JPH1131332A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】光ヘッド装置
【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】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と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】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。
【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０．４５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６５０ｎｍ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×厚さ）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６５０ｎｍ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さ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μｍ〜数ｍｍ角の面積で、数μｍ〜数１０μｍの厚さであり、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７８０ｎｍ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防げるので好ましい。
【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が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６５０ｎｍの光に対しては高い直線透過率を示し、波長７８０ｎｍ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１４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５０％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１０％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、中心部領域とも厚さ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×厚さ）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 ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）値も０．０５λ以下であった（λ＝６３３ｎｍ）。
【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ＣＤ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７８０ｎｍ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６５０ｎｍ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０．６ｍｍ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