JPH0271442A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光磁気記録再生装置に用いられる光学ヘッドの
構造に関する。

［従来の技術］ 従来の光磁気記録再生装置用の光学ヘッドとしては、特
開昭６３−３２７４３にあるように回折格子をビームス
プリッタとして用いて光学系をコンパクトにしたものが
ある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来の光学ヘッドではコリメータレンズ
、回折格子がディスクワードに組まれていることから、
位置合わせのために筒体が複雑、大型化するという問題
点を有する。そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは要素の集積化を進め
ることによってさらに部品点数を少なくし、小型、薄型
の光学ヘッドを提供するところにある。

［ｔ！Ｉ！題を解決するための手段］ 本発明の第１の光学ヘッドは、半導体レーザと、該半導
体レーザからの光を記録媒体に集光する対物レンズと、
前面に検光子が配置された受光素子と、前記半導体レー
ザから前記対物レンズに至る光路中にある透明基板の一
方の面に形成され、前記半導体レーザからの楕円状の遠
視野像を持つ発散光を平行光に変換する楕円状のフレネ
ルレンズと、前記透明基板のもう一方の面に形成され前
記記録媒体からの反射光を前記受光素子の方向へ分岐す
る回折格子レンズと、前記フレネルレンズによる平行光
を反射して前記対物レンズへ入射させる回折格子ミラー
とを備えていることを特徴とする。

本発明の第２の光学ヘッドは、半導体レーザ、前面に検
光子が配置された受光素子が同一のパッケージ内にあり
、フレネルレンズ及び回折格子レンズが形成された透明
基板がパッケージの窓になっていることを特徴とする。

本発明の第３の光学ヘッドは、パッケージの、光軸に対
して垂直方向の断面形状が円形でないことを特徴とする
。

本発明の第４の光学ヘッドは、回折格子ミラ対物レンズ
を含む筐体だけが移動可能であることを特徴とする。

本発明の第５の光学ヘッドは、半導体レーザが、該半導
体レーザからの出射光が基板に対して垂直方向にでる構
造のものであり、受光素子の形成されている前記基板上
に形成されていることを特徴とする。

［作用］ 半導体レーザからでた発散光は、透明基板の一方の面に
形成された回折格子レンズに入射し、格子レンズの０次
光が透明基板のもう一方の面に形成されたコリメータレ
ンズとしてのフレネルレンズに入射する。半導体レーザ
からの出射光の遠視野像は楕円状であり、この楕円状の
遠視野像を平行光に変換するパターンでフレネルレンズ
を構成すれば、円形フレネルレンズの場合に生じる光束
のけられがなく半導体レーザからの光のパワーを有効に
利用することができるとともに、楕円の長軸方向を記録
媒体に平行に配置することにより、光束を光学ヘッドの
厚み方向に偏平にすることができ、光学ヘッドの薄型化
を可能にする。

フレネルレンズによって平行にされた光はミラーではね
上げられて対物レンズに入射し記録媒体に集光されるの
であるが、楕円状のフレネルレンズによって平行にされ
た光を円形の対物レンズに入射させるためには、楕円状
の光束を円形の光束に変換する必要があり、そのために
はブラッグ反射を利用した回折格子で構成されるミラー
を用いる。

記録媒体からの反射光は、対物レンズ、回折格子ミラー
　フレネルレンズと戻って回折格子レンズに入射する。

回折格子レンズでの１次回折光、−１次回折光の方向に
受光素子を配置し、それぞれの受光素子の前面には検光
子が配置されており、それぞれの透過軸は直交しかつ半
導体レーザの接合方向とは４５°をなしており、記録媒
体の情報による偏光面の回転方向を検出する。

格子レンズを、対物レンズに対する記録媒体の遠近によ
って非点収差を発生させるように設計しておけば、受光
素子の一方を４分割しておくことによってフォーカシン
グエラー信号を得ることができる。また、　トラッキン
グエラー信号もプッシュプル法で検出することができる
。

半導体レーザ、検光子が前面に配置された受光素子を同
一パッケージに配置し、フレえルレンズと回折格子レン
ズが形成された透明基板をパッケージの窓とすれば、光
学ヘッドの光学系はこのパッケージと回折格子ミラーと
対物レンズだけで構成できることになる。

さらに、受光素子が形成されているＳｉ等の基板上に半
導体レーザを形成し、半導体レーザからの出射光を基板
に対して垂直に出すようにすることによって、充電変換
素子も集積化する事が出来る。

以下、実施例により本発明の詳細を示す。

［実施例］ 実施例１ 第１図は本発明の光学ヘッドの第１の実施例を示す図で
、第１図（ａ）は記録媒体側から見た平面的な構成、第
１図（ｂ）は記録媒体の形成されているディスク基板も
含む主要断面を示している。

半導体レーザ１０１がヒートシンク１０２に取り付けら
れており、その両脇にシート状の偏光板である検光子１
０４ａ、１０４ｂが前面に接着されているフォトダイオ
ード１０３ａ、１０３ｂが配置されている。

透明基板であるガラス基板１０５には、半導体レーザ１
０１側の面に回折格子レンズ１０６、もう一方の面には
コリメータレンズとしてのフレネルレンズ１０７が形成
されており、パッケージ１１９の窓になっている。

後で述べるが、フレネルレンズ１０７は長軸と短軸の長
さの比がおおよそ３；１の楕円形状をしており、従って
、パッケージの、光軸に対して垂直方向の断面形状は長
方形になっている。なお、パッケージの断面形状は長方
形に限らず、偏平なものであればよい。

回折格子レンズ１０６は、記録媒体１１２からの戻り光
のフォトダイオード１０３ａへの回折光１１１ａに、第
２図に示すように対物レンズ１０９に対する記録媒体１
１２の遠近によって非点収差２０１．２０２を生じさせ
るパターンを有している。第２図は、半導体レーザ１０
１、フォトダイオード１０３ａ、１０３ｂをガラス基板
１０５側からみた図であり、検光子１０４ａ、１０４ｂ
は省いである。記録媒体１１２が対物レンズの合焦位置
にあるときにはフォトダイオード上の戻り光の像は最小
錯乱円になる。フォトダイオード１１３ａを第２図のよ
うに４分割し、各分割Ａ、　　Ｂ、Ｃ，Ｄカラノ出力電
圧ヲＶ　（Ａ）、Ｖ（Ｂ）、Ｖ（Ｃ）、ｖ（Ｄ）とすル
トＶ　（Ａ）　＋Ｖ　（Ｃ）　−Ｖ　（Ｂ）　−Ｖ　（
Ｄ）からフォーカスエラー信号を得ることができる。

一方、　トラッキングエラー信号を検出する場合は、フ
ォトダイオード１０３ａにおいてＶ（Ａ）−Ｖ（Ｃ）か
ら得るか、あるいは、もう一方のフォトダイオード１０
３ｂを第２図の破線で示したように２分割してその差信
号から検出してもよい。

このようにして得られるエラー信号によって対物レンズ
１０９がレンズアクチュエータ１１６によって駆動され
、集光スポット１２０が常に所望のトラック上および記
録媒体面上にあるように制御される。なお、本実施例で
はフォーカスエラー信号を非点収差法によって得ること
を述べたが、回折格子レンズのパターンを変えてその他
の方法、例えばフーコー法などによって得てもよい。

さて、回折格子レンズ１０６を透過した、半導体レーザ
１０１からの発散光１１０はフレネルレンズ１０７によ
って平行光に変換される。接合型の半導体レーザからの
放射光の遠視野像は接合面に垂直な方向に長軸を持つ楕
円状であり、第１図（ａ）において半導体レーザ１０１
の接合面を紙面に垂直に配置し、フレネルレンズ１０７
を第３図のような楕円状パターンとし、その長軸方向を
記録媒体１１２に平行に配置しである。

回折格子レンズ１０６は、ガラス基板１０５の一方の面
にフォトレジストをコーティングし、格子パターンが描
かれているフォトマスクを通して紫外線で露光し、現像
後ガラスをエツチングして形成できる。一方、フレネル
レンズ１０７は、半導体レーザ１０１からの発散光を平
行光に変換する干渉パターンを計算し、電子ビームある
いはし−ザビームでガラス基板１０５上にコーティング
したレジストに描画して、かつ効率を上げるためにブレ
ーズ化を行い、このレジストをマスクにしてガラスをエ
ツチングして形成できる。なお、回折格子レンズ、フレ
ネルレンズのマスターを上記の方法で作り、電鋳法等に
よってその形状を写し取ったスタンバを作り、ガラス基
板１０５にコーティングした樹脂にスタンパを押しつけ
て回折格子レンズ１０６、フレネルレンズ１０７の形状
を転写してもよい。

なお、ガラス基板１０５の半導体レーザ側の面にフレネ
ルレンズ、もう一方の面に回折格子レンズを形成しても
よい。また、透明基板としてはガラス基板に限定される
ものではない。

フレネルレンズ１０７によって平行にされた光束の断面
は第４図４０２に示すように楕円状であり、長軸と短軸
の比は半導体レーザの遠視野像に対応して約３：１であ
る。第４図に断面を示した回折格子ミラー４０１では、
この楕円状の光束を対１勿レンズ１０９に入射させるた
めに光路を直角に曲げて、かつ、円形の光束４０３にす
る必要があり、ブレーズ化された直線状の回折格子が傾
きθが約１９°の斜面に形成されている。この斜面は、
くさび状に研磨したプリズムの一つの面でも良いし、平
行平板に回折格子を形成してこの平行平板を傾けて配置
してもよい。回折格子の周期は約１．３μｍ、ブレーズ
角θＢは約２６６である。

回折格子の表面にはＡ１が蒸着しである。

回折格子ミラー１０８で反射された光を、対物レンズ１
０９によってディスク基板１１３を通して磁性膜からな
る記録媒体１１２に集光し、磁界印加手段１１４で記録
媒体への印加磁界の向きを反転させることによって情報
が記録される。

一方、情報を再生する場合は、記録媒体からの反射光の
偏光面が、記録されている磁化の向きによって異なる方
向へ回転することを検出する。

対物レンズ１０９、回折格子ミラー１０８、フレネルレ
ンズ１０７と戻ってきた光は、回折格子レンズ１０６に
入射し、１次回折光と一１次回折光がそれぞれフォトダ
イオード１０３ａ、１０３ｂに入射する。

それぞれのフォトダイオードの前面には検光子１０４ａ
、１０４ｂが貼付けられている。ガラス基板１０５側か
ら半導体レーザ１０１、検光子１０４ａ、１０４ｂを見
た第５図に示すように、検光子１０４ａ、１０４ｂの透
過軸５０２は互いに直交し、かつ、半導体レーザ１０１
の出射光の偏光面５０１に対してそれぞれ４５″を成し
ている。

従って、４分割されているフォトダイオード１０３ａの
全和信号Ｖ　（Ａ）　＋ｖ　（Ｂ）　＋Ｖ　（Ｃ）　＋
Ｖ（Ｄ）と、フォトダイオード１０３ｂからの信号の差
信号を得ることによって、記録媒体による偏光面５０１
０回転の方向を検出できる。フォトダイオード１０３ｂ
が分割されている場合はその全和信号をフォトダイオー
ド１０３ａの全和信号から引けばよい。

以上述べた要素は筐体１１８内に配置され、所望のトラ
ックへ移動する場合は筒体ごと、図示していないがボイ
スコイルモータなどで移動（１２１）させる。

以上実施例を説明したが、光学ヘッド内を走る光束が、
光学ヘッドの厚み方向に従来の約３分の１になっており
、光学系を薄型化できるとともに、半導体レーザ、前面
に検光子が配置されたフォトダイオード、回折格子レン
ズ及びフレネルレンズが形成されたガラス基板が１つの
パッケージに収められており、光学ヘッドの組み立てを
容易にすることができる。

実施例２ 第６図は本発明の光学ヘッドの第２の実施例を示す主要
断面図である。第１の実施例と同じ要素には同じ番号を
付けである。

回折捨子ミラー１０８、対物レンズ１０９、レンズアク
チュエータ１１６が筐体６０１内に配置されている。筐
体６０１は半導体レーザ、フォトダイオードなどが含ま
れるパッケージ１１９とは分離されている。フレネルレ
ンズ１０７からは平行光が回折格子ミラー１０８に入射
するため、所望のトラックへ集光スポット１２０を移動
させるには、パッケージ１１９は固定しておいて、筐体
６０１だけを、図示していないがボイスコイルモータな
どで移動（６０２）させればよい。この場合、移動させ
るべき重量は実施例１に比べてパッケージ１１９に含ま
れる重さ及び筐体１１８の分だけ軽くなるので高速アク
セスが可能となる。

光学的な機能は実施例１と同様であるので説明は省略す
る。

実施例３ 第７図は本発明の光学ヘッドの第３の実施例を示すもの
であり、第７図（ａ）は記録媒体側から見た平面的な構
成、第７図（ｂ）は記録媒体の形成されているディスク
基板も含む主要断面を示している。

実施例１とは、半導体レーザ及びフォトダイオードの構
成だけが異なっているのでその部分だけ説明し、回折格
子レンズ、フレネルレンズ、回折格子ミラー　対物レン
ズなどの構珠　機能は同じであるので説明は省く。実施
例１と同様の要素は実施例１と同じ番号を付けである。

フォトダイオード７０３ａ、７０３ｂがｐｉｎ接合によ
って形成されているＳｉ基板７０１に半導体レーザ７０
２が直接形成されている要素がパッケージ１１９に収め
られている。この要素について第８図によって詳しく説
明する。

Ｓｉ基板７０１には、ｐｉｎ接合によってフォトダイオ
ード７０３ａ、７０３ｂが形成されており、フォトダイ
オード７０３ａは４つの領域に分割されている。これは
実施例１で述べたように、フォーカスエラー信号、　ト
ラッキングエラー信号を得るためである。　トラッキン
グエラー信号を得るために、フォトダイオード７０３ｂ
を２分割してもよい。

Ｓｉ基板７０１に化合物半導体の膜をＴ１１層した後エ
ツチングすることによって半導体レーザ７０２を形成す
る。テーパーエツチングによって４５０の傾きをもつミ
ラー８０１を形成し、半導体レーザからの出射光を基板
に垂直方向に反射する。

このとき半導体レーザからの出射光の偏光面の方向は５
０１の方向である。

半導体レーザ７０２のミラー８０１側とは反対の面８０
２には全反射ミラーを形成し、フォトダイオード７０３
ｂに光が漏れないようにする。なお、フォトダイオード
７０３ａ、７０３ｂを、半導体レーザ７０２の共振器の
延長線上からずらして配置し、半導体レーザの端面から
の光があっても影響を受けないようにし、そのフォトダ
イオードの位置に合わせて回折格子レンズ１０６の格子
パターンを設計してもよい。

フォトダイオード７０３ａ、７０３ｂの表面には、第８
図では破線で描いであるが検光子７０４ａ、７０４ｂが
貼付けてあり、それぞれの透過軸５０２は直交し、かつ
、半導体レーザ７０２からの出射光の偏光面の方向５０
１とはそれぞれ４５０の角度をなす。この構成による記
録媒体からの信号検出法については実施例１で述べであ
る。

以上述べたように、半導体レーザとフォトダイオードを
同一基板に形成することにより、パッケージ１１９に含
まれる要素は、半導体レーザとフォトダイオードを集積
化した光電変換要素と、回折格子レンズ１０６とフレネ
ルレンズ１０７が集積化されたレンズ要素の２点だけに
なる。

なお、半導体レーザを集積化する基板としてはＳｉに限
定されることなく、化合物半導体基板でもよい。また、
半導体レーザの構造も本実施例の構造に限定されること
なく、基板に垂直方向にその遠視野像が楕円に近い光が
放射されるものであればよい。その際、半導体レーザか
らの放射光の偏光比が小さい場合には、偏光素子を半導
体レーザの前面に挿入して記録媒体へ照射される光の偏
光比を上げてもよい。また、フォトダイオードの前面に
配置される検光子としては、フォトダイオードの表面に
誘電体多層膜を積層したものを用いてもよい。

実施例４ 第９図は本発明の光学ヘッドの第４の実施例を示す主要
断面図である。

半導体レーザとフォトダイオードが実施例３で第８図を
用いて説明したように集積化されているところを除けば
、実施例２と機能は同じであり、回折格子ミラー１０８
、対物レンズ１０９、レンズアクチュエータ１１６を含
む箕体６０１だけをボイスコイルモータで移動（６０２
）させるためにアクセス時間を短くできる。

以上実施例を述べたが、本発明は、検光子を取り除いて
フォトダイオードの配置を変えれば、光磁気記録再生装
置以外の、光を用いて記録あるいは再生を行なう装置の
光学ヘッドにも応用が可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、コリメータレンズと
しての楕円形状のフレネルレンズと、記録媒体からの反
射光を半導体レーザからの光軸から分離してフォトダイ
オードに導く回折格子レンズを一枚の透明基板の両面に
形成し、コリメータレンズによって平行にされた光をブ
ラッグ反射を利用した回折格子ミラーで対物レンズへ入
射させることにより、半導体レーザからの光のパワーを
有効に利用できるとともに、光学ヘッド内を走る光束が
楕円状に偏平になるため、光学ヘッドの厚みを従来の３
分の１程度にできるという効果を有する。

また、半導体レーザ及び前面に検光子を配置したフォト
ダイオードを同一パッケージにいれ、フレネルレンズと
回折格子レンズが形成された透明基板をパッケージの窓
とすることにより、光学ヘッドが組み立て易くなるとと
もに、このパッケージを固定しておき、回折格子ミラー
、対物レンズ及びレンズアクチュエータが含まれる２体
だけをボイスコイルモータなどで移動させることにより
、移動させるべき重量が軽くなるためにアクセス時間を
短くできるという効果も有する。

さらに、半導体レーザをフォトダイオードと同一基板に
形成することにより、個別の半導体レーザとフォトダイ
オードを実装する必要がなくなるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の光学ヘッドの第１の実施例を示す図
で、第１図（ａ）は記録媒体側から兄た主要構成図、第
１図（ｂ）は記録媒体の形成されているディスク基板も
含む主要断面図。第２図は本発明の光学ヘッドの第１の
実施例におけるフォトダイオードの分割及びエラー信号
の検出方法を説明する図。第３図は、本発明の光学ヘッ
ドに用いられるフレネルレンズの平面的なパターンを示
す図。第４図は、本発明の光学ヘッドに用いられる回折
格子ミラーの断面図。第５図は、本発明の光学ヘッドに
おける検光子の配置を示す図。第６図は本発明の光学ヘ
ッドの第２の実施例を示す図で、記録媒体の形成されて
いるディスク基板も含む主要断面図。第７図は、本発明
の光学ヘッドの第３の実施例を示す図で、第７図（ａ）
は記録媒体側から見た主要構成図、第７図（ｂ）は記録
媒体の形成されているディスク基板も含む主要断面図。 第８図は本発明の光学ヘッドの第３及び第４の実施例で
用いられる、半導体レーザとフォトダイオードの集積化
要素の斜視図。第９図は本発明の光学ヘッドの第４の実
施例を示す図で、記録媒体の形成されているディスク基
板も含む主要断面１０１　　・・・ １０２　　・・・ １　０　３　　ａ。 １　０　４　　ａ。 １０５　　・・・ １０６　　・・・ １０７　　・・・ １０８川 １０９　　・・・ １１０　　・・・ １　１　１　　ａ。 １１２　　・・・ １１３　　・・・ １１４　　・・・ １１５　　・・・ １１６　　・・・ １１７　　・・・ １１８　　・・・ １１９　　　・・・ 半導体レーザ ヒートシンク １０３ｂ　・・・ １０４ｂ　・・・検光子 ガラス基板 回折格子レンズ フレネルレンズ 回折格子ミラー 対物レンズ 半導体レーザ出射光 １１１ｂ　・・・回折光 記録媒体 ディスク基板 磁界印加手段 スピンドル レンズアクチュエータ 端子 筐体 パッケージ フォトダイオード １２０　・・・集光スボヅト １２１　・・・筐体移動方向 ２０１．２０２　・・・光量分布 Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ，Ｄ　　・・・　フォトダイオード
分割要素 ４０１．４０２　・・・光束断面形状 ５０１　・・・半導体レーザ出射光偏光面５０２　・・
・検光子透過軸 ６０１　・・・筐体 ６０２　・・・筐体移動方向 ７０１　・・・　Ｓｉ基板 ７０２　・・・半導体レーザ ７０３ａ、７０３ｂ　　・・・　フォトダイオード７０
４ａ、７０４ｂ　　・・・検光子 ８０１　・・・　ミラー ８０２　　・・・端面 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部他１名 第５図 第８ 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザと、該半導体レーザからの光を記録
   媒体に集光する対物レンズと、前面に検光子が配置され
   た受光素子と、前記半導体レーザから前記対物レンズに
   至る光路中にある透明基板の一方の面に形成され、前記
   半導体レーザからの楕円状の遠視野像を持つ発散光を平
   行光に変換する楕円状のフレネルレンズと、前記透明基
   板のもう一方の面に形成され前記記録媒体からの反射光
   を前記受光素子の方向へ分岐する回折格子レンズと、前
   記フレネルレンズによる平行光を反射して前記対物レン
   ズへ入射させる回折格子ミラーとを備えていることを特
   徴とする光学ヘッド。
2. （２）半導体レーザ、前面に検光子が配置された受光素
   子が同一のパッケージ内にあり、フレネルレンズ及び回
   折格子レンズが形成された透明基板がパッケージの窓に
   なっていることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド
   。
3. （３）パッケージの、光軸に対して垂直方向の断面形状
   が円形でないことを特徴とする請求項２記載の光学ヘッ
   ド。
4. （４）回折格子ミラー、対物レンズを含む筐体だけが移
   動可能であることを特徴とする請求項１叉は請求項２叉
   は請求項３記載の光学ヘッ ド。
5. （５）半導体レーザが、該半導体レーザからの出射光が
   基板に対して垂直方向にでる構造のものであり、受光素
   子の形成されている前記基板上に形成されていることを
   特徴とする請求項１叉は請求項２叉は請求項３叉は請求
   項４記載の光学ヘッド。