JP2004071134A - Compound objective lens, optical head device, optical information device, computer, optical disk player, car navigation system, optical disk recorder, optical disk server - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズと回折素子であるホログラムとを複合した複合対物レンズ、かかる複合対物レンズを介して光ディスク上に複数の波長の光ビームを集光させて情報の記録、再生あるいは消去を行う光ヘッド装置、かかる光ヘッド装置を塔載した光情報装置、およびかかる光情報装置が適用されるコンピュータ、光ディスクプレーヤー、カーナビゲーションシステム、光ディスクレコーダー、光ディスクサーバーに関する。
【0002】
【従来の技術】
高密度、大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ、実用化されてきている。微小に絞られた光ビームを介して、光ディスクに対する情報記録再生が高い信頼性のもとに首尾よく遂行される機能は、回折限界の微小スポットを形成する集光機能、光学系の焦点制御(フォーカスサーボ)とトラッキング制御、及びピット信号(情報信号)検出に大別される。
【0003】
近年、光学系設計技術の進歩と光源である半導体レーザの短波長化により、従来以上の記憶容量を有する高密度光ディスクの開発が進んでいる。高密度化のアプローチとしては、光ディスク上へ光ビームを微小に絞る集光光学系の光ディスク側開口数(NA)を大きくすることが検討されている。その際、問題となるのが光軸の傾き(いわゆるチルト)による収差の発生量の増大である。NAを大きくすると、チルトに対して発生する収差量が大きくなる。これを防ぐためには、光ディスクの基板の厚み(基材厚)を薄くすれば良い。
【0004】
光ディスクの第1世代といえるコンパクトディスク(CD)は赤外光(波長λ3は780nm〜820nm)と、NA0.45の対物レンズを使用し、ディスクの基材厚は1.2mmである。第2世代のDVDは赤色光(波長λ2は630nm〜680nm、標準波長660nm)と、NA0.6の対物レンズを使用し、ディスクの基材厚は0.6mmである。そしてさらに、第3世代の光ディスク(以下、BD(Blue−ray Disk)とも称する)は青色光(波長λ1は390nm〜415nm、標準波長405nm)と、NA0.85の対物レンズを使用し、ディスクの基材厚は0.1mmである。なお、本明細書中では、基材厚とは、光ディスク(または情報媒体)に光ビームの入射する面から情報記録面までの厚みを指す。
【0005】
このように、高密度化に伴って光ディスクの基材厚は小さくなる。経済性や装置の占有スペースの観点から、上記基材厚や記録密度の異なる光ディスクを記録再生できる光情報装置が望まれている。そのためには、異なる基材厚の光ディスク上に回折限界まで光ビームを集光することのできる集光光学系を備えた光ヘッド装置が必要である。
【0006】
また、基材の厚い光ディスクを記録再生する場合には、ディスク表面から奥の方にある記録面上に光ビームを集光する必要があるので、焦点距離をより長くしなければならない。
【0007】
基材厚が異なる光ディスクに対する記録再生を行う光ヘッド装置を実現することを目的とした構成が、特開平7−98431号公報に開示されている。これを第1の従来例として、図25Aおよび図25Bを参照して説明する。
【0008】
図25Aおよび図25Bにおいて、40は対物レンズ、41はホログラムである。ホログラム41には、入射光ビーム44に対して透明な基板に同心円状の格子パターンが形成されている。
【0009】
対物レンズ40は、開口数NAが0.6以上で、図25Aに示すように、ホログラム41を回折されずに透過した0次回折光42を、例えば、0.6mmの基材厚(t2)を有する光ディスク10上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。また、図25Bは、より厚い1.2mmの基材厚(t1)を有する光ディスク11上に回折限界の集光スポットを形成できることを示している。図25Bにおいて、ホログラム41で回折された+1次回折光43は、対物レンズ40によって光ディスク11に集光される。ここで、+1次回折光43を、厚さt1の基板を通して回折限界まで絞れるように収差補正が施されている。
【0010】
このように、入射光を回折するホログラム41と対物レンズ40を組み合わせることによって、異なる次数の回折光を利用して、異なる基材厚(t1とt2)を有する光ディスク10、11上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成することができる2焦点レンズを実現している。また、上記とは逆に、ホログラム40を、凸レンズ作用を有するように設計し、基材厚t1の光ディスク11に対して0次回折光を用い、基材厚t2を有する光ディスク10に対して+1次回折光を用いることによって、基材厚t2を有する光ディスク10の記録再生時の波長変動に対して、焦点位置変動を低減することも開示されている。
【0011】
他にも、異なる種類の光ディスクに対して複数の波長を有する光ビームを用いて互換再生することを目的とした構成が開示されている。第2の従来例として、波長選択位相板を対物レンズと組み合わせる構成が、特開平10−334504号公報やISOM2001のセッションWe−C−05(予稿集30頁)に開示されている。ISOM2001のセッションWe−C−05(予稿集30頁)に開示されている構成について、図26、図27Aおよび図27Bを参照して説明する。
【0012】
図26は、第2の従来例としての光ヘッド装置の概略構成を示す断面図である。図26において、波長λ1=405nmの青色光源(不図示)を有する青色光光学系51から出射した平行光は、ビームスプリッター161、波長選択位相板205を透過して、対物レンズ50によって、基材厚0.1mmの光ディスク9(第3世代光ディスク:BD)の情報記録面に集光される。光ディスク9で反射した光は、逆の経路をたどって青色光光学系51の検出器(不図示)で検出される。一方、波長λ2=660nmの赤色光源(不図示)を有する赤色光光学系52から出射した発散光は、ビームスプリッター161で反射され、波長選択位相板205を透過して、対物レンズ50によって、基材厚0.6mmの光ディスク10(第2世代光ディスク:DVD)の情報記録面に集光される。光ディスク10で反射した光は、逆の経路をたどって赤色光光学系52の検出器(不図示)で検出される。
【0013】
対物レンズ50は、平行光の入射時に基材厚0.1mmを透過して集光されるように設計されており、よって基材厚0.6mmのDVDの記録・再生時には、基材厚の違いによって球面収差が発生する。この球面収差を補正するため、赤色光光学系52から出射する光ビームを発散光にすると共に、波長選択位相板205を用いている。対物レンズ50に発散光を入射させると新たな球面収差が発生するので、基材厚の違いによって発生する球面収差をこの新たな球面収差で打ち消すとともに、波長選択位相板205によっても波面を補正している。
【0014】
図27Aおよび図27Bは、それぞれ、図26における波長選択位相板205の平面図および断面図である。波長選択位相板205は、波長λ1での屈折率をn1、h=λ1/(n1−1)とした場合、高さh、3hの段差205aで構成される。波長λ1の光に対しては、高さhの段差により生じる光路差は使用波長λ1であり、これは位相差2πに相当するため、位相差0と同じである。このため、高さhの段差は波長λ1の光ビームの位相分布に影響を与えず、光ディスク9(図26)の記録再生には影響を与えない。一方、波長λ2の光に対しては、波長λ2での波長選択位相板205の屈折率をn2とすると、h×(n2−1)/λ2≒0.6、すなわち波長の整数倍ではない光路差を生じる。この光路差による位相差を利用して、先に述べた収差補正を行っている。
【0015】
また、第3の従来例として、複数の対物レンズを機械的に切り替えて用いる構成が、特開平11−296890号公報等に開示されている。
【0016】
さらに、第4の従来例として、異なる曲率半径を有する反射面を有するミラーが光軸を折り曲げる立ち上げミラーの機能も兼ねる構成が、特開平11−339307号公報に開示されている。
【0017】
第5の従来例としては、第1の従来例と同様に、屈折型の対物レンズとホログラムを組み合わせて、異なる波長の光の同じ次数の回折光に生じる色収差を利用して、基材厚の差を補正する構成が、特開平2000−81566号公報に開示されている。
【0018】
第6の従来例としては、図28に示すように、屈折型の対物レンズ281と、回折面と屈折面を有するホログラム282を組み合わせる構成が、西岡澄人らによる“BD/DVD/CD互換光ピックアップ技術”(第50回春季応用物理学関係連合講演会講演予稿集、27p−ZW−10(2003.3 神奈川大学))に記載されている(本願の優先権出願の出願後に公開)。この第6の従来例では、ホログラム282により、青色光ビームに対しては+2次回折光を、赤色光ビームに対しては+1次回折光を発生させて、色収差補正を行い、また、青色光ビームに対しては発散光を、赤色光ビームに対しては収束光をホログラム282と対物レンズ281に入射させることにより、異なる基材厚により発生する球面収差を補正している。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
上記第1の従来例の技術思想は、少なくとも以下の3点の技術思想を提案している。第1に、ホログラムの回折を利用して、基材厚の異なる光ディスクの互換を実現し、第2に、内外周の設計を変えることによって、NAの異なる集光スポットを形成し、第3に、ホログラムの回折を利用して、基材厚の異なる光ディスクに対して集光スポットの焦点位置を変化させる。これらの技術思想は、光源の発する光の波長を限定するものではない。
【0020】
ここで、第2世代の光ディスクであるDVDは、記録面を2面有する2層ディスクを含む。対物レンズに近い側の記録面(第1記録面)は、対物レンズから遠い面へも光を通す必要があるため、反射率は30%程度に設定される。ところが、この反射率は、赤色光に対してのみ保証されており、他の波長では保証されていない。従って、DVDの再生を確実に行うためには、赤色(波長λ2=630nm〜680nm)の光を用いる必要がある。また、第3世代の光ディスクであるBDの記録、再生においては、集光スポット径を十分に小さくするため、青色(波長λ1=390nm〜415nm)の光を用いる必要がある。このように、特に赤色と青色光を用いて異なる種類の光ディスクを互換する際に、光の利用効率をより高くする構成は、第1の従来例には開示されていない。
【0021】
また、第1の従来例では、ホログラムを凸レンズ型にして+1次回折光を利用し、1種類の光ディスクに対しては、波長変化による焦点位置移動を低減する実施例が開示されているが、2種以上の光ディスクに対して、それぞれ波長変化による焦点位置移動を同時に低減する方策は、開示されていない。
【0022】
第2の従来例では、互換素子として、波長選択位相板を用いている。基材厚の厚いディスクを記録再生する際には、記録面が対物レンズに対して、基材厚の分だけ遠くなるので、焦点距離を延ばす必要がある。焦点距離は、互換素子がレンズパワーを有することによって伸ばすこともできるが、波長選択位相板にはレンズパワーがない。また、従来例2のように、赤色光を発散光にして、このレンズパワーをすべて実現しようとすると、トラック追従などによる対物レンズの移動時に、大きな収差が生じて、記録・再生特性が劣化する。
【0023】
第3の従来例では、対物レンズを切り替えているので、複数の対物レンズを要し、部品点数が多くなると共に、光ヘッド装置の小型化が困難である。また、切り替え機構を要する点でも、装置の小型化を困難にする。
【0024】
第4の従来例では、対物レンズをミラーに対して独立に駆動している(特開平11−339307号公報の第4図から第6図を参照)。ところが、上述のような曲率半径を有するミラーによって光ビームを平行光から変換するので、対物レンズがトラック制御などによって移動すると、入射光波面に対する対物レンズの相対位置が変化し、収差が発生し、集光特性が劣化する。また、ミラーの反射面は、曲率半径を有する面、すなわち球面によって構成されているが、基材厚の差と波長の差を補正するためには球面では不十分であり、5次以上の高次収差を十分に低減することができない。
【0025】
第5の従来例では、これをそのまま赤色光ビームと青色光ビームに適用すると、波長差が大き過ぎるために、同じ次数の回折効率を同時に高くすることができず、光の利用効率が低下するという問題がある。
【0026】
第6の従来例では、青色光ビームに対しては発散光を、赤色光ビームに対しては収束光をホログラムと対物レンズに入射させているので、合焦時(すなわち、光ディスクの情報記録面に回折減界の集光スポットが形成されている状態)において、光ディスクから反射して戻ってきた光ビームも同様に、青色光ビームと赤色光ビームとで平行度が異なるものとなり、サーボ信号を検出するための光検出器を青色光ビームと赤色光ビームとで共用することができない。すなわち、2個以上の光検出器を必要とし、部品点数の増大とこれに伴うコストアップを招くという問題がある。
【0027】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材厚0.6mmで波長λ2(標準的には約660nm)の赤色光ビームに対応した光ディスクと、基材厚0.1mmで波長λ1(標準的には約405nm)の青色光ビームに対応した光ディスクとの互換再生や互換記録を実現する、高い光利用効率を有する複合対物レンズを提供することにある。
【0028】
また、本発明の目的は、かかる複合対物レンズを用いた光ヘッド装置を塔載することで、単一の光ヘッド装置によって、記録密度の異なる複数の光ディスクに対応できる光情報装置を提供することにある。
【0029】
さらに、本発明の目的は、かかる光情報装置を内蔵することで、異なる種類の光ディスクを用途に応じて選択して安定に情報の記録あるいは再生ができるコンピュータ、光ディスクプレーヤー、カーナビゲーションシステム、光ディスクレコーダー、光ディスクサーバーを提供することにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも一部領域内に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、階段状断面形状の段差は単位段差d1の整数倍であり、単位段差d1は、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対して約1波長の光路差を与える段差であり、格子の一周期は、ホログラムの外周側から光軸側に向かって単位段差d1の0倍、2倍、1倍、3倍という順番の高さの階段からなることを特徴とする。
【0031】
第1の複合対物レンズにおいて、格子の階段状断面形状の段差の幅の比が、単位段差d1の0倍、2倍、1倍、3倍という順番の高さにそれぞれ対応して、2:3:3:2である。
【0032】
また、第1の複合対物レンズにおいて、格子は、ホログラムの内周部にのみ形成される。
【0033】
また、第1の複合対物レンズは、第1光ビームの0次回折光を、厚さt1の基材を通して集光し、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームの1次回折光を、厚さt1より大きい厚さt2の基材を通して集光する。
【0034】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第2の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも内周部に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、階段状断面形状の段差は単位段差d2の整数倍であり、単位段差d2は、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対して約1.25波長の光路差を与える段差であり、格子の一周期は、ホログラムの外周側から光軸側に向かって単位段差d2の0倍、1倍、2倍、3倍という順番の高さの階段からなることを特徴とする。
【0035】
第2の複合対物レンズにおいて、格子の階段状断面形状の段差の幅の比が、前記単位段差d2の0倍、1倍、2倍、3倍という順番の高さにそれぞれ対応して、1:1:1:1である。
【0036】
また、第2の複合対物レンズにおいて、ホログラムは、外周部に形成された階段状断面形状を有する格子を備え、外周部に形成された格子の階段状断面形状の段差は、単位段差d3の整数倍であり、単位段差d3は、第1光ビームに対して約0.25波長の光路差を与える段差であり、外周部に形成された格子の一周期は、ホログラムの外周側から光軸側に向かって単位段差d3の0倍、1倍、2倍、3倍という順番の高さの階段からなる。
【0037】
また、第2の複合対物レンズは、第1光ビームの+1次回折光を、厚さt1の基材を通して集光し、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有しホログラムの内周部に形成された格子を通る第2光ビームの−1次回折光を、厚さt1より大きい厚さt2の基材を通して集光する。
【0038】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第3の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、鋸歯状断面形状の深さh1は、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対して約2波長の光路差を与えて+2次回折光を最も強く発生させる深さであり、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームに対して+1次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする。
【0039】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第4の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、鋸歯状断面形状の深さh2は、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームに対して約1波長の光路差を与えて+1次回折光を最も強く発生させる深さであり、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対して+2次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする。
【0040】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第5の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、鋸歯状断面形状の深さh4は、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対して1.7波長より大きく2波長より小さい光路差を与えて+2次回折光を最も強く発生させる深さであり、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームに対して+1次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする。
【0041】
第5の複合対物レンズにおいて、鋸歯状断面形状の深さh4は、第1光ビームに対して1.9波長の光路差を与える深さであることが好ましい。
【0042】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第6の複合対物レンズは、ホログラムと屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、ホログラムは、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対しては+2次回折光を最も強く発生させ、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームに対しては+1次回折光を最も強く発生させ、屈折型レンズは、ホログラムを介した第1光ビームの+2次回折光を、厚さt1の基材を通して集光し、ホログラムの内周部を介した第2光ビームの+1次回折光を、厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して集光することを特徴とする。
【0043】
第3から第6の複合対物レンズにおいて、ホログラムは、外周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、外周部に形成された格子の鋸歯状断面形状の深さh3は、第1光ビームに対して約1波長の光路差を与えて+1次回折光を最も強く発生させる深さであり、第2光ビームに対しても+1次回折光を最も強く発生させる深さである。
【0044】
第2から第6の複合対物レンズにおいて、第1光ビームを厚さt1の基材を通して集光する場合に、ホログラムは、波長λ1の変化に対する焦点距離の変化を低減するために、凸レンズとして作用するように構成される。
【0045】
第1から第6の複合対物レンズにおいて、ホログラムは、光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離すために、第1光ビームを厚さt1の基材を通して集光する場合に、ホログラムの内周部を通る第2光ビームを、厚さt2の基材を通して集光する場合よりも、凸レンズとしての作用が大きくなるように、あるいはホログラムの内周部を通る第2光ビームを、厚さt2の基材を通して集光する場合に、第1光ビームを厚さt1の基材を通して集光する場合よりも、凸レンズとしての作用が小さくなるように構成される。これにより、光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離す、すなわちワーキングディスタンスを広げることができる。
【0046】
第3から第6の複合対物レンズにおいて、ホログラムを構成する格子の断面形状は、ホログラムを形成する基材が外周側に斜面を有する鋸歯形状である。
【0047】
第1から第6の複合対物レンズにおいて、ホログラムと屈折型レンズは一体固定されることが好ましい。
【0048】
または、第1から第6の複合対物レンズにおいて、屈折型レンズは、集光スポットと反対側の屈折面が非球面であることが好ましい。この場合、ホログラムは、屈折型レンズの非球面に一体形成されることが好ましい。
【0049】
または、第1から第6の複合対物レンズにおいて、ホログラムは、屈折型レンズの表面に一体形成されることが好ましい。
【0050】
第1から第6の複合対物レンズにおいて、第1光ビームが厚さt1の基材を通して集光される開口数をNAb、前記第2光ビームが厚さt2の基材を通して集光される開口数をNArとした場合、NAb>NArである。
【0051】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光ヘッド装置は、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームを出射する第1レーザー光源と、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームを出射する第2レーザー光源と、第1レーザー光源から出射される第1光ビームを受けて、厚さt1の基材を通して第1光ディスクの記録面上に集光し、第2レーザー光源から出射される第2光ビームを受けて、厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して第2光ディスクの記録面上に集光する、第1から第6の複合対物レンズのいずれか1つと、第1および第2光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された第1および第2光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備したことを特徴とする。
【0052】
本発明に係る光ヘッド装置は、第1および第2レーザー光源からそれぞれ出射された第1および第2光ビームを平行光にするコリメートレンズを具備し、第2光ビームを第2光ディスクの記録面上に集光する際には、コリメートレンズを第2レーザー光源側に近づけて、第2光ビームを拡散光にして複合対物レンズに入射させることにより、第2光ディスク側の焦点位置を複合対物レンズから離すことが好ましい。
【0053】
本発明に係る光ヘッド装置において、第1および第2レーザー光源は、その発光点が両方とも、複合対物レンズの第1および第2光ディスク側の焦点位置に対して結像関係にあるように配置され、光検出器は、第1および第2光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された第1および第2光ビームに対して共通に設けられ、第1および第2光ビームを受けてサーボ信号を検出する。
【0054】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光情報装置は、本発明に係る光ヘッド装置と、第1および第2光ディスクを回転するモーターと、光ヘッド装置から得られる信号を受けて、該信号に基づいてモーター、複合対物レンズ、第1および第2レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする。
【0055】
本発明に係る光情報装置において、光ヘッド装置は、第1および第2レーザー光源からそれぞれ出射された第1および第2光ビームを平行光にするコリメートレンズを具備し、本発明に係る光情報装置は、基材の厚さt2が0.6mmである第2光ディスクが装填された場合に、コリメートレンズを第2レーザー光源側に移動制御する。
【0056】
前記の目的を達成するため、本発明に係るコンピュータは、本発明に係る光情報装置と、情報を入力するための入力手段と、入力手段から入力された情報、および光情報装置から再生された情報に基づいて演算を行う演算装置と、入力手段から入力された情報、光情報装置から再生された情報、および演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力するための出力手段とを備えたことを特徴とする。
【0057】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光ディスクプレーヤーは、本発明に係る光情報装置と、光情報装置から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダとを備えたことを特徴とする。
【0058】
前記の目的を達成するため、本発明に係るカーナビゲーションシステムは、本発明に係る光情報装置と、光情報装置から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダとを備えたことを特徴とする。
【0059】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光ディスクレコーダーは、本発明に係る光情報装置と、画像信号を光情報装置に記録する情報信号に変換するエンコーダとを備えたことを特徴とする。
【0060】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光ディスクサーバーは、本発明に係る光情報装置と、外部から入力された情報信号を光情報装置に記録し、また光情報装置から再生された情報信号を外部に出力するための入出力端子とを備えたことを特徴とする。
【0061】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0062】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1による光ヘッド装置の一構成例を示す断面図である。図1において、1は波長λ1(390nm〜415nm:標準的には405nmが多くの場合用いられるので、390nm〜415nmの波長を総称して約405nmと呼ぶ)を有する第1光ビームを出射する第1レーザー光源としての青色レーザー光源、20は波長λ2(630nm〜680nm:標準的には660nmが多くの場合用いられるので、630nm〜680nmの波長を総称して約660nmと呼ぶ)の第2光ビームを出射する第2レーザー光源としての赤色レーザー光源、8はコリメートレンズ、12は光軸を折り曲げる立ち上げミラー、13はホログラム(回折型の光学素子)、14は屈折型レンズとしての対物レンズである。ここで、ホログラム13と対物レンズ14とで、本実施の形態における複合対物レンズが構成される。
【0063】
9は基材厚みt1が約0.1mm(0.06mm〜0.11mmの基材厚を約0.1mmと呼ぶ)あるいはより薄い基材厚みで、波長λ1の第1光ビームによって記録・再生をされる第3世代の光ディスクであるBD(第1光ディスク)、10は基材厚みt2が約0.6mm(0.54mm〜0.65mmの基材厚を約0.6mmと呼ぶ)で、波長λ2の第2光ビームによって記録・再生をされるDVD等の第2世代の光ディスク(第2光ディスク)である。第1光ディスク9および第2光ディスク10は、光の入射面から記録面までの基材のみを図示しているが、実際には、機械的強度を補強し、また外形をCDと同じ1.2mmにするため、保護板が張り合わせられる。第2光ディスク10には、厚み0.6mmの保護材が張り合わせられる。第1光ディスク9には、厚み1.1mmの保護材が張り合わせられる。各実施の形態を通じて参照する図面では、例示を簡単にするため、保護材は省略する。
【0064】
青色レーザー光源1および赤色レーザー光源20は、好ましくは半導体レーザー光源とすることにより、光ヘッド装置、及びこれを用いた光情報装置を小型化、軽量化、低消費電力化することができる。
【0065】
最も記録密度の高い第1光ディスク9の記録再生を行う際には、青色レーザー光源1から出射した波長λ1の青色光ビーム61がビームスプリッター4によって反射され、1/4波長板5によって円偏光になる。1/4波長板5は、波長λ1の青色光ビーム61および波長λ2の赤色光ビーム62の両方に対して、1/4波長板として作用するように設計されている。1/4波長板5を通過した青色光ビーム61は、コリメートレンズ8によって略平行光にされ、さらに立ち上げミラー12によって光軸を折り曲げられ、ホログラム13と対物レンズ14によって、第1光ディスク9の厚さ約0.1mmの基材を通して情報記録面91(図2参照)に集光される。
【0066】
情報記録面91で反射した青色光ビーム61は、もとの光路を逆にたどって(復路)、1/4波長板5によって初期とは直角方向の直線偏光になり、ビームスプリッター4をほぼ全透過し、ビームスプリッター16で全反射され、検出ホログラム31によって回折され、さらに検出レンズ32によって焦点距離を伸ばされて、光検出器33に入射する。光検出器33からの出力信号を演算することによって、焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号や情報信号が得られる。
【0067】
上記のように、ビームスプリッター4は、波長λ1の青色光ビームに対しては、一方向の直線偏光を全反射し、それと直角方向の直線偏光を全透過する偏光分離膜である。またビームスプリッター4は、後で述べるように、波長λ2の赤色光ビームに対しては、赤色レーザー光源20から出射する赤色光ビーム62を全透過する。このように、ビームスプリッター4は、偏光特性と共に波長選択性を有する光路分岐素子である。
【0068】
次に、第2光ディスク10の記録あるいは再生を行う際には、赤色レーザー光源20から出射した略直線偏光で波長λ2の赤色光ビーム62が、ビームスプリッター16とビームスプリッター4を透過し、コリメートレンズ8によって略平行光にされ、さらに立ち上げミラー12によって光軸を折り曲げられ、ホログラム13と対物レンズ14によって第2光ディスク10の厚さ約0.6mmの基材を通して情報記録面101(図2参照)に集光される。
【0069】
情報記録面101で反射した赤色光ビームは、もとの光路を逆にたどって(復路)、ビームスプリッター4をほぼ全透過し、ビームスプリッター16で全反射され、検出ホログラム31によって回折され、さらに検出レンズ32によって焦点距離を伸ばされて、光検出器33に入射する。光検出器33からの出力信号を演算することによって、焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号や情報信号が得られる。
【0070】
上記のように、共通の光検出器33から、第1光ディスク9と第2光ディスク10のサーボ信号を得るためには、青色レーザー光源1と赤色レーザー光源20は、それらの発光点が対物レンズ14側の共通の位置に対して結像関係にあるように配置される。これにより、光検出器の数も配線数も減らすことができる。
【0071】
ビームスプリッター16は、波長λ2の赤色光ビーム62に対して、一方向の直線偏光を全透過し、それと直角方向の直線偏光を全反射する偏光分離膜である。またビームスプリッター16は、波長λ1の青色光ビーム61を全透過する。このように、ビームスプリッター16も、ビームスプリッター4と同様に、偏光特性と共に波長選択性を有する光路分岐素子である。
【0072】
図2は、図1のホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図である。図2において、131は回折型の光学素子としてのホログラムである。ホログラム131は、波長λ1の青色光ビーム61は回折することなく多くの光量を透過し、波長λ2の赤色光ビーム62に対しては、後に説明するように回折を起こす。なお、回折素子を透過する際に回折を受けていない光を0次回折光とも呼ぶので、以下、0次回折光と表記する。
【0073】
ホログラム131は、波長λ1の青色光ビーム61を0次回折光として透過させるので、青色光ビーム61に対して波面の変換は行わない。従って、対物レンズ141は、波長λ1の略平行な青色光ビーム61を、第1光ディスク9の厚さt1の基材を通して情報記録面91上へ集光するように設計される。ホログラム131が青色光ビーム61に対して波面変換を行わないので、第1光ディスク9の記録・再生の観点からは、ホログラム131と対物レンズ141の相対位置を高精度にする必要がなくなる。最も波長が短く、最も高い記録密度の第1光ディスク9に対して記録再生を行う波長λ1の青色光ビーム61に対して、対物レンズ141とホログラム131の許容位置誤差を大きくでき、後で述べるように、より波長の長い光ビームによってより低い記録密度の光ディスクの記録再生を行う場合において、ホログラム131と対物レンズ141の相対位置を考慮すればよい。従って、相対位置の許容誤差量をより大きくすることができ、生産性の優れた光ヘッド装置を構成することが可能である。
【0074】
次に、赤色光ビーム62を用いて光ディスク10の記録、再生を行う際のホログラム131の働きを詳細に説明する。ホログラム131は、波長λ1の青色光ビーム61を0次光として透過し、波長λ2の赤色光ビーム62は回折する。そして、対物レンズ141は、赤色光ビーム62を第2光ディスク10の厚さ約0.6mmの基材を通して情報記録面101に集光する。ここで、第2ディスク10は、その光入射面から情報記録面101までの基材厚が0.6mmと厚くなっており、そのため基材厚0.1mmの第1光ディスク9の記録、再生を行う場合の焦点位置よりも焦点位置を対物レンズ141から離す必要がある。図2に示すように、波面変換によって、赤色光ビーム62を発散光にすることで、この焦点位置の補正と基材厚の差による球面収差の補正を実現している。
【0075】
波長λ2の赤色光ビーム62は、ホログラム131によって、波面の変換を受ける。従って、ホログラム131と対物レンズ141の相対位置に誤差があると、設計通りの波面が対物レンズ141に入射せず、第2光ディスク10へ入射する波面に収差が生じ、集光特性が劣化する。そこで、望ましくは、ホログラム131と対物レンズ141を支持体34によって一体に固定し、あるいはホログラム131を対物レンズ141表面に直接形成することにより、焦点制御やトラッキング制御に際しては、共通の駆動手段15(図1)によって一体に駆動を行う。
【0076】
図3Aは、ホログラム131の構造を示す平面図で、図3Bは、ホログラム131の構造を示す、図2と同様の断面図である。ホログラム131は、内外周境界131Aの内側(内周部131C)と外側(内外周境界131Aと有効範囲131Dとの間の外周部131B)とで異なる構造を有する。内周部131Cは、ホログラム131と光軸との交点、すなわち中心を含む領域である。この領域は、赤色光ビーム62を用いて第2光ディスク10の記録、再生を行う際も、青色光ビーム61を用いて第1光ディスク9の記録、再生を行う際も使用される。
【0077】
従って、内周部131Cに、同心円状の回折格子が形成される。外周部131Bについては、第1光ディスク9を青色光ビーム61によって記録、再生するときの開口数NAbが、第2光ディスク10を赤色光ビーム62によって記録、再生するときの開口数NArよりも大きい(NAb>NAr)必要があるので、青色光ビーム61および赤色光ビーム62をそれぞれ対応する第1光ディスク9と第2光ディスク10に対して集光する内周部131Cの周囲に、青色光ビーム61のみを第1光ディスク9に対して集光し、赤色光ビーム62は第2光ディスク10に対して収差を有するような外周部131Bを設ける必要がある。
【0078】
本実施の形態では、外周部131Bにはホログラムを形成しない。外周部131Bを透過した青色光ビーム61が、第1光ディスク9に対して約0.1mmの基材を透過した後に集光されるように、対物レンズ141を設計することにより、外周部131Bを通る赤色光ビーム62は、第2光ディスク10に対して絞られず、NAb>NArの条件を実現できる。
【0079】
図4Aおよび図4Bは、それぞれ、図3Aに示すホログラム131の内周部131Cに形成される格子の一周期(p1)間の物理的な段差を示す断面図、および図4Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図である。ここで、本実施の形態によるホログラム131は、レンズ作用を有するものであり、格子ピッチは局所的に変化している。なお、格子ピッチは、ホログラム131上の任意の点におけるものを代表として取り上げているに過ぎない。以下、他の実施の形態でも同じである。図4Aおよび図4Bにおいて、下側がホログラム基材側(屈折率の高い側)、上側が空気側(屈折率の低い側)を表している。以下、類似の図面では同じ定義を用いる。
【0080】
図4Aにおいて、縦方向は段差を示している。このように、矩形形状を組み合わせたような形状を、本願では、階段状の形状と呼ぶ。nbは、青色光ビーム61(波長λ1)に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばBK7とすると、nb=1.5302である。ここでは、単に一例としてBK7を例示する。他のガラス材料、さらには、ポリカーボネイトや、ポリシクロオレフィン系の樹脂材料を用いることも可能である。このことは、以下の実施の形態においても同様である。
【0081】
段差の一単位は、青色光ビーム61に対して光路長差が約1波長、すなわち位相差が約2πになる量とする。単位段差d1はd1=λ1/(nb−1)=0.764μmとなる。
【0082】
格子の段差を単位段差d1の整数倍にし、階段状の断面形状にすると、この形状による青色光ビーム61に対する位相変調量は2πの整数倍となり、これは実質的に、位相変調が無いことになる。
【0083】
一方、赤色光ビーム62に対するホログラム材料の屈折率をnrとすると、ホログラム材料がBK7の場合は、nr=1.5142なので、単位段差d1によって赤色光ビーム62に発生する光路長差は、d1×(nr−1)/λ2=0.595、すなわち、波長λ2の約0.6倍となる。
【0084】
そこで、図4Aに示すように、右から、段差をd1の0倍、2倍、1倍、3倍の順にした階段形状とすると、まず、上記の説明の通り、青色光ビーム61に対しては、原理的には位相変調が起こらず、回折が起こらない、すなわち0次回折光が最も強くなる。そして、赤色光ビーム62に対しては光路長差が、波長λ2の0倍、1.2倍、0.6倍、1.8倍の順の階段形状に変化するが、このうち整数倍は位相変調がないのと同じことなので、実質的には、波長λ2の、0倍、0.2倍、0.6倍、0.8倍の順の階段形状に変化することとなり、図4Bに示したようになる。このような階段形状の変化に対して、さらに、一周期の中での各階段の幅を変化させて回折効率を計算したところ、図4Aに示すように、階段幅の比を約2:3:3:2としたときに、赤色光ビーム62の+1次回折光の回折効率が最も高くなり、スカラー計算によると、約75%得られることがわかった。
【0085】
なお、ここで言う階段幅の比は、周囲の格子ピッチが一定の時はそのまま物理長の比になるが、周囲の格子ピッチが急激に変化しているときはその変化に合わせて、変化させることが望ましい。後から述べる実施の形態でもこの点は同じである。青色光ビーム61に対しては位相変調が起こらず、赤色光ビーム62に対しては回折させる階段状の構造は、第2の従来例として挙げた特開平10−334504号公報やISOM2001のセッションWe−C−05(予稿集30頁)にも開示されているが、本実施の形態のように、段差を単位段差d1の0倍、2倍、1倍、3倍の順にした階段形状にすること、また階段幅の比を約2:3:3:2とすることは示されていない。
【0086】
本実施例の構成により、まず、段差を単位段差d1の3倍までという、4段の階段形状としては最小とすることで、製作誤差や、階段の壁面(図の上下方向に切り立つ面)による光量損失を最小限に抑えると共に、最適な階段幅の比を見いだすことによって、赤色光ビーム62の+1次回折光の光量を多くでき、特に記録光量の確保に有利であるが、従来例では、このような効果を得ることはできない。
【0087】
さらに、光ヘッド装置の全体構成として、下記に付加的に有効な構成例を示す。下記は、すべての実施の形態において有効である。ただし、本実施の形態の重要な点は、第1光ディスク9と第2光ディスク10の互換再生・記録を実現するためのホログラム13(本実施の形態では131)と、これに組み合わせて用いる対物レンズ14(本実施の形態では141)にあり、それ以外に説明する構成は下記を含め、すでに説明した構成でも、ビームスプリッター16や、検出レンズ32、検出ホログラム31は必須の要素ではなく、好ましい構成としてそれぞれ効果を有するものの、それ以外の構成も適宜使用可能である。
【0088】
図1において、3ビーム格子(回折素子)3をさらに青色レーザー光源1からビームスプリッター4までの間に配置することにより、第1光ディスク9のトラッキングエラー信号を、よく知られたディファレンシャルプッシュプル(DPP)法によって検出することも可能である。
【0089】
また、光軸に対して垂直な2方向をx方向とy方向と定義した場合、例えばx方向のみを拡大するようなビーム整形素子2をさらに青色レーザー光源1からビームスプリッター4までの間に配置することにより、青色光ビーム61の遠視野像を、光軸を中心に点対称系に近い強度分布に近づけることができ、光の利用効率の向上を図ることができる。ビーム整形素子2は、両面シリンドリカルレンズなどを用いることによって構成可能である。
【0090】
3ビーム格子(回折素子)22をさらに赤色レーザー光源20からビームスプリッター16までの間に配置することにより、第2光ディスク10のトラッキングエラー信号を、よく知られたディファレンシャルプッシュプル(DPP)法によって検出することも可能である。
【0091】
また、コリメートレンズ8を光軸方向(図1の左右方向)へ動かすことにより、光ビームの平行度を変化させることも有効である。基材の厚さ誤差や、第1光ディスク9が2層ディスクの場合に層間厚さに起因する基材厚さがあると、球面収差が発生するが、このようにコリメートレンズ8を光軸方向に動かすことによって、その球面収差を補正することができる。このように、コリメートレンズ8を動かすことによる球面収差の補正は、第1光ディスク9に対する集光光の開口数NAが0.85の場合に数100mλ程度可能であり、±30μmの基材厚さを補正することもできる。
【0092】
しかし、基材厚0.1mmに対応した対物レンズ14を用いて、DVDの記録・再生を行う際には基材厚差を0.5mm以上補償する必要があり、コリメートレンズ8の移動だけでは球面収差の補正能力が不足であり、ホログラム13(一例として131)による波面変換が必要である。ただし、赤色光ビーム62を用いて第2光ディスク10の記録・再生を行う場合に、コリメートレンズ8を図1の左側、すなわち赤色レーザー光源20へ近い側に移動しておくことによって、対物レンズ14へ向かう赤色光ビーム62を発散光にし、第2光ディスク10に対する集光スポットをより対物レンズ14から離すと共に、基材厚さによる収差の一部を補正し、ホログラム13に求められる収差補正量を低減してホログラムピッチを広くし、ホログラム13の作成を容易にすることもできる。
【0093】
さらに、ビームスプリッター4を、青色レーザー光源1から出射する直線偏光の光を一部(例えば、10%程度)透過するよう構成にして、透過した光ビームをさらに集光レンズ6によって光検出器7へ導くことで、光検出器7から得られる信号を用いて青色レーザー光源1の発光光量変化をモニターしたり、さらに、その光量変化をフィードバックして、青色レーザー光源1の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【0094】
さらに、ビームスプリッター4を、赤色レーザー光源20から出射する直線偏光の光を一部(例えば、10%程度)反射するように構成して、反射した光ビームをさらに集光レンズ6によって光検出器7へ導くことで、光検出器7から得られる信号を用いて赤色レーザー光源20の発光光量変化をモニターしたり、さらに、その光量変化をフィードバックして、赤色レーザー光源20の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【0095】
また、図2に示すように、青色光ビーム61を第1光ディスク9に対して集光する際の開口数(NA)を所望の値(約0.85)にするために、開口制限手段341を設けることが有効である。特に、支持体34を用いて対物レンズ141とホログラム131を一体的に固定し、これを駆動手段15(図1)によって移動する場合には、支持体34の形状を例えば図2のような形状にして、開口制限手段341を一体形成して兼ねると、部品点数を削減できる。
【0096】
また、図2において、対物レンズ14(一例として141)の、第2光ディスク10に近い側であって、光軸から離れていて青色光ビーム61が通らない部分を切り取る(切り欠き部1411を形成する)、あるいは、はじめから部材のない形に形成することにより、カートリッジに入った光ディスクの記録あるいは再生時に、カートリッジへの対物レンズ14の接触を防止することもできる。
【0097】
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態1の説明で参照した図1に示す構成と同じである。本実施の形態では、図1に示すホログラム13と対物レンズ14の構成が実施の形態1とは異なる。
【0098】
図5は、図1に示すホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図である。図5において、132はホログラムである。ホログラム132は、波長λ1の青色光ビーム61を回折させて、凸レンズ作用を及ぼし、波長λ2の赤色光ビーム62に対しては、後述するように、回折させて凹レンズ作用を及ぼす。ここでは、凸レンズ作用を及ぼす最も低次の回折を+1次回折と定義する。すると、赤色光ビーム62は、+1次回折光と共役な、すなわちホログラム132上の各点における回折方向が逆の−1次回折によって、凹レンズ作用を受ける。
【0099】
対物レンズ142は、波長λ1の青色光ビーム61がホログラム132によって回折され凸レンズ作用を受けた後、さらに青色光ビーム61を収束させて第1光ディスク9の厚さ約0.1mmの基材を通して情報記録面91上へ集光するように設計される。
【0100】
次に、赤色光ビーム62を用いて第2光ディスク10の記録・再生を行う際のホログラム132の働きを詳細に説明する。ホログラム132は、波長λ2の赤色光ビーム62を−1次回折して、凹レンズ作用を及ぼす。そして、対物レンズ142は、赤色光ビーム62を、第2光ディスク10の厚さ約0.6mmの基材を通して情報記録面101に集光する。ここで、第2ディスク10はその光入射面から情報記録面101までの基材厚が0.6mmと厚くなっており、基材厚0.1mmの第1光ディスク9を記録再生する場合の焦点位置よりも焦点位置を対物レンズ142より離す必要がある。図5に示すように、波面変換によって、青色光ビーム61を収束光にし、赤色光ビーム62を発散光にすることにより、この焦点位置補正と基材厚差による球面収差の補正を実現している。
【0101】
波長λ1の青色光ビーム61と波長λ2の赤色光ビーム62は、いずれもホログラム132によって波面の変換を受ける。従って、ホログラム132と対物レンズ142の相対位置に誤差があると、設計通りの波面が対物レンズ142に入射せず、第1光ディスク9や第2光ディスク10へ入射する波面に収差が生じ、集光特性が劣化する。そこで、望ましくは、ホログラム132と対物レンズ142を一体に固定し、焦点制御やトラッキング制御に際しては、共通の駆動手段15(図1)によって一体に駆動を行う。
【0102】
図6Aは、ホログラム132の構造を示す平面図で、図6Bは、ホログラム132の構造を示す、図5と同様の断面図である。ホログラム132は、内外周境界132Aの内側(内周部132C)と外側(内外周境界132Aと有効範囲132Dの間の外周部132B)とで異なる構造を有する。内周部132Cは、ホログラム132と光軸との交点、すなわち中心を含む領域である。この領域は、赤色光ビーム62を用いて第2光ディスク10の、記録・再生を行う際も、青色光ビーム61を用いて第1光ディスク9の記録・再生を行う際も使用される。従って、内周部132Cの回折格子と、ここから回折される赤色光ビーム62が通過する対物レンズ142の部分は、青色光ビーム61の+1次回折光を第1光ディスク9に、赤色光ビーム62の−1次回折光を第2光ディスク10に集光するように設計される。
【0103】
外周部132Bについては、第1光ディスク9を青色光ビーム61によって記録・再生するときの開口数NAbが、第2光ディスク10を赤色光ビーム62によって記録・再生するときの開口数NArよりも大きい(NAb>NAr)必要があるので、青色光ビーム61および赤色光ビーム62をそれぞれ対応する第1光ディスク9と第2光ディスク10
に対して集光する内周部の周囲に、青色光ビーム61の+1次回折光のみを第1光ディスク9に対して集光し、赤色光ビーム62の−1次回折光は第2光ディスク10に対して収差を持つように、外周部132Bおよび、これに対応する対物レンズ142の外周部を設ける必要がある。すなわち、図示しないが、対物レンズ142もホログラム132と同様に、内外周によって、異なる設計をすることが望ましい。これによって、最適なNAすなわち、NAb>NArの条件を実現できる。
【0104】
図7A、図7B、および図7Cは、それぞれ、ホログラム132に形成される格子の一周期(p2)間の物理的な段差を示す断面図、図7Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図、および図7Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図である。
【0105】
図7Aにおいて、縦方向は段差を示している。nbは、青色光ビーム61に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばBK7とすると、nb=1.5302である。段差の一単位は、青色光ビームに対して光路長差が約1.25波長、すなわち位相差が約2π+π/2になる量とすると、単位段差d2はd2=1.25×λ1/(nb−1)=0.955μmとなる。
【0106】
格子の段差を単位段差d2の整数倍にし、4段で階段幅の比が1:1:1:1の階段状の断面形状にすると、この形状による青色光ビーム61に対する位相変調量は2π+π/2の整数倍となり、これは実質的に、位相変調量が一段あたりπ/2であることになる。
【0107】
一方、赤色光ビーム62に対するホログラム材料の屈折率をnrとすると、ホログラム材料がBK7の場合は、nr=1.5142であるので、単位段差d2によって赤色光ビーム62に発生する光路長差は、d2×(nr−1)/λ2=0.744、すなわち、波長λ2の約3/4倍となり、位相変調量は一段あたり約−π/2となる。
【0108】
そこで、図7Aのように、格子の段差を単位段差d2の整数倍にし、4段の階段状の断面形状にすると、青色光ビーム61に対しては、段差を重ねていくと、図7Bに示すように、位相変調量が一段あたりπ/2ずつ変化する、すなわち光路長差はλ1の+0.25倍ずつ変化する。段差の物理的形状を図7Aのように作ると、青色光ビーム61は、凸レンズ作用を受ける+1次回折光の回折効率が約80%と計算(スカラー計算)され、回折次数の中で、最も強くなる。
【0109】
そして、赤色光ビーム62に対しては、段差を重ねていくと、図7Cに示すように、位相変調量が一段あたり−π/2ずつ変化する、すなわち光路長差はλ2の−0.25倍ずつ変化する。段差の物理的形状を図7Aのように作ると、赤色光ビーム62は、凹レンズ作用を受ける−1次回折光の回折効率が約80%と計算(スカラー計算)され、回折次数の中で、最も強くなる。
【0110】
本実施の形態で説明した、一段あたり波長の1.25倍の光路長差を生じるような階段状の断面形状を有するホログラム構成により、それぞれ50%以上の回折効率を有する+1次回折光と−1次回折光を利用した異種ディスクの互換記録・再生については、先に挙げたいずれの従来例にも開示されていない。
【0111】
本実施の形態では、上記の新規な構成により、青色光ビーム61と赤色光ビーム62はその回折次数がそれぞれ+1次回折光と−1次回折光となり、その次数差が2となる。従って、同じ収差補正効果や、焦点位置の移動効果を発揮させるために必要なホログラムの最小ピッチを、実施の形態1のそれよりも広くでき、ホログラムを容易に製作でき、また計算通りの回折光量を得やすくできる。
【0112】
また、青色光ビーム61に対しては、ホログラム132が凸レンズ作用を有する。回折作用は、色分散が屈折作用とは逆方向であるので、屈折型の凸レンズである対物レンズ142と組み合わせたときに、数nm以内の波長変化に対する色収差、とりわけ焦点距離の波長依存性を相殺し低減できるという利点がある。
【0113】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態1において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【0114】
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態1の説明で参照した図1に示す構成と同じである。本実施の形態では、図1に示すホログラム13の構成が実施の形態1、2とは異なる。
【0115】
図8Aおよび図8Bは、それぞれ、図1に示すホログラム13の具体例を示す平面図および断面図である。図8Aおよび図8Bにおいて、133はホログラムである。ホログラム133の内周部133Cは、実施の形態2で例示および説明したホログラム132の内周部132Cと同じである。また、外周部133Bの格子ピッチも、実施の形態2で例示および説明したホログラム132の外周部132Bと同じであるが、図8Bに示すように、外周部133Bに形成された格子の断面形状が異なる。
【0116】
図9A、図9B、および図9Cは、それぞれ、ホログラム133の外周部133Bに形成される格子の一周期(p3)間の物理的な段差を示す断面図、図9Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図、および図9Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図である。
【0117】
図9Aにおいて、縦方向は段差を示している。nbは、青色光ビーム61に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばBK7とすると、nb=1.5302である。
【0118】
段差の一単位は、青色光ビーム61に対して光路長差が約0.25波長、すなわち位相差が約π/2になる量とすると、単位段差d3はd3=0.25×λ1/(nb−1)=0.191μmとなる。
【0119】
一方、赤色光ビーム62に対するホログラム材料の屈折率をnrとすると、ホログラム材料がBK7の場合は、nr=1.5142であるので、単位段差d3によって赤色光ビーム62に発生する光路長差は、d3×(nr−1)/λ2=0.149、すなわち、波長λ2の約0.15倍となり、位相変調量は一段あたり約0.3πとなる。
【0120】
そこで、図9Aに示すように、格子の段差を単位段差d3の整数倍にし、4段で各段差の幅の比がほぼ1:1:1:1の階段状の断面形状にすると、青色光ビーム61に対しては、段差を重ねていくと、図9Bに示すように、位相変調量が一段あたりπ/2ずつ変化する、すなわち光路長差はλ1の+0.25倍ずつ変化する。段差の物理的形状を図9Aのように作ると、青色光ビーム61は、凸レンズ作用を受ける+1次回折光の回折効率が約80%と計算(スカラー計算)され、回折次数の中で、最も強くなる。
【0121】
そして、赤色光ビーム62に対しては、段差を重ねていくと、図9Cに示すように、位相変調量が一段あたり−0.3πずつ変化する、すなわち光路長差はλ2の0.15倍ずつ変化する。段差の物理的形状を図9Aのように作ると、赤色光ビーム62は、凸レンズ作用を受ける+1次回折光の回折効率が約50%と計算(スカラー計算)され、回折次数の中で、最も強くなるが、これは、青色光ビーム61と同じ次数なので、第2光ディスク10に対しては収差が大きく、集光されない。また、赤色光ビーム62は、凹レンズ作用を受ける−1次回折光の回折効率が10%以下と十分弱い。従って、赤色光ビーム62の第2光ディスク10に対する開口数を小さくすることで、第1光ディスク9を青色光ビーム61によって記録・再生するときの開口数NAbが、第2光ディスク10を赤色光ビーム62によって記録・再生するときの開口数NArよりも大きい(NAb>NAr)という条件を容易に実現できる。
【0122】
本実施の形態で説明した、ホログラム133の外周部133Bだけ一段あたり波長の0.25倍の光路長差を生じるような階段状の断面形状を有するホログラム構成や、内周部133Cは共役光を利用した異種ディスクの互換記録・再生については、先に挙げたいずれの従来例にも開示されていない。
【0123】
本実施の形態では、上記の新規な構成により、実施の形態2において挙げた利点に加えて、ホログラム133の格子ピッチが比較的狭くなる外周部133Bの格子高さを低くできるので、ホログラム133を容易に製作でき、赤色光ビーム62の第2光ディスク10に対する開口数を小さくすることで、第1光ディスク9を青色光ビーム61によって記録・再生するときの開口数NAbが、第2光ディスク10を赤色光ビーム62によって記録・再生するときの開口数NArよりも大きい(NAb>NAr)という条件を容易に実現できるという利点がある。
【0124】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態1において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【0125】
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態1の説明で参照した図1に示す構成と同じである。本実施の形態では、図1に示すホログラム13と対物レンズ14の構成が実施の形態1〜3とは異なる。
【0126】
図10は、図1に示すホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図である。図10において、134はホログラムである。ホログラム134は、波長λ1の青色光ビーム61を回折して、凸レンズ作用を及ぼし、波長λ2の赤色光ビーム62に対しては、後述するように回折して青色光ビーム61に対する作用よりも弱い凸レンズ作用を及ぼす。ここでは、凸レンズ作用を及ぼす最も低次の回折を+1次回折と定義する。本実施の形態では、青色光ビーム61に対しては、+2次の回折が最も強く起こるように、ホログラム134が設計される。そうすることで、赤色光ビーム62に対しては、+1次回折が最も強く起こる。その結果、赤色光ビーム62の方が青色光ビーム61よりも波長が長いにもかかわらず、ホログラム134上の各点における回折角度は小さくなる。すなわち、ホログラム134が、波長λ1の青色光ビーム61を回折するときの凸レンズ作用の方が、波長λ2の赤色光ビーム62に対して及ぼす凸レンズ作用よりも強くなる。言い換えると、赤色光ビーム62は、ホログラム134によって凸レンズ作用を受けるものの、青色光ビーム61の受ける作用を基準にすると、相対的には回折によって、凹レンズ作用を受ける。
【0127】
対物レンズ144は、波長λ1の青色光ビーム61がホログラム134によって+2次回折されて凸レンズ作用を受けた後に、青色光ビーム61をさらに収束させて、第1光ディスク9の厚さ約0.1mmの基材を通して情報記録面91上へ集光するように設計される。
【0128】
次に、赤色光ビーム62を用いて第2光ディスク10の記録・再生を行う際のホログラム134の働きについて詳細に説明する。ホログラム134は、波長λ2の赤色光ビーム62を+1次回折して、凸レンズ作用を及ぼす。そして、対物レンズ144は、赤色光ビーム62を第2光ディスク10の厚さ約0.6mmの基材を通して情報記録面101に集光する。ここで、第2光ディスク10はその光入射面から情報記録面101までの基材厚が0.6mmと厚くなっており、基材厚0.1mmの第1光ディスク9を記録再生する場合の焦点位置よりも焦点位置を対物レンズ144から離す必要がある。図10に示すように、波面変換によって、青色光ビーム61を収束光にし、赤色光ビーム62の収束度を青色光ビーム61の収束度よりも緩くすることにより、この焦点位置補正と基材厚差による球面収差の補正を実現する。
【0129】
波長λ1の青色光ビーム61と波長λ2の赤色光ビーム62は、いずれもホログラム134によって波面の変換を受ける。従って、ホログラム134と対物レンズ144の相対位置に誤差があると、設計通りの波面が対物レンズ144に入射せず、第1光ディスク9や第2光ディスク10へ入射する波面に収差が生じ、集光特性が劣化する。そこで、望ましくは、ホログラム134と対物レンズ144を一体に固定し、焦点制御やトラッキング制御に際しては、共通の駆動手段15(図1)によって一体に駆動を行う。
【0130】
図11Aは、ホログラム134の構造を示す平面図で、図11Bは、ホログラム134の構造を示す、図10と同様の断面図である。ホログラム134は、内外周境界134Aの内側(内周部134C)と外側(内外周境界134Aと有効範囲134Dの間の外周部134B)とで異なる構造を有する。内周部134Cは、ホログラム134と光軸との交点、すなわち中心を含む領域である。この領域は、赤色光ビーム62を用いて第2光ディスク10の記録・再生を行う際も、青色光ビーム61を用いて第1光ディスク9の記録・再生を行う際も使用される。従って、内周部134Cの回折格子と、ここから回折される赤色光ビーム62が通過する対物レンズ144の部分は、青色光ビーム61の+2次回折光を第1光ディスク9に、赤色光ビーム62の+1次回折光を第2光ディスク10に集光するように設計される。
【0131】
外周部134Bについては、第1光ディスク9を青色光ビーム61によって記録・再生するときの開口数NAbが、第2光ディスク10を赤色光ビーム62によって記録・再生するときの開口数NArよりも大きい(NAb>NAr)必要があるので、青色光ビーム61と赤色光ビーム62をそれぞれ対応する第1光ディスク9と第2光ディスク10に対して集光する内周部の周囲に、青色光ビーム61の+2次回折光のみを第1光ディスク9に対して集光し、赤色光ビーム62の+1次回折光は第2光ディスク10に対して収差を有するように、外周部132B、およびこれに対応する対物レンズ144の外周部を設ける必要がある。すなわち、図示しないが、対物レンズ144もホログラム134と同様に、内外周によって、異なる設計をすることが望ましい。これによって、最適なNAすなわち、NAb>NArの条件を実現できる。
【0132】
図12A、図12B、および図12Cは、それぞれ、ホログラム134に形成される格子の一周期(p4)間の物理的形状を示す断面図、図12Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図、および図12Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図である。
【0133】
図12Aにおいて、格子の一周期(p4)間の物理的な断面形状は、鋸歯状の断面形状を有する。ここで、鋸歯状の断面形状における斜面の方向を表すため、図12Aの断面形状を、基材が左側に斜面を有する断面形状と表現する。この呼び方に従い、図11Bに示すホログラム134の断面形状を、基材が外周側に斜面を有する鋸歯状の断面形状(または、単に、鋸歯形状)と表現する。
【0134】
図12Aにおいて、縦方向は鋸歯状の断面形状を有する格子の深さを示している。nbは、青色光ビーム61に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばBK7とすると、nb=1.5302である。
【0135】
鋸歯状格子の深さh1は、青色光ビーム61に対して光路長差が約2波長、すなわち位相差が約4πになる量にすると、h1=2×λ1/(nb−1)=1.53μmとなる。
【0136】
この形状による青色光ビーム61に対する位相変調量は格子一周期の中で4π(=2×2π)変化するため、青色光ビーム61に対しては、+2次回折光の強度が最大となり、スカラー計算上は100%の回折効率となる。
【0137】
一方、赤色光ビーム62に対するホログラム材料の屈折率をnrとすると、ホログラム材料がBK7の場合は、nr=1.5142であるので、深さh1によって赤色光ビーム62に発生する光路長差は、h1×(nr−1)/λ2=1.19、すなわち、波長λ2の約1.2倍となり、位相変調量は約2.4πとなる。従って、赤色光ビーム62に対しては、+1次回折光の強度が最も強くなり、スカラー計算上の回折効率は約80%となる。
【0138】
図12Aに示すように、格子一周期の形状を、深さh1の鋸歯状の断面形状にすると、青色光ビーム61に対しては、先に説明したように+2次回折が最も強いので、回折角度を決める格子周期は、実質p4/2であり、位相変化は図12Bのようになる。そして、赤色光ビーム62に対しては、+1次回折が最も強いので、回折角度を決める格子周期は、実質p4である。
【0139】
本実施の形態で説明した、青色光ビーム61に対して波長λ1の2倍の光路長差を生じさせ+2次回折を起こす深さの鋸歯状の断面形状を有するホログラムを利用して、赤色光ビーム62の+1次回折光によって異種ディスクの互換記録・再生を実現する概念については、先に挙げたいずれの従来例にも開示されていない。
【0140】
本実施の形態では、上記の新規な構成により、青色光ビーム61および赤色光ビーム62のいずれに対してもホログラム134が凸レンズ作用を有する。回折作用は、色分散が屈折作用とは逆方向であるので、屈折型の凸レンズである対物レンズ144と組み合わせた場合、数nm以内の波長変化に対する色収差、とりわけ焦点距離の波長依存性を相殺し低減できるという利点がある。
【0141】
従って、本実施の形態によれば、ホログラム134だけで、異種ディスクの互換と色収差補正、焦点位置補正という、3つの課題を一挙に解決することができるという顕著な効果が得られる。
【0142】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態1において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【0143】
(実施の形態5)
次に、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態は、実施の形態4のホログラム134における内周部134Cに形成される格子断面形状のみを変更するものである。
【0144】
図13A、図13B、および図13Cは、それぞれ、本実施の形態によるホログラム134の内周部134Cに形成される格子の一周期(p4)間の鋸歯形状を示す断面図、図13Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図、および図13Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図である。
【0145】
図13Aにおいて、縦方向は鋸歯状格子の深さを示している。本実施の形態では、実施の形態4とは異なり、深さは、赤色光ビーム62を基準に決定される。nrは、赤色光ビーム62に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばBK7とすると、nr=1.5142である。
【0146】
鋸歯状格子の深さh2は、赤色光ビーム62に対して光路長差が約1波長、すなわち位相差が約2πになる量にすると、h2=λ2/(nr−1)=1.28μmとなる。
【0147】
一方、青色光ビーム61に対するホログラム材料の屈折率をnbとすると、ホログラム材料がBK7の場合は、nb=1.5302であるので、鋸歯状格子の深さh2によって青色光ビーム61に発生する光路長差は、h2×(nb−1)/λ1=1.68、すなわち、波長λ1の約1.7倍となり、位相変調量は約3.35πとなる。このため、青色光ビーム61に対しては、+2次回折光の強度が最大となり、スカラー計算上は約80%の回折効率となる。
【0148】
図13Aに示すように、格子一周期の形状を、深さh2の鋸歯状の断面形状にすると、青色光ビーム61に対しては、先に説明したように+2次回折が最も強いので、回折角度を決める格子周期は、実質p4/2であり、位相変化は図13Bのようになる。図13Aに示す形状周期p4あたりの位相変調量は約3.35πであるので、図13Bに示すように、実質的な一周期p4/2あたりの光路長差を考えると、波長λ1の0.83倍、位相変調量は約1.7πとなる。そして、赤色光ビーム62に対しては、+1次回折光の強度が最大となり、スカラー計算上は回折効率が100%になり、光の利用効率を高くできる。
【0149】
また、青色光ビーム61の+2次回折光の回折効率は80%程度に下がるが、中心部が下がると相対的に外周部分の光量が上がることになる。半導体レーザー光源の遠視野像は外周部分ほど強度が低くその一部しか使用できないが、このように内周部分の光量が下がると、遠視野像の、より広い範囲を使用できるので、光の利用効率を向上することができる。これは、コリメートレンズ8の焦点距離を短くすることによって実現できるが、これによって、内周部分の光量低下分を補うことが可能である。
【0150】
従って、本実施の形態によれば、図13Aを用いて説明したように、ホログラム134の内周部分を深さh2の鋸歯状格子とすることで、赤色光ビーム62の回折光強度を最大にすることができ、このときに、青色光ビーム61の集光スポットに対する光の利用効率は低下しない。
【0151】
本実施の形態においても、青色光ビーム61および赤色光ビーム62のいずれに対してもホログラム134が凸レンズ作用を有する。回折作用は、色分散が屈折作用とは逆方向であるので、屈折型の凸レンズである対物レンズ144と組み合わせた場合、数nm以内の波長変化に対する色収差、とりわけ焦点距離の波長依存性を相殺し低減できるという利点がある。
【0152】
従って、本実施の形態によれば、ホログラム134だけで、異種ディスクの互換と色収差補正、焦点位置補正という、3つの課題を一挙に解決することができるという顕著な効果が得られる。
【0153】
また、高いNAのレンズは製作の難易度が高いが、ホログラム134が凸レンズ作用を受け持つことにより、組み合わせる屈折型の対物レンズ144の製作難易度を緩和できるという利点もある。
【0154】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態1において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【0155】
(実施の形態6)
次に、本発明の実施の形態6について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態1の説明で参照した図1に示す構成と同じである。本実施の形態では、図1に示すホログラム13の構成が実施の形態1〜5とは異なる。
【0156】
図14は、図1に示すホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図である。図15Aは、ホログラム135の構造を示す平面図で、図15Bは、ホログラム135の構造を示す、図14と同様の断面図である。
図14、図15Aおよび図15Bにおいて、135はホログラムである。図15Aにおいて、ホログラム135の内周部135Cは、例えば実施の形態4あるいは5によるホログラム134の内周部134Cと同じ構造を有する。ここで、ホログラム135の内周部135Cは、実施の形態1〜5において示したいずれの構成であってもよいが、ホログラム134の内周部134Cと同じ構造にした方が、鋸歯形状という形の類似性から、より製作が容易であるという利点がある。
【0157】
図16A、図16B、および図16Cは、それぞれ、本実施の形態によるホログラム135の外周部135Bに形成される格子の一周期(p7)間の物理的な鋸歯形状を示す断面図、図16Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図、および図16Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図である。
【0158】
図16Aにおいて、縦方向は鋸歯形状の深さを示している。nbは、青色光ビーム61に対するホログラム材料の屈折率である。ホログラム材料を、例えばBK7とすると、nb=1.5302である。
【0159】
鋸歯形状の深さh3は、青色光ビーム61に対して光路長差が約1波長(図16B)、すなわち位相差が約2πになる量とすると、h3=λ1/(nb−1)=0.764μmとなる。
【0160】
一方、赤色光ビーム62に対するホログラム材料の屈折率をnrとすると、ホログラム材料がBK7の場合は、nr=1.5142であるので、深さh3によって赤色光ビーム62に発生する光路長差は、図16Cに示すように、h3×(nr−1)/λ2=0.593、すなわち、波長λ2の約0.6倍となり、位相変調量は約1.2πである。従って、赤色光ビーム62に対しては、+1次回折光の強度が最も強くなり約60%となる。
【0161】
このように、図16Aのように、格子一周期の形状を、深さh3の鋸歯状の断面形状にすると、青色光ビーム61に対しては、+1次回折光が最も強い(実施の形態4や5では外周部においても+2次回折光が最も強いが、本実施の形態はこの点が異なる)ので、回折角度を決める格子周期は、実質p7であり、位相変化は図16Bに示すようになる。そして、赤色光ビーム62に対しても、+1次回折光が最も強く、回折角度を決める格子周期は、やはり実質p7である。
【0162】
ホログラム135の外周部135Bは、青色光ビーム61が厚さ約0.1mmの基材を通して集光されるように設計される。このとき、赤色光ビーム62も青色光ビーム61と同じ回折次数である+1次回折を受け、赤色光ビーム62の波長λ2が青色光ビームの波長λ1よりも長いので回折角度は大きくなる。
【0163】
ホログラム135の外周部135Bのブレーズ方向は、内周部135Cと同様に、凸レンズ作用を有するように設計される。このとき、青色光ビーム61よりも赤色光ビーム62の回折角度が大きいので、赤色光ビーム62は、ホログラム135の外周部135Bにおいて強い凸レンズ作用を受ける。これは、例えば、実施の形態4または5によるホログラム134の内周部134Cにおいて赤色光ビーム62の方が青色光ビーム61よりも弱い凸レンズ作用を受ける、あるいは、例えば、実施の形態1によるホログラム131の内周部131Cにおいて凹レンズ作用を受けるのとは全く異なる。このため、外周部135Bによって回折される赤色光ビーム62は内周部135Cを通る赤色光ビーム62と同じ場所に集光されない。
【0164】
このようにして、第1光ディスク9を青色光ビーム61によって記録・再生するときの開口数NAbを、第2光ディスク10を赤色光ビーム62によって記録・再生するときの開口数NArよりも大きく(NAb>NAr)することができる。
【0165】
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、実施の形態1において付加的に述べた構成を組み合わせることも可能である。
【0166】
(実施の形態7)
次に、本発明の実施の形態7について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態1の説明で参照した図1に示す構成と同じである。本実施の形態では、図1に示すホログラム13の構成が実施の形態1〜6とは異なる。
【0167】
本実施の形態は、先に説明した実施の形態4と本実施の形態5の中間形態として、ホログラムの内周部における鋸歯形状の格子の深さh4を、h2<h4<h1としたものである。
【0168】
図17は、本実施の形態におけるホログラム136の内周部136Cに形成される鋸歯状格子の深さh4と回折効率の関係を示すグラフである。図17において、横軸は、鋸歯状格子の深さh4から決まる青色光ビーム61の光路長差が波長λ1の何倍になるかを示している。縦軸は、回折効率の計算値である。
【0169】
鋸歯状格子の深さh4を、h2<h4<h1にするということは、横軸である(光路長差/λ1)が1.7より大きく、2よりも小さい範囲の値を選ぶということを意味する。特に、赤色光ビーム62の+1次回折光の回折効率(破線で示す)と青色光ビーム61の+2次回折光の回折効率(実線で示す)とがほぼ等しくなるように、(光路長差/λ1)を1.88(約1.9)に選ぶ。すなわち、鋸歯状格子の深さh4は、
h4×(nb−1)/λ1=1.88
を満たすように選ばれる。こうすることで、計算上、赤色光ビーム62の+1次回折光に対しても青色光ビーム61の+2次回折光に対しても、約95%の回折効率が得られ、いずれも光量損失を少なく抑えることができる。
【0170】
上記の条件を満たすh4は、λ1が405nmであり、ホログラム材料をBK7とした場合、約1.44μmとなる。
【0171】
(実施の形態8)
次に、本発明の実施の形態8について説明する。本実施の形態による光ヘッド装置の全体構成は、実施の形態1の説明で参照した図1に示す構成とほぼ同じである。本実施の形態では、図1に示すホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの構成が実施の形態1〜7とは異なる。
【0172】
図18は、本実施の形態における対物レンズの具体例を示す断面図である。図18において、本実施の形態における屈折型の対物レンズ147は、第1レンズ1471と第2レンズ1472という、2枚組レンズとして構成される。2枚組レンズは当然ながら、屈折面を4面有するので、設計の自由度が高く、例えば青色光ビーム61に対して対物レンズ147が傾いたときに発生する収差や、軸外収差を小さくできるなど、対物レンズの収差特性を向上させることができる。特に、第1レンズ1471の外側(第2レンズ1472から離れた側)の屈折面を非球面とすることにより、軸外収差を小さくできる。
【0173】
また、実施の形態1において説明したように、ホログラム137を対物レンズ147の表面に形成することで、部品点数を削減できるという利点があるが、特に、ホログラム137を第1レンズ1471の外側(集光スポットや第2レンズ1472から最も離れた側)の面に形成することにより、赤色光ビーム62と青色光ビーム61の両方に対して、対物レンズ147が傾いたときに発生する収差を低減できるという利点がある。なお、ホログラム137としては、実施の形態5〜7いずれかのホログラム構成が用いられる。
【0174】
前述した第6の従来例は、本実施の形態の構成と一見似ているが、第1レンズ1471の外側(第2レンズ1472から離れた側)の屈折面を非球面とすることは開示されておらず、十分な収差特性が得られないという点で異なるものである。また、第6の従来例は、赤色光ビームを強い発散光にしてホログラムと対物レンズに入射している点でも、本実施の形態とは異なり、赤色光ビームと青色光ビームに対して共通の光検出器を用いてサーボ信号を検出することはできない。
【0175】
(実施の形態9)
図19は、本発明の実施の形態9による光情報装置の概略構成図である。本実施の形態による光情報装置67は、実施の形態1から8のいずれかの光ヘッド装置を用いる。
【0176】
図19において、第1光ディスク9(あるいは第2光ディスク10、以下同じ)は、ターンテーブル82に乗せられ、モータ64によって回転される。光ヘッド装置55は、第1光ディスク9上の所望の情報の存在するトラックまで、光ヘッド装置の駆動装置51によって粗動される。
【0177】
また、光ヘッド装置55は、第1光ディスク9との位置関係に対応して、フォーカスエラー(焦点誤差)信号やトラッキングエラー信号を電気回路53へ送る。電気回路53はこの信号受けて、光ヘッド装置55へ、対物レンズを微動させるための信号を送る。この信号によって、光ヘッド装置55は、第1光ディスク9に対してフォーカス制御とトラッキング制御を行いながら、情報の読み出しまたは書き込み(記録)や消去を行う。
【0178】
光情報装置67は、光ヘッド装置として、実施の形態1から8のいずれかの光ヘッド装置を用いるので、単一の光ヘッド装置によって、記録密度の異なる複数の光ディスクに対応することができる。
【0179】
(実施の形態10)
図20は、本発明の実施の形態10によるコンピュータの一構成例を示す概略図である。なお、本実施の形態によるコンピュータ100は、実施の形態9による光情報装置67を内蔵している。
【0180】
図20において、コンピュータ100は、光情報装置67と、情報の入力を行うためのキーボードあるいはマウス、タッチパネルなどの入力装置101と、入力装置101から入力された情報や、光情報装置67から読み出された情報などに基づいて演算を行う中央演算装置(CPU)などの演算装置102と、演算装置102によって演算された結果などの情報を表示するCRT表示装置や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置103とから構成される。なお、図18は、入力装置101としてキーボードを、出力装置103としてCRT表示装置を用いた場合について例示している。
【0181】
(実施の形態11)
図21は、本発明の実施の形態11による光ディスクプレーヤーの一構成例を示す概略図である。なお、本実施の形態による光ディスクプレーヤー110は、実施の形態9による光情報装置67を内蔵している。
【0182】
図21において、光ディスクプレーヤー110は、光情報装置67と、光情報装置67から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダ111と、液晶モニター112とで構成される。なお、本実施の形態では、表示装置としての液晶モニター112が一体となった携帯型の光ディスクプレーヤー110について例示および説明したが、表示装置が別体である形態も可能である。
【0183】
(実施の形態12)
図22は、本発明の実施の形態12によるカーナビゲーションシステムを塔載した自動車の概略構成図である。図22において、カーナビゲーションシステムは、GPS(Global Positioning System)161と、実施の形態11による光ディスクプレーヤー110と、光ディスクプレーヤー110からの映像信号を表示する表示装置163とから構成される。ここで、光ディスクプレーヤー110としては、映像、ゲーム、地図などの情報を光ディスクから再生できるものであればよく、用途に限定されるものではない。
【0184】
このようなカーナビゲーションシステムを塔載した自動車では、青色光ビームを用いて大容量の映像などを再生でき、広範囲かつ詳細な地図データを扱うことができると共に、既存のDVDに記録された情報も活用できるという利便性を享受することができる。
【0185】
なお、本実施の形態では、乗物として自動車を例に挙げて説明したが、自動車に限らず、電車、飛行機、船舶などの他の乗物にも適用できることは勿論である。
【0186】
(実施の形態13)
図23は、本発明の実施の形態13による光ディスクレコーダーの一構成例を示す概略図である。なお、本実施の形態による光ディスクレコーダー120は、実施の形態9による光情報装置67を内蔵している。
【0187】
図23において、光ディスクレコーダー120は、光情報装置67と、画像信号を光ディスクに記録する情報信号に変換するエンコーダ121と、光情報装置67から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダ111とから構成され、光ディスクレコーダー120には、CRT表示装置などの出力装置103が接続されている。これにより、入力された画像信号をエンコーダ121により情報信号に変換して光ディスクに記録しながら、光ディスクに既に記録されている情報信号を再生しデコーダ111により画像信号に変換して、出力装置103であるCRT表示装置に表示させることができる。
【0188】
(実施の形態14)
図24は、本発明の実施の形態14による光ディスクサーバーの一構成例を示す概略図である。なお、本実施の形態による光ディスクサーバー150は、実施の形態9による光情報装置67を内蔵している。
【0189】
図24において、光ディスクサーバー150は、光情報装置67と、外部から光情報装置67に記録する情報信号を取り込んだり、光情報装置67から読み出した情報信号を外部に出力する有線または無線の入出力端子151と、複数の光ディスクを光情報装置67に出し入れするチェンジャー152とから構成される。また、光ディスクサーバー150には、入力装置101としてキーボードが、出力装置103としてCRT表示装置が接続されている。
【0190】
これによって、光ディスクサーバー150は、ネットワーク153、すなわち、複数の機器、例えばコンピューター、電話、テレビチューナーなどと情報をやりとりし、これら複数の機器に対する共有の情報サーバーとして利用することが可能となる。また、チェンジャー152を内蔵することにより、多くの情報を記録・蓄積することができる。
【0191】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基材厚0.6mmで波長λ2(標準的には約660nm)の赤色光ビームによる記録再生に対応した光ディスクと、基材厚0.1mmで波長λ1(標準的には約405nm)の青色光ビームによる記録再生に対応した光ディスクとの互換再生や互換記録を実現する、高い光利用効率を有する複合対物レンズを提供することが可能になる。
【0192】
また、かかる複合対物レンズを光ヘッド装置に用い、かかる光ヘッド装置を光情報装置に塔載することで、単一の光ヘッド装置によって、記録密度の異なる複数の光ディスクに対応することが可能になる。
【0193】
さらに、上記の光情報装置をコンピュータや、光ディスクプレーヤー、光ディスクレコーダー、光ディスクサーバー、カーナビゲーションシステムに内蔵することで、異なる種類の光ディスクに対して安定した情報の記録あるいは再生ができるので、広い用途に使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による光ヘッド装置の一構成例を示す断面図
【図2】図1のホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図3A】図2のホログラム131の構造を示す平面図
【図3B】図2のホログラム131の構造を示す断面図
【図4A】図3Aに示すホログラム131の内周部131Cに形成される格子の一周期(p1)間の階段形状を示す断面図
【図4B】図4Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図
【図5】本発明の実施の形態2における、図1に示すホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図6A】図5のホログラム132の構造を示す平面図
【図6B】図5のホログラム132の構造を示す断面図
【図7A】ホログラム132に形成される格子の一周期(p2)間の階段形状を示す断面図
【図7B】図7Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図
【図7C】図7Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図
【図8A】本発明の実施の形態3における、図1に示すホログラム13の具体例を示す平面図
【図8B】本発明の実施の形態3における、図1に示すホログラム13の具体例を示す断面図
【図9A】ホログラム133の外周部133Cに形成される格子の一周期(p3)間の階段形状を示す断面図
【図9B】図9Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図
【図9C】図9Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図
【図10】本発明の実施の形態4における、図1に示すホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図11A】図10のホログラム134の構造を示す平面図
【図11B】図10のホログラム134の構造を示す断面図
【図12A】ホログラム134に形成される格子の一周期(p4)間の鋸歯形状を示す断面図
【図12B】図12Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図
【図12C】図12Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図
【図13A】本発明の実施の形態4によるホログラム134の内周部134Cに形成される格子の一周期(p4)間の鋸歯形状を示す断面図
【図13B】図13Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図
【図13C】図13Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図
【図14】本発明の実施の形態5における、図1に示すホログラム13と対物レンズ14からなる複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図15A】図14のホログラム135の構造を示す平面図
【図15B】図14のホログラム135の構造を示す断面図
【図16A】ホログラム135の外周部135Bに形成される格子の一周期(p7)間の物理的な鋸歯形状を示す断面図
【図16B】図16Aに対応した青色光ビーム61(波長λ1)に対する位相変調量を示す図
【図16C】図16Aに対応した赤色光ビーム62(波長λ2)に対する位相変調量を示す図
【図17】本発明の実施の形態7におけるホログラム136の内周部136Cに形成される鋸歯状格子の深さh4と回折効率の関係を示すグラフ
【図18】本発明の実施の形態8における複合対物レンズの具体例を示す断面図
【図19】本発明の実施の形態9による光情報装置の概略構成図
【図20】本発明の実施の形態10によるコンピュータの一構成例を示す概略図
【図21】本発明の実施の形態11による光ディスクプレーヤーの一構成例を示す概略図
【図22】本発明の実施の形態12によるカーナビゲーションシステムの一構成例を示す概略図
【図23】本発明の実施の形態13による光ディスクレコーダーの一構成例を示す概略図
【図24】本発明の実施の形態14による光ディスクサーバーの一構成例を示す概略図
【図25A】第1の従来例において、基材厚0.6mmの光ディスク10に0次回折光42を集光する光ヘッド装置の概略構成を示す断面図
【図25B】第1の従来例において、基材厚1.2mmの光ディスク11に+1次回折光43を集光する光ヘッド装置の概略構成を示す断面図
【図26】第2の従来例としての光ヘッド装置の概略構成を示す断面図
【図27A】図26の波長選択位相板205の構造を示す平面図
【図27B】図26の波長選択位相板205の構造を示す断面図
【図28】第6の従来例としての光ヘッド装置の概略構成を示す断面図
【符号の説明】
1 青色レーザー光源
2 ビーム整形素子
3、22 3ビーム格子
4、16 ビームスプリッター
5 1/4波長板
6 集光レンズ
7 光検出器
8 コリメートレンズ
9 第1光ディスク
10 第2光ディスク
13、131、132、133、134、135、136、137 ホログラム
14、141、142、143、144、145、147 対物レンズ
1471 第1対物レンズ
1472 第2対物レンズ
15 駆動手段
20 赤色レーザー光源
32 検出レンズ
33 光検出器
51 光ヘッド装置の駆動装置
53 電気回路
55 光ヘッド装置
61 青色光ビーム(第1光ビーム)
62 赤色光ビーム(第2光ビーム)
64 モーター
67 光情報装置
100 コンピュータ
101 入力装置
102 演算装置
103 出力装置
110 光ディスクプレーヤー
111 デコーダ
112 液晶モニター
120 光ディスクレコーダー
121 エンコーダ
150 光ディスクサーバー
151 入出力端子
152 チェンジャー
153 ネットワーク
161 GPS
163 表示装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a compound objective lens in which an objective lens and a hologram that is a diffractive element are combined, and records, reproduces, or erases information by condensing light beams of a plurality of wavelengths on an optical disk via the compound objective lens. The present invention relates to an optical head device, an optical information device having the optical head device mounted thereon, and a computer, an optical disk player, a car navigation system, an optical disk recorder, and an optical disk server to which the optical information device is applied.
[0002]
[Prior art]
Optical memory technology using an optical disk having a pit-shaped pattern as a high-density, large-capacity storage medium has been put to practical use while expanding its applications with digital audio disks, video disks, document file disks, and even data files. . The function of successfully performing information recording / reproduction on an optical disk with high reliability through a minutely focused light beam is a condensing function that forms a diffraction-limited minute spot, and a focus control of an optical system ( Focus servo), tracking control, and pit signal (information signal) detection.
[0003]
In recent years, with the development of optical system design technology and the shortening of the wavelength of a semiconductor laser as a light source, the development of a high-density optical disk having a storage capacity larger than that of a conventional one has been progressing. As an approach for increasing the density, it has been considered to increase the numerical aperture (NA) on the optical disc side of a condensing optical system that narrows a light beam onto an optical disc. At this time, a problem is an increase in the amount of aberration generated due to the tilt (so-called tilt) of the optical axis. When the NA is increased, the amount of aberration generated with respect to the tilt increases. To prevent this, the thickness (base material thickness) of the substrate of the optical disk may be reduced.
[0004]
A compact disk (CD), which can be said to be the first generation of optical disks, uses infrared light (wavelength λ3 of 780 nm to 820 nm) and an objective lens with NA of 0.45, and the substrate thickness of the disk is 1.2 mm. The second generation DVD uses red light (wavelength λ2 is 630 nm to 680 nm, standard wavelength 660 nm) and an objective lens with NA of 0.6, and the base material thickness of the disc is 0.6 mm. Further, a third-generation optical disk (hereinafter also referred to as a BD (Blue-ray Disk)) uses blue light (wavelength λ1 is 390 nm to 415 nm, standard wavelength 405 nm) and an objective lens with an NA of 0.85, and The substrate thickness is 0.1 mm. In this specification, the substrate thickness refers to a thickness from a surface on which an optical beam is incident on an optical disk (or information medium) to an information recording surface.
[0005]
As described above, the thickness of the base material of the optical disk decreases as the density increases. From the viewpoints of economy and space occupied by the device, an optical information device capable of recording and reproducing optical disks having different substrate thicknesses and different recording densities is desired. For that purpose, an optical head device having a condensing optical system capable of condensing a light beam to a diffraction limit on optical disks having different substrate thicknesses is required.
[0006]
Further, when recording / reproducing an optical disk having a thick base material, it is necessary to condense a light beam on a recording surface deeper from the surface of the disk, so that a longer focal length is required.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-98431 discloses a configuration for realizing an optical head device for performing recording and reproduction on optical disks having different substrate thicknesses. This will be described as a first conventional example with reference to FIGS. 25A and 25B.
[0008]
25A and 25B,
[0009]
As shown in FIG. 25A, the
[0010]
As described above, by combining the
[0011]
In addition, there is disclosed a configuration for performing compatible reproduction on optical disks of different types using light beams having a plurality of wavelengths. As a second conventional example, a configuration in which a wavelength selection phase plate is combined with an objective lens is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-334504 and Session We-C-05 of ISOM2001 (page 30 of the proceedings). The configuration disclosed in the session We-C-05 of the ISOM2001 (page 30 of the proceedings) will be described with reference to FIGS. 26, 27A and 27B.
[0012]
FIG. 26 is a sectional view showing a schematic configuration of an optical head device as a second conventional example. In FIG. 26, parallel light emitted from a blue light
[0013]
The
[0014]
27A and 27B are a plan view and a cross-sectional view of the wavelength
[0015]
As a third conventional example, a configuration in which a plurality of objective lenses are mechanically switched and used is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-296890.
[0016]
Further, as a fourth conventional example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-339307 discloses a configuration in which a mirror having a reflecting surface having a different radius of curvature also functions as a rising mirror for bending an optical axis.
[0017]
As a fifth conventional example, as in the first conventional example, a refraction type objective lens and a hologram are combined, and the chromatic aberration generated in the diffracted light of the same order of light of different wavelengths is used to reduce the thickness of the base material. A configuration for correcting the difference is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-81566.
[0018]
As a sixth conventional example, as shown in FIG. 28, a configuration in which a refraction
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
The technical idea of the first conventional example proposes at least the following three technical ideas. First, the compatibility of optical disks with different substrate thicknesses is realized by utilizing the diffraction of the hologram. Second, by changing the design of the inner and outer peripheries, condensed spots with different NAs are formed. By using the diffraction of the hologram, the focal position of the focused spot is changed for optical disks having different substrate thicknesses. These technical ideas do not limit the wavelength of light emitted from the light source.
[0020]
Here, DVD, which is a second generation optical disk, includes a double-layer disk having two recording surfaces. Since the recording surface on the side closer to the objective lens (first recording surface) needs to transmit light to a surface farther from the objective lens, the reflectance is set to about 30%. However, this reflectivity is guaranteed only for red light, and not for other wavelengths. Therefore, in order to reliably reproduce the DVD, it is necessary to use red (wavelength λ2 = 630 nm to 680 nm) light. In addition, in recording and reproduction of a BD which is a third generation optical disk, it is necessary to use blue (wavelength λ1 = 390 nm to 415 nm) light in order to sufficiently reduce the diameter of a focused spot. In this way, the first conventional example does not disclose a configuration for increasing the light use efficiency particularly when different types of optical disks are interchangeable using red and blue light.
[0021]
Further, the first conventional example discloses an embodiment in which a hologram is formed into a convex lens type and + 1st-order diffracted light is used to reduce a focal position shift due to a wavelength change for one type of optical disc. No measures have been disclosed for simultaneously reducing the focal position movement due to wavelength changes for more than one kind of optical disc.
[0022]
In the second conventional example, a wavelength selection phase plate is used as a compatible element. When recording / reproducing a disk with a thick base material, the focal length needs to be extended since the recording surface is farther from the objective lens by the thickness of the base material. The focal length can also be extended by the compatible element having lens power, but the wavelength selective phase plate has no lens power. Further, when the red light is divergent and the lens power is to be realized as in the second conventional example, a large aberration occurs when the objective lens moves due to track following or the like, and the recording / reproducing characteristics deteriorate. .
[0023]
In the third conventional example, since the objective lenses are switched, a plurality of objective lenses are required, the number of components is increased, and it is difficult to reduce the size of the optical head device. Further, the point that a switching mechanism is required also makes it difficult to miniaturize the apparatus.
[0024]
In the fourth conventional example, the objective lens is driven independently of the mirror (see FIGS. 4 to 6 of Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-339307). However, since the light beam is converted from the parallel light by the mirror having the radius of curvature as described above, when the objective lens moves by track control or the like, the relative position of the objective lens with respect to the incident light wavefront changes, and aberration occurs. Light collection characteristics deteriorate. Further, the reflecting surface of the mirror is formed of a surface having a radius of curvature, that is, a spherical surface. However, a spherical surface is not enough to correct the difference between the thickness of the base material and the difference between the wavelengths. The secondary aberration cannot be sufficiently reduced.
[0025]
In the fifth conventional example, if this is applied to the red light beam and the blue light beam as they are, the wavelength difference is too large, so that the diffraction efficiency of the same order cannot be increased at the same time, and the light utilization efficiency decreases. There is a problem.
[0026]
In the sixth conventional example, divergent light for the blue light beam and convergent light for the red light beam are made incident on the hologram and the objective lens. Similarly, the light beam reflected from the optical disk and returned is also different in parallelism between the blue light beam and the red light beam, and a servo signal is generated. A photodetector for detection cannot be shared by the blue light beam and the red light beam. That is, there is a problem that two or more photodetectors are required, which leads to an increase in the number of parts and an accompanying increase in cost.
[0027]
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide an optical disk which is compatible with a red light beam having a substrate thickness of 0.6 mm and a wavelength λ2 (typically about 660 nm). It is an object of the present invention to provide a composite objective lens having a high light use efficiency, which realizes compatible reproduction and compatible recording with an optical disk corresponding to a blue light beam having a wavelength of λ1 (typically about 405 nm) with a material thickness of 0.1 mm. .
[0028]
Another object of the present invention is to provide an optical information device capable of coping with a plurality of optical disks having different recording densities by using a single optical head device by mounting an optical head device using such a compound objective lens. It is in.
[0029]
Further, an object of the present invention is to provide a computer, an optical disk player, a car navigation system, and an optical disk recorder that can stably record or reproduce information by selecting such different types of optical disks according to the purpose by incorporating such an optical information device. To provide an optical disk server.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first compound objective lens according to the present invention is a compound object lens including a hologram and a refractive lens, wherein the hologram has a stepped cross-sectional shape formed in at least a partial area. Wherein the step having a stepped cross-sectional shape is an integral multiple of the unit step d1, and the unit step d1 has a wavelength of about 1 wavelength with respect to the first light beam having the wavelength λ1 in the range of 390 nm to 415 nm. This is a step that gives an optical path difference, and one period of the grating consists of steps having a height of 0, 2, 1 and 3 times the unit step d1 from the outer peripheral side of the hologram to the optical axis side. It is characterized by.
[0031]
In the first compound objective lens, the ratio of the widths of the steps of the stepped cross-sectional shape of the lattice is 2: 0, 2, 1 and 3, respectively, corresponding to the unit steps d1 in the order of 2: 3: 3: 2.
[0032]
In the first compound objective lens, the grating is formed only on the inner peripheral portion of the hologram.
[0033]
Further, the first compound objective lens focuses the 0th-order diffracted light of the first light beam through the base material having the thickness t1, and generates the first-order diffracted light of the second light beam having the wavelength λ2 in the range of 630 nm to 680 nm. The folded light is focused through a substrate having a thickness t2 larger than the thickness t1.
[0034]
In order to achieve the above object, a second compound objective lens according to the present invention is a compound objective lens including a hologram and a refraction lens, and the hologram has a step-shaped cross-sectional shape formed at least on an inner peripheral portion. The step having a stepped cross-sectional shape is an integral multiple of the unit step d2, and the unit step d2 is about 1.25 wavelengths for the first light beam having the wavelength λ1 in the range of 390 nm to 415 nm. One period of the grating is composed of steps having a height of 0, 1, 2, 3 times the unit step d2 from the outer peripheral side of the hologram toward the optical axis side. It is characterized by the following.
[0035]
In the second compound objective lens, the ratio of the width of the steps of the stepped cross-sectional shape of the grating is 1 corresponding to the order of 0 times, 1 time, 2 times, and 3 times the unit steps d2, respectively. : 1: 1: 1.
[0036]
In the second compound objective lens, the hologram includes a grating having a step-shaped cross-sectional shape formed on the outer peripheral portion, and a step of the step-shaped cross-sectional shape of the lattice formed on the outer peripheral portion is an integer of a unit step d3. The unit step d3 is a step that gives an optical path difference of about 0.25 wavelength to the first light beam, and one period of the grating formed on the outer peripheral portion is from the outer peripheral side of the hologram to the optical axis side. , The stairs have heights in the order of 0, 1, 2, 3 times the unit step d3.
[0037]
The second compound objective lens condenses the + 1st-order diffracted light of the first light beam through the base material having a thickness of t1, and has a wavelength λ2 in the range of 630 nm to 680 nm and has an inner peripheral portion of the hologram. The -1st-order diffracted light of the second light beam passing through the formed grating is focused through a substrate having a thickness t2 greater than the thickness t1.
[0038]
In order to achieve the above object, a third compound objective lens according to the present invention is a compound object lens composed of a hologram and a refractive lens, wherein the hologram has a sawtooth cross-sectional shape formed at least on an inner peripheral portion. Having a grating having a sawtooth cross-sectional shape, the depth h1 of which gives an optical path difference of about two wavelengths to the first light beam having the wavelength λ1 in the range of 390 nm to 415 nm, and generates the + 2nd-order diffracted light most strongly. And a depth at which + 1st-order diffracted light is generated most strongly for the second light beam having the wavelength λ2 within the range of 630 nm to 680 nm.
[0039]
In order to achieve the above object, a fourth compound objective lens according to the present invention is a compound object lens composed of a hologram and a refraction type lens, and the hologram has a sawtooth cross-sectional shape formed at least on an inner peripheral portion. And a depth h2 of the sawtooth-shaped cross-section provides an optical path difference of about one wavelength with respect to the second light beam having a wavelength λ2 in the range of 630 nm to 680 nm to generate + 1st-order diffracted light most strongly. And a depth at which the + 2nd-order diffracted light is generated most strongly for the first light beam having the wavelength λ1 in the range of 390 nm to 415 nm.
[0040]
To achieve the above object, a fifth compound objective lens according to the present invention is a compound object lens including a hologram and a refraction lens, and the hologram has a sawtooth cross-sectional shape formed at least on an inner peripheral portion. And a depth h4 of the sawtooth cross-sectional shape having an optical path difference of more than 1.7 wavelengths and less than 2 wavelengths for the first light beam having the wavelength λ1 in the range of 390 nm to 415 nm is +2. This is the depth at which the first-order diffracted light is generated most strongly, and the depth at which the + 1st-order diffracted light is generated most strongly for the second light beam having the wavelength λ2 within the range of 630 nm to 680 nm.
[0041]
In the fifth compound objective lens, the depth h4 of the sawtooth cross-sectional shape is preferably a depth that gives an optical path difference of 1.9 wavelength to the first light beam.
[0042]
To achieve the above object, a sixth compound objective lens according to the present invention is a compound objective lens including a hologram and a refractive lens, wherein the hologram has a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm. For the one light beam, the + 2nd-order diffracted light is generated most strongly, and for the second light beam having the wavelength λ2 in the range of 630 nm to 680 nm, the + 1st-order diffracted light is generated most strongly. The + 2nd-order diffracted light of the first light beam passing through the hologram is condensed through the base material having a thickness of t1, and the + 1st-order diffracted light of the second light beam passing through the inner peripheral portion of the hologram is converted to a thickness larger than the thickness t1. The light is condensed through the substrate having the length t2.
[0043]
In the third to sixth compound objective lenses, the hologram includes a grating formed on the outer peripheral portion and having a sawtooth cross-sectional shape, and the depth h3 of the sawtooth-shaped cross-sectional shape of the grating formed on the outer peripheral portion is equal to the first. This is the depth at which the + 1st-order diffracted light is generated most strongly by giving an optical path difference of about one wavelength to the light beam, and the depth at which the + 1st-order diffracted light is generated most strongly also for the second light beam.
[0044]
In the second to sixth compound objective lenses, when the first light beam is focused through the substrate having the thickness t1, the hologram acts as a convex lens to reduce the change in the focal length with respect to the change in the wavelength λ1. It is configured to
[0045]
In the first to sixth compound objective lenses, when the first light beam is condensed through the base material having a thickness of t1 so that the focal position on the optical disk side is separated from the compound objective lens, the hologram is formed on the inner periphery of the hologram. The second light beam passing through the inner portion of the hologram or the second light beam passing through the inner periphery of the hologram is formed such that the second light beam passing through the portion becomes more effective as a convex lens than when condensing through a substrate having a thickness of t2. When the light is condensed through the base material, the function as the convex lens is configured to be smaller than when the first light beam is condensed through the base material having the thickness t1. Thereby, the focal position on the optical disk side can be separated from the compound objective lens, that is, the working distance can be increased.
[0046]
In the third to sixth compound objective lenses, the cross-sectional shape of the grating forming the hologram is a sawtooth shape in which the base material forming the hologram has a slope on the outer peripheral side.
[0047]
In the first to sixth compound objective lenses, it is preferable that the hologram and the refraction lens are fixed integrally.
[0048]
Alternatively, in any of the first to sixth compound objective lenses, it is preferable that the refraction type lens has an aspherical refraction surface opposite to the converging spot. In this case, the hologram is preferably formed integrally with the aspheric surface of the refraction lens.
[0049]
Alternatively, in the first to sixth compound objective lenses, the hologram is preferably formed integrally with the surface of the refractive lens.
[0050]
In the first to sixth compound objective lenses, the numerical aperture at which the first light beam is focused through the base material having the thickness t1 is NAb, and the aperture at which the second light beam is focused through the base material having the thickness t2 is NAb. When the number is NAr, NAb> NAr.
[0051]
To achieve the above object, an optical head device according to the present invention has a first laser light source that emits a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm, and a first laser light source in a range of 630 nm to 680 nm. A second laser light source that emits a second light beam having a wavelength of λ2, and a first light beam emitted from the first laser light source, which is focused on a recording surface of a first optical disc through a base material having a thickness of t1. The first to sixth composites receive the second light beam emitted from the second laser light source and condense it on the recording surface of the second optical disc through the base material having the thickness t2 larger than the thickness t1. Either one of the objective lenses and a photodetector that receives the first and second light beams respectively reflected on the recording surfaces of the first and second optical discs and outputs an electric signal corresponding to the light amount. Octopus And features.
[0052]
An optical head device according to the present invention includes a collimating lens that collimates first and second light beams respectively emitted from first and second laser light sources, and converts a second light beam to a recording surface of a second optical disc. When converging light on the upper side, the collimator lens is brought closer to the second laser light source side, the second light beam is made into diffused light and made incident on the composite objective lens, so that the focal position on the second optical disk side is changed to the composite objective lens. It is preferred to keep away from.
[0053]
In the optical head device according to the present invention, the first and second laser light sources are arranged so that both light emitting points are in an image-forming relationship with respect to the focal positions of the compound objective lens on the first and second optical disk sides. The photodetector is provided in common with the first and second light beams reflected on the recording surfaces of the first and second optical disks, respectively, and receives the first and second light beams to generate a servo signal. To detect.
[0054]
In order to achieve the above object, an optical information device according to the present invention includes an optical head device according to the present invention, a motor for rotating the first and second optical disks, and a signal obtained from the optical head device. A motor, a compound objective lens, and an electric circuit for driving and controlling the first and second laser light sources based on the signal are provided.
[0055]
In the optical information device according to the present invention, the optical head device includes a collimating lens that converts the first and second light beams respectively emitted from the first and second laser light sources into parallel light, and the optical information device according to the present invention. The apparatus controls the movement of the collimating lens toward the second laser light source when a second optical disc having a substrate thickness t2 of 0.6 mm is loaded.
[0056]
To achieve the above object, a computer according to the present invention includes an optical information device according to the present invention, input means for inputting information, information input from the input means, and information reproduced from the optical information device. An arithmetic unit for performing an arithmetic operation based on the information; and output means for displaying or outputting information input from the input unit, information reproduced from the optical information unit, and a result calculated by the arithmetic unit. It is characterized by.
[0057]
In order to achieve the above object, an optical disc player according to the present invention includes the optical information device according to the present invention, and a decoder for converting an information signal obtained from the optical information device into an image signal.
[0058]
In order to achieve the above object, a car navigation system according to the present invention includes the optical information device according to the present invention, and a decoder that converts an information signal obtained from the optical information device into an image signal. .
[0059]
In order to achieve the above object, an optical disc recorder according to the present invention includes the optical information device according to the present invention, and an encoder that converts an image signal into an information signal to be recorded on the optical information device.
[0060]
In order to achieve the above object, an optical disc server according to the present invention includes an optical information device according to the present invention, an information signal input from outside, recorded in the optical information device, and an information signal reproduced from the optical information device. And an input / output terminal for outputting to the outside.
[0061]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0062]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one configuration example of the optical head device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
[0063]
[0064]
Preferably, the blue
[0065]
When performing recording / reproduction on the first
[0066]
The
[0067]
As described above, the beam splitter 4 is a polarization splitting film that totally reflects the linearly polarized light in one direction and completely transmits the linearly polarized light in the direction perpendicular to the blue light beam of the wavelength λ1. Further, as described later, the beam splitter 4 completely transmits the
[0068]
Next, when performing recording or reproduction on the second
[0069]
The red light beam reflected by the
[0070]
As described above, in order to obtain the servo signals of the first
[0071]
The
[0072]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a specific example of the composite objective lens including the
[0073]
Since the
[0074]
Next, the operation of the
[0075]
The
[0076]
FIG. 3A is a plan view showing the structure of the
[0077]
Therefore, a concentric diffraction grating is formed on the inner peripheral portion 131C. Regarding the outer peripheral portion 131B, the numerical aperture NAb when recording and reproducing the first
[0078]
In the present embodiment, no hologram is formed on outer peripheral portion 131B. By designing the
[0079]
4A and 4B are a cross-sectional view showing a physical step during one period (p1) of a grating formed on the inner peripheral portion 131C of the
[0080]
In FIG. 4A, the vertical direction indicates a step. In this application, a shape obtained by combining rectangular shapes in this way is referred to as a step-like shape. nb is the refractive index of the hologram material with respect to the blue light beam 61 (wavelength λ1). If the hologram material is, for example, BK7, nb = 1.5302. Here, BK7 is illustrated as an example only. It is also possible to use another glass material, further, a polycarbonate or a polycycloolefin-based resin material. This is the same in the following embodiments.
[0081]
One unit of the step is an amount such that the optical path length difference with respect to the
[0082]
When the step of the grating is set to an integral multiple of the unit step d1 and is formed in a stepped cross-sectional shape, the phase modulation amount for the
[0083]
On the other hand, assuming that the refractive index of the hologram material with respect to the
[0084]
Therefore, as shown in FIG. 4A, when the step is formed in a step shape from the right in the order of 0 times, 2 times, 1 time, and 3 times d1, first, as described above, the
[0085]
Note that the ratio of the step width here is the physical length ratio as it is when the surrounding grid pitch is constant, but is changed in accordance with the change when the surrounding grid pitch is rapidly changing. It is desirable. This point is the same in the embodiments described later. The step-like structure in which phase modulation does not occur for the
[0086]
According to the configuration of the present embodiment, first, the step is up to three times the unit step d1, and is minimized in the form of a four-step staircase. This is due to manufacturing errors and wall surfaces of the stairs (surfaces that rise up and down in the figure). By minimizing the light amount loss and finding the optimum ratio of the step width, the light amount of the + 1st-order diffracted light of the
[0087]
Further, as an overall configuration of the optical head device, an additional effective configuration example will be described below. The following is valid in all embodiments. However, an important point of this embodiment is that a hologram 13 (131 in this embodiment) for realizing compatible reproduction / recording of the first
[0088]
In FIG. 1, a tracking error signal of the first
[0089]
When two directions perpendicular to the optical axis are defined as the x direction and the y direction, for example, a
[0090]
By further arranging a three-beam grating (diffraction element) 22 between the red laser
[0091]
It is also effective to change the parallelism of the light beam by moving the collimating lens 8 in the direction of the optical axis (the horizontal direction in FIG. 1). If there is a thickness error of the base material or a base material thickness caused by the interlayer thickness when the first
[0092]
However, when recording / reproducing a DVD using the
[0093]
Further, the beam splitter 4 is configured to partially transmit (eg, about 10%) linearly polarized light emitted from the blue
[0094]
Further, the beam splitter 4 is configured to partially (eg, about 10%) reflect linearly polarized light emitted from the red laser
[0095]
Further, as shown in FIG. 2, in order to set a numerical aperture (NA) for converging the
[0096]
In FIG. 2, a portion of the objective lens 14 (for example, 141) close to the second
[0097]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the optical head device according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 referred to in the description of the first embodiment. In the present embodiment, the configurations of the
[0098]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a specific example of the composite objective lens including the
[0099]
After the
[0100]
Next, the operation of the
[0101]
Both the
[0102]
FIG. 6A is a plan view showing the structure of the
[0103]
Regarding the outer peripheral portion 132B, the numerical aperture NAb when recording / reproducing the first
Only the + 1st-order diffracted light of the
[0104]
7A, 7B, and 7C are cross-sectional views each showing a physical step during one period (p2) of the grating formed on the
[0105]
In FIG. 7A, the vertical direction indicates a step. nb is the refractive index of the hologram material with respect to the
[0106]
When the step of the grating is an integral multiple of the unit step d2 and the cross section has a step-like shape with a step width ratio of 1: 1: 1: 1 in four steps, the phase modulation amount for the
[0107]
On the other hand, assuming that the refractive index of the hologram material with respect to the
[0108]
Therefore, as shown in FIG. 7A, when the step of the grating is an integral multiple of the unit step d2 and has a four-step stair-like cross-sectional shape, the step is superimposed on the
[0109]
Then, when the steps are superimposed on the
[0110]
The hologram configuration having a step-like cross-sectional shape such that an optical path length difference of 1.25 times the wavelength per step described in the present embodiment is obtained, and the + 1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light each having a diffraction efficiency of 50% or more are obtained Neither of the above-mentioned prior arts discloses a compatible recording / reproducing of a heterogeneous disc using the next-order diffracted light.
[0111]
In the present embodiment, the
[0112]
The
[0113]
Further, as the overall configuration of the optical head device, it is possible to combine the configurations additionally described in the first embodiment.
[0114]
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the optical head device according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 referred to in the description of the first embodiment. In the present embodiment, the configuration of the
[0115]
8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, showing a specific example of the
[0116]
9A, 9B, and 9C are cross-sectional views each showing a physical step during one period (p3) of a grating formed on the outer peripheral portion 133B of the
[0117]
In FIG. 9A, the vertical direction indicates a step. nb is the refractive index of the hologram material with respect to the
[0118]
Assuming that one unit of the step is an amount such that the optical path length difference with respect to the
[0119]
On the other hand, assuming that the refractive index of the hologram material with respect to the
[0120]
Therefore, as shown in FIG. 9A, when the steps of the grating are set to an integral multiple of the unit step d3 and the width ratio of each step is substantially 1: 1: 1: 1 in four steps, blue light can be obtained. As shown in FIG. 9B, when the steps are superimposed on the
[0121]
When the steps are superimposed on the
[0122]
The hologram configuration described in the present embodiment, which has a step-like cross-sectional shape in which only the outer peripheral portion 133B of the
[0123]
In the present embodiment, in addition to the advantages described in the second embodiment, the new configuration described above can reduce the grid height of the outer peripheral portion 133B where the grid pitch of the
[0124]
Further, as the overall configuration of the optical head device, it is possible to combine the configurations additionally described in the first embodiment.
[0125]
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the optical head device according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 referred to in the description of the first embodiment. In the present embodiment, the configurations of the
[0126]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a specific example of the composite objective lens including the
[0127]
The
[0128]
Next, the function of the
[0129]
Both the
[0130]
FIG. 11A is a plan view showing the structure of the
[0131]
Regarding the outer
[0132]
12A, 12B, and 12C are cross-sectional views showing a physical shape during one period (p4) of the grating formed on the
[0133]
In FIG. 12A, the physical cross-sectional shape during one period (p4) of the grating has a sawtooth cross-sectional shape. Here, in order to represent the direction of the inclined surface in the sawtooth-shaped cross-sectional shape, the cross-sectional shape in FIG. According to this designation, the cross-sectional shape of
[0134]
In FIG. 12A, the vertical direction indicates the depth of the grating having a sawtooth cross section. nb is the refractive index of the hologram material with respect to the
[0135]
If the depth h1 of the sawtooth grating is such that the optical path length difference with respect to the
[0136]
Since the phase modulation amount of the
[0137]
On the other hand, assuming that the refractive index of the hologram material with respect to the
[0138]
As shown in FIG. 12A, when the shape of one grating period is a saw-tooth cross-sectional shape with a depth h1, the +2 order diffraction is the strongest for the
[0139]
Using the hologram having a sawtooth-shaped cross-section having a depth that causes a difference in optical path length twice the wavelength λ1 to the
[0140]
In the present embodiment, the
[0141]
Therefore, according to the present embodiment, a remarkable effect that three problems of compatibility of different kinds of disks, chromatic aberration correction, and focal position correction can be solved at once by using the
[0142]
Further, as the overall configuration of the optical head device, it is possible to combine the configurations additionally described in the first embodiment.
[0143]
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, only the cross-sectional shape of the lattice formed on the inner peripheral portion 134C of the
[0144]
13A, FIG. 13B, and FIG. 13C are cross-sectional views each showing a sawtooth shape during one period (p4) of a grating formed on the inner peripheral portion 134C of the
[0145]
In FIG. 13A, the vertical direction indicates the depth of the sawtooth lattice. In the present embodiment, unlike the fourth embodiment, the depth is determined based on the
[0146]
When the depth h2 of the sawtooth grating is set such that the optical path length difference with respect to the
[0147]
On the other hand, assuming that the refractive index of the hologram material with respect to the
[0148]
As shown in FIG. 13A, when the shape of one period of the grating is a saw-tooth cross-sectional shape with a depth h2, the +2 order diffraction is the strongest for the
[0149]
Further, the diffraction efficiency of the + 2nd-order diffracted light of the
[0150]
Therefore, according to the present embodiment, as described with reference to FIG. 13A, by making the inner peripheral portion of the hologram 134 a saw-tooth grating having a depth h2, the intensity of the diffracted light of the
[0151]
Also in the present embodiment, the
[0152]
Therefore, according to the present embodiment, a remarkable effect that three problems of compatibility of different kinds of disks, chromatic aberration correction, and focal position correction can be solved at once by using the
[0153]
Although a lens with a high NA is difficult to manufacture, there is an advantage that the difficulty in manufacturing the refraction
[0154]
Further, as the overall configuration of the optical head device, it is possible to combine the configurations additionally described in the first embodiment.
[0155]
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the optical head device according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 referred to in the description of the first embodiment. In the present embodiment, the configuration of
[0156]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a specific example of the composite objective lens including the
In FIGS. 14, 15A and 15B, 135 is a hologram. In FIG. 15A, an inner
[0157]
16A, 16B, and 16C are cross-sectional views each showing a physical sawtooth shape for one period (p7) of a grating formed on the outer peripheral portion 135B of the
[0158]
In FIG. 16A, the vertical direction indicates the depth of the sawtooth shape. nb is the refractive index of the hologram material with respect to the
[0159]
Assuming that the depth h3 of the sawtooth shape is such that the optical path length difference with respect to the
[0160]
On the other hand, assuming that the refractive index of the hologram material with respect to the
[0161]
In this manner, as shown in FIG. 16A, when the shape of one period of the grating is formed in a saw-tooth cross-sectional shape with a depth h3, the + 1st-order diffracted light is the strongest with respect to the blue light beam 61 (the fourth embodiment and the like). In FIG. 5, the + 2nd-order diffracted light is the strongest even in the outer peripheral portion, but this embodiment is different in this respect.) Therefore, the grating period that determines the diffraction angle is substantially p7, and the phase change is as shown in FIG. 16B. The + 1st-order diffracted light is also the strongest with respect to the
[0162]
The outer peripheral portion 135B of the
[0163]
The blazing direction of the outer peripheral portion 135B of the
[0164]
In this way, the numerical aperture NAb when recording / reproducing the first
[0165]
Further, as the overall configuration of the optical head device, it is possible to combine the configurations additionally described in the first embodiment.
[0166]
(Embodiment 7)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the optical head device according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 referred to in the description of the first embodiment. In the present embodiment, the configuration of
[0167]
In the present embodiment, as an intermediate form between Embodiment 4 and
[0168]
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the depth h4 of the sawtooth grating formed on the inner peripheral portion 136C of the hologram 136 and the diffraction efficiency in the present embodiment. In FIG. 17, the horizontal axis indicates how many times the optical path length difference of the
[0169]
Making the depth h4 of the saw-toothed grating h2 <h4 <h1 means that the horizontal axis (optical path length difference / λ1) is selected to be a value larger than 1.7 and smaller than 2. means. In particular, the (optical path length difference / λ1) is set so that the diffraction efficiency of the + 1st-order diffracted light of the red light beam 62 (shown by a broken line) and the diffraction efficiency of the + 2nd-order diffracted light of the blue light beam 61 (shown by a solid line) are substantially equal. To 1.88 (about 1.9). That is, the depth h4 of the sawtooth lattice is
h4 × (nb-1) /λ1=1.88
Is chosen to satisfy By doing so, it is calculated that a diffraction efficiency of about 95% can be obtained for the + 1st-order diffracted light of the
[0170]
H4 that satisfies the above conditions has λ1 of 405 nm, and is about 1.44 μm when the hologram material is BK7.
[0171]
(Embodiment 8)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the optical head device according to the present embodiment is almost the same as the configuration shown in FIG. 1 referred to in the description of the first embodiment. In the present embodiment, the configuration of the compound objective lens including the
[0172]
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a specific example of the objective lens according to the present embodiment. In FIG. 18, the refraction
[0173]
Further, as described in the first embodiment, forming the
[0174]
Although the sixth conventional example described above is apparently similar to the configuration of the present embodiment, it is disclosed that the refracting surface outside the first lens 1471 (on the side away from the second lens 1472) is made aspheric. In that sufficient aberration characteristics cannot be obtained. Further, the sixth conventional example is different from the present embodiment in that the red light beam is made to be a strong divergent light and is incident on the hologram and the objective lens. A servo signal cannot be detected using a photodetector.
[0175]
(Embodiment 9)
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of an optical information device according to
[0176]
In FIG. 19, a first optical disk 9 (or a second
[0177]
The
[0178]
Since the
[0179]
(Embodiment 10)
FIG. 20 is a schematic diagram showing a configuration example of a computer according to the tenth embodiment of the present invention. The
[0180]
In FIG. 20, a
[0181]
(Embodiment 11)
FIG. 21 is a schematic diagram showing a configuration example of an optical disc player according to
[0182]
21, the
[0183]
(Embodiment 12)
FIG. 22 is a schematic configuration diagram of an automobile equipped with a car navigation system according to
[0184]
A car equipped with such a car navigation system can reproduce a large amount of video and the like using a blue light beam, can handle a wide range of detailed map data, and can also record information recorded on an existing DVD. The convenience of being able to use it can be enjoyed.
[0185]
In this embodiment, a vehicle is described as an example of a vehicle. However, it is needless to say that the present invention is not limited to a vehicle but can be applied to other vehicles such as a train, an airplane, and a ship.
[0186]
(Embodiment 13)
FIG. 23 is a schematic diagram showing a configuration example of an optical disc recorder according to
[0187]
In FIG. 23, an
[0188]
(Embodiment 14)
FIG. 24 is a schematic diagram showing a configuration example of the optical disc server according to
[0189]
In FIG. 24, an
[0190]
Thus, the
[0191]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an optical disk capable of recording / reproducing with a red light beam having a substrate thickness of 0.6 mm and a wavelength of λ2 (typically about 660 nm) is provided. It is possible to provide a compound objective lens having high light use efficiency, which realizes compatible reproduction and compatible recording with an optical disk compatible with recording and reproduction using a blue light beam of λ1 (typically about 405 nm).
[0192]
In addition, by using such a compound objective lens for an optical head device and mounting the optical head device on an optical information device, a single optical head device can handle a plurality of optical discs having different recording densities. Become.
[0193]
Furthermore, by incorporating the above optical information device into a computer, an optical disk player, an optical disk recorder, an optical disk server, and a car navigation system, it is possible to record or reproduce information stably on different types of optical disks. It can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one configuration example of an optical head device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a specific example of a composite objective lens including the
FIG. 3A is a plan view showing the structure of the
FIG. 3B is a sectional view showing the structure of the
FIG. 4A is a cross-sectional view showing a staircase shape for one period (p1) of a grating formed on an inner peripheral portion 131C of the
4B is a diagram showing a phase modulation amount for a red light beam 62 (wavelength λ2) corresponding to FIG. 4A.
5 is a cross-sectional view showing a specific example of a compound objective lens including the
FIG. 6A is a plan view showing the structure of a
6B is a sectional view showing the structure of the
FIG. 7A is a sectional view showing a stepped shape during one period (p2) of a grating formed on a
7B is a diagram showing a phase modulation amount for the blue light beam 61 (wavelength λ1) corresponding to FIG. 7A.
7C is a diagram showing a phase modulation amount for the red light beam 62 (wavelength λ2) corresponding to FIG. 7A.
FIG. 8A is a plan view showing a specific example of the
FIG. 8B is a sectional view showing a specific example of the
FIG. 9A is a cross-sectional view showing a staircase shape for one period (p3) of a grating formed on an outer peripheral portion 133C of a
9B is a diagram showing the amount of phase modulation for the blue light beam 61 (wavelength λ1) corresponding to FIG. 9A.
9C is a diagram showing the amount of phase modulation for the red light beam 62 (wavelength λ2) corresponding to FIG. 9A.
FIG. 10 is a sectional view showing a specific example of a compound objective lens including the
11A is a plan view showing the structure of the
11B is a sectional view showing the structure of the
FIG. 12A is a sectional view showing a sawtooth shape during one period (p4) of a grating formed on a
FIG. 12B is a diagram showing the amount of phase modulation for the blue light beam 61 (wavelength λ1) corresponding to FIG. 12A.
12C is a diagram showing a phase modulation amount for the red light beam 62 (wavelength λ2) corresponding to FIG. 12A.
FIG. 13A is a cross-sectional view showing a sawtooth shape for one period (p4) of a grating formed on the inner peripheral portion 134C of the
13B is a diagram showing a phase modulation amount for the blue light beam 61 (wavelength λ1) corresponding to FIG. 13A.
13C is a diagram showing a phase modulation amount for the red light beam 62 (wavelength λ2) corresponding to FIG. 13A.
FIG. 14 is a sectional view showing a specific example of a compound objective lens including the
FIG. 15A is a plan view showing the structure of the
15B is a sectional view showing the structure of the
16A is a cross-sectional view showing a physical sawtooth shape for one period (p7) of a grating formed on an outer peripheral portion 135B of a
16B is a diagram showing a phase modulation amount for the blue light beam 61 (wavelength λ1) corresponding to FIG. 16A.
16C is a diagram showing a phase modulation amount for the red light beam 62 (wavelength λ2) corresponding to FIG. 16A.
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the depth h4 of the sawtooth grating formed on the inner peripheral portion 136C of the hologram 136 and the diffraction efficiency according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a sectional view showing a specific example of a compound objective lens according to Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of an optical information device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a schematic diagram showing a configuration example of a computer according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a schematic diagram showing a configuration example of an optical disc player according to
FIG. 22 is a schematic diagram showing a configuration example of a car navigation system according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a schematic diagram showing a configuration example of an optical disc recorder according to
FIG. 24 is a schematic diagram showing a configuration example of an optical disk server according to
FIG. 25A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical head device that condenses zero-order diffracted light 42 on an
FIG. 25B is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical head device that focuses the + 1st-order diffracted light 43 on the
FIG. 26 is a sectional view showing a schematic configuration of an optical head device as a second conventional example.
27A is a plan view showing the structure of the wavelength
FIG. 27B is a sectional view showing the structure of the wavelength
FIG. 28 is a sectional view showing a schematic configuration of an optical head device as a sixth conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Blue laser light source
2 Beam shaping element
3,22 3-beam grating
4, 16 beam splitter
5 1/4 wavelength plate
6 Condensing lens
7 Photodetector
8 Collimating lens
9 First optical disk
10 Second optical disk
13, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137 Hologram
14, 141, 142, 143, 144, 145, 147 Objective lens
1471 First objective lens
1472 Second objective lens
15 Driving means
20 Red laser light source
32 detection lens
33 Photodetector
51 Driving device for optical head device
53 electric circuit
55 Optical Head Device
61 blue light beam (first light beam)
62 red light beam (second light beam)
64 motor
67 Optical Information Equipment
100 computer
101 Input device
102 arithmetic unit
103 Output device
110 Optical Disc Player
111 decoder
112 LCD monitor
120 Optical Disk Recorder
121 encoder
150 Optical Disk Server
151 I / O terminal
152 changer
153 Network
161 GPS
163 Display device
Claims (32)
前記ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、前記鋸歯状断面形状の深さh2は、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームに対して約1波長の光路差を与えて+1次回折光を最も強く発生させる深さであり、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対して+2次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする複合対物レンズ。A composite objective lens comprising a hologram and a refractive lens,
The hologram includes a grating having a sawtooth cross-sectional shape formed at least on an inner peripheral portion thereof, and a depth h2 of the sawtooth cross-sectional shape is a second light beam having a wavelength λ2 in a range of 630 nm to 680 nm. This is a depth at which an optical path difference of about one wavelength is given to generate the + 1st-order diffracted light most strongly, and the + 2nd-order diffracted light is generated most strongly for the first light beam having the wavelength λ1 in the range of 390 nm to 415 nm. A composite objective lens having a depth to be applied.
前記ホログラムは、少なくとも内周部に形成された鋸歯状断面形状を有する格子を備え、前記鋸歯状断面形状の深さh4は、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対して1.7波長より大きく2波長より小さい光路差を与えて+2次回折光を最も強く発生させる深さであり、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームに対して+1次回折光を最も強く発生させる深さであることを特徴とする複合対物レンズ。A composite objective lens comprising a hologram and a refractive lens,
The hologram includes a grating having a sawtooth cross-sectional shape formed at least on an inner peripheral portion, and a depth h4 of the sawtooth cross-sectional shape is equal to a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm. On the other hand, it is a depth at which an optical path difference larger than 1.7 wavelengths and smaller than 2 wavelengths is given to generate the + 2nd-order diffracted light most strongly, and +1 for the second light beam having the wavelength λ2 within the range of 630 nm to 680 nm. A compound objective lens having a depth at which the next-order diffracted light is generated most strongly.
前記ホログラムは、390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームに対しては+2次回折光を最も強く発生させ、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームに対しては+1次回折光を最も強く発生させ、
前記屈折型レンズは、前記ホログラムを介した前記第1光ビームの+2次回折光を、厚さt1の基材を通して集光し、前記ホログラムの内周部を介した前記第2光ビームの+1次回折光を、前記厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して集光することを特徴とする複合対物レンズ。A composite objective lens comprising a hologram and a refractive lens,
The hologram generates the + 2nd-order diffracted light most strongly for the first light beam having the wavelength λ1 in the range of 390 nm to 415 nm, and generates the second light beam having the wavelength λ2 in the range of 630 nm to 680 nm. On the other hand, the + 1st order diffracted light is generated most strongly,
The refraction type lens condenses + 2nd-order diffracted light of the first light beam through the hologram through a base material having a thickness of t1, and + 1st time of the second light beam through the inner periphery of the hologram. A compound objective lens for condensing folded light through a substrate having a thickness t2 greater than the thickness t1.
630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームを出射する第2レーザー光源と、
前記第1レーザー光源から出射される第1光ビームを受けて、厚さt1の基材を通して第1光ディスクの記録面上に集光し、前記第2レーザー光源から出射される第2光ビームを受けて、前記厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して第2光ディスクの記録面上に集光する、請求項1、5、9、10、11、および13のいずれか一項記載の複合対物レンズと、
前記第1および第2光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第1および第2光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備したことを特徴とする光ヘッド装置。A first laser light source that emits a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm;
A second laser light source that emits a second light beam having a wavelength λ2 in the range of 630 nm to 680 nm;
A first light beam emitted from the first laser light source is received and condensed on a recording surface of a first optical disk through a base material having a thickness of t1, and a second light beam emitted from the second laser light source is emitted. The light receiving device according to any one of claims 1, 5, 9, 10, 11, and 13, wherein the light is condensed on a recording surface of a second optical disc through a base material having a thickness t2 greater than the thickness t1. A compound objective lens,
And a photodetector that receives the first and second light beams respectively reflected on the recording surfaces of the first and second optical discs and outputs an electric signal according to the amount of light. Optical head device.
前記第2光ビームを前記第2光ディスクの記録面上に集光する際には、前記コリメートレンズを前記第2レーザー光源側に近づけて、前記第2光ビームを拡散光にして前記複合対物レンズに入射させることにより、前記第2光ディスク側の焦点位置を前記複合対物レンズから離すことを特徴とする請求項23記載の光ヘッド装置。The optical head device includes a collimating lens that collimates the first and second light beams emitted from the first and second laser light sources, respectively.
When condensing the second light beam on the recording surface of the second optical disc, the collimating lens is brought closer to the second laser light source side to convert the second light beam to a diffused light and the composite objective lens 24. The optical head device according to claim 23, wherein a focal position on the side of the second optical disk is separated from the compound objective lens by making the light incident on the composite objective lens.
前記第1および第2光ディスクを回転するモーターと、
前記光ヘッド装置から得られる信号を受けて、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第1および第2レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする光情報装置。A first laser light source that emits a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm, a second laser light source that emits a second light beam having a wavelength λ2 in a range of 630 nm to 680 nm, A first light beam emitted from the first laser light source is received and condensed on a recording surface of a first optical disc through a base material having a thickness of t1, and a second light beam emitted from the second laser light source is emitted. The light receiving device according to any one of claims 1, 5, 9, 10, 11, and 13, wherein the light is condensed on a recording surface of a second optical disc through a base material having a thickness t2 greater than the thickness t1. A compound objective lens; and a photodetector that receives the first and second light beams respectively reflected on the recording surfaces of the first and second optical discs and outputs an electric signal corresponding to the light amount. Light Storage device,
A motor for rotating the first and second optical disks;
Optical information, comprising: a signal obtained from the optical head device; and an electric circuit for driving and controlling the motor, the compound objective lens, and the first and second laser light sources based on the signal. apparatus.
情報を入力するための入力手段と、
前記入力手段から入力された情報、および前記光情報装置から再生された情報に基づいて演算を行う演算装置と、
前記入力手段から入力された情報、前記光情報装置から再生された情報、および前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力するための出力手段とを備えたコンピュータであって、
前記光情報装置は、
390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームを出射する第1レーザー光源と、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームを出射する第2レーザー光源と、前記第1レーザー光源から出射される第1光ビームを受けて、厚さt1の基材を通して第1光ディスクの記録面上に集光し、前記第2レーザー光源から出射される第2光ビームを受けて、前記厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して第2光ディスクの記録面上に集光する、請求項1、5、9、10、11、および13のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第1および第2光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第1および第2光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第1および第2光ディスクを回転するモーターと、
前記光ヘッド装置から得られる信号を受けて、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第1および第2レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とするコンピュータ。An optical information device;
Input means for inputting information;
An arithmetic unit that performs an arithmetic operation based on information input from the input unit and information reproduced from the optical information device;
A computer comprising: information input from the input means, information reproduced from the optical information device, and output means for displaying or outputting a result calculated by the arithmetic device,
The optical information device,
A first laser light source that emits a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm, a second laser light source that emits a second light beam having a wavelength λ2 in a range of 630 nm to 680 nm, A first light beam emitted from the first laser light source is received and condensed on a recording surface of a first optical disc through a base material having a thickness of t1, and a second light beam emitted from the second laser light source is emitted. The light receiving device according to any one of claims 1, 5, 9, 10, 11, and 13, wherein the light is condensed on a recording surface of a second optical disc through a base material having a thickness t2 greater than the thickness t1. A compound objective lens; and a photodetector that receives the first and second light beams respectively reflected on the recording surfaces of the first and second optical discs and outputs an electric signal corresponding to the light amount. Light Storage device,
A motor for rotating the first and second optical disks;
A computer comprising: a signal that is received from the optical head device; and an electric circuit that drives and controls the motor, the compound objective lens, and the first and second laser light sources based on the signal.
前記光情報装置から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダとを備えた光ディスクプレーヤーであって、
前記光情報装置は、
390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームを出射する第1レーザー光源と、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームを出射する第2レーザー光源と、前記第1レーザー光源から出射される第1光ビームを受けて、厚さt1の基材を通して第1光ディスクの記録面上に集光し、前記第2レーザー光源から出射される第2光ビームを受けて、前記厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して第2光ディスクの記録面上に集光する、請求項1、5、9、10、11、および13のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第1および第2光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第1および第2光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第1および第2光ディスクを回転するモーターと、
前記光ヘッド装置から得られる信号を受けて、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第1および第2レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする光ディスクプレーヤー。An optical information device;
An optical disc player comprising a decoder for converting an information signal obtained from the optical information device into an image signal,
The optical information device,
A first laser light source that emits a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm, a second laser light source that emits a second light beam having a wavelength λ2 in a range of 630 nm to 680 nm, A first light beam emitted from the first laser light source is received and condensed on a recording surface of a first optical disc through a base material having a thickness of t1, and a second light beam emitted from the second laser light source is emitted. The light receiving device according to any one of claims 1, 5, 9, 10, 11, and 13, wherein the light is condensed on a recording surface of a second optical disc through a base material having a thickness t2 greater than the thickness t1. A compound objective lens; and a photodetector that receives the first and second light beams respectively reflected on the recording surfaces of the first and second optical discs and outputs an electric signal corresponding to the light amount. Light Storage device,
A motor for rotating the first and second optical disks;
An optical disc player comprising: a signal obtained from the optical head device; and an electric circuit that drives and controls the motor, the compound objective lens, and the first and second laser light sources based on the signal. .
前記光情報装置から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダとを備えたカーナビゲーションシステムであって、
前記光情報装置は、
390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームを出射する第1レーザー光源と、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームを出射する第2レーザー光源と、前記第1レーザー光源から出射される第1光ビームを受けて、厚さt1の基材を通して第1光ディスクの記録面上に集光し、前記第2レーザー光源から出射される第2光ビームを受けて、前記厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して第2光ディスクの記録面上に集光する、請求項1、5、9、10、11、および13のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第1および第2光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第1および第2光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第1および第2光ディスクを回転するモーターと、
前記光ヘッド装置から得られる信号を受けて、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第1および第2レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とするカーナビゲーションシステム。An optical information device;
A decoder for converting an information signal obtained from the optical information device into an image signal,
The optical information device,
A first laser light source that emits a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm, a second laser light source that emits a second light beam having a wavelength λ2 in a range of 630 nm to 680 nm, A first light beam emitted from the first laser light source is received and condensed on a recording surface of a first optical disc through a base material having a thickness of t1, and a second light beam emitted from the second laser light source is emitted. The light receiving device according to any one of claims 1, 5, 9, 10, 11, and 13, wherein the light is condensed on a recording surface of a second optical disc through a base material having a thickness t2 greater than the thickness t1. A compound objective lens; and a photodetector that receives the first and second light beams respectively reflected on the recording surfaces of the first and second optical discs and outputs an electric signal corresponding to the light amount. Light Storage device,
A motor for rotating the first and second optical disks;
A car navigation system comprising: a motor that receives a signal obtained from the optical head device, and based on the signal, an electric circuit that drives and controls the motor, the compound objective lens, and the first and second laser light sources. system.
画像信号を前記光情報装置に記録する情報信号に変換するエンコーダとを備えた光ディスクレコーダーであって、
前記光情報装置は、
390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームを出射する第1レーザー光源と、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームを出射する第2レーザー光源と、前記第1レーザー光源から出射される第1光ビームを受けて、厚さt1の基材を通して第1光ディスクの記録面上に集光し、前記第2レーザー光源から出射される第2光ビームを受けて、前記厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して第2光ディスクの記録面上に集光する、請求項1、5、9、10、11、および13のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第1および第2光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第1および第2光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第1および第2光ディスクを回転するモーターと、
前記光ヘッド装置から得られる信号を受けて、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第1および第2レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする光ディスクレコーダー。An optical information device;
An encoder for converting an image signal into an information signal to be recorded in the optical information device, comprising:
The optical information device,
A first laser light source that emits a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm, a second laser light source that emits a second light beam having a wavelength λ2 in a range of 630 nm to 680 nm, A first light beam emitted from the first laser light source is received and condensed on a recording surface of a first optical disc through a base material having a thickness of t1, and a second light beam emitted from the second laser light source is emitted. The light receiving device according to any one of claims 1, 5, 9, 10, 11, and 13, wherein the light is condensed on a recording surface of a second optical disc through a base material having a thickness t2 greater than the thickness t1. A compound objective lens; and a photodetector that receives the first and second light beams respectively reflected on the recording surfaces of the first and second optical discs and outputs an electric signal corresponding to the light amount. Light Storage device,
A motor for rotating the first and second optical disks;
An optical disc recorder comprising: a signal obtained from the optical head device; and an electric circuit for driving and controlling the motor, the compound objective lens, and the first and second laser light sources based on the signal. .
外部から入力された情報信号を前記光情報装置に記録し、また前記光情報装置から再生された情報信号を外部に出力するための入出力端子とを備えた光ディスクサーバーであって、
前記光情報装置は、
390nm〜415nmの範囲内にある波長λ1を有する第1光ビームを出射する第1レーザー光源と、630nm〜680nmの範囲内にある波長λ2を有する第2光ビームを出射する第2レーザー光源と、前記第1レーザー光源から出射される第1光ビームを受けて、厚さt1の基材を通して第1光ディスクの記録面上に集光し、前記第2レーザー光源から出射される第2光ビームを受けて、前記厚さt1よりも大きい厚さt2の基材を通して第2光ディスクの記録面上に集光する、請求項1、5、9、10、11、および13のいずれか一項記載の複合対物レンズと、前記第1および第2光ディスクの記録面上でそれぞれ反射された前記第1および第2光ビームを受けて、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを具備した光ヘッド装置と、
前記第1および第2光ディスクを回転するモーターと、
前記光ヘッド装置から得られる信号を受けて、該信号に基づいて前記モーター、前記複合対物レンズ、前記第1および第2レーザー光源を駆動制御する電気回路とを具備したことを特徴とする光ディスクサーバー。An optical information device;
An optical disc server having an input / output terminal for recording an information signal input from outside in the optical information device and outputting an information signal reproduced from the optical information device to the outside,
The optical information device,
A first laser light source that emits a first light beam having a wavelength λ1 in a range of 390 nm to 415 nm, a second laser light source that emits a second light beam having a wavelength λ2 in a range of 630 nm to 680 nm, A first light beam emitted from the first laser light source is received and condensed on a recording surface of a first optical disc through a base material having a thickness of t1, and a second light beam emitted from the second laser light source is emitted. The light receiving device according to any one of claims 1, 5, 9, 10, 11, and 13, wherein the light is condensed on a recording surface of a second optical disc through a base material having a thickness t2 greater than the thickness t1. A compound objective lens; and a photodetector that receives the first and second light beams respectively reflected on the recording surfaces of the first and second optical discs and outputs an electric signal corresponding to the light amount. Light Storage device,
A motor for rotating the first and second optical disks;
An optical disc server comprising: a signal obtained from the optical head device; and an electric circuit for driving and controlling the motor, the compound objective lens, and the first and second laser light sources based on the signal. .
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