JPH1131332A

JPH1131332A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JPH1131332A
Application number: JP9184092A
Authority: JP
Inventors: Koichi Murata; 浩一村田; Yuzuru Tanabe; 譲田辺
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-02-02
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: JP3658928B2

Abstract

(57)【要約】【課題】波長選択性絞りの中心部と周辺部の領域の光学
長を一致させ、かつ小型・軽量化を図る。【解決手段】波長選択性絞りの、光軸を含む中心部領域
１ｂと光軸を含まない周辺部領域１ａを同一の材料で体
積ホログラム１を形成し、中心部領域１ｂでは、２つの
波長の光を透過させ、周辺部領域１ａでは、１つの波長
の光を回折し光路を変え他の波長の光を透過する機能を
持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置に
おいて情報の再生や記録等に使用できる光ヘッド装置、
特にその波長選択性絞りの構成及び作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報記録媒体であるＣＤ−Ｒ（追記型コ
ンパクトディスク）などを含むＣＤ（コンパクトディス
ク）系ディスクの記録再生のために、光源として波長が
７８０ｎｍ帯の半導体レーザとＮＡ（開口数）が０．４
５の対物レンズ及び厚さが１．２ｍｍのディスクが使用
されており、一方ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）系
ディスクの記録再生には波長が６５０ｎｍ帯の半導体レ
ーザとＮＡが０．６の対物レンズ及び厚さが０．６ｍｍ
のディスクが使用されている。

【０００３】このため、１つの光ヘッド装置でＣＤ及び
ＤＶＤ両方式のディスクの記録再生を実現するにはＣＤ
及びＤＶＤに使用されるそれぞれの波長の半導体レーザ
を２個とそれぞれのＮＡの対物レンズを２個搭載してそ
れぞれを切換えることにより行えるが、この切り替え方
式では光学系が２系統になるため形状が大きく、重量も
重く、部品点数も多くなるため、組み立てが複雑とな
り、制御電力が大きくなり、高コストになるなどの欠点
があった。

【０００４】そのため最近では、波長の異なる半導体レ
ーザから出た光を波長選択性合成分離ミラーで合成分離
し同一の対物レンズを使用する構成にすることにより、
さらにコンパクトな光ヘッド装置を実現することが考え
られている。しかし、前記のように、ＣＤ系とＤＶＤ系
ではディスクの厚みが１．２ｍｍと０．６ｍｍと異なる
こと及び対物レンズのＮＡがそれぞれ０．４５と０．６
と異なること及び光源の波長が７８０ｎｍ帯と６５０ｎ
ｍ帯と異なることなどのため、ＣＤとＤＶＤで同一の対
物レンズを使用して記録再生する場合、前記対物レンズ
のＮＡを波長に応じて変える必要がある。

【０００５】この波長に応じて対物レンズのＮＡを変え
る方法として、波長選択性絞りの光軸を含む中心部領域
は前記２つの波長の光は直進透過させ、光軸を含まない
周辺部領域は６５０ｎｍ帯の波長の光を直進透過させる
が、７８０ｎｍ帯の波長の光は透過させない機能を有す
る波長選択性絞りを光源から情報記録媒体に至る光路中
に配設する。

【０００６】従来、波長選択性絞りは中心部領域と周辺
部領域にそれぞれ異なる光学多層膜を形成して波長選択
性を実現しているが、中心部領域と周辺部領域の両領域
で光学多層膜の構成が異なるため、前記両領域で光学長
（屈折率×厚み）を完全に一致させることが難しく、波
長選択性絞りの前記両領域とも透過する波長が６５０ｎ
ｍ帯の光は、前記両領域で光学多層膜の光学長が異なる
ことになり、前記両領域で光学的な波面の位相差が生じ
るため、ディスク上に有効に集光することが難しいとい
う欠点があった。

【０００７】また、波長選択性絞りの前記両領域のそれ
ぞれでは光学多層膜の構成を変える構造であるため、蒸
着のためのマスクを使用して２回の真空蒸着プロセスや
エッチングを行うことが必要であり、製造プロセスが複
雑になり、高コストになる欠点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点を解決し、光学特性に優れ、小型軽量化に適し
た低コストの光ヘッド装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、出射波長の異
なる２つの光源を有し、前記２つの光源から情報記録媒
体に至る光路中に配設された波長選択性絞りにより開口
径制御を行う光ヘッド装置において、前記波長選択性絞
りが、体積ホログラムで構成され、かつ前記波長選択性
絞りの光軸を含む中心部領域では２つの波長の光を透過
し、光軸を含まない周辺部領域では、１つの波長の光を
回折し光路を変える機能を有することを特徴とする光ヘ
ッド装置を提供する。

【００１０】さらに、前記体積ホログラムで構成された
前記波長選択性絞りの前記中心部領域と前記周辺部領域
が同一のホログラム材料で形成されている上記光ヘッド
装置、前記体積ホログラムが反射型である上記光ヘッド
装置、前記体積ホログラムの回折波長の温度係数が０．
０５〜０．６ｎｍ／℃であり、回折波長が高温側で長波
長側にシフトする上記光ヘッド装置、及び、前記体積ホ
ログラムが、露光用の２つの光束のうち一方の光束とし
て波面の乱れた拡散光を用いて作製されてなる上記光ヘ
ッド装置を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、ＤＶＤ用の半導体レ
ーザとＣＤ用の半導体レーザの２種類の光源を有し、対
物レンズと前記光源との間で、かつ対物レンズの近くに
体積ホログラムで構成した波長選択性絞りを配置し、体
積ホログラムの光軸を含む中心部領域では２つの波長の
光を透過し、体積ホログラムの光軸を含まない周辺部領
域では１つの波長の光を回折して光路を変える性質を有
することにより、前記ＤＶＤ用の半導体レーザとＣＤ用
の半導体レーザの２種類の光源より発せられた波長の異
なる光を、光の波長に応じて対物レンズのＮＡを制御し
てディスクに集光させているので、厚さの異なるディス
クでも１つの光学系で高い集光能力を実現している。

【００１２】また、本発明ではこの波長選択性絞りを、
表面が平滑で透明な２枚の板の間にホログラム用感光性
フィルムを挟み込み、光軸を含まない周辺部領域に露光
用のレーザ光の干渉により干渉縞を形成した体積ホログ
ラムで構成することにより、波長選択性絞りの製造工程
が簡単になるとともに、取扱いも簡単になる。

【００１３】前記ホログラム用感光性フィルムは、中心
部領域と周辺部領域などの位置に関係なく同一の材料で
一体に形成されたものを使用すると、中心部領域と周辺
部領域で厚み及び平均屈折率がほぼ同じになり、光学長
をほぼ同じにできる。

【００１４】これらの体積ホログラムは、通常は数百μ
ｍ〜数ｍｍ角の面積で、数μｍ〜数１０μｍの厚みであ
り、光回折機能を持つ。このホログラムとしては、リッ
プマンタイプ等の体積ホログラムと呼ばれるものを広く
使用できる。また、ホログラム材料としては、ポリビニ
ルカルバゾール、重クロム酸ゼラチン、光レジスト、フ
ォトポリマー、銀塩など種々の感光材料を使用できる。

【００１５】この体積ホログラムとしては、ホログラム
面に垂直に近い角度でホログラム中に回折格子を形成し
た透過型ホログラムと、ホログラム面に平行に近い角度
でホログラム中に回折格子を形成した反射型ホログラム
が使用できる。

【００１６】この透過型ホログラムを用いる場合には、
ホログラムの周辺部領域（光軸を含まない周辺部領域）
に入射した波長７８０ｎｍ帯の光を回折して光の進行方
向を変えることにより、周辺部領域に入射した波長７８
０ｎｍ帯の光をディスク上に有効に集光させることを阻
害し、実質的に絞りがあるのと同じ効果が得られる。ま
た、反射型ホログラムを用いる場合には、ホログラムの
周辺部領域に入射した波長７８０ｎｍ帯の光を反射回折
することにより、ディスクに光が到達しないようになし
うるのでディスクからの不要な反射光が迷光とならず、
より好ましい。

【００１７】前記体積ホログラムは表面が平滑で透明な
２枚の基板間にホログラム用感光性フィルムを挟み込ん
だ構成にすることによって、表面が平滑であるため、透
過させたい波長の光が波長選択性絞りの表面で受ける乱
反射等の悪影響を低減できるので好ましく、また、挟み
込んだ構成のために信頼性の向上も同時に図れる。

【００１８】この表面基板の材料としては、ガラスやプ
ラスチック等が平坦性に優れるので好ましく、プラスチ
ックとしてはポリカーボネート、ポリオレフィン、アク
リル等を使用できる。また、基板とホログラム用感光性
フィルムを接着層により貼り付けて製作してもよく、さ
らに保護コートを基板又はホログラム用感光性フィルム
上に形成して製作してもよい。このホログラムと基板等
はできるだけ近い屈折率の材料を使用することが、不要
な回折格子を低減させるうえで好ましい。また、前記基
板の表面に無反射コート層を形成すると透過効率を上げ
うるとともに、表面反射による戻り光を低減できるので
好ましい。

【００１９】この体積ホログラムの波長選択性絞りを製
造する場合、大きな基板に数ｍｍ角の体積ホログラムを
複数個形成しておき、これを切断することにより一時に
複数個作成でき、生産性が上がり、大量生産が可能とな
って、さらに低コストを実現できて好ましい。

【００２０】前記体積ホログラム、特に反射型体積ホロ
グラムの作製方法について説明する。前記感光性フィル
ムを２枚の透明基板に挟みこみ、２波長の光とも透過さ
せたい感光性フィルムの中心部領域に紫外線（ＵＶ光）
等を照射して感光させた後、１つの波長の光を回折する
周辺部領域に、反射させたい波長のレーザ光で基板の一
方の面を照射し、この光と基板の他方の面側に設置した
反射ミラーにより反射された光とを干渉させ、この干渉
縞をホログラム用感光性フィルム上に記録することによ
って反射型ホログラムを形成する。

【００２１】このとき、露光に用いるレーザ光波長とし
ては選択的に反射させたい波長と同じ波長を使用すると
容易にホログラムを作成できるが、反射させたい波長と
は異なった波長を用いるときには、ブラッグ条件を満足
するように露光時のレーザ光入射角を変えて作成すれば
よい。

【００２２】ここで説明した方法で露光したホログラム
は正反射型となるが、正反射型の波長選択性絞りを用い
ると、光源である半導体レーザから出た光がホログラム
で回折反射されて半導体レーザに戻り、ノイズの原因と
なることもある。このノイズ対策として、露光方法を変
えた非正反射型ホログラムや、レンズ効果を付加した非
正反射型ホログラムを用いることにより、開口径制御部
（前記ホログラム周辺部）からの回折反射光が半導体レ
ーザに戻ることをなくせるので好ましい。

【００２３】また、前記露光時に用いたミラーとして、
表面に微小な凹凸を設け露光中のレーザ光の一方を波面
の乱れた散乱拡散光として露光できる。こうした露光方
法で作製したホログラムの領域では入射光は散乱回折さ
れるので、ホログラムに記録された拡散性の格子の状態
にもよるが、正反射のミラーを使用する露光方法で作製
したホログラムに比べ半導体レーザへの戻り光は半分以
下にでき好ましい。

【００２４】さらに、光ヘッド装置に用いられる半導体
レーザの波長は個体バラツキ（例えば±２０ｎｍ）があ
るために、その波長域に対して全て回折させる必要があ
る。このため、回折する波長の半値幅が重要になる。こ
の半値幅を広げる方法としても、前記散乱拡散光による
露光方法は非常に有効である。

【００２５】また、半導体レーザの波長は温度を上げる
と長波長側にシフトする。この波長温度シフト量と体積
ホログラムの熱膨張等による回折波長の温度シフト量を
合わせることで広い温度範囲で半導体レーザ光を回折可
能になり好ましい。この波長シフト量としては０．０５
〜０．６ｎｍ／℃が好ましく、０．２〜０．３ｎｍ／℃
が特に好ましい。この波長シフト量の温度特性を実現す
るには、体積ホログラムの材料として、例えばアクリル
系フォトポリマーなどを選択すればよい。

【００２６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例における波長選択
性絞りの構成図であり、図１の（１）は波長選択制絞り
を光軸に対して横方向からみた断面図、（２）は光軸方
向からみた平面図である。

【００２７】図１において、１は体積ホログラムであ
り、光軸を含み、かつ波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍ
の２つの波長の光に対して高い直線透過率を示す中心部
領域１ｂと、光軸を含まない周辺部において波長６５０
ｎｍの光に対しては高い直線透過率を示し、波長７８０
ｎｍの光に対しては低い直線透過率を示す波長選択性を
有する絞り部である周辺部領域１ａで構成されている。
２は基板であり、前記体積ホログラムを挟みこみ、体積
ホログラムと一体に組み立てて波長選択性絞りを構成す
ることにより、表面平坦性を上げるとともに取扱い及び
光ヘッド装置の組立てを容易にした。

【００２８】この体積ホログラムを含む波長選択性絞り
の製作工程の断面図を図３に示す。図３の（１）におい
て、体積ホログラム用感光性フィルム１４を基板２に挟
み込み、２波長とも透過させたい領域１ｂにのみ開口し
たＵＶ露光用マスク１０をのせ、ＵＶ光１２をＵＶ露光
用マスク１０の方向からこの体積ホログラム用感光性フ
ィルム１４に照射した。この照射によりＵＶ光の照射さ
れた領域１ｂは均一に感光され、光は直進透過するよう
になった。

【００２９】次に、図３の（２）において、前記ＵＶ露
光用マスク１０を取り去った状態で、体積ホログラム用
感光性フィルム１４の周辺部領域において反射させたい
波長と同じ波長のレーザ光１３を照射した。このときレ
ーザ光１３に対して体積ホログラム用感光性フィルム１
４の反対側にレーザ光１３を反射する反射ミラー１１を
置き、照射したレーザ光１３とこの反射ミラー１１によ
り反射された光を干渉させ、体積ホログラム用感光性フ
ィルム１４の波長選択性を有する領域１ａに反射型ホロ
グラムを形成した。また、露光に用いるレーザ光の波長
として選択的に反射させたい波長と異なる波長を用いる
ときには、ブラッグ条件を満足するように露光入射角を
変えて露光することにより、同様の反射型ホログラムを
形成できる。

【００３０】さらに、図３の（２）において、反射ミラ
ー１１として、例えば、表面を粒度がＪＩＳ＃２０００
の研磨材で仕上げた擦りガラスミラーにメタルコートを
行ったものを使用した場合、レーザ光１３は反射ミラー
１１の表面で拡散反射され、体積ホログラム用感光性フ
ィルム１４の周辺部領域１ａは波面の乱れた拡散光で露
光される。このように一方の露光用の光として波面の乱
れた拡散光を用いて形成された反射型ホログラム領域
（前記周辺部領域１ａ）では入射した光は散乱回折され
るので、このように拡散光で露光する方法で作成された
反射型ホログラムを図２の構成の光ヘッド装置装置の波
長選択性絞り７として使用した場合、反射ミラー１１と
して正反射ミラーを使用して作製した反射型ホログラム
を使用した場合に比べて、半導体レーザへの戻り光を５
０％以下に低減できた。

【００３１】このようにして作製した体積ホログラムに
よる波長選択性絞りの特性のグラフを図４に示す。縦軸
は直線透過率、横軸は波長を示す。図４の（１）は中心
部領域１ｂの直線透過率を示す。中心部領域１ｂにおい
ては、波長がおよそ５００〜９００ｎｍの範囲で高い直
線透過率を示している。図４の（２）は周辺部領域１ａ
の直線透過率を示す。周辺部領域１ａでは波長がおよそ
７５０〜８２０ｎｍの範囲で低い直線透過率を示し、他
の波長領域では高い直線透過率を示している。

【００３２】このような体積ホログラムを用いることに
より、周辺部領域で７８０ｎｍの波長の光を回折し透過
率を減少させることができた。このとき、中心部領域で
は７８０ｎｍ、６５０ｎｍ両波長ともおよそ９６％の直
線透過率であり、周辺部領域の直線透過率は７８０ｎｍ
の波長で５％以下であり、６５０ｎｍの波長に対しては
およそ９６％であった。また、周辺部領域の透過率が１
０％以下となる波長域は７８０ｎｍ±３０ｎｍを確保で
きた。

【００３３】また、波長選択性絞りの周辺部領域、中心
部領域とも同じ材料で構成されているため、周辺部領
域、中心部領域とも厚みも平均屈折率もほぼ同じである
ことにより、光学長（屈折率×厚み）がほぼ同じ値とな
りディスク上の集光特性は良好であった。このときの光
学長の差（透過波面収差）は有効面内のＲＭＳ（二乗平
均の平方根）は０．０１λ以下であり、Ｐ−Ｖ（Peak t
o Valley）値も０．０５λ以下であった（λ＝６３３ｎ
ｍ）。

【００３４】また、半導体レーザの波長は温度が上がる
と長波長側にシフトするが、その温度係数は０．３ｎｍ
／℃であった。この半導体レーザの温度特性を補償する
ため、体積ホログラムの材料として、例えばアクリル系
フォトポリマーを選択することにより、体積ホログラム
の回折波長の温度係数をほぼ０．３ｎｍ／℃とすること
ができ、熱膨張等による回折波長の温度シフトを合わせ
ることができて、広い温度範囲で半導体レーザ光を回折
できた。

【００３５】次に、本発明による波長選択性絞りを用い
た光ヘッド装置装置の光学系の構成の模式図を図２に示
す。光学系は、波長６５０ｎｍの半導体レーザ３及び波
長７８０ｎｍの半導体レーザ４の２つの光源を有し、そ
れぞれの光源から出た光を集光して平行光線に変換する
コリメータレンズ５ａ、５ｂの２つの波長を合成分離す
る波長選択性合成分離ミラー６、体積ホログラムを用い
た波長選択性絞り７、対物レンズ８から構成されてい
る。９はディスクである。図の簡略化のため、ディスク
９からの信号を含んだ光の受光部などについては省略し
てある。

【００３６】この波長選択性絞り７は波長７８０ｎｍの
光に対してはＮＡが０．４５、波長６５０ｎｍの光に対
してはＮＡが０．６である。また、波長選択性絞り７は
その機能上及び光ヘッド装置の制御の容易化のため、対
物レンズ８と一体に移動させるような位置に配置されて
いる。

【００３７】以上のように構成された光ヘッド装置をＣ
Ｄに使用した場合は、半導体レーザ４から出射した波長
７８０ｎｍのレーザ光はコリメータレンズ５ｂでほぼ平
行光に変換され、波長選択性ミラー６により進行方向を
９０度変えるように反射されて波長選択性絞り７に入射
する。この波長選択性絞り７は、前述のように波長が７
８０ｎｍの光に対してはＮＡが０. ４５であるので、厚
さが１. ２ｍｍのＣＤディスクに記録された情報を収差
の影響も少なく良好に再生できた。

【００３８】同様にこの構成の光ヘッド装置をＤＶＤに
使用した場合は、半導体レーザ３から出射した波長６５
０ｎｍのレーザ光はコリメータレンズ５ａでほぼ平行光
に変換され、波長選択性ミラー６を透過して波長選択性
絞り７に入射する。波長選択性絞り７は６５０ｎｍの波
長の光に対してはＮＡが０. ６であるので厚さが０．６
ｍｍのＤＶＤディスクも良好に再生できた。

【００３９】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
ず、例えば波長選択性絞り７は対物レンズから離して配
置してもよく、また２つ以上の光源の配置位置も波長選
択性合成分離ミラー６との組み合わせで変更可能であ
る。また、ディスクに記録された情報の検出方法及び検
出信号の処理方法、光ヘッド装置の制御方法などとの組
み合わせで本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形
が可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、同一の対物レンズで波
長の異なる光を厚さの異なるディスク上に集光させう
る。さらに前記体積ホログラムが波長選択性絞りの光軸
を含む中心部領域と光軸を含まない周辺部領域が同一の
材料で構成されているため、両領域で光学長がほぼ同じ
となり、光学的な波面の位相差を生じることなくディス
クに集光できる。

【００４１】したがって、ＣＤ、ＤＶＤの両方の情報記
録再生を光学系が１系統である（対物レンズが１個搭載
されている）光ヘッド装置で行うことができ、小型化、
薄型化を実現でき、製造工程が簡単になり、低コストを
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における体積ホログラム波長選択性絞り
の構成を示し、（１）は断面図、（２）は平面図。

【図２】本発明の光ヘッド装置装置の構成を示す模式
図。

【図３】本発明における体積ホログラムの２つの製作工
程を示す断面図。（１）はＵＶ光露光の工程、（２）は
レーザ光露光の工程。

【図４】本発明における波長選択性絞りの直線透過率の
波長特性の一例を示すグラフ。

【符号の説明】

１：体積ホログラム２：基板３：半導体レーザ（λ＝６５０ｎｍ帯）４：半導体レーザ（λ＝７８０ｎｍ帯）５ａ：コリメータレンズ５ｂ：コリメータレンズ６：波長選択性合成分離ミラー７：波長選択性絞り８：対物レンズ９：ディスク１０：ＵＶ露光用マスク１１：反射ミラー１２：ＵＶ光１３：レーザ光１４：体積ホログラム用感光性フィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出射波長の異なる２つの光源を有し、前記
２つの光源から情報記録媒体に至る光路中に配設された
波長選択性絞りにより開口径制御を行う光ヘッド装置に
おいて、前記波長選択性絞りが、体積ホログラムで構成
され、かつ前記波長選択性絞りの光軸を含む中心部領域
では２つの波長の光を透過し、光軸を含まない周辺部領
域では、１つの波長の光を回折し光路を変える機能を有
することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記体積ホログラムで構成された前記波長
選択性絞りの前記中心部領域と前記周辺部領域が同一の
ホログラム材料で形成されている請求項１記載の光ヘッ
ド装置。
【請求項３】前記体積ホログラムが反射型である請求項
１又は２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】前記体積ホログラムの回折波長の温度係数
が０．０５〜０．６ｎｍ／℃であり、回折波長が高温側
で長波長側にシフトする請求項１、２又は３記載の光ヘ
ッド装置。
【請求項５】前記体積ホログラムが、露光用の２つの光
束のうち一方の光束として波面の乱れた拡散光を用いて
作製されてなる請求項１、２、３又は４記載の光ヘッド
装置。