JP3415332B2 - 光学ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、厚さが異なる記
録媒体に対して、情報の記録および／または再生を行う
情報記録・再生装置に用いる光学ヘッドに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】かかる光学ヘッドとして、例えば、特開
平７−６５４０７号公報に、図４に示すようなものが開
示されている。この光学ヘッドにおいては、半導体レー
ザ１からの出射光束２をハーフミラー３で反射させてプ
リズム４に入射させている。プリズム４には、その反射
面に偏光分離膜５を介してホログラム板６が設けられ、
偏光分離膜５でＳ偏光成分を反射させ、偏光分離膜５を
透過するＰ偏光成分の一部をホログラム板６に形成した
ホログラム６ａで回折反射させている。なお、ホログラ
ム６ａは、反射面の中央部に対応して形成され、その表
面には反射膜が設けられている。

【０００３】この光学ヘッドにおいては、偏光分離膜５
で反射され、プリズム４から出射される光束７ａを、集
光レンズ８を経て対物レンズ９により、厚さの薄いディ
スク１０（例えば、カバーガラス厚さが０．６ｍｍのＤ
ＶＤ用ディスク）に対応する収束点Ｐ１に収束させるよ
うにしている。また、ホログラム６ａで回折反射され、
偏光分離膜５を再び透過してプリズム４から出射される
光束（＋１次回折光）７ｂを、同様に、集光レンズ８を
経て対物レンズ９により、厚さの厚いディスク（例え
ば、カバーガラス厚さが１．２ｍｍのＣＤ用ディスク）
に対応する収束点Ｐ２に収束させるようにしている。

【０００４】一方、ディスクからの戻り光は、往路と同
じ光路をたどってハーフミラー３に入射させ、このハー
フミラー３での透過光を取り出すことにより、非点収差
を与えて往路と分離し、この戻り光を凹レンズ１１を経
て光検出器１２に入射させている。このようにして、光
検出器１２の出力に基づいて、異なる厚さのディスクの
再生信号を選択的に検出すると共に、非点収差法により
フォーカスエラー信号を検出し、プッシュプルあるいは
位相差法等によりトラッキングエラー信号を検出するよ
うにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光学ヘッドにあっては、プリズム４の反射面に
偏光分離膜５を介してホログラム板６を設けているた
め、いずれのディスクを再生する場合でも、復路におい
て、偏光分離膜５で反射される戻り光と、ホログラム６
ａの反射膜で反射される戻り光とが干渉して、再生信号
等の検出信号のＳ／Ｎが低下するという問題がある。

【０００６】また、光検出器１２上に形成されるスポッ
トは、収束点Ｐ１でディスクを再生する場合と、収束点
Ｐ２でディスクを再生する場合とで光学系の倍率が異な
ることから、その形状および大きさが異なる。このた
め、光検出器１２の位置合わせが難しくなって、ディス
クを切り換えた際に、例えば、ＤＶＤ用ディスクからＣ
Ｄ用ディスクに、あるいはその逆に切り換えた際に、フ
ォーカスオフセットが発生するという問題がある。

【０００７】さらに、プリズム４、偏光分離膜５および
ホログラム板６の他に、ハーフミラー３や凹レンズ１１
を必要とするため、部品点数が多く、大型かつコスト高
になるという問題もある。

【０００８】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、簡単かつ小型、安価にでき、さ
らに厚さの異なる記録媒体に切り換えた際でも、所望の
信号を高精度で検出できるよう適切に構成した光学ヘッ
ドを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１に係る発明は、少なくとも光源、対物レンズおよび
光検出手段を有し、前記光源からの出射光を前記対物レ
ンズを経て、カバーガラスの厚さが薄い第１の記録媒体
またはカバーガラスの厚さが厚い第２の記録媒体に照射
し、その戻り光を前記対物レンズを経て前記光検出手段
で受光して、所望の信号を検出するようにした光学ヘッ
ドにおいて、前記光検出手段を同一平面に設けた第１お
よび第２の光検出器を有して構成して、これら第１およ
び第２の光検出器と前記光源とをパッケージに一体に設
け、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中には、円
形状の中央部領域とその周囲を無分割で囲む周辺部領域
とに２分割され、周辺部領域と中央部領域とで光学特性
が異なるホログラムを配置して、前記光源からの出射光
を前記ホログラムおよび前記対物レンズを経て前記第１
または第２の記録媒体に照射し、前記第１の記録媒体か
らの戻り光のうち前記ホログラムの周辺部領域で回折さ
れる１次回折光を前記第１の光検出器で受光して、その
出力に基づいて前記第１の記録媒体に対する前記所望の
信号を検出し、前記第２の記録媒体からの戻り光のうち
前記ホログラムの中心部領域で回折される１次回折光を
前記第２の光検出器で受光して、その出力に基づいて前
記第２の記録媒体に対する前記所望の信号を検出するよ
う構成したことを特徴とするものである。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
光ヘッドにおいて、前記ホログラムと前記対物レンズと
の間に凹レンズ機能を有する第２のホログラムを配置す
ると共に、これら２つのホログラム間にコリメータレン
ズを配置したことを特徴とするものである。

【００１１】前記ホログラムは、前記周辺部領域または
中央部領域を、前記第１または第２の記録媒体からの戻
り光の±１次回折光に、異なるレンズパワーを与えるよ
う構成するのが、前記第１または第２の記録媒体と前記
対物レンズとの相対的位置ずれを表す信号を容易に検出
する点で好ましい。

【００１２】この発明において、光源から出射された光
は、ホログラムを経て対物レンズに入射する。ここで、
ホログラム（以下、第１のホログラムと言う）と対物レ
ンズとの間に凹レンズ機能を有する第２のホログラムを
配置した場合には、第２のホログラムを透過する０次光
は、対物レンズにより例えば第１の記録媒体に対応する
第１の収束点に収束する。また、第２のホログラムに入
射して回折された光、例えば＋１次回折光は、凹レンズ
機能により発散され、対物レンズにより第１の収束点よ
りも遠い第２の記録媒体に対応する第２の収束点に収束
することになる。これにより、光源からの出射光を、対
物レンズを経て厚さの異なる第１または第２の記録媒体
に収束することが可能となる。

【００１３】また、第１または第２の記録媒体で反射さ
れる戻り光は、対物レンズおよび第２のホログラムを経
て第１のホログラムに入射し、第１の記録媒体からの戻
り光は第１のホログラムの周辺部領域で回折されてその
１次回折光が第１の光検出器で受光され、その出力に基
づいて第１の記録媒体に対する所望の信号が検出され、
第２の記録媒体からの戻り光は第１のホログラムの中心
部領域で回折されてその１次回折光が第２の光検出器で
受光され、その出力に基づいて第２の記録媒体に対する
所望の信号が検出される。これにより、厚さの異なる第
１，第２の記録媒体に対して、共通の光学ヘッドを用い
て記録および／または再生が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。図１は、この発明の一
実施例を示すものである。この実施例では、半導体レー
ザ２１からの出射光を、第１のホログラム２２および透
明基板２３を経て、表面に誘電体多層膜を裏面に反射防
止膜を設けた平行平板よりなる全反射ミラー２４に入射
させ、ここで全反射させた後、コリメータレンズ２５に
より平行光束として対物レンズ２６に入射させる。対物
レンズ２６には、コリメータレンズ２５側の表面に、対
物レンズ２６の開口よりも小さく、かつ回折光を拡散さ
せる凹レンズ機能を有する第２のホログラム２７を一体
に形成する。

【００１５】ここで、第２のホログラム２７は、例え
ば、対物レンズ２６の直径を４ｍｍ、開口数を０．５５
とするとき、直径３．２ｍｍ、開口数０．４５とし、中
心から半径０．４ｍｍの中央部領域では、例えば＋１次
回折光の透過率を９０％以上、その外側の周辺部領域で
は＋１次回折光の透過率を２０％程度とし、かつ中央部
領域には、例えば透過率が２０％程度の半透過膜を設け
ておく。このようにして、第２のホログラム２７を透過
する０次光および第２のホログラム２７を通らない光
を、対物レンズ２６により、第１の記録媒体２８、例え
ば、カバーガラス厚さが０．６ｍｍのＤＶＤ用ディスク
に対応する第１の収束点Ｐ１に収束させる。また、第２
のホログラム２７に入射して回折された＋１次回折光
は、凹レンズ機能により拡散させて、対物レンズ２６に
より第１の収束点Ｐ１よりも遠い、第２の記録媒体２
９、例えば、カバーガラス厚さが１．２ｍｍのＣＤ用デ
ィスクに対応する第２の収束点Ｐ２に収束させるように
する。

【００１６】一方、第１，第２の記録媒体２８，２９で
反射される戻り光は、往路と同じ経路をたどって第１の
ホログラム２２に入射させ、ここで回折させて、その±
１次回折光を光検出手段を構成する第１の光検出器３１
および第２の光検出器３２にそれぞれ入射させるように
する。第１のホログラム２２は、図２に光学系の概略図
を示すように、同心円状に２分割した周辺部領域２２ａ
と中心部領域２２ｂとの二つの領域を有し、周辺部領域
２２ａでは、第１の収束点Ｐ１からの戻り光の＋１次回
折光が、第１の光検出器３１の後方に、−１次回折光が
第２の光検出器３２の前方にそれぞれ焦点を結ぶよう
に、±１次回折光に異なるレンズパワーを持たせるよう
にし、中心部領域２２ｂでは、±１次回折光のレンズパ
ワーを等しくして、第２の収束点Ｐ２からの戻り光の±
１次回折光が、第１，第２の光検出器３１，３２の後方
にそれぞれ焦点を結ぶようにする。

【００１７】また、第１の光検出器３１は、図３Ａに示
すように、２本の平行な分割線と、これら分割線と直交
する１本の分割線で分割した６つの受光領域３１ａ〜３
１ｆをもって構成し、第２の光検出器３２は、図３Ｂに
示すように、同様に、２本の平行な分割線と、これら分
割線と直交する１本の分割線で分割した６つの受光領域
３２ａ〜３２ｆをもって構成する。

【００１８】第１，第２の光検出器３１，３２は、図１
に示すように、共通の半導体基板３３に形成する。この
半導体基板３３には、半導体レーザ２１をマウントし、
これらを第１のホログラム２２および透明基板２３とと
もにパッケージ３４に一体に設ける。このようなパッケ
ージ３４の構成は、例えば、特開平５−２９８７３９号
公報において公知であるので、ここでは詳細な説明を省
略する。なお、この実施例の光学ヘッドを、情報記録・
再生装置に組み込む場合には、第１，第２の光検出器３
１，３２をそれぞれ２分する分割線を、第１，第２の記
録媒体２８，２９のトラック方向と一致させるようにす
る。

【００１９】かかる光学ヘッドによれば、第１，第２記
録媒体２８，２９の識別信号に基づいて、第１，第２の
光検出器３１，３２のいずれかを選択することにより、
例えば、厚さの薄い第１の記録媒体２８を読み取る場合
には、第１の光検出器３１を選択することにより、その
受光領域３１ａ〜３１ｆの出力に基づいて、情報信号Ｒ
Ｆ、フォーカスエラー信号ＦＥおよびトラッキングエラ
ーＴＥを検出することができる。すなわち、受光領域３
１ａ〜３１ｆの出力を、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｆとするとき、情
報信号ＲＦを、 ＲＦ＝Ｓ１ａ＋Ｓ１ｂ＋Ｓ１ｃ＋Ｓ１ｄ＋Ｓ１ｅ＋Ｓ１ｆ により検出し、フォーカスエラー信号ＦＥは、ビームサ
イズ法により、 ＦＥ＝（Ｓ１ａ＋Ｓ１ｃ＋Ｓ１ｄ＋Ｓ１ｆ）−（Ｓ１ｂ＋Ｓ１ｅ） により検出し、トラッキングエラー信号ＴＥは、プッシ
ュプル法により、 ＴＥ＝（Ｓ１ａ＋Ｓ１ｂ＋Ｓ１ｃ）−（Ｓ１ｄ＋Ｓ１ｅ＋Ｓ１ｆ） により検出することができる。

【００２０】また、厚さの厚い第２の記録媒体２９を読
み取る場合には、第２の光検出器３２を選択し、その受
光領域３２ａ〜３２ｆの出力に基づいて、同様にして情
報信号ＲＦ、フォーカスエラー信号ＦＥおよびトラッキ
ングエラーＴＥを検出することができる。すなわち、受
光領域３２ａ〜３２ｆの出力を、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｆとする
とき、 ＲＦ＝Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＋Ｓ２ｄ＋Ｓ２ｅ＋Ｓ２ｆ ＦＥ＝（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｃ＋Ｓ２ｄ＋Ｓ２ｆ）−（Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｅ） ＴＥ＝（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）−（Ｓ２ｄ＋Ｓ２ｅ＋Ｓ２ｆ） により検出することができる。

【００２１】ここで、第１の記録媒体２８を読み取る場
合、第２の収束点Ｐ２に収束する光束は、収束点Ｐ２の
手前で第１の記録媒体２８により反射されるが、その戻
り光は、対物レンズ２６および第２のホログラム２７を
経て発散光として出射されるので、第１のホログラム２
２の中心部領域２２ｂで回折される＋１次回折光は、第
１の光検出器３１よりも、さらに遠くに焦点を結ぶこと
になる。したがって、第１の光検出器３１の出力に悪影
響を及ぼすことがない。

【００２２】また、第２の記録媒体２９を読み取る場
合、第１の収束点Ｐ１に収束する光束は、収束点Ｐ１で
収束した後、第２の記録媒体２９で反射されるが、その
戻り光は、対物レンズ２６を経て収束光として出射され
るので、第１のホログラム２２の周辺部領域２２ａで回
折される−１次回折光は、第２の光検出器３２よりも、
遙か手前に焦点を結ぶことになる。したがって、第２の
光検出器３２の出力に悪影響を及ぼすことがない。

【００２３】以上のように、図１に示す光学ヘッドによ
れば、図４におけるように、復路において戻り光が光学
部材の表面および裏面で反射することがないので、干渉
が生じない。したがって、再生信号等の検出信号のＳ／
Ｎを高くすることができる。また、第１，第２の記録媒
体２８，２９からの戻り光を、互いに独立した第１，第
２の光検出器３１，３２で受光して所望の検出信号を得
ることができるので、第１，第２の記録媒体２８，２９
の識別に同期して、例えばフォーカスエラー信号のゲイ
ンを容易に切り換えることができ、したがってフォーカ
スオフセットが生じることもない。さらに、図４におけ
るように、往路と復路とを分離するハーフミラーや、戻
り光の光路をかせぐ凹レンズを必要としないので、部品
点数を少なくでき、小型かつ安価にできる。

【００２４】なお、この発明は、上述した実施例にのみ
限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能
である。例えば、上述した実施例において、第１の記録
媒体２８の戻り光を検出する第１の光検出器３１の前方
に、戻り光のサイドローブを遮光する光学フィルタや絞
りを配置することもできる。このようにすれば、第２の
ホログラム２７の中央部領域での＋１次回折光によるサ
イドローブの影響をより有効に防止することができる。

【００２５】また、上述した実施例において、第１のホ
ログラム２２の周辺部領域２２ａと中央部領域２２ｂと
の回折作用を逆にして、すなわち、中央部領域２２ｂで
の±１次回折光に異なるレンズパワーを持たせて、第２
記録媒体２９からの戻り光の＋１次回折光を第１の光検
出器３１の後方に、−１次回折光を第２の光検出器３２
の前方にそれぞれ焦点を結ばせ、周辺部領域２２ａでの
±１次回折光のレンズパワーを等しくして、第１の記録
媒体２８からの戻り光の±１次回折光を、第１，第２の
光検出器３１，３２の後方にそれぞれ焦点を結ばせるよ
うにして、第１の光検出器３１により第２の記録媒体２
９を、第２の光検出器３２により第１の記録媒体２８を
読み取るようにすることもできる。

【００２６】さらに、第１のホログラム２２により、第
１，第２の記録媒体２８，２９からの戻り光のいずれか
一方または双方を、第１，第２の光検出器３１，３２上
に結像させるようにすることもできる。このように、戻
り光を光検出器上に結像させる場合には、公知のダブル
ナイフエッジ法によりフォーカスエラー信号を検出する
ことができ、またトラッキングエラー信号は、上述した
実施例と同様に、プッシュプル法により検出することが
できる。

【００２７】また、上述した実施例では、第１のホログ
ラム２２の周辺部領域２２ａおよび中央部領域２２ｂに
おける回折方向を同一方向としたが、これらを直交さ
せ、かつそれぞれの±１次回折光に異なるレンズパワー
を持たせて、各領域２２ａ，２２ｂでの±１次回折光を
分離して受光するようにすることもできる。この場合に
は、第１，第２の記録媒体２８，２９の各々について、
第１のホログラム２２での±１次回折光の双方の受光出
力を用いて所望の信号を検出することができ、したがっ
て上述したサイドローブによる影響を相殺できるので、
第１の記録媒体２８の戻り光を受光する光検出器の前方
に光学フィルタや絞りを配置しなくても、各記録媒体に
対して所望の信号をより高精度で検出することができ
る。

【００２８】さらに、上述した実施例では、第２のホロ
グラム２７を、対物レンズ２６のコリメータレンズ２５
側の表面に形成したが、コリメータレンズ２５の一方の
表面に形成したり、あるいはコリメータレンズ２５や対
物レンズ２６とは別個に形成して、半導体レーザ２１と
対物レンズ２６との間の光路中に配置することもでき
る。さらにまた、上述した実施例では、第２のホログラ
ム２７の中央部領域に半透過膜を設けたが、この半透過
膜は、第１のホログラム２２と第２のホログラム２７と
の間の光路中に設けることもできる。

【００２９】また、この発明は、上述した無限光学系の
光学ヘッドに限らず、コリメータレンズ２５を用いない
有限光学系の光学ヘッドにも有効に適用することができ
ると共に、光学顕微鏡において厚さの異なる試料を観察
したり、露光装置においてフォトマスクの表面と裏面と
を同時に高倍率で観察する場合にも有効に適用すること
ができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、戻り
光に不所望な干渉が発生せず、しかも厚さの異なる記録
媒体に切り換えた場合でも、Ｓ／Ｎの良好な再生信号等
の検出信号を得ることができる。また、図４に示す従来
のものに比べて、部品点数を少なくできるので、簡単か
つ小型、安価にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す図である。

【図２】図１に示す光学系の概略図である。

【図３】図１に示す第１，第２の光検出器の構成を示す
平面図である。

【図４】従来の技術を説明するための図である。

【符号の説明】

２１ 半導体レーザ ２２ 第１のホログラム ２２ａ 周辺部領域 ２２ｂ 中央部領域 ２３ 透明基板 ２４ 全反射ミラー ２５ コリメータレンズ ２６ 対物レンズ ２７ 第２のホログラム ２８ 第１の記録媒体 ２９ 第２の記録媒体 ３１ 第１の光検出器 ３１ａ〜３１ｆ 受光領域 ３２ 第２の光検出器 ３２ａ〜３２ｆ 受光領域 ３３ 半導体基板 ３４ パッケージ Ｐ１ 第１の収束点 Ｐ２ 第２の収束点

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも光源、対物レンズおよび光検
   出手段を有し、前記光源からの出射光を前記対物レンズ
   を経て、カバーガラスの厚さが薄い第１の記録媒体また
   はカバーガラスの厚さが厚い第２の記録媒体に照射し、
   その戻り光を前記対物レンズを経て前記光検出手段で受
   光して、所望の信号を検出するようにした光学ヘッドに
   おいて、 前記光検出手段を同一平面に設けた第１および第２の光
   検出器を有して構成して、これら第１および第２の光検
   出器と前記光源とをパッケージに一体に設け、 前記光源と前記対物レンズとの間の光路中には、円形状
   の中央部領域とその周囲を無分割で囲む周辺部領域とに
   ２分割され、周辺部領域と中央部領域とで光学特性が異
   なるホログラムを配置して、前記光源からの出射光を前
   記ホログラムおよび前記対物レンズを経て前記第１また
   は第２の記録媒体に照射し、 前記第１の記録媒体からの戻り光のうち前記ホログラム
   の周辺部領域で回折される１次回折光を前記第１の光検
   出器で受光して、その出力に基づいて前記第１の記録媒
   体に対する前記所望の信号を検出し、 前記第２の記録媒体からの戻り光のうち前記ホログラム
   の中心部領域で回折される１次回折光を前記第２の光検
   出器で受光して、その出力に基づいて前記第２の記録媒
   体に対する前記所望の信号を検出するよう構成したこと
   を特徴とする光学ヘッド。
2. 【請求項２】 前記ホログラムと前記対物レンズとの間
   に凹レンズ機能を有する第２のホログラムを配置すると
   共に、これら２つのホログラム間にコリメータレンズを
   配置したことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。