JPS59195344A - 光学ヘツド - 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、ビデオディスク等のようにディスク上に記録
された情報を光学的に読み取る光学的再生装置、あるい
はディスクに情報を光学的に記録再生しようとする光学
的記録再生装置に係り、特に記録再生およびサーボのだ
めの光学系に関する。

従来例の構成とその問題点 近年ガスレーザに代って、半導体レーザを用いた光情報
処理装置の開発が盛んになってきた。光デイスク装置は
その１例である。光デイスク装置とは半導体レーザの光
を情報記録媒体であるディスク上でφ１μｍ以下の微小
スポット光に絞り、ディスクに記録されている信号を再
生したシ、又はディスクに情報を高密度に記録再生する
ものである。

記録再生可能な光デイスク装置に用いられる半導体レー
ザは高出力の光パワーが出力できるものが要望される。

一般に高出力でＣＷ（定常）発振可能な半導体レーザは
、その発光領域の縦・横比が異なるだめ、ビームの拡り
角が非等方的である。

例えば第１図に高出力で、ＣＷ発振可能な半導体レーザ
の遠視野像における平行と垂直方向の出射光分布の１例
を示しだが、光強度がピークの半分になる各々の方向の
半値角をθ７７、θヱとすると、θ７７−５°、θ４＝
１２．５°、θＪ／θ、、　＝　２．５　　・・・（１
）となる。なお第１図で縦軸は光強度、横軸は拡り角で
ある。このように高出力半導体レーザのビーム拡り角の
比　θｌ／θ、ｌは約２．５倍程度である。

このような非等方的な拡り角を有する半導体レーザの光
を、ディスク上で円い、等方的な微小スポット光に絞り
込むための光デイスク装置の１例が特開昭５５−１０８
６１２号公報で提案されている。第２図にその概略を示
した。すなわち半導体レーザ１から出た光ビームを集光
レンズ２で集め平行光に直し、半導体レーザ１の接合面
に対して平行方向のみしくズ作用を持ち、かつアフォー
カルに配置された凹と凸のシリンドリカルレンズ３．４
により半導体レーザの接合面に平行方向のみの平行ビー
ムを拡げ、垂直方向とほぼ同等な幅のビーム径にして絞
りレンズ５でディスク６上に絞り込む構成であり、ディ
スク上で等方的な微小スポット光が得られる。しかし、
この方法は（１）光学系が大きくなる。（２）凹と凸の
シリンドリカルレンズの軸合せが難しい等の欠点を有し
ている。まだ、かかる装置においては少なくとも２つの
サーボ技術が必要である。１つはディスクの回転に伴い
回転方向と垂直な方向にディスクが面プレをおこすが、
前記面ブレに対し前記φ１μｍ以下に絞られた微小スポ
ット光が常にディスク上に照射できるように光学系を追
従させるサーボで、このサーボはフォーカスサーボと呼
ばれている。他方はディスクの回転に伴い前記トラック
が偏心等によｐディスクの半径方向に移動するが、これ
に対し常に前記微小スポット光が前記トララフ上を照射
するように光学系を追従させるサーボで、このサーボは
トラッキングサーボと呼ばれている。

前記フォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行う
だめのサーボ信号（誤差信号〕はディスクの反射光より
得ており、具体的な従来の光学系を同様に第２図に示し
だ。

第２図において、γは偏光ビームスプリンタでレーザの
偏光方向に応じて透過あるいは反射する。

８はλ／４板で、ディスク６よりの反射光はλ／４板８
を再び通り、その偏光方向が変えられ偏光ビームスプリ
ンタ７で反射される。９は凸レンズ、１０は分割ミラー
で、この分割ミラーにょシ光ビームは２分割され、かつ
方向を変えられ１１．１２の光検出器にそれぞれ導かれ
る。光検出器１１はその光入射方向からみると１１ａ、
１１ｂに示すように２分割されており、２分割された各
光検出器１１ａ、１１ｂの出力の差より前記フォーカス
サーボのためのフォーカス誤差信号を得ている。また光
検出器１２はその光入射面からみると１２ａ。

１２ｂに示すように２分割されておυ、２分割された各
光検出器１２ａ、１２ｂの出力の差より前記トラッキン
グサーボのだめのトラ・ノキング誤差信号を得、前記４
ケの各光検出器の出力の緩和よりディヌク上に記録され
た情報を読み出す再生信号を得ている。

第２図に示す従来の光学系では、前述した２つの欠点の
外、以下に示す欠点も有している・（３）反射光を２分
割するために、分割ミラーから成る光学素子を必要とし
、このミラーの経時変化、例えば表面に付着するゴミあ
るいは温度変動、振動等による分割ミラーの位置ずれ等
が両サーボ信号を乱し、制御成能を悪くする。

（４）凹凸シリンドリカルレンズ、偏光ビームスプリッ
タ、λ／４板、凸レンズ、ミラー等の光学部品が全て空
間的に離れてバラバラに配置されているだめ、光学系全
体として大きくなる上に、各光学部品での光反射損失あ
るいは光透過損失が大きくなり、レーザ光を有効に利用
できない。

発明の目的 本発明は主に上記欠点に鑑みてなされた発明であり、記
録再生のだめの光学系をより小さくし、光損失および経
時変化の少ない光学プリズムを用いた新規な光学ヘッド
を提供することを目的とする、 発明の構成 本発明では、ビーム径を拡大する従来の凹凸シリンドリ
カルレンズの代りにビーム径を拡大する拡大プリズムを
設け、また従来の分割ミラーの代りに分割プリズムを設
け、偏光ビームスプリッタとλ／４板と、前記各２つの
プリズムを１体となる構造にしたことによシ、従来の光
学系より小さく、経時変化および光損失の少々い光学系
を実現している。

実施例の説明 以下図面に従い本発明の詳細な説明する。第３図は本発
明の一実施例を示した図である。、第２図と同じ構成要
素については同一の番号を付した。

第３図において、集光レンズにてコリメートされた光束
幅工、の平行ビームＰは拡大プリズム１３のａ面から入
射し、光束幅Ｉ２の平行光に拡大され５面で全反射し、
０面から光束幅工、の平行ビームＱとなって出力される
。この時、入射光Ｐの光軸ＸＸ／と出射光Ｑの光軸Ｙ　
−Ｙ’とは略直交している。

以下、この拡大プリズム１３について詳しく述べる。

入射光Ｐ（平行光）は、拡大プリズム１３の端面ａに入
射し屈折してプリズムの中に入る。この時の条件は、ス
ネルの法則から（２）式で与えられる。

ｎ０８１ｎθ、＝ｎ、ｓｉｎθ２−＝＝−−−−−−（
２）ただし　ｎ。（キ１）：空気の屈折率 ｎ１ニブリズムの屈折率 θ１　　　：入射角 θ２　　　：屈折角 端面ａＫて平行光束幅工、は工２に拡大されるが、その
比ＩＴＩ−Ｉ　２　／Ｉ　、は（３）式で与えられる。

ｍ　＝　Ｉ、、／Ｉ、　＝　ｃｏｓθ２’／ＣＯ８θ、
　　−・−−、、、（３）つぎに入射光Ｐと出射光Ｑと
の光軸ｘ−ｘ’とＹＹ／を略直交させるため、拡大プリ
ズム１３の端面すにて全反射させる。この時の入射角θ
３は（４）式１式％ （４） 端面すにて入射角θ３で全反射させ、かつ端面Ｃにてそ
の反射光が略垂直入射して出射するだめのプリズムの各
頂角は、 θ４中θ２＋θ３　　　　　　・・・・・・・・・・・
・　（５）θ、キθ３　　　　　　　　・・・・・・・
・・・・・　（６）となる。

以上の条件を満足するプリズムを製作すれば、入射光束
１１がｍ倍の出射光束工、となり、入射光Ｐの光軸ｘ−
ｘ’と出射光Ｑの光軸Ｙ−Ｙ’は略直交する。

具体的に前記第（１）式の条件である半導体レーザの拡
シ角比２．５からｍ＝２．５．屈折率ｎ。−１゜）１．
＝４．５１とすると各頂角は以下の様に求まる。

θ、＝７２°、θ２−３９°、０５キロ１．５°、θ４
キ１ｏｏｊ’なお端面ａに入る光ビームの偏光方向は一
端面ａに対してＰ偏向になっていることが望ましい。

何故なら、一般に半導体レーザは接合面に平行方向に偏
向しており、かつ第１図に示すようにθ〃〈九となって
いるため、平行方向のビーム径を拡大する必要があるた
めである。また光入射角もθ１−７２゜と大きく、Ｐ偏
向の方がより端面ａを透過しやすくなる。なお、端面ａ
に対しては使用する特定のレーザ波長と特定の入射角度
θ、の条件でその時の反射損失が最も少なくなるような
反射防止膜を蒸着している。このように拡大プリズム１
３で半導体レーザの接合面に平行方向のみビーム径を拡
げ、半導体レーザをほぼ円形の平行光にした後全反射さ
せている。そして偏光ビームスジ１ノツタ７で反射、λ
２４板８を通過後、絞りレンズ６にてナイスクロ上でほ
ぼ円形の等方向な微小スポット光が得られることとなる
。

一方、ディスク６よりの反射光は偏光ビームス　　　　
　　　−プリッタ７を透過しディスク７上に記録された
信号を再生し、かつフォーカストラッキング制御ヲかけ
るだめの分割プリズム１４に導かれる。

以下、この分割プリズムについて詳しく説明する。

第４図に分割プリズム１４の斜示図を示す。すなわち、
反射光路中にて前記ディスクよりの反射光の空間的に約
半分は全反射面ｄで全反射され、凸レンズをその光軸方
向と略平行にほぼ半分に割った半凸レンズ１５に導かれ
る。凸レンズの光軸中心とレーザ中心はほぼ一致してい
る。

従って反射光の約半分は半凸レンズ１６で絞られ、その
結像位置に置かれた光検出器に照射される。光検出器１
１ば、その光入射面からみると１１ａ、１１ｂに示＋２
分割の構造をしており、前記１１ｄ、１１ｂの各光検出
器の出力差よりフォーカス誤差信号が得られる。

一方、前記反射光の残り半分は透過面ｅを通過し、光検
出器１２に導びかれる。光検出器１２はその光入射面か
らみると１２ａ、１２ｂＶｃ示す２分割の構造をしてお
り、前記１２ａ、１２ｂの各光検出器の出力差よりトラ
ッキング誤差信号は得られる。いわゆる遠視野像の動き
からトラッキング誤差信号は得られる。

またディスクよりの再生信号は例えば前記１１゜１２の
両光検出器の出力の緩和から得られる。

第３図の構成でフォーカス誤差信号を得る原理について
詳しく説明する。

第５図はフォーカス誤差信号を得る方法についてのみ説
明するだめに第３図を簡略化して示した図であり、第３
図と同様の構成要素については同一の付量を付した。第
５図においてａは絞りレンズ５とディスク６間が所望の
距離より近づきすぎた場合、ｂは丁度所望の距離、すな
わちディスク面上に入射光がフォーカスされた場合、Ｃ
は前記所望の距離より長くなった場合をそれぞれ示して
いる。

まず、第５図ａに示したように絞りレンズ５とディスク
６とが前記所望の距離より近づきすぎると、半凸レンズ
１１により絞られる反射光の結像位置Ａ１は、光検出器
１１よシ遠くなる。従って、この場合、光検出器１１ｂ
上受光される光量より光検出器１１ａに受光される光量
の方が多くなる。

逆に第５図Ｃに示すように絞りレンズ５とディスク６と
が前記所望の距離よりも遠ざかると、光検出器１１ａに
受光される光量よシ光検出器１１ｂに受光される光量の
方が多くなる（反射光の結像位置Ａ３が凸レンズ側に近
づくン。

また第５図すに示すようにディスク６上に入射光がフォ
ーカスされた場合は、光検出器１１上に半凸レンズによ
り結像された反射光Ａ２が照射されるため、光検出器１
１ａ、１１ｂの受光量は等しくなる。

従って、前記両者の光検出器１１ａ、１１ｂの受光量が
等しく々るようにサーボをかければフォーカスサーボが
実現できる。

なお第３図に示すように拡大プリズムと分割プリズムは
λ／４板とともに偏光ビームスプリッタに接着し１体構
造となっている。

ただしλ／４板については細かく回転調整を行う必要が
あるだめλ／４板のみ分離して構成することも可能であ
る。

発明の効果 以上のように、本発明の構成によれば、拡大プリズムを
用いているため凹凸のシリンドリカルレンズを必要とせ
ず、各シーＩＪンドリヵルレンズの光軸合わせが不要と
なる。また分割ミラーを用いず分割プリズムにより反射
光を２分しているため、分割ミラーの特性の経時変化９
位置ズレれも無い。

また光学系全体としても各プリズム、偏光ビームスプリ
ッタとが１体構造となっているため、光入射面、出射面
が少なく光学部品の各端面での反射損失が少なくなり有
効にレーザ光が利用でき、かつ光学系の大きさも従来に
比べ著しく小さくすることができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体レーザの遠視野像の光強度分布特性図、
第２図は従来の光デイスク装置の構成を示す図、第３図
ａは本発明の一実施例における光学ヘンドの正面図、ｂ
は同側面図、Ｃは同平面図、第４図は同実施例における
分割プリズムの斜視図、第５図ａ、ｂ、ｃはフォーカス
誤差信号を得る方法を説明するだめの図である。 １・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・集光レン
ズ、５・・・・・・絞りレンズ、６・・・・・・ディス
ク、７・・・・・・ｉ光ビームスプリッタ、８・・・・
・・λ／４板、１１・・・・・・第１０光検出器、１２
・・・・・・第２の光検出器、１３・・・・・・拡大プ
ＩＪズム、１４・・・・・、・１分割プ）Ｊズム、１５
・・・・・半凸レンズ、■１・・・・・・短かい方の平
行光幅、ａ・・・・・・拡大プリズムの光入射面、ｂ・
・・・・・拡大プリズムの全反射面、ｄ・・・・・・分
割プリズムの全反射面、ｅ・・・・・・分割プリズムの
透過面。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 航 第２図 ／ノ、ｌ／ｂ ４図 ５図 ｔの

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザーからの出射光を集め平行光に直す
   集光レンズと、前記平行光の短かい方の光束幅を拡げる
   少なくとも１つ以上の光入射面と、前記平行光と略直角
   になるように反射させる少々くとも１つ以上の全反射面
   とを有した拡大プリズムと、入射される光ビームの偏光
   方向に応じて反射または透過する偏光ビームスプリタと
   、１回通過すると光の偏光方向が％波長ずれるλ／４板
   と、レーザ光を絞るための絞シレンズと、ディスクから
   成る記録媒体よりの反射光を空間的に２分する全反射面
   と透過面を有し、前記２分された一方の反射光を絞るだ
   めの、はぼ光軸に沿って２分された半凸レンズを有した
   分割プリズムと、前記半凸レンズにより絞られた反射光
   のほぼ結像位置に置かれ少なくとも２分割された第１の
   光検出器と、前記ディスクよシの反射光の分割プリズム
   により２分された他方の反射光を受光する少なくとも２
   分割された第２の光検出器とを備えたことを特徴とする
   光学ヘッド。
2. （２）拡大プリズムと偏向ビームスプリッタとλ／４板
   と分割プリズムを一体構造にしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の光学ヘッド。