JP2574332B2 - 光ビーム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ビーム装置に係り、特に光源から放出され
た光を物体上に集光する対物レンズと、前記光源から放
出された光を前記対物レンズに照射する光学系とを有す
る光ビーム装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、高密度な情報記録・再生および消去が可能な光
学的情報記録再生装置が注目されており、その中の一つ
に光学的情報記録媒体の可逆的濃度変化を利用した方式
がある。

この方式の記録方法は、回折限界まで絞り込んだ光ス
ポットを照射し、これによって光学的情報記録媒体を急
熱・急冷させ特定の反射率を有する状態へと転移させる
ことによって行われ、また消去方法はパワー密度の低い
光スポット（以下、これを消去スポットと記す）を照射
し、これにより光学的情報記録媒体を加熱・徐冷するこ
とにより、前記反射率を有する状態からもとの状態へと
転移させることによって行われる。

このような光学的情報記録媒体には上記のように少な
くとも回折限界まで絞り込んだ光スポット（再生時には
この光スポットを低パワーとする）と、消去スポットと
を必要とする。これらの光スポットを形成する光ヘッド
としては、特開昭61−199251号公報に開示された構成の
ものがある。

第８図は上記光ヘッドの概略的構成図である。

同図に示すように、１は波長λ_１で発振する記録・再
生用半導体レーザであり、記録時には高出力、再生時に
は低出力でレーザ光を放出する。２は波長λ_２で発振す
る消去用半導体レーザであり、消去時に高出力でレーザ
光を放出する。3,4は集光レンズであり、両半導体レー
ザ1,2からの光束をそれぞれ平行光束に変換する。5,6は
一対のシリンドリカルレンズであり、記録再生用光束形
状を略円形に修正する。20は消去ビーム形成用素子であ
り、光束を波面分割し、さらに光路偏向させて消去スポ
ットを形成するものである。８は偏光ビームスプリッタ
であり、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する。9,10は各
々1/4波長板である。11は光学フィルタであり、波長λ
_１の光ビームを透過し、波長λ_２の光ビームを反射す
る。12は対物レンズであり、光束を光学的情報記録媒体
14上に絞り込む。17は光学的情報記録媒体上に絞り込ん
だ記録再生用スポット、18は前記素子20によって楕円状
に形成された消去用スポットである。

13は集光レンズ、15は非点収差方式によってフォーカ
ス制御信号を検出するためのシリンドリカルレンズ、16
は信号検出器であり、再生信号、フォーカス制御信号お
よびトラッキング制御信号を検出するための複数の受光
素子から成っている。

以上のように構成された従来の光学ヘッドについて、
次にその動作を説明する。先ず記録または再生において
は、記録再生用半導体レーザ１より所定のパワーの光ビ
ームを発光する。このＳ偏向の光ビームは偏光ビームス
プリッタ８で反射して、1/4波長板９を通過した後、対
物レンズ12によってディスク14上に記録再生用光スポッ
ト17として照射する。この光スポット17は記録時はその
パワーを上げ、ディスク14の光学的情報記録媒体を急熱
・急冷し、状態変化させて反射率を変化させる。これに
よって記録ビットが作成される。また再生時は光ビーム
のパワーを下げ、ディスク14の光学的情報記録媒体の状
態変化を起こさせずに光スポット17を照射し、そこから
の反射光を絞りレンズ12によって集光し、偏光ビームス
プリッタ８に返す。返ってきた光ビームはこのとき、デ
ィスク14での反射と1/4波長板９によってＳ偏光からＰ
偏光に変化している。従って偏光ビームスプリッタ８を
透過し、1/4波長板10、光学フィルタ11を通過した後、
集光レンズ13によって信号検出器16に絞り込める。シリ
ンドリカルレンズ15がこの絞り光に非点収差を与え、フ
ォーカス検出を可能にする。なお記録時の光ビームにお
いても、上記のように反射光を検出できることは言うま
でもない。

次に消去においては、消去用半導体レーザ２より所定
のパワーの光ビームを発光する。このＳ偏光の光ビーム
は偏光ビームスプリッタ８で反射して、1/4波長板10を
通過し、波長λ_２であるため光学フィルタ11で反射して
再び1/4波長板10に戻って、そこを通過してＰ偏光とな
って、今度は偏光ビームスプリッタ８を透過する。そし
て1/4波長板９を通過し、対物レンズ12によってディス
ク14上に消去用光スポット18として絞り込まれる。

この光スポット18は、消去ビーム形成用素子20により
急熱・除冷スポットとなっている。以下消去ビーム形成
用素子20の機能を説明する。

消去ビーム形成用素子20は一面の一部が平行部に残り
の一部が単数あるいは複数のテーパ部に形成された偏光
プリズムによって光ビームを波面分割するとともに光路
偏光を行ない、この分割された２光束により急熱及び除
冷スポットを形成する。

この消去用スポットにより、急熱・除冷された光学的
情報記録媒体は除冷効果により、状態変化して記録前の
反射率に戻ることで消去がなされる。なお、消去用スポ
ット23の光学的情報記録媒体からの反射光は対物レンズ
12によって平面波となり、再び1/4波長板を通過して偏
光ビーム・スプリッタ８に入射する。この時光ビームは
Ｐ偏光からＳ偏光に変化しているため、偏光ビームスプ
リッタ８を反射して、記録再生用半導体レーザ１の方向
へ反射される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記構成の従来の光学ヘッドは、以下
に示すような構成上の問題点を有していた。

（１） 通常の実用光学系においては当然のことなが
ら、理想的な光学特性は得られず、また部品点数が増す
ことにより、組立誤差の発生、コスト増加等が起こる。
例えば、完全なPBS、すなわちＳ偏光反射率100％、Ｐ偏
光透過率０％というPBSは製作が困難である。また光学
フィルタ11の光学特性についても同様である。

（２） 実用的な半導体レーザはその製造バラツキ、波
長の温度依存性等により数10nmの波長変動を見込まなく
てはならない。したがって、従来の光ヘッドの1/4波長
板は、その波長域で完全な1/4波長板とはならない。

（３） 半導体レーザはその波長が異なる（光学フィル
ターで分離するため）ためにその両波長において、1/4
波長板となる組み合わせは実現困難である。

（４） 光学部品点数が多いことから組立誤差、各部品
の精度ばらつき等がさけられない。

以上述べた構成上の問題点から、従来例で述べた２つ
の半導体レーザからの光束の分離が不十分となり、フォ
ーカス制御信号及びトラッキング制御信号にノイズとし
て重畳されるため、サーボ系が不安定、またはその調整
が困難となるという特性上の問題点を生じていた。

さらに光学部品点数が多いため、各部品の精度を向上
させる必要があり、組立調整が困難であるという作業上
の問題点も生じていた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点は本発明の光ビーム装置、即ち、第一の
波長域の光と第二の波長域の光とを同一方向側に放出す
る光源と、前記光源から放出された光を物体上に集光す
る対物レンズと、前記光源から放出された光を前記対物
レンズに照射する光学系と、前記光学系にて光路変更さ
れた前記物体からの戻り光を検知する検知手段とを有す
る光ビーム装置であって、 前記光学系は、ビーム整形プリズムと偏光ビームスプ
リッタと光束反射プリズムと光学素子とを含んで一体化
されて構成されるとともに、前記光学素子に、前記第一
の波長域の光を反射し、且つ前記第二の波長域の光を透
過もしくは部分透過させる第一の光学面と、前記第二の
波長域の光を反射させ、且つ前記第一の光学面と対向す
る第二の光学面とが設けられてなる光ビーム装置によっ
て解決される。

〔作 用〕

本発明の光ビーム装置は、第一の波長域の光を反射
し、且つ第二の波長域の光を透過もしくは部分透過させ
る第一の光学面を設け、前記第一の波長域の光を反射さ
せて対物レンズに照射することにより、第一の波長域の
光ビームを形成し、一方、前記第一の光学面に対向し、
且つ第二の波長域の光を反射する第二の光学面を設け
て、前記第一の光学面を透過した光のうち、少なくとも
前記第二の波長域の光を反射させ、さらに前記第一の光
学面を透過させて、対物レンズに照射することにより前
記第二の波長域の光ビームを形成するか、あるいは、前
記第二の光学面に対して、光を照射し、前記第二の光学
面および前記第一の光学面を透過させて対物レンズに照
射することにより、前記第二の波長域の光ビームを形成
するものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。

なお、本発明の光ビーム装置は、光学的情報記録媒体
の光ヘッド装置に好適に用いられるので、一例として光
ヘッド装置に用いた場合について説明する。

第１図は本発明による光ヘッド装置の一実施例の概略
的構成図である。

第１図において、101は波長λ_１で発振する記録再生
用半導体レーザと、波長λ_２で発振する消去用半導体レ
ーザを１つのパッケージに納めた半導体レーザ光源であ
る。102は半導体レーザ光源101からの光束を平行光束に
変換するコリメータレンズであり、波長λ_１と波長λ_２
のレーザは発光点位置をずらせてある。ここで、本発明
で説明した半導体レーザ光源を従来例に示した別別のパ
ッケージの光束を重ね合わせて構成してもよいことは言
うまでもない。103はビーム整形プリズムであり、記録
再生用光束形状を略円形に修正する。104は変更ビーム
スプリッタで、104A,104Bおよび104Cはそれぞれ偏光ビ
ームスプリッタ104の光学面を示す。光学面104Aの分光
特性は第２図（ａ）に示すように、入射光がＰ偏光の場
合は全透過し、Ｓ偏光の場合は不透過となり、波長λ₁,
λ_２の光束はＰ偏光で光学面104Aに入射し全透過する。
なお光学面104BはＰ偏光、Ｓ偏光によらず、波長λ₁,λ
_２に対して全透過する。105は光束反射プリズムミラー
であり、第１図では簡略化して図示したが、偏光ビーム
スプリッタ104と104B面で90゜ねじれた形で構成されて
おり、また光学面106Aに対して入射光束偏光方向がＳ偏
光となっている。106は消去ビーム形成用光学素子であ
り、第一の光学面となる光学面106A、第二の光学面とな
る光学面106Bの分光特性をそれぞれ第３図（ａ），
（ｂ）に示す。光束反射プリズムミラー105に入射した
光束は第３図（ａ）に示すように、光学面106Aにおいて
波長λ_１の光束は全反射し、波長λ_２の光束は全透過も
しくは適当な透過率Ｔ（反射率Ｒ）を持つ。第３図
（ｂ）に示すように、光学面106Aを透過した波長λ_２の
光束は、光学面106Bで全反射する。光学面106Aの偏光特
性の不完全性により透過した波長λ_１の光束は106B面を
透過してゴースト光とならないようになっている。107
は波長λ_１に対するλ/4板であり、直線偏光を円偏光に
変換する。第１図に示すように、ビーム整形プリズム10
3と偏光ビームスプリッタ104と光束反射プリズムミラー
105と消去ビーム形成用光学素子106とは一体化されて形
成されている。108は対物レンズ、109はディスクであ
り、110A,111Aはそれぞれ波長λ₁,λ_２の光束、110B,11
1Bは、それらの光強度分布を示すものである。ディスク
109からの戻り光は、逆光路をたどり、λ/4板107により
投光時と直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッ
タ104にて、集光レンズ112側に光路変更され、センサ11
3で検出される。なお情報再生は波長λ_１の光束で行わ
れるので、センサ113への波長λ_２の光束のゴースト光
はカットする必要があるが、光学面104Cを第２図（ｂ）
に示すような分光特性を持つ面とすれば、波長λ_１のみ
の光束を透過させることができる。

なお、光学面104Cの分光特性はセンサ113に入射する
波長λ_１のもどり光が波長λ_２のもどり光等によって影
響を受けないように光学面106Aまたは／および106B面に
光学的処置が施されれば、光学面104Cは第２図（ｂ）に
示した分光特性を示す光学的処置を施す必要はない。

次に消去ビーム形成用光学素子106の機能について説
明する。

第４図は消去ビーム形成用光学素子の機能の概略的説
明図である。なお、構成部材の付号は第１図で用いたも
のと同一付号とする。

まず、消去スポットの光強度分布の調整方法について
説明する。

同図において、入射した光束201は波長λ_２の消去用
スポット形成用のものであり、光学面106Aでその光束の
一部は反射（反射率Ｒ）され対物レンズ108に向かい、
その他の光束は透過率Ｔ＝（１−Ｒ）で透過する。透過
した光束は光学面106Bで全反射され、その一部の光束は
106A面を透過し対物レンズ108に向い、その他の光束は1
06A面で反射される。以下同様に106A,106B面で透過、反
射された光束が重ね合わされて媒体面上で消去用光束11
1Bを形成する。この時、入射光束201の光量を１とする
と、光学素子106をｍ回通過した光束の光強度I_mは次の
ように書ける。

I₀＝R,I_m（≠０）＝R^m-1・（１−Ｒ）^２ I₀はＲに関して単調増加する関数、I₁は単調減少する関
数、 に極値をもつ凸の関数となるので、Ｒを適当に調整する
ことにより、合成される消去光束の強度分布を変化させ
ることができる。例えば、Ｒ＝0.5とするとI₀＝0.5、I₁
＝0.25、I₂＝0.125,…となり、ｍが増大するにしたがい
強度を弱くできる。また、例えばＲ＝0.25とすると、I₀
＝0.25、I₁＝0.56、I₂＝0.141、…となりｍ＝１をピー
クにして分布を作ることができる。したがって、この光
束を利用することにより、媒体特性に合わせて反射率Ｒ
を適当に調整し、加熱冷却速度を制御することができ
る。またＲ＝１として１回反射光のみを使用できること
は言うまでもない。

次に消去スポット形状の調整法について説明する。第
４図に示したように光学面106Bを紙面内に曲率を持つシ
リンドリカル面とすることにより紙面に垂直な面内にお
いては近軸像面をずらさないので第１の光束（波長
λ_１）と同一像面において結像し、紙面と平行な面内に
おいては、前記シリンドリカル面の作用により像面が対
物レンズ108側に移動するため、媒体上では第１図111B
に示したように長円形の光束となる。この長円形光束の
長さ方向の調整は第４図106Bの曲率調整によって可能で
ある。また、106B面の紙面内での傾き調整により、第１
の光束によるスポットとの相対位置を調整できる。

以上、消去スポット形成用光学素子の機能について説
明したが、第４図に示した106B面を平面群、曲率群によ
って形成することによっても同様効果を得ることができ
る。

第５図は本発明による光ヘッド装置の第一参考例を示
す概略的構成図である。なお、第１図に示した実施例と
同一構成部材については、同一付号を用い、また重複説
明を省くものとする。

同図に示すように本実施例は消去スポット形成用光学
素子106を波長λ_２の光束に対して透過形素子として使
用した例であり、第１図に示した２波長光源をそれぞれ
波長λ₁,λ_２で発振する半導体レーザ304,301で起き換
えたものである。なお、第１の波長λ_１の振舞いは第１
図の説明で行なったのと同様であるので省略する。第２
の波長λ_２で発振する半導体レーザ301からの光束はコ
リメータレンズ302、ミラー303を介して光学素子106に
照射される。本実施例においては、光学面106Cの光学特
性を第３図（ａ）に示した光学素子106の106A面の波長
特性、すなわち波長λ_２に対して全透過又は半透過する
特性として、光学面106Cからの透過光を利用する。なお
光学素子106内に波長λ_２の光を導いた後の消去用ビー
ム形成過程は、第４図を用いて説明したものと略同等で
あるので説明を省略する。

第６図は、本発明による光ヘッド装置の第二参考例を
示す概略的構成図である。なお、第１図に示した実施例
と同一構成部材については、同一符号を用いるものと
し、重複説明を省略する。

同図において、406は第１図に示した光学素子106と同
一形状の光学素子であるが、その光学面406Aは第７図
（ａ）に示すように、第３図（ａ）に示した光学面106A
と異なる偏光特性を示す。なお光学面406Bは第７図
（ｂ）に示すように、第３図（ｂ）に示した光学面106B
と同じ偏光特性を示す。光学素子406の光学面406Aに入
射した第１の波長λ_１の光束はＳ偏光となるように配さ
れており、光学面406Aで全反射し、以下第１図で説明し
たのと同様に再生・記録用スポット110Bを形成する。デ
ィスク19からのもどり光は、λ/4板107によりＰ偏光と
なり光学面406Aを透過し、この時光学面406Bにて非点収
差を発生し、集光レンズ112にて集光されセンサ113にて
よく知られた非点収差法によりフォーカシングすること
ができる。また第２波長λ_２の光束は、光学面406Aを全
透過もしくは一部透過した後、光学面406Bにて全反射し
媒体面に向かう。以後の機能は、第１図にて説明したも
のと同様であるので省略する。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明の光ビーム装置
によれば、光学面を挿入するだけで２光束の重ね合わ
せ、１光束に対してのスポット形状、強度分布調整が行
なえるばかりでなく、１光学素子を多機能に使用するこ
とができるので、２光束位置の経時的ずれを発生しない
という効果がある。また、部品点数が低減できるので、
組立誤差が小さくなり、各部品の精度バラツキの影響を
受けにくいという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光ヘッド装置の一実施例の概略的
構成図である。 第２図（ａ）（ｂ）、第３図（ａ）（ｂ）、第７図
（ａ）（ｂ）は光学素子の分光特性を示す特性図であ
る。 第４図は、消去ビーム形成用光学素子の機能の概略的説
明図である。 第５図は本発明による光ヘッド装置の第一参考例を示す
概略的構成図である。 第６図は、本発明による光ヘッド装置の第二参考例を示
す概略的構成図である。 第８図は従来の光ヘッドの概略的構成図である。 101:半導体レーザ光源、102:コリメータレンズ、103:ビ
ーム整形プリズム、104:偏光ビームスプリッタ、105:光
束反射プリズムミラー、106:消去ビーム形成用光学素
子、107:λ/4板、108:対物レンズ、110A,111A;光束、11
0B,111B:光強度分布、109:光学的情報記録媒体、112:集
光レンズ、113:センサ、104A,104B,104C,106A,106B,406
A,406B:光学面、301,304:半導体レーザ、302:コリメー
タ・レンズ、303:ミラー、406:光学素子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の波長域の光と第二の波長域の光とを
   同一方向側に放出する光源と、前記光源から放出された
   光を物体上に集光する対物レンズと、前記光源から放出
   された光を前記対物レンズに照射する光学系と、前記光
   学系にて光路変更された前記物体からの戻り光を検知す
   る検知手段とを有する光ビーム装置であって、 前記光学系は、ビーム整形プリズムと偏光ビームスプリ
   ッタと光束反射プリズムと光学素子とを含んで一体化さ
   れて構成されるとともに、 前記光学素子に、前記第一の波長域の光を反射し、且つ
   前記第二の波長域の光を透過もしくは部分透過させる第
   一の光学面と、前記第二の波長域の光を反射させ、且つ
   前記第一の光学面と対向する第二の光学面とが設けられ
   てなる光ビーム装置。