JP2004062967A

JP2004062967A - 光学ヘッド装置

Info

Publication number: JP2004062967A
Application number: JP2002218113A
Authority: JP
Inventors: Akira Kogure; 木暮　明; Shigeru Nakamura; 中村　滋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】拡散光路中にビーム整形光学素子を配置する構成としてレーザービームのビーム整形作用を十分に有する光学ヘッド装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ビーム整形光学素子６をレーザービームが拡散されている拡散光路中に配置すると共に、この拡散光路中に前記ビーム整形光学素子６により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正光学素子１７（７）を設けている。これにより拡散光路中にビーム整形光学素子６を配置し得るようにしている。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザーから出射される断面楕円状のレーザービームをビーム整形光学素子により断面真円状に近づけるべく整形する光学ヘッド装置に関し、特に、ビーム整形光学素子をレーザービームが拡散されている拡散光路中に配置する光学ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスク等の信号記録媒体に対して光学的に信号の読み取り、あるいは書き込みを行う光学ヘッド装置としては、半導体レーザーから出射される断面楕円状のレーザービームを対物レンズに入射する入射光路上にビーム整形プリズムやシリンドリカルレンズ等のビーム整形光学素子を配置し、このビーム整形光学素子によりレーザービームを断面真円状に近づけるべくビーム整形して対物レンズに導き、対物レンズに入射されるレーザービームの利用効率を向上させた上で、信号記録媒体に照射されるビームスポットを円形にして光学特性の向上を図ったものが知られている。
【０００３】
ところで、光学ヘッド装置としては、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）の記録密度に適した波長のレーザービームを発光するレーザーダイオードとＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）の記録密度に適した波長のレーザービームを発光するレーザーダイオードとの波長の異なる２種類の半導体レーザーを用意し、使用するディスクの記録密度に応じて使用する半導体レーザーを切り換えることにより記録密度が異なるＣＤ及びＤＶＤに対応させている。
【０００４】
このような２種類の半導体レーザーを備える光学ヘッド装置においては、各半導体レーザーを別光路に配置し、各半導体レーザーからそれぞれ出射される各レーザービームをビームスプリッタにより共通光路に導いて単一の対物レンズに入射する構成とする場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光学ヘッド装置としては、信号記録媒体に照射されるレーザービームの光学特性の向上を図るべく、コリメータレンズを用いて平行光にしたレーザービームを対物レンズに入射する構成とすることが行われる。
【０００６】
前述のＣＤ及びＤＶＤに対応する光学ヘッド装置において、コリメータレンズを共通光路上の対物レンズの直前に配置することで、単一のコリメータレンズにより２種類の半導体レーザーの各レーザービームに対して機能させることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、このようにコリメータレンズを対物レンズの直前に配置する構成とすると、レーザービームの平行光の範囲の光路長がコリメータレンズと対物レンズ間だけであり、この光路長にビーム整形光学素子を配置出来ないという問題が発生する。
【０００８】
そこで、ビーム整形光学素子を半導体レーザーからコリメータレンズまでの拡散光路中に配置することが考えられるが、ビーム整形光学素子を拡散光路中に配置すると、ビーム整形光学素子により半導体レーザーから出射されたレーザービームを正しくビーム整形することが出来ない。
【０００９】
すなわち、ビーム整形光学素子は光軸を中心にしてレーザービーム断面の短径方向及び長径方向の直交する２方向においてレーザービームを整形するべく設計され、ビーム整形光学素子は前記２方向を基準にしたトーリック面に形成されるべく成形される。その為、前記２方向に挟まれる角度の方向におけるレーザービームの位相ずれが大きく実用に耐えなかった。
【００１０】
本発明は、拡散光路中にビーム整形光学素子を配置する構成としてレーザービームのビーム整形作用を十分に有する光学ヘッド装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ビーム整形光学素子をレーザービームが拡散されている拡散光路中に配置すると共に、この拡散光路中に前記ビーム整形光学素子により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正光学素子を設けている。これにより拡散光路中にビーム整形光学素子を配置し得るようにしている。
【００１２】
【実施例】
図１は本発明の一実施例を示す光学ヘッド装置の光学系を示す光学配置図である。
【００１３】
図１に示す光学ヘッド装置は、信号記録密度の低いと共に信号面までの透明基板の厚みが厚い信号記録媒体であるＣＤの記録再生に対応すると共に、信号記録密度の高いと共に信号面までの透明基板の厚みが薄い信号記録媒体であるＤＶＤの記録再生に対応する構成となっている。
【００１４】
１はＤＶＤに適した波長、例えば６６０ｎｍのレーザービームを発光するレーザーダイオードの第１半導体レーザー、２はＣＤに適した波長、例えば７８０ｎｍのレーザービームを発光するレーザーダイオードの第２半導体レーザーである。
【００１５】
第１半導体レーザー１から出射されるレーザービームは、このレーザービームのレーザー波長に対して有効な回折作用を有する回折格子３とレーザービームの偏光方向を設定する波長板４とからなる複合光学素子５を介した後にビーム整形レンズ６に入射され、該ビーム整形レンズ６によりレーザービームの整形が行われる。
【００１６】
ビーム整形レンズ６を介したレーザービームは、更にカップリングレンズ７により広がり角が調整された後、プリズム型のビームスプリッター８の偏光面により光軸が折曲され、コリメータレンズ９に導かれる。
【００１７】
その後、レーザービームはコリメータレンズ９により平行光に成された後、対物レンズ１０に入射され、該対物レンズ１０により収束されてＤＶＤの信号面Ｓ１に照射される。
【００１８】
一方、第２半導体レーザー２から出射されるレーザービームは、このレーザービームのレーザー波長に対して有効な回折作用を有する回折格子１１とレーザービームの偏光方向を設定する波長板１２とからなる複合光学素子１３を介してカップリングレンズ１４により広がり角が調整された後、平行平板型のハーフミラー１５により反射されて光軸が折曲されてビームスプリッター８に導かれる。
【００１９】
その後、ビームスプリッター８の偏光面を透過してコリメータレンズ９により平行光に成された後、対物レンズ１０に入射され、該対物レンズ１０により収束されてＣＤの信号面Ｓ２に照射される。
【００２０】
ＤＶＤ及びＣＤの信号面により変調されて反射されたレーザービームは、それぞれ対物レンズ１０に戻り、コリメータレンズ９及びビームスプリッター８を介してハーフミラー１５を透過し、該ハーフミラー１５によりフォーカス制御に用いられる非点収差が付与された後、共通の光検出器１６により受光される。
【００２１】
光検出器１６には、ＤＶＤの記録再生に用いられるＤＶＤ受光部とＣＤの記録再生に用いられるＣＤ受光部とが同一半導体基板上に並べて形成されており、光検出器１６はＤＶＤの記録再生に用いられる各種受光出力を導出すると共に、ＣＤの記録再生に用いられる各種受光出力を導出する。
【００２２】
尚、対物レンズ１０は２焦点レンズにより構成されており、ＤＶＤ及びＣＤの両方に適合されている。
【００２３】
また、第１半導体レーザー１及び第２半導体レーザー２からそれぞれ出射される各レーザービームの出力は、記録時と再生時とでそれぞれに最適な出力に切り換えられる。
【００２４】
前述の光学ヘッド装置においては、コリメータレンズ９がＤＶＤ及びＣＤに対応する各レーザービームの両方の光路である共通光路上の対物レンズ１０の直前に配置されており、前記各レーザービームに対して機能するようになっている。
【００２５】
そして、ＤＶＤに対応するレーザービームの出射光路中にカップリングレンズ７が配置されていると共に、ＣＤに対応するレーザービームの出射光路中にカップリングレンズ１４が配置されており、前記各レーザービームに対してコリメータレンズ９が有効に機能するようなっている。
【００２６】
ところで、ＤＶＤの記録においては、現状の半導体レーザーでは高速記録に充分なレーザー出力を得られないことに起因してレーザービームの利用効率を向上させる必要があると共に、良質な記録が行えるようにディスク上に形成されるビームスポットの光学特性を向上させる必要がある。
【００２７】
第１半導体レーザー１から発光されるレーザービームは、レーザーチップ１ａの接合面に水平な方向と垂直な方向とで広がり角が相違し、断面が楕円状となるので、ＤＶＤに対応する第１半導体レーザー１から発光されるレーザービームの出射光路中にはこのレーザービームを整形するべくビーム整形レンズ６が配置されている。
【００２８】
ここで、ＤＶＤに対応するレーザービームの出射光路はレーザービームが拡散されている拡散光路である。
【００２９】
前記ビーム整形レンズ６は、光軸を中心にしてレーザービーム断面の短径方向及び長径方向の直交する２方向においてレーザービームを整形するべく設計され、ビーム整形レンズ６は前記２方向を基準にしたトーリック面に形成されるべく成形されている。
【００３０】
図２は、図１に示した光学ヘッド装置の第１半導体レーザー１から対物レンズ１０に至るＤＶＤ用光路の断面図で、図２（ａ）は光軸方向にｘ軸をとり、レーザーチップ１ａの接合面方向をｙ軸方向とした場合のｘ−ｙ断面を示し、図２（ｂ）はｙ軸と垂直な方向をｚ軸方向とした場合のｘ−ｚ断面を示す。
【００３１】
第１半導体レーザー１のレーザーチップ１ａから出射するレーザービームの広がり角は、図２（ａ）のｘ−ｙ断面では小さく、図２（ｂ）のｘ−ｚ断面では大きい。よって、本実施例では、ビーム整形レンズ６を用いてｘ−ｙ断面でのレーザービームの広がり角を拡大している。
【００３２】
図３はビーム整形レンズ６の斜視図で、レーザーチップ１ａ側の入射面６ａは半径−０．８ｍｍの円柱面である。半径の負符号は、曲率中心点が曲面よりも光源側にあることを示す。
【００３３】
一方、ビーム整形レンズ６の出射側はトーリック面６ｂである。図４はトーリック面６ｂの形状を説明する説明図である。ｘ−ｙ断面に含まれる基準円弧１０１はｘ軸上の点１０２を中心とした半径Ｒｙ＝−２．９９ｍｍの円の一部で、軸１０３は基準円弧１０１からＲｚ＝−２９．０７ｍｍ離れたｙ軸と平行な回転軸である。
【００３４】
前記トーリック面６ｂは、ｘ−ｙ断面に含まれる半径Ｒｙ＝−２．９９ｍｍの基準円弧１０１をＲｚ＝−２９．０７ｍｍ離れたｙ軸と平行な回転軸１０３で回転させた面である。
【００３５】
また、レーザーチップ１ａの発光点とビーム整形レンズ６の入射側円柱面６ａとの間隔は２ｍｍ、この円柱面６ａとトーリック面６ｂとの間隔は２ｍｍで、屈折率は１．５である。
【００３６】
これによりビーム整形レンズ６を通過するレーザービームの広がり角は、図２（ａ）のｘ−ｙ断面で約１．５倍に広がり、図２（ｂ）のｘ−ｚ断面でほとんど変化しない。
【００３７】
このように成形されるビーム整形レンズ６を第１半導体レーザー１からのレーザービームが拡散されている拡散光路に配置した場合において、ビーム整形レンズ６を通過したレーザービームは前記２方向に挟まれる角度の方向に位相ずれを発生する。このレーザービームの位相ずれ特性を図５において３次元的に示し、図６においてレーザービームの所定の角度での位相ずれ特性を２次元的に示す。
【００３８】
図５において、レーザービーム断面の短径方向及び長径方向の直交する２方向、すなわちレーザーチップ１ａの接合面に水平な方向と垂直な方向とをそれぞれＹ軸及びＺ軸にし、Ｙ軸及びＺ軸の光軸上をそれぞれＹ０及びＺ０に示している。この図５において高さ方向（光軸方向）に第１半導体レーザー１のレーザー波長λ（＝６６０ｎｍ）を基準にした位相ずれ量を示している。
【００３９】
この図５から明らかなように、光軸を中心にしてレーザービーム断面の短径方向（Ｙ軸方向）及び長径方向（Ｚ軸方向）の直交する２方向に挟まれる角度の方向には大きな位相ずれが発生される。
【００４０】
図６は図５のＹ軸及びＺ軸をそれぞれ０度及び９０度で表示し、光軸上を「０」とした場合の光軸からの距離に対する第１半導体レーザー１のレーザー波長λ（＝６６０ｎｍ）を基準にした位相ずれ量を示している。
【００４１】
図６から明らかのように、０度及び９０度においては光軸から離れたレーザービームの周縁においてもほとんど位相ずれが発生していないことが確認できるが、０度及び９０度の中間の４５度においては光軸からの距離に対して約４乗の関数的にレーザービームの周縁に著しい位相ずれが発生することが確認できる。
【００４２】
ところで、ＤＶＤに対応するレーザービームの出射光路中に配置されるカップリングレンズ７は、出射面が収束作用を有する基準半径が−８．４６３ｍｍの非球面係数が付加されたレンズ面であると共に、入射面が非レンズ面により形成され（面間隔１ｍｍ，屈折率１．５）、出射面のみでカップリングレンズ本来の作用を持たせてある。
【００４３】
そして、カップリングレンズ７の入射面には、ビーム整形レンズ６により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正作用が付与されており、このカップリングレンズ７の入射面が位相補正光学素子部１７となっている。
【００４４】
前記位相補正光学素子部１７は、図５に示す位相ずれ分布の逆特性の位相補正分布を示す図７の如き位相補正形状に設定されて形成され、ビーム整形レンズ６により生じるレーザービームの位相ずれを打ち消すように作用する。
【００４５】
ここで、前記位相補正光学素子部１７にビーム整形レンズ６により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正作用を付与する場合、前記位相補正光学素子部１７はこの位相補正光学素子部１７が形成させるカップリングレンズ７の材質の屈折率を考慮してレーザービームが通過する領域に対応した光路長の差異を有する形状に形成され、この光路長の差異により前記ビーム整形レンズ６により生じるレーザービームの位相ずれを補正する。
【００４６】
したがって、半導体レーザー１から発光されるレーザービームは、拡散光路であってもビーム整形レンズ６及びカップリングレンズ７の位相補正光学素子部１７によりビーム整形が行われ、この結果、前記レーザービームの利用効率及び光学特性の向上が図られる。
【００４７】
尚、前述の実施例においては、位相補正光学素子部１７をカップリングレンズ７の一方の面に形成し、カップリングレンズ７を位相補正光学素子としているが、これに限らず、第１半導体レーザー１からコリメータレンズ９の間に位相補正光学素子を配置すれば良く、場所の関係から独立して位相補正光学素子を配置できない場合は第１半導体レーザー１からコリメータレンズ９の間に介在されると共に、加工が容易な板状光学素子、図１においては回折格子３や波長板４にカップリングレンズ７と同様に位相補正光学素子部を形成してこれらの回折格子３や波長板４を位相補正光学素子としても好適である。
【００４８】
また、第１半導体レーザー１にはレーザーチップ１ａを封止する筐体の前面にレーザービームを透過させる平板の透過カバー１８が設置されるので、この透過カバー１８に位相補正光学素子部を形成し、この透過カバー１８を位相補正光学素子とすることも好適である。
【００４９】
更に、ビーム整形光学レンズ６自体に位相補正作用を付与し、このビーム整形光学レンズ６自体を位相補正光学素子としても機能させることも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明は、拡散光路中にビーム整形光学素子と共に、位相補正光学素子を設けているので、拡散光路中にビーム整形光学素子を配置する構成としてレーザービームのビーム整形作用を十分に有する光学ヘッド装置が提供できる。
【００５１】
特に、記録密度の相違する信号記録媒体に対応させるべくレーザー波長の異なるレーザービームを発光する第１半導体レーザー及び第２半導体レーザーを備える光学ヘッド装置において、第１半導体レーザー及び第２半導体レーザーからの各レーザービームに対してコリメータレンズを共用するようにした場合、このコリメータが配置される位置が対物レンズの近傍に限定され、レーザービームの平行光路上にビーム整形光学素子を配置するのが困難であるので、本発明はビーム整形光学素子を拡散光路上に配置する構成としてレーザービームのビーム整形作用を十分に有するようにしており、実用上の効果が多大である。
【００５２】
また、本発明によれば、カップリングレンズを用いる構成の光学ヘッド装置において、カップリングレンズに付与される収束作用あるいは拡散作用はカップリングレンズの片面で十分足りるので、収束作用あるいは拡散作用を付与しない面にビーム整形光学素子により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正作用を付与することで、あるいは両レンズ面のカップリングレンズであっても一方のレンズ面に位相補正作用を付与することで位相ずれ補正が達成され、位相補正光学素子を別部品として設ける必要がなく、コスト面で有利であると共に、光学配置的に有利である。
【００５３】
また、カップリングレンズに限らず、ビーム整形光学素子と同一の拡散光路中に板状光学素子が配置される場合、加工が容易な板状光学素子に位相補正光学素子部を形成してこの板状光学素子を位相補正光学素子とすることで、あるいは、半導体レーザーにはレーザーチップを封止する筐体の前面にレーザービームを透過させる透過カバーが設置されているので、この透過カバーを位相補正光学素子とすることで、コスト面で有利であると共に、光学配置的に有利である。
【００５４】
更に、ビーム整形光学素子自体に位相補正作用を付与し、このビーム整形光学素子自体を位相補正光学素子としても機能させれば、半導体レーザーからコリメータレンズの間にビーム整形光学素子以外に光学素子が介在されない光学系である場合にも位相補正光学素子を別部品として設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す光学ヘッド装置の光学系を示す光学配置図である。
【図２】図１に示した光学ヘッド装置の第１半導体レーザー１から対物レンズ１０に至るＤＶＤ用光路の断面図である。
【図３】ビーム整形レンズ６の斜視図である。
【図４】トーリック面６ｂの形状を説明する説明図である。
【図５】ビーム整形レンズ６を通過したレーザービームの位相ずれ特性の分布を３次元的に示す特性図である。
【図６】ビーム整形レンズ６を通過したレーザービームの所定の角度での位相ずれ特性を示す２次元的な特性図である。
【図７】ビーム整形レンズ６を通過したレーザービームの位相ずれを補正する位相補正光学素子部１７の特性の分布を３次元的に示す特性図である。
【符号の説明】
１　　　　　　第１半導体レーザー
２　　　　　　第２半導体レーザー
３、１１　　　回折格子（板状光学素子）
４、１２　　　波長板（板状光学素子）
６　　　ビーム整形レンズ（ビーム整形光学素子）
７、１４　　　カップリングレンズ
９　　　コリメータレンズ
１０　　　　　　対物レンズ
１７　　　位相補正光学素子部
１８　　　　　　透過カバー

Claims

半導体レーザーから出射される断面楕円状のレーザービームを整形するビーム整形光学素子を備える光学ヘッド装置であって、前記ビーム整形光学素子をレーザービームが拡散されている拡散光路中に配置すると共に、この拡散光路中に前記ビーム整形光学素子により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正光学素子を設けたことを特徴とする光学ヘッド装置。
記録密度の相違する信号記録媒体に対応させるべくレーザー波長の異なるレーザービームを発光する第１半導体レーザー及び第２半導体レーザーを備え、これらの第１半導体レーザー及び第２半導体レーザーからそれぞれ出射される別光路の各レーザービームを共通の光路上に導くと共に、この共通の光路上に前記第１半導体レーザー及び第２半導体レーザーからの各レーザービームを平行光にするコリメータレンズ、及びこのコリメータレンズによって平行光になったレーザービームを信号記録媒体に収束させる対物レンズを備える光学ヘッド装置であって、第１半導体レーザー及び第２半導体レーザーのうち、少なくとも短波長のレーザービームを出射する半導体レーザーからのレーザービームを整形するべくビーム整形光学素子を設けると共に、前記ビーム整形光学素子により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正光学素子を設けたことを特徴とする光学ヘッド装置。
前記ビーム整形光学素子は光軸を中心にしてレーザービーム断面の短径方向及び長径方向の２方向においてレーザービームを整形するべく設計されており、前記２方向を基準にしたトーリック面により形成されていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の光学ヘッド装置。
半導体レーザーからのレーザービームをコリメータレンズにより平行光にした後に対物レンズに入射すると共に、前記コリメータレンズに入射するレーザービームの広がり角をカップリングレンズにより調整する構成の光学ヘッド装置であって、前記カップリングレンズにビーム整形光学素子により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正作用を付与し、前記カップリングレンズを位相補正光学素子としたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の光学ヘッド装置。
半導体レーザーからのレーザービームをコリメータレンズにより平行光にした後に対物レンズに入射する構成の光学ヘッド装置であって、半導体レーザーからコリメータレンズの間に介在される光学素子にビーム整形光学素子により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正作用を付与し、この位相補正作用が付与された光学素子を位相補正光学素子としたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の光学ヘッド装置。
半導体レーザーにはレーザーチップを封止する筐体の前面にレーザービームを透過させる透過カバーが設置され、この透過カバーにビーム整形光学素子により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正作用を付与し、前記透明カバーを位相補正光学素子としたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の光学ヘッド装置。
半導体レーザーからのレーザービームをコリメータレンズにより平行光にした後に対物レンズに入射する構成の光学ヘッド装置であって、ビーム整形光学素子により生じるレーザービームの位相ずれを補正する位相補正作用を前記ビーム整形光学素子自体に付与し、このビーム整形光学素子自体を位相補正光学素子としたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の光学ヘッド装置。