JPH01177504A - 反射型格子レンズおよび光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、いわゆる書換え型（Ｅ−ＤＲＡＷ）の光磁
気ディスク装置の記録、再生に用いる光ヘッド装置に関
する。

（従来の技術） 光磁気ディスクの従来の光ヘッド装置を第２図に示す。

光源である半導体レーザ１の放射光２は、コリメーティ
ングレンズ３でコリメート光４に変換され、ビームスプ
リッタ５を透過し、全反射プリズム６で全反射されて光
路を９０°折り曲げ、収束レンズ７でディスク面８に収
束される。光デイスク面からの反射光は逆の経路でビー
ムスプリッタ５で反射される。反射された光はレンズ９
で収束光に変換され、偏光ビームスプリッタ１ｏで互い
に直交する偏光の透過光１１と反射光１２に分割される
。透過光１１は２分割光検出器１３に入射し、光検出素
子１４と１５の差信号でプッシュプル法によるトラック
誤差信号を得る。一方、反射光１２は、円筒レンズ１６
により非点収差波面となり、４分割光検出器１７により
、非点収差法によるフォーカス誤差信号を得る。すなわ
ち、光検出素子１８．１９．２０．２１の出力電圧を各
々Ｖ（１８）、Ｖ（１９）、Ｖ（２０）、Ｖ（２１）と
すると、フォーカス誤差信号はＶ（１８）＋Ｖ（２０）
−Ｖ（１９）−Ｖ（２１）テ得られる。ＲＦ倍信号偏光
ビームスプリッタ１０で分割した直交する偏光強度の差
信号として得られるので、光検出素子１４．１５の出力
電圧を各々Ｖ（１４）、Ｖ（１５）とするとＲＦ倍信号
Ｖ（１４）＋　Ｖ（１５）−Ｖ（１８）−Ｖ（１９）−
Ｖ（２０）−Ｖ（２１）となる。第２図の従来例テｉ、
ｔ、ビームスプリッタ５は非偏光型なので、半導体レー
ザ１の偏光面を光学系の配置基板に対して４５°に設定
することで、偏光ビームスプリッタ１０の分割ビームを
光学系の配置基板と平行にできるが、ビームスプリッタ
５の光利用効率が低い、しかしビームスプリンタ５を偏
光型とすると偏光方向が制約されるので、光学系の配置
基板内に光学系を配置するためにビームスプリッタ５と
レンズ９０間に１／２波長板を挿入して偏光面を回転す
る方法がとられる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の光ヘッド装置は、実用化されているもの
でも大きさが４０　Ｘ　４０　Ｘ　３０ｍｍ２程度以上
あり、従って重量も重く光デイスク全体の小型化、軽量
化の障害となっていた。

また、トラッキング誤差検出にプッシュプル法を採用し
ているため、トラック誤差信号にもとづき収束レンズ８
をアクチュエータ（図示せず）で光軸に垂直な方向に動
かした場合、収束レンズの光軸と、トラッキング誤差検
出用の２分割光検出器の分割線にずれが生じ、光検出素
子１４と１５への入射光量がアンバランスになる。この
結果、トラッキング誤差信号に直流オフセットが発生し
、トラッキング誤差制御の制御範囲が狭くなるという欠
点を有していた。又、ＲＦ倍信号フォーカス誤差信号、
トラック誤差信号の間の干渉があり、サーボが不安定に
なるという問題もあった。

さらに、上述した従来の光ヘッドは光学研磨が必要な光
学部品を多数使用することから調整が大変でコスト高に
なるという欠点を有していた。

本発明の目的は、上記欠点を解消して、小型かつ低価格
な光ヘッド装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本願第一の発明は、回折方向の異なる複数の領域からな
る格子基板上に金属膜をコーティングしたことを特徴と
する反射型格子レンズである。

本願第二の発明は、光源と前記光源からの光を記録媒体
上に絞り込む結像レンズ系と、前記記録媒体からの反射
光を前記結像レンズ系の光軸外に取り出すビームスプリ
ッタと、異なる特性の複数領域から成る反射型の格子レ
ンズと、偏光プリズムと、受光面を複数に分割された光
検出器とから構成され、前記反射型格子レンズは、表面
が金属面でできており、特定の偏光を主に回折し、前記
ビームスプリンタを経てきた前記記録媒体からの戻り光
を反射光と回折光に分割し、前記反射光から読出し信号
の検出を行い、前記回折光から焦点誤差信号及びトラッ
キング誤差信号の検出を行うことを特徴とする光ヘッド
装置である。

（作用） 本発明の作用・原理は次の通りである。本発明の光ヘッ
ド装置では、受光光用光学系を軽量・簡略化するために
反射型格子レンズを用いる。反射型格子レンズには、１
次回折光の他に格子レンズを直接反射した０次回折光が
ある。そこでこの０次回折光を受光してＲＦ倍信号得る
。ディスクの読取り信号のうち、信号偏光成分は非常に
小さい。したがってＲＦ信号受光系である０次回折光に
は、できるだけ多くの信号偏光成分があることが必要で
ある。つまり、信号偏光成分を、できるだけ回折しない
ような格子レンズを用いる必要がある。そこで、本発明
では、表面が凹凸状になった格子の基板上に金属膜をコ
ーティングすることによってできる反射型の格子を用い
ることで、これを実現している。−例として第３図は、
反射型格子の回折効率の波長λ、格子ピッチｄに対する
Ａ／ｄ依存性を示したものである。これは格子を金属膜
によって反射型にすることにより、回折効率に偏光間で
差が生じることを示しており、本発明はこの現象を利用
している。しかし、第３図はブラッグ角で入射した場合
の回折効率を示したものであるが、この場合は、１次回
折光が入射光と同じ方向に逆向きに回折されるので、信
号検出ができず、このままでは使えない。そこで、本発
明では、入射角をブラック角からずらすことにより、１
次回折光を、入射光と分離している。

さらに本発明では、１次回折光でフォーカス誤差信号を
とり出すために、格子レンズを特性の異なる領域に分割
することにより、その境界線を従来の光ヘッド装置にお
けるナイフェツジと等価な作用をさせている。

また、トラッキング誤差信号を取り出すためにコリメー
ティングレンズの光軸と格子レンズが交わる点を中心と
してわずかに離れた、異なる回折方向を有する２つの領
域を格子レンズに形成しておくことにより、この２つの
領域からの回折光強度を比較することでプッシュプル法
の原理によりトラッキング誤差信号を得ることができる
。

すなわち、格子レンズに入射光をＲＦ信号光とフォーカ
ス誤差信号光とトラッキング誤差検出光とに分割するビ
ームスプリッタ機能を持たさせている。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の基本構成を示す斜視図
である。光源１の放射光２は、ビームスプリッタ５を透
過し、コリメーティングレンズ３でコリメート光４に変
換され、全反射プリズム６で全反射されて光路を９０°
Ｃ折り曲げ、収束レンズ７で光デイスク面８に収束され
る。光デイスク面からの反射光は、逆の経路でもどり、
コリメーティングレンズ３で収束光に変換され、ビーム
スプリッタ５で反射される。反射された光は反射型格子
レンズ２２により回折され、８分割光検出器２４上の６
個の光検出素子から成る第１群光検出素子に入射する。

０次回折光は偏光プリズム２３により直交する２つの偏
光光に分割され、２個の光検出素子から成る第２群光検
出素子に入射する。

この反射型格子レンズは、格子ピッチが約１．４ｐｍの
凹凸格子に金を０．２ｐｍ蒸着したもので、表１は、波
長０．８：％ｍの光を、ブラッグ角から４５°ずらした
角度で、入射させたときの各偏光の回折効率を示す。こ
の効率は格子の溝の深さが４０００Å以下で、波長に対
して浅い場合に得られる。

表１ 表１よりＳ偏光はほとんど回折されず、反射していくた
め、信号偏光成分をＳ偏光としている。Ｐ偏光の２０％
の１次光は誤差信号検出に用いられ、信号検出には十分
な光量である。

第４図は、第１図の格子レンズ２２と８分割光検出器２
４との関係を説明するための部分斜視図である。

第４図では、格子レンズ内の分割領域とトラックとの方
向関係を示すため省略線２５を介して収束レンズ７とデ
ィスク面８を同時に示しである。

反射型格子レンズ２２は、４つの格子レンズ領域から成
り、コリメーティングレンズ３の光軸と交わる線３５を
境に焦点距離と回折方向の異なるＡ領域格子レンズ（第
１の領域）３６とＢ領域格子レンズ（第２の領域）３７
に分けられ、さらに、分割線３５上にはＡ領域格子レン
ズ３６、及びＢ領域格子レンズ３７と焦点距離、回折方
向の異なるＣ領域格子レンズ（第３の領域）３８、Ｄ領
域格子レンズ（第４の領域）３９がそれぞれ形成されて
いる。Ａ領域格子レンズ３６は０次回新党５９の収束点
から発散する球面波と８分割光検出器２４の分割線上の
点４０から発散する球面波との干渉縞に相当する格子パ
ターンを持っている。Ｂ領域格子レンズ３７は０次回新
党５９の収束点から発散する球面波と８分割光検出器２
４の分割線上の点４１から発散する球面波との干渉縞に
相当する格子パターンを持っている。Ｃ領域格子レンズ
３８はＯ次回新党５９の収束点から発散する球面波と、
８分割光検出器の光検出素子３０上の点４２から発散す
る球面波との干渉縞に相当するパターンを持っている。

Ｄ領域格子レンズ３９はＯ次回新党５９の収束点から発
散する球面波と、８分割光検出器の光検出素子２９上の
点４３から発散する球面波との干渉縞に相当するパター
ンを持っている。

第４図では格子のピッチは配置をわかりやすくするため
に実際より大きく書いである。このような反射型格子レ
ンズ２２を用いているのでディスク面８から反射して反
射型格子レンズに入射する光は、回折光５５．５６．２
６及び２７として８分割光検出器上の点４０．４１．４
３及び４２に各々収束到達する。又、回折を受けなかっ
た０次回新党５９は、偏光プリズム２３で直交する２つ
の偏光光に分割され、８分割光検出器２４上の光検出素
子５７．５８に収束到達する。

ＲＦ倍信号光検出素子５７．５８の差信号として得られ
る。

第５図は８分割光検出器２４の中央部の６分割光検出素
子上の回折光の状態を説明するための図である。第５図
（ａ）はディスク面８上に光ビームが収束している合焦
状態を示す図、Ａ領域格子レンズ３６からの回折光５５
およびＢ領域格子レンズ３７がらの回折光５６は８分割
光検出器２４の第１分割線４４上に、第２分割線４５を
はさんで各々収束する。第５図（ｂ）はディスクム１） 面８が変位して収束レンズ７から遠ざかったデフォーカ
ス状態の回折光を示す図である。回折光５５．５６は８
分割光検出器２４の光検出素子３３および光検出素子３
２にそれぞれ入射し、光検出素子３１および光検出素子
３４には入射しない。

第５図（Ｃ）はディスク面８が変位して収束レンズ７に
近づいたデフォーカス状態の回折光を示す図である。回
折光５５．５６は８分割光検出器２４の光検出素子３１
と光検出素子３４にそれぞれ入射し、光検出素子３３と
光検出素子３２には入射しない。したがって、８分割光
検出器２４の中央の４光検出素子３１．３２．３３．３
４の出力をＳｌ、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とすれば、焦点誤差
信号は（８１＋　８４）−（８２＋　８３）から得られ
る。

一方、トラッキング誤差信号は、ディスク面８上の絞り
込みスポットがトラックの中心がずれるともどり光の強
度分布がアンバランスになることを利用する。格子レン
ズ２２のＣ領域格子レンズ３８の中心とＤ領域格子レン
ズ３９の中心を結ぶ線が収束レンズの光軸と格子レンズ
が交わる点を含み、かつ、収束レンズの光軸方向から見
た場合ディスクのドＡ 夕２） ラッキング誤差方向と平行になるようにしておく。トラ
ック誤差が発生するとＣ領域格子レンズ３８に入射する
光量とＤ領域格子レンズ３９に入射する光量に差が生じ
る。この光量差は、２つの光検出器２９．３０の出力差
として検出することができ、この信号の正負により、ト
ラッキング誤差方向も検知することができる。

回折素子である格子レンズを用いたフォーカス誤差検出
、トラッキング誤差検出では、半導体レーザの波長が変
動すると回折角が変化し、光検出器上の回折光の位置ず
れが生じるため、光源である半導体レーザの発振波長変
動に対する対策が必要であるが、本実施例ではこの点に
関して次のような解決策が講じられている。８分割光検
出器２４では、第１分割線４４に平行な方向、及び直交
する方向の２方向に分けて考察する。第１分割線４４に
平行な方向の位置変動について第２分割線４５を越える
か、又は光検出器からはずれない限り問題はない。第１
分割線に直交する方向の位置変動について８分割光検出
器２４の中央の４光検出素子３１．３２．３３．３４の
出力が変化するので注意が必要であるが、本発明の格子
レンズＡ、　Ｂ領域は、この方向の空間周波数をほとん
ど持たないので、この方向の回折光の位置変動は無視で
きる。

また、トラッキング誤差を検出する光検出器２９．３０
に関しては、回折光が各光検出器の中心に入射するよう
にできるので、半導体レーザの波長が変動して問題は無
い。

トラッキング誤差検出方式としてプッシュプル方式を採
用し、誤差修正のために収束レンズを動かす方法では、
誤差検出側の光学系の光軸とレンズ側の光軸にずれが生
じ、トラック誤差検出用光検出器への入射光量差が発生
するため誤差信号にオフセットが生じる。この問題点を
解決するために、本発明では次のような対策を講じてい
る。Ｃ領域、Ｄ領域の格子レンズ３８．３９は、光軸に
ついて対称で等しい面積に入射する光を検出するように
配置されている。したがって、誤差検出系光軸に対して
収束レンズ光軸がトラックに垂直な方向にずれた場合も
Ｃ領域、Ｄ領域の格子レンズ３８．３９には入射する光
量に変化はなく、トラック誤差オフセットの発生は抑制
される。

第６図は本発明の第２の実施例に用いる格子レンズ２８
を示す図である。

第１の実施例では８分割光検出器２４の第１分割線４４
はディスクトラック方向と垂直であるが、本実施例では
、８分割光検出器２４の第１分割線４４はディスクのト
ラッ方向と平行に配置され、そのためにＣ領域、Ｄ領域
格子レンズ３８．３９は格子レンズ２８の分割線３５を
はさんで両側に配置されている。また、表面にはＡｌを
蒸着し、偏光間で回折効率に差をもたせている。

８分割光検出器２４の配置は、格子レンズへの入射光の
光軸を中心にして、第１の実施例で示した配置から、格
子レンズ２２の分割線３５と共に任意の角度だけ回転さ
せた配置ももちろん可能である。さらに、トラック誤差
検出用の光検出器２９．３０の配置は、Ｃ領域格子レン
ズ３８からの回折光２７とＤ領域格子レンズ３９からの
回折光２６を分離して独立に検出できれば任意にするこ
とができる。第７図は、木登明の第３の実施例に用いる
格子レンズ６０を示す図である。光学系の構成は、第１
図（詳細は第４図）と同じであるので省略する。格子レ
ンズ６０は、２つの境界線６１と６２により４つの領域
に分割されており、第１の実施例のＡ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄ
領域に相当するのが各６３．６４．６５．６６である。

したがってトラック方向を図に示す６７の矢印方向に設
定することで、第１の実施例と同じ動作が得られる。ま
た、表面にコーティングする金属膜は反射率の高いもの
が望ましく、回折光は表１に示したものと同様の傾向を
示す。

（発明の効果） 本発明の反射型格子レンズは表面に金属膜をコーティン
グしたため、偏光成分により、回折効率に差が生じ、光
ヘッド装置等に応用して、小型軽量化ができる。

本発明の光ヘッド装置は受光系部分の光学部品が格子レ
ンズと偏光プリズムだけでよく、これまで多数の部品を
使っていた光ヘッド装置の部品を大幅に削減することが
可能であり、これまで光・４：゛・、 ディスク装置全体の小型化のネックとなっていた光ヘッ
ドのサイズを縮小することが可能となる。

また、本発明に用いる反射型格子レンズは表面凹凸型の
素子であるので、金型を作製すれば熱プレス法、あるい
はフォトポリマー法等によりレプリカが容易に得られる
ので、安価に量産することができる。又、本発明では、
トラッキング信号を得るための領域（ＣＳＤ領域）を設
けているので、上で説明したように収束レンズの移動に
よるトラックオフセットが生じない。さらに、本発明で
は、ＲＦ倍信号誤差信号は、格子レンズをビームスプリ
ッタとして分離されているので、信号量干渉が小さくサ
ーボを安定である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図
は、従来の光ヘッド装置の一例を示す斜視図、第３図は
、反射型格子のＶｄに対する回折効率を示す図、第４図
は、第１の実施例の部分斜視図、第５図は、８分割光検
出器上の回折光の状態を説明するための図、第６図及び
第７図は、各々本発明の第２及び第３の実施例に用いる
格子レンズを示す図である。 １・・・半導体レーザ、２・・・放射ビーム、３・・・
コリメーティングレンズ、 ４・・・コリメートビーム、 ５・・・ビームスプリッタ、６・・、全反射プリズム、
７・・・収束レンズ、８・・・光デイスク面、９・・・
レンズ、１０・・・偏光ビームスプリッタ、１１・・・
透過光、１２・・・反射光、１３・・・２分割光検出器
、１７・・・４分割光検出器、１４、１５．１８．１９
．２０．２１．２９．３０．３１．３２．３３．３４．
５７゜５８・・・光検出素子、 ２５・・・省路線、１６・・・円筒レンズ、２２、２８
．３６．３７．３８．３９．６０．６１．６２．６３．
６４．６５．６６・・・反射型格子レンズ、 ２３・・・偏光プリズム、４０．４１．４２．４３・・
・収束点、２６、２７．５５．５６・・・回折光、５９
・・・０次回新党、６７・・・トラック方向を示す矢印
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回折方向の異なる複数の領域からなる格子基板上
   に金属膜をコーティングしたことを特徴とする反射型格
   子レンズ。
2. （２）光源と前記光源からの光を記録媒体上に絞り込む
   結像レンズ系と、前記記録媒体からの反射光を前記結像
   レンズ系の光軸外に取り出すビームスプリッタと、異な
   る特性の複数領域から成る反射型の格子レンズと、偏光
   プリズムと、受光面を複数に分割された光検出器とから
   構成され、前記反射型格子レンズは、表面が金属面でで
   きており、特定の偏光を主に回折し、前記ビームスプリ
   ッタを経てきた前記記録媒体からの戻り光を反射光と回
   折光に分割し、前記反射光から読出し信号の検出を行い
   、前記回折光から焦点誤差信号及びトラッキング誤差信
   号の検出を行うことを特徴とする光ヘッド装置。