JPH0954977A

JPH0954977A - 光ヘッド装置

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Publication number: JPH0954977A
Application number: JP7208026A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Katayama; 龍一片山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-08-15
Filing date: 1995-08-15
Publication date: 1997-02-25
Anticipated expiration: 2015-08-15
Also published as: JP2713257B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の光ヘッド装置は、再生するための最適
な半導体レーザの波長と対物レンズの開口数が異なる二
種類の光記録媒体を再生することは不可能である。【解決手段】モジュール１１からの第１の波長の第１
の光とモジュール１２からの第２の波長の第２の光とを
波長フィルタ１３で合波してコリメータレンズ１４及び
対物レンズ１６によりディスク１７に集光させた後反射
させる光学系おいて、コリメータレンズ１４と対物レン
ズ１６との間に開口制限素子１５が設けられている。こ
の開口制限素子１５はモジュール１１からの第１の波長
の第１の光に対しては入射光をすべて透過させて、モジ
ュール１２からの第２の波長の第２の光に対しては入射
光の光束断面の中心部分のみを透過させる。これによ
り、２つの波長に対応して対物レンズ１６の実効的な開
口数が異なるようにされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ヘッド装置に係
り、特に二種類の異なる光記録媒体に対し記録や再生を
行うための光ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンパクトディスクに比べて大容
量なディジタルビデオディスクの規格化が進められてい
る。図１８はこのディジタルビデオディスクやコンパク
トディスクの再生に用いられる従来の光ヘッド装置の一
例の構成図を示す。同図において、半導体レーザ１９０
からの出射光はハーフミラー１９１に入射し、ここで約
半分が反射され、その反射光は更にコリメータレンズ１
４で平行光化された後、対物レンズ１６でディスク１７
上に集光されてスポットを形成後反射される。

【０００３】ディスク１７からの反射光は対物レンズ１
６、コリメータレンズ１４を光入射時と逆向きに透過し
てハーフミラー１９１に入射し、ここで約半分が透過
し、その透過光が更に凹レンズ１９２を介して光検出器
１９３に照射されて受光される。光検出器１９３は４分
割受光部を有し、フォーカス誤差信号をハーフミラー１
９１で生じる非点収差を用いた非点収差法により検出
し、トラック誤差信号をプッシュプル法により検出す
る。また、再生信号は光検出器１９３の４分割受光部の
それぞれの出力信号の和から検出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】大容量のディジタルビ
デオディスクを再生するには、狭小なトラックピッチに
対応してディスク面上の集光スポットの径を小さくする
必要がある。集光スポットの径は対物レンズ１６の開口
数に反比例し、光の波長に比例するため、対物レンズ１
６の開口数を０．５２〜０．６程度と高くし、半導体レ
ーザ１９０の出射光の波長は６３５ｎｍ〜６５５ｎｍ程
度と短くしなければならない。

【０００５】一方、コンパクトディスクを再生するに
は、コンパクトディスクはディスクの傾きに対する規格
が緩く、ディスクの傾きに伴うコマ収差の発生を抑制す
る必要から、対物レンズ１６の開口数は０．４５程度と
低くしなければならない。また、コンパクトディスクの
一種であり記録媒体として有機色素を用いた追記型コン
パクトディスク（ＣＤ−Ｒ）を再生するには、追記型コ
ンパクトディスクは波長７８５ｎｍ付近の入射光に対し
てのみ７０％以上の高い反射率が得られるように設計さ
れていることから、半導体レーザ１９０の出射光の波長
は７８５ｎｍ程度でなければならない。

【０００６】このように、ディジタルビデオディスクと
追記型を含むコンパクトディスクという二種類の光記録
媒体は、それぞれを再生するための最適な半導体レーザ
の波長と対物レンズの開口数が異なるため、図１８に示
す従来の光ヘッド装置では、二種類の光記録媒体を再生
することは不可能である。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
ディジタルビデオディスクと追記型を含むコンパクトデ
ィスク等の二種類の光記録媒体を再生することが可能な
光へッド装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は第１の波長の第１の光を出射する第１の光
源と、第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光を出
射する第２の光源と、第１の光源からの第１の光と第２
の光源からの第２の光とを合波して光記録媒体に導く一
方、光記録媒体からの反射光を分波する光合波・分波手
段と、光合波・分波手段により合波された光を光記録媒
体に集光した後光記録媒体上で反射させ、反射光は透過
させる対物レンズと、光合波・分波手段と対物レンズと
の間に設けられ、第１の波長の入射光はすべて透過し、
第２の波長の入射光は光束断面の中心部分のみ透過させ
る開口制限素子と、光合波・分波手段により分波された
第１の波長の反射光を受光する第１の光検出光学系と、
光合波・分波手段により分波された第２の波長の反射光
を受光する第２の光検出光学系とを有する構成としたも
のである。

【０００９】また、本発明における開口制限素子は、基
板上の対物レンズの有効直径よりも小なる直径の円形領
域の外側にのみ設けられた波長フィルタ膜と、波長フィ
ルタ膜上に設けられた位相補償膜とからなり、円形領域
の外側では第１の波長の第１の光はほぼ完全に透過さ
せ、第２の波長の第２の光はほぼ完全に反射させ、円形
領域内に入射した光は第１及び第２の光ともに完全に透
過させる構成であることを特徴とする。

【００１０】更に、本発明における開口制限素子は、対
物レンズの有効直径よりも小なる直径の円形領域の外側
にのみ基板上に形成された回折格子からなり、回折格子
は第１の波長の第１の光は完全に透過させ、第２の波長
の第２の光は殆ど回折させ、円形領域内に入射した光は
第１及び第２の光ともに完全に透過させる構成であるこ
とを特徴とする。

【００１１】また、更に本発明における開口制限素子
は、第１の基板上に回折格子と波長フィルタ膜、第２の
基板上に位相補償膜がそれぞれ対物レンズの有効直径よ
りも小なる直径の円形領域の外側にのみ順次に積層形成
され、第２の基板と波長フィルタ膜との間は接着剤で充
填され、円形領域の外側においては第１の波長の第１の
光は完全に透過させ、第２の波長の第２の光は完全に反
射回折させ、円形領域内に入射した光は第１及び第２の
光ともに完全に透過させる構成であることを特徴とす
る。

【００１２】本発明の光ヘッド装置は、第１の光源から
の第１の光と第２の光源からの第２の光とを合波して光
記録媒体に導く一方、光記録媒体からの反射光を分波す
る光合波・分波手段と対物レンズとの間に開口制限素子
を設け、この開口制限素子により第１の光源からの第１
の波長の第１の光に対しては入射光をすべて透過させ
て、第２の光源からの第２の波長の第２の光に対しては
入射光の光束断面の中心部分のみを透過させるようにし
たため、第１の光に対しては対物レンズの有効直径と対
物レンズの焦点距離により定まる実効的な開口数で対物
レンズを使用でき、第２の光に対しては開口制限素子を
透過する光束断面の直径と対物レンズの焦点距離により
定まる実効的な開口数で対物レンズを使用できる。

【００１３】すなわち、本発明では、２つの波長に対応
して対物レンズの実効的な開口数が異なるようにしたた
め、二種類の光記録媒体の各々に対して最適な波長と対
物レンズの開口数を選択することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明になる光ヘッ
ド装置の第１の実施の形態の構成図を示す。同図中、モ
ジュール１１及びモジュール１２には、半導体レーザ
と、ディスク１７からの反射光を受光する検出光学系が
内蔵されている。モジュール１１内の半導体レーザの波
長は６３５ｎｍ、モジュール１２内の半導体レーザの波
長は７８５ｎｍである。波長フィルタ１３は波長６３５
ｎｍの光をほぼ完全に透過させ、波長７８５ｎｍの光を
ほぼ完全に反射させる働きをする。従って、モジュール
１１内の半導体レーザからの出射光は波長フィルタ１３
をほぼ損失なく透過し、モジュール１２内の半導体レー
ザからの出射光は波長フィルタ１３でほぼ損失なく反射
される。

【００１５】波長フィルタ１３をほぼ損失なく透過した
モジュール１１内の半導体レーザからの出射光は、コリ
メータレンズ１４で平行光化され、後述する構成の開口
制限素子１５をすべて透過した後、対物レンズ１６でデ
ィスク１７上に集光されスポットを形成後反射される。
ディスク１７からの反射光は対物レンズ１６、開口制限
素子１５、コリメータレンズ１４を逆向きに透過し、波
長フィルタ１３を透過したのち、モジュール１１内の検
出光学系で受光される。

【００１６】一方、波長フィルタ１３によりほぼ損失な
く反射されたモジュール１２内の半導体レーザからの出
射光は、コリメータレンズ１４で平行光化され、光束断
面の中心部分のみが開口制限素子１５を透過した後、対
物レンズ１６でディスク１７上に集光されスポットを形
成後反射される。ディスク１７からの反射光は対物レン
ズ１６、開口制限素子１５、コリメータレンズ１４を逆
向きに透過し、波長フィルタ１３で反射された後、モジ
ュール１２内の検出光学系で受光される。開口制限素子
１５と対物レンズ１６は、アクチュエータで一体駆動さ
れる。

【００１７】図２（ａ）は図１の開口制限素子１５の平
面図、図２（ｂ）は同図（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断
面図を示す。同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、開口
制限素子１５は概略平面が矩形の形状で、光に対して透
明な例えばガラス基板２１上に波長フィルタ膜２２及び
位相補償膜２３が積層された構造の板の中心部に、円形
溝２０が形成された構成である。この円形溝２０の直径
２ｂは、対物レンズ１６の有効径２ａよりも小さい値で
ある。

【００１８】波長フィルタ膜２２は、波長６３５ｎｍの
光をほぼ完全に透過させ、波長７８５ｎｍの光をほぼ完
全に反射させる働きをする。また、位相補償膜２３は、
波長６３５ｎｍに対し、波長フィルタ膜２２および位相
補償膜２３を通る光と空気中を通る光の位相差を２π
［ｒａｄ．］に調整する働きをする。すなわち、開口制
限素子１５は直径２ｂの円形溝２０以外の部分では、波
長６３５ｎｍの光を完全に透過させ、波長７８５ｎｍの
光を完全に反射させ、直径２ｂの円形溝２０内では、波
長６３５ｎｍ、７８５ｎｍの光とも完全に透過させる。

【００１９】波長フィルタ膜２２は、例えばガラス基板
２１上に高屈折率層と低屈折率層が交互に奇数層堆積さ
れた構成である。上記の波長選択特性をもたせるために
は、高屈折率層と低屈折率層の屈折率がｎ₁、ｎ₂、厚さ
がｄ₁、ｄ₂のとき、ｎ₁・ｄ₁＝ｎ₂・ｄ₂＝λ／４（λ＝
７８５［ｎｍ］）とすればよい。高屈折率層としてＴｉ
Ｏ₂、低屈折率層としてＳｉＯ₂を用いると、ｎ₁＝２．
３０、ｎ₂＝１．４６であるから、前記式からｄ₁＝８５
［ｎｍ］、ｄ₂＝１３４［ｎｍ］となる。一方、位相補
償膜２３は、例えば波長フィルタ膜２２上にＳｉＯ₂を
堆積させることにより作製できる。

【００２０】本発明の光ヘッド装置の第２の実施の形態
は、図１の構成図中、図２に示した開口制限素子１５を
図３に示す開口制限素子２５で置き換えた構成である。
図３（ａ）は第２の実施の形態で用いる開口制限素子２
５の平面図、図３（ｂ）は同図（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ
線に沿う断面図を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに、開口制限素子２５は概略平面が矩形の形状で、光
に対して透明な例えばガラス基板２８上に回折格子２９
が形成された構造の板の中心部に、円形溝２７が形成さ
れた構成である。この円形溝２７の直径２ｂは、対物レ
ンズ１６の有効径２ａよりも小さい値である。

【００２１】回折格子２９は、ガラス基板２８上へのＳ
ｉＯ₂の堆積、ガラス基板２８のエッチング、ガラスま
たはプラスチックの一体成形等により作製される。回折
格子２９の厚さをｈ、屈折率をｎ、入射光の波長をλと
すると、透過率はｃｏｓ²（φ／２）（但しφ＝２π
（ｎ−１）ｈ／λ）で与えられる。従って、例えば回折
格子２９の厚さｈを４．１４μｍ、屈折率ｎを１．４６
とすると、入射光の波長λが６３５ｎｍのときはφ＝６
πであるから透過率は１００％、λが７８５ｎｍのとき
はφ＝４．８５πであるから透過率は５．４％である。

【００２２】すなわち、開口制限素子２５は円形溝２７
の周囲の部分（円形溝２７以外の部分）では、波長６３
５ｎｍの光を完全に透過させ、波長７８５ｎｍの光は殆
んど回折させ、直径２ｂの円形溝２７内では、波長６３
５ｎｍ、７８５ｎｍの光とも完全に透過させる。回折格
子２９のパターンは、直線状でなく同心円状等の他の形
状でも構わない。

【００２３】本発明の光ヘッド装置の第３の実施の形態
は、図１の構成図中、図２に示した開口制限素子１５を
図４に示す開口制限素子３１で置き換えた構成である。
図４（ａ）は第３の実施の形態で用いる開口制限素子３
１の平面図、図４（ｂ）は同図（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に
沿う断面図を示す。

【００２４】図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、開口
制限素子３１は概略平面が矩形の形状で、光に対して透
明な例えばガラス基板３４上に、回折格子３５、波長フ
ィルタ膜３６、ガラス基板３８及び位相補償膜３９が積
層された構造の板の中心部で、かつ、位相補償膜３９
に、円形溝３３が形成された構成である。この円形溝３
３の直径２ｂは、対物レンズ１６の有効径２ａよりも小
さい値である。なお、回折格子３５及び波長フィルタ膜
３６には中央部に直径２ｂの中心孔が設けられている。

【００２５】位相補償膜３９はガラス基板３８上に形成
されており、波長フィルタ膜３６とガラス基板３８の間
は接着剤３７で充填されている。波長フィルタ膜３６
は、波長６３５ｎｍの光をほぼ完全に透過させ、波長７
８５ｎｍの光をほぼ完全に反射させる特性を有する。ま
た、位相補償膜３９は、波長６３５ｎｍに対し、回折格
子３５、波長フィルタ膜３６および位相補償膜３９を通
る光と接着剤３７および空気中を通る光の位相差を２π
［ｒａｄ．］に調整する働きをする。

【００２６】回折格子３５は、ガラス基板３４上へのＳ
ｉＯ₂の堆積、ガラス基板３４のエッチング、ガラスま
たはプラスチックの一体成形等により作製される。波長
フィルタ膜３６の透過光に対しては回折格子として働か
ず、波長フィルタ膜３６の反射光に対しては、回折格子
３５の厚さをｈ、屈折率をｎ、入射光の波長をλとする
と、反射率はｃｏｓ²（φ／２）（但しφ＝４πｎｈ／
λ）で与えられる。例えばｈ＝１３４ｎｍ、ｎ＝１．４
６のとき、λ＝７８５ｎｍに対してはφ＝πであるから
反射率は０％となる。

【００２７】すなわち、開口制限素子３１は直径２ｂの
円形溝３３の周囲の部分（円形溝３３以外の部分）で
は、波長６３５ｎｍの光を完全に透過させ、波長７８５
ｎｍの光は完全に反射回折させ、直径２ｂの円形溝３３
内では、波長６３５ｎｍ、７８５ｎｍの光とも完全に透
過させる。

【００２８】波長フィルタ膜３６は、例えば回折格子３
５上に高屈折率層と低屈折率層を交互に奇数層堆積させ
ることにより作製できる。上記の働きをさせるには、高
屈折率層と低屈折率層の屈折率がｎ₁、ｎ₂、厚さが
₁ 、ｄ₂のとき、ｎ₁・ｄ₁＝ｎ₂・ｄ₂＝λ／４（λ＝７
８５［ｎｍ］）とすればよい。高屈折率層としてＴｉＯ
₂、低屈折率層としてＳｉＯ₂を用いると、ｎ₁＝２．３
０、ｎ₂＝１．４６であるからｄ₁＝８５［ｎｍ］、ｄ₂
＝１３４［ｎｍ］となる。

【００２９】一方、位相補償膜３９は、例えばガラス基
板３８上にＳｉＯ₂を堆積させることにより作製でき
る。接着剤３７には、回折格子３５と屈折率がほぼ同じ
材料を用いる。また、回折格子３５のパターンは、直線
状でなく同心円状等の他の形状でも構わない。

【００３０】図２、図３及び図４に示した開口制限素子
１５、２５及び３１それぞれの波長６３５ｎｍ、７８５
ｎｍの光に対する実効的な開口数は、対物レンズ１６の
焦点距離をｆとすると、それぞれａ／ｆ、ｂ／ｆで与え
られる。例えばｆ＝３［ｍｍ］、ａ＝１．５６［ｍ
ｍ］、ｂ＝１．３５［ｍｍ］とすると、ａ／ｆ＝０．５
２、ｂ／ｆ＝０．４５となる。従って、波長６３５ｎｍ
と開口数０．５２の組合せでディジタルビデオディスク
を再生し、波長７８５ｎｍと開口数０．４５の組合せで
追記型を含むコンパクトディスクを再生することが可能
である。本発明はさらに、再生専用型や追記型のみなら
ず、書換型の相変化ディスクや光磁気ディスクにも適用
できる。また、開口制限素子１５、２５及び３１は、対
物レンズ１６と一体化することも可能である。

【００３１】次に、本発明の光ヘッド装置の実施の形態
に用いる波長フィルタの構成について説明する。図５は
波長フィルタの各例の構成図を示す。図５（ａ）に示す
波長フィルタ１３は、二つのガラスのブロック４１及び
４２を誘電体多層膜４３を介して貼り合わせたものであ
る。図５（ａ）に示すように、波長６３５ｎｍの入射光
４４は、誘電体多層膜４３に入射角４５度で入射し、ほ
ぼ完全に透過して直進する。一方、波長７８５ｎｍの入
射光４５は、誘電体多層膜４３に入射角４５度で入射
し、ほぼ完全に反射されて進行方向が９０度曲げられ
る。

【００３２】図５（ｂ）に示す波長フィルタ４７は、三
つのガラスのブロック４８、４９及び５０のうちブロッ
ク４８及び４９を誘電体多層膜５１を介して貼り合わ
せ、かつ、ブロック４９及び５０を誘電体多層膜５２を
介して貼り合わせたものである。図５（ｂ）に示すよう
に、波長６３５ｎｍの入射光４４は、ブロック５０を介
して誘電体多層膜５２に入射角２２．５度で入射し、ほ
ぼ完全に透過してブロック４９を介して直進する。一
方、波長７８５ｎｍの入射光４５は、図５（ｂ）に示す
ように、ブロック４９を介して誘電体多層膜５１に入射
角２２．５度で入射し、ここでほぼ完全に反射された
後、誘電体多層膜５２に入射角２２．５度で入射し、こ
こでもほぼ完全に反射されることにより、進行方向が９
０度曲げられてブロック４９を介して出射する。一般
に、波長フィルタは誘電体多層膜への入射角が小さいほ
ど設計が容易である。

【００３３】図５（ａ）、（ｂ）に示す波長フィルタ１
３、４７で用いられる誘電体多層膜４３、５１及び５２
は、波長６３５ｎｍの入射光４４をほぼ完全に透過さ
せ、波長７８５ｎｍの入射光４５をほぼ完全に反射させ
るように設計されているが、波長７８５ｎｍの光をほぼ
完全に透過させ、波長６３５ｎｍの光をほぼ完全に反射
させるように設計することも可能である。この場合は、
図１のモジュール１１内の半導体レーザの波長を７８５
ｎｍ、モジュール１２内の半導体レーザの波長を６３５
ｎｍにそれぞれ変更すればよい。

【００３４】また、半導体レーザからの出射光の偏光方
向とディスクからの反射光の偏光方向が同じ場合は、波
長フィルタの代わりに偏光ビームスプリッタを用いるこ
とも可能である。例えば、波長６３５ｎｍ、７８５ｎｍ
の光を偏光ビームスプリッタにそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光
として入射させることにより、前者はほぼ完全に透過
し、後者はほぼ完全に反射される。

【００３５】次に、本発明の光ヘッド装置を再生専用型
のディスクの光ヘッド装置に適用した場合のモジュール
について説明する。図６はこの場合のモジュールの一例
の構成図を示す。同図に示すように、このモジュール
は、半導体レーザ５４及び光検出器５５を収納したパッ
ケージ５６と、半導体レーザ５４の出射レーザ光の光路
中にあるパッケージ５６の窓部に、スペーサ５９を挟ん
で設けられた回折格子５７及びホログラム光学素子５８
とから構成される。回折格子５７及びホログラム光学素
子５８は、ガラス基板上にＳｉＯ₂でパターンが形成さ
れた構造であり、入射光の一部を透過、一部を回折させ
る働きをする。

【００３６】次に、このモジュールの動作について説明
するに、半導体レーザ５４からの出射レーザ光は、直進
して回折格子５７で透過光と±１次回折光の三つの光に
分けられ、それぞれホログラム光学素子５８を約５０％
が透過して図示しないディスクに向かう。ディスクで反
射された三つの光は、それぞれホログラム光学素子５８
に入射してここで±１次回折光として約４０％が回折さ
れ、回折格子５７を透過して光検出器５５で受光され
る。

【００３７】図７は図６のモジュールにおける半導体レ
ーザ５４の光検出器５５への実装形態の各例を示す。図
７（ａ）はガラスのミラーを用いた場合である。半導体
レーザ５４は、光検出器５５上にヒートシンク６１を介
して設置されている。半導体レーザ５４から側方に出射
された光は、ガラスのミラー６２の傾斜面で反射されて
図の上方に向かう。

【００３８】また、図７（ｂ）は光検出器５５にエッチ
ングで形成されたミラーを用いた場合である。光検出器
５５は上部に凹部６３と傾斜面のミラー６４がエッチン
グで形成され、半導体レーザ５４が光検出器５５にエッ
チングで形成された凹部６３に設置されている。これに
より、半導体レーザ５４から側方に出射された光は、光
検出器５５にエッチングで形成されたミラー６４で反射
されて図の上方に向かう。

【００３９】図８（ａ）は図６のモジュール中の回折格
子５７の干渉縞のパターン、図８（ｂ）は図６のモジュ
ール中のホログラム光学素子５８の干渉縞のパターンを
それぞれ示す。回折格子５７は中心付近の領域６６にの
みパターンを有する。半導体レーザ５４からの出射光は
領域６６の内部を通り、ディスクからの反射光は領域６
６の外部を通る。

【００４０】また、ホログラム光学素子５８は図８
（ｂ）に示すように、オフアクシスの同心円状のパター
ンを有し、＋１次回折光に対しては凸レンズ、−１次回
折光に対しては凹レンズとしての働きをする。

【００４１】図９は図６のモジュール中の光検出器５５
の受光部のパターンと、受光部上の光スポットの配置の
一例を示す。図９において、光検出器５５の中央やや下
の位置に半導体レーザ５４が設けられ、かつ、半導体レ
ーザ５４の出射光を反射するためのミラー７０が設けら
れている。また、ミラー７０の設置位置を挟んで図中、
左側に受光部７１、７２及び７３が、また右側に受光部
７４、７５及び７６がそれぞれ配置されている。更に、
受光部７１、７４の図中上側にそれぞれ受光部７７、７
８が設けられ、受光部７３、７６の図中下側にそれぞれ
受光部７９、８０が設けられている。受光部７１、７
２及び７３全体の受光面積と、受光部７４、７５及び７
６全体の受光面積とは同一で、受光部７７、７８、７９
及び８０の各受光面積とほぼ同一である。

【００４２】図６に示した回折格子５７の往路の透過光
のうち、復路のホログラム光学素子５８の＋１次回折光
は、図９に示す３分割された受光部７１〜７３上に光ス
ポット８１を形成し、復路のホログラム光学素子５８の
−１次回折光は、３分割された受光部７４〜７６上に光
スポット８２を形成する。また、回折格子５７の往路の
＋１次回折光のうち、復路のホログラム光学素子５８の
±１次回折光は、それぞれ受光部７７、７８上に光スポ
ット８３、８４を形成し、回折格子５７の往路の−１次
回折光のうち、復路のホログラム光学素子５８の±１次
回折光は、それぞれ受光部７９、８０上に光スポット８
５、８６を形成する。

【００４３】受光部７１〜７３、７７、７９は集光点の
後方に位置しており、受光部７４〜７６、７８、８０は
集光点の前方に位置している。受光部７１〜８０により
それぞれ光電変換して得られた電気信号のレベルをそれ
ぞれＶ７１〜Ｖ８０で表わすと、フォーカス誤差信号は
公知のスポットサイズ法により、｛（Ｖ７１＋Ｖ７３＋
Ｖ７５）−（Ｖ７２＋Ｖ７４＋Ｖ７６）｝の演算から得
られ、トラック誤差信号は公知の３ビーム法により、
｛（Ｖ７７＋Ｖ７８）−（Ｖ７９＋Ｖ８０）｝の演算か
ら得られる。また、ディスクの再生信号は、（Ｖ７１＋
Ｖ７２＋Ｖ７３＋Ｖ７４＋Ｖ７５＋Ｖ７６）の演算から
得られる。

【００４４】次に、本発明の光ヘッド装置を追記型のデ
ィスク又は書換型の相変化ディスクの光ヘッド装置に適
用した場合のモジュールについて説明する。図１０はこ
の場合のモジュールの一例の構成図を示す。同図に示す
ように、このモジュールは、半導体レーザ９０、光検出
器９１を収納したパッケージ９２と、半導体レーザ９０
の出射レーザ光の光路中にあるパッケージ９２の窓部に
設けられた偏光性ホログラム光学素子９３と１／４波長
板９４から構成される。

【００４５】偏光性ホログラム光学素子９３は、図１１
に示すように、複屈折性を有するニオブ酸リチウム基板
９６上にプロトン交換領域９７と位相補償膜９８でパタ
ーンが形成された構造であり、入射光のうち常光はすべ
て透過させ、異常光はすべて回折させる働きをする。

【００４６】次に、図１０のモジュールの動作について
説明するに、半導体レーザ９０からの出射光は、偏光性
ホログラム光学素子９３に常光として入射してすべて透
過し、１／４波長板９４で直線偏光から円偏光に変換さ
れて図示しないディスクに向かう。ディスクからの反射
光は、１／４波長板９４に入射して円偏光から直線偏光
に変換された後、偏光性ホログラム光学素子９３に異常
光として入射し、±１次回折光として約８０％が回折さ
れて光検出器９１で受光される。半導体レーザ９０の光
検出器９１への実装形態は図７と同様である。

【００４７】図１２は偏光性ホログラム光学素子９３の
干渉縞のパターンを示す。同図に示すように、偏光性ホ
ログラム光学素子９３は四つの領域１０１〜１０４に分
割された構成である。また、偏光性ホログラム光学素子
９３の光学軸１０５は、半導体レーザ９０からの出射光
の偏光方向と垂直な方向に設定されている。

【００４８】図１３は図１０に示したモジュールの光検
出器９１の受光部のパターンと受光部上の光スポットの
配置の一例を示す。図１３において、光検出器９１の中
央やや下の位置に半導体レーザ９０が設けられ、かつ、
半導体レーザ９０の出射光を反射するためのミラー１０
７が設けられている。また、ミラー１０７の設置位置を
挟んで図中、左側に２分割された受光部１０９及び１１
０が、また右側に２分割された受光部１１１及び１１２
がそれぞれ配置されている。更に、受光部１０９、１１
１の図中上側にそれぞれ受光部１１３、１１４が設けら
れ、受光部１１０、１１２の図中下側にそれぞれ受光部
１１５、１１６が設けられている。

【００４９】図１０及び図１２に示した偏光性ホログラ
ム光学素子９３の領域１０１からの＋１次回折光は、図
１３に示すように２分割された受光部１０９、１１０の
分割線上に光スポット１１８を形成し、領域１０１から
の−１次回折光は受光部１１６上に光スポット１２２を
形成する。偏光性ホログラム光学素子９３の図１２の領
域１０２からの＋１次回折光は、図１３に示すように２
分割された受光部１１１、１１２の分割線上に光スポッ
ト１１９を形成し、領域１０２からの−１次回折光は受
光部１１５上に光スポット１２３を形成する。

【００５０】また、偏光性ホログラム光学素子９３の図
１２に示した領域１０３からの±１次回折光は、図１３
に示すように、それぞれ受光部１１３、１１６上に光ス
ポット１２０、１２４を形成し、図１２に示した領域１
０４からの±１次回折光は、図１３に示すように、それ
ぞれ受光部１１４、１１５上に光スポット１２１、１２
５を形成する。

【００５１】これらのすべての受光部１０９〜１１６に
より光電変換されて得られた電気信号のレベルをそれぞ
れＶ１０９〜Ｖ１１６で表わすと、フォーカス誤差信号
は公知のフーコー法により、｛（Ｖ１０９＋Ｖ１１２）
−（Ｖ１１０＋Ｖ１１１）｝の演算から得られ、トラッ
ク誤差信号は公知のプッシュプル法により、（Ｖ１１３
−Ｖ１１４）の演算から得られる。また、ディスクの再
生信号は、（Ｖ１１５＋Ｖ１１６）の演算から得られ
る。

【００５２】次に、本発明の光ヘッド装置を書換型の光
磁気ディスクの光ヘッド装置に適用した場合のモジュー
ルについて説明する。図１４はこの場合のモジュールの
一例の構成図を示す。同図に示すように、このモジュー
ルは、半導体レーザ１２６、光検出器１２７、マイクロ
プリズム１２８及び１２９を収納したパッケージ１３０
と、半導体レーザ１２６の出射レーザ光の光路中にある
パッケージ１３０の窓部にスペーサ１３３を挟んで設け
られた偏光性回折格子１３１、ホログラム光学素子１３
２から構成されている。偏光性回折格子１３１は、図１
１に示した偏光性ホログラム光学素子９３と同様の構造
であり、入射光のうち常光は一部を透過、一部を回折さ
せ、異常光はすべて回折させる働きをする。

【００５３】次に、図１４のモジュールの動作について
説明する。図１４において、半導体レーザ１２６からの
出射レーザ光は、ホログラム光学素子１３２を約８０％
が透過し、偏光性回折格子１３１に常光として入射し、
約９０％が透過して図示しないディスクに向かう。一
方、ディスクからの反射光のうち、常光成分の約８％と
異常光成分の約８０％は偏光性回折格子１３１で±１次
回折光として回折され、そのうち＋１次回折光はマイク
ロプリズム１２８を介して、−１次回折光はマイクロプ
リズム１２９を介して光検出器１２７で受光される。ま
た、常光成分の約９０％は偏光性回折格子１３１を透過
してホログラム光学素子１３２に入射し、±１次回折光
として約１６％が回折されて光検出器１２７で受光され
る。半導体レーザ１２６の光検出器１２７への実装形態
は図７と同様である。

【００５４】図１５（ａ）は図１４のモジュール中の偏
光性回折格子１３１の干渉縞のパターン、図１５（ｂ）
は図１４のモジュール中のホログラム光学素子１３２の
干渉縞のパターンをそれぞれ示す。偏光性回折格子１３
１の光学軸１３５は、半導体レーザ１２６からの出射光
の偏光方向と垂直な方向に設定されている。また、ホロ
グラム光学素子１３２は図１５（ｂ）に示すように中心
付近にのみ、四つの領域１３６〜１３９に分割されたパ
ターンを有している。

【００５５】ディスクからの反射光のうち、偏光性回折
格子１３１の透過光は領域１３６〜１３９の内部を通
り、偏光性回折格子１３１の±１次回折光は領城１３６
〜１３９の外部を通る。ホログラム光学素子１３２の領
域１３６、１３７はオフアクシスの同心円状のパターン
を有し、＋１次回折光に対しては凸レンズ、−１次回折
光に対しては凹レンズとしての働きをする。

【００５６】図１６は図１４のモジュール中のマイクロ
プリズム１２８の構成を示す。マイクロプリズム１２８
は、三つのガラスのブロック１４１、１４２及び１４３
のうち、ブロック１４１と１４２を誘電体多層膜１４５
を介して貼り合わせ、ブロック１４２と１４３を誘電体
多層膜１４６を介して貼り合わせたものである。

【００５７】この構成のマイクロプリズム１２８によれ
ば、入射光１４７のＰ偏光成分はブロック１４２、誘電
体多層膜１４６及びブロック１４３をほぼ完全に透過し
て透過光１４８となる。一方、入射光１４７のＳ偏光成
分は誘電体多層膜１４６、１４５で二回ほぼ完全に反射
され、更にブロック１４２を透過して反射光１４９とな
る。マイクロプリズム１２９の構成も図１６と同様であ
る。

【００５８】図１７は図１４に示したモジュール中の光
検出器１２７の受光部のパターンと、受光部上の光スポ
ットの配置の一例を示す。図１７において、光検出器１
２７の中央やや下の位置に半導体レーザ１２６が設けら
れ、かつ、半導体レーザ１２６の出射光を反射するため
のミラー１５０が設けられている。また、図中、左斜め
上に受光部１５１及び１５２が設けられ、右斜め下に受
光部１５３及び１５４が設けられている。

【００５９】また、ミラー１５０の設置位置を挟んで図
中、左側に３分割された受光部１５５、１５６及び１５
７が、また右側に３分割された受光部１５８、１５９及
び１６０がそれぞれ配置されている。更に、受光部１５
５、１５８の図中上側にそれぞれ受光部１６１、１６２
が設けられ、受光部１５７、１６０の図中下側にそれぞ
れ受光部１６３、１６４が設けられている。

【００６０】この光検出器１２７において、図１４に示
した偏光性回折格子１３１からの＋１次回折光は、マイ
クロプリズム１２８を検光子として図１６に示したよう
に透過光と反射光に分離され、透過光は図１７に示すよ
うに受光部１５１上に光スポット１７１を形成し、反射
光は受光部１５２上に光スポット１７２を形成する。ま
た、偏光性回折格子１３１からの−１次回折光は、マイ
クロプリズム１２９を検光子として透過光と反射光に分
離され、透過光は図１７に示すように受光部１５３上に
光スポット１７３を形成し、反射光は受光部１５４上に
光スポット１７４を形成する。

【００６１】一方、ホログラム光学素子１３２の図１５
（ｂ）に示した領域１３６、１３７からの＋１次回折光
は、図１７に示すように３分割された受光部１５５〜１
５７上にそれぞれ光スポット１７５、１７６を形成し、
上記領域１３６、１３７からの−１次回折光は、３分割
された受光部１５８〜１６０上にそれぞれ光スポット１
７７、１７８を形成する。受光部１５５〜１５７は集光
点の後方に位置しており、受光部１５８〜１６０は集光
点の前方に位置している。

【００６２】また、ホログラム光学素子１３２の図１５
（ｂ）に示した領域１３８からの±１次回折光は、図１
７に示すように、それぞれ受光部１６１、１６４上に光
スポット１７９、１８１を形成する。更に、ホログラム
光学素子１３２の図１５（ｂ）に示した領域１３９から
の±１次回折光は、図１７に示すように、それぞれ受光
部１６２、１６３上に光スポット１８０、１８２を形成
する。

【００６３】この光検出器１２７におけるすべての受光
部１５１〜１６４によりそれぞれ光電変換されて得られ
た電気信号のレベルをそれぞれＶ１５１〜Ｖ１６４で表
わすと、フォーカス誤差信号は公知のスポットサイズ法
により、｛（Ｖ１５５＋Ｖ１５７＋Ｖ１５９）−（Ｖ１
５６十Ｖ１５８＋Ｖ１６０）｝の演算から得られ、トラ
ック誤差信号は公知のプッシュプル法により、｛（Ｖ１
６１＋Ｖ１６４）−（Ｖ１６２＋Ｖ１６３）｝の演算か
ら得られる。また、ディスクの再生信号は、｛（Ｖ１５
１＋Ｖ１５３）−（Ｖ１５２＋Ｖ１５４）｝の演算から
得られる。

【００６４】なお、図１に示した本発明の光ヘッド装置
の実施の形態は、小型化のために半導体レーザと検出光
学系を内蔵した二個のモジュール１１及び１２を用いた
構成であるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、半導体レーザと検出光学系を別々に設けた二組のブ
ロックを用いた構成も可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の光に対しては対物レンズの有効直径と対物レンズ
の焦点距離により定まる実効的な開口数で対物レンズを
使用でき、第２の光に対しては開口制限素子を透過する
光束断面の直径と対物レンズの焦点距離により定まる実
効的な開口数で対物レンズを使用できるようにしたた
め、二種類の光記録媒体の各々に対して最適な波長と対
物レンズの開口数を選択することができ、よって、ディ
ジタルビデオディスクと追記型を含むコンパクトディス
ク等の二種類の光記録媒体の両方を、それぞれ最適な波
長と対物レンズの開口数で再生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ヘッド装置の第１の実施の形態の構
成を示す図である。

【図２】本発明の光ヘッド装置の第１の実施の形態に用
いる開口制限素子の平面図及び断面図である。

【図３】本発明の光ヘッド装置の第２の実施の形態に用
いる開口制限素子の平面図及び断面図である。

【図４】本発明の光ヘッド装置の第３の実施の形態に用
いる開口制限素子の平面図及び断面図である。

【図５】本発明の光ヘッド装置の実施の形態に用いる波
長フィルタの構成を示す図である。

【図６】図１の実施の形態を再生専用型のディスクに適
用した場合のモジュールの構成を示す図である。

【図７】図６のモジュールにおける半導体レーザの光検
出器への実装形態を示す図である。

【図８】図６のモジュールにおける回折格子およびホロ
グラム光学素子の干渉縞のパターンを示す図である。

【図９】図６のモジュールにおける、光検出器の受光部
のパターンと受光部上の光スポットの配置の一例を示す
図である。

【図１０】本発明の光ヘッド装置の実施の形態を追記型
のディスクまたは書換型の相変化ディスクに適用した場
合のモジュールの構成を示す図である。

【図１１】図１０のモジュールにおける、偏光性ホログ
ラム光学素子の一例の構造を示す図である。

【図１２】図１０のモジュールにおける、偏光性ホログ
ラム光学素子の干渉縞のパターンを示す図である。

【図１３】図１０のモジュールにおける、光検出器の受
光部のパターンと受光部上の光スポットの配置を示す図
である。

【図１４】本発明の光ヘッド装置の実施の形態を書換型
の光磁気ディスクに適用した場合のモジュールの構成を
示す図である。

【図１５】図１４のモジュールにおける、偏光性回折格
子およびホログラム光学素子の干渉縞のパターンを示す
図である。

【図１６】図１４のモジュールにおける、マイクロプリ
ズムの構成を示す図である。

【図１７】図１４のモジュールにおける、光検出器の受
光部のパターンと受光部上の光スポットの配置を示す図
である。

【図１８】従来の光ヘッド装置の一例の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１、１２モジュール１３、４７波長フィルタ１４コリメータレンズ１５、２５、３１開口制限素子１６対物レンズ１７ディスク２０、２７、３３円形溝２１、２８、３４基板２２、３６波長フィルタ膜２３、３９、９８位相補償膜２９、３５、５７回折格子３７接着剤３８ガラス基板４１、４２、４８〜５０、１４１〜１４３ブロック４３、５１、５２、１４５、１４６誘電体多層膜４４、４５、１４７入射光５４、９０、１２６半導体レーザ５５、９１、１２７光検出器５６、９２、１３０パッケージ５８、１３２ホログラム光学素子５９、１３３スペーサ６１ヒートシンク６２、６４、７０、１０７、１５０ミラー６３凹部６６、１０１〜１０４、１３６〜１３９領域７１〜８０、１０９〜１１６、１５１〜１６４受光部８１〜８６、１１８〜１２５、１７１〜１８２光スポ
ット９３偏光性ホログラム光学素子９４１／４波長板９６ニオブ酸リチウム基板９７プロトン交換領域１０５、１３５光学軸１２８、１２９マイクロプリズム１３１偏光性回折格子１４８透過光１４９反射光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の波長の第１の光を出射する第１の
光源と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光を出射
する第２の光源と、前記第１の光源からの前記第１の光と前記第２の光源か
らの前記第２の光とを合波して光記録媒体に導く一方、
該光記録媒体からの反射光を分波する光合波・分波手段
と、前記光合波・分波手段により合波された光を前記光記録
媒体に集光した後該光記録媒体上で反射させ、反射光は
透過させる対物レンズと、前記光合波・分波手段と前記対物レンズとの間に設けら
れ、前記第１の波長の入射光はすべて透過させ、前記第
２の波長の入射光は光束断面の中心部分のみ透過させる
開口制限素子と、前記光合波・分波手段により分波された前記第１の波長
の反射光を受光する第１の光検出光学系と、前記光合波・分波手段により分波された前記第２の波長
の反射光を受光する第２の光検出光学系とを有すること
を特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記開口制限素子は、基板上の前記対物
レンズの有効直径よりも小なる直径の円形領域の外側に
のみ設けられた波長フィルタ膜と、該波長フィルタ膜上
に設けられた位相補償膜とからなり、前記円形領域の外
側では前記第１の波長の第１の光はほぼ完全に透過さ
せ、前記第２の波長の第２の光はほぼ完全に反射させ、
前記円形領域内に入射した光は前記第１及び第２の光と
もに完全に透過させる構成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】前記波長フィルタ膜は、厚さがｄ₁で屈
折率がｎ₁の高屈折率層と、厚さがｄ₂で屈折率がｎ₂の
低屈折率層とが交互に奇数層堆積された構成で、かつ、
前記第２の波長をλとしたときｎ₁・ｄ₁＝ｎ₂・ｄ₂＝λ／４なる式を満足する関係にある構成であることを特徴とす
る請求項２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】前記開口制限素子は、前記対物レンズの
有効直径よりも小なる直径の円形領域の外側にのみ基板
上に形成された回折格子からなり、該回折格子は前記第
１の波長の第１の光は完全に透過させ、前記第２の波長
の第２の光は殆ど回折させ、前記円形領域内に入射した
光は前記第１及び第２の光ともに完全に透過させる構成
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】前記開口制限素子は、第１の基板上に回
折格子と波長フィルタ膜と、第２の基板上に位相補償膜
がそれぞれ前記対物レンズの有効直径よりも小なる直径
の円形領域の外側にのみ順次に積層形成され、前記第２
の基板と前記波長フィルタ膜との間は接着剤で充填さ
れ、前記円形領域の外側においては前記第１の波長の第
１の光は完全に透過させ、前記第２の波長の第２の光は
完全に反射回折させ、前記円形領域内に入射した光は前
記第１及び第２の光ともに完全に透過させる構成である
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】前記波長フィルタ膜は、厚さがｄ₁で屈
折率がｎ₁の高屈折率層と、厚さがｄ₂で屈折率がｎ₂の
低屈折率層とが交互に前記回折格子上に奇数層堆積され
た構成で、かつ、前記第２の波長をλとしたときｎ₁・ｄ₁＝ｎ₂・ｄ₂＝λ／４なる式を満足する関係にある構成であることを特徴とす
る請求項５記載の光ヘッド装置。