JPH06124469A - 光ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速アクセス対応，低コスト，特に動作の安
定した信頼性の高い光ヘッドを提供する。 【構成】 ガルバノミラー３によって微少トラッキング
を行い、このガルバノミラーに反射型回折格子を施し、
戻り光を分離する光ヘッドであって、正反射光12は対物
レンズ５へ、その他の迷光として光学系に悪影響を及ぼ
す往路側で発生する±１次回折光13，14及び高次の回折
光を取り除くものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光によって情報を記
録、または再生する光学情報記録再生装置の光ヘッドに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光を利用して情報の記録や再生を
行う技術はめざましい進歩を遂げている。あらかじめ記
録されている音声や文字、画像データを読み出す再生専
用の光学装置、いわゆるコンパクトディスク，ＣＤ−Ｒ
ＯＭ，レーザディスクなどと、それぞれ呼ばれているも
ので、基本的な技術，市場とも成熟期にある。またコン
ピュータの２次記憶装置、リライタブルファイリング装
置などに近年ますますその利用範囲を広げてきているデ
ータの消去や再書き込み可能な光磁気ディスク装置や相
変化型ディスク装置などの書き換え型ディスク装置など
が現在、技術的改良，市場規模拡大，シェア獲得などを
目指し本格的な立ち上がり時期を迎かえつつある。

【０００３】これらの技術的発展を支えているものは市
場のニーズもあるが半導体レーザ技術，光学技術，媒体
技術，信号処理技術，精密加工技術などの多くの周辺技
術発展の寄与するところが大きいといえる。今後ますま
す技術の発展、市場規模の拡大にともなって、光ディス
ク装置はデータ記憶装置としてその地位を築いて行くも
のと思われる。

【０００４】この光ディスク装置において記録媒体への
書き込みまたは再生を行う場合、対物レンズで集光した
光スポットを目的とするトラックまたはピット位置に正
確に追従させなければならない。このために光束に対し
て対物レンズをフォーカス方向即ち光束の光軸方向と、
トラッキング方向即ち媒体の記録方向と光軸方向に対し
て直角方向に駆動する必要がある。この２方向の駆動手
段即ちアクチュエータはそれぞれいくつかの方法が提案
されており実際に製品化されているものも多い。

【０００５】トラッキング駆動手段の一つとして対物レ
ンズをディスクのタンジェンシャル方向へ直接駆動する
方法がある。しかし、今後ますますその機能が要請され
ている目標トラック，目標データへのアクセス速度の向
上、記録データの高速転送に関わるディスク回転数の高
速化、これらに関わるところの対物レンズアクチュエー
タを含む光ヘッド部の軽量化や振動に対する周波数応答
特性の向上等を鑑みてトラッキング動作のため対物レン
ズおよび近傍の光学部品を直接動かすことなく、アクセ
ス動作を行わない部分、いわゆる固定光学系により前述
の動作をする試みが行われている。

【０００６】上記固定光学系からトラッキング駆動を行
う方法としては、ガルバノミラーを備えたアクチュエー
タによって行う方法が一般的である。前記対物レンズ等
を駆動しないということは、その位置に駆動のためのア
クチュエータを配置しなくて済むということであり、ア
クセスのために移動する光ピックアップのウエイトを低
減することができ、さらに機構部の剛性を高めることが
でき、高い周波数域での振動に対して安定した動作を行
うことができるようになる。

【０００７】図３は従来の分離光学系光ディスク装置に
おける光学系全体の模式図を示す。この図３を用いて半
導体レーザからの射出光と、記録媒体面からの戻り光を
分離する手段を備えたガルバノミラーによって固定光学
系からトラッキング作用を及ぼす方式について説明をす
る。

【０００８】図３における光学系は一般に分離光学系光
ディスク装置と呼ばれるもので、光源であるところの半
導体レーザと光検出器を光ヘッドから分離して装置基盤
に固定しているものである。このことにより、ディスク
をアクセスする対物レンズを搭載する移動部の質量を軽
減することにより加速性能を向上させることができアク
セススピード向上に寄与することができる。

【０００９】図３中、光源であるところの半導体レーザ
１から射出された光束はコリメータレンズ２によって平
行光束に変換された後、トラッキングアクチュエータ11
によって傾き角度が変化するガルバノミラー３によって
反射される。このミラーによって反射された光束はフォ
ーカスアクチュエータ10によってサーボ制御される跳ね
上げミラー４によって反射され、対物レンズ５に入射す
る。

【００１０】この対物レンズ５によって光束は所定の大
きさのスポットとして記録媒体面６に結像させられ、記
録媒体面６へのデータの記録または再生を行う。この記
録媒体面６での情報を含んだ反射光線は再び対物レンズ
５へ戻り略平行光に変換された後、跳ね上げミラー４を
経て前記ガルバノミラー３に入射する。

【００１１】このガルバノミラー面は反射型回折格子か
らなり、この面で反射光束の一部が回折され光検出器７
上へ後述のごとく所定のパターンとして結像するように
配置されている。この回折光はさらにコリメータレンズ
２によって集光作用を受け光検出器７に到達する。対物
レンズ５と跳ね上げミラー４は一体化しており、目的の
トラックにアクセスするために可動できるようになって
いて移動光学系９にある。これに対して半導体レーザ
１，コリメータレンズ２，ガルバノミラー３及び光検出
器７等は固定光学系８にある。

【００１２】次に図４は図３の半導体レーザ１及び光検
出器７の構成を示す平面図(a)及びその側面図(b)を示
す。光源であるところの半導体レーザ１が円形平面上の
略中央に位置されており、その周辺部の一箇所に多分割
フォトダイオードからなる光検出器７が形成されてい
る。前記ガルバノミラー面の反射型回折格子で分離され
た光束は図３のごとく光検出器７の中央に結像する。光
検出器７へ入射した光を適切に処理することによって記
録信号の再生をするとともに、前述のフォーカシングお
よび、トラッキングに関わる信号即ちエラー信号を検出
することができる。

【００１３】この検出方法については、それぞれいくつ
かの方法が考案されているが、ここではフォーカシング
のためにビームサイズ法、トラッキングのためにはプッ
シュプル法を用いた光ディスク装置を示す。図５は平面
上に配置された光検出器７および光検出回路を示す。同
図に示す光検出器７は細長い長方形のエリアをもつそれ
ぞれ長辺方向を接触させて並んだ４つのフォトダイオー
ド群により形成される。４つのフォトダイオードを図の
ごとく、便宜的にＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４としてその出
力をＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とするならば、再生信号の
検出には全エリアの総出力、即ちＰ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ
４を用いる。

【００１４】次に、フォーカシングに関わる動作説明を
行う。光検出器７の両わきに配置されているエリアＳ
１，Ｓ４出力の和(Ｐ１＋Ｐ４)と、内側に配置されてい
るエリアＳ２，Ｓ３出力の和(Ｐ２＋Ｐ３)の差動信号
(Ｐ１＋Ｐ４)−(Ｐ２＋Ｐ３)をとる。即ちフォーカス時
において前記差動信号が０になるように光検出器７を配
置しておけば、デフォーカスに伴う光検出器７上での集
光スポットの大きさによって図６に示すようなフォーカ
スエラー(ＦＥ)信号の特性を示す。このエラー信号をフ
ォーカスアクチュエータ10(図３参照)にフィードバック
することによってフォーカスサーボを作動させる。

【００１５】次にトラッキングの動作について説明す
る。記録媒体面６へ結像した光スポットは案内トラック
または記録ピットで＋１次，−１次の回折光を発生し、
この回折光と正反射光である０次回折光とが光検出面上
で相互にその一部分が干渉を起こし、そのエリアでの光
強度の減少をきたす。このパターンを図７に示す。

【００１６】図７に示すように＋１次、−１次，０次の
各回折光(Ａ)，(Ｂ)，(Ｃ)がそれぞれ０次回折光(Ｃ)を
中心として線対称の位置にそれぞれ前述の干渉部分(Ｄ)
ができる。ここで結像スポットが記録トラック部分また
は記録ピット部分の中心に位置している図７(a)のジャ
ストトラックの場合にはそれぞれの干渉部分(Ｄ)，(Ｄ)
の強度バランス即ち前記線対称の線を境とするエリアＳ
１，Ｓ２出力の和とエリアＳ３，Ｓ４出力の和が等しく
なり、差動信号(Ｐ１＋Ｐ２)−(Ｐ３＋Ｐ４)が０とな
る。

【００１７】また結像スポットが前述中心部分からズレ
を生じた図７(b)のオフトラックの場合には前記エリア
Ｓ１，Ｓ２出力の和とエリアＳ３，Ｓ４出力の和のバラ
ンスが崩れ、この崩れ量、即ち出力の差動信号(Ｐ１＋
Ｐ２)−(Ｐ３＋Ｐ４)がトラッキングエラー信号(ＴＥ)
となる。このトラックずれに伴うトラッキングエラー信
号(ＴＥ)の特性を図８に示す。

【００１８】図５に示す前記光検出器７からのトラッキ
ングエラー信号(ＴＥ)は一旦信号処理部(図略)へと導か
れトラックエラー即ち目的とするところのトラックと対
物レンズ５(図３参照)によって結像されたスポットのず
れに応じたトラッキングアクチュエータ11の駆動電流を
発生させる。この電流がムービングコイルに流れること
によって磁石に作用してガルバノミラー３を一定の方向
へ任意の量だけ駆動する。即ち、このガルバノミラー３
は入射光をトラッキングアクチュータ11の傾き角度と同
量だけ射出光を傾けて反射することができる。

【００１９】このように移動部とトラッキングのための
アクチュエータの機構とを分離することによって、さき
に述べたように移動部の軽量化、および構造の高剛性化
を実現することができアクセススピードの向上、ディス
クの高速回転に対応することができる。また、反射型回
折格子を備えたガルバノミラーでは半導体レーザからの
射出光と記録媒体面からの戻り光を分離することによっ
て小型、簡素化した固定光学系が構成できる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た反射型回折格子を備えたガルバノミラーによってトラ
キング駆動を行う方式では、対物レンズに入射する前の
光の経路、いわゆる往路側で前記反射型回折格子による
±１次または高次の回折光が発生する。この回折光は記
録媒体面によって反射した後、光検出器に不要な迷光と
して入り込みや、トラッキングや、フォーカシングなど
のサーボ信号のオフセット発生や、記録再生信号ＣＮ比
の劣化の原因となる。

【００２１】本発明は上記課題を解決するもので、反射
型回折格子により発生する往路側での迷光の影響を取り
除いた光ヘッドを提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、半導体レーザからの射出光を平行光束に変
換するコリメータレンズと、このコリメータレンズから
の平行光束を記録媒体面に集光する対物レンズと、前記
平行光束を前記対物レンズへ導くとともに対物レンズか
らの戻り光束を光検出器へ導く光分離機能を持つ反射面
と、前記記録媒体面からの反射光を検出する前記光検出
器からなる光ヘッドにおいて、前記反射面は反射型回折
格子を備えたガルバノミラーからなり前記対物レンズの
直径をｒ、前記反射面から光ディスクの外周側に位置す
る前記対物レンズまでの距離をＬ、前記反射面による回
折光の反射角をθ_mとすれば、下記数式３を満足するよ
うに構成され、さらに前記反射型回折格子は前記回折光
の波形をλとして下記数式４で示されるような格子間隔
ｄで形成されているために、前記反射面における半導体
レーザからの入射光を±１次または高次の回折光が前記
対物レンズの入射瞳に到達しないものである。

【００２３】

【数３】ｔａｎ(45°−θ_m）＞（ｒ／Ｌ）

【００２４】

【数４】

【００２５】

【作用】本発明によれば、反射型回折格子を備えたガル
バノミラー３によって発生する往路側での迷光となる回
折光を取り除くようになっているので、記録信号の再生
とトラッキングやフォーカスなどのサーボを正確に行う
ための品質の高い信号光を得ることができ、高速アクセ
ス対応，低コスト，高安定な光ヘッドを構成できる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１及び図２
を参照しながら説明する。

【００２７】図１は本発明の一実施例の光ディスク装置
における光学系全体の模式図を示すものであり、図中、
前記図３とほぼ同様の構成となっているが、ガルバノミ
ラーの構成を異にし、図２により後述する。

【００２８】図１において、光源であるところの半導体
レーザ１から射出された光束は、コリメータレンズ２に
よって平行光束に変換された後、ガルバノミラー３によ
って反射される。この反射光は跳ね上げミラー４によっ
て反射され、対物レンズ５に入射する。

【００２９】跳ね上げミラー４と対物レンズ５は一体化
されており目的のトラックにアクセスするためにディス
ク内周側から外周側、あるいは外周側から内周側のディ
スク半径方向に可動できる。この対物レンズ５によって
光束は所定の大きさのスポットとして記録媒体面６に結
像させられ、この記録媒体面６へのデータの記録または
再生を行う。記録媒体面６での情報を含んだ反射光線は
再び対物レンズ５へ戻り略平行光に変換された後、跳ね
上げミラー４を経て前記ガルバノミラー３に入射する。

【００３０】このガルバノミラー３の表面は反射回折格
子からなり、戻り光がその反射型回折格子で反射するこ
とによりその一部が回折する。この記録媒体面での反射
後、いわゆる復路側で回折格子によって発生する回折光
は、さらにコリレータレンズ２によって集光作用を受け
光検出器７に到達する。

【００３１】光検出器７は前記図５に例示したように細
長い長方形のエリアをもつそれぞれ長辺方向を接触させ
て並んだ４つのフォトダイオード群により形成されてお
り、このフォトダイオードにより再生信号の検出、及び
フォーカシング、トラッキングそれぞれのサーボ信号の
検出を行う。フォーカシング及びトラッキングの検出方
法は従来例と同様にそれぞれビームサイズ法及びプッシ
ュプル法によって行う。

【００３２】このビームサイズ法によって前記光検出器
７から検出されたフォーカスエラー信号(ＦＥ)をフォー
カスアクチュエータ10にフィードバックすることによっ
てフォーカスサーボを作動させる。一方、前記光検出器
７から検出されるトラッキングエラー信号(ＴＥ)は記録
媒体面への結像スポットの位置補正に用いられる。

【００３３】即ち、このトラッキングエラー信号(ＴＥ)
は一旦信号処理部(図略)へと導かれ目的とするところの
トラックと対物レンズ５によって結像されたスポットの
ずれに応じたトラッキングアクチュエータ11を駆動する
ための電流を発生させる。この電流がムービングコイル
に流れることによって磁石に作用してガルバノミラー３
を一定の方向へ任意の量だけ傾かせる。これによりガル
バノミラー３による入射光がトラッキングアクチュエー
タ11の傾き角度と同じ量だけ傾いて反射し、対物レンズ
５への入射光が角度調整され、記録媒体面６への結像ス
ポットが正しいトラック位置に補正される。

【００３４】このような構成で半導体レーザ射出から対
物レンズ入射までの光の経路、いわゆる往路側において
もガルバノミラー３への入射光に±１次回折光または高
次の回折光(以下回折光という)が発生する。この回折光
の一部は対物レンズ５に入射することによって記録媒体
面６を反射した後、光検出部７に到達する。光検出部７
に入り込んだ回折光はノイズとなって、サーボ信号のオ
フセットの発生や記録再生信号のＣＮ比の劣化を及ぼ
す。

【００３５】したがって、この回折光は取り除く必要が
ある。本発明における前記回折光を取り除くガルバノミ
ラー３の構成を図２に示す。ここで、３aはガルバノミ
ラー３の反射形回折格子、３bは反射面であり、図中、
正反射光12は、対物レンズ５に入射し情報の記録再生に
関わる。これに対して、±１次回折光13，14は正反射光
12の左右に分かれる。(高次の回折光については図示せ
ず)その±１次回折光13，14の反射角をθ_m、対物レンズ
５の直径をｒ、ガルバノミラー３から対物レンズ５まで
の距離をＬとして前述した(数式３)を満足するように構
成されているので、±１次回折光13，14は対物レンズ５
の入射瞳に到達しない。

【００３６】なお、高次の回折光についてもこの構成で
±１次回折光と同様に対物レンズに入射しない。±１次
回折光13，14または高次の回折光が対物レンズ５に到達
せずに迷光として取り除かれるためには、前記反射角θ
_mを最適に取らなければならないが、この反射角は前記
反射型回折格子３aの格子間隔により規定される。この
格子間隔をｄとし、反射型回折格子３aへの入射光の波
長をλ、前記回折角θ_mの正弦は＋１次回折光について
(数式５)、−１次回折光について(数式６)でそれぞれ示
される。

【００３７】

【数５】ｓｉｎθ_m＝λ／ｄ＋√（2/2）

【００３８】

【数６】ｓｉｎθ_m＝−λ／ｄ＋√（2/2） 上記図２に示す本実施例の構成では、一定の格子間隔ｄ
で正反射光12に対する±１次回折光13，14の傾き角θ_m
は−１次回折光14の方がより小さいために、前記反射角
を−１次回折光14が対物レンズ５に入射しない角度にす
ると、＋１次回折光13についても同様に対物レンズ５に
到達しない。したがって、(数式３)を満足するような前
記反射角は−１次回折光14について規定をする必要があ
る。

【００３９】この−１次回折光14の反射角を最適にする
前記格子間隔ｄの条件は前述した(数式４)で示される。
なお、前述のように跳ね上げミラー４と対物レンズ５は
一体化されておりディスク半径方向に移動できるように
なっているために、ガルバノミラー３から対物レンズ５
までの距離Ｌは対物レンズ５が内周側にある場合と外周
側にある場合とで変化する。本発明においてはこのＬを
外周側での距離とする。

【００４０】また本発明においては反射型回折格子と限
定したが、その反射型回折格子を反射型ホログラム等に
置き換えても同じ作用を及ぼす。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光ヘッド
は、反射型回折格子を備えたガルバノミラーによる往路
側で発生し迷光となる回折光を取り除く構成になってい
るために、記録信号の再生とトラッキングやフォーカス
などのサーボを正確に行うための品質の高い信号光を得
ることができ、高速アクセス対応，低コスト，高安定性
な光ヘッドを構成することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光ディスク装置における光
学系全体の模式図である。

【図２】図１のガルバノミラーによる反射光と回折光の
関係を示す図である。

【図３】従来の分離光学系光ディスク装置における光学
系全体の模式図である。

【図４】図３の半導体レーザ及び光検出器の構成を示す
平面図(a)及びその側面図(b)である。

【図５】図３の平面上に配置された光検出器および光検
出回路図である。

【図６】図５の光検出器の焦点ずれとフォーカスエラー
(ＦＥ)信号の関係を示す特性図である。

【図７】図５の光検出器におけるトラッキング動作時の
回折光パターンを説明する図である。

【図８】図５の光検出器におけるトラックずれとトラッ
キングエラー(ＴＥ)信号の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、 ２…コリメータレンズ、 ３…ガ
ルバノミラー、 ３a…反射形回折格子、 ３b…反射
面、 ４…跳ね上げミラー、 ５…対物レンズ、６…記
録媒体面、 ７…光検出器、 10…フォーカスアクチュ
エータ、 11…トラッキングアクチュエータ、 12…正
反射光、 13…＋１次回折光、 14…−１次回折光。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザからの射出光を平行光束に
   変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズか
   らの平行光束を記録媒体面に集光する対物レンズと、前
   記平行光束を前記対物レンズへ導くとともに前記対物レ
   ンズからの戻り光束を光検出器へ導く光分離機能を持つ
   反射面と、前記記録媒体面からの反射光を検出する前記
   光検出器からなる光ヘッドにおいて、前記反射面におけ
   る半導体レーザからの入射光の±１次または高次の回折
   光が前記対物レンズの入射瞳に到達しないように前記反
   射面を構成したことを特徴とする光ヘッド。
2. 【請求項２】 前記反射面は、反射型回折格子を備えた
   ガルバノミラーからなり、前記対物レンズの直径をｒ、
   前記反射面から光ディスクの外周側に位置する前記対物
   レンズまでの距離をＬ、前記反射面による回折光の反射
   角をθ_mとすれば下記数式１を満足するように構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。 【数１】ｔａｎ(45°−θ_m）＞（ｒ／Ｌ）
3. 【請求項３】 前記反射型回折格子は、前記回折光の波
   長をλとして下記数式２で示されるような格子間隔ｄで
   形成されていることを特徴とする請求項２記載の光ヘッ
   ド。 【数２】