WO2006115262A1

WO2006115262A1 - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: WO2006115262A1
Application number: PCT/JP2006/308682
Authority: WO
Inventors: Toru Shinzou
Original assignee: Kabushiki Kaisha Kenwood
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2006-11-02
Also published as: CN101189672B; EP1873770B1; EP1873770A1; US7738342B2; DE06732338T1; US20090059768A1; JP4645894B2; CN101189672A; EP1873770A4; JP2006302433A

Abstract

有限光学系を不用とし、トラッキング動作に伴う球面収差の増大を回避する光ピックアップ装置を提供する。次世代DVD 、DVD 、CD用の光ビームＡ、Ｂ、Ｃの平行光束が光束制限素子で種類毎のNAに応じた光束径ａ、ｂ、ｃ（ａ＞ｂ＞ｃ）に制限され、かつＢは直径ｂ～ｃとｄ( ＝0.85×ｃ) ～ｅ（ｄ＞ｅ＞０）の範囲、Ｃは直径ｃ～ｄとｅ以下の範囲に制限され、位相補正素子13Ｂを経て共通の対物レンズにより対応する光記録媒体信号面上に集光される。対物レンズは次世代DVD の信号面上でのＡの波面収差が最小となるように最適化しておく。位相補正素子13B は階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学構造の位相補正領域Z1乃至Z4を有し、Z1、Z3でＢに対し球面収差補正をし、Z2、Z4でＣに対し球面収差補正をする。ＡはZ1乃至Z4の段差高さを最適化して光束径ａの全範囲を平行光束状態のまま透過させる。

Description

明細書光ピックアップ装置技術分野

本発明は光ピックアップ装置に係り、とくに規格の異なる複数種の光記録媒体に対応した各々波長の異なる複数種の光ビームを共通の対物レンズに導き光記録媒体に集光させる光ピックアツプ装置に関する。

背景技術

現在普及している C D、 D V D (ディジタルバーサタイルデイスク）は各々数百 Mバイト、数 Gバイトの容量を持つが、近年の映像の高画質化を受けて数十 Gバイトものより大容量の光記録媒体である次世代 D V D (高密度 D V Dとも呼ばれる）が開発、実用化が進められている。次世代 D V Dに対し記録およびまたは再生を行う光ピックアップは、その小型化、低コスト化の要請から、従来からの光記録媒体である D V D及び C Dに対しても共通の対物レンズを用いて記録および Zまたは再生を可能とする互換技術が望まれている。但し、各光記録媒体では使用波長、開口数（N A )、信号面の保護基板厚みが表 1 の如く異なるため、共通の対物レンズを使用した場合に球面収差を補正することができず、正常な情報の記録および Zまたは再生を行うことができないという問題がある。表 1

図 1は、上記問題を解決するため位相補正素子を用いて規格の異なる複数種の光記録媒体に対して情報の記録およびまたは再生を行うようにした光ピックアップである（特開 2 0 0 4 - 2 4 6 9 3 1号公報参照）。 1において、対物レンズ 1.は次世代 D VDに対応する波長の光を平行光束で入射したときに光記録媒体（次世代 D V D) 2 - 1の信号面上での波面収差を最小にするように設計されている。また、 D VD用及び C D用光源は、受発光部を一つにパッケ —ジ化した DVD用、 C D用ホログラムモジュール 3、 4が使用される。次世代 D V D用半導体レーザ 5から放射された光ビームはコリメ一夕レンズ 6により平行光束に変換され、偏向ビームスプリツ夕 7、 D VD及び C D用の光束分離をするダイクロイツクプリズム 8及び 9を透過し、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更し、波長板 1 1 により偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、開口制限素子 1 2で次世代 DVDの N Aに対応する光束径に制限され、位相補正素子 1 3を平行光束状態のまま（等位相面が平面のまま）透過して対物レンズ 1に入射し、光記録媒体（次世代 D VD) 2— 1の信号面上に集光されて情報の記録およびまたは再生を行う。光記録媒体 2— 1 により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ 1により平行光束に変換され、波長板 1 1 により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム 1 0により進路を 9 0度更され、更に偏光ピームスプリッタ 7 ,により反射されたのち検出レンズ 1 4により受光素子 1 5の上に集光される。一方、 D V D用ホログラムモジュール 3から放射された光ビームはカップリングレンズ 1 6により平行光束に変換され、ダイクロイツクプリズム 8により反射され、ダイクロイツクプリズム 7を透過し、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更し、波長板 1 1 により偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、開口制限素子 1 2で D V Dの N Aに対応する光束径に制限され、位相補正素子 1 3により球面収差を補正して対物レンズ 1 に入射し、光記録媒体 ( D V D ) 2 - 2の信号面上に集光されて情報の記録および Zまたは再生を行う。 D V Dの光記録媒体 2 _ 2により反射された光ビ一ムは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ 1および位相補正素子 1 3により平行光束に変換され、波長板 1 1により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更され、ダイクロイツクプリズム 8により反射され、カップリングレンズ 1 6により D V D用ホログラムモジユール 3の受光素子上に集光される。更に、 C D用ホログラムモジユール 4から放射された光ビームはカップリングレンズ 1 7により所定の発散光束に変換され、ダイクロイツクプリズム 9により反射され、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更し、波長板 1 1により偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、開口制限素子 1 2で C D の N Aに対応する光束径に制限され、位相補正素子 1 3を等位相面の形状を変えることなく透過して対物レンズ 1に入射し、光記録媒体（C D ) 2— 3の信号面上に集光されて情報の記録およびノまたは再生を行う。光記録媒体 2— 3により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ 1 により所定の収束光束に変換され、波長板 1 1 により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更され、ダイクロイツクプリズム 9により反射され、カップリングレンズ 1 7により C D用ホログラムモジュール 4の受光素子上に集光される。

ところで、図 1の従来例では、少なくとも 1波長の光ビームに対しては有限光学系による光学系の構成が必要であり、その波長の光ビームでは対物レンズ 1のトラッキング動作に伴い球面収差が劣化してしまうという問題がある。また、有限光学系入射による対物レンズ 1への入射角度を所望の値にするためには、光学系の各部の配置間隔を特定の値にする必要があり、また、正確には整数倍でない次世代 D V Dと C Dに対応する波長の光ビームに対して共通の位相補正素子により 2 π の整数倍の位相シフトを与え、等位相面の形状を変えることなく透過させるために、位相補正素子に用いる硝子種が限定されてしまうため、光学系構成の自由度が極端に少なくなり、設計が難しくなるという問題があった。

発明の開示

本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、有限光学系を不用とし、対物レンズのトラッキング動作に伴う球面収差の劣化を回避でき、光学系構成の自由度も確保できる光ピックアップ装置を提供することを、その目的とする。

課題を解袂するための手段本発明の第 1の側面は、使用波長と開口数（N A ) と信号面保護基板厚みの規格が異なる k種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する k種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される k種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系と、を含む光ピックアップ装置において、光学系と対物レンズとの間に、波長の異なる k種類の光ビームの光束について各々一部分だけを透過する光束制限手段と、 k種類の光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、位相補正手段に、互いに重ならない少なくとも 2 k個の光軸を中心とする同心の円環状または円盤状の位相補正領域を設け、各位相補正領域は波長の異なる k種類の光ビームの内の 1種類の光ビーム専用に位相補正をするとともに、各光ビームは隣接しない専用の少なくとも 2つの位相補正領域で位相補正されるようにし、光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の各位相補正領域と各々同形な複数の波長選択性透過領域を設け、互いに同形な位相補正領域と波長選択性透過領域を対応付けるとともに、各波長選択性透過領域は対応する位相補正領域が位相補正対象としている波長の光ビームだけを透過し、波長選択性透過領域以外ではいずれの波長の光ビームも透過させないようにしたこと、を特徴としている。

本発明の第 2の側面は、使用波長と開口数（N A ) と信号面保護基板厚みの規格が異なる 2種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光'ビームを放射する 2種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される 2種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系とを含み、 2種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径 φ 1 、 φ 2力 S φ 1〉 <ί) 2の関係にある光ピックアップ装置において、 2種類の光ビームの内、対応する光記録媒体の種類に対応する開口数に応じた光束径が Φ 1の光ビームを第 1光ビーム、 Φ 2の光ビームを第 2光ビームとして区別し、光学系と対物レンズとの間に、第 1、第 2光ビームの光束について各々一部分だけを透過する光束制限手段と、第 1、第 2光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、位相補正手段に、外側から外径が Φ 1、内径がより小さく 2以上の光軸を中心とする第 1光ビーム用の円環状の第 1位相補正領域、外径が Φ 2、内径 φ 3が φ 2より小さく 0より大きい光軸を中心とする第 2光ビーム用の円環状の第 2位相補正領域、外径が Φ 3以下で内径 Φ 4が 0より大きい光軸を中心とする第 1光ビーム用の円環状の第 3位相補正領域、外径が 4以下の光軸を中心とする第 2光ビーム用の円環状または円盤状の第 4位相補正領域を設け、光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の第 1乃至第 4位相補正領域と各々同形な 4つの第 1乃至第 4 波長選択性透過領域を設け、第 1、第 3波長選択性透過領域は第 1 光ビームを透過させ、第 2光ビームを透過させず、第 2、第 4波長選択性透過領域は第 2光ビームを透過させ、第 1光ビームを透過させず、第 1乃至第 4波長選択性透過領域以外では第 1、第 2光ピームのいずれも透過させないようにしたこと、を特徴としている。本発明の実施例では、第 1位相補正領域の内径は Φ 1の略 0 . 8 5 としたこと、を特徴としている。

本発明の実施例では、第 2位相補正領域の内径は Φ 2の略 0 . 8 5 としたこと、を特徴としている。

本発明の実施例では、各位相補正領域は、断面が 2段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成したこと、を特徴としている。

本発明の実施例では、位相補正手段と光束制限手段を、共通基板の両側に形成して一体化するか、若しくは、貼り合わせにより一体化したこと、を特徴としている。

本発明の実施例では、対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、を特徴としている。

本発明の実施例では、対物レンズの保持機構に光束制限手段及び位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、を特徴としている。

本発明の第 3の側面は、使用波長と開口数（N A ) と信号面保護基板厚みの規格が異なる 3種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する 3種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される 3種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系とを含み、対物レンズは特定の 1種類の光ビームを対応する特定の 1種類の光記録媒体上に集光させたときの波面収差を最小とするように形成され、特定の 1種類と他の 2種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径 Φ 0、 Φ 1 、 φ 2 が φ 0 > Φ 1 > Φ 2の関係にある光ピックアップ装置において、特定の 1種類を除く 2種類の光ビームの内、対応する光記録媒体の種類に対応する開口数に応じた光束径が Φ 1の光ビームを第 1光ビーム、 φ 2の光ビームを第 2光ビームとして区別し、光学系と対物レンズとの間に、特定の 1種類の光ビームは特定の 1.種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径 Φ 0に相当する部分だけを全て通過させる一方、第 1、第 2光ビームは各光束について各々一部分だけを透過させる光束制限手段と、特定の 1種類の光ビームは平行光束状態のまま通過させる一方、第 1、第 2光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、位相補正手段に、外側から外径が Φ 1、内径がより小さく Φ 2以上の光軸を中心とする第 1光ビーム用の円環状の第 1位相補正領域、外径が Φ 2、内径 φ 3が Φ 2より小さく 0より大きい光軸を中心とする第 2光ビーム用の円環状の第 2 位相補正領域、外径が Φ 3以下で内径が 0より大きい光軸を中心とする第 1光ビーム用の円環状の第 3位相補正領域、外径が φ 4 以下の光軸を中心とする第 2光ビーム用の円環状または円盤状の第 4位相補正領域を設け、光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の第 1乃至第 4位相補正領域と各々同形な 4つの第 1乃至第 4波長選択性透過領域を設け、第 1、第 3波長選択性透過領域は第 1光ビーム及び特定の 1種類の光ビームを透過させ、第 2光ビームは透過させず、第 2、第 4波長選択性透過領域は第 2光ビーム及び特定の 1種類の光ビームを透過させ、第 1光ビームは透過させず、第 1 乃至第 4波長選択性透過領域以外は第 1、第 2光ビームのいずれも透過させないようにしたこと、を特徴としている。 ' 本発明の実施例では、第 1位相補正領域の内径は Φ 1の略 0 . 8 5としたこと、を特徴としている。

本発明の実施例では、第 2位相補正領域の内径は Φ 2の略 0 . 8 5としたこと、を特徴としている。

本発明の実施例では、各位相補正領域は、断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成し、階段構造の段差高さ hを、特定の 1種類の光ビームの波長を λ 0、回折光学領域の波長 λ 0の屈折率 η、 1段分の段差による特定の 1種類の光ビームの位相シフトをゅとして、ゆ = 2 π ( η - 1 ) h / λ θが 2 π の整数倍となるように設定したこと、を特徴としている。

本発明の実施例では、位相補正手段と光束制限手段を、共通基板の両側に形成して一体化するか、若しくは、貼り合わせにより一体化したことを特徴としている。

発明の効果

本発明によれば、共通の対物レンズ及び共通の位相補正手段により、 2種または 2種以上の波長の光ビームに対して平行光束により球面収差補正が可能となり、有限光学系の使用を回避して、対物レンズのトラッキング動作に伴う球面収差の劣化を回避でき、光学系構成の自由度も確保できる。

他の発明によれば、波長の異なる 3種類の光ビームに対し共通に用いる対物レンズが、特定の 1種類の波長の平行光束の光ビームに対し対応する光記録媒体上での波面収差が最小となるように形成されている場合、共通の位相補正手段により、特定の 1種類の光ビーム以外の 2種類の平行光束の光ビームの球面収差補正が可能となり、有限光学系の使用を回避して、対物レンズのトラッキング動作に伴う球面収差の劣化を回避でき、光学系構成の自由度も確保できる。また、位相補正手段に、位相補正対象の光ビームの光束径の直径を Φ として、 1 *〜略0 . 8 5 Φ の部分に相当する位相補正領域を設けたことにより、良好な点像光強度分布が得られる。

また、位相補正対象の各光ビームの各々に対して同心円状に 2箇所以上の位相補正領域を設けたことにより、サイドローブの無い良好な点像光強度分布が得られる。

また、位相補正手段の各位相補正領域をキノフォーム形または断面が 2段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域としたことで、波長を選択して収差を補正することが可能となる。更に、階段構造の段数により回折効率を制御することができる。

更に、位相補正手段は、 2種類の光ビームに対し位相補正し、特定の 1種類の光ビームは位相補正せず平行光束状態のまま透過させたい場合に、位相補正素子の各位相補正領域を断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成し、階段構造の段差高さ h を、位相補正対象でない特定の 1種類の光ビームの波長を λ 0、回折光学領域の波長 λ 0での屈折率 η、 1段分の段差による特定の 1 種類の光ビームの位相シフトをゆとして、 = 2 π ( η - 1 ) h / λ 0が 2 7t の整数倍となるように設定したことにより、特定の 1種類の光ビームが各位相補正領域を透過しても等位相面の平面状態が良好に保たれ、特定の 1種類以外の光ビームの位相補正に影響を与えることなく特定の 1種類の光ビームに対して位相シフトを発生しないようにすることができる。

図面の簡単な説明

第 1図は、従来の光ピックアップの光学系の構成図である。

第 2図は、本発明の原理を説明するための光ピックアップの光学系の構成図である。

第 3図は、第 2図中の位相補正素子の平面図である。

第 4図は、第 2図中の光束制限素子の平面図である。

第 5図は、次世代 D V D用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。

第 6図は、 D V D用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作甩を説明する斜視図である。

第 7図は、 C D用の光ビームが入射したときめ光束制限素子の作用を説明する斜視図である。

第 8図は、第 2図中の位相補正素子の位相補正領域の構成法の説明図である。

第 9図は、第 2図中の位相補正素子の位相補正領域の断面構造の説明図である。

第 1 0図は、第 2図中の位相補正素子の位相補正領域を D V D用に形成し、 D V D用の波長の光ビームを D V Dの信号面上に集光させたときの光路図である。第 1 1図は、第 2図中の位相補正素子の位相補正領域を D VD用に形成し、 D VD用の波長の光ビームを D VDの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。

第 1 2図は、第 2図中の位相補正素子の位相補正領域を C D用に形成し、 C D用の波長の光ビームを C Dの信号面上に集光させたときの光路図である。

第 1 3図は、第 2図中の位相補正素子の位相補正領域を C D用に形成し、 C D用の波長の光ビームを C Dの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。

第 1 4図は、第 2図の光ピックアップ装置により、 DVD用の波長の光ビームを D VDの信号面上に集光させたときの光路図である第 1 5図は、第 2図中の光ピックアップ装置により、 D VD用の波長の光ビームを D VDの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。

第 1 6図は、本発明の実施例にかかる位相補正素子の平面図であ. る（実施例 1 )。

第 1 7図は、本発明の実施例にかかる光束制限素子の平面図である。

第 1 8図は、次世代 D VD用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。

第 1 9図は、 D VD用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。

第 2 0図は、 C D用の光ビームが入射したときの光束制限素子の作用を説明する斜視図である。

第 2 1·図は、第 1 6図の位相補正素子と第 1 7図の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、 D V D用の波長の光ビームを DVDの信号面上に集光させたときの光路図である。

第 2 2図は、第 1 6図の位相補正素子と第 1 7図の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、 D VD用の波長の光ビームを D VDの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。第 2 3図は、第 1 6図の位相補正素子と第 1 7図の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、 C D用の波長の光ビームを C Dの信号面上に集光させたときの光路図である。

第 2 4図は、第 1 6図の位相補正素子と第 1 7図の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、 C D用の波長の光ビームを C Dの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。

第 2 5図は、第 1 6図の位相補正素子と第 1 7図の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、次世代 D V D用の波長の光ビームを次世代 D VDの信号面上に集光させたときの光路図である。第 2 6図は、第 1 6図の位相補正素子と第 1 7図の光束制限素子を用いた光ピックアップ装置により、次世代 D V D用の波長の光ビームを次世代 DVDの信号面上に集光させたときの点像光強度分布図である。

発明を実施するための最良の形態

使用波長 A 0 = 4 0 5 nm、開口数 0. 8 5、信号面保護基板厚み 0. 1 mmの次世代 D VD、使用波長 λ 1 = 6 5 0 nm、開口数 0. 6、信号面保護基板厚み 0. 6 mmの D VD、使用波長 λ 2 = 7 8 0 nm、開口数 0. 4 5、信号面保護基板厚み 1. 2 mmの C Dの 3種類の光記録媒体に対応した光ピックアップ装置の場合、次世代 D VD、 D VD, C Dの光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径を * 0、 Φ 1 、 Φ 2 とすると、 φ 0 > ψ 1 > φ 2の関係にある。波長 λ 0 = 4 0 5 η πι、波長 A l = 6 5 0 n m、波長 λ 2 = 7 8 O n mの 3種類の光ビームを放射させ、光学系で平行光束に変換するとともに光軸と同軸にし、前後に併設された光束制限素子と位相補正素子を通して共通の対物レンズに導く。光束制限素子と位相補正素子は各々光軸に垂直に配置され、かつ光軸を中心とする直径 Φ 0の円領域より大きく形成してある。対物レンズは、次世代 D V D用の波長 λ 0の平行光束の光ビームを入射したとき次世代 D VDの信号面上での波面収差が最小となるように設計されてお、位相補正素子は波長 λ 0の平行光束の光ビームを平行光束状態のまま（等位相面を平面に保ったまま）透過させ、波長 λ 1の光ビームに対しては D VDの信号面上の球面収差を最良にするための位相補正をし、波長 λ 2の光ビームに対しては C Dの信号面上の球面収差を最良にするための位相補正をする。

位相補正素子の光軸を中心とし外径が Φ 0、内径が Φ 1の円環状領域は、次世代 D VD用の波長 λ 0の光ビームの透過領域（透過した際に、光束の光軸に垂直な断面内で位相差が生じない）である。位相補正素子の光軸を中心とし、外径が φ 1、内径が Φ 2の円環状の領域は第 1位相補正領域であり、 D VD用の波長 λ 1の光ビームに対する球面収差補正用の位相補正を行う。位相補正素子の光軸を中心とし、外径が d) 2、内径 φ 3が（ί> 2より小さく 0より大きい円環状の領域は第 2位相補正領域であり、 C D用の波長 λ 2の光ビームに対する球面収差補正用の位相補正を行う。位相補正素子の光軸を中心とし、外径が Φ 3、内径 φ 4が ψ 3より小さく 0より大きい円環状の領域は第 3位相補正領域であり、 D VD用の波長 λ 1 の光ビームに対する球面収差補正用の位相補正を行う。外径が Φ 4 の円板状の領域は第 4位相補正領域であり、 C D用の波長 λ 2の光ビームに対する球面収差補正用の位相補正を行う。位相補正対象の波長 λ 1 、 λ 2の各光ビームにつき、光束断面の周辺部と中心付近の両方で位相補正を行うことにより、超解像効果による点像光強度分布のサイドローブの増加を回避できる。第 1位相補正領域の内径を略 0 . 8 5 X ^ 1 とするのが、 D V D用の光ビームの D V D上での点像光強度分布を所望の特性にする上で好ましい。同様に、第 2 位相補正領域の内径を略 0 . 8 5 Χ Φ 2とするの'が、 C D用の光ビームの C D上での点像光強度分布を所望の特性にする上で好ましレ各位相補正領域を断面がキノフオーム形の回折光学領域とすることで、回折効率の良好な位相補正素子が得られる。製造容易性の観点から、断面が 2段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成する場合、位相補正対象でない次世代 D V D用の波長 λ θでの位相補正領域を形成する材質の屈折率 η、 1段分の段差による位相シフトをとして、ゆ = 2 π ( η - 1 ) h / λ θが 2 π の整数倍となるように設定することにより、次世代 D V D用の光ビームが各位相補正領域を通過しても等位相面の平面状態が良好に保たれ、次世代 D V Dの信号面上での波面収差が劣化しない。

光束制限素子は波長 λ θの光ビームに対し光軸を中心とする光束径が φ 0以下の範囲を全て透過し、それ以外の範囲を遮蔽する。また、光束制限素子には位相補正素子の第 1乃至第 4位相補正領域と各々同形 · 同寸の第 1乃至第 4波長選択性透過領域が設けられている。各第 1乃至第 4波長選択性透過領域の中心は光軸と一致している。第 1乃至第 4位相補正領域は各々第 1乃至第 ·4波長選択性透過領域と対応し、波長 λ 1 の光ビームは第 1、第 3波長選択性透過領域だけを透過し、それ以外の領域は透過しない。よって、波長 λ 1の光ビームは光束径が Φ 1以下 Φ 2以上の範囲と光束径が Φ 3 以下 <ί) 4以上の範囲だけ透過し、前者が位相補正素子の第 1位相補正領域に入射し、後者が第 3位相補正領域に入射する。波長 λ 2の光ビームは第 2、第 4波長選択性透過領域だけを透過し、それ以外の領域は透過しない。よって、波長 λ 2の光ビ.一ムは光束径が φ 2 以下. φ 3以上の範囲と光束径が' Φ 4以下の範囲だけ透過し、前者が位相補正素子の第 2位相補正領域に入射し、後者が第 4位相補正領域に入射する。波長 λ 0の光ビームは第 1乃至第 4波長選択性透過領域を含めて光束径が Φ 0以下の範囲が全て透過し、位相補正素子の光軸を中心とする直径 Φ 0の円領域に入射する。

実施例 1

第 2図は本発明の原理を説明するための光ピックアップ装置の構成図であり、第 1図と同一の構成部分には同一の符号が付してある。第 2図において、対物レンズ 1は使用波長 λ 0 = 4 0 5 ηιη、 Ν Α= 0. 8 5、信号面保護基板厚み 0. 1 mmの次世代 D VDに対応する波長 λ θの光を平行光束で入射したときに次世代 D V Dの信号面上での波面収差を最小にするように設計されている。また、 D VD用及び C D用光源は、受発光部を 1パッケージ化した D VD 用、 C D用ホログラムモジュール 3、 4が使用される。次世代 D V D用半導体レーザ 5から放射された光ビームはコリメ一夕レンズ 6 により平行光束に変換され、偏向ビームスプリツ夕 7、 D VD及び C D用の光束分離をするダイクロイツクプリズム 8及び 9を透過し、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更し、波長板 1 1 により偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光束制限素子 1 8で次世代 D V Dに対応する NAに応じた光束径（ Φ 0 ) に制限され、位相補正素子 1 3 Aを平行光束状態のまま（等位柑面が平面のまま）透過して対物レンズ 1に入射し、光記録媒体（次世代 D VD) 2— 1の信号面上に集光されて情報の記録および Zまたは再生を行う。光記録媒体 2— 1により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ 1 により平行光束に変換され、波長板 1 1により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更され、偏向ビームスプリッタ 7 により反射され、検出レンズ 1 4により受光素子 1 5の上に集光される。一方、 D VD用ホログラムモジュール 3から放射された波長 λ 1 (= 6 5 O nm) の光ビームはカップリングレンズ 1 6により平行光束に変換され、ダイクロイツクプリズム 8により反射され、ダイクロイツクブリズム 7を透過し、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更し、波長板 1 1 により偏向状態を直線偏光から円偏光に変換し、光束制限素子 1 8で DVDに対応する NAに応じた光束径 1 ) に制限されると同時に位相補正素子 1 3 Aに設けられた後述する円環状の第 1、第 3位相補正領域に入射する光束断面部分だけ透過するように制限され、位相補正素子 1 3 Aにより球面収差を補正して対物レンズ 1 に入射し、光記録媒体（D VD) 2— 2の信号面上に集光されて情報の記録およびまたは再生を行う。光記録媒体 2 — 2により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ 1および位相補正素子 1 3 Aにより平行光束に変換され、波長板 1 1 により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更され、ダイクロイツクプリズム 8により反射され、カツプリングレンズ 1 6により D VD用ホログラムモジュール 3の受光素子上に集光される。更に、 C D用ホログラムモジュール 4から放射された波長 λ 2 (= 7 0 5 n m) の光ビームは力ップリングレンズ 1 7により平行光束に変換され、ダイクロイツクプリズム 9により反射され、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更し、波長板 1 1により偏向状態を直線偏光から円偏光に変換し、光束制限素子 1 8で C Dに対応する N Aに応じた光束径（ Φ 2 ) に制限されると同時に位相補正素子 1 3 Aに設けられた後述する円環状及び円盤状の第 2、第 4位相補正領域に入射する光束断面部分だけ透過するように制限され、位相補正素子 1 3 Aにより球面収差を補正して対物レンズ 1 に入射し、光記録媒体（C D) 2 — 3の信号面上に集光されて情報の記録およびノまたは再生を行う。光記録媒体 2 _ 3により反射された光ビームは回転が逆方向の円偏光に変換され、対物レンズ 1および位相補正素子 1 3 Aにより平行光束に変換され、波長板 1 1 により偏光状態を元の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、プリズム 1 0により進路を 9 0度変更され、ダイクロイツクプリズム 9により反射され、カップリングレンズ 1 7により C D用ホログラムモジュール 4の受光素子上に集光される。なお、ここでは Φ 0乃至 Φ 2の具体的数値は Φ 0 = 3. l mm、 φ 1 = 2 . 2 mm, 2 = 1. 8 mmであるとする。

光束制限素子 1 8 と位相補正素子 1 3 Aは、位相補正素子 1 3 A の方が対物レンズ寄りとなるようにして前後に併設されている。この内、位相補正素子 1 3 Aは対物レンズ 1の光軸に対し垂直に配置されており、次世代 D V D用、 D VD用、 C D用の波長 λ 0、 λ 1、 λ 2の平行光束が垂直に入射する。この位相補正素子 1 3 Αは正方形の板状に形成されており、第 3図に光軸方向から見た平面図を示す。外寸 Lは直径 Φ 0の円領域より大きく形成され、ここでは一例として L = 3. 8 mmであるとする。位相補正素子 1 3 Aには、内側に光軸を中心とし、外径 Φ 1、内径 Φ 2の円環状の第 1位相補正領域（W 1 ) と、光軸を中心とし外径 φ 2の円盤状の第 2位相補正領域（W 2 ) が設けられている。 Φ 0、 Φ 1、 Φ 2は各々、次世代 D VD、 D VD, C Dに対応する NAである NA 0、 NA 1、 N A 2に応じた光束径であり、 Φ 0〉 φ 1 > <ί) 2の関係がある。第 1位相補正領域 W 1は DVD用の光ビームに対して位相補正により球面収差を補正し、第 2位相補正領域 W 2は C D用の光ビームに対して位相補正により球面収差を補正する。光軸を中心とし、外径 Φ 0、内径 φ 1の円環状の領域（W0 ) は透過領域であり、次世代 D VD に対応する波長 λ 0の光ビームを平行光束状態のまま（等位相面が平面のまま）透過させる。 .

光束制限素子 1 8も正方形の板状に形成されて対物レンズ 1の光軸に対し垂直に配置されており、次世代 DVD用、 D VD用、 C D 用の波長 λ 0、 λ 1、 λ 2の平行光束が垂直に入射する。第 4図に光軸方向から見た平面図を示す。外寸 L 1は光束制限素子 1 8に入射する次世代 DVD用、 D VD用、 C D用の波長久 0、 λ 1、 λ 2 の平行光束のいずれの光束径ょりも大きく形成されており、ここでは一例として L 1 = 3. 8 mmとする。光束制限素子 1 8には内側に光軸を中心とし、位相補正素子 1 3 Aの第 1、第 2位相補正領域 W 1、 W 2と各々同形 ·同寸の第 1、第 2波長選択性透過領域 Y 1、 Y 2 と、外径 φ 0、内径 Φ 1の円環状の外側波長選択性透過領域領域 Y 0が設けられている。外側波長選択性透過領域 Υ 0の外側は遮蔽領域 Υ Υであり、次世代 D VD用、 D VD用、 C D用の波長 λ 0、 λ 1、 λ 2のいずれの光束も遮蔽させる。外側波長選択性透過領域 Υ 0は次世代 D V D用の波長 λ 0を透過させ、 DVD用、 C D用の波長 λ 1、 λ 2は遮蔽させる。第 1波長選択性透過領域 Υ 1は次世 '代 D VD用、 DVD用の波長 λ 0、 λ ΐ を透過させ、 C D用の波長 λ 2は遮蔽させる。第 2波長選択性透過領域 Υ 2は次世代 DVD用、 C D用の波長 λ 0、 λ 2を透過させ、 D VD用の波長 λ ΐは遮蔽させる。これにより、次世代 DVD用の波長 λ 0は光軸を中心とする光束径 Φ 0の範囲内に制限されて位相補正素子 1 3 Αの第 1、第 2 位相補正領域 W l、 W2、領域 WOに入射する（第 5図参照）。 D V D用の波長 λ 1は光軸を中心とする光束径 Ψ 1の範囲内に制限されると同時に直径が Φ 1から Φ 2までの部分だけに制限されて位相補正素子 1 3 Αの第 1位相補正領域 W 1 に入射する（第 6図参照）。 C D用の波長 λ 2は光軸を中心とする光束径 <|) 2の範囲内に制限されて位相補正素子 1 3 Aの第 2位相補正領域 W 2に入射する（第 7図参照）。 ·

第 3図に戻って、位相補正領域 W l、 W2は各々、断面が 2段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域である。ここで、擬似キノフォーム形の回折光学領域の構成につき説明すると、光軸に対し垂直方向へ計った光軸からの距離 ]"、使用波長 λ、 DVDと C Dのそれぞれにっき球面収差を補正するための位相シフトを与える次式の光路差関数 Φ ( r ) は、 DVD、 C Dに対して光軸からの距離 rに対する球面収差により決定される。球面収差は光軸からの距離 rにより変化するため、球面収差を補正するための位相シフトを距離 rに従って変化させることにより、球面収差を生じる位相差を補正することができる。

Φ ( r ) = (m λ X 2 π) X ( a , r ² + a ₂ r ⁴ + a ₃ r ⁶ + · · )

• . ( 1 ) 但し、 λ は補正対象波長であり、領域 W 1は D V D用、領域 W 2 は C D用

mは使用する特定の回折次数であり、通常一 1 または + 1 a , , a ₂ , a ₃ · · は各々光学系の構成で定まる所定の光路差係数

光路差関数 Φ ( r ) を図示すると例えば第 8図（ 1 ) の如くなるが、光路差関数に波長 λ の整数倍（位相で見た場合 2 π の整数倍）を加減しても等価な光路差関数が得られるので、 Φ ( r ) に波長 λ の整数倍を加減して光路差関数の値が 0乃至 λ の範囲に収まるように変換した光路差関数を F ( r ) とすると、第 8図（ 2 ) の如くなる。 F ( r ) を波長 λ での屈折率 η ( λ ) の位相補正素子 1 3 Αの材質で実現するとき、厚さ分布関数 T ( r )、

T ( r ) = Φ Ρ ( r ) / ( n ( λ ) - 1 ) · · ( 2 ) に従って厚さを変化させれば良い（第 8図（ 3 ))。 ( 2 ) 式の構造を一定厚さの基板上に形成すると、溝の最大深さ Dが λ Ζ ( η ( λ ) 一 1 ) で一定、溝ピッチ Ρが rが大きくなるとともに徐々に小さくなるような溝を光軸を中心に同心円状に形成した回折光学構造となる。一般に、溝ピッチ Pの回折光学領域に垂直に入射した波長 λ の光線は、 s i η 0 =πι λ Ζ Ρで定まる回折角度 θ ( Θ はここでは光軸方向から測った角度）で m次光を射出する。内周側から外周側へ溝ピッチ Pを徐序に小さくした同心円状の回折光学領域に垂直に入射した平行光束は内周側から外周側へ徐序に回折角度が大きくなるため発散光束または収束光束を射出する。従って、連続的に溝ピッチ Pの変化する同心円状の回折光学領域はレンズと同様に光の進行方向を曲げる光学素子として扱うことができる。

第 8図（ 3 ) の如く断面鋸歯状の回折光学構造はキノフォームと呼ばれ、対象波長の一次光の回折効率は理論上 1 0 0 %となる。しかし、キノフォーム形の回折構造の製造は難易度が高く、通常は第

9図の如く断面が 2段以上の階段構造で近似した擬似キノフォーム形とされる。回折効率は階段数で決定され、 2段で 4 1 %、 4段で

8 1 %、 8段で 9 5 %、 1 6段で 9 9 %に達する。なお、溝の最大深さ Dが λ / (η ( λ ) - 1 ) からずれると回折効率は低下する。第 5図乃至第 7図、第 9図において、 Κと Μは位相補正素子 1 3 A の前面（光束制限素子 1 8に対向する面）と背面（対物レンズ 1に対向する面）を表し、階段構造は背面側に形成されており、光ビームの平行光束は前面側から入射する。

ここで、階段構造の憐接する各段差による位相シフトは入射光の波長をえ、位相補正素子 1 3 Aの材質の波長 λ での屈折率を η、段差高さを hとすると、位相シフトゆ = 2 ττ (η ( λ ) — 1 ) / λ で与えられる。従って、波長 λ においてが 2 π の整数倍となるように段差高さ hを設計することにより、段差を垂直に通過する波長 λ の平行光束の等位相面を平面に保つことが可能となる。位相補正素子 1 3 Aの場合、第 1位相補正領域 W 1は D VD用の波長 λ

1の平行光束の光ビームに対し球面収差を補正する段差構造の溝ピツチ Ρに設定されるとともに、次世代 D VD用の波長 λ 0に対し位相シフ卜ゆが 2 7t の整数倍となるように段差構造の段差高さ hを設定すれば良い（溝の最大深さ Dは、 λ 1 Z ( η ( λ 1 ) 一 1 ) からずれるが、 λ 1 Ζ (η (λ 1 ) — 1 ) の整数倍近くになるように段数と高さ hを設定することで、回折効率の低下を抑えることができる）。同様に、第 2位相補正領域 W 2は C D用の波長 Λ 2に平行光束の光ビームに対し球面収差を補正するとともに、次世代 D VD 用の波長 λ 0に対し位相シフトゆが 2 π の整数倍となるように段差構造の段差高さ hが設定してある（溝の最大深さ Dは、 λ 2 / (η

(λ 2 ) — 1 ) からずれるが、 λ 2 (η (λ 2 ) 一 1 ) の整数倍近くになるように段数と高さ hを設定することで、回折効率の低下を抑えることができる）。なお、領域 W 0は断面を階段構造とせず、第 1位相補正領域 W 1の階段構造の上面または底面と面一な平面とし（第 9図の Aまたは B参照）、領域 W0と第 1位相補正領域 W 1 とで階段構造を除く位相補正素子 1 3 Aの厚みが同一とされている。この結果、次世代 D VD用の光ビームは位相補正素子 1 3 Aを通過する際に、 W 0〜W 2の全領域で平行光束状態が変化しない。

一例として各位相補正領域を含む位相補正素子 1 3 Aの硝子材に B K 7を用いることとすると、 η ( λ 0 ) = 1. 5 3 0 1 9 6、 η

(λ 1 ) = 1. 5 1 4 5 2 0、 η ( λ 2 ) = 1. 5 1 1 1 8 3であり、位相補正領域 W 1 を疑似キノフォーム形とする場合、例えば階段数 = 5段、段差高さ h = 0. 7 6 4 m, 最大溝深さ D = 3. 8 1 9 mとし、位相補正領域 W2を疑似キノフォーム形とする場合、例えば階段数 = 4段、段差高さ h = 0. 7 6 4 m, 最大溝深さ D = 3. 0 5 5 mとすれば良い。以下では、各位相補正領域を含む位相補正素子 1 3 Aの硝子材は B K 7、位相補正領域 W 1は階段数 = 5段、段差高さ h = 0. 7 6 4 m、最大溝深さ D = 3. 8 1 9 m、位相補正領域 W2は階段数 = 4段、段差高さ h = 0. 7 6 4 m、最大溝深さ D = 3. 0 5 5 / mとして説明する。

仮に第 1位相補正領域 W 1 を第 2位相補正領域 W 2の領域まで拡張し、対応して光束制限素子 1 8の第 1波長選択性透過領域 Y 1 を第 2波長選択性透過領域 Y 2まで拡張し、位相補正素子 1 3 Aの光軸を中心とする直径 Φ が Φ 1≥ の範囲全てを D VD用の波長 λ 1 に対する球面収差補正をするための擬似キノフォーム形とした場合、 D V D用の光ビームが光記録媒体（D VD) 2— 2の信号面上に集光したときの光路と点像光強度分布は第 1 0図、第 1 1図の如くなり、球面収差の補正が可能であることが判る。同様に、第 2位相補正領域 W 2を第 1位相補正領域 W 1の領域まで拡張し、対応して光束制限素子 1 8の第 2波長選択性透過領域 Υ 2を第 1波長選択性透過領域 Y 1 まで拡張し、位相補正素子 1 3 Αの光軸を中心とする直径 φ が φ 2≥ の範囲全てを C D用の波長 λ 2に対する球面収差補正をするための擬似キノフォーム形とした場合、 C D用の光ビームが光記録媒体（C D) 2— 3の信号面上に集光したときの光路と点像強度分布は第 1 2図、第 1 3図の如くなり、球面収差の補正が可能であることが判る。第 3図の位相補正素子 1 3 Aでは、 1 つの素子で D VD用の波長 λ ΐ と C D用の波長久 2の両者につき位相補正可能とするため領域分割して各々に専用の第 1、第 2位相補正領域 W l、 W 2を設けてあり、対応して光束制限素子 1 8にも第 1、第 2波長選択性透過領域 Y 1、 Y 2を設けてある。

ところが、第 3図の位相補正素子 1 3 Aと第 4図の光束制限素子 1 8を用いた第 2図の光ピックアップ装置により、 D VD用の波長入 1の光ビームを光記録媒体（D VD) 2 - 2の信号面上に集光させたときの光路と点像光強度分布は第 1 4図、第 1 5図の如くなり、メインローブ MLのスポット径は小さいもののサイドローブ Sしの強度が大きくなつている。これは、超解像効果と呼ばれる現象で光束径の中心付近に対して周辺部の寄与を大きくすることで発生し、光記録媒体の信号面上のスポット径を回折限界以下にする方法として周知であるが、メインローブ MLのピーク強度に対しサイドローブ S Lのピーク強度が l Z e ²以上有る場合、クロストークによる再生信号の劣化が生じる恐れがあり、第 3図の位相補正素子 1 3 A のままでは実用にならない。

第 1 6図は本発明の実施例に係る位相補正素子を光軸方向から見た平面図である。第 1 6図は超解像効果によるクロストークの問題を改善した位相補正素子の例であり、ここでは、超解像効果とは逆の効果であるアポジゼ一ション効果を利用している。アポジゼーシヨン効果は、光束径の周辺部に対して中心付近の寄与を大きくすることで具現できる。位相補正素子 1 3 Bは正方形の板状に形成されており、外寸 Lは直径 Φ 0の円領域より大きく形成され、内側に光軸を中心とし、外径 φ 1、内径 Φ 2の円環状の第 1位相補正領域（ Z 1 ) と、光軸を中心とし外径 φ 2、内径 φ 3 ( 2 > φ 3 > 0 ) の円環状の第 2位相補正領域（ Z 2 ) と、光軸を中心とし外径 Φ 3、内径 ( '3 > φ 4 > 0 ) の円環状の第 3位相補正領域（ Ζ 3 ) と、光軸を中心とする外径 Φ 4の円盤状の第 4位相補正領域（Ζ 4) が設けられている。 Φ 0、 Φ 1、 Φ 2は各々、次世代 D VD、 D V D、 C Dに対応する N Aである N A 0、 NA 1、 NA 2に応じた光束径であり、 Φ 0〉 Φ 1 > Φ 2の関係がある。第 1位相補正領域 Ζ 1は、第 3図の第 1位相補正領域 W 1 と同一に構成され、第 3位相補正領域 Z 3は、仮に第 1位相補正領域 W 1 を内径が φ 4まで拡張したときの φ 3≥ φ≥ φ 4の部分と同一に構成されており、断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域であり、 D VD用の波長 λ ΐ の光ビームに対して位相補正により球面収差を補正する段差構造の溝ピッチ Ρに設定されるとともに、次世代 D VD用の波長 λ 0に対し位相シフトゆが 2 π の整数倍となるように段差構造の段差高さ hが設定してある（溝の最大深さ Dは、 λ 1 / ( η (λ 1 ) 一 1 ) からずれるが、 λ 1 Ζ (η ( λ 1 ) 一 1 ) の整数倍近くになるように段数と高さ hを設定することで、回折効率の低下を抑えることができる）。第 2位相補正領域 Z 2は、第 3図の第 2位相補正領域 W 2の Φ 2≥ φ≥ φ 3と同一に構成され、第 4位相補正領域 Ζ 4は、第 2位相補正領域 W 2の φ 4≥ </)≥ 0の部分と同一に構成されており、断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域であり、 C D用の波長 λ 2の光ビームに対して位相補正により球面収差を補正する段差構造の溝ピッチ Ρに設定されるとともに、次世代 D VD用の波長 λ 0に対し位相'シフトが 2 π の整数倍となるように段差構造の段差高さ hが設定してある（溝の最大深さ Dは、 λ 2 Ζ ( η ( λ 2 ) — 1 ) からずれるが、 λ 2 （η ( λ 2 ) - 1 ) の整数倍近くになるように段数と高さ hを設定することで、回折効率の低下を抑えることができる）。 Φ 0 ≥ φ≥ 1の領域 Ζ 0の部分は第 3図の領域 W 0 と同一であり、次世代 D VDに対する波長 λ θ の光ビームの透過領域である。第 1乃至第 4位相補正領域 Ζ 1乃至 Ζ 4と領域 Ζ 0を含む Φ 0≥ Φ の全領域は、次世代 D VDに対する波長 λ θの光ビームを平行光束状態のまま（等位相面が平面のまま）透過する。なお、 Φ 3は良好な点像光強度分布を得るために 0. 9 X φ 2以下に設定すれば良いが、好ましくは略 0. 8 5 X Φ 2に設定するのが良い。

第 1 7図は位相補正素子 1 3 Βと対で用いられる光束制限素子 1 8 Βを光軸方向から見た平面図である。光束制限素子 1 8 Bも正方形の板状に形成されており、次世代 DVD用、 D VD用、 C D用の波長 λ 0、 λ 1、 λ 2の平行光束が垂直に入射する。外寸 L 1は第 4図の光束制限素子 1 8 と同一であり、光束制限素子 1 8 Bに入射する次世代 DVD用、 DVD用、 C D用の波長 λ 0、 λ 1、 λ 2の平行光束のいずれの光束径ょりも大きく形成されており、内側に光軸を中心とし、位相補正素子 1 2 Bの第 1乃至第 4位相補正領域 Ζ 1乃至 Ζ 4と同形 · 同寸の第 1乃至第 4波長選択性透過領域 X 1乃至 Χ 4と、外径 φ 0、内径 φ 1の円環状の外側波長選択性透過領域 X 0が設けられている。外側波長選択性透過領域 X 0の外側は遮蔽領域 XXであり、次世代 D VD用、 D VD用、 C D用の波長久 0、 λ 1、 λ 2のいずれの光束も遮蔽させる。外側波長選択性透過領域 Χ 0は次世代 DVD用の波長 λ θを透過させ、 D VD用、 C D用の波長 λ 1、 λ 2は遮蔽させる。第 1、第 3波長選択性透過領域 X 1、 Χ 3は次世代 D VD用、 D VD用の波長 λ 0、 λ ΐ を透過させ、 C D用の波長 λ 2は遮蔽させる。第 2、第 4波長選択性透過領域 Χ 2、 Χ 4は次世代 D VD用、 C D用の波長 λ 0、 λ 2を透過させ、 D V D用の波長 λ ΐは遮蔽させる。これにより、次世代 D VD用の波長 λ 0は光軸を中心とする光束径 Φ 0の範囲内に制限されて位相補正素子 1 3 Bの第 1乃至第 4位相補正領域 Z 1乃至 Ζ 4、領域 Ζ 0 に入射する（第 1 8図参照）。 D VD用の波長 λ ΐは光軸を中心とする光束径 Φ 1の範囲内に制限されると同時に直径が φ 1から Φ 2までの部分と Φ.3から φ 4までの部分だけに制限されて位相補正素子 1 3 Bの第 1、第 3位相補正領域 Z 1、 Z 3に入射する（第 1 9図参照）。 C D用の波長 λ 2は光軸を中心とする光束径 Φ 2の範囲内に制限されると同時に直径が Φ 2から φ 3までの部分と Φ 4以下の部分だけに制限されて位相補正素子 1 3 Βの第 2、第 4位相補正領域 Ζ 2、 Ζ 4に入射する（第 2 0図参照）。

第 2図の光ピックアップの位相補正素子 1 3 Αと光束制限素子 1 8を各々第 1 6図の位相補正素子 1 3 Βと第 1 7図の光束制限素子 1 8 Bに置き換え、 Φ 0 = 3. 1 mm、 1 = 2. 2 mm、 φ 2 = 1. 8 mm、 3 = 0. 8 5 X 2 ^ 1. 2 mm、 4 = 0. 6 m mとし、各位相補正領域を含む位相補正素子 1 3 Bの材質が B K 7、第 1、第 3位相補正領域 Z l、 Z 3の階段構造は階段数 = 5段、段差高さ h = 0. 7 6 4 m、最大溝深さ D = 3. 8 1 9 i mとし、第 2、第 4位相補正領域 Z 2、 Z 4の階段構造は階段数 = 4段、段差高さ h = 0. 7 6 4 m、最大溝深さ D = 3. 0 5 5 mとしたときに、 D VD用の波長 λ 1光ビームが光記録媒体（D V D) 2 - 2の信号面上に集光したときの光路と点像光強度分布は第 2 1図、第 2 2図の如くなり、 C D用の波長 λ 2の光ビームが光記録媒体 (C D) 2— 3の信号面上に集光したときの光路と点像光強度分布は第 2 3図、第 2 4図の如くなり、次世代 DVD用の波長 λ 0の光ビームが光記録媒体（次世代 DVD) 2— 1の信号面上に集光レたときの光路と点像光強度分布は第 2 5図、第 2 6図の如くなりえる。第 2 2図、第 2 4図から、 D VDと C Dについてメインローブ ML のピーク強度に対しサイドローブ S Lのピーク強度が 1 e ²以下に低減し'、超解像効果が改善されていることが判る。また、第 2 6 図から次世代 D V Dについて、メインローブ M Lのピーク強度に対しサイドローブ S Lのピーク強度の比にとくに問題ないことが判る。なお、第 1位相補正領域 Z 1の内径は、良好な点像光強度分布を得るために略 0. 8 5 X φ 1 に設定するのがより好ましい。

第 1 6図の位相補正素子 1 3 Bと第 1 7図の光束制限素子 1 8 B によれば、次世代 D VD、 D VD, C Dの各光記録媒体に対し、対応する光ビームの集光を共通に行う対物レンズ 1が次世代 D VD用の波長 λ 0の平行光束の光ビームに対し光記録媒体（次世代 D V D) 2 - 1の信号面上での波面収差が最小となるように形成されている場合に、位相補正素子 1 3 Βにより、前記次世代 DVD用の特定の光ビームを除く残り 2つの DVD用と C D用の波長 λ ΐ と λ 2の平行光束の光ビームの位相補正による球面収差補正が可能となり、 2つの波長の光ビームの球面収差補正が必要な場合に、有限光学系の使用を回避して、対物レンズのトラッキング動作に伴う球面収差の劣化を回避でき、光学系構成の自由度も確保できる。

また、位相補正素子 1 3 Βの各位相補正領域を断面が 2段以上の階段構造で近似した擬似キノフォーム形の回折光学領域としたので、低損失で球面収差補正をでき、更に、段差高さは次世代 D VD用の光ビームが 1段の段差を通過する際の位相シフトが 2 7C の整数倍となるようにしたことで、次世代 D VD用の光ビームが各位相補正領域を通過しても平行光束状態が変化せず、波面収差が劣化することはない。

また、位相補正素子 1 3 Βを平行光束のまま透過させるのは、次世代 DVD用の光ビーム 1つなので、位相補正素子 1 3 Βに使用出来る硝子材の種類の制約が少ない。なお、上記実施例において、位相補正素子 1 3 Bの位相補正領域は規格別の光記録媒体の N Aに対応しているため、光束制限素子 1 8 Bとの間に位置ずれがあると球面収差の補正性能を低下させる。従って、同一基板上の両面に位相補正領域と光束制限領域を形成するか、位相補正素子と光束制限素子を貼り合わす等により固着し、一体化すると良い。

、また、上記実施例において、位相補正素子による光軸からの距離 rでの位相補正量は、対物レンズと光記録媒体の保護基板による光軸からの距離 rでの球面収差量に対応しているため、対物レンズと位相補正素子との位置ずれは球面収差補正性能を低下させる。従つて、対物レンズのフオーカシング及びトラッキング方向動作時においても位置ずれが発生しないように対物レンズの保持機構に位相補正素子及び Zまたは光束制限素子も一緒に保持させると良い。

また、位相補正領域は断面が階段構造の擬似キノフォーム形でなく、矩形の回折光学領域としたり、或いは、液晶収差補正素子を角いた位相補正領域としても同様に位相補正をすることができる。また、対物レンズ上に、位相補正領域を形成するようにしても良い。

産業上の利用可能性

本発明は、次世代 D V D、 D V Dまたは Z及び C D等の規格の異なる複数の光記録媒体に対し再生またはおよび記録を行う光ディスク装置に適用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 使用波長と開口数（N A ) と信号面保護基板厚みの規格が異なる k種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する k種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される k種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系と、を含む光ピックアップ装置において、

光学系と対物レンズとの間に、波長の異なる k種類の光ビームの光束について各々一部分だけを透過する光束制限手段と、 k種類の光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、

位相補正手段に、互いに重ならない少なくとも 2 k個の光軸を中心とする同心の円環.状.または円盤状の位相補正領域を設け、各位相補正領域は波長の異なる k種類の光ビームの内の 1種類の光ビーム専用に位相補正をするとともに、各光ビームは隣接しない専用の少なくとも 2つの位相補正領域で位相補正されるようにし、

光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の各位相補正領域と各々同形な複数の波長選択性透過領域を設け、互いに同形な位相補正領域と波長選択性透過領域を対応付けるとともに、各波長選択性透過領域は対応する位相補正領域が位相補正対象としている波長の光ビームだけを透過し、波長選択性透過領域以外ではいずれの波長の光ビームも透過させないようにしたこと、

を特徴とする光ピックアツプ装置。

2 . 使用波長と開口数（N A ) と信号面保護基板厚みの規格が異なる 2種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する 2種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される 2種類の光記録媒体上に集 ¾させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系とを含み、 2種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径 φ 1、 φ 2が φ 1 > φ 2の関係にある光ピックアツプ装置において、

2種類の光ビームの内、対応する光記録媒体の種類に対応する開口数に応じた光束径が Φ 1の光ビームを第 1光ビーム、 φ 2の光ビ一ムを第 2光ビームとして区別し、

光学系と対物レンズとの間に、第 1、第 2光ビームの光束について各々一部分だけを透過する光束制限手段と、第 1、第 2光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、

位相補正手段に、外側から外径が Φ 1、内径が Φ 1より小さく φ 2以上の光軸を中心とする第 1光ビーム用の円環状の第 1位相補正領域、外径が Φ 2、内径 φ 3が Φ 2より小さく 0より大きい光軸を中心とする第 2光ビーム用の円環状の第 2位相補正領域、外径が以下で内径 <ί) 4が 0より大きい光軸を中心とする第 1光ビーム用の円環状の第 3位相補正領域、外径が φ 4以下の光軸を中心とする第 2光ビーム用の円環状または円盤状の第 4位相補正領域を設け、

光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の第 1乃至第 4位相補正領域と各々同形な 4つの第 1乃至第 4波長選択性透過領域を設け、第 1、第 3波長選択性透過領域は第 1光ビームを透過させ、第 2光ビームを透過させず、第 2、第 4波長選択性透過領域は第 2光ビームを透過させ、第 1光ビームを透過させず、第 1乃至第 4波長選択性透過領域以外では第 1、第 2光ビームのいずれも透過させないようにしたこと、

を特徴とする光ピックアップ装置。

3 . 第 1位相補正領域の内径は Φ 1の略 0 . 8 5 としたこと、を特徴とする請求項 2記載の光ピックアップ装置。

4 . 第 2位相補正領域の内径（ί> 3は ^ 2の略 0 . 8 5としたこと、

を特徴とする請求項 2記載の光ピックアップ装置。

5 . 各位相補正領域は、断面が 2段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成したこと、

を特徴とする請求項 2記載の光ピックアップ装置。

6 . 位相補正手段と光束制限手段を、共通基板の両側に形成して一体化するか、若しくは、貼り合わせにより一体化したこと、を特徵とする請求項 2記載の光ピックアップ装置。

7 . 対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、

を特徴とする請求項 2記載の光ピックアツプ装置。

8 . 対物レンズの保持機構に光束制限手段及び位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、

を特徴とする請求項 2記載の光ピックアップ装置。

9 . 使用波長と開口数（Ν Α ) と信号面保護基板厚みの規格が異なる 3種類の光記録媒体に対応して各々波長の異なる光ビームを放射する 3種類の発光素子と、各発光素子から放射された光ビームを所定箇所に交換して設置される 3種類の光記録媒体上に集光させる共通の対物レンズと、各発光素子から放射された光ビームを平行光束に変換し、対物レンズの光軸と同軸に合わせて対物レンズに導く光学系とを含み、対物レンズは特定の 1種類の光ビームを対応する特定の 1種類の光記録媒体上に集光させたときの波面収差を最小とするように形成され、特定の 1種類と他の.2種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径 Φ 0、 φ 1 、 Φ 2が φ 0 > φ 1 > Φ 2の関係にある光ピックアップ装置において、

特定の 1種類を除く 2種類の光ビームの内、対応する光記録媒体の種類に対応する開口数に応じた光束径が Φ 1の光ビームを第 1 光ビーム、 φ 2の光ビームを第 2光ビームとして区別し、

光学系と対物レンズとの間に、特定の 1種類の光ビームは特定の 1種類の光記録媒体に対応する開口数に応じた光束径 Φ 0に相当する部分だけを全て通過させる一方、第 1、第 2光ビームは各光束について各々一部分だけを透過させる光束制限手段と、特定の 1種類の光ビームは平行光束状態のまま通過させる一方、第 1、第 2光ビームの位相を補正する位相補正手段とを、位相補正手段が対物レンズ寄りとなるように前後に並設し、

位相補正手段に、外側から外径が Φ 1、内径が 1より小さく φ 2以上の光軸を中心とする第 1光ビーム用の円環状の第 1位相補正領域、外径が Φ 2、内径 φ 3が φ 2より小さく 0より大きい光軸を中心とする第 2光ビーム用の円環状の第 2位相補正領域、外径が Φ 3以下で内径 φ 4が 0より大きい光軸を中心とする第 1光ビーム用の円環状の第 3位相補正領域、外径が φ 4以下の光軸を中心とする第 2光ビーム用の円環状または円盤状の第 4位相補正領域を設け、

光束制限手段に、光軸を中心に位相補正手段の第 1乃至第 4位相補正領域と各々同形な 4つの第 1乃至第 4波長選択性透過領域を設け、第 1、第 3波長選択性透過領域は第 1光ビーム及び特定の 1種類の光ビームを透過させ、第 2光ビームを遮蔽し、第 2、第 4波長選択性透過領域は第 2光ビーム及び特定の 1種類の光ビームを透過させ、第 1光ビームは遮蔽し、第 1乃至第 4波長選択性透過領域以外は第 1、第 2光ビームのいずれも透過させないようにしたこと、を特徴とする光ピックアップ装置。

1 0. 第 1位相補正領域の内径は Φ 1の略 0. 8 5 としたこと、を特徴とする請求項 9記載の光ピックアップ装置。

1 1. 第 2位相補正領域の内径は Φ 2の略 0. 8 5としたこと、

を特徴とする請求項 9記載の光ピックアップ装置。

1 2. 各位相補正領域は、断面が 2段以上の階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成したこと、

を特徴とする請求項 9記載の光ピックアップ装置。

1 3. 各位相補正領域は、断面が階段構造の擬似キノフォーム形の回折光学領域で形成し、

階段構造の段差高さ hを、特定の 1種類の光ビームの波長を λ 0、回折光学領域の波長 λ 0の屈折率 η、 1段分の段差による特定の 1 種類の光ビームの位相シフトをとして、

Φ·= 2 π ( η— 1 ) h /λ 0 が 2 π の整数倍となるように設定したこと、

を特徴とする請求項 9記載の光ピックアップ装置。

1 4 . 位相補正手段と光束制限手段を、共通基板の両側に形成して一体化するか、若しくは、貼り合わせにより一体化したこと、を特徴とする請求項 9記載の光ピックアップ装置。

1 5 . 対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、

を特徴とする請求項 9記載の光ピックアツプ装置。

1 6 . 対物レンズの保持機構に位相補正手段を一緒に保持させるようにしたこと、

を特徴とする請求項 9記載の光ピックアップ装置。