(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを出射する光源と、
前記出射された光ビームを情報記録媒体に集光し、前記情報記録媒体から反射されてきた反射光を集光する光学手段と、
前記集光された反射光のうち中央部領域の光を出射させる中央部領域、及び前記集光された反射光のうち所定の外周部領域の光を前記中央部領域の光とは異なる位置に出射させる外周部領域を有する開口制限手段とを備え、
前記開口制限手段の中央部領域は、トラッキング方向の長さが、前記トラッキング方向に対して垂直な方向の長さよりも長い領域であり、
前記開口制限手段により出射された外周部領域の光と中央部領域の光とをそれぞれ別の場所へ分離することを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
トラッキング信号は、前記光学手段により集光された前記反射光の全光量分布を保った状態から作成し、フォーカス信号は、前記開口制限手段により出射された前記中央部領域の光のみで作成することを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】
前記開口制限手段は偏光ホログラムを用いたものであって、前記光学手段の、前記情報記憶媒体への入射光及び前記情報記録媒体からの反射光の両方の光が通過する位置に配置されていることを特徴とする請求項１、又は２記載の光ヘッド。
【請求項４】
前記開口制限手段はホログラムを用いたものであって、前記光学手段の、前記情報記録媒体からの反射光のみが通過する位置に配置されていることを特徴とする請求項１、又は２記載の光ヘッド。
【請求項５】
前記開口制限手段は、前記光学手段により集光された反射光の前記所定の外周部領域の光または前記中央部領域の光を反射する光反射部と、前記集光された反射光の中央部領域の光または前記所定の外周部領域の光を透過する光透過部とを有するものであって、
前記光反射部及び前記光透過部の一方が、前記開口制限手段の外周部領域であり、他方が、前記開口制限手段の中央部領域であり、
前記光学手段の、前記情報記録媒体からの反射光のみが通過する位置に配置されていることを特徴とする請求項１、又は２記載の光ヘッド。
【請求項６】
前記開口制限手段の外周部領域には、前記トラッキング方向における外周部領域を含まないことを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の光ヘッド。
【請求項７】
前記開口制限手段の内周部領域は、実質上楕円形状であることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種類の異なる情報記録媒体、例えば高密度光ディスク（ＤＶＤ）の再生とＣＤディスクの再生を行うことができる光ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高密度化された光ディスク（以下ＤＶＤと称す）の規格が発表され、一部のメーカからはすでに商品化が成されている。図９は、従来のＤＶＤ光ヘッド光学系を示す構成図である。図９において、半導体レーザ１から出射されたレーザ光束２は、ビームスプリッタ４により反射されて光の方向を直角に曲げられ、集光レンズ３によって平行光束５に変換される。この平行光束５は対物レンズ７により収束されて、光ディスク８の情報記録面に照射される。この照射光は光ディスク８で反射されて再び対物レンズ７に入射し、平行光束５に変換され、集光レンズ３により収束される。この収束された反射光はビームスプリッタ４を透過した後、光検出器２０によって検出される。
【０００３】
一方、ＤＶＤの規格では、ディスク信号側の保護層厚み０．６ｍｍ、信号読み取りレーザ波長６５５nm、読み取り対物レンズＮＡ（開口数）０．６である。これは従来のＣＤディスクが保護層厚み１．２mm、信号読み取りレーザ波長７９０nm、読み取り対物レンズＮＡ０．４５であるのとは大きく異なっている。従って、従来のＣＤディスクを図９に示すようなＤＶＤ用光ヘッドで再生するためには何等かの工夫が必要とされる。このため下記のようないろいろな方法が提案されてきた。
【０００４】
一つの方法は、何等かの手段で１．２mm用対物レンズと０．６mm用対物レンズを機械的に切り替える方法、他の方法としては２焦点レンズの様に一つの対物レンズでＤＶＤ用焦点とＣＤ用焦点と２個の焦点を作るという方法がある。まず、２個の対物レンズを切り替える方法としては、軸周動型光ヘッドのように、ある回転中心軸の周りに種類の異なる２個の対物レンズを配置し、これを回転させ切り替えるという方法がある。一方、１個の対物レンズで２つの焦点を作る方法は、光学系構成の点では簡便な良い方法である。
【０００５】
また別の方法として、ディスクに達する光（往路）に対してもディスクから反射した光（復路）に対しても開口制限素子を挿入するという方法がある。この方法は、ＣＤディスクをＤＶＤディスク用対物レンズで再生した場合に、再生信号劣化が発生するのは特にＮＡが大きい部分からの信号であるため、この部分の光を対物レンズから出てゆく光についても帰ってくる光についても取り除くことによりＣＤ再生信号の品質を改善しようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の２種類の対物レンズを切り換える方法では、機械部品が多くなり光ヘッドが大きくなる、又機械的に軸周りに回動させてレンズ切り替えを行うので信頼性が乏しいという課題がある。
【０００７】
また、１個の対物レンズで２つの焦点を作る方法では、必然的に光を２系統に分けてしまうので光の利用効率が悪くなる。そのため今後重要となる反射率の低いＲＡＭデスク等の再生には光量が不足するという課題がある。
【０００８】
また、開口制限素子を用いる方法では、開口制限が光が両方向に進行する往復系にはいるため、何等かの方法によりＤＶＤ再生の場合は開口制限を取り除き、又ＣＤ再生の場合はこの開口制限を挿入する手段が必要な点である。そうでなければ絶えず開口制限が入った状態となり当然ながらＤＶＤ再生が不可能となる。このため開口制限を液晶で形成し、この液晶に電圧を加えることで開口制限の透過率を変えてＤＶＤ再生及びＣＤ再生を切り替える、すなわち等価的に開口制限素子の出し入れを行うようにしている。しかしこの方法でも、光ヘッド光学系内部に従来より余分な電気系を取り込む必要があり、必然的に光ヘッドの大きさが大きくなるという課題がある。
【０００９】
以上のように、ＤＶＤ再生用の対物レンズ（ＮＡ０．６）を用いてＣＤ再生を行うために上述したように種々の方法が考えられたが、従来の方法は、いずれの方法も光の往路にも復路にも機能させようとするものであった。前述したように、今まで考案された方法は、装置が大型になる、機械的複雑さを有する、光量損失が多くDVD−RAM再生が不可能であるという課題がある。
【００１０】
本発明は、従来のこのような光ヘッドの課題を考慮し、装置が小型化でき、機械的複雑さを持たず、光量損失も少なくてすむ光ヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ビームを出射する光源と、前記出射された光ビームを情報記録媒体に集光し、前記情報記録媒体から反射されてきた反射光を集光する光学手段と、前記集光された反射光のうち中央部領域の光を出射させる中央部領域、及び前記集光された反射光のうち所定の外周部領域の光を前記中央部領域の光とは異なる位置に出射させる外周部領域を有する開口制限手段とを備え、前記開口制限手段の中央部領域は、トラッキング方向の長さが、前記トラッキング方向に対して垂直な方向の長さよりも長い領域であり、前記開口制限手段により出射された外周部領域の光と中央部領域の光とをそれぞれ別の場所へ分離することを特徴とする光ヘッドである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
【００１３】
図３に本発明の原理を示しこれを説明する。いま、ＤＶＤ再生用の対物レンズ７は、ＮＡ０．６で光ディスクの保護層厚みは０．６ｍｍのものが一番収差なく絞れるように設計されている。この対物レンズ７を用いて保護層厚み１．２ｍｍのＣＤディスクを再生する場合、レンズ外周部からディスクにはいる光（外周部光束３１）はディスク基板に対して大きな角度を有するからこれらの光はディスク表面から見て、より奥の面で集光される（焦点Ｆ’）。しかし、レンズ中央部分を通過する光（内周部光束３２）はディスク基板に対して外周部より入射角が小さいから外周部光束３１ほど奥には集光されない（焦点Ｆ）。したがってＤＶＤ再生用の対物レンズ７でＣＤディスクを再生しようとする場合、平行光束５はディスク内の一点に集光されない。このような状態でＣＤを再生した場合、ＣＤの再生信号品質は実用にならないものである。
【００１４】
そこでＣＤディスクを再生する場合は、特に中央部分を通過するビームだけを用いれば比較的収差が少なく信号再生が容易に行うことが出来ると考えられる。従って、ＣＤ再生については開口制限を行い信号状態を良好化することは容易に考えられうる。従来技術の所で説明したように、この様な考案が種々行われたが従来は図３に示すごとく、特にディスク上でどの様に絞られるかが問題であるように考えられていた。従って、従来はディスクに達する光（往路の光）に対し開口制限を入れなければとても実用にならないと考えられた。しかし発明者らの実験結果によると、必ずしも往路に入れなくても十分な特性が得られることが判明した。本実験によるとＣＤ再生に対して十分な信号品質が得られるためには、再生レーザ波長６５５ｎｍ時、ＮＡ０．３７５±０．００５が良好であることが判明した。すなわち、復路のみに開口制限を挿入することで十分な特性が得られることになる。
【００１５】
復路のみの開口制限でＣＤ信号品質として十分な特性が得られるなら、後述する各実施の形態からも分かるように、ＤＶＤ再生に対し全く何らの妨害もなしに光学系が構成できるということであり、今後実用化が期待されるＤＶＤ−ＲＡＭ再生もＣＤ互換を保持しながら容易に行うことが可能となる。なぜならＤＶＤ−ＲＡＭディスクは書き込み時の光の利用効率を考えた場合、どうしてもディスク反射率を下げることになる。通常の反射率は１５％程度であり、従来ＲＯＭディスクの７５％以上の場合に比較し、反射率が低いからＲＡＭ互換を考えた場合、本発明は極めて汎用性のある光ヘッドを実現できる。
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかる実施の形態１の光ヘッドを示す構成図である。本実施の形態では開口制限を偏光ホログラム５０１で行っている。図１において、光源としての半導体レーザ１より出射されたレーザ光束２は、集光レンズ３により平行光束５に変換される。この平行光束５はビームスプリッタ４ａにより反射され、光の進路を直角に曲げられる。この往きの平行光束５の偏波面は開口制限手段としての偏光ホログラム５０１では回折されない偏光方向となっている。従って、この場合は偏光ホログラム５０１は何等機能を果していないので単なるガラス板と同等である。この偏光ホログラム５０１を通過した光は次の１／４λ波長板５１で回転偏光に変換され、更に、この光はアクチュエータ１００により駆動される対物レンズ７により情報記録媒体としての光ディスク８上に集光される。尚、集光レンズ３、ビームスプリッタ４ａ、１／４λ波長板５１、及び対物レンズ７が光学手段を構成している。
【００１６】
光ディスク８に入射した光は反射され、この光ディスク８からの反射光は再び対物レンズ７を通過し、再度１／４λ波長板５１を通過する。これにより光の偏光方向は入射光線の偏光とは９０度異なった偏光方向を持つようになり、今度は偏光ホログラム５０１により回折される。
【００１７】
このときの偏光ホログラム５０１のパターンを図２（ａ）に示す。偏光ホログラム５０１は、同心円的に内周部領域５０１ｂ−１〜４及び外周部領域５０１ａ−１〜４に区切られ、更に、それら領域は扇形形状に４分割されている。この内周部領域の径は、対物レンズ７がＮＡ０．６の場合、ＮＡ０．３７５相当になるよう決められている。偏光ホログラム５０１の外周部領域５０１ａ−１〜４に入射された光は、図２（ｂ）に示す光検出器２０の領域２０１ａに回折されて収束される。当然ながらこの偏光ホログラム５０１による回折光は、仮想光源点２４に対し点対称のところに負の回折光が出てくるから図２（ｂ）上で示される回折スポットは、すべて仮想光源点２４に対し点対称的にスポットが出来る。一方、内周部領域５０１ｂ−１〜４により回折された光は、光検出器２０の領域２０１ｂと仮想光源点２４に対する点対称領域２０１ｃのうちの中央部分に投影される。従ってもし領域２０１ｂに投影された光だけでＲＦ信号を検出した場合、ＮＡ０．３７５より内部だけの光で信号を検出することになるからＣＤ再生はこの領域のみの光で再生すればよい。一方、ＤＶＤ再生は全領域の光を採る必要があるから領域２０１ａ＋２０１ｂ＋２０１ｃの和で信号再生するか、あるいは、光量は半分になるがノイズの点で問題がなければ、領域２０１Ｃのみの光から問題なく再生することが可能となる。
【００１８】
以上のように、本実施の形態では、光ディスク８に向かう光（往路光）と光ディスク８から反射されて戻ってくる光（復路光）との両方の光が通過する光路上に開口制限手段を配置しているが、前述したように、開口制限手段として偏光ホログラム５０１を用いることにより、往路光に対しては開口制限機能は働かず、復路光に対してのみ開口制限機能が働くため、従来例における各種の問題点が解消できる。
【００１９】
本実施の形態の場合、開口制限用偏光ホログラム５０１は対物レンズ７と同一の光学鏡筒で固定されているが、これは帰り光の光分布に対してトラッキングによるレンズシフトがあっても絶えず一定のところを開口制限できるので理想的な開口制限を行うことが可能である。しかしながらこの理想状態から少し特性は劣化するけれども、この開口制限は後述する図５に示すように、固定側に設置することも可能である。
（実施の形態２）
図４（ａ）は、本発明にかかる実施の形態２の光ヘッドを示す構成図、同図（ｂ）は、その開口制限素子を示す図である。本実施の形態の場合は、復路の光学系にミラーからなる開口制限素子を挿入した例である。図４（ａ）において、この光学系で、４ｂはハーフミラーであり、半導体レーザ１から出射されたレーザ光束２は、ハーフミラー４ｂにより反射され、光路が直角に曲げられて集光レンズ３により平行光束５に変換される。これ以降の光ディスクに至るまでの光学系は、従来例と同等である（図９参照）。光ディスクからの反射光は、対物レンズにより平行光束５に変換された後、集光レンズ３により再び集光光束に変換される。そしてハーフミラー４ｂにより一部は反射されるが一部は透過する。図４（ｂ）に示すように、この開口制限素子５０２は、金属膜が形成された光を反射する光反射部としての周辺領域５０２ａ及び金属膜がなく光を透過する光透過部としての円形状の中央領域５０２ｂに分けられている。ハーフミラー４ｂを透過した光は、開口制限素子５０２の中央領域５０２ｂでは透過し、中央領域５０２ｂ以外の周辺領域５０２ａでは反射されて光路が曲げられる。
【００２０】
ところで、ハーフミラー４ｂは集光光束中に斜めに挿入されているので集光光束の透過光は非点収差を持つようになる。次に、開口制限素子５０２の周辺領域５０２ａによって反射された反射光は、光検出器２０２ａで受光される。本実施の形態の場合、光検出器２０２ａは検出領域が４分割されており、ＤＶＤ再生の場合は光検出器２０２ｂの信号と併せてトラッキング信号、情報再生信号を検出することができる。
【００２１】
一方、開口制限素子５０２の中央領域５０２ｂを通過した光は、光検出器２０２ｂで受光される。この光検出器２０２ｂは、やはり検出領域が４分割されており、ハーフミラー４ｂにより非点収差を与えられた集光光束１７のもっとも光束が小さく絞られる位置（最小錯乱円位置）に設置されている。従って、この光検出器２０２ｂによってＣＤ用フォーカス信号・トラッキング信号を検出することが可能である。
【００２２】
なお、上記実施の形態２では、開口制限素子（手段）は、中央部領域の光を透過させ、外周部領域の光を反射させる構成としたが、これとは逆に、中央部領域の光を反射させ、外周部領域の光を透過させる構成としてもよい。
（実施の形態３）
図５は、本発明にかかる実施の形態３の光ヘッドの構成図であり、図６は、本実施の形態におけるホログラム及び光検出器の分割面を示す図である。本実施の形態の場合は、実施の形態２でミラーで開口制限を実現しているのをホログラムで実現した例である。図５の光ヘッドの光学系の場合、前述した実施の形態１（図１）のように、往路の光と復路の光が同時に通過するところに開口制限手段を挿入しないで、ビームスプリッタ４ａで光がすでに往路と復路に分離された後の復路の光のみが通過するところに開口制限手段としてのホログラム５０が挿入されているので、ここのホログラム５０は、ガラスホログラムでも偏光性ホログラムでもどちらを用いてもよい。図６に示すように、本実施の形態のホログラム５０は、領域が同心円的に中央部領域５０３ｂと外周部領域５０３ａに分割されたものである。光ディスク８で反射して、対物レンズ７及びビームスプリッタ４ａを通過した光のうち、ホログラム５０の中央部領域５０３ｂで回折された回折光は、光検出器２０の領域２０３ｂに集光される。また、外周部領域５０３ａで回折された回折光は光検出器２０の領域２０３ａに集光される。これらの光検出器２０の各領域２０３ａ，２０３ｂはそれぞれ４分割されている。ここで、フォーカス信号は領域２０３ｂの４分割の光から生成される。また、トラッキング信号、ＲＦ信号は領域２０３ａ＋２０３ｂの光から生成される。
（実施の形態４）
図７は、本発明にかかる実施の形態４におけるホログラム及び光検出器の分割面を示す図である。本実施の形態の基本的な構成は、図５に示した実施の形態３のものと同様である。すなわち、ビームスプリッタ４ａで光がすでに往路と復路に分離された後の復路の光のみが通過するところにホログラム５０が挿入されており、図７に示すように、ホログラム５０の外周部領域５０４ａと光検出器２０の領域２０４ａとが対応しており、ホログラム５０の中央部領域５０４ｂと光検出器２０の領域２０４ｂとが対応している。
【００２３】
本実施の形態が上述した実施の形態３と異なる点は、図７に示すように、ホログラム５０の中央部領域５０４ｂを円形状から楕円形状に変更した点である。これは対物レンズ７が絶えず再生信号溝上を走るようにトラッキングされており、従って図６に示す位置にホログラム５０を設置した場合、光ディスク８からの反射光は、対物レンズ７の移動に伴いホログラム５０上を移動することになる。従ってこの移動する部分は開口制限をしない様に考慮されている。従ってホログラム５０の中央部領域５０４ｂを透過して光検出器２０の領域２０４ｂに集光する光も楕円形状になっている。
（実施の形態５）
図８は、本発明にかかる実施の形態５におけるホログラム及び光検出器の分割面を示す図である。本実施の形態の基本的な構成は、図５に示した実施の形態３のものと同様である。従って、ビームスプリッタ４ａで光がすでに往路と復路に分離された後の復路の光のみが通過するところにホログラム５０が挿入されている。
【００２４】
本実施の形態が上述した実施の形態３と異なる点は、図８に示すように、トラッキング方向だけ開口制限を行わないようにするために前述の実施の形態４の開口制限領域を更に変形したものであり、ホログラム５０の外周部領域５０５ａを、２本の平行な弦により円形状から中央部分を切り欠いた形状のものとした点である。従って、ホログラム５０の中央部分は光検出器２０の領域２０５ｂに対応しており、ホログラム５０の外周部領域５０５ａは光検出器２０の領域２０５ａに対応している。ホログラム５０の中央部分を通過して光検出器２０の領域２０５ｂに集光する光、及びホログラム５０の外周部領域５０５ａを通過して光検出器２０の領域２０５ａに集光する光は、ホログラム５０のそれら領域の形状に応じた形状になる。
【００２５】
以上のように、本発明は、往路光学系には何らの操作をせずに、復路光学系のみに開口制限を挿入することによりＤＶＤ・ＣＤ互換が可能となる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、光検出器２０を中央の領域を通過する光を検出する検出領域と外周の領域を通過する光を検出する検出領域とを有する１つの検出器として構成としたが、これに代えて、例えば図４のように、それら領域を通過する光をそれぞれ検出する受光素子を別々に設けてもよい。
【００２７】
また、上記実施の形態では、左右対称の受光部を配置したが、光量の点で問題が無ければ、どちらか一方でもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、光学手段により集光された反射光のうち、所定の外周部領域の光を中央部領域の光とは異なる位置に出射させる開口制限手段と、その開口制限手段により出射された外周部領域の光と中央部領域の光とをそれぞれ検出する光検出器とを備えているので、装置が小型化でき、機械的複雑さを持たず、光量損失も少なくてすむという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる実施の形態１の光ヘッドを示す構成図である。
【図２】同図（ａ）は、同実施の形態１における偏光ホログラム素子のパターンを示す図、同図（ｂ）は、その受光パターンを示す図である。
【図３】本発明の開口制限の原理を説明する図である。
【図４】同図（ａ）は、本発明にかかる実施の形態２の光ヘッドを示す構成図、同図（ｂ）は、その開口制限素子を示す図である。
【図５】本発明にかかる実施の形態３の光ヘッドの構成図である。
【図６】同実施の形態３におけるホログラム及び光検出器の分割面を示す図である。
【図７】本発明にかかる実施の形態４におけるホログラム及び光検出器の分割面を示す図である。
【図８】本発明にかかる実施の形態５におけるホログラム及び光検出器の分割面を示す図である。
【図９】従来のＤＶＤ光ヘッド光学系を示す構成図である。
【符号の説明】
１  半導体レーザ
２  レーザ光束
３  集光レンズ
４，４ａ  ビームスプリッタ
４ｂ  ハーフミラー
５    平行光束
７    対物レンズ
８    光ディスク
１１  検出レンズ
１２  周辺ホログラム回折光
１３  中央領域を通過する光
２０  光検出器
５０  ホログラム
５１  １／４λ波長板
１００  アクチュエータ
５０１  偏光ホログラム
５０２  開口制限素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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