JP2005222601A - 光ピックアップおよび光情報再生装置または光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の媒体に対して共通の対物レンズを用い、良好な記録再生が可能な３波長互換光ピックアップを提供する。
【解決手段】 レーザ光源から出射した光を対物レンズ１１５で集光させることによりディスク媒体１２２に対して再生または記録を行う光ピックアップであって、波長λ１の光を出射する第１のレーザ光源１０１と、波長λ１より長い波長λ２の光を出射する第２のレーザ光源１０２と、波長λ２より長い波長λ３の光を出射する第３のレーザ光源１０３と、第１から第３のレーザ光源から出射した光の光路を共通にする光学系と、屈折面に同心円状に格子溝が形成された対物レンズ１１５と、対物レンズのレーザ光源側に設けた波長選択性位相差素子１１７と波長選択性回折素子１１８と波長選択性アパーチャ素子１１９とを備え、波長選択性回折素子１１８に平行光を入射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディスク状情報媒体にレーザ光を照射することにより情報の再生または記録を行う光ピックアップおよび光情報再生装置または光情報記録再生装置に関し、特に、ＢＤ（Ｂｌｕ‐ｒａｙ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ、ＣＤといった基板厚さが異なる３種類のディスク状情報記録媒体に対し共通の対物レンズを用いて記録再生が可能な光ピックアップおよび光情報再生装置または光情報記録再生装置に関する。

高密度光ディスク装置の規格として、波長４０５ｎｍの青紫色レーザ、開口数（ＮＡ）０．８５の高ＮＡ対物レンズ、基板厚さ０．１ｍｍのディスク媒体を用いたＢＤ規格が提案されている。このＢＤ規格を取り入れた光ディスク装置では現在存在するＤＶＤ媒体、ＣＤ媒体との互換性が重要な課題であり、第１世代の製品ではＢＤ用の光ピックアップ、ＤＶＤ／ＣＤ用光ピックアップといった２つの光ピックアップを搭載している。この構成では装置に対して光ピックアップの占める面積の割合が大きくなり、装置スペースが限られているＰＣ用途に使うのは困難となる。また、光ピックアップを１つとして、アクチュエータの可動部にＢＤ用対物レンズ、ＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズといった２種類の対物レンズを搭載し、使用する媒体の種類に応じて対物レンズを機械的に切替える構成も考えられる。しかし、この構成では以下の（１）、（２）に示す問題がある。（１）アクチュエータ部が大きくなるため、光ピックアップの小型化の妨げとなる。（２）アクチュエータ可動部の軽量化が難しいため、駆動感度の向上を図ることができず、記録・再生高速化の妨げになる。そこで、共通の対物レンズを用いてＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の媒体すべてに対応可能な３波長互換光ピックアップが強く求められる。

この３波長互換光ピックアップの例としては、レンズ面に格子溝を刻んだＢＤ、ＤＶＤ互換対物レンズと３波長選択性の開口制限素子を用い、ＢＤ、ＤＶＤ光学系の場合は無限光学系として平行光を、ＣＤ光学系の場合は有限光学系とし発散光を上記互換対物レンズに入射させる構成が報告されている。（例えば、非特許文献１参照）

また、上記互換光ピックアップに関連する素子として、例えば以下（ａ）〜（ｃ）に示すような各素子が提案されている。
（ａ）２枚のレンズを１組とし、レーザ側のレンズ面に格子溝を形成した構成のＢＤ／ＤＶＤ互換対物レンズ。（例えば、非特許文献２参照）
（ｂ）ＢＤ光では直線偏光から円偏光に、ＤＶＤ光では直線偏光から９０度回転した直線偏光にする機能をもつ２波長用位相子。（例えば、特許文献１参照）
（ｃ）２波長のうち一方の光では常光を透過、異常光を回折させ、他方の光では偏光状態に関係なく透過させる機能をもつ２波長用回折素子。（例えば、特許文献２参照）
特開２００１−３４４８００号公報（第１−６頁、図２、図４） 特開２００１−１７４６１４号公報（第１−５頁、図１、図３、図４） Ｒｙｕｉｃｈｉ Ｋａｔａｙａｍａ： Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ＩＳＯＭ２００３， ｐａｐｅｒ Ｔｈ−Ｇ−０１（２００３） Ｙｏｓｈｉａｋｉ Ｋｏｍｍａ ｅｔ ａｌ： Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ＩＳＯＭ２００３， ｐａｐｅｒ Ｗｅ−Ｆ−２０（２００３）

上記非特許文献１記載の公知例は３波長互換光ピックアップとして単純な構成となっている。ところが、ＣＤ光学系では有限光学系として対物レンズに発散光を入射させる構成であり、作動距離（対物レンズとディスク媒体面との距離）を確保するためレーザ光源から対物レンズまでの距離を短くしていくと、以下の（１）、（２）に示すような問題が生じる。
（１）回転するＣＤ媒体の偏心に追従して対物レンズがトラッキング方向に変位したとき、対物レンズで絞られた光スポットにコマ収差が顕著に発生する。その結果、光スポットの品質が大きく劣化し、ＣＤ媒体の記録再生が困難になる。
（２）レーザ光源と対物レンズの間に配置される光学部品の配置スペースが狭くなり、実装が難しくなる。

逆に、レーザ光源から対物レンズまでの距離を長くしていくと作動距離が確保できなくなり、ＣＤ媒体が面振れしたときに対物レンズとＣＤ媒体が頻繁に衝突あるいは接触することになる。その結果、対物レンズとＣＤ媒体に傷、汚れが顕著に発生し、ＣＤ媒体の記録再生が困難になる。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、上記問題を解消してＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の媒体に対して共通の対物レンズを用い、良好な記録再生が可能な３波長互換光ピックアップを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、レーザ光源から出射した光を対物レンズで集光させることによりディスク媒体に対して再生または記録を行う光ピックアップであって、波長λ１の光を出射する第１のレーザ光源と、波長λ２（＞λ１）の光を出射する第２のレーザ光源と、波長λ３（＞λ２）の光を出射する第３のレーザ光源と、前記第１から第３のレーザ光源からの出射した光の光路を共通にする光学系と、屈折面に同心円状に格子溝が形成された対物レンズと、前記対物レンズを駆動するアクチュエータを備え、前記アクチュエータの可動ホルダに前記対物レンズと波長選択性位相差素子と波長選択性回折素子と波長選択性アパーチャ素子を搭載するとともに、前記波長選択性回折素子に平行光を入射させることを特徴とする光ピックアップとした。

すなわち、本発明は、レーザ光源から出射した光を対物レンズで集光させることによりディスク媒体に対して再生または記録を行う光ピックアップであって、波長λ１の光を出射する第１のレーザ光源と、前記波長λ１より長い波長λ２の光を出射する第２のレーザ光源と、前記波長λ２より長い波長λ３の光を出射する第３のレーザ光源と、前記第１から第３のレーザ光源から出射した光の光路を共通にする光学系と、屈折面に同心円状に格子溝が形成された対物レンズと、該対物レンズのレーザ光源側に設けた波長選択性位相差素子と波長選択性回折素子と波長選択性アパーチャ素子とを備え、前記波長選択性回折素子に平行光を入射させる光ピックアップである。

また、本発明は、上記波長選択性位相差素子は、上記波長λ１と上記波長λ２の光に対しては１／４波長板、上記波長λ３の光に対しては１／２波長板の機能を有し、上記波長選択性回折素子は、波長λ１と波長λ２の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく透過させ、波長λ３の光に対しては入射光の偏光方向に依存して回折する機能を有する光ピックアップである。

そして、本発明は、上記波長選択性位相差素子は、上記波長λ１と上記波長λ２の光に対しては１／４波長板、上記波長λ３の光に対しては１／２波長板の機能を有し、上記波長選択性回折素子は、波長λ１と波長λ２の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく透過させ、波長λ３の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく回折する機能を有する光ピックアップである。

更に、本発明は、上記波長選択性位相差素子は、上記波長λ１と上記波長λ２と上記波長λ３の光に対して１／４波長板の機能を有し、上記波長選択性回折素子は、波長λ１と波長λ２の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく透過させ、波長λ３の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく回折する機能を有する光ピックアップである。

また、本発明は、上記波長選択性アパーチャ素子は、上記波長λ１と上記波長λ２の光を全て透過させ、波長λ３の光の入射光束径に対し出射光束径を制限する機能を有する光ピックアップである。

そして、本発明は、上記対物レンズは、上記ディスク媒体に近い側の第１レンズと上記ディスク媒体から遠い側の第２レンズとから構成され、該第２レンズの屈折面に同心円状の格子溝が形成された光ピックアップである。

更に、本発明は、上記対物レンズのレーザ光源側に球面収差を補正する液晶素子を備える光ピックアップである。

また、本発明は、上記の光ピックアップを搭載した光情報再生装置または光情報記録再生装置である。

本発明によれば、ＣＤ光学系において、対物レンズがＣＤ媒体の偏心に追従してトラッキング方向に変位した場合でも光スポットはコマ収差の増加が無く品質が安定するという利点がある。その結果、ＣＤ媒体の記録再生特性が安定する。また、ＢＤ光学系はもちろんのこと、ＤＶＤ光学系においても往路、復路ともに光利用効率の点で有利な光学系とすることができる。その結果、記録高速化あるいは光ピックアップの温度上昇抑制化、検出信号の高Ｓ／Ｎ化、レーザ光源への反射戻り光によるノイズ低減化に対して有利な光学系にできるという利点がある。よって、以上の利点を持ちながら、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の媒体に対し共通の対物レンズを用いて良好な記録再生特性を持つ３波長互換光ピックアップ、およびこの光ピックアップを搭載した光情報再生装置または光情報記録再生装置が得られるという効果がある。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の光ピックアップおよび光情報再生装置または光情報記録再生装置の実施例について、図面を用いて説明する。図１は、実施例１の３波長互換光ピックアップの説明図である。図２は、実施例１における合成プリズム、波長選択ビームスプリッタタ、波長選択性ハーフミラーの特性を示す図表である。図３は、実施例１における合成プリズムの別の特性を示す図表である。図４は、実施例１における対物レンズの説明図である。図５は、実施例１における波長選択性アパーチャ素子の説明図と特性を示すグラフである。図６は、実施例１における波長選択性回折素子の機能の説明図である。図７は、実施例１における波長選択性回折素子の説明図である。図８は、実施例１における波長選択性回折素子のＢＤ及びＤＶＤに対する説明図である。図９は、実施例１における波長選択性回折素子のＣＤに対する説明図である。図１０は、実施例１における波長選択性回折素子の波長と屈折率ｎ１、ｎｏ、ｎｅの関係を示すグラフである。図１１は、実施例１における波長選択性位相差素子の説明図および特性を示すグラフである。図１２は、実施例１における波長選択性位相差素子の特性を示すグラフである。図１３は、実施例１における往路と復路の偏光状態の説明図である。図１４は、実施例１における往路と復路の偏光状態の説明図である。図１５は、実施例１における波長選択性ハーフミラーの別の特性を示す図表である。図１６は、実施例２の３波長互換光ピックアップの説明図である。図１７は、実施例３の３波長互換光ピックアップの説明図である。図１８は、実施例３における合成プリズム、偏光ビームスプリッタの特性を示すグラフである。図１９は、実施例３における波長選択性位相差素子の特性を示すグラフである。図２０は、実施例３における波長選択性位相差素子の説明図である。図２１は、実施例４の３波長互換光ピックアップの説明図である。図２２は、実施例５の光情報再生装置または光情報記録再生装置の説明図である。

実施例１を説明する。本実施例の光ピックアップについて、図１から図１５を用いて説明する。図１は本実施例の３波長互換光ピックアップを示しており、以下に示す（１）〜（３）の光学系を備え、共通の対物レンズを使用している。
（１）発振波長４０５ｎｍ帯の青紫色レーザ光源、開口数０．８５の対物レンズを用い、基板厚さが約０．１ｍｍのＢＤ媒体を再生または記録するＢＤ光学系。
（２）発振波長６６０ｎｍ帯の赤色レーザ光源、開口数０．６〜０．６５の対物レンズを用い、基板厚さが約０．６ｍｍのＤＶＤ媒体を再生または記録するＤＶＤ光学系。
（３）発振波長７８０ｎｍ帯の赤外レーザ光源、開口数０．４５〜０．５の対物レンズを用い、基板厚さが約１．２ｍｍのＣＤ媒体を再生または記録するＣＤ光学系。

以後、しばらく光ピックアップ全体について説明する。まず、上記（１）〜（３）の各光学系のうち、上記（１）ＢＤ光学系について、（１ａ）往路と（１ｂ）復路に分けて説明する。ここで、往路とはレーザ光源からレーザ光を出射し、媒体の情報記録面に集光して光スポットを形成するまでの光路を指し、復路とは媒体の情報記録面からの反射戻り光を受光素子の光検出面に集光するまでの光路を指す。
（１ａ）往路：波長λ１＝４０５ｎｍ帯の青紫色レーザ１０１から出射された直線偏光の発散光は、ＢＤ用回折格子１０４によってメインビームと２つのサブビームに分岐され、合成プリズム１０７を透過し、上記直線偏光のＳ偏光が波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８によって反射し、９０度光路を曲げられる。一方、上記直線偏光のＰ偏光が波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８を透過し、集光レンズ１２５によってフロントモニタ１２６に集光され、青紫色レーザ１０１の光量が検出される。上記Ｓ偏光は、その後、コリメートレンズ１０９によって平行光に変換され、ビームエキスパンダー素子１１２を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられ、波長選択性アパーチャ素子１１９、波長選択性回折素子１１８を透過する。上記Ｓ偏光は、上記波長λ１において１／４波長板機能をもつ波長選択性位相差素子１１７により円偏光に変換され、対物レンズ１１５によって情報記録媒体１２２（この場合、基板厚さ０．１ｍｍのＢＤ媒体）の情報記録面上に集光されて光スポットが形成される。
（１ｂ）復路：情報記録媒体１２２からの反射戻り光は、対物レンズ１１５を通過し、上記波長選択性位相差素子１１７によりＰ偏光に変換され、波長選択性回折素子１１８、波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられる。ビームエキスパンダー素子１１２、コリメートレンズ１０９、波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８、波長選択性ハーフミラー１２７を透過した後、検出レンズ１３０によって受光素子（ＯＥＩＣ）１３１の光検出面上に集光される。上記受光素子１３１ではＲＦ信号、サーボ信号（ＦＥＳ信号、ＤＰＰ信号等）が検出される。また、上記ＲＦ信号、上記サーボ信号をもとに球面収差誤差信号が生成され、検出される。

ここで、ビームエキスパンダー素子１１２は、凹レンズ１１０と凸レンズ１１１のペアで構成される。この素子はＢＤ媒体の基板厚さ誤差、あるいはＢＤ媒体の２層記録媒体における層間ジャンプ時に１層目と２層目の基板厚さの差に伴って光スポットに発生する球面収差を打消す機能を持つ。上記情報記録媒体１２２がＢＤ媒体であると判別された場合、上記球面収差誤差信号が０となるように、例えば（図示しない）駆動機構によって凸レンズ１１１を光軸に沿って基準位置から矢印１１３の方向に移動させる。このようにして光スポットに発生する球面収差が抑制され、記録再生時に品質の良い光スポットが得られる。

次に、（２）ＤＶＤ光学系について、（２ａ）往路と（２ｂ）復路に分け説明する。
（２ａ）往路：波長λ２＝６６０ｎｍ帯の赤色レーザ１０２から出射された直線偏光の発散光は、ＤＶＤ用回折格子１０５によってメインビームと２つのサブビームに分岐され、合成プリズム１０７で反射して、上記直線偏光のＳ偏光が波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８によって反射し、９０度光路を曲げられる。一方、上記直線偏光のＰ偏光が波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８を透過し、集光レンズ１２５によってフロントモニタ１２６に集光され、赤色レーザ１０２の光量が検出される。上記Ｓ偏光は、その後、コリメートレンズ１０９によって平行光に変換され、ビームエキスパンダー素子１１２を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられ、波長選択性アパーチャ素子１１９、波長選択性回折素子１１８を透過する。上記Ｓ偏光は、上記波長λ２において１／４波長板機能を持つ波長選択性位相差素子１１７によって円偏光に変換され、対物レンズ１１５によって情報記録媒体１２２（この場合、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ媒体）の情報記録面上に集光され光スポットが形成される。
（２ｂ）復路：情報記録媒体１２２からの反射戻り光は、対物レンズ１１５を通過し、上記波長選択性位相差素子１１７によってＰ偏光に変換され、波長選択性回折素子１１８、波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられる。ビームエキスパンダー素子１１２、コリメートレンズ１０９、波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８、波長選択性ハーフミラー１２７を透過した後、検出レンズ１３０によって受光素子（ＯＥＩＣ）１３１の光検出面上に集光される。上記受光素子１３１ではＲＦ信号、サーボ信号（ＦＥＳ信号、ＤＰＰ信号等）が検出される。

なお、先に説明したビームエキスパンダー素子１１２は、ＤＶＤ媒体に記録再生する際に機能させても良く、光スポットに発生する球面収差が抑制され、品質の良い光スポットが得られる。

次に、（３）ＣＤ光学系について、（３ａ）往路と（３ｂ）復路に分け説明する。
（３ａ）往路：波長λ３＝７８０ｎｍ帯の赤外レーザ１０３から出射された直線偏光の発散光は、ＣＤ用回折格子１０６によってメインビームと２つのサブビームに分岐され、例えば、直線偏光のＳ偏光のＸ％が上記波長選択性ハーフミラー１２７で反射して９０度光路を曲げられる。一方、上記Ｓ偏光のＹ％が上記波長選択性ハーフミラー１２７を透過し、集光レンズ１２８によりフロントモニタ１２９に集光され、赤外レーザ１０３の光量がモニタされる。ここで、上記Ｘ、Ｙの間にはＸとＹの和が１００％、ただし、Ｘ≧Ｙの関係を持たせている。上記Ｓ偏光はその後、波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８を透過し、コリメートレンズ１０９によって平行光に変換され、ビームエキスパンダー素子１１２を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられる。その後、波長λ３において開口制限機能を持つ波長選択性アパーチャ素子１１９によって光束径が制限され、波長λ３において１次回折機能を持つ波長選択性回折素子１１８により発散光に変換される。上記Ｓ偏光は、波長λ３において１／２波長板機能を持つ波長選択性位相差素子１１７によってＰ偏光に変換され、対物レンズ１１５によって情報記録媒体１２２（この場合、基板厚さ１．２ｍｍのＣＤ媒体）の情報記録面に集光され光スポットが形成される。
（３ｂ）復路：上記情報記録媒体１２２からの反射戻り光は、対物レンズ１１５を通過し、波長λ３において１／２波長板機能を持つ波長選択性位相差素子１１７によってＳ偏光に変換され、波長λ３において１次回折機能を持つ波長選択性回折素子１１８により平行光に変換される。その後、波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられる。波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８を透過し、Ｓ偏光のＹ％が波長選択性ハーフミラー１２７を透過した後、検出レンズ１３０によって受光素子（ＯＥＩＣ）１３１の光検出面に集光される。上記受光素子１３１ではＲＦ信号、サーボ信号（ＦＥＳ信号、ＤＰＰ信号等）が検出される。

上の説明の中で、合成プリズム１０７、集光レンズ１２５、フロントモニタ１２６の各素子はＢＤ光学系、ＤＶＤ光学系の２つの光学系に共通して用いられる素子である。ここで、合成プリズム１０７は、図２（ａ）に示すように、上記波長λ１＝４０５ｎｍ帯のレーザ光を１００％透過し、上記波長λ２＝６６０ｎｍ帯のレーザ光を１００％反射する特性を持ち、ＢＤ光学系とＤＶＤ光学系の光路を共通の光路に合成する。また、波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８、コリメートレンズ１０９、ビームエキスパンダー素子１１２、立上げミラー１１４、波長選択性アパーチャ素子１１９、波長選択性回折素子１１８、波長選択性位相差素子１１７、対物レンズ１１５、波長選択性ハーフミラー１２７、検出レンズ１３０、受光素子１３１の各素子はＢＤ光学系、ＤＶＤ光学系、ＣＤ光学系の３つの光学系に共通して用いられる素子である。ここで、波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８は、図２（ｂ）に示すように、波長λ１とλ２ではＰ偏光を１００％透過かつＳ偏光を１００％反射する特性を持ち、波長λ３ではＰ偏光、Ｓ偏光ともに１００％透過する特性を持つ。波長λ１とλ２では、１／４波長板機能を持つ波長選択性位相差素子１１７と合わせ、偏光分離光学系を構成する。また、上記波長選択性ハーフミラー１２７は、図２（ｃ）に示すように、波長λ１とλ２のレーザではＰ偏光を１００％透過する一方、波長λ３ではＳ偏光をＸ％反射し、Ｓ偏光をＹ％透過する特性（Ｘ＋Ｙ＝１００、Ｘ≧Ｙ）を持つ。

なお、本実施例では、青紫色レーザ１０１とＢＤ用回折格子１０４のペア、赤色レーザ１０２とＤＶＤ用回折格子１０５のペアを互いに入れ替えた構成としても良い。このとき、合成プリズム１０７は、図３に示すように、波長λ１では１００％反射し、波長λ２では１００％透過する特性を持つ。また、波長選択性ハーフミラー１２７の特性を、図１５に示すように、波長λ３にてＰ偏光をＡ％反射、Ｐ偏光をＢ％透過する特性（Ａ＋Ｂ＝１００、Ａ≧Ｂ）としても良い。

ここまでは、光ピックアップ全体について説明してきたが、以後、本実施例の主要部分について説明する。図１において、対物レンズ１１５は、屈折面に同心円状に格子溝１１６が形成された非球面レンズであり、波長λ１の青紫色レーザ１０１を用いるＢＤ媒体と、波長λ２の赤色レーザ１０２を用いるＤＶＤ媒体に互換性を有する。対物レンズ１１５の直下（レーザ光源側）に波長選択性位相差素子１１７、波長選択性回折素子１１８、波長選択性アパーチャ素子１１９の各素子が配置されている。なお、上記各素子の詳細については後ほど説明する。対物レンズ１１５と上記各素子１１７、１１８、１１９は共通の可動ホルダ１２０に組付けられて１つのユニット１２１を形成しており、（図示しない）アクチュエータによって情報記録媒体１２２の面振れ方向１２３と偏心方向１２４に一体となって駆動する。ここで、波長選択性回折素子１１８には、例えば中心軸位置あるいは中心軸位置から等距離の位置に（図示しない）マーカが形成されており、このマーカを用いることによって、対物レンズ１１５と波長選択性回折素子１１８は互いの中心軸が一致するように配置される。

図４を用い、対物レンズ１１５についてさらに説明する。図４（ａ）はこの対物レンズによってＢＤ媒体２０１に集光される場合を示している。波長λ１＝４０５ｎｍの青紫色レーザ１０１から出射した発散光２０２は、コリメートレンズ１０９により平行光２０３に変換され、対物レンズ１１５に入射する。上記平行光２０３はレンズ屈折面の作用により絞られ、基板厚さがｔ１（＝約０．１ｍｍ）のＢＤ基板２０４を通過後、収差が最良の状態で光スポット２０５が形成される。ここで、レンズ屈折面は波長λ１の光に対し開口数が０．８５となるように設計され、上記レンズ屈折面に同心円状に形成された格子溝１１６は、波長λ１の光に対して回折作用が無いように設計されている。一方、図４（ｂ）はこの対物レンズによってＤＶＤ媒体２０６に集光される場合を示している。波長λ２＝６６０ｎｍの赤色レーザ１０２から出射した発散光２０７は、コリメートレンズ１０９により平行光２０８に変換され、対物レンズ１１５に入射する。上記平行光２０８は回折格子溝１１６により回折され、さらに上記レンズ屈折面により絞られ、基板厚さがｔ２（＝約０．６ｍｍ）のＤＶＤ基板２０９を通過後、収差が最良の状態で光スポット２１０が形成される。ここで、上記回折格子溝１１６は、波長λ２の光に対し対物レンズ１１５の開口数が実質的に０．６〜０．６５となる光束径の範囲に形成されており、図４（ａ）のＢＤの場合との波長差約２５５ｎｍ、基板厚さの差約０．５ｍｍによって発生する球面収差が打消されるように設計されている。このようにしてＢＤとＤＶＤとの互換性が確保されている。

図５を用い、波長選択性アパーチャ素子１１９について説明する。図５（ａ）は波長選択性アパーチャ素子１１９の形状を示しており、平板の中央部に形成された直径φＤのＡ領域と、上記Ａ領域の周囲に形成されたＢ領域より構成されている。上記Ａ領域と上記Ｂ領域において、波長に対する透過率の特性は図５（ｂ）のように設計されている。上記Ａ領域では○印で示すように、波長４０５ｎｍ帯（ＢＤ）、６６０ｎｍ帯（ＤＶＤ）、７８０ｎｍ帯（ＣＤ）における透過率は１００％、すなわちこれらの３波長の光は全て透過する。一方、上記Ｂ領域では□印で示すように、波長４０５ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯における透過率は１００％、すなわちこれらの２波長の光は全て透過するが、波長７８０ｎｍ帯における透過率は０％、すなわちこの波長の光は全て反射される。このように、波長７８０ｎｍ帯の光では直径φＤのＡ領域のみ透過させ、対物レンズ１１５に入射する光束径（有効径）をφＤに制限して、対物レンズ１１５の開口数が実質的に０．４５〜０．５となるようにする。すなわち、波長７８０ｎｍにて対物レンズ１１５の焦点距離をｆｏｃ、対物レンズ１１５の開口数をＮＡＣとすると、下記の数式１の関係が成立するので、φＤの大きさによりＮＡＣを変えることができる。
ＮＡＣ＝φＤ／（２×ｆｏｃ） …（数式１）

この波長選択性アパーチャ素子１１９は、例えば透明基板の一方に図５（ｂ）の透過率特性を持つ薄膜が形成された構造である。

図６から図１０を用い、波長選択性回折素子１１８について説明する。図６は波長選択性回折素子１１８の機能を示している。図６（ａ）はＢＤ（波長λ１＝４０５ｎｍ）の場合を示しており、平行入射光４０１は、回折作用を受けず、波長選択性回折素子１１８をそのまま透過して平行出射光４０２となり、対物レンズ１１５に入射する。なお、この波長選択性回折素子１１８の透過機能は、上記平行入射光４０１の偏光方向に依存しないように設定されている。図６（ｂ）はＤＶＤ（波長λ２＝６６０ｎｍ）の場合を示しており、平行入射光４０３は、回折作用を受けず、波長選択性回折素子１１８をそのまま透過して平行出射光４０４となり、対物レンズ１１５に入射する。なお、この波長選択性回折素子１１８の透過機能は、上記平行入射光４０３の偏光方向に依存しないように設定されている。図６（ｃ）はＣＤ（波長λ３＝７８０ｎｍ）の場合を示しており、平行入射光４０５は、波長選択性回折素子１１８の回折作用を受けて発散出射光４０６となり、対物レンズ１１５に入射する。なお、対物レンズ１１５に設けられた格子溝１１６は、波長λ３の光に対しては回折作用が無いように設計されている。

図７から図１０を用い、波長選択性回折素子１１８についてさらに説明する。波長選択性回折素子１１８には、図７に示すように、複屈折媒質５０１が用いられている。直線偏光状態の入射光５０２が複屈折媒質５０１を透過した後の出射光５０５は常光を示し、出射光５０６は異常光を示す。この常光に対する屈折率をｎｏ、異常光に対する屈折率ｎｅとする。紙面内の矢印５０３は常光の偏光方向を、紙面に垂直な方向５０４は異常光の偏光方向を示している。波長選択性回折素子１１８は、図８（ａ）に示すように、例えば（図示しない）透明基板上に断面形状が凸凹で複屈折性媒質５０１から構成される溝を多数形成し、これらの溝に接するように等方性媒質５０７を配置し、（図示しない）透明基板で挟みこむことによって形成される。ここで、上記等方性媒質５０７の屈折率をｎ１とする。

上記屈折率ｎｏ、ｎｅ、ｎ１間の関係と入射光の偏光方向を規定したとき、出射光の状態がどのようになるかを以下に説明する。以後、波長選択性回折素子１１８に対して平行光が垂直入射するものとし、常光５０５の偏光方向をＰ偏光に、異常光５０６の偏光方向５０４をＳ偏光に設定することにする。

まず、初めに、図８を用いて波長λ１（ＢＤ）と波長λ２（ＤＶＤ）の場合について説明する。図８（ａ）に示すように、ｎｏ≠ｎ１、ｎｅ＝ｎ１に各屈折率の関係を設定し、入射光５０２の偏光方向を異常光の偏光方向（Ｓ偏光）５０４と一致させる場合を考える。等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１とで屈折率は同一（上記より、ｎ１＝ｎｅ）であるから、入射光５０２は回折作用を受けずに透過し、そのまま出射光５０５となる。図８（ｂ）に示すように、ｎｏ＝ｎ１、ｎｅ≠ｎ１に各屈折率の関係を設定し、入射光５０２の偏光方向を常光の偏光方向（Ｐ偏光）５０３と一致させる場合を考える。等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１とで屈折率は同一（上記より、ｎ１＝ｎｏ）であるから、入射光５０２は回折作用を受けずに透過し、そのまま出射光５０６となる。図８（ｃ）に示すように、ｎｏ＝ｎ１、ｎｅ＝ｎ１に各屈折率の関係を設定する場合を考える。入射光５０２の偏光方向を常光の偏光方向（Ｐ偏光）５０３、異常光の偏光方向（Ｓ偏光）５０４のどちらに一致させても等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１とで屈折率は同一（上記より、ｎ１＝ｎｏ＝ｎｅ）であるから、入射光５０２は回折作用を受けずに透過し、そのまま出射光５０６となる。すなわち、入射光５０２の偏光方向には無関係である。

次に、図９を用い、波長λ３（ＣＤ）の場合について説明する。図９（ａ）に示すように、ｎｏ≠ｎ１、ｎｅ＝ｎ１に各屈折率の関係を設定し、入射光５０２の偏光方向を常光の偏光方向（Ｐ偏光）５０３と一致させる場合を考える。等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１とで互いに異なる屈折率となる（上記より、ｎ１≠ｎｏ）ので、入射光５０２は等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１の境界で回折作用を受け、出射光７０１、７０２は発散光となる。図９（ｂ）に示すように、ｎｏ＝ｎ１、ｎｅ≠ｎ１に各屈折率の関係を設定し、入射光５０２の偏光方向を異常光の偏光方向（Ｓ偏光）５０４と一致させる場合を考える。等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１とで互いに異なる屈折率となる（上記よりｎｅ≠ｎ１）ので、入射光５０２は等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１の境界で回折作用を受け、出射光７０３、７０４は発散光となる。図９（ｃ）に示すように、ｎｏ≠ｎ１、ｎｅ＝ｎｏとなるように各屈折率を設定する場合を考える。入射光５０２の偏光方向を常光の偏光方向（Ｐ偏光）５０３、異常光の偏光方向（Ｓ偏光）５０４のどちらに一致させても等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１とで互いに異なる屈折率となる（上記より、ｎ１≠ｎｏ＝ｎｅ）ので、入射光６０２は等方性媒質５０７と複屈折性媒質５０１の境界面で回折作用を受け、出射光７０５、７０６は発散光となる。すなわち、入射光６０２の偏光方向には無関係である。

図７から図９を用いて説明した内容から、入射光の波長に対し、波長選択性回折素子１１８の屈折率ｎ１、ｎｏ、ｎｅの関係をまとめて示すと、図１０のようになる。ここでは、後ほど説明する波長選択性位相差素子１１７の機能との関係から、波長λ１（ＢＤ）と波長λ２（ＤＶＤ）において、入射光の偏光方向に関係なく透過し、出射光が平行光となる場合を示している。図１０（ａ）は、波長λ３（ＣＤ）において、入射光の偏光方向を常光の偏光方向（Ｐ偏光）と一致させたときに、出射光が回折する場合を示している。８０１は屈折率＝ｎ１＝ｎｅの特性曲線を、８０２は屈折率＝ｎｏの特性曲線を示している。波長４０５ｎｍから６６０ｎｍまでは曲線８０１と曲線８０２が一致するが、波長７８０ｎｍでは曲線８０１と曲線８０２で差が出るように設定されている。この図では曲線８０１が曲線８０２より上方に位置するが、逆に曲線８０２が曲線８０１より上方に位置するようにしても良い。図１０（ｂ）は、波長λ３（ＣＤ）において、入射光の偏光方向を異常光の偏光方向（Ｓ偏光）と一致させたときに、出射光が回折する場合を示している。８０３は屈折率＝ｎ１＝ｎｏの特性曲線を、８０４は屈折率＝ｎｅの特性曲線を示している。波長４０５ｎｍから６６０ｎｍまでは曲線８０１と曲線８０２が一致するが、波長７８０ｎｍでは曲線８０３と曲線８０４に差が出るように設定されている。この図では曲線８０３が曲線８０４より上方に位置するが、逆に曲線８０４が曲線８０３より上方に位置するようにしても良い。図１０（ｃ）は、波長λ３（ＣＤ）において、入射光の偏光方向に関係なく出射光が回折する場合を示している。８０５は屈折率＝ｎ１の特性曲線を、８０６は屈折率＝ｎｏ＝ｎｅの特性曲線を示している。波長４０５ｎｍから６６０ｎｍまでは曲線８０５と曲線８０６が一致するが、波長７８０ｎｍでは曲線８０５と曲線８０６に差が出るように設定されている。この図では曲線８０５が曲線８０６より上方に位置するが、逆に曲線８０６が曲線８０５より上方に位置するようにしても良い。

先の図８を用いて説明したように、波長λ１（ＢＤ）と波長λ２（ＤＶＤ）では、波長選択性回折素子１１８に平行光で入射した光は平行光で出射し、対物レンズ１１５に入射する。一方、先の図９を用いて説明したように、波長λ３（ＣＤ）の場合、波長選択性回折素子１１８に平行光で入射した光は発散光で出射し、対物レンズ１１５に入射する。このようにして、図４（ａ）で示したＢＤの場合との波長差３７５ｎｍ、基板厚さの差１．１ｍｍによって発生する球面収差を打消すことができる。

なお、格子溝１１６は、波長λ３に対しては回折作用が無いように設計されている。このようにして、ＣＤ媒体との互換性をとることができるようになる。

図１１から図１５を用いて、上記波長選択性位相差素子１１７について説明する。波長選択性位相差素子１１７には、図１１（ａ）に示すように複屈折媒質９０１が用いられている。直線偏光状態の入射光９０２が複屈折媒質９０１を透過した後の出射光９０５は常光を示し、出射光９０６は異常光を示す。この常光に対する屈折率をｎｏ、異常光に対する屈折率ｎｅとする。紙面内の矢印９０３は常光の偏光方向を、紙面に垂直な方向９０４は異常光の偏光方向を示している。波長選択性位相差素子１１７は、例えば厚さｔの複屈折性有機薄膜を両側から（図示しない）透明基板で挟み込むことによって形成される。図１１（ｂ）は、波長に対する常光と異常光の位相差の関係を示し、特性曲線９０７に示すように、波長４００ｎｍ付近から７００ｎｍ付近では位相差が９０度、波長７８０ｎｍ付近では位相差が１８０度となるように設計されている。すなわち、波長４０５ｎｍ（ＢＤ）と波長６６０ｎｍ（ＤＶＤ）の光に対しては１／４波長板として機能し、波長７８０ｎｍ（ＣＤ）の光に対しては１／２波長板として機能する。また、この波長選択性位相差素子１１７は、以下の数式２から数式４が成立するように複屈折媒質９０１が設計され、波長と（ｎｏ−ｎｅ）×ｔの関係を示すと、図１２の特性曲線１００１に示すようになる。
（ｎｏ−ｎｅ）×ｔ＝１／４×４０５［ｎｍ］ …（数式２）
（ｎｏ−ｎｅ）×ｔ＝１／４×６６０［ｎｍ］ …（数式３）
（ｎｏ−ｎｅ）×ｔ＝１／２×７８０［ｎｍ］ …（数式４）

図１３、図１４を用いて、波長λ１＝４０５ｎｍ（ＢＤ）、波長λ２＝６６０ｎｍ（ＤＶＤ）、波長λ３＝７８０ｎｍ（ＣＤ）のそれぞれの光について、往路と復路における偏光状態について説明する。図１３（ａ）は波長λ１＝４０５ｎｍ（ＢＤ）の場合を示している。ここで、波長選択性回折素子１１８は、図８を用いて説明したように、偏光方向に関係なく透過する機能を持たせている。往路１１０１においては、直線偏光（Ｓ偏光）１１０２状態の平行光は、波長選択性アパーチャ素子１１９および波長選択性回折素子１１８を透過し、波長選択性位相差素子１１７に入射する。１／４波長板の機能を持つ波長選択性位相差素子１１７を透過後、円偏光１１０３に変換され、対物レンズ１１５に入射する。対物レンズ１１５により、基板厚さがｔ１（＝０．１ｍｍ）であるＢＤ媒体２０３の情報記録面１１０４に光スポットが形成される。この光スポットは円偏光１１０３である。復路１１０５においては、情報記録面１１０４からの反射戻り光は、対物レンズ１１５を通過した後、円偏光１１０６状態の平行光が波長選択性位相差素子１１７に入射する。１／４波長板の機能を持つ波長選択性位相差素子１１７を通過後、直線偏光（Ｓ偏光）１１０２と直交する方向の直線偏光（Ｐ偏光）１１０７に変換され、波長選択性回折素子１１８に入射する。直線偏光（Ｐ偏光）１１０７状態の平行光は、波長選択性回折素子１１８および波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、最終的に図１で示した受光素子１３１に集光される。図１３（ｂ）は波長λ２＝６６０ｎｍ（ＤＶＤ）の場合を示している。ここで、波長選択性回折素子１１８は、図８を用いて説明したように、偏光方向に関係なく透過する機能を持たせている。往路１１０１においては、直線偏光（Ｓ偏光）１１０２状態の平行光は、波長選択性アパーチャ素子１１９および波長選択性回折素子１１８を透過し、波長選択性位相差素子１１７に入射する。１／４波長板の機能を持つ波長選択性位相差素子１１７を透過後、円偏光１１０３に変換され、対物レンズ１１５に入射する。対物レンズ１１５により、基板厚さがｔ２（＝０．６ｍｍ）であるＤＶＤ媒体２０６の情報記録面１１０８に光スポットが形成される。この光スポットは円偏光１１０３である。復路１１０５においては、情報記録面１１０８からの反射戻り光は対物レンズ１１５を通過した後、円偏光１１０６状態の平行光が波長選択性位相差素子１１７に入射する。１／４波長板の機能を持つ波長選択性位相差素子１１７を通過後、直線偏光（Ｓ偏光）１１０２と直交する方向の直線偏光（Ｐ偏光）１１０７に変換され、波長選択性回折素子１１８に入射する。直線偏光（Ｐ偏光）１１０７状態の平行光は、波長選択性回折素子１１８および波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、最終的に図１で示した受光素子１３１に集光される。

図１４は波長λ３＝７８０ｎｍ（ＣＤ）の場合を示している。ここで、波長選択性回折素子１１８は、先の図９（ａ）、図９（ｂ）を用いて説明したように、偏光方向に依存して回折する機能、あるいは、先の図９（ｃ）を用いて説明したように、偏光方向に関係なく回折する機能を持たせている。往路１２０１においては、直線偏光（Ｓ偏光）１２０２状態の平行光は、波長選択性アパーチャ素子１１９により光束径が制限されるとともに、波長選択性回折素子１１８による回折作用を受け、直線偏光（Ｓ偏光）１２０２状態の発散光が波長選択性位相差素子１１７に入射する。１／２波長板の機能を持つ波長選択性位相差素子１１７を透過後、直線偏光（Ｓ偏光）１２０２は、これと直交する方向の直線偏光（Ｐ偏光）１２０３に変換され、発散光で対物レンズ１１５に入射する。対物レンズ１１５により、基板厚さがｔ３（＝１．２ｍｍ）であるＣＤ媒体１２０４の情報記録面１２０５に光スポットが形成される。この光スポットは直線偏光（Ｐ偏光）１２０３である。復路１２０６においては、情報記録面１２０５からの反射戻り光は対物レンズ１１５を通過した後、直線偏光（Ｐ偏光）１２０３状態の収束光が波長選択性位相差素子１１７に入射する。１／２波長板の機能を持つ波長選択性位相差素子１１７を透過後、直線偏光（Ｓ偏光）１２０２に変換されて波長選択性回折素子１１８に入射する。直線偏光（Ｓ偏光）１２０２状態の収束光は、波長選択性回折素子１１８による回折作用を受け、平行光に変換されて波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、最終的に図１で示した受光素子１３１に集光される。なお、波長λ３＝７８０ｎｍ帯における波長選択性ハーフミラー１２７の特性を図１５に示すように設定し、１２０２をＰ偏光、１２０３をＳ偏光としても良い。

本実施例では、波長λ３において、波長選択性回折素子１１８に平行光を入射させるとともに、波長選択性回折素子１１８を偏光性回折素子あるいは無偏光性回折素子として機能させ、対物レンズ１１５に発散光を入射させることにより、上記対物レンズ１１５を用いてＣＤ媒体との互換性を持たせることが可能となる。このとき、ＣＤ媒体の偏心に追従して対物レンズ１１５がトラッキング方向（図１で１２４の方向）に変位した場合でも、対物レンズ１１５は波長選択性回折素子１１８とは１つのユニット１２１に組込まれ、上記対物レンズ１１５に入射する光の角度は変動しない。そのため、光スポットにはコマ収差の増加が無く品質が安定するという利点がある。また、ＢＤ光学系はもちろんのこと、ＤＶＤ光学系において、波長選択性偏光ビームスプリッタ１０８と、上記波長選択性位相差素子１１７の１／４波長板機能と合わせて偏光分離光学系が構成されているので、往路と復路ともに光利用効率の観点から有利な光学系とすることができる。その結果、記録再生の高速化あるいは光ピックアップの温度上昇抑制化、検出信号の高Ｓ／Ｎ化、レーザ光源への反射戻り光によるノイズ低減化に対して有利な光学系にできるという利点がある。従って、このような利点を持ちながら、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の媒体に対し共通の対物レンズを用いて記録再生が可能な３波長互換光ピックアップが得られるという効果がある。

実施例２を説明する。本実施例の光ピックアップについて、図１６を用いて説明する。図１６は図１とは別の３波長互換光ピックアップを示している。本実施例では、実施例１で示した対物レンズ１１５に代わり、第１レンズ１３０１と第２レンズ１３０３から形成された２枚構成の対物レンズ１３０４を使用している。これは、第２レンズ１３０３の屈折面に同心円状の格子溝１３０５が形成され、波長λ１＝４０５ｎｍ帯の青紫色レーザ１０１を用いるＢＤ媒体と、波長λ２＝６６０ｎｍの赤色レーザを用いるＤＶＤ媒体に対して互換性を有する対物レンズである。第１レンズ１３０１と第２レンズ１３０２は、例えば干渉計を使った精密調整によって互いの光軸を正確に合わせてホルダ１３０２に組付けられている。この対物レンズ１３０４と波長選択性位相差素子１１７、波長選択性回折素子１１８、波長選択性アパーチャ素子１１９は共通の可動ホルダ１３０６に組付けられて１つのユニット１３０７を形成し、（図示しない）アクチュエータによってディスク媒体１２２の面振れ方向１２３と偏心方向１２４に一体となって駆動する。本実施例の対物レンズ１３０４は、ＢＤ光学系における開口数０．８５を２枚のレンズに分担できるため、実施例１で示した単レンズ構成の対物レンズ１１５に比べると、対物レンズ自体の収差特性が良い対物レンズが得やすい。そのため、ＢＤ光学系において、情報記録媒体１２２の情報記録面に集光される光スポットの品質が実施例１に比べてより向上するという効果がある。その他については、既に実施例１で説明した内容と同じになるため、ここでは説明を省略する。

実施例３について、図１７から図２０を用いて説明する。図１７は図１とはさらに別の３波長互換光ピックアップを示している。まず、（１）ＢＤ光学系について（１ａ）往路と（１ｂ）復路に分けて説明する。
（１ａ）往路：発振波長λ１＝４０５ｎｍ帯の青紫色レーザ１０１から出射された直線偏光の発散光は、ＢＤ用回折格子１０４によってメインビームと２つのサブビームに分岐され、合成プリズム１４０３を透過し、上記直線偏光のＳ偏光が波長選択性偏光ビームスプリッタ１４０４によって反射し、９０度光路を曲げられる。一方、上記直線偏光のＰ偏光が偏光ビームスプリッタ１４０４を透過し、集光レンズ１４０６によってフロントモニタ１４０７に集光され、青紫色レーザ１０１の光量が検出される。上記Ｓ偏光は、その後、コリメートレンズ１０９によって平行光に変換され、ビームエキスパンダー素子１１２を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられ、波長選択性アパーチャ素子１１９、波長選択性回折素子１１８を透過する。波長選択性位相差素子１４０５の１／４波長板機能によって円偏光に変換され、対物レンズ１１５によって情報記録媒体１２２（この場合、基板厚さ０．１ｍｍのＢＤ媒体）の情報記録面に集光されて光スポットが形成される。
（１ｂ）復路：情報記録媒体１２２からの反射戻り光は、対物レンズ１１５を通過し、波長選択性位相差素子１４０５の１／４波長板機能によってＰ偏光に変換され、波長選択性回折素子１１８、波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられる。ビームエキスパンダー素子１１２、コリメートレンズ１０９、偏光ビームスプリッタ１４０８を透過した後、凸レンズ１４０８と円筒レンズ１４０９からなる検出レンズによって受光素子（ＯＥＩＣ）１３１の光検出面に集光される。上記受光素子１３１ではＲＦ信号、サーボ信号（ＦＥＳ信号、ＤＰＰ信号等）が検出される。

次に（２）ＤＶＤ、ＣＤ光学系について（２ａ）往路と（２ｂ）復路に分けて説明する。
（２ａ）往路：１４０１は発振波長λ２＝６６０ｎｍ帯の赤色レーザ、発振波長λ３＝７８０ｎｍ帯の赤外レーザを１つのパッケージにした２波長マルチレーザである。以下に説明する光路は、発振波長λ２＝６６０ｎｍ帯、発振波長λ３＝７８０ｎｍ帯のレーザ光に共通である。２波長マルチレーザ１４０１から出射された直線偏光の発散光は、２波長用回折格子１４０２によってメインビームと２つのサブビームに分岐され、合成プリズム１４０３で反射して、上記直線偏光のＳ偏光が偏光ビームスプリッタ１４０４によって反射し、９０度光路を曲げられる。一方、上記直線偏光のＰ偏光が偏光ビームスプリッタ１４０４を透過し、集光レンズ１４０６によってフロントモニタ１４０７に集光され、２波長マルチレーザ１４０１の光量が検出される。上記Ｓ偏光は、その後、コリメートレンズ１０９によって平行光に変換され、ビームエキスパンダー素子１１２を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられ、波長選択性アパーチャ素子１１９（波長λ３＝７８０ｎｍ帯のレーザ光では光束径を制限）、波長選択性回折素子１１８を透過する。波長選択性位相差素子１４０５の１／４波長板機能によって円偏光に変換され、対物レンズ１１５によって情報記録媒体１２２（この場合、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ媒体あるいは基板厚さ１．２ｍｍのＣＤ媒体）の情報記録面に集光されて光スポットが形成される。
（２ｂ）復路：上記情報記録媒体１２２からの反射戻り光は、対物レンズ１１５を透過し、波長選択性位相差素子１４０５の１／４波長板機能によってＰ偏光に変換され、波長選択性回折素子１１８、波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、立上げミラー１１４で反射して９０度光路を曲げられる。ビームエキスパンダー素子１１２、コリメートレンズ１０９、偏光ビームスプリッタ１４０４を透過した後、凸レンズ１４０８と円筒レンズ１４０９からなる検出レンズ系によって受光素子（ＯＥＩＣ）１３１の光検出面に集光される。上記受光素子１３１ではＲＦ信号、サーボ信号（ＦＥＳ信号、ＤＰＰ信号等）が検出される。

上記説明の中で、青紫色レーザ１０１、ＢＤ用回折格子１０４、２波長マルチレーザ１４０１、２波長用回折格子１４０２を除く素子がＢＤ光学系、ＤＶＤ光学系、ＣＤ光学系の３つの光学系に共通な素子である。合成プリズム１４０３は表４（ａ）に示すように、波長λ１＝４０５ｎｍ帯のレーザ光を１００％透過し、波長λ２＝６６０ｎｍ帯および波長λ３＝７８０ｎｍ帯のレーザ光を１００％反射して、上記ＢＤ光学系とＤＶＤ光学系とＣＤ光学系の光路を共通の光路に合成する機能を持つ。また、偏光ビームスプリッタ１４０４は、図１８に示すように、波長λ１＝４０５ｎｍ帯と波長λ２＝６６０ｎｍ帯と波長λ３＝７８０ｎｍ帯のいずれのレーザ光においても、Ｐ偏光を１００％透過するとともにＳ偏光を１００％反射し、波長選択性位相差素子１４０５の１／４波長板機能と合わせて偏光分離光学系を構成する。

対物レンズ１１５の直下（レーザ光源側）には波長選択性位相差素子１４０５、波長選択性回折素子１１８、波長選択性アパーチャ素子１１９の各素子が配置されている。なお、波長選択性位相差素子１４０５の詳細については後ほど説明する。対物レンズ１１５と上記各素子１４０５、１１８、１１９は、共通の可動ホルダ１２０に組付けられて１つのユニット１４０９を形成しており、（図示しない）アクチュエータによって上記情報記録媒体１２２の面振れ方向１２３と偏心方向１２４に一体となって駆動する。

図１９、図２０を用い、上記波長選択性位相差素子１４０５について説明する。図１９（ａ）は波長と、常光と異常光の位相差との関係を示し、特性曲線９０７に示すように、波長４００ｎｍ付近から８００ｎｍ付近まで位相差が９０度となるように設計されている。すなわち、波長４０５ｎｍ（ＢＤ）と波長６６０ｎｍ（ＤＶＤ）と波長７８０ｎｍ（ＣＤ）のいずれの光に対しても１／４波長板として機能する。また、この波長選択性位相差素子１１７は、以下の数式５、数式６、数式７が成立するように複屈折媒質９０１が設計され、波長と（ｎｏ−ｎｅ）×ｔの関係を示すと、図１９（ｂ）の特性曲線１５０２に示すようになる。
（ｎｏ−ｎｅ）×ｔ＝１／４×４０５［ｎｍ］ …（数式５）
（ｎｏ−ｎｅ）×ｔ＝１／４×６６０［ｎｍ］ …（数式６）
（ｎｏ−ｎｅ）×ｔ＝１／４×７８０［ｎｍ］ …（数式７）

次に、波長λ１＝４０５ｎｍ（ＢＤ）、波長λ２＝６６０ｎｍ（ＤＶＤ）、波長λ３＝７８０ｎｍ（ＣＤ）のそれぞれの光について、往路と往路における偏光状態を説明する。波長λ１＝４０５ｎｍ（ＢＤ）、波長λ２＝６６０ｎｍ（ＤＶＤ）の場合については、先の図１３（ａ）、図１３（ｂ）で示した波長選択性位相差素子１１７が本実施例の波長選択性位相差素子１４０５に置き換わるが、偏光状態が図１３と重複するため、ここでは説明を省略する。

波長λ３＝７８０ｎｍ（ＣＤ）の場合は図２０に示すようになる。ここで、波長選択性回折素子１１８は、先の図９（ｃ）を用いて説明したように、偏光方向に関係なく回折する機能を持たせている。往路１６０１においては、直線偏光（Ｓ偏光）１６０２状態の平行光は、波長選択性アパーチャ素子１１９により光束径が制限されるとともに、波長選択性回折素子１１８による回折作用を受け、直線偏光（Ｓ偏光）１６０２状態の発散光が波長選択性位相差素子１４０５に入射する。１／４波長板の機能を持つ波長選択性位相差素子１４０５を透過後、円偏光１６０３に変換され、発散光で対物レンズ１１５に入射する。対物レンズ１１５により、基板厚さがｔ３（＝１．２ｍｍ）であるＣＤ媒体１２０４の情報記録面１２０５に光スポットが形成される。この光スポットは円偏光１６０３である。復路１６０４においては、情報記録面１２０５からの反射戻り光は、対物レンズ１１５を通過した後、円偏光１６０５状態の収束光が波長選択性位相差素子１４０５に入射する。１／４波長板の機能を持つ波長選択性位相差素子１４０５を透過後、円偏光１６０５から直線偏光（Ｐ偏光）１６０６に変換されて波長選択性回折素子１１８に入射する。直線偏光（Ｐ偏光）１６０６状態の収束光は、波長選択性回折素子１１８による回折作用を受け、平行光に変換されて波長選択性アパーチャ素子１１９を透過し、最終的に受光素子１３１に集光される。

本実施例では、波長λ３において、波長選択性回折素子１１８に平行光を入射させるとともに、波長選択性回折素子１１８を無偏光性回折素子として機能させ、対物レンズ１１５に発散光を入射させることにより、上記対物レンズ１１５を用いてＣＤ媒体との互換性を持たせることが可能となる。実施例１と異なるのは、ＣＤ光学系においても、偏光ビームスプリッタ１４０４と波長選択性位相差素子１４０５の１／４波長板機能と合わせて偏光分離光学系を構成している点であり、ＢＤ光学系、ＤＶＤ光学系、ＣＤ光学系いずれも往路と復路で光利用効率の観点から有利な光学系とすることができる。その結果、記録高速化あるいは光ピックアップの温度上昇抑制化、検出信号の高Ｓ／Ｎ化、レーザ光源への反射戻り光によるノイズ低減化に対してより有利な光学系にできるという利点がある。

本発明の実施例４について、図２１を用いて説明する。図２１は実施例１で示した図１とは別の３波長互換光ピックアップを示している。本実施例では球面収差補正手段として、実施例１で示したビームエキスパンダー素子１１２に代わり、液晶素子１７０１を使用している。この液晶素子１７０１は、ＢＤ光学系において、往路の直線偏光（Ｓ偏光）に対して球面収差が補正可能な液晶層と、復路の直線偏光（Ｐ偏光）に対して球面収差が補正可能な液晶層を２層に積層した構造である。対物レンズ１１５の直下には波長選択性位相差素子１１７、上記波長選択性回折素子１１８、波長選択性アパーチャ素子１１９、液晶素子１７０１の各素子が配置されている。対物レンズ１１５と上記各素子１１７、１１８、１１９、１７０１は共通の可動ホルダ１２０に組付けられて１つのユニット１７０２を形成しており、（図示しない）アクチュエータによって上記情報記録媒体１２２の面振れ方向１２３と偏心方向１２４に一体となって駆動する。ここで、上記液晶素子１７０１は（図示しない）アクチュエータのサスペンションと電気的に接続されており、このサスペンションを通じて電圧が供給される。液晶素子１７０１には例えば、中心軸位置あるいは中心軸位置から等距離の位置に（図示しない）マーカが形成されており、このマーカを用いることによって対物レンズ１１５と液晶素子１７０１は互いの中心軸が一致するように配置される。なお、上記各素子１１７、１１８、１１９、１７０１はそれぞれ平板状の素子であるため、これらを積層して一体化した素子を形成することも可能である。この一体化した素子は、光ピックアップの生産性を向上させることができる。

本実施例では上記ビームエキスパンダー素子１１２の駆動機構が不要となるため、実施例１に比べて光ピックアップの構成が簡単になり、小型化に有利になるという効果がある。その他については、既に実施例１にて図１から図１５を用いて説明した内容と同じであるため、ここでは説明を省略する。

上記実施例１から４までは光ピックアップに関する実施例を説明してきたが、ここでは上記光ピックアップを搭載した光情報再生装置または光情報記録再生装置の実施例について、図２２を用いて説明する。図２２は情報の記録および再生を行う情報記録再生装置１８０１の概略ブロック図を示している。１８０２は本発明の光ピックアップを示しており、この光ピックアップ１８０２から検出された信号は信号処理回路内のサーボ信号生成回路１８０３および情報信号再生回路１８０４に送られる。サーボ信号生成回路１８０３では、光ピックアップ１８０２より検出された信号から光ディスク媒体１８０５に適したフォーカシング制御信号、トラッキング制御信号、球面収差検出信号が生成され、これらをもとにアクチュエータ駆動回路１８０６を経て光ピックアップ１８０２内の（図示しない）アクチュエータを駆動し、対物レンズ１８０７の位置制御を行う。また、上記サーボ信号生成回路１８０３では上記光ピックアップ１８０２より球面収差検出信号が生成され、この信号をもとに球面収差補正駆動回路１８０８を経て光ピックアップ１８０２内の（図示しない）球面収差補正光学系の補正レンズを駆動する。また、情報信号再生回路１８０４では光ピックアップ１８０２から検出された信号から光ディスク１８０５に記録された情報信号が再生され、その情報信号は情報信号出力端子１８０９へ出力される。なお、サーボ信号生成回路１８０３および、情報信号再生回路１８０４で得られた信号の一部はシステム制御回路１８１０に送られる。システム制御回路１８１０からはレーザ駆動用記録信号が送られ、レーザ光源点灯回路１８１１を駆動させて発光量の制御を行い、光ピックアップ１８０２を介して、光ディスク１８０５に記録信号を記録する。なお、このシステム制御回路１８１０にはアクセス制御回路１８１２とスピンドルモータ駆動回路１８１３が接続されており、それぞれ、光ピックアップ１８０２のアクセス方向位置制御や光ディスク１８０５のスピンドルモータ１８１４の回転制御が行われる。なお、上記情報記録再生装置１８０１をユーザが制御する場合、ユーザ入力処理回路１８１５にユーザが指示することによって行う。その際、情報記録再生装置の処理状態等の表示は表示処理回路１８１６によって行われる。

実施例１の３波長互換光ピックアップの説明図。 実施例１における合成プリズム、波長選択ビームスプリッタタ、波長選択性ハーフミラーの特性を示す図表。 実施例１における合成プリズムの別の特性を示す図表。 実施例１における対物レンズの説明図。 実施例１における波長選択性アパーチャ素子の説明図と特性を示すグラフ。 実施例１における波長選択性回折素子の機能の説明図。 実施例１における波長選択性回折素子の説明図。 実施例１における波長選択性回折素子のＢＤ及びＤＶＤに対する説明図。 実施例１における波長選択性回折素子のＣＤに対する説明図。 実施例１における波長選択性回折素子の波長と屈折率ｎ１、ｎｏ、ｎｅの関係を示すグラフ。 実施例１における波長選択性位相差素子の説明図および特性を示すグラフ。 実施例１における波長選択性位相差素子の特性を示すグラフ。 実施例１における往路と復路の偏光状態の説明図。 実施例１における往路と復路の偏光状態の説明図。 実施例１における波長選択性ハーフミラーの別の特性を示す図表。 実施例２の３波長互換光ピックアップの説明図。 実施例３の３波長互換光ピックアップの説明図。 実施例３における合成プリズム、偏光ビームスプリッタの特性を示すグラフ。 実施例３における波長選択性位相差素子の特性を示すグラフ。 実施例３における波長選択性位相差素子の説明図。 実施例４の３波長互換光ピックアップの説明図。 実施例５の光情報再生装置または光情報記録再生装置の説明図。

符号の説明

青紫色レーザ…１０１、赤色レーザ…１０２、赤外レーザ…１０３、合成プリズム…１０７、波長選択性偏光ビームスプリッタ…１０８、対物レンズ…１１５、波長選択性位相差素子…１１７、波長選択性回折素子…１１８、波長選択性アパーチャ素子…１１９、情報記録媒体…１２２

Claims (8)

1. レーザ光源から出射した光を対物レンズで集光させることによりディスク媒体に対して再生または記録を行う光ピックアップであって、
   波長λ１の光を出射する第１のレーザ光源と、前記波長λ１より長い波長λ２の光を出射する第２のレーザ光源と、前記波長λ２より長い波長λ３の光を出射する第３のレーザ光源と、前記第１から第３のレーザ光源から出射した光の光路を共通にする光学系と、屈折面に同心円状に格子溝が形成された対物レンズと、該対物レンズのレーザ光源側に設けた波長選択性位相差素子と波長選択性回折素子と波長選択性アパーチャ素子とを備え、前記波長選択性回折素子に平行光を入射させることを特徴とする光ピックアップ。
2. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、
   上記波長選択性位相差素子は、上記波長λ１と上記波長λ２の光に対しては１／４波長板、上記波長λ３の光に対しては１／２波長板の機能を有し、上記波長選択性回折素子は、波長λ１と波長λ２の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく透過させ、波長λ３の光に対しては入射光の偏光方向に依存して回折する機能を有することを特徴とする光ピックアップ。
3. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、
   上記波長選択性位相差素子は、上記波長λ１と上記波長λ２の光に対しては１／４波長板、上記波長λ３の光に対しては１／２波長板の機能を有し、上記波長選択性回折素子は、波長λ１と波長λ２の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく透過させ、波長λ３の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく回折する機能を有することを特徴とする光ピックアップ。
4. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、
   上記波長選択性位相差素子は、上記波長λ１と上記波長λ２と上記波長λ３の光に対して１／４波長板の機能を有し、上記波長選択性回折素子は、波長λ１と波長λ２の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく透過させ、波長λ３の光に対しては入射光の偏光方向に関係なく回折する機能を有することを特徴とする光ピックアップ。
5. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、
   上記波長選択性アパーチャ素子は、上記波長λ１と上記波長λ２の光を全て透過させ、波長λ３の光の入射光束径に対し出射光束径を制限する機能を有することを特徴とする光ピックアップ。
6. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、
   上記対物レンズは、上記ディスク媒体に近い側の第１レンズと上記ディスク媒体から遠い側の第２レンズとから構成され、該第２レンズの屈折面に同心円状の格子溝が形成されたことを特徴とする光ピックアップ。
7. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、
   上記対物レンズのレーザ光源側に球面収差を補正する液晶素子を備えることを特徴とする光ピックアップ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップを搭載した光情報再生装置または光情報記録再生装置。

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