JP2504524Y2

JP2504524Y2 - 光ヘッド

Info

Publication number: JP2504524Y2
Application number: JP1989030543U
Authority: JP
Inventors: 勉松井
Original assignee: 日本電気ホームエレクトロニクス株式会社
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1996-07-10
Anticipated expiration: 2004-03-17
Also published as: JPH02123722U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］この考案は、高トラック密度の光ディスクに対応可能
な光ヘッドに関する。

［従来の技術］いわゆる高品位光学式ビデオディスクシステムにおい
ては、記録すべき情報量が増大するため、光ディスク
（以下ディスクと略す）における記録時間は短くなる。
例えば高品位ビデオディスクシステムの標準規格である
MUSEにおいては、光ディスクの記録時間を30分としてい
る。これに対してディスクの記録時間を１時間とするた
め、ディスクのトラック密度を２倍にした場合、対物レ
ンズで収束された光ビームの収束径を現行の1/2^1/2に縮
径した光ヘッドが必要になる。

この対策として従来より考えられているものは、レー
ザ光の波長を短くし、対物レンズのNAを大きくするとい
う対策である。

［考案が解決しようとする課題］しかしながら、レーザ光の波長を短くし、対物レンズ
のNAを大きくするという方法では、光ビームの収束径を
現行の1/2^1/2までに小さくすることは極めて困難であ
る。例えば、レーザ光の波長を現行780nmに対して670nm
と短くし、対物レンズのNAを現行0.53に対して0.55と大
きくしたとしても、対物レンズで収束された光ビーム
（いわゆるガウシアン収束ビーム）の50％光強度（中心
部の最大の光強度に対して50％光強度）に対応する直径
は、現行0.765nmが0.633nmまで小さくなるが、それでも
1:0.827の比で小さくなるのが限界であった。

ところで、特開昭63−228431号「光情報ピックアップ
装置」には、レンズフーリエ変換型ホログラム素子によ
り信号検出とサーボエラー検出を行う構成の光ヘッドが
開示されている。しかしながら、このものは、超解像法
により光ビームのメインローブを絞る技術とは無関係で
あり、ホログラム素子自体の改良を主眼とするものであ
ることは明白である。また、非点収差像を検出する第１
の光電変換手段である一対の光センサの間に微小開口を
設け、この微小開口を介して０次回折光を第２の光電変
換手段である光センサに導くよう構成されているが、こ
うした構成もファーフィールドを検出するための必然的
な帰結でしかない。何故なら、ニアーフィールドを検出
する代替構成例では、第２の光電変換手段である光セン
サを第１の光電変換手段である一対の光センサの手前側
に配置しているからであり、この点からも明らかなよう
に、微小開口が戻り光のサイドローブを遮光する意図を
体したものとは考えられず、超解像法の応用技術或いは
高密度再生技術等とは全く無関係であった。

また、特開昭62−236152号「光学式ピックアップ」に
は、記録時と再生時のAPC（自動パワー調整）を確実に
行うため、整形プリズムの中心すなわちコリメート光の
行路中心に光センサを設け、フロントビームの光量を測
定してレーザダイオードの発光量制御に帰還させる構成
とした光ヘッドが開示されている。しかしながら、光セ
ンサは、あくまでAPC動作のためのモニタセンサであ
り、ディスクに照射される光束を円環状に整形すること
で焦点外れの収差等が抑制される効果はあるが、ディス
ク半径方向に延びる遮光帯により往路系と復路系の両系
において超解像法に基づいて光強度分布を絞り、ビーム
スポット径を積極的に縮径するものではなかった。ま
た、光センサにより光路の中心部分を遮蔽した場合に、
メインローブの周縁にサイドローブが発生し、これが迷
光となって再生品位が劣化するが、こうした迷光の除去
対策が施されていないことからも、光センサの配置意図
はAPC動作に限定されるものと考えられ、高密度光ディ
スクの再生を指向するものでないことは明らかであっ
た。

また、特開昭55−116004号「ビデオディスク用レン
ズ」には、対物レンズの中心に円形遮光板を取り付ける
ことにより超解像収束ビームを形成した輪帯開口レンズ
が開示されている。この輪帯開口レンズによれば、信号
再生に用いる光スポット径が縮小されるため、高密度記
録ディスクの再生が可能になるが、こうした超解像法に
よる収束ビームを用いる場合、ディスクからの反射光に
はメインローブの両側に派生するサイドローブの存在を
忘れてはならないことは、繰り返し明言するまでもない
ことである。サイドローブは、迷光として再生品位を劣
化させるため、こうしたサイドローブを低減するための
光路設計は非常に重要かつ不可欠である。にも拘わら
ず、こうした光路設計については何ら開示されておら
ず、対物レンズと他の光学素子との結合関係、或いはサ
ーボエラー信号を検出するための光学系等について、輪
帯開口レンズとの関係を示唆するものは皆無であった。

本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、ダブル・ナ
イフエッジ型のホログラムレンズと超解像法に基づく光
路設計とを複合し、高線密度の光ディスクに対応可能な
光ヘッド、つまり長時間記録の光ディスクに対応可能な
光ヘッドを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成しかつ前記課題を解決するため、本考
案は、レーザ光を出射するレーザ光源と、該レーザ光源
から出射したレーザ光を透過し、ディスクで反射した戻
り光を直角方向に反射するビームスプリッタと、該ビー
ムスプリッタを透過するレーザ光を拡散光から平行光に
変えるコリメータレンズと、該平行光を前記ディスクに
面に収束させる対物レンズと、該対物レンズに入射する
平行光の中央部分を前記ディスク半径方向と平行に帯状
に遮光する遮光帯と、互いに格子パターンが異なる２つ
の領域を有し、前記ビームスプリッタで直角方向に反射
された戻り光の光路中に配置したダブル・ナイフエッジ
型のホログラムレンズと、該ホログラムレンズを透過し
た０次回折光の方向に配置した再生信号検出用光センサ
と、前記ホログラムレンズを透過したプラス又はマイナ
ス１次回折光の方向に配置したサーボエラー検出用光セ
ンサと、前記ホログラムレンズと前記再生信号検出用光
センサとの間に配置され、前記ホログラムレンズを透過
した収束ビームのメインローブ部分の通過は許容し、該
メインローブ部分の周縁に存在するサイドローブ部分の
通過は阻止する小孔とを具備することを特徴とするもの
である。

［作用］一般に、対物レンズに入射するコリメート光中に遮光
帯を設けることにより、対物レンズで収束された光ビー
ムの収束径が小さくなることが、超解像法として知られ
ており、この超解像法によれば、収束ビーム（収束部に
おける光ビーム）には、収束ビームの主たる部分である
中央のメインローブとともにその周縁に光強度の弱いサ
イドローブが生ずる。戻り光におけるこのサイドローブ
に対応する部分は、小孔により遮光され、再生信号検出
用光センサはいわる迷光のない状態で再生信号を検出す
ることができる。

なお、ダブル・ナイフエッジ型のホログラムレンズに
より、サーボエラー検出用光ビームが再生信号検出用光
ビームとは別に得られるので、この専用のサーボエラー
検出用光ビームにより、例えば安定したトラッキングエ
ラー検出方式である３ビーム法を採用することができ
る。

上記のように、超解像法の採用により光ビームの収束
径を小さく絞ることができて、高トラック密度の光ディ
スクに対応させることが可能となるとともに、再生信号
検出用光センサによる再生信号検出に際して、超解像法
の採用に伴う収束ビームのサイドローブの悪影響がなく
なり、また、専用のサーボエラー検出用光ビームにより
良好なサーボエラー検出を行うことが可能となる。

［実施例］以下、本考案の実施例を図面を参照して説明する。第
１図は、本考案の光ヘッドの一実施例の光学系の構成を
示す斜視図、第２図は、収束ビーム形状を示す光強度分
布図である。

第１図において、１はレーザ光源であるレーザダイオ
ードである。実施例では、トラッキングエラー検出方式
として３ビーム法を採用しており、このためレーザダイ
オード１から出射されたレーザ光は回折格子２によって
３本の光ビームに分けられる。３は、入射光を透過させ
るとともに、ディスクで反射した戻り光を直角方向に反
射させるための偏光ビームスプリッタである。４はコリ
メータレンズであり、レーザダイオード１から出射され
た拡散光をコリメート光（平行光）に変えるる働きをす
る。５は、レーザ光の偏光面を45°回転させる1/4波長
板である。６は、対物レンズ７に入射させるコリメート
光中にディスク半径方向（１点鎖線（イ）に沿う方向）
と平行に帯状に配置した遮光帯である。

なお、Ｏは光ディスクの中心を示し、点、（ロ）は光
ディスクの信号トラックを示す。

一方、偏光ビームスプリッタ３の反射方向には、凹レ
ンズ８及びホログラムレンズ９が順に配置されている。
このホログラムレンズ９は２分割された２つの領域Ｉ及
びIIを持ち、領域ＩとIIには、それぞれ異なる２点に焦
点を結ぶよう互いに異なるパターンの格子が形成してあ
る。ホログラムレンズ９のＯ次回折光の方向すなわち、
ホログラムレンズ９に入射した光ビームの直進方向の前
方には、小孔10及び再生信号検出用光センサ11が順に配
置してある。小孔10は、ホログラムレンズ９を透過した
収束ビームのうち、メインローブ部分の通過は許容する
が、メインローブ部分の周縁に存在するサイドローブ部
分の通過は阻止する働きをする。なお、実施例に示した
小孔10は、再生信号検出用光ビームの光軸方向と直交す
る２方向に移動調整可能に配置してある。再生信号検出
用光センサ11は、再生信号検出用のG,H,I,Jの４分割フ
ォトダイオードセグメントと、その左右のK,Lで示すフ
ォトダイオードセグメントの計３セグメントから構成さ
れる。中央のセグメントは、再生信号の検出に用いられ
が、左右のセグメントは、ホログラムレンズ９を通過し
た３本の光ビームのうち中央の光ビームの所在を確認す
るのに用いられる。一方また、ホログラムレンズ９の例
えばプラス１次回折光の方向には、A,B,C,Dの４分割フ
ォトダイオードセグメントと、その左右のE,Fのフォト
ダイオードセグメント（以下、セグメントと略す）から
なるサーボエラー信号検出用光センサ12が配置されてい
る。

上記構成の光ヘッドにおいて、レーザダイオード１を
出射したレーザ光は、回折格子２で３本の光ビームに分
けられ、各光ビームは偏光ビームスプリッタ３を透過す
る。続いて、コリメータレンズ４でコリメート光にさ
れ、1/4波長板５を透過して偏光面が45°回転させられ
る。さらに、遮光帯６によりその中央部が遮光されて対
物レンズ７に入射し、対物レンズ７により収束されてデ
ィスク信号面に光スポットを形成する。

ディスクで反射した反射光（戻り光）は、対物レンズ
７、遮光板６、1/4波長板５、コリメータレンズ４の順
に同じ経路を戻る。この場合、1/4波長板５ではさらに
偏光面が45°回転させられ、偏光ビームスプリッタ３に
達した戻り光は直角方向に反射される。偏光ビームスプ
リッタ３にて反射された戻り光は、凹レンズ８を透過
し、ホログラムレンズ９に入射する。ホログラムレンズ
９では、０次回折光が直進し、プラス或いはマイナスの
１次回折光は回折して直進路からは外れる。

ホログラムレンズ９を直進した０次回折光は、３本の
光ビームのうちの中央の光ビームだけが小孔10内を通過
して再生信号検出用光センサ11の中央のフォトダイオー
ドセグメントH,I,J,Kに入射し、左右２つの光ビームは
それぞれ直接的に左右のセグメントG,Lに入射する。

一方、ホログラムレンズ９を回折通過した例えばプラ
ス１次回折光も、０次回折光と同じく３本の光ビームか
らなり、中央の光ビームがセグメントA,B,C,Dに入射
し、左右の光ビームがそれぞれセグメントE,Fに入射す
る。

ここで、トラッキングエラー検出信号をT.E、フォー
カシングエラー検出信号をF.E、再生信号をR.Fとする
と、各信号はそれぞれ、 T.E＝Ｅ−Ｆ F.E＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ） R.F＝Ｈ＋Ｉ＋Ｊ＋Ｋとして得られる。

すなわち、トラッキングエラーは３ビーム法により検
出され、またフォーカシングエラー検出はダブル・ナイ
フエッジ法により検出される。

ところで、対物レンズ７に入射するコリメート光は、
遮光帯６によってその中央部を遮光されるため、いわゆ
る超解像法の現像として、第２図の実線（イ）で示すよ
うな光強度分布とされる。すなわち、遮光帯６を設けな
い通常の場合であれば、収束ビームは破線（ロ）で示し
た光強度分布を示すのに対し、収束ビームの主要部分で
あるメインローブＭの径として規定される収束ビーム径
が縮径される。具体的には、例えば、遮光帯６の幅をコ
リメート光のビーム径の20％とした場合、対物レンズ７
にて収束された光ビームの収束ビーム径は、50％光強度
において約20％だけ小さくなる。すなわち、図示のよう
に遮光帯を設けない場合の通常の収束ビームの50％光強
度における収束ビーム径d₀に対し、遮光帯６を設けた場
合の50％光強度における収束ビーム径d₁は、d₁＝0.5d₀
となる。

従って、例えば、上記光ヘッドが光ビームの波長λ＝
670nm、対物レンズNA＝0.55の光学系である場合、収束
ビーム径ｄ＝0.506μｍとなる。このように、収束ビー
ム径ｄは、従来の収束ビーム径0.765μｍ（λ＝780μm,
対物レンズNA＝0.55の場合）の66％まで小さくなり、片
面１時間記録のトラック密度に対応できる収束ビームに
するために必要な比率0.707（＝1/2^1/2）よりも小さく
できることが分かる。ディスク信号面に収束される収束
ビームの径が縮小される結果、高トラック密度のディス
ク、つまり長時間記録のディスクに対応することが可能
になる。

また、０次回折光のメインローブＭの径が縮径される
半面、遮光帯６を設けたことによる影響でメインローブ
Ｍ周縁に光強度の弱いサイドローブＳが発生するため、
このサイドローブＳの取り扱いが問題となる。このた
め、ここではサイドローブＳが再生信号検出用光センサ
11に検出される前に、その手前の小孔10によって遮断す
る方法が用いられ、これにより迷光のない状態で再生信
号を検出でき、信号再生の安定性を向上させることがで
きる。

このように、上記光ヘッドによれば、コリメート光中
に配置した遮光帯６により、超解像法の原理に則って光
ビームの収束径を小さく絞ることができ、これにより高
トラック密度の光ディスクに対応する光ビームの縮径が
可能であり、また超解像法の採用に伴う弊害として発生
する収束ビームのサイドローブによる悪影響も、再生信
号検出用光センサ11の手前に設けた小孔10によって排除
されるため、迷光に災いされることなく、メインローブ
部分の０次回折光だけを用いた安定した信号再生が実現
できる。これにより、再生信号検出及びサーボエラー検
出の性能を損なわないで、高トラック密度の光ディスク
に対応でき、高品位光学式ビデオディスクの長時間化が
容易になる。

また、小孔10は、再生信号検出用光ビームの光軸方向
と直交する２方向に移動調整可能に配置したので、小孔
を上下又は左右に移動させて、０次回折光のメインロー
ブ部分を再生信号検出用光センサ11の中央部分にセンタ
リングさせることができ、これによりサイドローブ部分
が再生信号検出用光センサ11の受光部に粉れ込む不都合
を排除し、正確な再生を約束する環境を作ることができ
る。

さらに、レーザ光源１とビームスプリッタ３との間
に、レーザ光を中央とその左右の計３本の光ビームに分
ける回折格子２を配設し、サーボエラー検出用光センサ
12が、１次回折光に含まれる中央とその左右の計３本の
光ビームのうち、左右の光ビームの差分としてトラッキ
ングエラーを検出する構成としたから、ホログラムレン
ズ９で分離させた専用のサーボエラー検出用光ビームに
よりサーボエラー検出を行うことができ、しかもトラッ
キングエラーは３ビーム法により検出するため、非常に
精度の高いトラッキングサーボが可能である。

さらにまた、再生信号検出用光センサ12を、０次回折
光に含まれる中央とその左右の計３本の光ビームのそれ
ぞれを検出する３セグメントで構成したから、０次回折
光を構成する３本の光ビームのうち、中央の光ビームが
小孔10を介して再生信号検出用のセグメントH,I,J,Kに
入射していることを、左右の光ビームが両側のセグメン
トG,Lに入射していることをもって確認することがで
き、再生信号検出用光センサ11の配置調整が容易かつ高
精度で可能になる。また、再生信号検出用光センサ11の
配設位置を上下又は左右に調整するさいに、小孔10も連
動させて移動調整することができる。

なお、上記実施例では、トラッキングエラー検出方式
として３ビーム法を採用したため、３ビーム法により安
定したトラッキングエラー検出を行うことができる。た
だし、トラッキングエラー信号の検出は、必ずしも３ビ
ーム法に限定されるものではなく、他の方式であっても
よい。

［考案の効果］以上説明したように、本考案によれば、対物レンズに
入射する平行光の中央部分をディスク半径方向と平行に
帯状に遮光し、互いに格子パターンが異なる２つの領域
を有するダブル・ナイフエッジ型のホログラムレンズを
透過した０次回折光を、メインローブ部分の通過は許容
し、該メインローブ部分の周縁に存在するサイドローブ
部分の通過は阻止する小孔を介して再生信号検出用光セ
ンサに入射させる構成としたから、コリメート光中に配
置した遮光帯により、超解像法の原理に則って光ビーム
の収束径を小さく絞ることができ、これにより高トラッ
ク密度の光ディスクに対応する光ビームの縮径が可能で
あり、また超解像法の採用に伴う弊害として発生する収
束ビームのサイドローブによる悪影響も、再生信号検出
用光センサの手前に設けた小孔によって排除されるた
め、迷光に災いされることなく、メインローブ部分の０
次回折光だけを用いた安定した信号再生が実現でき、再
生信号検出及びサーボエラー検出の性能を損なわない
で、高トラック密度の光ディスクに対応できるため、高
品位光学式ビデオディスクの長時間化が容易になる等の
優れた効果を奏する。

また、小孔を、再生信号検出用光ビームの光軸方向と
直交する２方向に移動調整可能に配置したことにより、
小孔を上下又は左右に移動させて、０次回折光のメイン
ローブ部分を再生信号検出用光センサの中央部分にセン
タリングさせることができ、これによりサイドローブ部
分が再生信号検出用光センサの受光部に粉れ込む不都合
を排除し、正確な再生を約束する環境を作ることができ
る等の効果を奏する。

さらに、レーザ光源と前記ビームスプリッタとの間
に、レーザ光を中央とその左右の計３本の光ビームに分
ける回折格子を配設し、サーボエラー検出用光センサ
が、１次回折光に含まれる中央とその左右の計３本の光
ビームのうち、左右の光ビームの差分としてトラッキン
グエラーを検出する構成としたから、ホログラムレンズ
で分離させた専用のサーボエラー検出用光ビームにより
サーボエラー検出を行うことができ、しかもトラッキン
グエラーは３ビーム法により検出するため、非常に精度
の高いトラッキングサーボが可能である等の効果を奏す
る。

さらにまた、再生信号検出用光センサを、０次回折光
に含まれる中央とその左右の計３本の光ビームのそれぞ
れを検出する３セグメントで構成したから、０次回折光
を構成する３本の光ビームのうち、中央の光ビームが小
孔を介して再生信号検出用のセグメントに入射している
ことを、左右の光ビームが両側のセグメントに入射して
いることをもって確認することができ、再生信号検出用
光センサの配置調整が容易かつ高精度で可能になる等の
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の光ヘッドの一実施例の光学系の構成
を示す斜視図、第２図は、収束ビーム形状を示す光強度
分布図である。１……レーザダイオード（レーザ光源）３……ビームスプリッタ４……コリメータレンズ６……遮光帯７……対物レンズ９……ホログラムレンズ 10……小孔 11……再生信号検出用光センサ 12……サーボエラー検出用光センサ

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を出射するレーザ光源と、該レー
ザ光源から出射したレーザ光を透過し、ディスクで反射
した戻り光を直角方向に反射するビームスプリッタと、
該ビームスプリッタを透過するレーザ光を拡散光から平
行光に変えるコリメータレンズと、該平行光を前記ディ
スクに面に収束させる対物レンズと、該対物レンズに入
射する平行光の中央部分を前記ディスク半径方向と平行
に帯状に遮光する遮光帯と、互いに格子パターンが異な
る２つの領域を有し、前記ビームスプリッタで直角方向
に反射された戻り光の光路中に配置したダブル・ナイフ
エッジ型のホログラムレンズと、該ホログラムレンズを
透過した０次回折光の方向に配置した再生信号検出用光
センサと、前記ホログラムレンズを透過したプラス又は
マイナス１次回折光の方向に配置したサーボエラー検出
用光センサと、前記ホログラムレンズと前記再生信号検
出用光センサとの間に配置され、前記ホログラムレンズ
を透過した収束ビームのメインローブ部分の通過は許容
し、該メインローブ部分の周縁に存在するサイドローブ
部分の通過は阻止する小孔とを具備することを特徴とす
る光ヘッド。
【請求項２】前記小孔は、前記再生信号検出用光ビーム
の光軸方向と直交する２方向に移動調整可能に配置した
ことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】前記レーザ光源と前記ビームスプリッタと
の間に、レーザ光を中央とその左右の計３本の光ビーム
に分ける回折格子が配設してあり、前記サーボエラー検
出用光センサは、前記１次回折光に含まれる中央とその
左右の計３本の光ビームのうち、該左右の光ビームの差
分としてトラッキングエラーを検出することを特徴とす
る請求項１記載の光ヘッド。
【請求項４】前記レーザ光源と前記ビームスプリッタと
の間に、レーザ光を中央とその左右の計３本の光ビーム
に分ける回折格子が配設してあり、前記再生信号検出用
光センサは、前記０次回折光に含まれる中央とその左右
の計３本の光ビームのそれぞれを検出する３セグメント
からなることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。