JP2549249B2 - 光変調装置及び光学ヘッドの調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学記憶装置の製造・
調整工程において光学ヘッド、及び、光学部品の正確な
位置合わせを行うために使用する光信号の変調装置、及
び、それを用いた調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】光学的に情報を記録する光デイスク、磁気
カード等の記憶媒体にレーザー光を照射し、その反射の
状態から記録された情報を読み取るのが光学ヘッドであ
る。すなわち、光学ヘッドの機能はレーザー光をデイス
クの適正な位置に、適正に焦点のあった状態で照射する
出射機能とデイスクから反射した光を受光し電気信号の
形で取り出す信号検出機能に分かれる。光記憶媒体には
情報がそれに対応した物理的形状、物理的／化学的状態
または磁気によってトラックとして刻まれている。情報
を読みだすためにはそのトラック上に忠実に光を照射
し、その反射光を検出し続ける必要がある。以下の説明
においては記憶媒体としては代表的なデイスクを用い
る。

【０００３】出射機能は記憶媒体であるデイスクに信号
を記録再生するためのレーザー光を出射し、これを例え
ば対物レンズをアクチュエーターによって光軸方向に移
動することによって適正に焦点を合わせて光記憶媒体上
の微少な範囲に集光（フォーカス）し、さらに、同様に
対物レンズをデイスクの半径方向にアクチュエーターで
移動することによって目的の信号が記録されたトラック
へ位置決め（トラッキング）する機能をいう。この動作
は光記憶媒体上を光学ヘッドによって出射している過程
において常に行われなければならない。なぜならば、光
記憶媒体の平面性の精度から媒体の回転中に光軸方向に
100μｍ程度、トラックの形成の精度から媒体面の半径
方向にも回転中に50〜100μｍ程度の振れ幅がそれぞれ
あるためである。従って、常に正しいフォーカス、トラ
ッキング状態でレーザー光をデイスク上に照射するには
対物レンズをアクチュエータによって連続的に移動させ
ることが必要である。

【０００４】このようなフォーカス、トラッキングが適
正になされているかどうかを検出する情報はディスクか
ら反射された光にその強度、波面の状態、偏光などの形
で含まれる。もちろん、かかる反射光は光記録媒体に記
録されている情報をも含んでいる。これらの情報は情報
検出光学系、フォーカス信号検出光学系、トラック信号
検出光学系を具備する信号検出機能によって読み出され
る。読み出されたフォーカス、トラッキングの情報はア
クチュエータにフィードバックされ、トラック上をレー
ザー光によって正しく追跡するためのサーボ動作のため
の情報として用いられる。以下において、サーボ動作の
ための情報としてデイスクの反射光から検出する信号を
サーボ信号という。

【０００５】ここで、光学ヘッドの製作時にこのような
各検出系の位置が所定の位置にセットされていないとサ
ーボ信号の精度の高い検出が不可能となる。従って、光
記録媒体のトラック上にレーザー光を正確に照射するた
めのサーボ動作ができない。

【０００６】現在の光ディスクドライブを例に挙げる
と、媒体上の光スポットの大きさは約0.9μｍ前後、デ
ータトラックのピッチは1.6μｍであり、その結果デイ
スク上においてフォーカスは光軸方向に約±1μｍ、ト
ラッキングはデイスクの半径方向に±0.1μｍの精度が
要求される。高精度の位置決めはサーボ技術によって達
成され、フォーカスとトラッキングのためのサーボ信号
検出には高い精度が要求される。前述したように、これ
に伴って光ヘッドのこれら信号検出光学系の組立機械精
度も高精度を要求される。通常は組立時に各部品の取付
位置調整を数μｍの精度で行う必要が生じる。

【０００７】光学ヘッドの組み立てにおいて各デテクタ
の位置を決めるために、従来は第９図のように調整用の
基準ディスク901を用い、サーボ信号の検出状態を最良
とするように光学ヘッド920内の各デテクタの取付位置
を定める方法が用いられてきた。

【０００８】第２図に例として調整の対象となる光磁気
ディスク用分離型光学ヘッドの概要を示す。レーザダイ
オード201から発せられたレーザー光はコリメータレン
ズ203によって平行光とされ、さらに、ビームサーキュ
ラライザ205によって真円に近い形状とされ、その方向
を変化させられる。その後レーザー光はビームスプリッ
タ207を透過し、反射ミラー204で再度方向変化された後
に、対物レンズ210によって集光され、基準デイスク250
に照射される。基準デイスク250によって反射されたレ
ーザー光はフォーカス、トラッキングのためのサーボ信
号を含むようになり、同様の経路を逆にたどってビーム
スプリッタ207に戻る。その後、ビームスプリッタ207が
この反射光をフォーカス、トラッキング、情報を検出す
る各デテクタ（検出器）の方向に分割する。

【０００９】第２図においてフォーカスの状態はその分
岐された反射光のうち四分割デテクタ233で検出され
る。四分割デテクタ233に導入される前に非点収差レン
ズ231を介することが必要である。同様に、トラッキン
グの状態は遠視野デテクタ211で検出され、トラックに
刻まれている情報は１／２波長板221、偏光ビームスプ
リッター223を介した後に、ＭＯ信号デテクタ225で検出
される。

【００１０】フォーカス状態の検出について詳細に説明
すると、この検出は非点収差レンズ231を介して、四分
割デテクタ233に到達した反射光によって行われる。非
点収差レンズは光軸に垂直な平面についてｘ，ｙ軸をと
ると、ｘ軸とｙ軸とで焦点の異なるレンズのことをい
う。フォーカス状態を検出する機構である四分割デテク
タ233が適正にその機能を発揮するためには非点収差レ
ンズと四分割デテクタが光軸方向に所定の間隔をもって
配置されていることが必要である。ここで、非点収差レ
ンズの位置は四分割デテクタに対して数１０μｍ程度の
誤差しか許容されない。また、四分割デテクタ自体も正
しくフォーカスの状態を検出するためには光軸と垂直な
平面内でｘ，ｙ各方向数１０μｍ以下の誤差しか許容さ
れない。

【００１１】トラッキングの状態を検出する機構は遠視
野デテクタ211であるが、この位置も正しくトラッキン
グの状態を検出するためには光軸方向と垂直な平面内の
各方向についてそれぞれ数１００μｍ程度の誤差が許容
されるのみである。

【００１２】また、光磁気デイスクの場合は記録媒体に
情報が磁気によって記録されているが、この場合はレー
ザー光を照射したときのカー効果に基づく偏光の状態で
磁化の方向を検出する。これは1/2波長板221を介して偏
光ビームスプリッター223によって分離された光信号を
ＭＯ信号デテクタ225によって検出することによって行
う。ＭＯ信号デテクタ225による検出も信号検出光の偏
光方向が所定の角度に、1/2波長板221状態によって回転
され、ＭＯ信号デテクタ自体が所定の位置に配置されて
いることが必要である。その場合に、1/2波長板の配置
の回転角の誤差は数度程度、ＭＯ信号デテクタの光軸と
垂直な平面内のｘ，ｙ方向の位置の誤差は数１００μｍ
以下に抑えられる必要がある。

【００１３】従って、光学ヘッドの組み立て工程におい
てはこれらの各デテクタの位置を正確に設定するプロセ
ス（位置決め）が必要である。従来はデテクタの位置決
めを行うために第９図に示したように基準デイスクを用
い、そこにレーザー光を照射し、その反射光を適当な手
段でモニタして検出状態が最良となるように各々のデテ
クタの位置を決定していた。

【００１４】位置決めの段階においては調整用の基準デ
ィスクからかかる位置決めを行うためフォーカス、トラ
ッキングの状態を表すサーボ信号を得る必要がある。そ
して、その前提としてディスクのトラック上に光スポッ
トがきちんと焦点を結んでいる必要があることは明らか
である。しかし、この時点において各デテクタは極めて
ラフにその位置を設定されているに過ぎないため、基準
デイスクからの反射光を用いてフォーカスやトラッキン
グのためのサーボ信号を検出しようにも、デテクタの位
置が最適化されていないために正確な情報を得ることが
できない。

【００１５】つまり、デテクタの位置決め段階において
は各デテクタの位置を予め粗調整によって決定し、その
状態で検出したサーボ信号を用い、きわめて不完全な状
態でサーボをかけながら調整を進める必要があった。そ
して、適正なサーボ動作が可能となり、各デテクタの位
置を最適なものとするまで試行錯誤的に各デテクタの位
置を調整することによってデテクタの位置決めを行って
いた。

【００１６】具体的にはフォーカス、トラッキング等の
各信号を一つづつ観測し、調整箇所を一つづつ調整しな
がら全ての信号が最良となる点に近づけていく方法が用
いられていた。しかし、調整用基準ディスクからはフォ
ーカス、トラッキング両信号が同時に発生し、分離する
ことは困難であり、かつ、互いの信号干渉は避けられな
い。また、光ヘッドの構造上一つの調整箇所が複数の信
号に影響を及ぼす場合が多い。従って、基準デイスクを
用いて調整する方法自体に問題が内在するとも考えられ
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来の調整方法におけ
る問題は調整の指標となる基準デイスクからの信号自体
がサーボ回路やアクチュエーターの特性の影響を受ける
と同時に、互いに干渉し合うため、信頼性が低いという
点にある。本願発明においては基準デイスクからの信号
を用いることなくかかるデテクタの位置決め調整を行う
ことを目的とする。

【００１８】より具体的には基準デイスクにレーザー光
が照射された結果発生する反射光による調整のための信
号と同様なフォーカス・トラッキングのための情報を含
んだレーザー光による光信号を作り出す装置（光変調装
置）について開示する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本願発明に係わる光変調
装置は、記録信号、フォーカス誤差信号、及びトラッキ
ング誤差信号の３種の光信号を入力電気信号に応じて個
別に発生させることができる。レーザー光は調整の対象
となる光ヘッドから出射され、圧電素子で駆動される対
物レンズ（フォーカス）、圧電素子または液晶で駆動さ
れるターゲット（トラッキング）、ファラデー素子（光
磁気の場合）等によって変調され、再びヘッドの検出系
へ戻される。

【００２０】本調整方式に依って一体形ヘッドのみなら
ず、固定光学系（レーザー・光検出系）と可動光学系
（対物レンズ・ミラー）が独立している分離光学系を採
用したヘッドにおいて固定光学系部分を単独で組立調整
することが可能となる。この場合固定光学系と可動光学
系の相互の位置決め調整が必要と成るが、光変調装置と
被調整ヘッドとの間にビームスプリッターを配して一部
の光を分岐し、ビームの位置を計測する手段を設け、組
み込み位置情報を得る。

【００２１】光変調装置と被調整ヘッドとの間にビーム
スプリッターを配して一部の光を分岐し、ヘッドから出
射されるレーザービームの出射方向調整（レーザーダイ
オードのｘ−ｙ方向取付位置調整）とおおよそのコリメ
ーション（コリメーターレンズのｚ方向取付位置調整）
を行う。

【００２２】光変調装置のターゲットを観測できる位置
に、対物レンズによって作られるレーザースポットを観
測するための顕微鏡を設けることによって、ヘッド光学
系の確認を行う。

【００２３】

【実施例】本願発明に係わる光変調装置は光ディスク用
ヘッドの組立調整において調整用ディスクを使用せず
に、実際の動作状態における各信号が最適となる調整点
を見い出すための光信号を、電気信号入力に応じて自由
に再現する装置に関するものである。第１図にその詳細
を示す。

【００２４】組立調整の対象となるヘッドは第１図のホ
ルダー部(100)の上に設置する。従来の方法（第９図）
との比較では第３図を参照されたい。つまり、従来の基
準デイスク（および対物レンズ）の代わりに本願発明に
係わる光変調装置301を設置する。

【００２５】光変調装置は、従来の方式である調整ディ
スクと対物レンズを使った場合には独立に制御すること
ができない３種の光信号を制御入力電気信号に応じて個
別に発生させることができる。これは、組み立て調整の
対象となるヘッドから発したレーザー光をファラデー素
子(101)、対物レンズ(103)、ターゲット部(105)を通過
させることによって変調を行い、それぞれＭＯ信号、フ
ォーカス信号、トラッキング信号を検出する装置を調整
するための調整信号を生成する機構による。

【００２６】ファラデー素子(101)の詳細を第４図に示
す。ファラデー素子は光路410に挿入されたファラデー
定数の大きな材料401の周囲に設けられたソレノイドコ
イル403に電流を流すことによって磁界を発生させ、電
流にほぼ比例した偏光面の回転θを生じさせる。電流は
電源405によって調整される。これによって、光磁気デ
ィスクにおけるカー回転信号と同様な偏光の回転角信号
を生成する。

【００２７】対物レンズ103の詳細を第５図に示す。対
物レンズ505は光軸方向510に駆動する圧電素子等のアク
チュエーター501を組み合わせた煽り調整機能を持った
レンズマウント503に装着し、このレンズマウントは可
動部530に接続され、圧電素子を電源520によって電圧印
加駆動することに依ってフォーカス状態を検出するため
の信号を生成する。この部分の全体は固定部540によっ
てベッド上に固定される。圧電素子としては例えば積層
ピエゾ素子などがよい。

【００２８】ターゲット部105は第６図に示すように、
その光軸上に受光ターゲット610を有する。受光ターゲ
ット610はディスクの半径方向に駆動する圧電素子等の
アクチュエーター601を組み合わせた煽り調整機能を持
ったマウント603に固定され可動部625を構成し、光軸62
0は受光ターゲットに対して垂直となる。アクチュエー
タ601は電源630によって光軸と垂直の方向に移動する。
この全体は固定部640において固定される。

【００２９】受光ターゲット610の表面を拡大したもの
を第７図に示す。受光ターゲット表面にはトラック間隔
と同一の間隔でトラッキング案内溝701が掘られ、反射
膜720が付着されている。アクチュエータによって反射
膜の位置を移動させることによってレーザー光の反射位
置を調整し、トラッキング信号を生成する。ここでも圧
電素子としては例えば積層ピエゾ素子などがよい。

【００３０】こうした信号生成は機械的駆動に依る方法
の他、液晶や光音響素子等の非機械的方法に依って行う
ことも可能である。

【００３１】第１図に戻ると、受光ターゲット105上の
反射膜はハーフミラーになっており、そのミラー上でス
ポットを結んだレーザー光の状態はマイクロスコープ(1
10)によって観察できるようになっている。この情報は
ＣＣＤカメラ114を介し、オシロスコープ116またはＴＶ
モニタ118で観察できる。これは、対物レンズ(103)とタ
ーゲット(105)の距離が適正でありきちんとしたフォー
カスがなされているか、また、ビームに収差がないかど
うかを確認する手段としての作用を有する。このような
ビーム状態の観察は従来の基準デイスクを用いた調整法
においてはできなかった。

【００３２】第１図において変調前のレーザー光はビー
ムスプリッター115を用いてコリメータレンズ120を介
し、ＣＣＤカメラ125内のイメージセンサ（図示せず）
(ＣＣＤカメラのレンズは取り外す）によって受光され
る。このように、コリメータレンズを介してレーザー光
をイメージセンサにとらえることによって、出射光学系
のコリメーションが正確になされていること、および、
出射角度が適正であること、を検出することが可能とな
る。従来の基準デイスクを用いた方法によっては、フォ
ーカス、トラッキングの検出系を設定する前に、かかる
出射系の調整を別工程に行う必要があったのであるが、
本願によればこれらを一つの工程で行うことが可能とな
る。

【００３３】なお、ビームスプリッタ115によって分岐
された光をコリメータレンズ120を介することなく、Ｃ
ＣＤカメラ125内のイメージセンサ（ＣＣＤカメラ付属
のレンズがあれば、これは取り外す）に導けば、出射系
のレーザー光の出射位置のずれを検出することが可能と
なり、それに応じて固定光学系の取付け、あるいは、対
物レンズの取付け位置の情報を決定することが可能とな
る。

【００３４】本願発明に係わる光変調装置を用いて光学
ヘッドの各デテクタの位置決めを行う方法について説明
する。第３図に示すように第１図の光変調装置は第２図
における基準デイスク250と対物レンズ210の代わりに用
いられる。

【００３５】フォーカス誤差検出光学系を調整する場合
においては調整の対象となるヘッドから発せられ、コリ
メート光がターゲット105上で正しく焦点があっている
ことが前提となる。

【００３６】このターゲットからの反射光を第２図に示
す非点収差レンズ231を介し、四分割デテクタ233に導
く。このフォーカス系を調整するのに重要なことは、非
点収差レンズ231と四分割デテクタ233の中心を合わせる
こと、及び、これらの間隔を所定のものにすることであ
る。これらの調整はかかる反射光を用いて従来より知ら
れている方法で行う。

【００３７】トラッキング、ＭＯ信号検出の調整につい
ても同様に本願に係わる装置によって適宜レーザー光を
変調し、それを利用して従来と同様な方法でこれを行え
ばよい。

【００３８】出射系の調整についてもビームスプリッタ
115によって分岐された光によってこれを行うことがで
きる。コリメータレンズ120を介して、ＣＣＤカメラ125
内の受光素子によって検出された情報から、コリメーシ
ョンに問題があればコリメータレンズ203を光軸方向に
移動することによって調整する。また、出射角度が適正
でない場合においては、レーザーダイオードの光軸と垂
直な平面内の位置を調整する。

【００３９】第８図に示すように、一体型光学系のヘッ
ドにはレーザー801の出射光をコリメータレンズを使わ
ずに、ハーフミラー803を介して、直接対物レンズ805に
入射する、有限光学系を使用するものがある。かかるヘ
ッドにおいてはデイスクの面は点線810で示した焦点に
存在する。このようなヘッドについては、第８図に示す
ように本願発明に係わる光変調装置850の入り口に別途
コリメーションを行うレンズ820を設け、レーザー光を
無限系の光線に修正した後に同様な手法で調整を行うこ
とができる。

【００４０】この場合は第８図の光学ヘッド部分（805
より下の部分)と本願発明に係わる部分(820より上の部
分)の相対位置を光軸およびこれに垂直な面内方向に調
整し、焦点およびその位置が合うようにする必要があ
る。本願発明の装置を用いれば、この位置合わせはＣＣ
Ｄカメラ125のみを用い、焦点合わせについてはＣＣＤ
カメラ125にコリメータ120をともに用い、それぞれ調整
することができる。より精密にこの作業を行うためには
顕微鏡に連結されたモニタ用のＣＣＤカメラ114とオシ
ロスコープ116によってこれを行う。すなわち、ＣＣＤ
カメラ114によってターゲット上のスポットをモニタ
し、その光強度はオシロスコープによって測定する。

【００４１】本明細書においては記憶媒体としてデイス
クを用いて説明してきたが、本願発明は磁気カードと他
の媒体にも適用できることは明らかである。

【００４２】

【発明の効果】基準デイスクを用いることなく、すなわ
ち、サーボをなんら行うことなく光学ヘッドの検出系の
位置を決めることができるので、位置決めにおける不確
定要因が少なく、効率的にこれを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係わる光変調装置について示す。

【図２】従来技術における光学ヘッドと調整デイスクの
詳細を示す。

【図３】本願発明に係わる光変調装置を用いて光学ヘッ
ドの調整を行う時の概観図である。

【図４】ファラデー素子機構について示す。

【図５】対物レンズ機構について示す。

【図６】ターゲット部について示す。

【図７】受光ターゲット表面についての詳細図である。

【図８】本願発明の応用例を示す。

【図９】従来技術における基準デイスクを用いた光学ヘ
ッド調整法の概観図である。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー光を変調する装置であって、 大きなファラデー常数を有するガラス面の周囲にソレノ
   イドコイルを配し、該ソレノイドコイルに通電すること
   によって電流と比例した偏光面の回転を生じさせるファ
   ラデー素子と、 通電する電流または印加する電圧に応じて光軸方向に移
   動する機構に接続された凸レンズと、 表面に溝が設けられ、該溝に光を反射する部材が配置さ
   れている受光ターゲットを光軸上に有し、通電する電流
   または印加する電圧に応じて記憶媒体のトラックと垂直
   な方向に移動する機構に接続されているターゲット部
   と、 からなる光変調装置。
2. 【請求項２】前記移動する機構はピエゾ素子によって駆
   動されるアクチュエータを含む請求項１の光変調装置。
3. 【請求項３】前記ターゲット部上に結像したレーザー光
   のスポットを観察するための顕微鏡を具備した請求項１
   または２の光変調装置。
4. 【請求項４】光軸上にビームスプリッタを配し、出射さ
   れたビームの状態をテレビカメラで観察することを特徴
   とした請求項１または３の光変調装置。
5. 【請求項５】光軸上に有限系のレーザー光を無限系のレ
   ーザー光に修正する凸レンズを設けた請求項１または４
   の光変調装置。
6. 【請求項６】請求項１,２または３の光変調装置によっ
   て変調されたレーザー光をサーボ信号として基準媒体を
   用いることなく光ヘッドに係わる検出系の位置を定める
   ことを特徴とした、光ヘッドの位置調整方法。
7. 【請求項７】請求項４の光変調装置によって変調された
   レーザー光をサーボ信号として基準媒体を用いることな
   く光ヘッドに係わる検出系の位置を定めるとともに、同
   時に、出射されたビームの状態を観察することによって
   出射系の位置を定める光ヘッドの位置調整方法。
8. 【請求項８】有限系のレーザー光について、光軸上に凸
   レンズを設けることによって光路を無限系とした後に請
   求項１,２,または、３の光変調装置によって変調された
   レーザー光をサーボ信号として基準媒体を用いることな
   く光ヘッドに係わる検出系の位置を定めることを特徴と
   した、光ヘッドの調整方法。
9. 【請求項９】有限系のレーザー光について、光軸上に凸
   レンズを設け、光路を無限系とした後に請求項４の光変
   調装置によって変調されたレーザー光をサーボ信号とし
   て基準記憶媒体を用いることなく光ヘッドに係わる検出
   系の位置を定めるとともに、同時に、出射されたビーム
   の状態を観察することによって出射系の位置を定める光
   ヘッドの調整方法。