JP3860953B2 - 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、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）などの光記録媒体の記録、再生に用いられる２波長光ヘッド装置に関するものである。さらに詳しくは、このような２波長光ヘッド装置において、発光点位置が異なる光源から出射された波長の異なる光の相対角度を変化させて、これらの光を共通受光素子に導くために用いる導光用光学素子を用いた光ヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体としては、ＣＤやＤＶＤ等のように基板厚さや記録密度が異なるものが知られており、これらの光記録媒体に対して情報の記録や再生を行うためには異なる波長のレーザ光が必要になる。たとえば、ＤＶＤの再生には６５０ｎｍ波長のレーザ光が必要であるのに対して、ＣＤ―Ｒは６５０ｎｍ波長帯域での反射率が低いので、その再生・記録のためには７８０ｎｍ波長のレーザ光が必要である。
【０００３】
そこで、ＤＶＤの再生およびＣＤ−Ｒの再生記録を行うための光ヘッド装置としては、波長が６５０ｎｍのレーザ光を出射するレーザ光源と、波長が７８０ｎｍのレーザ光を出射するレーザ光源が搭載された所謂、２波長光ヘッド装置と呼ばれるものが知られている。たとえば、特開平８−５５３６３号公報にはこのような２波長光ヘッド装置が開示されている。
【０００４】
ここで、このような２波長光ヘッド装置では、その小型およびコンパクト化のために、各レーザ光の光学系を共用化している。そのために、各レーザ光源から射出された発光点が異なるレーザ光を、ビームスプリッタを用いて共通光路に導き、共通の対物レンズを介して光記録媒体上に収束させている。また、光記録媒体からの反射光を共通の受光素子により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、複数のレーザ光を共通の光路に導くために用いるビームスプリッタは、一方のレーザ光を反射し、他方のレーザ光を透過させて光路を合わせる必要がある。対物レンズを介して情報読み取りのために回折限界のスポットにレーザ光を収束させるためには、ビームスプリッタを透過するレーザ光に対して波面収差を悪化させる訳にはいかない。このために、ビームスプリッタとしてはキューブ型のプリズムから構成されるものが一般的に使用されている。しかし、このようなビームスプリッタは高価であり、製造価格の低減化の妨げとなっている。
【０００６】
また、共通の受光素子を用いる場合には、共通の受光素子に対して、個別に配置されている２つのレーザ光源をそれぞれ３次元的に位置調整して、これらから出射された後に光記録媒体で反射された反射光を、一ヵ所に集光させる必要がある。よって、調整コストが嵩むとともに、信頼性の低下を招いてしまうという問題点がある。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、波長の異なる光を出射する複数の光源を備えた光ヘッド装置において、光記録媒体で反射された後の各光を共通受光素子に導くために用いる廉価に製造可能な光学素子を提案し、かかる廉価に製造可能な導光用光学素子を用いることにより、光学系を廉価に構成でき、その組み付け時の調整も簡単に行なうことのできる光ヘッド装置を提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光ヘッド装置は、第１の光を出射する第１の光源と、前記第１の光と波長が異なる第２の光を出射する第２の光源と、前記第１および第２の光を光記録媒体の記録面に収束させる対物レンズと、光記録媒体の記録面で反射された第１および第２の戻り光を前記対物レンズを介して受光する共通受光素子とを有する光ヘッド装置において、前記第１の光源から出射された前記第１の光と前記第２の光源から出射された前記第２の光の光路から分離された後の前記第１および第２の戻り光の光路上には導光用光学素子が配置されており、前記導光用光学素子は、相対する入射面および出射面を備え、前記入射面および出射面の一方が階段状表面とされ、当該階段状表面における各隣接段面の段差は、これらの隣接段面を透過する前記第１および第２の戻り光のうち一方の光に対してのみ、ｎ波長分（ｎ＝１、２、３・・・）の位相差を発生させる寸法に設定されており、前記第１および第２の戻り光のうちの一方を偏向して、双方の光を前記共通受光素子に導くようになっていることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、導光用光学素子を透過した一方の光は、各段面を通過したその光成分の位相差が波長の整数倍になるので、波形にずれが生じない。よって、当該光は、進行方向が変わることなく入射面に入射したときの波面を生成して出射面から出射される。これに対して、波長の異なる他方の光は、導光用光学素子の各段面を通過したその光成分間での位相ずれが波長の整数倍にはならないので、波形にもずれが生ずる。このため、当該光は、進行方向が所定の角度だけ偏向されて出射面から出射される。従って、本発明の導光用光学素子を透過させることにより各光の進行方向の相対角度が変化するので、これらの光を共通受光素子に導くことができる。
【００１２】
ここで、前記の各光が発散光束あるいは収束光束である場合には、本発明の導光用光学素子における前記段面を曲面とすることが望ましい。
【００１３】
また、前記段面を同心円状に形成した場合には、前記段面を平行に形成した場合に比べて、光学系における光軸回りの回転誤差を低減できるという利点がある。
【００１６】
一方、本発明の光ヘッド装置において、各光源と共通受光素子の間の光学的な位置調整を簡素化するためには、前記第１および第２の光源を個別の光源とする代わりに、共通のパッケージ内に収納されているユニット光源とすることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明による導光用光学素子を備えた２波長光ヘッド装置の実施例を説明する。
【００１８】
（実施例）
図１は本例の２波長光ヘッド装置の光学系を示す概略構成図である。本例の光ヘッド装置１は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなど、基板厚さや記録密度が異なる複数種類の光記録媒体６に対して情報の再生、記録を行うものであり、波長が６５０ｎｍの実線で示す第１のレーザ光Ｌ１を出射する第１のレーザ光源１１と、波長が７８０ｎｍの破線で示す第２のレーザ光Ｌ２を出射する第２のレーザ光源１２とが共通パッケージ１３に収納された２波長光源（ユニット光源）１０と、共通の光学系Ｌｏを備えている。第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とは、それらの発光点位置が例えば、１１０μｍ程度離れている。
【００１９】
共通光学系Ｌｏには、２波長光源１０から出射された第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２をトラッキングエラー信号生成のために３ビームに分離する回折格子２０と、３ビームに分割されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を部分的に反射する平板状のビームスプリッタ３０と、このビームスプリッタ３０で反射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ４０と、コリメートレンズ４０から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を光記録媒体６の記録面６ａに収束させる対物レンズ４１とが配置されている。
【００２０】
また、共通光学系Ｌｏには、光記録媒体６の記録面６ａで反射された後に、ビームスプリッタ３０を通過した第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光の戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２を受光するための共通受光素子１３が配置されている。ビームスプリッタ３０と受光素子１３の間には、光軸がずれている戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２を共通受光素子１３上の共通受光面に導くための導光用光学素子５が配置されている。この導光用光学素子５の構造については後述する。
【００２１】
本例では、光ヘッド装置１のシステム光軸４１ａ（対物レンズ４１の光軸）に、第１のレーザ光源１１から出射される第１のレーザ光Ｌ１の光軸を一致させてある。従って、第２のレーザ光源１２から出射される第２のレーザ光Ｌ２は、光軸ずれの状態で共通光学系Ｌｏを通過する。
【００２２】
この構成の光ヘッド装置１において、光記録媒体６としてＤＶＤから情報を再生等するときは、第１のレーザ光源１１から、波長が６５０ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１を出射する。この第１のレーザ光Ｌ１は、共通光学系Ｌｏに導かれ、対物レンズ４１によって、ＤＶＤの記録面に光スポットとして収束し、ＤＶＤの記録面で反射した第１のレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌｒ１は、ビームスプリッタ３０、導光用光学素子５を介して共通受光素子１３に集光する。共通受光素子１３で検出された信号によりＤＶＤの情報再生等が行われる。
【００２３】
これに対して、光記録媒体６としてＣＤ−Ｒに情報を再生等するときは、第２のレーザ光源１２から、波長が７８０ｎｍの第２のレーザ光Ｌ２を出射する。この第２のレーザ光Ｌ２も、共通光学系Ｌ０に導かれ、対物レンズ４１によって、ＣＤ−Ｒの記録面に光スポットとして収束し、ＣＤ−Ｒの記録面で反射した第２のレーザ光Ｌ２の戻り光Ｌｒ２は、ビームスプリッタ３０、導光用光学素子５を介して共通受光素子１３に集光する。共通受光素子１３で検出された信号によりＣＤ−Ｒの情報再生等が行われる。
【００２４】
（導光用光学素子）
ここで、第１のレーザ光源１１と第２のレーザ光源１２は光軸がずれて配置されているので、このままでは、共通受光素子１３による戻り光Ｌｒ２の受光位置も戻り光Ｌｒ２の受光位置からずれてしまう。この受光位置のずれを補正しているのが導光用光学素子５である。
【００２５】
図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本例の導光用光学素子の入射面側平面図、その側面図および、入射面の断面形状を示す部分拡大断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図２に示す導光用光学素子５を透過するレーザ光が偏向される原理を説明する説明図である。
【００２６】
本例の導光用光学素子５は樹脂成形品であり、全体として円盤状をしており、その円環状の外周枠部分５１によって囲まれている一方の面が入射面５２とされ、他方の面が出射面５３とされている。図２（ｃ）から分かるように、入射面５２は光軸５ａの方向に段差が付いている階段状表面であり、この階段状表面は一定の幅で多数の段面５４がほぼ平行に形成されている。一方、出射面５３は当該光学素子光軸５ａに垂直な平坦面とされている。
【００２７】
この導光用光学素子５の素材は、第１のレーザ光および第２のレーザ光を透過可能であり、第１のレーザ光の波長６５０ｎｍに対する屈折率ｎ１として、第２のレーザ光の波長７８０ｎｍに対する屈折率ｎ２とすると、例えば
ｎ１＝１．５１８６２
ｎ２＝１．５２１９６
の樹脂材料から形成されている。
【００２８】
図３を参照して、入射面５２の段差寸法について説明すると、隣接する下側段面５４１と上側段面５４２との段差Ｄは、波長６５０ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１が、上側段面５４２を透過する場合と、下側段面５４１を透過する場合とでは、双方の光路に１波長（２π）分の差が生ずるように設定されている。すなわち、第１のレーザ光Ｌ１における上側段面５４２を透過するレーザ光部分Ｌ１Ａが段差Ｄ分の厚さを透過する場合の光路長ＯＰ１（Ａ）は、波長６５０ｎｍをλ１として、
ＯＰ１（Ａ）＝ｋ１＊ｎ１＊Ｄ
但し
ｋ１＝２π／λ１
で表される。また、上側段面５４２に隣接する下側段面５４１を透過するレーザ光部分Ｌ１Ｂが、段差Ｄ分の空間を進んで下側段面５４１に到達するまでの光路長ＯＰ１（Ｂ）は、
ＯＰ１（Ｂ）＝ｋ１＊１＊Ｄ
で表される。ここで、ＯＰ１（Ａ）とＯＰ１（Ｂ）との間に１波長分（２π）光路差が生じるように段差Ｄが設定されるため、
ＯＰ１（Ａ）−ＯＰ１（Ｂ）＝ｋ１＊（ｎ１−１）＊Ｄ＝２π
で表される。段差Ｄを求めると、
Ｄ＝λ１／（ｎ１−１）＝１２５３．３ｎｍ
となり、段差Ｄを１２５３．３ｎｍに設定すると、第１のレーザ光Ｌ１は、入射面５２を透過後に位相はずれても波形にずれが生じないため、それぞれの段差透過波面が再び強め合って元の波面（２点鎖線で模式的に示す段差透過波面Ｔ）を生成するため、出射面５３から出射されても進行方向が変わらない。
【００２９】
次に、第２のレーザ光Ｌ２について説明する。上側段面５４２を透過するレーザ光部分Ｌ２Ａが段差Ｄ分の厚さを透過する場合の光路長ＯＰ２（Ａ）と、上側段面５４２に隣接する下側段面５４１を透過するレーザ光部分Ｌ２Ｂが段差Ｄ分の空間を進んで下側段面５４１に到達するまでの光路長ＯＰ２（Ｂ）との光路差ＯＰＤ２を同様に計算してみると、波長７８０ｎｍをλ２として、
ＯＰＤ２＝ＯＰ２（Ａ）−ＯＰ２（Ｂ）＝ｋ２＊（ｎ２−１）＊Ｄ
で表される。ここで段差Ｄは、
Ｄ＝λ１／（ｎ１−１）
であるので、
ＯＰＤ２＝２π＊（λ１／λ２）＊［（ｎ２−１）／（ｎ１−１）］
但し
ｋ２＝２π／λ２
であり、
λ１／λ２≠（ｎ２−１）／（ｎ１−１）≠１
であるため、光路差ＯＰＤ２は、
ＯＰＤ２≠２π
となり、段差Ｄを１２５３．３ｎｍに設定すると、第２のレーザ光Ｌ２は、段差透過後に位相がずれるとともに波形にもずれが生じる。このため、たとえば、レーザ光Ｌ２Ａが上段５４２を透過した後の段差透過波面を２点鎖線で模式的に段差透過波面Ｓ２と示すと、レーザ光Ｌ２Ｂが下段５４１を透過した後の段差透過波面も２点鎖線で模式的に段差透過波面Ｓ１として示され、段差透過波面Ｓ２と段差透過波面Ｓ１にはずれが生じる。従って、それぞれの段差透過波面Ｓ１、Ｓ２が元の波面と変化して生成されるため、第２のレーザ光Ｌ２は、出射面５３から出射されると進行方向を偏向させられる。また、段差透過波面の変化の度合いは、段差寸法を調整することにより調整される。
【００３０】
なお、段差Ｄは、第１のレーザ光Ｌ１に対して、１波長（２π）の整数倍分（２π、４π…）の位相差を生じさせる寸法であればよい。
【００３１】
このように本例の光ヘッド装置の導光用光学素子５は、表面に段差を形成するだけの素子形状であり、量産性に優れ、廉価に製造できる。また、本例ではプリスムを使用することなく各光源からのレーザ光を共通受光素子に導くことができるので、光学系をコンパクトに構成でき、また、光学系のコストの低減を図ることができる。さらに、本例では、２波長のユニット光源を用いているので、別個の光源を使用する場合に比べて、各光源と共通受光素子との光学的な位置合わせが簡単になる。
【００３２】
（導光用光学素子の別の例）
図４（ａ）、（ｂ）は、導光用光学素子の別の例を示す入射面側平面図および断面図である。本例の導光用光学素子５Ａの基本的な構成は図２に示す導光用光学素子５と同一である。異なる点は、入射面５２には、一定幅の段面５４Ａが同心円状に形成されていることである。
【００３３】
図２に示す各段面が平行に形成されている場合には、各段面に対して直交する方向に第２のレーザ光が偏向される。よって、当該導光用光学素子のシステム光軸４１ａに対する回転方向の位置決めを精度良く行わないと、偏向された光を、共通受光素子上における第１のレーザ光の受光位置に導くことができない。これに対して、図４に示す同心円状に段面５４Ａが形成されている場合には、これらの段面５４Ａを透過した第２のレーザ光は、これらの段面５４Ａの中心位置に向けて所定の角度で偏向される。よって、回転方向の位置決め誤差が、平行に段面を形成してある場合に比べて抑制される。
【００３４】
次に、上記の各導光用光学素子５、５Ａでは、段面が光軸５ａに垂直な平面であったが、これを凸曲面あるいは凹曲面とすることもできる。図５には段面が凸曲面とされている導光用光学素子の例を示してある。この導光用光学素子５Ｂは、第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２が収束光束あるいは発散光束であっても、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２との相対角度を適切に変化させて、共通受光素子上に導くことができる。
【００３５】
図６には導光用光学素子の更に別の二例を示してある。図６（ａ）に示す導光用光学素子５Ｃは、板状素子本体５０１の一方の面を階段状断面の入射面５０２とし、他方の面を光軸５０３に垂直な平坦な出射面５０４としてある。さらに、入射面５０２には、素子本体５０１とは屈折率が異なる重合部材５０５を重合してある。この重合部材５０５の入射面５０６は光軸５０３に垂直な平坦面とされている。この結果、本例の導光用光学素子５Ｃは、全体として矩形断面の素子となっている。
【００３６】
次に、図６（ｂ）に示す導光用光学素子５Ｄは、三角形断面のプリズム体５１１の斜面に階段状表面からなる入射面５１２を形成し、これに対峙している平坦な面を出射面５１３としてある。また、入射面５１２に、プリズム体５１１とは屈折率が異なる重合部材５１４を重合することにより、平坦な傾斜入射面５１５を形成してある。
【００３７】
これらの導光用光学素子５Ｃ、５Ｄの場合においても、それらの入射面５０６、５１５から入射して平坦な出射面５０４、５１３から出射する第１および第２のレーザ光は、その隣接段面を通過する光部分Ｌａ、Ｌｂとの間において、一方のレーザ光では１波長の整数倍の光路差が発生するようになっている。
【００４０】
（その他の実施の形態）
なお、上記の例では、第２のレーザ光を光学素子によって偏向させているが、逆に、第１のレーザ光を光学素子によって偏向させるようにしてもよい。
【００４１】
また、上記の各光学素子ではそれらの入射面側を階段状表面としているが、逆に、出射面を階段状表面とし、入射面を平坦面とすることもできる。
【００４２】
さらには、上記の各光学素子では出射面を平坦面としているが、凹面あるいは凸面として通過光束の径を拡大あるいは縮小させるようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の２波長光ヘッド装置に用いる導光用光学素子は、入射面あるいは出射面を光軸方向に向けて階段状に段差のついた階段状表面とし、隣接段面の段差を適切に設定することにより、当該導光用光学素子を通過した波長の異なる光の相対角度を変化させるようにしている。
【００４４】
本発明の導光用光学素子は、その一方の面を階段状表面にすればよいので、製作が簡単であり、樹脂素材の成形品として廉価に大量生産できる。よって、プリズム等の高価な光学素子を用いて、複数光源からの出射光の光軸合わせたり、記録媒体で反射された複数光源からの光を共通受光素子に導く場合に比べて、光学系をコンパクトで、廉価に構成できる。
【００４５】
また、階段状表面を構成している各段面を同心円状に形成した場合には、光ヘッド装置光学系に組み付ける際の回転方向の位置精度を緩和できるという利点が得られる。
【００４７】
さらに、本発明の２波長光ヘッド装置は、異なる光源から出射されて記録媒体で反射された後の各光を、プリズム等の高価な素子を用いることなく、導光用光学素子により共通受光素子に導くことができる。よって、光ヘッド装置の光学系をコンパクトで、廉価に構成できる。
【００４８】
上記効果に加えて、本発明の光ヘッド装置の光学系では、導光用光学素子の代わりに透明な平板素子を配置し、２波長光源ユニットの代わりに一つの光源を配置すれば、一般的な１波長型の光ヘッド装置に光学系を構成できる。よって、かかる光学系を組み付ける光学系フレームを、２波長光学ヘッドおよび１波長光学ヘッドの間で共通化できるという利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した実施例に係る光ヘッド装置の光学系を示す概略構成図である。
【図２】 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、図１の導光用光学素子の入射面側平面図、その側面図および、入射面の断面形状を示す部分拡大断面図である。
【図３】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図２における導光用光学素子を透過するレーザ光が偏向される原理を説明する説明図である。
【図４】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の導光用光学素子の別の例を示す入射面側平面図および断面図である。
【図５】 図１の導光用光学素子の入射面に形成される段面の別の例を示す断面図である。
【図６】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の導光用光学素子の更に別の二例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 光ヘッド装置
５ 導光用光学素子
５ａ 導光用光学素子の光軸
６ 光記録ディスク（光記録媒体）
１０ ２波長光源
１１ 第１のレーザ光源
１２ 第２のレーザ光源
１３ 受光素子
３０ ビームスプリッタ
４０ コリメートレンズ
４１ 対物レンズ
４１ａ システム光軸（対物レンズの光軸）
５１ 外周枠部分
５２ 入射面
５３ 出射面
Ｌｏ 共通光学系
Ｌ１ 第１のレーザ光
Ｌ２ 第２のレーザ光
Ｌｒ１ 第１の戻り光
Ｌｒ２ 第２の戻り光
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）などの光記録媒体の記録、再生に用いられる２波長光ヘッド装置に関するものである。さらに詳しくは、このような２波長光ヘッド装置において、発光点位置が異なる光源から出射された波長の異なる光の相対角度を変化させて、これらの光を共通受光素子に導くために用いる導光用光学素子を用いた光ヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体としては、ＣＤやＤＶＤ等のように基板厚さや記録密度が異なるものが知られており、これらの光記録媒体に対して情報の記録や再生を行うためには異なる波長のレーザ光が必要になる。たとえば、ＤＶＤの再生には６５０ｎｍ波長のレーザ光が必要であるのに対して、ＣＤ―Ｒは６５０ｎｍ波長帯域での反射率が低いので、その再生・記録のためには７８０ｎｍ波長のレーザ光が必要である。
【０００３】
そこで、ＤＶＤの再生およびＣＤ−Ｒの再生記録を行うための光ヘッド装置としては、波長が６５０ｎｍのレーザ光を出射するレーザ光源と、波長が７８０ｎｍのレーザ光を出射するレーザ光源が搭載された所謂、２波長光ヘッド装置と呼ばれるものが知られている。たとえば、特開平８−５５３６３号公報にはこのような２波長光ヘッド装置が開示されている。
【０００４】
ここで、このような２波長光ヘッド装置では、その小型およびコンパクト化のために、各レーザ光の光学系を共用化している。そのために、各レーザ光源から射出された発光点が異なるレーザ光を、ビームスプリッタを用いて共通光路に導き、共通の対物レンズを介して光記録媒体上に収束させている。また、光記録媒体からの反射光を共通の受光素子により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、複数のレーザ光を共通の光路に導くために用いるビームスプリッタは、一方のレーザ光を反射し、他方のレーザ光を透過させて光路を合わせる必要がある。対物レンズを介して情報読み取りのために回折限界のスポットにレーザ光を収束させるためには、ビームスプリッタを透過するレーザ光に対して波面収差を悪化させる訳にはいかない。このために、ビームスプリッタとしてはキューブ型のプリズムから構成されるものが一般的に使用されている。しかし、このようなビームスプリッタは高価であり、製造価格の低減化の妨げとなっている。
【０００６】
また、共通の受光素子を用いる場合には、共通の受光素子に対して、個別に配置されている２つのレーザ光源をそれぞれ３次元的に位置調整して、これらから出射された後に光記録媒体で反射された反射光を、一ヵ所に集光させる必要がある。よって、調整コストが嵩むとともに、信頼性の低下を招いてしまうという問題点がある。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、波長の異なる光を出射する複数の光源を備えた光ヘッド装置において、光記録媒体で反射された後の各光を共通受光素子に導くために用いる廉価に製造可能な光学素子を提案し、かかる廉価に製造可能な導光用光学素子を用いることにより、光学系を廉価に構成でき、その組み付け時の調整も簡単に行なうことのできる光ヘッド装置を提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光ヘッド装置は、第１の光を出射する第１の光源と、前記第１の光と波長が異なる第２の光を出射する第２の光源と、前記第１および第２の光を光記録媒体の記録面に収束させる対物レンズと、光記録媒体の記録面で反射された第１および第２の戻り光を前記対物レンズを介して受光する共通受光素子とを有する光ヘッド装置において、前記第１の光源から出射された前記第１の光と前記第２の光源から出射された前記第２の光の光路から分離された後の前記第１および第２の戻り光の光路上には導光用光学素子が配置されており、前記導光用光学素子は、相対する入射面および出射面を備え、前記入射面および出射面の一方が階段状表面とされ、当該階段状表面における各隣接段面の段差は、これらの隣接段面を透過する前記第１および第２の戻り光のうち一方の光に対してのみ、ｎ波長分（ｎ＝１、２、３・・・）の位相差を発生させる寸法に設定されており、前記第１および第２の戻り光のうちの一方を偏向して、双方の光を前記共通受光素子に導くようになっていることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、導光用光学素子を透過した一方の光は、各段面を通過したその光成分の位相差が波長の整数倍になるので、波形にずれが生じない。よって、当該光は、進行方向が変わることなく入射面に入射したときの波面を生成して出射面から出射される。これに対して、波長の異なる他方の光は、導光用光学素子の各段面を通過したその光成分間での位相ずれが波長の整数倍にはならないので、波形にもずれが生ずる。このため、当該光は、進行方向が所定の角度だけ偏向されて出射面から出射される。従って、本発明の導光用光学素子を透過させることにより各光の進行方向の相対角度が変化するので、これらの光を共通受光素子に導くことができる。
【００１２】
ここで、前記の各光が発散光束あるいは収束光束である場合には、本発明の導光用光学素子における前記段面を曲面とすることが望ましい。
【００１３】
また、前記段面を同心円状に形成した場合には、前記段面を平行に形成した場合に比べて、光学系における光軸回りの回転誤差を低減できるという利点がある。
【００１６】
一方、本発明の光ヘッド装置において、各光源と共通受光素子の間の光学的な位置調整を簡素化するためには、前記第１および第２の光源を個別の光源とする代わりに、共通のパッケージ内に収納されているユニット光源とすることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明による導光用光学素子を備えた２波長光ヘッド装置の実施例を説明する。
【００１８】
（実施例）
図１は本例の２波長光ヘッド装置の光学系を示す概略構成図である。本例の光ヘッド装置１は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなど、基板厚さや記録密度が異なる複数種類の光記録媒体６に対して情報の再生、記録を行うものであり、波長が６５０ｎｍの実線で示す第１のレーザ光Ｌ１を出射する第１のレーザ光源１１と、波長が７８０ｎｍの破線で示す第２のレーザ光Ｌ２を出射する第２のレーザ光源１２とが共通パッケージ１３に収納された２波長光源（ユニット光源）１０と、共通の光学系Ｌｏを備えている。第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とは、それらの発光点位置が例えば、１１０μｍ程度離れている。
【００１９】
共通光学系Ｌｏには、２波長光源１０から出射された第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２をトラッキングエラー信号生成のために３ビームに分離する回折格子２０と、３ビームに分割されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を部分的に反射する平板状のビームスプリッタ３０と、このビームスプリッタ３０で反射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ４０と、コリメートレンズ４０から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を光記録媒体６の記録面６ａに収束させる対物レンズ４１とが配置されている。
【００２０】
また、共通光学系Ｌｏには、光記録媒体６の記録面６ａで反射された後に、ビームスプリッタ３０を通過した第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光の戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２を受光するための共通受光素子１３が配置されている。ビームスプリッタ３０と受光素子１３の間には、光軸がずれている戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２を共通受光素子１３上の共通受光面に導くための導光用光学素子５が配置されている。この導光用光学素子５の構造については後述する。
【００２１】
本例では、光ヘッド装置１のシステム光軸４１ａ（対物レンズ４１の光軸）に、第１のレーザ光源１１から出射される第１のレーザ光Ｌ１の光軸を一致させてある。従って、第２のレーザ光源１２から出射される第２のレーザ光Ｌ２は、光軸ずれの状態で共通光学系Ｌｏを通過する。
【００２２】
この構成の光ヘッド装置１において、光記録媒体６としてＤＶＤから情報を再生等するときは、第１のレーザ光源１１から、波長が６５０ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１を出射する。この第１のレーザ光Ｌ１は、共通光学系Ｌｏに導かれ、対物レンズ４１によって、ＤＶＤの記録面に光スポットとして収束し、ＤＶＤの記録面で反射した第１のレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌｒ１は、ビームスプリッタ３０、導光用光学素子５を介して共通受光素子１３に集光する。共通受光素子１３で検出された信号によりＤＶＤの情報再生等が行われる。
【００２３】
これに対して、光記録媒体６としてＣＤ−Ｒに情報を再生等するときは、第２のレーザ光源１２から、波長が７８０ｎｍの第２のレーザ光Ｌ２を出射する。この第２のレーザ光Ｌ２も、共通光学系Ｌ０に導かれ、対物レンズ４１によって、ＣＤ−Ｒの記録面に光スポットとして収束し、ＣＤ−Ｒの記録面で反射した第２のレーザ光Ｌ２の戻り光Ｌｒ２は、ビームスプリッタ３０、導光用光学素子５を介して共通受光素子１３に集光する。共通受光素子１３で検出された信号によりＣＤ−Ｒの情報再生等が行われる。
【００２４】
（導光用光学素子）
ここで、第１のレーザ光源１１と第２のレーザ光源１２は光軸がずれて配置されているので、このままでは、共通受光素子１３による戻り光Ｌｒ２の受光位置も戻り光Ｌｒ２の受光位置からずれてしまう。この受光位置のずれを補正しているのが導光用光学素子５である。
【００２５】
図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本例の導光用光学素子の入射面側平面図、その側面図および、入射面の断面形状を示す部分拡大断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図２に示す導光用光学素子５を透過するレーザ光が偏向される原理を説明する説明図である。
【００２６】
本例の導光用光学素子５は樹脂成形品であり、全体として円盤状をしており、その円環状の外周枠部分５１によって囲まれている一方の面が入射面５２とされ、他方の面が出射面５３とされている。図２（ｃ）から分かるように、入射面５２は光軸５ａの方向に段差が付いている階段状表面であり、この階段状表面は一定の幅で多数の段面５４がほぼ平行に形成されている。一方、出射面５３は当該光学素子光軸５ａに垂直な平坦面とされている。
【００２７】
この導光用光学素子５の素材は、第１のレーザ光および第２のレーザ光を透過可能であり、第１のレーザ光の波長６５０ｎｍに対する屈折率ｎ１として、第２のレーザ光の波長７８０ｎｍに対する屈折率ｎ２とすると、例えば
ｎ１＝１．５１８６２
ｎ２＝１．５２１９６
の樹脂材料から形成されている。
【００２８】
図３を参照して、入射面５２の段差寸法について説明すると、隣接する下側段面５４１と上側段面５４２との段差Ｄは、波長６５０ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１が、上側段面５４２を透過する場合と、下側段面５４１を透過する場合とでは、双方の光路に１波長（２π）分の差が生ずるように設定されている。すなわち、第１のレーザ光Ｌ１における上側段面５４２を透過するレーザ光部分Ｌ１Ａが段差Ｄ分の厚さを透過する場合の光路長ＯＰ１（Ａ）は、波長６５０ｎｍをλ１として、
ＯＰ１（Ａ）＝ｋ１＊ｎ１＊Ｄ
但し
ｋ１＝２π／λ１
で表される。また、上側段面５４２に隣接する下側段面５４１を透過するレーザ光部分Ｌ１Ｂが、段差Ｄ分の空間を進んで下側段面５４１に到達するまでの光路長ＯＰ１（Ｂ）は、
ＯＰ１（Ｂ）＝ｋ１＊１＊Ｄ
で表される。ここで、ＯＰ１（Ａ）とＯＰ１（Ｂ）との間に１波長分（２π）光路差が生じるように段差Ｄが設定されるため、
ＯＰ１（Ａ）−ＯＰ１（Ｂ）＝ｋ１＊（ｎ１−１）＊Ｄ＝２π
で表される。段差Ｄを求めると、
Ｄ＝λ１／（ｎ１−１）＝１２５３．３ｎｍ
となり、段差Ｄを１２５３．３ｎｍに設定すると、第１のレーザ光Ｌ１は、入射面５２を透過後に位相はずれても波形にずれが生じないため、それぞれの段差透過波面が再び強め合って元の波面（２点鎖線で模式的に示す段差透過波面Ｔ）を生成するため、出射面５３から出射されても進行方向が変わらない。
【００２９】
次に、第２のレーザ光Ｌ２について説明する。上側段面５４２を透過するレーザ光部分Ｌ２Ａが段差Ｄ分の厚さを透過する場合の光路長ＯＰ２（Ａ）と、上側段面５４２に隣接する下側段面５４１を透過するレーザ光部分Ｌ２Ｂが段差Ｄ分の空間を進んで下側段面５４１に到達するまでの光路長ＯＰ２（Ｂ）との光路差ＯＰＤ２を同様に計算してみると、波長７８０ｎｍをλ２として、
ＯＰＤ２＝ＯＰ２（Ａ）−ＯＰ２（Ｂ）＝ｋ２＊（ｎ２−１）＊Ｄ
で表される。ここで段差Ｄは、
Ｄ＝λ１／（ｎ１−１）
であるので、
ＯＰＤ２＝２π＊（λ１／λ２）＊［（ｎ２−１）／（ｎ１−１）］
但し
ｋ２＝２π／λ２
であり、
λ１／λ２≠（ｎ２−１）／（ｎ１−１）≠１
であるため、光路差ＯＰＤ２は、
ＯＰＤ２≠２π
となり、段差Ｄを１２５３．３ｎｍに設定すると、第２のレーザ光Ｌ２は、段差透過後に位相がずれるとともに波形にもずれが生じる。このため、たとえば、レーザ光Ｌ２Ａが上段５４２を透過した後の段差透過波面を２点鎖線で模式的に段差透過波面Ｓ２と示すと、レーザ光Ｌ２Ｂが下段５４１を透過した後の段差透過波面も２点鎖線で模式的に段差透過波面Ｓ１として示され、段差透過波面Ｓ２と段差透過波面Ｓ１にはずれが生じる。従って、それぞれの段差透過波面Ｓ１、Ｓ２が元の波面と変化して生成されるため、第２のレーザ光Ｌ２は、出射面５３から出射されると進行方向を偏向させられる。また、段差透過波面の変化の度合いは、段差寸法を調整することにより調整される。
【００３０】
なお、段差Ｄは、第１のレーザ光Ｌ１に対して、１波長（２π）の整数倍分（２π、４π…）の位相差を生じさせる寸法であればよい。
【００３１】
このように本例の光ヘッド装置の導光用光学素子５は、表面に段差を形成するだけの素子形状であり、量産性に優れ、廉価に製造できる。また、本例ではプリスムを使用することなく各光源からのレーザ光を共通受光素子に導くことができるので、光学系をコンパクトに構成でき、また、光学系のコストの低減を図ることができる。さらに、本例では、２波長のユニット光源を用いているので、別個の光源を使用する場合に比べて、各光源と共通受光素子との光学的な位置合わせが簡単になる。
【００３２】
（導光用光学素子の別の例）
図４（ａ）、（ｂ）は、導光用光学素子の別の例を示す入射面側平面図および断面図である。本例の導光用光学素子５Ａの基本的な構成は図２に示す導光用光学素子５と同一である。異なる点は、入射面５２には、一定幅の段面５４Ａが同心円状に形成されていることである。
【００３３】
図２に示す各段面が平行に形成されている場合には、各段面に対して直交する方向に第２のレーザ光が偏向される。よって、当該導光用光学素子のシステム光軸４１ａに対する回転方向の位置決めを精度良く行わないと、偏向された光を、共通受光素子上における第１のレーザ光の受光位置に導くことができない。これに対して、図４に示す同心円状に段面５４Ａが形成されている場合には、これらの段面５４Ａを透過した第２のレーザ光は、これらの段面５４Ａの中心位置に向けて所定の角度で偏向される。よって、回転方向の位置決め誤差が、平行に段面を形成してある場合に比べて抑制される。
【００３４】
次に、上記の各導光用光学素子５、５Ａでは、段面が光軸５ａに垂直な平面であったが、これを凸曲面あるいは凹曲面とすることもできる。図５には段面が凸曲面とされている導光用光学素子の例を示してある。この導光用光学素子５Ｂは、第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２が収束光束あるいは発散光束であっても、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２との相対角度を適切に変化させて、共通受光素子上に導くことができる。
【００３５】
図６には導光用光学素子の更に別の二例を示してある。図６（ａ）に示す導光用光学素子５Ｃは、板状素子本体５０１の一方の面を階段状断面の入射面５０２とし、他方の面を光軸５０３に垂直な平坦な出射面５０４としてある。さらに、入射面５０２には、素子本体５０１とは屈折率が異なる重合部材５０５を重合してある。この重合部材５０５の入射面５０６は光軸５０３に垂直な平坦面とされている。この結果、本例の導光用光学素子５Ｃは、全体として矩形断面の素子となっている。
【００３６】
次に、図６（ｂ）に示す導光用光学素子５Ｄは、三角形断面のプリズム体５１１の斜面に階段状表面からなる入射面５１２を形成し、これに対峙している平坦な面を出射面５１３としてある。また、入射面５１２に、プリズム体５１１とは屈折率が異なる重合部材５１４を重合することにより、平坦な傾斜入射面５１５を形成してある。
【００３７】
これらの導光用光学素子５Ｃ、５Ｄの場合においても、それらの入射面５０６、５１５から入射して平坦な出射面５０４、５１３から出射する第１および第２のレーザ光は、その隣接段面を通過する光部分Ｌａ、Ｌｂとの間において、一方のレーザ光では１波長の整数倍の光路差が発生するようになっている。
【００４０】
（その他の実施の形態）
なお、上記の例では、第２のレーザ光を光学素子によって偏向させているが、逆に、第１のレーザ光を光学素子によって偏向させるようにしてもよい。
【００４１】
また、上記の各光学素子ではそれらの入射面側を階段状表面としているが、逆に、出射面を階段状表面とし、入射面を平坦面とすることもできる。
【００４２】
さらには、上記の各光学素子では出射面を平坦面としているが、凹面あるいは凸面として通過光束の径を拡大あるいは縮小させるようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の２波長光ヘッド装置に用いる導光用光学素子は、入射面あるいは出射面を光軸方向に向けて階段状に段差のついた階段状表面とし、隣接段面の段差を適切に設定することにより、当該導光用光学素子を通過した波長の異なる光の相対角度を変化させるようにしている。
【００４４】
本発明の導光用光学素子は、その一方の面を階段状表面にすればよいので、製作が簡単であり、樹脂素材の成形品として廉価に大量生産できる。よって、プリズム等の高価な光学素子を用いて、複数光源からの出射光の光軸合わせたり、記録媒体で反射された複数光源からの光を共通受光素子に導く場合に比べて、光学系をコンパクトで、廉価に構成できる。
【００４５】
また、階段状表面を構成している各段面を同心円状に形成した場合には、光ヘッド装置光学系に組み付ける際の回転方向の位置精度を緩和できるという利点が得られる。
【００４７】
さらに、本発明の２波長光ヘッド装置は、異なる光源から出射されて記録媒体で反射された後の各光を、プリズム等の高価な素子を用いることなく、導光用光学素子により共通受光素子に導くことができる。よって、光ヘッド装置の光学系をコンパクトで、廉価に構成できる。
【００４８】
上記効果に加えて、本発明の光ヘッド装置の光学系では、導光用光学素子の代わりに透明な平板素子を配置し、２波長光源ユニットの代わりに一つの光源を配置すれば、一般的な１波長型の光ヘッド装置に光学系を構成できる。よって、かかる光学系を組み付ける光学系フレームを、２波長光学ヘッドおよび１波長光学ヘッドの間で共通化できるという利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した実施例に係る光ヘッド装置の光学系を示す概略構成図である。
【図２】 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、図１の導光用光学素子の入射面側平面図、その側面図および、入射面の断面形状を示す部分拡大断面図である。
【図３】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図２における導光用光学素子を透過するレーザ光が偏向される原理を説明する説明図である。
【図４】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の導光用光学素子の別の例を示す入射面側平面図および断面図である。
【図５】 図１の導光用光学素子の入射面に形成される段面の別の例を示す断面図である。
【図６】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の導光用光学素子の更に別の二例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 光ヘッド装置
５ 導光用光学素子
５ａ 導光用光学素子の光軸
６ 光記録ディスク（光記録媒体）
１０ ２波長光源
１１ 第１のレーザ光源
１２ 第２のレーザ光源
１３ 受光素子
３０ ビームスプリッタ
４０ コリメートレンズ
４１ 対物レンズ
４１ａ システム光軸（対物レンズの光軸）
５１ 外周枠部分
５２ 入射面
５３ 出射面
Ｌｏ 共通光学系
Ｌ１ 第１のレーザ光
Ｌ２ 第２のレーザ光
Ｌｒ１ 第１の戻り光
Ｌｒ２ 第２の戻り光
Claims (4)
- 第１の光を出射する第１の光源と、前記第１の光と波長が異なる第２の光を出射する第２の光源と、前記第１および第２の光を光記録媒体の記録面に収束させる対物レンズと、光記録媒体の記録面で反射された第１および第２の戻り光を前記対物レンズを介して受光する共通受光素子とを有する光ヘッド装置において、
前記第１の光源から出射された前記第１の光と前記第２の光源から出射された前記第２の光の光路から分離された後の前記第１および第２の戻り光の光路上には導光用光学素子が配置されており、
前記導光用光学素子は、相対する入射面および出射面を備え、前記入射面および出射面の一方が階段状表面とされ、当該階段状表面における各隣接段面の段差は、これらの隣接段面を透過する前記第１および第２の戻り光のうち一方の光に対してのみ、ｎ波長分（ｎ＝１、２、３・・・）の位相差を発生させる寸法に設定されており、前記第１および第２の戻り光のうちの一方を偏向して、双方の光を前記共通受光素子に導くようになっていることを特徴とする光ヘッド装置。 - 請求項１において、前記導光用光学素子の前記段面は曲面であることを特徴とする光ヘッド装置。
- 請求項１または２において、前記導光用光学素子の前記段面は、同心円状に形成されていることを特徴とする光ヘッド装置。
- 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、前記第１および第２の光源は、共通のパッケージ内に収納されているユニット光源であることを特徴とする光ヘッド装置。
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