JP4970032B2 - 光記録再生装置用光ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、光情報処理又は光通信等に用いられる光ヘッドに関し、特に、光記録再生装置用光ヘッドに関する。

近年、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）に対して約６倍の記録密度でデジタル情報を記録できることから、大容量光記録媒体として注目されている。しかしながら、情報の大容量化に伴い、更なる高密度光記録媒体が要望されている。ここで、ＤＶＤ（波長６６０ｎｍ、開口数（ＮＡ）０．６）よりも高密度化を達成するには、光源の波長をより短く、あるいは、対物レンズのＮＡをより大きくすることが必要である。例えば、光源として波長４０５ｎｍの青色レーザを使用し、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用することで、光記録媒体に記録されるデジタル情報の記録密度は、ＤＶＤの記録密度と比較すれば、５倍に向上する。

特許文献１は、青色レーザ光源を用いてデジタル情報の再生および記録を行う光ヘッドを開示する。

これより、上述した光ヘッドの従来例について添付の図面を参照して説明する。

図１２は従来の光ヘッドの構成を示す模式図である。ここで、９１は偏光ビームスプリッタ、９２は１／４波長板、９３は球面収差補正用光学素子、９４は対物レンズ、９５は光記録媒体、９６はフォーカシングレンズ、９７はマルチレンズ、９８は光検出器である。

入射レーザ光は、たとえばＧａＮ系レーザから出射され、平行光に変換された、４５０ｎｍ以下の波長を有する青色光である。偏光ビームスプリッタ９１は入射偏光により、透過率及び反射率が異なる光学素子である。偏光ビームスプリッタ９１は、光を分離するために用いられる。１／４波長板９２は複屈折材料で形成された光学素子である。１／４波長板９２は、直線偏光を円偏光に変換するために用いられる。球面収差補正用光学素子９３は、光記録媒体９５の基材厚が所定の最適基材厚からずれている場合に生じる球面収差を補正するための光学素子であり、凹レンズと凸レンズと図示しない一軸アクチュエータで構成され、凹レンズと凸レンズの間隔を変えることで上記球面収差を補正することが可能である。対物レンズ９４は、光記録媒体９５の記録層に光を集光するレンズであり、２群２枚で構成されている。フォーカシングレンズ９６は光記録媒体の記録層で反射された光を光検出器９８に集光するレンズである。マルチレンズ９７は、入射面が円筒面で、出射面がレンズ光軸に対し回転対称面になっており、いわゆる非点収差法によるフォーカス誤差信号の検出を可能とするための非点収差を入射光に与える。光検出器９８は光記録媒体９５の記録層で反射された光を受光し、光を電気信号に変換する。

このように構成された光ヘッドの動作について説明する。ＧａＮレーザから出射した波長４５０ｎｍ以下の青色平行光は偏光ビームスプリッタ９１を透過し、１／４波長板９２に入射し、直線偏光が円偏光に変換される。次に１／４波長板９２を透過した円偏光は、球面収差補正用光学素子９３に入射する。ここでは、光記録媒体９５の基材厚が最適基材厚からずれたときに発生する球面収差を補正するため、入射した平行光は球面収差補正用光学素子９３を構成する凹レンズと凸レンズの間隔を変えることで発散光や収束光に変換される。この変換された光は、対物レンズ９４に入射し、入射光の発散度合いまたは収束度合いに応じた球面収差が付与され、光記録媒体９５上に集光する。つまり、光記録媒体９５の基材厚が最適基材厚からずれていることで生じる波面収差を補正するため、予め波面収差が付与された光が対物レンズ９４に入射し、集光される。よって、光記録媒体９５上では収差のない、すなわち、回折限界まで絞られた光スポットが形成される。次に、光記録媒体９５から反射する円偏光は、球面収差補正用光学素子９３を透過し、１／４波長板９２に入射する。この反射光は、１／４波長板９２において、光記録媒体９５に向かって伝播するレーザ光の偏光方向と直交した偏光方向を有する直線偏光に変換される。１／４波長板９２により変換された直線偏光は、偏光ビームスプリッタ９１で反射し、フォーカシングレンズ９６に入射する。この光は、フォーカシングレンズ９６によって収束され、マルチレンズ９７によって非点収差が与えられ、光検出器９８に集光される。光検出器９８は、光記録媒体９５上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また、光の、光記録媒体９５上における照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。ここで、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号は周知の技術により、たとえば非点収差法と３ビーム法により検出される。図示しないフォーカス制御手段はフォーカス誤差信号に基づき、常に光が合焦状態で光記録媒体９５上に集光されるように対物レンズ９４の位置をその光軸方向に制御する。また図示していないトラッキング制御手段はトラッキング誤差信号に基づき、光を光記録媒体９５上の所望のトラックに集光されるように対物レンズ９４の位置を制御する。さらに光検出器９８からは光記録媒体９８に記録された情報も得ている。このような構成により、光記録媒体９５の基材厚の最適基材厚からのずれに起因する球面収差を、球面収差補正用光学素子９３を用いて補正することができる。

このような構成を有する光ヘッドは、光源として波長４５０ｎｍ以下の光を用いた場合であっても、デジタル情報の再生および記録を実施することができる。
特開特開２０００−１３１６０３号公報

しかしながら、上記のような構成の光ヘッドでは、光源から出射され平行光に変換されたレーザ光は、その光路の往路において、偏光ビームスプリッタ９１を透過し、光記録媒体９５に向かう。つまり、情報の記録再生を行うための、非常に光量の大きい青色光が、偏光ビームスプリッタ９１を透過する。そのため、偏光ビームスプリッタ９１に含まれる接着材料の層（接着層）が、光量の大きい青色光の照射を受け、徐々に光劣化を起こし、偏光ビームスプリッタそのものの透過率や収差が劣化し、光ヘッドの記録特性や再生特性が劣化するという課題が生じる。実際、ある接着材料を含む接着層は、１９ｍＷ／ｍｍ＾２の光密度の光を照射すると、１００時間程度の照射により、層の透過率は３％劣化する。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、光源の発する光により光劣化を起こす接着層を有するプリズム（偏光ビームスプリッタ）を使用しながら、この光劣化に起因する経時的なプリズムの光学的特性の劣化のない、信頼性の高い光ヘッドを提供することである。

本明細書においては、光源から光記録媒体９５に向かうレーザ光の光路を往路と称し、光記録媒体９５で反射した後のレーザ光の光路を復路と称するものとする。

上記目的を達成するため、本発明は、その一態様において、光記録媒体に対する信号の記録または再生用の光ヘッドであって、光源と、光源から出射した出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、出射光の光路上で、光源と対物レンズとの間に配置され、出射光と、光源から出射され光記録媒体で反射した反射光とを分離する光分離手段とを有し、光分離手段は第１のガラスと、第１のガラス上に積層された多層膜と、多層膜に固定された第２のガラスを含む、ことを特徴とする光ヘッドである。

本発明の一態様においては、第２のガラスは、多層膜上に配置された接着層によって、多層膜に接着固定され、また、光分離手段は、第１のガラスから出射光を入射することが好ましい。これにより、接着層に光源から出射される光が透過しないので青色光照射による劣化が生じず光ヘッドの信頼性が高くなる。また、青色光照射で劣化しない特殊な接着材料を用いることがないので低コスト化につながる。

また、本発明の一態様においては、第２のガラスは、多層膜に密着固定されてもよい。これにより、接着層が存在しないため青色光照射による劣化が生じず光ヘッドの信頼性が高くなる。

また、本発明の一態様においては、出射光の光路上で、光源と対物レンズとの間に配置された、出射光の偏光方向を変換するｎ／４波長板（ｎ＝１以上の奇数）を有し、ｎ／４波長板は、第１の複屈折部材と、第２の複屈折部材とを含み、第１の複屈折部材の結晶軸と、第２の複屈折部材の結晶軸とが、平面視において直交するように配置され、第１の複屈折部材および第２の複屈折部材の周縁部の少なくとも一部において、第１の複屈折部材と第２の複屈折部材とが接着されていることが好ましい。これにより、１／４波長板をはり合わせる接着層に光源から出射される光が透過しないので青色光照射による劣化が生じず光ヘッドの信頼性が高くなる。また、特殊な青色光照射で劣化しない接着剤を用いることがないので低コスト化につながる。

また、本発明の一態様においては、出射光の光路上で、光源と対物レンズとの間に配置された球面収差補正手段を有することが好ましい。これにより、光記録媒体の基材厚が設計値からずれた場合でも安定した記録または再生が可能となる。

また、本発明の一態様においては、光源と光分離手段を一体化する接続部を有することが好ましい。これにより、光源と光分離手段との位置合わせが容易となる。

また、本発明の一態様においては、光源は、波長が４５０ｎｍ以下の光を出射することが好ましい。これにより、高密度な情報の記録及び再生が可能となる。

また、本発明の一態様においては、多層膜は、蒸着法により第１のガラス上に形成されることが好ましい。

また、本発明の一態様においては、出射光の光路上で、光源と対物レンズとの間に配置され、発散光を略平行光に変換する光学素子を有し、光分離手段は、出射光の光路上で、光源と光学素子との間に配置されることが好ましい。これにより光ヘッドを小型化することが可能となる。

本発明は、別の一態様において、光記録媒体に対する信号の記録または再生用の光ヘッドであって、光源と、光源から出射した出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、出射光の光路上光源と対物レンズとの間に配置され、出射光の偏光方向を変換するｎ／４波長板（ｎ＝１以上の奇数）とを有し、ｎ／４波長板は第１の複屈折部材と、第２の複屈折部材とを含み、第１の複屈折部材の結晶軸と、第２の複屈折部材の結晶軸とが、平面視において直交するように配置され、第１の複屈折部材および第２の複屈折部材の周縁部の少なくとも一部において、第１の複屈折部材と第２の複屈折部材とが接着されていることを特徴とする光ヘッドである。

本発明は、別の一態様において、光記録媒体に対する信号の記録または再生用の光記録再生装置であって、光記録媒体に信号の記録または再生を行うための本発明の他の態様による光ヘッドを備えることを特徴とする光記録再生装置である。これにより、光源から出射される光に対して光ヘッドに搭載されている部品が劣化することがないので高信頼性の光記録再生装置が実現される。

本発明により、レーザ光源を用いた光ヘッドにおいて、往路では光分離手段である偏光ビームスプリッタの接着層を光が透過しないように構成することができ、よって、接着層の光劣化が生じない。従って、信頼性の高い高密度記録が可能な光ヘッドが実現できる。また、更に多層光記録媒体への記録や記録速度の高速化を目的として、光源から出射される光量がさらに大きくなる光ヘッドにおいても本発明の構成であれば信頼性の高い光ヘッドを実現することができる。

また、さらなる本発明の効果としては、光分離手段を、局所的に光密度がさらに大きくなると思われる発散光中に配置することが可能となる。従って、信頼性が高く小型化に適した光ヘッドが実現できる。

また、この光ヘッドを用いることで、信頼性の高い光記録再生装置を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる光ヘッドについて説明する。

図１は、実施の形態１にかかる光ヘッドの構成図である。

図１において、本発明による光ヘッドは、光源１、光量減衰素子２、偏光ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４、ミラー５、１／４波長板６、対物レンズ７、シリンドリカルレンズ９、光検出器１０、集光レンズ１１、光源光量制御用光検出器１２を有する。コリメータレンズ４と図示しない１軸アクチュエータは、球面収差補正手段を構成する。また、偏光ビームスプリッタ３は、光分離手段を構成する。光源１より出射したレーザ光の大部分は、光量減衰素子２を経て、偏光ビームスプリッタ３に入射および反射し、コリメータレンズ４を透過し、ミラー５で反射し、１／４波長板６および対物レンズ７を透過し、光記録媒体８に入射する。ここまでの光路を往路と称することとする。光記録媒体８に入射したレーザ光の一部は反射し、往路を逆に辿って偏光ビームスプリッタ３に入射する。往路とは異なり、偏光ビームスプリッタ３に入射する光は、偏光ビームスプリッタ３を透過し、シリンドリカルレンズ９を透過して検出器１０に入射する。この光記録媒体８から検出器１０に至る光路を復路と称する。また、往路において、光源１から偏光ビームスプリッタ３に入射し、偏光ビームスプリッタ３を透過する光の光量は、全光量の数パーセントから１０パーセント程度となるように偏光ビームスプリッタ３を構成する。この光は、さらに図中上方に直進して集光レンズ１１を透過し、光源光量制御用検出器１２に入射する。光源光量制御用検出器１２に入射する光の光量に基づき、光源１の光量を制御可能である。なお、本発明において、集光レンズ１１および光源光量制御用検出器１２は、必須の要素ではない。光源光量制御用検出器１２を省略する場合、往路においては、偏光ビームスプリッタ３で全ての光が反射されるように、偏光ビームスプリッタ３を構成してもよい。

ここでさらに光ヘッドを構成する要素について詳述する。光源１は、例えばＧａＮ系の半導体レーザ素子（波長４０５ｎｍ）で構成され、光記録媒体８の記録層に対し、記録再生用のコヒーレント光を出力する光源である。光量減衰素子２は特開２０００−１９５０８６号公報に開示されているように光源１のノイズを低減させるための光学素子であり、ガラス基板の一部に、光量を減衰する膜（たとえばＣｒ膜）が形成されており、図中の矢印の方向に可動である。偏光ビームスプリッタ３の構成については後で詳細に述べるが、ある直線偏光（たとえばＳ偏光）に対しては５％の透過率、９５％の反射率を有し、前記の直線偏光に対して直交する直線偏光（Ｐ偏光）に対しては１００％の透過率を有する。コリメータレンズ４は光源１から出射された発散光を略平行光に変換する光学素子（レンズ）である。また、球面収差補正手段は光記録媒体８の基材厚が、最適基材厚と異なる場合に生じる球面収差を補正するためのものであり、コリメータレンズ４と図示しない一軸アクチュエータで構成される。一軸アクチュエータによりコリメータレンズ４の位置を変えることで、球面収差を補正することが可能である。ミラー５は入射する光を反射して光記録媒体８の方向に向かわせる光学素子であり、入射する光を１００％反射する特性を有する。１／４波長板６の構成は、後で詳細に述べるが、複屈折材料を含み、直線偏光を円偏光に変換する機能を有する光学素子である。対物レンズ７は光記録媒体１０の記録層に光を集光するレンズであり、開口数（ＮＡ）は、０．８５である。シリンドリカルレンズ９は、入射面が円筒面で、出射面がレンズ光軸に対し回転対称面になっており、いわゆる非点収差法によるフォーカス誤差信号の検出を可能とするために、入射光に非点収差を与えるものである。光検出器１０は光記録媒体８の記録層で反射された光を受光して光を電気信号に変換する。集光レンズ１１は偏光ビームスプリッタ３を透過した光を光源光量制御用光検出器１２に集光するものであり、光源光量制御用光検出器１２は偏光ビームスプリッタ３を透過した光を受光して光を電気信号に変換し、光源１の光量を検出する信号を出力するものである。

次に、このように構成された光ヘッドの動作について説明する。光源１から出射した直線偏光は光量減衰素子２を透過し、偏光ビームスプリッタ３により、そのほとんどが反射し、ごく一部が透過する。往路における偏光ビームスプリッタ３での反射光と透過光の光量は、入射する光の光量を１００とした場合、それぞれ、９５と、５、程度でよい。反射光は、次にコリメータレンズ４に入射し、コリメータレンズ４の位置により発散光、平行光、収束光のいずれかに変換される。この収束度合いが変更された光はミラー５に入射し、１００％反射し、光記録媒体８の方向に進行方向を変えられる。この反射された光は１／４波長板６に入射し、直線偏光から円偏光へ変換され、円偏光が対物レンズ７に入射する。対物レンズ７に入射する円偏光の発散度合いまたは収束度合いに応じて、円偏光には球面収差が生じ、光記録媒体８内で集光する。ここで、光記録媒体８の表面から記録層までの基材厚が最適基材厚からずれている場合に生じる波面収差は、発散度合いまたは収束度合いに応じて対物レンズ７で生じた波面収差と相殺されるので、光記録媒体８内の記録層では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。次に、光記録媒体８から反射された円偏光、つまり、復路にある光は、対物レンズ７を透過し、１／４波長板６に入射され光源１から出射された直線偏光と直交する方向に偏光面を有する直線偏光に変換される。１／４波長板６により変換された直線偏光は、ミラー５においてすべて反射し、コリメータレンズ４を透過し、偏光ビームスプリッタ３をすべて透過し、すなわち光源１に戻ることなく、シリンドリカルレンズ９に入射し、シリンドリカルレンズ９において非点収差が付与され、シリンドリカルレンズ９を透過した光は光検出器１０上に集光する。光検出器１０は、光記録媒体８の記録層における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。ここで、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号は周知の技術により、たとえば非点収差法とプッシュプル法により検出される。図示しないフォーカス制御手段はフォーカス誤差信号に基づき、常に光が合焦状態で光記録媒体８上に集光されるように対物レンズ７の位置をその光軸方向に制御する。また図示していないトラッキング制御手段はトラッキング誤差信号に基づき、光を光記録媒体８上の所望のトラックに集光されるように対物レンズ７の位置を制御する。さらに光検出器１０からは光記録媒体８に記録された情報も得ることができる。また、往路において、光源１から入射して偏光ビームスプリッタ３を透過する光は、集光レンズ１１により光源光量制御用光検出器１２に集光され、光源光量制御用光検出器１２は光源１から出射された光の光量に応じた電気信号を出力する。

ここで、偏光ビームスプリッタ３について詳しく述べる。図２に偏光ビームスプリッタ３の構成図を示す。図２を参照すれば、偏光ビームスプリッタ３は、第１のガラス２１、多層膜２２、接着層２３、第２のガラス２４を有する。第１のガラス２１および第２のガラス２４の硝材は例えばＢＫ７であり、多層膜２２は二酸化ケイ素と五酸化タンタルの薄膜が交互に２０層程度積層されたものであり、第１のガラス２１上に蒸着により積層される。また、接着層２３は例えばＵＶ硬化樹脂である。ここで、接着層２３は樹脂であるため、波長が短い光に対しては吸収があり、青色の波長（４５０ｎｍ以下の波長）に対しては非常に微量ではあるが吸収があり、この吸収特性のため樹脂が劣化する。このように構成された偏光ビームスプリッタ３に対し、上記の光ヘッドにおいて、往路では第１のガラス２１から光が入射される。このように構成することにより、往路の光はその大部分が接着層２３を透過することなしに多層膜２２で反射する。先述の如く、接着層２３は青色光の入射により徐々にではあるが劣化が生じる。この劣化の速度は入射される光の光量（接着層での光密度）が大きいほど非常に早く劣化する。ここで、往路での光は光記録媒体８に情報を記録するためにかなり大きな光量が必要である。これに対し、光記録媒体８で反射される光は光記録媒体８の反射率が小さいため偏光ビームスプリッタ３に入射される光の光量は往路の光量に対し非常に小さいものとなる。例えば光記録媒体８の反射率が５〜１０％程度であれば、復路での光量は往路の光量の（１／２０）〜（１／１０）程度になる。従って、接着層２３が往路では光が透過せず、復路のみ光が透過する構成にすることで偏光ビームスプリッタ３を構成する接着層２３の劣化が生じることなく信頼性の高い光ヘッドが構成できる。また、本実施の形態のように偏光ビームスプリッタ３を発散光中に配置し、偏光ビームスプリッタ３に入射する光の大きさを小さくすることで偏光ビームスプリッタ３そのものの外形を小さくすることができるので光ヘッドの小型化に有利である。この場合では特に、偏光ビームスプリッタ３に入射する光の光密度は大きくなるので上記した往路では接着層２３を光が透過しない構成にすることが光ヘッドの信頼性を高めることになる。例えば、平行光中に偏光ビームスプリッタを配置した場合に、偏光ビームスプリッタに入射する光の光密度を１００とすると、光源と略平行光に変換する光学素子（例えばコリメータレンズ）の光路の中間に偏光ビームスプリッタを配置した場合、偏光ビームスプリッタに入射する光の光密度は、局所的に４００に達する。（光密度は、光源からの距離の２乗に反比例する。）従って、特殊な接着材料を用いずに、信頼性が高く小型化が可能な光ヘッドを実現できる。また、光記録媒体８が記録層を多数有する多層光記録媒体を記録再生する場合でも本発明の構成が有利である。記録層を多数有する多層光記録媒体に情報を記録する場合ではすべての記録層に情報を記録する必要があり光源１から出射される光の光量は記録層が１つしかない単層光記録媒体のみに記録する場合に比べてより大きくなる。従って、偏光ビームスプリッタ３そのものに入射する光は大きくなるので、本発明の構成をとることでより信頼性の高い光ヘッドが実現できる。同様に、光記録媒体８に記録再生する速度を速くする場合でも光記録媒体８に照射する光の光量を大きくする必要があり、光源１から出射される光の光量が大きくなるので本発明の構成をとることで信頼性の高い光ヘッドが実現できる。

また図３に示すように、光源１と、偏光ビームスプリッタ３を、接続用マウント部材３１を用いて一体化してもよい。光源１と偏光ビームスプリッタ３との接続部である接続用マウント部材３１により、光源１と偏光ビームスプリッタ３は、一体として取り扱うことが可能となる。このような構成にすれば、光ヘッドの組み立て工程での、光源１の光軸と、偏光ビームスプリッタ３の位置のずれを抑える効果が生まれ、光ヘッドの構成が容易になる。ひいては、製造コストを抑制する効果を奏する。

また、偏光ビームスプリッタ３を図４に示したように第２のガラス２４を多層膜２２に密着固定（オプティカルコンタクト）されるように構成すれば、接着材料の劣化は考えなくてよいため、信頼性の高い光ヘッドが実現できる。さらに往路において反射でも透過でもどちらでも使うことが可能となる。

次に、本発明の光ヘッドに用いられている１／４波長板６について述べる。図５に本発明の光ヘッドに用いられている１／４波長板６の構成図を示す。図５を参照すれば、１／４波長板６は、第１の複屈折部材４１、第２の複屈折部材４２、接着層４３を有する。ここで、第１及び第２の複屈折部材４１及び４２は、例えば水晶で構成される。第１の複屈折部材４１と第２の複屈折部材４２の間にあって接着層４３に挟まれている部分は、空隙（空気層）である。図６は、１／４波長板６を上方より見た平面図である。図６に示す様に、第１の複屈折部材４１と第２の複屈折部材４２は、図において矢印で示されるそれぞれの結晶軸が、平面視で直交するように配置される。図７Ａおよび図７Ｂは、接着層４３の配置パターン例である。接着層４３は、図７Ａに示すように、１／４波長板６の周縁部に所定の幅で連続する帯状に配置してもよい。また、図７Ｂに示すように、接着層４３を１／４波長板６の隅部に離散的に配置してもよい。接着層４３は例えばＵＶ硬化樹脂で構成されており、この接着層４３は光が透過しない、有効径外に設けられている。このような構成にすれば１／４波長板６のリターデーションの入射角度依存性が小さくなる。特に、球面収差補正を対物レンズ７へ入射する光の発散及び収束度合いにより行う光ヘッドに用いる場合には有効となる。また、青色光で劣化する接着層４３が、光が透過しない箇所に設けられているので青色光による接着層４３の劣化は生じない。これにより、１／４波長板６の入射角度依存性が良好で、かつ、信頼性の高い１／４波長板６が実現できるので、性能が良く高信頼性の光ヘッドを実現することが可能となる。また、光ヘッドへの１／４波長板６の搭載精度をあげることで、水晶１枚で構成された１／４波長板６を使用することが可能となる。これであれば接着層が存在しないので高信頼性の光ヘッドが実現できる。

以上述べたように、本発明による、４５０ｎｍ以下の波長の光源を用いた光ヘッドにおいては、光源からの光の往路で、光分離手段である偏光ビームスプリッタの接着層を光が透過しないように構成する。それにより、強い光が接着層に照射されることを防止する。接着層が劣化することがないので信頼性の高い高密度記録が可能な光ヘッドが実現できる。また、さらに光密度が局所的に大きくなり、局所的に接着層の劣化を促進するおそれのある発散光中に、光分離手段を配置することが可能となるので信頼性が高く小型化に適した光ヘッドが実現できる。また、更に多層光記録媒体への記録や記録速度を早くするために光源から出射される光量が大きくなる光ヘッドにおいても本発明の構成であれば信頼性が高い光ヘッドが実現できる。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上記した実施の形態１と異なるのは、光分離手段が偏光ホログラムであり、この偏光ホログラムで回折された光を受光する光検出器があることに関する点のみであり、それ以外は、実施の形態１と同様である。従って、本実施の形態において、特に説明のないものについては実施の形態１と同じとし、実施の形態１と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、実施の形態１と同様の機能を持つものとする。

図８は、本発明の実施の形態２における光ヘッドの構成図である。図８を参照すれば、本光ヘッドは、偏光ホログラム５１、第１の光検出器５２、第２の光検出器５３を有する。ここで、偏光ホログラム５１は特開平６−２７３２２号公報に開示されているので詳細には述べないが、複屈折を有するニオブ酸リチウム基板の所定の一部をプロトン交換し、そのプロトン交換部をエッチングして構成され、異常光線の透過率を１００％、常光線に対しては回折格子として作用する光学素子である。本光ヘッドでは、偏光ホログラム５１が光分離手段を構成する。

このように構成された光ヘッドの動作について説明する。光源１から出射された直線偏光は光量減衰素子２を透過し、偏光ホログラム５１により１００％透過される。この透過光はコリメータレンズ４に入射し、コリメータレンズ４の位置により発散光、平行光、収束光のいずれかに変換される。この収束度合いが変換された光は、ミラー５に入射し、１００％反射し、光記録媒体８の方向に進行方向を変える。この反射光は、１／４波長板６に入射され直線偏光から円偏光へ変換され、この円偏光は対物レンズ７に入射し、この入射光の発散度合いまたは収束度合いに応じて球面収差を発生し、光記録媒体８に集光される。光記録媒体８の表面と記録層との距離である基材厚が最適基材厚からずれた時に生じる波面収差と相殺する波面収差を有する光が対物レンズ７で集光される。そのため、光記録媒体８の記録層上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。次に、光記録媒体８から反射した円偏光は、対物レンズ７を透過し、１／４波長板６に入射し、光源１から出射された直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光に変換される。１／４波長板６により変換された直線偏光はミラー５においてすべて反射し、コリメータレンズ４を透過し、偏光ホログラム５１により、この透過光の１００％が回折され、＋１次回折光を第１の光検出器５２で受光し、−１次回折光を第２の光検出器５３で受光する。第１及び第２の光検出器５２及び５３は、光記録媒体８上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。ここで、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号は周知の技術により、たとえばＳＳＤ法とプッシュプル法により検出される。図示しないフォーカス制御手段はフォーカス誤差信号に基づき、常に光が合焦状態で光記録媒体８上に集光されるように対物レンズ７の位置をその光軸方向に制御する。また図示していないトラッキング制御手段はトラッキング誤差信号に基づき、光を光記録媒体８上の所望のトラックに集光されるように対物レンズ７の位置を制御する。さらに第１及び第２の光検出器５２及び５３からは光記録媒体８に記録された情報も得ている。

ここで、１／４波長板６は実施の形態１で述べた構成（図５参照。）になっているので、青色光に対する劣化が生じず、信頼性の高い光ヘッドを実現することが可能となる。

以上述べたように、４５０ｎｍ以下の波長の光源を用いた光ヘッドにおいて、用いられている１／４波長板は、２枚の複屈折部材のそれぞれの結晶軸が平面視において直交するようにはり合わせたものであり、かつ、２枚の複屈折部材を接着する接着材料の層（接着層）が、光の透過しない箇所に設けられているために、接着層が劣化することがない。よって、光劣化を生じるおそれのある接着材料を用いて信頼性の高い高密度記録が可能な光ヘッドが実現できる。

なお、実施の形態１及び２では球面収差補正手段を有する光ヘッドについて述べているが、球面収差補正手段を持たない光ヘッドであってもよい。

また、実施の形態１及び２では球面収差補正手段としてコリメータレンズを可動させる方式を用いているが特許文献１に開示されている正レンズ群と負レンズ群を用いても何ら問題はない。また、球面収差補正手段としてレンズを用いない方式を採用してもよい。例えば、特願２００１−２２１９２７号（特開２００２−１０９７７６号公報（Ｐ２００２−１０９７７６Ａ））に開示されている位相変化層を用いた方式であってもよい。この方式に使われる光学素子について簡単に述べる。図９に位相変化層として液晶を用いた光学素子の断面図を示す。図１０は、光学素子に用いられている電極のパターン図である。この光学素子は、図９を参照すれば、第１の基板６１、第１の基板６１に略平行に配置された第２の基板６２、第１の基板６１と液晶６７との間に配置された電圧印加電極６３、電圧印加電極６３に対向するように電圧印加電極に略平行に配置された対向電極６４、電圧印加電極６３を覆うように形成された透光性樹脂膜６５、対向電極６４を覆うように形成された透光性樹脂膜６６と、透光性樹脂膜６５及び６６の間（電圧印加電極６３と対向電極６４との間）に配置された液晶６７、液晶６７を囲むように透光性樹脂膜６５及び６６の間に配置された封止樹脂６８を有する。ここで、第１の基板６１及び第２の基板６２は、たとえばガラスを含み、透光性を有する。また、電圧印加電極６３は液晶６７に所望の電圧を印加するための電極である。電圧印加電極６３は、第１の基板６１の内側（液晶６７側）の主面上に形成されている。また、対向電極６４は、電圧印加電極６３とともに、液晶６７に所望の電圧を印加するための電極である。対向電極６４は、第２の基板６２の内側（液晶６７側）の主面上に形成されている。対向電極６４は、透光性であり、たとえばＩＴＯからなる。なお、対向電極６４は、第２の基板６２の内側の主面のうち、少なくともセグメント電極に対向する部分に略均一に形成される。また、透光性樹脂膜６５及び６６は、液晶６７を所定の方向に配向させるための配向膜であり、たとえばポリビニルアルコール膜からなる。透光性樹脂膜６５または６６をラビング処理することによって、液晶６７を所定の方向に配向させることができる。また、液晶６７は、入射した光の位相を変化させる位相変化層として機能する。液晶６７は、たとえばネマチック液晶からなる。電圧印加電極６３と対向電極６４との間の電圧差を変化させることによって液晶６７の屈折率を変化させることができ、これによって入射した光の位相を変化させることができる。また、封止樹脂６８は、液晶６７を封止するためのものであり、たとえばエポキシ樹脂からなる。また、電圧印加電極６３は図１０に示したように、同心円状のセグメント電極で構成されている。このセグメント電極は透光性であり、たとえばＩＴＯからなる。このように構成された光学素子の動作について説明する。

外部から制御電圧が光学素子の電圧印加電極のセグメント電極のそれぞれに印加され、本発明の光学素子に入射される光にパワー成分の位相を与えるようにする。このように入射された平面波を球面波に変換することが可能となり、この球面波が対物レンズ７に入射することで球面収差が発生し、この球面収差で光記録媒体８の厚さが設計基材厚からずれたときに生じる球面収差を補正することとなる。ここで、位相変化層として電圧に応じて屈折率が変化する液晶を用いたが、電圧に応じて厚さ（体積）が変化するＰＬＺＴ（酸化鉛、ランタン、酸化ジルコニウム、酸化チタンを含むペロブスカイト構造の透明結晶体）を用いてもよい。さらにＰＬＺＴは固体であるので液晶のように基板や封止樹脂は必要ではないため、光学素子を薄くすることが可能である。

実施の形態１及び２で述べた方法では、レンズで構成されているため、往路は当然として復路においても光記録媒体の基材厚に起因する収差を補正することが可能であるため、安定した制御信号を得ることができる。また、ここで述べた方式では位相変化層を用いた光学素子で光記録媒体８の基材厚に起因する収差を補正しているので光ヘッドの小型化に向いている。また、レンズ方式及び上記位相変化層を用いた方式のどちらも収束光及び発散光を用いて球面収差を補正するので対物レンズ７がレンズシフトしても球面収差補正性能が劣化しない。

また、上記実施の形態では対物レンズ７へ向かう光が光源１から出射される光の９５％になるように、光源１から出射された光の偏光方向の直線偏光に対しプリズムの反射率が９５％、透過率が５％になっている。光源１の出力を安定に検出するためには透過率が５０％以下であることが望ましい。また、対物レンズ７へ向かう光を大きくロスすることなく光源１の出力を安定に検出するためには透過率が２０％以下であることがより好ましい。

また、上記実施の形態ではｎ／４波長板として１／４波長板６を使用しているが、ｎが奇数であればよい。

また、上記実施の形態では対物レンズ７は単レンズを用いているが高いＮＡを有する組レンズであってもよい。

また、上記実施の形態では無限系の光ヘッドを示したが、コリメータレンズ４を用いない有限系の光ヘッドであってもよい。

また、上記実施の形態では偏光光学系の光ヘッドを示したが、無偏光光学系の光ヘッドであってもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３では、本発明の光記録再生装置の一例について説明する。実施の形態３の光記録再生装置は、光記録媒体８に対して信号の記録及び再生または再生のみを行う装置である。

図１１に実施の形態３にかかる光記録再生装置８０の構成を模式的に示す。光記録再生装置８０は、光ヘッド８１と、モータ８２と、処理回路８３とを備える。光ヘッド８１は、実施の形態１で説明したものである。処理回路８３は、光量モニタ部８４、信号処理部８５、光量制御部８６、および、対物レンズ駆動部８７、を含み、処理回路８３に含まれる前記の各部は、互いに接続されている。

光ヘッド８１については、実施の形態１で説明したものと同様であるため、重複する説明は省略する。

次に、光記録再生装置８０の動作について説明する。まず、光記録再生装置８０に光記録媒体８がセットされると、モータ８２が始動する。処理回路８３に含まれる光量制御部８６は、光源１を駆動し光を出射させる。光源１から出射された光は、光記録媒体８で反射され、光検出器１０に入射する。光検出器１０は、光記録媒体８上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を処理回路８３に含まれる信号処理部８５に出力する。これらの信号に基づき、信号処理部８５は対物レンズ７を制御するための情報を対物レンズ駆動部８７に出力し、対物レンズ駆動部８７は、信号処理部８５より送られた対物レンズ７を制御するための情報に基づいて、対物レンズを所望の方向に所定量移動させ、光源１から出射された光を光記録媒体８上の所望のトラック上に集光させる。また、信号処理部８５は、光検出器１０から出力される信号に基づいて、光記録媒体８に記録されている情報を再生する。また、光源光量制御用光検出器１２から出力される信号は処理回路８３に含まれる光量モニタ部８４に入力され、光量モニタ部８４は、この信号に基づく情報を光量制御部８６に送り、処理回路８３に含まれる光量制御部８６は、この情報が所望の値になるように光源１の出力パワーを制御することで対物レンズ７から出射される光の光量を所望の値にする。

本実施の形態にかかる光記録再生装置８０は、光ヘッドとして実施の形態１の光ヘッドを用いているため、光分離手段が青色光で劣化しない。よって、本光記録再生装置８０は、高い信頼性を有し、かつ、この信頼性は経時的に低下することがない。

以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づく他の実施の形態に適用することができる。

また、上記実施の形態では、光のみによって情報を記録する光記録媒体８について述べたが、光および磁気によって情報を記録する光記録媒体についても同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、上記実施形態では、光記録媒体が光ディスクである場合について説明したが、カード状の光記録媒体など、類似の機能を実現する光学的情報記録再生装置に適用することができる。

本発明にかかる光ヘッドと光記録再生装置は、４５０ｎｍ以下の波長の光源を用いた光ヘッドにおいて往路では光分離手段である偏光ビームスプリッタの接着層を光が透過しないように構成することで接着層が劣化することがないという効果を有し、信頼性の高い高密度記録が可能な光ヘッド等として有用である。

本発明の光ヘッドの一例を示す模式図。 本発明の光ヘッドに搭載する偏光ビームスプリッタの構成図。 本発明の光ヘッドの別例を示す模式図。 本発明の光ヘッドに搭載する偏光ビームスプリッタの別例を示す構成図。 本発明の光ヘッドに搭載する１／４波長板の構成図。 １／４波長板の２つの複屈折部材の結晶方向を示す平面図。 １／４波長板の接着層の配置位置を示す断面図。 １／４波長板の接着層の配置位置を示す断面図。 本発明の光ヘッドの別例を示す模式図。 位相変化層を有する球面収差補正手段の一例を示す断面図。 位相変化層を有する球面収差補正手段の電極パターンの一例を示す図。 本発明の光記録再生装置の一例を示す模式図。 従来の光ヘッド例を示す模式図。

符号の説明

１ 光源
２ 光量減衰素子
３ 偏光ビームスプリッタ
４ コリメータレンズ
５ ミラー
６ １／４波長板
７ 対物レンズ
８ 光記録媒体
９ シリンドリカルレンズ
１０ 光検出器
１１ 集光レンズ
１２ 光源光量制御用光検出器
２１ 第１のガラス
２２ 多層膜
２３ 接着層
２４ 第２のガラス
３１ 接続用マウント部材
４１ 第１の複屈折部材
４２ 第２の複屈折部材
４３ 接着層
５１ 偏光ホログラム
５２ 第１の光検出器
５３ 第２の光検出器
６１ 第１の基板
６２ 第２の基板
６３ 電圧印加電極
６４ 対向電極
６５ 透光性樹脂膜
６６ 透光性樹脂膜
６７ 液晶
６８ 封止樹脂
８１ 光ヘッド
８２ モータ
８３ 処理回路
８４ 光量モニタ部
８５ 信号処理部
８６ 光量制御部
８７ 対物レンズ駆動部

Claims (6)

1. 光記録媒体に対する信号の記録または再生用の光ヘッドであって、
   波長が４５０ｎｍ以下の光を出射する光源と、
   前記光源から出射した出射光を前記光記録媒体に集光する対物レンズと、
   前記出射光の光路上で、前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、前記出射光と、前記光源から出射され前記光記録媒体で反射した反射光とを分離する光分離手段とを有し、
   前記光分離手段は第１のガラスと、前記第１のガラス上に積層された多層膜と、前記多層膜上に配置された接着層と、前記接着層によって前記多層膜に接着固定された第２のガラスを含み、
   前記光源から出射した出射光は、前記第１のガラスから前記光分離手段に入射し、前記第１のガラスを通過後、前記多層膜で全反射され再び前記第１のガラスを通過することによって、前記光分離手段を通過し、
   前記光記録媒体で反射した反射光は、前記第１のガラスから前記光分離手段に入射し、前記第１のガラス、前記多層膜、前記接着層、前記第２のガラス、の順番で前記光分離手段を通過することを特徴とする光ヘッド。
2. さらに、前記出射光の光路上で、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された、前記出射光の偏光方向を変換するｎ／４波長板（ｎ＝１以上の奇数）を有し、
   前記ｎ／４波長板は、第１の複屈折部材と、第２の複屈折部材とを含み、前記第１の複屈折部材の結晶軸と、前記第２の複屈折部材の結晶軸とが、平面視において直交するように配置され、前記第１の複屈折部材および前記第２の複屈折部材の周縁部の少なくとも一部において、前記第１の複屈折部材と前記第２の複屈折部材とが接着されていることを特徴とする、請求項１に記載の光ヘッド。
3. さらに、前記出射光の光路上で、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された球面収差補正手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。
4. さらに、前記光源と前記光分離手段を一体化する接続部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。
5. 前記多層膜は、蒸着法により前記第１のガラス上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光ヘッド。
6. さらに、前記出射光の光路上で、前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、発散光を略平行光に変換する光学素子を有し、
   前記光分離手段は、前記出射光の光路上で、前記光源と前記光学素子との間に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。

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