JP4745442B2 - 複合対物レンズ、回折素子、光ヘッド装置、光情報装置、対物レンズ駆動方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクなどの光情報媒体に対する情報の記録および／または再生に用いられる光学素子、および対物レンズの傾きの制御に関する。

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ディスクと用途を拡張しつつ、実用化されてきている。微小に絞られたレーザ光を用いて、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ための機能は、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、およびピット信号（情報信号）検出に大別される。

近年、光学系設計技術の進歩と光源である半導体レーザ素子の短波長化により、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、光ディスク上へレーザ光を微小に絞る集光光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることが検討されている。その際、問題となるのが光軸の傾き（いわゆるチルト）による収差の発生量の増大である。ＮＡを大きくすると、チルトに対して発生する収差量が大きくなる。これを防ぐためには、光ディスクの基板の基材厚（透明カバー層の厚さ）を薄くすれば良い。

光ディスクの第１世代といえるコンパクトディスク（ＣＤ）は、赤外光（波長λ３は７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ）とＮＡ＝０．４５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（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）は赤色光（波長λ２は６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ、標準波長６５０ｎｍ）と、ＮＡ＝０．６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（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）は青色光（波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ、標準波長４０５ｎｍ）と、ＮＡ＝０．８５の対物レンズを使用し、ディスクの基材厚は０．１ｍｍである。

なお、本明細書中では、基材厚（基板厚さ）とは、情報媒体である光ディスクのレーザ光入射面から情報記録面までの厚さを指す。

このように、高密度光ディスクの基材厚は薄くされている。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互いに異なる複数種類の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材厚の光ディスク上に回折限界までレーザ光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。

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レーザ光を集光する必要があるので、焦点距離をより長くしなければならない。

基材厚０．６ｍｍで対応波長λ２（赤色光）の光ディスクと、基材厚０．１ｍｍで対応波長λ１（青色光）の光ディスクの互換再生や、互換記録を目的とする構成が提案されている。特許文献１および非特許文献１は、波長選択位相板を対物レンズと組み合わせる構成を開示しており、この構成を図３７および図３８を参照して説明する。

図３７は、光ヘッド装置の構成を示している。発光波長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および波長選択位相板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。光ディスク９で反射した光は逆の経路をたどって青色光光学系５１の検出器で検出される。発光波長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で反射し、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。

対物レンズ５０は平行光が入射した時に基材厚０．１ｍｍを透過して集光されるように設計されており、ＤＶＤに対する記録・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に、赤色光学系５２より出射するレーザ光を発散光にすると共に、波長選択位相板２０５を用いている。対物レンズ５０に発散光を入射させると新たな球面収差が発生するので、基材厚の違いによって発生する球面収差をこの新たな球面収差でうち消すとともに、波長選択位相板２０５によっても波面を補正している。

図３８（ａ）は波長選択位相板２０５の平面図であり、図３８（ｂ）は波長選択位相板２０５の側面図である。波長選択位相板２０５は、波長λ１での屈折率をｎ１、ｈ＝λ１／（ｎ１−１）として、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、高さｈにより生じる光路差は波長λ１であり、これは位相差２πに相当するため、位相差０と同じである。このため、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での波長位相板２０５の屈折率をｎ２とすると、ｈ／λ２×（ｎ２―１）≒０．６λ、すなわち波長の整数倍ではない光路差が生じる。この光路差による位相差を利用して、先に述べた収差補正を行っている。

特許文献２は、屈折型の対物レンズと回折素子を組み合わせる構成を開示している。この例では、ＮＡの大きな対物レンズを用いて高密度光ディスクの記録あるいは再生を行う光ヘッド装置において、ＤＶＤなどの従来型光ディスクの記録あるいは再生も行うために鋸歯状回折素子を用いる。青色光に対して鋸歯高さは光路長２λとし、２次回折光を使用する。赤色光では１次回折が生じる。ブレーズ方向は凸レンズ型とし、屈折レンズの色収差補正を行う。このとき赤色光の方が回折次数が低いため、相対的に凹レンズ作用となり、ワーキングディスタンスを大きくできると言う効果を得ている。

また、特許文献２は、格子断面形状が階段形状であって、この階段状断面形状の１段差は単位段差の整数倍であって、その単位段差を、波長λ１の第１レーザ光に対して約１．２５波長の光路差を与える段差とする構成も開示しており、この構成を図３９（ａ）に示す。

波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍであって、格子の１周期の形状は、回折素子の外周側から光軸側に向かって段差ｄ１の０倍、１倍、２倍、３倍という順番の高さの階段状である。青色光に対しては図３９（ｂ）のように格子形状と同じ方向に位相が変化して凸レンズ作用を発揮し、赤色光に対しては図３９（ｃ）のように格子形状と逆の方向に位相が変化して凹レンズ作用を発揮する。このため、青色光に対しては屈折レンズでの色収差を補正する効果がある。かつ、赤色光では凹レンズ作用により、ワーキングディスタンス（対物レンズ表面と光ディスクの表面との間隔）を大きくできるという効果を得ている。

特許文献３は、赤外光光源と対物レンズの間にリレーレンズを入れることで、赤外光（波長λ３は７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ）とＮＡ０．４５の対物レンズを使用して、基材厚が１．２ｍｍの第１世代光ディスクと他の種類の光ディスクとの間で互換性のある装置を提案している。

次に、ディスクチルト対策について説明する。特許文献４は、ディスクチルトに対する対策として対物レンズを傾けることを開示しており、これを図４０を参照して説明する。２分割光検出器２６２の光検出領域２６３と光検出領域２６４の出力を差動増幅器２６５によって演算し、その信号をＡ／Ｄ変換器２６６によってデジタル化する。そのデジタル信号を演算処理装置２６７によって演算した結果をＤ／Ａ変換器２６８によってアナログ化する。そのアナログ信号に基づいてドライバー回路２６９によってアクチュエータ２７０を駆動して図示していない対物レンズを傾ける。アクチュエータと対物レンズの例は、特許文献５に開示されており、これを図４１を参照して説明する。フォーカスエラー信号に応じた電流Ｉｆ１、Ｉｆ２がフォーカシングコイル２０１、２０２にそれぞれ流れる。この電流によって発生した磁界をマグネット２０４が受けて、対物レンズ２０６の搭載されたレンズホルダ２０３が上下方向に動く。電流Ｉｆ１、Ｉｆ２の大きさを制御することにより、図面の左右方向にレンズホルダ２０３と対物レンズ２０６を傾ける。

次に、高密度光ディスクの基材の厚さが薄くされ、低密度の光ディスクとは基材の厚さが異なっている点や、最適な開口数が異なっている点に着目する。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、異なる基板の厚さの光ディスク上に、異なる開口数によって回折限界までレーザ光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。

特開平１０−３３４５０４号公報 特開２００４−０７１１３４号公報 特開２００４−２８１０３４号公報 特開平１０−３１２５６５号公報 特開平５−１１４１５４号公報

ＩＳＯＭ２００１ セッションＷｅ−Ｃ−０５（予稿集第３０頁）

特許文献１および２はいずれも、赤色光（波長λ２は６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ）とＮＡ０．６の対物レンズを使用し基材厚が０．６ｍｍの第２世代光ディスク（以下ＤＶＤと表記する）と、青色光（波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ）とＮＡ０．８５の対物レンズを使用し基材厚が０．１ｍｍの第３世代光ディスク（以下ＢＤと表記する）の互換方法についてのみしか開示していない。また、特許文献３は、赤外光（波長λ３は７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ）とＮＡ０．４５の対物レンズを使用し基材厚が１．２ｍｍの第１世代光ディスク（以下ＣＤと表記する）と他の種類の光ディスクとの互換方法を開示しているが、リレーレンズを必要とする。

本発明は、ＣＤとＤＶＤとＢＤの間で互換性のある複合対物レンズを提供する。

本発明の複合対物レンズは、回折素子と屈折型レンズとを備えた複合対物レンズであって、前記回折素子は第１の格子を備え、前記第１の格子の断面形状は、１段差がｄ１の階段形状であり、波長λ１の青色光と、波長λ２の赤色光と、波長λ３の赤外光のそれぞれに対する前記回折素子の材料の屈折率のうちの最大値および最小値の間の値をｎｃとし、Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭをＪ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす自然数としたとき、（Ｊ×λ１）と（Ｋ×λ２）と（Ｌ×λ３）とが略等しく、前記第１の格子の１周期の階段レベル数はＭレベルであり、前記１段差ｄ１は、（Ｊ×λ１）、（Ｋ×λ２）および（Ｌ×λ３）のそれぞれを１／（Ｍ×（ｎｃ−１））倍した値のうちの最大値および最小値の間の値であることを特徴とする。

本発明の複合対物レンズは、回折素子と屈折型レンズとを備えた複合対物レンズであって、前記回折素子は第１の格子を備え、前記第１の格子の断面形状は、１段差がｄ１の階段形状であり、波長λ１の青色光、波長λ２の赤色光および波長λ３の赤外光に対する前記回折素子の材料の屈折率は、それぞれｎｂ、ｎｒ、ｎｉであって、Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭをＪ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす自然数としたとき、（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）と（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）と（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）とが略等しく、前記第１の格子の１周期の階段レベル数はＭレベルであり、前記１段差ｄ１は、（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）、（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）および（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）のそれぞれを（１／Ｍ）倍した値のうちの最大値および最小値の間の値であることを特徴とする。

ある実施形態によれば、前記第１の格子の前記１段差ｄ１は、前記青色光に対して約１．２５波長の光路差を与え、前記赤色光に対して約０．７５波長の光路差を与え、前記赤外光に対して約０．６２波長の光路差を与え、前記第１の格子の１周期の階段レベル数は８レベルである。

ある実施形態によれば、前記第１の格子は、前記青色光の第１の次数の回折効率が５０％以上であり、前記赤色光の第２の次数の回折効率が５０％以上であり、前記赤外光の第３の次数の回折効率が５０％以上であり、前記第１の次数に対して、前記第２および第３の次数の極性が逆である。

ある実施形態によれば、前記第１の格子は、前記青色光の＋２次回折光の回折効率が５０％以上であり、前記赤色光の−２次回折光の回折効率が５０％以上であり、前記赤外光の−３次回折光の回折効率が５０％以上である。

ある実施形態によれば、前記回折素子は、第１の領域と、前記第１の領域よりも前記回折素子の光軸から離れている第２の領域とを含み、前記第１の領域に前記第１の格子が形成されている。

ある実施形態によれば、前記第２の領域には第２の格子が形成されており、前記第２の格子の断面形状は階段形状であり、前記第２の格子の階段形状の１段差は、前記青色光に対して約１．２５波長の光路差を与え、前記第２の格子の１周期の階段レベル数は４レベルである。

ある実施形態によれば、前記回折素子は、前記第２の領域よりも前記回折素子の光軸から離れている第３の領域をさらに含み、前記第３の領域には第３の格子が形成されており、前記第３の格子の前記青色光の所定の次数の回折効率は、前記青色光の前記所定の次数以外の次数の回折効率よりも高く、前記赤色光の所定の次数の回折効率よりも高く、前記赤外光の所定の次数の回折効率よりも高い。

ある実施形態によれば、前記回折素子は、前記第２の領域よりも前記回折素子の光軸から離れている第３の領域をさらに含み、前記第３の領域には第３の格子が形成されており、前記第３の格子の断面形状は階段形状であり、前記第３の格子の１段差は、前記青色光に対して約０．２５波長の光路差を与え、前記第３の格子の１周期の階段レベル数は４レベルである。

ある実施形態によれば、前記回折素子は、前記第２の領域よりも前記回折素子の光軸から離れている第３の領域をさらに含み、前記第３の領域には第３の格子が形成されており、前記第３の格子の断面形状は鋸歯形状であり、前記鋸歯形状の高さは、前記青色光に対して約１波長の光路差を与える高さである。

ある実施形態によれば、前記青色光は、前記回折素子によって凸レンズ作用を受け、前記赤色光および前記赤外光は、前記回折素子によって凹レンズ作用を受ける。

ある実施形態によれば、前記青色光の焦点距離よりも前記赤色光の焦点距離の方が長く、前記赤色光の焦点距離よりも前記赤外光の焦点距離の方が長い。

ある実施形態によれば、前記複合対物レンズは、第１の透明部を有する第１の情報媒体の第１の情報記録面上と、前記第１の透明部より厚い第２の透明部を有する第２の情報媒体の第２の情報記録面上と、前記第２の透明部より厚い第３の透明部を有する第３の情報媒体の第３の情報記録面上とに光を収束させ、前記第１、第２および第３の領域を通過した前記青色光を前記第１の情報記録面上に、前記第１の透明部を介して収束させ、前記第１および第２の領域を通過した前記赤色光を前記第２の情報記録面上に、前記第２の透明部を介して収束させ、前記第１の領域を通過した前記赤外光を前記第３の情報記録面上に、前記第３の透明部を介して収束させる。

ある実施形態によれば、前記複合対物レンズは、第１の透明部を有する第１の情報媒体の第１の情報記録面上と、前記第１の透明部より厚い第２の透明部を有する第２の情報媒体の第２の情報記録面上と、前記第２の透明部より厚い第３の透明部を有する第３の情報媒体の第３の情報記録面上とに光を収束させ、前記第１の領域は、通過した前記青色光を前記第１の情報記録面上に、前記第１の透明部を介して収束させ、通過した前記赤色光を前記第２の情報記録面上に、前記第２の透明部を介して収束させ、通過した前記赤外光を前記第３の情報記録面上に、前記第３の透明部を介して収束させ、前記第２の領域は、通過した前記青色光を前記第１の情報記録面上に、前記第１の透明部を介して収束させ、通過した前記赤色光を前記第２の情報記録面上に、前記第２の透明部を介して収束させ、前記第３の領域は、通過した前記青色光を前記第１の情報記録面上に、前記第１の透明部を介して収束させる。

ある実施形態によれば、前記回折素子は、前記屈折型レンズとは別の光学素子に形成されている。

ある実施形態によれば、前記光学素子の１面は平面であり、前記回折素子は、前記光学素子の前記平面上に形成されている。

ある実施形態によれば、前記光学素子の１面は凹面であり、前記回折素子は、前記光学素子の前記凹面上に形成されている。

ある実施形態によれば、前記回折素子は、前記対物レンズ面上に形成されている。

本発明の回折素子は、屈折型レンズと組み合わせて複合対物レンズを形成するための回折素子であって、前記回折素子は第１の格子を備え、前記第１の格子の断面形状は、１段差がｄ１の階段形状であり、波長λ１の青色光と、波長λ２の赤色光と、波長λ３の赤外光のそれぞれに対する前記回折素子の材料の屈折率のうちの最大値および最小値の間の値をｎｃとし、Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭをＪ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす自然数としたとき、（Ｊ×λ１）と（Ｋ×λ２）と（Ｌ×λ３）とが略等しく、前記第１の格子の１周期の階段レベル数はＭレベルであり、前記１段差ｄ１は、（Ｊ×λ１）、（Ｋ×λ２）および（Ｌ×λ３）のそれぞれを１／（Ｍ×（ｎｃ−１））倍した値のうちの最大値および最小値の間の値である。

本発明の回折素子は、屈折型レンズと組み合わせて複合対物レンズを形成するための回折素子であって、前記回折素子は第１の格子を備え、前記第１の格子の断面形状は、１段差がｄ１の階段形状であり、波長λ１の青色光、波長λ２の赤色光および波長λ３の赤外光に対する前記回折素子の材料の屈折率は、それぞれｎｂ、ｎｒ、ｎｉであって、Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭをＪ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす自然数としたとき、（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）と（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）と（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）とが略等しく、前記第１の格子の１周期の階段レベル数はＭレベルであり、前記１段差ｄ１は、（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）、（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）および（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）のそれぞれを（１／Ｍ）倍した値のうちの最大値および最小値の間の値である。

ある実施形態によれば、前記第１の格子の前記１段差ｄ１は、前記青色光に対して約１．２５波長の光路差を与え、前記赤色光に対して約０．７５波長の光路差を与え、前記赤外光に対して約０．６２波長の光路差を与え、前記第１の格子の１周期の階段レベル数は８レベルである。

本発明の光ヘッド装置は、前記複合対物レンズを備えた光ヘッド装置であって、前記光ヘッド装置は、波長λ１の青色光を出射する第１の光源と、波長λ２の赤色光を出射する第２の光源と、波長λ３の赤外光を出射する第３の光源とを備え、前記複合対物レンズは、前記第１の光源から出射された青色光を、厚さｔ１の基材を通して第１の情報媒体の記録面上へ集光させ、前記第２の光源から出射された赤色光を、厚さｔ２の基材を通して第２の情報媒体の記録面上へ集光させ、前記第３の光源から出射された赤外光を、厚さｔ３の基材を通して第３の情報媒体の記録面上へ集光させ、前記光ヘッド装置は、第１、第２および第３の情報媒体からの反射光を受けて、受光した光量に応じた電気信号を出力する光検出部をさらに備え、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３である。

本発明の光情報装置は、前記光ヘッド装置と、前記第１、第２および第３の情報媒体を回転させるモーターと、前記光ヘッド装置から得られる信号に基づいて、前記モーター、前記複合体物レンズおよび前記第１、第２および第３の光源の制御および駆動を行う電気回路とを備える。

本発明の光情報装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を情報媒体へ収束させる対物レンズと、前記対物レンズの傾きを調整するアクチュエータと、前記情報媒体で反射したレーザ光を受けて、受光した光量に応じた電気信号を出力する光検出部と、前記光検出部が出力した電気信号に基づいて、前記アクチュエータの動作を制御する制御部とを備え、前記アクチュエータは、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の内周側にあるときには、チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持し、前記アクチュエータは、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の外周側にあるときには、前記対物レンズを前記情報媒体の傾きに応じて傾けることを特徴とする。

ある実施形態によれば、前記アクチュエータは、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の中心と前記情報媒体の半径方向の位置Ｒ０との間にあるときには、前記チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持し、前記アクチュエータは、前記対物レンズの位置が前記位置Ｒ０よりも外側にあるときには、前記対物レンズを前記情報媒体の傾きに応じて傾ける。

ある実施形態によれば、前記位置Ｒ０は、前記情報媒体の中心から２５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の位置である。

ある実施形態によれば、前記対物レンズは、基材厚が互いに異なる複数種類の情報媒体の記録面へ前記レーザ光を収束し、前記アクチュエータは、前記複数種類の情報媒体のうちの基材厚のより厚い情報媒体の内周側に、前記対物レンズが位置するときには、前記チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持し、前記アクチュエータは、前記基材厚のより厚い情報媒体の外周側に、前記対物レンズが位置するときには、前記基材厚のより厚い情報媒体の傾きに応じて前記対物レンズを傾ける。

ある実施形態によれば、前記アクチュエータは、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の特定領域内にあるときには、前記チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持し、前記アクチュエータは、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の前記特定領域よりも外側にあるときには、前記対物レンズを前記情報媒体の傾きに応じて傾ける。

ある実施形態によれば、前記特定領域は、試し記録のための領域と、前記情報媒体の素性を示す情報が記録された領域と、記録情報の種類や属性を記録するための領域と、著作権保護のための情報を記録した情報領域とのうちの何れかである。

本発明の対物レンズ駆動方法は、光情報装置が備える対物レンズを駆動する対物レンズ駆動方法であって、前記光情報装置は、レーザ光を出射する光源と、前記対物レンズの傾きを調整するアクチュエータと、情報媒体で反射したレーザ光を受けて、受光した光量に応じた電気信号を出力する光検出部と、前記光検出部が出力した電気信号に基づいて、前記アクチュエータの動作を制御する制御部とを備え、前記対物レンズは、前記光源から出射されたレーザ光を前記情報媒体へ収束させる対物レンズであり、前記対物レンズ駆動方法は、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の内周側にあるときには、チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持する工程と、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の外周側にあるときには、前記対物レンズを前記情報媒体の傾きに応じて傾ける工程とを包含することを特徴とする。

ある実施形態によれば、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の中心と前記情報媒体の半径方向の位置Ｒ０との間にあるときには、前記チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持し、前記対物レンズの位置が前記位置Ｒ０よりも外側にあるときには、前記対物レンズを前記情報媒体の傾きに応じて傾ける。

ある実施形態によれば、前記対物レンズは、基材厚が互いに異なる複数種類の情報媒体の記録面へ前記レーザ光を収束し、前記複数種類の情報媒体のうちの基材厚のより厚い情報媒体の内周側に、前記対物レンズが位置するときには、前記チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持し、前記基材厚のより厚い情報媒体の外周側に、前記対物レンズが位置するときには、前記基材厚のより厚い情報媒体の傾きに応じて前記対物レンズを傾ける。

ある実施形態によれば、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の特定領域内にあるときには、前記チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持し、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の前記特定領域よりも外側にあるときには、前記対物レンズを前記情報媒体の傾きに応じて傾ける。

本発明の制御装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を情報媒体へ収束させる対物レンズと、前記対物レンズの傾きを調整するアクチュエータと、前記情報媒体で反射したレーザ光を受けて、受光した光量に応じた電気信号を出力する光検出部とを備えた光情報装置に搭載されたときに、前記光検出部が出力した電気信号に基づいて、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置であって、前記制御装置は、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の内周側にあるときには、チルト補正動作は行わずに前記対物レンズを略水平に保持し、前記制御装置は、前記対物レンズの位置が前記情報媒体の外周側にあるときには、前記対物レンズを前記情報媒体の傾きに応じて傾けるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明によれば、赤外光、赤色光および青色光を、ＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤのうちの対応する情報媒体へ集光させることができる複合対物レンズが提供される。このように、本発明によれば、ＣＤとＤＶＤとＢＤの間で互換性のある複合対物レンズが提供される。

（ａ）は、本発明の実施形態による回折素子の１周期の間の断面形状を示す図であり、（ｂ）は、その断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｃ）は、その断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｄ）は、その断面形状によって生じる赤外光に対する位相変調量を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態による回折素子の１周期の間の断面形状を示す図であり、（ｂ）は位相変化を示す図である。 本発明の実施形態による回折効率を示す図である。 本発明の実施形態による回折素子の１周期の間の断面形状を示す図である。 本発明の実施形態による回折効率を示す図である。 本発明の実施形態による回折素子の１周期の間の断面形状を示す図である。 本発明の実施形態による回折効率を示す図である。 本発明の実施形態による回折素子の１周期の間の断面形状を示す図である。 本発明の実施形態による回折効率を示す図である。 本発明の実施形態による回折素子の１周期の間の断面形状を示す図である。 本発明の実施形態による回折効率を示す図である。 本発明の実施形態による回折素子の１周期の間の断面形状を示す図である。 本発明の実施形態による回折効率を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態による回折素子の１周期の間の断面形状を示す図であり、（ｂ）は、その断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｃ）は、その断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｄ）は、その断面形状１００によって生じる赤外光に対する位相変調量を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態による上面に格子形状を形成した光学素子を示す図であり、（ｂ）は下面に格子形状を形成した光学素子を示す図である。 本発明の実施形態による複合対物レンズを示す図である。 本発明の実施形態による光学素子を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態による中周部における回折素子の１周期の断面形状を示す図であり、（ｂ）は、その断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｃ）は、その断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示す図である。 本発明の実施形態による回折効率を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態による外周部における回折素子の１周期の断面形状を示す図であり、（ｂ）は、その断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｃ）は、その断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｄ）は、その断面形状によって生じる赤外光に対する位相変調量を示す図である。 本発明の実施形態による回折効率を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態による外周部における回折素子の１周期の断面形状を示す図であり、（ｂ）は、その断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｃ）は、その断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｄ）は、その断面形状によって生じる赤外光に対する位相変調量を示す図である。 本発明の実施形態による複合対物レンズを示す図である。 本発明の実施形態による光ヘッド装置を示す図である。 本発明の実施形態による光情報装置を示す図である。 本発明の実施形態によるレンズチルト補正制御動作を示す図である。 本発明の実施形態による光ディスクの構造を示す図である。 本発明の実施形態によるレンズチルト補正制御動作を示す図である。 本発明の実施形態によるレンズチルト補正制御動作を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態による対物レンズを示す図である。 本発明の実施形態による対物レンズアクチュエータを示す図である。 本発明の実施形態によるコンピュータを示す図である。 本発明の実施形態による光ディスクプレーヤー（カーナビゲーションシステム）を示す図である。 本発明の実施形態による光ディスクレコーダーを示す図である。 本発明の実施形態による光ディスクサーバーを示す図である。 本発明の実施形態による車両を示す図である。 光ヘッド装置を示す図である。 （ａ）は光学素子の平面図であり、（ｂ）は光学素子の断面図である。 （ａ）は、回折素子の断面形状を示す図であり、（ｂ）は、その断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示す図であり、（ｃ）は、その断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示す図である。 光ヘッド装置を示す図である。 対物レンズアクチュエータを示す図である。 光ディスクを示す図である。

（実施形態１）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における回折素子の１周期の間の形状と、その形状によって生じる位相変調量を説明する。回折素子は光学素子の一種であり、周期構造を有する。

図１（ａ）は、回折素子の１周期の間の断面形状１００を示す図である。図１（ａ）は、基材上に形成した格子の物理的形状（断面形状１００）を示している。図１（ｂ）は、断面形状１００によって生じる青色光に対する位相変調量を示している。図１（ｃ）は、断面形状１００によって生じる赤色光に対する位相変調量を示している。図１（ｄ）は、断面形状１００によって生じる赤外光に対する位相変調量を示している。

図１（ａ）に示す断面形状１００は、回折素子１３１（図１５〜図１７、図２３および図２４）の１周期の間の断面形状である。複合対物レンズ１１０（図１６、図２３および図２４）は、回折素子１３１と対物レンズ（屈折型レンズ）１４とを備えている。複合対物レンズ１１０およびそれを備えた装置の説明は後述する。

図１（ａ）において、縦方向は基材の光軸方向の厚さあるいは高さを示している。素子材料を例えばＢＫ７とすると、青色レーザ光に対する素子材料の屈折率ｎｂは、ｎｂ＝１．５３０２となる。ポリオレフィン系の樹脂では、例えばｎｂ＝１．５２２程度となる。

１段差ｄ１は、青色レーザ光に対して光路長差が約１．２５波長になる量、すなわち位相差が約２π＋π／２になる量にする。１段差ｄ１を単位段差とする。例えば、単位段差ｄ１は基材が石英であれば、
ｄ１＝λ１／（ｎｂ−１）×１．２５＝０．９６μｍとなる。

また、同様に樹脂であれば、ｄ１＝０．９７μｍとなる。

図１（ａ）は、単位段差ｄ１によって生じる光路差が、青色波長λ１の１．２５倍であることを示している。単位段差ｄ１によって生じる光路差は、段差×（ｎｂ−１）なので、１．２５というのは段差×（ｎｂ−１）をλ１によって割り算した値である。図１（ｂ）、図１（ｃ）および図１（ｄ）では、単に光路差／波長と表記したが、整数部分を差し引いた以外は同様の意味である。

格子の１段差をｄ１にすると、この形状による青色光に対する位相変調量は２π＋π／２の整数倍となる。これは実質的に、図１（ｂ）に示すように位相変調量が１段あたりπ／２であることになる。

一方、赤色レーザ光に対する素子材料の屈折率をｎｒとすると、素子材料がＢＫ７の場合はｎｒ＝１．５１４２となり、ポリオレフィン系の樹脂では例えばｎｒ＝１．５０５程度となる。段差ｄ１によって赤色レーザ光に発生する光路長差は、基材が石英の場合も樹脂の場合もｄ１×（ｎｒ−１）／λ２≒０．７５となる。すなわち、波長の約３／４倍となり、位相変調量は１段あたり約−π／２となる。

また、赤外線レーザ光に対する素子材料の屈折率をｎｉとすると、素子材料がＢＫ７の場合はｎｉ＝１．５１となり、ポリオレフィン系の樹脂では例えばｎｉ＝１．５０１程度となる。段差ｄ１によって赤外線レーザ光に発生する光路長差は、基材が石英の場合も樹脂の場合もｄ１×（ｎｉ−１）／λ３≒０．６２５となる（すなわち約０．６２〜０．６３）。すなわち、波長の約２／３倍となり、位相変調量は１段あたり波長の−１／３倍と考えることができ、位相に置き換えると約−２π／３となる。

図１（ａ）に示すように、格子の１段差をｄ１にし、階段状の断面形状にする。図１（ａ）に示す格子の１周期の階段形状は、７個の段差によって分けられた８個の部分（０段目部分から７段目部分）を有する形状であり、このような形状を本明細書中では、階段レベル数が８レベルの階段形状と表現する。すなわち、（Ｍ−１）個の段差によって分けられたＭ個の部分を有する形状を、階段レベル数がＭレベルの階段形状と表現する。ここでＭは自然数である。また、本明細書中ではＭレベルの階段形状をＭ段の階段形状を表現することもある。段差、レベル、段は、（Ｍ−１）、Ｍ、Ｍの関係にある。

図１（ａ）に示す８レベルの階段形状では、青色レーザ光に対しては、１段１段重ねていくと、図１（ｂ）に示すように位相変調量が１段あたりπ／２ずつ変化する。すなわち光路長差はλ１の＋１／４ずつ変化する。４段形成（３段差形成）することにより位相が２π変化し、＋１次回折光の回折効率が約８０％と、計算（スカラー計算）され、回折次数の中で、＋１次回折光が最も強くなる。図１（ａ）では、８段重ねて（７段差）、１周期ｐ１を形成している。４段あたり位相が２π変化するので、青色光に対しては、１周期ｐ１は周期ｐ２の２周期と同等である。周期ｐ２は周期ｐ１の半分である。周期ｐ１の周期構造と捉えれば、青色光は＋２次回折光の回折効率が約８０％となって、＋２次回折光が最も強いことになる。

赤色レーザ光に対しては、１段１段重ねていくと、図１（ｃ）に示すように位相変調量が１段あたり−π／２ずつ変化する。すなわち光路長差はλ２の−１／４ずつ変化する。４段形成することにより位相が２π変化し、−１次回折光の回折効率が約８０％と、計算（スカラー計算）され、回折次数の中で、−１次回折光が最も強くなる。図１（ａ）では、８段重ねて１周期ｐ１を形成している。４段あたり位相が−２π変化するので、赤色光に対しては、１周期ｐ１は周期ｐ２の２周期と同等である。周期ｐ２は周期ｐ１の半分である。周期ｐ１の周期構造と捉えれば、赤色光は−２次回折光の回折効率が約８０％となって、−２次回折光が最も強いことになる。なお、回折次数が負であるのは、回折次数が正の場合とは逆方向に光が曲がることを意味している。

回折素子の１周期の間の段数が増えると一般に回折効率が悪くなるので、回折素子の形状に関しては段数を減らす方向で考えるのが常識であった。しかし、本願発明者らは、その常識に反して発想を転換し、回折素子の形状を上述したような段差ｄ１および階段レベル数にすることにより、青色光、赤色光および赤外光がＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤに対して必要な回折効率およびワーキングディスタンスを確保できることを見出した。

４段の階段形状は、青色光の５波長、赤色光の３波長分の段差にあたり、青色、赤色光に対しては波長の整数倍のため、各周期ごとの位相変化が２πの整数倍の鋸歯ブレーズ形状の近似となり、高い回折効率を得ることができる。しかし赤外光λ３に対しては青色光の５波長、赤色光の３波長分の段差はλ３×５／２、つまり、２．５波長分の段差に当たるので、回折効率は低い。８段の階段形状は、赤外光に対しては、図１（ｄ）に示すように周期ｐ１の中に３周期の周期構造があるのと同等であり、周期ｐ１の周期構造に対して−３次回折光の回折効率が６０％程度発生し、すべての回折次数の中で−３次回折光が最も強くなる。ここで、−３次回折光が強くなる理由は、単純に各段差が赤外光に与える位相を順に加えていくと理解できる。このことを、図２を参照して説明する。

図２（ａ）は図１（ａ）と同じ断面形状１００を示している。単純に各段差が赤外光に与える位相を順に加えていくと、位相変化は図２（ｂ）に示すようになり、周期ｐ１を形成する７段差８レベルの階段形状は、点線のような鋸歯形状に近似される。点線の鋸歯形状の高さは赤外光の３波長に相当するため、−３次回折が強く生じる。

青色光では、周期ｐ１を形成する７段差８レベルの階段形状は、青色光２波長の高さの鋸歯形状に近似されるので、＋２次回折光が強く生じる。青色光に対する鋸歯形状は、赤外光に対する鋸歯形状とは逆方向の形状である。

赤色光では、周期ｐ１を形成する７段差８レベルの階段形状は、赤色光２波長の高さの鋸歯形状に近似されるので、−２次回折光が強く生じる。赤色光に対する鋸歯形状は、赤外光に対する鋸歯形状とは同じ方向の形状である。

図１（ａ）に示す断面形状を１周期とする回折格子の回折効率をスカラー計算によって計算した。その結果、回折効率は図３のようになった。図３において横軸は樹脂材料を素子材料としたときの１段差の実寸法、縦軸は回折効率である。縦の点線で示したあたりに段差を設定すれば、青色光（波長λ１）の＋２次回折光と赤色光（波長λ２）の−２次回折光の回折効率は約８０％、赤外光（波長λ３）の−３次回折光の回折効率は約６０％であり、いずれも５０％を越えているので、他の次数より大きくなる。青色光、赤色光だけでなく、赤外光の回折効率も５０％以上にできたのは、図１（ａ）に示す構造によるものである。各設計波長はλ１＝４０８ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍである。

ここで、図１（ａ）に示す構造について考察する。各段差が生じさせる光路差を単純に加算して、その結果が近似する鋸歯形状を考える。鋸歯形状の高さは、青色光では１．２５波長の８倍の１０波長分、赤色光では０．７５波長の８倍の６波長分、赤外光では０．６２５波長の８倍の５波長分となる。すなわちすべての波長に対してその整数分の高さになっている。これを青色波長のＪ波長分、赤色波長のＫ波長分、赤外波長のＬ波長分と置き換える。近似される鋸歯形状の物質的な高さをＨとすると下記関係になる。
Ｈ≒（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）
≒（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）
≒（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）

屈折率がほぼ同じであると近似すれば、（Ｊ×λ１）と（Ｋ×λ２）と（Ｌ×λ３）とがほぼ同じ組み合わせになる。Ｊ、Ｋ、Ｌは自然数であり、波長の大小関係を考慮すると、Ｊ＞Ｋ＞Ｌとなる。階段レベル数は８であるが、これを自然数Ｍと表記すると、ＭはＪ、Ｋ、Ｌのいずれとも異なっている。同じであれば、同じになった変数に対応する波長に対しては段差が１波長分の光路差になり、その波長に対しては実質的に位相差を生じない。また、Ｊ＞Ｍ＞Ｋの関係になっている。これは、１段差が生じさせる光路差が青色光１波長より長く、赤色光１波長よりも短いことに対応している。また、青色光波長の約２倍が赤外光の波長であるため、Ｊ＝２Ｌが望ましい。

さらに１段の段差によって生じる光路差は青色光波長のＪ／Ｍ倍、赤色光のＫ／Ｍ倍、赤外光のＬ／Ｍ倍である。（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）と、（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）と、（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）が等しい場合には、その１／Ｍ倍に１段差ｄ１を定めれば３種類の波長の光の回折効率を極大にできる。しかし、３つの値にずれがあるときは、（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）、（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）、（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）のそれぞれを（１／Ｍ）倍した値の中から最小値と最大値を選び、１段差ｄ１をその範囲内から選ぶことによって、３種類の波長の光の回折効率を高くすることができる。高い回折効率を得るために、３つの値の最小値と最大値は、３つの値の平均値に対して±１０％の範囲内にあることが望ましい。言い換えると、３つの値は、最小値と最大値とが平均値に対する±１０％の範囲内であるように、略等しいことが望ましい。

また、屈折率は略等しいことを勘案して、３種類の波長の光の屈折率をすべてｎｃと近似してもよい。この場合、（Ｊ×λ１）と、（Ｋ×λ２）と、（Ｌ×λ３）が等しければ、その１／（Ｍ×（ｎｃ−１））倍に１段差ｄ１を定めれば３種類の波長の光の回折効率が極大となる。しかし、３つの値にずれがあるときは、（Ｊ×λ１）、（Ｋ×λ２）、（Ｌ×λ３）のそれぞれを１／（Ｍ×（ｎｃ−１））倍した値の中から最小値と最大値を選び、１段差ｄ１をその範囲内から選ぶことによって、３種類の波長の光の回折効率を高くすることができる。なお、本明細書中において「ＡとＢとが等しい」とはＡとＢとがちょうど等しい場合のみならず、互いの値のずれが例えば±１０％程度の範囲内である場合も指す。

ここで、波長がλ１〜λ３の範囲での屈折率の範囲を考察する。素子材料がＢＫ７であれば、屈折率は１．５１〜１．５３となり、素子材料がポリオレフィン系の樹脂であれば、屈折率は１．５０〜１．５２である。これら以外の材料でも、波長がλ１〜λ３の範囲における屈折率の最小値と最大値との間の１つの値ｎｃを屈折率の代表としたとき、誤差は例えば２％となり、高々数％であることがわかる。高い回折効率を得るために、（Ｊ×λ１）、（Ｋ×λ２）、（Ｌ×λ３）の３つの値の最小値と最大値は、３つの値の平均値に対して±１０％の範囲内にあることが望ましい。言い換えると、３つの値は、最小値と最大値とが平均値に対する±１０％の範囲内であるように、略等しいことが望ましい。

上記考察から、Ｊ＝２Ｌ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす組み合わせを考えると、すでに説明した組み合わせ、
（Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（１０，６，５，８）
以外に例えば下記が考えられる。
（１０，６，５，７）
（１０，６，５，９）
（８，５，４，７）
（８，５，４，６）
（６，４，３，５）

Ｊをさらに大きくすれば他にも組み合わせがある。自然数Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍにおいて、Ｊ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌ、かつ、Ｊ×λ１≒Ｋ×λ２≒Ｌ×λ３を満たす組み合わせを選び、１段差ｄ１を青色光波長のＪ／Ｍ倍とし、（Ｍ−１）段差Ｍレベルの階段状断面形状であれば、３種類の波長の光の回折効率を極大化または極大に近くし、青色光の回折方向を赤色光や赤外光とは反対方向にすることができる。

本実施形態の説明で示した、３種類の波長の光に対していずれもほぼ回折効率を極大にできる光学素子構成はこれまではなかった。

本実施形態の説明で示した光学素子構成により、赤外光および赤色光に対して青色光の回折次数を正負逆にできる。従って、波長間の収差補正効果や、焦点位置の移動効果を発揮させるために必要な回折素子の最小ピッチを広くでき、回折素子の製作を容易に、また計算通りの回折光量を得やすくできるという効果がある。

また、回折作用による色分散は屈折作用とは逆方向であるので、青色レーザ光に凸レンズ作用をおよぼすように回折素子を設計すれば、屈折型の凸レンズ（対物レンズ１４（図１６））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て低減できるという効果がある。さらに、赤色光および赤外光に対しては凹レンズ作用をおよぼすので作動距離（ワーキングディスタンス：ＷＤ）を長くできるという効果がある。青色光の焦点距離よりも赤色光の焦点距離の方が長く、赤色光の焦点距離よりも赤外光の焦点距離の方が長い。

（実施形態２）
次に（Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（１０，６，５，７）に基づく、回折素子１３１（図１５〜図１７、図２３および図２４）の１周期の形状を図４に示す。Ｊ／Ｍ≒１．４３なので、１段差ｄ１は青色波長の約１．４３倍の光路差に相当し、階段レベル数は７レベルである。各波長の回折効率を計算した結果を図５に示す。図５において横軸は樹脂材料を素子材料としたときの段差、縦軸は回折効率である。縦の点線で示したあたりに段差を設定すれば、青色光（波長λ１）の＋３次回折光の回折効率は約５０％、赤色光（波長λ２）の−１次回折光の回折効率は９０％以上、赤外光（波長λ３）の−２次回折光の回折効率は７０％以上であり、いずれも５０％を越えているので、他の次数より大きくなる。特に、赤色光の回折効率を高くできることが本構成の長所である。各設計波長はλ１＝４０８ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍである。

（実施形態３）
次に（Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（１０，６，５，９）に基づく回折素子１３１の１周期の形状を図６に示す。Ｊ／Ｍ≒１．１１なので、１段差は青色波長の約１．１１倍の光路差に相当し、階段レベル数は９レベルである。各波長の回折効率を計算した結果を図７に示す。図７において横軸は樹脂材料を素子材料としたときの段差、縦軸は回折効率である。縦の点線で示したあたりに段差を設定すれば、青色光（波長λ１）の＋１次回折光の回折効率は９０％以上、赤色光（波長λ２）の−３次回折光の回折効率は６０％以上、赤外光（波長λ３）の−４次回折光の回折効率は約５０％であり、青色光と赤色光は回折効率が５０％を越えている。赤外光も他の複数の次数に残り５０％が分散するので、−４次回折光の回折効率が他の次数より大きくなる。特に、青色光の回折効率を高くできることが本構成の長所である。各設計波長はλ１＝４０８ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍである。

（実施形態４）
次に（Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（８，５，４，７）に基づく回折素子１３１の１周期の形状を図８に示す。Ｊ／Ｍ≒１．１４なので、１段差は青色波長の約１．１４倍の光路差に相当し、階段レベル数は７レベルである。各波長の回折効率を計算した結果を図９に示す。図９において横軸は樹脂材料を素子材料としたときの段差、縦軸は回折効率である。縦の点線で示したあたりに段差を設定すれば、青色光（波長λ１）の＋１次回折光の回折効率は９０％以上、赤色光（波長λ２）の−２次回折光の回折効率は７０％以上、赤外光（波長λ３）の−３次回折光の回折効率は５０％以上であり、回折効率が５０％を越えており、他の次数より大きくなる。特に、青色光の回折効率を高くできることが本構成の長所である。各設計波長はλ１＝４０８ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍである。

（実施形態５）
次に（Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（８，５，４，６）に基づく回折素子１３１の１周期の形状を図１０に示す。Ｊ／Ｍ≒１．３３なので、１段差は青色波長の約１．３３倍の光路差に相当し、階段レベル数は６レベルである。各波長の回折効率を計算した結果を図１１に示す。図１１において横軸は樹脂材料を素子材料としたときの段差、縦軸は回折効率である。縦の点線で示したあたりに段差を設定すれば、青色光（波長λ１）の＋２次回折光の回折効率は６０％以上、赤色光（波長λ２）の−１次回折光の回折効率は９０％以上、赤外光（波長λ３）の−２次回折光の回折効率は６０％以上であり、回折効率が５０％を越えており、他の次数より大きくなる。特に、赤色光の回折効率を高くできることが本構成の長所である。各設計波長はλ１＝４０８ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍである。

（実施形態６）
次に（Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（６，４，３，５）に基づく回折素子１３１の１周期の形状を図１２に示す。Ｊ／Ｍ≒１．２なので、１段差は青色波長の約１．２倍の光路差に相当し、階段レベル数は５レベルである。各波長の回折効率を計算した結果が、図１３である。図１３において横軸は樹脂材料を素子材料としたときの段差、縦軸は回折効率である。縦の点線で示したあたりに段差を設定すれば、青色光（波長λ１）の＋１次回折光の回折効率は７０％以上、赤色光（波長λ２）の−１次回折光の回折効率は７０％以上、赤外光（波長λ３）の−２次回折光の回折効率は５０％以上であり、回折効率が５０％を越えており、他の次数より大きくなる。特に、レベル数が小さいため波長が設計波長からずれた場合の回折効率変化が特に小さいことが本構成の長所である。各設計波長はλ１＝４０８ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍである。

（実施形態７）
一定数の段差毎に高さをリセットせず、そのまま高くしていき周期構造を活用しない位相段差素子という形の光学素子を構成することも可能である。図１４に示すように、段差を例えば、青色波長の約１．２５倍の光路差を生じさせる量に設定すれば青色光には正の位相を与え、赤色光および赤外光には逆に負の位相を与えることができる。図１４（ａ）は、回折素子の１周期の間の断面形状１００を示す図である。図１４（ｂ）は、断面形状１００によって生じる青色光に対する位相変調量を示している。図１４（ｃ）は、断面形状１００によって生じる赤色光に対する位相変調量を示している。図１４（ｄ）は、断面形状１００によって生じる赤外光に対する位相変調量を示している。

（実施形態８）
上述の実施形態で説明した格子形状を用いた光学素子（回折素子１３１）の一部分の例を、図１５を参照して説明する。図１５（ａ）は上面に格子形状（位相段差）を形成した例である。凸レンズ型のフレネルレンズを近似した形になっており、波長λ１の青色レーザ光を回折して、凸レンズ作用を及ぼす。波長λ２の赤色光やλ３の赤外光に対しては、負の次数の回折によって凹レンズ作用を及ぼす。光学素子の断面形状が実施形態７で説明した位相段差の場合は、周期的に高さをリセットせず、そのまま高さを変えていく。位相段差は、波長λ２の赤色光やλ３の赤外光に対しては、負の位相変化によって凹レンズ作用を及ぼす。なお、下面に格子形状または位相段差を形成する場合は図１５（ｂ）のような形にすればよい。図１５では平面上に回折素子を一体形成した例を示したが、反対側の凹面上など、曲面上に形成することも可能である。

光学素子１３１の１面は平面である場合は、回折素子は、その光学素子１３１の平面上に形成されていてもよい。また、光学素子１３１の１面は凹面である場合は、回折素子は、光学素子１３１の凹面上に形成されていてもよい。

回折素子は、対物レンズ（屈折型レンズ）１４とは別の光学素子に形成されていてもよいし、対物レンズ面上に形成されていてもよい。

次に、図１６を参照して、ＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤの互換レンズである複合対物レンズ１１０を説明する。複合対物レンズ１１０は、光学素子１３１と対物レンズ１４とを備えている。

光学素子１３１は回折素子であるが、実施形態７の位相段差型の光学素子であってもよい。回折素子１３１の屈折面は、片面または両面に形成しても良い。青色光に対して凸レンズ型の回折素子または位相段差素子に凹面の屈折面を組み合わせてレンズパワーを相殺すると、光学素子１３１全体として青色光の基準波長に対するレンズパワーをゼロにすることができる。そうすれば、光学素子１３１と組み合わせて用いる屈折型の対物レンズ１４を、光ディスク９の基材厚ｔ１の透明層９Ａを通して開口数ＮＡ１以上によって光を収束できるよう設計すればよいので、対物レンズ１４の製造時の検査が容易にできるという効果がある。光ディスク９の表面から記録面９１までの領域が透明層９Ａである。

いずれにせよ、対物レンズ１４は、波長λ１の青色レーザ光を、光学素子１３１によって変調した後に収束させて光ディスク９の基材厚ｔ１の透明層９Ａを通して記録面９１上へ集光するように設計される。また、波長λ２の赤色レーザ光を、光学素子１３１によって変調した後に収束させて光ディスク１０の基材厚ｔ２の透明層１０Ａを通して記録面１０１上へ集光するように設計される。光ディスク１０の表面から記録面１０１までの領域が透明層１０Ａである。さらに、波長λ３の赤外線レーザ光も、光学素子１３１によって変調した後に収束させて光ディスク１１の基材厚ｔ３の透明層１１Ａを通して記録面１１１上へ集光するように設計される。光ディスク１１の表面から記録面１１１までの領域が透明層１１Ａである。各波長のレーザ光は波長の違いと、前述した回折次数の違い（あるいは位相段差から与えられる位相の違い）、そして、屈折型対物レンズ１４の波長に依存する屈折率の違い（分散）を利用して、光を異なる基材厚の透明層を通したときに収束できるように設計できる。

ＣＤとＤＶＤとＢＤはそれぞれ光を収束する際に適した開口数ＮＡが異なる。ＢＤに適した開口数ＮＡ１は０．８５以上である。ＤＶＤに適した開口数ＮＡ２は０．６〜０．６７程度である。ＣＤに適した開口数ＮＡ３は０．４５〜０．５５程度である。これらより開口数が小さければレーザ光を記録面上において十分に小さく絞ることができない。また、これらより開口数が大きすぎれば、光ディスクが変形して傾いた場合等に大きな波面の乱れが生じ、安定な情報記録や再生に適さない。ＮＡ３を、ＮＡ２やＮＡ１に比べて小さくするために、光学素子１３１には光軸を中心とした同心円状の領域を３カ所設ける。

中周領域１３１Ｂは、最内周の領域１３１Ｃよりも回折素子の光軸から離れている。外周部１３１Ｆは、中周領域１３１Ｂよりも回折素子の光軸から離れている。

最内周の領域１３１Ｃに上述の実施例で述べた、回折素子（あるいは位相段差）を形成する。最内周領域１３１Ｃに入射した赤外線レーザ光６３は点線のように約１．２ｍｍの透明基材を通して情報記録面１１１上に収束される。最内周領域１３１Ｃおよびその外側に設けた中周領域１３１Ｂに入射した赤色レーザ光６２は、約０．６ｍｍの透明基材を通して情報記録面１０１上に収束される。最内周領域１３１Ｃおよび中周領域１３１Ｂおよびそれらの外側に設けた外周領域１３１Ｆに入射した青色レーザ光６１は、約０．１ｍｍの透明基材を通して情報記録面９１上に収束される。

このように最内周領域１３１Ｃは赤外光のＣＤ、赤色光のＤＶＤ、青色光のＢＤすべてに兼用する領域である。最も短波長の青色光は屈折対物レンズ１４の分散が大きい上に、焦点深度が浅いので軸上色収差の補正を行うことが望ましい。軸上色収差の補正は、光学素子１３１の回折素子部分を凸レンズ作用を持つように設計することよって実現できる。上述の実施例の回折素子構造を用いれば、赤外色光（点線）や赤色光（２点鎖線）では、青色光の場合とは逆の作用を受けるので、凹レンズ作用が発揮され、焦点距離が長くなる。特に赤外光は赤色光より波長が長いために凹レンズ作用を強く受ける。このため、焦点距離は青色光より赤色光、赤色光より赤外光が長くなる。そして、赤色光や赤外光の焦点位置をより対物レンズ１４から遠くへ移動することができて、光ディスク１０および１１の厚い基材を通して焦点を結ぶことができる。つまり、対物レンズ１４表面と光ディスク１０および１１の表面との間隔、すなわち作動距離（ワーキングディスタンス：ＷＤ）を確保できるという効果がある。

図１７は光学素子（回折素子）１３１を示す。図１７（ａ）は光学素子１３１の平面図、図１７（ｂ）は図１６と同様の光学素子１３１の断面図である。図１６を参照して説明したとおり、光学素子１３１の断面構造は、内中周境界１３１Ａの内側（内周部１３１Ｃ）と、外側（内中周境界１３１Ａと中外周境界１３１Ｅの間の中周部１３１Ｂ）と、さらにその外側（中外周境界１３１Ｅと有効範囲１３１Ｄとの間の外周部１３１Ｆ）とで互いに異なる。

内周部１３１Ｃは、光学素子１３１と光軸との交点、すなわち中心を含む領域である。この領域は、赤外線レーザ光を用いて光ディスク１１の記録・再生を行う際も、赤色レーザ光を用いて光ディスク１０の記録・再生を行う際も、青色レーザ光を用いて光ディスク９の記録・再生を行う際も使用する。

中周部１３１Ｂは、赤色レーザ光を用いて光ディスク１０の記録・再生を行う際と、青色レーザ光を用いて光ディスク９の記録・再生を行う際に使用する。赤外線レーザ光を用いて光ディスク１１の記録・再生を行う際は、この領域を通過した赤外線レーザ光は収束せず、ＮＡ３をＮＡ１およびＮＡ２より小さくする。外周部１３１Ｆは、青色レーザ光を用いて光ディスク９の記録・再生を行う際のみに使用する。赤色レーザ光を用いて光ディスク１０の記録・再生を行う際や赤外線レーザ光を用いて光ディスク１１の記録・再生を行う際は、この領域を通過した赤色レーザ光や赤外線レーザ光は収束せず、ＮＡ２をＮＡ１より小さくする。

内周部１３１Ｃの輪帯構造部分は、回折素子や位相段差型の素子として上述してきた断面形状を有している。中周部１３１Ｂや、外周部１３１Ｆについて、図１８〜図２２を参照して説明する。

図１８を参照して、中周部１３１Ｂにおける回折素子１３１の１周期の形状と、その形状によって生じる位相変調量を説明する。

図１８（ａ）は中周部１３１Ｂにおける回折素子１３１の１周期の物理的断面形状（階段状の格子形状）１００Ｂを示している。図１８（ｂ）は、断面形状１００Ｂによって生じる青色光に対する位相変調量を示している。図１８（ｃ）は、断面形状１００Ｂによって生じる赤色光に対する位相変調量を示している。

図１８（ａ）において縦方向は素子表面の光軸に沿った高さを示している。青色レーザ光に対する素子材料の屈折率はｎｂである。段差の一単位として、青色レーザ光に対して光路長差が約１．２５波長、すなわち位相差が約２π＋π／２になる量を単位段差ｄ２にする。

格子の１段差がｄ２であり、階段レベル数４レベルで階段幅の比が１：１：１：１の階段状の断面形状１００Ｂでは、青色光に対する位相変調量は２π＋π／２の整数倍となり、これは実質的に、位相変調量が１段あたりπ／２であることになる。

一方、赤色レーザ光に対する素子材料の屈折率をｎｒとすると、段差ｄ２によって赤色レーザ光に発生する光路長差は、ｄ２×（ｎｒ−１）／λ２である。一般的な光学材料では光路長差が、波長の約３／４倍となり、位相変調量は１段あたり約−π／２となる。

従って、図１８（ａ）に示すように、格子の１段差をｄ２にし、４段の階段状の断面形状にすると、青色レーザ光に対しては、段差を重ねていくと、図１８（ｂ）のように位相変調量が１段あたりπ／２ずつ変化する。すなわち光路長差はλ１の＋１／４ずつ変化する。図１９において横軸は樹脂材料を素子材料としたときの段差、縦軸は回折効率である。縦の点線で示したあたりに段差を設定すれば、青色レーザ光（波長λ１）の＋１次回折光の回折効率が約８０％と、計算（スカラー計算）され、回折次数の中で最も強くなる。

赤色レーザ光に対しては、段差を重ねていくと、図１８（ｃ）のように位相変調量が１段あたり−π／２ずつ変化する。すなわち光路長差はλ２の−１／４ずつ変化する。図１９に示すように、赤色レーザ光（波長λ２）の−１次回折光の回折効率が約８０％と、計算（スカラー計算）され、回折次数の中で最も強くなる。

このとき、赤外線レーザ光（波長λ３）で最も強く回折するのが−１次回折光であるが、その回折効率は図１９に示したように４０％以下である。他の次数の回折効率も±２次回折光の回折効率が１５％程度であるのを超えるものはなく、どれも弱い。中周部１３１Ｂを通ったいずれの回折次数の赤外光も、内周部１３１Ｃを通った最も回折効率の高い次数の赤外光と、同じ点に収束しないように設計すると共に、いずれの次数の回折効率も４０％未満となるようにすることによって、ＣＤに対する開口数ＮＡ３をＮＡ１やＮＡ２に比べて小さくし、ＣＤの再生あるいは記録を安定に行うことができるという効果がある。

つぎに、図２０を参照して、外周部１３１Ｆにおける回折素子１３１の１周期の形状と、その形状によって生じる位相変調量を説明する。

図２０（ａ）は外周部１３１Ｆにおける回折素子１３１の１周期の物理的断面形状（階段状の格子形状）１００Ｆを示している。図２０（ｂ）は、断面形状１００Ｆによって生じる青色光に対する位相変調量を示している。図２０（ｃ）は、断面形状１００Ｆによって生じる赤色光に対する位相変調量を示している。図２０（ｄ）は、断面形状１００Ｆによって生じる赤外光に対する位相変調量を示している。

図２０（ａ）において縦方向は段差を示している。青色レーザ光に対する素子材料の屈折率はｎｂである。段差の一単位として、青色レーザ光に対して光路長差が約０．２５波長、すなわち位相差が約π／２になる量を単位段差ｄ３とする。単位段差ｄ３の実寸法は、ｄ３＝λ１／（ｎｂ−１）×０．２５となる。

一方、赤色レーザ光に対する素子材料の屈折率をｎｒとすると、段差ｄ３によって赤色レーザ光に発生する光路長差は、ｄ３×（ｎｒ−１）／λ２であり、一般的な光学材料では波長の約０．１５倍となり、位相変調量は１段あたり約０．３πとなる。同様に赤外光に対しては、光路長差は波長の約０．１３倍となり、位相変調量は１段あたり約０．２６πとなる。

そこで、図２０（ａ）に示すように、格子の１段差をｄ３にし、階段レベル数４レベルで階段幅の比がほぼ１：１：１：１の階段状の断面形状にして、段差を重ねていくと、図２０（ｂ）に示すように、青色レーザ光に対しては、位相変調量が１段あたりπ／２ずつ変化する。すなわち光路長差はλ１の＋１／４ずつ変化する。図２１において横軸は樹脂材料を素子材料としたときの段差、縦軸は回折効率である。縦の点線で示したあたりに段差を設定すれば、青色レーザ光（波長λ１）の＋１次回折光の回折効率が約８０％と、計算（スカラー計算）され、回折次数の中で、最も強くなる。

そして、赤色レーザ光に対しては、段差を重ねていくと、図２０（ｃ）のように位相変調量が１段あたり０．３πずつ変化する。すなわち光路長差はλ２の０．１５倍ずつ変化する。図２１に示すように、赤色レーザ光（波長λ２）は＋１次回折光の回折効率が約５０％と、計算（スカラー計算）され、回折次数の中で、最も強くなるが、これは、青色レーザ光と同じ次数なので、光ディスク１０に対しては収差が大きく、集光されない。また、凹レンズ作用を受ける−１次回折光の回折効率は１０％以下であり、十分弱い。従って、赤色レーザ光の光ディスク１０に対する開口数を小さくし、光ディスク９を青色レーザ光によって記録・再生するときの開口数ＮＡ１が光ディスク１０を赤色レーザ光によって記録・再生するときの開口数ＮＡ２よりも大きい（ＮＡ１＞ＮＡ２）という条件を実現できる。

赤外光についても同様であり、ＮＡ１＞ＮＡ３という条件を実現できる。

外周部１３１Ｆに形成された格子の青色光の所定の次数（例えば＋２次）の回折効率は、青色光のその次数以外の次数の回折効率よりも高い。青色光の所定の次数（例えば＋２次）の回折効率は、赤色光の所定の次数（例えば−２次）の回折効率よりも高く、また、赤外光の所定の次数（例えば−３次）の回折効率よりも高い。

上記の構成により、格子ピッチが比較的狭くなる外周部１３１Ｆの格子高さを低くできるので、製作が容易であり、かつ赤色レーザ光の光ディスク１０に対する開口数を小さくし、赤外線レーザ光の光ディスク１１に対する開口数を小さくし、光ディスク９を青色レーザ光によって記録・再生するときの開口数ＮＡ１が開口数ＮＡ２やＮＡ３よりも大きいという条件を実現できるという効果がある。

次に、図２２を参照して、外周部１３１Ｆの他の実現方法を説明する。図２２は、外周部１３１Ｆにおける回折素子の１周期の断面形状と、その形状によって生じる位相変調量を示している。

図２２（ａ）は外周部１３１Ｆにおける回折素子１３１の１周期の物理的断面形状（櫛歯形状）を示している。図２２（ｂ）は、その断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示している。図２２（ｃ）は、その断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示している。図２２（ｄ）は、その断面形状によって生じる赤外光に対する位相変調量を示している。

図２２（ａ）において縦方向は光軸方向の鋸歯形状深さを示している。青色レーザ光に対する素子材料の屈折率はｎｂである。鋸歯形状の深さｈ３は、青色レーザ光に対して光路長差が約１波長、すなわち位相差が約２πになる量とする。鋸歯形状の深さｈ３は、ｈ３＝λ１／（ｎｂ−１）という式によって計算でき、一般的な光学材料を用いれば０．８μｍ程度となる。

一方、赤色レーザ光に対する素子材料の屈折率をｎｒとすると、光路長差は、ｈ３×（ｎｒ−１）／λ２という式によって計算でき、約０．６となる。すなわち、波長の約０．６倍となり、位相変調量は約１．２πである。従って＋１次回折光強度が最も強くなり約６０％となる。

このように、図２２（ａ）のように、格子１周期の形状を、深さｈ３の鋸歯状の断面形状にすると、青色レーザ光は、＋１次回折が最も強い。そして、赤色レーザ光に対しても＋１次回折が最も強く、青色より少し大きな回折角度によって同じ方向へ回折が起こる。光学素子１３１の外周部１３１Ｆは青色レーザ光が約０．１ｍｍの基材厚の透明層を通して集光されるように設計する。このとき、赤色レーザ光も青色レーザ光と同じ回折次数の＋１次回折を受け、赤色光の波長λ２が青色光の波長λ１よりも長いので回折角度は大きくなる。回折素子のブレーズ方向を内周部同様に凸レンズ作用を持つように設計すると、赤色レーザ光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１３１Ｃにおいて、赤色レーザ光が、凹レンズ作用を受けるのとは全く異なる。このため、外周部１３１Ｆによって回折される赤色レーザ光は内周部１３１Ｃを通る赤色レーザ光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を青色レーザ光によって記録・再生するときの開口数ＮＡ１を、光ディスク１０を赤色レーザ光によって記録・再生するときの開口数ＮＡ２よりも大きくすることができる。赤外光についても同様であり、青色レーザ光によって記録・再生するときの開口数ＮＡ１をＮＡ３より大きくできる。

青色光を最も大きな開口数ＮＡ１によって収束させるために、内周部１３１Ｃと中周部１３１Ｂと外周部１３１Ｆを通った青色光をいずれも同じ焦点へ収束させなければならない。このため、屈折型対物レンズ１４の軸上色収差を低減するためには３領域全体として回折素子部分が凸レンズ作用を持つように設計することが望ましい。

同様に、赤色光をＮＡ１より小さいがＮＡ３よりも大きな開口数ＮＡ２によって収束させるために、内周部１３１Ｃと中周部１３１Ｂを通った赤色光をいずれも同じ焦点へ収束させなければならない。上記の光学素子構造を用いれば、２領域全体として回折素子部分が凹レンズ作用を持つことが実現できる。

さらに、上記の光学素子構造を用い、青色光に対して内周部１３１Ｃが凸レンズ作用を持つように設計した場合、赤色光に対しては青色光の場合とは逆の作用を受けるので凹レンズ作用が発揮され、赤外光に対してはさらに大きな凹レンズ作用が実現できる。このため、焦点距離は赤外光が最も長く、次に赤色光が長く、青色光が最も短くなる。

なお、図２３に示すように、青色レーザ光を光ディスク９に対して集光する際の開口数ＮＡを所望の値（約０．８５）にするために、開口制限を設けることが有効である。特に、支持体３４を用いて対物レンズ１４と、光学素子１３１を一体的に固定し、これを駆動手段によって移動する場合には、支持体３４の形状を例えば、図２３のような形状にして、開口制限３４１を一体形成して兼ねると、部品点数を削減できる。

また、光学素子１３１は波面の変換を行う。従って、光学素子１３１と対物レンズ１４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１４に入射せず、光ディスクへ入射する波面に収差が生じ、集光特性が劣化する場合がある。そこで、このように、光学素子１３１と対物レンズ１４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、共通の駆動手段によって一体に駆動を行えば、集光特性が劣化しないという効果がある。

（実施形態９）
図２４は、本発明の実施形態の光ヘッド装置１５５を示す図である。光ヘッド装置１５５は図２４に示すような構成要素を備える。図２４を参照して、レーザ光源１は波長λ１（３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ：標準的には４０８ｎｍぐらい）の青色光を出射する。２波長レーザ光源２０は、波長λ２（６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ：標準的には６６０ｎｍ〜６６０ｎｍを使われることが多い）の赤色光と、波長λ３（７７０ｎｍ〜８１０ｎｍ：標準的には７８０ｎｍ）の赤外光を出射する。なお、赤色光と赤外光とは別々の光源から出射されてもよい。

コリメートレンズ（第１の凸レンズ）８は、レーザ光を略平行光にする。立ち上げミラー１２は光軸を折り曲げる。対物レンズ１４は、レーザ光を光ディスクの情報記録面に集光させる。第３世代の光ディスク９は、基材厚さｔ１が約０．１ｍｍ（製造誤差を含め０．１１ｍｍ以下の基材厚を約０．１ｍｍと呼ぶ）あるいはより薄い基材厚さで、波長λ１のレーザ光によって記録・再生がなされる。ＤＶＤ等の第２世代の光ディスク１０は、基材厚さｔ２が約０．６ｍｍ（製造誤差を含め０．５ｍｍ〜０．７ｍｍの基材厚を約０．６ｍｍと呼ぶ）で、波長λ２のレーザ光によって記録・再生がなされる。ＣＤ等の第１世代の光ディスク１１は、基材厚さｔ３が約１．２ｍｍ（製造誤差を含め０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの基材厚を約１．２ｍｍと呼ぶ）で、波長λ２のレーザ光によって記録・再生がなされる。ここで、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３である。

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を行う。光ディスク１０は、厚さ０．６ｍｍの保護材と張り合わせる。光ディスク９は厚さ１．１ｍｍの保護材と張り合わせる。光ディスク１１も薄い保護材をつけてある。発明を分かりやすく説明するために、図２４では保護材は図示していない。

なお、波長λ２と波長λ３の２波長を出射する２波長レーザ光源２０を用いる構成を示したが、波長毎にそれぞれ別個の光源を用いてダイクロイックミラーを用いて光路を合わせるなどの構成も可能である。

レーザ光源１、２０は、好ましくは半導体レーザ素子光源とすることにより光ヘッド装置、およ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。

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、レーザ光源１から出射した波長λ１の青色レーザ光６１がビームスプリッター４によって反射され、コリメートレンズ８によって略平行光にされ、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。さらに立ち上げミラー１２によって光軸を折り曲げられ、光学素子１３１と対物レンズ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９１に集光される。

なお、１／４波長板５は、ビームスプリッター４とコリメートレンズ８との間に配置されていてもよい。

ここで、図面の都合上、立ち上げミラー１２はレーザ光を図面の上方に曲げるように記述したが実際には図面の手前（あるいは奥）へ、すなわち紙面に垂直な方向へレーザ光の光軸を折り曲げる。例えば光ディスクは紙面と平行に広がるものであるが、表示の都合上、立ち上げミラー１２から光ディスクに至る部分は９０度回転して紙面内に横たわる形で描写した。

情報記録面で反射した青色レーザ光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、検出回折素子３１によって回折され、さらに検出レンズ３２によって焦点距離を伸ばされて、光検出器３３に入射する。光検出器３３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および、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のレーザ光に関しては、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を具備する。かつ、後で述べるように、波長λ２のレーザ光に関しては光源２０から出射する赤色レーザ光６２や赤外光を全透過する。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。なおビームスプリッター４は偏光依存性をなくし、１／４波長板５を省略することも可能である。

次に、光ディスク１０の記録あるいは再生を行う際には、レーザ光源２０から出射した略直線偏光で波長λ２のレーザ光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、光学素子１３１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１０１に集光される。

情報記録面で反射したレーザ光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、検出回折素子３１によって回折され、さらに検出レンズ３２によって焦点距離を伸ばされて、光検出器３３に入射する。光検出器３３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および、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１と光源２０の赤色光発光点を、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。

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のレーザ光に関しては青色レーザ光６１を全透過する。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。なおビームスプリッター１６も偏光依存性をなくし、１／４波長板５を省略することも可能である。光源２０から赤外光を発光させて光ディスク１１の記録あるいは再生を行う際も、光源２０から赤色光を発光させて光ディスク１０の記録あるいは再生を行う際と同様である。

ここで、図２３を再び参照して、光学素子１３１と対物レンズ１４の働きと構成を説明する。

光学素子１３１は、回折素子と屈折面を組み合わせることによって設計基準波長の青色レーザ光６１の平行度をほとんど変えない構成にすることが望ましい。青色レーザ光に対して波面の変換を行わないようにする場合、対物レンズ１４は波長λ１の略平行光を光ディスク９の基材厚ｔ１を通して記録面９１上へ集光するように設計される。光学素子１３１が青色レーザ光に対して波面変換を行わないので、光ディスク９の記録・再生の観点からは、光学素子１３１と対物レンズ１４の相対位置を高精度に合わせる必要がなくなる。最も波長が短く、最も高い記録密度の光ディスク９に対して記録再生を行う波長λ１の光に対して、対物レンズ１４と光学素子１３１の許容位置誤差を大きくでき、より波長の長いレーザ光によってより低い記録密度の光ディスクの記録再生を行う場合において、光学素子１３１と対物レンズ１４の相対位置を考慮すればよい。従って、相対位置の許容誤差量をより大きくすることができ、生産性の優れた光ヘッド装置を構成することが可能である。

波長λ２の赤色レーザ光６２は、光学素子１３１によって波面の変換をされる。

従って、光学素子１３１と対物レンズ１４の相対位置に設計との差異があると、設計どおりの波面が対物レンズ１４に入射せず、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、光学素子１３１と対物レンズ１４を支持体３４によって一体に固定し、あるいは上述した回折素子や位相型の素子を対物レンズ１４表面に直接形成することにより、焦点制御やトラッキング制御に際しては共通の駆動手段（アクチュエータ）１５によって一体に駆動を行う。レンズチルト制御も駆動手段（アクチュエータ）１５により行われる。

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。ただし、本願の重要な点は、光ディスク９、１０、１１の互換再生・記録を実現するための光学素子１３１にあり、それ以外に説明する構成は下記を含め、すでに説明した構成でも、ビームスプリッターや検出レンズ、検出回折素子は必須の物ではなく、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。

図２４において、３ビーム格子（回折素子）３をさらに青色レーザ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。

また、リレーレンズ２をさらに青色レーザ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レーザ光６１のコリメートレンズ８の側の開口数を適正なものにすることが可能である。

３ビーム格子（回折素子）２２をさらに光源２０からビームスプリッター１６までの間に配置することにより光ディスク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。

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レーザ光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の基材厚さの変動を補正することもできる。また、赤外線レーザ光を用いて光ディスク１１の記録・再生を行う場合に、コリメートレンズ８を図２４の左側、すなわち光源２０へ近い側に移動しておくことによって、対物レンズ１４へ向かう赤外線レーザ光を発散光にし、光ディスク１１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、光学素子１３１に求められる収差補正量を低減して回折素子ピッチを広くし、光学素子１３１の作製を容易にすることもできる。

さらに、ビームスプリッター４を、青色レーザ光源１から出射する直線偏光の光を一部（例えば１０％程度）透過するようにして、透過したレーザ光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１の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。光検出器７および３３は、情報媒体９、１０および１１からの反射光を受けて、受光した光量に応じた電気信号を出力する。

さらに、ビームスプリッター４を、光源２０から出射する直線偏光の光を一部（例えば１０％程度）反射するようにして、反射したレーザ光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光源２０の発光光量変化をモニターしたり、さらに、その光量変化をフィードバックして、光源２０の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。

なお、光ヘッド装置１５５は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３種類のディスクに対応していたが、ＢＤ、ＤＶＤの２種類のディスクに対応した装置であってもよい。また、ＨＤ−ＤＶＤに対応した装置であってもよい。

（実施形態１０）
図２５は、本発明の実施形態による光ヘッド装置１５５を備えた光情報装置１６７を示す。光ヘッド装置１５５は、図２５に示すような構成要素を備える。図２５において、光ディスク９（あるいは１０、１１：以下同じ）は、ターンテーブル１８２に乗せられ、モーター１６４によって回転される。先に示した光ヘッド装置１５５は、光ディスク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１５１によって粗動される。

光ヘッド装置１５５は、また、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１５３へ送る。電気回路１５３は光ヘッド装置１５５およびモーター１６４等の光情報装置１６７の構成要素の動作を制御する制御部であり、受け取った信号に対応して、光ヘッド装置１５５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１５５は、光ディスクに対してフォーカス制御や、トラッキング制御を行い、光ヘッド装置１５５によって、情報の読みだし、または書き込み（記録）や消去を行う。電気回路１５３は、光ヘッド装置１５５の光検出部から得られる信号に基づいて、モーター１６４、複合体物レンズ１１０、光源１および２０および駆動手段１５やその他の構成要素の制御および駆動を行う。

本実施形態の光情報装置１６７は、光ヘッド装置１５５として、本発明で上述した光ヘッド装置を用いるので、単一の少ない部品点数によって構成された光ヘッド装置によって、小型、安価、軽量の装置によって、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という効果を有する。

（実施形態１１）
次に、本発明の実施形態１０の光情報装置１６７におけるレンズチルト補正制御を説明する。

上述したように、第３世代光ディスクの基材厚は約０．１ｍｍ、第２世代光ディスクの基材厚は約０．６ｍｍである。単一の対物レンズによって、互換を行う場合、光源波長を変えたり、波長選択位相板２０５等の手段を講じても、収束点の位置はたかだか対物レンズ焦点距離の１割程度、すなわち０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度しか変えることができない（この量をｄ０とする）。第２世代光ディスクの基材厚と第３世代光ディスクの基材厚の差が０．５ｍｍ、基材の屈折率ｎが約１．５であることを考慮すると情報記録面（図３７において光ディスクの右側の面に）光を収束している際の、対物レンズ表面と光ディスク表面の間の空間の距離（作動距離ＷＤ＝ｗｏｒｋｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅという）は第２世代光ディスクの場合の方が短くなる。ｄ０が高々０．３ｍｍと仮定すると、ＷＤが短くなる量ｄＷＤは、
ｄＷＤ＝（Ｔ３−Ｔ２）／ｎ−ｄ０
＝（０．６−０．１）／１．５−ｄ０
≒０．３３−ｄ０＞０
となる。

高密度光ディスクを記録再生するには高い開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する必要がある。高ＮＡ対物レンズ製作においては、屈折面間の中心ずれ、傾きといった公差が小さいので、高い製造技術が必要である。さらに、ＷＤを大きく設計すると公差はより小さくなるので、製造難易度が高くなる。従って、高密度光ディスク用の対物レンズＷＤは必要最低限に設計することが望ましく、０．３ｍｍ程度にされることが多い。ここで、上記ｄＷＤの計算式によれば、互換を行う場合に第２世代の光ディスクのＷＤは第３世代のＷＤより短くなるので、高々０．３ｍｍとなる。

第２世代の光ディスクであるＤＶＤの構造を図４２に模式的に示す。紙面上部に断面図、下部に平面図を示す。断面図の紙面下方からレーザ光１００５を入射させて、情報の記録あるいは再生が行われる。光ディスク１０の内周には、穴１００４がある。そしてその少し外側には凸部１００１があり、さらにその外側１００３に情報領域境界１００３がある。情報領域境界１００３よりもさらに外周側が、レーザ光１００５を照射すべき情報領域である。凸部１００１は光ディスク１０のレーザ光入射面を保護するという効果がある。しかし、前述のように、第３世代の光ディスクと第２世代の光ディスクを同じ対物レンズによって互換再生する場合ＷＤが小さいので、この凸部１００１と対物レンズが接触しないよう注意が必要である。

対物レンズを傾けることによって光ディスク１０の傾きに伴って発生する収差を低減する場合、必ずしも最適な角度に対物レンズを傾けることができるわけではない。必要以上に対物レンズが傾く場合もあり、それも、内周側において、対物レンズと光ディスク１０が接近する方向に傾く場合もあり得る。対物レンズと光ディスク１０が接近する方向に傾いて凸部１００１と対物レンズが接触することを避ける効果的な方法がなかった。

図２６は、本発明の実施形態によるレンズチルトを行うかどうかの判断手順の一例を示す図である。図では省略して示していないが、電源を入れたとき、あるいは光ディスクを挿入したところから、本プロセスが始まる。フォーカス引き込み命令が、光情報装置１６７の電気回路（制御部）１５３から発せられると（ステップ１０１）、対物レンズ１４をチルトさせることなくフォーカスの引き込みを行う（ステップ１０２）。電気回路１５３は１個以上の集積回路素子から成る回路であり、以下のプロセスも電気回路１５３からの命令に従って行われる。対物レンズの「水平」とは、ディスククランプや、光ヘッド装置の設置基準により定義される。誤差無く設計通りにできあがった光情報装置に、全くそりのない光ディスクを装着した場合の光ディスク面方向を「水平」と定義する。水平の範囲には製造誤差などによる傾きずれを含む。本発明の特徴としては、このようにフォーカス引き込み時には対物レンズのチルト機能を働かせず、基本的に対物レンズを水平にしておくことにある。対物レンズを傾けると、対物レンズの端、あるいは対物レンズを保持するホルダの一部が光ディスクへ、より近づくことになりフォーカス引き込み時に衝突する可能性を低減できるという効果がある。

なお、フォーカス引き込み動作は、対物レンズを光軸方向に動かしながら、フォーカスサーボ信号が特定の閾値を超えるなど、ある一定の条件が満足された時点でフォーカス制御ループをＯＮにすることを含み、それらに先立って、光ディスク種の判別や、フォーカス制御ループをＯＮにするための条件パラメータを決める過程を含むことが望ましい。光ディスク種の判別は、例えば対物レンズを光軸方向に移動させて、対物レンズ移動に伴うフォーカスエラー信号の変化に基づいて行う。同時に、例えば、光ディスクから反射してくる光量に基づいて、フォーカス制御ループをＯＮにするためのフォーカスエラー信号閾値など条件パラメータを決めることも可能である。また、フォーカス制御に続いてトラッキング制御を行うことにより、対物レンズの現在位置を読み取ることが出来る。

フォーカスを引き込んだ後に、ディスクの傾き量を取得する（ステップ１０３）。ディスク傾き量は、フォーカス制御をＯＮにしたまま半径方向に対物レンズを動かして、対物レンズのフォーカス駆動電流変化から記録面の光軸方向位置を推測し、記録面の光軸方向位置変化量と対物レンズの半径方向位置から求めることができる。あるいは対物レンズ位置を傾けてみて、トラッキングエラー信号が最大になる状態を調べることによって、ディスク傾き量と最適レンズ傾き量を検出することもできる。また、一度再生したディスクについてはディスク傾き量を光情報装置に備えた不揮発性メモリ７２にディスク傾き量を記憶しておき、一旦電源が切られて、また電源が入ったときには、不揮発性メモリ７２からディスク傾き量を取得すれば、記録再生開始を速やかに行うことができる。ディスク傾き量を取得した後、対物レンズ１４の位置が光ディスクに対してどのような位置にいるかを判断する（ステップ１０４）。光ディスクの中心からの半径位置が特定の半径Ｒ０より小さいか大きいかを判断する。ここで対物レンズ１４の光ディスク上の位置とは、例えば、対物レンズ１４を通過した光が収束する光ディスク上の位置である。あるいは、対物レンズ１４の光ディスク上の位置とは、対物レンズ１４そのものが対向する光ディスク上の位置である。そして、その位置がＲ０よりも大きければディスク傾き量に対応して対物レンズ１４を傾けて（ステップ１０５）、情報の記録あるいは再生を行う（ステップ１０７）。すなわち、電気回路１５３が制御する駆動手段（アクチュエータ）１５は、対物レンズ１４の位置が光ディスクの半径Ｒ０よりも外周側にあるときには、対物レンズ１４を光ディスクの傾きに応じて傾ける。

また、ステップ１０４の動作で対物レンズが光ディスクに対してどのような位置にいるかを判断した際に、レンズ位置がＲ０かそれよりも小さな場合は、対物レンズを水平なままにして（ステップ１０６）、情報の記録あるいは再生を行う（ステップ１０７）。ステップ１０６では、チルト補正動作を行わないことで対物レンズを水平な状態にすることが出来る。すなわち、アクチュエータ１５は、対物レンズ１４の位置が光ディスクの中心と光ディスクの半径方向の位置Ｒ０との間にあるときには、チルト補正動作は行わずに対物レンズを略水平に保持する。このように、レンズ位置がＲ０かそれよりも小さな場合は対物レンズを水平なままにして信号の記録あるいは再生を行うことによって、図４２の凸部１００１へ対物レンズや対物レンズを保持するホルダの一部が接触し、接触部が傷ついたり、制御がはずれて記録再生が中断することを避けることが可能になる。

また、レンズ位置がＲ０よりも大きなところから、レンズ位置がＲ０よりも小さなところへ移動する命令を受けた際には、まずレンズを傾けることをやめる、あるいは、レンズを水平に戻してから、または戻しながら、レンズ位置をＲ０より小さな半径位置へ移動する。

なお、ステップ１０３のディスク傾き量の取得は、ステップ１０４のレンズ位置判断と、ステップ１０５のレンズを傾ける過程の間に行っても良い。とくに、ディスク傾き量の取得のため、対物レンズ位置を傾けてみて、最適な状態を探すような場合は、先にステップ１０４のレンズ位置判断を行うことにより、図４２の凸部１００１へ対物レンズや対物レンズを保持するホルダの一部が接触し、接触部が傷ついたり、制御がはずれてディスク傾き量の取得が中断することを避けることができる。このように内周側において、対物レンズを水平に保っても、記録の再生にはほとんど悪影響を与えない。なぜなら、光ディスクはその中心に空けられた穴のところを基準に、光情報装置に固定され、内周付近は光情報装置の固定部分の傾き、すなわち水平を保っているからである。外周部分のように光ディスク自体の「そり」や曲がりの発生量が少ないので、内周部分では対物レンズもほぼ水平に保っておけばよい。ただし、対物レンズの「水平」とは「水平」な光ディスクに対して良好な記録再生ができるように、光情報装置製造時に傾き調整された状態を含む。要は、ディスク固有の傾き量に対して対物レンズを傾けることを、Ｒ０以下の内周部では行わないというのが本発明の特徴である。本発明は、外周部分のような光ディスク自体の「そり」や曲がりの発生量が内周部分では少ないので、内周部分では対物レンズもほぼ水平に保っておけばよいことに着眼して発明したものである。

また、凸部１００１の位置が半径２０ｍｍ程度であるので、Ｒ０は２５ｍｍから３５ｍｍ程度が適切であると考えられるが、市場にある光ディスクの「そり」の大きさなどによって適宜選択可能である。

アクチュエータ１５は、基材厚が互いに異なる複数種類の光ディスク９、１０、１１に対して上記のレンズチルト制御を行う。その中でも特に、基材厚がより厚い光ディスク９に対して、上記のレンズチルト制御を行うことが望ましい。

このように、本発明では、ディスク傾きを補償するために対物レンズを傾けると、対物レンズと光ディスクの接触の可能性が高くなることを避けるため、フォーカス引き込み時、あるいは内周部分など特定領域に対物レンズが位置する場合には対物レンズを傾けることを停止する。特に、ＮＡの大きな対物レンズを用いて高密度光ディスクの記録あるいは再生を行う光ヘッドにおいて、ＣＤやＤＶＤなどの従来型光ディスクの記録あるいは再生も同じ対物レンズで行う場合に有効である。

本発明は、対物レンズや対物レンズを保持するホルダの一部が光ディスクへ接触し、接触部が傷ついたり、制御がはずれて記録再生が中断することを避けることができるという効果がある。

特に、高開口数の対物レンズを用いる第３世代光ディスクと、より低開口数で再生し、厚い基材を持つ光ディスクを１つの対物レンズによって再生する場合には作動距離が小さくなるが、それでも対物レンズや対物レンズを保持するホルダの一部が光ディスクへ接触し、接触部が傷ついたり、制御がはずれて記録再生が中断することを避けることができるという効果がある。

（実施形態１２）
本発明の実施形態１２を、図２７と図２８を参照して説明する。図２７は第２世代の光ディスクであるＤＶＤの構造を示す。紙面上部に断面図、下部に平面図を示す。断面図の紙面下方からレーザ光１００５を入射させて、情報の記録あるいは再生が行われる。光ディスク１０の内周には、穴１００４がある。そしてその少し外側には凸部１００１があり、さらにその外側１００３に情報領域境界１００３がある。情報領域境界１００３よりもさらに外周側が、レーザ光１００５を照射すべき情報領域である。そしてさらに仮想的な境界１００３と１００６の間の特定領域１００７は、通常のデータを記録する部分とは違う目的に使われる。例えば、情報を記録する際の試し書きの領域であったり、光ディスクそのものの素性を示す情報を書いておく領域であったり、境界１００６より外側に書いてある情報の種類や属性を書いておく領域、あるいは著作権保護を目的とした情報を記録しておく情報領域であったりする。いずれにせよ、一般的な情報ではないので、その情報を記録してある領域であれば、内周部分であると判断できる。そのような特定領域であるかどうかは、情報そのものを再生したり、アドレスを読むことによって判断可能である。

このような領域を利用して、光情報装置１６７における、レンズチルトを行うかどうかの判断を行う手順の一例を図２８に示す。アクチュエータ１５は、対物レンズ１４の位置が光ディスクの特定領域内にあるときには、チルト補正動作は行わずに対物レンズ１４を略水平に保持する。また、アクチュエータ１５は、対物レンズ１４の位置が光ディスクの特定領域よりも外側にあるときには、対物レンズ１４を光ディスクの傾きに応じて傾ける。図では示していないが、電源を入れたとき、あるいは光ディスクを挿入したところから、本プロセスが始まる。

フォーカス引き込み命令が、光情報装置１６７の電気回路１５３から発せられると（ステップ１０１）、対物レンズをチルトさせることなくフォーカスの引き込みを行う（ステップ１０２）。電気回路１５３や「水平」の定義などは実施形態１１と同じである。フォーカスを引き込んだ後に、（ディスクの傾き量を取得するステップ１０３）。そして、対物レンズ１４が光ディスクに対してどのような位置にいるかを判断する（ステップ１０４Ａ）。実施形態１１との違いはこの過程である。対物レンズ１４がレーザ光を照射している領域が先に述べた特定領域であるか否かを判断する。そして特定領域でなければディスク傾き量に対応してレンズを傾けて（ステップ１０５）、情報の記録あるいは再生を行う（ステップ１０７）。

また、ステップ１０４Ａの動作において、対物レンズがレーザ光を照射している領域が先に述べた特定領域であるか否かを判断し、特定領域であった場合は、対物レンズを水平なままにして（ステップ１０６）、情報の記録あるいは再生を行う（ステップ１０７）。このように、レンズ位置が特定領域である場合は対物レンズを水平なままにして信号の記録あるいは再生を行うことによって、図４２の凸部１００１へ対物レンズや対物レンズを保持するホルダの一部が接触し、接触部が傷ついたり、制御がはずれて記録再生が中断することを避けることが可能になる。

また、レンズ位置が特定領域よりも外周部から、レンズ位置が特定領域内へ移動する命令を受けた際には、まずレンズを傾けることをやめる、あるいは、レンズを水平に戻してから、または戻しながら、レンズ位置を特定領域内へ移動する。

なお、ステップ１０３のディスク傾き量の取得は、ステップ１０４Ａのレンズ位置判断と、ステップ１０５のレンズを傾ける過程の間に行っても良い。本発明は、外周部分のように光ディスク自体の「そり」や曲がりの発生量が内周部分では少ないので、内周部分では対物レンズもほぼ水平に保っておけばよいこと、および、内周部分が特殊な領域に割り当てられていることに着眼して発明したものである。

（実施形態１３）
本発明の実施形態１３を、図２９を参照して説明する。実施形態１１と実施形態１２を組み合わせて効果を高めた手順の一例を図２９に示す。図では示していないが、電源を入れたとき、あるいは光ディスクを挿入したところから、本プロセスが始まる。フォーカス引き込み命令が、光情報装置の電気回路１５３から発せられると（ステップ１０１）、対物レンズ１４をチルトさせることなくフォーカスの引き込みを行う（ステップ１０２）。電気回路１５３や「水平」の定義などは実施形態１１と同じである。フォーカスを引き込んだ後に、ディスクの傾き量を取得する（ステップ１０３）。

次に、対物レンズが光ディスクに対してどのような位置にいるかを判断する（ステップ１０４ａ）。実施形態１１および１２との違いはこの過程である。対物レンズ１４が光ディスクに対してどのような位置にいるかを判断する。光ディスクの中心からの半径が特定の半径Ｒ０より小さいか大きいかを判断する。そしてＲ０よりも大きければ、さらに、対物レンズがレーザ光を照射している領域が先に述べた特定領域であるか否かを判断する（ステップ１０４ｂ）。そして特定領域でなければディスク傾き量に対応してレンズを傾けて（ステップ１０５）、情報の記録あるいは再生を行う（ステップ１０７）。

また、ステップ１０４ａの動作において、対物レンズ１４が光ディスクの中心からの半径が特定の半径Ｒ０より小さいか大きいかを判断してＲ０よりも小さければ、あるいはステップ１０４ｂで対物レンズ１４がレーザ光を照射している領域が先に述べた特定領域であるか否かを判断し、特定領域であった場合は、対物レンズを水平なままにして（ステップ１０６）、情報の記録あるいは再生を行う（ステップ１０７）。このように、レンズ位置が半径Ｒ０以内か、特定領域にある場合は対物レンズを水平なままにして信号の記録あるいは再生を行うことによって、図４２の凸部１００１へ対物レンズや対物レンズを保持するホルダの一部が接触し、接触部が傷ついたり、制御がはずれて記録再生が中断することをより確実に避けることが可能になる。

なお、ステップ１０４ａでの対物レンズが光ディスクに対してどのような位置にいるかを判断する動作と、ステップ１０４ｂでの対物レンズがレーザ光を照射している領域が先に述べた特定領域であるか否かを判断する動作の順番は逆であってもよい。

また、レンズ位置がＲ０よりも大きくかつ特定領域ではない外周部から、レンズ位置がＲ０よりも小さなところまたは特定領域内へ移動する命令を受けた際には、まずレンズを傾けることをやめる、あるいは、レンズを水平に戻してから、または戻しながら、レンズ位置をＲ０より小さな半径位置あるいは特定領域内へ移動する。

なお、ステップ１０３のディスク傾き量の取得は、ステップ１０４ｂのレンズ位置判断と、ステップ１０５のレンズを傾ける過程との間に行っても良い。

なお、ここまで、光ディスク１０はＤＶＤであるとして説明してきたが、基材厚０．６ｍｍと青色レーザ光源を組み合わせて用いるＨＤ−ＤＶＤが光ディスク１０であっても本発明のチルト制御は有効であり、適用可能である。その場合の対物レンズ１４の例を図３０を参照して説明する。回折素子１３１は、入射レーザ光４４に対して透明な基板に形成されていて、格子パターンが同心円状である。

対物レンズ１４は、開口数ＮＡが０．８５以上で、図３０（ａ）に示すように、回折素子１３１を回折されずに透過した０次回折光を、外周部４５、内周部４６いずれを通った光も０．１ｍｍの基材の厚さ（ｔ３）の光ディスク９の情報記録面上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。また、図３０（ｂ）は、基板の厚い（厚さｔ２＝０．６ｍｍ）光ディスク１０の情報記録面上に回折限界に集光スポットを集光できることを示す。回折素子（ホログラム）１３１の内周部４６で回折された＋１次回折光は対物レンズ１４によって光ディスク１０に集光される。ここで＋１次回折光４３は厚さｔ２の基板を通して回折限界まで絞れるように収差補正を施されている。

このように入射光を回折する回折素子１３１と対物レンズ１４を組み合わせることによって、異なる次数の回折光を利用して、異なる基板厚（ｔ２とｔ３）の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる複合対物レンズを実現できる。また、上記とは逆に、回折素子１３１を凸レンズ作用を持つ設計にし、厚さｔ３の光ディスクに対して０次回折光を用い、厚さｔ２の光ディスクに対して＋１次回折光を用いることによって、厚さｔ３の光ディスクの記録再生時の波長変動に対して、焦点位置変動を低減することもできる。

つぎに対物レンズ１４を搭載し光軸方向やその直角方向に移動したり、傾けたりする対物レンズアクチュエータ１５の一例を示す。対物レンズアクチュエータ１５は、対物レンズ１４の傾きを調整する。ただし、本願はこの対物レンズアクチュエータ構成を用いる場合に限定されるものではない。図３１において、Ｆはフォーカシング方向、Ｔはトラッキング方向（光ディスクの半径方向）、Ｙは光ディスク（図示せず）の接線方向、ＲはＹ軸回りの回転方向であるチルト方向を示しており、これらフォーカシング方向Ｆ、トラッキング方向Ｔ、および方向Ｙは相互に直交し、それぞれ、３次元の直交座標における各座標軸の方向に相当する方向を有している。

レンズホルダ８６は樹脂を成形して形成される。レンズホルダ８６には対物レンズ１４が搭載されている。レンズホルダ８６には第１のフォーカス用コイルと第２のフォーカス用コイルとトラッキングコイルが取り付けられているが、図には示していない。これら３つのコイルに通電するためワイヤー８７が６本具備されているが３本のみ示した。残り３本は対向面に配置されている。

第１のマグネット８４、第２のマグネット８５は、いずれもフォーカシング方向Ｆおよびトラッキング方向Ｔの２つの線を境界とする４つの領域で異極着磁されている。また、サスペンションホルダ８９はベース９０に固定されている。ワイヤー８７はベリリウム銅やリン青銅等の弾性金属材料からななり、円形、略多角形、又は楕円形等の断面形状を有する線材、又は棒材が用いられる。また、ワイヤー８７のレンズホルダ８６への支持中心は可動体の重心に略一致するように設定されており、他端はサスペンションホルダ８９へ固定されている。８３は万が一光ディスクに可動体が接触した場合にも傷をつけないための緩衝材であり、柔らかな素材により形成される。

この対物レンズアクチュエータの第１のフォーカス用コイルと第２のフォーカス用コイルへ流す電流量を異なる量にすれば、対物レンズ１４をＲ方向に傾けることができる。

（実施形態１４）
図３２は、本発明の実施形態による光情報装置１６７を備えたコンピュータ３００を示す。

上述の実施形態の光情報装置１６７を備えた、あるいは、上述の記録・再生方法を採用したコンピュータや、光ディスクプレーヤー、光ディスクレコーダーは、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という効果を有するものとなる。

図３２において、コンピューター３００は、光情報装置１６７と、情報の入力を行うための入力装置（キーボード、マウス、タッチパネルなど）３６５と、入力装置から入力された情報や、光情報装置１６７から読み出した情報などに基づいて演算を行う演算装置（中央演算装置（ＣＰＵ）など）３６４を備え、演算装置によって演算された結果などの情報が出力装置（ブラウン管や液晶表示装置、プリンターなど）１８１によって表示される。

（実施形態１５）
図３３は、本発明の実施形態による光情報装置１６７を備えた光ディスクプレーヤー３２１を示す。

図３３において、光ディスクプレーヤー３２１は、光情報装置１６７と、光情報装置１６７から得られる情報信号を画像に変換する変換装置（例えばデコーダー）３６６を有する。また、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３２０を加えた形態も可能である。

（実施形態１６）
図３４は、本発明の実施形態による光情報装置１６７を備えた光ディスクレコーダー１１０を示す。

図３４において、光ディスクレコーダー１１０は、光情報装置１６７と、光情報装置１６７が光ディスクへ記録する情報に画像情報を変換する変換装置（例えばエンコーダー）３６８とを有する。望ましくは、光情報装置１６７から得られる情報信号を画像に変換する変換装置（デコーダー）３６６も有することにより、記録時に同時に映像をモニタしたり、既に記録した部分を再生することも可能となる。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３６１を備えてもよい。

（実施形態１７）
図３５は、本発明の実施形態による光情報装置１６７を備えた光ディスクサーバー３３６を示す。入出力端子３６９は光情報装置１６７に記録する情報を取り込んだり、光情報装置１６７が読み出した情報を外部に出力する有線または無線の入出力端子である。これによって、ネットワークを介して、複数の機器（コンピュータ、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（光ディスクサーバー）、として利用することが可能となる。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効果を有するものとなる。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３６１を備えてもよい。

さらに、複数の光ディスクを光情報装置１６７に出し入れするチェンジャー３３４を具備することにより、多くの情報を記録・蓄積できる効果を得ることができる。

（実施形態１８）
図３６は、本発明の実施形態による光情報装置１６７を備えた車両（車体）２３３を示す。動力発生部１３４は車体２３３を動かすための動力を発生する。また、車体２３３は、動力発生部１３４へ供給する燃料を貯蔵する燃料貯蔵部１３５、電源１３６を備える。車体２３３に光情報装置１６７を搭載することにより、移動体の中に居ながらにして、様々な種類の光ディスクから安定に情報を得ることができるか、あるいは、情報を記録できるという効果を実現できる。また、電車や車の場合は走行のために車輪１３３をさらに備える。また、車であれば、方向を変えるためのハンドル１３０を備える。

さらに、チェンジャー１３８や光ディスク収納部１３９を備えることにより手軽に多数の光ディスクを利用可能にできる。光ディスクから得られる情報を加工して画像にしたりする演算装置１６４や情報を一時的に蓄える半導体メモリ１３７、表示装置１４２を備えることにより光ディスクから映像情報を再生可能である。また、アンプ１４０とスピーカ１４１を備えることにより光ディスクから音声や音楽を再生可能である。そして、ＧＰＳ１３２などの位置センサーを備えることにより光ディスクから再生した地図情報と併せて、現在位置や進行方向を、表示装置１４２に表示される画像や、スピーカ１４１から発せられる音声として知ることができる。さらに無線通信部１４３を備えることにより外部からの情報を得て、光ディスクの情報と相補的に利用可能である。

なお、上述の実施の形態１４〜１７において図３２〜図３５には出力装置１８１、３６１や液晶モニター３２０を示したが、出力端子を備えて、出力装置や液晶モニターは持たず、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。また、図３３と図３４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備えた商品形態も可能である。逆に、上述の実施形態１４〜１７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。

また、上述した実施形態１４〜１８の各装置および車両は、光を用いて情報媒体への情報の記録再生を行う機能を備えているので、それら実施形態１４〜１８の各装置および車両を総称して光情報装置と呼んでもよい。

本発明にかかる光ヘッド装置は基材厚や対応波長、記録密度などが互いに異なる複数種類の光ディスクに対して記録再生が可能であり、さらに、この光ヘッド装置を用いた互換型光情報装置は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなど多くの規格の光ディスクを扱うことができる。従って、コンピューター、光ディスクプレーヤー、光ディスクレコーダー、カーナビゲーションシステム、編集システム、データサーバー、ＡＶコンポーネント、車両など、情報を蓄えるあらゆるシステムに応用展開可能である。

１、２０ レーザ光源
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、１１ 光ディスク
１３１ 光学素子
１４ 対物レンズ
１５ 駆動手段
３２ 検出レンズ
３３ 光検出器
７２ 不揮発性メモリ
１１０ 複合対物レンズ
１５１ 光ヘッド装置の駆動装置
１５３ 電気回路
１５５ 光ヘッド装置
１８１ 出力装置
３６４ 演算装置
３６５ キーボード（入力装置）
３６６ デコーダー
１６７ 光情報装置
３６８ エンコーダー
３６９ 入出力端子

Claims (22)

1. 回折素子と屈折型レンズとを備えた複合対物レンズであって、
   前記回折素子は第１の格子を備え、
   前記第１の格子の断面形状は、１段差がｄ１の階段形状であり、
   波長λ１の青色光と、波長λ２の赤色光と、波長λ３の赤外光のそれぞれに対する前記回折素子の材料の屈折率のうちの最大値および最小値の間の値をｎｃとし、
   Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭをＪ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす自然数としたとき、
   （Ｊ×λ１）と（Ｋ×λ２）と（Ｌ×λ３）とが略等しく、
   前記第１の格子の１周期の階段レベル数はＭレベルであり、
   前記１段差ｄ１は、（Ｊ×λ１）、（Ｋ×λ２）および（Ｌ×λ３）のそれぞれを１／（Ｍ×（ｎｃ−１））倍した値のうちの最大値および最小値の間の値である、複合対物レンズ。
2. 回折素子と屈折型レンズとを備えた複合対物レンズであって、
   前記回折素子は第１の格子を備え、
   前記第１の格子の断面形状は、１段差がｄ１の階段形状であり、
   波長λ１の青色光、波長λ２の赤色光および波長λ３の赤外光に対する前記回折素子の材料の屈折率は、それぞれｎｂ、ｎｒ、ｎｉであって、
   Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭをＪ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす自然数としたとき、
   （Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）と（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）と（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）とが略等しく、
   前記第１の格子の１周期の階段レベル数はＭレベルであり、
   前記１段差ｄ１は、（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）、（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）および（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）のそれぞれを（１／Ｍ）倍した値のうちの最大値および最小値の間の値である、複合対物レンズ。
3. （Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（１０，６，５，８）である、請求項１または２に記載の複合対物レンズ。
4. （Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（１０，６，５，９）である、請求項１または２に記載の複合対物レンズ。
5. （Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ）＝（６，４，３，５）である、請求項１または２に記載の複合対物レンズ。
6. 前記回折素子は、
   第１の領域と、
   前記第１の領域よりも前記回折素子の光軸から離れている第２の領域と、
   を含み、
   前記第１の領域に前記第１の格子が形成されている、請求項１から５のいずれかに記載の複合対物レンズ。
7. 前記第２の領域には第２の格子が形成されており、
   前記第２の格子の断面形状は階段形状であり、
   前記第２の格子の階段形状の１段差は、前記青色光に対して約１．２５波長の光路差を与え、
   前記第２の格子の１周期の階段レベル数は４レベルである、請求項６に記載の複合対物レンズ。
8. 前記回折素子は、前記第２の領域よりも前記回折素子の光軸から離れている第３の領域をさらに含み、
   前記第３の領域には第３の格子が形成されており、
   前記第３の格子の前記青色光の所定の次数の回折効率は、
   前記青色光の前記所定の次数以外の次数の回折効率よりも高く、
   前記赤色光の前記所定の次数の回折効率よりも高く、
   前記赤外光の前記所定の次数の回折効率よりも高い、請求項６に記載の複合対物レンズ。
9. 前記回折素子は、前記第２の領域よりも前記回折素子の光軸から離れている第３の領域
   をさらに含み、
   前記第３の領域には第３の格子が形成されており、
   前記第３の格子の断面形状は階段形状であり、
   前記第３の格子の１段差は、前記青色光に対して約０．２５波長の光路差を与え、
   前記第３の格子の１周期の階段レベル数は４レベルである、請求項６に記載の複合対物レンズ。
10. 前記回折素子は、前記第２の領域よりも前記回折素子の光軸から離れている第３の領域
    をさらに含み、
    前記第３の領域には第３の格子が形成されており、
    前記第３の格子の断面形状は鋸歯形状であり、
    前記鋸歯形状の高さは、前記青色光に対して約１波長の光路差を与える高さである、請求項６に記載の複合対物レンズ。
11. 前記青色光は、前記回折素子によって凸レンズ作用を受け、
    前記赤色光および前記赤外光は、前記回折素子によって凹レンズ作用を受ける、請求項１から１０のいずれかに記載の複合対物レンズ。
12. 前記青色光の焦点距離よりも前記赤色光の焦点距離の方が長く、
    前記赤色光の焦点距離よりも前記赤外光の焦点距離の方が長い、請求項１１に記載の複合対物レンズ。
13. 前記複合対物レンズは、
    第１の透明部を有する第１の情報媒体の第１の情報記録面上と、
    前記第１の透明部より厚い第２の透明部を有する第２の情報媒体の第２の情報記録面上と、
    前記第２の透明部より厚い第３の透明部を有する第３の情報媒体の第３の情報記録面上と、
    に光を収束させ、
    前記第１、第２および第３の領域を通過した前記青色光を前記第１の情報記録面上に、
    前記第１の透明部を介して収束させ、
    前記第１および第２の領域を通過した前記赤色光を前記第２の情報記録面上に、前記第２の透明部を介して収束させ、
    前記第１の領域を通過した前記赤外光を前記第３の情報記録面上に、前記第３の透明部を介して収束させる、請求項８から１２のいずれかに記載の複合対物レンズ。
14. 前記複合対物レンズは、
    第１の透明部を有する第１の情報媒体の第１の情報記録面上と、
    前記第１の透明部より厚い第２の透明部を有する第２の情報媒体の第２の情報記録面上と、
    前記第２の透明部より厚い第３の透明部を有する第３の情報媒体の第３の情報記録面上と、
    に光を収束させ、
    前記第１の領域は、
    通過した前記青色光を前記第１の情報記録面上に、前記第１の透明部を介して収束させ、
    通過した前記赤色光を前記第２の情報記録面上に、前記第２の透明部を介して収束させ、
    通過した前記赤外光を前記第３の情報記録面上に、前記第３の透明部を介して収束させ、
    前記第２の領域は、
    通過した前記青色光を前記第１の情報記録面上に、前記第１の透明部を介して収束させ、
    通過した前記赤色光を前記第２の情報記録面上に、前記第２の透明部を介して収束させ、
    前記第３の領域は、
    通過した前記青色光を前記第１の情報記録面上に、前記第１の透明部を介して収束させる、請求項８から１２のいずれかに記載の複合対物レンズ。
15. 前記回折素子は、前記屈折型レンズとは別の光学素子に形成されている、請求項１から１４のいずれかに記載の複合対物レンズ。
16. 前記光学素子の１面は平面であり、
    前記回折素子は、前記光学素子の前記平面上に形成されている、請求項１５に記載の複合対物レンズ。
17. 前記光学素子の１面は凹面であり、
    前記回折素子は、前記光学素子の前記凹面上に形成されている、請求項１５に記載の複合対物レンズ。
18. 前記回折素子は、前記対物レンズ面上に形成されている、請求項１から１４のいずれかに記載の複合対物レンズ。
19. 屈折型レンズと組み合わせて複合対物レンズを形成するための回折素子であって、
    前記回折素子は第１の格子を備え、
    前記第１の格子の断面形状は、１段差がｄ１の階段形状であり、
    波長λ１の青色光と、波長λ２の赤色光と、波長λ３の赤外光のそれぞれに対する前記回折素子の材料の屈折率のうちの最大値および最小値の間の値をｎｃとし、
    Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭをＪ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす自然数としたとき、
    （Ｊ×λ１）と（Ｋ×λ２）と（Ｌ×λ３）とが略等しく、
    前記第１の格子の１周期の階段レベル数はＭレベルであり、
    前記１段差ｄ１は、（Ｊ×λ１）、（Ｋ×λ２）および（Ｌ×λ３）のそれぞれを１／（Ｍ×（ｎｃ−１））倍した値のうちの最大値および最小値の間の値である、回折素子。
20. 屈折型レンズと組み合わせて複合対物レンズを形成するための回折素子であって、
    前記回折素子は第１の格子を備え、
    前記第１の格子の断面形状は、１段差がｄ１の階段形状であり、
    波長λ１の青色光、波長λ２の赤色光および波長λ３の赤外光に対する前記回折素子の材料の屈折率は、それぞれｎｂ、ｎｒ、ｎｉであって、
    Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭをＪ＞Ｍ＞Ｋ＞Ｌを満たす自然数としたとき、
    （Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）と（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）と（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）とが略等しく、
    前記第１の格子の１周期の階段レベル数はＭレベルであり、
    前記１段差ｄ１は、（Ｊ×λ１）／（ｎｂ−１）、（Ｋ×λ２）／（ｎｒ−１）および（Ｌ×λ３）／（ｎｉ−１）のそれぞれを（１／Ｍ）倍した値のうちの最大値および最小値の間の値である、回折素子。
21. 請求項１から１８のいずれかに記載の複合対物レンズを備えた光ヘッド装置であって、
    前記光ヘッド装置は、
    波長λ１の青色光を出射する第１の光源と、
    波長λ２の赤色光を出射する第２の光源と、
    波長λ３の赤外光を出射する第３の光源と、
    を備え、
    前記複合対物レンズは、
    前記第１の光源から出射された青色光を、厚さｔ１の基材を通して第１の情報媒体の記録面上へ集光させ、
    前記第２の光源から出射された赤色光を、厚さｔ２の基材を通して第２の情報媒体の記録面上へ集光させ、
    前記第３の光源から出射された赤外光を、厚さｔ３の基材を通して第３の情報媒体の記録面上へ集光させ、
    前記光ヘッド装置は、第１、第２および第３の情報媒体からの反射光を受けて、受光した光量に応じた電気信号を出力する光検出部をさらに備え、
    ｔ１＜ｔ２＜ｔ３である、光ヘッド装置。
22. 請求項２１に記載の光ヘッド装置と、
    前記第１、第２および第３の情報媒体を回転させるモーターと、
    前記光ヘッド装置から得られる信号に基づいて、前記モーター、前記複合体物レンズおよび前記第１、第２および第３の光源の制御および駆動を行う電気回路と、
    を備えた、光情報装置。

Images