JPH02263335A - 光学的情報記録再生装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、光ディスクなどの情報記録媒体上に情報を光
学的に記録したり、記録された情報を光学的に再生する
光学的情報記録再生装置に関し、より詳しくは光ビーム
の情報トラック追従機能を向上させた光学的情報記録再
生装置に関する。

（従来の技術） 光ディスクなどの情報記録媒体上に情報を光学的に記録
したり、記録された情報を光学的に再生する装置におい
ては、光デイスク上の情報を記録したピット列や、情報
を規則正しい位置に記録する目的で光ディスクに設けら
れた案内溝（本発明ではこれらをピット列や案内溝等を
総称して情報トラックと呼ぶ）に対して、光学ヘッドか
ら出射される光ビームを追従させる制御（オートトラッ
キング）を行なう必要がある。従来の光学的情報記録再
生装置では、集束レンズを動かしたり、揺動鏡で集束レ
ンズに入射する光ビームの入射角を変えることにより、
情報トラックと直交する方向に光ビームを動かして、オ
ートトラッキングを行なっていた。

しかしながら、このようなオートトラッキング機構を有
する光学的情報記録再生装置においては、光デイスク上
の任意の情報トラックに対して高速アクセスすべく光学
ヘッドを光ディスクの半径方向に移動させた場合、オー
トトラッキングのために設けた集束レンズの支持機構を
介して集束レンズが振動したり、あるいは揺動鏡が振動
したりすることは避けられない。このため、光ビームと
情報トラックとの間で位置ずれが生じ、高速アクセスを
困難にしていた。

また、光学ヘッドをアクセス系と共に移動する可動部と
、固定部とに分離して高速アクセス性を図った構成とし
ても、オートトラッキング機構が可動部に搭載されてい
る場合は、上記した問題点に対しては何等の改善が図ら
れない。

（発明が解決しようとする課ＷＪ） 上述したように従来の光学的情報記録再生装置において
は、光ビームを情報トラックに追従制御させるトラッキ
ング手段が機械的であるため、アクセスを高速にすれば
する程その反力によってトラッキング機構に生じる振動
が増大し、高速アクセスを阻害するという聞届があった
。

本発明は、光学ヘッドのうちアクセスに伴って移動する
可動部においてトラッキング手段の機械的な要素を排除
することで、高速アクセスを容易に実現できる光学的情
報記録再生装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は回折格子に入射する光の波長で回折角が変化す
る現象を利用し、光ビームを情報記録媒体上に集束させ
るための集束性光学素子に、回折格子によって回折され
た光ビームを入射させ、トラッキング誤差信号に応じて
レーザ光源の発振波長を制御することで、光ビームの回
折角を変えて偏向させることにより、集束性光学素子へ
の入射角を制御して集束レンズから出射される集光ビー
ムを情報トラックに追従制御せしめるようにしたことを
特徴としている。

レーザ光源の波長制御手段としては種々考えられ、例え
ば電気光学効果を持つ結晶により形成されたエタロン素
子を用い、これに半導体レーザの後方出射光を入射させ
て再び半導体レーザに帰還するようにし、エタロン素子
の結晶にトラッキング誤差信号に応じた電圧を印加して
屈折率を制御することにより、エタロン素子の光学的長
さを変える構成とすればよい。

また、半導体レーザの後方出射光を反射型回折格子及び
反射鏡からなる波長選択手段を介して帰還させ、回折格
子の角度をトラッキング誤差信号に応じて変えることに
より、発振波長を変えるようにしてもよい。

（作　用） 本発明による光学的情報記録再生装置では、レーザ光源
の発振波長をトラッキング誤差信号により制御すること
で、回折格子の回折角が変化して集束性光学素子に入射
する光ビームが偏向される。

これにより集束性光学素子から出射される光ビームの集
光位置がトラッキング誤差信号に応じた量だけトラック
幅方向に変化して、オートトラッキングが行なわれる。

この場合、レーザ光源の波長制御を機械的動作を伴なわ
ない手段、例えばエタロン素子の屈折率制御により行な
えば、光学ヘッドの可動部に波長制御手段を設けても、
アクセスに伴なう機械的振動等により媒体上で光ビーム
が振動することはない。これによりアクセスの高速化が
図られる。

また、レーザ光源の波長制御が機械的な動きを伴なう場
合でも、その波長制御機構を回折格子や集束性光学素子
から離れた位置の固定部に設けることにより、同様にア
クセス動作に伴なって媒体上で光ビームが振動すること
は避けられ、高速アクセスが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る光学的情報記録再
生装置の要部の構成図である。発振波長制御機能を持っ
たレーザ光源（例えば半導体レーザ）１から出射した光
ビームは、コリメータレンズ２で平行光となり、第１の
ビームスプリッタ３に入射する。第１のビームスプリッ
タ３で反射した光ビームは反射型回折格子４に導かれて
反射される。この反射型回折格子により反射され回折さ
れた光ビームは集束レンズ５により集光され、光ディス
ク６の記録面に微小な光スポットを形成する。

光ティスフ６の記録面で反射された光ビームは、再び集
束レンズ５を通過し、さらに反射型回折格子４で反射さ
れた後、第１のビームスプリッタ３に入射され、ビーム
スプリッタ３を透過して送光系から分離される。この送
光系から分離された光ビームは、集光レンズ７により集
束されながら第２のビームスプリッタ８によって２本の
光ビームに分割される。ビームスプリッタ８を反射した
光ビームは、光ビームに対して光デイスク６上の情報ト
ラックと平行な方向に分割線を持つ二分割光検出器９で
受光される。二分割光検出器９の二つの出力は減算器１
０に入力され、その差信号がトラッキング誤差信号とし
て得られる。このトラッキング誤差信号は、制御回路１
１を経てレーザ光源１に組込まれた発振波長１．ＩＩ御
部に加えられる。

一方、第２のビームスプリッタ８を透過した光ビームは
、フォーカス誤差検出系に供給される。

フォーカス誤差検出の具体的な方法は特に限定されない
が、本実施例では円柱レンズ１２により非点収差が与え
られた光ビームが四分割光検出器１３で受光され、この
光検出器１３の対角位置にある二つの単位検出器の出力
の和の差が減算器１４によりとられることによって、フ
ォーカス誤差信号が生成される。このフォーカス信号は
フォーカス制御回路（図示せず）を経て、集束レンズ５
を光ディスク６に垂直方向に移動させるためのレンズア
クチュエータ（図示せず）に供給され、光ディスク６の
面振れに追従制御される。すなわち、オートフォーカシ
ングが行なわれる。また、先ディスク６に記録された情
報の再生信号は、加算器１５，１６．１７によって光検
出器９，１３の出力の総和をとることにより得られる。

ここで、集束レンズ５はオートフォーカスを可能とする
ため、光ディスク６の面振れに追従するための方向にの
み可動なサスペンションによって支持されている。この
ため、第１図に示す光学ヘッド全体を光ディスク６の半
径方向に移動させてトラックアクセスを行なっても、光
学ヘッドが情報トラックと直交する方向に加振されて光
ビームが振動することはない。

次に、反射型回折格子４に入射する光の波長に応じて、
光ディスク６の記録面上の先スポットが移動する様子を
第２図を用いて説明する。同図に示すように、格子の繰
り返し周期がＰの反射型回折格子４に入射角θｌで入射
した光ビームが、回折格子４の面の方線に対してＧ０の
角度の方向に反射・回折される場合、公知のように角度
θｉ。

θ０１周期周期び光の波長λの間には、次の関係式（１
）が成立する。

Ｐ　（ｓｉｎθ　ｉ　　−５ｉｎ　　θｏ）−ｍ　　λ
　　　　−（１）（ｍ−１，２，３・・・） 但し、ｍは回折次数を表している。

今、光の波長λ１のとき、入射した光ビームが回折によ
って直角に曲げられたとすると、（２）式が成立する。

θｉ＋θ０−π／２　　　　　　・・・（２）この時、
集束レンズ５への光ビームの入射角は０°である。次に
、光の波長がλ２　（λ１くλ２）に変化すると、角度
θｉ及び周期Ｐは変わらないので、回折角は（θθ＋Δ
θ）に変化する。この時、Δθは（３）式で表わされる
。

Δθ−（λ２−λｌ）　／　Ｐ　　　　・・・（３）集
束レンズ５への入射角はΔθｒａｄとなり、光ディスク
６の記録面上の光ビームスポットの移動量Δｄは、 Δｄ−ΔθＸｆ　　　　　　　　　　　　　・・・（４
）（ｆは集束レンズの焦点距離） 光の波長の変化（λ２−λ１）によって、光ディスク６
の記録面上の光ビームスポットはΔｄだけ移動する。

以下に、具体的数値例を示す。

θｉ　−Ｇ３．４３°、θｏ　−２（ｔ、５７°　ｍｍ
１（１次回折光）、λ、−３３０ｎｔａの場合、（１）
式よりＰ　−１，８Ｇｔｔ−となる。光の波長がλ２−
８３５ｔ＋ｒａに変化すると、（３）式よりΔθ−２．
０９ｓｒａｄｓ集束レンズ５の焦点距離−４關とすると
、（４）式よりΔｄ　−１０，８μ−となる。レーザ光
源１の発振波長を５ｒｖ変化させると、光ディスク６の
記録面上の光ビームスポットを１０．８μｍ移動させる
ことができる。

第３図は第１図における発振波長制御機能を付加したレ
ーザ光源１の構成例を示したもので、半導体レーザ２１
と、球レンズ２２及びエタロン素子２３からなっている
。半導体レーザ２１はへテロ構造であり、その両端面に
反射膜２４．２５が設けられている。この半導体レーザ
２１の後方から反射膜２５を通して出射される光は、球
レンズ２２で平行光となり、エタロン素子２３に入射す
る。エタロン素子２３は電気光学効果をもつ結晶２６の
両端面に反射膜２７．２８を付けて高い波長選択機能を
持たせ、さらに反射膜２７．２８が設けられた面と直交
する面に電圧印加のための電極３１．３２を被着したも
のである。

結晶２６に電極３１．３２を介して加える電圧を変えれ
ば屈折率が変化し、エタロン素子２２の光学的な長さが
変わるので、エタロン索子２２から半導体レーザ２１に
帰還される光の波長が変化し、半導体レーザ２１の発振
波長を制御することができる。発振波長の制御をより安
定なものとするためには、エタロン素子２２と半導体レ
ーザ２１との光学的なカップリングが高くなるように、
反射８２５の反射率を低くすることが望ましい。

従って、電極３１．３２に第１図の制御回路１１からト
ラッキング誤差信号に応じた制御電圧を印加すれば、レ
ーザ光源１の発振波長がトラッキング信号に応じて変わ
るので、この発振波長の変化に伴なう反射型回折格子４
の回折角の変化によって集束レンズ５に入射する光ビー
ムが偏向され、オートトラッキングが行なわれる。

このように回折格子４と発振波長制御機能を持ったレー
ザ光源１とによって、光学的情報記録再生装置に要求さ
れる機能の一つであるオートトラッキング機能を光学ヘ
ッド内に機械的な要素を一切含まずに構成することがで
きる。従ってアクセスによる光ビームの振動要因が排除
され、従来に比較して格段に高速のアクセスを実現する
ことができる。

尚、特開昭６４−１０４２５号公報（以下、公知例とい
う）には、半導体レーザとコリメータレンズとの間に、
半導体レーザからの発振波長制御のために透過周波数可
変の周波数フィルタを内蔵した外部共振器を設け、さら
に該外部共振器からの出射光を透過させるように、入射
光の波長変化により回折角が変わり偏向作用をなすグレ
ーティングを設けた構成が示されている。しかしながら
、この構成では次の問題がある。

■外部共振器に内蔵された周波数フィルタ及び外部反射
鏡に入射するビームが球面波であり、半導体レーザの出
射光の極く僅かしか外部反射鏡を介して半導体レーザに
帰還されないため、周波数フィルタの効果が著しく悪い
。また、周波数フィルタにファブリ・ベローエタロンを
用いた構成では、ファブリ−ベローエタロンでの球面波
の多重干渉により外部共振器からの出射光はニュートン
リング状の強度分布を持つため、ディスク面のスポット
は大きくなってしまう。

■光偏向用のグレーティングへの入射光も球面波である
ため、等間隔のグレーティングでは非点収差が発生し、
またグレーティングの基板も発散光に対して傾きを持っ
て配置されるため、ここでも非点収差が発生する。これ
らの非点収差によってもディスク面のスポットは大きく
なってしまう。

このように光偏光器を設けたことによって光偏向はでき
るが、ディスク面のスポットが著しく大きくなってしま
い、光デイスク装置に要求される微小スポットが得られ
ないという新たな問題が発生する。

これに対し、本発明では反射型回折格子４が平行光の領
域、すなわちコリメータレンズ２から集束レンズ５に至
る途中に設けられているため、光デイスク６上での光ビ
ームのスポットが拡がることはなく、上述した公知例の
問題点が解決される。

また、本実施例においては回折格子４を平行光領域の中
でも特にコリメータレンズ２とビームスプリッタ３との
間（領域Ａとする）でなく、ビームスプリッタ３と集束
レンズ５との間（領域Ｂとする）に設けたことにより、
光ビームのビームシフトを小さくできる。すなわち、第
７図に示すように回折格子を領域Ａに設けた場合、集光
レンズに入射する光ビームのビームシフト量Δｈｏは、
Δ　ｈａ　　　””２　　　（Δ　θ　・　ｇ　　１　
−　八　〇　争　　ｆ　）−２Δθ（！１ｌ−ｆ）　　
　・・・（５）である。また、ビームスプリッタを反射
した後、ビームスプリッタから距ｉ１！［４）　、の位
置におけるビームシフト量Δｈ、は、 Δｈ、−Δθ・Ω、＋２Δθ（Ｎｌ−ｆ）−Δ　θ　弓
　２ 一Δθ　（２ｉ１＋　＋１）ｉ　　　２ｆ　　１２＞（
但し、＃＋＞ｆ）　　　　　　・・・（６）となる。

一方、第８図に示すように回折格子を領域Ｂに設けた場
合は、集光レンズに入射する光ビームのビームシフト量
ΔｈＯは第７図の場合と同様に、Δｈ、−２Δθ（ｊ！
Ｉ　−ｆ）　　　・・・（７）であり、ビームスプリッ
タを反射した後、ビームスプリッタから距１１１１ｇ、
の位置におけるビームシフト量Δｈ３　も、 Δｈ、−２Δθ　（！Ｉ＋　　　ｆ）　　　　・・・（
８）となる。従って、１）＋＝ｆとすることにより、ビ
ームシフトは生じない。

また、領域Ｂに回折格子を設けた場合、光ビームは光デ
ィスクへの照射時と反射時とで合計２回、回折格子を通
過するので、ビームスプリッタからの反射光のビームシ
フトは、ビームスプリッタからの距離１１３．によって
変化することもない。

なお、第７図及び第８図ではビームスプリッタの透過光
を集束レンズに入射し、また回折格子として透過型回折
格子を用いたが、第１図の実施例に示したようにビーム
スプリッタの反射光を集束レンズに入射させ、また反射
型回折格子を用いた場合も上記と同様である。

本発明の第２の実施例を第４図に示す。これは光学ヘッ
ドをアクセス系と共に移動する可動部４１と固定部４２
とに分離して、アクセス性を高めた例である。すなわち
、可動Ｎ３１は反射型回折格子４と集束レンズ５のみが
設けられ、トラックアクセス機構４３によって光ディス
ク６の半径方向に移動される。また、固定部４２には回
折格子４及び集束レンズ５以外の光学部が設けられる。

このように光学系を可動部４１と固定部４２とに分離す
ると、光ディスク６と光検出器９との距離が長くなるた
め、トラッキング素子の位置が重要となる。すなわち、
トラッキング素子が集束レンズ５から離れた位置にある
ほど、光検出器９に入射する光ビームの位置ずれが大き
くなり１．トラッキング誤差やフォーカス誤差検出にオ
フセットを生じる要因となるなど、検出特性を悪くする
。

この点、本発明におけるトラッキング素子は反射型回折
格子４であり、集束レンズ５に一番近い位置にあるので
、光検出系への影響は軽微である。

また、この実施例によれば、発振波長制御機能を持った
レーザ光源１は固定部４２内に含まれているので、機械
的な動きを伴なう波長選択機構を使うこともできる。こ
のような機械的な動きを伴なう発振波長制御機能を持っ
たレーザ光源１の構成例を第５図に示す。

第５図において、半導体レーザ５１（レーザチップ）の
後方から出射する光は、コリメータレンズ５２で平行光
となって反射型回折格子５３に入射する。この回折格子
５３による反射回折光は、反射鏡５４で反射されて再び
回折格子５３及びコリメータレンズ５２を通って、半導
体レーザ５１に帰還される。帰還される光は、反射型回
折格子５３によって波長選択されているので、回折格子
５３の角度を制御することで、半導体レーザ５１から出
射する光の波長を変えることができる。反射型回折格子
５３の一端は回動自由な固定端５５に、他端は電歪素子
５６を介して固定される。この場合、電歪素子５６に加
える電圧を制御して反射型回折格子５３の角度を変える
ことで、発振波長を制御することができる。

以上説明したように、本発明ではオートトラッキングの
ための制御対象で（レーザ光源１）とトラッキング素子
（回折格子４）とが分離しているので、アクセスと共に
移動する可動部の軽量化を図りつつ、光検出器に入射す
る光ビームの位置ずれが軽微なトラッキング系を構成で
き、高速アクセスに適した光学的情報記録再生装置を実
現することができる。

ところで、半導体レーザから出射される光ビームの拡が
り角は、多くの場合、非等方的である。

その様子を第６図に示す。光ビームは半導体レーザ６０
の接合面に平行な方向の寸法Ｗ７よりも、垂直方向の寸
法Ｗ土の方が大きい。従って、第１図または第４図にお
ける反射型回折格子４に対して、レーザ光源１から格子
の方向と半導体レーザのＷ土の方向とを一致させて光ビ
ームを入射すれば、入射角θｉと反射角θ０の違いでＷ
／を拡大することにより、レーザ光源１の半導体レーザ
から出射される光ビームを等方向光ビームにすることが
できる。

前述した具体例の反射型回折格子では、θｉ　−０３，
４３°　　θｏ　−２６，５７’であるから、光ビーム
の拡大率：ＭはＭ　−ｃｏｓθｏ／ｃｏｓθｉから、Ｍ
−２となる。半導体レーザの拡がり角の比（アスペクト
比）と光ビームの拡大率が等しくなるようにθｌ、θ０
を決めておけば、反射型回折格子４に入射した非等方的
な強度分布の光ビームは、反射回折後は等方向な光ビー
ムとなり、半導体レーザからの光の利用率を高めても、
集束レンズ５で光ディスク６の記録面上に微小な光スポ
ットを形成することになる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々変形して実施することが可能である。

例えば波長制御機能持つレーザ光源として、第１の実施
例では第３図の構成のレーザ光源を用い、第２の実施例
では第５図の構成のレーザ光源を用いたが、逆に第１の
実施例に第５図のレーザ光源、第２の実施例に第５図の
レーザ光源を用いても構わない。また、レーザ光源とし
ては波長制御機能を有するものであれば何でも良く、半
導体レーザに変えて色素レーザを用いることも可能であ
る。

また、実施例ではトラッキング素子としての回折格子に
反射型回折格子を用いたが、透過型回折格子を用いても
よい。

更に、実施例では光ディスクに適用した場合について述
べたが、光デイスク以外の他の光学的な情報記録媒体を
用いた装置にも、本発明を適用することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る光学的情報記録再生
装置では、集束性光学素子に入射す、る光ビームを回折
格子による回折光とし、レーザ光源の発振波長を制御す
ることで回折光の回折角を変え、集束性光学素子への入
射角を制御して、債報記録媒体上に集束・照射される光
ビームを情報トラックに追従制御させる構成としたこと
により、アクセス動作に起因する光ディスクの記録面上
の光ビームの振動を排除でき、更なる高速アクセスを達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る光学的情報記録再
生装置の構成図、第２図は本発明における反射型回折格
子の作用を説明するための図、第３図は本発明で使用さ
れる波長制御機能を持ったレーザ光源の一構成例を示す
図、第４図は本発明の第２の実施例に係る光学的情報記
録再生装置の構成図、第５図は本発明で使用される波長
制御機能を持ったレーザ光源の他の構成例を示す図、第
６図は半導体レーザからの出射光の説明図、第７図及び
第８図は本発明における回折格子の設置位置とビームシ
フトとの関係を説明するための図である。 １・・・波長制御機能を持ったレーザ光源、４・・・反
射型回折格子、５・・・集束レンズ（集束性光学素子）
　６・・・光ディスク、１１・・・制御回路、２１・・
・半導体レーザ、２３・・・エタロン素子、４１・・・
可動部、４２・・・固定部、４３・・・トラックアクセ
ス機構、５１・・・半導体レーザ、５３・・・反射型回
折格子、５４・・・反射鏡、６０・・・半導体レーザ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）情報記録媒体への光学的な情報記録及び該記録媒
   体からの光学的な情報再生の少なくとも一方を行なう光
   学的情報記録再生装置において、発振波長が制御可能な
   レーザ光源と、 前記レーザ光源から出射される光ビームを回折させる回
   折格子と、 前記回折格子により回折された光ビームを前記情報記録
   媒体上に集光させる集束性光学素子と、前記トラッキン
   グ誤差信号に基づいて前記レーザ光源の発振波長を制御
   することにより、前記回折格子により回折された光ビー
   ムを偏向させて、前記集束性光学素子により集光される
   光ビームを前記情報記録媒体上の情報トラックに追従さ
   せる制御手段とを具備することを特徴とする光学的情報
   記録再生装置。
2. （２）前記レーザ光源は、半導体レーザと、この半導体
   レーザからの後方出射光を半導体レーザに帰還させるよ
   うに配置された電気光学効果を持つ結晶からなるエタロ
   ン素子とにより構成され、前記制御手段は前記エタロン
   素子の結晶に前記トラッキング信号に応じた電圧を印加
   して屈折率を制御し、前記エタロン素子の光学的長さを
   変えることにより、前記レーザ光源の発振波長を制御す
   ることを特徴とする請求項１に記載の光学的情報記録再
   生装置。
3. （３）前記レーザ光源は、半導体レーザと、この半導体
   レーザからの後方出射光を反射させる反射鏡と、この反
   射鏡と前記半導体レーザとの間に設けられた反射型回折
   格子とを有し、 前記制御手段は反射型回折格子の角度を前記トラッキン
   グ信号に応じて変化させることにより、該反射型回折格
   子を介して半導体レーザに帰還される光の波長を変化さ
   せて前記レーザ光源の発振波長を制御することを特徴と
   する請求項１に記載の光学的情報記録再生装置。
4. （４）前記レーザ光源は半導体レーザを含み、前記回折
   格子はその格子の方向が半導体レーザの接合面の方向と
   直交するように配置されることを特徴とする請求項１、
   ２または３に記載の光学的情報記録再生装置。