JP3509904B2 - 光ヘッド - Google Patents

Description

【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装置や光カー
ド装置や光テープ装置などの光情報処理装置などに用い
る光ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理装置における光ヘッドは、半
導体レーザ等の光源からの出射ビームを対物レンズ等の
結像光学系を介して情報媒体面上へ収束させ、情報媒体
面上の情報の読み取りや情報媒体面上に情報の書き込み
を行うための光学的機構としてよく知られている。

【０００３】情報媒体面上から情報を読み出す際に重要
なことは、情報媒体面からの反射ビームのみを光検出器
に導くことである。したがって光ヘッドには、光源から
の出射ビームと情報媒体面からの反射ビームの分離を行
うビーム分離手段が必要不可欠となる。

【０００４】また、光情報処理装置は小型化，薄型化が
要求されるために、通常の光ヘッドでは光源からの出射
ビームを反射プリズム等を用いて、その進行方向を略９
０°曲げて光ディスク等の情報媒体面上に絞り込むこと
が多い。

【０００５】図１０に光情報処理装置に用いられる従来
の光ヘッドの光学系の一例を示す。図１０において、半
導体レーザ１から出射した出射ビーム７はビームスプリ
ッタ９１を透過し、コリメートレンズ３により平行光と
なる。次に、反射プリズム９２により光束の進行方向を
略９０°曲げられ、対物レンズ４により情報媒体面５に
絞り込まれる。そして、情報媒体面５において反射され
た反射ビーム８は出射ビーム７と同じ光路を逆にたど
り、ビームスプリッタ９１に到達する。ここで、ビーム
スプリッタ９１の斜面により反射され、出射ビーム７と
分離される。分離された反射ビーム８は光検出器２上に
おいて検出される。なお、情報媒体の種類によっては目
的に応じた信号を得るために、ビームスプリッタ９１と
光検出器２の間に他の光学素子を配置することがあるの
は公知の通りである。

【０００６】以上のように従来の光ヘッドでは、光ヘッ
ドに必要な（１）ビーム分離手段と（２）薄型化を実現
するために各々別の光学素子を使用していた。すなわ
ち、ビーム分離手段としてビームスプリッタを用い、薄
型化を実現するために反射プリズムを使用していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ヘッドでは、
光ヘッドに必要な（１）ビーム分離手段と（２）薄型化
を実現するために、ビーム分離手段としてビームスプリ
ッタを使用し、薄型化を実現するために反射プリズムを
使用するというように、各々の目的実現のために別々の
光学素子を使用していた。このため、まず、光ヘッド全
体の部品点数が増加するという問題があった。次に、部
品点数が多いために、光ヘッドの組立及び調整時により
多くの手間と時間が掛かるという問題がある。同時に、
この問題は部品点数の増加の問題とともに、光ヘッドの
コスト増の問題を引き起こしている。また、光学部品が
多いために、光ヘッドのより一層の小型化を進める上で
障害となっている。

【０００８】本発明の目的は、光ヘッドの（１）ビーム
分離手段と（２）薄型化を実現すると同時に、部品点数
を減らし、組立調整時の手数を省き、コストを抑さえる
ことができ、より一層の小型化，薄型化が可能な光ヘッ
ドを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第一の発明では、光源と、前記光源からの出射ビー
ムの進行方向を略９０°曲げる偏向手段と、前記偏向手
段により折り曲げられた前記出射ビームを情報媒体面上
に結像させる結像光学系と、前記情報媒体面から戻った
反射ビームと前記出射ビームを分離するビーム分離手段
と、前記ビーム分離手段により分離された前記反射ビー
ムを受光する光検出器を含む光ヘッドにおいて、前記ビ
ーム分離手段が前記偏向手段の機能を兼ねており、前記
ビーム分離手段が偏光プリズムと偏光回転手段を含む偏
光分離手段とした。

【００１０】第二の発明では、第一の発明において、前
記偏光プリズムは一軸複屈折性物質からなる複屈折性プ
リズムを含む偏光プリズムとした。

【００１１】第三の発明では、第二の発明において、前
記複屈折性プリズムは反射面を持ち、ある偏光方向の光
線は略９０°方向に偏向させ、それと垂直な偏光方向の
光線は略９０°以外の方向に偏向させる作用を持つ。

【００１２】第四の発明では、第三の発明において、前
記複屈折性プリズムの反射面の傾きが前記光源からの出
射ビームの中心光軸に対して０°より大きく４５°より
小さい所定の角度である。

【００１３】第五の発明では、第三の発明において、前
記光源からの光束が入射する前記複屈折性プリズムの入
射面に他の複屈折性プリズムを配置した。

【００１４】第六の発明では、第一の発明において、前
記偏光プリズムのある面に前記偏光回転手段を固定し
た。

【００１５】第七の発明では、第一の発明において、前
記偏光回転手段は、前記偏光プリズム内を通過する前記
出射ビームの偏光方向と前記偏光プリズム内を通過する
前記反射ビームの偏光方向とのなす角が略９０°となる
ように回転する手段である。

【００１６】第八の発明では、第七の発明において、前
記偏光回転手段は四分の一波長板である。

【００１７】第九の発明では、第一の発明において、前
記光源と前記光検出器を、ほぼ同一面上またはその近傍
に配置した。

【００１８】第十の発明では、第一の発明において、前
記ビーム分離手段が三角プリズムなどの斜面上に固定す
る。

【００１９】

【作用】第一の発明では、光源と、光源からの出射ビー
ムの進行方向を略９０°曲げる偏向手段と、偏向手段に
より折り曲げられた出射ビームを情報媒体面上に結像さ
せる結像光学系と、情報媒体面から戻った反射ビームと
出射ビームを分離するビーム分離手段と、ビーム分離手
段により分離された反射ビームを受光する光検出器を含
む光ヘッドにおいて、ビーム分離手段が偏向手段の機能
を兼ねることにより、従来と比較し、部品点数を減ら
し、組立調整時の手数を省き、コストを抑さえることが
できる。また、ビーム分離手段が偏光プリズムと偏光回
転手段を含む偏光分離手段とすることにより、反射ビー
ムと出射ビームの偏光方向を異ならせ、効率良く反射ビ
ームと出射ビームを分離することができる。

【００２０】第二の発明では、第一の発明において、偏
光プリズムは一軸複屈折性物質からなる複屈折性プリズ
ムを含む偏光プリズムとすることにより、波長変動に強
いビーム分離手段となる。

【００２１】第三の発明では、第二の発明において、複
屈折性プリズムは反射面を持ち、ある偏光方向の光線は
略９０°方向に偏向させ、それと垂直な偏光方向の光線
は略９０°以外の方向に偏向させる作用を持つことによ
り、光ヘッドの薄型化が可能となる。

【００２２】第四の発明では、第三の発明において、複
屈折性プリズムの反射面の傾きが光源からの出射ビーム
の中心光軸に対して０°より大きく４５°より小さい所
定の角度とならしめることにより、さらに光ヘッドの薄
型化が可能となる。

【００２３】第五の発明では、第三の発明において、光
源からの光束が入射する複屈折性プリズムの入射面に他
の複屈折性プリズムを配置したことにより、出射ビーム
と反射ビームの分離角をさらに拡大することができる。

【００２４】第六の発明では、第一の発明において、偏
光プリズムのある面に偏光回転手段を固定することによ
り、光ヘッドの組立調整の手間を省き、光ヘッドの部品
点数を低減することができる。

【００２５】第七の発明では、第一の発明において、偏
光回転手段は、偏光プリズム内を通過する出射ビームの
偏光方向と偏光プリズム内を通過する反射ビームの偏光
方向とのなす角が略９０°となるように回転する手段で
あることにより、反射ビームを高効率で光検出器に分離
することができ、光源へ反射ビームが戻るのを極力抑さ
えることができる。

【００２６】第八の発明では、第七の発明において、偏
光回転手段に、安価で小型な四分の一波長板を用いるこ
とにより、光ヘッドの低価格化と小型化を図ることがで
きる。

【００２７】第九の発明では、第一の発明において、光
源と光検出器を、ほぼ同一面上またはその近傍に配置す
ることにより、ビーム分離手段による出射ビームと反射
ビームの分離角を小さくすることができ、光ヘッドを小
型化できる。

【００２８】第十の発明では、第一の発明において、ビ
ーム分離手段が三角プリズムなどの斜面上に固定するこ
とにより、光ヘッドの組立調整が簡略化できる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は本発明による光ヘッドの基本構成
を示す説明図である。半導体レーザ１からの出射ビーム
７はコリメートレンズ３により平行光となる。出射ビー
ム７が偏光プリズム２１に入射すると、反射面２３によ
り略９０°方向に偏向され、四分の一波長板６を通過し
て直線偏光から円偏光に変換された後、対物レンズ４に
より情報媒体面５上に絞り込まれる。

【００３０】情報媒体面５からの反射ビーム８は対物レ
ンズ４により再び平行光となり、反射ビーム８が四分の
一波長板６を通過すると円偏光から直線偏光に変換され
る。このとき、反射ビーム８の偏光方向は出射ビーム７
の偏光方向と垂直となる。偏光プリズム２１に入射した
反射ビームは反射面２３により反射されるが、反射ビー
ム８の偏光方向と偏光プリズム２１を構成する複屈折性
結晶の光学軸方向２２の関係から、反射ビーム８は略９
０°以外の方向に偏向される。これにより出射ビーム７
と反射ビーム８の分離を行うことができ、反射ビーム８
を光検出器２に導くことができる。ただし、図１中の偏
光プリズム２１による反射ビーム８の分離方向は正の一
軸複屈折性結晶を用いた場合と、負の一軸複屈折性結晶
を用いた場合で異なる。

【００３１】偏光プリズム２１の働きについてさらに詳
しく説明する。反射する光の進行方向を知るにはホイヘ
ンスの原理を用いればよいことは公知の通りである。複
屈折性結晶内の波面を知るには図９に示すような屈折率
楕円体を用いれば良いことはよく知られている。図９に
おいて、一軸複屈折性結晶の場合、屈折率楕円体101は
光学軸１０２を軸とする回転楕円体で表わされる。そし
て、光の進行方向103を法線とし、原点を通過する平面
で屈折率楕円体１０１を切った時にできる楕円の短軸と
長軸が、常光の屈折率１０４，異常光の屈折率１０５と
なるのは公知の通りである。そして、常光の屈折率１０
４の大きさは光の進行方向１０３がいかなる方向であっ
ても一定であるのに対し、異常光の屈折率１０５の大き
さは光の進行方向１０３の方向により変化することはよ
く知られている通りである。

【００３２】図２，図３（ａ），（ｂ）は偏光プリズム
２１を側面から見た図であり、偏光プリズム２１の頂角
θは略４５°である。

【００３３】図３（ａ）において、偏光プリズム２１の
入出射面２４に紙面に垂直な方向に電場の振動面を持つ
Ｓ偏光である出射ビーム７１と７２が入射すると、出射
ビーム７１と７２の偏光方向と偏光プリズム２１を構成
する複屈折性結晶の光学軸方向２２の関係から、出射ビ
ーム７１と７２は偏光プリズム２１の中では常光とな
る。したがって、出射ビーム７２が反射面２３上の反射
点７４に到達するまでに出射ビーム７１が反射点７３に
作る波面７５は球面(図中では円で表わしてある)とな
る。ホイヘンスの原理より反射する方向は、反射点７４
を通り、波面７５に接する平面（図中では接線となる）
を考え、この平面と波面７５が作る接点と反射点７３を
結ぶ直線方向が出射ビーム７１と７２の反射する方向と
なる。いま、偏光プリズム２１の頂角が４５°であるこ
とから、出射ビーム７１と７２の反射する方向は略９０
°となる。

【００３４】図３（ｂ）において、偏光プリズム２１の
入出射面２５に紙面に平行な方向に電場の振動面を持つ
Ｐ偏光である反射ビーム８１と８２が入射すると、反射
ビーム８１と８２の偏光方向と光学軸方向２２の関係か
ら、反射ビーム８１，８２は偏光プリズム２１の中では
異常光となる。したがって、反射ビーム８２が反射面２
３上の反射点８４に到達するまでに反射ビーム８１が反
射点８３に作る波面８５は回転楕円体（図中では楕円で
表わしてある）となる。ホイヘンスの原理より反射する
方向は、反射点８４を通り、波面８５に接する平面（図
中では接線となり、点線で表わしてある）を考え、この
平面と波面８５が作る接点と反射点８３を結ぶ直線方向
が反射ビーム８１と８２の反射する方向となる。その方
向はＳ偏光のときとは異なり、略９０°以外の方向とな
る。

【００３５】以上のことから、図２に示すように、Ｓ偏
光である出射ビーム７は偏光プリズム２１により略９０
°の方向に偏向され、四分の一波長板を二度通過するこ
とによりＰ偏光となった反射ビーム８は偏光プリズム２
１により略９０°以外の方向に偏向される。これによ
り、出射ビーム７と反射ビーム８を分離することができ
る。

【００３６】図４，図５（ａ），（ｂ）は偏光プリズム
３１を側面から見た図であり、偏光プリズム３１の頂角
θは０°より大きく４５°より小さい所定の角度であ
る。

【００３７】図５（ａ）において、偏光プリズム３１の
入出射面３４にＰ偏光である出射ビーム７１と７２が入
射すると、出射ビーム７１と７２の偏光方向と偏光プリ
ズム３１を構成する複屈折性結晶の光学軸方向３２の関
係から、Ｐ偏光である出射ビーム７１，７２は偏光プリ
ズム３１の中では異常光となる。したがって、出射ビー
ム７２が反射面３３上の反射点７４に到達するまでに出
射ビーム７１が反射点７３に作る波面７５は回転楕円体
（図中では楕円で表わしてある）となる。ホイヘンスの
原理より、反射する方向は反射点７４を通り、波面７５
に接する平面（図中では接線となる）を考え、この平面
と波面７５が作る接点と反射点７３を結ぶ直線方向が出
射ビーム７１と７２の反射する方向となる。いま、偏光
プリズム３１の頂角を０°より大きく４５°より小さい
所定の角度にすると、出射ビーム７１と７２の反射する
方向は略９０°とすることができる。

【００３８】図５（ｂ）において、偏光プリズム３１の
入出射面３５にＳ偏光である出射ビーム７１と７２が入
射すると、出射ビーム７１と７２の偏光方向と光学軸方
向３２の関係から、Ｓ偏光である反射ビーム８１，８２
は偏光プリズム３１の中では常光となる。したがって、
反射ビーム８２が反射面３３上の反射点８４に到達する
までに反射ビーム８１が反射点８３に作る波面８５は球
面（図中では円で表わしてある）となる。ホイヘンスの
原理より反射する方向は、反射点８４を通り、波面８５
に接する平面（図中では接線となり、破線で表わしてあ
る）を考え、この平面と波面８５が作る接点と反射点８
３を結ぶ直線方向が反射ビーム８１と８２の反射する方
向となる。その方向は偏光プリズム３１の頂角θが０°
より大きく４５°より小さい所定の角度であることか
ら、略９０°以外の方向となる。

【００３９】以上のことから、図４に示すように、Ｐ偏
光である出射ビーム７は偏光プリズム３１により略９０
°の方向に偏向され、四分の一波長板を二度通過するこ
とによりＳ偏光となった反射ビーム８は偏光プリズム３
１により略９０°以外の方向に偏向される。これによ
り、出射ビーム７と反射ビーム８を分離することができ
る。そして、頂角θが０°より大きく４５°より小さい
所定の角度であるので、偏光プリズムの厚みを小さくす
ることができ、光ヘッドの薄型化が可能となる。

【００４０】図６は偏光プリズム４１を側面から見た図
であり、偏光プリズム４１の頂角θは略４５°である。
また、偏光プリズム４１は複屈折性プリズム４２と４３
から構成されている。

【００４１】図６において、偏光プリズム４１にＳ偏光
である出射ビーム７が入射すると、出射ビーム７の偏光
方向と偏光プリズム４１を構成する複屈折性プリズム４
２と４３の光学軸方向４４と４５の関係から、Ｓ偏光で
ある出射ビーム７は偏光プリズム４１の中では常光とな
る。したがって、出射ビーム７は偏光プリズム４１によ
り略９０°方向に偏向される。また、図６に示すよう
に、偏光プリズム４１にＰ偏光である反射ビーム８が入
射すると、反射ビーム８の偏光方向と偏光プリズムを構
成する複屈折性プリズム４２の光学軸方向４４の関係か
ら、反射ビーム８は複屈折性プリズム４２の中では異常
光となるので、図２の偏光プリズム２１と同様に略９０
°以外の方向に偏向される。

【００４２】また、Ｐ偏光である反射ビーム８の偏光方
向と偏光プリズムを構成する複屈折性プリズム４３の光
学軸方向４５の関係から、反射ビーム８は複屈折性プリ
ズム４３の中では常光となる。したがって、反射ビーム
８は複屈折性プリズム４２と４３の接合面において異常
光から常光に変化するので、図６に示すように接合面に
おいて屈折が起こり、出射ビーム７と反射ビーム８の分
離角を大きくすることができる。

【００４３】図７と図８に複屈折性プリズムを組み合わ
せることによって、出射ビーム７と反射ビーム８の分離
角を大きくすることのできる他の例である偏光プリズム
５１，６１を示す。

【００４４】実施例では、従来のようにビーム分離手段
としてビームスプリッタを使用し、薄型化を実現するた
めに偏向手段として反射プリズムを使用するというよう
に、各々の目的実現のために別々の光学素子を使用して
いた場合に比較して、ビーム分離手段と偏向手段を一つ
の光学素子で行うので、光学系を小さくすることがで
き、組立調整時の手数も省くことができるという点で優
れている。また、部品点数も減らすことができ、組立調
整の手数が少ないので、光ヘッドのコストを抑えること
ができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、光ヘッドのビーム分離
手段と薄型化のための偏向手段を一つの光学素子で実現
できると同時に、従来よりも部品点数を減らし、組立調
整時の手数を省き、コストを抑さえることができ、より
一層の小型化，薄型化が可能な光ヘッドが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図。

【図２】偏光プリズムによる出射及び反射ビームの偏向
方向を示す説明図。

【図３】偏光プリズムによる出射及び反射ビームの偏向
の原理を示す説明図。

【図４】他の偏光プリズムによる出射及び反射ビームの
偏向方向を示す説明図。

【図５】他の偏光プリズムによる出射及び反射ビームの
偏向の原理を示す説明図。

【図６】他の偏光プリズムによる出射及び反射ビームの
偏向方向を示す説明図。

【図７】他の偏光プリズムによる出射及び反射ビームの
偏向方向を示す説明図。

【図８】他の偏光プリズムによる出射及び反射ビームの
偏向方向を示す説明図。

【図９】一軸複屈折性の屈折率楕円体を示す説明図。

【図１０】従来例における光ヘッド光学系の説明図。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、２…光検出器、３…コリメートレン
ズ、４…対物レンズ、５…情報媒体面、６…四分の一波
長板、７…出射ビーム、８…反射ビーム、２１…偏光プ
リズム、２２…光学軸方向、２３…反射面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末永 正志 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立 マクセル株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−6569（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−170724（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−301245（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/12 - 7/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 前記光源と設置される情報記録媒体との間に設けられ
   た、前記光源からの出射ビームの進行を９０°曲げる偏
   向手段と、 前記偏向手段と前記設置される情報記録媒体との間に、
   前記偏向手段により折り曲げられた前記出射ビームを情
   報記録面上に結像させる結像光学系と、前記光源と前記設置される情報記録媒体との間に設けら
   れた、 前記情報媒体面から戻った反射ビームと前記出射
   ビームとを分離するビーム分離手段と、 前記ビーム分離手段により分離された前記反射ビームを
   受光する光検出器を含む光ヘッドにおいて、 前記ビーム分離手段が前記偏向手段を兼ねており、前記
   ビーム分離手段が偏光プリズムと偏光回転手段とを含
   み、 前記偏光プリズムは一軸複屈折性物質からなる複屈折性
   プリズムを含み、前記複屈折性プリズムは反射面を持
   ち、前記光源からの出射光の偏光方向の光線は９０°方
   向に偏向させ、それと垂直な偏光方向の光線は９０°以
   外の方向に偏向させる作用を持ち、 前記複屈折性プリズムの反射面の傾きが前記光源からの
   出射ビームの中心光軸に対して０°より大きく４５°よ
   り小さい所定の角度であることを特徴とする光ヘッド。
2. 【請求項２】光源と、 前記光源と設置される情報記録媒体との間に設けられ
   た、前記光源からの出射ビームの進行を９０°曲げる偏
   向手段と、 前記偏向手段と前記設置される情報記録媒体との間に、
   前記偏向手段により折り曲げられた前記出射ビームを情
   報記録面上に結像させる結像光学系と、前記光源と前記設置される情報記録媒体との間に設けら
   れた、前 記情報媒体面から戻った反射ビームと前記出射
   ビームとを分離するビーム分離手段と、 前記ビーム分離手段により分離された前記反射ビームを
   受光する光検出器を含む光ヘッドにおいて、 前記ビーム分離手段が前記偏向手段を兼ねており、前記
   ビーム分離手段が偏光プリズムと偏光回転手段とを含
   み、 前記偏光プリズムは一軸複屈折性物質からなる複屈折性
   プリズムを含み、前記複屈折性プリズムは反射面を持
   ち、前記光源からの出射光の偏光方向の光線は９０°方
   向に偏向させ、それと垂直な偏光方向の光線は９０°以
   外の方向に偏向させる作用を持ち、 前記光源からの光束が入射する前記複屈折性プリズムの
   入射面に他の複屈折性プリズムが配置されていることを
   特徴とする光ヘッド。
3. 【請求項３】前記偏光回転手段は、前記偏光プリズム内
   を通過する前記出射ビームの偏光方向と前記偏光プリズ
   ム内を通過する前記反射ビームの偏光方向とのなす角が
   ９０°となるように回転する手段であることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の光ヘッド。