(57)【要約】【課題】ホログラムと対物レンズから成る複合対物レンズにより、青色光ビームに対応した基材厚約０．１ｍｍのＢＤと、赤色光ビームに対応した基材厚約０．６ｍｍのＤＶＤとの安定かつ高精度な互換再生記録を可能にする。【解決手段】ホログラム１３１の内周部にのみ、外周側から光軸側に向かって、青色光ビームに対して約１波長の光路差を与える単位段差の０倍、２倍、１倍、３倍という順番の高さの階段を一周期ｐ１とする断面形状を有する格子が形成される。このホログラムは、青色光ビームを回折せず０次回折光としてそのまま透過させ、また内周部を通る赤色光ビームを＋１次回折光として発散させる。これにより、赤色光ビームの焦点距離は青色光ビームよりも長くなり、作動距離が大きくなる。【選択図】　図３Ｂ
2004071134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、前記ホログラムは、少なくとも一部領域内に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、前記階段状断面形状の段差は単位段差ｄ１の整数倍であり、前記単位段差ｄ１は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して約１波長の光路差を与える段差であり、前記格子の一周期は、前記ホログラムの外周側から光軸側に向かって前記単位段差ｄ１の０倍、２倍、１倍、３倍という順番の高さの階段からなることを特徴とする複合対物レンズ。
【請求項２】
前記格子の階段状断面形状の段差の幅の比が、前記単位段差ｄ１の０倍、２倍、１倍、３倍という順番の高さにそれぞれ対応して、２：３：３：２であることを特徴とする請求項１記載の複合対物レンズ。
【請求項３】
前記格子は、前記ホログラムの内周部にのみ形成されることを特徴とする請求項１記載の複合対物レンズ。
【請求項４】
前記複合対物レンズは、前記第１光ビームの０次回折光を、厚さｔ１の基材を通して集光し、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームの１次回折光を、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の基材を通して集光することを特徴とする請求項１記載の複合対物レンズ。
【請求項５】
ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、前記ホログラムは、少なくとも内周部に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、前記階段状断面形状の段差は単位段差ｄ２の整数倍であり、前記単位段差ｄ２は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して約１．２５波長の光路差を与える段差であり、前記格子の一周期は、前記ホログラムの外周側から光軸側に向かって前記単位段差ｄ２の０倍、１倍、２倍、３倍という順番の高さの階段からなることを特徴とする複合対物レンズ。
【請求項６】
前記格子の階段状断面形状の段差の幅の比が、前記単位段差ｄ２の０倍、１倍、２倍、３倍という順番の高さにそれぞれ対応して、１：１：１：１であることを特徴とする請求項５記載の複合対物レンズ。
【請求項７】
前記ホログラムは、外周部に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、前記外周部に形成された格子の階段状断面形状の段差は、単位段差ｄ３の整数倍であり、前記単位段差ｄ３は、前記第１光ビームに対して約０．２５波長の光路差を与える段差であり、前記外周部に形成された格子の一周期は、前記ホログラムの外周側から光軸側に向かって前記単位段差ｄ３の０倍、１倍、２倍、３倍という順番の高さの階段からなることを特徴とする請求項５記載の複合対物レンズ。
【請求項８】
前記複合対物レンズは、前記第１光ビームの＋１次回折光を、厚さｔ１の基材を通して集光し、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有し前記ホログラムの内周部に形成された格子を通る第２光ビームの−１次回折光を、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の基材を通して集光することを特徴とする請求項５記載の複合対物レンズ。
【請求項９】
ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、前記ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、前記鋸歯状断面形状の深さｈ１は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して約２波長の光路差を与えて＋２次回折光を最も強く発生させる深さであり、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームに対して＋１次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする複合対物レンズ。
【請求項１０】
ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、
前記ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、前記鋸歯状断面形状の深さｈ２は、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームに対して約１波長の光路差を与えて＋１次回折光を最も強く発生させる深さであり、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して＋２次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする複合対物レンズ。
【請求項１１】
ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、
前記ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、前記鋸歯状断面形状の深さｈ４は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して１．７波長より大きく２波長より小さい光路差を与えて＋２次回折光を最も強く発生させる深さであり、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームに対して＋１次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする複合対物レンズ。
【請求項１２】
前記鋸歯状断面形状の深さｈ４は、前記第１光ビームに対して１．９波長の光路差を与える深さであることを特徴とする請求項１１記載の複合対物レンズ。
【請求項１３】
ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、
前記ホログラムは、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対しては＋２次回折光を最も強く発生させ、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームに対しては＋１次回折光を最も強く発生させ、
前記屈折型レンズは、前記ホログラムを介した前記第１光ビームの＋２次回折光を、厚さｔ１の基材を通して集光し、前記ホログラムの内周部を介した前記第２光ビームの＋１次回折光を、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して集光することを特徴とする複合対物レンズ。
【請求項１４】
前記ホログラムは、外周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、前記外周部に形成された格子の鋸歯状断面形状の深さｈ３は、前記第１光ビームに対して約１波長の光路差を与えて＋１次回折光を最も強く発生させる深さであり、前記第２光ビームに対しても＋１次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする請求項９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズ。
【請求項１５】
前記第１光ビームを厚さｔ１の基材を通して集光する場合に、前記ホログラムは、前記波長λ１の変化に対する焦点距離の変化を低減するために、凸レンズとして作用するように構成されることを特徴とする請求項５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズ。
【請求項１６】
前記ホログラムは、光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離すために、前記第１光ビームを厚さ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を通る前記第２光ビームを、厚さｔ２の基材を通して集光する場合よりも、凸レンズとしての作用が大きくなるように、あるいは前記ホログラムの内周部を通る前記第２光ビームを、厚さｔ２の基材を通して集光する場合に、前記第１光ビームを厚さｔ１の基材を通して集光する場合よりも、凸レンズとしての作用が小さくなるように構成されることを特徴とする請求項４、８、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズ。
【請求項１７】
前記ホログラムを構成する格子の断面形状は、前記ホログラムを形成する基材が外周側に斜面を有する鋸歯形状であることを特徴とする請求項９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズ。
【請求項１８】
前記ホログラムと前記屈折型レンズは一体固定されることを特徴とする請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズ。
【請求項１９】
前記屈折型レンズは、集光スポットと反対側の屈折面が非球面であることを特徴とする請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズ。
【請求項２０】
前記ホログラムは、前記屈折型レンズの前記非球面に一体形成されることを特徴とする請求項１９記載の複合対物レンズ。
【請求項２１】
前記ホログラムは、前記屈折型レンズの表面に一体形成されることを特徴とする請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズ。
【請求項２２】
前記第１光ビームが厚さｔ１の基材を通して集光される開口数をＮＡｂ、前記第２光ビームが厚さｔ２の基材を通して集光される開口数をＮＡｒとした場合、ＮＡｂ＞ＮＡｒであることを特徴とする請求項４、８、および１４のいずれか一項記載の複合対物レンズ。
【請求項２３】
３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源と、
６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２レーザー光源と、
前記第１レーザー光源から出射される第１光ビームを受けて、厚さｔ１の基材を通して第１光ディスクの記録面上に集光し、前記第２レーザー光源から出射される第２光ビームを受けて、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズと、
前記第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第１および第２光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備したことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２４】
前記光ヘッド装置は、前記第１および第２レーザー光源からそれぞれ出射された前記第１および第２光ビームを平行光にするコリメートレンズを具備し、
前記第２光ビームを前記第２光ディスクの記録面上に集光する際には、前記コリメートレンズを前記第２レーザー光源側に近づけて、前記第２光ビームを拡散光にして前記複合対物レンズに入射させることにより、前記第２光ディスク側の焦点位置を前記複合対物レンズから離すことを特徴とする請求項２３記載の光ヘッド装置。
【請求項２５】
前記第１および第２レーザー光源は、その発光点が両方とも、前記複合対物レンズの前記第１および第２光ディスク側の焦点位置に対して結像関係にあるように配置され、前記光検出器は、前記第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第１および第２光ビームに対して共通に設けられ、前記第１および第２光ビームを受けてサーボ信号を検出する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】
３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源と、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２レーザー光源と、前記第１レーザー光源から出射される第１光ビームを受けて、厚さｔ１の基材を通して第１光ディスクの記録面上に集光し、前記第２レーザー光源から出射される第２光ビームを受けて、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第１および第２光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第１および第２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て、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第１および第２レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする光情報装置。
【請求項２７】
前記光ヘッド装置は、前記第１および第２レーザー光源からそれぞれ出射された前記第１および第２光ビームを平行光にするコリメートレンズを具備し、前記光情報装置は、基材の厚さｔ２が０．６ｍｍである前記第２光ディスクが装填された場合に、前記コリメートレンズを前記第２レーザー光源側に移動制御することを特徴とする請求項２６記載の光情報装置。
【請求項２８】
光情報装置と、
情報を入力するための入力手段と、
前記入力手段から入力された情報、および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、
前記入力手段から入力された情報、前記光情報装置から再生された情報、および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手段とを備えたコンピュータであって、
前記光情報装置は、
３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源と、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２レーザー光源と、前記第１レーザー光源から出射される第１光ビームを受けて、厚さｔ１の基材を通して第１光ディスクの記録面上に集光し、前記第２レーザー光源から出射される第２光ビームを受けて、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第１および第２光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第１および第２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て、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第１および第２レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とするコンピュータ。
【請求項２９】
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信号に変換するデコーダとを備えた光ディスクプレーヤーであって、
前記光情報装置は、
３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源と、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２レーザー光源と、前記第１レーザー光源から出射される第１光ビームを受けて、厚さｔ１の基材を通して第１光ディスクの記録面上に集光し、前記第２レーザー光源から出射される第２光ビームを受けて、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第１および第２光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第１および第２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て、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第１および第２レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする光ディスクプレーヤー。
【請求項３０】
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信号に変換するデコーダとを備えたカーナビゲーションシステムであって、
前記光情報装置は、
３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源と、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２レーザー光源と、前記第１レーザー光源から出射される第１光ビームを受けて、厚さｔ１の基材を通して第１光ディスクの記録面上に集光し、前記第２レーザー光源から出射される第２光ビームを受けて、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第１および第２光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第１および第２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て、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第１および第２レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とするカーナビゲーションシステム。
【請求項３１】
光情報装置と、
画像信号を前記光情報装置に記録する情報信号に変換するエンコーダとを備えた光ディスクレコーダーであって、
前記光情報装置は、
３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源と、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２レーザー光源と、前記第１レーザー光源から出射される第１光ビームを受けて、厚さｔ１の基材を通して第１光ディスクの記録面上に集光し、前記第２レーザー光源から出射される第２光ビームを受けて、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第１および第２光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第１および第２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て、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第１および第２レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする光ディスクレコーダー。
【請求項３２】
光情報装置と、
外部から入力された情報信号を前記光情報装置に記録し、また前記光情報装置から再生された情報信号を外部に出力するための入出力端子とを備えた光ディスクサーバーであって、
前記光情報装置は、
３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源と、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２レーザー光源と、前記第１レーザー光源から出射される第１光ビームを受けて、厚さｔ１の基材を通して第１光ディスクの記録面上に集光し、前記第２レーザー光源から出射される第２光ビームを受けて、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１、５、９、１０、１１、および１３のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第１および第２光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第１および第２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て、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第１および第２レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備した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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズと回折素子であるホログラムとを複合した複合対物レンズ、かかる複合対物レンズを介して光ディスク上に複数の波長の光ビームを集光させて情報の記録、再生あるいは消去を行う光ヘッド装置、かかる光ヘッド装置を塔載した光情報装置、およびかかる光情報装置が適用されるコンピュータ、光ディスクプレーヤー、カーナビゲーションシステム、光ディスクレコーダー、光ディスクサーバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、光ディスクに対する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の短波長化により、従来以上の記憶容量を有する高密度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６６０ｎｍ）と、ＮＡ０．６の対物レンズを使用し、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（以下、ＢＤ（Ｂｌｕｅ−ｒａｙ　Ｄｉｓｋ）とも称する）は青色光（波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ、標準波長４０５ｎｍ）と、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用し、ディスクの基材厚は０．１ｍｍである。なお、本明細書中では、基材厚とは、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。
【０００５】
このように、高密度化に伴って光ディスクの基材厚は小さくなる。経済性や装置の占有スペースの観点から、上記基材厚や記録密度の異なる光ディスクを記録再生できる光情報装置が望まれている。そのためには、異なる基材厚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。
【０００６】
また、基材の厚い光ディスクを記録再生する場合には、ディスク表面から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。
【０００７】
基材厚が異なる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号公報に開示されている。これを第１の従来例として、図２５Ａおよび図２５Ｂを参照して説明する。
【０００８】
図２５Ａおよび図２５Ｂにおいて、４０は対物レンズ、４１はホログラムである。ホログラム４１には、入射光ビーム４４に対して透明な基板に同心円状の格子パターンが形成されている。
【０００９】
対物レンズ４０は、開口数ＮＡが０．６以上で、図２５Ａ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の基材厚（ｔ２）を有する光ディスク１０上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。また、図２５Ｂは、より厚い１．２ｍｍの基材厚（ｔ１）を有する光ディスク１１上に回折限界の集光スポットを形成できることを示している。図２５Ｂにおいて、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を、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が施されている。
【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を組み合わせることによって、異なる次数の回折光を利用して、異なる基材厚（ｔ１とｔ２）を有する光ディスク１０、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ことができる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４０を、凸レンズ作用を有するように設計し、基材厚ｔ１の光ディスク１１に対して０次回折光を用い、基材厚ｔ２を有する光ディスク１０に対して＋１次回折光を用いることによって、基材厚ｔ２を有する光ディスク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に対して複数の波長を有する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、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号公報やＩＳＯＭ２００１のセッションＷｅ−Ｃ−０５（予稿集３０頁）に開示されている。ＩＳＯＭ２００１のセッションＷｅ−Ｃ−０５（予稿集３０頁）に開示されている構成について、図２６、図２７Ａおよび図２７Ｂを参照して説明する。
【００１２】
図２６は、第２の従来例としての光ヘッド装置の概略構成を示す断面図である。図２６において、波長λ１＝４０５ｎｍの青色光源（不図示）を有する青色光光学系５１から出射した平行光は、ビームスプリッター１６１、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：ＢＤ）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光学系５１の検出器（不図示）で検出される。一方、波長λ２＝６６０ｎｍの赤色光源（不図示）を有する赤色光光学系５２から出射した発散光は、ビームスプリッター１６１で反射され、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光学系５２の検出器（不図示）で検出される。
【００１３】
対物レンズ５０は、平行光の入射時に基材厚０．１ｍｍを透過して集光されるように設計されており、よって基材厚０．６ｍｍのＤＶＤの記録・再生時には、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、赤色光光学系５２から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打ち消すとともに、波長選択位相板２０５によっても波面を補正している。
【００１４】
図２７Ａおよび図２７Ｂは、それぞれ、図２６における波長選択位相板２０５の平面図および断面図である。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、３ｈの段差２０５ａで構成される。波長λ１の光に対しては、高さｈの段差により生じる光路差は使用波長λ１であり、これは位相差２πに相当するため、位相差０と同じである。このため、高さｈの段差は波長λ１の光ビームの位相分布に影響を与えず、光ディスク９（図２６）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での波長選択位相板２０５の屈折率をｎ２とすると、ｈ×（ｎ２−１）／λ２≒０．６、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、複数の対物レンズを機械的に切り替えて用いる構成が、特開平１１−２９６８９０号公報等に開示されている。
【００１６】
さらに、第４の従来例として、異なる曲率半径を有する反射面を有するミラーが光軸を折り曲げる立ち上げミラーの機能も兼ねる構成が、特開平１１−３３９３０７号公報に開示されている。
【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、特開平２０００−８１５６６号公報に開示されている。
【００１８】
第６の従来例としては、図２８に示すように、屈折型の対物レンズ２８１と、回折面と屈折面を有するホログラム２８２を組み合わせる構成が、西岡澄人らによる“ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換光ピックアップ技術”（第５０回春季応用物理学関係連合講演会講演予稿集、２７ｐ−ＺＷ−１０（２００３．３　神奈川大学））に記載されている（本願の優先権出願の出願後に公開）。この第６の従来例では、ホログラム２８２により、青色光ビームに対しては＋２次回折光を、赤色光ビームに対しては＋１次回折光を発生させて、色収差補正を行い、また、青色光ビームに対しては発散光を、赤色光ビームに対しては収束光をホログラム２８２と対物レンズ２８１に入射させることにより、異なる基材厚により発生する球面収差を補正している。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１の従来例の技術思想は、少なくとも以下の３点の技術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、基材厚の異なる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の異なる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、基材厚の異なる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。これらの技術思想は、光源の発する光の波長を限定するものではない。
【００２０】
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世代の光ディスクであるＢＤ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、特に赤色と青色光を用いて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。
【００２１】
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実施例が開示されているが、２種以上の光ディスクに対して、それぞれ波長変化による焦点位置移動を同時に低減する方策は、開示されていない。
【００２２】
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、従来例２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、トラック追従などによる対物レンズの移動時に、大きな収差が生じて、記録・再生特性が劣化する。
【００２３】
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である。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。
【００２４】
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（特開平１１−３３９３０７号公報の第４図から第６図を参照）。ところが、上述のような曲率半径を有する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によって移動すると、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、集光特性が劣化する。また、ミラーの反射面は、曲率半径を有する面、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。
【００２５】
第５の従来例では、これをそのまま赤色光ビームと青色光ビームに適用すると、波長差が大き過ぎるために、同じ次数の回折効率を同時に高くすることができず、光の利用効率が低下するという問題がある。
【００２６】
第６の従来例では、青色光ビームに対しては発散光を、赤色光ビームに対しては収束光をホログラムと対物レンズに入射させているので、合焦時（すなわち、光ディスクの情報記録面に回折減界の集光スポットが形成されている状態）において、光ディスクから反射して戻ってきた光ビームも同様に、青色光ビームと赤色光ビームとで平行度が異なるものとなり、サーボ信号を検出するための光検出器を青色光ビームと赤色光ビームとで共用することができない。すなわち、２個以上の光検出器を必要とし、部品点数の増大とこれに伴うコストアップを招くという問題がある。
【００２７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材厚０．６ｍｍで波長λ２（標準的には約６６０ｎｍ）の赤色光ビームに対応した光ディスクと、基材厚０．１ｍｍで波長λ１（標準的には約４０５ｎｍ）の青色光ビームに対応した光ディスクとの互換再生や互換記録を実現する、高い光利用効率を有する複合対物レンズを提供することにある。
【００２８】
また、本発明の目的は、かかる複合対物レンズを用いた光ヘッド装置を塔載することで、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できる光情報装置を提供することにある。
【００２９】
さらに、本発明の目的は、かかる光情報装置を内蔵することで、異なる種類の光ディスクを用途に応じて選択して安定に情報の記録あるいは再生ができるコンピュータ、光ディスクプレーヤー、カーナビゲーションシステム、光ディスクレコーダー、光ディスクサーバーを提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも一部領域内に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、階段状断面形状の段差は単位段差ｄ１の整数倍であり、単位段差ｄ１は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して約１波長の光路差を与える段差であり、格子の一周期は、ホログラムの外周側から光軸側に向かって単位段差ｄ１の０倍、２倍、１倍、３倍という順番の高さの階段からなることを特徴とする。
【００３１】
第１の複合対物レンズにおいて、格子の階段状断面形状の段差の幅の比が、単位段差ｄ１の０倍、２倍、１倍、３倍という順番の高さにそれぞれ対応して、２：３：３：２である。
【００３２】
また、第１の複合対物レンズにおいて、格子は、ホログラムの内周部にのみ形成される。
【００３３】
また、第１の複合対物レンズは、第１光ビームの０次回折光を、厚さｔ１の基材を通して集光し、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームの１次回折光を、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の基材を通して集光する。
【００３４】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも内周部に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、階段状断面形状の段差は単位段差ｄ２の整数倍であり、単位段差ｄ２は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して約１．２５波長の光路差を与える段差であり、格子の一周期は、ホログラムの外周側から光軸側に向かって単位段差ｄ２の０倍、１倍、２倍、３倍という順番の高さの階段からなることを特徴とする。
【００３５】
第２の複合対物レンズにおいて、格子の階段状断面形状の段差の幅の比が、前記単位段差ｄ２の０倍、１倍、２倍、３倍という順番の高さにそれぞれ対応して、１：１：１：１である。
【００３６】
また、第２の複合対物レンズにおいて、ホログラムは、外周部に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、外周部に形成された格子の階段状断面形状の段差は、単位段差ｄ３の整数倍であり、単位段差ｄ３は、第１光ビームに対して約０．２５波長の光路差を与える段差であり、外周部に形成された格子の一周期は、ホログラムの外周側から光軸側に向かって単位段差ｄ３の０倍、１倍、２倍、３倍という順番の高さの階段からなる。
【００３７】
また、第２の複合対物レンズは、第１光ビームの＋１次回折光を、厚さｔ１の基材を通して集光し、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有しホログラムの内周部に形成された格子を通る第２光ビームの−１次回折光を、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の基材を通して集光する。
【００３８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第３の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、鋸歯状断面形状の深さｈ１は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して約２波長の光路差を与えて＋２次回折光を最も強く発生させる深さであり、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームに対して＋１次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする。
【００３９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第４の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、鋸歯状断面形状の深さｈ２は、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームに対して約１波長の光路差を与えて＋１次回折光を最も強く発生させる深さであり、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して＋２次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする。
【００４０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第５の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、鋸歯状断面形状の深さｈ４は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対して１．７波長より大きく２波長より小さい光路差を与えて＋２次回折光を最も強く発生させる深さであり、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームに対して＋１次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする。
【００４１】
第５の複合対物レンズにおいて、鋸歯状断面形状の深さｈ４は、第１光ビームに対して１．９波長の光路差を与える深さであることが好ましい。
【００４２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第６の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームに対しては＋２次回折光を最も強く発生させ、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームに対しては＋１次回折光を最も強く発生させ、屈折型レンズは、ホログラムを介した第１光ビームの＋２次回折光を、厚さｔ１の基材を通して集光し、ホログラムの内周部を介した第２光ビームの＋１次回折光を、厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して集光することを特徴とする。
【００４３】
第３から第６の複合対物レンズにおいて、ホログラムは、外周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、外周部に形成された格子の鋸歯状断面形状の深さｈ３は、第１光ビームに対して約１波長の光路差を与えて＋１次回折光を最も強く発生させる深さであり、第２光ビームに対しても＋１次回折光を最も強く発生させる深さである。
【００４４】
第２から第６の複合対物レンズにおいて、第１光ビームを厚さｔ１の基材を通して集光する場合に、ホログラムは、波長λ１の変化に対する焦点距離の変化を低減するために、凸レンズとして作用するように構成される。
【００４５】
第１から第６の複合対物レンズにおいて、ホログラムは、光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離すために、第１光ビームを厚さｔ１の基材を通して集光する場合に、ホログラムの内周部を通る第２光ビームを、厚さｔ２の基材を通して集光する場合よりも、凸レンズとしての作用が大きくなるように、あるいはホログラムの内周部を通る第２光ビームを、厚さｔ２の基材を通して集光する場合に、第１光ビームを厚さｔ１の基材を通して集光する場合よりも、凸レンズとしての作用が小さくなるように構成される。これにより、光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離す、すなわちワーキングディスタンスを広げることができる。
【００４６】
第３から第６の複合対物レンズにおいて、ホログラムを構成する格子の断面形状は、ホログラムを形成する基材が外周側に斜面を有する鋸歯形状である。
【００４７】
第１から第６の複合対物レンズにおいて、ホログラムと屈折型レンズは一体固定されることが好ましい。
【００４８】
または、第１から第６の複合対物レンズにおいて、屈折型レンズは、集光スポットと反対側の屈折面が非球面であることが好ましい。この場合、ホログラムは、屈折型レンズの非球面に一体形成されることが好ましい。
【００４９】
または、第１から第６の複合対物レンズにおいて、ホログラムは、屈折型レンズの表面に一体形成されることが好ましい。
【００５０】
第１から第６の複合対物レンズにおいて、第１光ビームが厚さｔ１の基材を通して集光される開口数をＮＡｂ、前記第２光ビームが厚さｔ２の基材を通して集光される開口数をＮＡｒとした場合、ＮＡｂ＞ＮＡｒである。
【００５１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光ヘッド装置は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内にある波長λ１を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源と、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある波長λ２を有する第２光ビームを出射する第２レーザー光源と、第１レーザー光源から出射される第１光ビームを受けて、厚さｔ１の基材を通して第１光ディスクの記録面上に集光し、第２レーザー光源から出射される第２光ビームを受けて、厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の基材を通して第２光ディスクの記録面上に集光する、第１から第６の複合対物レンズのいずれか１つと、第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された第１および第２光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備したことを特徴とする。
【００５２】
本発明に係る光ヘッド装置は、第１および第２レーザー光源からそれぞれ出射された第１および第２光ビームを平行光にするコリメートレンズを具備し、第２光ビームを第２光ディスクの記録面上に集光する際には、コリメートレンズを第２レーザー光源側に近づけて、第２光ビームを拡散光にして複合対物レンズに入射させることにより、第２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。
【００５３】
本発明に係る光ヘッド装置において、第１および第２レーザー光源は、その発光点が両方とも、複合対物レンズの第１および第２光ディスク側の焦点位置に対して結像関係にあるように配置され、光検出器は、第１および第２光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された第１および第２光ビームに対して共通に設けられ、第１および第２光ビームを受けてサーボ信号を検出する。
【００５４】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光情報装置は、本発明に係る光ヘッド装置と、第１および第２光ディスクを回転するモーターと、光ヘッド装置から得られる信号を受けて、該信号に基づいてモーター、複合対物レンズ、第１および第２レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする。
【００５５】
本発明に係る光情報装置において、光ヘッド装置は、第１および第２レーザー光源からそれぞれ出射された第１および第２光ビームを平行光にするコリメートレンズを具備し、本発明に係る光情報装置は、基材の厚さｔ２が０．６ｍｍである第２光ディスクが装填された場合に、コリメートレンズを第２レーザー光源側に移動制御する。
【００５６】
前記の目的を達成するため、本発明に係るコンピュータは、本発明に係る光情報装置と、情報を入力するための入力手段と、入力手段から入力された情報、および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、入力手段から入力された情報、光情報装置から再生された情報、および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手段とを備えたことを特徴とする。
【００５７】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光ディスクプレーヤーは、本発明に係る光情報装置と、光情報装置から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダとを備えたことを特徴とする。
【００５８】
前記の目的を達成するため、本発明に係るカーナビゲーションシステムは、本発明に係る光情報装置と、光情報装置から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダとを備えたことを特徴とする。
【００５９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光ディスクレコーダーは、本発明に係る光情報装置と、画像信号を光情報装置に記録する情報信号に変換するエンコーダとを備えたことを特徴とする。
【００６０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光ディスクサーバーは、本発明に係る光情報装置と、外部から入力された情報信号を光情報装置に記録し、また光情報装置から再生された情報信号を外部に出力するための入出力端子とを備えたことを特徴とする。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００６２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による光ヘッド装置の一構成例を示す断面図である。図１において、１は波長λ１（３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ：標準的には４０５ｎｍが多くの場合用いられるので、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの波長を総称して約４０５ｎｍと呼ぶ）を有する第１光ビームを出射する第１レーザー光源としての青色レーザー光源、２０は波長λ２（６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ：標準的には６６０ｎｍが多くの場合用いられるので、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長を総称して約６６０ｎｍと呼ぶ）の第２光ビームを出射する第２レーザー光源としての赤色レーザー光源、８はコリメートレンズ、１２は光軸を折り曲げる立ち上げミラー、１３はホログラム（回折型の光学素子）、１４は屈折型レンズとしての対物レンズである。ここで、ホログラム１３と対物レンズ１４とで、本実施の形態における複合対物レンズが構成される。
【００６３】
９は基材厚みｔ１が約０．１ｍｍ（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の第１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ＢＤ（第１光ディスク）、１０は基材厚みｔ２が約０．６ｍｍ（０．５４ｍｍ〜０．６５ｍｍの基材厚を約０．６ｍｍと呼ぶ）で、波長λ２の第２光ビームによって記録・再生をされるＤＶＤ等の第２世代の光ディスク（第２光ディスク）である。第１光ディスク９および第２光ディスク１０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が、実際には、機械的強度を補強し、また外形をＣＤと同じ１．２ｍｍにするため、保護板が張り合わせられる。第２光ディスク１０には、厚み０．６ｍｍの保護材が張り合わせられる。第１光ディスク９には、厚み１．１ｍｍの保護材が張り合わせられる。各実施の形態を通じて参照する図面では、例示を簡単にするため、保護材は省略する。
【００６４】
青色レーザー光源１および赤色レーザー光源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化、軽量化、低消費電力化することができる。
【００６５】
最も記録密度の高い第１光ディスク９の記録再生を行う際には、青色レーザー光源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の青色光ビーム６１および波長λ２の赤色光ビーム６２の両方に対して、１／４波長板として作用するように設計されている。１／４波長板５を通過した青色光ビーム６１は、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によって、第１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。
【００６６】
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、さらに検出レンズ３２によって焦点距離を伸ばされて、光検出器３３に入射する。光検出器３３からの出力信号を演算することによって、焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号や情報信号が得られる。
【００６７】
上記のように、ビームスプリッター４は、波長λ１の青色光ビームに対しては、一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。またビームスプリッター４は、後で述べるように、波長λ２の赤色光ビームに対しては、赤色レーザー光源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有する光路分岐素子である。
【００６８】
次に、第２光ディスク１０の記録あるいは再生を行う際には、赤色レーザー光源２０から出射した略直線偏光で波長λ２の赤色光ビーム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によって第２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。
【００６９】
情報記録面１０１で反射した赤色光ビームは、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、さらに検出レンズ３２によって焦点距離を伸ばされて、光検出器３３に入射する。光検出器３３からの出力信号を演算することによって、焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号や情報信号が得られる。
【００７０】
上記のように、共通の光検出器３３から、第１光ディスク９と第２光ディスク１０のサーボ信号を得るためには、青色レーザー光源１と赤色レーザー光源２０は、それらの発光点が対物レンズ１４側の共通の位置に対して結像関係にあるように配置される。これにより、光検出器の数も配線数も減らすことができる。
【００７１】
ビームスプリッター１６は、波長λ２の赤色光ビーム６２に対して、一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。またビームスプリッター１６は、波長λ１の青色光ビーム６１を全透過する。このように、ビームスプリッター１６も、ビームスプリッター４と同様に、偏光特性と共に波長選択性を有する光路分岐素子である。
【００７２】
図２は、図１のホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図である。図２において、１３１は回折型の光学素子としてのホログラムである。ホログラム１３１は、波長λ１の青色光ビーム６１は回折することなく多くの光量を透過し、波長λ２の赤色光ビーム６２に対しては、後に説明するように回折を起こす。なお、回折素子を透過する際に回折を受けていない光を０次回折光とも呼ぶので、以下、０次回折光と表記する。
【００７３】
ホログラム１３１は、波長λ１の青色光ビーム６１を０次回折光として透過させるので、青色光ビーム６１に対して波面の変換は行わない。従って、対物レンズ１４１は、波長λ１の略平行な青色光ビーム６１を、第１光ディスク９の厚さｔ１の基材を通して情報記録面９１上へ集光するように設計される。ホログラム１３１が青色光ビーム６１に対して波面変換を行わないので、第１光ディスク９の記録・再生の観点からは、ホログラム１３１と対物レンズ１４１の相対位置を高精度にする必要がなくなる。最も波長が短く、最も高い記録密度の第１光ディスク９に対して記録再生を行う波長λ１の青色光ビーム６１に対して、対物レンズ１４１とホログラム１３１の許容位置誤差を大きくでき、後で述べるように、より波長の長い光ビームによってより低い記録密度の光ディスクの記録再生を行う場合において、ホログラム１３１と対物レンズ１４１の相対位置を考慮すればよい。従って、相対位置の許容誤差量をより大きくすることができ、生産性の優れた光ヘッド装置を構成することが可能である。
【００７４】
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１３１の働きを詳細に説明する。ホログラム１３１は、波長λ１の青色光ビーム６１を０次光として透過し、波長λ２の赤色光ビーム６２は回折する。そして、対物レンズ１４１は、赤色光ビーム６２を第２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に集光する。ここで、第２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と厚くなっており、そのため基材厚０．１ｍｍの第１光ディスク９の記録、再生を行う場合の焦点位置よりも焦点位置を対物レンズ１４１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、赤色光ビーム６２を発散光にすることで、この焦点位置の補正と基材厚の差による球面収差の補正を実現している。
【００７５】
波長λ２の赤色光ビーム６２は、ホログラム１３１によって、波面の変換を受ける。従って、ホログラム１３１と対物レンズ１４１の相対位置に誤差があると、設計通りの波面が対物レンズ１４１に入射せず、第２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１３１と対物レンズ１４１を支持体３４によって一体に固定し、あるいはホログラム１３１を対物レンズ１４１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１５（図１）によって一体に駆動を行う。
【００７６】
図３Ａは、ホログラム１３１の構造を示す平面図で、図３Ｂは、ホログラム１３１の構造を示す、図２と同様の断面図である。ホログラム１３１は、内外周境界１３１Ａの内側（内周部１３１Ｃ）と外側（内外周境界１３１Ａと有効範囲１３１Ｄとの間の外周部１３１Ｂ）とで異なる構造を有する。内周部１３１Ｃは、ホログラム１３１と光軸との交点、すなわち中心を含む領域である。この領域は、赤色光ビーム６２を用いて第２光ディスク１０の記録、再生を行う際も、青色光ビーム６１を用いて第１光ディスク９の記録、再生を行う際も使用される。
【００７７】
従って、内周部１３１Ｃに、同心円状の回折格子が形成される。外周部１３１Ｂについては、第１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、第２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）必要があるので、青色光ビーム６１および赤色光ビーム６２をそれぞれ対応する第１光ディスク９と第２光ディスク１０に対して集光する内周部１３１Ｃの周囲に、青色光ビーム６１のみを第１光ディスク９に対して集光し、赤色光ビーム６２は第２光ディスク１０に対して収差を有するような外周部１３１Ｂを設ける必要がある。
【００７８】
本実施の形態では、外周部１３１Ｂにはホログラムを形成しない。外周部１３１Ｂを透過した青色光ビーム６１が、第１光ディスク９に対して約０．１ｍｍの基材を透過した後に集光されるように、対物レンズ１４１を設計することにより、外周部１３１Ｂを通る赤色光ビーム６２は、第２光ディスク１０に対して絞られず、ＮＡｂ＞ＮＡｒの条件を実現できる。
【００７９】
図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ、図３Ａに示すホログラム１３１の内周部１３１Ｃに形成される格子の一周期（ｐ１）間の物理的な段差を示す断面図、および図４Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図である。ここで、本実施の形態によるホログラム１３１は、レンズ作用を有するものであり、格子ピッチは局所的に変化している。なお、格子ピッチは、ホログラム１３１上の任意の点におけるものを代表として取り上げているに過ぎない。以下、他の実施の形態でも同じである。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、下側がホログラム基材側（屈折率の高い側）、上側が空気側（屈折率の低い側）を表している。以下、類似の図面では同じ定義を用いる。
【００８０】
図４Ａにおいて、縦方向は段差を示している。このように、矩形形状を組み合わせたような形状を、本願では、階段状の形状と呼ぶ。ｎｂは、青色光ビーム６１（波長λ１）に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばＢＫ７とすると、ｎｂ＝１．５３０２である。ここでは、単に一例としてＢＫ７を例示する。他のガラス材料、さらには、ポリカーボネイトや、ポリシクロオレフィン系の樹脂材料を用いることも可能である。このことは、以下の実施の形態においても同様である。
【００８１】
段差の一単位は、青色光ビーム６１に対して光路長差が約１波長、すなわち位相差が約２πになる量とする。単位段差ｄ１はｄ１＝λ１／（ｎｂ−１）＝０．７６４μｍとなる。
【００８２】
格子の段差を単位段差ｄ１の整数倍にし、階段状の断面形状にすると、この形状による青色光ビーム６１に対する位相変調量は２πの整数倍となり、これは実質的に、位相変調が無いことになる。
【００８３】
一方、赤色光ビーム６２に対するホログラム材料の屈折率をｎｒとすると、ホログラム材料がＢＫ７の場合は、ｎｒ＝１．５１４２なので、単位段差ｄ１によって赤色光ビーム６２に発生する光路長差は、ｄ１×（ｎｒ−１）／λ２＝０．５９５、すなわち、波長λ２の約０．６倍となる。
【００８４】
そこで、図４Ａに示すように、右から、段差をｄ１の０倍、２倍、１倍、３倍の順にした階段形状とすると、まず、上記の説明の通り、青色光ビーム６１に対しては、原理的には位相変調が起こらず、回折が起こらない、すなわち０次回折光が最も強くなる。そして、赤色光ビーム６２に対しては光路長差が、波長λ２の０倍、１．２倍、０．６倍、１．８倍の順の階段形状に変化するが、このうち整数倍は位相変調がないのと同じことなので、実質的には、波長λ２の、０倍、０．２倍、０．６倍、０．８倍の順の階段形状に変化することとなり、図４Ｂに示したようになる。このような階段形状の変化に対して、さらに、一周期の中での各階段の幅を変化させて回折効率を計算したところ、図４Ａに示すように、階段幅の比を約２：３：３：２としたときに、赤色光ビーム６２の＋１次回折光の回折効率が最も高くなり、スカラー計算によると、約７５％得られることがわかった。
【００８５】
なお、ここで言う階段幅の比は、周囲の格子ピッチが一定の時はそのまま物理長の比になるが、周囲の格子ピッチが急激に変化しているときはその変化に合わせて、変化させることが望ましい。後から述べる実施の形態でもこの点は同じである。青色光ビーム６１に対しては位相変調が起こらず、赤色光ビーム６２に対しては回折させる階段状の構造は、第２の従来例として挙げた特開平１０−３３４５０４号公報やＩＳＯＭ２００１のセッションＷｅ−Ｃ−０５（予稿集３０頁）にも開示されているが、本実施の形態のように、段差を単位段差ｄ１の０倍、２倍、１倍、３倍の順にした階段形状にすること、また階段幅の比を約２：３：３：２とすることは示されていない。
【００８６】
本実施例の構成により、まず、段差を単位段差ｄ１の３倍までという、４段の階段形状としては最小とすることで、製作誤差や、階段の壁面（図の上下方向に切り立つ面）による光量損失を最小限に抑えると共に、最適な階段幅の比を見いだすことによって、赤色光ビーム６２の＋１次回折光の光量を多くでき、特に記録光量の確保に有利であるが、従来例では、このような効果を得ることはできない。
【００８７】
さらに、光ヘッド装置の全体構成として、下記に付加的に有効な構成例を示す。下記は、すべての実施の形態において有効である。ただし、本実施の形態の重要な点は、第１光ディスク９と第２光ディスク１０の互換再生・記録を実現するためのホログラム１３（本実施の形態では１３１）と、これに組み合わせて用いる対物レンズ１４（本実施の形態では１４１）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１６や、検出レンズ３２、検出ホログラム３１は必須の要素ではなく、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光源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、第１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】
また、光軸に対して垂直な２方向をｘ方向とｙ方向と定義した場合、例えばｘ方向のみを拡大するようなビーム整形素子２をさらに青色レーザー光源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、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、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。
【００９０】
３ビーム格子（回折素子）２２をさらに赤色レーザー光源２０からビームスプリッター１６までの間に配置することにより、第２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。
【００９１】
また、コリメートレンズ８を光軸方向（図１の左右方向）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、第１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。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、第１光ディスク９に対する集光光の開口数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。
【００９２】
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り、コリメートレンズ８の移動だけでは球面収差の補正能力が不足であり、ホログラム１３（一例として１３１）による波面変換が必要である。ただし、赤色光ビーム６２を用いて第２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光源２０へ近い側に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、第２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、ホログラム１３の作成を容易にすることもできる。
【００９３】
さらに、ビームスプリッター４を、青色レーザー光源１から出射する直線偏光の光を一部（例えば、１０％程度）透過するよう構成にして、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へ導くことで、光検出器７から得られる信号を用いて青色レーザー光源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、青色レーザー光源１の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【００９４】
さらに、ビームスプリッター４を、赤色レーザー光源２０から出射する直線偏光の光を一部（例えば、１０％程度）反射するように構成して、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へ導くことで、光検出器７から得られる信号を用いて赤色レーザー光源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、赤色レーザー光源２０の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【００９５】
また、図２に示すように、青色光ビーム６１を第１光ディスク９に対して集光する際の開口数（ＮＡ）を所望の値（約０．８５）にするために、開口制限手段３４１を設けることが有効である。特に、支持体３４を用いて対物レンズ１４１とホログラム１３１を一体的に固定し、これを駆動手段１５（図１）によって移動する場合には、支持体３４の形状を例えば図２のような形状にして、開口制限手段３４１を一体形成して兼ねると、部品点数を削減できる。
【００９６】
また、図２において、対物レンズ１４（一例として１４１）の、第２光ディスク１０に近い側であって、光軸から離れていて青色光ビーム６１が通らない部分を切り取る（切り欠き部１４１１を形成する）、あるいは、はじめから部材のない形に形成することにより、カートリッジに入った光ディスクの記録あるいは再生時に、カートリッジへの対物レンズ１４の接触を防止することもできる。
【００９７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態１の説明で参照した図１に示す構成と同じである。本実施の形態では、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４の構成が実施の形態１とは異なる。
【００９８】
図５は、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図である。図５において、１３２はホログラムである。ホログラム１３２は、波長λ１の青色光ビーム６１を回折させて、凸レンズ作用を及ぼし、波長λ２の赤色光ビーム６２に対しては、後述するように、回折させて凹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。すると、赤色光ビーム６２は、＋１次回折光と共役な、すなわちホログラム１３２上の各点における回折方向が逆の−１次回折によって、凹レンズ作用を受ける。
【００９９】
対物レンズ１４２は、波長λ１の青色光ビーム６１がホログラム１３２によって回折され凸レンズ作用を受けた後、さらに青色光ビーム６１を収束させて第１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上へ集光するように設計される。
【０１００】
次に、赤色光ビーム６２を用いて第２光ディスク１０の記録・再生を行う際のホログラム１３２の働きを詳細に説明する。ホログラム１３２は、波長λ２の赤色光ビーム６２を−１次回折して、凹レンズ作用を及ぼす。そして、対物レンズ１４２は、赤色光ビーム６２を、第２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に集光する。ここで、第２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と厚くなっており、基材厚０．１ｍｍの第１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１４２より離す必要がある。図５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を発散光にすることにより、この焦点位置補正と基材厚差による球面収差の補正を実現している。
【０１０１】
波長λ１の青色光ビーム６１と波長λ２の赤色光ビーム６２は、いずれもホログラム１３２によって波面の変換を受ける。従って、ホログラム１３２と対物レンズ１４２の相対位置に誤差があると、設計通りの波面が対物レンズ１４２に入射せず、第１光ディスク９や第２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１３２と対物レンズ１４２を一体に固定し、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１５（図１）によって一体に駆動を行う。
【０１０２】
図６Ａは、ホログラム１３２の構造を示す平面図で、図６Ｂは、ホログラム１３２の構造を示す、図５と同様の断面図である。ホログラム１３２は、内外周境界１３２Ａの内側（内周部１３２Ｃ）と外側（内外周境界１３２Ａと有効範囲１３２Ｄの間の外周部１３２Ｂ）とで異なる構造を有する。内周部１３２Ｃは、ホログラム１３２と光軸との交点、すなわち中心を含む領域である。この領域は、赤色光ビーム６２を用いて第２光ディスク１０の、記録・再生を行う際も、青色光ビーム６１を用いて第１光ディスク９の記録・再生を行う際も使用される。従って、内周部１３２Ｃ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１４２の部分は、青色光ビーム６１の＋１次回折光を第１光ディスク９に、赤色光ビーム６２の−１次回折光を第２光ディスク１０に集光するように設計される。
【０１０３】
外周部１３２Ｂについては、第１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、第２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）必要があるので、青色光ビーム６１および赤色光ビーム６２をそれぞれ対応する第１光ディスク９と第２光ディスク１０
に対して集光する内周部の周囲に、青色光ビーム６１の＋１次回折光のみを第１光ディスク９に対して集光し、赤色光ビーム６２の−１次回折光は第２光ディスク１０に対して収差を持つように、外周部１３２Ｂおよび、これに対応する対物レンズ１４２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１４２もホログラム１３２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の条件を実現できる。
【０１０４】
図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃは、それぞれ、ホログラム１３２に形成される格子の一周期（ｐ２）間の物理的な段差を示す断面図、図７Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図、および図７Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図である。
【０１０５】
図７Ａにおいて、縦方向は段差を示している。ｎｂは、青色光ビーム６１に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばＢＫ７とすると、ｎｂ＝１．５３０２である。段差の一単位は、青色光ビームに対して光路長差が約１．２５波長、すなわち位相差が約２π＋π／２になる量とすると、単位段差ｄ２はｄ２＝１．２５×λ１／（ｎｂ−１）＝０．９５５μｍとなる。
【０１０６】
格子の段差を単位段差ｄ２の整数倍にし、４段で階段幅の比が１：１：１：１の階段状の断面形状にすると、この形状による青色光ビーム６１に対する位相変調量は２π＋π／２の整数倍となり、これは実質的に、位相変調量が一段あたりπ／２であることになる。
【０１０７】
一方、赤色光ビーム６２に対するホログラム材料の屈折率をｎｒとすると、ホログラム材料がＢＫ７の場合は、ｎｒ＝１．５１４２であるので、単位段差ｄ２によって赤色光ビーム６２に発生する光路長差は、ｄ２×（ｎｒ−１）／λ２＝０．７４４、すなわち、波長λ２の約３／４倍となり、位相変調量は一段あたり約−π／２となる。
【０１０８】
そこで、図７Ａのように、格子の段差を単位段差ｄ２の整数倍にし、４段の階段状の断面形状にすると、青色光ビーム６１に対しては、段差を重ねていくと、図７Ｂに示すように、位相変調量が一段あたりπ／２ずつ変化する、すなわち光路長差はλ１の＋０．２５倍ずつ変化する。段差の物理的形状を図７Ａのように作ると、青色光ビーム６１は、凸レンズ作用を受ける＋１次回折光の回折効率が約８０％と計算（スカラー計算）され、回折次数の中で、最も強くなる。
【０１０９】
そして、赤色光ビーム６２に対しては、段差を重ねていくと、図７Ｃに示すように、位相変調量が一段あたり−π／２ずつ変化する、すなわち光路長差はλ２の−０．２５倍ずつ変化する。段差の物理的形状を図７Ａのように作ると、赤色光ビーム６２は、凹レンズ作用を受ける−１次回折光の回折効率が約８０％と計算（スカラー計算）され、回折次数の中で、最も強くなる。
【０１１０】
本実施の形態で説明した、一段あたり波長の１．２５倍の光路長差を生じるような階段状の断面形状を有するホログラム構成により、それぞれ５０％以上の回折効率を有する＋１次回折光と−１次回折光を利用した異種ディスクの互換記録・再生については、先に挙げたいずれの従来例にも開示されていない。
【０１１１】
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６１と赤色光ビーム６２はその回折次数がそれぞれ＋１次回折光と−１次回折光となり、その次数差が２となる。従って、同じ収差補正効果や、焦点位置の移動効果を発揮させるために必要なホログラムの最小ピッチを、実施の形態１のそれよりも広くでき、ホログラムを容易に製作でき、また計算通りの回折光量を得やすくできる。
【０１１２】
また、青色光ビーム６１に対しては、ホログラム１３２が凸レンズ作用を有する。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１４２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利点がある。
【０１１３】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態１において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【０１１４】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態１の説明で参照した図１に示す構成と同じである。本実施の形態では、図１に示すホログラム１３の構成が実施の形態１、２とは異なる。
【０１１５】
図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、図１に示すホログラム１３の具体例を示す平面図および断面図である。図８Ａおよび図８Ｂにおいて、１３３はホログラムである。ホログラム１３３の内周部１３３Ｃは、実施の形態２で例示および説明したホログラム１３２の内周部１３２Ｃと同じである。また、外周部１３３Ｂの格子ピッチも、実施の形態２で例示および説明したホログラム１３２の外周部１３２Ｂと同じであるが、図８Ｂに示すように、外周部１３３Ｂに形成された格子の断面形状が異なる。
【０１１６】
図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃは、それぞれ、ホログラム１３３の外周部１３３Ｂに形成される格子の一周期（ｐ３）間の物理的な段差を示す断面図、図９Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図、および図９Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図である。
【０１１７】
図９Ａにおいて、縦方向は段差を示している。ｎｂは、青色光ビーム６１に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばＢＫ７とすると、ｎｂ＝１．５３０２である。
【０１１８】
段差の一単位は、青色光ビーム６１に対して光路長差が約０．２５波長、すなわち位相差が約π／２になる量とすると、単位段差ｄ３はｄ３＝０．２５×λ１／（ｎｂ−１）＝０．１９１μｍとなる。
【０１１９】
一方、赤色光ビーム６２に対するホログラム材料の屈折率をｎｒとすると、ホログラム材料がＢＫ７の場合は、ｎｒ＝１．５１４２であるので、単位段差ｄ３によって赤色光ビーム６２に発生する光路長差は、ｄ３×（ｎｒ−１）／λ２＝０．１４９、すなわち、波長λ２の約０．１５倍となり、位相変調量は一段あたり約０．３πとなる。
【０１２０】
そこで、図９Ａに示すように、格子の段差を単位段差ｄ３の整数倍にし、４段で各段差の幅の比がほぼ１：１：１：１の階段状の断面形状にすると、青色光ビーム６１に対しては、段差を重ねていくと、図９Ｂに示すように、位相変調量が一段あたりπ／２ずつ変化する、すなわち光路長差はλ１の＋０．２５倍ずつ変化する。段差の物理的形状を図９Ａのように作ると、青色光ビーム６１は、凸レンズ作用を受ける＋１次回折光の回折効率が約８０％と計算（スカラー計算）され、回折次数の中で、最も強くなる。
【０１２１】
そして、赤色光ビーム６２に対しては、段差を重ねていくと、図９Ｃに示すように、位相変調量が一段あたり−０．３πずつ変化する、すなわち光路長差はλ２の０．１５倍ずつ変化する。段差の物理的形状を図９Ａのように作ると、赤色光ビーム６２は、凸レンズ作用を受ける＋１次回折光の回折効率が約５０％と計算（スカラー計算）され、回折次数の中で、最も強くなるが、これは、青色光ビーム６１と同じ次数なので、第２光ディスク１０に対しては収差が大きく、集光されない。また、赤色光ビーム６２は、凹レンズ作用を受ける−１次回折光の回折効率が１０％以下と十分弱い。従って、赤色光ビーム６２の第２光ディスク１０に対する開口数を小さくすることで、第１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、第２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）という条件を容易に実現できる。
【０１２２】
本実施の形態で説明した、ホログラム１３３の外周部１３３Ｂだけ一段あたり波長の０．２５倍の光路長差を生じるような階段状の断面形状を有するホログラム構成や、内周部１３３Ｃは共役光を利用した異種ディスクの互換記録・再生については、先に挙げたいずれの従来例にも開示されていない。
【０１２３】
本実施の形態では、上記の新規な構成により、実施の形態２において挙げた利点に加えて、ホログラム１３３の格子ピッチが比較的狭くなる外周部１３３Ｂの格子高さを低くできるので、ホログラム１３３を容易に製作でき、赤色光ビーム６２の第２光ディスク１０に対する開口数を小さくすることで、第１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、第２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）という条件を容易に実現できるという利点がある。
【０１２４】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態１において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【０１２５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態１の説明で参照した図１に示す構成と同じである。本実施の形態では、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４の構成が実施の形態１〜３とは異なる。
【０１２６】
図１０は、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図である。図１０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の赤色光ビーム６２に対しては、後述するように回折して青色光ビーム６１に対する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６１に対しては、＋２次の回折が最も強く起こるように、ホログラム１３４が設計される。そうすることで、赤色光ビーム６２に対しては、＋１次回折が最も強く起こる。その結果、赤色光ビーム６２の方が青色光ビーム６１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の赤色光ビーム６２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６２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６１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。
【０１２７】
対物レンズ１４４は、波長λ１の青色光ビーム６１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、青色光ビーム６１をさらに収束させて、第１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上へ集光するように設計される。
【０１２８】
次に、赤色光ビーム６２を用いて第２光ディスク１０の記録・再生を行う際のホログラム１３４の働きについて詳細に説明する。ホログラム１３４は、波長λ２の赤色光ビーム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は、赤色光ビーム６２を第２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に集光する。ここで、第２光ディスク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と厚くなっており、基材厚０．１ｍｍの第１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１０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、この焦点位置補正と基材厚差による球面収差の補正を実現する。
【０１２９】
波長λ１の青色光ビーム６１と波長λ２の赤色光ビーム６２は、いずれもホログラム１３４によって波面の変換を受ける。従って、ホログラム１３４と対物レンズ１４４の相対位置に誤差があると、設計通りの波面が対物レンズ１４４に入射せず、第１光ディスク９や第２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を一体に固定し、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１５（図１）によって一体に駆動を行う。
【０１３０】
図１１Ａは、ホログラム１３４の構造を示す平面図で、図１１Ｂは、ホログラム１３４の構造を示す、図１０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の間の外周部１３４Ｂ）とで異なる構造を有する。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。この領域は、赤色光ビーム６２を用いて第２光ディスク１０の記録・再生を行う際も、青色光ビーム６１を用いて第１光ディスク９の記録・再生を行う際も使用される。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の部分は、青色光ビーム６１の＋２次回折光を第１光ディスク９に、赤色光ビーム６２の＋１次回折光を第２光ディスク１０に集光するように設計される。
【０１３１】
外周部１３４Ｂについては、第１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、第２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）必要があるので、青色光ビーム６１と赤色光ビーム６２をそれぞれ対応する第１光ディスク９と第２光ディスク１０に対して集光する内周部の周囲に、青色光ビーム６１の＋２次回折光のみを第１光ディスク９に対して集光し、赤色光ビーム６２の＋１次回折光は第２光ディスク１０に対して収差を有するように、外周部１３２Ｂ、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の条件を実現できる。
【０１３２】
図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃは、それぞれ、ホログラム１３４に形成される格子の一周期（ｐ４）間の物理的形状を示す断面図、図１２Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図、および図１２Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図である。
【０１３３】
図１２Ａにおいて、格子の一周期（ｐ４）間の物理的な断面形状は、鋸歯状の断面形状を有する。ここで、鋸歯状の断面形状における斜面の方向を表すため、図１２Ａの断面形状を、基材が左側に斜面を有する断面形状と表現する。この呼び方に従い、図１１Ｂに示すホログラム１３４の断面形状を、基材が外周側に斜面を有する鋸歯状の断面形状（または、単に、鋸歯形状）と表現する。
【０１３４】
図１２Ａにおいて、縦方向は鋸歯状の断面形状を有する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材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばＢＫ７とすると、ｎｂ＝１．５３０２である。
【０１３５】
鋸歯状格子の深さｈ１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になる量にすると、ｈ１＝２×λ１／（ｎｂ−１）＝１．５３μｍとなる。
【０１３６】
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（＝２×２π）変化するため、青色光ビーム６１に対しては、＋２次回折光の強度が最大となり、スカラー計算上は１００％の回折効率となる。
【０１３７】
一方、赤色光ビーム６２に対するホログラム材料の屈折率をｎｒとすると、ホログラム材料がＢＫ７の場合は、ｎｒ＝１．５１４２であるので、深さ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）／λ２＝１．１９、すなわち、波長λ２の約１．２倍となり、位相変調量は約２．４πとなる。従って、赤色光ビーム６２に対しては、＋１次回折光の強度が最も強くなり、スカラー計算上の回折効率は約８０％となる。
【０１３８】
図１２Ａに示すように、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に対しては、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１２Ｂのようになる。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。
【０１３９】
本実施の形態で説明した、青色光ビーム６１に対して波長λ１の２倍の光路長差を生じさせ＋２次回折を起こす深さの鋸歯状の断面形状を有する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記録・再生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。
【０１４０】
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６１および赤色光ビーム６２のいずれに対してもホログラム１３４が凸レンズ作用を有する。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１４４と組み合わせた場合、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利点がある。
【０１４１】
従って、本実施の形態によれば、ホログラム１３４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が得られる。
【０１４２】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態１において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【０１４３】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、実施の形態４のホログラム１３４における内周部１３４Ｃに形成される格子断面形状のみを変更するものである。
【０１４４】
図１３Ａ、図１３Ｂ、および図１３Ｃは、それぞれ、本実施の形態によるホログラム１３４の内周部１３４Ｃに形成される格子の一周期（ｐ４）間の鋸歯形状を示す断面図、図１３Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図、および図１３Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図である。
【０１４５】
図１３Ａにおいて、縦方向は鋸歯状格子の深さを示している。本実施の形態では、実施の形態４とは異なり、深さは、赤色光ビーム６２を基準に決定される。ｎｒは、赤色光ビーム６２に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばＢＫ７とすると、ｎｒ＝１．５１４２である。
【０１４６】
鋸歯状格子の深さｈ２は、赤色光ビーム６２に対して光路長差が約１波長、すなわち位相差が約２πになる量にすると、ｈ２＝λ２／（ｎｒ−１）＝１．２８μｍとなる。
【０１４７】
一方、青色光ビーム６１に対するホログラム材料の屈折率をｎｂとすると、ホログラム材料がＢＫ７の場合は、ｎｂ＝１．５３０２であるので、鋸歯状格子の深さｈ２によって青色光ビーム６１に発生する光路長差は、ｈ２×（ｎｂ−１）／λ１＝１．６８、すなわち、波長λ１の約１．７倍となり、位相変調量は約３．３５πとなる。このため、青色光ビーム６１に対しては、＋２次回折光の強度が最大となり、スカラー計算上は約８０％の回折効率となる。
【０１４８】
図１３Ａに示すように、格子一周期の形状を、深さｈ２の鋸歯状の断面形状にすると、青色光ビーム６１に対しては、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１３Ｂのようになる。図１３Ａに示す形状周期ｐ４あたりの位相変調量は約３．３５πであるので、図１３Ｂに示すように、実質的な一周期ｐ４／２あたりの光路長差を考えると、波長λ１の０．８３倍、位相変調量は約１．７πとなる。そして、赤色光ビーム６２に対しては、＋１次回折光の強度が最大となり、スカラー計算上は回折効率が１００％になり、光の利用効率を高くできる。
【０１４９】
また、青色光ビーム６１の＋２次回折光の回折効率は８０％程度に下がるが、中心部が下がると相対的に外周部分の光量が上がることになる。半導体レーザー光源の遠視野像は外周部分ほど強度が低くその一部しか使用できないが、このように内周部分の光量が下がると、遠視野像の、より広い範囲を使用できるので、光の利用効率を向上することができる。これは、コリメートレンズ８の焦点距離を短くすることによって実現できるが、これによって、内周部分の光量低下分を補うことが可能である。
【０１５０】
従って、本実施の形態によれば、図１３Ａを用いて説明したように、ホログラム１３４の内周部分を深さｈ２の鋸歯状格子とすることで、赤色光ビーム６２の回折光強度を最大にすることができ、このときに、青色光ビーム６１の集光スポットに対する光の利用効率は低下しない。
【０１５１】
本実施の形態においても、青色光ビーム６１および赤色光ビーム６２のいずれに対してもホログラム１３４が凸レンズ作用を有する。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１４４と組み合わせた場合、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利点がある。
【０１５２】
従って、本実施の形態によれば、ホログラム１３４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が得られる。
【０１５３】
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１３４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１４４の製作難易度を緩和できるという利点もある。
【０１５４】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態１において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【０１５５】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態１の説明で参照した図１に示す構成と同じである。本実施の形態では、図１に示すホログラム１３の構成が実施の形態１〜５とは異なる。
【０１５６】
図１４は、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図である。図１５Ａは、ホログラム１３５の構造を示す平面図で、図１５Ｂは、ホログラム１３５の構造を示す、図１４と同様の断面図である。
図１４、図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、１３５はホログラムである。図１５Ａにおいて、ホログラム１３５の内周部１３５Ｃは、例えば実施の形態４あるいは５によるホログラム１３４の内周部１３４Ｃと同じ構造を有する。ここで、ホログラム１３５の内周部１３５Ｃは、実施の形態１〜５において示したいずれの構成であってもよいが、ホログラム１３４の内周部１３４Ｃと同じ構造にした方が、鋸歯形状という形の類似性から、より製作が容易であるという利点がある。
【０１５７】
図１６Ａ、図１６Ｂ、および図１６Ｃは、それぞれ、本実施の形態によるホログラム１３５の外周部１３５Ｂに形成される格子の一周期（ｐ７）間の物理的な鋸歯形状を示す断面図、図１６Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図、および図１６Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図である。
【０１５８】
図１６Ａにおいて、縦方向は鋸歯形状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材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばＢＫ７とすると、ｎｂ＝１．５３０２である。
【０１５９】
鋸歯形状の深さｈ３は、青色光ビーム６１に対して光路長差が約１波長（図１６Ｂ）、すなわち位相差が約２πになる量とすると、ｈ３＝λ１／（ｎｂ−１）＝０．７６４μｍとなる。
【０１６０】
一方、赤色光ビーム６２に対するホログラム材料の屈折率をｎｒとすると、ホログラム材料がＢＫ７の場合は、ｎｒ＝１．５１４２であるので、深さｈ３によって赤色光ビーム６２に発生する光路長差は、図１６Ｃに示すように、ｈ３×（ｎｒ−１）／λ２＝０．５９３、すなわち、波長λ２の約０．６倍となり、位相変調量は約１．２πである。従って、赤色光ビーム６２に対しては、＋１次回折光の強度が最も強くなり約６０％となる。
【０１６１】
このように、図１６Ａのように、格子一周期の形状を、深さｈ３の鋸歯状の断面形状にすると、青色光ビーム６１に対しては、＋１次回折光が最も強い（実施の形態４や５では外周部においても＋２次回折光が最も強いが、本実施の形態はこの点が異なる）ので、回折角度を決める格子周期は、実質ｐ７であり、位相変化は図１６Ｂに示すようになる。そして、赤色光ビーム６２に対しても、＋１次回折光が最も強く、回折角度を決める格子周期は、やはり実質ｐ７である。
【０１６２】
ホログラム１３５の外周部１３５Ｂは、青色光ビーム６１が厚さ約０．１ｍｍの基材を通して集光されるように設計される。このとき、赤色光ビーム６２も青色光ビーム６１と同じ回折次数である＋１次回折を受け、赤色光ビーム６２の波長λ２が青色光ビームの波長λ１よりも長いので回折角度は大きくなる。
【０１６３】
ホログラム１３５の外周部１３５Ｂのブレーズ方向は、内周部１３５Ｃと同様に、凸レンズ作用を有するように設計される。このとき、青色光ビーム６１よりも赤色光ビーム６２の回折角度が大きいので、赤色光ビーム６２は、ホログラム１３５の外周部１３５Ｂにおいて強い凸レンズ作用を受ける。これは、例えば、実施の形態４または５によるホログラム１３４の内周部１３４Ｃにおいて赤色光ビーム６２の方が青色光ビーム６１よりも弱い凸レンズ作用を受ける、あるいは、例えば、実施の形態１によるホログラム１３１の内周部１３１Ｃにおいて凹レンズ作用を受けるのとは全く異なる。このため、外周部１３５Ｂによって回折される赤色光ビーム６２は内周部１３５Ｃを通る赤色光ビーム６２と同じ場所に集光されない。
【０１６４】
このようにして、第１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を、第２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よりも大きく（ＮＡｂ＞ＮＡｒ）することができる。
【０１６５】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態１において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【０１６６】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態１の説明で参照した図１に示す構成と同じである。本実施の形態では、図１に示すホログラム１３の構成が実施の形態１〜６とは異なる。
【０１６７】
本実施の形態は、先に説明した実施の形態４と本実施の形態５の中間形態として、ホログラムの内周部における鋸歯形状の格子の深さｈ４を、ｈ２＜ｈ４＜ｈ１としたものである。
【０１６８】
図１７は、本実施の形態におけるホログラム１３６の内周部１３６Ｃに形成される鋸歯状格子の深さｈ４と回折効率の関係を示すグラフである。図１７において、横軸は、鋸歯状格子の深さｈ４から決まる青色光ビーム６１の光路長差が波長λ１の何倍になるかを示している。縦軸は、回折効率の計算値である。
【０１６９】
鋸歯状格子の深さｈ４を、ｈ２＜ｈ４＜ｈ１にするということは、横軸である（光路長差／λ１）が１．７より大きく、２よりも小さい範囲の値を選ぶということを意味する。特に、赤色光ビーム６２の＋１次回折光の回折効率（破線で示す）と青色光ビーム６１の＋２次回折光の回折効率（実線で示す）とがほぼ等しくなるように、（光路長差／λ１）を１．８８（約１．９）に選ぶ。すなわち、鋸歯状格子の深さｈ４は、
ｈ４×（ｎｂ−１）／λ１＝１．８８
を満たすように選ばれる。こうすることで、計算上、赤色光ビーム６２の＋１次回折光に対しても青色光ビーム６１の＋２次回折光に対しても、約９５％の回折効率が得られ、いずれも光量損失を少なく抑えることができる。
【０１７０】
上記の条件を満たすｈ４は、λ１が４０５ｎｍであり、ホログラム材料をＢＫ７とした場合、約１．４４μｍとなる。
【０１７１】
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態８について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態１の説明で参照した図１に示す構成とほぼ同じである。本実施の形態では、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの構成が実施の形態１〜７とは異なる。
【０１７２】
図１８は、本実施の形態における対物レンズの具体例を示す断面図である。図１８において、本実施の形態における屈折型の対物レンズ１４７は、第１レンズ１４７１と第２レンズ１４７２という、２枚組レンズとして構成される。２枚組レンズは当然ながら、屈折面を４面有するので、設計の自由度が高く、例えば青色光ビーム６１に対して対物レンズ１４７が傾いたときに発生する収差や、軸外収差を小さくできるなど、対物レンズの収差特性を向上させることができる。特に、第１レンズ１４７１の外側（第２レンズ１４７２から離れた側）の屈折面を非球面とすることにより、軸外収差を小さくできる。
【０１７３】
また、実施の形態１において説明したように、ホログラム１３７を対物レンズ１４７の表面に形成することで、部品点数を削減できるという利点があるが、特に、ホログラム１３７を第１レンズ１４７１の外側（集光スポットや第２レンズ１４７２から最も離れた側）の面に形成することにより、赤色光ビーム６２と青色光ビーム６１の両方に対して、対物レンズ１４７が傾いたときに発生する収差を低減できるという利点がある。なお、ホログラム１３７としては、実施の形態５〜７いずれかのホログラム構成が用いられる。
【０１７４】
前述した第６の従来例は、本実施の形態の構成と一見似ているが、第１レンズ１４７１の外側（第２レンズ１４７２から離れた側）の屈折面を非球面とすることは開示されておらず、十分な収差特性が得られないという点で異なるものである。また、第６の従来例は、赤色光ビームを強い発散光にしてホログラムと対物レンズに入射している点でも、本実施の形態とは異なり、赤色光ビームと青色光ビームに対して共通の光検出器を用いてサーボ信号を検出することはできない。
【０１７５】
（実施の形態９）
図１９は、本発明の実施の形態９による光情報装置の概略構成図である。本実施の形態による光情報装置６７は、実施の形態１から８のいずれかの光ヘッド装置を用いる。
【０１７６】
図１９において、第１光ディスク９（あるいは第２光ディスク１０、以下同じ）は、ターンテーブル８２に乗せられ、モータ６４によって回転される。光ヘッド装置５５は、第１光ディスク９上の所望の情報の存在するトラックまで、光ヘッド装置の駆動装置５１によって粗動される。
【０１７７】
また、光ヘッド装置５５は、第１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）信号や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はこの信号受けて、光ヘッド装置５５へ、対物レンズを微動させるための信号を送る。この信号によって、光ヘッド装置５５は、第１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を行いながら、情報の読み出しまたは書き込み（記録）や消去を行う。
【０１７８】
光情報装置６７は、光ヘッド装置として、実施の形態１から８のいずれかの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。
【０１７９】
（実施の形態１０）
図２０は、本発明の実施の形態１０によるコンピュータの一構成例を示す概略図である。なお、本実施の形態によるコンピュータ１００は、実施の形態９による光情報装置６７を内蔵している。
【０１８０】
図２０において、コンピュータ１００は、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１０１と、入力装置１０１から入力された情報や、光情報装置６７から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１０２と、演算装置１０２によって演算された結果などの情報を表示するＣＲＴ表示装置や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置１０３とから構成される。なお、図１８は、入力装置１０１としてキーボードを、出力装置１０３としてＣＲＴ表示装置を用いた場合について例示している。
【０１８１】
（実施の形態１１）
図２１は、本発明の実施の形態１１による光ディスクプレーヤーの一構成例を示す概略図である。なお、本実施の形態による光ディスクプレーヤー１１０は、実施の形態９による光情報装置６７を内蔵している。
【０１８２】
図２１において、光ディスクプレーヤー１１０は、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信号に変換するデコーダ１１１と、液晶モニター１１２とで構成される。なお、本実施の形態では、表示装置としての液晶モニター１１２が一体となった携帯型の光ディスクプレーヤー１１０について例示および説明したが、表示装置が別体である形態も可能である。
【０１８３】
（実施の形態１２）
図２２は、本発明の実施の形態１２によるカーナビゲーションシステムを塔載した自動車の概略構成図である。図２２において、カーナビゲーションシステムは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）１６１と、実施の形態１１による光ディスクプレーヤー１１０と、光ディスクプレーヤー１１０からの映像信号を表示する表示装置１６３とから構成される。ここで、光ディスクプレーヤー１１０としては、映像、ゲーム、地図などの情報を光ディスクから再生できるものであればよく、用途に限定されるものではない。
【０１８４】
このようなカーナビゲーションシステムを塔載した自動車では、青色光ビームを用いて大容量の映像などを再生でき、広範囲かつ詳細な地図データを扱うことができると共に、既存のＤＶＤに記録された情報も活用できるという利便性を享受することができる。
【０１８５】
なお、本実施の形態では、乗物として自動車を例に挙げて説明したが、自動車に限らず、電車、飛行機、船舶などの他の乗物にも適用できることは勿論である。
【０１８６】
（実施の形態１３）
図２３は、本発明の実施の形態１３による光ディスクレコーダーの一構成例を示す概略図である。なお、本実施の形態による光ディスクレコーダー１２０は、実施の形態９による光情報装置６７を内蔵している。
【０１８７】
図２３において、光ディスクレコーダー１２０は、光情報装置６７と、画像信号を光ディスクに記録する情報信号に変換するエンコーダ１２１と、光情報装置６７から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダ１１１とから構成され、光ディスクレコーダー１２０には、ＣＲＴ表示装置などの出力装置１０３が接続されている。これにより、入力された画像信号をエンコーダ１２１により情報信号に変換して光ディスクに記録しながら、光ディスクに既に記録されている情報信号を再生しデコーダ１１１により画像信号に変換して、出力装置１０３であるＣＲＴ表示装置に表示させることができる。
【０１８８】
（実施の形態１４）
図２４は、本発明の実施の形態１４による光ディスクサーバーの一構成例を示す概略図である。なお、本実施の形態による光ディスクサーバー１５０は、実施の形態９による光情報装置６７を内蔵している。
【０１８９】
図２４において、光ディスクサーバー１５０は、光情報装置６７と、外部から光情報装置６７に記録する情報信号を取り込んだり、光情報装置６７から読み出した情報信号を外部に出力する有線または無線の入出力端子１５１と、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１５２とから構成される。また、光ディスクサーバー１５０には、入力装置１０１としてキーボードが、出力装置１０３としてＣＲＴ表示装置が接続されている。
【０１９０】
これによって、光ディスクサーバー１５０は、ネットワーク１５３、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、これら複数の機器に対する共有の情報サーバーとして利用することが可能となる。また、チェンジャー１５２を内蔵することにより、多くの情報を記録・蓄積することができる。
【０１９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基材厚０．６ｍｍで波長λ２（標準的には約６６０ｎｍ）の赤色光ビームによる記録再生に対応した光ディスクと、基材厚０．１ｍｍで波長λ１（標準的には約４０５ｎｍ）の青色光ビームによる記録再生に対応した光ディスクとの互換再生や互換記録を実現する、高い光利用効率を有する複合対物レンズを提供することが可能になる。
【０１９２】
また、かかる複合対物レンズを光ヘッド装置に用い、かかる光ヘッド装置を光情報装置に塔載することで、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可能になる。
【０１９３】
さらに、上記の光情報装置をコンピュータや、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に内蔵することで、異なる種類の光ディスクに対して安定した情報の記録あるいは再生ができるので、広い用途に使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による光ヘッド装置の一構成例を示す断面図
【図２】図１のホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図３Ａ】図２のホログラム１３１の構造を示す平面図
【図３Ｂ】図２のホログラム１３１の構造を示す断面図
【図４Ａ】図３Ａに示すホログラム１３１の内周部１３１Ｃに形成される格子の一周期（ｐ１）間の階段形状を示す断面図
【図４Ｂ】図４Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図６Ａ】図５のホログラム１３２の構造を示す平面図
【図６Ｂ】図５のホログラム１３２の構造を示す断面図
【図７Ａ】ホログラム１３２に形成される格子の一周期（ｐ２）間の階段形状を示す断面図
【図７Ｂ】図７Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図
【図７Ｃ】図７Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図
【図８Ａ】本発明の実施の形態３における、図１に示すホログラム１３の具体例を示す平面図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態３における、図１に示すホログラム１３の具体例を示す断面図
【図９Ａ】ホログラム１３３の外周部１３３Ｃに形成される格子の一周期（ｐ３）間の階段形状を示す断面図
【図９Ｂ】図９Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図
【図９Ｃ】図９Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４における、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図１１Ａ】図１０のホログラム１３４の構造を示す平面図
【図１１Ｂ】図１０のホログラム１３４の構造を示す断面図
【図１２Ａ】ホログラム１３４に形成される格子の一周期（ｐ４）間の鋸歯形状を示す断面図
【図１２Ｂ】図１２Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図
【図１２Ｃ】図１２Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図
【図１３Ａ】本発明の実施の形態４によるホログラム１３４の内周部１３４Ｃに形成される格子の一周期（ｐ４）間の鋸歯形状を示す断面図
【図１３Ｂ】図１３Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図
【図１３Ｃ】図１３Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図
【図１４】本発明の実施の形態５における、図１に示すホログラム１３と対物レンズ１４からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図１５Ａ】図１４のホログラム１３５の構造を示す平面図
【図１５Ｂ】図１４のホログラム１３５の構造を示す断面図
【図１６Ａ】ホログラム１３５の外周部１３５Ｂに形成される格子の一周期（ｐ７）間の物理的な鋸歯形状を示す断面図
【図１６Ｂ】図１６Ａに対応した青色光ビーム６１（波長λ１）に対する位相変調量を示す図
【図１６Ｃ】図１６Ａに対応した赤色光ビーム６２（波長λ２）に対する位相変調量を示す図
【図１７】本発明の実施の形態７におけるホログラム１３６の内周部１３６Ｃに形成される鋸歯状格子の深さｈ４と回折効率の関係を示すグラフ
【図１８】本発明の実施の形態８における複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図１９】本発明の実施の形態９による光情報装置の概略構成図
【図２０】本発明の実施の形態１０によるコンピュータの一構成例を示す概略図
【図２１】本発明の実施の形態１１による光ディスクプレーヤーの一構成例を示す概略図
【図２２】本発明の実施の形態１２によるカーナビゲーションシステムの一構成例を示す概略図
【図２３】本発明の実施の形態１３による光ディスクレコーダーの一構成例を示す概略図
【図２４】本発明の実施の形態１４による光ディスクサーバーの一構成例を示す概略図
【図２５Ａ】第１の従来例において、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０に０次回折光４２を集光する光ヘッド装置の概略構成を示す断面図
【図２５Ｂ】第１の従来例において、基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１に＋１次回折光４３を集光する光ヘッド装置の概略構成を示す断面図
【図２６】第２の従来例としての光ヘッド装置の概略構成を示す断面図
【図２７Ａ】図２６の波長選択位相板２０５の構造を示す平面図
【図２７Ｂ】図２６の波長選択位相板２０５の構造を示す断面図
【図２８】第６の従来例としての光ヘッド装置の概略構成を示す断面図
【符号の説明】
１　青色レーザー光源
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　第１光ディスク
１０　第２光ディスク
１３、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６、１３７　ホログラム
１４、１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４７　対物レンズ
１４７１　第１対物レンズ
１４７２　第２対物レンズ
１５　駆動手段
２０　赤色レーザー光源
３２　検出レンズ
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　青色光ビーム（第１光ビーム）
６２　赤色光ビーム（第２光ビーム）
６４　モーター
６７　光情報装置
１００　コンピュータ
１０１　入力装置
１０２　演算装置
１０３　出力装置
１１０　光ディスクプレーヤー
１１１　デコーダ
１１２　液晶モニター
１２０　光ディスクレコーダー
１２１　エンコーダ
１５０　光ディスクサーバー
１５１　入出力端子
１５２　チェンジャー
１５３　ネットワーク
１６１　ＧＰＳ
１６３　表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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