JPWO2011018923A1 - 回折素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

小型化を図りコストを抑えつつも、異なる３種類の光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置に用いる回折素子を提供するために、第１の光束は回折し、かつ、前記第２の光束、及び、前記第３の光束は透過する回折溝を有する回折素子を用い、波長λ２の光束と波長λ３の光束を入射させた場合には、回折素子を素通りさせ、波長λ１の光束を回折素子に入射させた場合には、回折角θが与えられるように構成する。これにより、波長λ１の光束については、回折素子と光検出器との相対距離に応じて、受光位置を変化させることができ、波長λ１の光束の受光位置を独立して適切な位置とすることができる。

Description

本発明は、異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生（記録／再生）を行える光ピックアップ装置に用いると好適な回折素子及び該回折素子を有する光ピックアップ装置に関する。

近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行う高密度光ディスクシステムが知られている。このような高密度光ディスクシステムの一例であるＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２５ＧＢの情報の記録が可能である。

ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダ（光情報記録再生装置）の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。

高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。

従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物光学素子をなるべく共通化することが光ピックアップ装置の構成の小型化・低コスト化に最も有利となる。

特許文献１、２には、小型化・低コスト化を図るため、互いに異なる３つの波長の光束を出射できる半導体レーザを１パッケージに収容した光源及び共通の光検出器を用いて、高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置が記載されている。

特開２００５−３２７４０３号公報 特開２００６−９９９４１号公報 特開２００６−２６９９８７号公報 特開２００４−３１９９１５号公報

ところで、３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源の場合、各発光部が光軸直交方向にずれるため、単一の光検出器を用いてスポット検出を行う場合、発光部のズレ量に応じて各光束をシフトさせる必要がある。特許文献１，２においては、回折溝を用いて光束をシフトさせているが、発光点の間隔を既定値に精度良く合わせることが前提となっている。

一方、特許文献３には、３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源が開示されている。特許文献３によれば、４０５ｎｍ前後の光束を出射するいわゆる青紫色半導体レーザは、ＧａＮ基板に形成されるが、６５５ｎｍ前後の光束を出射するいわゆる赤色半導体レーザと、７８５ｎｍ前後の光束を出射するいわゆる赤外半導体レーザとは、ＧａＡｓ基板に形成されている。ここで、同一基板上に異なる半導体レーザを形成する場合（モノリシック構造という）、比較的容易に発光点間隔を精度良く維持することができる。ところが、別基板にそれぞれ半導体レーザを形成すると、同一パッケージに組み付ける際に、互いの発光点の間隔がばらつくことは避けられない（特許文献４の段落［００１０］、［００１１］、［００１２］参照）。しかるに、発光点の間隔が許容誤差を超えると、光検出器の受光面に光束が適切に集光されない恐れがある。これに対し、許容誤差範囲内に発光点の間隔を抑えると、歩留まりが悪化し、コストが増大するという問題がある。

本発明は、上述の問題を考慮したものであり、小型化を図りコストを抑えつつも、異なる３種類の光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置に用いる回折素子を提供することを目的とする。

請求項１に記載の回折素子は、波長λ１の第１光束を出射する第１発光部と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２発光部と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３発光部とを備えた光源と、対物光学系と、光検出器と、前記光源と前記光検出器との間の光路内に配置され、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子とを有し、前記第１発光部からの光束を、前記対物光学系により第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２発光部からの光束を、前記対物光学系により第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３発光部からの光束を、前記対物光学系により第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる回折素子であって、
前記光源は、前記第２発光部と前記第３発光部は同一のチップ上に形成され、前記第１発光部は、前記第２発光部及び前記第３発光部とは異なるチップ上に形成されており、
前記回折素子は、前記第１の光束は回折し、かつ、前記第２の光束、及び、前記第３の光束は透過する回折溝を有することを特徴とする。

本発明の原理を、図１を参照して説明する。本発明の回折素子に、波長λ２の光束と波長λ３の光束を入射させた場合、回折素子から出射する回折光は同一次数（０次）であるため素通りする。これに対しｍ次光の波長λ１の光束を回折素子に入射させた場合、波長λ２の光束及び波長λ３の光束とは異なり回折角θが与えられ、波長λ２の光束及び波長λ３の光束とは異なる方向に出射されることとなる。ここで、回折素子ＤＥが図示実線で示す位置にあった場合、光検出器の受光面上においては、波長λ２の光束及び波長λ３の光束の受光位置Ｐ２，Ｐ３は適切であるが、波長λ１の光束の受光位置Ｐ１は不適切であったものとする。かかる場合、回折素子ＤＥを光ピックアップ装置の光軸方向の図示一点鎖線で示す位置に変えると、波長λ２の光束及び波長λ３の光束は素通りするので、光検出器の受光位置Ｐ２，Ｐ３は不変であるのに対し、波長λ１の光束については、回折素子ＤＥと光検出器との相対距離に応じて、受光位置がＰ１からＰ１’へと変化する。これにより、波長λ１の光束の受光位置を独立して適切な位置とすることができるのである。尚、光ピックアップ装置の組み立て時に回折素子の光軸方向位置を調整し、組み立て後に固定してもよいし、回折素子を光軸方向に移動可能とし適時調整可能としてもよい。

請求項２に記載の回折素子は、請求項１に記載の発明において、以下の式（１）〜（３）、
３９５（ｎｍ）≦λ１≦４１５（ｎｍ） （１）
６３０（ｎｍ）≦λ２≦７００（ｎｍ） （２）
７５０（ｎｍ）≦λ３≦８５０（ｎｍ） （３）
を満たすことを特徴とする。

請求項３に記載の回折素子は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１の光束が入射した場合には、ｍ次（ｍ＝＋１又は−１）回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなり、前記第２の光束が入射した場合には、０次回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなり、前記第３の光束が入射した場合には、０次回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなる回折溝を有することを特徴とする。

請求項４に記載の回折素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する３つ以上の段差面と、前記段差面と交差する３つ以上のテラス面とを有すると共に、隣接する前記テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなるステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって、ステップ周期構造を形成してなり、且つ以下の式（４）〜（６）、
０．８≦｜ΣΦ１ｊ｜≦１．２ （４）
０ ≦｜ΣΦ２ｊ｜≦０．３ （５）
０ ≦｜ΣΦ３ｊ｜≦０．３ （６）
を満たすことを特徴とする。
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝（ｄｊ／λｉ）×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。

式（４）〜（６）を満たすようにすれば、一ステップ単位内の全ての段差量に応じて発生する各光束の位相差を足したとき、その絶対値がそれぞれ、第１光束で略１、第２光束で略０、第３光束で略０になるように各段差量を設定することによって、ｍ＝±１、ｎ＝０を実現することができる。

請求項５に記載の回折素子は、請求項４に記載の発明において、前記第１段差量ｄ１から前記第ｊ段差量ｄｊのうち、その絶対値が最も大きい段差量を第ｋ段差量としたとき、更に以下の式（７）、
１．０≦｜Σφ１ｊ｜／（ｊ−１）≦２．５ （７）
但し、
Σφ１ｊ＝Φ１１＋Φ１２＋・・・＋Φ１ｊ−１＋Φ１ｊ（ｊ＝ｋは除く）
を満たすことを特徴とする。

最も大きい段差量（第ｋ段差量）を除く、一ステップ単位内の全ての段差量に応じて発生するφの平均値を小さくすることができ、回折溝における波長依存性を改善することができる。

請求項６に記載の回折素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する３つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する３つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなり、且つ以下の式（８）〜（１０）、
０．８≦｜ΣΦ１ｊ｜≦１．２ （８）
０ ≦｜ΣΦ２ｊ｜≦０．３ （９）
０ ≦｜ΣΦ３ｊ｜≦０．３ （１０）
を満たすことを特徴とする。
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、重畳構造におけるテラス面と段差面とからなる一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝（ｄｊ／λｉ）×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。

請求項７に記載の回折素子は、請求項３に記載の発明において、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する複数の段差面と、前記段差面と交差する複数のテラス面とを有し、前記光ピックアップ装置の光軸直交方向において、前記段差面が一方の方向を向いたときを正、他方の方向を向いたときを負としたときに、前記段差面は、前記光軸直交方向に沿って正、負、正、負、または、負、正、負、正の順に配列されていることを特徴とする。

請求項８に記載の回折素子は、請求項７に記載の発明において、隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっており、前記回折素子全体の前記段差面の半分以上が、以下の式（１１）、
０．２≦｜Φｉｊ｜≦０．３ （１１）
を満たす段差量を有することを特徴とする。

先述したように、ステップ周期構造においては、０．８≦｜ΣΦ１ｊ｜≦１．２を満たすことが好ましい。ステップ周期構造の好ましい例として、４ステップの階段構造が挙げられる。特に４ステップの階段構造から更にシフトしてなる構造（例えば、図２（ｅ）のような構造）が好ましいステップ周期構造の一例として挙げられる。このような４ステップの構造においては、半分以上の段差面の段差量における｜Φｉｊ｜が、０．８／４＝０．２以上、１．２／４＝０．３以下を満たすことが好ましい。式（１１）は、このようにして導き出された。

請求項９に記載の回折素子は、請求項７に記載の発明において、隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さは異なっており、前記段差面の全てが、以下の式（１２）、
０．１２５≦｜Φｉｊ｜＜０．３７５ （１２）
を満たす段差量を有することを特徴とする。

また、ステップ周期構造においては、０．５≦｜ΣΦ１ｊ｜＜１．５を満たしさえすれば、波長λ１の第１光束において、１次回折光又は−１次回折光を他の次数の回折光に比して最も多く発生させることができる。ステップ周期構造の好ましい例として、先述したように、４ステップの階段構造が挙げられる。特に４ステップの階段構造から更にシフトしてなる構造（例えば、図２（ｅ）のような構造）が好ましいステップ周期構造の一例として挙げられる。このような４ステップの構造においては、全ての段差面の段差量における｜Φｉｊ｜が、０．５／４＝０．１２５以上、１．５／４＝０．３７５未満を満たすことが好ましい。式（１２）は、このようにして導き出された。

請求項１０に記載の回折素子は、請求項３に記載の発明において、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する複数の段差面と、隣接した前記段差面同士を連結し前記光軸直交方向に対して傾いた斜面とからなるブレーズ構造を有し、以下の式（１３）、
０．４≦（ｈ／λ１）×（ｎ１−１）≦０．８ （１３）
但し、
第１波長λ１（μｍ）における回折素子の屈折率：ｎ１
ブレーズ高さ：ｈ（μｍ）
を満たすことを特徴とする。

請求項１１に記載の回折素子は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記回折溝は、平行平板上に形成されていることを特徴とする。

請求項１２に記載のピックアップ装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の回折素子を有することを特徴とする。

本明細書中において、回折溝により回折作用を受けずに透過する光束を０次回折光と呼ぶ。又、本明細書においては、光ピックアップ装置の光学系の光軸を、「光軸」と略する場合もある。

本発明に係る光ピックアップ装置の光源は、第１発光部、第２発光部、第３発光部の少なくとも３つの発光部を有する。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、第１光束を第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有する。また、本発明の光ピックアップ装置は、第１光ディスク、第２光ディスク又は第３光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有する。

第１光ディスクは、厚さがｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。第２光ディスクは厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有する。第３光ディスクは、厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。第１光ディスクがＢＤであり、第２光ディスクがＤＶＤであり、第３光ディスクがＣＤであることが好ましいが、これに限られるものではない。なお、第１光ディスク、第２光ディスク又は第３光ディスクは、複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよい。

本明細書において、ＢＤとは、波長３９０〜４１５ｎｍ程度の光束、ＮＡ０．８〜０．９程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．０５〜０．１２５ｍｍ程度であるＢＤ系列光ディスクの総称であり、単一の情報記録層のみ有するＢＤや、２層以上の情報記録層を有するＢＤ等を含むものである。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５１程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、ＢＤの記録密度が最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。

なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の式（１４）、（１５）、（１６）、
０．０５０ｍｍ ≦ ｔ１ ≦ ０．１２５ｍｍ （１４）
０．５ｍｍ ≦ ｔ２ ≦ ０．７ｍｍ （１５）
１．０ｍｍ ≦ ｔ３ ≦ １．３ｍｍ （１６）
を満たすことが好ましいが、これに限られない。尚、ここで言う、保護基板の厚さとは、光ディスク表面に設けられた保護基板の厚さのことである。即ち、光ディスク表面から、表面に最も近い情報記録面までの保護基板の厚さのことをいう。

本明細書において、第１発光部、第２発光部、第３発光部は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。第１発光部から出射される第１光束の第１波長λ１、第２発光部から出射される第２光束の第２波長λ２（λ２＞λ１）、第３発光部から出射される第３光束の第３波長λ３（λ３＞λ２）は以下の式（１７）、（１８）、
１．５・λ１ ＜ λ２ ＜ １．７・λ１ （１７）
１．８・λ１ ＜ λ３ ＜ ２．０・λ１ （１８）
を満たすことが好ましい。

また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスクとして、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤが用いられる場合、第１発光部の第１波長λ１は好ましくは、３５０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下、より好ましくは、３９５ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、第２発光部の第２波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、７３０ｎｍ以下、より好ましくは、６３０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下であって、第３発光部の第３波長λ３は好ましくは、７３０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７５０ｎｍ以上、８５０ｎｍ以下である。

第１発光部、第２発光部、第３発光部はユニット化された光源となっていると好ましい。ユニット化とは、例えば第１発光部、第２発光部、第３発光部とが１パッケージに固定収納されているようなものをいう。この場合、第１発光部、第２発光部、第３発光部は光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って異なる位置に配置されている。尚、光源において、第２発光部及び第３発光部とは同一チップに形成され、第１発光部はそれとは別なチップに形成されていることが望ましい。このような光源の例が、特開２００４−３１９９１５号公報に開示されている。

受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物レンズを移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は第１、第２、第３発光部のそれぞれに対応した複数（少なくとも３つ以上）の受光部を、光ピックアップ装置の光軸直交方向に異ならせて配置している。

集光光学系は、対物レンズを有する。集光光学系は、対物レンズの他にコリメータ（コリメートレンズと称することもある）等のカップリングレンズを有していることが好ましい。カップリングレンズとは、対物レンズと光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。コリメータは、カップリングレンズの一種で、コリメータに入射した光を平行光にして出射するレンズである。本明細書において、対物レンズとは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。対物レンズは、二つ以上の複数のレンズ及び／又は光学素子から構成されていてもよいし、単玉のレンズのみからなっていてもよいが、好ましくは単玉の凸レンズからなる対物レンズである。また、対物レンズは、ガラスレンズであってもプラスチックレンズであっても、又は、ガラスレンズの上に光硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、又は熱硬化性樹脂などで光路差付与構造を設けたハイブリッドレンズであってもよい。対物レンズが複数のレンズを有する場合は、ガラスレンズとプラスチックレンズを混合して用いてもよい。対物レンズが複数のレンズを有する場合、光路差付与構造を有する平板光学素子と非球面レンズ（光路差付与構造を有していてもいなくてもよい）の組み合わせであってもよい。また、対物レンズは、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物レンズは、光路差付与構造が設けられるベース面が非球面であることが好ましい。

対物レンズとしては、３波長で共用する単一の対物レンズを用いても良いし、２波長で共用する対物レンズと、残りの波長専用の対物レンズとを用いても良い。このような対物レンズは良く知られているので、説明を省略する。

本発明の回折素子は、光源と受光素子の間の光路内であれば任意の位置に配置可能である。本発明の回折素子は、第１の光束が入射した場合には、ｍ次（ｍ≠０）回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなり、第２の光束が入射した場合には、０次回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなり、第３の光束が入射した場合には、０次回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなる回折溝を有する。このとき、ｍ＝±１であることが好ましい。

また、回折素子は、ガラス製又はプラスチック製のいずれであってもよいが、回折素子のｄ線におけるアッベ数νｄが、以下の式（１９）、
５０≦νｄ≦６５ （１９）
を満たすと好ましい。この範囲は光学材料が豊富であり、材料選択の自由度が大きい。

或いは、回折素子のｄ線におけるアッベ数νｄが、以下の式（２０）、
２０≦νｄ≦４０ （２０）
を満たすと好ましい。このような素材を用いることで、第３光束の回折効率を向上させることができる。

回折素子は、異なる材料を接合した接合型構造としても良い。回折溝を、接合型構造により構成することによって、異なる波長帯域の光の回折を抑えて、第１光束のみを選択的に所望の回折効率をもって構成することができる。例えば、回折溝を異なる材料により構成し、各材料を、第２波長λ２、及び、第３波長λ３においては屈折率に大差がなく、第１波長λ１においては、所要の屈折率差を有する材料に選定することによって、回折効率において良好な波長選択性を有する回折溝を構成することができる。

また、本明細書でいう回折溝とは、光軸に略平行に延在する段差面を有し、回折によって、特定の波長を有する光束の進行方向を変える作用を持たせる構造の総称である。尚、回折溝は、同心円状ではなく、直線状のような一次元格子であることが好ましい。一例を挙げると、回折溝は、図２９の斜視図に示すように、基板上に光軸直交方向にストレートな形状で構成されており、それぞれの単位形状に特定の波長を有する光束が入射し、透過した光の波面が、隣り合う輪帯毎にズレを起こし、その結果、新たな波面を形成することによって光束の進行方向を変えるような構造を含むものである。回折溝は、好ましくは段差面を複数有し、段差面は光軸直交方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸直交方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。回折溝は、一般に、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状）をとり得、光軸を含む断面形状がブレーズ型構造と階段型構造とに大別される。

ブレーズ型構造とは、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、回折溝を有する回折素子の光軸を含む断面形状が、鋸歯状の形状ということであり、具体的には、光ピックアップ装置の略光軸方向（図で上下方向）に沿って延在する複数の段差面ＳＴと、隣接する段差面同士を連結する斜面ＣＰとを有する。尚、図２の例においては、上方が光源側、下方が光検出器側であって、平行平板上に回折溝が形成されているものとする。ブレーズ型構造において、１つのブレーズ単位の光軸垂直方向の長さをピッチＰという。（図２（ａ）、（ｂ）参照）また、ブレーズの光軸に平行方向の段差面の光軸方向長さを段差量Ｂ（又はブレーズ高さｈと称することもある）という（図２（ａ）参照）。

また、階段型構造とは、図２（ｃ）、（ｄ）に示されるように、回折溝を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、小階段状のもの（ステップ単位と称する）を複数有するということであり、具体的には、光ピックアップ装置の略光軸方向に沿って延在する複数の段差面ＳＴと、前記段差面と交差する複数のテラス面ＴＲとを有する。

図２（ｃ）に示す階段型構造は、３つ以上（図２（ｃ）では５つ）の段差面ＳＴと、３つ以上（図２（ｃ）では５つ）のテラス面ＴＲとを有し、隣接するテラス面ＴＲが光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなるステップ単位を、光ピックアップ装置の光軸に交差する方向（図で左右方向）に沿って複数個配置することによって、ステップ周期構造を形成してなるものである。即ち、特にテラス面ＴＲが３つ以上の階段型構造は、小さい段差面ＳＴと大きい段差面ＬＳＴとを有することになる。本明細書では、テラス面が３つの場合、３ステップ構造といい、４つの場合、４ステップ構造という。図２（ｃ）に示す階段型構造では、５ステップである。

図２（ｄ）に示す回折溝は、略光軸方向に延在する隣接する段差面ＳＴ、ＳＴの端部同士により、間に挟まれたテラス面ＴＲを連結する構成であって、隣接するテラス面ＴＲ、ＴＲ同士は平行で光軸方向にシフトしている。本明細書では、テラス面が２つの場合、２ステップ構造という。尚、図２（ｅ）に示すように、最も高い側から１又は２以上のテラスＴＲを等量だけ低める方向にシフトしてなる構造も、階段型構造とする。

また、階段型構造において、１つの階段単位の光軸垂直方向の長さをピッチＰという（図２（ｃ）、（ｄ）参照）。また、光軸方向に沿った段差ＬＳＴ、ＳＴの長さを段差量Ｂ１，Ｂ２という。３レベル以上の階段型構造の場合、大段差量Ｂ１（第ｋ段差量）と小段差量Ｂ２とが存在することになる（図２（ｃ）参照）。一方、２ステップ構造の場合、基本的にＢ１＝Ｂ２である。

尚、回折溝は、ある単位形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の１単位となる単位形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「単位形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。

回折溝が、ブレーズ型構造を有する場合、単位形状である鋸歯状の形状が繰り返された形状となる。図２（ａ）に示されるように、同一の鋸歯状形状が繰り返されてもよい。

回折溝が、階段型構造を有する場合、図２（ｃ）で示されるようなステップ単位が、繰り返されるような形状等があり得る。

尚、図３（ａ）に示す階段型構造の変形例の場合、テラス面ＴＲが光軸に対して傾いているが、この場合、段差量Ｂは、空気に接する側の交差角が１８０度以上である段差面ＳＴとテラス面ＴＲの交点間の光軸方向距離をいうものとする。又、図３（ｂ）に示す階段型構造の変形例の場合、テラス面ＴＲの奥に微小な段差が形成されているが、この場合も、段差量Ｂは、空気に接する側の交差角が１８０度以上である段差面ＳＴとテラス面ＴＲの交点間の光軸方向距離をいうものとする。尚、段差面ＳＴの光軸方向長さを微小に変えても良い。また、回折溝は、平行平板の光源側に設けても良いし、光検出器側に設けても良い。

光情報記録再生装置は、上述の回折素子を備えた光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。

ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体ごと、外部に取り出される方式とがある。

上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。

前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。

本発明によれば、小型化を図りコストを抑えつつも、異なる３種類の光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置に用いる回折素子を提供することも可能となる。

本発明の原理を示す図である。 回折溝の例を示す軸線方向断面図である。 回折溝の変形例を示す軸線方向断面図である。 異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。 図４に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印II方向から見た平面図である。 回折素子ＤＥの位置と、光検出器ＰＤにおける各光束の受光位置との関係を示す概略図である。 回折素子ＤＥを、光源ユニットＬＤＰと対物レンズＯＢＪとの間に配置した光ピックアップ装置の概略図である。 異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。 実施例１の回折素子の断面図である。 実施例１の回折素子に波長λ１の光束を入射させたときの波面の状態を示す図である。 実施例１の回折素子に波長λ２の光束を入射させたときの波面の状態を示す図である。 実施例１の回折素子に波長λ３の光束を入射させたときの波面の状態を示す図である。 実施例１の回折素子の波長特性を示す図である。 実施例２の回折素子の断面図である。 実施例２の回折素子の波長特性を示す図である。 実施例３の回折素子の断面図である。 実施例３の回折素子の波長特性を示す図である。 実施例４の回折素子の断面図である。 実施例４の回折素子の波長特性を示す図である。 実施例５の回折素子の断面図である。 実施例５の回折素子の波長特性を示す図である。 実施例６の回折素子の断面図である。 実施例７の回折素子の断面図である。 実施例８の回折素子の断面図である。 ブレーズ構造におけるブレーズ高さと回折効率の関係を示す図である。 実施例８の回折素子の波長特性を示す図である。 重畳により形成できるシフトした階段型の断面図である。 重畳により形成できるシフトした別な階段型の断面図である。 回折溝を形成した回折素子の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図４は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。図５は、図４に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印II方向から見た平面図であり、集光スポットをハッチングで示している。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。

光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物光学系としての単一の対物レンズＯＢＪ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬ、光束分離素子としての偏光ビームスプリッタＰＢＳ、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１半導体レーザＬＤ１（第１発光部）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ２＝６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２半導体レーザＬＤ２（第２発光部）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ３＝７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＬＤ３（第３発光部）を、１パッケージに収容して一体化した光源ユニットＬＤＰ、入射光束を３分割して出射するグレーティングＧＲＴ、センサレンズＳＮ、回折溝を有する回折素子ＤＥ、光検出器ＰＤ等を有する。尚、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３は同じチップに形成され、第１半導体レーザＬＤ１は、それとは異なるチップに形成されている。

回折素子ＤＥは、第１光束が入射したときに最も光量が高い回折光として１次回折光を発生し、第２光束及び第３光束が入射したときに最も光量が高い回折光として０次回折光を発生する回折溝を表面に形成している。又、回折素子ＤＥは、不図示のガイドにより光軸方向に移動可能に保持されている。

図５に示されるように、光検出器ＰＤは、光軸に略直交する受光面側に、３行３列に並んだ受光部１１Ｒ〜３３Ｒを有する。受光部１１Ｒ〜１３ＲはＢＤからの反射光を受光する第１受光部であり、受光部２１Ｒ〜２３ＲはＤＶＤからの反射光を受光する第２受光部であり、受光部３１Ｒ〜３３ＲはＣＤからの反射光を受光する第３受光部である。受光部１２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量をそれぞれ１ｅ、１ｃ、１ｆ、１ｄとする。又受光部１２Ｒの両側の受光部１１Ｒ、１３Ｒは、左右に２分割され、その受光量をそれぞれ１ｈ、１ｇ、及び１ｂ、１ａとする。受光部２２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量をそれぞれ２ｅ、２ｃ、２ｆ、２ｄとする。又受光部２２Ｒの両側の受光部２１Ｒ、２３Ｒは、左右に２分割され、その受光量をそれぞれ２ｈ、２ｇ、及び２ｂ、２ａとする。更に受光部３２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量をそれぞれ３ｅ、３ｃ、３ｆ、３ｄとする。又受光部３２Ｒの両側の受光部３１Ｒ、３３Ｒは、左右に２分割され、その受光量をそれぞれ３ｈ、３ｇ、及び３ｂ、３ａとする。

次に、光ピックアップ装置ＰＵ１の動作について説明する。第１半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．１ｍｍの保護基板を介して、ＢＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＢＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部１１Ｒ〜１３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＢＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（１ｃ＋１ｆ）−（１ｅ＋１ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（１ａ＋１ｇ＋１ｅ＋１ｆ）−（１ｂ＋１ｈ＋１ｃ＋１ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（１ａ＋１ｂ＋１ｃ＋１ｄ＋１ｅ＋１ｆ＋１ｇ＋１ｈ）で表される。

次に、第２半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束（λ２＝６５５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板を介して、ＤＶＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＤＶＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部２１Ｒ〜２３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＤＶＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（２ｃ＋２ｆ）−（２ｅ＋２ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（２ａ＋２ｇ＋２ｅ＋２ｆ）−（２ｂ＋２ｈ＋２ｃ＋２ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（２ａ＋２ｂ＋２ｃ＋２ｄ＋２ｅ＋２ｆ＋２ｇ＋２ｈ）で表される。

次に、第３半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、点線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板を介して、ＣＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＣＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部３１Ｒ〜３３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＣＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（３ｃ＋３ｆ）−（３ｅ＋３ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（３ａ＋３ｇ＋３ｅ＋３ｆ）−（３ｂ＋３ｈ＋３ｃ＋３ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（３ａ＋３ｂ＋３ｃ＋３ｄ＋３ｅ＋３ｆ＋３ｇ＋３ｈ）で表される。

ところで、上述したように第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３は同じチップに形成され、第１半導体レーザＬＤ１は、それとは異なるチップに形成されているので、光源ユニットＬＤＰに組み付ける際に、第１半導体レーザＬＤ１と、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３との間隔にバラツキが生じる。一方、光検出器ＰＤの受光部１１Ｒ〜３３Ｒは、相対位置をずらすことができない。従って、半導体レーザの間隔が許容誤差を超えると、各光束を受光部１１Ｒ〜３３Ｒに適切に受光させることができなくなる。そこで、本実施の形態では、以下のようにして、かかる問題を解決している。

図６は、回折素子ＤＥの位置と、光検出器ＰＤにおける各光束の受光位置との関係を示す概略図であるが、理解しやすいように各光束は線で示しており、光検出器の受光部は中央のみ示している。例えば、図６（ａ）に示す状態では、第１半導体レーザと第２半導体レーザとの間隔が基準値より大きく、回折素子ＤＥを通過した第２光束と第３光束の０次回折光が、それぞれ受光部２２Ｒ、３２Ｒの中央に位置するように光学系をセットすると、第１光束の１次回折光が受光部１２Ｒの上方に集光してしまい、不適切な信号が出力される恐れがある。

かかる場合、図６（ｂ）に示すように、回折素子ＤＥを光検出器ＰＤに接近させるように移動させると、回折素子ＤＥを通過した第２光束と第３光束の０次回折光の光路は変わらないのに対し、第１光束の１次回折光は、受光部１２Ｒの中央に近づくようになる。即ち、回折素子ＤＥを光検出器ＰＤに対して相対的に移動することで、全ての光束をそれぞれ受光部に適切に集光することができるのである。尚、第１光束の１次回折光が受光部１２Ｒの下方に集光してしまう場合には、回折素子ＤＥを光検出器ＰＤから離間させるように移動させればよい。

図７は、回折素子ＤＥを、別な位置として光源ユニットＬＤＰと対物レンズＯＢＪとの間に配置した光ピックアップ装置の概略図であるが、一部の素子を省略しており、理解しやすいように各光束は線で示しており、また光検出器の受光部は中央のみ示している。例えば、図７（ａ）に示す状態では、第１半導体レーザＬＤ１と第２半導体レーザＬＤ２との間隔が基準値より大きくなっているため、回折素子ＤＥを通過した第２光束と第３光束の０次回折光が、それぞれ偏光ビームスプリッタＰＢＳを通過し、対物レンズＯＢＪにより光ディスク（ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ）に集光され、その反射光が対物レンズＯＢＪを通過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、光検出器ＰＤの受光部２２Ｒ、３２Ｒの中央に位置するように光学系をセットすると、第１光束の１次回折光が受光部１２Ｒの上方に集光してしまい、不適切な信号が出力される恐れがある。

かかる場合、図７（ｂ）に示すように、回折素子ＤＥを対物レンズＯＢＪから離間させるように移動させると、回折素子ＤＥを通過した第２光束と第３光束の０次回折光の光路は変わらないのに対し、第１光束の１次回折光は、受光部１２Ｒの中央に近づくようになる。即ち、回折素子ＤＥを対物レンズＯＢＪに対して相対的に移動することで、全ての光束をそれぞれ受光部に適切に集光することができるのである。尚、第１光束の１次回折光が受光部１２Ｒの下方に集光してしまう場合には、回折素子ＤＥを対物レンズＯＢＪに接近させるように移動させればよい。

図８は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ２は、光情報記録再生装置に搭載できる。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に対し異なる点のみを説明し、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２は、対物光学系として、第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２とを有する。第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２とは、ホルダにより保持されており、不図示のアクチュエータにより、いずれか一方を光ピックアップ装置の光路内に挿入できるようになっている。第１対物レンズＯＢＪ１は、第１光束専用設計とされ、第２対物レンズＯＢＪ２は、第２光束及び第３光束共用設計とされている。

次に光ピックアップ装置ＰＵ２の動作について説明する。ＢＤ使用時には、第１対物レンズＯＢＪ１が光ピックアップ装置の光路内に挿入される。第１半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に第１対物レンズＯＢＪ１により集光された光束は、厚さ０．１ｍｍの保護基板を介して、ＢＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＢＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第１対物レンズＯＢＪ１、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部１１Ｒ〜１３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより第１対物レンズＯＢＪ１をフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。

次に、ＤＶＤ使用時には、第２対物レンズＯＢＪ２が光ピックアップ装置の光路内に挿入される。第２半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束（λ２＝６５５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に第２対物レンズＯＢＪ２により集光された光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板を介して、ＤＶＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＤＶＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部２１Ｒ〜２３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより第２対物レンズＯＢＪ２をフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

次に、ＣＤ使用時には、第２対物レンズＯＢＪ２が光ピックアップ装置の光路内に挿入される。第３半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、点線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に第２対物レンズＯＢＪ２により集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板を介して、ＣＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＣＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部３１Ｒ〜３３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより第２対物レンズＯＢＪ２をフォーカシングやトラッキングさせることで、ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

このように、第１対物レンズＯＢＪ１を、第１光束専用設計とし、第２対物レンズＯＢＪ２を、第２光束及び第３光束共用設計とすれば、回折素子ＤＥにおける回折効率が第３光束について低下するような場合でも、光検出器ＰＤの最低限の受光量を確保することができる。尚、第１対物レンズＯＢＪ１を、第１光束及び第２光束共用設計とし、第２対物レンズＯＢＪ２を、第３光束専用設計としても良い。

上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、回折素子ＤＥを、偏光ビームスプリッタＰＢＳと光検出器ＰＤの間の光路中に配置する構成としたが、図７に示したように光源ユニットＬＤＰと偏光ビームスプリッタＰＢＳの間の光路中に配置しても良い。また、回折素子ＤＥを他の光学素子と一体化してもよい。例えば、センサレンズＳＮの何れかの光学面上に回折溝を形成したり、グレーティングＧＲＴの何れかの光学面上に回折溝を形成したりすることで部品点数を削減することが可能となる。

以下、上述した実施の形態に用いることができる実施例について説明する。尚、以下の表の数値において、回折次数の符号は、実施例の断面図において、水平な光軸に沿って入射した光束が、下方に向かう場合を＋とし、上方に向かう場合を−とする。また、段差量ｄｉの符号は、実施例の断面図において、上方に隣接するテラス面より右側に向かう方向を＋とし、上方に隣接するテラス面より左側に向かう方向を−とする。また、ブレーズ高さｈの符号は、実施例の断面図において、上方に隣接する斜面より右側に向かう方向を＋とし、上方に隣接する斜面より左側に向かう方向を−とする。実施例の断面図において、段差量ｄｉ、及び、ブレーズ高さｈの数値の後ろに記載されている符号は、上述したように段差量ｄｉ、及び、ブレーズ高さｈの符号を表す。

（実施例１）
実施例１は、テラス面が４つある４ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１に示す。図９は、実施例１の回折素子の光軸方向断面図である。実施例１の階段型構造は、第１〜３番目の段差面の段差量＝５．９６５μｍであり、第４番目の段差面の段差量＝−１７．８９５μｍである。

ここで、階段型構造を通過した光束の波面について説明する。図１０に示すように、階段型構造を通過した波長λ１＝４０５ｎｍの第１光束の平均波面の進行方向は、図１０の太線で示すように、入射光の進行方向に対して変化することとなる。このとき、段差量＝５．９６５μｍで光軸に沿ってシフトした隣接するテラス面を通過した波面は、それぞれ１／４×λ１ずつずれてゆき、任意のステップ単位内の第ｊ番目の段差と、それに隣接するステップ単位内の第ｊ番目の段差を通過した光束の波面同士では、１×λ１ずれることとなるため（ΣΦ１ｊ＝１）、階段型構造を通過した第１光束の回折次数は＋１次となる。

一方、図１１に示すように、階段型構造を通過した波長λ２＝６５５ｎｍの第２光束の平均波面の進行方向は、図１１の太線で示すように、入射光の進行方向と同じ方向となる。このとき、段差量＝５．９６５μｍで光軸に沿ってシフトした隣接するテラス面を通過した波面は、それぞれ−０．０７６×λ２ずつずれてゆき、任意のステップ単位内の第ｊ番目の段差と、それに隣接するステップ単位内の第ｊ番目の段差を通過した光束の波面同士の位相のズレは、殆ど無いため（ΣΦ２ｊ＝０）、階段型構造を通過した第２光束は回折作用を受けずにそのまま通過する（このような光束を０次回折光とよぶ）。

同様に、図１２に示すように、階段型構造を通過した波長λ３＝７８５ｎｍの第２光束の平均波面の進行方向は、図１２の太線で示すように、入射光の進行方向と同じ方向となる。このとき、段差量＝５．９６５μｍで光軸に沿ってシフトした隣接するテラス面を通過した波面は、それぞれ０．０８２×λ３ずつずれてゆき、任意のステップ単位内の第ｊ番目の段差と、それに隣接するステップ単位内の第ｊ番目の段差を通過した光束の波面同士の位相のズレは、殆ど無いため（ΣΦ３ｊ＝０）、階段型構造を通過した第３光束は回折作用を受けずにそのまま通過する（このような光束を０次回折光とよぶ）。

実施例１では、第１光束の１次回折光の回折効率は８１．１％、第２光束の０次回折光の回折効率は７４．７％、第３光束の０次回折光の回折効率は７０．１％である。

図１３は、実施例１の回折素子における回折効率の波長依存性を示す図である。図１３に示すように、４０５ｎｍを中心として、半導体レーザに±５ｎｍの波長変化が生じると回折効率は約半分に低下するため、半導体レーザの選定が必要になって歩留まりが悪化するという課題がある。実施例２では、かかる課題を解消している。

（実施例２）
実施例２は、実施例１の４ステップの階段型構造のうち高い方の２ステップを光軸方向の低い側に、光路差にして、−２０×λ１だけシフト（物理的なシフト量は、−２０×λ１／（ｎ１−１）＝−１４．４６１μｍである）したものを１ステップ単位とし、これを周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表２に示す。図１４は、実施例２の回折素子の光軸方向断面図である。図１４において、点線で示した形状はシフト前の階段型構造を示す。実施例２の階段型構造は、１番目の段差面の段差量＝５．９６５μｍであり、２番目の段差面の段差量＝−８．４９６μｍであり、３番目の段差面の段差量＝５．９６５μｍであり、４番目の段差面の段差量＝−３．４３４μｍである。

実施例２の階段型構造を言い換えると、後述の図２７に示すように、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する３つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する３つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造（４ステップ構造）と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位（２ステップ構造）を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなり、且つ以下の式（８）〜（１０）、
０．８≦｜ΣΦ１ｊ｜≦１．２ （８）
０ ≦｜ΣΦ２ｊ｜≦０．３ （９）
０ ≦｜ΣΦ３ｊ｜≦０．３ （１０）
を満たすものである。
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、重畳構造におけるテラス面と段差面とからなる一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝ｄｊ／λｉ×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。

実施例２の階段型構造を更に言い換えると、光軸直交方向において、段差面が図１４で上方に隣接するテラス面より右側に向かう方向を正、図１４で上方に隣接するテラス面より左側に向かう方向を負としたときに、段差面は、上方から順に正、負、正、負の順に配列されており、隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっており、回折素子全体の前記段差面の半分以上が、以下の式（１１）、
０．２≦｜Φ１ｊ｜≦０．３ （１１）
を満たす段差量を有する。

実施例２の階段型構造を更に言い換えると、光軸直交方向において、段差面が図１４で上方に隣接するテラス面より右側に向かう方向を正、図１４で上方に隣接するテラス面より左側に向かう方向を負としたときに、段差面は、上方から順に正、負、正、負の順に配列されており、隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっており、段差面の全てが、以下の式（１２）、
０．１２５≦｜Φ１ｊ｜＜０．３７５ （１２）
を満たす段差量を有する。

図１５は、実施例２の回折素子における回折効率の波長依存性を示す図である。図１５に示すように、４０５ｎｍを中心として、半導体レーザに±５ｎｍの波長変化が生じた場合でも、回折効率の低下は約１０％程度であり、波長特性の改善が図られている。しかしながら、実施例２では、第１光束の１次回折光の回折効率が８１．１％、第２光束の０次回折光の回折効率が８７．２％であるのに対し、第３光束の０次回折光の回折効率は４１．４％である。

（実施例３）
実施例３は、１番目〜３番目の段差量＝５．９５１μｍ、４番目の段差量が、−１７．８５２μｍである４ステップの階段型構造のうち高い方の２ステップを光軸方向の低い側に、光路差にして、−１８．０７×λ１だけシフト（物理的なシフト量は、−１８．０７×λ１／（ｎ１−１）＝−１３．０６５μｍである）したものを１ステップ単位とし、これを周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表３に示す。図１６は、実施例３の回折素子の光軸方向断面図である。図１６において、点線で示した形状はシフト前の階段型構造を示す。実施例３の階段型構造は、１番目の段差面の段差量＝５．９５１μｍであり、２番目の段差面の段差量＝−７．１１５μｍであり、３番目の段差面の段差量＝５．９５１μｍであり、４番目の段差面の段差量＝−４．７８７μｍである。

実施例３の階段型構造を言い換えると、後述の図２７に示すように、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する３つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する３つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなり、且つ以下の式（８）〜（１０）、
０．８≦｜ΣΦ１ｊ｜≦１．２ （８）
０ ≦｜ΣΦ２ｊ｜≦０．３ （９）
０ ≦｜ΣΦ３ｊ｜≦０．３ （１０）
を満たすものである。
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、重畳構造におけるテラス面と段差面とからなる一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝ｄｊ／λｉ×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。

実施例３の階段型構造を更に言い換えると、光軸直交方向において、段差面が図１６で上方に隣接するテラス面より右側に向かう方向を正、図１６で上方に隣接するテラス面より左側に向かう方向を負としたときに、段差面は、上方から順に正、負、正、負の順に配列されており、隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっており、回折素子全体の前記段差面の半分以上が、以下の式（１１）、
０．２≦｜Φ１ｊ｜≦０．３ （１１）
を満たす段差量を有する。

図１７は、実施例３の回折素子における回折効率の波長依存性を示す図である。図１７に示すように、４０５ｎｍを中心として、半導体レーザに±５ｎｍの波長変化が生じた場合でも、回折効率の低下は約１０％程度であり、波長特性の改善が図られている。しかも、実施例３では、第１光束の１次回折光の回折効率が７１．５％、第２光束の０次回折光の回折効率が９１．２％、第３光束の０次回折光の回折効率が６１．２％となり、各光束の回折効率のバランスが図られている。

（実施例４）
実施例４は、実施例１の４ステップの階段型構造の段差量を小さくしたものを１ステップ単位とし、これを周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表４に示す。図１８は、実施例３の回折素子の光軸方向断面図である。実施例３の階段型構造は、１〜３番目の段差面の段差量＝１．２９４μｍであり、４番目の段差面の段差量＝−３．８８３μｍである。

実施例４の階段型構造を言い換えると、第１段差量ｄ１から前記第４段差量ｄ４のうち、その絶対値が最も大きい段差量である第４段差量以外の段差量が、以下の式（７）、
１．０≦｜Σφ１ｊ｜／（ｊ−１）≦２．５ （７）
但し、Σφ１ｊ＝Φ１１＋Φ１２＋φ１３（ｊ＝４）
を満たす段差量を有する。

図１９は、実施例４の回折素子における回折効率の波長依存性を示す図である。図１９に示すように、４０５ｎｍを中心として、半導体レーザに−５ｎｍの波長変化が生じた場合でも、回折効率の低下は約１０％程度であり、＋５ｎｍの波長変化が生じた場合には、回折効率は逆に約１０％程度増大する。しかも、実施例３では、第１光束の−１次回折光の回折効率が７４．９％、第２光束の０次回折光の回折効率が７８．９％、第３光束の０次回折光の回折効率が４９．７％となり、各光束の回折効率のバランスが図られている。

（実施例５）
実施例５は、１番目〜３番目の段差量＝１．２６５μｍ、４番目の段差量が、−３．７９５μｍである４ステップの階段型構造のうち高い方の２ステップを光軸方向の低い側にシフトしたものに対して更に段差量を小さくしたものを１ステップ単位とし、これを周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表５に示す。図２０は、実施例５の回折素子の光軸方向断面図である。実施例５の階段型構造は、１番目の段差面の段差量＝１．２６５μｍであり、２番目の段差面の段差量＝−２．４３７μｍであり、３番目の段差面の段差量＝１．２６５μｍであり、４番目の段差面の段差量＝−３．７９６μｍである。

実施例５の階段型構造を言い換えると、後述の図２７に示すように、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する３つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する３つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなり、且つ以下の式（８）〜（１０）、
０．８≦｜ΣΦ１ｊ｜≦１．２ （８）
０ ≦｜ΣΦ２ｊ｜≦０．３ （９）
０ ≦｜ΣΦ３ｊ｜≦０．３ （１０）
を満たすものである。
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、重畳構造におけるテラス面と段差面とからなる一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝ｄｊ／λｉ×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。

実施例５の階段型構造を更に言い換えると、光軸直交方向において、段差面が図２０で上方に隣接するテラス面より右側に向かう方向を正、図２０で上方に隣接するテラス面より左側に向かう方向を負としたときに、段差面は、上方から順に正、負、正、負の順に配列されており、隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっており、回折素子全体の前記段差面の半分以上が、以下の式（１１）、
０．２≦｜Φ１ｊ｜≦０．３ （１１）
を満たす段差量を有する。

実施例５の階段型構造を更に言い換えると、光軸直交方向において、段差面が図２０で上方に隣接するテラス面より右側に向かう方向を正、図２０で上方に隣接するテラス面より左側に向かう方向を負としたときに、段差面は、上方から順に正、負、正、負の順に配列されており、隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっており、段差面の全てが、以下の式（１２）、
０．１２５≦｜Φ１ｊ｜＜０．３７５ （１２）
を満たす段差量を有するものである。

図２１は、実施例５の回折素子における回折効率の波長依存性を示す図である。図２１に示すように、４０５ｎｍを中心として、半導体レーザに−５ｎｍの波長変化が生じた場合でも、回折効率の低下は約５％程度であり、＋５ｎｍの波長変化が生じた場合には、回折効率は逆に約５％程度増大する。しかも、実施例５では、第１光束の−１次回折光の回折効率が７０．１％、第２光束の０次回折光の回折効率が９７．０％、第３光束の０次回折光の回折効率が５４．９％となり、各光束の回折効率のバランスが図られている。

（実施例６）
実施例６は、３ステップの階段型構造を１ステップ単位とし、これを周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表６に示す。図２２は、実施例６の回折素子の光軸方向断面図である。実施例６の階段型構造は、１〜２番目の段差面の段差量＝６．００１μｍであり、３番目の段差面の段差量＝−１２．００２μｍである。実施例６では、第１光束の１次回折光の回折効率が６６．４％、第２光束の０次回折光の回折効率が９４．６％、第３光束の０次回折光の回折効率が７３．０％となり、各光束の回折効率のバランスが図られている。

（実施例７）
実施例７は、以上の実施例より高分散（アッベ数νｄ＝２７）の素材を用いてなり、３ステップの階段型構造を１ステップ単位とし、これを周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表７に示す。図２３は、実施例７の回折素子の光軸方向断面図である。実施例７の階段型構造は、１〜２番目の段差面の段差量＝５．３６６μｍであり、３番目の段差面の段差量＝−１０．７８２μｍである。実施例７では、第１光束の−１次回折光の回折効率が６０．７％、第２光束の０次回折光の回折効率が８４．０％、第３光束の０次回折光の回折効率が９３．２％となり、各光束の回折効率のバランスが図られているとともに、高分散素材を使用することで、実施例１〜６に比べて、第３光束の回折効率が改善されている。

（実施例８）
実施例８は、ブレーズ形状を周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表８に示す。図２４は、実施例８の回折素子の光軸方向断面図である。ここで、図２５を参照して、ブレーズの高さ（段差面の段差量）ｈを変化させると、各波長の光束の回折効率が変化することがわかる。そこで、図２５から最もバランスの良い高さｈを０．４９０μｍとした。

図２６は、実施例８の回折素子における回折効率の波長依存性を示す図である。図２６に示すように、４０５ｎｍを中心として、半導体レーザに＋５ｎｍの波長変化が生じた場合でも、回折効率の低下は約２％程度であり、＋５ｎｍの波長変化が生じた場合には、回折効率は逆に約２％程度増大する。しかも、実施例８では、第１光束の１次回折光の回折効率が７０．２％、第２光束の０次回折光の回折効率が５６．５％、第３光束の０次回折光の回折効率が６８．１％となり、各光束の回折効率のバランスが図られている。

以上の実施例では、光束が出射する側の光学面上に回折溝を形成したが、光束が入射する側の光学面上に回折溝を形成してもよい。

尚、図２７は、例えば実施例３のようなシフトした階段型構造の形成例を示している。より具体的には、光ピックアップ装置の光軸（図で上下方向）に略平行に延在する４つの第１段差面ＳＴ１と、第１段差面ＳＴ１と交差する４つの第１テラス面ＴＲ１とを有すると共に、隣接する第１テラス面ＴＲ１が光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された４ステップ構造（第１ステップ周期構造）４ＳＳと、光軸に略平行に延在する２つの第２段差面ＳＴ２と、第１テラス面ＴＲ１の２倍の光軸直交長さを有し第２段差面ＳＴ２と交差する２つの第２テラス面ＴＲ２とを有し、２つの第２段差面ＳＴ２が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された２ステップ構造（第２ステップ周期構造）２ＳＳとを、互いに周期を合わせて重畳する。これにより、実施例３に示すようなシフトした階段型構造を得ることができる。結果として得られた階段型構造は、実施例３と同様な特性を有する。尚、この構造に、図３に示すような斜面や微小段差を設けることは任意である。

又、図２８は、シフトした階段型構造の別な形成例を示している。より具体的には、光ピックアップ装置の光軸（図で上下方向）に略平行に延在する４つの第１段差面ＳＴ１と、第１段差面ＳＴ１と交差する４つの第１テラス面ＴＲ１とを有すると共に、隣接する第１テラス面ＴＲ１が光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された４ステップ構造（第１ステップ周期構造）４ＳＳと、光軸に略平行に延在する２つの第２段差面ＳＴ２と、第１テラス面ＴＲ１の３倍の光軸直交長さを有し第２段差面ＳＴ２と交差する高い第２テラス面ＴＲ２及び第１テラス面ＴＲ１と等しい光軸直交長さを有し第２段差面ＳＴ２と交差する低い第２テラス面ＴＲ２’とを有し、２つの第２段差面ＳＴ２が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された２ステップ構造（第２ステップ周期構造）２ＳＳとを、互いに周期を合わせて重畳する。これにより、図に示すようなシフトした階段型構造を得ることができる。尚、この構造に、図３に示すような斜面や微小段差を設けることは任意である。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。

ＣＯＬ コリメートレンズ
ＤＥ 回折素子
ＧＲＴ グレーティング
ＬＤ１ 第１半導体レーザ
ＬＤ２ 第２半導体レーザ
ＬＤ３ 第３半導体レーザ
ＬＤＰ 光源ユニット
ＯＢＪ 対物レンズ
ＯＢＪ１ 第１対物レンズ
ＯＢＪ２ 第２対物レンズ
ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ
ＰＤ 光検出器
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＰＵ２ 光ピックアップ装置
ＱＷＰ λ／４波長板
ＳＮ センサレンズ

Claims (12)

1. 波長λ１の第１光束を出射する第１発光部と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２発光部と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３発光部とを備えた光源と、対物光学系と、光検出器と、前記光源と前記光検出器との間の光路内に配置され、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子とを有し、前記第１発光部からの光束を、前記対物光学系により第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２発光部からの光束を、前記対物光学系により第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３発光部からの光束を、前記対物光学系により第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる回折素子であって、
   前記光源は、前記第２発光部と前記第３発光部は同一のチップ上に形成され、前記第１発光部は、前記第２発光部及び前記第３発光部とは異なるチップ上に形成されており、
   前記回折素子は、前記第１の光束は回折し、かつ、前記第２の光束、及び、前記第３の光束は透過する回折溝を有することを特徴とする回折素子。
2. 以下の式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回折素子。
   ３９５（ｎｍ）≦λ１≦４１５（ｎｍ） （１）
   ６３０（ｎｍ）≦λ２≦７００（ｎｍ） （２）
   ７５０（ｎｍ）≦λ３≦８５０（ｎｍ） （３）
3. 前記第１の光束が入射した場合には、ｍ次（ｍ＝＋１又は−１）回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなり、前記第２の光束が入射した場合には、０次回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなり、前記第３の光束が入射した場合には、０次回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなる回折溝を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の回折素子。
4. 前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する３つ以上の段差面と、前記段差面と交差する３つ以上のテラス面とを有すると共に、隣接する前記テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなるステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって、ステップ周期構造を形成してなり、且つ以下の式（４）〜（６）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折素子。
   ０．８≦｜ΣΦ１ｊ｜≦１．２ （４）
   ０ ≦｜ΣΦ２ｊ｜≦０．３ （５）
   ０ ≦｜ΣΦ３ｊ｜≦０．３ （６）
   但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
   ここで、
   Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
   φｉｊ＝（ｄｊ／λｉ）×（ｎｉ−１）
   ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
   第ｉ波長：λｉ（μｍ）
   第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
   第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
   任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
5. 前記第１段差量ｄ１から前記第ｊ段差量ｄｊのうち、その絶対値が最も大きい段差量を第ｋ段差量としたとき、更に以下の式（７）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の回折素子。
   １．０≦｜Σφ１ｊ｜／（ｊ−１）≦２．５ （７）
   但し、
   Σφ１ｊ＝Φ１１＋Φ１２＋・・・＋Φ１ｊ−１＋Φ１ｊ
   （ｊ＝ｋは除く）
6. 前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する３つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する３つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなり、且つ以下の式（８）〜（１０）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折素子。
   ０．８≦｜ΣΦ１ｊ｜≦１．２ （８）
   ０ ≦｜ΣΦ２ｊ｜≦０．３ （９）
   ０ ≦｜ΣΦ３ｊ｜≦０．３ （１０）
   但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、重畳構造におけるテラス面と段差面とからなる一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
   ここで、
   Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
   φｉｊ＝（ｄｊ／λｉ）×（ｎｉ−１）
   ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
   第ｉ波長：λｉ（μｍ）
   第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
   第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
   任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
7. 前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する複数の段差面と、前記段差面と交差する複数のテラス面とを有し、前記光ピックアップ装置の光軸直交方向において、前記段差面が一方の方向を向いたときを正、他方の方向を向いたときを負としたときに、前記段差面は、前記光軸直交方向に沿って正、負、正、負、または、負、正、負、正の順に配列されていることを特徴とする請求項３に記載の回折素子。
8. 隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっており、前記回折素子全体の前記段差面の半分以上が、以下の式（１１）を満たす段差量を有することを特徴とする請求項７に記載の回折素子。
   ０．２≦｜Φ１ｊ｜≦０．３ （１１）
9. 隣り合う正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっており、前記段差面の全てが、以下の式（１２）を満たす段差量を有することを特徴とする請求項７に記載の回折素子。
   ０．１２５≦｜Φ１ｊ｜＜０．３７５ （１２）
10. 前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する複数の段差面と、隣接した前記段差面同士を連結し前記光軸直交方向に対して傾いた斜面とからなるブレーズ構造を有し、以下の条件式（１３）を満たすことを特徴とする請求項３に記載の回折素子。
    ０．４≦（ｈ／λ１）×（ｎ１−１）≦０．８ （１３）
    但し、
    第１波長λ１（μｍ）における回折素子の屈折率：ｎ１
    ブレーズ高さ：ｈ（μｍ）
11. 前記回折溝は、平行平板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の回折素子。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の回折素子を有することを特徴とする光ピックアップ装置。