JP4296662B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの波長光を光源とする光ディスクなどの光記録媒体用の記録装置や再生装置などに用いる光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体の情報記録面上に情報を記録または情報記録面上の情報を再生するための光ヘッド装置が種々提案されている。このような光記録媒体の記録装置や再生装置などに搭載される光ヘッド装置では、光源である半導体レーザからの出射光が光記録媒体において反射されて戻り光となり、この戻り光はビームスプリッタなどによって光検出器である受光素子へ導かれる。このビームスプリッタとして、回折素子の一種であるホログラム素子を用いたものが近年実用化されている。ホログラム素子によって、光の進行方向を回折によって曲げて、半導体レーザの近くに配置した受光素子に導くことができるため、光ヘッド装置の小型化が可能となる。
【０００３】
また、同一の光ヘッド装置で規格の異なる光記録媒体であるＣＤおよびＤＶＤの光ディスクの情報を記録または再生可能にするため、ＣＤ／ＤＶＤ互換型の光ヘッド装置が製品化されている。特に、光記録媒体層に波長依存性の高い媒質を用いるＣＤ−Ｒなどの再生を前提とした場合、ＣＤ用に７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザが、ＤＶＤ用に６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザがそれぞれ用いられている。
【０００４】
図６はＣＤ／ＤＶＤ互換型の光ヘッド装置の構成例を示す側面図である。６５０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する半導体レーザ５１Ａおよび７９０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する半導体レーザ５１Ｂからの出射光は、コリメートレンズ５４Ａおよび５４Ｂにより平行光となり、色合成分離ダイクロイックプリズム５８により光軸が同軸化され、光束制御素子の一種であるホログラムビームスプリッタなどの回折素子５７を透過し、対物レンズ５３によって光記録媒体であるＣＤやＤＶＤなどの光ディスク５５の上に集光される。
【０００５】
光ディスク５５からの反射光は、再び対物レンズ５３を透過し、回折素子５７により回折され、色合成分離ダイクロイックプリズム５８によりそれぞれの波長帯の光に分離され、コリメートレンズ５４Ａおよび５４Ｂにより集光されて光検出器５６Ａおよび５６Ｂをそれぞれ構成する受光素子に到達する。受光素子では、受光した反射光を電気信号に変換して出力し、この出力信号はアンプで増幅され、さらに自動ゲイン補正回路で増幅利得の補正が行われて信号レベルが一定範囲に調整される。ホログラムビームスプリッタなどからなる回折素子５７は、図６のように対物レンズ５３に一体化して用いる場合と、半導体レーザと光検出器の近傍に配置し一体化したユニットとして用いる場合とがある。
【０００６】
図６に示す従来の光ヘッド装置の例では、ＤＶＤ系とＣＤ系で光源と光検出器が分離された構成であるが、最近では、ＣＤ用の７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザとＤＶＤ用の６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザとを１チップ内に形成したモノリシック２波長レーザや、各波長帯のレーザチップを１００〜３００μｍ間隔で配置固定した２波長レーザが用いられつつある。このようなレーザ光源を用いることにより、発光点位置精度が高く安定した光ヘッド特性が得られるとともに、図６に示した色合成分離ダイクロイックプリズム５８やコリメートレンズ５４Ａ，５４Ｂなどの光学部品を省くことができるため、部品点数の削減により光ヘッド装置の小型化・軽量化が計られ、光学系の設計を簡略化できるなどの効果が期待できる。
【０００７】
また、上記回折素子などの光束制御素子としては、ガラス基板の上面に等方性の光学材料からなる回折格子を形成した、偏光依存性のない回折特性を有する非偏光性ホログラムビームスプリッタが従来使われていたが、光束が往路および復路で回折されるため、１０％以上の往復の光利用効率を得るのは困難であった。
【０００８】
そこで、光利用効率を向上するために、光の偏光方向によって回折効率が変わる偏光性ホログラムビームスプリッタと１／４波長板とを光束制御素子として用いることが提案されている。この場合、往路の偏光方向と復路の偏光方向が１／４波長板により９０°回転する直交偏光となるため、往路の偏光に対しては回折格子として作用せず復路の偏光のみに対して回折格子として作用する偏光依存性を有することにより、結果として非偏光性ホログラムビームスプリッタの理論往復効率である１０％よりも高い光利用効率が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような偏光性ホログラムビームスプリッタおよび１／４波長板からなる光束制御素子を、２波長レーザが光源として用いられた光ヘッド装置に適用した場合、以下のような問題点があった。
【００１０】
すなわち、ピッチＰの単一の回折格子からなるホログラムビームスプリッタに波長λの光が入射したときの±１次回折光の回折角θに対するｓｉｎθは波長λに比例し格子ピッチＰに反比例する。したがって、波長λ1＝６５０ｎｍと波長λ2＝７９０ｎｍの２波長レーザからの光がホログラムビームスプリッタに入射した場合、２つの波長光の回折角が異なるため、同一の光検出器で回折光を受光するには受光面を大型化しなければならない。このため、ノイズ成分が増大し高いＳ／Ｎを確保できないとともに、良好な高周波数特性が得られにくいといった問題が生じる。また、迷光の影響を受けやすいといった欠点がある。
【００１１】
一方、波長λ1と波長λ2の受光用に別々の受光素子を形成した場合、受光素子数が２倍必要となり装置規模が増大し、それに伴って信号処理回路も複雑になるといった問題が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、２つの波長光を光源とし、これら２つの波長光を同一の光検出器で受光する構成として、使用波長の異なる光記録媒体の情報記録面上への情報の記録または再生が効率よく安定してでき、部品点数の少ない小型・軽量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】
本発明は、波長λ１および波長λ２（λ１＜λ２）の２つの波長の光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体で反射された反射光を検出する光検出器と、前記半導体レーザからの出射光を平行光とするとともに前記光記録媒体からの反射光を集光する平行化レンズと、前記反射光を前記光検出器へ導くホログラムビームスプリッタと、前記対物レンズと前記ホログラムビームスプリッタの間の光路中に前記波長λ １ に対する１／４波長板と、を少なくとも備える光ヘッド装置であって、前記ホログラムビームスプリッタは、断面形状がそれぞれ周期的な凹凸状である第１の回折格子と第２の回折格子とからなり、前記第１の回折格子は、光の偏光方向によって回折効率が変わる偏光性ホログラムであって、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ ２ の光に対して２πの整数倍かつ波長λ １ の光に対して２πの非整数倍であり、前記波長λ ２ の光および前記半導体レーザから前記光記録媒体へ向かう前記波長λ １ の光を透過し、かつ、前記光記録媒体で反射された波長λ １ の光を回折し、前記第２の回折格子は、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ １ の光に対して２πの整数倍かつ波長λ ２ の光に対して２πの非整数倍であり、前記平行化レンズの焦点距離および開口数をそれぞれｆ、ＮＡ、前記第２の回折格子の格子ピッチをＰとするとき、前記平行化レンズと前記第２の回折格子との間隔が２×ｆ×Ｐ×ＮＡ／λ ２ より長くなるように設定され、さらに前記ホログラムビームスプリッタにより回折された前記波長λ１および前記波長λ２の光は同一の前記光検出器に導かれることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１４】
また、前記波長λ １ は６５０ｎｍのＤＶＤ用の波長帯であり、前記波長λ ２ はＣＤ用の７９０ｎｍの波長帯である上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１５】
また、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子は、前記半導体レーザと前記対物レンズとの間の光路中、かつ前記光検出器と前記対物レンズとの間の光路中に設置され、前記第１の回折格子は、前記１／４波長板と前記対物レンズと一体化されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。本実施形態の光ヘッド装置は、第１の波長λ1と第２の波長λ2との２つの波長の光を出射可能な半導体レーザ光源である２波長半導体レーザ（モノリシック２波長半導体レーザなど）１と、波長λ2の光を透過しかつ波長λ1の光を回折する第１の回折格子２１と波長λ1の光を透過しかつ波長λ2の光を回折する第２の回折格子２２とからなる波長選択性のホログラムビームスプリッタ２と、光記録媒体である光ディスク５上に光を集光する対物レンズ３と、２波長半導体レーザ１からの出射光を平行光とするとともに光ディスク５からの反射光を集光する平行化レンズ（コリメートレンズ）４と、光ディスク５からの反射光を受光し光量を検出する光検出器６と、第１の回折格子２１と対物レンズ３との間に配設された１／４波長板７とを有して構成される。２波長半導体レーザ１は、ＤＶＤ系の光記録媒体に対しては波長λ1＝６５０ｎｍの光を、ＣＤ系の光記録媒体に対しては波長λ2＝７９０ｎｍの光を光記録媒体に応じて切り換えて出射するよう構成されている。
【００１８】
２波長半導体レーザ１から出射した波長λ1の光は、第２の回折格子２２により回折されることなく通過し、平行化レンズ４により平行光となって第１の回折格子２１を透過し、対物レンズ３により光ディスク５の情報記録面に集光される。情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ３により平行光となって第１の回折格子２１に入射する。このとき、第１の回折格子２１によって回折された回折光のうち、＋１次回折光が平行化レンズ４によって光検出器６の受光面に集光される。
【００１９】
ここで用いられる第１の回折格子２１は、後述する偏光性ホログラムであり、往路光路においてはレーザ光の偏光方位に対して回折を生じないが、復路光路においては対物レンズ３と偏光性ホログラムとの間に配置された１／４波長板７を２回通過することによって偏光方位が９０°回転した偏光に対しては回折が生じる構成としている。なお、復路光路中においても、波長λ1のレーザ光は第２の回折格子２２により回折されることなく通過し、光検出器６に到達する。
【００２０】
一方、２波長半導体レーザ１から出射した波長λ2の光のうち、第２の回折格子２２により回折されないで通過する０次回折光成分は、平行化レンズ４により平行光化されて第１の回折格子２１を回折されることなく透過し、対物レンズ３により光ディスク５の情報記録面に集光される。情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ３により平行光となって第１の回折格子２１により回折されることなく通過し、平行化レンズ４によって平行光となって第２の回折格子２２に入射する。このとき、第２の回折格子２２によって回折された回折光のうち、＋１次回折光が光検出器６の受光面に集光されるように第２の回折格子２２が作製されている。
【００２１】
ここで用いられる波長λ1の光を透過しかつ波長λ2の光を回折する第２の回折格子２２は、後述するような入射光の偏光方向に依存しない非偏光性ホログラムである。
【００２２】
また、偏光性ホログラムである第１の回折格子２１は、１／４波長板７と共に対物レンズ３に一体化されて設けられており、図示されていないが公知技術のアクチュエータにより一体駆動される。このアクチュエータによって、集光ビームを情報記録面において所定の焦点（スポット径）で集光させるフォーカシング制御、および集光ビームを所定の情報記録トラックへ追従させるトラッキング制御が行われる。また、非偏光性ホログラムである第２の回折格子２２は、半導体レーザ１と光検出器６とが一体化されたユニットの光入出射面に固定されて設けられる。
【００２３】
ここで、図１の構成において、２波長用回折格子であるホログラムビームスプリッタ２の使用条件とその特性について説明する。
【００２４】
ＤＶＤ系の光記録媒体では、ＣＤ系に比べて高精度のフォーカシングおよびトラッキングが要求されるため、ホログラムビームスプリッタは対物レンズと一体駆動することが好ましい。しかし、対物レンズと一体駆動する非偏光性ホログラムビームスプリッタを用いた場合、波長λ1の光に関して、往路で回折された±１次の回折光が復路で直進（０次回折光）あるいは±２次で回折された成分は、光検出器６において信号光と同一受光面に集光される場合があるため、ノイズ成分となり信号再生ができない。
【００２５】
これに対し、上記のように偏光性ホログラムを第１の回折格子２１に用いれば、往路での発生する回折光はわずかであるため、このような問題は生じない。また、第２の回折格子２２は、波長λ1の光をほとんど回折することなく透過するため、光利用効率の低下を招くことなく、また迷光となる回折光の生成も少ない。
【００２６】
ＣＤ系の波長λ2に対しては、第１の回折格子２１は波長λ2の光を回折することなく透過するため、光利用効率の低下は抑制され、迷光となる回折光の生成も少ない。一方、第２の回折格子２２は、非偏光性ホログラムであるため、往路および復路で波長λ2の光を回折する。この結果、前述した往路および復路での多重回折に伴う迷光の問題が生じる。
【００２７】
この回避策として、往路において第２の回折格子２２による回折光が焦点距離ｆの平行化レンズ４の有効開口数ＮＡ内に到達しないような配置構成およびホログラム構造とすればよい。具体的には、第２の回折格子２２の格子ピッチをＰとすると、平行化レンズ４と第２の回折格子２２との間隔を２×ｆ×Ｐ×ＮＡ／λ2より長く、またＰが０．５×λ2／ＮＡより小さくなるように設定すればよい。
【００２８】
また、第２の回折格子２２も偏光性ホログラムとすることにより、波長λ1の場合と同様に往路での回折光はなくなり迷光の問題は解消する。特に、ＣＤ−Ｒなどの光書き込み可能な光記録媒体にも適用可能とした場合、高強度の書き込み光を必要とするため、光利用効率の高い偏光性ホログラムとするとすることが好ましい。
【００２９】
また、ＣＤ系の光ディスクはＤＶＤ系の光ディスクに対してディスク厚が２倍であるため、樹脂成形体であるディスクの空間的な複屈折変動が残留しやすい。その結果、一方の偏光成分のみ回折する偏光性ホログラムとした場合、ディスクの空間的な複屈折変動に応じて信号光強度が変動しやすいため、安定した再生ができない場合がある。
【００３０】
このような複屈折性を有する光ディスクへの対応として、ＣＤ系の波長λ2を回折する第２の回折格子２２は、非偏光性ホログラムあるいは偏光依存性はあるが直交する偏光成分の両方を回折する部分偏光性ホログラムとすることが好ましい。
【００３１】
本実施形態の構成では、２波長半導体レーザの各波長光に対して別々の波長選択性ホログラムビームスプリッタが用いられているため、２波長半導体レーザの発光点位置やホログラムビームスプリッタの配置関係の制約は軽減され、各波長選択性ホログラムビームスプリッタの格子ピッチを変えることにより、複数波長の光を同一受光素子に集光することが容易である。
【００３２】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる偏光性ホログラムの一例について、図２に示す断面構成図を用いて説明する。
【００３３】
この例の偏光性ホログラム３１は、透光性基板３１Ａ上に形成した断面矩形波状の複屈折性回折格子３１Ｂに等方性充填材３１Ｃを充填し、その上に透光性基板３１Ｄを配置することにより、複屈折性回折格子３１Ｂを透光性基板３１Ａ、３１Ｄで挟んだ構成となっている。ここで、例えば、複屈折性回折格子３１Ｂとして常光屈折率ｎo ＝１．５２、異常光屈折率ｎe ＝１．６７の高分子液晶を用い、等方性充填材３１Ｃとして屈折率ｎs ＝１．５２の等方性媒質を用いる。
【００３４】
この偏光性ホログラム３１を図１における第１の回折格子２１に適用する。この場合、２波長半導体レーザ１から出射したＤＶＤ系の波長λ1＝６５０ｎｍとＣＤ系の波長λ2＝７９０ｎｍの出射光とが偏光性ホログラム３１に入射することになる。ここで、各波長の偏光方位が複屈折性回折格子３１Ｂの常光屈折率ｎo に対応したＳ偏光となるように偏光性ホログラム３１の方位が設定されている。
【００３５】
したがって、偏光性ホログラム３１に波長λ1および波長λ2のＳ偏光が入射した場合、図２（ａ）に示すように、均一屈折率材料である等方性充填材３１Ｃの屈折率ｎs と複屈折材料である複屈折性回折格子３１Ｂの常光屈折率ｎo とが略等しいため、波長λ1および波長λ2いずれの光に対しても回折格子は生成されず、回折光はほとんど発生しない。
【００３６】
また、光ディスク５と偏光性ホログラム３１との間に波長λ1＝６５０ｎｍに対する１／４波長板７を配置することにより、波長λ1の光は１／４波長板７を往復するため、光ディスク５の情報記録面で反射された反射光は偏波面が９０°回転したＰ偏光となって、再び偏光性ホログラム３１に入射する。
【００３７】
偏光性ホログラム３１にＰ偏光が入射した場合、図２（ｂ）に示すように、均一屈折率材料である等方性充填材３１Ｃの屈折率ｎs と複屈折材料である複屈折性回折格子３１Ｂの異常光屈折率ｎe とが異なるため、回折格子が形成される。回折格子形状に加工された複屈折性回折格子３１Ｂの格子深さをｄ1とすると、波長λの入射光に対して生じる位相差φは２π（ｎe −ｎs ）×ｄ1／λとなる。
【００３８】
ここで、複屈折性回折格子３１Ｂの格子深さｄ1は、偏波面が９０°回転した波長λ2＝７９０ｎｍのＰ偏光に対して回折が生じないように、（ｎe −ｎs ）×ｄ1が波長λ2の整数倍となるようにする。
【００３９】
このように格子深さｄ1を設定することで、波長λ2の光ディスク反射光のうち、偏波面が変化しないＳ偏光成分は往路と同様に直進透過し、偏波面が９０°回転した直交Ｐ偏光成分も偏光性ホログラム３１による位相変化が２πの整数倍であるため回折されることなく直進透過する。
【００４０】
したがって、波長λ2に対する位相差φ2が２πの整数倍となり、波長λ1に対する位相差φ1が２πの非整数倍となるように、格子深さｄ1を設定することにより、波長λ1のＰ偏光に対しては回折格子となり、波長λ2のＳ偏光およびＰ偏光に対しては回折格子として作用しない波長選択性の偏光性ホログラムが得られる。
【００４１】
具体的には、（ｎe −ｎs ）×ｄ1がλ2の２倍となるように、すなわち、例えば格子深さｄ1を１０．５３μｍとすることにより、波長λ1＝６５０ｎｍのみの光を３５％以上の高い±１次回折効率で回折する波長選択性を有する偏光性ホログラム３１が実現する。往路での回折光損失はわずかであるため、往復効率として高い光利用効率が達成される。
【００４２】
このようにして、上記図１で説明したような構成の本実施形態の光ヘッド装置に用いられる２波長用偏光性ホログラムが得られる。なお、複屈折材料および加工プロセスについては、種々報告されている公知の技術を用いればよいため、ここでは説明を省略する。
【００４３】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる非偏光性ホログラムの一例について、図３に示す断面構成図を用いて説明する。
【００４４】
この例の非偏光性ホログラム３２は、屈折率ｎの均一屈折材料３２Ｂが凹凸回折格子形状に加工されて透光性基板３２Ａ上に形成され、空気と界面をなした構成となっている。
【００４５】
回折格子形状の段差をｄ2とすると、波長λの入射光に対して生じる位相差φは２π（ｎ−１）×ｄ2／λとなるため、波長λ1に対する位相差φ1が２πの整数倍となり、波長λ2に対する位相差φ2が２πの非整数倍となるように、段差ｄ2を設定する。これより、波長λ2に対しては回折格子となり、波長λ1に対しては回折格子として作用しない波長選択性の非偏光性ホログラムが得られる。
【００４６】
具体的には、（ｎ−１）×ｄ2がλ1、すなわち、例えば格子深さｄ2を１．３μｍとすることにより、波長λ2＝７９０ｎｍのみに対して往路の０次透過率が略７０％、復路の±１次回折効率が略１１％で、往路と復路の総合効率として略８％の信号光を光検出器へ導くことのできる波長選択性を有する非偏光性ホログラム３２が実現する。
【００４７】
このようにして、上記図１で説明したような構成の本実施形態の光ヘッド装置に用いられる２波長用非偏光性ホログラムが得られる。なお、回折格子の加工プロセスについては、種々報告されている公知の技術を用いればよいため、ここでは説明を省略する。
【００４８】
また、平行化レンズ４として開口数ＮＡ＝０．０７で焦点距離ｆ＝２２ｍｍのコリメートレンズを用いた場合は、コリメートレンズに入射する取り込み光角度の半分でθc ＝４．０°となる。このとき、往路と復路での信号光以外の波長λ2の多重回折光が光検出器に混入しないようにするためには、ＮＡ＝０．０７に相当する非偏光性ホログラム３２の光通過領域にのみ格子を形成するとともに、往路での±１次回折光の回折角度をθc の２倍以上にすればよい。具体的には、非偏光性ホログラム３２の格子ピッチＰ2を０．５×λ2／ＮＡ以下、すなわち、５．６μｍ以下とする。
【００４９】
格子ピッチＰ2が約４．５μｍの非偏光性ホログラム３２を波長λ2の発光点に対し約４ｍｍの間隔で配置すると、非偏光性ホログラム３２による＋１次回折光は発光点と約０．７１ｍｍ離れた光検出器に集光される。このとき、信号光以外の迷光である回折光の入射はわずかであるため、ノイズ成分が軽減され、Ｓ／Ｎの高い記録再生が可能となる。
【００５０】
ここで、偏光性ホログラム３１による波長λ1＝６５０ｎｍの＋１次回折光が同一の光検出器に集光するように、偏光性ホログラム３１の格子ピッチＰ1が設定されている。具体的には、ｆ×λ1／Ｐ1が約０．７１ｍｍとなるようにする。すなわち、Ｐ1＝２０μｍとすればよい。
【００５１】
このようにして得られた２波長用回折格子であるホログラムビームスプリッタ２を用いて光ヘッド装置を構成する。この光ヘッド装置では、２つの波長を出射する２波長半導体レーザ１と１つの光検出器６とを用いた部品点数の少ない小型な構成で、光利用効率の高いＤＶＤ系光ディスクの安定した記録再生が可能となるとともに、ＣＤ系で複屈折性が残留する光ディスクに対しても安定した記録再生が可能となる。
【００５２】
なお、図２および図３においては、単純な２ステップ段差の凹凸回折格子形状のホログラムを例示したが、これに代えて、断面が階段状のマルチステップ格子形状や鋸歯波状のブレーズ格子形状とすることにより、特定の回折次数の回折効率を向上できるため、用途に応じて種々の設計および製作が可能である。
【００５３】
［第２の実施形態］
図４は本発明の第２の実施形態に係る偏光性ホログラムの構成を示す側方断面図である。第２の実施形態では第１の実施形態における偏光性ホログラムの変形例を示す。
【００５４】
第２の実施形態の偏光性ホログラム４１は、第１の実施形態で示した断面矩形波状の複屈折性回折格子３１Ｂの代わりに、図４に示す４段ステップの階段格子からなる複屈折性回折格子４１Ｂを用いた構成となっている。この透光性基板４１Ａ上に形成した複屈折性回折格子４１Ｂに等方性充填材４１Ｃを充填し、その上に透光性基板４１Ｄを配置して作製する。複屈折性回折格子４１Ｂにおける各階段幅はピッチの等分配とする。
【００５５】
ここで、複屈折性回折格子４１Ｂの各階段の格子深さｄ1は、（ｎe −ｎs ）×ｄ1が波長λ2の整数倍となるようにすることで、第１の実施形態と同様に波長λ2のＰ偏光に対しては回折が起こらない条件とする。
【００５６】
具体的には、（ｎe −ｎs ）×ｄ1がλ2となるように、すなわち、例えば各階段の格子深さを０、５．２７μｍ、１０．５３μｍ、１５．８０μｍの４段構造とすることにより、波長λ1＝６５０ｎｍの光のみを７０％以上の高い＋１次回折効率で回折する波長選択性を有する偏光性ホログラム４１が実現する。
【００５７】
この第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、波長λ1＝６５０ｎｍでの光利用効率が約２倍に向上するため、光検出系における信号強度が増大し、さらなるＳ／Ｎの改善が計れる。
【００５８】
［第３の実施形態］
図５は本発明の第３の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【００５９】
この第３の実施形態は、光ヘッド装置において、ＤＶＤ系の波長λ1の光を回折する第１の回折格子２１を第２の回折格子２２の近傍に配設して一体的なホログラムビームスプリッタ１２を構成した点が第１の実施形態と異なる。このホログラムビームスプリッタ１２は、単一透光性基板の表裏面に第１の回折格子２１と第２の回折格子２２とが形成された構成であり、２波長半導体レーザ１および光検出器６と一体化されたユニット側に固定配置されている。図５において、図１に示した第１の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してここでは説明を省略する。
【００６０】
図５の例では、第１の回折格子２１を第１の実施形態と同様に偏光性ホログラムとした場合を示したため、１／４波長板７を設けているが、非偏光性ホログラムで形成した場合は１／４波長板を用いなくともよい。
【００６１】
第３の実施形態では、第１の回折格子２１の格子ピッチを、波長λ1の光ディスク５からの反射光が波長λ2と同一の受光素子に集光するように、第１の実施形態の格子ピッチに比べて狭ピッチ化している。
【００６２】
また、波長λ2を回折する非偏光性ホログラムである第２の回折格子２２を、図３に示した第１の実施形態における断面矩形波状の回折格子の代わりに、３段ステップの階段格子からなる非偏光性ホログラムを用いて形成する。回折格子における各階段幅はピッチの等分配とする。
【００６３】
ここで、屈折率ｎ＝１．５の各階段の格子深さｄ2を、（ｎ−１）×ｄ2が波長λ1の整数倍となるようにすることで、波長λ1の光に対しては往路および復路で回折光が生じることなく直進透過する。
【００６４】
具体的には、（ｎ−１）ｄ2がλ1、すなわち、例えば格子深さが０、１．３μｍ、２．６μｍの３段構造とすることにより、波長λ2＝７９０ｎｍのみに対して往路の０次透過率が略３９％で復路の±１次回折効率が略３４％、往路と復路の総合効率として略１３％の信号光を光検出器へ導くことのできる波長選択性の非偏光性ホログラム２２が実現する。この場合、第１の実施形態の構成と比較して、波長λ2での光利用効率が約１．６倍に向上するため、光検出系における信号強度が増大し、さらなるＳ／Ｎの改善が計れる。
【００６５】
なお、第１の回折格子２１も非偏光性ホログラムとした場合は、第１の実施形態と同様に、往路および復路での多重回折光が迷光とならないようにするため、往路での回折光が平行化レンズ４の開口内に入射しないような構成仕様とする。このときは、光利用効率は低下するが、ＤＶＤ系の光ディスクの残留複屈折に対してもさらに安定した記録再生が可能となる。
【００６６】
以上のように、上記各実施形態によれば、２つの波長に対応した光ヘッド装置において、光源と光検出器の部分を単一の２波長半導体レーザおよび光検出器によって構成でき、部品点数の少ない小型・軽量の構成で、光利用効率の高い安定した記録再生が実現できる。この場合、使用波長の短いＤＶＤ系光ディスクと、ディスク厚が厚く残留複屈折のあるＣＤ系光ディスクの両方に対して、安定した記録再生が可能となる。
【００６７】
なお、上記実施形態では説明を省略したが、ＤＶＤ系とＣＤ系の光ディスクのように仕様の異なる複数種類の情報記録媒体を安定して記録再生するために、何れの光学系においても光学収差を低減した互換対物レンズや開口制御素子の利用などについては、種々の従来技術が適用できる。
【００６８】
また、光ヘッド装置において、３ビーム法や差動プッシュプル法などのトラッキング方式を採用する場合にはサブビームを形成する回折格子が別途用いられるが、説明および図示は省略した。
【００６９】
なお、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えうる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つの波長光を光源とし、これら２つの波長光を同一の光検出器で受光する構成として、使用波長の異なる光記録媒体の情報記録面上への情報の記録または再生が効率よく安定してできるとともに、部品点数の少ない小型・軽量の光ヘッド装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の非偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【図６】従来の光ヘッド装置の概略構成例を示す側面図である。
【符号の説明】
１：２波長半導体レーザ
２，１２：ホログラムビームスプリッタ
３：対物レンズ
４：平行化レンズ
５：光ディスク
６：光検出器
７：１／４波長板
２１：第１の回折格子
２２：第２の回折格子
３１，４１：偏光性ホログラム
３１Ａ，４１Ａ：透光性基板
３１Ｂ，４１Ｂ：複屈折性回折格子
３１Ｃ，４１Ｃ：等方性充填材
３１Ｄ，４１Ｄ：透光性基板
３２：非偏光性ホログラム
３２Ａ：透光性基板
３２Ｂ：均一屈折材料
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの波長光を光源とする光ディスクなどの光記録媒体用の記録装置や再生装置などに用いる光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体の情報記録面上に情報を記録または情報記録面上の情報を再生するための光ヘッド装置が種々提案されている。このような光記録媒体の記録装置や再生装置などに搭載される光ヘッド装置では、光源である半導体レーザからの出射光が光記録媒体において反射されて戻り光となり、この戻り光はビームスプリッタなどによって光検出器である受光素子へ導かれる。このビームスプリッタとして、回折素子の一種であるホログラム素子を用いたものが近年実用化されている。ホログラム素子によって、光の進行方向を回折によって曲げて、半導体レーザの近くに配置した受光素子に導くことができるため、光ヘッド装置の小型化が可能となる。
【０００３】
また、同一の光ヘッド装置で規格の異なる光記録媒体であるＣＤおよびＤＶＤの光ディスクの情報を記録または再生可能にするため、ＣＤ／ＤＶＤ互換型の光ヘッド装置が製品化されている。特に、光記録媒体層に波長依存性の高い媒質を用いるＣＤ−Ｒなどの再生を前提とした場合、ＣＤ用に７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザが、ＤＶＤ用に６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザがそれぞれ用いられている。
【０００４】
図６はＣＤ／ＤＶＤ互換型の光ヘッド装置の構成例を示す側面図である。６５０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する半導体レーザ５１Ａおよび７９０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する半導体レーザ５１Ｂからの出射光は、コリメートレンズ５４Ａおよび５４Ｂにより平行光となり、色合成分離ダイクロイックプリズム５８により光軸が同軸化され、光束制御素子の一種であるホログラムビームスプリッタなどの回折素子５７を透過し、対物レンズ５３によって光記録媒体であるＣＤやＤＶＤなどの光ディスク５５の上に集光される。
【０００５】
光ディスク５５からの反射光は、再び対物レンズ５３を透過し、回折素子５７により回折され、色合成分離ダイクロイックプリズム５８によりそれぞれの波長帯の光に分離され、コリメートレンズ５４Ａおよび５４Ｂにより集光されて光検出器５６Ａおよび５６Ｂをそれぞれ構成する受光素子に到達する。受光素子では、受光した反射光を電気信号に変換して出力し、この出力信号はアンプで増幅され、さらに自動ゲイン補正回路で増幅利得の補正が行われて信号レベルが一定範囲に調整される。ホログラムビームスプリッタなどからなる回折素子５７は、図６のように対物レンズ５３に一体化して用いる場合と、半導体レーザと光検出器の近傍に配置し一体化したユニットとして用いる場合とがある。
【０００６】
図６に示す従来の光ヘッド装置の例では、ＤＶＤ系とＣＤ系で光源と光検出器が分離された構成であるが、最近では、ＣＤ用の７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザとＤＶＤ用の６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザとを１チップ内に形成したモノリシック２波長レーザや、各波長帯のレーザチップを１００〜３００μｍ間隔で配置固定した２波長レーザが用いられつつある。このようなレーザ光源を用いることにより、発光点位置精度が高く安定した光ヘッド特性が得られるとともに、図６に示した色合成分離ダイクロイックプリズム５８やコリメートレンズ５４Ａ，５４Ｂなどの光学部品を省くことができるため、部品点数の削減により光ヘッド装置の小型化・軽量化が計られ、光学系の設計を簡略化できるなどの効果が期待できる。
【０００７】
また、上記回折素子などの光束制御素子としては、ガラス基板の上面に等方性の光学材料からなる回折格子を形成した、偏光依存性のない回折特性を有する非偏光性ホログラムビームスプリッタが従来使われていたが、光束が往路および復路で回折されるため、１０％以上の往復の光利用効率を得るのは困難であった。
【０００８】
そこで、光利用効率を向上するために、光の偏光方向によって回折効率が変わる偏光性ホログラムビームスプリッタと１／４波長板とを光束制御素子として用いることが提案されている。この場合、往路の偏光方向と復路の偏光方向が１／４波長板により９０°回転する直交偏光となるため、往路の偏光に対しては回折格子として作用せず復路の偏光のみに対して回折格子として作用する偏光依存性を有することにより、結果として非偏光性ホログラムビームスプリッタの理論往復効率である１０％よりも高い光利用効率が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような偏光性ホログラムビームスプリッタおよび１／４波長板からなる光束制御素子を、２波長レーザが光源として用いられた光ヘッド装置に適用した場合、以下のような問題点があった。
【００１０】
すなわち、ピッチＰの単一の回折格子からなるホログラムビームスプリッタに波長λの光が入射したときの±１次回折光の回折角θに対するｓｉｎθは波長λに比例し格子ピッチＰに反比例する。したがって、波長λ1＝６５０ｎｍと波長λ2＝７９０ｎｍの２波長レーザからの光がホログラムビームスプリッタに入射した場合、２つの波長光の回折角が異なるため、同一の光検出器で回折光を受光するには受光面を大型化しなければならない。このため、ノイズ成分が増大し高いＳ／Ｎを確保できないとともに、良好な高周波数特性が得られにくいといった問題が生じる。また、迷光の影響を受けやすいといった欠点がある。
【００１１】
一方、波長λ1と波長λ2の受光用に別々の受光素子を形成した場合、受光素子数が２倍必要となり装置規模が増大し、それに伴って信号処理回路も複雑になるといった問題が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、２つの波長光を光源とし、これら２つの波長光を同一の光検出器で受光する構成として、使用波長の異なる光記録媒体の情報記録面上への情報の記録または再生が効率よく安定してでき、部品点数の少ない小型・軽量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】
本発明は、波長λ１および波長λ２（λ１＜λ２）の２つの波長の光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体で反射された反射光を検出する光検出器と、前記半導体レーザからの出射光を平行光とするとともに前記光記録媒体からの反射光を集光する平行化レンズと、前記反射光を前記光検出器へ導くホログラムビームスプリッタと、前記対物レンズと前記ホログラムビームスプリッタの間の光路中に前記波長λ １ に対する１／４波長板と、を少なくとも備える光ヘッド装置であって、前記ホログラムビームスプリッタは、断面形状がそれぞれ周期的な凹凸状である第１の回折格子と第２の回折格子とからなり、前記第１の回折格子は、光の偏光方向によって回折効率が変わる偏光性ホログラムであって、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ ２ の光に対して２πの整数倍かつ波長λ １ の光に対して２πの非整数倍であり、前記波長λ ２ の光および前記半導体レーザから前記光記録媒体へ向かう前記波長λ １ の光を透過し、かつ、前記光記録媒体で反射された波長λ １ の光を回折し、前記第２の回折格子は、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ １ の光に対して２πの整数倍かつ波長λ ２ の光に対して２πの非整数倍であり、前記平行化レンズの焦点距離および開口数をそれぞれｆ、ＮＡ、前記第２の回折格子の格子ピッチをＰとするとき、前記平行化レンズと前記第２の回折格子との間隔が２×ｆ×Ｐ×ＮＡ／λ ２ より長くなるように設定され、さらに前記ホログラムビームスプリッタにより回折された前記波長λ１および前記波長λ２の光は同一の前記光検出器に導かれることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１４】
また、前記波長λ １ は６５０ｎｍのＤＶＤ用の波長帯であり、前記波長λ ２ はＣＤ用の７９０ｎｍの波長帯である上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１５】
また、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子は、前記半導体レーザと前記対物レンズとの間の光路中、かつ前記光検出器と前記対物レンズとの間の光路中に設置され、前記第１の回折格子は、前記１／４波長板と前記対物レンズと一体化されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。本実施形態の光ヘッド装置は、第１の波長λ1と第２の波長λ2との２つの波長の光を出射可能な半導体レーザ光源である２波長半導体レーザ（モノリシック２波長半導体レーザなど）１と、波長λ2の光を透過しかつ波長λ1の光を回折する第１の回折格子２１と波長λ1の光を透過しかつ波長λ2の光を回折する第２の回折格子２２とからなる波長選択性のホログラムビームスプリッタ２と、光記録媒体である光ディスク５上に光を集光する対物レンズ３と、２波長半導体レーザ１からの出射光を平行光とするとともに光ディスク５からの反射光を集光する平行化レンズ（コリメートレンズ）４と、光ディスク５からの反射光を受光し光量を検出する光検出器６と、第１の回折格子２１と対物レンズ３との間に配設された１／４波長板７とを有して構成される。２波長半導体レーザ１は、ＤＶＤ系の光記録媒体に対しては波長λ1＝６５０ｎｍの光を、ＣＤ系の光記録媒体に対しては波長λ2＝７９０ｎｍの光を光記録媒体に応じて切り換えて出射するよう構成されている。
【００１８】
２波長半導体レーザ１から出射した波長λ1の光は、第２の回折格子２２により回折されることなく通過し、平行化レンズ４により平行光となって第１の回折格子２１を透過し、対物レンズ３により光ディスク５の情報記録面に集光される。情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ３により平行光となって第１の回折格子２１に入射する。このとき、第１の回折格子２１によって回折された回折光のうち、＋１次回折光が平行化レンズ４によって光検出器６の受光面に集光される。
【００１９】
ここで用いられる第１の回折格子２１は、後述する偏光性ホログラムであり、往路光路においてはレーザ光の偏光方位に対して回折を生じないが、復路光路においては対物レンズ３と偏光性ホログラムとの間に配置された１／４波長板７を２回通過することによって偏光方位が９０°回転した偏光に対しては回折が生じる構成としている。なお、復路光路中においても、波長λ1のレーザ光は第２の回折格子２２により回折されることなく通過し、光検出器６に到達する。
【００２０】
一方、２波長半導体レーザ１から出射した波長λ2の光のうち、第２の回折格子２２により回折されないで通過する０次回折光成分は、平行化レンズ４により平行光化されて第１の回折格子２１を回折されることなく透過し、対物レンズ３により光ディスク５の情報記録面に集光される。情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ３により平行光となって第１の回折格子２１により回折されることなく通過し、平行化レンズ４によって平行光となって第２の回折格子２２に入射する。このとき、第２の回折格子２２によって回折された回折光のうち、＋１次回折光が光検出器６の受光面に集光されるように第２の回折格子２２が作製されている。
【００２１】
ここで用いられる波長λ1の光を透過しかつ波長λ2の光を回折する第２の回折格子２２は、後述するような入射光の偏光方向に依存しない非偏光性ホログラムである。
【００２２】
また、偏光性ホログラムである第１の回折格子２１は、１／４波長板７と共に対物レンズ３に一体化されて設けられており、図示されていないが公知技術のアクチュエータにより一体駆動される。このアクチュエータによって、集光ビームを情報記録面において所定の焦点（スポット径）で集光させるフォーカシング制御、および集光ビームを所定の情報記録トラックへ追従させるトラッキング制御が行われる。また、非偏光性ホログラムである第２の回折格子２２は、半導体レーザ１と光検出器６とが一体化されたユニットの光入出射面に固定されて設けられる。
【００２３】
ここで、図１の構成において、２波長用回折格子であるホログラムビームスプリッタ２の使用条件とその特性について説明する。
【００２４】
ＤＶＤ系の光記録媒体では、ＣＤ系に比べて高精度のフォーカシングおよびトラッキングが要求されるため、ホログラムビームスプリッタは対物レンズと一体駆動することが好ましい。しかし、対物レンズと一体駆動する非偏光性ホログラムビームスプリッタを用いた場合、波長λ1の光に関して、往路で回折された±１次の回折光が復路で直進（０次回折光）あるいは±２次で回折された成分は、光検出器６において信号光と同一受光面に集光される場合があるため、ノイズ成分となり信号再生ができない。
【００２５】
これに対し、上記のように偏光性ホログラムを第１の回折格子２１に用いれば、往路での発生する回折光はわずかであるため、このような問題は生じない。また、第２の回折格子２２は、波長λ1の光をほとんど回折することなく透過するため、光利用効率の低下を招くことなく、また迷光となる回折光の生成も少ない。
【００２６】
ＣＤ系の波長λ2に対しては、第１の回折格子２１は波長λ2の光を回折することなく透過するため、光利用効率の低下は抑制され、迷光となる回折光の生成も少ない。一方、第２の回折格子２２は、非偏光性ホログラムであるため、往路および復路で波長λ2の光を回折する。この結果、前述した往路および復路での多重回折に伴う迷光の問題が生じる。
【００２７】
この回避策として、往路において第２の回折格子２２による回折光が焦点距離ｆの平行化レンズ４の有効開口数ＮＡ内に到達しないような配置構成およびホログラム構造とすればよい。具体的には、第２の回折格子２２の格子ピッチをＰとすると、平行化レンズ４と第２の回折格子２２との間隔を２×ｆ×Ｐ×ＮＡ／λ2より長く、またＰが０．５×λ2／ＮＡより小さくなるように設定すればよい。
【００２８】
また、第２の回折格子２２も偏光性ホログラムとすることにより、波長λ1の場合と同様に往路での回折光はなくなり迷光の問題は解消する。特に、ＣＤ−Ｒなどの光書き込み可能な光記録媒体にも適用可能とした場合、高強度の書き込み光を必要とするため、光利用効率の高い偏光性ホログラムとするとすることが好ましい。
【００２９】
また、ＣＤ系の光ディスクはＤＶＤ系の光ディスクに対してディスク厚が２倍であるため、樹脂成形体であるディスクの空間的な複屈折変動が残留しやすい。その結果、一方の偏光成分のみ回折する偏光性ホログラムとした場合、ディスクの空間的な複屈折変動に応じて信号光強度が変動しやすいため、安定した再生ができない場合がある。
【００３０】
このような複屈折性を有する光ディスクへの対応として、ＣＤ系の波長λ2を回折する第２の回折格子２２は、非偏光性ホログラムあるいは偏光依存性はあるが直交する偏光成分の両方を回折する部分偏光性ホログラムとすることが好ましい。
【００３１】
本実施形態の構成では、２波長半導体レーザの各波長光に対して別々の波長選択性ホログラムビームスプリッタが用いられているため、２波長半導体レーザの発光点位置やホログラムビームスプリッタの配置関係の制約は軽減され、各波長選択性ホログラムビームスプリッタの格子ピッチを変えることにより、複数波長の光を同一受光素子に集光することが容易である。
【００３２】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる偏光性ホログラムの一例について、図２に示す断面構成図を用いて説明する。
【００３３】
この例の偏光性ホログラム３１は、透光性基板３１Ａ上に形成した断面矩形波状の複屈折性回折格子３１Ｂに等方性充填材３１Ｃを充填し、その上に透光性基板３１Ｄを配置することにより、複屈折性回折格子３１Ｂを透光性基板３１Ａ、３１Ｄで挟んだ構成となっている。ここで、例えば、複屈折性回折格子３１Ｂとして常光屈折率ｎo ＝１．５２、異常光屈折率ｎe ＝１．６７の高分子液晶を用い、等方性充填材３１Ｃとして屈折率ｎs ＝１．５２の等方性媒質を用いる。
【００３４】
この偏光性ホログラム３１を図１における第１の回折格子２１に適用する。この場合、２波長半導体レーザ１から出射したＤＶＤ系の波長λ1＝６５０ｎｍとＣＤ系の波長λ2＝７９０ｎｍの出射光とが偏光性ホログラム３１に入射することになる。ここで、各波長の偏光方位が複屈折性回折格子３１Ｂの常光屈折率ｎo に対応したＳ偏光となるように偏光性ホログラム３１の方位が設定されている。
【００３５】
したがって、偏光性ホログラム３１に波長λ1および波長λ2のＳ偏光が入射した場合、図２（ａ）に示すように、均一屈折率材料である等方性充填材３１Ｃの屈折率ｎs と複屈折材料である複屈折性回折格子３１Ｂの常光屈折率ｎo とが略等しいため、波長λ1および波長λ2いずれの光に対しても回折格子は生成されず、回折光はほとんど発生しない。
【００３６】
また、光ディスク５と偏光性ホログラム３１との間に波長λ1＝６５０ｎｍに対する１／４波長板７を配置することにより、波長λ1の光は１／４波長板７を往復するため、光ディスク５の情報記録面で反射された反射光は偏波面が９０°回転したＰ偏光となって、再び偏光性ホログラム３１に入射する。
【００３７】
偏光性ホログラム３１にＰ偏光が入射した場合、図２（ｂ）に示すように、均一屈折率材料である等方性充填材３１Ｃの屈折率ｎs と複屈折材料である複屈折性回折格子３１Ｂの異常光屈折率ｎe とが異なるため、回折格子が形成される。回折格子形状に加工された複屈折性回折格子３１Ｂの格子深さをｄ1とすると、波長λの入射光に対して生じる位相差φは２π（ｎe −ｎs ）×ｄ1／λとなる。
【００３８】
ここで、複屈折性回折格子３１Ｂの格子深さｄ1は、偏波面が９０°回転した波長λ2＝７９０ｎｍのＰ偏光に対して回折が生じないように、（ｎe −ｎs ）×ｄ1が波長λ2の整数倍となるようにする。
【００３９】
このように格子深さｄ1を設定することで、波長λ2の光ディスク反射光のうち、偏波面が変化しないＳ偏光成分は往路と同様に直進透過し、偏波面が９０°回転した直交Ｐ偏光成分も偏光性ホログラム３１による位相変化が２πの整数倍であるため回折されることなく直進透過する。
【００４０】
したがって、波長λ2に対する位相差φ2が２πの整数倍となり、波長λ1に対する位相差φ1が２πの非整数倍となるように、格子深さｄ1を設定することにより、波長λ1のＰ偏光に対しては回折格子となり、波長λ2のＳ偏光およびＰ偏光に対しては回折格子として作用しない波長選択性の偏光性ホログラムが得られる。
【００４１】
具体的には、（ｎe −ｎs ）×ｄ1がλ2の２倍となるように、すなわち、例えば格子深さｄ1を１０．５３μｍとすることにより、波長λ1＝６５０ｎｍのみの光を３５％以上の高い±１次回折効率で回折する波長選択性を有する偏光性ホログラム３１が実現する。往路での回折光損失はわずかであるため、往復効率として高い光利用効率が達成される。
【００４２】
このようにして、上記図１で説明したような構成の本実施形態の光ヘッド装置に用いられる２波長用偏光性ホログラムが得られる。なお、複屈折材料および加工プロセスについては、種々報告されている公知の技術を用いればよいため、ここでは説明を省略する。
【００４３】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる非偏光性ホログラムの一例について、図３に示す断面構成図を用いて説明する。
【００４４】
この例の非偏光性ホログラム３２は、屈折率ｎの均一屈折材料３２Ｂが凹凸回折格子形状に加工されて透光性基板３２Ａ上に形成され、空気と界面をなした構成となっている。
【００４５】
回折格子形状の段差をｄ2とすると、波長λの入射光に対して生じる位相差φは２π（ｎ−１）×ｄ2／λとなるため、波長λ1に対する位相差φ1が２πの整数倍となり、波長λ2に対する位相差φ2が２πの非整数倍となるように、段差ｄ2を設定する。これより、波長λ2に対しては回折格子となり、波長λ1に対しては回折格子として作用しない波長選択性の非偏光性ホログラムが得られる。
【００４６】
具体的には、（ｎ−１）×ｄ2がλ1、すなわち、例えば格子深さｄ2を１．３μｍとすることにより、波長λ2＝７９０ｎｍのみに対して往路の０次透過率が略７０％、復路の±１次回折効率が略１１％で、往路と復路の総合効率として略８％の信号光を光検出器へ導くことのできる波長選択性を有する非偏光性ホログラム３２が実現する。
【００４７】
このようにして、上記図１で説明したような構成の本実施形態の光ヘッド装置に用いられる２波長用非偏光性ホログラムが得られる。なお、回折格子の加工プロセスについては、種々報告されている公知の技術を用いればよいため、ここでは説明を省略する。
【００４８】
また、平行化レンズ４として開口数ＮＡ＝０．０７で焦点距離ｆ＝２２ｍｍのコリメートレンズを用いた場合は、コリメートレンズに入射する取り込み光角度の半分でθc ＝４．０°となる。このとき、往路と復路での信号光以外の波長λ2の多重回折光が光検出器に混入しないようにするためには、ＮＡ＝０．０７に相当する非偏光性ホログラム３２の光通過領域にのみ格子を形成するとともに、往路での±１次回折光の回折角度をθc の２倍以上にすればよい。具体的には、非偏光性ホログラム３２の格子ピッチＰ2を０．５×λ2／ＮＡ以下、すなわち、５．６μｍ以下とする。
【００４９】
格子ピッチＰ2が約４．５μｍの非偏光性ホログラム３２を波長λ2の発光点に対し約４ｍｍの間隔で配置すると、非偏光性ホログラム３２による＋１次回折光は発光点と約０．７１ｍｍ離れた光検出器に集光される。このとき、信号光以外の迷光である回折光の入射はわずかであるため、ノイズ成分が軽減され、Ｓ／Ｎの高い記録再生が可能となる。
【００５０】
ここで、偏光性ホログラム３１による波長λ1＝６５０ｎｍの＋１次回折光が同一の光検出器に集光するように、偏光性ホログラム３１の格子ピッチＰ1が設定されている。具体的には、ｆ×λ1／Ｐ1が約０．７１ｍｍとなるようにする。すなわち、Ｐ1＝２０μｍとすればよい。
【００５１】
このようにして得られた２波長用回折格子であるホログラムビームスプリッタ２を用いて光ヘッド装置を構成する。この光ヘッド装置では、２つの波長を出射する２波長半導体レーザ１と１つの光検出器６とを用いた部品点数の少ない小型な構成で、光利用効率の高いＤＶＤ系光ディスクの安定した記録再生が可能となるとともに、ＣＤ系で複屈折性が残留する光ディスクに対しても安定した記録再生が可能となる。
【００５２】
なお、図２および図３においては、単純な２ステップ段差の凹凸回折格子形状のホログラムを例示したが、これに代えて、断面が階段状のマルチステップ格子形状や鋸歯波状のブレーズ格子形状とすることにより、特定の回折次数の回折効率を向上できるため、用途に応じて種々の設計および製作が可能である。
【００５３】
［第２の実施形態］
図４は本発明の第２の実施形態に係る偏光性ホログラムの構成を示す側方断面図である。第２の実施形態では第１の実施形態における偏光性ホログラムの変形例を示す。
【００５４】
第２の実施形態の偏光性ホログラム４１は、第１の実施形態で示した断面矩形波状の複屈折性回折格子３１Ｂの代わりに、図４に示す４段ステップの階段格子からなる複屈折性回折格子４１Ｂを用いた構成となっている。この透光性基板４１Ａ上に形成した複屈折性回折格子４１Ｂに等方性充填材４１Ｃを充填し、その上に透光性基板４１Ｄを配置して作製する。複屈折性回折格子４１Ｂにおける各階段幅はピッチの等分配とする。
【００５５】
ここで、複屈折性回折格子４１Ｂの各階段の格子深さｄ1は、（ｎe −ｎs ）×ｄ1が波長λ2の整数倍となるようにすることで、第１の実施形態と同様に波長λ2のＰ偏光に対しては回折が起こらない条件とする。
【００５６】
具体的には、（ｎe −ｎs ）×ｄ1がλ2となるように、すなわち、例えば各階段の格子深さを０、５．２７μｍ、１０．５３μｍ、１５．８０μｍの４段構造とすることにより、波長λ1＝６５０ｎｍの光のみを７０％以上の高い＋１次回折効率で回折する波長選択性を有する偏光性ホログラム４１が実現する。
【００５７】
この第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、波長λ1＝６５０ｎｍでの光利用効率が約２倍に向上するため、光検出系における信号強度が増大し、さらなるＳ／Ｎの改善が計れる。
【００５８】
［第３の実施形態］
図５は本発明の第３の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【００５９】
この第３の実施形態は、光ヘッド装置において、ＤＶＤ系の波長λ1の光を回折する第１の回折格子２１を第２の回折格子２２の近傍に配設して一体的なホログラムビームスプリッタ１２を構成した点が第１の実施形態と異なる。このホログラムビームスプリッタ１２は、単一透光性基板の表裏面に第１の回折格子２１と第２の回折格子２２とが形成された構成であり、２波長半導体レーザ１および光検出器６と一体化されたユニット側に固定配置されている。図５において、図１に示した第１の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してここでは説明を省略する。
【００６０】
図５の例では、第１の回折格子２１を第１の実施形態と同様に偏光性ホログラムとした場合を示したため、１／４波長板７を設けているが、非偏光性ホログラムで形成した場合は１／４波長板を用いなくともよい。
【００６１】
第３の実施形態では、第１の回折格子２１の格子ピッチを、波長λ1の光ディスク５からの反射光が波長λ2と同一の受光素子に集光するように、第１の実施形態の格子ピッチに比べて狭ピッチ化している。
【００６２】
また、波長λ2を回折する非偏光性ホログラムである第２の回折格子２２を、図３に示した第１の実施形態における断面矩形波状の回折格子の代わりに、３段ステップの階段格子からなる非偏光性ホログラムを用いて形成する。回折格子における各階段幅はピッチの等分配とする。
【００６３】
ここで、屈折率ｎ＝１．５の各階段の格子深さｄ2を、（ｎ−１）×ｄ2が波長λ1の整数倍となるようにすることで、波長λ1の光に対しては往路および復路で回折光が生じることなく直進透過する。
【００６４】
具体的には、（ｎ−１）ｄ2がλ1、すなわち、例えば格子深さが０、１．３μｍ、２．６μｍの３段構造とすることにより、波長λ2＝７９０ｎｍのみに対して往路の０次透過率が略３９％で復路の±１次回折効率が略３４％、往路と復路の総合効率として略１３％の信号光を光検出器へ導くことのできる波長選択性の非偏光性ホログラム２２が実現する。この場合、第１の実施形態の構成と比較して、波長λ2での光利用効率が約１．６倍に向上するため、光検出系における信号強度が増大し、さらなるＳ／Ｎの改善が計れる。
【００６５】
なお、第１の回折格子２１も非偏光性ホログラムとした場合は、第１の実施形態と同様に、往路および復路での多重回折光が迷光とならないようにするため、往路での回折光が平行化レンズ４の開口内に入射しないような構成仕様とする。このときは、光利用効率は低下するが、ＤＶＤ系の光ディスクの残留複屈折に対してもさらに安定した記録再生が可能となる。
【００６６】
以上のように、上記各実施形態によれば、２つの波長に対応した光ヘッド装置において、光源と光検出器の部分を単一の２波長半導体レーザおよび光検出器によって構成でき、部品点数の少ない小型・軽量の構成で、光利用効率の高い安定した記録再生が実現できる。この場合、使用波長の短いＤＶＤ系光ディスクと、ディスク厚が厚く残留複屈折のあるＣＤ系光ディスクの両方に対して、安定した記録再生が可能となる。
【００６７】
なお、上記実施形態では説明を省略したが、ＤＶＤ系とＣＤ系の光ディスクのように仕様の異なる複数種類の情報記録媒体を安定して記録再生するために、何れの光学系においても光学収差を低減した互換対物レンズや開口制御素子の利用などについては、種々の従来技術が適用できる。
【００６８】
また、光ヘッド装置において、３ビーム法や差動プッシュプル法などのトラッキング方式を採用する場合にはサブビームを形成する回折格子が別途用いられるが、説明および図示は省略した。
【００６９】
なお、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えうる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つの波長光を光源とし、これら２つの波長光を同一の光検出器で受光する構成として、使用波長の異なる光記録媒体の情報記録面上への情報の記録または再生が効率よく安定してできるとともに、部品点数の少ない小型・軽量の光ヘッド装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の非偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【図６】従来の光ヘッド装置の概略構成例を示す側面図である。
【符号の説明】
１：２波長半導体レーザ
２，１２：ホログラムビームスプリッタ
３：対物レンズ
４：平行化レンズ
５：光ディスク
６：光検出器
７：１／４波長板
２１：第１の回折格子
２２：第２の回折格子
３１，４１：偏光性ホログラム
３１Ａ，４１Ａ：透光性基板
３１Ｂ，４１Ｂ：複屈折性回折格子
３１Ｃ，４１Ｃ：等方性充填材
３１Ｄ，４１Ｄ：透光性基板
３２：非偏光性ホログラム
３２Ａ：透光性基板
３２Ｂ：均一屈折材料
Claims (3)
- 波長λ１および波長λ２（λ１＜λ２）の２つの波長の光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、
前記光記録媒体で反射された反射光を検出する光検出器と、
前記半導体レーザからの出射光を平行光とするとともに前記光記録媒体からの反射光を集光する平行化レンズと、
前記反射光を前記光検出器へ導くホログラムビームスプリッタと、
前記対物レンズと前記ホログラムビームスプリッタの間の光路中に前記波長λ １ に対する１／４波長板と、を少なくとも備える光ヘッド装置であって、
前記ホログラムビームスプリッタは、断面形状がそれぞれ周期的な凹凸状である第１の回折格子と第２の回折格子とからなり、
前記第１の回折格子は、光の偏光方向によって回折効率が変わる偏光性ホログラムであって、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ ２ の光に対して２πの整数倍かつ波長λ １ の光に対して２πの非整数倍であり、前記波長λ ２ の光および前記半導体レーザから前記光記録媒体へ向かう前記波長λ １ の光を透過し、かつ、前記光記録媒体で反射された波長λ １ の光を回折し、
前記第２の回折格子は、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ １ の光に対して２πの整数倍かつ波長λ ２ の光に対して２πの非整数倍であり、
前記平行化レンズの焦点距離および開口数をそれぞれｆ、ＮＡ、前記第２の回折格子の格子ピッチをＰとするとき、前記平行化レンズと前記第２の回折格子との間隔が２×ｆ×Ｐ×ＮＡ／λ ２ より長くなるように設定され、
さらに前記ホログラムビームスプリッタにより回折された前記波長λ１および前記波長λ２の光は同一の前記光検出器に導かれることを特徴とする光ヘッド装置。 - 前記波長λ １ は６５０ｎｍのＤＶＤ用の波長帯であり、前記波長λ ２ はＣＤ用の７９０ｎｍの波長帯である請求項１に記載の光ヘッド装置。
- 前記第１の回折格子と前記第２の回折格子は、前記半導体レーザと前記対物レンズとの間の光路中、かつ前記光検出器と前記対物レンズとの間の光路中に設置され、
前記第１の回折格子は、前記１／４波長板と前記対物レンズと一体化されている請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
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