JP3297505B2 - Optical head device and optical information device - Google Patents
Optical head device and optical information deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【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、及
びその光学系、さらに、情報媒体に情報記録の記録・再
生・消去を行う光情報装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical head device for recording / reproducing or erasing information stored on an optical medium or a magneto-optical medium such as an optical disk or an optical card, an optical system thereof, and an information medium. And information recording / reproducing / erasing information recording.
【０００２】[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。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
トを形成する集光機能、前記光学系の焦点制御（フォー
カスサーボ）とトラッキング制御、及びピット信号（情
報信号）検出に大別される。2. Description of the Related Art Optical memory technology using an optical disk having a pit pattern as a high-density and large-capacity storage medium includes digital audio disks, video disks,
It has been put to practical use while expanding the use of document file disks and data files. The mechanism by which information recording / reproducing on an optical disk is successfully performed with high reliability via a minutely focused light beam depends solely on the optical system. The basic functions of an optical head device, which is a main part of the optical system, include a light-condensing function for forming a diffraction-limited minute spot, focus control (focus servo) and tracking control of the optical system, and a pit signal (information signal). ) Broadly classified as detection.
【０００３】また、光ヘッド装置を構成する要素部品に
注目すると、光ビームを発生する光源、この光ビームを
ディスクに導きまたディスクで反射したこの光ビームを
信号検出系へ導くレンズ（群）、信号検出系を構成する
光学部品と光検出器、サーボ制御を担う駆動手段、など
から構成されている。このうち、光源については光ディ
スクの実用化初期に用いられた気体レーザに代わって、
小型で低コストの半導体レーザが主流になっている。[0003] Focusing on the components constituting the optical head device, a light source for generating a light beam, a lens (group) for guiding the light beam to a disk and guiding the light beam reflected by the disk to a signal detection system, It is composed of optical components and a photodetector constituting a signal detection system, driving means for performing servo control, and the like. Among them, the light source is replaced with the gas laser used in the early stage of practical use of optical discs,
Small and low-cost semiconductor lasers have become mainstream.
【０００４】ところが、半導体レーザを読み書き可能な
光ディスクの光源として用いたときには読みだし時と書
き込み時の光出力変化にともなう波長変動によってレン
ズの屈折率が変わり、フォーカスサーボ制御が追従する
までの間、情報媒体上での光スポットがデフォーカス状
態になって情報の読みだしができなくなったり、書き込
みが不十分になるという問題がある。However, when a semiconductor laser is used as a light source of a readable and writable optical disk, the refractive index of the lens changes due to a wavelength change due to a change in light output at the time of reading and at the time of writing. There is a problem that the light spot on the information medium is in a defocused state, so that information cannot be read or writing is insufficient.
【０００５】これに対してはレンズの材料（硝材）とし
て波長分散の低い素材を用いるという方法が考えられる
が、一般に波長分散の低い硝材は屈折率が小さいため曲
率を大きくしなければならず、特にＮＡの大きなレンズ
をつくることが難しい。次に考えられるのは波長分散特
性の異なる複数のレンズを組み合わせて組レンズを構成
するという手段である。これを第１の従来例として図１
２に示す。To solve this problem, a method of using a material having a low wavelength dispersion as a material (glass material) of the lens is considered. However, a glass material having a low wavelength dispersion generally has a large refractive index because of its small refractive index. In particular, it is difficult to make a lens with a large NA. The next conceivable method is to form a group lens by combining a plurality of lenses having different wavelength dispersion characteristics. FIG. 1 shows this as a first conventional example.
It is shown in FIG.
【０００６】図１２において、２１は半導体レーザ光源
である。この半導体レーザー２１から出射した直線偏光
の光ビーム３（レーザ光）は組レンズ４０２によって平
行光になり、くさび型プリズム３５によって光ビーム整
形をされた後、ビームスプリッター３６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−ムはもとの光路を逆にたどってビ
ームスプリッター３６で反射され、コリメートレンズＡ
（１２１）によって集光され、サーボ信号検出手段３４
によってフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信
号を得ることができるように波面を変換された後に光検
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（フォーカスエラー信号とトラッキ
ングエラー信号）及び、情報信号を得ることができる。
ここで対物レンズ４は駆動装置１１０によって高速で動
かすためには軽量であることが必須であるため、屈折型
レンズの組レンズにすることが出来ない。そこで組レン
ズ４０２は色収差を過補正して（以下、これを色だしと
呼ぶ）対物レンズの色収差を相殺している。In FIG. 12, reference numeral 21 denotes a semiconductor laser light source. The linearly polarized light beam 3 (laser light) emitted from the semiconductor laser 21 is converted into parallel light by the group lens 402, shaped into a light beam by the wedge prism 35, transmitted through the beam splitter 36, and passed through the objective lens 4. And is collected on the information medium 5. The light beam reflected by the information medium 5 is reflected by the beam splitter 36 following the original optical path in reverse, and is collimated by the collimating lens A.
The light is condensed by (121) and the servo signal detecting means 34
After being converted into a wavefront so that a focus error signal or a tracking error signal can be obtained, the light enters the photodetector 7. By calculating the output of the photodetector 7, a servo signal (a focus error signal and a tracking error signal) and an information signal can be obtained.
Here, in order to move the objective lens 4 at high speed by the driving device 110, it is essential that the objective lens 4 be lightweight, so that the objective lens 4 cannot be formed as a refraction type lens. Therefore, the group lens 402 over-corrects the chromatic aberration (hereinafter, referred to as coloration) to cancel the chromatic aberration of the objective lens.
【０００７】次に、光ヘッド装置への応用例ではない
が、第２の従来例としてホログラムを用いてレンズ単体
として色消しを行っている例を図１３に示す。図１３に
おいて１０７は回折格子型のレンズ（ホログラムレン
ズ）、４０１は屈折型のレンズである。波長がλ０の時
のホログラムレンズ１０７の焦点距離をｆｈｏｅ０とす
ると、波長がλ１の時の焦点距離ｆｈｏｅ１はｆｈｏｅ
１＝ｆｈｏｅ０×λ０／λ１．．．（１）となる。また
屈折型レンズ４０１の屈折率をｎ（λ）、焦点距離をｆ
（λ）とすると ｆ（λ１）＝ｆ（λ０）×（ｎ（λ０）−１）／（ｎ（λ１）−１）．．．（２ ）となる。Next, FIG. 13 shows a second conventional example in which achromatism is performed as a single lens using a hologram, although this is not an application to an optical head device. In FIG. 13, reference numeral 107 denotes a diffraction grating type lens (hologram lens), and reference numeral 401 denotes a refraction type lens. Assuming that the focal length of the hologram lens 107 when the wavelength is λ0 is fhoe0, the focal length fhoe1 when the wavelength is λ1 is fhoee.
1 = fhoe0 × λ0 / λ1. . . (1). Further, the refractive index of the refractive lens 401 is n (λ), and the focal length is f.
Assuming (λ), f (λ1) = f (λ0) × (n (λ0) -1) / (n (λ1) -1). . . (2).
【０００８】式（１）と式（２）より色消しの条件は λ１／（ｆｈｏｅ１×λ０）＋（ｎ（λ１）−２）／（ｆ（λ０）×（ｎ（λ０ ）−１）） ＝１／ｆｈｏｅ０＋１／ｆ（λ０）．．．（３）となる。From the equations (1) and (2), the condition of achromatism is λ1 / (fhoe1 × λ0) + (n (λ1) -2) / (f (λ0) × (n (λ0) -1)) = 1 / fhoe0 + 1 / f (λ0). . . (3).
【０００９】ここで波長が長くなると式（１）では焦点
距離が短くなり、また、式（２）では焦点距離が長くな
るため、ｆｈｏｅ１とｆ（λ０）の正負を同じにして式
（３）を満たすように選べば図１３に示したレンズ単体
で色消しができる。Here, if the wavelength becomes longer, the focal length becomes shorter in the equation (1), and the focal length becomes longer in the equation (2). Therefore, the positive and negative signs of fhoe1 and f (λ0) are made equal to the equation (3). If the lens is selected so as to satisfy the above condition, the color can be achromatized by the single lens shown in FIG.
【００１０】このようにホログラムは回折素子であるた
め、ホログラムを用いて構成したホログラムレンズの焦
点距離の波長依存性は屈折率型のレンズとは逆になり、
正のパワーを持ったホログラムレンズと屈折率レンズど
うしまたは、負のパワーを持ったホログラムレンズと屈
折率レンズどうしを組み合わせることによって色消しを
実現できるため、レンズの曲率が比較的小さくてすむ上
に、ホログラムレンズは平面型の素子のため、軽量で量
産性にも優れているというように、非常に多くの利点が
ある。上記の従来例は、例えば、文献１−D.Faklis and
M.Morris(1991)Photonics Spectra Novenver 205 & De
cember 131（ディー、ファクリスとエム、モリス（１９
９１）フォトニクス スペクトラ１１月号２０５ページ
及び１２月号１３１ページ）、文献２−M.A.Gan et al.
(1991)SPIE Vol.1507 p116（エム、エイ、ガン他（１９
９１）エス、ピー、アイ、イー １５０７巻１１６ペー
ジ）、文献３−P.Twardowski and P.Meirueis(1991)SPI
E Vol.1507 p55（ピー、トワードウスキとピー、メイル
エイス（１９９１）エス、ピー、アイ、イー １５０７
巻５５ページ）などにおいて発表されている。Since the hologram is a diffractive element, the wavelength dependence of the focal length of the hologram lens formed using the hologram is opposite to that of the refractive index type lens.
Achromatization can be realized by combining hologram lenses and refractive index lenses with positive power or hologram lenses and refractive index lenses with negative power, so that the curvature of the lens can be relatively small. Since the hologram lens is a planar element, it has many advantages such as light weight and excellent mass productivity. The above conventional example is described in, for example, Reference 1-D. Faklis and
M. Morris (1991) Photonics Spectra Novenver 205 & De
cember 131 (Dee, Facris and M, Morris (19
91) Photonics Spectra, November issue, p. 205 and December issue, p. 131), Reference 2-MAGan et al.
(1991) SPIE Vol.1507 p116 (M, A, Gun et al. (19
91) S, P, I, E, 1507, 116), Reference 3-P. Twardowski and P. Meirueis (1991) SPI
E Vol.1507 p55 (P, Toward Usuki and P, Mail Ace (1991) S, P, I, E 1507
Vol. 55).
【００１１】またホログラムレンズの作製法については
文献１にも述べられているように、図１４に示すよう
に、シリコンＬＳＩの製造工程で一般的に行われている
フォトリソグラフィー行程とエッチングを複数回繰り返
すことによって階段上の断面形状をもつマルチレベルホ
ログラムとしてホログラムレンズを作製することができ
る。また、K.Goto et al.(1987)J.J.A.P Vol.26 Supple
ment26-4（ケイ、ゴトウ他（１９８７）ジェー、ジェ
ー、エイ、ピー ２６巻サプルメント２６−４）−文献
４−に示されているように、超精密ＣＮＣ旋盤を用いて
もホログラムレンズを図１５に示すようにして、作製す
ることができる。As described in Document 1, the method of manufacturing a hologram lens is, as shown in FIG. 14, a photolithography process and an etching that are generally performed in a silicon LSI manufacturing process are performed a plurality of times. By repeating this, a hologram lens can be manufactured as a multi-level hologram having a stepwise cross-sectional shape. Also, K. Goto et al. (1987) JJAP Vol. 26 Supple
ment26-4 (Kay, Gotou, et al. (1987) J, J, A, P. 26, Supplement 26-4)-As shown in Reference 4, the hologram lens can be obtained by using an ultra-precision CNC lathe as shown in FIG. Can be produced as shown in FIG.
【００１２】なお、文献４はホログラムレンズを光ヘッ
ド装置に応用した例ではあるが、その目的は球面レンズ
とホログラムレンズを組み合わせることによって非球面
レンズの効果（軸外収差などの収差の抑圧）を狙ったも
のであり、色収差補正を目的としたものではない。この
ため半導体レーザーの波長変動による焦点位置移動は補
正されていない。Reference 4 is an example in which a hologram lens is applied to an optical head device. The purpose is to combine the spherical lens and the hologram lens to reduce the effect of an aspheric lens (suppression of aberrations such as off-axis aberration). It is intended, not for chromatic aberration correction. Therefore, the movement of the focal position due to the wavelength fluctuation of the semiconductor laser is not corrected.
【００１３】第３の従来例として特開平３−１５５５１
４号公報及び特開平３−１５５５１５号公報を引用す
る。第３の従来例は図１６に示すように対物レンズ４
と、この対物レンズ４より光源側に配置されほぼパワー
を持たない（レンズ作用を持たない）色収差補正素子か
らなる対物レンズ系及び光情報記録再生装置の光学系で
ある。対物レンズそのものはホログラムレンズを用いる
場合も記述されているが、色収差補正素子は分散値の異
なる正レンズ２５０と負レンズ２５１の組み合わせから
構成されており、ホログラムレンズを用いた例は開示さ
れていない。正レンズ２５０と負レンズ２５１の分散値
が異なることを利用して色収差補正素子はほとんどレン
ズ作用（パワー）がないにもかかわらず、対物レンズの
色収差を補正できるという構成である。A third conventional example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 3-15551.
4 and JP-A-3-155515. In the third conventional example, as shown in FIG.
And an optical system of the optical information recording / reproducing apparatus, which is composed of a chromatic aberration correcting element which is disposed closer to the light source than the objective lens 4 and has almost no power (has no lens function). Although the case where the objective lens itself uses a hologram lens is described, the chromatic aberration correction element is configured by a combination of a positive lens 250 and a negative lens 251 having different dispersion values, and no example using a hologram lens is disclosed. . By utilizing the fact that the dispersion values of the positive lens 250 and the negative lens 251 are different, the chromatic aberration correction element can correct the chromatic aberration of the objective lens even though it has almost no lens action (power).
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザーから放
射される光ビームには通常非点収差が含まれる。これは
半導体レーザーの出射面において活性層の広い方向を水
平方向としたとき、この水平方向の出射点がやや活性層
内に入り込んでいることに起因している。この非点収差
を除去するために、第１の従来例では、組レンズ４０２
を光軸方向に動かして調整する。この時、楕円ビーム補
正をコリメートレンズ（組レンズ４０２）の焦点距離に
置き換えて考えると、垂直方向と水平方向の、半導体レ
ーザー２１の出射点から情報媒体５へと至る結像関係は
図１７の（ａ）垂直方向、（ｂ）水平方向に示すように
なる。図１７では組レンズ４０２とくさび型プリズム３
５（図１２）を合成したレンズをコリメートレンズ１２
３として示している。また図１７中の記号の意味は以下
の通りである。 ｆ０：対物レンズ４の焦点距離 ｆｃ：組レンズ４０２（後述の図１などにおいてはコリ
メートレンズＢ−１２２） ｆｃｖ：コリメートレンズ１２３の垂直方向等価焦点距
離（＝ｆｃ） ｆｃｈ：コリメートレンズ１２３の水平方向等価焦点距
離（＝ｆｃ×γ） γ：楕円補正率＞１ δ：半導体レーザの非点隔差 δｖ：コリメートレンズの焦点位置ＦＣからの垂直方向
物点（半導体レーザー２１の出射点）位置のずれ量 δｈ：コリメートレンズの焦点位置ＦＣからの水平方向
物点（半導体レーザー２１の出射点）位置のずれ量 εｖ：対物レンズ４の焦点位置Ｆ０からの垂直方向像点
位置のずれ量 εｈ：対物レンズ４の焦点位置Ｆ０からの水平方向像点
位置のずれ量 図１７では組レンズ４０２を光軸方向図中右に動かして
δｖ＞０としている。ここで縦倍率の関係から εｖ＝δｖ×（ｆ０／ｆｃｖ）2＝δｖ×（ｆ０／ｆｃ）2．．．（５） εｈ＝δｈ×（ｆ０／ｆｃｈ）2＝δｈ×（１／γ2）×（ｆ０／ｆｃ）2．． ．（６） となる。A light beam emitted from a semiconductor laser usually contains astigmatism. This is because, when the wide direction of the active layer on the emission surface of the semiconductor laser is set to the horizontal direction, the emission point in the horizontal direction slightly enters the active layer. In order to remove the astigmatism, in the first conventional example, the group lens 402
Is adjusted by moving in the optical axis direction. At this time, if the elliptical beam correction is replaced with the focal length of the collimating lens (the set lens 402), the image forming relationship from the emission point of the semiconductor laser 21 to the information medium 5 in the vertical and horizontal directions is as shown in FIG. (A) in the vertical direction and (b) in the horizontal direction. In FIG. 17, the set lens 402 and the wedge prism 3 are shown.
5 (FIG. 12) into a collimating lens 12
3 is shown. The meanings of the symbols in FIG. 17 are as follows. f0: focal length of the objective lens 4 fc: assembled lens 402 (a collimating lens B-122 in FIG. 1 described later) fcv: vertical equivalent focal length of the collimating lens 123 (= fc) fch: horizontal direction of the collimating lens 123 Equivalent focal length (= fc × γ) γ: Elliptic correction ratio> 1 δ: Astigmatic difference of semiconductor laser δv: Displacement amount of vertical object point (emission point of semiconductor laser 21) from focal point FC of collimating lens δh: deviation amount of the horizontal object point (the emission point of the semiconductor laser 21) from the focal position FC of the collimating lens εv: deviation amount of the vertical image point position from the focal position F0 of the objective lens 4 εh: objective lens 4 In FIG. 17, the group lens 402 is moved rightward in the optical axis direction so that δv> 0. Here, from the relationship of the vertical magnification, εv = δv × (f0 / fcv) 2 = δv × (f0 / fc) 2 . . . (5) εh = δh × (f0 / fch) 2 = δh × (1 / γ 2 ) × (f0 / fc) 2 . . . (6)
【００１５】式（５）と式（６）より情報媒体５上で非
点収差をなくする（εｖ＝εｈとする）ためには、 δｖ×γ2＝δｈ．．．（７） となるように組レンズ４０２（コリメートレンズ１２
３）を移動すればよいことがわかる。From equations (5) and (6), to eliminate astigmatism on the information medium 5 (assume εv = εh), δv × γ 2 = δh. . . (7) The group lens 402 (the collimating lens 12
It can be seen that 3) should be moved.
【００１６】ところが、情報読み出し時（低出力時）に
合わせて、上記のように光学系を調整したとすると、書
き込み時（高出力時）には以下の理由によって情報媒体
５上での非点収差発生が問題となる。However, if the optical system is adjusted as described above at the time of reading information (at the time of low output), the astigmatism on the information medium 5 at the time of writing (at the time of high output) is as follows. The generation of aberration is a problem.
【００１７】半導体レーザーの出力を増加させると波長
は増加する。この時組レンズ４０２は色だしレンズであ
るので焦点距離ｆｃは短くなり、δｖとδｈはｆｃが短
くなった分だけ増加し、この結果δｈ／δｖがγ2より
も小さくなる。さらに半導体レーザーの出力を増加させ
るとδは減少するのでやはりδｈ／δｖが減少する。こ
のように２つの効果が強めあって、式（７）の関係を崩
し、情報媒体５上での非点収差を発生させてしまうとい
う課題がある。As the output of the semiconductor laser increases, the wavelength increases. This time set the lens 402 is a's a color lens focal length fc is shortened, .delta.v and .delta.h increases by the amount fc is shortened, this results .delta.h / .delta.v is less than gamma 2. When the output of the semiconductor laser is further increased, δ decreases, so δh / δv also decreases. As described above, there is a problem that the two effects are strengthened and the relationship of the expression (7) is broken, and astigmatism on the information medium 5 is generated.
【００１８】次に第２の従来例については、いずれもレ
ンズ単体については色収差の補正を詳しく研究している
ものの、このレンズの光ヘッド装置への応用例がなく、
以下に述べるような点において課題を有している。Next, in the second conventional example, although the correction of chromatic aberration is studied in detail for each lens alone, there is no application of this lens to an optical head device.
There are problems in the points described below.
【００１９】１．第２の従来例を光ヘッド装置に適用す
ると、光ヘッド光学系に使用する各レンズの色収差をそ
れぞれ補正することになるため設計上の自由度がなく、
半導体レーザーの出力変化に伴う非点隔差量の変化を補
償できない、このために情報媒体上の集光スポットに非
点収差が生じて情報信号が劣化する、という課題があ
る。1. When the second conventional example is applied to an optical head device, the chromatic aberration of each lens used in the optical head optical system is corrected, so that there is no design freedom.
There is a problem that a change in the amount of astigmatism due to a change in the output of the semiconductor laser cannot be compensated, and as a result, astigmatism occurs in a condensed spot on the information medium and the information signal deteriorates.
【００２０】２．光ヘッド装置においてはコリメートレ
ンズと対物レンズの組み合わせによる結像光学系が使用
されるが、第２の実施例を適用して色収差補正を行う
と、コリメートレンズと対物レンズなどのそれぞれのレ
ンズの色収差を補正するために、すべてホログラムレン
ズを各々使用することになるので、ホログラムレンズの
数が多くなりコスト高になる、という課題がある。2. In the optical head device, an image forming optical system using a combination of a collimating lens and an objective lens is used. However, when the chromatic aberration is corrected by applying the second embodiment, the chromatic aberration of each lens such as the collimating lens and the objective lens is obtained. Since hologram lenses are all used to correct the above, there is a problem that the number of hologram lenses increases and the cost increases.
【００２１】３．ホログラムレンズの回折効率は波長に
依存して変化する。光ヘッドにおいて最適な回折効率を
得るための設計法が従来は示されていないため、信号再
生時に回折効率が低下し、＋１次回折光として回折しな
かった光（透過光＝０次回折光や−１次回折光や＋２次
回折光）が発生して迷光となり、情報信号のＳ／Ｎ比を
低下させる、という課題があった。3. The diffraction efficiency of the hologram lens changes depending on the wavelength. Since a design method for obtaining an optimum diffraction efficiency in an optical head has not been described, the diffraction efficiency is reduced during signal reproduction, and light that has not been diffracted as + 1st-order diffracted light (transmitted light = 0th-order diffracted light or −1 order) There is a problem that stray light is generated due to generation of second-order diffracted light or + 2nd-order diffracted light, and the S / N ratio of an information signal is reduced.
【００２２】さらに、第３の実施例では以下の課題があ
る。 １．色収差補正素子が正レンズと負レンズの２枚の組み
合わせからなるため、材料費、製造コスト、調整を含め
た組み合わせ工程のコスト、張り合わせ工程のコストが
必要になり、コストアップ要因になる。Further, the third embodiment has the following problem. 1. Since the chromatic aberration correction element is composed of a combination of a positive lens and a negative lens, a material cost, a manufacturing cost, a cost of a combining process including adjustment, and a cost of a laminating process are required, which causes an increase in cost.
【００２３】２．色収差補正素子が正レンズと負レンズ
の２枚の組み合わせからなるため、重く、大きい。この
ため、光学系全体が重く、大きくなる。2. Since the chromatic aberration correction element is composed of a combination of a positive lens and a negative lens, it is heavy and large. Therefore, the entire optical system is heavy and large.
【００２４】３．色収差補正素子が正レンズと負レンズ
の２枚の組み合わせからなり重いため、高速で微動する
必要のある対物レンズと一体化して微動することが困難
である。このため、トラッキング、フォーカシングによ
り相対位置が変化するので、色収差以外の収差について
は、それぞれ独立して補正されていなければならない。
従って、レンズ設計、特に対物レンズの設計上自由度が
小さく非球面形状を採用せざるを得ず、設計、製造が困
難でコスト高になる。3. Since the chromatic aberration correction element is composed of a combination of two lenses, a positive lens and a negative lens, it is difficult to finely move the chromatic aberration correction element integrally with an objective lens that needs to be finely moved at high speed. For this reason, since the relative position changes due to tracking and focusing, aberrations other than chromatic aberration must be independently corrected.
Therefore, an aspherical shape is inevitably employed in the lens design, particularly in the design of the objective lens, and the design and manufacture are difficult and costly.
【００２５】４．色収差補正素子が正レンズと負レンズ
の２枚の組み合わせからなり重いため、高速で微動する
必要のある対物レンズと一体化して微動することが困難
である。このため、色収差補正素子の保持手段が対物レ
ンズの保持手段とは独立に必要であり、コストアップ要
因になり、また、光学系が大型になる。4. Since the chromatic aberration correction element is composed of a combination of two lenses, a positive lens and a negative lens, it is difficult to finely move the chromatic aberration correction element integrally with an objective lens that needs to be finely moved at high speed. For this reason, the holding means for the chromatic aberration correction element is required independently of the holding means for the objective lens, which increases the cost and increases the size of the optical system.
【００２６】そこで本発明では上記の課題に鑑み、光ヘ
ッド装置にホログラムレンズを応用することによって、
光源出力変更時の波長変動と非点隔差変動にもかかわら
ず焦点位置移動も非点収差の発生も起こらない、光ヘッ
ド装置を構成することを目的とする。また、ホログラム
レンズの回折効率を最適化し、安定に記録の読み書きを
行うことのできる光ヘッド装置を構成することを目的と
する。In view of the above problems, the present invention applies a hologram lens to an optical head device,
It is an object of the present invention to configure an optical head device in which focal point movement and astigmatism do not occur regardless of wavelength fluctuation and astigmatic difference fluctuation when a light source output is changed. It is another object of the present invention to configure an optical head device capable of optimizing the diffraction efficiency of a hologram lens and performing stable reading and writing of recording.
【００２７】[0027]
【課題を解決するための手段】本発明では上述の課題を
解決するため、半導体レーザー光源と、前記光源からの
光ビームを受け情報媒体上へ微小スポットに収束する結
像光学系（対物レンズとコリメートレンズを含む）と、
前記情報媒体で反射、回折した光ビームを受け光量に応
じて電気信号を出力する光検出器からなる光ヘッド装置
において、前記情報媒体近くに配置された対物レンズが
屈折型レンズとホログラムレンズの組み合わせであり、
ホログラムレンズとコリメートレンズの間に光ビーム整
形手段を具備するることを特徴とする光ヘッド装置とい
う構成にする。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor laser light source and an image forming optical system (an objective lens and a light source) which receives a light beam from the light source and converges to a minute spot on an information medium. Including a collimating lens),
In an optical head device including a photodetector that receives a light beam reflected and diffracted by the information medium and outputs an electric signal according to a light amount, an objective lens disposed near the information medium is a combination of a refraction lens and a hologram lens. And
An optical head device includes a light beam shaping means between the hologram lens and the collimating lens.
【００２８】またあるいは、半導体レーザー光源と、前
記光源からの光ビームを受け情報媒体上へ微小スポット
に収束する結像光学系と、前記情報媒体で反射、回折し
た光ビームを受け光量に応じて電気信号を出力する光検
出器からなる光ヘッド装置において、前記光検出器近く
に配置されたコリメートレンズが屈折型レンズとホログ
ラムレンズの組み合わせであることを特徴とする光ヘッ
ド装置という構成にする。Alternatively, a semiconductor laser light source, an imaging optical system that receives a light beam from the light source and converges to a small spot on an information medium, and receives a light beam reflected and diffracted by the information medium in accordance with a light amount In an optical head device including a photodetector that outputs an electric signal, a collimator lens disposed near the photodetector is a combination of a refraction lens and a hologram lens.
【００２９】またあるいは、半導体レーザー光源と、前
記光源から出射される光ビームを受け情報媒体上へ微小
スポットに収束する結像光学系と、前記情報媒体で反
射、回折した光ビームを受け光量に応じて電気信号を出
力する光検出器を具備する光ヘッド装置であって、前記
情報媒体近くに配置された前記結像光学系の構成要素で
ある対物レンズは屈折型の凸レンズであり、前記結像光
学系はホログラムレンズを有し、前記ホログラムは凸レ
ンズ作用を持ち、前記半導体レーザー光源の波長変化に
よる前記ホログラムレンズの焦点距離変化量を前記屈折
型レンズの焦点距離変化量より大きく設定することによ
って、前記半導体レーザー光源の波長λが長いほど、前
記ホログラムレンズと前記対物レンズの総合焦点距離ｆ
を短くし、記録の読みとり時の光源波長をλ0、記録の
書込み時の光源波長をλ 1 、ホログラムレンズを構成す
る硝材の波長λ0における屈折率をｎ0としたときにλ 0
≠λ 1 と設定し、かつ、前記ホログラムレンズの凹凸形
状の高さＨを、 Ｈ＝λ0／（ｎ0−１）として記録の読みとり時における前記ホログラムレンズ
の回折効率を最大に することを特徴とする光ヘッド装置
という構成にする。Alternatively, a semiconductor laser light source, an imaging optical system that receives a light beam emitted from the light source and converges to a minute spot on an information medium, and receives a light beam reflected and diffracted by the information medium to reduce the amount of light An optical head device including a photodetector that outputs an electric signal in response to the optical signal, wherein an objective lens which is a component of the imaging optical system arranged near the information medium is a refraction type convex lens ; Image light
The science system has a hologram lens, the hologram has a convex lens action, and by setting the focal length change amount of the hologram lens due to the wavelength change of the semiconductor laser light source to be larger than the focal length change amount of the refractive lens, The longer the wavelength λ of the semiconductor laser light source, the longer the total focal length f of the hologram lens and the objective lens.
The shorter, 0 wavelength of the light source at the time of reading the recording lambda, the recording
When the light source wavelength at the time of writing is λ 1 , and the refractive index at the wavelength λ 0 of the glass material constituting the hologram lens is n 0 , λ 0
≠ λ 1 , and the height H of the concave-convex shape of the hologram lens is set as H = λ 0 / (n 0 −1) , and the hologram lens at the time of reading a record.
The optical head device is characterized in that the diffraction efficiency is maximized .
【００３０】さらにまたは、半導体レーザー光源と、前
記光源からの直線偏光の光ビームを受け情報媒体上へ微
小スポットに収束する結像光学系と、前記情報媒体で反
射、回折した光ビームを受け光量に応じて電気信号を出
力する光検出器と、前記結像光学系中にホログラムレン
ズを組み合わせた光ヘッド装置において、前記ホログラ
ムレンズのうち１つは、偏光異方性ホログラムとλ／４
を組み合わせたものであることを特徴とする光ヘッド装
置という構成にする。Still further, a semiconductor laser light source, an imaging optical system that receives a linearly polarized light beam from the light source and converges on a small spot on an information medium, and a light quantity that receives a light beam reflected and diffracted by the information medium In an optical head device in which a photodetector that outputs an electric signal in accordance with a hologram lens in the imaging optical system, one of the hologram lenses includes a polarization anisotropic hologram and a λ / 4
And an optical head device characterized by a combination of the above.
【００３１】[0031]
【作用】上記手段を用いることにより、 （１）ホログラムレンズと対物レンズを組み合わせて用
いたり、対物レンズ４に直接ホログラムレンズを一体成
形して、対物レンズの色収差を過補正し、コリメートレ
ンズの焦点距離の変化と半導体レーザーの非点隔差量の
変化という２つの効果が相殺するので、半導体レーザー
の出力を変えても情報媒体上での非点収差を発生させな
いようにする事ができる。かつ、半導体レーザーから情
報媒体へと至る結像光学系において１枚のホログラムレ
ンズを用いるだけで、光学系全体の色収差を取り除くこ
とができる。 （２）光検出器に近いホログラムにレンズ作用と波面変
換及び分割作用を付加し、サーボ信号発生用光学素子と
しての特性も兼ねることによって、光ヘッド装置の部品
点数を削減できるので、軽量化、製造工程数の削減、信
頼性の向上、低コスト化などを実現できる。 （３）記録の読み込み時の光源波長λ＝λ０とすると、
凹凸形状の高さＨを、 Ｈ＝λ０／（ｎ（λ０）−１） とすることによって、記録信号の劣化もなく、また、記
録の読みとり時には不要な回折光成分が発生しないの
で、雑音の少ない読みとり信号を得ることができる。 （４）偏光異方性のホログラムレンズを１／４波長板と
ともに対物レンズに組み合わせて使い、往路においてＸ
方向の直線偏光光をホログラムレンズに入射させること
によって、回折によってレンズ作用を受けた上、１／４
波長板によって円偏光光になり、さらに、情報媒体によ
って反射される際に円偏光の回転方向が逆転し、再び１
／４波長板に入射して初めとは直角方向（Ｙ方向）の直
線偏光になるため、復路においてはホログラムレンズに
よって回折を受けず、初めとは異なる曲率の球面波とな
って半導体レーザーの方に戻る。このため、復路では情
報媒体と半導体レーザーの間に結像関係が成り立たず、
戻り光は半導体レーザーの活性層上に結像せず、したが
って戻り光はほとんど活性層内に入らない。従って、戻
り光による半導体レーザーの雑音の問題を回避できる。By using the above-mentioned means, (1) a hologram lens and an objective lens are used in combination, or a hologram lens is directly formed integrally with the objective lens 4 to overcorrect the chromatic aberration of the objective lens and to reduce the focal point of the collimator lens. Since the two effects of the change in the distance and the change in the amount of astigmatism of the semiconductor laser cancel each other, it is possible to prevent astigmatism from occurring on the information medium even when the output of the semiconductor laser is changed. Further, the chromatic aberration of the entire optical system can be eliminated only by using one hologram lens in the imaging optical system from the semiconductor laser to the information medium. (2) The hologram close to the photodetector has a lens function, a wavefront conversion and a splitting function, and also has a characteristic as an optical element for generating a servo signal, so that the number of parts of the optical head device can be reduced. Reduction in the number of manufacturing steps, improvement in reliability, reduction in cost, and the like can be realized. (3) When the light source wavelength λ = λ0 when reading a record,
By setting the height H of the concavo-convex shape to H = λ0 / (n (λ0) −1), there is no deterioration of the recording signal, and unnecessary diffracted light components are not generated when reading the recording. A small read signal can be obtained. (4) A hologram lens having polarization anisotropy is used in combination with an objective lens together with a 波長 wavelength plate.
When the linearly polarized light in the direction is incident on the hologram lens, it is subjected to a lens action by diffraction, and
The light is converted into circularly polarized light by the wave plate, and when reflected by the information medium, the direction of rotation of the circularly polarized light is reversed.
Since the light is incident on the 波長 wavelength plate and becomes linearly polarized light in the direction perpendicular to the beginning (Y direction), it is not diffracted by the hologram lens on the return path, but becomes a spherical wave having a curvature different from that of the beginning. Return to For this reason, on the return path, no imaging relationship is established between the information medium and the semiconductor laser,
The return light does not form an image on the active layer of the semiconductor laser, so that the return light hardly enters the active layer. Therefore, the problem of noise of the semiconductor laser due to the return light can be avoided.
【００３２】また、偏光異方性ホログラムレンズを１／
４波長板とともに光検出器に近いコリーメートレンズＢ
に組み合わせて使い、往路においてＸ方向の直線偏光光
をホログラムレンズに入射させると、回折によってレン
ズ作用を受けた上、１／４波長板によって円偏光光にな
り、さらに、情報媒体によって反射される際に円偏光の
回転方向が逆転し、再び１／４波長板に入射したときに
初めとは直角方向（Ｙ方向）の直線偏光になるため、復
路においてはホログラムレンズによって回折を受けず、
初めとは異なる曲率の球面波となって半導体レーザーの
方に戻る。このため、復路では情報媒体と半導体レーザ
ーの間に結像関係が成り立たず、戻り光は半導体レーザ
ーの活性層上に結像せず、したがって戻り光はほとんど
活性層内に入らない。従って、戻り光による半導体レー
ザーの雑音の問題を回避できる。Also, the polarization anisotropic hologram lens is 1 /
Collimate lens B close to photodetector with 4 wavelength plate
When linearly polarized light in the X direction is incident on the hologram lens on the outward path, it is subjected to lens action by diffraction, becomes a circularly polarized light by a quarter-wave plate, and is further reflected by the information medium. In this case, the direction of rotation of the circularly polarized light is reversed, and when the light is again incident on the quarter-wave plate, it becomes linearly polarized light in the direction perpendicular to the initial direction (Y direction).
It returns to the semiconductor laser as a spherical wave with a curvature different from the beginning. For this reason, on the return path, no imaging relationship is established between the information medium and the semiconductor laser, the return light does not form an image on the active layer of the semiconductor laser, and therefore, the return light hardly enters the active layer. Therefore, the problem of noise of the semiconductor laser due to the return light can be avoided.
【００３３】[0033]
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の第１の実施例の構成図である。２１
は半導体レーザ光源である。この半導体レーザー２１か
ら出射した光ビーム３（レーザ光）はコリメートレンズ
Ｂ（１２２）によって略平行光になり、くさび型プリズ
ム３５によって光ビーム整形（楕円形状の光量分布を光
軸に垂直な２軸方向に対して同じにする、すなわち、略
円形に整形する。楕円ビーム補正と呼ばれることもあ
る。）をされた後、ビームスプリッター３６を透過して
ホログラムレンズ１０７と対物レンズ４に入射し、情報
媒体５上に集光される（本願中では「集光」とは光ビー
ムを微少スポットに収束させること、と定義する）。情
報媒体５で反射した光ビ−ムはもとの光路を逆にたどっ
てビームスプリッター３６で反射され、コリメートレン
ズＡ（１２１）によって集光され、サーボ信号検出手段
３４によってフォーカスエラー信号やトラッキングエラ
ー信号を得ることができるように波面を変換された後に
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（フォーカスエラー信号とトラ
ッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができ
る。ホログラムレンズは位相型の回折素子であり、前記
ホログラムレンズのホログラムパターンは同心円状であ
る。ホログラムパターンの中心は軸外収差を小さくする
ため、組立誤差内で前記対物レンズの中心と一致してい
ることが望ましい。ここで対物レンズ４は駆動装置１１
０によって高速で動かす必要があるが、ホログラムレン
ズ１０７は平面型の光学素子であるため軽量（数１０ミ
リグラム以下）である上にホログラムレンズ１０７を用
いると対物レンズ４の集光パワーも小さくてすみ、それ
だけ対物レンズ４を軽量化できるので図１のように、ホ
ログラムレンズ１０７と対物レンズ４を組み合わせて用
いて駆動装置１１０によって一体駆動することができ
る。また、図１２に示したように対物レンズ４に直接ホ
ログラムレンズ１０７を一体成形することにより、一層
の軽量化と低コスト化を図ることもできる。本実施例で
は第１の従来例とは逆に、対物レンズ４の色収差を過補
正し、光源波長が長くなるときにコリメートレンズＢ
（１２２）の焦点距離が長くなる分を補償している。こ
うすることによって、半導体レーザー２１の出力増加に
伴って波長が増加した時、コリメートレンズＢ（１２
２）の焦点距離ｆｃは長くなり、δｖとδｈはｆｃが長
くなった分だけ減少し、この結果δｈ／δｖがγ2より
も大きくなる。これに対して半導体レーザーの出力を増
加させるとδは減少するのでδｈ／δｖが減少する。こ
のように２つの効果が相殺するので、半導体レーザー２
１の出力を変えても式（７）の関係を維持し、情報媒体
５上での非点収差を発生させないようにする事ができる
という効果がある。かつ、半導体レーザー２１から情報
媒体５へと至る結像光学系において１枚のホログラムレ
ンズ１０７を用いるだけで、光学系全体の色収差を取り
除くことができる。従って、第３の従来例とは対照的
に、光ヘッド装置の小型化と低コスト化を実現できると
いう効果がある。また、前述のように、対物レンズ４と
ホログラムレンズ１０７を一体化する事ができるので、
色収差以外の収差を独立に取り除いておく必要はなく、
対物レンズ４とホログラムレンズ１０７の収差を総合的
に取り除けば良い。従って、対物レンズ４の設計自由度
が高く、製造し易い設計が可能である。従って、低コス
ト化を図ることができる。さらに、対物レンズ４とホロ
グラムレンズ１０７を一体化すると、保持手段も共通の
１個だけで良いため、低コスト化が可能であり、光学系
も小型化が可能であるという効果がある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention. 21
Is a semiconductor laser light source. The light beam 3 (laser light) emitted from the semiconductor laser 21 is converted into substantially parallel light by the collimating lens B (122), and is shaped by the wedge prism 35 (shape the elliptical light quantity distribution into two axes perpendicular to the optical axis). After that, the beam is transmitted through the beam splitter 36, enters the hologram lens 107 and the objective lens 4, and receives information. The light beam is condensed on the medium 5 (in this application, “condensation” is defined as converging a light beam to a minute spot). The light beam reflected by the information medium 5 is reflected by the beam splitter 36 following the original optical path in reverse, is collected by the collimator lens A (121), and is focused by the servo signal detecting means 34 on a focus error signal or tracking error. After being converted into a wavefront so that a signal can be obtained, it is incident on the photodetector 7. By calculating the output of the photodetector 7, a servo signal (a focus error signal and a tracking error signal) and an information signal can be obtained. The hologram lens is a phase type diffraction element, and the hologram pattern of the hologram lens is concentric. It is desirable that the center of the hologram pattern coincides with the center of the objective lens within an assembly error in order to reduce off-axis aberrations. Here, the objective lens 4 is a driving device 11
However, since the hologram lens 107 is a planar optical element, it is lightweight (several tens of milligrams or less), and if the hologram lens 107 is used, the condensing power of the objective lens 4 can be small. Since the objective lens 4 can be reduced in weight, the hologram lens 107 and the objective lens 4 can be combined and driven by the driving device 110 as shown in FIG. Further, by integrally forming the hologram lens 107 directly with the objective lens 4 as shown in FIG. 12, it is possible to further reduce the weight and cost. In the present embodiment, contrary to the first conventional example, the chromatic aberration of the objective lens 4 is overcorrected, and the collimator lens B is used when the light source wavelength becomes longer.
This compensates for the increase in the focal length of (122). By doing so, when the wavelength increases with an increase in the output of the semiconductor laser 21, the collimating lens B (12
2 the focal length fc of) becomes longer, .delta.v and .delta.h is reduced by the amount fc is long, the result .delta.h / .delta.v is greater than gamma 2. On the other hand, when the output of the semiconductor laser is increased, δ decreases, and δh / δv decreases. Thus, the two effects cancel each other out, so that the semiconductor laser 2
There is an effect that the relationship of Expression (7) can be maintained even if the output of 1 is changed, and astigmatism on the information medium 5 can be prevented from being generated. Further, the chromatic aberration of the entire optical system can be eliminated only by using one hologram lens 107 in the imaging optical system from the semiconductor laser 21 to the information medium 5. Therefore, in contrast to the third conventional example, there is an effect that the size and cost of the optical head device can be reduced. Further, as described above, since the objective lens 4 and the hologram lens 107 can be integrated,
There is no need to independently remove aberrations other than chromatic aberration,
The aberration of the objective lens 4 and the hologram lens 107 may be totally removed. Therefore, the design flexibility of the objective lens 4 is high, and a design that is easy to manufacture is possible. Therefore, cost reduction can be achieved. Further, when the objective lens 4 and the hologram lens 107 are integrated, only one holding means is required, so that the cost can be reduced and the optical system can be downsized.
【００３４】このように、本発明の、半導体レーザー２
１から情報媒体５へと至る結像光学系では、波長変化に
よる焦点距離のずれを抑圧でき、かつ、非点収差も発生
させないという効果があるが、この理由は、光ビーム整
形手段であるくさび型プリズム３５よりも対物レンズ５
に近い側に色収差補正手段であるホログラムレンズ１０
７を配置しているためである。As described above, according to the semiconductor laser 2 of the present invention,
The imaging optical system from 1 to the information medium 5 has the effect of suppressing the shift of the focal length due to the wavelength change and not generating astigmatism. This is because the wedge which is the light beam shaping means is used. Objective lens 5 than type prism 35
Hologram lens 10 which is a chromatic aberration correcting means
This is because 7 is arranged.
【００３５】さらに、ホログラムレンズ１０７と対物レ
ンズ４はいずれも凸レンズ作用を持つため、対物レンズ
４の曲率を小さくできる。また、対物レンズ４の硝材
は、分散値の比較的大きな（アッベ数で６０以下の）も
のを用いることも可能であり、屈折率が比較的大きくな
るので、やはり、対物レンズ４の曲率を小さくでき、対
物レンズの製造が容易になり、コストダウンできるとい
う効果がある。Further, since both the hologram lens 107 and the objective lens 4 have a convex lens function, the curvature of the objective lens 4 can be reduced. Further, as the glass material of the objective lens 4, a material having a relatively large dispersion value (60 or less in Abbe number) can be used, and the refractive index becomes relatively large. Therefore, the objective lens can be easily manufactured and the cost can be reduced.
【００３６】また、色収差の除去と式（７）の条件を同
時に満たす分散値を持つコリメートレンズＢ（１２２）
用の硝材がないときには、図２に示す第２の実施例のよ
うにコリメートレンズＢ（１２２）にもホログラムレン
ズ１０９を組み合わせて波長分散特性を自由に設計する
ことができるようにするという効果を得ることもでき
る。Further, a collimator lens B (122) having a dispersion value that simultaneously satisfies the condition of equation (7) with the removal of chromatic aberration.
When no glass material is used, the hologram lens 109 is also combined with the collimator lens B (122) as in the second embodiment shown in FIG. 2 so that the wavelength dispersion characteristics can be freely designed. You can also get.
【００３７】また、情報媒体５で反射してから再び対物
レンズ４を通り、ビームスプリーッター３６で反射され
てコリメートレンズＡ（１２１）によって光検出器７上
に集光される結像光学系においても、フォーカスエラー
信号オフセットの発生を避けるためには色収差を補正し
ておく必要がある。さきに述べたように本発明では対物
レンズ４にホログラムレンズ１０４を組み合わせて色だ
しレンズとして用いるのでコリメートレンズＡ（１２
１）も波長の増加に対して焦点距離が長くなる特性を残
したままでよいが、ここでも第３の実施例として図３に
示すようにホログラム１０３を用いることによって、よ
り完全な色消し特性を得たり、より安価な硝材を用いて
レンズを構成する事ができる。またホログラム１０３に
レンズ作用と波面変換及び分割作用を付加することによ
りサーボ信号発生用光学素子としての特性も兼ねること
ができる。このようなホログラムの実施例を図４〜図６
に示す。An image forming optical system which is reflected by the information medium 5, passes through the objective lens 4 again, is reflected by the beam splitter 36, and is condensed on the photodetector 7 by the collimating lens A (121). In this case, it is necessary to correct chromatic aberration in order to avoid occurrence of a focus error signal offset. As described above, in the present invention, since the objective lens 4 is combined with the hologram lens 104 and used as a color producing lens, the collimating lens A (12
In the case of 1), the characteristic that the focal length becomes longer as the wavelength increases may be left as it is. However, also in the third embodiment, by using the hologram 103 as shown in FIG. Or a lens can be constructed using a cheaper glass material. Further, by adding a lens function and a wavefront conversion and division function to the hologram 103, the hologram 103 can also have characteristics as an optical element for generating a servo signal. Examples of such a hologram are shown in FIGS.
Shown in
【００３８】本実施例ではフォーカスエラー信号の検出
方式として、スポットサイズディテクション法（ＳＳＤ
法）を用いる場合について説明する。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。In this embodiment, a spot size detection method (SSD) is used as a focus error signal detection method.
Method) will be described. SSD method
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-185722, this is a detection method capable of remarkably reducing an assembling error of an optical head device and stably obtaining a servo signal with respect to wavelength fluctuation.
【００３９】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図４において
光検出器７の平面の前側ｅと後ろ側ｆに焦点を持つよう
に設計し、実際に２光束干渉法を用いて干渉縞を記録し
たり、計算機ホログラム（ＣＧＨ）の手法を用いてに干
渉縞を構成する。そして、図５に示すように復路の＋１
回折光１４１と１４２を光検出器７上に形成した６分割
光検出器７１によって受光する。ここで（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）．．．（８ ） という演算によって得られる。In order to realize the SSD method, the hologram is designed so that the + 1st-order diffracted light on the return path of the hologram becomes two types of spherical waves having different curvatures. Each spherical wave is designed so as to have a focal point on the front side e and the rear side f of the plane of the photodetector 7 in FIG. 4 and actually records interference fringes using the two-beam interference method, or uses a computer generated hologram (CGH). The interference fringes are formed using the method of (1). Then, as shown in FIG.
The diffracted lights 141 and 142 are received by a six-divided photodetector 71 formed on the photodetector 7. Here, (b) shows the just focus state, and (a) and (c) show the defocus state. Therefore, the focus error signal FE is: FE = (S10 + S30-S20)-(S40 + S60-S50). . . (8) is obtained.
【００４０】ＳＳＤ法用のホログラムを実現する例を図
６に示す。図６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４）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４）を発生させる。図４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やはり
図６に示すように一部分が欠けるが、フォーカスエラー
信号には影響はない。FIG. 6 shows an example of realizing a hologram for the SSD method. In FIG. 6, an A region 151 generates a spherical wave 141 (FIG. 4) having a focus on the front side of the photodetector, and a B region 152 generates a spherical wave 142 having a focus on the back side of the photodetector.
(FIG. 4). The far field pattern of the wavefront diffracted from the hologram pattern as shown in FIG. 4 partially lacks as shown in FIG. 6, reflecting the division of the hologram pattern, but does not affect the focus error signal.
【００４１】なお、前に、ホログラム１０３から発生す
る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、と述べたが、図５からもわかるようにＳＳＤ法
は回折光のＸ方向の形状変化を利用しているので、２つ
の光ビームは所定の方向の１次元の焦点位置（Ｙ方向の
焦線：focal line)がそれぞれ光検出器の前側と後ろ側
であればよく、球面波には限らない。例えば非点収差を
含むものであっても構わない。Although it has been described above that the diffracted light generated from the hologram 103 is designed to be two kinds of spherical waves having different curvatures, as can be seen from FIG. Since the shape change in the direction is used, the two light beams only need to have a one-dimensional focal position (focal line in the Y direction: focal line) in a predetermined direction on the front side and the rear side of the photodetector, respectively. Not limited to spherical waves. For example, it may include astigmatism.
【００４２】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６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。The light reflected on the information medium 5 has a diffraction pattern caused by being diffracted by the track grooves on the information medium 5. Therefore, a change in the light amount distribution on the hologram occurs due to a change in the relative position between the converging spot on the information medium 5 and the track groove. For example, assuming that the X direction in FIG. 6 is a direction parallel to the track groove of the information medium, the + Y direction becomes brighter, the −Y direction becomes darker, and the opposite light amount change occurs.
【００４３】そこで図６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方向の非対称性を少なくし、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
エラー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。Therefore, it is desirable to divide the area in FIG. 6 into several to several tens as shown here. This is because the hologram area is divided into many parts in this manner, so that the asymmetry in the + Y direction and the −Y direction is reduced. This is because it is possible to prevent an offset from occurring in the focus error signal due to the influence of the distribution change. Therefore, if the hologram area is divided into multiple parts, stable focus servo characteristics can be obtained.
【００４４】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、図７に示すようにさらに別の回折領域１５３や１
５４をホログラム１０４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７）によって受光し式（９）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。Further, in order to extract a change in the light amount distribution on the hologram due to a change in the relative position between the converging spot on the information medium 5 and the track groove as a tracking error signal TE, as shown in FIG. 153 or 1
54 may be provided on the hologram 104. The tracking error signal detection diffracted light 163 from the diffraction regions 153 and 154 is received by the tracking error signal detection photodetector 72 (FIG. 7), and the tracking error signal TE can be obtained by the calculation shown in Expression (9). .
【００４５】ＴＥ＝Ｓ７０−Ｓ８０ ．．．（９） このように、ホログラム１０３にレンズ作用と波面変換
及び分割作用を付加することによりサーボ信号発生用光
学素子としての特性も兼ねることによって、光ヘッド装
置の部品点数を削減できるので、軽量化、製造工程数の
削減、信頼性の向上、低コスト化などの効果を得ること
ができる。TE = S70-S80. . . (9) As described above, by adding the lens function, the wavefront conversion and the splitting function to the hologram 103, the hologram 103 also has the characteristics as an optical element for generating a servo signal. Thus, effects such as reduction in the number of manufacturing steps, improvement in reliability, and cost reduction can be obtained.
【００４６】次に第４の実施例としてホログラムレンズ
（またはホログラム）１０７の回折効率の制御について
述べる。Next, control of the diffraction efficiency of the hologram lens (or hologram) 107 will be described as a fourth embodiment.
【００４７】ホログラムレンズは図１４に示したよう
に、シリコンＬＳＩの製造工程で一般的に行われている
フォトリソグラフィー工程とエッチングを複数回繰り返
すことによって階段上の断面形状をもつマルチレベルホ
ログラムとしてホログラムレンズを作製することができ
る。また文献４に示されているように、超精密ＣＮＣ旋
盤を用いてもホログラムレンズを作製することができる
（図１５参照）が、いずれにしても図８に示したように
ホログラム基板２９の表面に凹凸（レリーフ）を作製
し、透過する光の位相差を発生させるものである。この
時、この凹凸形状の高さ（図１４の方法でホログラムレ
ンズを作成する場合は凹凸の頂点を結んだ線上の仮想的
な高さ）Ｈと波長λと屈折率ｎ（λ）によって光の位相
差量が決まる。もちろん波長λに関わらず必要な回折光
（＋１次回折光）の回折効率が最大になるような設計が
望ましいが、実際には回折効率が波長λに依存して変化
する。記録の読みとり時と記録時には光源出力の違いに
よって数ｎｍ波長が違うため、回折効率について最適な
設計が必要になる。As shown in FIG. 14, the hologram lens is formed as a multi-level hologram having a stepwise cross-sectional shape by repeating a photolithography process and an etching process which are generally performed in a silicon LSI manufacturing process a plurality of times. A lens can be made. Also, as shown in Reference 4, a hologram lens can be manufactured using an ultra-precision CNC lathe (see FIG. 15), but in any case, as shown in FIG. (Relief) is produced on the substrate to generate a phase difference of transmitted light. At this time, the height of the unevenness (the virtual height on a line connecting the vertices of the unevenness when the hologram lens is formed by the method of FIG. 14) H, the wavelength λ, and the refractive index n (λ) are used to determine the light intensity. The phase difference amount is determined. Of course, it is desirable to design the diffraction efficiency of the necessary diffracted light (+ 1st-order diffracted light) to be maximum irrespective of the wavelength λ. However, the diffraction efficiency actually changes depending on the wavelength λ. At the time of reading and recording, the wavelength differs by several nm due to the difference in light source output, so that an optimal design for diffraction efficiency is required.
【００４８】もし、記録の読みとり時に回折効率が低下
すると０次回折光（透過光）をはじめとして不要な次数
の回折光も発生し、それらがディスクに到達して反射
し、雑音を光検出器まで運んでくるので、読み出し信号
の劣化を招く。これに対して記録の書き込み時には、た
とえ回折効率が低下して０次回折光（透過光）をはじめ
として不要な次数の回折光が発生しても、数ｎｍの波長
の違いでは不要な次数の回折光は高々１％以内であるの
で、記録信号の劣化は起こらない。従って記録の読みと
り時に、必要な回折光（＋１次回折光）の回折効率が最
大になるようにＨを設計すればよいことがわかる。よっ
て、記録の読み込み時の光源波長λ＝λ0、波長λ 0 時の
ホログラムレンズ硝材の屈折率をｎ（λ）＝ｎ 0 とする
と、凹凸形状の高さＨを、Ｈ＝λ 0 ／（ｎ 0 −１）
．．．．．．．．．． （１０）とすることによって
記録信号の劣化もなく、雑音の少ない読みとり信号を得
ることができるという効果が得られる。If the diffraction efficiency is reduced when reading a record, diffracted lights of unnecessary orders including the 0th-order diffracted light (transmitted light) are also generated, and they reach the disk and are reflected, and noise is transmitted to the photodetector. Since it is carried, the read signal is degraded. On the other hand, at the time of writing a record, even if the diffraction efficiency is reduced and unnecessary orders of diffracted light such as the zero-order diffracted light (transmitted light) are generated, unnecessary orders of diffracted light with a wavelength difference of several nm are generated. since the light is at most within 1%, the deterioration of the record signal does not occur. Therefore, it is understood that H should be designed so that the diffraction efficiency of the necessary diffracted light (+ 1st-order diffracted light) becomes maximum when reading the record. Therefore, when reading the recording light source wavelength lambda = lambda 0, the time the wavelength lambda 0
Assuming that the refractive index of the hologram lens glass material is n (λ) = n 0 , the height H of the concavo-convex shape is H = λ 0 / (n 0 −1)
. . . . . . . . . . (10) without degradation of <br/> recording signal by the, effect that can be obtained with less noise read signal.
【００４９】さらに、第５の実施例として偏光異方性ホ
ログラムを用いて半導体レーザーの戻り光雑音を低減す
る例について図９を用いて述べる。図９において１０８
は偏光異方性ホログラムレンズ、１５はλ／４波長板で
ある。偏光異方性ホログラム１０８は特開 昭６１−１
８９５０４にも開示されているように、ある偏光方向
（Ｘ方向とする）の直線偏光に対しては回折してホログ
ラムレンズとして働き、これと直角な方向（Ｙ方向とす
る）の直線偏光光に対しては回折を起こさないという性
質を持つ。そこで図９のようにこのホログラムレンズ１
０８を１／４波長板とともに対物レンズ４に組み合わせ
て使い、往路においてＸ方向の直線偏光の光ビーム３０
２をホログラムレンズ１０８に入射させると、回折によ
ってレンズ作用を受けた上、１／４波長板１５によって
円偏光の光ビーム３０３になり、さらに、情報媒体５に
よって反射される際に円偏光の回転方向が逆転し、再び
１／４波長板１５に入射して初めとは直角方向（Ｙ方
向）の直線偏光になるため、復路においてはホログラム
レンズ１０８によって回折を受けず、初めとは異なる曲
率の球面波の光ビーム３０４となって半導体レーザー２
１の方に戻る。このため、復路では情報媒体５と半導体
レーザー２１の間に結像関係が成り立たず、戻り光は半
導体レーザーの活性層上に結像せず、したがって戻り光
はほとんど活性層内に入らない。従って、戻り光による
半導体レーザーの雑音の問題を回避できる。Further, an example in which return light noise of a semiconductor laser is reduced by using a polarization anisotropic hologram as a fifth embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9, 108
Is a polarization anisotropic hologram lens, and 15 is a λ / 4 wavelength plate. Polarization anisotropic hologram 108 is disclosed in
As disclosed in US Patent No. 89504, linearly polarized light in a certain polarization direction (X direction) is diffracted to function as a hologram lens, and linearly polarized light in a direction perpendicular to this direction (Y direction) is converted into a hologram lens. On the other hand, it does not cause diffraction. Therefore, as shown in FIG.
08 is used in combination with the objective lens 4 together with the 波長 wavelength plate, and the linearly polarized light beam 30 in the X direction on the outward path is used.
2 is incident on the hologram lens 108, undergoes a lens action by diffraction, becomes a circularly polarized light beam 303 by the 板 wavelength plate 15, and rotates the circularly polarized light when reflected by the information medium 5. The direction is reversed, and the light is again incident on the quarter-wave plate 15 and becomes linearly polarized light in a direction perpendicular to the first direction (Y direction). Therefore, it is not diffracted by the hologram lens 108 on the return path, and has a different curvature from the first. The semiconductor laser 2 becomes a light beam 304 of a spherical wave.
Return to 1. For this reason, on the return path, no imaging relationship is established between the information medium 5 and the semiconductor laser 21, and the return light does not form an image on the active layer of the semiconductor laser, and therefore, the return light hardly enters the active layer. Therefore, the problem of noise of the semiconductor laser due to the return light can be avoided.
【００５０】本実施例では第１の従来例とは逆に、対物
レンズ４の色収差を過補正し、光源波長が長くなるとき
にコリメートレンズＢ（１２２）の焦点距離が長くなる
分を補償している。こうすることによって、半導体レー
ザー２１の出力増加に伴って波長が増加した時、コリメ
ートレンズＢ（１２２）の焦点距離ｆｃは長くなり、δ
ｖとδｈはｆｃが長くなった分だけ減少し、この結果δ
ｈ／δｖがγ2よりも大きくなる。これに対して半導体
レーザーの出力を増加させるとδは減少するのでδｈ／
δｖが減少する。このように２つの効果が相殺するの
で、半導体レーザー２１の出力を変えても式（７）の関
係を維持し、情報媒体５上での非点収差を発生させない
ようにする事ができるという効果がある。かつ、半導体
レーザー２１から情報媒体５へと至る結像光学系におい
てホログラムレンズ１０８と１／４波長板１５を用いる
だけで、光学系全体の色収差を取り除くことができる。
従って、第３の従来例とは対照的に、光ヘッド装置の小
型化と低コスト化を実現できるという効果がある。ま
た、ホログラムレンズ１０８と１／４波長板は非常に軽
量であるため、対物レンズ４とホログラムレンズ１０８
と１／４波長板を一体化する事ができるので、色収差以
外の収差を独立に取り除いておく必要はなく、対物レン
ズ４とホログラムレンズ１０８の収差を総合的に取り除
けば良い。従って、対物レンズ４の設計自由度が高く、
製造し易い設計が可能である。従って、低コスト化を図
ることができる。さらに、対物レンズ４とホログラムレ
ンズ１０８を一体化すると、保持手段も共通の１個だけ
で良いため、低コスト化が可能であり、光学系も小型化
が可能であるという効果がある。In the present embodiment, contrary to the first conventional example, the chromatic aberration of the objective lens 4 is overcorrected, and the longer focal length of the collimator lens B (122) is compensated for when the light source wavelength is longer. ing. By doing so, when the wavelength increases with an increase in the output of the semiconductor laser 21, the focal length fc of the collimator lens B (122) becomes longer, and δ
v and δh decrease by an increase in fc, and as a result, δ
h / δv is greater than γ 2. On the other hand, when the output of the semiconductor laser is increased, δ decreases, so that δh /
δv decreases. As described above, the two effects cancel each other out, so that even when the output of the semiconductor laser 21 is changed, the relationship of the equation (7) can be maintained, and the astigmatism on the information medium 5 can be prevented from being generated. There is. Further, the chromatic aberration of the entire optical system can be eliminated only by using the hologram lens 108 and the quarter-wave plate 15 in the imaging optical system from the semiconductor laser 21 to the information medium 5.
Therefore, in contrast to the third conventional example, there is an effect that the size and cost of the optical head device can be reduced. Also, since the hologram lens 108 and the 板 wavelength plate are very lightweight, the objective lens 4 and the hologram lens 108
And the 波長 wavelength plate can be integrated, so that it is not necessary to independently remove aberrations other than chromatic aberration, and it is only necessary to remove aberrations of the objective lens 4 and the hologram lens 108 comprehensively. Therefore, the degree of freedom in designing the objective lens 4 is high,
A design that is easy to manufacture is possible. Therefore, cost reduction can be achieved. Further, when the objective lens 4 and the hologram lens 108 are integrated, only one holding means is required, so that the cost can be reduced and the optical system can be downsized.
【００５１】また、第６の実施例として、図１０のよう
に偏光異方性を持ったホログラムレンズ１０８を１／４
波長板とともにコリーメートレンズＢ（１２２）に組み
合わせて使い、往路においてＸ方向の直線偏光の光ビー
ム３をホログラムレンズ１０８に入射させると、回折に
よってレンズ作用を受けた上、１／４波長板１５によっ
て円偏光光になり、さらに、情報媒体５によって反射さ
れる際に円偏光の回転方向が逆転し、再び１／４波長板
１５に入射したときに初めとは直角方向（Ｙ方向）の直
線偏光の光ビーム３０５になるため、復路においてはホ
ログラムレンズ１０８によって回折を受けず、初めとは
異なる曲率の球面波となって半導体レーザー２１の方に
戻る。このため、復路では情報媒体５と半導体レーザー
２１の間に結像関係が成り立たず、戻り光は半導体レー
ザーの活性層上に結像せず、したがって戻り光はほとん
ど活性層内に入らない。従って、戻り光による半導体レ
ーザーの雑音の問題を回避できるという効果がある。As a sixth embodiment, a hologram lens 108 having polarization anisotropy as shown in FIG.
When used in combination with the collimating lens B (122) together with the wavelength plate, and the linearly polarized light beam 3 in the X direction is incident on the hologram lens 108 on the outward path, the hologram lens 108 receives a lens function by diffraction and then receives a quarter wave plate 15 When the light is reflected by the information medium 5, the rotation direction of the circularly polarized light is reversed. When the circularly polarized light is again incident on the quarter-wave plate 15, a straight line perpendicular to the initial direction (Y direction) is formed. Since the light beam becomes a polarized light beam 305, it is not diffracted by the hologram lens 108 on the return path, and returns to the semiconductor laser 21 as a spherical wave having a curvature different from the initial one. For this reason, on the return path, no imaging relationship is established between the information medium 5 and the semiconductor laser 21, and the return light does not form an image on the active layer of the semiconductor laser, and therefore, the return light hardly enters the active layer. Therefore, there is an effect that the problem of the noise of the semiconductor laser due to the return light can be avoided.
【００５２】本実施例も、半導体レーザー２１から情報
媒体５へと至る結像光学系においてホログラムレンズ１
０８と１／４波長板１５を用いるだけで、色収差を取り
除くことができる。従って、第３の従来例とは対照的
に、光ヘッド装置の小型化と低コスト化を実現できると
いう効果がある。In this embodiment, the hologram lens 1 is also used in the imaging optical system from the semiconductor laser 21 to the information medium 5.
The chromatic aberration can be removed only by using the 08 and １ ／ wavelength plates 15. Therefore, in contrast to the third conventional example, there is an effect that the size and cost of the optical head device can be reduced.
【００５３】とくに、図２に示したホログラムレンズ１
０９にかえて、本実施例のホログラムレンズ１０８と１
／４波長板を用いると、結像光学系全体の色収差、非点
収差、を取り除くことができ、かつ、半導体レーザーの
戻り光雑音もない結像光学系を構成できるという効果を
得ることができる。In particular, the hologram lens 1 shown in FIG.
09 and the hologram lenses 108 and 1 of the present embodiment.
The use of a / 4 wavelength plate has the effect of eliminating chromatic aberration and astigmatism of the entire imaging optical system, and of providing an imaging optical system free of return light noise of a semiconductor laser. .
【００５４】さらに、第７の実施例として本発明の光ヘ
ッド装置を用いて構成した光情報装置の実施例を図１１
に示す。図１１において情報媒体５は情報媒体駆動機構
４０５によって回転される。光ヘッド装置３１１は前記
情報媒体５の所望の情報の存在するトラックのところま
で、光ヘッド装置駆動装置３１２によって粗動される。
前記光ヘッド装置３１２はまた前記情報媒体５との位置
関係に対応してフォーカスエラー信号やトラッキングエ
ラー信号を電気回路４０３へ送る。前記電気回路４０３
はこの信号に対応して、前記光ヘッド装置３１１へ、対
物レンズを微動させるための信号を送る。この信号によ
って、前記光ヘッドは、前記光ディスクに対してフォー
カスサーボと、トラッキングサーボを行い、前記情報媒
体５に対して、情報の読みだし、または書き込みや消去
を行う。本実施例の光情報装置は、光ヘッド装置３１１
として本発明で上述したＳ／Ｎ比が非常によい情報信号
を得ることのできる光ヘッド装置を用いるので、情報の
再生を正確かつ、安定に実行することができるという効
果を有する。また、本発明の光ヘッド装置は小型かつ軽
量であるため、これを用いた本実施例の光情報装置も小
型かつ軽量で、アクセス時間も短い、という効果を有す
る。また、本発明の光ヘッド装置は色収差が抑圧できて
いるため、安定に情報記録ができるので、これを用いた
本実施例の光情報装置も安定にＳ／Ｎ比の良い記録再生
ができるという効果がある。特に第１から第５の実施例
の光ヘッド装置では光源の半導体レーザーの持つ非点隔
差に起因する非点収差も抑圧できるため、これを用いた
本実施例の光情報装置も特に、安定にＳ／Ｎ比の良い記
録再生ができるという効果がある。Further, as a seventh embodiment, an embodiment of an optical information device constituted by using the optical head device of the present invention is shown in FIG.
Shown in In FIG. 11, the information medium 5 is rotated by the information medium driving mechanism 405. The optical head device 311 is roughly moved by the optical head device driving device 312 to a track on the information medium 5 where desired information exists.
The optical head device 312 also sends a focus error signal and a tracking error signal to the electric circuit 403 according to the positional relationship with the information medium 5. The electric circuit 403
Sends a signal for finely moving the objective lens to the optical head device 311 in response to this signal. With this signal, the optical head performs focus servo and tracking servo on the optical disk, and reads, writes, or erases information on the information medium 5. The optical information device of the present embodiment has an optical head device 311.
Since an optical head device capable of obtaining an information signal having a very good S / N ratio is used in the present invention, there is an effect that information can be reproduced accurately and stably. Further, since the optical head device of the present invention is small and lightweight, the optical information device of the present embodiment using the optical head device is also small and lightweight, and has an effect that the access time is short. Further, since the optical head device of the present invention can suppress chromatic aberration and thus can record information stably, the optical information device of this embodiment using this can also stably record and reproduce with a good S / N ratio. effective. In particular, in the optical head devices of the first to fifth embodiments, the astigmatism caused by the astigmatism difference of the semiconductor laser as the light source can be suppressed, so that the optical information device of the present embodiment using the astigmatism is particularly stable. There is an effect that recording and reproduction with a good S / N ratio can be performed.
【００５５】[0055]
【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。 （１）ホログラムレンズと対物レンズを組み合わせて用
いたり、対物レンズ４に直接ホログラムレンズを一体成
形して、対物レンズの色収差を過補正することによっ
て、コリメートレンズの焦点距離の変化と半導体レーザ
ーの非点隔差量の変化という２つの効果が相殺するの
で、半導体レーザーの出力を変えても式（７）の関係を
維持し、情報媒体上での非点収差を発生させないように
する事ができるという効果がある。かつ、半導体レーザ
ーから情報媒体へと至る結像光学系において１枚のホロ
グラムレンズを用いるだけで、光学系全体の色収差を取
り除くことができ、光ヘッド装置の小型化と低コスト化
を実現できるという効果がある。また、材料コストが高
く成形の難しい低分散硝材を用いなくてもよいので、低
コスト化が実現できる上に、非球面レンズの加工も容易
になるという効果がある。As is apparent from the above description,
According to the present invention, the following effects can be obtained. (1) The hologram lens is used in combination with the objective lens, or the hologram lens is integrally formed directly with the objective lens 4 and the chromatic aberration of the objective lens is overcorrected. Since the two effects of the change in the amount of point difference cancel each other, it is possible to maintain the relationship of Expression (7) even if the output of the semiconductor laser is changed, and to prevent astigmatism from occurring on the information medium. effective. In addition, it is possible to eliminate chromatic aberration of the entire optical system by using only one hologram lens in the imaging optical system from the semiconductor laser to the information medium, thereby realizing the miniaturization and cost reduction of the optical head device. effective. In addition, since it is not necessary to use a low-dispersion glass material which is difficult to mold because of high material cost, it is possible to reduce the cost and to easily process the aspherical lens.
【００５６】また、組レンズなどを用いなくて 良く、
１枚のホログラムレンズを加えるだけの構成であるの
で、光ヘッド装置の小型化と低コスト化を実現できると
いう効果がある。また、対物レンズとホログラムレンズ
を一体化する事ができるので、色収差以外の収差を独立
に取り除いておく必要はなく、対物レンズとホログラム
レンズの収差を総合的に取り除けば良い。従って、対物
レンズの設計自由度が高く、製造し易い設計が可能であ
る。従って、低コスト化を図ることができる。さらに、
対物レンズとホログラムレンズを一体化すると、保持手
段も共通の１個だけで良いため、低コスト化が可能であ
り、光学系も小型化が可能であるという効果がある。 （２）光検出器に近いホログラムにレンズ作用と波面交
換及び分割作用を付加し、サーボ信号発生用光学素子と
しての特性も兼ねることによって、光ヘッド装置の部品
点数を削減できるので、軽量化、製造工程数の削減、信
頼性の向上、低コスト化などの効果を得ることができ
る。 （３）記録の読み込み時の光源波長λ＝λ 0 、ホログラ
ムレンズを構成する硝材の波長λ 0 における屈折率をｎ 0
とすると、凹凸形状の高さＨを、 Ｈ＝λ 0 ／（ｎ 0 −１） とすることにより、記録の読みとり時には不要な回折光
成分が発生しないので、雑音の少ない読みとり信号を得
ることができるという効果が得られる。 （４）偏光異方性のホログラムレンズを１／４波長板と
ともに対物レンズに組み合わせて使い、往路においてＸ
方向の直線偏光光をホログラムレンズ１０８に入射させ
ることによって、回折によってレンズ作用を受けた上、
１／４波長板によって円偏光光になり、さらに、情報媒
体によって反射される際に円偏光の回転方向が逆転し、
再び１／４波長板に入射して初めとは直角方向（Ｙ方
向）の直線偏光になるため、復路においてはホログラム
レンズによって回折を受けず、初めとは異なる曲率の球
面波となって半導体レーザーの方に戻る。このため、復
路では情報媒体と半導体レーザーの間に結像関係が成り
立たず、戻り光は半導体レーザーの活性層上に結像せ
ず、したがって戻り光はほとんど活性層内に入らない。
従って、戻り光による半導体レーザーの雑音の問題を回
避できるという効果がある。また、偏光異方性ホログラ
ムレンズを１／４波長板とともに光検出器に近いコリー
メートレンズＢに組み合わせて使い、往路においてＸ方
向の直線偏光光をホログラムレンズに入射させると、回
折によってレンズ作用を受けた上、１／４波長板によっ
て円偏光光になり、さらに、情報媒体によって反射され
る際に円偏光の回転方向が逆転し、再び１／４波長板に
入射したときに初めとは直角方向（Ｙ方向）の直線偏光
になるため、復路においてはホログラムレンズによって
回折を受けず、初めとは異なる曲率の球面波となって半
導体レーザーの方に戻る。このため、復路では情報媒体
と半導体レーザーの間に結像関係が成り立たず、戻り光
は半導体レーザーの活性層上に結像せず、したがって戻
り光はほとんど活性層内に入らない。従って、戻り光に
よる半導体レーザーの雑音の問題を回避できるという効
果がある。 （５）本発明の光ヘッド装置を用いて構成した光情報装
置は、本発明で上述したＳ／Ｎ比が非常によい情報信号
を得ることのできる光ヘッド装置を用いるので、情報の
再生を正確かつ、安定に実行することができるという効
果を有する。また、本発明の光ヘッド装置は小型かつ軽
量であるため、これを用いた本実施例の光情報装置も小
型かつ軽量で、アクセス時間も短い、という効果を有す
る。また、本発明の光ヘッド装置は色収差が抑圧できて
いるため、安定に情報記録ができるので、これを用いた
本実施例の光情報装置も安定にＳ／Ｎ比の良い記録再生
ができるという効果がある。特に第１から第５の実施例
の光ヘッド装置では光源の半導体レーザーの持つ非点隔
差に起因する非点収差も抑圧できるため、これを用いた
本実施例の光情報装置も特に、安定にＳ／Ｎ比の良い記
録再生ができるという効果がある。Also, it is not necessary to use a pair of lenses, etc.
Since the configuration is such that only one hologram lens is added, the size and cost of the optical head device can be reduced. Also, since the objective lens and the hologram lens can be integrated, it is not necessary to independently remove aberrations other than chromatic aberration, and it is sufficient to remove the aberrations of the objective lens and the hologram lens comprehensively. Therefore, the design flexibility of the objective lens is high, and a design that is easy to manufacture is possible. Therefore, cost reduction can be achieved. further,
When the objective lens and the hologram lens are integrated, only one common holding means is required, so that the cost can be reduced and the optical system can be reduced in size. (2) The hologram close to the photodetector has a lens function, a wavefront exchange and a splitting function, and also has a characteristic as an optical element for generating a servo signal, so that the number of parts of the optical head device can be reduced. Effects such as reduction in the number of manufacturing steps, improvement in reliability, and cost reduction can be obtained. (3) Light source wavelength λ = λ 0 when reading a record , hologram
The refractive index of the glass material constituting the lens at wavelength λ 0 is n 0
By setting the height H of the concavo-convex shape to H = λ 0 / ( n 0 −1), unnecessary diffracted light components are not generated at the time of recording reading, so that a reading signal with less noise can be obtained. The effect that it can be obtained is obtained. (4) A hologram lens having polarization anisotropy is used in combination with an objective lens together with a 波長 wavelength plate.
By causing the linearly polarized light in the direction to enter the hologram lens 108,
It becomes circularly polarized light by the 波長 wavelength plate, and further, when reflected by the information medium, the rotation direction of the circularly polarized light is reversed,
The laser beam again enters the quarter-wave plate and becomes linearly polarized light in the direction perpendicular to the first direction (Y direction). Therefore, it is not diffracted by the hologram lens on the return path, but becomes a spherical wave having a different curvature from the first stage. Return to For this reason, on the return path, no imaging relationship is established between the information medium and the semiconductor laser, the return light does not form an image on the active layer of the semiconductor laser, and therefore, the return light hardly enters the active layer.
Therefore, there is an effect that the problem of the noise of the semiconductor laser due to the return light can be avoided. Further, when a polarization anisotropic hologram lens is used in combination with a collimate lens B near a photodetector together with a quarter-wave plate, and linearly polarized light in the X direction is incident on the hologram lens on the outward path, the lens action is obtained by diffraction. After receiving the light, the light is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate, and further, when reflected by the information medium, the direction of rotation of the circularly-polarized light is reversed. Since the light becomes linearly polarized light in the direction (Y direction), it is not diffracted by the hologram lens on the return path, and returns to the semiconductor laser as a spherical wave having a curvature different from the initial one. For this reason, on the return path, no imaging relationship is established between the information medium and the semiconductor laser, the return light does not form an image on the active layer of the semiconductor laser, and therefore, the return light hardly enters the active layer. Therefore, there is an effect that the problem of the noise of the semiconductor laser due to the return light can be avoided. (5) Since the optical information device constituted by using the optical head device of the present invention uses the optical head device capable of obtaining an information signal having a very good S / N ratio as described in the present invention, the information can be reproduced. This has the effect that it can be executed accurately and stably. Further, since the optical head device of the present invention is small and lightweight, the optical information device of the present embodiment using the optical head device is also small and lightweight, and has an effect that the access time is short. Further, since the optical head device of the present invention can suppress chromatic aberration and thus can record information stably, the optical information device of this embodiment using this can also stably record and reproduce with a good S / N ratio. effective. In particular, in the optical head devices of the first to fifth embodiments, the astigmatism caused by the astigmatism difference of the semiconductor laser as the light source can be suppressed, so that the optical information device of the present embodiment using the astigmatism is particularly stable. There is an effect that recording and reproduction with a good S / N ratio can be performed.
【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FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical head device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例の光ヘッド装置の概略断
面図FIG. 2 is a schematic sectional view of an optical head device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施例の光ヘッド装置の概略断
面図FIG. 3 is a schematic sectional view of an optical head device according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施例におけるホログラムから
得られる回折光（球面波）の様子及びホログラムの設計
法を説明するための概略断面図FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a state of diffracted light (spherical wave) obtained from a hologram and a method of designing a hologram in a third embodiment of the present invention.
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施例の光検出器上で
の回折光のデフォーカス状態を説明するための平面図 （ｂ）は本発明の第３の実施例の光検出器上での回折光
のフォーカス状態を説明するための平面図 （ｃ）は本発明の第３の実施例の光検出器上での回折光
のデフォーカス状態を説明するための平面図5A is a plan view for explaining a defocused state of diffracted light on a photodetector according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5B is a plan view illustrating light according to a third embodiment of the present invention. FIG. 4C is a plan view for explaining a focus state of the diffracted light on the detector. FIG. 5C is a plan view for explaining a defocus state of the diffracted light on the photodetector according to the third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第３の実施例のホログラムのホログラ
ムパターンを表す平面図FIG. 6 is a plan view illustrating a hologram pattern of a hologram according to a third embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第３の実施例の光ヘッド装置の要部
（ホログラムパタ−ンと光検出器）の概略斜視図FIG. 7 is a schematic perspective view of a main part (hologram pattern and photodetector) of an optical head device according to a third embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第４の実施例の要件であるホログラム
レンズの概略断面図FIG. 8 is a schematic sectional view of a hologram lens which is a requirement of the fourth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第５の実施例の要件である偏光異方性
ホログラムレンズと１／４波長板と対物レンズの概略断
面図FIG. 9 is a schematic sectional view of a polarization anisotropic hologram lens, a quarter-wave plate, and an objective lens, which are requirements of a fifth embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第５の実施例の要件である偏光異方
性ホログラムレンズと１／４波長板とコリメートレンズ
の概略断面図FIG. 10 is a schematic sectional view of a polarization anisotropic hologram lens, a quarter-wave plate, and a collimator lens, which are requirements of a fifth embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の実施例の光情報装置の概略断面図FIG. 11 is a schematic sectional view of an optical information device according to an embodiment of the present invention.
【図１２】従来の光ヘッド装置の概略断面図FIG. 12 is a schematic sectional view of a conventional optical head device.
【図１３】従来のホログラムレンズを用いた色消しレン
ズの概略断面図FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of an achromatic lens using a conventional hologram lens.
【図１４】従来例、及び本発明の実施例の要件であるホ
ログラムレンズの作製例の概略説明図FIG. 14 is a schematic explanatory view of a conventional example and a production example of a hologram lens which is a requirement of the embodiment of the present invention.
【図１５】従来例、及び本発明の実施例の要件であるホ
ログラムレンズの作製例の概略説明図FIG. 15 is a schematic explanatory view of a conventional example and a production example of a hologram lens which is a requirement of the embodiment of the present invention.
【図１６】従来の色消し光学系の概略断面図FIG. 16 is a schematic sectional view of a conventional achromatic optical system.
【図１７】従来例、及び本発明の実施例の光学系におけ
る光線の軌跡の一部を示した線図的説明図FIG. 17 is a schematic explanatory view showing a part of a trajectory of a light ray in the optical system according to the conventional example and the embodiment of the present invention.
３ 光ビーム ４ 対物レンズ ５ 情報媒体 ７ 光検出器 ２１ 半導体レーザー ３４ サーボ信号検出手段 ３５ くさび型プリズム ３６ ビームスプリッター １０７ ホログラムレンズ １１０ 駆動手段 １２１ コリメートレンズＡ １２２ コリメートレンズＢ ３０１ 光スポット Reference Signs List 3 light beam 4 objective lens 5 information medium 7 photodetector 21 semiconductor laser 34 servo signal detecting means 35 wedge prism 36 beam splitter 107 hologram lens 110 driving means 121 collimating lens A 122 collimating lens B 301 light spot
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 誠 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 和田 秀彦 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 平４−132024（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−56901（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−154333（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−276034（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 7/135 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Makoto Kato 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Seiji Nishino 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-4-132024 (JP, A) JP-A-3-56901 (JP, A) JP-A-2-154333 (JP, A) JP-A-2-76034 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G11B 7/135
Claims (5)
される光ビームを受け情報媒体上へ微小スポットに収束
する結像光学系と前記情報媒体で反射、回折した光ビー
ムを受け光量に応じて電気信号を出力する光検出器を具
備する光ヘッド装置であって、 前記情報媒体近くに配置され前記結像光学系の構成要素
である対物レンズは屈折型の凸レンズであり、 前記結像光学系はまた、ホログラムレンズを有し、 前記ホログラムレンズは凸レンズ作用を持ち、前記半導
体レーザー光源の波長変化による前記ホログラムレンズ
の焦点距離変化量を前記屈折型レンズの焦点距離変化量
より大きく設定することによって、前記半導体レーザー
光源の波長λが長いほど、前記ホログラムレンズと前記
対物レンズの総合焦点距離ｆを短くし、 記録の読みとり時の光源波長をλ0、記録の書込時の光
源波長をλ 1 、ホログラムレンズを構成する硝材の波長
λ0における屈折率をｎ0としたときにλ 0 ≠λ 1 と設定
し、かつ、前記ホログラムレンズの凹凸形状の高さＨ
を、 Ｈ＝λ0／（ｎ0−１）として記録の読みとり時における前記ホログラムレンズ
の回折効率を最大に することを特徴とする光ヘッド装
置。1. A semiconductor laser light source, an imaging optical system that receives a light beam emitted from the light source and converges to a minute spot on an information medium, and a light beam reflected and diffracted by the information medium in accordance with a light amount. An optical head device including a photodetector that outputs an electric signal, wherein the objective lens which is disposed near the information medium and is a component of the imaging optical system is a refraction type convex lens , and the imaging optical system Has a hologram lens, the hologram lens has a convex lens function, and by setting a focal length change amount of the hologram lens due to a wavelength change of the semiconductor laser light source to be larger than a focal length change amount of the refraction type lens. The longer the wavelength λ of the semiconductor laser light source is, the shorter the total focal length f of the hologram lens and the objective lens is. The light source wavelength at the time is λ 0 , the light at the time of recording writing
When the source wavelength is λ 1 and the refractive index at wavelength λ 0 of the glass material constituting the hologram lens is n 0 , λ 0 ≠ λ 1 is set.
And the height H of the uneven shape of the hologram lens
The hologram lens at the time of reading a record as H = λ 0 / (n 0 -1)
An optical head device characterized in that the diffraction efficiency of the optical head is maximized .
間に屈折型の第１のコリメートレンズを具備し、半導体
レーザー光源の波長λが長くなると、前記ホログラムレ
ンズと対物レンズの総合焦点距離が短くなり、反対に前
記第１のコリメートレンズの焦点距離は長くなり、その
結果、前記ホログラムレンズと前記対物レンズと前記第
１のコリメートレンズの総合焦点距離は前記半導体レー
ザー光源の波長λが変化しても略一定であることを特徴
とする請求項１に記載の光ヘッド装置。2. A refraction-type first collimating lens is provided between a hologram lens and a semiconductor laser light source. When the wavelength λ of the semiconductor laser light source becomes longer, the total focal length of the hologram lens and the objective lens becomes shorter, Conversely, the focal length of the first collimating lens becomes longer, and as a result, the total focal length of the hologram lens, the objective lens, and the first collimating lens becomes approximately even if the wavelength λ of the semiconductor laser light source changes. The optical head device according to claim 1, wherein the optical head device is constant.
ズの間に光ビーム整形手段を具備することを特徴とする
請求項２に記載の光ヘッド装置。3. The optical head device according to claim 2, further comprising a light beam shaping means between the hologram lens and the first collimating lens.
ヘッド装置であって、前記情報媒体から反射した光ビー
ムを分岐する分岐手段と、前記分岐手段によって分岐さ
れた光ビームを前記光検出器上に集光する第２のコリメ
ートレンズを具備し、 前記第２のコリメートレンズは屈折型レンズとホログラ
ムの組み合わせからなり、前記ホログラムはレンズ作用
を有することを特徴とする光ヘッド装置。4. The optical head device according to claim 1 , wherein a branching means for branching the light beam reflected from the information medium, and a light beam branched by the branching means. A second collimating lens for converging light on the photodetector, wherein the second collimating lens comprises a combination of a refraction lens and a hologram, and the hologram acts as a lens.
An optical head device comprising:
載のいずれかの光ヘッド装置と、フォーカスサーボ機構
とトラッキングサーボ機構と、前記サーボ機構を実現す
るための電気回路と、電源または外部電源との接続部と
を少なくとも有する光情報装置。A drive mechanism 5. The information medium, and one of the optical head device according to claim 1-4, a focus servo mechanism and a tracking servo mechanism, and an electric circuit for realizing said servo mechanism, power supply Alternatively, an optical information device having at least a connection portion to an external power supply.
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| JP21110892 | 1992-08-07 | ||
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