(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の光源と第二の光源とを有し、前記第一の光源からの出射光を通過し、前記第二の光源からの出射光を反射する透明基体と、前記透明基体を通過した第一の光源からの出射光を発散光にし、第二の光源からの出射光を平行光にするコリメータレンズと、前記コリメータレンズからの光の進行方向を情報記録媒体の情報記録面に対し垂直方向に変換する三角形状の立ち上げプリズムと、前記発散光と前記平行光とを前記情報記録媒体の前記情報記録面上に集光するための対物レンズとを少なくとも備え、前記発散光が前記透明基体と前記立ち上げプリズムを通過することで波面収差を実質的に補正する光ヘッド。
【請求項２】
第一の光源と第二の光源とを有し、前記第一の光源からの出射光が通過し、前記第二の光源からの出射光を反射する第一の透明基体と、前記第二の光源からの出射光が通過する第二の透明基体と、前記第一の光源からの第一の発散光と前記第二の光源からの第二の発散光の進行方向を情報記録媒体の情報記録面に対し垂直方向に変換する三角形状の立ち上げプリズムと、前記第一の発散光と前記第二の発散光を前記情報記録媒体の情報記録面上に集光するための対物レンズとを少なくとも備え、前記第一の発散光が前記第一の透明基体と前記立ち上げプリズムを通過することで波面収差を実質的に補正する光ヘッド。
【請求項３】
光源と、前記光源から出射する発散光を透過させる透明基体と、前記光源から発射された発散光の進行方向を情報記録媒体の情報記録面に対し垂直方向に変換する三角形状の立ち上げプリズムと、前記発散光を前記情報記録面上に集光する対物レンズとを少なくとも備え、前記発散光が前記透明基体と前記立ち上げプリズムを通過することで波面収差を実質的に補正する光ヘッド。
【請求項４】
前記透明基体は入射面及び出射面が基準面に対して実質上垂直である平行平面基板またはウエッジプリズムであり、前記光源から前記立ち上げプリズムへの光路中に、前記光路の光軸に対して前記入射面または前記出射面を傾斜させる請求項１、請求項２または請求項３記載の光ヘッド。
【請求項５】
前記透明基体の前記入射面または前記出射面の一方または両方の表面に、光学素子が形成または結合されている請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の光ヘッド。
【請求項６】
前記光学素子はグレーティングである請求項５記載の光ヘッド。
【請求項７】
前記光学素子は誘電体または金属により形成された単層または多層の光学薄膜である請求項５記載の光ヘッド。
【請求項８】
前記透明基体の入射面または出射面の少なくとも一方の面が、曲面である請求項１、請求項２、請求項３または請求項４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、光ディスクなどの光学的情報記録媒体の記録再生に利用される光ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の光ディスクドライブ用光ヘッドの構成図であり、ディスクの基材厚さや記録密度などが異なる複数の仕様の光ディスクを記録再生するために、波長の異なる第一および第二の光源を有することを特徴とする。同図に示すように、この光ヘッドは第一の光源１から出射したレーザー光２および第二の光源１１から出射したレーザー光１３の進行方向をビームスプリッタ２０により同一光軸上に合わせ、前記レーザー光１３をコリメータレンズ７により平行光に変換し、前記レーザー光２をコリメータレンズ７により発散光に変換した後、それぞれの光を立ち上げミラー１９により情報記録媒体６側に反射し、対物レンズ５により第一のレーザー光を情報記録面６ｂに、第二のレーザー光を情報記録面６ａに集光する。そして、情報記録面６ｂからの反射光を第一の光源１の前方に配置された光分離手段８により分離して第一の光源１近傍に配置された光検出器１７で検出し、情報記録面６ａからの反射光を第二の光源１１の前方に配置された光分離手段１２により分離して第二の光源１１近傍に配置された光検出器１８で検出することにより、情報の記録再生を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ディスクドライブの光ヘッドは、光学系やアクチュエータなどの構造を工夫することにより光ヘッドの薄型化を進めてきたが、図５に示すような構成において、情報記録媒体面に平行なビームを情報記録媒体側に導くには立ち上げミラー１９や対物レンズ５が必要であり、これらの厚みにより厚さが規定されてしまい薄型化には限界がきている。本発明は、このような問題点を解決するもので、波面収差が少なく集光特性が良好な薄型の光ヘッドを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目標を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、第一の光源と第二の光源とを有し、前記第一の光源からの出射光を通過し、前記第二の光源からの出射光を反射する透明基体と、前記透明基体を通過した第一の光源からの出射光を発散光にし、第二の光源からの出射光を平行光にするコリメータレンズ、前記コリメータレンズからの光の進行方向を情報記録媒体の情報記録面に対し垂直方向に変換する三角形状の立ち上げプリズムと、前記発散光と前記平行光とを前記情報記録媒体の前記情報記録面上に集光するための対物レンズとを少なくとも備え、前記発散光が前記透明基体と前記立ち上げプリズムを通過することで波面収差を実質的に補正する光ヘッドである。これにより、例えば、２つの異なる波長の光源を用いた光ヘッドにおいて、光の集光特性が良好な薄型かつ小型の光ヘッドを構成することができる。
【０００５】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、第一の光源と第二の光源とを有し、前記第一の光源からの出射光が通過し、前記第二の光源からの出射光を反射する第一の透明基体と、前記第二の光源からの出射光が通過する第二の透明基体と、前記第一の光源からの第一の発散光と前記第二の光源からの第二の発散光の進行方向を情報記録媒体の情報記録面に対し垂直方向に変換する三角形状の立ち上げプリズムと、前記第一の発散光と前記第二の発散光を前記情報記録媒体の情報記録面上に集光するための対物レンズとを少なくとも備え、前記第一の発散光が前記第一の透明基体と前記立ち上げプリズムを通過することで波面収差を実質的に補正する光ヘッドである。これにより、例えば、２つの異なる波長の光源を用いた光ヘッドにおいて、コリメータレンズが不要なため、さらに薄型かつ小型の光ヘッドを構成することができる。
【０００６】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、光源と前記光源から出射する発散光を透過させる透明基体と、前記光源から発射された発散光の進行方向を情報記録媒体の情報記録面に対し垂直方向に変換する三角形状の立ち上げプリズムと、前記発散光を前記情報記録面上に集光する対物レンズとを少なくとも備え、前記発散光が前記透明基体と前記立ち上げプリズムを通過することで波面収差を実質的に補正する光ヘッドである。これにより、例えば、１つの光源により構成される光ヘッドにおいて、コリメータレンズが不要なため、非常に薄型かつ小型の光ヘッドを構成することができる。
【０００７】
また、本発明の請求項４に記載の発明は、前記透明基体は入射面及び出射面が基準面に対して実質上垂直である平行平面基板またはウエッジプリズムであり、前記光源から前記立ち上げプリズムへの光路中に、前記光路の光軸に対して前記入射面または前記出射面を傾斜させる請求項１、請求項２または請求項３記載の光ヘッドである。これにより、例えば、光源からの発散光における前記立ち上げプリズムで発生する光学的な波面収差を比較的簡単な構成で低減することができ、対物レンズの集光特性を向上できる。
【０００８】
また、本発明の請求項５に記載の発明は、前記透明基体の前記入射面または前記出射面の一方または両方の表面に、光学素子が形成または結合されている請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の光ヘッドである。これにより、例えば、透明基体と光学系内の他の光学部品とを集積化し光学系を小型化することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項６に記載の発明は、前記光学素子はグレーティングである請求項５記載の光ヘッドである。これにより、例えば、透明基体に光路分離手段の機能を持たせることができる。
【００１０】
また、本発明の請求項７に記載の発明は、前記光学素子は誘電体または金属により形成された単層または多層の光学薄膜である請求項５記載の光ヘッドである。これにより、例えば、透明基体に光の偏光変換素子の機能を持たせることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項８に記載の発明は、前記透明基体の入射面または出射面の少なくとも一方の面が、曲面である請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の光ヘッドである。これにより、例えば、光源から光学的記録情報媒体までに発生する光学的な波面収差の補正を精密に行うことができ、対物レンズの集光特性をさらに向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、図１を参照して本発明の第１の実施の形態を示す。図１は本発明における光ヘッドの構成を示すもので、図１（ａ）は本実施の形態における光ヘッドの上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’方向の側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’方向の側面図であり、光ヘッドは図１（ｂ）においてｘ−ｙ面に平行な基準面２４上に構成されている。同図に示すように、この装置は第一の光源１と第二の光源１１とを有しており、第一の光源１からの出射光は対物レンズ５の出射光が収束光であることにより情報記録媒体６の保護層内で発生する球面収差を相殺するように故意に球面収差を発生させるためのガラス基板２２を通過する。そしてこの光は平行平面透明基体であるガラス基板３により、プリズム４内に発散光１４を入射させることにより発生する非点収差やコマ収差などの波面収差を相殺するように故意に波面収差を発生させて収差の補正を行い、コリメータレンズ７に入射する。また、第二の光源１１からの出射光は、平行平面透明基体であるガラス基板３で反射し、コリメータレンズ７に入射する。透明体３の表面または裏面には、第１の光源１からの出射光２を高効率で透過し、第２の光源１１からの出射光１３を高効率で反射するような誘電体多層膜が形成されている。コリメータレンズ７により第一の光源１からの出射光２は発散光１４、第二の光源からの出射光１３は平行光１５に変換され、それぞれの光は図１（ｂ）に示すような、少なくとも３つの面２５、２６、２７を有する立ち上げプリズム４の第一の面２５に入射し、その後第二の面２６へ臨海角より大きな角度で入射し、反射され、反射膜２３の形成された第三の面２７を反射した後、第二の面２６へ臨海角より小さな角度で入射し通過して、情報記録媒体６の情報記録面に対し垂直方向に出射する。次に前記発散光１４は前記情報記録面６ｂ、前記平行光１５は前記情報記録面６ａに対物レンズ５により集光され、ディジタル情報等の記録または再生が行われる。そして、情報記録面６ａからの反射光は光分離手段１２により偏向されて光検出器１８表面に集光し、情報記録面６ｂからの反射光は光分離手段８により偏向されて光検出器１７に表面に集光し光が検出されることによりディジタル情報等の再生信号および対物レンズの位置制御信号であるフォーカス／トラッキング誤差信号が検出される。
【００１３】
具体的な構成例として、たとえば第一の光源１に波長８００ｎｍの半導体レーザーを用い、焦点距離ｆ＝２．１ｍｍ、ＮＡ＝０．４５の対物レンズ５、情報記録媒体６として厚さ１．２ｍｍのポリカーボネート基板を保護層とした光ディスクを使用し、図１（ｂ）における立ち上げプリズム４の２５面と２７面のなす角α、２６面と２７面のなす角β、２７面の水平方向（基準軸Ａ−Ａ’方向）に対する傾きγの値がそれぞれα＝１１３．８゜、β＝３４．８゜、γ＝５．０゜かつ、半導体レーザー１、透明基体３、コリメータレンズ７からなる光学系の光軸と、基準軸Ａ−Ａ’とのなす角がδ＝１．０゜、ガラス基板１９の厚みｔ＝２．０ｍｍの構成とした時、
１）コリメータレンズ７として焦点距離がｆ＝１５．６ｍｍのレンズを用いた場合、透明基体３を厚みｔ＝１．２７ｍｍの平行平面ガラス基板とし、前記平行平面ガラス基板３のレーザー光軸に対する傾き角（図１（ａ）におけるθ）が、θ＝３４．５゜、半導体レーザー１と前記平行平面ガラス基板３との距離ｌ＝３．７ｍｍ、前記平行平面ガラス基板３とコリメータレンズ７との距離ｍ＝１．０ｍｍ、基準軸Ａ−Ａ’に対する半導体レーザー１の光軸のｙ方向へのオフセット距離ａ＝０．２８５ｍｍ、基準軸Ａ−Ａ’に対する半導体レーザー１の光軸のｚ方向へのオフセット距離ａ＝０．１９０ｍｍの時、透過波面収差（ｒｍｓ値）が回折限界値の１３ｍλまで改善できた。
【００１４】
２）コリメータレンズ７として焦点距離がｆ＝１３．７ｍｍのレンズを用いた場合、透明基体３を厚みｔ＝０．８９ｍｍの平行平面ガラス基板とし、前記平行平面ガラス基板３のレーザー光軸に対する傾き角（図１（ａ）におけるθ）を、θ＝３７．５゜、半導体レーザー１と前記平行平面ガラス基板３との距離ｌ＝３．７６ｍｍ、前記平行平面ガラス基板３とコリメータレンズ７との距離ｍ＝３．０ｍｍ、基準軸Ａ−Ａ’に対する半導体レーザー１の光軸のｙ方向へのオフセット距離ａ＝０．２２０ｍｍ、基準軸Ａ−Ａ’に対する半導体レーザー１の光軸のｚ方向へのオフセット距離ａ＝０．１６５ｍｍ、の時、透過波面収差（ｒｍｓ値）が回折限界値の１４ｍλまで改善できた。
【００１５】
これらの構成により、従来の高さ１２．７ｍｍのＤＶＤ用光ディスクドライブに対して、９．５ｍｍの光ディスクドライブを構成することが可能となった。
【００１６】
前記構成例では２種類のコリメータレンズを用いたが、コリメータレンズのＮＡを大きくしたい場合、透明基体３で発生するコマ収差や非点収差の発生量が増大するが、コマ収差の量が非点収差の発生量よりも大きいため、透明基体３の厚みを薄くしてそれぞれの収差の発生量を減少させ、透明基体３の傾斜角度を増やし非点収差を増すことによりそれぞれの収差の発生量を最適化する。逆に、コリメータレンズのＮＡを小さくしたい場合、透明基体を厚くして透明基体の傾斜角度を小さくし、収差の発生量を最適化すればよい。
【００１７】
また、前記構成例では波面収差補正素子として平行平面ガラス基板３を用いたが、構成によっては入射面と出射面が平行でないくさび形の形状をしたウエッジプリズムを用いた方が波面収差をより改善することができる。また、透明基体３の入射面または出射面の少なくとも一方の面を曲面にすれば、さらに波面収差の改善を得ることができる場合もある。また、透明基体３の入射面または出射面表面に単層膜または多層膜やグレーティングを形成することにより、波面収差補正に加えて、たとえば波長板やビームスプリッタなどの光学素子の機能を持たせることも可能である。
【００１８】
（第２の実施の形態）
図２は本発明における第２の実施の形態で、図１におけるコリメータレンズ７を省略し、光源１からの発散光２、光源１１からの発散光１３をそれぞれ立ち上げプリズム４に入射させ、対物レンズ５により前記発散光２を情報記録面上６ｂ、前記発散光１３を情報記録面上６ａに集光する構成としている。図２の構成では、前記二つの光源からの出射光は発散光のまま立ち上げプリズムに入射するため、立ち上げプリズム内で非点収差やコマ収差が発生する。従って、前記発散光２は透明基体３、前記発散光１３は透明基体１６により非点収差やコマ収差などの波面収差を相殺するように故意に波面収差を発生させ、収差補正を行っている。その他については第１の実施の形態と同様である。
【００１９】
（第３の実施の形態）
図３は本発明における第３の実施の形態で、コリメータレンズを省略した単一のレーザー光源を有する薄型光ヘッドの構成を示す。同図に示すように、この光ヘッドは、光源である半導体レーザー１、波面収差の補正を行うための透明基体３、前記光源から発射されたレーザー光２の進行方向を情報記録媒体６の情報記録面に対し垂直方向に変換する立ち上げプリズム４、前記レーザー光２を情報記録媒体６の情報記録面上６ａに集光する対物レンズ５と、前記情報記録面６ａからの反射光を検出光学系に分離する光分離手段８および情報記録媒体６で発生する収差を相殺するためのガラス基板２２とを少なくとも備えている。そして、前記透明基体３は、光源１から情報記録媒体６までの光路中に発生する光学的な波面収差を低減するように配置されている。この構成によりコリメータレンズを使用する場合に比べ、より小型かつ薄型で安価な光ヘッドを構成することが可能となる。その他については第１および第２の実施の形態と同様である。
【００２０】
（第４の実施の形態）
図４は本発明における第４の実施の形態で、色収差補正用のグレーティング２１を透明基体３表面に形成した例である。透明基体３や立ち上げプリズム４では光源の半導体レーザーの波長変動により入出射斜面での光の屈折角が変化し集光特性が変動する色収差が発生してしまうが、この影響が無視できない場合、たとえば鋸歯形状の周期構造を持つブレーズ化グレーティング素子を挿入し、色収差の補正を行うことができる。このブレーズ化グレーティング素子は、半導体レーザー１の波長変動により回折光の回折角度が変動するため、立ち上げプリズム４の入出射斜面での光の屈折角の変動を相殺するように光学系内に配置すれば色収差を低減することができる。
【００２１】
図４では半導体レーザー１の波長変動により立ち上げプリズム４の入出射面の光の屈折角が、図４（ｂ）のＤまたはＤ’方向に変動するため、光源からの出射光２が半導体レーザー１の波長変動によりそれぞれ図４（ｂ）のＣ、Ｃ’方向へ変動するように図４（ｂ）のＢ方向に周期構造を持ったブレーズ化グレーティング素子２１を挿入することにより、立ち上げプリズムの出射斜面からの出射光の出射角の変動を打ち消すことができる。このとき、色収差補正用のブレーズ化グレーティング２１は透明基体３表面に形成されているため、１つの素子で波面収差及び色収差の補正を行うことができ、レーザー光２の集光特性を改善することができる。その他については第１、第２および第３の実施の形態と同様であり、本実施の形態の構成を第１，第２，第３の実施の形態に応用することも可能である。
【００２２】
なお、上記説明では光ディスク装置を用いて説明したが、同様の原理を用いて情報の記録再生を行う光カードや、テープ状、ドラム状等の他の形態の記録再生装置に応用することは本発明の範囲である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、立ち上げプリズムを用いた薄型の光ヘッドにおいて、透明基体を光学系に挿入することにより、前記立ち上げプリズムで発生する光学的な波面収差を低減することができ、安価で小型の光ヘッドを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる光ヘッドの構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる光ヘッドの構成図
【図３】本発明の第３の実施の形態にかかる光ヘッドの構成図
【図４】本発明の第４の実施の形態にかかる光ヘッドの構成図
【図５】従来の光ヘッドの構成図
【符号の説明】
１  光源（半導体レーザー）
２  レーザー光
３  透明基体
４  立ち上げプリズム
５  対物レンズ
６  情報記録媒体
６ａ  情報記録面
６ｂ  情報記録面
７  コリメータレンズ
８  光分離手段
９  ＬＤ／ＰＤユニット
１０  ＬＤ／ＰＤユニット
１１  光源（半導体レーザー）
１２  光分離手段
１３  レーザー光
１４  発散光
１５  平行光
１６  透明基体
１７  光検出器
１８  光検出器
１９  立ち上げミラー
２０  ビームスプリッタ
２１  色収差補正グレーティング
２２  ガラス基板
２３  反射膜
２４  基準面
２５  立ち上げプリズムの第１の面
２６  立ち上げプリズムの第２の面
２７  立ち上げプリズムの第３の面
【図１】
0004161439.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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