(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源から出射される複数のレーザ光束を平行光束に変換するコリメートレンズと、
前記複数の平行光束を反射するミラーと、
前記ミラーで反射された前記複数の平行光束を光学的情報媒体に光スポットとして集束する光学的集束手段とを有する光ヘッドであって、
前記ミラーは互いに非平行な複数の反射面を有し、前記ミラーに異なる方向から入射する前記複数の平行光束を、前記ミラーから略同一の方向に出射することを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
波長が異なる複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源から出射される複数のレーザ光束を平行光束に変換するコリメートレンズと、
前記複数の平行光束を変化させるビーム整形手段と、
前記複数の平行光束を反射するミラーと、
前記ミラーで反射された前記複数の平行光束を光学的情報媒体に光スポットとして集束する光学的集束手段とを有する光ヘッドであって、
前記ビーム整形手段は、前記ビーム整形手段に異なる方向から入射する前記複数の平行光束の互いになす角度を小さくして前記ビーム整形手段から出射させることを特徴とする光ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の光ヘッドにおいて、
前記ビーム整形手段と前記ミラーが一体部品であることを特徴とする光ヘッド。
【請求項４】
波長が異なる複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源から出射される複数のレーザ光束を平行光束に変換するコリメートレンズと、
前記複数の平行光束を変化させるビーム整形手段と、
前記複数の平行光束を反射するミラーと、
前記ミラーで反射された前記複数の平行光束を光学的情報媒体に光スポットとして集束する光学的集束手段とを有する光ヘッドであって、
前記ビーム整形手段は、前記ビーム整形手段に異なる方向から入射する前記複数の平行光束の互いになす角度を小さくして前記ビーム整形手段から前記ミラーへ出射させ、
前記ミラーは互いに非平行な複数の反射面を有し、前記ミラーに異なる方向から入射する前記複数の平行光束を、前記ミラーから略同一の方向に出射することを特徴とする光ヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載の光ヘッドにおいて、
前記ビーム整形手段と前記ミラーが一体部品であることを特徴とする光ヘッド。
【請求項６】
請求項１、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の光ヘッドにおいて、
前記ミラーは、前記複数の平行光束のうち少なくとも一の平行光束を反射させ、他の平行光束のうち少なくとも一の平行光束を屈折させる面を有することを特徴とする光ヘッド。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれか一項に記載の光ヘッドにおいて、
前記ビーム整形手段は、前記複数の平行光束のいずれの強度分布も同じ方向に変化させ、その方向は前記複数のレーザ光源の配列方向と略同一であることを特徴とする光ヘッド。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の光ヘッドにおいて、
前記ミラーは、前記光学的集束手段に前記複数の平行光束を導くための立ち上げミラーとして配置されていることを特徴とする光ヘッド。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の光ヘッドにおいて、
前記複数のレーザ光源は同一の基板上に近接して配置され、
前記複数のレーザ光束の出射方向は略同一方向でかつ略平行であることを特徴とする光ヘッド。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の光ヘッドのうち、
少なくとも一の光ヘッドを搭載したことを特徴とする光学的情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の光学的情報媒体に情報を記録しまたは情報を再生するための光ヘッドに関し、特に、複数の半導体レーザーチップを搭載したレーザモジュールを用いた光ヘッド及びそれを用いた光学的情報媒体記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置等の光学的情報記録再生装置には、小型化薄型化とともにいろいろな機能が望まれている。
【０００３】
例えば、書込み可能な光ディスクとして普及したＣＤ−Ｒ（ Compact Disk-Recordable ）と、近年より高密度の書込み可能な光ディスクとして開発されたＤＶＤ（ Digital Versatile Disc ／ Digital Video Disc ）の、両方の光ディスクを同一の小型の光ヘッドで記録再生したい、という要求が著しい。ＣＤ―Ｒの記録再生に適するレーザ波長は約７８０ｎｍであり、一方、 ＤＶＤの記録再生に適するレーザ波長は約６６０ｎｍであるため、波長約７８０ｎｍのレーザ光源と波長約６６０ｎｍのレーザ光源の両方を同一の光ヘッドに搭載する必要がある。そこで、例えば特開平１０−２６１２４０号公報や特開平１０−２８９４６８号公報では、波長約７８０ｎｍのＣＤ用半導体レーザチップと波長約６６０ｎｍのＤＶＤ用半導体レーザチップと光検出素子を１つのユニットにまとめた小型の光ヘッドが提案されている。
【０００４】
通常、発光点位置が異なるビームはレンズ系の異なる位置を異なる角度で通過するから、これらの光ヘッドにおいても、２つの半導体レーザチップから放射されるビームはフォーカスレンズの異なる位置に異なる角度で入射する。特開平１０−２６１２４０号公報や特開平１０−２８９４６８号公報に示されている実施例では、高密度記録再生の観点から、波長６６０ｎｍのＤＶＤ用半導体レーザチップをフォーカスレンズやコリメートレンズからなるレンズ系の光軸上に配置し、波長７８０ｎｍのＣＤ用半導体レーザチップはレンズ系の光軸外に配置している。このため、ＤＶＤ用レーザビームはフォーカスレンズに真っ直ぐに入射するので、ＤＶＤ用レーザスポットには収差が生じにくいが、一方、ＣＤ用レーザビームはフォーカスレンズに斜めに入射するので、ＣＤ用レーザスポットは収差（特にコマ収差）が生じ易い。
【０００５】
そこで、特開平１０−２６１２４０号公報ではホログラフィック光学素子２５（２５は特開平１０−２６１２４０号公報の明細書中の番号）を用いて、また特開平１０−２８９４６８号公報では偏光プリズム（複屈折性プレート）やホログラムによる合成手段３０（３０は特開平１０−２８９４６８号公報の明細書中の番号）を用いて、ＣＤ用レーザビームの光路だけを曲げてフォーカスレンズに真っ直ぐに入射させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例では、波長６６０ｎｍのＤＶＤ用レーザビームには作用がなく、波長７８０ｎｍのＣＤ用レーザビームの光路だけを曲げる特殊なホログラフィック光学素子や偏光プリズム（複屈折性プレート）等が必要であり、光ヘッドの光学部品コストが高くなる、という問題がある。
【０００７】
一方、光ヘッドの薄型化は重要な要求であって、光ヘッドの薄型化を達成するためには、上述した特開平１０−２６１２４０号公報や特開平１０−２８９４６８号公報の実施例には示されていないが、通常、フォーカスレンズ以外の光学部品をディスク面と平行な平面に配置し、フォーカスレンズにビームを導くために立上げミラーが必要となっている。また、情報の記録を行うためには、半導体レーザが放射する非等方的な光強度分布のレーザビームを効率よく等方的光強度分布の光スポットに集光するためのビーム整形プリズムも必要である。よって、低価格の光ヘッドを実現するためには、光学部品を点数を減らし、各光学部品のコストも低減する必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、複数のレーザ光源を用いて光学的情報媒体に情報を記録しまたは情報を再生するための光ヘッドにおいて、新たに高価な光学部品を用いることなく、光軸外に配置された半導体レーザからのレーザビームであってもフォーカスレンズにほぼ真っ直ぐ入射させることで収差が生じにくい光ヘッド及びそれを用いた光学的情報媒体記録再生装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明では、波長が異なる複数のレーザー光源と、レーザー光源から放射した複数のレーザービームを反射するミラーと、ミラーで反射された複数のレーザービームを光ディスク等の光学的情報媒体に光スポットとして集束するフォーカスレンズ等の光学的集束手段と、からなる光ヘッドにおいて、ミラーは、異なる波長のレーザービームを反射する複数の反射面からなり、異なる方向から入射する複数のレーザービームをほぼ同一方向に反射するように複数の反射面が互いに平行でない、ようにした。
【００１０】
また、第２の発明では、ミラーは、光学的集束手段にレーザービームを導くための立上げミラーとして配置した。
【００１１】
また、第３の発明では、複数の半導体レーザーチップと、半導体レーザーチップから放射した複数のレーザービームを平行光束にするコリメートレンズと、複数のレーザービームを光ディスク等の光学的情報媒体に光スポットとして集束するフォーカスレンズ等の光学的集束手段と、からなる光ヘッドにおいて、レーザービームの幅を複数の半導体レーザーチップを並べた方向に拡大するビーム整形プリズムをコリメートレンズと該光学的集束手段との間に配置した。
【００１２】
また、第４の発明では、ビーム整形プリズムは、反射面を有し、光学的集束手段にレーザービームを導くための立上げミラーとして配置されている。
【００１３】
また、第５の発明では、波長が異なる複数の半導体レーザーチップと、半導体レーザーチップから放射した複数のレーザービームを平行光束にするコリメートレンズと、複数のレーザービームを反射するミラーと、ミラーで反射された複数のレーザービームを光ディスク等の光学的情報媒体に光スポットとして集束するフォーカスレンズ等の光学的集束手段と、からなる光ヘッドにおいて、レーザービームの幅を複数の半導体レーザーチップを並べた方向に拡大するビーム整形プリズムをコリメートレンズとミラーとの間に配置するとともに、ミラーは、異なる波長のレーザービームを反射する複数の反射面からなり、異なる方向から入射する複数のレーザービームをほぼ同一方向に反射するように複数の反射面が互いに平行でない、ようにした。
【００１４】
また、第６の発明では、ビーム整形プリズムは、光学的集束手段にレーザービームを導くための立上げミラーとして配置した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を、図１から図６および図１３を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明を用いた光ディスク装置および光ヘッドの基本構成を示す。１は、表面に光検出素子や電子回路等を形成しレーザチップ等を取付けた半導体基板で、例えばシリコン等が好適である。図1では、半導体基板1は裏面をこちらに向けて配置されているので表面は実際には見えないが、裏面から表面を透視して図示してある。２は、半導体基板１の表面をエッチング加工等で深さ３０μmから１００μm程度掘って形成したレーザチップ取付け面で、レーザチップ取付け面２は半導体基板１の表面と平行である。矢印３は、レーザチップ取付け面２の法線方向を示す。４ａはＤＶＤ用の半導体レーザチップで波長λａ＝６６０ｎｍのレーザビーム６ａを放射し、４ｂはＣＤ−Ｒ用の半導体レーザチップで波長λｂ＝７８０ｎｍのレーザビーム６ｂを放射する。半導体レーザチップ４ａと４ｂは、レーザチップ取付け面２に半田等で接着されている。５は、半導体基板１の表面とレーザチップ取付け面２の間に形成した半導体ミラー面で、エッチング加工等によりレーザチップ取付け面２と同時に形成することができる。ＤＶＤ用のレーザビーム６ａは、半導体レーザチップ４ａから放射された後、半導体ミラー面５で反射され、コリメートレンズ１０で平行光束になる。また、ＣＤ用のレーザビーム６ｂも、半導体レーザチップ４ｂから放射された後、半導体ミラー面５で反射され、コリメートレンズ１０で平行光束になる。７は焦点ずれ検出信号を得るための光検出素子で、８はトラックずれ検出信号と情報再生信号を得るための光検出素子で、９は半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光光量を監視するための光検出素子で、７と８と９はそれぞれ半導体基板１の表面に形成されている。１１はミラーで、レーザビーム６ａと６ｂを反射する。１２は、偏光性の4分割回折格子と４分の1波長板を張り合わせて一体にした複合素子で、半導体レーザチップ側に偏光性の4分割回折格子を向けて配置する。偏光性の4分割回折格子は、例えば複屈折性の光学結晶板や液晶板でできていて、入射光が常光線の場合は回折せずに透過し、異常光線の場合は回折格子として作用する。１３はフォーカスレンズで、基板厚さ０．６ｍｍで使用波長が６６０ｎｍで開口数が０．６のＤＶＤ用光ディスクと、基板厚さ１．２ｍｍで使用波長が７８０ｎｍで開口数が約０．５のＣＤ−Ｒ用光ディスクやＣＤ用光ディスクの両方に適するように、入射瞳径が変化可能なレンズや、入射側にホログラム素子を付加したものや、入射側レンズ面にホログラム素子や輪帯溝を付加したもの、などを用いることができる。１５は、上述したＤＶＤ用光ディスクやＣＤ−Ｒ用光ディスクやＣＤ用光ディスクを示す。１６は光ディスク１５の回転中心を示し、点線の円１７は情報を記録するトラックを示し、矢印１８は光ディスク１５の半径方向を示す。
【００１７】
本実施例では、半導体レーザチップ４ａや４ｂから放射されたレーザビーム６ａや６ｂは、偏光性の4分割回折格子と４分の1波長板の複合素子１２に入射する場合に例えば常光線として入射し、偏光性回折格子部分は回折せずにそのまま透過して、複合素子１２の４分の1波長板により円偏光となる。光ディスクで反射したレーザビーム６ａや６ｂは、複合素子１２の４分の1波長板により異常光線となり、偏光性の4分割回折格子で回折される。図２は、複合素子１２の4分割回折格子の回折格子パターンの一例を示し、境界線２１と２２で４つの領域に分割されている。円２０はレーザビーム６ａまたは６ｂを示し、4分割回折格子により４つの＋１次回折光と４つの−１次回折光に分離される。
【００１８】
図３（ａ）は、コリメートレンズ１０側から見た半導体基板１の表面を示す。３２ａで示す８つの黒塗りの４分の１円は、光ディスクで反射し回折格子で分離された波長λａのレーザビームを示し、３２ｂで示す８つの塗りつぶさない４分の１円は、光ディスクで反射し回折格子で分離された波長λｂのレーザビームを示す。図１の７で示した焦点ずれ検出信号を得るための光検出素子は、詳細には向かい合った２個の細長い長方形の受光素子７ａと７ｂを１組として４組で構成した光検出素子グループで、波長λａのレーザビーム３２ａまたは波長λｂのレーザビーム３２ｂを受光する。焦点ずれ検出方法は、４分割ビームによるナイフエッジ方法（フーコー方法）を用い、各組の２つの受光素子の出力信号を差演算すれば焦点ずれ検出信号を得ることができる。しかし本実施例では、受光素子同士をアルミニューム等の導電性薄膜３３で図に示したごとく結線し、ワイヤーボンディング用パット３４のＡ端子とＢ端子からの出力信号を差演算して、焦点ずれ検出信号を得る。このように４組の受光素子から得られる４つの焦点ずれ検出信号を合成することにより、例えば、フォーカスレンズがトラッキング制御のためにディスク半径方向に変位しても、安定な焦点ずれ検出信号を得ることができる。９は半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光光量を監視するための光検出素子で、光検出素子９の出力信号はパット３４のＣ端子から出力される。点３１ａと３１ｂは、半導体レーザチップ４ａと４ｂから放射したレーザビーム６ａと６ｂの半導体ミラー５面上の反射位置を示す。例えば、図２に示した４つの領域の回折格子ピッチＰがすべて等しく回折格子の方向が縦線２１に対して＋α度、−α度、＋３α度、−３α度、とし、またコリメートレンズの焦点距離をｆｃとすれば、回折格子で分離された波長λａのレーザビーム３２ａは、点３１ａを中心とした半径Ｒａ＝ｆｃ＊λａ／Ｐの円周上で中心から２α度の間隔の位置に集光する。同様に、回折格子で分離された波長λｂのレーザビーム３２ｂは、点３１ｂを中心とした半径Ｒｂ＝ｆｃ＊λｂ／Ｐの円周上で中心から２α度の間隔の位置に集光する。点３１ａと３１ｂの間隔である半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光点間隔Ｄを、ほぼＤ≒ｆｃ＊（λｂ−λａ）／Ｐとすれば、波長λａのレーザビームの集光位置と波長λｂのレーザビームの集光位置をほぼ一致させることができ、本実施例のように、異なる波長のビームで光検出素子やアンプを共通化でき、半導体基板１の表面を節約できるばかりか、ワイヤーボンディング用パットや出力線の数を低減できるので、半導体基板１を収納するパッケージの小型化にも効果がある。
【００１９】
図１の８で示したトラックずれ検出信号と情報再生信号を得るための光検出素子は、詳細には３８ａと３８ｂとで構成される。３８ａはレーザビーム３２ａを受光する４つの光検出素子で、３８ｂはレーザビーム３２ｂを受光する４つの光検出素子で、光検出素子３８ａと３８ｂの出力信号は半導体基板上に形成したアンプ３９に入力される。アンプ３９は、半導体レーザチップ４ａが発光している場合は光検出素子３８ａの信号をパット３４のＤ端子とＥ端子とＦ端子とＧ端子に出力し、半導体レーザチップ４ｂが発光している場合は光検出素子３８ｂの信号をパット３４のＤ端子とＥ端子とＦ端子とＧ端子に出力する。本実施例の光検出素子７は、異なる波長のビームで光検出素子を共通化でき、また、本実施例の光検出素子８とアンプ３９は、異なる波長のビームでアンプを共通化でき、半導体基板１の表面を節約できるばかりか、ワイヤーボンディング用パットや出力線の数を低減できるので、半導体基板１を収納するパッケージの小型化にも効果がある。
【００２０】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の点線ＡＡ‘位置における半導体基板１の断面構造を示す。半導体ミラー５はレーザチップ取付け面２に対して４５度の角度で形成するのが好適である。例えば、シリコン基板によるミラー面の加工では、シリコン(１００)面を水酸化カリウム系の水溶液でエッチングすると、(１００)面に対する(１１１)面のエッチング速度がほぼ２桁遅い為に、平坦な(１１１)面を斜面とする四角錐台状の凹部が形成されるという異方性エッチングに基づいている。このとき、 (１１１)面が(１００)面となす角は約５４°となるため、４５度の半導体ミラーを形成するためには、例えば表面に対して結晶軸が傾斜したオフアングル約９度のシリコン基板を用いる必要がある。しかしながら、オフアングル角は、光検出素子や電子回路形成のための半導体プロセスの適合性も考慮して決める必要があり、半導体ミラー５が４５度からずれる場合があり、レーザビーム６ａや６ｂの出射方向が半導体基板１の垂直方向からずれる場合がある。
【００２１】
図４（ａ）は、半導体基板１を収納したパッケージ４１の構造を示し、（ｂ）は破線ＢＢ‘における断面図である。４２はリード線で半導体基板１の図３（ａ）に示したパット３４とボンディングワイヤーで接続される。半導体基板１を取付ける台座４３面は、レーザビーム６ａや６ｂの出射方向が垂直方向となるように傾けてある。４４は半導体基板１を密閉するための硝子カバーで、硝子カバー４４の内側にはレーザビーム６ａや６ｂの外周部分を反射するための反射面４５が設けてある。反射面４５による反射ビームを半導体基板１の光検出素子９で受光し、半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光光量を監視するための信号を得る。
【００２２】
図５により、本発明の原理を説明する。図５（ａ）と（ｂ）は、図１に示した本実施例による光ヘッドの光源からフォーカスレンズに至る光路図で、半導体ミラー５や複合素子１２を省略した光路図である。（ａ）は本発明による二重ミラー１１がある場合で、（ｂ）は二重ミラー１１がない場合を示す。半導体レーザチップの幅は通常２５０μｍ程度なので、半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光点間隔Ｄは、例えば３００μｍである。また、コリメートレンズ１０の焦点距離ｆｃは、例えば２０ｍｍである。図５（ｂ）のようにコリメートレンズ１０の光軸上に半導体レーザチップ４ａを配置した場合、半導体レーザチップ４ａから出射したレーザビーム６ａは、フォーカスレンズ１３に真っ直ぐに入射するので、収差が生じにくい。一方、半導体レーザチップ４ｂから出射したレーザビーム６ｂは、フォーカスレンズ１３に角度θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ／ｆｃ）＝０．８６°で斜め入射するため、収差（特にコマ収差）が生じ易い。そこで本実施例では、図５（ａ）に示す二重ミラー１１を用いる。二重ミラー１１は、波長６６０ｎｍのレーザビーム６ａは反射し波長７８０ｎｍのレーザビーム６ｂは透過する反射面５１ａと、波長７８０ｎｍのレーザビーム６ｂを反射する反射面５１ｂとからなる。反射面５１ａは、例えば誘電体薄膜を積層したダイクロイックミラーで、入射するレーザビーム６ａに対して４５°に配置されている。一方、反射面５１ｂは、例えばアルミニュウム膜のミラーで、反射面５１ａ と角度αをなす。
【００２３】
図６に示すように、反射面５１ａと反射面５１ｂ間の媒質のレーザビーム６ｂに対する屈折率をｎとして、レーザビーム６ｂが反射面５１ａに入射する場合の屈折角γはsinγ＝sin（π／４＋θ）／ｎで、反射面５１ａを出射する場合の入射角γ‘はsinγ‘＝sin（π／４）／ｎである。よって、レーザビーム６ｂの反射面５１ｂにおける反射の法則によりγ−α＝γ’＋αを満たす角度、即ちα＝（γ−γ’）／２が求まる。例えば、ｎ＝１．５でθ＝ ０．８６°の場合は、α＝０．２３°である。レーザビーム６ａに対して０．８６°傾いたレーザビーム６ｂは、反射面５１ｂが反射面５１ａに対して角度α＝０．２３°傾むいた二重ミラー１１を用いることにより、レーザビーム６ａと完全に平行になり、フォーカスレンズ１３に真っ直ぐに入射し、収差を生じにくくすることができる。
【００２４】
図１３は、本発明を用いた光ディスク装置の構造を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。１３１は光ディスク装置の筐体である。１３２はモーターで、光ディスク装置の筐体１３１に取付けられていて、シャフト１３３を介して光ディスク１５を回転させる。１３４は光ヘッドを示し、半導体基板１を収納したパッケージ４１とフォーカスレンズ１３が取り付いたレンズアクチュエータ１３５が取付けられている。１３６は光ヘッド１３４に取付けられたアクセス機構、１３７は光ディスク装置の筐体１３１に取付けられているレールである。光ヘッド１３４は、アクセス機構１３６によってレール１３７上をディスク１５の半径方向に移動することができる。光ヘッド１３４の内部には、コリメートレンズ１０と、二重ミラー１１と複合素子１２がある。パッケージ４１に搭載されている半導体レーザチップ４ａまたは４ｂから放射したレーザビーム６６ａまたは６６ｂは、レンズアクチュエータ１３５のフォーカスレンズ１３を介して光ヘッド１３４から放射され、回転する光ディスク１５に照射される。反射ビームは、再度フォーカスレンズ１３を介して光ヘッド１３４に入射し、一部はパッケージ４１に搭載されている光検出素子７で受光され焦点ずれ検出信号が得られる。また、一部はパッケージ４１に搭載されている光検出素子８で受光されトラックずれ検出信号と情報再生信号が得られる。
【００２５】
本発明の第２実施例を、図７と図８を用いて説明する。図７は、図５のミラー１１の替わりに本発明によるビーム整形プリズム７１と７２を用いた光ヘッドの光路図であり、図１に示した半導体ミラー５や複合素子１２を省略した光路図である。半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光強度分布は、紙面に垂直な方向に広く、紙面内方向には狭い。10はコリメートレンズ、13はフォーカスレンズである。7１と7２は、レーザビーム６ａと６ｂの紙面内方向のビーム幅を拡大し、等方的な光強度分布にするビーム整形プリズムである。７３は、通常のミラーである。
【００２６】
図８により、本発明の原理を説明する。プリズム７１または７２の屈折率をｎ、入射面８１の入射角をｉ、屈折角をγとすれば、ｎ*sinγ＝sinｉ。また、２本の光線８２と８３のプリズム入射前の間隔をｈ１、プリズム内部での間隔をｈ２とし、入射面８１における光線８２と８３の入射点の間隔をｌとすれば、ｈ１＝ｌ＊cosｉ、ｈ２＝ｌ＊cosγから、ビーム幅拡大率ｍは、ｍ＝cosγ／cosｉである。プリズムの頂角βをβ＝γとすれば、垂直出射のビーム整形プリズムとなる。入射角ｉの微小変異をΔｉ、屈折角γの微小変異をΔγとすれば、ｎ*sin（γ＋Δγ）＝sin（ｉ＋Δｉ）より、ｎ＊Δγ＝Δｉ／ｍとなる。また出射面８４における垂直出射からの微小変異をΔｊとすれば、出射面８４での屈折の法則はΔｊ＝ｎ＊Δγである。よって、Δｊ＝Δｉ／ｍであり、ビーム幅拡大率ｍのプリズムを用いることにより、ビームの角度変異は１／ｍに低減することができる。
【００２７】
例えば，半導体レーザレーザチップ４ａと４ｂの発光強度分布が、紙面に垂直な方向で３０度、紙面内方向で１０度の場合、プリズム７１と７２を、屈折率ｎ＝1.5のガラスで頂角βをβ＝３６．１４度の形状に製作し、各々のプリズムへの入射角ｉがｉ＝６２．２度になるように配置すれば、各々のプリズムによるビーム幅拡大率ｍはｍ＝√３となり、２つのプリズム７１と７２の作用により出射ビームの光強度分布は等方的になる。また、半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光点間隔Ｄを３００μｍで、コリメートレンズ１０の焦点距離ｆｃを２０ｍｍとし、コリメートレンズ１０の光軸上に半導体レーザチップ４ａを配置した場合、半導体レーザチップ４ｂから出射したレーザビーム６ｂは、レーザビーム６ａに比べて０．８６°傾いてプリズム７１に入射する。しかし、本発明によるビーム整形プリズム７１と７２の作用により、プリズム７２を出射した後では、レーザビーム６ｂの傾きは０．２９°となる。よって、レーザビーム４ｂがフォーカスレンズ１３に入射する場合の傾きは、本発明のプリズムを用いることにより３分の１に低減でき、コマ収差等が生じにくくなる。
【００２８】
本発明の第３実施例を、図９と図１０を用いて説明する。図９は、図７のビーム整形プリズム７１と７２の替わりに本発明によるミラープリズム９１を用いた光ヘッドの光路図であり、図１に示した半導体ミラー５や複合素子１２を省略した光路図である。半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光強度分布は、紙面に垂直な方向に広く、紙面内方向には狭い。10はコリメートレンズ、13はフォーカスレンズである。ミラープリズム９１は、レーザビーム６ａと６ｂを屈折する屈折面９２と反射する反射面９３からなり、屈折面９２と反射面９３とのなす頂角はθである。反射面９３には、アルミニウム等の反射膜が蒸着されている。ミラープリズム９１は、レーザビーム６ａと６ｂの紙面内方向のビーム幅を拡大し、等方的な光強度分布にするビーム整形作用と、入射ビームを垂直方向に反射する作用を有する。
【００２９】
図１０により、本発明の原理を説明する。レーザビーム１０１がミラープリズム９１に入射する場合の入射角をｉ、屈折角をγ、レーザビーム１０１がミラープリズム９１から出射する場合の入射角をγ’、出射角をｉ’、ミラープリズム９１の屈折率をｎ、とすれば、屈折の法則により、ｎ*sinγ＝sinｉ、ｎ*sinγ’＝sinｉ’、である。また、反射面９３は屈折面９２に対してθ傾いているので、γ−θ＝γ’＋θである。レーザビーム１０１を入射方向とは直角方向に出射する条件は、ｉ＋ｉ’＝π／２である。以上の式から、θ＝１／２＊｛arcsin（１／ｎ＊sinｉ）−arcsin（１／ｎ＊cosｉ）｝となる。さらに、入射時のビーム幅倍率ｍ１は、ｍ１＝cosγ／cosｉ、出射時のビーム幅倍率ｍ２は、ｍ２＝cosｉ’／cosγ’であるから、ミラープリズム９１のビーム幅倍率Ｍは、Ｍ＝ｍ１＊ｍ２＝cosγ／cosｉ＊cosｉ’／cosγ’である。また、入射角ｉの微小変異をΔｉ、屈折角γの微小変異をΔγ、入射角γ’の微小変異をΔγ’、出射角ｉ’の微小変異をΔｉ’とすれば、ｎ*sin（γ＋Δγ）＝sin（ｉ＋Δｉ）、ｎ*sin（γ’＋Δγ’）＝sin（ｉ’＋Δｉ’）、（γ＋Δγ）−θ＝（γ’＋Δγ’）＋θ、である。以上の微小変異を含んだ式から、Δｉ’＝cosγ／cosｉ＊cosｉ’／cosγ’＊Δｉが求まり、
Δｉ’＝Δｉ／Ｍとなる。即ち、ビーム幅拡大率Ｍのミラープリズム９１を用いることにより、ビームの角度変異は１／Ｍに低減することができる。
【００３０】
例えば，半導体レーザレーザチップ４ａと４ｂの発光強度分布が、紙面に垂直な方向で３０度、紙面内方向で１０度の場合、ミラープリズム９１を、屈折率ｎ＝1.5のガラスで頂角θをθ＝１５．２９度の形状に製作し、ミラープリズム９１への入射角ｉがｉ＝７５．５度になるように配置すれば、ミラープリズム９１によるビーム幅拡大率ＭはＭ＝３となり、出射ビームの光強度分布は等方的になる。また、半導体レーザチップ４ａと４ｂの発光点間隔Ｄを３００μｍで、コリメートレンズ１０の焦点距離ｆｃを２０ｍｍとし、コリメートレンズ１０の光軸上に半導体レーザチップ４ａを配置した場合、半導体レーザチップ４ｂから出射したレーザビーム６ｂは、レーザビーム６ａに比べて０．８６°傾いてミラープリズム９１に入射する。しかし、本発明によるミラープリズム９１の作用により、ミラープリズム９１を出射した後では、レーザビーム６ｂの傾きは０．２９°となる。よって、レーザビーム４ｂがフォーカスレンズ１３に入射する場合の傾きは、本発明のプリズムを用いることにより３分の１に低減でき、コマ収差等が生じにくくなる。
【００３１】
本発明の第４実施例を、図１１を用いて説明する。１１１と１１２は、図７で説明したビーム整形プリズム７１と７２と同様に、紙面内方向のビーム幅を拡大する作用を有するビーム整形プリズムである。図７で説明した第２実施例では、ビーム整形プリズム７１と７２を出射したレーザビーム６ｂは、レーザビーム６ａに対して０．２９°傾いているので、フォーカスレンズ１３でレーザビーム６ｂを収束させると、僅かながらコマ収差等が生じる可能性がある。本実施例では、僅かに残ったレーザビーム６ｂの傾きを取り除くために、図５で説明した二重ミラー１１と同様に、レーザビーム６ａを反射する反射面１１４ａとレーザビーム６ｂを反射する反射面１１４ｂとからなる二重ミラー１１３を用いて、２つのレーザビームを同一方向に反射することができる。
【００３２】
ＣＤ−Ｒ等のディスクを記録または再生する場合、ディスクに収束させる光スポットの形状は丸型よりも楕円型の方が都合のよい場合がある。本実施例では、ビーム整形プリズム１１１と１１２によるビーム幅拡大率は任意に設定できるので、丸型に限らず楕円型のスポットも形成でき、しかも、２つのレーザビームをフォーカスレンズ１３に真っ直ぐに入射させることができる。
【００３３】
本発明の第５実施例を、図１２を用いて説明する。１２１は二重ミラープリズムで、図９で説明したミラープリズム９１と同様に、屈折面１２２による屈折により紙面内方向のビーム幅を拡大する作用を有する。図９で説明した第３実施例では、ミラープリズム９１を出射したレーザビーム６ｂは、レーザビーム６ａに対して０．２９°傾いているので、フォーカスレンズ１３でレーザビーム６ｂを収束させると、僅かながらコマ収差等が生じる可能性がある。本実施例の二重ミラープリズム１２１は、図５で説明した二重ミラー１１と同様にレーザビーム６ａを反射する反射面１２３ａとレーザビーム６ｂを反射する反射面１２３ｂを有し、反射面１２３ｂを反射面１２３ａに対して傾斜させることにより、僅かに残ったレーザビーム６ｂの傾きを取り除くことができ、２つのレーザビームを同一方向に反射することができる。
【００３４】
本実施例においても、二重ミラープリズム１２１によるビーム幅拡大率は任意に設定できるので、丸型に限らず楕円型のスポットも形成でき、しかも、２つのレーザビームをフォーカスレンズ１３に真っ直ぐに入射させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数のレーザ光源を用いて光学的情報媒体に情報を記録しまたは情報を再生するための光ヘッドにおいて、新たに高価な光学部品を用いることなく、光軸外に配置された半導体レーザからのレーザビームであってもフォーカスレンズにほぼ真っ直ぐ入射させることができ収差が生じにくい光ヘッド及びそれを用いた光学的情報媒体記録再生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による光ディスク装置および光ヘッドの構成図
【図２】  図１における複合素子の回折格子部分の作用を説明する図
【図３】  図１における半導体基板の構成図
【図４】  図１におけるパッケージの構成図
【図５】  第１実施例における本発明の光ヘッドの主要構成図
【図６】  第１実施例における本発明の原理を説明する図
【図７】  第２実施例における本発明の光ヘッドの主要構成図
【図８】  第２実施例における本発明の原理を説明する図
【図９】  第３実施例における本発明の光ヘッドの主要構成図
【図１０】  第３実施例における本発明の原理を説明する図
【図１１】  第４実施例における本発明の光ヘッドの主要構成図
【図１２】  第５実施例における本発明の光ヘッドの主要構成図
【図１３】  本発明の光ヘッドを用いた光ディスク装置の構造図
【符号の説明】
１  …  半導体基板
４ａ  …  半導体レーザチップ
４ｂ  …  半導体レーザチップ
１０  …  コリメートレンズ
１３  …  フォーカスレンズ
１１，１１３  …  二重ミラー
７１，  ７２  …  ビーム整形プリズム
９１  …  ミラープリズム
１２１  …  二重ミラープリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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