JPH09115173A

JPH09115173A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JPH09115173A
Application number: JP7268887A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Takeda; 正武田; Hisao Isobe; 尚夫磯部
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】加工が容易で精度を出し易く、かつ製造費の
増大や装置の大型化を生ずることなく、また特別な組立
の手間を必要としない。【解決手段】対物レンズ２と例えばレーザーダイオー
ドからなる光源３と他の光学素子４，５とを備える。対
物レンズ２の焦点の位置Ｆとは異なる位置Ｆ’に該対物
レンズ２を透過したビームを合焦させる機能を有するホ
ログラム４を、表面形状が対物レンズ２の表面に比べて
緩やかな曲面であると共に固有の機能を有する光学素
子、例えばコリメートレンズ５等の表面に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置等
に組み込まれる光ヘッド装置に関する。更に詳述する
と、本発明は、１つの光源からのビームを１つの対物レ
ンズで２カ所に合焦させる２焦点光ヘッド装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】デジタル記録媒体であるＣＤ（コンパク
トディスク）及びＤＶＤ（デジタルビデオディスク）の
ように厚さや記録密度等が異なる複数種類の光ディスク
の再生を行う光ディスク装置では、それぞれの光ディス
クを再生するためにレーザー光の焦点位置やスポットの
大きさ等を各光ディスクに対応したものに切り替える必
要がある。このために使用される従来の光ヘッド装置と
しては、例えば特開昭５４−１９３２９号や特開平５−
３０３７６６号に開示されているように、一方の種類の
光ディスクの再生用の対物レンズで他方の種類の光ディ
スクの再生を行う際に生ずる収差を補正する光学素子
を、光源から光ディスクまでの光学系の光路中に出し入
れ可能としているものがある。

【０００３】また、焦点距離の異なる２つの対物レンズ
を切り替え可能に搭載した光ヘッド装置も知られてい
る。この光ヘッド装置では、再生する光ディスクに対応
して各対物レンズを切り替えて用いている。

【０００４】さらに、対物レンズの光源側の表面に対物
レンズの焦点位置とは異なる位置に焦点を結ぶホログラ
ムを設けた光ヘッド装置も開発されている。また、対物
レンズの光源側の近傍に、該対物レンズの焦点位置と異
なる位置に対物レンズを透過したビームを合焦させる機
能を有するホログラム素子板を配設した光ディスク装置
も開発されている。これらの光ヘッド装置では、ホログ
ラムにより回折される回折光と、回折されない非回折光
とが別個に合焦されて同じ光軸上に２焦点を結ぶ。した
がって、各ビームの合焦位置を対応する種類の光ディス
クの記録面に位置させ、その光ディスクの再生を行って
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学系
の途中に収差補正用の光学素子を出し入れする光ヘッド
装置では、光ヘッド装置として本来必要とされる最低限
の光学素子の他に、光学素子及びその出し入れ機構を設
ける必要がある。また、対物レンズホルダに２つの対物
レンズを備えた光ヘッド装置では、第２の対物レンズ及
び各対物レンズの切替機構を設ける必要がある。さら
に、対物レンズの近傍にホログラム素子板を配設した光
ヘッド装置では、ホログラム素子板を設ける必要があ
る。このため、これらの光ヘッド装置では部品点数が増
大してしまうので、光ヘッド装置の製造費の増大や大型
化を招いてしまう。また、光学素子の出し入れ機構や対
物レンズの切替機構は、動作が不安定となることもあ
る。

【０００６】また、新たに追加される収差補正用光学素
子や第２の対物レンズ、ホログラム素子板の位置調整や
光軸調整の作業が必要となるので、組立作業が煩雑とな
ってしまう。このため、製造コストがさらに増大すると
共に、組立・調整作業に時間がかかる問題を伴う。

【０００７】一方、対物レンズの表面にホログラムを一
体成形する場合、対物レンズの光源側の表面は曲率が大
きいため、加工が難しく精度を出し難い等の問題を有し
ている。

【０００８】そこで、本発明は、加工が容易で精度を出
し易く、かつ製造費の増大や装置の大型化を生ずること
なく、また特別な組立の手間を必要としない２焦点光ヘ
ッド装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１の光ヘッド装置は、対物レンズと光源と他
の光学素子とを備えた光ヘッド装置において、対物レン
ズの焦点の位置とは異なる位置に該対物レンズを透過し
たビームを合焦させる機能を有するホログラムを、表面
形状が平面であるかあるいは対物レンズの光源側の表面
に比べて緩やかな曲面であると共に固有の機能を有する
光学素子の表面に設けている。

【００１０】したがって、固有の機能を有する光学素子
にホログラムを設けているので、ホログラム素子板のよ
うなホログラムの機能のみを有する光ヘッド装置として
は本来必要としなかった光学素子を別途設ける必要はな
い。また、ホログラムを設ける光学素子の表面形状を平
面であるかあるいは対物レンズの光源側の曲率の大きな
表面に比べて緩やかな曲面としているので、該光学素子
とホログラムとを一体モールド成形する金型は容易に高
精度に形成される。さらに、ホログラムを設けた光学素
子の位置調整を行う際は、該光学素子の固有の機能に対
する調整を行うことによりホログラムの機能に対する調
整も行われる。

【００１１】また、請求項２の光ヘッド装置は、光学素
子をコリメートレンズとしている。したがって、コリメ
ートレンズの表面形状は対物レンズの光源側の表面に比
べて緩やかな曲面であるか平面であるので、ホログラム
はコリメートレンズに高精度で設けられる。

【００１２】さらに、請求項３の光ヘッド装置は、光学
素子を光路分岐光学手段とし、その対物レンズ側の表面
に設けたものとしている。したがって、光路分岐光学手
段の対物レンズ側の表面形状は平面であるので、ホログ
ラムは光路分岐光学手段に高精度で設けられる。

【００１３】また、請求項４の光ヘッド装置は、光学素
子を偏光ビームスプリッタと１／４波長板とからなるも
のとし、１／４波長板の表面あるいは偏光ビームスプリ
ッタの表面に設けたものとしている。したがって、１／
４波長板や偏光ビームスプリッタの表面形状は平面であ
るので、ホログラムは１／４波長板あるいは偏光ビーム
スプリッタに高精度で設けられる。

【００１４】さらに、請求項５の光ヘッド装置は、光学
素子を光源からのビームを反射する立ち上げミラーの表
面に設けたものとしている。したがって、立ち上げミラ
ーの表面形状は平面であるので、ホログラムは立ち上げ
ミラーに高精度で設けられる。

【００１５】請求項６の光ヘッド装置は、ホログラムを
凹レンズの機能を有したものとしている。したがって、
光源から発せられたビームのうちホログラムにより回折
された回折ビームは、ホログラムを透過しなかったりま
た透過しても回折されなかった非回折ビームに比べ拡散
される。この拡散された回折ビームが、対物レンズに入
射して合焦される。これにより、非回折ビームは対物レ
ンズの焦点位置で合焦し、回折ビームは該焦点位置より
も対物レンズから離隔した同じ光軸上の位置で合焦する
ことになる。

【００１６】請求項７の光ヘッド装置は、ホログラムを
凸レンズの機能を有したものとしている。したがって、
光源から発せられたビームのうち回折ビームは、非回折
ビームに比べ集光される。この集光された回折ビーム
が、対物レンズに入射して合焦される。これにより、非
回折ビームは対物レンズの焦点位置で合焦し、回折ビー
ムは該焦点位置よりも対物レンズに近接した同じ光軸上
の位置で合焦することになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態に基づいて詳細に説明する。

【００１８】図１に示すように、本発明の第１の実施形
態の光ヘッド装置１は、対物レンズ２と例えばレーザー
ダイオードからなる光源３と他の光学素子４，５とを備
え、対物レンズ２の焦点の位置Ｆとは異なる位置Ｆ’に
該対物レンズ２を透過したビームを合焦させる機能を有
するホログラム４を、表面形状が対物レンズ２の表面に
比べて緩やかな曲面であると共に固有の機能を有する光
学素子であるコリメートレンズ５の表面に設けて構成さ
れている。

【００１９】本実施形態では、対物レンズ２及び光源３
以外の光学素子４，５は、対物レンズ２と光源３との間
に配置されたコリメートレンズ５と、該コリメートレン
ズ５の表面に設けられたホログラム４と、光源３及びコ
リメートレンズ５の間に配置された図示しないハーフミ
ラーとにより構成されている。また、ハーフミラーは、
コリメートレンズ５及び対物レンズ２の間に配置したも
のであっても構わない。さらに、光源３をレーザーダイ
オードとしているが、これに限らず他の発光素子として
も構わない。

【００２０】コリメートレンズ５の形状は、対物レンズ
２側の表面の曲率よりも光源３側の表面の曲率を小さく
した形状とされている。この光源３側の表面の形状は、
平面であっても構わない。そして、この光源３側の表面
には、凹レンズの機能を有するホログラム４がコリメー
トレンズ５と共に一体成形により形成されている。この
コリメートレンズ５は、例えばプラスチックやガラス等
のモールドで成形される。ここで、ホログラム４は曲率
の小さい曲面上に形成されるので、モールド用の金型を
容易に高精度に製造することができる。なお、ホログラ
ム４はコリメートレンズ５と一体成形されていなくても
構わない。例えば、コリメートレンズ５をガラス等で形
成してから、このコリメートレンズ５の表面にプラスチ
ック製のホログラム４を貼り付けても構わない。

【００２１】ホログラム４の各格子の形状は、外周側を
光軸Ｓと平行な円筒面とすると共に、内周側を光源３か
ら離れるにつれて光軸Ｓに近接する截頭円錐面とする形
状とされている。これにより、ホログラム４により回折
されるビームの＋１次回析光と−１次回析光とのうち、
発散しながら対物レンズ２に入射する−１次回析光のみ
を生じさせることができる。すなわち、ホログラム４を
透過したビームは、回折された場合は−１次回析光とな
って拡散し、回折されなかった場合は０次光となってそ
のまま通過する。このため、不要な＋１次回析光の発生
を抑えて、ビームの利用効率を向上させることができ
る。

【００２２】また、ホログラム４の各格子は、コリメー
トレンズ５の中央部から離れるにつれて格子周期が小さ
くなる周期変調型とされている。このため、ホログラム
４により回折されたビームの光ディスク６，６’の記録
面上でのスポットの収差を低減することができる。さら
に、ホログラム４の平均格子周期を変更することによ
り、ビームの拡散する角度が変更される。このため、対
物レンズ２による−１次回折光の合焦位置が変更され
る。また、ホログラム４の格子の高さを変更することに
より、−１次回析光と回折されない０次光との光量のバ
ランスを変更することができる。

【００２３】光源３により発生されたビームは、図示し
ないハーフミラーを透過し、コリメートレンズ５で屈折
されて平行ビームとなる。ここで、ホログラム４を透過
したビームのうち、０次光も平行ビームとされている。
この平行ビームは、対物レンズ２に入射して集光され、
該対物レンズ２の焦点の位置Ｆで合焦される。これと同
時に、光源３により発生されたビームの一部は、ホログ
ラム４により回折されて−１次回折光とされる。この−
１次回折光は、コリメートレンズ５により平行よりも僅
かに拡散するビームとされる。このビームは、対物レン
ズ２で集光されて対物レンズ２の焦点の位置Ｆよりも所
定距離だけ遠方の位置Ｆ’で合焦される。

【００２４】上述した光ヘッド装置１により光ディスク
６，６’の再生を行う時は、再生する光ディスク６，
６’の厚さを検出してから光ヘッド装置１を光ディスク
６，６’に近づける。ホログラム４で回析されたビーム
の合焦する位置Ｆ’が記録面に位置したときに、第１の
合焦が検出される。ここで、光ディスク６’が厚いもの
であれば、光ヘッド装置１の移動が停止され、再生可能
な状態となる。光ディスク６が薄いものであれば、さら
に光ヘッド装置１を光ディスク６に近接させる。そし
て、ホログラム４で回折されないビームの合焦する対物
レンズ２の焦点位置Ｆが記録面に位置したときに、第２
の合焦が検出される。ここで、光ヘッド装置１の移動が
停止され、再生可能な状態となる。

【００２５】本実施形態の光ヘッド装置１を例えばＣＤ
とＤＶＤとを再生可能な光ディスク装置に装着した場合
は、以下のようになる。ＣＤは、厚さ１．２ｍｍ、光源
波長７８０ｎｍ、対物レンズＮＡ（開口数）０．４５と
される。ＤＶＤは、厚さ０．６ｍｍ、光源波長約６５０
ｎｍ、対物レンズＮＡ０．６０とされる。ここで、本実
施形態の光源３の波長をＤＶＤ用に約６５０ｎｍに設定
すれば、ＣＤの読み出しの際には、波長が短くなった
分、対物レンズＮＡを約０．３８に小さくすることがで
きる。このため、コリメートレンズ５の有効径（図中実
線の光束の範囲）の全体にホログラム４を形成する必要
はなく、中央付近のＮＡ＝０．３８に相当する範囲に形
成すれば良い。なお、他の種類の光ディスクの再生に対
しては、ＮＡの値に応じてコリメートレンズ５の有効径
に対するホログラム４の大きさを変更する。例えば、Ｄ
ＶＤよりも更に大きなＮＡを必要とする光ディスクの再
生に対しては、コリメートレンズ５の有効径全体にホロ
グラム４を形成することもあり得る。

【００２６】この実施形態によれば、拡散ビームを屈折
させて平行ビームにするコリメートレンズ５にホログラ
ム４を設けているので、ホログラム素子板のようなホロ
グラムの機能のみを有する光学素子を配置していない。
このため、部品点数を減少することができ、製造費も低
減される。また、コリメートレンズ５の位置調整の作業
を行うことにより、ホログラム４の位置調整が同時にな
される。このため、ホログラム４の位置調整の作業が不
要となり、光ヘッド装置１の組立を迅速に行うことがで
きる。

【００２７】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、ホログラム４を凸レンズの機能を有する
ものとしても構わない。また、ホログラム４をコリメー
トレンズ５以外の光学素子に設けても構わない。以下、
ホログラム４の形状や取付位置の変更による他の実施形
態を説明する。但し、これらの実施形態に限定されない
ことは勿論である。

【００２８】第２の実施形態は、図２に示すように、第
１の実施形態のホログラム４を凸レンズの機能を有する
ホログラム４としている。このホログラム４は、該ホロ
グラム４により回折されるビームの＋１次回析光と−１
次回析光とのうち、収束しながら対物レンズ２に入射す
る＋１次回析光のみを生じさせている。このため、ホロ
グラム４に入射したビームは、回折された場合に集光さ
れる。この回折光は、対物レンズ２の焦点位置Ｆよりも
該対物レンズ２に近接した位置Ｆ’で合焦される。第２
の実施形態によれば、ホログラム４で回折されなかった
ビームが合焦する焦点位置Ｆを厚い光ディスク６の記録
面に合致させ、回折されたビームが合焦する位置Ｆ’を
薄い光ディスク６’の記録面に合致させることにより、
各光ディスク６，６’の再生を行うことができる。

【００２９】第３の実施形態は、図３に示すように、凹
レンズの機能を有するホログラム４をコリメートレンズ
５の対物レンズ２側の表面に設けている。なお、凸レン
ズの機能を有するホログラム４を設けても構わない。本
実施形態によれば、コリメートレンズ５を図示しないレ
ンズホルダに保持させる際に光源３側の曲率の小さい表
面側を取り付けても、ホログラム４がレンズホルダに干
渉することがなく容易に取付作業を行うことができる。

【００３０】第４の実施形態は、図４に示すように、対
物レンズ２とコリメートレンズ５との間に配置した光路
分岐光学手段としてのキューブ型のハーフミラー７の対
物レンズ２側の表面に、凹レンズの機能を有するホログ
ラム４を設けている。なお、凸レンズの機能を有するホ
ログラム４を設けても構わない。また、ハーフミラー７
の光源３側の表面にホログラム４を設けても構わない。
この実施形態によれば、ハーフミラー７の表面は平面な
ので、ホログラム４の形成を容易に行うことができる。

【００３１】第５の実施形態では、図５に示すように、
コリメートレンズ５と対物レンズ２との間に偏光ビーム
スプリッタ８と１／４波長板９とを配置している。そし
て、１／４波長板９の対物レンズ２側の表面に凹レンズ
の機能を有するホログラム４を設けている。なお、凸レ
ンズの機能を有するホログラム４を設けても構わない。
また、ホログラム４を、１／４波長板９の光源３側の表
面に設けても構わない。さらに、ホログラム４を、偏光
ビームスプリッタ８の光軸Ｓ上の表面に設けても構わな
い。

【００３２】この実施形態では、コリメートレンズ５を
透過した直線偏光であるビームのほぼ全量が偏光ビーム
スプリッタ８を透過される。このビームは１／４波長板
９を透過する際に、円偏光に変更される。そして、一部
のビームはホログラム４により回折される。さらに、ビ
ームは対物レンズ２で集光されて合焦し、光ディスク
６，６’で反射されて再び対物レンズ２を透過する。こ
の反射ビームは、１／４波長板９を透過した後、直線偏
光に変更される。このため、偏光ビームスプリッタ８の
内部では、入射ビームと反射ビームとは位相が９０度ず
れている。反射ビームのほぼ全量が偏光ビームスプリッ
タ８で反射され、図示しない検出用のフォトダイオード
に入射される。本実施形態は、ビームの利用効率が大き
いため、書換型光ディスクやＤＶＤへの利用に適してい
る。また、偏光ビームスプリッタ８や１／４波長板９の
表面は平面なので、ホログラム４の形成を容易に行うこ
とができる。

【００３３】第６の実施形態は、図６に示すように、光
源３及びコリメートレンズ５の光軸Ｓと対物レンズ２の
光軸Ｓとを直交させ、各光軸Ｓの交点に各光軸Ｓと４５
度傾斜した全反射ミラーからなる立ち上げミラー１０を
配置している。そして、立ち上げミラー１０の反射面
に、凹レンズの機能を有するホログラム４を設けてい
る。なお、凸レンズの機能を有するホログラム４を設け
ても構わない。また、コリメートレンズ５と立ち上げミ
ラー１０との間には、図示しないハーフミラーが配置さ
れている。

【００３４】この実施形態によれば、光源３から光ディ
スク６，６’までの光軸Ｓを直角に曲折しているので、
光ディスク６，６’に垂直な方向の光ヘッド装置１の厚
さを小さくすることができる。このため、光ヘッド装置
１の小型化を図ることができる。また、立ち上げミラー
１０の表面は平面なので、ホログラム４の形成を容易に
行うことができる。なお、本実施形態のホログラム４
を、プレート型のハーフミラーや偏光ビームスプリッタ
のミラー面に設けても構わない。

【００３５】以上に述べた第２から第６の実施形態の光
ヘッド装置１であっても、部品点数を減少でき、またホ
ログラム４の位置調整を要せず、しかも平面か緩やかな
曲面上にホログラム４を設けているので、製造費を低減
し組立作業の迅速化を図ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１の光ヘッド装置は、固有の機能を有する光学素子にホ
ログラムを設けているので、ホログラム素子板のような
ホログラムの機能のみを有する光学素子を別途設ける必
要がなく、その分だけ部品点数を減少でき、製造費を低
減することができる。また、ホログラムを設ける光学素
子の表面形状を平面であるかあるいは対物レンズの光源
側の曲率の大きな表面に比べて緩やかな曲面としている
ので、対物レンズの光源側の表面に形成する場合に比べ
てホログラムの形状が単純となり、加工が容易となる。
例えば、光学素子とホログラムとを一体モールド成形す
る金型を容易に高精度に形成することができる。このた
め、金型の製造費を低減でき、光ヘッド装置の製造費も
低減することができる。また、形成するホログラムの精
度を向上させることができる。

【００３７】さらに、ホログラムを設けた光学素子の位
置調整を行う際は、該光学素子の固有の機能に対する調
整を行うことによりホログラムの機能に対する調整も行
われる。このため、ホログラムの位置調整の作業は必要
なく、光ヘッド装置の組立作業の迅速化を図ることがで
きる。

【００３８】そして、請求項２の光ヘッド装置は、光学
素子をコリメートレンズとしている。また、請求項３の
光ヘッド装置は、光学素子を光路分岐光学手段とし、そ
の対物レンズ側の表面に設けたものとしている。さら
に、請求項４の光ヘッド装置は、光学素子を偏光ビーム
スプリッタと１／４波長板とからなるものとし、１／４
波長板の表面あるいは偏光ビームスプリッタの表面に設
けたものとしている。また、請求項５の光ヘッド装置
は、光学素子を光源からのビームを反射する立ち上げミ
ラーの表面に設けたものとしている。したがって、各光
学素子の表面形状は対物レンズの光源側の表面に比べて
緩やかな曲面であるか平面であるので、ホログラムを各
光学素子に高精良く設けることができる。

【００３９】また、請求項６の光ヘッド装置はホログラ
ムを凹レンズの機能を有したものとしているので、ホロ
グラムで回折されたビームが合焦する位置は、ホログラ
ムで回折されなかったビームが合焦する対物レンズの焦
点位置よりも対物レンズから離隔した位置とすることが
できる。

【００４０】さらに、請求項７の光ヘッド装置はホログ
ラムを凸レンズの機能を有したものとしているので、ホ
ログラムで回折されたビームが合焦する位置は、ホログ
ラムで回折されなかったビームが合焦する対物レンズの
焦点位置よりも対物レンズに近接した位置とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ヘッド装置の第１の実施形態の光学
系を示す概念図である。

【図２】本発明の光ヘッド装置の第２の実施形態の光学
系を示す概念図である。

【図３】本発明の光ヘッド装置の第３の実施形態の光学
系を示す概念図である。

【図４】本発明の光ヘッド装置の第４の実施形態の光学
系を示す概念図である。

【図５】本発明の光ヘッド装置の第５の実施形態の光学
系を示す概念図である。

【図６】本発明の光ヘッド装置の第６の実施形態の光学
系を示す概念図である。

【符号の説明】

１光ヘッド装置２対物レンズ３光源４ホログラム５コリメートレンズ６，６’ 光ディスク７ハーフミラー（光路分岐光学手段）８偏光ビームスプリッタ９１／４波長板１０立ち上げミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズと光源と他の光学素子とを備
えた光ヘッド装置において、前記対物レンズの焦点の位
置とは異なる位置に該対物レンズを透過したビームを合
焦させる機能を有するホログラムを、表面形状が平面で
あるかあるいは対物レンズの光源側の表面に比べて緩や
かな曲面であると共に固有の機能を有する前記光学素子
の表面に設けたことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記光学素子は、コリメートレンズであ
ることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】前記光学素子は光路分岐光学手段であ
り、その対物レンズ側の表面に設けたものであることを
特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項４】前記光学素子は偏光ビームスプリッタと
１／４波長板とからなり、前記１／４波長板の表面ある
いは前記偏光ビームスプリッタの表面に設けたものであ
ることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項５】前記光学素子は、前記光源からのビーム
を反射する立ち上げミラーの表面に設けたものであるこ
とを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項６】前記ホログラムは、凹レンズの機能を有
していることを特徴とする請求項１から請求項５までの
いずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項７】前記ホログラムは、凸レンズの機能を有
していることを特徴とする請求項１から請求項５までの
いずれかに記載の光ヘッド装置。