JPH0620293A - 光ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速回転ディスクに対応できるアクセス速度
の速い光ヘッドを供給する。 【構成】 対物レンズ６とコリメータレンズ２の光路の
途中にトラッキング駆動用の全反射面４とこの全反射面
の法線41とわずかに傾いた回転軸14Ａをもつトラッキン
グアクチュエータ14を配置することによって対物レンズ
６へ入射する光束の入射角度を制御し結像スポットのト
ラッキングを行う。

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。予め記録され
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)、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。

【０００３】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
向かえつつある。

【０００４】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。

【０００５】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記録媒体上の記録トラッ
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、即ち記
録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。

【０００６】ここでは、図４から図６を用いて本発明に
関わるところのトラッキング動作方法について従来技術
の説明を行う。図４は従来の光ヘッドの構成図を示し、
図４において光源であるところの半導体レーザ51から射
出された光束は、コリメータレンズ52によって平行光束
に変換され、ビームスプリッタ53を透過し、さらに跳ね
上げミラー54で反射した後、対物レンズ55に入射し、対
物レンズ55の集光作用によって記録面56に結像する。こ
の結像されたスポットによって記録面56に予め記録され
ていたピット信号をピックアップまたは強度等に変調さ
れた光によりデータを記録する。

【０００７】さらに記録面56から前記ピット信号成分を
含んだ反射戻り光束を再び対物レンズ55によって拾い光
検出器59側へと導く。この光検出器59へ入射した光を適
当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。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非点収差法、
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。

【０００８】以下に、フォーカシングに関わる動作説明
を行う。記録面56からの戻り光束はビームスプリッタ53
の光分離面53Ａによって光検出器59側へ分離される。光
検出器59への光路の途中に集光レンズ57およびシリンド
リカルレンズ58が配置されている。集光レンズ57によっ
て略平行な戻り光束は光検出器59へと集光されつつ、ま
たシリンドリカルレンズ58によって光軸上の収差である
非点収差が発生させられる。

【０００９】この非点収差のパターンが対物レンズ55の
記録面56へのフォーカス、デフォーカスに伴って楕円パ
ターン、最小錯乱円と言われる真円パターン、前記楕円
パターンと直角方向の母線を持つ楕円パターンと各パタ
ーンが変化する。

【００１０】最小錯乱円の位置に図４に示すような４つ
に分割されたフォトダイオード59-1，59-2，59-3，59-4
からなる光検出器59を楕円パターンの母線方向と45°相
対的に軸上に回転させた形で設置する。この４つに分割
されたフォトダイオード59-1〜59-4からなる光検出器59
の対角線方向の和とそれぞれの差動出力をとることによ
って、図５に示すような対物レンズデフォーカスに伴う
フォーカスエラー(ＦＥ)信号が得られ、この特性図にお
いて、横軸に焦点ずれ、縦軸にＦＥ信号をとってある。
このフォーカスエラー信号(ＦＥ)をフォーカスアクチュ
エータを構成する対物レンズ55，対物レンズ駆動コイル
55Ａ，55Ｂ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。

【００１１】次にトラッキング動作について図６を用い
て説明を行う。図６は光検出器59のエリア分割ライン
(対称線)59-5で４つに分割されたフォトダイオード59-1
〜59-4(光検出エリア)上の回折光パターンを示し、記録
面56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Ａ１，Ａ２を発生し、こ
の回折光と正反射光である０次回折光Ａ３とが光検出面
上で相互にその一部分が干渉(斜線部分)を起こし、その
干渉エリアでの光強度の減少をきたす。

【００１２】これらの＋１次、−１次回折光Ａ１，Ａ２
と０次回折光Ａ３とがそれぞれ０次回折光Ａ３を中心と
して対称線59-5の位置にそれぞれ前述の干渉部分ができ
る。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場合には、それぞれの干渉部
分の強度バランス即ち前記対称線59-5を境とする２つの
エリアの光強度の和が等しくなる。

【００１３】また結像スポットが前記中心部分からズレ
を生じた場合には前記２つのエリアの光強度の和のバラ
ンスが崩れ、この崩れ量、即ち光強度の差動信号がトラ
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７に示
し、横軸にトラックずれ、縦軸にＴＥ信号をとってあ
る。図７において光検出器59から得られたトラッキング
エラー信号(ＴＥ)の極性や大きさに応じて対物レンズ駆
動用コイル55Ａ，55Ｂに増幅器(Ａmp)によって所定レベ
ルに増幅された電流が流される。この電流によって対向
する磁石との間にフレミングの左手の法則に従った作用
が働き対物レンズ55を記録面56のトラックに追従できる
ように駆動させることができる。この場合、対物レンズ
55は光束およびトラックに対して直角方向に駆動し、こ
の駆動量に応じて記録面56上の結像スポットが動きトラ
ックに追従する。

【００１４】このように光束に対して対物レンズを直接
駆動する方式にはその構成によって軸摺動方式、ワイヤ
方式、板バネ方式などのいくつかのタイプに分けること
ができる。このような対物レンズ直接駆動方式が現在開
発されている光ディスク装置で主な方式となっている。
これらの方法では記録トラックをアクセスする光ヘッド
部に対物レンズ及び駆動アクチュエータなどが搭載され
比較的重量が大きくトラッキング駆動部分があるため、
機構の剛性も多少犠牲になっているといえる。

【００１５】一方、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
特性向上等母に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記の
動作をする試みが行われている。

【００１６】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
てす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る。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。

【００１７】図８は以上説明した対物レンズ位置近傍に
トラッキングのための駆動装置を設けず、固定光学系位
置からトラッキング作用を及ぼす光ヘッドの構成を示す
斜視図であり、以下この方式について説明をする。図８
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、半導体レーザ61と光検出部62を移動光学
系63から分離して装置基盤に固定しているものである。
このような配置をとることによりディスク64をアクセス
する対物レンズ65を搭載する移動光学系63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。

【００１８】また、トラッキング駆動に関しては移動光
学系63に設置されているものが同方式においても先に述
べた通り一般的であるが、同図８のごとく特に固定光学
系66に設置されている方式の光ヘッドが実用化されてい
る。

【００１９】以下、トラッキング駆動について詳細を説
明する。同図において光源であるところの半導体レーザ
61から射出された光束はコリメータレンズ67によって平
行光束に変換された後プリズム68を透過し、ミラー69で
反射され移動光学系63に入射する。この移動光学系63
は、跳ね上げプリズム70，対物レンズ65、および対物レ
ンズ65のフォーカス方向駆動用アクチュエータ71などか
ら構成されておりディスク64に対してアクセス動作を行
う。

【００２０】一方、ディスク64で反射され対物レンズ65
で再び略平行光に変換された戻り光束は固定光学系66に
入射し、ミラー69を経てプリズム68で光検出部62へと分
離される。光検出部62へ導かれた光は先に説明したごと
くトラッキングエラー信号(ＴＥ)およびフォーカシング
エラー信号(ＦＥ)を検出し、それぞれのアクチュエータ
へ同信号をフィードバックすることによりサーボ動作を
かけることができる。

【００２１】図中、前記光検出部62からのトラッキング
エラー信号(ＴＥ)は一旦信号処理部(図示せず)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
対物レンズによって結像されたスポットのずれに応じた
アクチュエータ駆動電流を発生させる。この電流がムー
ビングコイル72に流れることによって磁石に作用してミ
ラー69を一定の方向へ任意の量だけ駆動する。このミラ
ー69はガルバノミラーと呼ばれ入射光をアクチュエータ
の傾き角度の同量だけ、射出光を傾けて反射することが
できる。このように移動光学系63とトラッキングのため
のアクチュエータ機構とを分離することによって先に述
べたように移動光学系の軽量化、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向上、ディスク
の高速回転に対応することができる。

【００２２】以上説明したように、結像スポットの記録
トラックまたは記録ピットに対して正確なトラッキング
動作を行うためには対物レンズをディスクのタンジェン
シャル方向の直接駆動する方法と、ガルバノミラーを利
用した対物レンズへ入射する途中の光路を傾けて行う２
つの方法に大別することができる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た結像スポットの記録トラックまたは記録ピットへのト
ラッキングのための方法のうち、対物レンズを直接入射
ビームに対してディスクのタンジェンシャル方向に駆動
する方法であると、移動する光学ヘッドにアクチュエー
タ機構を搭載しなければならず重量の増加によって目標
トラックへの高速アクセスにははなはだ不利となり、ま
た可動機構が増加することによりヘッドの剛性が低下し
高速回転のディスクに対応、即ち高い周波数応答を要求
される場合にははなはだ都合がよくない。さらにアクチ
ュエータ駆動のための給電装置を設置する必要が生じ装
置として複雑にならざるを得ず、動作上の処理も問題に
なる。

【００２４】またガルバノミラーを利用した移動する光
ヘッドと分離したタイプでは上記の問題点をほとんど解
決できるものであるが、ガルバノミラーのアクチュエー
タ傾き角度の同角度で反射光は折り曲げられる。このこ
と自体は何の問題もないが安定してトラッキング駆動を
行うためには1.6マイクロメータピッチのトラックに対
して結像スポットを中心偏差±0.1マイクロメータ程度
に抑えなければならない。これを角度に直すと、焦点距
離３ミリメータの対物レンズを用いた場合約±７角度秒
という極めて小さい角度となり、さらにガルバノミラー
の制御角度はこの角度と同等のものとなる。

【００２５】このためガルバノミラーのアクチュエータ
および制御機構は極めて精度の高い安定したものを用い
ることが必要になり、一般に機構の大型化，高価格化と
なることを避けるのは難しいと言わざるを得ない。

【００２６】本発明は上記課題を解決するもので、重量
の軽い、高速回転のディスクに対応できる周波数応答性
能の高い駆動部を実現できると共に小型，低価格の光ヘ
ッドを提供することを目的とする。

【００２７】

【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略平行な光束
に変換するコリメータレンズと、このコリメータレンズ
からの光束を記録媒体面に集光する対物レンズと、前記
記録媒体面からの反射光を検出する光検出部からなる光
ヘッドにおいて、前記光束を対物レンズとコリメータレ
ンズの光路の途中で、対物レンズへ入射する光束を任意
の角度に折り曲げる機構を備え、この折り曲げる機構
は、全反射面とこの反射面を回転駆動する駆動機構を持
つとともに、この回転軸がこの反射面の法線と0.1〜３
°の範囲で傾いた回転駆動機構から構成されているもの
である。

【００２８】

【作用】本発明によれば、対物レンズから離れた位置に
この対物レンズに入射する光束の入射角度を任意に制御
する機構を持つことにより軽量、剛性の高い対物レンズ
を含む移動光学系を持つ光ヘッドを構成することができ
るものである。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図３を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例の光ヘッド
の構成を示すものであり、図中、１は光源である半導体
レーザ、２は半導体レーザ１からのレーザ光束を略平行
光束にするコリメータレンズ、３は光分離面８を有する
プリズム、４は本発明の特徴を構成する全反射面であ
り、後記対物レンズ６と前記コリメータレンズ２の途中
で、対物レンズへ入射する光束を任意の角度に折り曲げ
る機構トラッキングアクチュエータ14を備える。この全
反射面４のなす法線41と、θ＝0.1°〜３°の範囲で傾
いた軸を回転軸14Ａとして、全反射面４を任意の角度に
回転させる。

【００３０】また、９は集光レンズ、10はシリンドリカ
ルレンズ、12は光検出器であり、これらにより光検出部
11を構成する。なお前記光検出器12は４分割されたディ
テクタとしてのフォトダイオード12-1〜12-4を有し、そ
の検出出力は増幅器(Ａmp)を経て、１つは前記トラッキ
ングアクチュエータ14と、他の１つはフォーカスアクチ
ュエータ13とに夫々出力される構成となっている。

【００３１】また、移動光学系(イ)を構成する素子のう
ち、５は跳ね上げミラー、６は対物レンズであり、７は
記録媒体面(ディスク)である。前記対物レンズ６はフォ
ーカスアクチュエータ13で記録媒体面７との焦点調整が
行なわれる。

【００３２】以上のように構成された光ヘッドについて
以下の動作について説明する。

【００３３】固定光学系(ア)における光源であるところ
の半導体レーザ１から射出された楕円強度断面を持つレ
ーザ光束はコリメータレンズ２によって略平行光束に変
換されてプリズム３へ入射する。さらにこのプリズムを
透過した光束は全反射面４で反射して移動光学系(イ)に
到達する。

【００３４】さらに跳ね上げミラー５で反射され対物レ
ンズ６に入射し、対物レンズ６の集光作用によって記録
媒体面７へ結像するとともに、記録媒体面７に対して強
度変調された光によってデータを記録するか、あらかじ
め記録されているデータ、また結像されたスポットを任
意の位置の記録トラックに対してデフォーカス、トラッ
クずれさせることなく追従させるためのサーボに必要な
情報を含む戻り光束を拾い上げる。拾い上げられた光束
はさらに対物レンズ６によって略平行光に変換された後
再び跳ね上げミラー５，全反射面４で反射されてプリズ
ム３に入射する。

【００３５】プリズム３の内部には光の一部を反射分離
する光分離面８が形成されており、この光分離面で分離
された戻り光束の一部は集光レンズ９およびシリンドリ
カルレンズ10を透過し、集光されつつ光検出器12へ入射
する。この戻り光束は記録媒体面７に記録されていたデ
ータの再生信号や、目標トラックへ対物レンズ６からの
光束をうまく結像させるためのフォーカシング、トラッ
キングサーボのための情報を含んでおり集光レンズ９以
降の光検出部11によって処理され必要な電気信号に変換
される。

【００３６】記録媒体面７に記録されているデータの再
生は光検出部11に入射する総光量の変化をフォトダイオ
ード12-1〜12-4からなる光検出器12で電流または電圧な
どの電気信号の強度に変換しその変化を読み取る。さら
に光磁気方式の光記録方式であるならば光路途中へ偏光
膜などの検光子を介在させることにより光磁気信号など
も検出することが可能であるがここでは詳細についての
説明は省略する。

【００３７】次に、結像スポットの制御のためにフォー
カシング、およびトラッキングサーボを行うために必要
な情報即ちエラー信号の検出について説明を行う。対物
レンズ６の光軸方向への距離を所定の量に保つため即ち
焦点距離の位置に正しく、最小に絞られた光スポットが
結像するようにフォーカス制御を行う。制御に必要なエ
ラー信号の検出にはいくつかの方式が提案されているが
図１に示した方式は非点収差法と呼ばれるもので、先に
述べたシリンドリカルレンズ10により積極的な非点収差
と呼ばれる軸上の収差を発生させ対物レンズ６のデフォ
ーカスに伴う像側のパターンの変化を４つに分割された
フォトダイオード12-1〜12-4からなる光検出器12で捉え
パターン変化、即ち結像スポットのデフォーカス量を電
気信号量に変換し制御信号として対物レンズ６に備え付
けられたフォーカスアクチュエータ13へとフィードバッ
クされる。

【００３８】次に結像スポットが目的とする記録トラッ
クへ正確にアクセスまたは追従するように水平方向の制
御を行う本発明に関わるところのトラッキング動作につ
いて説明を行う。トラッキング制御についてもいくつか
の方式が提案されているが図１に示した方式はプッシュ
プル法とよばれるもので記録トラックまたは記録ピット
で生じた反射光の±１次回折光Ａ１，Ａ２と正反射であ
る０次回折光Ａ３と光検出器12上での干渉パターンの強
度変化をとることによってトラッキングエラー信号(Ｔ
Ｅ)を検出し本発明に関わるトラッキングアクチュエー
タ14を駆動させる。トラッキングエラーによる光検出器
12上でのパターンの変化とエラー信号の関係を夫々図２
および図３に示す。

【００３９】図２において(1)は記録トラック上に結像
スポットが正確にアクセスしたときの光検出器12におけ
るパターンを示し、前記図６と同様に＋１次、−１次の
回折光Ａ１，Ａ２を発生し、この回折光と正反射光であ
る０次回折光Ａ３とが光検出面上で相互にその一部分が
干渉(斜線部分)を起こし、その干渉エリアでの光強度の
減少をきたすが、各フォトダイオード12-1〜12-4は夫々
均等なパターンとなり、同じ検知出力が得られる。

【００４０】これに対し、図２(2)の場合は、結像スポ
ットが記録トラックからライン方向に向かって左にずれ
た場合であり、フォトダイオード12-1，12-2は殆んど干
渉(斜線部分)し、12-3と12-4の片側は干渉が生じない。
これは、図３の左側に示すような記録トラックずれに対
するトラッキングエラー信号(ＴＥ)特性が得られる。同
様に結像スポットが記録トラックから右にずれた場合は
図３の右側のようなＴＥ信号となる。このトラッキング
エラーＳ字カーブと呼ばれる特性曲線から結像スポット
が左右いずれの方向へどれくらい偏差しているかをフォ
トダイオード12-1〜12-4の出力から知ることができ、こ
の情報をもとにトラッキングアクチュエータ14を動作す
るための駆動電流がコイルに流されトラッキング偏差を
補正する。

【００４１】本発明において結像スポットのトラッキン
グ偏差の補正のために図１のようにコリメータレンズ２
と対物レンズ６の光路途中にトラッキングエラー信号出
力に応じて結像スポットのトラッキングを行う対物レン
ズ６の入射光の角度制御手段として、光束を反射する全
反射面４と、この全反射面４のなす法線41と平行でない
傾き角度θの関係をもつ全反射面４の回転軸14Ａを持つ
トラッキングアクチュエータ14からなる機構を持つ。

【００４２】アクチュエータ駆動にともなう対物レンズ
６への入射光のトラッキング方向の傾き敏感度は全反射
面４の法線41に対する回転軸14Ａの傾き角度θを適当に
設定することにより任意の量に設定することができる。
この場合この傾き角度θはトラッキング制御のダイナミ
ックレンジから考えて0.1°から３°程度が適当であ
る。ただし全反射面４に入射させる光束の入射角度は機
構寸法などから規定される任意の値に設定することがで
きる。

【００４３】またトラッキングアクチュエータ14は全反
射面４の裏面に設置するのみならず反射面の周囲にも設
置が可能であり、この駆動手段は先に説明したコイルと
磁石による方法で実現することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ヘッド
は、対物レンズとコリメータレンズの光路の途中に対物
レンズへの入射光の入射角度を制御することができる反
射型のトラッキングアクチュエータを設置し、対物レン
ズを含む移動光学系と分離することによって移動光学系
の重量を軽くすることができ目標トラックへのアクセス
速度を上げることができる。

【００４５】また移動光学系の駆動機構を減らすことが
できることから機構の剛性を上げることができ、高速回
転ディスクに対応できる周波数応答性の高い光ヘッドを
供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光ヘッドの構成を示す図で
ある。

【図２】図１の光検出器上でのパターン変化を示す図で
ある。

【図３】図１のトラッキングエラー信号(ＴＥ)の特性を
示す図である。

【図４】従来の光ヘッドの構成を示す図である。

【図５】図４の対物レンズフォーカスに伴うフォーカス
エラー(ＦＥ)信号の特性を示す図である。

【図６】図４の光検出器の光検出エリア上の回折光パタ
ーンを示す図である。

【図７】図４の光ヘッドによるトラッキングエラー(Ｔ
Ｅ)信号の特性図である。

【図８】従来の別の光ヘッドの構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、 ２…コリメータレンズ、 ３…プ
リズム、 ４…全反射面、 ５…跳ね上げミラー、 ６
…対物レンズ、 ７…記録媒体面、 ８…光分離面、
９…集光レンズ、 10…シリンドリカルレンズ、 11…
光検出部、 12…光検出器、 13…フォーカスアクチュ
エータ、 14…トラッキングアクチュエータ、 14Ａ…
回転軸、 41…法線。

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、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
   記記録媒体面からの反射光を検出する光検出部からなる
   光へッドにおいて、前記平行光束を前記対物レンズと前
   記コリメータレンズの光路の途中で、対物レンズへ入射
   する光束を任意の角度に折り曲げる機構を備えているこ
   とを特徴とする光ヘッド。
2. 【請求項２】 前記折り曲げる機構は全反射面によって
   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。
3. 【請求項３】 前記全反射面をこの全反射面のなす法線
   と0.1°から３°の範囲で傾いた軸を回転軸とし、この
   全反射面の任意の角度に回転させるための駆動機構を備
   えていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。