JP2647151B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、小型のパーソナルコンピュータから大型の
コンピュータまで広範囲に使用されるデータのバックア
ップやファイルをするための高密度光記憶装置などに用
いられる光ヘッド装置に関するものである。

従来の技術 高密度光記憶装置としては光ディスクを用いた追記型
光ディスク装置、消去可能な記録再生方式のものはある
が、光テープを用いたものはなかった。これは光テープ
の信頼性が得られていないことによるところが大きい。

従来の光ディスク装置に用いられる光ヘッド装置の場
合は集束レンズをトラッキングとフォーカシング駆動装
置により微小な制御を行うようになっていた。第５図は
記録再生用光ヘッド装置の光学系の構成例を示す。第５
図において、１は半導体レーザーであり、半導体レーザ
ー１から発光されたレーザー光はコリメータレンズ２に
より平行光線にされ、さらにプリズム３により半導体レ
ーザー１からの楕円状の拡散光を平行光として楕円状光
束の楕円率が改善されている。４は偏光プリズムであ
り、半導体レーザー１からの光と光ディスク14の信号記
録面から反射してくる光を分離するのに用いられてお
り、直角二等辺三角形よりなる２つのプリズムの一方の
プリズムの斜面に偏光膜がほどこされて一体とされ、立
方体化されている。この偏光プリズム４を通過したレー
ザー光は1/4波長板５により直線偏光は円偏光に変換さ
れ、コリメータレンズ２により平行光となったレーザー
光はフォーカシングレンズ６により集束され、光ディス
ク14内の信号記録面に焦点を結ぶ。このとき、光ディス
ク14は回転軸の傾き、ディスク自体のそり、曲りなどの
原因により面振れを生じており、このときの面振れの大
きさはフォーカシングレンズ６の焦点距離が短いため、
フォーカシングレンズ６の焦点深度より２桁以上大きな
値となり、信号の読出しを不可能としている。このため
フォーカシングレンズ駆動系７が必要となる。また一
方、信号のトラックピッチは1.6μｍ位であり、このた
め主軸の振れ、光ディスクの偏心などによるフォーカシ
ングレンズ６のトラッキングずれを補正するために、ト
ラッキング駆動系８が設けられている。そして光ディス
ク14の信号記録面から反射された光フォーカシングレズ
６、1/4波長板５および偏光プリズム４により反射され
て受光レンズ９に達し、半透明プリズム10を通り、直進
した光束はシリンドリカルレンズ11によりフォーカシン
グ用ホトダイオード12上に結像され、また、半透明プリ
ズム11で反射された光束はトラッキング用ホトダイオー
ド13に達し、それぞれの電気信号は駆動系にフィードバ
ックされ、フォーカシングレンズ６を制御することにな
る。

発明が解決しようとする課題 このように従来の記録再生用の光ヘッド装置では、高
速で回転する光ディスクの信号記録面に対し、フォーカ
シング方向、トラッキング方向ともに追従性良く動作さ
せることが必要であったが、光テープに対しては、光テ
ープの高速走行に対応するために、光ヘッド装置部分と
光テープを接触させると同時にその接触部分に常に焦点
を結ばせることが必要となる。このためにも、光テープ
との接触による摩耗を最小限とし、なおかつ透明体で構
成されねばならない。

また、トラッキング調整を確実に行うためには、光ヘ
ッド装置を小型、軽量化してトラッキングのための運動
エネルギーを小さくし、精度良く位置決めしなければな
らないという問題があった。

本発明は上記問題を解決するもので、光テープの使用
に適合した光ヘッド装置を提供することを目的とするも
のである。

課題を解決するための手段 上記問題を解決するために本発明は、光テープを用い
た記録再生用装置に用いられる光ヘッド装置であって、
半導体レーザーからのレーザー光の楕円率改善のため
に、半導体レーザーに近接して配置され、かつレーザー
光入射面にθの角度をもたせることにより、半導体レー
ザーの活性層に対して垂直方向に放射されたレーザー光
を圧縮し、活性層に対する水平方向の放射光とほぼ平行
にする第１のプリズムと、前記第１のプリズムとのプリ
ズム結合面に偏光膜を介して接合された第２のプリズム
とを一体化した半透明偏光プリズムを配設し、前記第２
のプリズムの光テープ側のレーザー光入出射面に非球面
コリメータレンズおよび1/4波長板ならびに非球面フォ
ーカシングレンズを取付けて半透明偏光プリズム上の非
球面コリメータレンズと非球面フォーカシングレンズの
光軸を一致させて一体化し、さらに非球面フォーカシン
グレンズに接着して一体化した透明耐摩耗材料を設け、
かつ透明耐摩耗材料の光テープが摺接する他の一面を半
導体レーザー光の焦点位置でＲ面またはハイポボリック
面に形成し、前記第２のプリズムの他の面を、プリズム
結合面で反射されたレーザー光の結像面に一致させてそ
の面にトラッキング用ホトダイオードを設けたものであ
る。

作用 上記構成により、レーザー光の発光点を半透明偏光プ
リズムに近接させることで、半透明偏光プリズムを小さ
くし、さらに半透明偏光プリズムのレーザー光入射角を
所定の角度にすることで、楕円率が改善されるため、従
来のようなプリズム（第５図の３）を除去できる。ま
た、レンズ系を非球面レンズとすることで、短焦点化が
可能となって光路長を短縮でき、非球面化することでき
近軸光線と辺縁光線とを同一点に結像させることが可能
となり、シャープなフォーカシングスポットが得られ
る。

また、光テープとの接触面には透明体でなおかつ耐摩
耗性をもつ材料を使用し、光テープとの接触面にフォー
カシングスポットができるように配置することにより、
耐摩耗性の向上と、小型化、軽量化および光学系におけ
る光の損失を最小限とすることができ、効率の向上が図
れる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の光ヘッド装置の斜視図、
第２図はその側面図、第３図は半導体レーザーとレーザ
ー光の放射パターンを説明する斜視図である。第３図に
おいて、15は半導体レーザー素子、16は発光点であり、
発光点16からのレーザー光の広がりを示している。ここ
で、θ は活性層17に平行な方向の広がり角、θ_⊥は垂
直方向の広がり付を示している。また、楕円率ＥはＥ＝
θ_⊥／θ で示され、一般に２〜３位の値になる。この
ため、従来の光路においては、第５図のように、プリズ
ム３により楕円発光しているレーザー光の長軸方向の広
がり角θ_⊥を基準に短軸方向の広がり角θ を引き伸ば
す形で楕円率の改善をしている。

第１図および第２図は光テープ走行方向が横方向の場
合を示しており、18は第１のプリズム、19は第１のプリ
ズム18のレーザー光入射面で、θのプリズム斜視角をも
っている。20は第２のプリズムで、プリズム斜視角θに
より異るが、直角三角形のプリズムに光路伸長距離Ｌだ
け加味された台形状に形成され、第１のプリズム18と第
２のプリズム20とのプリズム接合面21において、第１の
プリズム18または第２のプリズム20のいずれか一方のプ
リズムに付けられた偏光膜を介して接合され一体化さ
れ、半透明偏光プリズムが構成されている。レーザー光
はプリズム接合面21を直進し、第２のプリズム20を通
り、レーザー光入出射面22に至る。さらにレーザー光入
出射面22には、非球面フレネルコリメータレンズ23が薄
膜状で設けられ、第１のプリズム18および第２のプリズ
ム20を直進して来たレーザー光は平行光線に直される。
24は非球面フレネルコリメータレンズ23の上に設けられ
た1/4波長板で、その上には非球面フレネルフォーカシ
ングレンズ25が非球面フレネルコリメータレンズ23と同
様に薄膜状で設けられ、透明耐摩耗材料33を通り、集束
しながら光テープ接触面34上にフォーカシングスポット
26ができるように配置されている。このとき透明耐摩耗
材料33の光テープ接触面34はＲ面またはハイポボリック
面とし、この接触面34に光テープ35が密着走行するよう
になっている。このため光テープ35の信号記録面から反
射されたレーザー光は、再び透明耐摩耗材料33を通り、
非球面フレネルフォーカシングレンズ25により平行光線
とされ、さらに、1/4波長板24により円偏光から直線偏
光に変換されて、非球面面フレネルコリメータレンズ23
を経て第２のプリズム20に入射される。そして、さらに
プリズム接合面21において反射され、トラッキング用ホ
トダイオード面27に結像する。

次に、光学系におけるレーザー光の光路図を示した第
２図により光路を詳細に説明する。第２図において、プ
リズム傾斜角θ＝０（第１のプリズム18が直角三角形）
のとき、レーザー光入射面19に半導体レーザー素子15の
発光点16を密着させるようにしたときの活性層17に垂直
な広がり角θ_⊥は28aおよび28bの光路線で示される。こ
のプリズム傾斜角θ＝０の位置に発光点16を固定し、垂
直な広がり角θ_⊥により決定されるプリズム傾斜角θを
８゜〜20゜の範囲内とする。そして、レーザー光は傾斜
角θをもったレーザー光入射面19で屈折し、29aおよび2
9bの光路線となる。このときのθ の光路線は図面上で
は紙面に対し直交方向（光軸中心線32に重なる）となる
ため、図面上では仮りに30aおよび30bの仮想線として示
している。そして活性層17に垂直なθ_⊥の光路線29aが
θ の光路線30aにほぼ平行になるようにプリズム傾斜
角θを設定する。すなわち、従来では第５図に示すよう
に、プリズムにより長軸方向の広がり角θ_⊥を基準にし
て短軸方向の広がり角θ を引き伸ばす形になっていた
が、本実施例では短軸方向の広がり角θ を基準にして
長軸方向の広がり角θ_⊥を圧縮する形をとり、レーザー
光の放射による損失を防止し、集光率の向上を図ってい
る。

また、発光点16を固定したが、この位置をプリズムよ
り離す方向に移動した場合には、第１のプリズム18およ
び第２のプリズム20は大きくなる欠点がある。またさら
に第１のプリズム18に接近させると、第２のプリズム20
の内部で結像するようになるため、第１のプリズム18の
傾斜角が“0"のときの線上の位置に発光点16を配置する
必要がある。

さらにプリズム中心線31に対し、レーザー光はθのプ
リズム傾斜面を通過するとき、わずかに屈折し、光テー
プ接触面34におけるレーザー光の中心は_△l₁だけ光軸中
心に対するずれが発生する。このため非球面フレネルコ
リメータレンズ23および1/4波長板24上の非球面フレネ
ルフォーカシングレンズ25の光軸中心は、プリズム中心
線31に対し_△l₁/2だけ移動したレーザー光入出射面22に
おける光軸中心線上に作る必要がある。ただし、非球面
フレネルコリメータレンズ23と非球面フレネルフォーカ
シングレンズ25の焦点距離を同一とした場合と同一でな
い場合とでは_△l₁/2の分母の値が異なってくる。

また、光テープ35上の信号記録面から反射されたレー
ザー光はプリズム接合面21で反射される。このときの焦
点面は第１のプリズム18のプリズムの傾斜面θのため、
レーザー光入射面19により屈折された分だけ外の方に移
動する。このため第２のプリズム20は光路伸長距離Ｌだ
け結像面を移動した台形のプリズムとなり、その結像面
にトラッキング用ホトダイオード27を固定する。したが
って、トラッキング用ホトダイオード27上の結像位置は
プリズム中止線に対し_△l₂だけのずれが発生する。この
ためトラッキング用ホトダイオード27の中心位置を_△l₂
だけずらして固定する必要がある。

特に、光テープは接触して作動するため、常に一定の
所に結像されることになり、光路はレーザー光が第１の
プリズム18のレーザー光入射面19から入射した後は、２
つのプリズム18,20、２つの非球面フレネルレンズ23,2
5、1/4波長板24および透明耐摩耗材料33が互いに接着固
定されているため、光路はすべてガラスの中を通過する
ことになり、光学系で最大の問題である空気中の塵埃の
影響を皆無にすることができ、しかも、それぞれ接着し
て一体化することにより、表面の反射によるレーザー光
の損失を少くすることが可能となる。

また透明耐摩耗材料33としてはたとえば石英ガラスま
たはパイレックスガラスを用いるとか、あるいは通常の
光学ガラスの表面の光テープ接触面34にダイヤモンド薄
膜を形成することにより通常の光学ガラスよりも耐摩耗
性を向上させることができる。

また、光ヘッド装置の大きさは、プリズム部分は一辺
が4mm以下の小型プリズムで構成でき、透明耐摩耗材料3
3の長さＡは光テープ幅の２倍以上を必要とする。そし
て光ヘッド装置全体としては、たとえば圧電素子を用い
たリニヤーアクチュエータにより上下移動してトラッキ
ング制御を行うようにすることで、精密な位置決め精度
が得られる。

第４図は他の実施例を示し、第１図では光テープの走
行が横方向であるのに対し、第４図では光テープの走行
が縦方向の場合が示されている。この場合の光学系の光
路図は第１図のものをそのまま横にしたものでも良く、
また第４図のように、光学系は第１図と同様にして、透
明耐摩耗材料33を横にする方法でも良い。ただし、この
場合のトラッキングアクチュエータは横方向に移動する
ようにしている。

また、光ヘッド装置は光路の中に外部からの光が浸入
することによりノイズの原因となるため、光学系全体を
筺体などでカバーするか、光テープとの接触面を残して
黒色塗料をほどこして外からの光を遮断する必要があ
る。

発明の効果 以上のように、本発明の光ヘッド装置によれば、小
型、軽量化できるとともに、さらに下記のような効果が
ある。

すなわち、楕円状に放射されるレーザー光の横軸（半
導体レーザーの活性層に対し平行な方向の広がり角
θ ）を基準にして縦軸（半導体レーザーの活性層に対
し垂直な方向の広がり角θ_⊥）の放射光が横軸の放射光
にほぼ平行になる所まで圧縮する方向にプリズムの傾斜
角θを設定することでレーザー光の拡散を防ぐため、レ
ーザー光の損失は少くなり、しかも偏光プリズムも小型
化にできるという相乗効果をもたらす。

また光学系においては空気中の塵埃による劣化が常に
問題となるが、半導体レーザーからのレーザー光はレー
ザー光入射面において入射した後は、すべて光学系のガ
ラス内部を通過するため、反射面による光量損失はな
く、またレーザー光の劣化がなくなり、高出力が得られ
る。

さらに、光ヘッド装置の組立においては光路図通りに
するためには機械的位置決めだけで良く、そのため調整
の必要がなくなり、組立工数の短縮が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光ヘッド装置の斜視
図、第２図は同光ヘッド装置の側面図、第３図は半導体
レーザーとレーザー光の放射パターンを説明する斜視
図、第４図は第１図の他の実施例を示す光テープ装置の
斜視図、第５図は従来からの記録再生用光ヘッド装置の
光学系の一例を示す構成図である。 15……半導体レーザー素子、16……レーザー光の発光
点、17……活性層、18……第１のプリズム、19……レー
ザー光入射面、20……第２のプリズム、21……プリズム
接合面、22……レーザー光入出射面、23……非球面フレ
ネルコリメータレンズ、24……1/4波長板、25……非球
面フレネルフォーカシングレンズ、26……フォーカシン
グスポット、27……トラッキング用ホトダイオード、28
a,28b……θ＝０のときのθ_⊥の光路線、29a,29b……θ
_⊥の光路線、30a,30b……θ の光路仮想線、31……プ
リズム中心線、32……光路中心線、33……透明耐摩耗材
料、34……光テープ接触面、35……光テープ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光テープを用いた記録再生用装置に用いら
   れる光ヘッド装置であって、半導体レーザーからのレー
   ザー光の楕円率改善のために、半導体レーザーに近接し
   て配置され、かつレーザー光入射面にθの角度をもたせ
   ることにより、半導体レーザーの活性層に対して垂直方
   向に放射されたレーザー光を圧縮し、活性層に対する水
   平方向の放射光とほぼ平行にする第１のプリズムと、前
   記第１のプリズムとのプリズム結合面に偏光膜を介して
   接合された第２のプリズムとを一体化した半透明偏光プ
   リズムを配設し、前記第２のプリズムの光テープ側のレ
   ーザー光入出射面に非球面コリメータレンズおよび1/4
   波長板ならびに非球面フォーカシングレンズを取付けて
   半透明偏光プリズム上の非球面コリメータレンズと非球
   面フォーカシングレンズの光軸を一致させて一体化し、
   さらに非球面フォーカシングレンズに接着して一体化し
   た透明耐摩耗材料を設け、かつ透明耐摩耗材料の光テー
   プが摺接する他の一面を半導体レーザー光の焦点位置で
   Ｒ面またはハイパボリック面に形成し、前記第２のプリ
   ズムの他の面を、プリズム結合面で反射されたレーザー
   光の結像面に一致させてその面にトラッキング用ホトダ
   イオードを設けた光ヘッド装置。