JP2702178B2 - 光学式ヘッド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，光学式情報記憶媒体である光ディスクよ
り信号の読出しと書き込みを行う光学式ヘッド装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

光学式ヘッド装置は光を利用して情報の読み書きをす
る装置であるが，この装置で利用されている光の性質等
についてまず説明する。

（１） 回折…光や音が障害物などをかすめたとき幾何
学的に直進しないで，影の部分にまわりこむ現象をさす
（岩波理化学辞典第４版,196ページ）。

（２） 回折格子…光の回折を利用してスペクトルを得
る素子。ふつうは多数の溝をきざんで，溝の間の滑らか
な面で反射される光線の間の干渉で生ずる回折像を利用
する。平面上に等間隔に多数の平行な溝をきざんだ平面
格子が基本形で反射型平面格子や，透過光を用いる透過
型平面格子などがある（岩波理化学辞典第４版,196ペー
ジ）。

（３） 非点収差…光束の進行方向に垂直な平面の縦方
向と横方向で光束の焦点距離が異なる現象をいう。光束
の中心を通る主光線上の異なる２点での光束は近似的に
線分になりこれを焦線という。焦線は互いに垂直であ
り，この焦線の間に光束が円形になる点が存在する。非
点収差は円筒凸レンズを透過する場合やガラス面を斜め
に屈折して透過する場合に起きることが知られている。

（４） ビームスプリッタ…ふたつ３角柱プリズムを張
り合わせたもの。この張り合わせ面により，光を偏光さ
せたり，反射させたりすることができる。

次に従来の光学式ヘッド装置を図に基づいて説明す
る。

第３図は従来の光学式ヘッド装置の概略構成図であ
り，図において，（１）は光源である半導体レーザ（多
くの場合Laser Diodeを使うので，以下,LDという），
（３）はLD（１）の出射光束（２）を回折し３本の光束
に回折分離する回折格子，（４）は照射光束（５）と反
射光束（６）を分離するビームスプリッタ，（７）は照
射光束（５）を情報記憶媒体（以下，ディスクという）
（８）のビット（９）とランド（10）よりなる情報トラ
ック（11）上に光スポット（12a），（12b）（12c）と
して集光する集光レンズである。なお，ディスク（８）
は集光レンズ（７）の焦点付近に置かれている。またデ
ィスク（８）によって反射させられた光束は，再び集光
レンズ（７）を透過し，ビームスプリッタ（４）を透過
し反射光束（６）となる。（13）は反射光束（６）に非
点収差を生じさせる円筒凸レンズ，（14）は反射光束
（６）を受光し光電変換する光検知器で素子（14a），
（14b），（14c）より構成され中央素子（14a）は２本
の対角線で分けられた４分割構成となっている。

次に光学式ヘッド装置がディスク（８）の面振れや心
振れに対してどのような原理を用いて対応しているか説
明する。

まず面ぶれへの対応について説明する。面ぶれが起き
ると，ディスク（８）上に集光する光束の焦点があわな
くなるため高精度の読み書きができない。ディスク
（８）への集光レンズ（７）の焦点が合っているか否か
は，その反射光束（６）を円筒凸レンズ（13）を透過さ
せ非点収差を与え，この光束を４分割した光検知器（14
a）で検出することにより知ることができる。第４図は
非点収差による自動焦点合わせを説明する図である。第
４図において，（20）は縦の焦線，（21）は横の焦線，
（22）は縦長ビーム，（23）は円形ビーム，（24）は横
長ビーム，（25）は差動検知器，（26）はフォーカスモ
ータ，（27）はサーボ回路である。反射光束（６）が円
筒凸レンズ（13）を透過すると，非点収差を与えられる
ため，透過後まず縦の焦線（20）を形成し，縦長ビーム
（22）となる。次に円形ビーム（23）から横長ビーム
（24）へと変化し横の焦線（21）をつくる。光学式ヘッ
ド装置の集光レンズ（７）がディスク（８）の面上で合
焦しているとき光検知器（14a）の位置を円形ビーム（2
3）の位置となるように調整しておく。集光レンズ
（７）とディスク（８）が近すぎると光検知器（14a）
は縦長ビーム（22）を検出し，遠すぎると横長ビーム
（24）を検出する。この縦長，横長の検出を４分割した
光検出器（14a）により行い，差動検出器（25）でこの
縦と横の差をとり，集光レンズ（７）をフォーカスモー
タ（26）により移動させ合焦の位置にわせる。このよう
に光スポット（12）が，常にディスク（８）の面上で合
焦するようにサーボ回路（27）が作動しており，ディス
ク（８）の面ぶれに対応している。

次に心振れへの対応について説明する。第３図に示し
たように，ディスク（８）の面上には，情報トラック
（11）が形成されている。心振れが起きると集光レンズ
（７）によってつくられる光スポット（12）が，この情
報トラック（11）をはずれることになり問題となる。光
スポット（12）が情報トラック（11）をはずさない方法
として，いろいろな方法が考えられるが，ここでは,3ス
ポット方式を説明する。３スポット方式は光束を３本の
照射光束（５）とし，中心の照射光束をトラックの中央
にあて光スポット（12a）をつくり，他の２本の照射光
束をトラックの端にあて光スポット（12b），（12c）を
つくる。そして，この３本の反射光束（６）を３個の光
検知器（14a），（14b），（14c）で検出する。これら
の反射光束（６）の反射強度はピット（９）とランド
（10）で異なる。光スポット（12a）が情報トラック（1
1）からはずれようとすると，他の光スポット（12b），
（12c）から差動電圧が得られ，これをもとに，集光レ
ンズ（７）の位置をディスク（８）の半径方向に動かし
て調整し，光スポット（12a）が常に情報トラック（1
1）上にあるよう制御している。

次に動作について説明する。LD（１）を出射した出射
光束（２）は回折格子（３）によって３本の光束に回折
分離され，ビームスプリッタ（４）によって反射され，
集光レンズ（７）により３つの光スポット（12a），（1
2b），（12c）としてディスク（８）上の情報トラック
（11）に集光される。ディスク（８）にて反射された光
束は，再度集光レンズ（７）を透過し，ビームスプリッ
タ（４），円筒凸レンズ（13）を透過し，非点収差を与
えられた後，光検知器（14）を構成する３つのエレメン
ト（14a），（14b），（14c）上に３つのビーム（15
a），（15b），（15c）として入射する。この際，中央
の検知器（14a）は，ディスク（８）の回転によりピッ
ト（９），ランド（10）のいずれかより光スポット（12
a）が反射される時の反射光量の差により，ディスク
（８）に記憶された情報を電気信号に変換しこの後ここ
には特に図示していない回路により例えばオーディオ信
号，ビデオ信号，デジタルデータ等として利用される。

又，ディスク（８）は回転に従って面振れ，振動等に
より集光レンズ（７）の焦点位置より光軸方向に変位す
る。この焦点ずれは前述した非点収差を利用することに
よって光検知器（14a）上の光スポット（15a）の形状変
化により検出され，サーボ回路（27）により補正され常
にディスク（８）上の光スポットは合焦に保たれる。

さらにディスク（８）が回転する際に，情報トラック
（11）の蛇行，振動などの心振れにより光スポット（12
a）が情報トラック（11）の上に正しく位置しないこと
に対しては，前述したようにトラックずれ量を両側の光
検知器（14b），（14c）の出力差より情報トラック（1
1）とスポット（12a）のずれ量として検知し補正すると
いう手段がとられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の光学式ヘッド装置は以上のように構成されてい
るので，下記のような問題点があった。

（１） 部品点数が多いため，組立工数が多く，高い精
度が出にくい． （２） ビームスプリッタを構成するハーフプリズムの
張り合わせ面において，接着剤などにより不要な非点収
差を発生する。

（３） 光学部品等を保持する筐体が複雑になる． （４） LD（１）からビームスプリッタ（４）に至る集
光系の光路（往路）と、ディスク（８）から光検知器
（14）に至るセンサ系の光路（復路）とを分離するため
に、出射光束（２）と反射光束（６）とが互いに直交し
ていたので、ヘッド装置全体を小型化できない。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので，部品点数を少なくするとともに，反射光束
を出射光束と同一方向に高い精度で取り出すことがで
き，小型で安価な光学式ヘッド装置を得ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る光学式ヘッド装置は以下の面を備え、
レンズからの反射光束とほぼ平行な入射光束が光源から
入射するとともに、入射光束のみが下記面３を通過する
多面体光学素子を有するものである。

（面１） 光源からの光束を入射する面， （面２） 入射した光束を，光束が入射した方向と異な
る方向へ反射する面， （面３） 光束を複数の光束に分離する面， （面４） 照射光束をレンズに出射し，反射光束をレン
ズから入射する面， （面５） 照射光束を反射し反射光束透過させ両者を分
離する面， （面６） 反射光束に非点収差を与える面， （面７） 反射光束を光検知器に出射する面。

なお，（面１）〜（面７）は，同一面に存在している
場合もあり，また多面体を形成する面の中には，（面
１）〜（面７）の面とならない面も存在する場合があ
る。

〔作用〕

この発明における光学式ヘッド装置は， （１） 従来の回折格子からなる照射光束分離手段と，
ビームスプリッタからなる照射光束と反射光束を分離す
る手段と，円筒凸レンズからなる非点収差発生手段を多
面体を構成する面（面３），（面５），（面６）に割り
あてることにより部品を従来の３個から１個に減少さ
せ，互いに部品位置調整を不要とする。

（２） 多面体光学素子が，ひとつの物質でできている
ことにより，張り合わせ面や接着面が存在せず，不要な
非点収差を生じさせず，高い精度が得られる。

（３） 入射する光束を反射させる面を２つ（面２），
（面５）もつことにより，光源からの光束の方向と，光
検知器への反射光束の方向をできるだけ平行に近づける
ことができる。これにより，光源と光検知器を接近して
置け，光学式ヘッド装置を小型にできる。

〔実施例〕

以下，この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において，（16）は多面体のプリズム光学素子であ
る。（16a）はプリズム光学素子（16）に形成したLD
（１）の出射光束（２）を回折分離する回折格子面，
（16b）は回折格子面（16a）と45°の角をなす全反射ミ
ラー面，（16c）は全反射ミラー面（16b）と平行に設け
られ照射光束（５）と反射光束（６）を分離するハーフ
ミラー面，（16d）は回折格子面（16a）と平行な出射平
面，（７）は照射光束（５）をディスク（８）のピット
（９）とランド（10）よりなる情報トラック（11）上に
光スポット（12a），（12b），（12c）として集光する
集光レンズである。なお，ディスク（８）は集光レンズ
（７）の焦点付近に置かれている。またディスク（８）
によって反射された光束は，再び集光レンズ（７）を透
過し，ハーフミラー面（16c）を透過し反射光束（６）
となる。（14）は反射光束（６）を受光した光電変換す
る光検知器で素子（14a），（14b），（14c）より構成
され，中央素子（14a）は４分割構成となっている。

次に動作について説明する。LD（１）を出射した光束
（２）は回折格子面（16a）によって３本の光束に回折
分離され，全反射ミラー面（16b），ハーフミラー面（1
6c）によって反射され，集光レンズ（７）により３つの
光スポット（12a），（12b），（12c）としてディスク
（８）上の情報トラック（11）に集光される。ディスク
（８）にて反射された光束は，再度集光レンズ（７）を
透過し，ハーフミラー面（16c）を屈折透過後，光検知
器（14）を構成する３つの，素子（14a），（14b），
（14c）上に３つのビーム（15a），（15b），（15c）と
して出射光束（２）と平行に近い方向で入射する。この
時，光検知器（14）に入射するビーム（15）は，ハーフ
ミラー面（16c）を斜めに屈折透過することによって非
点収差を与えられる。

この様に，従来光学系を示す第３図の回折格子
（３），ビームスプリッタ（４），円筒凸レンズ（13）
を第１図に示したプリズム光学素子（16）に置き換える
ことによって，従来光学系と同様の性能を有する光学ヘ
ッド装置が構成できる。なおここで説明したプリズム光
学素子（16）は，平行平板のガラス又はプラスチックを
45°の頂角を有する平行四辺形状に切断して作成できる
ので，ビームスプリッタの様な接合面を持たず，従来光
学系の様な部品の配置誤差等も全くないため，不要な収
差を発生することがない。そして，出射光束と反射光束
の間隔は，プリズム光学部品の全反射ミラー面とハーフ
ミラー面の間隔によって自由に設計できるので,LDと光
検知器を自由に配置することができる。また，回折格子
面（16a）は，蒸着膜にパターンをエッチングして作成
したり，薄膜樹脂にパターンを作成しこれを付着して作
成できる。以上のように前記プリズム光学素子を使用す
ることにより構成光学部品が２個少なくなり，組立工数
も少なくなるため，部品コスト，生産コストともに低下
する。

さらに本発明の第二の実施例を第２図に示す。第２図
において，（17）は第２のプリズム光学素子である。
（17a）は出射光束（２）が入射する入射平面，（17b）
は入射平面（17a）と45°の角をなしLD（１）からの出
射光束（２）を回折分離する反射型回折格子面，（17
c）は反射型回折格子面（17b）と平行かつ照射光束
（５）と反射光束（６）を分離するハーフミラー面，
（17d）は入射平面（17a）と平行な出入射平面である。
その他は第一の実施例と同様である。

次に第二の実施例の動作について説明する。LD（１）
を出射した光束（２）は，入射平面（17a）を透過し，
反射型回折格子面（17b）によって３本の光束に回折分
離され，ハーフミラー面（17c）で反射され集光レンズ
（７）により３つの光スポット（12a），（12b），（12
c）がディスク（８）上の情報トラック（11）上に集光
される。以下は第一の実施例と同様であるので省略す
る。

なお上記実施例では多面体が六面体の場合，そしてその
側断面が平行四辺形の場合を説明したが，他の多面体で
もよく，また側断面が平行四辺形でなくてもよく，上記
実施例と同様の効果を奏する。また，上記実施例では側
断面が45°の頂角をもつ平行四辺形の場合を説明した
が，他の角度である場合でもよい。たとえば30°,60°
でもよい。

また上記実施例では，照射光束を２度反射させて反射光
束を平行となるような方向にしたが，反射光束を多面体
内部で２度以上反射させて結果的に照射光束の方向と平
行になるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように，この発明によれば，従来の回折格子と
ビームスプリッタ，円筒凸レンズの３個の光学素子の組
み合わせにより構成されていた光学系を多面体のプリズ
ム光学素子１個により実現したので反射光束と出射光束
とが平行となるように取り出すことができる。このため
従来の90°方向に光束を分離する光学系よりも小型の光
学式ヘッド装置が実現できる。また、光学部品が２個削
減されて部品間の間隔調整が不要になり，組立て効率，
調整精度が向上するとともに，光学系を保持する筐体を
簡素化することができる。又，部品点数の低減にともな
い装置の耐環境性を改善できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による光学式ヘッド装置を
示す構成図，第２図はこの発明の他の実施例を示す構成
図，第３図は従来の光学式ヘッド装置を示す構成図，第
４図は非点収差による自動焦点合わせを説明する図であ
る。（１）は半導体レーザ，（２）は出射光束，（３）
は回折格子，（４）はビームスプリッタ，（６）は反射
光束，（７）は集光レンズ，（８）はディスク，（13）
は円筒凸レンズ，（14）は光検知器（16），（17）はプ
リズム光学素子（16a）は回折格子面（16b）は全反射ミ
ラー面，（16c）はハーフミラー面（16d）は出射平面，
（17a）は入射平面，（17b）は反射型回折格子面，（17
c）はハーフミラー面，（17d）は入射平面である。 なお，図中，同一符号は同一，又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都出 英一 京都府長岡京市馬場図所１番地 三菱電 機株式会社電子商品開発研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−246148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−128510（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−169934（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ） 光源からの光束を複数の光束に分
   離する照射光束分離手段と， （ｂ） これらの照射光束を透過させ記憶媒体上でそれ
   ぞれ集光させ，また記憶媒体から反射してくる反射光束
   を透過させるレンズと， （ｃ） 前記のレンズへの照射光束とレンズからの反射
   光束を分離する反射光束分離手段と， （ｄ） 前記の反射光束分離手段で分離された反射光束
   に非点収差を与える非点収差発生手段と， （ｅ） 前記の非点収差を与えられた反射光束を受光し
   て光電変換する光検知器とを有する光学式ヘッド装置に
   おいて、以下の各面（ｆ）乃至（ｌ）を備え、上記レン
   ズからの反射光束とほぼ平行な入射光束が上記光源から
   入射するとともに、上記入射光束のみが面（ｈ）を通過
   する多面体光学素子を有することを特徴とする光学式ヘ
   ッド装置 （ｆ） 光源からの光束を入射する面， （ｇ） 入射した光束を，光束が入射した方向と異なる
   方向へ反射する面， （ｈ） 上記（ａ）の照射光束分離手段を配置した面， （ｉ） 上記（ｂ）のレンズへ照射光束を出射し，レン
   ズからの反射光束を入射する面， （ｊ） 上記（ｃ）の反射光束分離手段を配置した面， （ｋ） 上記（ｄ）の非点収差発生手段を配置した面， （ｌ） 上記（ｅ）の光検知器に，反射光束を出射する
   面。