JP2000163791A - 光学ヘッド - Google Patents

光学ヘッド

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JP2000163791A
JP2000163791A JP10337190A JP33719098A JP2000163791A JP 2000163791 A JP2000163791 A JP 2000163791A JP 10337190 A JP10337190 A JP 10337190A JP 33719098 A JP33719098 A JP 33719098A JP 2000163791 A JP2000163791 A JP 2000163791A
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照弘 塩野
Keiichi Matsuzaki
圭一 松▲ざき▼
Sadao Mizuno
定夫 水野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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波長の光源を有する小型軽量の光学
ヘッドを提供する。 【解決手段】 第1の波長の光を出射する第1の光源1
aと、第2の波長の光を出射する第2の光源1bをその
近傍に配置し、コリメータレンズ3により平行光となっ
た第1波長の光6aは、基準面18に対して実質上45°
で配置した透明基板9の裏面に設けた波長分離手段12
で反射し、第2波長の光6bは波長分離手段12を透過
してその下面に設けた反射形の直線グレーティング5で
回折し、上記第1の波長の光10aの光軸に、第2の波
長の光10bの光軸を平行にして、対物レンズ4に入射
する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【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
向手段を具備した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。
【0009】また、本発明の請求項2に記載の発明は、
波長分離手段は第1の波長の光を実質上反射させ、第2
の波長の光を実質上透過させる請求項1に記載の光学ヘ
ッドである。これにより、例えば、コンパクトな構成を
実現することができる。
【0010】また、本発明の請求項3に記載の発明は、
波長分離手段は波長分離多層膜である請求項2に記載の
光学ヘッドである。
【0011】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。
【0012】また、本発明の請求項4に記載の発明は、
透明基板上に波長分離手段を設け、上記透明基板のその
対向面に光偏向手段を設け、第1及び第2の波長の光
は、波長分離手段側から入射する請求項2に記載の光学
ヘッドである。これにより、例えば、光学部品の位置合
わせが簡単になり、構造が安定化することができる。
【0013】また、本発明の請求項5に記載の発明は、
透明基板上に波長分離手段を設け、その上に光偏向手段
を設け、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する請求項2に記載の光学ヘッドで
ある。これにより、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。
【0014】また、本発明の請求項6に記載の発明は、
透明基板は基準面に対して、実質上45°に配置する請
求項4または5に記載の光学ヘッド。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。
【0015】また、本発明の請求項7に記載の発明は、
光偏向手段は回折光学素子である請求項1に記載の光学
ヘッドである。これにより、例えば、光偏向手段は薄型
軽量化を行うことができる。
【0016】また、本発明の請求項8に記載の発明は、
回折光学素子は反射形の直線状グレーティングである請
求項7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。
【0017】また、本発明の請求項9に記載の発明は、
第1の光源と第2の光源は、基準面に対して、実質上同
一高さに配置する請求項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。
【0018】また、本発明の請求項10に記載の発明
は、光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであっ
て、基準面に対して上記グレーティングの溝方向に傾け
て配置する請求項9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。
【0019】また、本発明の請求項11に記載の発明
は、グレーティングは断面形状が鋸歯形状であり、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、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/(2ncosθ
1)の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項10
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。
【0020】また、本発明の請求項12に記載の発明
は、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、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、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10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。
【0021】また、本発明の請求項13記載の発明は、
第1の光源と第2の光源は、実質上基準面に対して高さ
方向に配置する請求項1に記載の光学ヘッドである。こ
れにより、第1の光源と第2の光源の配置を容易にする
ことができる。
【0022】また、本発明の請求項14に記載の発明
は、光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであっ
て、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請求項13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。
【0023】また、本発明の請求項15に記載の発明
は、グレーティングに対する第2の波長の光の入射角θ
2は、-50°≦θ2≦50°の関係を実質上満たすこと
を特徴とする請求項14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
くし、例えば、90%以上にすることができる。
【0024】また、本発明の請求項16に記載の発明
は、第1の波長は、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。
【0025】また、本発明の請求項17に記載の発明
は、波長分離手段と光偏向手段の間にバッファ層を設け
る請求項5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。
【0026】また、本発明の請求項18記載の発明は、
光偏向手段は表面レリーフ型の回折光学素子であり、そ
の溝の底部から波長分離手段までの距離は、第1の波長
よりも大きい請求項5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。
【0027】また、本発明の請求項19に記載の発明
は、情報記録媒体側を第1面、光源側を第2面、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第3
面に波長分離手段を設け、その下面に光偏向手段を設
け、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面の順に通過する請求項
2に記載の光学ヘッドである。これにより、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。
【0028】また、本発明の請求項20に記載の発明
は、少なくとも第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請
求項19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。
【0029】また、本発明の請求項21記載の発明は、
グレーティングは、第1の光源と第2の光源の距離が大
きいほど、その周期を小さくする請求項8に記載の光学
ヘッドである。これにより、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。
【0030】また、本発明の請求項22に記載の発明
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、第1または第2
の光源と波長分離手段の光路中に、3ビームグレーティ
ングを設け、その断面は実質上矩形または台形形状であ
り、第1の波長λ1をし、屈折率をnとしたとき、その
溝深さは、実質上λ1/(n−1)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、第1の波
長の光に対する光利用効率は落とさずに、第2の波長の
光に対して、3ビームトラッキング法により、トラッキ
ング制御を行うことが可能である。
【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=0.658μ
m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2
a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3m
m程度、第2の波長の光は2.2mm程度の略平行光6
a、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2
4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1
2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、4
0μm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、400
μm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6
a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2
2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、BK
7、FC5、FK5、FCD1、FCD10、FCD1
00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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 定夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5D119 AA02 AA41 BA01 BA02 BB01 BB04 EC03 EC27 EC47 FA08 JA21 JA22 LB04

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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を具備したことを特
    徴とする光学ヘッド。
  2. 【請求項2】波長分離手段は第1の波長の光を実質上反
    射させ、第2の波長の光を実質上透過することを特徴と
    する請求項1に記載の光学ヘッド。
  3. 【請求項3】波長分離手段は波長分離多層膜である請求
    項2に記載の光学ヘッド。
  4. 【請求項4】透明基板上に波長分離手段を設け、上記透
    明基板のその対向面に光偏向手段を設け、第1及び第2
    の波長の光は、波長分離手段側から入射することを特徴
    とする請求項2に記載の光学ヘッド。
  5. 【請求項5】透明基板上に波長分離手段を設け、その上
    に光偏向手段を設け、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することを特徴とする
    請求項2に記載の光学ヘッド。
  6. 【請求項6】透明基板は基準面に対して、実質上45°
    に配置することを特徴とする請求項4または5に記載の
    光学ヘッド。
  7. 【請求項7】光偏向手段は回折光学素子であることを特
    徴とする請求項1に記載の光学ヘッド。
  8. 【請求項8】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7に記載の光学ヘッ
    ド。
  9. 【請求項9】第1の光源と第2の光源は、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。
  10. 【請求項10】光偏向手段は反射形の直線状グレーティ
    ングであって、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9に記載
    の光学ヘッド。
  11. 【請求項11】グレーティングは断面形状が鋸歯形状で
    あり、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、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10に記載の光学ヘッド。
  12. 【請求項12】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、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、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10に記載の光
    学ヘッ ド。
  13. 【請求項13】第1の光源と第2の光源は、実質上基準
    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。
  14. 【請求項14】光偏向手段は反射形の直線状グレーティ
    ングであって、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13に記載の光学ヘッド。
  15. 【請求項15】グレーティングに対する第2の波長の光
    の入射角θ2は、-50°≦θ2≦50°の関係を実質上
    満たすことを特徴とする請求項14に記載の光学ヘッ
    ド。
  16. 【請求項16】第1の波長は、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。
  17. 【請求項17】波長分離手段と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5記載の光学ヘッ
    ド。
  18. 【請求項18】光偏向手段は表面レリーフ型の回折光学
    素子であり、その溝の底部から波長分離手段までの距離
    は、第1の波長よりも大きいことを特徴とする請求項5
    記載の光学ヘッド。
  19. 【請求項19】情報記録媒体側を第1面、光源側を第2
    面、基準面側を第3面とする3つの光学面を有するプリ
    ズムの第3面に波長分離手段を設け、その下面に光偏向
    手段を設け、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面の順に通過する
    ことを特徴とする請求項2に記載の光学ヘッド。
  20. 【請求項20】少なくとも第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19に記載の光学ヘッ
    ド。
  21. 【請求項21】グレーティングは、第1の光源と第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
    特徴とする請求項8に記載の光学ヘッド。
  22. 【請求項22】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、第1ま
    たは第2の光源と波長分離手段の光路中に、3ビームグ
    レーティングを設け、その断面は実質上矩形または台形
    形状であり、第1の波長λ1をし、屈折率をnとしたと
    き、その溝深さは、実質上λ1/(n−1)であること
    を特徴とする請求項1に記載の光学ヘッド。
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