JPH09147407A

JPH09147407A - 光ヘッド

Info

Publication number: JPH09147407A
Application number: JP7304108A
Authority: JP
Inventors: Sadao Mizuno; 定夫水野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎ確保のため受光光量を要する高密度光
ディスクと、複屈折の大きな光ディスクとの両方を再生
する、２焦点光ヘッドを提供する。【解決手段】光源１の直線偏光の放射光束を複数の光
束に分割する光束分割手段４と、分割された光束の１つ
を照射光束として略円偏光に偏光する波長板５と、この
照射光束を光ディスク１０ａに収束しその反射光１１を
集光する対物レンズ７と、集光された反射光束を、上記
波長板５と上記光束分割手段４を経て受光する光検出器
１４とを具備し、上記光束分割手段４は、放射光束から
照射光束を分割する時のパワー効率をＥ１、反射光束に
おける照射光束の偏光方向に対して直交する偏光成分を
光検出器１４に伝達する時のパワー効率をＥ２とし、Ｅ
２＞Ｅ１の構成にした光ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクに情報
を光学的に記録または再生する光ディスク装置の光ヘッ
ドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ヘッドに用いられる対物レンズは、光
ディスクの厚みを考慮して設計されており、この設計値
と異なる厚みの光ディスクに対しては、球面収差が生じ
て収束性能が劣化し、記録や再生が困難になる。このた
め、従来、コンパクトディスク（以下ＣＤと称す）やビ
デオディスクあるいはデータ用の光磁気ディスク等はす
べて厚みが１．２ｍｍであった。従って、１つの光ヘッ
ドで種類の異なる光ディスクを記録再生することが可能
であった。

【０００３】一方、近年、光ディスクの高密度化を図る
ため、対物レンズの開口数を大きくすることが検討され
ている。しかし、対物レンズの開口数を大きくすると、
光学的な分解能が向上し、記録再生のできる周波数帯域
を広げることができるが、光ディスクに例えば傾きがあ
ると、コマ収差が増加するという問題がある。すなわ
ち、光ディスクのそりと光ディスクを装着するときの傾
きにより、光ディスクは対物レンズに対して傾きを持っ
ており、収束した光スポットにコマ収差が発生する。こ
のコマ収差のために開口数を上げても収束性能が上らな
くなる。そこで、対物レンズの開口数を大きくしてもコ
マ収差が大きくならないように、光ディスクの厚みを
０．６ｍｍまで薄くして高密度化を図っている。

【０００４】しかし、光ディスクの厚みを薄くした場
合、その光ディスクを記録再生する対物レンズでは従来
の光ディスクを再生できなくなり、従来の光ディスクと
の間で互換性を保つことができなくなる。

【０００５】このため、図５に示すような２焦点光ヘッ
ドが提案されている。図５において、半導体レーザ４１
から出射した放射光束は、集光レンズ４２により集光さ
れて平行な光ビーム４３となる。この光ビーム４３はＰ
偏光で、偏光ビームスプリッター４４に入射するように
構成されている。このため、偏光ビームスプリッター４
４に入射した光ビーム４３は、ほぼ全てここを透過し、
１／４波長板４５で略円偏光に変換された後、反射ミラ
ー４６で光路を曲げられて対物レンズ７に入射する。

【０００６】この対物レンズ７の入射面には、その内周
部に、ホログラム８が形成されている。このホログラム
８は、ブレーズドホログラムになっており、高次の回折
光が抑制されるようになっている。このため、ホログラ
ム８を通過する光は、主にこのホログラムで回折する１
次回折光と、回折の影響を受けない０次回折光とに分け
られる。

【０００７】１次回折光は、対物レンズ７により絞り込
まれ光スポット９ａを形成し、０次回折光は、ホログラ
ム８が形成されていない外周部を通過する光と共に対物
レンズ７により絞り込まれ、光スポット９ｂを形成す
る。

【０００８】なお、光スポット９ａは、１．２ｍｍ厚の
光ディスク１０ａを再生するためのもので、光スポット
９ｂは、０．６ｍｍ厚の光ディスク１０ｂを記録再生す
るためのものである。

【０００９】図６（ａ）は、光ディスク１０ａの情報記
録媒体面上に光スポット９ａが収束された状態を示し、
図６（ｂ）は、光ディスク１０ｂの情報記録媒体面上に
光スポット９ｂが収束された状態を示している。

【００１０】厚さ１．２ｍｍの光ディスク１０ａを再生
する場合は、光スポット９ａが光ディスク１０ａの記録
媒体面上に形成されるように制御し、厚さ０．６ｍｍの
光ディスク１０ｂを記録再生する場合は、光スポット９
ｂが光ディスク１０ｂの記録媒体面上に形成されるよう
に制御することによって、厚みの異なる光ディスク１０
ａ、１０ｂを１つの対物レンズで記録再生することがで
きるように構成している。なお、図５は、光ディスク１
０ａに光スポット９ａが収束された状態を示している。

【００１１】次に、光ディスク１０ａもしくは１０ｂか
ら反射した反射光４７ａまたは４７ｂ（図示せず）は、
再び対物レンズ７、ホログラム８、反射ミラー４６およ
び１／４波長板４５を通り、偏光ビームスプリッター４
４に入射する。光ディスクに複屈折がない場合、反射光
４７ａ、４７ｂは１／４波長板４５の作用によりＳ偏光
になるため、偏光ビームスプリッター４４で反射して、
絞りレンズ４８とシリンドリカルレンズ４９を通り、光
検出器５０に受光される。光検出器５０は、再生信号を
検出すると共に、非点収差法によりフォーカス制御信号
を、位相差法によりトラッキング制御信号を検出するよ
う構成されている。

【００１２】上記の構成において、厚さ０．６ｍｍの光
ディスク１０ｂは高密度光ディスクであり、複屈折が小
さくなるように製造されている。この高密度光ディスク
には一方の面から数十μｍの層を介して２面を再生する
２層ディスクがあり、反射光量が低下するため、１面の
みのＣＤ再生より多くの光量を必要とする。さらに、高
周波域のＳＮ比を確保するためにも光量を減らすことは
困難である。

【００１３】このため、高密度光ディスクに用いる光ヘ
ッドでは、反射光と照射光の分離に偏光ビームスプリッ
ターを使用して、分離に伴う光量損失を最小限にとどめ
ている。

【００１４】一方、厚さ１．２ｍｍの光ディスク１０ａ
はＣＤ等であり、規格外の大きな複屈折をもつものが市
場に出回っている。そこで、高密度光ディスクほどの光
量を必要としないＣＤでは、反射光と照射光の分離をハ
ーフミラーで行っており、分離に伴う光量損失は大きい
が複屈折の影響を受けないため、規格外の大きな複屈折
の光ディスク１０ａにも対応できる。

【００１５】しかし、１つの光ヘッドで、高密度光ディ
スクとＣＤとを再生する共用の光ヘッドにおいては、高
密度光ディスク用に十分な光量を確保することと、ＣＤ
用に大きな複屈折に対応するという相反する課題に対応
する必要がある。しかし、これに十分応えられる光ヘッ
ドはなく、上記従来例のような構成をとっており、光デ
ィスク１０ａの複屈折が大きい場合は、反射光４７ａの
多くは偏光ビームスプリッター４４を透過してしまい、
光検出器５０に到達する光量が低下し再生が困難にな
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来のような構成で
は、偏光を利用して、光源からの光と光ディスクからの
反射光とを分離するため、光ディスクの複屈折が大きく
なると対応できなくなる。

【００１７】すなわち、例えばＣＤの複屈折は大きく、
実際に市販されているものの中には１／２波長近くに達
するものがある。一方、光ディスクに複屈折がない場合
は、反射光４７ａ、４７ｂは１／４波長板の作用によ
り、Ｓ偏光で偏光ビームスプリッタ４４に入射するが、
光ディスクに１／２波長の複屈折がある場合には、反射
光４７ａ、４７ｂはＰ偏光で偏光ビームスプリッター４
４に入射し、ここを透過して半導体レーザ４１に帰還し
てしまう。このため、光検出器５０には反射光が到達せ
ず再生ができなくなる。このように、光ディスクの複屈
折が１／２波長にならないまでも、甚だしく大きい場合
は光検出器５０に到達する光量が極度に低下し、再生が
困難になる。

【００１８】このため一般のＣＤ用の光ヘッドは、ハー
フミラーによって光源からの光と光ディスクからの反射
光を分離している。また、高密度光ディスクでは、収束
性能を向上させるために、光ビーム４３は、中心の光強
度に対する周辺の光強度の比を大きくしており、光の取
り込み率が小さくなっている。

【００１９】さらに、２層ディスクによる反射光量の低
下、高周波成分のＳ／Ｎ比向上のための光量確保のた
め、ハーフミラーを用いることは困難である。

【００２０】また、従来例の光ヘッドように、偏光ビー
ムスプリッターを用いた偏光による分離では、上記のよ
うに大きな複屈折の光ディスクには対応できないという
問題がある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、この
光源から放射される直線偏光の放射光束を、実質的に光
束径を変えることなく複数の光束に分割する光束分割手
段と、この光束分割手段によって分割された光束の少な
くとも１つを照射光束として略円偏光に偏光する波長板
と、この波長板を経た照射光束を光情報媒体に収束する
とともにその反射光を集光する対物レンズと、この対物
レンズによって集光された反射光束を、上記波長板と上
記光束分割手段を経た後に受光する光検出器とを具備
し、上記光束分割手段は、上記放射光束から照射光束を
分割するときのパワー効率をＥ１、上記反射光束におけ
る上記照射光束の偏光方向に対して直交する偏光成分を
光検出器に伝達するときのパワー効率をＥ２とすると
き、Ｅ２＞Ｅ１であるように構成したものである。

【００２２】上記のように、光束分割手段を、光源の光
と同じ偏光方向の光に対しては一定の割合で分割し、光
源の光と直交する偏光方向の光はほとんど光検出器に伝
達するよう構成することにより、光ディスクの複屈折が
１／２波長の場合でも、光検出器が光を受光することが
できる。

【００２３】つまり、１／４波長板と光ディスクの複屈
折との合成により、光源からの光と光ディスクからの反
射光との偏光方向が同じであっても、上記光束分割手段
は、光検出器に光を伝達することができる。

【００２４】さらに、高密度光ディスクのように複屈折
が少ない場合には、光ディスクからの反射光のほとんど
を光検出器に受光することができ、ハーフミラーを用い
た場合のように光検出器に到達する反射光が半分になる
ことはなく、光の利用効率を向上することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１を用いて
説明する。なお、図１において、従来例と同じ番号のも
のは同じ動作をするものである。半導体レーザ１から出
射した放射光束は、集光レンズ２により集光されて平行
な光ビーム３となり、光束分割手段であるビームスプリ
ッター４にＰ偏光で入射する。

【００２６】このビームスプリッター４は、分割による
パワー損失がないとすると、Ｐ偏光に対してはパワー効
率Ｅ１で透過し、パワー効率（１−Ｅ１）で反射する
が、Ｓ偏光に対してはパワー効率Ｅ２で反射する光学膜
面４ａが形成されている。

【００２７】本実施例では、例えば図２に示すように、
Ｅ１が約６０％でＥ２が１００％近くになるような特性
の光学膜になっている。

【００２８】従って、ここに入射したＰ偏光の光ビーム
３は６０％がここを透過し、常光と異常光に１／４波長
の位相差をつけ略円偏光に変換する１／４波長板５を通
り、反射ミラー６で光路を曲げられて対物レンズ７に入
射する。

【００２９】この対物レンズ７は、従来例と同様な構成
になっており、対物レンズ７の入射面には、その内周部
にブレーズド化されたホログラム８が形成されている。
このホログラム８を通過する光は、主に１次回折光と０
次回折光とに分けられ、１次回折光は、対物レンズ７に
より絞り込まれ光スポット９ａを形成し、０次回折光
は、ホログラムが形成されていないレンズの外周部の光
と共に、対物レンズ７により絞り込まれ光スポット９ｂ
を形成する。光スポット９ａは、例えば１．２ｍｍ厚の
光ディスク１０ａを再生するためのもので、光スポット
９ｂは、例えば０．６ｍｍ厚の光ディスク１０ｂ（図示
せず）を記録再生するためのものである。

【００３０】図１は、光ディスク１０ａの情報記録媒体
面上に、光スポット９ａが収束された状態を示してい
る。図６（ａ）に示すように、厚さ１．２ｍｍの光ディ
スク１０ａを再生する場合は、光スポット９ａが光ディ
スク１０ａの記録媒体面上に形成するように制御し、図
６（ｂ）に示すように、厚さ０．６ｍｍの光ディスク１
０ｂを記録再生する場合は、光スポット９ｂが光ディス
ク１０ｂの記録媒体面上に形成するように制御すること
によって、厚みの異なる光ディスク１０ａ、１０ｂを１
つの対物レンズで記録再生することができるようになっ
ている。

【００３１】次に、光ディスク１０ａもしくは１０ｂか
ら反射した反射光１１ａまたは１１ｂは、再び対物レン
ズ７、ホログラム８、反射ミラー６および１／４波長板
５を通り、ビームスプリッター４に入射する。

【００３２】光ディスクに複屈折がない場合、この反射
光１１ａ、１１ｂは、１／４波長板５の作用によりＳ偏
光になり、ビームスプリッター４で反射して、絞りレン
ズ１２とシリンドリカルレンズ１３を通り、光検出器１
４に受光される。光検出器１４は、再生信号を検出する
と共に、非点収差法によりフォーカス制御信号を、位相
差法によりトラッキング制御信号を検出するように構成
されている。

【００３３】本発明は上記のように構成することによ
り、光ディスク１０ａに大きな複屈折があっても、再生
出力を得ることができる。すなわち、例えば、光ディス
ク１０ａに１／２波長の複屈折がある場合、その反射光
１１ａの偏光方向は、１／４波長板との合成作用により
Ｐ偏光になってビームスプリッター４に入射する。ビー
ムスプリッターには、図２に示すような特性の光学膜が
光学膜面４ａに成膜されているため、４０％が反射して
光検出器１４に受光される。このため、再生出力は低下
するが、十分再生信号を得ることができる。

【００３４】光ディスク１０ａの複屈折による受光量の
低下は、１／２波長の時が最大であり、ビームスプリッ
ター４の反射は、４０％以下になることはない。また、
光ディスク１０ｂに複屈折がないの場合は、反射光１１
ｂはＳ偏光となってビームスプリッター４に入射し、図
２に示すような光学膜の特性によりほとんどが反射して
光検出器１４に受光される。

【００３５】上記のようにビームスプリッター４は、Ｐ
偏光に対してパワー効率Ｅ１で透過すると、誘電体多層
膜で構成された光学膜面４ａでは分割によるパワー損失
がほとんどないため、Ｐ偏光の反射はパワー効率が（１
−Ｅ1）となる。

【００３６】光ディスク１０ａの複屈折として進相軸と
遅相軸との位相差を２φ゜とし、ビームスプリッター４
の光伝達率ηとして、光源からの光を光ディスクに伝達
する割合と、光ディスクからの反射光を光検出器に伝達
する割合との積で表すと、 η＝SQR（(Ｅ1×Ｅ2×cosφ)２＋(Ｅ1×(１−Ｅ1)×sin
φ)２）となる。ただし、SQRは平方根を示す。

【００３７】この式において、複屈折がない時はφ＝０
だから、光伝達率η1はＥ1×Ｅ2となり、複屈折が１８
０°の時はφ＝９０°になるから、光伝達率η2はＥ1×
（１−Ｅ1）となる。η1が最大になるのはＥ１とＥ２が
共に１のときであり、η2が最大になるのはＥ２が０．
５のときであるから、Ｅ２は１、Ｅ１は０．５以上で１
以下の値になる。上記の実施例ではＥ１が０．６でＥ２
が１である。

【００３８】コンパクトディスクは規格外の大きな複屈
折をもつものがあるが、例えば図２のような光学膜を有
するビームスプリッタ４を設けることで、再生出力は十
分確保することができ、高密度光ディスクのように複屈
折が少なく作られた光ディスク１０ｂでは、Ｓ／Ｎ比を
確保するのに十分な光量が得られる。このため、ハーフ
ミラーを用いた場合の光量低下と、偏光ビームスプリッ
タを用いた場合の複屈折の問題を解決することができ
る。

【００３９】本発明の他の実施例を図３に示す。図３
は、半導体レーザ２１から出射した光は、光束分割手段
であるビームスプリッター２２にＳ偏光で入射する。こ
のビームスプリッター２２は、分割によるパワー損失が
ないとすると、Ｓ偏光に対してはパワー効率Ｅ１で反射
し、パワー効率（１−Ｅ１）で透過するが、Ｓ偏光に対
してはパワー効率Ｅ２で透過する光学膜面２２ａが形成
されている。本実施例では図４に示すように、Ｅ１が約
６０％でＥ２は約９０％になるような特性の光学膜にな
っている。

【００４０】従って、光源からの光は、６０％が反射し
て集光レンズ２３で集光され光ビーム２４となる。その
他は、前記実施例の図１と同様であり、１／４波長板２
５、反射ミラー２６、ホログラム８、対物レンズ７を通
って２つのスポット９ａ、９ｂを形成する。

【００４１】図６（ａ）、図６（ｂ）と同様に、厚さ
１．２ｍｍの光ディスク１０ａを再生する場合は、光ス
ポット９ａが光ディスク１０ａの記録媒体面上にくるよ
うに制御し、厚さ０．６ｍｍの光ディスク１０ｂを記録
再生する場合は、光スポット９ｂが光ディスク１０ｂの
記録媒体面上にくるように制御することによって、厚み
の異なる光ディスク１０ａ、１０ｂを１つの対物レンズ
で記録再生している。

【００４２】光ディスク１０ａから反射した反射光２７
ａは、再び対物レンズ７、ホログラム８、反射ミラー２
６および１／４波長板２５を通り、ビームスプリッター
２２に入射する。

【００４３】この反射光２７ａは、１／４波長板２５の
作用によりＰ偏光になり、ビームスプリッター２２を透
過して、凹レンズ２８のレンズ作用を受け、検出器２９
に受光される。この場合、光ディスク１０ａに１／２波
長の複屈折があると、反射光２７ａはＳ偏光になってビ
ームスプリッター２２に入射するが、例えば図４に示す
ような特性の光学膜が面２２ａにコーティングされてい
るため、４０％が透過して光検出器２９に受光され、上
記実施例同様に十分な再生信号を得ることができる。

【００４４】また、光ディスク１０ｂに複屈折がないの
場合は、反射光２７ｂはＰ偏光となってビームスプリッ
ター２２に入射し、図４に示すような光学膜の特性によ
り約９０％が透過して光検出器２９に受光される。

【００４５】なお、上記実施例では、ビームスプリッタ
ーは光源からの光を６０％伝達するように構成したが、
５０％から８０％の間であれば実用的な光量を確保する
ことができる。

【００４６】さらに、上記２つの実施例はいずれも光学
多層膜による光束分割手段の例であるが、偏光ホログラ
ムによりこの光束分割手段を構成することもできる。

【００４７】偏光ホログラムは、偏光方向によって回折
効率が異なるホログラムであり、本発明に応用する場合
は、光源からの放射光束をパワー効率Ｅ１で照射光束に
分割し、光ディスクからの反射光束のうち放射光束と直
交する偏光成分をパワー効率Ｅ２で光検出器に伝達する
よう構成する。

【００４８】ホログラムには回折による光量損失があ
り、この損失率をＬとすると、光ディスクからの反射光
束のうち、光源と同じ方向の偏光成分を光検出器に伝達
するパワー効率は（１−Ｅ１−Ｌ）となり、反射光のう
ち光源と直交する方向の偏光成分を光検出に伝達するパ
ワー効率Ｅ２は１よりも小さくなる。

【００４９】

【発明の効果】上記のように、光束分割手段として、反
射光束のうち光源からの光と同じ偏光成分に対しては一
部が、反射光束のうち光源からの光と直交する偏光成分
に対してすべてを伝達するように構成した光ヘッドによ
り、例えばコンパクトディスクのように光ディスクの複
屈折が大きな場合においては、光検出器は再生に必要な
光を受光することができ、高密度光ディスクのように複
屈折が少ない場合には、光ディスクからの反射光をほと
んど受光することができる。

【００５０】このため、本発明の光ヘッドによれば、ハ
ーフミラーを用いた光ヘッドのように光量が少なくなっ
て再生出力が得られないということはなく、また偏光ビ
ームスプリッターを用いた光ヘッドのように複屈折の大
きいディスクが再生できないということもない。

【００５１】よって、１つの光ヘッドで高密度光ディス
クと従来のディスクの両方を安定に記録再生できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光ヘッドの一実施例の構成を示す図

【図２】本発明の一実施例のビームスプリッターの特性
を示す図

【図３】本発明光ヘッドの他の実施例の構成を示す図

【図４】本発明の他の実施例のビームスプリッターの特
性を示す図

【図５】従来の光ヘッドの構成を示す図

【図６】光ディスクの厚みと光スポットとの関係を説明
する断面図で、（ａ）は、厚みが厚い情報記録媒体面上
に光スポットを照射した場合の断面図（ｂ）は、厚みが
薄い情報記録媒体面上に光スポットを照射した場合の断
面図

【符号の説明】

１半導体レーザ２集光レンズ３光ビーム４ビームスプリッター４ａ光学膜面５１／４波長板７対物レンズ８ホログラム９ａ光スポット９ｂ光スポット１０ａ光ディスク１０ｂ光ディスク１１ａ反射光１１ｂ反射光１４光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、この光源から放射される直線偏光
の放射光束を、実質的に光束径を変えることなく複数の
光束に分割する光束分割手段と、この光束分割手段によ
って分割された光束の少なくとも１つを、照射光束とし
て略円偏光に偏光する波長板と、この波長板を経た照射
光束を、光情報媒体に収束するとともにその反射光を集
光する対物レンズと、この対物レンズによって集光され
た反射光束を、上記波長板と上記光束分割手段を経た後
に受光する光検出器とを具備し、上記光束分割手段は、
上記放射光束から照射光束を分割するときのパワー効率
をＥ１、上記反射光束における上記照射光束の偏光方向
に対して直交する偏光成分を光検出器に伝達するときの
パワー効率をＥ２とするとき、Ｅ２＞Ｅ１であることを
特徴とする光ヘッド。
【請求項２】光源と、この光源から放射される直線偏光
の放射光束を、実質的に光束径を変えることなく複数の
光束に分割する光束分割手段と、この光束分割手段によ
って分割された光束の少なくとも１つを、照射光束とし
て略円偏光に偏光する波長板と、この波長板を経た照射
光束を、光情報媒体に収束するとともにその反射光を集
光する対物レンズと、この対物レンズによって集光され
た反射光束を、上記波長板と上記光束分割手段を経た後
に受光する光検出器とを具備し、上記光束分割手段は、
上記放射光束から照射光束を分割するときのパワー効率
をＥ１、上記反射光束における上記照射光束の偏光方向
に対して直交する偏光成分を光検出器に伝達するときの
パワー効率をＥ２とするとき、Ｅ２＞Ｅ１でかつＥ１＞
０．５であることを特徴とする光ヘッド。
【請求項３】光源と、この光源から放射される直線偏光
の放射光束を、実質的に光束径を変えることなく複数の
光束に分割する光束分割手段と、この光束分割手段によ
って分割された光束の少なくとも１つを、照射光束とし
て略円偏光に偏光する波長板と、この波長板を経た照射
光束を、光情報媒体に収束するとともにその反射光を集
光する対物レンズと、この対物レンズによって集光され
た反射光束を、上記波長板と上記光束分割手段を経た後
に受光する光検出器とを具備し、上記光束分割手段は、
上記放射光束から照射光束を分割するときのパワー効率
をＥ１、上記反射光束における上記照射光束の偏光方向
に対して直交する偏光成分を光検出器に伝達するときの
パワー効率をＥ２、上記反射光束における上記照射光束
の偏光方向と同じ偏光成分を光検出器に伝達するときの
パワー効率をＥ３とするとき、Ｅ２＞Ｅ１、Ｅ１＞０．
５、Ｅ３＞０でかつＥ３≦１−Ｅ１であることを特徴と
する光ヘッド。