JPH064897A - 光ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型，簡素化した固定光学系と軽量，高剛性
な可動光学系を備えた高速アクセス対応、低コストな光
ヘッドを提供する。 【構成】 対物レンズ２１とコリメータレンズ１６の光
路の途中にガルバノミラー１７を構成しこれによって固
定光学系１８からトラッキングの駆動を行う。さらにこ
のガルバノミラー１７の全面に反射型ホログラムを施す
ことによって、記録媒体面２２からの戻り光と半導体レ
ーザ１５からの射出光とを分離し、この戻り光を半導体
レーザ１５と一体化した光検出器２３に導く。

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再生装置に用いる光ヘッドに関
する。

【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，画像データを読みだす再生専
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むかえつつある。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，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。

【０００３】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すなわち光束の光軸方向
と、トラッキング方向すなわ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
の駆動手段すなわ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。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
や、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などに鑑みてトラ
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述の動作をする試みが行われて
いる。前記対物レンズなど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。

【０００４】以下に従来の光ヘッドについて、図面を参
照しながら説明する。図７に示すように従来の光ヘッド
は、半導体レーザ１，コリメータレンズ２，光ビームス
プリッタ３，反射ミラー４からなる固定光学系５と、跳
ね上げミラー７，対物レンズ８，フォーカスアクチュエ
ータ１４ｂからなる可動光学系６と、記録または再生信
号を取りだす記録媒体面９に対して、反射ミラー４に附
属したミラーアクチュエータ１４ａとで構成されるガル
バノミラーと、光ビームスプリッタ３から得た戻り光ビ
ームを集光する集光レンズ１１およびシリンドリカルレ
ンズ１２と光検出器１３からなる光検出部１０などから
構成されている。

【０００５】以上の構成要素よりなる従来の光ヘッドに
ついて、以下その各構成要素の関係と動作を説明する。

【０００６】まず、図７を用いてトラッキングの駆動手
段の一例として、固定光学系５からトラッキング作用を
およぼす方式について説明する。図７に示す光学系は一
般に分離光学系光ディスク装置と呼ばれるもので、光源
としての半導体レーザ１と光検出部１０を光ヘッドから
分離して装置基盤に固定したものでディスクの記録媒体
面９をアクセスする対物レンズ８を搭載する可動光学系
６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。光源としての半導体レーザ１から射出された光速は
コリメータレンズ２によって平行光束に変換されたのち
光ビームスプリッタ３を透過し、ガルバノミラーを構成
する反射ミラー４で反射され可動光学系６に入射する。
可動光学系６に入射した光はさらに跳ね上げミラー７で
反射されたのち、対物レンズ８に入射し、対物レンズ８
の集光作用によって記録媒体面９に結像する。結像され
た光スポットによって記録媒体面９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してデータを再生す
るかまたは変調された光を照射することによりデータを
記録する。さらに記録媒体面９から信号成分を含んだ反
射戻り光は再び対物レンズ８に導かれ、跳ね上げミラー
７で反射されたのち固定光学系５に入射する。この光束
はさらに反射ミラー４によって反射し、光ビームスプリ
ッタ３によって光路変更され光検出部１０へ導かれる。
光検出器１３へ入射した光を適当に処理することによっ
て記録信号を再生するとともに、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すなわち誤差信号を検
出することができる。この検出方法についてはそれぞれ
いくつかの方法が提案されているが、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について説明す
る。

【０００７】まず、最初にフォーカシングに関わる動作
を説明する。記録媒体面９からの戻り光束は光ビームス
プリッタ３によって光検出器１３側へ分離される。光検
出器１３への光路の途中に集光レンズ１１およびシリン
ドリカルレンズ１２が配置されている。集光レンズ１１
によってほぼ平行光線となった戻り光束は光検出器１３
へと集光されつつ、またシリンドリカルレンズ１２によ
って光軸上の収差である非点収差が発生する。この非点
収差のパターンが対物レンズ８の記録媒体面９へのフォ
ーカス，デフォーカスにともなって楕円パターン，最小
錯乱円と言われる真円パターンを生じ、前述の楕円パタ
ーンと直角方向の母線をもつ楕円パターンとそれぞれパ
ターンが変化する。最小錯乱円の位置に図８（ｂ）に示
すような４つ分割されたフォトダイオードからなる光検
出器１３を楕円パターンの母線方向と４５°相対的に軸
上回転させた形で設置する。この４つの検出器の対角線
方向の和それぞれの差動出力をとることによって、図８
（ａ）に示すような対物レンズのデフォーカスにともな
うフォーカス誤差（以下、ＦＥと略す）信号の特性曲線
が得られる。このＦＥ信号をフォーカスアクチュエータ
１４ｂ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。

【０００８】つぎにトラッキング動作について説明す
る。記録媒体面９に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次回折とが図８（ｂ）に
示すように光検出器１３の面上で相互にその一部分が干
渉を起こし、そのエリアで光強度の減少をきたす。すな
わち、＋１次，−１次と０次回折光とがそれぞれ０次回
折光を中心として線対称の位置にそれぞれ前述の干渉部
分ができる。結像光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すなわち線対称の線を境とす
る２つのエリアの光強度の和が等しくなる。また結像光
スポットが中心部分からずれを生じた場合には２つのエ
リアの光強度の和のバランスが崩れ、この崩れ量すなわ
ち光強度の差動信号が図８（ｃ）に示すようにトラッキ
ング誤差（以下、ＴＥと略す）信号となる。光検出器１
３からのトラッキング誤差信号は一旦信号処理部へと導
かれ、トラッキング誤差すなわち目的とするトラックと
対物レンズによって結像された光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する。この電流がミラ
ーアクチュエータ１４ａに附属した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反射ミラー４を一定
の方向へ任意の量だけ駆動する。この反射ミラー４とミ
ラーアクチュエータ１４ａからなるミラー装置はガルバ
ノミラーと呼ばれるもので入射光をミラーアクチュエー
タ１４ａ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。このように可動部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さきに
述べたように可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、アクセススピード向上、ディスクの
高速回転に対応することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、半導体レーザや再生信号検出系および誤差
信号検出系を含めたいわゆる固定光学系の構成の小型
化，簡素化する必要があるにもかかわらず、半導体レー
ザからの射出光と記録面からの戻り光との分離を光ビー
ムスプリッタで、また光検出器への集光作用を集光レン
ズなどによって行っており、半導体レーザと検出光学系
とが独立分離した構成となるため、光学部品点数が多
く、固定光学系が大きくなるという問題点を有してい
た。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、固定光学系をより小型，簡素化した光ディスク装置
用の光ヘッドを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光ヘッドは、半導体レーザと、この半導体レ
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、平行光束を対物レンズへ導
く光誘導機構と、記録媒体面からの反射光を検出する光
検出部とを備えた光ヘッドにおいて、ガルバノミラーま
たはアフォーカルリレーレンズより構成された対物レン
ズからの戻り光の一部を分離する反射型または透過型ホ
ログラムを備えた構成を有している。

【００１２】

【作用】本発明は上記した構成において、半導体レーザ
と光検出器が一体化した構成となっていて固定部を小
型，簡素化し、固定光学系にトラッキングまたはフォー
カシングを制御する機構をもつことにより軽量、剛性の
高い対物レンズを含む可動部をもつ光ヘッドとすること
ができることとなる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００１４】図１に示すように本実施例の光ヘッドは、
半導体レーザ１５と光検出器２３が同一平面上に取りつ
けられ、さらにコリメータレンズ１６と、トラッキング
アクチュエータ２４ａを附属しガルバノミラーを構成す
る反射ミラー１７の光誘導機構からなる固定光学系１８
と、跳ね上げミラー２０，対物レンズ２１，フォーカス
アクチュエータ２４ｂからなる可動光学系１９とを有
し、記録媒体面２２に対して信号を記録したり再生信号
を取りだすようにしている。

【００１５】以上の構成要素よりなる光ヘッドについ
て、図１および図２を用いてその各構成要素の関係と動
作を説明する。まず、光源としての半導体レーザ１５か
ら射出された光束はコリメータレンズ１６によって平行
光束に変換されたのち反射ミラー１７によって反射され
る。ここで、ガルバノミラーである反射レンズ１７とト
ラッキングアクチュエータ２４ａとで光誘導機構を構成
している。反射ミラー１７で反射された光束は跳ね上げ
ミラー２０によってさらに反射され、対物レンズ２１に
入射する。この対物レンズ２１によって光束は所定の大
きさの光スポットとして記録媒体面２２に結像し、記録
媒体面２２へのデータの記録または再生を行う。記録媒
体面２２での情報を含んだ反射光線は再び対物レンズ２
１へ戻りほぼ平行光線に変換されたのち、跳ね上げミラ
ー２０をへて反射ミラー１７に入射する。この反射ミラ
ー１７の面は反射型ホログラムからなりＵＶ硬化樹脂な
どで平面または曲面に形成されるもので、この面で反射
光束の一部が回折されこの回折光はさらにコリメータレ
ンズ１６によって集光作用を受け光検出器２３に到達す
る。光検出器２３上で後述のごとく所定のパターンとし
て結像するように製作されている。ここで、対物レンズ
２１と跳ね上げミラー２０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可動できるようになって
いる。これに対して半導体レーザ１５，コリメータレン
ズ１６，反射ミラー１７および光検出器２３などは固定
光学系を構成するものである。

【００１６】つぎに、図２および図３に示すように半導
体レーザ１５および光検出器２３を含む平面を構成する
部材は、光源としての半導体レーザ１５が円形平面上の
ほぼ中央に位置され、その周辺部に多分割フォトダイオ
ードからなる光検出器２３が形成されている。前記ホロ
グラム面で分離された光束は光検出器２３の中央に結像
し、図３に示すように平面上に設置された光検出器２３
（拡大図）は、細長い長方形のエリアを有しそれぞれの
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。このフォトダイオードにより再生信
号の検出、およびフォーカシング，トラッキングそれぞ
れのサーボ信号の検出を行うことができる。４つのフォ
トダイオードを図３に示すようにＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ
４としてその出力をＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とすると、
再生信号の検出には全エリアの総出力すなわちＰ１＋Ｐ
２＋Ｐ３＋Ｐ４を用いる。さらにサーボ信号のうちフォ
ーカス誤差（以下、ＦＥと略す）信号は、両わきに配置
されているエリアＳ１，Ｓ４出力の和と内側に配置され
ているエリアＳ２，Ｓ３出力の和それぞれの差動信号
（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）をとる。すなわちデフ
ォーカスにともなう光検出器２３上での集光スポットの
大きさを比較するビームサイズ法によるものである。こ
のフォーカス誤差信号をもとにフォーカスアクチュエー
タ２４ｂを動作させることによってフォーカスサーボを
行う。つぎに、トラッキング誤差（以下、ＴＥと略す）
信号についてはエリアＳ１，Ｓ２出力の和とエリアＳ
３，Ｓ４出力の和それぞれの差動信号（Ｐ１＋Ｐ２）−
（Ｐ３＋Ｐ４）をとる。すなわち記録ビットにより発生
した±１次回折光と０次回折光との干渉部分の光強度の
バランスを比較する１ビームプッシュプル法によるもの
である。図４（ａ）において結像光スポットがトラック
に対して直角方向に向かって左にずれた図４（ｂ）の場
合には、図４（ｃ）に示すようなトラックずれに対する
ＴＥ信号特性が得られる。このトラッキング誤差Ｓ字曲
線と呼ばれる特性曲線の極性と信号出力の大きさから結
像光スポットが左右いずれの方向へどれくらい偏差して
いるかの情報が得られ、トラッキングアクチュエータ動
作のための駆動電流がトラッキングアクチュエータ２４
ａに巻線されたコイルに流されることによりトラッキン
グ偏差が補正される。本実施例におけるトラッキング偏
差の補正は前述の従来例と同様に反射ミラー１７と反射
ミラー１７に取り付けられたトラッキングアクチュエー
タ２４ａの光誘導機構によって行われる。すなわち、ト
ラッキングアクチュエータ２４ａの駆動電流がムービン
グコイルに流れることによって磁石に作用して反射ミラ
ー１７を一定方向へ任意の量だけ傾かせる。反射ミラー
１７への入射光をトラッキングアクチュエータ２４ａの
傾き角度と同じ量だけ傾かせて反射する。これによって
対物レンズ２１への入射光が角度調整され、記録媒体面
２２への結像光スポットが正しいトラック位置に補正さ
れる。

【００１７】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図５に示すよう
に、光源としての半導体レーザ１５，コリメータレンズ
１６，跳ね上げミラー２０，対物レンズ２１，光検出器
２３などの基本的光学系は第１の実施例で説明したもの
と同じである。またフォーカス方向の制御は第１の実施
例と同様にフォーカスアクチュエータ２４ｂで行うが、
トラッキング制御駆動に関わる対物レンズ入射光の角度
制御手段として光束を反射する全反射面２５とこの反射
面の光軸と交わり反射面と直角の関係でない反射面の回
転軸をもつ反射面回動のアクチュエータ２６からなる光
誘導機構をもつ。この全反射面２５の面上に反射型ホロ
グラムを施し、戻り光を分離し半導体レーザ１５と同じ
平面上に置かれた光検出器に導く。また、第１の実施例
と同様にアクチュエータ２６内のコイルに駆動電流が流
れ、磁石によってアクチュエータ２６が回転する。この
アクチュエータ２６の回転にともなう全反射面２５の回
動によって対物レンズ２１に入射する光束の入射角度を
変化させ記録媒体面２２上での結像光スポットの動きを
制御する。

【００１８】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図６に示すよう
に、コリメータレンズ１６と対物レンズ２１の光路途中
に複数の凸レンズからなるフォーカス調整用アフォーカ
ルリレーレンズ２７を設けることによって、フォーカシ
ング制御を固定光学系２８から行っている。また、半導
体レーザ１５側に置かれた凸レンズ２９の表面の一部ま
たは全面には記録面２２からの戻り光を分離し半導体レ
ーザ１５と同じ平面上に置かれた光検出器２３に導くた
めのホログラム面が施されている。再生信号の検出およ
びフォーカシング，トラッキングそれぞれのサーボ信号
検出は前実施例と同様に光検出器２３によって行う。

【００１９】

【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、固定光学系にトラッキング制御またはフォー
カシング制御を行う光誘導機構を設置し、対物レンズを
含む可動部と分離することによって可動部の重量を軽く
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。また可動部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
提供できる。さらに記録媒体面からの戻り光の分離をホ
ログラムによって行うことで、半導体レーザーと光検出
器を一つの平面上に一まとめて構成でき、全体として小
型簡素化した固定光学系とすることによって、機器組込
み性の向上、コストなどに貢献できる優れた光ヘッドを
実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光ヘッドの要部の構成
を示す斜視図

【図２】同実施例の光ヘッドの部分図

【図３】同実施例の光検出部の構成ブロック図

【図４】（ａ），（ｂ）同実施例の記録媒体面上の光ス
ポット図 （ｃ）同実施例のトラックずれに対するＴＥ信号特性図

【図５】本発明の第２の実施例の光ヘッドの要部の構成
を示す斜視図

【図６】本発明の第３の実施例の光ヘッドの要部の構成
を示す斜視図

【図７】従来の光ヘッドの要部の構成を示す斜視図

【図８】（ａ）同光ヘッドのＦＥ信号特性図 （ｂ）同光ヘッドの光検出器部分図 （ｃ）同光ヘッドのＴＥ信号特性図

【符号の説明】

１５ 半導体レーザ １６ コリメータレンズ １７ 反射ミラー ２１ 対物レンズ ２２ 記録媒体面 ２３ 光検出器 ２４ａ トラッキングアクチュエータ ２４ｂ フォーカスアクチュエータ ２７ アフォーカルリレーレンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、前記半導体レーザから
   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
   く光誘導機構と、前記記録媒体面からの反射光を検出す
   る光検出部とを備えた光ヘッドにおいて、前記光誘導機
   構の全部または一部に対物レンズからの戻り光の一部を
   分離する光分離手段を設けた光ヘッド。
2. 【請求項２】 光誘導機構は、ガルバノミラーまたはア
   フォーカルリレーレンズより構成されている請求項１記
   載の光ヘッド。
3. 【請求項３】 光分離手段は、ガルバノミラーまたはア
   フォーカルリレーレンズの全面または一部に設置された
   反射型または透過型のホログラムにより構成されている
   請求項２記載の光ヘッド。