JPH11134705A - 光検出器及びそれを用いた光制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受光面を持つ受光素子と、この受光素子の受
光面を覆う屈折層とから成る光検出器であって、その製
造コストを高めることなく、受光素子の受光面への被検
出光の入射時にその一部の反射光が該被検出光の入射方
向に戻らないようにする。 【解決手段】 屈折層（１８、２０）に対して規定され
た被検出光の入射法線に関して受光素子（１４）が該入
射法線に直角な面内で所定距離だけオフセットされ、そ
のオフセット量については屈折層に入射した被検出光が
該屈折層によって屈折させられて該受光素子の受光面で
受光されるようなものとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光の強度を検出する
光検出器であって、受光面を持つ受光素子と、この受光
素子の受光面を覆う屈折層とから成る光検出器に関し、
またその光検出器を用いた光制御装置にも関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームを利用する種々の光学機
器、例えば光磁気ディスク装置、光カード装置、レーザ
プリンタ等では、それら光学機器の作動中にレーザビー
ムの強度レベルを検出することが必要とされる。即ち、
かかる光学機器では、その作動を安定した状態に維持さ
せるためには、レーザビームの出力レベルを常にモニタ
することが必要である。例えば、光磁気ディスク装置で
は、データの読取り、書込み及び消去についてはレーザ
出力を高速に変調して行われる。そのレーザビーム強度
の高周波変調に対して時間的に遅延することなくそのレ
ーザパワーの強弱を検出しなければならず、その応答性
を確保するためには、レーザダイオードパッケージ外部
に高速応答可能な受光素子を設けてレーザ出力を常にモ
ニタすることが必要不可欠である。

【０００３】上述したようなレーザビームの出力レベル
をモニタするためには光検出器が用いられ、この光検出
器では、一般的には、フォトダイオードが受光素子とし
て用いられ、その受光素子の受光面は透明保護材料例え
ばアクリル樹脂で覆われる。言うまでもなく、光検出器
はレーザビーム等の被検出光を効率的に受光するように
構成されており、このため受光素子の受光面の中心は光
検出器の光軸に一致させられると共に該光軸に対して略
直角とされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような光学機
器においては、レーザビームの出力をモニタする場合、
レーザビームの主光路上にビームスプリッタが介在させ
られ、そのビームスプリッタから得られる分岐光が被検
出光として光検出器に導かれる。勿論、被検出光は光検
出器の光軸に沿って入射させられ、その受光素子の受光
面に対して略直角に向かわせられる。ところが、受光素
子の受光面の反射率は比較的高く、このため入射分岐光
の一部は該受光面で反射され、このとき反射光は光検出
器の光軸に沿って戻され、ビームスプリッタを介してレ
ーザビームの主光路に迷光として入り込むことになる。
特に、上述の光学機器が光磁気ディスク装置のような場
合にあっては、かかる迷光はデータ信号やサーボ用信号
にノイズとして混入することになるので、レーザビーム
の主光路への迷光の混入は避けられるべきである。

【０００５】従来、レーザビームの主光路への迷光の混
入を回避する方策として、受光素子の受光面にそこから
の反射光を抑えるための表面処理を施すことが知られて
いるが、しかしそのような付加的な表面処理は光検出器
自体のコストを高める結果となる。

【０００６】別の解決策として、光検出器の光軸を被検
出光の入射方向に対して僅かに傾斜させるように該光検
出器を設置し、その受光素子の受光面からの反射光が被
検出光の入射方向に戻らないようにすることも提案され
ているが、しかしそのような解決策は光検出器の受光効
率が犠牲になる点が問題とされる。というのは、光検出
器の光軸が被検出光の入射方向に対して傾斜させられる
と、受光素子の受光面に対する被検出光の照射箇所が幾
分ずれ、このため被検出光が効率的に受光され得ないか
らである。即ち、レーザビームの径内の光強度分布は一
様ではなく光軸上にピークを持つガウス分布に近いもの
であり、このようなレーザビームが傾いた受光素子に入
射した際にそのピーク強度を持つ光軸が受光面から外れ
た場合には、受光効率は大幅に低下する。

【０００７】一方、近年、高周波のデータを扱う場合に
おいて、受光素子の受光面の大きさについては、それ自
体の持つ接合容量の減少が好まれることから、そのサイ
ズは小さくなる傾向にあり、このためより大きい信号振
幅を得ることが困難になってきている。要するに、受光
素子のキャパシティが減らされる傾向にあり（サイズの
小型化）、それに伴い受光素子の光起電力も低下するこ
とになるが、高速応答性を現実的に確保するためには、
所定レベルの光起電力も確保されなければならない。こ
のような相反する課題に対しても、受光素子の受光効率
は高められなければならず、レーザビームの光軸即ち強
度ピークは受光素子の受光面の中心に入射されなければ
ならない。

【０００８】従って、本発明の目的は、受光面を持つ受
光素子と、この受光素子の受光面を覆う屈折層とから成
る光検出器であって、それ自体の製造コストを高めるこ
となく上述したような入射光の反射問題を解決し得るよ
うに構成された光検出器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による光検出器
は、光の強度を検出するためのものであって、受光面を
持つ受光素子と、この受光素子の受光面を覆う屈折層と
から成る。本発明によれば、屈折層に対して規定された
被検出光の入射法線に関して受光素子が該入射法線に直
角な面内で所定距離だけオフセットされ、そのオフセッ
ト量については屈折層に入射した被検出光が該屈折層に
よって屈折させられて該受光素子の受光面で受光される
ようなものとされる。

【００１０】上述のオフセット量については下記の式で
定義されるΔＳとすることができる。 ΔＳ＝ｔ・ｔａｎ（θ′） ∵θ′＝ｓｉｎ^-1（ｎ／ｎ′・ｓｉｎ（θ）） ここで、θは被検出光の入射角、θ′は被検出光の屈折
角、ｎは屈折層の外部の屈折率、ｎ′は屈折層の屈折
率、ｔは屈折層への被検出光の入射点から入射法線に沿
って受光素子の受光面を含む面まで測定された距離であ
る。

【００１１】本発明による光検出器にあっては、屈折層
に球面レンズを一体的に形成してもよく、この場合該球
面レンズの光軸は入射法線に一致させられる。

【００１２】また、本発明の別の局面によれば、上述し
た光検出器を用いる光制御装置が提供され、この光制御
装置では、レーザ光源から射出される光の強度が上述の
光検出器によって検出され、これにより該レーザ光源の
駆動制御が行われる。光検出器は被検出光の入射方向に
対してその入射法線を角度θだけ傾斜させて設置され
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明による光検出器の実
施形態について添付図面を参照して以下に説明する。

【００１４】図１及び図２参照すると、本発明による光
検出器の外観が示され、この光検出器は矩形状を呈する
基板１０を具備し、この基板１０の一辺からは一対の電
極リード線１２が延びる。基板１０の一方の面には受光
素子例えばフォトダイオード１４が取り付けられ、その
受光面は基板１０の面に実質的に平行になっている。基
板１０の両面には保護層１６及び１８が適用され、これ
ら保護層１６及び１８には適当な樹脂材料例えばアクリ
ル樹脂が用いられる。裏側の保護層１６は不透明材料で
あってもよいが、表側の保護層１８は透明材料とされ、
被検出光がフォトダイオード１４の受光面まで届くよう
にされる。

【００１５】なお、図３を参照すると、フォトダイオー
ド１４が保護層１８を取り除いた状態で拡大して図示さ
れ、該フォトダイオード１４の受光面が斜線領域として
示されている。この受光面はシリコン表面とされ、その
反射率は比較的大きなものとなっている。

【００１６】図１及び図２に示す実施形態では、表側の
保護層１８にはそれと一体形成された半球状の集光レン
ズ２０が設けられ、この集光レンズ２０の光軸が被検出
光に対する入射法線Ｘとして規定される。なお、図１及
び図２に示す実施形態では、表側の保護層１８及び集光
レンズ２０とは共には屈折層として言及される。図１及
び図２から明らかなように、フォトダイオード１４は集
光レンズ２０の光軸即ち入射法線Ｘに対してオフセット
され、そのオフセット量については保護層即ち屈折層１
８の屈折率及びその厚さに従って以下に説明するように
決められる。

【００１７】図４を参照すると、図１及び図２に示した
フォトダイオード１４、保護層１８及び集光レンズ２０
の配置関係が模式的に図示されている。図４には被検出
光の主光線が図示され、入射法線Ｘに対するフォトダイ
オード１４のオフセット量については、屈折層（１８、
２０）に入射した被検出光が該屈折層によって屈折させ
られて該フォトダイオード１４の受光面で受光されるよ
うなものとされる。

【００１８】かかるオフセット量はスネルの法則を用い
て決定することが可能である。即ち、オフセット量につ
いては下記の式で定義されるΔＳとすることができる。 ΔＳ＝ｔ・ｔａｎ（θ′） ∵θ′＝ｓｉｎ^-1（ｎ／ｎ′・ｓｉｎ（θ）） ここで、θは被検出光の入射角、θ′は被検出光の屈折
角、ｎは屈折層（１８、２０）の外部の屈折率即ち空気
の屈折率、ｎ′は屈折層（１８、２０）の屈折率、ｔは
屈折層（１８、２０）への被検出光の入射点から入射法
線Ｘに沿ってフォトダイオード１４の受光面を含む面ま
で測定された距離である。

【００１９】具体的に述べると、例えば、屈折率1.51
（ｎ′）のアクリル樹脂材料が屈折層（１８、２０）に
用いられ（なお、ｎ＝ 1.0）、かつｔが2.5 mmであると
き、入射角θを26.57 °と設定すれば、屈折角θ′は1
7.23 °となり、この場合オフセット量ΔＳは0.775 mm
となる。

【００２０】上述した種々の光学機器での被検出光（レ
ーザビームの主光路からの分岐光）の射出方向は既に決
まっているので、本発明による光検出器の搭載時には図
５に示すように、被検出光（主光線）に対して入射角θ
が得られるように光検出器を傾けて取り付けることが必
要となる。フォトダイオード１４の受光面に入射した被
検出光の一部は該受光面で反射されるが、しかしその反
射光は被検出光の入射方向に沿って戻されることがない
ので、先に述べたような迷光問題が引き起こされること
はない。

【００２１】図６を参照すると、本発明による光検出器
の別の実施形態が示され、この実施形態では、光検出器
の保護層即ち屈折層１８′には半球状の集光レンズは形
成されない。図６に示す光検出器の光軸即ち入射法線
Ｘ′は適宜規定され、フォトダイオード１４′は入射法
線Ｘ′に対してオフセットされる。勿論、入射法線Ｘ′
に対するフォトダイオード１４′のオフセット量につい
ては図５に示した実施形態の場合と同様に決められる。
例えば、屈折率1.51（ｎ′）のアクリル樹脂材料が屈折
層１８′に用いられ（なお、ｎ＝ 1.0）、かつｔが1.5
mmであるとき、入射角θを26.57 °と設定すれば、屈折
角θ′は17.23 °となり、この場合オフセット量ΔＳは
0.465 mmとなる。

【００２２】また、先に述べた実施形態の場合と同様
に、図６に示す光検出器の搭載時には図７に示すよう
に、被検出光（主光線）に対して入射角θが得られるよ
うに光検出器を傾けて取り付けることが必要となる。勿
論、図６に示す実施形態の場合でも、フォトダイオード
１４′の受光面に入射した被検出光の一部は該受光面で
反射されるが、しかしその反射光は被検出光の入射方向
に沿って戻されることがないので、先に述べたような迷
光問題が引き起こされることはない。

【００２３】図８には光磁気ディスク装置の光学系が参
照符号２２で全体的に示され、この光学系２２には本発
明による光検出器が用いられる。図８において、参照符
号２４は光磁気ディスクを示し、その一部が扇形状に切
り欠かれている。光学系２２は光磁気ディスク２４から
データを読み出したり書き込んだりするために使用され
る。

【００２４】光学系２２は高周波変調器２６と、この高
周波変調器２６の取り付けられた半導体レーザ２８と、
半導体レーザ２８のレーザ射出口に接近して配置された
コリメートレンズ３０とを具備する。半導体レーザ２８
から射出されるレーザは高周波変調器２６によって高周
波変調され、そのレーザはコリメートレンズ３０によっ
て平行光に纏められてレーザビームとされる。

【００２５】また、光学系２２はコリメートレンズ３０
の射出口に配置されたビーム成形プリズム３２と、この
ビーム成形プリズム３２に近接して配置されしかも一対
のプリズムから構成されたビームスプリッタ３４とを具
備する。コリメートレンズ３０からのレーザビームはビ
ーム成形プリズム３２によって成形され、次いでビーム
スプリッタ３４によって二分される。一方のレーザビー
ムはペンタプリズム３８に入射させられ、次いで対物レ
ンズ４０を介して光磁気ディスク２４に照射され、これ
により光磁気ディスク２４から二値化情報の読取り及び
そこへの二値化情報の書込みが行われる。

【００２６】半導体レーザ２８から対物レンズ４０に到
る光路はレーザビームの主光路となり、光磁気ディスク
２４から反射させられたレーザビーム、即ち二値化情報
を持つレーザビームは該主光路に沿って戻されるが、ビ
ームスプリッタ３４に入射させられると、その一対のプ
リズムの境界面で全反射させられ、次いでホログラム板
４２及びサーボレンズ４４を介してデータ／サーボ検出
器４６に入射させられる。なお、ホログラム板４２、サ
ーボレンズ４４及びデータ／サーボ検出４６も光学系２
２の一部を形成するものである。

【００２７】光学系２２には本発明による光検出器も含
まれ、この光検出器は図８では参照符号４８で全体的に
示される。光検出器４８はビームスプリッタ３４によっ
て二分されたもう一方のレーザビーム（即ち、分岐光）
を検出し、これによりレーザビームの強度レベルが常に
モニタされ、これによりレーザビームの高周波変調に対
する二値化情報の読取り及び書込みの確実な応答性が保
証される。

【００２８】図９に示すように、上述の光学系２２はそ
れを構成する種々の構成要素を共通のフレーム５０に搭
載することによってモジュール化されて、光磁気ディス
ク装置に組み込まれる。同図から明らかなように、光検
出器４８はビームスプリッタ３４によって分岐されたレ
ーザビームに対して傾斜させられ、その傾斜角度につい
ては光検出器４８の光軸即ち入射法線（Ｘ、Ｘ′）に対
する該レーザビームの入射角度θとなるようにされる
（図５参照）。

【００２９】

【発明の効果】以上の記載から明らかように、本発明に
よれば、光検出器の受光素子の位置を従来の位置から所
定量だけオフセットさせるだけで、その受光効率を何等
低下させることなく先に述べたような入射光の反射問題
を解決することができるだけでなく、また光検出器自体
の製造コストも従来の場合とほぼ同等であり、かかる反
射問題の解決のためのコストが付加されるということは
ない。要するに、本発明による光検出器にあっては、受
光素子の受光面の中心に入射光の光軸が入射するように
なっているので、従来の場合と同様な光起電力が得ら
れ、しかも入射光の反射問題も解決される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光検出器の一実施形態を示す立面
図である。

【図２】図１に示す光検出器の側面図である。

【図３】図１及び図２の光検出器の受光素子の受光面を
示す平面図である。

【図４】図１及び図２の光検出器を模式的に示す模式図
である。

【図５】図４の光検出器を装着状態で状態を示す模式図
である。

【図６】本発明による光検出器の別の実施形態を模式的
に示す模式図であって、図２に対応した図である。

【図７】図６の光検出器を装着状態で状態を示す模式図
である。

【図８】本発明による光検出器を用いた光磁気ディスク
装置のレーザ光学系を示す斜視図である。

【図９】図８のレーザ光学系をモジュール化した状態で
示す平面図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １２ 電極リード線 １４ 受光素子（フォトダイオード） １６ 保護層 １８ 保護層（屈折層）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の強度を検出する光検出器であって、
   受光面を持つ受光素子と、この受光素子の受光面を覆う
   屈折層とから成る光検出器において、 前記屈折層に対して規定された被検出光の入射法線に関
   して前記受光素子が該入射法線に直角な面内で所定距離
   だけオフセットされ、そのオフセット量については前記
   屈折層に入射した被検出光が該屈折層によって屈折させ
   られて該受光素子の受光面で受光されるようなものとさ
   れることを特徴とする光検出器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光検出器において、前
   記オフセット量が下記の式で定義されるΔＳとされるこ
   とを特徴とする光検出器。 ΔＳ＝ｔ・ｔａｎ（θ′） ∵θ′＝ｓｉｎ^-1（ｎ／ｎ′・ｓｉｎ（θ）） ここで、θは被検出光の入射角、θ′は被検出光の屈折
   角、ｎは屈折層の外部の屈折率、ｎ′は屈折層の屈折
   率、ｔは屈折層への被検出光の入射点から入射法線に沿
   って受光素子の受光面を含む面まで測定された距離であ
   る。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の光検出器におい
   て、前記屈折層に球面レンズが一体的に形成され、該球
   面レンズの光軸が前記入射法線に一致させられることを
   特徴とする光検出器。
4. 【請求項４】 レーザ光源を具備し、このレーザ光源か
   ら射出される光の強度を請求項２または３に記載の光検
   出器によって検出し、前記レーザ光源の駆動制御を行う
   光制御装置であって、 前記光検出器が被検出光の入射方向に対してその入射法
   線を角度θだけ傾斜させて設置されることを特徴とする
   光制御装置。