JPH06267105A - 光ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型軽量、特に薄型に構成され高速アクセ
ス，低コスト，機器組込み性が向上され、光量損失の少
ない高い安定性を持つ光ヘッドを実現する。 【構成】 光によって信号情報の記録または再生を行う
２つの反射面(第１の反射面12と第２の反射面13)を持つ
折り曲げ光学系を採用した光ヘッドの構成において、第
１の反射面12に凸面を、第２の反射面13に凹面を用いる
ことによって極薄型の光ヘッドを構成したもの。

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
または再生する光ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光を利用して情報の記録や再生を行う技
術は、近年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と呼ばれて
いるもので、基本的な技術面や市場とも大きく発展して
きている。また画像や多くの文章記事などの多量のデー
タを記録することに利用されている追記型ファイリング
装置、すなわち一度の書き込みができ、何度でも読み出
しが可能な光ディスク装置や、何度でも記録，消去でき
るリライタブルファイリング装置などの光記録装置が近
年ますますその利用範囲を広げてきている。また、リラ
イタブルファイリングとして光磁気ディスク装置や相変
化型ディスク装置などが現在市場および技術的な面で本
格的な立ち上がり時期を迎えている。これらの装置の発
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，精密機械技術，信号処
理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
大に伴って、光ディスク装置はデータ記憶装置として、
その地位を高く築いていくものと思われる。また近年の
光学系要素技術の一つとしてホログラム素子を用いて小
型軽量の光ピックアップを構成しようとする試みが行わ
れている。光ピックアップが小型軽量になれば、機器全
体の小型化はもとより、アクセススピードの上昇，低消
費電力化，トータルとしてのコストダウン，機器組込み
性の向上などの点で有利となる。また、このホログラム
素子とは光の干渉，回折現象を利用して像の記録，再生
を行う回折格子のことで３次元画像記録再生などの研究
に利用されている。一般に光学プリズムなどに比べて、
ごく小型軽量であり複合機能を有する光学部品として用
いることができると考えられており、一部の製品では既
に実用化が始まっている。

【０００３】図７および図８を用いてそれぞれ従来のホ
ログラム素子を用いた再生専用光ディスク装置および書
換え型光ディスク装置について説明する。図７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
光束はグレーティング52を透過し、反射型ホログラム素
子53で反射し、はね上げられた後、対物レンズ54に入射
し、対物レンズ54の集光作用によって記録面55に結像す
る。結像されたスポット56によって記録面55にあらかじ
め記録されていたピット信号をピックアップする。さら
に記録面55から前信号成分を含んだ反射戻り光を再び対
物レンズ54によって拾い検出器57側へと導く。半導体レ
ーザ51の前面には記録面55からの前信号成分を含んだ戻
り光を検出器57側へと導くための反射型ホログラム素子
53を配置している。反射型ホログラム素子53により、戻
り光の一部は回折され検出器57側へ集光する。集光され
たスポットを基に、検出器57によって記録信号の再生お
よび記録面55のスポットのトラッキング、およびフォー
カシングのためのサーボ信号を取り出す。図７において
記録信号の再生は検出器であるところの４分割センサ58
への戻り光の総強度変化を電気的に変換し、ある閾値で
１および０に２値化することによりこれを行う。トラッ
キングはグレーティング52で発生させた±１次回折光を
記録ピットに照射させ、２つのビームの記録ピットに対
するバランスを２つの検出器59でとる、いわゆる３ビー
ム法、フォーカス調整はホログラム面を２分割にし、回
折光を２つの半月状に分け焦点位置でのデフォーカスに
伴う結像パターンの変化を４分割センサ58で検出する方
法によって行う。また、これらによって得られる誤差信
号によって永久磁石と電磁コイルによって構成されてい
るアクチュエータ60によって対物レンズを上下および左
右に駆動させ、記録面55の信号が安定して読み出せるよ
うに追従のための制御を行う。次に、図８を用いて光磁
気方式による書換え型光ディスク装置について説明す
る。図８において、図７と同じように光源であるところ
の半導体レーザ61からの光束はコリメータレンズ62，プ
リズムアナモフィック63，ＰＢＳプリズム64，はね上げ
プリズム65などを経由し、対物レンズ66によって記録媒
体面67に集光され情報の記録，再生を行う。この場合、
トラッキング，フォーカスなどのサーボ方式は基本的に
は前者(図７)と同じであるが、記録および再生の方法が
異なる。また付け加えておくと、記録媒体面の記録材
料，フォーマットなども異なっているが各光学部品の詳
しい機能を含め、ここでは省略する。まず記録方法であ
るが、初期化され磁化方向の揃った垂直磁気記録媒体面
67に対して反対方向にバイアス磁界をかけ、その上から
ビームを集光させ磁気材料のキューリー点といわれる温
度まで加熱し、抗磁力を低下させ磁化方向を反転させる
ことにより記録を行う。

【０００４】再生方法は磁気的なファラデー効果、もし
くはカー効果を応用して光電的に行う。媒体反射の場合
はカー効果と呼ばれ、直線偏光性を持つレーザ光を記録
媒体面67に照射させると、その反射光の偏光面が磁化の
程度に応じて回転する。この偏光面の回転を検光子72に
よって強度に変換することにより磁気信号を光学的に検
出することができる。この場合、ホログラム素子70はＰ
ＢＳプリズム64によって主光軸外へ分離された戻り光路
中にあって、カー信号偏光がＴＭ波になるように、偏光
方向が半波長板68で90度回転されブラッグ角でホログラ
ム素子70へレンズ69により集光されながら入射する。ホ
ログラム素子70で回折されて分割された１次回折光は、
６分割センサ71へ結像させられトラッキング，フォーカ
シングそれぞれの誤差信号検出に用いられる。０次回折
光は検光子72を経て２分割検出器73へ入射させられ磁気
信号読取に用いられる。また、これらの再生専用および
書換え型光ヘッドのホログラム素子を利用したさらに小
型軽量に構成できる装置が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
ようなホログラム素子を利用した光ディスク装置におい
ては、情報を含む戻り光を検出する光検出部と記録媒体
に対して光の集光作用を行う対物レンズはそれぞれ独立
に構成され、さらに相互に遠く隔たっているために光ヘ
ッド自体の構成がそれぞれの位置に規定され大きくなっ
てしまうという問題があった。本発明は上記問題を解決
するもので、ホログラム素子を利用した光ピックアップ
の光学配置に工夫を加え、従来にない小型，軽量の光ヘ
ッドを提供することを目的とするものである。

【０００６】

【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、半導体レーザと、この半導体レーザからの
射出光束を反射する第１の反射面と、この反射面からの
光束をさらに反射する第２の反射面と、第２の反射面か
らの光束を記録面に集光する対物レンズと、記録面から
の戻り反射光を光電検出する光検出部からなる光ヘッド
において、前記第１の反射面および第２の反射面の少な
くとも１面は凸または凹状のパラボロイダル形状あるい
はエリプソロイダル形状をしているとともに、前記第１
の反射面は反射型ホログラム素子により構成されるもの
である。

【０００７】

【作用】本発明は上記のとおりパラボロイダル(エリプ
ソロイダル)形状をした反射部を持つため、結像に必要
な組立次工程を保持しつつ光学部全体を薄型化でき、こ
のため全体として小型，薄型，軽量な光ヘッドを構成す
ることができるものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１から図６
を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例
における光ヘッドの構成を示すものである。図１におい
て、光源であるところの半導体レーザ11から射出された
光束は、まず第１の反射面12で反射され第２の反射面13
に到達し、さらに反射され対物レンズ14へ入射する。上
記第１の反射面12は任意の凸状のエリプソロイダル面を
しており、入射光に比してその反射光の放射角度をより
広げる作用を持つ。また第２の反射面13は凹状のパラボ
ロイダル面をしており、第１の反射面12からの光束を略
平行な光束に変換して対物レンズ14へ入射させる。入射
した光束は対物レンズ14による集光作用によって記録面
15に１μm程度の直径の光スポットとして結像する。こ
の対物レンズ14は同心円状の回折格子からなる光の回折
を利用した所謂マイクロフレネルレンズからなり、光ヘ
ッド基板上に直接または接触させて一体構造として形成
されている。このマイクロフレネルレンズによる結像し
たスポットによって記録面15に記録されているデータを
ピックアップまたは記録面15にデータを記録する。さら
に記録面15に対して結像スポットを必要な精度で追従さ
せるため、光軸方向にフォーカスサーボ，記録ピット列
またはトラッキングトラック(図示せず)に対して直角方
向にトラッキングサーボをそれぞれ働かせるために必要
な光情報を発生させる。記録面15で反射された上記光情
報を含む戻り光束は再び対物レンズ14に入射，透過した
後、第２の反射面13で反射され、第１の反射面12に到達
する。第１の反射面12には図２に示したように、その凸
面上に戻り光を後述する光検出部(光検出器)へ分離する
作用を有するホログラムが形成されている。このホログ
ラムは特に戻り光束に対しての作用を考えて設計されて
いるもので、記録面15からの戻り光束の回折光を任意の
角度で光検出器16へと導くことができる。図２に示され
ているホログラムは、反射面に任意の微小な凹凸形状を
した位相制御タイプのもので形成されている。また全体
に反射率を高めるように金属薄膜などによるコーティン
グ処理がなされている。図３に第１の反射面12のホログ
ラム部で分離された光束を検出する光検出器16の平面図
を示す。図３において、ホログラムからなる第１の反射
面12からの回折分離光は光検出器16のほぼ中央に集光す
る。光検出器16は、図３に示すようにタスキ状に４つに
分割されたＰＩＮ(位置表示)フォトダイオードなどの光
電変換機能を持つ機能素子からなり、それぞれの出力を
以下に説明するように取り出し、演算することによって
必要な情報を得ることができる。

【０００９】図３に示す４つのフォトダイオードをそれ
ぞれ便宜的にＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とし、そこから出
力される信号をＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とすると、フォ
ーカスエラー信号検出にスポットサイズ法、トラッキン
グエラー信号検出にプッシュプル法を本方式では採用し
ている。まず、フォーカスエラー信号検出のために外側
に位置するフォトダイオードＳ１，Ｓ４からの出力の和
信号Ｐ１＋Ｐ４と、内側に位置するフォトダイオードＳ
２，Ｓ３からの出力の和信号Ｐ２＋Ｐ３との差動信号を
とることによって、記録面15での光スポットの光軸方向
へのずれ、すなわちスポットのデフォーカスに伴うその
ずれ量と方向を検出することができる。記録面15でのス
ポットのデフォーカスにより光検出器16上のスポットの
大きさが変化する。これは光検出器16を合焦時の記録面
15との光軸方向で、光学的共役の位置以外の場所に設け
ることによって実現できるもので、スポットの変化の度
合いによってデフォーカスの方向も検知することができ
る。図３において、フォトダイオードＳ１，Ｓ４に入射
している光強度の和と、フォトダイオードＳ２，Ｓ３に
入射している光強度の和とが一致するように、すなわち
差動信号出力(Ｐ１＋Ｐ４)−(Ｐ２＋Ｐ３)がゼロとなる
ように調節されているとする。光検出器16の設置位置を
前述の共役位置より対物レンズ14に近い位置にした場
合、対物レンズ14と記録面15が遠ざかる方向にデフォー
カスした場合、光検出器16上でのスポットは先に述べた
初期状態より小さくなり、このことにより相対的に中央
部での光強度が大きくなる。よって先の差動信号出力は
マイナスに転じることになる。図４に記録面上のスポッ
トのデフォーカス量と差動信号によるフォーカスエラー
信号出力特性を示した。記録面上のスポットがデフォー
カスを起こし、対物レンズ14と記録面15との距離が離れ
た場合、光検出器16上のスポットは、その共役位置が見
かけ上対物レンズ14側にずれるため小さくなり、このた
め光検出器16の中央部分に集まる光強度が大きくなる。
よって先の差動信号の式から、フォーカスエラー信号は
マイナス側へ転じ、図４のマイナス出力側へと移動す
る。また、その出力量からデフォーカスの量を知ること
ができる。この出力量と極性、すなわちデフォーカスの
方向の情報より対物レンズ14に設けられた駆動アクチュ
エータ(図示せず)を動かしてフォーカス方向のサーボ動
作を実行させることができる。

【００１０】次に、プッシュプル法によるトラッキング
動作について説明を行う。記録面15に形成された記録ピ
ットまたはトラッキングトラック(図示せず)で発生した
入射光の±１次回折光と正反射である０次回折光とが、
その一部分が重なり合いながら光検出器16に投影され
る。その重なった部分は互いに干渉し、その干渉部分の
それぞれの強度バランスをとることによってトラッキン
グエラー信号を得る。光検出器16上での光強度分布状態
は図３に示した通りで、光検出器16の中央に０次回折
光、その両脇に±１次回折光が入射して、その一部が重
なり合いそれぞれが干渉を起こすことによって光強度の
低下をきたしている。この光強度の減少の割合は回折光
の入射強度に比例しており、記録面15の結像スポットが
目標とする記録ピット列またはトラッキングトラックか
ら走査方向と直角方向に偏位することによって±１次回
折光はそれぞれの光検出器16への入射強度が変わる。す
なわち、干渉部分の強度バランスが変わることであり、
このバランスをモニターすることによって先に述べた偏
位量および偏位の方向を検知することができる。光検出
器16では、フォトダイオードＳ１，Ｓ２の強度和Ｐ１＋
Ｐ２と、Ｓ３，Ｓ４の強度和Ｐ３＋Ｐ４との差、(Ｐ１
＋Ｐ２)−(Ｐ３＋Ｐ４)をとることによって、トラッキ
ングエラー信号を得ることができるもので、ただし図に
示すように２つの干渉部分は差動信号をとったそれぞれ
のエリアＳ１，Ｓ２とＳ３，Ｓ４の間にまたがった形で
光検出器16に投影されている。図５にピット列、または
トラッキングトラックを光スポットが横断したときのト
ラッキングエラー信号を示す。さらにまた、凹凸または
濃淡で記録面15に記録されている記録信号の再生には、
フォトダイオードＳ１〜Ｓ４の総和出力Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ
３＋Ｐ４をとることによって求めることができるもので
ある。この光ヘッドを構成する以上説明した光源，対物
レンズ，光検出器を含む光学系は非常に軽量，薄型のた
め、全体をトラッキングおよびフォーカスアクチュエー
タ(図示せず)によって直接駆動させることが可能であ
り、また極軽量なため高速なアクセス動作を実現するこ
とができる。第１の反射面12で半導体レーザ11からの光
束の放射角度をより広げ、第２反射面13で略平行光束に
変換させた後に対物レンズ14に入射させるため、光学系
の倍率、すなわち対物レンズ14の主平面を境として検出
系側の光学的な共役位置までの距離と、像側のそれとの
比で決まる物体側の距離を実際より小さくできるテレタ
イプと呼ばれる光学系をなしており、折り曲げ光学系と
組合せることによって、極薄型の物体側光学系を実現で
きる。さらに第１の反射面12を平面により構成した場合
に比べて第１の反射面12の反射面の面積を小さく構成で
き、記録面15の結像に寄与する光強度を大きくとること
ができ、利用効率を高めることができるとともに、対物
レンズ14の開口が輪帯状をしているために生じてしまう
結像スポットのサイドローブ、すなわち中心光の周りに
広がる不要光をより小さくすることができる。

【００１１】次に図６を用いて本発明の第２の実施例を
説明する。第２の実施例は先に説明した光ヘッドに光磁
気記録再生機能を付加したもので、図６において、半導
体レーザ11から記録面15に至る往路側光学系、および同
記録面15から第１の反射面12までの一部の復路光学系の
構造および作用は同一のものであるが、第１の実施例で
問題にしていなかった第１の反射面12での上記光検出器
16へ入射する回折光を＋１次の回折光とした場合の−１
次の回折光、この光束を利用して記録および消去が可能
な光磁気記録方式の光ヘッドとする。光磁気方式の記
録，再生および消去の方法については基本的には先の従
来例で述べた通りであるが、スペースの関係で、光磁気
信号再生には偏光分離機能で知られるウォラストンプリ
ズム17を利用する。光磁気信号、すなわちカー効果によ
る偏光の振動方向の回転によってウォラストンプリズム
17で分離されるＳ，Ｐそれぞれの互いに直角方向に振動
する直線偏光の強度の差として再生信号を検出する。図
６において、第１の反射面12で回折された記録面15から
の戻り光の−１次回折光は、先に説明した光検出器16の
反動他レーザ11に対して対称な位置に集光する。この位
置に第３の反射面18を持ち入射光束を略直角に反射し、
集光レンズ19を経てウォラストンプリズム17に入射させ
る。入射させられた光束は集光レンズ19の集光作用と、
ウォラストンプリズム17の偏光分離作用によってウォラ
ストンプリズム17の後段に２つの光スポットとして集光
する。それぞれを別の光検出器20で捉え、この入射光強
度の差動信号をとることによって記録面15に記録されて
いる光磁気信号を再生することができる。また光磁気信
号の記録，消去については外部磁界(図示せず)と半導体
レーザ11の出力変調によって行う従来の方式に準じる。

【００１２】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば２つ反射面を持つ折り曲げ光学系を採用した
半導体レーザ，対物レンズおよび光検出部が一体となっ
た光ヘッドであって、第１の反射面に凸面のエリプソロ
イダル形状を、第２の反射面に凹面のパラボロイダル形
状を用いたことにより極薄型の光学系の構成がとれ、小
型軽量の光ヘッドを供給することができ、さらにアクセ
ススピードの向上，低消費電力化，機器組込み性の向
上，コストダウン等に貢献する効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における光ヘッドの構成
図である。

【図２】本発明の第１の実施例における光ヘッドに関わ
る部分図である。

【図３】本発明の第１の実施例における光ヘッドに関わ
る部分図である。

【図４】本発明の第１の実施例の動作を説明した図であ
る。

【図５】本発明の第１の実施例の動作を説明した図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施例における光ヘッドの構成
図である。

【図７】従来のホログラム素子を利用した再生専用光ヘ
ッドの構成図である。

【図８】従来のホログラム素子を利用した書換え型光磁
気ヘッドの構成図である。

【符号の説明】

11，51，61…半導体レーザ、 12…第１の反射面、 13
…第２の反射面、 14，54，66…対物レンズ、 15，55
…記録面、 16，20…光検出器、 17…ウォラストンプ
リズム、 18…第３の反射面、 19…集光レンズ、 52
…グレーティング、 53…反射型ホログラム素子、 56
…スポット、 57，59…検出器、 58…４分割センサ、
60…アクチュエータ、 62…コリメータレンズ、 63
…プリズムアナモフィック、 64…ＰＢＳプリズム、
65…はね上げプリズム、 67…記録媒体面、 68…半波
長板、 69…レンズ、 70…ホログラム素子、 71…６
分割センサ、 72…検光子、 73…２分割検出器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、この半導体レーザから
   の射出光束を反射する第１の反射面と、該第１の反射面
   からの光束をさらに反射する第２の反射面と、前記第２
   の反射面からの光束を記録面に集光する対物レンズと、
   前記記録面からの戻り反射光を光電検出する光検出部か
   らなる光ヘッドにおいて、前記第１の反射面および第２
   の反射面の少なくとも１面は凸または凹状のパラボロイ
   ダル形状あるいはエリプソロイダル形状をしていること
   を特徴とする光ヘッド。
2. 【請求項２】 前記第１の反射面は反射型ホログラム素
   子により構成されることを特徴とする請求項１記載の光
   ヘッド。