JPH0244532A - 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、半導体レーザから出射された光ビームを光デ
ィスク等の光記録媒体に収束し、情報の記録、再生を行
う光学式情報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〕

従来より、高出力のレーザダイオードを用いて情報の記
録、再生を行う光学式情報記録再生装置の開発が盛んで
あり、特に光ディスク等の記録媒体に光ビームを照射す
る光学ヘッドは、小型・軽量化、低コスト化等を促進す
るために様々な構造が提案されている。

このような光学ヘッドに用いられるレーザダイオードは
、楕円形の光ビームを出射し、このまま記録媒体上に収
束させると、円形の光ビームに比べて収束の密度が低く
、光のエネルギーの利用効率、絞り性能等の点で不利で
あるばかりでなく、狭い間隔で隣接しているトランク間
においては、信号の検出が正確に行えないなどの不都合
を生じるおそれがあり、これらを防ぐために楕円形のビ
ームを円形のビームに変換することが不可欠となってい
る。

例えば、第５図（ａ）に示すような光学ヘットは、レー
ザダイオード２１と、レーザダイオード２１、から出射
された光ビームを平行光ビームに変ａするコリメークレ
ンズ２２と、楕円形光ビームを円形光ビームに変換する
整形プリズム２４と、光ビームを分離するハーフミラ−
２５と、光ビームを記録媒体２７上に収束させる対物レ
ンズ２６とによっで構成されている。

このような光学ヘッドにおいて、レーザダイオード２１
から放射状に出射された光ビームはその断面が楕円形を
しており、コリメータレンズ２２によって第５図（ｂ）
に示すような平行な楕円形光ビーム２８に変換される。

楕円形光ビーム２８は、整形プリズム２４によって短軸
側が拡大されて、第５図（Ｃ）に示す円形光ビーム２９
に変換された後、ハーフミラ−２５を通過して対物レン
ズ２６によって記録媒体２７上に集光される。記録媒体
２７からの反射光は、再び対物レンズ２６を通過し、ハ
ーフミラ−２５によって反射されて図示しない光検出器
に導かれ電気信号に変換される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来の光学ヘッドにおいて、光ビーム整
形手段となる整形プリズム２４は、ガラス材料によって
形成されるとともに、第５図（ａ）に示すように、光ビ
ームを偏向させることにより形状の変換を行うため、整
形プリズム２４に対する光ビームの入射角を大きくする
必要がある。

このため、整形プリズム２４には、光ビームの入射側に
傾斜面が設けられており、これによって部分的に厚い形
状となっている。したがって、整形プリズム２４は、材
料コストや製作コストが高騰して、光学ヘッドの低コス
ト化を困難にするだけでなく、光学ヘッドを構成する部
材において、大きさおよび重量が最も大きくなり、小型
・軽量化によって光学ヘッドの応答の高速化を図るうえ
で大きな障害となっていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の請求項第１項ムこ係る光学ヘットは、上記の課
題を解決するために、発光手段となる半導体レーザと、
半導体レーザから出射された光ビームを記録媒体上に収
束させるためのレンズ系と、記録媒体からの反射光を光
検出器に導（光学系と、半導体レーザと記録媒体との光
路中に設けられ、半導体レーザから出射された楕円形の
光ビームを円形の光ビームに整形する回折素子とを備え
たことを特徴としている。

また、請求項第２項に係る光学ヘッドは、発光手段とな
る半導体レーザと、半導体レーザから出射された光ビー
ムを記録媒体上に収束させるためのレンズ系と、記録媒
体からの反射光を光検出器に導く光学系と、半導体レー
ザと記録媒体との光路中に設けられ、半導体レーザから
出射された楕円形の光ビームを円形の光ビームに整形す
る回折素子とを備えた光学ヘッドであって、上記回折素
子に入射する光ビームは、回折素子に形成される回折パ
ターンの方向と平行に振動するように振動方向が設定さ
れており、また、上記回折素子は、上記回折パターン方
向と平行に振動する光ビームに対する回折効率が最大に
なるようにその回折パターンの深さが設定されているこ
とを特徴としている。

〔作　用〕

上記の構成により、回折素子は、半導体レーザから出射
された楕円形の光ビームを円形の光ビームに整形するの
で、大きさおよび重量の大きい整形プリズムを用いる必
要がなくなる。また、回折素子は、−ｉに、ガラスまた
はプラスチックの薄い基板上に構成することができ、光
学ヘッドへの配置は僅かなスペースですむ。それゆえ、
光学へラドの小型・軽量化を図ることができ、光学ヘッ
ドの応答の高速化を図ることができる。さらに、回折素
子は、プラスチック、ポリカーボネイト、アクリル等の
基板上に回折パターンを形成すれば、スタンバ−等の複
製手段を用いることにより大量生産が可能になり、コス
トダウンを図ることができる。

また、回折素子を使用することで、回折されずに透過す
る光によって光の損失が生じるが、請求項第２項の構成
によれば、回折素子に形成される回折パターン方向に振
動する光を回折素子に入射させ、回折効率が最大になる
ように回折パターンの深さが設定されているので、透過
光を少なくして光の損失を抑制することができ、効率よ
く光ビームの整形を行うことができる。

〔実施例１］ 本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

第１図（ａ）に示す光学へラドは、レーザダイオード１
と、このレーザダイオード１から放射状に出射された光
ビームを平行光ビームに変換するコリメータレンズ２と
、光ビームの偏光方位を変換する２分の１波長板３と、
光ビームを回折させる回折素子４と、記録媒体７から反
射された光ビームを光検出器に導くハーフミラ−５と、
光ビームを記録媒体７上に収束させる対物レンズ６によ
って構成されている。

レーザダイオード１から放射状に出射された光ビームは
、断面が楕円形をしており、その短軸方向に振動する直
線偏光となっている。このような光ビームは、回折素子
４によって回折され偏向されて、その短軸側が拡大され
るか、あるいは長袖側が縮小されるかによって円形の光
ビームに変換される。そのために、回折素子４には、同
図（ｂ）に示すように、光ビームを回折させるための複
数の回折パターンが形成されている。

ところで、光ビームは、回折素子４によって回折される
とき、回折素子４に入射する際の振動方向と回折素子４
に形成される回折パターンの深さとによって回折される
光ビームの量が異なる。これは、第２図に示すように、
形成される回折パターンの深さｄを深くすることにより
得られる偏光特性によって、回折パターンの方向に平行
に振動する光ビーム（ＴＥ波）は回折され、直交する方
向に振動する光ビーム（ＴＭ波）は透過する傾向を有す
るからである。第３図に示すように、ＴＭ波の回折効率
は、回折パターンの深さｄが深くなるにしたがって急激
に大きくなり、最大値に達した後は象、激に小さくなっ
て、回折パターンがある一定の深さより深くなるとほと
んど０に近い値となる。一方、ＴＥ波の回折効率は、回
折パターンの深さｄが深くなるにしたがって大きくなり
、回折パターンがある一定の深さより深くなるとほぼ一
定の最大値となる。このため、回折素子４の回折パター
ンの深さｄをＴＥ波の回折効率が最大になるように設定
し、この回折素子４に、回折パターン方向と同じ方向に
振動するＴＥ波を入射させれば、透過光を少なくして光
ビームの損失を抑制することができる。

したがって、本実施例のように、レーザダイオード１か
ら出射される光ビームの振動方向と回折素子４に形成さ
れる回折パターンの方向とが異なる場合、光ビームを効
率よく回折させるには、これらを一致させる必要がある
。このため、コリメートレンズ２と回折素子４との間に
２分の１波長板３を設けて光ビームの偏光方位、すなわ
ち振動方向を変換させることにより、光ビームの振動方
向と回折パターンの方向とを一敗させている。２分の１
波長板３は、光ビームの偏光方位をあらかじめ設定され
た方位角の２倍だけ回転させろ素子であるから、本実施
例のように、光ビームの振動方向と回折パターンの方向
とが直交している場合、方位角を４５°に設定すればよ
い。

上記の構成において、レーザダイオード１がら出射され
た光ビームは、断面が楕円形をしておりその振動方向が
楕円の短軸方向に一敗している。

この光ビームは、コリメータレンズ２によって第１図（
ｃ）に示すような平行な楕円形光ビーム８に変換された
後、２分の１波長板３によって偏光方位が９０″変換さ
れることによりその振動方向が楕円の長袖方向に一致す
る。楕円形光ビーム８は、回折素子４に入射すると回折
されて短軸方向に拡大され、第１図（ｄ）に示すような
円形光ビーム９となる。２分の１波長板３を通過した光
ビームは、そのほとんどが回折素子４によって回折され
るが、一部は、透過して矢線Ｂに示すように進む。これ
は、上記のように、回折パターンの深さをある一定以上
の深さに設定することにより最小にすることができる。

そして、円形光ビーム９は、ハーフミラ−５を通過し、
対物レンズ６によって記録媒体７上に集光される。記録
媒体７からの反射光は、再び対物レンズ６を通過し、ハ
ーフミラ−５によって反射され図示しない光検出器に導
かれる。

〔実施例２］ 本発明の他の実施例を第４図に基づいて説明すれば、以
下の通りである。なお、実施例１と同様の機能を有する
構成部材には、同し符号を付記してその説明を省略する
。

第４図（ａ）に示す光学ヘッドは、レーザダイオード１
と、コリメータレンズ２と、回折素子１４と、ハーフミ
ラ−５と、対物レンズ６によって構成されている。

実施例１においては、レーザダイオード１から出射され
る光ビームの振動方向と回折パターンの方向とを一致さ
せるために、第１図（ａ）に示すように、２分の１波長
板３を設けて光ビームの偏光方位を変換させたが、本実
施例においては、レーザダイオード１を実施例１におけ
るレーザダイオードｌと異なる位置に配置して、２分の
１波長板３を設けることなく光ビームの振動方向と回折
パターンの方向とを一致させている。すなわち、レーザ
ダイオード１が、楕円形の光ビームの短軸方向と回折パ
ターンの方向とを一致させるように配置されているので
ある。そのため、光ビームが回折素子１４に入射する入
射角が実施例１の場合と異なっており、回折素子１４の
回折パターンは、この入射角に対応して光ビームの整形
を行うように形成されている。また、回折素子１４は、
実施例１における回折素子４と同様に、矢線りに示すよ
うに透過する光ビームを少な（するため、回折パターン
の深さを回折パターンの方向と同じ方向に振動する光ビ
ームに対して回折効率が最大になるように設定されてい
る。

このような構成において、レーザダイオード１から出射
された光ビームは、回折素子１４の回折パターンの方向
と直交する方向に長い楕円形になっている。この光ビー
ムは、コリメータレンズ２によって第４図（ｂ）に示す
ような平行な楕円形光ビーム１０に変換される。楕円形
光ビーム１０は、回折素子１４によって回折されろこと
により、長袖側が縮小されて、同図（Ｃ）に示すような
円形光ビーム１１に整形される。そして、この円形光ビ
ーム１１は、ハーフミラ−５を通過し、対物レンズ６に
よって記録媒体７上に収束される。

記録媒体７によって反射された光ビームは、対物レンズ
６を再び通過し、ハーフミラ−５によって反射され光検
出器に導かれる。

なお、実施例１および実施例２においては、レーザダイ
オード１から出射された光ビームをコリメータレンズ２
によって平行光ビームに変換し、回折素子４・１４によ
って円形光ビームに変換しているが、コリメータレンズ
２と回折素子４・１４との配置を入れ換えて楕円形光ビ
ームを円形光ビームに整形させた後、平行光ビームに変
換することもできる。

［発明の効果］ 本発明の請求項第１項に係る光学ヘッドは、以上のよう
に、発光手段となる半導体レーザと、半導体レーザから
出射された光ビームを記録媒体上に収束させるためのレ
ンズ系と、記録媒体からの反射光を光検出器に導く光学
系と、半導体レーザと記録媒体との光路中に設けられ、
半導体レーザから出射された楕円形の光ビームを円形の
光ビームに整形する回折素子とを備えた構成である。

また、請求項第２項に係る光学ヘッドは、発光手段とな
る半導体レーザと、半導体レーザから出射された光ビー
ムを記録媒体上に収束させるためのレンズ系と、記録媒
体からの反射光を光検出器に導く光学系と、半導体レー
ザと記録媒体との光路中に設けられ、半導体レーザから
出射された楕円形の光ビームを円形の光ビームに整形す
る回折素子とを備えた光学ヘッドであって、上記回折素
子に入射する光ビームは、回折素子に形成される回折パ
ターンの方向と平行に振動するように振動方向が設定さ
れており、また、上記回折素子は、上記回折パターン方
向と平行に振動する光ビームに対する回折効率が最大に
なるようにその回折パターンの深さが設定されている構
成である。

請求項第１項および請求項第２項の構成により、回折素
子は、半導体レーザから出射された光ビームを楕円形か
ら円形に整形するので、大きさおよび重量の大きい整形
プリズムを用いる必要がなく、光学ヘッドの小型・軽量
化を図ることができる。また、プラスチング、ポリカー
ボネイト、アクリル等の基板上に回折パターンを形成す
れば、スタンパ−等の複製手段を用いることにより大量
生産が可能になり、コストダウンを図ることができると
いう効果を奏する。

また、請求項第２項の構成によれば、回折素子の回折パ
ターン方向に平行に振動する光が回折素子に入射するよ
うに光ビームの振動方向が設定され、この光ビームに対
して回折効率が最大となるように回折パターンの深さが
設定されているので、透過光を少なくして光の損失を抑
制することにより、効率よく光ビームの整形を行うこと
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すものであって、第１図
（ａ）は光学ヘッドの構成を示す説明図、第１図（ｂ）
は回折素子を示す説明図、第１図（Ｃ）は光ビームのＡ
−Ａ線矢視断面図、第１図（ｄ）は光ビームのＡ’−Ａ
’線矢視断面図、第２図は回折素子が入射する光ビーム
を回折または透過させる様子を示す説明図、第３図は回
折パターンの深さと回折効率との関係を示すグラフであ
る。第４図は他の実施例を示すものであって、第４図（
ａ）は光学ヘッドの構成を示す説明図、第４図（ｂ）は
光ビームのＣ−Ｃ線矢視断面図、第４図（Ｃ）は光ビー
ムのｃ’−ｃ’線矢視断面図である。第５図は従来例を
示すものであって、第５図（ａ）は光学ヘッドの構成を
示す説明図、第５図（ｂ）は光ビームのＥ−Ｅ線矢視断
面図、第５図（Ｃ）は光ビームのＥ’−Ｅ’線矢視断面
図である。 １はレーザダイオード、２はコリメータレンズ、３は２
分の１波長板、４は回折素子、５はハーフミラ−１６は
対物レンズ、１４は回折素子である。 特許出願人　　　　　シャープ　株式会社（）Ｊ。 第 図 業３ 図 回す斤パターシ乞ヱ）ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光手段となる半導体レーザと、半導体レーザから
   出射された光ビームを記録媒体上に収束させるためのレ
   ンズ系と、記録媒体からの反射光を光検出器に導く光学
   系と、半導体レーザと記録媒体との光路中に設けられ、
   半導体レーザから出射された楕円形の光ビームを円形の
   光ビームに整形する回折素子とを備えたことを特徴とす
   る光学ヘッド。 ２、発光手段となる半導体レーザと、半導体レーザから
   出射された光ビームを記録媒体上に収束させるためのレ
   ンズ系と、記録媒体からの反射光を光検出器に導く光学
   系と、半導体レーザと記録媒体との光路中に設けられ、
   半導体レーザから出射された楕円形の光ビームを円形の
   光ビームに整形する回折素子とを備えた光学ヘッドであ
   って、上記回折素子に入射する光ビームは、回折素子に
   形成される回折パターンの方向と平行に振動するように
   振動方向が設定されており、また、上記回折素子は、上
   記回折パターン方向と平行に振動する光ビームに対する
   回折効率が最大となるようにその回折パターンの深さが
   設定されていることを特徴とする光学ヘッド。