JPH0630161B2 - 光ヘツド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、いわゆる光ディスク、ディジタルオーディ
オディスク、ビデオディスクなどの記録再生に用いる光
ヘッド装置に関する。

(従来の技術) ビデオディスク、ディジタルオーディオディスク、光デ
ィスク(以下では、光ディスクと総称する。)の従来の光
ヘッド装置は、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の放射ビーム2をコリメート
ビーム3にするコリメーティングレンズ4と、収束レンズ
5と、ビームスプリッタリズム6の他に、焦点誤差検出手
段とトラッキング誤差検出手段と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ェッジプリズム方式を
あげることができる。ウェッジプリズム方式の焦点誤差
検出手段は、第2図に示すようにウェッジプリズム7及び
8と、光検出器9及び10から成る2分割光検出器と、光検
出器11及び12から成る2分割光検出器とから構成されて
いる。ディスク面13に対し、収束ビーム14が丁度焦点を
結んでいる時は、ウェッジプリズムからの回折光15及び
16は各々、光検出器9及び10の間と、光検出器11及び12
の間に収束しているが、収束ビーム14がディスク面13に
対してデフォーカスした時は、回折光15及び16は互に離
れる方向に、又は、互に接近する方向にデフォーカスす
るので、光検出器9及び10の差動出力、又は光検出器11
及び12の差動出力をとることで焦点誤差信号が得られ
る。

トラッキング誤差検出手段にも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プッシュプル方
式をあげることができる。プッシュプル方式は、2分割
光検出器を使ってディ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9及び10の出力の和と、光検
出器11及び12の出力の和との差をとることで、トラッキ
ング誤差信号が得られる。なお、第2図に示した従来技
術の光ヘッド装置は、フィリップステクニカルレビュー
(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ッド装置は、実用化されているもの
でも大きさが、40×40×30mm³程度あり、従って重量も
重く、光ディスク装置全体の小型化、軽量化あるいはス
タック型大容量光ディスク実現の障害となっている。こ
の原因の1つは、光ディ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ッ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、自己結合効果によっ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ッドが提案さ
れている。

しかしながら、自己結合結果は、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
化されたディジタルオーディオディスク、ビデオディス
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
開発されるにいたっている状況である。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ィス
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。ディス
ク回転中は、ディスクの光軸方向のばたつきのため、焦
点サーボがかかっている時でも半導体レーザと光ディス
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ってしまっている。従って、
このようなSCOOP効果により、光ディスク上の信号を再
生することは困難な課題が多すぎる。

さらに、上述の光ヘッド装置では、焦点誤差信号とトラ
ッキング誤差信号を共通の光検出器から得ているため
に、相互の信号干渉があり、トラックをシークしている
時フォーカスが不安定になるなどの問題もあった。

本発明の目的は、小型で、かつ、焦点誤差信号とトラッ
キング誤差信号との間の干渉の小さい光ヘッドを提供す
ることにある。

(問題点を解決するための手段) 本発明の光ヘッド装置は、光源と、前記光源の像を記録
媒体上に絞りこむ結像レンズと、前記光源の脇に配置さ
れその受光面が光源の方向に伸びる第1の分割線とこれ
に直交する第2の分割線で4分割された第1の受光面とこ
の両脇に配置された第2及び第3の受光面とからなる6分
割光検出器と、前記光源と前記結像レンズの間に設けら
れ前記結像レンズの光軸と交わる２つの境界線を境に４
分割され、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２つの境界線を境に分割して前記記録媒
体上の情報トラック方向に対向する1対の光を前記６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
各々導き、前記記録媒体上の情報トラック方向に直交す
る方向に対向する1対の光を各々前記第2及び第3の受光
面に導く格子レンズとを含んで構成される。

(作用) 本発明の作用・原理は次の通りである。本発明の光ヘッ
ド装置では、光学系の1軸化を達成するために、光ディ
スク面からの反射光を光検知器に導くために、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ィ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
等しい透明板が挿入されたのと同じになる。

一方、ディ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、偏光ビームスプリッタリ
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ッタとし
て作用することになる。この結果、小型、軽量の光ヘッ
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ォーカス誤差信号、トラッ
キング誤差信号も干渉少なくとり出すために、格子レン
ズを結像レンズの光軸と交わる2つの分割線で4分割し、
各々の格子方向とレンズパワーを変えることで、主にト
ラッキング信号を含む2つの光ビームと、主にフォーカ
シング信号を含む2つの光ビームとに変換している。

(実施例) 次に本発明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。半導体レーザ1の放射光は、格子レンズ17を0次
回折光として通過し、結像レンズ18によりディスク面13
に収束される。ディスク面13からの反射光は、結像レン
ズ18により収束され、格子レンズ17により回折され、4
つの回折光19,20,21,22として、半導体レーザ1の脇にあ
る6分割光検出器23に到達する。6分割光検出器23は、光
検出器24,25,26,27,28,29からなる。格子レンズ17は、
結像レンズ18の光軸と交わる境界線30及び31を境に焦点
距離と回折方向の異なる上側格子レンズ32と下側格子レ
ンズ33と左側格子レンズ34と右側格子レンズ35とから構
成されている。上側格子レンズ32は半導体レーザ1から
発散する球面波と回折光21の収束点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っている。一
方、下側格子レンズ33は、半導体レーザ1から発散する
球面波と回折光22の収束点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っている。又、左側格子
レンズ34は、半導体レーザ1から発散する球面波と収束
点36から発散する球面波との干渉縞に相当する格子パタ
ーンを持っており、右側格子レンズ35は半導体レーザ1
から発散する球面波と収束点37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っている。第1図で
は、格子ピッ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。左側格子レンズ34により回折され
た光は収束点36に収束する収束光となって、光検出器24
及び25の第１分割線38上に四半丸スポットとなって到達
する。右側格子レンズ35により回折された光は点37に収
束し、四半丸状の発散光となって光検出器26及び27の第
１分割線38上に到達する。そこで、ディスク面13へ収束
ビーム14が合焦状態のとき光検出器24,25,26,27上の両
回折光のスポット径が等しく、かつ、光検出器24,25,2
6,27への入射光強度が等しくなるように4つの光検出器2
4,25,26,27を配置することで、次に説明するように、フ
ォーカス誤差信号を得ることができる。

第4図は6分割光検出器23上の4分割光検出器上の回折光
の状態を説明するための図である。第4図(a)はディスク
面13上に収束ビーム14が収束している合焦状態を示す図
で、回折光19及び20は等しいスポット径になって4分割
光検出器上の第1分割線38上に到達している。第4図(b)
はディスク面13が面ぶれして結像レンズ18に近づいたデ
フォーカス状態の回折光を示す図である。回折光19及び
20の収束点は、合焦時よりも格子レンズ17から遠くなる
ので、第4図(b)に示すように4分割光検出器上では左側
格子レンズ34からの回折光20のスポット径が大きくな
り、右側回折格子35からの回折光19のスポット径が小さ
くなる。しかし格子レンズの境界線30及び31に対応する
四半円スポットの境界線の位置は変化しない。したがっ
て、光検出器24及び26の出力が増加し、光検出器25及び
27の出力が減少する。反対にディスク面13が結像レンズ
18から遠ざかった場合は、回折光19及び20の収束点は合
焦時よりも格子レンズ17に近くなるので、第4図(c)に示
すように4分割光検出器上では、回折光20のスポット径
が小さくなり、回折光19のスポット径が大きくなる。こ
の場合も四半円スポットの境界線の位置は変化しない。
したがって光検出器24及び26の出力が減少し光検出器25
及び27の出力が増加する。以上の考察により光検出器2
4,25,26,27の出力電圧を各々V(24),V(25),V(26),V(27)
とすれば、焦点誤差信号は、V(24)＋V(26)−V(25)−V(2
7)により検出でき、ディスクのフォーカスずれの方向及
び量を検知することができる。

一方、トラッキングの誤差信号は、ディスク面13上の絞
り込みスポットがトラック位置からずれるともどり光の
トラック垂直方向の強度分布にアンバランスが生じるこ
とを利用する。トラックずれにより第1図の下側格子レ
ンズ33と上側格子レンズ32上の回折光強度比が変わるた
め6分割光検出器23の光検出器28及び29の出力信号に差
が生じる。従ってトラッキング信号はV(28)−V(29)によ
り検出でき、この信号の正負により、トラックずれの方
向も検知することができる。

さらに、本構成ではディスク面１３からのもどり光のう
ちトラックからの１次回折光成分の多い部分を、上側格
子レンズ32と下側格子レンズ33でとり出しているので、
フォーカス信号を得るための光検出器24,25,26,27へは
ディスク面１３からのもどり光のうちトラックからの１
次回折光成分は少ない。したがって、トラッキング信号
のフォーカス信号へのまわり込み干渉が少なく、トラッ
クシーク時も安定したフォーカスサーボが得られる。

ディスクからの再生信号は4分割光検出器24,25,26,27の
光量の総和V(24)＋V(25)＋V(26)＋V(27)をとることによ
り検出できる。さらに、光検出器28,29の信号V(28),V(2
9)を加えてもよい。回折素子である格子レンズを用いた
フォーカス誤差検出、トラッ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
ーザの発振波長の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施されてい
る。今、回折角の変化による回折光の位置ずれを4分割
光検出器24,25,26,27上で、第1分割線38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38
に平行な方向の位置変動については、第2分割線39を越
えない限り何ら信号強度に変化をおよぼさないので問題
ない。第1分割線に直交する方向の位置変動については
光検出器24,25,26,27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17は、この方向の空間周
波数成分をほとんどもたないので、この方向の回折光の
位置変動は無視できる。

第3図は、本発明の第2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の実施例のトラッキング用光
検出器28,29の位置が4分割光検出器の上下から左右に変
わったのと、これに伴い上側格子レンズ32と下側格子レ
ンズ33の格子方向を変えてある点を除き、他の構成は第
1の実施例と同一である。このように本発明では、トラ
ッキング用光検出器の位置を自由に選択でき、従来のＣ
Ｄ用光ヘッドに用いられている6分割光検出器をそのま
ま利用できる。

第5図は、本発明の第3の実施例の4分割光検出器上の光
ビームを示す図である。第3の実施例の基本的構成は第1
又は第2の実施例と同じなので構成図は省略し、4分割光
検出器上の光ビームのみを図として示した。第1図に示
す第1の実施例及び第3図に示す第2の実施例では、左側
格子レンズ34及び右側格子レンズ35からの回折光19及び
20は,6分割光検出器23の前後の収束点36及び37に収束す
るようにしている。このような構成では、回折光19及び
20は、光検出器上でデフォーカスしているので、ディス
ク面１３からのもどり光に含まれるトラックからの１次
回折光の強度分布が4分割光検出器24,25,26,27で受光さ
れる。この結果、トラッキング誤差信号がフォーカス誤
差信号にまわり込みやすくなる。そこで、第5図に示す
本発明の第3の実施例では、回折光19及び20を合焦時に6
分割光検出器23上にフォーカスする構成として、4分割
光検出器24,25,26,27でディスク面１３からのもどり光
に含まれるトラックからの１次回折光の強度分布を生じ
ないようにしている。すなわち、第3の実施例は、第1及
び第2の実施例に比べ左側格子レンズ34と右側格子レン
ズ35の焦点距離が異なるだけである。第5図(a)はディス
ク面13上に収束ビーム14が収束している合焦状態を示す
図で、回折光19及び20は第１の分割線38上に等しいスポ
ット径でフォーカスしている。第５図(b)はディスク面1
3が面ぶれして結像レンズ18に近づきデフォーカス状態
の回折光を示す図である。回折光19及び20の収束点は、
合焦時よりも格子レンズ17から遠くなるので第5図(b)に
示すように、光検出器24及び26上にデフォーカスして拡
がる。反対にディスク面13が結像レンズ18から遠ざかっ
た場合は、回折光19及び20の収束点は合焦時よりも格子
レンズ17に近くなるので第5図(c)に示すように光検出器
25及び27上にデフォーカスして拡がる。この結果第1の
実施例と同様に、焦点誤差信号は、V(24)＋V(26)−V(2
5)−V(27)により検出でき、ディスクフォーカスずれの
方向及び量を検知することができる。

第6図は、本発明の第4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1〜3の実施例の格子レンズ
が、反射型の格子レンズ40に変わったもので、他の構成
は同一である。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ッドを薄型に構
成できる。本実施例では、半導体レーザ1と反射型格子
レンズ40を結ぶ光ビームがトラックに垂直方向になって
いるが、これをトラックに平行に配置することも可能で
ある。さらに、本発明は、半導体レーザ１と６分割光検
出器２３とを同一パッケージ内にハイブリッドに作成す
ることができる。

(発明の効果) 本発明の光ヘッ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、これまで数多くの部品を使っていた光
ヘッ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、光ディスク装置全体の小型化、あるいはスタ
ック型光ディスク装置のネックとなっていた光ヘッドの
サイズを縮少することが可能となる。又、本発明の光ヘ
ッド装置は、トラッキング誤差信号のフォーカス誤差信
号へのまわり込みが小さく安定なサーボ動作が可能であ
る。さらに本発明は、半導体レーザと6分割光検出器と
を同一パッケージ内にハイブリッドに作成することによ
り、量産性信頼性に富む光ヘッ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の実施例の基本構成を示す斜視
図、第2図は従来の光ヘッド装置の一例を示す断面図、
第3図は本発明の第2の実施例の基本構成を示す斜視図、
第4図及び第5図は4分割光検出器上の回折光の状態を説
明する図。第6図は本発明の第4の実施例の基本構成を示
す斜視図である。 1……半導体レーザ、2……放射ビーム 3……コリメートビーム、 4……コリメーティングレンズ、 5……収束レンズ、 6……ビームスプリッタプリズム 7,8……ウェッジプリズム、 9,10,11,12,24,25,26,27,28,29……光検出器 13……ディスク面、14……収束ビーム、 15,16,19,20,21,22……回折光、 17……格子レンズ、18……結像レンズ、 23……6分割光検出器、30,31……境界線、 32……上側格子レンズ、33……下側格子レンズ、 34……左側格子レンズ、35……右側格子レンズ、 36,37……収束点、38……第１分割線、 39……第２分割線、40……反射型格子レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、前記光源の像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の受光面及びこの両脇に各
   々配置された第２及び第３の受光面とからなる６分割光
   検出器と、前記光源と前記結像レンズの間に設けられ前
   記結像レンズの光軸と交わる２つの境界線を境に４分割
   され、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２つの境界線を境に分割して前記記録媒体上
   の情報トラック方向に対向する１対の光を前記６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
   々導き、前記記録媒体上の情報トラック方向に直交する
   方向に対向する１対の光を各々前記第２及び第３の受光
   面に導く格子レンズとを少なくとも含むことを特徴とす
   る光ヘッド装置。
2. 【請求項２】前記光源と前記６分割光検出器を同一パッ
   ケージ内にハイブリッドに実装したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の光ヘッド装置。