JP2667962C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本発明は、情報担体の情報記録面に光を照射し、情報の検出又は記録を行なう
光ヘッド装置に関し、特に小型・軽量で量産に適した光ヘッド装置に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】 従来、光ヘッド装置は例えば図２０に示すように構成されていた。ここで、レ
ーザ光源１から射出した発散光束は、コリメータレンズ２に入射して平行光束と
なり、偏光ビームスプリッタ３に入射する。ここで偏光ビームスプリッタ３は、
特定の方向に振動面を有する直線偏光をほぼ１００％透過し、これに直交する方
向に振動面を有する直線偏光をほぼ１００％反射する特性を有している。この偏
光ビームスプリッタ３を透過した直線偏光はλ／４板４を通過して円偏光となり
、対物レンズ５によって情報担体の基板６上に設けられた情報記録面７に集光さ
れ、 スポット径１μｍ前後のスポットを形成する。また、この情報記録面７によって
反射された光束は、対物レンズ５を通って平行光束となり、λ／４板４を通過し
て入射時とは振動面の方向が直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３
に再び入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ３は、前述の様な特性により光
分割器として働き、情報記録面７からの反射光を反射して入射光と分離せしめ、
センサーレンズ８及びシリンドリカルレンズ９を介して収束光束として光検出器
１０に導く。 【０００３】 この様な光ヘッド装置を用いて情報を記録する場合には、情報信号に従ってレ
ーザ光源１を駆動し、情報記録面７への入射光を変調せしめる事によって行なう
。また情報を検出する場合には、無変調の光を凹凸のピット或いは反射率の変化
等によって情報が記録された情報記録面７に照射し、この記録情報によって変調
を受けた反射光を光検出器１０で検出し、情報を再生する。 【０００４】 また、光ヘッド装置においては、情報記録面に高密度に情報を記録し、高密度
に記録された情報を検出する為に、光源からの光を常に情報記録面に合焦させる
オートフォーカシングが行なわれている。図２０の装置は公知の非点収差法を用
いた例を示す。シリンドリカルレンズ９は、反射光に非点収差を生じさせる。又
、光検出器１０はその受光面が４つに分割されていて、情報記録面９が対物レン
ズ５の合焦位置にあるとき、即ち光スポットが情報記録面７上で１μｍ程度の所
定の大きさに絞り込まれているときには、光検出器１０上で円形の光量分布を生
じる様に配置されている。この結果情報記録面７が対物レンズ５の焦点位置から
前後に移動すると、光検出器１０上の光量分布は夫々長軸方向が直交した長円形
に変化する。従って光検出器１０の各々の受光面の出力を比較して前記光量分布
の変化を検出する事により、フォーカスエラー信号が得られ、このフォーカスエ
ラー信号に従って不図示のアクチュエータで対物レンズ５を光軸方向に移動せし
めることによってオートフォーカシングが行なわれる。 【０００５】 しかしながら、上述のような従来の光ヘッド装置においてはセンサーレンズ等 が必要であり、装置の小型化，低価格化の障害となっていた。また、光検出器に
よって良好な信号を得る為には、前記センサーレンズ等の光学素子を検出光の光
軸に対して正確な位置及び角度に置かねばならず、組立調整を繁雑にしていた。 【０００６】 また、上記センサーレンズ等が不要な光ヘッド装置が特開昭５９−８１４５号
に提案されている。この装置は前述のようなプリズムタイプのビームスプリッタ
の接合面を曲面とし、凹面鏡として集光作用を持たせたものである。しかし、こ
の装置においては、ビームスプリッタを作製する際に、凸面或いは凹面を有する
プリズムを個々に研磨して組み立てねばならず、量産に適していない欠点があっ
た。更に、ビームスプリッタの接合面には偏光依存性の反射膜を設けるが、接合
面を球面或いは円筒面とした場合には、この反射膜への光の入射角が場所によっ
て異なり、偏光特性が変化してしまう。従って、このような構成では厳密な偏光
依存性は望めない。 【０００７】 一方、特開昭５６−５７０１３号には、光源と対物レンズとの間の光路中に回
折格子を設け、この回折格子で情報担体から反射された光を入射光と分離して光
検出器に導く光ヘッド装置が提案されている。この回折格子はレンズ作用を有し
、光検出器に向かう光束に非点収差を発生させ、所謂非点収差法を用いて光検出
器でフォーカシングエラーを検出する。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】 本発明の目的は、上記回折を用いた光ヘッド装置を更に改良し、良好なトラッ
キングエラーの検出が可能な光ヘッド装置を提供する事にある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】 本発明の上記目的は、光源から発した光束を対物レンズによって情報記録面に
集光するとともに、前記光源より前記情報記録面に至る光路中に配設された回折
格子により前記情報記録面からの反射光束を回折させて光検出器に導き、トラッ
キングエラー信号の検出と情報の検出又は記録を行なう光ヘッド装置において、 前記光源と前記対物レンズとの間に、前記光源から発した光束を平行光束に変換
して前記対物レンズに入射させるコリメータレンズを設け、かつ、前記コリメー
タレンズから前記対物レンズに向かう前記平行光束の光路中に、前記回折格子を
配置し、前記対物レンズを光軸に垂直な方向に動かすことにより、前記情報記録
面に対するオートトラッキングを行う、事によって達成される。 【００１０】 【実施例】 図１は、回折格子を用いた本発明の光ヘッド装置の実施例を示す概略構成図で
ある。半導体レーザ１１から出射した光は、コリメータレンズ１２により平行光
束となり、光分割器１３に入射する。この光分割器１３は、２枚の平行平板１４
，１６と、その間に挟持された回折格子１５とから構成されている。この回折格
子は、その回折効率がＳ偏光に対してはほぼ１００％、Ｐ偏光に対してはほぼ０
％となるように形成されている。また、半導体レーザ１１からの光は光分割器１
３に対してＰ偏光となるように設定されている。従って、この入射光はほとんど
回折されずに透過しλ／４板１７に向かう。λ／４板１７を通過した光は、円偏
光となり、対物レンズ１８によって情報担体の基板１９を介して情報記録面２０
に径１μｍ前後のスポットに集光される。情報記録面２０で反射された光束は、
対物レンズ１８を通って平行光束となり、再び、λ／４板１７を透過して入射時
とは直交する方向に振動するＳ偏光となって光分割器１３に入射する。この反射
光２１は光分割器１３中の回折格子１５によって回折されて回折光２２となり平
行平板中を全反射を繰り返しながら導波し、光検出器２３に入射する。このよう
に、回折格子１５の偏光特性を利用して、光の利用効率を高めることができる。
ここで、情報を記録する場合には、情報信号に従って半導体レーザ１１を駆動し
、情報記録面２０への入射光を変調せしめる事によって行なう。また情報を検出
する場合には、無変調の光を情報記録面２０に照射し、そこに記録された情報に
従って変調を受けた反射光を光検出器２３で検出し、情報を再生する。 【００１１】 図１の光分割器１３を半導体レーザ側から見た図を図２に示す。本実施例の回
折格子は図２の紙面内にパワーを持つレンズ作用を有しており、回折光２２は集 光されて光検出器２３に導かれる。 【００１２】 本発明において、レンズ作用とは、回折格子に入射する光の波面形状を変化さ
せて回折し、回折光を発散或いは収束せしめる事を指し、回折格子にセンサーレ
ンズ、シリンドリカルレンズなどの働きを合わせ持たせるものである。光検出器
２３は、図の様に、その受光面が４つに分割されている。また、この受光面にお
ける光量分布は、前述の情報記録面上のスポットの合焦状態に応じて変化する。
例えば、対物レンズ１８の焦点位置が記録面２０に一致しているときには、反射
光２１は平行光となり、回折光２２は図２の実線のようになって、光検出器２３
に２２ｂに示す形状で入射する。また、対物レンズ１８が記録面に近ずきすぎた
或いは遠ざかりすぎた場合には、反射光２１は発散光或いは集束光となり、回折
光２２は図２において夫々一点鎖線或いは破線のようになって、光検出器２３上
で夫々２２ｃ或いは２２ａに示す形状となる。このような光束形状の変化を利用
してフォーカスエラー信号を検出する原理を以下に詳しく説明する。 【００１３】 図３、図４及び図５は４分割光検出器２３を光の入射側から見た図で図４は合
焦状態、図３及び図５は焦点外れ状態を示す。ここで、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ
，２３ｄは夫々分割された受光面を示し、入射光束の形状は上述のように、２２
ａ，２２ｂ，２２ｃと変化する。受光面２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄからの
出力を夫々Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄとすると、図６に示すような電気系で （Ｉｂ＋Ｉｃ）−（Ｉａ＋Ｉｄ） なる演算を行なう事によって、差動増幅器２４の出力端子２５には、図７に示す
様なフォーカスエラー信号が得られる。図７において横軸は合焦位置を零とした
ときの対物レンズと記録面との距離（フォーカス誤差）を示し、縦軸は信号出力
を示す。得られたフォーカスエラー信号に従い、不図示のアクチュエータを介し
て対物レンズ１８或いは光ヘッド全体を入射光の光軸に沿ってディスクに対して
動かすことにより、オートフォーカスが可能となる。 【００１４】 次に、図１の実施例におけるオートトラッキングの原理を説明する。図８、図 ９及び図１０のように情報担体の基板１９に溝１９ａが形成されているとすると
、対物レンズ１８により、入射光束はこの溝１９ａの近傍に集光される。ここで
図９は、目的の溝の上にスポットが生じている状態、図８及び図１０は夫々溝に
対してスポットが右または左に生じている状態を示す。この基板１９上の記録面
２０で反射される光束は溝１９ａでの回折或いは散乱によるトラッキング情報を
含む。図１の光検出器２３で、前記反射光を受けると、受光面２３ａ，２３ｂ，
２３ｃ，２３ｄで受ける光量は、前述の図８、図９及び図１０の状態に応じて、
夫々図１１、図１２及び図１３のように変化する。従って図１４に示すように電
気系で、 （Ｉａ＋Ｉｂ）−（Ｉｃ＋Ｉｄ） なる演算を行なう事によって、差動増幅器２６の出力端子２７には、図１５に示
す様なトラッキングエラー信号が得られる。図１５において、横軸はトラッキン
グ誤差、縦軸は信号出力を示す。得られたトラッキングエラー信号に従い、不図
示のトラッキングアクチュエータを駆動し、対物レンズ１８を光軸に垂直な方向
に移動させる等の方法で、記録面２０に対するオートトラッキングが可能となる
。尚、ここで基板１９に予め案内トラックとしての溝が形成されている場合を説
明したが、記録面２０に記録された情報を検出する場合には、このような溝がな
くても、記録された信号列（記録トラック）とスポットとの位置関係に応じて、
光検出器２３上の光量分布にアンバランスが生じる。従って、このような場合で
も、図１４のように光検出器２３の各受光面の出力を演算することにより、同様
にトラッキング信号が得られる。 【００１５】 上記の実施例でもわかるように、本発明においては、光源と対物レンズとの間
に、前記光源から発した光束を平行光束に変換して前記対物レンズに入射させる
コリメータレンズを設け、かつ、前記コリメータレンズから前記対物レンズに向
かう前記平行光束の光路中に、前記回折格子を配置し、前記対物レンズを光軸に
垂直な方向に動かすことにより、前記情報記録面に対するオートトラッキングを
行うようにしたので、対物レンズを光軸に垂直な方向に移動した時に、回折格子
への光束の入射角度が変化しないので、回折格子の回折効率も変化しない。また
、 前記対物レンズを光軸に垂直な方向に移動した時に、情報記録面からの反射光束
が入射する回折格子上の領域の大きさも変化しない。そのため、対物レンズを光
軸に垂直な方向に移動した時に、回折格子により光検出器に導かれる反射光束の
光量が変化しないので、良好なトラッキングエラー信号の検出が可能となる。 【００１６】 図１６及び図１７は、本発明に用いる回折格子の構造を模式的にあらわしたも
のである。図１６は体積型回折格子を用いた光分割器３１の部分断面図である。
回折格子３３は、平行平板から成る基板３２及び３４の間に挟まれ、屈折率の低
い層３５と屈折率の高い層３６とから構成されている。情報記録面からの入射光
３７は、この回折格子３３により回折されて回折光３８となる。回折格子３３が
入射光３７に対してブラッグ条件を大略満足している場合には、回折光３８は特
定の回折方向に大半のエネルギーが集中する。また、入射光３７と回折光３８の
なす角が直角に近いときには、この回折効率は光束の偏光状態の影響を大きく受
け、Ｐ偏光には１００％の透過率を有し、Ｓ偏光には１００％近い回折効率を有
する。 【００１７】 図１６のような回折格子３３は、重クロム酸ゼラチン等の体積型ホログラム感
材を用いて作製される。例えば、基板上に前述の感材を一様な厚さに形成し、こ
れに、同一レーザからの光束を分割した後、所定の角度で重ね合せる事によって
生ずる干渉縞を露光し、更に現像処理する事によって回折格子が形成される。 【００１８】 図１７は、本発明に用いられる光分割器４１の他の構成例を示す部分断面図で
ある。平行平板４２，４３に挟持された回折格子４４は、適当な反射特性、例え
ば偏光ビームスプリッタ特性を有する反射膜６０を、凹凸を挟んだ形状をしてい
る。従って、Ｐ偏光として入射する直線偏光５６に対しては、この回折格子４４
は何の作用もせずに、単なる平行平板としてふるまい、またＳ偏光として入射す
る直線偏光５７に対しては反射鏡として働き、回折光５８を生ずる。 【００１９】 図１７のような回折格子４４は、フォトレジスト等のレリーフ型の感光材料に 適当な光学系を介して格子パターンを露光し、現像する事によって作製できる。
また他に機械的に金型を加工し、インジェクション、コンプレッション、薄層コ
ピー等の方法で基板となる層に転写する方法や、基板を直接切削する方法等によ
っても作製可能である。 【００２０】 本発明に用いる回折格子は光を発散或いは収束させながら回折するものである
が、このようなレンズ作用を有する回折格子は、一般にホログラムレンズ等で良
く知られているように簡単に得る事が出来る。例えば、図１８のように回折格子
の各々の傾斜面を所定の軸を中心とした円錐形に形成する事により、格子の配列
方向を含む面内においてパワーを有する回折格子が得られる。また、格子のピッ
チを徐々に変化させて形成すると、回折角が場所によって異なり、入射光と回折
光を含む面内においてパワーを有する回折格子が得られる。当然、これらを組み
合せて、２次元的なレンズ作用を持たせても良い。 【００２１】 図１９は、図１８のような回折格子を光学的な手段を用いて作製する方法を説
明する図である。図１９において、同一のレーザ光源から発し、不図示の光学系
によって分割された平行光束６１と６２は、夫々回転軸６５を共有する円錐ミラ
ー６３，６４に回転軸６５に平行に入射する。各々の円錐ミラーで反射された２
つの光束は、回転軸６５上に焦線を有する円錐波面となり、基板６６上のホログ
ラム感材６７に入射する。このときに、感材面上の領域６８に生ずる干渉縞は、
三次元的に円転軸６５を回転中心とした円錐形となる。従って、このように露光
された干渉縞を現像処理することにより、図１８に示したような集束作用を持つ
解析格子が形成される。 【００２２】 本発明に用いる光分割器は、大きな基板上に複数個まとめて加工し、これを切
り出す事によって簡単に作製する事が出来る。また、前述のように母型からの転
写によって作製する場合には、特に量産に適し、作製コストも低減できる。また
、本発明のような回折格子は様々に設定される回折光の集束或いは発散作用を、
作製上の困難さを生ずる事なく実現できるので、安価に非球面レンズと同様の作
用 を得ることも出来る。更に、本発明の光分割器は、入射光が回折格子の傾斜面に
場所よらず一定の角度で入射する為、プリズムの接合面に曲率を持たせた従来例
のように、光線の入射位置によって偏光特性が異なるという事もない。 【００２３】 【００２４】 【００２５】 【００２６】 【００２７】 本発明は、前述の実施例に限らず種々の変形が考えられる。例えば実施例では
光分割器からの光束を直接光検出器に導く構成としたが、回折格子のレンズ作用
と、光分割器の端面或いは外部に設けられたレンズとの組み合せによって光検出
器に光束を導くようにしても良い。また、本発明は光磁気記録を読み取る場合に
も用いることが出来る。 【００２８】 【発明の効果】 以上説明したように、本発明は従来の光ヘッド装置において、光源と対物レン
ズとの間に、前記光源から発した光束を平行光束に変換して前記対物レンズに入
射させるコリメータレンズを設け、かつ、前記コリメータレンズから前記対物レ
ンズに向かう前記平行光束の光路中に、前記回折格子を配置し、前記対物レンズ
を光軸に垂直な方向に動かすことにより、前記情報記録面に対するオートトラッ
キングを行うようにしたので、 対物レンズを光軸に垂直な方向に移動した時に、回折格子への光束の入射角度
が変化しないので、回折格子の回折効率も変化しない。また、前記対物レンズを
光軸に垂直な方向に移動した時に、情報記録面からの反射光束が入射する回折格
子上の領域の大きさも変化しない。そのため、対物レンズを光軸に垂直な方向に
移動した時に、回折格子により光検出器に導かれる反射光束の光量が変化しない
ので、良好なトラッキングエラー信号の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の実施例を示す概略図である。 【図２】 図１の光分割器を半導体レーザ側から見た図である。 【図３】 フォーカス誤差による光検出器上の光量分布の変化を示す図である。 【図４】 フォーカス誤差による光検出器上の光量分布の変化を示す図である。 【図５】 フォーカス誤差による光検出器上の光量分布の変化を示す図である。 【図６】 フォーカス誤差検知の電気系を示す図である。 【図７】 フォーカスエラー信号を示す図である。 【図８】 記録面における光スポットの位置変動を示す図である。 【図９】 記録面における光スポットの位置変動を示す図である。 【図１０】 記録面における光スポットの位置変動を示す図である。 【図１１】 光スポットの位置変動による光検出器上の光量変化を示す図である。 【図１２】 光スポットの位置変動による光検出器上の光量変化を示す図である。 【図１３】 光スポットの位置変動による光検出器上の光量変化を示す図である。 【図１４】 トラッキング誤差検知の電気系を示す図である。 【図１５】 トラッキングエラー信号を示す図である。 【図１６】 本発明に用いられる回折格子の構成例を示す略断面図である。 【図１７】 本発明に用いられる回折格子の構成例を示す略断面図である。 【図１８】 回折格子の傾斜面の様子を示す斜視図である。 【図１９】 回折格子の作製方法の一例を説明する図である。 【図２０】 従来の光ヘッド装置の構成を示す概略図である。 【符号の説明】 １１ 半導体レーザ １３ 光分割器 １４ 平行平板 １５ 回折格子 １６ 平行平板 １２ コリメータレンズ １７ λ／４板 １８ 対物レンズ １９ 基板 ２０ 情報記録面 ２３ 光検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 光源から発した光束を対物レンズによって情報記録面に集光す
   るとともに、前記光源より前記情報記録面に至る光路中に配設された回折格子に
   より前記情報記録面からの反射光束を回折させて光検出器に導き、トラッキング
   エラー信号の検出と情報の検出又は記録を行なう光ヘッド装置において、 前記光源と前記対物レンズとの間に、前記光源から発した光束を平行光束に変
   換して前記対物レンズに入射させるコリメータレンズを設け、かつ、前記コリメ
   ータレンズから前記対物レンズに向かう前記平行光束の光路中に、前記回折格子
   を配置し、 前記対物レンズを光軸に垂直な方向に動かすことにより、前記情報記録面に対
   するオートトラッキングを行う 事を特徴とする光ヘッド装置。