JP2531219B2

JP2531219B2 - 反射型格子レンズおよび光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2531219B2
Application number: JP63002321A
Authority: JP
Inventors: 昭知大場
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-01-07
Filing date: 1988-01-07
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JPH01177504A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、いわゆる書換え型（E-DRAW）の光磁気デ
ィスク装置の記録、再生に用いる光ヘッド装置に関す
る。

（従来の技術）光磁気ディスクの従来の光ヘッド装置を第２図に示
す。光源である半導体レーザ１の放射光２は、コリメー
ティングレンズ３でコリメート光４に変換され、ビーム
スプリッタ５を透過し、全反射プリズム６で全反射され
て光路を90°折り曲げ、収束レンズ７でディスク面８に
収束される。光ディスク面からの反射光は逆の経路でビ
ームスプリッタ５で反射される。反射された光はレンズ
９で収束光に変換され、偏光ビームスプリッタ10で互い
に直交する偏光の透過光11と反射光12に分割される。透
過光11は２分割光検出器13に入射し、光検出素子14と15
の差信号でプッシュプル法によるトラック誤差信号を得
る。一方、反射光12は、円筒レンズ16により非点収差波
面となり、４分割光検出器17により、非点収差法による
フォーカス誤差信号を得る。すなわち、光検出素子18、
19、20、21の出力電圧を各々Ｖ（18）、Ｖ（19）、Ｖ
（20）、Ｖ（21）とすると、フォーカス誤差信号はＶ
（18）＋Ｖ（20）−Ｖ（19）−Ｖ（21）で得られる。RF
信号は偏光ビームスプリッタ10で分割した直交する偏光
強度の差信号として得られるので、光検出素子14、15の
出力電圧を各々Ｖ（14）、Ｖ（15）とするとRF信号はＶ
（14）＋Ｖ（15）−Ｖ（18）−Ｖ（19）−Ｖ（20）−Ｖ
（21）となる。第２図の従来例では、ビームスプリッタ
５は非偏光型なので、半導体レーザ１の偏光面を光学系
の配置基板に対して45°に設定することで、偏光ビーム
スプリッタ10の分割ビームを光学系の配置基板と平行に
できるが、ビームスプリッタ５の光利用効率が低い、し
かしビームスプリッタ５を偏光型とすると偏光方向が制
約されるので、光学系の配置基板内に光学系を配置する
ためにビームスプリッタ５とレンズ９の間に1/2波長板
を挿入して偏光面を回転する方法がとられる。

（発明が解決しようとする問題点）上述した従来の光ヘッド装置は、実用化されているも
のでも大きさが40×40×30mm²程度以上あり、従って重
量も重く光ディスク全体の小型化、軽量化の障害となっ
ていた。

また、トラッキング誤差検出にブッシュプル法を採用
しているため、トラック誤差信号にもとづき収束レンズ
７をアクチュエータ（図示せず）で光軸に垂直な方向に
動かした場合、収束レンズの光軸と、トラッキング誤差
検出用の２分割光検出器の分割線にずれが生じ、光検出
素子14と15への入射光量がアンバランスになる。この結
果、トラックング誤差信号に直流オフセットが発生し、
トラッキング誤差制御の制御範囲が狭くなるという欠点
を有していた。又、RF信号、フォーカス誤差信号、トラ
ック誤差信号の間の干渉があり、サーボが不安定になる
という問題もあった。

さらに、上述した従来の光ヘッドは光学研磨が必要な
光学部品を多数使用することから調整が大変でコスト高
になるという欠点を有していた。

本発明の目的は、上記欠点を解消して、小型かつ低価
格な光ヘッド装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明の反射型格子レンズは、回折方向の異なる複数
の領域が形成された格子基板上に金属膜をコーティング
し、入射光のうち一方の偏光を主に回折させ他方の偏光
を反射させることを特徴とする。

また、本発明の光ヘッド装置は、光源と前記光源から
の光を記録媒体上に絞り込む結像レンズ系と、前記記録
媒体からの戻り光を前記結像レンズ系の光軸外に取り出
すビーム取り出し手段と、回折方向の異なる複数の領域
が形成された格子基板上に金属膜をコーティングした反
射型格子レンズと、前記反射型格子レンズからの光を直
交する２つの偏光光に分割する偏光プリズムと、受光面
が複数に分割された光検出器とから構成され、前記反射
型格子レンズで記録媒体からの戻り光のうち一方の偏光
を主に回折させ他方の偏光を反射させることにより、前
記回折光から焦点誤差信号及びトラッキング誤差信号の
検出を行い、前記反射光から読出し信号の検出を行うこ
とを特徴とする。

（作用）本発明の作用・原理は次の通りである。本発明の光ヘ
ッド装置では、受光系用光学系を軽量・簡略化するため
に反射型格子レンズを用いる。反射型格子レンズには、
１次回折光の他に格子レンズを直接反射した０次回折光
がある。そこでこの０次回折光を受光してRF信号を得
る。ディスクの読取り信号のうち、信号偏光成分は非常
に小さい。したがってRF信号受光系である０次回折光に
は、できるだけ多くの信号偏光成分があることが必要で
ある。つまり、信号偏光成分を、できるだけ回折しない
ような格子レンズを用いる必要がある。そこで、本発明
では、表面が凹凸状になった格子の基板上に金属膜をコ
ーティングすることによってできる反射型の格子を用い
ることで、これを実現している。一例として第３図は、
反射型格子の回折効率の波長λ、格子ピッチｄに対する
λ/d依存性を示したものである。これは格子を金属膜に
よって反射型にすることにより、回折効率に偏光間で差
が生じることを示しており、本発明はこの現象を利用し
ている。しかし、第３図はブラッグ角で入射した場合の
回折効率を示したものであるが、この場合は、１次回折
光が入射光と同じ方向に逆向きに回折されるので、信号
検出ができず、このままでは使えない。そこで、本発明
では、入射角をブラック角からずらすことにより、１次
回折光を、入射光と分離している。

さらに本発明では、１次回折光でフォーカス誤差信号
をとり出すために、格子レンズを特性の異なる領域に分
割することにより、その境界線を従来の光ヘッド装置に
おけるナイフエッジと等価な作用をさせている。

また、トラッキング誤差信号を取り出すためにコリメ
ーティングレンズの光軸と格子レンズが交わる点を中心
としてわずかに離れた、異なる回折方向を有する２つの
領域を格子レンズに形成しておくことにより、この２つ
の領域からの回折光強度を比較することでプッシュプル
法の原理によりトラッキング誤差信号を得ることができ
る。

すなわち、格子レンズに入射光をRF信号光とフォーカ
ス誤差信号光とトラッキング誤差検出光とに分割するビ
ームスプリッタ機能を持たさせている。

（実施例）次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の第１の実施例の基本構成を示す斜
視図である。光源１の放射光２は、ビームスプリッタ５
を透過し、コリメーティングレンズ３でコリメート光４
に変換され、全反射プリズム６で全反射されて光路を90
°折り曲げ、収束レンズ７で光ディスク面８に収束され
る。光ディスク面からの反射光は、逆の経路でもどり、
コリメーティングレンズ３で収束光に変換され、ビーム
スプリッタ５で反射される。反射された光は反射型格子
レンズ22により回折され、８分割光検出器24上の６個の
光検出素子から成る第１群光検出素子に入射する。０次
回折光は偏光プリズム23により直交する２つの偏光光に
分割され、２個の光検出素子から成る第２群光検出素子
に入射する。

この反射型格子レンズは次の格子条件を使っている。
表１は格子ピッチが約1.4μｍの凹凸格子に金を0.2μｍ
蒸着したもので、波長0.83μｍの光を、ブラッグ角から
45°ずらした角度で、入射させたときの各偏光の回折効
率を示す。この効率は格子の溝の深さが4000Å以下で、
波長に対して浅い場合に得られる。

表１よりＳ偏光はほとんど回折されず、反射していくた
め、信号偏光成分をＳ偏光としている。Ｐ偏光の20％の
１次光は誤差信号検出に用いられ、信号検出には十分な
光量である。

第４図は、第１図の格子レンズ22と８分割光検出器24
との関係を説明するための部分斜視図である。第４図で
は、格子レンズ内の分割領域とトラックとの方向関係を
示すため省略線25を介して収束レンズ７とディスク面８
を同時に示してある。

反射型格子レンズ22は、４つの格子レンズ領域から成
り、コリメーティングレンズ３の光軸と交わる線35を境
に焦点距離と回折方向の異なるＡ領域格子レンズ（第１
の領域）36とＢ領域格子レンズ（第２の領域）37に分け
られ、さらに、分割線35上にはＡ領域格子レンズ36、及
びＢ領域格子レンズ37と焦点距離、回折方向の異なるＣ
領域格子レンズ（第３の領域）38、Ｄ領域格子レンズ
（第４の領域）39がそれぞれ形成されている。Ａ領域格
子レンズ36は０次回折光59の収束点から発散する球面波
と８分割光検出器24の分割線上の点40から発散する球面
波との干渉縞に相当する格子パターンを持っている。Ｂ
領域格子レンズ37は０次回折光59の収束点から発散する
球面波と８分割光検出器24の分割線上の点41から発散す
る球面波との干渉縞に相当する格子パターンを持ってい
る。Ｃ領域格子レンズ38は０次回折光59の収束点から発
散する球面波と、８分割光検出器の光検出素子30上の点
42から発散する球面波との干渉縞に相当するパターンを
持っている。Ｄ領域格子レンズ39は０次回折光59の収束
点から発散する球面波と、８分割光検出器の光検出素子
29上の点43から発散する球面波との干渉縞に相当するパ
ターンを持っている。

第４図では格子のピッチは配置をわかりやすくするた
めに実際より大きく書いてある。このような反射型格子
レンズ22を用いているのでディスク面８から反射して反
射型格子レンズに入射する光は、回折光55、56、26及び
27として８分割光検出器上の点40、41、43及び42に各々
収束到達する。又、回折を受けなかった０次回折光59
は、偏光プリズム23で直交する２つの偏光光に分割さ
れ、８分割光検出器24上の光検出素子57、58に収束到達
する。RF信号は光検出素子57、58の差信号として得られ
る。

第５図は８分割光検出器24の中央部の６分割光検出素
子上の回折光の状態を説明するための図である。第５図
（ａ）はディスク面８上に光ビームが収束している合焦
状態を示す図、Ａ領域格子レンズ36からの回折光55およ
びＢ領域格子レンズ37からの回折光56は８分割光検出器
24の第１分割線44上に、第２分割線45をはさんで各々収
束する。第５図（ｂ）はディスク面８が変位して収束レ
ンズ７から遠ざかったデフォーカス状態の回折光を示す
図である。回折光55、56は８分割光検出器24の光検出素
子33および光検出素子32にそれぞれ入射し、光検出素子
31および光検出素子34には入射しない。

第５図（ｃ）はディスク面８が変位して収束レンズ７
に近づいたデフォーカス状態の回折光を示す図である。
回折光55、56は８分割光検出器24の光検出素子31と光検
出素子34にそれぞれ入射し、光検出素子33と光検出素子
32には入射しない。したがって、８分割光検出器24の中
央の４光検出素子31、32、33、34の出力をS1、S2、S3、
S4とすれば、焦点誤差信号は（S1＋S4）−（S2＋S3）か
ら得られる。

一方、トラッキング誤差信号は、ディスク面８上の絞
り込みスポットがトラックの中心がずれるともどり光の
強度分布がアンバランスになることを利用する。格子レ
ンズ22のＣ領域格子レンズ38の中心とＤ領域格子レンズ
39の中心を結ぶ線が収束レンズの光軸と格子レンズが交
わる点を含み、かつ、収束レンズの光軸方向から見た場
合ディスクのトラッキング誤差方向と平行になるように
しておく。トラック誤差が発生するとＣ領域格子レンズ
38に入射する光量とＤ領域格子レンズ39に入射する光量
に差が生じる。この光量差は、２つの光検出器29、30の
出力差として検出することができ、この信号の正負によ
り、トラッキング誤差方向も検知することができる。

回折素子である格子レンズを用いたフォーカス誤差検
出、トラッキング誤差検出では、半導体レーザの波長が
変動すると回折角が変化し、光検出器上の回折光の位置
ずれが生じるため、光源である半導体レーザの発振波長
変動に対する対策が必要であるが、本実施例ではこの点
に関して次のような解決策が講じられている。８分割光
検出器24では、第１分割線44に平行な方向、及び直交す
る方向の２方向に分けて考察する。第１分割線44に平行
な方向の位置変動について第２分割線45を越えるか、又
は光検出器からはずれない限り問題はない。第１分割線
に直交する方向の位置変動について８分割光検出器24の
中央の４光検出素子31、32、33、34の出力が変化するの
で注意が必要であるが、本発明の格子レンズＡ、Ｂ領域
は、この方向の空間周波数をほとんど持たないので、こ
の方向の回折光の位置変動は無視できる。

また、トラッキング誤差を検出する光検出器29、30に
関しては、回折光が各光検出器の中心に入射するように
できるので、半導体レーザの波長が変動して問題は無
い。

トラッキング誤差検出方式としてプッシュプル方式を
採用し、誤差修正のために収束レンズを動かす方法で
は、誤差検出側の光学系の光軸とレンズ側の光軸にずれ
が生じ、トラック誤差検出用光検出器への入射光量差が
発生するため誤差信号にオフセットが生じる。この問題
点を解決するために、本発明では次のような対策を講じ
ている。Ｃ領域、Ｄ領域の格子レンズ38、39は、光軸に
ついて対称で等しい面積に入射する光を検出するように
配置されている。したがって、誤差検出系光軸に対して
収束レンズ光軸がトラックに垂直な方向にずれた場合も
Ｃ領域、Ｄ領域の格子レンズ38、39には入射する光量に
変化はなく、トラック誤差オフセットの発生は抑制され
る。

第６図は本発明の第２の実施例に用いる格子レンズ28
を示す図である。

第１の実施例では８分割光検出器24の第１分割線44は
ディスクトラック方向と垂直であるが、本実施例では、
８分割光検出器24の第１分割線44はディスクのトラッ方
向と平行に配置され、そのためにＣ領域、Ｄ領域格子レ
ンズ38、39は格子レンズ28の分割線35をはさんで両側に
配置されている。また、表面にはA1を蒸着し、偏光間で
回折効率に差をもたせている。

８分割光検出器24の配置は、格子レンズへの入射光の
光軸を中心にして、第１の実施例で示した配置から、格
子レンズ22の分割線35と共に任意の角度だけ回転させた
配置ももちろん可能である。さらに、トラック誤差検出
用の光検出器29、30の配置は、Ｃ領域格子レンズ38から
の回折光27とＤ領域格子レンズ39からの回折光26を分離
して独立に検出できれば任意にすることができる。第７
図は、本発明の第３の実施例に用いる格子レンズ60を示
す図である。光学系の構成は、第１図（詳細は第４図）
と同じであるので省略する。格子レンズ60は、２つの境
界線61と62により４つの領域に分割されており、第１の
実施例のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ領域に相当するのが各63、64、
65、66である。したがってトラック方向を図に示す67の
矢印方向に設定することで、第１の実施例と同じ動作が
得られる。また、表面にコーティングする金属膜は反射
率の高いものが望ましく、回折光は表１に示したものと
同様の傾向を示す。

（発明の効果）本発明の反射型格子レンズは表面に金属膜をコーティ
ングしたため、偏光成分により、回折効率に差が生じ、
光ヘッド装置等に応用して、小型軽量化ができる。

本発明の光ヘッド装置は受光系部分の光学部品が格子
レンズと偏光プリズムだけでよく、これまで多数の部品
を使っていた光ヘッド装置の部品を大幅に削減すること
が可能であり、これまで光ディスク装置全体の小型化の
ネックとなっていた光ヘッドのサイズを縮小することが
可能となる。また、本発明に用いる反射型格子レンズは
表面凹凸型の素子であるので、金型を作製すれば熱プレ
ス法、あるいはフォトポリマー法等によりレプリカが容
易に得られるので、安価に量産することができる。又、
本発明では、トラッキング信号を得るための領域（Ｃ、
Ｄ領域）を設けているので、上で説明したように収束レ
ンズの移動によるトラックオフセットが生じない。さら
に、本発明では、RF信号と誤差信号は、格子レンズをビ
ームスプリッタとして分離されているので、信号間干渉
が小さくサーボを安定である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図
は、従来の光ヘッド装置の一例を示す斜視図、第３図
は、反射型格子のλ/dに対する回折効率を示す図、第４
図は、第１の実施例の部分斜視図、第５図は、８分割光
検出器上の回折光の状態を説明するための図、第６図及
び第７図は、各々本発明の第２及び第３の実施例に用い
る格子レンズを示す図である。１……半導体レーザ、２……放射ビーム、３……コリメ
ーティングレンズ、４……コリメートビーム、５……ビ
ームスプリッタ、６……全反射プリズム、７……収束レ
ンズ、８……光ディスク面、９……レンズ、10……偏光
ビームスプリッタ、11……透過光、12……反射光、13…
…２分割光検出器、17……４分割光検出器、14,15,18,1
9,20,21,29,30,31,32,33,34,57,58……光検出素子、25
……省略線、16……円筒レンズ、22,28,36,37,38,39,6
0,61,62,63,64,65,66……反射型格子レンズ、23……偏
光プリズム、40,41,42,43……収束点、26,27,55,56……
回折光、59……０次回折光、67……トラック方向を示す
矢印。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回折方向の異なる複数の領域が形成された
格子基板上に金属膜をコーティングし、入射光のうち一
方の偏光を主に回折させ他方の偏光を反射させることを
特徴とする反射型格子レンズ。
【請求項２】光源と前記光源からの光を記録媒体上に絞
り込む結像レンズ系と、前記記録媒体からの戻り光を前
記結像レンズ系の光軸外に取り出すビーム取り出し手段
と、回折方向の異なる複数の領域が形成された格子基板
上に金属膜をコーティングした反射型格子レンズと、前
記反射型格子レンズからの光を直交する２つの偏光光に
分割する偏光プリズムと、受光面が複数に分割された光
検出器とから構成され、前記反射型格子レンズで記録媒
体からの戻り光のうち一方の偏光を主に回折させ他方の
偏光を反射させることにより、前記回折光から焦点誤差
信号及びトラッキング誤差信号の検出を行い、前記反射
光から読出し信号の検出を行うことを特徴とする光ヘッ
ド装置。