JPWO2008105265A1 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

３種類のレーザ光の回折光を単一の光検知器に効率良く入射させることができ、この光検知器の検出信号に基づいて適切な焦点制御を行うことができる、構成が簡素化された光ピックアップ装置及びこれに用いることができる回折光学素子であって、光ピックアップ装置は、３種類のレーザ光を出射できるレーザ光源１０と、光ディスク３１からの反射レーザ光を回折させる回折光学素子４２と、回折光学素子４２から出射される回折光を検出する１台の光検知器４３とを有する。回折光学素子４２は、３種類のレーザ光のうちの波長の近い（波長の差が小さい）２種類のレーザ光のそれぞれから生成される回折光は０次光が最大成分となり、残りの１種類のレーザから生成される回折光は＋１次光若しくは−１次光が最大成分となるように作製された光学部材によって構成されている。

Description

本発明は、３種類の光ディスク規格に対応できる光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置に搭載できる回折光学素子に関するものである。

光ディスクとしては、中心波長が０．７８μｍである赤外レーザ光を用いて情報の記録又は再生が行われるＣＤ（コンパクトディスク）と、中心波長が０．６５μｍである赤色レーザ光を用いて情報の記録又は再生が行われるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）とが実用化されている。また、中心波長が０．４０５μｍである青色レーザ光を用いて情報の記録又は再生が行われるＨＤ−ＤＶＤ及びＢｌｕ−ｒａｙディスク（以下、これらを総称して「青色レーザ光ディスク」又は「青色ディスク」と言う。）も実用化され始めている。

一般に、青色レーザ光ディスクの記録再生装置は、従来のＤＶＤやＣＤに対する情報の記録又は再生をも行うことができるように構成されている。このような複数種類の光ディスクに対して情報の記録又は再生を行うことができる記録再生装置に適した光ピックアップ装置として、複数の波長のレーザ光を選択的に出射できる装置の提案がある（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００５−３３９７７１号公報（段落００５７−００５８、図３） 特開２００２−３１１２１９号公報（段落００２４−００３１、図１、図２）

しかしながら、複数の波長のレーザ光を出射できる光ピックアップ装置において、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクからの反射レーザ光、ＤＶＤからの反射レーザ光、及びＣＤからの反射レーザ光を、単一の検出光学系で検出し、この検出信号に基づいて、焦点制御（フォーカスサーボ）のために必要な焦点誤差信号を生成することは極めて困難であった。なぜならば、反射レーザ光を単一の検出光学系で検出する場合には、光ディスクの種類によって焦点ずれ許容値が異なるにもかかわらず、各光ディスクに対する焦点誤差信号のリニア範囲（焦点ずれ量と焦点誤差信号の振幅との関係が一次関数とみなすことができる範囲であり、例えば、後述する図１１（Ａ）におけるＬＺ１の範囲である。）が同じ距離になってしまい、焦点誤差信号のリニア範囲が光ディスクの種類に応じた適切な距離にならないからである。このため、従来の光ピックアップ装置は、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクからの反射レーザ光、ＤＶＤからの反射レーザ光、及びＣＤからの反射レーザ光を検出する機能を持たせる場合に、複数の検出光学系を備える必要があり、このことが光ピックアップ装置の簡素化及び小型化を阻む要因になり、また、光ピックアップ装置の価格の上昇をもたらすことになる。

以下に、焦点制御のために必要な焦点誤差信号を複数の検出光学系の検出信号に基づいて生成していた理由を詳細に説明する。

光ピックアップ装置における焦点制御では、焦点ずれ許容値の目安として、レーザ光の波長と対物レンズの開口数から算出される焦点深度が用いられる。Ｂｌｕ−ｒａｙ規格における焦点深度は、ＣＤ規格における焦点深度の約１／７と小さい。また、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格やＤＶＤ規格には、信号記録面が積層された２層ディスクが規定されており、２つの信号記録面を識別して焦点制御を行なうためには、焦点誤差信号のリニア範囲を、２つの信号記録面の間隔よりも充分小さくする必要がある。

しかし、焦点誤差信号のリニア範囲を小さくした場合には、焦点方向の大きな光ディスク面の振れを許容している（すなわち、大きな焦点ずれ許容値を持つ）ＣＤに対する焦点制御が難しくなる。

逆に、焦点誤差信号のリニア範囲を大きくした場合には、ＣＤに対する焦点制御は容易になるが、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクやＤＶＤに対する焦点制御の精度が低下し、また、２層ディスクの個々の信号記録面を識別できなくなる。

このように、ＣＤ規格の焦点深度はＢｌｕ−ｒａｙ規格の焦点深度の約７倍あるので、両方の規格を同時に満足するような焦点誤差信号のリニア範囲を設定することは非常に困難であった。以上が、焦点制御のために必要な焦点誤差信号を、複数の検出光学系の検出信号に基づいて生成していた理由である。

そこで、本発明の目的は、３種類のレーザ光のうちの波長の近い（すなわち、波長の差が小さい）２種類のレーザ光のそれぞれから生成される回折光は０次光が最大成分となり、残りの１種類のレーザから生成される回折光は＋１次光若しくは−１次光が最大成分となる回折光学素子を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記回折光学素子を用いることによって、光ディスクの種類に応じた３種類のレーザ光の回折光を単一の光検知器に効率良く入射させることができ、この光検知器の検出信号に基づいて適切な焦点制御を行うことができる、構成が簡素化された光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明の回折光学素子は、第１の波長を中心波長とする第１のレーザ光が入射されたときに前記第１のレーザ光の回折光である第１の回折光を出射し、前記第１の波長より長い第２の波長を中心波長とする第２のレーザ光が入射されたときに前記第２のレーザ光の回折光である第２の回折光を出射し、前記第２の波長より長い第３の波長を中心波長とする第３のレーザ光が入射されたときに前記第３のレーザ光の回折光である第３の回折光を出射する光学手段を有し、前記光学手段は、前記第１の回折光及び前記第２の回折光のそれぞれは０次光が最大成分となり且つ前記第３の回折光は＋１次光若しくは−１次光が最大成分となるように構成された手段、又は、前記第２の回折光及び前記第３の回折光のそれぞれは０次光が最大成分となり且つ前記第１の回折光は＋１次光若しくは−１次光が最大成分となるように構成された手段であることを特徴としている。

また、本発明の光ピックアップ装置は、第１の波長を中心波長とする第１のレーザ光、前記第１の波長より長い第２の波長を中心波長とする第２のレーザ光、及び前記第２の波長より長い第３の波長を中心波長とする第３のレーザ光を発振するレーザ光源と、前記第１のレーザ光、前記第２のレーザ光、及び前記第３のレーザ光のいずれかが照射される光ディスクからの反射レーザ光の光路上に配置された、上記回折光学素子と、前記回折光学素子から出射される第１の回折光、第２の回折光、及び第３の回折光を検出する単一の光検知器とを有することを特徴としている。

本発明の回折光学素子によれば、３種類のレーザ光のうちの波長の近い２種類のレーザ光のそれぞれから生成される回折光については０次光を最大成分とし、残りの１種類のレーザから生成される回折光については＋１次光若しくは−１次光を最大成分とすることができる。したがって、本発明の回折光学素子を用いれば、３種類のレーザ光のうちの波長の近い２種類のレーザ光については０次光を使用し、残りの１種類のレーザ光については＋１次光若しくは−１次光を使用することが可能になる。

また、本発明の光ピックアップ装置によれば、上記回折光学素子を用いることによって、光ディスクの種類に応じた３種類のレーザ光のうちの波長の近い２種類のレーザ光については０次光を光検知器に入射させ、残りの１種類のレーザ光については＋１次光若しくは−１次光を同じ光検知器に入射させることが可能になる。このため、本発明の光ピックアップ装置によれば、光ディスクの種類に応じた３種類のレーザ光の回折光を単一の光検知器に効率良く入射させることができ、この光検知器の検出信号に基づいて適切な焦点制御を行うことができる。また、単一の光検知器としたことによって、光ピックアップ装置の構成の簡素化、及び、光ピックアップ装置の低価格化を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る光ピックアップ装置の構成を概略的に示す平面図である。 実施の形態１に係る光ピックアップ装置の半導体レーザをレーザ光の光路上から見た状態を概略的に示す正面図である。 実施の形態１に係る光ピックアップ装置の検出光学系の構成を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１に係る光ピックアップ装置の回折光学素子の構成を概略的に示す正面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図４の回折光学素子をＳ５Ａ−Ｓ５Ａ線で切る面を概略的に示す断面図及びＳ５Ｂ−Ｓ５Ｂ線で切る面を概略的に示す断面図である。 階段状の溝を有する回折光学素子の機能を説明するための図である。 階段状の溝を有する回折光学素子の一例を示す断面図である。 階段状の溝を有する回折光学素子の他の例を示す断面図である。 光ディスクの各規格の仕様を示す表である。 光ディスクの各規格の焦点深度比率と、焦点誤差信号のリニア範囲の設計方針を示す表である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る光ピックアップ装置（設計方針１）に関し、同図（Ａ）は、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格の場合の光路及び焦点誤差信号を示す図であり、同図（Ｂ）は、青色レーザ光ディスク規格の場合の光路及び焦点誤差信号を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１に係る光ピックアップ装置（設計方針１）に関し、同図（Ａ）は、波長０．４０５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、同図（Ｂ）は、波長０．６５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、同図（Ｃ）は、波長０．７８μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示す。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る光ピックアップ装置（設計方針２）に関し、同図（Ａ）は、青色レーザ光ディスク規格及びＤＶＤ規格の場合の光路及び焦点誤差信号を示す図であり、同図（Ｂ）は、ＣＤ規格の場合の光路及び焦点誤差信号を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１に係る光ピックアップ装置（設計方針２）に関し、同図（Ａ）は、波長０．４０５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、同図（Ｂ）は、波長０．６５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、同図（Ｃ）は、波長０．７８μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示す。 本発明の実施の形態２に係る光ピックアップ装置の半導体レーザをレーザ光の光路上から見た状態を概略的に示す正面図である。

符号の説明

１０ 半導体レーザ、 １１，１１ａ 第１の光源、 １２，１２ａ 第２の光源、 １３，１３ａ 第３の光源、 １４，１４ａ 第１の半導体レーザ素子、 １５，１５ａ 第２の半導体レーザ素子、 １６ 放熱部材、 １７ パッケージ、 ２１ ビームスプリッタ、 ２２ コリメータレンズ、 ２３ 対物レンズ、 ２４ サーボ機構、 ３１ 光ディスク、 ４０ 検出光学系、 ４１ シリンドリカルレンズ、 ４２ 回折光学素子、 ４３ 光検知器、 ５０ 検出回路、 ５１ 焦点ずれ検出回路、 ５２ フォーカスサーボ回路、 ５３ トラッキング誤差検出回路、 ５４ トラッキングサーボ回路、 ４２１，４２２，４２３，４２４ 回折領域、 ４２１ａ〜４２１ｆ，４２２ａ〜４２２ｆ，４２３ａ〜４２３ｆ，４２４ａ〜４２４ｆ 輪帯領域、 Ｌ１ 第１のレーザ光、 Ｌ２ 第２のレーザ光、 Ｌ３ 第３のレーザ光、 Ｒ１ 第１の反射レーザ光、 Ｒ２ 第２の反射レーザ光、 Ｒ３ 第３の反射レーザ光。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ピックアップ装置の構成を概略的に示す平面図である。図１に示されるように、実施の形態１の光ピックアップ装置は、第１の波長を中心波長とする第１のレーザ光Ｌ１、第１の波長より長い第２の波長を中心波長とする第２のレーザ光Ｌ２、及び第２の波長より長い第３の波長を中心波長とする第３のレーザ光Ｌ３を発振するレーザ光源である半導体レーザ１０と、ビームスプリッタ２１と、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光（Ｌ１又はＬ２又はＬ３）を平行光にするためのコリメータレンズ２２と、コリメータレンズ２２を出射したレーザ光（Ｌ１又はＬ２又はＬ３）を光ディスク３１上に集光させる対物レンズ２３と、対物レンズ２３のフォーカス制御及びトラッキング制御を行うためのサーボ機構２４とを有している。半導体レーザ１０は、第１のレーザ光Ｌ１を発振する第１の光源１１と、２のレーザ光Ｌ２を発振する第２の光源１２と、第３のレーザ光Ｌ３を発振する第３の光源１３とを有している。出射されるレーザ光は、光ディスクの種類に応じて、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の中から選択される。ビームスプリッタ２１は、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光（Ｌ１又はＬ２又はＬ３）を透過させ、光ディスク３１からの反射レーザ光（Ｒ１又はＲ２又はＲ３）の進行方向を変える。光ディスク３１からの反射レーザ光（Ｒ１又はＲ２又はＲ３）は、ビームスプリッタ２１に入射する前に、図示しない偏光素子によって偏光状態を変えられている。

なお、第１のレーザ光Ｌ１は、青色レーザ光であり、第１の波長は、例えば、０．４０５μｍである。また、第２のレーザ光Ｌ２は、赤色レーザ光であり、第２の波長は、例えば、０．６５μｍであり、第３のレーザ光Ｌ３は、赤外レーザ光であり、第３の波長は、例えば、０．７８μｍである。

また、実施の形態１の光ピックアップ装置は、光ディスク３１からの反射レーザ光Ｒ１，Ｒ２，及びＲ３を検出する検出光学系４０を有している。検出光学系４０は、ビームスプリッタ２１で反射した光ディスク３１からの反射レーザ光（Ｒ１，Ｒ２，及びＲ３のいずれか）に非点収差を与えるシリンドリカルレンズ４１と、本発明の実施の形態１の回折光学素子４２と、１台の光検知器４３とを有している。

さらに、実施の形態１の光ピックアップ装置は、検出光学系４０から出力される検出信号に基づいて対物レンズ２３のフォーカス制御及びトラッキング制御を行うための検出回路５０を有している。検出回路５０は、検出光学系４０から出力される検出信号に基づいて焦点ずれ検出信号を生成する焦点ずれ検出回路５１と、検出光学系４０から出力される検出信号に基づいてトラッキング誤差検出信号を生成するトラッキング誤差検出回路５３とを有している。また、光ピックアップ装置を搭載した光ディスク記録再生装置には、焦点ずれ検出回路５１で生成された焦点ずれ検出信号に基づいてサーボ機構４１にフォーカスサーボ動作を行わせるフォーカスサーボ回路５２と、トラッキング誤差検出回路５３で生成されたトラッキング誤差検出信号に基づいてサーボ機構４１にトラッキングサーボ動作を行わせるトラッキングサーボ回路５４とが備えられている。

図２は、実施の形態１の光ピックアップ装置の半導体レーザ１０をレーザ光の光路上から見た状態を概略的に示す正面図である。図２に示されるように、半導体レーザ１０は、第１の光源１１を備えた第１の半導体レーザ素子１４と、第２の光源１２及び第３の光源１３を備えた第２の半導体レーザ素子１５と、第１の半導体レーザ素子１４及び第２の半導体レーザ素子１５を支持する放熱部材１６と、放熱部材１６が支持されるパッケージ１７とを有している。第１の半導体レーザ素子１４の第１の光源１１は、半導体素子のレーザ光を発振する領域である。第１のレーザ光Ｌ１は、青色レーザ光であり、第１の波長は、例えば、０．４０５μｍである。第２の半導体レーザ素子１５の第２の光源１２は、半導体素子のレーザ光を発振する領域である。第２のレーザ光Ｌ２は、赤色レーザ光であり、第２の波長は、例えば、０．６５μｍである。第２の半導体レーザ素子１５の第２の光源１３は、半導体素子のレーザ光を発振する領域である。第３のレーザ光Ｌ３は、赤外レーザ光であり、第３の波長は、例えば、０．７８μｍである。

図３は、実施の形態１の光ピックアップ装置の検出光学系４０の構成を概略的に示す斜視図である。図３に示されるｘ軸及びｙ軸はそれぞれ、光ディスク３１の、例えば、半径方向と、この半径方向に直交する接線方向に対応する。図３に示されるように、検出光学系４０は、シリンドリカルレンズ４１と、回折光学素子４２と、１台の光検知器４３とを有している。図３に示されるように、検出光学系４０のシリンドリカルレンズ４１は、半円柱状のレンズであり、レンズ作用を有する方向（図３における矢印Ａ方向）が、ｘｙ平面内でｘ軸に対して略４５度傾斜するように配置されている。また、図３に示されるように、検出光学系４０の回折光学素子４２は、シリンドリカルレンズ４１の直ぐ隣（反射レーザ光の進行方向の下流側）に配置されている。回折光学素子４２は、その光軸ＡＸに交差する２本の直線４２ｘと４２ｙによって、４つの回折領域４２１，４２２，４２３，４２４に分割されている。４つの回折領域４２１，４２２，４２３，４２４の内の光軸ＡＸを中心として対称な位置に配置された２つの回折領域４２１と４２３は、同じ構成（すなわち、光軸ＡＸを中心として点対称な構成）を有する。４つの回折領域４２１，４２２，４２３，４２４の内の光軸ＡＸを中心として対称な位置に配置された２つの回折領域４２２と４２４は、同じ構成（すなわち、光軸ＡＸを中心として点対称な構成）を有する。さらに、図３に示されるように、検出光学系４０の光検知器４３の光検知領域は、ｘ軸方向の直線４３ｘとｙ軸方向の直線４３ｙとによって４つに分割された４つの受光面４３１，４３２，４３３，４３４から構成されている。

図４は、実施の形態１の光ピックアップ装置の回折光学素子４２の構成を概略的に示す正面図である。図４に示されるように、回折光学素子４２は、分割線４２ｘと４２ｙによって４つの回折領域４２１，４２２，４２３，４２４に分割されている。それぞれの回折領域４２１，４２２，４２３，４２４は、中心（光軸ＡＸの位置）から外周部に向かって並ぶ複数の輪帯領域を有している。回折領域４２１は、中心から外周部に向かって、輪帯領域４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃ，４２１ｄ，４２１ｅ，４２１ｆ，４２１ｇを有している。回折領域４２２は、中心から外周部に向かって、輪帯領域４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃ，４２２ｄ，４２２ｅ，４２２ｆ，４２２ｇを有している。回折領域４２３は、中心から外周部に向かって、輪帯領域４２３ａ，４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄ，４２３ｅ，４２３ｆ，４２３ｇを有している。回折領域４２４は、中心から外周部に向かって、輪帯領域４２４ａ，４２４ｂ，４２４ｃ，４２４ｄ，４２４ｅ，４２４ｆ，４２４ｇを有している。回折領域４２１，４２２，４２３，４２４のいずれも、回折光学素子４２の中心から外周部に向けて同じ距離の位置においては、輪帯領域の幅が同じである。また、回折領域４２１，４２２，４２３，４２４のいずれも、回折光学素子４２の中心から外周部に向けて輪帯領域の幅が徐々に小さく変化するように構成されている。なお、本実施の形態においては、回折領域が、中心から外周部に向かって、７つの輪帯領域を有している場合を説明したが、輪帯領域の数は７に限定されず、設計によって最適数が決定される。

図５（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図４の回折光学素子４２をＳ５Ａ−Ｓ５Ａ線で切る面を概略的に示す断面図及び図４の回折光学素子４２をＳ５Ｂ−Ｓ５Ｂ線で切る面を概略的に示す断面図である。図５（Ａ）に示されるように、回折領域４２１の輪帯領域４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃ，４２１ｄ，４２１ｅ，４２１ｆ，４２１ｇはそれぞれ、４段階の段差からなる階段状の回折格子として構成されており、階段構造の底部から上部に向かう方向が回折光学素子４２の外周部から中心に向かう方向になるように（すなわち、各輪帯領域において中心に近いほど段差が高くなるように）構成されている。また、図５（Ａ）に示されるように、回折領域４２３の輪帯領域４２３ａ，４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄ，４２３ｅ，４２３ｆ，４２３ｇはそれぞれ、４段階の段差からなる階段状の回折格子として構成されており、階段構造の底部から上部に向かう方向が回折光学素子４２の外周部から中心に向かう方向になるように（すなわち、各輪帯領域において中心に近いほど段差が高くなるように）構成されている。また、図５（Ｂ）に示されるように、回折領域４２２の輪帯領域４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃ，４２２ｄ，４２２ｅ，４２２ｆ，４２２ｇはそれぞれ、４段階の段差からなる階段状の回折格子として構成されており、階段構造の上部から底部に向かう方向が回折光学素子４２の外周部から中心に向かう方向になるように（すなわち、各輪帯領域において中心に近いほど段差が低くなるように）構成されている。また、図５（Ｂ）に示されるように、回折領域４２４の輪帯領域４２４ａ，４２４ｂ，４２４ｃ，４２４ｄ，４２４ｅ，４２４ｆ，４２４ｇはそれぞれ、４段階の段差からなる階段状の回折格子として構成されており、階段構造の上部から底部に向かう方向が回折光学素子４２の外周部から中心に向かう方向になるように（すなわち、各輪帯領域において中心に近いほど段差が低くなるように）構構成されている。なお、各回折領域の１つの段差の大きさは同じである。また、各回折領域４２１，４２２，４２３，４２４における回折格子の溝の幅は、回折光学素子４２の中心（すなわち、光軸ＡＸ）から離れるほどを狭くするように構成されている。

図６は、階段状の溝を有する回折光学素子の機能を説明するための図である。図６に示される回折光学素子７０は、階段状の溝を有する回折光学素子であり、実施の形態１における回折光学素子４２は、図６に示される回折光学素子７０と機能的に同じ構造を持つ。図６に示される回折光学素子７０の格子溝の幅（溝の幅）をＰ７０とし、格子溝の深さをＤ７０とする。一般に、回折格子にレーザ光が入射した場合、回折作用を受けずに透過する直進成分である０次光（「０次回折光」とも言う。）と、回折作用を受けて最大成分の方向が変わる＋１次光（「＋１次回折光」とも言う。）、−１次光（「−１次回折光」とも言う。）、さらには２次以上の高次の回折光が発生する。回折格子の形状が階段状となった回折光学素子７０の場合、＋１次光と−１次光の回折光強度が異なるという特徴を有するようになり、図６に示すように、格子溝の底部７０ａから上部７０ｂに向かう方向が、図６が描かれた紙面の右下方向になる場合には、図６が描かれた紙面の右下方向を最大成分の方向とする−１次光の強度が、図６が描かれた紙面の右上方向を最大成分の方向とする＋１次光の強度よりも大きくなりやすいという性質がある。さらに、０次光、＋１次光、−１次光のそれぞれの強度は格子溝の深さＤ７０に依存して変化させることができる。さらにまた、＋１次光と−１次光の回折角度θは、格子の周期Ｐ７０に反比例し、周期Ｐ７０を小さくすると回折角度θを大きくすることができる。このような階段状の回折光学素子７０の特性を活用すると、レンズと同様の作用を実現することが可能になる。

図７は、階段状の溝を有する回折光学素子の一例を示す断面図である。図８に示される回折光学素子７１は、光軸ＡＸを中心に、輪帯状に階段状の格子溝が形成されており、個々の輪帯領域（例えば、７１ａ）においては、格子溝の底部７１ｂが格子溝の上部７１ｃよりも外周側となるように形成されている。さらに、個々の輪帯領域（例えば、７１ａ）は外周側に向かうにつれて、その幅（例えば、Ｐ７１ａ）が狭くなるように形成されている。このような回折光学素子７１に平行なレーザ光Ｌ１１を入射させた場合、光軸ＡＸに向かう方向の回折光Ｌ１２の成分を多くすることができる。そこで、個々の輪帯領域（例えば、７１ａ）の幅（例えば、Ｐ７１ａ）を調整すれば、回折光Ｌ１２を特定の点Ｆ１２に収束させることができる。さらに、特定の波長に対して、格子溝の深さＤ７１を調整すれば、０次光、並びに、＋２次光及び−２次光より高次の回折光成分をほぼ零にすることができ、＋１次光及び−１次光成分だけが存在するようにすることができる。このように輪帯領域（例えば、７１ａ）の幅（例えば、Ｐ７１ａ）と格子溝の深さＤが特定の数値に最適化されると、回折光学素子７１は、収束点Ｆ１２に集光させることができるような凸レンズと同じ機能を有することができる。

図８は、階段状の溝を有する回折光学素子の一例を示す断面図である。図８に示される回折光学素子７２は、光軸ＡＸを中心に、輪帯状に階段状の格子溝が形成されており、個々の輪帯領域（例えば、７２ａ）においては、格子溝の底部７２ｂが格子溝の上部７２ｃよりも内周側となるように形成されている。さらに、個々の輪帯領域（例えば、７２ａ）は内周側に向かうにつれて、その幅（例えば、Ｐ７２ａ）が狭くなるように形成されている。このような回折光学素子７１に平行なレーザ光Ｌ２１を入射させた場合、光軸ＡＸに向かう方向の回折光Ｌ２２の成分を多くすることができる。そこで、個々の輪帯領域（例えば、７２ａ）の幅（例えば、Ｐ７２ａ）を調整すれば、回折光Ｌ２２は仮想の特定の点Ｆ２２から発散したようにさせることができる。さらに、特定の波長に対して、格子溝の深さＤ７２を調整すれば、０次光、並びに、＋２次光及び−２次光より高次の回折光成分をほぼ零にすることができ、＋１次光及び−１次光成分だけが存在するようにすることができる。このように輪帯領域（例えば、７２ａ）の幅（例えば、Ｐ７２ａ）と格子溝の深さＤが特定の数値に最適化されると、回折光学素子７２は、点Ｆ２２から発散することができるような凹レンズと同じ機能を有することができる。

実施の形態１における回折光学素子４２は、回折領域４２１及び４２３において、図７に示される構造と同様の構造を有し、回折領域４２２及び４２４において、図８に示される構造と同様の構造を有している。

実施の形態１の光ピックアップ装置においては、出射されたレーザ光（Ｌ１又はＬ２又はＬ３）は、ビームスプリッタ２１を透過し、コリメータレンズ２２によって平行光に変換され、対物レンズ２３によって光ディスク３１上に光スポットを形成し、情報の記録又は再生が行われる。光ディスク３１で反射されたレーザ光（Ｒ１又はＲ２又はＲ３）は、対物レンズ８とコリメータレンズ２２を順に経てビームスプリッタ２１で反射して、シリンドリカルレンズ４１を透過する。シリンドリカルレンズ４１は、周知の非点収差法による焦点誤差検出方式において、レーザ光に非点収差を付加する作用を有している。非点収差が付加されたレーザ光は回折光学素子４２に入射する。回折光学素子４２は、回折作用を付加するか、又は回折作用を付加せずにそのまま透過させるか、といういずれかの作用をレーザ光に付加する機能を有する。回折光学素子４２を出射したレーザ光は光検知器４３によって受光される。光検知器４３では、光ディスク１１の再生信号のみならず、焦点制御に必要な信号、及びトラッキング制御に必要な信号が検出される。

図９は、光ディスクの各規格の仕様を示す表である。図９は、光ディスクの各規格における、中心波長、対物レンズの開口数、上記中心波長と開口数から算出される焦点深度を示しており、さらに、ＣＤ規格での焦点深度を基準にして、他の規格での焦点深度の比率である焦点深度比を示している。図９に示されるように、ＤＶＤ（赤色レーザ光を使用するので「赤色ＤＶＤ」とも言う。）規格の焦点深度はＣＤ規格のそれの約半分であり、また、青色レーザ光ディスク規格の焦点深度はＤＶＤ規格の焦点深度の約半分以下である。最も高密度なＢｌｕ−ｒａｙ規格の焦点深度は、最も低密度なＣＤ規格の焦点深度の約１／７となっており、このような関係のために、全ての規格に対して同時に満足するような焦点誤差信号のリニア範囲を設定することが非常に困難である。

上記のような事情においては、光ディスクの各規格に対して、個別に検出光学系を構築して、最適な焦点誤差信号の検出やリニア範囲の設定を行うことで、性能面に関しては最良の形態を実現することが可能となる。しかしながら、検出光学系を単一にすることができず複雑化し、このために高価となるなど、製造面やコスト面では不利な面も生じてしまう。したがって、性能面、製造面、コスト面の全てを勘案した場合の最良の形態とは、単一の検出光学系で、高密度な青色レーザ光ディスク規格と最も低密度なＣＤ規格の焦点制御を両立できることである。

図１０は、実施の形態１の光ピックアップ装置における光ディスクの各規格の焦点深度比率と、焦点誤差信号のリニア範囲の設計方針を示す表である。具体的には、高密度な青色レーザ光ディスク規格と最も低密度なＣＤ規格の焦点制御を両立するために、いずれか一方の規格のリニア範囲を他の規格とは異ならせることである。この方針には２つの選択肢がある。設計方針１は、青色レーザ光ディスク規格には単独のリニア範囲を設定し、ＤＶＤ規格とＣＤ規格のリニア範囲は共通とするものである。また、設計方針２は、ＣＤ規格に単独のリニア範囲を設定し、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格とＨＤ−ＤＶＤ規格のリニア範囲は共通とするものである。

次に、図１０の設計方針１の場合を説明する。図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１の光ピックアップ装置（設計方針１）に関し、図１１（Ａ）は、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格の場合の光路及び焦点誤差信号を示す図であり、図１１（Ｂ）は、青色レーザ光ディスク規格の場合の光路及び焦点誤差信号を示す図である。なお、図１１（Ａ）及び（Ｂ）の焦点誤差信号の波形において、横方向は焦点ずれ量を示し、縦方向は焦点ずれ検出信号の振幅を示す。図１１（Ａ）及び（Ｂ）とも、光軸ＡＸより上側には、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向（図３の矢印Ａ方向）の動作を示し、光軸ＡＸより下側には、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用の無い方向（図３の矢印Ａと直交する方向）の動作を示している。シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向の後方には、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４が配置され、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用の無い方向の後方には、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３が配置されている。

図１１（Ａ）において、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向に入射した波長０．６５μｍ又は０．７８μｍのレーザ光３１は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けて屈折した後、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４に入射する。回折光学素子４２は、波長０．６５μｍと０．７８μｍに対しては、０次光のみが発生するように、その格子溝の深さが最適化されている。したがって、レーザ光Ｌ３１は回折光学素子４２による回折作用を受けずに透過し、点ＦＬ３１で光軸ＡＸに収束する。一方、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用が無い方向に入射した波長０．６５μｍ又は０．７８μｍのレーザ光３２は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けずに透過し、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３に入射する。回折光学素子４２は、波長０．６５μｍと０．７８μｍに対しては、０次光のみが発生するように、その格子溝の深さが最適化されているので、レーザ光Ｌ３１は回折光学素子４２による回折作用を受けずに透過し、点ＦＬ３２で光軸ＡＸに収束する。ここで、点ＦＬ３１と点ＦＬ３２の間の距離Ｚ１が焦点誤差信号のリニア範囲に相当し、波形Ｅ３３のようにＬＺ１のリニア範囲を有した焦点誤差信号が得られる。

同様に、図１１（Ｂ）において、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向に入射した波長０．４０５μｍのレーザ光３４は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けて屈折した後、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４に入射する。回折光学素子４２は、波長０．４０５μｍに対しては、−１次光のみが発生するように、その格子溝の深さと階段形状の方向が最適化されている。したがって、レーザ光Ｌ３４は回折光学素子４２による回折作用を受けて回折し、点ＦＬ３１より遠方の点ＦＬ３４で光軸ＡＸに収束する。一方、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用が無い方向に入射した波長０．４０５μｍのレーザ光Ｌ３５は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けずに透過し、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３に入射する。回折光学素子４２は、波長０．４０５μｍに対しては、−１次光のみが発生するように、その格子溝の深さと階段形状の方向が最適化されているので、レーザ光Ｌ３５は回折光学素子４２による回折作用を受けて回折し、点ＦＬ３２より前方の点ＦＬ３５で光軸ＡＸに収束する。ここで、点ＦＬ３４と点ＦＬ３５の距離Ｚ２が焦点誤差信号のリニア範囲に相当し、波形Ｅ３６のようにＬＺ２のリニア範囲を有した焦点誤差信号が得られる。

上述した動作により、Ｚ１＞Ｚ２、すなわち、ＬＺ１＞ＬＺ２の関係が得られるので、単一の検出光学系を用いて、波長０．４０５μｍの青色レーザ光ディスク規格に単独のリニア範囲ＬＺ２を設定することができ、しかもＤＶＤ規格とＣＤ規格のリニア範囲ＬＺ１を共通とすることができる。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１の光ピックアップ装置（設計方針１）に関し、図１２（Ａ）は、波長０．４０５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、図１２（Ｂ）は、波長０．６５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、図１２（Ｃ）は、波長０．７８μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示す。回折効率の計算条件として、回折光学素子４２の部材とアクリルとして、各波長における屈折率を使用した。Ｇ１部で示すように、格子溝深さを約１９．８μｍに着目する。そうすると、波長０．４０５μｍでは、−１次光のみが発生し、波長０．６５μｍと０．７８μｍでは、ほとんど０次光のみが発生するために、図１１で説明した動作を実現できる所望の回折光学素子を得ることができる。なお、上記格子溝の段数や深さの数値は１つの設計例であって、上記数値に限られるものではなく、他の数値であってもよい。

さらに、上述の説明では、リニア範囲の設定に関して、図１０の設計方針１に基づいたが、図１０の設計方針２に基づいてもよい。

図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１の光ピックアップ装置（設計方針２）に関し、図１３（Ａ）は、青色レーザ光ディスク規格及びＤＶＤ規格の場合の光路及び焦点誤差信号を示す図であり、図１３（Ｂ）は、ＣＤ規格の場合の光路及び焦点誤差信号を示す図である。なお、図１３（Ａ）及び（Ｂ）の焦点誤差信号の波形において、横方向は焦点ずれ量を示し、縦方向は焦点ずれ検出信号の振幅を示す。図１３（Ａ）及び（Ｂ）とも、光軸ＡＸより上側には、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向（図３の矢印Ａ方向）の動作を示し、光軸ＡＸより下側には、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用の無い方向（図３の矢印Ａと直交する方向）の動作を示している。シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向の後方には、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４が配置され、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用の無い方向の後方には、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３が配置されている。

図１３（Ａ）において、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向に入射した波長０．４０５μｍ又は０．６５μｍのレーザ光Ｌ３７は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けて屈折した後、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４に入射する。回折光学素子４２は、波長０．４０５μｍ又は０．６５μｍに対しては、０次光のみが発生するように、その格子溝の深さが最適化されている。したがって、レーザ光Ｌ３７は回折光学素子４２による回折作用を受けずに透過し、点ＦＬ３７で光軸ＡＸに収束する。一方、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用が無い方向に入射した波長０．４０５μｍ又は０．６５μｍのレーザ光３２は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けずに透過し、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３に入射する。回折光学素子４２は、波長０．４０５μｍ又は０．６５μｍに対しては、０次光のみが発生するように、その格子溝の深さが最適化されているので、レーザ光Ｌ３７は回折光学素子４２による回折作用を受けずに透過し、点ＦＬ３２で光軸ＡＸに収束する。ここで点ＦＬ３１と点ＦＬ３２の間の距離Ｚ１が焦点誤差信号のリニア範囲に相当し、波形Ｅ３３のようにＬＺ１のリニア範囲を有した焦点誤差信号が得られる。

同様に、図１３（Ｂ）において、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向に入射した波長０．７８μｍのレーザ光Ｌ４０は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けて屈折した後、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４に入射する。回折光学素子４２は、波長０．７８μｍに対しては、−１次光のみが発生するように、その格子溝の深さと階段形状の方向が最適化されている。したがって、レーザ光Ｌ４０は回折光学素子４２による回折作用を受けて回折し、点ＦＬ３１より遠方の点ＦＬ４０で光軸ＡＸに収束する。一方、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用が無い方向に入射した波長０．７８μｍのレーザ光Ｌ４０は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けずに透過し、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３に入射する。回折光学素子４２は、波長０．７８μｍに対しては、−１次光のみが発生するように、その格子溝の深さと階段形状の方向が最適化されているので、レーザ光Ｌ４１は回折光学素子４２による回折作用を受けて回折し、点ＦＬ３２より前方の点ＦＬ４１で光軸ＡＸに収束する。ここで、点ＦＬ４０と点ＦＬ４１の距離Ｚ４が焦点誤差信号のリニア範囲に相当し、波形Ｅ４０のようにＬＺ４のリニア範囲を有した焦点誤差信号が得られる。

上述した動作により、Ｚ３＜Ｚ４、すなわち、ＬＺ３＜ＬＺ４の関係が得られるので、単一の検出光学系を用いて、波長０．７８μｍのＣＤ規格に単独のリニア範囲ＬＺ４を設定することができ、しかも青色レーザ光ディスク規格とＤＶＤ規格のリニア範囲ＬＺ３を共通とすることができる。

図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１の光ピックアップ装置（設計方針１）に関し、図１４（Ａ）は、波長０．４０５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、図１４（Ｂ）は、波長０．６５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、図１４（Ｃ）は、波長０．７８μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示す。回折効率の計算条件として、回折光学素子４２の部材とアクリルとして、各波長における屈折率を使用した。Ｇ１部で示すように、格子溝深さを約１９．８μｍに着目する。波長０．４０５μｍと波長０．６５μｍでは、ほとんど０次光のみが発生し、０．７８μｍでは、−１次光のみが発生するために、図１３で説明した動作を実現できる所望の回折光学素子を得ることができる。なお、上記格子溝の段数や深さの数値は１つの設計例であって、上記数値に限られるものではなく、他の数値であってもよい。

実施の形態１の回折光学素子４２によれば、３種類のレーザ光のうちの波長の近い２種類のレーザ光のそれぞれから生成される回折光については０次光を最大成分とし、残りの１種類のレーザから生成される回折光については＋１次光若しくは−１次光を最大成分とすることができる。したがって、実施の形態１の回折光学素子を用いれば、３種類のレーザ光のうちの波長の近い２種類のレーザ光については０次光を使用し、残りの１種類のレーザ光については＋１次光若しくは−１次光を使用することが可能になる。

また、実施の形態１の光ピックアップ装置によれば、回折光学素子４２を用いることによって、光ディスク３１の種類に応じた３種類のレーザ光のうちの波長の近い２種類のレーザ光については０次光を光検知器に入射させ、残りの１種類のレーザ光については＋１次光若しくは−１次光を同じ光検知器に入射させることが可能になる。このため、実施の形態１の光ピックアップ装置によれば、光ディスクの種類に応じた３種類のレーザ光の回折光を単一の光検知器に効率良く入射させることができ、この光検知器の検出信号に基づいて適切な焦点制御を行うことができる。また、単一の光検知器としたことによって、光ピックアップ装置の構成の簡素化、及び、光ピックアップ装置の低価格化を実現することができる。

なお、回折光学素子４２として、階段状の格子溝を備えた例を説明したが、一様な斜面で形成したブレーズ型の回折格子溝を備えた素子を用いてもよい。

また、実施の形態１のシリンドリカルレンズ４１を一様な凸面又は凹面を有する形状のものとしたが、平板状のフレネルレンズとして構成してもよい。

さらに、実施の形態１の検出光学系４０においては、シリンドリカルレンズ４１と回折光学素子４２をそれぞれ個別の素子としたが、例えば、シリンドリカルレンズ４１の平面側に回折光学素子４２を形成して、一体の素子として構成してもよい。上述のように、シリンドリカルレンズ４１を平板状のフレネルレンズとすると、回折光学素子４２との一体化がさらに容易に行うことができる。

さらにまた、実施の形態１の検出光学系４０においては、シリンドリカルレンズ４１と回折光学素子４２をそれぞれ個別の素子としたが、１つの面に、シリンドリカルレンズ４１の機能と回折光学素子４２の機能を統合し、ホログラムとして構成してもよい。

また、実施の形態１の検出光学系４０においては、焦点誤差検出方式として周知の非点収差法を実施の例としたが、特定の波長のみを回折させる回折光学素子を用いることで、焦点誤差信号のリニア範囲を、回折させない波長のリニア範囲と異ならせることが可能な焦点誤差検出方式であれば、非点収差法及び検出光学系４０の構成に限定されるものではない。

実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２に係る光ピックアップ装置に適用可能な他の半導体レーザ１０ａを示す正面図である。図２には、放熱部材１６上に、３つのレーザ発振領域１１，１２，１３を１列に並べた半導体レーザ１０を例示したが、図１５に示されるように、放熱部材１６上に、第１の半導体レーザ素子１４ａと第２の半導体レーザ素子１５ａとを積層する形態を採用してもよい。ただし、第２の半導体レーザ素子１５ａがレーザ発振領域を２つ備えた場合を例示したが、本発明はこのような形態に限定されず、半導体レーザ素子は３個であってもよい。なお、実施の形態２の光ピックアップ装置は、上記以外の点を除いて、上記実施の形態１の光ピックアップ装置と同じである。

さらに、実施の形態１の光ピックアップ装置は、検出光学系４０から出力される検出信号に基づいて対物レンズ２３のフォーカス制御及びトラッキング制御を行うための検出回路５０を有している。検出回路５０は、検出光学系４０から出力される検出信号に基づいて焦点ずれ検出信号を生成する焦点ずれ検出回路５１と、検出光学系４０から出力される検出信号に基づいてトラッキング誤差検出信号を生成するトラッキング誤差検出回路５３とを有している。また、光ピックアップ装置を搭載した光ディスク記録再生装置には、焦点ずれ検出回路５１で生成された焦点ずれ検出信号に基づいてサーボ機構２４にフォーカスサーボ動作を行わせるフォーカスサーボ回路５２と、トラッキング誤差検出回路５３で生成されたトラッキング誤差検出信号に基づいてサーボ機構２４にトラッキングサーボ動作を行わせるトラッキングサーボ回路５４とが備えられている。

図８は、階段状の溝を有する回折光学素子の一例を示す断面図である。図８に示される回折光学素子７２は、光軸ＡＸを中心に、輪帯状に階段状の格子溝が形成されており、個々の輪帯領域（例えば、７２ａ）においては、格子溝の底部７２ｂが格子溝の上部７２ｃよりも内周側となるように形成されている。さらに、個々の輪帯領域（例えば、７２ａ）は内周側に向かうにつれて、その幅（例えば、Ｐ７２ａ）が狭くなるように形成されている。このような回折光学素子７２に平行なレーザ光Ｌ２１を入射させた場合、光軸ＡＸに向かう方向の回折光Ｌ２２の成分を多くすることができる。そこで、個々の輪帯領域（例えば、７２ａ）の幅（例えば、Ｐ７２ａ）を調整すれば、回折光Ｌ２２は仮想の特定の点Ｆ２２から発散したようにさせることができる。さらに、特定の波長に対して、格子溝の深さＤ７２を調整すれば、０次光、並びに、＋２次光及び−２次光より高次の回折光成分をほぼ零にすることができ、＋１次光及び−１次光成分だけが存在するようにすることができる。このように輪帯領域（例えば、７２ａ）の幅（例えば、Ｐ７２ａ）と格子溝の深さＤが特定の数値に最適化されると、回折光学素子７２は、点Ｆ２２から発散することができるような凹レンズと同じ機能を有することができる。

実施の形態１の光ピックアップ装置においては、出射されたレーザ光（Ｌ１又はＬ２又はＬ３）は、ビームスプリッタ２１を透過し、コリメータレンズ２２によって平行光に変換され、対物レンズ２３によって光ディスク３１上に光スポットを形成し、情報の記録又は再生が行われる。光ディスク３１で反射されたレーザ光（Ｒ１又はＲ２又はＲ３）は、対物レンズ８とコリメータレンズ２２を順に経てビームスプリッタ２１で反射して、シリンドリカルレンズ４１を透過する。シリンドリカルレンズ４１は、周知の非点収差法による焦点誤差検出方式において、レーザ光に非点収差を付加する作用を有している。非点収差が付加されたレーザ光は回折光学素子４２に入射する。回折光学素子４２は、回折作用を付加するか、又は回折作用を付加せずにそのまま透過させるか、といういずれかの作用をレーザ光に付加する機能を有する。回折光学素子４２を出射したレーザ光は光検知器４３によって受光される。光検知器４３では、光ディスク３１の再生信号のみならず、焦点制御に必要な信号、及びトラッキング制御に必要な信号が検出される。

図１１（Ａ）において、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向に入射した波長０．６５μｍ又は０．７８μｍのレーザ光Ｌ３１は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けて屈折した後、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４に入射する。回折光学素子４２は、波長０．６５μｍと０．７８μｍに対しては、０次光のみが発生するように、その格子溝の深さが最適化されている。したがって、レーザ光Ｌ３１は回折光学素子４２による回折作用を受けずに透過し、点ＦＬ３１で光軸ＡＸに収束する。一方、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用が無い方向に入射した波長０．６５μｍ又は０．７８μｍのレーザ光３２は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けずに透過し、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３に入射する。回折光学素子４２は、波長０．６５μｍと０．７８μｍに対しては、０次光のみが発生するように、その格子溝の深さが最適化されているので、レーザ光Ｌ３２は回折光学素子４２による回折作用を受けずに透過し、点ＦＬ３２で光軸ＡＸに収束する。ここで、点ＦＬ３１と点ＦＬ３２の間の距離Ｚ１が焦点誤差信号のリニア範囲に相当し、波形Ｅ３３のようにＬＺ１のリニア範囲を有した焦点誤差信号が得られる。

同様に、図１１（Ｂ）において、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向に入射した波長０．４０５μｍのレーザ光Ｌ３４は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けて屈折した後、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４に入射する。回折光学素子４２は、波長０．４０５μｍに対しては、−１次光のみが発生するように、その格子溝の深さと階段形状の方向が最適化されている。したがって、レーザ光Ｌ３４は回折光学素子４２による回折作用を受けて回折し、点ＦＬ３１より遠方の点ＦＬ３４で光軸ＡＸに収束する。一方、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用が無い方向に入射した波長０．４０５μｍのレーザ光Ｌ３５は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けずに透過し、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３に入射する。回折光学素子４２は、波長０．４０５μｍに対しては、−１次光のみが発生するように、その格子溝の深さと階段形状の方向が最適化されているので、レーザ光Ｌ３５は回折光学素子４２による回折作用を受けて回折し、点ＦＬ３２より前方の点ＦＬ３５で光軸ＡＸに収束する。ここで、点ＦＬ３４と点ＦＬ３５の距離Ｚ２が焦点誤差信号のリニア範囲に相当し、波形Ｅ３６のようにＬＺ２のリニア範囲を有した焦点誤差信号が得られる。

図１３（Ａ）において、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向に入射した波長０．４０５μｍ又は０．６５μｍのレーザ光Ｌ３７は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けて屈折した後、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４に入射する。回折光学素子４２は、波長０．４０５μｍ又は０．６５μｍに対しては、０次光のみが発生するように、その格子溝の深さが最適化されている。したがって、レーザ光Ｌ３７は回折光学素子４２による回折作用を受けずに透過し、点ＦＬ３７で光軸ＡＸに収束する。一方、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用が無い方向に入射した波長０．４０５μｍ又は０．６５μｍのレーザ光Ｌ３８は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けずに透過し、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３に入射する。回折光学素子４２は、波長０．４０５μｍ又は０．６５μｍに対しては、０次光のみが発生するように、その格子溝の深さが最適化されているので、レーザ光Ｌ３８は回折光学素子４２による回折作用を受けずに透過し、点ＦＬ３８で光軸ＡＸに収束する。ここで点ＦＬ３７と点ＦＬ３８の間の距離Ｚ３が焦点誤差信号のリニア範囲に相当し、波形Ｅ３９のようにＬＺ３のリニア範囲を有した焦点誤差信号が得られる。

同様に、図１３（Ｂ）において、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を有する方向に入射した波長０．７８μｍのレーザ光Ｌ４０は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けて屈折した後、回折光学素子４２の回折領域４２２と４２４に入射する。回折光学素子４２は、波長０．７８μｍに対しては、−１次光のみが発生するように、その格子溝の深さと階段形状の方向が最適化されている。したがって、レーザ光Ｌ４０は回折光学素子４２による回折作用を受けて回折し、点ＦＬ３７より遠方の点ＦＬ４０で光軸ＡＸに収束する。一方、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用が無い方向に入射した波長０．７８μｍのレーザ光Ｌ４０は、シリンドリカルレンズ４１のレンズ作用を受けずに透過し、回折光学素子４２の回折領域４２１と４２３に入射する。回折光学素子４２は、波長０．７８μｍに対しては、−１次光のみが発生するように、その格子溝の深さと階段形状の方向が最適化されているので、レーザ光Ｌ４１は回折光学素子４２による回折作用を受けて回折し、点ＦＬ３８より前方の点ＦＬ４１で光軸ＡＸに収束する。ここで、点ＦＬ４０と点ＦＬ４１の距離Ｚ４が焦点誤差信号のリニア範囲に相当し、波形Ｅ４０のようにＬＺ４のリニア範囲を有した焦点誤差信号が得られる。

図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１の光ピックアップ装置（設計方針２）に関し、図１４（Ａ）は、波長０．４０５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、図１４（Ｂ）は、波長０．６５μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示し、図１４（Ｃ）は、波長０．７８μｍのレーザ光についての０次光、＋１次光、及び−１次光のそれぞれ回折効率を示す。回折効率の計算条件として、回折光学素子４２の部材とアクリルとして、各波長における屈折率を使用した。Ｇ１部で示すように、格子溝深さを約１９．８μｍに着目する。波長０．４０５μｍと波長０．６５μｍでは、ほとんど０次光のみが発生し、０．７８μｍでは、−１次光のみが発生するために、図１３で説明した動作を実現できる所望の回折光学素子を得ることができる。なお、上記格子溝の段数や深さの数値は１つの設計例であって、上記数値に限られるものではなく、他の数値であってもよい。

Claims (12)

1. 第１の波長を中心波長とする第１のレーザ光が入射されたときに前記第１のレーザ光の回折光である第１の回折光を出射し、前記第１の波長より長い第２の波長を中心波長とする第２のレーザ光が入射されたときに前記第２のレーザ光の回折光である第２の回折光を出射し、前記第２の波長より長い第３の波長を中心波長とする第３のレーザ光が入射されたときに前記第３のレーザ光の回折光である第３の回折光を出射する光学手段を有し、
   前記光学手段は、前記第１の回折光及び前記第２の回折光のそれぞれは０次光が最大成分となり且つ前記第３の回折光は＋１次光若しくは−１次光が最大成分となるように構成された手段、又は、前記第２の回折光及び前記第３の回折光のそれぞれは０次光が最大成分となり且つ前記第１の回折光は＋１次光若しくは−１次光が最大成分となるように構成された手段である
   ことを特徴とする回折光学素子。
2. 前記第１のレーザ光は、青色レーザ光であり、
   前記第２のレーザ光は、赤色レーザ光であり、
   前記第３のレーザ光は、赤外レーザ光である
   ことを特徴とする請求の範囲１に記載の回折光学素子。
3. 前記第１の波長は、０．４０５μｍであり、
   前記第２の波長は、０．６５μｍであり、
   前記第３の波長は、０．７８μｍである
   ことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の回折光学素子。
4. 前記光学手段は、
   レーザ光が入射され回折光を出射する第１の回折領域と、
   前記第１の回折領域とは異なる領域であり、レーザ光が入射され回折光を出射する第２の回折領域とを有し、
   前記第１の回折領域及び前記第２の回折領域は、レーザ光が前記第１の回折領域に入射されたときに前記第１の回折領域から出射される＋１次光の進行方向と、同じレーザ光が前記第２の回折領域に入射されたときに前記第２の回折領域から出射される＋１次光の進行方向とが異なり、レーザ光が前記第１の回折領域に入射されたときに前記第１の回折領域から出射される−１次光の進行方向と、同じレーザ光が前記第２の回折領域に入射されたときに前記第２の回折領域から出射される−１次光の進行方向とが異なるように構成された
   ことを特徴とする請求の範囲１乃至３のいずれか１項に記載の回折光学素子。
5. 前記光学手段は、前記光学手段の光軸に交差する２本の直線によって、４つの回折領域に分割され、
   前記４つの回折領域の内の前記光軸を中心として対称な位置に配置された２つの回折領域は、前記第１の回折領域であり、
   前記４つの回折領域の内の他の２つの回折領域は、前記第２の回折領域である
   ことを特徴とする請求の範囲４に記載の回折光学素子。
6. 前記光学手段は、階段状の回折格子溝を複数備えた光学部材を有することを特徴とする請求の範囲１乃至５のいずれか１項に記載の回折光学素子。
7. 前記光学手段は、ブレーズ状の回折格子溝を複数備えた光学部材を有することを特徴とする請求の範囲１乃至５のいずれか１項に記載の回折光学素子。
8. 前記回折格子溝は、前記光学手段の光軸を中心とした輪帯状であることを特徴とする請求の範囲６又は７に記載の回折光学素子。
9. 前記光学手段の光軸から離れるほど前記回折格子溝の幅を狭くするように構成したことを特徴とする請求の範囲６乃至８のいずれか１項に記載の回折光学素子。
10. 前記回折格子溝の幅と深さは、前記第１の回折光及び前記第２の回折光のそれぞれは０次光が最大成分となり且つ前記第３の回折光は＋１次光若しくは−１次光が最大成分となるように、又は、前記第２の回折光及び前記第３の回折光のそれぞれは０次光が最大成分となり且つ前記第１の回折光は＋１次光若しくは−１次光が最大成分となるように、設定されることを特徴とする請求の範囲６乃至９のいずれか１項に記載の回折光学素子。
11. 第１の波長を中心波長とする第１のレーザ光、前記第１の波長より長い第２の波長を中心波長とする第２のレーザ光、及び前記第２の波長より長い第３の波長を中心波長とする第３のレーザ光を発振するレーザ光源と、
    前記第１のレーザ光、前記第２のレーザ光、及び前記第３のレーザ光のいずれかが照射される光ディスクからの反射レーザ光の光路上に配置され、請求の範囲１乃至１０のいずれか１項に記載された回折光学素子と、
    前記回折光学素子から出射される第１の回折光、第２の回折光、及び第３の回折光を検出する単一の光検知器と
    を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
12. 前記第１のレーザ光、前記第２のレーザ光、及び前記第３のレーザ光を光ディスクに集光させる対物レンズと、
    前記対物レンズの位置を変化させるサーボ機構と、
    前記光検出器の出力に基づいて焦点ずれ検出信号を生成する焦点ずれ検出回路と
    をさらに有することを特徴とする請求の範囲１１に記載の光ピックアップ装置。

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