JPH02273337A - 光学ヘッド - 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、光によってディスク上に情報を記録し、且つ
この情報を再生する、光デイスク記録再生装置に用いら
れる光学ヘッドに関するものである。

〔従来の技術］ 回転するディスク上に、光束（以下、光ビームと称する
）を集光して情報を記録・再生する光情報処理装置（以
下、光デイスク装置と称する）が既に実用に供されてい
る。

この光デイスク装置に使用されている光学ヘッドは、光
源として一般に半導体レーザ光源が使用されているが、
現在広く実用化されている第３図に示すような半導体レ
ーザ光源ｌでは、レーザチップ１ａおよび１ｂの接合面
１ｃに平行なＸ７面内におけるＹ軸方向と、上記接合面
１ｃに垂直なＸＺ平面におけるＺ軸方向とでは、光の発
散角の大きさが異なる。即ち、非等方性光ビームが発射
される現在主流となっている波長約７８０ｎｍのＧａＡ
ＩＡＳ系の半導体レーザ光源では、Ｙ軸方向で約ｌＯ°
、Ｚ軸方向で約３０°となり、光ビームの光軸に垂直な
ＹＺ平簡における断面のパターンは、Ｙ軸上に短軸、Ｚ
軸上に長軸を有する楕円形となる。

このような楕円形断面の光ビームを集光し、記録媒体を
照射しても、光の利用効率および絞り性能の点で不利な
ため、−旦、円形光ビームに変換することが不可欠とな
っていて、この光ビーム変換には、一般に、後述のよう
にビーム整形手段としてプリズムが使用されている。

従来の光学ヘッドの光学系配列を第４図に示す。第４図
（ａ）は、第３図におけるＺ軸方向からみた平面図であ
り、同図（ｂ）は、Ｙ軸方向からみた正面図である。

半導体レーザ光源１から放射される非等方性の光ビーム
は、Ｐ偏光波としてコリメータレンズ４１に、Ｚ軸方向
を長袖とする断面が楕円形の発散光ビームとして入射し
、コリメータレンズ４１によって、断面が楕円形の平行
光ビームとされる。

この平行光ビームは、ビーム整形プリズム４２に、光軸
が角θだけ傾斜して入射し、ビー１、整形プリズム４２
の入射面４２ａ上で丁度円形となって屈折され、以後、
断面が円形の平行光ビームとして偏光ビームスプリッタ
４３を通過し、ミラー４４によって９０°折曲げられて
Ｚ軸方向に進み、さらに対物レンズ４５によって、光デ
ィスク（記録媒体）の記録面４６上に集光される。

光ディスクの記録面４６からの反射光は、記録状態によ
り変調を受けて再び対物レンズ４５によって断面が円形
の平行光ビームとされ、ミラー４４および偏光ビームス
プリッタ４３のスプリット面４３ａで反射されてＹ軸方
向に進行し、集光レンズ４７により光検出器４８上に集
光され、必要な情報が電気信号に変換されるようになっ
ている。なお、第４図（ｂ）では、光検出器４８は省略
している。

なお、上記第４図の従来例では、光ビームの断面を楕円
形から円形に変換するビーム整形手段として、プリズム
４２を使用したが、このビーム整形プリズム４２は、回
折格子が使用されることもある。

上記半導体レーザ光源１から光検出器４８の総ての光学
部材を収納した光学ヘッドは、光デイスク上の任意のア
ドレスにアクセスするために、旦、粗制御により目標ア
ドレス近傍に移動させたのち、微制御により正確にアク
セスする方法が主流となっているが、上記粗制御におけ
る光学ヘッドの慣性は、アクセス時間を左右し、高速ア
クセスを実現させるために、光学ヘッドの小型軽量化が
強く要求される。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記のように、光ビームの整形は楕円の短径
を長径と等しくなるように引伸ばすものであるため、光
ビームの断面積が拡大されることになる。しかも、ビー
ム整形手段は、第４図の例でみるように、通常、コリメ
ータレンズに次いで設置されているため、光ビーム整形
後の、偏向ビームスプリッタから集光レンズに至る総て
の光学部材は、上記拡大された円形断面の光ビームより
大きい有効径が必要となり、結果として重量が大となり
、光学ヘッドを迅速に移動させるための小型軽量化を阻
害している。

また、半導体レーザ光源から放射された光ビームを、特
にミラーなどの折曲げ手段を用いて光ディスクの記録面
に導くことば必ずしも必要ではないが、光ディスクは一
般に水平状態で回転さ−υ゛るので、装置全体が垂直方
向に著しく高くなって非現実的であるために、結果とし
て上記第４図のように、光ビーム折曲げのためのミラー
を設けて装置の薄型化をはかっているが、このようなミ
ラーの重量が加わることと、光路が長（なることにより
、光学ヘッドの小型軽量化を妨げるーっの要因となって
いる。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記の課題を解決するために、請求項第１項に係る光学
ヘッドは、半導体レーザ光源と、半導体レーザ光源の放
射する発散光束を平行光束に変換するコリメータレンズ
と、コリメータレンズにより形成された楕円形断面の平
行光束を、ほぼ円形断面の平行光束に変換するビーム整
形手段と、ビーム整形手段からの出力光束を、情報記録
媒体の記録面上に集光させるとともに、上記情報記録媒
体の記録面からの反射光束を取込む対物レンズと、上記
反射光束を光検出器に導く光分離手段とから成る光学ヘ
ッドにおいて、上記の光分離手段が、コリメータレンズ
からビーム整形手段に至る光路中に配置されたことを特
徴としている。

また、請求項第２項の光学ヘッドは、上記の課題を、よ
り効果的に解決するために、半導体レーザ光源と、半導
体レーザ光源の放射する発散光束を平行光束に変換する
コリメータレンズと、コリメークレンズにより形成され
た楕円形断面の平行光束を、ほぼ円形断面の平行光束に
変換するビーム整形手段と、ビーム整形手段からの出力
光束を、情報記録媒体の記録面上に集光させるとともに
、上記情報記録媒体の記録面からの反射光束を取込む対
物レンズと、上記反射光束を光検出器に導く光分離手段
と、半導体レーザ光源から情報記録媒体に至る光路中に
配置される光路折曲げ手段とから成る光学ヘッドにおい
て、上記ビーム整形手段が光路折曲げ手段と一体に構成
されることを特徴としている。

〔作　用〕

請求項第１項の本発明によれば、半導体レーザ光源から
の光ビームは、偏光ビームスプリッタを楕円形断面のま
ま通過し、その後ビーム整形プリズムに達してから、は
じめて円形断面に整形される。また、この整形された光
ビームは、ミラーによって光路を折曲げられ、対物レン
ズにより光ディスクの記録面に集光され、上記記録面で
反射されたのち、対物レンズおよびミラーを経てビーム
整形プリズムにおいて再び楕円形断面に戻る。したがっ
て、この楕円形断面の光ビームを光検出器に導く偏光ビ
ームスプリッタおよび集光レンズの大きさは、円形断面
の光ビームに対する場合より小型でよく、光学ヘッドは
、従来より小型軽量とすることができる。

また、請求項第２項の本発明によれば、半導体レーザ光
源からの光ビームは、偏光ビームスプリンタを楕円形断
面のまま通過し、ビーム整形手段である回折格子に達し
てから、はじめて円形断面に整形され、また、対物レン
ズによって光ディスクの記録面上に集光された光ビーム
が、再びビーム整形手段である回折格子に達したときに
、もとの楕円形断面の光ビーＪ、に戻る。このため、偏
光ビームスプリンタおよび集光レンズ等の光学部材の大
きさは、円形断面の光ビームに対するよりは小型でよい
。

また、ビーム整形手段である回折格子は、楕円形断面の
光ビームを円形断面の光ビームに整形するとき、同時に
、光路を９０’折曲げることができる。したがって、従
来のように、光路折曲げ用のミラーのような特別な光学
部材およびそのための設置スペースが不要となり、光学
ヘッド全体の小型軽量化を図ることができる。

［実施例１］ 請求項第１項の発明に対応した一実施例を第１図および
第３図に基づいて説明すれば、以下の通りである。

第１図は、本発明による光学ヘッドの光学系を示すが、
第１図（ａ）は、第３図に示す半導体レーザ光源１のレ
ーザチップ１ａおよび１ｂの接合面ＩＣに平行な平面、
即ちＸＹ平面に垂直なＺ軸方向からみた平面図であり、
同図（ｂ）は、Ｙ軸方向からみた正面図である。但し、
第１図（ｂ）では、後述のように、−郡部材を省略して
いる。

半導体レーザ光源１から放射される光束（以下、光ビー
ムと称する）の光軸は、ＸＹ平面内にあり、この先軸上
には、第１図に示すようにコリメータレンズ２、偏光ビ
ームスプリッタ（光分離手段）３およびビーム整形プリ
ズム（ビーム整形手段）４が順次配置されている。また
、上記ビーム整形プリズム４によって屈折する光ビーム
光軸上には、ミラー５が設置され、このミラー５によっ
て、Ｚ軸方向に向かう光ビーム光軸上には、対物レンズ
６が設けられ、この対物レンズ６に接近して、ＸＹ平面
に平行な平面内で光ディスク（記録媒体）の記録面７が
回転している。

一方、ＸＹ平面内にあって、偏光スプリッタ３のスプリ
ット面３ａからＹ方向に分岐する光軸上には、集光レン
ズ８および光検出器９が配置されている。

上記の構成の光学系において、半導体レーザ光源１から
放射された非等方性の光ビームは、Ｐ偏光波としてコリ
メータレンズ２に入射する。光ビームは、Ｙ方向に約１
０°、Ｚ方向に約３０°の放射角を有するため、Ｙ方向
に短軸、Ｚ方向に長軸を有する楕円形断面の発散光ビー
ムである。

この発散光ビームは、コリメータレンズ２によって、楕
円形断面の平行光ビームに変換され、偏光ビームスプリ
ッタ３に入射するが、この入射面はＹＺ平面に平行に設
置されており、また、Ｚ軸に平行なスプリット面は、こ
のＰ偏光平行光ビームを、透過させるようになっていて
、上記光ビームは直進し、ビーム整形プリズム４に入射
するが、このビーム整形プリズム４は、光ビームの楕円
形断面がビーム整形プリズム４の入射面４ａにおいて、
ほぼ円形断面となるように入射面４ａを光軸に対し角度
θ１だけ傾斜して設置されている。

したがって、上記ビーム整形プリズム４の入射面４ａで
屈折された光ビームは、断面が円形の平行光ビームとな
って次のミラー５に入射する。

ミラー５の入射面は、光軸に対し４５°傾斜し、入射し
た円形断面の光ビームを、円形断面を保ったままＺ軸方
向に折曲げるように設置されていて、折曲げられた光ビ
ームは、対物レンズ６に入射する。対物レンズ６は、Ｘ
Ｙ平面に平行な平面上で回転する光ディスクの記録面７
に接近して設けられており、入射した円形断面の光ビー
ムが、丁度上記記録面７上に微小光点となって焦点を結
ぶようにされている。

光ディスクの記録面７で反射された微小光点は、記録状
態により変調を受けて対物レンズ６に入射し、円形断面
の平行光ビームに戻り、ミラー５で反射され、ビーム整
形プリズム４を通過するとき、再び楕円形断面の光ビー
ムに戻る。そして、往路を逆行し、偏光ビームスプリッ
タ３に入射し、スプリット面３ａにて反射され、Ｙ軸に
平行な方向に向い、集光レンズ８で集光され、光検出器
９上に焦点を結び、光信号から電気信号に変換される。

この電気信号は、光ディスクに記録されている情報の解
読とともに、光ビームが常に光ディスクの記録面７上に
焦点を結ぶようにするため、対物レンズ６をＺ軸方向に
移動させるフォーカス制御信号としても使用され、集光
レンズ８としてはレンチキュラレンズが広く使用される
。

なお、第１図（ｂ）では、図の複雑化を避けるため、光
検出器９を省略している。

上記のように、光分離手段である偏光ビームスプリッタ
３が、コリメータレンズ２と、ビーム整形手段であるビ
ーム整形プリズム４に至る光路中に設置されることによ
り、光ビームは、偏光ビームスプリンタ３および集光レ
ンズ８を通過するときには、断面が楕円形のため、上記
偏光ビームスプリンタ３および集光レンズ８では、楕円
の短軸方向の寸法を小さくでき、これに比例して重量も
軽減するので、光学ヘッド全体を小型軽量化することが
できる。

〔実施例２〕 次に、請求項第２項の発明に対応した一実施例を、第２
図および第３図に基づいて以下に説明する。なお、第２
図の座標軸の設定方向は第１図と同様であり、第２図（
ａ）は、ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向からみた光学ヘッド
の光学系の平面図であり、同図（ｂ）は、Ｙ軸方向から
みた正面図である。但し、第２図（ｂ）では、第１図（
ｂ）と同様に一部の部材を省略している。

本実施例の光学系では、半導体レーザ光源１、コリメー
タレンズ２および偏光ビームスプリッタ３、対物レンズ
６、集光レンズ８および光検出器９の部材は、第１図と
同じであるが、ビーム整形手段として回折格子ＩＯを用
い、また、この回折格子１０が、同時に光路折曲げ手段
を兼ねている点が異なる。

第２図に示すように、半導体レーザ光源１から放射され
る非等方性で断面が楕円形のＰ偏光光ビームは、Ｚ軸方
向から長袖、Ｙ方向が短軸となる。この発散光ビームは
、コリメータレンズ２において断面が楕円形の平行光ビ
ームに変換されたのち、偏光ビームスプリッタを通過し
、ビーム整形手段である回折格子１０に入射する。

回折格子１０は、その格子間隔、入射角θ２、反射角等
を適当に選ぶと、光路を９０°折曲げてＺ軸方向に転換
するとともに、光ビームの楕円形断面における長袖が短
縮されて短軸とほぼ等しい長さにすることができる。即
ち、光軸がＺ方向に折曲げられた光ビームは、前記楕円
形断面の短軸を直径とする、ほぼ円形断面の光ビームに
整形されている。

上記整形され光路を折曲げられた光ビームは、対物レン
ズ６で集光され、光ディスクの記録面７に微小光点とし
て焦点を結び、集光される。この微小光点は、上記記録
面７で反射され、記録状態により変調を受けて対物レン
ズ６に再入射し、円形断面の平行光ビームに戻り、回折
格子１０によって９０°光路が折曲げられ、往路を逆行
すると同時に、もとの楕円形断面の光ビームに戻り、偏
光ビームスプリッタ３に入射し、この偏光ビームスプリ
ッタ３のスプリット面３ａで反射され、Ｙ軸に平行な方
向に向い、集光レンズ８で集光され、光検出器９上に焦
点を結び、光信号から電気信号に変換される。

上記のように、偏光ビームスプリッタ３、集光レンズ８
、および回折格子１０は、楕円形断面の光ビームを処理
するものであるため、この楕円の短軸方向に対応する寸
法は従来より小さくてすむ上、対物レンズ６は上記楕円
の短軸を直径とする円形断面の光ビームを集光するので
、従来より大幅に直径を縮小できる。即ち、上記光学部
材が総て小型軽量にできる上、これら部材の占めるスペ
ースを小さくできる。さらに、回折格子１ｏは、ビーム
整形手段と光路折曲げ手段が一体となっているため、ミ
ラーのような専用の光路折曲げ手段が不要となり、重量
とスペースが減少できるので、結局、光学ヘッド全体の
小型軽量化が実現できる。

（発明の効果〕 請求項第１項に係る発明では、以上のように、半導体レ
ーザ光源と、半導体レーザ光源の放射する発散光束を平
行光束に変換するコリメータレンズと、コリメータレン
ズにより形成された楕円形断面の平行光束を、ほぼ円形
断面の平行光束に変換するビーム整形手段と、ビーム整
形手段からの出力光束を、情報記録媒体の記録面上に集
光させるとともに、上記情報記録媒体の記録面からの反
射光束を取込む対物レンズと、上記反射光束を光検出器
に導く光分離手段とから成る光学ヘッドにおいて、上記
の光分離手段が、コリメータレンズからビーム整形手段
に至る光路中に配置された構成となっている。

これにより、光分離手段および光分離手段で分離された
光ビームを光検出器上に集光する集光レンズを小型軽量
化することができ、また、これら光学部材の占めるスペ
ースが小さ（なり、その結果、光学ヘッド全体の小型軽
量化が可能になり、光学ヘッドを、希望する点に迅速に
アクセスできるようになるという効果を奏する。

また、請求項第２項に係る発明では、上記のように、半
導体レーザ光源と、半導体レーザ光源の放射する発散光
束を平行光束に変換するコリメータレンズと、コリメー
タレンズにより形成された楕円形断面の平行光束を、ほ
ぼ円形断面の平行光束に変換するビーム整形手段と、ビ
ーム整形手段からの出力光束を、情報記録媒体の記録面
上に集光させるとともに、上記記録媒体の記録面からの
反射光を取込む対物レンズと、」二記反射光束を光検出
器に導く光分離手段と、半導体レーザ光源から情報記録
媒体に至る光路中に配置される光折曲げ手段とから成る
光学ヘッドにおいて、上記ビーム整形手段が光路折曲げ
手段と一体に構成されたものである。

これにより、対物レンズ、光分離手段および光分離手段
で分離された光ビームを光検出器上に集光する集光レン
ズを小型軽量化でき、また、これら光学部材の占めるス
ペースを小さくできる。更に、ビーム整形手段と光路折
曲げ手段が一体に構成されているため、光路折曲げのた
めの特別なミラーは不要となり、これらの結果として、
光学ヘッド全体の小型軽量化が可能となり、光学ヘッド
を希望する点に一層迅速にアクセスできるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を説明するものである。 第１図（ａ）は、光学ヘッドの光学系の配列を示す平面
図である。 第１図（ｂ）は、同正面図である。 第２図は本発明の第２実施例を説明するものである。 第２図（ａ）は、光学ヘッドの光学系の配列を示す平面
図である。 第２図（ｂ）は、同正面図である。 第３図は、半導体レーザ光源の斜視図である。 第４図は、従来例を示すものであって、第４図（ａ）は
光学ヘッドの光学系の配列を示す平面図、同図（ｂ）は
同正面図である。 ■は半導体レーザ光源、２はコリメータレンズ、３は偏
光ビームスプリッタ（光分離手段）、４はプリズム（ビ
ーム整形手段）、６は対物レンズ、８は集光レンズ、１
０は回折格子（ビーム整形手段、光路折曲げ手段）であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザ光源と、半導体レーザ光源の放射する
   発散光束を平行光束に変換するコリメータレンズと、コ
   リメータレンズにより形成された楕円形断面の平行光束
   を、ほぼ円形断面の平行光束に変換するビーム整形手段
   と、ビーム整形手段からの出力光束を、情報記録媒体の
   記録面上に集光させるとともに、上記情報記録媒体の記
   録面からの反射光束を取込む対物レンズと、上記反射光
   束を光検出器に導く光分離手段とから成る光学ヘッドに
   おいて、 上記の光分離手段が、コリメータレンズからビーム整形
   手段に至る光路中に配置されていることを特徴とする光
   学ヘッド。 ２、半導体レーザ光源と、半導体レーザ光源の放射する
   発散光束を平行光束に変換するコリメータレンズと、コ
   リメータレンズにより形成された楕円形断面の平行光束
   を、ほぼ円形断面の平行光束に変換するビーム整形手段
   と、ビーム整形手段からの出力光束を、情報記録媒体の
   記録面上に集光させるとともに、上記情報記録媒体の記
   録面からの反射光束を取込む対物レンズと、上記反射光
   束を光検出器に導く光分離手段と、半導体レーザ光源か
   ら情報記録媒体に至る光路中に配置される光路折曲げ手
   段とから成る光学ヘッドにおいて、上記ビーム整形手段
   が光路折曲げ手段と一体に構成されていることを特徴と
   する光学ヘッド。