JP2766348B2 - 光学ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は周囲温度、発光出力等の変動により光源の波
長変化が生じても、安定してフォーカスエラー信号が得
られるようにした光学ヘッドに関するものである。

〔従来の技術〕

光学式記録媒体を用いて情報の記録、再生を行う光学
式情報記録／再生装置の光学ヘッドにおいては、一般に
光源として半導体レーザが用いられる。このような装置
の光学系を、記録媒体からの反射光が光源である半導体
レーザに戻り得るように構成するとノイズが発生し易く
なり、再生信号のS/N比の劣化の問題が生じる。

この問題を解決する方法の１つとして、例えば特開昭
61-150391号公報に開示されているように、光学式記録
媒体の記録面に対して記録／再生用の光束（ビーム）を
斜めに入射する方式（以下軸外し方式と称す）が提案さ
れている。この軸外し方式を適用した光学ヘッドの従来
例は第７図に示すように、半導体レーザ（LD）１から出
射したレーザ光をコリメータレンズ２、ビーム整形プリ
ズム３および回折格子４を経て集光レンズ５にその光軸
に対して偏心させて入射し、光学式記録媒体６の記録面
に集光するものである。このようにした場合、レーザ光
は上記記録面に対して斜めに入射することになり、この
記録面からの反射光は半導体レーザ１の方向に逆行する
ことなく集光レンズ５に再び入射し、ミラー７、検出レ
ンズ８を経て光検出器９に導かれるため、前述した半導
体レーザ１への反射光の戻りによるノイズ発生の問題を
解消することができる。この軸外し方式は、光カード等
複屈折が生じ易い記録媒体に対しては特に有効であり、
使用されることが多い。また第７図に示す従来例では半
導体レーザ１から出射されたレーザ光はコリメータレン
ズ２で平行光束にされてビーム整形プリズム３に入射さ
れるが、コリメータレンズ２から出射される際の光束は
その断面強度分布が楕円形状になっている。この光束は
ビーム整形プリズム３の屈折面の作用によって、その断
面強度分布がほぼ円形になる光束に変換され、ビーム整
形プリズム３を出射した光束は回折格子４を通過する際
に回折されて３本の光束、すなわち＋１次および０次、
−１次の回折光となる。これらの３本の光束は集光レン
ズ５に光軸から外れて入射し、光学式記録媒体６の記録
面に集光されて３個のスポットを形成し、さらに前記記
録面で反射されて集光レンズ５に再び入射し、平行光束
となって出射してミラー７で全反射されて光路を90°曲
げられた後検出レンズ８を経て光検出器９上に３個のス
ポットを形成する。

ところでこの光学ヘッドにおいてはトラッキングサー
ボおよびフォーカシングサーボを以下のように実施して
いる。すなわち光学式記録媒体６の記録面においては、
ガイドトラック20,21、情報ピット22、＋１次光スポッ
ト23、０次光スポット24および−１次光スポット25の配
置関係は第９図に示すようになり、＋１次光スポット23
および−１次光スポット25は夫々ガイドトラック20およ
び21上にそのスポットのほぼ半分の部分が乗るように配
置され、０次光スポット24はガイドトラック20,21間に
位置する情報ピット22上に正しく重なり得るように配置
される。これらスポット23〜25はまた、第８図に実線で
示すように光検出器９上にも上記と同様の配置関係で形
成される。この光検出器９は9a,9b,9c,9dの４つの光検
出要素から成り、光検出要素9a,9bには０次光スポット2
4が、光検出要素9cには＋１次光スポット23が、光検出
要素9dには−１次光スポット25が夫々形成される。ここ
で光検出要素9,9b,9c,9dの出力信号を夫々Ｉ_9a,I_9b,
I_9c,I_9dとすると、 トラッキングエラー信号Ｔは、 Ｔ＝Ｉ_9c−Ｉ_9d ……（１） フォーカシングエラー信号Ｆは、 Ｆ＝Ｉ_9a−Ｉ_9b ……（２） により検出することができる。

得られたトラッキングエラー信号Ｔおよびフォーカシ
ングエラー信号Ｆを図示しないサーボ機構に供給し、こ
れら信号F,Tに基づき集光レンズ５を駆動して集光レン
ズ５と光学式記録媒体６との位置関係を調整することに
より、光学式記録媒体６に正しくフォーカシングおよび
トラッキングされた状態で情報を記録／再生することが
できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上述したような光学ヘッドに光源として用い
られる半導体レーザは、一般に周囲温度、発光出力等の
変動があるとその波長が変化する（例えば温度変化40℃
で約5nm、記録モードと再生モードとの切換による出力
変動で約5nm、合計約10nmとなる）。半導体レーザの波
長が変化すると波長分散の影響に基づきビーム整形プリ
ズム３における屈折角が変化し、集光レンズ５に入射す
る光束の入射角および出射角も変化する。この結果、光
学式記録媒体６上における３個の光スポットの位置が変
化し、さらには光検出器９上における３個の光スポット
の位置も第８図に点線で示すようにｙ軸方向に移動して
しまう。

このように半導体レーザの波長変化が生じるとあたか
もピントが外れた状態であるかのように検出されること
になり、前述したサーボ機構は集光レンズ５をピント外
れの位置にオートフォーカスしてしまう。このときの合
焦位置移動の移動量は数μｍ程度（例えばビーム整形ピ
リズム３の硝材BK7、頂角39°、集光レンズ５の焦点距
離3.6mmの場合で4.5μｍ）となり、情報の高密度記録を
達成しようとする場合には無視できない量であり、問題
となる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、
光源の波長変化が生じても合焦位置移動の生じることの
ないオートフォーカスを実現することのできる光学ヘッ
ドを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕

この目的を達成するため、本発明の光学ヘッドは、光
源と、該光源からの光束の断面強度分布を特定の方向に
変換するビーム整形プリズムと、変換後の光束を記録媒
体上にスポットとして照射する照射手段と、該記録媒体
からの反射光をフォーカスエラー信号を得るための分割
された光検出器に導く反射光伝達手段とを具える光学ヘ
ッドにおいて、前記ビーム整形プリズムの光束断面強度
分布の変換方向が、前記光検出器の分割方向と実質的に
同一になるようにする。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す図であり、
第７図の従来例と同一の部分には同一符号を付してあ
る。

この第１実施例は従来例と同一構成部品を使用してお
り、両者の相違点はビーム整形プリズム３の配置方向の
みである。すなわち第７図の従来例ではビーム整形プリ
ズム３を光束断面強度分布の変換方向が紙面内の方向
（ｘ−ｙ平面内）になるように配置したが、本例ではビ
ーム整形プリム３をｙ軸の周りに90°回転して配置し、
光束断面強度分布の変換方向を90°回転させて紙面と垂
直の方向（ｙ−ｚ平面内）とした。このためこの第１実
施例では半導体レーザ１の波長変化が生じた場合、ビー
ム整形プリズム３における屈折率の変化、次いで集光レ
ンズ５に入射する光束の入射角の変化はｙ−ｚ平面内で
生じることになる。したがって、光検出器９上に第２図
に実線で示すように形成された光スポット23〜25は点線
で示すようにｚ軸方向に移動することになり、前述した
Ｆ＝Ｉ_9a−Ｉ_9b……（２）により求まるフォーカスエラ
ー信号Ｆは、光検出要素9a,9bの分割方向と光スポット
の移動方向が実質的に一致することから、この光スポッ
トの移動の影響を全く受けないものになる。このときＴ
＝Ｉ_9c−Ｉ_9d……（１）により求まるトラッキングエラ
ー信号Ｔは、光検出要素9c,9dの出力信号の差から求め
られるため、上述したｚ軸方向の光スポットの移動があ
っても、全く影響を受けないものになる。

このようにビーム整形プリズム３の光束断面強度分布
の変換方向が光学式記録媒体６への光束の入射面（ｘ−
ｙ平面内）と垂直になるようにビーム整形プリズム３を
配置することによって、フォーカシング、トラッキング
共に安定した特性が得られる光学ヘッドを提供すること
ができる。

第３図は本発明の第２実施例の構成を示す図、第４図
は同例のプリズム等を矢印方向より見た図、第５図は同
例の斜視図、第６図は同例の光検出器における光スポッ
トの状態を示す図であり、第１図の第１実施例と同一の
部分には同一符号を付してある。

まず第３図によりこの例の構成を説明する。

半導体レーザ１から出射したレーザ光はコリメータレ
ンズ２によって平行光束にされ、ビーム整形プリズム３
に入射する。ここでビーム整形プリズム３は、入射され
たレーザ光の光束断面強度分布を紙面内の方向（ｘ−ｚ
平面内）に変換する。なお、光束断面強度分布の方向を
変換する方法としては光束の拡大と縮少とがあるが、こ
の例では楕円形分布の光束を円形分布にするように縮少
によって変換している。この際、ビーム整形プリズム３
の屈折面に対して光束はＳ偏光となることから、この屈
折面における反射光を減少させるために、本例ではこの
屈折面に多層膜の反射防止コーティングを施している
が、ビーム整形プリズム３の前に1/2波長板を挿入する
ことによりＰ偏光に変換するようにすれば、単層の反射
防止膜としてもよいことは勿論である。

整形された光束は次に回折格子４に入射し、＋１次、
０次、−１次の３本の回折光に分割される。これら回折
光はプリズム10の斜面の点ａで全反射された後、第４図
に示すようにプリズム10に接合されたプリズム11に入射
して、プリズム11の斜面の点ｂで全反射されて集光レン
ズ５に入射し、そこで集光されて光学式記録媒体６の記
録面に３個の光スポットを形成する。光学式記録媒体６
で反射された光束は再び集光レンズ５に入射し、第４図
に示すようにプリズム11の斜面の点ｃで全反射されて、
プリズム11とプリズム10との接合面へと導かれる。この
接合面は２分割されており、その内の第４図で斜線を付
した部分ｅにはアルミ等を蒸着することによりミラー面
が形成されている。したがって集光レンズ５に入射する
前の光束はこの接合面において上記ミラー面のない部分
を通過するため素通りし、集光レンズ５からの戻りの光
束は上記ミラー面のためにこの接合面の点ｄで反射さ
れ、検出レンズ８へと導かれる。この光束は検出レンズ
８により集光され、光検出器９上には第６図に実線で示
すような＋１次光スポット23、０次光スポット24および
−１次光スポット25が形成される。なお第５図の斜視図
は本例の光学系の構成および作用を一層理解しやすくす
るためのものである。

ところで本例において半導体レーザ１から発せられる
レーザ光の波長が変化した場合、ビーム整形プリズム３
の光束断面強度分布の変換方向は第３図に示すようにｘ
軸方向になり、光検出器９の光検出要素9a,9bの分割方
向も第６図に示すようにｘ軸方向になって両者は実質的
に同一になることから、光スポット23〜25は同図に点線
で示すように、つまりｘ軸方向に移動することになり、
合焦位置移動は生じない。したがって前述した第１実施
例と同様に、フォーカシング、トラッキング共に安定し
た特性が得られる光学ヘッドを提供することができる。

なお周囲温度の変化に基づきビーム整形プリズム３自
体の温度が変化した場合には、その屈折率が変化してビ
ーム整形プリズム３から出射する光束の傾斜角の変化を
招き、光検出器９において上述した半導体レーザのレー
ザ光の波長が変化した場合と同様の光スポット23〜25の
移動が生じるが、その場合にも本発明においては、上述
したのと同一の理由により、フォーカシング、トラッキ
ングへの影響は何ら生じないことは言うまでもない。

なお、本発明は上述した例にのみ限定されるものでは
なく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上
記第２実施例ではプリズム10とプリズム11との接触面の
全面に亘って接合しているが、斜線部ｅ以外の部分のみ
を接合して、斜線部ｅは空気接触面とすることにより全
反射ミラーとして機能するようにしてもよい。さらに、
第１および第２実施例では軸外し方式の光学系を用いる
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、例えばナイフエッジ法、複プリズム法等のような、
焦点位置の変化に応じて反射光の偏向角度が変化し、そ
の変化を２分割した光検出器で検出するようにした光学
ヘッドにおいても効果的に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、周囲温度、発光
出力等の変動に伴う半導体レーザのレーザ光の波長変化
や周囲温度の変動に伴うビーム整形プリズムの屈折率の
変化が発生しても、ビーム整形プリズムの光束断面強度
分布の変換方向と光検出器の分割方向とが実質的に同一
になるようにしてあるので、合焦位置ずれが生じること
はない。したがってフォーカシングに安定した特性が得
られる光学ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す図、 第２図は同例の光検出器上における光スポットの状態を
示す図、 第３図は本発明の第２実施例の構成を示す図、 第４図は同例のプリズム等を矢印Ａ方向より見た図、 第５図は同例の斜視図、 第６図は同例の光検出器における光スポットの状態を示
す図、 第７図は従来例の構成を示す図、 第８図は同例の光検出器における光スポットの状態を示
す図、 第９図は同例の光学式記録媒体のトラック構成を示す図
である。 １……半導体レーザ、２……コリメータレンズ ３……ビーム整形プリズム、４……回折格子 ５……集光レンズ、６……光学式記録媒体 ７……ミラー、８……検出レンズ ９……光検出器、10,11……プリズム

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、該光源からの光束の断面強度分布
   を特定の方向に変換するビーム整形プリズムと、変換後
   の光束を記録媒体上にスポットとして照射する照射手段
   と、該記録媒体からの反射光をフォーカスエラー信号を
   得るための分割された光検出器に導く反射光伝達手段と
   を具える光学ヘッドにおいて、 前記ビーム整形プリズムの光束断面強度分布の変換方向
   が、前記光検出器の分割方向と実質的に同一になるよう
   にしたことを特徴とする光学ヘッド。