JPH0529969B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、いわゆる光デイスク、デイジタル
オーデイオデイスク、ビデオデイスクなどの記
録、再生に用いる光ヘツド装置に関する。

（従来の技術） ビデオデイスク、デイジタルオーデイオデイス
ク、光デイスク（以下では光デイスクと総称す
る）の従来の、光ヘツド装置は、第２図に示すよ
うに、光源である半導体レーザ１と半導体レーザ
１の放射光２をコリメート光３にするコリーメー
テイングレンズ４と収束レンズ５と、収束レンズ
を駆動するアクチユエータ６と、ビームスプリツ
タプリズム７の他に、焦点誤差検出手段とトラツ
キング誤差検出手段を備えて構成されている。

焦点誤差検出手段には種々の方式があるが、本
発明の方式と最も関連の深い方式として、ウエツ
ジプリズム方式をあげることができる。ウエツジ
プリズム方式の焦点誤差検出手段は、第２図に示
すようにウエツジプリズム８及び９と、光検出器
１０及び１１から成る２分割光検出器と、光検出
器１２及び１３から成る２分割光検出器とから構
成されている。デイスク面１４に対し、収束ビー
ム１５が丁度焦点を結んでいる時は、ウエツジプ
リズムからの光ビーム１６及び１７は各々光検出
器１０及び１１の間と、光検出器１２及び１３の
間に収束しているが、収束ビーム１５がデイスク
面１４に対してデフオーカスした時は光ビーム１
６及び１７は互いに離れる方向に、又は互いに接
近する方向にデフオーカスするので、光検出器１
０及び１１の差動出力、又は光検出器１２及び１
３の差動出力をとることで焦点誤差信号が得られ
る。

この焦点誤差信号にもとづきアクチユエータ６
を光軸と平行な方向に駆動し、収束光ビーム１５
がデイスク面１４上に焦点を結ぶようサーボをか
けている。

トラツキング誤差検出手段にも種々の方式があ
るが、本発明と最も関連の深い方式としてプツシ
ユプル方式をあげることができる。プツシユプル
方式は２分割光検出器を使つてデイスク面からの
反射光を検出する方式で、第２図に示す光検出器
１０及び１１の出力の和と、光検出器１２及び１
３の出力の和との差をとることでトラツキング誤
差信号が得られる。

このトラツキング誤差信号にもとづき光軸と垂
直な方向にアクチユエータ６を駆動することによ
りトラツキング制御を行うことができる。

なお、第２図に示した従来技術の光ヘツド装置
はフイリツプステクニカルレビユー（Philips
Technical Review）第40巻（1982年発行）第６
号第151頁から156頁に詳しく述べられている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の光ヘツド装置は、実用化されて
いるものでも大きさが、40×40×30mm³程度あり、
従つて重量も重く、光デイスク装置全体の小型
化、軽量化、あるいはスタツク型大容量光デイス
ク実現の障害となつている。この原因の１つは、
光デイスクからの反射光をハーフプリズム、ある
いは偏光ビームスプリツタプリズムにより光軸を
90゜曲げて、光源から分離させ、その後方に光検
知器を配置するという方法がとられているため、
光学系の１軸化が難しい点にある。

このような問題に対して、半導体レーザ光源の
発光部に光を戻した際、、自己結合結果によつて
発振出力が増加するいわゆるSCOOP効果を利用
した小型光ヘツドが提案されている。

しかしながら、自己結合効果は、半導体レーザ
の発振現象の不安定性であることが指摘され、こ
こ数年内で実用化されたデイジタルオーデイオデ
イスク、ビデオデイスクなどでは、再生信号、位
置決め信号にもれ込むノイズとして、逆にこの自
己結合効果を抑制するための技術が開発されるに
いたつている状況である。半導体レーザの自己結
合効果は、半導体レーザ自身の共振器に光デイス
クという反射面が加わり、三つのミラーからなる
共振器という構成で考えなければならないもので
ある。デイスク回転中は、デイスクの光軸方向の
ばたつきのため、焦点サーボがかかつている時で
も半導体レーザと光デイスクの間隔が、約1μｍ
の幅でゆれ動いており、極めて安定度の悪い共振
器構成となつてしまつている。従つて、このよう
なSCOOP効果により、光デイスク上の信号を再
生することは困難な課題が多すぎる。

また、トラツキング誤差検出方式にプツシユプ
ル法を採用すると、トラツク誤差信号にもとづき
収束レンズ５をアクチユエータ６で光軸に垂直な
方向に動かした場合、第３図に示すように、収束
レンズの光軸と、２分割光検出器の分割線にずれ
が生じる。デイスク面１４からの反射光は収束レ
ンズの光軸を中心として２分割光検出器１８に入
射するために、２分割光検出器の分割線１９で光
量は正しく分割されず、第３図ではＡの光検出器
２０にＢの光検出器２１よりも多くの光が入射す
ることになる。この結果、トラツキング誤差信号
に直流オフセツトが発生し、トラツキング誤差制
御の制御範囲が狭くなるという欠点を有してい
た。

さらに、上述した従来の光ヘツドは光学研磨が
必要な光学部品を多数使用することから調整が大
変で高価になるという欠点を有していた。

本発明の目的は、上記欠点を解消して、小型か
つ低価格な光ヘツド装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光ヘツド装置は、光源と、前記光源へ
像を記録媒体に絞りこむ結像レンズと、互いに直
交する第１、第２の分割線で受光面が４分割され
た第１の光検出器と、前記４分割光検出器の近傍
に配置された第２、第３の光検出器と、前記光源
と前記結像レンズの間に設けられた格子レンズを
少なくとも含み、該格子レンズは前記結像レンズ
光軸と交わり、前記第１の分割線と平行な境界線
を境に互いに異なる回折方向を有し、前記結像レ
ンズを経て来た前記記録媒体からの反射光を前記
境界線を境に分割して、前記４分割光検出器の第
２の分割線の両側の前記第１の分割線上に各々収
束させる部分と、前記結像レンズ光軸から離れた
位置に入射する前記反射光を各々前記第２、第３
の光検出器に導く部分とからなる構成となつてい
る。

（作用） 本発明の作用・原理は次の通りである。本発明
の光ヘツド装置では、光学系の１軸化を達成する
ために、光デイスク面からの反射光を光検出器に
導くために、格子レンズを用いる。格子レンズに
は、１次回折光の他に格子レンズを直接透過した
０次回折光がある。そこで、この格子レンズを半
導体レーザ光源と結像レンズの間に配置し、半導
体レーザからデイスク面に行く光に対しては、０
次回折光を用いると、単に格子レンズの基板の厚
さに等しい透明板がそう入されたのと同じにな
る。

一方、デイスク面からの反射光に対しては、１
次回折光を用いるとハーフプリズムや、偏光ビー
ムスプリツタプリズムを用いることなく情報光を
光軸外にとり出すことができる。すなわち、格子
レンズはビームスプリツタとして作用することに
なる。この結果、小型、計量の光ヘツド装置を構
成できる。さらに本発明では、、光軸外にとり出
した１次回折光としての情報光から信号のほか、
フオーカス誤差信号をとり出すために、格子レン
ズ格子方向を結像レンズの光軸と交わる線を境に
互いに異ならせることにより、第２図に示す従来
の光ヘツド装置におけるウエツジプリズムと等価
な作用をさせ、ウエツジプリズム方式とほぼ等価
な光ビームに変換している。

また、トラツキング誤差信号を取り出すために
結像レンズの光軸と格子レンズが交わる点を中心
としてわずかに離れた、異なる格子方向を有する
２つの領域を格子レンズに形成しておくことよ
り、この２つの領域からの回折光強度を比較する
ことでプツシユプル法の原理によりトラツキング
誤差信号を得ることができる。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。第１図は本発明の第１の実施例の基本構
成を示す斜視図である。光源（この実施例では半
導体レーザを用いた）１の放射光２は格子レンズ
２２を０次回折光として透過し、、結像レンズ２
３によりデイスク面１４に収束される。デイスク
面１４からの反射光は、結像レンズ２３により収
束され、格子レンズ２２により回折され、回折光
２４，２５，２６及び２７として、半導体レーザ
１の脇にある４分割光検出器（第１の光検出器）
２８及び４分割光検出器２８の近傍にある第２、
第３の光検出器２９，３０に各々到達する。４分
割光検出器２８は光検出器３１，３２，３３，３
４から成る。

格子レンズ２２は、４つの格子レンズ領域から
成り、結像レンズ２３の光軸と交わる線３５を境
に焦点距離と回折方向の異なるＡ領域格子レンズ
（第１の領域）３６とＢ領域格子レンズ（第２の
領域）３７に分けられ、Ａ領域格子レンズ３６、
Ｂ領域格子レンズ３７内部にそれらと焦点距離、
回折方向の異なるＣ領域格子レンズ（第３の領
域）３８、Ｄ領域格子レンズ（第４の領域）３９
がそれぞれ形成されている。Ａ領域格子レンズ３
６は半導体レーザ１から発散する球面波と４分割
光検出器２８の分割線上の点４０から発散する球
面波との干渉縞に相当する格子パターンを持つて
いる。Ｂ領域格子レンズ３７は半導体レーザ１か
ら発散する球面波と４分割光検出器２８の分割線
上の点４１から発散する球面波との干渉縞に相当
する格子パターンを持つている。Ｃ領域格子レン
ズは半導体レーザ１から発散する球面波と、Ｃ領
域格子レンズ３８に入射したデイスク面１４から
の反射光の回折光２７が全て光検出器３０に到達
するようにした場合の収束点４２から発散する球
面波との干渉縞に相当するパターンを持つてい
る。Ｄ領域格子レンズ３９は半導体レーザ１から
発散する球面波と、Ｄ領域格子レンズ３９に入射
したデイスク面１４からの反射光の回折光２６が
全て光検出器２９に到達するようにした場合の収
束点４３から発散する球面波との干渉縞に相当す
るパターンを持つている。

第１図では格子のピツチは配置をわかりやすく
するために実際より大きく書いてある。

第４図は４分割光検出器２８上の回折光の状態
を説明するための図である。第４図ａはデイスク
面１４上に光ビーム１５が収束している合焦状態
を示す図で、Ａ領域格子レンズ３６からの回折光
２４およびＢ領域格子レンズ３７からの回折光２
５は４分割光検出器２８の第１分割線４４上に、
第２分割線４５をはさんで各々収束する。第４図
ｂはデイスク面１４が変位して結像レンズ２３に
近づいたデフオーカス状態の回折光を示す図であ
る。回折光２４，２５は４分割光検出器２８の左
下の光検出器３３および右上の光検出器３２にそ
れぞれ入射し、左上の光検出器３１および右下の
光検出器３４には入射しない。

第４図ｃはデイスク面１４が変位して結像レン
ズ２３から遠ざかつたデフオーカス状態の回折光
を示す図である。回折光２４，２５は４分割光検
出器２８の左上の左検出器３１と右下の光検出器
３４にそれぞれ入射し、左下の光検出器３３と右
上の光検出器３２には入射しない。したがつて、
４分割光検出器２８の各光検出器３１，３２，３
３，３４の出力をＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とすれ
ば、焦点誤差信号は（S1＋S4）−（S2＋S3）から
得られる。

一方、トラツキング誤差信号は、デイスク面１
４上の絞り込みスポツトがトラツクの中心がずれ
るともどり光の強度分布がアンバランスになるこ
とを利用する。格子レンズ２２のＣ領域格子レン
ズ３８の中心とＤ領域格子レンズ３９の中心を結
ぶ線が結像レンズの光軸と格子レンズが交わる点
を含み、かつ、デイスクのトラツキング誤差方向
と平行になるようにしておく。トラツク誤差が発
生するとＣ領域格子レンズ３８に入射する光量と
Ｄ領域格子レンズ３９に入射する光量に差が生じ
る。この光量差は、２つの光検出器２９，３０の
出力差として検出することができ、この信号の正
負により、トラツキング誤差方向も検知すること
ができる。

デイスクからの再生信号は、４分割光検出器２
８および２個の光検出器２９，３０の信号出力の
総和から得ることができる。

回折素子である格子レンズを用いたフオーカス
誤差検出、トラツキング誤差検出では、半導体レ
ーザの波長が変動すると回折角が変化し、光検出
器上の回折光の位置ずれが生じるため、光源であ
る半導体レーザの発振波長変動に対する対策が必
要であるが、本発明ではこの点に関して次のよう
な解決策が講じられている。４分割光検出器２８
上では、第１分割線４４に平行な方向、及び直交
する方向の２方向に分けて考察する。第１分割線
４４に平行な方向の位置変動については第２分割
線４５を越えるか、又は光検出器からはずれない
限り問題はない。第１分割線に直交する方向の位
置変動については４分割光検出器２８の各光検出
器３１，３２，３３，３４の出力が変化するので
注意が必要であるが、本発明の格子レンズＡ、Ｂ
領域は、この方向の空間周波数をほとんど持たな
いので、この方向の回折光の位置変動は無視でき
る。

また、トラツキング誤差を検出する光検出器２
９，３０に関しては、回折光が各光検出器の中心
に入射するようにできるので、半導体レーザの波
長が変動しても問題は無い。

トラツキング誤差検出方式としてプツシユプル
方式を採用し、誤差修正のために収束レンズ、又
は結像レンズのみを動かす方法では、誤差検出側
の光学系の光軸とレンズ側の光軸にずれが生じ、
トラツク誤差検出用光検出器への入射光量差が発
生するため誤差信号にオフセツトが生じる。この
問題点を解決するために、本発明では次のような
対策を講じている。第５図は格子レンズのトラツ
ク誤差検出動作を説明するための図である。ａは
結像レンズの光軸と誤差検出系光軸が一致してい
る場合で、Ｃ領域、Ｄ領域の格子レンズ３８，３
９は、反射光ビーム中心線４７について対称で等
しい面積に入射する光を検出するので、トラツク
誤差オフセツトは生じない。ｂ，ｃは誤差検出系
光軸に対して結像レンズ光軸がそれぞれ左、右に
ずれた場合を示している。どちらの場合も反射光
ビーム中心線４７の左右にあるＣ領域、Ｄ領域の
格子レンズ３８，３９に入射する光量差からトラ
ツク誤差信号を得るために、トラツク誤差オフセ
ツトの発生は抑制される。

第６図は本発明の第２の実施例を示す斜視図で
ある。

第１の実施例では４分割光検出器２８の第１分
割線４４はデイスクトラツク誤差方向と垂直であ
るが、本実施例では、４分割光検出器２８の第１
分割線４４はデイスクのトラツク誤差方向と平行
に配置され、そのためにＣ領域、Ｄ領域格子レン
ズ３８，３９と格子レンズ４８の分割線３５とが
交わるように配置されている。また第１の実施例
では、トラツク誤差検出用の光検出器２９，３０
は４分割光検出器２８の第２分割線４５の延長線
上に配置されているが、本実施例では、第１分割
線４４の延長線上に配置されている。この他の構
成は第１の実施例と同じである。

４分割光検出器２８の配置は、結像レンズ２３
の光軸を中心にして、第１の実施例、あるいは第
２の実施例で示した配置から、格子レンズ２２の
分割線３５と共に任意の角度だけ回転させた配置
ももちろん可能である。さらに、トラツク誤差検
出用の光検出器２９，３０の配置は、Ｃ領域格子
レンズ３８からの回折光２４とＤ領域格子レンズ
３９からの回折光２５を分離して独立に検出でき
れば任意にすることができる。

第７図は本発明の第３の実施例の基本構成を示
す斜視図である。本実施例では、第１の実施例の
格子レンズが反射型の格子レンズ４９に変わつた
もので、他の構成は第１の実施例と同一である。
このような反射型格子レンズを導入することで光
学素子数を増やすことなく光ヘツドを薄型にでき
る。

（発明の効果） 本発明の光ヘツド装置は光学部品が結像レンズ
と格子レンズだけでよく、これまで多数の部品を
使つていた光ヘツド装置の部品を大幅に削減する
ことが可能であり、これまで光デイスク装置全体
の小型化、あるいはスタツク型光デイスク装置の
ネツクとなつていた光ヘツドのサイズを縮小する
ことが可能となる。また、本発明に用いる格子レ
ンズは表面凹凸型の素子であるので、全型を作製
すれば熱プレス法、あるいはフオトポリマー法等
によりレプリカが容易に得られるので、安価に量
産することができる。さらに、本発明は半導体レ
ーザと全ての光検出器を同一パツケージ内にハイ
ブリツドに作成することにより、量産性、信頼性
に富む光ヘツドを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す斜視
図、第２図は、従来の光ヘツド装置の一例を示す
断面図、第３図は、トラツク誤差検出器上の光量
分布を説明するための図、第４図は４分割光検出
器上の回折光の状態を説明するための図、第５図
は格子レンズ上の反射光の分布を説明するための
図、第６図は本発明の第２の実施例の基本構成を
説明するための斜視図、第７図は本発明の第３の
実施例の基本構成を説明するための斜視図であ
る。 １…半導体レーザ、２…放射ビーム、３…コリ
メートビーム、４…コリメーテイングレンズ、５
…収束レンズ、６…アクチユエータ、７…ビーム
スプリツタ、８，９…ウエツジプリズム、１０，
１１，１２，１３，２０，２１，２９，３０，３
１，３２，３３，３４…光検出器、１４…デイス
ク面、１５…収束ビーム、１６，１７…屈折光、
１８…２分割光検出器、１９…分割線、２２，３
６，３７，３８，３９，４８…格子レンズ、２３
…結像レンズ、２４，２５，２６，２７…回折
光、２８…４分割光検出器、３５…格子レンズ２
分割線、４０，４１，４２，４３…収束点、４４
…第１分割線、４５…第２分割線、４７…反射光
ビーム中心線、４９…反射型格子レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光源と、前記光源からの光を記録媒体上に絞
   り込む結像レンズと、互いに直交する第１、第２
   の分割線で受光面が４分割された第１の光検出器
   と、前記第１の光検出器の近傍に配置された第
   ２、第３の光検出器と、前記光源と前記結像レン
   ズとの間に設けられた格子レンズとから少なくと
   も成り、前記格子レンズは、前記結像レンズを経
   てきた前記記録媒体からの反射光を前記第１の光
   検出器の第２の分割線の両側の前記第１の分割線
   上に各々収束させる第１、第２の領域と、前記反
   射光をそれぞれ前記第２、第３の光検出器に導く
   第３、第４の領域とから成り、前記第１、第２の
   領域は前記第１の分割線と平行な境界線を境に互
   いに接して形成され、前記第３、第４の領域は前
   記境界線から離れて第１、第２領域内にそれぞれ
   形成、あるいは互いに距離をおいて前記境界線を
   横切り前記第１、第２の領域にまたがつて各々形
   成されていることを特徴とする光ヘツド装置。