JPH09120575A

JPH09120575A - 光ヘッド装置及びこれを用いた光情報処理装置

Info

Publication number: JPH09120575A
Application number: JP8301543A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kaneuma; 慶明金馬; Fumihiro Sogawa; 文博十川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1997-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ホログラムから必要とする回折光以外に、ほ
ぼ同じ強度の共役回折光も発生し、光の利用効率の低下
がある。【解決手段】放射光源１から出射した光ビーム８が対
物レンズ３を経て情報担体４に焦点を結び、情報担体４
からの反射光が対物レンズ３を経た後、光ビームの光軸
８１とその法線７とが所定角度傾いたホログラム２０に
入射し、＋１次回折光５がディテクター６に入射する。
光ビームの光軸８１に対しホログラム面の法線７を所定
角度傾けた構成により、＋１次回折光５の共役回折光を
抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物体に光ビー
ムを照射し、かつ、その光ビームの焦点位置と対象物体
との位置関係を検知するために用いる光ヘッド装置に関
するものであり、特に、光情報装置において、光ディス
クなどの情報担体に対して情報の記録または消去または
再生を行う光ヘッド装置に好適なものである。

【０００２】また、本発明は、この光ヘッド装置を用い
て、光ディスクなどの情報担体に対して情報の記録また
は消去または再生を行う光情報処理装置にも関するもの
である。

【０００３】

【従来の技術】ホログラムを用いて光ヘッドの光学系を
簡略化したものとして、最近では、図７に示すようなも
のがある（例えば、特開昭６２−１８８０３２号公
報）。

【０００４】図７において、１は半導体レーザー光源で
ある。この光源から出射したビーム８は、ホログラム２
００を透過して対物レンズ３に入射し、情報担体４上に
集光される。情報担体４で反射した光は、もとの光路を
逆にたどり、ホログラム２００に入射する。このホログ
ラムから生じる回折光５００は、ディテクター６００に
入射する。

【０００５】この回折光５００は、非点収差波面を持つ
ように設計されていて、情報担体４に対する対物レンズ
３のデフォーカスにより、図８のように形が変化する。
図８において（ｂ）がジャストフォーカス状態であり、
（ａ）、（ｃ）はそれぞれデフォーカス状態を表す。従
って、フォーカスエラー信号ＦＥは、ＦＥ＝（Ｓ７＋Ｓ１０）−（Ｓ８＋Ｓ９）．．．（１）という演算によって得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしかかる従来の構
成によれば、ホログラムからは必要な回折光の他に、当
該必要とする回折光とほぼ同じ強度の共役な回折光も発
生するので、光の利用効率が低下するという課題を有す
る。

【０００７】また、従来の構成による光ヘッド装置を用
いた光情報処理装置は、回路系の雑音などに対する信号
／雑音の割合が低くなるという課題を有する。

【０００８】さらに、光源から出射した光ビームが、ホ
ログラムで反射して再び光源に戻るため、半導体レーザ
ー光源に戻り光による光量の変化が生じ、雑音を発生さ
せるという課題を有する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では上述の課題を
解決するため、ホログラム面の法線をホログラムに入射
する光ビームの光軸に対して傾ける。

【００１０】このホログラム面の法線をホログラムに入
射する光ビームの光軸に対して傾ける構成により、ホロ
グラム面での反射光は光軸が傾き、光源に入射せず、戻
り光ノイズが発生しない。

【００１１】また、ホログラムから発生する回折光の回
折角をθ゜としたときに、ホログラム面の法線と光軸の
角度ψを（９０−θ）゜以上に傾けて設定することによ
り、前記回折光に対して共役な回折光の発生を防ぐ。

【００１２】この構成により、共役な回折光の発生を抑
制でき、光量を有効に利用できるため、信号／雑音比を
高めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の一実施
の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態を原
理的に説明する図である。放射光源１は通常半導体レー
ザーを用い、場合によっては波面補正のための光学系を
含むが、本発明には直接関係しないので説明は省略す
る。

【００１４】放射光源１を出射した光ビーム８は、ホロ
グラム２０を透過後、対物レンズ３によって、情報担体
４の上に集光される。情報担体４の情報記録再生面で反
射した光ビームは、再び対物レンズ３を透過し、ホログ
ラム２０に入射する。ホログラム２０で回折した＋１次
回折光５は、それぞれ放射光源１付近に配置されたディ
テクター６に入射する。

【００１５】ここで図１に示したように、ホログラム面
の法線７を、情報担体４で反射して再び対物レンズ３を
透過してホログラム２０に入射する光ビームの光軸８１
に対して傾きを持たせた上、ホログラム面の法線７との
傾き角度ａが小さい中心線を有する方の１次回折光（図
１では＋１次回折光５）をディテクター６で受光し、対
物レンズ３から出射した光ビームの焦点位置と情報担体
４との位置関係を示すフォーカスサーボ信号をはじめと
するサーボ信号や、情報担体４の記録を読み出す情報信
号を得ることによって、不要な共役回折光の光量を減ら
し、逆に信号光の光量を多くすることができる。

【００１６】したがって、光の利用効率を高め、光量を
有効に利用できるため、回路系などの雑音に対して信号
／雑音比を高めることができるという効果を得ることが
できる。

【００１７】特に、図１では、回折光の回折角をθとし
て、ホログラム２０の面の法線方向７を、情報担体４で
反射して再び対物レンズ３を透過してホログラム２０に
入射する光ビームの光軸８１に対して（９０−θ）゜以
上傾けた構成により、＋１次回折光５のみが発生し、＋
１次回折光５の共役光の−１次光は発生しない。このた
め、光の利用効率を一層高めることができる。

【００１８】また、図２に示すように、反射型のホログ
ラム２１を用いても、ホログラム２１の面の法線７と光
軸との角度ψを（９０−θ）゜以上に設定することによ
り、−１次光を抑圧することができる。

【００１９】また、本発明ではホログラム面の法線７
を、光軸に対して傾けているので、例えば図７のよう
に、光ビームが平行になっているところにホログラムを
挿入しても、反射光の光軸が入射光の光軸に対して傾き
を持つので、反射光は放射光源１に戻らなく、従って、
戻り光ノイズは発生しない。特に光源１として半導体レ
ーザーを用いたときに、この効果が顕著かつ重要であ
る。

【００２０】また、図７に示したように、放射光源１と
ディテクター６００とを近接して配置したときに、ディ
テクター６００へ反射光が入らぬよう逃がすことができ
る。

【００２１】従って、図７のように、放射光源１とディ
テクター６００とを近接して配置することで、光ヘッド
を小型・軽量化でき、かつ、ホログラムの反射光による
不要なノイズを発生することがないという組み合わせの
効果を得ることができる。

【００２２】なお、特開昭６１−６３９３５号公報に
も、本発明同様にホログラムを光軸に対して傾けた構成
が開示されているが、放射光源１とディテクター６００
を近接して配置していないため、本発明の小型・軽量化
という効果は得られず、ホログラムを傾けることによる
反射光の影響を免れるという効果は発揮されない。

【００２３】ホログラムは、１次回折光として曲率の異
なる２種類の球面波、または、非点収差をもつ波面を発
生するように設計しても、また、ホログラムを分割して
使用し、少なくとも２つの領域からそのファーフィール
ドパターンが略円形（図３）である球面波を１次回折光
として、少なくとも１つそれぞれ発生するようにホログ
ラムを設計しても、何れの場合でもフォーカスエラー信
号をオフセットなく安定に検出することができる。

【００２４】このようなホログラムは、よく知られてい
るように光の干渉縞を記録したり、コンピュータージェ
ネレイティッドホログラム（計算機ホログラム）という
手法によって容易に実現できるので、その実現方法につ
いては説明を省く。

【００２５】まず１次回折光として曲率の異なる２種類
の球面波を発生するように設計した場合は、図３に示す
ように回折光を、それぞれの回折光の中心を受光する２
つの短冊状分割領域を含む６分割ディテクターで受光す
る。

【００２６】図３はディテクター面上での回折光の様子
を示し、同図（ａ）〜（ｃ）は、対物レンズ３と情報担
体４の光軸方向の位置関係の変化によるディテクター面
上での回折光の形状変化を示す。ここで（ｂ）がジャス
トフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデフォーカ
ス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、ＦＥ＝（Ｓ１＋Ｓ３−Ｓ２）−（Ｓ４＋Ｓ６−Ｓ５）．．．（２）という演算によって得られる。

【００２７】なお、図３では２つの＋１次回折光５は簡
単のため、１点に集光する球面波として描き、その後の
説明もこれに従って行ったが、図３と式（２）を用いた
ＦＥ信号の検出法から明白なように、ＦＥ信号検出は、
対物レンズ３から出射した光ビーム８２の情報担体４上
のフォーカス状態に応じて回折光の大きさが、ディテク
ターの分割線１０１〜１０４と垂直な方向に変化するこ
とを利用している。

【００２８】したがって、回折光５をディテクターＳ１
〜Ｓ６の分割線１０１〜１０４の延びる方向から見たと
きに、回折光５はディテクターＳ１〜Ｓ６の後ろ側と前
側にそれぞれ焦点を持つ光ビームであることが要件であ
り、必ずしも１点に集光する球面波である必要がないこ
とは明白である。

【００２９】本実施の形態では、ホログラムからディテ
クターの後ろ側と前側にそれぞれ焦点を持つ光ビームを
用いてフォカスエラー信号を検出する構成とすることに
より、図３（ｂ）のように、２個の＋１次回折光５の大
きさが、分割線１０１〜１０４と垂直な方向に同じ大き
さになったときに、その大きさがディテクターＳ２やＳ
５の幅よりもよりも大く設計できる。

【００３０】このように、＋１次回折光５の大きさを大
きく設計したことによって、光ヘッド装置を組み立てる
際に、ディテクターの位置を裕度を持って設定できる。

【００３１】特に、図３のように分割線１０１〜１０４
を平行にした場合は、分割線１０１〜１０４の方向はデ
ィテクターのずれがフォーカスエラー信号に全く影響を
与えない。

【００３２】従って、特に大きなディテクター位置ずれ
を許すことができる。すなわち、ディテクターの組立精
度として高精度を必要とせず、組立コストを低減でき
る、という効果がある。

【００３３】さらに、ホログラムを分割して使用し、少
なくとも２つの領域からそれぞれ球面波を＋１次回折光
として少なくとも１つ発生するようにホログラムを設計
した実施の形態を図４に示す。図４では＋１次回折光５
２と＋１次回折光５３を２組の２分割ディテクターで受
光する。ここで（ｂ）がジャストフォーカス状態であ
り、（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を表す。従っ
て、フォーカスエラー信号ＦＥは、ＦＥ＝（Ｓ１１＋Ｓ１４）−（Ｓ１２＋Ｓ１３）．．．（３）という演算によって得られる。

【００３４】本実施の形態では＋１次回折光５２、５３
が、それぞれ２分割ディテクターの分割線上に集束され
た状態の前後を用いているので、微分感度の高いフォー
カスエラー信号を得ることができ、回路ノイズなどに対
するフォーカスエラー信号の信号／雑音比をさらに高め
ることができるという効果がある。

【００３５】そして、次の実施の形態として、＋１次回
折光として非点収差を持つ波面を発生するように設計し
た場合は、従来例と同様にしてフォーカスエラー信号を
得ることができる。本実施の形態では、直交する分割線
に対する２方向の回折光の形状変化を利用してフォーカ
スエラー信号を得ているので、微分感度の高いフォーカ
スエラー信号を得ることができ、回路ノイズなどに対す
るフォーカスエラー信号の信号／雑音比をさらに高める
ことができる、という効果がある。

【００３６】また、＋１次回折光５００が集束状態にな
く、大きなスポットであるので、光ヘッド装置を組み立
てる際にディテクターの位置を裕度を持って設定でき
る。

【００３７】従って、ディテクター位置ずれを許すこと
ができる。すなわち、ディテクターの組立精度として高
精度を必要とせず、組立コストを低減できる、という効
果がある。

【００３８】本発明では上記実施の形態で説明したよう
に、ホログラムを用いてフォーカスエラー信号検出用回
折光を発生させるので、例えば非点収差を利用してフォ
ーカスエラー信号検出を行う場合であれば、非点収差だ
けを持ち、コマ収差などの不要な収差を持たない光ビー
ムを用いてフォーカスエラー信号を検出することができ
る。

【００３９】このため、フォーカスエラー信号のオフセ
ットが発生しない、微分感度が高い、溝横断時のフォー
カスエラー信号へのクロストークによるオフセットの発
生がない、といった非常に品質の良いフォーカスエラー
信号を得ることができるという効果がある。

【００４０】さらに、ホログラムからトラッキングエラ
ー信号も得ようとする実施の形態について述べる。図５
に示すようにホログラム２８中に、別のホログラム部分
のトラッキングエラー信号検出用回折光発生領域２９を
設ける。

【００４１】トラッキングエラー信号検出用回折光発生
領２９は、情報担体４で反射して帰ってきた光ビームの
ファーフィールドパターン９に対して、図５に示すよう
に配置する。すなわち、トラッキングエラー信号検出用
回折光発生領域２９からそれぞれ発生する回折光５９
を、ディテクター６に設けたトラッキングエラー信号検
出用ディテクター６９によって受光する。トラッキング
エラー信号検出用ディテクター６９の出力の差動によ
り、トラッキングエラー信号を得ることができる。

【００４２】なお、図５に示したようにディテクター６
にトラッキングエラー信号検出用分割領域も設ける、す
なわち、フォーカスエラー信号検出用分割領域とトラッ
キングエラー信号検出用分割領域を、いずれも同一基板
上に形成した事により、光ヘッドの部品点数を削減し、
軽量かつ、小型で安価な光ヘッド装置を構成できるとい
う効果を得ることができる。

【００４３】最後に図６は、以上に述べてきた光ヘッド
装置を用いて構成した光情報処理装置の一実施の形態で
ある。情報担体４は駆動機構１４によって回転される。
光ヘッド装置１０は前記情報担体のトラックのところま
で、光ヘッド装置駆動装置１２によって粗動される。前
記光ヘッド装置１０は、また前記情報担体との位置関係
に対応してフォーカスエラー信号やトラッキングエラー
信号を電気回路１１へ送る。前記電気回路はこの信号に
対応して、前記光ヘッド装置へ、対物レンズを微動させ
るための信号を送る。この信号によって、前記光ヘッド
は、前記情報担体に対してフォーカスサーボと、トラッ
キングサーボを行い、前記情報担体４に対して、情報の
読みだし、または書き込みや消去を行う。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、ホログラム面の法線を光ビー
ムの光軸に対して傾きを持たせた上、ホログラム面の法
線と成す角度が最も小さい中心線を持つ回折光をディテ
クターで受光して、サーボ信号や、情報信号を得ること
によって、不要な共役回折光の光量を減らし、逆に信号
光の光量を多くすることができる。このように、本発明
の、共役な回折光の発生を抑制する構成によって、共役
な回折光への光量のロスがなくなり、光量を有効に利用
できるため、回路系などの雑音に対して信号／雑音比を
高めることができるという効果を有する。

【００４５】また、本発明ではホログラム面の法線を光
軸に対して傾けているので、光ビームが平行になってい
るところにホログラムを挿入しても、反射光の光軸が入
射光の光軸に対して傾きを持つので、反射光は光源に戻
らない。従って、戻り光ノイズは発生しないという効果
がある。

【００４６】更にこの光ヘッド装置を用いて構成された
光情報処理装置は、戻り光による光源のノイズがない上
に、回路系などの雑音に対して信号／雑音比が高いので
信頼性が高い光情報装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の光ヘッドの線図的説明
図

【図２】本発明の他の実施の形態の光ヘッドの線図的説
明図

【図３】本発明の他の実施の形態における、ディテクタ
ー上でのフォーカスエラー信号検出用の回折光の様子を
示す図で、（ａ）は、一方のデフォーカス状態を示す図（ｂ）は、ジャストフォーカス状態を示す図（ｃ）は、他方のデフォーカス状態を示す図

【図４】本発明の別の実施の形態における、ディテクタ
ー上でのフォーカスエラー信号検出用の回折光の様子を
示す図で、（ａ）は、一方のデフォーカス状態を示す図（ｂ）は、ジャストフォーカス状態を示す図（ｃ）は、他方のデフォーカス状態を示す図

【図５】本発明のさらに他の実施の形態の要部構成図

【図６】本発明の実施の形態の光情報処理装置の断面図

【図７】本発明の実施の形態および従来例の光ヘッドを
示す線図的説明図

【図８】従来例及び本発明のさらに他の実施の形態にお
けるフォーカスエラー信号検出用の回折光のディテクタ
ー上での様子を示す図で、（ａ）は、一方のデフォーカス状態を示す図（ｂ）は、ジャストフォーカス状態を示す図（ｃ）は、他方のデフォーカス状態を示す図

【符号の説明】

１放射光源２０，２１，２８，２９，２００ホログラム３対物レンズ４情報担体５，５２，５３，５９，５００１次回折光６，６８，６９，６００ディテクター７ホログラム面の法線８光ビーム９ファーフィールドパターン１０光ヘッド装置１１電気回路１２光ヘッド装置駆動装置１３電源または外部電源との接続部１４情報担体駆動機構１００コリメートレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射光源と、前記放射光源より出射する光
ビームを受けて対象物体ヘ収束させる対物レンズと、前
記対象物体で反射した光ビームを前記対物レンズを透過
させて受ける透過型ホログラムと、前記ホログラムから
発生する回折光を受光して光量に応じた出力を発生する
ディテクターとを具備し、前記放射光源と前記ディテク
ターを近接して配置し、前記対象物体で反射し、前記対
物レンズを透過してホログラムに入射する光ビームの光
軸に対し、前記ホログラム面の法線が傾きを持っている
ことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】放射光源と対物レンズの間に、前記放射光
源より出射する光ビームを受けて略平行光にするコリメ
ートレンズを有し、ホログラムは前記コリメートレンズ
と前記対物レンズとの間に設け、前記ホログラムには前
記略平行光が入射することを特徴とする請求項１記載の
光ヘッド装置。
【請求項３】ホログラムから発生する回折光の内、その
中心線が前記ホログラム面の法線と成す角度が小さい方
の１次回折光を＋１次回折光として、前記＋１次回折光
をディテクターで受光し、受光した光量に応じた出力を
発生することを特徴とする請求項１または２いずれかに
記載の光ヘッド装置。
【請求項４】ホログラム面の法線を、ディテクターで受
光する回折光の回折角をθ゜としたときに、対象物体で
反射したのちに対物レンズを透過して前記ホログラムに
入射する光ビームの光軸に対して（９０−θ）゜以上傾
けて設定し、前記回折光の共役波の発生を抑制したこと
を特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光ヘッド装
置。
【請求項５】対象物体で反射した第１の光ビームが、対
物レンズを透過してホログラムに入射したときに発生す
る回折光が、少なくとも一対の第１と第２の回折光を１
次回折光として含み、ディテクターは、前記一対の第１
と第２の回折光の中心がそれぞれ入射する第１と第２の
短冊状の分割領域を少なくとも有し、前記ディテクター
の前記短冊状の分割領域の長い方の辺の延びる方向から
見たときに、前記第１の回折光と前記第２の回折光とが
それぞれ異なる収束距離を有し、前記回折光を用いてフ
ォーカスエラー信号を得ることを特徴とする請求項１〜
４いずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項６】ホログラムを分割して使用し、少なくとも
２つの領域をホログラム上に形成し、対象物体で反射し
た第１の光ビームが、対物レンズを透過して前記ホログ
ラムに入射したときに、前記２つのホログラム領域から
発生する回折光は、それぞれ少なくとも一つの球面波を
１次回折光として含み、前記球面波はそのファーフィー
ルドパターンが略円形であって、ディテクターは２組の
２分割領域を有し、それぞれの分割線上に前記回折光が
入射し、前記回折光を用いてフォーカスエラー信号を得
ることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の光ヘ
ッド装置。
【請求項７】ホログラムにトラッキングエラー信号検出
用の回折光を発生させる領域も設け、ディテクターにト
ラッキングエラー信号検出用分割領域も設けたことを特
徴とする請求項１〜６いずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項８】情報担体の駆動機構と、請求項１〜７いず
れかに記載の光ヘッド装置と、前記光ヘッド装置より得
られるフォーカスエラー信号を用いたフォーカスサーボ
機構及びトラッキングエラー信号を用いたトラッキング
サーボ機構と、前記フォーカスサーボ機構及びトラッキ
ングサーボ機構を実現する電気回路と、電源とを少なく
とも有する光情報処理装置。