(57)【要約】【課題】複数の光源を備えて、単一の対物レンズにより異なる基板厚の光記録媒体の記録面に記録する際、対物レンズ光軸に対する収差補正素子の偏芯（ズレ）により生じる収差劣化を抑制する。【解決手段】収差補正素子５０１の回折構造が対物レンズ１０６に対して軸ズレして、対物レンズ１０６の光軸と収差補正素子５０１の光軸とが偏芯した際に、収差補正素子５０１の偏芯方向とは逆の方向に光源の発光点を適切な量だけ動かして偏芯配置する。またＷＤを調整して、収差補正素子５０１の偏芯方向と同方向に光源を偏芯配置しても良い。これにより、収差補正素子５０１に傾いた光束を入射させて、偏芯によって生じたコマ収差をキャンセルするようにコマ収差を発生させることができる。収差補正素子５０１に入射する光束の角度調整により偏芯によって生じる収差劣化を抑制する。【選択図】図１２
2009043386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板厚，適用波長の異なる複数種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、
波長の異なる複数の光源と、前記光源からの出射光をカップリングするカップリングレンズと、所定の基板厚に最適化され前記カップリングレンズからの出射光を前記光記録媒体の記録面上に集光する対物レンズと、光記録媒体の基板厚と、前記対物レンズを最適化した基板厚との基板厚差により生じる球面収差を補正する同心円状の回折構造を有する補正素子と、前記補正素子を保持する保持部材とを備え、前記対物レンズの光軸に対する前記補正素子の光軸の偏芯に応じて、少なくとも１つの光源の発光点を偏芯配置したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
基板厚，適用波長の異なる複数種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、
波長の異なる複数の光源と、前記光源からの出射光をカップリングするカップリングレンズと、所定の基板厚に最適化され前記カップリングレンズからの出射光を前記光記録媒体の記録面上に集光する対物レンズと、記録媒体の基板厚と、対物レンズを最適化した基板厚との基板厚差により生じる球面収差を補正する同心円状の回折構造を有する補正素子と、前記補正素子を保持する保持部材とを備え、前記対物レンズの光軸に対する前記補正素子の光軸の偏芯に応じて、少なくとも１つのカップリングレンズの光軸を偏芯配置したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
基板厚と適用波長の組合せ（Ｔ，λ）が、（Ｔ１，λ１），（Ｔ２，λ１），（Ｔ２，λ２），（Ｔ３，λ３）、かつ基板厚がＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３、波長がλ１＜λ２＜λ３の関係である４種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、
波長λ１，λ２，λ３の３つの光源と、前記光源からの光束をカップリングする１以上のカップリングレンズと、（Ｔ１，λ１）の光記録媒体に最適化された１つの対物レンズと、他の種類の光記録媒体に集光したときの基板厚差による球面収差を補正する同心円状の回折構造を有する補正素子と、前記補正素子を保持する保持部材とを備え、
前記補正素子は、前記対物レンズの光軸に対して偏芯した際に発生する収差が主にコマ収差となる構造を有し、前記対物レンズとの組合せ特性として、
（Ｔ１，λ１）と（Ｔ２，λ１）の光記録媒体に対しては、前記光源を前記対物レンズの光軸に一致する配置とし、
（Ｔ２，λ２）と（Ｔ３，λ３）の光記録媒体に対しては、前記対物レンズの光軸に対する前記補正素子の光軸の偏芯に応じて、波長λ２と波長λ３の光源の発光点を偏芯配置したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
基板厚と適用波長の組合せ（Ｔ，λ）が、（Ｔ１，λ１），（Ｔ２，λ１），（Ｔ２，λ２），（Ｔ３，λ３）、かつ基板厚がＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３、波長がλ１＜λ２＜λ３の関係である４種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、
波長λ１，λ２，λ３の３つの光源と、前記光源からの光束をカップリングする１以上のカップリングレンズと、（Ｔ１，λ１）の光記録媒体に最適化された１つの対物レンズと、他の種類の光記録媒体に集光したときの基板厚差による球面収差を補正する同心円状の回折構造を有する補正素子と、前記補正素子を保持する保持部材とを備え、
前記補正素子は、前記対物レンズの光軸に対して偏芯した際に発生する収差が主にコマ収差となる構造を有し、前記対物レンズとの組合せ特性として、
（Ｔ１，λ１）と（Ｔ２，λ１）の光記録媒体に対しては、波長λ１に対応するカップリングレンズを対物レンズ光軸に一致する配置とし、
（Ｔ２，λ２）と（Ｔ３，λ３）の光記録媒体に対しては、前記対物レンズの光軸に対する前記補正素子の光軸の偏芯に応じて、波長λ２，λ３に対応するカップリングレンズを偏芯配置したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光情報処理装置において、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報処理装置に用いられる光ピックアップに係り、特に、光源の波長または光記録媒体の透明基板厚が異なることで、記録密度が異なる複数種類の光記録媒体に対して情報を記録，再生する際に、互換性を有する光ピックアップおよび光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０．６５ＧＢのＣＤ、記録容量４．７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上および大容量化の要求が強くなっている。
【０００３】
このような光記録媒体の記録密度を向上させる手段としては、光記録媒体に情報の書き込みまたは読み出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（以下、ＮＡという）を大きくすること、あるいは、光源の波長を短くすることにより、この対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットを小径化することが有効である。
【０００４】
そこで、例えば「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０．５０、光源の波長が７８０ｎｍとされているのに対して、「ＣＤ系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「ＤＶＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０．６５、光源の波長が６６０ｎｍとされている。そして、光記録媒体は、前述したように、さらなる記録密度の向上および大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズのＮＡを０．６５よりもさらに大きく、あるいは、光源の波長を６６０ｎｍよりもさらに短くすることが望まれている。
【０００５】
このような大容量の光記録媒体および光情報処理装置として、特許文献１に記載されているような、２つの規格が提案されている。１つは、青色の波長領域の光源とＮＡ０．８５の対物レンズを用いて、２２ＧＢ相当の容量確保を満足する「Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ」の規格（以下、ＢＤという）である。もう１つは、青色波長は同じであるが、ＮＡ０．６５の対物レンズを用いて、２０ＧＢ相当の容量確保を満足する「ＨＤ−ＤＶＤ」の規格（以下、ＨＤという）である。
【０００６】
前者はＤＶＤ系に比べ短波長化、高ＮＡ化の変更により大容量化を行い、後者は高ＮＡ化を行わない代わりに信号処理の工夫により線記録密度の向上を可能とし、ランド・グルーブ記録の採用により大容量化を行っている。
【０００７】
また、ＢＤとＨＤは、光源の発振波長が４０５ｎｍ程度の青紫色半導体レーザ光源を用いる点で共通しているが、光記録媒体は基板厚がそれぞれ０．１ｍｍ、０．６ｍｍと異なる。
【０００８】
ＢＤとＨＤのような高密度な情報の記録および／または再生を行える光ピックアップであっても、従来から大量に供給されたＣＤ、ＤＶＤに対しても情報の記録および／または再生を確保する必要がある。さらに、ＢＤ、ＨＤの規格が同時に普及した場合は、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光学系を一体にすることが望ましい。
【０００９】
そして、記録，再生すべき光記録媒体の種類に応じて、適切な波長の光源を選択し、この選択した光束に対して適切な光学処理を施し、それぞれの光記録媒体の基板厚の違いによって生じる球面収差を補正することが望ましい。
【００１０】
４つの異なる光記録媒体を１つの光ピックアップを用いて記録あるいは再生するものとしては、２つの対物レンズを用いる手段が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−３３９７１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記の特許文献２の手段では、２つの対物レンズを用いるため、部品点数が多くなり、小型化，低コスト化に適さない。さらに、光記録媒体に応じて、対物レンズを可動させる必要があるため、アクチュエータの機構が複雑となる上、情報へのアクセス時間がかかるという課題が生じる。
【００１２】
４種類の光記録媒体を記録，再生する互換型の光ピックアップにおいて、小型化，低コスト化を実現させるためには、対物レンズを含めて、共通の光学系で達成されることが望ましい。
【００１３】
使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズで、異なる基板厚を有する４種類の光記録媒体の記録面に、必要なＮＡ（開口数）で光束を収束する光ピックアップおよび光情報処理装置として、同心円状の回折構造を有する収差補正素子を使用する方法が提案されている。
【００１４】
この場合、対物レンズと収差補正素子との光軸が精度良く一致していれば、記録，再生すべき光記録媒体の種類に応じて、適切な光学処理を施し、それぞれの光記録媒体の基板厚の違いによって生じる球面収差を補正できる。
【００１５】
しかしながら、対物レンズの光軸に対して収差補正素子が偏芯した場合には、それぞれの光記録媒体の基板厚の違いによって生じる球面収差を補正しきれなかったり、コマ収差が生じてしまう。
【００１６】
また、実際の組み付けに際しても、対物レンズと収差補正素子の光軸を精度良く一致させるのは非常に困難であり、前述した収差劣化を避けることが困難であった。
【００１７】
従来技術（特願２００７−６９７５）には、偏芯による収差劣化を抑制する一案として、横ズレによる波面劣化を低減すために、対物レンズに起因する波面の横ズレにより発生するコマ収差と、収差補正素子からの出射する発散光が持つ球面収差の横ズレにより発生するコマ収差を、逆方向に発生させることで低減させている。
【００１８】
この場合、収差補正素子からの出射する光束の発散角をより大きくする必要があるため、より多くの輪帯数が必要となる。つまり、回折構造のピッチが小さくなり、この回折構造のピッチが小さくなると、回折構造を製造するにあたり、難易度が上がることになる。
【００１９】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズで、異なる基板厚を有する４種類の光記録媒体の記録面に、必要な開口数（ＮＡ）で光束を収束すること、また、対物レンズ光軸に対する収差補正素子の偏芯（ズレ）で生じる収差劣化を抑制し、かつ回折構造のピッチのより大きな収差補正素子を提供することを目的している。
【００２０】
収差補正素子のみで偏芯で生じる収差劣化を抑制するためには、前述したように回折構造のピッチを小さくする必要があり、製造の難易度が上がる。本発明の目的は、偏芯で生じる収差劣化の抑制を、収差補正素子へ入射する光束の角度調整によって行うことができ、かつ回折構造のピッチがより大きい収差補正素子を提供することである。
【００２１】
つまり、本発明は、製造容易な回折構造を形成し、かつ対物レンズ光軸に対する収差補正素子の偏芯で生じる収差劣化を抑制することができる光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した発明は、基板厚，適用波長の異なる複数種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、波長の異なる複数の光源と、光源からの出射光をカップリングするカップリングレンズと、所定の基板厚に最適化されカップリングレンズからの出射光を光記録媒体の記録面上に集光する対物レンズと、光記録媒体の基板厚と、対物レンズを最適化した基板厚との基板厚差により生じる球面収差を補正する同心円状の回折構造を有する補正素子と、補正素子を保持する保持部材とを備え、対物レンズの光軸に対する補正素子の光軸の偏芯に応じて、少なくとも１つの光源の発光点を偏芯配置したことにより、対物レンズの光軸に対し収差補正素子の光軸が偏芯した場合に生じる収差劣化を抑制することができる。
【００２３】
また、請求項２に記載した発明は、基板厚，適用波長の異なる複数種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、波長の異なる複数の光源と、光源からの出射光をカップリングするカップリングレンズと、所定の基板厚に最適化されカップリングレンズからの出射光を光記録媒体の記録面上に集光する対物レンズと、記録媒体の基板厚と、対物レンズを最適化した基板厚との基板厚差により生じる球面収差を補正する同心円状の回折構造を有する補正素子と、補正素子を保持する保持部材とを備え、対物レンズの光軸に対する補正素子の光軸の偏芯に応じて、少なくとも１つのカップリングレンズの光軸を偏芯配置したことにより、対物レンズの光軸に対し収差補正素子の光軸が偏芯した場合に生じる収差劣化を抑制することができる。
【００２４】
また、請求項３に記載した発明は、基板厚と適用波長の組合せ（Ｔ，λ）が、（Ｔ１，λ１），（Ｔ２，λ１），（Ｔ２，λ２），（Ｔ３，λ３）、かつ基板厚がＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３、波長がλ１＜λ２＜λ３の関係である４種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、波長λ１，λ２，λ３の３つの光源と、光源からの光束をカップリングする１以上のカップリングレンズと、（Ｔ１，λ１）の光記録媒体に最適化された１つの対物レンズと、他の種類の光記録媒体に集光したときの基板厚差による球面収差を補正する同心円状の回折構造を有する補正素子と、補正素子を保持する保持部材とを備え、補正素子は、対物レンズの光軸に対して偏芯した際に発生する収差が主にコマ収差となる構造を有し、対物レンズとの組合せ特性として、（Ｔ１，λ１）と（Ｔ２，λ１）の光記録媒体に対しては、光源を対物レンズの光軸に一致する配置とし、（Ｔ２，λ２）と（Ｔ３，λ３）の光記録媒体に対しては、対物レンズの光軸に対する補正素子の光軸の偏芯に応じて、波長λ２と波長λ３の光源の発光点を偏芯配置したことにより、対物レンズ光軸に対する収差補正素子光軸の偏芯により生じる収差を、（Ｔ１，λ１）と（Ｔ２，λ１）の光記録媒体に対しては同時に許容範囲を満足し、（Ｔ２，λ２）と（Ｔ３，λ３）の光記録媒体に対しては光源を偏芯配置することにより、収差補正素子に入射する光束の角度調整をして偏芯による収差劣化を抑制することができる。
【００２５】
また、請求項４に記載した発明は、基板厚と適用波長の組合せ（Ｔ，λ）が、（Ｔ１，λ１），（Ｔ２，λ１），（Ｔ２，λ２），（Ｔ３，λ３）、かつ基板厚がＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３、波長がλ１＜λ２＜λ３の関係である４種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうち１以上行う光ピックアップにおいて、波長λ１，λ２，λ３の３つの光源と、光源からの光束をカップリングする１以上のカップリングレンズと、（Ｔ１，λ１）の光記録媒体に最適化された１つの対物レンズと、他の種類の光記録媒体に集光したときの基板厚差による球面収差を補正する同心円状の回折構造を有する補正素子と、補正素子を保持する保持部材とを備え、補正素子は、対物レンズの光軸に対して偏芯した際に発生する収差が主にコマ収差となる構造を有し、対物レンズとの組合せ特性として、（Ｔ１，λ１）と（Ｔ２，λ１）の光記録媒体に対しては、波長λ１に対応するカップリングレンズを対物レンズ光軸に一致する配置とし、（Ｔ２，λ２）と（Ｔ３，λ３）の光記録媒体に対しては、対物レンズの光軸に対する補正素子の光軸の偏芯に応じて、波長λ２，λ３に対応するカップリングレンズを偏芯配置したことにより、対物レンズ光軸に対する収差補正素子光軸の偏芯により生じる収差を、（Ｔ１，λ１）と（Ｔ２，λ１）の光記録媒体に対しては同時に許容範囲を満足し、（Ｔ２，λ２）と（Ｔ３，λ３）の光記録媒体に対しては波長λ２，λ３に対応のカップリングレンズを偏芯配置することにより、収差補正素子に入射する光束の角度調整をして偏芯による収差劣化を抑制することができる。
【００２６】
また、請求項５に記載した発明は、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して記録，再生，消去のうち１以上行う光情報処理装置において、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことにより、４種類の光記録媒体に対して、発生する収差を補正し、かつ効率低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、対物レンズの光軸に対して収差補正素子の光軸が偏芯することで生じる収差劣化を抑制して、組み付け公差を大きくでき、かつ回折構造のピッチを大きくすることが可能なため回折構造の製造が容易となり製造公差も大きくできる高精度な光ピックアップと、これを用いることで高精度な情報の記録，再生が可能な光情報処理装置を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施形態１における光ピックアップの概略構成を示す図である。図１に示すように、単一の対物レンズ１０６で、異なる光源波長を用いて、４種類の光記録媒体（ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系）を異なる有効瞳半径で記録または再生を行う互換型の光ピックアップである。
【００３０】
ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系の光記録媒体１０７，１１７，１２７，１３７の基板厚は、それぞれ０．１ｍｍ，０．６ｍｍ，０．６ｍｍ，１．２ｍｍであり、それぞれＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系の光記録媒体に対応する。開口数は、それぞれＮＡ０．８５，ＮＡ０．６５，ＮＡ０．６５，ＮＡ０．４５であり、また第１，第２，第３の光源の波長λ１，λ２，λ３は、それぞれ４０５ｎｍ，６６０ｎｍ，７８５ｎｍである。
【００３１】
図１に示す光ピックアップは、ＢＤ系光記録媒体１０７，ＨＤ系光記録媒体１１７に対して、半導体レーザ１０１，コリメートレンズ１０２，プリズム１０４，１／４波長板１０５，対物レンズ１０６，偏光ビームスプリッタ１０３，検出レンズ１０８，受光素子１１０，収差補正素子５０１により構成される。第１の光源である半導体レーザ１０１の中心波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ１０６の開口数（ＮＡ）は０．８５である。ＨＤ系光記録媒体１１７に対する対物レンズ１０６の開口数（ＮＡ）は０．６５であり、このＮＡの切替えは収差補正素子５０１により制限される。ＢＤ系光記録媒体１０７の基板厚は０．１ｍｍ、ＨＤ系光記録媒体１１７の基板厚は０．６ｍｍとする。
【００３２】
半導体レーザ１０１の出射光は、コリメートレンズ１０２により略平行光にされる。コリメートレンズ１０２を通過した光は偏光ビームスプリッタ１０３に入射し、プリズム１０４より偏向される。そして、１／４波長板１０５，収差補正素子５０１，対物レンズ１０６を介して集光されることにより、情報の記録，再生がされる。ＢＤ系光記録媒体１０７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、偏光ビームスプリッタ１０３により入射光と分離して偏向され、検出レンズ１０８により受光素子１１０上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００３３】
また、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、中心波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１３０ａから出射した光は、発散角変換レンズ１３２，波長選択性ビームスプリッタ１３３を経て、プリズム１０４により偏向される。そして、１／４波長板１０５，収差補正素子５０１，対物レンズ１０６を介して、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に集光される。このＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚は０．６ｍｍであり、対物レンズ１０６のＮＡは０．６５である。ＮＡの切替えは、収差補正素子５０１により制限される。ＤＶＤ系光記録媒体１２７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１３３により偏向され、ホログラム素子１３０ｂにより入射光と分離して受光素子１３０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００３４】
さらに、ＣＤ系光記録媒体１３７に対して、中心波長が７８５ｎｍの半導体レーザ１４０ａから出射した光は、発散角変換レンズ１４２，波長選択性ビームスプリッタ１４３を経て、プリズム１０４により偏向される。そして、１／４波長板１０５，収差補正素子５０１，対物レンズ１０６を介して、ＣＤ系光記録媒体１３７に集光される。このＣＤ系光記録媒体１３７の基板厚は１．２ｍｍであり、対物レンズのＮＡは０．４５である。ＮＡの切替えは、収差補正素子５０１により制限される。ＣＤ系光記録媒体１３７からの反射光は対物レンズ１０６，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１４３により偏向され、ホログラム素子１４０ｂにより入射光と分離して受光素子１４０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【００３５】
ここで、対物レンズ１０６は厚さ０．１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７を高精度に記録，再生できるように最適に設計されている。設計波長は４０５ｎｍであり、４０５ｎｍでは波面収差が０．０１λｒｍｓ以下と十分小さくなるよう設計されている。なお、本実施形態１の対物レンズ１０６は、厚さ０．１ｍｍのＢＤ系光記録媒体１０７に最適に設計されているが、これに限定されるものではない。例えば、情報記録面を２層有する２層のＢＤ系光記録媒体では、情報記録面は光の入射側から０．０７５ｍｍと０．１ｍｍの位置に有するため、その中間値の厚さ０．０８７５ｍｍを設計中央値とするように、異なる厚さの基板厚に最適設計されていても良い。
【００３６】
本実施形態１における対物レンズ１０６は両面非球面形状であり、面の頂点を原点とし、光源から光記録媒体へ向かう光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、ｒを近軸曲率半径、κを円錐形数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，・・・を非球面係数とするとき、面の光軸方向の距離ｘと半径Ｒの関係より、非球面形状は、（数１）
【００３７】
【数１】
2009043386.tif 000003
で表される。各面および各領域の面データを（表１）に示す。
【００３８】
【表１】
2009043386.tif 000004
ここで、ガラスの硝材は住田光学製のＫＶＣ８１、対物レンズの有効瞳半径は２．１５ｍｍである。なお、対物レンズ１０６の材料としては、ガラスに限らず、樹脂を用いても良い。
【００３９】
図２〜図５は収差補正素子５０１を説明するための図であり、図２，図３は拡大された断面図、図４，図５は各回折面を示す図である。
【００４０】
収差補正素子５０１は、ＨＤ系光記録媒体１１７に対して、４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した光が、対物レンズ１０６で基板厚の違いにより発生する球面収差と、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、中心波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１３０ａから出射した光と、ＣＤ系光記録媒体１３７に対して、中心波長が７８０ｎｍの半導体レーザ１４０ａから出射した光が、基板厚の違いと、波長の違いにより発生する球面収差を補正するための互換素子である。さらに、収差補正素子５０１は、それぞれの光記録媒体に対して、対物レンズ１０６の開口切替えするための開口制限の機能を有する。
【００４１】
図２は本実施形態１における収差補正素子５０１と対物レンズ１０６の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、収差補正素子５０１と対物レンズ１０６は、鏡筒１２１により同軸で一体化されている。具体的には、円筒状の鏡筒１２１の一端に、収差補正素子５０１を固定し、他端に対物レンズ１０６を固定して、これらを光軸に沿って同軸に一体化した構成となっている。対物レンズ１０６は、主として鏡筒１２１の内側に凸の形状をしたレンズ面を有する。
【００４２】
いま、ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１０７，１１７，１２７，１３７を記録，再生するときに、対物レンズ１０６はトラッキング制御により、光軸に対して垂直方向に±０．５ｍｍ程度の範囲内で移動する。ところが、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７に対しては、収差補正素子５０１により回折を受けるため、収差補正素子５０１が移動せずに、対物レンズ１０６だけが移動すると、収差が発生して集光スポットが劣化してしまう。
【００４３】
そこで、収差補正素子５０１と対物レンズ１０６を一体化させ、トラッキング制御時に一体で移動させることにより、良好な集光スポットを得る構成としている。なお、収差補正素子５０１または対物レンズ１０６の少なくとも一方にフランジを設け、このフランジを介して直接一体化する構成にしても良い。また、対物レンズ１０６と鏡筒１２１、さらには対物レンズ１０６，鏡筒１２１，収差補正素子５０１すべてが一体化する構成にしても良い。
【００４４】
図３に本実施形態１の収差補正素子５０１の断面図を示す。収差補正素子５０１は、回折構造が形成されている第１の回折面５０２と第２の回折面５０３を有する。なお、第１の回折面５０２と第２の回折面５０３の配置は逆であっても良い。また、個別の素子にそれぞれの回折面が形成されていても良い。ここでいう回折面とは、垂直断面形状を凹凸形状とした回折構造が形成されている面である。平板面または曲面の一部に回折構造が形成されていれば良く、回折構造が形成されていない領域があって良い。
【００４５】
また、収差補正素子５０１の材料として樹脂を用いる。樹脂は、ガラスと比べて軽く、かつ成型加工が容易であるため大量生産がしやすい。本実施形態１の収差補正素子５０１は対物レンズ１０６の可動部１２０に搭載され、対物レンズ１０６と一体駆動するため、軽い方が望ましい。樹脂として例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いる。ＰＭＭＡは、高い透明性，耐候性を有し、特に射出成形に適合する強みがあるため光学部品に最も広く使用されている樹脂の１つである。また吸湿が小さい日本ゼオン社製の光学樹脂であるＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス：登録商標）を用いても良い。さらに、収差補正素子５０１の材料としては、紫外線硬化樹脂を含むあらゆる光学樹脂、光学ガラスに適応可能である。
【００４６】
そして、第１の回折面５０２は、図４に示すように光束が通過する範囲内に、同心円状に分割された３つの領域、第１の中心領域５０２ａ、第２の中心から２番目の領域５０２ｂ、第３の中心から３番目の領域５０２ｃを有する。
【００４７】
中心領域５０２ａはＣＤ系光記録媒体１３７に対するＮＡ０．４５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．２５ｍｍと設定する。中心領域５０２ａには、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２，第３の光束を回折させる回折構造が形成されている。
【００４８】
２番目の領域５０２ｂは、ＣＤ系光記録媒体１３７に対するＮＡ０．４５の領域からＤＶＤ系光記録媒体１２７に対するＮＡ０．６５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．２５ｍｍから１．７１５ｍｍに設定する。２番目の領域５０２ｂには、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＤＶＤ系光記録媒体１２７の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように、第２の光束を回折させ、かつ第３の光束は、ＣＤ系光記録媒体１３７の記録面に集光しないような回折構造が形成されている。
【００４９】
３番目の領域５０２ｃは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対するＮＡ０．６５からＢＤ系光記録媒体１０７に対するＮＡ０．８５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．７１５ｍｍから２．１５ｍｍに設定する。３番目の領域５０２ｃは回折構造が形成されない平坦部であり、第１，第２，第３の光束をそのまま透過させるため、ＢＤ系光記録媒体１０７に対しては対物レンズ１０６より集光され、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７に対しては集光されない構造となる。
【００５０】
したがって、第１の回折面５０２は、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対して、第２，第３の光束で発生する収差を補正し、かつ開口を切り替えるような構成となり、良好なスポットを形成できる。
【００５１】
また、収差補正素子５０１の中心領域５０２ａの断面は、図３に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、４つの段数を有する。ここで、段数とは、最下段も含めて数えている。輪帯状凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。
【００５２】
輪帯状凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対しては、−１次回折光、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては、−２次回折光を用い、それぞれで発生する収差を補正するよう設定される。
【００５３】
第１の回折面５０２の光路差関数は、（数２）
【００５４】
【数２】
2009043386.tif 000005
と定義される。
【００５５】
ただし、光軸垂直面の光軸と交わる点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、φは光路差関数、Ｒは半径（光軸からの距離）、Ｃ１，Ｃ２，・・・は光路差係数である。中心領域５０２ａの面における光路差係数を（表２）に示す。
【００５６】
【表２】
2009043386.tif 000006
収差補正量がより大きいＣＤ系光記録媒体１３７に対して用いる回折光の次数の方を、ＤＶＤ系光記録媒体１２７より大きくすると、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１２７，１３７に対して同時に、収差を補正することが可能となる。つまり、第１，第２，第３の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ１１，Ｎ１２，Ｎ１３とするとき、｜Ｎ１１｜＜｜Ｎ１２｜＜｜Ｎ１３｜の関係が成り立つ必要がある。
【００５７】
本実施形態１では、Ｎ１１＝０，Ｎ１２＝−１，Ｎ１３＝−２としている。これは用いる次数は小さい方が、回折効率が高いためである。
【００５８】
また、収差補正素子５０１の２番目の領域５０２ｂの断面は、図３に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状の凹凸部からなる。各輪帯状の凹凸部は階段形状であり、５つの段数を有する。輪帯状の凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。
【００５９】
この輪帯状の凹凸部のピッチは、ＤＶＤ系光記録媒体１２７に対して、発生する収差を補正するよう設定される。したがって、第１，第２の光束で最も強く発生する回折光の次数を、それぞれＮ２１，Ｎ２２とするとき、｜Ｎ２１｜＜｜Ｎ２２｜が成り立つよう設定する。本実施形態１ではＮ２１＝０，Ｎ２２＝＋１を用いた。
【００６０】
２番目の領域５０２ｂの光路差係数を（表３）に示す。
【００６１】
【表３】
2009043386.tif 000007
２番目の領域５０２ｂは、ＣＤ系光記録媒体１３７に対しては開口を制限する機能を有するよう、−２次回折光が発生しない階段状の溝深さが設定されている。
【００６２】
図６（ａ）はＣＤ系光記録媒体上に集光するときの光束、図６（ｂ）はＣＤ系光記録媒体上に形成されるスポットを示す図である。中心領域５０２ａを通過する光束は−２次回折光として、ＣＤ系光記録媒体１３７上に集光される。一方、２番目の領域５０２ｂを通過する光束は、０次回折光として、そのまま透過するため、ＣＤ系光記録媒体１３７上では、集光せず周辺にフレア光として大きく広がり、記録再生に影響しない。
【００６３】
また、収差補正素子５０１の第２の回折面５０３は、図５に示すように光束が通過する範囲内に、同心円状に分割された２つの領域（中心領域５０３ａ、２番目の領域５０３ｂ）を有する。
【００６４】
中心領域５０３ａはＨＤ系光記録媒体１１７に対するＮＡ０．６５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．６ｍｍと設定する。中心領域５０３ａには、波長４０５ｎｍの第１の光束をそのまま透過させ、ＢＤ系光記録媒体１０７に集光し、かつＨＤ系光記録媒体１１７の基板厚の違いにより生じる球面収差を補正するように、第１の光束を回折させる回折構造が形成されている。
【００６５】
つまり、第２の回折面５０３は入射光の一部を０次回折光、一部を±１次以上の回折光として出射するため、対物レンズ１０６と組み合わせた２焦点レンズの構成となる。同じ波長で、異なる基板厚を有するＢＤ系，ＨＤ系光記録媒体１０７，１１７上にそれぞれ回折限界まで集光するスポットを形成する。この回折面により、回折された光束と回折されない光束は、光軸上の異なる焦点位置に集光され、それぞれの光記録媒体上にスポットを形成する。
【００６６】
そして、一方の焦点で情報の記録再生をしているときには、他方の焦点を集光点とする光束は大きく広がっており光強度は小さく、記録再生には影響を与えない。
【００６７】
２番目の領域５０３ｂは、ＨＤ系光記録媒体１１７に対するＮＡ０．６５からＢＤ系光記録媒体１０７に対するＮＡ０．８５の領域に相当し、本実施形態１では半径１．６ｍｍから２．２ｍｍに設定する。２番目の領域５０３ｂは回折構造が形成されない平坦部であり、第１，第２，第３の光束をそのまま透過させるため、ＢＤ系光記録媒体１０７に対しては対物レンズ１０６より集光され、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７に対しては集光されない構造となる。
【００６８】
したがって、第２の回折面５０３は、ＨＤ系光記録媒体１１７に対して発生する収差を補正し、かつ開口を切り替えるような構成となり、良好な集光スポットを得ることができる。
【００６９】
また、収差補正素子５０１の中心領域５０３ａの断面は図３に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、３つの段を有する。輪帯状凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。
【００７０】
輪帯状凹凸部のピッチは、ＨＤ系光記録媒体１１７に対しては、＋１次回折光で収差を補正するよう設定される。中心領域５０３ａ面の光路差係数を（表４）に示す。
【００７１】
【表４】
2009043386.tif 000008
次に、第２の回折面５０３の各段の溝深さについて説明する。中心領域５０３ａは、第１の光束に対しては、対物レンズ１０６と組み合わせて２焦点レンズの構成となるため、０次回折光と＋１次回折光を発生するよう、さらに、第２，第３の光束に対しては、０次回折光の効率が良くなるように、回折構造の溝深さを設定することが望ましい。
【００７２】
なお、本実施形態１は、材料をＰＭＭＡ、段数を３段、回折光の次数を０次と１次に設定したが、これに限定されるものではない。また、０次回折光と＋１次回折光の効率配分をほぼ同じに設定したが、使用方法に応じて、効率配分を変えることが望ましい。回折構造の溝深さを浅くすれば０次透過光が増し、深くすれば＋１次回折光が増すことから、例えばＢＤ系光記録媒体１０７は記録再生、ＨＤ系光記録媒体１１７は再生のみに対応させるような場合は、０次回折光の配分を増やせば良い。
【００７３】
また、２番目の領域５０３ｂは、回折構造のない平坦部になっている。図３に示す２番目の領域５０３ｂの平坦部の高さは、回折構造の最下段に対して第１の光束の波長の整数倍になるように設定する。本実施形態１では、回折構造の最下段と同じ高さに設定した。
【００７４】
この２番目の領域５０３ｂの平坦部を透過した光束は、ＨＤ系光記録媒体１１７に対して、スポット形成には不要光となる。つまり、ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１７，１２７，１３７上では、図６（ｂ）に示したのと同様にフレア光として大きく広がる。
【００７５】
また、第２の回折面５０３の実形状を図３に示す。この回折面と対物レンズ１０６の組合せにより、２焦点レンズを実現し、ＢＤ系，ＨＤ系光記録媒体１０７，１１７に良好な集光スポットを形成し、第２，第３の光束に対しては、０次回折光として効率よく透過させる。
【００７６】
本実施形態１における収差補正素子の外形形状について、説明する。図４，図５に示したように、収差補正素子５０１の外形の形状は、回折部と平坦部との境界と同様の円形状とする。なお、円形状とは、多角形を含み、図７のような８角形においても、同様の効果が得られる。
【００７７】
そして、本実施形態１における収差補正素子５０１は、その回折構造が対物レンズ１０６に対して偏芯した場合に、第１，第２，第３の光束のうち少なくとも１つの光束において、主にコマ収差を発生する構造を有している。
【００７８】
以下では、第１の波長λ１：４０５ｎｍのＢＤ系，ＨＤ系に対しては光源を対物レンズ光軸に一致する配置とし、（Ｔ２，λ２）＝（基板厚：０．６ｍｍ，適用波長：６６０ｎｍ）のＤＶＤ系光記録媒体と、（Ｔ３，λ３）＝（基板厚：１．２ｍｍ，適用波長：７８５ｎｍ）のＣＤ系光記録媒体に対しては、対物レンズ１０６の光軸に対する収差補正素子５０１の光軸の偏芯に対し、波長λ２と波長λ３の光源の発光点を偏芯配置した場合について説明する。
【００７９】
図８，図９はＤＶＤ系，ＣＤ系のそれぞれにおいて、収差補正素子５０１の光軸の偏芯量（素子シフト）に対する収差の関係を示す図である。なお、ワーキングディスタンス（以下：ＷＤという）はＣＤ系のＷＤを０．５ｍｍとした。偏芯によって発生する収差が主にコマ収差となっていることがわかる。
【００８０】
図１０，図１１はＤＶＤ系，ＣＤ系のそれぞれにおいて、収差補正素子５０１に入射する光束の角度（画角）に対する収差の関係を示す図である。ここでも発生する収差が主にコマ収差となっているため、偏芯によって発生したコマ収差を補正するために収差補正素子５０１への入射光束の角度を調整し場合、コマ収差をキャンセルでき、また角度調整によって生じるコマ収差以外の収差は抑制することができる。
【００８１】
なお、ここでいう、「主に」という意味は偏芯，画角によって生じるコマ収差，球面収差，非点収差，高次収差をそれぞれΔＣＯＭＡ，ΔＳＡ，ＡＳ，Δｈｉｇｈとすると「ΔＣＯＭＡ＜ΔＳＡ，ΔＣＯＭＡ＜ＡＳ，ΔＣＯＭＡ＜Δｈｉｇｈ」となっていることを表す。
【００８２】
このような構成とすると、偏芯によるコマ収差を収差補正素子５０１への入射光の角度を調整することでキャンセルすることができ、光ピックアップ全体のコマ収差を低減できる。
【００８３】
本実施形態１では、収差補正素子５０１の回折構造が対物レンズ１０６に対して軸ズレした場合に発生する収差劣化の低減を、収差補正素子の偏芯に対して同一方向または逆方向に光源の発光点を適切な量だけ動かすことで行う。光源の発光点を調整して収差補正素子５０１に傾いて光束を入射させることで、偏芯によって生じたコマ収差をキャンセルするようにコマ収差を発生させることができる。
【００８４】
図１２は対物レンズ１０６の光軸に対して、収差補正素子５０１が偏芯した際の光源の調整方向を示している。なお、本実施形態１では、収差補正素子５０１の偏芯方向とは逆の方向に光源を偏芯配置とする例を挙げているが、ＷＤを調整して、収差補正素子５０１の偏芯方向と同じ方向に光源を偏芯配置としても良い。
【００８５】
また、図１３は（Ｔ１，λ１）＝（基板厚：０．０８７５ｍｍ，適用波長：４０５ｎｍ）のＢＤ系光記録媒体に最適化された対物レンズ１０６との組合せ特性として、（Ｔ２，λ２）＝（基板厚：０．６ｍｍ，適用波長：６６０ｎｍ）のＤＶＤ系光記録媒体に対する偏芯と波面収差の補正結果を示す図である。横軸は収差補正素子５０１の対物レンズ１０６に対する偏芯量、縦軸に光源位置調整（ＬＤシフト）の前後における波面収差の関係を示しており、光源位置調整（ＬＤシフト）によって良好に収差補正がなされていることがわかる。
【００８６】
例えば、偏芯３０μｍの場合、光源位置調整前ではで０．０２λｒｍｓの収差劣化（Ｔｏｔａｌ：０．０４λｒｍｓ）であるが、収差補正素子５０１の偏芯方向と逆方向に光源位置調整（ＬＤシフト）を行うと、収差劣化を０．００６λｒｍｓ以下（Ｔｏｔａｌ：０．０２２λｒｍｓ）にできる。偏芯８０μｍの場合にはＬＤシフトを行えば、０．０１５λｒｍｓの収差劣化（Ｔｏｔａｌ：０．０３７λｒｍｓ）となる。したがって、収差劣化を０．０２λｒｍｓまで許容する場合には偏芯８０μｍまで許容されることになる。
【００８７】
また、図１４は（Ｔ１，λ１）＝（基板厚：０．０８７５ｍｍ，適用波長：４０５ｎｍ）のＢＤ系光記録媒体に最適化された対物レンズ１０６との組合せ特性として（Ｔ３，λ３）＝（基板厚：１．２ｍｍ，適用波長：７８５ｎｍ）のＣＤ系光記録媒体に対する偏芯と波面収差の補正結果を示す図である。偏芯５０μｍの場合、ＬＤシフトの調整前ではで０．０１４λｒｍｓの収差劣化（Ｔｏｔａｌ：０．０３λｒｍｓ）である。そこで、収差補正素子の偏芯方向と逆方向に光源の位置調整を行うと、収差劣化は０．００７λｒｍｓ（Ｔｏｔａｌ：０．０１７λｒｍｓ）に改善する。偏芯１００μｍの場合にＬＤシフトを行えば、収差劣化は０．０１３λｒｍｓ（Ｔｏｔａｌ：０．０３λｒｍｓ）となる。したがって、収差劣化を０．０２λｒｍｓまで許容する場合には偏芯１００μｍまで許容されることになる。
【００８８】
前述の説明では、ＤＶＤ系とＣＤ系の光源を単独で調整する場合を挙げたが、ＤＶＤ系とＣＤ系の光源が１チップ内に形成された２波長の半導体レーザ（ＬＤ）を用いる際にも、光源位置調整によってＤＶＤ系とＣＤ系の偏芯による収差劣化を同時に低減させても良い。
【００８９】
本実施形態１のように、対物レンズ１０６の光軸に対して収差補正素子５０１が偏芯した場合に、光源を収差補正素子５０１の偏芯に対して位置調整を行うことで光ピックアップ全体の収差を低減し、組み付け公差を大きくすることができる。
【００９０】
なお、収差補正素子５０１の偏芯方向に対する光源の調整方向を、収差補正素子５０１の偏芯に対して同一方向にするか、または逆方向にするかはＷＤよって変化する。
【００９１】
本実施形態１では収差補正素子の偏芯方向と逆方向に光源位置調整を行う場合を挙げたが、ＷＤを選択して収差補正素子の偏芯方向と同一方向に位置調整を行うような収差補正素子の構造にしても良い。
【００９２】
また、図１５は、（Ｔ１，λ１）＝（基板厚：０．０８７５ｍｍ，適用波長：４０５ｎｍ）のＢＤ系光記録媒体に最適化された対物レンズ１０６との組合せ特性として（Ｔ２，λ１）＝（基板厚：０．６ｍｍ，適用波長：４０５ｎｍ）のＨＤ系光記録媒体の光軸の偏芯量（素子シフト）に対する収差の関係を示す図である。偏芯５０μｍの場合、波面収差の劣化量は０．００４３λｒｍｓである。
【００９３】
前述したように、ＤＶＤ系で収差劣化を０．０２λｒｍｓまで許容する場合、光源調整を行うと偏芯８０μｍでも許容可能となる。ＨＤ系で偏芯８０μｍのときは収差劣化は０．０２λｒｍｓ以下であるため、光源位置の調整を行わなくても必要波面を得ることができる。
【００９４】
このように、本実施形態１では、ＢＤ系に最適化された対物レンズ１０６の光軸にλ１：４０５ｎｍの光源を一致する配置とすればＨＤ系に対しても必要波面収差を満たす構成にしている。このような構成にすると、組みつけが容易になるため好都合である。
【００９５】
本実施形態１ではＨＤ系において、収差補正素子５０１が対物レンズ１０６に対して偏芯しても、λ１：４０５ｎｍの光源の調整を行わない例を挙げたが、ＢＤ系とＨＤ系の収差許容量を満足する範囲内であれば、λ１の光源を位置調整し、偏芯による収差劣化を低減させても良い。
【００９６】
なお、前述した光源の調整量はこれに限るものではない。収差補正素子５０１に光束が傾いて入射することによりコマ収差が発生するので、光源の調整量はカップリングレンズの焦点距離ｆＣＬに依存する。光源をδだけ変位させることによるカップリングレンズ出射光の振れ角をθとすると、（数３）
【００９７】
【数３】
2009043386.tif 000009
なので、カップリングレンズの焦点距離が短いほど光源の調整量は少なくなる。
【００９８】
例えば、対物レンズ１０６と収差補正素子５０１の偏芯量がＹ方向に＋０．１ｍｍあった場合、カップリングレンズの焦点距離ｆＣＬが２２ｍｍの場合は、ＤＶＤ系用の光源をＹ方向に−０．３ｍｍ変位させることにより、波面収差を０．０３８λに改善させることができる。カップリングレンズの焦点距離ｆＣＬが１４．５ｍｍの場合は、光源をＹ方向に０．２ｍｍ変位させることにより波面収差を０．０４５λに改善させることができる。
【００９９】
つまり、（数３）からｆＣＬ：２２ｍｍの場合、０．３／２２≒０．０１４であり、ｆＣＬ：１４．５ｍｍの場合、０．２／１４．５≒０．０１４となり、光源調整によるカップリングレンズ出射光の振れ角がほぼ等しくなっている。
【０１００】
次に、本実施形態１の収差補正素子５０１について、詳細に説明する。前述したように本実施形態１の収差補正素子５０１は、この収差補正素子５０１の光軸と対物レンズ１０６の光軸とが横ズレした際に発生する収差が主にコマ収差となる回折構造が形成された構成である。
【０１０１】
収差補正素子５０１が横ズレした場合の収差の大きさと、横ズレによるコマ収差を補正する角度の調整量は、収差補正素子５０１の回折面設計時にＷＤで調整することができる。以下に、ＤＶＤ系，ＣＤ系についてのＷＤの調整について説明する。
【０１０２】
図１６はＤＶＤ系において、縦軸に収差補正素子が対物レンズに対して３０μｍ偏芯した際の収差と、偏芯によって生じたコマ収差をキャンセルするように収差補正素子への入射光の角度調整を行った後の収差を表す図である。図１６に示すように、ＷＤが０．５ｍｍ以上では、画角調整によって偏芯により発生した収差を完全に補正できることがわかる。偏芯による収差劣化を良好に補正するには本実施形態１の場合はＷＤを０．４ｍｍ以上にすることが望ましい。
【０１０３】
また、前述した従来技術（特願２００７−６９７５）では、偏芯に対して収差劣化を低減する方法として、回折面から光束の発散角度を大きくし、対物レンズに起因する波面の横ズレにより発生するコマ収差と、発散光が持つ球面収差の横ズレにより発生するコマ収差を逆方向に発生させるようにＷＤを選択している。この場合、回折光の発散角度を大きくするにはＷＤを大きくする必要があり、本実施形態１ではＷＤ：０．６５以上に相当する。しかし、一般的にＷＤが大きいほど回折構造のピッチは小さくなるため、回折構造の製造が困難となる。
【０１０４】
そこで、本実施形態１のように、偏芯による収差劣化に対して角度調整を行えば、ＷＤを小さく（本実施形態１のＷＤ：０．６５以下）しても収差劣化を補正できるため、回折構造のピッチを大きくすることができる。つまり、回折構造の製造を容易にすることができる。
【０１０５】
なお、ＷＤ：０．３付近では収差補正素子への入射角調整後も波面収差が入射角調整によって生じた収差劣化分を補正できていない。これは収差補正素子に角度を持って光束を入射させた場合に発生するコマ収差が小さいことに起因している。
【０１０６】
図１７は対物レンズの光軸に対して０．５度傾いた光束が収差補正素子に入射した際に発生するコマ収差を示す図である。図１７において、ＤＶＤ系ではＷＤ：０．３２でコマ収差がほぼ０となる。ＷＤ：０．３２付近では収差補正素子に入射する光束の角度調整によって生じるコマ収差が小さいため、偏芯によって生じたコマ収差を角度調整では完全にはキャンセルできないか、仮にキャンセルできても調整する角度を大きくしなければならないためコマ収差以外の収差成分が大きくなってしまう。
【０１０７】
なお、図２０に示すように、ＷＤ：０．３２では収差補正素子を出射する光束は平行光となっており、ＷＤが大きいほど収差補正素子を出射する光束の発散角は大きくなる。
【０１０８】
図１８はＤＶＤ系において３０μｍ偏芯した際に発生する収差成分を表す図である。図１８に示すように、コマ収差以外の収差成分はほぼ０であることがわかる。また、３０μｍ偏芯した際に発生するコマ収差の大きさは、ＷＤをＷＤ：０．６５から小さくしていくと、増加することがわかる。
【０１０９】
図１９はＤＶＤ系において３０μｍ偏芯した際に発生するコマ収差をキャンセルする光束の角度を示す図である。図１９に示すように、ＷＤを小さくしていくと、偏芯によって発生したコマ収差をキャンセルするには、光束の角度を大きく調整する必要があることがわかる。これは、ＷＤを小さくすると偏芯によるコマ収差は増加し、画角調整によって発生するコマ収差も小さくなるからである。
【０１１０】
以上の点から、偏芯によって生じたコマ収差を角度調整によってキャンセルするには、収差補正素子を出射した光束が少なくとも発散光となるようにＷＤを選択することが好ましい。
【０１１１】
また、図２１はＣＤ系において、縦軸に収差補正素子が対物レンズに対して３０μｍ偏芯した際の収差と、偏芯によって生じたコマ収差をキャンセルするように収差補正素子への入射光の角度調整を行った後の収差を表す図である。ＷＤが０．３５ｍｍ以上では、画角調整によって偏芯により発生した収差を良好に補正できることがわかる。
【０１１２】
そして、前述した従来技術（特願２００７−６９７５）のように、収差補正素子への入射光の角度調整をせずに偏芯に対して収差劣化を低減するには、回折面からの光束の出射角を大きくするためにＷＤを大きくする必要があるが、一般的にＷＤが大きいほど回折構造のピッチは小さくなる。本実施形態１ではＷＤをＷＤ：０．５５以下にしても偏芯による収差劣化を補正できるため回折構造のピッチを大きくすることができ、回折構造の製造を容易にすることができる。
【０１１３】
図１７は対物レンズの光軸に対して０．５度傾いた光束が収差補正素子に入射した際に発生するコマ収差を示す図である。図１７において、ＣＤ系ではＷＤ：０．２６でコマ収差がほぼ０となる。ＷＤ：０．２６付近では収差補正素子に入射する光束の角度調整によって生じるコマ収差が小さいため、差偏芯によって生じたコマ収差を角度調整では完全にはキャンセルできないか、仮にキャンセルできても調整角度を大きくしなければならないためコマ収差以外の収差成分が大きくなってしまう。
【０１１４】
なお、図２０に示すように、ＷＤ：０．２６では収差補正素子を出射する光束は平行光となっており、ＷＤが大きいほど収差補正素子を出射する光束の発散角は大きくなる。
【０１１５】
図２２はＣＤ系において３０μｍ偏芯した際に発生する収差成分を表す図である。図２２に示すように、コマ収差以外の収差成分はほぼ０であることがわかる。また、３０μｍ偏芯した際に発生するコマ収差の大きさは、ＷＤをＷＤ：０．５５から小さくしていくと、増加することがわかる。
【０１１６】
図１９はＣＤ系において３０μｍ偏芯した際に発生するコマ収差をキャンセルする光束の角度を示す図である。図１９に示すように、ＷＤを小さくしていくと、偏芯によって発生したコマ収差をキャンセルするには、光束の角度を大きく調整する必要があることがわかる。これは、ＷＤを小さくすると偏芯によるコマ収差は増加し、画角調整によって発生するコマ収差も小さくなるからである。
【０１１７】
以上の点から、偏芯によって生じたコマ収差を角度調整によってキャンセルするには、収差補正素子を出射した光束が少なくとも発散光となるようにＷＤを選択することが好ましい。
【０１１８】
次に、収差補正素子の偏芯方向に対する、光源の調整方向について説明する。図１９にＤＶＤ系，ＣＤ系の３０μｍ偏芯した際に発生するコマ収差をキャンセルする光束において、対物レンズの光軸に対する角度を表す図で、縦軸の符号は、収差補正素子の偏芯方向と同じ方向に光源を偏芯配置した際の光束角度がプラスとなるようにとっている。
【０１１９】
図１９に示すように、ＤＶＤ系はＷＤ：０．６５以下では光源の調整方向は収差補正素子の偏芯方向と逆方向に光源を偏芯配置させ、ＷＤ：０．６５より大きい場合は、光源は収差補正素子の偏芯方向と同方向に光源を偏芯配置とする。同様に、ＣＤ系はＷＤ：０．５５以下では光源の調整方向は収差干し素子の偏芯方向と逆方向に光源を偏芯配置させ、ＷＤ：０．５５より大きい場合は、光源は収差補正素子の偏芯方向と同方向に光源を偏芯配置させる。
【０１２０】
また、ＤＶＤ系とＣＤ系の光源が１チップ内に形成された２波長ＬＤを用いる際には、ＤＶＤ系とＣＤ系を同じ方向に偏芯配置させて収差劣化分をキャンセルできるように、ＷＤはＷＤ：０．５５以下かＷＤ：０．６５以上にすることが好ましい。
【０１２１】
本発明の実施形態２について説明する。前述の実施形態１では収差補正素子への入射角の調整方法として、光源の発光点を調整する例を挙げたが、本実施形態２では収差補正素子への入射角の調整をカップリングレンズ（ＣＬ）の位置調整により行った例を説明する。
【０１２２】
以下では、第１の波長λ１：４０５ｎｍのＢＤ系，ＨＤ系に対してはカップリングレンズ（図１に示すコリメートレンズ１０２）を対物レンズ光軸に一致する配置とし、（Ｔ２，λ２）＝（基板厚：０．６ｍｍ，適用波長：６６０ｎｍ）のＤＶＤ系光記録媒体と、（Ｔ３，λ３）＝（基板厚：１．２ｍｍ，適用波長：７８５ｎｍ）のＣＤ系光記録媒体に対しては、対物レンズ１０６の光軸に対する収差補正素子５０１の光軸の偏芯に対し、波長λ２と波長λ３に対応するカップリングレンズ（図１に示す発散角変換レンズ１３２，１４２）を偏芯配置した場合について説明する。
【０１２３】
図２３は本実施形態２のカップリングレンズの調整方向を示している。本実施形態２では、収差補正素子５０１の偏芯方向と同じ方向にカップリングレンズの調整方向を偏芯配置とする例を挙げているが、収差補正素子５０１のＷＤを調整して、収差補正素子５０１の偏芯方向と同じ方向に光源を偏芯配置としても良い。
【０１２４】
図２４は（Ｔ１，λ１）＝（基板厚：０．０８７５ｍｍ，適用波長：４０５ｎｍ）のＢＤ系光記録媒体に最適化された対物レンズ１０６との組合せ特性として（Ｔ２，λ２）＝（基板厚：０．６ｍｍ，適用波長：６６０ｎｍ）のＤＶＤ系光記録媒体に対して、収差補正素子５０１の対物レンズ１０６に対する偏芯量と、カップリングレンズの位置調整の前後における波面収差の関係を示している。カップリングレンズの位置調整前では偏芯４０μｍで０．０３λｒｍｓの収差劣化（Ｔｏｔａｌ：０．０５λｒｍｓ）である。そこで、収差補正素子５０１の偏芯方向と同一方向にカップリングレンズの位置調整を行った場合、偏芯５０μｍで０．０１９λｒｍｓの収差劣化（Ｔｏｔａｌ：０．０４λｒｍｓ）である。したがって、収差劣化を０．０２λｒｍｓまで許容する場合には偏芯５０μｍまで許容されることになる。
【０１２５】
なお、収差補正素子５０１に光束が傾いて入射することによりコマ収差が発生することと、カップリングレンズの調整量はカップリングレンズの焦点距離ｆＣＬにも依存することからカップリングレンズ調整量はこれに限るものではない。
【０１２６】
また、図２５は（Ｔ１，λ１）＝（基板厚：０．０８７５ｍｍ，適用波長：４０５ｎｍ）のＢＤ系光記録媒体に最適化された対物レンズ１０６との組合せ特性として（Ｔ３，λ３）＝（基板厚：１．２ｍｍ，適用波長：７８５ｎｍ）のＣＤ系光記録媒体に対して、収差補正素子５０１の対物レンズ１０６に対する偏芯量と、カップリングレンズの位置調整の前後における波面収差の関係を示している。カンップリングレンズの位置調整前では偏芯８０μｍで０．０２２λｒｍｓの収差劣化（Ｔｏｔａｌ：０．０４３λｒｍｓ）である。そこで、収差補正素子５０１の偏芯方向と同一方向にカップリングレンズの位置調整を行うと、偏芯１００μｍで０．０１２λｒｍｓの収差劣化（Ｔｏｔａｌ：０．０３１λｒｍｓ）となる。したがって、収差劣化を０．０２λｒｍｓまで許容する場合には偏芯１００μｍまで許容されることになる。
【０１２７】
なお、収差補正素子５０１に光束が傾いて入射することによりコマ収差が発生することと、カップリングレンズの調整量はカップリングレンズの焦点距離ｆＣＬにも依存することからカップリングレンズ調整量はこれに限るものではない。
【０１２８】
また、本実施形態２のＢＤ系，ＨＤ系に対しては、カップリングレンズを対物レンズ１０６の光軸に一致する配置とする。前述の実施形態１で述べたように、本実施形態２の収差補正素子５０１はＨＤ系に対してカップリングレンズの調整を行わなくても必要波面を得ることができる。ＢＤ系に最適化された対物レンズ１０６の光軸に、λ１：４０５ｎｍの光源にＢＤ系，ＨＤ系のカップリングレンズを一致する配置とすれば、ＨＤ系に対しても必要波面収差を満たす構成となる。このような構成にすると、組みつけが容易になるため好都合である。
【０１２９】
なお、本実施形態２ではＨＤ系において、収差補正素子５０１が対物レンズ１０６に対して偏芯しても、カップリングレンズの調整を行わない例を挙げたが、ＢＤ系とＨＤ系の収差許容量を満足する範囲内であれば、カップリングレンズの位置を調整し、偏芯による収差劣化を低減させても良い。
【０１３０】
図２６は本発明の実施形態３における光情報処理装置の概略構成を示す図である。本実施形態３は、光情報処理装置の一形態であり、前述の実施形態１または２の光ピックアップを用いて、光記録媒体に対する情報の再生、記録、消去のうちの、少なくとも１つを行う装置である。
【０１３１】
図２６に示すように、光情報処理装置は光ピックアップ９１、送りモータ９２およびスピンドルモータ９８等により構成されており、これらは光情報処理装置全体を制御するシステムコントローラ９６により制御される。そして、光ピックアップ９１のトラッキング方向への移動は、送りモータ９２とサーボ制御回路９３で構成される制御駆動手段により行われる。例えば、光記録媒体１００を再生する場合、システムコントローラ９６からのコントロール信号がサーボ制御回路９３と変復調回路９４に供給される。
【０１３２】
サーボ制御回路９３では、スピンドルモータ９８を設定された回転数で回転させるとともに送りモータ９２を駆動する。
【０１３３】
変復調回路９４には、光ピックアップ９１の光検出器により検出されたフォーカシングエラー信号，トラッキングエラー信号および光記録媒体１００の何処を読み出しているかの位置情報等が供給される。フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号はシステムコントローラ９６を介してサーボ制御回路９３に供給される。
【０１３４】
サーボ制御回路９３は、フォーカシング制御信号によってアクチュエータのフォーカシングコイルを駆動し、トラッキング制御信号によってアクチュエータのトラッキングコイルを駆動する。トラッキング制御信号の低域成分はシステムコントローラ９６を介してサーボ制御回路９３に供給され、送りモータ９２を駆動する。これらによって、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボが行われる。
【０１３５】
また、光記録媒体１００の何処を読み出しているかの位置情報は変復調回路９４により処理され、スピンドル制御信号としてスピンドルモータ９８に供給され、光記録媒体１００の再生位置に応じた所定の回転数に制御駆動され、ここから実際の再生が開始される。そして、変復調回路９４により処理されて復調された再生データは外部回路９５を介して外部に伝送される。
【０１３６】
データを記録する場合、フォーカシングサーボ，トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボをかけるまでは再生と同様の過程を経る。
【０１３７】
外部回路９５を介して入力される入力データを光記録媒体１００の何処に記録するかのコントロール信号が、システムコントローラ９６からサーボ制御回路９３および変復調回路９４に供給される。
【０１３８】
サーボ制御回路９３では、スピンドルモータ９８を所定の回転数に制御するとともに、送りモータ９２を駆動して光ピックアップ９１を情報記録位置に移動させる。
【０１３９】
また、外部回路９５を介して変復調回路９４に入力された入力信号は、記録フォーマットに基づく変調が行われ、光ピックアップ９１に供給される。光ピックアップ９１では出射光の変調および出射光パワーが制御されて、光記録媒体１００への記録が開始される。
【０１４０】
光記録媒体１００の種類は再生データ信号で判別する。光記録媒体１００の種類を判別する方法として、トラッキングサーボ信号やフォーカスサーボ信号を用いても良い。
【０１４１】
再生専用の光情報処理装置および記録と再生の両方の処理可能な光情報処理装置に具備される光ピックアップに、本発明の収差補正素子を用いた光ピックアップを具備していれば、基板厚の異なる光記録媒体の情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。
【０１４２】
以上のように、本実施形態３における光情報処理装置によれば、単一の対物レンズ１０６により異なる基板厚を有する４種類の光記録媒体（ＢＤ系，ＨＤ系，ＤＶＤ系，ＣＤ系）の記録面に良好なスポットが形成可能な光ピックアップを用いて、光記録媒体１００に対して情報信号の記録，再生または消去の最適な処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明に係る光ピックアップおよび光情報処理装置は、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚と記録密度の異なる４種類の光記録媒体の記録面に良好に集光し、安定した記録，再生の動作ができ、異なる４種類以上の光記録媒体に対して情報を記録，再生する際に、互換性を有する装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の実施形態１における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】収差補正素子の近傍を拡大した断面図
【図３】収差補正素子を拡大した断面図
【図４】収差補正素子の第１の回折面を示す図
【図５】収差補正素子の第２の回折面を示す図
【図６】（ａ）はＣＤ系光記録媒体上に集光する光束、（ｂ）はＣＤ系光記録媒体上に形成されるスポットを示す図
【図７】収差補正素子の外形の形状を示す図
【図８】ＤＶＤ系の収差補正素子光軸の偏芯量（素子シフト）に対する収差の関係を示す図
【図９】ＣＤ系の収差補正素子光軸の偏芯量（素子シフト）に対する収差の関係を示す図
【図１０】ＤＶＤ系の収差補正素子に入射する光束の角度（画角）に対する収差の関係を示す図
【図１１】ＣＤ系の収差補正素子に入射する光束の角度（画角）に対する収差の関係を示す図
【図１２】本実施形態１の対物レンズの光軸に対して収差補正素子が偏芯した際の光源の調整方向を示す図
【図１３】収差補正素子のＤＶＤ系に対する偏芯と波面収差の補正結果を示す図
【図１４】収差補正素子のＣＤ系に対する偏芯と波面収差の補正結果を示す図
【図１５】ＨＤ系の収差補正素子光軸の偏芯量（素子シフト）に対する収差の関係を示す図
【図１６】ＤＶＤ系の収差補正素子が３０μｍ偏芯時の収差と、偏芯によるコマ収差をキャンセルするように入射光の角度調整した後の収差を表す図
【図１７】対物レンズの光軸に０．５度傾いて収差補正素子に入射の際に発生するコマ収差を示す図
【図１８】ＤＶＤ系の収差補正素子が３０μｍ偏芯した際に発生する収差成分を表す図
【図１９】収差補正素子が３０μｍ偏芯時のコマ収差をキャンセルする光束の角度を示す図
【図２０】ＷＤに対する収差補正素子の出射光の発散角を示す図
【図２１】ＣＤ系の収差補正素子が３０μｍ偏芯時の収差と、偏芯によるコマ収差をキャンセルするように入射光の角度調整した後の収差を表す図
【図２２】ＣＤ系の収差補正素子が３０μｍ偏芯した際に発生する収差成分を表す図
【図２３】本発明の実施形態２における対物レンズの光軸に対して収差補正素子が偏芯した際のカップリングレンズの調整方向を示す図
【図２４】収差補正素子のＤＶＤ系に対する偏芯と波面収差の補正結果を示す図
【図２５】収差補正素子のＣＤ系に対する偏芯と波面収差の補正結果を示す図
【図２６】本発明の実施形態３における光情報処理装置の概略構成を示す図
【符号の説明】
【０１４５】
９１  光ピックアップ
９２  送りモータ
９３  サーボ制御回路
９４  変復調回路
９５  外部回路
９６  システムコントローラ
９８  スピンドルモータ
１００  光記録媒体
１０１，１３０ａ，１４０ａ  半導体レーザ
１０２  コリメートレンズ
１０３  偏光ビームスプリッタ
１０４  プリズム
１０５  １／４波長板
１０６  対物レンズ
１０７  ＢＤ系光記録媒体
１０８  検出レンズ
１１０，１３０ｃ，１４０ｃ  受光素子
１１７  ＨＤ系光記録媒体
１２０  可動部
１２１  鏡筒
１２７  ＤＶＤ系光記録媒体
１３０ｂ，１４０ｂ  ホログラム素子
１３２，１４２  発散角変換レンズ
１３３，１４３  波長選択性ビームスプリッタ
１３７  ＣＤ系光記録媒体
５０１  収差補正素子
５０２  第１の回折面
５０２ａ，５０３ａ  中心領域
５０２ｂ，５０３ｂ  ２番目の領域
５０２ｃ  ３番目の領域
５０３  第２の回折面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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