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発明の名称 光ヘッド
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−65407
公開日 平成7年(1995)3月10日
出願番号 特願平5−210175
出願日 平成5年(1993)8月25日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 水野 定夫 / 伊藤 昇 / 金馬 慶明
要約 目的
薄型情報媒体を用いると高密度化できるが、従来のコンパクトディスクやビデオオディスク等の情報媒体が再生できず、互換性がなくなる。本願発明は従来ディスクとの互換性を維持して高密度化を図ることである。

構成
半導体レーザの出射光の一部を光路長L1で集光し一部を光路長L2で集光することによって、2つの光スポットを作る。そして、一方の光スポットで従来の光ディスクを再生し、他方の光スポットで薄型の光ディスクを記録再生する。
特許請求の範囲
【請求項1】光源と、この光源の出射光の一部を光路長L1で集光し一部を光路長L2で集光する集光光学手段と、集光した光束を情報媒体に収束する対物レンズと、上記情報媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド。
【請求項2】情報媒体の厚みがt1>t2のとき光路長をL1<L2にしたことを特徴とする請求項1記載の光ヘッド。
【請求項3】光源と、この光源の出射光を偏光分離膜により反射する光束1と透過する光束2に分離する分離手段と、光束2が少なくとも2回反射して再び前記偏光分離膜を透過し光束1と略同一光路になるよう構成したプリズムと、光束1と光束2を集光する集光レンズと、厚みt1の情報媒体に対しては前記光束1を収束し厚みt2の情報媒体に対しては前記光束2を収束する対物レンズと、上記厚みt1またはt2の情報媒体からの反射光を検出する光検出器とを設けたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項4】光源と、この光源の出射光を開口制限する光制限手段と、開口制限した光束を偏光分離膜により反射する光束1と透過する光束2に分離する分離手段と、光束2が少なくとも2回反射して再び前記偏光分離膜を透過し光束1と略同一光路になるよう構成したプリズムと、光束1と光束2を集光する集光レンズと、厚みt1の情報媒体に対しては前記光束1を収束し厚みt2の情報媒体に対しては前記光束2を収束する対物レンズと、上記厚みt1またはt2の情報媒体からの反射光を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項5】光制限手段として情報媒体のトラック方向のみ開口を制限したことを特徴とする請求項4記載の光ヘッド。
【請求項6】偏光分離膜とプリズムを一体化したことを特徴とする請求項3〜5記載の光ヘッド。
【請求項7】光源と、この光源の出射光の一部を反射するミラーと、前記出射光の一部を反射するホログラムと、各々反射した光を情報媒体に収束する対物レンズと、情報媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド。
【請求項8】光源と、この光源の出射光を偏光分離膜により反射する光束1と透過する光束2に分離する分離手段と、光束2が再び前記偏光分離膜を透過して光束1と略同一光路になるよう反射するホログラムと、厚みt1の情報媒体に対しては光束2を収束し厚みt2の情報媒体に対しては光束1を収束する対物レンズと、上記厚みt1またはt2の情報媒体からの反射光を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項9】光源と、この光源の出射光を略平行光束に集光する集光レンズと、集光した光束を偏光分離膜により反射する光束1と透過する光束2に分離する分離手段と、光束2が再び前記偏光分離膜を透過して光束1と略同一光路になるよう反射するホログラムと、厚みt1の情報媒体に対しては光束2を収束し厚みt2の情報媒体に対しては光束1を収束する対物レンズと、上記厚みt1またはt2の情報媒体からの反射光を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項10】ホログラムは位相型の回折素子であり、その断面形状がブレーズド形状であることを特徴とする請求項7〜9いずれか記載の光ヘッド。
【請求項11】ホログラムは位相型の回折素子であり、その断面形状が階段状であることを特徴とする請求項7〜9いずれか記載の光ヘッド。
【請求項12】分離手段とホログラムを一体にしたことを特徴とする請求項8または9記載の光ヘッド。
【請求項13】情報媒体の厚みがt1>t2であることを特徴とする請求項8または9記載の光ヘッド。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ディスク等の情報媒体に光学的に信号を記録または再生する光ディスク装置における光ヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザを用いた光ヘッドとして、一般的なものを図11に示す。図11において、半導体レーザ41から出謝した光束42はハーフミラー43でその一部が反射する。反射した光束42は反射ミラー44でその光路を直角に曲げられ集光レンズ45で略平行な光束になるよう集光する。略平行になった光束42は、対物レンズ46により絞り込まれ、情報媒体47の記録面上に光スポット48を形成する。次に、情報媒体47で反射した光束49は、再び対物レンズ46、集光レンズ45、反射ミラー44を通って、ハーフミラー43に入射する。光束49の一部はハーフミラー43を斜めに透過して非点収差をもった光束になり、凹レンズ50を通って収束し検出器51に受光される。光検出器51は、再生信号を検出すると共に、いわゆる非点収差法によりフォーカス制御信号を、プッシュプル法によりトラッキング制御信号を検出するように構成されている。
【0003】このような構成の光ヘッドに用いられる対物レンズ46は情報媒体47の厚みを考慮して設計されており、この設計値と異なる厚みの情報媒体に対しては、球面収差が生じて結像性能が劣化し、記録再生をすることができなくなる。従来、コンパクトディスク(CD)やビデオディスクあるいはデータ用の光磁気ディスク装置等に用いられる情報媒体の基板の厚みは、皆同じで1.2mmであった。このため、1つの光ヘッドで種類の異なる情報媒体(CD、ビデオディスク、光磁気ディスク等)を記録再生することが可能であった。
【0004】一方、近年、より高密度化を図るために、対物レンズの開口数を大きくすることが検討されている。対物レンズの開口数を大きくすると光学的な分解能が向上し、記録再生のできる周波数帯域を広げることができるが、収束した光スポット48の収差が増加するという問題がある。情報媒体47の面振れと、この情報媒体を取り付けるターンテーブルの面振れにより、情報媒体47と対物レンズ46に傾きが生じる。この傾により光スポット48にはこま収差が生じ、開口数を上げても収束性能が向上しなくなる。そこで、対物レンズの開口数を大きくしても前記こま収差が大きくならないように、厚みの薄い情報媒体を用いる試みがなされている。前記情報媒体47と対物レンズ46の傾きによるこま収差は、情報媒体の基板厚みを薄くすると図12のように改善される。図12の横軸は情報媒体の厚みを、縦軸は開口数を表しており、情報媒体と対物レンズが0.2゜傾いた場合の、光スポット48の中心光強度の劣化が等しくなる点を計算したものである。図から開口数が0.5で情報媒体の厚みが1.2mmの場合と、開口数が0.62で情報媒体の厚みが0.6mmの場合は前記中心光強度の劣化がほぼ同等であることがわかる。従って、開口数を大きくする場合、情報媒体の厚みを薄くすることにより、前記情報媒体の傾きにより発生するこま収差は、従来なみに抑えることができる。しかし、情報媒体の厚みを薄くした場合、その情報媒体を記録再生する対物レンズでは従来の情報媒体を記録再生することができず、従来の情報媒体との間で互換性を保つことができなくなる。このため、光ヘッドを2個使い薄型の情報媒体と基板厚1.2mmの情報媒体を別々の光ヘッドで記録再生せざるをえない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この様な従来の光ヘッドにおいては、1個の光ヘッドで厚みの異なる情報媒体を記録再生することはできない。このため、対物レンズの開口数を上げて高密度化を図るには、従来の情報媒体との互換性が犠牲にせざるをえないという問題があった。本発明はかかる問題を解決するため、対物レンズの収束点を2つ設けて、厚みの異なる2つの情報媒体に対応することにより、従来の情報媒体と高密度化のための薄型の情報媒体両方に対して、記録再生できるようにした光ヘッドを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解決するため、光源と、この光源の出射光の一部を光路長L1で集光し一部を光路長L2で集光する集光光学手段と、集光した光束を情報媒体に収束する対物レンズと、上記情報媒体からの反射光を検出する光検出器とから構成したものであり、上記光路長L1と光路長L2を形成する方法としては、光源の出射光を偏光分離膜により反射する光束と透過する光束に分離する分離手段を設け、前記反射した光束を光路長L1として集光し前記透過した光束を少なくとも2回反射して光路長L2として集光するようにしたものである。
【0007】また、情報媒体に応じて照射する光束の開口数の変えるため、光源と、この光源の出射光を開口制限する光制限手段と、開口制限した光束を偏光分離膜により反射する光束1と透過する光束2に分離する分離手段と、光束2が少なくとも2回反射して再び前記偏光分離膜を透過し光束1と略同一光路になるよう構成したプリズムと、光束1と光束2を集光する集光レンズと、厚みt1の情報媒体に対しては前記光束1を収束し厚みt2の情報媒体に対しては前記光束2を収束する対物レンズと、上記厚みt1またはt2の情報媒体からの反射光を検出する光検出器とから構成したものである。
【0008】さらに、上記の課題を解決するため、光源と、この光源の出射光の一部を反射するミラーと、前記出射光の一部を反射するホログラムと、各々反射した光を情報媒体に収束する対物レンズと、情報媒体からの反射光を検出する光検出器とから構成したものである。
【0009】さらに別の方法として、光源と、この光源の出射光を略平行光束に集光する集光レンズと、集光した光束を偏光分離膜により反射する光束1と透過する光束2に分離する分離手段と、光束2が再び前記偏光分離膜を透過して光束1と略同一光路になるよう反射するホログラムと、厚みt1の情報媒体に対しては光束2を収束し厚みt2の情報媒体に対しては光束1を収束する対物レンズと、上記厚みt1またはt2の情報媒体からの反射光を検出する光検出器とから構成したものである。
【0010】
【作用】上記構成のように、分割した光束を各々異なる光路長で集光することによって、2つの光スポットを形成することができる。この光スポットの一方を選択して照射することにより、異なる基板厚み(t1とt2)の情報媒体に記録再生することができる。また、分割した光束の一方をミラーで、他方をホログラムで反射させることにより、同様に2つの光スポットを形成することができ、厚みの異なる2種類の情報媒体を記録再生することができる。ホログラムはブレーズ化することによって+1次回折光の光量を大きくすることができ、光の利用効率を高くできる。
【0011】本発明の光ヘッドは、従来の光ヘッドにプリズムあるいはホログラムを1つ追加することによって実現できるため、小型、低コストを維持しながら、異なる2種類の情報媒体を一つの光ヘッドで記録再生することができる。また、大きな開口数を必要とされる光ディスク装置と、CD並の小さい開口数が適した光ディスク装置に対して対応でき、互換性を犠牲にすること無く高密度化を図ることができる。
【0012】
【実施例】本発明の1実施例を図1、図2、図3を用いて説明する。図1において、半導体レーザ1から出射した光束2はハイフミラー3で反射して、プリズム4に入射する。プリズム4とプリズム6の間には偏光分離膜5が形成されており、この偏光分離膜5に入射した光は、電波面が入射面に垂直な成分(S偏光)は反射し、平行な成分(P偏光)は透過する。光束2は、偏光分離膜5の入射面に対して一定の角度をもって入射するよう設定されており、偏光分離膜5で反射する光束2aと透過する光束2bに分離される。偏光分離膜5で反射した光束2aは集光レンズ7で集光して、非平行な光束となる。また、偏光分離膜5を透過した光束2bはプリズム6の反射面6a、6bで反射して、再び偏光分離膜5を透過し、集光レンズ7で集光して略平行な光束になる。この光束2a、2bは対物レンズ8に入射し、非平行な光束2aは収束点p1に絞り込まれて光スポット9aを形成し、略平行な光束2bは収束点p2に絞り込まれ光スポット9bを形成する。光スポット9aは厚さt1のディスク状の情報媒体10aを記録再生するためのもので、光スポット9bは厚さt2の情報媒体10bを記録再生するためのものである。図2は情報媒体10aの記録面上に光スポット9aが形成された状態を示し、図3は情報媒体10bの記録面上に光スポット9bが形成された状態を示している。厚さがt1の情報媒体を記録再生する場合は、光スポット9aを情報媒体10aの記録面上に形成しする。この情報媒体10aで反射したS偏光の光束11a(図1、図2)は対物レンズ8、集光レンズ7を通ってプリズム4に入射し、偏光分離膜5で反射して光束11となる。一方、厚さt2の情報媒体を記録再生する場合は、光スポット9bを情報媒体10bの記録面上に形成する。この情報媒体10bで反射したP偏光の光束11b(図3)は対物レンズ8、集光レンズ7を通ってプリズム4に入射し、偏光分離膜5を透過する。さらに光束11bはプリズム6の反射面6b、6aで反射して再び偏光分離膜5を透過し、プリズム4を出射して上記光束11aと同様光束11となる。光束11の一部はハーフミラー3を斜めに透過することにより、非点収差をもち、凹レンズ12を通って光検出器13に収束する。凹レンズ12はフォーカスの感度と光検出器13に収束する光束11のビーム径を実用的な大きさにするためのものである。光検出器13は従来例同様に、再生信号を検出すると共に、非点収差によりフォーカス制御信号を、プッシュプルあるいは位相差法等によりトラッキング制御信号を検出するように構成されている。
【0013】なお、光スポット9aで情報媒体10aを記録再生している時は、対物レンズ8で収束した光束2bは情報媒体10aの記録面上では拡散し、光スポット9bで情報媒体10bを記録再生している時は、対物レンズ8で収束した光束2aは情報媒体9bの記録媒体面上では拡散しているため、各々信号としては検出されない。
【0014】従って、情報媒体の厚さに応じて収束点p1、p2を切り替えることにより厚みの異なる情報媒体の記録再生が可能になる。具体的には、厚みが1.2mmのCDやビデイディスクあるいは光磁気ディスク等を記録再生するときには、光スポット8aを用い、厚みが0.6mmの薄型の情報媒体を記録再生するときには、光スポット8bを用いる。一例として、集光レンズ7の焦点距離を23.5mm、対物レンズ8の焦点距離を3.3mmとし、光束2aと光束2bの光路長の差を約10.6mmとすると、収束点p1とp2の差は0.4mm程度となる。このような光学条件により、厚みが0.6mmの情報媒体に対しても、厚みが1.2mmの情報媒体に対してもほぼ回折限界まで光を絞り込むことができる。
【0015】また、図1のように開口14を設けることにより、対物レンズ8に入射する光束2aと光束2bの開口数に差を設けることができる。上記の例で対物レンズ8に入射する略平行な光束2bの開口数を0.6とし、対物レンズ8のと集光レンズ7の間の距離を7mmとすると、対物レンズ8に入射する光束2aの開口数は0.47程度になりコンパクトディスクの再生に適した開口数になる。さらに、開口14で情報媒体のトラック方向のみ開口制限することにより、光束2aのトラック方向の開口数を下げ、トラッキング制御による対物レンズ8の移動に対しては開口制限しないよう構成できる。
【0016】他の実施例を図4に示す。図4において、図1と同一番号のものは同じ動作をするものである。本実施例では偏光分離膜5を透過した光束2bはプリズム15の反射面15a、15b、15cで反射して、再び偏光分離膜5を透過し集光レンズ7で略平行な光束になるよう集光する。この光束2bと偏光分離膜5で反射して集光レンズ7で非平行に集光した光束2aは、対物レンズ8に入射し光束2aは収束点p1に絞り込まれて光スポット9aを形成し、光束2bは収束点p2に絞り込まれ光スポット9bを形成する。上記実施例同様に厚さt1の情報媒体10aを記録再生する場合は、光スポット9aを情報媒体10aの記録面上に形成し、厚さt2の情報媒体10bを記録再生する場合は、光スポット9bを情報媒体10bの記録面上に形成するよう構成することにより、厚みの異なる情報媒体を1つの対物レンズで記録再生することができる。
【0017】また、他の実施例を図5〜図9に示す。図5において、半導体レーザ21から出射した光束22はハイフミラー23で反射して、プリズム24に入射する。偏光分離膜25の入射面に対して一定の角度をもって入射するよう設定された光束22は、図6に示すように偏光分離膜25で反射する光束22bと透過する光束22aに分離される。偏光分離膜25で反射した光束22bは集光レンズ27で略平行な光束となるよう集光する。また、偏光分離膜25を透過した光束22aは、表面に反射膜が形成されているホログラム26で反射する。ホログラム26で反射する+1次の回折光は凸レンズと同様の作用をうけ、図5のように光束22aを拡散させる。この拡散光は再び偏光分離膜25を透過して、集光レンズ27で非平行な光束になるよう集光する。これらの光束22a、22bは対物レンズ28により収束し、非平行な光束22aは収束点p3に光スポット29aを、略平行な光束22bは収束点p4に光スポット29bを形成する。光スポット29aは厚さt1の情報媒体30aを記録再生するためのもので、光スポット29bは厚さt2の情報媒体30bを記録再生するためのものである。ホログラム26は図7に示すようにその断面をブレーズ状にするか、階段状にすることにより+1次の回折光の効率を高めることができる。また、図5のようにホログラム26の反射領域を制限することにより、対物レンズ28に入射する光束22aの開口数を光束22bの開口数より小さく設定することができる。このため、厚さt1のCD等の情報媒体に対しては開口数を0.45等にし、厚さt2の薄型で高密度の情報媒体に対しては開口数を0.6等にすることができる。なお、ホログラムの反射領域以外に入射する光束22aはホログラムを透過させることにより情報媒体には収束することはない。図8は情報媒体30aの記録面上に光スポット29aが形成された状態を示し、図9は情報媒体30bの記録面上に光スポット29bが形成された状態を示している。厚さt1の情報媒体を記録再生する場合は、光スポット29aを情報媒体30aの記録面上に形成する。情報媒体30aで反射したP偏光の光束31a(図5、図8)は対物レンズ8、集光レンズ7を通ってプリズム24に入射する。さらに、偏光分離膜5を透過したのちホログラム26で反射して、再び偏光分離膜25を透過して光束31となる。一方、厚さがt2の情報媒体を記録再生する場合は、光スポット29bを情報媒体30bの記録面上に形成する。情報媒体30bで反射したS偏光の光束31b(図9)は対物レンズ28、集光レンズ27を通ってプリズム24に入射し、偏光分離膜25で反射して、光束31aと同様光束31となる。光束31はハーフミラー23、凹レンズ32を通って光検出器33に収束する。以上のように構成し、情報媒体の厚さに応じて収束点p3、p4を切り替えることにより1つの対物レンズで厚さの異なる情報媒体を記録再生することができる。
【0018】他の実施例を図10に示す。図10において、図5と同一番号のものは同じ動作をするものである。本実施例では、集光レンズ34により集光された光束22が偏光分離膜25に入射する。これは、略平行に集光した光束22はミラー35に斜めに入射しても非点収差が生しないため、プリズムを用いることなく安価な構成にすることができる。光束22は、偏光分離膜25で反射する光束22bと透過する光束22aに分離する。光束22aはホログラム36で反射して拡散し、再び偏光分離膜25を透過して、非平行な光束22bになる。このとき、ホログラム36で反射した非平行な+1次回折光がミラー35を透過するため、非点収差を生じるが、この収差はホログラム36で補正することができる。次に、光束22a、22bは対物レンズ28に入射し各々、収束点p3、p4に収束して光スポット29a、29bを形成する。そして光スポット29aで厚さt1の情報媒体30aを記録再生し、光スポット29bで厚さt2の情報媒体30bを記録再生することにより、1つの対物レンズで厚さの異なる2種類の情報媒体を記録再生することができる。
【0019】
【発明の効果】以上に述べたことから明らかなように、本発明では以下のような効果が得られる。
【0020】まず、分割した光束を各々異なる光路長で集光することによって、2つの光スポットを形成することができる。この光スポットの一方を選択して情報媒体に照射することにより、異なる厚み(t1とt2)の情報媒体を記録再生することができる。また、分割した光束の一方をホログラムで反射させ回折光を拡散することにより、2つの光スポットを形成することができ、同様に厚みの異なる2種類の情報媒体を記録再生することができる。ホログラムはブレーズ化することによって+1次回折光の光量を大きくすることができ、ホログラムを用いて光利用効率の高い光ヘッドが実現できる。
【0021】本発明の光ヘッドは、従来の光ヘッドにプリズムあるいはホログラムを追加することにより実現でき、部品点数が少なく低コストの光ヘッドでありながら、厚みの異なる情報媒体を一つの光ヘッドで記録再生することができる。また、プリズムへ入射する光束の開口を制限すること、あるいはホログラムの反射領域の制限をすることにより、厚みt1の情報媒体と厚みt2の情報媒体へ収束する光束の開口数を変えることができ、情報媒体に適した開口数に設定できる。この結果、開口数が比較的低く(0.45〜0.52)、基板の厚いCD、ビデオディスク等と、開口数を上げて高密度化を図った薄型光ディスク両方に記録再生が可能になる。従って、本発明の光ヘッドにより従来の情報媒体に対して互換性を持った高密度光ディスク装置を作ることができる。




 

 


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