JPH0877594A - 光学ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ビームの照射により少なくとも情報の記録
を行う光ヘッド、光学系の簡略化を図りつつ、光利用効
率が高くとれ、光ディスクの高速回転に対しても、比較
的少ない光源のパワーで記録ができる光ヘッドを実現す
る。 【構成】 本発明の光学ヘッドでは、光源から対物レン
ズに至る光路中に偏光ビームスプリッタとコリメーティ
ングレンズと整形機能素子1/4 波長板を配し、光メモリ
の記録面で反射した光ビームは往路とは逆に対物レンズ
とビーム整形機能素子とコリメーティングレンズとを通
過した後、往路と異なる方向に、光路を偏光ビームスプ
リッタで分離して光検出器に導き、フォーカス・トラッ
キング誤差信号および情報信号を検出する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ディスクや光カー
ド等の光メモリに、光ビームを照射することにより少な
くとも情報の記録・再生を行う光学ヘッドに係わる。

【０００２】

【従来の技術】音楽などをディジタル化して光ディスク
に記録した、複製技術によって大量に作られるコンパク
トディスク（CD）などの再生専用の光ディスク装置で
は、光学素子の数が少ない小形な光学ヘッドが実現され
ている。このような再生専用の光学ヘッドは、素子の省
略や送光・受光光学系の光学素子の兼用し、数を少なく
している。そのため、光ディスク上の情報の読取りに
は、光源の出射光のほんの僅かしか使われていない。特
開平2-185722号公報には、このこのような再生専用の光
学ヘッドの例が示されている。また、記録・再生用光デ
ィスク装置でも、光ヘッドの小形化が要求されている
が、トレードオフとなる情報の記録を行うために必要な
光利用効率を確保する事が必要である。

【０００３】また、先願の特願平5-224367では、光学系
を簡素化し、情報の記録を行うために必要な光利用効率
を得た記録・再生光ヘッドの一つの発明の例を示してい
る。これは、第１の構成として、光源から対物レンズに
至る光路中にコリメーティングレンズとビーム整形可能
素子を配し、光メモリの記録面で反射した光ビームは往
路とは逆に対物レンズとビーム整形機能素子コリメーテ
ィングレンズを通過した後、往路と異なる方向に光路を
ホログラフィク素子で分離して光検出器で検出して、記
録面上の光スポットの位置を制御（フォーカス制御、ト
ラッキング制御）する制御信号の生成や記録された情報
信号を検出する構成か、または第２の構成として、光源
から対物レンズに至る光路中にコリメーティングレンズ
と偏光ビームスプリッタとビーム整形機能素子を配し、
光メモリの記録面で反射した光ビームは往路とは逆に対
物レンズとビーム整形機能素子を通過した後、往路と異
なる方向に光路を偏光ビームスプリッタで分離して、さ
らに凸レンズを通過し光検出器で検出して、記録面上の
光スポットの位置を制御（フォーカス制御、トラッキン
グ制御）する制御信号の生成や記録された情報信号を検
出する構成である。ところで、記録に大きなパワーを必
要とするような光メモリ装置において、前記第１の構成
であるホログラフィク素子を往路復路とも通過する構成
では、光利用効率が限られるので、光源のパワーが多く
必要になる。また、光源の光利用効率の高い第２の構成
は、検出系の凸レンズが必要な構成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特に先願の情報の記録
・再生を行う光学ヘッドでは、光利用効率が限られた
り、送光系と検出系がそれぞれ独立に構成されるために
光学素子の数が多くなっていた。

【０００５】本発明は、光ビームの照射で少なくとも情
報の記録を行う光学ヘッドに係わり、送光系の光学素子
と検出系の光学素子とを共用し光学系の簡略化を図ると
共に、高い光利用効率を得られる。小形な光学ヘッドを
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光学ヘッドで
は、光源から対物レンズに至る光路中に偏光ビームスプ
リッタとコリメーティングレンズと整形機能素子と1/4
波長板を配し、光メモリの記録面で反射した光ビームは
往路とは逆に対物レンズとビーム整形機能素子とコリメ
ーティングレンズとを通過した後、往路と異なる方向
に、光路を偏光ビームスプリッタで分離して光検出器で
検出して、記録面上の光スポットの位置を制御（フォー
カス制御、トラッキング制御）する制御信号の生成や記
録された情報信号を検出する構成とする。

【０００７】

【作用】本発明の光学ヘッドは、送光系のコリメーティ
ングレンズと検出系の凸レンズを兼用できるので、光学
系の簡素化ができ、光ヘッドの小形化ができる。また、
光利用効率が高くとれ、光ディスクの高速回転に対して
も、比較的少ない光源のパワーで記録ができる。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を説明する。図１(a),(b)
は、本発明の一実施例に係る光学ヘッドの構成を示した
ものであり、光源１、偏光ビームスプリッタ２、コリメ
ーティングレンズ３、反射面4a付きビーム整形プリズム
４、1/4 波長板５、対物レンズ６、光ディスク７、ホロ
グラフィック素子８、光検出器９を備えている。図１
(a) が側面から見た図である。図１(b) が上面から見た
図で、見易くするため、1/4 波長板５、対物レンズ６、
光ディスク７を省いている。また、図１(b) のみに電気
回路系を示して動作を説明する。電気回路系は、増幅器
10、演算回路11、フォーカスアクチュエータ駆動回路12
およびフォーカス駆動コイル13を備えている。ま、演算
回路14、トラッキングアクチュエータ駆動回路15および
トラッキング駆動コイル16を備えている。

【０００９】光源１は例えば半導体レーザのような直線
偏光レーザ光源である。この光源１（活性層1a）から出
射した光ビームは、偏光ビームスプリッタ２を透過し、
コリメーティングレンズ３で平行光束になり、さらに反
射面4a付きビーム整形プリズム４で、光ビームの方向を
変え、さらに非等方なビーム形状がほぼ等方形状に整形
される。次に、反射面付きビーム整形プリズム４の出射
面4bからの光ビームは、1/4 波長板５で円偏光に変換さ
れ、その後、対物レンズ６で集光して、光ディスク７の
記録面上に微小ビームスポットとなる。

【００１０】光ディスク７の記録面で反射した光ビーム
は、対物レンズ６を再び通り、1/4波長板５で、往路の
光ビーム偏光方向と90度異なる直線偏光になる。次に、
反射面4a付きビーム整形プリズム４およびコリメーティ
ングレンズ３を、往路とは逆方向に通る。復路の光ビー
ムは、往路の光ビームの偏光方向と90度異なるので、偏
光ビームスプリッタ２で、すべての光ビームが、光検出
器の方向に反射する。ホログラフィック素子８の回折光
を光検出器９で、フォーカスとトラッキング誤差を検出
する。演算回路11，14で、フォーカスとトラッキング誤
差信号を発生し、その信号に基づいて、フォーカス駆動
コイル13を駆動回路12で駆動してフォーカス制御を行
い、トラッキング駆動コイル16を駆動回路15で駆動して
トラッキング制御を行う。信号再生は、光検出器９の出
力を増幅器10で増幅して得る。フォーカスとトラッキン
グ制御系の具体的な構成について説明をする。フォーカ
ス制御系は、対物レンズ４を光軸方向に移動可動なレン
ズアクチュエータや、または図１に示す光学ヘッド全体
をキャリッジ上に搭載して、光学ヘッド全体を光軸方向
に移動制御するように構成する。したがって、フォーカ
ス駆動コイル13は、例えば、レンズアクチュエータの場
合は、レンズを駆動するためのコイルを意味する。ま
た、トラッキング制御系は、対物レンズ４を半径方向に
移動できるように構成したレンズアクチュエータで支持
し、トラッキング誤差信号に基づいて対物レンズを半径
方向に移動制御して、トラッキング制御する。もしく
は、図１に示す光学ヘッド全体をキャリッジ上に搭載
し、光学ヘッド全体を径方向に移動制御してトラッキン
グ制御するように構成する。したがって、トラッキング
駆動コイル16は、例えば、レンズアクチュエータの場合
は、レンズを駆動するためのコイルを意味する。

【００１１】本発明の光学ヘッドの特徴は、光ディスク
７の記録面で反射した光が、1/4 波長板５を再び通り、
反射面付きビーム整形プリズム４を往路とは逆向きに通
って、再びコリメーティングレンズ３に戻り、その後偏
光ビームスプリッタ２で光源１の方向と光検出器９の方
向に分けられる点にある。つまり、コリメーティングレ
ンズ３で検出系の集光作用も兼ね、素子を減らしてい
る。また、偏光ビームスプリッタ２と1/4 波長板５の完
全分離系を使った構成であり、光ディスク７への往路と
復路の分離を、ほぼロス無く分離する事ができるため
に、光源の光利用効率を高くする事ができる。

【００１２】反射面4a付きビーム整形プリズム４は、入
射光ビームの一軸方向のみを、往路に縮小し、復路には
拡大する機能を持っており、コリメーティングレンズ３
と併せた光学特性を図２に示す。図２では、効果を簡単
に説明するために、反射面の無いビーム整形プリズム 1
01を使用する。図２(a) は、光源１の半導体レーザの活
性層ａと平行な面の光学系の断面を示す。半導体レーザ
の出射光は非等方的であり、拡がり角が大きい活性層ａ
と垂直な方向（Ｙ方向）がビーム整形プリズム101で縮
小される。図２(b) は、(a) に示す光学系と等価的な光
学系を示したものである。コリメーティングレンズ３の
焦点距離をｆ_CL、ビーム縮小率をＭ（但しＭ＜１）とす
ると、（ｆ_CL＊Ｍ）の焦点距離のレンズがあるのと等価
になる。一方、光源１の半導体レーザの活性層に水平な
面の光学系の断面は、図２(c) に示すようにビーム整形
プリズム４の作用を受けないので、コリメーティングレ
ンズ３そのものがあるだけである。このような、ビーム
整形プリズムとコリメーティングレンズの構成の場合
に、影響が大きい焦点誤差検出に付いて詳しく説明す
る。

【００１３】反射面付きビーム整形プリズムの影響を説
明するために、図１で、ホログラフィック素子８を無く
した場合の光ディスク１から戻ってきた光ビームのコリ
メーティングレンズ３の焦点位置での形を図３に示す。
図３の蜘蛛の巣状のものが光ビームの形を表す。四角形
のものは、検出器を意味する。図３(c) は、対物レンズ
６の焦点位置に光ディスク７がある場合である。この
時、垂直・水平方向とも、ディスクから戻ってきた光ビ
ームの集光位置は、コリメーティングレンズ２の焦点位
置となり、ビーム形状は点である。図３(a),(b) は、光
ディスク５に対して対物レンズ４が近いときの状態を示
している。この時は、光ビームの縦・横方向の変化は、
対物レンズ６の焦点距離Ｆｏとの縦倍率で近似できる比
率で生じるので、光ビームの縦と横の変化率が異なる。
図３(d),(e) は、光ディスク５に対して対物レンズ４が
遠いときの状態を示している。このように、光ビームの
縦と横方向の変化率の違いがあるが、基本的に、垂直・
水平方向の集光位置が同じあり、焦点誤差検出には、従
来からの焦点誤差検出方法を用いても検出可能である。
ここで、ホログラフィック素子８と光検出器９の構成
は、先願の特願平3-244413号「光学ヘッド装置」に詳細
に述べられているものと同様な原理に基づくものであ
る。この原理に、ビーム整形プリズムが付加された場合
に付いて、説明を加える。ホログラフィック素子８の＋
１次光で、焦点誤差を検出する。対物レンズ６の焦点位
置から光ディスク７がずれた場合の、光検出器９上での
光ビームの変化を図４に示す。図４(d) が、対物レンズ
６の焦点位置に光ディスク７がある場合である。光検出
器９は、焦点誤差信号を得るために、４分割してある。
その他は、光ディスク７の位置が対物レンズ６の焦点位
置からずれた場合である。ビーム整形プリズムの影響
は、縦と横の光ビームの変化率が異なるが、焦点誤差の
変化に伴なう光ビームの縦と横変化の方向（大きくなる
か小さくなるか）は同じである。このため、光検出器９
上で、焦点の変化に伴って光ビーム形には影響がある
が、焦点の変化に伴って光ビームの移動する方向には、
影響が無い。つまり、光検出器９上で、光ビームの移動
する方向を検出し、焦点誤差を検出するため、焦点誤差
信号に影響が無い。したがって、焦点誤差信号が得られ
る。

【００１４】次に、図５(a),(b) に、図１の焦点誤差信
号の感度をさらに高めるための構成の例を示す。図５で
は、図１(b) のホログラフィック素子８の位置に偏光ビ
ームスプリッタ２を配置し、凹レンズ 102と光検出器９
との間にホログラフィック素子８を配置する。そして、
光ディスク７からの反射光を凹レンズ 102で拡大するこ
とにより、凹レンズ 102とコリメーティングレンズ３と
で等価的に長い焦点距離を得るものである。この構成に
より、光ディスク７の面ぶれによる反射光の変化を大き
くできることから、焦点誤差信号の感度をさらに高める
ことができる。

【００１５】次に図６(a),(b) に、図１の反射面付きビ
ーム整形プリズム４を異なる形で実現した例を示す。図
６(a) が側面から見た図である。図６(b) が上面から見
た図で、見易くするため、1/4 波長板５、対物レンズ
６、光ディスク７を省いている。図６のような反射面64
a 付きビーム整形プリズム64では、図１の反射面付きビ
ーム整形プリズムより反射面64a を立てることにより出
射面を64b としている。これにより、図１よりＺ方向に
より小型化を図ることができる。また、光学素子の配置
に自由度が増す。なお、反射面付きビーム整形プリズム
４は、ビーム整形機能と光ビームの偏向機能が組み合わ
さっているものなら形にとらわれるものでない。また、
検出系に図５と同様に、凹レンズ 102を配置し、コリメ
ーティングレンズ２と凹レンズ 102で等価的に、長い焦
点距離を得ても良い。

【００１６】図７(a),(b) は、反射面が付かないビーム
整形プリズムを用いる点及びビーム整形機能が働く方向
を変えたものである。つまり、図７は、図１の反射面付
きビーム整形プリズム４の代りに、コリメーティングレ
ンズ３と1/4 波長板５の間に反射面のいビーム整形プリ
ズム 101を配置する。また、ビーム整形プリズム 101の
高さ方向を抑えるために、図７(b) の半導体レーザ１の
ように活性層1aが図面を記載した紙の紙面垂直方向とな
るように配置するとともに、図７(b) に示したように偏
光ビームスプリッタ２に出射する。この出射光を偏光ビ
ームスプリッタ２で反射しコリメーティングレンズ３を
介してビーム整形プリズム 101により半導体レーザ１の
活性層と垂直方向を縮小する。この光ビームを1/4 波長
板５を介して、該光ビームを光ディスク７の方向に向け
るためのミラー 103により対物レンズ６に入射させ、こ
の光ビームを光ディスク７に照射する。光ディスク７か
らの反射光は対物レンズ６を介してミラー 103で1/4 波
長板５に反射しビーム整形プリズム 101を介してコリメ
ーティングレンズ３に入射し光ビームは偏光ビームスプ
リッタ２を透過してホログラフィック素子８を介して光
検出器９に集光させる。

【００１７】なお、図７(a) が側面から見た図、図７
(b) が上面から見た図であるが、見易くするため、対物
レンズ６、光ディスク７を省いている。そして、図７の
ように、光源１，ビーム整形プリズム 101を配置すると
ともに、ミラー 103を備えることにより、光学ヘッドの
薄型化を図ることができる。

【００１８】図８は、検出系に、凹レンズ 102を配置
し、コリメーティングレンズ２と凹レンズ 102で等価的
に、長い焦点距離を得た例である。図８では、図７のホ
ログラフィック素子８の位置に凹レンズ 102を配置する
とともに、凹レンズ 102と光検出器９間にホログラフィ
ック素子８を配置したものであり、図５と類似するので
ある。なお、図８は、上面から見た図で、見易くするた
め、対物レンズ６、光ディスク７を省いている。

【００１９】図９は、図７の偏光ビームスプリッタ２を
プレートタイプ92に置き換えた例である。キューブタイ
プより、コストが安いメリットがある。ただし、上面か
ら見た図で、見易くするため、対物レンズ６、光ディス
ク７を省いている。また、図５，図８と同様に検出系
に、凹レンズ 102を配置し、コリメーティングレンズ２
と凹レンズ 102に等価的に、長い焦点距離を得ても良
い。

【００２０】以上説明したように本特許は、光ディスク
の記録面で反射した光が、1/4 波長板を再び通り、ビー
ム整形プリズムを往路とは逆向きに通って、再びコリメ
ーティングレンズに戻り、その後偏光ビームスプリッタ
で光源の方向と検出器の方向に分けられる点にある。ま
た、偏光ビームスプリッタ２と1/4 波長板５の完全分離
系を使った構成である。

【００２１】

【発明の効果】本特許は、光ディスクの記録面で反射し
た光が、1/4 波長板を再び通り、ビーム整形プリズムを
往路とは逆向きに通って、再びコリメーティングレンズ
に戻り、その後偏光ビームスプリッタで光源の方向と検
出器の方向に分けている。このため、コリメーティング
レンズで検出系の集光作用も兼ね、素子を減らせる効果
がある。また、偏光ビームスプリッタと1/4 波長板の完
全分離系を使った構成であり、光ディスクへの往路と復
路の分離を、ほぼロス無く分離する事ができるために、
光源の光利用効率を高くする事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る光学ヘッドを示す図

【図２】 図１の光学系のビーム整形プリズムの作用を
説明する図

【図３】 図１の光学系のビーム整形プリズムの作用が
ある場合の、光検出器上の光ビームを示す。

【図４】 図１における焦点誤差に対する光検出器の検
出面上の入射光ビームのスポット形状の変化を示す図

【図５】 第一の実施例における焦点誤差感度を大きく
した例

【図６】 本発明の他のビーム整形プリズムの例

【図７】 本発明の他の実施例に係わる光学ヘッドの要
部を模式的に示す図

【図８】 第２の実施例における焦点誤差感度を大きく
した例

【図９】 本発明の他の実施例に係わる光学ヘッドの要
部を模式的に示す図

【符号の説明】

１…光源 ２…偏光ビームスプリッタ ３…コリメーティングレンズ ４…反射面付きビーム
整形プリズム 4a…反射面 ５…1/4 波長板 ６…対物レンズ
７…光ディスク ８…ホログラフィック素子 ９…光検出器 10…増
幅器 11…演算回路 12…フォーカスアクチュエータ駆動回路 13…フォー
カス駆動コイル 14…演算回路 15…トラッキングアクチュエータ駆動
回路 16…トラッキング駆動コイル 101…ビーム整形プリ
ズム 102…凹レンズ 103…ミラー 104…プレート型
偏光ビームスプリッタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 この光源から出射された光ビームを情報の記録が可能な
   光メモリの記録面に集束照射するための対物レンズと、 前記光源から前記対物レンズに至る光路中に、偏光ビー
   ムスプリッタとコリメーティングレンズとビーム整形機
   能素子と1/4 波長板とを備えるとともに、 前記光メモリの記録面からの反射光を検出するための検
   出手段を備え、 前記対物レンズと前記1/4 波長板と前記ビーム整形機能
   素子と前記コリメーティングレンズを、前記光メモリの
   記録面からの反射光が往路とは逆方向に通過するように
   配置すると共に、前記偏光ビームスプリッタ、前記逆方
   向に通過してきた前記光メモリの記録面からの反射光を
   前記検出手段に導くように配置することを特徴とする光
   学ヘッド。
2. 【請求項２】 前記偏光ビームスプリッタにより分離さ
   れた前記光メモリの記録面からの反射光を前記検出手段
   に集光させるための凹レンズを備えることを特徴とする
   請求項１記載の光学ヘッド。
3. 【請求項３】 前記偏光ビームスプリッタがプレート型
   であることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の光
   学ヘッド。