JP2655049B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク等の光学記
録媒体から記録を読み取るための光ヘッド装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高密度かつ大容量の記録媒体として、ピ
ット状パターンを用いる光メモリ技術は、ディジタルオ
ーディオディスク，ビデオディスク，文書ファイルディ
スクさらにはデータファイルと用途を拡張しつつ実用化
されている。ミクロンオーダに絞られた光ビームを介し
て情報の記録再生が高い信頼性のもとに遂行されるに
は、光ヘッド装置等の光情報をピックアップする光学構
成にかかっている。

【０００３】光ヘッド装置は、基本機能として、１）回
折限界の集光スポットを形成する集光性、２）前記光学
系の焦点制御とピット信号検出、３）同トラッキング制
御が必要とされている。

【０００４】以下、従来の光ヘッド装置について図面を
参照して説明する。

【０００５】図１０は、従来の光ヘッド装置の一例を示
す光学系のブロック図である。この例は、最も単純な構
成のものである。

【０００６】この光ヘッド装置は、半導体レーザ１９と
回折格子２０とビームスプリッタ２１と対物レンズ２２
と光検出器２３とから概略構成され、ディスク２４上に
対物レンズ２２により集光スポットを形成し、ディスク
２４に記録されている信号を光検出器２３で光−電気変
換している。

【０００７】ここで、半導体レーザ１９から出射した光
は、回折格子２０を通りトラッキングエラー信号用の回
折光を作成しビームスプリッタ２１を反射して対物レン
ズ２２によって集光され、ディスク２４に照射される。
ディスク信号面からの反射光は対物レンズ２２とビーム
スプリッタ２１を介して光検出器２３の受光面に入射
し、電気信号に変換される。

【０００８】以上のような光ヘッド装置による記録容量
の増大化が望まれており、このような装置においては媒
体上に照射する集光スポットを小さくすることが高密度
化に不可欠となっている。

【０００９】媒体上の集光スポットの大きさは、光源で
あるレーザの波長λと対物レンズの開口数ＮＡに依存し
ている。したがって、現在集光スポットの大きさを小さ
くするには、λを短くしたり、ＮＡを大きくしたりする
設計が行われている。

【００１０】また、集光スポットは光源のλ及び対物レ
ンズのＮＡで決まる値より小さくすることはできなく、
記録密度もこの値で決まる値よりも高めることができな
いという欠点があった。

【００１１】これに対し、光源の波長λ及び集光レンズ
の開口数ＮＡで決まる値より小さい集光スポットを生成
し、結果として前記限界以上の高密度記録を達成する手
法として、光源からの出射ビーム断面内で中心付近の光
の強度を減少させたり、光の位相を遅らせたりする手段
がある（特開平１−３１５０４０号公報，特開平１−３
１５０４１号公報）。この場合の光ヘッド装置の構成例
を図５に示す。

【００１２】図１１は、従来の超解像方式による光ヘッ
ド装置の一例を示す光学系のブロック図である。

【００１３】半導体レーザ１９から放射された光は、コ
リメータレンズ２５で平行光に変換される。平行なビー
ムは、遮光板２６を通り、その中心部分が遮光される。
次に、中心部以外のビームは、ビームスプリッタ２１を
通り、対物レンズ２２に入射し、集光スポットをディス
ク２４に照射する。集光スポットは、遮光板２６により
平行ビームの中心部分を遮光した光により集光するた
め、回折限界より小さなスポットが形成される。

【００１４】ディスク２４に照射された光は再び対物レ
ンズ２２に入射し、平行光に変換され、ビームスプリッ
タ２１を反射して凸レンズ２７を通り、ビームスプリッ
タ２８で２つの光路系に分離され、一方は、ピンホール
２９を通りフォトディテクタ２３に入射し、一方は円筒
レンズ３０を通り、フォトディテクタ３１に入射する。
円筒レンズ３０より非点収差を作成し、フォトディテク
タ３１でフォーカシングエラー信号の検出を行う。

【００１５】フォトディテクタ２３の光路系は、再生し
た信号をピンホール２９でサイドローブ成分をキャンセ
ルして検出し、さらにトラッキングエラー信号の検出を
プッシュプル法で行う。

【００１６】再生信号の検出は、前述した遮光板２６と
対物レンズ２２により作成されたスポット以外にサイド
ローブ（または回折リング）の発生によりディスク２４
上の隣接ピットからのクロストークが信号光にまざり合
う現象が起き、ノイズとして再生信号を劣化させる。

【００１７】そのため、フォトディテクタ２３の手前に
ピンホール（またはスリット）２９を設置し、サイドロ
ーブを除去するよう光学系を形成している。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光ヘッ
ド装置では、おおよそ10個前後の別個の光学部品を必要
とし、かつ、これらの光学部品を一定距離だけ精密に離
間して配設する必要がある。

【００１９】また、ホログラム素子を用いると光学機能
の複合化が可能となる反面、ホログラム素子等の回折機
能を有する光学素子を付加することで調整が複雑になる
と共に光学系が増大する。

【００２０】したがって、従来の光ヘッド装置では、小
型化が困難であり、かつ、光学部品の調整が複雑である
という問題があった。

【００２１】また、回折限界より小さなスポットを得よ
うとすれば、新たな光学部品を付加することになり、さ
らに小型化を困難にし調整を複雑にするという問題があ
った。

【００２２】

【発明の目的】本発明の目的は、小型化が容易であり、
かつ、光学部品の調整が簡単である光ヘッド装置を提供
することにある。

【００２３】また、本発明の他の目的は、装置の小型化
及び調整の容易化を妨げることなく、回折限界より小さ
なスポットか得られる光ヘッド装置を提供することにあ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光ヘッド装
置は、上記目的を達成するためになされたものであり、
レーザ光源と、このレーザ光源から出射された光ビーム
を光学記録媒体に集束すると共にこの光学記録媒体から
の反射光を再び集束する対物レンズと、この対物レンズ
と前記レーザ光源との間に位置すると共に前記対物レン
ズで再び集束された前記光学記録媒体からの反射光を透
過させて一次回折光を発生するホログラム素子と、この
ホログラム素子で発生した一次回折光を反射する板状の
プリズムと、このプリズムで反射された一次回折光を受
光する光検出器とを備えたものである。

【００２５】そして、前記プリズムは、その一面を前記
レーザ光源側に他面を前記対物レンズ側に向けて設置さ
れる共に、前記一面に前記一次回折光を反射する反射膜
が設けられ、前記他面に前記光検出器及び前記ホログラ
ム素子が設けられている。前記一次回折光は−一次回折
光及び＋一次回折光からなる。前記光検出器は、前記−
一次回折光を受光する四分割された受光素子からなる第
一の光検出器と、前記＋一次回折光を受光する二分割さ
れた受光素子からなる第二の光検出器とから構成されて
いる。前記ホログラム素子は、中心部分を境に二つの領
域のホログラム格子から構成されている。第一領域のホ
ログラム格子は、前記第一の光検出器の二個の受光素子
の分割線上及び前記第二の光検出器の一方の受光素子上
に前記一次回折光の集光スポットを形成する。第二領域
のホログラム格子は、前記第一の光検出器の残りの二個
の受光素子の分割線上及び前記第二の光検出器の他方の
受光素子上に前記一次回折光の集光スポットを形成す
る。前記第一の光検出器は、対角の受光素子の信号の和
の各々の差を検出することでフォーカス誤差信号を検出
するものである。前記第二の光検出器は、受光素子の信
号の差を検出することでトラッキング誤差信号を検出す
るものである。

【００２６】また、前記プリズムの一面に、前記レーザ
光源から出射された光ビームに対して中心部分の位相を
πrad 変化させる位相膜が設けられているものとしても
よい。

【００２７】

【作用】レーザ光源から出射された光ビームは、対物レ
ンズにより集束され光学記録媒体へ照射される。光学記
録媒体からの反射光は、対物レンズにより再び集束さ
れ、ホログラム素子を透過して、このホログラム素子を
設けたプリズム内で一次回折光となる。この一次回折光
は、プリズムに設けられた反射膜で反射された後、プリ
ズムに設けられた光検出器で受光される。

【００２８】プリズムにはホログラム素子，反射膜及び
光検出器が設けられている。換言すれば、個別の光学部
品がプリズムに集積化されている。したがって、ヘッド
装置を構成する光学部品は、このプリズムの他にレーザ
光源と対物レンズとの、合計三個に過ぎない。

【００２９】また、レーザ光源から出射された光ビーム
に対して中心部分の位相をπrad 変化させる位相膜をプ
リズムに設けると、光学記録媒体上の集光スポットが回
折限界より小さくなる。この場合もヘッド装置を構成す
る光学部品数に変わりはない。

【００３０】

【実施例】図１は本発明の一実施例の光学ブロック図、
図２は図１におけるプリズムを対物レンズ側から見た平
面図である。

【００３１】本発明に係る光ヘッド装置は、レーザ光源
としての半導体レーザ３と、半導体レーザ３から出射さ
れた光ビームを光学記録媒体１に集束すると共に光学記
録媒体１からの反射光を再び集束する対物レンズ２と、
対物レンズ２と半導体レーザ３との間に位置すると共に
対物レンズ２で再び集束された光学記録媒体１からの反
射光を透過させて一次回折光１１，１２を発生するホロ
グラム素子４と、ホログラム素子４で発生した一次回折
光１１，１２を反射する板状のプリズム５と、プリズム
５で反射された一次回折光１１，１２を受光する光検出
器８，９とを備えたものである。

【００３２】そして、プリズム５は、その一面５ａを半
導体レーザ３側に他面５ｂを対物レンズ２側に向けて設
置される共に、一面５ａに一次回折光１１，１２を反射
する反射膜としての反射コーティング層７ｃ，７ｄが設
けられ、他面５ｂに光検出器８，９及びホログラム素子
４が設けられている。

【００３３】また、プリズム５の一面５ａに、半導体レ
ーザ３から出射された光ビームに対して中心部分の位相
をπrad 変化させる位相膜６が設けられている。

【００３４】このように、光学記録媒体１からの記録情
報の光を、プリズム５の中を反射させて光検出器８、９
で検出する構成となっている。

【００３５】半導体レーザ３から放射された光は、位相
膜６そしてプリズム５を通って、プリズム５に接着され
たホログラム素子４を透過して、対物レンズ２に入射す
る。対物レンズ２で集光した光ビームは光学記録媒体１
に照射される。集光ビーム１０は、対物レンズ２の入射
光ビームの中心部分の位相をπずらす位相膜６を透過し
ているため、回折現象により光源波長λと対物レンズ２
の開口数ＮＡで決まるスポット径より微小な集光スポッ
トとなる。

【００３６】光学記録媒体１に記録されている光学記録
情報信号は、光学記録媒体１を反射して再び対物レンズ
２に入射し、ホログラム素子４で回折光となり検出され
る。ホログラム素子４で回折した＋一次回折光１１は、
プリズム５内を進んで一面５ａに設けられた反射コーテ
ィング層７ｄを反射して再びホログラム素子４側に進
み、ホログラム素子４に設けられた光検出器９に入射す
る。本実施例では光検出器９でフォーカス誤差信号を検
出する。

【００３７】また、ホログラム素子４で回折した−一次
回折光１２は、プリズム５内を進んで一面５ａに設けら
れた反射コーティング層７ｃで反射して再びホログラム
素子４側に進み、ホログラム素子４に設けられた光検出
器８によりトラック誤差信号を検出する。再生信号の検
出は光検出器８，９から得た信号により検出する。

【００３８】図３はホログラム素子４を対物レンズ２側
から見た正面図、図４は光検出器８の受光面上の集光ス
ポットを示す正面図、図５は光検出器９の受光面上の集
光スポットを示す正面図である。

【００３９】ホログラム素子４は、中心部分を境に二つ
の領域の格子から構成されて、第一領域のホログラム格
子１３ａは、光検出器８の分割線上の一部に集光する
（１４ａ）機能を有している。また、第二領域のホログ
ラム格子１３ｂは、光検出器８の逆の分割線上に集光す
る（１４ｂ）。

【００４０】集光スポット１４ａ，１４ｂは、対物レン
ズ２と光学記録媒体１との位置がジャストフォーカスに
なる関係にあれば、図４（Ａ）に示すように点像とな
る。デフォーカスになるとスポット像が大きくなる。つ
まり、光学記録媒体１に対して対物レンズ２が近づいた
場合は、図４（Ｂ）に示すように、集光スポット１４ａ
は図に対し上方に半円形のデフォーカススポット、集光
スポット１４ｂは図に対して下方に半円形のデフォーカ
ススポットができる。

【００４１】また、光学記録媒体１に対して対物レンズ
２が遠ざかった場合は、図４（Ｃ）に示すように、集光
スポット１４ａは図に対し下方に半円形のフォーカスス
ポット、集光スポット１４ｂは図に対して上方に半円形
のデフォーカススポットが形成される。

【００４２】四分割された光検出器８は対角の受光素子
ごとの和の各々の差を検出することでフォーカス誤差信
号を検出している。この検出方式は従来のナイフエッジ
方式を二重に行っている構成（ダブルナイフエッジ方
式）といえる。

【００４３】一方、トラッキング誤差信号は、同様に回
折してきた光を光検出器９で受光する。光検出器９は、
二分割で構成され、各々の差を検出することでトラッキ
ング誤差信号を検出している。これは、従来のプッシュ
プル方式と同様である。

【００４４】このように、光検出器８，９がそれぞれフ
ォーカス誤差信号検出用，トラッキング誤差信号検出用
として機能している。

【００４５】図６は従来の光ヘッド装置の集光スポット
の形状を示す正面図，図７は図６の集光スポットのビー
ムプロファイル、図８は本実施例の光ヘッド装置の集光
スポットの形状を示す正面図，図９は図８の集光スポッ
トのビームプロファイルである。

【００４６】従来の光ヘッド装置による集光スポット１
６は、光源の波長λと対物レンズのＮＡとで決まる回折
限界のスポット径に作成される。この時の強度分布を図
７に示す。強度分布は、半導体レーザの光ビームが干渉
性のあるガウシャン分布であることからガウシャン分布
で作成される。

【００４７】一方、本実施例において、光ビーム中心部
分の位相をπrad 変化させる位相膜６によって、メイン
スポット１７の周囲に円環状の強度をもったサイドロー
ブ１８が生成される。この時の強度分布を図９に示す。
メインスポット１７は、回折現象により光源の波長λと
対物レンズのＮＡとで決まるスポット径よりさらに微小
なスポットが作成される。このスポット径は、限界はあ
るものの位相膜６の直径により任意に設定できる。サイ
ドローブ１８の強度はメインスポット１７が小さくなれ
ばなるほど大きくなる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ヘッド
装置によれば、プリズムにホログラム素子，反射膜及び
光検出器を設けることにより、光学部品を減少できる。
したがって、装置の小型化を容易にでき、かつ、光学部
品の調整を簡単にできる。

【００４９】また、位相膜をプリズムに設けると、装置
の小型化及び調整の容易化を妨げることなく、回折限界
よりも小さい集光スポットを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光学ブロック図である。

【図２】図１におけるプリズムを対物レンズ側から見た
正面図である。

【図３】図１におけるホログラム素子を対物レンズ側か
ら見た正面図である。

【図４】図１における光検出器の受光面上の集光スポッ
トを示す正面図であり、（Ａ）はジャストフォーカスと
なった集光スポット、（Ｂ）及び（Ｃ）はデフォーカス
となった集光スポットを示す。

【図５】図１における光検出器の受光面上の集光スポッ
トを示す正面図であり、（Ａ）はジャストフォーカスと
なった集光スポット、（Ｂ）及び（Ｃ）はデフォーカス
となった集光スポットを示す。

【図６】従来の光ヘッド装置の集光スポットの形状を示
す正面図である。

【図７】図６の集光スポットのビームプロファイルであ
る。

【図８】本実施例の光ヘッド装置の集光スポットの形状
を示す正面図である。

【図９】図８の集光スポットのビームプロファイルであ
る。

【図１０】従来の光ヘッド装置の一例を示す光学系のブ
ロック図である。

【図１１】従来の超解像方式による光ヘッド装置の一例
を示す光学系のブロック図である。

【符号の説明】

１ 光学記録媒体 ２ 対物レンズ ３ 半導体レーザ（レーザ光源） ４ ホログラム素子 ５ プリズム ６ 位相膜 ７ｃ，７ｄ 反射コーティング層（反射膜） ８ 光検出器（トラック誤差信号検出用） ９ 光検出器（フォーカス誤差信号検出用） １０ 集光ビーム １１ 一次回折光（＋一次回折光） １２ 一次回折光（−一次回折光）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、このレーザ光源から出射
   された光ビームを光学記録媒体に集束すると共にこの光
   学記録媒体からの反射光を再び集束する対物レンズと、
   この対物レンズと前記レーザ光源との間に位置すると共
   に前記対物レンズで再び集束された前記光学記録媒体か
   らの反射光を透過させて一次回折光を発生するホログラ
   ム素子と、このホログラム素子で発生した一次回折光を
   反射する板状のプリズムと、このプリズムで反射された
   一次回折光を受光する光検出器とを備え、 前記プリズムは、その一面を前記レーザ光源側に他面を
   前記対物レンズ側に向けて設置される共に、前記一面に
   前記一次回折光を反射する反射膜が設けられ、前記他面
   に前記光検出器及び前記ホログラム素子が設けられ、 前記一次回折光は−一次回折光及び＋一次回折光からな
   り、 前記光検出器は、前記−一次回折光を受光する四分割さ
   れた受光素子からなる第一の光検出器と、前記＋一次回
   折光を受光する二分割された受光素子からなる第二の光
   検出器とから構成され、 前記ホログラム素子は、中心部分を境に二つの領域のホ
   ログラム格子から構成され、 第一領域のホログラム格子は、前記第一の光検出器の二
   個の受光素子の分割線上及び前記第二の光検出器の一方
   の受光素子上に前記一次回折光の集光スポットを形成
   し、 第二領域のホログラム格子は、前記第一の光検出器の残
   りの二個の受光素子の分割線上及び前記第二の光検出器
   の他方の受光素子上に前記一次回折光の集光スポットを
   形成し、 前記第一の光検出器は、対角の受光素子の信号の和の各
   々の差を検出することでフォーカス誤差信号を検出する
   ものであり、 前記第二の光検出器は、受光素子の信号の差を検出する
   ことでトラッキング誤差信号を検出するものである、 ことを特徴とする光ヘッド装置。
2. 【請求項２】 前記プリズムの一面に、前記レーザ光源
   から出射された光ビームに対して中心部分の位相をπra
   d 変化させる位相膜が設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の光ヘッド装置。