JP4179148B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長が異なる第１，第２レーザー光を用いて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、開口数（ＮＡ）が０．７５以上である一つの対物レンズと、この対物レンズを用いた時に第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とを少なくとも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）。

また、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃに対して色収差を補正できる光ピックアップ装置も開発されている（例えば、特許文献２及び特許文献３）。

更に、一般的な光ディスクに対して色収差を補正できる光ピックアップ装置も開発されている（例えば、特許文献４）。
特開２００２−２３６２５３号公報（第５７−５８頁、第３１図） 特開２００３−２７２２１３号公報（第５−６頁、第２図） 特開２００３−２７０５２５号公報（第６頁、第３図） 特開平６−８２７２５号公報（第２頁、第１図） Phase Shift Element for Blu-ray Disc / DVD Compatibility, Katsuhiro Koike et. al., Technical digest for ODS 2003, WA6 。

図２２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２３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、
図２４は従来例３の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図、
図２５は従来例４の光ピックアップ装置の光学系を模式的に示した図、
図２６は従来例５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２２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の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、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、ＮＡ１と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２３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。

次に、図２４に示した従来例３の光ピックアップ装置１４０は、上記した特許文献２に開示されているものであり、特許文献２を参照して簡略に説明すると、従来例３の光ピックアップ装置１４０では、凹レンズ１４１Ａと凸レンズ１４１Ｂとからなるビームエキスパンダー１４１と、凹レンズ１４２Ａと凸レンズ１４２Ｂと凹レンズ１４２Ｃとを貼り合わせて形成されて色収差補正手段となるトリプレット１４２と、開口数が０．７以上である対物レンズ１４３とで構成されており、波長が４０３ｎｍ前後のレーザー光Ｌに対応したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１０１に対して球面収差と色収差とを補正できるようになっている。

ここで、上記したビームエキスパンダー１４１は、２枚のレンズ１４１Ａ，１４１Ｂの間隔を調整することで光の平行度を変化させて、対物レンズ１４３の球面収差を補正している。また、上記したトリプレット１４２は、対物レンズ１４３の色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正している。

次に、図２５に示した従来例４の光ピックアップ装置１５０は、上記した特許文献３に開示されているものであり、特許文献３を参照して簡略に説明すると、従来例４の光ピックアップ装置１５０では、凹レンズ１５１Ａとフレネルレンズ１５１Ｂとからなるビームエキスパンダー１５１と、開口数が０．７以上である対物レンズ１５２とで構成されており、波長が４０５ｎｍ前後のレーザー光Ｌに対応したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１０１に対して球面収差と色収差とを補正できるようになっている。

ここで、上記したビームエキスパンダー１５１は、２枚のレンズ１５１Ａ，１５１Ｂの間隔を調整することで光の平行度を変化させて、対物レンズ１５２の球面収差を補正している。また、ビームエキスパンダー１５１中のフレネルレンズ１５１Ｂは、アナログ的なブレーズ１５１Ｂａ（又は階段状のブレーズ）が形成されており、凹レンズ１５１Ａに対して凸レンズとしての機能を有するものであって、その焦点距離は対物レンズ１５２の色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正できるようになっている。

次に、図２６に示した従来例５の光ピックアップ装置１６０は、上記した特許文献４に開示されているものであり、特許文献４を参照して簡略に説明すると、従来例５の光ピックアップ装置１６０では、光入射端面１６１ａ，光出射端面１６１ｂ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１６１と、対物レンズ１６２とで構成されており、光ディスク１０３に対して単一の色収差補正素子１６１で色収差を補正できるようになっている。

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。

また、上記した従来例３の光ピックアップ装置１４０では、ビームエキスパンダー１４１と、トリプレット１４２と、開口数が０．７以上である対物レンズ１４３とで、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１０１に対して球面収差及び色収差の補正が可能なものの、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１０１とＤＶＤ（図示せず）とを下位互換性を確保して記録又は再生することに対して考慮されていない。また、色収差補正手段となるトリプレット１４２は、光学全体で軸上色収差を過剰に補正出来るように設計する必要があるため、貼り合わせ面の曲率半径が小さくなり、加工が難しい。更に、ビームエキスパンダー１４１により球面収差を補正する場合に、ビームエキスパンダー１４１の間隔を変化させれば良いものの、球面収差の補正に要する時間がかなりかかってしまう。

また、上記した従来例４の光ピックアップ装置１５０では、ブレーズを有するビームエキスパンダー１５１だけで球面収差及び色収差の補正が可能であるので、従来例３よりも部品点数を削減してもＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１０１に対して同等の性能が得られるものの、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１０１とＤＶＤ（図示せず）とを下位互換性を確保して記録又は再生することに対して考慮されていない。また、ビームエキスパンダー１５１中のフレネルレンズ１５１Ｂにアナログ的なブレーズ１５１Ｂａ（又は階段状のブレーズ）を形成する時にピッチが狭くなり加工が難しい。

また、上記した従来例５の光ピックアップ装置１６０では、階段状に形成した色収差補正素子１６１により光ディスク１０３に対して色収差を補正できるので、超高密度なＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃにも適用可能であるものの、Ｂｌｕ−ｒａｙ ＤｉｓｃとＤＶＤとを下位互換性を確保して記録又は再生することに対して考慮されていない。

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に対して同時に用いられる色収差補正素子の設計を製造しやすい方向へ導き、更に、素子数の増加を伴わない光ピックアップ装置が望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１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、前記第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として一つの位相差関数によって求めた位相差関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部と外周側階段状位相差パターン部とを連接した階段状位相差パターン部を一方の面に輪帯状に形成し、且つ、前記内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定する一方、前記外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ（但し、ｍは０を含まない自然数）の位相差に相当する高さもしくは各段ごとにｍの値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定したことを特徴とする光ピックアップ装置である。

また、第２の発明は、上記した第１の発明の光ピックアップ装置において、
前記位相光学素子は、前記外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ＝略１λに設定した場合に、前記外周側階段状位相差パターン部と対向して前記第２レーザー光に対して前記対物レンズへの開口数（ＮＡ）を制限するための第２レーザー光用開口制限部を他方の面に形成したことを特徴とする光ピックアップ装置である。

また、第３の発明は、上記した第１の発明の光ピックアップ装置において、
前記位相光学素子の前記階段状位相差パターン部は、前記第２記録媒体に対して前記対物レンズの瞳の全周において球面収差が補正できるように前記位相差関数曲線に基づいて形成したことを特徴とする光ピックアップ装置である。

また、第４の発明は、上記した第１〜第３のいずれかの発明の光ピックアップ装置において、
前記第１レーザー光源側と前記位相光学素子との間に、色収差を補正する色収差補正素子を配置したことを特徴とする光ピックアップ装置である。

更に、第５の発明は、上記した第４の発明の光ピックアップ装置において、
前記色収差補正素子が、前記第１レーザー光に対してのみ作用するように配置したことを特徴とする光ピックアップ装置である。

以上詳述した本発明に係る光ピックアップ装置において、請求項１記載によると、とくに、第１，第２光記録媒体１，２に対応して第１，第２レーザー光をそれぞれ出射させる第１，第２レーザー光源と、開口数が０．７５以上である対物レンズと、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た際、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として一つの位相差関数によって求めた位相差関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部と外周側階段状位相差パターン部とを連接した階段状位相差パターン部を一方の面に輪帯状に形成し、且つ、内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定する一方、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ（但し、ｍは０を含まない自然数）の位相差に相当する高さもしくは各段ごとにｍの値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定したため、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、外周側階段状位相差パターン部で第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有した光ピックアップ装置を提供することができる。

また、請求項２記載によると、請求項１記載の光ピックアップ装置において、位相光学素子は、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ＝略１λに設定した場合に、外周側階段状位相差パターン部と対向して第２レーザー光に対して対物レンズへの開口数（ＮＡ）を制限するための第２レーザー光用開口制限部を他方の面に形成したため、内周側階段状位相差パターン部及び外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを共に略１λに設定した場合に、第２レーザー光の対物レンズへの開口数（ＮＡ）を制限する際に第２レーザー光用開口制限部により第２レーザー光を遮光することができる。

また、請求項３記載によると、請求項１記載の光ピックアップ装置において、位相光学素子の階段状位相差パターン部は、第２記録媒体に対して対物レンズの瞳の全周において球面収差が補正できるように位相差関数曲線に基づいて形成したため、第２記録媒体を良好に記録又は再生することができると共に、外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λに設定した場合でも位相光学素子の他方の面に第２レーザー光用開口制限部を形成する必要がなくなる。

また、請求項４記載によると、請求項１〜請求項３のうちいずれか１項記載の光ピックアップ装置において、第１レーザー光源側と位相光学素子との間に、色収差を補正する色収差補正素子を配置したため、凹レンズと凸レンズと凹レンズとを貼り合わせて形成した色収差補正素子の貼り合わせ面の半径を大きく設定できるので、色収差補正素子の製作が容易となると共に、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。

更に、請求項５記載によると、請求項４記載の光ピックアップ装置において、色収差補正素子が第１レーザー光に対してのみ作用するように配置したため、上記した請求項４の効果が得られる他に第１記録媒体を良好に記録又は再生することができる。

以下に本発明に係る光ピックアップ装置の一実施例を図１乃至図２１を参照して、実施例１，実施例２，実施例３の順に詳細に説明する。

本発明に係る光ピックアップ装置は、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する際に、次世代光ディスク規格の第１光記録媒体に対応して設計し且つ開口数（ＮＡ）が０．７５以上である対物レンズと、第１光記録媒体に対して色収差を補正するための色収差補正素子と、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、位相光学素子を設けることで色収差補正素子の設計を製造しやすい方向へ導き、且つ、内周部から外周部にかけて輪帯状に形成した階段状位相差パターン部を有する位相光学素子で第１，第２光記録媒体への球面収差を相殺するか又は減じるように補正できることを特徴とするものである。

図１は本発明に係る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１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。

上記した本発明に係る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１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１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。

この際、青色半導体レーザー１１の物点は有限の距離に置かれている。これは後述する色収差補正素子１７が第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１＝４０８ｎｍで僅かにレンズ作用を有しているため、これと相殺して対物レンズ２１に平行光を入射させるための措置である。

尚、球面収差補正手段として、この実施例１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１では、上記したような色収差補正素子１７を用いているが、これに代えて先に図２６を用いて従来例５で述べたような光入射端面，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、後述するように一つの位相差関数により求めた位相差関数曲線に基づいて内周から外周に向かって連続的に階段状位相差パターン部２０ａが輪帯状に形成され且つレンズホルダ１９内で対物レンズ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の階段状位相差パターン部２０ａの内周部及び外周部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１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１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１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の階段状位相差パターン部２０ａの内周部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１における主要な光学系の仕様を順に説明する。

まず、対物レンズ２１の仕様を下記の表１に示す。

次に、色収差補正素子１７と、位相光学素子２０と、対物レンズ２１と、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１及びＤＶＤ２とを含む各光学面形成部材の一覧について下記の表２に示す。

また、表２中に示した色収差補正素子，位相光学素子，対物レンズに用いた各材料の各波長に対する屈折率を下記の表３に示す。

次に、表２の第６面（位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａ）を作製する際に用いる一つの位相差関数Φ（ｈ）を下記の数１に示す。

また、上記した一つの位相差関数Φ（ｈ）中の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_８の一例を下記の表４に示す。

次に、対物レンズ２１において、レーザー光源側である表２の第７面（対物レンズ２１中で位相光学素子２０と対向する面２１ａ）と、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１又はＤＶＤ２と対向する面である表２の第８面（面２１ｂ）とを非球面に形成する際、下記する数２の多項式を用いて非球面を表すものとする。

上記した数２の多項式を用いた時に、対物レンズ２１の面２１ａを非球面に形成するための非球面係数Ｂ_４〜Ｂ_１６の一例を下記の表５に示す。

また、上記した数２の多項式を用いた時に、対物レンズ２１の面２１ｂを非球面に形成するための非球面係数Ｂ_４〜Ｂ_１０の一例を下記の表６に示す。

以下、先に表２で示した各光学面形成部材について順を追って、先に説明した図１と、新たな図２〜図５とを用いて説明する。

図２は実施例１における位相光学素子を拡大して示した縦断面図、
図３は実施例１において、一つの位相差関数により求めた位相差関数曲線を説明するための図、
図４は実施例１において、図３で得られた位相差関数曲線に基づいて位相光学素子の階段状位相差パターン部を形成する状態を説明するための図、
図５は実施例１の位相光学素子において、階段状位相差パターン部を説明するための図である。

まず、色収差補正素子１７は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する光学系中にのみに配置されており、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する際に、貼り合わせ面の半径が先の表２に示したように３．１ｍｍに設定されている。

次に、図２に示した如く、実施例１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するものである。

上記した位相光学素子２０は、第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１と同じ値（４０８ｎｍ）の波長を設計波長λとして、先に数１で示した一つの位相差関数Φ（ｈ）によって求めた後述の位相差関数曲線（図３）に基づいて内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とを連接した階段状位相差パターン部２０ａを上面（一方の面）に輪帯状に形成することで、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１で第２レーザー光Ｌ２に対する球面収差を補正でき、且つ、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２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ようになっている。

より具体的に説明すると、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一体的に形成されており、この実施例１ではＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）を用いている。

また、位相光学素子２０は、対物レンズ２１（図１）と対向する上面側に階段状位相差パターン部２０ａが中心“０”を中心にして内周から外周に向かって輪帯状（リング状）に形成されている。

上記した位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａは、内周に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が中心“０”部位を階段の上段に設定して対物レンズ２１（図１）側に向かって凸状に突出し且つ中心“０”から内周領域径φＤ１に向かって階段が徐々に下降しており、更に、この内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の下段部位に連接して外周側階段状位相差パターン部２０ａ２が下段部位よりも上方に向かうように階段が徐々に上昇して外周領域径φＤ２の外側まで形成されている。（尚、ここに記した下降または上昇の関係は、位相光学素子２０の設計に依存していて、設計によっては、内周側で上昇したり、あるいは上昇と下降の両方を含んだりする場合もある）。この際、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が形成される内周領域径φＤ１はφ２．５ｍｍに設定され、且つ、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２が形成される外周領域径φＤ２はφ３．４ｍｍに設定され、先に表１で示したように対物レンズ２１（図１）の瞳径がφ３．４ｍｍであるので、この瞳径の全面をカバーできるようになっている。

尚、図２に示した位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａの形状は概念的に図示したものであり、階段の段数は実際の位相光学素子２０とは異なっており、且つ、階段の段差ピッチも概念的に描いている。

そして、位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａは、内周に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、外周に形成した外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とが、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、先に数１で示した一つの位相差関数Φ（ｈ）に先の表４に示した２次から８次の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_８を代入して求めた後述の位相差関数曲線（図３）に略沿うように連接されている。

ここで、一つの位相差関数Φ（ｈ）はラジアン単位である。この位相差関数Φ（ｈ）を、２πラジアンごとに分割して、それを一単位として、階段状の構造とすることで、具体的な位相光学素子２０の形状が定まる。ここで、階段の位相差は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対応した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の略整数倍になるように為される。

この際、上記した２次から８次の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_８を代入した一つの位相差関数Φ（ｈ）を波長単位に換算して求めた位相差関数曲線は、図３に示した如く得られる。この図３では、横軸を位相光学素子２０の光軸からの高さｈと等価な半径（ｍｍ）で示し、且つ、縦軸を位相差（λ）で示している。ここで縦軸の位相差は、上記した位相差関数Φ（ｈ）において、２πを１波長（１λ）としたものである。尚、１波長（１λ）を単位としたのは、以後の説明を容易にするためである。

そして、図３に示した位相差関数曲線を基にして、位相光学素子２０を作製する場合には、図４に拡大して示したように、連続的なスムーズな位相差関数曲線の値を、離散な値に近似させるように位相差関数曲線に基づいて予め設定した位相差幅で階段の段差ピッチを設定している。

即ち、位相光学素子２０において、階段状位相差パターン部２０ａの実際の形状は、位相差関数Φ（ｈ）において、ｍを０を含まない自然数として、略２ｍπ（設計波長λの略整数倍）となる位相差幅で、離散的な階段形状とした形態となり、これにより階段の段差ピッチは光路長の差が設計波長λ（４０８ｎｍ）の、略ｍ倍となる高さとする。こうすると設計波長λの略ｍ倍の波長（略ｍλ）では、実質的に位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａを透過した基準波長λ１が４０８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１に対して波面は変化が生じず、第１レーザー光Ｌ１の波長が変化した場合は、位相構造に応じた波面変化が生じる。

この図４中では予め設定した位相差幅を例えば設計波長λの略１波長（略１λ）に設定して、階段状に区分けした場合を図示している。

この際、連続的なスムーズな位相差関数曲線の値と、これに近似させた離散な値との間の誤差（量子化誤差と言える）は、波面の誤差となり、主として回折損失になる。具体的には光透過率が多少下がるのであるが、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対応した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の近傍では、波長の変化範囲が小さいことから、この低下は小さく実用上問題はない。一方、ＤＶＤ２に対しては、光量的に数１０％のオーダーの回折損失が生じるが、これを考慮した設計で充分補える範囲である。

そして、図５（ａ）に示したように、位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａのうちで、内周に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の階段の段差ピッチと、外周に形成した外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の階段の段差ピッチとを、共に設計波長λの略１波長（略１λ）の位相差に相当する高さに設定した場合には、位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａが１次の位相構造となる。

従って、この場合、位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａは、階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定した外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とが、一つの位相差関数Φ（ｈ）により求めた位相差関数曲線（図３）に略沿うように連接されている。

また、図５（ａ）に示した場合、位相光学素子２０に形成した平坦な下面２０ｂを高さ基準とすると、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の各階段と対向する外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の各階段部位は、１段ごとに平坦な下面２０ｂに対して内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と同じ高さになっており、即ち、一つの位相差関数Φ（ｈ）によって求めた位相差関数曲線に対して内周側階段状位相差パターン部２０ａ１との外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とを設計波長λの略１波長（略１λ）ごとに同じスライスラインで区分けしている。

尚、図５（ａ）に示した位相光学素子２０を実際に作製する場合には、階段状位相差パターン部２０ａが、図３及び図４に示した位相差関数曲線に対して上下を反転させた形状になる。

また、位相光学素子２０の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の段差ピッチ及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の段差ピッチが共に設計波長λの略１波長（略１λ）の位相差に相当する高さに設定されている場合には、図２及び図５（ａ）に示したように、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２と対向する下面２０ｂの外周領域内に第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。

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の階段状位相差パターン部２０ａのうちで、内周に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周に形成した外周側階段状位相差パターン部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のみを透過し、且つ、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２で遮光されるようになっている。

ところで、ＤＶＤ２に対して球面収差を考えなくて良い位相光学素子２０の外周側は、位相構造の次数に制約はなく、図５（ｂ）に示したように、位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部２０ａ３の階段の段差ピッチを、例えば設計波長λの略２倍の波長（略２λ）の位相差に相当する高さに設定しているが、これに限らず、設計波長λに対して略ｍ（但し、ｍは０を含まない自然数）倍の波長（略ｍλ）の位相差に相当する高さに設定しても良い。このように形成した位相光学素子２０は高次（２次以上）の位相構造と呼ばれている。

この図５（ｂ）に示した場合、位相光学素子２０に形成した平坦な下面２０ｂを高さ基準とすると、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の各階段と対向する外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の各階段部位は、ｍ段ごとに平坦な下面２０ｂに対して内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と同じ高さになっており、即ち、一つの位相差関数Φ（ｈ）によって求めた位相差関数曲線に対して内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とを設計波長λの略ｍ倍の波長（略ｍλ）ごとに同じスライスラインで区分けしている。

従って、この場合でも、位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａは、階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、階段の段差ピッチを略ｍλの位相差に相当する高さに設定した外周側階段状位相差パターン部２０ａ３とが、一つの位相差関数Φ（ｈ）により求めた位相差関数曲線（図３）に略沿うように連接されている。

更に、図５（ｃ）に示したように、位相光学素子２０の外周側階段状位相差パターン部２０ａ４の階段の段差ピッチを、階段構造の各段ごとにｍ（但し、ｍは０を含まない自然数）の値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定しても良い。このように形成した位相光学素子２０は、非周期的位相構造と呼ばれている。

この図５（ｃ）に示した場合、位相光学素子２０に形成した平坦な下面２０ｂを高さ基準とすると、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の各階段のいずれかと、これと対向する外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の各階段のいずれかが、平坦な下面２０ｂに対して同じ高さになっている。

従って、この場合でも、位相光学素子２０の階段状位相差パターン部２０ａは、階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、階段の段差ピッチを非周期的に設定した外周側階段状位相差パターン部２０ａ４とが、一つの位相差関数Φ（ｈ）により求めた位相差関数曲線（図３）に略沿うように連接されている。

ここで、位相光学素子２０の外周側を、図５（ｂ）に示したような高次（２次以上）の位相構造、または、図５（ｃ）に示したような非周期的位相構造とした場合、外周側位相構造中の階段の段差ピッチを大きく設定することが可能になり、位相光学素子２０の製造が容易になるというメリットがある。

更に、位相光学素子２０の外周側を、図５（ｂ）に示したような高次（２次以上）の位相構造、または、図５（ｃ）に示したような非周期的位相構造とした場合、ＤＶＤ２に対しては不要光である外周側の第２レーザー光Ｌ２に対して波長選択性を有する第２レーザー光用開口制限部などを設けずに内周側のＤＶＤ再生に必要な光束のみを分離できるメリットがある。この理由は、位相構造において、次数が異なると言うことは、位相構造により発生する回折作用の次数が異なっていることを示していて、このことにより内外周の境界で波面の連続性が分断されて、外周側の光束と内周側の光束とが分離されて内周側の光束が作るＤＶＤ２へのスポットに影響を与えなくなるためである。

また、位相光学素子２０が高次の位相構造においては、波長が６５０ｎｍ近傍における回折効率が低下することが多いことも、その理由の一つである。これに対して、１次の位相構造の場合は、図５（ａ）に示したように、外周側にＤＶＤ２に対応した第２レーザー光Ｌ２を遮光する第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１を設けた方がＤＶＤ２への記録特性又は再生特性が向上するものである。

尚、勿論、高次（２次以上）の位相構造の場合、または、非周期的位相構造の場合であっても、位相光学素子２０の下面２０ｂの外周側にＤＶＤ２に対応した第２レーザー光Ｌ２を遮光する第２レーザー光用開口制限部２０ｂ１を設けることで、外周の光の影響度を低減して、ＤＶＤ２への記録特性又は再生特性が向上させることができる。

ここで、再び図１に戻り、実施例１の要部となる対物レンズ２１は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用として設計されたものであり、硝材として例えば先の表２に示したようにＮＢＦＤ１３（ＨＯＹＡ製光学ガラス）を用いて、位相光学素子２０と対向する面２１ａを非球面に形成すると共に、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１又はＤＶＤ２と対向する面２１ｂも非球面に形成している。

この際、対物レンズ２１の面２１ｂとＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａとの間の作動距離は先の表２に示したように略０．７７ｍｍ程度であり、また、対物レンズ２１の面２１ｂとＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａとの間の作動距離は先の表２に示したように０．５３ｍｍ程度である。

また、基準波長λ１が４０８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１によりＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生するように無限共役で最適に設計した対物レンズ２１は、先の表１に示したように、青色半導体レーザー２２（図１）から出射した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１を例えば４０８ｎｍに設定し、且つ、開口数（ＮＡ）が０．８５であり、焦点距離が２．０ｍｍであり、入射瞳直径（瞳径）が３．４ｍｍのものを使用している。

ここで、実施例１における光学系を用いた時の動作について説明する。 図６は実施例１において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図、
図７は実施例１において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図、
図８は実施例１において、ＤＶＤでの光路図、
図９は実施例１において、ＤＶＤでの縦収差図である。

まず、実施例１において、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６に示すと共に、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図を図７に示す。

即ち、この実施例１において、図６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、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とを連接した階段状位相差パターン部２０ａ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及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２は、先に図５（ａ）で説明したように階段の段差ピッチが設計波長λの略１波長（略１λ）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。

尚、位相光学素子２０として、先に図５（ｂ）に示したような高次（２次以上）の位相構造、または、図５（ｃ）に示したような非周期的位相構造とした場合には、下面２０ｂに第２レーザー光用開口制限部が設けられていない点が異なるものである。

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。

更に、図７に示したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図から明らかなように、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生した時には、球面収差の影響が事実上無いと言って差し支えないレベルに小さいので、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対して充分に良好な特性が得られている。

ここで、実施例１におけるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図の効果を説明するにあたって、比較例として位相光学素子を設けない時の色収差補正素子は、凹レンズと凸レンズと凹レンズとを貼り合わせて形成した際に貼り合わせ面の半径が２．８７ｍｍとなり、この２．８７ｍｍの半径はかなり深い形状をしていて、かなり製作しにくい色収差補正素子であると言える。そして、位相光学素子を設けずに貼り合わせ面の半径が２．８７ｍｍの色収差補正素子を用いた際に、第１レーザー光Ｌ１の波長が４１１ｎｍである時の波面収差のｒｍｓ値は、０．０４６λとなる。

これに対して、実施例１では、位相光学素子２０を設けているので、色収差補正素子１７の貼り合わせ面の半径は先の表２に示したように３．１ｍｍであり、上記した比較例と比較すると、色収差補正素子１７の貼り合わせ面の半径を１０％以上緩和することができる。従って、ここで示した色収差補正素子１７の貼り合わせ面の半径の緩和は、色収差補正素子１７の製作がし易くなり非常に有効である。更に、位相光学素子２０を設けて貼り合わせ面の半径が３．１ｍｍの色収差補正素子１７を用いた際に、第１レーザー光Ｌ１の波長が４１１ｎｍである時の波面収差のｒｍｓ値は、０．００４λであり、ほぼ無収差に押さえることができる。これらの数値はＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対して有効性を示すことになる。

次に、実施例１において、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、ＤＶＤでの光路図を図８に示すと共に、ＤＶＤでの縦収差図を図９に示す。

即ち、図８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の上面側した階段状位相差パターン部２０ａのうちで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の上面側に形成した階段状位相差パターン部２０ａのうちで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。

更に、図９で示したＤＶＤでの縦収差図では対物レンズ２１の瞳径である光線高さ１．７ｍｍまで描いており、光線高さの高い点においては、球面収差が残留している。しかし、この高さの光線はＤＶＤ２においては、不要であるから何等の問題はない。

実施例２の光ピックアップ装置では、後述する図１２又は図１４に示した色収差補正素子１７’（但し、色収差補正素子１７’は図１２のみ図示）と、位相光学素子２０’と、対物レンズ２１’とが実施例１に対して一部仕様が異なっており、先に図１を用いて説明した本発明に係る光ピックアップ装置１０中で、色収差補正素子１７，位相光学素子２０，対物レンズ２１を色収差補正素子１７’，位相光学素子２０’，対物レンズ２１’に置き換えて構成したものであり、ここでは実施例１と異なる点のみを中心に説明する。

ここで、実施例２における主要な光学系の仕様を順に説明する。

まず、対物レンズ２１’の仕様を下記の表７に示す。

次に、色収差補正素子１７’と、位相光学素子２０’と、対物レンズ２１’と、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１及びＤＶＤ２とを含む各光学面形成部材の一覧について下記の表８に示す。

また、表８中に示した色収差補正素子，位相光学素子，対物レンズに用いた各材料の各波長に対する屈折率を下記の表９に示す。

次に、表８の第６面（位相光学素子２０’の階段状位相差パターン部２０ａ）を作製する際に用いる一つの位相差関数Φ’（ｈ）を下記の数３に示す。

また、上記した一つの位相差関数Φ’（ｈ）中の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_８の一例を下記の表１０に示す。この際、上記した一つの位相差関数Φ’（ｈ）中の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_８は実施例１に対して次数が同じであるものの各係数値が異なるものである。

次に、対物レンズ２１’において、レーザー光源側である表８の第７面（対物レンズ２１’中で位相光学素子２０’と対向する面２１ａ）と、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１又はＤＶＤ２と対向する面である表８の第８面（面２１ｂ）とを非球面に形成する際、下記する数４の多項式を用いて非球面を表すものとする。この際、数４の多項式は実施例１よりも次数が低く設定されている。

上記した数４の多項式を用いた時に、対物レンズ２１’の面２１ａを非球面に形成するための非球面係数Ｂ_４〜Ｂ_１２の一例を下記の表１１に示す。

また、上記した数４の多項式を用いた時に、対物レンズ２１’の面２１ｂを非球面に形成するための非球面係数Ｂ_４〜Ｂ_１０の一例を下記の表１２に示す。

以下、先に表８で示した各光学面形成部材について順を追って、新たな図１０，図１１を用いて説明する。

図１０は実施例２における位相光学素子を拡大して示した縦断面図、
図１１は実施例２において、一つの位相差関数により求めた位相差関数曲線を説明するための図である。

まず、色収差補正素子１７’（図１２）はＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対してのみ用いられるものであり、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する際に、貼り合わせ面の半径が先の表８に示したように実施例１よりも大きく４．５ｍｍに設定されている。

次に、図１０に示した如く、実施例２の要部となる位相光学素子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）を用いて上面側に階段状位相差パターン部２０ａが中心“０”を中心にして内周から外周に向かって輪帯状（リング状）に形成されている。

上記した位相光学素子２０’の階段状位相差パターン部２０ａは、内周に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が中心“０”部位を階段の上段に設定して対物レンズ２１’（図１２，図１４）側に向かって凸状に突出し且つ中心“０”から内周領域径φＤ１’に向かって階段が徐々に下降しており、更に、この内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の下段部位に連接して外周側階段状位相差パターン部２０ａ２が下段部位よりも上方に向かうように階段が徐々に上昇して外周領域径φＤ２’の外側まで形成されている。（尚、ここに記した下降または上昇の関係は、位相光学素子２０’の設計に依存していて、設計によっては、内周側で上昇したり、あるいは上昇と下降の両方を含んだりする場合もある）。この際、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が形成される内周領域径φＤ１’は実施例１よりも小さくφ２．２ｍｍに設定され、且つ、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２が形成される外周領域径φＤ２’は実施例１よりも小さくφ３．０ｍｍに設定され、先に表７で示したように対物レンズ２１’（図１２，図１４）の瞳径がφ３．０ｍｍであるので、この瞳径の全面をカバーできるようになっている。

また、位相光学素子２０’の外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の段差ピッチを図１０に示したように設計波長λの略１波長（略１λ）の位相差に相当する高さに設定した場合には、外周側階段状位相差パターン部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。

そして、位相光学素子２０’の階段状位相差パターン部２０ａは、内周に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、外周に形成した外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とが、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、先に数３で示した一つの位相差関数Φ’（ｈ）に先の表１０に示した２次から８次の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_８を代入して求めた後述の位相差関数曲線（図１１）に略沿うように連接されている。

ここでも、一つの位相差関数Φ’（ｈ）はラジアン単位である。この位相差関数Φ’（ｈ）を、２πラジアンごとに分割して、それを一単位として、階段状の構造とすることで、具体的な位相光学素子２０’の形状が定まる。ここで、階段の位相差は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対応した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の略整数倍になるように為される。

上記した２次から８次の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_８を代入した位相差関数Φ’（ｈ）を波長単位に換算して求めた位相差関数曲線は、図１１に示した如く得られる。この図１１でも、横軸を位相光学素子２０’の光軸からの高さｈと等価な半径（ｍｍ）で示し、且つ、縦軸を位相差（λ）で示している。ここで縦軸の位相差は、上記した位相差関数Φ’（ｈ）において、２πを１波長（１λ）としたものである。

そして、実施例２でも、図１１に示した位相差関数曲線に基づいて位相光学素子２０’の階段状位相差パターン部２０ａを形成している。

勿論、実施例２においても、位相光学素子２０’は、階段状位相差パターン部２０ａの外周領域を先に実施例１で図５（ｂ）を用いて説明したと同様に高次（２次以上）の位相構造、または、図５（ｃ）に示したような非周期的位相構造でも良いものである。

次に、実施例２の要部となる対物レンズ２１’（図１２，図１４）は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用として設計されたものであり、硝材として実施例１と異なって先の表８に示したようにＮＢＦ１（ＨＯＹＡ製光学ガラス）を用いて、位相光学素子２０’と対向する面２１ａを非球面に形成すると共に、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１又はＤＶＤ２と対向する面２１ｂも非球面に形成している。

この際、対物レンズ２１’の面２１ｂとＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１のレーザービーム入射面１ａとの間の作動距離は先の表８に示したように略０．４０ｍｍ程度であり、また、対物レンズ２１’の面２１ｂとＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａとの間の作動距離は先の表８に示したように略０．１６ｍｍ程度である。

また、基準波長λ１が４０８ｎｍの第１レーザー光Ｌ１によりＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生するように無限共役で最適に設計した対物レンズ２１’は、先の表７に示したように、青色半導体レーザー２２（図１）から出射した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１を例えば４０８ｎｍに設定し、且つ、開口数（ＮＡ）が０．８５であり、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１への焦点距離が実施例１と異なって１．７６４７ｍｍであり、入射瞳直径（瞳径）も実施例１と異なって３．０ｍｍのものを使用している。

次に、実施例２における光学系を用いた時の動作について説明する。 図１２は実施例２において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図、
図１３は実施例２において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図、
図１４は実施例２において、ＤＶＤでの光路図、
図１５は実施例２において、ＤＶＤでの縦収差図である。

まず、実施例２において、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１２に示すと共に、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図を図１３に示す。

この実施例２において、図１２に示した光学系によりＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生する場合は、先に図６を用いて説明した実施例１と同様に動作するので動作説明を省略する。

更に、図１３に示したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図から明らかなように、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生した時には、球面収差の影響が事実上無いと言って差し支えないレベルに小さいので、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対して充分に良好な特性が得られている。

ここで、実施例２におけるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図の効果を説明するにあたって、比較例として位相光学素子を設けない時の色収差補正素子は、凹レンズと凸レンズと凹レンズとを貼り合わせて形成した際に貼り合わせ面の半径が３．８ｍｍとなり、この３．８ｍｍの半径はかなり深い形状をしていて、かなり製作しにくい色収差補正素子であると言える。そして、位相光学素子を設けずに貼り合わせ面の半径が３．８ｍｍの色収差補正素子を用いた際に、第１レーザー光Ｌ１の波長が４１１ｎｍである時の波面収差のｒｍｓ値は、０．０３１λとなる。

これに対して、実施例２では、位相光学素子２０’を設けているので、色収差補正素子１７’の貼り合わせ面の半径は先の表８に示したように４．５ｍｍであり、上記した比較例と比較すると、色収差補正素子１７’の貼り合わせ面の半径を２０％以上緩和することができる。従って、ここで示した色収差補正素子１７’の貼り合わせ面の半径の緩和は、色収差補正素子１７’の製作がし易くなり非常に有効である。更に、位相光学素子２０’を設けて貼り合わせ面の半径が４．５ｍｍの色収差補正素子１７’を用いた際に、第１レーザー光Ｌ１の波長が４１１ｎｍである時の波面収差のｒｍｓ値は、０．０２５λであり、改善されている。これらの数値はＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対して有効性を示すことになる。

次に、実施例２において、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、ＤＶＤでの光路図を図１４に示すと共に、ＤＶＤでの縦収差図を図１５に示す。

この実施例２において、図１４に示した光学系によりＤＶＤ２を記録又は再生する場合は、先に図８を用いて説明した実施例１と同様に動作するので動作説明を省略する。

更に、図１５で示したＤＶＤでの縦収差図では対物レンズ２１’の瞳径である光線高さ１．５ｍｍまで描いており、光線高さの高い点においては、球面収差が残留している。しかし、この高さの光線はＤＶＤ２においては、不要であるから何等の問題はない。

実施例３の光ピックアップ装置では、後述する図１８又は図２０に示した色収差補正素子１７’（但し、色収差補正素子１７’は図１８のみ図示）と、対物レンズ２１’とが実施例２と同一仕様であり、且つ、図１８又は図２０に示した位相光学素子２０’’が実施例１及び実施例２に対して一部仕様が異なっており、先に図１を用いて説明した本発明に係る光ピックアップ装置１０中で、色収差補正素子１７，位相光学素子２０，対物レンズ２１を色収差補正素子１７’，位相光学素子２０’’，対物レンズ２１’に置き換えて構成したものであり、ここでは実施例１及び実施例２と異なる点のみを中心に説明する。

尚、この実施例３では、位相光学素子２０’’のみが実施例２と異なるだけであるので、対物レンズ２１’の仕様は先に示した表７，数４，表１１，表１２と同じであり、光学面形成部材の一覧表も先に示した表８，表９と同じであるためにここでの説明を省略する。

図１６は実施例３における位相光学素子を拡大して示した縦断面図、
図１７は実施例３において、一つの位相差関数により求めた位相差関数曲線を説明するための図である。

とくに、実施例３における位相光学素子２０’’は、後述するように、上面側に形成した階段状位相差パターン部２０ａがＤＶＤ２に対して対物レンズ２１’の瞳の全周において球面収差が補正できるように設計されていることを特徴とするものである。

即ち、図１６に示した如く、実施例３の要部となる位相光学素子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）を用いて上面側に階段状位相差パターン部２０ａが中心“０”を中心にして内周から外周に向かって輪帯状（リング状）に形成されている。

上記した位相光学素子２０’’の階段状位相差パターン部２０ａは、内周に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が中心“０”部位を階段の上段に設定して対物レンズ２１’（図１８，図２０）側に向かって凸状に突出し且つ中心“０”から内周領域径φＤ１’’に向かって階段が徐々に下降しており、更に、この内周側階段状位相差パターン部２０ａ１の下段部位に連接して外周側階段状位相差パターン部２０ａ２が下段部位よりも上方に向かうように階段が徐々に上昇して外周領域径φＤ２’’の外側まで形成されている。（尚、ここに記した下降または上昇の関係は、位相光学素子２０’’の設計に依存していて、設計によっては、内周側で上昇したり、あるいは上昇と下降の両方を含んだりする場合もある）。この際、内周側階段状位相差パターン部２０ａ１が形成される内周領域径φＤ１’’は実施例１よりも小さく且つ実施例２と同じくφ２．２ｍｍに設定され、且つ、外周側階段状位相差パターン部２０ａ２が形成される外周領域径φＤ２’’は実施例１よりも小さく且つ実施例２と同じくφ３．０ｍｍに設定され、対物レンズ２１’（図１８，図２０）の瞳径がφ３．０ｍｍであるので、この瞳径の全面をカバーできるようになっている。

そして、位相光学素子２０’’の階段状位相差パターン部２０ａは、内周に形成した内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と、外周に形成した外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とが、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として下記の数５に示した一つの位相差関数Φ’’（ｈ）により求めた後述の位相差関数曲線（図１７）に略沿うように連接されている。

ここでも、一つの位相差関数Φ’’（ｈ）はラジアン単位である。この位相差関数Φ’’（ｈ）を、２πラジアンごとに分割して、それを一単位として、階段状の構造とすることで、具体的な位相光学素子２０’’の形状が定まる。ここで、階段の位相差は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対応した第１レーザー光Ｌ１の基準波長λ１の略整数倍になるように為される。

この際、上記した一つの位相差関数Φ’’（ｈ）中の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_１４は実施例１及び実施例２とは次数が異なるものであり、位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_１４の一例を下記の表１３に示す。

上記した２次から１４次の位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_１４を代入した位相差関数Φ’’（ｈ）を波長単位に換算して求めた位相差関数曲線は、図１７に示した如く得られる。この図１７でも、横軸を位相光学素子２０’’の光軸からの高さｈと等価な半径（ｍｍ）で示し、且つ、縦軸を位相差（λ）で示している。ここで縦軸の位相差は、上記した位相差関数Φ’’（ｈ）において、２πを１波長（１λ）としたものである。

そして、実施例３でも、図１７に示した位相差関数曲線に基づいて位相光学素子２０’’の階段状位相差パターン部２０ａを形成している。

勿論、実施例３においても、位相光学素子２０’’は、階段状位相差パターン部２０ａの外周領域を先に実施例１で図５（ｂ）を用いて説明したと同様に高次（２次以上）の位相構造、または、図５（ｃ）に示したような非周期的位相構造でも良いものである。

ここで図１７に示した位相差関数曲線は、位相差関数係数Ａ_２〜Ａ_１４を実施例１及び実施例２よりも高次の次数まで設定しているので、上面側に形成した階段状位相差パターン部２０ａがＤＶＤ２に対して対物レンズ２１’の瞳の全周において球面収差が補正できるように設計されている。これに伴って、位相光学素子２０’’の外周側階段状位相差パターン部２０ａ２の段差ピッチを図１６に示したように設計波長λの略１波長（略１λ）の位相差に相当する高さ設定した場合でも、外周側階段状位相差パターン部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を設ける必要がなくなる。

ここで、実施例３における光学系を用いた時の動作について説明する。
図１８は実施例３において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図、
図１９は実施例３において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図、
図２０は実施例３において、ＤＶＤでの光路図、
図２１は実施例３において、ＤＶＤでの縦収差図である。

まず、実施例３において、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１８に示すと共に、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図を図１９に示す。

即ち、この実施例３において、図１８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）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に入射させている。ここでは、位相光学素子２０’’の下面２０ｂの外周領域に第２レーザー光用開口制限部が形成されていない。この後、第１レーザー光Ｌ１を位相光学素子２０’’の内周側階段状位相差パターン部２０ａ１と外周側階段状位相差パターン部２０ａ２とを連接した階段状位相差パターン部２０ａ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及び外周側階段状位相差パターン部２０ａ２は、先に図１６で説明したように階段の段差ピッチが設計波長λの略１波長（略１λ）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。

尚、位相光学素子２０’’として、先に実施例１で図５（ｂ）に示したような高次（２次以上）の位相構造、または、図５（ｃ）に示したような非周期的位相構造とした場合にも、下面２０ｂに第２レーザー光用開口制限部が設けられていない。

更に、図１９に示したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図から明らかなように、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１を記録又は再生した時には、球面収差の影響が事実上無いと言って差し支えないレベルに小さいので、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対して充分に良好な特性が得られている。

ここで、実施例３におけるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図の効果を説明するにあたって、比較例として位相光学素子を設けない時の色収差補正素子は、凹レンズと凸レンズと凹レンズとを貼り合わせて形成した際に貼り合わせ面の半径が３．８ｍｍとなり、この３．８ｍｍの半径はかなり深い形状をしていて、かなり製作しにくい色収差補正素子であると言える。そして、位相光学素子を設けずに貼り合わせ面の半径が３．８ｍｍの色収差補正素子を用いた際に、第１レーザー光Ｌ１の波長が４１１ｎｍである時の波面収差のｒｍｓ値は、０．０３１λとなる。

これに対して、実施例３では、位相光学素子２０’’を設けているので、色収差補正素子１７’の貼り合わせ面の半径は先の表８に示したように４．５ｍｍであり、上記した比較例と比較すると、色収差補正素子１７’の貼り合わせ面の半径を２０％以上緩和することができる。従って、ここで示した色収差補正素子１７’の貼り合わせ面の半径の緩和は、色収差補正素子１７’の製作がし易くなり非常に有効である。更に、位相光学素子２０’’を設けて貼り合わせ面の半径が４．５ｍｍの色収差補正素子１７’を用いた際に、第１レーザー光Ｌ１の波長が４１１ｎｍである時の波面収差のｒｍｓ値は、０．０２１λであり、改善されている。これらの数値はＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ１に対して有効性を示すことになる。

次に、実施例３において、ＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、ＤＶＤでの光路図を図２０に示すと共に、ＤＶＤでの縦収差図を図２１に示す。

この実施例３において、図２０に示した光学系によりＤＶＤ２を記録又は再生する場合に、位相光学素子２０’’の階段状位相差パターン部２０ａはＤＶＤ２に対して対物レンズ２１’の瞳の全周において球面収差が補正されるように設計されているので、第２レーザー光Ｌ２が階段状位相差パターン部２０ａのうちで内周側階段状位相差パターン部２０ａ１のみならず外周側階段状位相差パターン部２０ａ２を通過してもＤＶＤ２への記録及び又は再生が可能となるものである。

しかし、位相光学素子２０’’の階段状位相差パターン部２０ａの外周領域を前記した高次の位相構造、もしくは、非周期的位相構造とすることで、実質的に対物レンズ２１’の開口数（ＮＡ）を０．６程度に制限し、ＤＶＤ２の光軸に対する傾きであるチルトマージンを拡大することができるから、このような構成にすることが望ましい。また、ＤＶＤ２に対して対物レンズ２１’の開口数（ＮＡ）は、０．６に限らず任意の値に設定可能である。従って、ＤＶＤ２を記録又は再生するため光ピックアップ装置１０においては、対物レンズ２１’の開口数（ＮＡ）を０．６以上に設定することが可能である。またこのことは、実施例１または実施例２においても、ＤＶＤ２への球面収差を補正する際に対物レンズ２１，２１’の開口数（ＮＡ）を、より高い開口数（ＮＡ）に設定することが可能であり、設計に自由度がある。

更に、図１９で示したＤＶＤでの縦収差図では対物レンズ２１’の瞳径である光線高さ１．５ｍｍまで描いており、光線高さの高い点においても、球面収差の残留が実施例１及び実施例２よりも少なく、ＤＶＤ２に対して良好に記録又は再生できる。

本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。 実施例１における位相光学素子を拡大して示した縦断面図である。 実施例１において、一つの位相差関数により求めた位相光学素子の位相差関数曲線を説明するための図である。 実施例１において、図３で得られた位相差関数曲線に基づいて階段状位相差パターン部を形成する状態を説明するための図である。 実施例１の位相光学素子において、階段状位相差パターン部を説明するための図である。 実施例１において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図である。 実施例１において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図である。 実施例１において、ＤＶＤでの光路図である。 実施例１において、ＤＶＤでの縦収差図である。 実施例２における位相光学素子を拡大して示した縦断面図である。 実施例２において、一つの位相差関数により求めた位相差関数曲線を説明するための図である。 実施例２において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図である。 実施例２において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図である。 実施例２において、ＤＶＤでの光路図である。 実施例２において、ＤＶＤでの縦収差図である。 実施例３における位相光学素子を拡大して示した縦断面図、 実施例３において、一つの位相差関数により求めた位相差関数曲線を説明するための図である。 実施例３において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの光路図である。 実施例３において、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでの縦収差図である。 実施例３において、ＤＶＤでの光路図である。 実施例３において、ＤＶＤでの縦収差図である。 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。 従来例３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４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５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…実施例１の色収差補正素子、１７’…実施例２，３の色収差補正素子、
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１の位相光学素子、２０’…実施例２の位相光学素子、
２０’’…実施例３の位相光学素子、
２０ａ…階段状位相差パターン部、
２０ａ１…階段の段差ピッチが略１λの内周側階段状位相差パターン部、
２０ａ２…階段の段差ピッチが略１λの外周側階段状位相差パターン部、
２０ａ３…階段の段差ピッチが略２λの外周側階段状位相差パターン部、
２０ａ４…階段の段差ピッチが非周期の外周側階段状位相差パターン部、
２０ｂ…下面，２０ｂ１…第２レーザー光用開口制限部、
２１…実施例１の対物レンズ、２１’…実施例２，３の対物レンズ、
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…実施例１〜３の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 (5)

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、前記第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として一つの位相差関数によって求めた位相差関数曲線に基づいて内周側階段状位相差パターン部と外周側階段状位相差パターン部とを連接した階段状位相差パターン部を一方の面に輪帯状に形成し、且つ、前記内周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略１λの位相差に相当する高さに設定する一方、前記外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ（但し、ｍは０を含まない自然数）の位相差に相当する高さもしくは各段ごとにｍの値を変化させて略ｍλの位相差に相当する高さに設定したことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１記載の光ピックアップ装置において、
   前記位相光学素子は、前記外周側階段状位相差パターン部の階段の段差ピッチを略ｍλ＝略１λに設定した場合に、前記外周側階段状位相差パターン部と対向して前記第２レーザー光に対して前記対物レンズへの開口数（ＮＡ）を制限するための第２レーザー光用開口制限部を他方の面に形成したことを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１記載の光ピックアップ装置において、
   前記位相光学素子の前記階段状位相差パターン部は、前記第２記録媒体に対して前記対物レンズの瞳の全周において球面収差が補正できるように前記位相差関数曲線に基づいて形成したことを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１〜請求項３のうちいずれか１項記載の光ピックアップ装置において、
   前記第１レーザー光源側と前記位相光学素子との間に、色収差を補正する色収差補正素子を配置したことを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項４記載の光ピックアップ装置において、
   前記色収差補正素子が、前記第１レーザー光に対してのみ作用するように配置したことを特徴とする光ピックアップ装置。
   
   

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