(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、
上記第１の光源の近傍に配置された、第２の波長の光を出射する第２の光源と、
上記第１と第２の波長の光を分離する波長分離手段と、
分離された上記第２の波長の光を、分離された上記第１の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段と、
上記光偏向手段から出射された上記第１の波長の光と上記第２の波長の光を情報記録媒体にそれぞれ集光する対物レンズとを具備し、
透明基板上に上記波長分離手段を設け、その上に上記光偏向手段を設け、上記第１及び第２の波長の光は、上記透明基板のその対向面側から入射し、
上記波長分離手段は上記第１の波長の光を実質上反射させ、上記第２の波長の光を実質上透過させ、
上記光偏向手段は表面レリーフ型の回折光学素子であり、その溝の底部から上記波長分離手段までの距離は、上記第１の波長よりも大きいことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
上記波長分離手段は波長分離多層膜である請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項３】
上記対物レンズに入射する上記第１の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記透明基板は上記基準面に対して、実質上４５°に配置することを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項４】
上記回折光学素子は反射形の直線状グレーティングであることを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項５】
上記対物レンズに入射する上記第１の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記第１の光源と上記第２の光源は、上記基準面に対して、実質上同一高さに配置することを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであって、上記基準面に対して上記グレーティングの溝方向に傾けて配置することを特徴とする請求項５に記載の光学ヘッド。
【請求項７】
上記グレーティングは断面形状が鋸歯形状であり、上記基準面の法線からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ1とし、その屈折率をｎとしたとき、上記第２の波長λ2に対して、上記グレーティングの溝深さＬが、Ｌ= λ2／（２ｎcosθ1）の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項６に記載の光学ヘッド。
【請求項８】
上記グレーティングは断面形状がレベル数ｐのマルチレベル形状であり、上記基準面の法線からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ1とし、その屈折率をｎとしたとき、上記第２の波長λ2に対して、上記グレーティングの溝深さＬが、Ｌ=（ｐ−１）λ2／（２ｐｎcosθ1）の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項６に記載の光学ヘッド。
【請求項９】
上記対物レンズに入射する上記第１の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記第１の光源と上記第２の光源は、実質上上記基準面に対して高さ方向に配置することを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであって、上記基準面に対して、上記グレーティングの溝に垂直な方向に傾けて配置することを特徴とする請求項９に記載の光学ヘッド。
【請求項１１】
上記第１の波長は、上記第２の波長より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１２】
上記波長分離手段と上記光偏向手段の間にバッファ層を設けることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項１３】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、
上記第１の光源の近傍に配置された、第２の波長の光を出射する第２の光源と、
上記第１と第２の波長の光を分離する波長分離手段と、
分離された上記第２の波長の光を、分離された上記第１の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段と、
上記光偏向手段から出射された上記第１の波長の光と上記第２の波長の光を情報記録媒体にそれぞれ集光する対物レンズとを具備し、
上記対物レンズに入射する上記第１の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記情報記録媒体側を第１面、上記光源側を第２面、上記基準面側を第３面とする３つの光学面を有するプリズムの上記第３面に上記波長分離手段を設け、その下面に上記光偏向手段を設け、上記第１及び第２の波長の光は、上記第２面から入射し、上記第１面、第３面、第１面の順に通過し、
上記波長分離手段は上記第１の波長の光を実質上反射させ、上記第２の波長の光を実質上透過させることを特徴とする光学ヘッド。
【請求項１４】
少なくとも上記第１の波長の光の光路中に、プリズムの色分散を低減する色収差補正グレーティングを設けることを特徴とする請求項１３に記載の光学ヘッド。
【請求項１５】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、
上記第１の光源の近傍に配置された、第２の波長の光を出射する第２の光源と、
上記第１と第２の波長の光を分離する波長分離手段と、
分離された上記第２の波長の光を、分離された上記第１の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段とを具備し、
上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであり、
上記グレーティングは、上記第１の光源と上記第２の光源の距離が大きいほど、その周期を小さくすることを特徴とする光学ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的記録再生装置の光学ヘッドに関し、特に、複数の種類の情報記録媒体に対応でき、互いに近傍に配置した２波長の光源を具備する小型・薄型・軽量の光学ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ等の光ディスクや光カードメモリ等の情報記録媒体の信号を読み出すための重要な構成部品として光学ヘッドがある。光学ヘッドは、光学的記録媒体から信号を取り出すために、信号検出機能だけでなくフォーカスサーボ、トラッキングサーボ等の制御機構を備える必要がある。
【０００３】
ＤＶＤやＣＤまたはＣＤ-Ｒの複数の情報記録媒体に対応するために、光源を２つ搭載した光学ヘッドがあった。従来の２波長の光源を有する光学ヘッドを図８に示す。
【０００４】
ＤＶＤに対応した第１の波長λ1を出射する第１の光源１’ａと、ＣＤやＣＤ−Ｒに対応した第２の波長λ2を出射する第２の光源１’ｂは、それぞれ別々の光源・光検出器ユニット１７’ａ、１７’ｂに内蔵されており、それらから出射されたレーザ光２’ａ、２’ｂはビームスプリッタ１４により合波され、コリメータレンズ３’で平行になり、立ち上げミラー１５で光軸を９０°折り曲げられ、対物レンズ４’により、光ディスク１１（ＤＶＤは１１ａ、ＣＤは１１ｂ）に集光される。
【０００５】
光ディスク１１で反射された信号光は、逆向きに折り返し、ビームスプリッタ１４により分波され、光源・光検出器ユニット１７’ａ、１７’ｂの窓に設けられたフォーカス／トラック誤差信号検出器８’ａ、８’ｂにより、光検出器１３’上に集光され、再生信号が読み出される。また、フォーカス／トラックサーボ等の制御が行われ、安定して信号が読み出せるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＶＤやＣＤまたはＣＤ-Ｒ等の複数の情報記録媒体に対応するために、光源を別々のパッケージ（光源・光検出器ユニット）に内蔵し、ビームスプリッタ等で合成するような従来の構成では、光学ヘッドの小型・薄型・軽量化に限界があり、しかも位置合わせが複雑で、さらなる簡素化、組立の簡単化ができないという課題があった。
【０００７】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、特に、複数の種類の情報記録媒体に対応でき、互いに近傍に配置した２波長の光源を具備する小型・薄型・軽量の光学ヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、第１の波長の光を出射する第１の光源と、上記第１の光源の近傍に配置された、第２の波長の光を出射する第２の光源と、上記第１と第２の波長の光を分離する波長分離手段と、分離された上記第２の波長の光を、分離された上記第１の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段と、上記光偏向手段から出射された上記第１の波長の光と上記第２の波長の光を情報記録媒体にそれぞれ集光する対物レンズとを具備し、透明基板上に上記波長分離手段を設け、その上に上記光偏向手段を設け、上記第１及び第２の波長の光は、上記透明基板のその対向面側から入射し、上記波長分離手段は上記第１の波長の光を実質上反射させ、上記第２の波長の光を実質上透過させ、上記光偏向手段は表面レリーフ型の回折光学素子であり、その溝の底部から上記波長分離手段までの距離は、上記第１の波長よりも大きいことを特徴とする光学ヘッドである。これにより、例えば、互いに近傍に配置された２波長の光源を用いた、小型軽量で、複数の種類の情報記録媒体に対応できる光学ヘッドを得ることができる。例えば、コンパクトな構成を実現することができる。例えば、光学部品の位置合わせが簡単になり、構造が安定化するとともに、実質上平行になる第１と第２の波長の光の最大強度の中心位置を近づけ、光ディスク上で良好な集光スポットを形成することができる。例えば、波長分離手段からしみ出す、光偏向手段への第１の波長の光の影響を無くし、第１の波長の光の光利用効率を良くすることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、上記波長分離手段は波長分離多層膜である請求項１に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、薄型で他の光学部品に集積化することができ、構造が安定になる。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、上記対物レンズに入射する上記第１の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記透明基板は上記基準面に対して、実質上４５°に配置することを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、透明基板と一体化した光学部品は立ち上げミラーを兼ねることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載の発明は、上記回折光学素子は反射形の直線状グレーティングであることを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、光偏向手段の製造が簡単で、位置合わせが容易な光学ヘッドを得ることができる。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載の発明は、上記対物レンズに入射する上記第１の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記第１の光源と上記第２の光源は、上記基準面に対して、実質上同一高さに配置することを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、第１と第２の光源の配置が容易になる。
【００１３】
また、本発明の請求項６に記載の発明は、上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであって、上記基準面に対して上記グレーティングの溝方向に傾けて配置することを特徴とする請求項５に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、グレーティングの１次回折効率を高くできる構成が可能である。
【００１４】
また、本発明の請求項７に記載の発明は、上記グレーティングは断面形状が鋸歯形状であり、上記基準面の法線からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ1とし、その屈折率をｎとしたとき、上記第２の波長λ2に対して、上記グレーティングの溝深さＬが、Ｌ= λ2／（２ｎcosθ1）の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項６に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、グレーティングの１次回折効率を最も高くできる。
【００１５】
また、本発明の請求項８に記載の発明は、上記グレーティングは断面形状がレベル数ｐのマルチレベル形状であり、上記基準面の法線からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ1とし、その屈折率をｎとしたとき、上記第２の波長λ2に対して、上記グレーティングの溝深さＬが、Ｌ=（ｐ−１）λ2／（２ｐｎcosθ1）の関係を実質上満たすことを特徴とする請求項６に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、グレーティングの製造が容易で、１次回折効率を最も高くすることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項９に記載の発明は、上記対物レンズに入射する上記第１の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記第１の光源と上記第２の光源は、実質上上記基準面に対して高さ方向に配置することを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、第１と第２の光源の配置が容易になる。
【００１７】
また、本発明の請求項１０に記載の発明は、上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであって、上記基準面に対して、上記グレーティングの溝に垂直な方向に傾けて配置することを特徴とする請求項９に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、対物レンズに入射する第１の波長の光と第２の波長の光の光軸の、側面図における奥行き方向のずれを実質上無くすことができる。
【００１８】
また、本発明の請求項１１に記載の発明は、上記第１の波長は、上記第２の波長より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、一般的に光源の出射効率が悪いという波長が小さい方の第１の波長の光利用効率を、第２の波長の光利用効率より大きくすることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項１２に記載の発明は、上記波長分離手段と上記光偏向手段の間にバッファ層を設けることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、波長分離手段からしみ出す、光偏向手段への第１の波長の光の影響を無くし、第１の波長の光の光利用効率を良くすることができる。
【００２０】
また、本発明の請求項１３に記載の発明は、第１の波長の光を出射する第１の光源と、上記第１の光源の近傍に配置された、第２の波長の光を出射する第２の光源と、上記第１と第２の波長の光を分離する波長分離手段と、分離された上記第２の波長の光を、分離された上記第１の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段と、上記光偏向手段から出射された上記第１の波長の光と上記第２の波長の光を情報記録媒体にそれぞれ集光する対物レンズとを具備し、上記対物レンズに入射する上記第１の波長の光の光軸に垂直となる光学ヘッドの下面を基準面とし、上記情報記録媒体側を第１面、上記光源側を第２面、上記基準面側を第３面とする３つの光学面を有するプリズムの上記第３面に上記波長分離手段を設け、その下面に上記光偏向手段を設け、上記第１及び第２の波長の光は、上記第２面から入射し、上記第１面、第３面、第１面の順に通過し、上記波長分離手段は上記第１の波長の光を実質上反射させ、上記第２の波長の光を実質上透過させることを特徴とする光学ヘッドである。これにより、例えば、互いに近傍に配置された２波長の光源を用いた、小型軽量で、複数の種類の情報記録媒体に対応できる光学ヘッドを得ることができる。例えば、コンパクトな構成を実現することができる。例えば、光路をプリズム内のジグザグ伝搬をとる構成により光学ヘッドを薄型にすることができる。
【００２１】
また、本発明の請求項１４に記載の発明は、少なくとも上記第１の波長の光の光路中に、プリズムの色分散を低減する色収差補正グレーティングを設けることを特徴とする請求項１３に記載の光学ヘッドである。これにより、例えば、光源からの出射光として半導体レーザ光を用いた場合、高周波モジュールや自励発振による数nm程度の波長帯域の広がりや環境温度の変化によって出射光の中心波長が変化しても、プリズムの色分散を低減して光ディスク面で良好な集光スポットを得ることができる。
【００２２】
また、本発明の請求項１５に記載の発明は、第１の波長の光を出射する第１の光源と、上記第１の光源の近傍に配置された、第２の波長の光を出射する第２の光源と、上記第１と第２の波長の光を分離する波長分離手段と、分離された上記第２の波長の光を、分離された上記第１の波長の光と光軸が実質上平行になるように偏向を行う光偏向手段とを具備し、上記光偏向手段は反射形の直線状グレーティングであり、上記グレーティングは、上記第１の光源と上記第２の光源の距離が大きいほど、その周期を小さくすることを特徴とする光学ヘッドである。これにより、例えば、互いに近傍に配置された２波長の光源を用いた、小型軽量で、複数の種類の情報記録媒体に対応できる光学ヘッドを得ることができる。例えば、光偏向手段の製造が簡単で、位置合わせが容易な光学ヘッドを得ることができる。例えば、第１の光源と第２の光源の任意の距離に対して２波長の光源の光軸を実質上平行にすることが可能である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドについて、図１から図３までを用い、座標軸を図のようにとって詳細に説明する。
【００３２】
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図１（ｂ）は本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す裏面図、図２（ａ）は同実施の形態の光学ヘッドにおける波長分離手段、光偏向手段の説明図、図２（ｂ）は同実施の形態のさらに他の光学ヘッドにおける波長分離手段、光偏向手段の説明図、図３（ａ）は本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける第１の波長に対する３ビームグレーティングの回折効率と溝深さの関係図、図３（ｂ）は本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける第２の波長に対する３ビームグレーティングの回折効率と溝深さの関係図である。
【００３３】
本実施の形態の光学ヘッドは、互いに近傍に配置された２波長の光源を搭載し、例えば、ＤＶＤやＣＤ、ＣＤ−Ｒ等の複数の情報記録媒体に対応できる、小型・薄型・軽量の光学ヘッドを実現する。
【００３４】
図１に示すように、光源・光検出器ユニット１７内に、２波長の光源１と光検出器１３が内蔵されており、光源として、例えば、第１の波長λ1＝0.658μmの光２ａを出射する半導体レーザチップ１ａと、例えば、第２の波長λ2＝0.8μmの光２ｂを出射する半導体レーザチップ１ｂが、それらの中心位置の距離ｇが、例えば、４００μm程度離れた近傍に配置されている。
【００３５】
光源１ａと１ｂは、通常同時に発光するものではなく、光ディスク１１の種類に応じて選択的に光を出射するものである。本実施の形態では、基準面１８（ｘｙ平面に平行な光学ヘッドの下面）に対して、２波長の光源１は実質上同一高さになるように配置してある。このような配置にすることにより、配置が容易となる。２波長の光源１となる半導体レーザチップを互いに近傍に配置することにより、従来例のようなビームスプリッタ等の光学部品が省略できるため、光学ヘッドが簡素化・小型・薄型・軽量化でき、また組立の際の位置合わせが容易になる。
【００３６】
光源１から選択的に出射されたレーザ光２ａまたは２ｂは、光源・光検出器ユニット１７の窓側に設けた、３ビームグレーティング２４を透過し、それと一体化した、例えば、ホログラム素子であるフォーカス／トラック誤差信号検出素子８を透過（０次回折光利用）して、例えば、焦点距離２０ｍｍのコリメータレンズ３により、ビーム径が例えば、第１の波長の光は３ｍｍ程度、第２の波長の光は２．２ｍｍ程度の略平行光６ａ、６ｂとなる。このとき、光源１ａとコリメータレンズ３の中心を結ぶ第１の波長の光２ａ、６ａの光軸は、ｙ軸に平行となるように配置し、光源１ｂとコリメータレンズ３の中心を結ぶ２ｂ、６ｂの光軸は、基準面１８に平行でｙ軸方向に対して、例えば、１．１５°傾いている（図１（ｂ）参照）。
【００３７】
３ビームグレーティング２４は、第２の波長の光２ｂに対してのみ回折して３ビーム（０次、±１次回折光）になり、トラッキング検出できるように設けたもので、第１の波長の光２ａに対しては、透明基板のようにただ通過するだけである。特に、ＣＤ−Ｒの光ディスクを第２の波長の光で読み出す際のトラッキング検出法は、３ビーム法が好ましく、ＤＶＤの光ディスクを第１の波長の光で読み出す際のトラッキング検出法は、位相差法が好ましいためにそのような構成にすると、それらの光ディスクに対して、有効にトラッキング検出ができる。
【００３８】
本発明者らは、３ビームグレーティング２４の断面を実質上矩形または台形形状である２レベルグレーティングとすると、図３に示すように、例えば、第１の波長λ1＝0.658μm、屈折率ｎ＝1.5に対して、その溝深さは、実質上λ1／（ｎ−１）＝1.3２μmのとき、第１の波長の光に関しては、ほとんどすべて透過する（0次回折光〜１００％）が、このとき、例えば、波長λ2＝0.8μmの第２の波長の光に対しては、０次回折光と1次回折光の比が最適なほぼ７：１程度になることを見い出した。さらに、本発明者らは、第１の波長の第２の波長に対する大きさの比Ｒは０．７５≦Ｒ≦０．９を実質上満たし（上記の記述では、Ｒ＝０．８２）、その溝深さは、実質上λ1／（ｎ−１）であれば、第１の波長の光利用効率をほとんど落とさずに、第２の波長に対してのみ、有効に３ビームトラッキング制御ができることを見い出した。
【００３９】
第１の波長の光６ａは、基準面１８に対して実質上４５°で配置された、例えば、厚さ１ｍｍ程度のガラス等である透明基板９の、無反射コート（図示なし）が設けられた表面を透過し、その裏面に形成された、例えば、波長分離多層膜である波長分離手段１２により実質上反射され、光軸を実質上９０°折り曲げて、ｚ軸方向の平行光１０ａとなり、対物レンズ４に入射し、収束光７ａとなって光ディスクであるＤＶＤ１１ａ上に集光される。
【００４０】
第２の波長の光６ｂも、透明基板９内を透過するが、さらに波長分離手段１２も実質上通過し、その上に形成された（図１(a)では下面）、例えば、反射形の直線状ブレーズ化グレーティング（例えば、周期が４０μm）である反射形の光偏向手段５に入射し、偏向、反射されて（偏向はｘ軸方向成分のみ）、光軸が実質上ｚ軸に平行になり、同じく対物レンズ４に入射し、ＣＤ１１ｂに集光される。第１の波長の光１０ａの光軸と第２の波長の光１０ｂの光軸が平行になった結果、対物レンズ４に入射する光軸が垂直になり、どちらの波長に対しても、コマ収差や非点収差が生じることなく良好に対物レンズ４で集光することが可能である。また、透明基板９と一体化された波長分離手段１２と光偏向手段５は、１つの集積部品となり、構造が安定で位置合わせが容易となり、しかも立ち上げミラーを兼ねることができる。
【００４１】
波長分離手段１２と光偏向手段５を組み合わせて設けたことにより、光偏向手段５であるグレーティングの周期は大きくでき、製造が容易である。
【００４２】
光ディスク１１によって反射されたレーザ光７は、逆方向に折り返し、対物レンズ４、透明基板９を通過し、第２の波長の光１０ｂのみ光偏向手段５によりｘ軸成分のみ偏向されて、コリメータレンズ３を通過して、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８によって分割されて（１次あるいは２次回折光利用）、光検出器１３で検出される。
【００４３】
波長分離手段１２は、本実施の形態においては、例えば、ＳｉＯ2とＴｉＯ2の誘電体薄膜を透明基板９上に交互に堆積した構造の波長分離多層膜を用いたが、このような多層膜構成では波長分離手段を数μm以内の薄さにでき、透明基板と集積一体化可能で、構造が安定になるという効果があった。また、波長分離手段１２は非常に薄くできるため、対物レンズ４に入射する第１の波長の光１０aと第２の波長の光１０ｂの最大強度位置は、ほぼ中央部に設定することができる（なお、図１(a)では、波長分離手段１２を誇張して厚く描いているため、ずれているようになっている）。
【００４４】
また、光偏向手段５は、回折光学素子である、反射形の直線状グレーティングを用いた。回折光学素子の光偏向手段を用いることにより、光学ヘッドを薄型化、軽量化、低価格化を図ることができる。
【００４５】
本実施の形態においては、基準面１８に対して、グレーティング５をその溝方向に傾けて配置した。このように配置することによって、実効的に垂直入射した場合と同じ高い１次回折効率が得られるという効果がある（例えば、後述する図６のグラフでθ2＝0の相当する高い１次回折効率、例えば、９５％が得られる）。
【００４６】
図２に示すように、グレーティング５または５’は、表面レリーフ型で、表面に反射層１６が形成され、それぞれ、断面形状が鋸歯形状（図２(a)）、マルチレベル形状（図２（ｂ）は４レベル形状）であり、基準面１８の法線（ｚ軸）からの、溝方向に傾けた傾斜角をθ1とし、その屈折率をｎとしたとき、第２の波長λ2に対して、上記グレーティングの溝深さＬが、Ｌ= λ2／（２ｎcosθ1）（鋸歯形状の場合）、Ｌ= （ｐ−１）λ2／（２ｐｎcosθ1）（マルチレベル形状で、ｐはレベル数）の関係を実質上満たすようにした。このような傾斜角に依存した溝深さにすることにより、１次回折効率を最大（例えば、９５％から９８％）にすることができた。反射層１６としては、ＡｇやＡｕ、Ａｌ等の金属層、または誘電体の多層膜を用いることが可能である。
【００４７】
また、グレーティング５または５’の溝の底面から波長分離手段までの距離ｓは、第１の波長λ1よりも大きくした。第１の波長の光６ａが波長分離手段１２で反射する際、ごくわずかにそこからしみ出す現象がおこるが、このような構成により、グレーティング５または５’の溝部へのしみ出しを無くし、第１の波長の光６ａは全く回折しなくなり、光利用効率を良くすることができる。また、波長分離手段１２と光偏向手段５の間に、例えば、第１の波長よりも厚いＳｉＯ2層等のバッファ層を設けても同じ効果が得られる。
【００４８】
グレーティング５の周期Λは、例えば、４０μmであり、このときの波長λ2に対する１次回折角は、λ2=0.8μmの場合、θd＝１．１５°となり、ちょうど第２の波長の光の光軸ずれの角度を補正することができる。なお、回折角θdは、第２の波長の光の光軸ずれの角度（コリメータレンズ３の焦点距離ｆと光源の中心距離ｇにより、ｔａｎ-1（ｇ／ｆ）で表される）と同じにすることにより、両波長に対する光軸を平行にすることが可能であり、回折角は、θd=sｉｎー1（λ2/Λ）で表されるので、この式を実質上満足するように、グレーティング５の周期Λを設定すれば良い。本実施の形態の光偏向手段５であるグレーティングは、波長分離手段９の形成された透明基板１２上に、例えば、公知の２Ｐ法により、紫外線硬化樹脂を用いて金型から転写して作製した。
【００４９】
また、本実施の形態では、波長が大きい方の光を第２の波長の光とし、光偏向手段５により偏向させたが、一般に、波長が大きい光を出射する半導体レーザ光源のほうが出射効率が良いため、光のパワに余裕があり、光偏向手段５で多少損失があっても問題なく使用できるためである。なお、波長が小さい方の光を第２の波長の光としてももちろん動作は可能である。
【００５０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の光学ヘッドについて、図４を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
図４（ａ）は本発明第２の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図４（ｂ）は本発明の第２の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す裏面図である。
【００５２】
図４に示すように、本実施の形態の光学ヘッドにおいては、透明基板９の表面に波長分離手段１２を設け、その対向面に光偏向手段５を設け、第１及び第２の波長の光６は、波長分離手段１２側から入射する構成である。本実施の形態でも透明基板９と一体化された波長分離手段１２と光偏向手段５は、１つの集積部品となり、構造が安定で位置合わせが容易となり、しかも立ち上げミラーを兼ねることができる。
【００５３】
第１の波長の光６ａは、基準面１８に対して実質上４５°で配置された、例えば、厚さ１ｍｍ程度のガラス等である透明基板９の表面に設けた例えば、波長分離多層膜である波長分離手段１２で実質上反射され、光軸を実質上９０°折り曲げて、ｚ軸方向の平行光１０ａとなり、対物レンズ４に入射し、収束光７ａとなって光ディスクであるＤＶＤ１１ａ上に集光される。
【００５４】
第２の波長の光６ｂは、波長分離手段１２も実質上透過し、透明基板９内を通って、その対向面に形成された、例えば、反射形の直線状ブレーズ化グレーティング（例えば、周期が４０μm）である反射形の光偏向手段５に入射し、ｘ軸方向成分のみ偏向、反射されて、光軸が実質上ｚ軸に平行になり、同じく対物レンズ４に入射し、ＣＤ１１ｂに集光される。
【００５５】
本実施の形態の光学ヘッドでは、第１の波長の光６ａが、透明基板９を通ることなく、波長分離手段１２表面で反射されるので、光利用効率が多少向上する。しかしながら、第１の実施形態の光学ヘッドに比べて、透明基板９の厚さがあるため、対物レンズ４に入射する第１の波長の光１０ａと第２の波長の光１０ｂの最大強度の中心位置のずれ量が大きくなるという課題が発生する。
【００５６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の光学ヘッドについて、図５と図６を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
図５は本発明の第３の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図６は本発明の第３の実施の形態の光学ヘッドにおけるグレーティング（光偏向手段）への入射角θ2と１次回折効率の関係図である。
【００５８】
図５に示すように、本実施の形態においては、第１の光源１ａと第２の光源１ｂは、実質上基準面１８に対して高さ方向（ｚ軸方向）に、例えば、４００μm離れて配置している。これにより、第１と第２の光源の配置が容易になる。
【００５９】
また、例えば、周期がΛ＝４０μmの反射形の直線状グレーティングである光偏向手段５ａは、基準面１８に対して、グレーティングの溝（ｘ方向）に垂直な方向に、例えば、４５°傾けて配置している。これにより、対物レンズ４に入射する第１の波長の光１０ａと第２の波長の光１０ｂの光軸の、側面図における奥行き方向（ｘ軸方向）のずれを実質上無くすことができる。
【００６０】
図６に示すように、本実施の形態の光学ヘッドの光偏向手段５ａである反射形グレーティング（周期Λ＝４０μm、溝深さＬ＝０．２６７μm、Ａｕの反射膜）の１次回折効率は、入射角θ2に依存しており、グレーティング５ａに対する第２の波長の光６ｂの入射角θ2は、-５０°≦θ2≦５０°の関係を実質上満たす範囲であれば、ほぼ９０％以上の高い１次回折効率を実現できることが分かった。本実施の形態では、入射角θ2は例えば、４５°であるから、９２％の回折効率が得られた。
【００６１】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の光学ヘッドについて、図７を用いて、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
図７（ａ）は本発明の第４の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図、図７（ｂ）は本発明の第４の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す裏面図である。
【００６３】
本実施の形態の光学ヘッドは、例えば、９．５ｍｍ厚の超薄型構成の光学ヘッドを実現する。
【００６４】
図７に示すように、光源・光検出器ユニット１７の窓側に、３ビームグレーティング、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８、色収差補正グレーティング２０をこの順に配置している。立ち上げミラーの代わりに、３つの光学面を有するプリズム１９を用いている。
【００６５】
プリズム１９は、情報記録媒体１１側を第１面（斜面）２１、光源１側を第２面（側面）２２、基準面１８側を第３面（底面）２３としたとき、プリズムの第３面２３に波長分離手段１２を設け、その下面に光偏向手段５を設けている。
【００６６】
光源１からの出射光２は、３ビームグレーティング２４、フォーカス／トラック誤差信号検出素子８を透過し、色収差補正グレーティング２０で、例えば、1°程度、ｚ軸方向に回折され、コリメータレンズ３に入射し、略平行光６になる。
【００６７】
第１及び第２の波長の光６ａ、６ｂは、プリズム１９の第２面２２を透過して、第１面２１で全反射して、第３面１４の順に入射する。第１の波長の光６ａは、波長分離手段１２で反射され、第１面２１を透過して対物レンズ４に入射する。第２の波長の光６ｂは、波長分離手段１２を透過し、光偏向手段５で、偏向、反射され、光軸が平行になり、第１面２１を透過して対物レンズ４に入射する。
【００６８】
このようにジグザグ状にプリズム１９内を伝搬させ、光軸を９０°折り曲げる構成により、大幅に光学ヘッドの高さ（z軸方向サイズ）を小さくし、超薄型構成が可能になる。
【００６９】
プリズム１９の仕様は、例えば、θr＝５．０°、θp＝２９．３°、θq＝１１４．３°で、底面２３の長さを４．４mmとし、硝材としてＢＫ７を用いた。この場合、プリズム１９に入射するビーム径と出射するビーム径は等しいとしたビーム整形無しの構成であり、プリズム１９の硝材の屈折率をｎとし、底面の設置角度をθrとすると、そのプリズムの底角の一方の 角度のθpが、ｓin（θp−θr）＝ｎ・sin（４θp−２θr−９０°−θ’）と、ｎ・sinθ’=sin（θp−θr）とを実質上満足し、底角の他方の角度θqが、θq=θ＋９０°−２θrを実質上満たす関係にあるものとする。プリズム１９の設置角度は、例えば、θr＝５°としたが、実質上２°から８°の範囲内であれば、対物レンズ４の左端とプリズム１９との間隔に十分余裕が生まれ、好ましいことが分かった。
【００７０】
本実施の形態では、光源１に半導体レーザを用いているため、高周波モジュールまたは自励発振により、典型的に１nm程度の波長帯域の広がりや環境温度の変化によって出射光の中心波長が変化するという現象が生じる。
【００７１】
本実施の形態では、プリズム１９の側面２２と斜面２１に光軸が斜めに入射するため、波長帯域に広がりがあると、屈折角が異なるという色分散が生じる。光路中に、回折光の回折角の変化が、プリズム１９での屈折角の変化と互いに相殺する方向に生じるように、色収差補正グレーティング２０を配置すると、色分散がうち消されて、光ディスク１１上に良好に集光させることが可能である。
【００７２】
本発明者らは、プリズム１９を構成するガラスの硝材が低分散であるほうが良く、そのような場合、幅広い波長領域で、色収差をほぼ問題ならない程度まで相殺でき、同時に、色収差を補正するグレーティング２０の周期も大きくできるため、素子の製造が容易で高い回折効率が得られる効果があることを発見した。また波長変動は、第１の波長で±１０nmの範囲内であることが、現実的にはほとんどであり、その場合硝材のアッベ数は６４以上であれば、光ディスク１１上に色収差の影響の少ない光スポットを形成することができ、効果的であることも分かった。従って、硝材としては、ＢＫ７、ＦＣ５、ＦＫ５、ＦＣＤ１、ＦＣＤ１０、ＦＣＤ１００等が好ましい。
【００７３】
本実施の形態の光学ヘッドは、色収差補正グレーティング２０として、均一周期のグレーティングを、光源１から、コリメータレンズ３までの収束光光路または発散光光路中に配置した。本発明者らは、このような収束光光路または発散光光路中に、色収差補正用のグレーティング２０を配置した場合、入射角により補正効果が異なる（光が傾いて入射した場合ほど、色収差補正効果が大きくなる）ことが分かったので、厳密には、出射光２の収束角にあわせて、ｚ軸方向のグレーティング２０の周期分布を変化させる必要があったが、開口数が０．３９以下の収束光光路中、または発散光光路中に配置されていた場合、対物レンズ４での光ディスク１１上のスポットは色収差で問題にならないことが分かり、均一周期のグレーティング２０を用いることが可能で、位置合わせや製造が楽であるという効果があった。
【００７４】
以上、本発明の第１〜第４の実施の形態の光学ヘッドについて述べてきたが、これらの実施の形態の光学ヘッド以外に、それぞれの光学ヘッドの構成を組み合わせた光学ヘッドも構成可能であり、同様の効果を有するのは言うまでもない。
【００７５】
なお、実施の形態は光ディスクで説明したが、同様の情報記録再生装置で厚みや記録密度など複数の仕様の異なる媒体を再生できるように設計されたカード状やドラム状、テープ状の製品に応用することは本発明の範囲である。また、実施の形態の説明に用いた対物レンズとコリメータレンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の種類の情報記録媒体に対応でき、互いに近傍に配置した２波長の光源を具備する小型・薄型・軽量の光学ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図と裏面図
【図２】本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける波長分離手段、光偏向手段の説明図
【図３】本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける第１と第２の波長に対する３ビームグレーティングの回折効率と溝深さの関係図
【図４】 本発明の第２の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図と裏面図
【図５】本発明の第３の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図６】本発明の第３の実施の形態の光学ヘッドにおけるグレーティング（光偏向手段）への入射角θ2と１次回折効率の関係図
【図７】本発明の第４の実施の形態における光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図と裏面図
【図８】従来の光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図と上面図
【符号の説明】
１  光源
２  出射光
３  コリメータレンズ
４  対物レンズ
５  グレーティング（光偏向手段）
６  平行光
７  収束光
８  フォーカス／トラック誤差信号検出素子
９  透明基板
１０  平行光
１１  情報記録媒体
１２  波長分離手段
１３  光検出器
１４  ビームスプリッタ
１５  立ち上げミラー
１６  反射膜
１７  光源・光検出器ユニット
１８  基準面
１９  プリズム
２０  色収差補正グレーティング
２１  プリズムの斜面（第１面）
２２  プリズムの測面（第２面）
２３  プリズムの底面（第３面）
２４  ３ビームグレーティング
【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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