JP2735062B2

JP2735062B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2735062B2
Application number: JP8007047A
Authority: JP
Inventors: 慶明金馬; 愼一門脇; 誠加藤; 義和堀; 清治西野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JPH08249704A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクあるい
は光カードなど、光媒体もしくは光磁気媒体上に記憶さ
れる情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高密度・大容量の記憶媒体として、ピッ
ト状パターンを有する光ディスク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。微小に絞られた
光ビームを介して光ディスクへの情報の記録再生が高い
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。

【０００３】その光学系の主要部である光ヘッド装置の
基本的な機能は、回折限界の微小スポットを形成する集
光性、前記光学系の焦点制御とトラッキング制御、及び
ピット信号の検出に大別される。これらは、目的、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
合せによって現わされており、特に近年、光ピックアッ
プヘッド装置を小型化、薄型化するために、ホログラム
を用いた光ピックアップヘッド装置が開示されている。

【０００４】第１の従来例として、図２０に、「倉田、
三宅、酒井、久保、石川：『イオンビームエッチングに
よるホログラム素子の高効率化』、１９９０年度精密工
学会秋季大会学術講演会講演論文集Ｐ．１０３９〜１０
４０」において示された光ヘッドの構成図を示す。

【０００５】図２０において、２は半導体レーザ等の放
射光源である。この放射光源２から出射した光ビーム３
（レーザ光）は、ホログラム１０１を透過して対物レン
ズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５
で反射した光ビームは、もとの光路を逆にたどって、ホ
ログラム１０１に入射する。このホログラム１０１から
生じる往路の＋１次回折光６は、光検出器７に入射す
る。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ
信号及び、情報信号を得ることができる。

【０００６】ここで、放射光源２から情報媒体５へ至る
往路においてホログラム１０１を透過する光量（０次回
折光量）と、復路においてホログラムにより回折する＋
１次回折光量との積で表される光の利用効率を最大にす
るため、ホログラム１０１はブレーズ化されている。

【０００７】また、図２０に示す往路の−１次回折光８
のように、往路にホログラム１０１から発生する回折光
は−１次回折光８の回折角を大きくすることにより、対
物レンズ４に入射しないように設計されている。また、
光ヘッド装置の小型化を図るため、放射光源２と光検出
器７は近接して置かれている。

【０００８】このように、回折角を大きくし、かつ、放
射光源２と光検出器７を近接して配置するため、必然的
にホログラム１０１は放射光源２に近接して配置するこ
とになる。

【０００９】次に第２の従来例として、特開昭６４−６
２８３８号公報において示された光ヘッドの構成図を図
２１に示す。同図の通り、ホログラムは対物レンズと一
体化されているのが特徴である。対物レンズ４がホログ
ラム１０１に対して独立に可動な構成であれば、図２２
に示すように対物レンズ４がトラック追従などによって
動いた時に、ホログラム１０１上での光ビーム３１も動
く。このため光検出器７上での復路の＋１次回折光の像
も動き、サーボ信号に悪影響が出る。

【００１０】これに対して図２１に示す従来例では、ホ
ログラム１０１と対物レンズ４とは保持手段１３によっ
て一定の相対位置を保持して一体に設けられているの
で、トラッキング制御のために駆動装置１００に対して
対物レンズ４が移動しても、情報媒体５から反射した光
ビームは、ホログラム１０１上でほとんど移動しない。
従って、対物レンズ４の移動にもかかわらず、光検出器
７から得られる信号は劣化しない。

【００１１】また、特開昭６２−１４５５４５号公報に
記載のものは、回折格子の回折方向にブレーズ特性を持
たせ、クロストークの抑圧を計ることを目的とし、特
に、光源から出射された往路の光が回折格子を通ること
によって、−１次回折光が記録担体上に照射され、記録
担体上で反射されて光検出器に入射することに起因する
クロストークの発生を防止することを目的としている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来例では、図
２０を見ても明らかなように、回折角を大きくし、か
つ、放射光源２と光検出器７を近接して配置するため、
必然的にホログラム１０１は放射光源２に近接して配置
することになる。従って、ホログラム１０１上における
対物レンズ４の開口の投影、すなわち有効径Ｒも非常に
小さくなる。このため光ヘッドの組立てにおいて、ホロ
グラム１０１と放射光源２との相対位置の許容誤差が小
さくなり、組立てコストの上昇を招くという課題があ
る。

【００１３】また、第２の従来例の光学系構成によれ
ば、ホログラム１０１がブレーズ化されていないため光
の利用効率が低く、サーボ信号や情報信号のＳ／Ｎ比が
低いという課題がある。

【００１４】また、放射光源２から情報媒体５へ至る光
路（往路）においても、ホログラム１０１から回折光が
発生するため、この回折光も情報媒体５で反射して対物
レンズ４によって光検出器７上に集光される。

【００１５】情報媒体５から反射して対物レンズ４によ
って集光され、ホログラム１０１によって回折して光検
出器７に至る光路（以後、復路と呼ぶ）で発生する＋１
次回折光を信号検出に用いるとすると、往路に発生する
−１次回折光が、光検出器７上で復路の＋１次回折光と
同じ位置に入射する。

【００１６】この様子を図２３に示す。往路の−１次回
折光８で、復路の０次回折光８１となったビームと、往
路の０次回折光６１とがホログラム１０１に入射して回
折した復路の＋１次回折光６は、情報媒体５上の異なる
位置で反射しているので、当然異なる情報を持っている
ことになる。従って、レンズとホログラムを一体化した
構成の光学系は、往路の−１次光８によって、サーボ信
号や情報信号にノイズが混入してＳ／Ｎが低下するとい
う課題を有する。

【００１７】また、特開昭６２−１４５５４５号公報に
記載のものは、回折格子が、鋸歯状にブレーズ化された
構成で、斜面の傾きをα、斜面の法線に対する＋１次回
折光の光軸の角度をβ、回折格子基板の屈折率をｎとす
ると、ｎ×ｓｉｎα＝ｓｉｎβ ｄ×ｓｉｎβ＝λ を満足し、−１次回折光は計算上強度がなくなるが、同
時に０次回折光も計算上強度がなくなるため、ディスク
上で信号を読みとるための光は強度がない。すなわち、
信号再生ができない構成しか示されていない。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するため、放射光源と、ホログラムと、前記放射光源
から出射する光ビームを前記ホログラムで透過または反
射して前記ホログラムの０次回折光を情報媒体上へ微小
スポットに収束する対物レンズと、前記情報媒体で反
射、回折した光ビームを前記ホログラムで受けて回折し
た＋１次回折光を受けて光電流を出力する複数の光検出
部からなる光検出器を具備した光ヘッド装置であって、
前記ホログラムの断面形状は高さｈにブレーズ化されて
おり、前記ブレーズの高さｈによって決まる前記光ビー
ムの光の位相変調量の振幅φが、πラジアンよりも大き
くて、かつ、２πラジアンよりも小さくなるような高さ
にして、前記ホログラムが、０次回折光と＋１次間接光
を共に発生するようにし、かつ、前記対物レンズとブレ
ーズ化ホログラムとを一体化し、前記対物レンズと前記
ブレーズ化ホログラムとが一体になった部分を、放射光
原意対して独立に可動にした光ヘッド装置を構成する。

【００１９】また、放射光源と、光検出器とホログラム
と対物レンズとを筐体内部に連結固定し、前記ホログラ
ムは反射型ホログラムであり、前記ホログラムの断面形
状は高さｈｒにブレーズ化されており、前記ブレーズの
高さｈｒによって決まる前記光ビームの光の位相変調量
の振幅φが、πラジアンよりも大きくて、かつ、２πラ
ジアンよりも小さくなるような高さにして、前記ホログ
ラムが、０次回折光と＋１次間接光を共に発生するよう
にし、前記放射光源から出射した光ビームを反射して、
前記光ビームの中心軸を前記対物レンズの光軸と同じ方
向に折曲げて、前記光ビームを前記対物レンズによって
情報媒体上に収束させ、前記情報媒体で反射した前記光
ビームを受けて前記反射型ブレーズ化ホログラムは＋１
次回折光を発生し、前記＋１次回折光を前記光検出器で
受光する光ヘッド装置を構成する。

【００２０】さらに、上記何れかの光ヘッド装置におい
て、ホログラム面は複数の分割領域に領域分割され、前
記複数の分割領域のうち、一部の複数の領域から発生す
る＋１次回折光が光検出器面の前側に焦点または焦線を
もち、前記複数の分割領域のうち、前記一部の領域の他
の一部の複数の領域から発生する＋１次回折光は、光検
出器面の後ろ側に焦点または前記焦線と同じ方向に延び
る焦線をもつ構成、または領域Ｈ１と領域Ｈ２を設け、
光検出器面上に光検出器領域Ｐ１と光検出器領域Ｐ２と
を設け、ホログラムの領域Ｈ１から回折した回折光を光
検出器領域Ｐ１によって受光して得られる出力Ｅ１と、
ホログラムの領域Ｈ２から回折した回折光を光検出器領
域Ｐ２によって受光して得られる出力Ｅ２とを演算する
演算回路を具備し、前記出力Ｅ１と前記出力Ｅ２を前記
演算回路によって演算した結果をトラッキングエラー信
号をする構成、の何れかの光ヘッド装置とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施例
を説明する。図１は、本発明第１の実施例による構成図
である。同図において１はブレーズ化ホログラムであ
り、２は半導体レーザ等の放射光源である。本実施例の
特長は、ブレーズ化ホログラム１を対物レンズ４に近づ
けて設置するところである。以下、その動作について説
明する。

【００２２】放射光源２から出射した光ビーム３（レー
ザ光）は、ブレーズ化ホログラム１を透過して対物レン
ズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５
で反射した光ビームは、もとの光路を逆にたどってブレ
ーズ化ホログラム１に入射する。このブレーズ化ホログ
ラム１から生じる復路の＋１次回折光６は、光検出器７
に入射する。光検出器７の出力を演算することによっ
て、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。

【００２３】従来例では、図２０に示すように、ブレー
ズ化ホログラムは、往路の−１次回折光が対物レンズ４
に入射しないようにするため、放射光源２に近づけて設
置している。

【００２４】これに対して、本実施例では、不要な次数
の回折効率を抑圧するように、ブレーズ化ホログラム１
がブレーズ化されている。このため、ブレーズ化ホログ
ラム１が対物レンズ４近くに配置され、かつ、光検出器
７と放射光源２が近接して配置されているにもかかわら
ず、サーボ信号や情報信号に対してノイズとなる不要な
光の光検出器７に入射する光量が、著しく小さくなるこ
とが特長である。

【００２５】ここで、ブレーズ化によって、＋１次回折
光の回折効率に比べて、−１次回折光の回折効率が小さ
くなるという効果が得られることは、「藤田、西原、小
山：『電子ビーム描画作製マイクロフレネルレンズのブ
レーズ化』電子通信学会技術研究報告、Ｖｏｌ．８２，
Ｎｏ．４７，ＰＡＧＥ．４９−５５（ＯＱＥ８２−２
５）１９８２」などにも示されている。

【００２６】この文献には、フレネルレンズの集光特性
を向上させるためにブレーズ化を利用しているが、本実
施例では、ホログラムから発生する往路の−１次回折光
の光量を抑圧するためにブレーズ化を利用する。

【００２７】図２に、ブレーズ化ホログラム１０２を鋸
歯状の断面形状を持つレリーフ型の透過型ホログラムと
して実現した例を示す。図２において、レリーフの山と
谷の高さの差をｄ、ホログラム１０２を構成する透明基
板の屈折率をｎ、ホログラム１０２の周囲の屈折率をｎ
₀、放射光源２の波長をλとして、位相変調量φは、 φ＝２π×ｄ（ｎ−ｎ₀）／λ ・・・式１である。

【００２８】図３に、位相変調量φを横軸に回折効率を
縦軸に示した関係をグラフにして示す。上記文献に示さ
れているように、＋１次回折光の回折効率を最大にする
という目的に対しては、φ＝２πにすればよい。

【００２９】これに対して、本実施例では、図１におい
て往路の０次回折光６１が、情報媒体５上で反射してブ
レーズ化ホログラム１で回折した復路の＋１次回折光６
を信号検出に用いるため、往路の０次回折光６１の回折
効率（透過率）は大きくなければならない。またさら
に、光検出に不要な往路の−１次回折光の回折効率は、
＋１次回折光の回折効率に比べて小さくなければならな
い。

【００３０】そこで、例えば図２のように鋸歯状のブレ
ーズ化を行うときは、図３から明らかなように、φをπ
〜２πの間に設定することによって、往路の−１次回折
光の光量を抑圧することができる。

【００３１】このようなブレーズ化ホログラム１０２を
用いて光ヘッド装置を構成することにより、やはり、ブ
レーズ化ホログラム１が対物レンズ４近くに配置され、
かつ、光検出器７と放射光源２が近接して配置されてい
るにもかかわらず、サーボ信号や情報信号に対してノイ
ズとなる不要な光の光検出器７に入射する光量が、著し
く小さくなるという効果がある。

【００３２】図４と図５に、ブレーズ化ホログラムの作
製法の例を示す。図４では、硝子などの透明基板９上
に、フォトレジスト１０でホログラムパターンを形成
し、同図（ａ）に示すように、斜め方向からイオンビー
ム１１を照射し（リアクティブ・イオン・ビームエッチ
ング）エッチングする。こうして、同図（ｂ）のよう
な、レリーフ型のブレーズ化ホログラム１０２を作製す
ることができる。

【００３３】また、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）のよう
に数回のエッチングをくり返すことによって、階段状の
断面形状を得ることができる。２００，２０１はエッチ
ング部である。

【００３４】図５のような方法でブレーズ化の効果を十
分に得られることは、既に報告されている（例えば、
Ｊ．ＬｏｇｕｅａｎｄＭ．Ｌ．ｃｈｉｓｈｏｌ
ｍ：”Ｇｅｎａｒａｌａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏ
ｍａｓｋｄｅｓｉｇｎｆｏｒｂｉｎａｒｙｏｐｔ
ｉｃｓ，” ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥ
Ｖｏｌ．１０５２，ｐｐ．１９−２４（ジェイ・ローグ
アンドエム・エル・シショルム「ジェネラルアプ
ローチズツゥーマスクデザインフォーバイナリ
ーオプティクス」プロシーディングスオブエス
・ピー・アイ・イーボリューム１０５２ページ１
９−２４））。

【００３５】さらに、図５に示したように２回のエッチ
ングによって階段状の断面形状を作成すると、図３に示
した鋸歯状の断面形状よりも回折効率の制御の自由度を
高くすることができる。すなわち、一回目のエッチング
深さと二回目のエッチング深さとを独立に制御して、不
要な回折光の回折効率を低く、同時に、往復の光の利用
効率を高くすることができる。

【００３６】以下に、図５に示した作製方法を用いてブ
レーズ化ホログラムを作製する場合の、回折効率の設計
例を示す。また、その設計に基づいて作製したホログラ
ムを用いて光ヘッド装置を構成することと、その効果を
説明する。

【００３７】図６（ａ）に示す１回目のエッチング量を
ｄ₁、同図（ｂ）に示す２回目のエッチング量をｄ₂とす
る。ｄ₁は、上から一段目と二段目の段差ｄ₁₂と、二段
目と三段目の段差ｄ₂₃との和となる。レリーフ型ホログ
ラム１０２に光ビームを入射させたとき、この光ビーム
が受ける位相変調量φ₁とφ₂はそれぞれ式１と同様に、 φ₁ ＝２π・ｄ₁ （ｎ−ｎ₀ ）／λ ・・・式２ φ₂ ＝２π・ｄ₂ （ｎ−ｎ₀ ）／λ ・・・式３で与えられる。

【００３８】このとき、ｄ₁₂、ｄ₂₃によって光ビームが
被る位相変調量を、それぞれφ₁₂、φ₂₃とすると、φ₁
はφ₁₂とφ₂₃の和に等しい。

【００３９】回折効率ηは、位相変調量のフーリエ変換
によって、 η_-1＝２／π²×（１−ＳＩＮ（φ₂））×（１−ＣＯＳ（φ₁））・・・式４ η₀＝１／４×（１＋ＣＯＳ（φ₂））×（１＋ＣＯＳ（φ₁））・・・式５ η₊₁＝２／π²×（１＋ＳＩＮ（φ₂））×（１−ＣＯＳ（φ₁））・・・式６ η₊₂＝１／π²×（１−ＣＯＳ（φ₂））×（１＋ＣＯＳ（φ₁））・・・式７（但し、η_-1〜η₊₂はそれぞれ−１次から＋２次までの
回折効率）のように与えられる。

【００４０】ここでまず、往路に発生する回折光がサー
ボ信号へ及ぼす影響を考える。フォーカスサーボ信号の
検出方式として多くの場合に用いられる方法に、非点収
差法がある。これはディスク上での光スポットの形が図
７のように変化することを利用する方式である。図７に
おいて（ｂ）がジャストフォーカスを、（ａ）と（ｃ）
がデフォーカス状態をあらわす。フオーカスサーボ信号
ＦＥは４分割光検出器からの出力をＳ1〜Ｓ4として、ＦＥ＝（Ｓ1＋Ｓ4）−（Ｓ2＋Ｓ3）・・・式８という演算によって与えられる。

【００４１】ホログラムを用いて、光ヘッド装置を構成
するときに、例えば非点収差法を採用すると、往路に発
生する−１次回折光も非点収差を持つ。従ってディスク
上で反射して光検出器に入射し、デフォーカスに対して
やはり図７のように光検出器上での回折光の形が変化す
る。

【００４２】但し、往路の−１次回折光は＋１次回折光
の共役波であるので、デフォーカスに対する光検出器上
での形の変化の方向は、＋１次回折光の逆になる。例え
ば、復路の＋１次回折光が光検出器上で図７（ａ）の形
になるときには、往路の−１次回折光は光検出器上で図
７（ｃ）の形になる。そしてまた、復路の＋１次回折光
が光検出器上で図７（ｃ）の形になるときには、往路の
−１次回折光は光検出器上で図７（ａ）の形になる。

【００４３】このため往路の−１次回折光は、図８
（ｂ）に示すような偽のサーボ信号を発生する。上述の
ように往路の−１次回折光のデフォーカスに対する光検
出器上での形の方向は＋１次回折光の逆であるため、こ
の偽のフォーカスサーボ信号は、図８の（ａ）に示す本
来のフォーカスサーボ信号と逆相の動きをし、本来のフ
ォーカスサーボ信号を打ち消す働きをする。

【００４４】従って、往路の−１次回折光が光検出器に
入射する光量の、復路に発生する＋１次回折光に対する
割合Ｅ₁ を小さくしなければならない。ここで、Ｅ₁ ＝（η_-1×η₀）／（η₀×η₊₁）＝η_-1／η₊₁ ・・・式９である。

【００４５】従って、式４と式６よりＥ₁＝（１−ＣＯＳφ₂）／（１＋ＣＯＳφ₂）・・・式１０となる。

【００４６】よって、図６に示した方法によってホログ
ラム１０２を作成するときに、φ₂がπ／２程度になる
ように設計すれば、Ｅ₁が小さくなり、回折角を大きく
することなしにフォーカスサーボ信号の劣化を抑えるこ
とができる。

【００４７】このホログラム１０２を、図１のブレーズ
化ホログラム１として用いて光ヘッド装置を構成すれ
ば、放射光源２と光検出器７を近接して配置してもな
お、図１のブレーズ化ホログラム１を対物レンズ４の近
くに配置でき、図１のブレーズ化ホログラム１の有効径
Ｒ１を大きくできるので、光ヘッド装置の組み立て時に
おけるブレーズ化ホログラム１の位置の許容誤差を緩和
することができる。

【００４８】次に情報信号に対する往路の回折光の影響
を考える。例えば、往路にホログラムから発生する−１
次回折光は図２３に示したように、情報媒体５で反射し
てホログラムに入射し、その（復路の）０次回折光が光
検出器に入射する。同様に、図９に示すように、往路の
Ｎ次回折光６２が情報媒体５で反射して、ホログラム１
０３に入射したときに発生する復路の（Ｎ＋１）次回折
光も、光検出器に入射する。

【００４９】これらの光検出器に入射する光のうち、最
も光の強度の強いものは、往路の０次回折光６１がホロ
グラム１０３に入射して発生する復路の＋１次回折光
（これをＬ1とする）である。その次に強い光は、往
路、または復路のどちらかに０次、または＋１次の回折
を含む光である。

【００５０】すなわち、往路の−１次回折光がホログラ
ムに入射して発生する復路の０次回折光（これをＬ2と
する）と、往路の＋１次回折光がホログラムに入射して
発生する復路の＋２次回折光（これをＬ3とする）であ
る。

【００５１】従ってこの２つの光の光量が、Ｌ1の光量
に対して十分に小さくなるように設計すれば、不要な回
折光が情報信号に与える影響すなわち、ノイズを小さく
抑えることができる。

【００５２】また、光量の面だけでなく、情報媒体５上
でのスポットの大きさを考えても、高次の回折光ほど収
差やデフォーカスの量が大きいので、あまり情報媒体５
上のピットの情報を反映した光量変化がなく、光検出器
７に入射してもノイズを発生しない。従って、往路の−
１次回折光と往路の＋１次回折光が光検出器上に入射す
る光量、すなわち、Ｌ2とＬ3の光量を小さくすればよ
い。

【００５３】そこで、これらの不要な光（Ｌ2とＬ3）の
光量のＬ1の光量に対する比をＥ₂とすると、Ｅ₂＝（η_-1×η₀＋η₊₁×η₊₂）／（η₀×η₊₁）＝η_-1／η₊₁＋η₊₂／η₀ ・・・式１１となる。式４から式７に示した式から求まる回折効率
を、式１１に示した式に代入すると、Ｅ₂＝（１−ＳＩＮ（φ₂））／（１＋ＳＩＮ（φ₂））＋４／π²×（１−ＣＯＳ（φ₂）／（１＋ＣＯＳ（φ₂））・・・式１２となる。この式１２より、不要な回折光の割合Ｅ₂ はφ
₂ にのみ依存し、φ₁ には依存しないことがわかる。そ
こで、不要な回折光の割合Ｅ₂ とφ₂ の関係を表すグラ
フを図１０に示す。このグラフよりわかるようにφ₂ が
０．２π〜０．４５πのときにＥ₂ が０．０３以下にな
る。またこのとき、Ｅ₁ はＥ₂ の第一項と等しいのでＥ
₂が小さいときにはＥ₁も小さくてフォーカスサーボ信号
の劣化は少ない。

【００５４】よって、図６に示した方法によってホログ
ラム１０２を作成するときに、φ₂が０．２π〜０．４
５πになるように設計すれば、Ｅ₂が小さくなり、回折
角を大きくすることなく情報信号やフォーカスサーボ信
号の劣化を抑えることができる。

【００５５】このホログラム１０２を、図１のブレーズ
化ホログラム１として用いて光ヘッド装置を構成すれ
ば、放射光源２と光検出器７を近接して配置してもな
お、図１のブレーズ化ホログラム１を対物レンズ４の近
くに配置でき、従って図１のブレーズ化ホログラム１の
有効径Ｒ１を大きくできるので、光ヘッド装置の組み立
て時におけるブレーズ化ホログラム１の位置の許容誤差
を緩和することができる。

【００５６】次に光の利用効率の向上について述べる。
サーボ信号や情報信号を得るためには、往路の０次回折
光がディスクに反射したのちに、ホログラムに入射して
発生する＋１次回折光を光検出器で受光し、光検出器か
らの出力を電気回路において演算する。

【００５７】従って、信号のＳ／Ｎ比を向上させるため
には、往路の０次回折光と復路の＋１次回折光の積で与
えられる光の利用効率ηを大きくする必要がある。な
お、光の利用効率ηは、式５と式６に示した式より、 η＝１／２π²×ＳＩＮ²（φ₁）×（１＋ＳＩＮ（φ₂））×（１＋ＣＯＳ（φ ₂ ））・・・式１３となる。式１３より明らかなように、φ₁ ＝π／２の時
に、往復の光の利用効率ηは、最大（０．１４）にな
る。

【００５８】図１１にφ₁と回折効率の関係を示す。但
し、φ₂はＥ₂が最小になる値で一定（φ₂＝０．３２
π）である。このグラフからわかるように、φ₁が０．
３１π〜０．６９πのときに光の利用効率ηが０．１以
上になる。

【００５９】よって、図６に示した方法によってレリー
フ型ブレーズ化ホログラム１０２を作製するときに、φ
₁が０．３１π〜０．６９πになるように設計すれば、
光の利用効率ηを０．１以上にすることができる。

【００６０】このレリーフ型ブレーズ化ホログラム１０
２を、図１のブレーズ化ホログラム１として用いて光ヘ
ッド装置を構成すれば、往路の０次回折光と復路の＋１
次回折光の積で与えられる光の利用効率ηを大きくする
ことができるので、サーボ信号や、情報信号のＳ／Ｎ比
を向上させることができる。

【００６１】本発明の第２の実施例を図１２に示す。本
実施例では、ホログラム１０２と対物レンズ４は、例え
ば保持手段１３によって一定の相対位置を保持して設け
られている。そのため、トラッキング制御のために対物
レンズ４が移動しても、ホログラム１０２が一体になっ
て動き、情報媒体５から反射した光ビームはホログラム
１０２上でほとんど移動しない。従って、対物レンズ４
の移動にかかわらず、光検出器７から得られる信号は劣
化しない。しかも、ホログラムがブレーズ化されている
ので、光の利用効率ηも大きく、サーボ信号や情報信号
のＳ／Ｎ比が高いという特長がある。

【００６２】なお、図６に示した方法によってホログラ
ム１０２を作製し、φ₂がπ／２程度になるように設計
すれば、不要な回折光の割合Ｅ1 が小さくなり、回折角
を大きくすることなしにフォーカスサーボ信号の劣化を
著しく抑えることができる。

【００６３】このホログラム１０２を図１２のブレーズ
化ホログラム１０２として用いて光ヘッド装置を構成す
れば、放射光源２と光検出器７を近接して配置してもな
お、図１２のブレーズ化ホログラム１０２を対物レンズ
４の近くに配置でき、従って図１２のブレーズ化ホログ
ラム１０２の有効径Ｒ１を大きくできるので、光ヘッド
装置の組み立て時におけるブレーズ化ホログラム１０２
の位置の許容誤差を緩和することができる。

【００６４】ここで、図２２に示したように、対物レン
ズ４と透過型のブレーズ化ホログラム１０１のみを、保
持手段３によって一体化し、放射光源２と独立に動く構
成にすることにより、対物レンズをフォーカス制御やト
ラッキング制御のために駆動する際の可動体を薄型化と
軽量化でき、正確で高速なサーボ追従を実現できるとい
う効果がある。

【００６５】さらにまた、図６に示した方法によってホ
ログラム１０２を作成するときに、φ₂ が０．２π〜
０．４５πになるように設計すれば、不要な回折光の割
合Ｅ₂が小さくなるので、回折角を大きくすることなし
に情報信号やフォーカスサーボ信号の劣化を抑えること
ができる。

【００６６】このホログラム１０２を、図１２のブレー
ズ化ホログラム１０２として用いて光ヘッド装置を構成
すれば、図１２のブレーズ化ホログラム１０２の有効径
Ｒ１を大きくできるので、光ヘッド装置の組み立て時に
おけるブレーズ化ホログラム１０２の位置の許容誤差を
緩和することができる。

【００６７】さらに、本発明の第３の実施例を図１３に
示す。図１３において、２は放射光源、４は対物レン
ズ、５は情報媒体である。本実施例ではフォーカスサー
ボ信号の検出方式として、スポットサイズディテクショ
ン法（ＳＳＤ法）を用いる。

【００６８】ＳＳＤ法は、特開平２−１８５７２２号公
報にも開示されているように、光ヘッド装置の組み立て
許容誤差を著しく緩和できる上に、波長変動に対しても
安定にサーボ信号を得ることのできる検出方法である。

【００６９】ＳＳＤ法を実現するためには、ホログラム
の復路の＋１次回折光が曲率の異なる２種類の球面波と
なるように設計する。それぞれの球面波は、光検出器面
の前側ｅと後ろ側ｆに焦点を持つように設計し、図１４
に示すように、復路の＋１回折光１４１と１４２とを６
分割光検出器７１によって受光する。但し、同図（ｂ）
がジャストフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデ
フォーカス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号
ＦＥは、ＦＥ＝（Ｓ10＋Ｓ30−Ｓ20）−（Ｓ40＋Ｓ60−Ｓ50）・・・式１４という演算によって得られる。

【００７０】ＳＳＤ法を用いるときも、さらにホログラ
ム１０４をブレーズ化して光の利用効率を向上させるこ
とによって、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。特に
図４、図５、および図６に示したような方法を用いて、
ＳＳＤ法用のブレーズ化ホログラムを実現する例を図１
５に示す。

【００７１】図１５において、Ａ領域１５１は光検出器
の前側に焦点を持つ球面波１４１（図１３）を発生さ
せ、Ｂ領域１５２は光検出器の後ろ側に焦点を持つ球面
波１４２（図１３）を発生させる。

【００７２】図１５のようなホログラムパターンから回
折する波面のファーフィールドパターンは、ホログラム
パターンが分割されていることを反映して、図１７に示
すように一部分が欠けるが、フォーカスサーボ信号には
影響はない。但し、図１７（ｂ）がジャストフォーカス
状態であり、同図（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を
表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、やはり式
１４に示した演算によって得られる。

【００７３】このように領域分割をすることにより、分
割されたそれぞれの領域をブレーズ化して、前述したよ
うに不要な回折光の割合Ｅ₁ やＥ₂ を小さく抑制すれ
ば、さらに安定な情報信号とＳ／Ｎ比の高い情報信号を
得ることができ、かつ、ホログラムの有効開口を大きく
できるので、組み立て許容誤差の大きな光ヘッドを構成
できる。

【００７４】さらにまた、こうしてブレーズ化したホロ
グラムと対物レンズとを一体化することにより、トラッ
キング追従による対物レンズの移動に関わらず、ホログ
ラムから生ずる回折光は光検出器上で動かない。従っ
て、トラッキング追従と並行して、安定なフォーカスエ
ラー信号を得られる光ヘッド装置を構成できる。

【００７５】なお、情報媒体５の上で反射した光は、情
報媒体５上のトラック溝によって回折されることによる
回折パターンを持つ。このため、情報媒体５の上の集光
スポットとトラック溝の相対位置変化により、ホログラ
ム上での光量分布に変化が起こる。例えば図１５のＸ方
向を情報媒体のトラック溝と並行な方向として、＋Ｙ方
向が明るくなって、−Ｙ方向が暗くなったり、この逆の
光量変化が起こったりする。

【００７６】そこで図１５の領域分割は、ここで示した
ように数個〜数十個程度にすることが望ましい。なぜな
らば、このようにホログラムの領域を多分割することに
よって、＋Ｙ方向と−Ｙ方向の比対称性を少なくし、情
報媒体５の上の集光スポットとトラック溝の相対位置変
化によるホログラム上での光量分布変化の影響で、フォ
ーカスサーボ信号に、オフセットが発生することを防ぐ
ことができるからである。従って、ホログラムの領域を
多分割すれば、安定なフォーカスサーボ特性が得られ
る。

【００７７】また、情報媒体５の上の集光スポットとト
ラック溝の相対位置変化によるホログラム上での光量分
布変化を、トラッキングエラー信号ＴＥとして取り出す
ために、第５の実施例として図１６に示すように、さら
に別の回折領域１５３や１５４をホログラム上に設けて
もよい。この回折領域１５３や１５４からのトラッキン
グエラー信号検出用回折光１６３を、トラッキングエラ
ー信号検出用光検出器７２（図１８）によって受光し、ＴＥ＝Ｓ７０−Ｓ８０・・・式１５に示す演算によってトラッキングエラー信号ＴＥを得る
ことができる。

【００７８】以上は透過型ホログラムを用いた実施例に
つい述べたが、反射ブレーズ化型ホログラムを利用して
も同様に光ヘッドを構成できる。これを第６の実施例と
して図１９に示す。図１９は反射型のブレーズ化ホログ
ラムを用いた光ヘッド装置である。同図において、１１
０はアクチュエータ等の駆動手段を示す。

【００７９】同図のように、反射型ブレーズ化ホログラ
ム１０５を用いて光ヘッド装置を構成することによって
も、やはり上述の透過型ホログラムを用いたときと同様
の効果を得ることができる。

【００８０】さらに反射型ブレーズ化ホログラム１０５
は、光軸の折りまげミラーの役割も兼ねることができる
ので、図１９のような薄型の光ヘッド装置を少数の部品
で構成できるという効果がある。

【００８１】その上、放射光源２、光検出器７、反射型
ブレーズ化ホログラム１０５、及び対物レンズ４などの
全ての光学部品を、例えばアルミ筐体などの全光学系保
持手段１４によって一体化して一体駆動すると、対物レ
ンズ４がトラック追従によって移動しても放射光源２に
対する相対位置が変化せず、軸外収差が発生しないとい
う効果がある。

【００８２】さらにまた、軸外収差が発生しないことか
ら、対物レンズ４を小型化、薄型化できて、より一層小
型で薄型の光ヘッド装置を構成できるという効果があ
る。

【００８３】

【発明の効果】以上に述べたことから明らかなように、
本発明では以下のような効果が得られる。

【００８４】（１）ホログラムをブレーズ化することに
より、往路の０次回折光と復路の＋１次回折光の回折効
率が大きくなるので、光の利用効率が向上し、サーボ信
号や情報信号のＳ／Ｎ比が向上する。

【００８５】（２）ブレーズ化ホログラムの断面形状の
最適設計によって、放射光源から情報媒体上へ至る往路
の光路において発生する回折光のうち、往路の０次光以
外の回折光が光検出部に入射する光量を抑圧することに
より、回折角を大きくすることができ、不要な回折光が
光検出器に入射しないようにしなくても、情報信号やフ
ォーカスサーボ信号の劣化を抑えることができる。

【００８６】従って、このブレーズ化ホログラムを用い
て光ヘッド装置を構成すれば、光検出器と放射光源を近
接して配置することと、ブレーズ化ホログラム１の有効
径Ｒ１を大きくすることを同時に実現できるので、組み
立て時における位置の許容誤差を緩和することができ
る。

【００８７】（３）ブレーズ化ホログラムを対物レンズ
と一体化した構成を用いることにより、トラッキング追
従による対物レンズの移動にかかわらず、ホログラムか
ら生ずる往路の回折光は光検出器上で動かない。

【００８８】従って、トラッキング追従と並行して、安
定なフォーカスエラー信号を得ることができる。

【００８９】また、ホログラムがブレーズ化されている
ため、往路の−１次回折光などの不要な回折光の回折効
率は、復路の＋１次や往路の０次の回折光の回折効率に
比べて小さく、従って往路の−１次回折光などの不要な
回折光によるサーボ信号や情報信号の劣化も著しく小さ
くなる。従って非常に安定なサーボと情報の読み取りを
実現できる。

【００９０】（４）フォーカスサーボ信号の検出方式と
してＳＳＤ法を用いることにより、組み立て許容誤差の
さらに大きな光ヘッド装置を構成できる。

【００９１】また、ホログラムパターンを分割して、２
種の領域から曲率の異なる球面波を復路の＋１次回折光
として発生させる構成とすることにより、ホログラムの
ブレーズ化とＳＳＤ法を同時に実現することが容易にで
きる。

【００９２】従って、光ヘッド装置の組立許容誤差を著
しく緩和できると同時に、Ｓ／Ｎ比の非常によい信号の
得られる光ヘッド装置を構成できる。

【００９３】（５）反射型ブレーズ化ホログラムを用い
て光ヘッド装置を構成することによって、光軸の折りま
げミラーの役割も兼ねることができるので、薄型の光ヘ
ッド装置を少数の部品で構成できる。

【００９４】その上、放射光源、光検出器、反射型ブレ
ーズ化ホログラム、及び対物レンズなどの全ての光学部
品を、全光学系保持手段によって一体化して一体駆動す
ると、対物レンズがトラック追従によって移動しても放
射光源に対する相対位置が変化せず、軸外収差が発生し
ないという効果がある。

【００９５】さらにまた、軸外収差が発生しないことか
ら、対物レンズを小型化、薄型化できて、より一層小型
で薄型の光ヘッド装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光ヘッド装置の概略断
面図

【図２】本発明の第１の実施例の要件であるブレーズ化
ホログラムの断面図

【図３】本発明の第１の実施例の要件であるブレーズ化
ホログラムの位相変調量φと回折効率の関係を表すグラ
フ

【図４】本発明の第１の実施例の要件であるブレーズ化
ホログラムの作製例の概略説明図で、（ａ）はリアクティブ・イオン・ビームエッチング工程
の断面図（ｂ）は第１の実施例のホログラムの断面図

【図５】本発明の実施例の要件であるブレーズ化ホログ
ラムの他の作製例の概略説明図で、（ａ）は第１のリアクティブ・イオン・ビームエッチン
グ工程の断面図（ｂ）は第２のリアクティブ・イオン・ビームエッチン
グ工程の断面図（ｃ）はホログラムの断面図

【図６】本発明の実施例の要件であるブレーズ化ホログ
ラムの別の作製例の概略説明図で、（ａ）は第１のリアクティブ・イオン・ビームエッチン
グ工程の断面図（ｂ）は第２のリアクティブ・イオン・ビームエッチン
グ工程の断面図（ｃ）はホログラムの断面図

【図７】本発明の実施例における光検出器上での回折光
の様子を表す平面図で、（ａ）はデフォーカス状態を表わす平面図（ｂ）はジャストフォーカス状態を表わす平面図（ｃ）はデフォーカス状態を表わす平面図

【図８】往路の回折光がフォーカスサーボ信号に与える
影響を説明するための図で、（ａ）は本来のサーボ信号の波形図（ｂ）は偽のサーボ信号の波形図

【図９】往路の回折光が光検出器に入射する様子を説明
するための概略断面図

【図１０】本発明の要件であるブレーズ化ホログラムの
位相変調量と不要な回折光の関係を表す図

【図１１】本発明の要件であるブレーズ化ホログラムの
位相変調量と光の利用効率光の関係を表す図

【図１２】本発明の第２の実施例の光ヘッド装置の概略
断面図

【図１３】本発明の第３の実施例の光ヘッド装置の概略
斜視図

【図１４】本発明の第３の実施例における光検出器上で
の回折光の様子を表す平面図で、（ａ）はデフォーカス状態を表わす平面図（ｂ）はジャストフォーカス状態を表わす平面図（ｃ）はデフォーカス状態を表わす平面図

【図１５】本発明の第４の実施例におけるホログラムパ
ターンを表す平面図

【図１６】本発明の第５の実施例におけるホログラムパ
ターンを表わす平面図

【図１７】本発明の第４の実施例における光検出器上で
の回折光の様子を表す平面図で、（ａ）はデフォーカス状態を表わす平面図（ｂ）はジャストフォーカス状態を表わす平面図（ｃ）はデフォーカス状態を表わす平面図

【図１８】本発明の第５の実施例の光ヘッド装置の要部
の概略斜視図

【図１９】本発明の第６の実施例の光ヘッド装置の概略
断面図

【図２０】従来の光ヘッド装置の概略断面図

【図２１】従来の他の光ヘッド装置の概略断面図

【図２２】従来の光ヘッドの課題の説明図

【図２３】従来の他の光ヘッドの課題の説明図

【符号の説明】

１ブレーズ化ホログラム２放射光源３光ビーム４対物レンズ５情報媒体６復路の＋１次回折光７光検出器８往路の−１次回折光９透明基板１０フォトレジスト１１イオンビーム１３保持手段１４全光学系の保持手段３１ホログラム上での光ビーム６１往路の０次回折光６２往路のＮ次回折光６３復路のＮ＋１次回折光７１６分割光検出器７２トラッキングエラー信号検出用光検出器１０２ブレーズ化ホログラム・・１０３ホログラム１０４ホログラム１０５反射型ブレーズ化ホログラム１１０駆動手段１４１球面波（＋１次回折光）１４２球面波（＋１次回折光）１５１ホログラムの分割領域（フォーカスエラー信号
検出用回折光発生領域）１５２ホログラムの分割領域（フォーカスエラー信号
検出用回折光発生領域）１５３ホログラムの分割領域（トラッキングエラー信
号検出用回折光発生領域）１５４ホログラムの分割領域（トラッキングエラー信
号検出用回折光発生領域）１６２フォーカスエラーエラー信号検出用回折光１６３トラッキングエラー信号検出用回折光２００エッチング部２０１エッチング部

フロントページの続き (72)発明者堀義和大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西野清治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭62−145545（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−282809（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放射光源と、ホログラムと、前記放射光源
から出射する光ビームを前記ホログラムで透過または反
射して前記ホログラムの０次回折光を情報媒体上へ微小
スポットに収束する対物レンズと、前記情報媒体で反
射、回折した光ビームを前記ホログラムで受けて回折し
た＋１次回折光を受けて光電流を出力する複数の光検出
部からなる光検出器を具備した光ヘッド装置であって、
前記ホログラムの断面形状は高さｈにブレーズ化されて
おり、前記ブレーズの高さｈによって決まる前記光ビー
ムの光の位相変調量の振幅φが、πラジアンよりも大き
くて、かつ、２πラジアンよりも小さくなるような高さ
にして、前記ホログラムが、０次回折光と＋１次間接光
を共に発生するようにし、かつ、前記対物レンズとブレ
ーズ化ホログラムとを一体化し、前記対物レンズと前記
ブレーズ化ホログラムとが一体になった部分を、放射光
原意対して独立に可動にしたことを特徴とする光ヘッド
装置。
【請求項２】放射光源と光検出器とホログラムと対物レ
ンズとを筐体内部に連結固定し、前記ホログラムは反射
型ホログラムであり、前記ホログラムの断面形状は高さ
ｈｒにブレーズ化されており、前記ブレーズの高さｈｒ
によって決まる前記光ビームの光の位相変調量の振幅φ
が、πラジアンよりも大きくて、かつ、２πラジアンよ
りも小さくなるような高さにして、前記ホログラムが、
０次回折光と＋１次間接光を共に発生するようにし、前
記放射光源から出射した光ビームを反射して、前記光ビ
ームの中心軸を前記対物レンズの光軸と同じ方向に折曲
げて、前記光ビームを前記対物レンズによって情報媒体
上に収束させ、前記情報媒体で反射した前記光ビームを
受けて前記反射型ブレーズ化ホログラムは＋１次回折光
を発生し、前記＋１次回折光を前記光検出器で受光する
ことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３】ホログラム面は複数の分割領域に領域分割
され、前記複数の分割領域のうち、一部の複数の領域か
ら発生する＋１次回折光が光検出器面の前側に焦点また
は焦線をもち、前記複数の分割領域のうち、前記一部の
領域の他の一部の複数の領域から発生する＋１次回折光
は、光検出器面の後ろ側に焦点または前記焦線と同じ方
向に延びる焦線をもつことを特徴とする請求項１または
２のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項４】ホログラム面を複数の分割領域に領域分割
し、前記分割領域のうちに領域Ｈ１と領域Ｈ２を設け、
光検出器面上に光検出器領域Ｐ１と光検出器領域Ｐ２と
を設け、ホログラムの領域Ｈ１から回折した回折光を光
検出器領域Ｐ１によって受光して得られる出力Ｅ１と、
ホログラムの領域Ｈ２から回折した回折光を光検出器領
域Ｐ２によって受光して得られる出力Ｅ２とを演算する
演算回路を具備し、前記出力Ｅ１と前記出力Ｅ２を前記
演算回路によって演算した結果をトラッキングエラー信
号をすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の光ヘッド装置。