JP4397471B2

JP4397471B2 - Optical head

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Publication number: JP4397471B2
Application number: JP21455199A
Authority: JP
Inventors: 照弘塩野; 圭一松▲ざき▼; 哲雄細美
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: JP2000113492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的記録再生装置の光学ヘッドに関し、特に、良好な光学特性を有する薄型の光学ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ等の光ディスクや光カードメモリ等の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。
【０００３】
図１９に、従来の典型的な光学ヘッドを示す。図１９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用光学素子８を通過した後、立ち上げミラー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、反射されて同じ光路を折り返し進行し、対物レンズ４によって平行光となり、立ち上げミラー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用光学素子８に入射する。フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８に入射したレーザ光２はそこで分割され、光検出器上に集光される。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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１９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の高さの合計で表される。
【０００５】
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、立ち上げミラー２０の高さは、ビーム径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。
【０００６】
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、薄型化が可能で、良好な光学特性を有する光学ヘッドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の発明（請求項１記載の発明に対応）は、光源から情報記録媒体までの光路中に設けられた、前記光源からの出射光の進行方向を曲げる回折光学素子と、前記光路中に設けられた、前記光源からの出射光の光軸が斜めに入射する光学面を有し、前記光源からの出射光の進行方向を曲げる屈折光学手段とを備え、
前記光源が半導体レーザであって、環境温度の変化による前記光源からの出射光の波長変動が±２０ｎｍの範囲内にあり、
前記回折光学素子から出た光が前記屈折光学手段から出るまでの間の光路に反射面が２面あり、前記回折光学素子からの回折光が前記光源からの出射光に対して曲がる向きと、前記屈折光学手段からの屈折光が前記光源からの出射光に対して曲がる向きは、互いに等しくなるように、記回折光学素子と屈折光学手段が配置されており、
前記出射光の波長変動に伴う前記回折光学素子からの前記回折光の回折角の変化と、前記屈折光学手段からの前記屈折光の屈折角の変化とが、互いに相殺する方向に生じる光学ヘッドである。
【０００８】
これにより、例えば、薄型の光学ヘッドの構成が可能で、しかも光源からの出射光として半導体レーザ光を用いた場合、高周波モジュールによる２ｎｍ程度の波長帯域の広がりや環境温度の変化によって出射光の中心波長が±２０ｎｍの範囲内で変化しても、光ディスク面で良好な集光スポットを得ることができる。
【０００９】
また、第２の本発明（請求項２記載の発明に対応）は、屈折光学手段に回折光学素子を一体化されている上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００１０】
これにより、例えば、構造が安定化し、位置合わせが容易になる。
【００１１】
また、第３の本発明（請求項３記載の発明に対応）は、上記光源からの出射光を実質上平行光にして、前記回折光学素子に入射させるコリメータ手段を備えた上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００１２】
これにより、例えば、回折光学素子に入射する光の回折効率、及び回折角の変化量は、全面に渡ってほぼ等しくできる。
【００１３】
また、第４の本発明（請求項４記載の発明に対応）は、上記光源と前記屈折光学手段との間にフォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子が設けられており、そのフォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子に、前記回折光学素子が一体化されている上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００１４】
これにより、例えば、構造が安定化し、位置合わせが容易になる。
【００１５】
また、第５の本発明（請求項５記載の発明に対応）は、上記回折光学素子は均一周期のグレーティングである上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００１６】
これにより、例えば、回折光学素子の位置合わせや製造が容易になる。
【００１７】
また、第６の本発明（請求項６記載の発明に対応）は、上記回折光学素子が、
収束光光路中、または発散光光路中に配置されており、
前記回折光学素子に入射する光の収束度合い、または発散度合いに応じて、前記回折光学素子を構成するグレーティングの周期が場所により異なっている上記第１の本発明の光学ヘッド
である。
【００１８】
また更に、第７の本発明（請求項７記載の発明に対応）は、上記周期は、前記回折光学素子の実質上中央部より外周部になるにつれてより大きくなる様に調整されている上記第６の本発明の光学ヘッドである。
【００１９】
これにより、例えば、回折光学素子からの回折光の回折角変化量は、全面に渡って正確に均一化できる。
【００２０】
また、第８の本発明（請求項８記載の発明に対応）は、上記回折光学素子は、
開口数が０．３９以下の収束光光路中、または発散光光路中に配置されており、
前記回折光学素子を構成するグレーティングの周期は均一である上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２１】
これにより、例えば、位置合わせ及び回折光学素子の製造が容易になる。
【００２２】
また更に、第９の本発明（請求項９記載の発明に対応）は、上記回折光学素子は前記光源の近傍の光路に配置されている上記第８の本発明の光学ヘッドである。
【００２３】
これにより、例えば、回折光学素子の面積を小さくすることができ、低価格化を行うことができる。
【００２４】
また、第１０の本発明（請求項１０記載の発明に対応）は、上記屈折光学手段は、入射または反射を行う面を３面有する光学素子であり、前記回折光学素子が前記屈折光学手段の３面の内の少なくとも１面に形成されている上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２５】
これにより、例えば、構造が安定化し、位置合わせが容易になる。
【００２８】
また、第１１の本発明（請求項１１記載の発明に対応）は、上記屈折光学手段は、入射または反射を行う面を３面有する低分散の硝材により形成されたプリズムである上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２９】
また更に、第１２の本発明（請求項１２記載の発明に対応）は、上記硝材のアッベ数は５０以上である上記第１１の本発明の光学ヘッドである。
【００３０】
これにより、例えば、回折光学素子の周期が大きくなるため製造が容易で高い回折効率が得られ、幅広い波長領域で、波長変動の影響を相殺することができる。
【００３１】
また、第１３の本発明（請求項１３記載の発明に対応）は、上記屈折光学手段は、屈折率ｎの硝材により形成されたプリズムであり、
そのプリズムの底角の一方が、実質上直角であり、前記底角の他方θが、ｓinθ＝ｎ・sin（3θ−90°）を実質上満足する角度θを有する上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００３２】
これにより、例えば、屈折光学手段への入射光と上記屈折光学手段からの出射光の光軸をほぼ直交させることができる。
【００３３】
また、第１４の本発明（請求項１４記載の発明に対応）は、上記屈折光学手段は、屈折率ｎの硝材により形成されたプリズムであり、
そのプリズムの底角の一方θが、ｓin（２θ−４５°）＝１／ｎ・sinθを実質上満足し、前記底角の他方θ₁が、θ＋８５°≦θ₁≦θ＋９５°を満たす上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００３４】
これにより、例えば、屈折光学手段への入射光と屈折光学手段からの出射光のビーム径をほぼ同じにして、それらの光軸をほぼ直交させることができる。
【００３５】
また、第１５の本発明（請求項１５記載の発明に対応）は、上記光源は、互いに異なる波長を出射する複数の光源部を有している第１の本発明の光学ヘッドである。
【００３６】
これにより、例えば、複数の種類の情報記録媒体に対応することができる。
【００３７】
また更に、第１６の本発明（請求項１６記載の発明に対応）は、上記回折光学素子は、前記複数の光源部の内、最も小さい波長の光を出射する光源部の近傍の光路にのみ配置されている上記第１５の本発明の光学ヘッドである。
【００３８】
これにより、例えば、低コスト化の実現とともに、波長変動の影響を最も受けやすい短波長の光学特性を最適化することができる。
【００３９】
また更に、第１７の本発明（請求項１７記載の発明に対応）は、上記回折光学素子は、断面形状が鋸歯形状であり、
前記異なる波長の内、最小値をλ₁、最大値をλ₂とし、前記回折光学素子の屈折率をｎとしたとき、前記回折光学素子の溝深さＬが、λ₁／（ｎ−１）≦Ｌ≦λ₂／（ｎ−１）の関係を満たす上記第１５の本発明の光学ヘッドである。
【００４０】
これにより、例えば、回折光学素子の回折効率を複数波長に対して、高くすることができる。
【００４１】
また更に、第１８の本発明（請求項１８記載の発明に対応）は、上記回折光学素子の溝深さＬが、実質上、（λ₁＋λ₂）／[２（ｎ−１）]である上記第１７の本発明の光学ヘッドである。
【００４２】
これにより、例えば、回折光学素子の回折効率を複数波長に対して、最もバランス良く高くすることができる。
【００４３】
また更に、第１９の本発明（請求項１９記載の発明に対応）は、上記回折光学素子は、断面形状がｐステップの階段形状であり、
前記異なる波長の内、最小値をλ₁、最大値をλ₂とし、前記回折光学素子の屈折率をｎとしたとき、前記回折光学素子の溝深さＬが、（ｐ-1)・λ₁／[ｐ・（ｎ−１）]≦Ｌ≦（ｐ−１）・λ₂／[ｐ・（ｎ−１）]の関係を満たす上記第１５の本発明の光学ヘッドである。
【００４４】
これにより、例えば、回折光学素子の回折効率を複数波長に対して、高くすることができる。
【００４５】
また更に、第２０の本発明（請求項２０記載の発明に対応）は、上記回折光学素子の溝深さＬが、実質上（ｐ−１）・（λ₁＋λ₂）／[２ｐ（ｎ−１）]である上記第１９の本発明の光学ヘッドである。
【００４６】
これにより、例えば、回折光学素子の回折効率を複数波長に対して、最もバランス良く高くすることができる。
【００４７】
また、第２１の本発明（請求項２１記載の発明に対応）は、上記屈折光学手段は、屈折率ｎの硝材により形成されたプリズムであり、
前記屈折光学手段の底面が設置基準面となす設置角度をθ_bとし、前記光源から前記屈折光学手段に入射する光軸が前記設置基準面となる角度をθ_pとすると、そのプリズムの底角の一方の角度θが、ｓin（θ−θ_b）＝ｎ・sin（４θ−２θ_b−θ_p−９０°−θ’）と、ｎ・sinθ’＝ sin（θ−θ_b）とを実質上満足し、前記底角の他方の角度θ₁が、θ₁=θ＋９０°−２θ_b−θ_pを実質上満たす上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００５０】
また、第２２の本発明（請求項２２記載の発明に対応）は、前記情報記録媒体と前記屈折光学手段との間の光路中に対物レンズを備え、前記屈折光学手段は、３つの光学面を有するプリズムであり、前記３つの光学面の内、前記情報記録媒体側を第１面、前記光源側を第２面、それ以外を第３面としたとき、前記第１面は対物レンズの光軸に対して斜めに配置され、前記光源からの出射光は、前記第２面を透過して、前記第１面、第３面の順に反射して、前記第１面で屈折して前記対物レンズに入射する上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００５１】
対物レンズの光軸に対して斜めに配置されたプリズムの第１面で出射光が屈折して曲がる配置により、プリズムと対物レンズとの距離を小さくして光ヘッドを薄くすることができる。
【００５４】
また、第２３の本発明（請求項２３記載の発明に対応）は、前記出射光の波長λは、０．３５μｍ≦λ≦０．５μｍを実質上満足する上記第１の本発明の光学ヘッドである。
【００５６】
また、第２４の本発明（請求項２４記載の発明に対応）は、前記第２面を透過する前記出射光の、前記屈折光学手段の設置基準面を基準として最も上の部分の高さが、前記設置基準面を基準とした、前記対物レンズの最下部の高さよりも高い上記第２２の本発明の光学ヘッドである。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドについて、図１（ａ）〜図２（ｂ）までを用い、座標軸を図のようにとって詳細に説明する。
【００５８】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す平面図であり、又、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図である。図２（ａ）は、同実施の形態の光学ヘッドにおける、回折光学素子に異なる波長の光が入射したときの、回折光の生じる様子を表す図で、又、図２（ｂ）は、同実施の形態の光学ヘッドにおける、屈折光学素子に異なる波長の光が入射したときの、屈折光の生じる様子を表す図で、これらは、色収差補正の動作原理を説明するための図である。
【００５９】
図１（ａ）、図１（ｂ）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、回折光学素子５と光源１からの出射光２の光軸が斜めに入射する光学面２１（本願発明の屈折光学手段の第１面に対応）を有する屈折光学手段９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。
【００６０】
光源１である半導体レーザからｙ軸方向に出射された、例えば波長λ＝０．６５８μｍのレーザ光２は、コリメートレンズ３により、例えば、ｚ軸方向のビーム径３．２５ｍｍの略平行光となり、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８を透過（０次回折光利用）して、例えば、周期がΛ＝６０．７μmの均一周期の平行グレーティングである回折光学素子５に入射する。この回折光学素子５は、例えば、３面の入射または反射面を有した、一方の底角がθ＝３８°、もう一方が略直角のプリズムである屈折光学素子の側面１５（本発明の屈折光学手段の第２面に対応）に、図１（ａ）、図１（ｂ）のように一体化されて形成されている。光２はグレーティング５により、例えば、ｙ軸からｚ軸方向にｑ＝０.４°の角度だけ回折されて、プリズム９の斜面２１で全反射される。その後、反射層１６を形成した底面１４（本発明の屈折光学手段の第３面に対応）でさらに反射されて、斜面２１の法線から、例えば２４．４°で斜めに斜面２１に入射して屈折され、例えば、y軸方向のビーム径が２．８ｍｍで、垂直方向（z軸方向）に出射し、対物レンズ４により、光ディスク１１上に集光される。
【００６１】
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、プリズム９、グレーティング５を順に通過して、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８によって分割されて（１次回折光利用した信号光１９ａ、１９ｂ）、光検出器１３ａ、１３ｂで検出される。
【００６２】
本実施の形態においては、屈折光学手段９として、例えば、硝材（ガラスや樹脂等の透明物質を意味する）がＢＫ７ガラスであり、高さが３．７ｍｍ、奥行きが４ｍｍ、幅が４．７ｍｍである３角プリズムを用いた。そして、光をプリズム９内の斜面２１と底面１４で反射させ、光軸が斜めになる斜面２１から出射させる構成により、側面１５を透過する出射光の、プリズム９（屈折光学手段）の設置基準面１０１を基準として最も上の部分（図中において、符号１０２を付した）の高さが、設置基準面１０１を基準とした対物レンズ４の最下部の高さ１０３よりも高くなるので、従来の光学ヘッドの立ち上げミラーの役割をさせながら、光学ヘッド自体の高さを非常に薄く（例えば５．３ｍｍ）することができた。
【００６３】
特に、本発明者らは、硝材の屈折率をｎとすると、底角の一方が略直角のとき、底角の他の一方θが、ｓinθ＝ｎ・sin（3θ−90°）を略満足する角度θのときに、プリズム９への入射光とプリズム９からの出射光の光軸がほぼ直交することを発見した。このような構成により、光学部品の配置が容易で位置合わせが簡単になるという効果がある。また、プリズム９の垂直面１５にグレーティング５が一体された構成により、構造が安定化するとともに、これらを１つの部品として取り扱えるために、一層、位置合わせが容易になる。
【００６４】
回折光学素子５として、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すような断面が鋸歯形状、又は図２（ａ）に示すようなガラス等の基板７上に形成した階段形状の均一周期のグレーティングを用い、溝の深さは、例えば、Ｌ＝１．２９μm（鋸歯形状）、Ｌ＝１．１３μm（８段階形状）とし、１次回折効率が最大になるようにした。均一周期のグレーティングを用いることにより、素子の製造が容易で、光学系での位置合わせが簡単化できる。
【００６５】
また、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８は、例えば、樹脂基板又はガラス基板またはＬｉＮｂＯ₃結晶等に形成されたホログラム素子である。特に、ＬｉＮｂＯ₃結晶を用いた場合、偏光性があるため、１／４波長板をフォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８と光ディスク１１の光路間に用いることにより光利用効率が高くできるという効果がある。
【００６６】
また、コリメータレンズ３を設け、略平行光になった光を回折光学素子５に入射することにより、回折光学素子５に入射する光の回折効率、及び回折角の変化量は、光の入射領域全面に渡ってほぼ等しくできる。
【００６７】
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２（ａ）、図２（ｂ）を用いて原理を説明する。
【００６８】
図２（ａ）に示すように、回折光学素子５に、波長λ₁の光６が入射すると、回折角θ_daで１次回折光１０ａが生じるとする。波長変動が生じ、例えば、波長がλ₂と小さくなったときは、より小さな回折角θ_dbで回折光１０ｂが発生する。その結果、波長変動により、出射光の方向が異なるという現象が発生する。この現象は分散と呼ばれている。
【００６９】
一方、図２（ｂ）に示すように、屈折光学素子のプリズム９に、入射角θ_iで斜め方向から、波長λ₁の光６’が入射すると、屈折角θ_raで屈折光１２ａが生じる。波長変動が生じ、例えば、波長がλ₂と小さくなったときは、より大きな回折角θ_rbで屈折光１２ｂが発生する。これは、波長変動により、プリズムを構成する硝材の屈折率が変動するためである。その結果、出射光の方向が異なるという分散の現象が発生する。
【００７０】
従って、回折光学素子と、光が斜めに入射する光学面を有する屈折光学素子とを組み合わせると、双方の素子において、波長変動に対して出射光が変動する方向が互いに逆であるために、分散現象をうち消し、波長変動によらず、出射光の方向が一定にできる条件があることが分かった。
【００７１】
本実施の形態では、プリズム内では、例えば、θ_i＝２４．４°であるため、波長がλ＝０．６５８μmから、例えば、２ｎｍ小さくなったとき、プリズムの屈折率は、ｎ＝１．５１４２６４９５５から、１．５１４３２７２１４に変化するため、屈折角は０．００１８８８°だけ大きくなる。一方、周期Λ＝６０．７μmの回折光学素子に入射する場合では、回折角は、波長が２ｎｍ小さくなったときは、０．００１８８８°だけ小さくなるので、それらを組み合わせると波長変動の影響をうち消すことが分かった。従って、対物レンズ４へ出射する光の光軸は、波長変動によらず一定であり、光ディスク１１上に色収差のない良好なスポットを形成する効果があった。
【００７２】
また、上記に説明したのは、波長がλ＝０．６５８μmから、２ｎｍ減少した場合であるが、一般に、光源１は、高周波重量により、温度変化がない状態でも中心波長に対して±１ｎｍ程度（波長幅が２ｎｍ）広がっている。この程度の波長広がりがあっても、以上に説明したように、プリズム９とグレーティング５を組み合わせることにより色分散を打ち消すことが可能であった。
【００７３】
しかしながら、このとき、波長が、例えば、λ＝０．６５８μｍの中心波長（設計波長）では、完全に色分散を打ち消すことができても、温度変化のため波長変動がさらに生じてくると（中心波長からずれてくる）、徐々に色分散が生じてくることも分かった。
【００７４】
本発明者らは、プリズム９を構成する硝材が低分散であるほうが、上述した温度変化のため色分散の出てくる割合が小さくなることを発見した。また同時に、色収差を補正する回折光学素子５の周期も、プリズム９を構成する硝材が低分散のほうが、大きくできることも分かったため、この場合、回折光学素子５の製造が容易で高い回折効率が得られる効果があった。
【００７５】
詳細に検討すると、温度変化による波長変動は現実には±２０ｎｍの範囲内であったため、その範囲内で対物レンズにより集光したスポットの色収差による横方向の広がりは、硝材のアッベ数が５０以上であれば波面収差が７０ｍλ以下となるので、現実的には問題ないレベルにおさえられ、良好に光ディスク１１の信号再生が可能であることが分かった。従って、硝材としては、ＢＫ７（アッベ数は６４．２）、ＦＣ５、ＦＫ５、ＦＣＤ１、ＦＣＤ１０、ＦＣＤ１００、ＶＣ７９（アッベ数は５７）、Ｐ−ＢＫ４０（アッベ数は６４）等が好ましい。
【００７６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の光学ヘッドについて、図３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。
【００７７】
図３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である。
【００７８】
図３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、屈折光学手段９までの光路中に、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８と一体化して、回折光学素子５が設けられている。フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８と回折光学素子５と一体化することにより、構造が安定化し、それらを１つの部品として取り扱うことが可能で位置合わせが容易になる。
【００７９】
なお、回折光学素子５は、図３に示すように、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８の表面側に配置しても、また裏面側に配置しても良い。また、回折光学素子５を形成した基板を、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８と一体化しても良い。さらにフォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８の表面形状を加工して、回折光学素子５としても良い。
【００８０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の光学ヘッドについて、図４を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００８１】
図４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。
【００８２】
図４に示すように、本実施の形態においては、屈折光学手段９から対物レンズ４までの略平行光の光路中に、回折光学素子５ａが設けられている。このような配置にすることにより、回折光学素子５ａと光検出器を設けた光源・光検出器ユニット１７までの距離が大きくなり、回折光学素子５ａで生じる1次回折光以外の他の回折光（不用光）が光検出器に入射しないように配置でき、検出光のＳ／Ｎが良くなるという効果がある。
【００８３】
なお、回折光学素子５ａの凹凸形状は、図４のように対物レンズ４側に向けて形成しても良いし、その逆でも良い。
【００８４】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の光学ヘッドについて、図５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。
【００８５】
図５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である。
【００８６】
図５に示すように、本実施の形態においては、屈折光学手段９から対物レンズ４までの略平行光の光路中に、回折光学素子５ｂが、屈折光学手段９である直角プリズムの斜面に一体化して設けられている。このような配置にすることにより、回折光学素子５ｂと光検出器を設けた光源・光検出器ユニット１７までの距離が大きくなり、回折光学素子５ｂで生じる1次回折光以外の他の回折光（不用光）が光検出器に入射しないように配置でき、検出光のＳ／Ｎが良くなるという効果がある。さらに、一体化することにより、構造が安定で、一つの部品として取り扱うことができるため、位置合わせが簡単になる。
【００８７】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態の光学ヘッドについて、図６を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００８８】
図６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。
【００８９】
上記第１〜第４の実施の形態の光学ヘッドの光学系は、コリメータレンズ３によって略平行になった光は、例えば、z軸方向のビーム径のみが０．８６倍に縮小されて、対物レンズ４に入射する光学系（ｘ軸方向は等倍）であった。
【００９０】
本実施の形態の光学系は、コリメータレンズ３によって略平行になった光は、z軸方向、ｘ軸方向ともほとんどビーム径は同じ（等倍）ままで、対物レンズ４に入射する光学系である。
【００９１】
図６において、屈折光学手段９ａは、例えば、ＢＫ７からなるプリズムであり、底面１４’と斜面２１’のなす底角は、例えばθ＝３３°であり、底面１４’と側面１５’のなす底角は、例えば、θ₁＝１２１．６°である。回折光学素子５ｃは、例えばガラス基板７上に形成され、プリズム９aの側面１５’に一体化されている。一体化構成にすることにより、構造が安定で、一つの部品として取り扱うことができるため、位置合わせが簡単になる。
【００９２】
本発明者らは、屈折率ｎの硝材からなるプリズムを屈折光学手段としたとき、底面１４’と側面１５’のなす一方の底角が、ｓin（２θ−４５°）＝１／ｎ・sinθの式を略満足する角度θであり、底面１４’と側面１５’のなす他方の底角が、θ＋８５°≦θ₁≦θ＋９５°の式を満たす角度θ₁であるとき、プリズム９ａへの入射光とプリズム９ａからの出射光のビーム径をほぼ同じにしたままで（ビーム整形なし）、光軸がほぼ直交できることを発見した。このような構成により、光学部品の配置が容易で、位置合わせが簡単化できるという効果があった。
【００９３】
本実施の形態では、屈折光学素子９ａに対して、光の光軸が斜めに入射する光学面は、斜面２１’と側面１５’の２面有り、総合的に屈折作用による分散が、実施の形態１から５までに比べて大きくなった。そのため、本実施の形態では、屈折の色分散を補正する回折光学素子５ｃは、例えば、周期が３９．７μmの均一周期グレーティングとしてある。このように、本実施の形態における上記周期を、上記各実施の形態で述べた回折光学素子の周期６０．７μmより小さくすることにより、回折の分散を大きくすることができるので、これにより、屈折作用による分散を打ち消すことができた。
【００９４】
（第６の実施の形態）
本発明の第６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５の実施の形態と異なる点を中心にて説明する。
【００９５】
図７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り、図８は、本発明の第６の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子（反射形グレーティング）の１次回折効率（破線）と、第５の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子（透過形グレーティング）の１次回折効率（実線）である。
【００９６】
図７に示すように、本実施の形態においては、プリズムである屈折光学手段９ａの底面に、表面に反射層１６を設けた構造の反射形のグレーティング５ｄが設けられている。一体化構造にすることにより構造が安定で、特に凹凸形状の表面に反射層が設けられているため、反射層が保護層の役割を兼ねることができるという効果がある。
【００９７】
この反射形グレーティング５ｄは、例えば、溝深さが０．２２μmの鋸歯形状または階段形状であり、透過形の回折光学素子に比べて、最適溝深さが１／６程度に薄くなったため、製造時のエッチング時間が短くなるとともに、断面のダレの量がへり、製造が容易になった。また、図８に示したように、1次回折効率の値は、透過形グレーティングに比べて向上させることができた。
【００９８】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態の光学ヘッドについて、図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）、図１０（ｂ）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。
【００９９】
図９（ａ）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、図９（ｂ）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平面図である。図１０(a)は、本発明の第７の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子として、断面が鋸歯形状のブレーズ化グレーティングを用いた場合の回折効率と溝深さとの関係を示すグラフ、図１０(ｂ)は、本発明の第７の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子として、断面が８段階形状の８レベルグレーティング（図２（ｂ）参照）を用いた場合の回折効率と溝深さとの関係を示すグラフである。
【０１００】
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、ＤＶＤ１１ａに対する、例えば、波長λ₁＝0．６５８μmの半導体レーザ光源１ａと、ＣＤ−ＲやＣＤ１１ｂに対する、例えば、波長λ₂＝０．８０μmの半導体レーザ光源１ｂを設けた構成で、ビームスプリッタ１８により両波長が合波・分波される。ビームスプリッタ１８は、ウエッジプリズム等の合波・分波できる素子であればこれに限らない。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。
【０１０１】
プリズムである屈折光学手段９ａの側面に一体化した回折光学素子５ｃは、λ₁とλ₂の２波長が通過する構成である。
【０１０２】
回折光学素子５ｃとして、ブレーズ化グレーティングを用いた場合、波長がλ₁のときは図１０（ａ）の実線で示したように、溝の深さがＬ＝λ₁／（ｎ−１）のときに1次回折効率は最大値をとる。また、波長がλ₂のときは図１０（ａ）の破線で示したように、溝の深さがＬ＝λ₂／（ｎ−１）のときに1次回折効率は最大値をとる。本発明者らは、溝の深さが、λ₁／（ｎ−１）≦Ｌ≦λ₂／（ｎ−１）のときは両波長に対して80％以上の高い回折効率が実現できることを見つけた。特に、Ｌが略（λ₁＋λ₂）／[２（ｎ−１）]のときは、どちらの波長に対してもほぼ同じ値をとり、最も効率のバランスがとれることも分かった。
【０１０３】
さらに、図１０（ｂ）に示す様に、断面形状がｐステップの階段形状のときには、溝深さが（ｐ-1)・λ₁／[ｐ・（ｎ−１）]≦Ｌ≦（ｐ−１）・λ₂／[ｐ・（ｎ−１）]の場合、両波長に対して高い回折効率が実現でき、特にＬが、略（ｐ−１）・（λ₁＋λ₂）／[２ｐ（ｎ−１）]の場合、両波長に対して、最もバランスがとれることも分かった。
【０１０４】
尚、図１０（ｂ）は、回折光学素子５ｃとして、断面形状が８段階の階段形状のグレーティングを用いた場合の、回折効率と、溝深さとの関係を示す図である。同図において、波長がλ₁のときは、実線で示したように、溝の深さＬが、Ｌ＝７λ₁／８（ｎ−１）のときに1次回折効率は最大値をとる。また、波長がλ₂のときは、図１０（ｂ）の破線で示したように、溝の深さＬが、Ｌ＝７λ₂／８（ｎ−１）のときに1次回折効率は最大値をとる。
【０１０５】
本実施の形態では２波長の場合について説明したが、これは２波長に限らず、複数の波長に対応した構成が可能で、例えば、０．３５μmから０．５０μmの青／緑色波長を加えた３波長以上の複数波長に対する場合にも上記の結果が適用できる。すなわち、複数波長のうち、最小値をλ₁、最大値をλ₂と考えて、上記式を適用すれば、回折光学素子の1次回折効率を、複数波長に対して高くすることができ、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光学ヘッドを構成可能である。
【０１０６】
（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態の光学ヘッドについて、図１１、図１２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。
【０１０７】
図１１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、図１２は本発明の第８の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子５ｄ（周期Λ＝３９．７μmのグレーティング）に、波長が２ｎｍだけ異なる２波長を同じ入射角度で入射したときの、１次回折光の回折角度差と入射角との関係である。
【０１０８】
図１１に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、屈折光学素子として、θ＝３３°、θ₁＝１２３°のプリズム９ｂを用い、また、回折光学素子５ｄとして、例えば、周期が３９．７μmの均一周期のグレーティング５ｄを用いた。グレーティング５ｄは、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８ａと一体化して、光源１の近傍の発散光光路である、光源・光検出器ユニット１７ｃの封止窓に配置した。グレーティング５ｄは、図示したように、溝形状を光源１に対向させて配置し、溝が損傷されるのを防ぐ構成にしたが、その逆でも動作は可能である。フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８ａは、例えば、ＵＶ硬化液晶等の偏光性のホログラム素子を用いたが、その表面に、λ／４板を一体化した。グレーティング５ｄとフォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８ａを一体化することにより、構造が安定化し、それらを１つの部品として取り扱うことが可能で位置合わせが容易になる。また、グレーティング５ｄを光源１の近傍の光路に配置する構成により、回折光学素子５ｄの面積を大幅に小さくすることができ、低価格化を行うことができる。
【０１０９】
光源１は、高周波重畳により、波長幅が典型的には２ｎｍ程度広がっている。本発明者らは、図１２に示すように、グレーティング５ｄに入射する光（常に波長広がりが２ｎｍを有する）の入射角が０°（垂直入射）からずれる（斜入射）に従って、１次回折光の回折角度差が大きくなることを発見した。すなわち、平行光が均一周期グレーティングに入射する場合は、色収差補正効果はビーム全域で同じであるが、発散光または収束光が均一周期グレーティングに入射する場合は、光線が傾くほど分散が強くなる、すなわち、光軸が垂直入射の場合、ビームの中心部よりも周辺部の方が色収差補正効果が強くなるということである。
【０１１０】
詳細に検討すると、回折角度差が０．００１°生じるということは、対物レンズの焦点距離が２．１４ｍｍを用いた場合、光ディスク１１上で、ｙ軸方向距離が３７ｎｍに分離されることに相当する(色収差）。色収差で問題にならないｙ軸方向距離は、１０ｎｍ程度であったため、これは回折角度差は、０．２７ｍｄｅｇに相当し、従って入射角が２２．９°以内であることが必要であることが分かった。これは、開口数NAが０．３９に相当する値である。
【０１１１】
本実施の形態では、発散光２のNA（コリメータレンズ３のNA）は、例えば、０．３であったため、色収差の問題がなく良好なスポットが得られた。
【０１１２】
（第９の実施の形態）
本発明の第９の実施の形態の光学ヘッドについて、図１３（ａ）、図１３（ｂ）を用いて、上記第８の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１１３】
図１３（ａ）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、図１３（ｂ）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平面図である。
【０１１４】
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＝0．６５８μm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＝０．８０μmの半導体レーザ光源１ｂを設けた構成である。光源１ａ、１ｂは、それぞれ、光源・光検出器モジュール１７ｃ、１７ｄに内蔵されている。
【０１１５】
本発明者らは、短波長の光源ほど、光ディスク１１上のピットサイズが小さくなるため、集光スポットの色収差の影響を受けやすいことが分かったため、本実施の形態では、回折光学素子５ｄは、波長が小さいλ₁の光源１ａの近傍の光路にのみ配置して、この波長では、色収差のない集光スポットを得た。波長が大きいλ₂に関しては、色収差補正用のグレーティングは設けない構成としたが、この波長に関しては少々の色収差の発生でも問題なく動作し、このような構成により、低コスト化の効果があった。
【０１１６】
また、長波長光源１ｂの近傍の光路には、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８ｂを、光源・光検出器ユニット１７ｄの封止窓に配置した。
【０１１７】
次に、光源１ａに、青色波長のものを用いた、本実施の形態の他の例について、図１４を参照しながら説明する。
【０１１８】
ここで、図１４は、硝材（ＢＫ７）の屈折率の波長依存性を示した図である。
【０１１９】
同図に示す様に、波長がおよそ０．５μｍ以下になると、屈折光学手段９ａの硝材の屈折率変化量（図１４の屈折率曲線の微分値）である色分散が急激に大きくなる。例えば、波長λ＝０．４μｍでは、λ＝０．６５８μｍのときの色分散に比べて４倍の大きさの色分散を示すことがわかり、例えば、グレーティング５ｄの周期は、λ＝０．４μｍでは、λ＝０．６５８μｍの場合の周期の１／４、即ち、約１０μｍである。
【０１２０】
０．５μｍ以下の領域の波長においては、上述の通り色分散が大きいため、わずかな波長変動に対しても、屈折光学手段９ａから出た屈折光の屈折角度変化が非常に大きくなり、光学特性を大幅に低下させる。そのため、回折光学素子５ｄから出た回折光により相殺するという本発明の効果は大きい。
【０１２１】
又、以上述べたことは、２波長に限らず、λ＝０．５μｍ以下の光源を含むものであれば、１波長でも効果がある（例えば、図１８参照）。ただし、波長がより短くなると、硝材の光吸収が大きくなるため、波長範囲としては、０．３５μｍ≦λ≦０．５μｍが望ましい。
【０１２２】
（第１０の実施の形態）
本発明の第１０の実施の形態の光学ヘッドについて、図１５、図１６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。
【０１２３】
図１５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１６は、本発明の第１０の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子（グレーティング）の周期と１次回折光の回折角度差の関係を示すグラフ（垂直入射、波長幅Δλ＝２ｎｍ）である。
【０１２４】
本実施の形態の光学ヘッドは、回折光学素子５ｃを、光源１からコリメータレンズ３までの発散光光路中（言い換えれば、コリメータレンズ３から光検出器までの収束光光路中）に配置し、ｚ軸方向の周期分布を入射する光の収束または発散度合いに応じて変化させた。本実施の形態では、出射光２の光軸が、回折光学素子５ｃと垂直であるため、周期が中央部が小さく、外周になるにつれて大きくなる構成にした。光軸が傾いている場合は、各領域に入射する光線の傾きに応じて、周期を変化させればよい。
【０１２５】
図１６から、本発明者は、グレーティング周期が小さいほど、回折角度差が大きくなり、つまり色収差補正効果が大きくなり、また、光が傾いて入射した場合ほど、色収差補正効果が大きくなることが、図１２で既に分かっていたため、これらの結果から、光が傾く周辺ほど周期を大きくすると、回折光学素子からの回折光の回折角変化量は、全面に渡って正確に均一化できることが分かった。
【０１２６】
（第１１の実施の形態）
本発明の第１１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１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１２７】
図１７は本発明の第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。
【０１２８】
本実施の形態の光学ヘッドは、第１の実施の形態から、回折光学素子を除いた構成である。すなわち、光源１から光ディスク１１の光路中に、３つの光学面を有するプリズムからなる屈折光学手段９を備え、屈折光学手段９は、光ディスク側を第１面、光源１側を第２面、底面側を第３面としたとき、光源１からの出射光は、上記第２面を透過し、上記第１面、第３面の順に反射して、上記第１面を透過して出射させる構成で、従来の光学ヘッドの立ち上げミラーの役割をさせながら、光学ヘッド自体の高さを非常に薄く（例えば５．３ｍｍ）することができた。
【０１２９】
本実施の形態では、色収差補正グレーティングがないため、ＤＶＤ等の小さいピットの光ディスクに対しては、色収差が問題になったが、プリズム９の硝材にアッベ数の大きい低分散ガラスを用いるとかなり低減された。また、ＣＤやＣＤ−Ｒ等のピットの大きい光ディスクに対しては色収差の問題がなく、薄型光学ヘッドが可能になった。
【０１３０】
以上、本発明の第１〜第１１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。
【０１３１】
尚、上記実施の形態では、屈折光学手段の底面とｙ軸とのなす角度が０°である場合について述べたが、これに限らず例えば、図１８に示す様に、屈折光学手段９ｃの設置基準面１７０１に対して角度θ_bだけ傾けた構成としてもよい。この場合、屈折光学手段は、屈折率ｎの硝材により形成されたプリズムであり、光源から屈折光学手段に入射する光軸が、設置基準面１７０１となす角度をθ_p、屈折光学手段９ｃの底面の設置角度をθ_bとすると、そのプリズムの底角の一方の角度のθが、ｓin（θ−θ_b）＝ｎ・sin（４θ−２θ_b−θ_p−９０°−θ’）と、ｎ・sinθ’=sin（θ−θ_b）とを実質上満足し、底角の他方の角度θ₁が、θ₁=θ＋９０°−２θ_b−θ_pを実質上満たす関係にあるものとする。尚、図１８に示す構成は、回折光学素子が、光源１からコリメータレンズ３までの発散光光路中にのみ配置された例である。
【０１３２】
これにより、図面上の対物レンズ４の左端とプリズム９ｃとの間隔に余裕が出来るので、対物レンズ４と、プリズム９ｃとの間隔を全体的に更に縮めることが出来るという効果を発揮する。
【０１３３】
尚、図１８において、プリズム９ｃの仕様は、例えば、θ_b＝５．０°、θ＝３４．８°、θ₁＝１１３．８°で、底辺の長さを４．４ｍｍとし、硝材としてＢＫ７を用いた。また、回折光学素子５ｅとして、ガラス基板に、例えば、周期が４２．８μｍの均一周期のグレーティング５ｅを形成して用い、そのガラス基板の裏面には、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８ａとなるホログラム素子を一体化形成して用い（即ち、グレーティング５ｅは、フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８ａと一体化）、光源１の近傍の発散光光路である、光源・光検出器ユニット１７ｃの封止窓に配置した。グレーティング５ｅは、図示したように、溝形状をコリメータレンズ３に対向させて配置したが、その逆でも動作は可能である。グレーティング５ｅとフォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８ａを一体化することにより、構造が安定化し、それらを１つの部品として取り扱うことが可能で、位置合わせが容易になる。また、グレーティング５ｅを光源１の近傍の光路に配置する構成により、回折光学素子５ｅの面積を大幅に小さくすることができ、低価格化を行うことができる。
【０１３４】
又、グレーティング５ｅにより、光源１からの出射光は、例えば、０．８８°だけｚ軸方向に回折するため、この角度とθ_pを合計した分のθ_q＝１．８８°だけ、光源１の取り付け角を傾けている。同時に、コリメータレンズ３とグレーティング５ｅ及びフォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子８ａは、θ_p＝１．０°だけ傾けている。
【０１３５】
又、プリズム９ｃの設置角度は、例えば、５°としたが、実質上２°から１０°の範囲内であれば、対物レンズ４の左端とプリズム９ｃとの間隔に十分余裕が生まれ、好ましいことが分かった。
【０１３６】
尚、図１８の構成で、色収差補正グレーティング５ｅがない構成の場合でも、図１７に示した第１１の実施の形態の光学ヘッドと同じく色収差がそれほど問題にならない場合に、超薄型光学ヘッドが構成可能である。その場合、θ_q＝θ_pになる。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、良好な光学特性を有する薄型の光学ヘッドを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）：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平面図
（ｂ）：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】（ａ）：本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける回折光学素子に異なる波長の光が入射したときの回折光の生じる様子を表す図
（ｂ）：本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける屈折光学素子に異なる波長の光が入射したときの屈折光の生じる様子を表す図
【図３】本発明第２の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図４】本発明の第３の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図５】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６】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
【図７】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
【図８】本発明の第６の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子（反射形グレーティング）の１次回折効率と、第５の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子（透過形グレーティング）の１次回折効率を示す図
【図９】（ａ）：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
（ｂ）：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平面図
【図１０】（ａ）：本発明の第７の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子として、断面が鋸歯形状のブレーズ化グレーティングを用いた場合の回折効率と溝深さとの関係を示すグラフを表したの図
（ｂ）：本発明の第７の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子として、断面が８段階形状の８レベルグレーティングを用いた場合の回折効率と溝深さとの関係を示すグラフを表した図
【図１１】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
【図１２】本発明の第８の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子に、波長が２ｎｍだけ異なる２波長を同じ入射角度で入射したときの、１次回折光の回折角度差と入射角との関係を示す図
【図１３】（ａ）：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
（ｂ）：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平面図
【図１４】硝材（ＢＫ７）の屈折率の波長依存性を示した図
【図１５】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
【図１６】本発明の第１０の実施の形態における光学ヘッドの回折光学素子（グレーティング）の周期と1次回折光の回折角度差の関係を示すグラフ（垂直入射、波長幅Δλ＝２ｎｍ）を表した図
【図１７】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
【図１８】本発明の一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１９】従来の光学ヘッドの構成を示す側面図
【符号の説明】
１光源
２出射光
３コリメータ手段
４対物レンズ
５回折光学素子
６入射光
７基板
８フォーカス／トラック誤差信号検出用光学素子
９屈折光学手段
１０回折光
１１情報記録媒体
１２屈折光
１３光検出器
１４屈折光学手段の底面（第３面）
１５屈折光学手段の側面（第２面）
１６反射膜
１７光源・光検出器ユニット
１８ビームスプリッタ
１９信号光
２０立ち上げミラー
２１屈折光学手段の斜面（第１面）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical head of an optical recording / reproducing apparatus, and more particularly to a thin optical head having good optical characteristics.
[0002]
[Prior art]
There is an optical head as an important component for reading a signal of an optical recording medium such as an optical disk such as a compact disk (CD) or DVD or an optical card memory. The optical head needs to have not only a signal detection function but also a control mechanism such as a focus servo and a tracking servo in order to extract a signal from the optical recording medium.
[0003]
FIG. 19 shows a conventional typical optical head. As shown in FIG. 19, the laser light 2 emitted from the semiconductor laser 1 as the light source is converted into parallel light by the collimator lens 3 and passes through the focus / track error signal detecting optical element 8 constituted by a hologram element. The optical axis is bent by 90 ° by the rising mirror 20 and enters the objective lens 4. The laser beam 2 focused on the optical disk 11 by the objective lens 4 is reflected and travels back along the same optical path, becomes parallel light by the objective lens 4, is reflected by the rising mirror 20, and detects a focus / track error signal. Is incident on the optical element 8. The laser beam 2 incident on the focus / track error signal detecting optical element 8 is divided and condensed on the photodetector. Thereby, the focus error signal and the track error signal which are the reproduction signal and the servo signal are read out.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 19, the height of the optical head is WD (working distance), the thickness of the objective lens 4, the space from the lower part of the objective lens 4 to the upper part of the rising mirror 20, and the height of the rising mirror 20. Expressed as the sum of
[0005]
When an attempt is made to reduce the thickness of the optical head, the minimum value of the total of WD, lens thickness, and space is almost determined by the type of the optical disk 11. For example, in the case of DVD, even if the WD, lens thickness, and space are estimated to be 1.1 mm and the minimum values, the height of the rising mirror 20 needs to be larger than the beam diameter, for example, 3 mm is necessary. . Therefore, in this case, the height of the optical head is 6.3 mm even if it is estimated to be the minimum value, and it is difficult to further reduce the thickness.
[0006]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an optical head that can be thinned and has good optical characteristics.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first invention (corresponding to the invention described in claim 1) is a diffractive optical element provided in an optical path from a light source to an information recording medium for bending the traveling direction of light emitted from the light source. An optical surface that is obliquely incident on the optical axis of the light emitted from the light source, and is refracting optical means that bends the traveling direction of the light emitted from the light source;
The light source is a semiconductor laser, and the wavelength variation of the light emitted from the light source due to a change in environmental temperature is within a range of ± 20 nm.
The diffractive optical element The light from The refractive optical means Until you leave Reflective surface in the optical path between There are two sides The direction in which the diffracted light from the diffractive optical element is bent with respect to the light emitted from the light source and the direction in which the refracted light from the refractive optical means is bent with respect to the light emitted from the light source are equal to each other. , The diffractive optical element and refractive optical means are arranged,
A change in the diffraction angle of the diffracted light from the diffractive optical element and a change in the refraction angle of the refracted light from the refracting optical means due to the wavelength variation of the emitted light occur in directions that cancel each other. In is there.
[0008]
Thereby, for example, a thin optical head can be configured, and when semiconductor laser light is used as the emitted light from the light source, the center of the emitted light is increased by the expansion of the wavelength band of about 2 nm by the high-frequency module and the change of the environmental temperature. Wavelength Within ± 20nm Even if it changes, a good condensing spot can be obtained on the optical disk surface.
[0009]
A second aspect of the present invention (corresponding to the invention described in claim 2) is the optical head of the first aspect of the present invention in which the diffractive optical element is integrated with the refractive optical means.
[0010]
Thereby, for example, the structure is stabilized and the alignment becomes easy.
[0011]
The third invention (corresponding to the invention described in claim 3) is the first book provided with collimator means for making the light emitted from the light source substantially parallel and entering the diffractive optical element. It is an optical head of the invention.
[0012]
Thereby, for example, the diffraction efficiency of the light incident on the diffractive optical element and the amount of change in the diffraction angle can be made substantially equal over the entire surface.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention (corresponding to the invention described in claim 4), an optical element for detecting a focus / track error signal is provided between the light source and the refractive optical means, and the focus / track error. The optical head according to the first aspect of the present invention, wherein the diffractive optical element is integrated with a signal detecting optical element.
[0014]
Thereby, for example, the structure is stabilized and the alignment becomes easy.
[0015]
The fifth invention (corresponding to the invention described in claim 5) is the optical head of the first invention, wherein the diffractive optical element is a grating having a uniform period.
[0016]
Thereby, for example, alignment and manufacture of the diffractive optical element are facilitated.
[0017]
In the sixth aspect of the present invention (corresponding to the invention described in claim 6), the diffractive optical element is
It is placed in the convergent light path or divergent light path,
Depending on the degree of convergence or divergence of light incident on the diffractive optical element, the diffractive optical element The grating that composes The optical head according to the first aspect of the present invention, in which the period is different depending on the location
It is.
[0018]
Still further, according to a seventh aspect of the present invention (corresponding to the invention described in claim 7), the period is adjusted so as to become larger as the outer peripheral part is substantially more than the center part of the diffractive optical element. 6 is an optical head according to the present invention.
[0019]
Thereby, for example, the amount of change in the diffraction angle of the diffracted light from the diffractive optical element can be accurately uniform over the entire surface.
[0020]
In an eighth aspect of the present invention (corresponding to the invention described in claim 8), the diffractive optical element is
Arranged in a convergent light path having a numerical aperture of 0.39 or less, or in a divergent light path,
The diffractive optical element The grating that composes The optical head according to the first aspect of the present invention has a uniform period.
[0021]
This facilitates, for example, alignment and manufacture of the diffractive optical element.
[0022]
Furthermore, a ninth aspect of the present invention (corresponding to the ninth aspect of the present invention) is the optical head according to the eighth aspect of the present invention, wherein the diffractive optical element is disposed in an optical path near the light source.
[0023]
Thereby, for example, the area of the diffractive optical element can be reduced, and the price can be reduced.
[0024]
According to a tenth aspect of the present invention (corresponding to the invention described in claim 10), the refractive optical means is an optical element having three incident or reflective surfaces, and the diffractive optical element is an optical element of the refractive optical means. The optical head according to the first aspect of the present invention is formed on at least one of the three surfaces.
[0025]
Thereby, for example, the structure is stabilized and the alignment becomes easy.
[0028]
The second 11 The present invention (claims) 11 (Corresponding to the described invention) is the optical head according to the first aspect of the present invention, wherein the refractive optical means is a prism formed of a low-dispersion glass material having three incident or reflective surfaces.
[0029]
Still further, 12 The present invention (claims) 12 Corresponding to the described invention), the Abbe number of the glass material is 50 or more. 11 This is an optical head of the present invention.
[0030]
Thereby, for example, since the period of the diffractive optical element is increased, manufacture is easy and high diffraction efficiency can be obtained, and the influence of wavelength variation can be offset in a wide wavelength region.
[0031]
The second 13 The present invention (claims) 13 (Corresponding to the invention described in the above), the refractive optical means is a prism formed of a glass material having a refractive index n,
One of the base angles of the prism is substantially a right angle, and the other θ of the base angle has an angle θ that substantially satisfies sin θ = n · sin (3θ−90 °). It is an optical head.
[0032]
Thereby, for example, the incident light to the refractive optical means and the optical axis of the outgoing light from the refractive optical means can be made almost orthogonal.
[0033]
The second 14 The present invention (claims) 14 (Corresponding to the invention described in the above), the refractive optical means is a prism formed of a glass material having a refractive index n,
One of the base angles θ of the prism substantially satisfies sin (2θ−45 °) = 1 / n · sin θ, and the other of the base angles θ ₁ Is θ + 85 ° ≦ θ ₁ The optical head according to the first aspect of the present invention satisfies ≦ θ + 95 °.
[0034]
Thereby, for example, the beam diameters of the incident light to the refractive optical means and the outgoing light from the refractive optical means can be made substantially the same, and their optical axes can be made almost orthogonal.
[0035]
The second 15 The present invention (claims) 15 (Corresponding to the described invention) is the optical head according to the first aspect of the present invention, wherein the light source has a plurality of light source portions emitting different wavelengths.
[0036]
Thereby, for example, it can respond to a plurality of types of information recording media.
[0037]
Still further, 16 The present invention (claims) 16 The diffractive optical element is arranged only in the optical path in the vicinity of the light source unit that emits light having the smallest wavelength among the plurality of light source units. 15 This is an optical head of the present invention.
[0038]
Thereby, for example, it is possible to optimize the short-wavelength optical characteristics that are most susceptible to the influence of wavelength fluctuations, while realizing cost reduction.
[0039]
Still further, 17 The present invention (claims) 17 The above diffractive optical element has a sawtooth shape in cross section.
Among the different wavelengths, the minimum value is λ ₁ , The maximum value is λ ₂ And when the refractive index of the diffractive optical element is n, the groove depth L of the diffractive optical element is λ ₁ / (N-1) ≦ L ≦ λ ₂ Satisfying the relationship of / (n-1) 15 This is an optical head of the present invention.
[0040]
Thereby, for example, the diffraction efficiency of the diffractive optical element can be increased for a plurality of wavelengths.
[0041]
Still further, 18 The present invention (claims) 18 (Corresponding to the described invention) is that the groove depth L of the diffractive optical element is substantially (λ ₁ + Λ ₂ ) / [2 (n-1)] 17 This is an optical head of the present invention.
[0042]
Thereby, for example, the diffraction efficiency of the diffractive optical element can be increased with the best balance for a plurality of wavelengths.
[0043]
Still further, 19 The present invention (claims) 19 The diffractive optical element has a stepped shape with a cross-sectional shape of p steps.
Among the different wavelengths, the minimum value is λ ₁ , The maximum value is λ ₂ When the refractive index of the diffractive optical element is n, the groove depth L of the diffractive optical element is (p−1) · λ ₁ / [P · (n−1)] ≦ L ≦ (p−1) · λ ₂ / [P · (n−1)] satisfying the above relationship 15 This is an optical head of the present invention.
[0044]
Thereby, for example, the diffraction efficiency of the diffractive optical element can be increased for a plurality of wavelengths.
[0045]
Still further, 20 The present invention (claims) 20 The groove depth L of the diffractive optical element is substantially (p-1) · (λ ₁ + Λ ₂ ) / [2p (n-1)] 19 This is an optical head of the present invention.
[0046]
Thereby, for example, the diffraction efficiency of the diffractive optical element can be increased with the best balance for a plurality of wavelengths.
[0047]
The second 21 The present invention (claims) 21 (Corresponding to the invention described in the above), the refractive optical means is a prism formed of a glass material having a refractive index n,
The installation angle between the bottom surface of the refractive optical means and the installation reference plane is θ _b And the angle at which the optical axis incident on the refractive optical means from the light source becomes the installation reference plane is θ _p Then, one angle θ of the base angle of the prism is sin (θ−θ _b ) = N · sin (4θ-2θ _b −θ _p −90 ° −θ ′) and n · sin θ ′ = sin (θ−θ _b ) And the other angle θ of the base angle ₁ Is θ ₁ = θ + 90 ° -2θ _b −θ _p The optical head according to the first aspect of the present invention substantially satisfies the above.
[0050]
The second 22 The present invention (claims) 22 (Corresponding to the described invention) comprises an objective lens in the optical path between the information recording medium and the refractive optical means, and the refractive optical means is a prism having three optical surfaces, and the three optical surfaces Of these, when the information recording medium side is the first surface, the light source side is the second surface, and the other is the third surface, the first surface is disposed obliquely with respect to the optical axis of the objective lens, The light emitted from the light source is transmitted through the second surface, reflected in the order of the first surface and the third surface, refracted by the first surface, and incident on the objective lens. This is an optical head.
[0051]
The distance between the prism and the objective lens is reduced by the arrangement in which the emitted light is refracted and bent on the first surface of the prism arranged obliquely with respect to the optical axis of the objective lens. The optical head can be made thin.
[0054]
The second 23 The present invention (claims) 23 (Corresponding to the described invention) is the optical head according to the first aspect of the present invention, wherein the wavelength λ of the emitted light substantially satisfies 0.35 μm ≦ λ ≦ 0.5 μm.
[0056]
The second 24 The present invention (claims) 24 The height of the uppermost part of the emitted light that passes through the second surface with respect to the installation reference surface of the refractive optical means is based on the installation reference surface. Above the height of the bottom of the objective lens 22 This is an optical head of the present invention.
[0057]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The optical head according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 2B and the coordinate axes as illustrated.
[0058]
FIG. 1A is a plan view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is the first diagram of the present invention. It is a side view which shows the basic composition of the optical head in embodiment, and the mode of light propagation. FIG. 2A is a diagram showing how diffracted light is generated when light of different wavelengths is incident on the diffractive optical element in the optical head of the same embodiment, and FIG. In the optical head of an embodiment, it is a figure showing a situation where refracted light arises when light of a different wavelength enters a refractive optical element, and these are figures for explaining an operation principle of chromatic aberration correction.
[0059]
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the optical head of the present embodiment, the diffractive optical element 5 is in the optical path from the light source 1 to the optical disk 11 such as a DVD or CD as a recording medium. And a refractive optical means 9 having an optical surface 21 (corresponding to the first surface of the refractive optical means of the present invention) on which the optical axis of the outgoing light 2 from the light source 1 enters obliquely. The light source 1 and the photodetectors 13 a and 13 b are integrated in the light source / photodetector unit 17.
[0060]
The laser light 2 emitted from the semiconductor laser as the light source 1 in the y-axis direction, for example, with a wavelength λ = 0.658 μm, becomes, for example, substantially parallel light with a beam diameter of 3.25 mm in the z-axis direction by the collimating lens 3. The light passes through the focus / track error signal detecting optical element 8 (using 0th-order diffracted light) and is incident on the diffractive optical element 5 which is a parallel grating with a uniform period of Λ = 60.7 μm, for example. This diffractive optical element 5 has, for example, a side surface 15 of a refractive optical element having three incident or reflecting surfaces, one of which is a prism whose base angle is θ = 38 ° and the other is a substantially right angle (the refraction of the present invention). 1 (corresponding to the second surface of the optical means), as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The light 2 is diffracted by, for example, an angle of q = 0.4 ° from the y-axis to the z-axis by the grating 5 and totally reflected by the inclined surface 21 of the prism 9. Thereafter, the light is further reflected by the bottom surface 14 (corresponding to the third surface of the refractive optical means of the present invention) on which the reflective layer 16 is formed, and is incident on the inclined surface 21 obliquely from the normal line of the inclined surface 21 at, for example, 24.4 °. For example, the beam diameter in the y-axis direction is 2.8 mm, the beam is emitted in the vertical direction (z-axis direction), and is focused on the optical disk 11 by the objective lens 4.
[0061]
The laser beam 2 reflected by the optical disk 11 is folded in the reverse direction, passes through the objective lens 4, the prism 9, and the grating 5 in this order, and is divided by the focus / track error signal detecting optical element 8 (using the first-order diffracted light). Signal light 19a, 19b) and photodetectors 13a, 13b.
[0062]
In the present embodiment, as the refractive optical means 9, for example, a glass material (meaning a transparent substance such as glass or resin) is BK7 glass, the height is 3.7 mm, the depth is 4 mm, and the width is 4.7 mm. A triangular prism was used. Then, by setting the light to be reflected from the slope 21 and the bottom surface 14 in the prism 9 and to be emitted from the slope 21 whose optical axis is inclined, the installation reference of the prism 9 (refractive optical means) of the outgoing light that passes through the side surface 15 is provided. Since the height of the uppermost portion (denoted by reference numeral 102 in the figure) with respect to the surface 101 is higher than the height 103 of the lowermost portion of the objective lens 4 with respect to the installation reference surface 101, It was possible to make the height of the optical head itself very thin (for example, 5.3 mm) while serving as a rising mirror for the optical head.
[0063]
In particular, when the refractive index of the glass material is n, the present inventors substantially satisfy sin θ = n · sin (3θ−90 °) when one of the base angles is substantially a right angle. It was discovered that the incident light incident on the prism 9 and the optical axis of the emitted light from the prism 9 are almost orthogonal at the angle θ. With such a configuration, there is an effect that the optical components can be easily arranged and the alignment can be simplified. In addition, the structure in which the grating 5 is integrated with the vertical surface 15 of the prism 9 stabilizes the structure, and these can be handled as one component, so that the alignment is further facilitated.
[0064]
The diffractive optical element 5 has a uniform period of a step shape formed on a substrate 7 such as a sawtooth shape or a glass shape as shown in FIG. 2A, as shown in FIGS. The groove depth is, for example, L = 1.29 μm (sawtooth shape) and L = 1.13 μm (8-step shape) so that the first-order diffraction efficiency is maximized. By using a grating with a uniform period, the device can be easily manufactured and the alignment in the optical system can be simplified.
[0065]
The focus / track error signal detecting optical element 8 is, for example, a resin substrate, a glass substrate, or LiNbO. _Three It is a hologram element formed in a crystal or the like. In particular, LiNbO _Three When a crystal is used, since there is polarization, there is an effect that the light utilization efficiency can be increased by using a quarter-wave plate between the optical path of the focus / track error signal detecting optical element 8 and the optical disk 11.
[0066]
In addition, by providing the collimator lens 3 and making the substantially parallel light incident on the diffractive optical element 5, the diffraction efficiency of the light incident on the diffractive optical element 5 and the amount of change in the diffraction angle vary depending on the light incident region. Can be almost equal over the entire surface.
[0067]
Next, the principle of the behavior of the light wave when wavelength variation occurs will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).
[0068]
As shown in FIG. 2A, the diffractive optical element 5 has a wavelength λ. ₁ Is incident, the diffraction angle θ _da Assume that first-order diffracted light 10a is generated. Wavelength variation occurs, for example, the wavelength is λ ₂ Smaller, the smaller diffraction angle θ _db Diffracted light 10b is generated. As a result, a phenomenon occurs in which the direction of outgoing light is different due to wavelength variation. This phenomenon is called dispersion.
[0069]
On the other hand, as shown in FIG. 2B, the prism 9 of the refractive optical element has an incident angle θ. _i From the diagonal direction, the wavelength λ ₁ Of light 6 'is incident, the refraction angle θ _ra Refracted light 12a is generated. Wavelength variation occurs, for example, the wavelength is λ ₂ The smaller the diffraction angle θ _rb Refracted light 12b is generated. This is because the refractive index of the glass material constituting the prism varies due to wavelength variation. As a result, a dispersion phenomenon occurs in which the direction of the emitted light is different.
[0070]
Therefore, when a diffractive optical element is combined with a refractive optical element having an optical surface on which light is incident obliquely, the directions in which the emitted light fluctuates with respect to the wavelength fluctuation are opposite to each other. It has been found that there is a condition that can eliminate the phenomenon and make the direction of the emitted light constant regardless of wavelength fluctuation.
[0071]
In the present embodiment, in the prism, for example, θ _i = 24.4 °, so when the wavelength is reduced from λ = 0.658 μm, for example by 2 nm, the refractive index of the prism changes from n = 1.514264955 to 1.5143327214, so the refraction angle is Increased by 0.001888 °. On the other hand, when the light is incident on a diffractive optical element having a period Λ = 60.7 μm, the diffraction angle is reduced by 0.001888 ° when the wavelength is reduced by 2 nm. I found out. Therefore, the optical axis of the light emitted to the objective lens 4 is constant regardless of the wavelength variation, and there is an effect of forming a good spot without chromatic aberration on the optical disk 11.
[0072]
Further, the above description is for a case where the wavelength is reduced by 2 nm from λ = 0.658 μm. In general, the light source 1 is about ± 1 nm with respect to the center wavelength even when there is no temperature change due to the high frequency weight. (Wavelength is 2 nm). Even if there is such a wavelength broadening, it was possible to cancel chromatic dispersion by combining the prism 9 and the grating 5 as described above.
[0073]
However, at this time, when the wavelength is, for example, a center wavelength (design wavelength) of λ = 0.658 μm, even if the chromatic dispersion can be completely canceled, if a wavelength variation further occurs due to a temperature change (center It was also found that chromatic dispersion gradually occurs.
[0074]
The inventors of the present invention have found that when the glass material constituting the prism 9 has a lower dispersion, the rate at which chromatic dispersion appears due to the above-described temperature change becomes smaller. At the same time, it has been found that the period of the diffractive optical element 5 for correcting the chromatic aberration can be increased when the glass material constituting the prism 9 has a low dispersion. In this case, the diffractive optical element 5 can be easily manufactured and high diffraction efficiency can be obtained. There was an effect.
[0075]
Examining in detail, since the wavelength fluctuation due to temperature change was actually within the range of ± 20 nm, the lateral spread due to chromatic aberration of the spot collected by the objective lens within the range is more than 50 Abbe number of the glass material Then, since the wavefront aberration is 70 mλ or less, the level is practically not problematic, and it is found that the signal reproduction of the optical disc 11 can be satisfactorily performed. Therefore, as a glass material, BK7 (Abbe number is 64.2), FC5, FK5, FCD1, FCD10, FCD100, VC79 (Abbe number is 57), P-BK40 (Abbe number is 64), etc. are preferable.
[0076]
(Second Embodiment)
The optical head according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 focusing on differences from the first embodiment.
[0077]
FIG. 3 is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the second embodiment of the present invention.
[0078]
As shown in FIG. 3, in this embodiment, a diffractive optical element 5 is provided in the optical path from the collimating lens 3 to the refractive optical means 9 so as to be integrated with the focus / track error signal detecting optical element 8. It has been. By integrating the focus / track error signal detecting optical element 8 and the diffractive optical element 5, the structure is stabilized, and they can be handled as one part, and the alignment becomes easy.
[0079]
As shown in FIG. 3, the diffractive optical element 5 may be arranged on the front surface side of the focus / track error signal detecting optical element 8 or on the back surface side. Further, the substrate on which the diffractive optical element 5 is formed may be integrated with the focus / track error signal detecting optical element 8. Furthermore, the diffractive optical element 5 may be formed by processing the surface shape of the focus / track error signal detecting optical element 8.
[0080]
(Third embodiment)
An optical head according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 focusing on differences from the first embodiment.
[0081]
FIG. 4 is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the third embodiment of the present invention.
[0082]
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, a diffractive optical element 5 a is provided in the optical path of substantially parallel light from the refractive optical means 9 to the objective lens 4. With this arrangement, the distance between the diffractive optical element 5a and the light source / photodetector unit 17 provided with the photodetector is increased, and diffracted light other than the first-order diffracted light generated by the diffractive optical element 5a ( (Unnecessary light) can be arranged so as not to enter the photodetector, and the S / N of the detection light is improved.
[0083]
The uneven shape of the diffractive optical element 5a may be formed toward the objective lens 4 as shown in FIG. 4 or vice versa.
[0084]
(Fourth embodiment)
An optical head according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5, focusing on differences from the first embodiment.
[0085]
FIG. 5 is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the fourth embodiment of the present invention.
[0086]
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the diffractive optical element 5 b is integrated with the inclined surface of the right-angle prism as the refractive optical means 9 in the optical path of substantially parallel light from the refractive optical means 9 to the objective lens 4. Is provided. With this arrangement, the distance between the diffractive optical element 5b and the light source / photodetector unit 17 provided with the photodetector is increased, and diffracted light other than the first-order diffracted light generated by the diffractive optical element 5b ( (Unnecessary light) can be arranged so as not to enter the photodetector, and the S / N of the detection light is improved. Furthermore, by integrating, the structure is stable and can be handled as a single component, so that the alignment is simplified.
[0087]
(Fifth embodiment)
The optical head according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 focusing on differences from the first embodiment.
[0088]
FIG. 6 is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the fifth embodiment of the present invention.
[0089]
In the optical systems of the optical heads of the first to fourth embodiments, the light that is substantially parallel by the collimator lens 3 is reduced, for example, by reducing the beam diameter in the z-axis direction by 0.86 times. The optical system was incident on the lens 4 (equal magnification in the x-axis direction).
[0090]
The optical system according to the present embodiment is an optical system in which the light substantially parallel by the collimator lens 3 is incident on the objective lens 4 with almost the same beam diameter (equal magnification) in both the z-axis direction and the x-axis direction. is there.
[0091]
In FIG. 6, the refractive optical means 9a is, for example, a prism made of BK7. The base angle formed between the bottom surface 14 ′ and the inclined surface 21 ′ is, for example, θ = 33 °, and the bottom surface formed between the bottom surface 14 ′ and the side surface 15 ′. The angle is, for example, θ ₁ = 121.6 °. The diffractive optical element 5c is formed on, for example, the glass substrate 7, and is integrated with the side surface 15 ′ of the prism 9a. By adopting an integrated configuration, the structure is stable and can be handled as a single component, so that alignment is simplified.
[0092]
When the present inventors use a prism made of a glass material having a refractive index n as a refractive optical means, one base angle formed by the bottom surface 14 ′ and the side surface 15 ′ is sin (2θ−45 °) = 1 / n · sin θ. Is the angle θ substantially satisfying the following formula, and the other base angle formed by the bottom surface 14 ′ and the side surface 15 ′ is θ + 85 ° ≦ θ ₁ ≦ θ + 95 ° satisfying the equation θ ₁ In this case, it has been discovered that the optical axes can be substantially orthogonal while the beam diameters of the light incident on the prism 9a and the light emitted from the prism 9a are substantially the same (no beam shaping). With such a configuration, there is an effect that the optical components can be easily arranged and the alignment can be simplified.
[0093]
In the present embodiment, there are two optical surfaces on which the optical axis of the light is incident obliquely with respect to the refractive optical element 9a, that is, the inclined surface 21 ′ and the side surface 15 ′. Compared to forms 1 to 5, it became larger. Therefore, in the present embodiment, the diffractive optical element 5c that corrects chromatic dispersion of refraction is a uniform periodic grating having a period of 39.7 μm, for example. In this way, the dispersion of diffraction can be increased by making the period in the present embodiment smaller than the period 60.7 μm of the diffractive optical element described in each of the above embodiments. The dispersion due to the action could be canceled.
[0094]
(Sixth embodiment)
An optical head according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 focusing on differences from the fifth embodiment.
[0095]
FIG. 7 is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows the diffractive optics of the optical head in the sixth embodiment of the present invention. These are the first-order diffraction efficiency (broken line) of the element (reflection grating) and the first-order diffraction efficiency (solid line) of the diffractive optical element (transmission grating) of the optical head in the fifth embodiment.
[0096]
As shown in FIG. 7, in the present embodiment, a reflective grating 5d having a structure in which a reflective layer 16 is provided on the surface is provided on the bottom surface of the refractive optical means 9a which is a prism. By adopting an integrated structure, the structure is stable. In particular, since the reflective layer is provided on the uneven surface, the reflective layer can also serve as a protective layer.
[0097]
The reflective grating 5d has, for example, a sawtooth shape or stepped shape with a groove depth of 0.22 μm, and the optimum groove depth is reduced to about 1/6 compared with a transmission type diffractive optical element. Etching time was shortened, and the amount of sagging in the cross section was reduced, making manufacture easier. Further, as shown in FIG. 8, the value of the first-order diffraction efficiency could be improved as compared with the transmission type grating.
[0098]
(Seventh embodiment)
An optical head according to a seventh embodiment of the present invention is different from the fifth embodiment with reference to FIGS. 9A, 9B, 10A, and 10B. The explanation will focus on the points.
[0099]
FIG. 9A is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 9B is the optical head in the seventh embodiment of the present invention. It is a top view which shows the basic composition of this and the mode of propagation of light. FIG. 10A is a graph showing the relationship between diffraction efficiency and groove depth when a blazed grating having a sawtooth cross section is used as the diffractive optical element of the optical head according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 10 (b) shows the diffraction efficiency when an 8-level grating (see FIG. 2 (b)) having an 8-step cross section is used as the diffractive optical element of the optical head in the seventh embodiment of the present invention. It is a graph which shows the relationship with a groove depth.
[0100]
The optical head of the present embodiment has a two-wavelength configuration. That is, for the DVD 11a, for example, the wavelength λ ₁ For example, the wavelength λ for the semiconductor laser light source 1a of 0.658 μm and the CD-R or CD11b ₂ In the configuration in which the semiconductor laser light source 1b of = 0.80 μm is provided, both wavelengths are multiplexed / demultiplexed by the beam splitter 18. The beam splitter 18 is not limited to this as long as it is an element capable of multiplexing / demultiplexing such as a wedge prism. The light sources 1a and 1b are incorporated in the light source / photodetector modules 17a and 17b, respectively.
[0101]
The diffractive optical element 5c integrated with the side surface of the refractive optical means 9a, which is a prism, ₁ And λ ₂ The two wavelengths pass through.
[0102]
When a blazed grating is used as the diffractive optical element 5c, the wavelength is λ. ₁ In this case, as indicated by the solid line in FIG. ₁ The first-order diffraction efficiency takes the maximum value at / (n-1). The wavelength is λ ₂ In this case, as shown by the broken line in FIG. ₂ The first-order diffraction efficiency takes the maximum value at / (n-1). The inventors have determined that the groove depth is λ ₁ / (N-1) ≦ L ≦ λ ₂ When / (n-1), it was found that a high diffraction efficiency of 80% or more can be realized for both wavelengths. In particular, L is approximately (λ ₁ + Λ ₂ ) / [2 (n-1)], it was found that the values were almost the same for both wavelengths, and the balance of efficiency was most balanced.
[0103]
Furthermore, as shown in FIG. 10B, when the cross-sectional shape is a stepped shape with p steps, the groove depth is (p−1) · λ ₁ / [P · (n−1)] ≦ L ≦ (p−1) · λ ₂ / [P · (n−1)], a high diffraction efficiency can be realized for both wavelengths, and in particular, L is approximately (p−1) · (λ ₁ + Λ ₂ ) / [2p (n-1)], it was also found that the best balance was achieved for both wavelengths.
[0104]
FIG. 10B is a diagram showing the relationship between the diffraction efficiency and the groove depth when a diffractive optical element 5c is a stepped grating having an eight-step cross-sectional shape. In the figure, the wavelength is λ ₁ In this case, as indicated by the solid line, the depth L of the groove is L = 7λ. ₁ When / 8 (n-1), the first-order diffraction efficiency takes the maximum value. The wavelength is λ ₂ In this case, as shown by the broken line in FIG. 10B, the depth L of the groove is L = 7λ. ₂ When / 8 (n-1), the first-order diffraction efficiency takes the maximum value.
[0105]
In the present embodiment, the case of two wavelengths has been described, but this is not limited to two wavelengths, and a configuration corresponding to a plurality of wavelengths is possible. For example, a blue / green wavelength of 0.35 μm to 0.50 μm is added. The above result can also be applied to a case where a plurality of wavelengths are three or more. That is, among the multiple wavelengths, the minimum value is λ ₁ , The maximum value is λ ₂ If the above equation is applied, the first-order diffraction efficiency of the diffractive optical element can be increased with respect to a plurality of wavelengths. For example, a high-density optical disk, DVD, DVD-R, CD, An optical head that can read out many optical disks such as a CD-R can be configured.
[0106]
(Eighth embodiment)
The optical head according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12 focusing on differences from the fifth embodiment.
[0107]
FIG. 11 is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a diffractive optical element 5d (of the optical head in the eighth embodiment of the present invention). This is the relationship between the diffraction angle difference of the first-order diffracted light and the incident angle when two wavelengths different in wavelength by 2 nm are incident at the same incident angle on a grating with a period Λ = 39.7 μm.
[0108]
As shown in FIG. 11, in the optical head of the present embodiment, θ = 33 °, θ as the refractive optical element. ₁ = 123 ° prism 9b was used, and as the diffractive optical element 5d, for example, a grating 5d with a uniform period of 39.7 μm was used. The grating 5d is integrated with the focus / track error signal detecting optical element 8a and arranged in a sealing window of the light source / photodetector unit 17c, which is a diverging light path in the vicinity of the light source 1. As shown in the figure, the grating 5d has a configuration in which the groove shape is arranged to face the light source 1 to prevent the groove from being damaged, but the reverse operation is also possible. As the focus / track error signal detecting optical element 8a, for example, a polarizing hologram element such as a UV curable liquid crystal is used, and a λ / 4 plate is integrated on the surface thereof. By integrating the grating 5d and the focus / track error signal detecting optical element 8a, the structure is stabilized, it is possible to handle them as one component, and alignment becomes easy. In addition, the configuration in which the grating 5d is disposed in the optical path near the light source 1 can significantly reduce the area of the diffractive optical element 5d, thereby reducing the price.
[0109]
The light source 1 typically has a wavelength width of about 2 nm due to high frequency superposition. As shown in FIG. 12, the inventors of the first-order diffracted light according to the incident angle of light incident on the grating 5d (always having a wavelength spread of 2 nm) deviates from 0 ° (normal incidence) (oblique incidence). It was found that the diffraction angle difference becomes large. That is, when parallel light is incident on the uniform periodic grating, the chromatic aberration correction effect is the same throughout the beam, but when diverging light or convergent light is incident on the uniform periodic grating, the dispersion becomes stronger as the light beam tilts. That is, when the optical axis is perpendicularly incident, the chromatic aberration correction effect is stronger in the peripheral part than in the central part of the beam.
[0110]
When examined in detail, the fact that the diffraction angle difference is 0.001 ° corresponds to the fact that the y-axis direction distance is separated to 37 nm on the optical disk 11 when the focal length of the objective lens is 2.14 mm. Yes (chromatic aberration). Since the distance in the y-axis direction, which is not a problem with chromatic aberration, was about 10 nm, this indicates that the diffraction angle difference corresponds to 0.27 mdeg, and therefore the incident angle needs to be within 22.9 °. It was. This is a value corresponding to a numerical aperture NA of 0.39.
[0111]
In the present embodiment, since the NA of the diverging light 2 (the NA of the collimator lens 3) is 0.3, for example, a good spot is obtained without any problem of chromatic aberration.
[0112]
(Ninth embodiment)
The optical head according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13A and 13B, focusing on differences from the eighth embodiment.
[0113]
FIG. 13A is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the ninth embodiment of the present invention, and FIG. 13B is the optical head in the ninth embodiment of the present invention. It is a top view which shows the basic composition of this and the mode of propagation of light.
[0114]
The optical head of the present embodiment has a two-wavelength configuration. That is, for a DVD, for example, the wavelength λ ₁ = 0.658 μm of the semiconductor laser light source 1a and the CD-R or CD, for example, the wavelength λ ₂ = 0.80 μm semiconductor laser light source 1b. The light sources 1a and 1b are built in the light source / photodetector modules 17c and 17d, respectively.
[0115]
The present inventors have found that the shorter the wavelength of the light source, the smaller the pit size on the optical disk 11, and therefore, it is easily affected by the chromatic aberration of the condensed spot. Therefore, in this embodiment, the diffractive optical element 5d is Λ with small wavelength ₁ In this wavelength, a condensing spot free from chromatic aberration was obtained by arranging only in the optical path near the light source 1a. Long wavelength λ ₂ In this regard, although no grating for correcting chromatic aberration is provided, this wavelength operates without any problem even if a small amount of chromatic aberration occurs, and such a configuration has the effect of reducing the cost.
[0116]
Further, an optical element 8b for focus / track error signal detection is disposed in the sealing window of the light source / photodetector unit 17d in the optical path near the long wavelength light source 1b.
[0117]
Next, another example of the present embodiment in which a light source 1a having a blue wavelength is used will be described with reference to FIG.
[0118]
Here, FIG. 14 is a diagram showing the wavelength dependence of the refractive index of the glass material (BK7).
[0119]
As shown in the figure, when the wavelength is about 0.5 μm or less, the chromatic dispersion, which is the amount of change in the refractive index of the glass material of the refractive optical means 9a (the differential value of the refractive index curve in FIG. 14), suddenly increases. For example, at the wavelength λ = 0.4 μm, it can be seen that the chromatic dispersion is four times as large as that at λ = 0.658 μm. For example, the period of the grating 5d is λ = 0.4 μm. Then, it is 1/4 of the period when λ = 0.658 μm, that is, about 10 μm.
[0120]
Since the chromatic dispersion is large as described above at a wavelength of 0.5 μm or less, the refraction angle change of the refracted light emitted from the refractive optical means 9a becomes very large even with a slight wavelength fluctuation, and the optical characteristics. Is greatly reduced. Therefore, the effect of the present invention of canceling out by the diffracted light emitted from the diffractive optical element 5d is great.
[0121]
In addition, the above description is not limited to two wavelengths, and one wavelength is effective as long as it includes a light source with λ = 0.5 μm or less (see, for example, FIG. 18). However, since the light absorption of the glass material increases as the wavelength becomes shorter, the wavelength range is preferably 0.35 μm ≦ λ ≦ 0.5 μm.
[0122]
(Tenth embodiment)
The optical head according to the tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16, focusing on differences from the first embodiment.
[0123]
FIG. 15 is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the tenth embodiment of the present invention. FIG. 16 is a graph (vertical incidence, wavelength width Δλ = 2 nm) showing the relationship between the period of the diffractive optical element (grating) of the optical head and the diffraction angle difference of the first-order diffracted light in the tenth embodiment of the invention. .
[0124]
In the optical head of the present embodiment, the diffractive optical element 5c is disposed in the diverging light path from the light source 1 to the collimator lens 3 (in other words, in the convergent light path from the collimator lens 3 to the photodetector), and z The axial periodic distribution was changed according to the degree of convergence or divergence of incident light. In the present embodiment, since the optical axis of the emitted light 2 is perpendicular to the diffractive optical element 5c, the period is set to be smaller at the center and larger toward the outer periphery. When the optical axis is inclined, the period may be changed according to the inclination of the light ray incident on each region.
[0125]
From FIG. 16, the inventor shows that the smaller the grating period, the greater the diffraction angle difference, that is, the greater the chromatic aberration correction effect, and the greater the incident chromatic aberration, the greater the chromatic aberration correction effect. Since it was already known in FIG. 12, it was found from these results that when the period is increased as the light is inclined, the diffraction angle change amount of the diffracted light from the diffractive optical element can be accurately uniform over the entire surface.
[0126]
(Eleventh embodiment)
The optical head according to the eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 17, focusing on differences from the first embodiment.
[0127]
FIG. 17 is a side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the eleventh embodiment of the present invention.
[0128]
The optical head of the present embodiment has a configuration in which the diffractive optical element is excluded from the first embodiment. That is, the optical path from the light source 1 to the optical disk 11 includes refractive optical means 9 made of a prism having three optical surfaces. The refractive optical means 9 has a first surface on the optical disk side, a second surface on the light source 1 side, and a bottom surface. When the side is the third surface, the light emitted from the light source 1 is transmitted through the second surface, reflected in the order of the first surface and the third surface, and transmitted through the first surface to be emitted. Thus, the height of the optical head itself can be made extremely thin (for example, 5.3 mm) while acting as a rising mirror of the conventional optical head.
[0129]
In this embodiment, since there is no chromatic aberration correction grating, chromatic aberration is a problem for optical discs with small pits such as DVDs. However, if low dispersion glass with a large Abbe number is used for the glass material of prism 9, it is considerably reduced. It was done. Further, there is no problem of chromatic aberration with respect to an optical disc having a large pit such as a CD or CD-R, and a thin optical head can be realized.
[0130]
The optical heads according to the first to eleventh embodiments of the present invention have been described above. However, in addition to the optical heads according to these embodiments, an optical head in which the configurations of the respective optical heads are combined can be configured. Needless to say, it has the same effect. Note that the objective lens and the collimator lens used in the description of the embodiments are named for the sake of convenience, and are the same as commonly used lenses.
[0131]
In the above embodiment, the case where the angle between the bottom surface of the refractive optical means and the y-axis is 0 ° is described. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. Angle θ relative to reference plane 1701 _b It is good also as a structure inclined only. In this case, the refractive optical means is a prism formed of a glass material having a refractive index n, and the angle formed by the optical axis incident from the light source to the refractive optical means with respect to the installation reference plane 1701 is θ. _p , The installation angle of the bottom surface of the refractive optical means 9c is θ _b Then, θ of one of the base angles of the prism is sin (θ−θ _b ) = N · sin (4θ-2θ _b −θ _p −90 ° −θ ′) and n · sin θ ′ = sin (θ−θ _b ) And the other angle θ of the base angle ₁ Is θ ₁ = θ + 90 ° -2θ _b −θ _p Is substantially satisfied. The configuration shown in FIG. 18 is an example in which the diffractive optical element is disposed only in the divergent light path from the light source 1 to the collimator lens 3.
[0132]
As a result, there is a margin in the distance between the left end of the objective lens 4 and the prism 9c in the drawing, so that the entire distance between the objective lens 4 and the prism 9c can be further reduced.
[0133]
In FIG. 18, the specification of the prism 9c is, for example, θ _b = 5.0 °, θ = 34.8 °, θ ₁ = 113.8 °, the base length was 4.4 mm, and BK7 was used as the glass material. Further, as the diffractive optical element 5e, for example, a grating 5e having a uniform period of 42.8 μm is formed on a glass substrate, and a focus / track error signal detecting optical element 8a is formed on the back surface of the glass substrate. The hologram element is formed in an integrated manner (that is, the grating 5e is integrated with the focus / track error signal detecting optical element 8a), and is a light source / photodetector unit 17c that is a diverging light path in the vicinity of the light source 1. Arranged in the sealing window. The grating 5e is disposed with the groove shape facing the collimator lens 3 as shown in the figure, but the reverse operation is also possible. By integrating the grating 5e and the focus / track error signal detecting optical element 8a, the structure is stabilized, and they can be handled as one component, and the alignment becomes easy. In addition, the configuration in which the grating 5e is disposed in the optical path near the light source 1 can significantly reduce the area of the diffractive optical element 5e, thereby reducing the price.
[0134]
In addition, the light emitted from the light source 1 is diffracted by, for example, 0.88 ° in the z-axis direction by the grating 5e. _p Of the total of _q The mounting angle of the light source 1 is inclined by = 1.88 °. At the same time, the collimator lens 3, the grating 5e, and the focus / track error signal detecting optical element 8a _p = Inclined by 1.0 °.
[0135]
The installation angle of the prism 9c is, for example, 5 °, but if it is substantially within a range of 2 ° to 10 °, a sufficient margin is created in the interval between the left end of the objective lens 4 and the prism 9c, which is preferable. I understood.
[0136]
In the configuration shown in FIG. 18, even if the configuration without the chromatic aberration correction grating 5e is used, if the chromatic aberration is not a problem as in the optical head of the eleventh embodiment shown in FIG. It is configurable. In that case, θ _q = Θ _p become.
[0137]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a thin optical head having good optical characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in a first embodiment of the present invention.
(B): Side view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram illustrating a state in which diffracted light is generated when light of different wavelengths is incident on the diffractive optical element in the optical head according to the first embodiment of the invention.
(B): A diagram showing how refracted light is generated when light of different wavelengths is incident on the refractive optical element in the optical head according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a first-order diffraction efficiency of a diffractive optical element (reflection grating) of an optical head according to a sixth embodiment of the present invention; Of the first-order diffraction efficiency of
FIG. 9A is a side view showing the basic configuration of an optical head and the state of light propagation in a seventh embodiment of the present invention.
(B): Plan view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10A is a graph showing the relationship between diffraction efficiency and groove depth when a blazed grating having a sawtooth cross section is used as the diffractive optical element of the optical head according to the seventh embodiment of the present invention. The figure that represents
(B): A graph showing the relationship between the diffraction efficiency and the groove depth when an 8-level grating having an 8-step cross section is used as the diffractive optical element of the optical head in the seventh embodiment of the present invention. Figure
FIG. 11 is a side view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 12 shows the diffraction angle difference of the first-order diffracted light and the incident angle when two wavelengths different in wavelength by 2 nm are incident on the diffractive optical element of the optical head in the eighth embodiment of the present invention at the same incident angle. Diagram showing the relationship
FIG. 13A is a side view showing the basic configuration of an optical head and the state of light propagation in a ninth embodiment of the present invention.
(B): Plan view showing the basic configuration of the optical head and the state of light propagation in the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the wavelength dependence of the refractive index of a glass material (BK7).
FIG. 15 is a side view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the period of the diffractive optical element (grating) of the optical head and the diffraction angle difference of the first-order diffracted light in the tenth embodiment of the present invention (normal incidence, wavelength width Δλ = 2 nm). Figure
FIG. 17 is a side view showing a basic configuration of an optical head and a state of light propagation in an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a side view showing the basic configuration of an optical head and how light propagates in an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a side view showing the configuration of a conventional optical head.
[Explanation of symbols]
1 Light source
2 outgoing light
3 Collimator means
4 Objective lens
5 Diffractive optical elements
6 Incident light
7 Substrate
8 Optical element for focus / track error signal detection
9 Refractive optical means
10 Diffracted light
11 Information recording media
12 Refraction light
13 Photodetector
14 Bottom surface (third surface) of refractive optical means
15 Side surface (second surface) of refractive optical means
16 Reflective film
17 Light source / detector unit
18 Beam splitter
19 Signal light
20 Launch mirror
21 Slope of the refractive optical means (first surface)

Claims

A diffractive optical element provided in the optical path from the light source to the information recording medium for bending the traveling direction of the outgoing light from the light source, and an optical axis of the outgoing light from the light source provided in the optical path obliquely Refractive optical means that has an incident optical surface and bends the traveling direction of outgoing light from the light source,
The light source is a semiconductor laser, and the wavelength variation of the light emitted from the light source due to a change in environmental temperature is within a range of ± 20 nm.
There are two reflecting surfaces in the optical path until the light emitted from the diffractive optical element exits from the refractive optical means, and the direction in which the diffracted light from the diffractive optical element is bent with respect to the light emitted from the light source; the direction in which the refracted light from the refracting optical means bends with respect to the output light from said light source, to be equal to each other, there is disposed a pre-Symbol diffractive optical element and the refractive optical means,
The change in the diffraction angle of the diffracted light from the diffractive optical element and the change in the refraction angle of the refracted light from the refractive optical means due to the wavelength variation of the emitted light occur in a direction that cancels each other. Optical head.

2. The optical head according to claim 1, wherein the diffractive optical element is integrated with the refractive optical means.

2. The optical head according to claim 1, further comprising collimator means for making the emitted light from the light source substantially parallel and entering the diffractive optical element.

A focus / track error signal detecting optical element is provided between the light source and the refractive optical means, and the diffractive optical element is integrated with the focus / track error signal detecting optical element. The optical head according to claim 1.

The optical head according to claim 1, wherein the diffractive optical element is a grating having a uniform period.

The diffractive optical element is disposed in a convergent light optical path or a divergent light optical path. The optical head according to claim 1, wherein the period differs depending on the location.

The optical head according to claim 6, wherein the period is adjusted so as to become larger as the outer peripheral portion of the diffractive optical element becomes substantially outer than the central portion.

2. The diffractive optical element is disposed in a convergent light path or a divergent light path having a numerical aperture of 0.39 or less, and a period of a grating constituting the diffractive optical element is uniform. Optical head.

The optical head according to claim 8, wherein the diffractive optical element is disposed in an optical path in the vicinity of the light source.

The said refractive optical means is an optical element which has three surfaces which perform incidence | injection or reflection, The said diffractive optical element is formed in at least 1 surface of the three surfaces of the said refractive optical means. Optical head.

2. The optical head according to claim 1, wherein the refractive optical means is a prism formed of a low-dispersion glass material having three incident or reflective surfaces.

The optical head according to claim 11 , wherein the Abbe number of the glass material is 50 or more.

The refractive optical means is a prism formed of a glass material having a refractive index n, and one of the base angles of the prism is substantially a right angle, and the other of the base angles is sin θ = n · sin (3θ− The optical head according to claim 1, wherein the optical head has an angle θ that substantially satisfies (90 °).

The refractive optical means is a prism formed of a glass material having a refractive index n, and one of the base angles θ of the prism substantially satisfies sin (2θ−45 °) = 1 / n · sin θ, and the bottom The optical head according to claim 1, wherein the other angle θ ₁ satisfies θ + 85 ° ≦ θ ₁ ≦ θ + 95 °.

The optical head according to claim 1, wherein the light source includes a plurality of light source units that emit different wavelengths.

16. The optical head according to claim 15 , wherein the diffractive optical element is disposed only in an optical path in the vicinity of the light source unit that emits light having the smallest wavelength among the plurality of light source units.

The diffractive optical element has a sawtooth shape in cross section, and among the different wavelengths, the minimum value is λ ₁ , the maximum value is λ _2, and the refractive index of the diffractive optical element is n. The optical head according to claim 15 , wherein the groove depth L satisfies a relationship of λ ₁ / (n−1) ≦ L ≦ λ ₂ / (n−1).

The optical head according to claim 17 , wherein the groove depth L of the diffractive optical element is substantially (λ ₁ + λ ₂ ) / [2 (n−1)].

The diffractive optical element has a stepped shape with a cross-section of p steps, and among the different wavelengths, the minimum value is λ ₁ , the maximum value is λ _2, and the refractive index of the diffractive optical element is n, The groove depth L of the diffractive optical element is (p−1) · λ ₁ / [p · (n−1)] ≦ L ≦ (p−1) · λ ₂ / [p · (n−1)]. The optical head according to claim 15 , wherein the relationship is satisfied.

Groove depth L of said diffractive optical element is substantially, (p-1) · ( λ 1 + λ 2) / optical head according to claim 19, characterized in that the [2p (n-1)] .

The refractive optical means is a prism formed of a glass material having a refractive index n,
If the installation angle formed by the bottom surface of the refractive optical means and the installation reference plane is θ _b, and the angle at which the optical axis incident on the refractive optical means from the light source is the installation reference plane is θ _p , the base angle of the prism Is substantially equal to sin (θ−θ _b ) = n · sin (4θ−2θ _b −θ _p −90 ° −θ ′) and n · sin θ ′ = sin (θ−θ _b ). 2. The optical head according to claim 1, wherein the optical head satisfies the above condition, and the other angle θ ₁ of the base angle substantially satisfies θ ₁ = θ + 90 ° −2θ _b −θ _p .

An objective lens in the optical path between the information recording medium and the refractive optical means;
The refractive optical means is a prism having three optical surfaces;
Of the three optical surfaces, when the information recording medium side is the first surface, the light source side is the second surface, and the other is the third surface, the first surface is inclined with respect to the optical axis of the objective lens. The light emitted from the light source is transmitted through the second surface, is reflected in the order of the first surface and the third surface, is refracted by the first surface, and is incident on the objective lens. The optical head according to claim 1.

2. The optical head according to claim 1, wherein the wavelength λ of the emitted light substantially satisfies 0.35 μm ≦ λ ≦ 0.5 μm.

The height of the uppermost portion of the emitted light transmitted through the second surface with respect to the installation reference plane of the refractive optical means is higher than the lowest height of the objective lens with respect to the installation reference plane The optical head according to claim 22 , wherein the optical head is also high.