JP4378832B2

JP4378832B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP4378832B2
Application number: JP2000096595A
Authority: JP
Inventors: 真弘村川; 好晴大井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001281432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ＣＤやＤＶＤのような光ディスク、または光磁気ディスクなどの光記録媒体（以下、これらをまとめて光ディスクと呼ぶ）の情報記録面上への情報の記録・再生を行う光ヘッド装置が各種用いられている。
通常、この光ヘッド装置では、レーザ光を使用して光学的に情報記録面上に情報の記録・再生を行っているが、そのレーザ光を（情報記録面のトラック上に集光させた状態で）光ディスクの回転に追随させながらトラック上をトレースさせるために、３ビーム法、差動プッシュプル法などのトラッキング方法が開発されている。
【０００３】
ここで、７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザと６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザとが分離した状態で配置された従来の光ヘッド装置について、図７の構成例を参照しながら説明する。
【０００４】
この光ヘッド装置では、半導体レーザ３Ａ（６５０ｎｍ波長帯）、３Ｂ（７９０ｎｍ波長帯）からの出射光は、波長合成プリズム９により同一光軸上で合成され、ビームスプリッタ４を透過した後に、コリメートレンズ５で平行光とされ、対物レンズ６に入射する。対物レンズ６を透過し、光ディスク７の情報記録面に集光されたビームが、その情報記録面で反射され、反射された光（以下、信号光という）は、元の往路と同じ光路を逆行していく。
【０００５】
すなわち、この信号光は、再び、対物レンズ６によって平行光となり、コリメートレンズ５とビームスプリッタ４を介し、光検出器８の受光面に集光する。そして、この光検出器８で電気信号に変換される。１０は３ビーム発生用の回折格子である。
【０００６】
また、２つの波長の光を発光する半導体レーザとして、例えば７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザと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な２波長用半導体レーザや、各波長帯のレーザチップを発光点間が１００〜３００μｍ程度の間隔となるように配置した複数チップからなる２波長用半導体レーザも提案されている。これらの２波長用半導体レーザを用いれば、図７に示したような２つの半導体レーザが別ユニットで構成された従来の光ヘッド装置に比べ、部品点数が低減し、小型化および低コスト化が図れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したような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での３ビーム発生に用いる回折格子を２波長用半導体レーザと組み合わせて使用すると、ＣＤ再生用の７９０ｎｍ波長帯またはＤＶＤ再生用の６５０ｎｍ波長帯のいずれの光が回折格子に入射しても回折光が形成されるので、余分な回折光が迷光となって光検出器に混入することがあり、情報の記録・再生ができなくなる問題が生じる。
【０００８】
また、３ビーム法や差動プッシュプル法を、ＣＤ再生用またはＤＶＤ再生用のみに利用する場合には、回折格子より生成された回折光が、他方の波長光に対しては光量損失をもたらし、信号光が低下する問題が生じる。
さらに、３ビーム法や差動プッシュプル法に用いる回折格子と、半導体レーザへの戻り光の低減対策用の位相板とが個別に配置された場合には、個々の光学素子の波面収差値が合算されるため、全体の波面収差値が増大する問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、２波長用半導体レーザを光源として２つの波長帯の光によりＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクなどのような異種の光記録媒体への情報の記録・再生を行う際に、安定した信号検出ができる２波長用回折格子を用いる光ヘッド装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ波長帯である波長λ _１の光およびＣＤ用の７９０ｎｍ波長帯である波長λ _２の光を出射する光源と、前記波長λ _１の光および前記波長λ _２の光を光記録媒体に集光する対物レンズとを備え、前記光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の前記波長λ _１の光および前記波長λ _２の光の光路中に２波長用回折格子が設置され、前記２波長用回折格子は、断面形状が周期的な凹凸部を有する回折格子であり、凸部の幅ｗと周期Ｐとの比ｗ／Ｐが０．２または０．８の値を有し、前記波長λ_１の入射光を透過させるとともに、前記波長λ_２の入射光を回折させ、前記凸部と前記凹部との透過光の位相差が前記波長λ_１の透過光に対して２πであり、前記波長λ_２の光に対する０次光の回折効率が略８０％、前記波長λ _２の光に対する±１次光の回折効率が略５％に調整されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
また、前記２波長用回折格子が、前記波長λ _１および前記波長λ _２の少なくとも一方の波長の透過光の偏光状態を変化させる有機薄膜を備えた位相板と一体化されている光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
【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詳細に説明する。
【００１３】
「光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子の第１実施態様」
図１の２波長用回折格子１は、光学的に等方である透光性基板１１Ａからなっており、一方の表面に周期的な凹凸からなる均一屈折率の回折格子１１Ｂを形成してある。この回折格子１１Ｂの凹凸部分の格子深さ（厚さ）ｄ_１および凸部の屈折率ｎ_２は、波長λ_１および波長λ_２の入射光に対して、以下の式１および式２を満たすように形成されている。
【００１４】
波長λ₁の入射光が空気との屈折率差により形成される位相差は、式１で表わされる。同様に、波長λ₂の入射光が空気との屈折率差により形成される位相差は、式２で表わされる。
このように形成された回折格子１１Ｂによって回折される光の効率は、スカラ理論によると以下の式３および式４を満たす。波長λ₁の入射光に対する０次光回折効率η₁（０）および±１次光回折効率η₁（±１）は、それぞれ、式３および式４で表わされる。
【００１５】
一方、波長λ₂の入射光に対する０次光回折効率η₂（０）および±１次光回折効率η₂（±１）は、それぞれ式５および式６で表わされる。
【００１６】
【数１】

【００１７】
ここで、ａは回折格子のピッチＰと回折格子の凸部の幅ｗの比で、式７によって定義する（以下、デューティと呼ぶ）。
式５と式６は、デューティａを調整することにより、波長λ₂の入射光に対して、所望の回折効率を得ることができることを示唆している。
波長λ₂に対する所望の回折効率とは、例えば０次回折効率の値が７０〜８０％程度であり、直進する光のパワーの必要に応じて変化させればよい。
【００１８】
また、波長λ_１の入射光に対して、式３よりη_１（０）＝１すなわちデューティａに依らず１００％、式４よりη_１（±１）＝０すなわちデューティａに依らず０％である（図２を参照）。
【００１９】
従来の単一波長の３ビーム用回折格子はデューティａをａ＝０．５に固定し、０次光回折効率η₂（０）と±１次光回折効率η₂（±１）は、格子深さを変えることにより調整していた。しかし、２波長用回折格子の場合、その格子深さは一方の波長光を透過する制約から一義的に定まり、他方の波長光の０次光回折効率η₂（０）および±１次光回折効率η₂（±１）は、式５および式６において、ａ＝０．５に対する値に固定された。
本発明の構成によれば、デューティａの値を調整することにより０次光回折効率η₂（０）は大きな値に、±１次回折効率η₂（±１）は小さな値に調整できる。
【００２０】
図２に示すように、デューティａを０．５以外の値にすることにより、７９０ｎｍの波長光の０次回折効率をより大きくできる。０．５より大きいほどまたは０．５より小さいほど０次回折効率は大きくなる。
すなわち、このように形成された２波長用回折格子１に波長λ₁と波長λ₂の異なる波長の２つの光を入射すると、図１（Ａ）に示すように、一方の波長λ₁の入射光は式３と式４で表わされるように回折されることなく２波長用回折格子を透過するが、図１（Ｂ）に示すように、他方の波長λ₂の入射光は式５と式６で与えられる所望の効率で回折されて２波長用回折格子を透過する。つまり、一方の波長の光に対しては所望の回折効率を得るように調整された回折格子として作用するが、他方の波長の光に対しては回折格子として作用しない波長選択性の回折格子が実現できる。
【００２１】
「光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子の第２実施態様」
図３の第２実施態様は、前述した第１の実施態様の変形例である。
本実施態様の２波長用回折格子１では、透光性基板１１Ａの一方の表面に回折格子１１Ｂを形成するだけでなく、図３（Ａ）に示すように、他方の表面にも、周期的な凹凸からなる均一屈折率の回折格子１１Ｃを形成する。この場合、回折格子１１Ｃの凹凸部分の格子深さ（厚さ）ｄ_２および凸部の屈折率ｎ_２は、波長λ_１および波長λ_２の入射光に対して、以下の関係式を満足するように形成されている。
【００２２】
波長λ₁の入射光が空気との屈折率差により形成される位相差は、式８で表わされる。同様に、波長λ₂の入射光が空気との屈折率差により形成される位相差は、式９で表わされる。
【００２３】
【数２】

【００２４】
この回折格子１１Ｃも、回折格子１１Ｂと同様に、デューティａを調整することにより波長λ₁の入射光に対し所望の回折効率を得ることができる。ここで、格子深さｄ₁は図１におけるものと同じである。
図４は、デューティａを０．５以外の値にすることが、６５０ｎｍの波長光の０次回折効率をより大きくできることを示している。
【００２５】
上記のことより、異なる波長光に対しそれぞれ所望の回折効率を得るように調整された波長選択性の回折格子を実現できる。すなわち、図３（Ａ）に示すように、波長λ₁の入射光に対しては、回折格子１１Ｃが回折作用を及ぼし、０次光および±１次光を生成できる。一方、図３（Ｂ）に示すように、波長λ₂の入射光に対しては、回折格子Ｂが回折作用を及ぼし、０次光および±１次光を生成できる。
【００２６】
なお、本実施態様の２波長用回折格子１の光入射面と光出射面の両面に、それぞれ波長λ_１の光および波長λ_２の光のみに各々回折格子として機能する周期的な凹凸形状を形成して、ＣＤ系およびＤＶＤ系の光ディスクに対応させて仕様の異なる３ビームを生成するようにしてもよい。
【００２７】
「光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子の第３実施態様」
図５の第３実施態様の２波長用回折格子２は、所望の回折効率が得るように調整された回折格子が形成された透光性基板２１Ａと、透光性基板２１Ｄの間に位相板２１Ｃを挿入して、接着剤２１Ｅで固定した構成となっている。このように、一体化することにより、素子の小型化ができて好ましい。
【００２８】
位相板２１Ｃは、有機薄膜からなり、例えば、ポリカーボネート膜を延伸させることにより延伸方向に光軸のそろった複屈折性膜を形成させて位相差を発生させている。この場合、波長λ₁の直線偏光の入射光が有機薄膜を透過するとき、略円偏光となる位相差が発生するように位相板２１Ｃのリタデーション値と進相軸（複屈折軸）方向と入射光の直線偏光方向とが調整されている。回折格子２１Ｂは、図１におけるものと同じである。
【００２９】
また、位相板２１Ｃとして、位相差発生機能を有する有機薄膜を透光性基板２１Ａまたは２１Ｄに直接成膜してもよい。例えば、具体的には透明性基板上に配向膜を塗布し配向処理を施した後、複屈折材料である液晶モノマーの溶液を塗布することにより、配向膜の配向方向に液晶分子の光軸をそろえる。さらに、液晶モノマーの溶液にあらかじめ光重合硬化剤を含有させておき、光重合用の光源光を照射することでモノマーを高分子化し、高分子液晶層とすることによって、接着剤を用いないで位相板を形成できる。
【００３０】
次に、上述した第１から第３実施態様の２波長用回折格子を搭載した光ヘッド装置について説明する。
ここで、例えば、ＤＶＤ系光ディスク用の波長λ₁を６５０ｎｍ、ＣＤ系光ディスク用の波長λ₂を７９０ｎｍの各波長帯とする。
【００３１】
図６の光ヘッド装置において、２波長用半導体レーザ３から出射した波長λ₁の光は、２波長用回折格子１または２で回折されることなく光軸上を直進透過し、さらにビームスプリッタ４を透過し、コリメートレンズ５により平行光にされる。その後、この平行光は、対物レンズ６により光ディスク７（ＤＶＤ系）の情報記録面の情報記録トラック上に集光される。
【００３２】
そして、情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ６およびコリメートレンズ５を透過し、ビームスプリッタ４により反射して、光検出器８の受光面に集光される。ここで、２波長用回折格子１は図１または図３の回折格子そのものを表わし、２波長用回折格子１は位相板と回折格子一体化したものを意味する。
【００３３】
一方、２波長用半導体レーザ３から出射した波長λ₂の光は、２波長用回折格子１または２で入射光の一部が所望の回折効率（例えば、１０％から４０％まで）で、±１次光として回折し、さらにビームスプリッタ４を透過し、コリメートレンズ５により平行光にされる。その後、この平行光は、対物レンズ６により光ディスク７（ＣＤ系）の情報記録面の情報記録トラック上に、０次光および±１次光が３ビームとなって集光される。そして、情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ６およびコリメートレンズ５を透過し、ビームスプリッタ４により反射されて光検出器８の受光面に集光される。
【００３４】
このように、２波長用回折格子１または２を搭載した光ヘッド装置の場合、波長λ₁の光は、２波長用回折格子１または２により回折されることなく直進透過するため、効率低下をもたらさず、迷光も生じない。したがって、ＤＶＤ系の光ディスクにおける光検出法として一般的な４分割の受光面で構成される光検出器を用いて、ヘテロダイン検波法や位相差法によるトラッキング誤差信号検出、非点収差法による光ディスク情報記録面へのフォーカス信号検出、および記録情報であるピット信号検出が安定して行える。
【００３５】
一方、ＣＤ系の光ディスクでは、ＤＶＤ系と同一の４分割受光面の光検出器を用いて、非点収差法による光ディスク情報記録面へのフォーカス信号検出およびピット信号検出が行われ、また光検出器の４分割以外にさらに分割した２つの受光面で±１次光を受光することにより、３ビーム法によるトラッキング誤差信号の検出が行われる。なお、２波長用回折格子１または２の格子ピッチは、それが搭載される光ヘッド装置の光学系および光記録媒体のトラッキング法に応じて適宜定められる。
【００３６】
また、図６に示した光ヘッド装置の例では、ビームスプリッタ４が用いられ、２波長用半導体レーザ３のユニットと光検出器８とが分離された構成としたが、ビームスプリッタ４の代わりにホログラムビームスプリッタを用いて、情報記録面で反射された光を回折させることにより分離し、２波長用半導体レーザユニット内の半導体レーザ近傍に配置された光検出器に集光するように構成してもよい。この場合、半導体レーザと光検出器とが同一のユニット内に配置されるため、光ヘッド装置を小型化できる。
【００３７】
なお、本発明の光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子における回折格子の凸部の幅と周期の比を変えることにより、回折効率を調整した２波長用回折格子を構成する技術は、異なる２つの波長が、６５０ｎｍ波長帯と７９０ｎｍ波長帯の組み合わせだけに限定されず、４０５ｎｍ波長帯と６５０ｎｍ波長帯の組み合わせ、または４０５ｎｍ波長帯と７９０ｎｍ波長帯の組み合わせにおいても適用できる。
【００３８】
【実施例】
「例１」
例１は図１に示した第１実施態様の具体例である。第１の透光性基板１１Ａを屈折率ｎ₁が１．５の均一屈折率材料で構成し、凹凸形状に加工して空気と界面をなす回折格子１１Ｂを形成した。そして、この凹凸部分の格子深さｄ₁を、（ｎ₁−１）・ｄ₁がλ₁となるよう、すなわちｄ₁＝１．３μｍとした。このような構成とすると、ＤＶＤ系の光ディスクに使用する波長λ₁＝６５０ｎｍの入射光では、生じる位相差が２πとなり、一方、ＣＤ系の光ディスクに使用する波長λ₂＝７９０ｎｍの入射光では、生じる位相差が２πにならない。
これにより、図１（Ｂ）に示すように、波長λ₂の光に対しては回折格子として作用し、図１（Ａ）に示すように、波長λ₁の光に対しては回折格子として作用しない波長選択性回折格子が得られた。
【００３９】
ここで、上述の回折格子のピッチは１２μｍであり、デューティａを０．２とし、波長λ₂の入射光に対する、０次光の回折効率を略８０％および±１次光の回折効率を略５％に設定した。
なお、透光性基板１１Ａには、空気との界面における反射損失を１％以下に抑えるために、反射防止膜が成膜されている。
【００４０】
このような構成の２波長用回折格子を光ヘッド装置に搭載することにより、ＣＤ系の光ディスクに使用する波長の光に対して、所望の回折効率が得られるため、従来用いられてきた受光系を流用できた。
【００４１】
「例２」
例２は図５に示した第３実施態様の具体例である。デューティａが０．２かつ格子深さが１．３μｍの回折格子２１Ｂが形成された第１の透光性基板２１Ａ（屈折率１．５）と、第２の透光性基板２１Ｄとの間に、位相板２１Ｃを挟んで接着剤２１Ｅで固定した。
【００４２】
位相板２１Ｃは、ポリカーボネート膜を延伸して複屈折性を誘起したものである。ここで、延伸条件を調整することにより、波長λ₁に対する４分の１波長板に相当するリタデーション値を持たせた。具体的には、位相板２１Ｃの進相軸を波長λ₁の直線偏光方向に対して４５°傾斜した配置とすることにより、入射直線偏光が位相板２１Ｃを透過すると、円偏光となって出射した。
【００４３】
したがって、このような構成の２波長用回折格子１に、位相板２１Ｃの光軸に対して直線偏光方向が＋４５°または−４５°傾いた波長λ₁および波長λ₂の異なる波長の直線偏光が入射すると、一方の波長λ₁の直線偏光入射光は回折されることなく円偏光となって直進透過するが、他方の波長λ₂の直線偏光入射光は、略８０％が０次光として、略５％は±１次光として回折され、楕円偏光となって出射した。つまり、一方の波長の光に対しては回折格子として作用するが、他方の波長の光に対しては回折格子として作用しなかった。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光ヘッド装置によれば、入射する２種の波長の光の一方に対しては０次回折効率を最大で一定に保ちながら、他方に対しては０次回折効率を変化させることができる。
【００４５】
この、２波長用回折格子を２波長用半導体レーザを有する光ヘッド装置に搭載することにより、ＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクなどのような異種の光記録媒体への情報の記録・再生を行う際に、安定した信号検出を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子の第１実施態様の構成図で、（Ａ）は一方の波長光の光路の進行様子を示す図、（Ｂ）は他方の波長光の光路の進行様子を示す図。
【図２】本発明の光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子による、７９０ｎｍの波長光に対する回折効率のデューティ依存性の１例を示すグラフで、（Ａ）は０次回折効率のグラフ、（Ｂ）は±１次回折効率のグラフ。
【図３】本発明の光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子の第２実施態様の構成図で、（Ａ）は一方の波長光の光路の進行様子を示す図、（Ｂ）は他方の波長光の光路の進行様子を示す図。
【図４】本発明の光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子による、６５０ｎｍの波長光に対する回折効率のデューティ依存性の１例を示すグラフで、（Ａ）は０次回折効率のグラフ、（Ｂ）は±１次回折効率のグラフ。
【図５】本発明の光ヘッド装置に用いる２波長用回折格子の第３実施態様の構成図で、（Ａ）は一方の波長光の光路の進行様子を示す図、（Ｂ）は他方の波長光の光路の進行様子を示す図。
【図６】本発明の光ヘッド装置の１例を示す概略構成図。
【図７】従来の光ヘッド装置の構成例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１：２波長用回折格子
１１Ａ：透光性基板
１１Ｂ、１１Ｃ：回折格子
２：２波長用回折格子
２１Ａ、２１Ｄ：透光性基板
２１Ｂ：回折格子
２１Ｃ：位相板
２１Ｅ：接着剤
３：２波長用半導体レーザ
３Ａ、３Ｂ：半導体レーザ
４：ビームスプリッタ
５：コリメートレンズ
６：対物レンズ
７：光ディスク
８：光検出器
９：波長合成プリズム

Claims

ＤＶＤ用の６５０ｎｍ波長帯である波長λ _１の光およびＣＤ用の７９０ｎｍ波長帯である波長λ _２の光を出射する光源と、前記波長λ _１の光および前記波長λ _２の光を光記録媒体に集光する対物レンズとを備え、前記光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置であって、
前記光源と前記対物レンズとの間の前記波長λ _１の光および前記波長λ _２の光の光路中に２波長用回折格子が設置され、
前記２波長用回折格子は、断面形状が周期的な凹凸部を有する回折格子であり、凸部の幅ｗと周期Ｐとの比ｗ／Ｐが０．２または０．８の値を有し、前記波長λ_１の入射光を透過させるとともに、前記波長λ_２の入射光を回折させ、前記凸部と前記凹部との透過光の位相差が前記波長λ_１の透過光に対して２πであり、前記波長λ_２の光に対する０次光の回折効率が略８０％、前記波長λ _２の光に対する±１次光の回折効率が略５％に調整されていることを特徴とする光ヘッド装置。
前記２波長用回折格子が、前記波長λ_１および前記波長λ_２の少なくとも一方の波長の透過光の偏光状態を変化させる有機薄膜を備えた位相板と一体化されている請求項１に記載の光ヘッド装置。