(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長の光を出射する単数又は複数の光源と、光検出器と、前記複数の波長の光の共通光路中に設けられた単数又は複数の回折光学素子とを備え、
前記回折光学素子は、前記複数の波長の光のうち少なくとも２つの波長の光に対して、０次以外で、かつ、それぞれ回折次数の異なる回折光を出射し、
前記少なくとも２つの波長の光のうち、相対的に波長の長い光に対する回折次数の絶対値は、相対的に波長の短い光に対する回折次数の絶対値よりも小さいことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
前記光源は、第１の波長の光及び前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記第１の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上１次の回折光を出射する請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記回折光学素子の断面形状が実質上鋸歯形状であり、第１の波長λ1  、第２の波長λ2  、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記鋸歯形状の深さが、透過型素子の場合には、実質上２λ1  ／（ｎ−１）からλ2  ／（ｎ−１）の範囲内にあり、基板側から入射する反射型素子の場合には、実質上λ1  ／ｎからλ2  ／２ｎの範囲内にあり、空気側から入射する反射型素子の場合には、実質上λ1  からλ2  ／２の範囲内にある請求項２に記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズである請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記回折光学素子が、前記光源からの出射光を実質上平行にするコリメータレンズである請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記回折光学素子が、フォーカス／トラック誤差信号検出素子である請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記回折光学素子の最小周期Λmin が、第１の波長λ1 に対してΛmin ≧１０λ1 の関係を満たす請求項２に記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記回折光学素子の最小周期Λmin が、第１の波長λ1 に対してΛmin ≧２２λ1 の関係を満たす請求項２に記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記光源は、第１の波長の光及び第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記第１及び第２の波長の光の光路中に、前記光源からの出射光の光軸が斜めに入射する光学面を有する屈折光学手段が設けられており、前記出射光の波長変動に伴う前記回折光学素子からの回折光の回折角の変化と、前記屈折光学手段からの屈折光の屈折角の変化とが、互いに相殺する方向に生じる請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
前記回折光学素子が、均一周期のグレーティングである請求項９に記載の光学ヘッド。
【請求項１１】
前記回折光学素子が、開口数０．３９以下の収束光光路又は発散光光路中に配置されており、前記回折光学素子の周期が均一である請求項９に記載の光学ヘッド。
【請求項１２】
前記屈折光学手段が、３つの光学面を有するプリズムであり、前記３つの光学面のうち、情報記録媒体側の面を第１面、光源側の面を第２面、それ以外の面を第３面としたとき、前記光源からの出射光が、前記第２面を透過し、前記第１面、前記第３面の順に反射して、前記第１面を透過する構成であって、前記光源からの出射光が前記第２面に入射する最も高い位置よりも対物レンズの下部が低くなる請求項９に記載の光学ヘッド。
【請求項１３】
前記プリズムの硝材のアッベ数が６４以上である請求項１２に記載の光学ヘッド。
【請求項１４】
前記光源が２波長の光を出射するＳＨＧ光源である請求項２に記載の光学ヘッド。
【請求項１５】
前記光源は、第１の波長の光及び第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記第１及び第２の波長の光がジグザグ状に伝搬する透明基板を備え、前記回折光学素子が前記透明基板上に配置された請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１６】
第１の波長λ1 が、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たす請求項２に記載の光学ヘッド。
【請求項１７】
第１の波長λ１ が、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子である請求項２に記載の光学ヘッド。
【請求項１８】
前記光源から出射される光を情報記録媒体に集光する対物レンズをさらに備え、
前記光源は、第１の波長の光及び前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、前記色収差補正素子の材料の屈折率ｎに対して、前記段差が、実質上２λ1 ／（ｎ−１）からλ2 ／（ｎ−１）の範囲内にある請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１９】
第１の波長λ1  が、０．３５μｍ≦λ1  ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たす請求項１８に記載の光学ヘッド。
【請求項２０】
前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている請求項１８に記載の光学ヘッド。
【請求項２１】
前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される請求項１８に記載の光学ヘッド。
【請求項２２】
前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する請求項１８に記載の光学ヘッド。
【請求項２３】
前記光源は、第１の波長の光、前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記第１の波長の光に対して実質上４次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射し、前記第３の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射する請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項２４】
前記回折光学素子の断面形状が実質上鋸歯形状であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記鋸歯形状の深さが、透過型素子の場合には、実質上４λ1 ／（ｎ−１）と２λ2 ／（ｎ−１）と３λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にあり、基板側から入射する反射型素子の場合には、実質上２λ1 ／ｎとλ2 ／ｎと３λ3 ／２ｎのうちの最小値と最大値の範囲内にあり、空気側から入射する反射型素子の場合には、実質上２λ1 とλ2 と３λ3 ／２のうちの最小値と最大値の範囲内にある請求項２３に記載の光学ヘッド。
【請求項２５】
前記回折光学素子の最小周期Λmin が、第１の波長λ1 に対してΛmin ≧２２λ1 の関係を満たす請求項２３に記載の光学ヘッド。
【請求項２６】
第１の波長λ1 が、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たすか、もしくは、第３の波長λ3 が、０．５７μｍ≦λ3 ≦０．６８μｍの関係を満たす請求項２３に記載の光学ヘッド。
【請求項２７】
第１の波長λ１ が、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子である請求項２３に記載の光学ヘッド。
【請求項２８】
前記光源から出射される光を情報記録媒体に集光する対物レンズをさらに備え、
前記光源は、第１の波長の光、前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記段差が、４λ1 ／（ｎ−１）と２λ2 ／（ｎ−１）と３λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にある請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項２９】
第１の波長λ1 が、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たすか、もしくは、第３の波長λ3 が、０．５７μｍ≦λ3 ≦０．６８μｍの関係を満たす請求項２８に記載の光学ヘッド。
【請求項３０】
前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている請求項２８に記載の光学ヘッド。
【請求項３１】
前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される請求項２８に記載の光学ヘッド。
【請求項３２】
前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する請求項２８に記載の光学ヘッド。
【請求項３３】
前記光源は、第１の波長の光及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記第１の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射する請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項３４】
前記回折光学素子の断面形状が実質上鋸歯形状であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記鋸歯形状の深さが、透過型素子の場合には、実質上３λ1 ／（ｎ−１）から２λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあり、基板側から入射する反射型素子の場合には、実質上３λ1 ／２ｎからλ2 ／ｎの範囲内にあり、空気側から入射する反射型素子の場合には、実質上３λ1 ／２からλ2 の範囲内にある請求項３３に記載の光学ヘッド。
【請求項３５】
前記回折光学素子の最小周期Λmin が、第１の波長λ1 に対してΛmin ≧１６λ1 の関係を満たす請求項３３に記載の光学ヘッド。
【請求項３６】
第１の波長λ1 が、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たす請求項３３に記載の光学ヘッド。
【請求項３７】
第１の波長λ1 が、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子である請求項３３に記載の光学ヘッド。
【請求項３８】
前記光源から出射される光を情報記録媒体に集光する対物レンズをさらに備え、
前記光源は、第１の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、前記色収差補正素子の材料の屈折率ｎに対して、前記段差が、実質上３λ1 ／（ｎ−１）から２λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にある請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項３９】
第１の波長λ1  が、０．３５μｍ≦λ1  ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たす請求項３８に記載の光学ヘッド。
【請求項４０】
前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている請求項３８に記載の光学ヘッド。
【請求項４１】
前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される請求項３８に記載の光学ヘッド。
【請求項４２】
前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する請求項３８に記載の光学ヘッド。
【請求項４３】
前記光源は、第１の波長の光、前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記第１の波長の光に対して実質上６次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射し、前記第３の波長の光に対して実質上４次の回折光を出射する請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項４４】
前記回折光学素子の断面形状が実質上鋸歯形状であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記鋸歯形状の深さが、透過型素子の場合には、実質上６λ1 ／（ｎ−１）と３λ2 ／（ｎ−１）と４λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にあり、基板側から入射する反射型素子の場合には、実質上３λ1 ／ｎと３λ2 ／２ｎと２λ3 ／ｎのうちの最小値と最大値の範囲内にあり、空気側から入射する反射型素子の場合には、実質上３λ1 と３λ2 ／２と２λ3 のうちの最小値と最大値の範囲内にある請求項４３に記載の光学ヘッド。
【請求項４５】
前記光源から出射される光を情報記録媒体に集光する対物レンズをさらに備え、
前記光源は、第１の波長の光、前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1、第２の波長λ2、第３の波長λ3、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記段差が、実質上６λ1 ／（ｎ−１）と３λ2 ／（ｎ−１）と４λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にある請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項４６】
前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている請求項４５に記載の光学ヘッド。
【請求項４７】
前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される請求項４５に記載の光学ヘッド。
【請求項４８】
前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する請求項４５に記載の光学ヘッド。
【請求項４９】
前記光源は、実質上０．３５μｍ≦λ≦０．４４μｍの関係を満たす波長λの光を出射する光源であり、
前記回折光学素子は、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子である請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項５０】
前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている請求項４９に記載の光学ヘッド。
【請求項５１】
前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される請求項４９に記載の光学ヘッド。
【請求項５２】
前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する請求項４９に記載の光学ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的記録再生装置の光学ヘッドに関し、特に、複数の種類の情報記録媒体に対応できる複数波長の光源と回折光学素子とを備えた光利用効率の高い光学ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ等の光ディスクや光カードメモリ等の光学的記録媒体の信号を読み出すための重要な構成部品として光学ヘッドがある。光学ヘッドは、光学的記録媒体から信号を取り出すために、信号検出機能だけでなくフォーカスサーボ、トラッキングサーボ等の制御機構を備える必要がある。
【０００３】
光学ヘッドは、通常、光源、光検出器、集光レンズ、フォーカス／トラック誤差信号検出素子、立ち上げミラー、コリメータレンズ等の種々の光学部品によって構成されている。光源から出射されたレーザ光は、対物レンズによって光ディスク上に集光される。光ディスク上に集光されたレーザ光は、反射されて光検出器で検出される。これにより、再生信号が読み出される。また、フォーカス／トラック誤差信号検出素子によってフォーカス／トラックの制御が行われ、安定して信号を読み出すことができるようにされている。
【０００４】
光学ヘッドを構成する光学素子として、現在用いられている通常のレンズやプリズム等の屈折光学素子の代わりに回折光学素子を用いれば、光学ヘッドの小型・薄型・軽量化を図ることができる。
【０００５】
回折光学素子とは、光の回折現象を効果的に利用して機能する光学素子のことであり、この回折光学素子は、波長オーダの深さの凹凸又は屈折率分布や振幅分布が周期的あるいは準周期的に表面に形成されているという特徴を有している。回折光学素子の周期が波長に比べて十分大きい場合には、断面を鋸歯形状化することにより、回折効率をほぼ１００％まで高くできることが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、周期が波長に比べて十分大きい場合、回折光学素子の回折効率が１００％となるのは、設計波長に対してのみである。図１４に、設計波長を１として規格化した規格化波長と回折光学素子の１次回折効率との関係を示す。図１４から分かるように、波長が設計値から外れるにしたがって回折効率は徐々に低下する。従って、複数の種類の光ディスクに対応した複数波長の光源を搭載した光学ヘッドに回折光学素子を用いる場合、光利用効率を高くするためには、波長ごとに最適に設計して、その波長の光路にのみ配置する必要があった。
【０００７】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、複数の種類の情報記録媒体に対応できる複数波長の光源と回折光学素子とを備え、光利用効率の高い光学ヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の本発明（請求項１に記載の発明に対応）は、複数の波長の光を出射する単数又は複数の光源と、光検出器と、前記複数の波長の光の共通光路中に設けられた単数又は複数の回折光学素子とを備え、前記回折光学素子は、前記複数の波長の光のうち少なくとも２つの波長の光に対して、０次以外で、かつ、それぞれ回折次数の異なる回折光を出射し、前記少なくとも２つの波長の光のうち、相対的に波長の長い光に対する回折次数の絶対値は、相対的に波長の短い光に対する回折次数の絶対値よりも小さいことを特徴とする光学ヘッドである。
また、第２の本発明（請求項２に記載の発明に対応）は、前記光源は、第１の波長の光及び前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、前記回折光学素子は、前記第１の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上１次の回折光を出射する上記第１の本発明に記載の光学ヘッドである。
【０００９】
これにより、例えば、２波長の光の光路上に回折光学素子を配置しても、どちらの波長に対しても高い回折効率を得ることができ、光学特性の良好な光学ヘッドを実現することができる。
【００１０】
また、第３の本発明（請求項３に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子の断面形状が実質上鋸歯形状であり、第１の波長λ1  、第２の波長λ2  、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記鋸歯形状の深さが、透過型素子の場合には、実質上２λ1  ／（ｎ−１）からλ2  ／（ｎ−１）の範囲内にあり、基板側から入射する反射型素子の場合には、実質上λ1  ／ｎからλ2  ／２ｎの範囲内にあり、空気側から入射する反射型素子の場合には、実質上λ1  からλ2  ／２の範囲内にある上記第２の本発明に記載の光学ヘッドである。
【００１１】
これにより、例えば、第１の波長の光と第２の波長の光に対して、回折光学素子の回折効率を最も高くすることができる。
【００１２】
また、第４の本発明（請求項４に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズである上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００１３】
これにより、例えば、対物レンズの薄型軽量化を図ることができる。
【００１４】
また、第５の本発明（請求項５に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子が、前記光源からの出射光を実質上平行にするコリメータレンズである上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００１５】
これにより、例えば、コリメータレンズの薄型軽量化を図ることができる。
【００１６】
また、第６の本発明（請求項６に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子が、フォーカス／トラック誤差信号検出素子である上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００１７】
これにより、例えば、フォーカス／トラック誤差信号検出素子の薄型軽量化を図ることができる。
【００１８】
また、第７の本発明（請求項７に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子の最小周期Λmin が、第１の波長λ1 に対してΛmin ≧１０λ1 の関係を満たす上記第２の本発明の光学ヘッドである。
【００１９】
これにより、例えば、第１の波長の光に対して８０％以上の高い回折効率を有する回折光学素子を実現することができる。
【００２０】
また、第８の本発明（請求項８に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子の最小周期Λmin が、第１の波長λ1 に対してΛmin ≧２２λ1 の関係を満たす上記第２の本発明の光学ヘッドである。
【００２１】
これにより、例えば、第１の波長の光に対して９０％以上のさらに高い回折効率を有する回折光学素子を実現することができる。
【００２２】
また、第９の本発明（請求項９に記載の発明に対応）は、前記光源は、第１の波長の光及び第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記第１及び第２の波長の光の光路中に、前記光源からの出射光の光軸が斜めに入射する光学面を有する屈折光学手段が設けられており、前記出射光の波長変動に伴う前記回折光学素子からの回折光の回折角の変化と、前記屈折光学手段からの屈折光の屈折角の変化とが、互いに相殺する方向に生じる上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２３】
これにより、例えば、薄型の光学ヘッドを実現することができ、しかも光源からの出射光として半導体レーザ光を用いた場合に、高周波モジュールや自励発振による数ｎｍ程度の波長帯域の広がりや環境温度の変化によって出射光の中心波長が変化しても、光ディスク面で良好な集光スポットを得ることができる。
【００２４】
また、第１０の本発明（請求項１０に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子が、均一周期のグレーティングである上記第９の本発明の光学ヘッドである。
【００２５】
これにより、例えば、回折光学素子の位置合わせや製造が容易となる。
【００２６】
また、第１１の本発明（請求項１１に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子が、開口数０．３９以下の収束光光路又は発散光光路中に配置されており、前記回折光学素子の周期が均一である上記第９の本発明の光学ヘッドである。
【００２７】
これにより、例えば、回折光学素子の位置合わせや製造が容易となる。
【００２８】
また、第１２の本発明（請求項１２に記載の発明に対応）は、前記屈折光学手段が、３つの光学面を有するプリズムであり、前記３つの光学面のうち、情報記録媒体側の面を第１面、光源側の面を第２面、それ以外の面を第３面としたとき、前記光源からの出射光が、前記第２面を透過し、前記第１面、前記第３面の順に反射して、前記第１面を透過する構成であって、前記光源からの出射光が前記第２面に入射する最も高い位置よりも対物レンズの下部が低くなる上記第９の本発明の光学ヘッドである。
【００２９】
これにより、例えば、光学ヘッドの薄型化を図ることができる。
【００３０】
また、第１３の本発明（請求項１３に記載の発明に対応）は、前記プリズムの硝材のアッベ数が６４以上である上記第１２の本発明の光学ヘッドである。
【００３１】
これにより、例えば、回折光学素子の周期が大きくなるために、製造が容易で高い回折効率が得られ、幅広い波長領域で波長変動の影響を相殺することができ、光ディスク面で良好な集光スポットを得ることができる。
【００３２】
また、第１４の本発明（請求項１４に記載の発明に対応）は、前記光源が２波長の光を出射するＳＨＧ光源である上記第２の本発明の光学ヘッドである。
【００３３】
これにより、例えば、第１の波長の光及び第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光を出射する光源を得ることができる。
【００３４】
また、第１５の本発明（請求項１５に記載の発明に対応）は、前記光源は、第１の波長の光及び第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記第１及び第２の波長の光がジグザグ状に伝搬する透明基板を備え、前記回折光学素子が前記透明基板上に配置された上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００３５】
これにより、例えば、薄型で構造が安定な光学ヘッドを実現することができる。
【００３６】
また、第１６の本発明（請求項１６に記載の発明に対応）は、第１の波長λ1 が、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たす上記第２の本発明の光学ヘッドである。
【００３７】
これにより、例えば、集光スポットを小さく絞ることができ、例えば１０Ｇバイト以上の高密度ディスクを読み出すことができるか、もしくはＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【００３８】
また、第１７の本発明（請求項１７に記載の発明に対応）は、第１の波長λ１ が、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子である上記第２の本発明の光学ヘッドである。
【００３９】
これにより、例えば、光源からの出射光として、レンズの硝材の色分散の大きい０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの範囲の半導体レーザ光を用いた場合、高周波モジュールや自励発振による数ｎｍ程度の波長帯域の広がりや環境温度の変化によって出射光の中心波長が変化しても、対物レンズによる大きな色収差を補正して、光ディスク面で良好な集光スポットを得ることができる。
【００４０】
また、第１８の本発明（請求項１８に記載の発明に対応）は、前記光源から出射される光を情報記録媒体に集光する対物レンズをさらに備え、
前記光源は、第１の波長の光及び前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、前記色収差補正素子の材料の屈折率ｎに対して、前記段差が、実質上２λ1 ／（ｎ−１）からλ2 ／（ｎ−１）の範囲内にある上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００４１】
これにより、例えば、第１の波長の光と第２の波長の光に対して良好な光利用効率を有する色収差補正素子が得られる。
【００４２】
また、第１９の本発明（請求項１９に記載の発明に対応）は、第１の波長λ1  が、０．３５μｍ≦λ1  ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たす上記第１８の本発明の光学ヘッドである。
【００４３】
また、第２０の本発明（請求項２０に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている上記第１８の本発明の光学ヘッドである。
【００４４】
これにより、例えば、色収差補正素子と対物レンズを１つの部品として取り扱うことができ、小型化・低コスト化が可能となる。
【００４５】
また、第２１の本発明（請求項２１に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される上記第１８の本発明の光学ヘッドである。
【００４６】
これにより、例えば、色収差補正素子と対物レンズの光軸がずれることがないので、良好な光学特性が得られる。
【００４７】
また、第２２の本発明（請求項２２に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する上記第１８の本発明の光学ヘッドである。
【００４８】
これにより、例えば、対物レンズ自体の開口数が低減されるので、製造が容易となる。
【００４９】
また、第２３の本発明（請求項２３に記載の発明に対応）は、前記光源は、第１の波長の光、前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記第１の波長の光に対して実質上４次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射し、前記第３の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射する上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００５０】
これにより、例えば、同じ光路に回折光学素子を配置しても、３つの波長のうち、第１と第２の波長に対しては特に高い回折効率を得ることができ、光学特性の良好な光学ヘッドを実現することができる。
【００５１】
また、第２４の本発明（請求項２４に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子の断面形状が実質上鋸歯形状であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記鋸歯形状の深さが、透過型素子の場合には、実質上４λ1 ／（ｎ−１）と２λ2 ／（ｎ−１）と３λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にあり、基板側から入射する反射型素子の場合には、実質上２λ1 ／ｎとλ2 ／ｎと３λ3 ／２ｎのうちの最小値と最大値の範囲内にあり、空気側から入射する反射型素子の場合には、実質上２λ1 とλ2 と３λ3 ／２のうちの最小値と最大値の範囲内にある上記第２３の本発明の光学ヘッドである。
【００５２】
これにより、例えば、第１〜第３の波長の光のうち第１及び第２の波長の光に対して、特に、最も回折効率の高い回折光学素子を得ることができる。
【００５３】
また、第２５の本発明（請求項２５に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子の最小周期Λmin が、第１の波長λ1 に対してΛmin ≧２２λ1 の関係を満たす上記第２３の本発明の光学ヘッドである。
【００５４】
これにより、例えば、第１の波長の光に対して、例えば、８０％以上の高い回折効率を有する回折光学素子を実現することができる。
【００５５】
また、第２６の本発明（請求項２６に記載の発明に対応）は、第１の波長λ1 が、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たすか、もしくは、第３の波長λ3 が、０．５７μｍ≦λ3 ≦０．６８μｍの関係を満たす上記第２３の本発明の光学ヘッドである。
【００５６】
これにより、例えば、集光スポットを小さく絞ることができるので、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度光ディスクを読み出すことができるか、もしくは、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができるか、もしくは、２層構造を含むＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【００５７】
また、第２７の本発明（請求項２７に記載の発明に対応）は、第１の波長λ１ が、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子である上記第２３の本発明の光学ヘッドである。
【００５８】
また、第２８の本発明（請求項２８に記載の発明に対応）は、前記光源から出射される光を情報記録媒体に集光する対物レンズをさらに備え、
前記光源は、第１の波長の光、前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記段差が、４λ1 ／（ｎ−１）と２λ2 ／（ｎ−１）と３λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にある上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００５９】
これにより、例えば、第１〜第３の波長の光のうち第１及び第２の波長の光に対して特に光利用効率の良好な色収差補正素子を得ることができる。
【００６０】
また、第２９の本発明（請求項２９に記載の発明に対応）は、第１の波長λ1 が、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たすか、もしくは、第３の波長λ3 が、０．５７μｍ≦λ3 ≦０．６８μｍの関係を満たす上記第２８の本発明の光学ヘッドである。
【００６１】
また、第３０の本発明（請求項３０に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている上記第２８の本発明の光学ヘッドである。
【００６２】
また、第３１の本発明（請求項３１に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される上記第２８の本発明の光学ヘッドである。
【００６３】
また、第３２の本発明（請求項３２に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する上記第２８の本発明の光学ヘッドである。
【００６４】
また、第３３の本発明（請求項３３に記載の発明に対応）は、前記光源は、第１の波長の光及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記第１の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射する上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００６５】
これにより、例えば、同じ光路に回折光学素子を配置しても、どちらの波長の光に対しても高い回折効率を得ることができ、光学特性の良好な光学ヘッドを実現することができる。
【００６６】
また、第３４の本発明（請求項３４に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子の断面形状が実質上鋸歯形状であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記鋸歯形状の深さが、透過型素子の場合には、実質上３λ1 ／（ｎ−１）から２λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあり、基板側から入射する反射型素子の場合には、実質上３λ1 ／２ｎからλ2 ／ｎの範囲内にあり、空気側から入射する反射型素子の場合には、実質上３λ1 ／２からλ2 の範囲内にある上記第３３の本発明の光学ヘッドである。
【００６７】
これにより、例えば、第１及び第２の波長の光に対して、最も回折効率の高い回折光学素子を得ることができる。
【００６８】
また、第３５の本発明（請求項３５に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子の最小周期Λmin が、第１の波長λ1 に対してΛmin ≧１６λ1 の関係を満たす上記第３２の本発明の光学ヘッドである。
【００６９】
これにより、例えば、第１の波長に対して、例えば、８０％以上の高い回折効率を有する回折光学素子を実現することができる。
【００７０】
また、第３６の本発明（請求項３６に記載の発明に対応）は、第１の波長λ1 が、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たす上記第３３の本発明の光学ヘッドである。
【００７１】
また、第３７の本発明（請求項３７に記載の発明に対応）は、第１の波長λ1 が、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子である上記第３３の本発明の光学ヘッドである。
【００７２】
また、第３８の本発明（請求項３８に記載の発明に対応）は、前記光源から出射される光を情報記録媒体に集光する対物レンズをさらに備え、
前記光源は、第１の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、前記色収差補正素子の材料の屈折率ｎに対して、前記段差が、実質上３λ1 ／（ｎ−１）から２λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にある上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００７３】
これにより、例えば、第１及び第２の波長の光に対して光利用効率の良好な色収差補正素子を得ることができる。
【００７４】
また、第３９の本発明（請求項３９に記載の発明に対応）は、第１の波長λ1  が、０．３５μｍ≦λ1  ≦０．４４μｍの関係を満たすか、もしくは、第２の波長λ2 が、０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たす上記第３８の本発明の光学ヘッドである。
【００７５】
これにより、例えば、集光スポットを小さく絞ることができ、例えば１０Ｇバイト以上の高密度光ディスクを読み出すことができるか、もしくは、２層構造を含むＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【００７６】
また、第４０の本発明（請求項４０に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている上記第３８の本発明の光学ヘッドである。
【００７７】
また、第４１の本発明（請求項４１に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される上記第３８の本発明の光学ヘッドである。
【００７８】
また、第４２の本発明（請求項４２に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する上記第３８の本発明の光学ヘッドである。
【００７９】
また、第４３の本発明（請求項４３に記載の発明に対応）は、前記光源は、第１の波長の光、前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記第１の波長の光に対して実質上６次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射し、前記第３の波長の光に対して実質上４次の回折光を出射する上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００８０】
これにより、例えば、同じ光路に回折光学素子を配置しても、３つの波長に対しても高い回折効率を得ることができ、光学特性の良好な光学ヘッドを実現することができる。
【００８１】
また、第４４の本発明（請求項４４に記載の発明に対応）は、前記回折光学素子の断面形状が実質上鋸歯形状であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記鋸歯形状の深さが、透過型素子の場合には、実質上６λ1 ／（ｎ−１）と３λ2 ／（ｎ−１）と４λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にあり、基板側から入射する反射型素子の場合には、実質上３λ1 ／ｎと３λ2 ／２ｎと２λ3 ／ｎのうちの最小値と最大値の範囲内にあり、空気側から入射する反射型素子の場合には、実質上３λ1 と３λ2 ／２と２λ3 のうちの最小値と最大値の範囲内にある上記第４３の本発明の光学ヘッドである。
【００８２】
これにより、例えば、第１〜第３の波長の光に対して、最も回折効率の高い回折光学素子を得ることができる。
【００８３】
また、第４５の本発明（請求項４５に記載の発明に対応）は、前記光源から出射される光を情報記録媒体に集光する対物レンズをさらに備え、
前記光源は、第１の波長の光、前記第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び前記第１の波長の略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源であり、
前記回折光学素子は、前記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1、第２の波長λ2、第３の波長λ3、前記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、前記段差が、実質上６λ1 ／（ｎ−１）と３λ2 ／（ｎ−１）と４λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にある上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００８４】
これにより、例えば、第１〜第３の波長の光に対して良好な光学特性を有する色収差補正素子を得ることができる。
【００８５】
また、第４６の本発明（請求項４６に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている上記第４５の本発明の光学ヘッドである。
【００８６】
また、第４７の本発明（請求項４７に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される上記第４５の本発明の光学ヘッドである。
【００８７】
また、第４８の本発明（請求項４８に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する上記第４５の本発明の光学ヘッドである。
【００８８】
また、第４９の本発明（請求項４９に記載の発明に対応）は、前記光源は、実質上０．３５μｍ≦λ≦０．４４μｍの関係を満たす波長λの光を出射する光源であり、
前記回折光学素子は、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子である上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００８９】
また、第５０の本発明（請求項５０に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が前記対物レンズ上に形成されている上記第４９の本発明の光学ヘッドである。
【００９０】
また、第５１の本発明（請求項５１に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子と前記対物レンズがアクチュエータによって一体的に駆動される上記第４９の本発明の光学ヘッドである。
【００９１】
また、第５２の本発明（請求項５２に記載の発明に対応）は、前記色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、前記対物レンズとの両方で収束光を形成する上記第４９の本発明の光学ヘッドである。
【００９２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００９３】
〈第１の実施の形態〉
まず、本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドについて、図１から図３までを用い、座標軸を図のようにとって詳細に説明する。
【００９４】
図１は本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図２は同実施の形態の光学ヘッドにおける、周期が波長に比べて十分大きいときの回折光学素子の規格化波長と回折効率との関係を示すグラフ、図３は同実施の形態の光学ヘッドにおける回折光学素子の規格化グレーティング周期と１次回折効率及び２次回折効率との関係を示すグラフである。
【００９５】
図１に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、光源１から記録媒体であるＤＶＤやＣＤ等の光ディスク１１までの光路中に、回折光学素子としての、回折形コリメータレンズ３と、回折形対物レンズ４と、回折形フォーカス／トラック誤差信号検出素子８とが配置されている。このように回折光学素子を用いることにより、光学ヘッドの薄型化、軽量化、低価格化を図ることができる。
【００９６】
光源１は、第１の波長のレーザ光と、その波長に対して略２倍の波長を有する第２の波長のレーザ光とを選択的に出射することができる光源であり、光検出器（図示せず）とともに光源・光検出器ユニット１７内に集積化されている。本実施の形態においては、光源１として、上記２波長が得られるようにＳＨＧ光源が用いられている。但し、それぞれの波長の半導体レーザを２つ並べたものを用いてもよい。
【００９７】
光源１である半導体レーザからｙ軸方向に出射されたレーザ光２は、回折形フォーカス／トラック誤差信号検出素子８を透過（０次回折光利用）して、それに一体化された回折形コリメータレンズ３により、例えば、ビーム径３．２５ｍｍの略平行光６となり、立ち上げミラー１５によって光路をｚ軸方向に折り曲げられる。そして、ｚ軸方向に折り曲げられたレーザ光６は、回折形対物レンズ４によって光ディスク１１上に集光（収束光７）される。
【００９８】
光ディスク１１によって反射されたレーザ光７は、逆方向に折り返し、回折形対物レンズ４、立ち上げミラー１５、回折形コリメータレンズ３を順に通過して、−ｙ軸方向に光路を向け、回折形フォーカス／トラック誤差信号検出素子８によって分割されて（１次あるいは２次回折光利用）、光検出器で検出される。
【００９９】
本実施の形態の光学ヘッドにおいて、光源１が出射する第１の波長のレーザ光２の波長λ1 は、例えば、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、この第１の波長の光源１を搭載することにより、集光スポットを小さく絞ることができ、その結果、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスクを読み出すことができる。また、光源１が出射する第２の波長のレーザ光２の波長λ2 は、例えば、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たし、この第２の波長の光源１を搭載することにより、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。このように、本実施の形態においては、読み出す光ディスクの種類によって出射する光の波長を決め、選択的にその波長のレーザ光２を出射させている。
【０１００】
回折光学素子は、一般に、設計波長に対しては高い回折効率を示すが、それから外れるにしたがって回折効率が徐々に低下してしまう。従って、設計波長の光とそれ以外の波長の光のどちらも通過する光路に回折光学素子を配置すると、どちらかの波長に対して回折効率が低下してしまう。
【０１０１】
しかし、回折光学素子の周期が波長に比べて十分大きい場合には、図２に示すように、設計波長（規格化波長＝１）の半分の波長になると、１次回折効率はほとんど０になるが、２次回折効率はほぼ１００％と非常に高くなるということが分かった。本発明者らは、高密度光ディスクとＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクの両方に対応できる２波長の光学ヘッドにおいて、その２波長間の波長の大きさの関係を略２倍（実際の場合は１．８倍程度から２．１倍程度）に設定し、高密度光ディスクに対応するとき（第１の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上２次回折光を用い、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクに対応するとき（第２の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上１次回折光を用いることにより、同じ光路に回折光学素子を配置しても、どちらの波長に対しても高い回折効率を得ることができ、光学特性の良好な光学ヘッドを実現することができることを見い出した。
【０１０２】
通常、回折光学素子における回折角は、波長と周期と回折次数によって決められるが、本発明者らは、第１の波長で実質上２次回折光を用い、略２倍の波長の第２の波長で実質上１次回折光を用いるようにすることにより、波長が異なっても、回折角を等しくすることができるということを見い出した。これをレンズに当てはめて述べると、本実施の形態の場合の、回折形対物レンズ４と回折形コリメータレンズ３の焦点距離を、それぞれ第１、第２の波長でほとんど同じにすることができる。従って、光源１からコリメータレンズ３までの距離を、波長によらずほぼ一定にすることができ、また、対物レンズ４の焦点距離も同じように一定にすることができる。さらに、回折角が等しいために、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８から光検出器まで光を分割する光路も全く同じになるので、光検出器を両波長に対して共通化することができる。
【０１０３】
本実施の形態の回折形コリメータレンズ３、回折形対物レンズ４のような、高い回折効率が得られ、実質上、単一の回折次数しか用いられない回折光学素子の断面形状は実質上鋸歯形状である。ここでは、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、上記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、上記鋸歯形状の深さＬが、回折形コリメータレンズ３、回折形対物レンズ４のような透過型素子の場合、実質上Ｌ1 ＝２λ1 ／（ｎ−１）からＬ2 ＝λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあり、また、本実施の形態では示していないが、他の実施の形態で説明するような基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝λ1 ／ｎからＬ2 ＝λ2 ／２ｎの範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝λ1 からＬ2 ＝λ2 ／２の範囲内にあるようにして、どちらの波長に対しても回折効率が大きくなるようにした。
【０１０４】
例えば、λ1 ＝０．４０μｍ、λ2 ＝０．８０μｍ、ｎ＝１．５の場合には、Ｌ1＝Ｌ2であるから、透過型素子ではＬ＝１．６μｍ、反射型素子ではＬ＝０．２７μｍ（基板側から入射）、０．４μm（空気側から入射）である。また、λ1 ＝０．４２５μｍ、λ2 ＝０．８０μｍ、ｎ＝１．５の場合には、透過型素子ではＬ＝１．６μｍ〜１．７μｍ、反射型素子ではＬ＝０．２７μｍ〜０．２８μｍ（基板側から入射）、Ｌ＝０．４μｍ〜０．４２５μｍ（空気側から入射）である。後者のように完全には２λ1 ＝λ2 とならない場合には、Ｌ1 ≠Ｌ2 であり、好ましい溝深さは、Ｌ1 からＬ2 の範囲内にあるが、溝深さをＬ1 としたときは第１の波長λ1 に対する効率重視となり、溝深さをＬ2 としたときには第２の波長λ2 に対する効率重視となり、ちょうどその平均の大きさ（０．５（Ｌ1 ＋Ｌ2 ））のときに、両波長に対してバランスがとれた状態となる。波長が短いほど光利用効率が重要視されるので、回折光学素子の溝の深さはＬ1 に設定されるのがより望ましいと言える。
【０１０５】
図２に示すように、例えば、回折効率が８０％以上となる波長領域は、０．３６μｍ〜０．４７μｍ、０．６５μｍ〜１．１μｍである（本実施の形態において、規格化波長１．０は第２の波長λ2 に対応する）。従って、本実施の形態の回折光学素子は、どちらの波長においても、波長λに比べて周期Λが十分大きい場合に、８０％以上の回折効率を確保することができる。また、断面形状を階段形状で近似したマルチレベル形状の回折光学素子を用いることも可能であり、そのときの最適な溝の深さは、レベル数をｐとしたとき、透過型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝２（ｐ−１）λ1 ／［ｐ（ｎ−１）］からＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／［ｐ（ｎ−１）］の範囲内にあり、基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝（ｐ−１）λ1 ／ｐｎからＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／２ｐｎの範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝（ｐ−１）λ1 ／ｐからＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／２ｐの範囲内にあることが望ましい。
【０１０６】
また、本実施の形態のフォーカス／トラック誤差信号検出素子８のような、往路に０次回折光、復路に１次又は２次回折光を用いる透過型回折光学素子の断面形状は実質上鋸歯形状である。ここでは、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、上記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、上記透過型素子の鋸歯形状の深さＬが、実質上Ｌ1 ＝λ1 ／（ｎ−１）からＬ2 ＝λ2 ／［２（ｎ−１）］の範囲内にあるようにし、また、他の実施の形態で説明するような基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1＝λ1 ／２ｎからＬ2＝λ2 ／４ｎの範囲内にあり、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝λ1 ／２からＬ2 ＝λ2 ／４の範囲内にあるようにして、往復の光利用効率が大きくなるようにした。また、断面形状を階段形状で近似したマルチレベル形状の回折光学素子を用いることも可能であり、そのときの最適な溝の深さは、レベル数をｐとしたとき、透過型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝（ｐ−１）λ1 ／［ｐ（ｎ−１）］からＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／［２ｐ（ｎ−１）］の範囲内にあり、基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝（ｐ−１）λ1 ／２ｐｎからＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／４ｐｎの範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝（ｐ−１）λ1 ／２ｐからＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／４ｐの範囲内にあることが望ましい。
【０１０７】
図２においては、回折光学素子の周期が波長に比べて十分大きいとし、回折光学素子の表面の反射ロスを無視して考えた。次に、回折光学素子の波長λで規格化した規格化グレーティング周期Λ／λと回折効率との関係について、表面の反射ロスを含めて詳細に検討をした。その結果を図３に示す。図３において、実線は１次回折効率を示し、破線は２次回折効率を示している。尚、回折光学素子の断面形状は実質上鋸歯形状であり、溝深さは上述したように最適値となるようにした。この場合、回折光学素子の表面に無反射コーティングを施すことにより、回折効率は反射ロスの分だけ向上する。
【０１０８】
図３から分かるように、１次回折効率の方が概ね良好であるが、どちらの回折効率もΛ／λが小さくなると減少する傾向にある。どちらの回折効率も８０％以上になるΛ／λは１０以上であるので、回折光学素子の最小周期Λmin が第１の波長λ1 に対してΛmin ≧１０λ1 の関係を満たすようにすることにより、両波長に対して回折効率を８０％以上とすることができる。さらに、回折光学素子の最小周期Λmin が第１の波長λ1 に対してΛmin ≧２２λ1 の関係を満たすようにすることにより、両波長に対して回折効率を９０％以上とすることもできる。
【０１０９】
回折形レンズ３、４は、例えば、同心円グレーティングにより構成され、外周部に行くほど周期が徐々に小さくなる構造となっている。本実施の形態において、回折形コリメータレンズ３の開口数ＮＡは、例えば、０．１５であり、最外周部の最小周期は１３λ1 であるため、レンズ全域にわたって、両波長に対して回折効率を８０％以上とすることができる。しかし、回折形対物レンズのＮＡは、第１、第２の波長に対して、それぞれ、例えば、０．６、０．４５であり、最外周部の最小周期は、それぞれ、３．３λ1 、２．２λ2 であるため、周辺で回折効率が低下する。
【０１１０】
尚、本実施の形態においては、両波長に対して回折効率が大きくなるように、第１の波長に対して実質上２次の回折光を出射し、第２の波長に対して実質上１次の回折光を出射するようにしているが、第１の波長に対して実質上４次の回折光を出射し、第２の波長に対して実質上２次の回折光を出射するようにしても、動作は可能である（この場合、例えば、溝深さは４λ1 ／（ｎ−１）から２λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあるようにする）。しかし、高次光になるほど溝の深さは波長に対して大きくなるため、後述する図１３からも分かるように、回折効率は低下する傾向にある。
【０１１１】
また、本実施の形態においては、３つの回折光学素子が用いられているが、必ずしもすべての回折光学素子を用いる必要はなく、そのうちの１つだけでも効果はある。また、回折光学素子の向きは本実施の形態の場合と逆向きであってもよい。特に、対物レンズ４の溝のある面を光ディスク１１側とは反対側にもってくれば、光ディスク１１からのゴミ、埃の影響を回避することができ、また、表面を拭くこともできる。さらに、コリメータレンズ３とフォーカス／トラック誤差信号検出素子８の位置は逆でもよい。
【０１１２】
〈第２の実施の形態〉
次に、本発明の第２の実施の形態の光学ヘッドについて、図４を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１１３】
図４は本発明の第２の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図である。
【０１１４】
本実施の形態の光学ヘッドは、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスクとＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクとに対応した、超薄型構成の光学ヘッドである。
【０１１５】
図４に示すように、回折形のフォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａは光源・光検出器ユニット１７の窓側に配置されている。また、立ち上げミラーの代わりに、３つの光学面を有するプリズムである屈折光学手段９が用いられている。対物レンズ４ａとしては、非球面レンズが用いられている。
【０１１６】
屈折光学手段９は、情報記録媒体側の面を第１面（斜面）１０、光源側の面を第２面（側面）１２、それ以外の面を第３面（底面）１４としたとき、例えば、０．３５≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たす第１の波長λ1 と、その略２倍の大きさである例えば、０．７６≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たす第２の波長λ2 を選択的に出射する光源１から出射されたレーザ光２は、回折形コリメータレンズ３によって略平行光６となる。略平行光６は、屈折光学手段９の第２面１２を透過して、第１面１０で全反射し、次いで、例えば、Ａｌや多層膜等の反射膜１６が形成された第３面１４で反射する。屈折光学手段９の第３面１４で反射した略平行光６は、第１面１０を透過し、回折形コリメータレンズ３と屈折光学手段９との間の略平行光６に対して光軸が実質上９０°折り曲げられた状態となる。このようにジグザグ状に屈折光学手段９内を伝搬させる構成を採用すれば、コリメータレンズ３によって略平行光６となった屈折光学手段９の第２面１２への入射ビームの最も高い位置（光学ヘッド下部又は光学ベース（図示せず）からのｚ軸方向の高さ）よりも対物レンズ４ａの下部を低くすることができるので、光学ヘッドの高さ（ｚ軸方向のサイズ）を大幅に小さくして、超薄型化を図ることができる。
【０１１７】
屈折光学手段９の仕様は、次のとおりである。すなわち、屈折光学手段９の底面の設置角度θb は例えば５．０°、屈折光学手段９の底角の一方の角度θは例えば２９．３°、屈折光学手段９の底角の他方の角度θ1 は例えば１１４．３°、第３面（底面）１４の長さは４．４ｍｍである。また、屈折光学手段（プリズム）９の硝材としては、ＢＫ７が用いられている。この場合、屈折光学手段９に入射するビーム径と屈折光学手段９から出射するビーム径とは等しくなるように設定されている(ビーム整形無しの構成)。また、屈折光学手段９の硝材の屈折率をｎ、屈折光学手段９の底面の設置角度をθb とした場合、屈折光学手段９の底角の一方の角度θは、ｓｉｎ（θ−θb ）＝ｎ・ｓｉｎ（４θ−２θb −９０°−θ’）、ｎ・ｓｉｎθ’＝ｓｉｎ（θ−θb ）の関係を実質上満足し、屈折光学手段９の底角の他方の角度θ1 は、θ1 ＝θ＋９０°−２θb の関係を実質上満足している。本実施の形態においては、屈折光学手段９の設置角度を、例えばθb ＝５°としたが、実質上２°から１０°の範囲内にあれば、対物レンズ４ａの左端と屈折光学手段９との間隔に十分な余裕が生まれ、好ましいことが分かった。
【０１１８】
本実施の形態においても、回折光学素子３、８ａは、上記第１の実施の形態の場合と同じように、第１の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射し、前記第２の波長の光に対して実質上１次の回折光を出射することで、両波長に対して高い回折効率を実現することができる。
【０１１９】
尚、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａは、上記第１の実施の形態の場合と同じように、回折形コリメータレンズ３と一体化してもよい。また、対物レンズ４は回折形レンズであってもよい。
【０１２０】
〈第３の実施の形態〉
次に、本発明の第３の実施の形態の光学ヘッドについて、図５を用いて、上記第２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１２１】
図５は本発明の第３の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図である。
【０１２２】
図５に示すように、本実施の形態においては、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａに一体化して、例えば、周期が１０μｍのｘ軸方向に均一周期のグレーティングである回折光学素子５が配置されている。また、コリメータレンズ３ａとしては、非球面レンズが用いられている。
【０１２３】
光源１は、例えば、０．３５≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たす第１の波長λ1 のレーザ光２を出射する半導体レーザと、その略２倍の波長である、例えば、０．７６≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たす第２の波長λ2 のレーザ光２を出射する半導体レーザとを、近接させて並べた構成であり、選択的に発光させることができる。回折光学素子５は、第１の波長のレーザ光２に対しては、例えば４．７°の回折角で実質上２次の回折光を出射し、第２の波長のレーザ光２に対しては、例えば４．７°の同じ回折角で実質上１次の回折光を出射する。従って、第１と第２の波長のレーザ光２に対して、回折光学素子５の回折角をほとんど同じにすることができるので、回折光学素子５から出射されるレーザ光２の光軸もほとんど同じにすることができる。
【０１２４】
本実施の形態においては、光源１として半導体レーザが用いられているため、高周波モジュール又は自励発振によって典型的に１ｎｍ程度の波長広がりが生じ、また、環境温度の変化によって出射光の中心波長が変化するという現象が生じる。
【０１２５】
本実施の形態においては、屈折光学手段９の側面１２と斜面１０にレーザ光２の光軸が斜めに入射するため、波長帯域に広がりがあると、屈折角が異なるといった色分散が生じる。光路中に、回折光の回折角の変化が、屈折光学手段９での屈折角の変化と互いに相殺する方向に生じるように、回折光学素子５を配置すれば、色分散が打ち消されて、光ディスク１１上に良好に集光させることが可能となる。特に、０．３５μｍ〜０．４４μｍ（第１の波長）の波長帯域においては、ガラス（プリズムである屈折光学手段９）の色分散が非常に大きいため、回折光学素子５によってそれを打ち消すことは、光ディスク１１上で良好な集光スポットを形成する上で、非常に有効である。
【０１２６】
本発明者らは、プリズムである屈折光学手段９を構成するガラスの硝材が低分散である場合に、幅広い波長領域で、色収差をほぼ問題とならない程度まで相殺することができ、同時に、色収差を補正する回折光学素子５の周期も大きくすることができるため、素子の製造が容易で高い回折効率が得られることを見い出した。また、波長変動は、第１の波長で±１０ｎｍの範囲内であることが、現実的にはほとんどであり、その場合、硝材のアッベ数が６４以上であれば、光ディスク１１上に色収差の影響の小さい光スポットを形成することができることも見い出した。従って、硝材としては、ＢＫ７、ＦＣ５、ＦＫ５、ＦＣＤ１、ＦＣＤ１０、ＦＣＤ１００等が望ましい。
【０１２７】
本実施の形態の光学ヘッドにおいては、均一周期のグレーティングである回折光学素子５が、光源１からコリメータレンズ３ａまでの収束光光路又は発散光光路中に配置されている。本発明者らは、このような収束光光路又は発散光光路中に、色収差補正用のグレーティングである回折光学素子５を配置した場合に、入射角によって補正効果が異なる（光が傾いて入射した場合ほど、色収差補正効果が大きくなる）ことを見い出した。このため、厳密には、出射光２の収束角に合わせて、ｚ軸方向の回折光学素子５の周期分布を変化させる必要がある。しかし、開口数が０．３９以下の収束光光路中又は発散光光路中に色収差補正用のグレーティングである回折光学素子５が配置されている場合には、対物レンズ４ａでの光ディスク１１上のスポットは色収差で問題にならないことが分かった。このため、均一周期のグレーティングである回折光学素子５を用いることが可能となるので、位置合わせや製造が容易となる。
【０１２８】
〈第４の実施の形態〉
次に、本発明の第４の実施の形態の光学ヘッドについて、図６を用いて、上記第３の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１２９】
図６（ａ）は本発明の第４の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図６（ｂ）は本発明の第４の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す平面図である。
【０１３０】
図６に示すように、本実施の形態においては、第１の波長λ1 の光の光源１aと、その略２倍の波長である、第２の波長λ2 の光の光源１ｂとが、波長ごとに設けられた光検出器１３とともに、それぞれ別々の光源・光検出器ユニット１７ａ、１７ｂ内に配置されており、ビームスプリッタ１８によって両波長が合波・分波される。ビームスプリッタ１８は、ウエッジプリズム等でもよく、合波・分波が可能な素子であればこれに限定されるものではない。
【０１３１】
プリズムである屈折光学手段９ａの側面には、屈折光学素子９ａの色収差補正用のグレーティングである回折光学素子５ａが一体化されて設けられている。回折光学素子５ａは、上記第３の実施の形態の場合と同じく、第１の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射し、第２の波長の光に対して実質上１次の回折光を出射することにより、両波長に対して高い効率を実現することができる。また、色収差補正用のグレーティングである回折光学素子５ａを、略平行光６の光路に配置することにより、回折効率や色収差補正効果を素子全面にわたってほぼ等しくすることができる。また、回折光学素子５ａを屈折光学手段９ａと一体化したことにより、構造が安定で、１つの部品として取り扱うことができるため、位置合わせが容易となる。
【０１３２】
また、本実施の形態においては、プリズムである屈折光学手段９ａの底面１４の設置角度が０であり、底面１４をこれを載せる光学ベース（図示せず）にそのまま配置することができるため、位置合わせが容易となる。尚、グレーティングである回折光学素子５ａは、プリズムである屈折光学手段９ａの他の面１０、１４に配置してもよい。
【０１３３】
〈第５の実施の形態〉
次に、本発明の第５の実施の形態の光学ヘッドについて、図７を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１３４】
図７は本発明の第５の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図である。
【０１３５】
図７に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、立ち上げミラー１５と対物レンズ４ａとの間の光路中に、対物レンズ４ａの色収差を補正する色収差補正素子１９が配置されている。ここで、対物レンズ４ａとコリメータレンズ３は非球面レンズである。
【０１３６】
本発明者らは、０．３５μｍ〜０．４４μｍ（第１の波長）の波長帯域においてはガラスの色分散が非常に大きく、例えば、対物レンズ４ａの硝材がＶＣ７９（アッベ数５７．７）、波長が、例えば、λ1 ＝０．４μｍ、開口数がＮＡ＝０．６の仕様で設計した場合には、入射波長が±１ｎｍだけ変化しても、集光スポット位置は焦点深度（±０．５６μｍ）よりも大きく焦点が変化（例えば、０．８μｍ）し、良好なスポットが得られない（焦点ぼけ）という問題が発生することを見い出した。例えば、高周波モジュールや自励発振によって波長帯域が広がったり（波長広がり±１ｎｍ程度）する場合にこの問題が発生する。
【０１３７】
本実施の形態においては、対物レンズ４ａの色収差を補正する色収差補正素子１９を配置することにより、このような問題を解決することのできる光学ヘッドを実現している。
【０１３８】
さらに、書き換え可能な光ディスクへの書き込みと読み出しを高速に行う場合、第１の波長の光では際立って焦点位置が変動し易いため、本発明の効果は大きい。
【０１３９】
色収差補正素子１９は、凸型の回折形レンズであり、同心円状のグレーティングが外周部に行くにしたがって周期が徐々に小さくなるようなパターン形状を有しており、これまで述べたような、第１の波長の光に対して実質上２次の回折光を生じさせ、第１の波長の略２倍の波長である第２の波長の光に対して実質上１次の回折光を生じさせるような段差（溝深さ）Ｌを有する、断面が実質上鋸歯形状となっている。
【０１４０】
ここで、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、色収差補正素子１９の材料の屈折率ｎに対して、段差Ｌは、上記第１の実施の形態と同じく、実質上Ｌ1 ＝２λ1 ／（ｎ−１）からＬ2 ＝λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあり、両波長に対して回折効率が大きくなる。
【０１４１】
本実施の形態において、色収差補正素子１９は、例えば、Ｆ数が１０．０（開口数ＮＡ＝０．０５）の凸型の回折形レンズであり、図７に示すように、略平行光６が色収差補正素子１９によって緩やかな収束光となり、これが対物レンズ４ａによって最終的に、例えば、開口数ＮＡ＝０．６６の収束光７となる。従って、対物レンズ４ａ自体の開口数を、実質的には、例えば、０．６程度に低減することができ、色収差補正が可能であると共に、製造が容易となる。
【０１４２】
本実施の形態においては、色収差補正素子１９と対物レンズ４ａをアクチュエータによって一体的に駆動するようにされている。このような構成とすることにより、両素子の光軸を常に一致させた状態にすることができるので、良好な光学特性を得ることができる。
【０１４３】
〈第６の実施の形態〉
次に、本発明の第６の実施の形態の光学ヘッドについて、図８、図９を用いて、上記第５の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１４４】
図８は本発明の第６の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図９(ａ)は本発明の第６の実施の形態における光学ヘッドの色収差補正素子を形成した対物レンズを示す断面図、図９（ｂ）はその平面図である。
【０１４５】
本実施の形態においては、図８、図９に示すように、対物レンズ４ｃ上に、同心円状のパターン形状を有し、断面が実質上鋸歯形状（段差ｓ）の色収差補正素子１９ａが形成されている。このように色収差補正素子１９ａと対物レンズ４ｃを一体化することにより、光学ヘッドの小型化、位置合わせの容易化が可能となる。
【０１４６】
第１の波長λ1 、第１の波長の略２倍の波長である第２の波長λ2 、色収差補正素子１９ａの材料の屈折率ｎに対して、段差ｓは、ｓ1 ＝２λ1 ／（ｎ−１）からｓ2 ＝λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあるように設定されており、設計波長λ1 もしくはλ2 の光が入射した場合には、位相差がλ1 、λ2 に対して、それぞれ、実質的に４π、２πとなる（両波長に対して実質上位相飛びがない）。このため、段差がない場合と同じく（色収差補正素子１９ａが無い場合と同じく）、両波長に対して光の損失がほとんど無く、対物レンズ４ｃによって良好に集光される。しかし、入射光の波長が設計値からずれてくると、色収差補正素子１９ａの溝の深さに対する位相差が、それぞれ、４π、２πからずれてくるため、色収差補正素子１９ａは、対物レンズ４ａの波長ずれによる焦点変動を打ち消し合うように波面変換を行う。すなわち、略平行光（入射光）６の波長が長くなると、対物レンズ４ｃの硝材の屈折率が小さくなるために、対物レンズ４ｃの焦点距離は長くなる。しかし、色収差補正素子１９ａの段差での位相差は第１及び第２の波長に対して、それぞれ、４π、２πよりも小さくなるため、色収差補正素子１９ａからの出射光は収束光となり、対物レンズ４ｃの焦点距離を実質上短くするように機能し、トータルで焦点距離の変動はなくなる。
【０１４７】
尚、本実施の形態においては、色収差補正素子１９ａの段差での位相差が第１及び第２の波長に対して、それぞれ、実質上４π、２πとなり、両波長に対して色収差補正素子１９ａの段差での位相飛びが実質上起こらないように、段差ｓをｓ1 ＝２λ1 ／（ｎ−１）からｓ2 ＝λ2 ／（ｎ−１）の範囲内に設定しているが、色収差補正素子１９ａの段差での位相差が第１及び第２の波長に対して、それぞれ、実質上８π、４πとなるように、段差ｓをｓ1 ＝４λ1 ／（ｎ−１）からｓ2 ＝２λ2 ／（ｎ−１）の範囲内に設定しても、機能はする。しかし、この場合には、段差が大きくなるため、光の損失は前者よりも大きくなる。
【０１４８】
〈第７の実施の形態〉
次に、本発明の第７の実施の形態の光学ヘッドについて、図１０を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１４９】
図１０は本発明の第７の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図である。
【０１５０】
本実施の形態においては、立ち上げミラー１５と対物レンズ４ａとの間の光路中に、対物レンズ４ａの色収差を補正する色収差補正素子１９ｂが配置されている。
【０１５１】
色収差補正素子１９ｂは、周囲に行くにしたがって周期が徐々に小さくなる、典型的な回折形レンズのパターン形状である。色収差補正素子１９ｂの断面は、図１０に示すような階段形状であり、第１の波長λ1 、第１の波長の略２倍の波長である第２の波長λ2 、色収差補正素子１９ｂの材料の屈折率ｎに対して、上記階段形状の最小の段差ｓは、実質上ｓ1＝２λ1 ／（ｎ−１）からｓ2＝λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあるように設定されている。この場合、両波長に対して光利用効率が良好になる。上記階段形状の段差ｓは、それぞれの波長に対して、位相差が実質的に４π、２πであるため、それぞれの設計波長の場合には、何も素子が無いのと等価であり、それぞれの波長を有する略平行光６はそのまま通過してしまう。しかし、設計波長から変化した場合には、位相差がずれるので、上記第６の実施の形態の場合と同じく、平行光が発散光又は収束光となり、対物レンズ４ａで生じる焦点変動を打ち消す役割を果たす。
【０１５２】
〈第８の実施の形態〉
次に、本発明の第８の実施の形態の光学ヘッドについて、図１１を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１５３】
図１１（ａ）は本発明の第８の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図１１（ｂ）は本発明の第８の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す平面図である。
【０１５４】
本実施の形態の光学ヘッドは、第１及び第２の波長の光がジグザグ状に伝搬する透明基板２０を備え、透明基板２０上には複数の回折光学素子４ｂ、８ｄ、３ｂ、２２が配置されている。
【０１５５】
オフアキシス形の回折形対物レンズ４ｂ、反射形の回折形コリメータレンズ３ｂは、上記第１の実施の形態の場合と同じく、第１の波長の光に対しては実質上２次の回折光を出射し、その略２倍の第２の波長の光に対しては実質上１次の回折光を出射する。回折形対物レンズ４ｂは、断面形状が実質上鋸歯形状の透過型素子であるため、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、材料の屈折率ｎに対して、鋸歯形状の深さＬが、実質上Ｌ1 ＝２λ1 ／（ｎ−１）からＬ2 ＝λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあり、また、回折形コリメータレンズ３ｂは、断面形状が実質上鋸歯形状の反射型素子（基板側から入射）であり、鋸歯形状の深さＬを、実質上Ｌ1 ＝λ1 ／ｎからＬ2 ＝λ2 ／２ｎの範囲内にあるように設定すれば、両波長に対して高い回折効率を得ることができる。
【０１５６】
例えば、厚さ３ｍｍのガラス等の透明基板２０の裏面には、例えば、０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たす第１の波長λ1 の光と、例えば、０．７６μｍ≦λ2 ≦０．８８μｍの関係を満たす第２の波長λ2 の光を選択的に出射する光源１が配置されている。光源１は、異方性エッチングによって形成されたシリコン基板２１の逆ピラミッド状の穴の斜面にマウントされており、光源１からの光２は、透明基板２０に対して斜め方向から入射する。透明基板２０に入射した光２は、伝搬光となって回折形の波長安定化素子２２に入射する。ここで、例えば、数％から１０％程度の選択された波長を有する１次又は２次の回折光は、波長安定化のためにその一部が光源１に戻るようにされている。また、残りの０次回折光は透明基板２０内をジグザグ状に伝搬する。回折光学素子２２、３ｂ、８ｄと透明基板２０の表面の一部と裏面の一部には、例えばＡｇ、Ａｌ、Ａｕ等の金属層又は誘電体の多層膜からなる反射膜１６ａが形成されている。透明基板２０内をジグザグ状に伝搬した光２は、回折形コリメータレンズ３ｂによって略平行光６となり、オフアキシス形の透過形対物レンズ４ｂによって光ディスク１１上に集光（収束光７）される。光ディスク１１によって反射された光７は、逆方向に折り返し、透過形対物レンズ４ｂから再び透明基板２０内に入射して伝搬光６となり、フォーカス／トラック誤差信号検出素子である反射形ツインレンズ８ｄに入射する。反射形ツインレンズ８ｄは、同じ仕様を有する反射形レンズを２つアレイ状に配列した構造を有している。伝搬光はこの反射形ツインレンズ８ｄによって２分割されて透明基板２０内をジグザグ状に伝搬し、シリコン基板２１上に形成された光検出器１３に集光する。
【０１５７】
本実施の形態の反射形コリメータレンズ３ｂの各グレーティング、反射形ツインレンズ８ｄを構成する１つの反射形レンズの各グレーティングは、伝搬光の光軸方向であるｙ軸方向に長軸を持つそれぞれが同じ離心率の楕円形状であり、外周にいくにしたがって周期が小さくなっている。この楕円形パターンの中心位置は、外周部にいくにしたがって、レンズに対する入射側と出射側のうち平方光に近い方に徐々にずれている（レンズ３ｂではｙ方向、レンズ８ｄでは−ｙ方向）。反射形コリメータレンズ３ｂをこのような形状とすることにより、斜め入射の影響で通常生じるコマ収差と非点収差をなくし、良好にコリメートすることができる。
【０１５８】
本実施の形態の透過形対物レンズ４ｂとして用いたオフアキシス形の透過形回折光学レンズは、光の進行方向（ｙ方向）に対して徐々に周期が小さくなるような、曲率と中心位置が徐々にずれている楕円の１部である曲線グレーティングから構成されている。
【０１５９】
本実施の形態においては、透明基板２０上に各光学部品を配置する構成を採用しているため、位置合わせが容易で小型軽量化が可能な光学ヘッドを実現することができる。また、４つの回折光学素子２２、３ｂ、８ｄ、４ｂは、溝の深さが波長オーダに設定されており、このため、例えば、射出成形や２Ｐ法等によって一括して作製することが可能であり、また、相対位置を正確に設定することができると共に、低コスト化も可能となる。
【０１６０】
〈第９の実施の形態〉
次に、本発明の第９の実施の形態の光学ヘッドについて、図１２を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１６１】
図１２は本発明の第９の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子の波長λで規格化した規格化グレーティング周期Λ／λと回折効率との関係を示すグラフである。
【０１６２】
本実施の形態の光学ヘッドは、光源の波長と回折光学素子の溝の深さが上記第１の実施の形態の光学ヘッドと異なっている。本実施の形態の光学ヘッドは、第１の波長の光、及び第１の波長の光に対して略１．５倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源と、第１及び第２の波長の光の光路中に設けられた単数又は複数の回折光学素子とを備えている。上記回折光学素子は、第１の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射し、第２の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射する。
【０１６３】
本実施の形態の光学ヘッドにおいて、光源が出射する第１の波長λ1 の光は、例えば、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、この第１の波長λ1 の光の光源を搭載することにより、集光スポットを小さく絞ることができ、その結果、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第２の波長λ2 の光は、例えば、０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たし、この第２の波長λ2 の光の光源を搭載することにより、例えば、２層構造を含むＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【０１６４】
本発明者らは、高密度光ディスクとＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクの両方に対応できる２波長の光学ヘッドにおいて、その２波長間の波長の大きさの関係を略１．５倍に設定（実際の場合、１．４倍程度から１．７倍程度）し、高密度光ディスクに対応するとき（第１の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上３次回折光を用い、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクに対応するとき（第２の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上２次回折光を用いることにより、同じ光路に回折光学素子を配置しても、どちらの波長の光に対しても高い回折効率を得ることができ、光学特性の良好な光学ヘッドを実現することができることを見い出した。
【０１６５】
通常、回折光学素子における回折角は、波長と周期と回折次数によって決められるが、本発明者らは、第１の波長で実質的に３次回折光を用い、略１．５倍の波長の第２の波長で２次回折光を用いるようにすることにより、波長が異なっても、回折角をほぼ等しくすることができるということを見い出した。
【０１６６】
回折光学素子の断面形状は実質上鋸歯形状である。ここでは、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、上記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、上記鋸歯形状の深さＬが、透過型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３λ1 ／（ｎ−１）からＬ2 ＝２λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にあり、基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３λ1 ／２ｎからＬ2 ＝λ2 ／ｎの範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３λ1 ／２からＬ2 ＝λ2 の範囲内にあるようにして、どちらの波長に対しても回折効率が最大となるようにした。例えば、λ1 ＝０．４０μｍ、λ2 ＝０．６５μｍ、ｎ＝１．５の場合には、透過型素子ではＬ＝２．４μｍ〜２．６μｍ、反射型素子では、Ｌ＝０．４０μｍ〜０．４３μｍ（基板側から入射）、Ｌ＝０．６０μｍ〜０．６５μｍ（空気側から入射）である。
【０１６７】
また、断面形状を階段形状で近似したマルチレベル形状の回折光学素子を用いることも可能であり、そのときの最適な溝の深さは、レベル数をｐとしたとき、透過型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３（ｐ−１）λ1 ／［ｐ（ｎ−１）］からＬ2 ＝２（ｐ−１）λ2 ／［ｐ（ｎ−１）］の範囲内にあり、基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３（ｐ−１）λ1 ／２ｐｎからＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／ｐｎの範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３（ｐ−１）λ1 ／２ｐからＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／ｐの範囲内にあることが望ましい。
【０１６８】
本実施の形態のように、完全に１．５λ1 ＝λ2 とならない場合には、Ｌ1 ≠Ｌ2 であり、好ましい溝深さは、Ｌ1 からＬ2 の範囲内にあるが、溝深さをＬ1 としたときは第１の波長λ1 に対する効率重視となり、溝深さをＬ2 としたときには第２の波長λ2 に対する効率重視となり、ちょうどその平均の大きさ（０．５（Ｌ1 ＋Ｌ2 ））のときに、両波長に対してバランスがとれた状態となる。波長が短いほど光利用効率が重要視されるので、回折光学素子の溝の深さはＬ1 に設定されるのがより望ましいと言える。
【０１６９】
図１２から分かるように、２次回折効率の方が３次回折効率よりも概ね良好であるが、どちらの回折効率もΛ／λが小さくなると減少する傾向にある。どちらの回折効率も８０％以上になるΛ／λは１６以上であるので、回折光学素子の最小周期Λmin が第１の波長λ1 に対してΛmin ≧１６λ1 の関係を満たすようにすることにより、両波長に対して回折効率を８０％以上とすることができる。
【０１７０】
〈第１０の実施の形態〉
次に、本発明の第１０の実施の形態の光学ヘッドについて、図１３を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１７１】
図１３は本発明の第１０の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子の波長λで規格化した規格化グレーティング周期Λ／λと回折効率との関係を示すグラフである。
【０１７２】
本実施の形態の光学ヘッドは、光源の波長と回折光学素子の溝の深さが上記第１の実施の形態の光学ヘッドと異なっている。本実施の形態の光学ヘッドは、第１の波長の光、第１の波長の光に対して略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び第１の波長の光に対して略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源と、光検出器と、第１、第２及び第３の波長の光の光路中に設けられた単数又は複数の回折光学素子とを備えている。上記回折光学素子は、第１の波長の光に対して実質上４次の回折光を出射し、第２の波長の光に対して実質上２次の回折光を出射し、第３の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射する。
【０１７３】
本実施の形態の光学ヘッドにおいて、光源が出射する第１の波長λ1 の光は、例えば、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、この第１の波長λ1 の光源を搭載することにより、集光スポットを小さく絞ることができ、その結果、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第２の波長λ2 の光は、例えば、実質上０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たし、この第２の波長λ2 の光の光源を搭載することにより、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第３の波長λ3 の光は、例えば、実質上０．７６μｍ≦λ3 ≦０．８８μｍの関係を満たし、この第３の波長λ3 の光の光源を搭載することにより、例えば、２層構造を含むＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【０１７４】
本発明者らは、高密度光ディスクとＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ等の種々の光ディスクに対応できる３波長の光学ヘッドにおいて、その３波長間の波長の大きさの比をおよそ１：２：１．５に設定し（実際の場合、１：１．８〜２．１：１．４〜１．７）、高密度光ディスクに対応するとき（第１の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上４次回折光を用い、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクに対応するとき（第２の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上２次回折光を用い、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクに対応するとき（第３の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上３次回折光を用いることにより、同じ光路に回折光学素子を配置しても、３つの波長の光のうち、第１及び第２の波長の光に対して特に高い回折効率を得ることができ、光学特性の良好な光学ヘッドを実現することができることを見い出した。尚、第３の波長の光に対しては、第１及び第２の波長の光に比べて、例えば、およそ５％程度悪くなるだけである。
【０１７５】
通常、回折光学素子における回折角は、波長と周期と回折次数によって決められるが、本発明者らは、第１の波長で実質的に４次回折光を用い、第２の波長で実質的に２次回折光を用い、第３の波長で実質的に３次回折光を用いるようにすることにより、波長が異なっても、回折角をほぼ等しくすることができるということを見い出した。
【０１７６】
回折光学素子の断面形状は実質上鋸歯形状である。ここでは、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、上記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、上記鋸歯形状の深さＬが、透過型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝４λ1 ／（ｎ−１）とＬ2 ＝２λ2 ／（ｎ−１）とＬ3 ＝３λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にあり、基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝２λ1 ／ｎとＬ2 ＝λ2 ／ｎとＬ3 ＝３λ3 ／２ｎのうちの最小値と最大値の範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝２λ1 とＬ2 ＝λ2 とＬ3 ＝３λ3 ／２のうちの最小値と最大値の範囲内にあるようにして、３つの波長のいずれに対しても回折効率が最大となるようにした。例えば、λ1 ＝０．４０μｍ、λ2 ＝０．８０μｍ、λ3 ＝０．６５μｍ、ｎ＝１．５の場合には、透過型素子ではＬ＝３．２μｍ〜３．９μｍ、反射型素子では、Ｌ＝０．５３μｍ〜０．６５μｍ（基板側から入射）、Ｌ＝０．８μｍ〜０．９８μｍ（空気側から入射）である。
【０１７７】
また、断面形状を階段形状で近似したマルチレベル形状の回折光学素子を用いることも可能であり、そのときの最適な溝の深さは、レベル数をｐとしたとき、透過型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝４（ｐ−１）λ1 ／［ｐ（ｎ−１）］とＬ2 ＝２（ｐ−１）λ2 ／［ｐ（ｎ−１）］とＬ3 ＝３（ｐ−１）λ3 ／［ｐ（ｎ−１）］のうちの最小値と最大値の範囲内にあり、基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝２（ｐ−１）λ1 ／ｐｎとＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／ｐｎとＬ3 ＝３（ｐ−１）λ3 ／２ｐｎのうちの最小値と最大値の範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝２（ｐ−１）λ1 ／ｐとＬ2 ＝（ｐ−１）λ2 ／ｐとＬ3 ＝３（ｐ−１）λ3 ／２ｐのうちの最小値と最大値の範囲内にある。
【０１７８】
図１３から分かるように、２次回折効率の方が３次及び４次回折効率よりも概ね良好であるが、３つの次数の回折効率のいずれもΛ／λが小さくなると減少する傾向にある。３つの次数の回折効率のいずれもが８０％以上になるΛ／λは２２以上であるので、回折光学素子の最小周期Λmin が第１の波長λ1 に対してΛmin ≧２２λ1 の関係を満たすようにすることにより、３つの波長に対して回折効率を８０％以上とすることができる。
【０１７９】
〈第１１の実施の形態〉
次に、本発明の第１１の実施の形態の光学ヘッドについて、上記第１０の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１８０】
本実施の形態の光学ヘッドは、回折光学素子の溝の深さと使用する回折次数が上記第１０の実施の形態の光学ヘッドと異なっている。本実施の形態の光学ヘッドは、第１の波長の光、第１の波長の略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び第１の波長の光に対して略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源と、光検出器と、第１、第２及び第３の波長の光の光路中に設けられた単数又は複数の回折光学素子とを備えている。上記回折光学素子は、第１の波長の光に対して実質上６次の回折光を出射し、第２の波長の光に対して実質上３次の回折光を出射し、第３の波長の光に対して実質上４次の回折光を出射する。
【０１８１】
本実施の形態の光学ヘッドにおいて、光源が出射する第１の波長λ1 の光の波長は、例えば、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、この第１の波長λ1 の光の光源を搭載することにより、集光スポットを小さく絞ることができ、その結果、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第２の波長λ2 の光の波長は、例えば、実質上０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たし、この第２の波長λ2 の光の光源を搭載することにより、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第３の波長λ3 の光の波長は、例えば、実質上０．７６μｍ≦λ3 ≦０．８８μｍの関係を満たし、この第３の波長λ3 の光の光源を搭載することにより、例えば、２層構造を含むＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【０１８２】
本発明者らは、高密度光ディスクとＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ等の種々の光ディスクに対応できる３波長の光学ヘッドにおいて、その３波長間の波長の大きさの比をおよそ１：２：１．５に設定し（実際の場合、１：１．８〜２．１：１．４〜１．７）、高密度光ディスクに対応するとき（第１の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上６次回折光を用い、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクに対応するとき（第２の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上３次回折光を用い、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクに対応するとき（第３の波長の光を出射するとき）には、回折光学素子に対して実質上４次回折光を用いることにより、同じ光路に回折光学素子を配置しても、３つのいずれの波長の光に対しても高い回折効率を得ることができる。
【０１８３】
尚、本実施の形態の回折光学素子は上記第１０の実施の形態の回折光学素子よりも使用する回折次数が大きいが、特に、回折光学素子の周期が大きい場合に、本実施の形態の回折光学素子の方が第３の波長に対する回折効率が大きくなる。
【０１８４】
回折光学素子の断面形状は実質上鋸歯形状である。ここでは、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、上記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、上記鋸歯形状の深さＬが、透過型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝６λ1 ／（ｎ−１）とＬ2 ＝３λ2 ／（ｎ−１）とＬ3 ＝４λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にあり、基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３λ1 ／ｎとＬ2 ＝３λ2 ／２ｎとＬ3 ＝２λ3 ／ｎのうちの最小値と最大値の範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３λ1 とＬ2 ＝３λ2 ／２とＬ3 ＝２λ3 のうちの最小値と最大値の範囲内にあるようにして、３つの波長のいずれに対しても回折効率が最大となるようにした。例えば、λ1 ＝０．４０μｍ、λ2 ＝０．８０μｍ、λ3 ＝０．６５μｍ、ｎ＝１．５の場合には、透過型素子ではＬ＝４．８μｍ〜５．２μｍ、反射型素子では、Ｌ＝０．８０μｍ〜０．８７μｍ（基板側から入射）、Ｌ＝１．２μｍ〜１．３μｍ（空気側から入射）である。
【０１８５】
また、断面形状を階段形状で近似したマルチレベル形状の回折光学素子を用いることも可能であり、そのときの最適な溝の深さは、レベル数をｐとしたとき、透過型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝６（ｐ−１）λ1 ／［ｐ（ｎ−１）］とＬ2 ＝３（ｐ−１）λ2 ／［ｐ（ｎ−１）］とＬ3 ＝２（ｐ−１）λ3 ／［ｐ（ｎ−１）］のうちの最小値と最大値の範囲内にあり、基板側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３（ｐ−１）λ1 ／ｐｎとＬ2 ＝３（ｐ−１）λ2 ／２ｐｎとＬ3 ＝（ｐ−１）λ3 ／ｐｎのうちの最小値と最大値の範囲内にあり、また、空気側から入射するような反射型素子の場合には、実質上Ｌ1 ＝３（ｐ−１）λ1 ／ｐとＬ2 ＝３（ｐ−１）λ2 ／２ｐとＬ3 ＝（ｐ−１）λ3 ／ｐのうちの最小値と最大値の範囲内にあることが、光利用効率が良いという意味で望ましい。
【０１８６】
〈第１２の実施の形態〉
次に、本発明の第１２の実施の形態の光学ヘッドについて、上記第５もしくは第６の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１８７】
本実施の形態の光学ヘッドは、光源の波長と色収差補正素子の段差が上記第５もしくは第６の実施の形態の光学ヘッドと異なっている。
【０１８８】
本実施の形態の光学ヘッドは、第１の波長の光、及び第１の波長の光に対して略１．５倍の波長を有する第２の波長の光を出射する単数又は複数の光源と、光検出器と、情報記録媒体に集光する対物レンズと、第１及び第２の波長の光の光路中に設けられた回折光学素子とを備えている。上記回折光学素子は、上記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、上記色収差補正素子の材料の屈折率ｎに対して、段差は、実質上３λ1 ／（ｎ−１）から２λ2 ／（ｎ−１）の範囲内にある。
【０１８９】
本実施の形態の構成によれば、第１及び第２の波長の光に対して光利用効率の良好な色収差補正素子を得ることができる。
【０１９０】
本実施の形態の光学ヘッドにおいて、光源が出射する第１の波長λ1 の光の波長は、例えば、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、この第１の波長λ1 の光の光源を搭載することにより、集光スポットを小さく絞ることができ、その結果、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第２の波長λ2 の光の波長は、例えば、実質上０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たし、この第２の波長λ2 の光の光源を搭載することにより、例えば、２層構造を含むＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【０１９１】
〈第１３の実施の形態〉
次に、本発明の第１３の実施の形態の光学ヘッドについて、上記第５もしくは第６の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１９２】
本実施の形態の光学ヘッドは、光源の波長と色収差補正素子の段差が上記第５もしくは第６もしくは第７の実施の形態の光学ヘッドと異なっている。
【０１９３】
本実施の形態の光学ヘッドは、第１の波長の光、第１の波長の光に対して略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び第１の波長の光に対して略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源と、光検出器と、情報記録媒体に集光する対物レンズと、第１、第２及び第３の波長の光の光路中に設けられた単数又は複数の回折光学素子とを備えている。上記回折光学素子は、上記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、上記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、段差は、４λ1 ／（ｎ−１）と２λ2 ／（ｎ−１）と３λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にある。
【０１９４】
本実施の形態の構成によれば、第１〜第３の波長の光のうち、第１及び第２の波長の光に対して、特に、光利用効率の良好な光学特性を有する色収差補正素子を得ることができる。
【０１９５】
本実施の形態の光学ヘッドにおいて、光源が出射する第１の波長λ1 の光の波長は、例えば、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、この第１の波長λ1 の光の光源を搭載することにより、集光スポットを小さく絞ることができ、その結果、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第２の波長λ2 の光の波長は、例えば、実質上０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たし、この第２の波長λ2 の光の光源を搭載することにより、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第３の波長λ3 の光の波長は、例えば、実質上０．７６μｍ≦λ3 ≦０．８８μｍの関係を満たし、この第３の波長λ3 の光の光源を搭載することにより、例えば、２層構造を含むＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【０１９６】
〈第１４の実施の形態〉
次に、本発明の第１４の実施の形態の光学ヘッドについて、上記第１３の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１９７】
本実施の形態の光学ヘッドは、色収差補正素子の段差が上記第１３の実施の形態の光学ヘッドと異なっている。
【０１９８】
本実施の形態の光学ヘッドは、第１の波長の光、第１の波長の光に対して略２倍の波長を有する第２の波長の光、及び第１の波長の光に対して略１．５倍の波長を有する第３の波長の光を出射する単数又は複数の光源と、光検出器と、情報記録媒体に集光する対物レンズと、第１、第２及び第３の波長の光の光路中に設けられた単数又は複数の回折光学素子とを備えている。上記回折光学素子は、上記対物レンズの色収差を補正する階段状もしくは実質上鋸歯形状の段差を有する色収差補正素子であり、第１の波長λ1 、第２の波長λ2 、第３の波長λ3 、上記回折光学素子の材料の屈折率ｎに対して、段差は、６λ1 ／（ｎ−１）と３λ2 ／（ｎ−１）と４λ3 ／（ｎ−１）のうちの最小値と最大値の範囲内にある。
【０１９９】
本実施の形態の色収差補正素子は上記第１３の実施の形態の色収差補正素子と比べて段差が大きいが、色収差補正素子の周期が波長に比べて十分大きいとき、本実施の形態のように構成すれば、第１〜第３の波長の光に対して光利用効率の良好な光学特性を有する色収差補正素子を得ることができる。
【０２００】
本実施の形態の光学ヘッドにおいて、光源が出射する第１の波長λ1 の光の波長は、例えば、実質上０．３５μｍ≦λ1 ≦０．４４μｍの関係を満たし、この第１の波長λ1 の光の光源を搭載することにより、集光スポットを小さく絞ることができ、その結果、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第２の波長λ2 の光の波長は、例えば、実質上０．５７μｍ≦λ2 ≦０．６８μｍの関係を満たし、この第２の波長λ2 の光の光源を搭載することにより、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。また、光源が出射する第３の波長λ3 の光の波長は、例えば、実質上０．７６μｍ≦λ3 ≦０．８８μｍの関係を満たし、この第３の波長λ3 の光の光源を搭載することにより、例えば、２層構造を含むＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒの光ディスクを読み出すことができる。
【０２０１】
以上、第１〜第１４の実施の形態の光学ヘッドについて説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、それぞれの実施の形態の光学ヘッドの構成を組み合わせた光学ヘッドも本発明に含まれ、同様の効果を奏することができる。
【０２０２】
尚、上記実施の形態で用いた対物レンズとコリメータレンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
【０２０３】
また、上記実施の形態においては、光ディスクを例に挙げて説明したが、同様の情報記録再生装置で厚みや記録密度など複数の仕様の異なる媒体を再生することができるように設計されたカード状やドラム状、テープ状の製品に応用することも本発明の範囲に含まれる。
【０２０４】
また、上記実施の形態においては、複数の波長の光を取り扱っているが、実質上０．３５μｍ≦λ≦０．４４μｍの関係を満たす波長λの光を出射する光源を１個だけ備えた光学ヘッドとして構成してもよい（図７〜図１０において光源を１つにした場合）。この場合、光検出器と、光源から出射される光の光路中に設けられた単数又は複数の回折光学素子とをさらに備え、前記回折光学素子が、情報記録媒体に集光する対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子であれば、光源からの出射光としてレンズの硝材の色分散の大きい０．３５μｍ≦λ≦０．４４μｍの範囲の半導体レーザ光を用いた場合、高周波モジュールや自励発振による数ｎｍ程度の波長帯域の広がりや環境温度の変化によって出射光の中心波長が変化しても、対物レンズによる大きな色収差を補正して、光ディスク面で良好な集光スポットを得ることができる。また、この場合、色収差補正素子を対物レンズ上に形成すれば、色収差補正素子と対物レンズを１つの部品として取り扱うことができ、小型化・低コスト化が可能となる。また、色収差補正素子と対物レンズをアクチュエータによって一体的に駆動させるようにすれば、色収差補正素子と対物レンズの光軸がずれることがないので、良好な光学特性が得られる。さらに、色収差補正素子が凸型の回折型レンズであり、対物レンズとの両方で収束光を形成する構成にすれば、対物レンズ自体の開口数が低減されるので、製造が容易となる。
【０２０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の種類の情報記録媒体に対応できる複数波長の光源と回折光学素子とを備えた構成により、光利用効率の高い光学ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図２】本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける回折光学素子の規格化波長と回折効率との関係を示すグラフ
【図３】本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける回折光学素子の規格化グレーティング周期と１次回折効率及び２次回折効率との関係を示すグラフ
【図４】本発明の第２の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図５】本発明の第３の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図６】（ａ）は本発明の第４の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、（ｂ）は本発明の第４の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す平面図
【図７】本発明の第５の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図８】本発明の第６の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図９】  (ａ)は本発明の第６の実施の形態における光学ヘッドの色収差補正素子を形成した対物レンズを示す断面図、（ｂ）は本発明の第６の実施の形態における光学ヘッドの色収差補正素子を形成した対物レンズを示す平面図
【図１０】本発明の第７の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図１１】（ａ）は本発明の第８の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、（ｂ）は本発明の第８の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す平面図
【図１２】本発明の第９の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子の規格化グレーティング周期と回折効率との関係を示すグラフ
【図１３】本発明の第１０の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子の規格化グレーティング周期Λ／λと回折効率との関係を示すグラフ
【図１４】従来の光学ヘッドの回折光学素子の規格化波長と１次回折効率との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１  光源
２  出射光
３  コリメータレンズ
４  対物レンズ
５  グレーティング
６  平行光
７  収束光
８  フォーカス／トラック誤差信号検出素子
９  屈折光学手段
１０  屈折光学手段の斜面（第１面）
１１  情報記録媒体
１２  屈折光学手段の側面（第２面）
１３  光検出器
１４  屈折光学手段の底面（第３面）
１５  立ち上げミラー
１６  反射膜
１７  光源・光検出器ユニット
１８  ビームスプリッタ
１９  色収差補正素子
２０  透明基板
２１  シリコン基板
２２  波長安定化素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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