JPH05250694A

JPH05250694A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JPH05250694A
Application number: JP4312090A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kuwayama; 哲郎桑山; Takasato Taniguchi; 尚郷谷口; Kiyonobu Endo; 清伸遠藤; Hiroaki Hoshi; 宏明星; Yasuo Nakamura; 保夫中村; Masaru Osawa; 大大沢
Original assignee: Canon Inc; Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Electronics Inc
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1993-09-28
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JP2660140B2

Abstract

(57)【要約】【目的】フォーカスエラーまたはトラッキングエラー
の検出感度を向上させる。【構成】光源からコリメータレンスに向かう発散光束
の光路中に前記回折格子を配置し、且つ、回折格子を情
報記録面からの反射光に対し凹レンズの働きを示すもの
とすることによって、コリメータレンズ及び回折格子の
合成光学系における焦点距離を、コリメータレンズ単独
の焦点距離より長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報担体の情報記録面
に光を照射し、情報の検出又は記録を行なう光ヘッド装
置に関し、特に小型・軽量で量産に適した光ヘッド装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ヘッド装置は例えば図２２に示
すように構成されていた。ここで、レーザ光源か１から
射出した発散光束は、コリメータレンズ２に入射して平
行光束となり、偏光ビームスプリッタ３に入射する。こ
こで偏光ビームスプリッタ３は、特定の方向に振動面を
有する直線偏光をほぼ１００％透過し、これに直交する
方向に振動面を有している。この偏光ビームスプリッタ
３を透過した直線偏光はλ／４板４を通過して円偏光と
なり、対物レンズ５によって情報担体の基板６上に設け
られた情報記録面７に集光され、スポット径１μｍ前後
のスポットを形成する。また、この情報記録面７によっ
て反射された光束は、対物レンズ５を通って平行光束と
なり、λ／４板４を通過して入射時とは振動面の方向が
直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３に再
び入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ３は、前述
の様な特性により光分割器として働き、情報記録面７か
らの反射光を反射して入射光と分離せしめ、センサーレ
ンズ８及びシリンドリカルレンズ９を介して収束光束と
して光検出器１０に導く。

【０００３】この様な光ヘッド装置を用いて情報を記録
する場合には、情報信号に従ってレーザ光源１を駆動
し、情報記録面７への入射光を変調せしめる事によって
行なう。また情報を検出する場合には、無変調の光を凹
凸のピット或いは反射率の変化等によって情報が記録さ
れた情報記録面７に照射し、この記録情報によって変調
を受けた反射光を光検出器１０で検出し、情報を再生す
る。

【０００４】また、光ヘッド装置においては、情報記録
面に高密度に情報を記録し、高密度に記録された情報を
検出する為に、光源からの光を常に情報記録面に合焦さ
せるオートフォーカシングが行なわれている。図２２の
装置は公知の非点収差法を用いた例を示す。シリンドリ
カルレンズ９は、反射光に非点収差を生じさせる。又、
光検出器１０はその受光面が４つに分割されていて、情
報記録面９が対物レンズ５の合焦位置にあるとき、即ち
光スポットが情報記録面７上で１μｍ程度の所定の大き
さに絞り込まれているときには、光検出器１０上で円形
の光量分布を生じる様に配置されている。この結果情報
記録面７が対物レンズ５の焦点位置から前後に移動する
と、光検出器１０上の光量分布は夫々長軸方向が直交し
た長円形に変化する。従って光検出器１０の各々の受光
面の出力を比較して前記光量分布の変化を検出する事に
より、フォーカスエラー信号が得られ、このフォーカス
エラー信号に従って不図示のアクチュエータで対物レン
ズ５を光軸方向に移動せしめることによってオートフォ
ーカシングが行なわれる。

【０００５】しかしながら、上述のような従来の光ヘッ
ド装置においてはセンサーレンズ等が必要であり、装置
の小型化，低価格化の障害となっていた。また、光検出
器によって良好な信号を得る為には、前記センサーレン
ズ等の光学素子を検出光の光軸に対して正確な位置及び
角度に置かねばならず、組立調整を繁雑にしていた。

【０００６】また、上記センサーレンズ等が不要な光ヘ
ッド装置が特開昭５９−８１４５号に提案されている。
この装置は前述のようなプリズムタイプのビームスプリ
ッタの接合面を曲面とし、凹面鏡として集光作用を持た
せたものである。しかし、この装置においては、ビーム
スプリッタを作製する際に、凸面或いは凹面を有するプ
リズムを個々に研磨して組み立てねばならず、量産に適
していない欠点があった。更に、ビームスプリッタの接
合面には偏光依存性の反射膜を設けるが、接合面を球面
或いは円筒面とした場合には、この反射膜への光の入射
角が場所によって異なり、偏光特性が変化してしまう。
従って、このような構成では厳密な偏光依存性は望めな
い。

【０００７】一方、特開昭５６−５７０１３号には、光
源と対物レンズとの間の光路中に回折格子を設け、この
回折格子で情報担体から反射された光を入射光と分離し
て光検出器に導く光ヘッド装置が提案されている。この
回折格子はレンズ作用を有し、光検出器に向かう光束に
非点収差を発生させ、所謂非点収差法を用いて光検出器
でフォーカシングエラーを検出する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記回折を
用いた光ヘッド装置を更に改良し、高感度にフォーカス
エラーまたはトラッキングエラーを検出しようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光ヘッド装置
は、光源と対物レンズとの間に、光源から発した発散光
束を平行光束に変換して対物レンズに入射させるコリメ
ータレンズを設け、光源からコリメータレンズに向かう
発散光束の光路中に回折格子を配置し、且つ、回折格子
を情報記録面からの反射光に対し凹レンズの働きを示す
ものとしたことを特徴とするものである。この構成によ
って、コリメータレンズ及び回折格子の合成光学系にお
ける焦点距離が、コリメータレンズ単独の焦点距離より
長くなり、所謂テレタイプのセンサーレンズ系を形成し
て、フォーカスエラーまたはトラッキングエラーの検出
感度を向上させることができる。

【００１０】

【実施例】まず、回折格子の機能を説明するためには、
本発明の基礎となる参考例を説明する。

【００１１】図３は、回折格子を用いた光ヘッド装置の
参考例を示す概略構成図である。半導体レーザ１１から
出射した光は、コリメータレンズ１２により平行光束と
なり、光分割器１３に入射する。この光分割器１３は、
２枚の平行平板１４，１６と、その間に挟持された回折
格子１５とから構成されている。この回折格子は、その
回折効率がＳ偏光に対してはほぼ１００％、Ｐ偏光に対
してはほぼ０％となるように形成されている。また、半
導体レーザ１１からの光は光分割器に対してＰ偏光とな
るように設定されている。従って、この入射光はほとん
ど回折されずに透過しλ／４板１７に向かう。λ／４板
１７を通過した光は、円偏光となり、対物レンズ１８に
よって情報担体の基板１９を介して情報記録面２０に径
１μｍ前後のスポットに集光される。情報記録面２０で
反射された光束は、対物レンズ１８を通って平行光束と
なり、再び、λ／４板１７を透過して入射時とは直交す
る方向に振動するＳ偏光となって光分割器１３に入射す
る。この反射光２１は光分割器１３中の回折格子１５に
よって回折されて回折光２２となり平行平板中を全反射
を繰り返しながら導波し、光検出器２３に入射する。こ
こで、情報を記録する場合には、情報信号に従ってレー
ザ光源１１を駆動し、情報記録面２０への入射光を変調
せしめる事によって行なう。また情報を検出する場合に
は、無変調の光を情報記録面２０に照射し、そこに記録
された情報に従って変調を受けた反射光を光検出器２３
で検出し、情報を再生する。

【００１２】図３の光分割器１３を半導体レーザ側から
見た図を図４に示す。本実施例の回折格子は図４の紙面
内にパワーを持つレンズ作用を有しており、回折光２２
は集光されて光検出器２３に導かれる。

【００１３】本発明において、レンズ作用とは、回折格
子に入射する光の波面形状を変化させて回折し、回折光
を発散或いは収束せしめる事を指し、回折格子にセンサ
ーレンズ、シリンドリカルレンズなどの働きを合わせ持
たせるものである。光検出器２３は、図の様に、その受
光面が４つに分割されている。また、この受光面におけ
る光量分布は、前述の情報記録面上のスポットの合焦状
態に応じて変化する。例えば、対物レンズ１８の焦点位
置が記録面２０に一致しているときには、反射光２１は
平行光となり、回折光２２は図４の実線のようになっ
て、光検出器２３に２２ｂに示す形状で入射する。ま
た、対物レンズ１８が記録面に近ずきすぎた或いは遠ざ
かりすぎた場合には、反射光２１は発散光或いは集束光
となり、回折光２２は図４において夫々一点鎖線或いは
破線のようになって、光検出器２３上で夫々２２ｃ或い
は２２ａに示す形状となる。このような光束形状の変化
を利用してフォーカスエラー信号を検出する原理を以下
に詳しく説明する。

【００１４】図５、図６及び図７は４分割光検出器２３
を光の入射側から見た図で図６は合焦状態、図５及び図
７は焦点外れ状態を示す。ここで、２３ａ，２３ｂ，２
３ｃ，２３ｄは夫々分割された受光面を示し、入射光束
の形状は上述のように、２２ａ，２２ｂ，２２ｃと変化
する。受光面２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄからの出
力を夫々Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄとすると、図８に示す
ような電気系で（Ｉｂ＋Ｉｃ）−（Ｉａ＋Ｉｄ）なる演算を行なう事によって、差動増幅器２４の出力端
子２５には、図９に示す様なフォーカスエラー信号が得
られる。図９において横軸は合焦位置を零としたときの
対物レンズと記録面との距離（フォーカス誤差）を示
し、縦軸は信号出力を示す。得られたフォーカスエラー
信号に従い、不図示のアクチュエータを介して対物レン
ズ１８或いは光ヘッド全体を入射光の光軸に沿ってディ
スクに対して動かすことにより、オートフォーカスが可
能となる。

【００１５】次に、図３の参考例におけるオートトラッ
キングの原理を説明する。図１０、図１１及び図１２の
ように情報担体の基板１９に溝１９ａが形成されている
とすると、対物レンズ１８により、入射光束はこの溝１
９ａの近傍に集光される。ここで図１１は、目的の溝の
上にスポットが生じている状態、図１０及び図１２は夫
々溝に対してスポットが右または左に生じている状態を
示す。この基板１９上の記録面２０で反射される光束は
溝１９ａでの回折或いは散乱によるトラッキング情報を
含む。図３の光検出器２３で、前記反射光を受けると、
受光面２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄで受ける光量
は、前述の図１０、図１１及び図１２の状態に応じて、
夫々図１３、図１４及び図１５のように変化する。従っ
て図１６に示すように電気系で、（Ｉａ＋Ｉｂ）−（Ｉｃ＋Ｉｄ）なる演算を行なう事によって、差動増幅器２６の出力端
子２７には、図１７に示す様なトラッキングエラー信号
が得られる。図１７において、横軸はトラッキング誤
差、縦軸は信号出力を示す。得られたトラッキングエラ
ー信号に従い、不図示のトラッキングアクチュエータを
駆動し、対物レンズを光軸に垂直に移動させる等の方法
で、オートトラッキングが可能となる。尚、ここで基板
１９に予め案内トラックとしての溝が形成されている場
合を説明したが、記録面２０に記録された情報を検出す
る場合には、このような溝がなくても、記録された信号
列（記録トラック）とスポットとの位置関係に応じて、
光検出器２３上の光量分布にアンバランスが生じる。従
って、このような場合でも、図１６のように光検出器２
３の各受光面の出力を演算することにより、同様にトラ
ッキング信号が得られる。

【００１６】上記の実施例でもわかるように、本発明に
おいては、光分割器自体がレンズ作用を有している為、
センサーレンズ等が不要で、光ヘッド装置を小型に構成
できる。また、光学調整は光分割器と光検出器の間のみ
で行なえば良い為、非常に簡単になる。

【００１７】図１８及び図１９は、本発明に用いる回折
格子の構造を模式的にあらわしたものである。図１８は
体積型回折格子を用いた光分割器３１の部分断面図であ
る。回折格子３３は、平行平板から成る基板３２及び３
４の間に挟まれ、屈折率の低い層３５と屈折率の高い層
３６とから構成されている。情報記録面からの入射光３
７は、この回折格子３３により回折されて回折光３８と
なる。回折格子３３が入射光３７に対してブラッグ条件
を大略満足している場合には、回折光３８は特定の回折
方向に大半のエネルギーが集中する。また、入射光３７
と回折光３８のなす角が直角に近いときには、この回折
効率は光束の偏光状態の影響を大きく受け、Ｐ偏光には
１００％の透過率を有し、Ｓ偏光には１００％近い回折
効率を有する。

【００１８】図１８のような回折格子３３は、重クロム
酸ゼラチン等の体積型ホログラム感材を用いて作製され
る。例えば、基板上に前述の感材を一様な厚さに形成
し、これに、同一レーザからの光束を分割した後、所定
の角度で重ね合せる事によって生ずる干渉縞を露光し、
更に現像処理する事によって回折格子が形成される。

【００１９】図１９は、本発明に用いられる光分割器４
１の他の構成例を示す部分断面図である。平行平板４
２，４３に挟持された回折格子４４は、適当な反射特
性、例えば偏光ビームスプリッタ特性を有する反射膜６
０を、凹凸を挟んだ形状をしている。従って、Ｐ偏光と
して入射する直線偏光５６に対しては、この回折格子４
４は何の作用もせずに、単なる平行平板としてふるま
い、またＳ偏光として入射する直線偏光５７に対しては
反射鏡として働き、回折光５８を生ずる。

【００２０】図１９のような回折格子４４は、フォトレ
ジスト等のレリーフ型の感光材料に適当な光学系を介し
て格子パターンを露光し、現像する事によって作製でき
る。また他に機械的に金型を加工し、インジェクショ
ン、コンプレッション、薄層コピー等の方法で基板とな
る層に転写する方法や、基板を直接切削する方法等によ
っても作製可能である。

【００２１】本発明に用いる回折格子は光を発散或いは
収束させながら回折するものであるが、このようなレン
ズ作用を有する回折格子は、一般にホログラムレンズ等
で良く知られているように簡単に得る事が出来る。例え
ば、図２０のように回折格子の各々の傾斜面を所定の軸
を中心とした円錐形に形成する事により、格子の配列方
向を含む面内においてパワーを有する回折格子が得られ
る。また、格子のピッチを徐々に変化させて形成する
と、回折角が場所によって異なり、入射光と回折光を含
む面内においてパワーを有する回折格子が得られる。当
然、これらを組み合せて、２次元的なレンズ作用を持た
せても良い。

【００２２】図２１は、図２０のような回折格子を光学
的な手段を用いて作製する方法を説明する図である。図
２１において、同一のレーザ光源から発し、不図示の光
学系によって分割された平行光束６１と６２は、夫々回
転軸６５を共有する円錐ミラー６３，６４に回転軸６５
に平行に入射する。各々の円錐ミラーで反射された２つ
の光束は、回転軸６５上に焦線を有する円錐波面とな
り、基板６６上のホログラム感材６７に入射する。この
ときに、感材面上の領域６８に生ずる干渉縞は、三次元
的に円転軸６５を回転中心とした円錐形となる。従っ
て、このように露光された干渉縞を現像処理することに
より、図２０に示したような集束作用を持つ解析格子が
形成される。

【００２３】本発明に用いる光分割器は、大きな基板上
に複数個まとめて加工し、これを切り出す事によって簡
単に作製する事が出来る。また、前述のように母型から
の転写によって作製する場合には、特に量産に適し、作
製コストも低減できる。また、本発明のような回折格子
は様々に設定される回折光の集束或いは発散作用を、作
製上の困難さを生ずる事なく実現できるので、安価に非
球面レンズと同様の作用を得ることも出来る。更に、本
発明の光分割器は、入射光が回折格子の傾斜面に場所よ
らず一定の角度で入射する為、プリズムの接合面に曲率
を持たせた従来例のように、光線の入射位置によって偏
光特性が異なるという事もない。

【００２４】次に、本発明の光ヘッド装置の実施例を説
明する。本発明では、ここまで説明した参考例に対し、
光源からコリメータレンズに向かう発散光束の光路中に
回折格子を配置し、且つ、回折格子を情報記録面からの
反射光に対し凹レンズの働きを示すものとしている点に
特徴を有する。この特徴によって、本発明は、高感度に
フォーカスエラーまたはトラッキングエラーが検出でき
るものである。

【００２５】図１は、本発明の実施例を示す概略構成図
である。半導体レーザ７１からのＰ偏光光束は、光分割
器７２をそのまま透過し、コリメータレンズ７６によっ
て平行光束となる。光分割器７２は、平行平板７３及び
７５とその間に挾持された回折格子７４から成り、この
回折格子７４は、第１実施例と同様にＳ偏光に対しほぼ
１００％の回折効率を示し、Ｐ偏光に対してはほぼ０％
の回折効率を示す。コリメータレンズ７６からの光束は
λ／４板７７で円偏光となり、対物レンズ７８によって
情報担体の基板７９を介して情報記録面８０に集光され
る。情報記録面８０で反射された光束は、入射光路を逆
進し、λ／４板７７を通過してＳ偏光となり、光分割器
７２の回折格子７４で回折されて光検出器８１に導かれ
る。本実施例においても、情報の記録、再生は参考例と
同様にして成される。

【００２６】ここで、回折格子７４は反射光束に対し強
い凹レンズの働きを示し、コリメータレンズ７６の焦点
距離をのばして、回折光を光検出器８１に導いている。
本実施例は、この構成によって、光検出器８１上に情報
記録面上のスポットを拡大した形で投影し、記録担体の
フォーカスずれ或いはトラッキングずれに対して光検出
器８１上の光量分布が大きく変化する様にしている。即
ち、コリメータレンズ７６と回折格子７４のレンズ作用
とで、凸凹レンズを組み合せた所謂テレタイプのセンサ
ーレンズ系を形成し、全長をコンパクトに形成した上
で、高感度なフォーカスエラー検出或いはトラッキング
エラー検出を可能にしている。本実施例において、フォ
ーカスエラー検出には、公知のどのような方法を用いる
ことも出来るが、例えば従来技術として説明した非点収
差法を用いる場合には、光検出器８１に４分割光検出器
を用い、回折格子７４に前述の凹レンズに加えて、シリ
ンドリカルレンズの働きも合わせて持たせる事により、
構成を簡略化できる。

【００２７】図２は、上記実施例に用いられる回折格子
を作製する光学系の一例を説明する図である。アルゴン
レーザ等のレーザ光源８２から出射した光束は、ミラー
８３で反射された後、ビームスプリッタ８４により２分
割される。ビームスプリッタ８４により反射された光束
は、ミラー９５で反射された後、顕微鏡対物レンズ９６
によって光束幅を広げられ、結像レンズ９７によって集
束光となった後、傾けて置かれた平行平板９８により必
要な球面収差、コマ収差を有する光束９９となり、基板
１００上のホログラム感材１０１に入射する。一方、ビ
ームスプリッタ８４を透過した光束は、ミラー８５で反
射された後、顕微鏡対物レンズ８６、結像レンズ８７に
より収束光束となり、シリンドリカルレンズ８８によっ
て非点収差を与えられる。この光束８９はホログラム感
材１０１に入射し、前述の光束９９と干渉して、この感
材に干渉縞を露光する。この感材を現像することによっ
て第２実施例のような回折格子が得られる。上記の様に
光束８９及び９９には、最適な収差が与えられている
為、得られた回折格子は、使用状態において全面に亙り
ブラッグ条件を満足したものとなり、所望の特性を示
す。

【００２８】本発明は、前述の実施例に限らず種々の変
形が考えられる。例えば実施例では光分割器からの光束
を直接光検出器に導く構成としたが、回折格子のレンズ
作用と、光分割器の端面或いは外部に設けられたレンズ
との組み合せによって光検出器に光束を導くようにして
も良い。また、本発明は光磁気記録を読み取る場合にも
用いることが出来る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は従来の光
ヘッド装置において、光分割器を凹レンズ作用を有する
回折格子としたので、１）センサーレンズ等を省略でき、装置を小型化，低価
格化する２）装置の光学調整を簡単にする３）フォーカスエラーまたはトラッキングエラーの検出
感度を向上させる等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ヘッド装置の一実施例を示す概略図
である。

【図２】図１の実施例に用いられる回折格子の作製方法
を説明する概略図である。

【図３】本発明を説明するための参考例を示す概略図で
ある。

【図４】図３の光分割器を半導体レーザ側から見た図で
ある。

【図５】フォーカス誤差による光検出器上の光量分布の
変化を示す図である。

【図６】フォーカス誤差による光検出器上の光量分布の
変化を示す図である。

【図７】フォーカス誤差による光検出器上の光量分布の
変化を示す図である。

【図８】フォーカス誤差検知の電気系を示す図である。

【図９】フォーカスエラー信号を示す図である。

【図１０】記録面における光スポットの位置変動を示す
図である。

【図１１】記録面における光スポットの位置変動を示す
図である。

【図１２】記録面における光スポットの位置変動を示す
図である。

【図１３】光スポットの位置変動による光検出器上の光
量変化を示す図である。

【図１４】光スポットの位置変動による光検出器上の光
量変化を示す図である。

【図１５】光スポットの位置変動による光検出器上の光
量変化を示す図である。

【図１６】トラッキング誤差検知の電気系を示す図であ
る。

【図１７】トラッキングエラー信号を示す図である。

【図１８】本発明に用いられる回折格子の構成例を示す
略断面図である。

【図１９】本発明に用いられる回折格子の構成例を示す
略断面図である。

【図２０】回折格子の傾斜面の様子を示す斜視図であ
る。

【図２１】回折格子の作製方法の一例を説明する図であ
る。

【図２２】従来の光ヘッド装置の構成を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

７１半導体レーザ７２光分割器７３平行平板７４回折格子７５平行平板７６コリメータレンズ７７ λ／４板７８対物レンズ７９基板８０情報記録面８１光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤清伸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者星宏明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中村保夫埼玉県秩父市大字下影森1248番地キヤノン電子株式会社内 (72)発明者大沢大東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源から発した光束を情報担
体の情報記録面に集光させる対物レンズと、前記光源と
対物レンズとの間の光路中に配置され、前記情報記録面
から反射された反射光を回折して光源から発した光束か
ら分割する、レンズ作用を有する回折格子と、該回折格
子で分割された反射光を受光し、フォーカスエラーまた
はトラッキングエラーを検出する光検出器とから構成さ
れ、情報の再生又は記録を行なう光ヘッド装置におい
て、前記光源と対物レンズとの間に、光源から発した発
散光束を平行光束に変換して対物レンズに入射させるコ
リメータレンズを設け、前記光源からコリメータレンズ
に向かう発散光束の光路中に前記回折格子を配置し、且
つ、回折格子を情報記録面からの反射光に対し凹レンズ
の働きを示すものとすることによって、コリメータレン
ズ及び回折格子の合成光学系における焦点距離を、コリ
メータレンズ単独の焦点距離より長くしたことを特徴と
する光ヘッド装置。