JP4896979B2 - 光ヘッド装置、光情報装置、コンピュータ、ディスクプレーヤー、カーナビゲーションシステム、光ディスクレコーダーおよび車両 - Google Patents

光ヘッド装置、光情報装置、コンピュータ、ディスクプレーヤー、カーナビゲーションシステム、光ディスクレコーダーおよび車両 Download PDF

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Description

本発明は、光ディスクに代表される情報記録媒体から情報を再生し、または記録媒体に情報を記録する光情報装置および光情報装置において情報を再生または記録する光ヘッド装置、およびこれらを用いた情報機器やシステムに関する。
デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）は、デジタル情報をコンパクトディスク（ＣＤ)の約６倍の記録密度で記録することが可能であり、大容量のデータを記録可能な光ディスクとして知られている。近年、光ディスクに記録されるべき情報量の増大に伴い、さらに記録容量の大きい光ディスクが求められている。
光ディスクの記録容量を大きくするためには、情報の記録密度を高くする必要がある。具体的には、光ディスクに情報を記録する際および光ディスクに記録された情報を再生する際に光ディスクに照射される光が形成する光スポットを小さくする必要がある。そのためには、光源のレーザ光を短波長にし、かつ、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくする必要がある。
ＤＶＤでは、波長６６０ｎｍの光源と、開口数（ＮＡ）０．６の対物レンズとが使用されている。また、例えば、さらに記録容量が大きいＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）では、波長４０５ｎｍの青色レーザと、ＮＡ０．８５の対物レンズとが使用されている。これにより、現在のＤＶＤの記録密度の５倍の記録密度が達成されている。
ところで、青色レーザ等の短波長のレーザを用いて高密度の記録再生を実現する光情報装置において、既存の光ディスクとの互換機能を備えることは、さらに装置としての有用性を高め、コストパフォーマンスを向上することが可能となる。記録密度が相異なる複数の光ディスクに対して記録再生が可能な互換型の光情報装置を実現する光ヘッド装置の従来技術として以下のような装置があった。
図１７は、従来の光ヘッド装置の構成例を示す。
光源２０１から放射された光ビーム２１０は偏光異方性ホログラム２０２を透過する。その光ビーム２０１は、コリメートレンズ２０３によって平行光に変換され、１／４波長板２０４によって円偏光に変えられる。第１の対物レンズ２０５は光ビーム２１０を光ディスク３２７の記録面上に収束される。
また、光ディスク３２７よりも記録密度の低い光ディスク３２８に対しては、光ビームの光軸に近い内周部分の光のみが、開口数の小さな第２の対物レンズ２５０によって収束される（点線）。ここで、第１と第２の対物レンズは光ディスクの種類に応じて機械的に切り替えられる。また、単一の対物レンズであれば、可変開口を用いて光ディスクの開口数が変更される。
光ディスクから反射した円偏光の光は元の光路を逆にたどり、その過程において１／４波長板２０４によって光源２０１出射されたときとは直角方向の直線偏光の光に変換される。このため偏光異方正ホログラム２０２によって回折が起こり、光検出器２６３と２６６へ入射する。これらの光検出器から得られる信号に基づいて対物レンズを光軸方向に移動し焦点制御を行う。
ここで、記録密度の低い光ディスクに低い開口数を適用するために光ビームの有効径を小さくすると、図１７の下方に示した光検出器上の回折光２１３、２１４（点線）のように回折光も小さくなる。
図１８は、従来の光ヘッド装置において得られるフォーカスエラー信号の波形を示す。フォーカスエラー信号３２８１は、中心付近で傾きが小さくなる。すなわち感度が低くなる。このように感度が中心付近で鈍くなることを避けるため、図１７の下方に示したように光検出器の領域分割幅を部分的に変えて、開口数の切り替えに応じて使用する信号も切り替える。こうして、開口数を切り替えることによっても、同じ感度のフォーカスエラー信号３２７１を得ることができる。
特開２０００−２０７７６９号公報
これまでの実用化された光ディスクにおいては、新たな光ディスクほど、その記録密度が高くなっている。すなわち、時代の古いものから順に挙げると、Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ（ＣＤ）、ＤＶＤ、そして、ＨＤ−ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）という順番である。
時代が古いものほど光ディスクの製造技術も未熟である。このため、ＣＤはＤＶＤやＢＤに比べて形状が歪んだものが多く、また歪みの量が大きい。逆に言えば、記録密度の高い光ディスク程ディスクを精巧に作る必要があるため、平坦度が高く作られている。
記録密度の低いディスクは形状の歪みが多いため、光情報装置に装着してスピンドルモーターで回転した場合に記録面の位置が上下に変化する。これは、一般に「面ぶれ」と呼ばれている。
面ぶれの大きなディスクに対して、フォーカスサーボループを確実に開始するためには、フォーカスエラー信号のダイナミックレンジが広くなければならない。具体的には図１８において、フォーカスエラー信号が最大と最小になるデフォーカス点ＡとＢ点の間隔が広いことが望ましい。
一方ＢＤに対しては、青色レーザと高開口数（ＮＡ：０．８５）を用いて、ＣＤと比較して４０倍近い高密度の記録を行う必要がある。このため、光ディスク記録面上に形成される集光スポットはＣＤのそれよりも小さく、焦点深度もＣＤより浅い。従って、フォーカスサーボ（焦点制御）をより高精度に行う必要がある。そのためには、図１８における、フォーカスエラー信号が最大と最小になるデフォーカス点ＡとＢ点の間隔は狭く、ＡＢ間の感度が高いことが必要である。
上述の従来例では、フォーカスエラー信号の直線性を保ち、異なる種類の光ディスクに対して同じ感度で、同じダイナミックレンジのフォーカスエラー信号を実現することを目的としている。したがって、同じ特性のフォーカスエラー信号の実現方法が示されるのみである。上述のように、ＣＤでは広いダイナミックレンジが必要とされ、ＢＤでは高い感度が必要とされることについての認識は見出せない。
従来例の他の課題として、単一の光源を用いる場合しか示されていないため、複数、特に異なる３波長の光源を有する光ヘッド装置において、いずれの光源を利用する場合でも、必要とされるフォーカスエラー信号を得るために適切で、かつ最も安価に実現するための構成は示されていない。
本発明の目的は、異なる種類の光ディスクに対応し、低密度光ディスクに対しては十分なダイナミックレンジを確保しつつ、安価に製造できる光ヘッド装置を提供することにある。
本発明による光ヘッド装置は、切り替えて利用される複数の光源と、前記複数の光源のひとつから放射された光を、光ディスクの記録面上に収束させる対物レンズと、前記記録面で反射された光を受けて、受光量に基づいて電気信号を出力する光検出器とを備えている。前記複数の光源は、第１波長の光を放射する第１光源、および、前記第１波長より短い第２波長の光を放射する第２光源を含んでおり、前記第１波長の光の受光量に基づく電気信号から得られるフォーカスエラー信号のデフォーカス検出範囲が、前記第２波長の光の受光量に基づく電気信号から得られるフォーカスエラー信号のデフォーカス検出範囲に比べて広い。
前記記録面からの前記第１波長の反射光、および、前記記録面からの前記第２波長の反射光は、いずれも前記光検出器に入射し、前記光検出器は、入射した光を光電変換することにより、フォーカスエラー信号を得るための電気信号を生成してもよい。
前記光ヘッド装置は、前記記録面で反射された光が前記光検出器に入射するまでの光路上に配置された光学素子であって、透過する光に非点収差を与える光学素子をさらに備え、前記検出器は、前記記録面で反射され、前記非点収差が与えられた光を受けて、非点収差法によって前記フォーカスエラー信号を生成してもよい。
前記光ヘッド装置は、前記複数の光源のひとつから放射された光を、前記光ディスクに対して垂直な方向へ折り曲げる立ち上げミラーをさらに備え、前記立ち上げミラーへ入射する光の光軸が、前記光ディスクのトラック溝と約４５°の角度をなしていてもよい。
前記第１光源から放射された前記第１波長の光、および、前記第２光源から放射された前記第２波長の光は、いずれも前記対物レンズに入射してもよい。
前記対物レンズは、少なくとも、光軸を含む内周領域と、前記内周領域を囲む外側の領域とを有しており、前記内周領域は、前記光軸を含む中心領域と、前記中心領域よりも外側の外縁領域とを含み、前記中心領域を通る前記第１波長の光は、前記光ディスクの記録面上の第１位置に収束され、前記外縁領域を通る前記第１波長の光には球面収差が付加されて、前記光ディスクに垂直な方向に関して前記第１位置とは異なる、少なくとも１つの第２位置に収束されてもよい。
前記球面収差によって、前記外縁領域を通る前記第１波長の光は、前記第１位置よりも前記対物レンズから離れた位置に収束されてもよい。
前記複数の光源は、前記第２波長よりも短い第３波長の光を放射する第３光源をさらに含んでおり、前記対物レンズは、前記内周領域の中心領域を通る前記第１波長の光を第１の光ディスクの透明基材を通して収束させ、前記中心領域および前記内周領域を囲む外側の領域までを通る第３波長の光を第３の光ディスクの透明基材を通して収束させ、さらに、前記対物レンズ有効径内を通る前記第２波長の光を第２の光ディスクの透明基材を通して収束させてもよい。
前記対物レンズの内周領域は、前記内周領域を通る前記第１波長の収差の２乗和平均値が２０ｍλ以下になるよう設計されていてもよい。
前記対物レンズは、記第１波長の光を収束するときの焦点距離ｆ１が、前記第２波長の光を収束するときの焦点距離ｆ２より長くてもよい。
前記記録面からの前記第１波長の反射光、および、前記記録面からの前記第２波長の反射光は、いずれも前記光検出器に入射し、前記光検出器は、入射した光を光電変換することにより、フォーカスエラー信号を得るための電気信号を生成してもよい。
前記光ヘッド装置は、前記第２光源から放射された前記第２波長の光を反射する平行平板と、前記平行平板で反射された前記第２波長の光を反射し、かつ、前記第１光源から放射された前記第１波長の光を透過する光学素子とをさらに備えていてもよい。
本発明による対物レンズは、切り替えて利用される複数の光源を有する光ヘッド装置において、前記複数の光源のひとつから放射された光を、光ディスクの記録面上に収束させるために利用される対物レンズであって、前記光ヘッド装置の前記複数の光源は、第１波長の光を放射する第１光源、および、前記第１波長より短い第２波長の光を放射する第２光源を含んでおり、少なくとも、光軸を含む内周領域と、前記内周領域を囲む外側の領域とを有し、前記中心領域を通る前記第１波長の光は、前記光ディスクの記録面上の第１位置に収束され、前記外縁領域を通る前記第１波長の光には球面収差が付加されて、前記光ディスクに垂直な方向に関して前記第１位置とは異なる、少なくとも１つの第２位置に収束される。
前記球面収差によって、前記外縁領域を通る前記第１波長の光は、前記第１位置よりも前記対物レンズから離れた位置に収束されてもよい。
前記光ディスク装置の前記複数の光源が、前記第２波長よりも短い第３波長の光を放射する第３光源をさらに含んでいるとき、前記内周領域の中心領域を通る前記第１波長の光を第１の光ディスクの透明基材を通して収束させ、前記中心領域および前記内周領域を囲む外側の領域までを通る第３波長の光を第３の光ディスクの透明基材を通して収束させ、さらに、前記対物レンズ有効径内を通る前記第２波長の光を第２の光ディスクの透明基材を通して収束させてもよい。
前記対物レンズの内周領域は、前記内周領域を通る前記第１波長の収差の２乗和平均値が２０ｍλ以下になるよう設計されていてもよい。
記第１波長の光を収束するときの焦点距離ｆ１が、前記第２波長の光を収束するときの焦点距離ｆ２より長くてもよい。
本発明による光情報装置は、上述の光ヘッド装置と、光ディスクを回転するモーターと、前記光ヘッド装置から得られる信号に基づいて、前記信号に基づいて前記モーター、光学レンズおよび前記光源を制御および駆動する回路とを備えている。
本発明によるコンピュータは、上述の光情報装置と、情報を入力するための入力装置あるいは入力端子と、前記入力装置から入力された情報および前記光情報装置から再生された情報の少なくとも一方に基づいて演算を行う演算装置と、前記入力装置から入力された情報および前記光情報装置から再生された情報、前記演算装置によって演算された結果の少なくとも一方を表示あるいは出力するための出力装置あるいは出力端子とを備えている。
本発明による光ディスクプレーヤーは、上述の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する情報から画像へのデコーダーとを備えている。
本発明によるカーナビゲーションシステムは、上述の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する情報から画像へのデコーダーと、位置センサーとを有している。
本発明による光ディスクレコーダーは、上述の光情報装置と、画像情報を、前記光情報装置によって記録可能な形式に変換するエンコーダーとを有し、変換された前記画像情報を前記光ディスクに記録する。
本発明による車両は、上述の光情報装置が搭載された車体と、前記車体を移動させるための動力を発生する動力発生部とを備えている。
本発明の光ヘッド装置によれば、高い開口数（ＮＡ）の対物レンズを用い、高い記録密度の光ディスクから情報を再生し、または情報を記録する際に、高感度のフォーカスエラー信号を得ることができる。よって、高い精度のフォーカスサーボによって安定に行うことができる。また、同じ光ヘッド装置を用いて、低い密度の光ディスクから情報を再生し、または情報を記録する際においては、形状ダイナミックレンジの広いフォーカスエラー信号を得ることができる。よって、形状誤差が存在していても、確実にフォーカスサーボを開始できる。
本発明の光ヘッド装置によれば、複数の種類の光ディスクに対応するため複数の光源を具備する光学系を少ない部品点数で、簡素かつ安価に構成することができる。
本発明の光ヘッド装置を利用した光情報装置を製造することにより、単一の光ヘッド装置によって、より大容量の光ディスクや、記録密度の異なる複数の光ディスクを安定に再生することが可能となる。
添付の図面を参照しながら、本発明の各実施形態を説明する。
（実施形態１）
図１は本実施形態による光ヘッド装置１００の構成を示す。
光ヘッド装置１００は少なくとも２つの異なる波長の光ビームを放射する半導体レーザ素子（以下「光源」と記述する。）を有しており、異なる種類の光ディスクに対して、情報の記録および／または情報の再生が可能である。以下の説明では、光源は３つとし、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤに対して情報の記録および／または情報の再生が可能であるとして説明する。
光ヘッド装置１００は、光源モジュール１および１２と、平行平板３と、ホログラム素子４と、リレーレンズ５と、ウェッジ６と、コリメートレンズ７と、立ち上げミラー８と、対物レンズ９と、光検出器１０と、回折素子１３と、１／４波長板１８とを備えている。
以下、光ヘッド装置１００が光を放射するときの動作を説明しながら、各構成要素の機能を説明する。なお、図１において、Ｙ軸は対物レンズ９の光軸に対して垂直であり、かつ、本図には光ディスク（図示せず）のトラック溝延伸方向に対して略垂直な方向、Ｚ軸は対物レンズ９の光軸方向すなわちフォーカシング方向（紙面に垂直方向）である。また、Ｙ軸は、光ディスクの内周、外周位置に情報を記録し、またはそれらの位置から情報を再生する際に光ヘッド装置を動かす方向である。Ｘ軸はＺ軸とＹ軸に垂直な方向であり、また、対物レンズ９の位置において、光ディスクのトラック溝延伸方向に対して略平行な方向でもある。なお、Ｘ軸とＹ軸を入れ替えたミラー反転、９０°、１８０°、２７０°回転した構成でもよい。
光源モジュール１は、短波長光源（例えば青色光源）である半導体レーザ素子を有している。ＢＤに対しては、光源モジュール１の青色光源から光ビーム２が放射される。
短波長光源から放射された直線偏光の光ビーム２は平行平板３の表面の偏光分離膜で反射され、ホログラム素子４を透過する。ホログラム素子４を透過した光ビーム２はリレーレンズ５によってより大きく発散する光束へ変換される。リレーレンズ５は凹レンズ作用を有する。リレーレンズ５は、対物レンズ９の開口部分から光源モジュール１を見込む角度、すなわち光源側開口数（ＮＡ）を光源近傍の小さいＮＡから、コリメートレンズ７側の大きいＮＡへと変換する。
次に、コリメートレンズ７は光ビーム２の平行度を変換する。例えばコリメートレンズ７は光ビーム１４を略平行光へ変換する。なお、コリメートレンズ７は平行度を緩くする、すなわち、発散度を緩和するものであるが、２枚のレンズを組み合わせてもよい。コリメートレンズ７を２枚のレンズで構成し、かつ、球面収差を補正するためにコリメートレンズ７をその光軸方向に動かす際には、２枚のレンズの内の１枚だけを移動すればよい。１／４波長板１８は直線偏光を円偏光に変える。立ち上げミラー８は、コリメートレンズ７からの光の光軸を、光ディスクに対して直角なＺ軸方向に折り曲げる。本実施形態では、立ち上げミラー８へ入射する光の光軸は、光ディスクのトラック溝と約４５°の角度、または、より広くは３５°から５５°の角度をなしている。これにより、以下の利点が得られる。なお、たとえば光ディスクのトラック溝の接線は、Ｙ軸と平行である。
後述のように、光源モジュール１と光検出器１０との方向を平行平板３によって分岐すると、透過光に非点収差が加わる。立ち上げミラー８への入射光の光軸とトラック溝との角度を３５°から５５°にすると、その非点収差の焦線方向とトラック溝の方向とが３５°から５５°になる。よって、光検出器１０上に４分割領域を設けて非点収差が存在する光を入射させ、その分割領域から得られる信号を用いると、フォーカスエラー信号と、周知のプッシュプル法や位相差法によるトラッキングエラー信号とを得ることができる。
対物レンズ９は、光ビーム２をＢＤ等の高密度の光ディスクの記録面上に０．６ｍｍより薄い例えば約０．１ｍｍ程の透明基材を通して収束させる。対物レンズ９は後に詳述する。
光ディスクの記録面にて反射された光ビームは元の光路を逆にたどる。１／４波長板１８は、反射された光ビームを、往路の光ビームの偏向方向とは直角の直線偏光に変える。直線偏光の光ビームはウェッジ６で反射され、リレーレンズ５およびホログラム素子４を透過する。ホログラム素子４は一部の光ビームを回折する。ホログラム素子４を透過した光ビーム、および、ホログラム素子４によって回折された一部の光ビームは、偏光分離膜を表面に形成した平行平板３を透過する。そして、光源モジュール１とは別の方向に分岐され、光検出器１０に入射する。光検出器１０は入射光を光電変換して、情報信号、サーボ信号を得るための電気信号を生成する。サーボ信号とは、焦点制御すなわちフォーカスサーボのためのフォーカスエラー信号や、トラッキング制御のためのトラッキング信号の総称である。
なお、ホログラム素子４の光軸から離れて対物レンズ９への入射光を遮らない位置に反射型ホログラム（図示せず）を形成してもよい。反射された回折光を光検出器１０で受光して光ビーム２の光強度をモニタすることにより、部品点数を増やすことなく光強度を安定化するためのモニタ信号を得ることが可能である。
次に、光源モジュール１２から出力される光ビームを説明する。
光源モジュール１２は、例えば赤外光源である半導体レーザ素子を有している。ＢＤより記録密度の低い光ディスク（例えばコンパクトディスク（ＣＤ）に対しては、光源モジュール１２の赤外光源から光ビーム１４が放射される。赤外光源から放射された光ビーム１４は、光ディスク上にサブスポットを形成するために一部の光を回折する回折素子１３を透過（一部回折）し、断面形状がくさび型のウェッジ６を透過する。その後、光ビーム１４はコリメートレンズ７に入射する。
次に、コリメートレンズ７に入射した光ビーム１４は平行度を変換される。例えば光ビーム１４はコリメートレンズ７によって略平行光へ変換される。
その後、光ビーム１４は１／４波長板１８によって偏向方向を変換され、立ち上げミラー９によって、その光軸をＢＤより記録密度の低い光ディスク（例えばコンパクトディスク（ＣＤ））に対して直角の方向に折り曲げられる。対物レンズ９は光ビーム１４を光ディスクの記録面上に約１．２ｍｍの透明基材を通して収束させる。
光ディスクの記録面にて反射された光ビームは元の光路を逆にたどり、ウェッジ６のコリメートレンズ７側表面に設けた偏光選択膜によって光源モジュール１２とは別の方向に分岐され、光ビーム２の場合と同様に光検出器１０に入射する。なお再生専用光ヘッド装置などのような、光の利用効率が低くてもよい光ヘッド装置においては、偏光選択膜に代えて無偏光の分岐膜を用いてもよい。
光検出器１０は入射光を光電変換して、情報信号、サーボ信号を得るための電気信号を生成する。光検出器１０にアンプ回路も内蔵すれば、信号／雑音（Ｓ／Ｎ）比の高い良好な情報信号を得ることができると共に、光ヘッド装置の小型、薄型化を実現でき、安定性を得ることができる。
光源モジュール１２は、さらに、例えば赤色光源である半導体レーザ素子を有している。赤色光源は、上記２種の光ディスクの中間の記録密度の光ディスク（例えばＤＶＤ）の再生または記録を行うために用いられる。
本実施形態においては、光源モジュール１２が、赤外光源および赤色光源を有するとしたが、これらを別個のモジュールに設けてもよい。そのときは、赤色光源を赤外光源の近傍に配置し、赤色光源の光路と赤外光源の光路とを合わせるためのビームスプリッタを備えてもよい。ただし、ビームスプリッタを設けると部品点数が増加する。よって、光源モジュール１２に赤色光源と赤外光源を設ける方が、ビームスプリッタによる部品点数を抑えることができるため、好適である。なお、本実施形態においては、赤色光源あるいは赤外光源は付加的であり、少なくとも上述した青色光源に加えて、赤色光源および赤外光源の一方を有していれば、後述する本発明の効果を得ることができる。
光源モジュール１２から放射された赤色光の光ビーム１５は赤外光と同様の光路を経て対物レンズ９へ到達し、対物レンズ９によってＤＶＤ等の光ディスクの記録面上へ約０．６ｍｍの透明基材を通して収束される。そしてやはり赤外光と同様の光路を経て光ディスクの記録面にて反射された光ビームは元の光路を逆にたどり、光検出器１０に入射する。光検出器１０は入射光を光電変換して、情報信号、サーボ信号を得るための電気信号を生成する。
なお、一般に光路を分岐するためには３角形の透明部材を２個貼り合わせたキューブ型のビームスプリッタを用いることも可能である。しかしながら、本願のように平行平板やウェッジを用いる方が、部材の数が少ないため、材料コストが安くなる。ただし、光源から対物レンズまでの非平行な光路中に単一部材のビームスプリッタを配置して光を透過させる場合、非点収差の発生を防止するために、本願のウェッジ６の様にウェッジを用い、かつ、光軸の入射角度を４５度より小さくすることが望ましい。
一方、これらの配慮をしても製造誤差などによる収差の発生はあり得る。そこで本願の図１に示した実施例では、最も高密度の光ディスクに収束させる光ビーム２は、光源１からコリメートレンズ７までの非平行な光路中の２個のビームスプリッタをいずれも透過せず、反射させる構成とした。これによって、ＢＤなど、最も高密度の光ディスクに対しても良好な信号再生や信号記録を実現できるという効果を得る。
対物レンズ９は、対物レンズを微動させるアクチュエータ（図示せず）の所定の位置に固定されている。アクチュエータは、対物レンズ９を、光ディスクの記録面と直交するフォーカシング方向（Ｚ軸方向）および光ディスクのトラッキング方向（Ｙ軸方向）の両方向に、微動可能である。
対物レンズ９としてＢＤ等の再生、あるいは記録をするためにＮＡ０．８５またはより大きな開口数のものを用いると、開口数が大きいので、光ディスクに対する情報の記録時または再生時に光ディスクに光が入射する面から情報記録面までに存在する透明基材の厚さに起因して球面収差が顕著に発生する。
本実施形態では、駆動装置１１および駆動機構を利用してコリメートレンズ７をその光軸方向へ移動することにより、コリメートレンズ７から対物レンズ９へと向かう光の発散収束度を変化させる。対物レンズに入射する光の発散収束度が変化すると球面収差が変化するのでこれを利用して基材厚差に起因する球面収差を補正する。駆動装置１１として、たとえばステッピングモーターやブラシレスモーターなどを用いることができる。駆動機構は、コリメートレンズ７を保持するホルダ１７、ホルダ１７の移動をガイドするガイド軸１６、および、駆動モーター１１の駆動力をホルダ１７へ伝える歯車（図示せず）を備える。コリメートレンズ７を保持するホルダ１７は、コリメートレンズ７と一体成型すれば、部品点数の削減を図ることもできる。
また、コリメートレンズ７の光軸を本願のようにＹ軸に非平行にすることにより光ヘッド装置全体を光ディスクの内外周方向へ移動する際の加減速による慣性力に対して、コリメートレンズ７が意図しない動きをしてしまうことを防ぐことができる。
さらに、青色光源や赤色光源を使う光記録システムは短い波長を使用することにより記録密度を上げ、大容量の記録再生を行うことを目的としている。大容量の情報を扱うためには情報の記録再生速度も速くする必要があり。特に記録する際には、出射光強度を高速に変化させて高速に記録を行う必要がある。すなわち光強度を高速に変調するために、青色ＬＤ光源を発光させるために流す電流を高速に変調する必要がある。さらにそのためには電流を制御する回路あるいは大規模集積回路（ＬＳＩ）を光源に近接して配置する必要がある。発光電流を制御する回路は青色も赤色も共通部分が多いので、単一のＬＳＩで構成することが、回路の小型化のために必要である。
これらをまとめると、発光電流を制御する回路を単一のＬＳＩで構成し、かつその近傍に青色光源と赤色光源を配置することが望ましい。また、光ディスクのより内周側まで記録再生を可能にするために、これら光源は光ディスクの外周側へ配置することが望ましい。
また、対物レンズ９は光ディスクの略中心を通り、光ヘッド装置を内外周へとシーク動作によって移動する線上に配置させることが望ましい。こうすることによって回折格子１２によってサブビームを形成し、これを利用して３ビーム法によるトラッキング信号検出を行うことが可能であり、安定な信号検出を行うことができる。
図２は、対物レンズ９の一例を示している。対物レンズ９は光軸付近の最内周部分の赤外光１５をＣＤ等の低密度光ディスク２８の約１．２ｍｍの透明基材を通して収束させる。また、対物レンズ９は最内周部分より一回り広い範囲の中周部分までの赤色光１４をＤＶＤ等の光ディスク２７の約０．６ｍｍの透明基材を通して収束させる。さらに、対物レンズ９は有効径内の青色光２をＢＤ等の高密度光ディスク２６の約０．１ｍｍあるいはそれより薄い透明基材を通して収束させる。
このように異なる厚さの透明基材を通しながら、それぞれ光を収束させるためには、図２に示したように、回折素子を用いることが有効である。回折素子は、対物レンズ９が光ディスク２６、２７、２８と対向する面とは反対側の面に設けられている。
回折素子はまた、最内周部、中周部、それよりも外周部の設計を不連続なものとすることによって、最内周部は、どの厚さの基材を透過しても収束させ、最外周部は０．１ｍｍあるいはそれよりも薄い基材を透過したときのみ収束させることが可能である。さらに一例としては先に説明したように、波長の異なる光源を用いればより容易に設計可能である。たとえばＣＤは赤外光、ＤＶＤは赤色光、ＢＤは青色光を用い、回折素子の回折光の回折角度が波長によって異なることを利用すれば、上記のような基材厚さによる球面収差の補正や、ディスク種類に応じた開口制限の切り替えを実現できる。
なお、以下では、回折素子の光学性能を含めて、対物レンズを「設計」すると記述する。
上述のように対物レンズ９の有効径を変えると、フォーカスエラー信号検出方式として光スポットの大きさの変化を用いるスポットサイズ法を用いたとき、フォーカスエラー信号の直線性が確保できないおそれが生じる。その解決法の１例としては非点収差法を用いることが有効である。なぜなら非点収差法は光スポットの大きさではなく、光スポットの形状変化を利用して焦点のずれを検出する方法だからである。
図３は、非点収差法によってフォーカスエラー信号を検出するために好適な、光検出器１０の光検出領域分割例を示す。光検出器１０は、受光領域２０、２１−１、２１−２、２３、２４−１、２４−２を有している。この図３は、光検出器１０の、光ビームが入射する面の反対側から透視して見たときのパターンを示している。図３において、Ｘ，Ｚ軸は図１と共通である。
受光領域２０は青色光及び赤色光を受光するために設けられている。受光領域２０は４分割されており、平行平板３によって与えられた非点収差を利用して入射光に基づいてフォーカスエラー信号が検出される。また、いわゆる位相差法やプッシュプル法によるトラッキング信号も得られる。
受光領域２１−１および２１−２は、赤色光が回折格子１３を透過した際に回折されたサブビームを受光し、入射光を光電変換する。受光領域２１−１および２１−２から出力される信号は、受光領域２０のプッシュプル信号とともに演算されて差動プッシュプル法による検出に利用される。また、受光領域２１−１、２１−２から出力される信号からも非点収差法によるフォーカスエラー信号が検出され、受光領域２０から得られるフォーカスエラー信号と演算されることにより、トラック信号からのクロストークを除去することも可能である。さらに光源１と平行平板３の間にも回折格子を設置することによって、青色光でも上記の赤色光の場合と同じようにサブビーム信号を受光領域２１、２２から信号を検出することも可能である。
受光領域２３、２４−１、２４−２は赤外光を受光するために設けられている。受光領域２０と受光領域２３との中心点間距離は、光源１２における赤色光と赤外光の発光点間距離に、リレーレンズ５によって実現される倍率を掛けた距離に設定する。
また、受光領域２０と受光領域２１−１の中心間距離をＬ１、受光領域２３と受光領域２４−１との中心間距離をＬ２としたとき、Ｌ１とＬ２の比は、赤色光の波長と赤外光の波長の比と等しく設定される。
受光領域２３は４分割されており、平行平板３によって与えられた非点収差を利用してフォーカスエラー信号を検出する。また、いわゆる位相差法やプッシュプル法によるトラッキング信号を得ることもできる。受光領域２４−１と２４−２は、赤外色光が回折格子１３を透過した際に回折されたサブビームを受光する。受光領域２３のプッシュプル信号と演算して差動プッシュプル法によるトラッキング信号を検出できる。
このように単一の光検出器、あるいは単一の半導体チップ上に複数の受光領域を設けて異なる波長を光電変換する構成とすることによって半導体部品の部品点数削減を実現できる。
次に、記録密度が比較的低く、かつ、面ぶれの大きい個体が市場で流通している光ディスク（たとえばＣＤ）に対して、デフォーカス方向に検出方向の広いフォーカスエラー信号を得る実現方法について述べる。
図４（ａ）は、対物レンズ９を透過する赤外光の光ビーム４３、４４を示し、（ｂ）は対物レンズ９の青色光に対する有効径を光軸方向から眺めた図である。
光軸の方向から眺めると、対物レンズ９は、内周部４０、中周部４１、外周部４２から構成される。それぞれの領域は異なる設計値（パラメータ）で設計されている。
対物レンズ９は、光軸を含む内周部４０を透過する赤外光１５をＣＤ等の低密度光ディスク２８の約１．２ｍｍの透明基材を通して収束させる。また対物レンズ９は、中周部４１および外周部４２を通る赤外光に、マーシャルの限界である７０ｍλｒｍｓを超える収差を与え、または、波長選択膜によって透過させないように設計されている。あるいは、光量が複数の次数の回折光へ分散するように設計されている。
また、対物レンズ９は、内周部４０および中周部４１を透過する赤色光１４をＤＶＤ等の光ディスク２７の約０．６ｍｍの透明基材を通して収束させる。また対物レンズ９は、外周部４２を通る赤色光に、マーシャルの限界である７０ｍλｒｍｓを超える収差を与え、または、波長選択膜によって透過させないように設計されている。あるいは、光量が複数の次数の回折光へ分散するように設計されている。
さらに、対物レンズ９は、有効径内すなわち、３領域４０、４１、４２を透過する青色光２を、ＢＤ等の高密度光ディスク２６の約０．１ｍｍあるいはそれより薄い透明基材を通して収束させる。換言すれば、内周部４０はＣＤ，ＤＶＤ，ＢＤすべてに光ビームを収束させ、中周部４１はＤＶＤとＢＤに光を収束させ、外周部４２はＢＤにのみ光を収束させる。
図４（ａ）は、内周部４０を透過した赤外光の光束４３および４４を示している。光ディスクの透明基材による屈折は簡単のため省略している。
対物レンズ９は、以下の条件を満たすよう設計される。すなわち、内周部４０に含まれる領域のうち、光軸を含む、より内側の部分、すなわち内周部４０の中心領域を通る赤外光４３は、ほとんど収差なく集光点Ｆ１へ収束させる。一方、内周部４０に含まれる領域のうち、中心部分より外側の比較的中周部４１に近い領域、すなわち、内周部４０の外縁領域を通る赤外光４４に対しては、対物レンズから少し離れた収束点Ｆ２近辺に収束する方向に高次の球面収差を発生させる。ただし、内周部４０を通る全赤外光４３、４４の収差の２乗和平均値（ＲＭＳ値）は、光ディスク上の収束スポットを回折限界に絞る支障とならぬよう２０ｍλ以下、望ましくは１０ｍλ以下にする。
上述した、内周部４０の外縁領域を通る赤外光４４に対して「球面収差を発生させる」とは、簡単に言えば、内周部４０の外縁領域を通る赤外光４４を、その通過地点の光軸からの距離に依存して少しずつ異なる焦点位置に収束させる、あるいは複数の位置に収束させることを意味する。
一般には、内周部４０の外縁部分についても球面収差発生量が０になるように設計すると考えられる。しかし、本実施形態の特徴のひとつは、内周部４０の外縁部分に対して球面収差を意図的に与えている点にある。
上述のように設計された対物レンズ９を利用したときに得られるフォーカスエラー信号の波形を図５〜７に示す。
図５は、ＢＤに対して青色光を光源１から照射したときのフォーカスエラー信号の波形を示す。図６はＤＶＤに対して赤色光を光源１２から照射したときのフォーカスエラー信号の波形を示す。図７はＣＤに対して赤外色光を光源１２から照射したときのフォーカスエラー信号の波形を示す。図５から図７において、横軸はデフォーカス量、すなわち記録面と、収束スポットの光軸方向の距離、縦軸はフォーカスエラー信号強度である。
図５のＢＤのフォーカスエラー信号、および、図６のＤＶＤのフォーカスエラー信号は、ダイナミックレンジすなわちフォーカスエラー信号強度が最大と最小になるデフォーカス量の間隔を約２μｍに設定した。この設定は平行平板３の厚さ、対物レンズ９（２５）とコリメートレンズ７の焦点距離等の関係を設定することによって設計可能である。
デフォーカス量が約−１μｍから＋１μｍの範囲では、ＢＤのフォーカスエラー信号の波形の傾きは急峻になる。これは、フォーカスエラー信号の感度が高いことを意味する。よって、ＢＤに対して高感度のフォーカスエラー信号を得て、高精度のフォーカス制御を実現できる。
一方、図７のＣＤのフォーカスエラー信号は、ダイナミックレンジすなわちフォーカスエラー信号強度が最大と最小になるデフォーカス量の間隔、いわばデフォーカス検出範囲を約４μｍに拡大することができた。この値はフォーカスエラー信号のダイナミックレンジが広いことを意味し、フォーカスサーボループを確実に開始するために十分な値である。このように広いダイナミックレンジを実現できたのは、内周部４０の外縁部を通る赤外光４４が、対物レンズから少し離れた収束点Ｆ２近辺に収束する方向に高次の球面収差が発生するように設計したためである。
フォーカスエラー信号の検出は、光ディスク上の収束スポットがデフォーカスした際に、光検出器１０上に入射する光束の位置（光軸からの距離）が変化することを利用して行われている。図４（ａ）に示す例によれば、球面収差の与え方を調整することにより、光束が光軸方向にシフトする。すなわち、一部の光束に対して球面収差を与え、他の一部の光束に対しては、異なる収束点Ｆ２近傍に収束する方向に高次の球面収差を与えている。それらの光束から得られるフォーカスエラー信号は、その他の光束から得られるフォーカスエラー信号に対して、デフォーカス方向にシフトが生じる。このシフトによってフォーカスエラー信号の検出範囲が広がるのである。
よって、本実施形態による対物レンズ９によれば、面ぶれの大きなＣＤであっても安定にフォーカスサーボ（制御）を開始することが実現できる。
なお、赤外光における対物レンズの焦点距離を、青色光に対する対物レンズの焦点距離に比べて長く設計してもよい。この構成によっても、赤外光でのデフォーカス検出感度を低くして、デフォーカス検出範囲を広くする効果を得ることができる。一般には、「焦点距離」とは、対物レンズ９の焦点と主点との間の距離として定義される。これは、対物レンズ９の表面（光の出射側）から、もしくは発光点から集束点までの距離が異なるという意味ではない。上述した図２および図４において説明したように、本実施形態による対物レンズ９は、波長や光の透過位置に応じて集光点（焦点）の位置が異なっている。図２および図４には、焦点位置は示されているが、焦点距離は明示されていないことに留意されたい。したがって、波長によって対物レンズの焦点距離を変化させることは、上述した図２および図４からは読み取ることはできない。
（実施形態２）
図８は、本実施形態による光ヘッド装置２００の構成を示す。光ヘッド装置２００の構成要素のうち、実施形態１の光学ヘッド１００（図１）に含まれる構成要素の機能と同じ機能を有するものには同じ参照符号を付し、説明を省略する。
主要な相違点は、検出レンズ５０１を新たに設けた点、および、対物レンズ９に代えて対物レンズ２５を設けた点にある。
検出レンズ５０１は、非点収差法のフォーカス誤差信号検出を行うため、直交する２軸の焦点距離が異なるように設計したアナモフィックレンズである。
対物レンズ２５は、以下のように設計されたレンズである。以下、本実施の形態の対物レンズ２５を詳細に説明する。
対物レンズ２５は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対して互換性を有している。対物レンズ２５の具体的な仕様を表１から表４に示す。
Figure 0004896979
表１に示すように、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの記録または再生に用いるレーザ光の波長および開口数ＮＡは異なっている。また、物点距離の項で示すように、ＢＤの記録または再生時には、レーザ光を略平行光として対物レンズに入射し、ＤＶＤ、ＣＤの記録または再生時には、それぞれ所定の収束光および発散光を対物レンズに入射させる。
Figure 0004896979
表２における面番号は、面番号０が光源、面番号１が対物レンズ２５の第１面２５ａ、面番号２が対物レンズの第２面２５ｂ、面番号３が作動距離の基準面、面番号４が光ディスクの保護層表面、面番号５が光ディスクの情報記録面を表している。
また、面間隔および材料名については、該当する面番号と次の面番号との間の面間隔および材料名を示す。物点距離、作動距離、保護層厚については、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤのそれぞれの光ディスクにおいて、表１に示した物点距離、作動距離、保護層厚となる。
対物レンズ２５の第１面２５ａ、第２面２５ｂは、それぞれ対物レンズ２５のコリメートレンズ７に対向するレンズ面、および、光ディスク２６に対向するレンズ面である。
対物レンズ２５の第１面２５ａ、第２面２５ｂにおける非球面の形状は、光軸上の接平面からの光軸方向の距離（サグ）Ｚを、光軸に対する垂直方向の距離ｈ、近軸上の曲率半径Ｒ、円錐定数ｋ、ｉ＝０〜ｎ項までの非球面係数Ａｉとして、以下の式で表される。
Figure 0004896979
対物レンズ２５の第１面２５ａは、光軸を中心とする２つの同心円状の内周領域と外周領域とに区分されており、それぞれ異なる非球面形状が形成されている。内周領域の直径は２．７８ｍｍであり、表１に示したＤＶＤの開口絞り径と略等しい。
第１面２５ａと第２面２５ｂの形状を規定する円錐定数ｋと非球面係数Ａｉを表３に示す。なお、表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右側の数字を指数とする累乗を示しており、例えば、「Ｅ−０２」は１０の−２乗を示す。
Figure 0004896979
さらに、本実施の形態の対物レンズ２５は、第１面２５ａに回折構造が設けられている。
回折構造を規定する位相差関数φは、光軸に対する垂直方向の距離ｈ、回折次数Ｍ、ｉ＝２〜ｎ項までの係数ａｉとして、以下の式で表される。
Figure 0004896979
表４は対物レンズ２５の第１面２５ａに形成される回折構造を規定する位相差関数である。なおＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤにおいて、全て回折次数Ｍ＝１である。
Figure 0004896979
図８に示す光ヘッド装置２００において、コリメートレンズ７の焦点距離は１６．１ｍｍである。検出レンズ５０１とコリメートレンズ７の合成焦点距離は、前側焦線の焦点距離が４２．４ｍｍ、後側焦線の焦点距離が４６．０ｍｍである。
図９は、対物レンズ２５を用いた光ヘッド装置２００において、ＣＤのフォーカス誤差信号を計算によって求めた結果を示す。ＣＤのデフォーカス検出範囲は約３．９μｍであり、実施形態１と同様、広いダイナミックレンジが得られていることが理解される。これにより、フォーカスサーボループを確実に開始することができる。
一方、図１０は、図８の対物レンズ２５を近軸レンズ５１１に置き換えたと仮定した場合の光ヘッド装置の構成を模式的に示す。ここでいう「近軸レンズ」とは、無収差で集光できる「厚さゼロの理想レンズ」を意味する。ＣＤに対応する焦点距離に関して、近軸レンズ５１１は図８の対物レンズ２５と等しいとしている。
図１１は、対物レンズが近軸レンズ５１１であると仮定して、図１０の光ヘッド装置におけるＣＤのフォーカスエラー信号を計算によって求めた結果を示す。図１１によれば、ＣＤのデフォーカス検出範囲は約３．３μｍである。
図９と図１１とを比較すると明らかなように、対物レンズ２５を用いることにより、ＣＤのデフォーカス検出範囲（いわゆるＳ字間隔）を、近軸レンズ５１１を用いて計算した結果よりも約０．６μｍ大きくすることができた。すなわち、たとえば球面収差発生量がゼロである従来の対物レンズに対して、本実施形態の対物レンズ２５を用いることで、ＣＤのデフォーカス検出範囲を拡大することができる。慕って、本実施形態の光ヘッド装置では、面ぶれの大きなＣＤであっても、より安定したフォーカスサーボを行うことが可能になる。
（実施形態３）
図１２は、実施形態１または２の光ヘッド装置を用いた光情報装置１６７の構成を示す。以下では、実施形態１の光ヘッド装置が採用された例を説明する。
図１２において光ディスク２６（あるいは２７、２８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。実施形態１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位置まで、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２６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はこの信号に対応して、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サーボ（制御）と、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）や消去を行うことができる。
本実施形態による光情報装置は、上述した光ヘッド装置を採用しているので、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安定に記録あるいは再生することができる。
（実施形態４）
図１３は、実施形態３による光情報装置１６７を具備したコンピュータ（ＰＣ）３００の構成を示す。
ＰＣ３００は、演算装置３６４および実施形態３の光情報装置１６７を含んでいる。また、ＰＣ３００は、別体の出力装置３６１とおよび入力装置３６５とともに、コンピュータシステムを構成している。
入力装置３６５は、情報の入力を行うためのキーボードあるいはマウス、タッチパネル等である。演算装置３６４は、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中央演算装置（ＣＰＵ）等を含む。出力装置３６１は、演算装置３６４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、プリンター等である。
なお、ラップトップ型ＰＣの場合には、上述のＰＣ３００、入力装置３６５および出力装置３６１が一体化されている。
実施形態３による光情報装置を具備した、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。
（実施形態５）
図１４は、実施形態３による光情報装置１６７を具備した光ディスクプレーヤー３２１の構成を示す。
光ディスクプレーヤー３２１は、実施形態３の光情報装置１６７と、液晶モニター３２０と、デコーダー３６６とを備えている。デコーダー３６６は、光情報装置１６７から得られる情報信号を画像や音声に変換する変換装置または変換回路である。液晶モニター３２０は、変換後の画像を出力する。
実施形態３による光情報装置を具備した、あるいは、上述の記録・再生方法を採用した光ディスクプレーヤーは、異なる種類の光ディスクを安定に再生できるので、広い用途に使用できる。
光ディスクプレーヤー３２１は、ＧＰＳ等の位置センサーや中央演算装置（ＣＰＵ）を加え、かつ、光ディスク（たとえばＣＤ、ＤＶＤまたはＢＤ）に地図データを格納することにより、カーナビゲーションシステムとしても利用できる。なお、表示装置３２０は必須ではなく、光ディスクプレーヤー３２１の構成要素でなくてもよい。
（実施形態６）
図１５は、実施形態３による光情報装置１６７を具備した光ディスクレコーダー１１０の構成を示す。
光ディスクレコーダー１１０は、実施形態３の光情報装置１６７と、デコーダー３６６と、エンコーダー３６８とを有している。デコーダー３６６は実施形態５で説明したとおりである。エンコーダー３６８は、画像情報を、前記光情報装置によって光ディスク（たとえばＣＤ、ＤＶＤまたはＢＤ）へ記録可能な形式の情報に変換する。
なお、通常はデコーダー３６６を設け、光情報装置１６７から得られる情報信号を画像や音声に変換し、出力装置３６１に出力できるようにすることが好ましい。既に記録した情報を再生することが可能となるためである。しかしながら、デコーダー３６６を設けることは必須ではない。
出力装置３６１はブラウン管や液晶表示装置であるが、他にプリンターであってもよい。出力装置３６１もまた、光ディスクレコーダー１１０に必須ではない。
（実施形態７）
図１６は、実施形態３による光情報装置１６７を具備した車両３００の構成を示す。車両３００はたとえば電車や車であるが、図１６は車の例を示す。
車両３００は、ハンドル１３０と、光情報装置１６７を搭載する車体１３１と、ＧＰＳユニット１３２と、車輪１３３と、動力発生部１３４と、燃料貯蔵部１３５と、電源１３６とを有する。
動力発生部１３４は、車体１３１を移動させるための動力を発生する。動力発生部１３４はたとえばエンジンである。燃料貯蔵部１３５は、動力発生部１３４へ供給する燃料を貯蔵する。
車体１３１に実施形態３による光情報装置１６７を搭載することにより、車両３００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、あるいは、情報を記録できるという効果を実現できる。
さらに車両３００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が利用可能となる。
光ディスクから得られる情報を加工し、画像や音声の情報を生成する演算装置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、光ディスクから映画等の動画を再生可能である。
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、ＧＰＳユニット１３２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１４０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、上述の実施形態５および６において図１４および図１５には入力装置は図示されていないが、たとえばキーボード、タッチパネル、マウス、リモートコントロール装置などを備えていてもよい。逆に、上述の実施形態４〜６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。
本発明にかかる光ヘッド装置は基材厚や対応波長、記録密度などの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、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、光ディスクに情報を蓄えるあらゆるシステムに応用展開可能である。
実施形態１による光ヘッド装置１００の構成を示す図である。 対物レンズ９の一例を示す図である。 非点収差法によってフォーカスエラー信号を検出するために好適な、光検出器１０の光検出領域分割例を示す図である。 （ａ）は、対物レンズ９を透過する赤外光の光ビームを示す図であり、（ｂ）は対物レンズ９の青色光に対する有効径を光軸方向から眺めた図である。 ＢＤに対して青色光を光源１から照射したときのフォーカスエラー信号の波形を示す図である。 ＤＶＤに対して赤色光を光源１２から照射したときのフォーカスエラー信号の波形を示す図である。 ＣＤに対して赤外色光を光源１２から照射したときのフォーカスエラー信号の波形を示す図である。 実施形態２による光ヘッド装置２００の構成を示す図である。 対物レンズ２５を用いた光ヘッド装置２００において、ＣＤのフォーカス誤差信号を計算によって求めた結果を示す図である。 近軸レンズ５１１を利用した光ヘッド装置の参考例を示す図である。 図１０の光ヘッド装置において、ＣＤのフォーカス誤差信号を計算によって求めた結果を示す図である。 実施形態１または２の光ヘッド装置を用いた実施形態３による光情報装置１６７の構成を示す図である。 実施形態３による光情報装置１６７を具備した、実施形態４によるコンピュータ（ＰＣ）３００の構成を示す図である。 実施形態３による光情報装置１６７を具備した、実施形態５による光ディスクプレーヤー３２１の構成を示す図である。 実施形態３による光情報装置１６７を具備した、実施形態６による光ディスクレコーダー１１０の構成を示す図である。 実施形態３による光情報装置１６７を具備した、実施形態７による車両３００の構成を示す図である。 従来の光ヘッド装置の構成例を示す図である。 従来の光ヘッド装置において得られるフォーカスエラー信号の波形を示す図である。
符号の説明
１、１２ 光源モジュール
２、１４、１５ 光ビーム
３ 平行平板
４ ホログラム素子
５ リレーレンズ
６ ウェッジ
７ コリメートレンズ
８ 立ち上げミラー
９、２５ 対物レンズ
１０ 光検出器
１３ 回折素子
１８ １／４波長板
４０ 対物レンズ９の内周部
４１ 対物レンズ９の中周部
４２ 対物レンズ９の外周部
４３ 内周部４０の中心領域を通る赤外光
４４ 内周部４０の外縁領域を通る赤外光
１００、２００ 光ヘッド装置

Claims (21)

  1. 切り替えて利用される複数の光源と、
    前記複数の光源のひとつから放射された光を、光ディスクの記録面上に収束させる対物レンズと、
    前記記録面で反射された光を受けて、受光量に基づいて電気信号を出力する光検出器と
    を備えた光ヘッド装置であって、
    前記複数の光源は、第１波長の光を放射する第１光源、および、前記第１波長より短い第２波長の光を放射する第２光源を含んでおり、
    前記第１波長の光の受光量に基づく電気信号から得られるフォーカスエラー信号のデフォーカス検出範囲が、前記第２波長の光の受光量に基づく電気信号から得られるフォーカスエラー信号のデフォーカス検出範囲に比べて広く、
    前記第１波長の光および前記第２波長の光は、いずれも前記対物レンズに入射し、
    前記対物レンズは、少なくとも、光軸を含む内周領域と、前記内周領域を囲む外側の領域とを有しており、前記内周領域は、前記光軸を含む中心領域と、前記中心領域よりも外側の外縁領域とを含み、
    前記中心領域を通る前記第１波長の光は、前記光ディスクの記録面上の第１位置に収束され、前記外縁領域を通る前記第１波長の光には球面収差が付加されて、前記光ディスクに垂直な方向に関して前記第１位置とは異なる、少なくとも１つの第２位置に収束される、光ヘッド装置。
  2. 前記記録面からの前記第１波長の反射光、および、前記記録面からの前記第２波長の反射光は、いずれも前記光検出器に入射し、
    前記光検出器は、入射した光を光電変換することにより、フォーカスエラー信号を得るための電気信号を生成する、請求項１に記載の光ヘッド装置。
  3. 前記記録面で反射された光が前記光検出器に入射するまでの光路上に配置された光学素子であって、透過する光に非点収差を与える光学素子をさらに備え、
    前記検出器は、前記記録面で反射され、前記非点収差が与えられた光を受けて、非点収差法によって前記フォーカスエラー信号を生成する、請求項２に記載の光ヘッド装置。
  4. 前記複数の光源のひとつから放射された光を、前記光ディスクに対して垂直な方向へ折り曲げる立ち上げミラーをさらに備え、
    前記立ち上げミラーへ入射する光の光軸が、前記光ディスクのトラック溝と約４５°の角度をなしている、請求項１に記載の光ヘッド装置。
  5. 前記球面収差によって、前記外縁領域を通る前記第１波長の光は、前記第１位置よりも前記対物レンズから離れた位置に収束される、請求項１に記載の光ヘッド装置。
  6. 前記複数の光源は、前記第２波長よりも短い第３波長の光を放射する第３光源をさらに含んでおり、
    前記対物レンズは、前記内周領域の中心領域を通る前記第１波長の光を第１の光ディスクの透明基材を通して収束させ、前記中心領域および前記内周領域を囲む外側の領域までを通る第３波長の光を第３の光ディスクの透明基材を通して収束させ、さらに、前記対物レンズ有効径内を通る前記第２波長の光を第２の光ディスクの透明基材を通して収束させる、請求項１に記載の光ヘッド装置。
  7. 前記対物レンズの内周領域は、前記内周領域を通る前記第１波長の収差の２乗和平均値が２０ｍλ以下になるよう設計されている、請求項１に記載の光ヘッド装置。
  8. 前記対物レンズは、記第１波長の光を収束するときの焦点距離ｆ１が、前記第２波長の光を収束するときの焦点距離ｆ２よりも長い、請求項１に記載の光ヘッド装置。
  9. 前記記録面からの前記第１波長の反射光、および、前記記録面からの前記第２波長の反射光は、いずれも前記光検出器に入射し、
    前記光検出器は、入射した光を光電変換することにより、フォーカスエラー信号を得るための電気信号を生成する、請求項８に記載の光ヘッド装置。
  10. 前記第２光源から放射された前記第２波長の光を反射する平行平板と、
    前記平行平板で反射された前記第２波長の光を反射し、かつ、前記第１光源から放射された前記第１波長の光を透過する光学素子と
    をさらに備えた、請求項１に記載の光ヘッド装置。
  11. 切り替えて利用される複数の光源を有する光ヘッド装置において、前記複数の光源のひとつから放射された光を、光ディスクの記録面上に収束させるために利用される対物レンズであって、
    前記光ヘッド装置の前記複数の光源は、第１波長の光を放射する第１光源、および、前記第１波長より短い第２波長の光を放射する第２光源を含んでおり、
    少なくとも、光軸を含む内周領域と、前記内周領域を囲む外側の領域とを有し、
    前記中心領域を通る前記第１波長の光は、前記光ディスクの記録面上の第１位置に収束され、前記外縁領域を通る前記第１波長の光には球面収差が付加されて、前記光ディスクに垂直な方向に関して前記第１位置とは異なる、少なくとも１つの第２位置に収束される、対物レンズ。
  12. 前記球面収差によって、前記外縁領域を通る前記第１波長の光は、前記第１位置よりも前記対物レンズから離れた位置に収束される、請求項１１に記載の対物レンズ。
  13. 前記光ディスク装置の前記複数の光源が、前記第２波長よりも短い第３波長の光を放射する第３光源をさらに含んでいるとき、
    前記内周領域の中心領域を通る前記第１波長の光を第１の光ディスクの透明基材を通して収束させ、前記中心領域および前記内周領域を囲む外側の領域までを通る第３波長の光を第３の光ディスクの透明基材を通して収束させ、さらに、前記対物レンズ有効径内を通る前記第２波長の光を第２の光ディスクの透明基材を通して収束させる、請求項１１に記載の対物レンズ。
  14. 前記対物レンズの内周領域は、前記内周領域を通る前記第１波長の収差の２乗和平均値が２０ｍλ以下になるよう設計されている、請求項１１に記載の対物レンズ。
  15. 記第１波長の光を収束するときの焦点距離ｆ１が、前記第２波長の光を収束するときの焦点距離ｆ２よりも長い、請求項１１に記載の対物レンズ。
  16. 請求項１に記載の光ヘッド装置と、
    光ディスクを回転するモーターと、
    前記光ヘッド装置から得られる信号に基づいて、前記信号に基づいて前記モーター、光学レンズおよび前記光源を制御および駆動する回路と
    を備えた光情報装置。
  17. 請求項１６に記載の光情報装置と、
    情報を入力するための入力装置あるいは入力端子と、
    前記入力装置から入力された情報および前記光情報装置から再生された情報の少なくとも一方に基づいて演算を行う演算装置と、
    前記入力装置から入力された情報および前記光情報装置から再生された情報、前記演算装置によって演算された結果の少なくとも一方を表示あるいは出力するための出力装置あるいは出力端子と
    を備えたコンピュータ。
  18. 請求項１６に記載の光情報装置と、
    前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する情報から画像へのデコーダーと
    を備えた光ディスクプレーヤー。
  19. 請求項１６に記載の光情報装置と、
    前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する情報から画像へのデコーダーと、
    位置センサーと
    を有するカーナビゲーションシステム。
  20. 請求項１６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可能な形式に変換するエンコーダーと
    を有し、変換された前記画像情報を前記光ディスクに記録する光ディスクレコーダー。
  21. 請求項１６に記載の光情報装置が搭載された車体と、
    前記車体を移動させるための動力を発生する動力発生部と
    を備えた車両。
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