JP3549256B2 - 光学式記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は磁気光学的に情報を記録する光学式記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光学式記録再生装置としては、サーボエラー検出光学系と読み取り信号検出系の両方の検出系を使用しているものもあったが、１つの検出系において、記録媒体からの反射光または透過光の偏光状態に応じて光強度が変化する２つのビームと、偏光状態による光強度の変化を受けない１つのビームとに分解する偏光素子（ウォラストンプリズム）を用いて信号を検出する方式が提案されている（特開昭６３−１８７４４０号公報）。図１０は従来の光学式記録再生装置の光学系を示す図、図１１は従来の光学式記録再生装置のウォラストンプリズムによるビーム分離と光検知器の関係を示す図である。図１０において、１は光源である半導体レーザ、２はコリメータレンズ、３は対物レンズ、１００はディスクである。３０は光束を分離するビームスプリッタであり、ビームスプリッタで反射された光束は光検知器３４に到達するまで、集束レンズ３１、シリンドリカルレンズ３２、ウォラストンプリズム３３を通過する。
【０００３】
次に動作について簡単に説明する。半導体レーザ１から出射した光束はコリメータレンズ２にて平行光束となり、ビームスプリッタ３０を透過し、対物レンズ３により記録媒体１００に集光される。記録媒体１００で反射された光束は、対物レンズを逆行して再びビームスプリッタ３０に入射する。ビームスプリッタ３０で反射された光束は、集束レンズ３１およびシリンドリカルレンズ３２を透過してウォラストンプリズム３３に入射する。ウォラストンプリズム３３は、図１１に示すシリンドリカルレンズ３２を透過後の光束中心軸２００に直交し、光束中のＰ偏光３００、Ｓ偏光４００に対し略４５°の傾きを持つ水晶軸の一軸結晶物の光学軸５００を持つプリズムと、Ｓ偏光４００に平行な光学軸６００とを持つプリズムにて構成されたプリズムである。そして、図１１に示すように、入射偏光状態に応じて強度変化をするビーム７００およびビーム９００と、入射光偏光による強度変化のないビーム８００に分離される。
【０００４】
強度変化のないビーム８００は光検知器３４のｂ部４分割光検知器に入射し、非点収差法によるフォーカスエラーの検出信号を得る。また、強度変化をするビーム７００および９００は記録媒体１００に記録された情報ビット部にてわずかに偏光方向を変化された光束が入射することにより生ずる強度変化を光検知器３４のａ部およびｃ部にて検出し、ａ部出力とｃ部出力の差動信号により記録情報の読み取りを行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光学式記録再生装置では、対物レンズが合焦点から大きくずれた位置すなわちフォーカスセンサのリニア範囲よりデフォーカスした位置で不要な信号がでるという問題があった。このことについて、以下に詳しく説明する。
【０００６】
図１２は光検知器３４のａ部、ｂ部、ｃ部とｂ部４分割光検知器の各々の素子からの信号を演算する演算アンプを示したものである。よく知られたように、非点収差法での光検知器上のスポットは、合焦時にはスポット５０の様にほぼ円形状になっており、合焦から少しずれた場合にずれた方向に従ってスポット５１またはスポット５２のように変形する。従って、図示したようにｂ部の４素子の対角線上の２素子ｂ１とｂ３およびｂ２とｂ４の和信号を演算アンプ８０、８１で生成し、各々の出力の差信号を演算アンプ８２で生成することによりフォーカスエラー信号が得られる。
【０００７】
ｂ部上のスポットが合焦状態によって変形することは、同様にａ部、ｃ部でも起こっており、図１２に示したようにａ部のスポットは合焦時がスポット６０、合焦からずれた場合が６１、６２と変形する。ｃ部も同様に７０、７１、７２と変形する。ところで、図１２に示したデフォーカスの範囲では各々のスポットが隣の光検知器素子に影響を及ぼすことはない。すなわち、スポットが線状になるリニアゾーンの範囲内では従来から知られている非点収差法のフォーカスセンサが得られる。
【０００８】
ところが、リニア範囲を越えてデフォーカスした場合にはサイドのビーム７００、９００の影響がフォーカスセンサに現れてくる。このことを以下に詳しく説明する。図１３は図１２と同様に光検知器３４とその演算アンプを示したものであるが、図１２に比べて大きくデフォーカスしている。この時、ｂ部上のスポット５３は大きくなっているが、その形状よりｂ２＋ｂ４の和信号のほうがｂ１＋ｂ４の和信号より大きくなっており、Ｓ字状の形状をしたフォーカスセンサのピークを越えたところになっている。ところが、ａ部、ｃ部のスポット６３、７３も大きくなっており、その一部がｂ部上の素子ｂ１とｂ３にかかっている（斜線部で示す）。
【０００９】
ここで３本のビーム７００、８００、９００の光量について考えると、ウォラストンプリズムが用いられる光磁気では、情報ビット部で変化する偏光方向は非常に微小角であるため、Ｓ／Ｎを稼ぐために光磁気の読み取りに用いるビームの光量をできるだけ大きくするように設計される。実際に使用されているウォラストンプリズムの分光比はビーム７００、８００、９００の比が、１：２：１のものと２：１：２のものがあるが、Ｓ／Ｎを考慮して２：１：２のものが多く使用されている。
【００１０】
上記の３本のビームの光量比を考慮して図１３を考えると、スポット６３、７３が影響している面積は小さいが、光量が大きいためにｂ部への影響は大きくなっている。そのため、本来ビーム８００のみから得られるフォーカスセンサとは異なったフォーカスセンサとなっている。さらに、ｂ部の４素子の合計から得られる和信号の形状も異なった信号となっている。実際に得られたフォーカスセンサ信号とシミュレーションの結果を図１４、図１５に示す。
【００１１】
一般に、フォーカス制御の引き込み動作では、フォーカスセンサ信号の合焦点（ゼロクロス点）と和信号の関係からサーボループを閉じるポイントを生成しているため、上記のように不要な信号が現れると誤動作を起こしてしまうという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、ウォラストンプリズムを用いた非点収差光学系でも、デフォーカス時のフォーカスセンサや和信号が正しく得られる光学式記録再生装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る光学式記録再生装置は、ウォラストンプリズムにて光束が分離される方向と半導体レーザの方向を規定したものである。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る光学式記録再生装置は、ウォラストンプリズムで分離され光検知器に入射するビームについて、中央のビームとサイドのビームの間隔を、光検知器上の各々のビームの直径の２倍以上離したものである。
【００１８】
【作用】
本発明の請求項１に係る光学式記録再生装置においては、光学式記録再生装置では、ウォラストンプリズムにて分離される方向とＬＤの放射角分布の広がりが狭い方を合わせるようにしたため、デフォーカス時に中央の光検知器に漏れ込むサイドのビームの影響が小さくなるようにできる。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係る光学式記録再生装置においては、サイドのビームを中央のビームより離したので、同一の光検知器形状でもサイドのビームの影響を小さくすることができる。
【００２３】
【実施例】
実施例１．
図１は本発明の一実施例による光学式記録再生装置の光学系を示す図である。基本構成は従来例と同じであり説明を省略する。なお、従来例と集束レンズ３１及びシリンドリカルレンズ３２とウォラストンプリズム３３の順序が逆であるが、ウォラストンプリズム３３で偏光状態に従って３本のビームに分離すること及び非点収差法によるフォーカスセンサ信号を得る働きは同一である。ただ、ビームスプリッタ３０やウォラストンプリズム３３は一般的に棒状の三角柱を貼り合わせたものを切って作成するので、実施例のようにさらにビームスプリッタとウォラストンプリズムを貼り合わせおけば、一度の切断でビームスプリッタとウォラストンプリズムの複合部品ができあがるという利点がある。
【００２４】
従来例と同様の構成であるが、半導体レーザ１とウォラストンプリズム３３による分離方向をここでは規定している。一般に半導体レーザ１には活性層によって方向を規定することが可能であり、図１では活性層の方向をｘ軸方向に配置している。一方、ウォラストンプリズム３３によるビームの分離方向はｚ軸方向である。そして、半導体レーザ１の活性層の方向とウォラストンプリズム３３による分離方向の相対的な関係は、光検知器３４に投影して考えると双方ともｚ軸方向に配置されている。
【００２５】
次に、実施例の光学系での光検知器３４上の強度分布を考える。このことを図２を参照して説明する。半導体レーザの活性層は図２に示すようにストライプ状の形状をしているため、強度分布は活性層の方向には狭く、活性層と直交する方向に広い楕円形状となっており、従って、光検知器３４上でも楕円状の強度分布となっている。図１の光学系では上記に示したように光検知器３４上で半導体レーザ１の活性層がｘ軸方向であるから、光検知器上の強度分布はｙ軸方向に長軸を持つ楕円形状となっており、模式的に強度分布を等高線で示すと図３のようになる。
【００２６】
ここで、デフォーカス時の中央の光検知器３４ｂへのサイドのビームの漏れ込みの様子を考えると、図１３に示したようにｚ軸方向の部分が中央の光検知器３４ｂに入射している。光検知器３４上の強度分布は上述したようにｙ軸方向に広いのでｚ軸方向の強度分布が弱く、これより強度分布の弱い部分が入射していることになり、漏れ込みの影響が最も小さくなる。この様子を従来例のシミュレーションと同じ光学系で計算して比較を行う。図４に示すようにフォーカスセンサおよび和信号の本来の信号と漏れ込みによる信号のレベルを定義すると、各々の信号レベルは表１に示す値となる。表１においては、フォーカスセンサではセンサ信号振幅を１００とした値を示し、和信号では合焦点を１００とした値を示している。
【００２７】
表１に示すように、実施例の様に配置した場合には、光学部品の仕様をなんら変更することなく、半導体レーザ１とウォラストンプリズム３３の配置を規定するだけで、従来のように配置された場合に比べフォーカスエラー信号の不要な信号レベルも小さく、また和信号の両肩の盛り上がりも小さくなっており、大きく改善されていることがわかる。
【００２８】
【表１】

【００２９】
実施例２．
上記実施例では光検知器３４の形状は従来例と同様四角形であるが、デフォーカス時に漏れ込むのは光検知器３４の角の部分であるので、光検知器３４の形状を最適化することで漏れの影響を低減することが出来る。つまりこの四角形の光検知器から考えると、デフォーカスは近づく場合と離れる場合があるので、４つの角の部分を非点収差の軸に平行あるいは垂直な辺とすることで漏れの影響は充分低減される。この例を図５、６を用いて説明する。図５、６は図１３と同じく光検知器３４上のスポットの様子を示したものである。基本構成は図１３と全く同じであるが、光検知器３４の形状は従来例や実施例１と異なり、辺をｚ軸方向及びｙ軸方向に対して傾斜させた（図６においては非点収差の軸と平行あるいは垂直な辺を持つ）正方形をしている。ここで、図５、６について以下に説明する。図５は図１３と同じ長さだけデフォーカスした状態を示しているが、デフォーカスする方向はディスクに対して近づく場合と離れる場合の２方向あり、図５と反対方向にデフォーカスした場合を図６に示している。
【００３０】
次に動作について説明する。図５でのスポットは図１３と同じ長さだけデフォーカスした状態であり、サイドビーム７００、９００が大きく斜め楕円になっているが、中央のｂ部が辺をｚ軸方向及びｙ軸方向に対して傾斜させた正方形をしているため、サイドビームの漏れ込みが発生していないことがわかる。本実施例では、ｙ軸（あるいはｚ軸）に対して±４５度の方向に非点収差の軸があり（ＡＳ１、ＡＳ２と仮に定義する）、辺ｈ１とｈ３の部分が非点軸ＡＳ１と平行（ＡＳ２軸とは直交）であるので、サイドビームの漏れ込みが抑えられている。一方、図６では図５とは反対方向であるので、スポットは非点軸ＡＳ２の方向に長い楕円となり、辺ｈ２とｈ４が非点軸ＡＳ２と平行（ＡＳ１軸とは直交）であるので、同様にサイドビームの漏れ込みが抑えられている。実施例１と同様にシミュレーションした結果を従来例の結果と併せて表１に示す。フォーカスセンサにおいて効果が現れていることがわかる。尚、和信号については、合焦点よりも信号が大きくなる点はなくなり、山形の形状となっている。従って表１において、ｗ１、ｗ２の数値は無い。
【００３１】
上記のように、非点収差の軸に平行（垂直）な辺を持つように光検知器の形状をすることによって、サイドビームの漏れ込みを抑えることができ、フォーカスエラー信号や和信号を理想状態に近づけることができる。
【００３２】
ところで、辺をｚ軸方向及びｙ軸方向に対して傾斜させた正方形形状の場合、光検知器を大きくしていくとサイドビーム用の光検知器であるａ部やｃ部との間隔が小さくなり、具体的には辺ｈ１とｈ４の交点部分およびｈ２とｈ３の交点部分が近接してしまうという不具合が生じてくる。本実施例の場合、非点収差の軸と平行（直交）する辺を持つことが従来例での問題点の解決手段であるから、たとえば図７に示すように各辺の交点部分が４素子の分割線と直交するような辺となっている８角形形状にしても同様の効果が得られる。
【００３３】
実施例３．
実施例２では漏れ込みの影響を小さくできたが、受光面が小さくなったためにフォーカスセンサの振幅が約１５％小さくなっている。そこで、振幅をほとんど小さくすることなく漏れ込みの影響を抑える方法を以下に述べる。この例を図８を用いて説明する。基本構成は図１３や図５と全く同じであるが、光検知器３４の形状が略円形になっており、実施例２と同様に漏れ込みが起こりにくくなっていることがわかる。同様にシミュレーション結果を表１に示す。実施例２より漏れ込みの影響の低減効果は若干小さいが、振幅はほぼ同等であることがわかる。なお、和信号は実施例２と同様山形形状となっている。
【００３４】
上記のように光検知器の形状を略円形とすることで、信号振幅を落とすことなくサイドビームの漏れ込みの影響を落とすことができる。
【００３５】
実施例４．
上記従来例および実施例では、ビーム８００とビーム７００、９００の間隔はスポット径（直径）の２倍の距離は離した光学系となっている。この関係を図９で説明する。中央のビームとサイドのビームの間隔をＬ、スポット径をｄとすると、Ｌ＝２×ｄとなっている。一般にウォラストンプリズム３３の分離角は片側（ビーム７００と８００、あるいは９００と７００）で０．５度から大きくても１度程度であり、センサ系の焦点距離を長くしないとスポット間隔を広げることはできない。本実施例の利用される光学式記録再生装置では小型化が要求されており、センサ系の焦点距離を長くすることは装置を大きくすることであり、むやみに大きくすることはできない。従って、できるだけスポット間隔は縮めなければならず、漏れ込みの影響を許容範囲に抑える限界を求める必要がある。
【００３６】
そこで、実施例１と同じ光学系でスポット間隔を１割縮めた場合についてシミュレーションを行う。結果を表１に示す。フォーカスセンサ、和信号とも漏れ込みの影響が大きくなっており、特に和信号は顕著に大きくなっていることがわかる。従って、スポット間隔はスポット径の約２倍以上とすれば、漏れ込みの影響は問題ない程度に抑えられることがわかる。
【００３７】
上記のように、中央のビームとサイドビームの間隔をスポット径の２倍以上離しておけば、サイドビームの漏れ込みが無視できる程度に抑えることができ、かつ現在のウォラストンプリズムの分離角でも光ヘッドの小型化に支障を与えない程度の外形形状を満足することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１記載の光学式記録再生装置は、ウォラストンプリズム等を使用した光学系において、新たに部品を追加することなく、光源とウォラストンプリズムの配置関係を規定するだけで、偏光状態によって強度変化を受けるビームの偏光状態によって強度変化を受けないビームを受光する光検知器への漏れ込みを抑えることができるので、フォーカスセンサや和信号を正しく得ることができ、安定したサーボ性能を得ることができる。
【００４２】
また、本発明の請求項２記載の光学式記録再生装置は、偏光状態によって強度変化を受けないビームと偏光状態によって強度変化を受けるビームの間隔を、各々の光検知器上でのスポットの直径の２倍以上離すことによって、偏光状態によって強度変化を受けるビームの偏光状態によって強度変化を受けないビームを受光する光検知器への影響を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による光学式記録再生装置の光学系を示す図である。
【図２】半導体レーザの放射光の強度分布を説明する図である。
【図３】光検知器上の強度分布を説明する図である。
【図４】フォーカスセンサおよび和信号のシミュレーション結果の数値の定義を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例による光学式記録再生装置の光検知器上の様子を示す図である。
【図６】図５と同じ実施例で、図５とは反対側にデフォーカスした状態での光検知器上の様子を示す図である。
【図７】図５及び図６の変形例を示す図である。
【図８】本発明の実施例３を示す光学式記録再生装置の光検知器上の様子を示す図である。
【図９】本発明の実施例４を示す光学式記録再生装置の光検知器上の様子を示す図である。
【図１０】従来の光学式記録再生装置の光学系を示す図である
【図１１】従来の光学式記録再生装置のウォラストンプリズムによるビーム分離と光検知器の関係を示す図である。
【図１２】合焦点での光検知器上の様子を示す図である。
【図１３】大きくデフォーカスした状態の光検知器上の様子を示した図である。
【図１４】従来の光学式記録再生装置でのフォーカスセンサの測定値である。
【図１５】従来の光学式記録再生装置のフォーカスセンサと和信号のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ、３３ ウォラストンプリズム、３４ 光検知器。

Claims (2)

1. 磁気光学的に情報が記録される記録媒体に対し集束光を照射し、記録媒体からの反射光または透過光の偏光状態の変化により磁気光学的に記録された情報を検出する光学式記録再生装置であって、前記反射光または透過光の光路に配置されその偏光状態により強度変化する２つのビームと偏光状態による強度変化のないビームとに分割する偏光素子と、前記偏光素子を通過した３つのビームをそれぞれ分離して受光する素子を配置した光検知器とを備え、前記偏光状態により強度変化を生ずる２つのビームの強度差により記録媒体の磁気光学的変化を検出し、前記偏光状態による強度変化のないビームによってサーボ制御のための誤差信号を検出するように構成した光学式記録再生装置において、
   光源である半導体レーザの活性層がストライプ状の形状をしており、このストライプ状の形状の長さ方向を活性層の方向とし、前記半導体レーザを偏光素子上に投影して同じ座標でみた場合に、半導体レーザの活性層の方向と前記偏光素子で分離される方向を同一方向にしたことを特徴とする光学式記録再生装置。
2. 上記偏光状態に応じて強度の変化する２つのビームと上記強度変化のないビームとの光検知器上での間隔を、上記３つのビームの光検知器上でのスポットの直径の２倍以上としたことを特徴とする請求項１に記載の光学式記録再生装置。

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