JP4252806B2 - 光ピックアップ及びこれを用いる光情報処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各光源からの通過光束の位相分布を変化させる位相補正素子を備えた光ピックアップ及びこれを用いる光情報処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
映像情報、音声情報、またはコンピュータにおいて処理される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及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上げる手段としては、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の小径化が有効である。
【０００４】
そこで、例えば、「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズの開口数が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、対物レンズの開口数が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及び大容量化が望まれている。
【０００５】
そのためには、対物レンズの開口数を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。このような大容量の光記録媒体及び光情報処理装置として、例えば、非特許文献１の記載などに挙げられている、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システムの提案がある。
【０００６】
前記高ＮＡ化、あるいは短波長化による新規格が近年提案される一方、利用者の手元には、従来の光記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤが存在する。これらの光記録媒体と前記新規格の光記録媒体をともに同一の光情報処理装置で取り扱えることが望ましい。これを実現する最も簡単な方法としては、従来の光ピックアップと、新規格用光ピックアップの両方の光ピックアップを搭載する方法がある。しかし、この方法では、小型化、低コスト化を達成することは難しい。
【０００７】
そこで、青色波長帯域の光源を用いた青色系（大容量）光記録媒体と、既存のＤＶＤ、あるいはＣＤとの互換が可能な光ピックアップとして、図３１に示すように青色用光源１００、ＤＶＤ用光源２００、ＣＤ用光源３００の各光源と、これらの各光源からの出射光を所定の光記録媒体に集光させるための１つの対物レンズを備えた構成が望ましい。
【０００８】
ところで、このように１つの対物レンズで、青色、ＤＶＤ、ＣＤの異なる規格の光記録媒体に集光させるためには、次のような課題が存在する。波長（λ１）：４０７ｎｍ、ＮＡ（λ１）：０.６５、光照射側基板厚（ｔ１）：０.６ｍｍの青色系光記録媒体に対して、無限系入射（対物レンズへの入射光が平行光で入射する状態を意味する）により球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズを用いて、波長（λ２）：６６０ｎｍ、ＮＡ（λ２）：０.６５、光照射側基板厚（ｔ２）：０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に無限系入射でスポット形成させた場合、あるいは波長（λ３）：７８０ｎｍ、ＮＡ（λ３）：０.５０、光照射側基板厚（ｔ３）：１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に無限系入射で集光させた場合、図３，図４に示すように波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【０００９】
このような課題は、ＤＶＤ／ＣＤ互換型光ピックアップにおいても同様にあった。すなわち、波長（λ２）：６６０ｎｍ、ＮＡ（λ２）：０.６５、基板厚（ｔ２）：０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に無限系入射で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズを用いて、波長（λ３）：７８０ｎｍ、ＮＡ（λ３）：０.５０、基板厚（ｔ３）：１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に無限系入射により集光させた場合、波長の違いと基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【００１０】
このときの対応方法として、例えば、特許文献１，特許文献２に記載がある。すなわち、波長の異なる２つの半導体レーザーと、波長選択性の位相補正素子とを有し、一方の半導体レーザーから出射された波長６６０ｎｍの光を用いて厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に対して記録や再生を行い、他方の半導体レーザーから出射された波長７８０ｎｍの光を用いて厚さ１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に対して記録や再生を行うように構成し、波長選択性の位相補正素子については、波長６６０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長７８０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させて基板厚さの違いに伴う球面収差を補正するという手法を提案している。
【００１１】
また、他の方法として、対物レンズに対して波長６６０ｎｍのＤＶＤ側入射光が無限系、ＣＤ側入射光が有限系（いわゆる、発散光で入射する状態を意味する）とすることにより、ＤＶＤ系光記録媒体とＣＤ系光記録媒体の基板厚及び波長の差に起因する球面収差を補正する手段が一般に知られている。
【００１２】
ここで、以上のような従来例を用いて、青色系光記録媒体／ＤＶＤ系光記録媒体の互換型光ピックアップを提案しているものとして、非特許文献２に記載がある。これは、波長の異なる２つの半導体レーザーと、ホログラムパターンが形成された位相補正素子とを有し、一方の半導体レーザーから出射された波長４０５ｎｍの光を用いて厚さ０.１ｍｍの青色系光記録媒体に対して記録や再生を行い、他方の半導体レーザーから出射された波長６５０ｎｍの光を用いて厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に対して記録や再生を行うように構成し、位相補正素子については、波長４０５ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長６６０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させて基板厚さの違いに伴う球面収差を補正するという手法を提案している。
【００１３】
さらに、非特許文献３の記載には、青色系光記録媒体／ＤＶＤ系光記録媒体／ＣＤ系光記録媒体の３種類の光記録媒体を１つの対物レンズで記録あるいは再生する方法が提案されている。波長４０５ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍの異なる３つの半導体レーザーと、波長選択性の位相補正素子とを有し、波長４０５ｎｍの無限系入射の光を用いて厚さ０.１ｍｍの青色系光記録媒体に対して照射を行い、波長６６０ｎｍの有限系入射の光を用いて厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に対して照射を行い、波長７８０ｎｍの有限系入射の光を用いて厚さ１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に対して照射を行う構成とし、波長選択位相板は波長４０５ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長６６０ｎｍ，７８０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させている。この構成では、基板厚さの違いに伴う球面収差を補正する方法として、波長選択性の位相補正素子とＤＶＤ／ＣＤの２波長を有限系にするという２種類の波面補正手段を併用している。
【００１４】
【特許文献１】
特許第２７２５６５３号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３４５０４号公報
【非特許文献１】
ISOM2001 予稿集「Next Generation Optical Disc」Hiroshi Ogawa、p6〜7
【非特許文献２】
「Optical design for compatible lens between DVD and the next generation video disk system 」M.Itonaga：J.Magn.Soc.Japan,Vol.25,No3-2,2001
【非特許文献３】
ISOM2001 予稿集「BLUE/DVD/CD COMPATIBLE OPTICAL HEAD WITH THREE WAVELENGTHS AND A WAVELENGTH SELECTIVE FILTER」Ryuichi Katayama and Yuichi Komatsu p30〜31
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の非特許文献３に記載される方法では、ＤＶＤ系光記録媒体／ＣＤ系光記録媒体の互換時に十分な波面性能が得られない。一般に、回折限界の球面収差として、マーシャル・クライテリオン：０.０７λｒｍｓが基準値として用いられることがあるが、光ピックアップでは、光記録媒体の厚み誤差、光記録媒体のチルト誤差、光記録媒体と対物レンズとの位置ずれに伴うデフォーカス誤差などをはじめとする様々な誤差要因が存在し、これらの誤差に伴う収差劣化の確立的な積上げを考えると、誤差を含まない状態での球面収差（中央値）は０.０３λｒｍｓ以下であることが望まれる。
【００１６】
これに対して、非特許文献３の記載では、ＤＶＤ系光記録媒体の球面収差（中央値）は、約０.０５λｒｍｓもある。何故なら、１つの位相補正素子で、ＤＶＤ系とＣＤ系いずれの球面収差も最小とすることは不可能である。すなわち、ＤＶＤ系とＣＤ系の球面収差が最小となる位相補正素子条件の中間値を狙った設計を行わざるを得なくなり、結果、十分に球面収差を抑制することはできない。
【００１７】
また、非特許文献３の記載では、ＤＶＤ系光路とＣＤ系光路を有限系で配しているが、有限系の構成にすると、対物レンズのトラッキング動作に伴い球面収差が劣化するという問題がある。
【００１８】
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、その目的は、青色系光記録媒体／ＤＶＤ系光記録媒体／ＣＤ系光記録媒体の３種類の光記録媒体に、１枚の対物レンズで照射可能な構成を実現し、特に、青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光学系で球面収差を十分に抑制すること（具体的には、設計中央値で残留球面収差０.０３０λｒｍｓ以下）を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の光ピックアップは、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうちいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長：λ１，λ２，λ３（λ１≦λ２≦λ３）の光を出射する３つの光源と、各光源の出射光を前記光記録媒体に集光させるための対物レンズと、開口数：ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３（ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３）を切り換える開口制限手段と、通過光束の位相分布を変化させる位相補正素子とを備え、位相補正素子が、開口数の略ＮＡ２〜ＮＡ３の領域についてのみ位相分布を変化させ、波長：λ１の光に対しては２πの整数倍となる位相差を与える構成によって、位相補正素子の位相パターンによって、発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正できる。
【００２０】
また、請求項２に記載の光ピックアップは、請求項１の光ピックアップにおいて、位相補正素子が、光源から出射する３波長のいずれか２波長の光に対して２πの整数倍となる位相差を与える構成によって、位相補正素子により残りの１波長に発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正できる。
【００２１】
また、請求項３，４に記載の光ピックアップは、請求項２の光ピックアップにおいて、光源から出射する光の波長：λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）に対して、位相補正素子が波長：λ１，λ３に対し２πの整数倍となる位相差を与え、かつ波長：λ３を、波長：λ１の略整数倍としたこと、また、位相補正素子に用いる硝種において、ｄ線の屈折率：ｎｄ、及びｄ線のアッベ数：νｄが、次の条件 「１ . ５０＜ｎｄ＜１ . ６６、及び５５＜νｄ＜８５」を満足する構成によって、位相補正素子の硝種及び位相パターンによって、発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正できる。
【００２２】
さらに、請求項５，６に記載の光ピックアップは、請求項１〜４の光ピックアップにおいて、位相補正素子が、光軸に直交する面において同心円状、かつ光軸方向への断面形状が２段階の矩形状となる位相パターンを有すること、また、光軸に直交する面において同心円状、かつ光軸方向への断面形状が３段階以上の階段状となる位相パターンを有する構成によって、位相補正素子の硝種及び位相パターンによって、残りの１波長（λ２）に発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正できる。
【００２３】
また、請求項７〜１２に記載の光ピックアップは、請求項１〜６の光ピックアップにおいて、対物レンズを、光源から出射する光の３波長の少なくともいずれか１波長の光源点灯時には、有限系入射で使用すること、さらに、３つの波長：λ１，λ２，λ３（λ１≦λ２≦λ３）のうち、波長：λ２と波長：λ３の光源点灯時には有限系で使用すること、またさらに、光源から出射する光の使用波長に応じて、開口数を切り換える開口制限手段を備え、開口制限手段が、位相補正素子と一体化されたこと、さらに偏光状態を変化させる偏光素子を備え、偏光素子が、位相補正素子と一体化されたこと、そして位相補正素子に、フランジ部を有すること、このフランジ部が、対物レンズを支持すること、または、位相補正素子が、対物レンズと一体で可動する構成によって、１波長（λ３）または２波長（λ２，λ３）の光を有限系入射として、発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正でき、また開口制限手段，偏光素子を位相補正素子、さらに位相補正素子とフランジ部、及びこれを介して対物レンズを一体化して小さくでき、収差劣化を抑え光記録媒体上のスポットを絞ることができる。
【００２４】
また、請求項１４に記載の光情報処理装置は、請求項１〜１３のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくとも１以上を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
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。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態１における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」と、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すように光ピックアップの要部は、波長４０７ｎｍの半導体レーザー１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、プリズム１０４、位相補正素子１０５、波長板１０６、開口制限素子１０７、対物レンズ１０８、検出レンズ１１０、光束分割手段１１１、受光素子１１２により構成される波長４０７ｎｍの光が通過する青色光学系が構成されている。
【００２８】
さらに、ホログラムユニット２０１、カップリングレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、プリズム１０４、位相補正素子１０５、波長板１０６、開口制限素子１０７、対物レンズ１０８から構成される波長６６０ｎｍの光が通過するＤＶＤ光学系が構成されている。
【００２９】
またさらに、ホログラムユニット３０１、カップリングレンズ３０２、ダイクロイックプリズム３０３、プリズム１０４、位相補正素子１０５、波長板１０６、開口制限素子１０７、対物レンズ１０８から構成される波長７８０ｎｍの光が通過するＣＤ光学系から構成されている。
【００３０】
すなわち、図１に示すダイクロイックプリズム２０３，３０３、プリズム１０４、位相補正素子１０５、波長板１０６、開口制限素子１０７、対物レンズ１０８は、２ないし３つの光学系に用いられる共通部品である。
【００３１】
ここで、対物レンズ１０８は、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」に対し、無限系入射により球面収差の波面が最小になるように設計されている。
【００３２】
また、光記録媒体１０９ａ、１０９ｂ及び１０９ｃはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体、光記録媒体１０９ａは基板厚さが０.６ｍｍの青色系光記録媒体、光記録媒体１０９ｂは基板厚さが０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体で、光記録媒体１０９ｃは基板厚さが１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体である。記録、あるいは再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【００３３】
以上のように構成された光ピックアップにおいて、まず、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。波長４０７ｎｍの半導体レーザー１０１から出射した直線偏光の発散光は、カップリングレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３を透過し、プリズム１０４で光路を９０度偏向され、位相補正素子１０５を透過し、波長板１０６を通過し円偏光とされ、開口制限素子１０７でＮＡ０.６５に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録、または消去が行われる。
【００３４】
光記録媒体１０９ａから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、波長板１０６を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１１０で収束光とされ、光束分割手段１１１により複数の光路に偏向分割され受光素子１１２に至る。受光素子１１２からは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００３５】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。近年、ＤＶＤのピックアップには受発光素子を１つのキャンの中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられるようになってきた。図２に示すように、半導体レーザー２０１ａ、ホログラム２０１ｂ及び受光素子２０１ｃを一体化してホログラムユニット２０１が構成される。このホログラムユニット２０１の半導体レーザー２０１ａから出射された６６０ｎｍの光は、ホログラム２０１ｂを透過し、カップリングレンズ２０２で平行光とされ、波長４０７ｎｍの光は透過し波長６６０ｎｍの光は反射させるダイクロイックプリズム２０３によってプリズム１０４の方向に反射され、プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、位相補正素子１０５において所定の位相が付加され、波長板１０６を通過し円偏光あるいは楕円偏光とされ、開口制限素子１０７では何ら作用を受けずに通過し、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００３６】
光記録媒体１０９ｂから反射した光は、プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム２０３で反射され、カップリングレンズ２０２で収束光とされ、図２に示すようにホログラム２０１ｂにより半導体レーザー２０１ａと同一キャン内にある受光素子２０１ｃ方向に回折されて受光素子２０１ｃに受光される。受光素子２０１ｃからは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００３７】
引き続き、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。ＤＶＤ系と同様にＣＤ系のピックアップも受発光素子を１つのキャンの中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられる。図１に示したホログラムユニット２０１と同様に、半導体レーザー３０１ａ、ホログラム３０１ｂ及び受光素子３０１ｃを一体化したホログラムユニット３０１が構成される。このホログラムユニット３０１の半導体レーザー３０１ａから出射された７８０ｎｍの光は、ホログラム３０１ｂを透過し、カップリングレンズ３０２で所定の発散状ビームに変換され、青色と赤色波長帯域の光は透過し赤外波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム３０３によってプリズム１０４の方向に反射され、プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、位相補正素子１０５では何ら作用を受けず透過し、波長板１０６を通過し楕円偏光あるいは円偏光とされ、開口制限素子１０７でＮＡ０.５０に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９ｃ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００３８】
光記録媒体１０９ｃから反射した光は、プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム３０３で反射され、カップリングレンズ３０２で収束光とされ、受光素子３０１ｃ方向に回折されて受光素子３０１ｃに受光される。受光素子３０１ｃからは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００３９】
波長４０７ｎｍで球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズ１０８に、波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂにスポット形成させた場合、あるいは波長７８０ｎｍの光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体１０９ｃにスポット形成させた場合、図３，図４に示すように、波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。また、図５は波長４０７ｎｍでの球面収差を示す。本実施の形態１では、図３のように発生するＤＶＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、位相補正素子１０５を備えている。また、図４に示すように発生するＣＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、ＣＤ系光路を有限系で構成する。
【００４０】
そして、本実施の形態１の位相補正素子１０５は、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍでは不感帯をもつ波長選択性の位相補正素子１０５を使用することにより、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍでは不要な作用はしないとともに、波長６６０ｎｍで位相補正素子の性能が十分に確保される構成となっている。
【００４１】
ここで、本実施の形態１における位相補正素子１０５を用いて波面補正を行うＤＶＤ系光路について説明する。
【００４２】
位相補正素子１０５は、波長６６０ｎｍの光に対して＋１次回折し、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂを透過する際に生じる球面収差と、対物レンズ１０８が有する球面収差の和を打ち消す球面収差を有する。したがって、位相補正素子１０５の＋１次回折光は対物レンズ１０８によりＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂ上に無収差で集光される。
【００４３】
図６（ａ）は位相補正素子の平面図を、図６（ｂ）は断面図を示す。図６（ａ）において、位相補正素子１０５は同心円状の干渉縞のパターン（中心部から領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｅ，ｄ，ｃ，ｂの順に構成される）を有し、＋１次回折光に対しては、前述した球面収差補正の働きをする。
【００４４】
本実施の形態１の位相補正素子１０５は、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍでは不感帯をもつものである。基板材料の屈折率をｎ、矩形溝の高さをｈ、点灯光源の波長をλとしたときの、位相補正素子１０５で発生する位相差：δ（λ）は、
【００４５】
【数１】
δ（λ）＝２π（ｎ―１）ｈ／λ
（数１）で与えられるため、δ（４０７ｎｍ）、δ（７８０ｎｍ）が２πの整数倍となる基板材料と、高さｈを選択すればよい。例えば、ｈ：４.０２μｍ、基板材料としてＨＯＹＡ社製のＢａＣＤ５のとき、λ：４０７ｎｍに対してはｎ：１.６０４９４９、δ（４０７ｎｍ）：１２.０π（＝２.０π×６）、λ：６６０ｎｍに対してはｎ：１.５８６０５１、δ（６６０ｎｍ）：７.１π（＝１.１π）、λ：７８０ｎｍに対してはｎ：１.５８２５０９、δ（７８０ｎｍ）：６.０π（＝２.０π×３）。
【００４６】
図７は、ＨＯＹＡ社のガラスマップを示すものであり、図７中の丸でマーキングされた（数２），（数３）の条件に合うような硝種を、例えば、（表１）に示した硝種の中から選べば、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍでの位相差誤差が０.００２π以内となり、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍを不感帯とすることが可能となる。
【００４７】
【表１】
【００４８】
このような材料を用いて、波長６６０ｎｍの光に対して＋１次回折し、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂを透過する際に生じる球面収差と、対物レンズ１０８及び位相補正素子１０５などから構成される光学系が有する球面収差の和を打ち消すようなピッチ形状を形成すればよい。
【００４９】
なお、位相補正素子１０５は、ガラスモールド成形手法を用いた作製手法であってもよいし、エッチング手法を用いた作製方法であってもよいし、切削手法を用いてもよい。また、図７により、屈折率、アッベ数は以下の（数２）,（数３）の条件を満足すればよいことを意味する。
【００５０】
【数２】
１.５０＜ｎｄ＜１.６６
【００５１】
【数３】
５５＜νｄ＜８５
図７の範囲を満たす成形性、転写性のよい樹脂材料を用いてもよい。この場合、同心円状の干渉縞のパターンをもつ金型を用いて射出成形により形成される。
【００５２】
さらに、図７のガラスマップと（数１）の条件からわかるように、波長４０７ｎｍ及び波長６６０ｎｍで２πの整数倍となる硝種、または波長６６０ｎｍ及び波長７８０ｎｍで２πの整数倍となる硝種の選定より、波長の比が整数倍に近い（２倍に近い）波長４０７ｎｍと波長７８０ｎｍを選定した方が２波長で２πとなる硝種は多数存在する。
【００５３】
さらに、本実施の形態１の他の例として、波長４００ｎｍで波面収差最小となる単一の対物レンズ１０８に、波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂにスポット形成させた場合、あるいは波長７８０ｎｍの光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体１０９ｃにスポット形成させた場合、波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。図３のように発生するＤＶＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、ＤＶＤ系光路を有限系で構成するとともに位相補正素子１０５を具備してなる。また図４に示すように発生するＣＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、ＣＤ系光路を有限系で構成する。そして、この位相補正素子１０５は、波長選択性を有し波長４００ｎｍでは不感帯となる。またＣＤ系光路が通過する瞳半径内は位相補正領域をもたない、すなわち波長７８０ｎｍについても不感帯となる位相補正素子１０５を使用することにより、波長４００ｎｍ、波長７８０ｎｍでは不要な作用はしないとともに、波長６６０ｎｍで位相補正素子の性能が十分に確保される構成となっている。
【００５４】
ここで、位相補正素子１０５を用いて波面補正を行うＤＶＤ側光路について説明する。本実施の形態１の他の例では、ＤＶＤ系光路は有限系で構成されている。有限系とすることは、対物レンズへの入射光束を発散状態あるいは収束状態とすることを意味する。一般に対物レンズへの入射光束の発散状態を変化させることは、球面収差を変化させることと等価であるため、球面収差を低減可能な発散状態を選べばよい。図８に示すように、有限系で構成されるＤＶＤ系光学系の物体距離（光源と対物レンズの間隔に相当する）を変化させると球面収差の波面が抑制される。図８によれば物体距離１２０〜１６０ｍｍ付近で波面劣化は最小となる。図８は対物レンズと光源の間には、部品が存在しない場合で説明しているが、実際は、対物レンズと光源の間に、図１に示すような光路長を短くするためのカップリングレンズ２０２を配置している。
【００５５】
しかしながら、有限系の構成のみではＤＶＤ系光路の波面収差は十分に抑制できない。そこで本実施の形態１の他の例では、有限系の構成とするとともに位相補正素子を具備することによりＤＶＤ系光路の波面収差を抑制している。位相補正素子１０５は、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂを透過する際に生じる球面収差と対物レンズ１０８が有する球面収差の和を打ち消す球面収差を有する。図９（ａ）は位相補正素子の平面図を、図９（ｂ）は断面図を示す。同図において、位相補正素子１０５は同心円状のパターンを有し、断面では階段状のステップを有する。前述のとおり、階段状ステップはＣＤの開口数：ＮＡ０．５０に相当する瞳半径位置１．５ｍｍより外側に形成されている。
【００５６】
そして、位相補正素子１０５は、波長４００ｎｍでは不感帯をもつものである。基板材料の屈折率をｎ、矩形溝の高さをｈ、点灯光源の波長をλとしたときの、位相補正素子１０５で発生する位相差：δ（λ）は、（数４）で与えられる。
【００５７】
【数４】
δ（λ）＝２π（ｎ―１）ｈ/λ
ここで、δ（４００ｎｍ）が２πの整数倍となる基板材料と、深さｈを選択すればよい。例えば、ｈ＝１．５７５８μｍ、基板材料としてＨＯＹＡ社ＦＣＤ１のとき、λ＝４００ｎｍに対してはｎ＝１．５０７６７２、δ（４００ｎｍ）＝４π（＝２．０π×２）、λ＝６６０ｎｍに対してはｎ＝１．４９５０５１、δ（６６０ｎｍ）＝２．３６π（＝０．３６π）、λ＝７８０ｎｍに対してはｎ＝１．４９２８２１、δ（７８０ｎｍ）＝１．９９π。このような条件で、波長６６０ｎｍの光に対して位相を付加し、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂを透過する際に生じる球面収差と対物レンズ１０８及び位相補正素子１０５などから構成される光学系が有する球面収差の和を打ち消すような階段形状を形成すればよい。なお、前述したように、位相補正素子１０５は、ガラスモールド成形手法を用いた作製手法であってもよいし、エッチング手法を用いた作製方法であってもよいし、切削手法を用いてもよい。
【００５８】
続いて、有限系の入射により波面補正を行うＣＤ系光路について説明する。ＣＤ光学系は、有限系を採用している。有限系とすることは、対物レンズへの入射光束を発散状態あるいは収束状態とすることを意味する。一般に対物レンズへの入射光束の発散状態を変化させることは、球面収差を変化させることと等価であるため、球面収差を低減可能な発散状態を選べばよい。
【００５９】
図１０に示すように、有限系で構成されるＣＤ系光学系の物体距離（光源と対物レンズの間隔に相当する）を変化させると球面収差の波面が抑制される。波面収差は０.０３λｒｍｓ以下であり、ＣＤ系光路については有限系の構成のみで、十分に波面補正が行える。図１０によれば物体距離５３ｍｍ付近で波面劣化は最小となる。図１０は対物レンズと光源の間には、部品が存在しない場合で説明しているが、実際は、対物レンズと光源の間に、図１に示すような光路長を短くするためのカップリングレンズ３０２を配置している。
【００６０】
また、波長４０７ｎｍで最良の波面を有する対物レンズに、同一光束径の波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させた場合、屈折力が低下し、開口数が低くなる。そのため、本実施の形態１では波長６６０ｎｍについては、波長４０７ｎｍでの入射光束径φ１に比べ、大きな光束径φ２で入射させる。図１１（ａ）は、後述する（表２）の特性を有する対物レンズにおいて、ＮＡ０.６５となる有効径と波長の関係を示すものである。ここでは、簡単のため光学系は無限系とする。
【００６１】
この図１１（ａ）から、波長６６０ｎｍを使用するＤＶＤ系光記録媒体の記録、再生時には光束径φ２を４.０２ｍｍ程度にする必要があることがわかる。そして、有限系の構成、特に発散系ではさらに大きい光束径が必要となり、本実施の形態１の他の例ではφ２＝４．０５ｍｍ程度である。
【００６２】
また、光束径φ１とφ２の関係は、対物レンズの硝種によっても異なる。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の対物レンズと同じφ１、焦点距離、開口数の対物レンズで、硝種を変化させたときの、φ２／φ１と、使用硝種のｄ線での屈折率ｎｄの関係を示したものであり、対物レンズの硝種に応じて適当なφ２を選択してやればよい。
【００６３】
一方、ＣＤ系光記録媒体を記録、再生するときの最適なＮＡは０.５０程度であるが、図１１（ａ）と同様の方法により、最適な有効径φ３を見積もると、φ３：３．２ｍｍ程度とすればよいことがわかる。
【００６４】
前述のような点灯光源に応じて、光束径を切り換える手段として、開口制限素子を用いている。開口制限素子は、波長帯域あるいは偏光方向に応じて、反射，回折，吸収のいずれかの光学特性を利用して光束径の切り換えを行うものであればよい。
【００６５】
本実施の形態１の開口制限素子としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１２に示すように反射によって光束径を切り換える手段を用いればよい。具体的には波長選択性を有する誘電体光学多層膜を用いる。図１２に示す開口制限素子１０７の光の透過特性は、誘電体光学多層膜が施されていない中心部領域（φ３以内の領域）では波長４０７ｎｍ，波長６６０ｎｍ，波長７８０ｎｍの光に対して高透過率で、次の周辺部領域φ３〜φ１（φ３の外周からφ１までの領域）では、波長４０７ｎｍと波長６６０ｎｍの光に対してのみ高透過率で、波長７８０ｎｍの光には低透過率である。さらに周辺部領域φ１〜φ２（φ１の外周からφ２までの領域）では、波長６６０ｎｍの光に対してのみ高透過率で、波長４０７ｎｍ，波長７８０ｎｍの光には低透過率である。
【００６６】
また、本実施の形態１における別の開口制限素子として、光源から出射される光束の波長に応じて、図１２に示す開口制限素子のように回折によって光束径を切り換える手段でもよい。具体的には波長選択性を有する回折格子を形成してやればよい。図１２の開口制限素子１０７の光の透過特性は、回折格子が施されていない中心部領域（φ３以内の領域）では波長４０７ｎｍ，波長６６０ｎｍ，波長７８０ｎｍの光に対して透過し、次の周辺部領域φ３〜φ１（φ３の外周からφ１までの領域）では、波長４０７ｎｍと波長６６０ｎｍの光に対しては作用せず、波長７８０ｎｍの光についてのみ回折させる。さらに周辺部領域φ１〜φ２（φ１の外周からφ２までの領域）では、波長６６０ｎｍの光に対しては作用せず、波長４０７ｎｍ，波長７８０ｎｍの光については回折させる。
【００６７】
さらに、本実施の形態１におけるもう１つ別の開口制限素子としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１３に示す開口制限素子１０７のように吸収によって光束径を切り換える手段でもよい。
【００６８】
ここまで、波長に応じて光束径を切り換える開口制限素子について説明したが、本実施の形態１はこれに限られるものではなく、偏光特性を利用してもよい。例えば、波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの光の偏光方向が直交するように光源を配置し、この直交する偏光方向に応じて開口を切り換えてもよい。
【００６９】
また、本実施の形態１では波長４０７ｎｍの光を直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換できるとともに、波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの光については直線偏光から円偏光もしくは楕円偏光、あるいはその逆の変換が行える波長板を備えている。
【００７０】
この波長板の構成として、波長４０７ｎｍの光と波長６６０ｎｍの光と波長７８０ｎｍの光をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換できる、いわゆる１／４波長板の構成としては、ある厚さｔにおいて常光線（屈折率ｎｏ）と異常光線（屈折率ｎｅ）の位相差が波長４０７ｎｍと波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの１／４となるような結晶からなる波長板を採用すればよい。すなわち、以下の（数５），（数６），（数７）の条件を満たす結晶であればよい。
【００７１】
【数５】
Δｎ１×ｔ＝｛（２ｐ＋１）／４｝×４０７（ｐ＝０，１…）
Δｎ１；波長４０７ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
【００７２】
【数６】
Δｎ２×ｔ＝｛（２ｑ＋１）／４｝×６６０（ｑ＝０，１…）
Δｎ２；波長６６０ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
【００７３】
【数７】
Δｎ３×ｔ＝｛（２ｒ＋１）／４｝×７８０（ｒ＝０，１…）
Δｎ３；波長７８０ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
同様に、波長４０７ｎｍの光と波長６６０ｎｍの光をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換し、波長７８０ｎｍの光については楕円偏光に変換する波長板の構成としては、（数５），（数６）の条件を満足すればよい。
【００７４】
さらに、波長４０７ｎｍの光を直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換し、波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの光については楕円偏光に変換する波長板の構成としては、（数５）の条件を満足すればよい。
【００７５】
さて、ＤＶＤ系、あるいはＣＤ系の光路中に配置されてなるホログラム２０１ｂ，３０１ｂとして、無偏光性のホログラムを用いた場合、往路と復路の光路分離は十分に行えず、およそ光記録媒体からの戻り光の約３０％が、光源に戻ってきてしまう。一般にこのような戻り光は、ノイズ成分として半導体レーザーの発振状態を不安定化させてしまう。しかしながら、本実施の形態１では、以上のような特性をもつ波長板を配置することにより、例えば、図１のＤＶＤ系ホログラムユニット２０１の出射光と光記録媒体からホログラムユニットへ向かう光の偏光方向を直交させることができる。このように 往路の光と復路の光の偏光方向を直交させることにより半導体レーザー２０１ａへの戻り光によるノイズ発生を防止することができる。また、ＣＤ系についても同様である。
【００７６】
また、このような特性をもつ波長板を配置することにより、例えば、図１の青色系光記録媒体に対しては偏光ビームスプリッタ１０３と波長板１０６が、組合された偏光分離光学系が実現されており、十分な光量を得られるとともに、半導体レーザー１０１への戻り光によるノイズ発生も低減可能としている。同様に、ＤＶＤ系光路、あるいはＣＤ系光路に対しても、ホログラムとして偏光選択性のホログラムを使用することにより偏光分離光学系が実現可能である。
【００７７】
なお、波長板は（数５）〜（数７）の条件を満足する結晶に限られない。例えば、有機材料の位相差素子を積層配置させたものをガラス板で挟み込んだ構成であってもよい。あるいは、液晶素子などの電気光学素子を用いてもよい。
【００７８】
前記した実施の形態１における具体的な数値構成及び光学的特性を説明する。青色光学系の対物レンズについて、まず、図１５，（表２）を用いて、波長４０７ｎｍでの光学的性能を示す。なお、位相補正素子１０５は波長４０７ｎｍには無作用のため、対物レンズ１０８を主として説明する。
【００７９】
本実施の形態１の対物レンズ１０８は、波長４０７ｎｍで波面最小となるように設計された対物レンズである。開口数をＮＡ：０.６５、焦点距離をｆ：３ｍｍ、波長４０７ｎｍにおいての屈折率をｎ：１.６０４９４９で表し、レンズの硝種はＨＯＹＡ社製のＢａＣＤ５を使用した。
【００８０】
また、レンズ面の非球面形状は、光軸方向の座標：Ｘ、光軸直交方向の座標：Ｙ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，…を用いて、周知の非球面式：（数８）で表し、
【００８１】
【数８】
Ｘ＝（Ｙ2／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｙ／Ｒ2｝＋ＡＹ4＋ＢＹ6
＋ＣＹ8＋ＤＹ10＋ＥＹ12＋ＦＹ14＋ＧＹ16＋ＨＹ18＋ＪＹ20＋・・
Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・を与えて形状を特定する。
【００８２】
【表２】
【００８３】
（表２）に、具体的データを示す。表中の記号は、以下のとおりである。「ＯＢＪ」は物点（光源としての半導体レーザー）を意味するが、対物レンズ１０８は「無限系」であり、曲率半径：ＲＤＹ及び厚さ：ＴＨＩの「ＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）」は光源が無限遠にあることを意味する。また「ＳＴＯ」は開口制限素子の開口制限面であり、その曲率半径は「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」で、厚さは設計上「０」としている。ここで、特に断らない限り、長さの次元をもつ量の単位は「ｍｍ」である。
【００８４】
「Ｓ１」は位相補正素子１０５の「光源側面」、「Ｓ２」は「光記録媒体側面」、「Ｓ４」は対物レンズ１０８の「光源側面」、「Ｓ５」は「光記録媒体側面」を意味する。対物レンズ１０８の肉厚は１.７ｍｍであり、Ｓ５の欄の「曲率半径の右側」に記載された厚さ：１.６５９２５２ｍｍは「ワーキングディスタンス」を示す。「Ｓ７」は光記録媒体１０９ａの光照射側基板の光源側面、「ＩＭＧ」は同記録面に合致した面であり、これらの面Ｓ７，ＩＭＧの間隔、すなわち、光照射側基板厚は０.６ｍｍ、ｎ：１.６０４９４９である。
【００８５】
「ＥＰＤ：入射瞳径」は開口制限素子の開口径（３.９ｍｍ）を表し、「ＷＬ：波長」は使用波長（４０７ｎｍ）を表す。なお、非球面係数の表示において、例えば「Ｄ：−.２０４７７６Ｅ−０４」とあるのは、「Ｄ＝―０.２０４７７６×１０-4」を意味する。
【００８６】
図１６（ａ）には、波長４０７ｎｍにおける位相補正素子挿入時の球面収差の波面を示す。図５に示した位相補正素子１０５がないときの球面収差の波面を示す図であるが、本実施の形態１では位相補正素子１０５は波長４０７ｎｍで無作用であるため、図１６（ａ）は図５と同等の波面性能を実現できる。横軸は光軸からの高さ（瞳位置）を示し、縦軸は球面収差を示す。このときの球面収差のＲＭＳ値は、０.００２λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足している。良好なスポットが形成される。
【００８７】
また、本実施の形態１の他の例における具体的な数値構成と光学的性能とを説明する。図１５，（表３）を用いて、波長４００ｎｍでの光学的性能を示す。なお、位相補正素子１０５は波長４００ｎｍには無作用のため、対物レンズを主として説明する。この対物レンズ１０５は、波長４００ｎｍで波面最小となるように設計された対物レンズである。開口数をＮＡ：０．６５、焦点距離をｆ：３ｍｍ、波長４００ｎｍでの屈折率をｎ：１．６２５で表す。また、レンズ面の非球面形状は、前述した（数８）で表し、形状を特定する。
【００８８】
【表３】
【００８９】
（表３）に具体的データを示すが、表中の記号は（表２）で説明したものと同様である。（表３）において、レンズの肉厚は１．７ｍｍであり、Ｓ５の欄の「曲率半径の右側」に記載された厚さ：１．６５６７８８ｍｍは「ワーキングディスタンス」、面Ｓ７，ＩＭＧの間隔である光照射側基板厚は０.６ｍｍ、ｎ：１．６２３である。（表２）と同様に「ＥＰＤ：入射瞳径」は開口切換素子の開口径（３．９ｍｍ）、「ＷＬ：波長」は使用波長（４００ｎｍ）を表す。
【００９０】
本実施の形態１の他の例では位相補正素子は４００ｎｍで無作用であるため図５と同等の波面性能を実現できる。このときの波面収差のＲＭＳ値は、０.００２λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足している。良好なスポットが形成される。
【００９１】
続いて、ＤＶＤ光学系の位相補正素子について、図１７，（表４）を用いて、位相補正素子１０５の数値構成と、波長６６０ｎｍでの光学的性能を示す。対物レンズ１０８の形状、位相補正素子１０５の厚さは（表２）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。位相補正素子１０５の対物レンズ１０８側の面に形成された干渉縞のパターンによる光路長の位相付加量は、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｃi、回折次数ｍ、波長λを用いて、
【００９２】
【数９】
γ(ｈ)＝(Ｃ１ｈ2＋Ｃ２ｈ4＋Ｃ３ｈ6＋…)×ｍ×λ
（数９）により定義される光路差関数γ(ｈ)により表される。付加量は、軸上の光路長に対して光路長が長くなる方向を正として表す。なお、本実施の形態１の位相補正素子１０５に形成された同心円状の干渉縞のパターンは、＋１次回折光を利用するよう設計されている。ただし、いずれの次数の回折光を利用するかは任意であり、例えば、２次回折光を利用することもできる。
【００９３】
【表４】
【００９４】
そして、本実施の形態１では、波長６６０ｎｍで球面収差が最小となるように位相補正素子１０５の干渉縞のパターンは設計されており、光路差関数係数Ｃｉは、（表５）に示されるとおりとなる。
【００９５】
【表５】
【００９６】
図１８（ａ）には、波長６６０ｎｍにおける位相補正素子挿入時の球面収差の波面を示す。横軸は光軸からの高さを示し、縦軸は球面収差を示す。このときの球面収差のＲＭＳ値は、０.００１λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。
【００９７】
また、本実施の形態１の他の例におけるＤＶＤ光学系の数値構成と、波長６６０ｎｍでの光学的特性を図１７，（表６）を用いて示す。（表６）は、対物レンズ１０８の形状、位相補正素子１０５の厚さは（表３）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。また、ＤＶＤ光学系は有限系構成とすることにより波面収差の最小化を図っている。図８で説明したとおり、物体距離１４８ｍｍとする構成により最適の波面が得られる。
【００９８】
【表６】
【００９９】
実際には、図１の光ピックアップの構成図に示すように光源と対物レンズの途中光路にカップリングレンズ３０２を挿入することにより、光路の短縮化を図っている。図１９（ａ）には、波長６６０ｎｍで、位相補正素子のない場合の有限系入射波の球面収差を示す図である。波長６６０ｎｍにおける有限系入射波の球面収差のＲＭＳ値は、０.１０９２λｒｍｓである。そこで、位相補正素子を用いることにより、この球面収差の波面を抑制することができる。
【０１００】
位相補正素子の具体的な構成について説明する。位相補正素子のパターンは隣接する階段の高さを、所定の単位高さ：ｈの整数倍で形成されてなる。高さをｈ、屈折率をｎ、入射光の波長をλとすると、位相板パターンのある部分とない部分をとおりる光の位相差δ（λ）は、数（１０）の条件で与えられる。
【０１０１】
【数１０】
δ（λ）＝２π（ｎ―１）ｈ/λ
本実施の形態１の他の例における位相補正素子によれば、波長４００ｎｍの光が位相補正素子１０５通過時に発生する位相差は２πの整数倍となるｈを選定する。例えば、ｈ＝１.５７５８μｍ、基板材料としてＨＯＹＡ社ＦＣＤ１のとき、λ＝４００ｎｍに対してはｎ＝１．５０７６７２、δ（４００ｎｍ）＝４π（＝２．０π×２）、λ＝６６０ｎｍに対してはｎ＝１．４９５０５１、δ（６６０ｎｍ）＝２．３６π（＝０．３６π）、λ＝７８０ｎｍに対してはｎ＝１．４９２８２１、δ（７８０ｎｍ）＝１．９９π。そして、このｈを所定の高さ単位として、有限系構成で残留する球面収差の波面を抑制する階段形状を決定したものが図９（ｂ）である。
【０１０２】
図１９（ｂ）は、前記図９（ｂ）に示す位相補正素子１０５を用いた場合の球面収差を示す特性図である。横軸：瞳半径位置に光軸からの高さ、縦軸に波面収差を示す。波面収差のＲＭＳ値は０．０２９λｒｍｓ以下であり、良好な記録、再生信号特性を得ることが可能となる。
【０１０３】
続いて、ＣＤ光学系の有限系構成について、図２０，（表７）を用いて、ＣＤ光学系の数値構成と、波長７８０ｎｍでの光学的性能を示す。（表７）は、対物レンズ１０８の形状、位相補正素子１０５の厚さは（表２）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。また、ＣＤ光学系は有限系構成とすることにより球面収差の波面の最小化を図っている。
【０１０４】
【表７】
【０１０５】
（表７）に記載されているとおり、物体距離５０.１５ｍｍとする構成により最適の波面が得られる。実際には、図１の光ピックアップの構成図に示すように光源と対物レンズの途中光路にカップリングレンズ３０２を挿入することにより、光路の短縮化を図っている。
【０１０６】
図２１（ａ）には、波長７８０ｎｍにおける位相補正素子挿入時の球面収差の波面を示す。横軸は光軸からの高さを示し、縦軸は球面収差を示す。このときの球面収差のＲＭＳ値は、０.００６λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。
【０１０７】
さらに、本実施の形態１の他の例におけるＣＤ光学系の数値構成と、波長７８０ｎｍでの光学的性能を図２０，（表８）を用いて示す。（表８）において、対物レンズ１０８の形状、位相補正素子１０５の厚さは（表３）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。また、ＣＤ光学系は有限系構成とすることにより波面収差の最小化を図っている。
【０１０８】
【表８】
【０１０９】
（表８）に記載されているとおり、物体距離５３ｍｍとする構成により最適の波面が得られる。図１のピックアップ構成図に示すように光源と対物レンズの途中光路にカップリングレンズ３０２を挿入することにより、光路の短縮化を図っている。
【０１１０】
この波長７８０ｎｍで、位相補正素子なしの有限系入射時における球面収差のＲＭＳ値は、０.００６λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。また、この構成に位相補正素子を導入した場合にも球面収差の波面劣化はなく、良好なスポットが形成可能である。これは位相補正素子のパターン領域をＣＤ系の光束径より外側に形成してなるためである。
【０１１１】
また、位相補正素子１０５の矩形領域における透過率η０、＋１次回折効率η＋１は、次の（数１１），（数１２）で与えられ、
【０１１２】
【数１１】
η０＝ｃｏｓ2（Φ）
【０１１３】
【数１２】
η＋１＝（４／π2）ｓｉｎ2（Φ）
ただし、Φ＝π（ｎ−１）ｈ／λ
これらの（数１１），（数１２）を元に、矩形溝の高さと各波長帯域の透過率の関係を求めたものを図２２に示す。この図２２における図中に示す高さ：ｈ１＝４.０２μｍにおいて、波長４０７ｎｍ，波長６６０ｎｍ，波長７８０ｎｍの３波長帯域で透過率が最大限に確保できることがわかる。
【０１１４】
また、本実施の形態１は図２３（ａ）に示すように複合素子として、位相補正素子１０５、開口制限素子１０７、波長板１０６を一体形成してもよい。これにより、組付工程の簡素化が図れる。さらに、図２３（ｂ）に示すような別の複合素子の構成、すなわち、位相補正素子１０５、波長板１０６の順に一体形成され、位相補正素子表面もしくは波長板表面に開口制限素子１０７が形成されていてもよい。これにより、さらに素子の薄型化、重量の低減が可能となる。
【０１１５】
さらに、図２４（ａ）に示すように、位相補正素子１０５をフランジ４００と一体形成された素子でもよい。特に、図２４（ｂ）に示すようにフランジ４００に対物レンズ１０８を接合してもよい。
【０１１６】
なお、位相補正素子１０５は、回折格子を対物レンズ上に直接形成することにより、位相補正素子１０５と対物レンズ１０８を一体化することも可能である。さらに、本実施の形態１における位相補正素子１０５、開口制限素子１０７、波長板１０８はアクチュエータ（図示せず）上に設置してもよい。これらの部品をアクチュエータ上に設置し、対物レンズ１０８と一体可動させることにより、別体配置させた場合に比べ、相対的なシフトやチルトに伴う波面劣化を抑制できる。
【０１１７】
なお、本実施の形態１のアクチュエータは２〜４軸のいずれの可動変位であってもよい。すなわち、フォーカス・トラッキングの２方向制御に加えて、ラジアル方向もしくはジッタ方向の１軸周りのチルト制御可能な３軸アクチュエータや、２軸周りのチルト制御可能な４軸アクチュエータを用いてもよい。３軸あるいは４軸アクチュエータで対物レンズの傾きを変化させると、対物レンズへ透過する光束にコマ収差が発生するが、光記録媒体の傾きで発生するコマ収差と相殺するようにすることが可能である。
【０１１８】
以上に説明したように、本実施の形態１では、球面収差と逆極性の球面収差を発生させるＤＶＤ系光路に作用する位相補正素子と、ＣＤ系光路を有限系入射する構成、また前記構成のＤＶＤ系光路を有限系入射とする構成を加えて、さらに、波長４０７ｎｍ（４００ｎｍ），波長７８０ｎｍでは不感帯を有する波長選択性の位相補正素子を使用して、波長６６０ｎｍにおいて位相補正素子の性能が十分に確保される構成が実現できる。これにより、例えば、非特許文献３に記載のようなＤＶＤ、ＣＤの中間最適値での素子構成ではなく、ＤＶＤでの最適素子構成を実現できる。
【０１１９】
次に、本発明の実施の形態２における光ピックアップについて説明する。本実施の形態２の光ピックアップが実施の形態１の光ピックアップと異なる点は、位相補正素子として、図６（ａ），（ｂ）に示すような矩形ピッチの位相補正素子１０５の代わりに図２５に示すような階段形状の位相補正素子１０５ｂを用いた点である。
【０１２０】
この位相補正素子１０５ｂを用いない場合、波長６６０ｎｍの対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０.６ｍｍの光照射側基板厚を透過する際には球面収差が残留することは前述のとおりであり、図３がそのときの球面収差の特性図である。本実施の形態２では、この球面収差を抑制する手段として階段状の位相補正素子１０５ｂを用いる。さらに、この波長６６０ｎｍでの数値構成は（表９）で表される。
【０１２１】
【表９】
【０１２２】
図２５は位相補正素子１０５ｂの断面図であり、この位相補正素子１０５ｂは、ガラス基板上に同心円状の干渉縞のパターンが形成されてなる。位相板パターンの隣接する階段の高さは、所定の単位高さ：ｈｉの整数倍で形成されてなる。高さをｈ、屈折率をｎ、入射光の波長をλとすると、位相板パターンのある部分とない部分をとおりる光の位相差δ（λ）は、実施の形態１の位相補正素子１０５と同様に前述した（数１）で与えられる。
【０１２３】
実施の形態１で説明したように、図７で示される硝種範囲で、本実施の形態２の位相補正素子を作製すれば、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍの光が位相補正素子１０５通過時に発生する位相差は２πの整数倍となるｈが選定可能である。例えば、ｈ：１.３４μｍ、基板材料としてＨＯＹＡ社製のＢａＣＤ５のとき、λ：４０７ｎｍに対してはｎ：１.６０４９４９、δ（４０７ｎｍ）：４.０π（＝２.０π×２）、λ：６６０ｎｍに対してはｎ：１.５８６０５１、δ(６６０ｎｍ)：２.４π（＝１.４π）、λ：７８０ｎｍに対してはｎ：１.５８２５０９、δ（７８０ｎｍ）：２.０π。そして、この高さｈを所定の高さ単位として、図３に示すように発生する球面収差を抑制する階段形状を決定したものが図２５である。
【０１２４】
図１８（ｂ）は、前記図２５に示す位相補正素子１０５ｂを用いた場合の球面収差を示す特性図である。横軸に光軸からの高さ、縦軸に球面収差を示す。球面収差のＲＭＳ値は０.０２７λｒｍｓ以下であり、良好な記録、再生信号特性を得ることが可能となる。なお、実施の形態１と同様に、波長４０７ｎｍ，波長７８０でも図１６（ｂ），図２１（ｂ）に示すとおり、良好な波面特性が確保される。
【０１２５】
本実施の形態２も、実施の形態１と同様に、位相補正素子１０５の機能を対物レンズ１０８に一体化することが可能である。すなわち、図２６のように位相補正素子１０５と対物レンズ１０８の組合せにより波長６６０ｎｍの光で、厚さ０．６ｍｍの光照射側基板厚を透過する際に発生する球面収差を抑制するのに対して、図２７のように位相板パターンを対物レンズ上に形成してもよい。図２７では、対物レンズ１１３の光源側の面上に光軸に対して同心円状のパターンが形成されており、その高さは波長４０７ｎｍ、７８０ｎｍの光に対して不感帯となり波長６６０ｎｍの光に対してのみ作用するものである。また、パターンを形成する面は、図２７に限られず、光記録媒体側の面に形成してもよいし、光源側と光記録媒体側の両面から形成されるものであってもよい。
【０１２６】
また、図２８は本発明の実施の形態３の光ピックアップの概略構成を示す図である。この光ピックアップは実施の形態１，２と同じく、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系（大容量）光記録媒体」と、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【０１２７】
前述の実施の形態１，２の光ピックアップと構成の異なる点は、青色系光路も光源（半導体レーザー４０１ａ）と受光素子４０１ｃと光路分離手段（ホログラム４０１ｂ）を単一パッケージに収めたホログラムユニット４０１を使用している点である。これにより、光学系の小型化、組付の簡素化が図れる。
【０１２８】
また、図２９（ａ）は本実施の形態３における別の光ピックアップの概略構成を示す図である。この光ピックアップは実施の形態１，２，３と同じく、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの大容量光記録媒体」と、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【０１２９】
前述の実施の形態１，２，３の光ピックアップと異なる点は、ＤＶＤ／ＣＤの光源（半導体レーザー２０１ａ，３０１ａ）、受光素子２０１ｃ，３０１ｃ、光路分離手段（ホログラム５０１ｂ）を単一パッケージに集約したホログラムユニット５０１とした点である。これにより、３波長光学系を小型な光ピックアップで実現することが可能である。
【０１３０】
なお、ホログラム５０１ｂとしては、図２９（ｂ）に示すようにＤＶＤ用のホログラム面をもつ層とＣＤ用のホログラム面をもつ層を備えた構成を用いればよい。
【０１３１】
図３０は本発明の実施の形態４における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【０１３２】
情報記録再生装置３０は、光記録媒体４０に対して光ピックアップ３１を用いて情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う装置である。本実施の形態５において、光記録媒体４０はディスク状であって、保護ケースのカートリッジ４１内に格納されている。光記録媒体４０はカートリッジ４１ごと、挿入口３２から情報記録再生装置３０に矢印「ディスク挿入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ３３により回転駆動され、光ピックアップ３１により情報の記録や再生、あるいは消去が行われる。
【０１３３】
この光ピックアップ３１として、前述の実施の形態１〜３に記載の光ピックアップを適宜用いることができる。
【０１３４】
さらに本実施の形態４は、使用波長λ：４０７ｎｍ、ＮＡ：０.６５で光記録媒体上に情報記録密度増倍度：Ｐ１＞１.８の多値記録を行う光情報処理装置であってもよい。これにより、例えば２２ＧＢ以上の光情報処理装置をＮＡ０.８５の高ＮＡの対物レンズを用いることなく実現できる。すなわち、光記録媒体への記録容量はスポット径で定まる。ＤＶＤ系光記録媒体（４.７ＧＢ）に比べ、青色波長帯域を利用すれば、スポット径比（λ／ＮＡ）2で容量が上げられ、１２ＧＢ相当となる。これに前記条件の多値記録を適用することにより、２２ＧＢ相当が得られる。この結果、変動などに伴うマージンを拡大できる。例えば、対物レンズの焦点深度は、ＮＡの２乗に比例して厳しくなるため、ＮＡ０.８５の対物レンズに比べＮＡ０.６５のレンズは１.７倍マージンを広げられる。
【０１３５】
さらに本発明は、光記録媒体として、記録情報面を複数層から構成されるものを用いてもよい、層数に応じて容量が増すことは言うまでもない。また、本発明は、層間距離に起因して発生する球面収差も併せて補正することができ、また光記録媒体として、記録情報面を表裏両面に備えた光記録媒体であってもよい。容量が２倍にすることが可能である。
【０１３６】
以上に説明した各実施の形態では、簡単のため、波長として４０７ｎｍ，６６０ｎｍ，７８０ｎｍに限定して述べてきたが、本発明は、以下のような各光記録媒体が規格として定める範囲に適用することが可能である。
【０１３７】
・青色波長帯域：波長３９７ｎｍ〜４１７ｎｍ
・赤色波長帯域：波長６５０ｎｍ〜６７０ｎｍ
・赤外波長帯域：波長７７０ｎｍ〜７９０ｎｍ
同様に、開口数：ＮＡとして、０.６５，０.５０に限定して述べてきたが、
これらも
・青色系光記録媒体のＮＡ：０.６０〜０.７０あるいは０.８５
・ＤＶＤ系光記録媒体のＮＡ：０.６０〜０.６５
・ＣＤ系光記録媒体のＮＡ：０.４５〜０.５０
の範囲に適用できる。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長の異なる３つの光源（半導体レーザー）と、波長選択を行う位相補正素子とを有し、青色波長帯域の光で青色系光記録媒体に対して球面収差の波面が最少となる対物レンズを用いて、青色波長帯域、赤外波長帯域では不感帯であり、赤色波長帯域の光でＤＶＤ系光記録媒体に対して球面収差の波面が最少となる位相補正素子を対物レンズの前段に配し、かつ赤外波長帯域の光でＣＤ系光記録媒体に対して球面収差の波面が最小となるようにＣＤ系光路を有限系入射となるように構成することにより、青色系光記録媒体，ＤＶＤ系光記録媒体，ＣＤ系光記録媒体それぞれに対して、スポットを十分に絞ることが可能となり、３世代いずれの光記録媒体に対しても高Ｓ／Ｎで信号を記録、再生することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】 半導体レーザー、ホログラム及び受光素子を一体化して構成されたホログラムユニットを示す図
【図３】 波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズに、波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体にスポット形成させたとき発生の球面収差を示す図
【図４】 波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズに、波長７８０ｎｍの光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体にスポット形成させたとき発生の球面収差を示す図
【図５】 波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズに、波長４０７ｎｍの光を無限系で入射させて青色系光記録媒体にスポット形成させたとき発生の球面収差を示す図
【図６】 本実施の形態１における（ａ）は位相補正素子の平面図、（ｂ）は位相補正素子の断面図
【図７】 位相補正素子の硝種例を表すＨＯＹＡ社のガラスマップを示す図
【図８】 有限系で構成されるＤＶＤ系光学系の物体距離を変化させたときの球面収差の波面変化を説明する図
【図９】 ＤＶＤ系光記録媒体を透過する際の球面収差と対物レンズが有する球面収差の和を打ち消す球面収差を有する位相補正素子の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図１０】 有限系で構成されるＣＤ系光学系の物体距離を変化させたときの球面収差の波面変化を説明する図
【図１１】 （ａ）は対物レンズのＮＡ０.６５となる有効径と波長の関係、（ｂ）は（ａ）の対物レンズと同じφ１、焦点距離、ＮＡにおいて、硝種を変化させたときのφ２／φ１と、使用硝種のｄ線での屈折率ｎｄの関係を示す図
【図１２】 反射によって光束径を切り換える波長選択性の誘電体光学多層膜を用いる開口制限素子の構成を示す図
【図１３】 回折によって光束径を切り換える波長選択性の回折格子を用いる開口制限素子の構成を示す図
【図１４】 吸収によって光束径を切り換える波長選択性の吸収膜を用いる開口制限素子の構成を示す図
【図１５】 本実施の形態１における波長４０７ｎｍの照明系の概観図
【図１６】 波長４０７ｎｍの入射光において、（ａ）は位相補正素子（断面形状が２段階の矩形状）、（ｂ）は位相補正素子（断面形状が３段階以上の階段状）を挿入時に発生の球面収差を示す図
【図１７】 本実施の形態１における波長６６０ｎｍの照明系の概観図
【図１８】 波長６６０ｎｍの入射光において、（ａ）は位相補正素子（断面形状が２段階の矩形状）、（ｂ）は位相補正素子（断面形状が３段階以上の階段状）を挿入時に発生の球面収差を示す図
【図１９】 波長６６０ｎｍの有限系入射光において、（ａ）は位相補正素子なし、（ｂ）は位相補正素子を挿入時に発生の球面収差を示す図
【図２０】 本実施の形態１における波長７８０ｎｍの照明系の概観図
【図２１】 波長７８０ｎｍの入射光において、（ａ）は位相補正素子（断面形状が２段階の矩形状）、（ｂ）は位相補正素子（断面形状が３段階以上の階段状）を挿入時に発生の球面収差を示す図
【図２２】 位相補正素子における矩形溝の高さと各波長帯域の透過率の関係を示す図
【図２３】 （ａ）は開口制限素子、液晶素子、波長板を一体形成した複合素子、（ｂ）は別の複合素子の構成を示す図
【図２４】 （ａ）は位相補正素子をフランジと一体形成、（ｂ）はフランジに対物レンズを接合した構成を示す図
【図２５】 本発明の実施の形態２における位相補正素子の断面図
【図２６】 本実施の形態２における波長６６０ｎｍの照明系の概観図
【図２７】 本実施の形態２における波長６６０ｎｍの照明系の位相補正素子と対物レンズを一体化した概観図
【図２８】 本発明の実施の形態３における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２９】 （ａ）は本実施の形態３における別の光ピックアップの概略構成、（ｂ）はＤＶＤ用のホログラム面をもつ層とＣＤ用のホログラム面をもつ層を備えたホログラムユニットの構成を示す図
【図３０】 本発明の実施の形態４における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図
【図３１】 青色波長帯域の光源を用いた大容量光記録媒体と、既存のＤＶＤ、あるいはＣＤとの互換が可能な光ピックアップの概略構成を示す図
【符号の説明】
３０ 情報記録再生装置
３１ 光ピックアップ
３２ 挿入口
３３ スピンドルモータ
４０ 光記録媒体
４１ カートリッジ
１００ 青色用光源
１０１，２０１ａ，３０１ａ，４０１ａ 半導体レーザー
１０２，２０２，５０２ コリメートレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１０４ プリズム
１０５，１０５ｂ 位相補正素子
１０６ 波長板
１０７ 開口制限素子
１０８，１１３ 対物レンズ
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ 光記録媒体
１１０ 検出レンズ
１１１ 光束分割手段
１１２，２０１ｃ，３０１ｃ，４０１ｃ 受光素子
２００ ＤＶＤ用光源
２０１，３０１，４０１，５０１ ホログラムユニット
２０１ｂ，３０１ｂ，４０１ｂ，５０１ｂ ホログラム
２０３，３０３，５０３ ダイクロイックプリズム
３００ ＣＤ用光源
３０２ カップリングレンズ
４００ フランジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、各光源からの通過光束の位相分布を変化させる位相補正素子を備えた光ピックアップ及びこれを用いる光情報処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
映像情報、音声情報、またはコンピュータにおいて処理される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及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上げる手段としては、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の小径化が有効である。
【０００４】
そこで、例えば、「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズの開口数が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、対物レンズの開口数が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及び大容量化が望まれている。
【０００５】
そのためには、対物レンズの開口数を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。このような大容量の光記録媒体及び光情報処理装置として、例えば、非特許文献１の記載などに挙げられている、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システムの提案がある。
【０００６】
前記高ＮＡ化、あるいは短波長化による新規格が近年提案される一方、利用者の手元には、従来の光記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤが存在する。これらの光記録媒体と前記新規格の光記録媒体をともに同一の光情報処理装置で取り扱えることが望ましい。これを実現する最も簡単な方法としては、従来の光ピックアップと、新規格用光ピックアップの両方の光ピックアップを搭載する方法がある。しかし、この方法では、小型化、低コスト化を達成することは難しい。
【０００７】
そこで、青色波長帯域の光源を用いた青色系（大容量）光記録媒体と、既存のＤＶＤ、あるいはＣＤとの互換が可能な光ピックアップとして、図３１に示すように青色用光源１００、ＤＶＤ用光源２００、ＣＤ用光源３００の各光源と、これらの各光源からの出射光を所定の光記録媒体に集光させるための１つの対物レンズを備えた構成が望ましい。
【０００８】
ところで、このように１つの対物レンズで、青色、ＤＶＤ、ＣＤの異なる規格の光記録媒体に集光させるためには、次のような課題が存在する。波長（λ１）：４０７ｎｍ、ＮＡ（λ１）：０.６５、光照射側基板厚（ｔ１）：０.６ｍｍの青色系光記録媒体に対して、無限系入射（対物レンズへの入射光が平行光で入射する状態を意味する）により球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズを用いて、波長（λ２）：６６０ｎｍ、ＮＡ（λ２）：０.６５、光照射側基板厚（ｔ２）：０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に無限系入射でスポット形成させた場合、あるいは波長（λ３）：７８０ｎｍ、ＮＡ（λ３）：０.５０、光照射側基板厚（ｔ３）：１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に無限系入射で集光させた場合、図３，図４に示すように波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【０００９】
このような課題は、ＤＶＤ／ＣＤ互換型光ピックアップにおいても同様にあった。すなわち、波長（λ２）：６６０ｎｍ、ＮＡ（λ２）：０.６５、基板厚（ｔ２）：０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に無限系入射で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズを用いて、波長（λ３）：７８０ｎｍ、ＮＡ（λ３）：０.５０、基板厚（ｔ３）：１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に無限系入射により集光させた場合、波長の違いと基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【００１０】
このときの対応方法として、例えば、特許文献１，特許文献２に記載がある。すなわち、波長の異なる２つの半導体レーザーと、波長選択性の位相補正素子とを有し、一方の半導体レーザーから出射された波長６６０ｎｍの光を用いて厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に対して記録や再生を行い、他方の半導体レーザーから出射された波長７８０ｎｍの光を用いて厚さ１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に対して記録や再生を行うように構成し、波長選択性の位相補正素子については、波長６６０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長７８０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させて基板厚さの違いに伴う球面収差を補正するという手法を提案している。
【００１１】
また、他の方法として、対物レンズに対して波長６６０ｎｍのＤＶＤ側入射光が無限系、ＣＤ側入射光が有限系（いわゆる、発散光で入射する状態を意味する）とすることにより、ＤＶＤ系光記録媒体とＣＤ系光記録媒体の基板厚及び波長の差に起因する球面収差を補正する手段が一般に知られている。
【００１２】
ここで、以上のような従来例を用いて、青色系光記録媒体／ＤＶＤ系光記録媒体の互換型光ピックアップを提案しているものとして、非特許文献２に記載がある。これは、波長の異なる２つの半導体レーザーと、ホログラムパターンが形成された位相補正素子とを有し、一方の半導体レーザーから出射された波長４０５ｎｍの光を用いて厚さ０.１ｍｍの青色系光記録媒体に対して記録や再生を行い、他方の半導体レーザーから出射された波長６５０ｎｍの光を用いて厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に対して記録や再生を行うように構成し、位相補正素子については、波長４０５ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長６６０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させて基板厚さの違いに伴う球面収差を補正するという手法を提案している。
【００１３】
さらに、非特許文献３の記載には、青色系光記録媒体／ＤＶＤ系光記録媒体／ＣＤ系光記録媒体の３種類の光記録媒体を１つの対物レンズで記録あるいは再生する方法が提案されている。波長４０５ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍの異なる３つの半導体レーザーと、波長選択性の位相補正素子とを有し、波長４０５ｎｍの無限系入射の光を用いて厚さ０.１ｍｍの青色系光記録媒体に対して照射を行い、波長６６０ｎｍの有限系入射の光を用いて厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に対して照射を行い、波長７８０ｎｍの有限系入射の光を用いて厚さ１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に対して照射を行う構成とし、波長選択位相板は波長４０５ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長６６０ｎｍ，７８０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させている。この構成では、基板厚さの違いに伴う球面収差を補正する方法として、波長選択性の位相補正素子とＤＶＤ／ＣＤの２波長を有限系にするという２種類の波面補正手段を併用している。
【００１４】
【特許文献１】
特許第２７２５６５３号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３４５０４号公報
【非特許文献１】
ISOM2001 予稿集「Next Generation Optical Disc」Hiroshi Ogawa、p6〜7
【非特許文献２】
「Optical design for compatible lens between DVD and the next generation video disk system 」M.Itonaga：J.Magn.Soc.Japan,Vol.25,No3-2,2001
【非特許文献３】
ISOM2001 予稿集「BLUE/DVD/CD COMPATIBLE OPTICAL HEAD WITH THREE WAVELENGTHS AND A WAVELENGTH SELECTIVE FILTER」Ryuichi Katayama and Yuichi Komatsu p30〜31
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の非特許文献３に記載される方法では、ＤＶＤ系光記録媒体／ＣＤ系光記録媒体の互換時に十分な波面性能が得られない。一般に、回折限界の球面収差として、マーシャル・クライテリオン：０.０７λｒｍｓが基準値として用いられることがあるが、光ピックアップでは、光記録媒体の厚み誤差、光記録媒体のチルト誤差、光記録媒体と対物レンズとの位置ずれに伴うデフォーカス誤差などをはじめとする様々な誤差要因が存在し、これらの誤差に伴う収差劣化の確立的な積上げを考えると、誤差を含まない状態での球面収差（中央値）は０.０３λｒｍｓ以下であることが望まれる。
【００１６】
これに対して、非特許文献３の記載では、ＤＶＤ系光記録媒体の球面収差（中央値）は、約０.０５λｒｍｓもある。何故なら、１つの位相補正素子で、ＤＶＤ系とＣＤ系いずれの球面収差も最小とすることは不可能である。すなわち、ＤＶＤ系とＣＤ系の球面収差が最小となる位相補正素子条件の中間値を狙った設計を行わざるを得なくなり、結果、十分に球面収差を抑制することはできない。
【００１７】
また、非特許文献３の記載では、ＤＶＤ系光路とＣＤ系光路を有限系で配しているが、有限系の構成にすると、対物レンズのトラッキング動作に伴い球面収差が劣化するという問題がある。
【００１８】
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、その目的は、青色系光記録媒体／ＤＶＤ系光記録媒体／ＣＤ系光記録媒体の３種類の光記録媒体に、１枚の対物レンズで照射可能な構成を実現し、特に、青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光学系で球面収差を十分に抑制すること（具体的には、設計中央値で残留球面収差０.０３０λｒｍｓ以下）を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の光ピックアップは、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうちいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長：λ１，λ２，λ３（λ１≦λ２≦λ３）の光を出射する３つの光源と、各光源の出射光を前記光記録媒体に集光させるための対物レンズと、開口数：ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３（ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３）を切り換える開口制限手段と、通過光束の位相分布を変化させる位相補正素子とを備え、位相補正素子が、開口数の略ＮＡ２〜ＮＡ３の領域についてのみ位相分布を変化させ、波長：λ１の光に対しては２πの整数倍となる位相差を与える構成によって、位相補正素子の位相パターンによって、発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正できる。
【００２０】
また、請求項２に記載の光ピックアップは、請求項１の光ピックアップにおいて、位相補正素子が、光源から出射する３波長のいずれか２波長の光に対して２πの整数倍となる位相差を与える構成によって、位相補正素子により残りの１波長に発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正できる。
【００２１】
また、請求項３，４に記載の光ピックアップは、請求項２の光ピックアップにおいて、光源から出射する光の波長：λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）に対して、位相補正素子が波長：λ１，λ３に対し２πの整数倍となる位相差を与え、かつ波長：λ３を、波長：λ１の略整数倍としたこと、また、位相補正素子に用いる硝種において、ｄ線の屈折率：ｎｄ、及びｄ線のアッベ数：νｄが、次の条件 「１ . ５０＜ｎｄ＜１ . ６６、及び５５＜νｄ＜８５」を満足する構成によって、位相補正素子の硝種及び位相パターンによって、発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正できる。
【００２２】
さらに、請求項５，６に記載の光ピックアップは、請求項１〜４の光ピックアップにおいて、位相補正素子が、光軸に直交する面において同心円状、かつ光軸方向への断面形状が２段階の矩形状となる位相パターンを有すること、また、光軸に直交する面において同心円状、かつ光軸方向への断面形状が３段階以上の階段状となる位相パターンを有する構成によって、位相補正素子の硝種及び位相パターンによって、残りの１波長（λ２）に発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正できる。
【００２３】
また、請求項７〜１２に記載の光ピックアップは、請求項１〜６の光ピックアップにおいて、対物レンズを、光源から出射する光の３波長の少なくともいずれか１波長の光源点灯時には、有限系入射で使用すること、さらに、３つの波長：λ１，λ２，λ３（λ１≦λ２≦λ３）のうち、波長：λ２と波長：λ３の光源点灯時には有限系で使用すること、またさらに、光源から出射する光の使用波長に応じて、開口数を切り換える開口制限手段を備え、開口制限手段が、位相補正素子と一体化されたこと、さらに偏光状態を変化させる偏光素子を備え、偏光素子が、位相補正素子と一体化されたこと、そして位相補正素子に、フランジ部を有すること、このフランジ部が、対物レンズを支持すること、または、位相補正素子が、対物レンズと一体で可動する構成によって、１波長（λ３）または２波長（λ２，λ３）の光を有限系入射として、発生する球面収差を逆極性の球面収差により補正でき、また開口制限手段，偏光素子を位相補正素子、さらに位相補正素子とフランジ部、及びこれを介して対物レンズを一体化して小さくでき、収差劣化を抑え光記録媒体上のスポットを絞ることができる。
【００２４】
また、請求項１４に記載の光情報処理装置は、請求項１〜１３のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくとも１以上を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
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。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態１における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」と、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すように光ピックアップの要部は、波長４０７ｎｍの半導体レーザー１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、プリズム１０４、位相補正素子１０５、波長板１０６、開口制限素子１０７、対物レンズ１０８、検出レンズ１１０、光束分割手段１１１、受光素子１１２により構成される波長４０７ｎｍの光が通過する青色光学系が構成されている。
【００２８】
さらに、ホログラムユニット２０１、カップリングレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、プリズム１０４、位相補正素子１０５、波長板１０６、開口制限素子１０７、対物レンズ１０８から構成される波長６６０ｎｍの光が通過するＤＶＤ光学系が構成されている。
【００２９】
またさらに、ホログラムユニット３０１、カップリングレンズ３０２、ダイクロイックプリズム３０３、プリズム１０４、位相補正素子１０５、波長板１０６、開口制限素子１０７、対物レンズ１０８から構成される波長７８０ｎｍの光が通過するＣＤ光学系から構成されている。
【００３０】
すなわち、図１に示すダイクロイックプリズム２０３，３０３、プリズム１０４、位相補正素子１０５、波長板１０６、開口制限素子１０７、対物レンズ１０８は、２ないし３つの光学系に用いられる共通部品である。
【００３１】
ここで、対物レンズ１０８は、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」に対し、無限系入射により球面収差の波面が最小になるように設計されている。
【００３２】
また、光記録媒体１０９ａ、１０９ｂ及び１０９ｃはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体、光記録媒体１０９ａは基板厚さが０.６ｍｍの青色系光記録媒体、光記録媒体１０９ｂは基板厚さが０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体で、光記録媒体１０９ｃは基板厚さが１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体である。記録、あるいは再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【００３３】
以上のように構成された光ピックアップにおいて、まず、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。波長４０７ｎｍの半導体レーザー１０１から出射した直線偏光の発散光は、カップリングレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３を透過し、プリズム１０４で光路を９０度偏向され、位相補正素子１０５を透過し、波長板１０６を通過し円偏光とされ、開口制限素子１０７でＮＡ０.６５に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録、または消去が行われる。
【００３４】
光記録媒体１０９ａから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、波長板１０６を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１１０で収束光とされ、光束分割手段１１１により複数の光路に偏向分割され受光素子１１２に至る。受光素子１１２からは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００３５】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。近年、ＤＶＤのピックアップには受発光素子を１つのキャンの中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられるようになってきた。図２に示すように、半導体レーザー２０１ａ、ホログラム２０１ｂ及び受光素子２０１ｃを一体化してホログラムユニット２０１が構成される。このホログラムユニット２０１の半導体レーザー２０１ａから出射された６６０ｎｍの光は、ホログラム２０１ｂを透過し、カップリングレンズ２０２で平行光とされ、波長４０７ｎｍの光は透過し波長６６０ｎｍの光は反射させるダイクロイックプリズム２０３によってプリズム１０４の方向に反射され、プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、位相補正素子１０５において所定の位相が付加され、波長板１０６を通過し円偏光あるいは楕円偏光とされ、開口制限素子１０７では何ら作用を受けずに通過し、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００３６】
光記録媒体１０９ｂから反射した光は、プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム２０３で反射され、カップリングレンズ２０２で収束光とされ、図２に示すようにホログラム２０１ｂにより半導体レーザー２０１ａと同一キャン内にある受光素子２０１ｃ方向に回折されて受光素子２０１ｃに受光される。受光素子２０１ｃからは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００３７】
引き続き、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。ＤＶＤ系と同様にＣＤ系のピックアップも受発光素子を１つのキャンの中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられる。図１に示したホログラムユニット２０１と同様に、半導体レーザー３０１ａ、ホログラム３０１ｂ及び受光素子３０１ｃを一体化したホログラムユニット３０１が構成される。このホログラムユニット３０１の半導体レーザー３０１ａから出射された７８０ｎｍの光は、ホログラム３０１ｂを透過し、カップリングレンズ３０２で所定の発散状ビームに変換され、青色と赤色波長帯域の光は透過し赤外波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム３０３によってプリズム１０４の方向に反射され、プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、位相補正素子１０５では何ら作用を受けず透過し、波長板１０６を通過し楕円偏光あるいは円偏光とされ、開口制限素子１０７でＮＡ０.５０に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光記録媒体１０９ｃ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。
【００３８】
光記録媒体１０９ｃから反射した光は、プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム３０３で反射され、カップリングレンズ３０２で収束光とされ、受光素子３０１ｃ方向に回折されて受光素子３０１ｃに受光される。受光素子３０１ｃからは、収差信号、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００３９】
波長４０７ｎｍで球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズ１０８に、波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂにスポット形成させた場合、あるいは波長７８０ｎｍの光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体１０９ｃにスポット形成させた場合、図３，図４に示すように、波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。また、図５は波長４０７ｎｍでの球面収差を示す。本実施の形態１では、図３のように発生するＤＶＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、位相補正素子１０５を備えている。また、図４に示すように発生するＣＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、ＣＤ系光路を有限系で構成する。
【００４０】
そして、本実施の形態１の位相補正素子１０５は、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍでは不感帯をもつ波長選択性の位相補正素子１０５を使用することにより、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍでは不要な作用はしないとともに、波長６６０ｎｍで位相補正素子の性能が十分に確保される構成となっている。
【００４１】
ここで、本実施の形態１における位相補正素子１０５を用いて波面補正を行うＤＶＤ系光路について説明する。
【００４２】
位相補正素子１０５は、波長６６０ｎｍの光に対して＋１次回折し、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂを透過する際に生じる球面収差と、対物レンズ１０８が有する球面収差の和を打ち消す球面収差を有する。したがって、位相補正素子１０５の＋１次回折光は対物レンズ１０８によりＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂ上に無収差で集光される。
【００４３】
図６（ａ）は位相補正素子の平面図を、図６（ｂ）は断面図を示す。図６（ａ）において、位相補正素子１０５は同心円状の干渉縞のパターン（中心部から領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｅ，ｄ，ｃ，ｂの順に構成される）を有し、＋１次回折光に対しては、前述した球面収差補正の働きをする。
【００４４】
本実施の形態１の位相補正素子１０５は、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍでは不感帯をもつものである。基板材料の屈折率をｎ、矩形溝の高さをｈ、点灯光源の波長をλとしたときの、位相補正素子１０５で発生する位相差：δ（λ）は、
【００４５】
【数１】
δ（λ）＝２π（ｎ―１）ｈ／λ
（数１）で与えられるため、δ（４０７ｎｍ）、δ（７８０ｎｍ）が２πの整数倍となる基板材料と、高さｈを選択すればよい。例えば、ｈ：４.０２μｍ、基板材料としてＨＯＹＡ社製のＢａＣＤ５のとき、λ：４０７ｎｍに対してはｎ：１.６０４９４９、δ（４０７ｎｍ）：１２.０π（＝２.０π×６）、λ：６６０ｎｍに対してはｎ：１.５８６０５１、δ（６６０ｎｍ）：７.１π（＝１.１π）、λ：７８０ｎｍに対してはｎ：１.５８２５０９、δ（７８０ｎｍ）：６.０π（＝２.０π×３）。
【００４６】
図７は、ＨＯＹＡ社のガラスマップを示すものであり、図７中の丸でマーキングされた（数２），（数３）の条件に合うような硝種を、例えば、（表１）に示した硝種の中から選べば、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍでの位相差誤差が０.００２π以内となり、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍを不感帯とすることが可能となる。
【００４７】
【表１】
このような材料を用いて、波長６６０ｎｍの光に対して＋１次回折し、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂを透過する際に生じる球面収差と、対物レンズ１０８及び位相補正素子１０５などから構成される光学系が有する球面収差の和を打ち消すようなピッチ形状を形成すればよい。
【００４９】
なお、位相補正素子１０５は、ガラスモールド成形手法を用いた作製手法であってもよいし、エッチング手法を用いた作製方法であってもよいし、切削手法を用いてもよい。また、図７により、屈折率、アッベ数は以下の（数２）,（数３）の条件を満足すればよいことを意味する。
【００５０】
【数２】
１.５０＜ｎｄ＜１.６６
【００５１】
【数３】
５５＜νｄ＜８５
図７の範囲を満たす成形性、転写性のよい樹脂材料を用いてもよい。この場合、同心円状の干渉縞のパターンをもつ金型を用いて射出成形により形成される。
【００５２】
さらに、図７のガラスマップと（数１）の条件からわかるように、波長４０７ｎｍ及び波長６６０ｎｍで２πの整数倍となる硝種、または波長６６０ｎｍ及び波長７８０ｎｍで２πの整数倍となる硝種の選定より、波長の比が整数倍に近い（２倍に近い）波長４０７ｎｍと波長７８０ｎｍを選定した方が２波長で２πとなる硝種は多数存在する。
【００５３】
さらに、本実施の形態１の他の例として、波長４００ｎｍで波面収差最小となる単一の対物レンズ１０８に、波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂにスポット形成させた場合、あるいは波長７８０ｎｍの光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体１０９ｃにスポット形成させた場合、波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。図３のように発生するＤＶＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、ＤＶＤ系光路を有限系で構成するとともに位相補正素子１０５を具備してなる。また図４に示すように発生するＣＤ系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、ＣＤ系光路を有限系で構成する。そして、この位相補正素子１０５は、波長選択性を有し波長４００ｎｍでは不感帯となる。またＣＤ系光路が通過する瞳半径内は位相補正領域をもたない、すなわち波長７８０ｎｍについても不感帯となる位相補正素子１０５を使用することにより、波長４００ｎｍ、波長７８０ｎｍでは不要な作用はしないとともに、波長６６０ｎｍで位相補正素子の性能が十分に確保される構成となっている。
【００５４】
ここで、位相補正素子１０５を用いて波面補正を行うＤＶＤ側光路について説明する。本実施の形態１の他の例では、ＤＶＤ系光路は有限系で構成されている。有限系とすることは、対物レンズへの入射光束を発散状態あるいは収束状態とすることを意味する。一般に対物レンズへの入射光束の発散状態を変化させることは、球面収差を変化させることと等価であるため、球面収差を低減可能な発散状態を選べばよい。図８に示すように、有限系で構成されるＤＶＤ系光学系の物体距離（光源と対物レンズの間隔に相当する）を変化させると球面収差の波面が抑制される。図８によれば物体距離１２０〜１６０ｍｍ付近で波面劣化は最小となる。図８は対物レンズと光源の間には、部品が存在しない場合で説明しているが、実際は、対物レンズと光源の間に、図１に示すような光路長を短くするためのカップリングレンズ２０２を配置している。
【００５５】
しかしながら、有限系の構成のみではＤＶＤ系光路の波面収差は十分に抑制できない。そこで本実施の形態１の他の例では、有限系の構成とするとともに位相補正素子を具備することによりＤＶＤ系光路の波面収差を抑制している。位相補正素子１０５は、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂを透過する際に生じる球面収差と対物レンズ１０８が有する球面収差の和を打ち消す球面収差を有する。図９（ａ）は位相補正素子の平面図を、図９（ｂ）は断面図を示す。同図において、位相補正素子１０５は同心円状のパターンを有し、断面では階段状のステップを有する。前述のとおり、階段状ステップはＣＤの開口数：ＮＡ０．５０に相当する瞳半径位置１．５ｍｍより外側に形成されている。
【００５６】
そして、位相補正素子１０５は、波長４００ｎｍでは不感帯をもつものである。基板材料の屈折率をｎ、矩形溝の高さをｈ、点灯光源の波長をλとしたときの、位相補正素子１０５で発生する位相差：δ（λ）は、（数４）で与えられる。
【００５７】
【数４】
δ（λ）＝２π（ｎ―１）ｈ/λ
ここで、δ（４００ｎｍ）が２πの整数倍となる基板材料と、深さｈを選択すればよい。例えば、ｈ＝１．５７５８μｍ、基板材料としてＨＯＹＡ社ＦＣＤ１のとき、λ＝４００ｎｍに対してはｎ＝１．５０７６７２、δ（４００ｎｍ）＝４π（＝２．０π×２）、λ＝６６０ｎｍに対してはｎ＝１．４９５０５１、δ（６６０ｎｍ）＝２．３６π（＝０．３６π）、λ＝７８０ｎｍに対してはｎ＝１．４９２８２１、δ（７８０ｎｍ）＝１．９９π。このような条件で、波長６６０ｎｍの光に対して位相を付加し、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂを透過する際に生じる球面収差と対物レンズ１０８及び位相補正素子１０５などから構成される光学系が有する球面収差の和を打ち消すような階段形状を形成すればよい。なお、前述したように、位相補正素子１０５は、ガラスモールド成形手法を用いた作製手法であってもよいし、エッチング手法を用いた作製方法であってもよいし、切削手法を用いてもよい。
【００５８】
続いて、有限系の入射により波面補正を行うＣＤ系光路について説明する。ＣＤ光学系は、有限系を採用している。有限系とすることは、対物レンズへの入射光束を発散状態あるいは収束状態とすることを意味する。一般に対物レンズへの入射光束の発散状態を変化させることは、球面収差を変化させることと等価であるため、球面収差を低減可能な発散状態を選べばよい。
【００５９】
図１０に示すように、有限系で構成されるＣＤ系光学系の物体距離（光源と対物レンズの間隔に相当する）を変化させると球面収差の波面が抑制される。波面収差は０.０３λｒｍｓ以下であり、ＣＤ系光路については有限系の構成のみで、十分に波面補正が行える。図１０によれば物体距離５３ｍｍ付近で波面劣化は最小となる。図１０は対物レンズと光源の間には、部品が存在しない場合で説明しているが、実際は、対物レンズと光源の間に、図１に示すような光路長を短くするためのカップリングレンズ３０２を配置している。
【００６０】
また、波長４０７ｎｍで最良の波面を有する対物レンズに、同一光束径の波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させた場合、屈折力が低下し、開口数が低くなる。そのため、本実施の形態１では波長６６０ｎｍについては、波長４０７ｎｍでの入射光束径φ１に比べ、大きな光束径φ２で入射させる。図１１（ａ）は、後述する（表２）の特性を有する対物レンズにおいて、ＮＡ０.６５となる有効径と波長の関係を示すものである。ここでは、簡単のため光学系は無限系とする。
【００６１】
この図１１（ａ）から、波長６６０ｎｍを使用するＤＶＤ系光記録媒体の記録、再生時には光束径φ２を４.０２ｍｍ程度にする必要があることがわかる。そして、有限系の構成、特に発散系ではさらに大きい光束径が必要となり、本実施の形態１の他の例ではφ２＝４．０５ｍｍ程度である。
【００６２】
また、光束径φ１とφ２の関係は、対物レンズの硝種によっても異なる。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の対物レンズと同じφ１、焦点距離、開口数の対物レンズで、硝種を変化させたときの、φ２／φ１と、使用硝種のｄ線での屈折率ｎｄの関係を示したものであり、対物レンズの硝種に応じて適当なφ２を選択してやればよい。
【００６３】
一方、ＣＤ系光記録媒体を記録、再生するときの最適なＮＡは０.５０程度であるが、図１１（ａ）と同様の方法により、最適な有効径φ３を見積もると、φ３：３．２ｍｍ程度とすればよいことがわかる。
【００６４】
前述のような点灯光源に応じて、光束径を切り換える手段として、開口制限素子を用いている。開口制限素子は、波長帯域あるいは偏光方向に応じて、反射，回折，吸収のいずれかの光学特性を利用して光束径の切り換えを行うものであればよい。
【００６５】
本実施の形態１の開口制限素子としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１２に示すように反射によって光束径を切り換える手段を用いればよい。具体的には波長選択性を有する誘電体光学多層膜を用いる。図１２に示す開口制限素子１０７の光の透過特性は、誘電体光学多層膜が施されていない中心部領域（φ３以内の領域）では波長４０７ｎｍ，波長６６０ｎｍ，波長７８０ｎｍの光に対して高透過率で、次の周辺部領域φ３〜φ１（φ３の外周からφ１までの領域）では、波長４０７ｎｍと波長６６０ｎｍの光に対してのみ高透過率で、波長７８０ｎｍの光には低透過率である。さらに周辺部領域φ１〜φ２（φ１の外周からφ２までの領域）では、波長６６０ｎｍの光に対してのみ高透過率で、波長４０７ｎｍ，波長７８０ｎｍの光には低透過率である。
【００６６】
また、本実施の形態１における別の開口制限素子として、光源から出射される光束の波長に応じて、図１２に示す開口制限素子のように回折によって光束径を切り換える手段でもよい。具体的には波長選択性を有する回折格子を形成してやればよい。図１２の開口制限素子１０７の光の透過特性は、回折格子が施されていない中心部領域（φ３以内の領域）では波長４０７ｎｍ，波長６６０ｎｍ，波長７８０ｎｍの光に対して透過し、次の周辺部領域φ３〜φ１（φ３の外周からφ１までの領域）では、波長４０７ｎｍと波長６６０ｎｍの光に対しては作用せず、波長７８０ｎｍの光についてのみ回折させる。さらに周辺部領域φ１〜φ２（φ１の外周からφ２までの領域）では、波長６６０ｎｍの光に対しては作用せず、波長４０７ｎｍ，波長７８０ｎｍの光については回折させる。
【００６７】
さらに、本実施の形態１におけるもう１つ別の開口制限素子としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１３に示す開口制限素子１０７のように吸収によって光束径を切り換える手段でもよい。
【００６８】
ここまで、波長に応じて光束径を切り換える開口制限素子について説明したが、本実施の形態１はこれに限られるものではなく、偏光特性を利用してもよい。例えば、波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの光の偏光方向が直交するように光源を配置し、この直交する偏光方向に応じて開口を切り換えてもよい。
【００６９】
また、本実施の形態１では波長４０７ｎｍの光を直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換できるとともに、波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの光については直線偏光から円偏光もしくは楕円偏光、あるいはその逆の変換が行える波長板を備えている。
【００７０】
この波長板の構成として、波長４０７ｎｍの光と波長６６０ｎｍの光と波長７８０ｎｍの光をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換できる、いわゆる１／４波長板の構成としては、ある厚さｔにおいて常光線（屈折率ｎｏ）と異常光線（屈折率ｎｅ）の位相差が波長４０７ｎｍと波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの１／４となるような結晶からなる波長板を採用すればよい。すなわち、以下の（数５），（数６），（数７）の条件を満たす結晶であればよい。
【００７１】
【数５】
Δｎ１×ｔ＝｛（２ｐ＋１）／４｝×４０７（ｐ＝０，１…）
Δｎ１；波長４０７ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
【００７２】
【数６】
Δｎ２×ｔ＝｛（２ｑ＋１）／４｝×６６０（ｑ＝０，１…）
Δｎ２；波長６６０ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
【００７３】
【数７】
Δｎ３×ｔ＝｛（２ｒ＋１）／４｝×７８０（ｒ＝０，１…）
Δｎ３；波長７８０ｎｍの光源からの光に対する（ｎｏ−ｎｅ）
同様に、波長４０７ｎｍの光と波長６６０ｎｍの光をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換し、波長７８０ｎｍの光については楕円偏光に変換する波長板の構成としては、（数５），（数６）の条件を満足すればよい。
【００７４】
さらに、波長４０７ｎｍの光を直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換し、波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの光については楕円偏光に変換する波長板の構成としては、（数５）の条件を満足すればよい。
【００７５】
さて、ＤＶＤ系、あるいはＣＤ系の光路中に配置されてなるホログラム２０１ｂ，３０１ｂとして、無偏光性のホログラムを用いた場合、往路と復路の光路分離は十分に行えず、およそ光記録媒体からの戻り光の約３０％が、光源に戻ってきてしまう。一般にこのような戻り光は、ノイズ成分として半導体レーザーの発振状態を不安定化させてしまう。しかしながら、本実施の形態１では、以上のような特性をもつ波長板を配置することにより、例えば、図１のＤＶＤ系ホログラムユニット２０１の出射光と光記録媒体からホログラムユニットへ向かう光の偏光方向を直交させることができる。このように 往路の光と復路の光の偏光方向を直交させることにより半導体レーザー２０１ａへの戻り光によるノイズ発生を防止することができる。また、ＣＤ系についても同様である。
【００７６】
また、このような特性をもつ波長板を配置することにより、例えば、図１の青色系光記録媒体に対しては偏光ビームスプリッタ１０３と波長板１０６が、組合された偏光分離光学系が実現されており、十分な光量を得られるとともに、半導体レーザー１０１への戻り光によるノイズ発生も低減可能としている。同様に、ＤＶＤ系光路、あるいはＣＤ系光路に対しても、ホログラムとして偏光選択性のホログラムを使用することにより偏光分離光学系が実現可能である。
【００７７】
なお、波長板は（数５）〜（数７）の条件を満足する結晶に限られない。例えば、有機材料の位相差素子を積層配置させたものをガラス板で挟み込んだ構成であってもよい。あるいは、液晶素子などの電気光学素子を用いてもよい。
【００７８】
前記した実施の形態１における具体的な数値構成及び光学的特性を説明する。青色光学系の対物レンズについて、まず、図１５，（表２）を用いて、波長４０７ｎｍでの光学的性能を示す。なお、位相補正素子１０５は波長４０７ｎｍには無作用のため、対物レンズ１０８を主として説明する。
【００７９】
本実施の形態１の対物レンズ１０８は、波長４０７ｎｍで波面最小となるように設計された対物レンズである。開口数をＮＡ：０.６５、焦点距離をｆ：３ｍｍ、波長４０７ｎｍにおいての屈折率をｎ：１.６０４９４９で表し、レンズの硝種はＨＯＹＡ社製のＢａＣＤ５を使用した。
【００８０】
また、レンズ面の非球面形状は、光軸方向の座標：Ｘ、光軸直交方向の座標：Ｙ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，…を用いて、周知の非球面式：（数８）で表し、
【００８１】
【数８】
Ｘ＝（Ｙ2／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｙ／Ｒ2｝＋ＡＹ4＋ＢＹ6
＋ＣＹ8＋ＤＹ10＋ＥＹ12＋ＦＹ14＋ＧＹ16＋ＨＹ18＋ＪＹ20＋・・
Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・を与えて形状を特定する。
【００８２】
【表２】
（表２）に、具体的データを示す。表中の記号は、以下のとおりである。「ＯＢＪ」は物点（光源としての半導体レーザー）を意味するが、対物レンズ１０８は「無限系」であり、曲率半径：ＲＤＹ及び厚さ：ＴＨＩの「ＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）」は光源が無限遠にあることを意味する。また「ＳＴＯ」は開口制限素子の開口制限面であり、その曲率半径は「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」で、厚さは設計上「０」としている。ここで、特に断らない限り、長さの次元をもつ量の単位は「ｍｍ」である。
【００８４】
「Ｓ１」は位相補正素子１０５の「光源側面」、「Ｓ２」は「光記録媒体側面」、「Ｓ４」は対物レンズ１０８の「光源側面」、「Ｓ５」は「光記録媒体側面」を意味する。対物レンズ１０８の肉厚は１.７ｍｍであり、Ｓ５の欄の「曲率半径の右側」に記載された厚さ：１.６５９２５２ｍｍは「ワーキングディスタンス」を示す。「Ｓ７」は光記録媒体１０９ａの光照射側基板の光源側面、「ＩＭＧ」は同記録面に合致した面であり、これらの面Ｓ７，ＩＭＧの間隔、すなわち、光照射側基板厚は０.６ｍｍ、ｎ：１.６０４９４９である。
【００８５】
「ＥＰＤ：入射瞳径」は開口制限素子の開口径（３.９ｍｍ）を表し、「ＷＬ：波長」は使用波長（４０７ｎｍ）を表す。なお、非球面係数の表示において、例えば「Ｄ：−.２０４７７６Ｅ−０４」とあるのは、「Ｄ＝―０.２０４７７６×１０-4」を意味する。
【００８６】
図１６（ａ）には、波長４０７ｎｍにおける位相補正素子挿入時の球面収差の波面を示す。図５に示した位相補正素子１０５がないときの球面収差の波面を示す図であるが、本実施の形態１では位相補正素子１０５は波長４０７ｎｍで無作用であるため、図１６（ａ）は図５と同等の波面性能を実現できる。横軸は光軸からの高さ（瞳位置）を示し、縦軸は球面収差を示す。このときの球面収差のＲＭＳ値は、０.００２λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足している。良好なスポットが形成される。
【００８７】
また、本実施の形態１の他の例における具体的な数値構成と光学的性能とを説明する。図１５，（表３）を用いて、波長４００ｎｍでの光学的性能を示す。なお、位相補正素子１０５は波長４００ｎｍには無作用のため、対物レンズを主として説明する。この対物レンズ１０５は、波長４００ｎｍで波面最小となるように設計された対物レンズである。開口数をＮＡ：０．６５、焦点距離をｆ：３ｍｍ、波長４００ｎｍでの屈折率をｎ：１．６２５で表す。また、レンズ面の非球面形状は、前述した（数８）で表し、形状を特定する。
【００８８】
【表３】
（表３）に具体的データを示すが、表中の記号は（表２）で説明したものと同様である。（表３）において、レンズの肉厚は１．７ｍｍであり、Ｓ５の欄の「曲率半径の右側」に記載された厚さ：１．６５６７８８ｍｍは「ワーキングディスタンス」、面Ｓ７，ＩＭＧの間隔である光照射側基板厚は０.６ｍｍ、ｎ：１．６２３である。（表２）と同様に「ＥＰＤ：入射瞳径」は開口切換素子の開口径（３．９ｍｍ）、「ＷＬ：波長」は使用波長（４００ｎｍ）を表す。
【００９０】
本実施の形態１の他の例では位相補正素子は４００ｎｍで無作用であるため図５と同等の波面性能を実現できる。このときの波面収差のＲＭＳ値は、０.００２λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足している。良好なスポットが形成される。
【００９１】
続いて、ＤＶＤ光学系の位相補正素子について、図１７，（表４）を用いて、位相補正素子１０５の数値構成と、波長６６０ｎｍでの光学的性能を示す。対物レンズ１０８の形状、位相補正素子１０５の厚さは（表２）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。位相補正素子１０５の対物レンズ１０８側の面に形成された干渉縞のパターンによる光路長の位相付加量は、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｃi、回折次数ｍ、波長λを用いて、
【００９２】
【数９】
γ(ｈ)＝(Ｃ１ｈ2＋Ｃ２ｈ4＋Ｃ３ｈ6＋…)×ｍ×λ
（数９）により定義される光路差関数γ(ｈ)により表される。付加量は、軸上の光路長に対して光路長が長くなる方向を正として表す。なお、本実施の形態１の位相補正素子１０５に形成された同心円状の干渉縞のパターンは、＋１次回折光を利用するよう設計されている。ただし、いずれの次数の回折光を利用するかは任意であり、例えば、２次回折光を利用することもできる。
【００９３】
【表４】
そして、本実施の形態１では、波長６６０ｎｍで球面収差が最小となるように位相補正素子１０５の干渉縞のパターンは設計されており、光路差関数係数Ｃｉは、（表５）に示されるとおりとなる。
【００９５】
【表５】
図１８（ａ）には、波長６６０ｎｍにおける位相補正素子挿入時の球面収差の波面を示す。横軸は光軸からの高さを示し、縦軸は球面収差を示す。このときの球面収差のＲＭＳ値は、０.００１λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。
【００９７】
また、本実施の形態１の他の例におけるＤＶＤ光学系の数値構成と、波長６６０ｎｍでの光学的特性を図１７，（表６）を用いて示す。（表６）は、対物レンズ１０８の形状、位相補正素子１０５の厚さは（表３）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。また、ＤＶＤ光学系は有限系構成とすることにより波面収差の最小化を図っている。図８で説明したとおり、物体距離１４８ｍｍとする構成により最適の波面が得られる。
【００９８】
【表６】
実際には、図１の光ピックアップの構成図に示すように光源と対物レンズの途中光路にカップリングレンズ３０２を挿入することにより、光路の短縮化を図っている。図１９（ａ）には、波長６６０ｎｍで、位相補正素子のない場合の有限系入射波の球面収差を示す図である。波長６６０ｎｍにおける有限系入射波の球面収差のＲＭＳ値は、０.１０９２λｒｍｓである。そこで、位相補正素子を用いることにより、この球面収差の波面を抑制することができる。
【０１００】
位相補正素子の具体的な構成について説明する。位相補正素子のパターンは隣接する階段の高さを、所定の単位高さ：ｈの整数倍で形成されてなる。高さをｈ、屈折率をｎ、入射光の波長をλとすると、位相板パターンのある部分とない部分をとおりる光の位相差δ（λ）は、数（１０）の条件で与えられる。
【０１０１】
【数１０】
δ（λ）＝２π（ｎ―１）ｈ/λ
本実施の形態１の他の例における位相補正素子によれば、波長４００ｎｍの光が位相補正素子１０５通過時に発生する位相差は２πの整数倍となるｈを選定する。例えば、ｈ＝１.５７５８μｍ、基板材料としてＨＯＹＡ社ＦＣＤ１のとき、λ＝４００ｎｍに対してはｎ＝１．５０７６７２、δ（４００ｎｍ）＝４π（＝２．０π×２）、λ＝６６０ｎｍに対してはｎ＝１．４９５０５１、δ（６６０ｎｍ）＝２．３６π（＝０．３６π）、λ＝７８０ｎｍに対してはｎ＝１．４９２８２１、δ（７８０ｎｍ）＝１．９９π。そして、このｈを所定の高さ単位として、有限系構成で残留する球面収差の波面を抑制する階段形状を決定したものが図９（ｂ）である。
【０１０２】
図１９（ｂ）は、前記図９（ｂ）に示す位相補正素子１０５を用いた場合の球面収差を示す特性図である。横軸：瞳半径位置に光軸からの高さ、縦軸に波面収差を示す。波面収差のＲＭＳ値は０．０２９λｒｍｓ以下であり、良好な記録、再生信号特性を得ることが可能となる。
【０１０３】
続いて、ＣＤ光学系の有限系構成について、図２０，（表７）を用いて、ＣＤ光学系の数値構成と、波長７８０ｎｍでの光学的性能を示す。（表７）は、対物レンズ１０８の形状、位相補正素子１０５の厚さは（表２）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。また、ＣＤ光学系は有限系構成とすることにより球面収差の波面の最小化を図っている。
【０１０４】
【表７】
（表７）に記載されているとおり、物体距離５０.１５ｍｍとする構成により最適の波面が得られる。実際には、図１の光ピックアップの構成図に示すように光源と対物レンズの途中光路にカップリングレンズ３０２を挿入することにより、光路の短縮化を図っている。
【０１０６】
図２１（ａ）には、波長７８０ｎｍにおける位相補正素子挿入時の球面収差の波面を示す。横軸は光軸からの高さを示し、縦軸は球面収差を示す。このときの球面収差のＲＭＳ値は、０.００６λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。
【０１０７】
さらに、本実施の形態１の他の例におけるＣＤ光学系の数値構成と、波長７８０ｎｍでの光学的性能を図２０，（表８）を用いて示す。（表８）において、対物レンズ１０８の形状、位相補正素子１０５の厚さは（表３）と同じであるが、各素子の屈折率、ワーキングディスタンス、アパーチュアの開口径は異なる。また、ＣＤ光学系は有限系構成とすることにより波面収差の最小化を図っている。
【０１０８】
【表８】
（表８）に記載されているとおり、物体距離５３ｍｍとする構成により最適の波面が得られる。図１のピックアップ構成図に示すように光源と対物レンズの途中光路にカップリングレンズ３０２を挿入することにより、光路の短縮化を図っている。
【０１１０】
この波長７８０ｎｍで、位相補正素子なしの有限系入射時における球面収差のＲＭＳ値は、０.００６λｒｍｓである。使用上求められる０.０３０λｒｍｓを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。また、この構成に位相補正素子を導入した場合にも球面収差の波面劣化はなく、良好なスポットが形成可能である。これは位相補正素子のパターン領域をＣＤ系の光束径より外側に形成してなるためである。
【０１１１】
また、位相補正素子１０５の矩形領域における透過率η０、＋１次回折効率η＋１は、次の（数１１），（数１２）で与えられ、
【０１１２】
【数１１】
η０＝ｃｏｓ2（Φ）
【０１１３】
【数１２】
η＋１＝（４／π2）ｓｉｎ2（Φ）
ただし、Φ＝π（ｎ−１）ｈ／λ
これらの（数１１），（数１２）を元に、矩形溝の高さと各波長帯域の透過率の関係を求めたものを図２２に示す。この図２２における図中に示す高さ：ｈ１＝４.０２μｍにおいて、波長４０７ｎｍ，波長６６０ｎｍ，波長７８０ｎｍの３波長帯域で透過率が最大限に確保できることがわかる。
【０１１４】
また、本実施の形態１は図２３（ａ）に示すように複合素子として、位相補正素子１０５、開口制限素子１０７、波長板１０６を一体形成してもよい。これにより、組付工程の簡素化が図れる。さらに、図２３（ｂ）に示すような別の複合素子の構成、すなわち、位相補正素子１０５、波長板１０６の順に一体形成され、位相補正素子表面もしくは波長板表面に開口制限素子１０７が形成されていてもよい。これにより、さらに素子の薄型化、重量の低減が可能となる。
【０１１５】
さらに、図２４（ａ）に示すように、位相補正素子１０５をフランジ４００と一体形成された素子でもよい。特に、図２４（ｂ）に示すようにフランジ４００に対物レンズ１０８を接合してもよい。
【０１１６】
なお、位相補正素子１０５は、回折格子を対物レンズ上に直接形成することにより、位相補正素子１０５と対物レンズ１０８を一体化することも可能である。さらに、本実施の形態１における位相補正素子１０５、開口制限素子１０７、波長板１０８はアクチュエータ（図示せず）上に設置してもよい。これらの部品をアクチュエータ上に設置し、対物レンズ１０８と一体可動させることにより、別体配置させた場合に比べ、相対的なシフトやチルトに伴う波面劣化を抑制できる。
【０１１７】
なお、本実施の形態１のアクチュエータは２〜４軸のいずれの可動変位であってもよい。すなわち、フォーカス・トラッキングの２方向制御に加えて、ラジアル方向もしくはジッタ方向の１軸周りのチルト制御可能な３軸アクチュエータや、２軸周りのチルト制御可能な４軸アクチュエータを用いてもよい。３軸あるいは４軸アクチュエータで対物レンズの傾きを変化させると、対物レンズへ透過する光束にコマ収差が発生するが、光記録媒体の傾きで発生するコマ収差と相殺するようにすることが可能である。
【０１１８】
以上に説明したように、本実施の形態１では、球面収差と逆極性の球面収差を発生させるＤＶＤ系光路に作用する位相補正素子と、ＣＤ系光路を有限系入射する構成、また前記構成のＤＶＤ系光路を有限系入射とする構成を加えて、さらに、波長４０７ｎｍ（４００ｎｍ），波長７８０ｎｍでは不感帯を有する波長選択性の位相補正素子を使用して、波長６６０ｎｍにおいて位相補正素子の性能が十分に確保される構成が実現できる。これにより、例えば、非特許文献３に記載のようなＤＶＤ、ＣＤの中間最適値での素子構成ではなく、ＤＶＤでの最適素子構成を実現できる。
【０１１９】
次に、本発明の実施の形態２における光ピックアップについて説明する。本実施の形態２の光ピックアップが実施の形態１の光ピックアップと異なる点は、位相補正素子として、図６（ａ），（ｂ）に示すような矩形ピッチの位相補正素子１０５の代わりに図２５に示すような階段形状の位相補正素子１０５ｂを用いた点である。
【０１２０】
この位相補正素子１０５ｂを用いない場合、波長６６０ｎｍの対物レンズ１０８からの出射光が厚さ０.６ｍｍの光照射側基板厚を透過する際には球面収差が残留することは前述のとおりであり、図３がそのときの球面収差の特性図である。本実施の形態２では、この球面収差を抑制する手段として階段状の位相補正素子１０５ｂを用いる。さらに、この波長６６０ｎｍでの数値構成は（表９）で表される。
【０１２１】
【表９】
図２５は位相補正素子１０５ｂの断面図であり、この位相補正素子１０５ｂは、ガラス基板上に同心円状の干渉縞のパターンが形成されてなる。位相板パターンの隣接する階段の高さは、所定の単位高さ：ｈｉの整数倍で形成されてなる。高さをｈ、屈折率をｎ、入射光の波長をλとすると、位相板パターンのある部分とない部分をとおりる光の位相差δ（λ）は、実施の形態１の位相補正素子１０５と同様に前述した（数１）で与えられる。
【０１２３】
実施の形態１で説明したように、図７で示される硝種範囲で、本実施の形態２の位相補正素子を作製すれば、波長４０７ｎｍ、波長７８０ｎｍの光が位相補正素子１０５通過時に発生する位相差は２πの整数倍となるｈが選定可能である。例えば、ｈ：１.３４μｍ、基板材料としてＨＯＹＡ社製のＢａＣＤ５のとき、λ：４０７ｎｍに対してはｎ：１.６０４９４９、δ（４０７ｎｍ）：４.０π（＝２.０π×２）、λ：６６０ｎｍに対してはｎ：１.５８６０５１、δ(６６０ｎｍ)：２.４π（＝１.４π）、λ：７８０ｎｍに対してはｎ：１.５８２５０９、δ（７８０ｎｍ）：２.０π。そして、この高さｈを所定の高さ単位として、図３に示すように発生する球面収差を抑制する階段形状を決定したものが図２５である。
【０１２４】
図１８（ｂ）は、前記図２５に示す位相補正素子１０５ｂを用いた場合の球面収差を示す特性図である。横軸に光軸からの高さ、縦軸に球面収差を示す。球面収差のＲＭＳ値は０.０２７λｒｍｓ以下であり、良好な記録、再生信号特性を得ることが可能となる。なお、実施の形態１と同様に、波長４０７ｎｍ，波長７８０でも図１６（ｂ），図２１（ｂ）に示すとおり、良好な波面特性が確保される。
【０１２５】
本実施の形態２も、実施の形態１と同様に、位相補正素子１０５の機能を対物レンズ１０８に一体化することが可能である。すなわち、図２６のように位相補正素子１０５と対物レンズ１０８の組合せにより波長６６０ｎｍの光で、厚さ０．６ｍｍの光照射側基板厚を透過する際に発生する球面収差を抑制するのに対して、図２７のように位相板パターンを対物レンズ上に形成してもよい。図２７では、対物レンズ１１３の光源側の面上に光軸に対して同心円状のパターンが形成されており、その高さは波長４０７ｎｍ、７８０ｎｍの光に対して不感帯となり波長６６０ｎｍの光に対してのみ作用するものである。また、パターンを形成する面は、図２７に限られず、光記録媒体側の面に形成してもよいし、光源側と光記録媒体側の両面から形成されるものであってもよい。
【０１２６】
また、図２８は本発明の実施の形態３の光ピックアップの概略構成を示す図である。この光ピックアップは実施の形態１，２と同じく、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系（大容量）光記録媒体」と、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【０１２７】
前述の実施の形態１，２の光ピックアップと構成の異なる点は、青色系光路も光源（半導体レーザー４０１ａ）と受光素子４０１ｃと光路分離手段（ホログラム４０１ｂ）を単一パッケージに収めたホログラムユニット４０１を使用している点である。これにより、光学系の小型化、組付の簡素化が図れる。
【０１２８】
また、図２９（ａ）は本実施の形態３における別の光ピックアップの概略構成を示す図である。この光ピックアップは実施の形態１，２，３と同じく、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの大容量光記録媒体」と、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と、「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【０１２９】
前述の実施の形態１，２，３の光ピックアップと異なる点は、ＤＶＤ／ＣＤの光源（半導体レーザー２０１ａ，３０１ａ）、受光素子２０１ｃ，３０１ｃ、光路分離手段（ホログラム５０１ｂ）を単一パッケージに集約したホログラムユニット５０１とした点である。これにより、３波長光学系を小型な光ピックアップで実現することが可能である。
【０１３０】
なお、ホログラム５０１ｂとしては、図２９（ｂ）に示すようにＤＶＤ用のホログラム面をもつ層とＣＤ用のホログラム面をもつ層を備えた構成を用いればよい。
【０１３１】
図３０は本発明の実施の形態４における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【０１３２】
情報記録再生装置３０は、光記録媒体４０に対して光ピックアップ３１を用いて情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う装置である。本実施の形態５において、光記録媒体４０はディスク状であって、保護ケースのカートリッジ４１内に格納されている。光記録媒体４０はカートリッジ４１ごと、挿入口３２から情報記録再生装置３０に矢印「ディスク挿入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ３３により回転駆動され、光ピックアップ３１により情報の記録や再生、あるいは消去が行われる。
【０１３３】
この光ピックアップ３１として、前述の実施の形態１〜３に記載の光ピックアップを適宜用いることができる。
【０１３４】
さらに本実施の形態４は、使用波長λ：４０７ｎｍ、ＮＡ：０.６５で光記録媒体上に情報記録密度増倍度：Ｐ１＞１.８の多値記録を行う光情報処理装置であってもよい。これにより、例えば２２ＧＢ以上の光情報処理装置をＮＡ０.８５の高ＮＡの対物レンズを用いることなく実現できる。すなわち、光記録媒体への記録容量はスポット径で定まる。ＤＶＤ系光記録媒体（４.７ＧＢ）に比べ、青色波長帯域を利用すれば、スポット径比（λ／ＮＡ）2で容量が上げられ、１２ＧＢ相当となる。これに前記条件の多値記録を適用することにより、２２ＧＢ相当が得られる。この結果、変動などに伴うマージンを拡大できる。例えば、対物レンズの焦点深度は、ＮＡの２乗に比例して厳しくなるため、ＮＡ０.８５の対物レンズに比べＮＡ０.６５のレンズは１.７倍マージンを広げられる。
【０１３５】
さらに本発明は、光記録媒体として、記録情報面を複数層から構成されるものを用いてもよい、層数に応じて容量が増すことは言うまでもない。また、本発明は、層間距離に起因して発生する球面収差も併せて補正することができ、また光記録媒体として、記録情報面を表裏両面に備えた光記録媒体であってもよい。容量が２倍にすることが可能である。
【０１３６】
以上に説明した各実施の形態では、簡単のため、波長として４０７ｎｍ，６６０ｎｍ，７８０ｎｍに限定して述べてきたが、本発明は、以下のような各光記録媒体が規格として定める範囲に適用することが可能である。
【０１３７】
・青色波長帯域：波長３９７ｎｍ〜４１７ｎｍ
・赤色波長帯域：波長６５０ｎｍ〜６７０ｎｍ
・赤外波長帯域：波長７７０ｎｍ〜７９０ｎｍ
同様に、開口数：ＮＡとして、０.６５，０.５０に限定して述べてきたが、
これらも
・青色系光記録媒体のＮＡ：０.６０〜０.７０あるいは０.８５
・ＤＶＤ系光記録媒体のＮＡ：０.６０〜０.６５
・ＣＤ系光記録媒体のＮＡ：０.４５〜０.５０
の範囲に適用できる。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長の異なる３つの光源（半導体レーザー）と、波長選択を行う位相補正素子とを有し、青色波長帯域の光で青色系光記録媒体に対して球面収差の波面が最少となる対物レンズを用いて、青色波長帯域、赤外波長帯域では不感帯であり、赤色波長帯域の光でＤＶＤ系光記録媒体に対して球面収差の波面が最少となる位相補正素子を対物レンズの前段に配し、かつ赤外波長帯域の光でＣＤ系光記録媒体に対して球面収差の波面が最小となるようにＣＤ系光路を有限系入射となるように構成することにより、青色系光記録媒体，ＤＶＤ系光記録媒体，ＣＤ系光記録媒体それぞれに対して、スポットを十分に絞ることが可能となり、３世代いずれの光記録媒体に対しても高Ｓ／Ｎで信号を記録、再生することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】 半導体レーザー、ホログラム及び受光素子を一体化して構成されたホログラムユニットを示す図
【図３】 波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズに、波長６６０ｎｍの光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体にスポット形成させたとき発生の球面収差を示す図
【図４】 波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズに、波長７８０ｎｍの光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体にスポット形成させたとき発生の球面収差を示す図
【図５】 波長４０７ｎｍ、ＮＡ０.６５で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズに、波長４０７ｎｍの光を無限系で入射させて青色系光記録媒体にスポット形成させたとき発生の球面収差を示す図
【図６】 本実施の形態１における（ａ）は位相補正素子の平面図、（ｂ）は位相補正素子の断面図
【図７】 位相補正素子の硝種例を表すＨＯＹＡ社のガラスマップを示す図
【図８】 有限系で構成されるＤＶＤ系光学系の物体距離を変化させたときの球面収差の波面変化を説明する図
【図９】 ＤＶＤ系光記録媒体を透過する際の球面収差と対物レンズが有する球面収差の和を打ち消す球面収差を有する位相補正素子の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図１０】 有限系で構成されるＣＤ系光学系の物体距離を変化させたときの球面収差の波面変化を説明する図
【図１１】 （ａ）は対物レンズのＮＡ０.６５となる有効径と波長の関係、（ｂ）は（ａ）の対物レンズと同じφ１、焦点距離、ＮＡにおいて、硝種を変化させたときのφ２／φ１と、使用硝種のｄ線での屈折率ｎｄの関係を示す図
【図１２】 反射によって光束径を切り換える波長選択性の誘電体光学多層膜を用いる開口制限素子の構成を示す図
【図１３】 回折によって光束径を切り換える波長選択性の回折格子を用いる開口制限素子の構成を示す図
【図１４】 吸収によって光束径を切り換える波長選択性の吸収膜を用いる開口制限素子の構成を示す図
【図１５】 本実施の形態１における波長４０７ｎｍの照明系の概観図
【図１６】 波長４０７ｎｍの入射光において、（ａ）は位相補正素子（断面形状が２段階の矩形状）、（ｂ）は位相補正素子（断面形状が３段階以上の階段状）を挿入時に発生の球面収差を示す図
【図１７】 本実施の形態１における波長６６０ｎｍの照明系の概観図
【図１８】 波長６６０ｎｍの入射光において、（ａ）は位相補正素子（断面形状が２段階の矩形状）、（ｂ）は位相補正素子（断面形状が３段階以上の階段状）を挿入時に発生の球面収差を示す図
【図１９】 波長６６０ｎｍの有限系入射光において、（ａ）は位相補正素子なし、（ｂ）は位相補正素子を挿入時に発生の球面収差を示す図
【図２０】 本実施の形態１における波長７８０ｎｍの照明系の概観図
【図２１】 波長７８０ｎｍの入射光において、（ａ）は位相補正素子（断面形状が２段階の矩形状）、（ｂ）は位相補正素子（断面形状が３段階以上の階段状）を挿入時に発生の球面収差を示す図
【図２２】 位相補正素子における矩形溝の高さと各波長帯域の透過率の関係を示す図
【図２３】 （ａ）は開口制限素子、液晶素子、波長板を一体形成した複合素子、（ｂ）は別の複合素子の構成を示す図
【図２４】 （ａ）は位相補正素子をフランジと一体形成、（ｂ）はフランジに対物レンズを接合した構成を示す図
【図２５】 本発明の実施の形態２における位相補正素子の断面図
【図２６】 本実施の形態２における波長６６０ｎｍの照明系の概観図
【図２７】 本実施の形態２における波長６６０ｎｍの照明系の位相補正素子と対物レンズを一体化した概観図
【図２８】 本発明の実施の形態３における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２９】 （ａ）は本実施の形態３における別の光ピックアップの概略構成、（ｂ）はＤＶＤ用のホログラム面をもつ層とＣＤ用のホログラム面をもつ層を備えたホログラムユニットの構成を示す図
【図３０】 本発明の実施の形態４における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図
【図３１】 青色波長帯域の光源を用いた大容量光記録媒体と、既存のＤＶＤ、あるいはＣＤとの互換が可能な光ピックアップの概略構成を示す図
【符号の説明】
３０ 情報記録再生装置
３１ 光ピックアップ
３２ 挿入口
３３ スピンドルモータ
４０ 光記録媒体
４１ カートリッジ
１００ 青色用光源
１０１，２０１ａ，３０１ａ，４０１ａ 半導体レーザー
１０２，２０２，５０２ コリメートレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１０４ プリズム
１０５，１０５ｂ 位相補正素子
１０６ 波長板
１０７ 開口制限素子
１０８，１１３ 対物レンズ
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ 光記録媒体
１１０ 検出レンズ
１１１ 光束分割手段
１１２，２０１ｃ，３０１ｃ，４０１ｃ 受光素子
２００ ＤＶＤ用光源
２０１，３０１，４０１，５０１ ホログラムユニット
２０１ｂ，３０１ｂ，４０１ｂ，５０１ｂ ホログラム
２０３，３０３，５０３ ダイクロイックプリズム
３００ ＣＤ用光源
３０２ カップリングレンズ
４００ フランジ
Claims (14)
- 光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去のうちいずれか１以上を行う光ピックアップであって、波長：λ１，λ２，λ３（λ１≦λ２≦λ３）の光を出射する３つの光源と、前記各光源の出射光を前記光記録媒体に集光させるための対物レンズと、開口数：ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３（ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３）を切り換える開口制限手段と、通過光束の位相分布を変化させる位相補正素子とを備え、
前記位相補正素子が、開口数の略ＮＡ２〜ＮＡ３の領域についてのみ位相分布を変化させ、波長：λ１の光に対しては２πの整数倍となる位相差を与えることを特徴とする光ピックアップ。 - 前記位相補正素子が、前記光源から出射する３波長のいずれか２波長の光に対して２πの整数倍となる位相差を与えることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
- 前記光源から出射する光の波長：λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）に対して、位相補正素子が波長：λ１，λ３に対し２πの整数倍となる位相差を与え、かつ波長：λ３を、波長：λ１の略整数倍としたことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ。
- 前記位相補正素子に用いる硝種において、ｄ線の屈折率：ｎｄ、及びｄ線のアッベ数：νｄが、次の条件
１ . ５０＜ｎｄ＜１ . ６６、及び５５＜νｄ＜８５
を満足することを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ。 - 前記位相補正素子が、光軸に直交する面において同心円状、かつ前記光軸方向への断面形状が２段階の矩形状となる位相パターンを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光ピックアップ。
- 前記位相補正素子が、光軸に直交する面において同心円状、かつ前記光軸方向への断面形状が３段階以上の階段状となる位相パターンを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光ピックアップ。
- 前記対物レンズを、光源から出射する光の３波長の少なくともいずれか１波長の前記光源点灯時には、有限系入射で使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光ピックアップ。
- 前記対物レンズを、３つの波長：λ１，λ２，λ３（λ１≦λ２≦λ３）のうち、波長：λ２と波長：λ３の光源点灯時には有限系で使用することを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
- 前記光源から出射する光の使用波長に応じて、開口数を切り換える開口制限手段を備え、前記開口制限手段が、位相補正素子と一体化されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の光ピックアップ。
- 前記光源から出射する光の使用波長に応じて、偏光状態を変化させる偏光素子を備え、前記偏光素子が、位相補正素子と一体化されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の光ピックアップ。
- 前記位相補正素子に、フランジ部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の光ピックアップ。
- 前記位相補正素子のフランジ部が、対物レンズを支持することを特徴とする請求項１１記載の光ピックアップ。
- 前記位相補正素子が、対物レンズと一体で可動することを特徴とする請求項１〜１２記載の光ピックアップ。
- 請求項１〜１３のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくとも１以上を行うことを特徴とする光情報処理装置。
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