JP4296662B2 - Optical head device - Google Patents

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JP4296662B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つの波長光を光源とする光ディスクなどの光記録媒体用の記録装置や再生装置などに用いる光ヘッド装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CDやDVDなどの光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体の情報記録面上に情報を記録または情報記録面上の情報を再生するための光ヘッド装置が種々提案されている。このような光記録媒体の記録装置や再生装置などに搭載される光ヘッド装置では、光源である半導体レーザからの出射光が光記録媒体において反射されて戻り光となり、この戻り光はビームスプリッタなどによって光検出器である受光素子へ導かれる。このビームスプリッタとして、回折素子の一種であるホログラム素子を用いたものが近年実用化されている。ホログラム素子によって、光の進行方向を回折によって曲げて、半導体レーザの近くに配置した受光素子に導くことができるため、光ヘッド装置の小型化が可能となる。
【0003】
また、同一の光ヘッド装置で規格の異なる光記録媒体であるCDおよびDVDの光ディスクの情報を記録または再生可能にするため、CD/DVD互換型の光ヘッド装置が製品化されている。特に、光記録媒体層に波長依存性の高い媒質を用いるCD−Rなどの再生を前提とした場合、CD用に790nm波長帯の半導体レーザが、DVD用に650nm波長帯の半導体レーザがそれぞれ用いられている。
【0004】
図6はCD/DVD互換型の光ヘッド装置の構成例を示す側面図である。650nm波長帯のレーザ光を出力する半導体レーザ51Aおよび790nm波長帯のレーザ光を出力する半導体レーザ51Bからの出射光は、コリメートレンズ54Aおよび54Bにより平行光となり、色合成分離ダイクロイックプリズム58により光軸が同軸化され、光束制御素子の一種であるホログラムビームスプリッタなどの回折素子57を透過し、対物レンズ53によって光記録媒体であるCDやDVDなどの光ディスク55の上に集光される。
【0005】
光ディスク55からの反射光は、再び対物レンズ53を透過し、回折素子57により回折され、色合成分離ダイクロイックプリズム58によりそれぞれの波長帯の光に分離され、コリメートレンズ54Aおよび54Bにより集光されて光検出器56Aおよび56Bをそれぞれ構成する受光素子に到達する。受光素子では、受光した反射光を電気信号に変換して出力し、この出力信号はアンプで増幅され、さらに自動ゲイン補正回路で増幅利得の補正が行われて信号レベルが一定範囲に調整される。ホログラムビームスプリッタなどからなる回折素子57は、図6のように対物レンズ53に一体化して用いる場合と、半導体レーザと光検出器の近傍に配置し一体化したユニットとして用いる場合とがある。
【0006】
図6に示す従来の光ヘッド装置の例では、DVD系とCD系で光源と光検出器が分離された構成であるが、最近では、CD用の790nm波長帯の半導体レーザとDVD用の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2波長レーザや、各波長帯のレーザチップを100〜300μm間隔で配置固定した2波長レーザが用いられつつある。このようなレーザ光源を用いることにより、発光点位置精度が高く安定した光ヘッド特性が得られるとともに、図6に示した色合成分離ダイクロイックプリズム58やコリメートレンズ54A,54Bなどの光学部品を省くことができるため、部品点数の削減により光ヘッド装置の小型化・軽量化が計られ、光学系の設計を簡略化できるなどの効果が期待できる。
【0007】
また、上記回折素子などの光束制御素子としては、ガラス基板の上面に等方性の光学材料からなる回折格子を形成した、偏光依存性のない回折特性を有する非偏光性ホログラムビームスプリッタが従来使われていたが、光束が往路および復路で回折されるため、10%以上の往復の光利用効率を得るのは困難であった。
【0008】
そこで、光利用効率を向上するために、光の偏光方向によって回折効率が変わる偏光性ホログラムビームスプリッタと1/4波長板とを光束制御素子として用いることが提案されている。この場合、往路の偏光方向と復路の偏光方向が1/4波長板により90°回転する直交偏光となるため、往路の偏光に対しては回折格子として作用せず復路の偏光のみに対して回折格子として作用する偏光依存性を有することにより、結果として非偏光性ホログラムビームスプリッタの理論往復効率である10%よりも高い光利用効率が得られる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような偏光性ホログラムビームスプリッタおよび1/4波長板からなる光束制御素子を、2波長レーザが光源として用いられた光ヘッド装置に適用した場合、以下のような問題点があった。
【0010】
すなわち、ピッチPの単一の回折格子からなるホログラムビームスプリッタに波長λの光が入射したときの±1次回折光の回折角θに対するsinθは波長λに比例し格子ピッチPに反比例する。したがって、波長λ1=650nmと波長λ2=790nmの2波長レーザからの光がホログラムビームスプリッタに入射した場合、2つの波長光の回折角が異なるため、同一の光検出器で回折光を受光するには受光面を大型化しなければならない。このため、ノイズ成分が増大し高いS/Nを確保できないとともに、良好な高周波数特性が得られにくいといった問題が生じる。また、迷光の影響を受けやすいといった欠点がある。
【0011】
一方、波長λ1と波長λ2の受光用に別々の受光素子を形成した場合、受光素子数が2倍必要となり装置規模が増大し、それに伴って信号処理回路も複雑になるといった問題が生じる。
【0012】
本発明の目的は、2つの波長光を光源とし、これら2つの波長光を同一の光検出器で受光する構成として、使用波長の異なる光記録媒体の情報記録面上への情報の記録または再生が効率よく安定してでき、部品点数の少ない小型・軽量の光ヘッド装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長λおよび波長λ(λ<λ)の2つの波長の光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体で反射された反射光を検出する光検出器と、前記半導体レーザからの出射光を平行光とするとともに前記光記録媒体からの反射光を集光する平行化レンズと、前記反射光を前記光検出器へ導くホログラムビームスプリッタと、前記対物レンズと前記ホログラムビームスプリッタの間の光路中に前記波長λ に対する1/4波長板と、を少なくとも備える光ヘッド装置であって、前記ホログラムビームスプリッタは、断面形状がそれぞれ周期的な凹凸状である第1の回折格子と第2の回折格子とからなり前記第1の回折格子は、光の偏光方向によって回折効率が変わる偏光性ホログラムであって、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ の光に対して2πの整数倍かつ波長λ の光に対して2πの非整数倍であり、前記波長λ の光および前記半導体レーザから前記光記録媒体へ向かう前記波長λ の光を透過し、かつ、前記光記録媒体で反射された波長λ の光を回折し、前記第2の回折格子は、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ の光に対して2πの整数倍かつ波長λ の光に対して2πの非整数倍であり、前記平行化レンズの焦点距離および開口数をそれぞれf、NA、前記第2の回折格子の格子ピッチをPとするとき、前記平行化レンズと前記第2の回折格子との間隔が2×f×P×NA/λ より長くなるように設定され、さらに前記ホログラムビームスプリッタにより回折された前記波長λおよび前記波長λの光は同一の前記光検出器に導かれることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【0014】
また、前記波長λ は650nmのDVD用の波長帯であり、前記波長λ はCD用の790nmの波長帯である上記の光ヘッド装置を提供する。
【0015】
また、前記第1の回折格子と前記第2の回折格子は、前記半導体レーザと前記対物レンズとの間の光路中、かつ前記光検出器と前記対物レンズとの間の光路中に設置され、前記第1の回折格子は、前記1/4波長板と前記対物レンズと一体化されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【0016】
【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説明する。
【0017】
[第1の実施形態]
図1は本発明の第1の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。本実施形態の光ヘッド装置は、第1の波長λ1と第2の波長λ2との2つの波長の光を出射可能な半導体レーザ光源である2波長半導体レーザ(モノリシック2波長半導体レーザなど)1と、波長λ2の光を透過しかつ波長λ1の光を回折する第1の回折格子21と波長λ1の光を透過しかつ波長λ2の光を回折する第2の回折格子22とからなる波長選択性のホログラムビームスプリッタ2と、光記録媒体である光ディスク5上に光を集光する対物レンズ3と、2波長半導体レーザ1からの出射光を平行光とするとともに光ディスク5からの反射光を集光する平行化レンズ(コリメートレンズ)4と、光ディスク5からの反射光を受光し光量を検出する光検出器6と、第1の回折格子21と対物レンズ3との間に配設された1/4波長板7とを有して構成される。2波長半導体レーザ1は、DVD系の光記録媒体に対しては波長λ1=650nmの光を、CD系の光記録媒体に対しては波長λ2=790nmの光を光記録媒体に応じて切り換えて出射するよう構成されている。
【0018】
2波長半導体レーザ1から出射した波長λ1の光は、第2の回折格子22により回折されることなく通過し、平行化レンズ4により平行光となって第1の回折格子21を透過し、対物レンズ3により光ディスク5の情報記録面に集光される。情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ3により平行光となって第1の回折格子21に入射する。このとき、第1の回折格子21によって回折された回折光のうち、+1次回折光が平行化レンズ4によって光検出器6の受光面に集光される。
【0019】
ここで用いられる第1の回折格子21は、後述する偏光性ホログラムであり、往路光路においてはレーザ光の偏光方位に対して回折を生じないが、復路光路においては対物レンズ3と偏光性ホログラムとの間に配置された1/4波長板7を2回通過することによって偏光方位が90°回転した偏光に対しては回折が生じる構成としている。なお、復路光路中においても、波長λ1のレーザ光は第2の回折格子22により回折されることなく通過し、光検出器6に到達する。
【0020】
一方、2波長半導体レーザ1から出射した波長λ2の光のうち、第2の回折格子22により回折されないで通過する0次回折光成分は、平行化レンズ4により平行光化されて第1の回折格子21を回折されることなく透過し、対物レンズ3により光ディスク5の情報記録面に集光される。情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ3により平行光となって第1の回折格子21により回折されることなく通過し、平行化レンズ4によって平行光となって第2の回折格子22に入射する。このとき、第2の回折格子22によって回折された回折光のうち、+1次回折光が光検出器6の受光面に集光されるように第2の回折格子22が作製されている。
【0021】
ここで用いられる波長λ1の光を透過しかつ波長λ2の光を回折する第2の回折格子22は、後述するような入射光の偏光方向に依存しない非偏光性ホログラムである。
【0022】
また、偏光性ホログラムである第1の回折格子21は、1/4波長板7と共に対物レンズ3に一体化されて設けられており、図示されていないが公知技術のアクチュエータにより一体駆動される。このアクチュエータによって、集光ビームを情報記録面において所定の焦点(スポット径)で集光させるフォーカシング制御、および集光ビームを所定の情報記録トラックへ追従させるトラッキング制御が行われる。また、非偏光性ホログラムである第2の回折格子22は、半導体レーザ1と光検出器6とが一体化されたユニットの光入出射面に固定されて設けられる。
【0023】
ここで、図1の構成において、2波長用回折格子であるホログラムビームスプリッタ2の使用条件とその特性について説明する。
【0024】
DVD系の光記録媒体では、CD系に比べて高精度のフォーカシングおよびトラッキングが要求されるため、ホログラムビームスプリッタは対物レンズと一体駆動することが好ましい。しかし、対物レンズと一体駆動する非偏光性ホログラムビームスプリッタを用いた場合、波長λ1の光に関して、往路で回折された±1次の回折光が復路で直進(0次回折光)あるいは±2次で回折された成分は、光検出器6において信号光と同一受光面に集光される場合があるため、ノイズ成分となり信号再生ができない。
【0025】
これに対し、上記のように偏光性ホログラムを第1の回折格子21に用いれば、往路での発生する回折光はわずかであるため、このような問題は生じない。また、第2の回折格子22は、波長λ1の光をほとんど回折することなく透過するため、光利用効率の低下を招くことなく、また迷光となる回折光の生成も少ない。
【0026】
CD系の波長λ2に対しては、第1の回折格子21は波長λ2の光を回折することなく透過するため、光利用効率の低下は抑制され、迷光となる回折光の生成も少ない。一方、第2の回折格子22は、非偏光性ホログラムであるため、往路および復路で波長λ2の光を回折する。この結果、前述した往路および復路での多重回折に伴う迷光の問題が生じる。
【0027】
この回避策として、往路において第2の回折格子22による回折光が焦点距離fの平行化レンズ4の有効開口数NA内に到達しないような配置構成およびホログラム構造とすればよい。具体的には、第2の回折格子22の格子ピッチをPとすると、平行化レンズ4と第2の回折格子22との間隔を2×f×P×NA/λ2より長く、またPが0.5×λ2/NAより小さくなるように設定すればよい。
【0028】
また、第2の回折格子22も偏光性ホログラムとすることにより、波長λ1の場合と同様に往路での回折光はなくなり迷光の問題は解消する。特に、CD−Rなどの光書き込み可能な光記録媒体にも適用可能とした場合、高強度の書き込み光を必要とするため、光利用効率の高い偏光性ホログラムとするとすることが好ましい。
【0029】
また、CD系の光ディスクはDVD系の光ディスクに対してディスク厚が2倍であるため、樹脂成形体であるディスクの空間的な複屈折変動が残留しやすい。その結果、一方の偏光成分のみ回折する偏光性ホログラムとした場合、ディスクの空間的な複屈折変動に応じて信号光強度が変動しやすいため、安定した再生ができない場合がある。
【0030】
このような複屈折性を有する光ディスクへの対応として、CD系の波長λ2を回折する第2の回折格子22は、非偏光性ホログラムあるいは偏光依存性はあるが直交する偏光成分の両方を回折する部分偏光性ホログラムとすることが好ましい。
【0031】
本実施形態の構成では、2波長半導体レーザの各波長光に対して別々の波長選択性ホログラムビームスプリッタが用いられているため、2波長半導体レーザの発光点位置やホログラムビームスプリッタの配置関係の制約は軽減され、各波長選択性ホログラムビームスプリッタの格子ピッチを変えることにより、複数波長の光を同一受光素子に集光することが容易である。
【0032】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる偏光性ホログラムの一例について、図2に示す断面構成図を用いて説明する。
【0033】
この例の偏光性ホログラム31は、透光性基板31A上に形成した断面矩形波状の複屈折性回折格子31Bに等方性充填材31Cを充填し、その上に透光性基板31Dを配置することにより、複屈折性回折格子31Bを透光性基板31A、31Dで挟んだ構成となっている。ここで、例えば、複屈折性回折格子31Bとして常光屈折率no =1.52、異常光屈折率ne =1.67の高分子液晶を用い、等方性充填材31Cとして屈折率ns =1.52の等方性媒質を用いる。
【0034】
この偏光性ホログラム31を図1における第1の回折格子21に適用する。この場合、2波長半導体レーザ1から出射したDVD系の波長λ1=650nmとCD系の波長λ2=790nmの出射光とが偏光性ホログラム31に入射することになる。ここで、各波長の偏光方位が複屈折性回折格子31Bの常光屈折率no に対応したS偏光となるように偏光性ホログラム31の方位が設定されている。
【0035】
したがって、偏光性ホログラム31に波長λ1および波長λ2のS偏光が入射した場合、図2(a)に示すように、均一屈折率材料である等方性充填材31Cの屈折率ns と複屈折材料である複屈折性回折格子31Bの常光屈折率no とが略等しいため、波長λ1および波長λ2いずれの光に対しても回折格子は生成されず、回折光はほとんど発生しない。
【0036】
また、光ディスク5と偏光性ホログラム31との間に波長λ1=650nmに対する1/4波長板7を配置することにより、波長λ1の光は1/4波長板7を往復するため、光ディスク5の情報記録面で反射された反射光は偏波面が90°回転したP偏光となって、再び偏光性ホログラム31に入射する。
【0037】
偏光性ホログラム31にP偏光が入射した場合、図2(b)に示すように、均一屈折率材料である等方性充填材31Cの屈折率ns と複屈折材料である複屈折性回折格子31Bの異常光屈折率ne とが異なるため、回折格子が形成される。回折格子形状に加工された複屈折性回折格子31Bの格子深さをd1とすると、波長λの入射光に対して生じる位相差φは2π(ne −ns )×d1/λとなる。
【0038】
ここで、複屈折性回折格子31Bの格子深さd1は、偏波面が90°回転した波長λ2=790nmのP偏光に対して回折が生じないように、(ne −ns )×d1が波長λ2の整数倍となるようにする。
【0039】
このように格子深さd1を設定することで、波長λ2の光ディスク反射光のうち、偏波面が変化しないS偏光成分は往路と同様に直進透過し、偏波面が90°回転した直交P偏光成分も偏光性ホログラム31による位相変化が2πの整数倍であるため回折されることなく直進透過する。
【0040】
したがって、波長λ2に対する位相差φ2が2πの整数倍となり、波長λ1に対する位相差φ1が2πの非整数倍となるように、格子深さd1を設定することにより、波長λ1のP偏光に対しては回折格子となり、波長λ2のS偏光およびP偏光に対しては回折格子として作用しない波長選択性の偏光性ホログラムが得られる。
【0041】
具体的には、(ne −ns )×d1がλ2の2倍となるように、すなわち、例えば格子深さd1を10.53μmとすることにより、波長λ1=650nmのみの光を35%以上の高い±1次回折効率で回折する波長選択性を有する偏光性ホログラム31が実現する。往路での回折光損失はわずかであるため、往復効率として高い光利用効率が達成される。
【0042】
このようにして、上記図1で説明したような構成の本実施形態の光ヘッド装置に用いられる2波長用偏光性ホログラムが得られる。なお、複屈折材料および加工プロセスについては、種々報告されている公知の技術を用いればよいため、ここでは説明を省略する。
【0043】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる非偏光性ホログラムの一例について、図3に示す断面構成図を用いて説明する。
【0044】
この例の非偏光性ホログラム32は、屈折率nの均一屈折材料32Bが凹凸回折格子形状に加工されて透光性基板32A上に形成され、空気と界面をなした構成となっている。
【0045】
回折格子形状の段差をd2とすると、波長λの入射光に対して生じる位相差φは2π(n−1)×d2/λとなるため、波長λ1に対する位相差φ1が2πの整数倍となり、波長λ2に対する位相差φ2が2πの非整数倍となるように、段差d2を設定する。これより、波長λ2に対しては回折格子となり、波長λ1に対しては回折格子として作用しない波長選択性の非偏光性ホログラムが得られる。
【0046】
具体的には、(n−1)×d2がλ1、すなわち、例えば格子深さd2を1.3μmとすることにより、波長λ2=790nmのみに対して往路の0次透過率が略70%、復路の±1次回折効率が略11%で、往路と復路の総合効率として略8%の信号光を光検出器へ導くことのできる波長選択性を有する非偏光性ホログラム32が実現する。
【0047】
このようにして、上記図1で説明したような構成の本実施形態の光ヘッド装置に用いられる2波長用非偏光性ホログラムが得られる。なお、回折格子の加工プロセスについては、種々報告されている公知の技術を用いればよいため、ここでは説明を省略する。
【0048】
また、平行化レンズ4として開口数NA=0.07で焦点距離f=22mmのコリメートレンズを用いた場合は、コリメートレンズに入射する取り込み光角度の半分でθc =4.0°となる。このとき、往路と復路での信号光以外の波長λ2の多重回折光が光検出器に混入しないようにするためには、NA=0.07に相当する非偏光性ホログラム32の光通過領域にのみ格子を形成するとともに、往路での±1次回折光の回折角度をθc の2倍以上にすればよい。具体的には、非偏光性ホログラム32の格子ピッチP2を0.5×λ2/NA以下、すなわち、5.6μm以下とする。
【0049】
格子ピッチP2が約4.5μmの非偏光性ホログラム32を波長λ2の発光点に対し約4mmの間隔で配置すると、非偏光性ホログラム32による+1次回折光は発光点と約0.71mm離れた光検出器に集光される。このとき、信号光以外の迷光である回折光の入射はわずかであるため、ノイズ成分が軽減され、S/Nの高い記録再生が可能となる。
【0050】
ここで、偏光性ホログラム31による波長λ1=650nmの+1次回折光が同一の光検出器に集光するように、偏光性ホログラム31の格子ピッチP1が設定されている。具体的には、f×λ1/P1が約0.71mmとなるようにする。すなわち、P1=20μmとすればよい。
【0051】
このようにして得られた2波長用回折格子であるホログラムビームスプリッタ2を用いて光ヘッド装置を構成する。この光ヘッド装置では、2つの波長を出射する2波長半導体レーザ1と1つの光検出器6とを用いた部品点数の少ない小型な構成で、光利用効率の高いDVD系光ディスクの安定した記録再生が可能となるとともに、CD系で複屈折性が残留する光ディスクに対しても安定した記録再生が可能となる。
【0052】
なお、図2および図3においては、単純な2ステップ段差の凹凸回折格子形状のホログラムを例示したが、これに代えて、断面が階段状のマルチステップ格子形状や鋸歯波状のブレーズ格子形状とすることにより、特定の回折次数の回折効率を向上できるため、用途に応じて種々の設計および製作が可能である。
【0053】
[第2の実施形態]
図4は本発明の第2の実施形態に係る偏光性ホログラムの構成を示す側方断面図である。第2の実施形態では第1の実施形態における偏光性ホログラムの変形例を示す。
【0054】
第2の実施形態の偏光性ホログラム41は、第1の実施形態で示した断面矩形波状の複屈折性回折格子31Bの代わりに、図4に示す4段ステップの階段格子からなる複屈折性回折格子41Bを用いた構成となっている。この透光性基板41A上に形成した複屈折性回折格子41Bに等方性充填材41Cを充填し、その上に透光性基板41Dを配置して作製する。複屈折性回折格子41Bにおける各階段幅はピッチの等分配とする。
【0055】
ここで、複屈折性回折格子41Bの各階段の格子深さd1は、(ne −ns )×d1が波長λ2の整数倍となるようにすることで、第1の実施形態と同様に波長λ2のP偏光に対しては回折が起こらない条件とする。
【0056】
具体的には、(ne −ns )×d1がλ2となるように、すなわち、例えば各階段の格子深さを0、5.27μm、10.53μm、15.80μmの4段構造とすることにより、波長λ1=650nmの光のみを70%以上の高い+1次回折効率で回折する波長選択性を有する偏光性ホログラム41が実現する。
【0057】
この第2の実施形態は、第1の実施形態と比較して、波長λ1=650nmでの光利用効率が約2倍に向上するため、光検出系における信号強度が増大し、さらなるS/Nの改善が計れる。
【0058】
[第3の実施形態]
図5は本発明の第3の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【0059】
この第3の実施形態は、光ヘッド装置において、DVD系の波長λ1の光を回折する第1の回折格子21を第2の回折格子22の近傍に配設して一体的なホログラムビームスプリッタ12を構成した点が第1の実施形態と異なる。このホログラムビームスプリッタ12は、単一透光性基板の表裏面に第1の回折格子21と第2の回折格子22とが形成された構成であり、2波長半導体レーザ1および光検出器6と一体化されたユニット側に固定配置されている。図5において、図1に示した第1の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してここでは説明を省略する。
【0060】
図5の例では、第1の回折格子21を第1の実施形態と同様に偏光性ホログラムとした場合を示したため、1/4波長板7を設けているが、非偏光性ホログラムで形成した場合は1/4波長板を用いなくともよい。
【0061】
第3の実施形態では、第1の回折格子21の格子ピッチを、波長λ1の光ディスク5からの反射光が波長λ2と同一の受光素子に集光するように、第1の実施形態の格子ピッチに比べて狭ピッチ化している。
【0062】
また、波長λ2を回折する非偏光性ホログラムである第2の回折格子22を、図3に示した第1の実施形態における断面矩形波状の回折格子の代わりに、3段ステップの階段格子からなる非偏光性ホログラムを用いて形成する。回折格子における各階段幅はピッチの等分配とする。
【0063】
ここで、屈折率n=1.5の各階段の格子深さd2を、(n−1)×d2が波長λ1の整数倍となるようにすることで、波長λ1の光に対しては往路および復路で回折光が生じることなく直進透過する。
【0064】
具体的には、(n−1)d2がλ1、すなわち、例えば格子深さが0、1.3μm、2.6μmの3段構造とすることにより、波長λ2=790nmのみに対して往路の0次透過率が略39%で復路の±1次回折効率が略34%、往路と復路の総合効率として略13%の信号光を光検出器へ導くことのできる波長選択性の非偏光性ホログラム22が実現する。この場合、第1の実施形態の構成と比較して、波長λ2での光利用効率が約1.6倍に向上するため、光検出系における信号強度が増大し、さらなるS/Nの改善が計れる。
【0065】
なお、第1の回折格子21も非偏光性ホログラムとした場合は、第1の実施形態と同様に、往路および復路での多重回折光が迷光とならないようにするため、往路での回折光が平行化レンズ4の開口内に入射しないような構成仕様とする。このときは、光利用効率は低下するが、DVD系の光ディスクの残留複屈折に対してもさらに安定した記録再生が可能となる。
【0066】
以上のように、上記各実施形態によれば、2つの波長に対応した光ヘッド装置において、光源と光検出器の部分を単一の2波長半導体レーザおよび光検出器によって構成でき、部品点数の少ない小型・軽量の構成で、光利用効率の高い安定した記録再生が実現できる。この場合、使用波長の短いDVD系光ディスクと、ディスク厚が厚く残留複屈折のあるCD系光ディスクの両方に対して、安定した記録再生が可能となる。
【0067】
なお、上記実施形態では説明を省略したが、DVD系とCD系の光ディスクのように仕様の異なる複数種類の情報記録媒体を安定して記録再生するために、何れの光学系においても光学収差を低減した互換対物レンズや開口制御素子の利用などについては、種々の従来技術が適用できる。
【0068】
また、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などのトラッキング方式を採用する場合にはサブビームを形成する回折格子が別途用いられるが、説明および図示は省略した。
【0069】
なお、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えうる。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、2つの波長光を光源とし、これら2つの波長光を同一の光検出器で受光する構成として、使用波長の異なる光記録媒体の情報記録面上への情報の記録または再生が効率よく安定してできるとともに、部品点数の少ない小型・軽量の光ヘッド装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図3】本発明の第1実施の形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の非偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る光ヘッド装置の構成要素である波長選択性の偏光性ホログラムの側方断面図である。
【図5】本発明の第3の実施形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す側面図である。
【図6】従来の光ヘッド装置の概略構成例を示す側面図である。
【符号の説明】
1:2波長半導体レーザ
2,12:ホログラムビームスプリッタ
3:対物レンズ
4:平行化レンズ
5:光ディスク
6:光検出器
7:1/4波長板
21:第1の回折格子
22:第2の回折格子
31,41:偏光性ホログラム
31A,41A:透光性基板
31B,41B:複屈折性回折格子
31C,41C:等方性充填材
31D,41D:透光性基板
32:非偏光性ホログラム
32A:透光性基板
32B:均一屈折材料
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical head device used for a recording device or a reproducing device for an optical recording medium such as an optical disk using two wavelength lights as light sources.
[0002]
[Prior art]
Various optical head devices for recording information on or reproducing information on an information recording surface of an optical recording medium such as an optical disk such as a CD or DVD and a magneto-optical disk have been proposed. In an optical head device mounted on such a recording apparatus or reproducing apparatus for an optical recording medium, light emitted from a semiconductor laser as a light source is reflected by the optical recording medium to become return light, and this return light is a beam splitter or the like. Is guided to a light receiving element which is a photodetector. In recent years, a beam splitter using a hologram element which is a kind of diffraction element has been put into practical use. With the hologram element, the light traveling direction can be bent by diffraction and guided to a light receiving element disposed near the semiconductor laser, so that the optical head device can be miniaturized.
[0003]
Also, CD / DVD compatible type optical head devices have been commercialized in order to record or reproduce information on optical disks of CD and DVD, which are optical recording media of different standards, with the same optical head device. In particular, assuming reproduction of a CD-R or the like that uses a medium with high wavelength dependence for the optical recording medium layer, a semiconductor laser having a 790 nm wavelength band is used for a CD, and a semiconductor laser having a 650 nm wavelength band is used for a DVD. It has been.
[0004]
FIG. 6 is a side view showing a configuration example of a CD / DVD compatible type optical head device. Light emitted from the semiconductor laser 51A that outputs laser light in the 650 nm wavelength band and the semiconductor laser 51B that outputs laser light in the 790 nm wavelength band is converted into parallel light by the collimating lenses 54A and 54B, and the optical axis is output by the color synthesis separation dichroic prism 58. Are transmitted through a diffraction element 57 such as a hologram beam splitter, which is a kind of light beam control element, and focused by an objective lens 53 on an optical disk 55 such as a CD or DVD as an optical recording medium.
[0005]
The reflected light from the optical disk 55 passes through the objective lens 53 again, is diffracted by the diffraction element 57, is separated into light of each wavelength band by the color synthesis / separation dichroic prism 58, and is condensed by the collimating lenses 54A and 54B. The light reaches the light receiving elements constituting the photodetectors 56A and 56B. The light receiving element converts the received reflected light into an electrical signal and outputs it. The output signal is amplified by an amplifier, and the gain is corrected by an automatic gain correction circuit to adjust the signal level within a certain range. . The diffraction element 57 composed of a hologram beam splitter or the like may be used integrally with the objective lens 53 as shown in FIG. 6 or may be used as an integrated unit disposed in the vicinity of the semiconductor laser and the photodetector.
[0006]
The example of the conventional optical head device shown in FIG. 6 has a configuration in which a light source and a photodetector are separated in a DVD system and a CD system, but recently, a semiconductor laser in a 790 nm wavelength band for CD and a 650 nm for DVD. Monolithic dual-wavelength lasers in which semiconductor lasers in the wavelength band are formed in one chip and dual-wavelength lasers in which laser chips in each wavelength band are arranged and fixed at intervals of 100 to 300 μm are being used. By using such a laser light source, stable optical head characteristics with high emission point position accuracy can be obtained, and optical components such as the color synthesis / separation dichroic prism 58 and the collimating lenses 54A and 54B shown in FIG. 6 can be omitted. Therefore, the reduction in the number of parts can be expected to reduce the size and weight of the optical head device and to simplify the design of the optical system.
[0007]
As a light beam control element such as the above-described diffraction element, a non-polarizing hologram beam splitter having a diffraction characteristic without polarization dependence, in which a diffraction grating made of an isotropic optical material is formed on the upper surface of a glass substrate, has been conventionally used. However, since the light beam is diffracted in the forward path and the return path, it is difficult to obtain a light utilization efficiency of 10% or more.
[0008]
Accordingly, in order to improve the light utilization efficiency, it has been proposed to use a polarizing hologram beam splitter and a quarter wavelength plate whose diffraction efficiency changes depending on the polarization direction of light as a light beam control element. In this case, since the polarization direction of the forward path and the polarization direction of the return path are orthogonal polarizations rotated by 90 ° by the ¼ wavelength plate, the polarization of the forward path does not act as a diffraction grating and is diffracted only by the polarization of the return path By having the polarization dependency acting as a grating, a light utilization efficiency higher than 10% which is the theoretical round-trip efficiency of the non-polarizing hologram beam splitter can be obtained as a result.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the light beam control element including the polarizing hologram beam splitter and the quarter wavelength plate as described above is applied to an optical head device in which a two-wavelength laser is used as a light source, there are the following problems. .
[0010]
That is, sin θ with respect to the diffraction angle θ of ± first-order diffracted light when light of wavelength λ is incident on a hologram beam splitter composed of a single diffraction grating with pitch P is proportional to wavelength λ and inversely proportional to grating pitch P. Therefore, the wavelength λ1= 650 nm and wavelength λ2When light from a two-wavelength laser of 790 nm is incident on the hologram beam splitter, the diffraction angle of the two wavelength lights is different, so the light receiving surface must be enlarged to receive the diffracted light with the same photodetector. . For this reason, there are problems that the noise component increases and a high S / N cannot be secured, and it is difficult to obtain a good high frequency characteristic. In addition, there is a drawback that it is easily affected by stray light.
[0011]
On the other hand, wavelength λ1And wavelength λ2When separate light receiving elements are formed for light reception, the number of light receiving elements is twice as large, and the scale of the apparatus increases, resulting in a problem that the signal processing circuit becomes complicated.
[0012]
An object of the present invention is to record or reproduce information on an information recording surface of an optical recording medium having different operating wavelengths by using two wavelength lights as a light source and receiving the two wavelength lights with the same photodetector. It is an object to provide a compact and lightweight optical head device that can be stably and efficiently produced with a small number of components.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In the present invention, the wavelength λ1And wavelength λ212) A semiconductor laser that emits light of two wavelengths, an objective lens that condenses the emitted light of the semiconductor laser onto an optical recording medium, and a photodetector that detects reflected light reflected by the optical recording medium,A collimating lens for collimating the reflected light from the optical recording medium while making the emitted light from the semiconductor laser into parallel light;A hologram beam splitter for guiding the reflected light to the photodetector;The wavelength λ in the optical path between the objective lens and the hologram beam splitter 1 A quarter wave plate forAn optical head device comprising at least the hologram beam splitter,Each cross-sectional shape is periodic unevenFirst diffraction gratingAnd secondFrom two diffraction gratingsBecome,The first diffraction grating is a polarization hologram whose diffraction efficiency changes depending on the polarization direction of light, and the phase difference of transmitted light between the concave portion and the convex portion is the wavelength λ. 2 An integer multiple of 2π and a wavelength λ 1 Is a non-integer multiple of 2π, and the wavelength λ 2 And the wavelength λ from the semiconductor laser toward the optical recording medium 1 Wavelength λ transmitted through the optical recording medium and reflected by the optical recording medium 1 The second diffraction grating has a phase difference of transmitted light between the concave portion and the convex portion, the wavelength λ 1 An integer multiple of 2π and a wavelength λ 2 Is a non-integer multiple of 2π, where f and NA are the focal length and numerical aperture of the collimating lens, and P is the grating pitch of the second diffraction grating. The distance from the second diffraction grating is 2 × f × P × NA / λ 2 Set to be longer,Further, it is diffracted by the hologram beam splitter.AboveWavelength λ1andAboveWavelength λ2Light of the sameAboveProvided is an optical head device which is guided to a photodetector.
[0014]
  Also,The wavelength λ 1 Is a wavelength band for DVD of 650 nm, and the wavelength λ 2 Is the 790nm wavelength band for CDAn optical head device is provided.
[0015]
  Further, the first diffraction grating and the second diffraction grating are installed in an optical path between the semiconductor laser and the objective lens, and in an optical path between the photodetector and the objective lens,AboveFirst diffraction caseThe child is the quarter wave plateIntegrated with the objective lensAboveAn optical head device is provided.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an optical head device according to a first embodiment of the present invention. The optical head device of the present embodiment has a first wavelength λ1And the second wavelength λ2A two-wavelength semiconductor laser (monolithic two-wavelength semiconductor laser, etc.) 1 that is a semiconductor laser light source capable of emitting light of two wavelengths, and a wavelength λ2Of light and wavelength λ1The first diffraction grating 21 that diffracts the light and the wavelength λ1Of light and wavelength λ2From a wavelength-selective hologram beam splitter 2 comprising a second diffraction grating 22 that diffracts the light, an objective lens 3 that focuses the light on an optical disk 5 that is an optical recording medium, and a two-wavelength semiconductor laser 1 A collimating lens (collimator lens) 4 that collimates the emitted light and collects the reflected light from the optical disc 5, a photodetector 6 that receives the reflected light from the optical disc 5 and detects the amount of light, and a first A quarter wavelength plate 7 disposed between the diffraction grating 21 and the objective lens 3 is provided. The two-wavelength semiconductor laser 1 has a wavelength λ for DVD-based optical recording media.1= 650 nm light for a CD type optical recording medium2= 790 nm light is switched and emitted according to the optical recording medium.
[0018]
Wavelength λ emitted from the two-wavelength semiconductor laser 11Light passes through the second diffraction grating 22 without being diffracted, becomes parallel light by the collimating lens 4, passes through the first diffraction grating 21, and passes through the information recording surface of the optical disk 5 by the objective lens 3. Focused. The light reflected by the information recording surface is again converted into parallel light by the objective lens 3 and enters the first diffraction grating 21. At this time, of the diffracted light diffracted by the first diffraction grating 21, the + 1st order diffracted light is condensed on the light receiving surface of the photodetector 6 by the collimating lens 4.
[0019]
The first diffraction grating 21 used here is a polarization hologram, which will be described later, and does not diffract with respect to the polarization direction of the laser light in the forward path, but the objective lens 3 and the polarization hologram in the return path. In this structure, diffraction is generated with respect to the polarized light whose polarization direction is rotated by 90 ° by passing through the quarter-wave plate 7 disposed between them twice. Even in the return optical path, the wavelength λ1The laser light passes through the second diffraction grating 22 without being diffracted and reaches the photodetector 6.
[0020]
On the other hand, the wavelength λ emitted from the two-wavelength semiconductor laser 12The 0th-order diffracted light component that passes without being diffracted by the second diffraction grating 22 is converted into parallel light by the collimating lens 4 and is transmitted through the first diffraction grating 21 without being diffracted. 3 is focused on the information recording surface of the optical disk 5. The light reflected by the information recording surface again becomes parallel light by the objective lens 3 and passes through without being diffracted by the first diffraction grating 21, and becomes parallel light by the parallelizing lens 4 and becomes the second diffraction grating. 22 is incident. At this time, the second diffraction grating 22 is fabricated so that the + 1st order diffracted light out of the diffracted light diffracted by the second diffraction grating 22 is condensed on the light receiving surface of the photodetector 6.
[0021]
Wavelength λ used here1Of light and wavelength λ2The second diffraction grating 22 that diffracts the light is a non-polarizing hologram that does not depend on the polarization direction of incident light, which will be described later.
[0022]
The first diffraction grating 21 which is a polarization hologram is provided integrally with the objective lens 3 together with the quarter-wave plate 7 and is integrally driven by a known technology actuator (not shown). By this actuator, focusing control for condensing the focused beam at a predetermined focal point (spot diameter) on the information recording surface and tracking control for tracking the focused beam to a predetermined information recording track are performed. The second diffraction grating 22 which is a non-polarizing hologram is fixedly provided on a light incident / exit surface of a unit in which the semiconductor laser 1 and the photodetector 6 are integrated.
[0023]
Here, the use conditions and characteristics of the hologram beam splitter 2 which is a diffraction grating for two wavelengths in the configuration of FIG. 1 will be described.
[0024]
Since DVD-based optical recording media require focusing and tracking with higher accuracy than CD-based recording media, the hologram beam splitter is preferably driven integrally with the objective lens. However, when using a non-polarizing hologram beam splitter that is driven integrally with the objective lens, the wavelength λ1The component of the first-order diffracted light diffracted in the forward path in a straight line (0th-order diffracted light) or ± second-order diffracted in the forward path is condensed on the same light receiving surface as the signal light in the photodetector 6. Therefore, it becomes a noise component and the signal cannot be reproduced.
[0025]
On the other hand, when a polarizing hologram is used for the first diffraction grating 21 as described above, such a problem does not occur because the diffracted light generated in the forward path is very small. The second diffraction grating 22 has a wavelength λ1The light is transmitted almost without being diffracted, so that the light utilization efficiency is not lowered and the generation of diffracted light that becomes stray light is small.
[0026]
CD system wavelength λ2In contrast, the first diffraction grating 21 has a wavelength λ.2Light is transmitted without being diffracted, so that a decrease in light utilization efficiency is suppressed, and the generation of diffracted light that becomes stray light is small. On the other hand, the second diffraction grating 22 is a non-polarizing hologram, and therefore has a wavelength λ in the forward path and the return path.2Diffract light. As a result, the problem of stray light due to multiple diffraction in the forward and return paths described above occurs.
[0027]
As a workaround, an arrangement configuration and a hologram structure may be used so that the diffracted light from the second diffraction grating 22 does not reach the effective numerical aperture NA of the collimating lens 4 having the focal length f in the forward path. Specifically, when the grating pitch of the second diffraction grating 22 is P, the distance between the collimating lens 4 and the second diffraction grating 22 is 2 × f × P × NA / λ.2Longer and P is 0.5 × λ2What is necessary is just to set so that it may become smaller than / NA.
[0028]
The second diffraction grating 22 is also a polarizing hologram, so that the wavelength λ1As in the case of, the diffracted light in the forward path disappears and the problem of stray light is solved. In particular, when it can be applied to an optical recording medium such as a CD-R that can be written to, it requires a high-intensity writing light.
[0029]
Further, since the CD-type optical disc has a disc thickness twice that of the DVD-type optical disc, the spatial birefringence fluctuation of the disc, which is a resin molded body, tends to remain. As a result, in the case of a polarization hologram that diffracts only one polarization component, the signal light intensity is likely to fluctuate according to the spatial birefringence fluctuation of the disk, and thus stable reproduction may not be possible.
[0030]
As a measure for such an optical disk having birefringence, a CD wavelength λ2The second diffraction grating 22 that diffracts is preferably a non-polarizing hologram or a partially polarizing hologram that diffracts both polarization-dependent but orthogonal polarization components.
[0031]
In the configuration of the present embodiment, separate wavelength-selective hologram beam splitters are used for the respective wavelength lights of the two-wavelength semiconductor laser, so that the emission point position of the two-wavelength semiconductor laser and the arrangement relationship of the hologram beam splitter are limited. By reducing the grating pitch of each wavelength selective hologram beam splitter, it is easy to condense light of a plurality of wavelengths on the same light receiving element.
[0032]
Next, an example of a polarization hologram used in the optical head device of the present invention will be described with reference to the cross-sectional configuration diagram shown in FIG.
[0033]
In the polarization hologram 31 of this example, an isotropic filler 31C is filled in a birefringent diffraction grating 31B having a rectangular wave cross section formed on a translucent substrate 31A, and a translucent substrate 31D is disposed thereon. Thus, the birefringent diffraction grating 31B is sandwiched between the translucent substrates 31A and 31D. Here, for example, the ordinary refractive index n is used as the birefringent diffraction grating 31B.o= 1.52, extraordinary refractive index ne= 1.67 polymer liquid crystal, refractive index n as isotropic filler 31Cs= 1.52 isotropic medium is used.
[0034]
This polarizing hologram 31 is applied to the first diffraction grating 21 in FIG. In this case, the wavelength λ of the DVD system emitted from the two-wavelength semiconductor laser 11= 650 nm and CD system wavelength λ2= 790 nm emission light is incident on the polarization hologram 31. Here, the polarization direction of each wavelength is the ordinary refractive index n of the birefringent diffraction grating 31B.oThe orientation of the polarizing hologram 31 is set so as to be S-polarized light corresponding to.
[0035]
Therefore, the polarization hologram 31 has a wavelength λ1And wavelength λ22 is incident, as shown in FIG. 2A, the refractive index n of the isotropic filler 31C, which is a uniform refractive index material, is obtained.sAnd ordinary refractive index n of the birefringent diffraction grating 31B which is a birefringent materialoAre approximately equal, so the wavelength λ1And wavelength λ2No diffraction grating is generated for any light, and almost no diffracted light is generated.
[0036]
In addition, a wavelength λ between the optical disk 5 and the polarization hologram 31 is used.1= Wavelength λ by placing a quarter wave plate 7 for 650 nm1Is reciprocated through the quarter-wave plate 7, the reflected light reflected by the information recording surface of the optical disk 5 becomes P-polarized light whose polarization plane is rotated by 90 °, and is incident on the polarizing hologram 31 again.
[0037]
When P-polarized light is incident on the polarization hologram 31, as shown in FIG. 2B, the refractive index n of the isotropic filler 31C that is a uniform refractive index material.sAnd the extraordinary refractive index n of the birefringent diffraction grating 31B which is a birefringent materialeIs different, a diffraction grating is formed. The grating depth of the birefringent diffraction grating 31B processed into the diffraction grating shape is d1Then, the phase difference φ generated with respect to the incident light having the wavelength λ is 2π (ne-Ns) Xd1/ Λ.
[0038]
Here, the grating depth d of the birefringent diffraction grating 31B1Is the wavelength λ with the plane of polarization rotated by 90 °2= (N so that no diffraction occurs for P-polarized light of 790 nme-Ns) Xd1Is the wavelength λ2To be an integer multiple of.
[0039]
Thus the lattice depth d1To set the wavelength λ2Of the optical disk reflected light, the S-polarized component whose polarization plane does not change is transmitted in a straight line as in the forward path, and the orthogonal P-polarized component whose polarization plane is rotated by 90 ° is also an integer multiple of 2π in phase change by the polarization hologram 31. Therefore, it passes straight without being diffracted.
[0040]
Therefore, the wavelength λ2Phase difference with respect to φ2Becomes an integral multiple of 2π and the wavelength λ1Phase difference with respect to φ1Lattice depth d such that is a non-integer multiple of 2π.1By setting the wavelength λ1Becomes a diffraction grating for P-polarized light of the wavelength λ2A wavelength-selective polarization hologram that does not act as a diffraction grating for S-polarized light and P-polarized light is obtained.
[0041]
Specifically, (ne-Ns) Xd1Is λ2That is, for example, the lattice depth d1Is set to 10.53 μm, the wavelength λ1= Polarizing hologram 31 having wavelength selectivity for diffracting light of only 650 nm with high ± first-order diffraction efficiency of 35% or more is realized. Since the diffracted light loss in the forward path is small, a high light utilization efficiency is achieved as the round-trip efficiency.
[0042]
In this way, a two-wavelength polarization hologram used in the optical head device of the present embodiment having the configuration described with reference to FIG. 1 is obtained. In addition, about the birefringent material and a processing process, since the well-known technique reported variously may be used, description is abbreviate | omitted here.
[0043]
Next, an example of a non-polarizing hologram used in the optical head device of the present invention will be described with reference to the cross-sectional configuration diagram shown in FIG.
[0044]
The non-polarizing hologram 32 in this example has a configuration in which a uniform refractive material 32B having a refractive index n is processed into a concavo-convex diffraction grating shape and formed on a translucent substrate 32A, and forms an interface with air.
[0045]
The step of the diffraction grating shape is d2Then, the phase difference φ generated with respect to the incident light having the wavelength λ is 2π (n−1) × d.2/ Λ, so the wavelength λ1Phase difference with respect to φ1Becomes an integral multiple of 2π and the wavelength λ2Phase difference with respect to φ2Step d so that is a non-integer multiple of 2π2Set. From this, the wavelength λ2Becomes a diffraction grating and wavelength λ1In contrast, a wavelength-selective non-polarizing hologram that does not act as a diffraction grating can be obtained.
[0046]
Specifically, (n−1) × d2Is λ1That is, for example, the lattice depth d2To 1.3 μm, the wavelength λ2= For the 790 nm only, the 0th-order transmittance of the forward path is approximately 70%, the ± 1st-order diffraction efficiency of the return path is approximately 11%, and the signal light of approximately 8% is guided to the photodetector as the total efficiency of the forward path and the return path. Thus, a non-polarizing hologram 32 having a wavelength selectivity that can be realized is realized.
[0047]
In this manner, a two-wavelength non-polarizing hologram used in the optical head device of the present embodiment having the configuration described with reference to FIG. 1 is obtained. In addition, about the processing process of a diffraction grating, since the well-known technique reported variously may be used, description is abbreviate | omitted here.
[0048]
Further, when a collimating lens having a numerical aperture NA = 0.07 and a focal length f = 22 mm is used as the collimating lens 4, θ is half of the incident light angle incident on the collimating lens.c= 4.0 °. At this time, the wavelength λ other than the signal light in the forward and return paths2In order to prevent the multiple diffracted light beams from entering the photodetector, a grating is formed only in the light passing region of the non-polarizing hologram 32 corresponding to NA = 0.07, and ± 1st order diffracted light beams in the forward path The diffraction angle of θcIt is sufficient to make it twice or more. Specifically, the grating pitch P of the non-polarizing hologram 3220.5 × λ2/ NA or less, that is, 5.6 μm or less.
[0049]
Lattice pitch P2A non-polarizing hologram 32 having a wavelength of about 4.5 μm2+ 1st order diffracted light from the non-polarizing hologram 32 is collected on a photodetector about 0.71 mm away from the light emitting point. At this time, since the incidence of diffracted light, which is stray light other than signal light, is slight, the noise component is reduced, and recording / reproduction with a high S / N becomes possible.
[0050]
Here, the wavelength λ by the polarization hologram 311= Platform pitch P of the polarizing hologram 31 so that + 1st order diffracted light of 650 nm is condensed on the same photodetector.1Is set. Specifically, f × λ1/ P1Is about 0.71 mm. That is, P1= 20 μm is sufficient.
[0051]
The optical head device is configured using the hologram beam splitter 2 which is the diffraction grating for two wavelengths obtained in this way. In this optical head device, a stable recording and reproduction of a DVD-type optical disk having a high light utilization efficiency with a small configuration with a small number of parts using a two-wavelength semiconductor laser 1 emitting two wavelengths and a single photodetector 6. In addition, it is possible to perform stable recording and reproduction on an optical disc in which birefringence remains in a CD system.
[0052]
In FIGS. 2 and 3, a simple two-step stepped diffraction grating-shaped hologram is illustrated, but instead, a multi-step grating shape having a stepped section or a sawtooth wave-shaped blazed grating shape is used. Thus, since the diffraction efficiency of a specific diffraction order can be improved, various designs and manufactures are possible depending on the application.
[0053]
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a side sectional view showing a configuration of a polarization hologram according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment shows a modification of the polarization hologram in the first embodiment.
[0054]
The polarizing hologram 41 of the second embodiment is a birefringent diffraction comprising a four-step step grating shown in FIG. 4 instead of the birefringent diffraction grating 31B having a rectangular wave cross section shown in the first embodiment. This is a configuration using a lattice 41B. The birefringent diffraction grating 41B formed on the translucent substrate 41A is filled with an isotropic filler 41C, and the translucent substrate 41D is disposed thereon. Each step width in the birefringent diffraction grating 41B is equally distributed in pitch.
[0055]
Here, the grating depth d of each step of the birefringent diffraction grating 41B1(Ne-Ns) Xd1Is the wavelength λ2As in the case of the first embodiment, the wavelength λ2It is assumed that no diffraction occurs for P-polarized light.
[0056]
Specifically, (ne-Ns) Xd1Is λ2That is, for example, by setting the grating depth of each step to 0, 5.27 μm, 10.53 μm, and 15.80 μm in a four-stage structure, the wavelength λ1= Polarizing hologram 41 having wavelength selectivity for diffracting only light of 650 nm with high + first order diffraction efficiency of 70% or more is realized.
[0057]
This second embodiment has a wavelength λ as compared with the first embodiment.1Since the light utilization efficiency at = 650 nm is improved approximately twice, the signal intensity in the light detection system is increased, and the S / N can be further improved.
[0058]
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a side view showing a schematic configuration of an optical head device according to the third embodiment of the present invention.
[0059]
In the optical head device, the third embodiment is a DVD-system wavelength λ.1This is different from the first embodiment in that an integrated hologram beam splitter 12 is configured by arranging a first diffraction grating 21 that diffracts the light in the vicinity of the second diffraction grating 22. The hologram beam splitter 12 has a configuration in which a first diffraction grating 21 and a second diffraction grating 22 are formed on the front and back surfaces of a single light-transmitting substrate. The two-wavelength semiconductor laser 1 and the photodetector 6 It is fixedly placed on the integrated unit side. In FIG. 5, the same components as those of the first embodiment shown in FIG.
[0060]
In the example of FIG. 5, since the case where the first diffraction grating 21 is a polarization hologram as in the first embodiment is shown, the quarter wavelength plate 7 is provided, but the first diffraction grating 21 is formed of a non-polarization hologram. In this case, a quarter wave plate may not be used.
[0061]
In the third embodiment, the grating pitch of the first diffraction grating 21 is set to the wavelength λ.1The reflected light from the optical disk 5 has a wavelength λ2The pitch is narrower than the grating pitch of the first embodiment so that the light is condensed on the same light receiving element.
[0062]
Wavelength λ2The second diffraction grating 22, which is a non-polarization hologram that diffracts the light beam, is replaced with a non-polarization hologram comprising a three-step step grating instead of the diffraction grating having a rectangular cross section in the first embodiment shown in FIG. It forms using. Each step width in the diffraction grating is equally distributed in pitch.
[0063]
Here, the grating depth d of each staircase having a refractive index n = 1.52(N−1) × d2Is the wavelength λ1By making it an integral multiple of1Diffracted light does not occur in the forward and return paths and passes straight through.
[0064]
Specifically, (n-1) d2Is λ1That is, for example, by forming a three-stage structure with a grating depth of 0, 1.3 μm, 2.6 μm, the wavelength λ2= For the 790 nm only, the 0th-order transmittance of the forward path is about 39%, the ± 1st-order diffraction efficiency of the return path is about 34%, and the signal light of about 13% is guided to the photodetector as the total efficiency of the forward path and the return path A possible wavelength-selective non-polarizing hologram 22 is realized. In this case, the wavelength λ is compared with the configuration of the first embodiment.2Since the light utilization efficiency at the time is improved by about 1.6 times, the signal intensity in the light detection system is increased, and the S / N can be further improved.
[0065]
If the first diffraction grating 21 is also a non-polarizing hologram, the diffracted light in the forward path is prevented from becoming stray light in the same way as in the first embodiment so that the multiple diffracted light in the forward path and the return path does not become stray light. The configuration specification is such that it does not enter the aperture of the collimating lens 4. At this time, although the light utilization efficiency is lowered, it is possible to perform more stable recording / reproduction with respect to the residual birefringence of the DVD type optical disk.
[0066]
As described above, according to each of the embodiments described above, in the optical head device corresponding to two wavelengths, the light source and the photodetector can be configured by a single two-wavelength semiconductor laser and a photodetector, and the number of parts can be reduced. Stable recording and reproduction with high light utilization efficiency can be realized with a small and lightweight configuration. In this case, stable recording and reproduction can be performed on both a DVD optical disk having a short operating wavelength and a CD optical disk having a thick disk thickness and residual birefringence.
[0067]
Although not described in the above embodiment, in order to stably record and reproduce a plurality of types of information recording media having different specifications such as DVD-type and CD-type optical discs, any optical system has optical aberrations. Various conventional techniques can be applied to use of reduced compatible objective lenses and aperture control elements.
[0068]
Further, when a tracking method such as a three-beam method or a differential push-pull method is employed in the optical head device, a diffraction grating for forming a sub beam is separately used, but the description and illustration are omitted.
[0069]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the two wavelength lights are used as light sources, and the two wavelength lights are received by the same photodetector on the information recording surface of the optical recording medium having different use wavelengths. The information can be recorded or reproduced efficiently and stably, and a small and lightweight optical head device with a small number of parts can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an optical head device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of a wavelength-selective polarization hologram that is a component of the optical head device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side cross-sectional view of a wavelength-selective non-polarizing hologram that is a component of the optical head device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view of a wavelength-selective polarization hologram that is a component of an optical head device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view showing a schematic configuration of an optical head device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration example of a conventional optical head device.
[Explanation of symbols]
1: Two-wavelength semiconductor laser
2, 12: Hologram beam splitter
3: Objective lens
4: Parallelizing lens
5: Optical disc
6: Photodetector
7: 1/4 wave plate
21: First diffraction grating
22: Second diffraction grating
31, 41: Polarizing hologram
31A, 41A: Translucent substrate
31B, 41B: birefringent diffraction grating
31C, 41C: Isotropic filler
31D, 41D: Translucent substrate
32: Non-polarizing hologram
32A: Translucent substrate
32B: Uniform refractive material

Claims (3)

波長λおよび波長λ(λ<λ)の2つの波長の光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、
前記光記録媒体で反射された反射光を検出する光検出器と、
前記半導体レーザからの出射光を平行光とするとともに前記光記録媒体からの反射光を集光する平行化レンズと、
前記反射光を前記光検出器へ導くホログラムビームスプリッタと
前記対物レンズと前記ホログラムビームスプリッタの間の光路中に前記波長λ に対する1/4波長板と、を少なくとも備える光ヘッド装置であって、
前記ホログラムビームスプリッタは、断面形状がそれぞれ周期的な凹凸状である第1の回折格子と第2の回折格子とからなり
前記第1の回折格子は、光の偏光方向によって回折効率が変わる偏光性ホログラムであって、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ の光に対して2πの整数倍かつ波長λ の光に対して2πの非整数倍であり、前記波長λ の光および前記半導体レーザから前記光記録媒体へ向かう前記波長λ の光を透過し、かつ、前記光記録媒体で反射された波長λ の光を回折し、
前記第2の回折格子は、凹部と凸部との透過光の位相差が前記波長λ の光に対して2πの整数倍かつ波長λ の光に対して2πの非整数倍であり、
前記平行化レンズの焦点距離および開口数をそれぞれf、NA、前記第2の回折格子の格子ピッチをPとするとき、前記平行化レンズと前記第2の回折格子との間隔が2×f×P×NA/λ より長くなるように設定され、
さらに前記ホログラムビームスプリッタにより回折された前記波長λおよび前記波長λの光は同一の前記光検出器に導かれることを特徴とする光ヘッド装置。
A semiconductor laser that emits light of two wavelengths of wavelength λ 1 and wavelength λ 212 );
An objective lens that focuses the emitted light of the semiconductor laser onto an optical recording medium;
A photodetector for detecting reflected light reflected by the optical recording medium;
A collimating lens for collimating the reflected light from the optical recording medium while making the emitted light from the semiconductor laser into parallel light;
A hologram beam splitter for guiding the reflected light to the photodetector ;
An optical head device comprising at least a quarter-wave plate for the wavelength λ 1 in an optical path between the objective lens and the hologram beam splitter ,
The hologram beam splitter comprises a first diffraction grating and second diffraction grating cross-sectional shape are each periodic uneven,
The first diffraction grating is a polarization hologram whose diffraction efficiency changes depending on the polarization direction of light, and the phase difference of transmitted light between the concave portion and the convex portion is an integral multiple of 2π with respect to the light of the wavelength λ 2 and a non-integral multiple of 2π to the wavelength lambda 1 of the light transmitted through the wavelength lambda 1 of the light from the wavelength lambda 2 of the light and the semiconductor laser toward the optical recording medium, and, in the optical recording medium Diffracts the reflected light of wavelength λ 1 ,
In the second diffraction grating, the phase difference of the transmitted light between the concave portion and the convex portion is an integer multiple of 2π with respect to the light with the wavelength λ 1 and a non-integer multiple with 2π with respect to the light with the wavelength λ 2 .
When the focal length and numerical aperture of the collimating lens are f and NA, respectively, and the grating pitch of the second diffraction grating is P, the distance between the collimating lens and the second diffraction grating is 2 × f ×. Set to be longer than P × NA / λ 2 ,
Further, the hologram beam light of said wavelength lambda 1 and the wavelength lambda 2 that has been diffracted by the splitter optical head device, characterized in that guided in the same said photodetector.
前記波長λThe wavelength λ 1 は650nmのDVD用の波長帯であり、前記波長λIs a wavelength band for DVD of 650 nm, and the wavelength λ 2 はCD用の790nmの波長帯である請求項1に記載の光ヘッド装置。2. The optical head device according to claim 1, wherein is a wavelength band of 790 nm for CD. 前記第1の回折格子と前記第2の回折格子は、前記半導体レーザと前記対物レンズとの間の光路中、かつ前記光検出器と前記対物レンズとの間の光路中に設置され、
前記第1の回折格子は、前記1/4波長板と前記対物レンズと一体化されている請求項1または2に記載の光ヘッド装置。
The first diffraction grating and the second diffraction grating are installed in an optical path between the semiconductor laser and the objective lens, and in an optical path between the photodetector and the objective lens,
The first diffraction grating child optical head device according to Motomeko 1 or 2, wherein the quarter-wave plate and the that is integrated with the objective lens.
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