JP2692119B2

JP2692119B2 - 光ピックアップヘッド装置

Info

Publication number: JP2692119B2
Application number: JP63080764A
Authority: JP
Inventors: 慎一門脇; 慶明金馬
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH01253842A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光ディスクあるいは光カードなど、光記憶
媒体もしくは光磁気記憶媒体上に記憶される光学情報を
記録・再生あるいは消去可能な光ピックアップヘッド装
置に関するものである。

従来の技術高密度・大容量の情報記録媒体として、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
きている。

ミクロンオーダに絞られた光ビームを介して、情報を
記録再生が高い信頼性のもとに首尾よく遂行されるメカ
ニズムは、ひとえにその光学系に因っている。

光ピックアップヘッド装置（以下OPU）の基本的な機
能は、（ｉ）回折限界の微小スポットを形成する集光性、（ii）前記光学系のフォーカス（焦点）制御、（iii）同トラッキング制御、（iv）ピットとして記録された情報（以下RF）信号の検
出の４種類に大別される。これらは、目的と用途に応じ
て、各種の光学系ならびに光電変換検出方式の組合せに
よって実現されている。

第12図は、従来のOPUの一例を示す模式図である。半
導体レーザ光源１は、TE₀₀モード（電場：水平偏波）の
発散ビーム７を出射する。ビーム７は、コリメートレン
ズ２で平行ビームとされた後、偏光ビームスプリッタ10
6で反射される。

偏光ビームスプリッタ106で反射されたビーム７は、
四分の一波長板（λ/4板）18を透過する。λ/4板18を透
過したビーム７は、円偏光のビームとなり、対物レンズ
３で光記憶媒体（光ディスク）４上に集光される。

光記憶媒体４には、情報がピット状パターン40として
形成されている。光記憶媒体４で反射・回折されたビー
ム７は、偏光ビームスプリッタ106から光記憶媒体４に
至った光路を逆進して、対物レンズ３、λ/4板18を透過
する。λ/4板18を透過したビーム７は、垂直偏波の平行
ビームとなり、偏光ビームスプリッター106を透過し
て、ビームスプリッタ19で２方向に分割される。

ビームスプリッタ19で反射されたビームは、集光レン
ズ20、ならびに非点収差を付与する円柱レンズ21を通っ
て四分割光検出器５に入射し、フォーカス誤差（以下F
E）信号に変換される。このFE信号の検出方法は、非点
収差法としてよく知られている方法である。

一方、ビームスプリッタ19を透過したビームは、平行
ビームのまま、トラッキング誤差（以下TE）信号検出用
の光検出器である二分割光検出器22に入射する。TE信号
の検出は、プッシュプル法を用いて行う。プッシュプル
法も、よく知られている方法である。

ここで、λ/4板18は、偏光ビームスプリッタ106と組
み合わせることによって、光の利用効率を高めることと
同時に、半導体レーザ光源１への戻り光に依存したノイ
ズの発生を抑えている。

しかし、再生専用の光記憶媒体に記録された情報を再
生するOPU（以下再生専用OPU）では、光量設計に余裕が
あるので、λ/4板と偏光ビームスプリッタを省くことも
可能である。OPUは、小型化，低価格化のために、目的
と用途に応じて、部品の省略，複合化が図られている。

発明が解決しようとする課題しかしながら、再生専用OPUにおいても、ビーム分割
手段、非点収差あるいはナイフエッジ法などによるFE信
号の検出手段、またTE信号の検出手段を独立、もしくは
結合して構成する必要がある。OPUに従来用いられてき
た光学部品は、ビームスプリッタ，レンズ，プリズム等
であり、これらはいずれも大量に製作・組立・調整する
ことは容易ではなく、小型化，低価格化，量産性，高信
頼性の面で問題があった。

これらの問題が生じる共通の理由として、第１に、高精度の平面あるいは非球面を要する光学部
品は、多くの工程を経て初めて所望の加工が実現される
ので、プレス手段等を用いるが如き生産が一般に困難で
あること、第２に、多数の部品を組み合わせて所定の総合性能を
発揮させるためには、組立・調整にも多くの時間と複雑
な検査・測定装置を要すること、第３に、部品の小型化に限界があるところから、全光
学系の小型化にも大きな制約があることが上げられる。

上記課題の解決方法として、１枚のホログラム素子に
FE及びTE信号を検出可能にする回折光を生成する所定の
パターンを記録しておき、ホログラム素子からの回折光
を光検出器で受光してFE及びTE信号を検出する技術が最
近開示されている（例えば文献１）特願昭52−108908号
（大井上，永井）、文献２）特願昭62−16850号（大井
上，永井）、文献３）特願昭61−79677号（松下、辰
巳）、文献４）Y.Kimura et al,“High Performance Op
tical Head using Optimized Holographic Optical Ele
ment",プロシーディング・オブ・ザ・インターナショナ
ル・シンポジウム・オン・オプティカル・メモリ（Pro
c.of the International Symposium on Optical Memor
y）,Tokyo,Sept.16−18,1987（p.131）、文献５）K.Tat
sumi et al,“A Multi−functional Reflection Type G
rating Lens for the CD Optical Head",プロシーディ
ング・オブ・ザ・インターナショナル・シンポジウム・
オン・オプティカル・メモリ（Proc.of the Internatio
nal Symposium on Optical Memory）,Tokyo,Sept.16−1
8,1987（p.127））。

上記のうち、文献４）はダブルナイフエッジ法によ
り、他はすべて非点収差法によりFE信号を検出する。

第11図は、非点収差法によりFE信号を検出する場合
の、ホログラム素子からの回折光140〜142と光検出器５
の関係を示している。同図（ｂ）は、集光光学系で集光
されたビームが光記憶媒体上で合焦点にある場合、同図
（ａ），（ｃ）は、集光光学系で集光されたビームが光
記憶媒体に対してそれぞれ逆方向にデフォーカスした場
合の回折光と光検出器の関係を示している。FE信号は、
四分割光検出器５から出力される信号を加算回路31,32
でそれぞれ加算した後、差動回路33で差動演算を行い、
信号処理回路34で位相補償等の信号処理することにより
得られる。

ところが、ホログラム素子を用いて非点収差を有する
回折光を生成する場合、光源の波長が設計基準波長λか
らδλだけずれを生じたときには、そのずれ量に応じて
ホログラム素子からの回折光の回折角度が変化する。通
常の半導体レーザでは、使用環境温度が例えば60℃変化
するとレーザ発振波長は12nm程度、また駆動電源が40mA
変化すると8nm程度の波長変動が各々生じる。

ホログラム素子からの回折光の回折角度が変化するこ
とにより、光検出器５上の各ビーム140〜142は、それぞ
れビーム1401から1421に移動し、その結果、FE信号にTE
信号の変化と同期したノイズ（以下溝横断ノイズ）が混
入したり、FE信号にオフセットが発生して、正確なフォ
ーカス制御を行うことが困難になるという問題があっ
た。

また、さらにホログラム素子を用いない光学系におい
ても、OPUを組み立てる際の四分割光検出器の機械的調
整を、ミクロンオーダで高精度に行う必要があるという
課題があった。

課題を解決するための手段本発明は、上述の課題を解決するために、コヒーレントビームもしくは準単色のビームを発する
光源と、前記光源から出射されたビームを受け光記憶媒
体上へ微小スポットにビームを収束する集光光学系と、
前記光記憶媒体で反射，回折したビームを受けて回折光
を生成するパターンを有するホログラム素子と、前記ホ
ログラム素子で生成された回折光を受光して、フォーカ
ス誤差信号を検出可能にする信号を出力する光検出器と
を具備する光ピックアップヘッド装置において、前記光
検出器は受光部を複数に分割する第１の分割線と第２の
分割線を有し、前記ホログラム素子で生成される回折光
は非点収差を有し、前記ホログラム素子には前記非点収
差を有する回折光の強度を部分的に低減させるパターン
を有し、前記集光光学系で収束されたビームが光記憶媒
体上で合焦点にあるとき、前記非点収差を有する回折光
は前記強度を低減するパターンによって前記ホログラム
素子の空間搬送波周波数軸方向に２つに分離され、さら
に前記２つに分離された回折光の間に前記第１の分割線
が位置する光ピックアップヘッド装置とする。

作用本発明では、非点収差を有する回折光をホログラム素
子の空間搬送波周波数軸方向に２つに分離し、さらに２
つに分離された回折光の間に光検出器の分割線の１つを
位置させることにより、光源の波長変動に起因してホロ
グラム素子で生成される回折光の回折角度が変化して
も、２つに分離された回折光の間に光検出器の分割線の
１つが位置する限り、光検出器の受光部で受光される回
折光の光量は変化しない。

その結果、FE信号に溝横断ノイズが混入したり、オフ
セットが発生したりすることがなくなる。

実施例以下に、本発明の実施例について詳細に述べる。ここ
で、従来のOPUに用いた構成要素を本発明のOPUにも用い
ることが可能な場合には、同じ番号を付している。

（第１の実施例）第１図（ａ）は、本発明の一実施例であるOPU装置の
概略構成を示す。半導体レーザ光源１は、例えば波長λ
_２＝800nmのコヒーレントな発散ビーム７を出射する。
半導体レーザ光源１から出射されたビーム７は、コリメ
ートレンズ２で平行ビームとされた後、対物レンズ３で
光記憶媒体４上に集光される。

このとき６は非点収差を含む波面を記録したホログラ
ム素子であって、コリメートレンズ２と対物レンズ３と
の間に介在し、半導体レーザ光源１から光記憶媒体４に
向かう光路では、ホログラム素子６の０次回折光（透過
光）であるビームが光記憶媒体４に集光される。ホログ
ラム素子６で生成された０次回折光の光路は、ビーム７
の光路と同一である。

光記憶媒体４において、41は基板、42は保護膜であ
る。光記憶媒体４で反射されたビームは、再び対物レン
ズ３を通過してほぼ平行ビームとされた後、ホログラム
素子６に入射する。ホログラム素子６は、０次回折光の
他に、軸外に２つのビーム71,72を生成する。ビーム71,
72は、それぞれ非点収差再生像（＋１次回折光）とその
共役像（−１次回折光）である。ホログラム素子６は、
後述するフーリエ変換型ホログラムである。

コリメートレンズ２を介して、ビーム71,72は収束さ
れる。対物レンズ３で集光されるビームが、光記憶媒体
４上で合焦点であるとき、ビーム71,72は、面111とは直
交する方向でかつ、面111とは前後する位置の２面に、
各々非点像を結ぶ。面111は、０次回折光の収束点を含
んで、レンズ２の光軸に垂直な面であり、０次回折光の
収束点は、光源１の発光点10である。非点像を結ぶ面と
面111との間隔（非点像と最小錯乱円との間隔）は、そ
れぞれδ₁,δ_２であり、概ねδ_１とδ_２は等しい。

同図（ｂ）は、面111に配置された光検出器５とビー
ム71,72の関係を示している。ここでは、対物レンズ３
で集光されたビームが、光記憶媒体４上で合焦点にある
場合に対応した状態を示している。

光検出器５は、４つの受光部51〜54を有しており、受
光部51〜54は、分割線551,552で分割されている。光検
出器５は、ホログラム素子６からの＋１次回折光である
ビーム71を受光する。ビーム71は、２つに分割されてお
り、その間に分轄線551が位置する。

図中、光検出器５の受光面（面111）において、ビー
ム71はビーム72と共に、発光点10を通る直線Ｘ−Ｘ′上
に並ぶ。このとき直線Ｘ−Ｘ′は、ホログラム素子の空
間搬送波周波数軸方向と同じ方向を示している。FE及び
TE信号の検出方法については、後述する。

（第２の実施例）第２図は、本発明の別の実施例を示すOPUの概念図で
ある。第１の実施例では、ホ４ログラム素子に透過型ホ
ログラム素子６を用いているのに対し、本実施例ではホ
ログラム素子に反射型ホログラム素子66を使って光軸を
α＝90゜折り曲げている。

また、第１の実施例におけるコリメートレンズ２と対
物レンズ３との代わりに、有限系の対物レンズ30を用い
て結像光学系を構成している。

反射型ホログラム素子66及び有限系対物レンズ30を用
いることにより、OPU小型化，薄型化を図っている。ま
た、部品点数が少なくなるので、OPUの低価格化とOPUを
組み立てる際の工数の削減が可能となる。

（第３の実施例）第３図（ａ）は、本発明の更に別の実施例であるOPU
の構成を示している。半導体レーザ光源１から出射され
たビーム７は、コリメートレンズ２で平行ビームに変換
された後、偏光ビームスプリッタ106で反射される。偏
光ビームスプリッタ106で反射されたビーム７は、波長
板９を透過し、ミラー８で反射されて光路を折り曲げら
れた後、対物レンズ３に入射する。ビーム７は対物レン
ズ３で光記憶媒体４上に集光される。

光記憶媒体４で反射されたビーム７は、再び対物レン
ズ3,波長板９を透過した後、偏光ビームスプリッタ106
に入射する。ここで波長板９は、偏光ビームスプリッタ
106との性能バランスを容易にする目的でλ/5程度の設
計とし、半導体レーザ光源１に戻る光量の最適化を図っ
て、FE,TE,RF信号の信号対雑音比（以下S/N）を極大に
している。

波長板９をλ/5程度とすることにより、大半の光量が
偏光ビームスプリッタ106を透過し、若干の光量が偏光
ビームスプリッタ106で反射されて半導体レーザ光源１
に戻る。

偏光ビームスプリッタ106を透過したビーム７は、集
光レンズ20で集光された後、ホログラム素子666に入射
する。ホログラム素子666は、０次回折光であるビーム7
0と、±１次回折光であるビーム71,72を生成する。ホロ
グラム素子666で生成されたビーム70〜72は、光検出器5
5で受光される。

同図（ｂ）は、ホログラム素子666で生成されたビー
ム70〜72と光検出器55の関係を示している。光検出器55
は、５つの受光部51〜54及び5515を有し、ビーム70は受
光部5515で、ビーム71は受光部51〜54でそれぞれ受光さ
れる。

本実施例のOPUでは、必要に応じてホログラム素子666
をブレーズ化して、ビーム71の回折効率を、ビーム72の
回折効率よりも高めて、ビーム71の強度を高めることが
できる。このときビーム72は、微弱なビームとなる。ビ
ーム71を用いてFE及びTE信号の検出を行うことにより、
第１及び第２の実施例よりもS/Nの良好なFE及びTE信号
を得ることが可能となる。

また、本実施例のOPUでは、受光部5515でビーム70を
受光して、RF信号の検出を別途行う構成としている。

なお、本実施例に示すOPUにおいて、半導体レーザ源
１のノイズ特性が良好な場合には、波長９をλ/4として
もよい。

さて、以上の第１〜３の実施例に示すOPUの信号検出
方法を詳しく説明する。第４図は、第３図（ｂ）で示し
た、ホログラム素子666で生成されたビーム70〜72と光
検出器55との関係を模式的にかつ一般的に表している。
第４図（ｂ）は、対物レンズ３で集光されたビーム７
が、光記憶媒体４上で合焦点にある場合であり、第４図
（ａ）及び（ｃ）は、各々逆方向にデフォーカスした場
合を示す。

フォーカス制御に用いるFE信号は、第11図に示すよう
に、非点収差を有するビームを四分割光検出器で受光
し、光検出器から出力される信号を演算して得ることが
でき、これは衆知の技術である。光検出器55において
は、受光部51〜54が従来の四分割光検出器に相当する。

ビーム71は、ホログラム素子666の空間搬送波周波数
軸方向に２つに分離しており、２つに分離されたビーム
71は、ビーム711,712からなる。ホログラム素子666の空
間搬送波周波数軸方向は、Ｘ方向である。

今、半導体レーザ光源１の波長λ_２が、長波長側にδ
λだけ変化したとすると、ビーム71は、例えば第４図
（ｂ）に示すようにビーム71Aへ移動する。しかし、半
導体レーザ光源１の波長変動に依存してビーム71が移動
したとしても、分割線551がビーム711と712の間に位置
する限り、各受光部51〜54で受光されるビーム71の光量
は変化せず、ビーム71が移動してもFE信号は影響を受け
ない。

第３図（ａ）に示したOPUにおいて、対物レンズ３の
焦点距離f₃＝4.5mm,集光レンズ20の焦点距離f₂₀＝19mm,
ホログラム素子666で生成されるビーム71,72の非点像と
最小錯乱円との間隔δ_１＝δ_２＝160μｍ、光検出器55
上におけるビーム70とビーム71の間隔を800μｍ、半導
体レーザ光源１の波長λ_２＝800nmとする。このとき、
半導体レーザ光源１の波長が1nm変化すると、光検出器5
5上のビーム71は、ほぼ１μｍ移動する。

この光学条件で、半導体レーザ光源１の波長変動によ
ってFE信号に生ずる溝横断ノイズの量について測定した
結果を、第５図に示す。実線は、本発明のOPUを用いた
場合に得られた結果であり、一方、破線は、ビーム71を
空間的に分離しない衆知の技術によるホログラム素子を
用いてOPUを構成した場合に得られた結果である。ビー
ム71を２つのビーム711,712に分離するホログラム素子
の作製方法については後述する。

通常、溝横断ノイズが１μｍ以下であれば、全く問題
なくフォーカス制御を行うことが可能である。衆知の技
術によるホログラム素子を用いてOPUを構成した場合に
は、半導体レーザ光源１の波長変動を±2nm程度しか許
容できない。

一方、本発明のOPUを用いた場合、半導体レーザ光源
１に波長変動が±10nm程度生じても、全く問題なくフォ
ーカス制御を行うことができ、衆知の技術によるホログ
ラム素子を用いてOPUを構成した場合よりも大幅に許容
範囲が拡大する。

±10nm程度の光源の波長変動は、半導体レーザ光源１
の使用環境温度，駆動電流の変化などに起因して生ずる
波長変動量に相当する。また、半導体レーザ光源１の波
長変動だけではなく、OPUを組み立てる際の光検出器の
設定位置誤差の許容範囲も同様に、本発明のOPUでは大
幅に拡大する。

なお、第５図に示した結果は一実施例にすぎず、光学
設計を変えることによって、さらに良好な特性を得るこ
とも可能である。

また、本実施例に示すOPUにおいては、光検出器55の
分割線552をＸ線と平行にしており、このときには、光
源に波長変動が生じてもFE信号にオフセットは発生しな
い。

したがって、本実施例のOPUを用いた場合、光源に波
長変動が生じた場合でも、極めて安定なフォーカス制御
が可能となる。

第６図は、本発明のOPUに用いるホログラム素子、す
なわち非点収差波面を正確に記録・再生できるホログラ
ム素子を実現する光学系の概念図である。第６図（ａ）
において、波長λ_１のコヒーレントな平行ビーム13を集
光レンズ501で集光する光路中に円柱状レンズ17を配置
し、互いに垂直な方向に向いた非点収差像、すなわち線
状の収束ビーム101,103及びその中間位置にほぼ円形状
ビーム（最小錯乱円）102を得る。今、円形状ビーム102
は、X₁−Y₁座標面上にあるとしておく。この光学系は、
従来、OPUにおいて、非点収差を有するビームを生成す
る光学系と同様のものである。

次に、円柱状レンズ17でビーム13に非点収差波面を付
与した後、フーリエ変換レンズ500（焦点距離f₁）を用
いて、円形状ビーム102のフーリエ変換波面を、フーリ
エ変換レンズ500の後側フーリエ変換面（ξ_１−η_１座
標で表示）に取り出し、参照波と重ね合わせることによ
って、いわゆるレンズフーリエ変換型のホログラム素子
パターンがホログラム素子12に作製される。

そして、このときホログラム素子12とフーリエ変換レ
ンズ500との間に、矢印Ｚのごとく空間フィルタ121を挿
入し、ホログラム素子12の一部分に、先に述べたレンズ
フーリエ変換型のホログラム素子パターンとは異なるパ
ターンを形成している。

レンズフーリエ変換型のホログラム素子パターンとは
異なるパターンは、１次以上の高次の回折光を発生させ
ず、単に０次回折光を発生させるパターンとなる。ここ
では、１次以上の高次の回折光を発生させず、単に０次
回折光を発生させるパターンを非ホログラム領域とす
る。

非ホログラム領域の幅は、空間フィルタ121に適切な
開口を持たせることにより、任意に設計可能である。上
記の参照波は、平行ビーム13と互いに可干渉な平行ビー
ム14をレンズ15で収束し、フーリエ変換レンズ500の前
側焦点面の所定位置16から発散する無収差の球面波を用
いることにより、容易に得られる。第２図の実施例で用
いる反射型ホログラムの記録にあたっては、ホログラム
素子12をＺ軸及びη_１軸に対してそれぞれ45゜傾ければ
よい。

さて、このようにして記録されたホログラム素子12
を、第６図（ｂ）に示すような光学系に配置して波長λ
_２の平行ビームで照射すると、フーリエ変換レンズ5000
（焦点距離f₂）の後側焦点面（X₂−Y₂座標で表示）に
は、円形状ビーム1021とその共役像1022が、λ_１≠λ_２
の条件下でも、X₂−Y₂座標の原点160に関して互いに対
称の位置関係で歪なく再生される。

さらに、円柱状ビーム1021と1022のそれぞれ前、後方
向には、X₂軸に対して平行もしくは垂直方向の線状パタ
ーンを示す収束ビーム1011,1031及び1012,1032が得られ
る。このビーム1021,1022が、１次回折光及びその共役
光である。収束ビーム1012,1032はそれぞれ収束ビーム1
031,1011の共役光同志であるので、一方はX₂軸に対して
垂直方向の線状パターンを示す収束ビーム1031がフーリ
エ変換レンズ5000に近い位置にあり、他方はX₂軸に対し
て平行方向の線状パターンを示す収束ビーム1012がフー
リエ変換レンズ5000に近い位置に現れる。

もし、このホログラム素子12をやや発散する球面波で
照明すると、X₂−Y₂面には、共役関係にある収束ビーム
1012,1031の近傍にあった非点収差像が結像されて、第
４図（ａ），（ｃ）に示したような状態のビームが得ら
れる。

逆に、収束する球面波でホログラム素子12を照明した
場合には、第６図（ｂ）に示す収束ビーム1032,1011の
近傍の非点収差像が各々検出されることになる。

第６図（ａ）に示す光学系において、直径εの円形開
口を有する空間フィルタ1010を、非点収差を有するビー
ムの最小錯乱円である円形状ビーム102の位置に挿入す
ると、ビーム102に対してビーム整形効果を与えること
ができる。

空間フィルタ1010を用いてホログラム素子12を作製し
た後、そのホログラム素子12に球面波を照明して、非点
収差波面を有する回折光を生成した場合、他の収差が少
ない、最小錯乱円ビームを再生することが可能となる。

なお、前記空間フィルタ1010に代えて、同じ口径で空
間フィルタ121と相似のフィルタを用いることにすれ
ば、空間フィルタ121は不要であり、同様の効果を発揮
せしめることができる。

レンズフーリエ変換ホログラムの特質については、例
えば文献６）「ホログラフィによる漢字メモリ」加藤，
藤戸，左藤；画像電子学会研究会予稿79−04−１（197
9.11.）、及び文献７）“Speckle reduction in hologr
aphy‥‥‥",M.Kato et al,appl.Opt.,14（1975）1093
に詳しく報告・解析されているように、一般画像の記録
再生光学系に適用された実績（文献８）「光学式漢字編
集処理システム」佐藤他；電子通信学会研究会資料,EC7
8−53（1978）47等）を有するが、本発明では、ビーム
制御用手段として実用上支障ない限り、再生光学系光軸
近傍波面についてフーリエ変換が成立すればよく、ホロ
グラム素子からの波面再生に用いるレンズは、コリメー
トレンズで代用できるし、あるいは単にホログラム素子
を収束球面波で照射するだけで、その集光面上に所望の
再生像を得ることが可能である。

さて、第６図に示す記録光学系で、ビーム101,103の
ビーム102とのＺ方向での間隔Δ₁,Δ_２は M₂Δ_１＝δ_１ M₂Δ_２＝δ_２ δ_１＝δ_２Ｍ＝λ₂/λ_１・f₂/f₁ として設計することができる。

ここで、δ_１＋δ_２はOPUの光学系での非点隔差,Mは
倍率,f₁は記録用フーリエ変換レンズ500の焦点距離,f₂
は再生用フーリエ変換レンズ5000の焦点距離に相当する
もので、第１図ではコリメートレンズ２の焦点距離，第
２図、第３図ではホログラムに入射する収束波の曲率半
径f₂である。

第１図〜第３図で述べた光ヘッド光学系との寸法的な
整合をとるためには、記録用フーリエ変換レンズの焦点
距離f₁を50〜100mmとし、非点隔差δ_１＋δ_２を数百ミ
クロンと設計可能である。

なお、ここでは、フーリエ変換レンズを用いた二光束
干渉法によるホログラム素子の作製方法について述べた
が、本発明になるホログラム素子は、フーリエ変換型の
ほとんど単純格子に近いパターン構成であるので、コン
ピュータによってパターンを合成しホログラム素子を作
製することも勿論可能である。

第７図は、第６図（ａ），（ｂ）で説明した光学系を
用いて作製したホログラム素子12の構成を示している。
ホログラム素子12において、e2及びe3は非点収差を含む
波面を記録した領域、e1は０次回折光は生成するが、１
次以上の高次回折光を生成しないパターンを有する非ホ
ログラム領域である。ホログラム素子12に領域e1に設け
ることにより、領域e2及びe3から生成される非点収差を
有する回折光の強度を部分的に低減することができる。

ホログラム素子12を、例えば第１図（ａ）に示すOPU
のホログラム素子６とすることにより、ホログラム素子
６から、第１図（ｂ）に示す非点収差波面を有するビー
ム71及び72が得られる。ホログラム素子12に領域e1を設
けることによって、対物レンズ３で集光されたビーム７
が光記憶媒体４上で合焦点にあるときに、ホログラム素
子12から生成される回折光71はホログラム素子12の空間
周波数軸方向に２つに分離し、さらに２つに分離した回
折光71の間に四分割光検出器５の受光領域を分割する分
割線の１つである分割線551が位置するように配置する
ことを可能にしている。

また、ここに示すホログラム素子12の構成は一例であ
り、例えば、領域e2と領域e3に記録するパターンの空間
搬送波周波数を異ならせてもよい。

（第４の実施例）第８図は、本発明のOPUの更に別の実施例を説明する
概念図であり、光検出器550とホログラム素子666から生
成されるビーム70〜72の関係を示している。第３図
（ａ）に示すOPUにおいて、光検出器55の代わりに光検
出器550を用いることにより、本実施例のOPUを構成する
ことができる。このとき、ホログラム素子666は、ブレ
ーズ化する必要はない。

光検出器550は、受光部5515、51〜54、55021〜55024
を有する。ビーム70は受光部5515で、ビーム71は受光部
51〜54で、ビーム72は受光部55021〜55024でそれぞれ受
光される。ビーム71とビーム72は共役関係にあり、どち
らも非点収差波面を有する。受光部51〜54から出力され
る信号だけではなく、受光部55021〜55024から出力され
る信号も用いてFE信号を生成することにより、ホログラ
ム素子をブレーズ化しなくても、FE信号の強度は倍増す
る。

（第５の実施例）第９図は、本発明のOPUの更に別の実施例を説明する
概念図である。同図（ａ）は、ホログラム素子6666の機
能領域区分を示す。ホログラム素子6666は、FE信号を検
出可能にする非点収差を有する回折光を生成するパター
ンを記録した領域691〜696と、単純な格子パターンを各
々他と異なる方向に記録した領域68,69を有する。ホロ
グラム素子6666は、第７図に示すホログラム素子12に領
域68,69を設けたものである。

同図（ｂ）は、OPUにおける光検出器5500とホログラ
ム素子6666から生成されるビーム70,73〜78の関係を示
している。ビーム70は、ホログラム素子6666から生成さ
れる０次回折光、ビーム73,74は、領域691〜696から生
成される１次回折光とその共役光である。また、ビーム
76,77は、領域68から生成される１次回折光とその共役
光、ビーム75,78は、領域69から生成される１次回折光
とその共役光である。

第３図（ａ）に示すOPUにおいて、光検出器55の代わ
りに光検出器5500を、ホログラム素子666の代わりにホ
ログラム素子6666を用いることにより、本実施例のOPU
を構成することができる。

FE信号は、受光部51〜54から出力される信号を、第11
図で示した演算と同様の演算を行うことにより得られ
る。

一方、TE信号は、受光部541と542から出力される信号
を差動演算することにより得られる。

この場合には、光記憶媒体４上に集光されるビーム７
がデフォーカスしても、従来光学系で得るものよりも振
幅変化の少ない、非常に安定なTE信号を出力することが
できる。

この実施例で示したホログラム素子6666が、本発明の
他の実施例で示したOPUに組み合わせて実施可能なこと
は言う迄もない。

（第６の実施例）第10図は、本発明のOPUの更に別の実施例を説明する
概念図である。同図（ａ）は、ホログラム素子66666の
機能領域区分を示す。ホログラム素子66666は、FE信号
を検出可能にする非点収差を有する回折光を生成するパ
ターンを記録した領域681,682と、単純な格子パターン
を各々他と異なる方向に記録した領域683,684とを有す
る。685〜687は非ホログラム領域である。ホログラム素
子66666は、第７図に示すホログラム素子12に領域683,6
84を設けたものである。

同図（ｂ）は、OPUにおける光検出器5500とホログラ
ム素子66666から生成されるビーム70〜72,79〜82の関係
を示している。ビーム70は、ホログラム素子66666の０
次回折光、ビーム71,72は、領域681,682から生成される
１次回折光とその共役光である。また、ビーム80,81
は、領域683から生成される１次回折光とその共役光、
ビーム79、82は、領域684から生成される１次回折光と
その共役光である。

第３図（ａ）に示すOPUにおいて、光検出器55の代わ
りに光検出器5500を、ホログラム素子666の代わりにホ
ログラム素子66666を用いることにより、本実施例のOPU
を構成することができる。

一方、TE信号は、受光部541と542から出力される信号
を差動演算することにより得られる。本実施例に示すホ
ログラム素子66666においても、領域683〜687を設ける
ことによって、対物レンズ３で集光されたビーム７が光
記憶媒体４上で合焦点にあるときに、ホログラム素子66
666から生成される回折光71はホログラム素子66666の空
間周波数軸方向に２つに分離し、さらに２つに分離した
回折光71の間に四分割光検出器５の受光領域を分割する
分割線の１つである分割線551が位置するように配置す
ることを可能にしている。

本実施例で示したホログラム素子66666も、本発明の
他の実施例で示したOPUに適用可能である。

また、ホログラム素子66666の非ホログラム領域685,6
86,687に単純な格子パターンを記録して用いることも勿
論可能である。

発明の効果以上のように、ホログラム素子を用いて非点収差を有
する回折光を生成し、この回折光を用いてフォーカス誤
差信号を得る場合に、光源の波長変動に対してフォーカ
ス制御が不安定となる課題に対して、本発明の光ピック
アップヘッド装置では、ホログラム素子を用いて非点収
差波面を有する回折光を生成し、さらに、集光光学系で
収束されたビームが光記憶媒体上で合焦点にあるとき
に、ホログラム素子で生成された回折光は、光検出器上
でホログラム素子の空間搬送波周波数軸方向に２つに分
離し、さらに２つに分離した回折光の間に四分割光検出
器の受光部を分割する分割線の１つが位置するように配
置し、この分割線にはホログラム素子からの回折光が照
射されないようにすることにより、光源に波長変動が生
じてもフォーカス誤差信号に混入する溝横断ノイズは少
なく、安定なフォーカス制御が可能となる。また、四分
割光検出器の受光部を分割する分割線をホログラム素子
の空間搬送波周波数方向に一致させることにより、光源
に波長変動が生じてもフォーカス誤差信号にオフセット
は発生せず、さらに安定にフォーカス制御が可能とな
る。また、本発明の光ピックアップヘッド装置に用いる
ホログラム素子は、フーリエ変換型のほとんど単純格子
に近いパターン構成であって、ブレーズ化を含めてきわ
めて高精度，高回折効率のものを容易に大量複製可能で
あり、安価な光ピックアップヘッド装置を提供可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す光ピックアップ
ヘッド装置の概略構成図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示
す光ピックアップヘッド装置における光検出器と発光点
の関係図、第２図は本発明の別の実施例を示す光ピック
アップヘッド装置の概略構成図、第３図（ａ）は本発明
の他の実施例を示す光ピックアップヘッド装置の概略構
成図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示す光ピックアップヘ
ッド装置における光検出器と回折光の関係図、第４図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の光ピックアップヘッ
ド装置の原理を説明する光検出器と回折光の関係図、第
５図は本発明の光ピックアップヘッド装置において光源
の波長変動に依存してフォーカス誤差信号に混入する溝
横断ノイズ特性の一例、第６図（ａ）は本発明の光ピッ
クアップヘッド装置に用いるホログラム素子を実現する
ための記録光学系を説明する一実施例、同図（ｂ）は本
発明の光ピックアップヘッド装置に用いるホログラム素
子の再生光学系を説明する一実施例、第７図は本発明の
光ピックアップヘッド装置に用いられるホログラム素子
の構成の一例、第８図は本発明の他の実施例を示す光ピ
ックアップヘッド装置における光検出器と回折光の関係
図、第９図（ａ）は本発明の他の実施例を示す光ピック
アップヘッド装置に用いられるホログラム素子の構成、
同図（ｂ）は同図（ａ）のホログラムを素子を用いた光
ピックアップヘッド装置における光検出器と回折光の関
係図、第10図（ａ）は本発明の別の実施例を示す光ピッ
クアップヘッド装置に用いられるホログラム素子の構
成、同図（ｂ）は同図（ａ）のホログラム素子を用いた
光ピックアップヘッド装置における光検出器と回折光の
関係図、第11図は従来の光ピックアップヘッド装置を用
いた場合のフォーカス誤差信号検出方法の概念図、第12
図は従来の光ピックアップヘッド装置の概略構成図であ
る。１……半導体レーザもしくは相当のコヒーレント光源、
２……コリメートレンズ、３……対物レンズ、４……光
記憶媒体（光ディスク）、５……光検出器、６……ホロ
グラム素子、７……ビーム、８……ミラー、９……1/5
波長板、10……発光点、12……ホログラム素子、20……
レンズ、30……対物レンズ、41……基板、42……保護
膜、51……受光部、52……受光部、53……受光部、54…
…受光部、55……光検出器、66……反射型ホログラム素
子、68……領域（単純回折格子）、69……領域（単純回
折格子）、70……ビーム（０次回折光）、71……ビーム
（１次回折光）、71A……ビーム、72……ビーム（１次
回折光）、73……ビーム、74……ビーム、75……ビー
ム、76……ビーム、77……ビーム、78……ビーム、106
……偏光ビームスプリッタ、541……受光部、542……受
光部、550……光検出器、551……分轄線、552……分轄
線、666……ホログラム素子、691……領域、692……領
域、693……領域、694……領域、695……領域、696……
領域、711……ビーム、712……ビーム、5515……受光
部、6666……ホログラム素子、55021……受光部、55022
……受光部、55023……受光部、55024……受光部、6666
6……ホログラム素子、e1……非ホログラム領域、e2…
…領域、e3……領域。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コヒーレントビームもしくは準単色のビー
ムを発する光源と、前記光源から出射されたビームを受
け光記憶媒体上へ微小スポットにビームを収束する集光
光学系と、前記光記憶媒体で反射，回折したビームを受
けて回折光を生成するパターンを有するホログラム素子
と、前記ホログラム素子で生成された回折光を受光し
て、フォーカス誤差信号を検出可能にする信号を出力す
る光検出器とを具備する光ピックアップヘッド装置にお
いて、前記光検出器は受光部を複数に分割する第１の分
割線と第２の分割線を有し、前記ホログラム素子で生成
される回折光は非点収差を有し、前記ホログラム素子に
は前記非点収差を有する回折光の強度を部分的に低減さ
せるパターンを有し、前記集光光学系で収束されたビー
ムが光記憶媒体上で合焦点にあるとき、前記非点収差を
有する回折光は前記強度を低減するパターンによって前
記ホログラム素子の空間搬送波周波数軸方向に２つに分
離され、前記２つに分離された回折光の間に前記第１の
分割線が位置する光ピックアップヘッド装置。
【請求項２】非点収差を有する回折光の強度を部分的に
低減させるパターンが、前記回折光とは異なる回折光を
生成するパターンである請求項１記載の光ピックアップ
ヘッド装置。
【請求項３】非点収差を有する回折光の強度を部分的に
低減させるパターンが、０次回折光は生成するが、１次
以上の高次回折光を生成しないパターンである請求項１
または２何れかに記載の光ピックアップヘッド装置。