JPH04219640A

JPH04219640A - 光学ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04219640A
Application number: JP3077527A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Shiono; 照弘塩野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1992-08-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】本発明は、光学的記録装置の光学
ヘッドに関するものであり、特に、各光学部品の位置合
わせが容易で薄型軽量化、低価格化可能な光学ヘッドに
関するものである。【０００２】【従来の技術】コンパクトディスク（ＣＤ）や光ディス
ク、光カードメモリ等の光学的記録手段の信号を読み出
す重要構成部品として光学ヘッドがある。光学ヘッドは
光学的記録手段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、トラックサーボ等の制
御機構を備える必要がある。【０００３】従来の光学ヘッドとして、図２１に示すも
のがあった（河野雅充編、オートフォーカスの先端技術
集成、経営システム研究社出版）。光源である半導体レ
ーザ１から出力されたレーザ光１７は、コリメータレン
ズ１８によって平行光になり、ビームスプリッタ１９を
通過して対物レンズ２０によって光ディスク７上に集光
される。光ディスク７により反射された光は、対物レン
ズ２０によって平行光になりビームスプリッタ１９の境
界面１９ａによって反射され、凸レンズとシリンドリカ
ルレンズで構成されたフォーカス／トラック誤差信号検
出系（位置信号検出光学手段）２１に入射し、分割され
た光検出器６上に集光される。光検出器６から検出され
た信号により、再生信号、及び位置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しされるもので
ある。【０００４】【発明が解決しようとする課題】図２１に示した従来の
光学ヘッドでは、光学系が複雑で、各光学部品の位置合
わせ精度が要求され、従って組み立てが難しく、小形軽
量化、低価格化が困難であるという課題があった。【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、各光学部品の位置合わせが容易で小形軽量、低価格
化可能な光学ヘッドを提供するものである。【０００６】【課題を解決するための手段】ジグザグ状に光が伝搬す
る光伝搬路を設けた基板と、光集光手段と、光源と、光
検出器と、位置信号検出光学手段から構成され、上記光
伝搬路の厚さ及び幅は伝搬光波長の１０倍以上であって
、上記光源からの光を上記光伝搬路に導き、上記伝搬光
を上記光集光手段で集光して光ディスクに出力し、上記
光ディスクからの反射光を、上記光集光手段、あるいは
第２の光集光手段に入力し、上記位置信号検出光学手段
に導き、上記位置信号検出光学手段からの出力光を上記
光検出器に導くよう構成する。【０００７】【作用】本発明は、従来光学ヘッドにおいて自由空間中
にとっていた光学系の光路を、境界面の反射を利用して
ジグザグ状に光が伝搬する光伝搬路中にとることにより
、光学部品を１つの基板（伝搬路）上または基板（伝搬
路）中に設置することが可能になり、従って、本発明の
光学ヘッドは光学的位置合わせが容易になり、小形軽量
化、低価格化が実現できる。【０００８】【実施例】図１、図２は、本発明の第一の実施例の光学
ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す、そ
れぞれ側面図、平面図である。本発明の第一の実施例の
光学ヘッドについて、図１、図２を用いて詳細に説明す
る。同図において、基板１として、例えば厚さ（ｚ方向
サイズ）３ｍｍ、幅（ｘ方向サイズ）１０ｍｍ、長さ（
ｙ方向サイズ）２５ｍｍのガラスを用い、この基板１自
体が、表面と裏面の反射を利用しジグザグ状に光が伝搬
する光伝搬路１３となっている。基板１としては、使用
波長に対して透明であれば良い。特に石英等のガラス基
板は、温度的にも安定である。光伝搬路１３上に設けた
光源である、例えば波長０．７８μｍの半導体レーザ１
から、光軸の角度がｚ軸から例えば３０゜斜め方向に出
射された光は、伝搬光８となり、光伝搬路１３の裏面に
設けた、例えばＡｇやＡｌ、Ａｕ等の金属層または誘電
体の多層膜である反射層１１ａで反射され、反射層１１
ｃを有する、光伝搬路１３上に設けた、例えば焦点距離
６．９ｍｍ、口径３ｍｍのコリメータ手段である反射形
コリメータレンズ３に入射し、光軸の角度（伝搬角θ）
はそのまま（例えば３０゜）で反射・コリメートされる
。例えば幅２．５ｍｍのコリメートされた光は、ジグザ
グ状に伝搬し、同じく光伝搬路１３上に設けた第１の光
集光手段である、例えば口径３ｍｍ、焦点距離３ｍｍの
透過形対物レンズ４ａで、斜め方向に出力され光ディス
ク７への集光光９となる。光ディスク７から反射された
光１０は、光伝搬路１３上に設けた第２の光集光手段で
ある、例えば口径３ｍｍ、焦点距離３ｍｍの透過形対物
レンズ４ｂに入射してコリメートされて伝搬光８ａとな
り、ジグザグ状に伝搬して反射層１１ｂを有する、光伝
搬路１３上に形成した位置信号検出光学手段（フォーカ
ス／トラック誤差信号検出手段）である、例えばｘ方向
サイズ３ｍｍ、ｙ方向サイズ３ｍｍ、焦点距離６．９ｍ
ｍの反射形ツインレンズ５に入射する。反射形ツインレ
ンズ５は、同じ仕様を有する反射形レンズ５ａ、５ｂを
２つアレイ状に配列した構造を有し、伝搬光８ａはこの
レンズ５により２分割されてジグザグ状に伝搬し、光伝
搬路１３上に設けた、例えば４分割の光検出器６に集光
する。【０００９】反射形コリメータレンズ３と反射形ツイン
レンズ５は、例えば溝の最大深さまたは最大膜厚が０．
２８μｍのインライン形の反射形回折光学レンズで、透
過形対物レンズ４ａ、４ｂは例えば溝の最大深さ１．３
μｍのオフアキシス形の透過形回折光学レンズで、どち
らも光の回折現象を用いて集光させる回折光学素子であ
る。本発明では、インライン形の回折光学レンズとは、
入射光の光軸の角度と出射光の光軸の角度が一致するレ
ンズであり、オフアキシス形の回折光学レンズとは入射
光の光軸の角度と、出射光の光軸の角度が異なるレンズ
のことをいう。回折形レンズ等の回折光学素子を用いる
ことにより膜厚がせいぜい数μｍであり、さらに光伝搬
路１３上に集積化可能であるため、位置合わせが容易に
なり、また小形軽量化、安定化される。【００１０】本実施例の反射形コリメータレンズ３を構
成する各グレーティング、反射形ツインレンズ５を構成
する１つの反射形レンズ５ａまたは５ｂの各グレーティ
ングは、伝搬光８、８ａの光軸方向であるｙ軸方向に長
軸をもつそれぞれが同じ離心率の楕円形状で、外周にな
るにつれて周期が小さくなる。この楕円形パターンの中
心位置は、外周部にいくにしたがって、レンズに対する
入射側と出射側のうち平方光に近い方に、徐々にずれて
いる（レンズ３ではｙ方向、レンズ５では−ｙ方向）。このような形状のコリメータレンズとすることにより、
斜め入射の影響で通常生じるコマ収差と非点収差をなく
し、良好にコリメートすることができた。このインライ
ン形の反射形回折光学レンズを、３の場合の配置で詳細
に検討してみると、レンズの焦点距離をｆ、光源１の波
長をλ、光伝搬路１３の屈折率をｎ’、伝搬角をθとす
ると、レンズを構成するための位相シフト関数Φは、レ
ンズ中心を原点とする座標系で　　Φ（ｘ，ｙ）＝ｎ’ｋ［（ｘ２＋（ｆｓｉｎθ＋ｙ
）２＋ｆ２ｃｏｓ２θ）１／２−ｆ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　−ｙｓｉｎθ］−２ｍπ　
　（ただし、ｋ＝２π／λ、ｍは０≦Φ≦２πを満たす
整数）となり、このΦは、レンズの最大膜厚または溝の
最大深さをＬｍａｘとすると、レンズ部の膜厚分布Ｌに
対応しておりＬ（ｘ，ｙ）＝Ｌｍａｘ（１−Φ／２π）となることが
分かった。【００１１】さらに、Φ＝０とおくと膜厚が０となるグ
レーティング形状がわかり、中心位置が（０、ｍλｔａ
ｎθ／ｎ’ｃｏｓθ）で、長軸の長さが２／ｃｏｓθ・
（ｍ２λ２／ｎ’２ｃｏｓ２θ＋２ｍλｆ／ｎ’）１／
２で、短軸の長さは２（ｍ２λ２／ｎ’２ｃｏｓ２θ＋
２ｍλｆ／ｎ’）１／２となる楕円曲線であり、長軸と
短軸の比（長軸／短軸）は１／ｃｏｓθ　となることが
分かった。すなわち、レンズの形状の傾向としては、入
射角θが大きいほど、レンズの楕円の長軸と短軸の比は
大きく、楕円形の中心位置のずれも大きくなることが分
かった。これらの結果は光線近似を用いた理論解析から
も、裏づけられた。【００１２】本実施例の透過形対物レンズ４として用い
たオフアキシス形の透過形回折光学レンズは、光の進行
方向（ｙ方向）に対して出力用４ａは徐々に周期が小さ
くなり、入力用４ｂは周期が大きくなり、レンズに対す
る入射側と出射側のうち、入出射光がより平方光に近い
方を凹側にした、伝搬方向に向かって左右対称の弓なり
の（または放物線状）の曲線グレーティングから構成さ
れたものであり、４ａと４ｂは図２からも分かるように
、同じパターン形状であるが向きが逆である。出力用の
このオフアキシス形の透過形回折光学レンズ４ａを詳細
に検討してみると、レンズの焦点距離をｆ１、光源１の
波長をλ、光伝搬路１３の屈折率をｎ’、伝搬角をθ、
出射光９の出射角をθ１とすると、レンズを構成するた
めの位相シフト関数Φ１は、レンズ中心を原点とする座
標系で　　Φ１（ｘ，ｙ）＝ｋ［（ｘ２＋（ｆ１ｓｉｎθ１−
ｙ）２＋ｆ１２ｃｏｓ２θ１）１／２　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　−ｆ１＋ｎ’ｙｓｉｎθ
］−２ｍπ　　（ただし、ｋ＝２π／λ、ｍは０≦Φ≦
２πを満たす整数）となる。【００１３】これから、膜厚が０となるグレーティング
形状は、中心位置が（０、−［ｎ’ｓｉｎθ（ｍλ＋ｆ
１）−ｆ１ｓｉｎθ１］／（１−ｎ’２ｓｉｎ２θ）で
、長軸の長さを２ａとすると、短軸の長さが２ｂ＝２ａ
（１−ｎ’２ｓｉｎθ）１／２となる楕円曲線であるこ
とが分かった。長軸と短軸の比（長軸／短軸）は１／（１−ｎ’２ｓｉ
ｎ２θ）１／２　となることが分かった。ただし、ａ＝
（ｍ２λ２＋２ｆ１ｍλ＋ｎ’２ｆ１２ｓｉｎ２θ＋ｆ
１２ｓｉｎ２θ１−２ｎ’ｆ１（ｍλ＋ｆ１）ｓｉｎθ
ｓｉｎθ１）１／２／（１−ｎ’２ｓｉｎ２θ）である
。楕円の中心位置は、レンズ４ａの領域に比べて、はる
かに−ｙ方向に位置するため、レンズ４ａのグレーティ
ングのパターン形状は楕円曲線の長軸付近を切りとった
中心対象の弓なりの曲線をしている。これらの結果は光
線近似を用いた理論解析からも、裏づけられた。【００１４】これらの回折光学素子３、４、５は高効率
となるように断面を鋸歯状化した。原盤の光学素子３、
４、５は、別の基板上に例えば、ＰＭＭＡ、ＣＭＳ等の
電子ビームレジストをコーティングをし、作製する素子
の膜厚に応じて照射量を制御する電子ビーム描画法を行
ない、現像処理をしてレジストの膜厚を変化させること
により形成した。このように形成した光学素子（原盤）
から、例えばニッケル電鋳法によりこの金形を作製し、
例えばＵＶ硬化樹脂を用いて、光伝搬路１３上に原盤と
同一レンズ３、４ａ、４ｂ、５を複製した。この方法に
よれば、一度に４つの回折光学レンズ３、４ａ、４ｂ、
５を位置精度よく光伝搬路１３上に同一特性で容易に形
成可能である。反射形回折光学レンズ３、５は、複製の
後、反射層１１ｂ、１１ｃとして例えばＡｇやＡｌ、Ａ
ｕ等の金属層をその上に堆積した。【００１５】また、その反射層１１上に、Ｃｕ、Ｃｒ等
の金属層、ＵＶ硬化樹脂やラッカー塗料等の合成樹脂、
誘電体多層膜、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＳｉＣ、
グラファイト、ダイヤモンド等を、例えば１０００Åか
ら数μｍ堆積すると、反射層の表面を傷つきにくくし、
同時に反射層の酸化を防止し、耐環境性を向上させるこ
とが可能であった。特に反射層としてＡｇを用いた場合
では、酸化され易かったため、本発明の効果が大きかっ
た。【００１６】光ディスク７に記録された信号は、分割光
検出器６の出力の和（６ａ＋６ｂ＋６ｃ＋６ｄ）から再
生することができる。【００１７】位置信号検出光学手段５を用いて、フォー
カス誤差信号とトラック誤差信号検出を行なうことがで
きる。フォーカス誤差信号検出は、公知のフーコ法を用
いる。すなわち、光ディスク７がジャストフォーカスの
位置にあるとき、反射形ツインレンズ５によって２分割
された伝搬光は、それぞれ、分割された光検出器、６ａ
と６ｂ、６ｃと６ｄの中心に集光する配置にしておく（
図２）。フォーカス誤差信号は、光検出器６ａの出力か
ら６ｂの出力の差（６ａ−６ｂ）、または６ｄの出力か
ら６ｃの出力の差（６ｄ−６ｃ）とする。光ディスク７
がジャストフォーカスの位置にあるとき、フォーカス誤
差信号は０である。次に、光ディスク７が、ジャストフ
ォーカスの位置から−ｚ軸方向に離れたときは、伝搬光
８ａは平行光から収束球面波になるため、２分割された
伝搬光はお互いに近づくように移動するため、フォーカ
ス誤差信号は負になる。逆に、光ディスク７が、ジャス
トフォーカスの位置からｚ軸方向に近づくように移動し
たときは、伝搬光８ａは発散球面波になるため２分割さ
れた伝搬光はお互いに離れるように移動するため、フォ
ーカス誤差信号は正になり、従って、フォーカス誤差信
号により、フォーカス制御を行なうことができる。　　
　【００１８】トラック誤差信号は公知のプッシュプル法
で、２分割伝搬光の光パワの差、つまり光検出器の出力
の演算（６ａ＋６ｂ−６ｃ−６ｄ）により検出すること
ができる。この演算が０のときはジャストトラッキング
で、値をもつときはトラッキングがずれており、この信
号に基づいて、トラック制御を行なうことが可能である
。【００１９】フォーカス制御及びトラック制御は、検出
されるそれぞれの誤差信号に基づいて、各光学素子を備
えた基板１全体を、アクチュエータで最適位置に動かす
ことにより行なう。【００２０】本発明の光学ヘッドでは、光伝搬路１３は
幅、厚さとも例えば数ｍｍのオーダであり、これは、光
学素子３、４、５の大きさに基づいて決まり（ほぼ同じ
オーダ）、ジグザグに光を光線として伝搬させるという
幾何光学的な取扱いができる。従来から、光伝搬路の厚
さがほぼ波長サイズである光集積回路が研究開発されて
いた。光伝搬路の厚さ、もしくはその幅が波長サイズと
なる領域では、光は波としての特徴を顕著に出すように
なり、光伝搬路はむしろ光導波路となり、ジグザグに光
は伝搬するというよりも、山形の強度分布をもった波動
として、伝搬するようになる。このような光導波路の素
子では、波動光学的な取扱いが必要であり、光の入射・
出射効率が悪いとか、光導波路を伝搬する光の情報量は
一次元であるといった欠点が出てくる。本発明の光学ヘ
ッドは、このような従来の光集積型デバイスの欠点を克
服した構造を有している。本発明者は、光伝搬路の厚さ
、及びその幅が、波長の十倍程度以上厚ければ、光導波
路ではなくて、光線として表わせる光伝搬路となること
を見いだした。特に、光伝搬路の厚さが、波長の１００
倍程度以上では、完全に光伝搬路となる。従って、本発
明の光学ヘッドの光伝搬路の厚さは、光の波長の１０倍
以上であれば良く、波長の１００倍以上であればさらに
よい。【００２１】図３は、本発明の第二の実施例の光学ヘッ
ドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図で
ある。本発明の第二の実施例の光学ヘッドは、第一の実
施例の光学ヘッドとほぼ同じであるが、違う点について
のみ説明する。異なる点は、構成要素のうち、光源１と
光検出器６は光伝搬路１３の裏面に配置したことである
。光源１と光検出器６を裏面に配置することにより、光
ディスク７の存在を考慮せずにすむため、配置の設計の
自由度が大きくなる。また、基板２の裏面に配置する、
光源１と光検出器６の制御回路から近くなるため、配線
が容易になる。【００２２】図４、図５は、本発明の第三の実施例の光
学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す、
それぞれ側面図、平面図である。本発明の第三の実施例
の光学ヘッドは、第二の実施例の光学ヘッドと違う点は
、反射形コリメータレンズ３ａと反射形ツインレンズ５
ａをオフアキシス形の回折光学レンズにし、光源１から
の光軸と光検出器６への光軸を、基板２に対して垂直（
ｚ軸方向）にし、光源１と光検出器６を、それぞれのレ
ンズ３ａ、５ａの真下に配置した点である。光軸を垂直
にすることにより、光源１と光検出器６は基板２に対し
て平行に配置すればよく、配置が楽になる。また、光源
１と光検出器６のうちどちらか一方でもよい。【００２３】本実施例のオフアキシス形の反射形回折光
学レンズ３ａ、５ａは、透過形回折光学レンズ４とパタ
ーン形状は似ており、光の進行方向（ｙ方向）に対して
コリメータレンズ３ａは徐々に周期が大きくなり、５ｂ
、５ｃは周期が小さくなる。このレンズに対する入射側
と出射側のうち、入出射光がより平方光に近い方を凹側
にした、伝搬方向に向かって左右対称の弓なりの（また
は放物線状）の曲線グレーティングから構成されたもの
である。【００２４】オフアキシス形の反射形回折光学レンズ３
ａを詳細に検討してみると、レンズの焦点距離をｆ２、
光源１の波長をλ、光伝搬路１３の屈折率をｎ’、伝搬
角をθとすると、レンズを構成するための位相シフト関
数Φ２は、レンズ中心を原点とする座標系で　　Φ２（
ｘ，ｙ）＝ｎ’ｋ［（ｘ２＋ｙ２＋ｆ２２）１／２−ｆ
２−ｙｓｉｎθ］−２ｍπ（ただし、ｋ＝２π／λ、ｍ
は０≦Φ≦２πを満たす整数）となる。【００２５】これから、膜厚が０となるグレーティング
形状は、中心位置が（０、（ｆ２＋ｍλ／ｎ’）ｔａｎ
θ／ｃｏｓθ）で、長軸の長さが２／ｃｏｓ２θ・（ｍ
２λ２／ｎ’２＋２ｍλｆ２／ｎ’＋ｆ２２ｓｉｎ２θ
）１／２で、長軸と短軸の比（長軸／短軸）は１／ｃｏ
ｓθ　となることが分かった。楕円の中心位置は、レン
ズ３ａの領域に比べて、はるかにｙ方向に位置するため
、レンズ３ａのグレーティングのパターン形状は楕円の
長軸付近を切りとった中心対象の弓なりの曲線をしてい
る。これらの結果は光線近似を用いた理論解析からも、
裏づけられた。【００２６】また、レンズをオフアキシス型にして、組
み合わせたことにより、光源１の波長が変動しても、レ
ンズ３ａと４ａ、及びレンズ４ｂと５ａのそれぞれにお
いて、波長変動による回折角の変化はお互いに打ち消す
方向にあるため、光学特性の劣化を防ぐことが可能とな
った。【００２７】図６、図７は、本発明の第四の実施例の光
学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す、
それぞれ側面図、平面図である。本発明の第四の実施例
の光学ヘッドが、第一の実施例の光学ヘッドと違う点は
、反射形コリメータレンズ３と透過形対物レンズ４ｂを
なくし、それぞれ透過形対物レンズ（透過形回折光学レ
ンズ）４ａと透過形ツインレンズ（透過形回折光学レン
ズアレイ）１２でそれらの役割をさせていることである
。従って、本実施例の光学ヘッドは光学部品の構成要素
が減り、その結果、光学ヘッドのサイズが減少し、総合
的な光利用効率が上昇するという長所を有する。その反
面、透過形対物レンズ４ａと透過形ツインレンズ１２の
設計、作製は、２つのレンズを兼ねているため、それだ
け難しくなる。逆にいえば、本発明の第一の実施例の構
成レンズの設計、作製は第四の実施例のレンズより容易
ということである。【００２８】図８は本発明の第五の実施例の光学ヘッド
の基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図であ
る。本発明の第五の実施例の光学ヘッドが、第一の実施
例の光学ヘッドと違う点は、第１と第２の光集光手段を
、反射形の対物レンズ１４ａ、１４ｂとしたことである
。本発明者らは、開口数が、例えば０．４５と大きい対
物レンズに回折光学レンズを用いる場合、反射形にする
ことに光学特性を向上させることを発見した。さらに、
反射形にすると、グレーティングの膜厚が透過形に比べ
て、　　１／５程度の薄さにすることができたため、電
子ビーム描画で作製する場合の微細加工性が向上し、作
製が楽になった。しかし、反射形対物レンズ１４は、光
ディスク７とは反対側の基板２の裏面に設ける必要があ
るため、必要とされる焦点距離が基板２の厚さ分だけ大
きくなり、結局、レンズの開口数を透過形レンズ４と同
じにするにはレンズの口径を大きくする必要があった。【００２９】図９、図１０は本発明の第六の実施例の光
学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す、
それぞれ側面図、平面図である。本発明の第六の実施例
の光学ヘッドが、第五の実施例の光学ヘッドと違う点は
、第２の光集光手段を省き、光集光手段１４から基板２
に垂直に光ディスク７へ集光し、その反射光１０を、同
じ光集光手段１４に戻した点である。従って、光学素子
の構成要素が減り、一層の小型化が可能となる。しかし
、位置信号検出光学手段として設けた、伝搬光を光検出
器６に２分割集光する反射形集光ビームスプリッタ１５
は、コリメータレンズ３と光集光手段１４の間に設ける
必要があり、光ディスク７から戻ってきた−ｙ方向の伝
搬光以外に、光源１から出射・コリメートされたｙ方向
の伝搬光が入射するため、光の利用効率が減少するとい
う欠点がある。反射形集光ビームスプリッタ１５の断面
形状は矩形にし、回折効率を４０〜５０％にして、総合
的な光の利用効率を向上させた。【００３０】図１１は本発明の第七の実施例の光学ヘッ
ドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図で
ある。本発明の第七の実施例の光学ヘッドが、第六の実
施例の光学ヘッドと違う点は、光集光手段を透過形にし
、出射角が垂直である透過形対物レンズ４ａを用いた点
である。【００３１】図１２、図１３は本発明の第八の実施例の
光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す
、それぞれ側面図、平面図である。本発明の第八の実施
例の光学ヘッドが、第六の実施例の光学ヘッドと違う点
は、コリメータレンズをなくし、光集光手段である反射
形対物レンズ１４で、光源１からの伝搬光８を直接集光
して出射光９にする点と、位置信号検出光学手段として
、反射形ビームスプリッタ１６を用いた点である。コリ
メータレンズを省略することによって、一層小型化が可
能となった。本実施例で用いた反射形ビームスプリッタ
は、上面に反射層１１ａを設けた均一周期の直線状グレ
ーティングである。第六の実施例の反射形集光ビームス
プリッタ１５に比べて、パターン形状が簡単で、作製が
容易であった。【００３２】図１４は本発明の第九の実施例の光学ヘッ
ドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図で
ある。本発明の第九の実施例の光学ヘッドが、第八の実
施例の光学ヘッドと違う点は、光集光手段を透過形にし
、出射角が垂直である透過形対物レンズ４ａを用いた点
である。【００３３】図１７、図１８は本発明の第十の実施例の
光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す
、それぞれ側面図、平面図である。本発明の第十の実施
例の光学ヘッドが、第九の実施例の光学ヘッドと違う点
は、コリメータ手段を設けたことと、光源１と光検出器
６との配置である。コリメータ手段として、オフアキシ
ス形の反射形コリメータレンズ３ａを設け、その真下の
光伝搬路１３の裏面に光源１を配置し、その両隣に光検
出器６ａと６ｂ、６ｃと６ｄをならべた点である。光源
１と光検出器６の配置をほぼ平行に近づけることにより
、それぞれの位置合わせが楽になる。　　また、レンズ
３ａと４をオフアキシス型にして、組み合わせたことに
より、光源１の波長が変動しても、波長変動による回折
角の変化はお互いに打ち消す方向にあるため、光学特性
の劣化を防ぐということも可能となった。【００３４】図１７、図１８は本発明の第十一の実施例
の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示
す、それぞれ側面図、平面図である。本発明の第十一の
実施例の光学ヘッドが、第七の実施例の光学ヘッドと違
う点は、光集光手段である透過形対物レンズ４の出射角
を、垂直ではなく例えば３°程度の少しの角度だけ傾け
ることによって、ｙ軸方向への往路の伝搬光８（実線で
示す）のジグザグの伝搬角と光ディスク７の信号を有す
る−ｙ軸方向への復路の伝搬光８ａ（点線で示す）の伝
搬角を変化させ、往路と復路の伝搬路１３の表面１１ａ
、１１ｂでの反射位置を変えることができ、往路の伝搬
光８が位置信号検出光学手段としてもうけた反射形ツイ
ンレンズ５ａに入射させない配置が可能となり、すなわ
ち光利用効率を増大させることができ、同時に、不用光
がなくなるため、クロストークが減少し、ＳＮ比が向上
した。【００３５】図１９は本発明の第十二の実施例の光学ヘ
ッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図
である。本発明の第十二の実施例の光学ヘッドは、第十
一の実施例の光学ヘッドとほぼ同じであるが、構成要素
のうち、光源１と光検出器６は光伝搬路３の裏面に配置
したことである。光源１と光検出器６を裏面に配置する
ことにより、光ディスク７の存在を考慮せずにすむため
、配置の設計の自由度が大きくなる。また、基板２の裏
面に配置する光源１と光検出器６の制御回路から近くな
るため、配線が容易になる。【００３６】図２０は本発明の第十三の実施例の光学ヘ
ッドの基本構成と、光の伝搬の様子を示す平面図である
。本発明の第十二の実施例の光学ヘッドは、第一の実施
例の光学ヘッドとほぼ同じであるが、反射形コリメータ
レンズとして、反射形マイクロフレネルレンズ３ｂを用
い、反射形ツインレンズとして、反射形マイクロフレネ
ルレンズアレイ５ｄ，５ｅを用いた。第一の実施例のレ
ンズ３、５は良好な光学特性を有するが、本実施例のマ
イクロフレネルレンズは、外周になるほど周期が小さく
なる同心円のグレーティングで構成されているため、光
学特性が劣るが、作製は容易である。【００３７】以上説明した本発明の光学ヘッドでは、基
板が光伝搬路となっていたが、これは基板上に光伝搬路
を設けた構造でも良い。また、光伝搬路の表面または裏
面に反射層を設けた場合について説明したが、これは、
伝搬光の伝搬角が光伝搬路の臨界角よりも大きい場合に
は、反射層がなくても良い。さらに、以上説明した第一
から第十三までの実施例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可能で
あり、同様の効果を有する。【００３８】なお、第一から第十三までの実施例の説明
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、一般にいうレンズと同じである。又、本説明
では、光ディスク装置について述べたが、光学ヘッドを
用いた他の光学的記録装置についても同様の効果がある
のは言うまでもない。【００３９】【発明の効果】本発明によれば、各光学部品の位置合わ
せが容易で小形軽量、低価格化可能な光学ヘッドが実現
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光学ヘッドの基本構成
と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図

【図２】本発明
の第１の実施例の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、
集光の様子を示す平面図

【図３】本発明の第２の実施例
の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示
す側面図

【図４】本発明の第３の実施例の光学ヘッドの
基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図

【図５
】本発明の第３の実施例の光学ヘッドの基本構成と、光
の伝搬、集光の様子を示す平面図

【図６】本発明の第４
の実施例の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の
様子を示す側面図

【図７】本発明の第４の実施例の光学
ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す平面
図

【図８】本発明の第５の実施例の光学ヘッドの基本構
成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図

【図９】本発
明の第６の実施例の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬
、集光の様子を示す側面図

【図１０】本発明の第６の実
施例の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子
を示す平面図

【図１１】本発明の第７の実施例の光学ヘ
ッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図

【図１２】本発明の第８の実施例の光学ヘッドの基本構
成と、光の伝搬、集光の様子を示す側面図

【図１３】本
発明の第８の実施例の光学ヘッドの基本構成と、光の伝
搬、集光の様子を示す平面図

【図１４】本発明の第９の
実施例の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様
子を示す側面図

【図１５】本発明の第１０の実施例の光
学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す側
面図

【図１６】本発明の第１０の実施例の光学ヘッドの
基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す平面図

【図１
７】本発明の第１１の実施例の光学ヘッドの基本構成と
、光の伝搬、集光の様子を示す側面図

【図１８】本発明
の第１１の実施例の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬
、集光の様子を示す平面図

【図１９】本発明の第１２の
実施例の光学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様
子を示す側面図

【図２０】本発明の第１３の実施例の光
学ヘッドの基本構成と、光の伝搬、集光の様子を示す平
面図

【図２１】従来の光学ヘッドの構成図

【符号の説明】

１　　光源２　　基板３　　反射形コリメータレンズ（コリメータ手段）４　
　透過形対物レンズ（光集光手段）５　　反射形ツイン
レンズ（位置信号検出光学手段）６　　光検出器７　　光ディスク８　　伝搬光９　　出射光１０　　反射光１１　　反射層１２　　透過形ツインレンズ（位置信号検出光学手段）
１３　　光伝搬路１４　　反射形対物レンズ（光集光手段）１５　　反射
形集光ビームスプリッタ（位置信号検出光学手段）１６　　反射形ビームスプリッタ（位置信号検出光学手
段）１７　　レーザ光１８　　コリメータレンズ１９　　ビームスプリッタ２０　　対物レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ジグザグ状に光が伝搬する光伝搬路を
設けた基板と、光集光手段と、光源と、光検出器と、位
置信号検出光学手段から構成され、上記光伝搬路の厚さ
及び幅は伝搬光波長の１０倍以上であって、上記光源か
らの光を上記光伝搬路に導き、上記伝搬光を上記光集光
手段で集光して光ディスクに出力し、上記光ディスクか
らの反射光を、上記光集光手段、あるいは第２の光集光
手段に入力し、上記位置信号検出光学手段に導き、上記
位置信号検出光学手段からの出力光を上記光検出器に導
くことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】　　光伝搬路の厚さ及び幅は、伝搬光波長
の１００倍以上であることを特徴とする請求項１または
２に記載の光学ヘッド。
【請求項３】　　基板を光伝搬路とし、上記光伝搬路の
表面、または裏面に反射層を設けることを特徴とする請
求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項４】　　光集光手段、及び位置信号検出光学手
段は回折光学素子であり、上記回折光学素子は光伝搬路
上もしくは光伝搬路中に設けたことを特徴とする請求項
１に記載の光学ヘッド。
【請求項５】　　光検出器または光源のうちの少なくと
も１つは、光伝搬路上もしくは光伝搬路中に設けたこと
を特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項６】　　光集光手段と位置信号検出光学手段は
、光伝搬路上の光ディスク側（表側）に設け、光源と光
検出器は上記光伝搬路の裏面側に設けたことを特徴とす
る請求項第３に記載の光学ヘッド。
【請求項７】　　光集光手段は、入射側と出射側のうち
、入出射光がより平方光に近い方を凹側にした、伝搬光
の伝搬方向に向かって左右対称の楕円曲線の一部である
弓なりの（または放物線状）の曲線グレーティングから
構成されたものであることを特徴とする請求項４に記載
の光学ヘッド。
【請求項８】　　位置信号検出光学手段は、少なくとも
２つの回折光学レンズ素子からなるレンズアレイである
ことを特徴とする請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項９】　　光伝搬路上にコリメータ手段を設け、
光源からの伝搬光を、上記コリメータ手段でコリメート
した後、光集光手段に導くことを特徴とする請求項１に
記載の光学ヘッド。
【請求項１０】　　コリメータ手段は、複数のグレーテ
ィングと、上記グレーティング上に設けた反射層からな
り、上記グレーティングのパターン形状は、伝搬光の光
軸方向に長軸を有する楕円形であり、上記楕円形の中心
位置は、上記グレーティングの外周部にいくにしたがっ
て、上記伝搬光の進行方向に、徐々にずれていることを
特徴とする請求項９に記載の光学ヘッド。
【請求項１１】　　光源からコリメータ手段への光軸は
、光伝搬路に対して垂直にしたことを特徴とする請求項
９に記載の光学ヘッド。
【請求項１２】　　位置信号検出光学手段から光検出器
への光軸は、光伝搬路に対して垂直にしたことを特徴と
する請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１３】　　位置信号検出検出光学手段は、第２
の光集光手段を兼ねていることを特徴とするを請求項１
に記載の光学ヘッド。
【請求項１４】　　光集光手段は、複数のグレーティン
グと上記グレーティング上に設けた反射層からなる反射
形の回折光学素子であり、上記グレーティングのパター
ン形状は入射側と出射側のうち、入出射光がより平方光
に近い方を凹側にした、伝搬光の伝搬方向に向かって左
右対称の楕円曲線の一部である弓なりの（または放物線
状）の曲線グレーティングから構成されたものであるこ
とを特徴とする請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項１５】　　光源と光集光手段の間の光伝搬路上
に、反射形ビームスプリッタ、あるいは反射形集光ビー
ムスプリッタを設けたことを特徴とする請求項１に記載
の光学ヘッド。
【請求項１６】　　光集光手段から光ディスクへの出力
側の光軸は、上記光ディスクから上記集光手段への入力
側の光軸に対して、傾けることを特徴とする請求項１に
記載の光学ヘッド。
【請求項１７】　　光集光手段及びコリメータ手段は、
オフアキシス形の回折光学レンズであることを特徴とす
る請求項９に記載の光学ヘッド。
【請求項１８】　　反射層の上に保護層を設けたことを
特徴とする請求項３、１０、または１４に記載の光学ヘ
ッド。
【請求項１９】　少なくとも光集光手段と位置信号検出
光学手段を同時に含む金型を作製し、上記金形を用いて
、上記光集光手段と上記位置信号検出光学手段を同時に
複製することを特徴とする請求項４に記載の光学ヘッド
の製造方法。