JPH10214431A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ８００ｎｍと６５５ｎｍレーザを有するＤＶ
Ｄ用光ヘッドで偏光ホログラムを使用した場合ＣＤ再生
用光学系に迷光を発生する。これを考慮すると従来のＣ
Ｄ用モジュールが使用できなくなる。 【解決手段】 波長板４を偏光ホログラム３０２と対物
レンズ５の間に設置し、かつ波長板４による進相波と遅
相波の位相差が８００ｎｍ光源波長に対してπの整数倍
であり、６５５ｎｍ光源波長に対して１／４πの奇数倍
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスク上に記録
された信号を少なくとも読みとることに使用される光ヘ
ッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近光ディスクのさらなる高密度化のた
めにＤＶＤ規格が確定された。この規格は、従来のＣＤ
規格に比較してトラクピッチ、最短信号ピット長が約半
分となっている。この様に高密度化ディスクを再生する
場合、対物レンズのＮＡを上げる、読み取りレーザ光の
波長を短波長化する等の方法が選択される。現実には両
方法が併用され初めて読み取り可能となっている。

【０００３】一方ＣＤ規格のうちにＣＤレコーダブル
（ＣＤ−Ｒ）がある。この規格は、専用の記録機で、Ｃ
Ｄ−Ｒ未記録ディスク上に信号を一度だけ記録すること
が出来る。そして今まで市場に出回っているＣＤ再生機
で再生可能であるので、広く普及してきた。

【０００４】しかしこのＣＤ−Ｒディスクは、７８０ｎ
ｍ発振波長レーザに対しては従来のＣＤ並の７５％以上
の反射率が得られるが、通常ＤＶＤ再生機で用いられる
波長６５５ｎｍ発振波長レーザに対しては反射率が５％
程度となるから、６５５ｎｍレーザを用いたＤＶＤ再生
機でＣＤ−Ｒ再生を行うことは不可能である。

【０００５】そこでＣＤ−Ｒ再生とＤＶＤ再生を両立す
ることを考えた場合、８００ｎｍレーザと６５５ｎｍレ
ーザを持った再生光学系が必要となる。この様な光学系
として種々の物が発表されて、図２にそれを示し説明す
る。ここでは、ＣＤ再生光学系では最近普通に広く用い
られているレーザ・光検出器を一体に組み上げたレーザ
モジュウル（以下ＬＤ／ＰＤユニットと呼ぶ）を用いた
光学系で説明する。

【０００６】ここで光源１は６５５ｎｍレーザである。
光源２は８００ｎｍレーザである。ホログラム１とホロ
グラム２とは共にガラスホログラムである。ミラー８は
６５５ｎｍについては全透過、８００ｎｍについては全
反射である。

【０００７】光源１から出射された光はホログラム１を
一部分透過する。なぜなら本来ディスクに向かう往路光
はロス無しにそのまま通過してほしいが、本ホログラム
はガラスで構成されているため、往路光も一部回折され
てしまう。一方、ロスを減らすために回折効率を低下さ
せた場合、ディスクからの反射光で光検出光に達する復
路光は、本ガラスホログラムの回折効率が低いから、検
出ディテクターに達する光量は低下する。従って、ホロ
グラムにガラスホログラムを用いた場合、往復の光伝達
率は０．５×０．５＝０．２５、すなわち高々２５％し
か得られない。但し、本光学系を用いて単に反射率の高
いＤＶＤ−ＲＯＭとＣＤ−Ｒを再生することのみを考え
る場合、本光学系で特に大きな問題は発生しない。

【０００８】一方、最近はＤＶＤと同等の信号品質を有
し、記録も行うことが可能なＤＶＤ−ＲＡＭが注目を浴
びている。しかしこのディスクは、従来のＲＯＭディス
クに比較し反射率が大変低く、従来の約１／５程度の１
５％程度である。従って、図２で示した光学系でＤＶＤ
−ＲＡＭ再生を行うのは不可能である。

【０００９】一方、ガラスホログラムを偏光ホログラム
を用いることが可能であれば、往復の光の伝達効率は往
路が９０％、復路が６０％であるから、０．９×０．６
＝０．５４、すなわち５４％以上の伝達効率が得られる
から、図２に示したガラスホログラムと比較して２．５
倍程度の効率が得られる。

【００１０】一方、上述したようにＤＶＤ−ＲＡＭの反
射率はＲＯＭの１／５程度であるから、偏光ホログラム
を用いてやっと再生可能な光量を得ることが可能とな
る。したがってこの光学系で、ホログラム２に偏光ホロ
グラム素子を用いることが可能であれば何ら問題がない
が、この位置に設置できる偏光ホログラムを作成するこ
とは現時点では不可能である。

【００１１】この問題を図３にて説明する。偏光ホログ
ラムは液晶で構成されるものもあるが、現在実用化され
ているのは主としてリチュウムニオベイト基板にプロト
ン交換を回折格子状に行う方法である。熱を加えながら
酸処理を行うことでプロトン交換（水素置換）を容易に
行うことが出来、図３(ｂ)に示すようにこのプロトン交
換を行った部分は基板とは異なった屈折率にすることが
できる。又このプロトン交換された部分は、光の偏光方
向により異なった屈折率を有するから、このようにして
制作された回折格子は、図３(ａ)に示すように基板に対
して常光（ｙ偏光）は回折され、異常光（ｚ偏光）に対
しては回折されないと言う偏光ホログラムを作成するこ
とが可能となる。

【００１２】以上述べたように、偏光ホログラムの制作
時にプロトン交換は重要な働きをするが、このプロトン
交換は前述したように熱拡散で水素原子とリチュウム原
子との交換を行うから、水素拡散は横方向にも深さ方向
にもおこる。従って、本方式の偏光ホログラムでは、あ
まり微細なピッチを作成できず、１０μｍが限界だと考
えられる。

【００１３】しかし図２に示される従来例の位置にホロ
グラムを設置しようとした場合、約２μｍ程度のピッチ
が要求される。よって偏光ホログラムにより図２に示さ
れた光学系を構成することは不可能である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、Ｄ
ＶＤ−ＲＡＭ再生を考えるなら光ヘッドの伝達効率が２
０％以上が必要となる。そこで偏光ホログラムで得られ
るピッチが１０μｍ程度であるので、図１に示される様
な位置に設置することを考える。

【００１５】ホログラムの回折角はλ（光源波長）／ｐ
（ホログラムピッチ）で与えられから、ピッチが小さけ
れば小さいほど大きな角度を与えることができる。図１
で示した様に、ＬＤ／ＰＤをユニット化しようとした場
合、受光素子２０１は最低５００μｍ以上はなす必要が
ある。従って、ホログラム・ホトディテクター間距離が
１５ｍｍであれば、必要なホログラムピッチはｐ＝λ・
ｆ／ｄの関係式より２０μｍ程度になるから、偏光ホロ
グラムで光学系を実現できる。

【００１６】普通集光レンズの焦点距離は１５ｍｍ程度
であるから、偏光ホログラムで光学系を構成する場合、
ホログラムは集光レンズと対物レンズとの間に設置する
以外にない。

【００１７】しかし、この光学系を考える場合、ここに
偏光ホログラムを設置することで別の問題が発生する。
すなわち、この光路は光源２から出た８００ｎｍＣＤ用
光の往復路でもある。従って、本位置にホログラムを入
れることにより、ＣＤモジュールも影響を受けることに
なる。

【００１８】このホログラムは、従ってＣＤモジュール
には光量損失源でもあり、妨害光の発生ともなる。この
妨害光を逃げるためには、ＣＤモジュールに何らかの対
策をする必要が発生する。対策としては妨害光が入る位
置から受光素子２の位置を設計的にずらす等が考えられ
る。

【００１９】しかしこの方法ではコストが下がらなくな
る。本来ＣＤの光学系でモジュール化が広く行われてき
た背景には、同一の物で年何万個と生産されるためコス
トが下がる。しかしこのような問題解決のために、特殊
な仕様の物を生産するとなれば、それほどコストの低下
が望めない。この点を考慮すると、ＣＤモジュールは本
来量産されているものと全く同等の物を用いることが望
まれる。

【００２０】本発明は、光量損失の点から偏光ホログラ
ムを用いた場合、従来のＣＤモジュールが使用できなく
なる課題を解決するためになされたものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、２つの相異な
る発振波長を有する第一の光源と第二の光源を持ち、こ
の第一と第二の２つの光源から発光した光が共通の光学
軸を有する部分に、対物レンズと偏光ホログラムとを設
置した光ヘッド装置であって、波長板を前記偏光ホログ
ラムと対物レンズとの間に設置し、前記波長板による進
相波と遅相波の位相差が、第一の光源波長に対してπの
整数倍であり、第２の光源波長に対して１／４πの奇数
倍となることを特徴とする光ヘッド装置である。

【００２２】

【発明の実施の形態】上述したように偏光ホログラム
は、６５５ｎｍの光波長を持つＤＶＤディスク信号検出
用光に対して往路で回折格子として働くが、８００ｎｍ
の光波長を持つＣＤ検出系、すなわちＬＤ／ＰＤユニッ
トに対しては妨害的な役目しかしない。この妨害の回折
光を出さないためには、偏光ホログラムが回折光を発生
しなければよい。一方、６５５ｎｍ波長に対しては、偏
光ホログラムは最大の回折効率を与える必要がある。

【００２３】本発明では、偏光ホログラムと対物レンズ
との間に挿入される波長板が、６５５ｎｍ発振波長光に
対して１／４λ板として働き、８００ｎｍ発振波長に対
してλ板として作用する素子を挿入することにある。

【００２４】このときの必要条件を式に表すと、ｍ(λ
1)／４＝ｎ(λ2)／２の関係式となる。ここでλ１は６
５５ｎｍの水晶中での波長、λ2は８００ｎｍ光の水晶
中での波長、ｍは奇整数、ｎは整数である。

【００２５】従って、ｍ／ｎ＝２（λ2)／（λ1）＝２
（ｆ1）／（ｆ2）＝１．６３５の関係を有するｍとｎの
整数が存在すればよい。

【００２６】今ｍ＝５、ｎ＝３の場合ｍ／ｎ＝１．６６
となり、この条件をほぼ満足することが可能である。従
って、そのような水晶波長板を形成すれば、本条件を満
足する。

【００２７】

【実施例】

（実施例１）図１に本発明の一実施例を示す。図１を用
いて詳細に本発明について説明を加える。

【００２８】光源１（１０１）はＤＶＤ再生用光源で６
５５ｎｍレーザ光源である。本光源から出射された出射
光束３は、集光レンズ９により平行光束に変換され、偏
光ホログラム３０２に達する。このときレーザ波面の偏
光方向は、偏光ホログラム２（３０２）で回折されない
偏光方向を有するように、レーザもしくは偏光ホログラ
ム２（３０２）の方向が設置されている。従って、この
偏光ホログラム２（３０２）を通過するレーザ光束は、
何等の影響を受けず単に通過するのみである。

【００２９】この通過した光は、波長板４を通過する。
このとき本波長板４は、６５５ｎｍの光束に対しては５
／４λ板となっているから、実質的には１／４λ板とし
て作用する。従って、この波長板４を通過したレーザ光
束の偏波面は、回転する偏波面を有することになる。

【００３０】さて、波長板４を出た光は、対物レンズ５
によりディスク６面上で集光され反射される。反射光は
ディスク６の溝の形状に基づいた情報信号をもってい
る。この反射光は、再び前記波長板を通過し、今度は偏
波面は往路光に対して９０度回転した方向を有すること
になる。従って、復路の反射光に対する偏光ホログラム
２（３０２）は、回折を起こす偏波面方向となる。従っ
て、本偏光ホログラム２（３０２）により、受光素子２
０１に向かうように回折が起こる。

【００３１】そして波長分離素子８を通過し、受光素子
１（２０１）に達するから、この受光信号からトラッキ
ング信号、フォーカス信号及び情報信号が再生すること
が可能となる。

【００３２】このように、まず６５５ｎｍをもちいたＤ
ＶＤ光学系は、ほとんどロス無しに構成することが可能
となる。従って、本光学系を用いて良好にＲＯＭディス
ク再生は無論のこと、ＲＡＭディスク再生も可能となっ
た。

【００３３】次に、ＣＤ−Ｒ再生光学系の説明を加え
る。光源２（１０２）は８００ｎｍの発振波長を有する
レーザである。本レーザから出射された光は、ホログラ
ム１（３０１）を通過する。このホログラム１（３０
１）はガラスホログラムで構成されているから、前述し
たようにこのときにすでに回折ロスを発生する。

【００３４】次に、この８００ｎｍのレーザ発振波長光
は、波長分離素子８により反射させられる。この波長分
離素子８は、本構成にとって重要な働きをする。

【００３５】まず、波長依存性については８００ｎｍの
光に対しては反射し、先ほどの６５５ｎｍの光について
は完全透過をする膜が必要であるが、これは誘電体多層
膜構造を形成することにより容易に製作することができ
る。

【００３６】さらに、この波長分離素子８は、８００ｎ
ｍの光の偏波方向がレーザ出射光束よりも９０度回転し
た偏波面光は透過させることが望ましい。この理由につ
いては後述する。

【００３７】さて、この波長分離素子８により全反射さ
れた８００ｎｍレーザ光束は、やはり集光レンズ９を通
過することにより平行光束に変換される。変換された光
束は偏光ホログラム２（３０２）を通過する。このとき
６５５ｎｍの光と同様に、偏光ホログラム２（３０２）
とレーザの偏波面方向とは回折を起こさない方向になる
よう設置されているから、８００ｎｍ光に対しても何等
回折を起こすこと無しに偏光ホログラム２（３０２）を
通過してしまう。

【００３８】さて、ホログラム２（３０２）を通過した
光は、波長板４を通過する。本波長板４は、８００ｎｍ
光に対しては３／２λ板となっているから、実質的には
１／２λ板として作用することになる。後は６５５ｎｍ
光と同様に、対物レンズ５でディスク６上に絞られ、そ
して反射され対物レンズ５を通過する。

【００３９】再び波長板４を通過するが、今回は往路偏
光面に対してさらに９０度偏波面が回転するから、結局
波長板を出たときは復路の偏波面は往路の偏波面と同方
向を向く。よって、復路においても偏光ホログラム２
（３０２）では回折されない。従って、往路においても
偏光ホログラム２（３０２）は何等問題を発生しない。
よって、ホログラム２（３０２）を通過した光は、波長
分離素子８によって反射され、ガラスホログラム１（３
０１）に到達する。このホログラム１（３０１）で回折
された光が、受光素子２（１０２）に到達するから、こ
の受光素子２（１０２）からＣＤ用トラッキング信号、
フォーカス信号及びＲＦ信号を検出することが可能であ
る。

【００４０】以上が本発明の趣旨であるが、上述の原理
的な説明を行ったように完全に６５５ｎｍで１／４λの
奇数倍、８００ｎｍの１／２λの整数倍にはならない。
又ＣＤの市場で市販されているディスクは一般的に複屈
折が多く、どうしてもＣＤの復路光学系で偏光面が回転
することがある。

【００４１】従って、偏光ホログラムで少々の回折が発
生することはやむを得ない。但し、この量によってどれ
だけＣＤ側が問題を発生するかであるが、このことにつ
いて対策はある。

【００４２】この問題に対しては、波長分離素子８が前
述したように８００ｎｍ光について往路の光が波長分離
素子に達したときの偏波面はすべて反射し、それと直交
する偏波面はすべて透過するような設計をしておけば回
避される。なぜなら、復路で回折される光は、すべて復
路に対して直交する偏波面を有しているからである。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明を用いること
でＣＤ−Ｒ再生用光学系に、従来のガラスホログラムを
用いたＬＤ／ＰＤモジュールを用いることが可能とな
り、かつＤＶＤ再生系に偏光ホログラムを用いることが
出来るので、光の伝達向上を図ることが出来るから、Ｄ
ＶＤ−ＲＯＭ再生は無論のこと、ＤＶＤ−ＲＡＭ再生も
可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる光ヘッド装置の一構成概念図

【図２】従来の光ヘッド装置の概念図

【図３】偏光ホログラムの一実施態様を示す図で、(ａ)
は、偏光ホログラムに入射する光と出射する光との関係
を示す斜視図 (ｂ)は、偏光ホログラムの構成を示す断面図

【符号の説明】

３ 出射光束 ４ 本発明に関わる波長板 ５ 対物レンズ ６ ディスク ７ 対物レンズによるディスク上集光点 ８ 波長分離素子 ９ 集光レンズ １１ 偏光ホログラムによる回折光 １０１ ｄｖｄ用レーザ(６５５ｎｍ) １０２ ＣＤ再生用レーザ(８００ｎｍ) ２０１ ＤＶＤ用受光素子 ２０２ ＣＤ用受光素子 ３０１ ＣＤ信号検出用ガラスホログラム ３０２ ＤＶＤ信号検出用偏光ホログラム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの相異なる発振波長を有する第一の
   光源と第二の光源を持ち、前記第一と第二の２つの光源
   から発光した光が共通の光学軸を有する部分に、対物レ
   ンズと偏光ホログラムとを設置した光ヘッド装置であっ
   て、波長板を前記偏光ホログラムと対物レンズとの間に
   設置し、前記波長板による進相波と遅相波の位相差が、
   前記第一の光源波長に対してπの整数倍であり、前記第
   ２の光源波長に対して１／４πの奇数倍となることを特
   徴とする光ヘッド装置。