(57)【要約】  【課題】  異なる波長の光ビームを用いて異なる種類の光ディスクの記録あるいは再生を行う。  【解決手段】  ＮＡの大きな対物レンズを用いて高密度光ディスクの記録あるいは再生を行う光ヘッド装置において、ＤＶＤなどの従来型光ディスクの記録あるいは再生も行うために鋸歯状ホログラムを用いる。青色に対して鋸歯高さは光路長２λとし、２次回折光を使用。赤色は１次回折を発する。ブレーズ方向は凸レンズ型とし、屈折レンズの色収差補正を行う。赤外のレーザー光源と対物レンズの間にはリレーレンズを配置し、前記赤外のレーザー光源から出射される光ビームは前記リレーレンズによって略収束された後に再度拡散しながら前記対物レンズに入射し、前記対物レンズによって約１．２ｍｍの基材を通して光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する。【選択図】  図１
2004281034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色の光ビームを出射する青色レーザー光源と、
赤外の光ビームを出射する赤外レーザー光源と、
前記青色レーザー光源と前記赤外レーザー光源とから出射される光ビームを受けて光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する対物レンズと、
前記光ディスクの記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を形成した光検出器とを具備し、
前記青色レーザー光源から出射される光ビームを前記対物レンズによって約０．１ｍｍあるいはより薄い基材を通して光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する光ヘッド装置において、
前記赤外レーザー光源と前記対物レンズとの間にはリレーレンズを配置し、
前記赤外レーザー光源から出射される前記赤外の光ビームは前記リレーレンズによって略収束された後に再度拡散しながら前記対物レンズに入射し、前記対物レンズによって約１．２ｍｍの基材を通して光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記リレーレンズは光軸から離れた外周部に球面収差を付加して構成し、前記球面収差によって、軸外収差を補正する請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記リレーレンズと前記赤外の光ビームの発光点との間の距離よりも、前記リレーレンズと前記赤外の光ビームの発光点とは反対側の収束点との間の距離の方が短い請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記リレーレンズと前記対物レンズの間に、前記赤外の光ビームと、より短波長の光ビームとを分離するダイクロイック素子をさらに具備する請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記リレーレンズと前記対物レンズとの間に配置する前記ダイクロイック素子に設けられた平行平板の表面には、前記赤外の光ビームと、より短波長の光ビームとを分離するダイクロイック膜が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】
前記平行平板の厚みは、１ｍｍ以下である請求項５に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記ダイクロイック素子は、前記青色の光ビームが略平行光束となる位置に配置される請求項４に記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
前記対物レンズと前記青色レーザー光源との間にホログラムをさらに具備し、
前記ホログラムの少なくとも一部領域内にある格子断面形状は鋸歯状断面形状であって、前記鋸歯状断面形状の深さはｈ１であって、前記ｈ１は、波長λ１が３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの第一光ビームに対して約２波長の光路差を与える深さであり、前記第一光ビームを基材厚が０．１ｍｍ以下（ｔ１）の基材を通して集光する場合に、前記ホログラムによって凸レンズ作用を受けるように、前記ホログラムを凸レンズ型にすることによって、前記波長λ１が数ｎｍ程度変化した場合の焦点距離の変化を低減する請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項９】
波長λ２が６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの第２光ビームを出射する第２光源をさらに具備し、
前記第２光ビームに対しては前記ホログラムから、＋１次回折光が最も強く発生し、
第一光ビームの＋２次回折光は、基材厚がｔ１の基材を通して集光され、前記ホログラムの内周部分を通る第二光ビームの＋１次回折光は、基材厚がｔ２の基材を通して集光され、ｔ１＜ｔ２である請求項８に記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】
前記ホログラムの外周部分を通る前記第２光ビームの＋１次回折光は、基材厚がｔ２の基材を通ったときに収差をもち、集光されない請求項９に記載の光ヘッド装置。
【請求項１１】
前記第一光ビームを基材厚がｔ１の基材を通して集光する場合に、
前記ホログラムの内周部分を通る第二光ビームを基材厚がｔ２の基材を通して集光する場合に比べて、前記ホログラムによる凸レンズ作用を大きくする、あるいは、
前記第一光ビームを基材厚がｔ１の基材を通して集光する場合よりも、前記ホログラムの内周部分を通る第二光ビームを基材厚がｔ２の基材を通して集光する場合の前記ホログラムによる凸レンズ作用を小さくすることにより、光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離し、
ｔ１＜ｔ２である請求項９に記載の光ヘッド装置。
【請求項１２】
前記第二光ビームを基材厚ｔ２の基材を通して光ディスクの記録面上へ集光する際には、前記第２光源から出射した前記第二光ビームを略平行光にするコリメートレンズを前記第２光源側に近づけて、やや拡散光にして前記対物レンズに入射させることにより、前記光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離す請求項９に記載の光ヘッド装置。
【請求項１３】
前記青色の光ビームの波長の５倍であって、前記第２光ビームの波長の３倍の光路長差を生じる段差が形成された位相段差をさらに具備する請求項９に記載の光ヘッド装置。
【請求項１４】
前記ホログラムと前記対物レンズとを一体固定する請求項８に記載の光ヘッド装置。
【請求項１５】
前記ホログラムを前記対物レンズの表面に一体形成する請求項８に記載の光ヘッド装置。
【請求項１６】
光ヘッド装置と、
光ディスクを回転するモーターと、
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モーターと前記光ヘッド装置の対物レンズとレーザー光源とを制御および駆動する電気回路とを具備する光情報装置において、
前記光ヘッド装置が、請求項１に記載の光ヘッド装置であることを特徴とする光情報装置。
【請求項１７】
前記光ヘッド装置が、請求項１２に記載の光ヘッド装置であり、
前記光ディスクの種類を判別して、基材厚が０．６ｍｍの光ディスクに対しては前記コリメートレンズを前記第２光源側に移動する請求項１６に記載の光情報装置。
【請求項１８】
光情報装置と、
情報を入力するための入力装置あるいは入力端子と、
前記入力装置から入力された情報または前記光情報装置から再生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または前記光情報装置から再生された情報または、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ための出力装置あるいは出力端子とを備えたコンピューターにおいて、
前記光情報装置が、請求項１６に記載の光情報装置であることを特徴とするコンピューター。
【請求項１９】
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デコーダーとを有する光ディスクプレーヤーにおいて、
前記光情報装置が、請求項１６に記載の光情報装置であることを特徴とする光ディスクプレーヤー。
【請求項２０】
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デコーダーとを有するカーナビゲーションシステムにおいて、
前記光情報装置が、請求項１６に記載の光情報装置であることを特徴とするカーナビゲーションシステム。
【請求項２１】
光情報装置と、
画像情報を前記光情報装置によって記録する情報に変換する画像から情報へのエンコーダーとを有する光ディスクレコーダーにおいて、
前記光情報装置が、請求項１６に記載の光情報装置であることを特徴とする光ディスクレコーダー。
【請求項２２】
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ーにおいて、
前記光情報装置が、請求項１６に記載の光情報装置であることを特徴とする光ディスクサーバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ディスクなどの光情報媒体上に記憶される情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置及び光情報装置（光情報装置）および、光情報装置における記録再生方法、そして、これらを応用したシステムに関するもの、そしてまた、前記光ヘッド装置に用いる対物レンズや回折素子、および、対物レンズと回折素子の複合した複合対物レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ、実用化されてきている。微小に絞られた光ビームを介して、光ディスクへの情報記録再生が高い信頼性のもとに首尾よく遂行される機能は、回折限界の微小スポットを形成する集光機能、光学系の焦点制御（フォーカスサーボ）とトラッキング制御、及びピット信号（情報信号）検出に大別される。
【０００３】
近年、光学系設計技術の進歩と光源である半導体レーザーの短波長化とにより、
従来以上の高密度の記憶容量を持つ光ディスクの開発が進んでいる。高密度化のアプローチとしては、光ディスク上へ光ビームを微小に絞る集光光学系の光ディスク側開口数（ＮＡ）を大きくすることが検討されている。その際、問題となるのが光軸の傾き（いわゆるチルト）による収差の発生量の増大である。ＮＡを大きくすると、チルトに対して発生する収差量が大きくなる。これを防ぐためには、光ディスクの基板の厚み（基材厚）を薄くすれば良い。
【０００４】
光ディスクの第１世代といえるコンパクトディスク（ＣＤ）は赤外光（波長λ３は７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ）とＮＡ０．４５の対物レンズとを使用し、ディスクの基材厚は１．２ｍｍである。第２世代のＤＶＤは赤色光（波長λ２は６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ、標準波長６５０ｎｍ）とＮＡ０．６の対物レンズとを使用し、ディスクの基材厚は０．６ｍｍである。そしてさらに、第３世代の光ディスクは青色光（波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ、標準波長４０５ｎｍ）とＮＡ０．８５の対物レンズとを使用し、ディスクの基材厚は０．１ｍｍである。
【０００５】
なお、本明細書中では、基板厚みとは光ディスク（または情報媒体）に光ビームの入射する面から情報記録面までの厚みを指す。
【０００６】
このように、高密度光ディスクの基板の厚みは薄くされている。経済性、装置の占有スペースの観点から、上記基材厚と記録密度とが互いに異なる複数種類の光ディスクを記録再生できる光情報装置が望まれる。そのためには互いに異なる基板の厚みの光ディスク上に回折限界まで光ビームを集光することのできる集光光学系を備えた光ヘッド装置が必要である。
【０００７】
また、より厚い基材のディスクを記録再生する場合には、ディスク表面より奥の方にある記録面上に光ビームを集光する必要があるので、焦点距離をより長くしなければならない。
【０００８】
互いに異なる基板の厚みの複数種類の光ディスクに対する記録再生を行う光ヘッド装置を実現することを目的とした構成が特開平７−９８４３１号公報（図１）（特許文献１）に開示されている。これを第１の従来例として図１１（ａ）および図１１（ｂ）に基づいて説明する。４０は対物レンズ、４１はホログラムである。ホログラム４１は、入射光ビーム４４に対して透明な基板によって形成されていて、その格子パターンが同心円状である。
【０００９】
対物レンズ４０は、開口数ＮＡが０．６以上で、図１１（ａ）に示すように、ホログラム４１を回折されずに透過した０次回折光４２を、例えば、０．６ｍｍの基材の厚み（ｔ２）の光ディスク１０上に回折限界の集光スポットに形成できるよう構成されている。また、図１１（ｂ）は、基板の厚い（厚さｔ１＝１．２ｍｍ）の光ディスク１１上に回折限界に集光スポットを集光できることを示す。ホログラム４１で回折された＋１次回折光４３は対物レンズ４０によって光ディスク１１に集光される。ここで＋１次回折光４３は厚さｔ１の基板を通して回折限界まで絞れるように収差補正を施されている。
【００１０】
このように入射光を回折するホログラム４１と対物レンズ４０とを組み合わせることによって、異なる次数の回折光４２および４３を利用して、互いに異なる基板厚（ｔ１とｔ２）の光ディスク１０および１１上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事ができる２焦点レンズを実現している。また、上記とは逆に、ホログラム４１を凸レンズ作用を持つ構成にし、厚さｔ１の光ディスク１１に対して０次回折光を用い、厚さｔ２の光ディスク１０に対して＋１次回折光を用いることによって、厚さｔ２の光ディスク１０の記録再生時の波長変動に対して、焦点位置変動を低減することも開示されている。
【００１１】
他にも、異なる種類の光ディスクを複数種類の波長の光ビームを用いて互換再生することを目的とした構成が開示されている。第２の従来例としては、波長選択位相板を対物レンズと組み合わせる構成が特開平１０−３３４５０４号公報（第７−９頁、図１〜図４）（特許文献２）、およびＩＳＯＭ２００１ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＤＩＧＥＳＴ  セッションＷｅ−Ｃ−０５（予稿集３０頁）（非特許文献１）に開示されている。非特許文献１に開示されている構成を、図１２と図１３を用いて説明する。図１２は、従来の光ヘッド装置の概略構成を示している。波長λ１＝４０５ｎｍの青色光源を有する青色光学系５１より出射した平行光はビームスプリッター１６１及び波長選択位相板２０５を透過して、対物レンズ５０によって、基材厚０．１ｍｍの光ディスク９（第３世代光ディスク）の情報記録面に集光される。光ディスク９で反射した光は逆の経路をたどって青色光学系５１の検出器で検出される。
【００１２】
また、波長λ２＝６５０ｎｍの赤色光源を有する赤色光学系５２より出射した発散光はビームスプリッター１６１で反射し、波長選択位相板２０５を透過して、対物レンズ５０によって、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０（第２世代光ディスク：ＤＶＤ）の情報記録面に集光される。光ディスク１０で反射した光は逆の経路をたどって赤色光学系５２の検出器で検出される。
【００１３】
対物レンズ５０は平行光入射時に基材厚０．１ｍｍを透過して集光されるように構成されており、ＤＶＤを記録・再生する際は基材厚の違いによって球面収差が発生する。この球面収差を補正するため、赤色光学系５２より出射する光ビームを発散光にすると共に、波長選択位相板２０５を用いている。対物レンズ５０に発散光を入射させると新たな球面収差が発生するので、基材厚の違いによって発生する球面収差をこの新たな球面収差でうち消すとともに、波長選択位相板２０５によっても波面を補正している。
【００１４】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に波長選択位相板２０５の平面図と側面図とをそれぞれ示す。波長選択位相板２０５は、波長λ１での屈折率をｎ１、ｈ＝λ１／（ｎ１−１）とした場合、高さｈ、および高さ３ｈの位相段差２０５ａで構成される。波長λ１の光に対しては、高さｈにより生じる光路差は使用波長λ１であり、位相差２πに相当するため、位相差０と同じである。このため、位相分布に影響を与えず、光ディスク９の記録再生には影響を与えない。一方、波長λ２の光に対しては、波長λ２での位相板２０６の屈折率をｎ２とすると、ｈ／λ２×（ｎ２―１）≒０．６λ、すなわち波長の整数倍ではない光路差を生じる。この光路差による位相差を利用して、先に述べた収差補正を行っている。
【００１５】
また、第３の従来例としては、複数の対物レンズを機械的に切り替えて用いる構成が開示されている（例えば特開平１１−２９６８９０号公報（第４−６頁、図１）（特許文献３））。
【００１６】
さらに、第４の従来例としては、異なる曲率半径を有する反射面を備えたミラーを光軸を折り曲げる立ち上げミラーと兼ねる構成が、開示されている（例えば特開平１１−３３９３０７号公報（第４−５頁、図１）（特許文献４））。
【００１７】
第５の従来例としては、第１の従来例と同様に屈折型の対物レンズとホログラムとを組み合わせて、異なる波長の光の同じ次数の回折光に生じる色収差を利用して、基材厚の差を補正する構成が開示されている（例えば特開２０００−８１５６６号公報（第４−６頁、図１、２）（特許文献５））。
【００１８】
第５の従来例として第６３回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集  ２７ｐ−ＹＤ−５（２００２．９  新潟大学）（非特許文献２）を説明する。青色光源と赤色光源とをそれぞれ用いるＢＤとＤＶＤとについては図１２を用いて説明した第２の従来例とほぼ同様である。これを図１４を用いて説明する。波長λ１＝４０５ｎｍの青色光源を有する青色光学系５１より出射した平行光は２個のビームスプリッター１６１及び波長選択ホログラム２０７を透過して、対物レンズ５０によって、基材厚０．１ｍｍの光ディスク９（第３世代光ディスク）の情報記録面に集光される。光ディスク９で反射した光は逆の経路をたどって青色光学系５１の検出器で検出される。
【００１９】
また、波長λ２＝６５０ｎｍの赤色光源を有する赤色光学系５２より出射した発散光はビームスプリッター１６１で反射して、対物レンズ５０によって、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０（第２世代光ディスク：ＤＶＤ）の情報記録面に集光される。光ディスク１０で反射した光は逆の経路をたどって赤色光学系５２の検出器で検出される。
【００２０】
対物レンズ５０は、平行光が入射する時に基材厚０．１ｍｍを透過して集光されるように形成されており、ＤＶＤ記録・再生の際は基材厚の違いによって球面収差が発生する。この球面収差を補正するため、赤色光学系５２より出射する光ビームを発散光にする。対物レンズ５０に発散光を入射させると新たな球面収差が発生するので、基材厚の違いによって発生する球面収差をこの新たな球面収差でうち消す。
【００２１】
そしてさらに、第５の従来例では、波長λ３＝７８５ｎｍの赤外光学系５３から出射する平行光を波長λ３のみに凹レンズ効果をもつ波長選択ホログラム２０７によって拡散光に変換して、光ディスク１１と光ディスク９の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。
【特許文献１】特開平７−９８４３１号公報（図１）
【特許文献２】特開平１０−３３４５０４号公報（第７−９頁、図１〜図４）
【特許文献３】特開平１１−２９６８９０号公報（第４−６頁、図１）
【特許文献４】特開平１１−３３９３０７号公報（第４−５頁、図１）
【特許文献５】特開２０００−８１５６６号公報（第４−６頁、図１、２）
【非特許文献１】ＩＳＯＭ２００１ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＤＩＧＥＳＴ  セッションＷｅ−Ｃ−０５（予稿集３０頁）
【非特許文献２】第６３回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集  ２７ｐ−ＹＤ−５（２００２．９  新潟大学）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
前述した第１の従来例は、少なくとも以下の３点の発明思想を提案している。第１にホログラムの回折を利用して、基材厚の違う光ディスクの互換を実現し、第２に内外周の設計を変えることによって、ＮＡの違う集光スポットを形成し、第３に、ホログラムの回折を利用して、基材厚の違う光ディスクに対して集光スポットの焦点位置を変化させる。これらの発明思想は光源が発する光の波長を限定するものではない。
【００２３】
ここで、第２世代の光ディスクであるＤＶＤは、記録面を２面有する２層ディスクを含む。対物レンズに近い側の記録面（第１記録面）は、対物レンズから遠い面へも光を通す必要があるため、反射率は３０％程度に設定される。ところが、この反射率は、赤色光に対してのみ保証されており、他の波長では保証されていない。従って、ＤＶＤの再生を確実に行うためには、赤色（波長λ２＝６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ）の光を用いる必要がある。また、第３世代の光ディスクの記録・再生においては集光スポット径を十分に小さくするため、青色（波長λ１＝３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ）の光を用いる必要がある。このように特に、赤色光と青色光とを用いて互いに異なる種類の光ディスクを互換する際に光の利用効率をより高くする構成は、第１の従来例には開示されていない。
【００２４】
また、第１の従来例では、ホログラムを凸レンズ型にして＋１次回折光を利用し、１種類の光ディスクに対しては、波長変化による焦点位置移動を低減する構成が開示されているが、２種類以上の光ディスクに対して、波長変化による焦点位置移動をそれぞれ低減する構成は、開示されていない。
【００２５】
第２の従来例では、互換素子として、波長選択位相板を用いている。基材厚の厚いディスクを記録再生する際には、記録面が対物レンズに対して、基材厚の分だけ遠くなるので、焦点距離を延ばす必要がある。焦点距離は互換素子がレンズパワーを有することによって伸ばすこともできるが、波長選択位相板にはレンズパワーがない。また、第２の従来例のように赤色光を発散光にして、このレンズパワーをすべて実現しようとすると、トラック追従などのために対物レンズが移動する時に、大きな収差が生じて記録・再生特性が劣化するという課題が生じる。
【００２６】
第３の従来例では、対物レンズを切り替えているので、複数の対物レンズを要し、部品点数が多くなると共に、光ヘッド装置の小型化が困難という課題がある。また、切り替え機構を要する点でも装置の小型化を困難にするという課題がある。
【００２７】
第４の従来例では、対物レンズをミラーに対して独立に駆動している（特許文献４の第４図から第６図参照）。ところが上述のように曲率半径をもったミラーによって光ビームを平行光から変換するので、対物レンズがトラック制御などのために移動すると、入射光波面に対する対物レンズの相対位置が変化し、収差が発生して、集光特性が劣化するという課題がある。
【００２８】
また、ミラーの反射面は曲率半径を持った面、すなわち球面によって構成されているが、基材厚の差と波長の差とを補正するためには球面では不十分であり、５次以上の高次収差を十分に低減することができないという課題もある。
【００２９】
また、第５の従来例では基材厚１．２ｍｍの光ディスク（ＣＤ）を再生するために、波長７８５ｎｍのみに凹レンズ効果をもつ波長選択ホログラムを用いるとされているが、波長選択ホログラムの具体構成は開示されていない。また、赤色光と青色光それぞれについて、ある特定の波長に対して、例えば、赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４０５ｎｍ）とに対して波長の整数倍（３倍以上）の位相となる位相段差を利用してホログラムを構成することも考えられるが、赤外光による光ディスク１１の再生のみを考慮して波長選択ホログラム２０７を設計していると、赤色光が温度変化によって６６１ｎｍになるなど、波長のわずかな変動でも数十ｍλｒｍｓに達する収差が発生する。このため、光ディスク９や、光ディスク１０の記録あるいは再生ができなくなるという課題がある。
【００３０】
そこで本発明では上記の課題に鑑み、基材厚１．２ｍｍで対応波長λ３（標準的には約７９０ｎｍ）の光ディスク（ＣＤ）と、基材厚０．６ｍｍで対応波長λ２（標準的には約６５０ｎｍ）の光ディスク（ＤＶＤ）と、基材厚０．１ｍｍで対応波長λ１（標準的には約４０５ｎｍ）の光ディスク（青色光ディスク）との間の互換再生および互換記録を、高い光利用効率を持って、かつ、単一の対物レンズを用いて実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明に係る光ヘッド装置は、青色の光ビームを出射する青色レーザー光源と、赤外の光ビームを出射する赤外レーザー光源と、前記青色レーザー光源と前記赤外レーザー光源とから出射される光ビームを受けて光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する対物レンズと、前記光ディスクの記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を形成した光検出器とを具備し、前記青色レーザー光源から出射される光ビームを前記対物レンズによって約０．１ｍｍあるいはより薄い基材を通して光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する光ヘッド装置において、前記赤外レーザー光源と前記対物レンズとの間にはリレーレンズを配置し、前記赤外レーザー光源から出射される前記赤外の光ビームは前記リレーレンズによって略収束された後に再度拡散しながら前記対物レンズに入射し、前記対物レンズによって約１．２ｍｍの基材を通して光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光することを特徴とする。
【００３２】
この実施の形態では、前記リレーレンズは光軸から離れた外周部に球面収差を付加して構成し、前記球面収差によって、軸外収差を補正することが好ましい。
【００３３】
前記リレーレンズと前記赤外の光ビームの発光点との間の距離よりも、前記リレーレンズと前記赤外の光ビームの発光点とは反対側の収束点との間の距離の方が短いことが好ましい。
【００３４】
前記リレーレンズと前記対物レンズの間に、前記赤外の光ビームと、より短波長の光ビームとを分離するダイクロイック素子をさらに具備することが好ましい。
【００３５】
前記リレーレンズと前記対物レンズとの間に配置する前記ダイクロイック素子に設けられた平行平板の表面には、前記赤外の光ビームと、より短波長の光ビームとを分離するダイクロイック膜が形成されていることが好ましい。
【００３６】
前記平行平板の厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
前記ダイクロイック素子は、前記青色の光ビームが略平行光束となる位置に配置されることが好ましい。
【００３８】
前記対物レンズと前記青色レーザー光源との間にホログラムをさらに具備し、前記ホログラムの少なくとも一部領域内にある格子断面形状は鋸歯状断面形状であって、前記鋸歯状断面形状の深さはｈ１であって、前記ｈ１は、波長λ１が３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの第一光ビームに対して約２波長の光路差を与える深さであり、前記第一光ビームを基材厚が０．１ｍｍ以下（ｔ１）の基材を通して集光する場合に、前記ホログラムによって凸レンズ作用を受けるように、前記ホログラムを凸レンズ型にすることによって、前記波長λ１が数ｎｍ程度変化した場合の焦点距離の変化を低減することが好ましい。
【００３９】
波長λ２が６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの第２光ビームを出射する第２光源をさらに具備し、前記第２光ビームに対しては前記ホログラムから、＋１次回折光が最も強く発生し、第一光ビームの＋２次回折光は、基材厚がｔ１の基材を通して集光され、前記ホログラムの内周部分を通る第二光ビームの＋１次回折光は、基材厚がｔ２の基材を通して集光され、ｔ１＜ｔ２であることが好ましい。
【００４０】
前記ホログラムの外周部分を通る前記第２光ビームの＋１次回折光は、基材厚がｔ２の基材を通ったときに収差をもち、集光されないことが好ましい。
【００４１】
前記第一光ビームを基材厚がｔ１の基材を通して集光する場合に、前記ホログラムの内周部分を通る第二光ビームを基材厚がｔ２の基材を通して集光する場合に比べて、前記ホログラムによる凸レンズ作用を大きくする、あるいは、前記第一光ビームを基材厚がｔ１の基材を通して集光する場合よりも、前記ホログラムの内周部分を通る第二光ビームを基材厚がｔ２の基材を通して集光する場合の前記ホログラムによる凸レンズ作用を小さくすることにより、光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離し、ｔ１＜ｔ２であることが好ましい。
【００４２】
前記第二光ビームを基材厚ｔ２の基材を通して光ディスクの記録面上へ集光する際には、前記第２光源から出射した前記第二光ビームを略平行光にするコリメートレンズを前記第２光源側に近づけて、やや拡散光にして前記対物レンズに入射させることにより、前記光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離すことが好ましい。
【００４３】
前記青色の光ビームの波長の５倍であって、前記第２光ビームの波長の３倍の光路長差を生じる段差が形成された位相段差をさらに具備することが好ましい。
【００４４】
前記ホログラムと前記対物レンズとを一体固定することが好ましい。
【００４５】
前記ホログラムを前記対物レンズの表面に一体形成することが好ましい。
【００４６】
本発明に係る光情報装置は、光ヘッド装置と、光ディスクを回転するモーターと、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モーターと前記光ヘッド装置の対物レンズとレーザー光源とを制御および駆動する電気回路とを具備する光情報装置において、前記光ヘッド装置が、本発明に係る光ヘッド装置であることを特徴とする。
【００４７】
この実施の形態では、前記光ヘッド装置が、本発明に係る光ヘッド装置であり、前記光ディスクの種類を判別して、基材厚が０．６ｍｍの光ディスクに対しては前記コリメートレンズを前記第２光源側に移動することが好ましい。
【００４８】
本発明に係るコンピューターは、光情報装置と、情報を入力するための入力装置あるいは入力端子と、前記入力装置から入力された情報または前記光情報装置から再生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または前記光情報装置から再生された情報または、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ための出力装置あるいは出力端子とを備えたコンピューターにおいて、前記光情報装置が、本発明に係る光情報装置であることを特徴とする。
【００４９】
本発明に係る光ディスクプレーヤーは、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デコーダーとを有する光ディスクプレーヤーにおいて、前記光情報装置が、本発明に係る光情報装置であることを特徴とする。
【００５０】
本発明に係るカーナビゲーションシステムは、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デコーダーとを有するカーナビゲーションシステムにおいて、前記光情報装置が、本発明に係る光情報装置であることを特徴とする。
【００５１】
本発明に係る光ディスクレコーダーは、光情報装置と、画像情報を前記光情報装置によって記録する情報に変換する画像から情報へのエンコーダーとを有する光ディスクレコーダーにおいて、前記光情報装置が、本発明に係る光情報装置であることを特徴とする。
【００５２】
本発明に係る光ディスクサーバーは、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ーにおいて、前記光情報装置が、本発明に係る光情報装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、基材厚１．２ｍｍで対応波長λ３（標準的には約７９０ｎｍ）の光ディスク（ＣＤ）と、基材厚０．６ｍｍで対応波長λ２（標準的には約６５０ｎｍ）の光ディスク（ＤＶＤ）と、基材厚０．１ｍｍで対応波長λ１（標準的には約４０５ｎｍ）の光ディスク（青色光ディスク）との間の互換再生および互換記録を、高い光利用効率を持って、かつ、単一の対物レンズを用いて実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における光ヘッド装置を示す線図的説明図である。図１において、１は波長λ１（３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ：標準的には４０５ｎｍぐらいなので、以下、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの波長を総称して４０５ｎｍと呼ぶ）のレーザー光を出射するレーザー光源、２０は波長λ２（６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ：標準的には６６０ｎｍを使われることが多いので、以下、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長を総称して６６０ｎｍと呼ぶ）のレーザー光を出射するレーザー光源、２３は波長λ３（７７０ｎｍ〜８１０ｎｍ：標準的には７９０ｎｍを使われることが多いので、以下、７７０ｎｍ〜８１０ｎｍの波長を総称して７９０ｎｍと呼ぶ）のレーザー光を出射する半導体レーザー光源と光検出器とホログラムをハイブリッドに一体集積化した赤外レーザーとホログラム及び光検出器（以下赤外光ユニットと呼ぶ）、１４は対物レンズ、２４は赤外ユニット２３から出射された赤外光を略収束させたのちに対物レンズ１４へ導き、光ディスク１１の情報記録面上に再び収束させるリレーレンズ、８はコリメートレンズ（第１の凸レンズ）である。１２は光軸を折り曲げる立ち上げミラー。９は基材厚みｔ１が約０．１ｍｍ（以下、０．０６ｍｍ〜０．１１ｍｍの基材厚を約０．１ｍｍと呼ぶ）あるいはより薄い基材厚みで、波長λ１の光ビームによって記録・再生をされる第３世代の光ディスクである。１０は基材厚みｔ２が約０．６ｍｍ（０．５４ｍｍ〜０．６５ｍｍの基材厚を以下、約０．６ｍｍと呼ぶ）で、波長λ２の光ビームによって記録・再生をされるＤＶＤ等第２世代の光ディスクである。１１は基材厚みｔ３が約１．２ｍｍで、波長λ３の光ビームによって記録・再生をされるＣＤ等第１世代の光ディスクである。光ディスク９、１０および１１は、光の入射面から記録面までの基材のみを図示している。実際には、機械的強度を補強し、外形厚みを１．２ｍｍにするため、保護板と張り合わせを行う。例えば、光ディスク１０は、厚み０．６ｍｍの保護材と張り合わせる。光ディスク９は厚み１．１ｍｍの保護材と張り合わせる。本発明の図面では、簡単のため、保護材は省略する。
【００５５】
レーザー光源１、２０は、好ましくは半導体レーザー光源とすることにより光ヘッド装置、及びこれを用いた光情報装置を小型、軽量、低消費電力にすることができる。
【００５６】
最も記録密度の高い光ディスク９の記録再生を行う際には、レーザー光源１から出射した波長λ１の青色光ビーム６１がビームスプリッター４によって反射され、１／４波長板５によって円偏光になる。１／４波長板５は波長λ１、波長λ２の両方に対して、１／４波長板として作用するように設計する。コリメートレンズ８によって略平行光にされ、さらに立ち上げミラー１２によって光軸を折り曲げられ、ホログラム（回折型の光学素子）１３と対物レンズ１４によって光ディスク９の厚さ約０．１ｍｍの基材を通して情報記録面９１（図２参照）に集光される。
【００５７】
情報記録面９１で反射した青色光ビーム６１は、もとの光路を逆にたどって（復路）、１／４波長板５によって初期とは直角方向の直線偏光になり、ビームスプリッター４をほぼ全透過し、ビームスプリッター１６で全反射され、検出ホログラム３１によって回折され、光検出器３３に入射する。光検出器３３の出力を演算することによって、焦点制御およびトラッキング制御に用いるサーボ信号及び情報信号を得る。なお、図示しないが、さらに検出レンズを光検出器３３の前に配置して、サーボ信号特性を好ましいものにすることも可能である。
【００５８】
上記のようにビームスプリッター４は、波長λ１の光ビームに関しては、１方向の直線偏光を全反射し、それと直角方向の直線偏光を全透過する偏光分離膜である。かつ、後で述べるように、波長λ２の光ビームに関しては赤色レーザー２０から出射する赤色光ビーム６２を全透過する。このようにビームスプリッター４は偏光特性と共に波長選択性を持った光路分岐素子である。
【００５９】
次に、光ディスク１０の記録あるいは再生を行う際には、赤色レーザー２０から出射した略直線偏光で波長λ２の光ビーム６２がビームスプリッター１６とビームスプリッター４とを透過し、コリメートレンズ８によって略平行光にされ、さらに立ち上げミラー１２によって光軸を折り曲げられ、ホログラム１３と対物レンズ１４とによって光ディスク１０の厚さ約０．６ｍｍの基材を通して情報記録面１０１（図２参照）に集光される。
【００６０】
情報記録面１０１で反射した光ビーム６２はもとの光路を逆にたどって（復路）、ビームスプリッター４をほぼ全透過し、ビームスプリッター１６で全反射され、検出ホログラム３１によって回折され、光検出器３３に入射する。光検出器３３の出力を演算することによって、焦点制御およびトラッキング制御に用いるサーボ信号及び情報信号を得る。このように共通の光検出器３３から、光ディスク９と１０とのサーボ信号を得るためには、青色レーザー１と赤色レーザー２０との発光点を、対物レンズ１４側の共通の位置に対して結像関係にあるように配置する。こうすることにより、検出器の数も配線数も減らすことができる。
【００６１】
ビームスプリッター１６は波長λ２に対して、１方向の直線偏光を全透過し、それと直角方向の直線偏光を全反射する偏光分離膜である。かつ、波長λ１の光ビームに関しては青色光ビーム６１を全反射する。このようにビームスプリッター１６も偏光特性と共に波長選択性を持った光路分岐素子であることが望ましい。
【００６２】
ここで、図２と図３（ａ）、図３（ｂ）と図４（ａ）〜図４（ｃ）とを用いてホログラム１３と対物レンズ１４との変形例であるホログラム１３４および対物レンズ１４４の働きと構成を説明する。
【００６３】
図２において１３４はホログラムである。ホログラム１３４は、波長λ１の青色光ビーム６１を回折して、凸レンズ作用を及ぼし、波長λ２の光に対しては後に説明するように回折して青色光ビームに対する凸レンズ作用よりも弱い凸レンズ作用を及ぼす。ここでは、凸レンズ作用を及ぼす最も低次の回折を＋１次回折と定義する。本実施の形態では、青色光ビームに対しては、＋２次の回折が最も強く作用するように設計する。すると、赤色光ビームに対しては＋１次回折が最も強く作用する。すると、赤色光ビームの方が青色光ビームよりも波長が長いにもかかわらず、ホログラム１３４上の各点における回折角度は赤色光ビームの方が青色光ビームよりも小さくなる。すなわち、ホログラム１３４が、波長λ１の青色光ビーム６１を回折するときの凸レンズ作用の方が、波長λ２の光に対して及ぼす凸レンズ作用よりも強くなる。言い換えると、赤色光ビームはホログラム１３４によって凸レンズ作用を受けるものの、青色光ビームの受ける作用を基準にすると、相対的には回折によって、凹レンズ作用を受ける。
【００６４】
波長λ１の青色光ビームがホログラム１３４によって＋２次回折されて凸レンズ作用を受けた後に、さらに収束されて光ディスク９の基材厚ｔ１を通して記録面９１上へ集光するように対物レンズ１４４は設計される。
【００６５】
次に、赤色光ビーム６２を用いて光ディスク１０の記録・再生を行う際のホログラム１３４の働きを詳細に説明する。ホログラム１３４は波長λ２の光（点線：赤色光ビーム６２）を＋１次回折して、凸レンズ作用を及ぼす。そして、対物レンズ１４４によって光ディスク１０の厚さ約０．６ｍｍの基材を通して赤色光ビーム６２を情報記録面１０１に集光する。ここで、ディスク１０はその光入射面から情報記録面１０１までの基材厚が０．６ｍｍと、厚くなっているので、基材厚０．１ｍｍの光ディスク９を記録再生する場合の焦点位置よりも焦点位置を対物レンズ１４４から離す必要がある。図２に示すように波面変換によって、青色光ビーム６１を収束光にし、赤色光ビーム６２の収束度を青色光ビーム６１の収束度よりも緩くすることにより、この焦点位置の補正と基材厚差による球面収差の補正とを実現する。
【００６６】
波長λ１の青色光ビーム６１と波長λ２の赤色光ビーム６２とは、いずれもホログラム１３４によって波面を変換される。従って、ホログラム１３４と対物レンズ１４４との間の相対位置に誤差があると、設計どおりの波面が対物レンズ１４４に入射しないので、光ディスク９や、光ディスク１０へ入射する波面に収差が生じ、集光特性が劣化する。そこで、望ましくは、ホログラム１３４と対物レンズ１４４とを一体に固定し、焦点制御およびトラッキング制御に際しては、共通の駆動器１５（図１）によって一体に駆動する。
【００６７】
なお、望ましくは、ホログラム１３４を対物レンズ１４４の表面に直接形成することにより、部品点数を削減することができる。
【００６８】
図３（ａ）および図３（ｂ）はホログラム１３４を示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図２と同様の断面図である。ホログラム１３４は、内外周境界１３４Ａの内側（内周部１３４Ｃ）と外側（内外周境界１３４Ａと有効範囲１３４Ｄとの間の外周部１３４Ｂ）とが、互いに異なるものである。内周部１３４Ｃは、ホログラム１３４と光軸との交点、すなわち中心を含む領域である。この内周部１３４Ｃの領域は、赤色光ビーム６２を用いて光ディスク１０の記録・再生を行う際も、青色光ビーム６１を用いて光ディスク９の記録・再生を行う際も使用する。従って、内周部１３４Ｃの回折格子と、ここから回折される赤色光ビーム６２が通過する対物レンズ１４４の部分とは、青色光ビーム６１の＋２次回折光が光ディスク９に集光され、赤色光ビーム６２の＋１次回折光が光ディスク１０に集光されるように設計する。外周部１３４Ｂについては、光ディスク９を青色光ビーム６１によって記録・再生するときの開口数ＮＡｂが、光ディスク１０を赤色光ビーム６２によって記録・再生するときの開口数ＮＡｒよりも大きい（ＮＡｂ＞ＮＡｒ）必要がある。このため、赤色光ビーム６２と青色光ビーム６１とをそれぞれ対応する光ディスク９と１０とに対して集光する内周部１３４Ｃの周囲に、青色光ビーム６１の＋２次回折光のみを光ディスク９に対して集光する。そして、赤色光ビーム６２の＋１次回折光は光ディスク１０に対して収差を持つように外周部１３４Ｂおよび、これに対応する対物レンズ１４４の外周部を設ける必要がある。すなわち、図示しないが、対物レンズ１４４もホログラム１３４と同様に、内外周によって、異なる設計をすることが望ましい。これによって、最適なＮＡすなわち、ＮＡｂ＞ＮＡｒを実現できる。
【００６９】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、ホログラム１３４のホログラム格子の一周期（ｐ４）の間の断面を説明する図である。図４（ａ）は、物理的な形状を示している。このようなのこぎりの歯のような形状を鋸歯状と呼ぶ。また、斜面の方向を表すため、図４（ａ）の形状を、基材が左側に斜面を持つ形状と表現する。この呼び方に従い、図３（ｂ）のホログラム１３４の断面形状を、基材が外周側に斜面を持つ鋸歯形状と表現する。図４（ｂ）は、青色光に対する位相変調量を示している。図４（ｃ）は、赤色光に対する位相変調量を示している。
【００７０】
図４（ａ）において縦方向は鋸歯状格子の深さを示している。ｎｂは、青色光ビーム６１に対するホログラム１３４の材料の屈折率である。ホログラム１３４の材料を、例えば、ガラス硝材の一種であるＢＫ７とすると、ｎｂ＝１．５３０２である。
【００７１】
鋸歯状格子の深さは、青色光ビーム６１に対して光路長差が約２波長、すなわち位相差が約４πになる量にする。深さｈ１は、
ｈ１＝λ１／（ｎｂ−１）×２＝１．５３μｍとなる。
【００７２】
この形状による青色光ビーム６１に対する位相変調量は格子一周期の中で４π（＝２π×２）変化するため、＋２次回折光強度が最大となり、スカラー計算上は１００％の回折効率となる。
【００７３】
一方赤色光ビーム６２に対するホログラム１３４の材料の屈折率をｎｒとすると、ホログラム１３４の材料がＢＫ７の場合は、ｎｒ＝１．５１４２なので、段差ｈ１によって赤色光ビーム６２に発生する光路長差は、ｈ１×（ｎｒ−１）／λ１＝１．１９、すなわち、波長の約１．２倍となり、位相変調量は約２．４πとなる。従って＋１次回折光強度が最も強くなり計算上の回折効率は約８０％となる。
【００７４】
このように、図４（ａ）のように、格子一周期の形状を、深さｈ１の鋸歯状の断面形状にすると、青色光ビーム６１は、先に説明したように＋２次回折が最も強いので、回折角度を決める格子周期は、実質ｐ４／２であり、位相変化は図４（ｂ）と同等となる。そして、赤色光ビーム６２に対しては、＋１次回折が最も強いので、回折角度を決める格子周期は、実質ｐ４である。
【００７５】
さらに、基材厚１．２ｍｍで対応波長λ３（標準的には約７９０ｎｍ）の光ディスク（ＣＤ）を記録、あるいは再生するための光学構成を図１を用いて説明する。赤外光ユニット２３から出射した赤外光ビーム２５を凸型のリレーレンズ２４によって、一旦、略収束させる。そして、再び広がる赤外光ビーム２５をホログラム１３と対物レンズ１４とによって光ディスク１１の情報記録面上に再度収束させる。
【００７６】
光ディスク１１の基材厚は約１．２ｍｍあり、光ディスク９の基材厚０．１ｍｍに比べて、１．１ｍｍも厚いので、それだけ収束させるべき焦点を対物レンズ１４からより遠くにすることが必要である。上述のように、一旦赤外光ビーム２５をリレーレンズ２４によって略収束させてから、再び広がる光を対物レンズ１４に入射させることによって、光ディスク１１の記録面上に収束させるべき焦点をレンズからより遠くにすることができる。
【００７７】
なお、ダイクロイックミラー２６は、赤色光ビーム６２と青色光ビーム６１との光路と、赤外光ビーム２５の光路とを合成および分岐するために挿入してある。ダイクロイックミラー２６には、赤色光ビーム６２と青色光ビーム６１とは透過し、赤外光ビーム２５は反射するミラーを用いる。誘電体薄膜をガラス上に形成することなどによってダイクロイックミラー２６を実現する。ダイクロイックミラー２６を挿入する位置は、青色光ビーム６１および赤色光ビーム６２がほぼ平行光となっている位置が望ましい。さらにダイクロイックミラー２６の形状を平行平板にすることによって、青色光ビーム６１および赤色光ビーム６２に対して、収差が発生しないようにすることができる。ただし、コリメートレンズ８を後述するように光軸方向に沿って動かすと、青色光ビーム６１および赤色光ビーム６２は非平行になる。このときはダイクロイックミラー２６によって、非点収差が発生するが、ダイクロイックミラー２６の厚みを１ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下に薄くすることによって、上記非点収差を無視できるほど（５ｍλｒｍｓ以下）に小さくすることが可能である。
【００７８】
立ち上げミラー１２は、光路を紙面の垂直方向に折り曲げるためのものであるが、説明を判りやすくするため、図１では図１の上方に折り曲げるように描いている。実際には９０°方向を変えて配置し、光軸を紙面の垂直方向に折り曲げる、対物レンズ１４も光軸が紙面の垂直方向になるように配置することは言うまでもない。
【００７９】
レンズの作用をわかりやすくするため、ミラーを省略したものが、図５である。対物レンズ１４とリレーレンズ２４との光ビームが通る部分は回転対称形である。その対称軸をそれぞれのレンズの光軸と定義する。図５において、リレーレンズ２４の光軸と対物レンズ１４の光軸とが一致したときを標準状態として、リレーレンズ２４を形成する。このとき、赤外光ビームが光ディスク１１上に形成する集光スポットのＮＡが０．４５〜０．５５になるリレーレンズ２４の領域を最小有効径と呼ぶ。また、最小有効径の外側を外周部と呼ぶ。リレーレンズ２４の外周部は、収束点２６に対して球面収差を発生するように形成する。
【００８０】
基材厚が１．２ｍｍであって対応波長λ３（標準的には約７９０ｎｍ）の光ディスク（ＣＤ）を記録あるいは再生するために、赤外光ビーム２５を上述の様に一旦収束させ、再び拡散光にして対物レンズ１４に入射させている。このため対物レンズ１４がトラック追従などのために移動すると、軸外光となり、収差（軸外収差）が発生する。レンズがシフトする時には、リレーレンズ２４の外周部分を通過した光が対物レンズ１４に入射するので、このリレーレンズ２４の外周部分に付加した球面収差によって、軸外収差を相殺することにより、良好な集光特性を保つことができるという効果を得ることができる。
【００８１】
なお、ＣＤを記録・再生する時のトラッキングエラー信号検出方式としては３ビーム法および差動プッシュプル法（ＤＰＰ）法がよく用いられる。これらのサーボ信号を検出するためには赤外光ユニット２３のホログラムに３ビーム発生用の回折格子を形成するなどして、発生した回折光が光ディスク１１の記録面上で反射して戻った光を赤外光ユニット２３内の光検出器で受光する。ここで、３ビーム発生用の回折格子から回折光が発生する際に、光軸は曲がるので、対物レンズ１４において軸外収差が発生する。そこで、リレーレンズ２４と赤外光ビームの発光点との間の距離ｆ１よりも、リレーレンズ２４と赤外光ビームの発光点とは反対側の収束点２６との間の距離ｆ２を短くする。これにより、回折されなかった光の収束点２６と、回折光の収束位置との間の差を小さくすることができ、回折光が対物レンズ１４に入射する角度を小さくできる。これによって、回折光の軸外収差を低減できるという効果を得ることができる。
【００８２】
本実施の形態で示した、青色光ビーム６１に対して波長の２倍の光路長差を生み＋２次回折を起こす深さの鋸歯状の断面形状を持つホログラムを利用して、赤色光ビーム６２の＋１次回折光によって異種ディスクの互換を実現する概念については、先に挙げたいずれの従来例にも開示されていない。また、青色光ビーム６１に対して波長の２倍の光路長差を生み＋２次回折を起こす深さの鋸歯状の断面形状を持つホログラムは、赤外光ビーム２５に対しては波長の１倍の光路長差を生み、＋１次回折光が効率良く回折され、光の損失は少ないことも効果の１つである。
【００８３】
なお、リレーレンズ２４を用いて赤外光ビーム２５によるＣＤの記録・再生と、青色光ビーム６１によって基材厚０．１ｍｍの高密度光ディスクの記録・再生とを行う構成は、それだけでも使用可能である。赤色光ビーム６２によるＤＶＤ再生・記録を必要としない場合には、ホログラム１３を省略するか、色収差補正用として最適設計することも可能である。色収差補正用のホログラム１３は、青色光ビーム６１に対して２次回折光を回折する設計にすることにより、赤外光ビーム２５も＋１次回折光に光量を集中し、光の利用効率を高めることもできる。
【００８４】
本実施の形態では、上記の新規な構成により、青色光ビームと赤色光ビームとのいずれに対してもホログラム１３４が凸レンズ作用をもつ。ホログラム１３４の回折作用は、色分散の方向が、屈折作用の方向とは逆方向であるので、屈折型の凸レンズである対物レンズ１４４と組み合わせたときに数ｎｍ以内の波長変化に対する色収差とりわけ焦点距離の波長依存性を相殺し低減できるという効果がある。
【００８５】
従って、ホログラム１３４だけで、異種ディスクの互換と色収差補正と焦点位置補正とという、３つの課題を一挙に解決することができるという顕著な効果を有する。
【００８６】
さらに、赤色光ビーム６２および青色光ビーム６１による光ディスクの記録・再生に対して収差の劣化などの悪影響を及ぼすことなく、赤外光ビーム２５によるＣＤの記録・再生を実現可能であるという顕著な効果を有する。
【００８７】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、下記に付加的に有効な構成例を示す。下記は、本願の実施の形態のすべてにおいて有効である。ただし、本実施の形態の重要な点は、光ディスク９と光ディスク１１との間の互換再生・記録を実現するためのリレーレンズ２４を用いる点と、光ディスク９と光ディスク１０との間の互換再生・記録を実現するためのホログラム１３（本実施例では１３４）を用いる点と、これに組み合わせて対物レンズ１４（１４４）を用いる点とにあり、それ以外に説明する構成は下記を含め、すでに説明した構成でも、ビームスプリッターおよび検出ホログラムは必須の物ではなく、好ましい構成としてそれぞれ効果を有するものの、それ以外の構成も適宜使用可能である。
【００８８】
図１において、３ビーム格子（回折素子）３をさらに青色レーザー１からビームスプリッター４までの間に配置することにより光ディスク９のトラッキングエラー信号をよく知られたディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）法によって検出することも可能である。
【００８９】
図５（ｂ）および図５（ｃ）は、実施の形態１に係る光ヘッド装置に設けられる位相板３５の構成を説明する平面図および断面図である。図１に示すホログラム１３と立ち上げミラー１２との間に位相板３５を設けてもよい。
【００９０】
板状形状をした位相板３５の上には、段差ｈａの位相段差３５Ａが形成されている。位相段差３５Ａを構成する基材の波長λ１（例えば４０５ｎｍ）に対する屈折率をｎｂとすると、段差ｈａは下記の（式１）によって表される。
【００９１】
ｈａ＝５×λ１／（ｎｂ−１）  …（式１）、
（式１）に示すように、１段の段差ｈａが波長λ１の光に対して波長λ１の５倍の光路長の差を生じさせる。言い換えると、１０πラジアンの位相差を生じさせるように段差ｈａを設定する。
【００９２】
例えば位相段差３５Ａを構成する基材がＢＫ７と呼ばれる種類のガラスであれば、波長λ１＝４０５ｎｍのとき、屈折率ｎｂ＝１．５３０２であり、（式１）より、
ｈａ＝３８１９ｎｍ  …（式２）、
となる。
【００９３】
このような段差ｈａの位相段差３５Ａが形成された位相板３５に、例えば波長λ２＝６５５ｎｍの赤色光ビームが入射すると、波長λ２＝６５５ｎｍに対するＢＫ７の屈折率ｎｒは１．５１４４であるので、生じる光路長の差Ｌは、
Ｌ＝ｈａ×（ｎｒ−１）≒３×λ２  …（式３）、
である。
【００９４】
即ち、青色光ビームに対して波長の５倍の光路長の差を生じる段差は、赤色光ビームに対しては波長の３倍の光路長の差を生じる。このような波長の整数倍の光路長の差が生じる位相変化量は、２πラジアンの整数倍（λ１＝４０５ｎｍに対して１０πラジアン、λ２＝６５５ｎｍに対しては６πラジアン）であるので、実質的には位相差を生じない。従って、λ１およびλ２の基準波長に対しては波面の変化を生じさせない。
【００９５】
しかしながら、赤外波長λ３（７７０ｎｍ＜λ３＜８３０ｎｍ）の光を位相段差３５Ａへ入射させると、段差ｈａは赤外光ビームに対して波長の約２．５倍の光路差を生じさせる。従って、この２．５倍の小数点以下の部分、即ち波長の約０．５倍の光路差によって約πの位相差を生じさせることができる。この位相差を利用して、赤外光ビームの波面を変換し、基材厚さによる球面収差を補正することができ、焦点距離を延長する機能を付加することができる。これによって、対物レンズと光ディスクとの間の距離を伸ばすことができる。さらに、発散角度を小さくするようにリレーレンズを設計することができるので、リレーレンズを容易に製作することができる。
【００９６】
また、光軸に対して垂直な２方向をｘ方向とｙ方向と定義したときに、例えばｘ方向のみを拡大するビーム整形素子２を青色レーザー１からビームスプリッター４までの間にさらに配置することにより、青色光ビーム６１の遠視野像を光軸を中心に点対称系に近い強度分布に近づけることができる。このため、光の利用効率の向上を図ることができる。ビーム整形素子２は、両面シリンドリカルレンズなどを用いることによって構成可能である。
【００９７】
３ビーム格子（回折素子）２２を赤色レーザー２０からビームスプリッター１６までの間にさらに配置することにより、光ディスク１０のトラッキングエラー信号をよく知られたディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）法によって検出することも可能である。
【００９８】
また、コリメートレンズ８を光軸方向（図１の左右方向）に沿って動かすことにより光ビームの平行度を変化させることも有効である。基材の厚さの誤差と、光ディスク９が２層ディスクの場合に層間厚さに起因する基材厚さとのいずれかがあると、球面収差が発生するが、このようにコリメートレンズ８を光軸方向に沿って動かすことによってその球面収差を補正することができる。
【００９９】
このようにコリメートレンズ８を動かすことによる球面収差の補正は、光ディスクに対する集光光のＮＡが０．８５の場合に数１００ｍλ程度可能であり、±３０μｍの基材厚さを補正することもできる。しかし、基材厚０．１ｍｍに対応した対物レンズ１４を用いて、ＤＶＤの記録・再生を行う際には基材厚差を０．５ｍｍ以上補償する必要があるので、コリメートレンズ８の移動だけでは球面収差補正能力が不足である。このため、ホログラム１３（一例として１３４）による波面変換が必要である。ただし、赤色光ビーム６２を用いて光ディスク１０の記録・再生を行う場合に、コリメートレンズ８を図１の左側、すなわち赤色レーザー２０へ近い側に向かって移動しておくことによって、対物レンズ１４へ向かう赤色光ビーム６２を発散光にし、光ディスク１０に対する集光スポットをより対物レンズ１４から離すと共に、基材厚さによる収差の一部を補正し、ホログラム１３に求められる収差補正量を低減してホログラムピッチを広くして、ホログラム１３の作成を容易にすることもできる。
【０１００】
さらに、ビームスプリッター４を、青色レーザー１から出射する直線偏光の光を一部（例えば１０％程度）透過するようにして、透過した光ビームをさらに集光レンズ６によって光検出器７へ導くと、光検出器７から得られる信号を用いて青色レーザー１の発光光量変化をモニターしたり、さらに、その光量変化をフィードバックして、青色レーザー１の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【０１０１】
さらに、ビームスプリッター４を、赤色レーザー２０から出射する直線偏光の光の一部（例えば１０％程度）を反射するようにして、反射した光ビームをさらに集光レンズ６によって光検出器７へ導くと、光検出器７から得られる信号を用いて赤色レーザー２０の発光光量変化をモニターしたり、さらに、その光量変化をフィードバックして、赤色レーザー２０の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【０１０２】
以上に述べたことから明らかなように実施の形態１では、赤外光をリレーレンズによって略収束させてから、再び広がる光を対物レンズに入射させることによって、基材厚１．２ｍｍの光ディスクの記録面上に収束させるべき焦点をレンズからより遠くにすることができる。また、基材厚の差に起因する球面収差を補正することもできる。さらに、赤色光と青色光の光路と、赤外光の光路を合成や分岐するために挿入するダイクロイックミラーを挿入する位置は青色光や赤色光がほぼ平行光となっている位置が望ましい。さらに形状を平行平板にすることによって、青色光、赤色光に対して、収差が発生しないようにすることができる。ただし、コリメートレンズを光軸方向に動かすと、青色光、赤色光は非平行になる。このときはダイクロイックミラーによって、非点収差が発生するが、ダイクロイックミラーの厚みを１ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下に薄くすることによって、上記非点収差を無視できるほど小さくすることが可能である。
【０１０３】
さらに、ホログラムは、波長λ１の青色光ビームを回折して、凸レンズ作用を及ぼし、波長λ２の光に対しては回折して青色光ビームよりも弱い凸レンズ作用を及ぼす。凸レンズ作用を及ぼす最も低次の回折を＋１次回折と定義すると、青色光ビームに対しては、＋２次の回折が最も強く起こり、赤色光ビームは＋１次回折が最も強く起こる。
【０１０４】
赤色光ビームの方が青色光ビームよりも波長が長いにもかかわらず、回折角度は小さくなり、青色光ビームを回折するときの凸レンズ作用の方が、波長λ２の光に対して及ぼす凸レンズ作用よりも強くなる。言い換えると、赤色光ビームはホログラムによって凸レンズ作用を受けるものの、青色光ビームの受ける作用を基準にすると、相対的には回折によって、凹レンズ作用を受ける。このような波面変換によって、青色光ビームを収束光にし、赤色光ビーム６２の収束度を青色光ビームの収束度よりも緩くすることにより、焦点位置補正と基材厚差による球面収差の補正を実現できるという効果がある。
【０１０５】
ホログラムは鋸歯状格子とし、鋸歯状格子の深さは、青色光ビームに対して光路長差が約２波長、すなわち位相差が約４πになる量にする。この形状による青色光に対する位相変調量は格子一周期の中で４π（＝２πｘ２）変化するため、＋２次回折光強度が最大となり、スカラー計算上は１００％の回折効率となる。一方赤色光ビームに発生する光路長差は、波長の約１．２倍となり、＋１次回折光強度が最も強くなり計算上の回折効率は約８０％となる。
【０１０６】
青色光ビームの＋２次回折光と、赤色光ビームの＋１次回折光によって異種ディスクの互換を実現する新規な構成により、青色光ビーム、赤色光ビームいずれに対してもホログラムが凸レンズ作用をもち、回折作用は、色分散が、屈折作用とは逆方向であるので、屈折型の凸レンズである対物レンズと組み合わせたときに数ｎｍ以内の波長変化に対する色収差とりわけ焦点距離の波長依存性を相殺し低減できるという効果がある。
【０１０７】
従って、ホログラム１枚だけで、異種ディスクの互換と色収差補正、焦点位置補正という、３つの課題を一挙に解決することができるという顕著な効果を有する。
【０１０８】
また、高いＮＡのレンズは製作の難易度が高いが、ホログラムが凸レンズ作用を受け持つことにより組み合わせる屈折型の対物レンズの製作難易度を緩和できるという効果もある。
【０１０９】
本願では上記の効果に加えて、下記の付加的な望ましい構成も開示した。
【０１１０】
望ましくは、ホログラムと対物レンズを支持体によって一体に固定するか、あるいはホログラムを対物レンズ表面に直接形成することにより、焦点制御やトラッキング制御に際しては、共通の駆動手段によって一体に駆動を行い、ホログラムと対物レンズの相対位置のずれによる収差増大を防ぐことができる。
【０１１１】
さらに、３ビーム格子（回折素子）をさらに青色レーザーからビームスプリッターまでの間に配置することにより光ディスクのトラッキングエラー信号をよく知られたディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）法によって検出することも可能である。
【０１１２】
また、３ビーム格子（回折素子）を赤色レーザーからビームスプリッターまでの間に配置することによりＤＶＤ等の光ディスクのトラッキングエラー信号をよく知られたディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）法によって検出することも可能である。
【０１１３】
また、コリメートレンズを光軸方向へ動かすことにより光ビームの平行度を変化させることも有効である。基材の厚さ誤差や、光ディスクが２層ディスクの場合に層間厚さに起因する基材厚さがあると球面収差が発生するが、このようにコリメートレンズを光軸方向に動かすことによってその球面収差を補正することができる。
【０１１４】
対物レンズへ向かう赤色光ビームを発散光にし、ＤＶＤなどの光ディスクに対する集光スポットをより対物レンズから離すと共に、基材厚さによる収差の一部を補正し、ホログラムに求められる収差補正量を低減してホログラムピッチを広くし、ホログラムの作成を容易にすることもできる。
【０１１５】
さらに、青色レーザーから出射する直線偏光の光を一部（例えば１０％程度）透過するようにビームスプリッターを構成して、透過した光ビームをさらに集光レンズによって光検出器７へ導くと、光検出器７から得られる信号を用いて青色レーザーの発光光量の変化をモニターしたり、さらに、その光量変化をフィードバックして、青色レーザーの発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【０１１６】
（実施の形態２）
さらに、本発明の光ヘッド装置を用いた光情報装置６７の実施例を図６に示す。図６において光ディスク９（あるいは１０または１１、以下同じ）は、ターンテーブル８２に乗せられ、モーター６４によって回転される。前述した実施の形態１に示した光ヘッド装置５５は、光ディスク９において所望の情報が存在するトラックの上まで、光ヘッド装置の駆動装置５１によって粗動される。
【０１１７】
光ヘッド装置５５は、また、光ディスク９との位置関係に対応して、フォーカスエラー（焦点誤差）信号およびトラッキングエラー信号を電気回路５３へ送る。電気回路５３はこの信号に対応して、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。この信号によって、光ヘッド装置５５は、光ディスク９に対してフォーカス制御とトラッキング制御とを行い、光ヘッド装置５５によって、情報の読み出し、または書き込み（記録）や消去を行う。
【０１１８】
実施の形態２に係る光情報装置６７は、光ヘッド装置５５として、実施の形態１で上述した光ヘッド装置を用いるので、単一の光ヘッド装置によって、記録密度が互いに異なる複数種類の光ディスクに対応することができるという効果を有する。
【０１１９】
（実施の形態３）
実施の形態２で前述した光情報装置６７を具備した実施の形態３に係るコンピューター１００を示す。
【０１２０】
上述した実施の形態２に係る光情報装置６７を具備した、あるいは、上述の記録・再生方法を採用したコンピューター、光ディスクプレーヤー、および光ディスクレコーダーは、互いに異なる種類の光ディスクを安定に記録あるいは再生できるので、広い用途に使用できるという効果を有するものとなる。
【０１２１】
図７において、前述した実施の形態２に係る光情報装置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、および光情報装置６７から読み出し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６４と、演算装置６４によって演算された結果などの情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置８１を備えたコンピューター１００を構成する。
【０１２２】
（実施の形態４）
実施の形態２に記した光情報装置６７を具備した光ディスクプレーヤー１２１の実施の形態を図８を用いて示す。
【０１２３】
図８において、実施の形態２で前述した光情報装置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（例えばデコーダー６６）とを有する光ディスクプレーヤー１２１を構成する。また、本構成はカーナビゲーションシステムとしても利用できる。また、液晶モニターなどの表示装置１２０を加えた形態も可能である。
【０１２４】
（実施の形態５）
実施の形態２で前述した光情報装置６７を具備した、光ディスクレコーダー１１０の実施の形態を下記に示す。
【０１２５】
図９を用いて実施の形態５を説明する。図９において実施の形態２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（例えばエンコーダー６８）とを有する光ディスクレコーダー１１０を構成する。望ましくは、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（デコーダー６６）も有することにより、既に記録した部分を再生することも可能となる。情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置８１を備えてもよい。
【０１２６】
（実施の形態６）
図１０を用いて実施の形態６を説明する。図１０において光情報装置６７は実施の形態２で前述した光情報装置である。また、入出力端子６９は光情報装置６７に記録する情報を取り込んだり、光情報装置６７によって読み出した情報を外部に出力する有線または無線の入出力端子である。これによって、ネットワーク、すなわち、複数の機器、例えば、コンピューター、電話、テレビチューナー、などと情報をやりとりし、これら複数の機器から共有の情報サーバー（光ディスクサーバー）、として利用することが可能となる。異なる種類の光ディスクを安定に記録あるいは再生できるので、広い用途に使用できる効果を有するものとなる。情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置８１を備えてもよい。
【０１２７】
複数種類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をさらに具備することにより、多くの情報を記録・蓄積できる効果を得ることができる。
【０１２８】
なお、上述の実施の形態３〜６において図７〜図１０には出力装置８１や液晶モニター１２０を示したが、出力端子を備えて、出力装置８１や液晶モニター１２０は持たず、別売りとする商品形態があり得ることはいうまでもない。また、図８と図９には入力装置は図示していないが、キーボードやタッチパネル、マウス、リモートコントロール装置など入力装置も具備した商品形態も可能である。逆に、上述の実施の形態５〜６において、入力装置は別売りとして、入力端子のみを持った形態も可能である。
【０１２９】
前述した実施の形態２では、光ヘッド装置として、実施の形態１で上述した光ヘッド装置を用いるので、単一の光ヘッド装置によって、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という効果を有する。
【０１３０】
さらに、実施の形態３〜６では、上述の実施の形態２の光情報装置を具備した、あるいは、上述の記録・再生方法を採用したコンピューターや、光ディスクプレーヤー、光ディスクレコーダー、光ディスクサーバー、カーナビゲーションシステムは、異なる種類の光ディスクを安定に記録あるいは再生できるので、広い用途に使用できるという効果を有するものとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、本発明は、例えば光ディスクなどの光情報媒体上に記憶される情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置及び光情報装置（光情報装置）および、光情報装置における記録再生方法、そして、これらを応用したシステムに関するもの、そしてまた、前記光ヘッド装置に用いる対物レンズや回折素子、および、対物レンズと回折素子の複合した複合対物レンズに関するものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る要部概略断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る要部概略平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る要部概略断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は実施の形態１に係る位相変化の説明図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態１に係る要部を説明する概略断面図である。
【図５Ｂ】実施の形態１に係る位相段差の構成を示す平面図である。
【図５Ｃ】実施の形態１に係る位相段差の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る光情報装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るコンピューターの構成を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る光ディスクプレーヤおよびカーナビゲーションシステムの構成を示す概略斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る光ディスクレコーダーの構成を示す概略斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係る光ディスクサーバーの構成を示す概略斜視図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は従来の光ヘッド装置の要部の構成を示す概略断面図である。
【図１２】従来の他の光ヘッド装置の概略断面図である。
【図１３】（ａ）は従来のさらに他の光ヘッド装置の要部の構成を示す概略平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１４】従来のさらに他の光ヘッド装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１，２０  レーザー光源
２  ビーム整形素子
３，２２  ３ビーム格子
４，１６    ビームスプリッター
５  １／４波長板
６  集光レンズ
７  光検出器
８  コリメートレンズ
９，１０  光ディスク
１３  ホログラム
１４  対物レンズ
１５  駆動手段
２４  リレーレンズ
３３  光検出器
５１  光ヘッド装置の駆動装置
５３  電気回路
５５  光ヘッド装置
６１  出力装置
６４  演算装置
６５  入力装置
６６  デコーダー
６７  光情報装置
６８  エンコーダー
６９  入出力端子
７７  光ディスクプレーヤー（またはカーナビゲーションシステム）
１００  コンピューター
１１０  光ディスクレコーダー
１３０  光ディスクサーバー
【図１】
2004281034.tif 000003
【図２】
2004281034.tif 000004
【図３】
2004281034.tif 000005
【図４】
2004281034.tif 000006
【図５Ａ】
2004281034.tif 000007
【図５Ｂ】
2004281034.tif 000008
【図５Ｃ】
2004281034.tif 000009
【図６】
2004281034.tif 000010
【図７】
2004281034.tif 000011
【図８】
2004281034.tif 000012
【図９】
2004281034.tif 000013
【図１０】
2004281034.tif 000014
【図１１】
2004281034.tif 000015
【図１２】
2004281034.tif 000016
【図１３】
2004281034.tif 000017
【図１４】
2004281034.tif 000018