(57)【要約】【課題】対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして光ディスク上の集光スポットの径を小さくし、光ディスクシステムの高密度化を達成する。【解決手段】半導体レーザ光源１０と光ディスク３との間に、対物レンズ１で発生する色収差を補正する色収差補正素子７を設け。対物レンズ１の開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、対物レンズ１の前記開口面の中心からの距離と共に透過率が増加する光分布補正素子６を設ける。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、
前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズで発生する色収差を補正する色収差補正素子が設けられており、かつ、前記対物レンズの開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心からの距離と共に透過率が増加する光分布補正素子が設けられていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記光分布補正素子が位相段差を有する同心円状の回折格子である請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記色収差補正素子と前記光分布補正素子とが１枚のレンズの両面にそれぞれ形成された請求項２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、
前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズ開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心付近の透過率を一定量低下させる光分布補正素子が設けられていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項５】
前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分が金属蒸着膜によって形成されている請求項４に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分がホログラムによって形成されている請求項４に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分が誘電体の多層膜によって形成されている請求項４に記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分の当該透過率が６５％〜８５％の範囲にある請求項４又は５に記載の光ヘッド装置。
【請求項９】
前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に前記対物レンズで発生する色収差を補正する色収差補正素子がさらに設けられており、かつ、前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分の当該透過率が６０％〜７５％の範囲にある請求項４又は５に記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】
前記光情報媒体で反射した光を検出する光検出器と、前記光情報媒体で反射した光を前記半導体レーザ光源の方向から分岐して前記光検出器に導く光路分岐手段とをさらに備え、
前記光分布補正素子が、前記半導体レーザ光源と前記光路分岐手段との間に配置されている請求項１〜９のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１１】
半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、
前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズ開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心付近の反射率を一定量低下させる光分布補正素子が設けられていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１２】
前記光分布補正素子の、反射率の低下する部分が誘電体の多層膜によって形成されている請求項１１に記載の光ヘッド装置。
【請求項１３】
前記光分布補正素子の、反射率の低下する部分の反射率が６５％〜８５％の範囲にある請求項１１又は１２に記載の光ヘッド装置。
【請求項１４】
前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に前記対物レンズで発生する色収差を補正する色収差補正素子がさらに設けられており、かつ、前記光分布補正素子の、反射率の低下する部分の反射率が６０％〜７５％の範囲にある請求項１１又は１２に記載の光ヘッド装置。
【請求項１５】
前記光情報媒体で反射した光を検出する光検出器と、前記光情報媒体で反射した光を前記半導体レーザ光源の方向から分岐して前記光検出器に導く光路分岐手段とをさらに備え、
前記光分布補正素子が、前記光路分岐手段と前記光情報媒体との間に配置されている請求項１１〜１４のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１６】
半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、
前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に前記対物レンズで発生する色収差を補正するレリーフ型のブレーズ格子からなる色収差補正素子が設けられており、かつ、前記対物レンズの開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記色収差補正素子の、前記対物レンズの開口面の中心付近に対応する部分の前記ブレーズ格子の高さが、回折効率が最大となる高さとは異なる高さに設定されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１７】
前記色収差補正素子と前記対物レンズとが一体的に固定されている請求項１６に記載の光ヘッド装置。
【請求項１８】
前記色収差補正素子が前記対物レンズの表面に一体形成されている請求項１７に記載の光ヘッド装置。
【請求項１９】
光分布補正を行わない場合と比較して、前記半導体レーザ光源から前記集光光学系へと至る開口数が大きく設定されている請求項１〜１８のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項２０】
半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、
前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズの開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心付近の透過率を一定量低下させる光分布補正素子を設け、前記光分布補正素子により損失された前記対物レンズの前記開口面の中心付近の光を用いて、前記光源から出射される光のパワーをモニターすることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２１】
半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、
前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズの開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心付近の反射率を一定量低下させる光分布補正素子を設け、前記光分布補正素子により損失された前記対物レンズの前記開口面の中心付近の光を用いて、前記光源から出射される光のパワーをモニターすることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載の光ヘッド装置と、前記光情報媒体を駆動する光情報媒体駆動部と、前記光ヘッド装置から得られる信号を受け、前記信号に基づいて、前記光情報媒体駆動部、並びに前記光ヘッド装置内の前記半導体レーザ光源及び対物レンズを制御する制御部とを備えた光情報装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光情報装置と、
情報の入力を行う入力装置と、
前記入力装置から入力された情報や前記光情報装置によって読み出された情報に基づいて演算を行う演算装置と、
前記入力装置から入力された情報や前記光情報装置によって読み出された情報や前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力する出力装置とを備えたコンピュータ。
【請求項２４】
請求項２２に記載の光情報装置と、
前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する、情報から画像への変換装置とを備えた光ディスクプレーヤ。
【請求項２５】
請求項２４に記載の光ディスクプレーヤを備えたカーナビゲーションシステム。
【請求項２６】
請求項２２に記載の光情報装置と、
画像情報を、前記光情報装置によって前記光情報媒体へ記録する情報に変換する、画像から情報への変換装置とを備えた光ディスクレコーダ。
【請求項２７】
請求項２２に記載の光情報装置と、
外部との情報のやりとりを行う入出力端子とを備えた光ディスクサーバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報媒体に情報を記録し、あるいは光情報媒体に記録された情報を再生するために用いられる光ヘッド装置及びそれを用いた光情報装置（記録再生装置、再生専用装置を含む）、並びにこれらを応用したシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして光ディスク上の集光スポットの径を小さくし、光ディスクシステムの高密度化を達成しようとする開発が盛んである。例えば、ＣＤシステムにおける対物レンズのＮＡは０．４、ＤＶＤシステムにおける対物レンズのＮＡは０．６であるが、次世代光ディスクシステムの対物レンズにおいてはＮＡが０．８５まで大きくなることが予定されている。このとき、対物レンズの開口に入射される光の面内分布が問題となる。
【０００３】
このことは、次のように説明することができる。今、対物レンズの開口に入射される光の面内分布が一定であれば、対物レンズによって光ディスク上に集光される集光スポットの径は、λ／ＮＡで与えられる。ここで、λは光源の波長である。また、ＮＡ＝ｒ／ｆの関係が成り立つ。ここで、ｒは対物レンズの開口半径、ｆは対物レンズの焦点距離である。
【０００４】
開口半径ｒ及び焦点距離ｆは、本来、対物レンズの物理的寸法によって決定されるものであるが、例えば開口周辺部で光量が０になる場合の、実質的な開口半径は、対物レンズの物理的な開口半径よりも小さくなることが容易に推測できる。従って、対物レンズのＮＡを大きくすることによって光ディスクシステムの高密度化を達成しようとしても、すなわち、光ディスク上の集光スポットの径を小さくしようとしても、対物レンズの開口に入射される光の面内分布ができるだけ一様になっていなければ、高密度化を達成することはできない。
【０００５】
従来すでに、対物レンズの開口に入射される光の面内分布が一様でないことが問題となっていた。これは、半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の光強度が光束内で均一でないことに起因して発生する。
【０００６】
この問題について、図１６、図１７を用いて説明する。図１６は半導体レーザ光源から出射されるレーザ光とコリメータレンズによって取り込まれる光量との関係を示す図、図１７は半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の広がり角に対する光強度分布を示す図である。図１７から分かるように、半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光の光強度は、コリメータレンズ９の中心から光束半径が増加するにつれてガウス関数的に減少する。従って、従来においては、対物レンズの開口半径内に入る平行光束８内の強度分布を可能な限り一様に近づけるために、コリメータレンズ９の半径ｒｃ及び焦点距離ｆｃを調整（すなわち、コリメータレンズ９の取り込みＮＡ＝ｒｃ／ｆｃを調整）することにより、半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光のうち、角度θｄよりも内部のレーザ光だけを対物レンズの開口に取り込むようにされていた。
【０００７】
当然ながら、コリメータレンズ９の取り込みＮＡを小さくすればするほど平行光束８内の強度分布は少なくなるが、半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の利用効率は低下する。従って、コリメータレンズ９の取り込みＮＡは、平行光束８内の強度分布とレーザ光の利用効率のバランスを考慮して決定される。通常、この値は０．２程度に設計されている。上記したように、次世代光ディスクシステムにおいては、ＤＶＤシステムよりも高密度化するために対物レンズの開口数ＮＡが０．８５まで大きくされ、かつ、波長４０５ｎｍの半導体レーザ光源が用いられる。
【０００８】
一方、レンズ作製用のガラス硝材は、光源波長が短波長化されるにつれて、波長の変化に対する屈折率の変化の度合いが大きくなる。通常、レンズに用いられるガラス硝材の、光源波長が４０５ｎｍ近傍で１ｎｍ変化した場合の屈折率の変化は、ＤＶＤ再生波長６５０ｎｍ近傍での変化量の約３〜４倍程度もある。
【０００９】
波長４０５ｎｍの半導体レーザ光源の温度が変化すると、発振波長が変動するので、対物レンズの屈折率が変化する。そして、これにより、対物レンズの屈折率が設計時の屈折率からずれるので、対物レンズによる、集光スポットの光ディスク表面からの移動量は、ＤＶＤの場合の約３〜４倍となる（対物レンズの色収差）。また、レンズは外周部ほど光線を強く曲げるので、対物レンズの外周部を通る光線ほど屈折率の変化の影響を大きく受ける。従って、上記した対物レンズの色収差により、対物レンズの外周部を通る光線ほどフォーカス移動が強く起こり、近軸光線のフォーカス移動はほとんど起こらない。
【００１０】
一方、高密度化のために対物レンズのＮＡを大きくすると、焦点深度は、ＮＡの２乗に反比例して浅くなる。従って、ＮＡ０．８５のシステムの焦点深度は、ＮＡ０．６のシステムの焦点深度の１／２しかない。
【００１１】
よって、次世代光ディスクシステム（ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍ）での色収差による焦点移動は、ＤＶＤシステムの場合の８倍厳しくなる。従って、次世代光ディスクシステムにおいては、この光源波長の変動による焦点位置の移動にも注意を払う必要がある。この焦点位置の移動が１０ｍｓｅｃ以上の時間をかけて起こる場合には、フォーカス誤差検出法によってフォーカス移動を検出し、それに応じて対物レンズを移動させれば、このフォーカス移動を打ち消すことができるので、光源波長の変動による焦点位置の移動は問題とならないが、焦点位置の移動が１０ｍｓｅｃ以下の時間で起こる場合には、例えば、半導体レーザ光源の記録／再生切り替え時にフォーカスがずれて記録再生が上手く行かず、大きな問題となる。
【００１２】
図１８に示すように、この色収差を低減するためには、対物レンズ１は、２群３枚のレンズ１ｃ、１ｆ、１ｅによって構成される。ここで、レンズ１ｃは凸レンズ、レンズ１ｆは凹レンズであるから、半導体レーザ光源の発振波長が中心波長４０５ｎｍよりも短くなると、凸レンズを構成するガラス硝材の屈折率は僅かであるが増加する。従って、凸レンズ２ｂ、１ｃ、１ｅは、光線を強く曲げるようになるので、光ディスク３の信号面に集光されていた集光スポット４はレンズ１ｅ側に移動することになる。一方、半導体レーザ光源の発振波長が中心波長４０５ｎｍよりも長くなった場合には、凸レンズを構成するガラス硝材の屈折率は低下する。従って、凸レンズ２ｂ、１ｃ、１ｅは、光線を曲げる力が弱くなるので、光ディスク３の信号面に集光されていた集光スポット４はレンズ１ｅと反対側に移動することになる。
【００１３】
一方、凹レンズ２ａ、１ｆは、光線に対して凸レンズ２ｂ、１ｃ、１ｅと逆の作用をするので、半導体レーザ光源の発振波長が変動した場合に、凸レンズ２ｂ、１ｃ、１ｅによる光線の変化を、凹レンズ２ａ、１ｆによる光線の変化によって打ち消すことにより、集光スポット４の移動を抑えることができる。この半導体レーザ光源の発振波長の変動による集光スポット４の移動量は、レンズ球面の曲率が大きければ大きいほど大きくなる。従って、凸レンズ２ｂ、１ｃ、１ｅによる集光スポット４の移動は、ほとんど曲率の大きい凹レンズ１ｆによって打ち消される。よって、このような２群３枚のレンズ１ｃ、１ｆ、１ｅによって対物レンズ１を構成することにより、半導体レーザ光源の発振波長が４０５ｎｍから１ｎｍ変化しても、光ディスク３の信号面からの集光スポット４の移動量を０．００１μｍ程度に収めることができる。しかし、このようなレンズ構成の場合には、ＣＤシステム、ＤＶＤシステムの単レンズからなる対物レンズに比べてレンズが２枚増加するので、調整工程が複雑になる。また、対物レンズ１を図１９に示すような単レンズ構造にすると、組み立て工程の簡素化とレンズ枚数の削減によりコストダウンを図ることはできるが、色収差による集光スポット４の移動量は０．５μｍにもなる。従って、この場合には、色収差を低減するために何らかの素子を追加する必要がある。
【００１４】
図２０に示す光ヘッド装置においては、コストダウンを図るために２枚構成の対物レンズ１が用いられている。この構成によれば、コストダウンが図られるだけでなく、１枚構成の対物レンズの場合よりも色収差が低減される。しかし、それでも、色収差による集光スポット４の移動量は０．３５μｍ程度になり、やはり色収差を低減するために何らかの素子を付加する必要がある。
【００１５】
図１９、図２０に示すような対物レンズ１を用いる場合には、半導体レーザ光源の発振波長の変動時に発生する色収差を低減するために、回折格子からなる色収差補正素子７が挿入される。この場合、図１８に示す２群３枚構成の対物レンズ１と比較してレンズ一点あるいは二点が削減され、色収差補正素子７が追加されることになる。しかし、この色収差補正素子７は、ビームエキスパンダ２を構成する凸レンズ２ｂを樹脂成形によって作るときの一面を利用して簡単に形成することができるので、図１８に示す２群３枚構成の対物レンズ１を用いる場合と比較してかなりのコストダウンが見込まれる。
【００１６】
このような色収差低減法は、従来から広く知られているが（例えば、特許文献１　以下『第１の従来例』という）、対物レンズの色収差量が大きくなれば、色収差補正素子７の格子ピッチが細かくなる。
【００１７】
この色収差補正素子７によって色収差を低減できる理由は、以下の通りである。すなわち、上記したように、例えば、半導体レーザ光源の発振波長が中心波長４０５ｎｍよりも短くなると、凸レンズを構成するガラス硝材の屈折率が大きくなり、凸レンズのパワーが大きくなるために、光線が強く曲げられて、焦点距離が短くなる。一方、色収差補正素子７を構成する回折格子での波長λと回折角θｈとの関係は、θｈ＝λ／ｐ（ｐは回折格子の格子ピッチ）であるから、波長が短くなると、回折角は小さくなる。従って、色収差補正素子７は、光線に対して凸レンズと逆の作用をする。よって、このような色収差補正素子７を挿入することにより、波長変動に起因して対物レンズ１により引き起こされる焦点移動を打ち消すことが可能となる。この場合、回折角の波長依存性を利用しているので、補正すべき色収差量が大きければ大きいほど、波長変動に対する回折角θｈを大きくする必要がある。従って、対物レンズ１の色収差量が大きくなれば、色収差補正素子７の格子ピッチは細かくなり、かつ、内周近軸になるほど色収差補正素子７の格子ピッチは粗くなる。
【００１８】
上記したように、２枚構成の対物レンズ１を用いた場合の色収差による集光スポット４の移動量は０．３５μｍ程度であり、この色収差を打ち消すための色収差補正素子７の格子ピッチは、対物レンズ１の有効径最外周部では６μｍ程度、中心部では１５０μｍ程度となる。このように格子ピッチが大幅に変化すると、色収差補正素子７の各半径位置における回折効率は図２Ａの実線のように変化する。従って、対物レンズ１の中心付近の光線は、１５０μｍピッチの回折格子によって色消しされるから、この部分の回折効率は９９％である。一方、対物レンズ１の有効径最外周部の光線は、６．５μｍピッチの回折格子によって色消しされるから、この部分の回折効率は９２％程度になる（このピッチに対する回折効率は、理論値から実際起こり得る加工誤差による低下量を見込んだ値となっている）。
【００１９】
次に、第２の従来例として、特許文献２に開示されたものを、図２１を用いて説明する。図２１において、４１は光ディスク、４２は半導体レーザ光源である。４３は回折光４３１を、入射ビーム光軸に対して斜め方向に、かつ、他の光学素子に入射しないように分岐するホログラムである。半導体レーザ光源４２から出射され、ホログラム４３に入射したレーザ光は、回折されることにより、中心近傍の光強度が一定である光ビームに変換され、ホログラム４３を透過（０次回折）する。尚、ホログラム面を構成する格子上面形状は滑らかな曲線を有する。４５はホログラム４３を透過した中心近傍の光強度が一定である光ビームを光ディスク４１上に集光して、集光スポットを形成するための対物レンズである。ホログラム４３による回折によって、中心近傍の光強度が一定である光ビームになるので、対物レンズ４５によって集光されて、光ディスク４１上に形成される集光スポットの径を、１／ｅ２　幅が０．９６λ／ＮＡに略等しい小さなものとすることができる。
【００２０】
【特許文献１】特開２００１−６０３３６号公報
【００２１】
【特許文献２】特開平７−２６２５９４号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
対物レンズ１で発生する色収差を補正するための色収差補正素子７は、外周部に向かって格子ピッチが小さくなり、また、外周部に向かって回折効率が低下する。従って、対物レンズ１の外周部付近の光強度は、半導体レーザ光源の強度が光束半径距離に対してガウス関数的に低下することと相俟って大幅に低下する。
【００２３】
対物レンズの外周部で光強度が大幅に低下すると、対物レンズの実効ＮＡが低下し、その結果、光線が光ディスク上で十分絞れなくなって、ＮＡに比例して光ディスク上の記録密度を上げることはできなかった。
【００２４】
また、第２の従来例では、回折光４３１を、入射ビーム光軸に対して斜め方向に、かつ、他の光学素子に入射しないように分岐するため、回折角度を大きくする必要がある。その結果、ホログラム４３の格子ピッチが２μｍ以下の非常に細かいものとなり、作製が困難であるという問題があった。また、中心近傍の光強度が一定となるようにされている。さらに、半導体レーザ光源４２から出射される光ビーム４２１は、中心の強度が最も強く、外周に行くにしたがって徐々に光量が弱くなるいわゆるガウス分布となっている。従って、ホログラム４３の回折効率は、中心点において最も高く、すなわち、０次の透過率が低く、外周に行くにしたがって徐々に低く、すなわち、０次の透過率が高くなるものでなければならない。このように、ホログラム４３の回折効率が場所によって変化しているので、光ビーム４２１の光強度中心との位置ずれがあると、０次の透過光の光量分布が顕著に変化し、もくろみ通りに小さな集光スポットを光ディスク上に形成することが困難であるという問題があった。
【００２５】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして光ディスク上の集光スポットの径を小さくし、光ディスクシステムの高密度化を達成することができ、かつ、高い光利用効率を得ることのできる光ヘッド装置及びそれを用いた光情報装置、並びにこれらを応用したシステムを提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る光ヘッド装置の第１の構成は、半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズで発生する色収差を補正する色収差補正素子が設けられており、かつ、前記対物レンズの開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心からの距離と共に透過率が増加する光分布補正素子が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
前記本発明の光ヘッド装置の第１の構成においては、前記光分布補正素子が位相段差を有する同心円状の回折格子であるのが好ましい。また、この場合には、前記色収差補正素子と前記光分布補正素子とが１枚のレンズの両面にそれぞれ形成されているのが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る光ヘッド装置の第２の構成は、半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズ開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心付近の透過率を一定量低下させる光分布補正素子が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
前記本発明の光ヘッド装置の第２の構成においては、前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分が金属蒸着膜によって形成されているのが好ましい。
【００３０】
前記本発明の光ヘッド装置の第２の構成においては、前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分がホログラムによって形成されているのが好ましい。
【００３１】
前記本発明の光ヘッド装置の第２の構成においては、前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分が誘電体の多層膜によって形成されているのが好ましい。
【００３２】
前記本発明の光ヘッド装置の第２の構成においては、前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分の当該透過率が６５％〜８５％の範囲にあるのが好ましい。
【００３３】
前記本発明の光ヘッド装置の第２の構成においては、前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に前記対物レンズで発生する色収差を補正する色収差補正素子がさらに設けられており、かつ、前記光分布補正素子の、透過率の低下する部分の当該透過率が６０％〜７５％の範囲にあるのが好ましい。
【００３４】
前記本発明の光ヘッド装置の第１又は第２の構成においては、前記光情報媒体で反射した光を検出する光検出器と、前記光情報媒体で反射した光を前記半導体レーザ光源の方向から分岐して前記光検出器に導く光路分岐手段とをさらに備え、前記光分布補正素子が、前記半導体レーザ光源と前記光路分岐手段との間に配置されているのが好ましい。
【００３５】
また、本発明に係る光ヘッド装置の第３の構成は、半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズ開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心付近の反射率を一定量低下させる光分布補正素子が設けられていることを特徴とする。
【００３６】
前記本発明の光ヘッド装置の第３の構成においては、前記光分布補正素子の、反射率の低下する部分が誘電体の多層膜によって形成されているのが好ましい。
【００３７】
前記本発明の光ヘッド装置の第３の構成においては、前記光分布補正素子の、反射率の低下する部分の反射率が６５％〜８５％の範囲にあるのが好ましい。
【００３８】
前記本発明の光ヘッド装置の第３の構成においては、前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に前記対物レンズで発生する色収差を補正する色収差補正素子がさらに設けられており、かつ、前記光分布補正素子の、反射率の低下する部分の反射率が６０％〜７５％の範囲にあるのが好ましい。
【００３９】
前記本発明の光ヘッド装置の第３の構成においては、前記光情報媒体で反射した光を検出する光検出器と、前記光情報媒体で反射した光を前記半導体レーザ光源の方向から分岐して前記光検出器に導く光路分岐手段とをさらに備え、前記光分布補正素子が、前記光路分岐手段と前記光情報媒体との間に配置されているのが好ましい。
【００４０】
また、本発明に係る光ヘッド装置の第４の構成は、半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に前記対物レンズで発生する色収差を補正するレリーフ型のブレーズ格子からなる色収差補正素子が設けられており、かつ、前記対物レンズの開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記色収差補正素子の、前記対物レンズの開口面の中心付近に対応する部分の前記ブレーズ格子の高さが、回折効率が最大となる高さとは異なる高さに設定されていることを特徴とする。
【００４１】
前記本発明の光ヘッド装置の第４の構成においては、前記色収差補正素子と前記対物レンズとが一体的に固定されているのが好ましい。また、この場合には、前記色収差補正素子が前記対物レンズの表面に一体形成されているのが好ましい。
【００４２】
前記本発明の光ヘッド装置の第１、第２、第３又は第４の構成においては、光分布補正を行わない場合と比較して、前記半導体レーザ光源から前記集光光学系へと至る開口数が大きく設定されているのが好ましい。
【００４３】
また、本発明に係る光ヘッド装置の第５の構成は、半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズの開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心付近の透過率を一定量低下させる光分布補正素子を設け、前記光分布補正素子により損失された前記対物レンズの前記開口面の中心付近の光を用いて、前記光源から出射される光のパワーをモニターすることを特徴とする。
【００４４】
また、本発明に係る光ヘッド装置の第６の構成は、半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を、対物レンズを用いて光情報媒体上に集光する集光光学系を有する光ヘッド装置であって、前記半導体レーザ光源と前記光情報媒体との間に、前記対物レンズの開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正するために、前記対物レンズの前記開口面の中心付近の反射率を一定量低下させる光分布補正素子を設け、前記光分布補正素子により損失された前記対物レンズの前記開口面の中心付近の光を用いて、前記光源から出射される光のパワーをモニターすることを特徴とする。
【００４５】
また、本発明に係る光情報装置の構成は、前記本発明の光ヘッド装置と、前記光情報媒体を駆動する光情報媒体駆動部と、前記光ヘッド装置から得られる信号を受け、前記信号に基づいて、前記光情報媒体駆動部、並びに前記光ヘッド装置内の前記半導体レーザ光源及び対物レンズを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【００４６】
また、本発明に係るコンピュータの構成は、前記本発明の光情報装置と、情報の入力を行う入力装置と、前記入力装置から入力された情報や前記光情報装置によって読み出された情報に基づいて演算を行う演算装置と、前記入力装置から入力された情報や前記光情報装置によって読み出された情報や前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力する出力装置とを備えていることを特徴とする。
【００４７】
また、本発明に係る光ディスクプレーヤの構成は、前記本発明の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する、情報から画像への変換装置とを備えていることを特徴とする。
【００４８】
また、本発明に係るカーナビゲーションシステムの構成は、前記本発明の光ディスクプレーヤを備えていることを特徴とする。
【００４９】
また、本発明に係る光ディスクレコーダの構成は、前記本発明の光情報装置と、画像情報を、前記光情報装置によって前記光情報媒体へ記録する情報に変換する、画像から情報への変換装置とを備えていることを特徴とする。
【００５０】
また、本発明に係る光ディスクサーバの構成は、前記本発明の光情報装置と、外部との情報のやりとりを行う入出力端子とを備えていることを特徴とする。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００５２】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態における光ヘッド装置を示す概略構成図である。
【００５３】
図１に示すように、本実施の形態の光ヘッド装置は、半導体レーザ光源１０から出射されたレーザ光を、対物レンズ１を用いて光ディスク（光情報媒体）３上に集光する集光光学系を有している。ここで、対物レンズ１は、半導体レーザ光源１０側から順に配置された凸レンズ１ａと凸レンズ１ｂとにより構成されている（２枚構成）。
【００５４】
半導体レーザ光源１０と対物レンズ１との間には、半導体レーザ光源１０側から順に配置された凸レンズ２ａと凸レンズ２ｂとからなるビームエキスパンダ２が設けられている。このようにビームエキスパンダ２が挿入されているのは、以下の理由による。すなわち、光ディスクシステムの高密度化を図るために対物レンズ１の開口数（ＮＡ）を大きくすると、光ディスク３の保護層の厚み誤差により、光ディスク３上の集光スポット４の大きさが球面収差のために変化する。そこで、ビームエキスパンダ２を挿入し、その入射側凹レンズ２ａと出射側凸レンズ２ｂとの間隔を変化させることにより、この球面収差を補正するようにされている。また、ビームエキスパンダ２は、対物レンズ１の開口半径とコリメータレンズ９からの平行光束８の光束径とを整合させるために挿入されている。
【００５５】
ビームエキスパンダ２を構成する凸レンズ２ｂの凹レンズ２ａ側の面には、対物レンズ１で発生する色収差を補正するために、回折格子からなる色収差補素子７が形成されている。
【００５６】
このように、本実施の形態においては、対物レンズ１で発生する色収差が、ビームエキスパンダ２を構成する凸レンズ２ａに形成された色収差補素子７によって補正され、半導体レーザ光源１０に記録／再生切り替え時のレーザ出力変化を与えた場合にも、光ディスク３上の集光スポット４がフォーカス移動しないようにされている。しかし、従来の技術の項で述べたように、色収差補正素子７は、光束の半径方向に向かってピッチが細かくなり、最短ピッチ長は光束の最外周部で６μｍ程度になり、回折効率も９０％程度まで低下する。一方、半導体レーザ光源１０から出射された発散光（レーザ光）は、コリメータレンズ９によって平行光束８に変換される。この場合には、図１６に示すように、コリメータレンズ９によるレーザ光の取り込み角としてレーザ光の広がり角θよりも小さい角度θｄが取られ、光軸上の光強度に対してレンズ有効径最外周部における光強度ができるだけ低下しないようにされている。従って、レーザ光の取り込み角θｄを小さくすればするほどリム強度は高くなるが、コリメータレンズ９におけるレーザ光の伝達効率は悪くなる。この方法によれば、確かに、色収差補正素子７を用いて、外周部で発生する回折効率の低下による光量分布の低下の問題も解決することはできる。しかし、この方法では、光量ロスがかなり大きくなるという問題がある。
【００５７】
そこで、本実施の形態においては、この問題を解決するために、ビームエキスパンダ２を構成する凸レンズ２ｂの対物レンズ１側の面に、対物レンズ１の開口面の中心（光軸）からの距離と共に透過率が増加する回折格子からなる光分布補正素子６が形成されている。色収差補正素子７は、中央部で回折効率が高く、周辺部に行くにしたがって回折効率が低下し、これにより光量分布が生じる。すなわち、対物レンズ１の開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下する。これを補正するためには、中央部で透過率が低く、周辺部に行くにしたがって透過率が高くなるような光分布補正素子６を形成する必要がある。光分布補正素子６としては、例えば、中心部では回折効率が高くなるような溝深さを有し、周辺部に行くほど溝深さが浅くなる位相型回折格子を形成すればよい。また、回折格子の凸面と凹面の１ピッチ内での比を変えることによっても、対物レンズ１の開口面に入射する光の強度が前記開口面の中心からの距離と共に低下することを補正することができる。この場合には、周辺部では凸面と凹面の比を１よりも大きくするか小さくし、中心部に行くほどこの比を１に近づけることにより、中心部に行くほど、回折効率を高め、透過率を低下させることができる。
【００５８】
さらに、光分布補正素子６の回折効率を一定にし、当該光分布補正素子６を凸レンズ２ｂの中心部のみに形成することにより、光軸に対する光分布補正素子６の位置誤差の許容度を高めることができる。そして、これにより、光ヘッド装置の組み立てが容易になるという顕著な効果が得られる。
【００５９】
また、回折格子を同心円状として、光分布補正素子６にレンズ効果を持たせることも効果的である。この場合、回折光は、光ディスク３上において透過光が収束するときにはデフォーカスし、不要な情報を持って反射してくることがない。従って、第２の従来例のように格子ピッチを細かくして回折角度を大きくする必要がなく、光分布補正素子６の製造が容易となる。
【００６０】
また、光分布の補正は、例えば、クロム（Ｃｒ）や銀（Ａｇ）といった金属の蒸着膜が中心部分にのみ形成されたフィルタからなる光分布補正素子を用いることによっても実現することができる。ここで、金属蒸着膜を形成する領域の大きさ、すなわち、金属蒸着膜の直径は、凸レンズ２ｂの直径の１／２以上、３／４以下であるのが望ましい。この場合にも当然、第２の従来例のように細かいピッチの格子を形成する必要がなく、光分布補正素子６の製造が容易となる。
【００６１】
光分布補正素子６の中心部分（金属蒸着膜が形成されて透過率が一定量低下している部分）の透過率は、光分布補正素子６を色収差補正素子７と同時に用いない場合には、６５％〜８５％程度であるのが望ましい。これは、中心部分の光量を用いなくなる光量ロスを、コリメータレンズ９による取り込みＮＡを大きくする効果が上回り、全体として光利用効率を高めることができるという効果が得られる値である。
【００６２】
また、光分布補正素子６の中心部分（金属蒸着膜が形成されて透過率が一定量低下している部分）の透過率は、光分布補正素子６を色収差補正素子７と同時に用いる場合には、６０％〜７５％程度であるのが望ましい。これは、上記した、光分布補正素子６を色収差補正素子７と同時に用いない場合に対してさらに１割程度、色収差補正素子による外周部の透過率低下を補正する効果が得られる値である。
【００６３】
このように光分布補正素子６を形成することにより、光分布補正素子６を、色収差補正素子７との一体成形で作製することもできる。これにより、色収差補正素子７と光分布補正素子６の中心合わせを５μｍ程度で行うことが可能となり、色収差補正素子７による外周部の光量低下を補うという観点からは、より正確にプロファイル補正を行うことが可能となる。この光分布補正素子６によって光分布の補正を行えば、従来の、コリメータレンズ９の取り込みＮＡを小さくして光量分布を平坦にする方法よりも、半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光の利用効率を大幅に改善することができる。
【００６４】
また、本実施の形態の光ヘッド装置においては、半導体レーザ光源１０から光ディスク３へと至る光路（往路）と、光ディスク３で反射した光が光検出器１２へと至る光路（復路）とを分岐するための光路分岐手段としての偏光ビームスプリッタ１３が設けられている。尚、光路分岐手段としては、偏光ビームスプリッタ１３以外に、ハーフミラーや回折素子等を用いることもできる。この場合、光分布補正素子６を、半導体レーザ光源１０と光路分岐手段との間に挿入することにより、光分布補正素子６が往路にのみ作用し、復路には作用しないようにして、復路の光利用効率を高め、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を高めて安定な信号再生を実現することもできる。尚、図１中、５は対物レンズ１への入射光を示している。
【００６５】
一例として、コリメータレンズ９の取り込みＮＡを小さくして光分布を補正した場合と、光分布補正素子６によって光分布を補正した場合とで、いずれの方式が、半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光の利用効率を改善できるかを、シミュレーションによって算出した。尚、光ディスクシステムの記録再生実験により、対物レンズ１の最外周での光強度が中心部での光強度の６０％よりも小さくなると、記録再生信号の品質が劣化し始めることが判明している。このため、対物レンズ１の最外周での光強度として中心部での光強度の６０％以上を確保するとの条件でシミュレーションを行っている。
【００６６】
まず、色収差補正素子７と光分布補正回折格子６が存在しない場合には、対物レンズ３の有効径が３．４ｍｍ、レーザ光の広がり角が２７度、コリメータレンズ９の取り込みＮＡが０．２、対物レンズ１の最外周での光強度が中心部での光強度の６０％であるとき、半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光の利用効率は４０％であった。次に、上記条件の下で色収差補正素子７のみを挿入した場合には、半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光の利用効率は３７．８％まで低下し、対物レンズ１の最外周での光強度は中心部での光強度の５６％まで低下した。但し、色収差補正素子７は、有効最大径位置での格子ピッチが６．５μｍ、回折効率が９１％、中心部での回折効率が９８％になるとしている。
【００６７】
このように色収差補正素子７のみを挿入した場合には、対物レンズ１の最外周での光強度が中心部での光強度の６０％よりも小さくなるので、これを補正して６０％以上とするために、まず、コリメータレンズ９の取り込みＮＡを、０．２から０．１８８まで小さくした。しかし、この場合には、半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光の利用効率は、さらに３３．７％まで低下した。
【００６８】
次に、本実施の形態の光分布補正素子６を挿入して、対物レンズ１の最外周での光強度を中心部での光強度の６０％以上にした。この場合、半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光の利用効率は、３６．２％となった。
【００６９】
但し、光分布補正素子６の回折効率は、以下のように設定されている。すなわち、色収差補正素子７の中心部に対向する位置での光分布補正素子６の回折効率は９１．５％、色収差補正素子７の格子ピッチが１５μｍである位置に対向する位置での光分布補正素子６の回折効率は９１．３％、色収差補正素子７の格子ピッチが１０μｍである位置に対向する位置での光分布補正素子６の回折効率は９１．１％、色収差補正素子７の格子ピッチが６．５μｍである位置に対向する位置での光分布補正素子６の回折効率は１００％に設定されている。
【００７０】
図２Ａに、色収差補正素子の光軸中心からの距離と回折効率及び格子ピッチとの関係を示し、図２Ｂに、本実施の形態の光分布補正素子の光軸中心からの距離と回折効率及び格子ピッチとの関係を示す。
【００７１】
半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光の利用効率は、従来の方式（コリメータレンズ９の取り込みＮＡを小さくする方式）では３３．７％であるが、本実施の形態の方式では３６．２％となり、光分布補正素子６を挿入することにより、３％（従来の方式での３３．７％を基準に考えると、約１割）の改善が見込まれる。この値は小さいように見えるが、現実の記録再生光ヘッド装置に本実施の形態の方式を適用した場合、必要とされる半導体レーザ光源１０の出力光量は大きく変化する。
【００７２】
このことについて、例えば、光ディスク３上に情報を記録するときに対物レンズ１からの出力光量として１２ｍＷ必要とされる場合を例に挙げて説明する。今、色収差補正素子７が存在しない場合に必要とされる半導体レーザ光源１０の出力は１２／０．４＝３０ｍＷとなる。
【００７３】
このとき、色収差補正素子７で発生する光分布ムラを、本実施の形態の光分布補正素子６によって補正する場合、１２／０．３６＝３３ｍＷの半導体レーザ光源１０で済む。すなわち、半導体レーザ光源１０への負担は１０％の増加で済む。
【００７４】
しかし、この光分布ムラを、従来のコリメータレンズ９の取り込みＮＡを小さくすることによって解決しようとすると、必要とされる半導体レーザ光源１０の出力は１２／０．３３＝３６ｍＷとなり、２０％の出力増加が必要となる。すなわち、本実施の形態によれば、光分布補正素子を用いない場合と比較して、半導体レーザ光源１０から集光光学系へと至る開口数を大きく設定することにより、光利用効率を高めつつ、外周部の光強度を光軸付近の光強度と同じ程度に保ち、光ディスク３に対する集光性能を確保できるという顕著な効果が得られる。
【００７５】
記録時に必要とされる出力光量が５０ｍＷであるとき、本実施の形態の方式を適用すれば、レーザ出力が５５ｍＷの半導体レーザ光源１０で済むが、従来の取り込みＮＡを下げる方法を用いる場合には、レーザ出力が６０ｍＷの半導体レーザ光源１０を必要とする。
【００７６】
このように、光ディスク３に情報を記録する場合には、一般に、高出力の半導体レーザ光源１０が必要となるため、この伝達効率の改善は非常に重要なことである。
【００７７】
尚、本実施の形態においては、ビームエキスパンダ２が設けられているが、必ずしもビームエキスパンダ２を設けなくても、所期の効果を得ることができ、ビームエキスパンダ２を設けない構成もあり得る。
【００７８】
また、本実施の形態においては、対物レンズ１が、凸レンズ１ａと凸レンズ１ｂとにより構成されているが（２枚構成）、図３に示す１枚構成の場合であっても、原理的には全く同じである。
【００７９】
［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２の実施の形態における光ヘッド装置の対物レンズ周りの様子を示す概略構成図、図５は光分布補正素子と色収差補正素子を示す平面図である。
【００８０】
図４、図５に示すように、本実施の形態においては、ビームエキスパンダ２とは別体の一枚の成形板１１の両面に、それぞれ光分布補正素子６と色収差補正素子７とが同時成形によって形成されている。そして、この成形板１１は、対物レンズ１に一体的に固定されている。このため、対物レンズ１が光ディスク３上の情報溝に沿って横方向に移動しても、対物レンズ１の中心と色収差補正素子７の中心及び光分布補正素子６の中心とがずれることはない。従って、色収差補正素子７も必要以上に細かいピッチの所を使用することが無くなり、素子の作製も簡単になる。また、格子ピッチの拡大により、光利用効率の向上も達成することができる。
【００８１】
光分布補正素子６に必要とされる半径方向の回折効率は、図２Ｂに示すようにほとんど一定であるため、回折格子の溝深さを変える必要はないが、もし半径方向の回折効率を大幅に変える必要がある場合には、回折格子の溝深さを変えてもよい。そして、もし回折格子の溝深さの変化によって透過光の位相が問題となった場合には、この位相を補正するように、対物レンズ１の形状かビームエキスパンダ２を構成するレンズの形状を変えればよい。
【００８２】
さらにまた、光分布の補正は、対物レンズ１の表面の反射を防止するために形成される反射防止膜（ＡＲコート）の設計を変更することによっても実現することができる。対物レンズ１のＮＡを大きくする場合には、図１に示すように、対物レンズ１の半導体レーザ光源１０側の面（例えば、レンズ１ａの図中で左側の凸面）の曲率を大きくする必要がある。このため、光線の入射角度が、光軸付近と最外周とで大きく異なる。例えば、対物レンズ１のＮＡを０．８５とした場合、光軸付近と最外周では光線の入射角度が約４０度以上異なる。ＡＲコートの反射率は光線の入射角度に依存して変化するので、最外周での光線の入射角度に対して反射率が最も低く透過率が最も高くなるように設計すれば、光軸付近の内周部では反射が起こり、透過率が低下する。さらに、半導体レーザ光源１０からコリメートレンズ９に至るＮＡを大きくすることにより、光利用効率の向上と、集光性能の向上、すなわち、光記録密度の向上とを、部品点数も加工の工数も増やすことなく実現できるという効果が得られる。このようにＡＲコートの設計を工夫することは、特開２００１−６２０４号公報にも開示されているが、本願における『さらに光源からコリメートレンズへと至るＮＡを大きくすることにより、光利用効率の向上を実現する』という構成は開示されていない。
【００８３】
また、光分布補正素子は、上記以外の他の方法で実現することもできる。図６に、本発明の第２の実施の形態における上記以外の光分布補正素子を用いた光ヘッド装置の概略構成を示す。図６に示すように、この光ヘッド装置は、半導体レーザ光源９０１から出射されたレーザ光を、対物レンズ９０７を用いて光ディスク９０８上に集光する集光光学系を有している。半導体レーザ光源９０１と対物レンズ９０７との間には、半導体レーザ光源９０１側から順に配置された凹レンズ９０４と凸レンズ９０５とからなるビームエキスパンダが設けられている。
【００８４】
また、ビームエキスパンダと対物レンズ９０７との間には、誘電体の多層膜（例えば、ＳｉＯ２　と酸化チタンを交互に複数層積層したものを用いることができる）で形成されたミラーからなる光分布補正素子９０６が配置されている。この光分布補正素子（ミラー）９０６は、偏光方向に応じて反射率が異なる。例えば、その所定部（光軸付近の内周部）の反射率は、Ｐ偏光に対してＫ１、Ｓ偏光に対してはＫ２になっている。また、所定部以外（所定部の外周部）の反射率は、Ｐ偏光及びＳ偏光ともにＫ３になっている。本実施の形態においては、Ｋ１＝７０％、Ｋ２＝Ｋ３＝１００％に設定されている。
【００８５】
また、この光ヘッド装置においては、半導体レーザ光源９０１から光ディスク９０８へと至る光路（往路）と、光ディスク９０８で反射した光が光検出器９１０へと至る光路（復路）とを分岐するための光路分岐手段としての偏光ビームスプリッタ９０３が設けられている。尚、図６中、９０２は半導体レーザ光源９０１から出射された発散光（レーザ光）を平行光束に変換するコリメータレンズ、９０９は集光レンズ、９１１はＬ／４波長板（Ｌは１以上の奇数）である。また、９１２は往路の光のうち、光分布補正素子９０６を透過した光を受光する光検出器である。
【００８６】
以下、このように構成された光ヘッド装置の動作について、図６を参照しながら説明する。半導体レーザ光源９０１から出射された直線偏光の光（偏光方向は光分布補正素子９０６に対してＰ偏光となる方向）は、コリメータレンズ９０２によって平行光束に変換される。コリメータレンズ９０２を透過した光は、さらに偏光ビームスプリッタ９０３を透過した後、凹レンズ９０４によって発散光となる。そして、この発散光は、凸レンズ９０５によって平行光束に変換され、光分布補正素子９０６で反射されて、その進行方向が９０度曲げられる。光分布補正素子９０６によって進行方向が曲げられた光は、Ｌ／４波長板９１１によって円偏光に変換された後、対物レンズ９０７によって光ディスク９０８上に集光される。
【００８７】
次に、光ディスク９０８で反射された光は、対物レンズ９０７を透過した後、Ｌ／４波長板９１１によって半導体レーザ光源９０１から出射された光の偏光方向と直交する方向の光に変換される。Ｌ／４波長板９１１を透過した光は、光分布補正素子９０６で反射され、凸レンズ９０５、凹レンズ９０４を順次透過した後、偏光ビームスプリッタ９０３で反射されて、集光レンズ９０９により光検出器９１０に集光される。そして、光検出器９１０は、光ディスク９０８上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。ここで、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号は、周知の技術、例えば、非点収差法とプッシュプル法等によって検出される。フォーカス制御手段（図示せず）は、フォーカス誤差信号に基づいて、常に光が合焦状態で光ディスク９０８上に集光されるように、対物レンズ９０７の位置をその光軸方向に制御する。また、トラッキング制御手段（図示せず）は、トラッキング誤差信号に基づいて、光が光ディスク９０８上の所望のトラックに集光されるように、対物レンズ９０７の位置を制御する。また、光検出器９１０からは、光ディスク９０８に記録された情報も得られる。
【００８８】
ここで、光分布補正素子９０６は上記したような反射率特性を有しているので、往路に対しては光軸付近の内周部の反射率が下がることになり、その結果、相対的に対物レンズ９０７の最外周での光強度を上げることが可能となる。また、復路に対しては光分布補正素子９０６の反射率が場所によらず一様となっているので、光分布補正素子９０６は通常のミラーとなる。
【００８９】
以上のように、誘電体の多層膜で形成され、上記のような反射率特性を有するミラーを用いることによっても、光分布の補正を行うことが可能となる。また、第２の従来例のように格子ピッチを細かくする必要がないので、光分布補正素子９０６の製造が容易となる。尚、この光分布補正素子９０６は、上記した透過型の光分布補正素子と異なり、反射型のものである。
【００９０】
また、光分布補正素子９０６が対物レンズ９０７に近い位置にあるので、光強度分布の中心と対物レンズ９０７の中心とを合わせる調整を行えば、所定部（光軸付近の内周部）の中心と光強度分布の中心とのずれが小さくなる。その結果、光分布補正素子９０６の位置調整を行わずに光ヘッド装置を組み立てることが可能となる。さらに、往路の光のうち、光分布補正素子９０６の光軸付近の内周部を透過した光を光検出器９１２によって受光することにより、半導体レーザ光源９０１から出射される光のパワーがモニターされる。この構成を採用することにより、半導体レーザ光源９０１から出射される光のパワーを、記録や再生に用いられない光を使ってモニターすることが可能となるので、光の利用効率の高い光ヘッド装置を実現することが可能となる。
【００９１】
また、本構成においては、光を分岐する偏光ビームスプリッタ９０３と光ディスク９０８との間に光分布補正素子９０６が配置されているが、光分布補正素子９０６は偏光方向に応じて反射率が異なっているので、復路での光量ロスは起こらない。
【００９２】
光分布補正素子９０６の中心部分の反射率は、光分布補正素子９０６を色収差補正素子と同時に用いない場合には、上記第１の実施の形態と同様に６５％〜８５％程度であるのが望ましい。これは、中心部分の光量を用いなくなる光量ロスを、コリメータレンズ９０２による取り込みＮＡを大きくする効果が上回り、全体として光利用効率を高めることができるという効果が得られる値である。
【００９３】
光分布補正素子９０６の中心部分の反射率は、光分布補正素子９０６を色収差補正素子と同時に用いる場合には、上記第１の実施の形態と同様に６０％〜７５％程度であるのが望ましい。これは、上記した、光分布補正素子９０６を色収差補正素子と同時に用いない場合に対してさらに１割程度、色収差補正素子による外周部の透過効率低下を補正する効果が得られる値である。
【００９４】
また、上記以外の光分布補正素子として、ガラス板の中央部分にのみホログラムを形成し、当該部分の透過率を下げた光学素子も考えられる。ここで、ホログラムを形成した部分を透過した光とホログラムを形成した部分以外の部分を透過した光の位相が異なり、光ヘッド装置の特性が損なわれる場合には、位相合わせを行えばよい。この位相合わせは、例えば、図７Ａに示すように、ホログラム９１３を形成した部分以外の部分の厚さを薄くすることによって実現することができる。また、位相合わせを行う別の方法としては、例えば、図７Ｂに示すように、ホログラム９１３を形成した部分の裏面に薄膜９１４（例えば、ＳｉＯ２　を単層で用いることができる）を設ける方法もある。尚、他の方法で位相合わせを行っても何ら問題はない。また、ガラス板の中央部分にのみ誘電体の多層膜を形成して、当該部分の透過率を下げてもよい。
【００９５】
また、上記においては、光分布補正素子９０６の光軸付近の内周部を透過した光を光検出器９１２によって受光することにより、半導体レーザ光源９０１から出射される光のパワーをモニターする場合について説明したが、光分布補正素子９０６以外の光分布補正素子を用いた場合であっても、半導体レーザ光源９０１から出射される光のパワーをモニターすることは可能である。例えば、ホログラムを形成し、その部分の透過率を下げて光分布を補正する素子（図１の２ｂや図７）の場合には、その回折光を用いて半導体レーザ光源から出射される光のパワーをモニターすることが可能である。また、金属蒸着膜を形成し、その部分の透過率を下げて光分布を補正する素子の場合には、その反射光を用いて半導体レーザ光源から出射される光のパワーをモニターすることが可能である。尚、上記した回折光や反射光を受光するために、その光の進行方向を変えるための光学素子（例えば、ミラー）を用いてもよい。また、記録や再生のための光学系に使用されている光学素子を用いて光の進行方向を変えても何ら問題はない。この場合、回折光や反射光を受光するための光検出器の位置を任意に設定できるので、光ヘッド装置の設計上有利である。
【００９６】
［第３の実施の形態］
光分布補正素子を、色収差補正素子と兼ねることも可能である。以下、このことについて、図８を用いて説明する。図８はビームエキスパンダを構成する凸レンズを示す概略断面図である。図８に示すように、凸レンズ２ｂの左側の面には、対物レンズで発生する色収差を補正するために、レリーフ型のブレーズ格子（鋸歯状のブレーズホログラム）からなる色収差補正素子７ｂが一体に形成されている。ここで、対物レンズの開口面の中心付近に対応する部分のブレーズ格子の高さは、回折効率が最大となる高さよりも低くなっており、これにより、色収差補正素子７ｂの中心付近の回折効率が低くされている。従って、別途、光分布補正素子を設けることなく、光分布の補正を行って、集光スポットの径の縮小と光利用効率の向上を実現することができると共に、部品点数の削減を図ることもできる。
【００９７】
また、図９に示すように、対物レンズの開口面の中心付近に対応する部分のブレーズ格子の高さを、回折効率が最大となる高さよりも高くすることによって、色収差補正素子７ｃの回折効率を低くするようにしてもよい。
【００９８】
［第４の実施の形態］
対物レンズ１が組み合わせレンズである場合には、図１０に示すように、光分布補正素子を、組み合わせレンズを構成する個別のレンズ（例えば、レンズ１ｄと１ｅ）の間に配置しても構わない。さらに、レンズ（例えば、図１０では１ｄ）表面に光分布補正素子を兼ねた色収差補正素子７を形成することにより、部品点数の削減を図ることができる。
【００９９】
［第５の実施の形態］
図１１は本発明の第５の実施の形態における光情報装置を示す概略構成図である。図１１に示すように、光ディスク３は、ターンテーブル８２に載せられ、光情報媒体駆動部としてのモータ６４によって回転駆動される（光ディスク３の代わりに光カードを用いる場合には、当該光カードは並進駆動される）。５５は上記第１〜第４の実施の形態に示した光ヘッド装置であり、当該光ヘッド装置５５は、光ディスク３の所望の情報が存在するトラックのところまで、光ヘッド装置の駆動装置５１によって粗動される。
【０１００】
また、光ヘッド装置５５は、光ディスク３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、制御部としての電気回路５３へ送る。電気回路５３は、これらの信号に基づいて、対物レンズを微動させるための信号を光ヘッド装置５５へ送る。そして、光ヘッド装置５５は、この信号に基づいて、光ディスク３に対しフォーカス制御とトラッキング制御を行った後、情報の読み出し、書き込み（記録）又は消去を行う。また、この電気回路５３は、光ヘッド装置５５から得られる信号に基づいてモータ６４や光ヘッド装置５５内の半導体レーザ光源をも制御する。
【０１０１】
本実施の形態の光情報装置６７においては、光ヘッド装置５５として、上記第１〜第４の実施の形態に示した光ヘッド装置が用いられているので、微小な集光スポットを光ディスク３上に形成することができ、高い記録密度の光ディスクに対して記録や再生を行うことができる。
【０１０２】
［第６の実施の形態］
図１２は本発明の第６の実施の形態におけるコンピュータを示す概略斜視図である。
【０１０３】
図１２に示すように、本実施の形態のコンピュータ１００は、上記第５の実施の形態の光情報装置６７と、情報の入力を行うためのキーボードあるいはマウス、タッチパネルなどの入力装置６５と、入力装置６５から入力された情報や、光情報装置６７によって読み出された情報などに基づいて演算を行う中央演算装置（ＣＰＵ）などの演算装置８４と、演算装置８４によって演算された結果などの情報を表示あるいは出力するための陰極線管装置、液晶表示装置、プリンタなどの出力装置８１とを備えている。
【０１０４】
［第７の実施の形態］
図１３は本発明の第７の実施の形態における光ディスクプレーヤを示す概略斜視図である。
【０１０５】
図１３に示すように、本実施の形態の光ディスクプレーヤ１２１は、上記第５の実施の形態の光情報装置６７と、光情報装置６７から得られる情報信号を画像に変換する、情報から画像への変換装置（例えば、デコーダ６６）とを備えている。
【０１０６】
尚、本構成は、カーナビゲーションシステムとしても利用することができる。また、液晶モニタなどの表示装置１２０を付加した構成とすることも可能である。
【０１０７】
［第８の実施の形態］
図１４は本発明の第８の実施の形態における光ディスクレコーダを示す概略斜視図である。
【０１０８】
図１４に示すように、本実施の形態の光ディスクレコーダ１１０は、上記第５の実施の形態の光情報装置６７と、画像情報を、光情報装置６７によって光ディスクへ記録する情報に変換する、画像から情報への変換装置（例えば、エンコーダ６８）とを備えている。
【０１０９】
尚、光情報装置６７から得られる情報信号を画像に変換する、情報から画像への変換装置（例えば、デコーダ６６）を付加した構成とすることも可能であり、これにより既に記録した部分を再生することも可能となる。
【０１１０】
また、情報を表示する陰極線管装置、液晶表示装置、プリンタなどの出力装置８１を付加した構成とすることも可能である。
【０１１１】
上記第５の実施の形態の光情報装置６７を備えた、あるいは、上記の記録・再生方法を採用したコンピュータ、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダは、高い記録密度の光ディスクに対して記録や再生を行うことができるので、より多くの情報を蓄えたり扱ったりすることが可能となる。
【０１１２】
［第９の実施の形態］
図１５は本発明の第９の実施の形態における光ディスクサーバを示す概略斜視図である。
【０１１３】
図１５に示すように、本実施の形態の光ディスクサーバ１３０は、上記第５の実施の形態の光情報装置６７と、光情報装置６７に記録する情報を取り込んだり、光情報装置６７によって読み出された情報を外部に出力したりするための有線又は無線の入出力端子６９とを備えている。
【０１１４】
以上の構成により、光ディスクサーバ１３０は、ネットワーク１３５、すなわち、複数の機器、例えば、コンピュータ、電話、テレビチューナなどと情報をやりとりし、これら複数の機器に対する共有の情報サーバとして利用することが可能となる。また、異なる種類の光ディスクに対して安定に記録や再生を行うことができるので、広い用途に使用することができる。
【０１１５】
また、情報を表示する陰極線管装置、液晶表示装置、プリンタなどの出力装置８１を付加した構成とすることも可能である。
【０１１６】
さらに、複数の光ディスクを光情報装置６７に出し入れするチェンジャー１３１を付加した構成とすることにより、多くの情報を記録・蓄積しておくこともできる。
【０１１７】
尚、上記第６〜第９の実施の形態において、図１２〜図１５には出力装置８１や液晶モニタ１２０を示しているが、出力端子を備えるだけで、出力装置８１や液晶モニタ１２０を持たず、これらを別売りとする商品形態があり得ることは言うまでもない。また、図１３と図１４には入力装置は図示されていないが、キーボード、タッチパネル、マウス、リモートコントロール装置などの入力装置を備えた商品形態もあり得る。逆に、上記第６及び第９の実施の形態においては、入力装置を別売りとし、入力端子のみを備えた形態もあり得る。
【０１１８】
また、本発明における光情報媒体として、光ディスクの代わりに光カードを用いた場合であっても、光ディスクを用いた場合と同等の効果を得ることができる。すなわち、本発明は、微小な集光スポットを形成することにより、記録あるいは再生が行われる光情報媒体のすべてについて適用可能である。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして光ディスク上の集光スポットの径を小さくし、光ディスクシステムの高密度化を達成することのできる光ヘッド装置を実現することができる。そして、この場合、記録再生光ヘッドに必要な半導体レーザ出力を、従来の取り込みＮＡを低下させる方法よりも一割程度あるいはそれ以上低減することができる。すなわち、光利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光ヘッド装置を示す概略構成図
【図２】図２Ａは色収差補正素子の光軸中心からの距離と格子ピッチ及び回折効率との関係を示す図、図２Ｂは本発明の第１の実施の形態における光分布補正素子の光軸中心からの距離と格子ピッチ及び回折効率との関係を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態における光ヘッド装置の他の例の対物レンズ周りの様子を示す概略構成図
【図４】本発明の第２の実施の形態における光ヘッド装置の対物レンズ周りの様子を示す概略構成図
【図５】本発明の第２の実施の形態における光分布補正素子と色収差補正素子を示す平面図
【図６】本発明の第２の実施の形態における光ヘッド装置の他の例を示す概略構成図
【図７】図７Ａは本発明の第２の実施の形態における光分布補正素子の他の例を示す概略断面図、図７Ｂは本発明の第２の実施の形態における光分布補正素子のさらに他の例を示す概略断面図
【図８】本発明の第３の実施の形態における光分布補正素子を兼ねた色収差補正素子が形成されたレンズを示す概略断面図
【図９】本発明の第３の実施の形態における光分布補正素子を兼ねた色収差補正素子が形成されたレンズの他の例を示す概略断面図
【図１０】本発明の第４の実施の形態における光ヘッド装置の対物レンズ周りの様子を示す概略構成図
【図１１】本発明の第５の実施の形態における光情報装置を示す概略構成図
【図１２】本発明の第６の実施の形態におけるコンピュータを示す概略斜視図
【図１３】本発明の第７の実施の形態における光ディスクプレーヤを示す概略斜視図
【図１４】本発明の第８の実施の形態における光ディスクレコーダを示す概略斜視図
【図１５】本発明の第９の実施の形態における光ディスクサーバを示す概略斜視図
【図１６】従来技術における、半導体レーザ光源から出射されるレーザ光とコリメータレンズによって取り込まれる光量との関係を示す図
【図１７】従来技術における、半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の広がり角に対する光強度分布を示す図
【図１８】従来技術における、２群３枚構成の対物レンズを有する光ヘッド装置の対物レンズ周りの様子を示す概略構成図
【図１９】従来技術における、単レンズ構造の対物レンズを有する光ヘッド装置の対物レンズ周りの様子を示す概略構成図
【図２０】従来技術における、２枚構成の対物レンズを有する光ヘッド装置の対物レンズ周りの様子を示す概略構成図
【図２１】従来技術における光ヘッド装置の他の例を示す要部概略断面図
【符号の説明】
１、９０７　対物レンズ
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ　対物レンズを構成する単レンズ
２　ビームエキスパンダ
２ａ、２ｂ　ビームエキスパンダを構成する単レンズ
３、９０８　光ディスク
４　集光スポット
５　対物レンズへの入射光
６、９０６　光分布補正素子
７　色収差補正素子
８　平行光束
９、９０２　コリメータレンズ
１０、９０１　半導体レーザ光源
１２、９１０　光検出器
１３、９０３　偏光ビームスプリッタ
５１　光ヘッド装置の駆動装置
５３　電気回路
５５　光ヘッド装置
６４　モータ
６５　入力装置
６６　デコーダ
６７　光情報装置
６８　エンコーダ
６９　入出力端子
７７　光ディスクプレーヤ
８１　出力装置
８４　演算装置
１００　コンピュータ
１１０　光ディスクレコーダ
１３０　光ディスクサーバ
９１３　ホログラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2004145906.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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