JPH02149945A - 光学ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体レーデ光源からの光を利用して、情報
記録媒体上に情報を光学的に記録したり、あるｈは上記
記録媒体から光学的に再生したりする光ピックツツブ光
学系に関し、とくに全体の小形化を図るように意図され
た光学ヘッド装置に関するものである。

（従来の技術） 光学的情報記録、再生装置は、追記型、消去可能型し光
磁気、位相変化型）など各種光デイスク媒体に対応して
それぞれ特徴を有しているが、単位面積当りのビット密
度の高さ、１ピツトあたシのコストの安さなどの特徴が
共通している。

しかし、現在、使用されている光ディスクの記録・再生
装置では上述のよう々特徴がある反面、従来の磁気ディ
スクの記録・再生装ｆｉ［比べて、装置の価格が高い、
データ転送レートが運込、データアクセス時間が遅い、
装置全体が大型であるなどの改善すべき点も多く残され
ている。

とぐｆ、データアクセス時間を短縮してアクセスの高速
化を達成するために、より軽量化され、小型化された光
ヘッドの構成が望まれてｈる。これは、光学ヘッド装置
のコスト低減にも有効である。この点を意図した光学ヘ
ッド装置としては、例えば特開昭６２−２６７９３０号
公報所載のように光導波路構造を用いたもの、特開昭６
２−２７５３３３号公報所載のように半導体レーデを出
来るだけ光情報記録媒体の記録面に近づける構造にした
ものが提唱されたが、前者は光の利用効率が低いという
問題があり、後者は光情報記録媒体と半導体レーデとの
間隔が小さいためにゴミ、傷などに弱点がある。

これらとは異なる視点から現実的に光ヘツド装置のアク
セス高速化を実現しようとしたものは、特開昭６０−１
６００３５号公報所載のものがある。

ここでは、ｗＣ８図に見られるように、光学ヘッド装置
を、固定光学系４５と可動光学系とに分けて構成し、上
記可動光学系を、対物レンズ３８、オートフォーカス制
御用コイル３９および平行光束伝達用棒状プリズム３５
だけから構成してｈる。

これによシ、上記可動光学系を軽量化し、アクセスの高
速化を実現している。しかして、上述の固定光学系４５
には半導体レーデ、コリメータレンズ、ビーム整形用プ
リズム、更にはオートフォーカシング用検出光学系、オ
ートトラッキング用検出光学系などの重量の大きな系が
残されており、この小形化が、光学ヘッド装置全体の小
形化のために必要である。

このような要求に答えるものとして、例えば特開昭６３
−１０４２３２号公報所載のような光学ヘッド装置が提
唱されてｈる。ここでは、第９図に示すように、光束広
がり角が接合面（図中、ｙ方向に向けられている）に水
平な方向と垂直な方向とで異なる直線偏光の発散光束２
を半導体レーザ光源１′から出している。この場合、上
記発散光束２′の紙面内での発散角（ｙ方向）はこれと
垂直な方向の発散角（Ｘ方向）に比べて１／３程度に小
さい。そして、上記発散光束２はビームスプリッタ−３
′およびコリメータレンズ４′を介して、平行光束６′
に変換され、三角プリズム５′に向けられる。

この時の平行光束６′は図中ｙ方向に関してｄ、の幅を
有し、またＸ方向に関して３×ｄ、の幅を有する楕円形
状になっている。また、上記三角プリズム５′の斜面上
には反射回折格子１０’が設けられていて、上記平行光
束６′は上記回折格子１０′により反射回折され、対物
レンズ７′に向けられる。上記対物レンズ７′は光情報
記録媒体８′の面上に光ビームスポットとして結倫され
る。この場合、入射光の光束＠ｄ、に比べて対物レンズ
７の入射光の光束幅ｄ２Ｆｉ大幅に拡大される。換言す
れば、コリメータレン、Ｉ”４’、ビームスプリッタ−
３′に関して−えば、光学部品としての小形化、薄形化
が実現できるのである。このビーム径の変換作用は上記
回折格子１０′によって達成されているのであって、三
角プリズム５の頂角θ＜４５°において機能している。

（発明が解決しようとするＨＭ） ここで問題になるのは、ここで使用される回折格子が、
その入射光束と回折光束との間の角度が９０度に近ＬＡ
場合、回折効率の面で、偏光特性が大きく影響するとい
うことである。つまり、回折格子へ入射する光束の偏光
状態がＳ偏光かＰ偏光かＫより、回折格子の回折効率η
Ｎ（成る回折次数Ｎの回折光量を入射光量で除した比）
が大きく変化してしまうと論う現象である。今、入射光
束がＳ偏光である時には、回折格子１０’のブレイズト
化の効果で、高−回折効率で対物レンズの光軸へ回折光
を向かわせることになるが、Ｐ偏光である時には、回折
効率が非常に低下してしまうのである。

通常、追記型光デイスク用光学ヘッド９、相変化型光デ
イスク用光学ヘッド０などにお−てけ、半導体レーデへ
の戻り光により生じるノイズを低減するために、対物レ
ンズと回折格子との間に１／４波長板が設けられるが、
このような光学系では、先述の第９図のように、Ｓ偏光
で入射した光束は、回折格子１０’により反射回折され
て、１／４波長板を透過し、対物レンズに入射し、光デ
イスク面（光情報記録媒体）上に光ビームスポットを結
ぶと共に、光ディスクで反射された光束は、再び１７４
波長板を通過し、対物レンズで平行光束に変換され、回
折格子１０′へと入射されて行く。その結果、光束の偏
光はＰ偏光となり、偏光依存性の大きな回折格子では、
低重回折効率（Ｐ偏光忙対する回折）のために、オート
トラッキングあるｈはオートフォーカシングのための検
出系へ十分な光量が供給できなくなるのである。

（発明の目的） 本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、回折効
率に関して、回折格子には偏光依存性がある点を考慮し
て、これに対する対策を講じると共に、固定光学系につ
いてはその偏平化が実現されて、全体としての小形化、
薄形化を図った光学ヘッド装置を提供しようとするもの
である・（ｌ！！題を解決するための手段） このため、本発明では、光束床がり角が接合面に水平な
方向と垂直な方向とで異なる直線偏光の発散光束を発す
る半導体レーザ光源から光束コリメート手段へ発散光束
を与え、上記光束コリメート手段で変換された平行光束
を対物レンズに与え、光情報記録媒体の面上に光ビーム
スイツトを形成するようにした光学ヘッド装置において
、前記コリメート手段と対物レンズとの間に設けられた
光束分割手段および前記記録媒体との間Ｋ　１／４波長
板を設けると共に、前記平行光束を対物レンズ光軸方向
へ偏向させると共和前記平行光束のビーム形状を整形す
る光偏向・整形手段を上記対物レンズの直前に設けてい
る。

（作用） このため、回折格子に入射する光束を直線偏光ではなく
、円偏光にすると共に、回折格子による偏向角（回折角
）を小さくシ、回折効率の偏光依存性を少なくシ、小さ
くなった偏向角のために生じる偏向角度の不足分を、回
折によらない偏向手段で補うことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して具体的に説明
する。図において、符号１は半導体レーデであり、この
実施例では、その接合面は垂直方向に向けられていて、
ビームの発散角は水平方向が垂直方向に比較して大きい
、上記半導体レーデ１からの発散光束は、コリメート手
段ｊｅ２を透過して平行光束に変換され、偏光ビームス
プリッタ−４へ向けられる。この時、平行光束のビーム
断面形状は水平方向に偏平な楕円形状である。また、図
中、符号３は上記平行光束を受けて、光情報記録媒体１
０の面上に光ビームスポット１１を結ぶための対物レン
ズであって、オートフォーカシングおよびオートトラッ
キングのために移動制御をうけるようＫなっている。上
記偏光ビームスプリッタ−４を出た光束は１／４波長板
５を介してビーム偏向・整形手段９にもたらされ、上記
対物レンズ３に向けられるが、このような構成では、半
導体レーザ１からの直線偏光の平行光束は、円偏光に変
換される。そして、上記ビーム偏向・整形手段９で、偏
平な楕円光束からほぼ円形状の光束に変換されるのであ
る。なお、この実施例では、上記ビーム偏向・整形手段
９はプレイメト型反射レリーフ回折格子であって、入射
光束を回折し、主として対物レンズ３の光軸と平行な回
折光を発生させる。そして、光束を９０°偏向させると
同時に垂直方向のビーム径を拡大する作用をなす。

したがって、本実施例では、回折格子９への入射光束は
円偏光であり、光情報記録媒体１０からの反射光も円偏
光である。ここでは回折格子９の回折効率の偏光依存性
の問題はなくなり、光情報記録媒体１０からの反射光は
、回折格子９により偏向されると同時に垂直方向に圧縮
され、再び楕円形状ビームとなり、更に：　１／４波長
板５へ入射され、往路と９０度直交した直線偏光となっ
て、偏光ビームスプリッタ−４に入り、反射されて次の
ビームスプリッタ−６へ入射される。ここで分割された
光束は、各々オートトラッキング用検出系７およびオー
トフォーカシング用検出および情報再生系８へと入射さ
れる。ここでは、上記オートトラッキング用検出系に公
知のブツシュデルオートトラッキング検出方式が採用さ
れるとよい。そして、これから出るオートトラッキング
・エラー信号が対物レンズ３のオートトラッキング制御
系へ伝えられる。同様にオートフオーカッシング用検出
系に公知の非点収差法などが採用されるとよく、オート
フオーカッレンズ・エラー信号が対物レンズ３のオート
フォーカッレンズ制御系に伝えられる。その結果、上記
対物レンズ３＃−ｉサーボコントロールされる。

Ｋ２図は、光偏向・整形手段９の断面を拡大して示した
ものであり、入射光束は上下に圧縮された偏平な楕円形
状の平行光束１２であり、上記光偏向・整形手段９とし
て採用された反射型しＩＪ−７回折格子１４により回折
され、ピース径を広げた光束１３となって対物レンズ３
に入射される。

このように光偏向・整形手段として反射型しＩＪ−フ回
折格子１４をｍ−るのは、光の利用効率を高める上で有
効である。すなわち、ブレーズド型回折格子は、一般に
、多数の回折光束の中の特定の１次数の回折光束てほと
んどの光量が集中する特性を有するものである。そして
、この実施例のように、上記回折格子１４は入射平行光
束の垂直方向の幅を拡大して、対物レンズへの平行光束
をほぼ円形とするように、対物レンズ３に向けて光を偏
向させる作用があり、格子線の方向が水平方向の１次回
折格子として機能する。

今、第２図に示すように、入射光束１２に対して回折格
子１４のなす角度をα、入射光束の、回折格子を有する
偏向・整形手段９に対する入射角をθ、上記回折格子１
４のＯ次回折光１５と、対物レンズ方向への光束のなす
角をψ、更に入射光束の垂直方向の幅をＷ／、対物レン
ズ方向へ回折される回折光束の幅をＷＬとすると、 ＷＬ＝Ｗ７　　／ｌａｎα　　　　　　・・・・・・・
・・（１）ψ＝θ−α　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・（２）となる。

半導体レーザ１から、コリメータレンズ２を介してコリ
メートされた光束の水平方向での幅をＷ□とすると、Ｗ
Ｌ＝Ｗよであれば、はぼ円形々ビーム形状が得られるこ
とになる。よって、（１）式より−α＝Ｗ／、／Ｗ、と
なる。すなわち、α＝−−１（Ｗ／、　／　Ｗ工）とな
るよって、ビームの偏向・整形手段を設置すればよｈの
である。通常Ｗ／＜Ｗ。

であるから、αく４５であり、θは４５以上となる。ま
た、回折格子からのＮ次回折光が対物レンズ光軸に垂直
に入射するという条件からｄ−ｄψ＝Ｎλ　（ここでλ
け半導体レーデ１からの発振波長、ｄは回折格子１４の
格子周期）より・ ｄ＝Ｎλ／虐ψ−Ｎλ１５ｉｏ（θ−α）・・曲（４）
となる。

これから解るように、（３）式からαが求められ、（４
）式からＮ、λを決めれば・やラメータθに対してｄが
求められる。更に、（４）式から解るように、Ｎを大き
くすると、回折格子の格子周期ｄも大きくなり、回折格
子の製法上、有利となる。

本実施例では、対物レンズから光情報記録媒体へ向う光
束は円偏光であり、光情報記録媒体が光磁気効果を利用
する記録媒体の場合には、１円二色性″として知られて
いる効果を利用した薄型光学ヘッドを実現できる。

第３図には、本発明の別の実施例が示されている。ここ
では、第２図と同部材につｂては同符号を符している。

垂直方向に偏平な平行光束１２は、鏡面１６により反射
され、回折格子１７に入射する。この回折格子は鏡面に
よる反射光束に対してＮ次回折光（ＮＦｉ１以上の整数
）に対してブレイズトされた透過型の回折格子であり、
この回折格子からの回折光束２０は、回折格子１７が入
射光束に対して斜めに設けられて因ることにより、入射
光束幅よりも広がった光束となる。なお、図中、符号１
９は回折格子からの０次回折光であり、Ｎ次回折光との
なす角をψとすると、 ｄｍψ±Ｎλ なる関係を満足している。

なお、本実施例においては、回折格子１７は、入射光束
の方向（これは０次回折光の方向と同じ）からψだけ光
束を回折させているだけであり、先述の実施例に比べる
と、入射光と回折光とのなす角が９０°よりも大幅に小
さくなっている。そのため、更に、偏光依存性が大幅に
改善できる。ここで示す回折格子１７ば、光学的に平面
であるガラス板（したがって、透過平行光に対して、収
差を発生させることがない）上に、レリーフ型位相格子
を農作したものである。

第４図に示す実施例は、第３図のそれを改良したもので
あって、第３図では鏡面１６と回折格子１７とを分離し
た２つの光学的部品にして−るが、この実施例ではこれ
を１つのプリズム状光学部品２４で一体化したものであ
る。なお、ここでは符号２１は鏡面処理された面を、ま
た、２２は透過型回折格子を示している。この回折格子
によって回折された光束２３は、図示のように、入射光
束１２に対して螺の広がった光束となっている。なお、
上記プリズム状光学部品２４に屈折率ｎ、のがラスを用
いて、その屈折率ｎ、を適当に選べば、面２１に鏡面処
理を施さなくても、全反射を利用できる。なお、偏光面
保存性に重点を置くなら、鏡面をｍ−ることか好ましい
。また、プリズム部材２５の屈折率ｎ２とｎ、とを適切
な値に設定すれば、半導体レーデの温度変化により、更
にはデータ再生時、データ書込み時の注入電流の差によ
り、発振波長が変化しても、回折光束２３の回折方向が
変化しなｈようにすること、つまり、色消し作用をもた
せることができる。

第５図に示す第３番目の実施例では前記実施例のように
、偏平ビームから円形ビームを整形するために回折格子
を用いるのではなく、シリンドリカル凹レンズ２６、シ
リンドリカル凸レンズ２８の組合せからなる一次元ビー
ムエキスパンダ光学系と、ビーム進行方向を対物レンズ
へ偏向させるためのミラー２７とから構成されている。

この光偏向・整形手段は、第６図に示されるように、入
射偏平ビームを上記レンズ２６．２８によって一次元方
向にビーム径を広げるから、射出光束２９はほぼ円形の
ビームになって込る。

第７図はこれらの光学部材を一体化した具体例を示すも
のであって、実際て合った装置化の上で有利である。

これらの実施例にお込ては、通常の光線追跡プログラム
を用いて、各レンズを設計することができ、半導体レー
ザの発振波長の変化に対しても、対物レンズへの光束射
出方向が変わらなＡように、色消しの条件を満足させる
ことが容易である。

なお、第２および第３の実施例では、第１の実施例に比
べれば、回折効率の偏光依存性が大幅に低減されるため
、１７４波長板を設ける位置は偏光ビームスプリッタの
後であれば、どの位置に設けてもよＡのであって、例え
ば対物レンズ３と光ディスク１０との間に設けることも
でき、光ディスクｌＯから離れた対物レンズ３の側、す
なわち入射側に設けてもよい。

（発明の効果） 本発明は以上詳述したようになり、コリメート手段と対
物レンズとの間に光束分割手段を設け、上記光束分割手
段と記録媒体との間Ｋ　１／４波長板を設けると共に、
光偏向・整形手段で、平行光束を対物レンズの光軸方向
に偏向させると共に隻ビーム形状を例えば円形に整形す
ることができるから、ビーム整形前の段階における光学
系、す々わち、反射光のための光分割手段、オートトラ
ッキング制御用検出系、オートフォー・カッシング制御
用検出系などの一連の固定光学系につＡて、偏平化が達
成され、全体として、光ヘッドの小形化、薄形化が実現
できる。しかも、ここで使用する光偏向・整形手段も、
従来の直角プリズムを用いた場合の重量、サイズと大差
がないので、上述の小形化、薄形化を妨げることがない
。また、上記光偏向・整形手段に回折格子を用−る場合
、レプリカを採用するなど、光学的平面上に精度よく、
低コストで量産が可能である。とくに、回折格子を光偏
向・整形手段に用いる時には、回折格子に入射する光束
を円偏光にするので、回折格子の偏光依存性に対しての
対策が得られ、光ヘツド装置としての精度が維持できる
。

さらに、光情報記録媒体が光磁気効果を利用する記録媒
体の場合には、本発明の構成によれば”円二色性′とし
て知られている現象を利用した薄型・光磁気情報記録、
再生用光学ヘッドが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は光偏
向・整形手段の機能を説明するための側面図、第３図は
第２の実施例を示す要部の側面図、第４図は第３図の構
成を実際にあわせて一体化した構成を示す側面図、第５
図は第３の実施例を示す斜視図、第６図は同側面図、第
７図は第５図および第６図の構成を実際にあわせて一体
化した構成の側面図、第８図および第９図は従来の光ヘ
ツド装置を示す側面図である。 １・・・半導体レーデ、２・・・コリメータレンズ、３
・・・対物レンズ、４・・・偏光ビームスプリッタ、５
・・・１／４波長板、６・・・ビームスプリッタ、７・
・・オートトラッキング用検出系、８・・・オートフオ
ーカッレング用検出系（および情報再生系）、９・・・
光偏向・整形手段、１０・・・情報記録媒体、１１・・
・光ビームス２ット。 代理人　弁理士　山　下　積　乎 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　光束広がり角が接合面に水平な方向と垂直な方向とで
   異なる直線偏光の発散光束を発する半導体レーザー光源
   から、光束コリメート手段へ発散光束を与え、上記光束
   コリメート手段で変換された平行光束を対物レンズに与
   え、光情報記録媒体の面上に光ビームスポットを形成す
   るようにした光学ヘッド装置において、前記コリメート
   手段と対物レンズとの間に設けられた光束分割手段およ
   び前記記録媒体との間に１／４波長板を設けると共に、
   前記平行光束を対物レンズ光軸方向へ偏光させると共に
   前記平行光束のビーム形状を整形する光偏光・整形手段
   を上記対物レンズの直前に設けたことを特徴とする光学
   ヘッド装置。