JPH0512769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は光学式情報記憶媒体への情報の記
録／再生に用いられる光学式ヘツド装置であつ
て、トラツキングセンサとして光デイスク上に複
数個のスポツトを集光する、いわゆる３ビーム方
式の光学式ヘツド装置に関するものである。

［従来の技術］ 第５図には従来の光学式ヘツド装置の構成が示
されている。図において、１はレーザ光源である
半導体レーザ（以下LDという）、３はLDの出射
レーザ光束２を回折し３つのビームに分離する回
折格子、４は光束を反射して集光レンズ５に入射
させる平板状ビームスプリツタであり、従来では
回折格子３とビームスプリツタ４にて回折分離手
段を構成する。６は集光レンズ５を透過した光束
の集光点付近に置かれた光学式情報記憶媒体（以
下光デイスクという）、７は光デイスク６に記録
された情報であるピツト、８はピツトの列よりな
るトラツクであり、例えばこのトラツク８は光デ
イスク６に幅約0.5μｍ、ピツチ1.6μｍでスパイラ
ル状に刻み込まれており、このトラツク８に直径
約1.6μｍの光スポツト９を追従させることによ
り、光デイスク６に記憶されている情報を読取る
ことができる。

また、１０は光デイスク６によつて反射され、
集光レンズ５及びビームスプリツタ４を透過した
光束を受光して、光電変換する光検知器、１２，
１３は減算器、１６は加算器である。

従来の光学式ヘツド装置は以上の構成から成
り、以下にその動作について説明する。

前記LD１を出射した光束２は回折格子３によ
つて回折され、ビームスプリツタ４の表面で反射
された後に、集光レンズ５によつて光デイスク６
の情報面上に斜線で示した３つの光スポツト９
ａ，９ｅ，９ｆが集光される。

この３つの光スポツト９ａ，９ｅ，９ｆのそれ
ぞれの中心を結ぶ線は、トラツク８の軌跡方向に
対して、僅かに傾くように前記光学系装置が配置
されている。そして、光デイスク６に集光した光
は情報面により反射され、集光レンズ５を再透過
した後に、ある角度をもつて配置されたビームス
プリツタ４を透過する。従つて、ビームスプリツ
タ４から出射される光束は、公知のように非点収
差、つまり子午光線、球欠光線に対して別々の焦
線を形成する収差が与えられ、この光束は光検知
器１０に入射される。

また、光検知器１０はデイスク上の集光スポツ
トが合焦状態にあるときに中心ビームすなわち０
次回折光（スポツト９ａに対応する）の反射光束
が最少錯乱円となる光軸方向位置に置かれてい
る。そして、光検知器１０は、第５図ｂに示され
るように、３ビームを６箇所で検知するようにし
ており、３ビームのうち中央のビーム（０次光）
は４分割された検知部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，
１０ｄにより、また両側のビーム（±１次光）は
それぞれ独立した検知部１０ｅ，１０ｆにより受
光される。

周知のように、両側の検知部１０ｅ，１０ｆの
出力を減算器１３によつて差動演算することによ
り、中央のスポツト９ａとトラツク８の位置ずれ
が検知でき、この検知信号はトラツキングエラー
信号として端子１４から出力される。従つて、こ
のトラツキングエラー信号により、ここでは図示
しないトラツキングアクチユエータが駆動制御さ
れ、スポツト９ａがトラツク８の中心に正しく位
置するように補正される。

更に、中央の４分割検知部の出力は、対向する
検知部１０ａ及び１０ｃと１０ｂ及び１０ｄを減
算器１２に供給することにより差動演算が行わ
れ、この信号はフオーカスエラー信号として出力
端子１５から取出されており、光デイスク上光ス
ポツトの焦点ずれを検知し不図示のフオーカスア
クチユエータにより焦点ずれが補正される。

この場合の焦点ずれ検出方法は非点収差法によ
り行わる。すなわち、第５図ｂに示されるよう
に、光デイスク上のスポツトが合焦状態１１ａの
ときは最少錯乱円となつて、略円形状態となる
が、ヘツド装置と光デイスク６の距離の変化によ
り生ずる焦点ずれが起こると、光検知器１０上の
スポツトが破線で示されるように縦長及び横長の
楕円形に変形する。従つて、変形した楕円形を電
気的に検出することにより焦点の位置ずれを検出
することができる。

そして、４分割検知部１０ａ〜１０ｄの出力を
加算器１６により加算した出力は、ヘツト装置の
本来の機能である記録／再生のための信号に用い
られ、光デイスク６からの再生信号は端子１７か
ら出力され不図示の処理回路にて情報の読取りが
行われる。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述したように、従来の３ビーム方式の光学ヘ
ツド装置では、光デイスク６上に集光する３つの
回折光のうち両側に位置する±１次光を受光する
光検知器１０ｅ，１０ｆの差動出力によりトラツ
キングエラー信号を得ていたが、この場合、この
±１次光は０次光と同様にほぼ回折限界の集光特
性を有しており、第５図ｃに示されるように、０
次光のスポツト９ａに比べて±１次光のスポツト
９ｅ，９ｆがトラツク８の上下に微小量ずれては
いても、光デイスク６に記録された情報をも再生
するという問題があつた。

すなわち、光検知器１０の検知部１０ｅ又は１
０ｆの出力は、光デイスク６上の±１次光のスポ
ツト９ｅ，９ｆの間隔に対応する時間差がある
が、それぞれが０次光のスポツト９ａの前後のデ
イスク再生情報を含んでいる。

しかも、一般に±１次光のそれぞれの再生出力
には相関関係がないため、減算器１３の出力にも
±１次光のデイスク情報再生出力の成分が含まれ
る。従つて、減算器１３の端子１４の出力に含ま
れる上記再生出力成分はトラツキングエラー信号
に対するノイズ成分となり、特にDC〜10KHz程
度のトラツキングサーボ帯域に混入する再生出力
成分はトラツキングサーボを正確に動作をさせる
上での大きな障害要因となつていた。

そこで、従来では、トラツキングエラー信号へ
の再生出力の混入を軽減するため、３ビームのデ
イスク情報トラツクに対する設定角度を変えてト
ラツキングエラー信号の検出感度が最大となる値
からずらす方法が行われている。

この方法について第５図に基づいて説明する。

トラツキングエラー信号の検出感度は、スポツ
ト９ｅ，９ｆのトラツク８と直交する方向へのず
れ量がトラツク間隔の約1/2となる場合に最大と
なるが、通常では端子１４の出力を入力するサー
ボ回路の負担を軽減する意味で３ビームの回転位
置をトラツキングエラー信号の検出感度が上記最
大となる点に設定する。

ところが、このような３ビームの位置関係で
は、前述しように、端子１４の出力中に再生信号
が大きく混入するので、これを避けるために、±
次光のスポツト９ｅ，９ｆのトラツク８と直交す
る方向へのずれ量が大きくなるように、つまりス
ポツト９ｅ，９ｆとトラツク８の成す角度がより
大きくなる方向に３ビームの回転位置をずらして
設定している。

従つて、±１次光のスポツト９ｅ，９ｆはトラ
ツキングエラー信号の最大点設定の場合と比較し
て、よりトラツク間の部分に重なる面積が多くな
り、これによりトラツキングエラー信号への再生
信号の混入が減少する。

しかしながら、このような方法では、トラツキ
ングエラー信号検出感度が減少するという問題が
あり、また３ビーム設定角変動に対するトラツキ
ングエラー信号の検出感度変化が大きくなる、設
定角度誤差の許容値が狭くなるという問題があつ
た。

従つて、３ビーム方式の光学式ヘツド装置にお
いて、トラツキングエラー信号の再生信号混入を
軽減することのできる有効な装置の実現が要請さ
れている。

［発明の目的］ この発明は、上記問題点を解決するために為さ
れたもので、第１に、±１次回折光によるデイス
ク情報の再生を極めて小さくすると同時に、３ビ
ームのトラツクに対する設定角をトラツキングエ
ラー信号出力の最大点に設定して０次光とトラツ
クとの位置ずれを良好に検出できる光学式ヘツド
装置を得ることを目的とする。

第２に、本発明は従来のように１個の独立した
回折格子の使用せず、光学系の部品点数の削減及
び低コスト化を図ることのできる光学式ヘツド装
置を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明にかかる光学式ヘツド装置は、回折分
離手段が均一周期の直線縞軌跡から成る回折格子
を第１の面に形成した光束分離素子を含み、情報
記憶媒体上における分離光束の集光スポツトが前
記第１の面の子午面内近傍に存在するように光束
分離素子を配置する。そして、情報記憶媒体上の
０次回折光が合焦状態にあるときに±１次光が情
報記憶媒体上の略トラツク方向に沿つて存在する
焦線スポツトとして集光されるように構成するこ
とを特徴とする。

従つて、直線等ピツチの回折格子を有する光束
分離素子は光源からのレーザ光束を反射させて０
次、±１次の回折光を発生させ、また回折格子へ
の入射角が0°以外の角度となつており、集光され
る光デイスク上の３ビームが回折格子のほぼ子午
面（以下メリジオナル面という）内に存在するこ
とになる。

また、本発明の光束分離素子は、従来装置にお
ける平板ビームスプリツタの機能、つまり光源か
らのレーザ光とを３つの回折光ビームに分離する
働きと、デイスク反射光に対して非点収差を付与
する機能を有するものである。

［作用］ この発明における光学式ヘツド装置では、光源
から出射される光束が光束分離素子の回折格子に
斜め入射されると、この回折格子によつて３つの
ビームが回折形成され略メリジオナル面内に含ま
れるような３つの光スポツトとしてデイスク上に
集光される。そして、格子傾きがほぼ格子の縞に
沿つた軸を中心に回転するように与えられるため
に、光デイスク上に形成された±１次光に大きな
非点収差が発生する。

しかも、光デイスク上の０次光が合焦状態にあ
るときに、±１次光はトラツク方向に沿つて存在
する焦線（以下サジツタル焦線という）スポツト
として集光する。

従つて、±１次光に対するデイスク情報再生出
力の混入が大幅に減少し、焦線長さをデイスク記
憶情報の最大周期よりも長くした場合には、原理
的にトラツキングエラー信号への再生信号混入が
なくなる。

そして、この光束分離素子は従来の平板ビーム
スプリツタ及び回折格子の両者の役割をするの
で、従来の装置で用いられている独立した１個の
回折格子が不要となる。

［実施例］ 以下、この発明の１実施例を図に基づいて説明
する。

第１図には本発明にかかる光学式ヘツド装置が
示されているが、従来装置（第５図）との相違点
は、回折分離手段としての回折格子３及び平板ビ
ームスプリツタ４が本発明における光束分離素子
４０にとつて代り、独立した回折格子３がなくな
つたことである。

前記光束分離素子４０は回折格子３０ａは、第
１の面３０においてｚ方向に直線状に走る縞から
なり、かつその格子軌跡が一定周期ｐをもつ等ピ
ツチ格子となつている。そして、この光束分離素
子４０はLD１からの光束に対して45°の角度をも
つて配置されている。従つて、このような光束分
離素子４０の第１の面３０に対し、LD１の出射
光の中心光線（１点鎖線で示す）が斜め入射して
反射回折されると、回折された０次光、±１次光
が光デイスク６のピツト７上に集光されることに
なる。

この場合、第１図のxy平面が平板光学素子で
ある光束分離素子４０のメリジオナル平面に相当
する。

また、詳細は後述するが、等ピツチの回折格子
３０ａに発散光束（又は収束光束）が入射する
と、±１次回折光には非点収差が発生し、０次光
集光点の位置は±１次光のサジツタル焦線に相当
する。このため、光デイスク上の±１次光スポツ
ト９ｅ，９ｆは、図に示されるように、トラツク
８方向に沿つて存在する焦線スポツトとなる。

そして、前記回折光である３つのビームのスポ
ツトはトラツク８に対して微小角傾けて設定され
ており、これは回折格子３０ａの縞軌跡の方向を
図のｚの方向から微小角ずらすことにより、また
LD１、光束分離素子４０、集光レンズ５からな
る光学系をｙ軸回りに微小角回転させることによ
り、実現することができる。このようにして、０
次光のスポツト９ａをトラツク８の中心位置に、
また±１次光のスポツト９ｅ，９ｆをトラツク８
に対して上下にトラツク間隔の約半分ずれた状態
に設定することができる。

なお、本発明における他の構成部分は第５図で
説明した従来例と同様であり、これらの説明は省
略する。

次に、上記光束分離素子４０の第１面３０に形
成された回折格子３０ａの作用を第２図及び第３
図に基づいて説明する。

第２図は、斜め入射型の回析格子３０ａの±１
次光について光線追跡により解析するためのモデ
ル図である。図において、光源であるLD１によ
り回折格子３０ａに至る主光線長をｌ、回折格子
ピツチをｐ、格子傾き角（すなわち主光線入射
角）をθとし、格子の縞方向は紙面に垂直方向と
する。また、図中の破線が±１次回折光を表して
おり、便宜上、透過回折であるかのように図示し
ているが、反射回折であつても同じ結果となる。

ここで、図のように±１次回折光を光線の進行
方向とは逆方向（図の左側）にたどると、光源と
同一面に±１次の（仮想）集光点が形成されてい
るのが理解される。

第３図には、上記光線追跡によつてシユミレー
トした光源面の±１次光束のスポツトダイアグラ
ムが示され、このシユミレート計算の際のパラメ
ータ条件は、ｌ＝６mm、ｐ＝66.2μｍ、θ＝45°と
し、また光源を出射する光束のNA（開口数）は
0.09とする。

第３図によれは、＋１次光は約35μｍ、−１次光
は約33μｍの焦線となつていることがわかる。こ
の場合、第２図におけるｚ軸方向（サジツタル方
向）の光線挙動は回折格子３０ａの影響を受けな
いので、上記±１次光の焦線はサジツタル焦線と
なる。

このように、光源面で仮想的に観測される±１
次光がサジツタル焦線となるので、光源と共役な
面となるデイスク情報面における±１次光のスポ
ツト９ｅ，９ｆはサジツタル焦線となり、焦線方
向がほぼトラツク８の方向に一致することにな
る。

そして、本発明では、前記焦線長さが重要な意
味を有しており、この焦線長さについて具体的な
数値をあてはめて説明する。

集光レンズ５による光デイスク６への集光光束
のNAを0.45（ヘツド装置の代表的な値である）と
すると、前記光源側NAが0.09であるから、光デ
イスク上の焦線長さは＋１次光に対して35×
0.09／0.45≒7μｍ、−１次光に対して33×0.09／
0.45≒6.6μｍとなる。例えばCD（コンパクトデイ
スク）の規格によると、デイスク情報の最長周期
Ｌ（すなわち最小ピツト、最長のランドを組合せ
た長さ）は6.6μｍである。そして、再生スポツト
のトラツク方向長さがＬよりも大きい場合には、
原理的に再生信号が得られない。

従つて、上記±１次光はいずれもデイスク上焦
線長さが6.6μｍ以上であるから、±１次光には再
生信号の混入が原理的になくなることになる。も
ちろん、前記焦線長さによらなくても、本発明に
よれば、焦線スポツトを形成することにより、±
１次光への再生信号の混入が低減されることにな
り、必ずしも焦線長さをＬよりも長くしなければ
ならないというわけではない。

実施例では、再生信号の混入を可能な限り防止
するため、焦線長さをデイスク記録信号の前記最
長周期Ｌより大きくしており、次にこの焦線長設
定について説明する。

まず、光源側光線に発生する非点隔差の計算を
第４図に基づいて説明する。

第４図では、回折格子３０ａに収束半角αで図
に示されるＢ点に収束入射する光線を実線で示
し、一次回折光を破線で示している。ここで、Ａ
点は０次光主光線の入射点であり、回折角をφ₁、
１次光のメリジオナル集光点をB′としている。
そうすると、回折角φ1は格子ピツチｐ、入射角
θ、光の波長λにより次式で表される。

φ₁≒λ／pcosθ …(1) また、図において、＝ｌ、′＝l′とする
と、Ａ点より１次光のサジツタル集光点の距離は
ｌであるから、±１次光に発生する非点隔差Δ₁は
次式で表される。

Δ₁＝lim lim lim α→０（ｌ−l′）＝ｌ｛１−cos（θ±φ₁）／cosθ±
φ₁sinθ｝…(2) （複合同順、正符号が＋１次光、負符号が−１次
光）そして、光源側開口数Na1は Na1＝sinα …(3) となるので、前記(3)式より光源面での焦線長S₁
は、 S₁＝２×｜Δ₁｜×tan（sin^-1（Na1）） …(4) 一方、第１図の光学系において、集光レンズ５
によつて光源側の開口数Na1がデイスク側の開口
数Na2に変換されると、前記(2)、(4)式より光デイ
スク６上の±１次光焦線長S₂が次式より求められ
る。

S₂＝S₁Na1／Na2 ＝2l｜１−cos（θ±φ₁）／cosθ±φ₁sinθ｜・ （Na1／Na2）・tan｛sin^-1（Na1）｝ …(5) 従つて、デイスク上焦線長S₂を記録信号の最長
周期Ｌより長くするには前記(1)、(5)式より演算さ
れる焦線長S₂に対し、 S₂≧Ｌ …(6) を満たすように、光学ヘツドの構成パラメータで
あるλ、ｐ、θ、ｌ、Na1、Na2を選定すれば良
いことになる。

例えば、第２図のモデルにて計算したパラメー
タを用いて演算すれば、前記(1)式より、回折角
φ₁＝0.0167、前記(5)式より−１次光に対しS₂＝
7.2μｍ、−１次光に対しS₂＝7.3μｍとなり、これ
によれば、CDの最長周期Ｌ＝6.6μｍに対し前記
(6)式を満足しており、原理的には、トラツキング
エラー信号への再生信号混入が完全に除去でき
る。

このように、実施例では±１次光の焦線長を最
長周期より長くすることにより良好なトラツキン
グエラー信号を得ることができるが、光デイスク
６からの反射光は集光レンズ５を再透過し、更に
光束分離素子４０を透過する際に、非点収差が与
えられて検出器１０に入射する。従つて、従来例
（第５図）と同様に、検出器１０に入射された０
次光、±１次光の反射光によりトラツキングエラ
ー信号、フオーカスエラー信号及び再生信号が得
られ、トラツキングエラー信号及びフオーカスエ
ラー信号によりヘツド装置を光デイスク６に対し
て正確に位置決めした状態で、光デイスク６に記
録された情報を良好に読出すことができる。

なお、実施例では、回析格子が形成された第１
の面３０へのレーザ光の入射角を45°として説明
したが、これ以外の角度でも前記(5)式に従つて、
光デイスク６上に±１次光の焦線が形成でき、
45°以外の角度でも本発明の効果を得ることがで
きる。

また、光束分離素子４０は平行平板として説明
したが、光デイスク６からの反射光に対して非点
収差付与の効果を高めるためにくさび状に形成し
ても良い。

更に、実施例における焦線長の設定をCDを例
にとつて説明したが、他の光学式記憶情報媒体、
例えばビデオデイスク等においても同様に本発明
が適用できるし、また再生専用ヘツド以外の記録
用又は記録／再生用ヘツドにおいても３ビーム法
でトラツキングエラー検知を行つており、これら
の装置においても、本発明が有効に適用可能であ
る。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、回折分離手
段として、第１の面に回折格子を形成した光束分
離素子を用い、かつ回折形成される３つの光スポ
ツトが光束分離素子の第１面の子午面内近傍に存
在するように構成されているので、光デイスク上
の±１次光スポツトを略トラツク方向に沿つて存
在する焦線スポツトとして集光できることにな
る。この結果、トラツキングエラー信号へのデイ
スク記録情報の混入が低減され、しかも、トラツ
キングエラー信号検出感度の最大点にトラツクに
対する±１次光のスポツト位置を設定できるとい
う利点を有する。

そして、焦線スポツトの長さを記録信号の最長
周期より長くすることにより、デイスク記録情報
のトラツキングエラー信号への混入を完全に防止
することができる。

また、従来のように、平板ビームスプリツタと
別体となつた回折格子を使用する必要がないの
で、光学部品点数を低減でき、低コストの光学ヘ
ツド装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる好適な実施例を示す説
明図であり、第１図ａは基本構成図、第１図ｂは
第１図ａの光デイスク６の平面図、第２図は光線
追跡により斜め入射型回折格子の働きを解析する
ためのモデル図、第３図は斜め入射型回折格子を
使用した場合の光源面における±１次光のスポツ
トダイヤグラム、第４図は斜め入射型回折格子に
おける非点隔差を計算するためのモデル図、第５
図は従来の光学式ヘツド装置の構成図であり、第
５図ａは基本構成図、第５図ｂは光検知器の構成
図、第５図ｃは光デイスク面における３つのスポ
ツトの設定状態を示す説明図である。 図において、１はLD、５は集光レンズ、６は
光デイスク、８はトラツク、１０は光検知器、３
０は第１の面、３０ａは回折格子、３１は第２の
面、４０は光束分離素子である。図中同一符号は
同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光を出射する光源と、該光源から出射
   する光束を０次回折光及び±１次回折光の複数本
   の光束に反射回折分離する反射回折分離手段と、
   該反射回折分離手段によつて分離された光束を光
   学式情報記録媒体上に複数個の光スポツトとして
   集光する集光レンズ手段と、前記光学式情報記録
   媒体の情報面によつて反射され前記集光レンズ手
   段を再透過し、前記反射回折分離手段を透過した
   光束を受光して光電変換する光検知器と、を有
   し、前記光検知器上の０次回折光の変形によつて
   ０次回折光スポツトの焦点ずれを検知すると同時
   に０次回折光により光学式情報記録媒体に蓄えら
   れた情報を再生し、±１次回折光により前記光学
   式情報記録媒体上の情報トラツクと０次回折光ス
   ポツトとの面内ずれを検出する光学式ヘツド装置
   において、前記反射回折分離手段は、均一周期の
   直線縞軌跡から成る回折格子が第１の面に形成さ
   れた光束分離素子を含み、分離された光束の前記
   情報記録媒体上光スポツトが前記第１の面の子午
   面内近傍に存在するように前記反射回折分離手段
   を配置し、前記情報記録媒体面上の０次回折光が
   合焦状態にあるときに、±１次光が情報記録媒体
   面上の略トラツク方向に沿つて存在する長円形状
   の焦線スポツトとして集光されるように構成した
   ことを特徴とする光学式ヘツド装置。 ２ ヘツド装置の構成パラメータとして、 λ；光源のレーザ波長 Ｄ；回折格子の周期 θ；光源出射光主光線の前記第１の面への入射角 ｌ；光源から前記第１の面への主光線に沿つた長
   さ Na1；集光レンズ手段の光源側開口数 Na2；集光レンズ手段の情報記録媒体側の開口数 φ1；光源の出射主光線の反射回折分離手段によ
   る１次回折角 が与えられた場合、 S₂＝2l・｜１−cos（θ±φ₁）／cosθ±φ₁sinθ｜・
   （Na1／Na2）・tan｛sin^-1（Na1）｝ （複号同順） で表された情報面上の±１次光焦線長S₂が前記情
   報記録媒体に記録された信号の最長周期以上に設
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光学式ヘツド装置。 ３ 前記情報記録媒体上に集光された±１次光を
   各々受光する光検知器出力の差動演算により、前
   記情報記録媒体上の情報トラツクと０次光スポツ
   トとの位置ずれを検出する特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の光学式ヘツド装置。