７】
回折構造による回折角をθとすると、ｓｉｎθは、回折次数×波長／回折構造周期に等しい。このような回折角θと球面収差量とは近似的に比例すると考えられる。すなわち、回折構造により球面収差発生量は、近似的に、回折次数×波長×（１／回折構造周期）に比例する。
【０１７８】
ここで、メディア基板による球面収差発生量と、回折による補正量の関係を図１５に示す。図１５は、以下のｙ１ｓａ〜ｙ３ｓａで表される球面収差の関係を、球面収差量に相当する基板厚さを縦軸（「ｙ軸」ともいう。）にとり図示したものである。そして、ｙ１ｓａは、メディア基板で発生する球面収差を示す。このメディア基板で発生する球面収差は、近似的に基板厚みに比例するとみなすことができる。尚、図１５では、Ｌｙ１に示される直線がこのｙ１ｓａに相当する。ここでは、基板厚をｔｐ（ｐ＝１，２，３）としたときに、ｔｐ＝０．１ｍｍ（ｐ＝１），０．６ｍｍ（ｐ＝２），１．２ｍｍ（ｐ＝３）の３種のメディアを想定している。また、ｙ２ｓａは、回折構造をなくした場合、すなわち０次回折光の球面収差の補正量を示し、図１５中Ｌｙ２で示されている値である。図１５ではｙ切片を示すｙ２に該当する。さらに、ｙ３ｓａは、回折による球面収差の補正量を示し、これは波長×次数に比例する。図１５中矢印Ｌｙ３１，Ｌｙ３２，Ｌｙ３３は、それぞれ、λ１＝４０５ｎｍ、ｍ１＝１の場合、λ２＝６６０ｎｍ、ｍ２＝−１の場合、λ３＝７８０ｎｍ、ｍ３＝−２の場合についての補正量ｙ３ｓａを示すものである。そして、ｙ１ｓａ＝ｙ２ｓａ＋ｙ３ｓａを満たすことにより球面収差が補正される。
【０１７９】
図１５（ａ）は、基板により発生する球面収差量と、回折による補正量の関係とを示すものである。図１５（ａ）中Ｌｙ２は、回折構造をなくした場合、すなわちレンズ系のみの収差補正量を示すものである。
【０１８０】
また、図１５（ｂ）は、回折による球面収差補正量が、波長×次数の一次関数で表されることを示す。各点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３のｙ座標（縦軸）であるｙ１１，ｙ１２，ｙ１３は、基板による球面収差ｙ１ｓａ（直線Ｌｙ１）に略一致することを示し、ｘ座標（横軸）は、選択した次数を用いて計算した、波長×次数を示している。そして、図１５（ｂ）に示すように、この点のｘ座標における直線（Ｌｙ１）の値は、Ｌｙ２にそれぞれＬｙ３１，Ｌｙ３２，Ｌｙ３２を足し合わせた、所謂ｙ２ｓａ＋ｙ３ｓａであり、この値が各点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３のｙ座標の値（ｙ１１，ｙ１２，ｙ１３）に略対応している。
【０１８１】
このように、横軸に「波長×次数（ｎｍ）」をとり、縦軸に「基板厚（ｍｍ）」をとることによりプロットされるＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３が直線的に並ぶことが球面収差の補正を可能とする。そしてこのことは、点Ｐ１１，Ｐ１２を結ぶ直線の傾きと、点Ｐ１１，Ｐ１３を結ぶ直線の傾きとが一致することと等価であり、上述した条件式（λ１×ｍ１ｉ−λ２×ｍ２ｉ）／（ｔ１−ｔ２）≒（λ１×ｍ１ｉ−λ３×ｍ３ｉ）／（ｔ１−ｔ３）を満たすことは、球面収差を低減できることについても示すものである。換言すると、上述の条件式を満たすように各波長の次数を選ぶことで球面収差補正についても優れたものとすることができる。
【０１８２】
（Ｂ２）収差補正評価指標
上述したように、図中の３点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３が直線的に並ぶことが球面収差の補正に必要であり、また、この条件は、図１６に示すように、点Ｐ１１，Ｐ１２を結ぶ直線の傾き（ｓｌ（１，２））と、点Ｐ１１，Ｐ１３を結ぶ直線の傾き（ｓｌ（１，３））とが一致することと等価である。このことは、以下の式（３３）のように表すことができる。そして、式（３３）を変形して式（３４）を得ることができる。尚、式（３３）及び式（３４）中傾きを示すｓｌ（ｐ１，ｐ２）は、式（３５）により得ることができる。ここで、式（３５）の「ｐ１」、「ｐ２」は、それぞれ、１，２，３のいずれかである。
ｓｌ（１，２）＝ｓｌ（１，３）  ・・・（３３）
１−ｓｌ（１，２）／ｓｌ（１，３）＝０  ・・・（３４）
ｓｌ（ｐ１，Ｐ２）＝（λｐ１×ｍｐ１−λｐ２×ｍｐ２）／（ｔｐ１−ｔｐ２）  ・・・（３５）
但し、式（３５）中
ｍｐ：回折次数
ｔｐ：カバー層厚み
ｓｌ（ｐ１，ｐ２）：「ｐ１」，「ｐ２」は、それぞれ、１，２，３のいずれかであり、この１，２，３で示される点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の何れか２点で示される直線の傾き、
を示す。
【０１８３】
式（３４）の左辺の絶対値がどの程度０に近いかが、式（３４）が成り立つ程度の指標となる。式（３４）の左辺の絶対値の逆数を指標にすれば、それが大きいほど式（３４）が成り立ち、球面収差補正にとって望ましいことになる。よって、以下の式（３６）のように、収差補正評価指標を設定するものである。このような収差補正評価指標は、球面収差の補正にどの程度適しているかを示すものである。これは、上述のように、３波長それぞれのメディア規格により決まっている波長、保護層（基板）厚みに対して、回折次数を選ぶ組み合わせによって決定されるものである。尚、上述した式（３６）で示される収差補正評価指標は、数値が高いほど優れた特性を持つことを意味するものである。
【０１８４】
【数３】
2009076163.tif 000009
【０１８５】
（Ｃ）本発明を適用する光ピックアップを構成する第１の回折構造の評価
次に、本発明を適用した光ピックアップ３を構成する第１の回折領域５１に設けられる上述した第１の回折構造の効果について、上述した（Ａ）の回折効率評価指標と、（Ｂ）の収差補正評価指標との両方の観点から図１７を用いて説明する。
【０１８６】
図１７中縦軸は、回折効率の指標として回折効率の絶対値と波長依存性の小ささをどの程度満足しているかの指標を示すものであり、上述した式（３１）で算出される回折効率指標を示すものである。
【０１８７】
図１７中横軸は、収差補正の指標として球面収差の補正にどれだけ適しているかの指標を示すものであり、上述した式（３６）で算出される収差補正評価指標を示すものである。
【０１８８】
そして、図中、「タイプ１」及び「タイプ２」で示されるプロットは、それぞれ上述した図７及び図８を用いて説明した内輪帯構成例１，２の評価結果を示し、「既存技術（黒ダイヤ）」で示されるプロットは、既存の階段形状により構成される回折構造の評価結果を示すものである。尚、既存技術の回折構造のプロット条件としては、ステップ数（段数）が１〜９の等間隔階段形状又はブレーズ形状であり、溝深さが０〜１０μｍの範囲で０．０５μｍ間隔であり、回折次数を−１０次〜＋１０次の範囲のもので、各波長（λ１，λ２，λ３）に対する回折効率５％以上のものを選択してプロットを行ったものである。
【０１８９】
図１７に示すように、「タイプ１」及び「タイプ２」で示されるプロットは、「既存技術」で示されるプロットに対して縦軸の上側に分布されており、回折効率の観点から優れたものであるといえ、また、横軸に対しても右側に分布されており、収差補正の観点からも優れたものである。
【０１９０】
特に、「タイプ１」及び「タイプ２」で示されるプロットは、上述した式（１１）〜式（１４）をｘの全範囲において完全に満足するものであるので、縦軸及び横軸において非常にバランスの良い位置にプロットされており、回折効率の観点からも収差補正の観点からも非常に優れていることが確認できる。
【０１９１】
また、換言すると、この図１７に示す「既存技術」のプロットが非常に多く分布される縦軸の回折効率指標が０．１以上のものであって、且つ横軸の収差補正指標が３．３以上のものは、既存技術に対して回折効率及び収差補正の観点からも非常に優れたものであるといえる。すなわち、「タイプ１」及び「タイプ２」に示すように、この範囲を満足する回折構造は、回折効率の観点からも収差補正の観点からも非常に優れたものである。
【０１９２】
このように上述した第１の回折領域５１は、回折効率の観点からも収差補正の観点からも優れたものであり、３波長互換を実現する光ピックアップに設けられる回折部の内輪帯として従来の回折構造にはない優れた性能を有するものであり、上述のような第２及び第３の回折領域５２，５３とともに回折部５０を構成し、共通の対物レンズを用いて３波長互換を実現するとともに、波長変動が発生した場合にもそれぞれの光ディスクに対して適切且つ良好に信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０１９３】
回折光学素子３５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で光路を合成され、第３のビームスプリッタ３８を透過された、第１乃至第３の波長の光ビームの発散角をそれぞれ変換して、例えば略平行光の状態として、１／４波長板４３及び回折光学素子３５側に出射させる。尚、コリメータレンズ４２が、第１及び第２の波長の光ビームの発散角を、略平行光の状態として上述した回折光学素子３５に入射させるとともに、第３の波長の光ビームの発散角を、平行光に対してわずかに拡散若しくは収束した発散角の状態（以下、「有限系の状態」ともいう。）で回折光学素子３５に入射させるように構成することにより、第３の波長の光ビームの回折光学素子３５及び対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する際の球面収差をより低減することを可能とする。ここでは、第３の波長の光ビームを出射させる第３の出射部を有する第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回折光学素子３５に入射させることを実現したが、例えば、複数の出射部を共通の光源部に配置した場合には、第３の波長の光ビームの発散角のみを変換する素子を設けることや、コリメータレンズ４２を駆動する手段を設けること等により所定の発散角の状態で回折光学素子３５に入射させることを実現してもよい。また、同様に、第２の波長の光ビーム、又は第２及び第３の波長の光ビームを有限系の状態で回折光学素子３５に入射させるように構成して、さらに収差を低減するようにしてもよい。
【０１９４】
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４４、１／４波長板４３、及びコリメータレンズ４２を経由して、第３のビームスプリッタ３８で反射されて往路の光ビームより分離された戻りの第１乃至第３の波長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適切に集光する。このとき、マルチレンズ４６は、フォーカシング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。
【０１９５】
光検出器４５は、マルチレンズ４６で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、フォーカシング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。
【０１９６】
以上のように構成された光ピックアップ３は、光検出器４５によって得られたフォーカシング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。
【０１９７】
光ピックアップ３は、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波長変動耐性を有する状態で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、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。
【０１９８】
また、上述の光ピックアップ３の回折部５０を有する回折光学素子３５及び対物レンズ３４は、入射した光ビームを所定の位置に集光させる集光光学装置として機能することができる。この集光光学装置は、回折光学素子３５の一方の面に設けられる回折部５０により、異なる３種類の光ディスクに対して光ビームを照射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に用いられた場合に、３種類の光ディスク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とし、すなわち、３波長に対して共通の対物レンズ３４を用いる光ピックアップの３波長互換を可能とする。
【０１９９】
また、上述では、回折部５０が設けられた回折光学素子３５及び対物レンズ３４を一体となるように、対物レンズ３４を駆動する対物レンズ駆動機構等のアクチュエータに設けるように構成したが、このアクチュエータのレンズホルダに組み付ける際の組み付け精度を高めるとともに組付けを容易にするために回折光学素子３５及び対物レンズ３４をユニット状にして一体としたような集光光学ユニットとして構成してもよい。例えば、回折光学素子３５及び対物レンズ３４を、スペーサ等を用いて、位置、間隔及び光軸を合わせながらホルダにより固定することで一体化して集光光学ユニットを構成できる。回折光学素子３５及び対物レンズ３４は、上述のように、対物レンズ駆動機構に一体に組み付けられることにより例えばトラッキング方向へ変位される等の視野振りの際にも第１乃至第３の波長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の信号記録面に適切に集光することが可能となる。
【０２００】
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乃至第３の光源部３１，３２，３３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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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３９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の波長の光ビームは、そのミラー面３７ａで反射され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２０３】
第３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、そのミラー面３８ａを透過されて、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され、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて回折光学素子３５側に出射される。
【０２０４】
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をそれぞれ上述のように所定の回折次数が所定の回折効率以上で且つ波長変動に対して回折効率の変動が少ない状態となるようにして出射され、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、開口制限された状態とされている。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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により反射されて光検出器４５側に出射される。
【０２０７】
第３のビームスプリッタ３８により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に受光面に集束されて検出される。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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４０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の波長の光ビームは、そのミラー面３６ａを透過され、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａも透過され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２１１】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第２の波長の光ビームは、そのミラー面３８ａを透過されて、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され、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて回折光学素子３５側に出射される。
【０２１２】
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、第１及び第２の回折領域５１，５２を通過した光ビームをそれぞれ上述のような所定の回折次数が所定の回折効率以上で且つ波長変動に対して回折効率の変動が少ない状態となるようにして、及び第３の回折領域５３を通過した光ビームを上述のような所定の回折次数が所定の回折効率以下となるようにして出射され、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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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、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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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３の光源部３３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。
【０２１７】
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の波長の光ビームは、そのミラー面３６ａで反射され、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａを透過され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２１８】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第３の波長の光ビームは、そのミラー面３８ａを透過されて、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に対して拡散若しくは収束した状態とされ、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて回折光学素子３５側に出射される。
【０２１９】
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、第１の回折領域５１を通過した光ビームを上述のような所定の回折次数が所定の回折効率以上で且つ波長変動に対して回折効率の変動が少ない状態となるようにして、及び第２及び第３の回折領域５２，５３を通過した光ビームをそれぞれ上述のような所定の回折次数が所定の回折効率以下となるようにして出射され、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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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、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。
【０２２２】
尚、ここでは、第３の波長の光ビームは、第３の出射部の配置を調整することで、コリメータレンズ４２により発散角を変換され回折光学素子３５に入射される光ビームを略平行光の状態に対して拡散若しくは収束した状態となるように構成したが、波長選択性を有して発散角を変換する素子を設けることにより、又はコリメータレンズ４２を光軸方向に駆動するような手段を設けることにより、回折光学素子３５に入射するように構成してもよい。
【０２２３】
また、ここでは、第１及び第２の波長の光ビームが、略平行光の状態で回折光学素子３５に入射されるとともに、第３の波長の光ビームが、発散光又は収束光の状態で回折光学素子３５に入射されるように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、第１乃至第３の波長の光ビーム全てを平行光の状態で、又は、第１乃至第３の波長の光ビームの内、いずれか又は全部の光ビームを発散光又は集束光の状態で回折光学素子に入射するように構成してもよい。
【０２２４】
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光ディスクの信号記録面に集光する対物レンズ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光学素子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凹凸形状等であって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所定の回折効率以上又は所定の回折効率以下となるように発生させるとともに各所定の次数の回折光の各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満となるようにする第１乃至第３の回折構造を有するように構成したことにより、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とともに、各波長の光ビームに波長変動が発生した場合にも良好な記録及び／又は再生を実現する。
【０２２５】
すなわち、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及び回折角を得ることで、各光源部３１，３２，３３に設けられた複数の出射部から出射される異なる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し、且つ波長変動耐性を有するとともに、対物レンズ３４等の光学部品を共通化することができるので、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とともに波長変動が発生した場合の記録再生特性の向上を実現する。
【０２２６】
また、本発明を適用した光ピックアップ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、波長変動耐性を有することにより、光源の発振波長の誤差の許容範囲を拡げることを可能とし、光源の歩留まりを上昇させ、コストを低減することを実現する。
【０２２７】
さらに、本発明を適用した光ピックアップ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、さらに、構成の簡素化、小型化、及び低コスト化を実現する。
【０２２８】
また、上述では、光ピックアップ３において、第１の光源部３１に第１の出射部を設け、第２の光源部３２に第２の出射部を設け、第３の光源部３３に第３の出射部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、例えば、第１乃至第３の出射部の内２つの出射部を有する光源部と、残りの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設けるように構成してもよい。
【０２２９】
次に、第１の出射部を有する光源部と、第２及び第３の出射部を有する光源部とを備える図１８に示す光ピックアップ６０について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ３と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は、省略する。
【０２３０】
本発明を適用した光ピックアップ６０は、図１８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６１と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、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６２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対物レンズ３４と、第１乃至第３の出射部と対物レンズ３４との間の光路上に設けられる回折光学素子３５とを備える。
【０２３１】
また、光ピックアップ６０は、第１の光源部６１の第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームの光路と、第２の光源部６２の第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段としてビームスプリッタ６３と、上述の第３のビームスプリッタ３８と同様の機能を有するビームスプリッタ６４とを有する。
【０２３２】
さらに、光ピックアップ６０は、第１のグレーティング３９と、第２の光源部６２とビームスプリッタ６３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ビームに回折する波長依存性を有するグレーティング６５とを有する。
【０２３３】
また、光ピックアップ６０は、コリメータレンズ４２と、１／４波長板４３と、立ち上げミラー４４と、光検出器４５と、マルチレンズ４６とを有するとともに、このコリメータレンズ４２を光軸方向に駆動するコリメータレンズ駆動手段６６とを有する。コリメータレンズ駆動手段６６は、コリメータレンズ４２を光軸方向に駆動することで、上述したように、コリメータレンズ４２を通過した光ビームの発散角を調整することができることにより、球面収差をより低減することを可能とするのみならず、装着された光ディスクが信号記録面を複数有する所謂多層光ディスクであった場合には、そのいずれの信号記録面への記録及び／又は再生をも可能とする。
【０２３４】
以上のように構成された光ピックアップ６０において、各光学部品の機能は、上述したことを除いて光ピックアップ３と同様であり、第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームの光路についても、上述したことを除いて、すなわちビームスプリッタ６４で各波長の光ビームの光路が合成された後は光ピックアップ３と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０２３５】
本発明を適用した光ピックアップ６０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光学素子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凹凸形状等であって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所定の回折効率以上又は所定の回折効率以下となるように発生されるとともに各所定の次数の回折光の各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満となるようにする第１乃至第３の回折構造を有するように構成したことにより、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とともに、各波長の光ビームに波長変動が発生した場合にも良好な記録及び／又は再生を実現する。また、光ピックアップ６０は、その他の上述した光ピックアップ３と同様の効果を有している。
【０２３６】
さらに、光ピックアップ６０は、第２及び第３の出射部を共通の光源部６２に配置するように構成したことから、さらなる構成の簡素化及び小型化を実現する。尚、同様に、本発明を適用した光ピックアップは、第１乃至第３の出射部を略同一位置に有する光源部に配置するように構成してもよく、そのような構成とした場合には、さらなる構成の簡素化及び小型化を実現する。
【０２３７】
また、上述した光ピックアップ３，６０における、第１の回折領域５１又は第２の回折領域５２は、複数種類の光ディスクに対して第１の波長の光ビームと、第２の波長の光ビームと、第３の波長の光ビームとを選択的に照射することにより情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ第１乃至第３の波長の光ビームの光路内に設けられる本発明を適用した光学素子を構成する。
【０２３８】
本発明を適用した光学素子は、いずれか一方の面に反射型又は透過型の回折部を備え、回折部が、一方の面の一部又は全部に、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が連続的に、且つ単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた回折構造を有する上述した第１の回折領域５１のような回折領域を有し、この回折領域に入射した第１の波長の光ビームの次数がｍ１の回折光を回折効率が７０％以上となるように発生させ、回折領域に入射した第２の波長の光ビームの次数がｍ２の回折光を回折効率が５０％以上となるように発生させ、回折領域に入射した第３の波長の光ビームの次数がｍ３の回折光を回折効率が３０％以上となるように発生させるとともに、各次数がｍ１，ｍ２，ｍ３の回折光の各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させるように構成される。尚、この光学素子を構成する回折領域には、上述した第１の回折領域５１と同様に、上述した式（１１）〜式（１４）を満たす回折構造が形成される。また、この次数（ｍ１，ｍ２，ｍ３）の組み合わせは、上述した表１で示される（ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ）の組み合わせのいずれかの関係となるようにされている。また、上述の第１の回折領域５１には、輪帯状の第１の回折構造が設けられるように構成したが、この光学素子を構成する回折領域に形成される回折構造は、輪帯状に限られるものではなく、複数波長の光ビームを選択的にその光路の角度を変えることで光路を合成したり分離したりするために、例えば所定の一方向に向けて形成される回折構造であってもよく、そのような場合には、その回折構造の断面形状、すなわちこの一方向に直交する断面形状が上述したような条件（式（１１）〜式（１４））を満たすものであればよい。さらに、上述では、透過型の回折部５０について説明したが、この光学素子を構成する回折部は、透過型であっても反射型であってもよい。尚、反射型の回折部として構成する場合には、上述したΔｎ＝２として条件を満たすように構成すればよい。
【０２３９】
このような本発明を適用した光学素子は、上述した光ピックアップ３の回折部５０の内輪帯と同様の機能を有し、その他の中輪帯及び外輪帯と同様の機能を有する光学部品とともに用いられることにより、構成を複雑にすることなく、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を用いて光ビームを信号記録面に集光することを可能とし、複数種類の光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を実現するとともに、各波長の光ビームに波長変動が発生した場合にも良好な記録及び／又は再生を実現する。また、本発明を適用した光学素子は、３波長互換を有する光ピックアップにおいて、波長変動耐性を有し高い回折効率で複数種類の光ビームから選択的に任意の光ビームの光路を変えることを可能として、光ピックアップの光学系において光路を合成したり分離したりすることを可能として、光ピックアップの３波長互換を簡易な構成で実現する。
【０２４０】
また、本発明を適用した光学素子は、いずれか一方の面に反射型又は透過型の回折部を備え、回折部が、一方の面の一部又は全部に、複数の段部からなる凹凸形状の単位周期構造が連続的に、且つ単位周期構造のピッチが一定又は連続的に変化して設けられた回折構造を有する上述した第２の回折領域５２のような回折領域を有し、この回折領域に入射した第１の波長の光ビームの次数がｍ’１の回折光を回折効率が７０％以上となるように発生させ、回折領域に入射した第２の波長の光ビームの次数がｍ’２の回折光を回折効率が５０％以上となるように発生させ、回折領域に入射した第３の波長の光ビームの次数がｍ’３の回折光を回折効率が１０％以下となるように発生させるとともに、各波長がｍ’１，ｍ’２の回折光の各波長における１ｎｍの波長変化に対する回折効率の変化が１％未満として各回折光を発生させるように構成される。尚、この光学素子を構成する回折領域には、上述した第２の回折領域５２と同様に、上述した式（１５）〜式（２０）を満たす回折構造が形成される。また、この次数（ｍ’１，ｍ’２，ｍ’３）の組み合わせは、上述した表１で示される（ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ）の組み合わせのいずれかの関係となるようにされている。また、上述の第２の回折領域５２には、輪帯状の第２の回折構造が設けられるように構成したが、この光学素子を構成する回折領域に形成される回折構造は、輪帯状に限られるものではなく、複数波長の光ビームを選択的にその光路の角度を変えることで光路を合成したり分離したりするために、例えば所定の一方向に向けて形成される回折構造であってもよく、そのような場合には、その回折構造の断面形状が上述したような条件（式（１５）〜式（２０））を満たすものであればよい。さらに、上述では、透過型の回折部５０について説明したが、この光学素子を構成する回折部は、透過型であっても反射型であってもよい。尚、反射型の回折部として構成する場合には、上述したΔｎ＝２として条件を満たすように構成すればよい。
【０２４１】
このような本発明を適用した光学素子は、上述した光ピックアップ３の回折部５０の中輪帯と同様の機能を有し、その他の内輪帯及び外輪帯と同様の機能を有する光学部品とともに用いられることにより、構成を複雑にすることなく、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を用いて光ビームを信号記録面に集光することを可能とし、複数種類の光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を実現するとともに、各波長の光ビームに波長変動が発生した場合にも良好な記録及び／又は再生を実現する。また、本発明を適用した光学素子は、３波長互換を有する光ピックアップにおいて、波長変動耐性を有し高い回折効率で複数種類の光ビームから選択的に任意の光ビームの光路を変えることを可能として、光ピックアップの光学系において光路を合成したり分離したりすることを可能として、光ピックアップの３波長互換を簡易な構成で実現する。
【０２４２】
また、本発明を適用した光ディスク装置１は、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３，６０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、構成を複雑にすることなく、対物レンズ３４を共通した３波長互換を実現するとともに、各波長の光ビームに波長変動が発生した場合にも各波長の光ビームの各回折光の回折効率の変動を小さく抑えることを実現するので、構成の簡素化及び小型化を可能とするとともに良好な記録・再生特性を得ることを実現する。
【図面の簡単な説明】
【０２４３】
【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回折光学素子及び対物レンズの機能を説明するための図であり、（ａ）は、例えば、第１の光ディスクに対して第１の波長の光ビームの＋１次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図であり、（ｂ）は、例えば、第２の光ディスクに対して第２の波長の光ビームの−１次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図であり、（ｃ）は、例えば、第３の光ディスクに対して第３の波長の光ビームの−２次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図である。
【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５】回折光学素子の一面に設けられた回折部の構成を説明するための図であり、（ａ）は、回折部の内輪帯として設けられた第１の回折領域の例を示す断面図であり、（ｂ）は、回折部の中輪帯として設けられた第２の回折領域の例を示す断面図であり、（ｃ）は、回折部の外輪帯として設けられた第３の回折領域の例を示す断面図である。
【図６】３波長を回折して用いる回折領域において、球面収差補正可能性について説明するための図である。
【図７】内輪帯構成例１について説明するための図であり、（ａ）は、内輪帯構成例１の溝形状（単位周期構造）を規格化して示す図であり、（ｂ）は、内輪帯構成例１により発生される各回折光の波長変動に対する回折効率の変化を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す溝形状の任意の位置を波源とした成分の位相φ’の分布を示す図である。
【図８】内輪帯構成例２について説明するための図であり、（ａ）は、内輪帯構成例２の溝形状（単位周期構造）を規格化して示す図であり、（ｂ）は、内輪帯構成例２により発生される各回折光の波長変動に対する回折効率の変化を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す溝形状の任意の位置を波源とした成分の位相φ’の分布を示す図である。
【図９】内輪帯比較例１について説明するための図であり、（ａ）は、内輪帯比較例１の溝形状（単位周期構造）を規格化して示す図であり、（ｂ）は、内輪帯比較例１により発生される各回折光の波長変動に対する回折効率の変化を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す溝形状の任意の位置を波源とした成分の位相φ’の分布を示す図である。
【図１０】中輪帯構成例１について説明するための図であり、（ａ）は、中輪帯構成例１の溝形状（単位周期構造）を規格化して示す図であり、（ｂ）は、中輪帯構成例１により発生される各回折光の波長変動に対する回折効率の変化を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す溝形状の任意の位置を波源とした成分の位相φ’の分布を示す図である。
【図１１】中輪帯構成例２について説明するための図であり、（ａ）は、中輪帯構成例２の溝形状（単位周期構造）を規格化して示す図であり、（ｂ）は、中輪帯構成例２により発生される各回折光の波長変動に対する回折効率の変化を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す溝形状の任意の位置を波源とした成分の位相φ’の分布を示す図である。
【図１２】中輪帯比較例１について説明するための図であり、（ａ）は、中輪帯比較例１の溝形状（単位周期構造）を規格化して示す図であり、（ｂ）は、中輪帯比較例１により発生される各回折光の波長変動に対する回折効率の変化を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す溝形状の任意の位置を波源とした成分の位相φ’の分布を示す図である。
【図１３】回折部を構成する外輪帯の他の例としてブレーズ形状の回折構造が形成された例を示す断面図である。
【図１４】回折構造の評価のための回折効率評価指標について説明するための図である。
【図１５】回折構造の評価のための収差補正評価指標について説明するための図であり、（ａ）は、基板により発生する収差量と、回折による補正量との関係を示す図であり、（ｂ）は、回折による収差補正量が、波長×次数の一次関数で表されることを示す図である。
【図１６】回折構造の評価のための収差補正評価指標について説明するための図である。
【図１７】回折構造の評価を説明する図であり、収差補正指標と回折効率指標との両方の観点からその回折構造の評価を示す図である。
【図１８】本発明を適用した光ピックアップの光学系の他の例を示す光路図である。
【符号の説明】
【０２４４】
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、  ３３  第３の光源部、  ３４  対物レンズ、  ３５  回折光学素子、  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  立ち上げミラー、  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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【図１８】
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