JP2004192783A - Optical element, optical lens, optical head device, optical information device, computer, optical information medium player, car navigation system, optical information medium recorder, and optical information medium server - Google Patents

Optical element, optical lens, optical head device, optical information device, computer, optical information medium player, car navigation system, optical information medium recorder, and optical information medium server Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element, an optical lens, and a device and a system employing these in which variation of focal distance and occurrence of spherical aberration are suppressed and reproduction and recording of information are stable at the time of variation in the wavelength such as switching of light quantity. <P>SOLUTION: An optical lens is provided with a hologram 134, a refraction type lens 144, and phase level difference 1442. The hologram 134 comprises a sawtooth type lattice of a sawtooth cross section type. In the hologram 134, +2 order diffraction light is generated most strongly for blue light by setting of depth of the sawtooth type lattice, +1 order diffraction light is generated most strongly for red light. The +2 order diffraction light of blue light is converged through a base material 9 having thickness t1, the +1 order diffraction light of red light is converged through a base material 10 having thickness t2, t1<t2 is satisfied, and difference of optical path length caused when blue light is transmitted through the phase level difference 1442 is five times as much as wavelength of blue light. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば光ディスクなどの光情報媒体上に記憶される情報の記録・再生又は消去を行う光ヘッド装置及び光情報装置、光情報装置における記録再生方法、及びこれらを応用したシステムに関する。さらに、前記光ヘッド装置に用いる対物レンズ(光学レンズ)、回折素子及び位相段差に関する。   The present invention relates to an optical head device and an optical information device for recording / reproducing or erasing information stored on an optical information medium such as an optical disk, a recording / reproducing method in the optical information device, and a system to which these are applied. Further, the present invention relates to an objective lens (optical lens), a diffractive element, and a phase difference used in the optical head device.

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、光ディスクへの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。   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 to digital audio disks, video disks, document file disks, and data files. . The function of successfully recording / reproducing information on / from an optical disk through a minutely focused light beam is performed with high reliability. The light condensing function to form a diffraction-limited minute spot and the focus control of an optical system (Focus servo), tracking control, and pit signal (information signal) detection.

近年、光学系設計技術の進歩と光源である半導体レーザーの短波長化により、従来以上の高密度の記憶容量を持つ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。   2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of optical system design technology and the shortening of the wavelength of a semiconductor laser as a light source, the development of an optical disk having a higher-density storage capacity than before 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.

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。   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.

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650nm)、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、第3世代の光ディスクは青色光(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。   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 of NA 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 650 nm) and an objective lens with NA of 0.6, and the base material thickness of the disc is 0.6 mm. The third-generation optical disk uses blue light (wavelength λ1 is 390 nm to 415 nm, standard wavelength 405 nm) and an objective lens of NA 0.85, and the base material thickness of the disk is 0.1 mm.

なお、本明細書中では、基板厚みとは光ディスク(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。   In this specification, the substrate thickness refers to a thickness from a surface on which a light beam is incident on an optical disk (or information medium) to an information recording surface.

このように、高密度光ディスクの基板の厚みは薄くされている。経済性、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る。そのためには異なる基板の厚み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。   Thus, the thickness of the substrate of the high-density optical disk is reduced. 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 an optical disk having a different substrate thickness is required.

また、基材の厚いディスクを記録再生する場合には、ディスク表面より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。   Further, when recording and reproducing a disk with a thick base material, it is necessary to focus a light beam on a recording surface located deeper than the disk surface, so that the focal length must be made longer.

このため、異なる種類の光ディスクを複数の波長の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。これを、図20を用いて説明する。図20において10と11は透明基材厚がそれぞれ0.1mm(t1)と0.6mm(t2)の光ディスクである。剛性を強化するため、透明基材の裏面(対物レンズ40とは反対側)に保護基材を張り合わせるが、図では省略した。   For this reason, there is disclosed a configuration aiming at compatible reproduction of optical disks of different types using light beams of a plurality of wavelengths. This will be described with reference to FIG. In FIG. 20, reference numerals 10 and 11 denote optical disks having transparent substrate thicknesses of 0.1 mm (t1) and 0.6 mm (t2), respectively. In order to enhance the rigidity, a protective substrate is attached to the back surface of the transparent substrate (the side opposite to the objective lens 40), but is omitted in the figure.

対物レンズ40は屈折レンズ402と屈折レンズ402の一面に異材質層401を接合したものである。屈折レンズと異材質層の屈折率と分散の違いを利用する。異なる波長の光を対物レンズにそれぞれ入射させる。光源の光束の波長が長波長側にシフトしたときに球面収差がアンダー側に変移するような球面収差特性を有する。これによって、透明基板の厚さがt1からt2のように厚くなるときに球面収差がオーバーになる分を、より波長の長い光によるアンダーによってキャンセルする。こうして厚さの異なる光ディスクの互換記録・再生を可能としている(たとえば特許文献1参照)。   The objective lens 40 is formed by joining a refraction lens 402 and a different material layer 401 to one surface of the refraction lens 402. The difference between the refractive index and dispersion of the refractive lens and the dissimilar material layer is used. Lights of different wavelengths are respectively made incident on the objective lens. It has a spherical aberration characteristic such that when the wavelength of the light beam of the light source shifts to the longer wavelength side, the spherical aberration shifts to the under side. As a result, when the thickness of the transparent substrate increases from t1 to t2, the excess of the spherical aberration is canceled by the under light due to the longer wavelength light. Thus, compatible recording / reproducing of optical disks having different thicknesses is enabled (for example, see Patent Document 1).

第2の従来例としては、波長選択位相板を対物レンズと組み合わせる構成が開示されている。これを、図21と図22を用いて説明する。図21は、光ヘッド装置の概略構成を示している。波長λ1=405nmの青色光源を有する青色光光学系51より出射した平行光はビームスプリッター161及び波長選択位相板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)の情報記録面に集光される。   As a second conventional example, a configuration in which a wavelength selection phase plate is combined with an objective lens is disclosed. This will be described with reference to FIGS. 21 and 22. FIG. 21 shows a schematic configuration of the optical head device. The parallel light emitted from the blue light optical system 51 having the blue light source with the wavelength λ1 = 405 nm passes through the beam splitter 161 and the wavelength selection phase plate 205, and is passed by the objective lens 50 to the optical disk 9 (base material thickness 0.1 mm). The light is focused on the information recording surface of a 3rd generation optical disc.

光ディスク10で反射した光は逆の経路をたどって青色光光学系51の検出器で検出される。波長λ2=650nmの赤色光源を有する赤色光光学系52より出射した発散光はビームスプリッター161で反射、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学系52の検出器で検出される。   The light reflected by the optical disk 10 follows the reverse path and is detected by the detector of the blue light optical system 51. The divergent light emitted from the red light optical system 52 having a red light source with a wavelength λ2 = 650 nm is reflected by the beam splitter 161 and passes through the wavelength selection phase plate 205, and is passed by the objective lens 50 to the optical disc 10 having a base material thickness of 0.6 mm. (2nd generation optical disc: DVD). The light reflected by the optical disk 10 follows the reverse path and is detected by the detector of the red optical system 52.

対物レンズ50は平行光入射時に基材厚0.1mmを透過して集光されるように設計されており、DVD記録・再生の際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より出射して対物レンズ50に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うち消すとともに、波長選択位相板205によっても波面を補正している。   The objective lens 50 is designed to transmit and converge a base material having a thickness of 0.1 mm when parallel light enters, and spherical aberration occurs due to a difference in the base material thickness during DVD recording / reproduction. In order to correct this spherical aberration, the light beam emitted from the red light optical system 52 and made into the objective lens 50 is converted into divergent light, and the wavelength selection phase plate 205 is used. When divergent light is incident on the objective lens, a new spherical aberration occurs, so the spherical aberration caused by the difference in the base material thickness is eliminated by this new spherical aberration, and the wavefront is also corrected by the wavelength selection phase plate 205. ing.

図22に波長位相板205の平面図である図22(a)と側面図である図22(b)を示す。位相板205は、波長λ1での屈折率をn1、h=λ1/(n1−1)として、高さh、3hの位相段差205aで構成される。波長λ1の光に対しては、高さhにより生じる光路長の差は波長λ1であり、位相差2πラジアンに相当するため、位相差0と同じである。   22A and 22B are a plan view and a side view of the wavelength phase plate 205, respectively. The phase plate 205 has a refractive index at the wavelength λ1 of n1 and h = λ1 / (n1-1), and is constituted by phase steps 205a of heights h and 3h. For light of wavelength λ1, the difference in optical path length caused by height h is wavelength λ1, which is equivalent to a phase difference of 2π radians, and is therefore the same as phase difference 0.

このため、位相分布に影響を与えず、光ディスク9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での位相板205の屈折率をn2とすると、h/λ2×(n2―1)は約0.6λ、すなわち波長の整数倍ではない光路長の差を生じる。この光路長の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(たとえば特許文献2および、非特許文献1参照)。   Therefore, it does not affect the phase distribution and does not affect the recording / reproducing of the optical disk 9. On the other hand, for light of wavelength λ2, if the refractive index of the phase plate 205 at wavelength λ2 is n2, h / λ2 × (n2-1) is about 0.6λ, that is, an optical path length that is not an integral multiple of the wavelength. Causes a difference. The above-described aberration correction is performed using the phase difference due to the difference in the optical path length (for example, see Patent Document 2 and Non-Patent Document 1).

また、第3の従来例としては、複数の対物レンズを機械的に切り替えて用いる構成が開示されている(たとえば特許文献3)。   Further, as a third conventional example, a configuration in which a plurality of objective lenses are used by mechanically switching is disclosed (for example, Patent Document 3).

さらに、第4の従来例としては、異なる曲率半径を有する反射面を備えたミラーを光軸を折り曲げる立ち上げミラーと兼ねる構成が、特開平11−339307号公報に開示されている(たとえば特許文献4)。   Further, as a fourth conventional example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-339307 discloses a configuration in which a mirror provided with a reflecting surface having a different radius of curvature also serves as a rising mirror for bending an optical axis (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-339307). 4).

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開示されている(たとえば特許文献5)。
特開2002−237078号公報(第6−7頁、図1) 特開平10−334504号公報(第7−9頁、図1−図4) 特開平11−296890号公報(第4−6頁、図1) 特開平11−339307号公報(第4−5頁、図1) 特開2000−81566号公報(第4−6頁、図1、2) ISOM2001TECHNICAL DIGEST セッションWe−C−05(予稿集30頁)
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 diffracted light of the same order of light of different wavelengths is used to obtain a difference in the base material thickness. Is disclosed (for example, Patent Document 5).
JP-A-2002-237078 (page 6-7, FIG. 1) JP-A-10-334504 (pages 7-9, FIGS. 1-4) JP-A-11-296890 (page 4-6, FIG. 1) JP-A-11-339307 (page 4-5, FIG. 1) JP-A-2000-81566 (pages 4 to 6, FIGS. 1 and 2) ISOM2001 TECHNICAL DIGEST Session We-C-05 (Preliminary 30 pages)

第1の従来例は、光源の光束の波長が長波長側にシフトしたときに球面収差がアンダー側に変移するような球面収差特性を有する。これによって、透明基板の厚さがt1からt2のように厚くなるときに球面収差がオーバーになる分を、より波長の長い光によるアンダーによってキャンセルする構成である。   The first conventional example has a spherical aberration characteristic in which the spherical aberration shifts to the under side when the wavelength of the light beam of the light source shifts to the longer wavelength side. With this configuration, when the thickness of the transparent substrate is increased from t1 to t2, the excess of the spherical aberration is canceled by the under light due to the longer wavelength light.

例えば、透明基板の厚さがt1の光ディスクに対して情報再生から情報記録へと切り替える際には、光量を10倍ほど大きくする必要があり、これに伴って波長も変化し、長くなる。波長が長くなるので、球面収差がアンダーに変化するが、ディスクの厚みは変化しないので、意図しない球面収差が発生し集光性能の劣化が起こるという課題がある。   For example, when switching from information reproduction to information recording on an optical disk having a transparent substrate with a thickness of t1, the light amount needs to be increased by about 10 times, and the wavelength also changes and becomes longer accordingly. Since the wavelength becomes longer, the spherical aberration changes under, but since the thickness of the disk does not change, there is a problem that unintended spherical aberration occurs and the light-collecting performance deteriorates.

また、光量変化による波長変化は焦点距離の変化も起こす。第1の従来例(特許文献1)の図3では、青色光の波長が10nm変化すると焦点距離が約10μm変化している。第1の従来例の図4では、赤色光の波長が10nm変化すると焦点距離が約3μm変化している。特に青色光の焦点距離変化が大きく、光量を変化させた直後、対物レンズがフォーカス制御によって移動するまでの間、集光特性が劣化するという課題がある。   Further, a change in wavelength due to a change in light amount also causes a change in focal length. In FIG. 3 of the first conventional example (Patent Document 1), when the wavelength of blue light changes by 10 nm, the focal length changes by about 10 μm. In FIG. 4 of the first conventional example, when the wavelength of red light changes by 10 nm, the focal length changes by about 3 μm. In particular, there is a problem that the focal length of blue light changes greatly, and the light-collecting characteristics deteriorate immediately after the light amount is changed until the objective lens moves by focus control.

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。   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 be extended by the compatible element having the lens power, but the wavelength-selective phase plate has no lens power.

また、第2の従来例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という課題が生じる。   Further, if it is attempted to realize all of this lens power by converting red light to divergent light 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. The problem arises.

さらに、光ディスクで反射して対物レンズを通過して戻る光の平行度が、光ディスク基材厚によって違うので、検出レンズと光検出器を共通にすることができず、光の平行度に応じて別個に準備しなくてはならないという課題も生じる。   Furthermore, since the parallelism of the light reflected from the optical disk and returned through the objective lens varies depending on the thickness of the optical disk substrate, the detection lens and the photodetector cannot be shared, and the parallelism of the light depends on the parallelism of the light. There is also a problem that it has to be prepared separately.

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という課題がある。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という課題がある。   In the third conventional example, since the objective lenses are switched, a plurality of objective lenses are required, so that the number of parts is increased, and it is difficult to reduce the size of the optical head device. In addition, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the device even in the point that a switching mechanism is required.

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(特許文献4の第4図から第6図参照)。   In the fourth conventional example, the objective lens is driven independently of the mirror (see FIGS. 4 to 6 of Patent Document 4).

ところが上述のように曲率半径をもった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という課題がある。   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. There is a problem that the light-collecting characteristics deteriorate.

また、ミラーの反射面は曲率半径を持った面、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という課題もある。   Further, the reflecting surface of the mirror is constituted by 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. There is also a problem that the secondary aberration cannot be sufficiently reduced.

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、異なる種類の光ディスクの互換再生や互換記録を単一の対物レンズを用いて実現し、かつ光量切り替え時などの波長変化に際して、焦点距離の変化や球面収差の発生を抑制し、情報の再生又は記録の安定した光学素子、光学レンズ、及びこれらを応用した装置、システムを提供することを目的とする。さらに、単一の光ディスクを記録再生する光学素子、光学レンズ、及びこれらを応用した装置、システムも提供する。   The present invention is to solve the conventional problems as described above, to achieve compatible playback and compatible recording of different types of optical discs using a single objective lens, and when changing the wavelength at the time of light amount switching, It is an object of the present invention to provide an optical element and an optical lens that suppress changes in the focal length and the occurrence of spherical aberration, stably reproduce or record information, and an apparatus and a system using the same. Further, the present invention also provides an optical element for recording and reproducing a single optical disk, an optical lens, and an apparatus and a system using the same.

前記目的を達成するために、本発明の光学素子は、赤色光と青色光の少なくとも2波長に対応した光学素子であって、位相段差を備え、前記位相段差を前記青色光が透過する際に生じる光路長の差が、前記青色光の波長の5倍であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the optical element of the present invention is an optical element corresponding to at least two wavelengths of red light and blue light, and has a phase step when the blue light is transmitted through the phase step. The difference in the generated optical path length is five times the wavelength of the blue light.

本発明の第1の光学レンズは、位相段差を備えた光学レンズであって、青色光は前記光学レンズによって基材厚がt1の基材を通して集光され、赤色光は基材厚がt2の基材を通して集光され、t1<t2であり、前記位相段差を前記青色光が透過する際に生じる光路長の差が、前記青色光の波長の5倍であることを特徴とする。   The first optical lens of the present invention is an optical lens having a phase step, wherein blue light is condensed by the optical lens through a substrate having a substrate thickness of t1, and red light is reflected by a substrate having a substrate thickness of t2. The light is condensed through the base material, and t1 <t2, and the difference in the optical path length that occurs when the blue light transmits through the phase step is five times the wavelength of the blue light.

本発明の第2の光学レンズは、ホログラムと、屈折型レンズと、位相段差とを備えた光学レンズであって、前記ホログラムは、鋸歯状断面形状の鋸歯状格子を含んでおり、前記鋸歯状格子の深さの設定により、青色光に対しては+2次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しては+1次回折光が最も強く発生し、前記位相段差を前記青色光が透過する際に生じる光路長の差が、前記青色光の波長の5倍であることを特徴とする。   A second optical lens according to the present invention is an optical lens having a hologram, a refraction type lens, and a phase step, wherein the hologram includes a saw-tooth grating having a saw-tooth cross-sectional shape. By setting the depth of the grating, the + 2nd-order diffracted light is generated most strongly for blue light, and the + 1st-order diffracted light is generated most strongly for red light. When the blue light transmits through the phase step, The difference in the generated optical path length is five times the wavelength of the blue light.

本発明の第3の光学レンズは、ホログラムと、屈折型レンズと、位相段差とを備えた光学レンズであって、前記ホログラムは、青色光に対しては+2次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しては+1次回折光が最も強く発生し、前記ホログラムのホログラム格子は、少なくとも前記ホログラムの光軸との交点を含む内周部に形成され、前記青色光の+2次回折光は、基材厚がt1の基材を通して集光され、前記内周部を通る前記赤色光の+1次回折光は、基材厚がt2の基材を通して集光され、t1<t2であり、前記位相段差を前記青色光が透過する際に生じる光路長の差が、前記青色光の波長の5倍であることを特徴とする。   A third optical lens according to the present invention is an optical lens having a hologram, a refraction type lens, and a phase step, wherein the hologram generates +2 order diffracted light with respect to blue light, For the light, the + 1st-order diffracted light is generated most strongly, and the hologram grating of the hologram is formed at least on the inner periphery including the intersection with the optical axis of the hologram. The + 1st-order diffracted light of the red light that is collected through the base material having the thickness t1 and passes through the inner peripheral portion is collected through the base material having the base material thickness t2, and satisfies t1 <t2. The difference in optical path length that occurs when blue light is transmitted is five times the wavelength of the blue light.

本発明の第1の光ヘッド装置は、前記各光学レンズと、波長λ1の青色光を出射する第1レーザー光源と、波長λ2の赤色光を出射する第2レーザー光源と、光情報媒体の記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部とを備え、前記光学レンズは、前記第1のレーザー光源からの第1光ビームを基材厚t1の基材を通して第1光情報媒体の記録面上へ集光し、前記第2のレーザー光源からの第2光ビームを基材厚t2の基材を通して第2光情報媒体の記録面上へ集光し、t1<t2であることを特徴とする。   A first optical head device according to the present invention includes the optical lenses, a first laser light source that emits blue light of wavelength λ1, a second laser light source that emits red light of wavelength λ2, and recording of an optical information medium. A light detection unit that receives the light beam reflected on the surface and outputs an electric signal in accordance with the amount of the light beam, wherein the optical lens converts the first light beam from the first laser light source into a base material having a thickness t1. The light is condensed on the recording surface of the first optical information medium through the base material, and the second light beam from the second laser light source is condensed on the recording surface of the second optical information medium through the base material having the substrate thickness t2. And t1 <t2.

本発明の光情報装置は、前記各光学レンズのいずれかとレーザー光源とを含む光ヘッド装置と、光情報媒体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前記信号に基づいて、前記モーター、前記光学レンズ、及び前記レーザー光源の少なくともいずれかを制御及び駆動する電気回路とを備えたことを特徴とする。   The optical information device of the present invention is an optical head device including any one of the optical lenses and a laser light source, a motor for rotating an optical information medium, and a signal obtained from the optical head device, based on the signal, An electric circuit for controlling and driving at least one of the motor, the optical lens, and the laser light source is provided.

本発明のコンピュータは、前記各光情報装置のいずれかを備え、入力された情報、及び前記光情報装置から再生された情報の少なくともいずれかに基づいて演算を行う演算装置と、前記入力された情報、前記光情報装置から再生された情報、及び前記演算装置によって演算された結果の少なくともいずれかを出力する出力装置を備えたこと特徴とする。   The computer of the present invention includes any one of the optical information devices, and performs an arithmetic operation based on at least one of the input information and the information reproduced from the optical information device; and An output device for outputting at least one of information, information reproduced from the optical information device, and a result calculated by the calculation device is provided.

本発明の光情報媒体プレーヤーは、前記各光情報装置のいずれかと、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備えたことを特徴とする。   An optical information medium player according to the present invention includes: any one of the optical information devices; and a decoder that converts an information signal obtained from the optical information device into an image.

本発明のカーナビゲーションシステムは、前記各光情報装置のいずれかと、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備えたことを特徴とする。   A car navigation system according to the present invention includes: any one of the optical information devices; and a decoder that converts an information signal obtained from the optical information device into an image.

本発明の光情報媒体レコーダーは、前記各光情報装置のいずれかと、画像情報を前記光情報装置によって記録する情報に変換するエンコーダーとを備えたことを特徴とする。   The optical information medium recorder according to the present invention includes any one of the optical information devices and an encoder that converts image information into information to be recorded by the optical information device.

本発明の光情報媒体サーバーは、前記各光情報装置のいずれかと、外部との情報のやりとりを行う入出力端子とを備えたことを特徴とする。   An optical information medium server according to the present invention is characterized by comprising any one of the optical information devices and an input / output terminal for exchanging information with the outside.

本発明の第4の光学レンズは、1波長の光に対応した光学レンズであって、位相段差を備えており、前記位相段差を前記光が透過する際に生じる光路長の差が、前記光の波長の整数倍であることを特徴とする。   The fourth optical lens according to the present invention is an optical lens corresponding to light of one wavelength, and has a phase step, and a difference in an optical path length generated when the light passes through the phase step is equal to the light level. Is an integral multiple of the wavelength.

本発明の第2の光ヘッド装置は、前記第4の光学レンズと、光ビームを出射するレーザー光源と、光情報媒体の記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部とを備え、前記光学レンズは、前記レーザー光源からの光ビームを基材を通して光情報媒体の記録面上へ集光することを特徴とする。   According to a second optical head device of the present invention, the fourth optical lens, a laser light source for emitting a light beam, and a light beam reflected on a recording surface of an optical information medium receive an electric signal in accordance with the light amount. And a light detection unit that outputs a light beam from the laser light source, and the optical lens condenses the light beam from the laser light source through the base material onto the recording surface of the optical information medium.

本発明は、青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる位相段差によって、色収差による球面収差を補正できるので、波長の変化に対しても情報の再生や記録を安定して行うことができ、異種ディスクの互換を実現できる。   According to the present invention, spherical aberration due to chromatic aberration can be corrected by a phase difference that causes an optical path length difference of five times the wavelength with respect to blue light, so that information reproduction and recording can be performed stably even when the wavelength changes. And the compatibility of different types of discs can be realized.

本発明の光学素子、第1の光学レンズによれば、青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる位相段差によって、色収差による球面収差を補正できるので、波長の変化に対しても情報の再生や記録を安定して行うことができる。本発明において、位相段差とは光学素子に高低差を形成する段差を形成したものであり、この段差を通過する光に位相差を生じさせるものである。このことは、以下の各発明についても同様である。   According to the optical element and the first optical lens of the present invention, spherical aberration due to chromatic aberration can be corrected by a phase difference that causes a difference in optical path length of five times the wavelength with respect to blue light. In addition, information can be reproduced and recorded stably. In the present invention, the phase step is a step in which a height difference is formed in an optical element, and a phase difference is generated in light passing through the step. This is the same for the following inventions.

本発明の第2の光学レンズによれば、青色光に対しては+2次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しては+1次回折光が最も強く発生するようにしたことにより、焦点位置補正と基材厚差による球面収差の補正を実現できる。さらに青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる位相段差によって、色収差による球面収差を補正できるので、波長の変化に対しても情報の再生や記録を安定して行うことができる。   According to the second optical lens of the present invention, the + 2nd-order diffracted light is generated most strongly for blue light, and the + 1st-order diffracted light is generated most strongly for red light. And correction of spherical aberration due to the difference in substrate thickness. Further, spherical aberration due to chromatic aberration can be corrected by a phase difference that causes a difference in optical path length of five times the wavelength with respect to blue light, so that information can be reproduced and recorded stably even when the wavelength changes. .

本発明の第3の光学レンズによれば、ホログラムの内周部を、青色光に対しては+2次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しては+1次回折光が最も強く発生するようにしたことにより、赤色光ビームの回折光強度を最大にでき、青色光ビームの集光スポットに対する光の利用効率も低下しないようにすることができる。さらに青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる位相段差によって、色収差による球面収差を補正できるので、波長の変化に対しても情報の再生や記録を安定して行うことができる。   According to the third optical lens of the present invention, the inner peripheral portion of the hologram is formed so that + 2nd-order diffracted light is generated most strongly for blue light and + 1st-order diffracted light is generated most strongly for red light. By doing so, the intensity of the diffracted light of the red light beam can be maximized, and the light use efficiency of the blue light beam with respect to the focused spot can be prevented from being reduced. Further, spherical aberration due to chromatic aberration can be corrected by a phase difference that causes a difference in optical path length of five times the wavelength with respect to blue light, so that information can be reproduced and recorded stably even when the wavelength changes. .

本発明の第4の光学レンズによれば、色収差を補正でき、回折レンズの格子ピッチを粗くすることができ、光量の利用効率を高めることができる。   According to the fourth optical lens of the present invention, chromatic aberration can be corrected, the grating pitch of the diffractive lens can be made coarse, and the efficiency of using the amount of light can be increased.

本発明の第1の光ヘッド装置によれば、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。   According to the first optical head device of the present invention, a single optical head device can support a plurality of optical disks having different recording densities.

本発明の第2の光ヘッド装置によれば、単一の光ディスクを記録再生する装置に用いることができる。   According to the second optical head device of the present invention, it can be used for a device for recording and reproducing a single optical disk.

本発明のコンピューターや、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よれば、異なる種類の光ディスクを安定に記録あるいは再生できるので、広い用途に使用できる。   According to the computer, the optical disk player, the optical disk recorder, the optical disk server, and the car navigation system of the present invention, different types of optical disks can be stably recorded or reproduced, so that they can be used for a wide range of applications.

前記第1の光学レンズにおいては、液晶型位相変調素子をさらに備えており、前記液晶型位相変調素子を電気的にスイッチングすることにより、前記青色光は前記光学レンズによって基材厚がt1の基材を通して集光され、前記赤色光は基材厚が前記t1より大きいt2の基材を通して集光され、かつ透過波面に与える位相変調量を切り替えて、基材厚差による収差を補正することが好ましい。この構成によれば、ホログラムを用いることなく、液晶型位相変調素子によって、基材厚差による収差を補正することができる。   The first optical lens further includes a liquid crystal phase modulation element. By electrically switching the liquid crystal phase modulation element, the blue light is converted by the optical lens into a substrate having a substrate thickness of t1. The red light is focused through a material, the red light is focused through a substrate having a substrate thickness of t2 greater than the t1, and the amount of phase modulation applied to a transmitted wavefront is switched to correct aberration due to a substrate thickness difference. preferable. According to this configuration, the aberration due to the difference in the thickness of the base material can be corrected by the liquid crystal phase modulation element without using a hologram.

また、前記光学レンズは、2種類の異なる材質で形成された屈折型レンズであることが好ましい。この構成によれば、屈折型レンズに色収差補正作用があり、この補正作用は回折による光量損失がなく、高い光利用効率と色収差補正とを両立できる。   Further, it is preferable that the optical lens is a refraction lens formed of two different materials. According to this configuration, the refractive lens has a chromatic aberration correcting action, and this correcting action does not cause loss of light amount due to diffraction, and can achieve both high light use efficiency and chromatic aberration correction.

前記第2の光学レンズにおいては、前記鋸歯状格子の深さがh1であり、前記h1は、前記青色光に対して約2波長の光路長の差を与える深さであることが好ましい。この構成によれば、青色光に対して+2次回折光強度が最大となり、赤色光に対して+1次回折光強度が最大となる。   In the second optical lens, it is preferable that the depth of the sawtooth grating is h1, and the h1 is a depth that gives a difference of an optical path length of about two wavelengths to the blue light. According to this configuration, the + 2nd-order diffracted light intensity becomes maximum for blue light, and the + 1st-order diffracted light intensity becomes maximum for red light.

また、前記ホログラムのうち、前記ホログラムの光軸との交点を含む内周部に形成された前記鋸歯状格子の深さはh2であり、前記h2は、前記赤色光に対して約1波長の光路長の差を与える深さであることが好ましい。この構成によれば、赤色光ビームの回折光強度を最大にでき、青色光ビームの集光スポットに対する光の利用効率も低下しないようにすることができる。   In the hologram, the depth of the saw-toothed grating formed on the inner peripheral portion including the intersection with the optical axis of the hologram is h2, and the depth of h2 is about one wavelength with respect to the red light. The depth is preferably a depth that gives a difference in optical path length. According to this configuration, the intensity of the diffracted light of the red light beam can be maximized, and the light use efficiency of the light condensing spot of the blue light beam can be prevented from decreasing.

前記第3の光学レンズにおいては、前記内周部の外側の外周部に、さらにホログラム格子が形成されており、前記外周部の前記ホログラム格子は鋸歯状断面形状の鋸歯状格子であり、前記外周部の鋸歯状格子の深さはh3であり、前記h3は、前記青色光に対して約1波長の光路長の差を与える深さであり、前記外周部においては、前記青色光に対して+1次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しても+1次回折光が最も強く発生することが好ましい。この構成によれば、薄型の光ディスクを青色光ビームによって記録・再生するときの開口数NAbを、DVD等を赤色光ビームによって記録・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。   In the third optical lens, a hologram grating is further formed on an outer peripheral portion outside the inner peripheral portion, and the hologram grating on the outer peripheral portion is a sawtooth lattice having a sawtooth cross-sectional shape. The depth of the sawtooth grating of the portion is h3, and the h3 is a depth that gives a difference of an optical path length of about one wavelength to the blue light, and at the outer peripheral portion, the depth is h3 to the blue light. It is preferable that the + 1st-order diffracted light is generated most strongly and the + 1st-order diffracted light is also generated most strongly for red light. According to this configuration, the numerical aperture NAb when recording / reproducing a thin optical disk with a blue light beam is larger than the numerical aperture NAr when recording / reproducing a DVD or the like with a red light beam (NAb> NAr). be able to.

また、前記各光学レンズにおいては、前記青色光は、基材厚t1の基材を通して集光し、前記青色光の波長λ1が変化したときの焦点距離変化を低減させるように、前記ホログラムを凸レンズ型にして、前記青色光が前記ホログラムにより凸レンズ作用を受けるようにしていることが好ましい。   In each of the optical lenses, the blue light is condensed through a base material having a base material thickness t1, and the hologram is formed into a convex lens so as to reduce a change in focal length when the wavelength λ1 of the blue light changes. It is preferable that the blue light is subjected to a convex lens action by the hologram.

また、前記青色光は前記光学レンズによって基材厚がt1の基材を通して集光され、前記赤色光は基材厚がt2の基材を通して集光され、t1<t2であり、前記青色光が前記基材厚t1の基材を通して集光するときは、前記赤色光が前記基材厚t2の基材を通して集光するときに比べて、前記ホログラムによる凸レンズ作用を大きくして、前記赤色光の前記基材側の焦点位置を、前記青色光の前記基材側の焦点位置に比べて、前記光学レンズより離していることが好ましい。   Further, the blue light is focused by the optical lens through a substrate having a substrate thickness of t1, the red light is focused through a substrate having a substrate thickness of t2, and t1 <t2. When condensing through the substrate having the substrate thickness t1, the convex lens action by the hologram is increased compared to when the red light is condensing through the substrate having the substrate thickness t2, and the red light is condensed. It is preferable that the focal position on the substrate side is farther from the optical lens than the focal position of the blue light on the substrate side.

また、前記青色光は前記光学レンズによって基材厚がt1の基材を通して集光され、前記赤色光は基材厚がt2の基材を通して集光され、t1<t2であり、前記赤色光が前記基材厚t2の基材を通して集光するときは、前記青色光が前記基材厚t1の基材を通して集光するときに比べて、前記ホログラムによる凸レンズ作用を小さくして、前記赤色光の前記基材側の焦点位置を、前記青色光の前記基材側の焦点位置に比べて、前記光学レンズより離していることが好ましい。   The blue light is focused by the optical lens through a substrate having a substrate thickness of t1, the red light is focused through a substrate having a substrate thickness of t2, and t1 <t2. When condensing through the base material having the base material thickness t2, the convex lens action by the hologram is reduced as compared with when the blue light is condensed through the base material having the base material thickness t1. It is preferable that the focal position on the substrate side is farther from the optical lens than the focal position of the blue light on the substrate side.

また、前記ホログラムの格子断面形状は、前記ホログラムを形成する基材の外周側に斜面を持つ鋸歯形状であることが好ましい。   Further, it is preferable that the lattice cross-sectional shape of the hologram is a sawtooth shape having a slope on the outer peripheral side of the base material forming the hologram.

また、前記ホログラム、前記屈折型レンズ、及び前記位相段差を一体固定していることが好ましい。また、前記ホログラムを前記屈折型レンズ表面に一体形成していることが好ましい。また、前記位相段差を前記屈折型レンズの表面に一体形成していることが好ましい。これらの構成によれば、焦点制御やトラッキング制御に際しては、共通の駆動手段によって一体に駆動を行い、ホログラムと対物レンズの相対位置のずれによる収差増大を防ぐことができる。   Further, it is preferable that the hologram, the refractive lens, and the phase step are integrally fixed. Further, it is preferable that the hologram is formed integrally with the surface of the refractive lens. Further, it is preferable that the phase step is formed integrally with the surface of the refractive lens. According to these configurations, during focus control and tracking control, driving is performed integrally by a common driving unit, so that an increase in aberration due to a shift in the relative position between the hologram and the objective lens can be prevented.

また、波長の変化によって、屈折型レンズ又は屈折型レンズとホログラムとに生じる収差を、前記位相段差に生じる収差によって減じることが好ましい。   In addition, it is preferable that aberrations generated in the refraction lens or the refraction lens and the hologram due to the change in the wavelength be reduced by the aberrations generated in the phase difference.

また、青色光が基材厚がt1の基材を通して集光される開口数をNAb、赤色光が基材厚がt2の基材を通して集光される開口数をNArとすると、t1<t2、かつ、NAb>NArであることが好ましい。   Further, assuming that the numerical aperture at which the blue light is condensed through the substrate having the substrate thickness t1 is NAb, and the numerical aperture at which the red light is condensed through the substrate having the substrate thickness t2 is NAr, t1 <t2, Further, it is preferable that NAb> NAr.

前記光ヘッド装置においては、前記第2光ビームを前記第2光情報媒体の記録面上へ集光する際に、前記第2光ビームを略平行光にするコリメートレンズを前記第2レーザー側に近づけて、拡散光にした前記第2光ビームを前記光学レンズに入射させて、前記第2光情報媒体側の焦点位置を前記光学レンズから離すことが好ましい。   In the optical head device, when the second light beam is converged on a recording surface of the second optical information medium, a collimating lens that converts the second light beam into substantially parallel light is provided on the second laser side. It is preferable that the second light beam converted into the diffused light is made incident on the optical lens so that the focal position on the side of the second optical information medium is separated from the optical lens.

また、前記第1レーザー及び前記第2レーザーの発光点の両方を、前記光学レンズの光情報媒体側の焦点位置に対して結像関係にあるように配置することによって、共通の光検出器からサーボ信号を検出することが好ましい。   Further, by arranging both the emission points of the first laser and the second laser so as to form an image with respect to the focal position of the optical lens on the optical information medium side, a common photodetector can be obtained. Preferably, a servo signal is detected.

前記光情報装置においては、前記レーザー光源は、波長λ1の青色光を出射する第1レーザー光源と、波長λ2の赤色光を出射する第2レーザー光源とであり、前記光情報媒体の種類を判別して、基材厚が約0.6mmの光情報媒体に対してはコリメートレンズを第2レーザー光源側に移動することが好ましい。   In the optical information device, the laser light sources are a first laser light source that emits blue light having a wavelength λ1 and a second laser light source that emits red light having a wavelength λ2, and determine the type of the optical information medium. For an optical information medium having a substrate thickness of about 0.6 mm, it is preferable to move the collimating lens toward the second laser light source.

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における光ヘッド装置を示す構成図である。図1において1は波長λ1(390nm〜415nm:標準的には405nm程度なので、390nm〜415nmの波長を総称して約405nmと呼ぶ)の青色レーザー光を出射する青色レーザー光源である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical head device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a blue laser light source that emits blue laser light having a wavelength λ1 (390 nm to 415 nm; a wavelength of 390 nm to 415 nm is generally referred to as about 405 nm since it is typically about 405 nm).

20は波長λ2(630nm〜680n:標準的には660nmを使われることが多いので、630nm〜680nm波長を総称して約660nmと呼ぶ)の赤色レーザー光を出射する赤色レーザー光源である。8はコリメートレンズ(第1の凸レンズ)、12は光軸を折り曲げる立ち上げミラー、14は対物レンズ(光学レンズ)である。   Reference numeral 20 denotes a red laser light source that emits a red laser beam having a wavelength λ2 (630 nm to 680 n: 660 nm is generally used, so the wavelength of 630 nm to 680 nm is generally referred to as about 660 nm). 8 is a collimating lens (first convex lens), 12 is a rising mirror that bends the optical axis, and 14 is an objective lens (optical lens).

9は基材厚みt1が約0.1mm(以下0.06mm−0.11mmの基材厚を約0.1mmと呼ぶ)又はより薄い基材厚みで、波長λ1の光ビームによって記録・再生をされる光情報媒体に対応する第3世代の光ディスクである。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の光ビームによって記録・再生をされる光情報媒体に対応するDVD等の第2世代の光ディスクである。   Reference numeral 9 denotes a base material thickness t1 of about 0.1 mm (hereinafter, a base material thickness of 0.06 mm to 0.11 mm is referred to as about 0.1 mm) or a thinner base material. It is a third generation optical disk corresponding to the optical information medium to be used. Reference numeral 10 denotes a base material thickness t2 of about 0.6 mm (a base material thickness of 0.54 mm to 0.65 mm is called about 0.6 mm), which corresponds to an optical information medium recorded / reproduced by a light beam of wavelength λ2. It is a second generation optical disk such as a DVD.

光ディスク9、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。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、保護板と張り合わせている。光ディスク10は、厚み0.6mmの保護材と張り合わせる。光ディスク9は厚み1.1mmの保護材と張り合わせる。本発明の図面では、簡単のため、保護材は省略する。   The optical disks 9 and 10 show only the base material from the light incident surface to the recording surface. In actuality, in order to reinforce the mechanical strength and make the outer shape 1.2 mm which is the same as that of the CD, it is bonded to a protective plate. The optical disk 10 is bonded to a 0.6 mm thick protective material. The optical disk 9 is bonded to a protective material having a thickness of 1.1 mm. In the drawings of the present invention, the protective material is omitted for simplicity.

青色レーザー光源1、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、軽量、低消費電力にすることができる。   The blue laser light source 1 and the red laser light source 20 are preferably semiconductor laser light sources, so that the optical head device and the optical information device using the same can be reduced in size, weight and power consumption.

最も記録密度の高い光ディスク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、波長λ2の両方に対して、1/4波長板として作用するように設計する。   When recording / reproducing data on / from the optical disc 9 having the highest recording density, the blue light beam 61 having the wavelength λ1 emitted from the blue laser light source 1 is reflected by the beam splitter 4 and converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 5. The quarter-wave plate 5 is designed to act as a quarter-wave plate for both the wavelength λ1 and the wavelength λ2.

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(回折型の光学素子)13と屈折型の対物レンズ14によって光ディスク9の厚さ約0.1mmの基材を通して情報記録面に集光される。   The collimator lens 8 converts the light into substantially parallel light, the optical axis of which is bent by a rising mirror 12, and a hologram (diffraction type optical element) 13 and a refraction type objective lens 14. The light is focused on the information recording surface through the material.

光ディスク9の情報記録面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。   The blue light beam 61 reflected on the information recording surface of the optical disk 9 reverses the original optical path (return path) and becomes linearly polarized light in a direction perpendicular to the initial direction by the 波長 wavelength plate 5. The light is substantially totally transmitted, totally reflected by the beam splitter 16, diffracted by the detection hologram 31, further extended in focal length by the detection lens 32, and enters the photodetector 33.

光検出器33の出力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及び、情報信号を得る。上記のようにビームスプリッター4は、波長λ1の光ビームに関しては、1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、後で述べるように、波長λ2の光ビームに関しては赤色レーザー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持った光路分岐素子である。   By calculating the output of the photodetector 33, a servo signal and an information signal used for focus control and tracking control are obtained. 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 light beam of the wavelength λ1. In addition, as described later, the red light beam 62 emitted from the red laser 20 is completely transmitted with respect to the light beam having the wavelength λ2. As described above, the beam splitter 4 is an optical path branching element having wavelength characteristics as well as polarization characteristics.

次に、光ディスク10の記録又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の光ビーム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によって光ディスク10の厚さ約0.6mmの基材を通して情報記録面に集光される。   Next, when recording or reproducing data on or from the optical disk 10, a light beam having a wavelength λ2 of substantially linearly polarized light emitted from the red laser light source 20 passes through the beam splitter 16 and the beam splitter 4, and is substantially collimated by the collimating lens 8. Further, the optical axis is bent by the rising mirror 12, and the light is condensed on the information recording surface by the hologram 13 and the objective lens 14 through the base material of the optical disc 10 having a thickness of about 0.6 mm.

光ディスク10の情報記録面で反射した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。   The light beam reflected on the information recording surface of the optical disk 10 reverses the original optical path (return path), passes through the beam splitter 4 almost completely, is totally reflected by the beam splitter 16, is diffracted by the detection hologram 31, and is further diffracted. The focal length is extended by the detection lens 32, and the light enters the photodetector 33.

光検出器33の出力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及び、情報信号を得る。このように共通の光検出器33から、光ディスク9と10のサーボ信号を得るためには、青色レーザー1と赤色レーザー20の発光点を、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する。こうすることにより、検出器の数も配線数も減らすことができる。   By calculating the output of the photodetector 33, a servo signal and an information signal used for focus control and tracking control are obtained. As described above, in order to obtain the servo signals of the optical disks 9 and 10 from the common photodetector 33, the light emitting points of the blue laser 1 and the red laser 20 are focused on the common position on the objective lens 14 side. Place as shown in By doing so, the number of detectors and the number of wires can be reduced.

ビームスプリッター16は波長λ2に対して、1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。かつ、波長λ1の光ビームに関しては青色光ビーム61を全反射する。このようにビームスプリッター16も偏光特性と共に波長選択性を持った光路分岐素子である。   The beam splitter 16 is a polarization splitting film that totally transmits linearly polarized light in one direction and totally reflects linearly polarized light in a direction perpendicular to the wavelength λ2. Further, the light beam of wavelength λ1 totally reflects the blue light beam 61. As described above, the beam splitter 16 is also an optical path branching element having wavelength selectivity as well as polarization characteristics.

次に、図2と図3と図4を用いてホログラム134および対物レンズ144の働きと構成を説明する。図2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の光に対しては後に説明するように回折して青色光ビームよりも弱い凸レンズ作用を及ぼす。   Next, the functions and configurations of the hologram 134 and the objective lens 144 will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, reference numeral 134 denotes a hologram. The hologram 134 diffracts the blue light beam 61 having the wavelength λ1 and exerts a convex lens effect, and diffracts the light having the wavelength λ2 as described later and exerts a convex lens effect weaker than the blue light beam.

ここで、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。+1次回折から次数が増えるにつれて、回折角度も大きくなる。本実施の形態では、青色光ビームに対しては、+2次の回折が最も強く起こるように設計する。このとき、赤色光ビームは+1次回折が最も強く起こる。この場合、赤色光ビームの方が青色光ビーム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。   Here, the lowest order diffraction having a convex lens effect is defined as + 1st order diffraction. As the order increases from the + 1st diffraction, the diffraction angle also increases. In the present embodiment, a design is made so that +2 order diffraction occurs most strongly for a blue light beam. At this time, the + 1st-order diffraction of the red light beam occurs most strongly. In this case, although the red light beam has a longer wavelength than the blue light beam, the diffraction angle at each point on the hologram 134 is small.

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の光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。   In other words, the convex lens function when the hologram 134 diffracts the blue light beam 61 having the wavelength λ1 is stronger than the convex lens function exerted on the light having the wavelength λ2. In other words, the red light beam is subjected to the convex lens action by the hologram 134, but is subjected to the concave lens action due to the relative diffraction based on the action received by the blue light beam.

対物レンズ144は、波長λ1の青色光ビームがホログラム134によって+2次回折されて凸レンズ作用を受けた後に、さらに集光されて光ディスク9の基材厚t1を通して記録面上へ集光するように設計される。   The objective lens 144 is designed so that the blue light beam having the wavelength λ1 is subjected to + 2nd-order diffraction by the hologram 134 and subjected to a convex lens function, and then further condensed and condensed on the recording surface through the substrate thickness t1 of the optical disk 9. Is done.

次に、赤色光ビーム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134の働きを詳細に説明する。ホログラム134は波長λ2の光(点線: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によって赤色光ビーム62を光ディスク10の厚さt2が約0.6mmの基材を通して情報記録面101に集光する。   Next, the operation of the hologram 134 when recording / reproducing the optical disk 10 using the red light beam will be described in detail. The hologram 134 diffracts light of the wavelength λ2 (dotted line: red light beam 62) by + 1st order to exert a convex lens function. Then, the red light beam 62 is focused on the information recording surface 101 by the objective lens 144 through the base material having a thickness t2 of the optical disk 10 of about 0.6 mm.

ここで、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2に示すように波面変換によって、青色光ビーム61を集光光にし、赤色光ビーム62の集光度を青色光ビームの集光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。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される。   Here, the disk 10 has a base material thickness from the light incident surface to the information recording surface 101 of 0.6 mm, which is thicker than the focal position when recording / reproducing the optical disk 9 having a base material thickness of 0.1 mm. The focus position needs to be separated from the objective lens 144. As shown in FIG. 2, the blue light beam 61 is converted into condensed light by wavefront conversion, and the red light beam 62 is made to have a light concentration lower than that of the blue light beam. Correction of spherical aberration is realized. Both the blue light beam 61 having the wavelength λ1 and the red light beam 62 having the wavelength λ2 have their wavefronts converted by the hologram 134.

したがって、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、設計どおりの波面が対物レンズ144に入射せず、光ディスク9や、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。   Therefore, if there is an error in the relative position between the hologram 134 and the objective lens 144, the wavefront as designed does not enter the objective lens 144, causing an aberration in the wavefront incident on the optical disc 9 or the optical disc 10, deteriorating the light-collecting characteristics. I do. Therefore, the hologram 134 and the objective lens 144 are desirably fixed integrally, and the drive is performed integrally by the common drive means 15 (FIG. 1) during focus control and tracking control.

図3はホログラム134を示す。図3(a)は平面図、図3(b)は図2と同様の断面図であり、平面図とは直角の方向から見た図である。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)が、異なるものである。   FIG. 3 shows the hologram 134. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view similar to FIG. 2, viewed from a direction perpendicular to the plan view. The hologram 134 is different from the inside (inner periphery 134C) of the inner / outer boundary 134A and the outside (the outer periphery 134B between the inner / outer boundary 134A and the effective range 134D).

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、赤色光ビームを用いて光ディスク10の、記録・再生を行う際も、青色光ビームを用いて光ディスク9の、記録・再生を行う際も使用する。   The inner peripheral portion 134C is a region including the intersection of the hologram 134 and the optical axis, that is, the center. This area is used both when recording / reproducing the optical disk 10 using the red light beam and when recording / reproducing the optical disk 9 using the blue light beam.

したがって、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が通過する対物レンズ144の部分は、青色光ビームの+2次回折光が光ディスク9に、赤色光ビームの+1次回折光が光ディスク10に集光されるように設計する。外周部134Bについては、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。   Therefore, the diffraction grating of the inner peripheral portion 134C and the portion of the objective lens 144 through which the red light beam diffracted therethrough passes, the +2 order diffracted light of the blue light beam is applied to the optical disc 9, and the +1 order diffracted light of the red light beam is applied to the optical disc. 10 is designed to be focused. Regarding the outer peripheral portion 134B, the numerical aperture NAb when recording / reproducing the optical disk 9 with the blue light beam 61 is larger than the numerical aperture NAr when recording / reproducing the optical disk 10 with the red light beam 62 (NAb> NAr). There is.

このため、赤色光ビーム62、青色光ビーム61をそれぞれ対応する光ディスク9と10に対して集光する内周部の周囲に、青色光ビーム61の例えば+2次回折光のみを光ディスク9に対して集光し、赤色光ビーム62の+1次回折光は光ディスク10に対して収差を持つように外周部134B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。   For this reason, only the + 2nd-order diffracted light of the blue light beam 61, for example, is collected on the optical disk 9 around the inner periphery where the red light beam 62 and the blue light beam 61 are focused on the corresponding optical disks 9 and 10, respectively. It is necessary to provide the outer peripheral portion 134B and the outer peripheral portion of the objective lens 144 corresponding thereto so that the + 1st-order diffracted light of the red light beam 62 that emits light has an aberration with respect to the optical disk 10.

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を実現できる。   That is, although not shown, it is desirable that the objective lens 144 be designed differently depending on the inner and outer circumferences, similarly to the hologram 134. Thereby, the optimum NA, that is, NAb> NAr can be realized.

図4は、ホログラム132のホログラム格子の一周期(p4)の間の断面を説明する図である。図4(a)は、物理的な形状を示している。このような鋸の歯のような形状を鋸歯状と呼ぶ。また、斜面の方向を表すため、図4(a)の形状を、基材が左側に斜面を持つ形状と表現する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a cross section of the hologram 132 during one period (p4) of the hologram grating. FIG. 4A shows a physical shape. Such a shape like a saw tooth is called a saw tooth shape. Further, in order to represent the direction of the slope, the shape in FIG. 4A is expressed as a shape in which the base material has a slope on the left side.

この呼び方に従い、図3のホログラム134の断面形状を、基材が外周側に斜面を持つ鋸歯形状と表現する。図4(b)は、青色光に対する位相変調量を示している。図4(c)は、赤色光に対する位相変調量を示している。   According to this designation, the cross-sectional shape of the hologram 134 in FIG. 3 is expressed as a sawtooth shape in which the base material has a slope on the outer peripheral side. FIG. 4B shows the amount of phase modulation for blue light. FIG. 4C shows the amount of phase modulation for red light.

図4(a)において縦方向は鋸歯状格子の深さを示している。ホログラム材料を、例えばBK7とすると、青色光ビームに対するホログラム材料の屈折率nbは、nb=1.5302である。   In FIG. 4A, the vertical direction indicates the depth of the sawtooth lattice. Assuming that the hologram material is, for example, BK7, the refractive index nb of the hologram material with respect to the blue light beam is nb = 1.5302.

鋸歯状格子の深さは、青色光ビーム61に対して光路長の差が約2波長、すなわち位相差が約4πラジアンになる量にする。ここで、光路長の差とは、段差の有無によって生じる光路長(光学距離ともいう。媒質の長さと屈折率をかけた値)の差異を意味する。   The depth of the sawtooth grating is set such that the difference in optical path length with respect to the blue light beam 61 is about two wavelengths, that is, the phase difference is about 4π radians. Here, the difference in the optical path length means a difference in the optical path length (also referred to as an optical distance; a value obtained by multiplying the length of the medium and the refractive index) caused by the presence or absence of a step.

したがって、光路長の差Lは、段差の深さh1と、媒質と空気との屈折率の差(nb−1)との積で表わされ、下記のようになる。   Therefore, the difference L in the optical path length is represented by the product of the depth h1 of the step and the difference (nb-1) in the refractive index between the medium and the air, and is as follows.

L=h1×(nb-1)
光路長の差が2波長の場合、L=2×λ1となり、深さh1は、下記式で表わされ、λ1=405nm、nb=1.5302を代入して、h1の値が求まる。
L = h1 × (nb-1)
When the difference between the optical path lengths is two wavelengths, L = 2 × λ1, the depth h1 is expressed by the following equation, and the value of h1 is obtained by substituting λ1 = 405 nm and nb = 1.5302.

h1=2×λ1/(nb-1)=1.53μm
この形状による青色光に対する位相変調量は、格子一周期の中で4π(=2π×2)ラジアン変化するため、+2次回折光強度が最大となり、スカラー計算上は100%の回折効率となる。
h1 = 2 × λ1 / (nb-1) = 1.53 μm
Since the phase modulation amount for blue light in this shape changes by 4π (= 2π × 2) radians in one period of the grating, the + 2nd-order diffracted light intensity becomes maximum, and the scalar calculation results in 100% diffraction efficiency.

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となる。段差h1による赤色光ビームに発生する光路長差は、h1×(nr-1)で表わされる。したがって、赤色光ビームの波長λ2に対する光路長差の倍数は、λ1=405nm、nr=1.5142を代入して下記のようになる。   On the other hand, when the refractive index of the hologram material with respect to the red light beam 62 is nr, when the hologram material is BK7, nr = 1.5142. The optical path length difference generated in the red light beam due to the step h1 is represented by h1 × (nr−1). Therefore, the multiple of the optical path length difference with respect to the wavelength λ2 of the red light beam is as follows, substituting λ1 = 405 nm and nr = 1.5142.

h1×(nr-1)/λ2=1.19
すなわち、光路長差は波長λ2の約1.2倍となり、位相変調量は約2.4πラジアン(1.2×2π)となる。したがって、+1次回折光強度が最も強くなり計算上の回折効率は約80%となる。
h1 × (nr-1) /λ2=1.19
That is, the optical path length difference is about 1.2 times the wavelength λ2, and the phase modulation amount is about 2.4π radians (1.2 × 2π). Therefore, the + 1st-order diffracted light intensity is the strongest, and the calculated diffraction efficiency is about 80%.

このため、図4(a)のように、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4(b)と同等となる。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。   For this reason, as shown in FIG. 4A, when the shape of one period of the grating is formed in a saw-tooth cross-sectional shape with a depth h1, the +2 order diffraction of the blue light beam 61 is the strongest as described above. The grating period that determines the diffraction angle is substantially p4 / 2, and the phase change is equivalent to that shown in FIG. Since the + 1st-order diffraction is the strongest for the red light beam 62, the grating period that determines the diffraction angle is substantially p4.

前記の構成により、基材厚差の補正による異種ディスクの互換ができ、405nmや、660nmといった基準波長付近(数nm以内)で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効果を得ることができる。しかしなお、波長の差によって、球面収差を変化させているのであるから、基準波長付近(数nm以内)での波長変化に対する色収差のうち球面収差変化は発生する。この球面収差変化を補正するための構成を図5と図6を用いて説明する。   With the above-described configuration, different types of disks can be interchanged by correcting the difference in the base material thickness, and chromatic aberration, particularly focal length dependence on wavelength change in the vicinity of a reference wavelength such as 405 nm or 660 nm (within several nm) can be offset and reduced. The effect described above can be obtained. However, since the spherical aberration is changed by the wavelength difference, the spherical aberration change occurs in the chromatic aberration with respect to the wavelength change near the reference wavelength (within several nm). A configuration for correcting this change in spherical aberration will be described with reference to FIGS.

図5において144は対物レンズである。また、1441は対物レンズ144の光ディスクに直接対向しない面(第1面)、さらに、1442は第1面1441に形成した位相段差である。位相段差1442は、対物レンズ144の第1面1441の反対側の面(第2面)や、ホログラム134のいずれかの面に形成することも可能である。   In FIG. 5, reference numeral 144 denotes an objective lens. Reference numeral 1441 denotes a surface of the objective lens 144 not directly facing the optical disk (first surface), and 1442 denotes a phase step formed on the first surface 1441. The phase step 1442 can be formed on a surface (second surface) of the objective lens 144 opposite to the first surface 1441 or on any surface of the hologram 134.

また、図5のように、対物レンズ144と一体化することにより、トラック追従などによって対物レンズ144が動いても、位相段差1442と対物レンズ144との相対位置が変化せず、光学的性能が劣化しないという効果を得ることができる。   Also, as shown in FIG. 5, by integrating with the objective lens 144, even if the objective lens 144 moves due to track following or the like, the relative position between the phase step 1442 and the objective lens 144 does not change, and the optical performance is improved. The effect of not deteriorating can be obtained.

また、位相段差1442と対物レンズ144との相対位置変化による特性劣化が十分小さい場合には、対物レンズ144と位相段差1442を一体化せず、図1のコリメートレンズ8の表面などに形成する構成もあり得る。さらに、図示はしないが、ホログラム及び位相段差のいずれをも屈折型の対物レンズ表面に一体形成することも可能である。   When the characteristic deterioration due to the relative position change between the phase step 1442 and the objective lens 144 is sufficiently small, the objective lens 144 and the phase step 1442 are not integrated, but are formed on the surface of the collimator lens 8 in FIG. It is possible. Further, although not shown, both the hologram and the phase step can be integrally formed on the surface of the refraction type objective lens.

図6は、位相段差1442を拡大した模式図である。1段あたりhaの高さの段差を1段以上形成する。段差haは、位相段差1442を形成する基材の屈折率nbを、波長λ1(例えば405nm)に対する屈折率としたときに、下記の式(1)を満足するようにしている。   FIG. 6 is a schematic diagram in which the phase step 1442 is enlarged. One or more steps having a height of ha are formed per step. The step ha satisfies the following expression (1) when the refractive index nb of the base material forming the phase step 1442 is the refractive index for the wavelength λ1 (for example, 405 nm).

式(1) ha=5×λ1/(nb−1)
式(1)は、下記の式(2)のように変形できる。
Equation (1) ha = 5 × λ1 / (nb−1)
Equation (1) can be transformed into the following equation (2).

式(2) 5×λ1=ha×(nb−1)
式(2)の右辺は、高さhaの段差による光路長の差である。すなわち、位相段差1442の1段の段差は、波長λ1の光に対して、波長λ1の5倍の光路長の差、言い換えると10πラジアン(5×2π)の位相差を生じさせるように設定している。
Equation (2) 5 × λ1 = ha × (nb-1)
The right side of the equation (2) is a difference in the optical path length due to the step of the height ha. That is, one step of the phase step 1442 is set so as to generate a difference in optical path length five times the wavelength λ1, that is, a phase difference of 10π radian (5 × 2π) with respect to the light of the wavelength λ1. ing.

例えば、位相段差1442を形成する基材がBK7と呼ばれる種類のガラスであれば、
λ1=405nmのとき、nb=1.5302であり、(式1)より、
ha=3819nm
となる。この段差に、例えば波長λ2=655nmの赤色光が入射すると、λ2=655nmに対するBK7の屈折率nrは1.5144なので、生じる光路長の差Lは下記のようになる。
For example, if the base material forming the phase step 1442 is glass of a type called BK7,
When λ1 = 405 nm, nb = 1.5302, and from (Equation 1),
ha = 3819 nm
It becomes. When red light having a wavelength of λ2 = 655 nm is incident on this step, for example, the refractive index nr of BK7 for λ2 = 655 nm is 1.5144, and the resulting optical path length difference L is as follows.

L=ha×(nr−1)=1964.5
この算出値は、ほぼ3×λ2に等しい。すなわち、青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる段差は、赤色光に対しては波長の3倍の光路長の差を生じることになる。波長の整数倍の光路長の差が生じる位相変化量は、2πラジアンの整数倍(λ1=405nmに対して10πラジアン、λ2=655nmに対しては6πラジアン)であるので、実質的には位相差を生じない。
L = ha × (nr−1) = 1964.5
This calculated value is approximately equal to 3 × λ2. That is, a step that causes a difference in optical path length of five times the wavelength with respect to blue light results in a difference in optical path length that is three times the wavelength with respect to red light. Since the phase change amount at which the difference in the optical path lengths is an integral multiple of the wavelength is an integral multiple of 2π radians (10π radians for λ1 = 405 nm, 6π radians for λ2 = 655 nm), it is practically significant. No phase difference occurs.

したがって、λ1やλ2の基準波長に対しては波面の変化を生じさせない。そして、基準波長から例えば数nmの波長変化が起こると、光路長の差が波長の整数倍からずれるため、位相変化を生じる。段差は、図6の様に基材側へ堀込むことも、逆に、盛り上げることもできるので、波長ずれに対する位相変化の方向も自由に設定できる。例えば、青色光であれば、波長1nmの変化に対する位相変化量ΔφBは
ΔφB=10π/405=0.024π(ラジアン)
である。レンズやホログラムによって生じる波長1nm変化あたりの色収差が0.024πラジアンになる位置ごとにhaの高さの段差を積み重ねて形成することによって、収差を補正することができる。また、赤色光に対しては、波長1nmの変化に対する位相変化量ΔφRは、
ΔφB=6π/655=0.009π(ラジアン)
である。青色光に比べて赤色光では位相変化量が小さいが、レンズやホログラムによって生じる波長1nm変化あたりの色収差も小さいので問題ない。
Therefore, the wavefront does not change for the reference wavelengths λ1 and λ2. Then, when a wavelength change of, for example, several nm from the reference wavelength occurs, a difference in optical path length deviates from an integral multiple of the wavelength, and thus a phase change occurs. The step can be dug into the base material side as shown in FIG. 6 or, conversely, can be raised, so that the direction of the phase change with respect to the wavelength shift can be freely set. For example, in the case of blue light, the phase change amount ΔφB with respect to a change of the wavelength of 1 nm is ΔφB = 10π / 405 = 0.024π (radian)
It is. The aberration can be corrected by stacking and forming a step having a height of ha at each position where the chromatic aberration per wavelength change of 1 nm caused by the lens or the hologram becomes 0.024π radian. For red light, the phase change amount ΔφR with respect to a change in wavelength of 1 nm is:
ΔφB = 6π / 655 = 0.09π (radian)
It is. Although the amount of phase change is smaller in red light than in blue light, there is no problem because chromatic aberration per 1 nm wavelength change caused by a lens or hologram is small.

なお、上記では基準波長として、青色は405nm、赤色は655nmを選んだが、青色の基準波長は408nmや410nmなど他の波長を選ぶことも可能であり、それに応じて単位段差haと赤色の基準波長も変えればよい。その関係は、下記の式(3)で表される。   In the above description, 405 nm for blue and 655 nm for red are selected as the reference wavelengths. However, other wavelengths such as 408 nm and 410 nm can be selected for the blue reference wavelength, and accordingly, the unit step ha and the red reference wavelength can be selected. Can also be changed. The relationship is represented by the following equation (3).

式(3) ha=3×λ2/(n2−1)=5×λ1/(n1−1)
位相段差はhaを1単位とするが、その整数倍(2倍、3倍・・・)を1単位としても赤色と青色の両基準波長に対して波面変化を与えず、それぞれからの波長変化に対してのみ波面を変化させることができる。
Equation (3) ha = 3 × λ2 / (n2-1) = 5 × λ1 / (n1-1)
Although the phase step has ha as one unit, even if the integral multiple (two times, three times,...) Is one unit, no wavefront change is given to both the red and blue reference wavelengths, and the wavelength change from each. The wavefront can be changed only for.

また、青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる段差を、第1の従来例へ適用することによって、波長変化による色収差を補正する構成としてもよい。この構成では、位相段差は2種類の異なる材質で形成された対物レンズに形成されていることになる。この構成によれば、屈折型レンズによる色収差補正作用は、回折による光量損失回折による光量損失がなく、高い光利用効率と色収差補正とを両立できる。   Further, a configuration in which chromatic aberration due to a change in wavelength is corrected by applying a step having a difference in optical path length of five times the wavelength with respect to blue light to the first conventional example. In this configuration, the phase step is formed on the objective lens formed of two different materials. According to this configuration, the chromatic aberration correcting action of the refraction lens does not cause loss of light amount due to diffraction, and can achieve both high light use efficiency and chromatic aberration correction.

さらに、波長変化による焦点位置変化をも補正することは、原理的には可能であるが、段差数が多くなり、一段あたりの平坦部の長さ(光束に沿った方向に同じ高さの部分。例えば図6のcの長さ)が狭くなり、設計通りに作製することが困難になる。したがって、図5に示したように、図2〜図4において説明したホログラムによって基材厚さと色収差による焦点距離変化を補正し、かつ、青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる段差によって、色収差による球面収差を補正する構成により、容易に制作可能になり、設計どおりの性能を期待できるという効果を得ることができ、より好ましい。   Further, it is possible in principle to correct the focal position change due to the wavelength change, but the number of steps increases, and the length of the flat portion per step (the portion having the same height in the direction along the light beam) 6 (for example, the length of c in FIG. 6) is narrowed, and it is difficult to manufacture as designed. Therefore, as shown in FIG. 5, the hologram described with reference to FIGS. 2 to 4 corrects the change in the focal length due to the thickness of the base material and the chromatic aberration, and reduces the difference in the optical path length five times the wavelength with respect to the blue light. A configuration in which spherical aberration due to chromatic aberration is corrected by the generated step allows easy production and an effect that expected performance as designed can be obtained, which is more preferable.

本実施の形態で示した、青色光ビームに対して波長の2倍の光路長の差を生み+2次回折を起こす深さの鋸歯状の断面形状を持つホログラムを利用して、赤色光ビームの+1次回折光によって異種ディスクの互換を実現し、かつ、青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる段差によって、色収差による球面収差を補正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。   The hologram having a sawtooth cross-sectional shape having a depth that causes a difference in optical path length twice the wavelength with respect to the blue light beam and causes + 2nd-order diffraction shown in the present embodiment is used to generate the red light beam. The concept of realizing interchangeability between different types of discs by + 1st-order diffracted light and correcting spherical aberration due to chromatic aberration by a step that causes a difference in optical path length of five times the wavelength with respect to blue light is any of the above-mentioned concepts. It is not disclosed in the conventional example.

本実施の形態では、上記の新規な構成により、異種ディスクの互換を実現できる。さらに、青色光ビーム、赤色光ビームいずれに対してもホログラム134が凸レンズ作用をもち、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効果がある。さらに、色収差による球面収差も補正でき、波長の変化に対しても、安定に情報の再生や記録を行うことができる。   In the present embodiment, compatibility of different kinds of disks can be realized by the above-described novel configuration. Further, the hologram 134 has a convex lens action for both the blue light beam and the red light beam, and the diffraction action is such that the chromatic dispersion is in the opposite direction to the refraction action. When combined, there is an effect that the chromatic aberration with respect to a wavelength change within several nm, particularly the wavelength dependency of the focal length, can be offset and reduced. Furthermore, spherical aberration due to chromatic aberration can be corrected, and information can be reproduced and recorded stably even when the wavelength changes.

したがって、ホログラム134と位相段差だけで、異種ディスクの互換と色収差補正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を有する。すなわち、瞬時の応答に適していない対物レンズのフォーカス制御によることなく、例えば再生から記録へ瞬時の変化による波長変化に瞬時に対応できることになる。   Therefore, the hologram 134 and the phase difference alone have a remarkable effect that the problems of compatibility between different kinds of discs and chromatic aberration correction can be solved at once. That is, it is possible to instantaneously respond to a wavelength change due to an instantaneous change from reproduction to recording, for example, without performing focus control of an objective lens that is not suitable for an instantaneous response.

なお、図5と図6では対物レンズ(屈折型レンズ)144の表面に位相段差1442を形成する場合を例示したが、図7に示すように位相段差1462をホログラム136の基板表面へ形成することも可能である。この場合の位相段差部分の拡大図を図8に示す。位相段差の段差を青色光に対して波長の5倍の光路長の差を与える段差haの整数倍にする点は図6と同じである。本実施の形態に係る位相段差は、前記のように対物レンズやホログラム等の光学素子又は光学レンズに追加して形成してもよく、位相段差自体を独立した光学素子として形成してもよい。このことは以下の実施の形態においても同様である、
さらに、光ヘッド装置の全体構成としては、下記に付加的に有効な構成例を示す。下記は、本願実施の形態すべてにおいて有効である。ただし、本願の重要な点は、青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる段差、及びこれに組み合わせて用いる対物レンズやホログラムにある。このため、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あるビームスプリッターや検出レンズ、検出ホログラムは必須のものではなく、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。
5 and 6 illustrate the case where the phase step 1442 is formed on the surface of the objective lens (refractive lens) 144, but the phase step 1462 is formed on the substrate surface of the hologram 136 as shown in FIG. Is also possible. FIG. 8 shows an enlarged view of the phase step portion in this case. FIG. 6 is the same as FIG. 6 in that the step of the phase step is set to be an integral multiple of the step ha that gives a difference in optical path length of five times the wavelength of blue light. The phase step according to the present embodiment may be formed in addition to an optical element such as an objective lens or a hologram or an optical lens as described above, or the phase step itself may be formed as an independent optical element. This is the same in the following embodiments.
Further, as the overall configuration of the optical head device, an additional effective configuration example will be described below. The following is valid in all the embodiments of the present application. However, the important points of the present application are a step that causes a difference in optical path length of five times the wavelength with respect to blue light, and an objective lens and a hologram used in combination therewith. For this reason, the beam splitter, the detection lens, and the detection hologram, which have already been described, are not indispensable components including the following, and the configurations described below are not essential. Can be used.

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。   In FIG. 1, a tracking error signal of the optical disk 9 is detected by a well-known differential push-pull (DPP) method by further arranging a three-beam grating (diffraction element) 3 between the blue laser 1 and the beam splitter 4. It is also possible.

また、光軸に対して垂直な2方向をx方向とy方向と定義したときに、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形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。   When two directions perpendicular to the optical axis are defined as an x direction and a y direction, for example, a beam shaping element 2 for enlarging only the x direction is further disposed between the blue laser 1 and the beam splitter 4. By doing so, the far-field pattern of the blue light beam 61 can be made closer to a point-symmetrical intensity distribution about the optical axis, and the light use efficiency can be improved. The beam shaping element 2 can be configured by using a double-sided cylindrical lens or the like.

3ビーム格子(回折素子)22をさらに赤色レーザー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。   By further arranging the three-beam grating (diffraction element) 22 between the red laser 20 and the beam splitter 16, the tracking error signal of the optical disk 10 can be detected by a well-known differential push-pull (DPP) method. is there.

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、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、光ディスクに対する集光光の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。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補正能力が不足であり、ホログラム13(一例として134)による波面変換が必要である。ただし、赤色光ビームを用いて光ディスク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を発散光にし、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。
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 left-right direction in FIG. 1). If the thickness error of the base material or the thickness of the base material caused by the interlayer thickness when the optical disc 9 is a two-layer disc causes spherical aberration, the collimating lens 8 is moved in the optical axis direction. Can correct the spherical aberration. As described above, the spherical aberration can be corrected by moving the collimating lens 8 when the NA of the condensed light on the optical disk is 0.85, which can be about several 100 mλ, and the base material thickness of ± 30 μm can be corrected. it can. However, when recording / reproducing a DVD using the objective lens 14 corresponding to the base material thickness of 0.1 mm, it is necessary to compensate for the base material thickness difference of 0.5 mm or more. The ability to correct spherical aberration is insufficient, and wavefront conversion by the hologram 13 (134 as an example) is required. However, when recording / reproducing the optical disk 10 using the red light beam, moving the collimator lens 8 to the left side in FIG. The beam is made divergent light, the focused spot on the optical disc 10 is further separated from the objective lens 14, and a part of the aberration due to the thickness of the base material is corrected, the amount of aberration correction required for the hologram 13 is reduced, and the hologram pitch is widened. In addition, creation of the hologram 13 can be facilitated.

さらに、ビームスプリッター4を、青色レーザー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へ導くと、光検出器7から得られる信号を用いて青色レーザー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1の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。   Further, the beam splitter 4 transmits a part (for example, about 10%) of linearly polarized light emitted from the blue laser 1, and the transmitted light beam is further guided to the photodetector 7 by the condenser lens 6. It is also possible to monitor the change in the amount of light emitted from the blue laser 1 using a signal obtained from the photodetector 7 and to control the amount of light emitted from the blue laser 1 to be constant by feeding back the change in the amount of light. .

さらに、ビームスプリッター4を、赤色レーザー1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へ導くと、光検出器7から得られる信号を用いて赤色レーザー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20の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。   Further, the beam splitter 4 reflects part of the linearly polarized light emitted from the red laser 1 (for example, about 10%), and the reflected light beam is further guided to the photodetector 7 by the condenser lens 6. It is also possible to monitor the change in the amount of light emitted from the red laser 20 using the signal obtained from the photodetector 7 and to control the amount of light emitted from the red laser 20 to be constant by feeding back the change in the amount of light. .

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2を説明する。本実施の形態は、実施の形態1に比べて、ホログラム134の内周部134Cの格子断面形状のみを変更するものである。図9は実施の形態1で示したホログラム134の内周部134Cにおける一周期の格子断面形状を説明するものである。図9(a)は、物理的な形状を示している。図9(b)は、青色光に対する位相変調量を示している。図9(c)は、赤色光に対する位相変調量を示している。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment only in that only the lattice cross-sectional shape of the inner peripheral portion 134C of the hologram 134 is changed. FIG. 9 illustrates a one-period lattice cross-sectional shape in the inner peripheral portion 134C of the hologram 134 described in the first embodiment. FIG. 9A shows a physical shape. FIG. 9B shows the amount of phase modulation for blue light. FIG. 9C shows the amount of phase modulation for red light.

図9(a)において縦方向は鋸歯状格子の深さを示している。図4と違って深さは、赤色光ビームを基準に決定する。nrは、赤色光ビーム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、λ2=660nmに対しては、nr=1.5142である。   In FIG. 9A, the vertical direction indicates the depth of the sawtooth lattice. Unlike FIG. 4, the depth is determined based on the red light beam. nr is the refractive index of the hologram material for the red light beam. Assuming that the hologram material is, for example, BK7, nr = 1.5142 for λ2 = 660 nm.

鋸歯状格子の深さは、赤色光ビームに対して光路長の差が約1波長、すなわち位相差が約2πラジアンになる量にする。この場合、深さh2は、
h2=λ2/(nr−1)=1.28μmとなる。
The depth of the sawtooth grating is such that the difference in optical path length for the red light beam is about one wavelength, ie, the phase difference is about 2π radians. In this case, the depth h2 is
h2 = λ2 / (nr−1) = 1.28 μm.

一方、青色光ビーム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となる。鋸歯状格子の深さh2による赤色光ビームに発生する光路長差は、h1×(nr−1)で表わされる。したがって、青色光ビームの波長λ1に対する光路長差の倍数は、λ1=405nm、nb=1.5302を代入して下記のようになる。   On the other hand, assuming that the refractive index of the hologram material with respect to the blue light beam is nb, when the hologram material is BK7, nb = 1.5302. The optical path length difference generated in the red light beam due to the depth h2 of the sawtooth grating is represented by h1 × (nr−1). Therefore, the multiple of the optical path length difference with respect to the wavelength λ1 of the blue light beam is as follows by substituting λ1 = 405 nm and nb = 1.5302.

h2×(nb-1)/λ1=1.68
すなわち、光路長差は波長λ1の約1.7倍となり、位相変調量は約3.35πラジアンとなる。このため、+2次回折光強度が最大となり、スカラー計算上は約80%の回折効率となる。
h2 × (nb-1) /λ1=1.68
That is, the optical path length difference is about 1.7 times the wavelength λ1, and the amount of phase modulation is about 3.35π radians. For this reason, the + 2nd-order diffracted light intensity becomes maximum, and the scalar calculation results in a diffraction efficiency of about 80%.

図9(a)のように、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9(b)と同等となる。そして、赤色光ビームに対しては、+1次回折が最も強く計算上は回折効率が100%になり、光の利用効率が高くできる。   As shown in FIG. 9A, when the shape of one period of the grating is a saw-tooth cross-sectional shape having a depth h2, the +2 order diffraction of the blue light beam is the strongest as described above. The determined grating period is substantially p4 / 2, and the phase change is equivalent to FIG. 9B. For the red light beam, the + 1st-order diffraction is the strongest, and the diffraction efficiency is calculated to be 100%, and the light use efficiency can be increased.

また、青色回折光の回折効率は80%程度に下がるが、中心部の光量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させることができる。   Further, the diffraction efficiency of the blue diffracted light is reduced to about 80%, but when the light amount in the central portion is reduced, the light amount in the outer peripheral portion is relatively increased. The far-field image of a semiconductor laser light source has a lower intensity at the outer periphery, and only a part of the far-field image can be used. However, if the light amount at the inner periphery decreases, a wider range of the far-field image can be used. Efficiency can be improved.

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。したがって、本実施の形態の、内周部分を図9を用いて説明したように高さh2として、赤色光ビームの回折光強度を最大にするという効果を得ることができ、かつ、このときに青色光ビームの集光スポットに対する光の利用効率も低下しないという効果を得ることができる。   This can be realized by shortening the focal length of the collimator lens 8, but this can compensate for the decrease in the amount of light in the inner peripheral portion. Accordingly, the effect of maximizing the diffracted light intensity of the red light beam by setting the inner peripheral portion to the height h2 as described with reference to FIG. 9 can be obtained. It is possible to obtain an effect that the light use efficiency of the condensing spot of the blue light beam does not decrease.

そして、実施の形態1と同様に青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる段差と組み合わせることにより色収差による球面収差を補正することができる。   Then, similarly to the first embodiment, the spherical aberration due to chromatic aberration can be corrected by combining with a step that produces a difference in optical path length of five times the wavelength of blue light.

本実施の形態のホログラムも、青色光ビーム、赤色光ビームいずれに対してもホログラム134が凸レンズ作用をもつ。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効果がある。   Also in the hologram of this embodiment, the hologram 134 has a convex lens function for both the blue light beam and the red light beam. Since the chromatic dispersion is in the opposite direction to the refraction effect, the diffraction effect cancels out the chromatic aberration with respect to a wavelength change within several nm, particularly the wavelength dependence of the focal length, when combined with the objective lens 144 which is a refraction type convex lens. There is an effect that it can be reduced.

そして、青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる段差と組み合わせることにより異種ディスクの互換と色収差補正という課題を一挙に解決することができるという顕著な効果を有する。   In combination with a step that produces a difference in optical path length of five times the wavelength of blue light, there is a remarkable effect that the problems of compatibility between different types of disks and chromatic aberration correction can be solved at once.

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効果もある。   A lens with a high NA has a high degree of difficulty in manufacturing, but the hologram has a convex lens function, which also has the effect of reducing the degree of difficulty in manufacturing the refraction type objective lens 144 to be combined.

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。   Further, as the overall configuration of the optical head device, it is possible to combine the configurations additionally described in the first embodiment.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3を説明する。本実施の形態3は、実施の形態1、2と同様に、光ヘッド装置の全体構成例としては図1を挙げることができ、共通である。図1において、ホログラム13の構成が異なるので、図10−12を用いて、実施の形態3の特徴的な要素であるホログラム135の働きと構成を説明する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, as in the first and second embodiments, FIG. 1 can be cited as an example of the entire configuration of the optical head device, which is common. In FIG. 1, since the configuration of the hologram 13 is different, the function and configuration of the hologram 135 which is a characteristic element of the third embodiment will be described with reference to FIGS.

図10、11において、135はホログラムである。内周部135Cは例えば、実施の形態1において示したホログラム134の内周部134Cと同じである。図12は、ホログラム135の外周部135Bのホログラム格子の一周期(p7)の間の断面を説明する図である。図12(a)は、物理的な形状を示している。図12(b)は、青色光に対する位相変調量を示している。図12(c)は、赤色光に対する位相変調量を示している。   10 and 11, reference numeral 135 denotes a hologram. The inner peripheral portion 135C is, for example, the same as the inner peripheral portion 134C of the hologram 134 shown in the first embodiment. FIG. 12 is a diagram illustrating a cross section of the outer peripheral portion 135B of the hologram 135 during one period (p7) of the hologram grating. FIG. 12A shows a physical shape. FIG. 12B shows the amount of phase modulation for blue light. FIG. 12C shows the amount of phase modulation for red light.

図12(a)において、縦方向は鋸歯形状の深さを示している。鋸歯形状の深さh3は、青色光ビームに対して光路長の差が約1波長、すなわち位相差が約2πラジアンになる量とする。nbを青色光ビームに対するホログラム材料の屈折率とすると、ホログラム材料が例えばBK7の場合、nb=1.5302であり、鋸歯形状の深さh3は、
h3=λ1/(nb−1)=0.764μmとなる。
In FIG. 12A, the vertical direction indicates the depth of the sawtooth shape. The depth h3 of the sawtooth shape is such that the difference in optical path length with respect to the blue light beam is about one wavelength, that is, the phase difference is about 2π radians. Assuming that nb is the refractive index of the hologram material with respect to the blue light beam, when the hologram material is, for example, BK7, nb is 1.5302, and the sawtooth-shaped depth h3 is
h3 = λ1 / (nb−1) = 0.664 μm.

一方、赤色光ビーム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となる。深さh3による赤色光ビームに発生する光路長差は、h3×(nr−1)で表わされる。したがって、赤色光ビームの波長λ2に対する光路長差の倍数は、λ2=660nm、nr=1.5142を代入して下記のようになる。   On the other hand, when the refractive index of the hologram material with respect to the red light beam is nr, when the hologram material is BK7, nr = 1.5142. The optical path length difference generated in the red light beam due to the depth h3 is represented by h3 × (nr-1). Therefore, the multiple of the optical path length difference with respect to the wavelength λ2 of the red light beam is as follows by substituting λ2 = 660 nm and nr = 1.5142.

h3×(nr−1)/λ2=0.595
すなわち、光路長差は波長λ2の約0.6倍となり、位相変調量は約1.2πラジアンとなる。したがって+1次回折光強度が最も強くなり約60%となる。
h3 × (nr-1) /λ2=0.595
That is, the optical path length difference is about 0.6 times the wavelength λ2, and the phase modulation amount is about 1.2π radians. Therefore, the intensity of the + 1st-order diffracted light is the strongest and is about 60%.

このように、図12(a)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、青色光ビームは、+1次回折が最も強い(実施の形態1や2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12(b)と同等となる。そして、赤色光ビームに対しても+1次回折が最も強く、回折角度を決める格子周期は、やはり実質p7である。   In this manner, as shown in FIG. 12A, when the shape of one period of the grating is a saw-tooth cross-sectional shape with a depth h3, the + 1st-order diffraction of the blue light beam is the strongest (the first and second embodiments). In this case, the + 2nd-order diffracted light is the strongest also 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 equivalent to that in FIG. . The + 1st-order diffraction is also the strongest for the red light beam, and the grating period that determines the diffraction angle is also substantially p7.

ホログラム135の外周部135Bは青色光ビームが約0.1mmの基材厚を通して集光されるように設計する。このとき、赤色光ビームも青色光ビームと同じ回折次数の+1次回折を受け、赤色の波長λ2が青色の波長λ1よりも長いので回折角度は大きくなる。   The outer periphery 135B of the hologram 135 is designed so that the blue light beam is focused through a substrate thickness of about 0.1 mm. At this time, the red light beam also receives + 1st-order diffraction of the same diffraction order as the blue light beam, and the diffraction angle increases because the red wavelength λ2 is longer than the blue wavelength λ1.

ホログラムのブレーズ方向は内周部同様に凸レンズ作用を持つように設計する。このとき、赤色光ビームの方が回折角度が大きいので、強い凸レンズ作用を受ける。これは、内周部(例えば134C)において、赤色光ビームの方が青色光ビームよりも、弱い凸レンズ作用を受ける、又は凹レンズ作用を受ける(131C等)のとは全く異なる。   The blaze direction of the hologram is designed so as to have a convex lens effect similarly to the inner peripheral portion. At this time, since the red light beam has a larger diffraction angle, it receives a strong convex lens effect. This is completely different from the case where the red light beam is subjected to a weak convex lens action or a concave lens action (such as 131C) at the inner peripheral portion (for example, 134C) than the blue light beam.

このため、外周部135Bによって回折される赤色光ビームは内周部を通る赤色光ビームと同じ場所に集光されない。このようにして、光ディスク9を青色光ビームによって記録・再生するときの開口数NAbを、光ディスク10を赤色光ビームによって記録・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。   Therefore, the red light beam diffracted by the outer peripheral portion 135B is not focused on the same place as the red light beam passing through the inner peripheral portion. In this way, the numerical aperture NAb for recording / reproducing the optical disk 9 with the blue light beam can be made larger than the numerical aperture NAr for recording / reproducing the optical disk 10 with the red light beam (NAb> NAr). it can.

そして、実施の形態1と同様に青色光に対して波長の5倍の光路長の差を生じる段差と組み合わせることにより色収差による球面収差を補正することができる。   Then, similarly to the first embodiment, the spherical aberration due to chromatic aberration can be corrected by combining with a step that produces a difference in optical path length of five times the wavelength of blue light.

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。   Further, as the overall configuration of the optical head device, it is possible to combine the configurations additionally described in the first embodiment.

(実施の形態4)
図13は、本発明の実施の形態3に係る光ヘッド装置の要部概略断面図を示している。本図に示した光ヘッド装置は、図5の構成において、ホログラム134に代えて液晶型位相変調素子を用いたものである。
(Embodiment 4)
FIG. 13 is a schematic sectional view of a main part of an optical head device according to Embodiment 3 of the present invention. The optical head device shown in the figure uses a liquid crystal type phase modulation element instead of the hologram 134 in the configuration of FIG.

液晶型位相変調素子137は、電圧を印加したり切ったりできる。すなわち液晶型位相変調素子137を電気的にスイッチングすることにより、透過波面に与える位相変調量を切り替えて基材厚差による収差を補正することができる。   The liquid crystal phase modulation element 137 can apply and cut off a voltage. That is, by electrically switching the liquid crystal phase modulation element 137, the amount of phase modulation applied to the transmitted wavefront can be switched to correct the aberration due to the difference in substrate thickness.

この場合、液晶型位相変調素子137では、波長変化によって生じる収差(軸上色収差、球面収差とも)を補正することはできない。そこで、位相段差1442を組み合わせることによって、軸上色収差と球面収差を含めた色収差をすべて補正する構成としている。   In this case, the liquid crystal phase modulation element 137 cannot correct aberrations (both axial chromatic aberration and spherical aberration) caused by the wavelength change. Therefore, a configuration is provided in which all the chromatic aberrations including the axial chromatic aberration and the spherical aberration are corrected by combining the phase steps 1442.

位相段差1442は、前記の図5に示した位相段差1442と同様の構成であり、波長λ1の青色光に対して5λ1、波長λ2の赤色光に対して3λ2の光路長差を生じさせる段差を単位段差とする位相段差である。   The phase step 1442 has the same configuration as that of the phase step 1442 shown in FIG. 5 described above. The phase step 1442 has a step that causes an optical path length difference of 5λ1 for blue light of wavelength λ1 and 3λ2 for red light of wavelength λ2. This is a phase step as a unit step.

例えば、対物レンズ144が青色波長変動1nmに対してその5倍の5nmの収差を生じる毎に位相段差を1段形成すれば、青色に対する色収差を補正することができる。赤色光についても、色収差は同じ方向に生じるのでこれを同様に補正できる。   For example, if one phase step is formed every time the objective lens 144 generates an aberration of 5 nm, which is five times the blue wavelength fluctuation of 1 nm, the chromatic aberration for blue can be corrected. For red light, chromatic aberration occurs in the same direction, so that it can be similarly corrected.

(実施の形態5)
図14は、本発明の実施の形態5に係る光ヘッド装置の要部概略断面図を示している。前記実施の形態1−4では、青色の波長λ1の5倍の位相差を生じる段差を単位段差とする位相段差と、回折型のホログラム又は液晶型位相変調素子とを組み合わせた実施の形態を説明した。本実施の形態は、単一の光ディスクの記録再生を前提とするものである。このため、位相段差の1段は、波長の5倍の位相差を生じる段差に限らず、波長の整数倍の位相差を生じる段差としている。
(Embodiment 5)
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a main part of an optical head device according to Embodiment 5 of the present invention. In the above-described Embodiment 1-4, an embodiment will be described in which a phase difference having a phase difference of 5 times the wavelength λ1 of blue as a unit step is combined with a diffraction type hologram or a liquid crystal phase modulation element. did. This embodiment is based on the premise that recording and reproduction are performed on a single optical disk. For this reason, one step of the phase step is not limited to a step that produces a phase difference of five times the wavelength, but is a step that produces a phase difference of an integral multiple of the wavelength.

図14に示した光ヘッド装置は、位相段差1472を形成した対物レンズ147とホログラム134とを組み合わせたものであり、図5の光ヘッド装置と同一構成のものは、同一符号を付している。本図に示した光ヘッド装置は、青色の波長λ1に光ディスク9を記録再生する装置であり、対物レンズ147の面1471に形成した位相段差1472の位相段差の1段は、波長λ1の整数倍の位相差を生じる段差としている。   The optical head device shown in FIG. 14 is a combination of an objective lens 147 having a phase difference 1472 and a hologram 134, and the same components as those of the optical head device of FIG. . The optical head device shown in the figure is a device for recording and reproducing the optical disk 9 at the blue wavelength λ1. One of the phase steps 1472 formed on the surface 1471 of the objective lens 147 is an integral multiple of the wavelength λ1. Is a step that produces a phase difference of

この構成においても、色収差を補正できる。また、ホログラム134は位相段差1472と色収差補正を分担できるので、ホログラム134の格子ピッチを粗くすることができ、光量の利用効率を高めることができるという効果を得ることができる。   Also in this configuration, chromatic aberration can be corrected. Further, since the hologram 134 can share the phase difference 1472 and the chromatic aberration correction, the grating pitch of the hologram 134 can be made coarse, and the effect of increasing the light amount utilization efficiency can be obtained.

(実施の形態6)
本発明の光ヘッド装置を用いた光情報装置の実施の形態を、図15に示す。図15において光ディスク9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。実施の形態1−4に示した光ヘッド装置55は、光ディスク9の所望の情報の存在するトラックのところまで、光ヘッド装置の駆動装置51によって粗動される。
(Embodiment 6)
FIG. 15 shows an embodiment of an optical information device using the optical head device of the present invention. In FIG. 15, the optical disk 9 is placed on a turntable 82 and rotated by a motor 64. The optical head device 55 shown in the embodiment 1-4 is roughly moved by the drive device 51 of the optical head device up to the track on the optical disc 9 where desired information exists.

光ヘッド装置55は、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はこの信号に対応して、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、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とを行い、光ヘッド装置55によって、情報の読み出し、書き込み(記録)又は消去を行う。   The optical head device 55 sends a focus error (focus error) signal and a tracking error signal to the electric circuit 53 according to the positional relationship with the optical disc 9. The electric circuit 53 sends a signal for finely moving the objective lens to the optical head device 55 in response to this signal. With this signal, the optical head device 55 performs focus control and tracking control on the optical disk 9, and the optical head device 55 reads, writes (records), or erases information.

以上の説明は、搭載する光ディスクを光ディスク9より基材厚の厚い光ディスク10に交換しても同様である。本実施の形態の光情報装置は、光ヘッド装置として、前記本発明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。   The above description is the same even when the mounted optical disk is replaced with the optical disk 10 having a base material thicker than the optical disk 9. Since the optical information device of the present embodiment uses the optical head device of the present invention as the optical head device, a single optical head device can handle a plurality of optical disks having different recording densities.

なお、光ヘッド装置55を実施の形態5のように、単一の光ディスク専用としたものでもよい。このことは、以下の実施の形態7−10においても同様である。   The optical head device 55 may be dedicated to a single optical disk as in the fifth embodiment. This is the same in the following embodiments 7-10.

(実施の形態7)
本実施の形態は、前記実施の形態6に係る光情報装置67を具備したコンピューターの実施の形態である。図16は、本実施の形態に係るコンピューターの斜視図である。
(Embodiment 7)
The present embodiment is an embodiment of a computer including the optical information device 67 according to the sixth embodiment. FIG. 16 is a perspective view of the computer according to the present embodiment.

本図に示したコンピューター100は、実施の形態6に係る光情報装置67と、情報の入力を行うためのキーボードマウス又はタッチパネルなどの入力装置65と、入力装置65から入力された情報や、光情報装置67から読み出し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64と、演算装置64によって演算された結果などの情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置81とを備えている。   The computer 100 shown in the figure includes an optical information device 67 according to Embodiment 6, an input device 65 such as a keyboard and a mouse or a touch panel for inputting information, information input from the input device 65, A computing device 64 such as a central processing unit (CPU) that performs computations based on information read from the information device 67, and a CRT, a liquid crystal display device, a printer, or the like that displays information such as results computed by the computing device 64. An output device 81 is provided.

本実施の形態に係るコンピューターは、前記実施の形態6に係る光情報装置67を具備しており、異なる種類の光ディスクを安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる。   The computer according to the present embodiment includes the optical information device 67 according to the sixth embodiment and can stably record or reproduce different types of optical discs, so that it can be used for a wide variety of applications.

(実施の形態8)
本実施の形態は、前記実施の形態6に係る光情報装置67を具備した光情報媒体(光ディスク)プレーヤーの実施の形態である。図17は、本実施の形態に係る光情報媒体プレーヤーの斜視図である。
(Embodiment 8)
This embodiment is an embodiment of an optical information medium (optical disk) player including the optical information device 67 according to the sixth embodiment. FIG. 17 is a perspective view of the optical information medium player according to the present embodiment.

本図に示した光ディスクプレーヤー121は、実施の形態6の光情報装置67と、光情報装置67から得られる情報信号を画像に変換する情報から画像への変換装置66(例えばデコーダー)を備えている。本構成はカーナビゲーションシステムとしても利用できる。また、液晶モニターなどの表示装置120を加えた形態も可能である。   The optical disc player 121 shown in the figure includes the optical information device 67 of the sixth embodiment, and an information-to-image conversion device 66 (for example, a decoder) for converting an information signal obtained from the optical information device 67 into an image. I have. This configuration can also be used as a car navigation system. Further, a mode in which a display device 120 such as a liquid crystal monitor is added is also possible.

本実施の形態に係る光情報媒体(光ディスク)プレーヤーは、前記実施の形態6に係る光情報装置67を具備しており、異なる種類の光ディスクを安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる。   The optical information medium (optical disk) player according to the present embodiment includes the optical information device 67 according to the sixth embodiment, and can stably record or reproduce different types of optical disks, so that it can be used for a wide range of applications. .

(実施の形態9)
本実施の形態は、前記実施の形態6に係る光情報装置67を具備した光情報媒体(光ディスク)レコーダーの実施の形態である。図18は、本実施の形態に係る光ディスクレコーダーの斜視図である。
(Embodiment 9)
The present embodiment is an embodiment of an optical information medium (optical disk) recorder including the optical information device 67 according to the sixth embodiment. FIG. 18 is a perspective view of the optical disc recorder according to the present embodiment.

本図に示した光ディスクレコーダー110は、実施の形態6に係る光情報装置67と、画像情報を光情報装置67によって光ディスクへ記録する情報に変換する画像から情報への変換装置68(例えばエンコーダー)を備えている。   The optical disk recorder 110 shown in the figure includes an optical information device 67 according to Embodiment 6, and an image-to-information conversion device 68 (for example, an encoder) that converts image information into information to be recorded on an optical disk by the optical information device 67. It has.

光情報装置67から得られる情報信号を画像に変換する情報から画像への変換装置66(デコーダー)も有することが好ましい。この構成によれば、既に記録した部分を再生することも可能となる。さらに、情報を表示するブラウン管、液晶表示装置又はプリンターなどの出力装置61を備えてもよい。   It is preferable to also have a device 66 (decoder) for converting an information signal obtained from the optical information device 67 into an image. According to this configuration, it is also possible to reproduce an already recorded portion. Further, an output device 61 such as a cathode ray tube, a liquid crystal display device, or a printer for displaying information may be provided.

本実施の形態に係る光ディスクレコーダーは、前記実施の形態6に係る光情報装置67を具備しており、異なる種類の光ディスクを安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる。   The optical disk recorder according to the present embodiment includes the optical information device 67 according to the sixth embodiment, and can stably record or reproduce different types of optical disks, so that it can be used for a wide range of applications.

(実施の形態10)
本実施の形態は、前記実施の形態6に係る光情報装置67を具備した光情報装置の実施の形態である。図19は、本実施の形態に係る光情報装置の斜視図である。
(Embodiment 10)
This embodiment is an embodiment of an optical information device including the optical information device 67 according to the sixth embodiment. FIG. 19 is a perspective view of the optical information device according to the present embodiment.

本図に示した光情報装置は、前記実施の形態6に係る光情報装置67を備えている。入出力端子69は、光情報装置67に記録する情報を取り込んだり、光情報装置67によって読み出した情報を外部に出力する有線又は無線の入出力端子である。これによって、ネットワーク、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、これら複数の機器から共有の情報サーバー(光情報媒体(光ディスク)サーバー)、として利用することが可能となる。情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置81を備えてもよい。   The optical information device shown in the figure includes the optical information device 67 according to the sixth embodiment. The input / output terminal 69 is a wired or wireless input / output terminal that takes in information to be recorded on the optical information device 67 and outputs information read by the optical information device 67 to the outside. This makes it possible to exchange information with a network, that is, a plurality of devices, for example, a computer, a telephone, a television tuner, and the like, and to use the information as a shared information server (optical information medium (optical disk) server) from the plurality of devices. Become. An output device 81 such as a cathode ray tube, a liquid crystal display device, or a printer for displaying information may be provided.

本実施の形態に係る光情報装置は、前記実施の形態6に係る光情報装置67を具備しており、異なる種類の光ディスクを安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる。   The optical information device according to the present embodiment includes the optical information device 67 according to the sixth embodiment, and can stably record or reproduce different types of optical disks, so that it can be used for a wide variety of applications.

さらに、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131を具備することにより、多くの情報を記録・蓄積できることになる。
る。
Further, by providing the changer 131 for taking a plurality of optical disks into and out of the optical information device 67, a large amount of information can be recorded and accumulated.
You.

なお、前記実施の形態7−10において図16−19には出力装置81や液晶モニター120を示したが、出力端子を備えて、出力装置81や液晶モニター120は持たず、別売りとする商品形態があり得ることはいうまでもない。   Although the output device 81 and the liquid crystal monitor 120 are shown in FIGS. 16 to 19 in the embodiment 7-10, the output device 81 and the liquid crystal monitor 120 are provided without the output device, and are sold separately. It goes without saying that there is a possibility.

また、図17と図18には入力装置は図示していないが、キーボードやタッチパネル、マウス、リモートコントロール装置など入力装置も具備した商品形態も可能である。逆に、前記実施の形態7−10において、入力装置は別売りとして、入力端子のみを持った形態も可能である。   Although the input device is not shown in FIGS. 17 and 18, a product form including an input device such as a keyboard, a touch panel, a mouse, and a remote control device is also possible. Conversely, in the above-described Embodiments 7-10, the input device may be separately sold and may have only the input terminal.

以上のように、本発明によれば、異なる種類の光ディスクの互換再生や互換記録を単一の対物レンズを用いて実現し、かつ光量切り替え時などの波長変化に際して、焦点距離の変化や球面収差の発生を抑制し、安定した情報の再生又は記録ができるので、光ヘッド装置、光情報装置、コンピューター、光情報媒体プレーヤー、カーナビゲーションシステム、光情報媒体レコーダー、光情報媒体サーバーに有用である。   As described above, according to the present invention, compatible playback and compatible recording of different types of optical discs are realized using a single objective lens, and when the wavelength changes at the time of switching the light amount, the focal length changes and the spherical aberration change. Since it is possible to suppress occurrence of information and to stably reproduce or record information, it is useful for an optical head device, an optical information device, a computer, an optical information medium player, a car navigation system, an optical information medium recorder, and an optical information medium server.

本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical head device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の要部概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an optical head device according to an embodiment of the present invention. (a)は本発明の一実施の形態に係るホログラムの平面図、(b)は(a)図の断面図。1A is a plan view of a hologram according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG. (a)は本発明の一実施の形態に係る回折格子の要部概略断面図、(b)、(c)は位相変化の説明図。2A is a schematic cross-sectional view of a principal part of a diffraction grating according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の要部概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an optical head device according to an embodiment of the present invention. 図5に示した位相段差の要部拡大概略断面図。FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a main part of the phase step shown in FIG. 5. 本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の要部概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an optical head device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る位相段差の要部拡大概略断面図。FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a main part of a phase step according to the embodiment of the present invention. (a)は本発明の一実施の形態に係る回折格子の要部概略断面図、(b)、(c)は位相変化の説明図。2A is a schematic cross-sectional view of a principal part of a diffraction grating according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の要部概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an optical head device according to an embodiment of the present invention. (a)は本発明の一実施の形態に係るホログラムの平面図、(b)は(a)図の断面図。1A is a plan view of a hologram according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG. (a)は本発明の一実施の形態に係る回折格子の要部概略断面図、(b)、(c)は位相変化の説明図。2A is a schematic cross-sectional view of a principal part of a diffraction grating according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の要部概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an optical head device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の要部概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an optical head device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る光情報装置の概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical information device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係るコンピューターの概略斜視図。FIG. 1 is a schematic perspective view of a computer according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る光ディスクプレーヤの概略斜視図。FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical disc player according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る光ディスクレコーダー(又はカーナビゲーションシステム)の概略斜視図。1 is a schematic perspective view of an optical disk recorder (or a car navigation system) according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る光ディスクサーバーの概略斜視図。FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical disk server according to an embodiment of the present invention. 従来の光ヘッド装置の一例の要部概略断面図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a main part of an example of a conventional optical head device. 従来の光ヘッド装置の一例の概略断面図。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an example of a conventional optical head device. (a)は従来のホログラムの一例の平面図、(b)は(a)図の断面図。(A) is a plan view of an example of a conventional hologram, and (b) is a cross-sectional view of (a).

符号の説明Explanation of reference numerals

1,20 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
9,10 光ディスク
13 ホログラム
14,144,145,146,147 対物レンズ
15 駆動手段
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
64 演算装置
65 入力装置
66 デコーダー
67 光情報装置
68 エンコーダー
69 入出力端子
77 光ディスクプレーヤー(又はカーナビゲーションシステム)
81 出力装置
100 コンピューター
110 光ディスクレコーダー
130 光ディスクサーバー
1442,1462,1472 位相段差
Reference Signs List 1,20 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 9,10 Optical disk 13 Hologram 14,144,145,146 , 147 Objective lens 15 Driving means 32 Detection lens 33 Photodetector 51 Driving device of optical head device 53 Electric circuit 55 Optical head device 64 Computing device 65 Input device 66 Decoder 67 Optical information device 68 Encoder 69 Input / output terminal 77 Optical disk player ( Or car navigation system)
81 Output device 100 Computer 110 Optical disk recorder 130 Optical disk server 1442, 1462, 1472 Phase difference

Claims (31)

赤色光と青色光の少なくとも2波長に対応した光学素子であって、位相段差を備え、前記位相段差を前記青色光が透過する際に生じる光路長の差が、前記青色光の波長の5倍であることを特徴とする光学素子。 An optical element corresponding to at least two wavelengths of red light and blue light, wherein the optical element has a phase step, and a difference in an optical path length generated when the blue light passes through the phase step is five times the wavelength of the blue light. An optical element characterized by the following. 位相段差を備えた光学レンズであって、青色光は前記光学レンズによって基材厚がt1の基材を通して集光され、赤色光は基材厚がt2の基材を通して集光され、t1<t2であり、前記位相段差を前記青色光が透過する際に生じる光路長の差が、前記青色光の波長の5倍であることを特徴とする光学レンズ。 An optical lens having a phase difference, wherein blue light is focused by the optical lens through a substrate having a substrate thickness of t1, red light is focused through a substrate having a substrate thickness of t2, and t1 <t2. And an optical path length difference generated when the blue light passes through the phase step is five times the wavelength of the blue light. 前記光学レンズは、2種類の異なる材質で形成された屈折型レンズである請求項2に記載の光学レンズ。 The optical lens according to claim 2, wherein the optical lens is a refraction lens formed of two different materials. 液晶型位相変調素子をさらに備えており、前記液晶型位相変調素子を電気的にスイッチングすることにより、前記青色光は前記基材厚がt1の基材を通して集光され、前記赤色光は前記基材厚がt2の基材を通して集光され、かつ透過波面に与える位相変調量を切り替えて、基材厚差による収差を補正する請求項2に記載の光学レンズ。 The liquid crystal phase modulation device is further provided, and by electrically switching the liquid crystal phase modulation device, the blue light is condensed through the substrate having the substrate thickness of t1, and the red light is reflected by the substrate. 3. The optical lens according to claim 2, wherein the optical lens is focused through a substrate having a material thickness of t2, and switches the amount of phase modulation applied to a transmitted wavefront to correct aberration due to a difference in substrate thickness. ホログラムをさらに備えており、前記ホログラムの回折格子の深さの設定により、青色光に対しては+2次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しては+1次回折光が最も強く発生するようにして、基材厚差による収差を補正する請求項2に記載の光学レンズ。 A hologram is further provided, and by setting the depth of the diffraction grating of the hologram, the +2 order diffracted light is generated most strongly for blue light and the +1 order diffracted light is generated most strongly for red light. The optical lens according to claim 2, wherein an aberration due to a difference in substrate thickness is corrected. ホログラムと、屈折型レンズと、位相段差とを備えた光学レンズであって、
前記ホログラムは、鋸歯状断面形状の鋸歯状格子を含んでおり、前記鋸歯状格子の深さの設定により、青色光に対しては+2次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しては+1次回折光が最も強く発生し、
前記位相段差を前記青色光が透過する際に生じる光路長の差が、前記青色光の波長の5倍であることを特徴とする光学レンズ。
A hologram, a refractive lens, and an optical lens having a phase difference,
The hologram includes a sawtooth grating having a sawtooth cross-sectional shape. By setting the depth of the sawtooth grating, + 2nd-order diffracted light is generated most strongly for blue light and +1 for red light. The next-order diffracted light is generated most strongly,
An optical lens, wherein a difference in optical path length generated when the blue light passes through the phase step is five times the wavelength of the blue light.
前記鋸歯状格子の深さがh1であり、前記h1は、前記青色光に対して約2波長の光路長の差を与える深さである請求項6に記載の光学レンズ。 The optical lens according to claim 6, wherein the depth of the sawtooth grating is h1, and the h1 is a depth that gives a difference in optical path length of about two wavelengths to the blue light. 前記ホログラムのうち、前記ホログラムの光軸との交点を含む内周部に形成された前記鋸歯状格子の深さはh2であり、前記h2は、前記赤色光に対して約1波長の光路長の差を与える深さである請求項6に記載の光学レンズ。 In the hologram, the depth of the sawtooth grating formed on the inner periphery including the intersection with the optical axis of the hologram is h2, and the h2 is an optical path length of about one wavelength with respect to the red light. The optical lens according to claim 6, wherein the depth is a depth giving a difference of ホログラムと、屈折型レンズと、位相段差とを備えた光学レンズであって、
前記ホログラムは、青色光に対しては+2次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しては+1次回折光が最も強く発生し、
前記ホログラムのホログラム格子は、少なくとも前記ホログラムの光軸との交点を含む内周部に形成され、
前記青色光の+2次回折光は、基材厚がt1の基材を通して集光され、前記内周部を通る前記赤色光の+1次回折光は、基材厚がt2の基材を通して集光され、t1<t2であり、
前記位相段差を前記青色光が透過する際に生じる光路長の差が、前記青色光の波長の5倍であることを特徴とする光学レンズ。
A hologram, a refractive lens, and an optical lens having a phase difference,
In the hologram, +2 order diffracted light is generated most strongly for blue light, +1 order diffracted light is generated most strongly for red light,
The hologram grating of the hologram is formed on an inner peripheral portion including at least an intersection with the optical axis of the hologram,
The + 2nd-order diffracted light of the blue light is collected through a substrate having a substrate thickness of t1, and the + 1st-order diffracted light of the red light passing through the inner peripheral portion is collected through a substrate having a substrate thickness of t2. t1 <t2,
An optical lens, wherein a difference in optical path length generated when the blue light passes through the phase step is five times the wavelength of the blue light.
前記内周部の外側の外周部に、さらにホログラム格子が形成されており、
前記外周部の前記ホログラム格子は鋸歯状断面形状の鋸歯状格子であり、前記外周部の鋸歯状格子の深さはh3であり、前記h3は、前記青色光に対して約1波長の光路長の差を与える深さであり、
前記外周部においては、前記青色光に対して+1次回折光が最も強く発生し、赤色光に対しても+1次回折光が最も強く発生する請求項9に記載の光学レンズ。
A hologram grating is further formed on an outer peripheral portion outside the inner peripheral portion,
The hologram grating in the outer peripheral portion is a sawtooth grating having a sawtooth cross-sectional shape, and the depth of the sawtooth lattice in the outer peripheral portion is h3, and the h3 is an optical path length of about one wavelength with respect to the blue light. Is the depth that gives the difference
The optical lens according to claim 9, wherein, at the outer peripheral portion, + 1st-order diffracted light is generated most strongly for the blue light, and + 1st-order diffracted light is also generated most strongly for the red light.
前記青色光は、基材厚t1の基材を通して集光し、前記青色光の波長λ1が変化したときの焦点距離変化を低減させるように、前記ホログラムを凸レンズ型にして、前記青色光が前記ホログラムにより凸レンズ作用を受けるようにしている請求項6から10のいずれかに記載の光学レンズ。 The blue light is condensed through a base material having a base material thickness t1, and the hologram is formed into a convex lens shape so as to reduce a change in focal length when the wavelength λ1 of the blue light is changed. The optical lens according to any one of claims 6 to 10, wherein the hologram receives a convex lens effect. 前記青色光は前記光学レンズによって基材厚がt1の基材を通して集光され、前記赤色光は基材厚がt2の基材を通して集光され、t1<t2であり、
前記青色光が前記基材厚t1の基材を通して集光するときは、前記赤色光が前記基材厚t2の基材を通して集光するときに比べて、前記ホログラムによる凸レンズ作用を大きくして、前記赤色光の前記基材側の焦点位置を、前記青色光の前記基材側の焦点位置に比べて、前記光学レンズより離している請求項6から10のいずれかに記載の光学レンズ。
The blue light is focused by the optical lens through a substrate having a substrate thickness of t1, the red light is focused through a substrate having a substrate thickness of t2, and t1 <t2;
When the blue light is condensed through the substrate having the substrate thickness t1, the convex lens action by the hologram is increased as compared with when the red light is condensed through the substrate having the substrate thickness t2, The optical lens according to any one of claims 6 to 10, wherein a focal position of the red light on the substrate side is further away from the optical lens than a focal position of the blue light on the substrate side.
前記青色光は前記光学レンズによって基材厚がt1の基材を通して集光され、前記赤色光は基材厚がt2の基材を通して集光され、t1<t2であり、
前記赤色光が前記基材厚t2の基材を通して集光するときは、前記青色光が前記基材厚t1の基材を通して集光するときに比べて、前記ホログラムによる凸レンズ作用を小さくして、前記赤色光の前記基材側の焦点位置を、前記青色光の前記基材側の焦点位置に比べて、前記光学レンズより離している請求項6から10のいずれかに記載の光学レンズ。
The blue light is focused by the optical lens through a substrate having a substrate thickness of t1, the red light is focused through a substrate having a substrate thickness of t2, and t1 <t2;
When the red light is condensed through the substrate having the substrate thickness t2, the convex lens action by the hologram is reduced as compared with when the blue light is condensed through the substrate having the substrate thickness t1, The optical lens according to any one of claims 6 to 10, wherein a focal position of the red light on the substrate side is further away from the optical lens than a focal position of the blue light on the substrate side.
前記ホログラムの格子断面形状は、前記ホログラムを形成する基材の外周側に斜面を持つ鋸歯形状である請求項6から13のいずれかに記載の光学レンズ。 14. The optical lens according to claim 6, wherein the hologram has a lattice cross-section having a sawtooth shape having a slope on an outer peripheral side of a base material forming the hologram. 前記ホログラム、前記屈折型レンズ、及び前記位相段差を一体固定している請求項6から14のいずれかに記載の光学レンズ。 15. The optical lens according to claim 6, wherein the hologram, the refraction lens, and the phase step are integrally fixed. 前記ホログラムを前記屈折型レンズ表面に一体形成している請求項6から14のいずれかに記載の光学レンズ。 15. The optical lens according to claim 6, wherein the hologram is formed integrally with the surface of the refraction lens. 前記位相段差を前記屈折型レンズの表面に一体形成している請求項6から14のいずれかに記載の光学レンズ。 15. The optical lens according to claim 6, wherein the phase step is formed integrally with a surface of the refractive lens. 波長の変化によって、屈折型レンズ又は屈折型レンズとホログラムとに生じる収差を、前記位相段差に生じる収差によって減じる請求項6から17のいずれかに記載の光学レンズ。 The optical lens according to any one of claims 6 to 17, wherein an aberration generated in the refraction lens or the refraction lens and the hologram due to a change in the wavelength is reduced by an aberration generated in the phase difference. 青色光が基材厚がt1の基材を通して集光される開口数をNAb、赤色光が基材厚がt2の基材を通して集光される開口数をNArとすると、t1<t2、かつ、NAb>NArである請求項2から18のいずれかに記載の光学レンズ。 Assuming that the numerical aperture at which the blue light is condensed through the substrate having the substrate thickness t1 is NAb, and the numerical aperture at which the red light is condensed through the substrate having the substrate thickness t2 is NAr, t1 <t2, and 19. The optical lens according to claim 2, wherein NAb> NAr. 請求項2から18のいずれかに記載の光学レンズと、
波長λ1の青色光を出射する第1レーザー光源と、
波長λ2の赤色光を出射する第2レーザー光源と、
光情報媒体の記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部とを備え、
前記光学レンズは、前記第1のレーザー光源からの第1光ビームを基材厚t1の基材を通して第1光情報媒体の記録面上へ集光し、前記第2のレーザー光源からの第2光ビームを基材厚t2の基材を通して第2光情報媒体の記録面上へ集光し、t1<t2であることを特徴とする光ヘッド装置。
An optical lens according to any one of claims 2 to 18,
A first laser light source that emits blue light of wavelength λ1,
A second laser light source that emits red light of wavelength λ2,
A light detection unit that receives the light beam reflected on the recording surface of the optical information medium and outputs an electric signal according to the amount of light,
The optical lens focuses a first light beam from the first laser light source on a recording surface of a first optical information medium through a base material having a base material thickness of t1 and a second light beam from the second laser light source. An optical head device wherein a light beam is focused on a recording surface of a second optical information medium through a base material having a base material thickness of t2, and t1 <t2.
前記第2光ビームを前記第2光情報媒体の記録面上へ集光する際に、前記第2光ビームを略平行光にするコリメートレンズを前記第2レーザー側に近づけて、拡散光にした前記第2光ビームを前記光学レンズに入射させて、前記第2光情報媒体側の焦点位置を前記光学レンズから離す請求項20に記載の光ヘッド装置。 When converging the second light beam on the recording surface of the second optical information medium, a collimating lens that converts the second light beam into substantially parallel light was brought closer to the second laser side to generate diffused light. 21. The optical head device according to claim 20, wherein the second light beam is made incident on the optical lens to move a focal position on the second optical information medium side away from the optical lens. 前記第1レーザー及び前記第2レーザーの発光点の両方を、前記光学レンズの光情報媒体側の焦点位置に対して結像関係にあるように配置することによって、共通の光検出器からサーボ信号を検出する請求項20に記載の光ヘッド装置。 By arranging both the emission points of the first laser and the second laser so as to form an image with respect to the focal position of the optical lens on the optical information medium side, a servo signal is output from a common photodetector. 21. The optical head device according to claim 20, wherein the optical head device detects an error. 請求項2から18のいずれかに記載の光学レンズとレーザー光源とを含む光ヘッド装置と、
光情報媒体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前記信号に基づいて、前記モーター、前記光学レンズ、及び前記レーザー光源の少なくともいずれかを制御及び駆動する電気回路とを備えたことを特徴とする光情報装置。
An optical head device including the optical lens according to any one of claims 2 to 18 and a laser light source,
A motor for rotating an optical information medium,
An optical information device comprising: an electric circuit that receives a signal obtained from the optical head device and controls and drives at least one of the motor, the optical lens, and the laser light source based on the signal. .
前記レーザー光源は、波長λ1の青色光を出射する第1レーザー光源と、波長λ2の赤色光を出射する第2レーザー光源とであり、
前記光情報媒体の種類を判別して、基材厚が約0.6mmの光情報媒体に対してはコリメートレンズを第2レーザー光源側に移動する請求項23記載の光情報装置。
The laser light source is a first laser light source that emits blue light of wavelength λ1, and a second laser light source that emits red light of wavelength λ2,
24. The optical information device according to claim 23, wherein the type of the optical information medium is determined, and the collimating lens is moved to the second laser light source side for the optical information medium having a base material thickness of about 0.6 mm.
請求項23又は24に記載の光情報装置を備え、
入力された情報、及び前記光情報装置から再生された情報の少なくともいずれかに基づいて演算を行う演算装置と、
前記入力された情報、前記光情報装置から再生された情報、及び前記演算装置によって演算された結果の少なくともいずれかを出力する出力装置を備えたことを特徴とするコンピュータ。
An optical information device according to claim 23 or 24,
A computing device that performs a computation based on at least one of the input information and the information reproduced from the optical information device,
A computer comprising: an output device that outputs at least one of the input information, information reproduced from the optical information device, and a result calculated by the calculation device.
請求項23又は24に記載の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーと備えたことを特徴とする光情報媒体プレーヤー。 An optical information medium player comprising: the optical information device according to claim 23; and a decoder for converting an information signal obtained from the optical information device into an image. 請求項23又は24に記載の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備えたカーナビゲーションシステム。 A car navigation system comprising: the optical information device according to claim 23 or 24; and a decoder that converts an information signal obtained from the optical information device into an image. 請求項23又は24に記載の光情報装置と、画像情報を前記光情報装置によって記録する情報に変換するエンコーダーとを備えた光情報媒体レコーダー。 An optical information medium recorder comprising: the optical information device according to claim 23 or 24; and an encoder that converts image information into information to be recorded by the optical information device. 請求項23又は24に記載の光情報装置と、外部との情報のやりとりを行う入出力端子とを備えた光情報媒体サーバー。 An optical information medium server comprising the optical information device according to claim 23 or 24, and an input / output terminal for exchanging information with the outside. 1波長の光に対応した光学レンズであって、位相段差を備えており、前記位相段差を前記光が透過する際に生じる光路長の差が、前記光の波長の整数倍であることを特徴とする光学レンズ。 An optical lens corresponding to light of one wavelength, comprising a phase step, wherein a difference in an optical path length generated when the light passes through the phase step is an integral multiple of the wavelength of the light. Optical lens. 請求項30に記載の光学レンズと、
光ビームを出射するレーザー光源と、
光情報媒体の記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部とを備え、
前記光学レンズは、前記レーザー光源からの光ビームを基材を通して光情報媒体の記録面上へ集光することを特徴とする光ヘッド装置。
An optical lens according to claim 30,
A laser light source for emitting a light beam,
A light detection unit that receives the light beam reflected on the recording surface of the optical information medium and outputs an electric signal according to the amount of light,
The optical head device, wherein the optical lens focuses a light beam from the laser light source through a base material onto a recording surface of an optical information medium.
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