(57)【要約】【課題】１つの対物レンズにより複数の光ディスクを記録／再生する光ヘッドでは、検出系の色収差と３波長の光路分岐に課題があり、光学系が複雑で安価な光ヘッドを構成できない。本発明は、これを解決した光学系と、それを用いた光ヘッド、及びこれらを応用した装置、システムを提供することを目的とする。【解決手段】本光ヘッドは、３波長を用いた光学系において、コリメートレンズと検出用の収束レンズとを兼用するため、波長の違いで発生する検出スポットの位置ずれを、コリメートレンズの移動により補正するとともに、３波長を発散光中で光路分岐するビームスプリッタを、設計波長の異なる２群の光学多層膜で実現した。これにより、光学系を簡素化した。【選択図】図１
2008310838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、前記波長λ１とλ２およびλ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を収束する対物レンズと、光ディスクからの反射光を前記コリメートレンズにより収束して受光する光検出器とを備え、前記コリメートレンズを光軸方向に移動可能に構成し、前記光ディスクを記録または再生する際に、光の波長に対応し、選択的に前記コリメートレンズの位置を変えることを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
第１の光ディスクを記録または再生する際の前記コリメートレンズの位置は、第１の光源からの光が第１の光ディスクに収束し、その反射光が光検出器上にフォーカス検出に適した光スポットを形成するよう設定され、第２の光ディスクを記録または再生する際の前記コリメートレンズの位置は、第２の光源からの光が第２の光ディスクに収束し、その反射光が光検出器上にフォーカス検出に適した光スポットを形成するよう設定され、第３の光ディスクを記録または再生する際の前記コリメートレンズの位置は、第３の光源からの光が第３の光ディスクに収束し、その反射光が光検出器上にフォーカス検出に適した光スポットを形成するように設定された請求項１に記載の光ッド。
【請求項３】
波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、光源からの光と光ディスクからの反射光を分岐する光路分岐手段と、この光路分岐手段を通して前記波長λ１、λ２、λ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を収束する対物レンズと、光ディスクからの反射光を前記コリメートレンズにより収束し前記光路分岐手段を通して受光する光検出器とを備え、前記光路分岐手段は、波長λ１とλ２の光に対しては偏光面が光路分岐手段の入射面に垂直方向の光を透過して水平方向の光を反射し、波長λ３の光に対しては偏光面が光路分岐手段の入射面に水平方向の光の一部を反射し、一部を透過するように構成したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項４】
前記光路分岐手段は光学多層膜と、この光学多層膜を挟む屈折率ｎの２つのプリズムからなり、光学多層膜は屈折率が２．２５±０．１の高屈折率膜と屈折率が１．４６±０．１の低屈折率膜の交互膜で構成され、第１の中心波長をλｍとし、第２の中心波長をλｎとするとき、１層目の光学的膜厚がλｍ／４からλｍ／１０であり、２層目からｊ層目の光学的膜厚がλｍ／４であり、ｊ＋１層目からｊ＋ｋ層の膜厚がλｎ／４であって、第２の中心波長λｎは第１の中心波長λｍの１．１倍から１．３倍であり、層数ｊは層数ｋより大きいことを特徴とする請求項３に記載の光ヘッド。
【請求項５】
前記プリズムの屈折率ｎが１．６５±０．１であり、第１の設計基準波長λｍが６３５±１０ｎｍである請求項４に記載の光ヘッド。
【請求項６】
波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、前記波長λ１とλ２およびλ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を収束する対物レンズと、光ディスクからの反射光を前記コリメートレンズにより収束して受光する光検出器とを備え、前記第２の光源と第３の光源を一体となし、前記光検出器はフォーカス信号を検出する複数の受光素子を有し、第１の光ディスクからの反射光からフォーカス信号を検出する受光素子と、第２の光ディスクの反射光からフォーカス信号を検出する受光素子または、第３の光ディスクの反射光からフォーカス信号を検出する受光素子のどちらか一方を兼用したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項７】
波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、前記波長λ１とλ２およびλ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を収束する対物レンズと、光ディスクからの反射光を前記コリメートレンズにより収束して受光する光検出器とを備え、前記第２の光源と第３の光源を一体となし、前記光検出器はトラッキング信号を検出する複数の受光素子を有し、第１の光ディスクからの反射光からトラッキング信号を検出する受光素子と、第２の光ディスクの反射光からトラッキング信号を検出する受光素子または、第３の光ディスクの反射光からトラッキング信号を検出する受光素子のどちらか一方を兼用したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項８】
波長λ１の光を保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対して開口数ＮＡ１で収束し、波長λ２の光を保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対して開口数ＮＡ２で収束し、波長λ３の光を保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対して開口数ＮＡ３で収束する請求項１から７のいずれか１項に記載の光ヘッド。
【請求項９】
波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、波長λ２とλ３の光の発散度合いを変換するカップリングレンズと、波長λ１の光と発散度合いを変換された波長λ２とλ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を開口数ＮＡ１で収束すし、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を開口数ＮＡ２で収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を開口数ＮＡ３で収束する対物レンズと、光ディスクからの反射光を受光する光検出器とを備え、ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３であって、前記コリメートレンズの焦点距離をｆｃ１、前記カップリングレンズとコリメートレンズを組み合わせた光学系の焦点距離をｆｃ２とし、αを０．７から１．３とるとき、
ｆｃ１／ｆｃ２＝α×２×ＮＡ１／（ＮＡ２＋ＮＡ３）であることを特徴とする光ヘッド。
【請求項１０】
前記開口数ＮＡ１が０．８５であり、前記開口数ＮＡ２が０．６であり、前記開口数ＮＡ３が０．４５から０．５である請求項８または９に記載の光ヘッド。
【請求項１１】
前記保護層厚がｔ１＜ｔ２＜ｔ３である請求項１から１０のいずれか１項に記載の光ヘッド。
【請求項１２】
前記保護層の厚みｔ１が略０．１ｍｍであり、前記保護層の厚みｔ２が略０．６ｍｍであり、前記保護層の厚みｔ３が略１．２ｍｍである請求項１１に記載の光ヘッド。
【請求項１３】
前記波長λ１の光の波長が４０５ｎｍ近傍であり、前記波長λ２の光の波長が６５５ｎｍ近傍であり、前記波長λ３の光の波長が７８０ｎｍ近傍である請求項１から１２のいずれか１項に記載の光ヘッド。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の光ヘッドと、光ディスクを回転するモータと、前記光ヘッドから得られる信号に基づいて、前記モータ、前記光ヘッドに用いた光学レンズ、及び前記光源の少なくともいずれかを制御および駆動する電気回路とを備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光ディスク装置を備え、入力された情報、及び前記光ディスク装置から再生された情報の少なくともいずれかに基づいて演算を行う演算装置と、前記入力された情報、前記光ディスク装置から再生された情報、及び前記演算装置によって演算された結果の少なくともいずれかを出力する出力装置を備えたことを特徴とするコンピュータ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の光ディスク装置と、画像情報を前記光ディスク装置に記録する情報に変換する記録用信号処理回路と、前記光ディスク装置から得られる信号を画像に変換する再生用信号処理回路とを備えた光ディスクレコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクなどの光情報媒体上に、情報を記録や再生、あるいは消去を行う光ヘッドと、この光ヘッドを用いた光ディスク装置と、その装置を応用したパーソナルコンピュータと、ビデオ・オーディオ信号を記録する光ディスクレコーダ等のシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクの第１世代といえるコンパクトディスク（以下、ＣＤと記す）では、対物レンズの開口数を０．４５から０．５とし、波長７８０ｎｍの赤外光を用いて、保護層厚１．２ｍｍの光ディスクに記録または再生（以下、記録／再生と記す）している。なお、本明細書中において、保護層とは光ディスクに光ビームが入射する面から情報記録面までの透明な媒体を指す。また、第２世代のデジタルバーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと記す）では、対物レンズの開口数を０．６とし、波長６５５ｎｍの赤色光を用いて、保護層厚０.６ｍｍの光ディスクに記録／再生している。そして、第３世代のブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す）では、対物レンズの開口数を０．８５とし、波長４０５ｎｍの青色光を用いて、保護層厚０.１ｍｍの光ディスクに記録／再生している。
【０００３】
このように、第３世代の光ディスクは、波長の短い青色光レーザと、開口数の大きい光学系を用いて、従来以上に高密度化を図っており、今後の拡大が期待されている。しかし、高密度光ディスクであるＢＤにおいても、ＤＶＤやＣＤで蓄積された資産の継承が望まれ、小型で安価な光ディスク装置が求められている。このためには、光ディスク装置のキーデバイスである光ヘッドを、合理化された簡素な光学系にする必要がある。
【０００４】
従来より異なる種類の光ディスクを、複数の波長の光ビームを用いて記録／再生することを目的とした構成が開示されている。これを図１５を用いて説明する。図１５は従来の光ヘッドの一例の概略構成を示している。図において、青色レーザ６１から出射した波長４０５ｎｍの光は、ビームシェーパ６４により光強度分布を補正され、ビームスプリッタ６５、６６を透過して、コリメートレンズ６７で平行光に変換された後、ビームスプリッタ６８を透過し、対物レンズ７０により、保護層厚０．１ｍｍを介して光ディスク５１の情報記録面に収束する。対物レンズ７０はその表面に回折素子が形成され、保護層０．６ｍｍの光ディスク５２と、保護層１．２ｍｍの光ディスク５３も記録再生できるように構成されている。光ディスク５１から反射した光は、もとの光路を逆にたどり、コリメートレンズ６７で絞られ、ビームスプリッタ６５を反射し、シリンドリカルレンズ７３で非点収差が与えられ、検出レンズ７４で焦点距離を伸ばされて、光検出器７５へ入射し、その出力信号を用いて、フォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る。一方、赤色レーザ６２から出射した光は、ビームシェーパ７１により光強度分布を補正され、ビームスプリッタ７２を透過し、ビームスプリッタ６６を反射して、コリメートレンズ６７で弱発散光束に変換された後、ビームスプリッタ６８を透過し、対物レンズ７０により、保護層厚０．６ｍｍを介して光ディスク５２の情報記録面に収束する。光ディスク５２から反射した光は、もとの光路を逆にたどり、コリメートレンズ６７で絞られ、ビームスプリッタ６６、７２を反射して、シリンドリカルレンズ７６で非点収差が与えられ、検出レンズ７７で焦点距離を伸ばされて光検出器７８へ入射し、その出力信号を用いて、フォーカス信号とトラッキング信号および情報信号が得られる。また、赤外レーザ６３から出射した光は発散光で、ホログラム素子７９を透過し、ビームスプリッタ６８を反射して、対物レンズ７０により、保護層厚１．２ｍｍを介して光ディスク５３の情報記録面に収束する。光ディスク５３からの反射光は、ビームスプリッタ６８を反射して、ホログラム素子７９により光路分岐され、光検出器８０へ入射し、その出力信号を用いて、フォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る（たとえば特許文献１）。
【０００５】
第２の従来例としては、保護層厚０．１ｍｍの光ディスクと、保護層厚０．６ｍｍの光ディスクを記録／再生する互換光ヘッドの構成が開示されている。図１６は従来の光ヘッドの一例の概略構成を示し、青色レーザ８１から出射した波長４０５ｎｍの光は、ビーム整形素子８３により光強度分布を補正され、ビームスプリッタ８４を反射し、波長板８５によって円偏光になり、コリメートレンズ８６で平行光に集光され、ミラー８７を反射し、回折素子８８と対物レンズ８９によって、保護層厚０．１ｍｍを介して光ディスク５１の情報記録面に収束する。回折素子８８は対物レンズ８９と組み合わせることにより、波長４０５ｎｍの光を保護層厚０．１ｍｍの光ディスクに収束し、波長６５５ｎｍの光を保護層厚０．６ｍｍの光ディスクに収束するよう構成されている。光ディスク５１から反射した光は、もとの光路を逆にたどって、波長板８５で往路と直角方向の直線偏光になり、ビームスプリッタ９０を反射して、検出ホログラム９１により回折され、検出レンズ９２によって焦点距離を伸ばされて、光検出器９３に入射する。光検出器９３の出力を演算することによって、フォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る。次に、赤色レーザ８２から出射した波長６５５ｎｍの光は、ビームスプリッタ９０とビームスプリッタ８４を透過し、コリメートレンズ８６によって平行光に集光され、ミラー８７を反射し、回折素子８８と対物レンズ８９によって、保護層厚０．６ｍｍを介して光ディスク５２の情報記録面に収束される。光ディスク５２から反射した光はもとの光路を逆にたどって、ビームスプリッタ９０を反射して、検出ホログラム９１によって回折され、さらに検出レンズ９２によって焦点距離を伸ばされて、光検出器９３に入射する。光検出器９３の出力を演算することによって、サーボ信号とトラッキング信号および情報信号を得る（たとえば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−２０９３２５号公報（第１７−１９頁、図６）
【特許文献２】特開２００４−１９２７８３号公報（第１２−１８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１の従来例では、１つの対物レンズにより、ＢＤとＤＶＤおよびＣＤの記録／再生を行っている。互換の方法については詳細な説明はないが、平行光と発散光を用いるため、検出光学系が複雑になっている。青色レーザ６１からの発散光はコリメートレンズ６７によって平行光に集光され、赤色レーザ６２からの発散光はコリメートレンズ６７で弱発散光に集光され、赤外レーザ６３からの発散光はそのまま集光されずに、対物レンズ７０に入射する。このため、光ディスクを反射した光を、１つの光検出器により検出することは困難であり、各レーザに対応して、３つの検出器７５、７８、８０が設けられている。３つの光検出器を設けることにより、レーザと光検出器の位置関係を、各波長の光で独立に設定することができるが、検出光学系は、２組のシリンドリカルレンズと検出レンズ、および１つのホログラム素子を設ける必要がある。これでは、光ヘッドの構成が複雑になり、小型化が難しくなるだけではなく、コスト面でも不利になる。
【０００７】
第２の従来例では、１つの対物レンズによりＢＤとＤＶＤの記録／再生を行っている。波長４０５ｎｍの光は回折素子８８の２次回折光を利用し、波長６５５ｎｍの光は回折素子８８の１次回折光を利用して、ＢＤとＤＶＤの保護層厚の差による球面収差を補正しており、波長７８０ｎｍの光をＣＤの保護層に最適化することができないため、ＣＤは記録／再生できない。ＢＤとＤＶＤは共通の光検出器９３により、光ディスク５１と５２からの反射光を受光しサーボ信号を得るため、青色レーザ８１と赤色レーザ８２の発光点を、対物レンズ側の共通の位置に対して結像関係にあるように配置している。これは、波長４０５ｎｍと６５５ｎｍの光を、光ディスク側から平行光で入射させたとき、その収束位置にレーザの発光点を設定することであり、コリメートレンズ８６の色収差により、光検出器９３上では同じように収束させることができない。例えば、フォーカス検出を非点収差法で行う場合、最小錯乱円の位置が波長４０５ｎｍと６５５ｎｍではずれて、フォーカス信号に一定のオフセットが発生する。このため、フォーカス制御のできる範囲が狭くなり、構成によっては、フォーカス制御がかからなくなる。
【０００８】
本発明は、３波長を用いた光ヘッドにおいて、光学系の簡素化を図るため、コリメートレンズの色収差で生じる光ビームの収束位置のずれを補正し、３波長の発散光を光路分岐することによって、コリメートレンズと検出用の収束レンズを兼用するものであり、さらに、３波長の光取込み率に合わせたカップリングレンズと、検出素子の合理化により、小型で廉価に情報の記録／再生ができる光ヘッドと、これらを応用した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】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明に係わる光ヘッドの構成は、３波長を用いた光学系において、コリメートレンズを検出用の収束レンズと兼用し、波長の違いで発生する光検出系の収束位置のずれを、コリメートレンズの移動により補正するとともに、３波長の発散光を光路分岐するビームスプリッタを２群からなる光学多層膜で構成することにより、３波長の光学系を実現するものである。
【００１０】
本発明の望ましい第１の構成は、波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、前記波長λ１とλ２およびλ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を収束する少なくとも１つの対物レンズと、光ディスクからの反射光を前記コリメートレンズにより収束して受光する光検出器とを備え、前記コリメートレンズを光軸方向に移動可能に構成し、前記光ディスクを記録または再生する際の光の波長に対応し、選択的に前記コリメートレンズの位置を変えることを特徴とする。この望ましい構成によれば、波長の違いで発生する光検出系の収束位置のずれを補正することができる。
【００１１】
前記本発明の光ヘッドの第１の構成において、第１の光ディスクを記録または再生する際の前記コリメートレンズの位置は、第１の光源からの光が第１の光ディスクに収束し、その反射光が光検出器上にフォーカス検出に適した光スポットを形成するよう設定され、第２の光ディスクを記録または再生する際の前記コリメートレンズの位置は、第２の光源からの光が第２の光ディスクに収束し、その反射光が光検出器上にフォーカス検出に適した光スポットを形成するよう設定され、第３の光ディスクを記録または再生する際の前記コリメートレンズの位置は、第３の光源からの光が第３の光ディスクに収束し、その反射光が光検出器上にフォーカス検出に適した光スポットを形成するようにすることが望ましい。この望ましい構成によれば、３つの光源と前記光検出器の受光位置とが結像関係にあるよう配置することができる。
【００１２】
本発明の望ましい第２の構成は、波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、光源からの光と光ディスクからの反射光を分岐する光路分岐手段と、この光路分岐手段を通して前記波長λ１、λ２、λ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を収束する少なくとも１つの対物レンズと、光ディスクからの反射光を前記コリメートレンズにより収束し前記光路分岐手段を通して受光する光検出器とを備え、前記光路分岐手段は、波長λ１の光に対しては偏光面が入射面に垂直方向の光を透過して水平方向の光を反射し、波長λ２の光に対しては偏光面が入射面に垂直方向の光を透過して水平方向の光を反射し、波長λ３の光に対しては偏光面が入射面に水平方向の光の一部を反射し、一部を透過するように構成したことを特徴とする。この望ましい構成によれば、光源からの３波長の発散光を光路分岐することができ、３波長のコリメートレンズと検出系の絞りレンズを兼用することができる。
【００１３】
前記本発明の光ヘッドの第２の構成において、前記光路分岐手段は光学多層膜と、この光学多層膜を挟む屈折率ｎの２つのプリズムからなり、光学多層膜は屈折率が２．２５±０．１の高屈折率膜と屈折率が１．４６±０．１の低屈折率膜の交互膜で構成され、第１の中心波長をλｍとし、第２の中心波長をλｎとするとき、１層目の光学的膜厚がλｍ／６からλｍ／１０であり、２層目からｊ層目の光学的膜厚がλｍ／４であり、ｊ＋１層目からｊ＋ｋ層の膜厚がλｎ／４であって、第２の中心波長λｎは第１の中心波長λｍの１．１倍から１．３倍であり、層数ｊは層数ｋより大きいことが望ましい。
【００１４】
前記本発明の光ヘッドの第２の構成において、前記プリズムの屈折率ｎが１．６５±０．１であり、第１の設計基準波長λｍが６３５±１０ｎｍであることが望ましい。
【００１５】
本発明の望ましい第３の構成は、波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、前記波長λ１とλ２およびλ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を収束する少なくとも１つの対物レンズと、光ディスクからの反射光を前記コリメートレンズにより収束して受光する光検出器とを備え、前記第２の光源と第３の光源を一体となし、前記光検出器はフォーカス信号を検出する複数の受光素子を有し、第１の光ディスクからの反射光からフォーカス信号を検出する受光素子と、第２の光ディスクの反射光からフォーカス信号を検出する受光素子または、第３の光ディスクの反射光からフォーカス信号を検出する受光素子のどちらか一方を兼用したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の望ましい第４の構成は、波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、前記波長λ１とλ２およびλ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を収束する少なくとも１つの対物レンズと、光ディスクからの反射光を前記コリメートレンズにより収束して受光する光検出器とを備え、前記第２の光源と第３の光源を一体となし、前記光検出器はトラッキング信号を検出する複数の受光素子を有し、第１の光ディスクからの反射光からトラッキング信号を検出する受光素子と、第２の光ディスクの反射光からトラッキング信号を検出する受光素子または、第３の光ディスクの反射光からトラッキング信号を検出する受光素子のどちらか一方を兼用したことを特徴とする。
【００１７】
前記本発明の光ヘッドの第１から第４の構成において、波長λ１の光を保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対して開口数ＮＡ１で収束し、波長λ２の光を保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対して開口数ＮＡ２で収束し、波長λ３の光を保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対して開口数ＮＡ３で収束することが望ましい。
【００１８】
前記本発明の光ヘッドの第１から第４の構成において、波長λ１の光を保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対して開口数ＮＡ１で収束し、波長λ２の光を保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対して開口数ＮＡ２で収束し、波長λ３の光を保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対して開口数ＮＡ３で収束することが望ましい。
【００１９】
本発明の望ましい第５の構成は、波長λ１の光を出射する第１の光源と、波長λ２の光を出射する第２の光源と、波長λ３の光を出射する第３の光源と、波長λ２とλ３の光の発散度合いを変換するカップリングレンズと、波長λ１の光と発散度合いを変換された波長λ２とλ３の光を集光するコリメートレンズと、保護層厚ｔ１の第１の光ディスクに対しては波長λ１の光を開口数ＮＡ１で収束し、保護層厚ｔ２の第２の光ディスクに対しては波長λ２の光を開口数ＮＡ２で収束し、保護層厚ｔ３の第３の光ディスクに対しては波長λ３の光を開口数ＮＡ３で収束する少なくとも１つの対物レンズと、光ディスクからの反射光を受光する光検出器とを備え、ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３であって、前記コリメートレンズの焦点距離をｆｃ１、前記カップリングレンズとコリメートレンズを組み合わせた光学系の焦点距離をｆｃ２とし、αを０．７から１．３とるとき、ｆｃ１／ｆｃ２＝α×２×ＮＡ１／（ＮＡ２＋ＮＡ３）であることを特徴とする。この望ましい構成によれば、前記開口数ＮＡ１とＮＡ２およびＮＡ３の差による光の取込効率の差を補正できる。
【００２０】
前記本発明の光ヘッドの第１から第５の構成において、前記開口数ＮＡ１が０．８５であり、前記開口数ＮＡ２が０．６であり、前記開口数ＮＡ３が０．４５から０．５であることが望ましい。
【００２１】
前記本発明の光ヘッドの第１から第５の構成において、前記保護層厚がｔ１＜ｔ２＜ｔ３であることが望ましい。
【００２２】
前記本発明の光ヘッドの第１から第５の構成において、前記保護層の厚みｔ１が略０．１ｍｍであり、前記保護層の厚みｔ２が略０．６ｍｍであり、前記保護層の厚みｔ３が略１．２ｍｍであることが望ましい。この望ましい例によれば、保護層の厚みの異なるＢＤとＤＶＤおよびＣＤ用の光ディスクに記録／再生できる。
【００２３】
前記本発明の光ヘッドの第１から第５の構成において、前記波長λ１の光の波長が４０５ｎｍ近傍であり、前記波長λ２の光の波長が６５５ｎｍ近傍であり、前記波長λ３の光の波長が７８０ｎｍ近傍であることが望ましい。
【００２４】
本発明の光ディスク装置は前記光ヘッドと、光ディスクを回転するモータと、前記光ヘッドから得られる信号を受け前記信号に基づいて、前記モータ、前記光ヘッドに用いた光学レンズ、及び前記光源の少なくともいずれかを制御及び駆動する電気回路とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明のコンピュータは、前記光ディスク装置を備え、入力された情報、及び前記光ディスク装置から再生された情報の少なくともいずれかに基づいて演算を行う演算装置と、前記入力された情報、前記光ディスク装置から再生された情報、及び前記演算装置によって演算された結果の少なくともいずれかを出力する出力装置を備えたこと特徴とする。
【００２６】
本発明の光ディスクレコーダは、前記光ディスク装置と、画像情報を前記光ディスク装置に記録する情報に変換する記録用信号処理回路と、前記光ディスク装置から得られる信号を画像に変換する再生用信号処理回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、１つの対物レンズを用いてＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤを記録／再生する光ヘッドにおいて、３波長を集光するコリメートレンズを検出用の収束レンズと兼用できるように構成したものである。そのため、コリメートレンズを光軸方向に移動可して、検出光学系の色収差を補正すると共に、発散光中で３波長を光路分岐できるようビームスプリッタを構成した。また、光取込み率を低下を抑え、光検出器を合理化して簡素な光学系としたことにより、小型で廉価な異種ディスクの互換ヘッドを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における光ヘッドを示す構成図である。図１において、１は波長λ１（略４０５ｎｍ）の光を出射する青色レーザであり、２は波長λ２（略６５５ｎｍ）の光を出射する赤色レーザ、３は波長λ３（略７８０ｎｍ）の光を出射する赤外レーザである。５１は保護層厚ｔ１が約０.１ｍｍの光ディスクであり、波長λ１の光ビームによって記録／再生される光情報媒体、例えばＢＤ用の光ディスクである。５２は保護層厚ｔ２が約０.６ｍｍの光ディスクであり、波長λ２の光ビームによって記録／再生される光情報媒体、例えばＤＶＤ用の光ディスクである。５３は保護層厚ｔ３が約１．２ｍｍの光ディスクであり、波長λ３の光ビームによって記録／再生される光情報媒体、例えばＣＤ用の光ディスクである。図では光ディスク５１（実線）、５２（点線）５３（一点鎖線）は、光ビームが入射する面から情報記録面までの保護層のみを示している。実際には、機械的強度を確保し、外形をＣＤと同じ１．２ｍｍにするため、基材を張り合わせている。光ディスク５２は、厚み０．６ｍｍの基材を張り合わせ、光ディスク５１は厚み１．１ｍｍの基材を張り合わせているが、本発明の図面では、簡単にするため、基材は省略している。１６は光ディスク５１、５２、５３を記録／再生する対物レンズであり、レンズ表面に１６ａの回折素子を有し、回折素子１６ａで生じる回折の波長依存性を利用して、光ディスク５１、５２、５３の保護層厚の違いによる球面収差を補正する。このように構成された光ヘッドの動作について説明する。
【００３０】
記録密度の高い光ディスク５１を記録／再生する際には、青色レーザ１から出射した波長λ１の光ビーム４が７の回折格子により主ビームと２つの副ビームに分けられ、１０のダイクロイックプリズムと、１１のダイクロイックプリズムを透過して、１２のビームスプリッタに入射する。ダイクロイックプリズム１０は波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を反射するよう構成され、ダイクロイックプリズム１１は波長λ１とλ２の光を透過し、波長λ３の光を反射するよう構成されている。また、ビームスプリッタ１２は、波長λ１、λ２の光に対しては、偏光面が入射面に水平方向の直線偏光（以下、Ｓ偏光と記す）を反射し、それと直交する方向の直線偏光（以下、Ｐ偏光と記す）を透過する偏光分離特性を持ち、波長λ３の光に対してはＳ偏光の一部を反射し、Ｓ偏光の一部を透過する特性を持った光路分岐素子である。青色レーザ１から出射した光ビーム４は、Ｓ偏光でビームスプリッタ１２に入射するよう設定されており、ここを反射して、コリメートレンズ１３により集光され略平行光になって、波長板１４で直線偏光から円偏光に変換される。コリメートレンズ１３はガイド軸２５、２６に沿って移動する移送台２４に取り付けられており、移送台２４は、スッテピングモータ２２の回転により、直結された送りねじ２３で矢印方向に移動できるよう構成されている。波長板１４は波長λ１、λ２の光に対しては、１／４波長板として作用し、波長λ３の光に対しては、波長板として作用しないよう設計されている。さらに、光ビーム４はミラー１５を反射し、対物レンズ１６に入射する。ここで、光ビーム４は、対物レンズ１６のレンズ面に形成された回折素子１６ａで回折し、対物レンズ１６の屈折作用を受け、保護層厚ｔ１を通して光ディスク５１の情報記録面に開口数ＮＡ１で収束する。光ディスク５１の情報記録面で反射した光ビーム４は、往路と反対回りの円偏光となり、もとの光路を逆にたどって、波長板１４によりＰ偏光に変換され、コリメートレンズ１３により絞られ、ビームスプリッタ１２を透過する。収束光となった光ビーム４は、１９の検出レンズによって非点収差が与えられ、２０の光検出器に入射し、２０ａの受光素子により光電変換される。検出レンズ１９はビームスプリッタ１２の入射面に対して４５°傾いた方向にレンズ作用をもつシリンドリカルレンズにより構成されている。光ビーム４は非点収差が与えられることにより、非点差法によるフォーカス信号を得ることができ、回折素子７によって形成された３つのビームよりデファレンシャルプッシュプル法（以下、ＤＰＰと記す）を構成し、トラッキング信号を得ることができる。また、光検出器２０の出力より情報信号を得ることができる。
【００３１】
次に、光ディスク５２を記録／再生する際には、赤色レーザ２から出射した波長λ２の光ビーム５が８の回折格子により主ビームと２つの副ビームに分けられ、ダイクロイックプリズム１０を反射し、ダイクロイックプリズム１１を透過して、ビームスプリッタ１２に入射する。赤色レーザ２から出射した光ビーム５は、Ｓ偏光でビームスプリッタ１２に入射するよう設定されており、ここを反射して、コリメートレンズ１３により集光され略平行光になって、波長板１４で直線偏光から円偏光に変換される。さらに光ビーム５は、ミラー１５を反射して、対物レンズ１６に入射する。ここで、光ビーム５は対物レンズ１６の表面に形成された回折素子１６ａで回折し、対物レンズ１６の屈折作用を受け、保護層厚ｔ２を通して光ディスク５２の情報記録面に開口数ＮＡ２で収束する。光ディスク５２の情報記録面で反射した光ビーム５は、往路と反対回りの円偏光となり、もとの光路を逆にたどって、波長板１４によりＰ偏光に変換されて、コリメートレンズ１３により絞られ、ビームスプリッタ１２を透過する。収束光となった光ビーム５は、検出レンズ１９によって非点収差が与えられ、光検出器２０に入射し、受光素子２０ａにより光電変換される。光検出器２０の出力を演算することによって、前記同様にフォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る。
【００３２】
また、光ディスク５３を記録／再生する際には、赤外レーザ３から出射した波長λ３の光ビーム６が回折格子９により主ビームと２つの副ビームに分けられ、ダイクロイックプリズム１１を反射して、ビームスプリッタ１２に入射する。赤外レーザ３から出射した光ビーム６は、Ｓ偏光でビームスプリッタ１２入射するよう設定されており、Ｓ偏光の一部がここを反射して、コリメートレンズ１３により集光され略平行光になる。さらに、光ビーム６は波長板１４を透過し、ミラー１５を反射して、対物レンズ１６に入射する。ここで、光ビーム６は回折素子１６ａで回折し、対物レンズ１６の屈折作用を受け、保護層厚ｔ３を通して光ディスク５３の情報記録面に開口数ＮＡ３で収束する。光ディスク５３の情報記録面で反射した光ビーム６は、もとの光路を逆にたどって、波長板１４を透過して、コリメートレンズ１３により絞られ、ビームスプリッタ１２にＳ偏光で入射する。光ビーム６はＳ偏光の一部がここを透過し、検出レンズ１９によって非点収差が与えられ、光検出器２０に入射し、受光素子２０ａにより光電変換される。光検出器２０の出力を演算することによって、前記同様にフォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る。ＣＤ用の光ディスクには複屈折の大きなものがあり、光ビーム４、５のように、偏光分離による光路分岐を行うと、光検出器２０に光が伝搬しないことがある。このため、光ビーム６は偏光方向によらず、一定の光を反射し、一定の光を透過するよう光路分岐することが望ましい。
【００３３】
次に、図２と図３を用いて対物レンズ１６と回折素子１６ａの働きと構成を説明する。図２は対物レンズ１６の断面図であり、光ディスクに収束する光の伝搬を示す。図３は回折素子１６ａの正面図である。図３に示すように、回折素子１６ａの回折格子は同心円状をなし、内周部１６ａ１と中周部１６ａ２および外周部１６ａ３では構成が異なっている。内周部１６ａ１は、開口数がＮＡ３に相当する部分であり、波長λ１の光ビーム４に対しては３次回折光を最も強く発生し、波長λ２の光ビーム５に対しては２次回折光を最も強く発生し、波長λ３の光ビーム６に対しては２次回折光を最も強く発生するように設計されている。そして、前記光ビーム４の３次回折光を対物レンズ１６を通して、光ディスク５１に収束し、前記光ビーム５の２次回折光を対物レンズ１６を通して、光ディスク５２に収束し、前記光ビーム６の２次回折光を対物レンズ１６を通して、光ディスク５３に収束する。
【００３４】
中周部１６ａ２は、開口数がＮＡ３からＮＡ２に相当する部分であり、波長λ１の光ビーム４に対しては６次回折光を最も強く発生し、波長λ２の光ビーム５に対しては４次回折光を最も強く発生し、波長λ３の光ビーム６に対しては３次回折光を最も強く発生して、４次回折光はほとんど発生しないように設計されている。そして、光ビーム４の６次回折光を対物レンズ１６を通して、内周部１６ａ１の３次回折光と同じ位置に収束させることで、光ビーム５の４次回折光は対物レンズ１６を通して、内周部１６ａ１の２次回折光と同じ位置に収束し、光ビーム６の３次回折光は、内周部の２次回折光と同じ位置に収束せず、光ビーム６をＮＡ３に開口制限することができる。
【００３５】
外周部１６ａ３は、開口数がＮＡ２からＮＡ１に相当する部分であり、波長λ１の光ビーム４に対して、２次回折光を最も強く発生するよう設計されている。そして、光ビーム４の２次回折光を対物レンズ１６を通して、内周部１６ａ１の３次回折光と同じ位置に収束させることで、光ビーム５、６は内周部１６ａ１の２次回折光と同じ位置に収束する回折光が存在せず、光ビーム５をＮＡ２に開口制限し、光ビーム６も中周部１６ａ２とともに開口制限することができる。よって、光ビーム４は、内周部１６ａ１の３次回折光と、中周部１６ａ２の６次回折光、および外周部１６ａ３の２次回折光が、光ディスク５１に開口数ＮＡ１で収束し、光ビーム５は、内周部１６ａ１の２次回折光と、中周部１６ａ２の４次回折光が、光ディスク５２に開口数ＮＡ２で収束し、光ビーム６は、内周部１６ａ１の２回折光が、光ディスク５３に開口数ＮＡ３で収束する。
【００３６】
次に、図４から図７を用いて光検出器２０への光の伝搬を説明する。図４は光ディスクからの反射光がコリメートレンズ１３により収束される様子を示す。コリメートレンズ１３はガラスまたは樹脂で作られ、屈折率には波長依存性（分散）があり、波長が変化すると、コリメートレンズ１３の焦点距離が変化する。また、検出レンズ１９はシリンドリカルの凹レンズで構成され、レンズ作用をもつ方向と、レンズ作用をもたない方向とでは収束位置が異なる。図４（ａ）はレンズ作用を有する方向の光の伝搬を示しており、コリメートレンズ１３に光ディスクからの反射光が、平行光束で入射した場合、波長λ１の光ビーム４はＰ１に収束し、波長λ２の光ビーム５はＰ２に収束し、波長λ３の光ビーム６はＰ３に収束する。図４（ｂ）は凹レンズ作用をもたない方向の光の伝搬を示しており、波長λ１の光ビーム４はＰ１’に収束し、波長λ２の光ビーム５はＰ２’に収束し、波長λ３の光ビーム６はＰ３’に収束する。ここで、Ｐ１とＰ１’の間隔と、Ｐ２とＰ２’の間隔、およびＰ３とＰ３’の間隔が、それぞれ、光ビーム４、５、６の非点隔差であり、フォーカス信号の検出範囲になる。図５（ａ）に検出素子２０ａのパターンとフォーカス信号の検出方法を示す。この検出方法は、いわゆる非点収差法であり、フォーカスのずれにより発生する光スポットの変形を、４分割の素子２０ａ２により検出する。図４（ｂ）に検出素子２０ａのパターンとトラッキング信号の検出方法を示す。この方法は、いわゆるＤＰＰ法であり、素子２０ａ２で主ビームのプッシュプル信号を検出し、素子２０ａ１と２０ａ３で副ビームのプッシュプル信号を検出する。副ビームのプッシュプル信号が、主ビームに対し逆位相になるように、記録トラックに対して副ビームを配置し、主ビームと副ビームのプッシュプル信号の差をとって、トラッキング信号を得る。
【００３７】
前記フォーカス信号を得るため、光ビームは検出素子２０ａ上に最小錯乱円を形成するように設定される。図５（ａ）の光スポット４ａは光ビーム４によって形成された最小錯乱円であり、フォーカスがずれると、素子２１ａ２の分割線に対して４５°方向の楕円になるため、その変化を検出して、フォーカス信号を得ることができる。このため、光スポット４ａを４分割の素子２１ａ２で受光し、図示するように素子の出力を構成している。検出素子２１ａ上で最小錯乱円にするには、検出素子２１ａが光ビーム４に対しては、Ｐ１とＰ１’の略中央に設定され、光ビーム５に対しては、Ｐ２とＰ２’の略中央に設定され、光ビーム６に対しては、Ｐ３とＰ３’の略中央に設定されることが望ましい。しかし、前記のようにコリメートレンズ１３の分散により、光ビームの収束する位置が変化するため、１つの波長の光に対して検出素子２１ａを、最小錯乱円になるよう設定すると、他の波長の光においては、最小錯乱円の位置がずれてしまう。
【００３８】
一方、コリメートレンズ１３の焦点距離は光ビーム４あるいは、光ビーム５、６の光取込み率によって決められ、光取込み率は必要光量を確保するとともに、対物レンズ１６で収束する光の中心部の光強度に対して、周辺部の光強度の比率が、光ディスクの評価基準として規格化された値の範囲になるよう設計される。なお、光取込み率とは、光源か出射する光と、対物レンズ１６を通して光ディスクに収束する光との光量比率である。また、前記非点隔差はフォーカス制御の範囲とフォーカス感度（フォーカスのずれに対する出力）より決められる。一例として、波長λ１に対して対物レンズ１６の焦点距離を１．３ｍｍ、コリメートレンズ１３の焦点距離を１７ｍｍとし、非点隔差を１．３ｍｍとした場合、コリメートレンズ１３に比較的分散の小さいＢＫ７を用いても、波長λ２の焦点距離は１７．５３ｍｍとなり、波長λ３の焦点距離は１７．６４ｍｍになる。また、検出レンズ１９に比較的分散の小さいＢＫ７を用いても、波長λ２の光ビーム５の非点隔差は１．４ｍｍとなり、波長λ３の光ビーム６の非点隔差は１．４２ｍｍとなる。よって、コリメートレンズ１３から光ビーム４の最小錯乱円までの距離は１７．６５ｍｍ、コリメートレンズ１３から光ビーム５の最小錯乱円までの距離は１８．２３ｍｍ、コリメートレンズ１３から光ビーム６の最小錯乱円までの距離は１８．３５ｍｍとなる。このため、検出素子２０ａの位置を光ビーム４に対して最小錯乱円になるように設定しても、光ビーム５、６に対しては最小錯乱円の位置から、それぞれ０．５８ｍｍと０．７０ｍｍずれることになる。光ビーム４の非点隔差１．３ｍｍと、光ビーム４の検出系の縦倍率（コリメータ１３から最小錯乱円までの距離と対物レンズ１７の焦点距離の比の２乗）より、フォーカス検出の可能な範囲は、図６に示すように±１．７６μｍとなる。光ビーム５と光ビーム６のフォーカス範囲もほぼ同等であるから、光ビーム６のように、最小錯乱円の位置が０．７０ｍｍずれると、フォーカスは１．８９μｍずれ、フォーカス検出の範囲を超えてしまい、制御がかからなくなる。
【００３９】
これに対応するには、コリメートレンズ１３を凹レンズと凸レンズを接合したアクロマートレンズにして、色収差を補正する方法がある。色補正したコリメータレンズを用いれば、光源からの光を平行光に集光し、光ディスクからの反射した平行光束を、同一位置に収束させることができる。しかし、接合レンズは価格が高く、安価な光ヘッドには適さない。
【００４０】
そこで、図７に示すように、コリメートレンズ１３を光軸方向に動かし、光ビーム４、５、６の最小錯乱円が光検出器２０の受光素子２０ａ上に形成されるようにする。つまり、波長λ１の光ビーム４に対しては、図６（ａ）に示すように、受光素子２０ａからＳ１の位置にコリメートレンズ１３を設定し、光波長λ２の光ビーム５に対しては、図６（ｂ）に示すように、受光素子２０ａからＳ２の位置にコリメートレンズ１３を設定し、光波長λ３の光ビーム６に対しては、図６（ｃ）に示すように、受光素子２０ａからＳ３の位置にコリメートレンズ１３を設定する。このＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、各々光ビーム４、５、６が検出素子２０ａ上に最小錯乱円の光スポットを形成するための距離である。本実施の形態では、Ｓ１が１７．６５ｍｍであり、Ｓ２が１８．２３ｍｍであり、Ｓ３が１８．３５ｍｍである。これにより、対物レンズ１６に略平行光が入射し、光ディスクからの各波長の反射光も略平行光でコリメートレンズ１３に入射して、同じ位置に最小錯乱円の光スポットを作ることができる。
【００４１】
さらに、光ディスク５１は情報記録面が２層の規格があり、保護層厚はｔ１とｔ１−Δｔ１がある。波長λ１の光ビーム４は、保護層厚がｔ１の情報記録面に収束させるためには、コリメートレンズ１３を発光点に近ずく方向に移動させて、球面収差が少なくなる位置に設定し、保護層厚がｔ１−Δｔ１の情報記録面に収束させるためには、コリメートレンズ１３を発光点から遠ざかる方向に移動させ、球面収差が少なくなる位置に設定することにより、２層の光ディスク５１に対応することができる。このため、前記のように、コリメートレンズ１３の分散によって発生する各光ビームの最小錯乱円の位置を、コリメートレンズ１３の移動により補正する機構は、光ディスク５１の２層のために設けられた球面収差補正の機構と兼用できるため、光ヘッドの価格が上がることはない。
【００４２】
なお、本実施の形態では、コリメートレンズからの出射光はいずれも略平行光として説明したが、当然、従来例のように、コリメートレンズからの出射光が弱発散光であっても、コリメートレンズ１３の位置を光軸方向に動かすことにより、同様の働きをさせることができる。
【００４３】
さらに、コリメートレンズ１３の位置を光軸方向に動かす機構として、ステッピングモータと送りねじを用いたが、他の駆動手段であっても差し支えない。例えば、コリメートレンズを４本ワイヤーで支持し、電磁駆動により光軸方向に動かすこともできる。
【００４４】
次に、ビームスプリッタ１２の構成について図８と図９を用いて説明する。図８はビームスプリッタ１２の拡大図であり、プリズムに挟まれて光学多層膜１２ａが成膜されている。光学多層膜１２ａは高屈折率の誘電体と低屈折率の誘電体が交互に積層され、波長λ１とλ２は、Ｓ偏光を反射してＰ偏光を透過する偏光分離特性を有し、波長λ３は、光の一部を反射して一部を透過するハーフミラー特性を有す。従来の偏光ビームスプリッタやハーフミラーは、対応する波長帯域が限定されていたが、本実施の形態では光学系を簡素化するため、４００ｎｍから８００ｎｍまでの比較的広い波長帯域に対応し、さらに発散光で光路分岐する必要があり、実現が難しかった。
【００４５】
前記光学系の場合、まず、ビームスプリッタ１２のプリズムの屈折率を波長６５５ｎｍで１．６４（例えばＨＯＹＡのＦＤ２）とし、トラッキング制御により対物レンズ１６が動く範囲を０．１５ｍｍとすると、有効な光ビームの光学多層膜１２ａへの入射角は、光ビーム４が４５±２．６°となり、光ビーム５が４５±１．９°となり、光ビーム６が４５±１．７°となる。波長λ１とλ２の発散光を偏光分離特性とし、波長λ３の発散光をハーフミラー特性にするには、単純に高屈折率と低屈折率の誘電体を積層するだけでは特性を満足できない。そこで、波長λ３の光ビーム６は、Ｓ偏光のみのハーフミラー特性して、光ビーム６の偏光方向を、光ディスク５３の半径方向またはその直交方向に設定し、光ディスクの複屈折の影響を受けないようにする。Ｓ偏光でビームスプリッタ１２を出射した光ビーム６は、光ディスク５３で反射して、Ｓ偏光でビームスプリッタ１２に入射する。これは、光ディスク５３に複屈折がある場合、その光学軸は成形時の樹脂の流れに沿って形成されるため、これに平行または直交方向の直線偏光は、複屈折の影響を受けない。このため、光ビーム６はＳ偏光の一部を透過、または反射するハーフミラーであっても特性を満たすことができる。
【００４６】
このような特性をもつ光学多層膜１２ａは、高屈折率膜として屈折率２．２５のＴａ２Ｏ５を用い、低屈折率膜として屈折率１．４６のＳｉＯ２を用いて、中心波長の異なる２群の多層膜により構成できる。２群の多層膜として、第１の中心波長をλｍとし、その１／４の光学膜厚をもつ高屈折率膜と低屈折率膜の交互膜と、第２の中心波長をλｎとし、その１／４の光学膜厚をもつ高屈折率膜と低屈折率膜の交互膜からなる。なお、中心波長とは成膜するときの基準波長であり、光学膜厚とは物理的な膜厚と屈折率の積である。具体的な光学多層膜としては、第１の中心波長λｍを６３５ｎｍとし、第２の中心波長λｎをλｍの１．２倍として、１層目の光学膜厚がλｍ／８であり、２層目から３３層目の光学膜厚がλｍ／４であり、３４層目から５０層の膜厚がλｎ／４である光学多層膜によって、図８のような特性を得ることができる。
【００４７】
図９（ａ）は光学多層膜１２ａの波長と透過率特性を示し、（ｂ）は光ビーム４の入射角と透過率特性を示し、（ｃ）は光ビーム５の入射角と透過率特性を示し、（ｄ）は光ビーム６の入射角と透過率特性を示す。図８において、光学多層膜１２ａは誘電体であり、反射率は１００から透過率を引いた値になる。つまり、透過率０％は反射率１００％を意味する。Ｐ偏光９０％以上透過を実用範囲とすると、光ビーム４に対しては、３７°から５４°まで偏光分離特性をもち、光ビーム５に対しては、３８°から５５°以上の偏光分離特性をもつ。また、Ｓ偏光の透過率として６０±５％を許容範囲とすると、光ビーム６に対しては、３９°から５０°までハーフミラー特性をもつ。よって、この光学多層膜構成により、前記光ビーム４、５、６が発散光として光学多層膜１２ａに入射する角度より、十分大きい角度範囲において必要な特性を得ることができる。なお、この光学多層膜は一例であって、層数をさらに増やすことも、減らすことも可能である。また、高屈折率膜にＴａ２Ｏ５を用いたが、ＴｉＯ２等を用いても同様の結果が得られる。さらに、第２の膜厚を第１の膜厚の１．１から１．３倍まで設計可能であり、第１の中心波長に対応した層数は、全層数を５０層としたとき、２５層から３８層程度まで設計可能である。
【００４８】
本実施の形態では、ビームスプリッタ１２に、光源からの光をＳ偏光で入射させた場合の構成を説明したが、光源からの波長λ１とλ２の光をＰ偏光とし、波長λ３の光をＳ偏光にして、図１の光検出器側から入射させ、光ディスクからの反射光をＳ偏光にして、ビームスプリッタ１２で反射させ、図１の光源側に検出レンズと、光検出器を設けた構成にしても、同じ働きをさせることができる。
【００４９】
また、フォーカス検出として非点収差法を、トラッキング検出としてＤＰＰ法を例に説明したが、当然、その他の方法でも同様にコリメートレンズを設定して、色収差の問題を解決することが出来る。
【００５０】
以上のように、本実施の形態にによれば、波長の異なる複数の光ビームを用いて複数の光ディスクを記録／再生する光ヘッドにおいて、光検出器を１つで構成することができ、前記複数の光ビームを発散光で光路分岐することにより、光源の光を集光するコリメートレンズを、光ディスクからの反射光を光検出器に収束するレンズと兼用することができる。この結果、安価で実用的な光ヘッドを供給することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２を図面を参照して説明する。本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、光源とカップリングレンズ、検出レンズおよび光検出器であり、それ以外は、実施の形態１と同様である。従って、本実施の形態において、実施の形態１と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、実施の形態１と同様の機能を持つものとする。
【００５２】
図１０は、本発明の実施の形態における光ヘッドの構成図である。図１０において３０は波長λ２とλ３の光を出射する２波長レーザであり、３４は凸レンズ作用をもつカップリングレンズ、３６は検出倍率を変換し非点収差を与える検出レンズである。このように構成された光ヘッドの動作について説明する。
【００５３】
記録密度の高い光ディスク５１を記録／再生する際には、青色レーザ１から出射した波長λ１の光ビーム４が回折格子７により３ビームに分けられ、ダイクロイックプリズム３５を透過して、ビームスプリッタ１２にＳ偏光で入射する。ダイクロイックプリズム３５は波長λ１の光を透過し、波長λ２、λ３の光を反射するよう構成されている。光ビーム４はビームスプリッタ１２を反射して、コリメートレンズ１３より集光され略平行光となり、波長板１４により直線偏光から円偏光に変換され、ミラー１５を反射し、対物レンズ１６に入射する。ここで、光ビーム４は、回折素子１６ａで回折し、対物レンズ１６の屈折作用を受け、保護層厚ｔ１を通して光ディスク５１の情報記録面に開口数ＮＡ１で収束する。光ディスク５１の情報記録面で反射した光ビーム４は、往路と反対回りの円偏光となり、もとの光路を逆にたどって、波長板１４によりＰ偏光に変換されて、コリメートレンズ１３により絞られ、ビームスプリッタ１２を透過する。収束光となった光ビーム４は、一面がシリンドリカルの凹レンズで、一面が非球面レンズから成る検出レンズ３６により、焦点距離を伸ばされ、非点収差が与えられて、光検出器３７に入射し、受光素子３７ａにより光電変換される。検出レンズ３６のシリンドリカル面は実施の形態１と同様にビームスプリッタ１２の入射面に対して４５°回転している。光検出器３７の出力を演算することにって、フォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る。
【００５４】
次に、光ディスク５２を記録／再生する際には、２波長レーザ３０から出射した波長λ２の光ビーム３１が３３の回折格子により主ビームと２つの副ビームに分けられ、カップリングレンズ３４で凸レンズ作用を受けて、ダイクロイックプリズム３５を反射し、ビームスプリッタ１２にＳ偏光で入射する。カップリングレンズ３４は、光ビーム３１と３２の光取込み率を大きくするためのレンズであり、２波長レーザ３０の発光点を、コリメートレンズ１３の焦点距離より内側に設け、２波長レーザ３０から出射した光の発散度合いを変換して、コリメートレンズ１３により略平行光になるよう構成している。ビームスプリッタ１２を反射した光ビーム３１は、コリメートレンズ１３より集光され略平行光になり、波長板１４により直線偏光から円偏光に変換され、ミラー１５を反射して、対物レンズ１６に入射する。ここで、光ビーム３１は、回折素子１６ａで回折し、対物レンズ１６の屈折作用を受け、保護層厚ｔ２を通して光ディスク５２の情報記録面に開口数ＮＡ２で収束する。光ディスク５２の情報記録面で反射した光ビーム３１は、もとの光路を逆にたどって、波長板１４によりＰ偏光に変換されて、コリメートレンズ１３により絞られ、ビームスプリッタ１２を透過する。さらに、光ビーム３１は、検出レンズ３６によって焦点距離を伸ばされ、非点収差が与えられて、光検出器３７に入射し、光検素子３７ａにより光電変換される。光検出器３７の出力を演算することにって、フォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る。
【００５５】
また、光ディスク５３を記録／再生する際には、２波長レーザ３０から出射した波長λ３の光ビーム３２が回折格子３３により３ビームに分けられ、カップリングレンズ３４で凸レンズ作用を受けて、ダイクロイックプリズム３５を反射し、ビームスプリッタ１２にＳ偏光で入射する。Ｓ偏光の一部がここを反射して、コリメートレンズ１３より集光され略平行光になり、波長板１４を透過し、ミラー１５を反射して、対物レンズ１６に入射する。ここで、光ビーム３２は、回折素子１６ａで回折し、対物レンズ１６の屈折作用を受け、保護層厚ｔ３を通して光ディスク５３の情報記録面に開口数ＮＡ３で収束する。光ディスク５３の情報記録面で反射した光ビーム３２は、もとの光路を逆にたどって、波長板１４を透過し、コリメートレンズ１３により絞られ、ビームスプリッタ１２にＳ偏光で入射する。Ｓ偏光の一部がビームスプリッタ１２を透過し、検出レンズ３６によって焦点距離を伸ばされ、非点収差が与えられて、光検出器３７に入射する。光検出器３７より、フォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る。
【００５６】
なお、説明を分かり易くするため、２波長レーザ３０の波長λ２の光源と波長λ３の光源を、ビームスプリッタ１２の入射面に平行方向に配置したが、発光素子がモノリシック構造の２波長レーザでは、この配置にすると、光ビーム３１、３２はＰ偏光でビームスプリッタ１２に入射することになる。この場合は、光源からダイクロイックプリズム３５の間に１／２波長板を設けるか、２波長レーザを９０°回転させて、２つの光源をビームスプリッタ１２の入射面に対して、垂直方向に配置することにより対応できる。
【００５７】
本実施の形態では、コリメートレンズ１３と検出レンズ３６を組み合わせた検出系の焦点距離を、コリメートレンズ１３の焦点距離と変えることにより、フォーカス感度をコリメートレンズ１３の焦点距離によらず、任意に設定することができる。しかし、検出レンズ３６、コリメートレンズ１３はともに分散をもっており、波長により屈折率が変化する。このため、波長が変わると検出系の焦点距離が変化し、実施の形態１同様に、波長λ１の光ビーム４と、波長λ２の光ビーム３１、波長λ３の光ビーム３２の収束する位置がずれてしまう。検出レンズに凹レンズ作用をもたせることにより、若干の色収差補正は可能であるが、実用的な改善は期待できない。例えば、検出レンズ３５とコリメートレンズ１３を組み合わせて、波長λ１の光ビーム４の焦点距離を２２ｍｍまで伸ばし、色収差補正のため検出レンズ３５に分散の大きな硝材として、アッベ数２０．８８のＦＤＳ１（ＨＯＹＡ）を用いても、波長λ２の焦点距離は２２．５２ｍｍ、波長λ３の焦点距離は２２．６５ｍｍとなり、コリメートレンズ１３を固定にすると、色収差によってフォーカス制御が困難になる。よって、実施の形態１のように、波長に対応してコリメートレンズ１３を光軸方向に移動させ、光ディスクからの反射光が、検出素子３７ａ上に最小錯乱円を形成するよう設定することで、３波長の光ビームに対して、最適にフォーカス制御をかけることができる。
【００５８】
次に、光検出器３７の構成について図１１を用いて説明する。図１１は光検出器３７の検出素子３７ａのパターンを示す。実施の形態１同様に、素子３７ａ２より光ビーム４と光ビーム３１のフォーカス信号を検出し、素子３７ａ５より光ビーム３２のフォーカス信号を検出する。また、素子３７ａ１、３７ａ２、３７ａ３より、光ビーム４と光ビーム３１のトラッキング信号を検出し、素子３７ａ４、３７ａ５、３７ａ６より、光ビーム３２のトラッキング信号を検出する。２波長レーザを用いた光学系では、波長λ２とλ３の発光点が１００〜１２０μｍ程度ずれており、検出素子３７ａ上の光スポットもずれてしまい、検出素子を兼用することが困難になる。しかし、波長λ１の光ビーム４は、光ビーム３１または光ビーム３２の収束位置に合わせることができるため、例えば、素子３７ａ１、３７ａ２、３７ａ３により、光ビーム４と光ビーム３１のフォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を検出し、素子３７ａ４、３７ａ５、３７ａ６により、光ビーム３２のフォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を検出する。このようすることにより、検出素子３７ａの素子数を減らし、ここから得られる信号の増幅器の数も減らすことができる。
【００５９】
また、各光ディスクに対する開口数は、ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３であり、各光ディスクに収束する光ビームの有効径は、光ビーム４＞光ビーム３１＞光ビーム３２となり、実施の形態１のようにカップリングレンズがなく、コリメートレンズ１３の焦点距離を光ビーム４に合わせて設計すると、光ビーム５、６の光取込み率が低下してしまう。カップリングレンズ３４は、この光取込み率を上げるためのレンズであり、２波長レーザ３０からの発散光の波面を変換するものである。しかし、本実施の形態のように３波長の開口数が異なる場合、光ビーム４と３１、３２の光取込み率を同時に合わせることができない。そこで、コリメートレンズ１３の焦点距離を、光ビーム４に最適な光取込み率に合わせて設計し、カップリングレンズ３４とコリメートレンズ１３を組み合わせた光学系の焦点距離を、光ビーム３１に最適な光取込み率と光ビーム３２に最適な光取込み率の中間に合わせることにより、３波長の開口数に対応する。
【００６０】
具体的には、青色レーザと、赤色レーザ、赤外レーザの光の発散角が同等で、対物レンズ１６の各波長に対する焦点距離も同等とし、コリメートレンズ１３の焦点距離をｆｃ１、コリメートレンズ１３とカップリングレンズ３４を組み合わせた光学系の焦点距離をｆｃ２とすると、ｆｃ１とｆｃ２の比と開口数ＮＡ１と（ＮＡ２＋ＮＡ３）／２の比が等しくなることが望ましい。しかし、開口の中心の光強度と周辺部の光強度の比は、光ディスク５１と５２、５３で１０％程度異なり、青色レーザと、赤色レーザ、赤外レーザの光の発散角の差違、対物レンズ１６の焦点距離の波長による差違が、それぞれ１０％程度あるため、実用上３０％程度のばらつきを含む。このため、αを１±０．３とすると、
ｆｃ１／ｆｃ２＝α×２×ＮＡ１／（ＮＡ２＋ＮＡ２）
を満足するよう、カップリングレンズ３４を設計することで、３波長光学系を最適化できる。
【００６１】
なお、フォーカス検出として非点収差法を、トラッキング検出としてＤＰＰ法を例に説明したが、当然、その他の方法でも同様にコリメートレンズを設定することにより、色収差の問題を解決することが出来る。
【００６２】
本実施の形態では、ビームスプリッタ１２に、光源からの光をＳ偏光で入射させた場合の構成を説明したが、光源からの波長λ１とλ２の光をＰ偏光にし、波長λ３の光をＳ偏光にして、図１０の光検出器側から入射させ、光ディスクからの反射光をＳ偏光にして、ビームスプリッタ１２で反射させ、図１０の光源側に検出レンズと、光検出器を設けた構成にしても同じ働きをさせることができる。その場合、波長λ２の光とλ３の光の偏光方向が直交するため、一方の波長の光のみに作用する１／２波長板を設ける必要がある。
【００６３】
また、フォーカス検出として非点収差法を、トラッキング検出としてＤＰＰ法を例に説明したが、当然、その他の方法でも同様にコリメートレンズを設定することにより、色収差の問題を解決することが出来る。
【００６４】
以上のように、実施の形態２によれば、波長の異なる複数の光ビームを用いて複数の光ディスクを記録／再生する光ヘッドにおいて、複数の光ビームを発散光中で光路分岐することにより、光源の光を集光するコリメートレンズを、光ディスクからの反射光を光検出器に収束するレンズと兼用するとともに、開口数の違いによる光取込み率の低下を抑えて、３波長に適した光取込み率に設定でる。この結果、安価で実用的な光ヘッドを供給することができる。
【００６５】
（実施の形態３）
本発明の光ヘッドを用いた光ディスク装置の実施の形態を、図１２に示す。図１２において光ディスク１００は、ターンテーブル１０５に搭載され、モータ１０４によって回転される。実施の形態１、２に示した光ヘッド１０２は、光ディスク１００の所望の情報の存在するトラックのところまで、駆動装置１０１によって移送される。
【００６６】
光ヘッド１０２は、光ディスク１００との位置関係に対応して、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を電気回路１０３へ送る。電気回路１０３はこの信号に対応して、光ヘッド１０２へ、対物レンズを駆動させるための信号を送る。この信号によって、光ヘッド１０２は、光ディスク１００に対してフォーカス制御とトラッキング制御とを行い、情報の読み出し、書き込み又は消去を行う。
【００６７】
以上の説明において、搭載する光ディスク１００は、保護層厚がｔ１、ｔ２、ｔ３のいずれかの光ディスクである。本実施の形態の光ディスク装置１０７は、前記本発明の光ヘッドを用いるので、１つの光ヘッドにより、記録密度の異なる複数の光ディスクに対応することができる。
【００６８】
（実施の形態４）
本実施の形態は、前記実施の形態３に係る光ディスク装置１０７を具備したコンピュータの実施の形態である。図１３は、本実施の形態に係るコンピュータの斜視図である。図１３に示したコンピュータ１０９は、実施の形態４に係る光ディスク装置１０７と、情報の入力を行うためのキーボード１１１とマウス１１２などの入力装置と、入力装置から入力された情報や、光ディスク装置１０７から読み出した情報などに基づいて演算を行うＣＰＵなどの演算装置１０８と、演算装置１０８によって演算された結果の情報を表示するブラウン管や、液晶表示装置などの出力装置１１０とを備えている。
【００６９】
本実施の形態に係るコンピュータは、前記実施の形態４に係る光ディスク装置１０７を具備しており、異なる種類の光ディスクを安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる。
【００７０】
（実施の形態５）
本実施の形態は、前記実施の形態３に係る光ディスク装置１０７を具備した光ディスクレコーダの実施の形態である。図１４は、本実施の形態に係る光ディスクレコーダの斜視図である。図１４に示した光ディスクレコーダ１１５は、実施の形態４に係る光ディスク装置１０７と、画像信号を光ディスク装置１０７によって、光ディスクへ記録する情報信号に変換する記録信号処理回路１１３を備えている。
【００７１】
光ディスク装置１０７から得られる情報信号を、画像信号に変換する再生信号処理回路１１４も有することが望ましい。この構成によれば、既に記録した部分を再生することも可能となる。さらに、情報を表示するブラウン管、液晶表示装置などの出力装置１１０を備えてもよい。
【００７２】
本実施の形態に係る光ディスクレコーダは、前記実施の形態３に係る光ディスク装置１０７を具備しており、異なる種類の光ディスクを安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明によれば、異なる種類の光ディスクの互換再生や互換記録を１つの対物レンズを用いて実現し、光ディスクが異なっても光の伝達効率が確保でき、安定した情報の再生又は記録ができる。よって、この応用機器である光ディスク装置、コンピュータ、光ディスクレコーダなどに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１におけ光ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における対物レンズと回折素子の拡大図
【図３】本発明の実施の形態１における回折素子の平面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における検出光学系の断面図で収束する光の伝搬を示す図（ｂ）（ａ）の直交方向の断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１における検出素子のパターンとフォーカス信号検出を示す構成図（ｂ）検出素子のパターンとトラッキング信号検出を示す構成図
【図６】本発明の実施の形態１におけるフォーカス信号を示す図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態１における波長λ１の光を検出するときのコリメートレンズ位置を示す図（ｂ）波長λ２の光を検出するときのコリメートレンズ位置を示す図（ｃ）波長λ３にの光を検出するときのコリメートレンズ位置を示す図
【図８】本発明の実施の形態１におけるビームスプリッタの拡大図
【図９】（ａ）本発明の実施の形態１におけるビームスプリッタの波長と透過率特性を示す図（ｂ）波長λ１の入射角と透過率特性を示す図（ｃ）波長λ２の入射角と透過率特性を示す図（ｄ）波長λ３の入角角と透過率特性を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２における光ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２における検出素子のパターンを示す図
【図１２】本発明の実施の形態３における光ディスク装置の概略断面図
【図１３】本発明の実施の形態４におけるコンピュータの概略斜視図
【図１４】本発明の実施の形態５における光ディスクレコーダの概略斜視図
【図１５】従来の光ヘッド装置の一例の概略構成を示す図
【図１６】従来の光ヘッド装置の一例の概略構成を示す図
【符号の説明】
【００７５】
１    青色レーザ
２    赤色レーザ
３    赤外レーザ
４，５，６    光ビーム
１２    ビームスプリッタ
１２ａ    光学多層膜
１３    コリメートレンズ
１６    対物レンズ
１６ａ    回折素子
１９    検出レンズ
２０    光検出器
２０ａ    検出素子
３０    ２波長レーザ
３１，３２    光ビーム
３４    カップリングレンズ
３６    検出レンズ
３７    光検出器
３７ａ    検出素子
１０７    光ディスク装置
１０９    コンピュータ
１１５    光ディスクレコーダ
【図１】
2008310838.tif 000003
【図２】
2008310838.tif 000004
【図３】
2008310838.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008310838.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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