WO2003073152A1 - Element optique et dispositif de tete optique associe, dispositif d'information optique utilisant ce dispositif de tete optique, ordinateur, lecteur de disques optiques, systeme de navigation automobile, enregistreur et serveur de disques optiques faisant appel a ce dispositif d'information optique - Google Patents

Element optique et dispositif de tete optique associe, dispositif d'information optique utilisant ce dispositif de tete optique, ordinateur, lecteur de disques optiques, systeme de navigation automobile, enregistreur et serveur de disques optiques faisant appel a ce dispositif d'information optique Download PDF

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light beam
light
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Yoshiaki Komma
Sadao Mizuno
Kousei Sano
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • optical element and optical head device using the same, optical information device using the optical head device, and computer, optical disc player, power navigation system using the optical information device, Optical disc recorder and optical disc server
  • the present invention relates to an optical head device used for recording information on an optical information medium such as an optical disk or an optical card, or for reproducing or erasing information recorded on the optical information medium, and an optical element used therefor.
  • the present invention also relates to an optical information device using the optical head device and various systems to which the optical information device is applied.
  • Optical memory technology that uses optical disks with pit-shaped patterns as high-density and large-capacity storage media has been put to practical use while expanding its applications to digital audio disks, video disks, document file disks, and data files. Have been.
  • the function to successfully record and reproduce information on the optical disk with high reliability using a minutely focused light beam is a function of forming a diffraction-limited minute spot on the optical disk.
  • Optical functions, focus control (tracking control) and tracking control of optical systems, and detection of pit signals (information signals) can be broadly classified into three types.
  • optical discs having higher-density storage capacities than ever before have been developed.
  • One approach to high density is to use a light beam on an optical disc.
  • NA numerical aperture
  • an increase in the amount of aberration generated due to the tilt of the optical axis becomes a problem. That is, when the NA is increased, the amount of aberration generated with respect to the tilt increases.
  • the thickness of the transparent substrate (substrate thickness) of the optical disk may be reduced.
  • the thickness of the base material of compact discs (CDs), which can be said to be the first generation of optical discs, is about 1.2 mm.
  • infrared light (wavelength ⁇ 3 is 780 nm to 82 0 nm) and an objective lens of NAO. 45 are used.
  • the base thickness of the digital versatile disk (DVD), which can be said to be the second generation of optical disks, is about 0.6 mm.
  • red light (wavelength ⁇ 2 is 630 nm to 68 nm) is required. 0 nm) and an NA O.6 objective lens are used.
  • the substrate thickness of the third-generation optical disk is about 0.1 mm, and the optical head device for this optical disk emits blue light (wavelength ⁇ is 390 nm to 415 nm). Light source and NA 0.85 objective lens are used.
  • the term “substrate thickness” refers to the thickness of the optical disk (or the optical information medium) from the surface on which the light beam is incident to the information recording surface.
  • the base material thickness of the transparent base material of the high-density optical disk is set to be thin. From the viewpoints of economy and space occupied by the device, an optical information device capable of recording and reproducing information on a plurality of optical disks having different substrate thickness / recording density is desired.
  • a light head device equipped with a condensing optical system capable of condensing a light beam to a diffraction limit on a plurality of optical disks is required.
  • FIG. 17 A configuration aimed at realizing an optical head device for recording and reproducing information on and from a plurality of optical discs having different base material thicknesses is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-333973.
  • First conventional example the first conventional example will be described with reference to FIGS. 17 and 18.
  • FIG. 17 A configuration aimed at realizing an optical head device for recording and reproducing information on and from a plurality of optical discs having different base material thicknesses.
  • the optical head device of the first conventional example has a plurality of mirrors 31 each having a plurality of reflecting surfaces having different radii of curvature, and each reflecting surface is formed of a dielectric multilayer film.
  • An objective lens 1805 designed to have an aperture diameter for reproducing a high-density optical disc with the shortest wavelength light beam among the light beams 401 to 403 emitted from light sources having different wavelengths.
  • the light beams 401 to 403 have shorter wavelengths in this order, and the wavelength of the light source to be used is determined according to the type of the optical disk.
  • the light beam 403 having the shortest wavelength among the light beams 401 to 4003 is used to reproduce the medium-density optical disk 10b.
  • the light beam 402 having the second shortest wavelength is used, and when reproducing the low-density type optical disc 100c, the light beam 410 having the longest wavelength is used.
  • the light beams 401 to 4003 are reflected by the mirror 31 having a plurality of reflection surfaces having different radii of curvature toward the optical disk, and enter the objective lens 1805.
  • the mirror 31 has a plurality of reflecting surfaces having different radii of curvature for reflecting the plurality of light beams 401 to 400 3 toward the optical disk, respectively.
  • the first reflecting surface 311 converts the light beam 403 into a light beam having an optimum divergence angle with respect to the objective lens 1805 and totally reflects the light beam, and emits the light beam from another light source. It is composed of a dielectric multi-layer film that allows the transmitted light beam to pass through.
  • the second reflecting surface 3 1 2 (spherical surface having a radius of curvature R 2) transmits the light beam 400 3 to the objective lens 180 5.
  • the third reflecting surface 3 13 (spherical surface having a radius of curvature R 3) converts the light beam 401 into a light beam having an optimum divergence angle with respect to the objective lens 180 5. It is composed of a dielectric multilayer film that totally reflects and transmits all light beams emitted from other light sources.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-3334504 discloses a configuration for performing compatible reproduction of a plurality of optical disks of different types using a plurality of light beams having different wavelengths.
  • Conventional example ⁇
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-296680 third conventional example. That is, the second conventional example discloses a configuration in which a diffractive optical element (DOE) or a phase conversion element is used in combination with an objective lens.
  • DOE diffractive optical element
  • the third conventional example discloses a configuration in which a plurality of objective lenses are used by mechanically switching.
  • the objective lens 1805 is driven independently of the mirror 31 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-3399307). (See Figures 4 to 6).
  • the light beam is converted from parallel light into a light beam having an optimum divergence angle by the mirror 31 having a curvature. If the objective lens moves by following the track when performing the focusing, the relative position of the objective lens with respect to the incident light wavefront changes, causing aberration and degrading the light-gathering characteristics.
  • the reflecting surface of the mirror 31 is constituted by a surface having a curvature, that is, a spherical surface.
  • a diffractive optical element and a phase conversion element are used.
  • the element for converting the light beam needs to have lens power.
  • the grating pitch becomes finer in the outer peripheral portion.
  • NA numerical aperture
  • the grating pitch becomes equal to the wavelength.
  • the structure becomes fine, and the same problem as in the case of the diffractive optical element occurs.
  • the configuration in which the objective lens is switched is adopted, and a plurality of objective lenses are required, so that the number of parts is increased and the optical head is increased. It is also difficult to reduce the size of the device. In addition, since a switching mechanism for the objective lens is required, this also makes it difficult to reduce the size of the optical head device. Disclosure of the invention
  • the present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and further provides an optical head device capable of realizing compatible recording and compatible reproduction of a plurality of optical information media having different substrate thicknesses, and an optical element used therefor, and It is an object of the present invention to provide an optical information device using the optical head device and various systems to which the optical information device is applied.
  • the configuration of the optical element according to the present invention is to transmit a first light beam having a wavelength of ⁇ 1 and a first polarization of a second light beam having a wavelength of ⁇ 2.
  • a dichroic polarization separation film that reflects linearly polarized light in a direction and transmits linearly polarized light in a direction orthogonal to the first polarization direction of the second light beam; and the second light beam reflected by the dichroic polarization separation film.
  • a first 1Z4 wavelength plate that converts linearly polarized light in the first polarization direction of the light beam into substantially circularly polarized light
  • the second 1Z4 wavelength plate that is converted into substantially circularly polarized light by the first 14-wavelength plate.
  • the second light beam transmitted through the dichroic polarization separation film is converted into substantially circularly polarized light by the second 1/4 wavelength plate that converts the light beam into substantially circularly polarized light again, and the second 1Z4 wavelength plate.
  • the second light beam reflected by the second reflection surface and converted to linearly polarized light in the first polarization direction by the second 14-wavelength plate is reflected by the dichroic polarization separation film. And converting the wavefront of the second light beam.
  • the first or second reflecting surface is a curved surface, and the curved surface converts a wavefront of the second light beam.
  • the curved surface that converts the wavefront of the second light beam is a convex surface.
  • the first or second reflecting surface is a reflective diffractive optical element, and the wavefront of the second light beam is converted by the diffractive optical element. Is preferred.
  • the dichroic polarization splitting film further reflects linearly polarized light in a first polarization direction of a third light beam having a wavelength of ⁇ 3, and
  • the first 14-wave plate transmits linearly polarized light in a direction orthogonal to the first polarization direction of the beam, and the first 14-wavelength plate reflects the first light of the third light beam reflected by the dichroic polarization separation film.
  • the second 1Z4 wavelength plate converts the linearly polarized light of the polarization direction into substantially circularly polarized light, and the second 1Z4 wavelength plate is reflected by the first reflecting surface, and the first 1Z4 wavelength plate reflects the first polarized light.
  • the third light beam that has been converted to linearly polarized light in a direction perpendicular to the direction and has passed through the dichroic polarization separation film is again converted to substantially circularly polarized light, and is reflected by the second reflection surface.
  • the third light beam, which has been converted into linearly polarized light in the first polarization direction by the second 1Z4 wavelength plate, is reflected by the dichroic polarization splitting film, and the third light beam Is preferably converted.
  • a reflecting surface different from the reflecting surface that converts the wavefront of the second light beam is a curved surface, and the third light is reflected by the curved surface.
  • the wavefront of the beam is transformed.
  • the curved surface for converting the wavefront of the third light beam is a concave surface.
  • a reflection surface different from a reflection surface that converts a wavefront of the second light beam, and the dichroic polarization separation film It is preferable to further include a dichroic film that transmits the third light beam and reflects the second light beam.
  • a reflecting surface different from the reflecting surface for converting the wavefront of the second light beam is a reflective diffractive optical element, Preferably, the wavefront of the third light beam is converted by an element.
  • a first configuration of the optical head device includes a first laser light source that emits a first light beam having a wavelength ⁇ , and a second laser light source that emits a second light beam having a wavelength ⁇ 2.
  • the base material thickness of the first optical information recording medium is t1
  • the base material thickness of the second optical information recording medium is t2
  • the focal length is f1
  • the second light beam is recorded on the information recording surface of the second optical information recording medium.
  • the first optical beam having a wavelength ⁇ 1 is transmitted through the transparent substrate having a substrate thickness t 1 by the objective lens.
  • the first optical information medium records information at a higher density than the second optical information medium; and
  • a second region is provided on a surface near the optical information medium, around a first region through which the first light beam passes, and a second light having a wavelength ⁇ 2 (> ⁇ 1) is provided.
  • the second light beam is focused on the information recording surface of the second optical information medium through a transparent substrate having a substrate thickness t2 (> t1). It is preferred that this be done.
  • the second region has a concave shape.
  • a second configuration of the optical head device includes a first laser light source that emits a first light beam having a wavelength ⁇ , and a second laser light source that emits a second light beam having a wavelength ⁇ 2.
  • An optical element (for the first to third light beams) of the present invention is provided between the first to third laser light sources and the objective lens. It is characterized by having.
  • the optical element and the objective lens are fixed physically.
  • the base material thickness of the first optical information recording medium is t1
  • the base material thickness of the second optical information recording medium is t2
  • the substrate thickness of the third optical information recording medium is t 3
  • the focal length when the first optical beam is focused on the information recording surface of the first optical information recording medium is f 1
  • the focal length at which the second light beam is focused on the information recording surface of the second optical information recording medium is f2
  • the third light beam is focused on the information recording surface of the third optical information recording medium.
  • the first optical beam having the wavelength ⁇ 1 is transmitted through the transparent substrate having the substrate thickness t1 by the objective lens.
  • the first optical information medium is for recording information at a higher density than the third optical information medium, and wherein the objective lens
  • a second area is provided on a surface near the optical information medium, around a first area through which the first light beam passes, and a third area having a wavelength ⁇ 3 (> ⁇ 1) is provided.
  • the light beam is When passing through the second area, the third light beam is focused on the information recording surface of the third optical information medium through a transparent base material having a base material thickness t 3 (> t 1). Is preferred.
  • the second region has a concave shape.
  • the first convex lens receives a light beam emitted from the laser light source and converts the light beam into gentle divergent light; It is preferable that the apparatus further includes a second convex lens that converts the light beam, which has been converted into the mild divergent light by the first convex lens, into substantially parallel light.
  • the configuration of the optical information device includes the optical head device of the present invention, an optical information medium driving unit that drives the optical information medium, and a signal obtained from the optical head device.
  • the optical information medium drive unit includes a control unit that controls the laser light source and the objective lens in the optical head device based on a signal.
  • the configuration of the computer according to the present invention includes: the optical information device of the present invention; an input device for inputting information; information input from the input device; and Z or information read by the optical information device. And an output device for displaying or outputting information input from the input device, information read by the optical information device, or a result calculated by the arithmetic device. It is characterized by the following.
  • a configuration of an optical disc player according to the present invention includes: the optical information device according to the present invention; and an information-to-image conversion device that converts an information signal obtained from the optical information device into an image. It is characterized by the following.
  • a configuration of a power navigation system according to the present invention is characterized by including the optical disc player of the present invention.
  • the configuration of the optical disk recorder according to the present invention is the optical information recorder of the present invention.
  • an image-to-information conversion device for converting image information into information to be recorded on the optical information medium by the optical information device.
  • an optical disc server includes the optical information device of the present invention and a wireless input / output terminal for exchanging information between the optical information device and the outside.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical head device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an optical path of a first optical beam in the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating an optical path of a second optical beam in the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state of wavefront conversion of a second optical beam in the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an optical path of a third optical beam in the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state of the wavefront conversion of the third optical beam in the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view showing the shape of the surface of the objective lens on the side close to the optical disc in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration around the objective lens when another shape of the objective lens according to the first embodiment of the present invention is used.
  • FIG. 9 is a schematic sectional view showing the shape of the surface of the objective lens having another shape on the side close to the optical disk in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration around an objective lens of an optical head device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another configuration around the objective lens of the optical head device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an optical information device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view showing a computer according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing an optical disc player according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing an optical disc recorder according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view showing an optical disc server according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a configuration around an objective lens of an optical head device according to the related art.
  • FIG. 18 is a schematic sectional view showing a mirror for bending an optical axis used in an optical head device according to the related art.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical head device according to a first embodiment of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a first laser light source that emits a first light beam of wavelength ⁇ 1
  • 2 denotes a second laser light source that emits a second light beam of wavelength ⁇ 2
  • 3 denotes a wavelength ⁇ .
  • a third laser light source that emits a third light beam Are respectively shown.
  • 7 is a collimating lens (first convex lens)
  • 20 is a mirror for bending the optical axis
  • 18 is the first to third laser light sources 1 to 3 to emit the first to third light beams.
  • the objective lenses that converge on the information medium are shown.
  • Reference numeral 8 denotes a second light beam of wavelength ⁇ 2 and a third light beam of wavelength ⁇ 3 emitted from the second and third laser light sources 2 and 3, respectively, which are emitted from the first laser light source 1.
  • FIG. 3 shows an optical element including a wavefront conversion element that guides a light path different from the first light beam having the wavelength ⁇ 1 (light path detour) and converts the wavefronts of the second and third light beams. That is, the optical element 8 is an element that performs optical path detour and wavefront conversion of the second and third light beams.
  • Reference numerals 9, 10 and 11 denote optical information media such as optical disks and optical cards, but the following description will be made by taking as an example the case where the optical information medium is an optical disk.
  • any one or all of the first to third laser light sources 1 to 3 are semiconductor laser light sources, thereby reducing the size and weight of the optical head device and the optical information device using the same. , And power consumption can be reduced.
  • the wavelength of the first laser light source 1 is the shortest
  • the wavelength of the third laser light source 3 is the longest
  • the first laser The light source 1 is used
  • the third laser light source 3 is used when recording / reproducing the optical disk 11 having the lowest recording density.
  • ⁇ l 390 nm to 415 nm
  • A2 630 nm to 680 nm
  • ⁇ 3 780 nm.
  • the recording / reproducing of the optical disk 9 having the highest recording density is performed by using the first light beam emitted from the first laser light source 1 as follows. This is done by focusing on the information recording surface 9 1 (see Figure 2). That is, the first light beam of wavelength ⁇ 1 emitted from the first laser light source 1 passes through the wavelength selection film (dichroic film) 5 and further almost completely transmits through the beam splitting film 6, The light is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 37. The first light beam converted into circularly polarized light by the 1Z4 wavelength plate 37 is converted into substantially parallel light by the collimating lens 7, and then the optical axis is bent by the mirror 20. The light passes through the optical element 8 as shown. Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the first light beam 31 transmitted through the optical element 8 is converted into a transparent substrate having a substrate thickness t 1 of the optical disc 9 of about 0.1 mm by the objective lens 18. The light is focused on the information recording surface 91 through the material.
  • reference numeral 8 denotes an optical element that performs optical path detouring and wavefront conversion of the second and third light beams.
  • 24 transmits the first light beam of the wavelength ⁇ 1, and the second light beam of the wavelength ⁇ 2 and the third light beam of the wavelength ⁇ 3 are dichroic as described later.
  • An optical film acting as a light polarization separation film is shown.
  • the objective lens 18 focuses the first light beam 31 having a wavelength ⁇ 1, which is substantially parallel light, on the information recording surface 91 through the transparent base material having the base material thickness t1 of the optical disk 9. Designed to be.
  • the optical element 8 since the optical element 8 does not perform wavefront conversion on the first light beam, it is not necessary to set the relative position between the optical element 8 and the objective lens 18 with high accuracy. As described above, the permissible positional error between the optical element 8 and the objective lens 18 is increased with respect to the first light beam having the wavelength ⁇ 1 at which recording and reproduction are performed on the optical disk 9 having the shortest wavelength and the highest recording density. In addition, as described later, when recording / reproducing an optical disk having a lower recording density using a light beam having a longer wavelength, the relative position of the optical element 8 and the objective lens 18 is taken into consideration. do it. Therefore, the allowable error amount of the relative position between the optical element 8 and the objective lens 18 can be further increased, so that an optical head device with excellent productivity can be realized.
  • the first optical beam reflected from the information recording surface of the optical disk 9 reverses the original optical path (return path), and the initial polarization direction is obtained by the 1Z4 wavelength plate 37.
  • the light After being converted into linearly polarized light in a direction perpendicular to the direction, the light is almost totally reflected by the beam splitting film 6 and is incident on the photodetector 13 through the detection lens 12. Then, by calculating the output from the photodetector 13, a servo signal and an information signal used for focus control and tracking control can be obtained.
  • the beam splitting film 6 transmits, for the first light beam having the wavelength ⁇ ⁇ , the total polarization of the linearly polarized light in the predetermined polarization direction, and the total polarization of the linearly polarized light in the direction orthogonal thereto. It is a membrane. Further, the beam splitter film 6 converts the linearly polarized light emitted from the second and third laser light sources 2 and 3 for the second light beam of the wavelength ⁇ 2 and the third light beam of the wavelength ⁇ 3. It also has the function of partially transmitting and partially reflecting.
  • the second light beam of wavelength ⁇ 2 and the third light beam of wavelength ⁇ 3 are both 12-wavelength plates, or both are configured to provide no phase difference in the polarization direction.
  • a tracking error signal is detected by a well-known differential push-pull (DPP) method by further arranging a diffraction grating 4 in the optical path from the first laser light source 1 to the beam splitting film 6. It becomes possible.
  • DPP differential push-pull
  • the first convex lens 7 converts the first light beam into a gentle divergent light, and furthermore, the second convex lens 22
  • the first light beam It is also possible to adopt a configuration in which (slowly divergent light) is converted into substantially parallel light.
  • the parallelism of the first light beam can be changed by moving the second convex lens 22 in the optical axis direction (the left-right direction in FIG. 1) by the driving device 23.
  • the spherical aberration can be corrected by moving the second convex lens 22 in the optical axis direction.
  • the spherical aberration can be corrected by moving the second convex lens 22 as described above, when the numerical aperture (NA) of the condensed light with respect to the optical disk 9 is 0.85, it is possible to correct about 10 ⁇ ⁇ . Yes, this makes it possible to compensate for a substrate thickness difference of ⁇ 30 / m.
  • NA numerical aperture
  • the mirror 20 for bending the optical axis is not a perfect reflection mirror, but a semi-transmissive film that transmits the first light beam with a light amount of 20% or less, and the first mirror that transmits the mirror 20 is used. If the light beam is guided to the photodetector 21 by a condensing lens (convex lens) 19, the change in the amount of light emitted from the first laser light source 1 can be obtained by using the signal obtained from the photodetector 21. It is also possible to control the first laser light source 1 to keep the light emission amount constant by monitoring the light emission amount and feeding back the change in the light emission amount.
  • light collection means “to converge a light beam to a diffraction-limited minute spot”. I have.
  • the recording and reproduction of the optical disk 10 having the second highest recording density is performed by using the second light beam emitted from the second laser light source 2 as follows in the following manner. Is done by focusing on You. That is, as shown in FIG. 1, the second light beam having the wavelength ⁇ 2 of substantially linearly polarized light emitted from the second laser light source 2 passes through the wavelength selection film (dichroic film) 14, The light is reflected by the wavelength selection film (dichroic film) 5 and further passes through the beam splitting film 6. The second light beam transmitted through the beam splitter film 6 is converted into substantially parallel light by a collimating lens 7, the optical axis is bent by a mirror 20, and transmitted through an optical element 8 as shown in FIG. I do. That is, as shown in FIGS.
  • the second light beam 32 whose optical axis has been bent by the mirror 20 is reflected four times in the optical element 8 and has a wavefront converting element (for example, convex).
  • the wavefront is converted by the optical element 25 having the curved reflecting surface 27).
  • the second light beam 32 transmitted through the optical element 8 passes through the transparent substrate having a substrate thickness t 2 of about 0.6 mm of the optical disc 10 by the objective lens 18 to the information recording surface 10. Focused on one.
  • reference numeral 8 denotes an optical element that performs optical path detour and wavefront conversion of the second and third light beams.
  • 24 transmits a first light beam of wavelength ⁇ 1, and serves as a dichroic polarization separation film for the second light beam of wavelength ⁇ 2 and the third light beam of wavelength ⁇ 3.
  • a working optical film is shown.
  • the optical film 24 reflects linearly polarized light in the first polarization direction of the second light beam 32 whose optical axis is bent by the mirror 20, and forms a 1 Z four-wave plate 17 (first 1 (4 wavelength plate).
  • the dichroic film 26 is an optical film that reflects the second light beam having the wavelength ⁇ 2 and transmits the third light beam having the wavelength ⁇ 3.
  • the third light beam having the wavelength ⁇ 3 is not used, that is, the optical disk 11 having a transparent substrate having a thickness t 3 of about 1.2 mm (see FIG. If recording / reproducing is not performed, a simple total reflection mirror may be used instead of the dichroic film 26.
  • the second light beam 32 reflected by the dichroic film 26 passes through the 1Z4 wave plate 17 again and enters the optical element 8 in the initial polarization direction (first polarization direction). After being converted to linearly polarized light in a direction perpendicular to the direction, the light passes through the optical film (dichroic polarized light separating film) 24 almost completely.
  • the second light beam 32 which has almost completely passed through the optical film (dichroic polarization splitting film) 24, is converted again into circularly polarized light by the 14-wave plate 16 (the second 1 / 4-wave plate). The light is reflected by the reflection surface 27 (second reflection surface) of the wavefront conversion element 25.
  • the reflecting surface 27 by forming the reflecting surface 27 with, for example, a convex mirror, it is possible to perform the wavefront conversion of the second light beam of the wavelength ⁇ 2 without losing the light amount.
  • the reflection-type diffractive optical element 27 By configuring the reflection-type diffractive optical element 27, it is possible to reduce the size, weight, and cost of the wavefront conversion element 25 and the optical element 8.
  • the optical disc 10 again passes through the 1/4 wavelength plate 16, is converted into linearly polarized light in the same direction as the initial polarization direction (first polarization direction) when entering the optical element 8, and then becomes an optical film. (Dichroic polarization splitting film) Totally reflected by 24.
  • the second light beam 32 totally reflected by the optical film (dichroic polarization separation film) 24 is converted by the objective lens 18 into a transparent substrate having a substrate thickness t 2 of the optical disk 10 of about 0.6 mm.
  • the light is focused on the information recording surface 101 through the material.
  • this is realized by making the reflecting surface 27 a convex surface and making the second light beam 32 a divergent light by wavefront conversion by the wavefront conversion element 25. Have been.
  • the reflecting surface 27 an aspheric surface instead of a spherical surface, when recording / reproducing the optical disc 10, higher-order spherical aberrations of the fifth or higher order are reduced, and the quality of the focused wavefront is reduced. , And accurate recording and reproduction can be performed.
  • the wavefront of the second light beam having the wavelength ⁇ 2 is converted by the optical element 8 as described above. Accordingly, if there is an error in the relative position between the optical element 8 and the objective lens 18, the wavefront as designed does not enter the objective lens 18, causing an aberration in the wavefront incident on the optical disk 10 and condensing characteristics. Will deteriorate. Therefore, in the present embodiment, the optical element 8 and the objective lens 18 are integrally fixed, and during focus control and tracking control, the optical element 8 and the objective lens 18 are integrated by a common driving device 36. It is designed to be able to be driven.
  • a tracking error signal is detected by a well-known differential push-pull (DPP) method by further arranging a diffraction grating 15 in the optical path from the second laser light source 2 to the beam splitting film 6. Can be issued.
  • DPP differential push-pull
  • the second light beam is converted into a gentle diverging light by the first convex lens 7, and It is also possible to adopt a configuration in which the second light beam (slowly divergent light) is converted into substantially parallel light by the second convex lens 22. Then, in this case, the parallelism of the second light beam can be changed by moving the second convex lens 22 in the optical axis direction (the left-right direction in FIG. 1) by the driving device 23.
  • the parallelism of the second light beam can be changed by moving the second convex lens 22 in the optical axis direction (the left-right direction in FIG. 1) by the driving device 23.
  • the mirror 20 for bending the optical axis is not a perfect reflection mirror, but a semi-transmissive film that transmits the second light beam with a light amount of 20% or less, and the second light transmitted through the mirror 20.
  • the beam is guided to the photodetector 21 by a condensing lens (convex lens) 19, the change in the amount of light emitted from the second laser light source 2 can be determined using the signal obtained from the photodetector 21. It is also possible to perform control to keep the amount of emitted light of the second laser light source 2 constant by monitoring or further feeding back the change in the amount of emitted light.
  • recording or re-recording of an optical disk 11 such as a CD having a transparent substrate having a thickness t3 of about 1.2 mm is performed. It is also possible to live.
  • the wavefront of the second light beam is converted by the reflecting surface 27 (the second reflecting surface), but the first dichroic film 26 is formed by the dichroic film 26.
  • the wavefront of the second light beam may be converted by the reflecting surface.
  • the recording and reproduction of the optical disk 11 having the lowest recording density is performed by using the third light beam emitted from the third laser light source 3 as follows in the information recording surface 11 1 1 of the optical disk 11 (see FIG. 5). This is done by focusing light on top. That is, as shown in FIG. 1, the third light beam having a wavelength ⁇ 3 of substantially linearly polarized light emitted from the third laser light source 3 is reflected by the wavelength selection film (dichroic film) 14. The light is further reflected by the wavelength selection film (dichroic film) 5 and passes through the beam splitter film 6.
  • the third light beam transmitted through the beam splitter film 6 is converted into substantially collimated light by a collimating lens 7, and then the optical axis is bent by a mirror 20, and the optical element 8 is turned on as shown in FIG. To Penetrate. That is, as shown in FIG. 1 and FIG. 5, the third light beam 33 whose optical axis is bent by the mirror 20 is reflected four times in the optical element 8 and the wavefront converting element (for example, convex) The wavefront is converted by an optical element 25 having a curved reflecting surface 27 and a wavefront converting element 28 (for example, an optical element having a concave reflecting surface 29). Then, the third light beam 33 transmitted through the optical element 8 passes through the transparent substrate having a substrate thickness t 3 of about 1.2 mm of the optical disk 11 by the objective lens 18 on the information recording surface 11 1. Is collected.
  • reference numeral 8 denotes an optical element that performs optical path detour and wavefront conversion of the second and third light beams.
  • 24 transmits the first light beam having the wavelength ⁇ 1, and transmits the second light beam having the wavelength ⁇ 2 and the third light beam having the wavelength ⁇ 3.
  • an optical film acting as a dichroic polarization splitting film is shown.
  • the optical film 24 reflects the linearly polarized light in the first polarization direction of the third light beam 33 whose optical axis is bent by the mirror 20 to form a 1 Z 4 wave plate 17 (the first 1 Z (4 wavelength plate).
  • the linearly polarized light in the first polarization direction of the third light beam 33 is converted into circularly polarized light by the 1Z4 wavelength plate 17, and then passes through the dichroic film 26.
  • the dichroic film 26 is an optical film that reflects the second light beam having the wavelength ⁇ 2 and transmits the third light beam having the wavelength ⁇ 3.
  • the third light beam 33 transmitted through the dichroic film 26 is reflected by the reflection surface 29 (third reflection surface) of the wavefront conversion element 28.
  • the reflecting surface 29 by forming the reflecting surface 29 with, for example, a concave mirror, it is possible to perform the wavefront conversion of the third light beam of the wavelength ⁇ 3 without losing the light amount.
  • the reflecting surface 29 is constituted by a reflective diffractive optical element. It is possible to reduce the size, weight, and cost of the wavefront conversion element 28 and the optical element 8.
  • the third light beam 33 reflected by the reflection surface 29 and wavefront transformed again passes through the 1Z4 wave plate 17 and enters the optical element 8 in the initial polarization direction (first polarization direction). After being converted to linearly polarized light in a direction perpendicular to the polarization direction of the light, almost all of the light passes through the optical film (dichroic polarization separation film) 24.
  • the third optical beam 33 which has almost completely passed through the optical film (dichroic polarization splitting film) 24, is again converted into circularly polarized light by the 1Z 4 wavelength plate 16 (the 2nd 14 wavelength plate). After that, the light is reflected by the reflection surface 27 of the wavefront conversion element 25.
  • the third light beam 33 reflected by the reflecting surface 27 and subjected to wavefront conversion passes again through the 1Z4 wave plate 16 and enters the optical element 8 again.
  • the light After being converted into linearly polarized light in the same direction as the initial polarization direction (first polarization direction), the light is totally reflected by the optical film (dichroic polarization separation film) 24.
  • the third light beam 33 totally reflected by the optical film (dichroic polarization splitting film) 24 is converted by the objective lens 18 into a transparent substrate having a substrate thickness t 3 of about 1.2 mm of the optical disk 11. The light is focused on the information recording surface 1 1 1 through the material.
  • the optical disc 11 has a thickness t 3 of about 1.2 mm, which is a transparent base material from the light incident surface to the information recording surface 11 1, which is as thick as about 1.2 mm.
  • the reflecting surface 29 is made concave, the reflecting surface 27 is made convex, and the reflected light from the reflecting surface 29 is once collected, This is realized by making the third light beam into divergent light by wavefront conversion by the conversion element 25.
  • the reflecting surface 29 an aspheric surface instead of a spherical surface, the fifth and higher order spherical aberrations are reduced when recording / reproducing the optical disc 11 and the quality of the focused wavefront is reduced. , And accurate recording and reproduction can be performed.
  • the wavefront of the third light beam having the wavelength ⁇ 3 is converted by the optical element 8 as described above. Therefore, if there is an error in the relative position between the optical element 8 and the objective lens 18, the wavefront as designed will not enter the objective lens 18. Will deteriorate. Therefore, in the present embodiment, as described above, the optical element 8 and the objective lens 18 are integrally fixed, and the focus control and tracking control are performed by driving the optical element 8 and the objective lens 18 in common. It can be driven integrally by the device 36. As shown in FIG. 1, the third light beam reflected on the information recording surface of the optical disk 11 reverses the original optical path (return path) and is reflected four times again in the optical element 8.
  • a tracking error signal is detected by a well-known differential push-pull (DPP) method by further arranging a diffraction grating 15 in the optical path from the third laser light source 3 to the beam splitting film 6. It is possible to do.
  • DPP differential push-pull
  • the third light beam is converted into a gentle divergent light by the first convex lens 7, and It is also possible to adopt a configuration in which the third light beam (slowly divergent light) is converted into substantially parallel light by the second convex lens 22.
  • the parallelism of the third light beam can be changed by moving the second convex lens 22 in the direction of the optical axis (the left-right direction in FIG. 1) by the driving device 23.
  • the spherical aberration can be corrected by adding a minimum number of components.
  • the mirror 20 for bending the optical axis is not a completely reflective mirror but a semi-transmissive film that transmits the third light beam with a light amount of 20% or less, and the third mirror that transmits the mirror 20 is used.
  • the amount of light emitted from the third laser light source 3 is obtained by using a signal obtained from the photodetector 21. The change can be monitored, and further, the change in the light emission amount can be fed back to perform control to keep the light emission amount of the third laser light source 3 constant.
  • the focal length f2 and the focal length f3 when recording or reproducing on the optical disk 11 are longer than the focal length f1 when recording or reproducing on the optical disk 9. Therefore, the required effective diameter of the objective lens 18 on the second surface 18 2 is smaller when recording or reproducing on the optical disk 11 than when recording or reproducing on the optical disk 9 although the NA is smaller. Will also increase.
  • the effective area (the first area 1) when recording and reproducing the optical disk 9 is performed.
  • the third light beam 33 passes through a wider area than 8 2 1). Therefore, the outer periphery of the effective area (first area 18 21) of the objective lens 18 when recording or reproducing on the optical disk 9, that is, the area far from the optical axis (second area 18 2) 2)
  • the outer periphery of the effective area (first area 18 21) of the objective lens 18 when recording or reproducing on the optical disk 9 that is, the area far from the optical axis (second area 18 2) 2
  • the second surface 18 2 of the objective lens 18 is divided into a plurality of concentric regions, and the outer peripheral portion has a low recording density and a thick base material. Therefore, by providing an aspherical area for recording or reproducing with a lower NA and longer wavelength light beam, the focal length is changed as shown in Figs.
  • Compatible recording and reproduction can be performed on a plurality of optical discs 9 and 11.
  • a wider area than the effective area (first area 18 2 1) when recording or reproducing on the optical disc 9 is used. It is also possible to perform compatible recording and reproduction on the optical disks 9 and 10 by passing the second light beam 32 (see FIG. 4).
  • the second area 18 22 of the second surface 18 2 of the objective lens 18 is formed as a concave aspheric surface, so that the wavefront conversion element 25 is formed.
  • the curvature of the convex curved reflecting surface 27 can be reduced, and as a result, the wavefront conversion element 25 can be manufactured more easily.
  • the light beam can be made to enter from directly below the objective lens 18 to the optical element 8 that converts the wavefront of the light beam. It becomes possible to design a large driving device 36 that drives the optical element 8 and the objective lens 18 integrally. As a result, various characteristics such as the frequency characteristics of the driving device 36 during the focus control and the tracking control can be improved.
  • FIG. 10 is a schematic sectional view showing a configuration around an objective lens of the optical head device according to the second embodiment of the present invention.
  • the light beams emitted from the laser light source are substantially parallel.
  • the configuration up to conversion into light and the configuration for detecting servo signals and information signals on the return path are the same as those in the first embodiment (see FIG. 1).
  • a mirror 201 is used in place of the mirror 210 for bending the optical axis, and an optical element 8 is used. Absent.
  • the mirror 201 has a first reflecting surface 201 formed of a flat surface for reflecting the first light beam of the wavelength ⁇ 1 to the optical disk side, and a second light beam and a wavelength of the wavelength ⁇ 2. It has second and third reflecting surfaces 201, 203 made of aspherical surfaces having different radii of curvature for reflecting the third light beam of ⁇ 3 toward the optical disk, respectively.
  • the first reflecting surface 201 reflects the first light beam 301 of wavelength ⁇ 1 emitted from the first laser light source 1 totally parallel to the objective lens 18 while keeping the light beam substantially parallel.
  • a dichroic film that completely transmits the second light beam 302 of wavelength ⁇ 2 and the third light beam 303 of wavelength ⁇ 3 emitted from the second and third laser light sources 2 and 3, respectively. It is configured. Further, the second reflecting surface 201 changes the second light beam 302 having the wavelength ⁇ 2 emitted from the second laser light source 2 into an optimum spread angle with respect to the objective lens 18.
  • the light beam is converted into such a light flux, is totally reflected, and is formed of a dike opening film that totally transmits a third light beam 303 having a wavelength ⁇ 3 emitted from the third laser light source 3.
  • the third reflecting surface 201 3 allows the third light beam 303 of wavelength ⁇ 3 emitted from the third laser light source 3 to have an optimum divergence angle with respect to the objective lens 18. It is composed of a total reflection film that converts the light into a light beam and totally reflects it.
  • the wavefront of each light beam 301-303 is converted by selecting a reflecting surface according to the wavelength of the laser light source and the type of optical disk. , Multiple types of optical discs 9 to 11 Compatible recording or compatible reproduction can be performed.
  • the first reflecting surface 201 is constituted by a plane
  • the first light beam 301 of the wavelength ⁇ 1 can be incident on the objective lens 18 as substantially parallel light.
  • the second reflecting surface 201 and the third reflecting surface 201 are constituted by aspherical surfaces, it is possible to reduce the aberration to the fifth or higher order, and as a result, the optical disk 10 It becomes possible to perform recording or reproduction favorably on 11.
  • the objective lens 18 and the mirror 201 are integrally fixed by a support 33 to perform recording and reproduction of the optical disc 10 and the optical disc 11. Even if the objective lens 18 moves due to the track following, the occurrence of aberration can be suppressed, and as a result, it is possible to perform good recording or reproduction on the optical disks 10 and 11.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an optical information device according to the third embodiment of the present invention.
  • an optical disk 10 (or 9 or 11 and the same hereinafter) is driven to rotate by an optical disk drive unit 52 having a motor and the like (an optical card is used instead of the optical disk 10).
  • Reference numeral 55 denotes the optical head device shown in the first or second embodiment.
  • the optical head device 55 is an optical head device that extends to a track on the optical disc 10 where desired information exists.
  • the apparatus is coarsely moved by the apparatus 51.
  • the optical head device 55 corresponds to the positional relationship with the optical disk 10, A focus error (focus error) signal and tracking error signal are sent to the electric circuit 53 as a control unit.
  • the electric circuit 53 sends a signal for finely moving the objective lens to the optical head unit 55 based on these signals.
  • the optical head device 55 performs focus control and tracking control on the optical disk 10 based on this signal, and then reads, writes (records), or erases information.
  • the electric circuit 53 also controls a laser light source in the optical disk drive 52 and the optical head device 55 based on a signal obtained from the optical head device 55.
  • reference numeral 54 denotes a connection portion to a power supply or an external power supply.
  • the optical head device 55 is a small-sized and low-cost optical head device 55 for moving the objective lens by track following as described in the first or second embodiment.
  • the optical head device of the present invention which can obtain an information signal of good quality is used, a small-sized optical information device capable of accurately and stably reproducing information is provided. It can be realized at low cost.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view showing a computer according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the computer 60 of the present embodiment is different from the optical information device 50 of the third embodiment in that a keypad for inputting information or an input device such as a mouse or a touch panel is provided.
  • a central processing unit (CPU) that performs calculations based on the device 65 and information input from the input device 65 via the input cable 63, information read out by the optical information device 50, etc.
  • a cathode ray tube for displaying or outputting information such as information input from the input device 65, information read by the optical information device 50, and results calculated by the arithmetic device 64.
  • Equipment, LCD display And an output device 61 such as a printer.
  • reference numeral 62 denotes an output cable for outputting information such as a result calculated by the calculation device 64 to the output device 61.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing an optical disc player according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the optical disc player 67 of the present embodiment converts the optical information device 50 of the third embodiment and an information signal obtained from the optical information device 50 into an image. And a device for converting information into an image (for example, Deco-D66).
  • This configuration can also be used as a car navigation system. It is also possible to use a configuration in which output devices 61 such as a cathode ray tube device, a liquid level display device, and a printer are connected via an output cable 62.
  • output devices 61 such as a cathode ray tube device, a liquid level display device, and a printer are connected via an output cable 62.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing an optical disc recorder according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the optical disc recorder 71 of the present embodiment includes the optical information device 50 of the third embodiment described above and information for recording image information on an optical disc by the optical information device 50. And an image-to-information conversion device (for example, an encoder 68).
  • an information-to-image conversion device for example, a decoder 66
  • a decoder 66 for converting an information signal obtained from the optical information device 50 into an image. It is also possible to monitor at the same time as recording, or to play back already recorded parts. Further, a configuration in which output devices 61 such as a cathode ray tube device, a liquid crystal display device, and a printer are connected via an output cable 62 is also possible.
  • a computer, an optical disc player, and an optical disc recorder provided with the optical information device 50 of the third embodiment or employing the recording / reproducing method described above can stably operate on a plurality of different types of optical discs. Since recording or playback can be performed, it can be used for a wide range of purposes.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view showing an optical disc server according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the optical disk server 70 of the present embodiment includes an optical information device 50 of the third embodiment, Input / output which is a wireless receiving device and a transmitting device for outputting information read by the information device 50 to the outside (for exchanging information between the optical information device 50 and the outside) It has a wireless terminal (wireless input / output terminal) '69.
  • the optical disk server 70 can be used as a shared information server that exchanges information with a device having a plurality of wireless transmission / reception terminals, for example, a computer, a telephone, a television tuner, and the like. . Also, since recording or reproduction can be stably performed on a plurality of optical disks of different types, it can be used for a wide range of applications. It is also possible to add a device for converting image information into information to be recorded on an optical disk by the optical information device 50 (for example, an encoder 68).
  • an information-to-image conversion device for example, a decoder 66
  • an information-to-image conversion device for example, a decoder 66
  • monitor at the same time as recording and to play back the already recorded part is also possible.
  • output devices 61 such as a cathode ray tube device, a liquid crystal display device, and a printer are connected via an output cable 62 is also possible.
  • the output device 61 is shown in FIGS. 13 to 16, but only the output terminal is provided, and the output device 61 is not provided. There may be a product form in which this is sold separately.
  • an input device is not shown in FIGS. 14 to 16, a product form including an input device such as a keyboard, a mouse, and a touch panel may be used.
  • the present invention can be applied to all optical information media on which recording or reproduction is performed by forming minute light-collecting spots.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Description

明 細 書 光学素子及びそれを用いた光ヘッ ド装置、 並びに、 この光ヘッ ド装置を 用いた光情報装置、 並びに、 この光情報装置を用いたコンピュータ、 光 ディスクプレーヤ、 力一ナビゲーシヨンシステム、 光ディスクレコーダ 及び光ディスクサーバ 技術分野
本発明は、 例えば光ディスクあるいは光カードなどの光情報媒体上に 情報を記録し、 あるいは光情報媒体上に記録された情報を再生又は消去 するために用いられる光へッ ド装置及びそれに用いる光学素子、並びに、 この光ヘッ ド装置を用いた光情報装置、 並びに、 この光情報装置を応用 した各種システムに関する。 背景技術
高密度 ·大容量の記憶媒体としてピッ ト状の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。 ここで、 微小に絞られた光ビームを 用いて、 光ディスクに対する情報の記録再生を、 高い信頼性の下に首尾 よく遂行するための機能は、 回折限界の微小スポッ トを光ディスク上に 形成する集光機能、 光学系の焦点制御 （フォーカスサーポ） とトラツキ ング制御、 及びピッ ト信号 （情報信号） 検出の 3つに大別される。
近年'、 光学系の設計技術の進歩と光源である半導体レーザの短波長化 とにより、 従来以上の高密度の記憶容量を有する光ディスクの開発が進 んでいる。 高密度化へのアプローチとしては、 光ディスク上に光ビーム を集光す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 が検討されているが、 その際、 光軸の傾き （いわゆる、 チルト） による 収差発生量の増大が問題となる。 すなわち、 NAを大きくすると、 チル 卜に対して発生する収差量が大きくなつてしまう。 これを防止するため には、 光ディスクの透明基材の厚み （基材厚） を薄くすればよい。
光ディスクの第 1世代といえるコンパク トディスク （CD) の基材厚 は約 1. 2mmであり、 C D用の光ヘッ ド装置においては、 赤外光 （波 長 λ 3は 7 80 nm〜 8 2 0 nm) を出射する光源と NAO. 45の対 物レンズが使用されている。 また、 光ディスクの第 2世代といえるディ ジタルバーサタイルディスク （DVD)の基材厚は約 0. 6mmであり、 DVD用の光ヘッド装置においては、 赤色光 （波長 λ 2は 6 3 0 nm〜 68 0 nm) を出射する光源と NA O. 6の対物レンズが使用されてい る。 さらに、 第 3世代の光ディスクの基材厚は約 0. 1 mmであり、 こ の光ディスク用の光ヘッ ド装置においては、 青色光 （波長 λ ΐは 3 90 nm〜 4 1 5 nm) を出射する光源と N A 0. 85の対物レンズが使用 される。
尚、 本明細書中において、 『基材厚』 とは、 光ディスク （又は光情報媒 体） の、 光ビームが入射する面から情報記録面までの厚みを指す。 上記 のように、高密度光ディスクの透明基材の基材厚は薄く設定されている。 経済性と装置の占有スペースの観点からは、 基材厚ゃ記録密度の異なる 複数の光ディスクに対して記録再生を行なうことのできる光情報装置が 望まれるが、 そのためには、 基材厚の異なる複数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へッ ド 装置が必要となる。
また、 透明基材の基材厚の厚い光ディスクの記録再生を行なう場合に は、 ディスク表面よりも奥の方にある情報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。
基材厚の異なる複数の光ディスクに対して情報の記録再生を行なう光 へッ ド装置を実現することを目的とした構成が、 特開平 1 1— 3 3 9 3 0 7号公報に開示されている （第 1の従来例）。 以下、 第 1の従来例につ いて、 図 1 7、 図 1 8を参照しながら説明する。
図 1 7に示すように、 第 1の従来例における光ヘッド装置は、 曲率半 径の異なる複数の反射面を有し、 各反射面が誘電体多層膜によって構成 されたミラ一 3 1と、 それぞれ波長の異なる光源から出射される光ビー ム 4 0 1〜4 0 3のうち最短波長の光ビームによって高密度の光ディス クを再生する開口径に設計された対物レンズ 1 8 0 5とを備えている。 ここで、光ビーム 4 0 1〜4 0 3は、この順番で波長が短くなつており、 光ディスクの種類に応じて、 使用される光源の波長が決定される。 高密 度タイプの光ディスク 1 0 aを再生する場合には、 光ビーム 4 0 1〜 4 0 3のうち最も波長の短い光ビーム 4 0 3が使用され、 中密度タイプの 光ディスク 1 0 bを再生する場合には、 二番目に波長の短い光ビーム 4 0 2が使用され、低密度タイプの光ディスク 1 0 cを再生する場合には、 最も波長の長い光ビーム 4 0 1が使用される。 光ビーム 4 0 1〜 4 0 3 は、 曲率半径の異なる複数の反射面を有するミラー 3 1によって光ディ スク側に反射され、 対物レンズ 1 8 0 5に入射する。
図 1 8に示すように、 ミラー 3 1は、 複数の光ビーム 4 0 1〜4 0 3 を、 それぞれ光ディスク側に反射させるための曲率半径の異なる複数の 反射面を有している。 第 1反射面 3 1 1は、 光ビーム 4 0 3を、 対物レ ンズ 1 8 0 5に対して最適な拡がり角度となるような光線束に変換して 全反射させると共に、 その他の光源から出射された光ビームを全透過さ せる誘電体多層膜により構成されている。 また、 第 2反射面 3 1 2 (曲 率半径 R 2の球面） は、 光ビーム 4 0 3を、 対物レンズ 1 8 0 5に対し て最適な拡がり角度となるような光線束に変換して全反射させると共に. その他の光源から出射された光ビームを全透過させる誘電体多層膜によ り構成されている。 また、第 3反射面 3 1 3 (曲率半径 R 3の球面） は、 光ビーム 4 0 1を、 対物レンズ 1 8 0 5に対して最適な拡がり角度とな るような光線束に変換して全反射させると共に、 その他の光源から出射 された光ビームを全透過させる誘電体多層膜により構成されている。 そ して、 このように光源の波長と光ディスクの種類に応じて反射面を選択 することにより、 各光ビーム 4 0 1〜4 0 3の波面を変換して、 種類の 異なる複数の光ディスク 1 0 a〜 1 0 cの互換再生を行なうことができ る。
他にも、 波長の異なる複数の光ビームを用いて、 種類の異なる複数の 光ディスクの互換再生を行なうことを目的とした構成が、 特開平 1 0— 3 3 4 5 0 4号公報 （第 2の従来例） ゃ特開平 1 1— 2 9 6 8 9 0号公 報（第 3の従来例）等に開示されている。すなわち、第 2の従来例には、 回折光学素子 （D O E ) や位相変換素子を対物レンズと組み合わせて用 いる構成が開示されている。 また、 第 3の従来例には、 複数の対物レン ズを機械的に切り替えて用いる構成が開示されている。
第 1の従来例においては、 図 1 7に示すように、 対物レンズ 1 8 0 5 がミラ一 3 1とは独立に駆動される （特開平 1 1— 3 3 9 3 0 7号公報 の第 4図から第 6図参照）。 しかし、 第 1の従来例においては、 上記した ように、 光ビームが曲率を有するミラ一 3 1によって平行光から最適な 拡がり角度となるような光線束に変換されるので、 光ディスクの記録再 生を行なう際のトラック追従によって対物レンズが移動すると、 入射光 波面に対する対物レンズの相対位置が変化して、 収差が発生し、 集光特 性が劣化してしまう。 また、 ミラ一 3 1の反射面は曲率を有する面、 す なわち、 球面によって構成されているが、 各光ディスク 1 0 a〜 1 0 c 間の基材厚の差と各光ビーム間の波長の差を補正するためには球面では 不十分であり、 5次以上の高次の収差を十分に低減することはできない。 また、 第 2の従来例においては、 上記したように、 回折光学素子や位 相変換素子が用いられている。 ところで、 透明基材の基材厚の厚い光デ イスクの記録再生を行なう場合には、 焦点距離を長くする必要があり、 そのためには、 光ビームを変換する素子がレンズパワーを有する必要が ある。 しかし、 回折光学素子にレンズパワーを付与すると、 外周部分ほ ど格子ピッチが微細になるが、 例えば開口数 （N A ) が 0 . 6程度にな ると、格子ピッチが波長と同等になり、その結果、回折効率が低下して、 光の利用効率が低下してしまう。 また、 位相変換素子にレンズパワーを 付与すると、 構造が微細になって、 回折光学素子の場合と同様の問題が 生じてしまう。
また、 第 3の従来例においては、 上記したように、 対物レンズを切り 替えて用いる構成が採用されており、 複数の対物レンズが必要となるの で、 部品点数が多くなると共に、 光ヘッ ド装置の小型化も困難になる。 また、 対物レンズの切り替え機構を必要とするので、 これによつても光 へッド装置の小型化が困難になってしまう。 発明の開示
本発明は、 従来技術における前記課題を解決し、 かつ、 基材厚の異な る複数の光情報媒体の互換記録や互換再生を実現することのできる光へ ッ ド装置及びそれに用いる光学素子、 並びに、 この光ヘッド装置を用い た光情報装置、 並びに、 この光情報装置を応用した各種システムを提供 することを目的とする。
前記目的を達成するため、 本発明に係る光学素子の構成は、 波長 λ 1 の第 1の光ビームを透過させ、 波長 λ 2の第 2の光ビームの第 1の偏光 方向の直線偏光を反射し、 前記第 2の光ビームの前記第 1の偏光方向と 直交する方向の直線偏光を透過させるダイクロイック偏光分離膜と、 前 記ダイクロイック偏光分離膜によって反射された前記第 2の光ビームの 前記第 1の偏光方向の直線偏光を略円偏光に変換する第 1の 1 Z 4波長 板と、 前記第 1の 1 4波長板によって略円偏光に変換された前記第 2 の光ビームを反射する第 1の反射面と、 前記第 1の反射面で反射され、 前記第 1の 1 Z 4波長板によって前記第 1の偏光方向と直交する方向の 直線偏光に変換されて、 前記ダイクロイック偏光分離膜を透過した前記 第 2の光ビームを、 再び略円偏光に変換する第 2の 1ノ 4波長板と、 前 記第 2の 1 Z 4波長板によって略円偏光に変換された前記第 2の光ビー ムを反射する第 2の反射面とを備え、 前記第 2の反射面で反射され、 前 記第 2の 1 4波長板によって前記第 1の偏光方向の直線偏光に変換さ れた前記第 2の光ビームを、 前記ダイクロイック偏光分離膜によって反 射すると共に、前記第 2の光ビームの波面を変換することを特徴とする。 また、 前記本発明の光学素子の構成においては、 前記第 1又は第 2の 反射面が曲面であり、 前記曲面によって前記第 2の光ビームの波面が変 換されるのが好ましい。 また、 この場合には、 前記第 2の光ビームの波 面を変換する曲面が凸面であるのが好ましい。
また、 前記本発明の光学素子の構成においては、 前記第 1又は第 2の 反射面が反射型の回折光学素子であり、 前記回折光学素子によって前記 第 2の光ビームの波面が変換されるのが好ましい。
また、 前記本発明の光学素子の構成においては、 前記ダイクロイツク 偏光分離膜は、 さらに、 波長 λ 3の第 3の光ビームの第 1の偏光方向の 直線偏光を反射し、 前記第 3の光ビームの前記第 1の偏光方向と直交す る方向の直線偏光を透過させ、 前記第 1の 1 4波長板は、 前記ダイク ロイック偏光分離膜によって反射された前記第 3の光ビームの前記第 1 の偏光方向の直線偏光を略円偏光に変換し、前記第 2の 1 Z 4波長板は、 前記第 1の反射面で反射され、 前記第 1の 1 Z 4波長板によって前記第 1の偏光方向と直交する方向の直線偏光に変換されて、 前記ダイクロイ ック偏光分離膜を透過した前記第 3の光ビームを、 再び略円偏光に変換 し、 かつ、 前記第 2の反射面で反射され、 前記第 2の 1 Z 4波長板によ つて前記第 1の偏光方向の直線偏光に変換された前記第 3の光ビームを， 前記ダイクロイック偏光分離膜によって反射すると共に、 前記第 3の光 ビームの波面を変換するのが好ましい。 また、 この場合には、 前記第 1 又は第 2の反射面のうち、 前記第 2の光ビームの波面を変換する反射面 とは異なる反射面が曲面であり、 前記曲面によって前記第 3の光ビーム の波面が変換されるのが好ましい。 この場合にはさらに、 前記第 3の光 ビームの波面を変換する曲面が凹面であるのが好ましい。 この場合には さらに、 前記第 1又は第 2の反射面のうち、 前記第 2の光ビームの波面 を変換する反射面とは異なる反射面と、 前記ダイクロイック偏光分離膜 との間に、 前記第 3の光ビームを透過し、 前記第 2の光ビームを反射す るダイクロイツク膜をさらに備えているのが好ましい。 また、 この場合 には、 前記第 1又は第 2の反射面のうち、 前記第 2の光ビームの波面を 変換する反射面とは異なる反射面が反射型の回折光学素子であり、 前記 回折光学素子によって前記第 3の光ビームの波面が変換されるのが好ま しい。
また、 本発明に係る光ヘッ ド装置の第 1の構成は、 波長 λ ΐの第 1の 光ビームを出射する第 1のレーザ光源と、 波長 λ 2の第 2の光ビームを 出射する第 2のレーザ光源と、 前記第 1及び第 2のレーザ光源から出射 された前記第 1及び第 2の光ビームをそれぞれ第 1及び第 2の光情報媒 体上に集光する対物レンズとを備えた光ヘッ ド装置であって、 前記第 1 及び第 2のレーザ光源と前記対物レンズとの間に、 前記本発明の光学素 子 （第 1及び第 2の光ビームのみに対するもの） が設けられていること を特徴とする。
また、 前記本発明の光ヘッ ド装置の第 1の構成においては、 前記第 1 の光情報記録媒体の基材厚を t 1、 前記第 2の光情報記録媒体の基材厚 を t 2、 前記第 1の光ビームを前記第 1の光情報記録媒体の情報記録面 上に集光する際の焦点距離を f 1、 前記第 2の光ビームを前記第 2の光 情報記録媒体の情報記録面上に集光する際の焦点距離を f 2としたとき， 下記 （数 3 ) を満足するのが好ましい。
[数 3 ]
λ 1 < λ 2、
t 1ぐ t 2、
f 1 < f 2
また、 前記本発明の光ヘッド装置の第 1の構成においては、 波長 λ 1 の前記第 1の光ビームは、 前記対物レンズによって基材厚 t 1の透明基 材を通して前記第 1の光情報媒体の情報記録面上に集光されるものであ り、 かつ、 前記第 1の光情報媒体は、 前記第 2の光情報媒体よりも高密 度の情報記録を行なうものであり、 前記対物レンズの前記光情報媒体に 近い側の面の、 前記第 1の光ビームが通過する第 1の領域の周辺部に第 2の領域が設けられ、 波長 λ 2 (> λ 1 ) の前記第 2の光ビームが前記 第 2の領域を通過したときに、 前記第 2の光ビームが基材厚 t 2 (> t 1 ) の透明基材を通して前記第 2の光情報媒体の情報記録面上に集光さ れるのが好ましい。 また、 この場合には、 前記第 2の領域が凹面形状で あるのが好ましい。
' また、 本発明に係る光ヘッ ド装置の第 2の構成は、 波長 λ ΐの第 1の 光ビームを出射する第 1のレーザ光源と、 波長 λ 2の第 2の光ビームを 出射する第 2のレーザ光源と、 波長 λ 3の第 3の光ビームを出射する第 3のレーザ光源と、 前記第 1〜第 3のレーザ光源から出射された前記第 1〜第 3の光ビームをそれぞれ第 1〜第 3の光情報媒体上に集光する対 物レンズとを備えた光へッ ド装置であって、 前記第 1〜第 3のレーザ光 源と前記対物レンズとの間に、 前記本発明の光学素子 （第 1〜第 3の光 ビームに対するもの） が設けられていることを特徴とする。
また、 前記本発明の光ヘッ ド装置の第 2の構成においては、 前記光学 素子と前記対物レンズとがー体的に固定されているのが好ましい。
また、 前記本発明の光ヘッ ド装置の第 2の構成においては、 前記第 1 の光情報記録媒体の基材厚を t 1、 前記第 2の光情報記録媒体の基材厚 を t 2、 前記第 3の光情報記録媒体の基材厚を t 3、 前記第 1の光ビー ムを前記第 1の光情報記録媒体の情報記録面上に集光する際の焦点距離 を f 1、 前記第 2の光ビームを前記第 2の光情報記録媒体の情報記録面 上に集光する際の焦点距離を f 2、 前記第 3の光ビームを前記第 3の光 情報記録媒体の情報記録面上に集光する際の焦点距離を f 3としたとき、 下記 （数 4 ) を満足するのが好ましい。
[数 4 ]
λ 1 < λ 2 < λ 3、
t 1 < t 2 < t 3、
f 1 < f 2 < f 3
また、 前記本発明の光ヘッ ド装置の第 2の構成においては、 波長 λ 1 の前記第 1の光ビームは、 前記対物レンズによって基材厚 t 1の透明基 材を通して前記第 1の光情報媒体の情報記録面上に集光されるものであ り、 かつ、 前記第 1の光情報媒体は、 前記第 3の光情報媒体よりも高密 度の情報記録を行なうものであり、 前記対物レンズの前記光情報媒体に 近い側の面の、 前記第 1の光ビームが通過する第 1の領域の周辺部に第 2の領域が設けられ、 波長 λ 3 (> λ 1 ) の前記第 3の光ビームが前記 第 2の領域を通過したときに、 前記第 3の光ビームが基材厚 t 3 (> t 1 ) の透明基材を通して前記第 3の光情報媒体の情報記録面上に集光さ れるのが好ましい。 また、 この場合には、 前記第 2の領域が凹面形状で あるのが好ましい。
また、 前記本発明の光ヘッド装置の第 1又は第 2の構成においては、 前記レーザ光源から出射された光ビームを受けて当該光ビームを緩やか な発散光に変換する第 1の凸レンズと、 前記第 1の凸レンズによって緩 やかな発散光に変換された前記光ビームを略平行光に変換する第 2の凸 レンズとをさらに備えているのが好ましい。
また、 本発明に係る光情報装置の構成は、 前記本発明の光ヘッ ド装置 と、 前記光情報媒体を駆動する光情報媒体駆動部と、 前記光ヘッ ド装置 から得られる信号を受け、前記信号に基づいて、前記光情報媒体駆動部、 並びに前記光へッド装置内の前記レーザ光源及び前記対物レンズを制御 する制御部とを備えていることを特徴とする。
また、 本発明に係るコンピュータの構成は、 前記本発明の光情報装置 と、 情報の入力を行なう入力装置と、 前記入力装置から入力された情報 及び Z又は前記光情報装置によって読み出された情報に基づいて演算を 行なう演算装置と、 前記入力装置から入力された情報、 前記光情報装置 によって読み出された情報又は前記演算装置によって演算された結果を 表示あるいは出力する出力装置とを備えていることを特徴とする。
また、 本発明に係る光ディスクプレーヤの構成は、 前記本発明の光情 報装置と、 前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する、 情 報から画像への変換装置とを備えていることを特徴とする。
また、 本発明に係る力一ナビゲ一シヨンシステムの構成は、 前記本発 明の光ディスクプレーヤを備えていることを特徴とする。
また、 本発明に係る光ディスクレコーダの構成は、 前記本発明の光情 報装置と、 画像情報を、 前記光情報装置によって前記光情報媒体へ記録 する情報に変換する、 画像から情報への変換装置とを備えていることを 特徴とする。
また、 本発明に係る光ディスクサーバの構成は、 前記本発明の光情報 装置と、 前記光情報装置と外部との情報のやりとりを行なう無線入出力 端子とを備えていることを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の第 1の実施の形態における光へッド装置を示す概略構 成図、
図 2は本発明の第 1の実施の形態における光学素子中の第 1の光ビー ムの光路を模式的に示した断面図、
図 3は本発明の第 1の実施の形態における光学素子中の第 2の光ビー ムの光路を模式的に示した断面図、
図 4は本発明の第 1の実施の形態における光学素子中での第 2の光ビ ームの波面変換の様子を模式的に示した断面図、
図 5は本発明の第 1の実施の形態における光学素子中の第 3の光ビー ムの光路を模式的に示した断面図、
図 6は本発明の第 1の実施の形態における光学素子中での第 3の光ビ —ムの波面変換の様子を模式的に示した断面図、
図 7は本発明の第 1の実施の形態における対物レンズの光ディスクに 近い側の面の形状を示す概略断面図、
図 8は本発明の第 1の実施の形態における他の形状の対物レンズを用 いた場合の当該対物レンズ周りの構成を示す断面図、
図 9は本発明の第 1の実施の形態における他の形状の対物レンズの光 ディスクに近い側の面の形状を示す概略断面図、 図 1 0は本発明の第 2の実施の形態における光へッド装置の対物レン ズ周りの構成を示す概略断面図、
図 1 1は本発明の第 2の実施の形態における光へッド装置の対物レン ズ周りの他の構成を示す概略断面図、
図 1 2は本発明の第 3の実施の形態における光情報装置を示す概略構 成図、
図 1 3は本発明の第 4の実施の形態におけるコンピュータを示す概略 斜視図、
図 1 4は本発明の第 5の実施の形態における光ディスクプレーヤを示 す概略斜視図、
図 1 5は本発明の第 6の実施の形態における光ディスクレコーダを示 す概略斜視図、
図 1 6は本発明の第 7の実施の形態における光ディスクサーバを示す 概略斜視図、
図 1 7は従来技術における光へッド装置の対物レンズ周りの構成を示 す概略断面図、
図 1 8は従来技術における光へッド装置に用いられる光軸を折り曲げ るためのミラーを示す概略断面図である。 発明を実施するための最良の形態
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。
[第 1の実施の形態]
図 1は本発明の第 1の実施の形態における光へッド装置を示す概略構 成図である。 図 1において、 1は波長 λ 1の第 1の光ビームを出射する 第 1のレーザ光源、 2は波長 λ 2の第 2の光ビームを出射する第 2のレ —ザ光源、 3は波長 λ 3の第 3の光ビームを出射する第 3のレーザ光源 をそれぞれ示している。 7はコリメ一トレンズ（第 1の凸レンズ）、 20 は光軸を折り曲げるためのミラー、 1 8は第 1〜第 3のレーザ光源 1〜 3から出射された第 1〜第 3の光ビームを光情報媒体上に集光する対物 レンズをそれぞれ示している。 8は第 2及び第 3のレーザ光源 2、 3か らそれぞれ出射された波長 λ 2の第 2の光ビームと波長 λ 3の第 3の光 ビームを、 第 1のレーザ光源 1から出射された波長 λ 1の第 1の光ビー ムとは異なる光路へ導くと共に（光路迂回）、第 2及び第 3の光ビームの 波面を変換する波面変換素子を備えた光学素子を示している。すなわち、 光学素子 8は、 第 2及び第 3の光ビームの光路迂回と波面変換を行なう 素子である。 9、 1 0、 1 1は光ディスクや光カードなどの光情報媒体 を示しているが、 以下においては、 光情報媒体が光ディスクである場合 を例に挙げて説明する。
第 1〜第 3のレーザ光源 1〜 3は、 そのいずれか又は全てが半導体レ —ザ光源であるのが望ましく、 これにより、 光ヘッド装置、 及びこれを 用いた光情報装置の小型 ·軽量化、 及び低消費電力化を図ることができ る。 ここでは、 第 1のレーザ光源 1の波長が最も短く、 第 3のレーザ光 源 3の波長が最も長くなつており、 最も記録密度の高い光ディスク 9の 記録再生を行なう際には第 1のレーザ光源 1が使用され、 最も記録密度 の低い光ディスク 1 1の記録再生を行なう際には第 3のレーザ光源 3が 使用される。 この場合、 第 1〜第 3のレーザ光源 1〜 3の波長を、 それ ぞれ λ l = 3 9 0 nm〜41 5 nm、 A 2 = 63 0 nm〜680 nm、 λ 3 = 7 8 0 nm〜 8 1 O nmとすることにより、 現在市販されている 〇0及び0 0の記録再生と、 CD及び D VDとさらに記録密度の高い 光ディスクとの互換記録再生を行なうことができる。
最も記録密度の高い光ディスク 9の記録再生は、 第 1のレーザ光源 1 から出射された第 1の光ビームを、 以下のようにして光ディスク 9の情 報記録面 9 1 (図 2参照） 上に集光することにより行なわれる。 すなわ ち、 第 1のレーザ光源 1から出射された波長 λ 1の第 1の光ビームは、 波長選択膜 （ダイクロイツク膜） 5を透過し、 さらにビームスプリツ夕 膜 6をほぼ全透過した後、 1 / 4波長板 3 7によって円偏光に変換され る。 1 Z 4波長板 3 7によって円偏光に変換された第 1の光ビームは、 コリメートレンズ 7によって略平行光に変換された後、 ミラ一 2 0によ つて光軸を折り曲げられ、図 2に示すようにして光学素子 8を透過する。 そして、 図 1、 図 2に示すように、 光学素子 8を透過した第 1の光ビー ム 3 1は、 対物レンズ 1 8によって光ディスク 9の基材厚 t 1 =約 0 . 1 mmの透明基材を通して情報記録面 9 1上に集光される。
図 2において、 8は第 2及び第 3の光ビームの光路迂回と波面変換を 行なう光学素子を示している。 また、 2 4は波長 λ 1の第 1の光ビーム を透過させ、 波長 λ 2の第 2の光ビームと波長 λ 3の第 3の光ビームに 対しては、 後で説明するように、 ダイクロイツク偏光分離膜として作用 する光学膜を示している。 ここで、 光学膜 2 4は波長 λ 1の第 1の光ビ ームを透過させるので、 光学素子 8は、 第 1の光ビームに対しては波面 の変換を行なわない。 このため、 対物レンズ 1 8は、 略平行光である波 長 λ 1の第 1の光ビーム 3 1を、 光ディスク 9の基材厚 t 1の透明基材 を通して情報記録面 9 1上に集光するように設計されている。 また、 光 学素子 8が第 1の光ビームに対して波面変換を行なわないので、 光学素 子 8と対物レンズ 1 8の相対位置を高精度に設定する必要はない。 この ように、 最も波長が短く、 最も記録密度の高い光ディスク 9の記録再生 を行なう波長 λ 1の第 1の光ビームに対して、 光学素子 8と対物レンズ 1 8の許容位置誤差を大きくすることができ、 また、 後述するように、 より波長の長い光ビームを用いて、 より記録密度の低い光ディスクの記 録再生を行なう場合に、 光学素子 8と対物レンズ 1 8の相対位置を考慮 すればよい。 従って、 光学素子 8と対物レンズ 1 8の相対位置の許容誤 差量をより大きくすることができるので、 生産性に優れた光へッド装置 を実現することが可能となる。
図 1に示すように、 光ディスク 9の情報記録面で反射した第 1の光ビ ームは、 もとの光路を逆に迪り （復路）、 1 Z 4波長板 3 7によって初期 の偏光方向と直交する方向の直線偏光に変換された後、 ビームスプリッ 夕膜 6によってほぼ全反射され、 検出レンズ 1 2を通って光検出器 1 3 に入射する。 そして、 光検出器 1 3からの出力を演算することにより、 焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号、 及び情報信号が得ら れる。 上記したように、 ビームスプリッ夕膜 6は、 波長 λ ΐの第 1の光 ビームに関しては、 所定の偏光方向の直線偏光を全透過させ、 それと直 交する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 プリッタ膜 6は、 波長 λ 2の第 2の光ビームと波長 λ 3の第 3の光ビー ムに関しては、 第 2及び第 3のレーザ光源 2、 3から出射された直線偏 光を一部透過させ、 一部反射する機能をも有している。 3 7は、 波長 λ 1の第 1の光ビームに対しては、 上記のように 1 / 4波長板であるが、 波長 λ 2の第 2の光ビームと波長 λ 3の第 3の光ビームに対しては、 共 に 1 2波長板であるか、 又は、 共に偏光方向に対して位相差を与えな い構成となっている。
尚、 第 1のレーザ光源 1からビームスプリッ夕膜 6までの光路中に、 さらに回折格子 4を配置することにより、 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 （D P P ) 法によって検 出することが可能となる。
また、 コリメ一トレンズ 7によって第 1の光ビームを略平行光に変換 する代わりに、 第 1の凸レンズ 7によって第 1の光ビームを緩やかな発 散光に変換し、 さらに第 2の凸レンズ 2 2によって当該第 1の光ビーム (緩やかな発散光）を略平行光に変換する構成とすることも可能である。 そして、 この場合には、 第 2の凸レンズ 2 2を駆動装置 2 3によって光 軸方向 （図 1の左右方向） へ動かすことにより、 第 1の光ビームの平行 度を変化させることができる。 ところで、 透明基材の厚さ誤差や、 光デ イスク 9が二層ディスクである場合に層間厚さに起因する基材厚差があ ると、 球面収差が発生するが、 上記のように第 2の凸レンズ 2 2を光軸 方向に動かすことにより、 当該球面収差を補正することができる。 以上 のような第 2の凸レンズ 2 2を動かすことによる球面収差の補正は、 光 ディスク 9に対する集光光の開口数 （N A ) が 0 . 8 5の場合に数 1 0 Ο ηι λ程度可能であり、 これにより ± 3 0 / mの基材厚差を補償するこ とができる。 しかし、 D V Dや C Dを再生する場合には、基材厚差を 0 . 5 mm以上補償する必要があり、 第 2の凸レンズ 2 2の移動だけでは当 該球面収差を十分に補正することができない。
また、 光軸を折り曲げるためのミラー 2 0を、 完全な反射ミラ一では なく、 2 0 %以下の光量で第 1の光ビームを透過させる半透過膜にし、 ミラー 2 0を透過した第 1の光ビームを、 集光レンズ （凸レンズ） 1 9 によって光検出器 2 1へ導くように構成すれば、 光検出器 2 1から得ら れる信号を用いて、第 1のレーザ光源 1の発光光量変化をモニタしたり、 さらには、 その発光光量変化をフィードバックしたりして、 第 1のレ一 ザ光源 1の発光光量を一定に保つ制御を行なうこともできる。
尚、 上記の説明中で『集光』 という用語を用いたが、 本明細書中で『集 光』 とは、 『光ビームを回折限界の微小スポッ 卜にまで収束すること』を 意味している。
二番目に記録密度の高い光ディスク 1 0の記録再生は、 第 2のレーザ 光源 2から出射された第 2の光ビームを、 以下のようにして光ディスク 1 0の情報記録面 1 0 1 (図 3参照） 上に集光することにより行なわれ る。 すなわち、 図 1に示すように、 第 2のレーザ光源 2から出射された 略直線偏光で波長 λ 2の第 2の光ビームは、 波長選択膜 （ダイクロイツ ク膜） 1 4を透過した後、 波長選択膜 （ダイクロイツク膜） 5によって 反射され、 さらにビームスプリッ夕膜 6を透過する。 ビームスプリツ夕 膜 6を透過した第 2の光ビームは、 コリメートレンズ 7によって略平行 光に変換された後、 ミラー 2 0によって光軸を折り曲げられ、 図 3に示 すようにして光学素子 8を透過する。 すなわち、 図 1、 図 3に示すよう に、 ミラー 2 0によって光軸を折り曲げられた第 2の光ビーム 3 2は、 光学素子 8の中で 4回反射すると共に、 波面変換素子 （例えば、 凸曲面 状の反射面 2 7を有する光学素子） 2 5によって波面が変換される。 そ して、 光学素子 8を透過した第 2の光ビーム 3 2は、 対物レンズ 1 8に よって光ディスク 1 0の基材厚 t 2 =約 0 . 6 mmの透明基材を通して 情報記録面 1 0 1上に集光される。
ここで、 光学素子 8の働きについて、 図 3を参照しながら詳細に説明 する。 図 3において、 8は第 2及び第 3の光ビームの光路迂回と波面変 換を行なう光学素子を示している。 また、 2 4は波長 λ 1の第 1の光ビ —ムを透過させ、 波長 λ 2の第 2の光ビームと波長 λ 3の第 3の光ビー ムに対しては、 ダイクロイック偏光分離膜として作用する光学膜を示し ている。 光学膜 2 4は、 ミラー 2 0によって光軸を折り曲げられた第 2 の光ビーム 3 2の第 1の偏光方向の直線偏光を反射して、 1 Z 4波長板 1 7 (第 1の 1ノ4波長板） へ導く。 そして、 第 2の光ビーム 3 2は、 1 Z 4波長板 1 7によって円偏光に変換された後、 ダイクロイツク膜 2 6 (第 1の反射面）によって反射される。 このダイクロイツク膜 2 6は、 波長 λ 2の第 2の光ビームを反射し、 波長 λ 3の第 3の光ビームを透過 させる光学膜である。 尚、 波長 λ 3の第 3の光ビームを用いない場合、 すなわち、透明基材の基材厚が t 3 =約 1 . 2 mmの光ディスク 1 1 (図 5参照） の記録再生を行なわない場合には、 ダイクロイツク膜 2 6の代 わりに単なる全反射ミラーを用いてもよい。 ダイクロイツク膜 2 6によ つて反射された第 2の光ビーム 3 2は、 再び 1 Z 4波長板 1 7を通過し て、 光学素子 8に入射する際の初期の偏光方向 （第 1の偏光方向） と直 交する方向の直線偏光に変換された後、 光学膜 （ダイクロイツク偏光分 離膜） 2 4をほぼ全透過する。 光学膜 （ダイクロイツク偏光分離膜） 2 4をほぼ全透過した第 2の光ビーム 3 2は、 1 4波長板 1 6 (第 2の 1 / 4波長板） によって再び円偏光に変換された後、 波面変換素子 2 5 の反射面 2 7 (第 2の反射面） によって反射される。
この場合、反射面 2 7を、例えば凸面鏡によって構成することにより、 光量を損失させることなく、 波長 λ 2の第 2の光ビームの波面変換を行 なうことが可能となる。
また、 第 2のレーザ光源 2の発光能力に余裕がある場合には、 反射面
2 7を反射型の回折光学素子によって構成することにより、 波面変換素 子 2 5、 ひいては光学素子 8の小型 '軽量化、 及び低コスト化を図るこ とができる。
反射面 2 7によって反射されると共に波面変換された第 2の光ビーム
3 2は、 再び 1ノ 4波長板 1 6を通過して、 光学素子 8に入射する際の 初期の偏光方向 （第 1の偏光方向） と同じ方向の直線偏光に変換された 後、 光学膜 （ダイクロイツク偏光分離膜） 2 4によって全反射される。 そして、 光学膜 （ダイクロイツク偏光分離膜） 2 4によって全反射され た第 2の光ビーム 3 2は、 対物レンズ 1 8によって光ディスク 1 0の基 材厚 t 2 =約 0 . 6 mmの透明基材を通して情報記録面 1 0 1上に集光 される。 ここで、 光ディスク 1 0は、 その光入射面から情報記録面 1 0 1までの透明基材の基材厚が t 2 =約 0 . 6 mmと厚くなつており、 当 該光ディスク 1 0の記録再生を行なう場合の焦点距離 f = f 2は、 基材 厚 t 1 =約0 . 1 mmの光ディスク 9の記録再生を行なう場合の焦点距 離 f = f 1よりも長くする必要がある （ f 2 > f 1 )。本実施の形態にお いては、 図 4に示すように、 反射面 2 7を凸面とし、 波面変換素子 2 5 による波面変換によって第 2の光ビーム 3 2を発散光とすることにより， これが実現されている。
さらに、 反射面 2 7を、 球面ではなく、 非球面とすることにより、 光 ディスク 1 0の記録再生を行なう際に、 5次以上の高次の球面収差を低 減し、 集光波面の品質を高めて、 正確な記録再生を行なうことが可能と なる。
波長 λ 2の第 2の光ビームは、 上記のように、 光学素子 8によって波 面が変換される。 従って、 光学素子 8と対物レンズ 1 8の相対位置に誤 差があると、 設計どおりの波面が対物レンズ 1 8に入射しないために、 光ディスク 1 0へ入射する波面に収差が生じ、 集光特性が劣化してしま う。 そこで、 本実施の形態においては、 光学素子 8と対物レンズ 1 8を 一体的に固定し、 焦点制御やトラッキング制御に際しては、 光学素子 8 と対物レンズ 1 8を共通の駆動装置 3 6によって一体的に駆動し得るよ うにされている。
図 1に示すように、 光ディスク 1 0の情報記録面で反射した第 2の光 ビームは、 もとの光路を逆に迪り （復路）、 再び光学素子 8の中で 4回反 射された後、 ビームスプリッ夕膜 6によって反射され、 検出レンズ 1 2 を通って光検出器 1 3に入射する。 そして、 光検出器 1 3からの出力を 演算することにより、焦点制御やトラッキング制御に用いるサーポ信号、 及び情報信号が得られる。 また、 ビームスプリッ夕膜 6の、 波長 λ 2の 第 2の光ビームに対する透過率を同光ビームに対する反射率よりも高く、 例えば、 透過率： 反射率 = 7 ： 3とすることにより、 光ディスク 1 0の 記録に用いる第 2の光ビームの光量を多くすることができる。 また、 こ の構成を採用することにより、第 2のレーザ光源 2の発光量を低減して、 低消費電力化を図ることもできる。
尚、 第 2のレーザ光源 2からビームスプリッ夕膜 6までの光路中に、 さらに回折格子 1 5を配置することにより、トラッキングエラ一信号を、 よく知られたディファレンシャルプッシュプル （D P P ) 法によって検 出することが可能となる。
また、 上記したように、 コリメートレンズ 7によって第 2の光ビーム を略平行光に変換する代わりに、 第 1の凸レンズ 7によって第 2の光ビ ームを緩やかな発散光に変換し、 さらに第 2の凸レンズ 2 2によって当 該第 2の光ビーム （緩やかな発散光） を略平行光に変換する構成とする ことも可能である。 そして、 この場合には、 第 2の凸レンズ 2 2を駆動 装置 2 3によって光軸方向 （図 1の左右方向） へ動かすことにより、 第 2の光ビームの平行度を変化させることができる。 ところで、 透明基材 の厚さ誤差や、 光ディスク 1 0が二層ディスクである場合に層間厚さに 起因する基材厚差があると、 球面収差が発生するが、 上記のように第 2 の凸レンズ 2 2を光軸方向に動かす構成を採用することにより、 最小限 の部品追加によって当該球面収差を補正することが可能となる。
また、 光軸を折り曲げるためのミラー 2 0を、 完全な反射ミラーでは なく、 2 0 %以下の光量で第 2の光ビームを透過させる半透過膜にし、 ミラー 2 0を透過した第 2の光ビームを、 集光レンズ （凸レンズ） 1 9 によって光検出器 2 1へ導くように構成すれば、 光検出器 2 1から得ら れる信号を用いて、第 2のレーザ光源 2の発光光量変化をモニタしたり、 さらには、 その発光光量変化をフィードバックしたりして、 第 2のレー ザ光源 2の発光光量を一定に保つ制御を行なうこともできる。 さらに、 第 3のレーザ光源 3を具備する構成とすることにより、 C Dなど、 透明 基材の基材厚が t 3 =約 1 . 2 mmの光ディスク 1 1の記録あるいは再 生を行なうことも可能となる。
また、 本実施の形態においては、 反射面 2 7 (第 2の反射面） によつ て第 2の光ビームの波面を変換するようにしているが、 ダイクロイツク 膜 2 6からなる第 1の反射面によって第 2の光ビームの波面を変換する ようにしてもよい。
最も記録密度の低い光ディスク 1 1の記録再生は、 第 3のレーザ光源 3から出射された第 3の光ビームを、 以下のようにして光ディスク 1 1 の情報記録面 1 1 1 (図 5参照） 上に集光することにより行なわれる。 すなわち、 図 1に示すように、 第 3のレーザ光源 3から出射された略直 線偏光で波長 λ 3の第 3の光ビームは、波長選択膜（ダイクロイツク膜） 1 4によって反射された後、 さらに波長選択膜 （ダイクロイツク膜） 5 によって反射され、 ビームスプリッタ膜 6を透過する。 ビームスプリツ タ膜 6を透過した第 3の光ビームは、 コリメ一トレンズ 7によって略平 行光に変換された後、 ミラー 2 0によって光軸を折り曲げられ、 図 5に 示すようにして光学素子 8を透過する。 すなわち、 図 1、 図 5に示すよ うに、ミラー 2 0によって光軸を折り曲げられた第 3の光ビーム 3 3は、 光学素子 8の中で 4回反射すると共に、 波面変換素子 （例えば、 凸曲面 状の反射面 2 7を有する光学素子） 2 5と波面変換素子 （例えば、 凹曲 面状の反射面 2 9を有する光学素子） 2 8とによってその波面が変換さ れる。 そして、 光学素子 8を透過した第 3の光ビーム 3 3は、 対物レン ズ 1 8によって光ディスク 1 1の基材厚 t 3 =約 1 . 2 mmの透明基材 を通して情報記録面 1 1 1上に集光される。
ここで、 光学素子 8の働きについて、 図 5を参照しながら詳細に説明 する。 図 5において、 8は第 2及び第 3の光ビームの光路迂回と波面変 換を行なう光学素子を示している。 また、 2 4は波長 λ 1の第 1の光ビ —ムを透過させ、 波長 λ 2の第 2の光ビームと波長 λ 3の第 3の光ビー ムに対しては、 ダイクロイツク偏光分離膜として作用する光学膜を示し ている。 光学膜 2 4は、 ミラー 2 0によって光軸を折り曲げられた第 3 の光ビーム 3 3の第 1の偏光方向の直線偏光を反射して、 1 Z 4波長板 1 7 (第 1の 1 Z 4波長板） へ導く。 そして、 第 3の光ビーム 3 3の第 1の偏光方向の直線偏光は、 1 Z 4波長板 1 7によって円偏光に変換さ れた後、 ダイクロイツク膜 2 6を透過する。 このダイクロイツク膜 2 6 は、 波長 λ 2の第 2の光ビームを反射し、 波長 λ 3の第 3の光ビームを 透過させる光学膜である。 ダイクロイツク膜 2 6を透過した第 3の光ビ ーム 3 3は、 波面変換素子 2 8の反射面 2 9 (第 3の反射面） によって 反射される。
この場合、反射面 2 9を、例えば凹面鏡によって構成することにより、 光量を損失させることなく、 波長 λ 3の第 3の光ビームの波面変換を行 なうことが可能となる。
また、 第 3のレーザ光源 3の発光能力に余裕がある場合や、 光デイス ク 1 1の再生のみを行なう場合には、 反射面 2 9を反射型の回折光学素 子によって構成することにより、 波面変換素子 2 8、 ひいては光学素子 8の小型 ·軽量化、 及び低コスト化を図ることができる。
反射面 2 9によって反射されると共に波面変換された第 3の光ビーム 3 3は、 再び 1 Z 4波長板 1 7を通過して、 光学素子 8に入射する際の 初期の偏光方向 （第 1の偏光方向） と直交する方向の直線偏光に変換さ れた後、 光学膜 （ダイクロイツク偏光分離膜） 2 4をほぼ全透過する。 光学膜 （ダイクロイツク偏光分離膜） 2 4をほぼ全透過した第 3の光ビ ーム 3 3は、 1 Z 4波長板 1 6 (第 2の 1 4波長板） によって再び円 偏光に変換された後、 波面変換素子 2 5の反射面 2 7によって反射され る。 反射面 2 7によって反射されると共に波面変換された第 3の光ビー ム 3 3は、 再び 1 Z 4波長板 1 6を通過して、 光学素子 8に入射する際 の初期の偏光方向 （第 1の偏光方向） と同じ方向の直線偏光に変換され た後、光学膜（ダイクロイツク偏光分離膜） 2 4によって全反射される。 そして、 光学膜 （ダイクロイツク偏光分離膜） 2 4によって全反射され た第 3の光ビーム 3 3は、 対物レンズ 1 8によって光ディスク 1 1の基 材厚 t 3 =約 1 . 2 mmの透明基材を通して情報記録面 1 1 1上に集光 される。 ここで、 光ディスク 1 1は、 その光入射面から情報記録面 1 1 1までの透明基材の基材厚 t 3が約 1 . 2 mmと厚くなつており、 当該 光ディスク 1 1の記録再生を行なう場合の焦点距離 f = f 3は、 基材厚 t 2 =約0 . 6 mmの光ディスク 1 0の記録再生を行なう場合の焦点距 離 f = f 2よりも長くする必要がある （ f 3 > f 2 )。本実施の形態にお いては、 図 6に示すように、 反射面 2 9を凹面にすると共に、 反射面 2 7を凸面とし、 反射面 2 9からの反射光を一旦集光した後、 波面変換素 子 2 5による波面変換によって第 3の光ビームを発散光とすることによ り、 これが実現されている。
さらに、 反射面 2 9を、 球面ではなく、 非球面とすることにより、 光 ディスク 1 1の記録再生を行なう際に、 5次以上の高次の球面収差を低 減し、 集光波面の品質を高めて、 正確な記録再生を行なうことが可能と なる。
波長 λ 3の第 3の光ビームは、 上記のように、 光学素子 8によって波 面が変換される。 従って、 光学素子 8と対物レンズ 1 8の相対位置に誤 差があると、 設計どおりの波面が対物レンズ 1 8に入射しないために、 光ディスク 1 1へ入射する波面に収差が生じ、 集光特性が劣化してしま う。 そこで、 本実施の形態においては、 上記のように、 光学素子 8と対 物レンズ 1 8を一体的に固定し、 焦点制御やトラッキング制御に際して は、 光学素子 8と対物レンズ 1 8を共通の駆動装置 3 6によって一体的 に駆動し得るようにされている。 図 1に示すように、 光ディスク 1 1の情報記録面で反射した第 3の光 ビームは、 もとの光路を逆に迪り （復路）、 再び光学素子 8の中で 4回反 射された後、 ビームスプリッ夕膜 6によって反射され、 検出レンズ 1 2 を通って光検出器 1 3に入射する。 そして、 光検出器 1 3からの出力を 演算することにより、焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号、 及び情報信号が得られる。 また、 ビームスプリッタ膜 6の、 波長 λ 3の 第 3の光ビームに対する透過率を同光ビームに対する反射率よりも高く , 例えば、 透過率 ： 反射率 = 7 ： 3とすることにより、 光ディスク 1 1の 記録に用いる第 3の光ビームの光量を多くすることができる。 また、 こ の構成を採用することにより、第 3のレーザ光源 3の発光量を低減して、 低消費電力化を図ることもできる。
尚、 第 3のレーザ光源 3からビームスプリッ夕膜 6までの光路中に、 さらに回折格子 1 5を配置することにより、 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 （D P P ) 法によって検 出することが可能となる。
また、 上記のように、 コリメ一トレンズ 7によって第 3の光ビームを 略平行光に変換する代わりに、 第 1の凸レンズ 7によって第 3の光ビ一 ムを緩やかな発散光に変換し、 さらに第 2の凸レンズ 2 2によって当該 第 3の光ビーム （緩やかな発散光） を略平行光に変換する構成とするこ とも可能である。 そして、 この場合には、 第 2の凸レンズ 2 2を駆動装 置 2 3によって光軸方向 （図 1の左右方向） へ動かすことにより、 第 3 の光ビームの平行度を変化させることができる。 ところで、 透明基材の 厚さ誤差や、 光ディスク 1 1が二層ディスクである場合に層間厚さに起 因する基材厚差があると、 球面収差が発生するが、 上記のように第 2の 凸レンズ 2 2を光軸方向に動かす構成を採用することにより、 最小限の 部品追加によって当該球面収差を補正することが可能となる。 また、 光軸を折り曲げるためのミラー 2 0を、 完全な反射ミラ一では なく、 2 0 %以下の光量で第 3の光ビームを透過させる半透過膜にし、 ミラ一 2 0を透過した第 3の光ビームを、 集光レンズ （凸レンズ） 1 9 によって光検出器 2 1へ導くように構成すれば、 光検出器 2 1から得ら れる信号を用いて、第 3のレーザ光源 3の発光光量変化をモニタしたり、 さらには、 その発光光量変化をフィードバックしたりして、 第 3のレ一 ザ光源 3の発光光量を一定に保つ制御を行なうこともできる。
次に、 対物レンズの第 2面 （光ディスクに近い側の面） の形状につい て、 図 6〜図 9を参照しながら説明する。
上記したように、 光ディスク 1 0や光ディスク 1 1の記録あるいは再 生を行なう場合には、 基材厚の厚い透明基材に対応するために、 光ディ スク 1 0の記録あるいは再生を行なう場合の焦点距離 f 2や光ディスク 1 1の記録あるいは再生を行なう場合の焦点距離 f 3を、 光ディスク 9 の記録あるいは再生を行なう場合の焦点距離 f 1よりも長くする必要が ある。 従って、 対物レンズ 1 8の第 2面 1 8 2における必要有効径は、 光ディスク 1 1の記録あるいは再生を行なう場合の方が、 N Aが小さい とはいえ、 光ディスク 9の記録あるいは再生を行なう場合よりも大きく なる。
例えば、 光ディスク 1 1に対して N A = 0 . 5で記録あるいは再生を 行なう場合には、 図 6、 図 7に示すように、 光ディスク 9の記録再生を 行なう場合の有効領域 （第 1の領域 1 8 2 1 ) よりも広い範囲を第 3の 光ビーム 3 3が通過する。 そこで、 対物レンズ 1 8の、 光ディスク 9の 記録あるいは再生を行なう場合の有効領域 （第 1の領域 1 8 2 1 ) の外 周部、 すなわち、 光軸から遠い領域 （第 2の領域 1 8 2 2 ) に、 記録密 度が低く、 基材厚の厚い透明基材を有する光ディスク 1 1に対して N A = 0 . 5、 波長 λ 3の第 3の光ビームで記録あるいは再生を行なうため の非球面領域を設ける。 このように、 対物レンズ 1 8の第 2面 1 8 2を 同心円状の複数の領域に分割し、 外周部分に、 記録密度が低く、 基材厚 の厚い透明基材を有する光ディスク 1 1に対して、より低い N A、かつ、 長波長の光ビームで記録あるいは再生を行なうための非球面領域を設け ることにより、 図 2、 図 6に示すように、 焦点距離を変えて、 種類の異 なる複数の光ディスク 9、 1 1に対して互換記録再生を行なうことが可 能となる。 尚、 焦点距離の設計等により、 光ディスク 1 0に対して記録 あるいは再生を行なう場合に、 光ディスク 9の記録再生を行なう場合の 有効領域 （第 1の領域 1 8 2 1 ) よりも広い範囲を第 2の光ビーム 3 2 が通過するようにして、 光ディスク 9、 1 0に対して互換記録再生を行 なうことも可能である （図 4参照）。
さらに、 図 8、 図 9に示すように、 対物レンズ 1 8の第 2面 1 8 2の 第 2の領域 1 8 2 2を、 凹面形状の非球面とすることにより、 波面変換 素子 2 5の凸曲面状の反射面 2 7の曲率を緩やかにすることが可能とな り、 その結果、 波面変換素子 2 5をより容易に作製することが可能とな る。
また、 本実施の形態によれば、 図 3〜図 6に示すように、 対物レンズ 1 8の真下から、 光ビームの波面を変換する光学素子 8へ光ビームを入 射させることができるので、 光学素子 8と対物レンズ 1 8を一体的に駆 動する駆動装置 3 6を大きく設計することが可能となる。 その結果、 焦 点制御時やトラッキング制御時における駆動装置 3 6の周波数特性等の 諸特性を良好なものとすることができる。
[第 2の実施の形態]
図 1 0は本発明の第 2の実施の形態における光へッ ド装置の対物レン ズ周りの構成を示す概略断面図である。
本実施の形態において、 レーザ光源から出射された光ビームが略平行 光に変換されるまでの構成、 及び復路においてサーボ信号や情報信号を 検出するための構成は、上記第 1の実施の形態と同じである（図 1参照）。 また、 図 1 0に示すように、 本実施の形態においては、 光軸を折り曲げ るためのミラ一 2 0の代わりにミラ一 2 0 1が用いられており、 光学素 子 8は用いられていない。
ミラー 2 0 1は、 波長 λ 1の第 1の光ビームを光ディスク側に反射さ せるための平面からなる第 1反射面 2 0 1 1と、 波長 λ 2の第 2の光ビ —ムと波長 λ 3の第 3の光ビームを、 それぞれ光ディスク側に反射させ るための曲率半径の異なる非球面からなる第 2及び第 3反射面 2 0 1 2 、 2 0 1 3とを有している。
第 1反射面 2 0 1 1は、 第 1のレーザ光源 1から出射された波長 λ 1 の第 1の光ビーム 3 0 1を、 対物レンズ 1 8に対して略平行光のまま全 反射させると共に、 第 2及び第 3のレーザ光源 2、 3からそれぞれ出射 された波長 λ 2の第 2の光ビーム 3 0 2と波長 λ 3の第 3の光ビーム 3 0 3を全透過させるダイクロイツク膜により構成されている。 また、 第 2反射面 2 0 1 2は、 第 2のレーザ光源 2から出射された波長 λ 2の第 2の光ビーム 3 0 2を、 対物レンズ 1 8に対して最適な拡がり角度とな るような光線束に変換して全反射させると共に、 第 3のレーザ光源 3か ら出射された波長 λ 3の第 3の光ビーム 3 0 3を全透過させるダイク口 イツク膜により構成されている。 また、 第 3反射面 2 0 1 3は、 第 3の レーザ光源 3から出射された波長 λ 3の第 3の光ビーム 3 0 3を、 対物 レンズ 1 8に対して最適な拡がり角度となるような光線束に変換して全 反射させる全反射膜により構成されている。
ミラー 2 0 1を以上のように構成したので、 レーザ光源の波長と光デ イスクの種類に応じて反射面を選択することにより、 各光ビーム 3 0 1 - 3 0 3の波面を変換して、 種類の異なる複数の光ディスク 9〜 1 1の 互換記録あるいは互換再生を行なうことができる。
また、 以上のような構成を採用することにより、 第 1の従来例と比較 して、 以下のような 2つの効果を得ることができる。 まず、 第 1反射面 2 0 1 1を平面によって構成したことにより、 波長 λ 1の第 1の光ビ一 ム 3 0 1を略平行光のまま対物レンズ 1 8に入射させることができるの で、 最も記録密度が高く、 収差を低く抑える必要のある光ディスク 9の 記録時あるいは再生時に対物レンズ 1 8とミラー 2 0 1の相対位置が変 動しても、 収差が発生することはない。 また、 第 2反射面 2 0 1 2や第 3反射面 2 0 1 3を非球面により構成したので、 5次以上の高次の収差 まで低減することが可能となり、 その結果、 光ディスク 1 0、 1 1に対 して良好に記録あるいは再生を行なうことが可能となる。
さらに、 図 1 1に示すように、 対物レンズ 1 8とミラ一 2 0 1を支持 体 3 3によって一体的に固定することにより、 光ディスク 1 0や光ディ スク 1 1の記録再生を行なう際のトラック追従によって対物レンズ 1 8 が移動しても、 収差の発生を抑えることができ、 その結果、 光ディスク 1 0 , 1 1に対して良好に記録あるいは再生を行なうことが可能となる。
[第 3の実施の形態]
図 1 2は本発明の第 3の実施の形態における光情報装置を示す概略構 成図である。 図 1 2に示すように、 光ディスク 1 0 (あるいは、 9又は 1 1 以下同じ） は、 モー夕等を備えた光ディスク駆動部 5 2によって 回転駆動される（光ディスク 1 0の代わりに光カードを用いる場合には、 当該光力一ドは並進駆動される）。 5 5は上記第 1又は第 2の実施の形態 で示した光ヘッド装置であり、 当該光ヘッ ド装置 5 5は、 光ディスク 1 0の所望の情報が存在するトラックのところまで、 光へッ ド装置の駆動 装置 5 1によって粗動される。
また、光へッ ド装置 5 5は、光ディスク 1 0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、 制御 部としての電気回路 5 3へ送る。 電気回路 5 3は、 これらの信号に基づ いて、 対物レンズを微動させるための信号を光へッ ド装置 5 5へ送る。 そして、 光ヘッ ド装置 5 5は、 この信号に基づいて、 光ディスク 1 0に 対しフォーカス制御とトラッキング制御を行なった後、情報の読み出し、 書き込み （記録） 又は消去を行なう。 また、 電気回路 5 3は、 光ヘッ ド 装置 5 5から得られる信号に基づいて、 光ディスク駆動部 5 2や光へッ ド装置 5 5内のレーザ光源をも制御する。 尚、 図 1 2中、 5 4は電源又 は外部電源との接続部を示している。
本実施の形態の光情報装置 5 0においては、光へッ ド装置 5 5として、 上記第 1又は第 2の実施の形態で示した小型、 低コストで、 トラック追 従による対物レンズの移動に対しても品質の良好な情報信号を得ること のできる本発明の光へッ ド装置が用いられているので、 情報の再生を正 確、 かつ、 安定に行なうことのできる小型の光情報装置を低コストで実 現することができる。
[第 4の実施の形態]
図 1 3は本発明の第 4の実施の形態におけるコンピュータを示す概略 斜視図である。
図 1 3に示すように、 本実施の形態のコンピュータ 6 0は、 上記第 3 の実施の形態の光情報装置 5 0と、 情報の入力を行なうためのキーポー ドあるいはマウス、 夕ツチパネルなどの入力装置 6 5と、 入力装置 6 5 から入力ケーブル 6 3を介して入力された情報や、 光情報装置 5 0によ つて読み出された情報などに基づいて演算を行なう中央演算装置 （C P U ) などの演算装置 6 4と、 入力装置 6 5から入力された情報や光情報 装置 5 0によって読み出された情報や演算装置 6 4によって演算された 結果などの情報を表示あるいは出力するための陰極線管装置、 液晶表示 装置、 プリンタなどの出力装置 6 1とを備えている。 尚、 図 1 3中、 6 2は演算装置 6 4によって演算された結果などの情報を出力装置 6 1に 出力するための出力ケーブルを示している。
[第 5の実施の形態]
図 1 4は本発明の第 5の実施の形態における光ディスクプレーヤを示 す概略斜視図である。
図 1 4に示すように、 本実施の形態の光ディスクプレーヤ 6 7は、 上 記第 3の実施の形態の光情報装置 5 0と、 光情報装置 5 0から得られる 情報信号を画像に変換する、 情報から画像への変換装置 （例えば、 デコ —ダ 6 6 ) とを備えている。
尚、 本構成は、 カーナビゲ一シヨンシステムとしても利用することが できる。また、出力ケーブル 6 2を介して陰極線管装置、液昂表示装置、 プリン夕などの出力装置 6 1を接続した構成とすることも可能である。
[第 6の実施の形態]
図 1 5は本発明の第 6の実施の形態における光ディスクレコーダを示 す概略斜視図である。
図 1 5に示すように、 本実施の形態の光ディスクレコーダ 7 1は、 上 記第 3の実施の形態の光情報装置 5 0と、 画像情報を、 光情報装置 5 0 によって光ディスクへ記録する情報に変換する、 画像から情報への変換 装置 （例えば、 エンコーダ 6 8 ) とを備えている。
尚、 光情報装置 5 0から得られる情報信号を画像に変換する、 情報か ら画像への変換装置 （例えば、 デコーダ 6 6 ) を付加した構成とするこ とも可能であり、 これにより、 光ディスクへの記録時に同時にモニタを 行なったり、 既に記録した部分を再生したりすることも可能となる。 また、 出力ケーブル 6 2を介して陰極線管装置、 液晶表示装置、 プリ ン夕などの出力装置 6 1を接続した構成とすることも可能である。 上記第 3の実施の形態の光情報装置 5 0を備えた、 あるいは、 上記の 記録 ·再生方法を採用したコンピュータ、 光ディスクプレーヤ、 光ディ スクレコーダは、 種類の異なる複数の光ディスクに対して安定に記録あ るいは再生を行なうことができるので、 広い用途に使用することが可能 となる。
[第 7の実施の形態]
図 1 6は本発明の第 7の実施の形態における光ディスクサーバを示す 概略斜視図である。
図 1 6に示すように、 本実施の形態の光ディスクサーバ 7 0は、 上記 第 3の実施の形態の光情報装置 5 0と、 光情報装置 5 0に記録する情報 を外部から取り込んだり、 光情報装置 5 0によって読み出された情報を 外部に出力したりするための （光情報装置 5 0と外部との情報のやりと りを行なうための） 無線の受信装置及び発信装置である入出力無線端子 (無線入出力端子） '6 9とを備えている。
以上の構成により、 光ディスクサーバ 7 0は、 複数の無線受発信端子 を有する機器、 例えば、 コンピュータ、 電話、 テレビチューナなどと情 報のやりとりを行なう共有の情報サーバとして利用することが可能とな る。 また、 種類の異なる複数の光ディスクに対して安定に記録あるいは 再生を行なうことができるので、 広い用途に使用することができる。 尚、 画像情報を、 光情報装置 5 0によって光ディスクへ記録する情報 に変換する、 画像から情報への変換装置 （例えば、 エンコーダ 6 8 ) を 付加した構成とすることも可能である。
また、 光情報装置 5 0から得られる情報信号を画像に変換する、 情報 から画像への変換装置 （例えば、 デコーダ 6 6 ) を付加した構成とする ことも可能であり、 これにより、 光ディスクへの記録時に同時にモニタ を行なったり、 既に記録した部分を再生したりすることも可能となる。 また、 出力ケーブル 6 2を介して陰極線管装置、 液晶表示装置、 プリ ン夕などの出力装置 6 1を接続した構成とすることも可能である。 また、 上記第 4〜第 7の実施の形態において、 図 1 3〜図 1 6には出 力装置 6 1が示されているが、 出力端子を備えるだけで、 出力装置 6 1 を持たず、 これを別売りとした商品形態もあり得る。 また、 図 1 4〜図 1 6には入力装置が示されていないが、 キーボードあるいはマウス、 夕 ツチパネルなどの入力装置を備えた商品形態もあり得る。
また、 本発明における光情報媒体として、 光ディスクの代わりに光力 一ドを用いた場合であっても、 光ディスクを用いた場合と同等の効果を 得ることができる。 すなわち、 本発明は、 微小な集光スポッ トを形成す ることにより、 記録あるいは再生が行なわれる光情報媒体のすべてにつ いて適用可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 波長 λ 1の第 1の光ビームを透過させ、 波長 λ 2の第 2の光ビ 一ムの第 1の偏光方向の直線偏光を反射し、 前記第 2の光ビームの前記 第 1の偏光方向と直交する方向の直線偏光を透過させるダイクロイツク 偏光分離膜と、
前記ダイクロイック偏光分離膜によって反射された前記第 2の光ビー ムの前記第 1の偏光方向の直線偏光を略円偏光に変換する第 1の 1 4 波長板と、
前記第 1の 1 Ζ 4波長板によって略円偏光に変換された前記第 2の光 ビームを反射する第 1の反射面と、
前記第 1の反射面で反射され、 前記第 1の 1 Z 4波長板によって前記 第 1の偏光方向と直交する方向の直線偏光に変換されて、 前記ダイク口 ィック偏光分離膜を透過した前記第 2の光ビームを、 再び略円偏光に変 換する第 2の 1ノ 4波長板と、
前記第 2の 1 / 4波長板によって略円偏光に変換された前記第 2の光 ビームを反射する第 2の反射面とを備え、
前記第 2の反射面で反射され、 前記第 2の 1 4波長板によって前記 第 1の偏光方向の直線偏光に変換された前記第 2の光ビームを、 前記ダ イクロイック偏光分離膜によって反射すると共に、
前記第 2の光ビームの波面を変換する光学素子。
2 . 前記第 1又は第 2の反射面が曲面であり、 前記曲面によって前 記第 2の光ビームの波面が変換される請求項 1に記載の光学素子。
3 . 前記第 2の光ビームの波面を変換する曲面が凸面である請求項 2に記載の光学素子。
4 . 前記第 1又は第 2の反射面が反射型の回折光学素子であり、 前 記回折光学素子によって前記第 2の光ビームの波面が変換される請求項 1に記載の光学素子。
5 . 前記ダイクロイツク偏光分離膜は、 さらに、 波長 λ 3の第 3の 光ビームの第 1の偏光方向の直線偏光を反射し、 前記第 3の光ビームの 前記第 1の偏光方向と直交する方向の直線偏光を透過させ、
前記第 1の 1 4波長板は、 前記ダイクロイツク偏光分離膜によって 反射された前記第 3の光ビームの前記第 1の偏光方向の直線偏光を略円 偏光に変換し、
前記第 2の 1 4波長板は、 前記第 1の反射面で反射され、 前記第 1 の 1 Ζ 4波長板によって前記第 1の偏光方向と直交する方向の直線偏光 に変換されて、 前記ダイクロイック偏光分離膜を透過した前記第 3の光 ビームを、 再び略円偏光に変換し、 かつ、
前記第 2の反射面で反射され、 前記第 2の 1 / 4波長板によって前記 第 1の偏光方向の直線偏光に変換された前記第 3の光ビームを、 前記ダ イクロイック偏光分離膜によって反射すると共に、
前記第 3の光ビームの波面を変換する請求項 1〜4のいずれかに記載 の光学素子。
6 . 前記第 1又は第 2の反射面のうち、 前記第 2の光ビームの波面 を変換する反射面とは異なる反射面が曲面であり、 前記曲面によって前 記第 3の光ビームの波面が変換される請求項 5に記載の光学素子。
7 . 前記第 3の光ビームの波面を変換する曲面が凹面である請求項 6に記載の光学素子。
8 . 前記第 1又は第 2の反射面のうち、 前記第 2の光ビームの波面 を変換する反射面とは異なる反射面が反射型の回折光学素子であり、 前 記回折光学素子によって前記第 3の光ビームの波面が変換される請求項 5に記載の光学素子。
9 . 前記第 1又は第 2の反射面のうち、 前記第 2の光ビームの波面 を変換する反射面とは異なる反射面と、 前記ダイクロイック偏光分離膜 との間に、 前記第 3の光ビームを透過し、 前記第 2の光ビームを反射す るダイクロイック膜をさらに備えた請求項 6〜 8のいずれかに記載の光 学素子。
1 0 . 波長 λ 1の第 1の光ビームを出射する第 1のレーザ光源と、 波長 λ 2の第 2の光ビームを出射する第 2のレーザ光源と、 前記第 1及 び第 2のレーザ光源から出射された前記第 1及び第 2の光ビームをそれ ぞれ第 1及び第 2の光情報媒体上に集光する対物レンズとを備えた光へ ッド装置であって、
前記第 1及び第 2のレーザ光源と前記対物レンズとの間に、 請求項 1 〜 4のいずれかに記載の光学素子が設けられていることを特徴とする光 へッド装置。
1 1 . 前記光学素子と前記対物レンズとがー体的に固定された請求 項 1 0に記載の光ヘッド装置。
1 2 . 前記第 1の光情報記録媒体の基材厚を t 1、 前記第 2の光情 報記録媒体の基材厚を t 2、 前記第 1の光ビームを前記第 1の光情報記 録媒体の情報記録面上に集光する際の焦点距離を f 1、 前記第 2の光ビ ームを前記第 2の光情報記録媒体の情報記録面上に集光する際の焦点距 離を f 2としたとき、 下記 （数 1 ) を満足する請求項 1 0に記載の光へ ット装置。
[数 1 ]
λ 1 < λ 2、
t 1 < t 2、
f 1 < f 2
1 3 . 波長 λ 1の前記第 1の光ビームは、 前記対物レンズによって 基材厚 t 1の透明基材を通して前記第 1の光情報媒体の情報記録面上に 集光されるものであり、 かつ、
前記第 1の光情報媒体は、 前記第 2の光情報媒体よりも高密度の情報 記録を行なうものであり、
前記対物レンズの前記光情報媒体に近い側の面の、 前記第 1の光ビー ムが通過する第 1の領域の周辺部に第 2の領域が設けられ、
波長 λ 2 (> λ 1 ) の前記第 2の光ビームが前記第 2の領域を通過し たときに、 前記第 2の光ビームが基材厚 t 2 (> t 1 ) の透明基材を通 して前記第 2の光情報媒体の情報記録面上に集光される請求項 1 0に記 載の光ヘッド装置。
1 4 . 前記第 2の領域が凹面形状である請求項 1 3に記載の光へッ ド装置。
1 5 . 波長 λ 1の第 1の光ビームを出射する第 1のレーザ光源と、 波長 λ 2の第 2の光ビームを出射する第 2のレーザ光源と、 波長 λ 3の 第 3の光ビームを出射する第 3のレーザ光源と、 前記第 1〜第 3のレ一 ザ光源から出射された前記第 1〜第 3の光ビームをそれぞれ第 1〜第 3 の光情報媒体上に集光する対物レンズとを備えた光へッ ド装置であって、 前記第 1〜第 3のレーザ光源と前記対物レンズとの間に、 請求項 5〜 9のいずれかに記載の光学素子が設けられていることを特徴とする光へ ッド装置。
1 6 . 前記光学素子と前記対物レンズとがー体的に固定された請求 項 1 5に記載の光へッ ド装置。
1 7 . 前記第 1の光情報記録媒体の基材厚を t 1、 前記第 2の光情 報記録媒体の基材厚を t 2、前記第 3の光情報記録媒体の基材厚を t 3、 前記第 1の光ビームを前記第 1の光情報記録媒体の情報記録面上に集光 する際の焦点距離を f 1、 前記第 2の光ビームを前記第 2の光情報記録 媒体の情報記録面上に集光する際の焦点距離を f 2、 前記第 3の光ビー ムを前記第 3の光情報記録媒体の情報記録面上に集光する際の焦点距離 を f 3としたとき、 下記 （数 2 ) を満足する請求項 1 5に記載の光へッ ド装置。
[数 2 ]
λ 1 < λ 2 < λ 3、
t 1 < t 2 < t 3、
f 1 < f 2 < f 3
1 8 . 波長 λ 1の前記第 1の光ビームは、 前記対物レンズによって 基材厚 t 1の透明基材を通して前記第 1の光情報媒体の情報記録面上に 集光されるものであり、 かつ、
前記第 1の光情報媒体は、 前記第 3の光情報媒体よりも高密度の情報 記録を行なうものであり、
前記対物レンズの前記光情報媒体に近い側の面の、 前記第 1の光ビー ムが通過する第 1の領域の周辺部に第 2の領域が設けられ、
波長 λ 3 (> λ 1 ) の前記第 3の光ビームが前記第 2の領域を通過し たときに、 前記第 3の光ビームが基材厚 t 3 (> t 1 ) の透明基材を通 して前記第 3の光情報媒体の情報記録面上に集光される請求項 1 5に記 載の光へッド装置。
1 9 . 前記第 2の領域が凹面形状である請求項 1 8に記載の光へッ ド装置。
2 0 . 前記レーザ光源から出射された光ビームを受けて当該光ビ一 ムを緩やかな発散光に変.換する第 1の凸レンズと、
前記第 1の凸レンズによって緩やかな発散光に変換された前記光ビー ムを略平行光に変換する第 2の凸レンズとをさらに備えた請求項 1 0又 は 1 5に記載の光へッド装置。
2 1 . 請求項 1 0〜 2 0のいずれかに記載の光へッ ド装置と、 前記光情報媒体を駆動する光情報媒体駆動部と、
前記光ヘッ ド装置から得られる信号を受け、 前記信号に基づいて、 前 記光情報媒体駆動部、 並びに前記光へッ ド装置内の前記レーザ光源及び 前記対物レンズを制御する制御部とを備えた光情報装置。
2 2 . 請求項 2 1に記載の光情報装置と、
情報の入力を行なう入力装置と、
前記入力装置から入力された情報及び/又は前記光情報装置によって 読み出された情報に基づいて演算を行なう演算装置と、
前記入力装置から入力された情報、 前記光情報装置によって読み出さ れた情報又は前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力 する出力装置とを備えたコンピュータ。
2 3 . 請求項 2 1に記載の光情報装置と、
前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する、 情報から画 像への変換装置とを備えた光ディスクプレーヤ。
2 4 . 請求項 2 3に記載の光ディスクプレーヤを備えたカーナビゲ ーションシステム。
2 5 . 請求項 2 1に記載の光情報装置と、
画像情報を、 前記光情報装置によって前記光情報媒体へ記録する情報 に変換する、画像から情報への変換装置とを備えた光ディスクレコーダ。
2 6 . 請求項 2 1に記載の光情報装置と、
前記光情報装置と外部との情報のやりとりを行なう無線入出力端子と を備えた光ディスクサーバ。
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