(57)【要約】【課題】波長の異なる２つ以上の光源から出射する光の光路が共通している光学系において、波長に応じて最適な光学倍率を設定することのできる光学素子および情報処理装置を提供する。【解決手段】伝播方向に発散しており、波長λ１および前記波長λ１より長い波長λ２をそれぞれ有する第１の光および第２の光を方向特性の異なる第１および第２の光束に変換する光学素子であって、前記光学素子の光軸に対する第１の光束の最外縁の光線の方向余弦αと、前記光学素子の光軸に対する前記第２の光束の最外縁の光線の方向余弦βとは、前記第１の光束および前記第２の光束が発散光束であるときにα、βが正の値であり、収束光束であるときα、βは負の値であるとして、α＞βの関係を満たしている光学素子。【選択図】図１
2007128595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝播方向に発散しており、波長λ１および前記波長λ１より長い波長λ２をそれぞれ有する第１の光および第２の光の方向特性の異なる第１および第２の光束に変換する光学素子であって、
前記光学素子の光軸に対する第１の光束の最外縁の光線の方向余弦αと、前記光学素子の光軸に対する前記第２の光束の最外縁の光線の方向余弦βとは、前記第１の光束および前記第２の光束が発散光束であるときにα、βが正の値であり、収束光束であるときα、βは負の値であるとして、
α＞β
の関係を満たしている光学素子。
【請求項２】
前記光学素子は、第１および第２の主面を有し、前記第１および第２の主面の少なくとも一方に回折格子が形成されている請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の光および第２の光の少なくとも一方に対する屈折の方向と前記回折格子による回折の方向とは同じである請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
第１の光束または前記第２の光束に対する波面変換部を備えた請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の光束は平行光束である請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
互いに隣接した位置にあり、波長λ１および前記波長λ１より長い波長λ２を有する第１および第２の光をそれぞれ出射する第１および第２の光源と、
前記第１および第２の光をそれぞれ方向特性の異なる第１および第２の光束に変換する光学素子と、
前記第１および第２の光束を記録媒体に向けて集光する集光素子と、
を備え、
前記光学素子は、前記光学素子の光軸に対する第１の光束の最外縁の光線の方向余弦αと、前記光学素子の光軸に対する前記第２の光束の最外縁の光線の方向余弦βとは、前記第１の光束および前記第２の光束が発散光束であるときにα、βが正の値であり、収束光束であるときα、βは負の値であるとして、
α＞β
の関係を満たしている、情報処理装置。
【請求項７】
前記集光素子の開口数および焦点距離をそれぞれＮＡおよびｆｏとし、前記集光素子と前記光学素子との距離をＬとしたとき、αおよびβが
（ＮＡ×ｆｏ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1β））／（ＮＡ×ｆｏ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1α））＞１．０８
の関係を満たしている請求項６に記載の情報処理装置。
【請求項８】
前記光学素子は、第１および第２の主面を有し、前記第１および第２の主面の少なくとも一方に回折格子が形成されている請求項６に記載の情報処理装置。
【請求項９】
前記第１の光および第２の光の少なくとも一方に対する屈折の方向と前記回折格子による回折の方向は同じである請求項８に記載の情報処理装置。
【請求項１０】
第１の光束または前記第２の光束に対する波面変換部を前記光学素子と前記集光素子との間にさらに備えた請求項６から９のいずれかに記載の情報処理装置。
【請求項１１】
前記第１の光束は平行光束である請求項６に記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的に情報の記録再生を行う情報処理装置および情報処理装置に用いられる光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学的に情報の記録再生を行う情報処理装置が普及してきている。特に、コンパクトディスク（以下、ＣＤと称する）、Ｍｉｎｉ−Ｄｉｓｋ（以下、ＭＤと称する）、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ（以下、ＤＶＤと称する）、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤと称する）などのディスク状記録媒体に映像や画像、音声などの各種情報のデータを記録再生する光ディスク装置が広く普及している。
【０００３】
これらの装置においては、一般に半導体レーザが記録再生のための光源として用いられ、半導体レーザから出射した光はレンズなどによって記録媒体に集光される。データの記録時には、半導体レーザの光出力を高め、記録媒体に形成された光スポットにおける光の強度を高めることにより、記録媒体の反射率や磁性などの物性を変化させる。これにより、データがマークやピットとして記録媒体に記録される。データの再生時には、記録時よりも低い光出力で半導体レーザを発光させ、マークやピットにおける記録媒体の反射率や磁性などの物性の違いを検出することにより記録媒体からデータを再生する。
【０００４】
一般に、記録密度が異なる記録媒体に対して記録再生を行う場合、異なる波長の光が用いられる。このため、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤのように記録密度が異なる複数の記録媒体に対応した光ディスク装置は、複数の光源を備えている。光ディスク装置の光源に用いられる従来の発光素子は、一つの筐体に単一の光源が収納されていた。このため、記録密度が異なる複数の記録媒体に対応した従来の光ディスク装置は、複数の発光素子を備えていた。
【０００５】
しかし、近年、波長の異なる２つの光源を単一の筐体に格納した光源素子（以下「２波長レーザ」と略称する。）が開発され、このような２波長レーザを用いた光ディスク装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
図１２は２波長レーザを用いた従来の光ディスク装置の光学系の構成を示している。従来の光ディスク装置において、２波長レーザ１は、１つの筐体内に波長λ１の光を出射する第１の光源１ａと波長λ２の光を出射する第２の光源１ｂを有している。光源１ａから出射された光２は、ビームスプリッター４において反射し、コリメートレンズ１７により平行光束に変換される。平行光束は、開口フィルター１１を透過し、集光レンズ６によって第１の記録媒体７に向けて集光される。第１の記録媒体７において反射した光は、逆の経路をたどってビームスプリッター４に到達し、一部の光がビームスプリッター４を透過し、検出レンズ９を経て光検出器１０に入射する。光検出器１０に入射した光によりフォ−カス、トラッキング、ＲＦ等各種信号の検出が行われる。
【０００７】
一方、第２の光源１ｂから出射された光３は、ビームスプリッター４を反射し、コリメートレンズ１７により平行光束に変換される。平行光束は、開口フィルター１１により、けられた後、集光レンズ６によって第２の記録媒体８に向けて集光される。ここで、開口フィルター１１は波長選択性のフィルターであり、λ１の波長の光は全透過し、λ２の波長の光は光束の外縁部を反射するよう構成されている。開口フィルター１１は多層膜や回折格子などを用いた様々な構成が既に公知であり、かつ、実用に供されている。また、第１の記録媒体７と第２の記録媒体８とでは、基材の厚さが異なっている。このため、集光レンズ６は、第１の記録媒体７の基材および第２の記録媒体８の基材で生じる球面収差を補正する構造を有している。第２の記録媒体８で反射された光は、逆の経路をたどってビームスプリッター４に到達し、一部の光がビームスプリッター４を透過し、検出レンズ９を経て光検出器１０に入射する。光検出器１０に入射した光によりフォ−カス、トラッキング、ＲＦ等各種信号の検出が行われる。
【０００８】
第１の光源１ａと第２の光源１ｂとが隣接しているため、２つの光源から記録媒体までの光路を共通にすることができる。したがって、光学系の構成を簡素にすることができ、使用する部品数の低減ならびに組み立ておよび調整工程数の低減による光ディスク装置のコストダウンを図ることが可能となる。また、装置の信頼性を高めることができる。
【０００９】
近年、こうした光ディスク装置において高速記録を行うニーズが高まっている。記録媒体に高速でデータを記録するためには、高出力の光を記録媒体に照射する必要がある。ＣＤへの記録用光源およびＤＶＤへの記録用光源として現在実用化されている高出力半導体レーザの多くでは、レーザから出射される光の放射角（半値全角）はともにほぼ同等の値（水平方向が７〜１０°、垂直方向が１６〜２３°程度）となっている。光源から出射する光の放射角および集光レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ：以下「ＮＡ」と略称する。）が同じ場合、光学倍率（光学倍率：ｆｃ／ｆｏ、ただし、ｆｃはコリメートレンズの焦点距離、ｆｏは集光レンズの焦点距離）は小さくした方が光の取り込み効率は高くなる。つまり、半導体レーザからの光を効率よく集光レンズへ導くことができる。このため、光学倍率は小さい方が、記録媒体に高出力の光を照射するのには好ましい。しかし、光学倍率を小さくし過ぎると、リム強度（開口中心に対する開口縁の光強度）が低下することにより、記録媒体への集光性能が低下したり、記録媒体からの反射光の信号品質が落ちるなどし、十分な性能を確保することができなくなるという問題が生じる。したがって、光の取り込み効率およびリム強度が十分な値となるｆｃ／ｆｏ＝４〜５の範囲で光学系を設計することが好ましい。ＣＤへの記録を行う現在の一般的な光ディスク装置はこの範囲の光学倍率を採用している。
【００１０】
一方、ＤＶＤの記録再生では、単位面積当たりの情報の記録密度がＣＤに比べて高いため、集光スポットをＣＤの集光スポットに比べて小さくする必要がある。そのために、ＤＶＤの記録再生にはＣＤの記録再生に用いる光の波長（約０．７９μｍ）よりも短い波長（約０．６６μｍ）の光を用いる。また、ＣＤの記録再生には、約０．４５〜０．５５のＮＡを有する集光レンズを用いるのに対し、ＤＶＤの記録再生には、約０．６０〜０．６７のＮＡを有する集光レンズを用いる。また、光束のリム強度もＣＤの記録再生時に比べてＤＶＤの記録再生では強くする必要がある。これらの理由から、ＤＶＤへの記録を行う光ディスク装置では、光学倍率をＣＤへの記録に比べて大きくする必要がある。具体的には、ｆｃ／ｆｏ＝５〜６の範囲で光学系を設計することが好ましい。ＤＶＤへの記録を行う現在の一般的な光ディスク装置はこの範囲の光学倍率を採用している。
【特許文献１】特開２００２−１９０１３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１２に示した従来の光ディスク装置では、第１の光源１ａから集光レンズ６までの光路と第２の光源１ｂから集光レンズ６までの光路とが同一である。このため、光学倍率は、ＣＤに対する光学系とＤＶＤに対する光学系とで同一となり、上述したようなそれぞれの記録媒体に対して最適な値にすることができないという問題が生じる。
【００１２】
厳密には、ＣＤに対する光学系とＤＶＤに対する光学系とでは光学倍率はわずかに異なる。集光レンズ６およびコリメートレンズ１７を構成するレンズ硝材の分散特性により、各波長に対するレンズの焦点距離はわずかに異なるからである。しかし光学倍率の差は微小であり、実質的に同じであるといってよい。
【００１３】
したがって、従来の２波長レーザを用いた光ディスク装置では、光学系の光学倍率がＣＤおよびＤＶＤで同じとなり、各々の光学系に最適な光学倍率を設定することができない。その結果、ＤＶＤに対する記録再生に適した光学倍率となるように光学系を設計した場合、ＣＤ用の光源からの光の利用効率は低くなり、ＣＤに照射する光出力が弱くなってしまう。このことにより、ＣＤへの高速記録が困難になる。２波長レーザに含まれる２つの光源のうち、ＣＤ用の光源をより高出力で駆動できるタイプのものに交換することも考えられる。しかし、この場合には、高出力タイプのものを用いることによってコストが上がったり、消費電力が大きくなり、発熱のため、光学系が高温になるなどの課題が生じる。
【００１４】
逆にＣＤに対する記録再生に適した光学倍率となるように光学系を設計した場合、ＤＶＤ用の光源から集光レンズに入射する光のリム強度が弱くなり、ＤＶＤの集光性能が低下する。このため、ＤＶＤに対する記録再生の性能を十分に確保できなくなる。
【００１５】
本発明はこのような従来技術の課題を解決し、波長の異なる２つ以上の光源から出射する光の光路が共通している光学系において、波長に応じて最適な光学倍率を設定することのできる光学素子および情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の光学素子は、伝播方向に発散しており、波長λ１および前記波長λ１より長い波長λ２をそれぞれ有する第１の光および第２の光を方向特性の異なる第１および第２の光束に変換する光学素子であって、前記光学素子の光軸に対する第１の光束の最外縁の光線の方向余弦αと、前記光学素子の光軸に対する前記第２の光束の最外縁の光線の方向余弦βとは、前記第１の光束および前記第２の光束が発散光束であるときにα、βが正の値であり、収束光束であるときα、βは負の値であるとして、α＞βの関係を満たしている。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記光学素子は、第１および第２の主面を有し、前記第１および第２の主面の少なくとも一方に回折格子が形成されている。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記第１の光および第２の光の少なくとも一方に対する屈折の方向と前記回折格子による回折の方向とは同じである。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、第１の光束または前記第２の光束に対する波面変換部を備えている。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の光束は平行光束である。
【００２１】
本発明の情報処理装置は、互いに隣接した位置にあり、波長λ１および前記波長λ１より長い波長λ２を有する第１および第２の光をそれぞれ出射する第１および第２の光源と、前記第１および第２の光をそれぞれ方向特性の異なる第１および第２の光束に変換する光学素子と、前記第１および第２の光束を記録媒体に向けて集光する集光素子と、を備え、前記光学素子は、前記光学素子の光軸に対する第１の光束の最外縁の光線の方向余弦αと、前記光学素子の光軸に対する前記第２の光束の最外縁の光線の方向余弦βとは、前記第１の光束および前記第２の光束が発散光束であるときにα、βが正の値であり、収束光束であるときα、βは負の値であるとして、α＞βの関係を満たしている。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記集光素子の開口数および焦点距離をそれぞれＮＡおよびｆｏとし、前記集光素子と前記光学素子との距離をＬとしたとき、αおよびβが
（ＮＡ×ｆｏ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1β））／（ＮＡ×ｆｏ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1α））＞１．０８の関係を満たしている。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記光学素子は、第１および第２の主面を有し、前記第１および第２の主面の少なくとも一方に回折格子が形成されている。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記第１の光および第２の光の少なくとも一方に対する屈折の方向と前記回折格子による回折の方向は同じである。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、情報処理装置は、第１の光束または前記第２の光束に対する波面変換部を前記光学素子と前記集光素子との間にさらに備える。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記第１の光束は平行光束である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光学素子は、波長の異なる２つの光を方向特性の異なる光にそれぞれ変換する。この集光素子を、実質的に同じ位置から出射する２つの光源からの光を集光素子によって記録媒体へ集光する情報装置に用いることにより、２つの光源を含むそれぞれの光学系において、光学倍率を異ならせることが可能となる。その結果、各光学系における光の利用効率を独立して変化させることが可能となり、それぞれの光学系において光の利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明による情報処理装置の一例として、ＣＤおよびＤＶＤに映像や画像、音声などの各種情報のデータを記録再生する光ディスク装置を説明する。しかし、波長の異なる２つ以上の光源の光路が共通している光学系を有し、２つの光源から選択的に光を記録媒体に照射し、記録媒体に対して情報の記録および再生の少なくとも一方を行う装置である限り、他の情報処理装置にも本発明は好適に用いられる。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、光ディスク装置の第１の実施形態における光学系の構成を示している。また、図１（ｂ）は光ディスク装置の構成を示すブロック図である。
【００３０】
図１（ｂ）に示すように、光ディスク装置５００は、光ピックアップ５１０と、制御系５１４と、データ処理系５１２と、トラバース駆動部５１６と、回転駆動部５１８と、ドライバ５２０、５２４と、コントローラ５２４とを備える。
【００３１】
回転駆動部５１８は、記録媒体である光ディスク７および８を載置するためのターンテーブルを有し、ターンテーブルに光ディスク８を載置して、回転駆動する。光ピックアップ５１０は、以下において説明するように、記録面を照射する光の集光状態を調節するための集光レンズを有し、光ディスク８の記録面に向けて光を集光させて、集光した光を用いてデータを記録面に記録したり、記録面に記録されたデータを再生したりする。本実施形態では光ディスク７はＤＶＤであり光ディスク８はＣＤである。
【００３２】
制御系５１４は、記録面に向けて集光した光が記録面において反射することにより得られる反射光に基づいて、光ディスク７および８の回転の制御および光ディスク７および８の記録面に向けて集光させる光の集光状態および集光位置の制御を行う制御信号を生成する。制御信号に基づき、ドライバ５２０、５２２が回転駆動部５１８およびトラバース駆動部５１６を駆動する。また、光ピックアップ５１０の集光素子駆動部（図示せず）を駆動する。データ処理系５１２は、反射光に基づいて、記録面に記録されていたデータを再生する。
【００３３】
図１（ａ）に示す光学系は、図１（ｂ）に示す光ピックアップ５１０に含まれている。つまり、光ピックアップ５１０は図１（ａ）に示すように、２波長レーザ１と、コリメートレンズ５と集光レンズ６とを備えている。また、ビームスプリッター４と、位相段差１４と、開口フィルター１１と、検出レンズ９と光検出器１０とを備えている。
【００３４】
２波長レーザ１は、波長λ１の光を出射する第１の光源１ａと波長λ１より長い波長λ２の光を出射する第２の光源１ｂとを１つの筐体内に有している。本実施形態では、波長λ１は０．６６μｍであり、ＤＶＤの記録再生に用いられる。波長λ２は０．７９μｍであり、ＣＤの記録再生に用いられる。第１の光源１ａと第２の光源１ｂとは隣接しており、これらの発光点の間隔は１１０μｍである。したがって、第１の光源１ａと第２の光源１ｂとは実質的に同じ位置から波長λ１の光および波長λ２の光をそれぞれ出射すると見なすことができる。なお、一般的には、第１の光源１ａと第２の光源１ｂとは同時に駆動されることはなくどちらか一方が選択的に駆動され、発光する。
【００３５】
第１の光源１ａから出射した光は、所定の放射角で発散しながらビームスプリッター４において反射し、コリメートレンズ５に入射する。コリメートレンズ５は、第１の光源１ａから出射した光を方向特性の異なる第１の光束１２に変換する。ここで方向特性とは、光の収束あるいは発散度合いをいい、平行光束である状態も含む。本実施形態では、第１の光束１２は平行光束である。つまり、発散していた光が平行光束に変換される。同様に、第２の光源１ｂから出射した光は、所定の放射角で発散しながらビームスプリッター４において反射し、コリメートレンズ５に入射する。コリメートレンズ５は、第２の光源１ｂから出射した光も方向特性の異なる第２の光束１３に変換する。本実施形態では、第２の光束１３は収束光束である。
【００３６】
コリメートレンズ５は第１の主面５ａおよび第２の主面５ｂを有し、第２の主面５ｂには、図２に示すように、同心円状の回折格子が設けられている。この回折格子により、コリメートレンズ５を透過する光に下記式（１）にしたがって位相差φが生じる。
【００３７】
φ＝Ｍ（ａ１×ρ2＋ａ２×ρ4＋ａ３×ρ6＋ａ４×ρ8＋ａ５×ρ10）  ・・（１）
【００３８】
ここで、Ｍは回折次数、ａ１〜ａ５は正規化半径ρ2iの係数であり、単位はラジアンである。回折格子の条件を含むコリメートレンズ５のレンズデータを表１に示す。
【００３９】
【表１】
2007128595.tif 000003
【００４０】
回折格子は、コリメートレンズ５を透過する第１の光源１ａからの光および第２の光源１ｂからの光のうち少なくとも一方に位相差を生じさせ、所定の方向にのみ透過光を強める。このための条件は、回折格子によって所定の角度の出射光が強められる条件である式（２）によって決定される。
【００４１】
sinθ'−sinθ＝ｍλ／ν・・・・・（２）
【００４２】
ここで、θは入射角（第２の面での屈折後の光線の方向余弦）、θ'は出射角（回折された光線の方向余弦）、ｍは回折次数、λは波長、νは格子定数（回折格子のピッチ）を示す。
【００４３】
本実施形態では、回折格子は、コリメートレンズ５を透過した光が収束する方向に第２の光源１ｂから出射した光を選択的に強める。これにより第２の光源１ｂから出射した光が第２の光束１３に変換される。回折格子が透過光を強める方向はコリメートレンズ５により透過光が屈折する方向と同じ方向であることが好ましい。これにより、回折格子が効率的にコリメートレンズ５を透過する光の方向特性を変換することができる。第２の光束１３の収束状態については以下において詳細に説明する。
【００４４】
第１の光束１２は位相段差１４および開口フィルター１１を透過し、集光素子として機能する集光レンズ６によって光ディスク７に向けて集光される。位相段差１４および開口フィルター１１は波長λ１の第１の光束１２に対して透明であるため、方向特性や波面の位相が変化することなく集光レンズ６に入射する。本実施形態では第１の光源１ａを用いて記録再生を行う記録媒体はＤＶＤである光ディスク７である。また、集光レンズ６はガラスもしくは樹脂硝材からなる両非球面レンズであり、０．６６μｍの波長の平行光束がＤＶＤに向けて集光するために最適な光学的構造を備えている。
【００４５】
光ディスク７で反射された光は、逆の経路をたどってビームスプリッター４に到達し、一部の光はビームスプリッター４を透過する。透過した光は、検出レンズ９を経て光検出器１０に入射する。光検出器１０は入射した光を電気信号に変換する。光検出器１０の出力は図１（ｂ）に示すデータ処理系５１２および制御系５１４に入力される。
【００４６】
一方、第２の光束１３は位相段差１４を透過する際に波面が変換され、開口フィルター１１により光束の外縁部がけられた後、集光レンズ６によって光ディスク８に集光される。本実施形態では、第２の光源１ｂを用いて記録再生を行う記録媒体はＣＤである光ディスク８である。前述したように、集光レンズ６は平行な第１の光束１２が光ディスク７に集光する際に球面収差が抑制される構造を備えている。このため、ＤＶＤより基材の厚いＣＤに対しては大きな球面収差が生じる。この球面収差を抑制するために位相段差１４が設けられている。
【００４７】
図３は位相段差１４の断面構造を示している。位相段差１４は高さが異なる複数のリングが同心円状に配置された構造を備えており、一つの段差ｄによって生じる光路長差はλ１（＝０．６６μｍ）に設定されている。例えば、位相段差１４の屈折率ｎを１．５２とすると、段差ｄはｎｄ−ｄ＝λ１の関係式から１．２７μｍとなる。第１の光束１２に対する段差ｄによる光路長差は、第１の光束１２の波長λ１の整数倍になっている。このため、第１の光束１２が位相段差１４を透過しても波面の状態は変化しない。第１の光束１２に対して位相段差１４は透明である。
【００４８】
一方、第２の光束１２が位相段差１４を透過する場合、λ１／λ２＝０．６６／０．７９＝０．８４（＝１−０．１６）、つまり、１段あたり０．１６≒１／６波長分の位相変化が生じる。位相段差１４が設けられていない場合において、第２の光束１３が集光レンズ６によって光ディスク８に向けて集光されたビームには、図４に示す波面収差が生じる。しかし、位相差段１４を透過させることにより、波面収差は図５に示すようになる。図４、図５において、横軸は開口径を示し、縦軸は波面収差を示している。縦軸のスケールは±１λである。図４に示すように、位相段差１４を透過させない場合、ＲＭＳで１７５ｍλの３次球面収差が見られるのに対して、位相段差１４を透過させることにより、収差は３ｍλ程度に抑制される。
【００４９】
位相段差１４を透過した第１の光束１２は、開口フィルター１１を透過する。開口フィルター１１は、開口が設けられた板状部を備えている。この開口の大きさは、第２の光束１２が集光レンズ６により集光されることにより、ＣＤに定められた対物レンズの開口数を満たすように定められている。板状部は、波長選択性を有するフィルターであり、λ１の波長の光は透過し、λ２の波長の光は反射するよう構成されている。このため、位相段差１４を透過した第１の光束１２は、けられることなく集光レンズ６に入射するのに対して、第２の光束１３は、開口フィルター１１の板状部によって外縁部分がけられた状態で集光レンズ６に入射する。開口フィルター１１は、多層膜や回折格子から構成され、光ディスク装置などに用いられる公知の開口フィルターを用いることができる。
【００５０】
光ディスク８で反射された光は、逆の経路をたどってビームスプリッター４に到達し、一部の光はビームスプリッター４を透過する。透過した光は、検出レンズ９を経て光検出器１０に入射する。光検出器１０は入射した光を電気信号に変換する。光検出器１０の出力は図１（ｂ）に示すデータ処理系５１２および制御系５１４に入力される。
【００５１】
図６はコリメートレンズ５を透過する光を説明する図である。図６において、位相段差１４および開口フィルター１１は示していない。上述したようにコリメートレンズ５は、第１の光源１ａから出射した発散光を平行光束である第１の光束１２に変換する。また、第２の光源１ｂから出射した発散光を収束光束である第２の光束１３に変換する。
【００５２】
第２の光束１３に対する集光レンズ６の開口は図示しない開口フィルター１１の開口によって規定される。この開口の半径をＲとし、コリメートレンズ５と集光レンズ６との距離をＬ、コリメートレンズ５の光軸に対する第２の光束１３の最外縁の光線の方向余弦をβとすると、コリメートレンズ５の第２の面５ａにおける第２の光束１３の光束半径ＲβはＲ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1β）となる。
【００５３】
一方、コリメートレンズ５の光軸に対する第１の光束１２の最外縁の光線の方向余弦αは０である。従来の光ディスク装置では、ＣＤ用の光源もＤＶＤ用の光源もコリメートレンズ５によって平行光束に変換されていた。このため、従来の光ディスク装置のように平行光束１２ａが集光レンズ６の開口Ｒに入射する場合、コリメートレンズ５の第２の面５ａにおける平行光束の光束半径Ｒαは、Ｒα＝Ｒ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1α）＝Ｒ−Ｌ×０＝０であるから、ＲαはＲに等しい。つまり、従来の光ディスク装置におけるコリメートレンズ５の第２の面５ａでのＣＤ用の光源の光束半径ＲαはＲである。
【００５４】
本実施形態におけるＲ、α、β、Ｒβ、Ｒαの値を表２に示す。
【００５５】
【表２】
2007128595.tif 000004
【００５６】
Ｒβ、Ｒαの比Ｒβ／Ｒαが大きいほどＣＤ用の光学系の光利用効率の向上効果が大きいといえる。Ｒは集光レンズ６の焦点距離ｆｏとＣＤ用の光学系の光束に対する開口数ＮＡの積ＮＡ×ｆｏに等しいため、本実施形態におけるＲβ/Ｒαは、（ＮＡ×ｆｏ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1β））／（ＮＡ×ｆｏ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1α））＝１．０８９である。Ｒβ／Ｒαが１以上であれば、従来より光源から出射した光のコリメータレンズにおける光束半径が大きくなり、光の利用効率が高くなる。Ｒβ／Ｒαが１．０５以上であれば、十分に利用効率が改善したといえる。
【００５７】
このように、本発明は、コリメートレンズ５の第２の面５ａに形成した回折格子によって、波長の長いＣＤ用の光学系の光束をＤＶＤ用の光学系の光束に対して収束した状態にすることによってＣＤ用の光学系の光源から多くの光を取り込み、光の取り込み効率を向上させている。
【００５８】
本実施形態における第１の光源１ａおよび第２の光源１ｂに対する光学系の主要なパラメータを表３に示す。
【００５９】
【表３】
2007128595.tif 000005
【００６０】
表３に示すように、第１の光源１ａに対する光学系の光学倍率は５．７１倍であり、第２の光源１ｂに対する光学系の光学倍率は５．３２倍である。同じコリメートレンズを用いた光学系でありながら、第２の光源１ｂの光学系の光学倍率を第１の光源１ａの光学系の光学倍率より小さくすることができている。
【００６１】
従来の光ディスク装置によれば、第１の光源１ａの光学系および第２の光源１ｂの光学系における光学倍率は一致し、５．７１倍となる。第２の光源１ｂから出射されるビームは理想的なガウス強度分布のビームであり、ビーム放射半値全角を水平方向８°、垂直方向を１７°とした場合、光利用効率（集光レンズ６から出射される光量／第２の光源１ｂの出射全光量）と光学倍率との関係は表４のようになる。光束が通過する光学部品の透過率、反射率、回折効率をすべて１００％と仮定する場合、表４に示すように、従来の光ディス装置に比べて光利用効率を８％向上させることができる。
【００６２】
【表４】
2007128595.tif 000006
【００６３】
このように本発明によれば、コリメートレンズは、波長の異なる２つの光を方向特性の異なる光にそれぞれ変換する。このため、実質的に同じ位置から出射する２つの光源を集光レンズによって記録媒体へ集光する情報装置に、このコリメートレンズを用いることにより、２つの光源を含むそれぞれの光学系において、光学倍率を異ならせることが可能となる。その結果、各光学系における光の利用効率を独立して変化させることが可能となり、それぞれの光学系において光の利用効率を高めることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、ＤＶＤに用いられる第１の光源の光束を平行光束とし、ＣＤに用いられる第２の光源の光束を収束光束としていた。しかし、第１の光源の光束における発散度合いが第２の光源の光束に対して大きい、あるいは、第２の光源の光束における収束度合いが第１の光源の光束に対して大きい場合にも上述した本発明の効果を得ることができる。言い換えれば、第１の光源の光束における最外縁の光線の方向余弦αと、第２の光源の光束における最外縁の光線の方向余弦βとが、第１の光束および第２の光束が発散光束であるときにα、βが正の値であり収束光束であるときα、βは負の値であるとして、α＞βを満たす限り、本発明の効果を得ることができる。また、この意味において、本実施形態で用いるコリメートレンズは、必ずしも一方の光束を平行光束に変換する必要はない。このとき、第１の光源の光束および第２の光源の光束の球面収差は集光レンズおよび位相段差によって補正することができる。
【００６５】
また、本実施形態では位相段差は単独の素子として配置しているが、位相段差はコリメートレンズや開口フィルター、あるいは集光レンズ６と一体に構成してもよい。これにより光学系の省スペース化や低コスト化を図ることができる。
【００６６】
また、本実施の形態においては、ＤＶＤ用光源とＣＤ用光源を含む２波長レーザを用いた光学系の構成を示した。しかし、本発明の本質は波長による回折角の違いを応用したものであるため、ＢＤを含む３つの種類からいずれかの２つを含む２波長レーザ、あるいは３波長レーザを用いた光学系へも適用できる。
【００６７】
（第２の実施形態）
図７は、光ディスク装置の第２の実施形態における光学系の構成を示している。第１の実施形態と同様、この光学系は図１（ｂ）に示す光ディスク装置に組み込まれている。本実施形態ではピックアップは反射ミラー１５を備えている。
【００６８】
第１の実施形態と同様、半導体レーザ１は、第１の光源１ａと第２の光源１ｂとを有する。第１の光源１ａは波長λ１＝０．６６μｍの光を出射するＤＶＤ用の光源であり、第２の光源１ｂは波長λ２＝０．７９μｍの光を出射するＣＤ用の光源である。第１の光源１ａから出射された光２は、ビームスプリッター４を反射し、コリメートレンズ５により平行光束である第１の光束１２に変換される。一方、第２の光源１ｂから出射された光３は、ビームスプリッター４を反射し、コリメートレンズ５により収束光束である第２の光束１３に変換される。ここで、コリメートレンズ５の構成は第１の実施形態と同じである。
【００６９】
第１の光束１２は反射ミラー１５を反射し、位相段差１６および開口フィルター１１を透過し、集光レンズ６によってＤＶＤである光ディスク７に集光される。ここで、集光レンズ６の構成は第１の実施形態と同じである。
【００７０】
光ディスク７で反射された光は、逆の経路をたどってビームスプリッター４に到達する。到達した光の一部の光がビームスプリッター４を透過し、検出レンズ９を経て光検出器１０に入射する。光検出器１０の出力は図１（ｂ）に示すデータ処理系５１２および制御系５１４に入力される。
【００７１】
一方、第２の光束１３は位相段差１６を透過する際に波面が変換され、開口フィルター１１により光束の外縁部がけられた後、集光レンズ６によってＣＤである光ディスク８に集光される。本実施の形態の位相段差１６は図９に示す構造を備えている。位相段差１６が設けられていない場合において、第２の光束１３が集光レンズ６によって光ディスク８に向けて集光されたビームには、図１０に示す波面収差が生じる。しかし、位相差段１６を透過させることにより、波面収差は図１１に示すようになる。図１０および図１１において、横軸は開口径を示し、縦軸は波面収差を示している。縦軸のスケールは±１λである。図１０に示すように、位相段差１６を透過させない場合、ＲＭＳで２３０ｍλの３次球面収差が見られるのに対して、位相段差１６を透過させることにより、収差は３ｍλ程度に抑制される。
【００７２】
光ディスク８で反射された光は、逆の経路をたどってビームスプリッター４に到達する。一部の光がビームスプリッター４を透過し、検出レンズ９を経て光検出器１０に入射する。光検出器１０の出力は図１（ｂ）に示すデータ処理系５１２および制御系５１４に入力される。
【００７３】
本実施形態においても、コリメートレンズ５の第２の面５ａに形成した回折格子が、波長の長いＣＤ用の光学系である第２の光束１３をＤＶＤ用の光学系である第１の光束１２に対して収束した状態に変換することによって、ＣＤ用の光源である第２の光源１ｂから多くの光を取り込み、光の取り込み効率を向上させている。
【００７４】
図６に示すように、第２の光束１３に対する集光レンズ６の開口の半径をＲとし、コリメートレンズ５と集光レンズ６との距離をＬ、コリメートレンズ５の光軸に対する第２の光束１３の最外縁の光線の方向余弦をβとする。一方、コリメートレンズ５の光軸に対する第１の光束１２の最外縁の光線の方向余弦をαとする。この場合における第２の光束１３のコリメートレンズ５における光束半径をＲβとする。また、第１の光束１２と同じ方向特性を有し、集光レンズ６において半径Ｒ光束半径となる光束１２ａのコリメートレンズ５における光束半径をＲβとする。本実施形態におけるこれらのパラメータを表５に示す。第１の実施形態と比べＬを６ｍｍ長くとっている。このため、Ｒβが第１の実施形態より大きくなっている。Ｒβ/Ｒαは、（ＮＡ×ｆｏ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1β））／（ＮＡ×ｆｏ−Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1α））＝１．１４１と計算される。
【００７５】
【表５】
2007128595.tif 000007
【００７６】
次に本実施形態における第１の光源１ａおよび第２の光源１ｂの光学系を以下の表６に示す。
【００７７】
【表６】
2007128595.tif 000008
【００７８】
第１の実施形態に対して、コリメートレンズ−集光レンズ間距離Ｌを６ｍｍ伸ばしたことにより、第２の光源１ｂに対する光学系において、コリメートレンズ５における開口数（光源側ＮＡ）が０．０９４から０．１０２に拡大される。これにより、第１の光源に対する光学系（ＤＶＤ光学系）の光学倍率は５．７１倍であり、第２の光源に対する光学系（ＣＤ光学系）の光学倍率は４．９９倍となる。つまり、同一のコリメートレンズを用い、光路が共通でありながら、第１の実施形態よりもＣＤ光学系の光学倍率がＤＶＤ光学系の光学倍率より小さくなっている。
【００７９】
第２の光源１ｂから出射されるビームは理想的なガウス強度分布のビームであり、ビーム放射半値全角を水平方向８°、垂直方向を１７°とした場合、光利用効率（集光レンズ６から出射される光量／第２の光源１ｂの出射全光量）と光学倍率との関係は表７のようになる。光束が通過する光学部品の透過率、反射率、回折効率をすべて１００％と仮定する場合、表７に示すように、従来の光ディス装置に比べて、光利用効率を２１％向上させることができる。
【００８０】
【表７】
2007128595.tif 000009
【００８１】
本実施形態では、光学系に反射ミラー１５を設けている。反射ミラー１５を設けることによってコリメートレンズ５と集光レンズ６との間の距離Ｌを大きくすることができる。これによって、コリメートレンズ５における第２の光束１３の開口数を大きし、光の利用効率をより高めることができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、反射ミラーをコリメートレンズ５と位相段差１６との間に設けているが、反射ミラーは他の位置に設けてもよい。たとえば図８に示すように反射ミラーをビームスプリッター４とコリメートレンズ５との間に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、波長の異なる２つ以上の光源の光路が共通の光学系を有し、２つの光源から選択的に光を記録媒体に照射し、記録媒体に対して情報の記録および再生の少なくとも一方を行う装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】（ａ）は、本発明による情報処理装置の第１の実施形態における光学系の構成を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるコリメートレンズの構造を示す図である。
【図３】第１の実施形態における位相段差の構造を示す断面図である。
【図４】位相段差による球面収差補正がない場合において、記録媒体に集光された光の波面収差を示す図である。
【図５】第１の実施形態において記録媒体に集光された光の波面収差を示す図である。
【図６】コリメートレンズによって変換された光束を説明する図である。
【図７】本発明による情報処理装置の第２の実施形態における光学系の構成を示す図である。
【図８】本発明による情報処理装置の第２の実施形態における光学系の他の構成を示す図である。
【図９】第２の実施形態における位相段差の構造を示す断面図である。
【図１０】位相段差による球面収差補正がない場合において、記録媒体に集光された光の波面収差を示す図である。
【図１１】第２の実施形態において記録媒体に集光された光の波面収差を示す図である。
【図１２】従来の情報処理装置の光学系を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  ２波長レーザ
１ａ、１ｂ  光源
２、３  光
４  ビームスプリッター
５、１７  コリメートレンズ
６  集光レンズ
７、８  記録媒体
９  検出レンズ
１０  光検出器
１１  開口フィルター
１２、１２ａ、１３  光束
１４、１６  位相段差
１５  反射ミラー
【図１】
2007128595.tif 000010
【図２】
2007128595.tif 000011
【図３】
2007128595.tif 000012
【図４】
2007128595.tif 000013
【図５】
2007128595.tif 000014
【図６】
2007128595.tif 000015
【図７】
2007128595.tif 000016
【図８】
2007128595.tif 000017
【図９】
2007128595.tif 000018
【図１０】
2007128595.tif 000019
【図１１】
2007128595.tif 000020
【図１２】
2007128595.tif 000021