JP2006351090A - 光ピックアップとこれを用いた光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】青色対物レンズで、ＤＶＤやＣＤ集光時に発生する球面収差を補正する波長選択性互換素子により３波長において偏光光学系、無限系光路を実現する。
【解決手段】波長選択性互換素子１０７は、青色，赤色の波長に不感帯で、赤外の波長に作用する位相シフタ領域１０７ａと、青色，赤色の波長に不感帯で、赤外の波長に作用する回折領域１０７ｂと、また青色，赤外の波長に不感帯で、赤色の波長に作用する回折領域１０７ｅと、青色，赤外の波長に不感帯で、赤色の波長に作用する回折領域１０７ｆからなる。波長選択性互換素子１０７には波長選択性の位相シフタ領域や回折領域を設けて、光学系を偏光光学系で構成する。波長選択性素子とすることで、基板表面に位相シフタや回折面を設ける製造が容易に実現できる。３波長において偏光光学系、無限系光学系を実現した光ピックアップと、これを用いて各光記録媒体に対して良好なスポット形成できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、青色，ＤＶＤ，ＣＤの光記録媒体に対して、波長選択制互換素子を用いた３波長において偏光光学系を実現する光ピックアップとこれを用いた光情報処理装置に関するものである。

映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０.６５ＧＢのＣＤ、記録容量４.７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上および大容量化の要求が強くなっている。

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呼び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（ＮＡ）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。そこで、例えば、「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズの開口数（ＮＡ）が０.５０、光源の波長が７８５ｎｍ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（ＮＡ）が０.６５、光源の波長が６６０ｎｍとされている。そして、光記録媒体は、前述したように、さらなる記録密度の向上および大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズの開口数（ＮＡ）を０.６５よりもさらに大きく、あるいは光源の波長を６６０ｎｍよりもさらに短くすることが望まれている。

そのような新規の規格として、青色光源を用いた以下の２つの規格が知られている。
・「ＨＤ−ＤＶＤ」規格、開口数（ＮＡ）：０.６５、波長λ：４０５ｎｍ、光記録媒体基板厚：０.６ｍｍ
・「Ｂlu−ray Ｄisc」規格、開口数（ＮＡ）：０.８５、波長λ：４０５ｎｍ、光記録媒体基板厚：０.１ｍｍ
本発明では、これらの規格いずれにも対応できるものであるが、後述するＤＶＤ、ＣＤ互換時の発生収差がより大きくなる後者のＢlu−ray Ｄisc（以下、ＢＤという）について説明していく。

前記のように、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２つの光ピックアップを搭載する方法が考えられる。しかし、このような方法では、装置の小型化、低コスト化を達成することは難しい。

そこで、青色，ＤＶＤ，ＣＤの各光源と、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。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、収差上の課題がある。波長：λ１＝４０５ｎｍ、開口数：ＮＡ（λ１）＝０.８５、基板厚：ｔ１＝０.１ｍｍの青色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）で波面収差が最小となる単一の対物レンズを用いて、波長：λ２＝６６０ｎｍ、開口数：ＮＡ（λ２）＝０.６５、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、図２（ｂ）に示すように波長の違いに伴う球面収差が発生する。ここで、図２（ｂ）の横軸は光軸からの高さを示している。また縦軸は波面収差を示す。

同様に、波長：λ３＝７８５ｎｍ、開口数：ＮＡ（λ３）＝０.５０、ｔ２＝１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に無限系入射でスポット形成させた場合、図２（ｃ）に示すように波長および基板厚の違いに伴う球面収差が発生する。このような球面収差を抑制する方法として、特許文献１に記載されているような対物レンズへの入射光束を有限系入射させる方法が知られている。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。例えば有限系で構成されるＣＤ光学系の物体距離（光源と対物レンズの間隔に相当する）を変化させると波面収差が抑制される。

図３（ｂ）は前記のＣＤ系において物体距離を振った場合を示す図であり、これによれば物体距離２６ｍｍ付近で波面劣化は小さくなる。図３（ｂ）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、波長板，プリズム，レンズなどが配置される。特に青色，ＤＶＤ，ＣＤの３つの光記録媒体に対応する光ピックアップにおいては、部品点数が多く、前述の２６ｍｍでは、部品配置上レイアウトすることは困難である。また有限系においては、トラッキング動作，シーク動作で生じる対物レンズシフトに伴いコマ収差が発生する課題がある。

このような課題に対応したものとして、特許文献２に記載されるような、対物レンズの前段にホログラム素子を配置し、ＣＤの光ビームはホログラム通過に伴い無限系から有限系に変換される構成となっている。
特許第３２４０８４６号 特開２００３−２９４９２６号公報 特開２００３−１７７２２６号公報

しかしながら、特許文献２で用いられているホログラム素子は偏光選択性のホログラム素子であった。そのために偏光光学系を適用することができなかった。この偏光光学系とは、光源から出射光と、光記録媒体から反射した光ビームを、偏光ビームスプリッタや偏光ホログラムで光路分離するものであって、このような構成は高効率の光学系が実現できるため、近年発売されているＤＶＤ記録／ＣＤ記録を行うコンボドライブのＤＶＤ系は偏光光学系で実現されている。３波長ピックアップのＤＶＤ系、さらには青色系はもちろんのこと、ＣＤ系においても偏光光学系が実現されることが望ましい。

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、１つの対物レンズで青色，ＤＶＤ，ＣＤの３種類の光記録媒体に良好なスポット形成可能な光ピックアップ、より詳細には、青色対物レンズで、ＤＶＤやＣＤ集光時に発生する球面収差を補正する波長選択性互換素子により３波長において偏光光学系、無限系光路を実現して、光ピックアップとこれを用いた光情報処理装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１，２に記載した光ピックアップは、波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの光源と、各光源の出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズと、波長選択性互換素子とを備え、基板厚ｔ１（λ１），ｔ２（λ２），ｔ３（λ３）（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の各光記録媒体に対して情報の記録，再生を行う光ピックアップにおいて、波長選択性互換素子の光軸垂直面の一方の面に、階段形状（１段あたりの高さｈ１、波長ごとの段差形成材料の屈折率ｎ１（λ１），ｎ２（λ２），ｎ３（λ３））とした第１の波長選択性位相シフタを形成し、次の（数１）

の関係を満足し、かつ第１の波長選択性位相シフタが、波長λ３の対物レンズからの出射光が基板厚ｔ３（λ３）の光記録媒体に集光した際に発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させること、さらに、光源からの波長λ３の光を、波長選択性互換素子に無限系入射する構成によって、物体距離の制約がなく自由なレイアウトが可能であり、また対物レンズシフトによる波面劣化が生じない光学系が実現できる。

また、請求項３，４に記載した光ピックアップは、請求項１，２の光ピックアップであって、波長選択性互換素子を、第１の波長選択性位相シフタを形成した領域の周辺部に第１の波長選択性回折パターンを設けて構成し、第１の波長選択性回折パターンが、光源からの波長λ１，λ２の光が入射した場合は０次の回折光を出射し、波長λ３の光が入射した場合は１次の回折光を出射し、かつ１次の回折光を情報の記録，再生に用いるために光記録媒体上に集光したスポットと異なる位置に散乱すること、または波長選択性互換素子を、第１の波長選択性位相シフタを形成した領域の周辺部に第１の波長選択性コートを設けて構成し、第１の波長選択性コートが、光源からの波長λ１，λ２の光を透過し、波長λ３の光を反射する構成によって、波長λ１（青色），λ２（ＤＶＤ）の光に対しては不感帯、波長λ３（ＣＤ）の光に対しては選択的な開口制限領域により良好なスポットを形成でき、また第１の波長選択性回折パターンは第１の波長選択性位相シフタと同時に作製することができる。

また、請求項５，６に記載した光ピックアップは、請求項１〜４の光ピックアップであって、波長選択性互換素子の光軸垂直面の他方の面に、第２の波長選択性回折パターンを設けて構成し、第２の波長選択性回折パターンが、光源からの波長λ１，λ３の光が入射した場合は０次の回折光を出射し、波長λ２の光が入射した場合は１次の回折光を出射し、かつ波長λ２の対物レンズからの出射光が基板厚ｔ２（λ２）の光記録媒体に集光した際に発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させること、または波長選択性互換素子の光軸垂直面の他方の面に、階段形状（１段あたりの高さｈ２、波長ごとの段差形成材料の屈折率ｎ１（λ１），ｎ２（λ２），ｎ３（λ３））とした第２の波長選択性位相シフタを形成し、次の（数２）

の関係を満足し、かつ第２の波長選択性位相シフタが、波長λ２の対物レンズからの出射光が基板厚ｔ２（λ２）の光記録媒体に集光した際に発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させる構成によって、波長λ１（青色），λ２（ＤＶＤ），λ３（ＣＤ）の３つの互換が可能であり、また、一方の面にＣＤの収差補正および開口制限機能を有する波長選択互換素子の他方の面にＤＶＤの収差補正機能を設けて、新たに素子を追加することなく３波長互換ができる。

また、請求項７，８に記載した光ピックアップは、請求項５，６の光ピックアップであって、波長選択性互換素子を、第２の波長選択性回折パターンまたは第２の波長選択性位相シフタを形成した周辺部に第３の波長選択性回折パターンを設けて構成し、第３の波長選択性回折パターンが、光源からの波長λ１，λ３の光が入射した場合は０次の回折光を出射し、波長λ２の光が入射した場合は１次の回折光を出射し、かつ１次の回折光を情報の記録，再生に用いるために光記録媒体上に集光したスポットと異なる位置に散乱すること、または波長選択性互換素子を、第２の波長選択性回折パターンまたは第２の波長選択性位相シフタを形成した周辺部に第２の波長選択性コートを設けて構成し、第２の波長選択性コートが、光源からの波長λ１，λ３の光を透過し、波長λ２の光を反射する構成によって、波長λ１（青色），λ３（ＣＤ）の光に対しては不感帯、波長λ２（ＤＶＤ）の光に対しては選択的な開口制限領域により良好なスポットを形成でき、また中心部と周辺部の回折パターンを同時に作製することができる。

また、請求項９に記載した光情報処理装置は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に情報の記録，再生，消去のいずれか１以上を行う構成によって、波長λ１（青色），λ２（ＤＶＤ），λ３（ＣＤ）の各光記録媒体に対して良好なスポットを形成可能な互換型の光情報処理装置を得ることができる。

本発明によれば、物体距離の制約、対物レンズシフトによる影響を受けることなく、青色，ＤＶＤは不感帯透過し、ＣＤは位相シフトする収差補正素子を実現し、また一枚の基板上にＣＤ収差補正，ＣＤ開口制限，ＤＶＤ収差補正，ＤＶＤ開口制限の波長選択性での４機能を集積化して、３波長において偏光光学系、無限系光学系を実現した光ピックアップと、これを用いて各光記録媒体に対して良好なスポット形成できる互換型の光情報処理装置を実現できるという効果を奏する。

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。

図１は本発明の実施の形態１における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ（青色）、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ（赤色）、ＮＡ０.６５で、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８５ｎｍ（赤外）、ＮＡ０.５０で、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録または再生，消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。

図１に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、トリクロイックプリズム１０４、偏向プリズム１０５、１／４波長板１０６、波長選択性互換素子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から構成される波長４０５ｎｍの光ビームが通過する青色無限光学系と、ホログラムユニット２０１、コリメートレンズ２０３、ダイクロイックプリズム２０５、トリクロイックプリズム１０４、偏向プリズム１０５、１／４波長板１０６、波長選択性互換素子１０７、対物レンズ１０８から構成される波長６６０ｎｍの光ビームが通過するＤＶＤ無限光学系と、ホログラムユニット２１１、コリメートレンズ２１２、ダイクロイックプリズム２０５、トリクロイックプリズム１０４、偏向プリズム１０５、１／４波長板１０６、波長選択性互換素子１０７、対物レンズ１０８から構成される波長７８５ｎｍの光ビームが通過するＣＤ無限光学系から構成されている。

すなわち、ダイクロイックプリズム２０５、トリクロイックプリズム１０４、偏向プリズム１０５、１／４波長板１０６、波長選択性互換素子１０７、対物レンズ１０８は３つあるいは２つの光学系の共通部品である。

ここで、対物レンズ１０８は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５で、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色光記録媒体」に対し、無限系で波面収差が最小になるように設計されている。これは、一般に対物レンズは高ＮＡ、短波長になるほど公差が厳しくなるので、青色ＮＡ０.８５での望ましい特性を出す方が難しくなるためである。

また、対物レンズ１０８および波長選択性互換素子１０７はアクチュエータ部１０８ｂに保持され、フォーカス方向あるいはトラック方向に可動でき、サーボ制御により最適位置とされる。

次に、青色，ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃはそれぞれ基板厚さあるいは使用波長が異なる光記録媒体で、青色光記録媒体１０９ａは基板厚さが０.１ｍｍの光記録媒体、ＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂは基板厚さが０.６ｍｍの光記録媒体、ＣＤ系光記録媒体１０９ｃは基板厚さ１.２ｍｍの光記録媒体である。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。

まず、使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５で、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色光記録媒体１０９ａに記録または再生，消去する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３、トリクロイックプリズム１０４を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、１／４波長板１０６を通過し円偏光とされ、波長選択性互換素子１０７を不感帯透過し、対物レンズ１０８に入射し、青色光記録媒体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、情報の再生または記録、消去が行われる。青色光記録媒体１０９ａから反射した光ビームは、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４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、情報信号，サーボ信号が検出される。

次に、使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５で、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体に記録または再生，消去する場合について説明する。近年、ＤＶＤの光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１において、２０１は、半導体レーザ２０１ａ、ホログラム２０１ｂおよび受光素子２０１ｃを一体化して構成されたホログラムユニットを示す。このホログラムユニット２０１の半導体レーザ２０１ａから出射された６６０ｎｍの光ビームは、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０３で所定の有限光ビームとされ、赤色波長帯域の光ビームは透過し、赤外波長帯域の光ビームは反射させるダイクロイックプリズム２０５を透過し、青色波長帯域の光は透過し、赤色および赤外波長帯域の光ビームは反射させるトリクロイックプリズム１０４によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０度偏向され、１／４波長板１０６を通過し略円偏光とされ、波長選択性互換素子１０７のＤＶＤ開口制限領域でＮＡ０.６５に制限されるとともに、波長選択性互換素子１０７のＮＡ０.６５以内を透過する光ビームはＤＶＤ系収差補正領域において、光記録媒体上で良好なスポットが形成されるように１次回折される。

１次回折した光ビームは対物レンズ１０８に入射し、ＤＶＤ系光記録媒体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、情報の再生または記録、消去が行われる。ＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂから反射した光ビームは、偏向プリズム１０５、トリクロイックプリズム１０４で反射され、コリメートレンズ２０３で収束光とされ、ホログラム２０１ｂにより半導体レーザ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、情報信号、サーボ信号が検出される。

次に、使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０で、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体に記録または再生，消去する場合について説明する。ＣＤについてもＤＶＤと同様に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１において、２１１は、半導体レーザ２１１ａ、ホログラム２１１ｂおよび受光素子２１１ｃを一体化して構成されたホログラムユニットを示す。このホログラムユニット２１１の半導体レーザ２１１ａから出射された７８５ｎｍの光ビームは、ホログラム２１１ｂを透過し、コリメートレンズ２１２で平行光とされ、赤色波長帯域の光ビームは透過し、赤外波長帯域の光ビームは反射させるダイクロイックプリズム２０５で反射し、青色波長帯域の光ビームは透過し、赤色および赤外波長帯域の光ビームは反射させるトリクロイックプリズム１０４によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０度偏向され、１／４波長板１０６を通過し略円偏光とされ、波長選択性互換素子１０７のＣＤ開口制限領域でＮＡ０.５０に制限されるとともに、波長選択性互換素子１０７のＮＡ０.５０以内を透過する光ビームはＣＤ収差補正領域において、光記録媒体上で良好なスポットが形成されるように所定の位相シフト（光路差の付加、収差の付加と同意）がされる。

位相シフトされた光ビームは、対物レンズ１０８に入射し、ＣＤ系光記録媒体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、情報の再生または記録、消去が行われる。ＣＤ系光記録媒体１０９ｃから反射した光ビームは、偏向プリズム１０５、トリクロイックプリズム１０４、ダイクロイックプリズム２０５で反射され、コリメートレンズ２１２で収束光とされ、ホログラム２１１ｂにより半導体レーザ２１１ａと同一キャン内にある受光素子２１１ｃ方向に回折されて受光素子２１１ｃに受光される。受光素子２１１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。

以下、青色，ＤＶＤ，ＣＤの３波長互換のために、本実施の形態１で採用している波長選択性互換素子について説明する。

まず、青色対物レンズで、ＤＶＤ，ＣＤに集光した際に発生する球面収差と、その発生収差を有限系で補償した光学系の問題点について触れておく。

使用波長がλ＝４０５ｎｍ、基板厚が０.１ｍｍの青色光記録媒体に対して良好な収差特性（図２（ａ）参照）となるよう設計されたＮＡ＝０.８５青色対物レンズを、使用波長λ＝６６０ｎｍで厚さが０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体にＮＡ＝０.６５で無限系入射により用いたときに発生する波面収差を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）は横軸に入射瞳半径をとり、縦軸に波面収差を表す。この図２（ｂ）は位相差分布の２次元的な断面形状を表しているが、実際には縦軸（ＮＡ＝０）に関して回転対称な３次元的な分布となっている。このようなＤＶＤ無限系の発生の収差を補正するために、ＤＶＤ系光路を有限系で構成した場合を考えてみる。ＤＶＤ系光路において物体距離と波面収差の関係を図３（ａ）に示す。物体距離３７ｍｍのあたりで、波面収差が最小となる。

同様に、使用波長はλ＝７８５ｎｍで厚さが１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体にＮＡ＝０.５０で無限系入射により用いたときに発生する波面収差を図２（ｃ）に示す。ＣＤ系についても同様に物体距離と波面収差の関係を図３（ｂ）に示す。物体距離２６ｍｍのあたりで波面最良となるが、ＤＶＤ系に比べ物体距離が短い。

また、ＤＶＤ有限系、ＣＤ有限系はともに対物レンズシフトの影響が非常に大きい。ＤＶＤ有限系での対物レンズシフトと、ＣＤ有限系の対物レンズシフトの影響を図４（ａ），（ｂ）に示す。トラッキング制御精度上、０.３〜０.４ｍｍを想定するべきであるが、ともに劣化度合いが大きく、一般に波面収差の上限値とされるマレシャル限界０.０７λｒｍｓを大きく越えている。以上のことから、ＮＡ０.８５青色光学系においては、ＤＶＤ系、ＣＤ系ともに無限系で構成する必要があり、本実施の形態１においては以下の構成を有する収差補正素子を具備する。

図５は本実施の形態１の波長選択性互換素子の詳細を示す図である。波長選択性互換素子１０７の図５（ａ）は青色、図５（ｂ）はＤＶＤ、図５（ｃ）はＣＤに集光している様子を示す。図５（ｃ）に示す青色，赤色の波長に対しては不感帯で、赤外の波長に対してのみ作用するＣＤ収差補正機能として位相シフタが形成された位相シフタ領域１０７ａと、青色，赤色の波長に対しては不感帯で、赤外の波長に対してのみ作用するＣＤ開口制限機能として回折パターンが形成された回折領域１０７ｂと、図５（ｂ）に示す青色，赤外の波長に対しては不感帯で、赤色の波長に対してのみ作用するＤＶＤ収差補正機能として回折パターンが形成された回折領域１０７ｅと、青色，赤外の波長に対しては不感帯で、赤色の波長に対してのみ作用するＤＶＤ開口制限機能として回折パターンが形成された回折領域１０７ｆからなる。

また、本実施の形態１で用いられている波長選択性互換素子１０７は特許文献１で用いた偏光選択性の回折素子でなく、波長選択性位相シフタ領域や、波長選択性回折領域、波長選択性コート領域が設けられたものであるため、光学系を偏光光学系で構成することが可能である。一般に偏光選択性回折素子は、複屈折媒質と等方性媒質をガラスで挟み込むような煩雑な構成で構成されるが、波長選択性素子であれば、ガラス，プラスチックなどの基板表面に位相シフタや回折面が設けられた製造が容易な構成で実現できる。その作製法として、フォトリソグラフィ技術を応用する方法と、ダイヤモンドバイトなどで精密切削する方法がある。また形状を金型に雛形形成しておき、射出成形またはいわゆる２Ｐ法（Ｐhotopolymerization法）で透明材料から複数の回折光学素子を複製することもできるし、ガラスモールド法であってもよい。

ここで、図２（ｃ）に示すようにＣＤ系に発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させる位相シフタ領域１０７ａについて説明する。

図５（ｃ）に示す波長選択性互換素子１０７の位相シフト領域１０７ａは、波長４０５ｎｍ、波長６６０ｎｍでは不感帯をもつ波長選択性のパターンとすることにより、波長４０５ｎｍ、波長６６０ｎｍでは不要な作用はしないとともに、波長７８５ｎｍ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。まず不感帯とするための条件について説明する。基板材料の屈折率をｎ、階段形状の１ステップの高さをｈ、点灯光源の波長をλとしたときの、位相シフトパターンで発生する位相差：δ（λ）は、（数３）

で与えられるため、δ（４０５ｎｍ）、δ（６６０ｎｍ）が２πの整数倍となる基板材料と、高さｈ（ここでは１段の高さ）を選択すればよい。例えば、ｈ：３.８２μｍ、基板材料として前述の２Ｐ法で作製した２Ｐ樹脂（屈折率＠波長：１.５３＠４０５ｎｍ，１.５１＠６６０ｎｍ，１.５０＠７８５ｎｍ）のとき、λ：４０５ｎｍに対してはδ（４０５ｎｍ）：１０π（＝２π×５），λ：６６０ｎｍに対してはδ（６６０ｎｍ）：６π＝（２π×３），λ：７８５ｎｍに対してはδ（７８５ｎｍ）：５π（＝２π×２.５）とすればよい。

このような材料を用いて、波長７８５ｎｍの光に対して、対物レンズ１０８からの出射光が厚さ１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１０９ｃを透過する際に生じる球面収差と、対物レンズ１０８および波長選択性互換素子１０７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。

すなわち、使用波長の違いに起因して発生する球面収差が、図６（ａ）の上側部分の如きものであったとする。このような波面収差に対し、対物レンズに光源側から入射する光束に、図６（ａ）の下側部分に示すような位相差が与えられるように、位相シフトパターンの階段形状を調整すると、位相シフトパターンを透過する光束の各部での波面の遅れにより前記「波面収差」を打ち消すことができる。図６（ｂ）は、図６（ａ）における実線（波面収差）と破線（位相シフトパターンによる波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面収差を示す。もとの波面収差（図６（ａ）の上の部分）よりも格段に小さくなる。

開口数（ＮＡ）と光束径に関する条件について、本実施の形態１では、光記録媒体に応じて、開口数（ＮＡ）を切り換える必要がある。開口数（ＮＡ）は光束の通過径に比例するため、例えば青色で有効径φ＝４.３ｍｍを選択すれば、ＤＶＤでは約３.３ｍｍ、ＣＤでは約２.５ｍｍとなるように制限してやればよい。本実施の形態１では、波長選択性の回折特性を利用して光束径の切り換えを行う波長選択性の開口制限領域を設けている。

また、本実施の形態１では、図５（ａ）の青色波長帯域，図５（ｂ）の赤色波長帯域，図５（ｃ）の赤外波長帯域における各光束の透過特性を示すように、アクチュエータ部１０８ｂに設けられた開口部１０８ｃで、青色透過光を制限し、φ（λ＝７８５ｎｍ）の開口制限手段としては、光源から出射される光束の波長に応じて光束径を切り換える波長選択性の回折領域１０７ｂを、位相シフタ領域１０７ａの周辺部に設けてなる。特に、図５（ｃ）に示す回折領域１０７ｂは、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず（０次光透過）、赤外波長帯域の光についてのみ１次回折させる。

また、図７（ａ），（ｂ）には回折パターンの模式的な平面図と平面図上のＡ−Ａ’断面図を示す。この回折格子断面における凹凸形状の周期的な位相差が、選択的に透過させたい波長（４０５ｎｍ，６６０ｎｍ）の２π倍とすることで４０５ｎｍ，６６０ｎｍの光ビームに対しては回折効率が低く、７８５ｎｍの波長に対しては回折効率を高くできる。図８に矩形状回折格子として、基板材料として２Ｐ樹脂（屈折率＠波長：１.５３＠４０５ｎｍ，１.５１＠６６０ｎｍ，１.５０＠７８５ｎｍ）のときの格子溝深さと回折効率の関係を示す。図８（ａ）は青色（４０５ｎｍ）、図８（ｂ）はＤＶＤ（６６０ｎｍ）、図８（ｃ）はＣＤ（７８５ｎｍ）の場合に相当する。溝深さ３.８２μｍのところで、青色とＤＶＤの０次効率（不感帯透過）が最大となり、ＣＤでの±１次回折効率が大きくなっており（約０.４）、ここを選択すればよい。

これにより、光源からの出射光が、ＣＤ系光記録媒体１０９ｃへ向かう途中、回折領域１０７ｂに形成された回折格子により回折されＣＤ系光記録媒体１０９ｃへ向かう。図５（ｃ）に示すように、この回折光が、記録再生に用いられるＮＡ０.５０以下の光ビームによって集光されるスポットにフレア重畳しないように散乱させる。

また、他の開口制限方法として、ＣＤ開口制限機能の回折領域１０７ｂの代わりに、波長に応じて、図９（ｃ）に示すコート領域２０７ｂのように透過／反射によって光束径を切り換える手段を用いてもよい。すなわち、図１０に示すような透過率特性を有するダイクロコートを位相シフタ領域１０７ａの周辺部に蒸着してコート領域２０７ｂを形成することで、図９（ｃ）に示すように青色波長帯域，赤色波長帯域の光については不感帯透過し、赤外波長帯域の光に対しては反射させることができる。この赤外波長帯域の反射光は、ＣＤ系受光素子に入射しノイズとなることを避けるために傾けて配置されている。

次に、ＤＶＤ系に発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させる回折領域１０７ｅについて説明する。使用波長がλ＝４０５ｎｍ、基板厚が０.１ｍｍの青色光記録媒体に対して良好な収差特性となるよう設計されたＮＡ＝０.８５対物レンズを、使用波長はλ＝６６０ｎｍで基板厚さが０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体にＮＡ＝０.６５で無限系入射により用いたときに発生する波面収差は図２（ｂ）において説明したとおりである。

ＤＶＤ系の収差補正機能としては、青色波長帯域，赤外波長帯域の光ビームについては不感帯透過し、赤色波長帯域の光ビームについては、球面収差を補正するような回折パターンが形成されていればよい。このような回折領域として特許文献３に記載されているような回折領域が知られている。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。回折領域１０７ｅは、例えばその断面が実質的に４レベルの階段形状である。そして、回折領域１０７ｅは、青色波長帯域，赤外波長帯域の光ビームが入射した場合は実質上０次の回折光を出射、すなわち不感帯透過し、赤色波長帯域の光ビームが入射した場合には１次回折光を出射する。

よって、青色波長帯域，赤外波長帯域については単なる透過素子として機能し、赤色波長帯域の光に対しては回折素子として機能する。回折度合いは、波長６６０ｎｍの光に対して対物レンズ１０８が有する球面収差と、対物レンズ１０８からの波長６６０ｎｍ出射光がＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂの透明基板を透過する際に生じる球面収差との和を補正するように設計されている。このような設計により、波長６６０ｎｍの光をＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂに良好に集光させることができる。

そして、球面収差を補正する回折パターンとして、断面を矩形状でなく、４レベルの階段形状としている。このとき、各段の高さｈ、屈折率ｎ、入射光の波長をλとすると、０次回折光透過率η_０、＋１次回折効率η_＋１、−１次回折効率η_−１は（数４）〜（数７）

で表される。

また、図１１に４レベルの階段形状の回折格子として、基板材料として２Ｐ樹脂（屈折率＠波長：１.５３＠４０５ｎｍ，１.５１＠６６０ｎｍ，１.５０＠７８５ｎｍ）のときの格子溝深さと回折効率の関係を示す。図１１（ａ）は青色、図１１（ｂ）はＤＶＤ、図１１（ｃ）はＣＤの場合に相当する。溝深さ（これは４段での高さに相当する）６.１５μｍのところで、青色とＣＤの０次効率（不感帯透過）が最大となり、ＤＶＤでの＋１次回折効率が大きくなって（約０.７）おり、ここを選択すればよい。

前述のとおり、本実施の形態１では、φ（λ＝４０５ｎｍ）はアクチュエータ部１０８ｂに設けられた開口部１０８ｃで青色光束を制限し、φ（λ＝７８５ｎｍ）の開口制限手段としては、開口制限機能の回折領域１０７ｂあるいは回折領域２０７ｂが設けられてなる。そして、φ（λ＝６６０ｎｍ）の開口制限手段としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図５（ｂ）に示すように波長によって光束径を切り換える波長選択性の回折特性を用いた開口制限機能の回折領域１０７ｆを、収差補正機能の回折領域１０７ｅの周辺部に設けてなる。

そして回折溝としては、例えば前述のＤＶＤ収差補正機能の回折領域と同様の４レベルの階段形状を用いればよい（図１２に断面形状を示す）。回折領域１０７ｆは、青色波長帯域と赤外波長帯域の光ビームに対しては作用せず（０次光透過）、赤色波長帯域の光ビームについてのみ１次回折させる。この回折光が、ＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂの記録再生に用いられるＮＡ０.６５以下の光ビームによって集光されるスポットにフレア重畳しないように散乱させる。さらにＤＶＤ系光記録媒体１０９ｂで反射し、波長選択性互換素子１０７に戻ってきたときに、再度回折パターンによって回折される。この往復後の光ビームが受光素子に到達してしまうと、ノイズ光となってしまう。そこで回折格子を形成するパターンは受光素子上にスポット集光しないようにパターン設計することが望まれる。例えば、光軸中心に対して非対称な回折パターン形状とすればよい。

また、他の開口制限方法として、ＤＶＤ開口制限機能の回折領域１０７ｆの代わりに、波長に応じて、図９（ｂ）に示すコート領域２０７ｆのように透過／反射によって光束径を切り換える手段を用いてもよい（光路は図示せず）。すなわち、図１３に示すような透過率特性を有するダイクロコートを回折領域１０７ｅの周辺部に蒸着してコート領域２０７ｆを形成することで、図９（ｂ）に示すように青色波長帯域，赤外波長帯域の光ビームについては不感帯透過し、赤色波長帯域の光ビームに対しては反射させることができる。この赤色波長帯域の反射光は、ＤＶＤ系受光素子に入射しノイズとなることを避けるために傾けて配置すればよい。

ここで、対物レンズ１０８および波長選択性互換素子１０７の位相シフタ領域１０７ａ，回折領域１０７ｅの形状に関して具体的な数値事例を示す。図５に示したように非球面の対物レンズ１０８の光源側に波長選択性互換素子１０７が配置され、その光源側の面上にＣＤ収差補正機能の領域として位相シフタ領域１０７ａ、光記録媒体側にＤＶＤ収差補正機能の領域として回折領域１０７ｅを形成している。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、周知の非球面式は（数８）

で表される。

また、回折光学素子の位相関数Φ（ｒ）は、回折次数：ｍ、波長：λ、光軸からの半径：ｒ、係数Ｃ１〜Ｃ５を用いて、（数９）

で表される。

本実施の形態１における対物レンズは、使用波長：４０５ｎｍ，ＮＡ：０.８５，ｆ：２.５３ｍｍであり、図１４に、具体的データを示す。図中の記号は、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）を意味するが、対物レンズ１０８は波長４０５ｎｍについては「無限系」であり、曲率半径：ＲＤＹおよび厚さ：ＴＨＩの「ＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）」は光源が無限遠にあることを意味する。なお、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。「Ｓ１」は波長選択性互換素子の光源側面、「Ｓ２」は光記録媒体側面を意味する。「Ｓ３」は対物レンズ１０８の光源側面、「Ｓ４」は光記録媒体側面を意味する。本実施の形態１における対物レンズの肉厚は３.５ｍｍ であり、Ｓ４の欄の曲率半径の右側に記載された厚さ０.６０ｍｍは「ワーキングディスタンス：ＷＤ」を示す。「Ｓ５」は光記録媒体の光照射側基板の光源側面、「Ｓ６」は同記録面に合致した面であり、これらの面Ｓ５，Ｓ６の間隔、すなわち、基板厚は青色光記録媒体については０.１ｍｍ、ＤＶＤ系光記録媒体については０.６ｍｍ、ＣＤ系光記録媒体については１.２ｍｍである。「ＥＰＤ：入射瞳径」であり、青色については４.３ｍｍ、ＤＶＤについては、３.２ｍｍ、ＣＤについては２.６ｍｍである。「ＷＬ：波長」は使用波長を表す。

図１５にＣＤ収差補正機能の位相シフタの断面形状を示す。図２（ｃ）に示す球面収差と逆極性の光路差を与えるような設計になっており、図１５からわかるとおり４段の位相シフタとなる。

得られた対物レンズ１０８と波長選択性互換素子１０７を組み合わせた系の光軸上波面収差は、青色については０.０００２λｒｍｓ，ＤＶＤ系については０.０１λｒｍｓ，１次回折光を用いたＣＤ系については０.０１λｒｍｓであり、マレシャル限界０.０７λ以下に抑えられている。ＣＤの補正後の残留収差を図１６（ａ）に、ＤＶＤのそれを図１６（ｂ）に示す。素子挿入前に比べ格段に収差の抑制が図れていることがわかる。

また、図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）には、青色，ＤＶＤ，ＣＤの前記数値事例に対応したレンズ外形形状を示す。

図１８は本発明の実施の形態２の波長選択性互換素子の詳細を示す図である。波長選択性互換素子３０７の図１８（ａ）は青色、図１８（ｂ）はＤＶＤ、図１８（ｃ）はＣＤに集光している様子を示す。図１８（ｃ）に示す青色，赤色の波長に対しては不感帯で、赤外の波長に対してのみ作用するＣＤ収差補正機能として位相シフタを形成した位相シフタ領域３０７ａと、青色，赤色の波長に対しては不感帯で、赤外の波長に対してのみ作用するＣＤ開口制限機能として回折パターンを形成した回折領域３０７ｂと、図１８（ｂ）に示す青色，赤外の波長に対しては不感帯で、赤色の波長に対してのみ作用するＤＶＤ収差補正機能として位相シフタを形成した位相シフタ領域３０７ｅと、青色，赤外の波長に対しては不感帯で、赤色の波長に対してのみ作用するＤＶＤ開口制限機能として回折パターンを形成した回折領域３０７ｆからなる。

本実施の形態２においては以上の如く、実施の形態１との違いは、ＤＶＤ収差補正機能の領域についても位相シフタを採用した点であり、その他の構成は図５と同様であり、光ピックアップの構成としても図１と同様である。

図１８（ｂ）に示す波長選択性互換素子３０７の位相シフト領域３０７ｅは、波長４０５ｎｍ、波長７８５ｎｍでは不感帯をもつ波長選択性のパターンとすることにより、波長４０５ｎｍ、波長７８５ｎｍ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。

まず、不感帯とするための条件について説明する。基板材料の屈折率をｎ、階段形状の１ステップの高さをｈ、点灯光源の波長をλとしたときの、位相シフトパターンで発生する位相差：δ（λ）は、（数１０）

で与えられるため、δ（４０５ｎｍ）、δ（７８５ｎｍ）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：１.５２μｍ、基板材料として２Ｐ樹脂（屈折率＠波長：１.５３＠４０５ｎｍ，１.５１＠６６０ｎｍ，１.５０＠７８５ｎｍ）のとき、λ：４０５ｎｍに対してはδ（４０５ｎｍ）：４π（＝２π×２）、λ：７８５ｎｍに対してはδ（６６０ｎｍ）：２π＝（２.３π）、λ：７８５ｎｍに対してはδ（７８５ｎｍ）：２π（＝２π×１）とすればよい。

このような材料を用いて、波長６６０ｎｍの光に対して、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および波長選択性互換素子１０７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。

すなわち、使用波長の違いに起因して発生する球面収差が、図６（ａ）の上側部分の如きものであったとする。このような波面収差に対し、対物レンズに光源側から入射する光束に、図６（ａ）の下側部分に示すような位相差が与えられるように、位相シフトパターンの階段形状を調整すると、位相シフトパターンを透過する光束の各部での波面の遅れにより前記「波面収差」を打ち消すことができる。図６（ｂ）は、図６（ａ）における実線（波面収差）と破線（位相シフトパターンによる波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面収差を示す。もとの波面収差（図６（ａ）の上の部分）よりも格段に小さくなる。

対物レンズ１０８および波長選択性互換素子３０７の位相シフタ領域３０７ａ、位相シフタ領域３０７ｅの形状に関して具体的な数値事例を示す。図１８に示したように非球面の対物レンズ１０８の光源側に波長選択性互換素子３０７が配置され、その光源側の面上にＣＤ収差補正機能の領域として位相シフタ領域３０７ａ、光記録媒体側にＤＶＤ収差補正機能の領域として位相シフタ領域３０７ｅを形成している。

本実施の形態２における対物レンズは、使用波長：４０５ｎｍ，ＮＡ：０.８５，ｆ：２.５３ｍｍであり、図１９に、具体的データを示す。図中の記号は、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）を意味するが、対物レンズ１０８は波長４０５ｎｍについては「無限系」であり、曲率半径：ＲＤＹおよび厚さ：ＴＨＩの「ＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）」は光源が無限遠にあることを意味する。なお、「Ｓ１」は波長選択性互換素子の光源側面、「Ｓ２」は光記録媒体側面を意味する。「Ｓ３」は対物レンズ１０８の光源側面、「Ｓ４」は光記録媒体側面を意味する。本実施の形態２における対物レンズの肉厚は３.５ｍｍであり、Ｓ４の欄の曲率半径の右側に記載された厚さ０.６０ｍｍは「ワーキングディスタンス：ＷＤ」を示す。「Ｓ５」は光記録媒体の光照射側基板の光源側面、「Ｓ６」は同記録面に合致した面であり、これらの面Ｓ５，Ｓ６の間隔、すなわち基板厚は青色光記録媒体については０.１ｍｍ、ＤＶＤ系光記録媒体については０.６ｍｍ、ＣＤ系光記録媒体については１.２ｍｍである。「ＥＰＤ：入射瞳径」であり、青色については４.３ｍｍ、ＤＶＤについては３.２ｍｍ、ＣＤについては２.６ｍｍである。「ＷＬ：波長」は使用波長を表す。

図２０にＤＶＤ収差補正機能の位相シフタの断面形状を示す。図２（ｂ）に示す球面収差と逆極性の光路差を与えるような設計になっており、図２０からわかるとおり１６段の位相シフタとなる。また、ＣＤ系については実施の形態１の図１５と同じである。

なお、図２１にはＣＤ系の位相シフタ領域３０７ａとＤＶＤ系の位相シフタ領域３０７ｅを合わせて描いた図を示す。結果的には光束の光路差が意味をもつため、図２２に示すように、片方の面を平面化して位相段差を片側に集中させてもよい。

得られた対物レンズ１０８と波長選択性互換素子３０７を組み合わせた系の光軸上波面収差は、青色については０.０００２λｒｍｓ，ＤＶＤ系については０.０５λｒｍｓ，１次回折光を用いたＣＤ系については０.０１λｒｍｓであり、マレシャル限界０.０７λ以下に抑えられている。ＣＤの補正後の残留収差を図１６（ａ）に、ＤＶＤのそれを図１６（ｂ）に示す。素子挿入前に比べ格段に収差の抑制が図れていることがわかる。

図２３（ａ），（ｂ），（ｃ）には、青色，ＤＶＤ，ＣＤの前記数値事例に対応したレンズ外形形状を示す。

図２４は本発明の実施の形態３における光情報処理装置の概略構成を示すブロック図である。前述した各実施の形態における光記録媒体に対して、情報信号の記録および／または再生を行う装置であり、前述した光ピックアップに相当する光ピックアップ５１を備えて構成されている。そして光記録媒体１０９を回転駆動するスピンドルモータ５８と、情報信号の記録，再生を行うにあたって使用する光ピックアップ５１を光記録媒体１０９の内外周に移動操作するための送りモータ５２と、所定の変調および復調処理を行う変復調回路５４と、光ピックアップ５１のサーボ制御などを行うサーボ制御回路５３と、光情報処理装置の全体の制御を行うシステムコントローラ５６とを備えている。

図２４に示すスピンドルモータ５８は、サーボ制御回路５３により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動される。すなわち、記録，再生の対象となる光記録媒体１０９は、スピンドルモータ５８の駆動軸上にチャッキングされ、サーボ制御回路５３により駆動制御される。このスピンドルモータ５８によって、光記録媒体１０９は所定の回転数で回転駆動される。

光ピックアップ５１は、光記録媒体１０９に対する情報信号の記録および再生を行うとき、前述したように、回転駆動される光記録媒体１０９に対してレーザ光を照射し、その戻り光束を検出する。この光ピックアップ５１は、変復調回路５４に接続されている。そして、情報信号の記録を行う際には、外部回路５５から入力され変復調回路５４によって所定の変調処理が施された信号が光ピックアップ５１に供給される。光ピックアップ５１は、変復調回路５４から供給される信号に基づいて、光記録媒体１０９に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。また、情報信号の再生を行う際には、光ピックアップ５１は、回転駆動される光記録媒体１０９に対して、一定出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号が生成され、この再生信号が変復調回路５４に供給される。

また、この光ピックアップ５１は、サーボ制御回路５３にも接続されている。そして、情報信号の記録，再生時に、回転駆動される光記録媒体１０９によって反射されて戻ってきた戻り光束から、前述したように、フォーカスサーボ信号およびトラッキングサーボ信号が生成され、それらのサーボ信号がサーボ制御回路５３に供給される。

変復調回路５４は、システムコントローラ５６および外部回路５５に接続されている。この変復調回路５４は、情報信号を光記録媒体１０９に記録するときには、システムコントローラ５６による制御のもとで、光記録媒体１０９に記録する信号を外部回路５５から受け取り、この信号に対して所定の変調処理を施す。変復調回路５４によって変調された信号は、光ピックアップ５１に供給される。

また、この変復調回路５４は、情報信号を光記録媒体１０９から再生するときには、システムコントローラ５６による制御のもとで、光記録媒体１０９から再生された再生信号を光ピックアップ５１から受け取り、この再生信号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路５４によって復調された信号は、変復調回路５４から外部回路５５へ出力される。

送りモータ５２は、情報信号の記録および再生を行うとき、光ピックアップ５１を光記録媒体１０９の径方向で所定の位置に移動させるためのものであり、サーボ制御回路５３からの制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送りモータ５２は、サーボ制御回路５３に接続されており、サーボ制御回路５３により制御される。

サーボ制御回路５３は、システムコントローラ５６による制御のもとで、光ピックアップ５１が光記録媒体１０９に対向する所定の位置に移動されるように、送りモータ５２を制御する。また、サーボ制御回路５３は、スピンドルモータ５８にも接続しており、システムコントローラ５６による制御のもとで、スピンドルモータ５８の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路５３は、光記録媒体１０９に対する情報信号の記録および再生時に、この光記録媒体１０９が所定の回転数で回転駆動されるように、スピンドルモータ５８を制御する。

本実施の形態３の光情報処理装置によれば、各光記録媒体に対して互換性のある良好なスポットが形成でき、情報の記録，再生，消去のいずれか１以上を行うことできる。

本発明に係る光ピックアップとこれを用いた光情報処理装置は、物体距離の制約、対物レンズシフトによる影響を受けることなく、青色，ＤＶＤは不感帯透過し、ＣＤは位相シフトする収差補正素子を実現し、また一枚の基板上にＣＤ収差補正，ＣＤ開口制限，ＤＶＤ収差補正，ＤＶＤ開口制限の波長選択性での４機能を集積化して、３波長において偏光光学系、無限系光学系を実現した光ピックアップと、これを用いて各光記録媒体に対して良好なスポット形成できる互換型の光情報処理装置を実現でき、青色，ＤＶＤ，ＣＤの各光記録媒体に対して、波長選択制互換素子を用いた３波長における偏光光学系の実現に有用である。

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 光記録媒体に発生する（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤの波面収差を示す図 物体距離と波面収差における（ａ）はＤＶＤ、（ｂ）はＣＤの関係を示す図 有限系の対物レンズシフトと波面収差における（ａ）はＤＶＤ、（ｂ）はＣＤの関係を示す図 本実施の形態１における波長選択性互換素子の（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤの光路を示す図 収差補正を説明する（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す図 本実施の形態１における波長選択制互換素子の（ａ）は平面図、（ｂ）はＣＤ開口制限領域のＡ−Ａ’断面図 矩形状回折パターンの溝深さと透過率の（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤの関係を示す図 本実施の形態１における他の波長選択性互換素子の（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤの光路を示す図 ＣＤ開口制限領域にダイクロコートを形成したコート領域の透過率特性を示す図 階段形状の回折パターンの溝深さと透過率の（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤの関係を示す図 波長選択制互換素子のＤＶＤ開口制限領域の部分断面図 ＤＶＤ開口制限領域にダイクロコートを形成したコート領域の透過率特性を示す図 本実施の形態１における対物レンズのレンズデータを示す図 ＣＤ収差補正機能の位相シフタの断面形状を示す図 波長選択性互換素子による（ａ）はＣＤの補正後の残留収差、（ｂ）はＤＶＤの補正後の残留収差を示す図 本実施の形態１における数値事例に対応したレンズ外形形状の（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤを示す図 本実施の形態２における波長選択性互換素子の（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤの光路を示す図 本実施の形態２における対物レンズのレンズデータを示す図 ＤＶＤ収差補正機能の位相シフタの断面形状を示す図 ＣＤ系の位相シフタ領域とＤＶＤ系の位相シフタ領域を合わせて描いた図 片方の面を平面化してＣＤ系とＤＶＤ系の位相シフタ領域を片側に合わせて描いた図 本実施の形態２における数値事例に対応したレンズ外形形状の（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤを示す図 本発明の実施の形態３における光情報処理装置の概略構成を示すブロック図

符号の説明

５１ 光ピックアップ
５２ 送りモータ
５３ サーボ制御回路
５４ 変復調回路
５５ 外部回路
５６ システムコントローラ
５８ スピンドルモータ
１０１，２０１ａ，２１１ａ 半導体レーザ
１０２，２０３，２１２ コリメートレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１０４ トリクロイックプリズム
１０５ 偏向プリズム
１０６ １／４波長板
１０７，３０７ 波長選択性互換素子
１０７ａ，３０７ａ ＣＤ収差補正機能の位相シフタ領域
１０７ｂ，３０７ｂ ＣＤ開口制限機能の回折領域
１０７ｅ ＤＶＤ収差補正機能の回折領域
１０７ｆ，３０７ｆ ＤＶＤ開口制限機能の回折領域
１０８ 対物レンズ
１０８ｂ アクチュエータ部
１０８ｃ 開口部
１０９ 光記録媒体
１０９ａ 青色光記録媒体
１０９ｂ ＤＶＤ系光記録媒体
１０９ｃ ＣＤ系光記録媒体
１１０ 検出レンズ
１１１ 光束分割手段
１１２，２０１ｃ，２１１ｃ 受光素子
２０１，２１１ ホログラムユニット
２０１ｂ，２１１ｂ ホログラム
２０５ ダイクロイックプリズム
２０７ｂ ＣＤ開口制限機能の回折コート領域
２０７ｆ ＤＶＤ開口制限機能の回折コート領域
３０７ｅ ＤＶＤ収差補正機能の位相シフタ領域

Claims (9)

1. 波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの光源と、前記各光源の出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズと、波長選択性互換素子とを備え、基板厚ｔ１（λ１），ｔ２（λ２），ｔ３（λ３）（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の各光記録媒体に対して情報の記録，再生を行う光ピックアップにおいて、
   前記波長選択性互換素子の光軸垂直面の一方の面に、階段形状（１段あたりの高さｈ１、波長ごとの段差形成材料の屈折率ｎ１（λ１），ｎ２（λ２），ｎ３（λ３））とした第１の波長選択性位相シフタを形成し、次の（数１）
   

   

   の関係を満足し、かつ前記第１の波長選択性位相シフタが、波長λ３の前記対物レンズからの出射光が基板厚ｔ３（λ３）の光記録媒体に集光した際に発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させることを特徴とする光ピックアップ。
2. 前記光源からの波長λ３の光を、前記波長選択性互換素子に無限系入射することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
3. 前記波長選択性互換素子を、第１の波長選択性位相シフタを形成した領域の周辺部に第１の波長選択性回折パターンを設けて構成し、前記第１の波長選択性回折パターンが、光源からの波長λ１，λ２の光が入射した場合は０次の回折光を出射し、波長λ３の光が入射した場合は１次の回折光を出射し、かつ前記１次の回折光を情報の記録，再生に用いるために光記録媒体上に集光したスポットと異なる位置に散乱することを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
4. 前記波長選択性互換素子を、前記第１の波長選択性位相シフタを形成した領域の周辺部に第１の波長選択性コートを設けて構成し、前記第１の波長選択性コートが、光源からの波長λ１，λ２の光を透過し、波長λ３の光を反射することを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
5. 前記波長選択性互換素子の光軸垂直面の他方の面に、第２の波長選択性回折パターンを設けて構成し、
   前記第２の波長選択性回折パターンが、光源からの波長λ１，λ３の光が入射した場合は０次の回折光を出射し、波長λ２の光が入射した場合は１次の回折光を出射し、かつ波長λ２の対物レンズからの出射光が基板厚ｔ２（λ２）の光記録媒体に集光した際に発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
6. 前記波長選択性互換素子の光軸垂直面の他方の面に、階段形状（１段あたりの高さｈ２、波長ごとの段差形成材料の屈折率ｎ１（λ１），ｎ２（λ２），ｎ３（λ３））とした第２の波長選択性位相シフタを形成し、次の（数２）
   

   

   の関係を満足し、かつ前記第２の波長選択性位相シフタが、波長λ２の対物レンズからの出射光が基板厚ｔ２（λ２）の光記録媒体に集光した際に発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
7. 前記波長選択性互換素子を、第２の波長選択性回折パターンまたは第２の波長選択性位相シフタを形成した周辺部に第３の波長選択性回折パターンを設けて構成し、前記第３の波長選択性回折パターンが、光源からの波長λ１，λ３の光が入射した場合は０次の回折光を出射し、波長λ２の光が入射した場合は１次の回折光を出射し、かつ前記１次の回折光を情報の記録，再生に用いるために光記録媒体上に集光したスポットと異なる位置に散乱することを特徴とする請求項５または６記載の光ピックアップ。
8. 前記波長選択性互換素子を、第２の波長選択性回折パターンまたは第２の波長選択性位相シフタを形成した周辺部に第２の波長選択性コートを設けて構成し、前記第２の波長選択性コートが、光源からの波長λ１，λ３の光を透過し、波長λ２の光を反射することを特徴とする請求項５または６記載の光ピックアップ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に情報の記録，再生，消去のいずれか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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