JPH1116194A

JPH1116194A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JPH1116194A
Application number: JP9167463A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sato; 昌彦佐藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】厚みの異なる基板を有する数種の媒体を対象
とする光ヘッド装置において、レーザ光の利用率が高
く、低消費電力のものを提供すること。【解決手段】２つのレーザ光源１，２と、記録媒体上
に回折限界のレーザスポットを集光する対物レンズ５と
を備える。また、レーザ光源１，２の発光点と記録媒体
６との間に位相型回折格子で構成される格子レンズ４を
有する。格子レンズ４は、第１のレーザ光源１に対しレ
ンズ効果を持たず、第２のレーザ光源２に対し他の所定
の厚さの保護基板で発生する球面収差を補正するレンズ
効果を持つ。そして、対物レンズ５によって、第１のレ
ーザ光源１のレーザ光を所定の厚さの保護基板を持つ記
録媒体上に集光し、また、対物レンズ５と格子レンズ４
によって、第２のレーザ光源２のレーザ光を他の所定の
厚さの保護基板を持つ記録媒体上に集光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ヘッド装置に係
り、特に、記録媒体上に情報を記録・再生あるいは消去
するための光記録再生装置に用いられる光ヘッド装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光記録においては、ディスク上に形成さ
れた同心円状またはスパイラル状のトラック上の情報を
光学的に記録・再生する光磁気ディスクやコンパクトデ
ィスク（ＣＤ）などの光記録再生装置がすでに実用化さ
れている。

【０００３】近年では記憶容量増大の要請に伴い、ＣＤ
と同じ直径で高密度化・大容量化を目的としたデジタル
バーサタイルディスク（ＤＶＤ）の再生装置が実用化さ
れた。このような高密度化を図る光記録再生装置におい
ては、記録媒体上に集光するスポット径を縮小化するこ
とが要求される。しかし、集光スポットの大きさはレー
ザ光源の波長、対物レンズのＮＡ（開口数）によって決
定されるものの、半導体レーザの短波長化には限界がき
ている。また、対物レンズのＮＡを大きくすると光軸の
傾きや記録媒体の傾きによる収差発生量が増大し、光ヘ
ッド装置に許容される光軸の傾きが減少してしまう。そ
こで、このような光記録再生装置では、記録媒体の保護
基板（光ビームの入射面から情報記録面までの透明基
板）の厚さを薄くすることで光軸の傾きや記録媒体の傾
きによる収差発生量を減少させる方法が採られており、
次世代の高密度光記録再生装置においても保護基板の厚
さは薄くなると考えられる。

【０００４】しかしながら、光記録再生装置における光
ヘッド装置では、記録媒体の情報記録面上での集光スポ
ット径を回折限界まで縮小化するために、保護基板で発
生する収差を含めて対物レンズが設計されている。その
ため、保護基板の厚さが規定された範囲（約±０．１ｍ
ｍ）以上異なる場合には球面収差等の収差が発生し、記
録再生が不可能となってしまう。

【０００５】そこで、ＣＤなど保護基板の厚さが１．２
ｍｍの従来の光記録媒体と保護基板の厚さの異なる高密
度光記録媒体の両方を記録・再生可能な光ヘッド装置が
提案されている（特開平８−２４０７１８号公報参
照）。これを従来例の光ヘッド装置として説明する。

【０００６】図１１に従来の光ヘッド装置の光学系の構
成図を示す。

【０００７】レーザ光源２０から出射されたレーザ光２
０ａは、ビームスプリッタ２１を透過し、ホログラムレ
ンズ２２に入射する。ホログラムレンズ２２は回折によ
るレンズ効果を持つ素子であり、０次回折光（透過光）
２０ｂおよび＋１次回折光２０ｃを発生する。ホログラ
ムレンズ２２から発生した０次回折光２０ｂおよび＋１
次回折光２０ｃは対物レンズ２３により集光されて、同
時に２つのスポット７および８を発生する。ここで、対
物レンズ２３は、０次回折光２０ｂのスポット７が記録
媒体６の所定の情報記録面６ａ（保護基板の厚みＴ１）
上に発生するよう設計されており、ホログラムレンズ２
２は、＋１次回折光２０ｃのスポット８が記録媒体６の
所定の情報記録面６ｂ（保護基板の厚みＴ２）上に発生
するよう焦点距離が決定されている。また、記録媒体６
の情報記録面６ａあるいは６ｂから反射した情報信号光
は、対物レンズ２３，ホログラムレンズ２２を通り、ビ
ームスプリッタ２１で反射され、シリンドリカルレンズ
１０で非点収差を発生させて、焦点合わせ用のレンズ１
１を通過した後、光検出器２４で受光するように構成さ
れている。

【０００８】次に動作について説明する。

【０００９】保護基板の厚みがＴ１の記録媒体６を再生
する場合には、ホログラムレンズ２２の０次回折光２０
ｂを用いる。０次回折光２０ｂは、対物レンズ２３によ
り集光され、その集光されたスポット７が情報記球面６
ａに一致するように対物レンズ２３を光軸方向に移動す
る。情報記録面６ａ上に集光されたスポット７は、情報
記録面６ａに記録された記録情報に応じて変調されて光
検出器２４で受光され、光検出器２４の出力変化から情
報を再生する。このとき、ホログラムレンズ２２の＋１
次回折光２０ｃは情報記録面６ａ上に焦点を結ばないた
め、光検出器２４の位置では受光素子より大きなスポッ
トとなり、情報記録面６ａの情報再生に影響を与えな
い。

【００１０】また、保護基板の厚みがＴ２の記録媒体６
を再生する場合には、ホログラムレンズ２２の＋１次回
折光２０ｃを用いる。＋１次回折光２０ｃは、対物レン
ズ２３により集光され、その集光されたスポット８が情
報記録面６ｂに一致するように対物レンズ２３を光軸方
向に移動する。情報記録面６ｂ上に集光されたスポット
８は、情報記録面６ｂに記録された記録情報に応じて変
調されて光検出器２４で受光され、光検出器２４の出力
変化から情報を再生する。このとき、ホログラムレンズ
２２の０次回折光２０ｂは情報記録面６ｂ上に焦点を結
ばないため、光検出器２４の位置では受光素子より大き
なスポットとなり、情報記録面６ｂの情報再生に影響を
与えない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の光
ヘッド装置では、ホログラムレンズの回折光を用いて同
時に２つのスポットを形成するため、レーザ光の利用率
が低下し、光出力の大きなレーザ光源を必要とすると共
に消費電力も大きくなるという問題がある。さらにま
た、レーザ光の利用率が低いため、高出力のレーザ出力
が必要な情報の記録や消去を行う光ヘッド装置には不向
きであるという問題点がある。

【００１２】

【発明の目的】それ故に、本発明の目的はレーザ光の利
用率が高い、低消費電力の光ヘッド装置を提供すること
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、厚さの異なる保護基板を
持つ数種の記録媒体上に回折限界のレーザスポットを集
光し、情報の記録・再生・消去を行う光ヘッド装置にお
いて、２つのレーザ光源と、所定の厚さの保護基板を持
つ記録媒体上に回折限界のレーザスポットを集光する対
物レンズとを備える。また、前記２つのレーザ光源の発
光点と前記記録媒体との間に位相型回折格子で構成され
る格子レンズを有する。このうち、前記格子レンズは、
第１のレーザ光源に対してレンズ効果を持たず、第２の
レーザ光源に対して他の所定の厚さの保護基板で発生す
る球面収差を補正するレンズ効果を持つものとする。そ
して、前記対物レンズによって、前記第１のレーザ光源
のレーザ光を前記所定の厚さの保護基板を持つ記録媒体
上に回折限界のレーザスポットとして集光することで情
報の記録・再生・消去を行う。また、前記対物レンズと
前記格子レンズによって、前記第２のレーザ光源のレー
ザ光を前記他の所定の厚さの保護基板を持つ記録媒体上
に回折限界のレーザスポットとして集光することで情報
の記録・再生・消去を行う、という構成を採っている。

【００１４】請求項２記載の発明では、前記格子レンズ
は、波長によって屈折率の変化する材料で構成される位
相型回折格子である、という構成を採っている。

【００１５】請求項３記載の発明では、前記格子レンズ
は、偏光方向によって屈折率の変化する材料で構成され
る位相型回折格子である、という構成を採っている。

【００１６】請求項４記載の発明では、前記格子レンズ
の凹部と凸部の位相差が、前記第１のレーザ光源のレー
ザ光に対して概略０ラジアンあるいは概略２π×ｎラジ
アン（ｎは自然数）となるように構成された、という構
成を採っている。

【００１７】請求項５記載の発明では、前記格子レンズ
の凹部と凸部の位相差が、前記第２のレーザ光源のレー
ザ光に対して概略πラジアンあるいは概略π＋２π×ｎ
ラジアン（ｎは自然数）となるように構成された、とい
う構成を採っている。

【００１８】請求項６記載の発明では、前記格子レンズ
から前記第１のレーザ光源の発光点位置までの光学的距
離と、前記格子レンズから前記第２のレーザ光源の発光
点位置までの光学的距離とが、概略等しい、という構成
を採っている。

【００１９】請求項７記載の発明では、前記第１のレー
ザ光源と、前記第２のレーザ光源とが、一体構造をなす
レーザ光源を具備する、という構成を採っている。

【００２０】請求項８記載の発明では、前記格子レンズ
と前記対物レンズとが一体構造をなす複合対物レンズを
具備する、という構成を採っている。

【００２１】これらの発明によれば、対物レンズは第１
のレーザ光源に対して所定の厚さの保護基板を持つ記録
媒体で発生する収差を含めて設計され、格子レンズは第
２のレーザ光源に対して他の所定の厚さの保護基板で発
生する球面収差を補正するように構成されている。その
ため、第１のレーザ光源のレーザ光は対物レンズを用い
て所定の厚さの保護基板を持つ記録媒体上に回折限界の
レーザスポットとして集光することができ、第２のレー
ザ光源のレーザ光は対物レンズと格子レンズを用いて他
の所定の厚さの保護基板を持つ記録媒体上に回折限界の
レーザスポットとして集光することができる。したがっ
て、複数種類の厚さの保護基板を持つ記録媒体上に回折
限界のレーザスポットを集光できるため、ＣＤなど保護
基板の厚さが１．２ｍｍの従来の光記録媒体と保護基板
の厚さの異なる高密度光記録媒体の互換性の問題を解決
している。

【００２２】また、従来のホログラムレンズのように１
つのレーザ光源から同時に２つのスポットを形成しない
ため、レーザ光の利用率が低下し、高出力のレーザ光源
を必要とするという問題も同時に解決している。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２４】まず、図１を参照して本発明の光ヘッド装
置の第１の実施の形態の構成について説明する。

【００２５】レーザ光源１から出射されたレーザ光１ａ
は、ビームスプリッタ９，波長選択手段３を透過し、格
子レンズ４に入射する。レーザ光源１と波長が異なるレ
ーザ光源２から出射されたレーザ光２ａは、ビームスプ
リッタ１３を透過し、波長選択手段３で反射されて格子
レンズ４に入射する。このとき、格子レンズ４はレーザ
光源１の波長に対してはレンズ効果を持たず、レーザ光
源２の波長に対しては凹レンズ効果を持つように設計さ
れている。そこで、レーザ光源１から出射されたレーザ
光１ａおよびレーザ光源２から出射されたレーザ光２ａ
は、対物レンズ５により集光されて、異なる２つのスポ
ット７およびスポット８を発生する。ここで、対物レン
ズ５は、レーザ光源１のスポット７が記録媒体６の所定
の情報記録面６ａ（保護基板の厚みＴ１）上に発生する
よう設計されており、格子レンズ４は、レーザ光源２の
スポット８が記録媒体６の所定の情報記録面６ｂ（保護
基板の厚みＴ２）上に発生するよう焦点距離が決定され
ている。

【００２６】記録媒体６の情報記録面６ａから反射した
情報信号光は、対物レンズ５，格子レンズ４，波長選択
手段３を通り、ビームスプリッタ９で反射され、シリン
ドリカルレンズ１０で非点収差を発生させて、焦点合わ
せ用のレンズ１１を通過した後、光検出器１２で受光す
る。また、記録媒体６の情報記録面６ｂから反射した情
報信号光は、対物レンズ５，格子レンズ４を通り、波長
選択手段３およびビームスプリッタ１３で反射され、シ
リンドリカルレンズ１４で非点収差を発生させて、焦点
合わせ用のレンズ１５を通過した後、光検出器１６で受
光するように光学系が構成されている。

【００２７】次に動作について説明する。

【００２８】保護基板の厚みがＴ１の記録媒体６を再生
する場合には、レーザ光源１のレーザ光１ａを用いる。
レーザ光１ａは格子レンズ４によるレンズ効果を持たな
いため、そのまま透過され、対物レンズ５により集光さ
れ、その集光されたスポット７が情報記録面６ａに一致
するように対物レンズ５を光軸方向に移動する。情報記
録面６ａ上に集光されたスポット７は、情報記録面６ａ
に記録された記録情報に応じて変調されて光検出器１２
で受光され、光検出器１２の出力変化から情報を再生す
る。記録媒体６の情報記録面６ａに集光されたスポット
７の焦点を合わせる方法としては、情報記録面６ａで反
射したビームから、シリンドリカルレンズ１０を用いて
非点収差を発生させ、光検出器１２上で受光される非点
収差量からフォーカスエラー信号を検出する公知の非点
収差法によって行われる。また、記録媒体６の情報記録
面６ａ上の所定のトラックに追従させる方法としては、
光検出器１２上で受光されるスポットの部分的な光量の
差を検出することによってトラックエラー信号を検出す
る公知の位相差法によって行われる。

【００２９】保護基板の厚みがＴ２の記録媒体６を再生
する場合には、レーザ光源２のレーザ光２ａを用いる。
レーザ光２ａは格子レンズ４による凹レンズ効果を持つ
ため、格子レンズ４の入射光より少し発散した出射光と
なり、対物レンズ５に入射し集光される。その集光され
たスポット８が情報記録面６ｂに一致するように対物レ
ンズ５を光軸方向に移動する。情報記録面６ｂ上に集光
されたスポット８は、情報記録面６ｂに記録された記録
情報に応じて変調されて光検出器１６で受光され、光検
出器１６の出力変化から情報を再生する。記録媒体６の
情報記録面６ｂに集光されたスポット７の焦点を合わせ
る方法としては、情報記録面６ｂで反射したビームか
ら、シリンドリカルレンズ１４を用いて非点収差を発生
させ、光検出器１６上で受光される非点収差量からフォ
ーカスエラー信号を検出する公知の非点収差法によって
行われる。また、記録媒体６の情報記録面６ｂ上の所定
のトラックに追従させる方法としては、光検出器１６上
で受光されるスポットの部分的な光量の差を検出するこ
とによってトラックエラー信号を検出する公知の位相差
法によって行われる。

【００３０】ここで、本実施形態に採用される格子レン
ズの第１の構成と動作について図２（ａ）および図２
（ｂ）を参照して説明する。

【００３１】まず、格子レンズ４の構成について説明す
る。格子レンズ４は、基板４ａ上に位相膜４ｂおよび位
相補償膜４ｃを同心円状に配した位相型回折格子であ
る。輪帯状の位相膜４ｂは、所定半径の球面波と平面波
の干渉によって得られた干縞を２値化したものであり、
外周部に行くに従って輪帯の幅は狭くなる、いわゆるゾ
ーン・プレートの形状をなすものである。この輪帯のｎ
番目の半径Ｒｎは、ゾーン・プレートの焦点距離をｆ，
設計波長をλとすれば、Ｒｎ＝√（ｎ・ｆ・λ）：ｎ＝
１，２，３，・・・，ｎで与えられる。

【００３２】位相膜４ｂは波長によって屈折率が大きく
変わる薄膜物質であることが望ましく、例えばアンチモ
ン化アルミニウム（ＡｌＳｂ），ヒ素化アルミニウム
（Ａｌ₂Ａｓ₃），テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）などで構成
することで、６３５ｎｍと７８０ｎｍのレーザ波長に対
して０．０５〜０．１程度の屈折率差が得られる。ま
た、位相補償膜４ｃは波長による屈折率差が少ない薄膜
物質であることが望ましく、例えばフッ化マグネシウム
（ＭｇＦ₂），二酸化シリコン（ＳｉＯ₂），二酸化チタ
ン（ＴｉＯ₂）など一般的な薄膜物質で構成すればよ
い。

【００３３】位相膜４ｂおよび位相補償膜４ｃは、第一
波長に対して、位相膜４ｂを通過するレーザ光４０１の
光学的光路長と位相補償膜４ｃを通過するレーザ光４０
２の光学的光路長の差が概略０ラジアンとなり、第二波
長に対して、位相膜４ｂを通過するレーザ光４０１の光
学的光路長と位相補償膜４ｃを通過するレーザ光４０２
の光学的光路長の差が０ラジアンより大きく２πラジア
ンより小さい範囲となる様に厚さを決定し構成する。

【００３４】次に、この格子レンズ４の動作について説
明する。格子レンズ４に入射するレーザ光が、第一波長
の時には、位相膜４ｂを通過するレーザ光４０１と位相
補償膜４ｃを通過するレーザ光４０２の光学的光路長の
差はほとんど無いため、位相型回折格子として働かず、
透明基板となる。一方、第二波長の時には、位相膜４ｂ
を通過するレーザ光４０１と位相補償膜４ｃを通過する
レーザ光４０２に光学的光路長の差が生じるため、位相
型回折格子として働きレンズ効果を有する。

【００３５】上述した位相膜４ｂおよび位相補償膜４ｃ
による光学的光路長の差について、１波長以内（２πラ
ジアン以内）の場合について説明したが、２π×ｎラジ
アン：ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ異なっていても同じ
事である。また、第二波長に対して０次回折光の発生を
極小にするためには、位相膜４ｂを通過するレーザ光４
０１の光学的光路長と位相補償膜４ｃを通過するレーザ
光４０２の光学的光路長の差をπ＋２π×ｎラジアン：
ｎ＝０，１，２，・・・ｎとなる様に厚さを決定すれば
良い。さらに、第一波長および第二波長の位相差が上述
の条件を満たせば、位相補償膜４ｃを削除することも可
能である。

【００３６】続いて、本実施形態に採用される格子レン
ズの第２の構成と動作について図３（ａ）および図３
（ｂ）を参照して説明する。

【００３７】まず、格子レンズ３４の構成について説明
する。格子レンズ３４は、基板３４ａ上に位相膜３４ｂ
および位相補償膜３４ｃを同心円状に配した位相型回折
格子であり、先に説明した格子レンズ４の位相補償膜を
位相膜上に配した形態である。

【００３８】輪帯状の位相膜３４ｂおよび位相補償膜３
４ｃの半径および材質は既述の格子レンズ４と同様に決
定する。また、位相膜３４ｂおよび位相補償膜３４ｃの
厚さは、位相膜３４ｂ及び位相補償膜３４ｃを通過する
レーザ光４０１の光学的光路長と、位相膜３４ｂ及び位
相補償膜３４ｃの厚さ部分の空気中を通過するレーザ光
４０２の光学的光路長との差が、第１波長では０ラジア
ンとなり、第２波長では０ラジアンより大きく２πラジ
アンより小さい範囲となるように決定する。

【００３９】続いて、この格子レンズ３４の動作につい
て説明する。格子レンズ３４に入射するレーザ光が、第
一波長の時には、位相膜３４ｂ，位相補償膜３４ｃを通
過するレーザ光４０１と位相膜３４ｂ，位相補償膜３４
ｃの厚さの空気中を通過するレーザ光４０２の光学的光
路長との差は２π×ｎラジアンｎ＝０，１，２，・・・
ｎずれているため、位相型回折格子として働かず、透明
基板となる。一方、第二波長の時には、位相膜３４ｂ，
位相補償膜３４ｃを通過するレーザ光４０１と位相膜３
４ｂ，位相補償膜３４ｃの厚さの空気中を通過するレー
ザ光４０２に光学的光路長の差が生じるため、位相型回
折格子として働きレンズ効果を有する。

【００４０】この第１の実施形態によれば、第１のレー
ザ光源のレーザ光は対物レンズを用いて所定の厚さの保
護基板を持つ記録媒体上に回折限界のレーザスポットと
して集光することができ、第２のレーザ光源のレーザ光
は対物レンズと格子レンズを用いて他の所定の厚さの保
護基板を持つ記録媒体上に回折限界のレーザスポットと
して集光することができ、複数種類の厚さの保護基板を
持つ記録媒体上に回折限界のレーザスポットを集光でき
るため、ＣＤなど保護基板の厚さが１．２ｍｍの従来の
光記録媒体と保護基板の厚さの異なる高密度光記録媒体
の互換性の問題が解決される。

【００４１】次に、本発明の光ヘッド装置の第２の実施
の形態について図４を参照して説明する。レーザ光源１
から出射されたレーザ光１ａは、ビームスプリッタ９，
波長選択手段３を透過し、格子レンズ４４に入射する。
レーザ光源１と波長が異なるレーザ光源２から出射され
たレーザ光２ａは、ビームスプリッタ１３を透過し、波
長選択手段３で反射されて格子レンズ４４に入射する。
このとき、格子レンズ４４はレーザ光源２の波長に対し
てはレンズ効果を持たず、レーザ光源１の波長に対して
は凸レンズ効果を持つように設計されている。そこで、
レーザ光源１から出射されたレーザ光１ａおよびレーザ
光源２から出射されたレーザ光２ａは、対物レンズ４５
により集光されて、異なる２つのスポット７およびスポ
ット８を発生する。ここで、対物レンズ４５は、レーザ
光源２のスポット８が記録媒体６の所定の情報記録面６
ｂ（保護基板の厚みＴ２）上に発生するよう設計されて
おり、格子レンズ４４は、レーザ光源１のスポット７が
記録媒体６の所定の情報記録面６ａ（保護基板の厚みＴ
１）上に発生するよう焦点距離が決定されている。

【００４２】記録媒体６の情報記録面６ａから反射した
情報信号光は、対物レンズ４５，格子レンズ４４，波長
選択手段３を通り、ビームスプリッタ９で反射され、シ
リンドリカルレンズ１０で非点収差を発生させて、焦点
合わせ用のレンズ１１を通過した後、光検出器１２で受
光する。また、記録媒体６の情報記録面６ｂから反射し
た情報信号光は、対物レンズ４５，格子レンズ４４を通
り、波長選択手段３およびビームスプリッタ１３で反射
され、シリンドリカルレンズ１４で非点収差を発生させ
て、焦点合わせ用のレンズ１５を通過した後、光検出器
１６で受光するように光学系が構成されている。

【００４３】次に動作について説明する。

【００４４】保護基板の厚みがＴ１の記録媒体６を再生
する場合には、レーザ光源１のレーザ光１ａを用いる。
レーザ光１ａは格子レンズ４４による凸レンズ効果を持
つため、格子レンズ４４の入射光より少し収束した出射
光となり、対物レンズ４５に入射し集光される。その集
光されたスポット７が情報記録面６ａに一致するように
対物レンズ４５を光軸方向に移動する。保護基板の厚み
がＴ２の記録媒体６を再生する場合には、レーザ光源２
のレーザ光２ａを用いる。レーザ光２ａは格子レンズ４
４によるレンズ効果を持たないため、そのまま透過さ
れ、対物レンズ４５により集光され、その集光されたス
ポット８が情報記録面６ｂに一致するように対物レンズ
４５を光軸方向に移動する。

【００４５】また、情報記録面に記録された記録情報の
再生方法，情報記録面に集光されたスポットの焦点を合
わせる方法，情報記録面上の所定のトラックに追従させ
る方法は、光ヘッド装置の第１の実施の形態と同様に行
われるため説明を省略する。

【００４６】このようにしても、上記第１の実施形態と
同様の作用効果を奏することができる。

【００４７】次に、本発明の光ヘッド装置の第３の実施
の形態について図５を参照して説明する。

【００４８】レーザ光源５１から出射されたレーザ光５
１ａは、ビームスプリッタ９，偏光ビームスプリッタ５
３を透過し、偏光性格子レンズ５４に入射する。レーザ
光源５１と偏光方向が直交するレーザ光源５２から出射
されたレーザ光５２ａは、ビームスプリッタ１３を透過
し、偏光ビームスプリッタ５３で反射されて偏光性格子
レンズ５４に入射する。このとき、偏光性格子レンズ５
４はレーザ光源５１の偏光に対してはレンズ効果を持た
ず、レーザ光源５２の偏光に対しては凹レンズ効果を持
つように設計されている。そこで、レーザ光源５１から
出射されたレーザ光５１ａおよびレーザ光源５２から出
射されたレーザ光５２ａは、対物レンズ５により集光さ
れて、異なる２つのスポット７およびスポット８を発生
する。ここで、対物レンズ５は、レーザ光源５１のスポ
ット７が記録媒体６の所定の情報記録面６ａ（保護基板
の厚みＴ１）上に発生するよう設計されており、偏光性
格子レンズ５４は、レーザ光源２のスポット８が記録媒
体６の所定の情報記録面６ｂ（保護基板の厚みＴ２）上
に発生するよう焦点距離が決定されている。

【００４９】記録媒体６の情報記録面６ａから反射した
情報信号光は、対物レンズ５，偏光性格子レンズ５４，
偏光ビームスプリッタ５３を通り、ビームスプリッタ９
で反射され、シリンドリカルレンズ１０で非点収差を発
生させて、焦点合わせ用のレンズ１１を通過した後、光
検出器１２で受光する。また、記録媒体６の情報記録面
６ｂから反射した情報信号光は、対物レンズ５，偏光性
格子レンズ５４を通り、偏光ビームスプリッタ５３およ
びビームスプリッタ１３で反射され、シリンドリカルレ
ンズ１４で非点収差を発生させて、焦点合わせ用のレン
ズ１５を通過した後、光検出器１６で受光するように光
学系が構成されている。

【００５０】次に、本実施形態の動作について説明す
る。

【００５１】保護基板の厚みがＴ１の記録媒体６を再生
する場合には、レーザ光源５１のレーザ光５１ａを用い
る。レーザ光５１ａは偏光性格子レンズ５４によるレン
ズ効果を持たないため、そのまま透過され、対物レンズ
５により集光され、その集光されたスポット７が情報記
録面６ａに一致するように対物レンズ５を光軸方向に移
動する。保護基板の厚みがＴ２の記録媒体６を再生する
場合には、レーザ光源５２のレーザ光５２ａを用いる。
レーザ光５２ａは偏光性格子レンズ５４による凹レンズ
効果を持つため、偏光性格子レンズ５４の入射光より少
し発散した出射光となり、対物レンズ５に入射し集光さ
れる。その集光されたスポット８が情報記録面６ｂに一
致するように対物レンズ５を光軸方向に移動する。

【００５２】また、情報記録面に記録された記録情報の
再生方法，情報記録面に集光されたスポットの焦点を合
わせる方法，情報記録面上の所定のトラックに追従させ
る方法は、光ヘッド装置の第１の実施の形態と同様に行
われるため説明を省略する。

【００５３】なお、偏光性格子レンズを光ヘッド装置の
第２の実施の形態のように凸レンズとして構成すること
も可能であり、レーザ光源５１とレーザ光源５２の波長
を変えることも可能である。

【００５４】本実施形態に採用される偏光性格子レンズ
の第１の構成と動作について図６（ａ）および図６
（ｂ）を参照して説明する。

【００５５】まず、偏光性格子レンズ６４の構成につい
て説明する。偏光性格子レンズ６４は、基板６４ａ上に
位相差発生領域６４ｂおよび位相補償膜６４ｃを同心円
状に配した位相型回折格子である。輪帯状の位相差発生
領域６４ｂおよび位相補償膜６４ｃの半径は先の格子レ
ンズ４と同様に決定する。

【００５６】基板６４ａおよび位相差発生領域６４ｂに
は偏光によって屈折率が変化する複屈折性材料を用い
る。例えば、基板６４ａの材料をニオブ酸リチウム（Ｌ
ｉＮｂＯ₃）とし、位相差発生領域６４ｂをプロトン交
換によって生成することで位相差発生領域６４ｂは偏光
によって屈折率の異なる領域となる。位相補償膜６４ｃ
は偏光による屈折率差が無い薄膜物質であることが望ま
しく、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂），二酸化
シリコン（ＳｉＯ₂），二酸化チタン（ＴｉＯ₂）など一
般的な薄膜物質で構成すればよい。

【００５７】位相差発生領域６４ｂおよび位相補償膜６
４ｃは、第一偏光に対し、基板６４ａ及び位相差発生領
域６４ｂを通過するレーザ光４０１の光学的光路長と基
板６４ａ及び位相補償膜６４ｃを通過するレーザ光４０
２の光学的光路長との差が概略０ラジアンとなり、第一
偏光と直交する第二偏光に対し、基板６４ａ及び位相差
発生領域６４ｂを通過するレーザ光４０１の光学的光路
長と基板６４ａ及び位相補償膜６４ｃを通過するレーザ
光４０２の光学的光路長との差が０ラジアンより大きく
２πラジアンより小さい範囲となる様に厚さを決定し構
成する。

【００５８】次に、偏光性格子レンズ６４の動作につい
て説明する。偏光性格子レンズ６４に入射するレーザ光
が、第一偏光の時には、基板６４ａ，位相差発生領域６
４ｂを通過するレーザ光４０１と基板６４ａ，位相補償
膜６４ｃを通過するレーザ光４０２の光学的光路長の差
はほとんど無いため、位相型回折格子として働かず、透
明基板となる一方、第二偏光の時には、基板６４ａ，位
相差発生領域６４ｂを通過するレーザ光４０１と基板６
４ａ，位相補償膜６４ｃを通過するレーザ光４０２に光
学的光路長の差が生じるため、位相型回折格子として働
きレンズ効果を有する。

【００５９】上述した基板６４および位相差発生領域６
４ｂおよび位相補償膜６４ｃによる光学的光路長の差に
ついて、１波長以内（２πラジアン以内）の場合につい
て説明したが、２π×ｎラジアン：ｎ＝１，２，３．・
・・，ｎ異なっていても同じ事である。また、第二偏光
について０次回折光の発生を極小にするためには、基板
６４ａ及び位相差発生領域６４ｂを通過するレーザ光４
０１の光学的光路長と基板６４ａ及び位相補償膜６４ｃ
を通過するレーザ光４０２の光学的光路長との差をπ＋
２π×ｎラジアン：ｎ＝０，１，２，・・・ｎとなる様
に膜厚を決定すれば良い。さらに、第一偏光および第二
偏光の位相差が上述の条件を満たせば、位相補償膜６４
ｃを削除することも可能である。

【００６０】続いて、本実施形態に採用される偏光性格
子レンズの第２の構成と動作について図７（ａ）および
図７（ｂ）を参照して説明する。

【００６１】まず、偏光性格子レンズ７４の構成につい
て説明する。偏光性格子レンズ７４は、基板７４ａ上に
位相差発生領域７４ｂおよび位相補償膜７４ｃを同心円
状に配した位相型回折格子であり、偏光性格子レンズ６
４の第１の構成における位相補償膜を位相差発生領域上
に配した形態である。

【００６２】輪帯状の位相差発生領域７４ｂおよび位相
補償膜７４ｃの半径および材質は偏光性格子レンズ６４
の第１の構成と同様に決定する。また、位相差発生領域
７４ｂおよび位相補償膜７４ｃの厚さは、第一偏光およ
び第一偏光と直交する第二偏光に対し、基板７１ａ，位
相差発生領域７４ｂ及び位相補償膜７４ｃを通過するレ
ーザ光４０１の光学的光路長と、基板７４ａを通過する
レーザ光４０２の光学的光路長との差を、偏光性格子レ
ンズ６４の第１の構成と同様に決定し構成する。

【００６３】次に、偏光性格子レンズ７４の動作につい
て説明する。偏光性格子レンズ７４に入射するレーザ光
が、第一偏光の時には、基板７４ａ，位相差発生領域７
４ｂ，位相補償膜７４ｃを通過するレーザ光４０１と基
板７４ａを通過するレーザ光４０２の光学的光路長の差
はほとんど無い、あるいは２π×ｎラジアン：ｎ＝０，
１，２，・・・ｎずれているため、位相型回折格子とし
て働かず、透明基板となる。一方、第二偏光の時には、
基板７４ａ，位相差発生領域７４ｂ，位相補償膜７４ｃ
を通過するレーザ光４０１と基板７４ａを通過するレー
ザ光４０２に光学的光路長の差が生じるため、位相型回
折格子として働きレンズ効果を有する。

【００６４】このようにしても、上記各実施形態と同様
の作用効果を奏することができる。

【００６５】次に、本発明にかかる光ヘッド装置の第４
の実施の形態について図８を参照して説明する。

【００６６】レーザ光源１から出射されたレーザ光１ａ
は、波長選択手段３，ビームスプリッタ９を透過し、格
子レンズ８４に入射する。レーザ光源１と波長が異なる
レーザ光源２から出射されたレーザ光２ａは、波長選択
手段３で反射し、ビームスプリッタ９を透過して格子レ
ンズ８４に入射する。このとき、格子レンズ８４はレー
ザ光源１の波長に対してはレンズ効果を持たず、レーザ
光源２の波長に対しては凹レンズ効果を持つように設計
されている。そこで、レーザ光源１から出射されたレー
ザ光１ａおよびレーザ光源２から出射されたレーザ光２
ａは、対物レンズ５により集光されて、異なる２つのス
ポット７およびスポット８を発生する。ここで、対物レ
ンズ５は、レーザ光源１のスポット７が記録媒体６の所
定の情報記録面６ａ（保護基板の厚みＴ１）上に発生す
るよう設計されており、格子レンズ８４は、レーザ光源
２のスポット８が記録媒体６の所定の情報記録面６ｂ
（保護基板の厚みＴ２）上に発生し、且つ、レーザ光源
１から格子レンズ８４までの光学的な距離とレーザ光源
２から格子レンズ８４までの光学的な距離が概略等しく
なるように焦点距離が決定されている。

【００６７】記録媒体６の情報記録面６ａから反射した
情報信号光は、対物レンズ５，格子レンズ８４を通り、
ビームスプリッタ９で反射され、シリンドリカルレンズ
１０で非点収差を発生させて、焦点合わせ用のレンズ１
１を通過した後、光検出器１７で受光する。また、記録
媒体６の情報記録面６ｂから反射した情報信号光も同様
に光検出器１７で受光するように光学系が構成されてい
る。

【００６８】次に、動作について説明する。

【００６９】保護基板の厚みがＴ１の記録媒体６を再生
する場合には、レーザ光源１のレーザ光１ａを用いる。
レーザ光１ａは格子レンズ８４によるレンズ効果を持た
ないため、そのまま透過され、対物レンズ５により集光
され、その集光されたスポット７が情報記録面６ａに一
致するように対物レンズ５を光軸方向に移動する。保護
基板の厚みがＴ２の記録媒体６を再生する場合には、レ
ーザ光源２のレーザ光２ａを用いる。レーザ光２ａは格
子レンズ８４による凹レンズ効果を持つため、格子レン
ズ８４の入射光より少し発散した出射光となり、対物レ
ンズ５に入射し集光される。その集光されたスポット８
が情報記録面６ｂに一致するように対物レンズ５を光軸
方向に移動する。

【００７０】また、情報記録面に記録された記録情報の
再生方法，情報記録面に集光されたスポットの焦点を合
わせる方法，情報記録面上の所定のトラックに追従させ
る方法は、光ヘッド装置の第１の実施の形態と同様に行
われるため説明を省略する。

【００７１】この実施の形態においては、上記各実施形
態と同様の作用効果を奏することに加え、レーザ光源１
から格子レンズ８４までの光学的な距離とレーザ光源２
から格子レンズ８４までの光学的な距離とが等しくなる
ように格子レンズ８４の焦点距離が決定されているた
め、情報記録面６ａで反射したレーザ光源１のレーザ光
と情報記録面６ｂで反射したレーザ光源２のレーザ光の
収束位置が概略等しくなる。このため、光検出器が共通
化できるという効果を有する。さらに、光学系が簡略化
されるため、小型の光ヘッド装置が実現できるという効
果を有する。

【００７２】ここで、本実施形態では、格子レンズ８４
を波長型の凹レンズ作用を持つ格子レンズの例として記
載したが、偏光性格子レンズおよび凸レンズ作用を持つ
格子レンズにも適用可能である。

【００７３】次に、本発明にかかる光ヘッド装置の第５
の実施の形態について図９を参照して説明する。

【００７４】独立した発光点を持つマルチレーザ光源１
８から出射されたレーザ光１８ａは、ビームスプリッタ
９を通過し、格子レンズ８４に入射する。レーザ光１８
ａと波長が異なるレーザ光１８ｂは、ビームスプリッタ
９を透過して格子レンズ８４に入射する。このとき、格
子レンズ８４はレーザ光１８ａの波長に対してはレンズ
効果を持たず、レーザ光源１８ｂの波長に対しては凹レ
ンズ効果を持つように設計されている。そこで、レーザ
光１８ａおよびレーザ光１８ｂは、対物レンズ５により
集光されて、異なる２つのスポット７およびスポット８
を発生するここで、対物レンズ５は、レーザ光１８ａの
スポット７が記録媒体６の所定の情報記録面６ａ（保護
基板の厚みＴ１）上に発生するよう設計されており、格
子レンズ８４は、レーザ光１８ｂのスポット８が記録媒
体６の所定の情報記録面６ｂ（保護基板の厚みＴ２）上
に発生するように焦点距離が決定されている。

【００７５】記録媒体６の情報記録面６ａから反射した
情報信号光は、対物レンズ５，格子レンズ８４を通り、
ビームスプリッタ９で反射され、シリンドリカルレンズ
１０で非点収差を発生させて、焦点合わせ用のレンズ１
１を通過した後、光検出器１９で受光する。また、記録
媒体６の情報記録面６ｂから反射した情報信号光も同様
に光検出器１９で受光するように光学系が構成されてい
る。

【００７６】次に、動作について説明する。

【００７７】保護基板の厚みがＴ１の記録媒体６を再生
する場合には、マルチレーザ光源１８のレーザ光１８ａ
を用いる。レーザ光１８ａは格子レンズ８４によるレン
ズ効果を持たないため、そのまま透過され、対物レンズ
５により集光され、その集光されたスポット７が情報記
録面６ａに一致するように対物レンズ５を光軸方向に移
動する。保護基板の厚みがＴ２の記録媒体６を再生する
場合には、マルチレーザ光源１８のレーザ光１８ｂを用
いる。レーザ光１８ｂは格子レンズ８４による凹レンズ
効果を持つため、格子レンズ８４の入射光より少し発散
した出射光となり、対物レンズ５に入射し集光される。
その集光されたスポット８が情報記録面６ｂに一致する
ように対物レンズ５を光軸方向に移動する。また、情報
記録面に記録された記録情報の再生方法，情報記録面に
集光されたスポットの焦点を合わせる方法，情報記録面
上の所定のトラックに追従させる方法は、光ヘッド装置
の第１の実施の形態と同様に行われるため説明を省略す
る。

【００７８】この光ヘッド装置においては、上記各実施
形態と同様の作用効果を奏することに加え、レーザ光源
および光検出器が１個となるため、光学系が簡略化さ
れ、小型の光ヘッド装置が実現できるという効果を有す
る。

【００７９】ここで、この実施の形態では、格子レンズ
８４を波長型の凹レンズ作用を持つ格子レンズの例とし
て記載したが、偏光性格子レンズおよび凸レンズ作用を
持つ格子レンズにも適用可能である。

【００８０】次に、上記各実施形態において、格子レン
ズと対物レンズを一体可した構成例を図１０に基づいて
説明する。

【００８１】複合対物レンズ５０は、上述した第１およ
び第２の構成による格子レンズ４，３４あるいは第１お
よび第２の構成による偏光性格子レンズ６４，７４と対
物レンズを複合化したもので、複合対物レンズ５０の基
材５０ａ上に位相差発生領域５０ｂおよび位相補償膜５
０ｃが形成された構成となっている。

【００８２】この複合対物レンズ５０を用いることによ
って、上記各実施形態の効果を維持しつつ、更に、格子
レンズの調整が不要になると共に、光ヘッド装置の小型
化が容易に行えるという効果を有する。

【００８３】ここで、上述した種々の実施の形態は再生
専用の記録媒体、追記型の記録媒体、あるいは書換型の
記録媒体に用いられる全ての光ヘッド装置に対しても適
用可能である。

【００８４】また、上述した光ヘッド装置の実施の形態
の例では、記録媒体に対するフォーカスエラー検出方
法，トラックエラー検出方法について一方法のみを例示
したが、他の公知のいずれの方法でも適用可能である。

【００８５】さらにまた、上述した光ヘッド装置の実施
の形態の例では、有限系の対物レンズを用いた光学構成
について説明を行ったが、コリメートレンズを用いる無
限系の対物レンズを用いた光学構成についても適用可能
である。

【００８６】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、これによると、２つのレーザ光源と、所定の厚
さの保護基板を持つ記録媒体上に回折限界のレーザスポ
ットを集光する対物レンズと、厚さの異なる保護基板で
発生する球面収差を補正するレンズ効果を持つ位相型回
折格子で構成された格子レンズとを用い、２つのレーザ
光源を記録媒体の保護基板の厚さに応じて選択的に使用
することで、複数種類の厚さの保護基板を持つ記録媒体
に情報の記録・再生・消去を安定して行えるという効果
を有する。

【００８７】さらに、２つのレーザ光源を記録媒体の保
護基板の厚さに応じて選択的に使用することで、２つの
レーザ光源に応じて格子レンズの回折効率を高められる
ため、レーザ光源の低出力化によるレーザ長寿命化，低
消費電力化という効果を有する。さらにまた、高出力の
レーザ出力が必要な情報の記録や消去を行う装置に適用
可能となるという効果も併せ持つ。

【００８８】また、波長の異なる２つのレーザ光源を用
いた場合は、追記型コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）の
ように波長依存性のある記録媒体と高密度記録媒体の記
録再生が可能になるという、従来にない優れた光ヘッド
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光ヘッド装置の光学系の第１の実
施の形態を示す構成図である。

【図２】図１の実施形態に採用される格子レンズの第１
の構成を示す構成図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）
がＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１の実施形態に採用される格子レンズの第２
の構成を示す構成図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）
がＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明による光ヘッド装置の光学系の第２の実
施の形態を示す構成図である。

【図５】本発明による光ヘッド装置の光学系の第３の実
施の形態を示す構成図である。

【図６】図５の実施形態に適用される偏光性格子レンズ
の第１の構成を示す構成図であって、（ａ）が正面図、
（ｂ）がＣ−Ｃ断面図である。

【図７】図５の実施形態に適用される偏光性格子レンズ
の第２の構成を示す構成図であって、（ａ）が正面図、
（ｂ）がＤ−Ｄ断面図である。

【図８】本発明による光ヘッド装置の光学系の第４の実
施の形態を示す構成図である。

【図９】本発明による光ヘッド装置の光学系の第５の実
施の形態を示す構成図である。

【図１０】格子レンズと対物レンズを一体化した構成例
を示す構成図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）がＥ−
Ｅ断面図である。

【図１１】従来例の光ヘッド装置の光学系の構成図であ
る。

【符号の説明】

１，２レーザ光源１ａ，２ａレーザ光３波長選択手段４格子レンズ５対物レンズ６記録媒体６ａ，６ｂ情報記録面７，８スポット９，１３ビームスプリッタ１０，１４シリンドリカルレンズ１１，１５レンズ１２，１６光検出器１７光検出器１８マルチレーザ光源１８ａ，１８ｂレーザ光１９光検出器２０レーザ光源２０ａレーザ光２０ｂ０次回折光２０ｃ＋１次回折光２１ビームスプリッタ２２ホログラムレンズ２３対物レンズ２４光検出器３４格子レンズ３４ａ基板３４ｂ位相膜３４ｃ位相補償膜４４格子レンズ４５対物レンズ５０複合対物レンズ５０ａ基材５０ｂ位相差発生領域５０ｃ位相補償膜５１，５２レーザ光源５１ａ，５２ａレーザ光５３偏光ビームスプリッタ５４，６４，７４偏光性格子レンズ６４ａ，７４ａ基板６４ｂ，７４ｂ位相差発生領域６４ｃ，７４ｃ位相補償膜８４偏光性格子レンズ４０１，４０２レーザ光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さの異なる保護基板を持つ数種の記録
媒体上に回折限界のレーザスポットを集光し、情報の記
録・再生・消去を行う光ヘッド装置において、２つのレーザ光源と、前記所定の厚さの保護基板を持つ
記録媒体上に回折限界のレーザスポットを集光する対物
レンズとを備え、前記２つのレーザ光源の発光点と前記
記録媒体との間に位相型回折格子で構成される格子レン
ズを有し、前記格子レンズは、第１のレーザ光源に対してレンズ効
果を持たず、第２のレーザ光源に対して他の所定の厚さ
の保護基板で発生する球面収差を補正するレンズ効果を
持つものであって、前記対物レンズによって、前記第１のレーザ光源のレー
ザ光を前記所定の厚さの保護基板を持つ記録媒体上に回
折限界のレーザスポットとして集光することで情報の記
録・再生・消去を行い、前記対物レンズと前記格子レンズによって、前記第２の
レーザ光源のレーザ光を前記他の所定の厚さの保護基板
を持つ記録媒体上に回折限界のレーザスポットとして集
光することで情報の記録・再生・消去を行うことを特徴
とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記格子レンズは、波長によって屈折率
の変化する材料で構成される位相型回折格子であること
を特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】前記格子レンズは、偏光方向によって屈
折率の変化する材料で構成される位相型回折格子である
ことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項４】前記格子レンズの凹部と凸部の位相差
が、前記第１のレーザ光源のレーザ光に対して概略０ラ
ジアンあるいは概略２π×ｎラジアン（ｎは自然数）と
なるように構成されたことを特徴とする請求項２又は３
記載の光ヘッド装置。
【請求項５】前記格子レンズの凹部と凸部の位相差
が、前記第２のレーザ光源のレーザ光に対して概略πラ
ジアンあるいは概略π＋２π×ｎラジアン（ｎは自然
数）となるように構成されたことを特徴とする請求項
２，３又は４記載の光ヘッド装置。
【請求項６】前記格子レンズから前記第１のレーザ光
源の発光点位置までの光学的距離と、前記格子レンズか
ら前記第２のレーザ光源の発光点位置までの光学的距離
とが、概略等しいことを特徴とする請求項２，３，４又
は５記載の光ヘッド装置。
【請求項７】前記第１のレーザ光源と、前記第２のレ
ーザ光源とが、一体構造をなすレーザ光源を具備するこ
とを特徴とする請求項６記載の光ヘッド装置。
【請求項８】前記格子レンズと前記対物レンズとが一
体構造をなす複合対物レンズを具備することを特徴とす
る請求項２，３，４，５，６又は７記載の光ヘッド装
置。