JP4272696B2 - 光学ヘッド - Google Patents

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Description

本発明は、光学的記録再生装置の光学ヘッドに関し、特に、薄型化が可能な光学ヘッドに関する。
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光学的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。
図２４に、従来の典型的な光学ヘッドを示す。図２４に示すように、光源である半導体レーザ１から出射されたレーザ光２は、コリメータレンズ３によって平行光となり、ホログラム素子によって構成されたフォーカス／トラック誤差信号検出素子８を通過した後、立上げミラー２０によって光軸を９０°折り曲げられて、対物レンズ４に入射する。対物レンズ４によって光ディスク１１上に集光されたレーザ光２は、反射されて光路を折り返し、対物レンズ４によって平行光となり、立上げミラー２０によって反射されて、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８に入射する。フォーカス／トラック誤差信号検出素子８に入射したレーザ光２は、そこで２分割され、光検出器１３ａ、１３ｂ上に集光される。これにより、再生信号、及びサーボ信号であるフォーカス誤差信号とトラック誤差信号が読み出される。
図２４に示すように、光学ヘッドの高さは、ＷＤ（ワーキングディスタンス）、対物レンズ４の厚さ、対物レンズ４の下部から立上げミラー２０の上部までのスペース、立上げミラー２０の高さｌｚの合計で表される。
光学ヘッドを薄型化しようとした場合、ＷＤとレンズ厚とスペースの合計の最小値は、光ディスク１１の種類によってほぼ決められてしまう。例えば、ＤＶＤの場合、ＷＤとレンズ厚とスペースをそれぞれ１．１ｍｍと最小値に見積もっても、立上げミラー２０の高さｌｚは、ビーム径ｗ1よりも大きくする必要があり、例えば３ｍｍは必要である。従って、この場合、光学ヘッドの高さは、最小値に見積もっても６．３ｍｍとなり、さらなる薄型化は困難である。
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、薄型化が可能な光学ヘッドを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係る光学ヘッドの第１の構成は、光源から対物レンズまでの光路中に、順に配置された第１及び第２のグレーティング素子と、前記光源と前記第１のグレーティング素子との光路間に配置された光路変換手段とを備え、前記光源からの出射光が前記光路変換手段を介して前記第１のグレーティング素子に入射し、前記第１のグレーティング素子からの回折光が第２のグレーティング素子に入射し、前記第２のグレーティング素子からの回折光が対物レンズに入射して記録媒体に集光する光学ヘッドであって、前記光路変換手段は第１面を有する第１の透明基体であり、前記第１及び第２のグレーティング素子が、それぞれ、異なる波長に対応した複数層のボリュームホログラムからなることを特徴とする。
また、本発明に係る光学ヘッドの第２の構成は、光源から対物レンズまでの光路中に、順に配置された第１及び第２のグレーティング素子と、前記第２のグレーティング素子と前記対物レンズとの光路間に配置された光路変換手段とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のグレーティング素子に入射し、前記第１のグレーティング素子からの回折光が第２のグレーティング素子に入射し、前記第２のグレーティング素子からの回折光が前記光路変換手段を介して対物レンズに入射して記録媒体に集光する光学ヘッドであって、前記光路変換手段はミラーであり、前記第１及び第２のグレーティング素子が、それぞれ、異なる波長に対応した複数層のボリュームホログラムからなることを特徴とする。
前記本発明の光学ヘッドの第１又は第２の構成によれば、この光学ヘッドの第１の構成によれば、第１のグレーティング素子と第２のグレーティング素子との間の光学的距離を小さくすることができるため、光源の波長変動による光軸の横方向のシフトを小さくすることができる。その結果、対物レンズの中心からの光軸の横方向のシフトを小さくして、良好な円形形状の集光スポットを形成することができる。また、第２のグレーティング素子を用いて、対物レンズ側に光を折り曲げることが可能となり、薄型の光学ヘッドを実現することが可能となる。また、異なる波長に対応した複数の種類の光ディスクを用いることができる。
前記本発明の光学ヘッドの第１又は第２の構成においては、複数層のボリュームホログラムは、それぞれの厚さが波長に対応して異なっているのが好ましい。この好ましい例によれば、それぞれの波長に対する回折効率の許容誤差を、それに対応した光ディスクに応じて最適に設定することができる。また、この場合には、複数層のボリュームホログラムは、それぞれの厚さが波長に略比例しているのが好ましい。この好ましい例によれば、それぞれの波長に対する回折効率の許容誤差を同等にすることができる。
また、前記本発明の光学ヘッドの第１又は第２の構成においては、複数層のボリュームホログラムは、それぞれの屈折率分布の周期構造のフリンジの傾斜角が異なっているのが好ましい。この好ましい例によれば、各波長の対応していない層での不要な回折光の発生を減少させることができるので、光利用効率が向上する。
また、前記本発明の光学ヘッドの第１又は第２の構成においては、複数層のボリュームホログラムは、それぞれの屈折率分布の周期構造のフリンジの傾斜角が同一であるのが好ましい。この好ましい例によれば、第１のグレーティング素子から第２のグレーティング素子への回折光のそれぞれの波長における光軸の傾きを同一にすることができる。
また、前記本発明の光学ヘッドの第１又は第２の構成においては、異なる波長が、２波長λ1、λ2であり、第１及び第２のグレーティング素子は、それぞれ、前記２波長λ1、λ2に対応する２層のボリュームホログラムからなり、前記２波長λ1、λ2は、０．６０μｍ≦λ1≦０．６８μｍ、０．７６μｍ≦λ2≦０．８７μｍであるのが好ましい。この好ましい例によれば、２層構造の第１と第２のグレーティング素子における他の波長での不要な回折光を減少させ、例えば、ＤＶＤと、ＣＤ−Ｒ及びＣＤのディスクを良好に読み出すことができる。
また、前記本発明の光学ヘッドの第１又は第２の構成においては、異なる波長が、３波長λ1、λ2、λ3であり、第１及び第２のグレーティング素子は、それぞれ、前記３波長λ1、λ2、λ3に対応する３層のボリュームホログラムからなり、前記３波長λ1、λ2、λ3は、０．３８μｍ≦λ1≦０．５２μｍ、０．６０μｍ≦λ2≦０．６８μｍ、０．７６μｍ≦λ3≦０．８７μｍであるのが好ましい。この好ましい例によれば、３層構造の第１と第２のグレーティング素子における他の波長での不要な回折光を減少させ、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度ディスク、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ等の多くの光ディスクを良好に読み出すことができる。
本発明によれば、薄型の光学ヘッドを実現することが可能となる。
〈第１の実施の形態〉
まず、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４までを用い、座標軸を図のようにとって詳細に説明する。
図１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２は同実施の形態の光学ヘッドにおける、（ａ）：第１又は第２のグレーティング素子を示す平面図、（ｂ）：中央部の構成と第１及び第２のグレーティング素子の詳細を示す側面図、図３は同実施の形態の光学ヘッドにおける第１及び第２のグレーティング素子の１次回折効率と屈折率変化量の振幅Δｎとの関係を示す図、図４は同実施の形態の光学ヘッドにおける入射光の波長変動が生じたときの第１及び第２のグレーティング素子からの回折光の振る舞いの様子を示す側面図である。
図１に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、光源１から記録媒体であるＤＶＤやＣＤ等の光ディスク１１までの光路中に、光路変換手段１４と、第１のグレーティング素子５と、第２のグレーティング素子６とが配置されている。光源１と光検出器１３ａ、１３ｂは、光源・光検出器ユニット１７内に集積化されている。
光源１である半導体レーザからｙ軸方向に出射された、例えば、Ｓ偏光（光の電界方向がｘ軸方向）の、例えば波長λ＝０．６５５μｍのレーザ光２は、コリメートレンズ３により、例えば、ビーム径２．８ｍｍの平行光となり、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、光路変換手段１４に入射する。この光路変換手段１４によって−ｚ軸方向に全反射したレーザ光２は、第１のグレーティング素子５に入射する。その後、例えば、角度θ1＝４５°で反射回折された１次回折光は、光路変換手段１４を透過して、第２のグレーティング素子６に入射する。次に、例えば、角度θ2＝４５°でｚ軸方向に回折された１次回折光は、対物レンズ４によって光ディスク１１上に集光される。
光ディスク１１によって反射されたレーザ光２は、逆方向に折り返し、対物レンズ４、第２のグレーティング素子６、第１のグレーティング素子５、光路変換手段１４を順に通過して、−ｙ軸方向に光路を向け、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次回折光利用）、光検出器１３ａ、１３ｂで検出される。
本実施の形態においては、第１の透明基体９として、斜面（第１面）と底面とのなす角度が、例えば、Ｐ1＝４５°で、高さが３．２ｍｍである三角プリズム（例えば、ガラス、樹脂等製）が使用され、第１の透明基体９の底面には第１のグレーティング素子５が形成され、斜面（第１面）が光路変換手段１４として用いられている。また、第２のグレーティング素子６は、例えば、厚さ（高さ）が１．７ｍｍで、Ｐ2＝４５°となる斜面を有する断面が逆台形形状の第２の透明基体１０（例えば、ガラス、樹脂等製）の表面に形成されている。そして、第１の透明基体９と第２の透明基体１０とは、それらの斜面同士が多層膜１２を介して接合されて一体化されている。また、この場合、第１の透明基体９の底面と第２の透明基体１０の底面とは、同一面上に位置している。
また、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８は、例えば、樹脂基板又はガラス基板と、その表面に形成されたホログラム素子とにより構成されており、第１の透明基体９の側面に一体化されている。
光源１から出射したレーザ光２の光軸と第１の透明基体９の斜面（光路変換手段）１４の法線とのなす角度は、臨界角（例えば、第１の透明基体９の屈折率が１．５のときには、４１．８°）以上の角度、例えば４５°に設定され、また、第１の透明基体９の斜面（光路変換手段）１４の法線と、第１のグレーティング素子５から第２のグレーティング素子６への回折光の光軸とのなす角度は、臨界角以下の角度、例えば０°に設定されている。これにより、破線で示した、光源１から出射したレーザ光２の光軸を、ｚ軸方向、すなわち光ディスク１１の方向にシフトさせることが可能となる（図１では、光源１から出射したレーザ光２の光軸を第２の透明基体１０の表面付近に一致させる構成）。その結果、例えば、全高５．０ｍｍの光学ヘッドを実現することができ、従来の光学ヘッド（全高６．３ｍｍ）に比べて、大幅に薄型化することができる。特に、回折角θ1、θ2を４５°以上とすることにより、光学ヘッドの全高を５ｍｍ以下にすることができ、超薄型化が可能になる。
本実施の形態においては、第１及び第２のグレーティング素子５、６として、どちらも図２(ａ)に示すような、例えば、周期がΛ＝０．５７μｍの均一周期の直線グレーティングが用いられている。特に、第１のグレーティング素子５としては反射形のボリュームホログラムが用いられ、第２のグレーティング素子６としては透過形のボリュームホログラムが用いられている。
図２（ｂ）に示すように、これらのボリュームホログラムは、例えば、フォトポリマーを用いて、公知の、Ａｒレーザ光（例えば、波長λ＝０．５１４５μｍ又は０．４８８μｍ等）を用いた２光束干渉法により、正弦波状の屈折率分布の周期構造を形成したものである。第１及び第２のグレーティング素子５、６としてボリュームホログラムを用いることにより、例えば４５°のような大きな回折角でも、例えば９０％以上の高い回折効率を実現することが可能となる。尚、ボリュームホログラムの材料としては、必ずしもフォトポリマー等の感光性樹脂に限定されるものではなく、ゼラチンやフォトレフラクティブ効果のある、ＦｅがドープされたＬｉＮｂＯ3、ＢｉＴｉＯ3等でもよい。
第１のグレーティング素子５は、屈折率分布層１５の厚さが、例えば、Ｌ＝７μｍで、その表面に、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の反射膜１６を堆積させた構造であり、屈折率分布（屈折率変化量の振幅Δｎは、例えば０．０４）の周期構造のフリンジ１８ａは、その上方が−ｙ軸方向に傾斜している（その傾斜角度φ1は、回折角の半分の値、例えば２２．５°）。これにより、第１のグレーティング素子５に垂直に入射したレーザ光２は、ブラッグ回折によって斜め４５°（θ1＝４５°）に１次回折光として出射する。尚、第１のグレーティング素子５は、その回折角が例えば４５°であり、このように臨界角を超える場合には、反射膜１６は無くてもよい。第２のグレーティング素子６は、第１のグレーティング素子５の屈折率分布層１５と周期及び厚さは同じであるが、反射膜は堆積されておらず、屈折率分布のフリンジ１８ｂは、その上方がｙ軸方向に傾斜している（その傾斜角度φ2は、例えば２２．５°）。
このように第１のグレーティング素子５と第２のグレーティング素子６のフリンジの傾斜角度を逆向きに設定することにより、光源１からのｙ軸方向の出射光を、ｚ軸方向の光に効率的に偏向させることができる。しかも、半導体レーザ光を用いた場合、環境温度の変化によって出射光の波長が±１０ｎｍ程度変化するが、本実施の形態では、第１のグレーティング素子５からの回折光の光軸の波長変化による変化分が、第２のグレーティング素子６からの回折光の光軸の変化分と少なくとも部分的に互いに相殺される。その結果、波長によらず垂直に出射され、光源１の波長変動の影響が相殺される。
次に、波長変動が生じたときの光波の振る舞いについて、図４を用いて具体的に説明する。
光源１からｙ軸方向に入射したレーザ光２は、波長変動が生じないとき（Δλ＝０）、実線で示したように、第１及び第２のグレーティング素子５、６によって図のように回折され（どちらの回折角も同じθとして説明する）、ｚ軸方向（垂直）に出射される。波長が長くなる方向（Δλ＞０）に変動したとき、破線で示したように、第１のグレーティング素子５では回折角がΔθ+ だけ大きくなるが、第２のグレーティング素子６においても入射角がΔθ+ だけ大きくなっているため、その結果生じる回折光はやはりｚ軸方向に出射され（垂直出射）、波長変動による光軸の傾きは生じない。一方、波長が短くなる方向（Δλ＜０）に変動したとき、二点鎖線で示したように、第１のグレーティング素子５では回折角がΔθ- だけ小さくなるが、第２のグレーティング素子６においても入射角がΔθ- だけ小さくなっているため、その結果生じる回折光はやはりｚ軸方向に出射され（垂直出射）、波長変動による光軸の傾きは生じない。特に、第１及び第２のグレーティング素子５、６の周期を全く一致させた場合には、波長変動の影響は完全に無くなるが、多少異なっていても、打ち消しあう傾向にある。
また、光源１から対物レンズ４までの光路中に、第１のグレーティング素子５と第２のグレーティング素子６を順に配置する構成であるため、第１のグレーティング素子５と第２のグレーティング素子６との間の光学的距離を小さくすることができる。その結果、光源１の波長変動による光軸の横方向のシフトｓ1、ｓ2を小さくすることができる。その結果、対物レンズ４の中心からの光軸の横方向のシフトを小さくして、良好な円形形状の集光スポットを形成することができる。
本実施の形態においては、第１及び第２のグレーティング素子５、６として、正弦波状の屈折率分布の周期構造を有するボリュームホログラムを用いたが、図３に示すように、その１次回折効率は、屈折率変化量の振幅Δｎに依存して、入射光の偏光方向により、異なる振る舞いをすることが分かった。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、回折角θが４５°、５５°、６５°のときの１次回折効率を示している。尚、実線はＳ偏光の場合、破線はＰ偏光（光の電界方向がｙｚ面内にある）の場合であり、波長λ＝０．６５５μｍ、厚さＬ＝７μｍ、ボリュームホログラムの平均の屈折率ｎ＝１．５、フリンジの傾斜角φ＝θ／２とした。
図３に示すように、回折角θが大きい場合には、入射光としてＳ偏光を用いる方が、小さい屈折率変化量の振幅Δｎで１００％の１次回折効率が実現でき（Ｐ偏光では逆）、また、回折角θが大きくなるほど、光学ヘッドを薄型化することができる傾向にある。また、Ｓ偏光を用いた場合、回折角θが大きくなると、１次回折効率が１００％となる屈折率変化量の振幅Δｎの値が小さくなる（Ｐ偏光では逆）。屈折率変化量の振幅Δｎが小さい方がボリュームホログラムの製造が容易となるため、本発明の光学ヘッドにおいて、往路・復路とも光の偏光をＳ偏光とすることにより、ボリュームホログラムの製造が容易になると共に、光利用効率が向上する。但し、Ｐ偏光でも動作は可能である。
尚、本実施の形態においては、第１及び第２のグレーティング素子５、６として、屈折率分布を有するボリュームホログラムを用いた場合を例に挙げて説明したが、表面レリーフ型のグレーティングでも動作は可能である。但し、その場合には、大きな回折角と高い回折効率の両立が困難となる。
また、本実施の形態においては、第１の透明基体９と第２の透明基体１０とが多層膜１２を介して接合されて一体化されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、例えば図５に示すように、第１の透明基体９と第２の透明基体１０ｄとの間にエアギャップ２３を設けるだけでも動作可能である。但し、図１に示すように、第１の透明基体９と第２の透明基体１０との間に多層膜１２を介在させた方が、構造が安定するため、より望ましい。
また、本実施の形態においては、第２の透明基体として断面が逆台形形状の透明基体１０が用いられているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。第２の透明基体としては、レーザ光２の光路を確保することができ、かつ、対物レンズ４側に第２のグレーティング素子６を形成することのできる面を有する形状であればよく、例えば図５に示すように、第１の透明基体９と同様の三角プリズムを用いることもできる。
また、本実施の形態によれば、光源１から出射したレーザ光２の光軸を、ｚ軸方向、すなわち光ディスク１１の方向にシフトさせることが可能となるので、図６に示すように、第２のグレーティング素子６と光ディスク１１ａとの間に、例えばＮＡが０．７から０．９の高ＮＡのレンズとなる複数の対物レンズ４ａ、４ｂを配置することが可能となり、その結果、光学ヘッドの薄型化と光ディスク１１ａの高密度化を両立させることができる。
〈第２の実施の形態〉
次に、本発明の第２の実施の形態の光学ヘッドについて、図７、図８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。
図７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８は同実施の形態の光学ヘッドにおける、第１及び第２のグレーティング素子の１次回折効率と屈折率変化量の振幅Δｎとの関係を示す図である。
図７に示すように、本実施の形態においては、コリメートレンズ３から光路変換手段１４までの光路中に偏光性のフォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａが設けられ、さらに、第２のグレーティング素子６から対物レンズ４までの光路中に１／４波長板７が設けられている。偏光性のフォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａは、例えば、ＬｉＮｂＯ3を基板としてホログラム素子を形成したものであり、例えば、Ｓ偏光の光に対してはただの基板となり、Ｐ偏光の光に対してはホログラムとなる。このため、偏光性でない通常の基板に形成した上記第１の実施の形態の光学ヘッドに比べて、光利用効率が２倍強以上に向上する。
また、第２の透明基体１０ａは、右側面が左側面と平行（例えば４５°に斜め）に形成され、全体の断面形状が平行四辺形状となっている。第２の透明基体１０ａをこのような形状とすることにより、大きなガラス基板から、斜め方向の切断だけで、多くの個数を一括して切り出すことが可能となるので、量産性が向上し、低コスト化が可能となる。
図７に示すように、光源１から出射されたレーザ光２は、例えば、Ｓ偏光にしてあり、往路では、偏光性のフォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａをレーザ光２がほとんど損失なく透過する。そして、第２のグレーティング素子６上に形成された１／４波長板７を往復することにより、復路では、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａに入射するレーザ光２がＰ偏光となり、有効に光検出器１３ａ、１３ｂ上に回折される。１／４波長板７としては、水晶等の複屈折を示す材料を用いることができるが、例えば、Ｔａ2Ｏ5などの斜め蒸着膜を用いれば、その厚みは数μｍでよいので、薄型化を図ることができる。
フォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａ、１／４波長板７の配置としては、原理的には、光源１、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａ、１／４波長板７、光ディスク１１の光学的な順番が満たされていればよいが、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８ａを、第２のグレーティング素子６から対物レンズ４までの光路中に配置しない方が薄型化の点で望ましい。また、１／４波長板７を、光源１から第１のグレーティング素子５までの光路中に配置すると、第１及び第２のグレーティング素子５、６に入射する光が円偏光となってしまい、偏光間による位相シフトの影響を考慮する必要があるため、特に、第１及び第２のグレーティング素子５、６の設計が複雑化する。従って、１／４波長板７を、第２のグレーティング素子６から対物レンズまでの光路中に配置することにより、設計を簡単化することができる。
本実施の形態においては、例えば、第１及び第２のグレーティング素子５、６に、往路ではＳ偏光が入射し、復路ではＰ偏光が入射することとしたため、図８に矢印で示すように、ボリュームホログラムの屈折率変化量の振幅Δｎの値を、Ｓ偏光に対する１次回折効率ηSとＰ偏光に対する１次回折効率ηPの積ηS・ηPが最大となる値に設定することにより、総合的な光利用効率を向上させることができる。
尚、Δｎの値を、Ｓ偏光に対する１次回折効率ηSとＰ偏光に対する１次回折効率ηPの積ηS・ηPが最大となる値に設定したことにより、１次回折光以外に、そのまま透過・反射する０次回折光が多少発生する。まず、往路での第１のグレーティング素子５での０次回折光は、ｚ軸方向に真上に出射するため、光路変換手段１４に対して臨界角以上となる。このため、透過することができずに−ｙ軸方向に反射されてしまい、光検出器１３には到達しない。さらに、往路での第２のグレーティング素子６での０次回折光は右側上方に出射し、戻ってこないため、影響がない。次に、復路での第２のグレーティング素子６での０次回折光は−ｚ軸方向に真下に出射するため、やはり光路変換手段１４を透過することができない。さらに、復路での第１のグレーティング素子５での０次回折光は、左上方に出射するため、光検出器１３には到達しない。
すなわち、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、光路変換手段１４が、臨界角を利用して、１次回折光以外は通さないダムの役割を果たしており、Ｓ／Ｎの良好な、再生信号検出が可能となる。
〈第３の実施の形態〉
次に、本発明の第３の実施の形態の光学ヘッドについて、図９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。
図９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である。
図９に示すように、本実施の形態においては、第２のグレーティング素子６ａが反射形の素子となっており、この第２のグレーティング素子６ａは第２の透明基体１０の底面に形成されている。第１のグレーティング素子５からθ1 の角度で回折されたレーザ光２は、第２の透明基体１０の上面で１度全反射されて、第２のグレーティング素子６ａに入射する。このような構成とすることにより、対物レンズ４の下部に面した第２の透明基体１０の表面は、例えば、ガラス面だけであり、埃やゴミを拭き取り易く、また、対物レンズ４が第２の透明基体１０に接触しても、第２のグレーティング素子６ａへのダメージは少ない。
第１及び第２の透明基体９、１０は、その裏面が同一面上となるように配置されており、従って、第１及び第２のグレーティング素子５、６ａは同一面上に配置されている。このような配置とすることにより、第１及び第２のグレーティング素子５、６ａの製造が容易となる。また、第１及び第２のグレーティング素子５、６ａは、図２（ｂ）に示す第１のグレーティング素子とほぼ同じ構造である。このように第１及び第２のグレーティング素子５、６ａは屈折率分布層の上面に反射膜が形成された同じ構造であるため、温度変化などの外乱が生じた場合に、同じように歪む。このため、対称形状による打ち消し合いの効果が生じ、外乱に強いという特徴がある。尚、第１のグレーティング素子５と第２のグレーティング素子６ａは、フリンジの傾きがｚ軸方向に対して逆向きである。尚、第１のグレーティング素子５は、その回折角が例えば４５°であり、このように臨界角を超える場合には、反射膜１６は無くてもよい。
また、第２のグレーティング素子６ａを反射形の素子とすることにより、第１の透明基体９から対物レンズ４までのスペースを大きくとることが可能となるので、対物レンズ４を制御するアクチュエータ（図示せず）の取り付けが容易になる。
尚、本実施の形態においては、三角プリズムからなる第１の透明基体９と断面が逆台形形状の第２の透明基体１０の斜面同士を接合させ、第１及び第２の透明基体９、１０の裏面が同一面上となるように構成することにより、第１及び第２のグレーティング素子５、６ａを同一面（裏面）上に配置しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、第２の透明基体として平板状の第２の透明基体１０ｅを使用し、当該第２の透明基体１０ｅの上面のほぼ左半分を、三角プリズムからなる第１の透明基体９の底面にエアギャップを介して接合し、第２の透明基体１０ｅの裏面に第１及び第２のグレーティング素子５、６ａを配置するようにしても、同様の効果を得ることができる。また、第２の透明基体１０ｅをこのような形状とすることにより、大きなガラス基板から垂直方向の切断だけで、多くの個数を一括して切り出すことが可能となるので、量産性が向上し、低コスト化が可能となる。
〈第４の実施の形態〉
次に、本発明の第４の実施の形態の光学ヘッドについて、図１１、１２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。
図１１（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１１（ｂ）はその平面図、図１２は同実施の形態の光学ヘッドにおける、中央部の構成と第１及び第２のグレーティング素子の詳細を示す側面図である。
図１１に示すように、本実施の形態の光学ヘッドは、２波長の構成である。すなわち、ＤＶＤに対する、例えば、波長λ1＝０．６５５μｍの半導体レーザ光源１ａと、ＣＤ−ＲやＣＤに対する、例えば、波長λ2＝０．７９５μｍの半導体レーザ光源１ｂとが設けられている。光源１ａ、１ｂは、それぞれ、光源・光検出器モジュール１７ａ、１７ｂに内蔵されている。また、図１２に示すように、第１及び第２のグレーティング素子５ｂ、６ｂも２波長に対応した構成である。すなわち、第１の透明基体９の底面に、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の反射膜１６を表面に有する２層構造の第１のグレーティング素子５ｂが形成されており、２層構造をなすそれぞれの波長に対応した屈折率分布層５ｃ、５ｄは、それぞれ、厚さ、周期ともに波長に対応して変化している。例えば、厚さはＬ1＝７μｍ、Ｌ2＝８．５μｍであり、周期はΛ1＝０．５７μｍ、Λ2＝０．６９μｍである。屈折率分布層５ｃ、５ｄの厚さを、波長にほぼ比例した値に設定すれば、それぞれの波長に対する回折効率の許容誤差を同等にすることができる。屈折率分布の周期構造のフリンジ１８ｃ、１８ｄは、その上方が−ｙ軸方向に傾斜しており、その傾斜角度は、どちらも同じ値、例えば回折角の半分の、２２．５°に設定されている。
また、同様に、第２のグレーティング素子６ｂも屈折率分布層６ｃ、６ｄの２層構造であり、屈折率分布層６ｃは屈折率分布層５ｃと、屈折率分布層６ｄは屈折率分布層５ｄと、フリンジ１８ｅ、１８ｆの傾斜角度又は傾斜方向以外の仕様が同じである。フリンジ１８ｅ、１８ｆの傾斜角度は、回折角の半分の、例えば２２．５°に設定されている。
各グレーティング素子における２層構造のフリンジ１８の傾斜角度を、どちらも同じ角度に設定することにより、第１のグレーティング素子５ｂから第２のグレーティング素子６ｂへの回折光の、それぞれの波長における光軸の傾きを同じにすることができる。
波長λ1＝０．６５５μｍのレーザ光２ａに対しては、屈折率分布層５ｃ、６ｃはブラッグ回折により、光をそれぞれ回折するが、例えば、波長λ2＝０．７９５μｍ等の他の波長のレーザ光に対しては、ブラッグ回折条件を満足せず、ほとんど透過する働きをする。同様に、波長λ2＝０．７９５μｍのレーザ光２ｂに対しては、屈折率分布層５ｄ、６ｄはブラッグ回折により、光をそれぞれ回折するが、例えば、波長λ1＝０．６５５μｍ等の他の波長のレーザ光に対しては、ブラッグ回折条件を満足せず、ほとんど透過する働きをする。
また、各グレーティング素子における２層構造のフリンジ１８の角度を、例えば、１°から５°程度、多少違わせることにより、各波長の対応していない層での不要な回折光の発生を減少させることができる。つまり、例えば、第１のグレーティング素子５ｂを用いて説明すると、屈折率分布層５ｃは波長λ1に対する層であるが、他の屈折率分布層５ｄも光は通過するため、少しではあるが、この層で回折される光が発生する。このとき、屈折率分布層５ｄでのフリンジ１８ｄの傾斜角を、屈折率分布層５ｃでのフリンジ１８ｃの傾斜角と、多少違わせておけば、ブラッグ回折の条件からさらにずれていく傾向にあるため、不要な回折光の発生が激減し、光利用効率が向上する。
図１１に示すように、本実施の形態の光学ヘッドは、光路中にビームスプリッタ１９を設けて、それぞれの光源１ａ、１ｂから出射されたレーザ光２ａ、２ｂを同一のコリメータレンズ３に入射させる構成となっている。コリメータレンズ３から光源１ｂまでの距離は、例えば、５ｍｍだけ、コリメータレンズ３から光源１ａまでの距離よりも短く設定されている。これにより、コリメータレンズ３を通過したレーザ光のうち、波長λ1に対応するビームは平行光となるが、波長λ2に対応するビームは、最大で１．２°程度の傾きを有する少しばかりの発散光となる。これにより、波長λ2に対する焦点位置が、波長λ1に対する焦点位置よりもｚ軸方向に大きくなり、光ディスク１１ａと光ディスク１１ｂにそれぞれ対応させることができる。
さらに、第２のグレーティング素子６ｂ上の周囲には、波長λ1の光のみを通す波長選択性のある多層膜がドーナツ状に形成されており、対物レンズ４に入射する波長λ2の光の開口制限が行われている。これにより、実質的に波長λ2の光の開口数ＮＡを低下させている。
２波長λ1、λ2を、０．６０μｍ≦λ1≦０．６８μｍ、０．７６μｍ≦λ2≦０．８７μｍに設定すれば、２層構造の第１と第２のグレーティング素子５ｂ、６ｂにおける他の波長での不要な回折光を減少させ、例えば、ＤＶＤと、ＣＤ−Ｒ及びＣＤのディスクを良好に読み出すことができる。
尚、本実施の形態においては、第１の透明基体９と第２の透明基体１０とが多層膜１２を介して接合されて一体化されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、例えば図１３、図１４に示すように、第１の透明基体９と第２の透明基体１０ｄとの間にエアギャップ２３を設けるだけでも動作可能である。但し、図１１、図１２に示すように、第１の透明基体９と第２の透明基体１０との間に多層膜１２を介在させた方が、構造が安定するため、より望ましい。
また、本実施の形態においては、第２の透明基体として断面が逆台形形状の透明基体１０が用いられているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。第２の透明基体としては、レーザ光２の光路を確保することができ、かつ、対物レンズ４側に第２のグレーティング素子６を形成することのできる面を有する形状であればよく、例えば図１３、図１４に示すように、第１の透明基体９と同様に三角プリズムからなる第２の透明基体１０ｄを用いることもできる。
また、本実施の形態においては、２層構造の第１のグレーティング素子５ｂを構成する屈折率分布層５ｃ、５ｄのうち、周期の大きい屈折率分布層５ｄが第１の透明基体９に接触して形成されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、２層構造の第１のグレーティング素子５ｂを構成する屈折率分布層５ｃ、５ｄのうち、周期の小さい屈折率分布層５ｃを第１の透明基体９に接触させて形成してもよい（第２のグレーティング素子６ｂと同じ構成）。このような構成を採用すれば、第１のグレーティング素子５ｂと第２のグレーティング素子６ｂを同じ工程で作製することができるので、第１及び第２のグレーティング素子５ｂ、６ｂの製造が容易となる。
また、本実施の形態においては、２層構造の第２のグレーティング素子６ｂを構成する屈折率分布層６ｃ、６ｄのフリンジ１８ｅ、１８ｆの傾斜角度が同じ角度に設定されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、２層構造の第２のグレーティング素子６ｅを構成する屈折率分布層６ｃ、６ｆのうち、対物レンズ４に近い方の屈折率分布層６ｆのフリンジ１８ｇの傾斜角度を、右側になるほど屈折率分布層６ｃのフリンジ１８ｅの傾斜角度よりも徐々に大きく（屈折率分布層６ｆの中央部に対して最右部で例えば＋１°）、左側で屈折率分布層６ｃのフリンジ１８ｅの傾斜角度よりも徐々に小さく（屈折率分布層６ｆの中央部に対して最左部で例えば−１°）なるように設定することにより、以下のような効果を得ることができる。すなわち、第２のグレーティング素子６ｆの全面でブラッグ条件が満足されるようになり、第２のグレーティング素子６ｆの周辺での回折効率の低下がなくなるので、高い効率が得られる。尚、この場合、図１３に示すように、コリメータレンズ３から光源１ａまでの距離と、コリメータレンズ３から光源１ｂまでの距離とを同じに設定することにより、波長λ1、λ2に対応するビームが共に平行光となるようにすることが必要である。
また、本実施の形態においては、２波長に対応した場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこの場合に限定されるものではなく、３波長以上の波長に対応した構成も可能である。この場合、第１と第２のグレーティング素子は、それぞれの波長に対応した、複数層のボリュームホログラムで構成される。この構成によれば、異なる波長に対応した複数の種類の光ディスクを用いることができる。この場合、複数層のボリュームホログラムは、それぞれの厚さが波長に対応して異なっているのが好ましい。この好ましい構成によれば、それぞれの波長に対する回折効率の許容誤差を、それに対応した光ディスクに応じて最適に設定することができる。
例えば、対応波長を、３波長λ1、λ2、λ3とし、第１と第２のグレーティング素子を、それぞれ、λ1、λ2、λ3に対応する３層のボリュームホログラムで構成し、λ1、λ2、λ3を、０．３８μｍ≦λ1≦0.５２μｍ、０．６０μｍ≦λ2≦０．６８μｍ、０．７６μｍ≦λ3≦０．８７μｍに設定すれば、３層構造の第１と第２のグレーティング素子における他の波長での不用な回折光を減少させ、例えば、１０Ｇバイト以上の高密度光ディスク、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ等の多くの光ディスクを良好に読み出すことができる。
〈第５の実施の形態〉
次に、本発明の第５の実施の形態の光学ヘッドについて、図１５を用いて、上記第２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
図１５は本発明の第５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である。
上記第１〜第４の実施の形態の光学ヘッドの光学系は、ビーム整形なしの構成であるのに対して、本実施の形態の光学ヘッドの光学系は、ビーム整形機能を有する構成である。
第１のグレーティング素子５ａは透過形の素子であり、光路変換手段１４から第１のグレーティング素子５ａへの第１のグレーティング素子５ａに対する法線を基準とした、第１の入射角θ1 は、第１のグレーティング素子５ａに対する法線を基準とした第１のグレーティング素子５ａからの回折光の出射角よりも大きく、第１のグレーティング素子５ａから第２のグレーティング素子６への第２のグレーティング素子６に対する法線を基準とした、第２の入射角θ2は、第２のグレーティング素子６に対する法線を基準とした第２のグレーティング素子６からの回折光の出射角よりも大きい構成となっている。図１５では、第１及び第２のグレーティング素子５ａ、６からの回折光の出射角は０°となっている。第１の透明基体９は、第２のグレーティング素子６が上面に形成された第２の透明基体１０ｂと、第１のグレーティング素子５ａを挟み込むように（介して）、一体化されている。
光源１から出射されたレーザ光２はコリメータレンズ３で平行光となり、そのｚ軸方向のビーム径をｗ1、ｘ軸方向のビーム径をｗ3（図示せず）とし、第２のグレーティング素子６の出射後のｙ軸方向のビーム径をｗ2（ｘ軸方向のビーム径はｗ3のまま）とすると、ｗ2／ｗ1＞１となる。
一般に、半導体レーザ光源１から出射された光は楕円ビームであり、光の利用効率を上げようとすると、楕円ビームから円形ビームへのビーム整形が必要となる。
本実施の形態の光学ヘッドにおいては、レーザ光２の偏光をＰ偏光としているため、ｘ軸方向に細長いビームが光源１から出射される。このビームが光路変換手段１４によって−ｚ軸方向に折り曲げられ、第１のグレーティング素子５ａに、例えばθ1＝４５°の角度で入射し、第１のグレーティング素子５ａに対して１次回折光が垂直に出射する。そのときの光のビーム径は、ｗ1／ｃｏｓθ1に拡大される。さらに、第１のグレーティング素子５ａに対して垂直に出射した１次回折光は、第２の透明基体１０ｂの底面で全反射し、第２のグレーティング素子６に、例えばθ2＝４５°の角度で入射し、第２のグレーティング素子６に対して１次回折光が垂直に出射する。そのときの光のビーム径は、ｗ2＝ｗ1／（ｃｏｓθ1・ｃｏｓθ2）に拡大される。例えば、θ1＝θ2＝４５°では、ｗ2＝２ｗ1となり、２倍の拡大率となる。また、θ1＝θ2＝５２°にすると、ｗ2＝２．６ｗ1となり、光源１から出射した楕円ビームをほぼ完全に円形に整形することができる。θ1＝θ2＝〜５２°周辺が最も望ましいが、θ1＝θ2＝〜４５°から〜６０°に設定すると、有効にビーム整形を行い、光利用効率を向上させることができる。特に、図１５に示すように、第１及び第２のグレーティング素子５ａ、６からの回折光の出射角を略０°とすれば、ビーム整形を効率良く行うことができる。
〈第６の実施の形態〉
次に、本発明の第６の実施の形態の光学ヘッドについて、図１６を用いて、上記第５の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
図１６は本発明の第６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である。
図１６に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、光源１から光路変換手段１４に至る光軸がｙ軸方向からｚ軸方向へ、例えば５°程度、少し傾けられている。これに応じて、光源・光検出器ユニット１７、コリメータレンズ３、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８も傾けられており、光路変換手段１４の角度を調整して、−ｚ軸方向に真下に反射するように構成されている。このような配置とすることにより、光源・光検出器ユニット１７の下部の空間を有効に利用して、光ディスク１１と光学部品３、１７等との間隔をあけることができるので、配置に余裕が生まれ、配置・調整が容易になる。
〈第７の実施の形態〉
次に、本発明の第７の実施の形態の光学ヘッドについて、図１７を用いて、上記第５の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
図１７は本発明の第７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である。
図１７に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、第２のグレーティング素子６ａとして、反射形の素子が用いられており、この第２のグレーティング素子６ａは第２の透明基体１０ｂの裏面に設けられている。第２の透明基体１０ｂの上面には、多層膜１２ａが形成されており、多層膜１２ａの上面には１／４波長板７が設けられている。
第２のグレーティング素子６ａを反射形の素子とすることにより、第１の透明基体９から対物レンズ４までのスペースを大きくとることが可能となり、対物レンズ４を制御するアクチュエータ（図示せず）の取り付けが容易になる。多層膜１２ａは、第２の透明基板１０ｂ内を光が全反射するときに、１／４波長板７から影響を受けないように分離するためのものである。
〈第８の実施の形態〉
次に、本発明の第８の実施の形態の光学ヘッドについて、図１８を用いて、上記第７の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
図１８は本発明の第８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である。
図１８に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、第１のグレーティング素子５ｅとして、反射形の素子が用いられており、この第１のグレーティング素子５ｅは第２の透明基体１０ｃの斜面に設けられている。第２の透明基体１０ｃの左上面には、多層膜１２ａを介して第１の透明基体９が設けられている。
第１のグレーティング素子５ｅを反射形の素子としたことにより、第１のグレーティング素子５ｅを第１の透明基体９と第２の透明基体１０ｃとの間に設ける必要がなくなり、構造が安定化すると共に、組立が容易になる。
〈第９の実施の形態〉
次に、本発明の第９の実施の形態の光学ヘッドについて、図１９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。
図１９は本発明の第９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である。
図１９に示すように、本実施の形態においては、第２の透明基体として平板状の第２の透明基体１０ｅが使用されており、第２の透明基体１０ｅの表面に第１及び第２のグレーティング素子５ａ、６が形成されている。ここで、第１及び第２のグレーティング素子５ａ、６は共に透過形の素子となっている。また、第２の透明基体１０ｅの上には、底面を第１のグレーティング素子５ａと対向させた状態で三角プリズムからなる第１の透明基体９が配置されており、この第１の透明基体９の斜面が光路変換手段１４となっている。
コリメートレンズ３によって平行光となったレーザ光２は、光路変換手段１４によって−ｚ軸方向に全反射され、第１のグレーティング素子５ａを透過して第２の透明基体１０ｅ内に入射する。そして、第２の透明基体１０ｅ内に入射したレーザ光２は、第２の透明基体１０ｅの底面で１度全反射されて、第２のグレーティング素子６に入射する。
以上のように、第２の透明基体として平板状の第２の透明基体１０ｅを用いることにより、大きなガラス基板から垂直方向の切断だけで、多くの個数を一括して切り出すことが可能となるので、量産性が向上し、低コスト化が可能となる。また、第１及び第２のグレーティング素子として、共に透過形の素子である第１及び第２のグレーティング素子５ａ、６を用いることにより、温度変化などの外乱が生じた場合に、同じように歪む。このため、対称形状による打ち消し合いの効果が生じ、外乱に強いという特徴がある。また、第１及び第２のグレーティング素子５ａ、６を第２の透明基体１０ｅの同一面に形成することにより、第１及び第２のグレーティング素子５ａ、６の製造が容易となる。
〈第１０の実施の形態〉
次に、本発明の第１０の実施の形態の光学ヘッドについて、図２０を用いて、上記第９の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
図２０は本発明の第１０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である。
図２０に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、平板状の第２の透明基体１０ｅの裏面側には、空気層を介して反射板２４が設けられている。
コリメートレンズ３によって平行光となったレーザ光２は、光路変換手段１４によって−ｚ軸方向に全反射され、第１のグレーティング素子５ａを透過して第２の透明基体１０ｅ内に入射する。第２の透明基体１０ｅから空気層への屈折光は、反射板２４で反射して第２のグレーティング素子６に入射する。
以上のように、第２の透明基体１０ｅの裏面側に空気層を介して反射板２４を設けたことにより、第１のグレーティング素子５ａを透過して第２の透明基体１０ｅ内に入射するレーザ光２を、第２の透明基体１０ｅと空気層との境界で屈折させ、反射板２４で反射させて第２のグレーティング素子６に入射させることができるので、第２の透明基体１０ｅと空気層と反射板２４の厚みの総計を、上記第９の実施の形態における第２の透明基体１０ｅの厚みよりも薄く設定することができる。その結果、上記第９の実施の形態の光学ヘッドよりも薄くすることができる。
〈第１１の実施の形態〉
次に、本発明の第１１の実施の形態の光学ヘッドについて、図２１を用いて説明する。
上記第１〜第１０の実施の形態においては、光源と第１のグレーティング素子との光路間に光路変換手段が配置された場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、第２のグレーティング素子と対物レンズとの光路間に光路変換手段が配置された構成であってもよい。
図２１はこの構成を有す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である。
図２１に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、光源１から記録媒体であるＤＶＤやＣＤ等の光ディスク１１までの光路中に、第１のグレーティング素子５ｆと、第２のグレーティング素子６ｆと、光路変換手段２０とが配置されている。光源１と光検出器１３ａ、１３ｂは、光源・光検出器ユニット１７内に集積化されている。ここで、第１及び第２のグレーティング素子５ｆ、６ｆは共に透過形の素子である。
光源１と第１のグレーティング素子５ｆとの光路間には、光源１からｙ軸方向に出射されたレーザ光２を平行光にするコリメートレンズ３と、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８とが配置されている。ここで、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８は、例えば、樹脂基板又はガラス基板と、その表面に形成されたホログラム素子とにより構成されており、第１のグレーティング素子５ｆの表面に一体化されている。第２のグレーティング素子６ｆは、第１のグレーティング素子５ｆと平行に、かつ、−ｚ軸方向にシフトさせて配置されている。立上ミラーからなる光路変換手段２０は、第２のグレーティング素子６ｆに対して角度４５°だけ傾斜させて配置されており、この光路変換手段２０は第２のグレーティング素子６ｆからの回折光をｚ軸方向に反射させて対物レンズ４に導く。
光源１である半導体レーザからｙ軸方向に出射された、例えばＳ偏光の、例えば波長λ＝０．６５５μｍのレーザ光２は、コリメートレンズ３により、例えばビーム径２．８ｍｍの平行光となり、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、第１のグレーティング素子５ｆに入射する。その後、例えば角度４５°で透過回折された１次回折光は、第２のグレーティング素子６ｆに角度４５°で入射する。次に、例えば、角度４５°でｙ軸方向に回折された１次回折光は、光路変換手段２０によってｚ軸方向に反射され、対物レンズ４によって光ディスク１１に集光される。
光ディスク１１によって反射されたレーザ光２は、逆方向に折り返し、対物レンズ４、光路変換手段２０、第２のグレーティング素子６ｆ、第１のグレーティング素子５ｆを順に通過して、−ｙ軸方向に光路を向け、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次回折光利用）、光検出器１３ａ、１３ｂで検出される。
本実施の形態の光学ヘッドの構成によれば、光源１から出射したレーザ光２の光軸を、−ｚ軸方向、すなわち光ディスク１１と反対の方向にシフトさせることが可能となる。その結果、対物レンズ４の設置スペースを大きくとることが可能となり、対物レンズ４を制御するアクチュエータ（図示せず）の取り付けが容易になる。
〈第１２の実施の形態〉
本発明の第１２の実施の形態の光学ヘッドについて、図２２を用いて説明する。
図２２は本発明の第１２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である。
図２２に示すように、本実施の形態の光学ヘッドは、第１の方向（ｙ軸方向）に光束２を放射する光源１と、この第１の方向の光束２を第２の方向（斜め左下）に偏向する、例えば、プリズム等の第１の偏向手段２１と、第１の偏向手段２１によって偏向された光束２を第３の方向（ｚ軸方向）に偏向する、例えば、ミラー等の第２の偏向手段２２ａと、第２の偏向手段２２ａによって偏向された光束２を光ディスク１１に収束する対物レンズ４とを具備している。第３の方向は光ディスク１１の記録面にほぼ垂直で、第２の偏向手段２２ａの前記第３の方向の寸法ｌｚは、第１の方向の光束２の前記第３の方向の寸法ｗ1よりも小さい。第１の偏向手段２１としては、例えば、三角プリズムが用いられており、光源１から第１の偏向手段２１までの光路中に、さらにコリメータレンズ３とフォーカス／トラック誤差信号検出素子８とが設けられている。
従来の光学ヘッドの構成では、ｗ1≦ｌｚ（図２４参照）であったが、本実施の形態の光学ヘッドでは、光源１から出射されたレーザ光２を、第１の偏向手段２１によって斜め下方向（第２の方向）に偏向するようにしているので、第２の偏向手段２２ａへの入射角をｙ軸方向から傾けることができ、対物レンズ４の下部を占める高さｌｚが小さくなり（ｗ1＞ｌｚ）、光学ヘッドの高さを薄くすることが可能となる。
〈第１３の実施の形態〉
本発明の第１３の実施の形態の光学ヘッドについて、図２３を用いて、上記第１２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
図２３は本発明の第１３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である。
図２３に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、第２の偏向手段２２ｂとして、反射形のグレーティング素子が用いられており、この第２の偏向手段２２ｂは光ディスク１１に平行（ｙ軸方向に平行）に設けられている。第２の偏向手段２２ｂを光ディスク１１に平行に設けることにより、第２の偏向手段２２ｂのｚ方向の厚さｌｚを最小値の、例えば０．３ｍｍとすることが可能であり、上記第９の実施の形態の光学ヘッドよりも薄くすることができる。
以上、本発明の第１〜第１３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。尚、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。
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である。 （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又は第２のグレーティング素子を示す平面図、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける中央部の構成と第１及び第２のグレーティング素子の詳細を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける第１及び第２のグレーティング素子の１次回折効率と屈折率変化量の振幅Δｎとの関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける入射光の波長変動が生じたときの第１及び第２のグレーティング素子からの回折光の振る舞いの様子を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態における他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である。 本発明の第１の実施の形態におけるさらに他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である。 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である。 本発明の第２の実施の形態の光学ヘッドにおける第１及び第２のグレーティング素子の１次回折効率と屈折率変化量の振幅Δｎとの関係を示す図である。 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である。 本発明の第３の実施の形態における他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である。 （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、（ｂ）はその平面図である。 本発明の第４の実施の形態の光学ヘッドにおける中央部の構成と第１及び第２のグレーティング素子の詳細を示す側面図である。 （ａ）は本発明の第４の実施の形態における他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、（ｂ）はその平面図である。 本発明の第４の実施の形態の他の光学ヘッドにおける中央部の構成と第１及び第２のグレーティング素子の詳細を示す側面図である。 本発明の第５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である。 本発明の第６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である。 本発明の第７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である。 本発明の第８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である。 本発明の第９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である。 本発明の第１０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である。 本発明の第１１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である。 本発明の第１２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である。 本発明の第１３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である。 従来の光学ヘッドの構成を示す側面図である。
符号の説明
１ 光源
２ レーザ光
３ コリメータレンズ
４ 対物レンズ
５ 第１のグレーティング素子
６ 第２のグレーティング素子
７ １／４波長板
８ フォーカス／トラック誤差信号検出素子
９ 第１の透明基体
１０ 第２の透明基体
１１ 光ディスク
１２ 多層膜
１３ 光検出器
１４ 光路変換手段（第１の透明基体の第１面）
１５ 屈折率分布層
１６ 反射膜
１７ 光源・光検出器ユニット
１８ フリンジ
１９ ビームスプリッタ
２０ 立上げミラー（光路変換手段）
２１ 第１の偏向手段
２２ 第２の偏向手段
２３ エアギャップ
２４ 反射板

Claims (8)

  1. 光源から対物レンズまでの光路中に、順に配置された第１及び第２のグレーティング素子と、前記光源と前記第１のグレーティング素子との光路間に配置された光路変換手段とを備え、
    前記光源からの出射光が前記光路変換手段を介して前記第１のグレーティング素子に入射し、前記第１のグレーティング素子からの回折光が第２のグレーティング素子に入射し、前記第２のグレーティング素子からの回折光が対物レンズに入射して記録媒体に集光する光学ヘッドであって、
    前記光路変換手段は第１面を有する第１の透明基体であり、
    前記第１及び第２のグレーティング素子が、それぞれ、異なる波長に対応した複数層のボリュームホログラムからなる光学ヘッド。
  2. 光源から対物レンズまでの光路中に、順に配置された第１及び第２のグレーティング素子と、前記第２のグレーティング素子と前記対物レンズとの光路間に配置された光路変換手段とを備え、
    前記光源からの出射光が前記第１のグレーティング素子に入射し、前記第１のグレーティング素子からの回折光が第２のグレーティング素子に入射し、前記第２のグレーティング素子からの回折光が前記光路変換手段を介して対物レンズに入射して記録媒体に集光する光学ヘッドであって、
    前記光路変換手段はミラーであり、
    前記第１及び第２のグレーティング素子が、それぞれ、異なる波長に対応した複数層のボリュームホログラムからなる光学ヘッド。
  3. 複数層のボリュームホログラムは、それぞれの厚さが波長に対応して異なっている請求項１又は２に記載の光学ヘッド。
  4. 複数層のボリュームホログラムは、それぞれの厚さが波長に略比例している請求項３に記載の光学ヘッド。
  5. 複数層のボリュームホログラムは、それぞれの屈折率分布の周期構造のフリンジの傾斜角が異なっている請求項１又は２に記載の光学ヘッド。
  6. 複数層のボリュームホログラムは、それぞれの屈折率分布の周期構造のフリンジの傾斜角が同一である請求項１又は２に記載の光学ヘッド。
  7. 異なる波長が、２波長λ1、λ2であり、第１及び第２のグレーティング素子は、それぞれ、前記２波長λ1、λ2に対応する２層のボリュームホログラムからなり、前記２波長λ1、λ2は、０．６０μｍ≦λ1≦０．６８μｍ、０．７６μｍ≦λ2≦０．８７μｍである請求項１又は２に記載の光学ヘッド。
  8. 異なる波長が、３波長λ1、λ2、λ3であり、第１及び第２のグレーティング素子は、それぞれ、前記３波長λ1、λ2、λ3に対応する３層のボリュームホログラムからなり、前記３波長λ1、λ2、λ3は、０．３８μｍ≦λ1≦０．５２μｍ、０．６０μｍ≦λ2≦０．６８μｍ、０．７６μｍ≦λ3≦０．８７μｍである請求項１又は２に記載の光学ヘッド。
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