(57)【要約】【課題】使い勝手に優れるとともに、環境温度の変化に対する動作の安定性を図る上で有利な複合光学素子、光ヘッドおよび記録再生装置を提供する。【解決手段】光学複合素子２は、グレーティング素子２２、第１の回折手段２４、第２の回折手段２６を備える。第１の回折手段２４は、コリメータ３から導かれた３つの反射光ビームを透過して回折することにより第２の回折手段２６に導く。第２の回折手段２６は第１の回折手段２４で透過して回折された各反射光ビームを反射して回折することにより光検出手段５に導く。第１、第２の回折手段２４、２６は、光ビームの波長変動による第１の回折手段２４の回折角変動に基づく反射光ビームの光検出手段５に対する変位と、光ビームの波長変動による第２の回折手段２６の回折角変動に基づく反射光ビームの光検出手段５に対する変位とが相殺されるように構成される。【選択図】        図２
2005011471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、
前記第１の回折手段を透過し回折された前記反射光ビームを反射し回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備えた複合光学素子において、
前記第１、第２の回折手段は、前記光ビームの波長変動による前記第１の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位と、前記光ビームの波長変動による前記第２の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位とが相殺されるように構成されている、
ことを特徴とする複合光学素子。
【請求項２】
前記第２の回折手段における前記反射回折は前記第２の回折手段に設けられた平面状の反射回折面で行なわれ、前記反射回折面を含む平面状の仮想反射面を想定し、かつ、前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段を、回折せずに透過すると想定した場合、前記第１の回折手段を回折せずに透過した前記反射光ビームが前記仮想反射面で回折せずに反射されることによって形成される第１の光路が前記光検出手段と交叉する位置を第１の位置とし、前記反射光ビームが前記第１の回折手段を透過し回折されるとともに、前記反射回折面で反射し回折されることによって形成される第２の光路が前記光検出手段と交叉する位置を第２の位置としたときに、前記第１の位置と第２の位置とがほぼ一致する位置関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
【請求項３】
前記第２の回折手段における前記反射回折は前記第２の回折手段に設けられた平面状の反射回折面で行なわれ、前記反射回折面を含む平面状の仮想反射面を想定し、かつ、前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段を、回折せずに透過すると想定した場合、前記第１の回折手段を回折せずに透過した前記反射光ビームが前記仮想反射面で回折せずに反射されることによって形成される第１の光路が前記光検出手段と交叉する位置を第１の位置とし、前記反射光ビームが前記第１の回折手段で透過回折されるとともに、前記反射回折面で反射回折されることによって形成される第２の光路が前記光検出手段と交叉する位置を第２の位置としたときに、前記第１の位置と第２の位置とがほぼ一致する位置関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
【請求項４】
前記第１の回折手段における透過回折は格子間隔Ｐ１を有する透過回折素子で行なわれ、前記第２の回折手段における反射回折は格子間隔Ｐ２を有する反射回折素子で行なわれ、前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段で透過回折され第２の回折手段に至る光路を第３の光路とし、前記第２の回折手段で反射回折された前記反射光ビームが前記光検出手段に至る光路を第４の光路とし、前記第３の光路に沿った前記第１、第２の回折手段の間の距離をＬ１とし、前記第４の光路に沿った前記第２の回折手段から前記光検出手段までの距離をＬ２としたときに、Ｐ２／Ｐ１≒Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）が成り立つように構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
【請求項５】
前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
【請求項６】
前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段で透過回折され第２の回折手段に至る光路を第１の光路とし、前記第２の回折手段で反射回折された前記反射光ビームが前記光検出手段に至る光路を第２の光路とし、前記第１の光路に沿った前記第１、第２の回折手段の間の距離をＬ１とし、前記第２の光路に沿った前記第２の回折手段から前記光検出手段までの距離をＬ２としたときに、Ｌ１＞Ｌ２となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
【請求項７】
前記第１の回折手段は０次光の回折効率と１次光の回折効率の積が最大となるように形成されるとともに、前記光記録媒体からの反射光ビームの透過回折を＋１次光または−１次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
【請求項８】
前記第２の回折手段がブレーズ型であることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
【請求項９】
前記光源から前記第１の回折手段までの光路上に、前記光源から出射された光ビームを０次光および±１次光として回折することにより該光ビームを３分割する第３の回折手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
【請求項１０】
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを集光して光記録媒体に照射する対物レンズと、
前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを前記対物レンズを介して受光する光検出手段と、
前記光源から出射された前記光ビームを前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズから出射される前記反射光ビームを前記光検出手段に導く複合光学素子とを備えた光ヘッドであって、
前記複合光学素子は、
光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、
前記第１の回折手段を透過し回折された前記反射光ビームを反射し回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備え、
前記第１、第２の回折手段は、前記光ビームの波長変動による前記第１の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位と、前記光ビームの波長変動による前記第２の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位とが相殺されるように構成されている、
ことを特徴とする光ヘッド。
【請求項１１】
前記第２の回折手段における前記反射回折は前記第２の回折手段に設けられた平面状の反射回折面で行なわれ、前記反射回折面を含む平面状の仮想反射面を想定し、かつ、前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段を、回折せずに透過すると想定した場合、前記第１の回折手段を回折せずに透過した前記反射光ビームが前記仮想反射面で回折せずに反射されることによって形成される第１の光路が前記光検出手段と交叉する位置を第１の位置とし、前記反射光ビームが前記第１の回折手段を透過し回折されるとともに、前記反射回折面で反射し回折されることによって形成される第２の光路が前記光検出手段と交叉する位置を第２の位置としたときに、前記第１の位置と第２の位置とがほぼ一致する位置関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１２】
前記第１の回折手段における透過回折は格子間隔Ｐ１を有する透過回折素子で行なわれ、前記第２の回折手段における反射回折は格子間隔Ｐ２を有する反射回折素子で行なわれ、前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段で透過回折され第２の回折手段に至る光路を第３の光路とし、前記第２の回折手段で反射回折された前記反射光ビームが前記光検出手段に至る光路を第４の光路とし、前記第３の光路に沿った前記第１、第２の回折手段の間の距離をＬ１とし、前記第４の光路に沿った前記第２の回折手段から前記光検出手段までの距離をＬ２としたときに、Ｐ２／Ｐ１≒Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）が成り立つように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１３】
前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１４】
前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段で透過回折され第２の回折手段に至る光路を第１の光路とし、前記第２の回折手段で反射回折された前記反射光ビームが前記光検出手段に至る光路を第２の光路とし、前記第１の光路に沿った前記第１、第２の回折手段の間の距離をＬ１とし、前記第２の光路に沿った前記第２の回折手段から前記光検出手段までの距離をＬ２としたときに、Ｌ１＞Ｌ２となるように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１５】
前記第１の回折手段は０次光の回折効率と１次光の回折効率の積が最大となるように形成されるとともに、前記光記録媒体からの反射光ビームの透過回折を＋１次光または−１次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１６】
前記第２の回折手段がブレーズ型であることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１７】
前記光源から前記第１の回折手段までの光路上に、前記光源から出射された光ビームを０次光および±１次光として回折することにより該光ビームを３分割する第３の回折手段が設けられていることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１８】
光記録媒体を保持して回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段によって回転駆動する光記録媒体に対し、光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を検出する光ヘッドと、
前記光ヘッドからの検出信号に基づいて再生信号を生成する再生信号処理回路とを有し、
前記光ヘッドは、
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを集光して光記録媒体に照射する対物レンズと、
前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを前記対物レンズを介して受光する光検出手段と、
前記光源から出射された前記光ビームを前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズから出射される前記反射光ビームを前記光検出手段に導く複合光学素子とを備え、
前記複合光学素子は、
光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、
前記第１の回折手段を透過し回折された前記反射光ビームを反射し回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備え、
前記第１、第２の回折手段は、前記光ビームの波長変動による前記第１の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位と、前記光ビームの波長変動による前記第２の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位とが相殺されるように構成されている、
ことを特徴とする記録再生装置。
【請求項１９】
前記第２の回折手段における前記反射回折は前記第２の回折手段に設けられた平面状の反射回折面で行なわれ、前記反射回折面を含む平面状の仮想反射面を想定し、かつ、前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段を、回折せずに透過すると想定した場合、前記第１の回折手段を回折せずに透過した前記反射光ビームが前記仮想反射面で回折せずに反射されることによって形成される第１の光路が前記光検出手段と交叉する位置を第１の位置とし、前記反射光ビームが前記第１の回折手段を透過し回折されるとともに、前記反射回折面で反射し回折されることによって形成される第２の光路が前記光検出手段と交叉する位置を第２の位置としたときに、前記第１の位置と第２の位置とがほぼ一致する位置関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の記録再生装置。
【請求項２０】
前記第１の回折手段における透過回折は格子間隔Ｐ１を有する透過回折素子で行なわれ、前記第２の回折手段における反射回折は格子間隔Ｐ２を有する反射回折素子で行なわれ、前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段で透過回折され第２の回折手段に至る光路を第３の光路とし、前記第２の回折手段で反射回折された前記反射光ビームが前記光検出手段に至る光路を第４の光路とし、前記第３の光路に沿った前記第１、第２の回折手段の間の距離をＬ１とし、前記第４の光路に沿った前記第２の回折手段から前記光検出手段までの距離をＬ２としたときに、Ｐ２／Ｐ１≒Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）が成り立つように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の記録再生装置。
【請求項２１】
前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の記録再生装置。
【請求項２２】
前記光記録媒体からの前記反射光ビームが前記第１の回折手段で透過回折され第２の回折手段に至る光路を第１の光路とし、前記第２の回折手段で反射回折された前記反射光ビームが前記光検出手段に至る光路を第２の光路とし、前記第１の光路に沿った前記第１、第２の回折手段の間の距離をＬ１とし、前記第２の光路に沿った前記第２の回折手段から前記光検出手段までの距離をＬ２としたときに、Ｌ１＞Ｌ２となるように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の記録再生装置。
【請求項２３】
前記第１の回折手段は０次光の回折効率と１次光の回折効率の積が最大となるように形成されるとともに、前記光記録媒体からの反射光ビームの透過回折を＋１次光または−１次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の記録再生装置。
【請求項２４】
前記第２の回折手段がブレーズ型であることを特徴とする請求項１８記載の記録再生装置。
【請求項２５】
前記光源から前記第１の回折手段までの光路上に、前記光源から出射された光ビームを０次光および±１次光として回折することにより該光ビームを３分割する第３の回折手段が設けられていることを特徴とする請求項１８記載の記録再生装置。
【請求項２６】
光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、
前記第１の回折手段で透過回折された前記反射光ビームを反射して回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備えた複合光学素子において、
前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されている、
ことを特徴とする複合光学素子。
【請求項２７】
前記光検出手段は前記反射光ビームを受光する平面状に形成された受光面を有し、前記第１の回折手段から前記第２の回折手段までの光路の距離Ｌ１が前記第２の回折手段から前記受光面までの光路の距離Ｌ２よりも大となるように構成されていることを特徴とする請求項２６記載の複合光学素子。
【請求項２８】
前記第１の回折手段は０次光の回折効率と１次光の回折効率の積が最大となるように形成されるとともに、前記光記録媒体からの反射光ビームの回折を＋１次光または−１次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項２６記載の複合光学素子。
【請求項２９】
前記第２の回折手段がブレーズ型であることを特徴とする請求項２６記載の複合光学素子。
【請求項３０】
前記光源から前記第１の回折手段までの光路上に、前記光源から出射された光ビームを０次光および±１次光として回折することにより該光ビームを３分割する第３の回折手段が設けられていることを特徴とする請求項２６記載の複合光学素子。
【請求項３１】
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを集光して光記録媒体に照射する対物レンズと、
前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを前記対物レンズを介して受光する光検出手段と、
前記光源から出射された前記光ビームを前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズから出射される前記反射光ビームを前記光検出手段に導く複合光学素子とを備えた光ヘッドであって、
前記複合光学素子は、
前記光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、
前記第１の回折手段で透過回折された前記反射光ビームを反射して回折することにより前記光検出手段に導く第２の回折手段とを備え、
前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されている、
ことを特徴とする光ヘッド。
【請求項３２】
前記光検出手段は前記反射光ビームを受光する平面状に形成された受光面を有し、前記第１の回折手段から前記第２の回折手段までの光路の距離Ｌ１が前記第２の回折手段から前記受光面までの光路の距離Ｌ２よりも大となるように構成されていることを特徴とする請求項３１記載の光ヘッド。
【請求項３３】
前記第１の回折手段は０次光の回折効率と１次光の回折効率の積が最大となるように形成されるとともに、前記光記録媒体からの反射光ビームの回折を＋１次光または−１次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項３１記載の光ヘッド。
【請求項３４】
前記第２の回折手段がブレーズ型であることを特徴とする請求項３１記載の光ヘッド。
【請求項３５】
前記光源から前記第１の回折手段までの光路上に、前記光源から出射された光ビームを０次光および±１次光として回折することにより該光ビームを３分割する第３の回折手段が設けられていることを特徴とする請求項３１記載の光ヘッド。
【請求項３６】
光記録媒体を保持して回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段によって回転駆動する光記録媒体に対し、光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を検出する光ヘッドと、
前記光ヘッドからの検出信号に基づいて再生信号を生成する再生信号処理回路とを有し、
前記光ヘッドは、
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを集光して光記録媒体に照射する対物レンズと、
前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを前記対物レンズを介して受光する光検出手段と、
前記光源から出射された前記光ビームを前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズから出射される前記反射光ビームを前記光検出手段に導く複合光学素子とを備え、
前記複合光学素子は、
前記光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを入射して回折する第１の回折手段と、
前記第１の回折手段で回折された前記反射光ビームを回折することにより前記光検出手段に導く第２の回折手段とを備え、
前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されている、
ことを特徴とする記録再生装置。
【請求項３７】
前記光検出手段は前記反射光ビームを受光する平面状に形成された受光面を有し、前記第１の回折手段から前記第２の回折手段までの光路の距離Ｌ１が前記第２の回折手段から前記受光面までの光路の距離Ｌ２よりも大となるように構成されていることを特徴とする請求項３６記載の記録再生装置。
【請求項３８】
前記第１の回折手段は０次光の回折効率と１次光の回折効率の積が最大となるように形成されるとともに、前記光記録媒体からの反射光ビームの回折を＋１次光または−１次光として行なうように構成されていることを特徴とする請求項３６記載の記録再生装置。
【請求項３９】
前記第２の回折手段がブレーズ型であることを特徴とする請求項３６記載の記録再生装置。
【請求項４０】
前記光源から前記第１の回折手段までの光路上に、前記光源から出射された光ビームを０次光および±１次光として回折することにより該光ビームを３分割する第３の回折手段が設けられていることを特徴とする請求項３６記載の記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に対して各種情報の記録再生を行なう記録再生装置、この記録再生装置等の各種光学機器に設けられる光ヘッドおよびこの光ヘッドなどに搭載される複合光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は光ヘッドの従来例を示す構成図である。
光ヘッドＨ１は、レーザ光源１０００と、該レーザ光源１０００から出射された光ビームを回折して分割するグレーティング素子１００２と、グレーティング素子１００２から出射された光ビームを反射するビームスプリッタ１００４と、ビームスプリッタ１００４で反射された光ビームを平行光にするコリメータレンズ１００６と、コリメータレンズ１００６で平行光にされた光ビームを集光して光ディスク１０１０に照射する対物レンズ１００８と、光ビームの光ディスク１０１０で反射した反射光ビームを対物レンズ１００８、コリメータレンズ１００６、およびビームスプリッタ１００４を介して検知する光検出素子１０１２とを備えて構成されている。
このような光ヘッドＨ１は、レーザ光源、グレーティング素子、ビームスプリッタ、コリメータレンズ、対物レンズ、光検出素子の各素子が独立してホルダに組み込まれているため、ディスリート光学系と呼ばれる。
このようなディスクリート光学系の光ヘッドＨ１は、各素子が独立しているのでコストが安価であり、各素子の組み合わせが任意に行なえることにより設計の自由度が高いという長所があるが、サイズが大きくなり勝ちで、各素子で位置ずれが生じることにより信頼性が低いという短所がある。
【０００３】
図１６は光ヘッドの別の従来例を示す構成図である。
光ヘッドＨ２は、レーザ光源、グレーティング素子、ビームスプリッタ、光検出素子などを一体的に組み込んだ集積光学素子１０２０と、集積光学素子１０２０から出射された光ビームを平行光にするコリメータレンズ１００６と、コリメータレンズ１００６で平行光にされた光ビームを集光して光ディスク１０１０に照射する対物レンズ１００８とを備え、光ビームの光ディスク１０１０で反射した反射光ビームが対物レンズ１００８、コリメータレンズ１００６を介して集積光学１０２０に導き光検出素子に導くように構成されている。
このような光ヘッドＨ２は集積光学系と呼ばれる。
このような集積光学系の光ヘッドＨ２は、集積光学素子を採用することによって小型化を図るとともに、信頼性を確保する上で優れているという長所があるが、集積光学素子にコストがかかるとともに、設計自由度が低いという短所がある。
【０００４】
また、互いに異なる２つの波長の光ビームを用いた光ヘッドが提案されている（例えば特許文献１参照）。
図１７（Ａ）は光ヘッドの概略構成を示す構成図であり、光ヘッドＨ３は、互いに異なる２つの波長の光ビームを出射するレーザ光源１００１、コリメータレンズ１００６、対物レンズ１００８、光検出素子１０１２に加えて、複合光学素子１０３０を備えて構成されている。
複合光学素子１０３０は、樹脂材料を射出成形することによりブロック状に形成され、レーザ光源１０００とコリメータレンズ１００６の間の光路上に位置するように、レーザ光源１００１および光検出素子１０１２と共にハウジング１０３１に取着されている。
【０００５】
図１７（Ｂ）に示すように、複合光学素子１０３０はレーザ光源１００１に臨む箇所に設けられた透過型の第１回折素子１０３２と、コリメータレンズ１００６に臨む箇所に設けられた透過型の第２回折素子１０３４と、第１回折素子１０３２に隣接した箇所に設けられ第２回折素子１０３４と光検出素子１０１２の双方に臨むように設けられた反射型の第３回折素子１０３６とを備えて構成されている。
【０００６】
レーザ光源１００１には、波長の異なる２つの光ビームをそれぞれ出射する２つの発光点が間隔（例えば５０μｍ〜３００μｍ）をおいて設けられている。
第１回折素子１０３２は、レーザ光源１０００から出射される光ビームを回折して分割するものであり、図１５のグレーティング素子１００２に相当するものである。
回折素子１０３４は、第１回折素子１０３２から出射された光ビームを透過してコリメータレンズ１００６に導くと共に、コリメータレンズ１００６から出射された反射光ビームを透過回折することにより光ビームと分離して回折素子１０３６に導くように構成されている。
回折素子１０３６は回折素子１０３４から導かれた反射光ビームを反射回折して光検出素子１０１２に導くように構成されている。
そして、各発光点から出射された各光ビームの反射光ビームの回折素子１０３４、１０３６における回折角の波長依存性を利用して、各反射光ビームの双方が光検出素子１０１２上の同じ位置に照射されるように構成されている。
また、光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、照射された光ビームの光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、この第１の回折手段を透過し回折された前記反射光ビームを反射し回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備えた複合光学素子が提案されている（例えば特許文献２参照）。
このような複合光学素子を用いた光ヘッドによれば、レーザ光源、光検出素子、および複合光学素子を分離したので、各素子の低コスト化、設計自由度の確保、小型化、組み立て調整作業の容易化、信頼性の向上を図る上で有利であり、使い勝手に優れている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１０１７０３号公報
【特許文献２】
特開２００３−１５７５５０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような複合光学素子を用いた光ヘッドでは、各レーザ光の波長が温度変化によって変動した場合に回折角の波長依存性によって反射光ビームの位置が光検出素子上で変位してしまうことになり、光ヘッドの高温動作および低温動作を保証する上で不利となっている。
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、使い勝手に優れるとともに、環境温度の変化に対する動作の安定性を図る上で有利な複合光学素子、光ヘッドおよび記録再生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合光学素子は上記目的を達成するため、光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、前記第１の回折手段を透過し回折された前記反射光ビームを反射し回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備えた複合光学素子において、前記第１、第２の回折手段は、前記光ビームの波長変動による前記第１の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位と、前記光ビームの波長変動による前記第２の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位とが相殺されるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光ヘッドは、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを集光して光記録媒体に照射する対物レンズと、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを前記対物レンズを介して受光する光検出手段と、前記光源から出射された前記光ビームを前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズから出射される前記反射光ビームを前記光検出手段に導く複合光学素子とを備えた光ヘッドであって、前記複合光学素子は、光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、前記第１の回折手段を透過し回折された前記反射光ビームを反射し回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備え、前記第１、第２の回折手段は、前記光ビームの波長変動による前記第１の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位と、前記光ビームの波長変動による前記第２の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位とが相殺されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の記録再生装置は、光記録媒体を保持して回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段によって回転駆動する光記録媒体に対し、光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を検出する光ヘッドと、前記光ヘッドからの検出信号に基づいて再生信号を生成する再生信号処理回路とを有し、前記光ヘッドは、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを集光して光記録媒体に照射する対物レンズと、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを前記対物レンズを介して受光する光検出手段と、前記光源から出射された前記光ビームを前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズから出射される前記反射光ビームを前記光検出手段に導く複合光学素子とを備え、前記複合光学素子は、光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、前記第１の回折手段を透過し回折された前記反射光ビームを反射し回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備え、前記第１、第２の回折手段は、前記光ビームの波長変動による前記第１の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位と、前記光ビームの波長変動による前記第２の回折手段の回折角変動に基づく前記反射光ビームの前記光検出手段に対する変位とが相殺されるように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
そのため、本発明によれば、光源から出射される光ビームの波長が温度変化などによって変動した場合、第１の回折手段における回折角変動に基づく反射光ビームの光検出手段に対する変位と、第２の回折手段における回折角変動に基づく反射光ビームの光検出手段に対する変位とが相殺される。したがって、複合光学素子、光ヘッドおよび記録再生装置の環境温度の変化に対する動作の安定性を図る上で有利である。
【００１３】
また、本発明の複合光学素子は、光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、前記第１の回折手段で透過回折された前記反射光ビームを反射して回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備えた複合光学素子において、前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光ヘッドは、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを集光して光記録媒体に照射する対物レンズと、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを前記対物レンズを介して受光する光検出手段と、前記光源から出射された前記光ビームを前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズから出射される前記反射光ビームを前記光検出手段に導く複合光学素子とを備えた光ヘッドであって、前記複合光学素子は、前記光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを透過して回折する第１の回折手段と、前記第１の回折手段で透過回折された前記反射光ビームを反射して回折することにより前記光検出手段に導く第２の回折手段とを備え、前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の記録再生装置は、光記録媒体を保持して回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段によって回転駆動する光記録媒体に対し、光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を検出する光ヘッドと、前記光ヘッドからの検出信号に基づいて再生信号を生成する再生信号処理回路とを有し、前記光ヘッドは、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを集光して光記録媒体に照射する対物レンズと、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを前記対物レンズを介して受光する光検出手段と、前記光源から出射された前記光ビームを前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズから出射される前記反射光ビームを前記光検出手段に導く複合光学素子とを備え、前記複合光学素子は、前記光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、前記照射された光ビームの前記光記録媒体での反射光ビームを入射して回折する第１の回折手段と、前記第１の回折手段で回折された前記反射光ビームを回折することにより前記光検出手段に導く第２の回折手段とを備え、前記第２の回折手段は＋２次光の回折効率が最大となるように形成されるとともに、前記第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
そのため、本発明によれば、第２の回折手段は第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なう。反射回折を＋２次光として行なう場合には、反射光ビームを＋１次光として反射回折する場合に比較して、第２の回折手段における製造誤差の許容範囲を広げることができるとともに、第２の回折手段における製造誤差による回折効率のばらつきを減らすことができる。これにより、光検出手段に導かれる反射光ビームの光量のばらつきを抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による複合光学素子、光ヘッド及び記録再生装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図３は、第１の実施の形態における複合光学素子および光ヘッドを組み込んだ光ディスク記録再生装置の構成を示すブロック図である。なお、図３に示す光ディスク記録再生装置は、以下に説明する光ヘッドを搭載することが可能な記録再生装置の一例である。
【００１８】
図３において、この記録再生装置１０１は、光記録媒体としての光ディスク１０２を回転駆動する駆動手段としてのスピンドルモータ１０３と、光ヘッド１０４と、その駆動手段としての送りモータ１０５とを備えている。ここで、スピンドルモータ１０３は、システムコントローラ１０７及びサーボ制御回路１０９により駆動制御され、所定の回転数で回転される。
信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ヘッド１０４は、信号変調およびＥＣＣブロック１０８の指令に従って、回転する光ディスク１０２の信号記録面に対して、それぞれ光照射を行う。このような光照射により光ディスク１０２に対する記録、再生が行われる。
また、光ヘッド１０４は、光ディスク１０２の信号記録面からの反射光ビームに基づいて、後述するような各種の光ビームを検出し、各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１２０に供給する。
【００１９】
プリアンプ部１２０は、各光ビームに対応する信号に基づいてフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成できるように構成されている。再生対象とされる記録媒体の種類に応じて、サーボ制御回路１０９、信号変調及びＥＣＣブロック１０８等により、これらの信号に基づく復調及び誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。
これにより、復調された記録信号は、例えばコンピュータのデータストレージ用であれば、インタフェース１１１を介して外部コンピュータ１３０等に送出される。これにより、外部コンピュータ１３０等は光ディスク１０２に記録された信号を再生信号として受け取ることができるようになっている。
【００２０】
また、オーディオ・ビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１１２のＤ／Ａ変換部でデジタル／アナログ変換され、オーディオ・ビジュアル処理部１１３に供給される。そして、このオーディオ・ビジュアル処理部１１３でオーディオ・ビデオ信号処理が行われ、オーディオ・ビジュアル信号入出力部１１４を介して外部の撮像・映写機器に伝送される。
上記光ヘッド１０４には、例えば光ディスク１０２上の所定の記録トラックまで、移動させるための送りモータ１０５が接続されている。スピンドルモータ１０３の制御と、送りモータ１０５の制御と、光ヘッド１０４の対物レンズを保持する二軸アクチュエータのフォーカシング方向及びトラッキング方向の制御は、それぞれサーボ制御回路１０９により行われる。
【００２１】
図１は第１の実施の形態による光ヘッドの光学系を示す構成図、図２は光ヘッドに組み込まれる複合光学素子の構成図である。
図１において、光ヘッド１０４は、レーザ光源１、複合光学素子２、コリメータレンズ３、対物レンズ４、光検出手段５を備えており、これらの各部品が不図示のホルダにマウントされて構成されている。
なお、トラッキングエラー信号の生成やフォーカスエラー信号の生成については従来公知の様々な方法を用いることができるが、本例においては、トラッキングエラー信号は３ビーム法によって生成され、フォーカスエラー信号は非点収差法によって生成されるものとして説明する。
【００２２】
光ヘッド１０４において、レーザ光源１から出射された光ビームは複合光学素子２を通過してコリメータレンズ３および対物レンズ４を介して光ディスク１０２に照射され、光ディスク１０２で反射された反射光ビームは対物レンズ４、コリメータレンズ３、複合光学素子２を介して光検出手段５に導かれるように構成されている。
【００２３】
光学複合素子２は、光ビームを透過する光学部材によって形成され、幅と、幅よりも大きな高さと、高さよりも大きな長さを有するブロック状を呈し、その長さ方向がレーザ光源１とコリメータレンズ３とを結ぶ方向に沿って延在するように配設されている。
図２に示すように、光学複合素子２は、グレーティング素子２２（特許請求の第３の回折手段に相当）、第１の回折手段２４、第２の回折手段２６を備えて構成されている。
【００２４】
グレーティング素子２２は、レーザ光源１に臨む複合光学素子２の端面箇所、すなわちレーザ光源１から第１の回折手段２４までの光路上の箇所に設けられ、レーザ光源１から出射される光ビームを−１次光、０次光、＋１次光として回折することにより、３ビーム法によるトラッキングエラー信号を生成するために必要な３つの光ビーム、すなわち１つの再生信号検出用およびフォーカスエラー信号検出用の光ビームと、２つのトラッキングエラー信号検出用の光ビームを生成するように構成されている。
図４（Ａ）は図２においてＸ１方向から見たグレーティング素子２２と該グレーティング素子２２によって生成された３つの光ビームの位置を示す説明図である。グレーティング素子２２は互いに等間隔をおいて直線状に延在する回折格子を有して構成されている。レーザ光源１からグレーティング素子２２に入射された光ビームは、０次光からなる光ビームＢ０、＋１次光からなる光ビームＢ１、−１次光からなる光ビームＢ２に透過して回折され、各光ビームＢ０、Ｂ１、Ｂ２は各回折格子と直交する直線上に並ぶように位置している。
【００２５】
第１の回折手段２４は、ブレーズ型であって、コリメータレンズ３に臨む複合光学素子２の端面箇所に設けられ、レーザ光源１からコリメータレンズ３および対物レンズ４に導かれる光ビームと、光ディスク１０２から反射され対物レンズ４およびコリメータレンズ３を介して導かれる反射光ビームとの双方が通過するように構成されている。
第１の回折手段２４は、グレーティング素子２２で生成された３つの光ビームを透過してコリメータ３に導く光路を形成すると共に、コリメータ３から導かれた３つの反射光ビームを透過回折することにより３つの光ビームＢ０、Ｂ１、Ｂ２の光路と分岐して第２の回折手段２６に導く光路を形成している。
第１の回折手段２４は、０次光の回折効率と１次光の回折効率の積が最大となるように構成され、第１の回折手段２４による３つの反射光ビームの透過回折は、これら各反射光ビームを１次光（＋１次光または−１次光）として回折することによってなされる。本例においては第１の回折手段２４は＋１次光を第２の回折手段２６に導くように構成されているものとして説明するが、−１次光として回折するものであってもかまわない。
図４（Ｂ）は図２においてＸ２方向から見た第１の回折手段２４と第１の回折手段２４によって回折される３つの光ビームの位置を示す説明図である。第１の回折手段２４は互いに等間隔をおいて直線状に延在する回折格子、すなわち等間隔直線回折格子を有して構成されている。グレーティング素子２２から第１の回折手段２４に入射される各反射光ビームＢ０、Ｂ１、Ｂ２は各回折格子と平行な直線上に並ぶように位置している。
なお、第１の回折素子２４は、これら３つの反射光ビームを回折する際に、各反射光ビームに対して角度を与えつつ第２の回折手段２６に導き、これにより各反射光ビームに非点収差を発生させるように構成されている。非点収差の発生については後で詳述する。
【００２６】
第２の回折手段２６は、ブレーズ型であって、グレーティング素子２２近傍の複合光学素子２の箇所に設けられ、第１の回折手段２４で透過回折された各反射光ビームを反射して回折することにより光検出手段５に導くように構成されている。
第２の回折手段２６は、回折光のうちで１次光の回折効率が最大となるように形成され、第２の回折手段２６による３つの反射光ビームの反射回折は、これら各反射光ビームを１次光（＋１次光および−１次光）として回折することによってなされる。本例においては第２の回折手段２６は＋１次光を光検出手段５に導くように構成されているものとして説明するが、−１次光として回折するものであってもかまわない。
図４（Ｃ）は図２においてＸ３方向から見た第２の回折手段２６と第２の回折手段２６によって回折される３つの反射光ビームの位置を示す説明図である。
第２の回折手段２６は互いに等間隔をおいて直線状に延在する回折格子、すなわち等間隔直線回折格子を有して構成されている。第１の回折手段２４から入射される各反射光ビームＢ０、Ｂ１、Ｂ２は各回折格子と平行な直線上に並ぶように位置している。
【００２７】
光検出手段５は、図５に示すように平板状の基板５２を有し、基板５２の一側に平面状の受光面５４が形成され、受光面５４上に受光部５４Ａ乃至５４Ｃが構成されている。基板５２は、受光面５４が反射光ビームの光路とほぼ直交するように配設されている。
図５に示すように、受光部５４Ａは、４つの矩形状の受光領域５４Ａ１乃至５４Ａ４によって田の字状に構成されており、光ビームＢ０を受光して再生信号を生成するとともに、非点収差法によってフォースエラー信号を生成するための検出信号を出力するように構成されている。
受光部５４Ｂ、５４Ｃは、それぞれ光ビームＢ１、Ｂ２をそれぞれ受光してトラッキングエラー信号を生成するための検出信号を出力するように構成されている。
【００２８】
また、光記録媒体からの反射光ビームが第１の回折手段２４で透過回折され第２の回折手段２６に至る光路を光路Ａ（第３の光路に相当）とし、第２の回折手段２６で反射回折された反射光ビームが光検出手段５に至る光路を光路Ｂ（第４の光路に相当）とし、光路Ａに沿った第１、第２の回折手段２４、２６間の距離をＬ１とし、光路Ｂに沿った第２の回折手段２６および光検出手段５間の距離をＬ２としたときに、複合光学素子２および光検出手段５は、Ｌ１＞Ｌ２となるように構成されている。これは、複合光学素子２に対して光検出手段５をなるべく近接させること、つまり距離Ｌ２をなるべく短くすることが光ヘッドを小型化する上で有利となるからである。
【００２９】
本発明においては、第１、第２の回折手段２４、２６は、光ビームの波長変動による第１の回折手段２４の回折角変動に基づく反射光ビームの光検出手段５に対する変位と、光ビームの波長変動による第２の回折手段２６の回折角変動に基づく反射光ビームの光検出手段５に対する変位とが相殺されるように構成されている。
第１、第２の回折手段２４、２６の構成によって各反射光ビームの変位を相殺する原理について説明する。
まず、説明を簡略化するため、第１、第２の回折手段２４、２６の双方が透過回折を行なう透過型回折素子によって構成されているものと仮定する。
図６は第１、第２の回折手段２４、２６を透過回折した反射光ビームの光路を示す説明図である。
図６において、第１の回折手段２４の回折面２４Ａと、第２の回折手段２６の回折面２６Ａと、受光面５４とが互いに平行をなしているものとする。
ここで、反射光ビームは、第１の回折手段２４で透過回折されることにより、０次光と、＋１次光と、−１次光とに分離されて第２の回折手段２６に出射される。
第１の回折手段２４で分離された各反射光ビーム（０次光、＋１次光、−１次光）のそれぞれは、第２の回折手段２６によって０次光と、＋１次光と、−１次光とに回折されて受光面５４に向けて出射される。
【００３０】
ここで、第１の回折手段２４は、反射光ビームを０次光、＋１次光、−１次光として透過回折する。第２の回折手段２６は、これら３つの反射光ビームのそれぞれを０次光、＋１次光、−１次光として透過回折する。これらの９通りの組み合わせをそれぞれの次数を順に並べて以下のように表記する。
例えば、０次光と０次光の組み合わせならば０＿０次光とし、０次光と＋１次光の組み合わせならば０＿１次光とする。以下同様に、０＿−１次光、１＿０次光、１＿１次光、１＿−１次光、−１＿０次光、−１＿１次光、−１＿−１次光と表記する。
【００３１】
このような次数の反射光ビームのうち、０＿０次光は第１、第２の回折手段２４、２６の双方で回折されない成分の光であることにより光ビームの波長変動の影響を受けないため受光面５４での変位が生じない。
したがって、０＿０次光が通過する受光面５４上の位置と、１＿−１次光、−１＿１次光が通過する受光面５４上の位置とが一致するように第１、第２の回折手段２４、２６を構成すればよいことになる。
ここで、図６に示すように、１＿−１次光と−１＿１次光は、第１、第２の回折手段２４、２６による回折角が互いに相殺する方向となるため、第１、第２の回折手段２４、２６における波長変動に基づく回折角の変動が互いに相殺される条件を満たせば、１＿−１次光と−１＿１次光は、０＿０次光と同じように受光面５４上での変位が生じないことになる。
以下では、説明を簡略化するため１＿−１次光について説明する。なお、−１＿１次光は１次光と−１次光の順番が入れ替わっただけであるため、以下同様の説明がなりたつ。
【００３２】
ここで、第１、第２の回折手段２４、２６は、等間隔回折格子から構成され、各回折格子が互いに平行をなすように配設されているものとする。
第１の回折手段２４における回折格子の間隔をＰ１、第２の回折手段２６における回折格子の間隔をＰ２、第１、第２の回折手段２４、２６の間隔をＬ１、第２の回折手段２６および受光面５４の間隔をＬ２とする。第１の回折手段２４で＋１次光として回折される反射光ビームの回折角をθ１、第１の回折手段２４で＋１次光として回折されさらに第２の回折手段２６で−１次光として回折される反射光ビームの回折角をθ２とする。反射光ビームの波長をλとする。
すると、回折の公式により、式（１）、式（２）が成立する。
ｓｉｎθ１＝λ／ｐ１                        （１）
ｓｉｎθ２＝λ／ｐ２                        （２）
受光面５４上において１＿−１次光が０＿０次光と同じ位置を通過する条件により式（３）が成立する。
Ｌ１ｔａｎθ１＝Ｌ２ｔａｎ（θ２−θ１）    （３）
ここで、近軸仮定とすると式（４）、式（５）が成立する。
ｓｉｎθ１＝ｔａｎθ１＝θ１                （４）
ｓｉｎθ２＝ｔａｎθ２＝θ２                （５）
そして、第２の回折手段２６で反射回折された反射光ビームが複合光学素子２から光検出手段５に出射する際に生じる屈折の影響が無視できるものとした場合には、これら式（１）乃至式（５）から式（６）が導かれる。
Ｐ１／Ｐ２≒Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ１）            （６）
すなわち、式（６）を満たすように、第１、第２の回折手段２４、２６の回折格子の間隔Ｐ１、Ｐ２、第１、第２の回折手段２４、２６の間隔Ｌ１、第２の回折格子２６と受光面５４の間隔Ｌ２を設定することにより、反射光ビームの波長変動が生じても、１＿−１次光（−１＿１次光）は、０＿０次光と同じように受光面５４上での位置の変動が生じないことになる。
【００３３】
上述の説明では第２の回折手段２６を透過型回折素子と仮定して説明したが、第２の回折手段２６が反射型回折素子であっても、式（１）乃至式（６）が同様に成立する。
したがって、式（６）を満たすように、第１、第２の回折手段２４、２６の回折格子の間隔Ｐ１、Ｐ２、第１、第２の回折手段２４、２６の間隔Ｌ１、第２の回折格子２６と受光面５４の間隔Ｌ２を設定することにより、反射光ビームの波長変動が生じても、１＿−１次光（−１＿１次光）は０＿０次光と同じように受光面５４上での位置の変動が生じない。
【００３４】
また、図６において、０＿０次光が通過する受光面５４上の位置と、１＿−１次光、−１＿１次光が通過する受光面５４上の位置とが一致するように第１、第２の回折手段２４、２６を構成するということは、図７を用いて説明すれば、以下のように第１、第２の回折手段２４、２６を構成することに相当する。
すなわち、第２の回折手段２６における反射回折が反射回折面２６Ｂで行なわれ、反射回折面２６Ｂを含む平面状の仮想反射面を想定し、かつ、光記録媒体からの反射光ビームが第１の回折手段を透過すると想定した場合、第１の回折手段２４を透過した反射光ビームが前記仮想反射面で反射されることによって形成される第１の光路が光検出手段５の受光面５４と交叉する位置を第１の位置とし、前記反射光ビームが第１の回折手段２４で透過回折されるとともに、反射回折面２６Ｂで反射回折されることによって形成される第２の光路が光検出手段５の受光面５４と交叉する位置を第２の位置としたときに、第１の位置と第２の位置とがほぼ一致する位置関係を満たすように第１、第２の回折手段２４、２６を構成する。
【００３５】
ここで、図８を参照して非点収差の発生原理について説明する。
図８（Ａ）は第１の実施の形態における非点収差の発生原理の説明図、（Ｂ）は第１の回折手段における回折格子の説明図、（Ｃ）は第２の回折手段における回折格子の説明図、（Ｄ）は光検出手段の受光面上に形成される光スポットの説明図である。
図８（Ａ）に示すように、光検出手段５の受光面５４に形成される光スポットの非点収差は、第１、第２の回折手段２４、２６の回折角θ１、θ２と、第２の回折手段２６の反射回折面とレーザ光源１から出射される光ビームの光路とがなす斜面角度θ３とでほぼ決定される。なお、回折角θ１は第１の回折手段２４における回折格子の間隔Ｐ１により決定され、回折角θ２は第２の回折手段２６における回折格子の間隔Ｐ２により決定される。
これら３つの角度θ１、θ２、θ３を最適化することにより受光面５４上で発生する光スポットの非点収差量、すなわちフォーカスエラー感度を調整することができる。
【００３６】
以上のように構成された光ヘッド１０４によって光ディスクを再生する際の作用について説明する。
レーザ制御部１２１は、レーザ光源１オンとする。これにより、レーザ光源１から出射された光ビームは、グレーティング素子２２によって回折されることにより３つの光ビームに分離され、複合光学素子２、コリメータレンズ３、対物レンズ４を介して光ディスク１０２に照射される。
【００３７】
光ディスク１０２に照射される３つの光ビームは光ディスク１０２のトラックにそれぞれ照射され反射される。これにより３つの反射光ビームＢ０、Ｂ１、Ｂ２は、対物レンズ４、コリメータレンズ３、複合光学素子２を介して光検出手段５の各検出部５４Ａ乃至５４Ｃに受光される。
【００３８】
検出部５４Ａ乃至５４Ｃの検出信号は、再生信号としてプリアンプ１２０、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８によって再生され、インターフェース１１１を介して外部に出力される。
また、検出部５４Ａ乃至５４Ｃの検出信号は、プリアンプ１２０によって非点収差法に基づいて演算処理されフォーカスエラー信号としてサーボ制御部１０９に出力される。
また、検出部５４Ｅ、５４Ｆの検出信号は、プリアンプ１２０によって３ビーム法に基づいて演算処理されトラッキングエラー信号としてサーボ制御部１０９に出力される。
サーボ制御部１０９は、プリアンプ１２０によって増幅されたこれらエラー信号に基づいて光ヘッド１０４のフォーカスおよびトラッキングのサーボ制御を行なう。
【００３９】
上述した第１の実施の形態によれば、レーザ光源１から出射される光ビームの波長が温度変化によって変動しても、複合光学素子５の第１、第２の回折手段２４、２６によって、光ビームの波長変動による第１の回折手段２４の回折角変動に基づく反射光ビームの光検出手段５に対する変位と、光ビームの波長変動による第２の回折手段２６の回折角変動に基づく反射光ビームの光検出手段５に対する変位とが相殺されることにより、光検出手段５に対する反射光ビームの変位が抑制される。
したがって、複合光学素子、光ヘッドおよび記録再生装置の環境温度の変化に対する動作の安定性を図る上で有利である。
また、このような複合光学素子を用いて光ヘッドを構成することにより、レーザ光源、光検出素子、および複合光学素子を分離できるので、レーザ光源、光検出素子の低コスト化を図ることができる。
また、レーザ光源、光検出素子、および複合光学素子のそれぞれの組み合わせが任意に行なえることにより設計の自由度を確保することができる。
また、複合光学素子を使用することによって占有スペースを小型化することができるとともに、組み立て調整作業の容易化し、信頼性の向上を実現することができる。
【００４０】
次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、第１、第２の回折手段を構成する回折格子の構成である。
図９（Ａ）は第２の実施の形態における非点収差の発生原理の説明図、（Ｂ）は第１の回折手段における回折格子の説明図、（Ｃ）は第２の回折手段における回折格子の説明図、（Ｄ）は光検出手段の受光面上に形成される光スポットの説明図である。
図９（Ｂ）に示すように第１の回折手段２４における回折格子は非等間隔直線格子で構成され、（Ｃ）に示すように第２の回折手段２６における回折格子は等間隔直線格子で構成されている。
第２の実施の形態では、図９（Ａ）に示すように、光検出手段５の受光面５４に形成される光スポットの非点収差は、第１、第２の回折手段２４、２６の回折角θ１、θ２と、第２の回折手段２６の反射回折面とレーザ光源１から出射される光ビームの光路とがなす斜面角度θ３とに加え、第１の回折格子２４における非等間隔直線格子の構成によって決定される。
【００４１】
第２の実施の形態においては、これら３つの角度θ１、θ２、θ３と、第１の回折格子２４における非等間隔直線格子の構成とを最適化することにより受光面５４上で発生する光スポットの非点収差量、すなわちフォーカスエラー感度を調整することができる。このため、非等間隔直線格子の構成を調整することにより、３つの角度θ１、θ２、θ３を調整する際の自由度を確保することができ設計の自由度を向上させる上で有利である。
【００４２】
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、第１、第２の回折手段を構成する回折格子の構成である。
図１０（Ａ）は第３の実施の形態における非点収差の発生原理の説明図、（Ｂ）は第１の回折手段における回折格子の説明図、（Ｃ）は第２の回折手段における回折格子の説明図、（Ｄ）は光検出手段の受光面上に形成される光スポットの説明図である。
図１０（Ｂ）に示すように第１の回折手段２４における回折格子は非等間隔曲線格子で構成され、（Ｃ）に示すように第２の回折手段２６における回折格子は等間隔直線格子で構成されている。
第３の実施の形態では、図１０（Ａ）に示すように、光検出手段５の受光面５４に形成される光スポットの非点収差は、第１、第２の回折手段２４、２６の回折角θ１、θ２と、第２の回折手段２６の反射回折面とレーザ光源１から出射される光ビームの光路とがなす斜面角度θ３とに加え、第１の回折格子２４における非等間隔曲線格子の構成によって決定される。
【００４３】
第３の実施の形態においては、これら３つの角度θ１、θ２、θ３と、第１の回折格子２４における非等間隔曲線格子の構成とを最適化することにより受光面５４上で発生する光スポットの非点収差量、すなわちフォーカスエラー感度を調整することができる。また、第１の回折格子２４における非等間隔曲線格子の構成により受光面５４上に形成される光スポットの非点収差の方向（光スポットによって形成される楕円の短軸と長軸の方向）を調整することができる。
このため、第２の実施の形態と同様に３つの角度θ１、θ２、θ３を調整する際の自由度を確保することができることに加え、非等間隔曲線格子により非点収差の方向を調整することができるため、第２の実施の形態に比較してさらに設計の自由度を向上させることができる。
【００４４】
次に第４の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、第１の回折手段２４から第２の回折手段２６に透過回折された反射光ビームを第２の回折手段２６によって＋１次光として反射回折する構成とした。
図１１は第１の実施の形態において第２の回折手段によってなされる反射回折の説明図である。
図１１に示すように、第１の回折手段２４から透過回折された反射光ビームは、入射光として第２の回折手段２６の反射回折面２６Ａに入射する。
入射光が反射回折面２６Ａの法線Ｖに対してなす角度を入射角θｉとし、＋１次光として反射回折される反射光が法線Ｖに対してなす角度をθ１ｒ１とし、０次光として反射される反射光が法線Ｖに対してなす角度をθ１ｒ０とする。
反射回折面２６Ａには断面がブレーズ状（のこぎり歯状）に形成されることで回折格子が設けられており、ブレーズ間隔をｐ１とし、ブレーズ深さをｄ１とする。ブレーズ深さｄ１は、＋１次光の光量が最大となるように、すなわち＋１次光の回折効率が最大となるように設定されている。ブレーズ間隔ｐ１は＋１次光からなる反射光ビームを光検出手段５に導くような角度θ１ｒ１を形成するように設定されている。また、反射回折面２６Ａには銀や金などの反射損失の小さな金属膜によってコーティングされている。
【００４５】
図１２は第２の回折手段２６の反射回折面２６Ａにおけるブレーズ深さｄ１に対する１次光の回折効率の変化を示す線図である。入射光の波長λ＝７８０ｎｍ、ブレーズ間隔ｐ１＝１．２５μｍ、パラメータとして入射光の入射角θｉを４１度、５１度、６１度に設定している。なお、５１度の入射光は対物レンズ４の光軸を通る光ビームの反射光ビームに対応し、４１度および６１度は対物レンズ４の発散角の範囲に対応した角度である。
図１２からわかるように、ブレーズ深さｄ１＝０．２５μｍ付近において回折効率が最大値となっているが、最大値前後においてブレーズ深さｄ１の変化に対する回折効率の低下量が大きい。特にブレーズ深さｄ１が０．３０μｍ〜０．４０μｍの範囲で回折効率が急激に低下していることがわかる。また、ブレーズ深さが０．２５μｍで入射角θｉが４１度乃至６１度の範囲において、回折効率の最大値が２０％程度変化していることがわかる。
【００４６】
したがって、第２の回折手段２６の製造誤差によってブレーズ深さのばらつきが生じると、回折効率がばらつくことにより光検出手段５に導かれる反射光ビームの光量がばらつき、これにより光検出手段５で検出される検出信号の安定性が低下してフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、再生信号の信号品質を向上させる上で不利となる。
また、第２の回折手段２６はブレーズ深さのばらつきを抑えるために製造コストがかかるという問題を生じる。
また、図２に示すように、複合光学素子２に光検出手段５をなるべく近接させるために、光路Ａの距離Ｌ１に対して光路Ｂの距離Ｌ２が短くなるように構成すると、第１の回折手段２４における回折角の変化に対して第２の回折手段２６における回折角の変化をより大きく設定する必要がある。このため、第２の回折手段２６のブレーズ間隔ｐ１をより狭く構成する必要があるが、ブレーズ間隔ｐ１をより狭くするためには製造コストがかかる問題がある。
【００４７】
第４の実施の形態はこのような問題を解消するように構成されている。
第４の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、第２の回折手段２６が第１の回折手段２４から透過回折された反射光ビームを２次光として反射回折するように構成されている点である。
図１３は第４の実施の形態における第２の回折手段の構成を示す説明図である。
図１３に示すように、第１の回折手段２４から透過回折された反射光ビームは、入射光として第２の回折手段２６の反射回折面２６Ａに入射する。
入射光が反射回折面２６Ａの法線Ｖに対してなす角度を入射角θｉとし、＋２次光として反射回折される反射光が法線Ｖに対してなす角度をθ１ｒ２とし、＋１次光として反射回折される反射光が法線Ｖに対してなす角度をθ１ｒ１とし、０次光として反射される反射光が法線Ｖに対してなす角度がθ１ｒ０とする。
【００４８】
反射回折面２６Ａには断面がブレーズ状（のこぎり歯状）に形成されることで回折格子が設けられており、ブレーズ間隔をｐ２とし、ブレーズ深さをｄ２とする。ブレーズ深さｄ２は、＋２次光の光量が最大となるように、すなわち＋２次光の回折効率が最大となるように設定されている。ブレーズ間隔ｐ２は＋２次光からなる反射光ビームを光検出手段５に導くような角度θ２ｒ２（＝θ１ｒ１）となるように設定されている。反射回折面２６Ａが金属膜によってコーティングされていることは図１１の場合と同様である。
このように＋２次光の回折効率が最大となり、かつ、＋２次光からなる反射光ビームを光検出手段５に導くように構成すると、ブレーズ深さｄ２はブレーズ深さｄ１のほぼ２倍、ブレーズ間隔ｐ２はブレーズ間隔ｐ１のほぼ２倍となる。
【００４９】
図１４は、第２の回折手段２６の反射回折面２６Ａにおけるブレーズ深さｄ２に対する２次光の回折効率の変化を示す線図である。入射光の波長λ＝７８０ｎｍ、ブレーズ間隔ｐ２＝２．５μｍ、パラメータとして入射光の入射角θｉを４１度、５１度、６１度に設定している。
図１２からわかるように、ブレーズ深さｄ２＝０．６μｍ付近において回折効率が最大値となっているが、最大値前後においてブレーズ深さｄ２の変化に対する回折効率の低下量が図１１に比較して小さい。
特に、ブレーズ深さｄ２が約０．７μｍにおいて入射光の入射角４１度、５１度、６１度の曲線が一致しており、この一致点の前後において回折効率の変化が少ない。したがって、この場合、ブレーズ深さが約０．７μｍとなるように第２の回折手段２６を製造すれば、ブレーズ深さの製造誤差によるばらつきが生じても入射角の違いによる回折効率の変動が少なくて済む。
【００５０】
したがって、第４の実施の形態によれば、第２の回折手段２６の製造誤差によってブレーズ深さのばらつきが生じていても、回折効率のばらつき、すなわち光検出手段５に導かれる反射光ビームの光量のばらつきを抑制することができ、これによりフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、再生信号の信号品質を向上させることができる。
また、第２の回折手段が反射光ビームを＋１次光として反射回折する場合に比較して、ブレーズ深さのばらつきの許容範囲を広げることができ、かつ、ブレーズ間隔ｐ２およびブレーズ深さｄ２を大きくすることができるので、製造が容易となるのでコストを下げる上で有利である。
また、第２の回折手段２６の断面のこぎり歯状に形成された部分のうち先端部分にＲ形状が生じると、反射回折され光検出手段５に導かれる光ビームに悪影響を与えることが知られている。第４の実施の形態では、ブレーズ間隔ｐ２およびブレーズ深さｄ２の双方を大きく設定することができるので、Ｒ形状の発生を防止することができ、光検出手段５に導かれる光ビームに対する悪影響を抑制する上で好ましい。
【００５１】
なお、第４の実施の形態で説明したように、第２の回折手段を回折光のうちで＋２次光の回折効率が最大となるように形成するとともに、第１の回折手段からの反射光ビームの反射回折を＋２次光として行なうように構成することは、第１、第２、第３の実施の形態で説明した複合光学素子、光ヘッドおよび記録再生装置に適用することに限定されるものではなく、光源から出射される光ビームを透過して光記録媒体に照射させるとともに、照射された光ビームの光記録媒体での反射光ビームを透過回折する第１の回折手段と、第１の回折手段で透過回折された反射光ビームを反射回折することにより光検出手段に導く第２の回折手段とを備えた複合光学素子、このような複合光学ヘッドを備えた光ヘッド、およびこのような光ヘッドを備えた記録再生装置にも広く適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各素子の低コスト化、設計自由度の確保、小型化、組み立て調整作業の容易化、信頼性の向上を実現することができ使い勝手に優れるとともに、環境温度の変化に対する動作の安定性を図る上で有利な複合光学素子、光ヘッドおよび記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による光ヘッドの光学系を示す構成図である。
【図２】光ヘッドに組み込まれる複合光学素子の構成図である。
【図３】第１の実施の形態における複合光学素子および光ヘッドを組み込んだ光ディスク記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）は図２においてＸ１方向から見たグレーティング素子とグレーティング素子によって生成された３つの光ビームの位置を示す説明図、（Ｂ）は図２においてＸ２方向から見た第１の回折手段と第１の回折手段によって回折される３つの光ビームの位置を示す説明図である。
【図５】光検出手段の構成図である。
【図６】第１、第２の回折手段２４、２６を透過回折した反射光ビームの光路を示す説明図である。
【図７】複合光学素子における反射光ビームの光路を示す説明図である。
【図８】（Ａ）は第１の実施の形態における非点収差の発生原理の説明図、（Ｂ）は第１の回折手段における回折格子の説明図、（Ｃ）は第２の回折手段における回折格子の説明図、（Ｄ）は光検出手段の受光面上に形成される光スポットの説明図である。
【図９】（Ａ）は第２の実施の形態における非点収差の発生原理の説明図、（Ｂ）は第１の回折手段における回折格子の説明図、（Ｃ）は第２の回折手段における回折格子の説明図、（Ｄ）は光検出手段の受光面上に形成される光スポットの説明図である。
【図１０】第３の実施の形態における非点収差の発生原理の説明図、（Ｂ）は第１の回折手段における回折格子の説明図、（Ｃ）は第２の回折手段における回折格子の説明図、（Ｄ）は光検出手段の受光面上に形成される光スポットの説明図である。
【図１１】第１の実施の形態において第２の回折手段によってなされる反射回折の説明図である。
【図１２】第２の回折手段２６の反射回折面２６Ａにおけるブレーズ深さｄ１に対する１次光の回折効率の変化を示す線図である。
【図１３】第４の実施の形態における第２の回折手段の構成を示す説明図である。
【図１４】第２の回折手段２６の反射回折面２６Ａにおけるブレーズ深さｄ２に対する２次光の回折効率の変化を示す線図である。
【図１５】光ヘッドの従来例を示す構成図である。
【図１６】光ヘッドの別の従来例を示す構成図である。
【図１７】（Ａ）は光ヘッドの概略構成を示す構成図、（Ｂ）は複合光学素子の構成図である。
【符号の説明】
１……レーザ光源、２……複合光学素子、４……対物レンズ、５……光検出手段、１０４……光ヘッド、２４……第１の回折手段、２６……第２の回折手段。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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