JPH03209634A - 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、光ディスク、光カードなどの光記憶媒体も
しくは光磁気記憶媒体等の情報担体に記憶される光学情
報を記録・再生あるいは消去可能な光ヘッド装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

高密度・大容量の記憶媒体として、ビット状パターンを
用いる光メモリ技術は、コンパクトディスク、ビデオデ
ィスク、文書ファイルディスク。

さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ、実用化さ
れてきている。

ミクロンオーダに絞られた光のビームを介して、情報の
記録および再生が高い信幀性のもとに首尾よく遂行され
るメカニズムは、ひとえにその光学系に因っている。

このような光ヘッド装置の基本的な機能は、（１）回折
限界の微小スポットを形成する集光性、（２）前記光学
系の焦点制御とピット信号検出、および（３）同トラッ
キング制御の３種類に大別される。これらは、目的およ
び用途に応じて、各種の光学系ならびに光電変換検出方
式の組合せによって実現されている。

第６図は、特開昭６２−０９７１４１号に示されている
光ヘッド装置の一例を示すものである。同図において、
半導体レーザの光′ａ８０からの発散ビーム８１は、往
路では回折素子であるホログラム素子８２の０次回折光
が集光光学系であるレンズ８３により光ディスク等の光
記憶媒体となる情報担体８４上に集光される。情報担体
８４で反射・回折されたビームは、再びレンズ８３を逆
に進んで、ホログラム素子８２に入射する。ホログラム
素子８２は２つの領域８５．８６から構成され、ホログ
ラム素子８２の領域８５からの１次の回折光８７はフォ
トディテクタ８９．９０で検出し、ホログラム素子８２
の領域８６からの１次の回折光８８はフォトディテクタ
９１．９２で検出する。

ホログラム素子８２とフォトディテクタ８９〜９２の配
置を分かりやすく示したものが第７図である。ホログラ
ム素子８２の空間周波数軸９３とフォトディテクタ８９
．９０の分割線９４およびホログラム素子８２の空間周
波数軸９５とフォトディテクタ９１．９２の分割線９６
とは各々平行となるように配置することによって、光源
８０の波長変化に依存するホログラム素子８２からの回
折光８７．８８の回折角の変化を許容している。

そして、フォーカス誤差信号（以下ＦＢ倍信号いう）は
ダブルナイフェツジ法、トラッキング誤差信号（以下Ｔ
Ｅ倍信号いう）はプッシュプル法、情報信号（以下ＲＦ
倍信号いう）は各フォトディテクタ８９〜９２の出力を
総和することにより検出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ダブルナイフェツジ法を用いて信号の検
出を行う場合、光源８０からのビーム８１が情報担体８
４上で焦点を結ぶときにホログラム素子８２からの回折
光８７．８８もフォトディテクタ８９〜９２上で焦点を
結ぶため、フォトディテクタ８９〜９２上の回折光は数
μｍ程度の大きさとなり、フォトディテクタ８９〜９２
と回折光８７．８８の位置関係は極めて厳しい精度が要
求されるという問題があった。

また、実際に組立を行う場合には、光源８０とフォトデ
ィテクタ８９〜９２の位置関係に誤差が含まれる。その
誤差がホログラム素子８２の領域分割線９７と直交する
方向成分は、ホログラム素子８２を僅かに回転調整する
ことにより吸収することができる。しかし、その誤差が
分割線９７と平行な方向成分は、ホログラム素子８２を
回転させても緩和することができず、良好なＦＥ倍信号
得られなくなる。

しかも、ホログラム素子８２の領域分割線９７と直交す
る方向に光源８０の位置誤差がある場合に、ホログラム
素子８２の回転によって位置合わせができても、実際に
は２つの回折光８７．８８の強度が等しくなくなり、Ｔ
Ｅ倍信号オフセントが発生して安定なトラッキング制御
を行なうことができな（なるという別の問題が生じる。

特にコンパクトディスクに記録された情報を再生する場
合、ＴＥ倍信号与えるオフセントの影響は大きい。

このようにダブルナイフェツジ法の場合、フォトディテ
クタ８９〜９２と回折光８７．８８の位置および光源８
０とホログラム素子８２の位置が最適点から僅かに異な
っただけで、ＦＥ倍信号質が劣化して良好なサーボ動作
を行えなくなる。

ところで、光ｔＡ８０とフォトディテクタ８９〜９２を
１つのパッケージに収納したハイブリッド素子を作製し
て光ヘッド装置を構成すると、小形、軽量化を図ること
ができる。しかし、これを実現するためには、前記した
ようにハイブリッド素子における光源８０とフォトディ
テクタ８９〜９２の位置を数μｍのオーダーで正確に配
置しなければならない。このような精度を実現すること
は難しく、たとえ実現できたとしても極めて高額な生産
設備が必要であり、当然ハイブリッド素子のコストも割
高になるという課題があった。

したがって、この発明の目的は、光源とフォトディテク
タとの許容組立誤差を大幅に緩和でき、安定なフォーカ
ス誤差信号を簡単に得ることができる光ヘッド装置を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）の光ヘッド装置は、光源と、この光源から
のビームを受けて情報担体に収束入射する集光光学系と
、前記情報担体から出射するビームを受けて回折光を発
生する回折素子と、この回折素子の空間周波数軸と略平
行な複数の分割線により３分割されて前記回折素子から
の回折光を中央のフォトディテクタおよびその両側のフ
ォトディテクタにまたがるように集光可能なフォトディ
テクタユニットとを備えたものである。

請求項（２）の光ヘッド装置は、請求項＋１）において
、前記回折素子の前記情報担体からのビームを受ける範
囲の一部にトラッキング誤差信号検出用の回折光を得る
ための回折格子を有し、前記フォトディテクタユニット
は前記回折格子の前記回折光を受けるフォトディテクタ
を有するものである。

〔作用〕

請求項（１）の光ヘッド装置によれば、フォーカス誤差
信号はフォトディテクタユニットの両側のフォトディテ
クタの出力の和と中央のフォトディテクタの出力との差
動演算により検出し、トラッキング誤差信号は両側のフ
ォトディテクタの出力の差動演算により検出し、さらに
情報信号は全てのフォトディテクタの出力の総和により
それぞれ検出する。このように、１つのビームを用いて
フォーカス誤差信号の検出を行うことにより、光源とフ
ォトディテクタユニットのフォトディテクタの分割線の
方向の位置誤差はフォトディテクタの大きさの範囲内に
許容できるので、従来例と比較して・光源とフォトディ
テクタとの許容組立誤差を大幅に緩和でき、かつホログ
ラム素子をわずかに回転することにより安定なフォーカ
ス誤差信号を簡単に得ることができる。

請求項（２）の光ピツクアップヘッド装置によれば、ト
ラッキング誤差信号検出用の回折光を得るための回折格
子を回折素子の一部に有し、前記回折格子の前記回折光
を受けるフォトディテクタをフォトディテクタユニット
に有するため、請求項ｆｉｌの作用のほか、フォーカス
誤差信号に混入するトラッキング誤差信号を極めて少な
くすることができるので安定なサーボ特性が得られる。

〔実施例〕

この発明の第１の実施例を第１図ないし第３回に基づい
て説明する。第１図は第１の実施例による光ヘッド装置
の概略構成を示し、第２図は光源およびディテクタユニ
ットの平面図を示し、第３図はディテクタユニットの表
面の光スポットの詳細を示す。

第１図において、１は準単色もしくはコヒーレントビー
ムを発する半導体レーザ（例えば波長λ−７８０ｎｍ）
を実施例とする光源、２は光源１等を収納したパンケー
ジ、３は光源１等を装着しかつ光ｒＡ１から発生する熱
の放熱体を兼用するブロック、４は光ディスク等の光記
憶媒体となる情報担体、４ａはその基板、４ｂは保護膜
、５はブロック３に装着され光源ｌと同じパフケージ２
に収納されて回折光１３を受光するフォトディテクタユ
ニット、６は回折素子の実施例であって１つの焦点を有
する回折光１３の波面を再生可能なホログラム素子であ
る。７は光源ｌのビームを情報担体４上に微小スポット
に収束する集光光学系である有限焦点系の集光レンズ、
８は焦点制御用のアクチュエータ、９はトラッキング制
御用のアクチュエータ、１０はパンケージ２に収納され
た光源ｌおよびフォトディテクタユニット５を外部回路
と接続可能にする接続端子である。

光源１から発したビーム１）はレンズ７で情報担体４上
に集光される。ホログラム素子６は光源１とレンズ７の
間に介在して、往路ではその０次回指光１２が情報担体
４上に集光される。情報担体４上で反射されたビームは
復路で再びレンズ７を通過した後ホログラム素子６に入
射して、０次回指光の他に、軸外にＦＥ信号を得るため
の１つの焦点を持つ回折光１３を生成し、回折光１３は
フォトディテクタユニット５で受光する。

ここで、回折光１３は、情報担体４上に焦点が正しく結
ばれているときには、レンズ７の光軸に垂直なフォトデ
ィテクタユニット５の受光面１４の後ろ側の面１５に焦
点を結ぶようにホログラム素子６を設計している。また
ホログラム素子６のパターンは、光源１および面１５に
ある焦点を光源の位置とした２つの発散球面波の干渉パ
ターンにより得られ、したがって、ホログラム素子６の
作製は三光束干渉法やコンピュータを用いたＣＧＨ等の
周知の技術で容易に実現できる。

なお、ここではホログラム素子６からの回折光Ｉ３の焦
点面をフォトディテクタユニット５の後ろ側の面１５に
設計しているが、必要であればホログラム素子６からの
回折光Ｉ３の焦点面をフォトディテクタユニット５の前
側の面に設計しても、この発明においてなんら問題は発
生しない。受光面１４と面１５の距離δはフォーカス引
き込み範囲を与えるパラメータであり、通常数十μｍ〜
数ｎ程度とする。

ホログラム素子６からの回折光１３の様子は第２図に示
すように、ホログラム素子６の空間周波数軸すなわち回
折光１３の回折方向１６とフォトディテクタユニット５
を構成する複数のフォトディテクタ１７〜１９の分割Ｍ
２０．２１の方向とが大略平行となるようにフォトディ
テクタユニット５を配置することによって、光ｆＡ１の
波長変動によるホログラム素子６からの回折光１３の回
折角の変化がＦＥ倍信号与える影響を回避している。

また、各フォトディテクタ１７〜１９は短冊形状の１次
元アレイ状に形成することにより、光源１とフォトディ
テクタユニット５をブロック３に固定する際の位置誤差
の許容範囲を広くし、光源１とフォトディテクタユニッ
ト５とをパッケージ２に収納する組立製造時の無調整化
を実現可能にしている。例えば、フォトディテクタユニ
ット５のフォトディテクタ１７〜１９の分割［２０，２
１の方向に位置誤差がある場合には、フォトディテクタ
１７〜１９の物理的な大きさの範囲でその誤差を許容し
得る。また、フォトディテクタ１７〜１９の分割線２０
．２１とは直交する方向に光源１がずれてブロック３に
取り付けられた場合には、光ヘッド装置を組み立てる際
、ホログラム素子６を僅かに回転させてホログラム素子
６からの回折光１３の中心位置がフォトディテクタ１８
の中心ｖＡ２２上に位置するように調整するだけで良好
な信号が得られる。

さらに、情Ｉｇ担体４の溝もしくは溝と等価的なピット
列からの回折によるファーフィールドパターン２３．２
４がそれぞれフォトディテクタ１７１９上に存在するよ
うに情報担体４に対して光ヘッド装置を配置する。２５
はフォトディテクタユニット５および光源１をパンケー
ジ２の接続端子１０と接続するポンディングワイヤーで
ある。

第３回は第１の実施例におけるフォトディテクタユニッ
ト５と回折光１３を表したもので、同図（ｂｌは情報担
体４に対して０次回指光１２が合焦点となっている場合
の回折光１３の様子を示し、フォトディテクタ１７〜１
９にまたがるように集光している。同図＋ａｌおよび同
図（Ｃ１はそれぞれ情＠担体４の前後方向にデフォーカ
スしている場合のフォトディテクタユニット５上におけ
る回折光１３ａ１３ｂの様子を示している。

そして、ＦＥ倍信号、フォトディテクタ１７゜１９の出
力和からフォトディテクタ１８の出力の差動演算を行な
うことにより得られる。また、ＴＥ信号はフォトディテ
クタ１７．１９の差動出力をとることにより得られる。

さらにＲＦ倍信号各フォトディテクタ１７〜１９の出力
を総和することにより得られる。

この実施例によれば、光源１とフォトディテクタ１７〜
１９とを１つのパッケージ２に収納するハイブリッド素
子の組み立て許容公差が非常に大きくなり、前記ハイブ
リッド素子の生産設備に比較的精度の粗い低コストの機
械が使用でき、さらに歩留まりが高くなるのでハイブリ
ッド素子の低価格化が実現でき、したがって光ヘンド装
置の生産性の改善と低価格化をもたらすことができる。

さらに、フォトディテクタ１７〜１９の位置調整は無調
整となり、光ヘッド装置における調整はホログラム素子
６をわずかに回転させるだけという程度に簡素化される
。

この発明の第２の実施例を第４図および第５図に示す、
すなわち、この光ヘッド装置は、ホログラム素子６′に
情報担体４からのビームを受ける範囲の一部にＴＥ信号
検出用の回折光２８．２９を得るための一対の回折格子
３２．３３を有し、フォトディテクタユニット５′は３
分割されたフォトディテクタ１７’〜１９′および回折
格子３２゜３３の回折光を受ける一対のフォトディテク
タ３９゜４０を有するものである。

すなわち、第４図はホログラム素子６′の機能領域を、
第５図はホログラム素子６′からの回折光２７〜２９と
回折光２７〜２９を受光するフォトディテクタユニット
５′の様子を表わしており、このホログラム素子６′と
フォトディテクタユニット５′は、それぞれ第１の実施
例のホログラム素子６とフォトディテクタユニット５に
置き換えることができる。

第４図のホログラム素子６′の機能領域において、領域
３０．３１はＦＥ信号を得るための１つの焦点を有する
回折光２７を発生させるためのパターン領域であり、第
１の実施例のホログラム素子６と同様のパターンである
０回折格子３２．３３は前記したようにＴＥ傷信号得る
ための回折光２８゜２９を発生させる。３４〜３６は非
ホログラム領域である。ここで、情報担体４の溝もしく
は溝と等価的なピント列からの回折によるファーフィー
ルドパターン３７．３８が第４図に示すようにホログラ
ム素子６′の回折格子３２．３３の領域を各々含むよう
に情報担体４に対して光ヘッド装置を配置する。

そして、ＦＥ信号は第５図に示すフォトディテクタ１７
’、１９’の出力和とフォトディテクタ１８′の出力の
差動演算により、ＴＥ傷信号フォトディテクタ３９．４
０の出力の差動演算により、ＲＦ信号はフォトディテク
タ１７′〜１９　’　、　３９゜４０の出力和によりそ
れぞれ得られる。

この第２の実施例によれば、ホログラム素子６′からの
回折光２７の中心位置がフォトディテクタ１８′の中心
からずれている場合や回折光２７に収差がある場合等で
もＦＥ信号に混入するＴＥ傷信号極めて少ないので、安
定なサーボ特性が得られる。

〔発明の効果〕

請求項（１）の光ヘッド装置は、３分割されたフォトデ
ィテクタにまたがるように回折素子の回折光を集光して
、１つのビーム光を用いてフォーカス誤差信号等の検出
を行うことにより、従来例と比較して、光源とフォトデ
ィテクタとの許容組立誤差を大幅に緩和でき、かつホロ
グラム素子をわずかに回転することにより安定なフォー
カス誤差信号を簡単に得ることができ、したがって光ヘ
ッド装置の生産性を飛躍的に向上することができるとい
う効果がある。

請求項（２）の光ヘッド装置は、トラッキング誤差信号
検出用の回折光を得るための回折格子を回折素子の一部
に有し、前記回折格子の前記回折光を受けるフォトディ
テクタをフォトディテクタユニットに有するため、請求
項（１）の効果を有するとともに、フォーカス誤差信号
に混入するトラッキング誤差信号を極めて少なくするこ
とができるので安定なサーボ特性が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の第１の実施例の説明図、第２図は光
源およびフォトディテクタユニットを示す概略平面図、
第３図はホログラム素子からの回折光のフォトディテク
タ上における様子を示す説明図、第４図は第２の実施例
のホログラム素子の説明図、第５図は第２の実施例にお
いてフォトディテクタユニット上におけるホログラム素
子からの回折光を示す説明図、第６図は従来例の説明図
、第７図はホログラム素子とフォトディテクタを説明す
る説明図である。 １・・・光源、４・・・情報担体、５・・・フォトディ
テクタユニット、６・・・回折素子であるホログラム素
子、７・・・集光光学系であるレンズ、１）・・・ビー
ム、１３・５回指光、１７〜１９・・・フォトディテク
タ第 １ 図 １３・・・回折光 第 図 第 ４ 図 記 １７′ ７１Ｂ ９ ９ 菊 第 図 ＩＱ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、この光源からのビームを受けて情報担体
   に収束入射する集光光学系と、前記情報担体から出射す
   るビームを受けて回折光を発生する回折素子と、この回
   折素子の空間周波数軸と略平行な複数の分割線により３
   分割されて前記回折素子からの回折光を中央のフォトデ
   ィテクタおよびその両側のフォトディテクタにまたがる
   ように集光可能なフォトディテクタユニットとを備えた
   光ヘッド装置。
2. （２）前記回折素子は、前記情報担体からのビームを受
   ける範囲の一部にトラッキング誤差信号検出用の回折光
   を得るための回折格子を有し、前記フォトディテクタユ
   ニットは前記回折格子の前記回折光を受けるフォトディ
   テクタを有する請求項第（１）項記載の光ヘッド装置。