光ヘッド装置
【課題】３波長に対応し、各波長において対物レンズのＲＩＭ強度が適切に得られる小型の光ヘッド装置を低コストで得る。
【解決手段】複数の波長の光源を有し、各々の波長に対応した光ディスク用の光ヘッド装置において、光ディスクに向かう光と光ディスクより反射された光とを分岐するビームスプリッタと対物レンズとの光路中に、波長選択レンズが設置されており、波長選択レンズは、光を透過する光学部材と、光学部材の表面に形成された第１の材料層と、第１の材料層の上に形成された第２の材料層とを有しており、第１の材料層と第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折格子が形成されており、第１の材料層の屈折率と第２の材料層の屈折率は、光源から出射される複数の波長のうちの１の波長を除く他の１又は２の波長においては略等しく、前記１の波長においては異なっている。
【解決手段】複数の波長の光源を有し、各々の波長に対応した光ディスク用の光ヘッド装置において、光ディスクに向かう光と光ディスクより反射された光とを分岐するビームスプリッタと対物レンズとの光路中に、波長選択レンズが設置されており、波長選択レンズは、光を透過する光学部材と、光学部材の表面に形成された第１の材料層と、第１の材料層の上に形成された第２の材料層とを有しており、第１の材料層と第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折格子が形成されており、第１の材料層の屈折率と第２の材料層の屈折率は、光源から出射される複数の波長のうちの１の波長を除く他の１又は２の波長においては略等しく、前記１の波長においては異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクとして、Ｂｌｕｅ−ｒａｙ（商品名、以下、ＢＤ）、ＤＶＤ、ＣＤが幅広く普及している。これらＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤは、記録及び再生に用いる光の波長等が異なっている。具体的には、ＢＤは、カバー層の厚さが０．１ｍｍの情報記録媒体に、波長４０５ｎｍの光源から出射された光をＮＡ（開口数）が０．８５の対物レンズにより集光させることにより情報の記録及び再生を行う。ＤＶＤは、カバー層の厚さが０．６ｍｍの情報記録媒体に、波長６６０ｎｍの光源から出射された光をＮＡが０．６５の対物レンズにより集光させることにより情報の記録及び再生を行う。ＣＤは、カバー層の厚さが１．２ｍｍの情報記録媒体に、波長７８５ｎｍの光源から出射された光をＮＡが、０．４５の対物レンズにより集光し、情報の記録及び再生を行う。
【０００３】
ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤにおける光ディスクにおいては、現在、低コスト化と省スペース化の要求より、１つの光ヘッド装置により各々の光ディスクに使用する波長の光を用いて情報の記録及び再生がなされており、更には、光検出器、コリメータレンズ等の部品の共有化が進んでいる。しかしながら、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤでは、必要となるＲＩＭ強度や、光源から出射されるレーザ光の利用効率等が異なるため、光源とコリメータレンズの位置関係が異なり、同じ光検出器に集光させることができないという問題があった。また、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応した各々の波長の光を出射することのできる３波長レーザを光源として用いることができるが、ＢＤではＲＩＭ強度を大きくしたいことから、焦点距離を長くすることが求められており、ＤＶＤ、ＣＤでは、レーザ光の利用効率を高めるため、焦点距離を短くすることが求められており、相互の要求が相反するといった問題ある。
【０００４】
このような問題に対応するため、特許文献１に示されるように、３つの異なる規格の光ディスクにおける情報の記録及び再生を行うため、波長選択性素子を設けた構成の光ピックアップ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７７６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、ＢＤとそれ以外の波長を出射する１つの光源を用いた場合、波長の異なる３つの光ディスクでは、波長により光路長、倍率等が異なるため、各々の波長の光に対応した複数のフォトディテクタを設ける必要があるが、特許文献１では、ＢＤとそれ以外の波長を出射する光源とコリメータレンズまでの光路長が異なることを利用しているため、が前提となっているため、上記問題点を解決することはできない。
【０００７】
本発明は、上記点を鑑みてなされたものであり、複数の波長の光を出射する１つの光源と、複数の波長の光を受光することのできる１つの受光素子とを有し、波長選択性素子を可動させることなく、複数の波長に対応した小型の光ヘッド装置を低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の波長の光を出射する光源と、前記光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、前記光ディスクに向かう光と前記光ディスクより反射された光とを分岐するビームスプリッタと、を有する光ヘッド装置において、前記ビームスプリッタと前記対物レンズとの間には、波長選択レンズが設置されており、前記波長選択レンズは、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の材料層と、前記第１の材料層の上に形成された第２の材料層とを有しており、前記第１の材料層と前記第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折格子が形成されており、前記第１の材料層の屈折率と前記第２の材料層の屈折率は、前記光源から出射される複数の波長のうちの１の波長を除く他の１又は２の波長においては略等しく、前記１の波長においては異なっていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記光源は、３つの異なる波長の光を出射するものであって、前記光検出器は、前記３つの異なる波長の光を検出するものである。
【００１０】
また、本発明は、前記３つの異なる波長の光は、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光（λ１＜λ２＜λ３）であって、前記１の波長は波長λ１である。
【００１１】
また、本発明は、前記波長λ１の光、前記波長λ２の光、前記波長λ３の光は、λ３−λ２＜λ２−λ１である。
【００１２】
また、本発明は、前記波長選択レンズは、前記１の波長におけるＲＩＭ強度が９０％以上である。
【００１３】
また、本発明は、前記光源から出射される光は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光であって、前記１の波長は、４０５ｎｍであって、前記他の２の波長は、６６０ｎｍ及び７８５ｎｍである。
【００１４】
また、本発明は、前記第１の材料層または前記第２の材料層のいずれか一方、または双方は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｌａのうちから選ばれる１または２以上の元素を含む材料により形成されているものである。
【００１５】
また、本発明は、前記波長選択レンズの両面には、各々反射防止膜が形成されている。
【００１６】
また、本発明は、前記ガラス基板と前記第１の材料層との間には反射防止膜が形成されている。
【００１７】
また、本発明は、前記光学部材は光学的に等方的な透明な基板である。
【００１８】
また、本発明は、前記光学部材はレンズである。
【００１９】
また、本発明は、前記第２の材料層上には他のガラス基板が設けられており、前記第２の材料層と前記他のガラス基板との間には反射防止膜が形成されている。
【００２０】
また、本発明は、前記対物レンズを２つ有しており、一方は前記１の波長に対応する対物レンズであり、他方は前記他の１又は２の波長に対応する対物レンズである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の波長の光を出射する１つの光源と、複数の波長の光を受光することのできる１つの受光素子とを有し、波長選択性素子を可動させることなく、複数の波長に対応した小型の光ヘッド装置を低コストで提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図２】第１の実施の形態における他の光ヘッド装置の構造図
【図３】第１の実施の形態における波長選択レンズの構造図
【図４】波長選択レンズの説明図
【図５】波長選択レンズにおけるＲＩＭ強度の説明図（１）
【図６】波長選択レンズにおけるＲＩＭ強度の説明図（２）
【図７】波長選択レンズにおけるＲＩＭ強度の説明図（３）
【図８】第２の実施の形態における波長選択レンズの構造図（１）
【図９】第２の実施の形態における波長選択レンズの構造図（２）
【図１０】第２の実施の形態における波長選択レンズの構造図（３）
【図１１】第３の実施の形態における波長選択コリメータレンズの構造図
【図１２】第３の実施の形態における波長選択コリメータレンズの要部拡大図
【図１３】第３の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
（光ヘッド装置）
第１の実施の形態として、光ヘッド装置について、図１に基づき説明する。本実施の形態における光ヘッド装置は、３種類の異なる光ディスク、例えば、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光ディスクに対応したものであり、１つの光ヘッド装置により３種類の異なる光ディスクの記録及び再生ができるものである。このため、この光ヘッド装置は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光に対応している。
【００２５】
本実施の形態における光ヘッド装置では、光源１１、回折素子１２、偏光ビームスプリッタ１３、波長選択レンズ１４、コリメータレンズ１５、第１の立ち上げミラー１６、１／４波長板１７、対物レンズ１８、第２の立ち上げミラー１９、１／４波長板２０、第２の対物レンズ２１、回折素子２２、シリンドリカルレンズ２３、光検出器２４を有している。
【００２６】
光源１１は、３つの波長の光を出射することのできる３波長レーザであり、具体的には、４０５ｎｍ波長帯である波長λ１の光、６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光、７８５ｎｍ波長帯である波長λ３の光の３つの波長の光を対応する光ディスクに応じて出射することができる。
【００２７】
回折素子１２は、光源１１より出射された波長λ２及び波長λ３の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離するものである。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ１３は、所定の偏光の光を透過し、所定の偏光に対し垂直方向の偏光の光を反射するものである。尚、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタを用いた場合について説明するが、光の利用効率を落として、通常の偏光ビームスプリッタよりも偏光依存性の弱い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、偏光ビームスプリッタを用いることは、光の利用効率を上げることができるため好ましい。
【００２９】
波長選択レンズ１４は、波長λ２及び波長λ３の光に対しては、レンズとして作用することなく、そのまま光を透過し、波長λ１の光に対しては、レンズとして作用するものである。詳細については後述する。
【００３０】
コリメータレンズ１５は、光源１１から出射された各々の波長の光を略平行光となるようにコリメートするものである。
【００３１】
第１の立ち上げミラー１６は、ダイクロイックミラーであり、波長λ１の光は偏向されて分岐され、波長λ２及び波長λ３の光は偏向されることなくそのまま透過するように形成されている。具体的には、第１の立ち上げミラー１６は、所定の膜厚の高屈折率と低屈折率の誘電体材料を交互に積層形成することにより形成されている。
【００３２】
１／４波長板１７及び２０は、入射した直線偏光の光を円偏光に、円偏光の光を直線偏光に変換する機能を有している。
【００３３】
第１の対物レンズ１８は、光ディスク３１の情報記録面に光を集光するためのものである。尚、本実施の形態では、光ディスク３１はＢＤである。
【００３４】
第２の立ち上げミラー１９は、波長λ２及び波長λ３の光を偏向するものであり、ダイクロイックミラー等により形成されている。具体的には、第２の立ち上げミラー１９は、所定の膜厚の高屈折率と低屈折率の誘電体材料を交互に積層形成することにより形成されている。
【００３５】
第２の対物レンズ２１は、光ディスク３２の情報記録面に光を集光するためのものである。尚、本実施の形態では、光ディスク３２はＤＶＤまたはＣＤである。
【００３６】
回折素子２２は、波長λ１の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離するものである。
【００３７】
シリンドリカルレンズ２３は、波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光を光検出器２４に入射させるためのものである。
【００３８】
光検出器２４は、入射した波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光を入射した光量に応じた電気信号に変換し出力するものである。
【００３９】
次に、本実施の形態における光ヘッド装置において、光ディスク３１における情報を再生等する場合について説明する。本実施の形態では、光ディスク３１はＢＤであり、光源１１よりＢＤに対応した波長λ１の光が出射される。光源１１より出射された波長λ１の光は、回折光学素子１２及び偏光ビームスプリッタ１３を透過し、波長選択レンズ１４に入射する。波長選択レンズ１４は、波長λ１の光においては、レンズとしての機能を有しており、レンズとして作用するため、入射した波長λ１の光は屈折する。この後、波長選択レンズ１４を出射した光は、コリメータレンズ１５により略平行光にコリメートされ、第１の立ち上げミラー１６により反射され偏向される。第１の立ち上げミラー１６により偏向された光は、１／４波長板１７に入射し左回りの円偏光の光となって出射され、第１の対物レンズ１８により集光され、光ディスク３１、即ち、ＢＤの情報記録面に照射される。光ディスク３１に照射された光は、光ディスク３１の情報記録面において反射され、第１の対物レンズ１８を介し、１／４波長板１７に入射する。１／４波長板１７では入射の際の偏光方向と直交する偏光方向の光に変換され、第１の立ち上げミラー１６において偏向され、コリメータレンズ１５を介し、波長選択レンズ１４に入射する。波長選択レンズ１４に入射した光は、波長選択レンズ１４により屈折し、偏光ビームスプリッタ１３において偏向し、回折光学素子２２によりトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号とに分離されて、シリンドリカルレンズ２３により集光され、光検出器２４に入射する。光検出器２４は入射した光の光量に応じた電気信号が出力されるため、この電気信号に基づき光ディスク３１であるＢＤに記録されていた情報が再生される。
【００４０】
次に、本実施の形態における光ヘッド装置において、光ディスク３２における情報を再生等する場合について説明する。本実施の形態では、光ディスク３２はＤＶＤまたはＣＤであり、光源１１よりＤＶＤに対応した波長λ２の光、または、ＣＤに対応した波長λ３の光が出射される。光源１１より出射された波長λ２または波長λ３の光は、回折光学素子１２によりトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号とに分離され、この後、偏光ビームスプリッタ１３を透過し、波長選択レンズ１４に入射する。波長選択レンズ１４は、波長λ２及び波長λ３の光については、レンズとして作用することなく、そのまま透過する。この後、波長選択レンズ１４を出射した光は、コリメータレンズ１５により略平行光にコリメートされ、第１の立ち上げミラー１６を透過し、第２の立ち上げミラー１９により反射され偏向する。第２の立ち上げミラー１９により偏向された光は、１／４波長板２０に入射し左回りの円偏光の光となって出射され、第２の対物レンズ２１により集光され、光ディスク３２、即ち、ＤＶＤまたはＣＤの情報記録面に照射される。光ディスク３２に照射された光は、光ディスク３２の情報記録面において反射され、第２の対物レンズ２１を介し、１／４波長板２０に入射する。１／４波長板２０では入射の際の偏光方向と直交する偏光方向の光に変換され、第２の立ち上げミラー１９において偏向され、第１の立ち上げミラー１６を透過し、コリメータレンズ１５を介し、波長選択レンズ１４に入射する。波長選択レンズ１４に入射した光は、そのまま透過し、偏光ビームスプリッタ１３において偏向され、回折光学素子２２を透過し、シリンドリカルレンズ２３により集光され、光検出器２４に入射する。光検出器２４は入射した光の光量に応じた電気信号が出力されるため、この電気信号に基づき光ディスク３２であるＤＶＤまたはＣＤに記録されていた情報が再生される。
【００４１】
本実施の形態における光ヘッド装置では、波長選択レンズ１４は波長λ１の光においては、レンズとしての機能を有しており、偏光ビームスプリッタ１３とコリメータレンズ１５との間に設置することにより、光ディスク３１を照射する光と光ディスク３１により反射された光との双方においてレンズとして作用する。よって、波長選択レンズ１４を移動等することなく、複数、即ち、３つの波長に対応した光ヘッド装置を得ることができる。これにより、少なくとも３つの異なる波長を出射することのできる１つの光源１１と、１つの受光素子と、可動しない波長選択レンズ１４により光ヘッド装置を構成することができ、光ヘッド装置を小型化及び低コスト化することができる。
【００４２】
（他の光ヘッド装置）
次に、本実施の形態における他の光ヘッド装置について説明する。この光ヘッド装置は、図２に示されるように、波長選択レンズ１４をコリメータレンズ１５と第１の立ち上げミラー１６との間に設置したものである。このように、コリメータレンズ１５と第１の立ち上げミラー１６との間に波長選択レンズ１４を設置した場合においても同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（波長選択レンズ）
次に、波長選択レンズ１４について説明する。波長選択レンズ１４は、図３に示されるように、透明基板であるガラス基板１１０の表面に形成された表面がフレネルレンズ形状の第１の材料層１２１と第１の材料層１２１を覆う第２の材料層１２２により形成されている。尚、ガラス基板１１０の第１の材料層１２１が形成されていない面には、誘電体多層膜からなる反射防止膜１３１が形成されており、第２の材料層１２２の表面には、誘電体多層膜からなる反射防止膜１３２が形成されている。このような反射防止膜１３１及び反射防止膜１３２を形成することにより、この波長選択レンズでは、波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光の透過率は９５％以上となるように形成されている。
【００４４】
第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２は、ともに波長λ１、波長λ２、波長λ３までの光を透過する材料であって、図４に示すように、波長λ１の光においては屈折率の値が異なるが、波長λ２及び波長λ３の光おいては、屈折率が略等しい材料により形成されている。図４では、第１の材料層１２１の屈折率をｎ１（λ）で示し、第２の材料層１２２の屈折率をｎ２（λ）で示す。図４に示されるように、波長λ１では、第１の材料層１２１の屈折率ｎ１（λ１）の値と第２の材料層１２２の屈折率ｎ２（λ１）の値は異なるが、波長λ２では、第１の材料層１２１の屈折率ｎ１（λ２）の値と第２の材料層１２２の屈折率ｎ２（λ２）の値は略等しく、また、波長λ３では、第１の材料層１２１の屈折率ｎ１（λ３）の値と第２の材料層１２２の屈折率ｎ２（λ３）の値は略等しい。このことから、下記の（１）及び（２）の式は満たされる。尚、本実施の形態において、屈折率が略等しいとは、第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２が、ともに有機材料により形成されている場合には、屈折率差Δｎ（ｎ２−ｎ１）は、０．００５以下を意味するものである。また、第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２の少なくとも１つが無機材料により形成されている場合には、屈折率差Δｎは、０．０５以下を意味するものである。
｜ｎ２（λ１）−ｎ１（λ１）｜＞｜ｎ２（λ２）−ｎ１（λ２）｜・・・・・（１）
｜ｎ２（λ１）−ｎ１（λ１）｜＞｜ｎ２（λ３）−ｎ１（λ３）｜・・・・・（２）
波長選択レンズ１４では、第１の材料層１２１と第２の材料層１２２とは波長λ１においてのみ屈折率の値が異なるため、波長選択レンズ１４が波長λ１においてのみレンズとして機能する場合を考慮して設計すればよい。このため、光ヘッド装置の製造が容易となり、光ヘッド装置の製造を低コストで行うことができる。また、波長λ１と波長λ２との差に比べて波長λ２と波長λ３との差は小さい。即ち、４０５ｎｍ波長帯である波長λ１の光と６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光との差は２５５ｎｍであるのに対し、６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光と７８５ｎｍ波長帯である波長λ３の光との差は１２５ｎｍであり差が半分以下である。よって、波長λ１においてのみ屈折率の異なる第１材料層１２１と第２の材料層１２２とを構成する材料の組み合わせを考えればよいため、材料選択の幅が広くなる。このことは、光ヘッド装置の低コスト化及び高性能化に結びつくものである。似たような機能を得る方法として、複数段数の段差を有し、各段差による光路長差がレーザ光のうち１つの波長の自然数倍と等しくする手法が存在するが、その場合は、回折効率が高くなる波長と透過率が高くなる波長は、各々１波長のみとなり、３波長に対応することが出来ないため、上記の手法を取ることが好ましい。
【００４５】
次に、波長選択レンズ１４の作製方法について説明する。最初に、ガラス基板１１０に表面がフレネルレンズ形状等の形状となる第１の材料層１２１を形成し、この第１の材料層１２１の上に、第２の材料層１２２を形成する。第１の材料層１２１の形成方法としては、樹脂材料等により形成する場合には、成形型等を用いて所定の形状の第１の材料層１２１をガラス基板１１０上に形成する方法、無機材料等により形成する場合には、ガラス基板１１０上に第１の材料層１２１となる膜を形成し、所望の形状のフレネルレンズ形状等となるように、エッチング、インプリント等を行う方法により形成することができる。
【００４６】
また、第２の材料層１２２の形成方法としては、樹脂材料等により形成する場合には、第１の材料層１２１上に第２の材料層１２２を構成する材料を塗布等する方法、無機材料等により形成する場合には、第１の材料層１２１上に、第２の材料層１２２を構成する材料を成膜等により厚く形成し、その後研磨等により平坦化する方法等により形成することができる。
【００４７】
（材料の組み合わせ）
次に、図４に示す関係を満たす波長選択レンズ１４における第１の材料層１２１と第２の材料層１２２との組み合わせについて説明する。
【００４８】
第１の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、フェニル、フェニレン、ビフェニル、ビフェニレン、ターフェニル、ターフェニレン、フルオレン、またはパーフルオロ骨格、または、それらを組み合わせた構造をポリマー質量の２０％以上となる材料等を用い、第２の材料層１２２に、アルカン、環状アルカン、アダマンタン、ジアマンタン、トリシクロデカン、またはそれらを組み合わせた構造がポリマー質量の２０％以上となる材料等を用いた組み合わせがある。
【００４９】
次に、第２の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、フェニル、フェニレン、ビフェニル、ビフェニレン、ターフェニル、ターフェニレン、フルオレン、またはパーフルオロ骨格、または、それらを組み合わせた構造をポリマー質量の２０％以上となる材料等を用い、第２の材料層１２２に、アルカン、環状アルカン、アダマンタン、ジアマンタン、トリシクロデカン、またはそれらを組み合わせた構造がポリマー質量の２０％以上となるものにジルコニアを無機の主成分とする微粒子を用いてコンポジット化した材料等を用いた組み合わせがある。
【００５０】
次に、第３の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、フェニル、フェニレン、ビフェニル、ビフェニレン、ターフェニル、ターフェニレン、フルオレン、またはパーフルオロ骨格、または、それらを組み合わせた構造をポリマー質量の２０％以上となるものにチタニア、シリカを無機の主成分とする微粒子を用いてコンポジット化した材料等を用い、第２の材料層１２２に、アルカン、環状アルカン、アダマンタン、ジアマンタン、トリシクロデカン、またはそれらを組み合わせた構造がポリマー質量の２０％以上となる材料等を用いた組み合わせがある。
【００５１】
次に、第４の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、フェニル、フェニレン、ビフェニル、ビフェニレン、ターフェニル、ターフェニレン、フルオレン、またはパーフルオロ骨格、または、それらを組み合わせた構造をポリマー質量の２０％以上となるものにチタニア、シリカを無機の主成分とする微粒子を用いてコンポジット化した材料等を用い、第２の材料層１２２に、アルカン、環状アルカン、アダマンタン、ジアマンタン、トリシクロデカン、またはそれらを組み合わせた構造がポリマー質量の２０％以上となるものにジルコニアを無機の主成分とする微粒子を用いてコンポジット化した材料等を用いた組み合わせがある。
【００５２】
次に、第５の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、チタニア（ＴｉＯ２）−シリカ（ＳｉＯ２）を質量の８０％以上含む無機材料等、または、水ガラス−チタニア（微粒子）等を用い、第２の材料層１２２に、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、ＳｉＯＮ系の材料を質量の８０％以上含む無機材料等を用いた組み合わせがある。
【００５３】
次に、第６の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、チタニア（ＴｉＯ２）−シリカ（ＳｉＯ２）を質量の８０％以上含む無機材料等、または、水ガラス−チタニア（微粒子）等を用い、第２の材料層１２２に、水ガラス−ジルコニア（微粒子）等を用いた組み合わせがある。
【００５４】
以上は代表的なものであるが、本実施の形態における波長選択レンズでは、第１の材料層１２１、または第２の材料層１２２のいずれか一方、または双方は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｌａのうちから選ばれる１または２以上の元素を含む材料を用いて形成することにより所望の特性を得ることができる。
【００５５】
尚、波長λ１の光は、４０５ｎｍ波長帯の光であり、紫外光に近い波長の光であるため、第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２を形成する材料によっては、変質等する場合がある。特に、第１の材料層１２１に顔料や染料のような着色材料を用いる手法も考えられるが、ＢＤにおける４０５ｎｍのレーザ光に対する耐久性が低い。そのため、４０５ｎｍのレーザ光への耐性を考慮すると、上記に示す材料を用いることが好ましい。また、長期間、もしくは、高強度のレーザ光の使用等において、故障や不良の発生を防止する観点より、第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２は、ともに無機材料により形成されていることがより好ましい。
【００５６】
（ＲＩＭ強度）
ところで、波長選択レンズ１４の第１の材料層１２１の表面を通常のフレネルレンズ形状で形成した場合には、図５に示すように、中心から周辺に向けて半径距離が増加するとともに回折効率が低下する。ＲＩＭ強度を下記の（３）に示す式により表わされるものとすると、図５に示す場合では、ＲＩＭ強度は８９％である。尚、波長選択レンズ１４には、最外周部まで均一な光量の光が照射されるものとする。即ち、最外周部は中央部と均一な光量の光が照射される。
ＲＩＭ強度＝（最外周部の光量）／（中央部の光量）・・・・・・（３）
ところで、光ディスクに照射される光スポット径は、ＮＡ、波長、ＲＩＭ強度により定まるが、特に、波長が４０５ｎｍ、ＮＡが０．８５であるＢＤにおいては、ＲＩＭ強度を高くすることが好ましく、具体的には、図５に示す場合より高いＲＩＭ強度となる９０％以上のＲＩＭ強度となることが好ましい。
【００５７】
このため、本実施の形態では、波長選択レンズ１４の第１の材料層１２１の表面に形成されるフレネルレンズ形状のブレーズの形を変形等させることにより、図６及び図７に示すような回折効率を得ることができる。これにより波長λ１の光におけるＲＩＭ強度を高めることができる。
【００５８】
図６には、中心より半径距離が約０．６ｍｍまで、回折効率を０．８９とし、それよりも長い半径距離では、徐々に回折効率が減少するように形成した波長選択レンズの場合を示す。このように形成することにより、ＲＩＭ強度を約９５％にすることができる。
【００５９】
また、図７には、中心部のＲＩＭ強度を０．８９とし外周部に向かって除々に回折効率が低下するように形成した波長選択レンズの場合を示す。このように形成することにより、ＲＩＭ強度を約９５％にすることができる。
【００６０】
尚、図５から図７に示されるものは、波長選択レンズ１４の第１の材料層１２１の表面に形成されるフレネルレンズ形状が８段の擬似ブレーズ形状である場合のものである。
【００６１】
上記疑似ブレーズ形状などを無機材料の多層膜で作成するなど光学的に非等方的な材料で製作しても良いが、一般的には光学部材や樹脂層、無機光学層は光学的に等方的な材料を使用するのが製作の容易性の点などで好ましい。
【００６２】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は波長選択レンズであり、第１の実施の形態における光ヘッド装置において、波長選択レンズ１４に代えて用いることができるものである。
【００６３】
図８に示す波長選択レンズは、ガラス基板１１０上に、表面がフレネルレンズ形状となる第１の材料層１２１を形成し、第１の材料層１２１上に第２の材料層１２２を形成し、第２の材料層１２２上にガラス基板２３０を形成し、ガラス基板２３０において、第２の材料層１２２が形成されている面と反対側の面に反射防止膜１３２を形成した構成のものである。特に、第２の材料層１２２が軟らかい材料等である場合には、ガラス基板２３０により補強等することができるため好ましい。
【００６４】
また、図９に示す波長選択レンズは、ガラス基板１１０と第１の材料層１２１との間に反射防止膜２３１を設けた構成のものである。第１の材料層１２１の屈折率がガラスの屈折率に比べて著しく高い場合に、このような反射防止膜２３１を設けることにより、波長選択レンズにおける透過率を高くすることができる。
【００６５】
更に、図１０に示す波長選択レンズは、第２の材料層１２２とガラス基板２３０との間に反射防止膜２３２を設けた構成のものである。第２の材料層１２２の屈折率がガラスの屈折率に比べて著しく高い場合に、このような反射防止膜２３２を設けることにより、より一層波長選択レンズにおける透過率を高くすることができる。
【００６６】
上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における波長選択レンズ１４とコリメータレンズ１５とを一体化した構造の波長選択コリメータレンズである。
【００６８】
具体的には、図１１及び図１２に示すように、本実施の形態における波長選択コリメータレンズ３１０は、第１の実施の形態におけるコリメータレンズ１５と同様の構造のコリメータレンズ本体３１５の一方の面に、表面がフレネルレンズ形状の第１の材料層３２１を形成し、この第１の材料層３２１上に第２の材料層３２２を形成したものである。これにより本実施の形態における波長選択コリメータレンズ３１０は、波長によって焦点距離の異なるコリメータレンズとなる。尚、図１２には、フレネルレンズの形状がインプリントで形成する際に形成しやすいように、三角形状の第１の材料層３２１の表面の最も光軸に平行となる角度が負（図１２においては、時計回りを正とする）とならない形状により形成されているものを示す。
【００６９】
第１の材料層３２１の表面に形成されるフレネルレンズ形状は、インプリント等の成形型等を用いた方法により形成することができる。尚、第１の材料層３２１は第１の実施の形態における材料層１２１と同様の材料等により形成されており、第２の材料層３２２は第１の実施の形態における材料層１２２と同様の材料等により形成されている。
【００７０】
次に、図１３に基づき本実施の形態における光ヘッド装置について説明する。本実施の形態における光ヘッド装置は、波長選択コリメータレンズ３１０を用いたものである。具体的には、第１の実施の形態における波長選択レンズ１４及びコリメータレンズ１５に代えて波長選択コリメータレンズ３１０を設けた構成のものである。本実施の形態における光ヘッド装置では、用いる波長、即ち、再生等を行なう光ディスクの種類により、波長選択コリメータレンズ３１０を不図示の移動機構により移動させることができ、移動させる位置は対物レンズ１８及び２１の形状等に対応して定められる。
【００７１】
本実施の形態においては、光ヘッド装置における部品点数の削減をすることができ、光ヘッド装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。尚、本実施の形態における波長選択コリメータレンズにおいて、第１の実施の形態と同様に第２の材料層３２２の表面ならびにコリメータレンズ本体３１５に反射防止膜を設けることにより、光の利用効率を高めることができる。更に、第１の材料層３２１とコリメータレンズ本体３１５の間に反射防止膜を設けることにより、光の利用効率をより高めることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１１ 光源
１２ 回折光学素子
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４ 波長選択レンズ
１５ コリメータレンズ
１６ 第１の立ち上げミラー
１７ １／４波長板
１８ 第１の対物レンズ
１９ 第２の立ち上げミラー
２０ １／４波長板
２１ 第２の対物レンズ
２２ 回折光学素子
２３ シリンドリカルレンズ
２４ 光検出器
３１ 光ディスク
３２ 光ディスク
１１０ ガラス基板
１２１ 第１の材料層
１２２ 第２の材料層
１３１ 反射防止膜
１３２ 反射防止膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクとして、Ｂｌｕｅ−ｒａｙ（商品名、以下、ＢＤ）、ＤＶＤ、ＣＤが幅広く普及している。これらＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤは、記録及び再生に用いる光の波長等が異なっている。具体的には、ＢＤは、カバー層の厚さが０．１ｍｍの情報記録媒体に、波長４０５ｎｍの光源から出射された光をＮＡ（開口数）が０．８５の対物レンズにより集光させることにより情報の記録及び再生を行う。ＤＶＤは、カバー層の厚さが０．６ｍｍの情報記録媒体に、波長６６０ｎｍの光源から出射された光をＮＡが０．６５の対物レンズにより集光させることにより情報の記録及び再生を行う。ＣＤは、カバー層の厚さが１．２ｍｍの情報記録媒体に、波長７８５ｎｍの光源から出射された光をＮＡが、０．４５の対物レンズにより集光し、情報の記録及び再生を行う。
【０００３】
ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤにおける光ディスクにおいては、現在、低コスト化と省スペース化の要求より、１つの光ヘッド装置により各々の光ディスクに使用する波長の光を用いて情報の記録及び再生がなされており、更には、光検出器、コリメータレンズ等の部品の共有化が進んでいる。しかしながら、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤでは、必要となるＲＩＭ強度や、光源から出射されるレーザ光の利用効率等が異なるため、光源とコリメータレンズの位置関係が異なり、同じ光検出器に集光させることができないという問題があった。また、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応した各々の波長の光を出射することのできる３波長レーザを光源として用いることができるが、ＢＤではＲＩＭ強度を大きくしたいことから、焦点距離を長くすることが求められており、ＤＶＤ、ＣＤでは、レーザ光の利用効率を高めるため、焦点距離を短くすることが求められており、相互の要求が相反するといった問題ある。
【０００４】
このような問題に対応するため、特許文献１に示されるように、３つの異なる規格の光ディスクにおける情報の記録及び再生を行うため、波長選択性素子を設けた構成の光ピックアップ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７７６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、ＢＤとそれ以外の波長を出射する１つの光源を用いた場合、波長の異なる３つの光ディスクでは、波長により光路長、倍率等が異なるため、各々の波長の光に対応した複数のフォトディテクタを設ける必要があるが、特許文献１では、ＢＤとそれ以外の波長を出射する光源とコリメータレンズまでの光路長が異なることを利用しているため、が前提となっているため、上記問題点を解決することはできない。
【０００７】
本発明は、上記点を鑑みてなされたものであり、複数の波長の光を出射する１つの光源と、複数の波長の光を受光することのできる１つの受光素子とを有し、波長選択性素子を可動させることなく、複数の波長に対応した小型の光ヘッド装置を低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の波長の光を出射する光源と、前記光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、前記光ディスクに向かう光と前記光ディスクより反射された光とを分岐するビームスプリッタと、を有する光ヘッド装置において、前記ビームスプリッタと前記対物レンズとの間には、波長選択レンズが設置されており、前記波長選択レンズは、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の材料層と、前記第１の材料層の上に形成された第２の材料層とを有しており、前記第１の材料層と前記第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折格子が形成されており、前記第１の材料層の屈折率と前記第２の材料層の屈折率は、前記光源から出射される複数の波長のうちの１の波長を除く他の１又は２の波長においては略等しく、前記１の波長においては異なっていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記光源は、３つの異なる波長の光を出射するものであって、前記光検出器は、前記３つの異なる波長の光を検出するものである。
【００１０】
また、本発明は、前記３つの異なる波長の光は、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光（λ１＜λ２＜λ３）であって、前記１の波長は波長λ１である。
【００１１】
また、本発明は、前記波長λ１の光、前記波長λ２の光、前記波長λ３の光は、λ３−λ２＜λ２−λ１である。
【００１２】
また、本発明は、前記波長選択レンズは、前記１の波長におけるＲＩＭ強度が９０％以上である。
【００１３】
また、本発明は、前記光源から出射される光は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光であって、前記１の波長は、４０５ｎｍであって、前記他の２の波長は、６６０ｎｍ及び７８５ｎｍである。
【００１４】
また、本発明は、前記第１の材料層または前記第２の材料層のいずれか一方、または双方は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｌａのうちから選ばれる１または２以上の元素を含む材料により形成されているものである。
【００１５】
また、本発明は、前記波長選択レンズの両面には、各々反射防止膜が形成されている。
【００１６】
また、本発明は、前記ガラス基板と前記第１の材料層との間には反射防止膜が形成されている。
【００１７】
また、本発明は、前記光学部材は光学的に等方的な透明な基板である。
【００１８】
また、本発明は、前記光学部材はレンズである。
【００１９】
また、本発明は、前記第２の材料層上には他のガラス基板が設けられており、前記第２の材料層と前記他のガラス基板との間には反射防止膜が形成されている。
【００２０】
また、本発明は、前記対物レンズを２つ有しており、一方は前記１の波長に対応する対物レンズであり、他方は前記他の１又は２の波長に対応する対物レンズである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の波長の光を出射する１つの光源と、複数の波長の光を受光することのできる１つの受光素子とを有し、波長選択性素子を可動させることなく、複数の波長に対応した小型の光ヘッド装置を低コストで提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図２】第１の実施の形態における他の光ヘッド装置の構造図
【図３】第１の実施の形態における波長選択レンズの構造図
【図４】波長選択レンズの説明図
【図５】波長選択レンズにおけるＲＩＭ強度の説明図（１）
【図６】波長選択レンズにおけるＲＩＭ強度の説明図（２）
【図７】波長選択レンズにおけるＲＩＭ強度の説明図（３）
【図８】第２の実施の形態における波長選択レンズの構造図（１）
【図９】第２の実施の形態における波長選択レンズの構造図（２）
【図１０】第２の実施の形態における波長選択レンズの構造図（３）
【図１１】第３の実施の形態における波長選択コリメータレンズの構造図
【図１２】第３の実施の形態における波長選択コリメータレンズの要部拡大図
【図１３】第３の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
（光ヘッド装置）
第１の実施の形態として、光ヘッド装置について、図１に基づき説明する。本実施の形態における光ヘッド装置は、３種類の異なる光ディスク、例えば、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光ディスクに対応したものであり、１つの光ヘッド装置により３種類の異なる光ディスクの記録及び再生ができるものである。このため、この光ヘッド装置は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光に対応している。
【００２５】
本実施の形態における光ヘッド装置では、光源１１、回折素子１２、偏光ビームスプリッタ１３、波長選択レンズ１４、コリメータレンズ１５、第１の立ち上げミラー１６、１／４波長板１７、対物レンズ１８、第２の立ち上げミラー１９、１／４波長板２０、第２の対物レンズ２１、回折素子２２、シリンドリカルレンズ２３、光検出器２４を有している。
【００２６】
光源１１は、３つの波長の光を出射することのできる３波長レーザであり、具体的には、４０５ｎｍ波長帯である波長λ１の光、６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光、７８５ｎｍ波長帯である波長λ３の光の３つの波長の光を対応する光ディスクに応じて出射することができる。
【００２７】
回折素子１２は、光源１１より出射された波長λ２及び波長λ３の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離するものである。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ１３は、所定の偏光の光を透過し、所定の偏光に対し垂直方向の偏光の光を反射するものである。尚、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタを用いた場合について説明するが、光の利用効率を落として、通常の偏光ビームスプリッタよりも偏光依存性の弱い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、偏光ビームスプリッタを用いることは、光の利用効率を上げることができるため好ましい。
【００２９】
波長選択レンズ１４は、波長λ２及び波長λ３の光に対しては、レンズとして作用することなく、そのまま光を透過し、波長λ１の光に対しては、レンズとして作用するものである。詳細については後述する。
【００３０】
コリメータレンズ１５は、光源１１から出射された各々の波長の光を略平行光となるようにコリメートするものである。
【００３１】
第１の立ち上げミラー１６は、ダイクロイックミラーであり、波長λ１の光は偏向されて分岐され、波長λ２及び波長λ３の光は偏向されることなくそのまま透過するように形成されている。具体的には、第１の立ち上げミラー１６は、所定の膜厚の高屈折率と低屈折率の誘電体材料を交互に積層形成することにより形成されている。
【００３２】
１／４波長板１７及び２０は、入射した直線偏光の光を円偏光に、円偏光の光を直線偏光に変換する機能を有している。
【００３３】
第１の対物レンズ１８は、光ディスク３１の情報記録面に光を集光するためのものである。尚、本実施の形態では、光ディスク３１はＢＤである。
【００３４】
第２の立ち上げミラー１９は、波長λ２及び波長λ３の光を偏向するものであり、ダイクロイックミラー等により形成されている。具体的には、第２の立ち上げミラー１９は、所定の膜厚の高屈折率と低屈折率の誘電体材料を交互に積層形成することにより形成されている。
【００３５】
第２の対物レンズ２１は、光ディスク３２の情報記録面に光を集光するためのものである。尚、本実施の形態では、光ディスク３２はＤＶＤまたはＣＤである。
【００３６】
回折素子２２は、波長λ１の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離するものである。
【００３７】
シリンドリカルレンズ２３は、波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光を光検出器２４に入射させるためのものである。
【００３８】
光検出器２４は、入射した波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光を入射した光量に応じた電気信号に変換し出力するものである。
【００３９】
次に、本実施の形態における光ヘッド装置において、光ディスク３１における情報を再生等する場合について説明する。本実施の形態では、光ディスク３１はＢＤであり、光源１１よりＢＤに対応した波長λ１の光が出射される。光源１１より出射された波長λ１の光は、回折光学素子１２及び偏光ビームスプリッタ１３を透過し、波長選択レンズ１４に入射する。波長選択レンズ１４は、波長λ１の光においては、レンズとしての機能を有しており、レンズとして作用するため、入射した波長λ１の光は屈折する。この後、波長選択レンズ１４を出射した光は、コリメータレンズ１５により略平行光にコリメートされ、第１の立ち上げミラー１６により反射され偏向される。第１の立ち上げミラー１６により偏向された光は、１／４波長板１７に入射し左回りの円偏光の光となって出射され、第１の対物レンズ１８により集光され、光ディスク３１、即ち、ＢＤの情報記録面に照射される。光ディスク３１に照射された光は、光ディスク３１の情報記録面において反射され、第１の対物レンズ１８を介し、１／４波長板１７に入射する。１／４波長板１７では入射の際の偏光方向と直交する偏光方向の光に変換され、第１の立ち上げミラー１６において偏向され、コリメータレンズ１５を介し、波長選択レンズ１４に入射する。波長選択レンズ１４に入射した光は、波長選択レンズ１４により屈折し、偏光ビームスプリッタ１３において偏向し、回折光学素子２２によりトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号とに分離されて、シリンドリカルレンズ２３により集光され、光検出器２４に入射する。光検出器２４は入射した光の光量に応じた電気信号が出力されるため、この電気信号に基づき光ディスク３１であるＢＤに記録されていた情報が再生される。
【００４０】
次に、本実施の形態における光ヘッド装置において、光ディスク３２における情報を再生等する場合について説明する。本実施の形態では、光ディスク３２はＤＶＤまたはＣＤであり、光源１１よりＤＶＤに対応した波長λ２の光、または、ＣＤに対応した波長λ３の光が出射される。光源１１より出射された波長λ２または波長λ３の光は、回折光学素子１２によりトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号とに分離され、この後、偏光ビームスプリッタ１３を透過し、波長選択レンズ１４に入射する。波長選択レンズ１４は、波長λ２及び波長λ３の光については、レンズとして作用することなく、そのまま透過する。この後、波長選択レンズ１４を出射した光は、コリメータレンズ１５により略平行光にコリメートされ、第１の立ち上げミラー１６を透過し、第２の立ち上げミラー１９により反射され偏向する。第２の立ち上げミラー１９により偏向された光は、１／４波長板２０に入射し左回りの円偏光の光となって出射され、第２の対物レンズ２１により集光され、光ディスク３２、即ち、ＤＶＤまたはＣＤの情報記録面に照射される。光ディスク３２に照射された光は、光ディスク３２の情報記録面において反射され、第２の対物レンズ２１を介し、１／４波長板２０に入射する。１／４波長板２０では入射の際の偏光方向と直交する偏光方向の光に変換され、第２の立ち上げミラー１９において偏向され、第１の立ち上げミラー１６を透過し、コリメータレンズ１５を介し、波長選択レンズ１４に入射する。波長選択レンズ１４に入射した光は、そのまま透過し、偏光ビームスプリッタ１３において偏向され、回折光学素子２２を透過し、シリンドリカルレンズ２３により集光され、光検出器２４に入射する。光検出器２４は入射した光の光量に応じた電気信号が出力されるため、この電気信号に基づき光ディスク３２であるＤＶＤまたはＣＤに記録されていた情報が再生される。
【００４１】
本実施の形態における光ヘッド装置では、波長選択レンズ１４は波長λ１の光においては、レンズとしての機能を有しており、偏光ビームスプリッタ１３とコリメータレンズ１５との間に設置することにより、光ディスク３１を照射する光と光ディスク３１により反射された光との双方においてレンズとして作用する。よって、波長選択レンズ１４を移動等することなく、複数、即ち、３つの波長に対応した光ヘッド装置を得ることができる。これにより、少なくとも３つの異なる波長を出射することのできる１つの光源１１と、１つの受光素子と、可動しない波長選択レンズ１４により光ヘッド装置を構成することができ、光ヘッド装置を小型化及び低コスト化することができる。
【００４２】
（他の光ヘッド装置）
次に、本実施の形態における他の光ヘッド装置について説明する。この光ヘッド装置は、図２に示されるように、波長選択レンズ１４をコリメータレンズ１５と第１の立ち上げミラー１６との間に設置したものである。このように、コリメータレンズ１５と第１の立ち上げミラー１６との間に波長選択レンズ１４を設置した場合においても同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（波長選択レンズ）
次に、波長選択レンズ１４について説明する。波長選択レンズ１４は、図３に示されるように、透明基板であるガラス基板１１０の表面に形成された表面がフレネルレンズ形状の第１の材料層１２１と第１の材料層１２１を覆う第２の材料層１２２により形成されている。尚、ガラス基板１１０の第１の材料層１２１が形成されていない面には、誘電体多層膜からなる反射防止膜１３１が形成されており、第２の材料層１２２の表面には、誘電体多層膜からなる反射防止膜１３２が形成されている。このような反射防止膜１３１及び反射防止膜１３２を形成することにより、この波長選択レンズでは、波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光の透過率は９５％以上となるように形成されている。
【００４４】
第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２は、ともに波長λ１、波長λ２、波長λ３までの光を透過する材料であって、図４に示すように、波長λ１の光においては屈折率の値が異なるが、波長λ２及び波長λ３の光おいては、屈折率が略等しい材料により形成されている。図４では、第１の材料層１２１の屈折率をｎ１（λ）で示し、第２の材料層１２２の屈折率をｎ２（λ）で示す。図４に示されるように、波長λ１では、第１の材料層１２１の屈折率ｎ１（λ１）の値と第２の材料層１２２の屈折率ｎ２（λ１）の値は異なるが、波長λ２では、第１の材料層１２１の屈折率ｎ１（λ２）の値と第２の材料層１２２の屈折率ｎ２（λ２）の値は略等しく、また、波長λ３では、第１の材料層１２１の屈折率ｎ１（λ３）の値と第２の材料層１２２の屈折率ｎ２（λ３）の値は略等しい。このことから、下記の（１）及び（２）の式は満たされる。尚、本実施の形態において、屈折率が略等しいとは、第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２が、ともに有機材料により形成されている場合には、屈折率差Δｎ（ｎ２−ｎ１）は、０．００５以下を意味するものである。また、第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２の少なくとも１つが無機材料により形成されている場合には、屈折率差Δｎは、０．０５以下を意味するものである。
｜ｎ２（λ１）−ｎ１（λ１）｜＞｜ｎ２（λ２）−ｎ１（λ２）｜・・・・・（１）
｜ｎ２（λ１）−ｎ１（λ１）｜＞｜ｎ２（λ３）−ｎ１（λ３）｜・・・・・（２）
波長選択レンズ１４では、第１の材料層１２１と第２の材料層１２２とは波長λ１においてのみ屈折率の値が異なるため、波長選択レンズ１４が波長λ１においてのみレンズとして機能する場合を考慮して設計すればよい。このため、光ヘッド装置の製造が容易となり、光ヘッド装置の製造を低コストで行うことができる。また、波長λ１と波長λ２との差に比べて波長λ２と波長λ３との差は小さい。即ち、４０５ｎｍ波長帯である波長λ１の光と６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光との差は２５５ｎｍであるのに対し、６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光と７８５ｎｍ波長帯である波長λ３の光との差は１２５ｎｍであり差が半分以下である。よって、波長λ１においてのみ屈折率の異なる第１材料層１２１と第２の材料層１２２とを構成する材料の組み合わせを考えればよいため、材料選択の幅が広くなる。このことは、光ヘッド装置の低コスト化及び高性能化に結びつくものである。似たような機能を得る方法として、複数段数の段差を有し、各段差による光路長差がレーザ光のうち１つの波長の自然数倍と等しくする手法が存在するが、その場合は、回折効率が高くなる波長と透過率が高くなる波長は、各々１波長のみとなり、３波長に対応することが出来ないため、上記の手法を取ることが好ましい。
【００４５】
次に、波長選択レンズ１４の作製方法について説明する。最初に、ガラス基板１１０に表面がフレネルレンズ形状等の形状となる第１の材料層１２１を形成し、この第１の材料層１２１の上に、第２の材料層１２２を形成する。第１の材料層１２１の形成方法としては、樹脂材料等により形成する場合には、成形型等を用いて所定の形状の第１の材料層１２１をガラス基板１１０上に形成する方法、無機材料等により形成する場合には、ガラス基板１１０上に第１の材料層１２１となる膜を形成し、所望の形状のフレネルレンズ形状等となるように、エッチング、インプリント等を行う方法により形成することができる。
【００４６】
また、第２の材料層１２２の形成方法としては、樹脂材料等により形成する場合には、第１の材料層１２１上に第２の材料層１２２を構成する材料を塗布等する方法、無機材料等により形成する場合には、第１の材料層１２１上に、第２の材料層１２２を構成する材料を成膜等により厚く形成し、その後研磨等により平坦化する方法等により形成することができる。
【００４７】
（材料の組み合わせ）
次に、図４に示す関係を満たす波長選択レンズ１４における第１の材料層１２１と第２の材料層１２２との組み合わせについて説明する。
【００４８】
第１の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、フェニル、フェニレン、ビフェニル、ビフェニレン、ターフェニル、ターフェニレン、フルオレン、またはパーフルオロ骨格、または、それらを組み合わせた構造をポリマー質量の２０％以上となる材料等を用い、第２の材料層１２２に、アルカン、環状アルカン、アダマンタン、ジアマンタン、トリシクロデカン、またはそれらを組み合わせた構造がポリマー質量の２０％以上となる材料等を用いた組み合わせがある。
【００４９】
次に、第２の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、フェニル、フェニレン、ビフェニル、ビフェニレン、ターフェニル、ターフェニレン、フルオレン、またはパーフルオロ骨格、または、それらを組み合わせた構造をポリマー質量の２０％以上となる材料等を用い、第２の材料層１２２に、アルカン、環状アルカン、アダマンタン、ジアマンタン、トリシクロデカン、またはそれらを組み合わせた構造がポリマー質量の２０％以上となるものにジルコニアを無機の主成分とする微粒子を用いてコンポジット化した材料等を用いた組み合わせがある。
【００５０】
次に、第３の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、フェニル、フェニレン、ビフェニル、ビフェニレン、ターフェニル、ターフェニレン、フルオレン、またはパーフルオロ骨格、または、それらを組み合わせた構造をポリマー質量の２０％以上となるものにチタニア、シリカを無機の主成分とする微粒子を用いてコンポジット化した材料等を用い、第２の材料層１２２に、アルカン、環状アルカン、アダマンタン、ジアマンタン、トリシクロデカン、またはそれらを組み合わせた構造がポリマー質量の２０％以上となる材料等を用いた組み合わせがある。
【００５１】
次に、第４の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、フェニル、フェニレン、ビフェニル、ビフェニレン、ターフェニル、ターフェニレン、フルオレン、またはパーフルオロ骨格、または、それらを組み合わせた構造をポリマー質量の２０％以上となるものにチタニア、シリカを無機の主成分とする微粒子を用いてコンポジット化した材料等を用い、第２の材料層１２２に、アルカン、環状アルカン、アダマンタン、ジアマンタン、トリシクロデカン、またはそれらを組み合わせた構造がポリマー質量の２０％以上となるものにジルコニアを無機の主成分とする微粒子を用いてコンポジット化した材料等を用いた組み合わせがある。
【００５２】
次に、第５の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、チタニア（ＴｉＯ２）−シリカ（ＳｉＯ２）を質量の８０％以上含む無機材料等、または、水ガラス−チタニア（微粒子）等を用い、第２の材料層１２２に、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、ＳｉＯＮ系の材料を質量の８０％以上含む無機材料等を用いた組み合わせがある。
【００５３】
次に、第６の組み合わせとして、第１の材料層１２１に、チタニア（ＴｉＯ２）−シリカ（ＳｉＯ２）を質量の８０％以上含む無機材料等、または、水ガラス−チタニア（微粒子）等を用い、第２の材料層１２２に、水ガラス−ジルコニア（微粒子）等を用いた組み合わせがある。
【００５４】
以上は代表的なものであるが、本実施の形態における波長選択レンズでは、第１の材料層１２１、または第２の材料層１２２のいずれか一方、または双方は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｌａのうちから選ばれる１または２以上の元素を含む材料を用いて形成することにより所望の特性を得ることができる。
【００５５】
尚、波長λ１の光は、４０５ｎｍ波長帯の光であり、紫外光に近い波長の光であるため、第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２を形成する材料によっては、変質等する場合がある。特に、第１の材料層１２１に顔料や染料のような着色材料を用いる手法も考えられるが、ＢＤにおける４０５ｎｍのレーザ光に対する耐久性が低い。そのため、４０５ｎｍのレーザ光への耐性を考慮すると、上記に示す材料を用いることが好ましい。また、長期間、もしくは、高強度のレーザ光の使用等において、故障や不良の発生を防止する観点より、第１の材料層１２１及び第２の材料層１２２は、ともに無機材料により形成されていることがより好ましい。
【００５６】
（ＲＩＭ強度）
ところで、波長選択レンズ１４の第１の材料層１２１の表面を通常のフレネルレンズ形状で形成した場合には、図５に示すように、中心から周辺に向けて半径距離が増加するとともに回折効率が低下する。ＲＩＭ強度を下記の（３）に示す式により表わされるものとすると、図５に示す場合では、ＲＩＭ強度は８９％である。尚、波長選択レンズ１４には、最外周部まで均一な光量の光が照射されるものとする。即ち、最外周部は中央部と均一な光量の光が照射される。
ＲＩＭ強度＝（最外周部の光量）／（中央部の光量）・・・・・・（３）
ところで、光ディスクに照射される光スポット径は、ＮＡ、波長、ＲＩＭ強度により定まるが、特に、波長が４０５ｎｍ、ＮＡが０．８５であるＢＤにおいては、ＲＩＭ強度を高くすることが好ましく、具体的には、図５に示す場合より高いＲＩＭ強度となる９０％以上のＲＩＭ強度となることが好ましい。
【００５７】
このため、本実施の形態では、波長選択レンズ１４の第１の材料層１２１の表面に形成されるフレネルレンズ形状のブレーズの形を変形等させることにより、図６及び図７に示すような回折効率を得ることができる。これにより波長λ１の光におけるＲＩＭ強度を高めることができる。
【００５８】
図６には、中心より半径距離が約０．６ｍｍまで、回折効率を０．８９とし、それよりも長い半径距離では、徐々に回折効率が減少するように形成した波長選択レンズの場合を示す。このように形成することにより、ＲＩＭ強度を約９５％にすることができる。
【００５９】
また、図７には、中心部のＲＩＭ強度を０．８９とし外周部に向かって除々に回折効率が低下するように形成した波長選択レンズの場合を示す。このように形成することにより、ＲＩＭ強度を約９５％にすることができる。
【００６０】
尚、図５から図７に示されるものは、波長選択レンズ１４の第１の材料層１２１の表面に形成されるフレネルレンズ形状が８段の擬似ブレーズ形状である場合のものである。
【００６１】
上記疑似ブレーズ形状などを無機材料の多層膜で作成するなど光学的に非等方的な材料で製作しても良いが、一般的には光学部材や樹脂層、無機光学層は光学的に等方的な材料を使用するのが製作の容易性の点などで好ましい。
【００６２】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は波長選択レンズであり、第１の実施の形態における光ヘッド装置において、波長選択レンズ１４に代えて用いることができるものである。
【００６３】
図８に示す波長選択レンズは、ガラス基板１１０上に、表面がフレネルレンズ形状となる第１の材料層１２１を形成し、第１の材料層１２１上に第２の材料層１２２を形成し、第２の材料層１２２上にガラス基板２３０を形成し、ガラス基板２３０において、第２の材料層１２２が形成されている面と反対側の面に反射防止膜１３２を形成した構成のものである。特に、第２の材料層１２２が軟らかい材料等である場合には、ガラス基板２３０により補強等することができるため好ましい。
【００６４】
また、図９に示す波長選択レンズは、ガラス基板１１０と第１の材料層１２１との間に反射防止膜２３１を設けた構成のものである。第１の材料層１２１の屈折率がガラスの屈折率に比べて著しく高い場合に、このような反射防止膜２３１を設けることにより、波長選択レンズにおける透過率を高くすることができる。
【００６５】
更に、図１０に示す波長選択レンズは、第２の材料層１２２とガラス基板２３０との間に反射防止膜２３２を設けた構成のものである。第２の材料層１２２の屈折率がガラスの屈折率に比べて著しく高い場合に、このような反射防止膜２３２を設けることにより、より一層波長選択レンズにおける透過率を高くすることができる。
【００６６】
上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における波長選択レンズ１４とコリメータレンズ１５とを一体化した構造の波長選択コリメータレンズである。
【００６８】
具体的には、図１１及び図１２に示すように、本実施の形態における波長選択コリメータレンズ３１０は、第１の実施の形態におけるコリメータレンズ１５と同様の構造のコリメータレンズ本体３１５の一方の面に、表面がフレネルレンズ形状の第１の材料層３２１を形成し、この第１の材料層３２１上に第２の材料層３２２を形成したものである。これにより本実施の形態における波長選択コリメータレンズ３１０は、波長によって焦点距離の異なるコリメータレンズとなる。尚、図１２には、フレネルレンズの形状がインプリントで形成する際に形成しやすいように、三角形状の第１の材料層３２１の表面の最も光軸に平行となる角度が負（図１２においては、時計回りを正とする）とならない形状により形成されているものを示す。
【００６９】
第１の材料層３２１の表面に形成されるフレネルレンズ形状は、インプリント等の成形型等を用いた方法により形成することができる。尚、第１の材料層３２１は第１の実施の形態における材料層１２１と同様の材料等により形成されており、第２の材料層３２２は第１の実施の形態における材料層１２２と同様の材料等により形成されている。
【００７０】
次に、図１３に基づき本実施の形態における光ヘッド装置について説明する。本実施の形態における光ヘッド装置は、波長選択コリメータレンズ３１０を用いたものである。具体的には、第１の実施の形態における波長選択レンズ１４及びコリメータレンズ１５に代えて波長選択コリメータレンズ３１０を設けた構成のものである。本実施の形態における光ヘッド装置では、用いる波長、即ち、再生等を行なう光ディスクの種類により、波長選択コリメータレンズ３１０を不図示の移動機構により移動させることができ、移動させる位置は対物レンズ１８及び２１の形状等に対応して定められる。
【００７１】
本実施の形態においては、光ヘッド装置における部品点数の削減をすることができ、光ヘッド装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。尚、本実施の形態における波長選択コリメータレンズにおいて、第１の実施の形態と同様に第２の材料層３２２の表面ならびにコリメータレンズ本体３１５に反射防止膜を設けることにより、光の利用効率を高めることができる。更に、第１の材料層３２１とコリメータレンズ本体３１５の間に反射防止膜を設けることにより、光の利用効率をより高めることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１１ 光源
１２ 回折光学素子
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４ 波長選択レンズ
１５ コリメータレンズ
１６ 第１の立ち上げミラー
１７ １／４波長板
１８ 第１の対物レンズ
１９ 第２の立ち上げミラー
２０ １／４波長板
２１ 第２の対物レンズ
２２ 回折光学素子
２３ シリンドリカルレンズ
２４ 光検出器
３１ 光ディスク
３２ 光ディスク
１１０ ガラス基板
１２１ 第１の材料層
１２２ 第２の材料層
１３１ 反射防止膜
１３２ 反射防止膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長の光を出射する光源と、
前記光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、
前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、
前記光ディスクに向かう光と前記光ディスクより反射された光とを分岐するビームスプリッタと、
を有する光ヘッド装置において、
前記ビームスプリッタと前記対物レンズとの間には、波長選択レンズが設置されており、
前記波長選択レンズは、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の材料層と、前記第１の材料層の上に形成された第２の材料層とを有しており、
前記第１の材料層と前記第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折格子が形成されており、
前記第１の材料層の屈折率と前記第２の材料層の屈折率は、前記光源から出射される複数の波長のうちの１の波長を除く他の１又は２の波長においては略等しく、前記１の波長においては異なっていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記光源は、３つの異なる波長の光を出射するものであって、
前記光検出器は、前記３つの異なる波長の光を検出するものである請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記３つの異なる波長の光は、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光（λ１＜λ２＜λ３）であって、前記１の波長は波長λ１である請求項２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記波長λ１の光、前記波長λ２の光、前記波長λ３の光は、
λ３−λ２＜λ２−λ１
である請求項３に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記波長選択レンズは、前記１の波長におけるＲＩＭ強度が９０％以上である請求項１から４に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記光源から出射される光は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光であって、
前記１の波長は、４０５ｎｍであって、前記他の２の波長は、６６０ｎｍ及び７８５ｎｍである請求項１から５のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記第１の材料層または前記第２の材料層のいずれか一方、または双方は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｌａのうちから選ばれる１または２以上の元素を含む材料により形成されているものである請求項１から６のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
前記波長選択レンズの両面には、各々反射防止膜が形成されている請求項１から７のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項９】
前記光学部材と前記第１の材料層との間には反射防止膜が形成されている請求項１から８のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】
前記光学部材は透明な基板である請求項１から９のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１１】
前記光学部材はレンズである請求項１から１０のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１２】
前記第２の材料層上には他のガラス基板が設けられており、
前記第２の材料層と前記他のガラス基板との間には反射防止膜が形成されている請求項１１に記載の光ヘッド装置。
【請求項１３】
前記対物レンズを２つ有しており、
一方は前記１の波長に対応する対物レンズであり、他方は前記他の１又は２の波長に対応する対物レンズである請求項１から１２に記載の光ヘッド装置。
【請求項１】
複数の波長の光を出射する光源と、
前記光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、
前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、
前記光ディスクに向かう光と前記光ディスクより反射された光とを分岐するビームスプリッタと、
を有する光ヘッド装置において、
前記ビームスプリッタと前記対物レンズとの間には、波長選択レンズが設置されており、
前記波長選択レンズは、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の材料層と、前記第１の材料層の上に形成された第２の材料層とを有しており、
前記第１の材料層と前記第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折格子が形成されており、
前記第１の材料層の屈折率と前記第２の材料層の屈折率は、前記光源から出射される複数の波長のうちの１の波長を除く他の１又は２の波長においては略等しく、前記１の波長においては異なっていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記光源は、３つの異なる波長の光を出射するものであって、
前記光検出器は、前記３つの異なる波長の光を検出するものである請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記３つの異なる波長の光は、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光（λ１＜λ２＜λ３）であって、前記１の波長は波長λ１である請求項２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記波長λ１の光、前記波長λ２の光、前記波長λ３の光は、
λ３−λ２＜λ２−λ１
である請求項３に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記波長選択レンズは、前記１の波長におけるＲＩＭ強度が９０％以上である請求項１から４に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記光源から出射される光は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光であって、
前記１の波長は、４０５ｎｍであって、前記他の２の波長は、６６０ｎｍ及び７８５ｎｍである請求項１から５のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記第１の材料層または前記第２の材料層のいずれか一方、または双方は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｌａのうちから選ばれる１または２以上の元素を含む材料により形成されているものである請求項１から６のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
前記波長選択レンズの両面には、各々反射防止膜が形成されている請求項１から７のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項９】
前記光学部材と前記第１の材料層との間には反射防止膜が形成されている請求項１から８のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】
前記光学部材は透明な基板である請求項１から９のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１１】
前記光学部材はレンズである請求項１から１０のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１２】
前記第２の材料層上には他のガラス基板が設けられており、
前記第２の材料層と前記他のガラス基板との間には反射防止膜が形成されている請求項１１に記載の光ヘッド装置。
【請求項１３】
前記対物レンズを２つ有しており、
一方は前記１の波長に対応する対物レンズであり、他方は前記他の１又は２の波長に対応する対物レンズである請求項１から１２に記載の光ヘッド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２４３３４９（Ｐ２０１２−２４３３４９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２１３４（Ｐ２０１１−１１２１３４）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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