JPH07161047A - 光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来との互換性を保ち、装置厚さの設計自由
度が大きく、光利用効率の高い、薄型の光情報処理装置
を提供する。 【構成】 コリメートレンズ４と対物レンズ６の間にビ
ーム縮小素子１１とビーム拡大素子１２を配置し、伝達
ビーム１０の中心光軸を出射ビーム８の中心光軸よりも
低く配置した。 【効果】従来との互換性を保ちながら、調整が容易で、
コストの抑制ができ、光利用効率を高めることが可能
で、装置厚さの設計自由度が大きい、薄型の光情報処理
装置が実現できる。

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に関する。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理装置は光を用いて情報の記録
や再生を行なう装置としてよく知られている。光ディス
ク装置はその一例である。近年、光ディスク装置を含む
光情報処理装置に対する薄型化の要求が高まっている。

【０００３】従来、光ディスクを薄くするために次のよ
うな方法が用いられている。

【０００４】第１に図１１に示すように、対物レンズ２
０２の代わりに対物レンズ２０３を用い、情報媒体面２
０１と対物レンズ２０３間の作動距離ｄを小さくする
と、対物レンズの開口数を保ったまま対物レンズ２０３
に入射するビームのビーム径ａを小さくすることができ
る。これにより、情報媒体面に沿って伝達する伝達ビー
ムのビーム径も小さくすることができ、装置厚さＬも小
さくなる。

【０００５】第２に図１２に示すように、情報媒体面の
透明基板２０４の代わりに透明基板２０５を用いて基板
厚さｋを小さくすると、それに合わせて他の光学系の大
きさを相似的に小さくすることができる。例えば、現在
よく使われている１．２ｍｍの基板を半分の０．６ｍｍ
にすると対物レンズに入射するビーム径も半分になる。
これにより情報媒体面に沿って伝達する伝達ビームのビ
ーム径も小さくすることができ、装置厚さＬも小さくな
る。

【０００６】第３に特開昭６３−１０４２３２号に記載
の光学ヘッド装置のように、情報媒体面に沿って伝達す
る伝達ビームの装置厚さ方向のビーム径を対物レンズの
入射ビーム径よりも小さくし、対物レンズの下にレーザ
光源から出射されたビームの中心光軸線に対して０°よ
りも大きく４５°よりも小さい所定の傾き角度を持つ反
射型回折格子を配置し、この反射型回折格子により伝達
ビーム径を拡大している。これにより、対物レンズの開
口数や作動距離、情報媒体面の透明基板厚などを変える
ことなく、装置厚を小さくしている。また、伝達ビーム
の装置厚さ方向のビーム径を小さくしたことにあわせ
て、特開昭６３−１０４２３２号の第５図に示してある
ようにビームスプリッタを偏平化し、コリメートレンズ
を楕円状の形状としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来例に
おいては光情報処理装置を薄くするために、情報媒体面
に沿って伝達する伝達ビーム径を小さくするか、装置厚
さ方向のビーム径を小さくすることにより、装置厚さを
薄くしていた。この場合、次のような問題がある。

【０００８】第１に対物レンズの作動距離を短くして伝
達ビーム径を小さくする場合、対物レンズと光ディスク
が接触し、傷等がつく危険性が高くなる。

【０００９】第２に光ディスクの基板厚を薄くして相似
的に伝達ビーム径を小さくする場合、基板厚が異なると
従来の光ディスクとの互換性が失われる上、対物レンズ
の作動距離も相似的に小さくなり、やはり対物レンズと
光ディスクが接触し、傷等がつく危険性が高くなる。

【００１０】第３に作動距離を短くしたり、基板厚を薄
くする場合、光学系は原理的に小さくすることができる
が、光情報処理装置の個々の部品については必ずしも相
似的に小さくならない。例えば光源に半導体レーザに用
いる場合、レーザチップは通常窓付きの金属製パッケー
ジ内に収められているが、この金属製パッケージはレー
ザチップから発生する熱を逃す役目がある。したがって
金属製パッケージはある程度の熱容量を持つことを要求
される。光学系を相似的に小さくしても、光ディスク上
で記録・再生に必要な光の強度は同じなので、レーザチ
ップに流す電流も変わらない。そのため、半導体レーザ
から発生する熱量も同じなので、金属製パッケージに必
要な熱容量は変わらない。したがって光学系が相似的に
小さくなっても、金属パッケージは相似的には小さくな
らない。このように、光情報処理装置の個々の部品は必
ずしも小さくならない。

【００１１】第４に特開昭６３−１０４２３２号に記載
の光学ヘッド装置のように楕円状のコリメートレンズを
用いる場合、楕円状のコリメートレンズは通常の回転対
称レンズと比較して製作が難しい。そのため光情報処理
装置のコストが増加するという問題がある。

【００１２】第５に楕円状のコリメートレンズは回転対
称でないために光軸周りの調整が難しい上、回転対称の
コリメートレンズを用いる場合と比較して調整箇所が増
加する。これにより、光情報処理装置のコストが増加す
るという問題がある。

【００１３】第６に楕円状のコリメートレンズは装置厚
さ方向の径が水平方向の径よりも小さいために、半導体
レーザ等の光源の結合効率が小さくなり、光利用効率が
低いという問題がある。

【００１４】第７に光源に半導体レーザを用いる場合、
半導体レーザの遠視野像は一般に楕円であり、情報媒体
面上に良好な微小スポットを形成するには楕円の短軸方
向を拡大して略円形にしなければならないが、反射型回
折格子などのビーム拡大素子のビーム倍率は光情報処理
装置の厚さと密接に関係しているために、装置厚さの設
計自由度が小さいという問題がある。

【００１５】本発明の目的は、従来との互換性を失うこ
となく、調整が容易で、コストを抑制することができ、
光利用効率を高めることが可能で、装置厚さの設計自由
度が大きい、薄型の光情報処理装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、光源と、前記光源からのビームを情報媒体面上に結
像させる対物レンズと、情報媒体面から戻ったビームを
検出する光検出器とを少なくとも有する光情報処理装置
において、情報媒体面に沿って伝達する伝達ビームの中
心光軸の位置を、光源の位置よりも低くした。

【００１７】さらに、光源からの出射ビームの中心光軸
と光検出器で検出する検出ビームの中心光軸が、それぞ
れ情報媒体面と略平行となるように配置するのが望まし
い。

【００１８】さらに、対物レンズに入射するビームのビ
ーム径を伝達ビームの装置厚さ方向のビーム径よりも大
きくするのが望ましい。

【００１９】さらに、伝達ビームの中心光軸付近の光強
度が出射ビームの中心光軸付近の光強度よりも大きくす
るのが望ましい。

【００２０】さらに、対物レンズに入射するビームの中
心光軸付近の光強度を前記出射ビームの中心光軸付近の
光強度よりも小さくするのが望ましい。

【００２１】さらに、光源に半導体レーザを用い、半導
体レーザからのビームの楕円状の遠視野像の短軸方向を
伝達ビームの装置厚さ方向のビーム径方向と一致させる
ことが望ましい。

【００２２】

【作用】まず、光源と、光源からのビームを情報媒体面
上に結像させる対物レンズと、前記情報媒体面から戻っ
たビームを検出する光検出器とを少なくとも有する光情
報処理装置において、情報媒体面に沿って伝達する伝達
ビームの中心光軸の位置を、光源の位置よりも低くする
ことにより、図１３に示すように光源部２０６の大きさ
が装置の薄型化を阻害することがなくなる。

【００２３】次に、光源からの出射ビームの中心光軸と
光検出器で検出する検出ビームの中心光軸が、それぞれ
情報媒体面と略平行となるように配置することにより、
光情報処理装置の薄型化が可能となる。

【００２４】さらに、対物レンズに入射するビームのビ
ーム径が伝達ビームの装置厚さ方向のビーム径よりも大
きくすることにより、対物レンズの開口数ＮＡを小さく
することなしに、ビーム伝達部分の厚みを減らすことが
でき、光情報処理装置の厚さを薄くすることができる。

【００２５】さらに、伝達ビームの中心光軸付近の光強
度を出射ビームの中心光軸付近の光強度よりも大きくす
ることにより、光源からの光を効率よく前記対物レンズ
に伝達することができ、光利用効率を高めることができ
る。

【００２６】さらに、対物レンズに入射するビームの中
心光軸付近の光強度を出射ビームの中心光軸付近の光強
度よりも小さくすることにより、出射ビームの光密度を
高める素子の装置厚さ方向の高さを小さくすることがで
き、光情報処理装置の厚さを薄くすることができる。

【００２７】さらに、光源に半導体レーザを用い、半導
体レーザからのビームの楕円状の遠視野像の短軸方向を
伝達ビームの装置厚さ方向のビーム径方向と一致させる
ことにより、遠視野像の長軸方向を前記伝達ビームの装
置厚さ方向のビーム径方向と一致させた場合と比較し、
光利用効率を高めることができる上、より良好なスポッ
トを得ることができる。

【００２８】

【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（ａ）は本発明による光情報処理装
置の基本構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）、（ｃ）
はそれぞれ上面図と側面図である。ただし、上面図にお
いては情報媒体面７を省略している。半導体レーザ１か
ら出射した出射ビーム８は、ビームスプリッタ３を透過
し、コリメートレンズ４により平行光となる。平行光と
なった出射ビーム８はビーム縮小素子１１により一方向
に縮小され、反射ミラー５により反射されて情報媒体面
７に沿って伝達する伝達ビーム１０となる。装置厚さ方
向に縮小された伝達ビーム１０はビーム拡大素子１２に
より一方向に拡大されると同時に略９０°方向に偏向さ
れる。拡大されたビームは対物レンズ６により情報媒体
面７上に絞り込まれる。情報媒体面から反射した反射ビ
ームは逆の経路をたどり、ビームスプリッタ３により分
離されて検出ビーム９となり、光検出器２で検出され
る。

【００２９】以上のように図１で示した実施例において
は、出射ビーム８の中心光軸と検出ビーム９の中心光軸
を情報媒体面７と略平行な平面内に配置するとともに、
ビーム拡大素子１２とビーム縮小素子１１を備えること
により、伝達ビーム１０の中心光軸の位置は出射ビーム
８の中心光軸の位置よりも低くすることができ、対物レ
ンズ６に入射するビームのビーム径は伝達ビーム１０の
装置厚さ方向のビーム径よりも大きくすることができ、
伝達ビーム１０の中心光軸付近の光強度は出射ビーム８
の中心光軸付近の光強度よりも大きくすることができ
る。したがって、光情報処理装置の薄型化が実現できる
とともに光利用効率も高めることができる。また、コリ
メートレンズ４は通常の回転対称レンズを用いることが
でき、調整方法も従来と比較し変わらないので、コスト
が増加することはない。

【００３０】図１中のビーム縮小素子１１とビーム拡大
素子１２の動作原理についてさらに詳しく説明する。

【００３１】ビーム縮小素子１１及びビーム拡大素子１
２は図５に示すような楔型プリズム２１から成る。楔型
プリズム２１の頂角はαであり、楔型プリズム２１は光
が透過する入出射面２２と光を反射する反射面２３を具
備している。いま図５に示すように、楔型プリズム２１
にビームの断面形状がビーム断面２６であるようなビー
ム２４が入射すると、ビーム断面形状がビーム断面２５
であるようなビームとなって出射する。また、逆に楔型
プリズム２１にビームの断面形状がビーム断面２５であ
るようなビーム２４が入射すると、ビームの断面形状が
ビーム断面２６であるようなビームとなって出射する。
ここでａとｂの比を次のように定義すると、

【００３２】

【数１】

【００３３】楔型プリズム２１がビームの断面形状をビ
ーム断面２６からビーム断面２５に変換するとき、楔型
プリズム２１をビーム拡大倍率ｔのビーム拡大素子と見
なすことができる。また楔型プリズム２１がビームの断
面形状をビーム断面２５からビーム断面２６に変換する
とき、楔型プリズム２１をビーム縮小倍率１／ｔのビー
ム縮小素子と見なすことができる。なお、ｔはビームの
入射角と出射角により次のように表わされる。

【００３４】

【数２】

【００３５】ただし、θ１、θ２、θ３、θ４、θ５及
びαの間には次のような関係がある。

【００３６】

【数３】

【００３７】

【数４】

【００３８】

【数５】

【００３９】

【数６】

【００４０】ここでｎは楔型プリズム２１を構成する材
質の屈折率である。また、空気の屈折率は１とした。

【００４１】図５においてビーム径ｂを一定としたと
き、楔型プリズム２１のビーム拡大倍率ｔを大きくする
とビーム径ａは小さくなるので、一般に楔型プリズム２
１の高さｈは小さくなる。したがって、図１中のビーム
拡大素子１２のビーム拡大倍率をｒ（ｒ＞１）とする
と、図１中の伝達ビーム１０の装置厚さ方向の径を小さ
くするにはビーム拡大倍率ｒを大きくすれば良い。

【００４２】また、図５においてビーム径ａを一定とし
たとき、楔型プリズム２１のビーム縮小倍率１／ｔを大
きくするとビーム径ｂは小さくなるので、一般的に楔型
プリズム２１の水平方向の長さｗは小さくなる。したが
って図１中のビーム縮小素子１１のビーム縮小倍率を１
／ｓ（ｓ＞１）とすると、ビーム縮小素子１１の装置厚
さ方向の長さを小さくするにはビーム縮小倍率１／ｓを
大きくすれば良い。

【００４３】ビーム拡大素子１２のビーム拡大倍率ｒと
ビーム縮小素子１１のビーム縮小倍率１／ｓの積ｒ／ｓ
は最終的なビームの倍率を表わし、光利用効率に関係す
る。

【００４４】以上のことから、ビーム拡大素子のビーム
拡大倍率とビーム縮小素子のビーム縮小倍率を独立に選
ぶことができるので、装置厚さの設計の自由度が大きい
上、光利用効率を高めることができる。

【００４５】ここで、図１における最終的なビーム倍率
ｒ／ｓが１よりも小さい、すなわちｓ＞ｒの場合を考え
ると、図８（ａ）に示すように、ビーム縮小素子１１の
装置厚さ方向の長さがコリメートレンズ４の外径よりも
大きくなる場合がある。したがって装置の厚さを薄くす
るにはビーム倍率ｒ／ｓを１よりも大きくし、図８
（ｂ）に示すようにビーム縮小素子１１の装置厚さ方向
の長さをコリメートレンズ４の外径よりも小さくする必
要がある。このとき図１において、対物レンズ６に入射
するビームの中心光軸付近の光強度は出射ビーム８の中
心光軸付近の光強度よりも小さくなる。

【００４６】ところで図１からも分かるように、ビーム
拡大素子１２とビーム縮小素子１１は各々一方向につい
てのみビームの拡大または縮小を行い、その方向と垂直
な方向のビーム径については何も作用しない。したがっ
て、コリメートレンズ４の有効径は対物レンズ５の有効
径と同じかまたはそれよりも大きいことが必要である。
また、ビーム拡大素子１２とビーム縮小素子１１の水平
方向の長さはコリメートレンズ４の有効径と同じかまた
はそれよりも大きいことが必要である。

【００４７】図１０に示すように半導体レーザの遠視野
像１０１は楕円状となるのはよく知られている。図１に
おいて、遠視野像１０１の短軸方向が伝達ビーム１０の
装置厚さ方向のビーム径方向と一致するように配置する
ことにより、光利用効率を高めることができる。また、
このときビーム倍率ｒ／ｓを１よりも大きくした場合、
半導体レーザ１の遠視野像を略円形に近付けることがで
きるので、より良好なスポット像が得ることができる。

【００４８】図９のビーム縮小素子１６は楔型プリズム
１７と反射面１９を持つ透明部材１８を一体化したもの
である。図１中のビーム縮小素子１１と反射ミラー５の
代わりにビーム縮小素子１６を用いることにより、ビー
ム縮小素子１１と反射ミラー５の位置合わせ等が不要と
なる上、部品点数を減らすことができる。

【００４９】図２は本発明の他の実施例の基本構成を示
す図であり、図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上面図と側
面図である。ただし、上面図においては情報媒体面７を
省略している。図２において、図１で説明した構成図と
同じ番号の部分は同じ作用を行うので説明を省略する。
図２中のビーム縮小素子１５は図６に示すような２つの
三角プリズム３１と３２から成る。図６の三角プリズム
３１と３２は図５の楔型プリズム２１と同様にビームの
断面形状がビーム断面３３であるようなビーム２４が入
射すると、ビームの断面形状がビーム断面３４であるよ
うなビームに変換することができる。図２の他の部分の
作用については図１と同様であるので説明を省略する。

【００５０】図３は本発明の他の実施例の基本構成を示
す図であり、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上面図と側
面図である。ただし、上面図においては情報媒体面７を
省略している。図３において、図１で説明した構成図と
同じ番号の部分は同じ作用を行うので説明を省略する。
図３中のビーム拡大素子１４とビーム縮小素子１３は図
７に示すような反射型回折格子４１から成る。図７の反
射型回折格子４１は図５の楔型プリズム２１と同様にビ
ームの断面形状がビーム断面４３であるようなビーム２
４が入射すると、ビーム断面形状がビーム断面４２であ
るようなビームとなって出射する。また、逆に反射型回
折格子４１にビームの断面形状がビーム断面４２である
ようなビーム２４が入射すると、ビームの断面形状がビ
ーム断面４３であるようなビームとなって出射する。反
射型回折格子４１の他の作用についても楔型プリズム２
１と同様であるので説明を省略する。

【００５１】図４は本発明の他の実施例の基本構成図で
ある。図４において、図１で説明した構成図と同じ番号
の部分は同じ作用を行うので説明を省略する。図４中の
ビーム拡大素子１２と対物レンズ６は可動部９０上に設
置され、可動部９０は情報媒体面７に添って移動するこ
とができる。これにより情報媒体面７の大きさに関わら
ず、主に対物レンズ６と装置厚さ方向の大きさが小さい
ビーム拡大素子１２を情報媒体面７の下に配置すること
ができるので装置全体の厚さを薄くすることができる。
また、可動部分の重量も軽減できるので、高速のアクセ
スが実現できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、従来との互換性を失う
ことなく、調整が容易で、コストを抑制することがで
き、光利用効率を高めることが可能で、装置厚さの設計
自由度が大きい、薄型の光情報処理装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す基本構成図である。

【図２】本発明の他の一実施例を示す基本構成図であ
る。

【図３】本発明の他の一実施例を示す基本構成図であ
る。

【図４】本発明の他の一実施例を示す基本構成図であ
る。

【図５】楔型プリズムによるビームの拡大と縮小を示す
図である。

【図６】三角プリズムによるビームの縮小を示す図であ
る。

【図７】反射型回折格子によるビームの拡大と縮小を示
す図である。

【図８】ビーム縮小素子の縮小倍率の違いによる素子の
高さの違いを示す図である。

【図９】ビーム縮小素子の他の例を示す図である。

【図１０】半導体レーザの遠視野像の形状を示す図であ
る。

【図１１】作動距離と装置厚さの関係を示す図である。

【図１２】基板厚さと装置厚さの関係を示す図である。

【図１３】光源部の位置と装置厚さの関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、２…光検出器、３…ビームスプリッ
タ、４…コリメートレンズ、５…反射ミラー、６、２０
２、２０３…対物レンズ、７、２０１…情報媒体面、８
…出射ビーム、９…検出ビーム、１０…伝達ビーム、１
１、１３、１５、１６…ビーム縮小素子、１２、１４…
ビーム拡大素子、１７、２１…楔型プリズム、１８…透
明部材、１９、２３…反射面、２２…入出射面、２４…
ビーム、２５、２６、３３、３４、４２、４３…ビーム
断面、３１、３２…三角プリズム、４１…反射型回折格
子、９０…可動部、１０１…遠視野像、２０４、２０５
…透明基板、２０６…光源部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 滋 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、前記光源からのビームを情報媒体
   面上に結像させる対物レンズと、前記情報媒体面から戻
   ったビームを検出する光検出器とを少なくとも有する光
   情報処理装置において、前記情報媒体面に沿って伝達す
   る伝達ビームの中心光軸の位置は、前記光源の位置より
   も低いことを特徴とする光情報処理装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光情報処理装置におい
   て、前記光源からの出射ビームの中心光軸と前記光検出
   器で検出する検出ビームの中心光軸は、それぞれ前記情
   報媒体面と略平行な平面上にあることを特徴とする光情
   報処理装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の光情報処理装置におい
   て、前記対物レンズに入射するビームのビーム径が前記
   伝達ビームの装置厚さ方向のビーム径よりも大きいこと
   を特徴とする光情報処理装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の光情報処理装置におい
   て、前記伝達ビームの中心光軸付近の光強度が前記出射
   ビームの中心光軸付近の光強度よりも大きいことを特徴
   とする光情報処理装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の光情報処理装置におい
   て、前記対物レンズに入射するビームの中心光軸付近の
   光強度は前記出射ビームの中心光軸付近の光強度よりも
   小さいことを特徴とする光情報処理装置。
6. 【請求項６】請求項３乃至５のうちのいずれかに記載の
   光情報処理装置において、前記光源に半導体レーザを用
   い、前記半導体レーザからのビームの楕円状の遠視野像
   の短軸方向が前記伝達ビームの装置厚さ方向のビーム径
   方向と一致することを特徴とする光情報処理装置。