JP4218096B2 - 光学ヘッド - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的記録再生装置の光学ヘッドに関し、特に、複数の種類の情報記録媒体に対応でき、互いに近傍に配置した2波長の光源を具備する小型・薄型・軽量の光学ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
コンパクトディスク(CD)、DVD等の光ディスクや光カードメモリ等の情報記録媒体の信号を読み出すための重要な構成部品として光学ヘッドがある。光学ヘッドは、光学的記録媒体から信号を取り出すために、信号検出機能だけでなくフォーカスサーボ、トラッキングサーボ等の制御機構を備える必要がある。
【0003】
DVDやCDまたはCD-Rの複数の情報記録媒体に対応するために、光源を2つ搭載した光学ヘッドがあった。従来の2波長の光源を有する光学ヘッドを図8に示す。
【0004】
DVDに対応した第1の波長λ1を出射する第1の光源1’aと、CDやCD−Rに対応した第2の波長λ2を出射する第2の光源1’bは、それぞれ別々の光源・光検出器ユニット17’a、17’bに内蔵されており、それらから出射されたレーザ光2’a、2’bはビームスプリッタ14により合波され、コリメータレンズ3’で平行になり、立ち上げミラー15で光軸を90°折り曲げられ、対物レンズ4’により、光ディスク11(DVDは11a、CDは11b)に集光される。
【0005】
光ディスク11で反射された信号光は、逆向きに折り返し、ビームスプリッタ14により分波され、光源・光検出器ユニット17’a、17’bの窓に設けられたフォーカス/トラック誤差信号検出器8’a、8’bにより、光検出器13’上に集光され、再生信号が読み出される。また、フォーカス/トラックサーボ等の制御が行われ、安定して信号が読み出せるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、DVDやCDまたはCD-R等の複数の情報記録媒体に対応するために、光源を別々のパッケージ(光源・光検出器ユニット)に内蔵し、ビームスプリッタ等で合成するような従来の構成では、光学ヘッドの小型・薄型・軽量化に限界があり、しかも位置合わせが複雑で、さらなる簡素化、組立の簡単化ができないという課題があった。
【0007】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、特に、複数の種類の情報記録媒体に対応でき、互いに近傍に配置した2波長の光源を具備する小型・薄型・軽量の光学ヘッドを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載の発明は、第1の波長の光を出射する第1の光源と、上記第1の光源の近傍に配置された、第2の波長の光を出射する第2の光源と、上記第1と第2の波長の光を分離する波長分離手段と、分離された上記第2の波長の光を、分離された上記第1の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段と、上記光偏向手段から出射された上記第1の波長の光と上記第2の波長の光を情報記録媒体にそれぞれ集光する対物レンズとを具備し、透明基板上に上記波長分離手段を設け、その上に上記光偏向手段を設け、上記第1及び第2の波長の光は、上記透明基板のその対向面側から入射し、上記波長分離手段は上記第1の波長の光を実質上反射させ、上記第2の波長の光を実質上透過させ、上記光偏向手段は表面レリーフ型の回折光学素子であり、その溝の底部から上記波長分離手段までの距離は、上記第1の波長よりも大きいことを特徴とする光学ヘッドである。これにより、例えば、互いに近傍に配置された2波長の光源を用いた、小型軽量で、複数の種類の情報記録媒体に対応できる光学ヘッドを得ることができる。例えば、コンパクトな構成を実現することができる。例えば、光学部品の位置合わせが簡単になり、構造が安定化するとともに、実質上平行になる第1と第2の波長の光の最大強度の中心位置を近づけ、光ディスク上で良好な集光スポットを形成することができる。例えば、波長分離手段からしみ出す、光偏向手段への第1の波長の光の影響を無くし、第1の波長の光の光利用効率を良くすることができる。
【0009】
また、本発明の請求項2に記載の発明は、上記波長分離手段は波長分離多層膜である請求項1に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、薄型で他の光学部品に集積化することができ、構造が安定になる。
【0010】
また、本発明の請求項3に記載の発明は、上記対物レンズに入射する上記第1の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記透明基板は上記基準面に対して、実質上45°に配置することを特徴とする請求項1に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、透明基板と一体化した光学部品は立ち上げミラーを兼ねることができる。
【0011】
また、本発明の請求項4に記載の発明は、上記回折光学素子は反射形の直線状グレーティングであることを特徴とする請求項1に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、光偏向手段の製造が簡単で、位置合わせが容易な光学ヘッドを得ることができる。
【0012】
また、本発明の請求項5に記載の発明は、上記対物レンズに入射する上記第1の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記第1の光源と上記第2の光源は、上記基準面に対して、実質上同一高さに配置することを特徴とする請求項1に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、第1と第2の光源の配置が容易になる。
【0013】
また、本発明の請求項6に記載の発明は、上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであって、上記基準面に対して上記グレーティングの溝方向に傾けて配置することを特徴とする請求項5に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、グレーティングの1次回折効率を高くできる構成が可能である。
【0014】
また、本発明の請求項7に記載の発明は、上記グレーティングは断面形状が鋸歯形状であり、上記基準面の法線からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ 1 とし、その屈折率をnとしたとき、上記第2の波長λ 2 に対して、上記グレーティングの溝深さLが、L = λ 2 /(2n cos θ 1 )の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項6に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、グレーティングの1次回折効率を最も高くできる。
【0015】
また、本発明の請求項8に記載の発明は、上記グレーティングは断面形状がレベル数pのマルチレベル形状であり、上記基準面の法線からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ 1 とし、その屈折率をnとしたとき、上記第2の波長λ 2 に対して、上記グレーティングの溝深さLが、L = (p−1)λ 2 /(2pn cos θ 1 )の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項6に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、グレーティングの製造が容易で、1次回折効率を最も高くすることができる。
【0016】
また、本発明の請求項9に記載の発明は、上記対物レンズに入射する上記第1の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記第1の光源と上記第2の光源は、実質上上記基準面に対して高さ方向に配置することを特徴とする請求項1に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、第1と第2の光源の配置が容易になる。
【0017】
また、本発明の請求項10に記載の発明は、上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであって、上記基準面に対して、上記グレーティングの溝に垂直な方向に傾けて配置することを特徴とする請求項9に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、対物レンズに入射する第1の波長の光と第2の波長の光の光軸の、側面図における奥行き方向のずれを実質上無くすことができる。
【0018】
また、本発明の請求項11に記載の発明は、上記第1の波長は、上記第2の波長より小さいことを特徴とする請求項1に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、一般的に光源の出射効率が悪いという波長が小さい方の第1の波長の光利用効率を、第2の波長の光利用効率より大きくすることができる。
【0019】
また、本発明の請求項12に記載の発明は、上記波長分離手段と上記光偏向手段の間にバッファ層を設けることを特徴とする請求項1記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、波長分離手段からしみ出す、光偏向手段への第1の波長の光の影響を無くし、第1の波長の光の光利用効率を良くすることができる。
【0020】
また、本発明の請求項13に記載の発明は、第1の波長の光を出射する第1の光源と、上記第1の光源の近傍に配置された、第2の波長の光を出射する第2の光源と、上記第1と第2の波長の光を分離する波長分離手段と、分離された上記第2の波長の光を、分離された上記第1の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段と、上記光偏向手段から出射された上記第1の波長の光と上記第2の波長の光を情報記録媒体にそれぞれ集光する対物レンズとを具備し、上記対物レンズに入射する上記第1の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記情報記録媒体側を第1面、上記光源側を第2面、上記基準面側を第3面とする3つの光学面を有するプリズムの上記第3面に上記波長分離手段を設け、その下面に上記光偏向手段を設け、上記第1及び第2の波長の光は、上記第2面から入射し、上記第1面、第3面、第1面の順に通過し、上記波長分離手段は上記第1の波長の光を実質上反射させ、上記第2の波長の光を実質上透過させることを特徴とする光学ヘッドである。これにより、例えば、互いに近傍に配置された2波長の光源を用いた、小型軽量で、複数の種類の情報記録媒体に対応できる光学ヘッドを得ることができる。例えば、コンパクトな構成を実現することができる。例えば、光路をプリズム内のジグザグ伝搬をとる構成により光学ヘッドを薄型にすることができる。
【0021】
また、本発明の請求項14に記載の発明は、少なくとも上記第1の波長の光の光路中に、プリズムの色分散を低減する色収差補正グレーティングを設けることを特徴とする請求項13に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、光源からの出射光として半導体レーザ光を用いた場合、高周波モジュールや自励発振による数 nm 程度の波長帯域の広がりや環境温度の変化によって出射光の中心波長が変化しても、プリズムの色分散を低減して光ディスク面で良好な集光スポットを得ることができる。
【0022】
また、本発明の請求項15に記載の発明は、第1の波長の光を出射する第1の光源と、上記第1の光源の近傍に配置された、第2の波長の光を出射する第2の光源と、上記第1と第2の波長の光を分離する波長分離手段と、分離された上記第2の波長の光を、分離された上記第1の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段とを具備し、上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであり、上記グレーティングは、上記第1の光源と上記第2の光源の距離が大きいほど、その周期を小さくすることを特徴とする光学ヘッドである。これにより、例えば、互いに近傍に配置された2波長の光源を用いた、小型軽量で、複数の種類の情報記録媒体に対応できる光学ヘッドを得ることができる。例えば、光偏向手段の製造が簡単で、位置合わせが容易な光学ヘッドを得ることができる。例えば、第1の光源と第2の光源の任意の距離に対して2波長の光源の光軸を実質上平行にすることが可能である。
【0031】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態の光学ヘッドについて、図1から図3までを用い、座標軸を図のようにとって詳細に説明する。
【0032】
図1(a)は本発明の第1の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図1(b)は本発明の第1の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す裏面図、図2(a)は同実施の形態の光学ヘッドにおける波長分離手段、光偏向手段の説明図、図2(b)は同実施の形態のさらに他の光学ヘッドにおける波長分離手段、光偏向手段の説明図、図3(a)は本発明の第1の実施の形態の光学ヘッドにおける第1の波長に対する3ビームグレーティングの回折効率と溝深さの関係図、図3(b)は本発明の第1の実施の形態の光学ヘッドにおける第2の波長に対する3ビームグレーティングの回折効率と溝深さの関係図である。
【0033】
本実施の形態の光学ヘッドは、互いに近傍に配置された2波長の光源を搭載し、例えば、DVDやCD、CD−R等の複数の情報記録媒体に対応できる、小型・薄型・軽量の光学ヘッドを実現する。
【0034】
図1に示すように、光源・光検出器ユニット17内に、2波長の光源1と光検出器13が内蔵されており、光源として、例えば、第1の波長λ1=0.658μmの光2aを出射する半導体レーザチップ1aと、例えば、第2の波長λ2=0.8μmの光2bを出射する半導体レーザチップ1bが、それらの中心位置の距離gが、例えば、400μm程度離れた近傍に配置されている。
【0035】
光源1aと1bは、通常同時に発光するものではなく、光ディスク11の種類に応じて選択的に光を出射するものである。本実施の形態では、基準面18(xy平面に平行な光学ヘッドの下面)に対して、2波長の光源1は実質上同一高さになるように配置してある。このような配置にすることにより、配置が容易となる。2波長の光源1となる半導体レーザチップを互いに近傍に配置することにより、従来例のようなビームスプリッタ等の光学部品が省略できるため、光学ヘッドが簡素化・小型・薄型・軽量化でき、また組立の際の位置合わせが容易になる。
【0036】
光源1から選択的に出射されたレーザ光2aまたは2bは、光源・光検出器ユニット17の窓側に設けた、3ビームグレーティング24を透過し、それと一体化した、例えば、ホログラム素子であるフォーカス/トラック誤差信号検出素子8を透過(0次回折光利用)して、例えば、焦点距離20mmのコリメータレンズ3により、ビーム径が例えば、第1の波長の光は3mm程度、第2の波長の光は2.2mm程度の略平行光6a、6bとなる。このとき、光源1aとコリメータレンズ3の中心を結ぶ第1の波長の光2a、6aの光軸は、y軸に平行となるように配置し、光源1bとコリメータレンズ3の中心を結ぶ2b、6bの光軸は、基準面18に平行でy軸方向に対して、例えば、1.15°傾いている(図1(b)参照)。
【0037】
3ビームグレーティング24は、第2の波長の光2bに対してのみ回折して3ビーム(0次、±1次回折光)になり、トラッキング検出できるように設けたもので、第1の波長の光2aに対しては、透明基板のようにただ通過するだけである。特に、CD−Rの光ディスクを第2の波長の光で読み出す際のトラッキング検出法は、3ビーム法が好ましく、DVDの光ディスクを第1の波長の光で読み出す際のトラッキング検出法は、位相差法が好ましいためにそのような構成にすると、それらの光ディスクに対して、有効にトラッキング検出ができる。
【0038】
本発明者らは、3ビームグレーティング24の断面を実質上矩形または台形形状である2レベルグレーティングとすると、図3に示すように、例えば、第1の波長λ1=0.658μm、屈折率n=1.5に対して、その溝深さは、実質上λ1/(n−1)=1.32μmのとき、第1の波長の光に関しては、ほとんどすべて透過する(0次回折光〜100%)が、このとき、例えば、波長λ2=0.8μmの第2の波長の光に対しては、0次回折光と1次回折光の比が最適なほぼ7:1程度になることを見い出した。さらに、本発明者らは、第1の波長の第2の波長に対する大きさの比Rは0.75≦R≦0.9を実質上満たし(上記の記述では、R=0.82)、その溝深さは、実質上λ1/(n−1)であれば、第1の波長の光利用効率をほとんど落とさずに、第2の波長に対してのみ、有効に3ビームトラッキング制御ができることを見い出した。
【0039】
第1の波長の光6aは、基準面18に対して実質上45°で配置された、例えば、厚さ1mm程度のガラス等である透明基板9の、無反射コート(図示なし)が設けられた表面を透過し、その裏面に形成された、例えば、波長分離多層膜である波長分離手段12により実質上反射され、光軸を実質上90°折り曲げて、z軸方向の平行光10aとなり、対物レンズ4に入射し、収束光7aとなって光ディスクであるDVD11a上に集光される。
【0040】
第2の波長の光6bも、透明基板9内を透過するが、さらに波長分離手段12も実質上通過し、その上に形成された(図1(a)では下面)、例えば、反射形の直線状ブレーズ化グレーティング(例えば、周期が40μm)である反射形の光偏向手段5に入射し、偏向、反射されて(偏向はx軸方向成分のみ)、光軸が実質上z軸に平行になり、同じく対物レンズ4に入射し、CD11bに集光される。第1の波長の光10aの光軸と第2の波長の光10bの光軸が平行になった結果、対物レンズ4に入射する光軸が垂直になり、どちらの波長に対しても、コマ収差や非点収差が生じることなく良好に対物レンズ4で集光することが可能である。また、透明基板9と一体化された波長分離手段12と光偏向手段5は、1つの集積部品となり、構造が安定で位置合わせが容易となり、しかも立ち上げミラーを兼ねることができる。
【0041】
波長分離手段12と光偏向手段5を組み合わせて設けたことにより、光偏向手段5であるグレーティングの周期は大きくでき、製造が容易である。
【0042】
光ディスク11によって反射されたレーザ光7は、逆方向に折り返し、対物レンズ4、透明基板9を通過し、第2の波長の光10bのみ光偏向手段5によりx軸成分のみ偏向されて、コリメータレンズ3を通過して、フォーカス/トラック誤差信号検出素子8によって分割されて(1次あるいは2次回折光利用)、光検出器13で検出される。
【0043】
波長分離手段12は、本実施の形態においては、例えば、SiO2とTiO2の誘電体薄膜を透明基板9上に交互に堆積した構造の波長分離多層膜を用いたが、このような多層膜構成では波長分離手段を数μm以内の薄さにでき、透明基板と集積一体化可能で、構造が安定になるという効果があった。また、波長分離手段12は非常に薄くできるため、対物レンズ4に入射する第1の波長の光10aと第2の波長の光10bの最大強度位置は、ほぼ中央部に設定することができる(なお、図1(a)では、波長分離手段12を誇張して厚く描いているため、ずれているようになっている)。
【0044】
また、光偏向手段5は、回折光学素子である、反射形の直線状グレーティングを用いた。回折光学素子の光偏向手段を用いることにより、光学ヘッドを薄型化、軽量化、低価格化を図ることができる。
【0045】
本実施の形態においては、基準面18に対して、グレーティング5をその溝方向に傾けて配置した。このように配置することによって、実効的に垂直入射した場合と同じ高い1次回折効率が得られるという効果がある(例えば、後述する図6のグラフでθ2=0の相当する高い1次回折効率、例えば、95%が得られる)。
【0046】
図2に示すように、グレーティング5または5’は、表面レリーフ型で、表面に反射層16が形成され、それぞれ、断面形状が鋸歯形状(図2(a))、マルチレベル形状(図2(b)は4レベル形状)であり、基準面18の法線(z軸)からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ1とし、その屈折率をnとしたとき、第2の波長λ2に対して、上記グレーティングの溝深さLが、L= λ2/(2ncosθ1)(鋸歯形状の場合)、L= (p−1)λ2/(2pncosθ1)(マルチレベル形状で、pはレベル数)の関係を実質上満たすようにした。このような傾斜角に依存した溝深さにすることにより、1次回折効率を最大(例えば、95%から98%)にすることができた。反射層16としては、AgやAu、Al等の金属層、または誘電体の多層膜を用いることが可能である。
【0047】
また、グレーティング5または5’の溝の底面から波長分離手段までの距離sは、第1の波長λ1よりも大きくした。第1の波長の光6aが波長分離手段12で反射する際、ごくわずかにそこからしみ出す現象がおこるが、このような構成により、グレーティング5または5’の溝部へのしみ出しを無くし、第1の波長の光6aは全く回折しなくなり、光利用効率を良くすることができる。また、波長分離手段12と光偏向手段5の間に、例えば、第1の波長よりも厚いSiO2層等のバッファ層を設けても同じ効果が得られる。
【0048】
グレーティング5の周期Λは、例えば、40μmであり、このときの波長λ2に対する1次回折角は、λ2=0.8μmの場合、θd=1.15°となり、ちょうど第2の波長の光の光軸ずれの角度を補正することができる。なお、回折角θdは、第2の波長の光の光軸ずれの角度(コリメータレンズ3の焦点距離fと光源の中心距離gにより、tan-1(g/f)で表される)と同じにすることにより、両波長に対する光軸を平行にすることが可能であり、回折角は、θd=sinー1(λ2/Λ)で表されるので、この式を実質上満足するように、グレーティング5の周期Λを設定すれば良い。本実施の形態の光偏向手段5であるグレーティングは、波長分離手段9の形成された透明基板12上に、例えば、公知の2P法により、紫外線硬化樹脂を用いて金型から転写して作製した。
【0049】
また、本実施の形態では、波長が大きい方の光を第2の波長の光とし、光偏向手段5により偏向させたが、一般に、波長が大きい光を出射する半導体レーザ光源のほうが出射効率が良いため、光のパワに余裕があり、光偏向手段5で多少損失があっても問題なく使用できるためである。なお、波長が小さい方の光を第2の波長の光としてももちろん動作は可能である。
【0050】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態の光学ヘッドについて、図4を用いて、上記第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0051】
図4(a)は本発明第2の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図4(b)は本発明の第2の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す裏面図である。
【0052】
図4に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、透明基板9の表面に波長分離手段12を設け、その対向面に光偏向手段5を設け、第1及び第2の波長の光6は、波長分離手段12側から入射する構成である。本実施の形態でも透明基板9と一体化された波長分離手段12と光偏向手段5は、1つの集積部品となり、構造が安定で位置合わせが容易となり、しかも立ち上げミラーを兼ねることができる。
【0053】
第1の波長の光6aは、基準面18に対して実質上45°で配置された、例えば、厚さ1mm程度のガラス等である透明基板9の表面に設けた例えば、波長分離多層膜である波長分離手段12で実質上反射され、光軸を実質上90°折り曲げて、z軸方向の平行光10aとなり、対物レンズ4に入射し、収束光7aとなって光ディスクであるDVD11a上に集光される。
【0054】
第2の波長の光6bは、波長分離手段12も実質上透過し、透明基板9内を通って、その対向面に形成された、例えば、反射形の直線状ブレーズ化グレーティング(例えば、周期が40μm)である反射形の光偏向手段5に入射し、x軸方向成分のみ偏向、反射されて、光軸が実質上z軸に平行になり、同じく対物レンズ4に入射し、CD11bに集光される。
【0055】
本実施の形態の光学ヘッドでは、第1の波長の光6aが、透明基板9を通ることなく、波長分離手段12表面で反射されるので、光利用効率が多少向上する。しかしながら、第1の実施形態の光学ヘッドに比べて、透明基板9の厚さがあるため、対物レンズ4に入射する第1の波長の光10aと第2の波長の光10bの最大強度の中心位置のずれ量が大きくなるという課題が発生する。
【0056】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態の光学ヘッドについて、図5と図6を用いて、上記第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0057】
図5は本発明の第3の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図6は本発明の第3の実施の形態の光学ヘッドにおけるグレーティング(光偏向手段)への入射角θ2と1次回折効率の関係図である。
【0058】
図5に示すように、本実施の形態においては、第1の光源1aと第2の光源1bは、実質上基準面18に対して高さ方向(z軸方向)に、例えば、400μm離れて配置している。これにより、第1と第2の光源の配置が容易になる。
【0059】
また、例えば、周期がΛ=40μmの反射形の直線状グレーティングである光偏向手段5aは、基準面18に対して、グレーティングの溝(x方向)に垂直な方向に、例えば、45°傾けて配置している。これにより、対物レンズ4に入射する第1の波長の光10aと第2の波長の光10bの光軸の、側面図における奥行き方向(x軸方向)のずれを実質上無くすことができる。
【0060】
図6に示すように、本実施の形態の光学ヘッドの光偏向手段5aである反射形グレーティング(周期Λ=40μm、溝深さL=0.267μm、Auの反射膜)の1次回折効率は、入射角θ2に依存しており、グレーティング5aに対する第2の波長の光6bの入射角θ2は、-50°≦θ2≦50°の関係を実質上満たす範囲であれば、ほぼ90%以上の高い1次回折効率を実現できることが分かった。本実施の形態では、入射角θ2は例えば、45°であるから、92%の回折効率が得られた。
【0061】
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態の光学ヘッドについて、図7を用いて、上記第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0062】
図7(a)は本発明の第4の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図7(b)は本発明の第4の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す裏面図である。
【0063】
本実施の形態の光学ヘッドは、例えば、9.5mm厚の超薄型構成の光学ヘッドを実現する。
【0064】
図7に示すように、光源・光検出器ユニット17の窓側に、3ビームグレーティング、フォーカス/トラック誤差信号検出素子8、色収差補正グレーティング20をこの順に配置している。立ち上げミラーの代わりに、3つの光学面を有するプリズム19を用いている。
【0065】
プリズム19は、情報記録媒体11側を第1面(斜面)21、光源1側を第2面(側面)22、基準面18側を第3面(底面)23としたとき、プリズムの第3面23に波長分離手段12を設け、その下面に光偏向手段5を設けている。
【0066】
光源1からの出射光2は、3ビームグレーティング24、フォーカス/トラック誤差信号検出素子8を透過し、色収差補正グレーティング20で、例えば、1°程度、z軸方向に回折され、コリメータレンズ3に入射し、略平行光6になる。
【0067】
第1及び第2の波長の光6a、6bは、プリズム19の第2面22を透過して、第1面21で全反射して、第3面14の順に入射する。第1の波長の光6aは、波長分離手段12で反射され、第1面21を透過して対物レンズ4に入射する。第2の波長の光6bは、波長分離手段12を透過し、光偏向手段5で、偏向、反射され、光軸が平行になり、第1面21を透過して対物レンズ4に入射する。
【0068】
このようにジグザグ状にプリズム19内を伝搬させ、光軸を90°折り曲げる構成により、大幅に光学ヘッドの高さ(z軸方向サイズ)を小さくし、超薄型構成が可能になる。
【0069】
プリズム19の仕様は、例えば、θr=5.0°、θp=29.3°、θq=114.3°で、底面23の長さを4.4mmとし、硝材としてBK7を用いた。この場合、プリズム19に入射するビーム径と出射するビーム径は等しいとしたビーム整形無しの構成であり、プリズム19の硝材の屈折率をnとし、底面の設置角度をθrとすると、そのプリズムの底角の一方の 角度のθpが、sin(θp−θr)=n・sin(4θp−2θr−90°−θ’)と、n・sinθ’=sin(θp−θr)とを実質上満足し、底角の他方の角度θqが、θq=θ+90°−2θrを実質上満たす関係にあるものとする。プリズム19の設置角度は、例えば、θr=5°としたが、実質上2°から8°の範囲内であれば、対物レンズ4の左端とプリズム19との間隔に十分余裕が生まれ、好ましいことが分かった。
【0070】
本実施の形態では、光源1に半導体レーザを用いているため、高周波モジュールまたは自励発振により、典型的に1nm程度の波長帯域の広がりや環境温度の変化によって出射光の中心波長が変化するという現象が生じる。
【0071】
本実施の形態では、プリズム19の側面22と斜面21に光軸が斜めに入射するため、波長帯域に広がりがあると、屈折角が異なるという色分散が生じる。光路中に、回折光の回折角の変化が、プリズム19での屈折角の変化と互いに相殺する方向に生じるように、色収差補正グレーティング20を配置すると、色分散がうち消されて、光ディスク11上に良好に集光させることが可能である。
【0072】
本発明者らは、プリズム19を構成するガラスの硝材が低分散であるほうが良く、そのような場合、幅広い波長領域で、色収差をほぼ問題ならない程度まで相殺でき、同時に、色収差を補正するグレーティング20の周期も大きくできるため、素子の製造が容易で高い回折効率が得られる効果があることを発見した。また波長変動は、第1の波長で±10nmの範囲内であることが、現実的にはほとんどであり、その場合硝材のアッベ数は64以上であれば、光ディスク11上に色収差の影響の少ない光スポットを形成することができ、効果的であることも分かった。従って、硝材としては、BK7、FC5、FK5、FCD1、FCD10、FCD100等が好ましい。
【0073】
本実施の形態の光学ヘッドは、色収差補正グレーティング20として、均一周期のグレーティングを、光源1から、コリメータレンズ3までの収束光光路または発散光光路中に配置した。本発明者らは、このような収束光光路または発散光光路中に、色収差補正用のグレーティング20を配置した場合、入射角により補正効果が異なる(光が傾いて入射した場合ほど、色収差補正効果が大きくなる)ことが分かったので、厳密には、出射光2の収束角にあわせて、z軸方向のグレーティング20の周期分布を変化させる必要があったが、開口数が0.39以下の収束光光路中、または発散光光路中に配置されていた場合、対物レンズ4での光ディスク11上のスポットは色収差で問題にならないことが分かり、均一周期のグレーティング20を用いることが可能で、位置合わせや製造が楽であるという効果があった。
【0074】
以上、本発明の第1〜第4の実施の形態の光学ヘッドについて述べてきたが、これらの実施の形態の光学ヘッド以外に、それぞれの光学ヘッドの構成を組み合わせた光学ヘッドも構成可能であり、同様の効果を有するのは言うまでもない。
【0075】
なお、実施の形態は光ディスクで説明したが、同様の情報記録再生装置で厚みや記録密度など複数の仕様の異なる媒体を再生できるように設計されたカード状やドラム状、テープ状の製品に応用することは本発明の範囲である。また、実施の形態の説明に用いた対物レンズとコリメータレンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の種類の情報記録媒体に対応でき、互いに近傍に配置した2波長の光源を具備する小型・薄型・軽量の光学ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図と裏面図
【図2】本発明の第1の実施の形態の光学ヘッドにおける波長分離手段、光偏向手段の説明図
【図3】本発明の第1の実施の形態の光学ヘッドにおける第1と第2の波長に対する3ビームグレーティングの回折効率と溝深さの関係図
【図4】 本発明の第2の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図と裏面図
【図5】本発明の第3の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図6】本発明の第3の実施の形態の光学ヘッドにおけるグレーティング(光偏向手段)への入射角θ2と1次回折効率の関係図
【図7】本発明の第4の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図と裏面図
【図8】従来の光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図と上面図
【符号の説明】
1 光源
2 出射光
3 コリメータレンズ
4 対物レンズ
5 グレーティング(光偏向手段)
6 平行光
7 収束光
8 フォーカス/トラック誤差信号検出素子
9 透明基板
10 平行光
11 情報記録媒体
12 波長分離手段
13 光検出器
14 ビームスプリッタ
15 立ち上げミラー
16 反射膜
17 光源・光検出器ユニット
18 基準面
19 プリズム
20 色収差補正グレーティング
21 プリズムの斜面(第1面)
22 プリズムの測面(第2面)
23 プリズムの底面(第3面)
24 3ビームグレーティング

Claims (15)

  1. 第1の波長の光を出射する第1の光源と、
    上記第1の光源の近傍に配置された、第2の波長の光を出射する第2の光源と、
    上記第1と第2の波長の光を分離する波長分離手段と、
    分離された上記第2の波長の光を、分離された上記第1の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段と、
    上記光偏向手段から出射された上記第1の波長の光と上記第2の波長の光を情報記録媒体にそれぞれ集光する対物レンズとを具備し、
    透明基板上に上記波長分離手段を設け、その上に上記光偏向手段を設け、上記第1及び第2の波長の光は、上記透明基板のその対向面側から入射し、
    上記波長分離手段は上記第1の波長の光を実質上反射させ、上記第2の波長の光を実質上透過させ、
    上記光偏向手段は表面レリーフ型の回折光学素子であり、その溝の底部から上記波長分離手段までの距離は、上記第1の波長よりも大きいことを特徴とする光学ヘッド。
  2. 上記波長分離手段は波長分離多層膜である請求項に記載の光学ヘッド。
  3. 上記対物レンズに入射する上記第1の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記透明基板は上記基準面に対して、実質上45°に配置することを特徴とする請求項に記載の光学ヘッド。
  4. 上記回折光学素子は反射形の直線状グレーティングであることを特徴とする請求項に記載の光学ヘッド。
  5. 上記対物レンズに入射する上記第1の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記第1の光源と上記第2の光源は、上記基準面に対して、実質上同一高さに配置することを特徴とする請求項1に記載の光学ヘッド。
  6. 上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであって、上記基準面に対して上記グレーティングの溝方向に傾けて配置することを特徴とする請求項に記載の光学ヘッド。
  7. 上記グレーティングは断面形状が鋸歯形状であり、上記基準面の法線からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ1とし、その屈折率をnとしたとき、上記第2の波長λ2に対して、上記グレーティングの溝深さLが、L= λ2/(2ncosθ1)の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項に記載の光学ヘッド。
  8. 上記グレーティングは断面形状がレベル数pのマルチレベル形状であり、上記基準面の法線からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ1とし、その屈折率をnとしたとき、上記第2の波長λ2に対して、上記グレーティングの溝深さLが、L=(p−1)λ2/(2pncosθ1)の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項に記載の光学ヘッド
  9. 上記対物レンズに入射する上記第1の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記第1の光源と上記第2の光源は、実質上上記基準面に対して高さ方向に配置することを特徴とする請求項1に記載の光学ヘッド。
  10. 上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであって、上記基準面に対して、上記グレーティングの溝に垂直な方向に傾けて配置することを特徴とする請求項に記載の光学ヘッド。
  11. 上記第1の波長は、上記第2の波長より小さいことを特徴とする請求項1に記載の光学ヘッド。
  12. 上記波長分離手段と上記光偏向手段の間にバッファ層を設けることを特徴とする請求項記載の光学ヘッド。
  13. 第1の波長の光を出射する第1の光源と、
    上記第1の光源の近傍に配置された、第2の波長の光を出射する第2の光源と、
    上記第1と第2の波長の光を分離する波長分離手段と、
    分離された上記第2の波長の光を、分離された上記第1の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段と、
    上記光偏向手段から出射された上記第1の波長の光と上記第2の波長の光を情報記録媒体にそれぞれ集光する対物レンズとを具備し、
    上記対物レンズに入射する上記第1の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記情報記録媒体側を第1面、上記光源側を第2面、上記基準面側を第3面とする3つの光学面を有するプリズムの上記第3面に上記波長分離手段を設け、その下面に上記光偏向手段を設け、上記第1及び第2の波長の光は、上記第2面から入射し、上記第1面、第3面、第1面の順に通過し、
    上記波長分離手段は上記第1の波長の光を実質上反射させ、上記第2の波長の光を実質上透過させることを特徴とする光学ヘッド。
  14. 少なくとも上記第1の波長の光の光路中に、プリズムの色分散を低減する色収差補正グレーティングを設けることを特徴とする請求項13に記載の光学ヘッド。
  15. 第1の波長の光を出射する第1の光源と、
    上記第1の光源の近傍に配置された、第2の波長の光を出射する第2の光源と、
    上記第1と第2の波長の光を分離する波長分離手段と、
    分離された上記第2の波長の光を、分離された上記第1の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段とを具備し、
    上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであり、
    上記グレーティングは、上記第1の光源と上記第2の光源の距離が大きいほど、その周期を小さくすることを特徴とする光学ヘッド。
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