JP2005327375A - 位相光学素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を位相光学素子で補正する。
【解決手段】位相光学素子２０は、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして設定した時に、内周領域に内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が階段の段差を略１λの位相差に相当する高さで複数段輪帯状に形成されていると共に、内周側階段状位相差パターン部と連接した外周領域に外周側平坦部２０ａ２が内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の最も低い階段位置と最も高い階段位置との中間の高さで且つ最も低い階段位置に対して設計波長λの略整数倍の位相差に相当する高さで平坦に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、波長が異なる第１，第２レーザー光により基板厚さが異なる第１，第２光記録媒体を選択的に記録又は再生する際に、第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子及びこの位相光学素子を備えた光ピックアップ装置に関するものである。

一般的に、円盤状の光ディスクやカード状の光カードなどの光記録媒体は、映像情報とか音声情報やコンピュータデータなどの情報信号を透明基板上で螺旋状又は同心円状に形成したトラックに高密度に記録し、且つ、記録済みのトラックを再生する際に所望のトラックを高速にアクセスできることから多用されている。

この種の光記録媒体となる光ディスクとして例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などは既に市販されているが、最近になって光ディスクに対してより一層高密度化を図るために、ＤＶＤよりも情報信号を超高密度に記録又は再生できるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃの開発が盛んに行われている。

上記したＤＶＤは、波長が６５０ｎｍ前後のレーザー光を開口数（ＮＡ）が０．６程度の対物レンズで絞って得たレーザービームを照射して、レーザービーム入射面から略０．６ｍｍ隔てた位置にある信号面上に情報信号を記録又は再生している。この際、ＤＶＤの記録容量はディスク基板の直径が１２ｃｍの時に片面で４．７ＧＢ（ギガバイト）程度である。

一方、上記したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃは、波長が４５０ｎｍ以下のレーザー光を開口数（ＮＡ）が０．７５以上の対物レンズで絞って得たレーザービームを照射して、レーザービーム入射面から略０．１ｍｍ隔てた位置にある信号面上に情報信号を記録又は再生できるように開発が進められている。この際、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃの記録容量はディスク基板の直径が１２ｃｍの時に片面で２５ＧＢ（ギガバイト）前後である。

ところで、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃの開発が進むにつれて、一つの対物レンズを用いて記録密度が超高密度であるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃと、このＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃよりも記録密度が低いＤＶＤとを下位互換性を確保して記録又は再生できる光ピックアップ装置が開発されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１）。
特開２００２−２３６２５３号公報（第５７−５８頁、第３１図） Phase Shift Element for Blu-ray Disc / DVD Compatibility, Katsuhiro Koike et. al., Technical digest for ODS 2003, WA6 。

図１２は従来例１の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図、
図１３は従来例２の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。

まず、図１２に示した従来例１の光ピックアップ装置１１０は、上記した特許文献１に開示されているものであり、特許文献１を参照して簡略に説明すると、従来例１の光ピックアップ装置１１０では、透明基板の厚さが０．１ｍｍである第１光ディスク（例えば青色レーザー使用の次世代高密度光ディスク）１０１と、透明基板の厚さが０．６ｍｍである第２光ディスク（例えばＤＶＤ）１０２とが選択的に適用可能に構成されている。

上記した従来例１の光ピックアップ装置１１０内には、第１光ディスク（例えば次世代高密度光ディスク）１０１に対応して波長が４００ｎｍ程度の第１レーザー光（青色レーザー光）を出射する第１半導体レーザー１１１と、第２光ディスク（例えばＤＶＤ）１０２に対応して波長が６５０ｎｍ程度の第２レーザー光（赤色レーザー光）を出射する第２半導体レーザー１１２と、第１，第２ビームスプリッタ１１３，１１４と、１次元アクチュエータ１１５によって光軸方向に移動可能なコリメータ１１６と、１／４波長板１１７と、絞り１１８と、２次元アクチュエータ１１９によって第１，第２レーザー光を第１，第２光ディスク１０１，１０２上に結像するために開口数ＮＡが０．７以上で少なくとも１面上に不図示の回折輪帯レンズが形成された対物レンズ１２０と、第１，第２光ディスク１０１，１０２からの戻り光を検出するためのシリンドリカルレンズ１２１及び光検出器１２２とを備えている。

そして、第１，第２半導体レーザー１１１，１１２から出射した各発散光束は、２個の第１，第２ビームスプリッタ１１３，１１４，コリメータ１１６，１／４波長板１１７，絞り１１８を介して、第１，第２光ディスク１０１，１０２の情報記録面１０１ａ，１０２ａ上にそれぞれ選択的に集光され、各スポットを形成する。

この際、第１，第２光ディスク１０１，１０２の基板厚さに誤差がある場合とか、第１，第２半導体レーザー１１１，１１２の製造誤差により各発振波長に誤差がある場合とか、集光光学系を構成するレンズに厚さ誤差がある場合に発生する球面収差をコリメータ１１６の移動により補正している。

更に、対物レンズ１２０は、第１半導体レーザー１１１からの光束に対して像側開口数ＮＡ１内で回折限界内となるように集光させるので、高密度な第１光ディスク１０１を再生でき、一方、第２半導体レーザー１１２からの光束に対して像側開口数ＮＡ２内で回折限界内となるように集光させるので、第２光ディスク１０２を再生できる。

また、第２半導体レーザー１１２からの光束を第２光ディスク１０２の情報記録面１０２ａ上に集光させる際、対物レンズ１２０の少なくとも１面上に形成された回折輪帯レンズの作用により、像側開口数ＮＡ１から像側開口数ＮＡ２の領域を通過する光束をフレア成分とするので、第２半導体レーザー１１２からの光束を、像側開口数ＮＡ１で決定される絞り１１８をすべて通過させても、像側開口数ＮＡ１から像側開口数ＮＡ２の領域を通過する光束は第２光ディスク１０２の情報記録面１０２ａ上にスポットを結ばないため、像側開口数ＮＡ１と像側開口数ＮＡ２との開口切り替え手段を設ける必要がないように構成されている。

次に、図１３に示した従来例２の光ピックアップ装置１３０は、上記した非特許文献１に開示されているものであり、非特許文献１を参照して簡略に説明すると、従来例２の光ピックアップ装置１３０では、レンズホルダ１３１内に、位相光学素子（ＰＳＥ：Phase Shift Element)１３２と、開口数（ＮＡ）が０．８５である対物レンズ１３３とが取り付けられており、４０５ｎｍの波長に対応したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃと、６５０ｎｍの波長に対応したＤＶＤとを選択的に適用可能に構成されており、位相光学素子１３２でＢｌｕ−ｒａｙ ＤｉｓｃとＤＶＤとの基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正できるようになっている。

ここで、上記した位相光学素子（ＰＳＥ：Phase Shift Element)１３２は、内周に階段状位相差パターン部１３２ａが形成され、この階段状位相差パターン部１３２ａの外周に平坦部１３２ｂが形成されている。

そして、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃに対して波長が４０５ｎｍの第１レーザー光を位相光学素子１３２の階段状位相差パターン部１３２ａと平坦部１３２ｂとをそのまま透過させて対物レンズ１３３によりＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ上に集光させる一方、ＤＶＤに対して波長が６５０ｎｍの第２レーザー光を位相光学素子１３２の階段状位相差パターン部１３２ａのみを透過させてこの階段状位相差パターン部１３２ａで球面収差を補正しながら対物レンズ１３３によりＤＶＤ上に集光させている。

ところで、上記した従来例１の光ピックアップ装置１１０では、開口数ＮＡが０．７以上で少なくとも１面上に回折輪帯レンズが形成された対物レンズ１２０によって、透明基板の厚さが０．１ｍｍである第１光ディスク１０１と、透明基板の厚さが０．６ｍｍである第２光ディスク１０２とを選択的に適用可能に構成されているものの、対物レンズ１２０の少なくとも１面上に形成した回折輪帯レンズはピッチが狭くなり、対物レンズ１２０の加工が困難であり、レンズ性能に悪影響を及ぼす危険性がある。

また、上記した従来例２の光ピックアップ装置１３０では、位相光学素子１３２と、開口数ＮＡが０．８５である対物レンズ１３３とで４０５ｎｍの波長に対応したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃと、６５０ｎｍの波長に対応したＤＶＤとを選択的に適用可能に構成されているものの、位相光学素子１３２の内周に形成した階段状位相差パターン部１３２ａで第２レーザー光に対して球面収差が補正されるものの、内周に形成した階段状位相差パターン部１３２ａと外周に形成した平坦部１３２ｂとをそのまま透過する第１レーザー光では、波長誤差が生じた時に外周が単に平坦であるためにＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃへの球面収差補正が甘くなってしまう。

そこで、一つの対物レンズを用いて記録密度が超高密度である第１光記録媒体（例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）と、この第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体（例えば、ＤＶＤ）とを下位互換性を確保して記録又は再生でき、波長変化が生じた場合の球面収差の変動が少なく、且つ、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃに対して色収差の増大を防ぐことができる位相光学素子及び光ピックアップ装置が望まれている。

請求項１記載の発明は、第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ前記第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体とを開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定された一つの対物レンズを用いて選択的に記録又は再生する際に、前記第１光記録媒体に対応して波長が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光と、前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光とが選択的に入射され、且つ、前記第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子において、
前記第１レーザー光の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして設定した時に、内周領域に内周側階段状位相差パターン部が階段の段差を略１λの位相差に相当する高さで複数段輪帯状に形成されていると共に、前記内周側階段状位相差パターン部と連接した外周領域に外周側平坦部が前記内周側階段状位相差パターン部の最も低い階段位置と最も高い階段位置との中間の高さで且つ前記最も低い階段位置に対して前記設計波長λの略整数倍の位相差に相当する高さで平坦に形成されたことを特徴とする位相光学素子である。

また、請求項２記載の発明は、前記第１レーザー光は前記内周側階段状位相差パターン部及び前記外周側平坦部を透過させる一方、前記第２レーザー光は前記内周側階段状位相差パターン部のみを透過させることを特徴とする請求項１記載の位相光学素子である。

また、請求項３記載の発明は、第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ前記第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体とを選択的に記録又は再生する光ピックアップ装置において、
前記第１光記録媒体に対応して波長が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光を出射させる第１レーザー光源と、
前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光を出射させる第２レーザー光源と、
第１光記録媒体用として開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する各面のうち少なくとも一方の面が非球面に形成されて、前記第１，第２レーザー光を前記第１，第２光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズと、
前記第１，第２レーザー光源側と前記対物レンズとの間に設けられ、且つ、前記第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子とを少なくとも備え、
前記位相光学素子は、前記第１レーザー光の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして設定した時に、内周領域に内周側階段状位相差パターン部が階段の段差を略１λの位相差に相当する高さで複数段輪帯状に形成されていると共に、前記内周側階段状位相差パターン部と連接した外周領域に外周側平坦部が前記内周側階段状位相差パターン部の最も低い階段位置と最も高い階段位置との中間の高さで且つ前記最も低い階段位置に対して前記設計波長λの略整数倍の位相差に相当する高さで平坦に形成されたことを特徴とする光ピックアップ装置である。

また、請求項４記載の発明は、前記第１レーザー光は前記位相光学素子の前記内周側階段状位相差パターン部及び前記外周側平坦部を透過させる一方、前記第２レーザー光は前記位相光学素子の前記内周側階段状位相差パターン部のみを透過させることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置である。

請求項１，２記載の位相光学素子によると、第１光記録媒体と、第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体とを開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定された一つの対物レンズを用いて選択的に記録又は再生する際に、位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部で第２レーザー光Ｌ２に対する球面収差を補正でき、且つ、位相光学素子の外周側平坦部で第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１のバラツキによる球面収差を補正できるので、これにより第１，第２記録媒体に対して性能の良い位相光学素子を提供できる。

請求項３，４記載の光ピックアップ装置によると、第１光記録媒体と、第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体とを開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定された一つの対物レンズを用いて選択的に記録又は再生する際に、位相光学素子の内周側階段状位相差パターン部で第２レーザー光Ｌ２に対する球面収差を補正でき、且つ、位相光学素子の外周側平坦部で第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１のバラツキによる球面収差を補正できるので、これにより第１，第２記録媒体に対して性能の良い光ピックアップ装置を提供できる。

以下に本発明に係る位相光学素子及び光ピックアップ装置の一実施例を図１乃至図１１を参照して詳細に説明する。

本発明に係る位相光学素子及び光ピックアップ装置は、第１光記録媒体（例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）と、第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体（例えば、ＤＶＤ）と、第１，第２光記録媒体の各信号面を組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定された一つの対物レンズを用いて選択的に記録又は再生する際に、第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するように構成されており、とくに、位相光学素子は、第１レーザー光の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして設定した時に、内周領域に内周側階段状位相差パターン部が階段の段差を略１λの位相差に相当する高さで複数段輪帯状に形成され、且つ、内周側階段状位相差パターン部と連接した外周領域に外周側平坦部が内周側階段状位相差パターン部の最も高い階段位置と最も低い階段位置の中間の高さで且つ設計波長λの略整数倍の位相差に相当する高さで平坦に形成されることで、第１レーザー光の波長が基準波長λ１からずれても波面収差の発生を低く押さえられることを特徴とするものである。

図１は本発明に係る位相光学素子を適用した光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。

図１に示した如く、本発明に係る位相光学素子を適用した光ピックアップ装置１０は、基準波長λ１が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光Ｌ１により情報信号を基板厚さが薄い信号面１ｂに超高密度に記録又は再生する第１光記録媒体１と、基準波長λ２が第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１より長く６５０ｎｍ前後の第２レーザー光Ｌ２により情報信号を前記した第１光記録媒体１の信号面１ｂよりも基板厚さが厚い信号面２ｂに高密度に記録又は再生する第２光記録媒体２と、第１，第２レーザー光Ｌ１，Ｌ２のいずれかが入射するレーザービーム入射面を共通化し且つ第１，第２光記録媒体１，２の各信号面１ｂ，２ｂを組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に適用可能に開発したものである。

尚、ここでの図示を省略するものの、第１，第２光記録媒体１，２の各信号面１ｂ，２ｂを組み合わせた組み合わせ型光記録媒体は合計のディスク基板厚さが略１．２ｍｍに形成されるものであるが、以下の説明では第１，第２光記録媒体１，２の個々について詳述し、組み合わせ型光記録媒体の場合はその応用であるので説明を省略する。

また、以下の説明では、第１，第２光記録媒体１，２として、円盤状の光ディスクに適用した場合について説明するが、これに限ることなく、カード状の光記録媒体であっても良い。

そして、上記した第１，第２光記録媒体１，２は、光ディスク駆動装置５内に回転自在に設けたスピンドルモータ６の軸に固着したターンテーブル７上に選択的に装着されるようになっている。

ここで、上記した第１光記録媒体となるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１は、次世代光ディスク規格に基づいてレーザービーム入射面１ａと信号面１ｂとの間のディスク基板厚さｄ１が略０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍに薄く設定されて、この上に補強板（図示せず）を貼り合せて合計厚さが厚く形成されており、この合計厚さは例えば略１．２ｍｍである。尚、以下の説明では、第１光記録媒体をＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１と記す。

また、上記した第２光記録媒体となるＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）２は、ＤＶＤ規格に基づいてレーザービーム入射面２ａと信号面２ｂとの間のディスク基板厚さｄ２がＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１よりも厚く０．６ｍｍに設定されて、この上に補強板（図示せず）を貼り合せて合計厚さが略１．２ｍｍに形成されている。尚、以下の説明では、第２光記録媒体をＤＶＤ２と記す。

尚、この実施例では、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１，ＤＶＤ２の各ディスク基板厚さｄ１，ｄ２が、例えば０．１ｍｍ，０．６ｍｍにそれぞれ設定されているものとする。

また、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａ又はＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａの下方には、本発明に係る位相光学素子を適用した光ピックアップ装置１０がＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１又はＤＶＤ２の径方向に移動自在に設けられている。

上記した光ピックアップ装置１０内には、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対応して基準波長λ１が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光Ｌ１を出射するための第１レーザー光源（以下、青色半導体レーザーと記す）１１と、ＤＶＤ２に対応して基準波長λ２が６５０ｎｍ前後の第２レーザー光Ｌ２を出射するためにＤＶＤ用集積デバイス３０内の第２レーザー光源（以下、赤色半導体レーザーと記す）３１とが設けられている。

尚、この実施例では、青色半導体レーザー１１から出射される第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１は例えば４０８ｎｍに設定され、また、赤色半導体レーザー３１から出射される第２レーザー光Ｌ２の基準波長λ２は例えば６５５ｎｍに設定されているものとする。

まず、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対応する青色半導体レーザー１１側について説明すると、青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１は直線偏光の発散光であり、この発散光が回折格子（グレーティング）１２に入射され、この回折格子１２内に形成された凹凸状格子（図示せず）のピッチと傾斜の角度に応じて０次回折光と±１次回折光とからなる３本のビーム（以下、３ビームと記す）に分離された後に、３ビームが偏光ビームスプリッタ１３に入射される。

尚、この実施例では、回折格子１２により３ビームを生成しているが、回折格子１２を設けない構成もあり、この場合には青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１を１ビームのままで偏光ビームスプリッタ１３に直接入射させれば良い。

上記した偏光ビームスプリッタ１３は、回折格子１２からの３ビームを透過させ、且つ、後述するＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１からの反射光を反射させて略９０°方向を転じさせるために偏光性を有する半透過反射誘電体多層膜１３ａが膜付けされている。

この後、偏光ビームスプリッタ１３内の半透過反射誘電体多層膜１３ａを透過した第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、コリメーターレンズ１４で平行光に変換されて、球面収差補正手段１５に入射される。

上記した球面収差補正手段１５は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１のディスク基板厚さｄ１のバラツキとか、青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１の波長誤差などに伴って青色半導体レーザー１１とＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１の信号面１ｂとの間に配置された光学系によって発生する球面収差を補正するものであり、青色半導体レーザー１１側に設けた凹レンズ（負レンズ）１５Ａと、後述の対物レンズ２１側に設けた凸レンズ（正レンズ）１５Ｂと、凸レンズ１５Ｂを光軸方向に沿って変位させるアクチュエータ１５Ｃとから構成されている。そして、凸レンズ１５Ｂをアクチュエータ１５Ｃによって凹レンズ１５Ａに対して光軸方向に変位させ、凹レンズ１５Ａと凸レンズ１５Ｂとの間隔を制御して、対物レンズ２１に入射する３ビームの平行度を調整して、対物レンズ２１の倍率誤差による球面収差を発生させて他の球面収差と相殺することで球面収差が零になるように補正するものである。尚、凹レンズ（負レンズ）１５Ａを凸レンズ１５Ｂに対して光軸方向に変位させる方法でも良い。

尚、球面収差補正手段として、この実施例では凹レンズ１５Ａと凸レンズ１５Ｂとアクチュエータ１５Ｃとの組み合わせを用いたが、これに代えて液晶素子などを用いた波面変調素子を適用することも可能である。

この後、球面収差補正手段１５を通った第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、波長板１６を透過する際に、第１レーザー光Ｌ１による３ビームに対して、波長板の進相軸と遅相軸に対応する偏光成分に、略１／４波長（９０°）の位相差を与えて円偏光に変換した後に、色収差補正素子１７に入射する。

上記した色収差補正素子１７は、凹レンズ１７Ａと凸レンズ１７Ｂと凹レンズ１７Ｃとを貼り合わせて形成されており、第１レーザー光Ｌ１に対して色収差を補正する機能を有している。

尚、この実施例では、上記したような色収差補正素子１７を用いているが、これに代えて特開平６−８２７２５号公報に開示されているような光入射端面，光出射端面の少なくとも一方に、光軸に対して垂直な平面を同心円状の輪帯として階段状に形成した色収差補正素子を適用しても良い。また、この同心円上の輪帯は屈折面（曲面）の上に形成しても良い。

尚更に、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１が４０８ｎｍであれば色収差が発生しないために、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対して色収差を測定する場合には、第１レーザー光Ｌ１の波長が例えば４１１ｎｍである青色半導体レーザー１１を用いて測定すれば良い。

そして、色収差補正素子１７を通過した第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、ダイクロイックプリズム１８を通過する。このダイクロイックプリズム１８は、青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１を透過させる一方、赤色半導体レーザー３１から出射した第２レーザー光Ｌ２に対して反射させて略９０°方向を転じさせるために波長選択性を有する半透過反射ダイクロイック膜１８ａが膜付けされている。

この後、ダイクロイックプリズム１８内の半透過反射ダイクロイック膜１８ａを透過した第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、レンズホルダ１９内の下方部位に取り付けた位相光学素子２０を平行光のままで直進してレンズホルダ１９内の上方部位に取り付けた対物レンズ２１に入射し、この対物レンズ２１で絞り込んだ第１レーザービーム（３ビーム）がＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａから入射して信号面１ｂに集光される。

この際、上記した位相光学素子２０は、後述するように第２レーザー光Ｌ２により発生する波面収差をキャンセルするために上面２０ａの内周領域に階段を複数段輪帯状に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、第１レーザー光Ｌ１の波長誤差により発生する波面収差をキャンセルするために内周側階段状位相差パターン部２０ａ１に連接して上面２０ａの外周領域に内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の最も高い階段位置と最も低い階段位置の中間の高さで平坦に形成された外周側平坦部２０ａ２とを備えており、且つ、レンズホルダ１９内に対物レンズ２１と光軸を一致させて取り付けられている。そして、青色半導体レーザー１１から出射した第１レーザー光Ｌ１に対して位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ及び外周側平坦部２０ｂを平行光のまま透過させた後に、第１レーザー光Ｌ１を対物レンズ２１に入射させている。

尚、上記した位相光学素子２０は、実施例の要部を構成するものであり、この位相光学素子２０の形状と、位相光学素子２０による第１レーザー光Ｌ１に対する動作については後で詳述する。

また、上記した対物レンズ２１は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用として開口数が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する面２１ａ，２１ｂのうち少なくとも一方の面が非球面に形成されているものであるが、この実施例では開口数（ＮＡ）が０．８５でアプラナートな特性、又は、アプラナートに近い特性を持った単玉レンズを用いている。尚、ここで言うアプラナートとは、軸上の球面収差を完全に補正しつつ正弦条件（軸外でコマ収差を発生しない条件）を満足したものである。

また、レンズホルダ１９の外周にはフォーカスコイル２２とトラッキングコイル２３とが一体的に取り付けられ、且つ、レンズホルダ１９の外周に固着させた不図示の複数本のサスペンションワイヤを介してレンズホルダ１９と一体に位相光学素子２０と対物レンズ２１とがＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１のフォーカス方向とトラッキング方向とに制御されている。

尚、後述するＤＶＤ２の場合にも、位相光学素子２０と対物レンズ２１とがレンズホルダ１９と一体となってＤＶＤ２のフォーカス方向とトラッキング方向とに制御されるものである。

この後、対物レンズ２１で絞り込んだ第１レーザービーム（３ビーム）をＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａから入射させて信号面１ｂ上に集光し、第１レーザービームによって信号面１ｂへの再生、記録、または消去が行われる。

更にこの後、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１の信号面１ｂで反射された第１レーザービームによる戻りの第１反射光は、上記とは逆に対物レンズ２１に再入射して、位相光学素子２０，ダイクロイックプリズム１８，色収差補正素子１７，波長板１６，球面収差補正手段１５，コリメーターレンズ１４を順に通過して、偏光ビームスプリッタ１３内の偏光性を有する半透過反射誘電体多層膜１３ａで反射されて略９０°方向を転じた後にシリンドリカルレンズ２４を介して第１光検出器２５に集光する。そして、第１光検出器２５でＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１の信号面１ｂを再生した時のトラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号を検出している。

次に、ＤＶＤ２に対応する赤色半導体レーザー３１側について説明すると、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合には、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する際に用いた球面収差補正手段１５及び色収差補正素子１７を用いない光学系になっている。

尚、球面収差補正手段１５と色収差補正素子１７は、上記ではＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する光学系のみに配置されているが、これに限らず、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合でも、その両者１５，１７を含んだ光学系として構成することも可能である。この場合には第２レーザー光Ｌ２に対して収差が小さくなるように球面収差補正手段１５を成業するか、又は、球面収差補正手段１５及び色収差補正素子１７に入射する第２レーザー光Ｌ２の平行度を適切に設定して収差を小さくすれば良い。

ここで、ＤＶＤ用集積デバイス３０は、赤色半導体レーザー３１と、赤色半導体レーザー３１の右方に設置した第２光検出器３２とが不図示の半導体基板上に一体化されており、且つ、赤色半導体レーザー３１の上方にホログラム素子３３が設置されている。

尚、この実施例ではＤＶＤ用集積デバイス３０を用いているが、これに限ることなく、図示を省略するが赤色半導体レーザーからの第２レーザー光をビームスプリッタで分離させる構成でも良い。

ここで、赤色半導体レーザー３１から出射した第２レーザー光Ｌ２は直線偏光の発散光であり、この発散光がホログラム素子３３を通過する。この後、ホログラム素子３３を通過した第２レーザー光Ｌ２は、コリメータレンズ３４で平行光となり、この平行光が第２レーザー光用の位相板３５を透過して円偏光となる。この際、第２レーザー光用の位相板３５は第２レーザー光Ｌ２が透過する時に、その進相軸と遅相軸の間に（λ２）／４の位相差を与えて円偏光に変換するものである。

更に、位相板３５を通った第２レーザー光Ｌ２は、ダイクロイックプリズム１８内の波長選択性を有する半透過反射ダイクロイック膜１８ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、第２レーザー光Ｌ２に対して位相光学素子２０により対物レンズ２１への開口数（ＮＡ）が０．６相当になるように開口を制限させると共に、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａのみを略平行光の状態で透過させて球面収差を補正しながら対物レンズ２１に入射させている。

尚、位相光学素子２０による第２レーザー光Ｌ２に対する動作については後で詳述する。

この後、対物レンズ２１で絞り込んだ第２レーザービームをＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａから入射させて信号面２ｂ上に集光し、第２レーザービームによってＤＶＤ２の信号面２ｂへの再生、記録、または消去が行われる。

更にこの後、ＤＶＤ２の信号面２ｂで反射された第２レーザービームによる戻りの第２反射光は、上記とは逆に対物レンズ２１に再入射し、位相光学素子２０を経てダイクロイックプリズム１８内の半透過反射ダイクロイック膜１８ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、第２レーザー光用の位相板３５，コリメータレンズ３４を順に通過して、ホログラム素子３３によって回折されて、第２光検出器３２に集光する。そして、第２光検出器３２でＤＶＤ２の信号面２ｂを再生した時のトラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号を検出している。

ここで、実施例の要部となる位相光学素子２０について新たな図２〜図９を用いて説明する。

図２は本発明に係る位相光学素子を拡大して示した縦断面図、
図３はＤＶＤをＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用の対物レンズで再生した場合の球面収差及びデフォーカス成分収差を示した図、
図４はＤＶＤをＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用の対物レンズで再生した場合に、球面収差とデフォーカス成分収差とを加算した波面収差を示した図、
図５は位相光学素子の内周領域設計方法を説明するための図、
図６は第１レーザー光の基準波長の近傍で波長が長波長側に変化した場合の波面の様子を示した図、
図７は位相光学素子の外周領域設計方法を説明するための図、
図８はＤＶＤをＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用の対物レンズで再生した場合に、球面収差と、適切な値に設定したデフォーカス成分収差とを加算した波面収差を示した図、
図９は本発明に係る位相光学素子を一部変形した変形例を拡大して示した縦断面図である。

まず、図２に拡大して示した如く、実施例の要部となる位相光学素子２０は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１と、ＤＶＤ２との基板厚さの異なりにより発生する球面収差を補正するものであり、これと対応して、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対応する第１レーザー光Ｌ１の波長と、ＤＶＤ２に対応する第２レーザー光Ｌ２の波長の違いにより発生する球面収差を補正している。

上記した位相光学素子２０は、光透過性を有する透明なＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）とか、石英基板とか、透明樹脂などを用いて第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１と同じ値（４０８ｎｍ）の波長を設計波長λとして設定しており、対物レンズ２１（図１）と対向する上面２０ａの内周領域に内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が中心“０”を中心にして内周から外周に向かって階段の段差を略１λの位相差に相当する高さで複数段輪帯状に形成されていると共に、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１に連接した外周領域に外周側平坦部２０ａ２が内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の最も低い階段位置と最も高い階段位置との中間の高さで且つ内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の最も低い階段位置に対して設計波長λの略整数倍（例えば３λ）の位相差に相当する高さで平坦に形成されている。

また、位相光学素子２０は、上面２０ａと対向する下面２０ｂが平坦に形成されており、且つ、上記した外周側平坦部２０ａ２と対向する下面２０ｂの外周領域に第２レーザー光Ｌ２に対して対物レンズ２１への開口数（ＮＡ）が０．６相当になるように制限するための第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１がダイクロイック膜を用いてリング状に成膜されている。

尚、位相光学素子２０の内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周領域に形成した外周側階平坦部２０ａ２とは区分けできるので、上記した第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１は必要に応じて形成すれば良いものであるが、第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１を形成した方が第２レーザー光Ｌ２への開口制限が確実となるものである。

この際、位相光学素子２０の下面２０ｂに形成した第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１は、波長選択性を有するダイクロイック膜により青色半導体レーザー１１（図１）から出射した基準波長λ１＝４０８ｎｍ±８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１を透過し、且つ、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した基準波長λ２＝６５５ｎｍ±１０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２を遮光する特性を有している。

従って、位相光学素子２０の内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周領域に形成した外周側階平坦部２０ａ２とには、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対応した第１レーザー光Ｌ１が透過する一方、ＤＶＤ２に対応した第２レーザー光Ｌ２は内周側階段状位相差パターン部２０ａ１のみを透過するようになっている。

ここで、上記した位相光学素子２０において、ＤＶＤ２の再生を担うための内周側階段状位相差パターン部２０ａ１は、ＤＶＤ２を再生した時に生じる波面収差をキャンセルするように後述する波面収差Ｗ（図４）とは反対の符号を有した波面を発生するように設計されている。

即ち、図３に示した如く、ＤＶＤ２をＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用の対物レンズ２１（図１）で再生した場合に、球面収差Ｗｓａが３次の球面収差のみならず、５次以上の高次の球面収差も含んだ状態で図３中の第３，第４象限側に発生する。

そして、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１は、上記した球面収差Ｗｓａに適切な量のデフォーカス成分収差Ｗｄｆを組み合わせて、図４に示したような波面収差Ｗ＝Ｗｓａ＋Ｗｄｆを補正するように設計される。この際、デフォーカス成分収差Ｗｄｆは、対物レンズ２１のＤＶＤ２への焦点誤差（デフォーカス）による２次の収差であり図３中の第１，第２象限側に発生するものである。

ここで、球面収差ＷｓａはＤＶＤ２のディスク基板厚さｄ２（図１）と、第２レーザー光Ｌ２の波長の違いで決まるため一定であるから、波面収差Ｗは、デフォーカス成分収差Ｗｄｆの値、すなわちＤＶＤ２の場合にどこを像面にするかにより変化する。

従って、図４に示した波面収差Ｗは、ＤＶＤ２のディスク基板厚さ誤差による球面収差Ｗｓａに、適切な量のデフォーカス成分収差Ｗｄｆを付加して、波面の変化量が大きくなりすぎないようにしている。この場合は、ＤＶＤ用の第２レーザー光Ｌ２に対する波面の最大位相は、約１．８λ２である。

さて、位相光学素子２０は、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１では作用せず、第２レーザー光Ｌ２の基準波長λ２で図４の逆符号の波面を発生するように作る。なお、この場合、ＤＶＤ２の再生に対応するように、対物レンズ２１（図１）の開口数（ＮＡ）が０．６ないし０．６５の内周側にこれを実現する構造を設ければ良い。

この際、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の段差は、図５に拡大して示したように、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の１波長分に相当する位相差を発生する段差となるように作っている。

具体的には、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の段差は、次式で示される高さになる。 段差＝第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１／（位相光学素子の屈折率−１） この際、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１が０．４０８μｍで、位相光学素子２０の屈折率が１．５の場合には、段差＝０．８１６μｍとなる。

そして、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を透過した第２レーザー光Ｌ２の波面の様子は内周側階段状位相差パターン部２０ａ１に略沿って図５に示したようになる一方、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を透過した第１レーザー光Ｌ１の波面は実質的に変化がない。

これに対して、第２レーザー光Ｌ２では、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の段差により、回折が生じ、複数の波面が生じる。このなかで、最も光量が大きい波面は、第２レーザー光Ｌ２が位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を透過するときの波面変化量（Δ）と、第２レーザー光Ｌ２の波長λ２の差に相当する位相差（λ２−Δ）を有した波面となる。仮に、位相光学素子２０に対する屈折率が第１レーザー光Ｌ１と、第２レーザー光Ｌ２とで同じであると仮定すると、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の段差ごとに、第１，第２レーザー光Ｌ１，Ｌ２の各波長の差に相当する位相差を有した波面となる。従って、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１を０．４０８μｍ、第２レーザー光Ｌ２の基準波長λ２を０．６５５μｍとすると、この位相差は、０．２４７μｍとなる。この位相差を波面単位で表すと、０．３７７λ２となり、この値は（０．６５５−０．４０８）λ２／０．６５５から得られる。

この際、図５には、この波面が描いてある。縦軸はλ２単位である。図に示すように、この波面は一段が０．３７７λ２の階段状の波面である。更に、図５には、図４に示した、内周側の波面を逆符合にした波面を描いている。前述の位相差が、この逆符合にした波面を、離散的に表した形状になるように、図５に示した位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の階段のピッチが定められる。前述のように、補正すべき波面位相は１．８λ２であるから、段差数は、略５段（＝１．８λ２／０．３７７λ２）となる。

尚、図５に示した、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の階段状の波面は、素子通過直後の波面であって、遠視野においては、回折により図５の逆符合にした波面と同一の形状に近づく。

さて、上記したように、この位相光学素子２０を、第２レーザー光Ｌ２の波長が透過した場合、回折の効果により、ＤＶＤ２が発生する図４の波面と逆符号の球面収差の波面が発生される。このため、光学系全体としては、球面収差がキャンセルされて、ＤＶＤ２を良好に再生することができる。

次に、位相光学素子２０の外周側について図６及び図７を用いて詳述する。

前述したように、位相光学素子２０の内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の段差は、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１と同じ値の設計波長λの相差を発生するように為されているので、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１では、この位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１は、見かけ上何らの作用をせずに、波面は変化を受けずに内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を出射する。

これに対して、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１から波長が変化した場合には、波長変化に応じて、位相差が発生する。この際、図６には、第１レーザー光Ｌ１の波長が基準波長λ１より長波長側に変化した場合に、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１を出射した波面の様子を模式的に示している。この図６で明らかに示すように、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１から波長が変化した場合には、僅かな量ではあるが波面が変化し、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１は収差を発生する。

この実施例では、この事実を基づいて、位相光学素子２０の外周側の構造を最適化することで、収差の発生を最小に抑えるようにするものであり、位相光学素子２０の外周側の設計は、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の近傍での、内周と外周の波面変化を考慮して成される。

即ち、位相光学素子２０の外周側は、上記した内周側の波面変化に対応して、位相光学素子２０全体を出射する光束全体の波面収差の増加が少なくなるように構造を定める。これは、位相光学素子２０の内周領域と外周領域とで波長誤差がある場合の波面が最適な状態で接続されていれば、実現される。

これを実現するためには、第１レーザー光Ｌ１に波長の変化がある場合に、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の波面の平均値の位置に、その波長で外周側の波面が接続されるように、外周側の構造を定めれば良い。

そこで、図７に示したように、位相光学素子２０の外周領域に平坦に形成した外周側平坦部２０ａ２の構造を、内周領域に階段輪体状に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の最も低い階段位置と、最も高い階段位置との中間の高さで且つ内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の最も低い階段位置に対して設計波長λの略整数倍の位相差を持った高さに設定することで、第１レーザー光Ｌ１に波長誤差がある場合に、前記した内周側の出射波面の平均値に最も近くなる高さとなる。

この際、位相光学素子２０の内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の各階段も、設計波長λの整数倍に設定されているので、外周側は、内周側の階段の適切な位置と一致して設定されることになる。

このようにすれば、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１では何ら波面の変化が生じることなく、第１レーザー光Ｌ１の波長が長くなったり短くなったりした場合には、各々の場合の内周側の波面の平均値と外周側の波面との乖離が小さく押さえられ、収差の発生が最小限に押さえられる。

そして、図５及び図７に示した例において、位相光学素子２０の内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の段差は５段である。この段差が第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の近傍における、平均波面に最も近い３段目と同じ高さに外周側を設定すれば良い。尚、この３段目の段差を用いず、この前後の段差を用いても、最内周あるいは、最外周と同じ高さに外周側を設定した従来例に比べて、収差の発生を大きく押さえることが可能である。

更に、前述した、デフォーカス成分収差の設定を適切にして、図８に示すような波面とすれば、内周側の最も最外周に近い段差を、平均波面に近づける事が可能になるため、変形例の位相光学素子２０’の構造を図９に示したように、内外周の境界での急激な変化を回避して、位相光学素子２０’の製作を容易にすることも可能である。

ここで、実施例における光学系を用いた時の動作について図１０及び図１１を用いて説明する。

図１０はＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃを記録又は再生する場合の光路図、
図１１はＤＶＤを記録又は再生する場合の光路図である。

まず、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する場合に、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図を図１０に示す。

即ち、図１０に示した光学系によりＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する場合には、青色半導体レーザー１１（図１）側に凹レンズ１７Ａと凸レンズ１７Ｂと凹レンズ１７Ｃとを貼り合わせて形成した色収差補正素子１７が配置されている。

そして、青色半導体レーザー１１（図１）から出射した第１レーザー光Ｌ１をコリメーターレンズ１４（図１）で平行光にし、この第１レーザー光Ｌ１の平行光を色収差補正素子１７を介して位相光学素子２０の下面２０ｂの内周領域及び外周領域に入射させている。ここで、位相光学素子２０の下面２０ｂには、外周領域にダイクロイック膜を用いて第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１がリング状に成膜されているものの、第１レーザー光Ｌ１を下面２０ｂの内周領域と外周領域に形成した第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１とをそのまま透過させた後、更に、位相光学素子２０の上面２０ａの内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周領域に形成した外周側平坦部２０ａ２とをそのまま透過させ、平行光のままで対物レンズ２１の面２１ａに入射させている。

この際、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１及び外周側平坦部２０ａ２は、設計波長λの略整数倍の位相差に相当する高さに設定されているので、基準波長λ１が４０８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して波面は変化が生じない。

そして、対物レンズ２１で絞った第１レーザービームをＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａから入射させてディスク基板厚さが０．１ｍｍの信号面１ｂ上に集光している。

次に、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、ＤＶＤでの光路図を図１１に示す。

即ち、図１１に示した如く、赤色半導体レーザー３１（図１）側には色収差補正素子が配置されてなく、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した第２レーザー光Ｌ２をコリメーターレンズ３４（図１）で平行光にし、この第２レーザー光Ｌ２の平行光を位相光学素子２０の下面２０ｂの外周領域に形成した第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１により遮光して対物レンズ２１への開口数（ＮＡ）が０．６相当になるように制限させると共に、第２レーザー光Ｌ２の平行光を位相光学素子２０の下面２０ｂの内周領域のみに入射させている。この後、位相光学素子２０の上面２０ａの内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１により球面収差を補正して、略平行光の状態で対物レンズ２１の面２１ａに入射させている。

そして、対物レンズ２１で絞った第２レーザービームをＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａから入射させてディスク基板厚さが０．６ｍｍの信号面２ｂ上に集光している。

この場合、対物レンズ２１はＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用として設計されているので、赤色半導体レーザー３１（図１）から出射した波長λ２が６５５ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対して球面収差が大きくなるものの、位相光学素子２０の上面２０ａの内周領域に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１により波面補正を行うことによって球面収差を補正しているので、ＤＶＤ２への記録又は再生に支障をきたさない。

本発明に係る位相光学素子を適用した光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。 本発明に係る位相光学素子を拡大して示した縦断面図である。 ＤＶＤをＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用の対物レンズで再生した場合の球面収差及びデフォーカス成分収差を示した図である。 ＤＶＤをＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用の対物レンズで再生した場合に、球面収差とデフォーカス成分収差とを加算した波面収差を示した図である。 位相光学素子の内周領域設計方法を説明するための図である。 第１レーザー光の基準波長の近傍で波長が長波長側に変化した場合の波面の様子を示した図である。 位相光学素子の外周領域設計方法を説明するための図である。 ＤＶＤをＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用の対物レンズで再生した場合に、球面収差と、適切な値に設定したデフォーカス成分収差とを加算した波面収差を示した図である。 本発明に係る位相光学素子を一部変形した変形例を拡大して示した縦断面図である。 Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃを記録又は再生する場合の光路図である。 ＤＶＤを記録又は再生する場合の光路図である。 従来例１の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。 従来例２の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図である。

符号の説明

１…第１光記録媒体（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）
１ａ…レーザービーム入射面、１ｂ…信号面、
２…第２光記録媒体（ＤＶＤ）、２ａ…レーザービーム入射面、２ｂ…信号面、
５…光ディスク駆動装置、６…スピンドルモータ、７…ターンテーブル、
１０…光ピックアップ装置、
１１…第１レーザー光源（青色半導体レーザー）、
１２…回折格子（グレーティング）、１３…偏光ビームスプリッタ、
１４…コリメーターレンズ、
１５…球面収差補正手段、
１５Ａ…凹レンズ、１５Ｂ…凸レンズ、１５Ｃ…アクチュエータ、
１６…波長板、
１７…色収差補正素子、
１７Ａ…凹レンズ、１７Ｂ…凸レンズ、１７Ｃ…凹レンズ、
１８…ダイクロイックプリズム、１９…レンズホルダ、
２０…実施例の位相光学素子、２０’…実施例を一部変形させた位相光学素子、
２０ａ…上面、
２０ａ１…内周側階段状位相差パターン部、２０ａ２…外周側平坦部、
２０ｂ…下面，２０ｂ１…第２レーザー光用開口制限部、
２１…対物レンズ、２２…フォーカスコイル、２３…トラッキングコイル、
２４…シリンドリカルレンズ、２５…第１光検出器、
３０…ＤＶＤ用集積デバイス、３１…第２レーザー光源（赤色半導体レーザー）、
３２…第２光検出器、３３…ホログラム素子、
Ｌ１，Ｌ２…第１，第２レーザー光、
λ１，λ２…第１，第２レーザー光の各基準波長、
λ…位相光学素子の設計波長、
ｄ１，ｄ２…第１，第２光記録媒体の基板厚さ。

Claims (4)

1. 第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ前記第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体とを開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定された一つの対物レンズを用いて選択的に記録又は再生する際に、前記第１光記録媒体に対応して波長が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光と、前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光とが選択的に入射され、且つ、前記第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子において、
   前記第１レーザー光の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして設定した時に、内周領域に内周側階段状位相差パターン部が階段の段差を略１λの位相差に相当する高さで複数段輪帯状に形成されていると共に、前記内周側階段状位相差パターン部と連接した外周領域に外周側平坦部が前記内周側階段状位相差パターン部の最も低い階段位置と最も高い階段位置との中間の高さで且つ前記最も低い階段位置に対して前記設計波長λの略整数倍の位相差に相当する高さで平坦に形成されたことを特徴とする位相光学素子。
2. 前記第１レーザー光は前記内周側階段状位相差パターン部及び前記外周側平坦部を透過させる一方、前記第２レーザー光は前記内周側階段状位相差パターン部のみを透過させることを特徴とする請求項１記載の位相光学素子。
3. 第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低く且つ前記第１光記録媒体よりも基板厚さが厚い第２光記録媒体とを選択的に記録又は再生する光ピックアップ装置において、
   前記第１光記録媒体に対応して波長が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光を出射させる第１レーザー光源と、
   前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光を出射させる第２レーザー光源と、
   第１光記録媒体用として開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する各面のうち少なくとも一方の面が非球面に形成されて、前記第１，第２レーザー光を前記第１，第２光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズと、
   前記第１，第２レーザー光源側と前記対物レンズとの間に設けられ、且つ、前記第１，第２光記録媒体の基板厚さの異なりによって生じる球面収差を補正するための位相光学素子とを少なくとも備え、
   前記位相光学素子は、前記第１レーザー光の基準波長λ１と同じ値の波長を設計波長λとして設定した時に、内周領域に内周側階段状位相差パターン部が階段の段差を略１λの位相差に相当する高さで複数段輪帯状に形成されていると共に、前記内周側階段状位相差パターン部と連接した外周領域に外周側平坦部が前記内周側階段状位相差パターン部の最も低い階段位置と最も高い階段位置との中間の高さで且つ前記最も低い階段位置に対して前記設計波長λの略整数倍の位相差に相当する高さで平坦に形成されたことを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 前記第１レーザー光は前記位相光学素子の前記内周側階段状位相差パターン部及び前記外周側平坦部を透過させる一方、前記第２レーザー光は前記位相光学素子の前記内周側階段状位相差パターン部のみを透過させることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
   
   

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