(57)【要約】【課題】  光源の波長を短く対物レンズの開口数を高くし、基板厚さを薄くした次世代規格の光記録媒体と従来のＤＶＤ規格やＣＤ規格の光記録媒体のいずれに対しても記録や再生を行うことができる光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置を提供する。【解決手段】  光学系１ａから出射した波長４０５ｎｍの光は平行光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．１ｍｍのディスク５ａ上に集光される。光学系１ｂから出射した波長６５０ｎｍの光は発散光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．６ｍｍのディスク５ｂ上に集光される。光学系１ｃから出射した波長７８０ｎｍの光は発散光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ１．２ｍｍのディスク５ｃ上に集光される。波長６５０ｎｍまたは波長７８０ｎｍの光に対して残留する球面収差は対物レンズ４ａの倍率変化により低減され、波長選択フィルタ３ａによりさらに低減される。【選択図】  図８
2006092743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、第三の波長の光を出射する第三の光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器を有し、
往路において前記第一の光源から出射した前記第一の波長の光、前記第二の光源から出射した前記第二の波長の光、および前記第三の光源から出射した前記第三の波長の光を、前記対物レンズを介してそれぞれ第一の種類の光記録媒体、第二の種類の光記録媒体、および第三の種類の光記録媒体へ選択的に導くと共に、復路において前記第一の種類の光記録媒体で反射された前記第一の波長の光の反射光、前記第二の種類の光記録媒体で反射された前記第二の波長の光の反射光、および前記第三の種類の光記録媒体で反射された前記第三の波長の光の反射光を、前記対物レンズを介して前記光検出器へ選択的に導く光学系を備えた光ヘッド装置において、
前記第一、第二および第三の波長の光の共通の光路中に、前記第一、第二および第三の波長の光に対して入射光の波長に依存する位相分布の変化を与える波長選択フィルタをさらに有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記第一、第二および第三の波長がそれぞれ略４０５ｎｍ、略６５０ｎｍおよび略７８０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記第一、第二および第三の種類の光記録媒体の入射面から反射面までの距離が、それぞれ略０．１ｍｍ、略０．６ｍｍおよび略１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記第一の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、前記第二の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、および前記第三の波長の光に対する前記対物レンズの倍率のうち、少なくともいずれか一つが他の二つと異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記波長選択フィルタは、前記第一の波長の光に対して位相分布の変化を与えないか、または前記第一の光源から前記第一の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差が低減されるように位相分布の変化を与え、前記第二の波長の光に対して位相分布の変化を与えないか、または前記第二の光源から前記第二の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差が低減されるように位相分布の変化を与え、前記第三の波長の光に対して位相分布の変化を与えないか、または前記第三の光源から前記第三の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差が低減されるように位相分布の変化を与えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記波長選択フィルタが前記対物レンズの表面上に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器とを有し、
往路において前記第一の光源から出射した前記第一の波長の光、および前記第二の光源から出射した前記第二の波長の光を、前記対物レンズを介してそれぞれ第一の種類の光記録媒体、および第二の種類の光記録媒体へ選択的に導くと共に、復路において前記第一の種類の光記録媒体で反射された前記第一の波長の光の反射光、および前記第二の種類の光記録媒体で反射された前記第二の波長の光の反射光を、前記対物レンズを介して前記光検出器へ選択的に導く光学系を備えた光ヘッド装置において、
前記光学系は、前記第一の波長の光に対して前記第一の光源から前記第一の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第一の波長の光のみの光路中に設けられた球面収差補正手段、および前記第二の波長の光に対して前記第二の光源から前記第二の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第二の波長の光のみの光路中に設けられた球面収差補正手段のうち、少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項８】
前記第一および第二の波長がそれぞれ略４０５ｎｍおよび略６５０ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の光ヘッド装置。
【請求項９】
前記第一および第二の種類の光記録媒体の入射面から反射面までの距離が、それぞれ略０．１ｍｍおよび略０．６ｍｍであることを特徴する請求項７または８記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】
前記第一の波長の光に対する前記対物レンズの倍率と、前記第二の波長の光に対する前記対物レンズの倍率とが、互いに異なることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項１１】
第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、第三の波長の光を出射する第三の光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器とを有し、
往路において前記第一の光源から出射した前記第一の波長の光、前記第二の光源から出射した前記第二の波長の光、および前記第三の光源から出射した前記第三の波長の光を、前記対物レンズを介してそれぞれ第一の種類の光記録媒体、第二の種類の光記録媒体、および第三の種類の光記録媒体へ選択的に導くと共に、復路において前記第一の種類の光記録媒体で反射された前記第一の波長の光の反射光、前記第二の種類の光記録媒体で反射された前記第二の波長の光の反射光、および前記第三の種類の光記録媒体で反射された前記第三の波長の光の反射光を、前記対物レンズを介して前記光検出器へ選択的に導く光学系を備えた光ヘッド装置において、
前記光学系は、前記第一の波長の光に対して前記第一の光源から前記第一の種類の光記録媒体までの第一の光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第一の光路中に設けられた球面収差補正手段、前記第二の波長の光に対して前記第二の光源から前記第二の種類の光記録媒体までの第二の光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第二の光路中に設けられた球面収差補正手段、および前記第三の波長の光に対して前記第三の光源から前記第三の種類の光記録媒体までの第三の光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第三の光路中に設けられた球面収差補正手段のうち、少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１２】
前記第一、第二および第三の波長がそれぞれ略４０５ｎｍ、略６５０ｎｍおよび略７８０ｎｍであることを特徴とする請求項１１記載の光ヘッド装置。
【請求項１３】
前記第一、第二および第三の種類の光記録媒体の入射面から反射面までの距離が、それぞれ略０．１ｍｍ、略０．６ｍｍおよび略１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１１または１２記載の光ヘッド装置。
【請求項１４】
前記第一の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、前記第二の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、および前記第三の波長の光に対する前記対物レンズの倍率のうち、少なくともいずれか一つが他の二つと異なることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項１５】
第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、第三の波長の光を出射する第三の光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器を有し、
往路において前記第一の光源から出射した前記第一の波長の光、前記第二の光源から出射した前記第二の波長の光、および前記第三の光源から出射した前記第三の波長の光を、前記対物レンズを介してそれぞれ第一の種類の光記録媒体、第二の種類の光記録媒体、および第三の種類の光記録媒体へ選択的に導くと共に、復路において前記第一の種類の光記録媒体で反射された前記第一の波長の光の反射光、前記第二の種類の光記録媒体で反射された前記第二の波長の光の反射光、および前記第三の種類の光記録媒体で反射された前記第三の波長の光の反射光を、前記対物レンズを介して前記光検出器へ選択的に導く光学系を備えた光ヘッド装置において、
前記第一、第二および第三の波長の光の共通の光路中に、前記第一、第二および第三の波長の光に対して入射光の波長に依存する強度分布の変化を与える波長選択フィルタをさらに有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１６】
前記第一、第二および第三の波長がそれぞれ略４０５ｎｍ、略６５０ｎｍおよび略７８０ｎｍであることを特徴とする請求項１５記載の光ヘッド装置。
【請求項１７】
前記第一、第二および第三の種類の光記録媒体の入射面から反射面までの距離が、それぞれ略０．１ｍｍ、略０．６ｍｍおよび略１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１５または１６記載の光ヘッド装置。
【請求項１８】
前記波長選択フィルタは、前記対物レンズの有効径より小さい直径を有する円の外側である第一の領域と、前記円の内側である第二の領域とに少なくとも分割されており、前記第一の領域は、前記第一、第二および第三の波長の少なくともいずれか一つに対しては入射光の大部分を透過させ、前記第一、第二および第三の波長の少なくともいずれか別の一つに対しては入射光の大部分を透過させず、前記第二の領域は、前記第一、第二および第三の波長に対して入射光の大部分を透過させ、前記第一、第二および第三の波長の少なくともいずれか一つに対し、前記第一の領域を透過する光と、前記第二の領域を透過する光との位相差は略２πの整数倍に設定されていることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項１９】
前記第一および第二の領域はそれぞれ第一および第二の誘電体多層膜を有し、前記第一の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数と、前記第二の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数とが、互いに異なることを特徴とする請求項１８記載の光ヘッド装置。
【請求項２０】
前記波長選択フィルタは、前記対物レンズの有効径より小さい第一の直径を有する第一の円の外側である第一の領域と、前記第一の円の内側かつ前記第一の直径より小さい第二の直径を有する第二の円の外側である第二の領域と、前記第二の円の内側である第三の領域とに分割されており、前記第一の領域は、前記第一の波長に対しては入射光の大部分を透過させ、前記第二および第三の波長に対しては入射光の大部分を透過させず、前記第二の領域は、前記第一および第二の波長に対しては入射光の大部分を透過させ、前記第三の波長に対しては入射光の大部分を透過させず、前記第三の領域は、前記第一、第二および第三の波長に対して入射光の大部分を透過させ、前記第一の波長に対し、前記第一の領域を透過する光と、前記第二の領域を透過する光と、前記第三の領域を透過する光との位相差は略２πの整数倍に設定されており、前記第二の波長に対し、前記第二の領域を透過する光と、前記第三の領域を透過する光との位相差は略２πの整数倍に設定されていることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項２１】
前記第一、第二および第三の領域はそれぞれ第一、第二および第三の誘電体多層膜を有し、前記第一の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数と、前記第二の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数と、前記第三の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数とが、互いに異なることを特徴とする請求項２０記載の光ヘッド装置。
【請求項２２】
前記第一の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、前記第二の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、および前記第三の波長の光に対する前記対物レンズの倍率のうち、少なくともいずれか一つが他の二つと異なることを特徴とする請求項１５から２１のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項２３】
少なくとも一つの光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器とを有し、往路において前記光源からの出射光を前記対物レンズを介して少なくとも一つの種類の光記録媒体へ導くと共に、復路において前記光記録媒体からの反射光を前記対物レンズを介して前記光検出器へ導く光学系を備えた光ヘッド装置において、  前記光学系は、前記光源から前記光記録媒体までの光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記光路中に設けられた球面収差補正手段と、前記光路において前記球面収差補正手段と前記対物レンズとの光軸ずれにより発生するコマ収差を補正することが可能なコマ収差補正手段とを含むことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２４】
前記少なくとも一つの光源は、略４０５ｎｍの波長の光を出射する光源を含むことを特徴とする請求項２８記載の光ヘッド装置。
【請求項２５】
前記少なくとも一つの種類の光記録媒体は、入射面から反射面までの距離が略０．１ｍｍである光記録媒体を含むことを特徴とする請求項２３または２４記載の光ヘッド装置。
【請求項２６】
前記コマ収差補正手段は前記対物レンズであり、該対物レンズを前記光軸ずれの方向に傾けることにより前記コマ収差が補正されることを特徴とする請求項２３から２５のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項２７】
前記コマ収差補正手段は前記光路中に設けられた光学素子であり、該光学素子を前記光軸ずれの方向に傾けるかまたは移動させることにより前記コマ収差が補正されることを特徴とする請求項２３から２５のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項２８】
前記光学素子は正弦条件を満たさないように設計されたレンズであることを特徴とする請求項２７記載の光ヘッド装置。
【請求項２９】
請求項７から１０のいずれか１項に記載の光ヘッド装置と、前記第一の波長の光を用いた前記第一の種類の光記録媒体に対する記録または再生、および前記第二の波長の光を用いた前記第二の種類の光記録媒体に対する記録または再生を選択的に行う記録または再生回路とを有することを特徴とする光学式情報記録または再生装置。
【請求項３０】
請求項１から６、または１１から２２のいずれか１項に記載の光ヘッド装置と、前記第一の波長の光を用いた前記第一の種類の光記録媒体に対する記録または再生、前記第二の波長の光を用いた前記第二の種類の光記録媒体に対する記録または再生、および前記第三の波長の光を用いた前記第三の種類の光記録媒体に対する記録または再生を選択的に行う記録または再生回路とを有することを特徴とする光学式情報記録または再生装置。
【請求項３１】
請求項２３から２８のいずれか１項に記載の光ヘッド装置と、前記光記録媒体に対する記録または再生を行う記録または再生回路とを有することを特徴とする光学式情報記録または再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板厚さが異なる複数種類の光記録媒体に対して記録や再生を行うための光ヘッド装置および光学式情報記録または再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式情報記録再生装置における記録密度は、光ヘッド装置が光記録媒体上に形成する集光スポットの径の２乗に反比例する。すなわち、集光スポットの径が小さいほど記録密度は高くなる。集光スポットの径は、光ヘッド装置における光源の波長に比例し、対物レンズの開口数に反比例する。すなわち、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど集光スポットの径は小さくなる。
【０００３】
一方、光記録媒体が対物レンズに対して傾くと、コマ収差により集光スポットの形状が乱れ、記録再生特性が悪化する。コマ収差は、光源の波長に反比例し、対物レンズの開口数の３乗および光記録媒体の基板厚さに比例する。従って、光記録媒体の基板厚さが同じ場合、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンは狭くなる。
【０００４】
よって、記録密度を高めるために光源の波長を短く対物レンズの開口数を高くした光学式情報記録再生装置においては、記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンを確保するために、光記録媒体の基板厚さを薄くしている。
【０００５】
容量６５０ＭＢのＣＤ（コンパクトディスク）規格においては光源の波長は７８０ｎｍ、対物レンズの開口数は０．４５、ディスクの基板厚さは１．２ｍｍである。容量４．７ＧＢのＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディスク）規格においては光源の波長は６５０ｎｍ、対物レンズの開口数は０．６、ディスクの基板厚さは０．６ｍｍである。
【０００６】
通常の光ヘッド装置は、対物レンズがある基板厚さのディスクに対して球面収差を打ち消すように設計されているため、別の基板厚さのディスクに対して記録や再生を行う場合、球面収差が残留し、正しく記録や再生を行うことができない。そこで、ＤＶＤ規格のディスクとＣＤ規格のディスクのいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換の機能を有する光ヘッド装置が提案されている。
【０００７】
ＤＶＤ規格のディスクとＣＤ規格のディスクとの両方に対して記録や再生を行うことができる従来の光ヘッド装置の第一の例として、特開平１０−３３４５０４号公報に記載された光ヘッド装置がある。図２４にこの光ヘッド装置の構成を示す。
【０００８】
図２４において、光学系１ｆおよび光学系１ｇは、半導体レーザと、ディスクからの反射光を受光する光検出器を備えている。光学系１ｆ内の半導体レーザの波長は６５０ｎｍ、光学系１ｇ内の半導体レーザの波長は７８０ｎｍである。干渉フィルタ２ｃは、波長６５０ｎｍの光を透過させ、波長７８０ｎｍの光を反射させる働きをする。
【０００９】
光学系１ｆ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ｃ、波長選択フィルタ３ｃを透過し、平行光として対物レンズ４ｂに入射し、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格のディスク５ｂ上に集光される。ディスク５ｂからの反射光は、対物レンズ４ｂ、波長選択フィルタ３ｃ、干渉フィルタ２ｃを逆向きに透過し、光学系１ｆ内の光検出器で受光される。
【００１０】
また、光学系１ｇ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ｃで反射され、波長選択フィルタ３ｃを透過し、平行光として対物レンズ４ｂに入射し、基板厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格のディスク５ｃ上に集光される。ディスク５ｃからの反射光は、対物レンズ４ｂ、波長選択フィルタ３ｃを逆向きに透過し、干渉フィルタ２ｃで反射され、光学系１ｇ内の光検出器で受光される。対物レンズ４ｂは、対物レンズ４ｂに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。
【００１１】
図２５（ａ）は、波長選択フィルタ３ｃの平面図、図２５（ｂ）は、波長選択フィルタ３ｃの断面図である。波長選択フィルタ３ｃは、ガラス基板８ｃ上に同心円状の位相フィルタパタン６ｂおよび誘電体多層膜７ｆが形成された構成である。図中に点線で示す対物レンズ４ｂの有効径を２ｄとしたとき、位相フィルタパタン６ｂはこれより小さい直径２ｅの円形の領域内にのみ形成されている。
【００１２】
位相フィルタパタン６ｂの断面は、図のような４レベルの階段状である。位相フィルタパタン６ｂの各段の高さは、各段におけるパタンのある部分とない部分を通る光の位相差が波長６５０ｎｍに対して２π（０と等価）となるように設定されている。このとき、この位相差は、波長７８０ｎｍに対しては１．６７π（−０．３３πと等価）となる。
【００１３】
従って、位相フィルタパタン６ｂは、波長６５０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、波長７８０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させる。波長選択フィルタ３ｃを用いない場合、対物レンズ４ｂに平行光として入射した波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。これに対し、位相フィルタパタン６ｂは、波長７８０ｎｍの光に対する位相分布の変化が残留する球面収差を低減するように設計されている。
【００１４】
一方、誘電体多層膜７ｆは、直径２ｅの円形の領域外にのみ形成されている。誘電体多層膜７ｆは、波長６５０ｎｍの光を全て透過させ、波長７８０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。これと共に、波長６５０ｎｍに対し、直径２ｅの円形の領域内を通る光と領域外を通る光との位相差を２πの整数倍に調整する働きをする。すなわち、波長選択フィルタ３ｃにおいて、波長６５０ｎｍの光は全て透過し、波長７８０ｎｍの光は直径２ｅの円形の領域内では全て透過し、直径２ｅの円形の領域外では全て反射される。従って、対物レンズ４ｂの焦点距離をｆｂとすると、波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍの光に対する実効的な開口数はそれぞれｄ／ｆｂ、ｅ／ｆｂで与えられる。例えばｄ／ｆｂ＝０．６、ｅ／ｆｂ＝０．４５に設定される。
【００１５】
ＤＶＤ規格のディスクとＣＤ規格のディスクとの両方に対して記録や再生を行うことができる従来の光ヘッド装置の第二の例として、特開平９−２７４７３０号公報に記載された光ヘッド装置がある。図２６にこの光ヘッド装置の構成を示す。
【００１６】
モジュール２７ａおよびモジュール２７ｂは、半導体レーザと、ディスクからの反射光を受光する光検出器を備えている。モジュール２７ａ内の半導体レーザの波長は６５０ｎｍ、モジュール２７ｂ内の半導体レーザの波長は７８０ｎｍである。干渉フィルタ２ｃは、波長６５０ｎｍの光を透過させ、波長７８０ｎｍの光を反射させる働きをする。
【００１７】
モジュール２７ａ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ｃ、コリメータレンズ１０ｄ、開口制御素子２１ｃを透過し、平行光として対物レンズ４ｂに入射し、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格のディスク５ｂ上に集光される。ディスク５ｂからの反射光は、対物レンズ４ｂ、開口制御素子２１ｃ、コリメータレンズ１０ｄ、干渉フィルタ２ｃを逆向きに透過し、モジュール２７ａ内の光検出器で受光される。
【００１８】
また、モジュール２７ｂ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ｃで反射され、コリメータレンズ１０ｄ、開口制御素子２１ｃを透過し、発散光として対物レンズ４ｂに入射し、基板厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格のディスク５ｃ上に集光される。ディスク５ｃからの反射光は、対物レンズ４ｂ、開口制御素子２１ｃ、コリメータレンズ１０ｄを逆向きに透過し、干渉フィルタ２ｃで反射され、モジュール２７ｂ内の光検出器で受光される。
【００１９】
対物レンズ４ｂは、対物レンズ４ｂに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。対物レンズ４ｂに平行光として入射した波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留するが、対物レンズ４ｂに発散光として波長７８０ｎｍの光を入射させると、対物レンズ４ｂの倍率変化に伴う新たな球面収差が生じ、これが残留する球面収差を低減する方向に働く。
【００２０】
図２７（ａ）は、開口制御素子２１ｃ平面図、図２７（ｂ）は、開口制御素子２１ｃの断面図である。開口制御素子２１ｃは、ガラス基板８ｃ上に誘電体多層膜７ｇおよび位相補償膜２８が形成された構成である。図中に点線で示す対物レンズ４ｂの有効径を２ｄとしたとき、誘電体多層膜７ｇは、これより小さい直径２ｅの円形の領域外にのみ形成されている。誘電体多層膜７ｇは、波長６５０ｎｍの光を全て透過させ、波長７８０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。
【００２１】
すなわち、開口制御素子２１ｃにおいて、波長６５０ｎｍの光は、全て透過し、波長７８０ｎｍの光は、直径２ｅの円形の領域内では全て透過し、直径２ｅの円形の領域外では全て反射される。従って、対物レンズ４ｂの焦点距離をｆｂとすると、波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍの光に対する実効的な開口数は、それぞれｄ／ｆｂ、ｅ／ｆｂで与えられる。例えば、ｄ／ｆｂ＝０．６、ｅ／ｆｂ＝０．４５に設定される。
【００２２】
一方、位相補償膜２８は、直径２ｅの円形の領域内にのみ形成されている。位相補償膜２８は、波長６５０ｎｍに対し、直径２ｅの円形の領域内を通る光と領域外を通る光との位相差を２πの整数倍に調整する働きをする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
近年、記録密度をさらに高めるために光源の波長をさらに短く対物レンズの開口数をさらに高くし、光記録媒体の基板厚さをさらに薄くした次世代規格が提案されている。例えば、文献「インターナショナル・シンポジウム・オン・オプティカル・メモリー２０００、テクニカルダイジェスト、２４頁〜２５頁」には、光源の波長を４０５ｎｍ、対物レンズの開口数を０．７、ディスクの基板厚さを０．１２ｍｍとした容量１７ＧＢの次世代規格が提案されている。この場合、次世代規格のディスクと従来のＤＶＤ規格のディスクやＣＤ規格のディスクとのいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換の機能を有する光ヘッド装置が望まれる。
【００２４】
第一の例として、図２４に示す従来の光ヘッド装置における波長選択フィルタを、光源の波長４０５ｎｍ、対物レンズの開口数０．７、ディスクの基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格と、従来のＤＶＤ規格との互換の方法として適用する場合を考える。基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格のディスクに対しては、波長４０５ｎｍの半導体レーザを用い、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格のディスクに対しては波長６５０ｎｍの半導体レーザを用いて記録や再生を行う。対物レンズは、対物レンズに平行光として入射した波長４０５ｎｍの光が厚さ０．１ｍｍの基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。
【００２５】
波長選択フィルタにおける位相フィルタパタンの断面は、５レベルの階段状である。位相フィルタパタンの各段の高さは、各段におけるパタンのある部分とない部分を通る光の位相差が波長４０５ｎｍに対して２π（０と等価）となるように設定されている。このとき、この位相差は、波長６５０ｎｍに対しては１．２５π（−０．７５πと等価）となる。
【００２６】
従って、位相フィルタパタンは、波長４０５ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、波長６５０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させる。波長選択フィルタを用いない場合、対物レンズに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。位相フィルタパタンは、波長６５０ｎｍの光に対する位相分布の変化が残留する球面収差を低減するように設計されている。図２８に位相フィルタパタンの設計結果を示す。左側の列は、対物レンズの焦点距離で規格化した対物レンズへの入射光の高さである。右側の列は、対応する位相フィルタパタンの段数である。
【００２７】
一方、誘電体多層膜は、波長４０５ｎｍの光を全て透過させ、波長６５０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。これと共に、波長４０５ｎｍに対し、円形の領域内を通る光と領域外を通る光との位相差を２πの整数倍に調整する働きをする。すなわち、波長選択フィルタにおいて、波長４０５ｎｍの光は全て透過し、波長６５０ｎｍの光は円形の領域内では全て透過し、円形の領域外では全て反射される。波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍの光に対する実効的な開口数はそれぞれ例えば０．７、０．６に設定される。
【００２８】
図２９に、波長６５０ｎｍの光に対する波面収差の標準偏差が最小になる最良像面の位置における波面収差の計算結果を示す。図２９（ａ）は、波長選択フィルタを用いない場合である。図２９（ｂ）は、波長選択フィルタを用いた場合である。図中の横軸は波面収差、縦軸は対物レンズの焦点距離で規格化した対物レンズへの入射光の高さである。波面収差の標準偏差は、波長選択フィルタを用いることにより０．０５４λに低減される。この値は、マレシャルの規範として知られている波面収差の標準偏差の許容値である０．０７λを下回っている。
【００２９】
しかしながら、図２８に示すように、位相フィルタパタンを構成する同心円状の領域の数が１９と多いため、各領域の幅が狭くなる。対物レンズの焦点距離を例えば２．５７ｍｍとすると、最も外側の領域の幅は約７．７μｍになる。通常、断面がマルチレベルの階段状の素子は、複数のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィの手法により作製するが、フォトマスクの目合わせには２〜３μｍの誤差が存在する。従って、上記のような各領域の幅が狭い位相フィルタパタンを有する波長選択フィルタを所望の精度で作製することは極めて困難である。
【００３０】
第二の例として、図２６に示す従来の光ヘッド装置における対物レンズの倍率変化を、光源の波長４０５ｎｍ、対物レンズの開口数０．７、ディスクの基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格と従来のＤＶＤ規格との互換の方法として適用する場合を考える。基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格のディスクに対しては波長４０５ｎｍの半導体レーザを用い、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格のディスクに対しては波長６５０ｎｍの半導体レーザを用いて記録や再生を行う。対物レンズは、対物レンズに平行光として入射した波長４０５ｎｍの光が厚さ０．１ｍｍの基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。
【００３１】
波長４０５ｎｍの光は、対物レンズに平行光として入射するため、波長４０５ｎｍの光に対する対物レンズの倍率は０である。一方、対物レンズに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。対物レンズに発散光として波長６５０ｎｍの光を入射させると、対物レンズの倍率変化に伴う新たな球面収差が生じ、これが残留する球面収差を低減する方向に働く。波長６５０ｎｍの光に対する対物レンズの倍率は０．０７６に設定される。
【００３２】
開口制御素子における誘電体多層膜は、波長４０５ｎｍの光を全て透過させ、波長６５０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。すなわち、開口制御素子において、波長４０５ｎｍの光は全て透過し、波長６５０ｎｍの光は円形の領域内では全て透過し、円形の領域外では全て反射される。波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍの光に対する実効的な開口数は、それぞれ例えば０．７、０．６に設定される。一方、位相補償膜は、波長４０５ｎｍに対し、円形の領域内を通る光と領域外を通る光との位相差を２πの整数倍に調整する働きをする。
【００３３】
図３０に、波長６５０ｎｍの光に対する波面収差の標準偏差が最小になる最良像面の位置における波面収差の計算結果を示す。図中の横軸は波面収差、縦軸は対物レンズの焦点距離で規格化した対物レンズへの入射光の高さである。波面収差の標準偏差は、対物レンズの倍率変化を用いることにより０．０９５λに低減される。しかしながら、この値は、マレシャルの規範として知られている波面収差の標準偏差の許容値である０．０７λを上回っている。
【００３４】
図２４に示す従来の光ヘッド装置における波長選択フィルタと、図２６に示す従来の光ヘッド装置における対物レンズの倍率変化とを組み合わせて、次世代規格と、従来のＤＶＤ規格との互換の方法として適用する場合も考えられる。
【００３５】
しかしながら、波長選択フィルタにおける位相フィルタパタンは、波長６５０ｎｍの光に対する位相分布の変化が、対物レンズに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際に残留する球面収差を低減するように設計されている。従って、対物レンズに発散光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際に残留する球面収差は、波長選択フィルタを用いることにより低減されず、逆に大きくなってしまう。
【００３６】
このように、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高くなると、図２４に示す従来の光ヘッド装置における波長選択フィルタや図２６に示す従来の光ヘッド装置における対物レンズの倍率変化という互換の方法が適用できなくなるという課題がある。
【００３７】
本発明は、基板厚さが異なる複数種類の光記録媒体に対して記録や再生を行うための従来の光ヘッド装置における上記に述べた課題を解決し、記録密度をさらに高めるために光源の波長をさらに短く、対物レンズの開口数をさらに高くし、光記録媒体の基板厚さをさらに薄くした次世代規格の光記録媒体と、従来のＤＶＤ規格の光記録媒体やＣＤ規格の光記録媒体とのいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換の機能を有する光ヘッド装置および光学式情報記録または再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、第三の波長の光を出射する第三の光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器を有し、往路において前記第一の光源から出射した前記第一の波長の光、前記第二の光源から出射した前記第二の波長の光、および前記第三の光源から出射した前記第三の波長の光を、前記対物レンズを介してそれぞれ第一の種類の光記録媒体、第二の種類の光記録媒体、および第三の種類の光記録媒体へ選択的に導くと共に、復路において前記第一の種類の光記録媒体で反射された前記第一の波長の光の反射光、前記第二の種類の光記録媒体で反射された前記第二の波長の光の反射光、および前記第三の種類の光記録媒体で反射された前記第三の波長の光の反射光を、前記対物レンズを介して前記光検出器へ選択的に導く光学系を備えた光ヘッド装置において、前記第一、第二および第三の波長の光の共通の光路中に、前記第一、第二および第三の波長の光に対して入射光の波長に依存する位相分布の変化を与える波長選択フィルタをさらに有することを特徴とする。
【００３９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第一、第二および第三の波長がそれぞれ略４０５ｎｍ、略６５０ｎｍおよび略７８０ｎｍであることを特徴とする。
【００４０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記第一、第二および第三の種類の光記録媒体の入射面から反射面までの距離が、それぞれ略０．１ｍｍ、略０．６ｍｍおよび略１．２ｍｍであることを特徴とする。
【００４１】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記第一の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、前記第二の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、および前記第三の波長の光に対する前記対物レンズの倍率のうち、少なくともいずれか一つが他の二つと異なることを特徴とする。
【００４２】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、前記波長選択フィルタは、前記第一の波長の光に対して位相分布の変化を与えないか、または前記第一の光源から前記第一の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差が低減されるように位相分布の変化を与え、前記第二の波長の光に対して位相分布の変化を与えないか、または前記第二の光源から前記第二の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差が低減されるように位相分布の変化を与え、前記第三の波長の光に対して位相分布の変化を与えないか、または前記第三の光源から前記第三の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差が低減されるように位相分布の変化を与えることを特徴とする。
【００４３】
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、前記波長選択フィルタが前記対物レンズの表面上に形成されていることを特徴とする。
【００４４】
請求項７記載の発明は、第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器とを有し、往路において前記第一の光源から出射した前記第一の波長の光、および前記第二の光源から出射した前記第二の波長の光を、前記対物レンズを介してそれぞれ第一の種類の光記録媒体、および第二の種類の光記録媒体へ選択的に導くと共に、復路において前記第一の種類の光記録媒体で反射された前記第一の波長の光の反射光、および前記第二の種類の光記録媒体で反射された前記第二の波長の光の反射光を、前記対物レンズを介して前記光検出器へ選択的に導く光学系を備えた光ヘッド装置において、前記光学系は、前記第一の波長の光に対して前記第一の光源から前記第一の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第一の波長の光のみの光路中に設けられた球面収差補正手段、および前記第二の波長の光に対して前記第二の光源から前記第二の種類の光記録媒体までの光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第二の波長の光のみの光路中に設けられた球面収差補正手段のうち、少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする。
【００４５】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記第一および第二の波長がそれぞれ略４０５ｎｍおよび略６５０ｎｍであることを特徴とする。
【００４６】
請求項９記載の発明は、請求項７または８記載の発明において、前記第一および第二の種類の光記録媒体の入射面から反射面までの距離が、それぞれ略０．１ｍｍおよび略０．６ｍｍであることを特徴する。
【００４７】
請求項１０記載の発明は、請求項７から９のいずれか１項に記載の発明において、前記第一の波長の光に対する前記対物レンズの倍率と、前記第二の波長の光に対する前記対物レンズの倍率とが、互いに異なることを特徴とする。
【００４８】
請求項１１記載の発明は、第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、第三の波長の光を出射する第三の光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器とを有し、往路において前記第一の光源から出射した前記第一の波長の光、前記第二の光源から出射した前記第二の波長の光、および前記第三の光源から出射した前記第三の波長の光を、前記対物レンズを介してそれぞれ第一の種類の光記録媒体、第二の種類の光記録媒体、および第三の種類の光記録媒体へ選択的に導くと共に、復路において前記第一の種類の光記録媒体で反射された前記第一の波長の光の反射光、前記第二の種類の光記録媒体で反射された前記第二の波長の光の反射光、および前記第三の種類の光記録媒体で反射された前記第三の波長の光の反射光を、前記対物レンズを介して前記光検出器へ選択的に導く光学系を備えた光ヘッド装置において、前記光学系は、前記第一の波長の光に対して前記第一の光源から前記第一の種類の光記録媒体までの第一の光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第一の光路中に設けられた球面収差補正手段、前記第二の波長の光に対して前記第二の光源から前記第二の種類の光記録媒体までの第二の光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第二の光路中に設けられた球面収差補正手段、および前記第三の波長の光に対して前記第三の光源から前記第三の種類の光記録媒体までの第三の光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記第三の光路中に設けられた球面収差補正手段のうち、少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする。
【００４９】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の発明において、前記第一、第二および第三の波長がそれぞれ略４０５ｎｍ、略６５０ｎｍおよび略７８０ｎｍであることを特徴とする。
【００５０】
請求項１３記載の発明は、請求項１１または１２記載の発明において、前記第一、第二および第三の種類の光記録媒体の入射面から反射面までの距離が、それぞれ略０．１ｍｍ、略０．６ｍｍおよび略１．２ｍｍであることを特徴とする。
【００５１】
請求項１４記載の発明は、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の発明において、前記第一の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、前記第二の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、および前記第三の波長の光に対する前記対物レンズの倍率のうち、少なくともいずれか一つが他の二つと異なることを特徴とする。
【００５２】
請求項１５記載の発明は、第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、第三の波長の光を出射する第三の光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器を有し、往路において前記第一の光源から出射した前記第一の波長の光、前記第二の光源から出射した前記第二の波長の光、および前記第三の光源から出射した前記第三の波長の光を、前記対物レンズを介してそれぞれ第一の種類の光記録媒体、第二の種類の光記録媒体、および第三の種類の光記録媒体へ選択的に導くと共に、復路において前記第一の種類の光記録媒体で反射された前記第一の波長の光の反射光、前記第二の種類の光記録媒体で反射された前記第二の波長の光の反射光、および前記第三の種類の光記録媒体で反射された前記第三の波長の光の反射光を、前記対物レンズを介して前記光検出器へ選択的に導く光学系を備えた光ヘッド装置において、前記第一、第二および第三の波長の光の共通の光路中に、前記第一、第二および第三の波長の光に対して入射光の波長に依存する強度分布の変化を与える波長選択フィルタをさらに有することを特徴とする。
【００５３】
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の発明において、前記第一、第二および第三の波長がそれぞれ略４０５ｎｍ、略６５０ｎｍおよび略７８０ｎｍであることを特徴とする。
【００５４】
請求項１７記載の発明は、請求項１５または１６記載の発明において、前記第一、第二および第三の種類の光記録媒体の入射面から反射面までの距離が、それぞれ略０．１ｍｍ、略０．６ｍｍおよび略１．２ｍｍであることを特徴とする。
【００５５】
請求項１８記載の発明は、請求項１５から１７のいずれか１項に記載の発明において、前記波長選択フィルタは、前記対物レンズの有効径より小さい直径を有する円の外側である第一の領域と、前記円の内側である第二の領域とに少なくとも分割されており、前記第一の領域は、前記第一、第二および第三の波長の少なくともいずれか一つに対しては入射光の大部分を透過させ、前記第一、第二および第三の波長の少なくともいずれか別の一つに対しては入射光の大部分を透過させず、前記第二の領域は、前記第一、第二および第三の波長に対して入射光の大部分を透過させ、前記第一、第二および第三の波長の少なくともいずれか一つに対し、前記第一の領域を透過する光と、前記第二の領域を透過する光との位相差は略２πの整数倍に設定されていることを特徴とする。
【００５６】
請求項１９記載の発明は、請求項１８記載の発明において、前記第一および第二の領域はそれぞれ第一および第二の誘電体多層膜を有し、前記第一の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数と、前記第二の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数とが、互いに異なることを特徴とする。
【００５７】
請求項２０記載の発明は、請求項１５から１７のいずれか１項に記載の発明において、前記波長選択フィルタは、前記対物レンズの有効径より小さい第一の直径を有する第一の円の外側である第一の領域と、前記第一の円の内側かつ前記第一の直径より小さい第二の直径を有する第二の円の外側である第二の領域と、前記第二の円の内側である第三の領域とに分割されており、前記第一の領域は、前記第一の波長に対しては入射光の大部分を透過させ、前記第二および第三の波長に対しては入射光の大部分を透過させず、前記第二の領域は、前記第一および第二の波長に対しては入射光の大部分を透過させ、前記第三の波長に対しては入射光の大部分を透過させず、前記第三の領域は、前記第一、第二および第三の波長に対して入射光の大部分を透過させ、前記第一の波長に対し、前記第一の領域を透過する光と、前記第二の領域を透過する光と、前記第三の領域を透過する光との位相差は略２πの整数倍に設定されており、前記第二の波長に対し、前記第二の領域を透過する光と、前記第三の領域を透過する光との位相差は略２πの整数倍に設定されていることを特徴とする。
【００５８】
請求項２１記載の発明は、請求項２０記載の発明において、前記第一、第二および第三の領域はそれぞれ第一、第二および第三の誘電体多層膜を有し、前記第一の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数と、前記第二の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数と、前記第三の誘電体多層膜における各層の厚さまたは層数とが、互いに異なることを特徴とする。
【００５９】
請求項２２記載の発明は、請求項１５から２１のいずれか１項に記載の発明において、前記第一の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、前記第二の波長の光に対する前記対物レンズの倍率、および前記第三の波長の光に対する前記対物レンズの倍率のうち、少なくともいずれか一つが他の二つと異なることを特徴とする。
【００６０】
請求項２３記載の発明は、少なくとも一つの光源と、対物レンズと、少なくとも一つの光検出器とを有し、往路において前記光源からの出射光を前記対物レンズを介して少なくとも一つの種類の光記録媒体へ導くと共に、復路において前記光記録媒体からの反射光を前記対物レンズを介して前記光検出器へ導く光学系を備えた光ヘッド装置において、  前記光学系は、前記光源から前記光記録媒体までの光路において発生する球面収差を補正することが可能な、前記光路中に設けられた球面収差補正手段と、前記光路において前記球面収差補正手段と前記対物レンズとの光軸ずれにより発生するコマ収差を補正することが可能なコマ収差補正手段とを含むことを特徴とする。
【００６１】
請求項２４記載の発明は、請求項２８記載の発明において、前記少なくとも一つの光源は、略４０５ｎｍの波長の光を出射する光源を含むことを特徴とする。
【００６２】
請求項２５記載の発明は、請求項２３または２４記載の発明において、前記少なくとも一つの種類の光記録媒体は、入射面から反射面までの距離が略０．１ｍｍである光記録媒体を含むことを特徴とする。
【００６３】
請求項２６記載の発明は、請求項２３から２５のいずれか１項に記載の発明において、前記コマ収差補正手段は前記対物レンズであり、該対物レンズを前記光軸ずれの方向に傾けることにより前記コマ収差が補正されることを特徴とする。
【００６４】
請求項２７記載の発明は、請求項２３から２５のいずれか１項に記載の発明において、前記コマ収差補正手段は前記光路中に設けられた光学素子であり、該光学素子を前記光軸ずれの方向に傾けるかまたは移動させることにより前記コマ収差が補正されることを特徴とする。
【００６５】
請求項２８記載の発明は、請求項２７記載の発明において、前記光学素子は正弦条件を満たさないように設計されたレンズであることを特徴とする。
【００６６】
請求項２９記載の発明は、光学式情報記録または再生装置において、請求項７から１０のいずれか１項に記載の光ヘッド装置と、前記第一の波長の光を用いた前記第一の種類の光記録媒体に対する記録または再生、および前記第二の波長の光を用いた前記第二の種類の光記録媒体に対する記録または再生を選択的に行う記録または再生回路とを有することを特徴とする。
【００６７】
請求項３０記載の発明は、光学式情報記録または再生装置において、請求項１から６、または１１から２２のいずれか１項に記載の光ヘッド装置と、前記第一の波長の光を用いた前記第一の種類の光記録媒体に対する記録または再生、前記第二の波長の光を用いた前記第二の種類の光記録媒体に対する記録または再生、および前記第三の波長の光を用いた前記第三の種類の光記録媒体に対する記録または再生を選択的に行う記録または再生回路とを有することを特徴とする。
【００６８】
請求項３１記載の発明は、光学式情報記録または再生装置において、請求項２３から２８のいずれか１項に記載の光ヘッド装置と、前記光記録媒体に対する記録または再生を行う記録または再生回路とを有することを特徴とする。
【００６９】
本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録または再生装置においては、第一の波長の光または第二の波長の光に対し、対物レンズの倍率変化を用いることにより残留する球面収差が低減され、波長選択フィルタを用いることにより対応する対物レンズの倍率におけるこの低減後の球面収差がさらに低減される。波長選択フィルタのみを用いて残留する球面収差を低減する場合、波長選択フィルタで低減すべき球面収差が大きいため、波長選択フィルタにおける位相フィルタパタンを構成する同心円状の領域の数が多く各領域の幅が狭くなり、波長選択フィルタを所望の精度で作製することは困難である。
【００７０】
しかしながら、対物レンズの倍率変化を用いて残留する球面収差を低減し、波長選択フィルタを用いてこの低減後の球面収差をさらに低減する場合、波長選択フィルタで低減すべき球面収差が小さいため、波長選択フィルタにおける位相フィルタパタンを構成する同心円状の領域の数が少なく各領域の幅が広くなり、波長選択フィルタを所望の精度で作製することは容易である。また、対物レンズの倍率変化のみを用いて残留する球面収差を低減する場合、低減後の球面収差は許容値を上回る。しかしながら、対物レンズの倍率変化を用いて残留する球面収差を低減し、波長選択フィルタを用いてこの低減後の球面収差をさらに低減する場合、さらなる低減後の球面収差は許容値を下回る。
【００７１】
従って、本発明によれば、記録密度をさらに高めるために光源の波長をさらに短く対物レンズの開口数をさらに高くし、光記録媒体の基板厚さをさらに薄くした次世代規格の光記録媒体と従来のＤＶＤ規格の光記録媒体やＣＤ規格の光記録媒体のいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換の機能を有する光ヘッド装置および光学式情報記録または再生装置を実現できる。
【発明の効果】
【００７２】
以上の説明から明らかなように、本発明の光ヘッド装置は、第一の波長の光を出射する第一の光源と、第二の波長の光を出射する第二の光源と、光検出器と、波長選択フィルタと、対物レンズと、第一の光源からの出射光を波長選択フィルタおよび対物レンズを介して第一の基板厚さの第一の光記録媒体に導き、第二の光源からの出射光を波長選択フィルタおよび対物レンズを介して第二の基板厚さの第二の光記録媒体に導くと共に、第一および第二の光記録媒体からの反射光を対物レンズおよび波長選択フィルタを介して光検出器に導く光学系を有し、第一の波長の光を用いて第一の光記録媒体に対して記録や再生を行い、第二の波長の光を用いて第二の光記録媒体に対して記録や再生を行う光ヘッド装置であって、第一の波長の光に対する対物レンズの倍率と第二の波長の光に対する対物レンズの倍率が異なると共に、波長選択フィルタは対応する対物レンズの倍率における第一の波長の光または第二の波長の光に対して残留する球面収差を低減するように位相分布を変化させる。
【００７３】
また、本発明の光学式情報記録または再生装置は、本発明の光ヘッド装置と、光源への入力信号を生成すると共に光記録媒体からの再生信号を生成する記録再生回路と、入力信号の伝達経路を切り換える切換回路と、光記録媒体の種類に応じて切換回路の動作を制御する制御回路を有する。
【００７４】
従って、本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録または再生装置の効果は、記録密度をさらに高めるために光源の波長をさらに短く対物レンズの開口数をさらに高くし、光記録媒体の基板厚さをさらに薄くした次世代規格の光記録媒体と、従来のＤＶＤ規格の光記録媒体やＣＤ規格の光記録媒体とのいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換の機能を有することである。
【００７５】
その理由は、第一の波長の光または第二の波長の光に対し、対物レンズの倍率変化を用いることにより残留する球面収差が低減され、波長選択フィルタを用いることにより対応する対物レンズの倍率におけるこの低減後の球面収差がさらに低減されるためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００７７】
（光ヘッド装置の第一の実施の形態）図１に本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態を示す。光学系１ａおよび光学系１ｂは、半導体レーザと、ディスクからの反射光を受光する光検出器を備えている。光学系１ａ内の半導体レーザの波長は４０５ｎｍ、光学系１ｂ内の半導体レーザの波長は６５０ｎｍである。
【００７８】
干渉フィルタ２ａは、波長４０５ｎｍの光を透過させ、波長６５０ｎｍの光を反射させる働きをする。光学系１ａ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ａ、および波長選択フィルタ３ａを透過し、平行光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格のディスク５ａ上に集光される。ディスク５ａからの反射光は、対物レンズ４ａ、波長選択フィルタ３ａ、および干渉フィルタ２ａを逆向きに透過し、光学系１ａ内の光検出器で受光される。
【００７９】
また、光学系１ｂ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ａで反射され、波長選択フィルタ３ａを透過し、発散光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格のディスク５ｂ上に集光される。ディスク５ｂからの反射光は、対物レンズ４ａ、波長選択フィルタ３ａを逆向きに透過し、干渉フィルタ２ａで反射され、光学系１ｂ内の光検出器で受光される。
【００８０】
対物レンズ４ａは、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長４０５ｎｍの光が厚さ０．１ｍｍの基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。波長４０５ｎｍの光は、対物レンズ４ａに平行光として入射するため、波長４０５ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は０である。
【００８１】
これに対し、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。対物レンズ４ａに発散光として波長６５０ｎｍの光を入射させると、対物レンズ４ａの倍率変化に伴う新たな球面収差が生じ、これが残留する球面収差を低減する方向に働く。波長６５０ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は、０．０７６に設定される。
【００８２】
ここで、物点から対物レンズ４ａの所定の高さｒに向かう近軸光線が対物レンズ４ａの光軸となす角をθｏ、対物レンズ４ａの所定の高さｒから像点に向かう近軸光線が対物レンズ４ａの光軸となす角をθｉとすると、対物レンズ４ａの倍率は、ｔａｎθｏ／ｔａｎθｉで与えられる。
【００８３】
物点から対物レンズ４ａの物体側主点までの距離をｌｏ、対物レンズ４ａの像側主点から像点までの距離をｌｉとすると、ｔａｎθｏ＝ｒ／ｌｏ、ｔａｎθｉ＝ｒ／ｌｉとなる。波長４０５ｎｍの光は、対物レンズ４ａに平行光として入射するためθｏ＝０、ｌｏ＝∞であり、対物レンズ４ａの倍率は０となる。波長６５０ｎｍの光は、対物レンズ４ａに発散光として入射するためθｏ≠０、ｌｏは有限である。このときのｌｏの値すなわち物点の位置は、対物レンズ４ａの倍率が０．０７６となるように定められる。
【００８４】
図２（ａ）は、波長選択フィルタ３ａの一方の面から見た平面図である。図２（ｂ）は、波長選択フィルタ３ａの他方の面から見た平面図である。図２（ｃ）は、波長選択フィルタ３ａの断面図である。波長選択フィルタ３ａには、ガラス基板８ａ上に同心円状の位相フィルタパタン６ａが形成されている。また、ガラス基板８ｂ上に誘電体多層膜７ａ、７ｂが形成されている。波長選択フィルタ３ａは、ガラス基板８ａの位相フィルタパタン６ａが形成されていない面と、ガラス基板８ｂの誘電体多層膜７ａ、７ｂが形成されていない面とが接着剤により貼り合わされた構成である。
【００８５】
図中に点線で示す対物レンズ４ａの有効径を２ａとしたとき、位相フィルタパタン６ａは、これより小さい直径２ｂの円形の領域内にのみ形成されている。位相フィルタパタン６ａの断面は、図２（ｃ）のような４レベルの階段状である。位相フィルタパタン６ａの各段の高さは、各段におけるパタンのある部分とない部分とを通る光の位相差が波長４０５ｎｍに対して２π（０と等価）となるように設定されている。このとき、この位相差は、波長６５０ｎｍに対しては１．２５π（−０．７５πと等価）となる。
【００８６】
従って、位相フィルタパタン６ａは、波長４０５ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、波長６５０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させる。波長選択フィルタ３ａを用いない場合、対物レンズ４ａの倍率を０．０７６に設定することにより、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際に残留する球面収差が低減される。位相フィルタパタン６ａは、波長６５０ｎｍの光に対する位相分布の変化が対物レンズ４ａの倍率０．０７６におけるこの低減後の球面収差をさらに低減するように設計されている。
【００８７】
一方、誘電体多層膜７ａは、直径２ｂの円形の領域内にのみ形成されており、誘電体多層膜７ｂは、直径２ｂの円形の領域外にのみ形成されている。誘電体多層膜７ａは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光を全て透過させる働きをし、誘電体多層膜７ｂは、波長４０５ｎｍの光を全て透過させ、波長６５０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。
【００８８】
また、波長４０５ｎｍに対し、誘電体多層膜７ａを透過する光と誘電体多層膜７ｂを透過する光との位相差は２πの整数倍に調整されている。すなわち、波長選択フィルタ３ａにおいて、波長４０５ｎｍの光は全て透過し、波長６５０ｎｍの光は直径２ｂの円形の領域内では全て透過し、直径２ｂの円形の領域外では全て反射される。従って、対物レンズ４ａの焦点距離をｆａとすると、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍの光に対する実効的な開口数はそれぞれａ／ｆａ、ｂ／ｆａで与えられる。例えばａ／ｆａ＝０．７、ｂ／ｆａ＝０．６に設定される。
【００８９】
図３（ａ）に光学系１ａの構成を示す。波長４０５ｎｍの半導体レーザ９ａからの出射光は、コリメータレンズ１０ａで平行光化される。平行光化された出射光は、偏光ビームスプリッタ１１にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、１／４波長板１２を透過して直線偏光から円偏光に変換されてディスク５ａに向かう。
【００９０】
ディスク５ａからの反射光は、１／４波長板１２を透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換される。変換された反射光は、偏光ビームスプリッタ１１にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、円筒レンズ１３ａ、レンズ１４ａを透過して光検出器１５ａで受光される。光検出器１５ａは、円筒レンズ１３ａ、レンズ１４ａの２つの焦線の中間に設置されている。
【００９１】
図３（ｂ）に光検出器１５ａの構成を示す。ディスク５ａからの反射光は、４分割された受光部１７ａ〜１７ｄ上に光スポット１６ａを形成する。受光部１７ａ〜１７ｄからの出力をそれぞれＶ１７ａ〜Ｖ１７ｄで表わすと、フォーカス誤差信号は、公知の非点収差法により（Ｖ１７ａ＋Ｖ１７ｄ）−（Ｖ１７ｂ＋Ｖ１７ｃ）の演算から得られる。トラック誤差信号は、公知のプッシュプル法により（Ｖ１７ａ＋Ｖ１７ｂ）−（Ｖ１７ｃ＋Ｖ１７ｄ）の演算から得られる。ディスク５ａからのＲＦ信号は、Ｖ１７ａ＋Ｖ１７ｂ＋Ｖ１７ｃ＋Ｖ１７ｄの演算から得られる。
【００９２】
図４（ａ）に光学系１ｂの構成を示す。波長６５０ｎｍの半導体レーザ９ｂからの出射光は、コリメータレンズ１０ｂで平行光化され、ハーフミラー１８ａを約５０％が透過し、凹レンズ１９ａを透過して平行光から発散光に変換されてディスク５ｂに向かう。
【００９３】
ディスク５ｂからの反射光は、凹レンズ１９ａを透過して収束光から平行光に変換され、ハーフミラー１８ａで約５０％が反射され、円筒レンズ１３ｂ、レンズ１４ｂを透過して光検出器１５ｂで受光される。光検出器１５ｂは、円筒レンズ１３ｂ、レンズ１４ｂの２つの焦線の中間に設置されている。
【００９４】
図４（ｂ）に光検出器１５ｂの構成を示す。ディスク５ｂからの反射光は、４分割された受光部１７ｅ〜１７ｈ上に光スポット１６ｂを形成する。受光部１７ｅ〜１７ｈからの出力をそれぞれＶ１７ｅ〜Ｖ１７ｈで表わすと、フォーカス誤差信号は、公知の非点収差法により（Ｖ１７ｅ＋Ｖ１７ｈ）−（Ｖ１７ｆ＋Ｖ１７ｇ）の演算から得られる。トラック誤差信号は、公知の位相差法によりＶ１７ｅ＋Ｖ１７ｈ、Ｖ１７ｆ＋Ｖ１７ｇの位相差から得られる。ディスク５ｂからのＲＦ信号は、Ｖ１７ｅ＋Ｖ１７ｆ＋Ｖ１７ｇ＋Ｖ１７ｈの演算から得られる。
【００９５】
図５に波長選択フィルタ３ａにおける位相フィルタパタン６ａの設計結果を示す。左側の列は、対物レンズ４ａの焦点距離で規格化した対物レンズ４ａへの入射光の高さである。右側の列は、対応する位相フィルタパタン６ａの段数である。
【００９６】
図６に、波長６５０ｎｍの光に対する波面収差の標準偏差が最小になる最良像面の位置における波面収差の計算結果を示す。図６（ａ）は、対物レンズ４ａの倍率変化を用いて波長選択フィルタ３ａを用いない場合である。図６（ｂ）は、対物レンズ４ａの倍率変化を用いてさらに波長選択フィルタ３ａを用いた場合である。図中の横軸は波面収差、縦軸は対物レンズ４ａの焦点距離で規格化した対物レンズ４ａへの入射光の高さである。
【００９７】
波面収差の標準偏差は、対物レンズ４ａの倍率変化を用いてさらに波長選択フィルタ３ａを用いることにより０．０４７λに低減される。この値は、マレシャルの規範として知られている波面収差の標準偏差の許容値である０．０７λを下回っている。また、図５に示すように、位相フィルタパタン６ａを構成する同心円状の領域の数が５と少ないため各領域の幅が広くなる。対物レンズ４ａの焦点距離を例えば２．５７ｍｍとすると、最も外側の領域の幅は、約５９．１μｍになる。従って、上記のような各領域の幅が広い位相フィルタパタン６ａを有する波長選択フィルタ３ａを所望の精度で作製することは極めて容易である。
【００９８】
波長選択フィルタ３ａにおける誘電体多層膜７ａ、７ｂは、いずれも例えば二酸化チタンを材質とする高屈折率層と、例えば二酸化シリコンを材質とする低屈折率層とを交互に積層した構成である。図７（ａ）に誘電体多層膜７ａ、７ｂに対する透過率の波長依存性の設計結果、図７（ｂ）に誘電体多層膜７ａ、７ｂに対する透過光の位相の波長依存性の設計結果を示す。
【００９９】
図中の点線、一点鎖線はそれぞれ誘電体多層膜７ａ、７ｂに対する設計結果である。図７（ａ）より、誘電体多層膜７ａは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光を全て透過させ、誘電体多層膜７ｂは、波長４０５ｎｍの光を全て透過させ、波長６５０ｎｍの光を全て反射させることがわかる。
【０１００】
また、図７（ｂ）より、波長４０５ｎｍに対し、誘電体多層膜７ａ、７ｂの透過光の位相が一致していることから、透過光の位相差が２πの整数倍に調整されていることがわかる。誘電体多層膜の各層の厚さを厚くすると、図７（ａ）に示す透過率の波長依存性の曲線、図７（ｂ）に示す透過光の位相の波長依存性の曲線は、共に右側にシフトする。
【０１０１】
また、各層の厚さを薄くすると、図７（ａ）に示す透過率の波長依存性の曲線、図７（ｂ）に示す透過光の位相の波長依存性の曲線は、共に左側にシフトする。従って、誘電体多層膜７ａに関しては波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍにおける透過率がほぼ１００％となる範囲内で各層の厚さを変化させる。誘電体多層膜７ｂに関しては波長４０５ｎｍにおける透過率がほぼ１００％、波長６５０ｎｍにおける透過率がほぼ０％となる範囲内で各層の厚さを変化させる。波長４０５ｎｍにおける誘電体多層膜７ａ、７ｂの透過光の位相が一致するように調整する。
【０１０２】
これらにより、上記の設計が実現できる。波長４０５ｎｍにおいては一つの誘電体多層膜の透過光の位相を基準にして残り一つの誘電体多層膜の透過光の位相を調整すれば良いので、誘電体多層膜の各層の厚さという一つの自由度があればこの調整は可能である。
【０１０３】
（光ヘッド装置の第二の実施の形態）図８に本発明の光ヘッド装置の第二の実施の形態を示す。光学系１ａ、光学系１ｂおよび光学系１ｃは、半導体レーザと、ディスクからの反射光を受光する光検出器を備えている。光学系１ａ内の半導体レーザの波長は４０５ｎｍ、光学系１ｂ内の半導体レーザの波長は６５０ｎｍ、光学系１ｃ内の半導体レーザの波長は７８０ｎｍである。
【０１０４】
干渉フィルタ２ａは、波長４０５ｎｍの光を透過させ、波長６５０ｎｍの光を反射させる働きをする。また、干渉フィルタ２ｂは、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍの光を透過させ、波長７８０ｎｍの光を反射させる働きをする。光学系１ａ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ａ、干渉フィルタ２ｂ、および波長選択フィルタ３ｂを透過し、平行光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格のディスク５ａ上に集光される。
【０１０５】
ディスク５ａからの反射光は、対物レンズ４ａ、波長選択フィルタ３ｂ、干渉フィルタ２ｂ、および干渉フィルタ２ａを逆向きに透過し、光学系１ａ内の光検出器で受光される。
【０１０６】
また、光学系１ｂ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ａで反射され、干渉フィルタ２ｂ、波長選択フィルタ３ｂを透過し、発散光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格のディスク５ｂ上に集光される。ディスク５ｂからの反射光は、対物レンズ４ａ、波長選択フィルタ３ｂ、および干渉フィルタ２ｂを逆向きに透過し、干渉フィルタ２ａで反射され、光学系１ｂ内の光検出器で受光される。
【０１０７】
さらに、光学系１ｃ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ｂで反射され、波長選択フィルタ３ｂを透過し、発散光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格のディスク５ｃ上に集光される。ディスク５ｃからの反射光は、対物レンズ４ａ、波長選択フィルタ３ｂを逆向きに透過し、干渉フィルタ２ｂで反射され、光学系１ｃ内の光検出器で受光される。
【０１０８】
対物レンズ４ａは、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長４０５ｎｍの光が厚さ０．１ｍｍの基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。
【０１０９】
波長４０５ｎｍの光は、対物レンズ４ａに平行光として入射するため、波長４０５ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は０である。これに対し、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。対物レンズ４ａに発散光として波長６５０ｎｍの光を入射させると、対物レンズ４ａの倍率変化に伴う新たな球面収差が生じ、これが残留する球面収差を低減する方向に働く。波長６５０ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は０．０７６に設定される。
【０１１０】
また、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。対物レンズ４ａに発散光として波長７８０ｎｍの光を入射させると、対物レンズ４ａの倍率変化に伴う新たな球面収差が生じ、これが残留する球面収差を低減する方向に働く。波長７８０ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は、０．０９６に設定される。
【０１１１】
ここで、物点から対物レンズ４ａの所定の高さｒに向かう近軸光線が対物レンズ４ａの光軸となす角をθｏ、対物レンズ４ａの所定の高さｒから像点に向かう近軸光線が対物レンズ４ａの光軸となす角をθｉとすると、対物レンズ４ａの倍率は、ｔａｎθｏ／ｔａｎθｉで与えられる。
【０１１２】
物点から対物レンズ４ａの物体側主点までの距離をｌｏ、対物レンズ４ａの像側主点から像点までの距離をｌｉとすると、ｔａｎθｏ＝ｒ／ｌｏ、ｔａｎθｉ＝ｒ／ｌｉとなる。波長４０５ｎｍの光は、対物レンズ４ａに平行光として入射するためθｏ＝０、ｌｏ＝∞であり、対物レンズ４ａの倍率は０となる。
【０１１３】
波長６５０ｎｍの光は、対物レンズ４ａに発散光として入射するためθｏ≠０、ｌｏは有限である。このときのｌｏの値すなわち物点の位置は、対物レンズ４ａの倍率が０．０７６となるように定められる。波長７８０ｎｍの光は、対物レンズ４ａに発散光として入射するためθｏ≠０、ｌｏは有限である。このときのｌｏの値すなわち物点の位置は、対物レンズ４ａの倍率が０．０９６となるように定められる。
【０１１４】
図９（ａ）は、波長選択フィルタ３ｂの一方の面から見た平面図である。図９（ｂ）は、波長選択フィルタ３ｂの他方の面から見た平面図である。図９（ｃ）は、波長選択フィルタ３ｂの断面図である。波長選択フィルタ３ｂには、ガラス基板８ａ上に同心円状の位相フィルタパタン６ａが形成されている。また、ガラス基板８ｂ上に誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅが形成されている。波長選択フィルタ３ｂは、ガラス基板８ａの位相フィルタパタン６ａが形成されていない面と、ガラス基板８ｂの誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅが形成されていない面とが接着剤により貼り合わされた構成である。
【０１１５】
図中に点線で示す対物レンズ４ａの有効径を２ａとしたとき、位相フィルタパタン６ａは、これより小さい直径２ｂの円形の領域内にのみ形成されている。位相フィルタパタン６ａの断面は、図９（ｃ）のような４レベルの階段状である。位相フィルタパタン６ａの各段の高さは、各段におけるパタンのある部分とない部分とを通る光の位相差が波長４０５ｎｍに対して２π（０と等価）となるように設定されている。このとき、この位相差は、波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対してはそれぞれ１．２５π（−０．７５πと等価）、１．０４π（−０．９６πと等価）となる。
【０１１６】
従って、位相フィルタパタン６ａは、波長４０５ｎｍの光に対しては位相分布を変化させず、波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍの光に対しては位相分布を変化させる。波長選択フィルタ３ｂを用いない場合、対物レンズ４ａの倍率を０．０７６に設定することにより、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際に残留する球面収差が低減される。位相フィルタパタン６ａは、波長６５０ｎｍの光に対する位相分布の変化が対物レンズ４ａの倍率０．０７６におけるこの低減後の球面収差をさらに低減するように設計されている。
【０１１７】
一方、誘電体多層膜７ｃは、直径２ｂよりさらに小さい直径２ｃの円形の領域内にのみ形成されている。誘電体多層膜７ｄは、直径２ｃの円形の領域外かつ直径２ｂの円形の領域内にのみ形成されている。誘電体多層膜７ｅは、直径２ｂの円形の領域外にのみ形成されている。誘電体多層膜７ｃは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光、波長７８０ｎｍの光を全て透過させる働きをする。誘電体多層膜７ｄは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光を全て透過させ、波長７８０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。誘電体多層膜７ｅは、波長４０５ｎｍの光を全て透過させ、波長６５０ｎｍの光、波長７８０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。
【０１１８】
また、波長４０５ｎｍに対し、誘電体多層膜７ｃを透過する光と誘電体多層膜７ｄを透過する光と誘電体多層膜７ｅを透過する光の位相差は２πの整数倍に調整されている。波長６５０ｎｍに対し、誘電体多層膜７ｃを透過する光と誘電体多層膜７ｄを透過する光の位相差は２πの整数倍に調整されている。すなわち、波長選択フィルタ３ｂにおいて、波長４０５ｎｍの光は全て透過し、波長６５０ｎｍの光は直径２ｂの円形の領域内では全て透過し、直径２ｂの円形の領域外では全て反射される。波長７８０ｎｍの光は、直径２ｃの円形の領域内では全て透過し、直径２ｃの円形の領域外では全て反射される。
【０１１９】
従って、対物レンズ４ａの焦点距離をｆａとすると、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの光に対する実効的な開口数はそれぞれａ／ｆａ、ｂ／ｆａ、ｃ／ｆａで与えられる。例えばａ／ｆａ＝０．７、ｂ／ｆａ＝０．６、ｃ／ｆａ＝０．４５に設定される。
【０１２０】
光学系１ａの構成は、図３（ａ）に示す通りである。光学系１ａに備えられた光検出器１５ａの構成は、図３（ｂ）に示す通りである。また、光学系１ｂの構成は、図４（ａ）に示す通りである。光学系１ｂに備えられた光検出器１５ｂの構成は、図４（ｂ）に示す通りである。
【０１２１】
図１０（ａ）に光学系１ｃの構成を示す。波長７８０ｎｍの半導体レーザ９ｃからの出射光は、回折光学素子２０により０次光、±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光は、コリメータレンズ１０ｃで平行光化され、ハーフミラー１８ｂを約５０％が透過し、凹レンズ１９ｂを透過して平行光から発散光に変換されてディスク５ｃに向かう。ディスク５ｃからの３つの反射光は、凹レンズ１９ｂを透過して収束光から平行光に変換され、ハーフミラー１８ｂで約５０％が反射され、円筒レンズ１３ｃ、レンズ１４ｃを透過して光検出器１５ｃで受光される。光検出器１５ｃは、円筒レンズ１３ｃ、レンズ１４ｃの２つの焦線の中間に設置されている。
【０１２２】
図１０（ｂ）に光検出器１５ｃの構成を示す。ディスク５ｃからの３つの反射光のうち回折光学素子２０からの０次光は、４分割された受光部１７ｉ〜１７ｌ上に光スポット１６ｃを形成する。回折光学素子２０からの＋１次回折光は、受光部１７ｍ上に光スポット１６ｄを形成する。回折光学素子２０からの−１次回折光は受光部１７ｎ上に光スポット１６ｅを形成する。
【０１２３】
受光部１７ｉ〜１７ｎからの出力をそれぞれＶ１７ｉ〜Ｖ１７ｎで表わすと、フォーカス誤差信号は、公知の非点収差法により（Ｖ１７ｉ＋Ｖ１７ｌ）−（Ｖ１７ｊ＋Ｖ１７ｋ）の演算から得られる。トラック誤差信号は、公知の３ビーム法によりＶ１７ｍ−Ｖ１７ｎの演算から得られる。ディスク５ｃからのＲＦ信号は、Ｖ１７ｉ＋Ｖ１７ｊ＋Ｖ１７ｋ＋Ｖ１７ｌの演算から得られる。
【０１２４】
波長選択フィルタ３ｂにおける位相フィルタパタン６ａの設計結果は、図５に示す通りである。また、波長６５０ｎｍの光に対する波面収差の標準偏差が最小になる最良像面の位置における波面収差の計算結果は、図６に示す通りである。
【０１２５】
図１１に、波長７８０ｎｍの光に対する波面収差の標準偏差が最小になる最良像面の位置における波面収差の計算結果を示す。図１１（ａ）は、対物レンズ４ａの倍率変化を用いて波長選択フィルタ３ｂを用いない場合である。図１１（ｂ）は、対物レンズ４ａの倍率変化を用いてさらに波長選択フィルタ３ｂを用いた場合である。図中の横軸は波面収差、縦軸は対物レンズ４ａの焦点距離で規格化した対物レンズ４ａへの入射光の高さである。
【０１２６】
波面収差の標準偏差は、対物レンズ４ａの倍率変化を用いてさらに波長選択フィルタ３ｂを用いることにより０．０２１λに低減される。この値は、マレシャルの規範として知られている波面収差の標準偏差の許容値である０．０７λを下回っている。また、図５に示すように、位相フィルタパタン６ａを構成する同心円状の領域の数が５と少ないため各領域の幅が広くなる。対物レンズ４ａの焦点距離を例えば２．５７ｍｍとすると、最も外側の領域の幅は約５９．１μｍになる。従って、上記のような各領域の幅が広い位相フィルタパタン６ａを有する波長選択フィルタ３ｂを所望の精度で作製することは極めて容易である。
【０１２７】
波長選択フィルタ３ｂにおける誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅは、いずれも例えば二酸化チタンを材質とする高屈折率層と、例えば二酸化シリコンを材質とする低屈折率層とを交互に積層した構成である。図７（ａ）に誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅに対する透過率の波長依存性の設計結果、図７（ｂ）に誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅに対する透過光の位相の波長依存性の設計結果を示す。図中の実線、点線、一点鎖線は、それぞれ誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅに対する設計結果である。
【０１２８】
図７（ａ）より、誘電体多層膜７ｃは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光、波長７８０ｎｍの光を全て透過させる。誘電体多層膜７ｄは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光を全て透過させ、波長７８０ｎｍの光を全て反射させる。誘電体多層膜７ｅは、波長４０５ｎｍの光を全て透過させ、波長６５０ｎｍの光、波長７８０ｎｍの光を全て反射させることがわかる。
【０１２９】
また、図７（ｂ）より、波長４０５ｎｍに対し、誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅの透過光の位相が一致していることから、透過光の位相差が２πの整数倍に調整されていることがわかる。また、波長６５０ｎｍに対し、誘電体多層膜７ｃ、７ｄの透過光の位相が一致していることから、透過光の位相差が２πの整数倍に調整されていることがわかる。
【０１３０】
誘電体多層膜の各層の厚さを厚くすると、図７（ａ）に示す透過率の波長依存性の曲線、図７（ｂ）に示す透過光の位相の波長依存性の曲線は、共に右側にシフトする。これに対して、各層の厚さを薄くすると、図７（ａ）に示す透過率の波長依存性の曲線、図７（ｂ）に示す透過光の位相の波長依存性の曲線は、共に左側にシフトする。
【０１３１】
また、誘電体多層膜の層数を増やすと、図７（ａ）に示す透過率の波長依存性の曲線、図７（ｂ）に示す透過光の位相の波長依存性の曲線は、共に傾きが急になる。これに対し、層数を減らすと、図７（ａ）に示す透過率の波長依存性の曲線、図７（ｂ）に示す透過光の位相の波長依存性の曲線は、共に傾きが緩やかになる。
【０１３２】
従って、誘電体多層膜７ｃに関しては、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍにおける透過率がほぼ１００％となる範囲内で各層の厚さおよび層数を変化させる。誘電体多層膜７ｄに関しては、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍにおける透過率がほぼ１００％、波長７８０ｎｍにおける透過率がほぼ０％となる範囲内で各層の厚さおよび層数を変化させる。誘電体多層膜７ｅに関しては、波長４０５ｎｍにおける透過率がほぼ１００％、波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍにおける透過率がほぼ０％となる範囲内で各層の厚さおよび層数を変化させる。波長４０５ｎｍにおける誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅの透過光の位相が一致し、波長６５０ｎｍにおける誘電体多層膜７ｃ、７ｄの透過光の位相が一致するように調整する。
【０１３３】
これらの条件を満足することにより、上記の設計が実現できる。波長４０５ｎｍにおいては一つの誘電体多層膜の透過光の位相を基準にして残り二つの誘電体多層膜の透過光の位相を調整すれば良い。従って、誘電体多層膜の各層の厚さおよび層数という二つの自由度があればこの調整は可能である。また、波長６５０ｎｍにおいては一つの誘電体多層膜の透過光の位相を基準にして残り一つの誘電体多層膜の透過光の位相を調整すれば良い。従って、誘電体多層膜の各層の厚さという一つの自由度があればこの調整は可能である。
【０１３４】
図１、図８に示す実施の形態においては、波長選択フィルタ３ａ、３ｂは、対物レンズ４ａと共にアクチュエータによりフォーカシング方向、トラッキング方向に駆動される。対物レンズ４ａのみがアクチュエータによりフォーカシング方向、トラッキング方向に駆動される場合、波長選択フィルタ３ａ、３ｂにおける位相フィルタパタン６ａの中心と対物レンズ４ａの中心がフォーカシング方向、トラッキング方向にずれる。よって、対物レンズ４ａに発散光として入射し位相フィルタパタン６ａで位相分布の変化を受ける光に収差が生じることになる。しかしながら、波長選択フィルタ３ａ、３ｂが対物レンズ４ａと共にアクチュエータによりフォーカシング方向、トラッキング方向に駆動される場合、このような収差は生じない。
【０１３５】
図１、図８に示す実施の形態においては、波長選択フィルタ３ａ、３ｂの法線は、対物レンズ４ａの光軸に対して僅かに傾いている。波長選択フィルタ３ａ、３ｂの法線が対物レンズ４ａの光軸に対して平行な場合、波長選択フィルタ３ａ、３ｂで反射された迷光が光学系１ａ、１ｂ、１ｃに備えられた光検出器１５ａ、１５ｂ、１５ｃに入射し、フォーカス誤差信号、トラック誤差信号にオフセットが生じる。しかしながら、波長選択フィルタ３ａ、３ｂの法線が対物レンズ４ａの光軸に対して僅かに傾いている場合、このようなオフセットは生じない。
【０１３６】
図２に示す波長選択フィルタ３ａ、図９に示す波長選択フィルタ３ｂは、ガラス基板８ａ上に位相フィルタパタン６ａが形成され、ガラス基板８ｂ上に誘電体多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅが形成された構成である。これに対し、位相フィルタパタンがガラスまたはプラスチックの成形により基板と一体で形成された構成も可能である。また、位相フィルタパタンまたは誘電体多層膜が対物レンズ上に形成された構成も可能である。
【０１３７】
（光ヘッド装置の第三の実施の形態）図１２に本発明の光ヘッド装置の第三の実施の形態を示す。光学系１ａおよび光学系１ｄは、半導体レーザと、ディスクからの反射光を受光する光検出器とを備えている。光学系１ａ内の半導体レーザの波長は４０５ｎｍ、光学系１ｄ内の半導体レーザの波長は６５０ｎｍである。干渉フィルタ２ａは、波長４０５ｎｍの光を透過させ、波長６５０ｎｍの光を反射させる働きをする。
【０１３８】
光学系１ａ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ａ、開口制御素子２１ａを透過し、平行光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格のディスク５ａ上に集光される。ディスク５ａからの反射光は、対物レンズ４ａ、開口制御素子２１ａ、干渉フィルタ２ａを逆向きに透過し、光学系１ａ内の光検出器で受光される。
【０１３９】
また、光学系１ｄ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ａで反射され、開口制御素子２１ａを透過し、発散光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格のディスク５ｂ上に集光される。ディスク５ｂからの反射光は、対物レンズ４ａ、開口制御素子２１ａを逆向きに透過し、干渉フィルタ２ａで反射され、光学系１ｄ内の光検出器で受光される。対物レンズ４ａは、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長４０５ｎｍの光が厚さ０．１ｍｍの基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。
【０１４０】
波長４０５ｎｍの光は、対物レンズ４ａに平行光として入射するため、波長４０５ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は０である。これに対し、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。対物レンズ４ａに発散光として波長６５０ｎｍの光を入射させると、対物レンズ４ａの倍率変化に伴う新たな球面収差が生じ、これが残留する球面収差を低減する方向に働く。
【０１４１】
波長６５０ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は、０．０７６に設定される。ここで、物点から対物レンズ４ａの所定の高さｒに向かう近軸光線が対物レンズ４ａの光軸となす角をθｏ、対物レンズ４ａの所定の高さｒから像点に向かう近軸光線が対物レンズ４ａの光軸となす角をθｉとすると、対物レンズ４ａの倍率は、ｔａｎθｏ／ｔａｎθｉで与えられる。物点から対物レンズ４ａの物体側主点までの距離をｌｏ、対物レンズ４ａの像側主点から像点までの距離をｌｉとすると、ｔａｎθｏ＝ｒ／ｌｏ、ｔａｎθｉ＝ｒ／ｌｉとなる。
【０１４２】
波長４０５ｎｍの光は、対物レンズ４ａに平行光として入射するためθｏ＝０、ｌｏ＝∞であり、対物レンズ４ａの倍率は、０となる。波長６５０ｎｍの光は、対物レンズ４ａに発散光として入射するためθｏ≠０、ｌｏは有限であり、このときのｌｏの値すなわち物点の位置は、対物レンズ４ａの倍率が０．０７６となるように定められる。
【０１４３】
図１３（ａ）は、開口制御素子２１ａの平面図、図１３（ｂ）は、開口制御素子２１ａの断面図である。開口制御素子２１ａは、ガラス基板８ｂ上に誘電体多層膜７ａ、７ｂが形成された構成である。図中に点線で示す対物レンズ４ａの有効径を２ａとしたとき、誘電体多層膜７ａは、これより小さい直径２ｂの円形の領域内にのみ形成されている。誘電体多層膜７ｂは、直径２ｂの円形の領域外にのみ形成されている。
【０１４４】
誘電体多層膜７ａは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光を全て透過させる働きをする。誘電体多層膜７ｂは、波長４０５ｎｍの光を全て透過させ、波長６５０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。また、波長４０５ｎｍに対し、誘電体多層膜７ａを透過する光と誘電体多層膜７ｂを透過する光との位相差は、２πの整数倍に調整されている。すなわち、開口制御素子２１ａにおいて、波長４０５ｎｍの光は全て透過し、波長６５０ｎｍの光は直径２ｂの円形の領域内では全て透過し、直径２ｂの円形の領域外では全て反射される。従って、対物レンズ４ａの焦点距離をｆａとすると、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍの光に対する実効的な開口数はそれぞれａ／ｆａ、ｂ／ｆａで与えられる。例えばａ／ｆａ＝０．７、ｂ／ｆａ＝０．６に設定される。
【０１４５】
光学系１ａの構成は、図３（ａ）に示す通りであり、光学系１ａに備えられた光検出器１５ａの構成は、図３（ｂ）に示す通りである。
【０１４６】
図１４に光学系１ｄの構成を示す。波長６５０ｎｍの半導体レーザ９ｂからの出射光は、コリメータレンズ１０ｂで平行光化され、ハーフミラー１８ａを約５０％が透過し、球面収差補正素子２２ａ、凹レンズ１９ａを透過して平行光から発散光に変換されてディスク５ｂに向かう。ディスク５ｂからの反射光は、凹レンズ１９ａ、球面収差補正素子２２ａを透過して収束光から平行光に変換され、ハーフミラー１８ａで約５０％が反射され、円筒レンズ１３ｂ、レンズ１４ｂを透過して光検出器１５ｂで受光される。光検出器１５ｂは、円筒レンズ１３ｂ、レンズ１４ｂの２つの焦線の中間に設置されている。光学系１ｄに備えられた光検出器１５ｂの構成は、図４（ｂ）に示す通りである。
【０１４７】
球面収差補正素子２２ａの一方の面は平面、他方の面は非球面である。球面収差補正素子２２ａは、波長６５０ｎｍの光に対して位相分布を変化させる。球面収差補正素子２２ａを用いない場合、対物レンズ４ａの倍率を０．０７６に設定することにより、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際に残留する球面収差が低減される。球面収差補正素子２２ａは、波長６５０ｎｍの光に対する位相分布の変化が対物レンズ４ａの倍率０．０７６におけるこの低減後の球面収差をほぼ完全に補正するように設計されている。なお、球面収差補正素子２２ａは、凹レンズ１９ａと一体化することも可能である。
【０１４８】
開口制御素子２１ａにおける誘電体多層膜７ａ、７ｂは、いずれも例えば二酸化チタンを材質とする高屈折率層と、例えば二酸化シリコンを材質とする低屈折率層とを交互に積層した構成である。誘電体多層膜７ａ、７ｂに対する透過率の波長依存性の設計結果は、図７（ａ）に示す通りである。誘電体多層膜７ａ、７ｂに対する透過光の位相の波長依存性の設計結果は、図７（ｂ）に示す通りである。
【０１４９】
（光ヘッド装置の第四の実施の形態）図１５に本発明の光ヘッド装置の第四の実施の形態を示す。光学系１ａ、光学系１ｄおよび光学系１ｅは、半導体レーザと、ディスクからの反射光を受光する光検出器とを備えている。光学系１ａ内の半導体レーザの波長は４０５ｎｍ、光学系１ｄ内の半導体レーザの波長は６５０ｎｍ、光学系１ｅ内の半導体レーザの波長は７８０ｎｍである。干渉フィルタ２ａは、波長４０５ｎｍの光を透過させ、波長６５０ｎｍの光を反射させる働きをする。また、干渉フィルタ２ｂは、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍの光を透過させ、波長７８０ｎｍの光を反射させる働きをする。
【０１５０】
光学系１ａ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ａ、干渉フィルタ２ｂ、開口制御素子２１ｂを透過し、平行光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．１ｍｍの次世代規格のディスク５ａ上に集光される。ディスク５ａからの反射光は、対物レンズ４ａ、開口制御素子２１ｂ、干渉フィルタ２ｂ、干渉フィルタ２ａを逆向きに透過し、光学系１ａ内の光検出器で受光される。
【０１５１】
また、光学系１ｄ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ａで反射され、干渉フィルタ２ｂ、開口制御素子２１ｂを透過し、発散光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格のディスク５ｂ上に集光される。ディスク５ｂからの反射光は、対物レンズ４ａ、開口制御素子２１ｂ、干渉フィルタ２ｂを逆向きに透過し、干渉フィルタ２ａで反射され、光学系１ｄ内の光検出器で受光される。
【０１５２】
さらに、光学系１ｅ内の半導体レーザからの出射光は、干渉フィルタ２ｂで反射され、開口制御素子２１ｂを透過し、発散光として対物レンズ４ａに入射し、基板厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格のディスク５ｃ上に集光される。ディスク５ｃからの反射光は、対物レンズ４ａ、開口制御素子２１ｂを逆向きに透過し、干渉フィルタ２ｂで反射され、光学系１ｅ内の光検出器で受光される。対物レンズ４ａは、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長４０５ｎｍの光が厚さ０．１ｍｍの基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。
【０１５３】
波長４０５ｎｍの光は、対物レンズ４ａに平行光として入射するため、波長４０５ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は、０である。これに対し、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。対物レンズ４ａに発散光として波長６５０ｎｍの光を入射させると、対物レンズ４ａの倍率変化に伴う新たな球面収差が生じ、これが残留する球面収差を低減する方向に働く。波長６５０ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は０．０７６に設定される。
【０１５４】
また、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの基板を透過する際には球面収差が残留する。対物レンズ４ａに発散光として波長７８０ｎｍの光を入射させると、対物レンズ４ａの倍率変化に伴う新たな球面収差が生じ、これが残留する球面収差を低減する方向に働く。波長７８０ｎｍの光に対する対物レンズ４ａの倍率は０．０９６に設定される。
【０１５５】
ここで、物点から対物レンズ４ａの所定の高さｒに向かう近軸光線が対物レンズ４ａの光軸となす角をθｏ、対物レンズ４ａの所定の高さｒから像点に向かう近軸光線が対物レンズ４ａの光軸となす角をθｉとすると、対物レンズ４ａの倍率はｔａｎθｏ／ｔａｎθｉで与えられる。物点から対物レンズ４ａの物体側主点までの距離をｌｏ、対物レンズ４ａの像側主点から像点までの距離をｌｉとすると、ｔａｎθｏ＝ｒ／ｌｏ、ｔａｎθｉ＝ｒ／ｌｉとなる。波長４０５ｎｍの光は対物レンズ４ａに平行光として入射するためθｏ＝０、ｌｏ＝∞であり、対物レンズ４ａの倍率は、０となる。
【０１５６】
波長６５０ｎｍの光は、対物レンズ４ａに発散光として入射するためθｏ≠０、ｌｏは有限であり、このときのｌｏの値すなわち物点の位置は、対物レンズ４ａの倍率が０．０７６となるように定められる。波長７８０ｎｍの光は、対物レンズ４ａに発散光として入射するためθｏ≠０、ｌｏは有限であり、このときのｌｏの値すなわち物点の位置は、対物レンズ４ａの倍率が０．０９６となるように定められる。
【０１５７】
図１６（ａ）は、開口制御素子２１ｂの平面図である。図１６（ｂ）は、開口制御素子２１ｂの断面図である。開口制御素子２１ｂは、ガラス基板８ｂ上に誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅが形成された構成である。図中に点線で示す対物レンズ４ａの有効径を２ａとしたとき、誘電体多層膜７ｃは、これより小さい直径２ｂよりさらに小さい直径２ｃの円形の領域内にのみ形成されている。誘電体多層膜７ｄは、直径２ｃの円形の領域外かつ直径２ｂの円形の領域内にのみ形成されている。誘電体多層膜７ｅは、直径２ｂの円形の領域外にのみ形成されている。
【０１５８】
誘電体多層膜７ｃは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光、波長７８０ｎｍの光を全て透過させる働きをする。誘電体多層膜７ｄは、波長４０５ｎｍの光、波長６５０ｎｍの光を全て透過させ、波長７８０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。誘電体多層膜７ｅは、波長４０５ｎｍの光を全て透過させ、波長６５０ｎｍの光、波長７８０ｎｍの光を全て反射させる働きをする。また、波長４０５ｎｍに対し、誘電体多層膜７ｃを透過する光と誘電体多層膜７ｄを透過する光と誘電体多層膜７ｅを透過する光との位相差は２πの整数倍に調整されている。波長６５０ｎｍに対し、誘電体多層膜７ｃを透過する光と誘電体多層膜７ｄを透過する光との位相差は２πの整数倍に調整されている。
【０１５９】
すなわち、開口制御素子２１ｂにおいて、波長４０５ｎｍの光は全て透過し、波長６５０ｎｍの光は直径２ｂの円形の領域内では全て透過し、直径２ｂの円形の領域外では全て反射される。波長７８０ｎｍの光は直径２ｃの円形の領域内では全て透過し、直径２ｃの円形の領域外では全て反射される。従って、対物レンズ４ａの焦点距離をｆａとすると、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの光に対する実効的な開口数はそれぞれａ／ｆａ、ｂ／ｆａ、ｃ／ｆａで与えられる。例えばａ／ｆａ＝０．７、ｂ／ｆａ＝０．６、ｃ／ｆａ＝０．４５に設定される。
【０１６０】
光学系１ａの構成は、図３（ａ）に示す通りであり、光学系１ａに備えられた光検出器１５ａの構成は、図３（ｂ）に示す通りである。また、光学系１ｄの構成は、図１４に示す通りであり、光学系１ｄに備えられた光検出器１５ｂの構成は、図４（ｂ）に示す通りである。
【０１６１】
図１７に光学系１ｅの構成を示す。波長７８０ｎｍの半導体レーザ９ｃからの出射光は、回折光学素子２０により０次光、±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光は、コリメータレンズ１０ｃで平行光化され、ハーフミラー１８ｂを約５０％が透過し、球面収差補正素子２２ｂ、凹レンズ１９ｂを透過して平行光から発散光に変換されてディスク５ｃに向かう。ディスク５ｃからの３つの反射光は、凹レンズ１９ｂ、球面収差補正素子２２ｂを透過して収束光から平行光に変換され、ハーフミラー１８ｂで約５０％が反射され、円筒レンズ１３ｃ、レンズ１４ｃを透過して光検出器１５ｃで受光される。光検出器１５ｃは、円筒レンズ１３ｃ、レンズ１４ｃの２つの焦線の中間に設置されている。光学系１ｅに備えられた光検出器１５ｃの構成は、図１０（ｂ）に示す通りである。
【０１６２】
球面収差補正素子２２ｂの一方の面は平面、他方の面は非球面である。球面収差補正素子２２ｂは、波長７８０ｎｍの光に対して位相分布を変化させる。球面収差補正素子２２ｂを用いない場合、対物レンズ４ａの倍率を０．０９６に設定することにより、対物レンズ４ａに平行光として入射した波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの基板を透過する際に残留する球面収差が低減される。球面収差補正素子２２ｂは、波長７８０ｎｍの光に対する位相分布の変化が対物レンズ４ａの倍率０．０９６におけるこの低減後の球面収差をほぼ完全に補正するように設計されている。なお、球面収差補正素子２２ｂは凹レンズ１９ｂと一体化することも可能である。
【０１６３】
開口制御素子２１ｂにおける誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅは、いずれも例えば二酸化チタンを材質とする高屈折率層と例えば二酸化シリコンを材質とする低屈折率層とを交互に積層した構成である。誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅに対する透過率の波長依存性の設計結果は、図７（ａ）に示す通りであり、誘電体多層膜７ｃ、７ｄ、７ｅに対する透過光の位相の波長依存性の設計結果は、図７（ｂ）に示す通りである。
【０１６４】
図１２、図１５に示す実施の形態においては、対物レンズ４ａがアクチュエータによりトラッキング方向に駆動されると、球面収差補正素子２２ａ、２２ｂの中心と対物レンズ４ａの中心がトラッキング方向にずれるため、球面収差補正素子２２ａ、２２ｂで位相分布の変化を受け、対物レンズ４ａに発散光として入射する光にコマ収差が生じる。
【０１６５】
しかしながら、このコマ収差は、対物レンズ４ａを図示しないアクチュエータによりディスク５ａ、５ｂ、５ｃのラジアル方向に傾けることで補正することができる。対物レンズ４ａをディスク５ａ、５ｂ、５ｃのラジアル方向に傾けるとコマ収差が生じる。そこで、対物レンズ４ａのラジアル方向の傾きを調整して対物レンズ４ａと球面収差補正素子２２ａ、２２ｂの中心ずれに起因するコマ収差を相殺するコマ収差を対物レンズ４ａで発生させることにより、対物レンズ４ａと球面収差補正素子２２ａ、２２ｂの中心ずれに起因するコマ収差が補正される。
【０１６６】
（光ヘッド装置の第五、六の実施の形態）図１８に本発明の光ヘッド装置の第五の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１２に示す実施の形態における干渉フィルタ２ａと開口制御素子２１ａとの間に、リレーレンズ２３ａ、２３ｂが設けられた構成である。また、図１９に本発明の光ヘッド装置の第六の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１５に示す実施の形態における干渉フィルタ２ｂと開口制御素子２１ｂとの間に、リレーレンズ２３ａ、２３ｂが設けられた構成である。
【０１６７】
一般に、ディスクの基板の厚さが設計値からずれると、基板厚ずれに起因する球面収差により集光スポットの形状が乱れ、記録再生特性が悪化する。この球面収差は、光源の波長に反比例し、対物レンズの開口数の４乗に比例するため、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど記録再生特性に対するディスクの基板厚ずれのマージンは狭くなる。光源である半導体レーザ９ａの波長が４０５ｎｍ、対物レンズ４ａの開口数が０．７の場合、このマージンは十分ではないため、ディスク５ａの基板厚ずれを補正することが必要である。
【０１６８】
リレーレンズ２３ａ、２３ｂのどちらか一方を図示しないアクチュエータにより光軸方向に移動させると、対物レンズ４ａにおける倍率が変化し、球面収差が変化する。そこで、リレーレンズ２３ａ、２３ｂのどちらか一方の光軸方向の位置を調整してディスク５ａの基板厚ずれに起因する球面収差を相殺する球面収差を対物レンズ４ａで発生させることにより、ディスク５ａの基板厚ずれが補正され、記録再生特性に対する悪影響がなくなる。
【０１６９】
図１８、図１９に示す実施の形態においては、対物レンズ４ａがアクチュエータによりトラッキング方向に駆動されると、球面収差補正素子２２ａ、２２ｂの中心と対物レンズ４ａの中心がトラッキング方向にずれるため、球面収差補正素子２２ａ、２２ｂで位相分布の変化を受け対物レンズ４ａに発散光として入射する光にコマ収差が生じる。
【０１７０】
しかしながら、このコマ収差は、リレーレンズ２３ａ、２３ｂのどちらか一方を図示しないアクチュエータによりディスク５ａ、５ｂ、５ｃのラジアル方向に傾けるか移動させることで補正することができる。この場合、リレーレンズ２３ａ、２３ｂのどちらか一方は、正弦条件を満たさないように設計される。リレーレンズ２３ａ、２３ｂの両方が正弦条件を満たす場合、これをディスク５ａ、５ｂ、５ｃのラジアル方向に傾けるか移動させてもコマ収差は生じない。これに対し、リレーレンズ２３ａ、２３ｂのどちらか一方が正弦条件を満たさない場合、これをディスク５ａ、５ｂ、５ｃのラジアル方向に傾けるか移動させるとコマ収差が生じる。
【０１７１】
そこで、リレーレンズ２３ａ、２３ｂのどちらか一方のラジアル方向の傾きまたは位置を調整して対物レンズ４ａと球面収差補正素子２２ａ、２２ｂとの中心ずれに起因するコマ収差を相殺するコマ収差をリレーレンズ２３ａ、２３ｂのどちらか一方で発生させることにより、対物レンズ４ａと球面収差補正素子２２ａ、２２ｂとの中心ずれに起因するコマ収差が補正される。
【０１７２】
図１２、図１５、図１８、図１９に示す実施の形態においては、開口制御素子２１ａ、２１ｂは、対物レンズ４ａと共にアクチュエータによりトラッキング方向に駆動される。対物レンズ４ａのみがアクチュエータによりトラッキング方向に駆動される場合、開口制御素子２１ａ、２１ｂにおける誘電体多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅの中心と対物レンズ４ａの中心とがトラッキング方向にずれる。従って、往路において開口制御素子２１ａ、２１ｂを透過した波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍの光は、復路において開口制御素子２１ａ、２１ｂで一部反射され、波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍの光に対する実効的な開口数が低下する。
【０１７３】
しかしながら、開口制御素子２１ａ、２１ｂが対物レンズ４ａと共にアクチュエータによりトラッキング方向に駆動される場合、このような開口数の低下は生じない。
【０１７４】
図１２、図１５、図１８、図１９に示す実施の形態においては、開口制御素子２１ａ、２１ｂの法線は、対物レンズ４ａの光軸に対して僅かに傾いている。開口制御素子２１ａ、２１ｂの法線が対物レンズ４ａの光軸に対して平行な場合、開口制御素子２１ａ、２１ｂで反射された迷光が光学系１ａ、１ｄ、１ｅに備えられた光検出器１５ａ、１５ｂ、１５ｃに入射し、フォーカス誤差信号、トラック誤差信号にオフセットが生じる。しかしながら、開口制御素子２１ａ、２１ｂの法線が対物レンズ４ａの光軸に対して僅かに傾いている場合、このようなオフセットは生じない。
【０１７５】
図１３に示す開口制御素子２１ａ、図１６に示す開口制御素子２１ｂは、ガラス基板８ｂ上に誘電体多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅが形成された構成である。これに対し、誘電体多層膜が対物レンズ上に形成された構成も可能である。
【０１７６】
（光学式情報記録または再生装置の第一の実施の形態）図２０に本発明の光学式情報記録または再生装置の第一の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１に示す本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態に記録再生回路２６ａ、２６ｂ、切換回路２５ａ、制御回路２４ａを付加したものである。記録再生回路２６ａは、ディスク５ａへの記録信号に基づいて光学系１ａに備えられた半導体レーザ９ａへの入力信号を生成すると共に、光学系１ａに備えられた光検出器１５ａからの出力信号に基づいてディスク５ａからの再生信号を生成する。
【０１７７】
記録再生回路２６ｂは、ディスク５ｂへの記録信号に基づいて光学系１ｂに備えられた半導体レーザ９ｂへの入力信号を生成すると共に、光学系１ｂに備えられた光検出器１５ｂからの出力信号に基づいてディスク５ｂからの再生信号を生成する。切換回路２５ａは、記録再生回路２６ａから半導体レーザ９ａへの入力信号の伝達経路、記録再生回路２６ｂから半導体レーザ９ｂへの入力信号の伝達経路を切り換える。制御回路２４ａは、ディスク５ａが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ａから半導体レーザ９ａへ伝達され、ディスク５ｂが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｂから半導体レーザ９ｂへ伝達されるように切換回路２５ａの動作を制御する。
【０１７８】
（光学式情報記録または再生装置の第二の実施の形態）図２１に本発明の光学式情報記録または再生装置の第二の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１に示す本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態に記録再生回路２６ｃ、切換回路２５ｂ、制御回路２４ｂを付加したものである。記録再生回路２６ｃは、ディスク５ａ、５ｂへの記録信号に基づいて光学系１ａに備えられた半導体レーザ９ａ、光学系１ｂに備えられた半導体レーザ９ｂへの入力信号をそれぞれ生成すると共に、光学系１ａに備えられた光検出器１５ａ、光学系１ｂに備えられた光検出器１５ｂからの出力信号に基づいてディスク５ａ、５ｂからの再生信号をそれぞれ生成する。
【０１７９】
切換回路２５ｂは、記録再生回路２６ｃから半導体レーザ９ａ、９ｂへの入力信号の伝達経路を切り換える。制御回路２４ｂは、ディスク５ａが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｃから半導体レーザ９ａへ伝達され、ディスク５ｂが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｃから半導体レーザ９ｂへ伝達されるように切換回路２５ｂの動作を制御する。
【０１８０】
（光学式情報記録または再生装置の第三の実施の形態）図２２に本発明の光学式情報記録または再生装置の第三の実施の形態を示す。本実施の形態は、図８に示す本発明の光ヘッド装置の第二の実施の形態に記録再生回路２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、切換回路２５ｃ、制御回路２４ｃを付加したものである。記録再生回路２６ｄは、ディスク５ａへの記録信号に基づいて光学系１ａに備えられた半導体レーザ９ａへの入力信号を生成すると共に、光学系１ａに備えられた光検出器１５ａからの出力信号に基づいてディスク５ａからの再生信号を生成する。
【０１８１】
記録再生回路２６ｅは、ディスク５ｂへの記録信号に基づいて光学系１ｂに備えられた半導体レーザ９ｂへの入力信号を生成すると共に、光学系１ｂに備えられた光検出器１５ｂからの出力信号に基づいてディスク５ｂからの再生信号を生成する。記録再生回路２６ｆは、ディスク５ｃへの記録信号に基づいて光学系１ｃに備えられた半導体レーザ９ｃへの入力信号を生成すると共に、光学系１ｃに備えられた光検出器１５ｃからの出力信号に基づいてディスク５ｃからの再生信号を生成する。
【０１８２】
切換回路２５ｃは、記録再生回路２６ｄから半導体レーザ９ａへの入力信号の伝達経路、記録再生回路２６ｅから半導体レーザ９ｂへの入力信号の伝達経路、記録再生回路２６ｆから半導体レーザ９ｃへの入力信号の伝達経路を切り換える。制御回路２４ｃは、ディスク５ａが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｄから半導体レーザ９ａへ伝達され、ディスク５ｂが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｅから半導体レーザ９ｂへ伝達され、ディスク５ｃが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｆから半導体レーザ９ｃへ伝達されるように切換回路２５ｃの動作を制御する。
【０１８３】
（光学式情報記録または再生装置の第四の実施の形態）図２３に本発明の光学式情報記録または再生装置の第四の実施の形態を示す。本実施の形態は、図８に示す本発明の光ヘッド装置の第二の実施の形態に記録再生回路２６ｇ、切換回路２５ｄ、制御回路２４ｄを付加したものである。記録再生回路２６ｇは、ディスク５ａ、５ｂ、５ｃへの記録信号に基づいて光学系１ａに備えられた半導体レーザ９ａ、光学系１ｂに備えられた半導体レーザ９ｂ、光学系１ｃに備えられた半導体レーザ９ｃへの入力信号をそれぞれ生成すると共に、光学系１ａに備えられた光検出器１５ａ、光学系１ｂに備えられた光検出器１５ｂ、光学系１ｃに備えられた光検出器１５ｃからの出力信号に基づいてディスク５ａ、５ｂ、５ｃからの再生信号をそれぞれ生成する。
【０１８４】
切換回路２５ｄは、記録再生回路２６ｇから半導体レーザ９ａ、９ｂ、９ｃへの入力信号の伝達経路を切り換える。制御回路２４ｄは、ディスク５ａが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｇから半導体レーザ９ａへ伝達され、ディスク５ｂが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｇから半導体レーザ９ｂへ伝達され、ディスク５ｃが挿入された場合は入力信号が記録再生回路２６ｇから半導体レーザ９ｃへ伝達されるように切換回路２５ｄの動作を制御する。
【０１８５】
本発明の光学式情報記録または再生装置の実施の形態としては、本発明の光ヘッド装置の第三〜第六の実施の形態に記録再生回路、切換回路、制御回路を付加した形態も考えられる。
【０１８６】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態に用いる波長選択フィルタを示す図であり、（ａ）は一方の面から見た平面図、（ｂ）は他方の面から見た平面図、（ｃ）は断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態に用いる波長４０５ｎｍの光学系の構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光学系に備えられた光検出器の構成を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態に用いる波長６５０ｎｍの光学系の構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光学系に備えられた光検出器の構成を示す図である。
【図５】本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態に用いる波長選択フィルタにおける位相フィルタパタンの設計結果を示す図である。
【図６】本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態における波長６５０ｎｍの光に対する波面収差の計算結果を示す図であり、（ａ）は対物レンズの倍率変化を用いて波長選択フィルタを用いない場合、（ｂ）は対物レンズの倍率変化を用いてさらに波長選択フィルタを用いた場合の図である。
【図７】本発明の光ヘッド装置の第一の実施の形態に用いる波長選択フィルタにおける誘電体多層膜に対する、（ａ）は透過率の波長依存性の設計結果を示す図、（ｂ）は透過光の位相の波長依存性の設計結果を示す図である。
【図８】本発明の光ヘッド装置の第二の実施の形態を示す図である。
【図９】本発明の光ヘッド装置の第二の実施の形態に用いる波長選択フィルタを示す図であり、（ａ）は一方の面から見た平面図、（ｂ）は他方の面から見た平面図、（ｃ）は断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の光ヘッド装置の第二の実施の形態に用いる波長７８０ｎｍの光学系の構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光学系に備えられた光検出器の構成を示す図である。
【図１１】本発明の光ヘッド装置の第二の実施の形態における波長７８０ｎｍの光に対する波面収差の計算結果を示す図であり、（ａ）は対物レンズの倍率変化を用いて波長選択フィルタを用いない場合、（ｂ）は対物レンズの倍率変化を用いてさらに波長選択フィルタを用いた場合の図である。
【図１２】本発明の光ヘッド装置の第三の実施の形態を示す図である。
【図１３】本発明の光ヘッド装置の第三の実施の形態に用いる開口制御素子を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１４】本発明の光ヘッド装置の第三の実施の形態に用いる波長６５０ｎｍの光学系の構成を示す図である。
【図１５】本発明の光ヘッド装置の第四の実施の形態を示す図である。
【図１６】本発明の光ヘッド装置の第四の実施の形態に用いる開口制御素子を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１７】本発明の光ヘッド装置の第四の実施の形態に用いる波長７８０ｎｍの光学系の構成を示す図である。
【図１８】本発明の光ヘッド装置の第五の実施の形態を示す図である。
【図１９】本発明の光ヘッド装置の第六の実施の形態を示す図である。
【図２０】本発明の光学式情報記録または再生装置の第一の実施の形態を示す図である。
【図２１】本発明の光学式情報記録または再生装置の第二の実施の形態を示す図である。
【図２２】本発明の光学式情報記録または再生装置の第三の実施の形態を示す図である。
【図２３】本発明の光学式情報記録または再生装置の第四の実施の形態を示す図である。
【図２４】従来の光ヘッド装置の第一の例の構成を示す図である。
【図２５】従来の光ヘッド装置の第一の例に用いる波長選択フィルタを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２６】従来の光ヘッド装置の第二の例の構成を示す図である。
【図２７】従来の光ヘッド装置の第二の例に用いる開口制御素子を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２８】従来の光ヘッド装置の第一の例に用いる波長選択フィルタを次世代規格と従来のＤＶＤ規格の互換の方法として適用する場合の、波長選択フィルタにおける位相フィルタパタンの設計結果を示す図である。
【図２９】従来の光ヘッド装置の第一の例に用いる波長選択フィルタを次世代規格と従来のＤＶＤ規格の互換の方法として適用する場合の、波長６５０ｎｍの光に対する波面収差の計算結果を示す図であり、（ａ）は波長選択フィルタを用いない場合、（ｂ）は波長選択フィルタを用いた場合の図である。
【図３０】従来の光ヘッド装置の第二の例に用いる対物レンズの倍率変化を次世代規格と従来のＤＶＤ規格の互換の方法として適用する場合の、波長６５０ｎｍの光に対する波面収差の計算結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ  光学系
２ａ、２ｂ、２ｃ  干渉フィルタ
３ａ、３ｂ、３ｃ  波長選択フィルタ
４ａ、４ｂ  対物レンズ
５ａ、５ｂ、５ｃ  ディスク
６ａ、６ｂ  位相フィルタパタン
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ  誘電体多層膜
８ａ、８ｂ、８ｃ  ガラス基板
９ａ、９ｂ、９ｃ  半導体レーザ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  コリメータレンズ
１１  偏光ビームスプリッタ
１２  １／４波長板
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  円筒レンズ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  レンズ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  光検出器
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ  光スポット
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ、１７ｉ、１７ｊ、１７ｋ、１７ｌ、１７ｍ、１７ｎ  受光部
１８ａ、１８ｂ  ハーフミラー
１９ａ、１９ｂ  凹レンズ
２０  回折光学素子
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  開口制御素子
２２ａ、２２ｂ  球面収差補正素子
２３ａ、２３ｂ  リレーレンズ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ  制御回路
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ  切換回路
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ  記録再生回路
２７ａ、２７ｂ  モジュール
２８  位相補償膜
【図１】
2006092743.tif 000003
【図２】
2006092743.tif 000004
【図３】
2006092743.tif 000005
【図４】
2006092743.tif 000006
【図５】
2006092743.tif 000007
【図６】
2006092743.tif 000008
【図７】
2006092743.tif 000009
【図８】
2006092743.tif 000010
【図９】
2006092743.tif 000011
【図１０】
2006092743.tif 000012
【図１１】
2006092743.tif 000013
【図１２】
2006092743.tif 000014
【図１３】
2006092743.tif 000015
【図１４】
2006092743.tif 000016
【図１５】
2006092743.tif 000017
【図１６】
2006092743.tif 000018
【図１７】
2006092743.tif 000019
【図１８】
2006092743.tif 000020
【図１９】
2006092743.tif 000021
【図２０】
2006092743.tif 000022
【図２１】
2006092743.tif 000023
【図２２】
2006092743.tif 000024
【図２３】
2006092743.tif 000025
【図２４】
2006092743.tif 000026
【図２５】
2006092743.tif 000027
【図２６】
2006092743.tif 000028
【図２７】
2006092743.tif 000029
【図２８】
2006092743.tif 000030
【図２９】
2006092743.tif 000031
【図３０】
2006092743.tif 000032