JP3952625B2

JP3952625B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP3952625B2
Application number: JP02236199A
Authority: JP
Inventors: 浩一村田; 好晴大井; 陽輔藤野
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2019-01-29
Also published as: JP2000222762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクなどの光記録媒体の情報の記録や再生に用いる光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示す一般的な光ヘッド装置全体の光学系において、半導体レーザ１から出射した光は、対物レンズ６により光記録媒体（光ディスク）７上に集光される。光記録媒体７からの反射戻り光の一部はホログラム素子３に形成されたホログラムの回折格子により回折され、光検出器（受光素子）２へ向けて回折される。
【０００３】
ここでは従来例として、ここでは半導体レーザ（以下、ＬＤという）、ホログラフィックビームスプリッタ、３ビーム発生用の回折素子、受光素子を一体化したホログラムレーザユニットを用いた光ヘッド装置の場合を説明する。これは、図４において、ホログラム素子の部分に、ホログラフィックビームスプリッタ、３ビーム発生用の回折素子の機能を持たせたものである。ここで回折格子とは、格子（例えば縦線の並び）そのものを意味し、素子の意味ではない。
【０００４】
従来から、ホログラムレーザユニットにおけるフォーカス誤差信号を得る方法の１つとして、ナイフエッジ法が提案されている。このナイフエッジ法とは、ビームスプリッタ用のホログラムが光ディスク面上の集光の位置での半径方向に平行な分割線で少なくとも２分割され、そのホログラムの少なくとも１つの領域からの回折光が、受光部の表面が隣接する２つの領域に分割された受光素子である光検出器の分割線付近に集光し、そして、この光検出器の隣接する２つの領域からのそれぞれの信号の差を得ることで、光ディスク上のフォーカス誤差信号を得る方法である。
【０００５】
従来のホログラムによる回折光は、図６に示すような一本のピークを有する強度分布を持ち、光ディスク面上で合焦時（照射光の焦点があったとき）に、このピークを図７の分割線１３上にスポット１４として跨らせて集光させ、光検出器のＡ、Ｂ領域の光強度が等しくなるように調整していた。図６の横軸は光検出器上の分割線１３を横切る方向の距離を表し、強度を表す縦軸とともに任意スケールである。横軸のゼロは分割線１３の中心に対応する。
【０００６】
このナイフエッジ法では、受光部の表面が分割された光検出器の分割線上に、ホログラムにより回折限界近くまで回折して、光スポット径を小さく集光する必要があり、ＬＤ、光検出器およびホログラムの組立精度が非常に厳しく要求されて、生産の歩留まりを低下させていた。
【０００７】
また、このように回折限界近くまで小さなスポット径として光を集光した場合には、光検出器の分割線の影響が無視できなくなる。この光検出器の分割線上では、光信号の電気信号への変換効率が低い問題や、この分割線上に入射した光により発生するキャリヤの移動速度が遅いために、応答速度が低下する問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術が有していた前述のような問題を解決した、光ヘッド装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体レーザからの出射光を光記録媒体に導き、光記録媒体からの反射光を回折素子によって複数の回折光とし、そのうちの少なくとも１つの回折光は光検出器の２つ以上に分割された受光面の分割線近くに集光させることにより反射光強度を検出する光ヘッド装置において、回折素子は２つ以上の領域に分割され、その少なくとも１つの領域はさらに回折格子の周期の位相が１４０〜２２０度ずれた領域Ｓおよび領域Ｔを含む２つ以上の領域に分割されており、かつ領域Ｓおよび領域Ｔで回折された光記録媒体からの反射光が光検出器の受光面を２分する分割線の近くで分割線を挟んで集光されることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
また、回折素子を領域Ｓと領域Ｔとに分割している分割線は光記録媒体表面における入射光の照射点位置での半径方向に平行である上記の光ヘッド装置を提供する。
また、光検出器の受光面の分割線が光を反射または吸収するように形成されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
参考として、半導体レーザからの出射光を光記録媒体に導き、光記録媒体からの反射光を回折素子によって複数の回折光とし、そのうちの１つの回折光は光検出器の少なくとも２つに分割された受光面の分割線近くに集光させることにより反射光強度を検出する光ヘッド装置において、光検出器の受光面の分割線が光を反射または吸収するように形成されている光ヘッド装置を構成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を詳細に説明する。本発明の光ヘッド装置で使用される回折素子は、回折効果を有するものであればどのような形態のものでもよいが、ここではホログラムの回折素子すなわちホログラム素子として説明する。
【００１３】
図１（ａ）には、本発明におけるホログラム素子の一例としてのホログラムが円形であり、その中心を通る分割線１２により２つの領域ａとｃに分割され、さらにそのうちの１つの領域ａは、分割線１１によりホログラムの回折格子の周期の位相が１８０度ずれた２つの領域Ｓ（上部）と領域Ｔ（下部）に別れているとして説明する。
【００１４】
図１（ｂ）は、本発明における光検出が５個の領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆに別れた光検出器の概念図の一例である。ホログラム素子による複数の回折光のうち１つが集光する、領域Ａと領域Ｂに分割された光検出器の表面の分割線１３が示してあり、また、光検出器が他のＣ、ＥおよびＦにも分割されている様子が表されている。
【００１５】
図１（ａ）のホログラムの構造、図１（ｂ）の光検出器の構成は、ナイフエッジ法によるフォーカス誤差信号検出法を用い、トラッキング誤差信号検出方法としては３ビーム法を用いる場合の例として示す。
ここでは、図１（ａ）と図１（ｂ）とを使用してホログラムの領域と光検出器の領域との関係を説明する。
【００１６】
ホログラムのａ領域からの回折光は、図１（ｂ）の光検出器のＡ、Ｂ領域領域の分割線１３付近に集光するように配置し、ホログラムのｃ領域からの回折光は光検出器のＣ領域の中心付近に集光させる。また、光検出器のＥ、Ｆ領域は、トラッキング用３ビームのサイドビームの受光用として使用する。
【００１７】
ここで、光ディスク上での光のフォーカス状態によって光検出器のＡ、Ｂ領域領域上の光強度が変化することを利用して、Ａ、Ｂ領域領域の信号強度が等しく（信号強度の差がゼロ）なるようにフォーカスサーボを掛けることができる。このとき、光検出器のＡ、Ｂ領域の分割線１３の幅は３〜１０μｍである。
【００１８】
本発明では、上述のように光検出器のこの分割線上に光が集光することをさけるために、図１（ａ）のようにホログラムの回折格子の周期の位相を１８０度変化させた分割線１１を設けることで、図３に示すように光検出器上の分割された領域上で光強度分布を双峰形状としている。図３の横軸と縦軸の意味は、図６のそれらと同じである。このように双峰の光強度分布とすることで、図５に示すように光検出器の分割線１３上の光スポット１４の光強度を低下させ、上述のような分割線の影響を低減できる。また、この双峰状のピークの高さはできるだけ同じにするのが好ましい。
【００１９】
また、ホログラムの回折格子の周期の位相が１８０度ずれている領域Ｓと領域Ｔとの境界線１１は、光ディスク上の光が集光されている位置での半径方向とほぼ平行にすることが好ましい。それにより、光ディスクの再生時に行う対物レンズの集光点における光ディスクの半径方向のトラッキングシフトに起因する光強度分布の変化を低減できる。
【００２０】
また、光が集光される光検出器のＡ領域とＢ領域との分割線１３を光を反射または吸収する金属などの遮光手段を設けることで、この分割線１３下の光検出点で発生する移動速度の遅いキャリヤを低減できる。
さらに、前述の回折特性が双峰状の光強度分布を持つホログラムの回折格子パターンを用いることで双峰間の微少な分割線上の光により発生する遅いキャリヤの生成をさらに低減できて好ましい。
【００２１】
ここでホログラム素子は、材質としてガラス、プラスチックなどが使用でき、それらの表面にエッチング、射出成形、プレスなどの方法によってホログラムの回折格子を形成すればよい。このホログラムの回折格子に光を回折したり、ビームスプリッタ機能を持たせることができる。
【００２２】
また、光の利用効率を高めるために、回折効率が光の偏光方向により異なる、偏光性ホログラムを用いることが好ましい。この場合１／４波長板と偏光性ホログラムを組み合わせて使用することが好ましい。偏光性ホログラムはＬｉＮｂＯ₃ などの複屈折性光学単結晶で作成してもよく、高分子液晶やポリジアセチレンのような複屈折性を示す有機材料を用いて作成してもよい。
【００２３】
また、トラッキング方法として差動プッシュプル法を用いた場合のホログラムの回折格子と光検出器の分割法としては図２（ａ）、図２（ｂ）に示すようにホログラムをａ₁、ｃ₁、ｄ₁と３分割し、光検出器はＡ₁、Ｂ₁、Ｃ₁、Ｄ₁、Ｅ₁、Ｆ₁、Ｇ₁、Ｈ₁の８領域からなるものを例示できる。ここでホログラムの領域ａ₁は分割線１１でさらに２分割されており領域Ｓ、Ｔからの回折光は光検出器のＡ₁、Ｂ₁領域の分割線付近に集光させ、ホログラム領域ｃ₁、ｄ₁からの回折光はそれぞれ光検出器のＣ₁、Ｄ₁領域上に集光させる。
【００２４】
また、光検出器のＥ₁、Ｆ₁、Ｇ₁、Ｈ₁領域はホログラムのｃ₁、ｄ₁領域に対応する３ビームサブビームの受光を行う領域である。このときＲＦ信号（光ディスクからの再生信号）は光検出器のＡ₁、Ｂ₁、Ｃ₁、Ｄ₁の各領域からの信号の和、フォーカス誤差信号は光検出器のＡ₁とＢ₁領域の差信号、また、トラッキング誤差信号は（Ｃ₁−Ｄ₁）−ｋ（Ｅ₁＋Ｆ₁−Ｇ₁−Ｈ₁）の式により各領域での受光量を使用して得ることができる。ただし、ｋは常数である。ここで光検出器の分割線上付近に集光するホログラムのａ₁領域に上述のような回折格子の周期の位相を１８０度ずらせたホログラムを用いることで同様の効果が得られる。
【００２５】
以上においては、ホログラムの回折格子の周期の位相がＳ領域とＴ領域とで１８０度ずれているとして説明した。この位相のずれは、１８０度に限定されない。１８０度であれば、双峰すなわち２つのピークが最も明確に区別されている最適の状態であるが、１８０度から±４０度まで変化しても、すなわち１４０〜２２０度のずれであれば２つのピークは区別でき、２つのピーク間の光量はピークでの光量と区別でき、本発明の効果を奏する。しかし、位相のずれが１４０度未満または２２０度超の場合は、２つのピーク間の光量はピークでの光量と区別できにくくなる。
【００２６】
また、他のフォーカス誤差信号検出方式やトラッキング誤差信号検出方式を採用し、それに合わせてホログラムの分割や光検出器の分割領域のパターンを変化させても、本発明の奏する効果は変わらない。
【００２７】
【実施例】
図４で示されている個別の部品である、半導体レーザ１、ホログラムの回折格子４を形成したホログラム素子３と、光検出器２およびアンプなどの電子回路を一体化した部品セットとがパッケージと一体としたホログラムレーザユニットを構成した。このホログラムレーザユニットの上部に図４と同様に対物レンズ６と光ディスク７を設置して光ディスクの再生装置を組み立てた。
【００２８】
ホログラムの回折格子は図１（ａ）に示されているように分割した。すなわち、光ディスク上のスポット位置での光ディスク半径方向にほぼ平行な分割線１２によりａ、ｃ領域に２分割した。さらに、ホログラムのａ領域中に、分割線１２と平行な境界線１１を設け、２つの領域（Ｓ領域とＴ領域）の回折格子の周期の位相を１８０度ずらせた。
【００２９】
光検出器は図１（ｂ）に示されているように分割した。すなわち、狭い分割線１３で分割されたＡ、Ｂ領域およびＣ、Ｅ、Ｆの合計５つの領域である。そして、分割線１３の幅は７μｍとし、金属膜で遮光する構造として、この分割線下で発生する移動速度の遅いキャリヤの発生を防止した。
【００３０】
ホログラムの回折格子と光検出器との位置関係は、ホログラムのａ領域からの回折光が、光検出器のＡ、Ｂ領域の分割線付近に集光し、かつＳ領域とＴ領域からの図３に示すような光強度分布を有する各ピークが分割線１３を跨いでそれぞれ光検出器のＡ領域とＢ領域に集光するように、なっている。また、ホログラムのｃ領域からの回折光は光検出器のＣ領域中心付近に集光させるようにもなっている。
【００３１】
フォーカス誤差信号検出法は、ナイフエッジ法を用い、光検出器のＡ、Ｂ領域の信号強度が等しく（差信号がゼロ）なるようにフォーカスサーボかけた。
トラッキング誤差信号検出方法としては３ビーム法を用い、光検出器のＤ、Ｅ領域をサイドビームの受光用とした。
【００３２】
本実施例では、２つのピークを有する回折光の強度分布とし、かつこの回折光の２つの受光領域を金属膜で分離して、低移動度キャリヤ発生を押さえてノイズを低減でき、ホログラムの回折格子の分割線を光ディスク半径方向とすることで、トレッキングシフトによる光強度分布の変化を抑えて、光ヘッド装置において良好な再生信号を得ることができた。
【００３３】
【発明の効果】
回折素子に形成された、隣接する領域の回折格子の周期の位相を１４０〜２２０度ずらせることにより、隣接する領域からの回折光が２つのピークを有する光に別れ、各ピークが光検出器の分割線によって分離された２つの領域にそれぞれ集光される。したがって、分割線上に光が照射されないため、分割線上での移動速度の遅いキャリアが発生しないので、応答速度が低下せず、ノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるホログラム素子の分割法と光検出器の分割法の一例を示す概念図であり、（ａ）はホログラム素子の回折格子が３つの領域に分割されている様子を示す概念図、（ｂ）は光検出器が５つの領域分割されている様子を示す概念図である。
【図２】本発明におけるホログラム素子の分割法と光検出器の分割法の他の例を示す概念図であり、（ａ）はホログラム素子の回折格子が４つの領域に分割されている様子を示す概念図、（ｂ）光検出器が８つの領域分割されている様子を示す概念図である。
【図３】本発明におけるホログラム素子により回折された、光検出器上の２つのピークを有する光強度分布形状の一例を示すグラフである。
【図４】従来の一般的光ヘッド装置の光学的構成を示す概念図である。
【図５】本発明におけるホログラム素子により回折された、光検出器上の光ビームの断面形状の模式図である。
【図６】従来のホログラム素子により回折された、光検出器上の１つのピークを有する光強度分布形状の一例を示すグラフである。
【図７】従来のホログラム素子により回折された、光検出器上の光ビームの断面形状の例の模式図である。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
２：光検出器
３：ホログラム素子
４：ホログラムの回折格子
６：対物レンズ
７：光ディスク
１１、１２、１３：分割線

Claims

半導体レーザからの出射光を光記録媒体に導き、光記録媒体からの反射光を回折素子によって複数の回折光とし、そのうちの少なくとも１つの回折光は光検出器の２つ以上に分割された受光面の分割線近くに集光させることにより反射光強度を検出する光ヘッド装置において、回折素子は２つ以上の領域に分割され、その少なくとも１つの領域はさらに回折格子の周期の位相が１４０〜２２０度ずれた領域Ｓおよび領域Ｔを含む２つ以上の領域に分割されており、かつ領域Ｓおよび領域Ｔで回折された光記録媒体からの反射光が光検出器の受光面を２分する分割線の近くで分割線を挟んで集光されることを特徴とする光ヘッド装置。
回折素子を領域Ｓと領域Ｔとに分割している分割線は光記録媒体表面における入射光の照射点位置での半径方向に平行である請求項１に記載の光ヘッド装置。
光検出器の受光面の分割線が光を反射または吸収するように形成されている請求項１または２に記載の光ヘッド装置。