(57)【要約】本発明の光ピックアップは、相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームを放射する複数の光源と、複数の光ビームを集光する対物レンズと、対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備えている。グレーティング構造によって第１の光ビーム（例えば青色）から形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）が、対物レンズおよびグレーティング構造の集光作用により、第１の光ビームに対応する光ディスク（例えばＢＤ）の情報層上に集束させられる。また、グレーティング構造によって第２の光ビーム（例えば赤または赤外）から形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）は、対物レンズおよびグレーティング構造の集光作用により、第２の光ビームに対応する光ディスク（例えばＤＶＤまたはＣＤ）の情報層上に集束させられる。このように、異なる次数の回折光を適切に用いることにより、波長および基材厚の異なる光ディスクに対して球面収差の低減された集光を行うことが可能になる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームを放射する複数の光源と、
前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造と、
を備え、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第１の光ビームから形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）を、前記第１の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第２の光ビームから形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）を、前記第２の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、光ピックアップ。
【請求項２】
前記第１の光ビームは、青の波長を有し、前記第２の光ビームは赤または赤外の波長を有しており、
ｐ＝３、ｑ＝２である、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記複数のビームは、前記第１および第２光ビームの波長とは異なる波長の第３の光ビームを含み、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第３の光ビームから形成されたｒ次の回折光（ｒはゼロ以外の整数であって、ｒ≠ｐ）を、前記第３の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を有しており、ｐ＝３、ｑ＝ｒ＝２である、請求項３に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記第１、第２、および第３の光ビームに対応する光ディスクは、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、およびＣＤである、請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記グレーティング構造は、前記対物レンズの表面に形成されている、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記グレーティング構造は、平行基板に形成されている、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記対物レンズは、アッベ数が３０以下の光学材料から形成されている、請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記グレーティング構造は鋸歯状表面を有している、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
前記グレーティング構造は、
第１ブレーズ角を規定する複数の第１光透過斜面を含む第１鋸歯状表面を有する第１光透過層と、
第２ブレーズ角を規定する複数の第２光透過斜面を含む第２鋸歯状表面を有し、前記第１光透過層の前記第１鋸歯状表面に接触する第２光透過層と、
を備え、
前記第１光透過斜面の傾斜方向と前記第２光透過斜面の傾斜方向とが反対である、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
前記第１光透過層および第２光透過層の一方が、前記対物レンズから構成され、
前記第１光透過層および第２光透過層の他方が、前記対物レンズ上に形成されている、請求項１０に記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
前記第１光透過層および第２光透過層の一方の屈折率および分散は、他方の高い屈折率および分散よりも高く、
前記第１光透過層および第２光透過層のうち、屈折率および分散が相対的に高い光透過層によって前記対物レンズが構成されている、請求項１１に記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
前記複数の光源の各々に対応する光ディスクにおける前記対物レンズの焦点距離の偏差が、平均の焦点距離の１／５０以下である、請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項１４】
第２のグレーティング構造を更に備え、
前記第２のグレーティング構造は、前記第１、第２、第３の光ビームからそれぞれｐ’次の回折光、ｑ’次の回折光、ｒ’次の回折光（ｐ’、ｑ’、ｒ’はゼロ以外の整数であって、単一の整数ではない。）を形成し、各回折光は、前記対物レンズおよびグレーティング構造により、各光ビームに対応する光ディスクの情報面上に集束される、請求項３に記載の光ピックアップ。
【請求項１５】
前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を有しており、ｐ’＝２、ｑ’＝ｒ’＝１である、請求項１４に記載の光ピックアップ。
【請求項１６】
相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームにより、それぞれデータの再生が行われる複数種類の光ディスクに対応した光ディスク装置であって、
光ディスクを回転させるモータと、
前記光ディスクにアクセスする光ピックアップと、
を備え、
前記光ピックアップは、
前記複数の光ビームを放射する複数の光源と、
前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造と、
を備え、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第１の光ビームから形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）を、前記第１の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第２の光ビームから形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）を、前記第２の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光ピックアップおよび当該ピックアップを備える光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  光ディスクに記録されているデータは、比較的弱い一定の光量の光ビームを回転する光ディスクに照射し、光ディスクによって変調された反射光を検出することによって再生される。【０００３】  再生専用の光ディスクには、光ディスクの製造段階でピットによる情報が予めスパイラル状に記録されている。これに対して、書き換え可能な光ディスクでは、スパイラル状のランドまたはグルーブを有するトラックが形成された基材表面に、光学的にデータの記録／再生が可能な記録材料膜が蒸着等の方法によって堆積されている。書き換え可能な光ディスクにデータを記録する場合は、記録すべきデータに応じて光量を変調した光ビームを光ディスクに照射し、それによって記録材料膜の特性を局所的に変化させることによってデータの書き込みを行う。【０００４】  なお、ピットの深さ、トラックの深さ、および記録材料膜の厚さは、光ディスク基材の厚さに比べて小さい。このため、光ディスクにおいてデータが記録されている部分は、２次元的な面を構成しており、「信号面」または「情報面」と称される場合がある。本明細書では、このような信号面（情報面）が深さ方向にも物理的な大きさを有していることを考慮し、「信号面（情報面）」の語句を用いる代わりに、「情報層」の語句を用いることとする。光ディスクは、このような情報層を少なくとも１つ有している。なお、１つの情報層が、現実には、相変化材料層や反射層などの複数の層を含んでいてもよい。【０００５】  光ディスクに記録されているデータを再生するとき、または、記録可能な光ディスクにデータを記録するとき、光ビームが情報層における目標トラック上で常に所定の集束状態となる必要がある。このためには、「フォーカス制御」および「トラッキング制御」が必要となる。「フォーカス制御」は、光ビームの焦点（集束点）の位置が常に情報層上に位置するように対物レンズの位置を情報面の法線方向（以下、「基板の深さ方向」と称する場合がある。）に制御することである。一方、トラッキング制御とは、光ビームのスポットが所定のトラック上に位置するように対物レンズの位置を光ディスクの半径方向（以下、「ディスク径方向」と称する。）に制御することである。【０００６】  従来、高密度・大容量の光ディスクとして、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ＋ＲＷ，ＤＶＤ＋Ｒ等の光ディスクが実用化されてきた。また、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）は今も普及している。現在は、これらの光ディスクよりも更に高密度化・大容量化されたブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ；ＢＤ）などの次世代光ディスクの開発・実用化が進められつつある。【０００７】  これらの光ディスクは、その種類に応じて異なる多様な構造を有している。例えば、トラックの物理的構造、トラックピッチ、情報層の深さ（光ディスクの光入射側表面から情報層までの距離）などが異なるものがある。このように物理的な構造の異なる複数種類の光ディスクから適切にデータを読み出し、あるいは、データを書き込むためには、光ディスクの種別に応じた開口数（ＮＡ）を有する光学系を用いて適切な波長のレーザ光を���ディスクの情報層に照射する必要がある。【０００８】  図１は、光ディスク２００を模式的に示す斜視図である。参考のため、図１には、対物レンズ（集束レンズ）２２０と、この対物レンズ２２０によって集束されたレーザ光２２２が示されている。レーザ光２２２は、光ディスク２００の光入射面から情報層を照射され、情報層上に光ビームスポットを形成する。【０００９】  図２（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、およびＢＤの断面の概略を模式的に示している。図２に示される各光ディスクは、表面（光入射側表面）２００ａおよび裏面（レーベル面）２００ｂを有し、それらの間に少なくとも１つの情報層２１４を有している。光ディスクの裏面２００ｂには、タイトルやグラフィックスのプリントを含むレーベル層２１８が設けられている。いずれの光ディスクも全体の厚さは１．２ｍｍであり、直径は１２ｃｍである。簡単のため、図面中にはピットやグルーブなどの凹凸構造は記載していないし、反射層などの記載も省略している。【００１０】  図２（ａ）に示されるように、ＣＤの情報層２１４は、表面２００ａから約１．２ｍｍの深さに位置している。ＣＤの情報層２１４からデータを読み出すには、近赤外レーザ（波長：７８５ｎｍ）を集束し、その焦点が情報層２１４上に位置するように制御する必要がある。レーザ光の集束に用いる対物レンズの開口数（ＮＡ）は、約０．５である。【００１１】  図２（ｂ）に示されるように、ＤＶＤの情報層２１４は、表面２００ａから約０．６ｍｍの深さに位置している。現実のＤＶＤでは、約０．６ｍｍの厚さを有する２枚の基板が接着層を介して張り合わせられている。２層の情報層２１４を有する光ディスクの場合、表面２００ａから情報層２１４までの距離は、それぞれ、約０．５７ｍｍおよび約０．６３ｍｍ程度であり、近接している。このため、情報層２１４の数によらず、図面では１層の情報層２１４のみを記載している。ＤＶＤの情報層２１４からデータを読み出し、データを書き込むには、赤色レーザ（波長：６６０ｎｍ）を集束し、その焦点が情報層２１４上に位置するように制御する必要がある。レーザ光の集束に用いる対物レンズの開口数（ＮＡ）は、約０．６である。【００１２】  図２（ｃ）に示されるように、ＢＤは、表面２００ａの側に厚さ１００μｍの薄いカバー層（透明層）が設けられており、情報層２１４は表面２００ａから約０．１ｍｍの深さに位置している。ＢＤの情報層２１４からデータを読み出すには、青紫レーザ（波長：４０５ｎｍ）を集束し、その焦点が情報層２１４上に位置するように制御する必要がある。レーザ光の集束に用いる対物レンズの開口数（ＮＡ）は、０．８５である。【００１３】  図３（ａ）は、平行光が入射した対物レンズ２２０によって球面収差が発生している様子を示す模式図であり、図３（ｂ）は、同一の対物レンズ２２０に対して発散光を入射させることにより、球面収差を補正している様子を示す模式図である。【００１４】  このような球面収差の大きさは、光ディスクの表面から情報層までの部分の厚さ（「基材厚」と称される場合がある。）、言い換えると「情報層の深さ」に依存しても変化する。図４は、光ディスク２００に入射した光ビームが情報層２１４上に集束している様子を示している。光ビームを構成する光線は、光ディスク２００の表面で屈折するため、光ビームの集束状態は、光ディスク２００の表面から情報層２１４までの部分における屈折率および厚さに応じて変化する。このため、ある特定の光ディスクに対して球面収差が生じない場合でも、基材厚の異なる光ディスクに対しては、球面収差が発生してしまう。【００１５】  上述したように多様な構造を有する光ディスクが市場に流通しており、これら複数種類の光ディスクに１つの装置で対応することが求められている。そのような光ディスク装置は、波長の異なる複数の光ビームから適宜選択した光ビームを用い、球面収差を低減した状態で光ディスクを照射し得る構成を備える必要がある。【００１６】  次に、図２０を参照しながら、複数種類の光ディスクに対応した光ディスク装置の従来例を説明する。簡単のため、図２０には往路側（光源からディスク面に向かう側）の構成のみを記載し、復路側（ディスク面から光検出器に向かう側）の構成は記載していない。【００１７】  図２０の光ディスク装置は、３つの光源１Ｂ、１Ｒ、１Ｉを備えている、青色発光半導体レーザ等の光源１Ｂから放射された青色の光（例えば、波長０．４０５μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム２（青色光を反射、青色より長波長側は透過）で反射され、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｂに変換される（いわゆる無限系）。平面波４Ｂは、色選択性の開口フィルター５により、ＮＡ０．８５に相当する開口数を持つように開口制限を受けた後、対物レンズ６（例えば、ＮＡ０．８５以上）を透過して光ディスクに入射する。厚さ０．１ｍｍの光ディスク基材７Ｂに入射した光は、基材７Ｂの裏面に形成された情報層８Ｂ上に集束する。図２０では、簡単のため、３つの光源１Ｂ、１Ｒ、１Ｉに対応する異なる光ディスクの基材７Ｂ、７Ｒ、７Ｉと、情報層８Ｂ、８Ｒ、８Ｉとが同時に示されているが、実際には、いずれかの光源に対応する１つの光ディスクが光ディスク装置に装填される。【００１８】  一方、赤色発光半導体レーザ等の光源１Ｒから放射された赤色の光（例えば、波長０．６６０μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム９（赤外光を反射、赤外光より短波長側は透過）及びダイクロイックミラープリズム２を透過し、コリメートレンズ３を経て発散性の球面波４Ｒに変換される（いわゆる有限系）。球面波４Ｒは、色選択性の開口フィルター５により、ＮＡ０．６に相当する開口数を持つように開口制限を受けた後、対物レンズ６を透過して光ディスクに入射する。厚さ０．６ｍｍの光ディスク基材７Ｒに入射した光は、基材７Ｒの裏面に形成された情報層８Ｒ上に集束する。【００１９】  更に、赤外色発光半導体レーザ等の光源１Ｉから放射された赤外色の光（例えば、波長０．７９０μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム９で反射され、ダイクロイックミラープリズム２を透過した後、コリメートレンズ３を経て発散性の球面波４Ｉに変換される（いわゆる有限系）。球面波４Ｉは、波色選択性の開口フィルター５によりＮＡ０．５に相当する開口数を持つように開口制限を受けた後、対物レンズ６を経て光ディスクに入射する。厚さ１．２ｍｍの光ディスク基材��Ｉに入射した光は、基材７Ｉの裏面に形成された情報層８Ｉ上に集束する。【００２０】  対物レンズ６は、厚さ０．１ｍｍの光ディスク基材７Ｂに対し、波長０．４０５μｍで無限系入射の光が無収差で集光するように設計されている。従って、厚さ０．６ｍｍの光ディスク基材７Ｒや厚さ１．２ｍｍの光ディスク基材７Ｉに対して、それぞれ波長０．６６０μｍ、波長０．７９０μｍの光で無限系入射を行うと、大きな球面収差が発生する。球面収差の発生は、基材厚の差だけではなく、対物レンズにおける屈折率分散や、ディスク基材における球面収差にも起因する。【００２１】  図２０の従来例では、光源１Ｒ、１Ｉの位置をそれぞれ光軸Ｌに沿ってコリメートレンズ３に近づけることにより、コリメートレンズ３を透過した光を発散性の球面波４Ｒ、４Ｉに変化している。このように光源１Ｒ、１Ｉを有限系の光源として機能させることにより、前述の球面収差をキャンセルしている。
【非特許文献１】日経エレクトロニクス（２００４年９月２７日号）Ｐ１０１−１２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】  上記構成を有する従来の光ディスク装置には、以下の問題があった。【００２３】  対物レンズ６に入射する光が有限系になると、トラッキング制御に伴う対物レンズの変位により、ディスク情報層への収束光にはコマ収差が発生し、信号再生性能や記録性能を劣化させる。【００２４】  また、コリメートレンズ３と各光源との光学距離がそれぞれ異なるため、２波長対応レーザや３波長対応レーザ等、複数の光源が同一基板上に形成されている光源に対しては適用できない。そのため、光学系を簡略化することが困難である。また、上記の光ディスク装置に使用されるダイクロイックミラープリズム２、９や、色選択性の開口フィルター５は、高精度の多層成膜技術を要する高価な光学部品である。【００２５】  更には、コリメートレンズ３と各光源との光学距離を変えるだけでは球面収差を吸収することができないという問題がある。すなわち、３次の球面収差は吸収できるが、５次以上の球面収差が多く残存するため、設計によっては回折レンズ等の収差補正部品１０Ｂ、１０Ｒ、１０Ｉのいずれかを各光源とコリメートレンズ３の間に挟む必要もあり、光学系のコストを更に押し上げている。【００２６】  本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、基材厚の異なる３種類の光ディスクに対して、簡単な構成により球面収差の発生を抑制し、光学部品の数を削減できる光ディスク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】
【００２７】  本発明の光ピックアップは、相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームを放射する複数の光源と、前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備え、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第１の光ビームから形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）を、前記第１の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第２の光ビームから形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）を、前記第２の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる。【００２８】  好ましい実施形態において、前記第１の光ビームは、青の波長を有し、前記第２の光ビームは赤または赤外の波長を有しており、ｐ＝３、ｑ＝２である。【００２９】  好ましい実施形態において、前記複数のビームは、前記第１および第２光ビームの波長とは異なる波長の第３の光ビームを含み、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第３の光ビームから形成されたｒ次の回折光（ｒはゼロ以外の整数であって、ｒ≠ｐ）を、前記第３の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる。【００３０】  好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を有しており、ｐ＝３、ｑ＝ｒ＝２である。【００３１】  好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームに対応する光ディスクは、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、およびＣＤである。【００３２】  好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は、前記対物レンズの表面に形成されている。【００３３】  好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は、平行基板に形成されている。【００３４】  好ましい実施形態において、前記対物レンズは、アッベ数が３０以下の光学材料から形成されている。【００３５】  好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は鋸歯状表面を有している。【００３６】  好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は、第１ブレーズ角を規定する複数の第１光透過斜面を含む第１鋸歯状表面を有する第１光透過層と、第２ブレーズ角を規定する複数の第２光透過斜面を含む第２鋸歯状表面を有し、前記第１光透過層の前記第１鋸歯状表面に接触する第２光透過層とを備え、前記第１光透過斜面の傾斜方向と前記第２光透過斜面の傾斜方向とが反対である。【００３７】  好ましい実施形態において、前記第１光透過層および第２光透過層の一方が、前記対物レンズから構成され、前記第１光透過層および第２光透過層の他方が、前記対物レンズ上に形成されている。【００３８】  好ましい実施形態において、前記第１光透過層および第２光透過層の一方の屈折率および分散は、他方の高い屈折率および分散よりも高く、前記第１光透過層および第２光透過層のうち、屈折率および分散が相対的に高い光透過層によって前記対物レンズが構成されている。【００３９】  好ましい実施形態において、前記複数の光源の各々���対応する光ディスクにおける前記対物レンズの焦点距離の偏差が、平均の焦点距離の１／５０以下である。【００４０】  好ましい実施形態において、第２のグレーティング構造を更に備え、前記第２のグレーティング構造は、前記第１、第２、第３の光ビームからそれぞれｐ’次の回折光、ｑ’次の回折光、ｒ’次の回折光（ｐ’、ｑ’、ｒ’はゼロ以外の整数であって、単一の整数ではない。）を形成し、各回折光は、前記対物レンズおよびグレーティング構造により、各光ビームに対応する光ディスクの情報面上に集束される。【００４１】  好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を有しており、ｐ’＝２、ｑ’＝ｒ’＝１である。【００４２】  本発明の光ディスク装置は、相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームにより、それぞれデータの再生が行われる複数種類の光ディスクに対応した光ディスク装置であって、光ディスクを回転させるモータと、前記光ディスクにアクセスする光ピックアップとを備え、前記光ピックアップは、前記複数の光ビームを放射する複数の光源と、前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備え、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第１の光ビームから形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）を、前記第１の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第２の光ビームから形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）を、前記第２の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる。
【発明の効果】
【００４３】  本発明の光ピックアップでは、鋸歯断面を有するグレーティングと対物レンズとを組み合わせて使用し、特定次数の回折光を利用することにより、無限光学系でありながら、基材厚の異なる複数種類の光ディスクに対応することが可能になる。すなわち、本発明における対物レンズによれば、広い波長範囲にわたり、高い回折効率を維持することができる。具体的には、上記構成の対物レンズを用い、青色で３次、赤色・赤外で２次の回折光を利用することにより、光ディスク基材厚の差や分散影響により発生する収差をキャンセルでき、光学構成を大幅に簡略化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】光ディスクと対物レンズとの配置関係を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、およびＢＤの断面の概略を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）は、平行光が入射した対物レンズによって球面収差が発生している様子を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のレンズと同一のレンズに対して発散光を入射させることにより、球面収差を補正している様子を示す模式図である。
【図４】光ディスク２００に入射した光ビームが情報層２１４上に集束している様子を示す図である。
【図５】本発明による光ピックアップの第１の実施形態の要部構成図である。
【図６】本発明に好適に用いられるグレーティング構造を示す図である。
【図７】第１の実施形態における対物レンズ面における回折原理を説明するための図である。
【図８】第１の実施形態における対物レンズ面における回折効率特性図である。
【図９】第１の実施形態における実施形態の他の対物レンズ面における回折原理を説明する説明図である。
【図１０】図９に示す対物レンズ面における回折効率特性図である。
【図１１】本発明による光ピックアップの第２の実施形態における対物レンズ面における回折原理を説明するための図である。
【図１２】本発明による光ピックアップの第３の実施形態の要部構成図である。
【図１３】本発明による光ピックアップの第４の実施形態の要部構成図である。
【図１４】第４の実施形態の対物レンズの面における回折原理を説明するための図である。
【図１５】第４の実施形態における回折効率特性図である。
【図１６】本発明による光ピックアップの第５の実施形態の要部構成図である。
【図１７】本発明による光ピックアップの第６の実施形態の要部構成図である。
【図１８】第６の実施形態における対物レンズ面の回折原理を説明する図である。
【図１９】第６の実施形態における回折効率特性図である。
【図２０】従来の光ピックアップにおける要部断面構成図である。
【図２１】本発明による光ディスク装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】  １Ｂ  青色光源
１Ｒ  赤色光源
１Ｉ  赤外光源
Ｌ  光軸
３  コリメートレンズ
４Ｂ  青光源に対する平面波光線
４Ｒ  赤光源に対する平面波光線
４Ｉ  赤外光源に対する平面波光線
６  対物レンズ
６Ａ  第１の材料による構成部
６Ｂ  第２の材料による構成部
６ａ  第１の材料による構成部のグレーティングの形成された面
６ｂ  第２の材料による構成部のグレーティングの形成された面
７Ｂ  青光源に対する光ディスク基材
７Ｒ  赤光源に対する光ディスク基材
７Ｉ  赤外光源に対する光ディスク基材
８Ｂ  青光源に対する光ディスク情報層
８Ｒ  赤光源に対する光ディスク情報層
８Ｉ  赤外光源に対する光ディスク情報層
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】  本発明の光ピックアップは、相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームを放射する複数の光源と、複数の光ビームを集光する対物レンズと、対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備えている。好ましい実施形態では、対物レンズとグレーティング構造とが一体化された回折レンズが使用される。【００４７】  本発明では、グレーティング構造によって第１の光ビーム（例えば青色）から形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）が、対物レンズおよびグレーティング構造の集光作用により、第１の光ビームに対応する光ディスク（例えばＢＤ）の情報層上に集束させられる。また、グレーティング構造によって第２の光ビーム（例えば赤または赤外）から形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）は、対物レンズおよびグレーティング構造の集光作用により、第２の光ビームに対応する光ディスク（例えばＤＶＤまたはＣＤ）の情報層上に集束させられる。このように、異なる次数の回折光を適切に用いることにより、波長および基材厚の異なる光ディスクに対して球面収差の低減された集光を行うことが可能になる。最も好ましい実施形態においては、ｐ＝３、ｑ＝２の条件が選択される。【００４８】  以下、図面を参照しながら、本発明による光ピックアップ、および当該光ピックアップを備えた光ピックアップの実施形態を説明する。【００４９】  （実施形態１）
図５から図１０を参照しながら、本発明の光ピックアップの第１の本実施形態を説明する。なお、これらの図面において、図２０に示す従来例と共通する構成要素に対しては同一の参照符号を付与している。【００５０】  まず、図５を参照する。図５は、本実施形態における光ピックアップの要部を示す部分断面構成図である。図５では、簡単のため往路側（光源からディスク面に向かう側）のみの構成を記載し、復路側（ディスク面から光検出器に向かう側）の構成は記載していない。【００５１】  青色発光半導体レーザ等の光源１Ｂから放射された青色の光（波長０．４０５μｍ）は、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｂに変換される（無限系）。この平面波４Ｂは、対物レンズ６（ＮＡ０．８５）を経て厚さ０．１ｍｍの光ディスク基材７Ｂを透過し、基材７Ｂの裏面に形成された情報層８Ｂ上に集束される。【００５２】  本実施形態では、光源１Ｂと同一基板上に形成された赤色発光半導体レーザ等の光源１Ｒから放射された赤色の光（波長０．６６０μｍ）も、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｒに変換される（無限系）。平面波４Ｒは、対物レンズ６を経て厚さ０．６ｍｍの光ディスク基材７Ｒを透過し、基材７Ｒの裏面に形成された情報層８Ｒ上に集束される。また、光源１Ｂ、１Ｒと同一基板上に形成された赤外色発光半導体レーザ等の光源１Ｉから放射された赤外色の光（波長０．７９０μｍ）も、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｉに変換される（無限系）。平面波４Ｉは、波対物レンズ６を経て厚さ約１．２ｍｍの光ディスク基材７Ｉを透過し、基材７Ｉの裏面に形成された情報層８Ｉ上に集束される。【００５３】  このように、本実施形態では、異なる波長の光ビームを放射する複数の光源を略同一光軸上に配置し、全て無限系の光源として機能させている点で、前述した従来例から大きく異なっている。本実施形態において波長の異なる光ビームの各々を平行光に変化しつつ、異なる基材厚の光ディスクに対応できる理由は、対物レンズ６の構成が新規であるからである。【００５４】  以下、図６を参照しつつ、対物レンズ６の構成の概略を説明する。図６は、対物レンズのグレーティング構造を示す図である。本実施形態における対物レンズ６は、図６に示されるように、第１鋸歯状表面（ｓａｗｔｏｏｔｈ  ｂｌａｚｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有する第１光透過層と、第２鋸歯状表面を有する第２光透過層とを備えており、これらが積層されている。【００５５】  図６には、この対物レンズの第１鋸歯状表面１１０および第２鋸歯状表面１２０の断面が模式的に示されている。第１鋸歯状表面１１０は、第１ブレーズ角αを規定する複数の第１光透過斜面１１２を有しており、第２鋸歯状表面１２０は、第２ブレーズ角βを規定する複数の第２光透過斜面１２２を有している。【００５６】  第１鋸歯状表面１１０および第２鋸歯状表面１２０は、いずれも、個々の断面が三角形状を有する単位構造を周期的に配列した構造を有している。単位構造の基準面に対する高さは、第１鋸歯状表面１１０と第２鋸歯状表面１２０との間で一致している必要は無い。図示されている例では、第１鋸歯状表面１１０における単位構造の高さ（「段差」と称する。）を「ｄ」で示し、第２鋸歯状表面１２��における段差を「ｄ’」で示している。【００５７】  本明細書では、単位構造の表面を構成する２つの面のうち、相対的に面積が広い面を「光透過斜面」と称し、この光透過斜面と基準面との間の角度をブレーズ角と定義する。単位構造の表面を構成する２つの面のうち、「光透過斜面」以外の面は、基準面に対して略垂直であり、光の回折には実質的に影響を与えない。【００５８】  上記のブレーズ角は、０°＜α＜９０°、０°＜β＜９０°の関係を満足する大きさを有しており、鋭角である。第１および第２光透過斜面１１２、１２２の法線方向は、基準面の法線方向に対してブレーズ角に等しい角度だけ傾斜している。本明細書では、この傾斜の方向を「光透過斜面の傾斜方向」と称し、図１において、太い黒矢印で示している。本発明では、光透過斜面の傾斜方向が、第１鋸歯状表面１１０と第２鋸歯状表面１２０との間で正反対に設定されている。【００５９】  図６では、基準面が平面である場合が記載されているが、基準面は曲面であってもよい。また、ブレーズ角α、βは、基準面上で一定の値を持つ必要はなく、位置に応じて変化しても良い。図６には明示されていないが、第１鋸歯状表面１１０は第１光透過層に形成され、第２鋸歯状表面１２０は第２光透過層に形成される。【００６０】  図５に示す対物レンズ６は、屈折率および分散特性が異なる２種類の透明材料（プラスチックや紫外線硬化樹脂等）から作製されている。基体６Ａは、レンズ形状を有しており、光入射側の面６ａおよび光出射側の面６ｃを有している。基体６Ａの光入射側の表面６ａには、断面が鋸歯形状を有するグレーティングが形成されている。基体６Ａは、「第２光透過層」として機能する。【００６１】  基体６Ａの表面６ａ、６ｃは、光軸Ｌを中心軸とする球面又は非球面を形成している。グレーティングを構成する複数の光透過斜面は、それぞれ、表面６ａ上において、光軸Ｌを中心軸とするリング形状を有し、半径方向に配列されている。このため、グレーティングの段差は光軸を中心とする同心円状に形成されている。【００６２】  透明層６Ｂは、基体６Ａの光入射側の表面６ａ上に形成され、「第１光透過層」として機能する。透明層６Ｂの表面６ｂには、表面６ａにおけるグレーティングの「傾斜方向」と反対の向きに「傾斜方向」を有するグレーティングが形成されている。このグレーティングを構成する複数の光透過斜面も、それぞれ、表面６ｂにおいて、光軸Ｌを中心軸とするリング形状を有し、半径方向に配列されている。【００６３】  本実施形態では、図６に示す「傾斜方向」は、光軸Ｌに向くか、光軸から略放射状に延びる向きにある。このように、本実施形態では、積層された２つのグレーティングの「傾斜方向」が正反対の関係にあるということは、上下に近接する位置（対応する位置）における「傾斜方向」が正反対にあることを意味し、位置が異なる「傾斜方向」の関係は必ずしも正反対にはならない。【００６４】  なお、グレーティング断面は、図示されるような鋸歯状を有する代わりに、図の鋸歯形状に内接する小さな階段形状を有していても良い。【００６５】  このような構成を有する集光素子が２００５年９月２７日に出願された国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０１７７７３���に開示されている。この国際出願の開示内容の全てをここに援用する。【００６６】  図５に示されている例では、２層のグレーティング間で鋸歯のエッジ位置（下刃位置）が揃っている。本実施形態における透明層６Ｂの屈折率および分散は、基材６Ａの屈折率および分散よりも低い。透明層６Ｂの厚さは可能な限り薄く形成されることが好ましく、例えば数μｍ以下の厚さに形成される。【００６７】  このような構成を有する対物レンズ６は、例えば、以下のようにして製造される。【００６８】  まず、表面にグレーティングが形成されたレンズ形状を有するように成形された基体６Ａを用意する。次に、グレーティング付きのレンズ形状の成形面を有する金型（不図示）に基体６Ａを挿入し、基体６Ａと金型との隙間に第２の材料を充填する。この第２の材料を紫外線硬化や熱硬化などの方法によって硬化させた後、金型から離間させる。こうして、図５に示す対物レンズ６を得ることができる。【００６９】  対物レンズ６に入射する光４Ｂ、４Ｒ及び４Ｉは、透明層６Ｂの表面６ｂ及び基体６Ａの表面６ａで屈折と回折が同時に発生し、更に基体６Ａの反対面６ｃで屈折して、情報層８Ｂ，８Ｒ，８Ｉ上に集光する光となる。【００７０】  次に、図７を参照しながら、対物レンズ６による回折を説明する。図７は対物レンズによる回折原理を説明する図である。図７では、簡単のため、各面を平面として記載し、光４も面に垂直に入射するものとする。【００７１】  基体６Ａの屈折率をｎ、透明層６Ｂの屈折率をｎ’とし、面６ａ上に形成されたグレーティングのピッチをΛ、その断面段差をｄ、面６ｂ上に形成されたグレーティングのピッチをΛ、断面段差をｄ’とする。このとき、これらのグレーティングを透過する光の波面は、ピッチＡの鋸歯状となる。その段差Δ（位相段差）は、次の（式１）で表される。【００７２】  Δ＝ｄ’（ｎ’−１）−ｄ（ｎ−ｎ’）  （式１）【００７３】  屈折率ｎ，ｎ’を、波長λに依存しない部分（第１項）と依存する部分（第２項）に分離して次の（式２）及び（式３）に近似する。【００７４】  ｎ＝ｎ０−（λ−λ０）σ              （式２）
ｎ’＝ｎ０’−（λ−λ０）σ’              （式３）【００７５】  ここで、ｎ０、ｎ０’、λ０、σ、σ’は何れも正数であり、λ０は中心波長、ｎ０、ｎ０’は中心波長での屈折率、σ、σ’は分散係数である。【００７６】  位相段差Δは次の（式４）で表される。
Δ＝ｄ’（ｎ０’−１）−ｄ（ｎ０−ｎ０’）−（λ−λ０）｛ｄ’σ’−ｄ（σ−σ’）｝  （式４）【００７７】  波長λの入射光４は、透過によってピッチΛの周期で位相段差Δが発生するので、０次回折光４０以外に１次回折光４１、２次回折光４２及び３次回折光４３等の回折波が発生する。ｑを整数とするとき、ｑ次回折光の回折角度θ（面法線と為す角度）は、次の（式５）で与えられる。【００７８】  ｓｉｎθ＝ｑλ／Λ  （式５）【００７９】  ｑ次回折光の回折効率が最大になる条件は、次の（式６）で与えられる。
Δ＝ｑλ    （式６）【００８０】  従って、λ＝λ０のときに回折効率が最大となり、｜Δ／λ｜のλに対する変化量を小さくする条件、すなわち、広い波長領域に渡って高い回折光の効率を維持する条件は、次の（式７）及び（式８）で表される。【００８１】  ｛ｄ’（ｎ０’−１）−ｄ（ｎ０−ｎ０’）｝／λ＝ｑ  （式７）
｛ｄ’σ’−ｄ（σ−σ’）｝／ｑλ０＜０  （式８）【００８２】  なお、アッベ数は上述のσ、σ’の逆数に比例する値であるので、σ、σ’に対応したアッベ数をν、ν’とすると、（式８）は次の（式９）に置き換えられる。【００８３】  ｄ’／ｄ＜ν’／ν−１  （式９）【００８４】  （式９）はν’＞νであれば、｜Δ／λ｜のλに対する変化量を小さくしやすくなることを示している。【００８５】  図８は、本実施形態の対物レンズにおける各回折光の回折効率の波長依存性を示している。ここでは、基体６Ａに高分散透明プラスチック材料（例えば、カネボウ株式会社製商品名Ｏ−ＰＥＴ（ｎ＝１．６２，ν＝２４）以下同じ）、透明層６ＢにはＵＶ樹脂（ｎ’＝１．４９，ｖ’＝５９）を用い、段差ｄ、ｄ’をｄ＝６．６μｍ、ｄ’＝４．５μｍに設定している。ただし、波長λでの屈折率ｎは、νｄをｄ線（波長λｄ＝０．５８７６μｍ）でのアッベ数、ｎｄをｄ線での屈折率、ｎＣをｃ線（波長λＣ＝０．６５６３μｍ）での屈折率、ｎＦをＦ線（波長λＦ＝０．４８６１μｍ）での屈折率として、次の（式１０）で近似している。【００８６】  ｎ＝ｎｄ−（λｄ−２−λ−２）（ｎｄ−１）／νｄ（λＦ−２−λＣ−２）  （式１０）【００８７】  以下の計算では、何れもこの近似（式１０）を用いている。【００８８】  図８において、曲線Ｄ０は０次回折光、曲線Ｄ１は１次回折光、曲線Ｄ２は２次回折光、曲線Ｄ３は３次回折光の特性を示している。曲線Ｄ３は波長０．４０５μｍでほぼ１００％、曲線Ｄ２は波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍで９８％、８３％の回折効率を示している。【００８９】  ν’＞νを満たすので、何れの曲線も広い波長領域に渡って高い回折光の効率を維持する特性を有している。従って、本実施形態における対物レンズ６は、回折を用いた単一のレンズでありながら、３つの波長の光に対していずれも高い光の回折効率を維持できていることが分かる。【００９０】  なお、面６ａ、６ｂのグレーティング構造での回折現象を次のように説明することもできる。即ちｍ、ｍ’を整数として、段差ｄ、ｄ’が次の（式１１）及び（式１２）を満たすとする。【００９１】  ｄ＝｜ｍλ０／（ｎ−ｎ’）｜  （式１１）
ｄ’＝｜ｍ’λ０’／（ｎ’−１）｜  （式１２）【００９２】  このとき、面６ａのグレーティングでは、主にλ０の波長に対してｍ次光が回折し、面６ｂのグレーティングでは主にλ０’の波長に対してｍ’次光が回折する。波長λ０、λ０’は近接しているが一致しなくてもよい。このとき、グレーティング構造全体としては、λ０からλ０’の近傍の波長に対して（ｍ＋ｍ’）次光が回折することになる。図８の例では、曲線Ｄ３が０．４０５μｍ近傍の波長に対し、ｍ＝５，ｍ’＝−２，ｍ＋ｍ’＝３の関係にあり、曲線Ｄ２が０．６９０μｍ近傍の波長に対し、ｍ＝３，ｍ’＝−１，ｍ＋ｍ’＝２の関係にある。【００９３】  図９に示すように、面６ａ、６ｂのグレーティングの段差位置が横方向にδだけずれている場合、回折効率は、図１０に示すように変化する。図１０は、δ／Λ＝０．０２の場合の計算結果を示すグラフであり、他の条件は全て図８に示す条件に等しい。【００９４】  曲線Ｄ３（３次回折光）は、波長０．４０５μｍで９３％、曲線Ｄ２（２次回折光）は、波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍで９４％、８３％の回折効率を示している。このように、段差位置のずれにより若干の効率低下が認められるので、段差位置のずれは、２〜３％程度以下に抑えることが好ましい。【００９５】  次に、本実施形態における対物レンズ６による集光を、収差の面から考察してみる。グレーティングによる回折を無視した対物レンズ（ベースの対物レンズ）を光ディスクの基材厚ｘを想定して設計したとすれば、回折によって青波長λ１の光には基材厚（ｘ＋０．１）分の球面収差が加わり、赤波長λ２の光には基材厚（ｘ＋０．６）分の球面収差が加わり、赤外波長λ３の光には基材厚（ｘ＋１．２）分の球面収差が加わる。これにより、それぞれ０．１，０．６，１．２の基材厚分の球面収差を吸収することができる。実際には波長差に伴う分散影響があり、短波長になるほどディスクやレンズの屈折率は大きく、それに連動して球面収差も大きくなる。この球面収差の増大を基材厚差に換算し、青波長λ１、赤波長λ２、赤外波長λ３での収差量をｔ１、ｔ２、ｔ３（ただし、赤外波長を分散の基準としｔ３＝０とする）とすると、短波長になるほど収差は基材厚差のプラス側に作用するので、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＝０である。【００９６】  従って、回折によって青波長λ１の光には基材厚（ｘ＋０．１＋ｔ１）分の球面収差、赤波長λ２の光には基材厚（ｘ＋０．６＋ｔ２）分の球面収差、赤外波長λ３の光には基材厚（ｘ＋１．２＋ｔ３）分の球面収差が加わり、それぞれ０．１，０．６，１．２の基材厚分の球面収差と分散影響による球面収差を吸収している。一方、回折によって発生する収差は回折次数×波長に比例するので、グレーティングでの回折次数を青波長λ１でｐ次、赤波長λ２でｑ次、赤外波長λ３でｒ次とすると、次の（式１３）が成立する。【００９７】  （ｘ＋０．１＋ｔ１）：（ｘ＋０．６＋ｔ２）：（ｘ＋１．２＋ｔ３）＝ｐλ１：ｑλ２：ｒλ３  （式１３）【００９８】  ここで、仮にｑ＝ｒ、λ１＝０．４０５μｍ、λ２＝０．６６０μｍ、λ３＝０．７９０μｍとし、赤色の波長以上の波長では分散が小さいことから近似的にｔ２＝ｔ３＝０とすれば、（式１３）より、ｘ＝２．４���６ｍｍとなるので、次の（式１４）が成立する。【００９９】  ｐ／ｑ＝６６０（ｘ＋０．１＋ｔ１）／４０５（ｘ＋０．６）  （式１４）【０１００】  ｔ１＝０とすると、ｐ／ｑ＝１．３６２であり、ｔ１＞０ではｐ／ｑは１．５に近い値になり、ｔ１＝０．２５８ではｐ／ｑ＝１．５となる。ｔ１は対物レンズに高分散（低アッベ数）の硝材を用いたり、レンズ厚を大きくしたりすることで大きくできるが、レンズ厚２ｍｍ、焦点距離３ｍｍで具体的に計算してみると、最大分散（アッベ数２０程度）の材料を想定しても０．３ｍｍ程度にしかならない。なお、レンズ厚以外に、ワーキングディスタンス、焦点距離、正弦条件の不満足量等も、ｔ１の大きさに影響する。【０１０１】  従って、常識的な設計パラメータの下では、ｐ／ｑ＝２（ｐ＝２，ｑ＝ｒ＝１）等の、ｐ／ｑ＝１．５以外の組み合わせは物理的に不可能である。言い換えれば、レンズ材料やレンズ厚等を適切に選ぶことにより、ｐ／ｑ＝１．５を満たすことができる。したがって、本実施形態における回折次数の組み合わせ（ｐ＝３，ｑ＝ｒ＝２）は、基材厚差及び屈折率分散に伴う収差をキャンセルできる最適の組み合わせといえる。実際、Ｏ−ＰＥＴ（ｎｄ＝１．６２，νｄ＝２４）をレンズ硝材に用いたモデルでの計算では、ＮＡ０．５以内で０．１，０．６，１．２の基材厚分の球面収差と分散影響による球面収差をほぼ完全に吸収出来ており、レンズ硝材のアッベ数が３０以下であれば収差をキャンセルできる可能性が高いといえる。【０１０２】  なお、対物レンズ６はＮＡ＝０．０〜０．５、ＮＡ＝０．５〜０．６５、ＮＡ＝０．６５〜０．８５の３つのゾーンに区切られており、ＮＡ＝０．０〜０．５では、３つの波長（青、赤、赤外）の光に対して、回折性能、収差性能とも満足しなければならないので上述した構成を必要とする。しかし、ＮＡ＝０．５〜０．６５では、２つの波長（青、赤）の光、ＮＡ＝０．６５〜０．８５では１つの波長（青）の光にのみ、回折効率性能、収差性能を満足させればよいので、断面構成や設計仕様を含めて別の構成であってもよい。【０１０３】  特にＮＡ＞０．５の領域で赤外光に対して（式１３）の３つ目の比例式が不満足になるように設計すれば、ＮＡ＞０．５の領域を透過する赤外光はディスク情報層や光検出面上で散逸するので、対物レンズ６が赤外光に対するＮＡ＝０．５の開口フィルターとして作用することになる。【０１０４】  同様に、ＮＡ＞０．６５の領域で赤色光に対して（式１３）の２つ目の比例式が不満足となるように設計すれば、ＮＡ＞０．６５の領域を透過する赤色光はディスク情報層や光検出面上で散逸するので、対物レンズ６が赤色光に対するＮＡ＝０．６５の開口フィルターとして作用することになる。従って、従来例のように開口フィルター５を必要とすることがなく、低コスト化への寄与は大きい。【０１０５】  本実施形態では３つの光源が無限系を形成するように配置されるので、トラッキング制御に伴う対物レンズの変位による問題（ディスク情報層への収束光にコマ収差が発生し、再生性能や記録性能が劣化する問題）がない。その結果、２波長対応レーザや３波長対応レーザ等、複数の光源が同一基板上に形成されている光源に対しても適用できる���当然、表面６ａ、６ｂに形成されるグレーティング断面は鋸歯に内接する階段状であってもよく、このとき鋸歯状に比べ回折効率は劣化するが、加工方法によっては加工しやすくなる場合がある。【０１０６】  さらに、対物レンズ６は、プラスチックをベースにして、これに紫外線硬化樹脂層を貼り合わせて構成したが、プラスチックをベースにすると温度差による形状変化が大きく信頼性に劣る。このため、高分散のガラス硝材をベースレンズ（グレーティングなし）とし（収差キャンセルのため高分散の必要はあるが高屈折率の必要はない）、この表面に高屈折率、高分散のグレーティング付きプラスチック、その上に低屈折率、低分散のグレーティング付き紫外線硬化樹脂を形成する構成にしてもよい。【０１０７】  なお、対物レンズ６では（式１３）を満足する設計で球面収差を除去できるが、設計の仕方では波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ収差（１次の球面収差）が残存する。この収差は３つの光源に対する対物レンズ６の各焦点距離の偏差に比例する。例えば、対物レンズの焦点距離の偏差が各焦点距離の平均値の１／１０程度あれば、青光源の１ｎｍの波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ＝１μｍという計算結果がある。従って、この偏差を焦点距離の平均値の１／５０以下に出来れば、波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ収差は十分小さいレベルといえる。【０１０８】  なお、青光源に対するディスク基材厚が例えばＨＤ−ＤＶＤで適用されている０．６ｍｍの場合、（式１４）は、次の（式１５）に置き換えらる。【０１０９】  ｐ／ｑ＝６６０（ｘ＋０．６＋ｔ１）／４０５（ｘ＋０．６）  （式１５）【０１１０】  式１５において、ｔ１＝０とすると、ｐ／ｑ＝１．６３０２であり、ｔ１＝０．６９２でｐ／ｑ＝２．０（ｐ＝２，ｑ＝ｒ＝１の組み合わせ）となる。ｔ１＝０．６９２は最大分散の材料を想定しても不可能な値であり、ディスク基材厚０．６ｍｍでの収差キャンセル条件は見いだしにくい。しかし、ディスク基材厚を０．３ｍｍとすると、ｔ１＝０でｐ／ｑ＝１．４７３となり、分散の小さい材料を用いることでｐ／ｑ＝１．５を満たせられる可能性がある。従って、回折次数の組み合わせで基材厚差及び屈折率分散に伴う収差をキャンセルするには、青光源に対するディスク基材厚が０．３ｍｍ以下であることが必要であり、Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｋで適応される０．１ｍｍはこれを満足している。【０１１１】  上記の光ピックアップは、３波長に対応するように３種類の光源を備えているが、本発明の光ピックアップは、２波長に対応するように２種類の光源を備えているものであってもよい。その場合、青色についてはｐ＝３の回折光、赤または赤外についてｑ＝２の回折光を利用することが最も好ましい。【０１１２】  次に、図２１を参照しながら、本発明による光ディスク装置の実施形態を説明する。この実施形態は、図５に示す構成を有する光ピックアップ３００と、光ディスク２００を回転させるディスクモータ３０２と、各種の信号処理を行う部分とを備えている。【０１１３】  図２１に示す例では、光ピックアップ３００の出力がフロントエンド信号処理部３０６を介してエンコーダ／デコーダ３０８に送られる。エンコーダ／デコーダ３０８は、データ読み出し時、光ピックアップ３００によって得られる信号に基づいて光ディスク２００に記録されているデータを復号する。データ書き込み時、エンコーダ／デコーダ３０８はユーザデータを符号化し、光ディスク２００に書き込むべき信号を生成し、光ピックアップ３００に送出する。【０１１４】  フロントエンド信号処理部３０６は、光ピックアップ３００の出力に基づいて再生信号を生成する一方、フォーカスエラー信号ＦＥやトラッキングエラー信号ＴＥを生成する。フォーカスエラー信号ＦＥやトラッキングエラー信号ＴＥは、サーボ制御部３１０に送出される。サーボ制御部３１０は、ドライバアンプ３０４を介してディスクモータ３０２を制御する一方、光ピックアップ３００内のアクチュエータを介して対物レンズの位置を制御する。【０１１５】  エンコーダ／デコーダ３０８およびサーボ制御部３１０などの構成要素は、ＣＰＵ３０９によって制御される。【０１１６】  本発明による光ディスク装置は、図２１に示す構成を有するものに限定されず、本発明の光ピックアップを他の公知の光ディスク装置における光ピックアップと置き換えることによっても得られる。【０１１７】  なお、以下に説明する光ピックアップの各実施形態も、図２１に示すように公知の構成要素とともに光ディスク装置の構成要素として好適に用いられる。【０１１８】  （実施形態２）
次に、図１１を参照しつつ本発明による光ピックアップの第２の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ６を除いて実施形態１の構成と同じであり、共通の要素については詳しい説明を省く。【０１１９】  本実施形態では、対物レンズ６の面６ｂに形成されたグレーティングのピッチおよび段差が実施形態１における対物レンズ６の面６ｂに形成されたグレーティングのピッチおよび段差から異なっている。【０１２０】  図１１は本実施形態の対物レンズの面６ａ、６ｂにおける回折原理を説明する説明図であり、簡単のため各面を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。基体６Ａの屈折率をｎ、透明層６Ｂの屈折率をｎ’とし、面６ａ上に形成されたグレーティングをピッチΛ、段差ｄの鋸歯状の断面、面６ｂ上に形成されたグレーティングをピッチΛ／３、段差ｄ’／３の鋸歯状の断面とする。【０１２１】  実施形態１では、０．６９０μｍ近傍の波長に対して面６ｂ上に形成されたグレーティングでは３次回折光、面６ａ上に形成されたグレーティングでは−１次回折光となり、面６ｂ、６ａのグレーティング構造全体として３−１＝２次回折光が発生している。一方、本実施形態ではそれぞれの段差がｄ＝６．６μｍ、ｄ’／３＝１．５μｍとなり、面６ａ上に形成されたグレーティングでの回折作用は同じで、面６ｂ上に形成されたグレーティングでの回折は（式１２）より次数は変わるが（３次が１次に）、グレーティングピッチが１／３になっているので、（式５）より回折方向は変わらない。従って、面６ｂ、６ａの構造全体としての回折作用は本実施形態と実施形態１とでは全く同じものになる。【０１２２】  よって、グレーティングのピッチと段差が異なるにも関わらず、実施形態１と全く同じ効果が得られるので、ピッチが荒いグレーティングの場合には、本実施形態を採用することで、グレーティングの段差を浅くでき、グレーティングを形成する上での金型の切削研磨工程等の作製が容易になるメリットがある。また、実際に出来上がる段差部は面に対して垂直にならずに傾斜する加工誤差が存在するが、この加工誤差は光の散乱に結びつくので、グレーティング段差を浅くできる本実施形態を採用することで、光の散乱を低減する効果もある。【０１２３】  （実施形態３）
次に、図１２を参照しつつ本発明による光ピックアップの第３の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、青色発光半導体レーザ等の光源１Ｂを他の光源（１Ｒ，１Ｉ）から分離し、色収差補正素子１１とダイクロイックミラープリズム２を付け加えた以外は全て実施形態１の構成と同じである。実施形態１の光ピックアップと共通する構成要素については同一の参照符号を振って説明する。【０１２４】  図１２は実施形態３における光ピックアップの断面構成を示す。図１２において青色発光半導体レーザ等の光源１Ｂから放射される青色の光（例えば、波長０．４０５μｍ）は、色収差補正素子１１を透過し、ダイクロイックミラープリズム２（青色は反射、青色よりも長波長側は透過）で反射され、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｂに変換される（いわゆる無限系）。平面波４Ｂは、波対物レンズ６（ＮＡ＝０．８５）を経て基材厚０．１ｍｍの光ディスク基材７Ｂを透過し、基材裏面（入射面の反対面）に形成された情報層８Ｂ上に集束される。【０１２５】  一方、光源１Ｂと別の基板上に形成された赤色発光半導体レーザ等の光源１Ｒから放射される赤色の光（例えば、波長０．６６０μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム２を透過し、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｒに変換される（いわゆる無限系）。この平面波４Ｒは、対物レンズ６を経て基材厚０．６ｍｍの光ディスク基材７Ｒを透過し、基材裏面に形成された情報層８Ｒ上に集束される。【０１２６】  更に、光源１Ｒと同一基板上に形成された赤外色発光半導体レーザ等の光源１Ｉから放射される赤外色の光（例えば、波長０．７９０μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム２透過し、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｉに変換され（いわゆる無限系）、対物レンズ６を経て基材厚１．２ｍｍの光ディスク基材７Ｉを透過し、基材裏面に形成された情報層８Ｉ上に集束される。【０１２７】  対物レンズ６は、実施形態１における対物レンズ６と全く同じ構成を有しており、実施形態１について得られる効果と同様の効果が得られる。【０１２８】  色収差補正素子１１は、透明基板の片面１１ａに光軸Ｌに対して同心で鋸歯状断面のグレーティングを形成したものである。このグレーティングにより、光源１Ｂから放射される青色の光（本例では波長０．４０５μｍ）は、特定の次数（例えば１次）の光が強く回折する。対物レンズ６では（式１３）を満足する設計で球面収差を除去できるが、設計の仕方では波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ収差（１次の球面収差）が残存する。特に青色の波長では分散の影響が大きいので、１ｎｍの波長差で１μｍ程度のＤｅｆｏｃｕｓ（集光点位置の変位）が発生する場合もある。本実施形態では、青色光の光路上に色収差補正素子１１を挿入することで、透過光の波長差が回折方位の差（すなわちＤｅｆｏｃｕｓ収差）として現れ、これを対物レンズ６でのＤｅｆｏｃｕｓ収差の補正に用いるものであり、実施形態１に比べ光学部品が増えるが、設計の余裕度は広がるメリットがある。なお、色収差補正素子１１に形成されるグレーティング断面は、鋸歯に内接する階段状であってもよい。【０１２９】  （実施形態４）
次に、図１３から図１５を参照しつつ本発明による光ピックアップの第４の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ６を除いて実施形態１の構成と同じであり、共通の要素については詳しい説明を省く。【０１３０】  図１３は、本実施形態における対物レンズ６以降の往路側（光源からディスク面に向かう側）の構成を示している。図１３において対物レンズ６は透明層６Ｂの表面６ｂ及び基体６Ａの表面６ａ等は実施形態１と同じであるが、基体６Ａの反対面（往路側では光出射面）６ｃには、光軸Ｌに同心して鋸歯状断面のグレーティングが形成されている。【０１３１】  図１４は本実施形態の対物レンズ６の反対面６ｃにおける回折原理を説明する説明図であり、簡単のため各面を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。鋸歯状断面のグレーティングにより、入射光４は０次回折光４０’以外に１次回折光４１’、２次回折光４２’等の回折波を派生する。ここで基体６ＡをＯ−ＰＥＴ（ｎｄ＝１．６２，νｄ＝２４）として屈折率が（式１０）に従うものとし、グレーティングの段差ｄ”＝１．２３μｍとして、回折効率の波長依存性を描いたのが図１５である。【０１３２】  図１５において、曲線Ｄ０は０次回折光、曲線Ｄ１は１次回折光、曲線Ｄ２は２次回折光、曲線Ｄ３は３次回折光の特性で、曲線Ｄ２は波長０．４０５μｍでほぼ１００％、曲線Ｄ１は波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍでそれぞれ９５％と９８％の回折効率になる。従って、他の波長の光での効率劣化等の弊害を引き起こすことなく、反対面６ｃでのグレーティングを青色光での色収差（波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ収差）の補正として用ることができるので、実施形態３より簡単な構成でありながら、同じ効果（設計の余裕度を広げる効果）が得られる。【０１３３】  （実施形態５）
次に、図１６を参照しつつ本発明による光ピックアップの第５の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ６を除いて実施形態４の構成と同じであり、共通の要素については詳しい説明を省く。【０１３４】  図１６は本実施形態における対物レンズ前後での往路側（光源からディスク面に向かう側）の構成を示している。図１３に示した実施形態４の対物レンズ６は、本実施形態では図１６に示すように回折素子部６’と対物レンズ部６”とに分けられる。回折素子部６’は、屈折率と分散特性とが異なる２種類の透明媒質（例えば、ガラス、プラスチックまたは紫外線硬化樹脂等）を材料にして構成され、第１の材料による基体６Ａ’は平板形状をなし、その表面６ａ’に鋸歯状の断面をなすグレーティングを形成し、グレーティングの方位は表面６ａ’上で光軸Ｌを中心軸とする円周に沿っている。第２の材料による透明層６Ｂ’は、グレーティングの形成された表面６ａ’を覆い、その表面６ｂ’（空気側に面した面）には前述のグレーティングの断面を反転させた形状（いわゆる鋸歯の引き方向を反転させた断面形状）のグレーティングが、鋸歯のエッジ位置（下刃位置）を揃えて形成され、グレーティングの方位は光軸Ｌを中心軸とする円周に沿っている。第１の材料は第２の材料より高屈折、高分散である。第１の材料に高分散の材料を用いることでν’＞νを満たすので、回折素子部６’での回折効率は、図８に示したように、何れの曲線も広い波長領域に渡って高い回折光の効率を維持する特性を示すことができる。対物レンズ部６”には面６ｃ’に光軸Ｌに同心して鋸歯状断面のグレーティングが形成されており、これが実施形態４での面６ｃでのグレーティングと同じ作用（色収差の補正）をなす。なお、対物レンズ部６”を構成する材料は、基材厚差等による球面収差を補正するため高分散（例えばアッベ数３０以下）のものが好ましい。【０１３５】  回折素子部６’に入射する光４Ｂ、４Ｒ，４Ｉは、透明層６Ｂ’の表面６ｂ’と基体６Ａ’の表面６ａ’とで回折し、対物レンズ部６”の表面６ｃ’で回折と屈折が同時に発生し、対物レンズ部６”の反対面（往路では光の出射面）で屈折し、情報層８Ｂ，８Ｒ，８Ｉ上に集光する光となる。本実施形態はいわば実施形態４を２つの部品に分けた構成であり、実施形態４と同一の効果が得られる。但し、実施形態４では面６ａや６ｂ等の複雑なグレーティング構造が非球面上に形成されていたが、本実施形態ではこの構造を平面上に形成できるので、加工上のメリット（作りやすい）は大きい。なお、回折素子部６’が対物レンズ部６”の中心軸から偏心すると収差が発生するので、これらを同一のホルダー上に構成して同軸性を維持する必要がある。【０１３６】  （実施形態６）
次に、図１７および図１８を参照しながら、本発明による光ピックアップの第６の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ６の構成を除いて、実施形態１の構成と同一である。【０１３７】  まず、図１７を参照する。図１７は、本実施形態の往路側（光源からディスク面に向かう側）の断面構成を示している。図１７に示される対物レンズ６は、基体６Ａの面６ａに光軸Ｌに同心して鋸歯状断面のグレーティングが形成されている。図１８は本実施形態の対物レンズの面６ａにおける回折原理を説明する説明図であり、簡単のため各面を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。【０１３８】  図１８に示すように、段差ｄの鋸歯状断面のグレーティングにより、入射光４は０次回折光４０以外に１次回折光４１、２次回折光４２、３次回折光４３等の回折波を派生する。ここで、基体６Ａに高分散のプラスチック材料のＯ−ＰＥＴ（ｎｄ＝１．６２，νｄ＝２４）から形成し、屈折率が（式１０）に従うものとし、グレーティングの段差ｄ＝１．８５μｍとする。この場合において、対物レンズの面６ａでの回折効率の波長依存性を描いたのが図１９である。【０１３９】  図１９において、曲線Ｄ０は０次回折光、曲線Ｄ１は１次回折光、曲線Ｄ２は２次回折光、曲線Ｄ３は３次回折光の特性であり、曲線Ｄ３は波長０．４０５μｍでほぼ１００％、曲線Ｄ２は波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍでそれぞれ７６％と２７％の回折効率になる。【０１４０】  本実施形態における収差の補正効果は、実施形態１と同様に基材厚差及び屈折率分散に伴う収差をキャンセルできる最適の組み合わせである。ただし、波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍに対する回折効率は実施形態１に比べ低くなる。特に赤外光の場合、記録用途には向かない。しかし、実施形態１に比べ、グレーティングの構成が簡単であり、用途を限定できれば、安価な構成として採用可能である。【０１４１】  なお、実施形態４を２つの部品に分けて実施形態５を構成したように、本実施形態も回折素子部と対物レンズ部とに分けることができる。このとき、回折素子部にはその片面に光軸Ｌに同心した鋸歯状断面のグレーティングが形成され、対物レンズ部はグレーティングが付かず、高分散の硝材で形成される。当然、対物レンズ部に色収差の補正のグレーティングを形成することもでき、この色収差補正用のグレーティングは回折素子部の別面にあっても良い。同様に、以上６つの実施形態を様々に組み合わせた構成も可能であり、それぞれの効果を合わせ持つことになる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】  本発明は、波長が相互に異なる光ビームで多種類の光ディスクのアクセスする光ディスク装置に好適に用いられる。現在、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなどの種々の規格に従った光ディスクが流通しているため、１つの光ディスク装置でこれらの光ディスクの記録再生を実行することが求められている。
【図１】
2006077915.tif 000002
【図２】
2006077915.tif 000003
【図３】
2006077915.tif 000004
【図４】
2006077915.tif 000005
【図５】
2006077915.tif 000006
【図６】
2006077915.tif 000007
【図７】
2006077915.tif 000008
【図８】
2006077915.tif 000009
【図９】
2006077915.tif 000010
【図１０】
2006077915.tif 000011
【図１１】
2006077915.tif 000012
【図１２】
2006077915.tif 000013
【図１３】
2006077915.tif 000014
【図１４】
2006077915.tif 000015
【図１５】
2006077915.tif 000016
【図１６】
2006077915.tif 000017
【図１７】
2006077915.tif 000018
【図１８】
2006077915.tif 000019
【図１９】
2006077915.tif 000020
【図２０】
2006077915.tif 000021
【図２１】
2006077915.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月28日(2007.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームを放射する複数の光源と、
前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造と、
を備え、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第１の光ビームから形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）を、前記第１の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第２の光ビームから形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）を、前記第２の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、光ピックアップ。
【請求項２】
前記第１の光ビームは、青の波長を有し、前記第２の光ビームは赤または赤外の波長を有しており、
ｐ＝３、ｑ＝２である、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記複数のビームは、前記第１および第２光ビームの波長とは異なる波長の第３の光ビームを含み、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第３の光ビームから形成されたｒ次の回折光（ｒはゼロ以外の整数であって、ｒ≠ｐ
）を、前記第３の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を有しており、ｐ＝３、ｑ＝ｒ＝２である、請求項３に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記第１、第２、および第３の光ビームに対応する光ディスクは、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、およびＣＤである、請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記グレーティング構造は、前記対物レンズの表面に形成されている、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記グレーティング構造は、平行基板に形成されている、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記対物レンズは、アッベ数が３０以下の光学材料から形成されている、請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記グレーティング構造は鋸歯状表面を有している、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
前記グレーティング構造は、
第１ブレーズ角を規定する複数の第１光透過斜面を含む第１鋸歯状表面を有する第１光透過層と、
第２ブレーズ角を規定する複数の第２光透過斜面を含む第２鋸歯状表面を有し、前記第１光透過層の前記第１鋸歯状表面に接触する第２光透過層と、
を備え、
前記第１光透過斜面の傾斜方向と前記第２光透過斜面の傾斜方向とが反対である、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
前記第１光透過層および第２光透過層の一方が、前記対物レンズから構成され、
前記第１光透過層および第２光透過層の他方が、前記対物レンズ上に形成されている、請求項１０に記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
前記第１光透過層および第２光透過層の一方の屈折率および分散は、他方の高い屈折率および分散よりも高く、
前記第１光透過層および第２光透過層のうち、屈折率および分散が相対的に高い光透過層によって前記対物レンズが構成されている、請求項１１に記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
前記複数の光源の各々に対応する光ディスクにおける前記対物レンズの焦点距離の偏差が、平均の焦点距離の１／５０以下である、請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項１４】
第２のグレーティング構造を更に備え、
前記第２のグレーティング構造は、前記第１、第２、第３の光ビームからそれぞれｐ’次の回折光、ｑ’次の回折光、ｒ’次の回折光（ｐ’、ｑ’、ｒ’はゼロ以外の整数であって、単一の整数ではない。）を形成し、各回折光は、前記対物レンズおよびグレーティング構造により、各光ビームに対応する光ディスクの情報面上に集束される、請求項３に記載の光ピックアップ。
【請求項１５】
前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を有しており、ｐ’＝２、ｑ’＝ｒ’＝１である、請求項１４に記載の光ピックアップ。
【請求項１６】
相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームにより、それぞれデータの再生が行われる複数種類の光ディスクに対応した光ディスク装置であって、
光ディスクを回転させるモータと、
前記光ディスクにアクセスする光ピックアップと、
を備え、
前記光ピックアップは、
前記複数の光ビームを放射する複数の光源と、
前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造と、
を備え、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第１の光ビームから形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）を、前記第１の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第２の光ビームから形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）を、前記第２の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、光ディスク装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップおよび当該ピックアップを備える光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクに記録されているデータは、比較的弱い一定の光量の光ビームを回転する光ディスクに照射し、光ディスクによって変調された反射光を検出することによって再生される。
【０００３】
再生専用の光ディスクには、光ディスクの製造段階でピットによる情報が予めスパイラル状に記録されている。これに対して、書き換え可能な光ディスクでは、スパイラル状のランドまたはグルーブを有するトラックが形成された基材表面に、光学的にデータの記録／再生が可能な記録材料膜が蒸着等の方法によって堆積されている。書き換え可能な光ディスクにデータを記録する場合は、記録すべきデータに応じて光量を変調した光ビームを光ディスクに照射し、それによって記録材料膜の特性を局所的に変化させることによってデータの書き込みを行う。
【０００４】
なお、ピットの深さ、トラックの深さ、および記録材料膜の厚さは、光ディスク基材の厚さに比べて小さい。このため、光ディスクにおいてデータが記録されている部分は、２次元的な面を構成しており、「信号面」または「情報面」と称される場合がある。本明細書では、このような信号面（情報面）が深さ方向にも物理的な大きさを有していることを考慮し、「信号面（情報面）」の語句を用いる代わりに、「情報層」の語句を用いることとする。光ディスクは、このような情報層を少なくとも１つ有している。なお、１つの情報層が、現実には、相変化材料層や反射層などの複数の層を含んでいてもよい。
【０００５】
光ディスクに記録されているデータを再生するとき、または、記録可能な光ディスクにデータを記録するとき、光ビームが情報層における目標トラック上で常に所定の集束状態となる必要がある。このためには、「フォーカス制御」および「トラッキング制御」が必要となる。「フォーカス制御」は、光ビームの焦点（集束点）の位置が常に情報層上に位置するように対物レンズの位置を情報面の法線方向（以下、「基板の深さ方向」と称する場合がある。）に制御することである。一方、トラッキング制御とは、光ビームのスポットが所定のトラック上に位置するように対物レンズの位置を光ディスクの半径方向（以下、「ディスク径方向」と称する。）に制御することである。
【０００６】
従来、高密度・大容量の光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ＋ＲＷ，ＤＶＤ＋Ｒ等の光ディスクが実用化されてきた。また、ＣＤ（Compact Disc）は今も普及している。現在は、これらの光ディスクよりも更に高密度化・大容量化されたブルーレイディスク（Blu-ray Disc；ＢＤ）などの次世代光ディスクの開発・実用化が進められつつある。
【０００７】
これらの光ディスクは、その種類に応じて異なる多様な構造を有している。例えば、トラックの物理的構造、トラックピッチ、情報層の深さ（光ディスクの光入射側表面から情報層までの距離）などが異なるものがある。このように物理的な構造の異なる複数種類の光ディスクから適切にデータを読み出し、あるいは、データを書き込むためには、光ディスクの種別に応じた開口数（ＮＡ）を有する光学系を用いて適切な波長のレーザ光を光ディスクの情報層に照射する必要がある。
【０００８】
図１は、光ディスク２００を模式的に示す斜視図である。参考のため、図１には、対物レンズ（集束レンズ）２２０と、この対物レンズ２２０によって集束されたレーザ光２２２が示されている。レーザ光２２２は、光ディスク２００の光入射面から情報層を照射され、情報層上に光ビームスポットを形成する。
【０００９】
図２（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、およびＢＤの断面の概略を模式的に示している。図２に示される各光ディスクは、表面（光入射側表面）２００ａおよび裏面（レーベル面）２００ｂを有し、それらの間に少なくとも１つの情報層２１４を有している。光ディスクの裏面２００ｂには、タイトルやグラフィックスのプリントを含むレーベル層２１８が設けられている。いずれの光ディスクも全体の厚さは１．２ｍｍであり、直径は１２ｃｍである。簡単のため、図面中にはピットやグルーブなどの凹凸構造は記載していないし、反射層などの記載も省略している。
【００１０】
図２（ａ）に示されるように、ＣＤの情報層２１４は、表面２００ａから約１．２ｍｍの深さに位置している。ＣＤの情報層２１４からデータを読み出すには、近赤外レーザ（波長：７８５ｎｍ）を集束し、その焦点が情報層２１４上に位置するように制御する必要がある。レーザ光の集束に用いる対物レンズの開口数（ＮＡ）は、約０．５である。
【００１１】
図２（ｂ）に示されるように、ＤＶＤの情報層２１４は、表面２００ａから約０．６ｍｍの深さに位置している。現実のＤＶＤでは、約０．６ｍｍの厚さを有する２枚の基板が接着層を介して張り合わせられている。２層の情報層２１４を有する光ディスクの場合、表面２００ａから情報層２１４までの距離は、それぞれ、約０．５７ｍｍおよび約０．６３ｍｍ程度であり、近接している。このため、情報層２１４の数によらず、図面では１層の情報層２１４のみを記載している。ＤＶＤの情報層２１４からデータを読み出し、データを書き込むには、赤色レーザ（波長：６６０ｎｍ）を集束し、その焦点が情報層２１４上に位置するように制御する必要がある。レーザ光の集束に用いる対物レンズの開口数（ＮＡ）は、約０．６である。
【００１２】
図２（ｃ）に示されるように、ＢＤは、表面２００ａの側に厚さ１００μｍの薄いカバー層（透明層）が設けられており、情報層２１４は表面２００ａから約０．１ｍｍの深さに位置している。ＢＤの情報層２１４からデータを読み出すには、青紫レーザ（波長：４０５ｎｍ）を集束し、その焦点が情報層２１４上に位置するように制御する必要がある。レーザ光の集束に用いる対物レンズの開口数（ＮＡ）は、０．８５である。
【００１３】
図３（ａ）は、平行光が入射した対物レンズ２２０によって球面収差が発生している様子を示す模式図であり、図３（ｂ）は、同一の対物レンズ２２０に対して発散光を入射させることにより、球面収差を補正している様子を示す模式図である。
【００１４】
このような球面収差の大きさは、光ディスクの表面から情報層までの部分の厚さ（「基材厚」と称される場合がある。）、言い換えると「情報層の深さ」に依存しても変化する。図４は、光ディスク２００に入射した光ビームが情報層２１４上に集束している様子を示している。光ビームを構成する光線は、光ディスク２００の表面で屈折するため、光ビームの集束状態は、光ディスク２００の表面から情報層２１４までの部分における屈折率および厚さに応じて変化する。このため、ある特定の光ディスクに対して球面収差が生じない場合でも、基材厚の異なる光ディスクに対しては、球面収差が発生してしまう。
【００１５】
上述したように多様な構造を有する光ディスクが市場に流通しており、これら複数種類の光ディスクに１つの装置で対応することが求められている。そのような光ディスク装置は、波長の異なる複数の光ビームから適宜選択した光ビームを用い、球面収差を低減した状態で光ディスクを照射し得る構成を備える必要がある。
【００１６】
次に、図２０を参照しながら、複数種類の光ディスクに対応した光ディスク装置の従来例を説明する。簡単のため、図２０には往路側（光源からディスク面に向かう側）の構成のみを記載し、復路側（ディスク面から光検出器に向かう側）の構成は記載していない。
【００１７】
図２０の光ディスク装置は、３つの光源１Ｂ、１Ｒ、１Ｉを備えている、青色発光半導体レーザ等の光源１Ｂから放射された青色の光（例えば、波長０．４０５μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム２（青色光を反射、青色より長波長側は透過）で反射され、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｂに変換される（いわゆる無限系）。平面波４Ｂは、色選択性の開口フィルター５により、ＮＡ０．８５に相当する開口数を持つように開口制限を受けた後、対物レンズ６（例えば、ＮＡ０．８５以上）を透過して光ディスクに入射する。厚さ０．１ｍｍの光ディスク基材７Ｂに入射した光は、基材７Ｂの裏面に形成された情報層８Ｂ上に集束する。図２０では、簡単のため、３つの光源１Ｂ、１Ｒ、１Ｉに対応する異なる光ディスクの基材７Ｂ、７Ｒ、７Ｉと、情報層８Ｂ、８Ｒ、８Ｉとが同時に示されているが、実際には、いずれかの光源に対応する１つの光ディスクが光ディスク装置に装填される。
【００１８】
一方、赤色発光半導体レーザ等の光源１Ｒから放射された赤色の光（例えば、波長０．６６０μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム９（赤外光を反射、赤外光より短波長側は透過）及びダイクロイックミラープリズム２を透過し、コリメートレンズ３を経て発散性の球面波４Ｒに変換される（いわゆる有限系）。球面波４Ｒは、色選択性の開口フィルター５により、ＮＡ０．６に相当する開口数を持つように開口制限を受けた後、対物レンズ６を透過して光ディスクに入射する。厚さ０．６ｍｍの光ディスク基材７Ｒに入射した光は、基材７Ｒの裏面に形成された情報層８Ｒ上に集束する。
【００１９】
更に、赤外色発光半導体レーザ等の光源１Ｉから放射された赤外色の光（例えば、波長０．７９０μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム９で反射され、ダイクロイックミラープリズム２を透過した後、コリメートレンズ３を経て発散性の球面波４Ｉに変換される（いわゆる有限系）。球面波４Ｉは、波色選択性の開口フィルター５によりＮＡ０．５に相当する開口数を持つように開口制限を受けた後、対物レンズ６を経て光ディスクに入射する。厚さ１．２ｍｍの光ディスク基材７Ｉに入射した光は、基材７Ｉの裏面に形成された情報層８Ｉ上に集束する。
【００２０】
対物レンズ６は、厚さ０．１ｍｍの光ディスク基材７Ｂに対し、波長０．４０５μｍで無限系入射の光が無収差で集光するように設計されている。従って、厚さ０．６ｍｍの光ディスク基材７Ｒや厚さ１．２ｍｍの光ディスク基材７Ｉに対して、それぞれ波長０．６６０μｍ、波長０．７９０μｍの光で無限系入射を行うと、大きな球面収差が発生する。球面収差の発生は、基材厚の差だけではなく、対物レンズにおける屈折率分散や、ディスク基材における球面収差にも起因する。
【００２１】
図２０の従来例では、光源１Ｒ、１Ｉの位置をそれぞれ光軸Ｌに沿ってコリメートレンズ３に近づけることにより、コリメートレンズ３を透過した光を発散性の球面波４Ｒ、４Ｉに変化している。このように光源１Ｒ、１Ｉを有限系の光源として機能させることにより、前述の球面収差をキャンセルしている。
【非特許文献１】日経エレクトロニクス（２００４年９月２７日号）Ｐ１０１−１２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上記構成を有する従来の光ディスク装置には、以下の問題があった。
【００２３】
対物レンズ６に入射する光が有限系になると、トラッキング制御に伴う対物レンズの変位により、ディスク情報層への収束光にはコマ収差が発生し、信号再生性能や記録性能を劣化させる。
【００２４】
また、コリメートレンズ３と各光源との光学距離がそれぞれ異なるため、２波長対応レーザや３波長対応レーザ等、複数の光源が同一基板上に形成されている光源に対しては適用できない。そのため、光学系を簡略化することが困難である。また、上記の光ディスク装置に使用されるダイクロイックミラープリズム２、９や、色選択性の開口フィルター５は、高精度の多層成膜技術を要する高価な光学部品である。
【００２５】
更には、コリメートレンズ３と各光源との光学距離を変えるだけでは球面収差を吸収することができないという問題がある。すなわち、３次の球面収差は吸収できるが、５次以上の球面収差が多く残存するため、設計によっては回折レンズ等の収差補正部品１０Ｂ、１０Ｒ、１０Ｉのいずれかを各光源とコリメートレンズ３の間に挟む必要もあり、光学系のコストを更に押し上げている。
【００２６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、基材厚の異なる３種類の光ディスクに対して、簡単な構成により球面収差の発生を抑制し、光学部品の数を削減できる光ディスク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】
【００２７】
本発明の光ピックアップは、相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームを放射する複数の光源と、前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備え、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第１の光ビームから形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）を、前記第１の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第２の光ビームから形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）を、前記第２の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記第１の光ビームは、青の波長を有し、前記第２の光ビームは赤または赤外の波長を有しており、ｐ＝３、ｑ＝２である。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記複数のビームは、前記第１および第２光ビームの波長とは異なる波長の第３の光ビームを含み、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第３の光ビームから形成されたｒ次の回折光（ｒはゼロ以外の整数であって、ｒ≠ｐ）を、前記第３の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を有しており、ｐ＝３、ｑ＝ｒ＝２である。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームに対応する光ディスクは、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、およびＣＤである。
【００３２】
好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は、前記対物レンズの表面に形成されている。
【００３３】
好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は、平行基板に形成されている。
【００３４】
好ましい実施形態において、前記対物レンズは、アッベ数が３０以下の光学材料から形成されている。
【００３５】
好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は鋸歯状表面を有している。
【００３６】
好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は、第１ブレーズ角を規定する複数の第１光透過斜面を含む第１鋸歯状表面を有する第１光透過層と、第２ブレーズ角を規定する複数の第２光透過斜面を含む第２鋸歯状表面を有し、前記第１光透過層の前記第１鋸歯状表面に接触する第２光透過層とを備え、前記第１光透過斜面の傾斜方向と前記第２光透過斜面の傾斜方向とが反対である。
【００３７】
好ましい実施形態において、前記第１光透過層および第２光透過層の一方が、前記対物レンズから構成され、前記第１光透過層および第２光透過層の他方が、前記対物レンズ上に形成されている。
【００３８】
好ましい実施形態において、前記第１光透過層および第２光透過層の一方の屈折率および分散は、他方の高い屈折率および分散よりも高く、前記第１光透過層および第２光透過層のうち、屈折率および分散が相対的に高い光透過層によって前記対物レンズが構成されている。
【００３９】
好ましい実施形態において、前記複数の光源の各々に対応する光ディスクにおける前記対物レンズの焦点距離の偏差が、平均の焦点距離の１／５０以下である。
【００４０】
好ましい実施形態において、第２のグレーティング構造を更に備え、前記第２のグレーティング構造は、前記第１、第２、第３の光ビームからそれぞれｐ’次の回折光、ｑ’次の回折光、ｒ’次の回折光（ｐ’、ｑ’、ｒ’はゼロ以外の整数であって、単一の整数ではない。）を形成し、各回折光は、前記対物レンズおよびグレーティング構造により、各光ビームに対応する光ディスクの情報面上に集束される。
【００４１】
好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を有しており、ｐ’＝２、ｑ’＝ｒ’＝１である。
【００４２】
本発明の光ディスク装置は、相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームにより、それぞれデータの再生が行われる複数種類の光ディスクに対応した光ディスク装置であって、光ディスクを回転させるモータと、前記光ディスクにアクセスする光ピックアップとを備え、前記光ピックアップは、前記複数の光ビームを放射する複数の光源と、前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備え、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第１の光ビームから形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）を、前記第１の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第２の光ビームから形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）を、前記第２の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の光ピックアップでは、鋸歯断面を有するグレーティングと対物レンズとを組み合わせて使用し、特定次数の回折光を利用することにより、無限光学系でありながら、基材厚の異なる複数種類の光ディスクに対応することが可能になる。すなわち、本発明における対物レンズによれば、広い波長範囲にわたり、高い回折効率を維持することができる。具体的には、上記構成の対物レンズを用い、青色で３次、赤色・赤外で２次の回折光を利用することにより、光ディスク基材厚の差や分散影響により発生する収差をキャンセルでき、光学構成を大幅に簡略化することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の光ピックアップは、相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームを放射する複数の光源と、複数の光ビームを集光する対物レンズと、対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備えている。好ましい実施形態では、対物レンズとグレーティング構造とが一体化された回折レンズが使用される。
【００４５】
本発明では、グレーティング構造によって第１の光ビーム（例えば青色）から形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）が、対物レンズおよびグレーティング構造の集光作用により、第１の光ビームに対応する光ディスク（例えばＢＤ）の情報層上に集束させられる。また、グレーティング構造によって第２の光ビーム（例えば赤または赤外）から形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）は、対物レンズおよびグレーティング構造の集光作用により、第２の光ビームに対応する光ディスク（例えばＤＶＤまたはＣＤ）の情報層上に集束させられる。このように、異なる次数の回折光を適切に用いることにより、波長および基材厚の異なる光ディスクに対して球面収差の低減された集光を行うことが可能になる。最も好ましい実施形態においては、ｐ＝３、ｑ＝２の条件が選択される。
【００４６】
以下、図面を参照しながら、本発明による光ピックアップ、および当該光ピックアップを備えた光ピックアップの実施形態を説明する。
【００４７】
（実施形態１）
図５から図１０を参照しながら、本発明の光ピックアップの第１の本実施形態を説明する。なお、これらの図面において、図２０に示す従来例と共通する構成要素に対しては同一の参照符号を付与している。
【００４８】
まず、図５を参照する。図５は、本実施形態における光ピックアップの要部を示す部分断面構成図である。図５では、簡単のため往路側（光源からディスク面に向かう側）のみの構成を記載し、復路側（ディスク面から光検出器に向かう側）の構成は記載していない。
【００４９】
青色発光半導体レーザ等の光源１Ｂから放射された青色の光（波長０．４０５μｍ）は、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｂに変換される（無限系）。この平面波４Ｂは、対物レンズ６（ＮＡ０．８５）を経て厚さ０．１ｍｍの光ディスク基材７Ｂを透過し、基材７Ｂの裏面に形成された情報層８Ｂ上に集束される。
【００５０】
本実施形態では、光源１Ｂと同一基板上に形成された赤色発光半導体レーザ等の光源１Ｒから放射された赤色の光（波長０．６６０μｍ）も、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｒに変換される（無限系）。平面波４Ｒは、対物レンズ６を経て厚さ０．６ｍｍの光ディスク基材７Ｒを透過し、基材７Ｒの裏面に形成された情報層８Ｒ上に集束される。また、光源１Ｂ、１Ｒと同一基板上に形成された赤外色発光半導体レーザ等の光源１Ｉから放射された赤外色の光（波長０．７９０μｍ）も、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｉに変換される（無限系）。平面波４Ｉは、波対物レンズ６を経て厚さ約１．２ｍｍの光ディスク基材７Ｉを透過し、基材７Ｉの裏面に形成された情報層８Ｉ上に集束される。
【００５１】
このように、本実施形態では、異なる波長の光ビームを放射する複数の光源を略同一光軸上に配置し、全て無限系の光源として機能させている点で、前述した従来例から大きく異なっている。本実施形態において波長の異なる光ビームの各々を平行光に変化しつつ、異なる基材厚の光ディスクに対応できる理由は、対物レンズ６の構成が新規であるからである。
【００５２】
以下、図６を参照しつつ、対物レンズ６の構成の概略を説明する。図６は、対物レンズのグレーティング構造を示す図である。本実施形態における対物レンズ６は、図６に示されるように、第１鋸歯状表面（sawtooth blazed surface）を有する第１光透過層と、第２鋸歯状表面を有する第２光透過層とを備えており、これらが積層されている。
【００５３】
図６には、この対物レンズの第１鋸歯状表面１１０および第２鋸歯状表面１２０の断面が模式的に示されている。第１鋸歯状表面１１０は、第１ブレーズ角αを規定する複数の第１光透過斜面１１２を有しており、第２鋸歯状表面１２０は、第２ブレーズ角βを規定する複数の第２光透過斜面１２２を有している。
【００５４】
第１鋸歯状表面１１０および第２鋸歯状表面１２０は、いずれも、個々の断面が三角形状を有する単位構造を周期的に配列した構造を有している。単位構造の基準面に対する高さは、第１鋸歯状表面１１０と第２鋸歯状表面１２０との間で一致している必要は無い。図示されている例では、第１鋸歯状表面１１０における単位構造の高さ（「段差」と称する。）を「ｄ」で示し、第２鋸歯状表面１２０における段差を「ｄ’」で示している。
【００５５】
本明細書では、単位構造の表面を構成する２つの面のうち、相対的に面積が広い面を「光透過斜面」と称し、この光透過斜面と基準面との間の角度をブレーズ角と定義する。単位構造の表面を構成する２つの面のうち、「光透過斜面」以外の面は、基準面に対して略垂直であり、光の回折には実質的に影響を与えない。
【００５６】
上記のブレーズ角は、０°＜α＜９０°、０°＜β＜９０°の関係を満足する大きさを有しており、鋭角である。第１および第２光透過斜面１１２、１２２の法線方向は、基準面の法線方向に対してブレーズ角に等しい角度だけ傾斜している。本明細書では、この傾斜の方向を「光透過斜面の傾斜方向」と称し、図６において、太い黒矢印で示している。本発明では、光透過斜面の傾斜方向が、第１鋸歯状表面１１０と第２鋸歯状表面１２０との間で正反対に設定されている。
【００５７】
図６では、基準面が平面である場合が記載されているが、基準面は曲面であってもよい。また、ブレーズ角α、βは、基準面上で一定の値を持つ必要はなく、位置に応じて変化しても良い。図６には明示されていないが、第１鋸歯状表面１１０は第１光透過層に形成され、第２鋸歯状表面１２０は第２光透過層に形成される。
【００５８】
図５に示す対物レンズ６は、屈折率および分散特性が異なる２種類の透明材料（プラスチックや紫外線硬化樹脂等）から作製されている。基体６Ａは、レンズ形状を有しており、光入射側の面６ａおよび光出射側の面６ｃを有している。基体６Ａの光入射側の表面６ａには、断面が鋸歯形状を有するグレーティングが形成されている。基体６Ａは、「第２光透過層」として機能する。
【００５９】
基体６Ａの表面６ａ、６ｃは、光軸Ｌを中心軸とする球面又は非球面を形成している。グレーティングを構成する複数の光透過斜面は、それぞれ、表面６ａ上において、光軸Ｌを中心軸とするリング形状を有し、半径方向に配列されている。このため、グレーティングの段差は光軸を中心とする同心円状に形成されている。
【００６０】
透明層６Ｂは、基体６Ａの光入射側の表面６ａ上に形成され、「第１光透過層」として機能する。透明層６Ｂの表面６ｂには、表面６ａにおけるグレーティングの「傾斜方向」と反対の向きに「傾斜方向」を有するグレーティングが形成されている。このグレーティングを構成する複数の光透過斜面も、それぞれ、表面６ｂにおいて、光軸Ｌを中心軸とするリング形状を有し、半径方向に配列されている。
【００６１】
本実施形態では、図６に示す「傾斜方向」は、光軸Ｌに向くか、光軸から略放射状に延びる向きにある。このように、本実施形態では、積層された２つのグレーティングの「傾斜方向」が正反対の関係にあるということは、上下に近接する位置（対応する位置）における「傾斜方向」が正反対にあることを意味し、位置が異なる「傾斜方向」の関係は必ずしも正反対にはならない。
【００６２】
なお、グレーティング断面は、図示されるような鋸歯状を有する代わりに、図の鋸歯形状に内接する小さな階段形状を有していても良い。
【００６３】
このような構成を有する集光素子が２００５年９月２７日に出願された国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０１７７７３）に開示されている。この国際出願の開示内容の全てをここに援用する。
【００６４】
図５に示されている例では、２層のグレーティング間で鋸歯のエッジ位置（下刃位置）が揃っている。本実施形態における透明層６Ｂの屈折率および分散は、基材６Ａの屈折率および分散よりも低い。透明層６Ｂの厚さは可能な限り薄く形成されることが好ましく、例えば数μｍ以下の厚さに形成される。
【００６５】
このような構成を有する対物レンズ６は、例えば、以下のようにして製造される。
【００６６】
まず、表面にグレーティングが形成されたレンズ形状を有するように成形された基体６Ａを用意する。次に、グレーティング付きのレンズ形状の成形面を有する金型（不図示）に基体６Ａを挿入し、基体６Ａと金型との隙間に第２の材料を充填する。この第２の材料を紫外線硬化や熱硬化などの方法によって硬化させた後、金型から離間させる。こうして、図５に示す対物レンズ６を得ることができる。
【００６７】
対物レンズ６に入射する光４Ｂ、４Ｒ及び４Ｉは、透明層６Ｂの表面６ｂ及び基体６Ａの表面６ａで屈折と回折が同時に発生し、更に基体６Ａの反対面６ｃで屈折して、情報層８Ｂ，８Ｒ，８Ｉ上に集光する光となる。
【００６８】
次に、図７を参照しながら、対物レンズ６による回折を説明する。図７は対物レンズによる回折原理を説明する図である。図７では、簡単のため、各面を平面として記載し、光４も面に垂直に入射するものとする。
【００６９】
基体６Ａの屈折率をｎ、透明層６Ｂの屈折率をｎ’とし、面６ａ上に形成されたグレーティングのピッチをΛ、その断面段差をｄ、面６ｂ上に形成されたグレーティングのピッチをΛ、断面段差をｄ’とする。このとき、これらのグレーティングを透過する光の波面は、ピッチΛの鋸歯状となる。その段差Δ（位相段差）は、次の（式１）で表される。
【００７０】
Δ＝ｄ’（ｎ’−１）−ｄ（ｎ−ｎ’）    （式１）
【００７１】
屈折率ｎ，ｎ’を、波長λに依存しない部分（第１項）と依存する部分（第２項）に分離して次の（式２）及び（式３）に近似する。
【００７２】
ｎ＝ｎ０−（λ−λ０）σ              （式２）
ｎ’＝ｎ０’−（λ−λ０）σ’        （式３）
【００７３】
ここで、ｎ０、ｎ０’、λ０、σ、σ’は何れも正数であり、λ０は中心波長、ｎ０、ｎ０’は中心波長での屈折率、σ、σ’は分散係数である。
【００７４】
位相段差Δは次の（式４）で表される。
【００７５】
Δ＝ｄ’（ｎ０’−１）−ｄ（ｎ０−ｎ０’）−（λ−λ０）｛ｄ’σ’−ｄ（σ−σ’）｝    （式４）
【００７６】
波長λの入射光４は、透過によってピッチΛの周期で位相段差Δが発生するので、０次回折光４０以外に１次回折光４１、２次回折光４２及び３次回折光４３等の回折波が発生する。ｑを整数とするとき、ｑ次回折光の回折角度θ（面法線と為す角度）は、次の（式５）で与えられる。
【００７７】
ｓｉｎθ＝ｑλ／Λ    （式５）
【００７８】
ｑ次回折光の回折効率が最大になる条件は、次の（式６）で与えられる。
【００７９】
Δ＝ｑλ      （式６）
【００８０】
従って、λ＝λ０のときに回折効率が最大となり、|Δ／λ|のλに対する変化量を小さくする条件、すなわち、広い波長領域に渡って高い回折光の効率を維持する条件は、次の（式７）及び（式８）で表される。
【００８１】
｛ｄ’（ｎ０’−１）−ｄ（ｎ０−ｎ０’）｝／λ＝ｑ    （式７）
｛ｄ’σ’−ｄ（σ−σ’）｝／ｑλ０＜０    （式８）
【００８２】
なお、アッベ数は上述のσ、σ’の逆数に比例する値であるので、σ、σ’に対応したアッベ数をν、ν’とすると、（式８）は次の（式９）に置き換えられる。
【００８３】
ｄ’／ｄ＜ν’／ν−１    （式９）
【００８４】
（式９）はν’＞νであれば、|Δ／λ|のλに対する変化量を小さくしやすくなることを示している。
【００８５】
図８は、本実施形態の対物レンズにおける各回折光の回折効率の波長依存性を示している。ここでは、基体６Ａに高分散透明プラスチック材料（例えば、カネボウ株式会社製商品名Ｏ−ＰＥＴ（ｎ＝１．６２，ν＝２４）以下同じ）、透明層６ＢにはＵＶ樹脂（ｎ’＝１．４９，ν’＝５９）を用い、段差ｄ、ｄ’をｄ＝６．６μｍ、ｄ’＝４．５μｍに設定している。ただし、波長λでの屈折率ｎは、νｄをｄ線（波長λｄ＝０．５８７６μｍ）でのアッベ数、ｎｄをｄ線での屈折率、ｎＣをｃ線（波長λＣ＝０．６５６３μｍ)での屈折率、ｎＦをＦ線（波長λＦ＝０．４８６１μｍ）での屈折率として、次の（式１０）で近似している。
【００８６】
ｎ＝ｎｄ−(λｄ-2−λ-2）(ｎｄ−１)／νｄ(λＦ-2−λＣ-2）    （式１０）
【００８７】
以下の計算では、何れもこの近似（式１０）を用いている。
【００８８】
図８において、曲線Ｄ０は０次回折光、曲線Ｄ１は１次回折光、曲線Ｄ２は２次回折光、曲線Ｄ３は３次回折光の特性を示している。曲線Ｄ３は波長０．４０５μｍでほぼ１００％、曲線Ｄ２は波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍで９８％、８３％の回折効率を示している。
【００８９】
ν’＞νを満たすので、何れの曲線も広い波長領域に渡って高い回折光の効率を維持する特性を有している。従って、本実施形態における対物レンズ６は、回折を用いた単一のレンズでありながら、３つの波長の光に対していずれも高い光の回折効率を維持できていることが分かる。
【００９０】
なお、面６ａ、６ｂのグレーティング構造での回折現象を次のように説明することもできる。即ちｍ、ｍ’を整数として、段差ｄ、ｄ’が次の（式１１）及び（式１２）を満たすとする。
【００９１】
ｄ＝|ｍλ０／（ｎ−ｎ’）|          （式１１）
ｄ’＝|ｍ’λ０’／（ｎ’−１）|    （式１２）
【００９２】
このとき、面６ａのグレーティングでは、主にλ０の波長に対してｍ次光が回折し、面６ｂのグレーティングでは主にλ０’の波長に対してｍ’次光が回折する。波長λ０、λ０’は近接しているが一致しなくてもよい。このとき、グレーティング構造全体としては、λ０からλ０’の近傍の波長に対して（ｍ＋ｍ’）次光が回折することになる。図８の例では、曲線Ｄ３が０．４０５μｍ近傍の波長に対し、ｍ＝５，ｍ’＝−２，ｍ＋ｍ’＝３の関係にあり、曲線Ｄ２が０．６９０μｍ近傍の波長に対し、ｍ＝３，ｍ’＝−１，ｍ＋ｍ’＝２の関係にある。
【００９３】
図９に示すように、面６ａ、６ｂのグレーティングの段差位置が横方向にδだけずれている場合、回折効率は、図１０に示すように変化する。図１０は、δ／Λ＝０．０２の場合の計算結果を示すグラフであり、他の条件は全て図８に示す条件に等しい。
【００９４】
曲線Ｄ３（３次回折光）は、波長０．４０５μｍで９３％、曲線Ｄ２（２次回折光）は、波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍで９４％、８３％の回折効率を示している。このように、段差位置のずれにより若干の効率低下が認められるので、段差位置のずれは、２〜３％程度以下に抑えることが好ましい。
【００９５】
次に、本実施形態における対物レンズ６による集光を、収差の面から考察してみる。グレーティングによる回折を無視した対物レンズ（ベースの対物レンズ）を光ディスクの基材厚ｘを想定して設計したとすれば、回折によって青波長λ１の光には基材厚（ｘ＋０．１）分の球面収差が加わり、赤波長λ２の光には基材厚（ｘ＋０．６）分の球面収差が加わり、赤外波長λ３の光には基材厚（ｘ＋１．２）分の球面収差が加わる。これにより、それぞれ０．１，０．６，１．２の基材厚分の球面収差を吸収することができる。実際には波長差に伴う分散影響があり、短波長になるほどディスクやレンズの屈折率は大きく、それに連動して球面収差も大きくなる。この球面収差の増大を基材厚差に換算し、青波長λ１、赤波長λ２、赤外波長λ３での収差量をｔ１、ｔ２、ｔ３（ただし、赤外波長を分散の基準としｔ３＝０とする）とすると、短波長になるほど収差は基材厚差のプラス側に作用するので、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＝０である。
【００９６】
従って、回折によって青波長λ１の光には基材厚（ｘ＋０．１＋ｔ１）分の球面収差、赤波長λ２の光には基材厚（ｘ＋０．６＋ｔ２）分の球面収差、赤外波長λ３の光には基材厚（ｘ＋１．２＋ｔ３）分の球面収差が加わり、それぞれ０．１，０．６，１．２の基材厚分の球面収差と分散影響による球面収差を吸収している。一方、回折によって発生する収差は回折次数×波長に比例するので、グレーティングでの回折次数を青波長λ１でｐ次、赤波長λ２でｑ次、赤外波長λ３でｒ次とすると、次の（式１３）が成立する。
【００９７】
（ｘ＋０．１＋ｔ１）：（ｘ＋０．６＋ｔ２）：（ｘ＋１．２＋ｔ３）＝pλ１：qλ２：rλ３    （式１３）
【００９８】
ここで、仮にｑ＝ｒ、λ１＝０．４０５μｍ、λ２＝０．６６０μｍ、λ３＝０．７９０μｍとし、赤色の波長以上の波長では分散が小さいことから近似的にｔ２＝ｔ３＝０とすれば、（式１３）より、ｘ＝２．４４６ｍｍとなるので、次の（式１４）が成立する。
【００９９】
ｐ／ｑ＝６６０（ｘ＋０．１＋ｔ１）／４０５（ｘ＋０．６）    （式１４）
【０１００】
ｔ１＝０とすると、ｐ／ｑ＝１．３６２であり、ｔ１＞０ではｐ／ｑは１．５に近い値になり、ｔ１＝０．２５８ではｐ／ｑ＝１．５となる。ｔ１は対物レンズに高分散（低アッベ数）の硝材を用いたり、レンズ厚を大きくしたりすることで大きくできるが、レンズ厚２ｍｍ、焦点距離３ｍｍで具体的に計算してみると、最大分散（アッベ数２０程度）の材料を想定しても０．３ｍｍ程度にしかならない。なお、レンズ厚以外に、ワーキングディスタンス、焦点距離、正弦条件の不満足量等も、ｔ１の大きさに影響する。
【０１０１】
従って、常識的な設計パラメータの下では、ｐ／ｑ＝２（ｐ＝２，ｑ＝ｒ＝１）等の、ｐ／ｑ＝１．５以外の組み合わせは物理的に不可能である。言い換えれば、レンズ材料やレンズ厚等を適切に選ぶことにより、ｐ／ｑ＝１．５を満たすことができる。したがって、本実施形態における回折次数の組み合わせ（ｐ＝３，ｑ＝ｒ＝２）は、基材厚差及び屈折率分散に伴う収差をキャンセルできる最適の組み合わせといえる。実際、Ｏ−ＰＥＴ（ｎｄ＝１．６２，νｄ＝２４）をレンズ硝材に用いたモデルでの計算では、ＮＡ０．５以内で０．１，０．６，１．２の基材厚分の球面収差と分散影響による球面収差をほぼ完全に吸収出来ており、レンズ硝材のアッベ数が３０以下であれば収差をキャンセルできる可能性が高いといえる。
【０１０２】
なお、対物レンズ６はＮＡ＝０．０〜０．５、ＮＡ＝０．５〜０．６５、ＮＡ＝０．６５〜０．８５の３つのゾーンに区切られており、ＮＡ＝０．０〜０．５では、３つの波長（青、赤、赤外）の光に対して、回折性能、収差性能とも満足しなければならないので上述した構成を必要とする。しかし、ＮＡ＝０．５〜０．６５では、２つの波長（青、赤）の光、ＮＡ＝０．６５〜０．８５では１つの波長（青）の光にのみ、回折効率性能、収差性能を満足させればよいので、断面構成や設計仕様を含めて別の構成であってもよい。
【０１０３】
特にＮＡ＞０．５の領域で赤外光に対して（式１３）の３つ目の比例式が不満足になるように設計すれば、ＮＡ＞０．５の領域を透過する赤外光はディスク情報層や光検出面上で散逸するので、対物レンズ６が赤外光に対するＮＡ＝０．５の開口フィルターとして作用することになる。
【０１０４】
同様に、ＮＡ＞０．６５の領域で赤色光に対して（式１３）の２つ目の比例式が不満足となるように設計すれば、ＮＡ＞０．６５の領域を透過する赤色光はディスク情報層や光検出面上で散逸するので、対物レンズ６が赤色光に対するＮＡ＝０．６５の開口フィルターとして作用することになる。従って、従来例のように開口フィルター５を必要とすることがなく、低コスト化への寄与は大きい。
【０１０５】
本実施形態では３つの光源が無限系を形成するように配置されるので、トラッキング制御に伴う対物レンズの変位による問題（ディスク情報層への収束光にコマ収差が発生し、再生性能や記録性能が劣化する問題）がない。その結果、２波長対応レーザや３波長対応レーザ等、複数の光源が同一基板上に形成されている光源に対しても適用できる。当然、表面６ａ、６ｂに形成されるグレーティング断面は鋸歯に内接する階段状であってもよく、このとき鋸歯状に比べ回折効率は劣化するが、加工方法によっては加工しやすくなる場合がある。
【０１０６】
さらに、対物レンズ６は、プラスチックをベースにして、これに紫外線硬化樹脂層を貼り合わせて構成したが、プラスチックをベースにすると温度差による形状変化が大きく信頼性に劣る。このため、高分散のガラス硝材をベースレンズ（グレーティングなし）とし（収差キャンセルのため高分散の必要はあるが高屈折率の必要はない）、この表面に高屈折率、高分散のグレーティング付きプラスチック、その上に低屈折率、低分散のグレーティング付き紫外線硬化樹脂を形成する構成にしてもよい。
【０１０７】
なお、対物レンズ６では（式１３）を満足する設計で球面収差を除去できるが、設計の仕方では波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ収差（１次の球面収差）が残存する。この収差は３つの光源に対する対物レンズ６の各焦点距離の偏差に比例する。例えば、対物レンズの焦点距離の偏差が各焦点距離の平均値の１／１０程度あれば、青光源の１ｎｍの波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ＝１μｍという計算結果がある。従って、この偏差を焦点距離の平均値の１／５０以下に出来れば、波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ収差は十分小さいレベルといえる。
【０１０８】
なお、青光源に対するディスク基材厚が例えばＨＤ−ＤＶＤで適用されている０．６ｍｍの場合、（式１４）は、次の（式１５）に置き換えらる。
【０１０９】
ｐ／ｑ＝６６０（ｘ＋０．６＋ｔ１）／４０５（ｘ＋０．６）    （式１５）
【０１１０】
式１５において、ｔ１＝０とすると、ｐ／ｑ＝１．６３０２であり、ｔ１＝０．６９２でｐ／ｑ＝２．０（ｐ＝２，ｑ＝ｒ＝１の組み合わせ）となる。ｔ１＝０．６９２は最大分散の材料を想定しても不可能な値であり、ディスク基材厚０．６ｍｍでの収差キャンセル条件は見いだしにくい。しかし、ディスク基材厚を０．３ｍｍとすると、ｔ１＝０でｐ／ｑ＝１．４７３となり、分散の小さい材料を用いることでｐ／ｑ＝１．５を満たせられる可能性がある。従って、回折次数の組み合わせで基材厚差及び屈折率分散に伴う収差をキャンセルするには、青光源に対するディスク基材厚が０．３ｍｍ以下であることが必要であり、Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｋで適応される０．１ｍｍはこれを満足している。
【０１１１】
上記の光ピックアップは、３波長に対応するように３種類の光源を備えているが、本発明の光ピックアップは、２波長に対応するように２種類の光源を備えているものであってもよい。その場合、青色についてはｐ＝３の回折光、赤または赤外についてｑ＝２の回折光を利用することが最も好ましい。
【０１１２】
次に、図２１を参照しながら、本発明による光ディスク装置の実施形態を説明する。この実施形態は、図５に示す構成を有する光ピックアップ３００と、光ディスク２００を回転させるディスクモータ３０２と、各種の信号処理を行う部分とを備えている。
【０１１３】
図２１に示す例では、光ピックアップ３００の出力がフロントエンド信号処理部３０６を介してエンコーダ／デコーダ３０８に送られる。エンコーダ／デコーダ３０８は、データ読み出し時、光ピックアップ３００によって得られる信号に基づいて光ディスク２００に記録されているデータを復号する。データ書き込み時、エンコーダ／デコーダ３０８はユーザデータを符号化し、光ディスク２００に書き込むべき信号を生成し、光ピックアップ３００に送出する。
【０１１４】
フロントエンド信号処理部３０６は、光ピックアップ３００の出力に基づいて再生信号を生成する一方、フォーカスエラー信号ＦＥやトラッキングエラー信号ＴＥを生成する。フォーカスエラー信号ＦＥやトラッキングエラー信号ＴＥは、サーボ制御部３１０に送出される。サーボ制御部３１０は、ドライバアンプ３０４を介してディスクモータ３０２を制御する一方、光ピックアップ３００内のアクチュエータを介して対物レンズの位置を制御する。
【０１１５】
エンコーダ／デコーダ３０８およびサーボ制御部３１０などの構成要素は、ＣＰＵ３０９によって制御される。
【０１１６】
本発明による光ディスク装置は、図２１に示す構成を有するものに限定されず、本発明の光ピックアップを他の公知の光ディスク装置における光ピックアップと置き換えることによっても得られる。
【０１１７】
なお、以下に説明する光ピックアップの各実施形態も、図２１に示すように公知の構成要素とともに光ディスク装置の構成要素として好適に用いられる。
【０１１８】
（実施形態２）
次に、図１１を参照しつつ本発明による光ピックアップの第２の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ６を除いて実施形態１の構成と同じであり、共通の要素については詳しい説明を省く。
【０１１９】
本実施形態では、対物レンズ６の面６ｂに形成されたグレーティングのピッチおよび段差が実施形態１における対物レンズ６の面６ｂに形成されたグレーティングのピッチおよび段差から異なっている。
【０１２０】
図１１は本実施形態の対物レンズの面６ａ、６ｂにおける回折原理を説明する説明図であり、簡単のため各面を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。基体６Ａの屈折率をｎ、透明層６Ｂの屈折率をｎ’とし、面６ａ上に形成されたグレーティングをピッチΛ、段差ｄの鋸歯状の断面、面６ｂ上に形成されたグレーティングをピッチΛ／３、段差ｄ’／３の鋸歯状の断面とする。
【０１２１】
実施形態１では、０．６９０μｍ近傍の波長に対して面６ｂ上に形成されたグレーティングでは３次回折光、面６ａ上に形成されたグレーティングでは−１次回折光となり、面６ｂ、６ａのグレーティング構造全体として３−１＝２次回折光が発生している。一方、本実施形態ではそれぞれの段差がｄ＝６．６μｍ、ｄ’／３＝１．５μｍとなり、面６ａ上に形成されたグレーティングでの回折作用は同じで、面６ｂ上に形成されたグレーティングでの回折は（式１２）より次数は変わるが（３次が１次に）、グレーティングピッチが１／３になっているので、（式５）より回折方向は変わらない。従って、面６ｂ、６ａの構造全体としての回折作用は本実施形態と実施形態１とでは全く同じものになる。
【０１２２】
よって、グレーティングのピッチと段差が異なるにも関わらず、実施形態１と全く同じ効果が得られるので、ピッチが荒いグレーティングの場合には、本実施形態を採用することで、グレーティングの段差を浅くでき、グレーティングを形成する上での金型の切削研磨工程等の作製が容易になるメリットがある。また、実際に出来上がる段差部は面に対して垂直にならずに傾斜する加工誤差が存在するが、この加工誤差は光の散乱に結びつくので、グレーティング段差を浅くできる本実施形態を採用することで、光の散乱を低減する効果もある。
【０１２３】
（実施形態３）
次に、図１２を参照しつつ本発明による光ピックアップの第３の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、青色発光半導体レーザ等の光源１Ｂを他の光源（１Ｒ，１Ｉ）から分離し、色収差補正素子１１とダイクロイックミラープリズム２を付け加えた以外は全て実施形態１の構成と同じである。実施形態１の光ピックアップと共通する構成要素については同一の参照符号を振って説明する。
【０１２４】
図１２は実施形態３における光ピックアップの断面構成を示す。図１２において青色発光半導体レーザ等の光源１Ｂから放射される青色の光（例えば、波長０．４０５μｍ）は、色収差補正素子１１を透過し、ダイクロイックミラープリズム２（青色は反射、青色よりも長波長側は透過）で反射され、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｂに変換される（いわゆる無限系）。平面波４Ｂは、波対物レンズ６（ＮＡ＝０．８５）を経て基材厚０．１ｍｍの光ディスク基材７Ｂを透過し、基材裏面（入射面の反対面）に形成された情報層８Ｂ上に集束される。
【０１２５】
一方、光源１Ｂと別の基板上に形成された赤色発光半導体レーザ等の光源１Ｒから放射される赤色の光（例えば、波長０．６６０μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム２を透過し、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｒに変換される（いわゆる無限系）。この平面波４Ｒは、対物レンズ６を経て基材厚０．６ｍｍの光ディスク基材７Ｒを透過し、基材裏面に形成された情報層８Ｒ上に集束される。
【０１２６】
更に、光源１Ｒと同一基板上に形成された赤外色発光半導体レーザ等の光源１Ｉから放射される赤外色の光（例えば、波長０．７９０μｍ）は、ダイクロイックミラープリズム２透過し、コリメートレンズ３を経て平面波４Ｉに変換され（いわゆる無限系）、対物レンズ６を経て基材厚１．２ｍｍの光ディスク基材７Ｉを透過し、基材裏面に形成された情報層８Ｉ上に集束される。
【０１２７】
対物レンズ６は、実施形態１における対物レンズ６と全く同じ構成を有しており、実施形態１について得られる効果と同様の効果が得られる。
【０１２８】
色収差補正素子１１は、透明基板の片面１１ａに光軸Ｌに対して同心で鋸歯状断面のグレーティングを形成したものである。このグレーティングにより、光源１Ｂから放射される青色の光（本例では波長０．４０５μｍ）は、特定の次数（例えば１次）の光が強く回折する。対物レンズ６では（式１３）を満足する設計で球面収差を除去できるが、設計の仕方では波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ収差（１次の球面収差）が残存する。特に青色の波長では分散の影響が大きいので、１ｎｍの波長差で１μｍ程度のＤｅｆｏｃｕｓ（集光点位置の変位）が発生する場合もある。本実施形態では、青色光の光路上に色収差補正素子１１を挿入することで、透過光の波長差が回折方位の差（すなわちＤｅｆｏｃｕｓ収差）として現れ、これを対物レンズ６でのＤｅｆｏｃｕｓ収差の補正に用いるものであり、実施形態１に比べ光学部品が増えるが、設計の余裕度は広がるメリットがある。なお、色収差補正素子１１に形成されるグレーティング断面は、鋸歯に内接する階段状であってもよい。
【０１２９】
（実施形態４）
次に、図１３から図１５を参照しつつ本発明による光ピックアップの第4の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ６を除いて実施形態１の構成と同じであり、共通の要素については詳しい説明を省く。
【０１３０】
図１３は、本実施形態における対物レンズ６以降の往路側（光源からディスク面に向かう側）の構成を示している。図１３において対物レンズ６は透明層６Ｂの表面６ｂ及び基体６Ａの表面６ａ等は実施形態１と同じであるが、基体６Ａの反対面（往路側では光出射面）６ｃには、光軸Ｌに同心して鋸歯状断面のグレーティングが形成されている。
【０１３１】
図１４は本実施形態の対物レンズ６の反対面６ｃにおける回折原理を説明する説明図であり、簡単のため各面を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。鋸歯状断面のグレーティングにより、入射光４は０次回折光４０’以外に１次回折光４１’、２次回折光４２’等の回折波を派生する。ここで基体６ＡをＯ−ＰＥＴ（ｎｄ＝１．６２，νｄ＝２４）として屈折率が（式１０）に従うものとし、グレーティングの段差ｄ”＝１．２３μｍとして、回折効率の波長依存性を描いたのが図１５である。
【０１３２】
図１５において、曲線Ｄ０は０次回折光、曲線Ｄ１は１次回折光、曲線Ｄ２は２次回折光、曲線Ｄ３は３次回折光の特性で、曲線Ｄ２は波長０．４０５μｍでほぼ１００％、曲線Ｄ１は波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍでそれぞれ９５％と９８％の回折効率になる。従って、他の波長の光での効率劣化等の弊害を引き起こすことなく、反対面６ｃでのグレーティングを青色光での色収差（波長差に伴うＤｅｆｏｃｕｓ収差）の補正として用ることができるので、実施形態３より簡単な構成でありながら、同じ効果（設計の余裕度を広げる効果）が得られる。
【０１３３】
（実施形態５）
次に、図１６を参照しつつ本発明による光ピックアップの第５の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ６を除いて実施形態４の構成と同じであり、共通の要素については詳しい説明を省く。
【０１３４】
図１６は本実施形態における対物レンズ前後での往路側（光源からディスク面に向かう側）の構成を示している。図１３に示した実施形態４の対物レンズ６は、本実施形態では図１６に示すように回折素子部６’と対物レンズ部６”とに分けられる。回折素子部６’は、屈折率と分散特性とが異なる２種類の透明媒質（例えば、ガラス、プラスチックまたは紫外線硬化樹脂等）を材料にして構成され、第１の材料による基体６Ａ’は平板形状をなし、その表面６ａ’に鋸歯状の断面をなすグレーティングを形成し、グレーティングの方位は表面６ａ’上で光軸Ｌを中心軸とする円周に沿っている。第２の材料による透明層６Ｂ’は、グレーティングの形成された表面６ａ’を覆い、その表面６ｂ’（空気側に面した面）には前述のグレーティングの断面を反転させた形状（いわゆる鋸歯の引き方向を反転させた断面形状）のグレーティングが、鋸歯のエッジ位置（下刃位置）を揃えて形成され、グレーティングの方位は光軸Ｌを中心軸とする円周に沿っている。第１の材料は第２の材料より高屈折、高分散である。第１の材料に高分散の材料を用いることでν’＞νを満たすので、回折素子部６’での回折効率は、図８に示したように、何れの曲線も広い波長領域に渡って高い回折光の効率を維持する特性を示すことができる。対物レンズ部６”には面６ｃ’に光軸Ｌに同心して鋸歯状断面のグレーティングが形成されており、これが実施形態４での面６ｃでのグレーティングと同じ作用（色収差の補正）をなす。なお、対物レンズ部６”を構成する材料は、基材厚差等による球面収差を補正するため高分散（例えばアッベ数３０以下）のものが好ましい。
【０１３５】
回折素子部６’に入射する光４Ｂ、４Ｒ，４Ｉは、透明層６Ｂ’の表面６ｂ’と基体６Ａ’の表面６ａ’とで回折し、対物レンズ部６”の表面６ｃ’で回折と屈折が同時に発生し、対物レンズ部６”の反対面（往路では光の出射面）で屈折し、情報層８Ｂ，８Ｒ，８Ｉ上に集光する光となる。本実施形態はいわば実施形態４を２つの部品に分けた構成であり、実施形態４と同一の効果が得られる。但し、実施形態４では面６ａや６ｂ等の複雑なグレーティング構造が非球面上に形成されていたが、本実施形態ではこの構造を平面上に形成できるので、加工上のメリット（作りやすい）は大きい。なお、回折素子部６’が対物レンズ部６”の中心軸から偏心すると収差が発生するので、これらを同一のホルダー上に構成して同軸性を維持する必要がある。
【０１３６】
（実施形態６）
次に、図１７および図１８を参照しながら、本発明による光ピックアップの第６の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ６の構成を除いて、実施形態１の構成と同一である。
【０１３７】
まず、図１７を参照する。図１７は、本実施形態の往路側（光源からディスク面に向かう側）の断面構成を示している。図１７に示される対物レンズ６は、基体６Ａの面６ａに光軸Ｌに同心して鋸歯状断面のグレーティングが形成されている。図１８は本実施形態の対物レンズの面６ａにおける回折原理を説明する説明図であり、簡単のため各面を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。
【０１３８】
図１８に示すように、段差ｄの鋸歯状断面のグレーティングにより、入射光４は０次回折光４０以外に１次回折光４１、２次回折光４２、３次回折光４３等の回折波を派生する。ここで、基体６Ａに高分散のプラスチック材料のＯ−ＰＥＴ（ｎｄ＝１．６２，νｄ＝２４）から形成し、屈折率が（式１０）に従うものとし、グレーティングの段差ｄ＝１．８５μｍとする。この場合において、対物レンズの面６ａでの回折効率の波長依存性を描いたのが図１９である。
【０１３９】
図１９において、曲線Ｄ０は０次回折光、曲線Ｄ１は１次回折光、曲線Ｄ２は２次回折光、曲線Ｄ３は３次回折光の特性であり、曲線Ｄ３は波長０．４０５μｍでほぼ１００％、曲線Ｄ２は波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍでそれぞれ７６％と２７％の回折効率になる。
【０１４０】
本実施形態における収差の補正効果は、実施形態１と同様に基材厚差及び屈折率分散に伴う収差をキャンセルできる最適の組み合わせである。ただし、波長０．６６０μｍと波長０．７９０μｍに対する回折効率は実施形態１に比べ低くなる。特に赤外光の場合、記録用途には向かない。しかし、実施形態１に比べ、グレーティングの構成が簡単であり、用途を限定できれば、安価な構成として採用可能である。
【０１４１】
なお、実施形態４を２つの部品に分けて実施形態５を構成したように、本実施形態も回折素子部と対物レンズ部とに分けることができる。このとき、回折素子部にはその片面に光軸Ｌに同心した鋸歯状断面のグレーティングが形成され、対物レンズ部はグレーティングが付かず、高分散の硝材で形成される。当然、対物レンズ部に色収差の補正のグレーティングを形成することもでき、この色収差補正用のグレーティングは回折素子部の別面にあっても良い。同様に、以上６つの実施形態を様々に組み合わせた構成も可能であり、それぞれの効果を合わせ持つことになる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、波長が相互に異なる光ビームで多種類の光ディスクのアクセスする光ディスク装置に好適に用いられる。現在、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなどの種々の規格に従った光ディスクが流通しているため、１つの光ディスク装置でこれらの光ディスクの記録再生を実行することが求められている。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】光ディスクと対物レンズとの配置関係を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、およびＢＤの断面の概略を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）は、平行光が入射した対物レンズによって球面収差が発生している様子を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のレンズと同一のレンズに対して発散光を入射させることにより、球面収差を補正している様子を示す模式図である。
【図４】光ディスク２００に入射した光ビームが情報層２１４上に集束している様子を示す図である。
【図５】本発明による光ピックアップの第１の実施形態の要部構成図である。
【図６】本発明に好適に用いられるグレーティング構造を示す図である。
【図７】第１の実施形態における対物レンズ面における回折原理を説明するための図である。
【図８】第１の実施形態における対物レンズ面における回折効率特性図である。
【図９】第１の実施形態における実施形態の他の対物レンズ面における回折原理を説明する説明図である。
【図１０】図９に示す対物レンズ面における回折効率特性図である。
【図１１】本発明による光ピックアップの第２の実施形態における対物レンズ面における回折原理を説明するための図である。
【図１２】本発明による光ピックアップの第３の実施形態の要部構成図である。
【図１３】本発明による光ピックアップの第４の実施形態の要部構成図である。
【図１４】第４の実施形態の対物レンズの面における回折原理を説明するための図である。
【図１５】第４の実施形態における回折効率特性図である。
【図１６】本発明による光ピックアップの第５の実施形態の要部構成図である。
【図１７】本発明による光ピックアップの第６の実施形態の要部構成図である。
【図１８】第６の実施形態における対物レンズ面の回折原理を説明する図である。
【図１９】第６の実施形態における回折効率特性図である。
【図２０】従来の光ピックアップにおける要部断面構成図である。
【図２１】本発明による光ディスク装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１Ｂ    青色光源
１Ｒ    赤色光源
１Ｉ    赤外光源
Ｌ      光軸
３      コリメートレンズ
４Ｂ    青光源に対する平面波光線
４Ｒ    赤光源に対する平面波光線
４Ｉ    赤外光源に対する平面波光線
６      対物レンズ
６Ａ    第１の材料による構成部
６Ｂ    第２の材料による構成部
６ａ    第１の材料による構成部のグレーティングの形成された面
６ｂ    第２の材料による構成部のグレーティングの形成された面
７Ｂ    青光源に対する光ディスク基材
７Ｒ    赤光源に対する光ディスク基材
７Ｉ    赤外光源に対する光ディスク基材
８Ｂ    青光源に対する光ディスク情報層
８Ｒ    赤光源に対する光ディスク情報層
８Ｉ    赤外光源に対する光ディスク情報層
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006077915.tif 000023
【図２】
2006077915.tif 000024
【図３】
2006077915.tif 000025
【図４】
2006077915.tif 000026
【図５】
2006077915.tif 000027
【図６】
2006077915.tif 000028
【図７】
2006077915.tif 000029
【図８】
2006077915.tif 000030
【図９】
2006077915.tif 000031
【図１０】
2006077915.tif 000032
【図１１】
2006077915.tif 000033
【図１２】
2006077915.tif 000034
【図１３】
2006077915.tif 000035
【図１４】
2006077915.tif 000036
【図１５】
2006077915.tif 000037
【図１６】
2006077915.tif 000038
【図１７】
2006077915.tif 000039
【図１８】
2006077915.tif 000040
【図１９】
2006077915.tif 000041
【図２０】
2006077915.tif 000042
【図２１】
2006077915.tif 000043
【国際調査報告】
2006077915.tif 000044
2006077915.tif 000045
2006077915.tif 000046
2006077915.tif 000047