JPH01282746A - 光学ヘッド装置 - 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］ 本考案は、例えば光デイスク装置等で情報書込み／続出
しに使用される光学ヘッド装置に関し、より詳しくは、
該光学ヘッド装置のトラッキング機構の改良に関するも
のとする。

［従来の技術］ 例えば光デイスク装置等に用いられる所謂光学ヘッド装
置は、記録媒体上の案内溝や記録ビット列上にレーザ光
を集光し、その案内溝等にこのレーザ光を追従させて、
データの記録や読み取りを行う。そして、上記追従のた
めに、半導体レーザ等からの光を集光するための対物レ
ンズを、焦点方向やトラック方向に変位させて、上記目
的を達成している。このような対物レンズを制御する為
の方式は各種考案され、実施されているが、その中で、
トラッキング方式に関しては、所謂３ビーム法とプッシ
ュプル法（Ｐｕ５ｈ−Ｐｕ　１１法）の２方式が主流で
ある。

上記３ビーム法は、再生専用のコンパクトディスク用の
光学ヘッドに多用されているが、追記型若しくはコンピ
ュータ用の光ディスクのように、ディスク面上に記録す
る場合には、記録前と後に於いて、媒体からの反射率が
異なる為に、トラック信号（Ｔ　Ｅ　Ｓ　＝Ｔｒａｃｋ
　Ｅｒｒｏｒ　Ｓｉｇｎａｌ）にオフセットが生じ、正
確なトラック追従が行えないという欠点を有している。

一方、プッシュプル法では、上記のような欠点は無いも
のの、対物レンズ自身が、トラックフォローを行なうた
めに、トラックの直角方向に変位（レンズシフト）する
。この変位により、ＴＥＳ信号を検出するためのディテ
クタの上では、ブッシュプルパターンが横ズレを起こし
、やはり、ＴＥＳ信号にオフセットを生ずるという欠点
がある。

第２図は従来の代表的な光学ヘッド装置における光学系
を示した図である。同図の光学ヘッドは、フォーカシン
グに非点収差法を、トラッキングにプッシュプル法を用
いた光学ヘッド装置の従来例であるが、この図により、
上記プッシュプル法の欠点を詳しく説明する。半導体レ
ーザ（ＬＤ）１の光は、コリメータレンズ２により平行
ビームとされて、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３に
Ｐ偏光で入射し、それを透過する。更に、１／４波長板
４により円偏光にされ、対物レンズ５により光デイスク
記録媒体６上に集光される６対物レンズ５はアクチュエ
ータ（不図示）に装着されており、焦点方向及びトラッ
ク方向に変位可能に制御される。光ディスク６から反射
した光は再び対物レンズ５に入射し、平行ビームに戻さ
れ、１／４波長板４に入射する。この１／４波長板４に
は円偏光で入射する為、平行ビームは直線偏光になるが
、この時の偏光方向はディスク６に向う時の偏光方向と
は、９０’回転している為に、ＰＢＳ３にはＳ偏光で入
射し、そこで反射され、ＬＤｌからの光とアイソレート
される。

ＰＢＳ３からの反射光は、集光レンズ７とシリンドリカ
ルレンズ８を通り、これら２つのレンズの焦点位置のほ
ぼ中間に位置するディテクタ９に照射する。これらのレ
ンズの焦点距離は、光軸に平行な互いに直交する面上で
は互いに異なる。また、ディテクタ９は、上記シリンド
リカルレンズ８の円筒軸に対して４５°傾いた直交する
分割線により４分割されている（第３図参照）。

さて、これらの光学系による非点収差法とプッシュプル
法については公知であり、良く知られているので説明は
省き、プッシュプル法のレンズシフトによる影響につい
て説明する。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図は、第２図の反射光学系について図示したもので
あるが゛、ＰＢＳ３．シリンドリカルレンズ８は説明を
簡単にするために省略しである。

一般に、対物レンズ５に入射する（コリメートレンズ２
を通った）レーザビームのスポット径は、対物レンズ５
がシフトしてもこのビームがそのレンズ５から外れない
ように、対物レンズ５（ＯＬ）の、 有効径＋シフト量×２ よりも大きいのが普通である。この場合に、対物レンズ
５が、Ｕだけ光軸に直角方向にシフトすると、ディスク
６からの反射ビームは、対物レンズ５を通って、やはり
Ｕだけズレる。従って、集光レンズ７の焦点位置にない
ディテクタ９上に結ばれるビームパターンの位置はＳだ
け横ズレし、その量は、第３図にも示すように、 Ｓ＝−・（ｆ−β２） となる、ここで、ｆは集光レンズ７の焦点距離とし、β
２は集光レンズ７からディテクタ７までの距離である。

一方、前述したように、対物レンズ５に入射するレーザ
ビームのスポット径が対物レンズ５　（ＯＬ）の有効径
よりも大きいようになっているので、ディテクタ９に結
ばれるビームパターン径Ｗは、対物レンズ５の有効径を
Ｄとすると、 Ｗ＝−・（ｆ−β２　） ｆ で表わされ、結局、ディテクタ９上に結ばれるビームパ
ターンのシフトの割合は、 　　　　ｕ Ｄ となり、この式からも分るように、ディテクタの位置に
よらず（焦点位置を除いて）、一定の割合となる。第４
図はディテクタ９上に結ばれたビームのパターンを表わ
しており、対物レンズ５のシフトにより、実線のパター
ンから破線のパターンに変位する。

さて、プッシュプル法でのＴＥＳ信号は、４分割ディテ
クタ９の４つのセンサ（Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄ）からの信号に基づいて、 （Ａ＋Ｄ）　−（Ｂ＋Ｃ） で取られるために、ビームパターンの変位によって、上
記ＴＥＳ信号にオフセットが生ずることになる。

尚、シリンドリカルレンズ８の影響を考えた場合には、
ディテクタ９の分割線に対して４５°の向きのシリンド
リカルレンズ８の円筒軸と直交する面内のビームは、デ
ィテクタ９の手前で集光するために、パターンは反転し
、パターンは見かけ上、第４図に於いて下方にずれるが
、プッシュプル信号は、 （Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ） を取るため、第３図、第４図での議論に対しては、事情
は何も変らない。

以上述べたような、対物レンズ５のシフトに応じたレー
ザビームのディテクタ９上での変位に起因するＴＥＳ信
号のオフセットに対する対策として、例えば、第５図の
ように、対物レンズ５に入射する光ビームの光軸が対物
レンズ５のバックフォーカル点を通るようにして、反射
ビームの横ズレを防ぐという技術も提案されている。尚
、第５図の光学ヘッドでは、第２図のそれと同じものに
は、同じ参照番号を付しである。また、第５図の１０は
ガルバノミラ−である。しかし、この第５図のようなヘ
ッドでも、入射光が対物レンズ５に斜めに入射し、収差
が増大する他、２つのアクチュエータにより、トラック
制御するため、不具合が生じやすい。また、そのアクチ
ュエータの変位を、センサやアクチュエータ駆動電流に
より検知して、ＴＥＳ信号から対応するオフセット分の
電圧を差し引くことも考えられるが、オフセットはディ
スク反射率に比例するため、正確な補正は行えない。

そこで、本発明の目的は、光学ヘッドを構成する対物レ
ンズがトラッキングのためにシフトしても、ＴＥＳ信号
にオフセットが乗らず、正確なトラッキングが行えるこ
との可能な光学ヘッドを提案することを目的とする。

［課題を達成するための手段］ 上記課題を達成するための本発明の構成は、光ビームを
記録媒体に集光する為の対物レンズを変位させることに
より前記媒体上のトラックを追従する光学ヘッド装置に
於いて、前記対物レンズを透過した前記媒体からの反射
光光路の中で、反射光が平行光である範囲に配設され、
前記対物レンズの変位に対応して回転する平行平面透明
体と、この平行平面透明体を透過した光を集光するため
の集光レンズと、該集光レンズの焦点近傍に設けられた
光検出器とを備えたことを特徴とする特［作用］ 上記構成によると、上記対物レンズの変位量と、前記光
検出器上において結ばれる像が上記対物レンズの変位に
対して変位しないようにしたときの前記平行平面透明体
の回転量とは路線形の関係がある。

［実施例］ 以下添付図面を参照して、本発明に係る光学ヘッドの実
施例を詳細に説明する。

く第１実施例の原理構成〉 第６Ａ図に、本実施例による原理構成を示す。

この実施例に特徴的なものは、光軸上に平行平面透明板
１１が配設されていることである。尚、第２図と同じ参
照番号を有する要素は同じものとする。この実施例では
、半導体レーザ（ＬＤ）１からのビームが光ディスク６
の媒体上に集光されている光路は、第２図の従来例と同
じであるから、ここではディスク６からの反射光路につ
いて説明する。

第６Ａ図では、属波長板４を通過して円偏光になったビ
ームは、対物レンズ５のトラッキング方向変位にともな
って、該変位方向に垂直で、該対物レンズ５の光軸に垂
直な軸に対して回転する平行平面透明板１１を通り、対
物レンズ５に入射する。この時、平行平面透明板１１に
入射する光束は平行光なので、光束に収差は与えない。

対物レンズ５により、図示しないサーボ機構により光デ
ィスク６の媒体上に集光され、その反射光は、対物レン
ズ５、平行平面透明板１１、−波長板４を通り、偏光ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）３にＳ偏光で入射する。この
時、平行平面透明板１１が、トラッキングのための対物
レンズ５の変位にともなって、光ディスクへの入射光軸
と反射光軸が同一になるように、回転制御される。ＰＢ
Ｓ３によって反射した光束は集光レンズ７、シリンドリ
カルレンズ８によりディテクタ９上に集光され、ディテ
クタ９の出力信号はフォーカシングやトラッキングのサ
ーボ信号に用いられる。ディテクタ９上の反射光束位置
は、透明板１１により、対物レンズ５の変位に対しても
不変なので、対物レンズ５がどの位置にあっても正確な
トラッキング信号が得られる。

〈第２実施例の原理構成〉 第６Ｂ図に示された第２実施例は、平行平面透明板１１
をＰＢＳ３と集光レンズ７の間に配したもので、基本原
理は第６Ａ図と何ら変りはない。

但し、第６Ａ図の第１実施例の配置では、ＰＢＳ３から
光ディスク６の間の入射光軸と反射光軸は一致するので
、コリメートレンズ２による平行光束の有効径は、すく
なくとも対物レンズ５の有効径以上あれば良く、半導体
レーザ（ＬＤ）１から、対物レンズ５を射出する迄の射
出効率を高くすることができるが、大射光軸中の光学素
子を増やすことになり、更に制御する光学素子が２つに
なるので、収差を多くし、対物レンズ５による集束能力
を弱め、更に、トラッキング能力を低下させる可能性が
ある。

一方、第６Ｂ図の第２実施例では、入射光学系は第２図
の光学ヘッドと同じであり、コリメートレンズ２の有効
径は、対物レンズ５の有効径をＤとすると、少なくとも
、 Ｄ十対物レンズのシフト量×２ 以上必要であり、射出効率のアップを妨げる要因となる
ものの、それでも従来例（第２図）と同じではある。

次に、第７図、第８図により、対物レンズ５のトラッキ
ング方向シフト量χと、平行平面透明板１１の回転角θ
の関係について説明する。第８図において、対物レンズ
５のシフト量をχ、平行平面透明板１１への反射光束の
入射角をθ、屈折角をφ、平面透明板１１の屈折率をｎ
とすると、ｓｉｎ　　θ　＝ｎｓｉｎ　φ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・Ｑ　働愉　・
・　■である。一方、光束が平行平面透明板１１に入射
して射出する時、前記光束は平行移動する。そこで、レ
ンズ５の変位による光束のシフトを平面板１１により補
償するには、平行平面透明板１１に入射して射出する時
の平行移動量を対物レンズ５のシフト量χにすれば良い
。そして、平行平面透明板１１の厚さをｔとすると、そ
のための条件は、 χ　＝　ｔ　・　　（ｔａｎ　θ　−ｔａｎ　φ　）・
　　ＣＯ３ｏ　　　　ｍ−・・　・・　■である。そこ
で■式に０式を代入すると・・・・・・■ が得られる。従って、この０式が成り立つように、平行
平面透明板１１への入射角θを制御すれば、即ち、平行
平面透明板１１を回転させれば、０式は非線形関数であ
り、このままでは実用的ではない。θとχのテーブルを
もてばよいが、そのテーブルは細かいものとしなければ
用をなさず、細かいものとするためには必要データ量は
大量になる。そこで、一般に、θ（１となるように、ｔ
やｎを選べば、０式は θ〜□・χ　　　　　　・・・・・・■ｔ（ｎ−１） と近似でき、■式では、平行平面透明板１１の回転角θ
は、対物レンズ５のシフト量χに対して線形（比例）と
なる。つまり、χが任意の値をとっても、精度良くθを
選ぶことができる。そして、■式を満足するように、レ
ンズ５の回転角を選べば、ディテクタ９上でのビームパ
ターンは、対物レンズ５のシフト量の如何にかかわらず
、ずれは発生しない。

〈第２実施例の具体化〉 第１図に、第６Ｂ図の原理的に説明した実施例を、より
具体的に発展させたものの実施例を示す。第６Ｂ図の実
施例では、原理的には、回転角χが分れば、それに応じ
て角度θが決まるから、実際の対物レンズ５のシフト量
χの検出は、その対物レンズ５の駆動を行うためのアク
チュエータへの駆動電流をモニタすることによりなし、
このモニタ量に応じた電流を平面透明板１１の回転用ア
クチュエータに流しても、原理的には、ディテクタ９上
のビームはシフトしなくなる６即ち、平面透明板１１を
オーブンループで制御するのである。しかし、平行平面
透明板１１の回転を精度良く行なうには、閉ループで行
なうのがよい。そこで、第１図に示した実施例では、対
物レンズ５の位置と平面透明板１１の位置なセンサによ
り検出し、それらの位置信号の差をエラー電圧として増
幅して、この増幅した電流により平面透明板１１のアク
チュエータを駆動している。

第１図の実施例においては、非点収差法により合焦制御
を、プッシュプル法によりトラッキング制御を行う。１
２はプッシュプル方式でトラッキングするために、対物
レンズ５を回転中心１２ａの周りに、回転させるための
アクチュエータである。即ち、レンズ５が固定されたア
クチュエータ１２にはコイル１２ｃが固定されており、
一方、磁石１４はアクチュエータ１２に対して自由にな
っており、コイル１２ｃに電流が流されると、コイル１
２ｃに対して磁石１４からの磁界が作用して、アクチュ
エータ１２が軸１２ｃの周りに回転する。

また、１５はＬＥＤであり、１６は位置センサである。

このＬＥＤ　１５°及びセンサ１６はアクチュエータ１
２に対して自由である。対物レンズ５は、軸１２ａに回
動、摺動可能なアクチュエータ１２の端部に固定されて
いるので、対物レンズ５の変位量χは、アクチュエータ
１２の他端のスリット１２ｂの変位量と比例する。スリ
ット１２ｂの変位はＬＥＤ１５からの光をスリット１２
ｂを透過して、２分割の位置センサ１６上に照射するこ
とにより、位置センサ１６の２つの出力１６ａ、１６ｂ
（第９Ａ図）の差として検出されるゆ即ち、コイル１２
ｃに流される電流は周知のプッシュプル法によって規定
される電流であるが、その電流によって規定される回動
角χを、センサ１６によって直接測定するものである。

平面透明板１１は、また、この平面透明板１１はコイル
ｌｌｃとアクチュエータ１１ｅとに固定されている。即
ち、平面透明板１１．アクチュエータ１ｉｅ（ｌｉｄと
ともに）、コイルｌｌｃとは一体に、回動軸１１ｂの周
りに自由に回動する。１３は磁石であり、ＬＥＤ　１７
と位置センサ１８と共に、不図示の光学ヘッド本体に固
定されている。もし、コイルｌｌｃに電流が流されると
、磁石１３による磁界からの力により平面透明板１１は
軸１１ｂのまわりに、Ｘ矢示の方向に回動する。そして
、その回動角θは、レンズ５用のアクチュエータ１２の
場合と同じように、センサ１８によりモニタされる。即
ち、その回転角θは、ＬＥＤ　１７の光が、平行平面透
明板１１のスリットｌｌａを透過して、位置センサ１８
上に照射することにより、その２つの出力１８ａ、１８
ｂの出力差として検出される。

第９Ａ図の回路図の如く、平面透明板１１の駆動コイル
ｌｌｃには、 （１６ａ−１６ｂ）　−ｋ　（１８ａ−１８ｂ）に比例
した電流を流し、■式を満足するように通電制御するこ
とにより、対物レンズ５がトラッキングによりシフトし
ても、集光レンズ７に入射する反射光軸は変化すること
は無く、従ってＴＥＳ信号にオフセットが乗ることが無
いので正確なトラッキングが行えることになる。

尚、第９Ｂ図はトラッキングのためのコイル１２ｃに流
す電流の増幅のための回路であり、第９Ｃ図はフォーカ
シングのための回路である。

〈変形例〉 第１０図は別の実施例で、平行平面透明板１１は、対物
アクチュエータ１２に、その入射面、射出面が、前記対
物アクチュエータ１２の回転軸１２ａに平行になるよう
に固定されている。特に第１０図では対物レンズ５のバ
ランサーとしての位置に置いている。

この場合、対物レンズ５と平行平面透明板１１が同じ回
転軸１２ａの周りに同一回転角で回転するので、その回
転角をθ、回転軸１２ａと対物レンズ５の光軸迄の距離
をｒとすると、 χ＝ｒθ　　　　　　　　　　　　０目−６■になるの
で、■式を■式に代入して、 ｔ−□−−〜・　「　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・■ｎ−１ が得られる。従って第１０図のように配置することによ
り、０式を満足するように平行平面透明板１１の板厚ｔ
と屈折率比ｎを選定Ｉ７・ておけば、第１図実施例のコ
イルＩｌｃやセンサ１８等のような制御機構はなくても
、■式を満足することが可能となり、正確なトラッキン
グが容易に行える。

第１１Ａ図、第１１Ｂ図はこの実施例のためのトラッキ
ング用、フォーカシング用の回路であり、平行平面透明
板１１のための回路は必要ない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の光学ヘッドによれば、ト
ラッキングのために対物レンズがシフトしてもディテク
タ上のビームは位置変化せず、そのためにＴＥＳ信号に
オフセットが乗ることがないので正確なトラッキングが
行えうことが可能となる。

第２項の発明によれば、前記対物レンズの変位に対応し
て該平行平面透明板を回転させ、該平行平面透明板を追
従した光束の光軸が変化しないように、平行平面透明板
の角度を制御する回転制御手段を更に備えることにより
、角度制御により、正確なトラッキングが可能となる。

第３項の発明によれば、回転制御手段は、前記平行平面
透明板への反射光軸の入射角θを、θ畔−エー・Ｌ −１ｔ となるように制御することにより、制御が容易になる。

請求項第４項によれば、軸に対して回動可能なアクチュ
エータに対して、対物レンズと、平行平面透明体とを、
前記対物レンズは、このアクチュエータの一端に、前記
軸に平行な光軸な有するように固定され、前記平行平面
透明体は、前記対物レンズの光軸に垂直な光軸に対して
、入射角がＯｏになる様に前記アクチュエータに固定さ
れていて、前記媒体からの反射光は、前記対物レンズを
通り、光学ヘッド装置本体に固定されて動かない反射面
により反則し、前記対物レンズの変位がＯの時に前記平
行平面透明体に入射角略Ｏ０で入射し、平行平面透明体
からの射出光をトラック検出の為に用いる様に配置して
いるので、前記アクチュエータから対物レンズの光軸ま
での距離をｒ、平行平面透明体の外側媒質の屈折率比を
ｎとした時に、該平行平面透明板の板厚ｔは、ｔ　＝□
・　ｒ であることとなり、そのために、平行平面透明体の回転
のための制御は必要なくなる。

第５項の発明によれば、前記平行平面透明体を前記対物
レンズの重心位置に配置したことにより、バランスのよ
いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した第２実施例の構成を示す図、 第２図は１つの従来例の構成を示す図、第３図は従来例
及び本実施例に用いられた４分割ディテクタの構成を示
す図、 第４図は第２図従来例の欠点を説明する図、第５図は他
の従来例の構成を示す図、 第６Ａ図、第６Ｂ図は本発明を適用した第１実施例、第
２実施例の構成を示す図、 第７図は第１．第２実施例の動作原理を説明する図、 第８図は平行平面透明板１１の回転動作を説明する図、 第９Ａ図〜第９Ｃ図は第１図実施例に用いられるアクチ
ュエータ駆動回路の構成図、 第１０図は変形例に係る構成図、 第１１Ａ図、第１１Ｂ図は変形例に使用される駆動回路
図である。 図中、 １・・・半導体レーザ、２・・・コリメートレンズ、３
−・・偏光ビームスプリッタ、４・・・１／４波長板、
５・・・対物レンズ（ＯＬ）、６・・・光ディスク、７
・・・集光レンズ、８・・・シリンドリカルレンズ、９
・・・ＴＥＳ信号ディテクタ（ＳＰＤ）　、１０・・・
ガルバノミラ−１１１・・・平行平面透明板１１、ｌｌ
ｂ、１２ａ・・・回転中心、ｌｌａ、１２ｂ・・・スリ
ット、１１ｃ、１２ｃ、１２ｄ−・・駆動コイル、ｌｌ
ｄ、１．１ｅ、１２・・・アクチュエータ、１３．１４
・・・磁石、１５．１７・・・ＬＥＤ、１６．１８・・
・位置センサである。 第２図 第３図 第４図 第５図 第６Ｂ凶

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを記録媒体に集光する為の対物レンズを
   変位させることにより前記媒体上のトラックを追従する
   光学ヘッド装置に於いて、 前記対物レンズを透過した前記媒体からの反射光光路の
   中で、反射光が平行光である範囲に配設され、前記対物
   レンズの変位に対応して回転する平行平面透明体と、 この平行平面透明体を透過した光を集光するための集光
   レンズと、 該集光レンズの焦点近傍に設けられた光検出器とを備え
   たことを特徴とした光学ヘッド装置。
2. （２）前記対物レンズの変位に対応して該平行平面透明
   板を回転させ、該平行平面透明板を追従した光束の光軸
   が変化しないように、平行平面透明板の角度を制御する
   回転制御手段を更に備えたことを特徴とする光学ヘッド
   装置。
3. （３）前記平行平面透明板の板厚をｔ、周囲の媒体との
   屈折率比をｎ、対物レンズの変位量をχとするとき、 前記回転制御手段は、前記平行平面透明板への反射光軸
   の入射角θを、 θ≒ｎ／（ｎ−１）・χ／ｔ となるように制御することを特徴とする請求項第１項記
   載の光学ヘッド装置。
4. （４）軸に対して回動可能なアクチュエータを更に有し
   、 前記対物レンズは、このアクチュエータの一端に、前記
   軸に平行な光軸を有するように固定され、 前記平行平面透明体は、前記対物レンズの光軸に垂直な
   光軸に対して、入射角が０゜になる様に前記アクチュエ
   ータに固定されていて、 前記媒体からの反射光は、前記対物レンズを通り、光学
   ヘッド装置本体に固定されて動かない反射面により反射
   し、 前記対物レンズの変位が０の時に前記平行平面透明体に
   入射角略０゜で入射し、 平行平面透明体からの射出光をトラック検出の為に用い
   る様に配置し、 前記アクチュエータから対物レンズの光軸までの距離を
   に、平行平面透明体の外側媒質の屈折率比をｎとした時
   に、該平行平面透明板の板厚ｔは、 ｔ＝ｎ／（ｎ−１）・ｒ であることを特徴とする請求項第１項記載の光学ヘッド
   装置。
5. （５）前記平行平面透明体を、前記アクチュエータの重
   心位置が前記軸上になるように配置したことを特徴とす
   る請求項第４項記載の光学ヘッド装置。