JP3927372B2 - 光ヘッドおよびそれを用いた光ディスク装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は情報を光ディスクに記録、又光ディスクから再生するための光ヘッド及びそれを用いた光ディスク装置に係わり、特にＤＶＤおよびＣＤのように種類の異なる複数の光ディスクに記録、再生可能な高性能で小型の光ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクは、非接触、大容量、低コスト等の特徴を有する情報メディアである。音楽用、コンピュータ用等の様々な用途で広く用いられているコンパクトディスク（以下、ＣＤと表記）は、再生専用であるＣＤ−ＲＯＭの他に、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷといった記録可能なディスクの普及も急速に進んでいる。
一方、近年、ＣＤの約７倍の容量を有するデジタルバーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと表記）等の大容量ディスクが登場している。このように、複数の種類の光ディスクが存在する状況下においては、１台の装置でこれら複数の光ディスクに対する記録および再生に対応したＤＶＤ／ＣＤ互換光ヘッド並びに光ディスク装置が強く求められている。
【０００３】
ＤＶＤ−ＲＯＭを再生するためには、波長が６５０ｎｍ帯のレーザー光源が必要であるのに対して、ＣＤ−Ｒを再生するためには、波長が７８０ｎｍ帯のレーザー光源が必要である。これは、ＣＤ−Ｒは波長６５０ｎｍ付近の反射率が低いことに起因する。したがって、ＤＶＤ／ＣＤ互換光ヘッドには、２つのレーザー光源を搭載する必要がある。光ヘッドの小型化、低コスト化のためには、１つの対物レンズにより、前記２波長に対応することが望ましいが、ＤＶＤとＣＤとでは、ディスク基板厚が異なることも相まって、１つの対物レンズでＤＶＤ／ＣＤ互換を達成することは非常に困難であった。
これに対し、特殊な形状の対物レンズを用いることにより、１つの対物レンズでＤＶＤ／ＣＤ互換を実現した光ヘッドが、Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ 、第２０巻、第３号、１９９８年３月、３１９〜３２２頁（Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．３、ｐｐ．３１９〜３２２）に開示されている。また、前記特殊形状の対物レンズを用いると共に、ＤＶＤ系とＣＤ系において、コリメートレンズを含む検出光学系を共通化することで、光ヘッドの部品点数を大幅に低減したＤＶＤ／ＣＤ互換光ヘッドが、特開２０００−８２２２６号公報などに開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記光ヘッドでは、１つの対物レンズ並びに１つのコリメートレンズを使用し、少ない部品点数でＤＶＤ／ＣＤ互換を達成できるという利点を有するが、ＤＶＤ系またはＣＤ系のいずれかを記録対応とする場合、以下に示すような新たな問題が生じる。以下では、ＤＶＤ系を再生、ＣＤ系を記録および再生とした場合を例にとり、従来技術の問題について説明する。
【０００５】
ＤＶＤは極めて高密度に信号が記録されているため、良好な再生特性を得るためには、ディスク上のスポットサイズを十分に小さくする必要がある。このためには、ＤＶＤ光学系の倍率（＝コリメートレンズの焦点距離／対物レンズの焦点距離）は比較的大きく設定する必要がある。
これに対して、ＣＤ−Ｒディスクに信号を記録する場合、ディスク盤面上にレーザーパワーを効率よく集光するために、光束の光利用率を高く設定することが必須である。そのため、ＣＤ光学系の倍率は、ＤＶＤ光学系の倍率に比べて、小さく設定する必要がある。即ち、１つの対物レンズおよび１つのコリメータレンズを用いつつ、ＤＶＤ光学系とＣＤ光学系の間でその倍率を大きく変えなければならない。
【０００６】
また、ＣＤ光学系では倍率を低くするため、コリメートレンズからＣＤレーザー光源までの距離を単純に縮めようとすると、コリメートレンズとＣＤレーザー光源との間に、ダイクロイックプリズム等の光学部品を配置するためのスペースを十分確保することができない、という問題も生じてしまう。
【０００７】
さらに、例えばノート型パーソナルコンピュータ用等の小型光ディスク装置に対応した小型光ヘッドでは、次のような問題が生じる。前述した通り、ＤＶＤ光学系は倍率を上げるため、コリメートレンズからＤＶＤレーザー光源までの距離を単純に大きくしようとしても、光学部品の実装スペースが小さいため、ＤＶＤレーザー光源が小型光ヘッド内に納まらない、という問題も生じる。
したがって、ＤＶＤ系、ＣＤ系、各々最適な倍率を確保しつつ、上記部品実装の問題を解決するためには、ＤＶＤ系とＣＤ系、各々に新たな光学的手段を導入することが必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ＤＶＤ光学系およびＣＤ光学系の各々に、最適な補助レンズを導入することにより、ＣＤ−Ｒ記録に対応した、高性能で小型のＤＶＤ／ＣＤ互換光ヘッドを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光ヘッドでは、波長６２０ｎｍないし６８０ｎｍ帯の第１の波長で発振する第１のレーザー光源と、波長７５０ｎｍないし８１０ｎｍ帯の第２の波長で発振する第２のレーザー光源の少なくとも２個のレーザー光源と、前記第１および前記第２のレーザー光源から出射された光束の発散角を縮小するために設けられたコリメートレンズと、前記コリメートレンズから出射した第１あるいは第２の波長を有する光束を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、前記情報記録媒体からの反射光を前記光検出器の所定位置に導く光検出光学系と、前記第１および前記第２のレーザー光源と前記コリメートレンズとの間の光路中に配置され、前記第１および第２のレーザー光源から出射される光束の光路を合成する光学部品とを有する光ヘッドであって、前記光路合成部品と前記第１のレーザー光源との間の光路中に配置され、光束を発散させる機能を有する第１の補助レンズと、前記光路合成部品と前記第２のレーザー光源との間の光路中に配置され光束を収束させる機能を有する第２の補助レンズとを備えると共に、前記第１の波長に対する、前記コリメートレンズと前記第１の補助レンズとの合成焦点距離をｆｓｙｎ１（ｍｍ）、前記対物レンズの焦点距離をｆｏｂｊ１（ｍｍ）、前記第２の波長に対する、前記コリメートレンズと前記第２の補助レンズとの合成焦点距離をｆｓｙｎ２（ｍｍ）、前記対物レンズの焦点距離をｆｏｂｊ２（ｍｍ）としたとき、（ｆｓｙｎ１／ｆｏｂｊ１）≧６．０、且つ、（ｆｓｙｎ２／ｆｏｂｊ２）≦４．７、の関係を満足するように前記第１の補助レンズ及び前記第２の補助レンズを配置する。
【００１０】
または、波長６２０ｎｍないし６８０ｎｍ帯の第１の波長で発振する第１のレーザー光源と、波長７５０ｎｍないし８１０ｎｍ帯の第２波長で発振する第２のレーザー光源の少なくとも２個のレーザー光源と、前記第１および前記第２のレーザー光源から出射された光束の発散角を縮小するために設けられたコリメートレンズと、前記コリメートレンズから出射した第１あるいは第２の波長を有する光束を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、前記情報記録媒体からの反射光を前記光検出器の所定位置に導く光検出光学系と、前記第１および前記第２のレーザー光源と前記コリメートレンズとの間に配置され光路中に前記第１および第２のレーザー光源から出射される光束の光路を合成する光学部品とを有する光ヘッドであって、前記光路合成部品と前記第１のレーザー光源との間に配置された第１の補助レンズと、前記光路合成部品と前記第２のレーザー光源との間に配置された第２の補助レンズとを備え、前記第１及び前記第２の補助レンズを以下の関係を満足するように配置する。ｆｃｐ１＜ｆｓｙｎ１、且つ、ｆｓｙｎ２＜ｆｃｐ２、および、（ｆｓｙｎ１／ｆｏｂｊ１）≧６．０、且つ、（ｆｓｙｎ２／ｆｏｂｊ２）≦４．７。ただし、前記第１の波長に対する、前記コリメートレンズの焦点距離をｆｃｐ１（ｍｍ）、前記コリメートレンズと前記第１の補助レンズとの合成焦点距離をｆｓｙｎ１（ｍｍ）、前記対物レンズの焦点距離をｆｏｂｊ１（ｍｍ）、前記第２の波長に対する、前記コリメートレンズの焦点距離をｆｃｐ２（ｍｍ）、前記コリメートレンズと前記第２の補助レンズとの合成焦点距離をｆｓｙｎ２（ｍｍ）、前記対物レンズの焦点距離をｆｏｂｊ２（ｍｍ）とする。
【００１１】
また、前記第１および前記第２のレーザー光源から出射される光束の光路を合成する光学部品として、互いに平行な２面の反射面を備えると共に、前記第１の波長に対する前記反射面の反射率と前記第２の波長に対する前記反射面の反射率が異なるプリズムを使用する。また、光ディスク装置は前述で記載した光ヘッドを搭載する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光ヘッド及びそれを用いた光ディスク装置の実施の形態について、幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。なお、本実施の形態では、一例として、ＣＤ―Ｒ記録並びにＣＤおよびＤＶＤを再生可能な光ヘッドおよび光ディスク装置について説明を行う。
【００１３】
図１は本発明による光ヘッドの光学系の一実施例を示す概略図である。図１において、１は光ヘッドであり、２ａは６２０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長、例えば波長６５５ｎｍ付近で発振するレーザー光源、２ｂは７５０ｎｍから８１０ｎｍの波長、例えば波長７８５ｎｍ付近で発振するレーザー光源、４ａおよび４ｂは補助レンズである。５は透過率および反射率が波長選択性を有するプリズム（以下、ダイクロイックプリズムという。）、６は透過率および反射率が波長選択性を有するハーフミラー（以下、ダイクロイックハーフミラーという。）、７はコリメートレンズ、８はアクチュエータ、９はＤＶＤ／ＣＤ互換用特殊対物レンズ（以下では、対物レンズという。）、１０は光ディスク、１１は検出レンズ、１２は光検出器、１３はフロントモニターである。
【００１４】
まず、発振波長６５５ｎｍの光束について、即ち、ＤＶＤ系について説明する。レーザー光源２ａからは、波長約６５５ｎｍで偏光方向が、図中、Ｙ軸に平行な向きの発散光が出射される。前記出射光は、光束を発散させる機能を有する補助レンズ４ａに入射され、その発散角が拡大される。
補助レンズ４ａを出射した発散光は、ダイクロイックプリズム５およびダイクロイックハーフミラー６により反射された後、コリメートレンズ７によって略平行光束となる。なお、本実施例において、ダイクロイックプリズム５は、波長約６５５ｎｍの光をほぼ１００％反射し、ダイクロイックハーフミラー６は、波長約６５５ｎｍの光を約５０％反射する。
対物レンズ９は、光ディスク１０のフォーカシング方向並びにトラッキング方向に駆動されるアクチュエータ８に搭載されており、コリメートレンズ７を出射した光束は、前記対物レンズ９により、光ディスク１０に絞り込まれ、光スポットを形成する。ここでは、光ディスク１０は基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤであり、対物レンズ９の絞り込み時、開口数（ＮＡ）は０．６である。
【００１５】
光ディスク１０からの反射光は、再び対物レンズ９、および、コリメートレンズ７を通過し、ダイクロイックハーフミラー６に入射する。前記入射光の内、約５０％はダイクロイックハーフミラー６を透過し、検出レンズ１１を通過した後、光検出器１２に導かれる。
光検出器１２に導かれた光は、フォーカシングエラーおよびトラックエラーといった光点制御信号、および光ディスク１０上に記録されている情報信号の検出に使用される。ここでは、フォーカシングエラー信号を検出するのに、非点収差方式を、トラッキングエラー信号を検出するのに、ディファレンシャルフェイズディテクション方式を使用するものと想定している。
ただし、フォーカシングおよびトラッキングエラー信号の検出方式として、従来公知の各種方式を用いてもよく、光検出器１２は特定の形状に限定されるものではない。
また、本実施例においては、ダイクロイックハーフミラー６から対物レンズ９に至る光束は直進した構成をとっているが、同光路中にミラーやプリズム等の光学部品を配置して光路を折り曲げた構成であってもかまわない。
【００１６】
次に、発振波長７８５ｎｍの光束について、即ち、ＣＤ系について説明する。レーザー光源２ｂからは、波長約７８５ｎｍで偏光方向が、図中、Ｘ軸に平行な向きの発散光が出射される。前記出射光は、光束を収束させる機能を有する補助レンズ４ｂに入射され、その発散角が縮小される。ここでは、前記補助レンズ４ｂとして平凸レンズを使用しており、その平面側には、回折格子１８を備えている。回折格子１８により、補助レンズ４ｂに入射される光束は３本に分割され、３スポット方式あるいはディファレンシャルプッシュプル方式を用いたトラッキングエラー信号検出を可能としている。本実施例では、補助レンズ４ｂの平面側に直接、回折格子１８を設けることにより、光学系の小型化を図ることが出来る。
【００１７】
補助レンズ４ｂを出射した発散光は、ダイクロイックプリズム５を透過し、ダイクロイックハーフミラー６により反射された後、コリメートレンズ７によって略平行光束となる。なお、本実施例において、ダイクロイックプリズム５は、波長約７８５ｎｍの光をほぼ１００％透過し、ダイクロイックハーフミラー６は、波長約７８５ｎｍの光を約９０％反射する。
ダイクロイックハーフミラー６に入射された光の内、約１０％はダイクロイックハーフミラー６を透過し、フロントモニター１３に入射される。フロントモニター１３はＣＤ−Ｒディスクに信号を記録する際、レーザー光強度の変化を検出するために設けられており、レーザー光源２ｂの出射光量を一定にするために、フロントモニター１３の出力をレーザー光源２ｂの駆動回路にフィードバックしている。
【００１８】
対物レンズ９は、光ディスク１０のフォーカシング方向並びにトラッキング方向に駆動されるアクチュエータ８に搭載されており、コリメートレンズ７を出射した光束は、対物レンズ９により、光ディスク１０に絞り込まれ、光スポットを形成する。ここで、光ディスク１０は基板厚さ１．２ｍｍのＣＤである。また、対物レンズ９は、従来例で示したような特殊対物レンズであり、対物レンズ９の絞り込み時、開口数（ＮＡ）は０．５である。
【００１９】
光ディスク１０からの反射光は、再び対物レンズ９、および、コリメートレンズ７を通過し、ダイクロイックハーフミラー６に入射される。この入射光の内、約１０％はダイクロイックハーフミラー６を透過し、検出レンズ１１を通過した後、光検出器１２に導かれる。
光検出器１２に導かれた光は、フォーカシングエラーおよびトラックエラーといった光点制御信号、および光ディスク１０上に記録されている情報信号の検出に使用される。ここでは、フォーカシングエラー信号を検出するのに、非点収差方式を、トラッキングエラー信号を検出するのに、３スポット方式、あるいは、ディファレンシャルプッシュプル方式を使用するものと想定している。
ただし、ＤＶＤ系の場合同様、前記エラー信号の検出方式としては従来公知の各種方式を用いることができ、光検出器１２は特定の形状に限定されるものではない。
【００２０】
以下、本実施例における対物レンズ９、コリメートレンズ７の焦点距離並びにコリメートレンズ７と補助レンズ４ａ，４ｂの好適な合成焦点距離について説明する。
レーザー光の波長λが６５５ｎｍの時の、対物レンズ９の焦点距離を２．４ｍｍ、コリメートレンズ７の焦点距離を１４．０ｍｍ、コリメートレンズ７と補助レンズ４ａの合成の焦点距離を１６．８ｍｍと定め、レーザー光の波長λが７８５ｎｍの時の、対物レンズ９の焦点距離を２．４２ｍｍ、コリメートレンズ７の焦点距離を１４．１ｍｍ、コリメートレンズ７と補助レンズ４ｂの合成の焦点距離を９．６８ｍｍと定めた例を示している。
【００２１】
また、本実施例におけるコリメートレンズ７から各レーザー光源２ａ，２ｂの発光点までの距離（コリメートレンズと補助レンズの間、および補助レンズとレーザー発光点の間の屈折率は、１であると換算して求めた距離）について示すと、コリメートレンズ７からＤＶＤ用レーザー光源２ａの発光点までの距離を１４．８ｍｍとし、コリメートレンズ７からＣＤ用レーザー光源２ｂの発光点までの距離を１３．１ｍｍと設定した。
【００２２】
図２は本発明による光ヘッドの主要部品の具体的な位置関係の一実施例を示す模式図である。図２（ａ）はＤＶＤ光学系の具体的な位置関係を示し、図２（ｂ）はＣＤ光学系の具体的な位置関係を示す。
図２（ａ）に示すように、ＤＶＤ系では、ダイクロイックプリズム５の入射側と出射側の距離を３．５ｍｍ、コリメートレンズ７の中心からダイクロイックプリズム５の出射側までの距離を６．５ｍｍ、補助レンズ４ａの中心とダイクロイックプリズム５の入射側までの距離を３．１ｍｍ、レーザー光源２ａの発光点と補助レンズ４ａの中心までの距離を２．９ｍｍとしている。このような構成とすることにより、ＤＶＤレーザー光源２ａの発光点とコリメートレンズ７の距離を１６．０ｍｍとすることが出来る。
図（ｂ）に示すように、ＣＤ系では、ダイクロイックプリズム５の入射側と出射側の距離を３．５ｍｍ、コリメートレンズ７の中心からダイクロイックプリズム５の出射側までの距離を６．５ｍｍ、補助レンズ４ｂの中心とダイクロイックプリズム５の入射側までの距離を１．８ｍｍ、レーザー光源２ｂの発光点と補助レンズ４ｂの中心までの距離を２．５ｍｍとしている。このような構成とすることにより、ＣＤレーザー光源２ｂの発光点とコリメートレンズ７の距離を１４．３ｍｍとすることが出来る。
【００２３】
本実施例では、以下の関係を満足するように、ＤＶＤ系、ＣＤ系、各々に補助レンズを配置している。
ｆｃｐ１＜ｆｓｙｎ１、且つ、ｆｓｙｎ２＜ｆｃｐ２
ただし、
ｆｃｐ１：波長６５５ｎｍにおけるコリメートレンズ７の焦点距離、
ｆｃｐ２：波長７８５ｎｍにおけるコリメートレンズ７の焦点距離、
ｆｓｙｎ１：波長６５５ｎｍにおけるコリメートレンズ７とＤＶＤ補助レンズ４ａの合成焦点距離、
ｆｓｙｎ２：波長７８５ｎｍにおけるコリメートレンズ７とＣＤ補助レンズ４ｂの合成焦点距離。
【００２４】
また、本実施例では、ＤＶＤ系の倍率を７倍、ＣＤ系の倍率を４倍とすることにより、ＤＶＤ系、ＣＤ系共、高性能を確保している。
ただし、上記倍率の定義は、以下の通りである。
ＤＶＤ系倍率＝ｆｓｙｎ１／ｆｏｂｊ１、
ＣＤ系倍率＝ｆｓｙｎ２／ｆｏｂｊ２
ただし、
ｆｏｂｊ１：波長６５５ｎｍにおける対物レンズ９の焦点距離、
ｆｏｂｊ２：波長７８５ｎｍにおける対物レンズ９の焦点距離。
【００２５】
次に、図３、図４を用いて、ＤＶＤ系およびＣＤ系の倍率を上記倍率に設定することにより、高性能な光ヘッドが得られる理由を説明する。
通常、半導体レーザーの出射光を、その出射光に対して垂直な断面で見ると、その横方向の広がり（以下、θ／／と表現する。）と縦方向の広がり（θ⊥）は異なっている。その広がり角θ／／とθ⊥を比較した場合、θ／／のほうがθ⊥より角度が小さい。このため、ディスク上のスポット径を比較した場合、スポット径は、θ⊥方向に比べて、θ／／の方向が大きくなる。そこで、ＤＶＤ−ＲＯＭディスク再生時のジッター特性を良くするためには、ＤＶＤ系の倍率を大きくして、θ／／の方向のスポット径を十分小さくする必要がある。
【００２６】
図３はＤＶＤ−ＲＯＭ再生時における倍率とジッタ−の関係を示す特性図である。図は横軸に倍率（コリメートレンズ７と補助レンズ４ａの合成焦点距離／対物レンズ９の焦点距離）を示し、縦軸にジッタ−（％）を示す。図３は、ＤＶＤ−ＲＯＭディスクの再生用として、現在、一般的に使用されているレーザー光源におけるθ／／の値を使用し、倍率とジッターとの関係を求めた結果である。
使用した値は、θ／／＝８°（中心値）、ばらつき：±１°であり、対物レンズの開口数は０．６を想定している。４１はθ／／が７°のときの特性曲線を示す、４２はθ／／が８°の時の特性曲線を示し、４３はθ／／が９°の時の特性曲線を示す。
ジッターは、倍率を大きくする程、小さくなる。ＤＶＤ―ＲＯＭディスク再生における一般的な目標ジッターは、１０％以下である。同図より、ジッター１０％以下を達成するためには、倍率を６倍以上とする必要がある。ただし、倍率を大きくすると、レーザー光の利用効率が低下するため、倍率を過度に大きく設定するのは現実的ではない。そこで本実施例では、ＤＶＤ系の倍率を７倍としている。
【００２７】
図４はＣＤ光学系における倍率とカップリングとの関係を示す特性曲線図である。横軸に倍率（コリメートレンズ７と補助レンズ４ｂの合成焦点距離／対物レンズ９の焦点距離）を示し、縦軸にカップリング効率（％）を示す。カップリング効率とは、コリメートレンズ７を経て対物レンズ９に入射する光量／レーザー光源２ｂを出射した光量であり、レーザー光源２ｂからコリメートレンズ７の間に配置される各種光学部品による吸収、散乱等の光量低下要因は含んでいない。
【００２８】
また、光ディスクに入射する光量（ｍＷ）は、次式で与えられる。
光ディスク入射光量（ｍＷ）＝レーザー光源２ｂから対物レンズ９までの間に配置された全光学部品（対物レンズ９を含む）の透過率の積×カップリング効率×レーザー光源２ｂ出射光量（ｍＷ）…（数１）
ＣＤ−Ｒディスクの記録用として、現在、一般的に使用されているレーザー光源のレーザー出射光量は、最大のもので１３０ｍＷ程度であり、また、図１に示したような光学系では、全光学部品の透過率の積は６０％程度である。一方、薄型光ディスク装置において、現在、最も一般的な性能目標となっている、ＣＤ−Ｒ８倍速記録に対応するためには、上記光ディスク入射光量として３０ｍＷ以上が必要である。したがって、（１）式より、ＣＤ−Ｒの８倍速記録に対応するためには、カップリング効率は、３９％以上必要となる。
【００２９】
図４では、ＣＤ−Ｒディスクの記録用として、現在、一般的に使用されているレーザー光源のレーザー広がり角：θ／／、θ⊥の値を使用し、倍率とカップリング効率との関係を求めた。使用した値は、θ／／＝９°（中心値）、ばらつき：±１°、θ⊥＝１７°（中心値）、ばらつき：±２°であり、対物レンズの開口数は、０．５である。
図４において、４５はθ／／が８°、θ⊥が１５°の時の特性曲線を示し、４６はθ／／が９°、θ⊥が１７°の時の特性曲線を示し、４７はθ／／が１０°、θ⊥が１９°の時の特性曲線を示す。
同図より、カップリング効率として３９％以上を確保するには、ＣＤ系の倍率を４．７倍以下にする必要がある。そこで本実施例では、ＣＤ系の倍率を４倍としている。
【００３０】
以上に説明したように、本発明による光ヘッドでは、ＤＶＤ系とＣＤ系の各々に補助レンズを配置することにより、ＤＶＤ系とＣＤ系で共通のコリメートレンズを用いつつ、各々最適な倍率を確保している。
また、ＤＶＤ系の補助レンズとしてメニスカス型のレンズを用いると、メニスカス型のレンズは２つのレンズ面をもっているので、通常の両凹または平凹レンズを用いた場合に比べると、コリメートレンズからＤＶＤレーザーまでの距離を、小さくすることができる。
一方、本実施例では、ＣＤ系の補助レンズとして平凸レンズを用い、さらにその平面側に回折格子を形成することにより、平凸レンズと回折格子を１つの部品とすることが出来るので、部品点数を削減すると共に、コリメートレンズとＣＤレーザーの間に、光学部品を実装するスペースを確保している。
【００３１】
これにより、ＤＶＤ系、ＣＤ系共、高性能、且つ、小型のＣＤ−Ｒ記録対応、ＤＶＤ／ＣＤ互換光ヘッドを実現している。
なお、図１に示した補助レンズの形状は、一例であり、特にレンズ形状を規定するものではない。例えば、ＣＤ系でもＤＶＤ系と同様にメニスカス型のレンズを用いれば、倍率を変えることなく、コリメートレンズとＣＤレーザー間の実装スペースをさらに広げることが可能である。
【００３２】
次に、図５を用いて、本発明による上記とは別の実施例を詳細に説明する。
図５は本発明による光ヘッドの光学系の他の実施例を示す概略図である。図において、図１と同じ種類の光学部品については、同一の参照符号を付ける。
図５において、２ａは波長６５５ｎｍ付近で発振するレーザー光源、２ｂは波長７８５ｎｍ付近で発振するレーザー光源、３ａは波長６５５ｎｍに対する１／４波長板、３ｂは波長７８５ｎｍに対する１／４波長板、４ｃおよび４ｂは補助レンズである。１４は複合プリズム、７はコリメートレンズ、８はアクチュエータ、９は対物レンズ、１０は光ディスク、１１は検出レンズ、１２は光検出器、１３はフロントモニター、１８、１９は回折格子である。
【００３３】
まず、発振波長６５５ｎｍの光束について、即ち、ＤＶＤ系について説明する。レーザー光源２ａからは、波長約６５５ｎｍで偏光方向が、図中、Ｙ軸に平行な向きの発散光が出射される。前記出射光は、レーザー光源２ａに貼り付けられた１／４波長板３ａにより、円偏光に変換される。なお、本光学系で、１／４波長板３ａを配置しているのは、光ディスクを反射した光がレーザー光源２ａへ戻ってくる、いわゆる戻り光によるレーザーノイズを低減するためである。即ち、１／４波長板３ａにより、レーザー光源２ａからの出射光の偏光方向に対して、レーザー光源２ａへの戻り光の偏光方向を約９０°回転させることにより、レーザーノイズを低減している。なお、このような１／４波長板を用いたレーザー戻り光ノイズの低減方法については、既に特開平１１−２６１１７１号公報などで開示されているので、詳細な説明は省略する。
【００３４】
１／４波長板３ａを出射した光束は、光束を発散させる機能を有する補助レンズ４ｃによってその発散角が拡大される。ここでは、前記補助レンズ４ｃとして平凹レンズを使用しており、その平面側には、回折格子１９を備えている。この回折格子１９により、補助レンズ４ｃに入射した光束は３本に分割され、ディファレンシャルプッシュプル方式を用いたトラッキングエラー信号検出を可能としている。ここでは、補助レンズ４ｃの平面側に直接、回折格子１９を備えることにより、光学系小型化を図っている。
補助レンズ４ｃを出射した発散光は、複合プリズム１４の第１面１５ａおよび第２面１５ｂで反射された後、コリメートレンズ７によって略平行光束となる。なお、本実施例において、１／４波長板３ａを出射した光はＰ偏光光とＳ偏光光とが混在している。このため、複合プリズム１４の第１面１５ａは、波長が約６５５ｎｍのＰ偏光およびＳ偏光の光をほぼ１００％反射し、第２面１５ｂは、波長が約６５５ｎｍのＰ偏光の光を約４０％反射し、Ｓ偏光の光を約６０％反射する。
【００３５】
対物レンズ９は、光ディスク１０のフォーカシング方向並びにトラッキング方向に駆動されるアクチュエータ８に搭載されており、コリメートレンズ７を出射した光束は、前記対物レンズ９により、光ディスク１０に絞り込まれ、光スポットを形成する。ここでは、光ディスク１０は基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤであり、対物レンズ９の絞り込み時、開口数（ＮＡ）は０．６である。
【００３６】
光ディスク１０からの反射光は、再び対物レンズ９、および、コリメートレンズ７を通過し、複合プリズム１４に入射される。前記入射光の内、Ｐ偏光成分は約６０％、Ｓ偏光成分は約４０％、プリズム１４を透過し、検出レンズ１１を通過した後、光検出器１２に導かれる。
光検出器１２に導かれた光は、フォーカシングエラーおよびトラックエラーといった光点制御信号、および光ディスク１０上に記録されている情報信号の検出に使用される。ここでは、フォーカシングエラー信号を検出するのに、非点収差方式を、トラッキングエラー信号を検出するのに、ＤＶＤ―ＲＯＭディスクを再生する場合には、ディファレンシャルフェイズディテクション方式を、ＤＶＤ―ＲＡＭディスクを再生する場合には、ディファレンシャルプッシュプル方式を使用するものと想定している。
【００３７】
ただし、フォーカシングおよびトラッキングエラー信号の検出方式として、従来公知の各種方式を用いてもよく、光検出器１２は特定の形状に限定されるものではない。
また、本実施例においては、複合プリズム１４から対物レンズ９に至る光束は直進した構成をとっているが、同光路中にミラーやプリズム等の光学部品を配置して光路を折り曲げた構成であってもかまわない。
【００３８】
次に、発振波長７８５ｎｍの光束について、即ち、ＣＤ系について説明する。レーザー光源２ｂからは、波長約７８５ｎｍで偏光方向が、図中、Ｘ軸に平行な向きの発散光が出射される。この出射光は、レーザー光源２ｂに貼り付けられた１／４波長板３ｂにより、円偏光に変換される。なお、本光学系で、波長板３ｂを配置している理由はＤＶＤ系と同じである。
【００３９】
１／４波長板３ｂを出射した光束は、光束を収束させる機能を有する補助レンズ４ｂによってその発散角が縮小される。ここでは、補助レンズ４ｂとして平凸レンズを使用しており、その平面側には、回折格子１８を備えている。本回折格子１８により、補助レンズ４ｂに入射した光束は３本に分割され、３スポット方式あるいはディファレンシャルプッシュプル方式を用いたトラッキングエラー信号検出を可能としている。ここでは、補助レンズ４ｂの平面側に直接、回折格子を備えることにより、光学系の小型化を図っている。
【００４０】
補助レンズ４ｂを出射した発散光は、複合プリズム１４の第１面１５ａを透過し、第２面１５ｂにより反射された後、コリメートレンズ７によって略平行光束となる。なお、本実施例において、１／４波長板３ｂを出射した光はＰ偏光光とＳ偏光光を持っているため、複合プリズム１４の第１面１５ａは、波長が約７８５ｎｍのＰ偏光およびＳ偏光の光をほぼ１００％透過し、第２面１５ｂは、波長が約７８５ｎｍのＰ偏光の光を約８０％、Ｓ偏光の光を約１００％反射する。
複合プリズム１４の第２面１５ｂに入射した光の内、約１０％は第２面１５ｂを透過し、フロントモニター１３に入射する。前記フロントモニター１３はＣＤ−Ｒディスクに信号を記録する際、レーザー光強度の変化を検出するために設けられており、レーザー光源２ｂの出射光量を一定にするために、フロントモニター１３の出力をレーザー光源２ｂの駆動回路にフィードバックしている。
対物レンズ９は、光ディスク１０のフォーカシング方向並びにトラッキング方向に駆動されるアクチュエータ８に搭載されており、コリメートレンズ７を出射した光束は、前記対物レンズ９により、光ディスク１０に絞り込まれ、光スポットを形成する。ここで、光ディスク１０は基板厚さ１．２ｍｍのＣＤである。また、対物レンズ９は、従来例で示したような特殊対物レンズであり、対物レンズ９の絞り込み時、開口数（ＮＡ）は０．５である。
【００４１】
光ディスク１０からの反射光は、再び対物レンズ９、および、コリメートレンズ７を通過し、複合プリズム１４に入射する。前記入射光の内、Ｐ偏光成分の約２０％は複合プリズム１４を透過し、検出レンズ１１を通過した後、光検出器１２に導かれる。
光検出器１２に導かれた光は、フォーカシングエラーおよびトラックエラーといった光点制御信号、および光ディスク１０上に記録されている情報信号の検出に使用される。ここでは、フォーカシングエラー信号を検出するのに、非点収差方式を、トラッキングエラー信号を検出するのに、３スポット方式あるいはディファレンシャルプッシュプル方式を使用するものと想定している。
ただし、ＤＶＤ系の場合同様、前記エラー信号の検出方式としては従来公知の各種方式を用いることができ、光検出器１２は特定の形状に限定されるものではない。
【００４２】
本実施例では、ＤＶＤ系光束およびＣＤ系光束の光路を合成する光学部品として、互いに平行な２面の反射面を備えた複合プリズム１４を使用することにより、部品の実装を容易にしている。すなわち、図１の実施例では、ダイクロイックプリズム５とダイクロイックハーフミラー６の両方を固定する必要があるが、複合プリズム１４を使用した場合には１個の部品を固定すればよいので、部品の実装が容易になる。また、複合プリズム１４を使用することにより、上記２面の反射面を光路中に配置したＤＶＤ系においては、複合プリズムの位置が変位した場合に生じる光検出器１２上のスポットの位置ずれ量が小さくなるという長所がある。すなわち、図１の実施例において、ダイクロイックハーフミラー６が温度やその他の要因によって位置がずれた場合、その位置ずれが、そのまま光検出器１２への位置ずれになるが、複合プリズム１４を使用する場合には、この複合プリズム１４に位置ずれが発生しても、２つの反射面でこの位置ずれが補償される。また、本発明光ヘッド１では、光検出器１２への戻り光学系において、収束光中にダイクロイックハーフミラー６が、４５°傾けて配置されているため、戻り光がダイクロイックハーフミラー６を通過する際、収差が発生する。それに対して、複合プリズム１４を使用した本発明光ヘッド１０１では、前記収差が発生しないという長所も有する。
【００４３】
次に、本実施例における対物レンズ９、コリメートレンズ７の焦点距離並びにコリメートレンズ７と補助レンズ４ｃ、４ｂの合成焦点距離について説明する。レーザー光の波長λが６５５ｎｍの時の、対物レンズ９の焦点距離を２．４ｍｍ、コリメートレンズ７の焦点距離を１１．０ｍｍ、コリメートレンズ７と補助レンズ４ｃの合成の焦点距離を１６．８ｍｍと定め、レーザー光の波長λが７８５ｎｍの時の、対物レンズ９の焦点距離を２．４２ｍｍ、コリメートレンズ７の焦点距離を１１．１ｍｍ、コリメートレンズ７と補助レンズ４ｂの合成の焦点距離を９．６８ｍｍと定めた例を示している。
【００４４】
また、本実施例におけるコリメートレンズ７から各レーザー光源２ａ、２ｂの発光点までの距離（コリメートレンズと補助レンズの間、および補助レンズとレーザー発光点の間の屈折率は、１であると換算して求めた距離）について示すと、コリメートレンズ７からＤＶＤ用レーザー光源２ａの発光点までの距離を１２．８ｍｍとし、コリメートレンズ７からＣＤ用レーザー光源２ｂの発光点までの距離を１１．１ｍｍと設定した。
【００４５】
図６は本発明による光ヘッドの主要部品の具体的な位置関係の一実施例を示す模式図である。図６（ａ）はＤＶＤ光学系の具体的な位置関係を示し、図６（ｂ）はＣＤ光学系の具体的な位置関係を示す。
図６（ａ）に示すように、ＤＶＤ系では、複合プリズム１４の入射側の側面と出射側の側面との距離を９．０ｍｍ、コリメートレンズ７の中心から複合プリズム１４の出射側の側面までの距離を１．５ｍｍ、補助レンズ４ｃの中心と複合プリズム１４の入射側の側面までの距離を１．９ｍｍ、レーザー光源２ａの発光点と補助レンズ４ｃの中心までの距離を２．７ｍｍとしている。このような構成とすることにより、ＤＶＤレーザー光源２ａの発光点とコリメートレンズ７の距離を１５．１ｍｍとすることが出来る。
図６（ｂ）に示すように、ＣＤ系では、複合プリズム１４の入射側の側面と出射側の側面との距離を９．０ｍｍ、コリメートレンズ７の中心から複合プリズム１４の出射側の側面までの距離を１．５ｍｍ、補助レンズ４ｂの中心と複合プリズム１４の入射側の側面までの距離を１．５ｍｍ、レーザー光源２ｂの発光点と補助レンズ４ｂの中心までの距離を２．０ｍｍとしている。このような構成とすることにより、ＣＤレーザー光源２ｂの発光点とコリメートレンズ７の距離を１４．０ｍｍとすることが出来る。
【００４６】
本実施例においても、ＤＶＤ系およびＣＤ系に最適な補助レンズを配置することにより、ＤＶＤ系、ＣＤ系共に所望の倍率を確保し、高性能の光ヘッドを得ている。また、上記補助レンズにより、コリメートレンズから各々のレーザー光源までの距離を、所望の距離とすることにより、小型光ヘッド内に光学部品を実装可能にしている。以上により、高性能、且つ、小型のＣＤ−Ｒ記録対応ＤＶＤ／ＣＤ互換光ヘッドを実現している。
【００４７】
次に、これまでに説明した本発明光ヘッドを搭載した、本発明光ディスク装置の実施例について説明する。
【００４８】
図７は本発明による光ディスク装置の一実施例を示す概略の斜視図である。
【００４９】
同図において、１は本発明による光ヘッド、８はアクチュエータ、１０は光ディスク、２１はレンズホルダー、２２はキャリッジ、２３はターンテーブル、２４はディスクトレイ、２５はクランパー、２６はクランパーホルダー、２７はユニットメカシャーシ、２８はメカベース、２９は防振脚、３０はボトムカバー、３１はトップカバーである。
【００５０】
本実施例においては、キャリッジ２２上に、光ヘッド１、即ち、対物レンズ等の光学部品、対物レンズを保持するレンズホルダー２１、レンズホルダー２１を光ディスク１０のフォーカシング方向１６およびトラッキング方向１７に駆動するアクチュエータ８、等が配置されている。キャリッジ２２は、ユニットメカシャ−シ２７に搭載されたキャリッジ送り機構によって光ディスク１０の半径方向１７に移動可能となっている。
【００５１】
本発明によるディスク装置２０は、ディスクトレイ２４上に置かれた光ディスク１０をディスクロ−ディング機構（図示せず）により、装置内に送る、あるいは装置外に出す、という動作を行う。また、装置内に送られたディスク１０は、スピンドルモ−タ−の回転軸に一体に構成されたタ−ンテ−ブル２３に搭置され、クランパ−ホルダ−２６に取り付けられているクランパ−２５によって吸引固定される。
【００５２】
スピンドルモ−タ−により、ディスク１０は回転し、ディスク１０上への信号の書き込み、あるいは、ディスク１０上に記録された信号の読み出しを、光ヘッド１によって行う。
【００５３】
ユニットメカシャ−シ２７は、弾性部材で構成した防振脚２９を介して、メカベ−ス２８に取り付けられている。また、装置全体にはボトムカバ−３０とトップカバ−３１が取り付けられている。
【００５４】
以上が、本発明光ディスク装置の構成であり、本発明により、高性能、且つ、小型のＣＤ−Ｒ記録対応ＤＶＤ／ＣＤ互換光ディスク装置を実現している。
【００５５】
ただし、光ディスク１０としてカートリッジを用いた場合でもかまわない。また、光ディスク１０をトレイに載せて挿入する方式以外に、光ディスク１０あるいはカートリッジそれ自体を自動あるいは手動によって挿入する方式等、従来公知の各種方式を用いることができる。さらに、キャリッジ移動機構としては、ギア、スクリューねじ、ステップモータ、リニアモータ等従来公知の各種方式いずれを使用してもかまわない。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明においては、ＤＶＤ系およびＣＤ系に最適な補助レンズを配置することにより、ＤＶＤ系、ＣＤ系共に所望の倍率を確保し、高性能の光ヘッドを得ている。
また、補助レンズにより、コリメートレンズから各々のレーザー光源までの距離を、所望の距離とすることにより、小型光ヘッド内に光学部品を実装可能にしている。これらにより、高性能、且つ、小型のＣＤ−Ｒ記録対応ＤＶＤ／ＣＤ互換光ヘッドを実現している。
また、本発明光ヘッドを搭載することにより、高性能、且つ、小型のＣＤ−Ｒ記録対応ＤＶＤ／ＣＤ互換光ディスク装置を実現している
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ヘッドの光学系の一実施例を示す概略図である。
【図２】本発明による光ヘッドの主要部品の具体的な位置関係の一実施例を示す模式図である。
第１の実施例における主要光学部品の位置関係を示した図である
【図３】ＤＶＤ−ＲＯＭ再生時における倍率とジッタ−の関係を示す特性図である。
【図４】ＣＤ光学系における倍率とカップリングとの関係を示す特性曲線図である。
【図５】本発明による光ヘッドの光学系の他の実施例を示す概略図である。
【図６】本発明による光ヘッドの主要部品の具体的な位置関係の一実施例を示す模式図である。
【図７】本発明による光ディスク装置の一実施例を示す概略の斜視図である。
【符号の説明】
１…光ヘッド、２ａ、２ｂ…レーザー光源、３ａ、３ｂ…１／４波長板、４ａ、４ｂ、４ｃ…補助レンズ、５…ダイクロイックプリズム、６…ダイクロイックハーフミラー、７…コリメートレンズ、８…アクチュエータ、９…対物レンズ、１０…光ディスク、１１…検出レンズ、１２…光検出器、１３…フロントモニター、１４…複合プリズム、１５ａ…複合プリズム第１面、１５ｂ…複合プリズム第２面、１６…フォーカシング方向、１７…トラッキング方向、２０…本発明光ディスク装置、２１…レンズホルダー、２２…キャリッジ、２３…ターンテーブル、２４…ディスクトレイ、２５…クランパー、２６…クランパーホルダー、２７…ユニットメカシャーシ、２８…メカベース、２９…防振脚、３０…ボトムカバー、３１…トップカバー、１０１…光ヘッド。

Claims (4)

1. 波長６２０ｎｍないし６８０ｎｍ帯の第１の波長で発振する第１のレーザー光源と、波長７５０ｎｍないし８１０ｎｍ帯の第２の波長で発振する第２のレーザー光源と、前記第１および前記第２のレーザー光源から出射された光束の発散角を縮小するために設けられたコリメートレンズと、前記コリメートレンズから出射した第１あるいは第２の波長を有する光束を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、前記情報記録媒体からの反射光を前記光検出器の所定位置に導く光検出光学系と、前記第１および前記第２のレーザー光源と前記コリメートレンズとの間の光路中に配置され前記第１および前記第２のレーザー光源から出射される光束の光路を合成する光学部品とを有する光ヘッドであって、
   前記光路合成部品と前記第１のレーザー光源との間の光路中に配置され光束を発散させる機能を有する第１の補助レンズと、前記光路合成部品と前記第２のレーザー光源との間の光路中に配置され光束を収束させる機能を有する第２の補助レンズとを備えると共に、
   前記第１の波長に対する、前記コリメートレンズと前記第１の補助レンズとの合成焦点距離をｆｓｙｎ１（ｍｍ）、前記対物レンズの焦点距離をｆｏｂｊ１（ｍｍ）、前記第２の波長に対する、前記コリメートレンズと前記第２の補助レンズとの合成焦点距離をｆｓｙｎ２（ｍｍ）、前記対物レンズの焦点距離をｆｏｂｊ２（ｍｍ）としたとき、（ｆｓｙｎ１／ｆｏｂｊ１）≧６．０、且つ、（ｆｓｙｎ２／ｆｏｂｊ２）≦４．７、の関係を満足するように前記第１の補助レンズ及び前記第２の補助レンズを配置したことを特徴とする光ヘッド。
2. 波長６２０ｎｍないし６８０ｎｍ帯の第１の波長で発振する第１のレーザー光源と、波長７５０ｎｍないし８１０ｎｍ帯の第２の波長で発振する第２のレーザー光源と、前記第１および前記第２のレーザー光源から出射された光束の発散角を縮小するために設けられたコリメートレンズと、前記コリメートレンズから出射した第１あるいは第２の波長を有する光束を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、前記情報記録媒体からの反射光を前記光検出器の所定位置に導く光検出光学系と、前記第１および前記第２のレーザー光源と前記コリメートレンズとの間の光路中に配置され前記第１および前記第２のレーザー光源から出射される光束の光路を合成する光学部品とを有する光ヘッドであって、
   前記光路合成部品と前記第１のレーザー光源との間に配置された第１の補助レンズと、前記光路合成部品と前記第２のレーザー光源との間に配置された第２の補助レンズとを備え、前記第１の波長に対する、前記コリメートレンズの焦点距離をｆｃｐ１（ｍｍ）、前記コリメートレンズと前記第１の補助レンズとの合成焦点距離をｆｓｙｎ１（ｍｍ）、前記第２の波長に対する、前記コリメートレンズの焦点距離をｆｃｐ２（ｍｍ）、前記コリメートレンズと前記第２の補助レンズとの合成焦点距離をｆｓｙｎ２（ｍｍ）とした時、ｆｃｐ１＜ｆｓｙｎ１、且つ、ｆｓｙｎ２＜ｆｃｐ２、の関係を満足すると共に、
   前記第１の波長に対する前記対物レンズの焦点距離をｆｏｂｊ１（ｍｍ）、前記第２の波長に対する前記対物レンズの焦点距離をｆｏｂｊ２（ｍｍ）としたとき、（ｆｓｙｎ１／ｆｏｂｊ１）≧６．０、且つ、（ｆｓｙｎ２／ｆｏｂｊ２）≦４．７、の関係を満足するように前記第１の補助レンズ及び前記第２の補助レンズを配置したことを特徴とする光ヘッド。
3. 請求項１または２に記載の光ヘッドにおいて、前記第１および前記第２のレーザー光源から出射される光束の光路を合成する光学部品として、互いに平行な２面の反射面を備えると共に、前記第１の波長に対する前記反射面の反射率と前記第２の波長に対する前記反射面の反射率が異なるプリズムを使用することを特徴とする光ヘッド。
4. 請求項１から３のいずれかに記載された光ヘッドを搭載した光ディスク装置。

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