JP2585761B2 - 光ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光メモリ装置に用いる光ヘッド及びそのヘッ
ドに使用する半導体レーザに関し、特に光ヘッドのオー
トフォーカス方式に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、光を用いて情報を記録、消去、再生する光
メモリ装置の媒体の形態として、光ディスク、光カー
ド、光テープ等の各種のものが知られている。光メモリ
の特徴の一つとして、非接触で記録、消去、再生が行な
えるため、媒体や光ヘッドの摩耗がなく耐久性にすぐ
れ、また傷やゴミ等に強いというメリットがある。しか
し、逆に記録面で１μｍφ程度のほぼ回折限界に近い結
像スポットを得るために、オートフォーカス（以下AFと
呼ぶ）が必須であり、様々な方式が提案されている。な
かでも、非点収差方式と呼ばれるAF方式がAF誤差信号の
検出感度が高く優れており、多くの光メモリ装置に採用
されている。

［発明が解決しようとしている課題］ 上記非点収差方式には各種の方法が提案されている
が、特公昭61−61178号に示されるように、アナモフィ
ック光学系により媒体への入射光そのものに予め非点収
差を与えるという方法は、記録面で良好なスポットを得
ることはできない欠点がある。

そこで、記録媒体上で良好なスポットを得るため、通
常は媒体への入射光には非点収差を与えず、媒体からの
反射光の検出系で非点収差を与えることが多いが、この
方法によるとシリンドリカルレンズ等、非点収差を発生
させる光学素子が必要である。こうしたアナモフィック
光学系は、一般に軸対称な球面系で構成する非アナモフ
ィック光学系に比べ作製が難しく、また方向性があるの
で組み立て調整も難しくなる。

それに対し前述の非点収差のある光源を用いることに
より、アナモフィック光学系を省略することができる
が、スポット径が大きくなる、焦点深度内でのスポット
の品質が落ち記録や再生のSN比が劣化する等の不都合が
生じるため、その光源からの光を用いて高密度記録を行
なう光メモリに適用することは難しい。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前記の問題点に鑑みなされたもので、アナ
モフィック光学系を用いることなく、安定なオートフォ
ーカスを実現し、かつ、高密度記録をも実現することが
できる光ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、 記録媒体に光を照射し、情報の再生及び／又は記録を
行なう光学的情報記録再生装置に使用する光ヘッドにお
いて、 光源に複数のレーザを用い、 そのうちの１つのレーザは前記記録媒体と前記光ヘッ
ドとの相対距離を検出するためのレーザであり、他のレ
ーザは情報の再生及び／又は記録を行なうためのレーザ
であり、 前記１つのレーザは、レーザ側の出射光自体におい
て、前記他のレーザに対して非点収差が大きく設定され
ており、 前記１つのレーザの仮想の最小錯乱円の位置が、前記
他のレーザの仮想の最小錯乱円の位置と同一平面上にあ
ることを特徴とする光ヘッド、 により達成される。

前記１つのレーザは、オートトラッキング用のレーザ
であってもよい。

［作用］ 本発明によれば、光源に複数のレーザを用い、そのう
ち少なくとも１つのレーザを射出波面の非点収差を大き
くしたレーザとしてオートフォーカス用のスポットに利
用し、非点収差法によるオートフォーカスを実現すると
ともに、その他のレーザは情報再生又は記録用のスポッ
トに用いる。このように、複数のレーザを機能的に使い
分けることによりアナモフィック光学系を用いることな
く、光ヘッドを構成することができる。

また、オートフォーカス用のレーザの射出波面の非点
収差を大きくし、かつ該レーザの出力端面の光軸方向の
位置を、該非点収差の増分に対応して、他のレーザの出
力端面からずらし、該レーザの非点収差の最小錯乱円の
位置を、他のレーザのそれに一致させることにより、オ
ートフォーカス検知において良好な特性が得られる。

［実施例］ 以下、図面を用いて、本発明に係る光ヘッドの具体的
な実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示す模式図であ
る。同図において、１は光メモリ媒体であり、通常、基
板，記録層，透明保護層等よりなるが、図では記録面の
みを示している。２は光源で、同一半導体基板上に集積
化された半導体アレイレーザである。3a,3b,3cはそれぞ
れそのアレイレーザ２内の３つのレーザを示す。４は該
レーザからの光を平行化するコリメータレンズ、５はビ
ーム整形プリズム、６はビームスプリッタ、７はピック
アップレンズ、８はセンサーレンズである。９は光検出
器で、同一半導体基板上に集積化された分割型PINフォ
トダイオードで構成されている。10a,10b,10cはそれぞ
れ、３つのその受光領域である。

基本的には、通常の光メモリの光ヘッドと同じく、各
レーザ3a〜3cの出力は、コリメーターレンズ４、ビーム
整形プリズム５により、ほぼ軸対称な光量分布をもつ平
行光束に変換され、ビームスプリッタ６の透過成分が、
ピックアップレンズ７により、記録面上に３つのスポッ
ト11a,11b,11cを作る。３つのスポットは通常同一トラ
ック上にあり各々３つのレーザに対応し、媒体１と光ヘ
ッドの相対移動方向Ａに対して、上流から、スポット11
aはオートフォーカス用（及びオートトラッキング
用）、11bは記録用、11cは再生用スポットであり、いわ
ゆるDRAW（リアルタイムの記録ベリファイ）が可能な配
列を構成する。各レーザは、独立に駆動可能で、いわゆ
るAPCにより光出力は、各モードに安定化されている。
各レーザの発光点の間隔は100μｍで、媒体１上に１対
１に結像されている。

各スポットの反射光は、ピックアップレンズ７、ビー
ムスプリッタ６、センサーレンズ８を経て、それぞれの
スポットに対応した受光領域10a〜10cに入射し、各受光
領域の出力は、10aはオートフォーカス（及びオートト
ラッキング）、10b,10cは情報再生（RF）に用いられ
る。

本発明において、アレイレーザ２のうち、オートフォ
ーカス用レーザ3aは、30μｍの非点隔差があり、これに
より、非点収差法のオートフォーカスが実現される。光
源にすでに非点収差があるので、センサーレンズ８は、
通常の軸対称な球面系のみで構成できる。

第２図は、アレイレーザ3a〜3cの出力波面を説明する
ための模式図で、メリジオナル平面の光線を実線で、サ
ジタル平面の光線を破線で示している。同図において、
記録用、再生用のレーザ3b,3cの出力端面は同一平面内
にあり、かつ、メリジオナル、サジタル両平面内の発光
点（ビームウェスト）は一致しており、それぞれ出力端
面にある。それに対し、オートフォーカス用レーザ3aの
メリジオナル平面内の仮想発光点はレーザ端面より2l0
だけ奥に入り込ませてある。また、サジタル平面内の発
光点は出力端面にあるので、非点隔差2l0が得られる。
３つのレーザは同一光学系により、媒体１上にスポット
を結ばせるので、簡単のため、コリメーターレンズ４、
ピックアップレンズ７の像面湾曲を無視して考えれば、
レーザ3b,3cの端面と、媒体１の記録面は共役面とな
る。従って、オートフォーカス用レーザ3aの出力波面の
仮想の最小錯乱円の位置を、他の２つのレーザ3b,3cの
出力端面の位置にすることにより、それと共役関係にあ
る媒体１の記録面上で、スポット11aは最小錯乱円とな
り、非点収差法オートフォーカスの合焦位置となる。な
お、ここで仮想の最小錯乱円の位置とはオートフォーカ
ス用レーザ3aのメリジオナル、サジタル両平面の出射光
を逆行した場合において生じる想像上の最小錯乱円の位
置をいう。

第３図は上述の関係を説明するための媒体１上のスポ
ットの位置関係を示す模式図で、本来第１図に示したよ
うに反射する光を検出するが、説明のため、反射光を下
側へ展開した図を示す。第３図において、それぞれ記録
用レーザ3b、再生用レーザ3cに対応したスポット11b、1
1cは、非点収差なくスポットを結ぶが、非点収差のある
レーザ3aによる光のビームウェストは、メリジオナル平
面で記録面よりl1だけ手前に、サジタル平面で反射後l1
の位置に存在することになる。なお第２図、第３図にお
いてレーザの活性層内の屈折率はAlGaAs/GaAs系レーザ
で3.5、媒体１の保護層の屈折率は通常1.5程度であるの
で、光線は屈折し、本来のビームウェストの位置は屈折
率分だけずれるが、単なる設計事項であり、説明が煩雑
になるのでその効果については省略する。

また、後述するように、現在の半導体レーザは、非点
隔差を０にすることは難しく、小さいものでも３μｍ程
度の非点隔差を有するが、光メモリシステム上大きな問
題とはならない。以上の説明で、レーザ3b,3cは非点隔
差０として扱ったが、３μｍ程度の非点隔差があって
も、３つのレーザの最小錯乱円の位置を一致させれば特
に問題とならない。また、レーザ3aの非点隔差2l0を30
μｍとしたのは、いわゆるオートフォーカスの引き込み
範囲±を15μｍと設定し、レーザ２を媒体上に横倍率１
倍で結像しているため、l0＝l1＝15μｍとなるからであ
る。引き込み範囲や縦倍率（＝（横倍率）^２）に応じ
て、レーザ側の非点収差l0を、最適値に選べばよいこと
はいうまでもない。

次に第４図，第５図を用いて、検出原理について説明
するが、基本的には、通常のアナモフィック光学系を用
いた場合と、同じ検出原理であり、周知のものであるの
で、簡単な説明にとどめる。

第４図は、PINフォトダイオード９に入射する光線を
説明するための模式図で、10aはオートフォーカス用
（及びオートトラッキング用）、10bは記録用、10cは再
生用のレーザ3a〜3c及びスポット11a〜11cに各々対応し
た受光領域である。ピックアップレンズ７とセンサーレ
ンズ８の焦点距離の比で決まる横倍率で、フォトダイオ
ード９上のスポット間隔が決まり、フォトダイオード上
での非点隔差2l2が決まる。これらは、オートフォーカ
スの感度、及び、分割PINフォトダイオードの精度等か
ら決定する。オートフォーカス用スポットのメリジオナ
ル平面の仮想ビームウェストは、l2だけ後方に、サジタ
ル平面のビームウェストは、l2だけ手前にある。

第５図に、オートフォーカス用受光領域の４分割PIN
フォトダイオードと、スポットの関係を示す。４分割セ
ンサの２組のタスキの和の差をとることにより、フォー
カスの誤差信号が得られ、いわゆるＳ字特性が得られ
る。第５図（ｂ）が合焦位置、（ａ）は媒体１がピック
アップレンズ７より遠ざかる方のデフォーカス、（ｃ）
はその逆方向の場合を示す。４分割線をトラックに対し
て45゜傾けるのは、トラッキングからのクロストークを
小さくするためである。

第６図は、本発明に係る半導体レーザの一例としてア
レイレーザの構造を説明するための模式図である。

一般に、屈折率導波型レーザでは非点隔差が小さく、
利得導波型レーザでは大きい。これは光電力の横方向の
閉じ込め方法の違いで、利得による閉じ込めの場合、複
素誘電率の虚部が空間分布をもち、レーザ共振器の固有
モードの波面が、進行方向に凸状に湾曲するためであ
る。より直感的には、キャリア密度の分布によって閉じ
込めを行なうので、誘導放出が放射状に生じながら、キ
ャリア密度の分布に対応した利得領域に沿って進むため
である。それに対し、屈折率導波の場合、屈折率により
光波が閉じ込められているため、そのような波面の湾曲
は少ないことが知られている。従って、利得による閉じ
込め効果、屈折率による閉じ込め効果をうまく組み合わ
せることにより、本発明で用いるような、アレイレーザ
内で、異なる非点収差を持たすことが可能である。

第６図に示したレーザは、基本的には埋め込み型の屈
折率導波型レーザで、分子線結晶成長法、リアクティブ
イオンエッチング法等により作製できる。レーザ3aに関
しては、屈折率差を小さくし、屈折率による閉じ込め効
果を小さくし、利得導波の効果を大きくすることにより
非点収差を、他のレーザ3b,3cより大きくしている。そ
して、第２図で説明したように、各レーザの仮想の最小
錯乱円の位置が同一平面にあるように各レーザの出力端
面の光軸方向位置をエッチング等により制御すること
で、本発明に係る半導体レーザを作製することができ
る。なお、12a〜12cは、各レーザの後方出力をモニタ
し、APCをかけるためのフォトダイオードである。

なお本発明によれば、オートフォーカス用（及びオー
トトラッキング用）スポット11aのスポット径は他のス
ポット11b,11cより大きくなっており、そのため、記録
ビットからのクロストークが低減できる上に、媒体１上
の傷やゴミ、その他の欠陥によるオートフォーカス（及
びオートトラッキング）のふられを抑制し、従来よりオ
ートフォーカス（及びオートトラッキング）の安定度が
向上する。

本発明は前記実施例に限らず種々の変形、応用が可能
である。

例えば、上述の記述では、主に記録と再生を行なう光
メモリの光ヘッドについて述べたが、もちろん本発明
は、これに限定されるものではなく、消去可能な光メモ
リ、再生専用の光メモリ等にも適用しても大きな効果を
得ることができる。

さらに、集積化された一次元アレイレーザについて説
明したが、二次元アレイレーザを用いて、パラレルに消
去・録再を行なったり、パイロット、プリヒート、バイ
アス等の機能を達成する場合にも、大きな効果がある。
オートフォーカス用レーザは一つに限定されるものでは
なく、複数設けて、必要に応じて切り替えて使用しても
よい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の光ヘッドによれば、光
源に複数のレーザを用い、少なくとも一つの非点収差が
他のレーザにくらべて大きいレーザをオートフォーカス
用に用いることにより、アナモフィック光学系を用いる
ことなく、光ヘッドを構成することができる。

また、そのレーザの仮想の最小錯乱円の位置を他のレ
ーザの仮想の最小錯乱円の位置と一致させることによ
り、オートフォーカス制御が良好になり、安定なオート
フォーカスを実現しかつ高密度記録をも実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ヘッドの一実施例を示す光ヘッドの
構成図である。 第２図は本発明に係るアレイレーザの出力波面の説明図
である。 第３図は媒体上のスポットの位置関係を示す図である。 第４図は光検出器に入射する光の説明図である。 第５図はオートフォーカス用検出器とスポットの説明図
である。 第６図は本発明に係るアレイレーザの構造を示す説明図
である。 １……光メモリ媒体、２……複数レーザ、９……光検出
器、11a〜11c……光スポット

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録媒体に光を照射し、情報の再生及び／
   又は記録を行なう光学的情報記録再生装置に使用する光
   ヘッドにおいて、 光源に複数のレーザを用い、 そのうちの１つのレーザは前記記録媒体と前記光ヘッド
   との相対距離を検出するためのレーザであり、他のレー
   ザは情報の再生及び／又は記録を行なうためのレーザで
   あり、 前記１つのレーザは、レーザ側の出射光自体において、
   前記他のレーザに対して非点収差が大きく設定されてお
   り、 前記１つのレーザの仮想の最小錯乱円の位置が、前記他
   のレーザの仮想の最小錯乱円の位置と同一平面上にある
   ことを特徴とする光ヘッド。
2. 【請求項２】前記１つのレーザは、オートトラッキング
   用のレーザであることを特徴とする請求項１に記載の光
   ヘッド。