JPH10162413A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザ、光検出器、光学機能部等の形
状や配置に工夫を加え、より小型かつ軽量で調整工数の
少ない光ヘッド装置を提供する。 【解決手段】 光により情報の記録または再生を行う光
ヘッド装置を、誘電体部材２８Ａの面の内面や部材内部
に第１の反射面２２Ａと、凹曲面形状に形成され対物レ
ンズの機能を果たす第２の反射面２３Ａにより構成した
折り曲げ光学系と、誘電体部材２８Ａの外側部に配置さ
れ半導体レーザ２１Ａと光検出器２７Ａを内蔵する光学
モジュール３０Ａと、第１の反射面２２Ａ上に設置され
記録面２６からの戻り光を光検出器２７Ａへ分離する戻
り光分離素子３３Ａを備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等の光
記録媒体に、光によって情報を記録又は再生する光ヘッ
ド装置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。コンパクトディ
スク（ＣＤ）と呼ばれる円盤状のディスクに光を用いて
あらかじめ記録された音声や文字、画像データを読み出
す再生専用のＣＤ再生装置は、その技術、市場とも現在
大きく発展してきている。また、画像データや多量の文
字データ等のコンピュータデータを記録するための装置
として、ディスクに対し書き込みが１回可能で、その後
何度でも読み出しが可能な追記型ファイリング装置や、
何度でも記録、消去、再生が可能なリライタブルファイ
リング装置などの光ディスク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
グ装置として、光と磁気を利用する光磁気ディスク装置
や、光によりディスク記録層の相変化を起こさせて記録
を行う相変化型ディスク装置などが現在、市場及び技術
的な面で本格的な立ち上がり時期を向かえている。これ
らの光ディスク装置の発展を支えているのは、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
の寄与するところが大きい。今後、これらの技術の発
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の重要性をますます高めて行くもの
と考えられる。

【０００３】これらの光ディスク装置に関する最近の光
学系要素技術の一つとして、光を用いてディスクに情報
を書き込み、あるいはディスクから情報を読み取る光ヘ
ッド装置を、「ホログラム素子」をもちいて小型・軽量
化しようとする試みが挙げられる。光ヘッド装置が小型
で軽量になれば、光ディスク装置全体が小型化されるこ
とはもとより、ディスク上の情報位置への光ヘッド装置
のアクセススピードの向上、装置全体の消費電力の低
減、装置の製造コストの削減、光ヘッド装置の機器組み
込み性の向上などの点で有利となる。

【０００４】上記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であ
る。このホログラム素子は、従来の光学プリズムなどに
比べて非常に小型かつ軽量であり、多くの光学的機能を
１個の素子によって実現できる複合光学機能を有する光
学部品として用いることが期待され、３次元画像の記録
再生などに利用すべく研究がなされており、一部の製品
ではすでに実用化が始まっている。

【０００５】次に、図８及び図９を参照しつつ、ホログ
ラム素子を用いた従来の光ディスク装置における光ヘッ
ド装置の構成と作用について説明する。図８は従来の光
ヘッド装置の構成図である。図８において、半導体レー
ザ１と、グレーティング２と、反射型ホログラム３と、
対物レンズ４と、アクチュエータ１０と、光検出部７を
備えて構成されている。また、光検出部７は、光検出器
８と、光検出器９ａ及び９ｂを有している。

【０００６】光源である半導体レーザ１から射出された
光束は、グレーティング２を透過し、反射型ホログラム
３で反射し図の上方へはね上げられた後、対物レンズ４
に入射し、対物レンズ４の集光作用によって光ディスク
の記録面５に微小な光スポットとして結像する。結像さ
れた光スポット６が記録面５によって反射する際に、記
録面５にあらかじめピット（図示せず）の形状、数、配
置等の形態で記録されていた記録情報と、サーボ制御用
の情報とが反射戻り光の中に含まれる。これにより記録
情報とサーボ用情報の読み出しが行われる。

【０００７】これらの情報を含んだ反射戻り光は、入射
時の光路を逆に戻り、記録面５から対物レンズ４を通り
反射型ホログラム３に戻る。反射型ホログラム３では、
回折作用により、反射戻り光の一部を光検出部７側へ導
く。

【０００８】光検出部７では、反射戻り光から情報信号
を再生するほか、記録面５上に円周状又は螺旋状に並べ
られたピットの列から光スポット６が外れないように制
御するためのトラッキングサーボ用の信号（以下、「ト
ラッキングエラー信号」という。）や、記録面５上につ
ねに光スポット６の焦点を結ばせるように制御するため
のフォーカスサーボ用の信号（以下、「フォーカスエラ
ー信号」という。）を検出する。

【０００９】上記した情報信号の再生は、４分割され４
つのセンサ面を有する光検出器８への反射戻り光のう
ち、４つのセンサ面への光量の総和の光強度変化を電気
信号に変換し、ある閾値で１及び０に２値化することに
よりこれを行う。トラッキングエラー信号の検出は、グ
レーティング２で発生させた±１次回折光の２つの光ビ
ームをピットに照射させ、２つの光ビームのピットに対
するバランスを２つの光検出器９ａ，９ｂで検出する
「３ビーム法」と呼ばれる方法により行う。また、フォ
ーカスエラー信号の検出は、ホログラム３の面を２分割
しておき、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
面を有する光検出器８で検出する「フーコー法」と呼ば
れる方法によって行う。

【００１０】これらのトラッキングエラー信号やフォー
カスエラー信号は、アクチュエータ１０に出力される。
アクチュエータ１０は、永久磁石と電磁コイル等により
構成され、対物レンズ４に取り付けられており、トラッ
キングエラー信号やフォーカスエラー信号が入力される
と、アクチュエータ１０は図の上下方向又は左右方向に
駆動され、この動きに伴い、対物レンズ４が同方向に駆
動される。これにより、光スポット６は、記録面５の所
定のピット列に追従し、かつ記録面５上に焦点を結ぶよ
うに制御される。

【００１１】次に、図９を参照しつつ、従来の他の光デ
ィスク装置における光ヘッド装置について説明する。図
９は、特開平６−２９０４７７号公報に開示されている
従来の他の光ヘッド装置の構成図であり、対物レンズの
光軸上に折り曲げられた光学系を有するコンパクトな光
ヘッド装置である。

【００１２】この光ヘッド装置は、半導体レーザ１１
と、第１の反射面１２と、第２の反射面１３と、対物レ
ンズ１４と、光検出部１７を備えて構成されている。

【００１３】光源である半導体レーザ１１から射出され
た光束は、広がりながら第１の反射面１２に照射され、
第１の反射面１２によって反射された後、第２の反射面
１３に照射される。第２の反射面１３は、全反射平面と
なっており、光束は第２の反射面１３で反射され、対物
レンズ１４に達する。対物レンズ１４は、略平面上に形
成されたマイクロフレネルレンズにより形成されてお
り、光束はこの対物レンズ１４を透過した後、その収斂
作用を受けて光ディスク１５の記録面１６に微小な光ス
ポットとして集光される。結像された光スポットが記録
面１６によって反射する際に、記録面１６にあらかじめ
ピット（図示せず）の形状、数、配置等の形態で記録さ
れていた記録情報と、サーボ制御用の情報とが反射戻り
光の中に含まれる。これにより記録情報とサーボ用情報
の読み出しが行われる。

【００１４】これらの情報を含んだ反射戻り光は、入射
時の光路を逆に戻り、記録面１６から対物レンズ１４を
通り、第２の反射面１３で反射した後、第１の反射面１
２に戻る。第１の反射面１２には、反射戻り光束の光路
を分離する作用を有する位相型又は振幅型のホログラム
素子が形成されている。このため、反射戻り光の一部
は、第２の反射面１３と同一面に設置されている光検出
部１７側へと分離される。

【００１５】光検出部１７上のセンサ配置等は、上述し
た図８の場合と同様の構成であり、この光検出部１７へ
入射する反射戻り光を、上述した図８の場合と同様に光
電的に処理することにより、記録情報の再生、フォーカ
シングサーボ用信号、及びトラッキングサーボ用信号を
検出することができる。

【００１６】また、図８に示す光ヘッド装置は、半導体
レーザ１１と、対物レンズ１４と、各反射面１２，１３
の光学的機能部と、光検出部１７とが１つの誘電体部材
に一体形成され、この誘電体部材の周囲にフォーカシン
グ用及びトラッキング用の各アクチュエータ（図示せ
ず）が配置されており、全体として小型かつ軽量な光ヘ
ッド装置を実現している。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光ヘッド装置においては、図８に示す前者の従
来例では、光ヘッド装置を構成する半導体レーザや対物
レンズなどの光学要素が個々に独立して配置されている
ため、さらに小型化することは困難である、という問題
があった。

【００１８】また、図９に示す後者の従来例の場合は、
光路を光軸方向に折り曲げても、所定の倍率（例えば５
倍以上の倍率）の光学系を実現しようとすると、現実的
には通常の光ヘッド装置以上の厚みとなり、誘電体下部
に配置される半導体レーザや光検出器の厚みも考慮する
と、光ヘッド装置の厚みがさらに大きくなってしまう、
という問題があった。

【００１９】また両者の従来例とも、半導体レーザと光
検出器とがそれぞれ独立に組み付けられているため、調
整工数も多く、作業時間、製造コストなどの面で不利で
ある、という問題もあった。

【００２０】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、
半導体レーザ、光検出器、光学機能部等の形状や配置に
工夫を加え、より小型かつ軽量で調整工数の少ない光ヘ
ッド装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の光ヘッド装置は、光記録媒体の記録面に情報
を記録し又は記録情報を再生するための誘電体部材と、
前記光記録媒体に対する前記誘電体部材の光軸と略直角
方向となる前記誘電体部材の外側部に設置された半導体
レーザと、入射光束に対し凸形状となる軸外の楕円面状
に形成され、前記誘電体部材内部の前記光軸上に略４５
度の角度で設置され、入射光束を略直角方向に全反射す
る第１の反射面と、入射光束に対し凹形状となる軸上の
楕円面状又は放物面状に形成され、前記記録面に対し前
記誘電体部材の後面となる面の内面の前記光軸上に設置
され、入射光束を略逆方向に反射する機能を有し、前記
半導体レーザからの光束を前記誘電体部材の前面から射
出させ前記記録面上に収斂させるとともに、前記記録面
からの戻り光束を前記第１の反射面に導く第２の反射面
と、前記光軸と略直角方向となる前記誘電体部材の側面
のうち前記半導体レーザが配置されている外側部とは同
一の側の外側部に設置され、前記記録面からの戻り光束
により光電検出を行う光検出器と、前記記録面からの戻
り光束を前記光検出器に導く戻り光分離手段を備え、か
つ、前記半導体レーザと前記光検出器は、１つのパッケ
ージに内蔵され光学モジュールを構成することを特徴と
する光ヘッド装置としたものである。本発明によれば、
光学機能部材の形状や配置に工夫をこらすことにより光
ヘッド装置をより小型軽量化することが可能で、特に光
軸方向の厚みが非常に薄い光ヘッド装置が得られる。ま
た、半導体レーザと光検出器をモジュール化することに
より、光学的位置関係等の調整を容易かつ少なくし、か
つ光学性能の信頼性の高い光ヘッド装置とすることがで
きる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、光記録媒体の記録面に情報を記録し又は記録情報を
再生するための誘電体部材と、前記光記録媒体に対する
前記誘電体部材の光軸と略直角方向となる前記誘電体部
材の外側部に設置された半導体レーザと、入射光束に対
し凸形状となる軸外の楕円面状に形成され、前記誘電体
部材内部の前記光軸上に略４５度の角度で設置され、入
射光束を略直角方向に全反射する第１の反射面と、入射
光束に対し凹形状となる軸上の楕円面状又は放物面状に
形成され、前記記録面に対し前記誘電体部材の後面とな
る面の内面の前記光軸上に設置され、入射光束を略逆方
向に反射する機能を有し、前記半導体レーザからの光束
を前記誘電体部材の前面から射出させ前記記録面上に収
斂させるとともに、前記記録面からの戻り光束を前記第
１の反射面に導く第２の反射面と、前記光軸と略直角方
向となる前記誘電体部材の側面のうち前記半導体レーザ
が配置されている外側部とは同一の側の外側部に設置さ
れ、前記記録面からの戻り光束により光電検出を行う光
検出器と、前記記録面からの戻り光束を前記光検出器に
導く戻り光分離手段を備え、かつ、前記半導体レーザと
前記光検出器は、１つのパッケージに内蔵され光学モジ
ュールを構成することを特徴とする光ヘッド装置とした
ものであり、光学機能部材の形状や配置に工夫をこらす
ことにより光ヘッド装置をより小型軽量化することが可
能で、特に光軸方向の厚みが非常に薄い光ヘッド装置が
得られ、半導体レーザと光検出器をモジュール化するこ
とにより、光学的位置関係等の調整を容易かつ少なく
し、かつ光学性能の信頼性の高い光ヘッド装置とするこ
とができる。

【００２３】また、本発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１記載の光ヘッド装置において、前記戻り光分離
手段は、前記第１の反射面に設置され、反射型グレーテ
ィング、又は反射型ホログラムによって構成される光ヘ
ッド装置としたものであり、戻り光分離手段を第１の反
射面と一体にできるため、構成の簡素な光ヘッド装置と
することができるものである。

【００２４】また、本発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１記載の光ヘッド装置において、前記戻り光分離
手段は、前記第１の反射面に設置され、反射型グレーテ
ィング、又は反射型ホログラムによって構成される光ヘ
ッド装置としたものであり、戻り光分離手段を構成する
部分を誘電体部材内に新たに設定する必要がないため、
構成の簡素な光ヘッド装置とすることができるものであ
る。

【００２５】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１である
光ヘッド装置の光学系の要部断面図である。図１に示す
ように、この光ヘッド装置は、光学モジュール３０Ａ
と、誘電体部材２８Ａと、アクチュエータ３５Ａを備え
て構成されている。また、光学モジュール３０Ａは、半
導体レーザ２１Ａと光検出器２７Ａを有している。ま
た、誘電体部材２８Ａは、レーザ光に対して透明な誘電
体からなり、第１の反射面２２Ａと、第２の反射面２３
Ａと、射出面２４Ａを有している。また、第１の反射面
２２Ａ上には戻り光分離素子３３Ａが設けられている。

【００２６】光学モジュール３０Ａは、光ディスク２５
に対する誘電体部材２８Ａの光軸と略直角方向となる誘
電体部材２８Ａの側面に設置されている。また、光検出
器２７Ａは、誘電体部材２８Ａの光軸に対し直角となる
ように、光学モジュール３０Ａ内に配置されている。ま
た、フォーカシング用及びトラッキング用のアクチュエ
ータ３５Ａは、第２の反射面２３Ａの光軸に対して略９
０度の位置となる誘電体部材２８Ａの側面位置に配置さ
れている。

【００２７】半導体レーザ２１Ａは光源であり、この半
導体レーザ２１Ａから射出された光束３１Ａは、第１の
反射面２２Ａに到達する。

【００２８】第１の反射面２２Ａは、入射光束に対して
凸形状となる軸外の楕円面状に形成され、光ディスク２
５に対する誘電体部材２８Ａのほぼ光軸上に配置され、
かつ面の展開方向が半導体レーザ２１Ａの射出光束の光
軸に対して略４５度の角度で傾斜するような状態で配置
されている。また、第１の反射面２２Ａ上には、戻り光
分離素子３３Ａが設けられている。この戻り光分離素子
３３Ａは、反射型のグレーティング又は反射型のホログ
ラム等により構成されている。このため半導体レーザ２
１Ａからの射出光束３１Ａは、第１の反射面２２Ａへの
入射時には、光ディスク２５の方向に向けて略直角に折
曲げられるように全反射され、第２の反射面２３Ａに到
達する。

【００２９】第２の反射面２３Ａは、光ディスク２５の
記録面２６に対し誘電体部材２８Ａの後面となる面の内
面において、誘電体部材２８Ａの光軸上に配置され、入
射光束に対して凹形状となる入射光束軸上の全反射非球
面、例えば楕円面、放物面等となっている。このため、
入射光束を略逆方向、すなわち光ディスク２５側に反射
させ、かつ記録面２６上に集光させる作用を有し、対物
レンズの機能を果たす。

【００３０】したがって、第２の反射面２３Ａで反射さ
れた光束は、誘電体部材２８Ａの上部に設けられた略平
面状の射出面２４Ａを透過して射出され、光ディスク２
５内の記録面２６に微小な光スポットとして集光され
る。結像された光スポットが記録面２６によって反射す
る際に、記録面２６にあらかじめピット（図示せず）の
形状、数、配置等の形態で記録されていた記録情報と、
サーボ制御用の情報とが反射戻り光の中に含まれる。こ
れにより記録情報とサーボ用情報の読み出しが行われ
る。

【００３１】記録面２６で反射された戻り光束は、再び
射出面２４Ａを透過し、再び第２の反射面２３Ａで反射
された後、第１の反射面２２Ａに戻る。この第１の反射
面２２Ａ上には戻り光分離素子３３Ａが設けられてお
り、戻り光束の一部を光検出器２７Ａ側へと分離する機
能を有している。このため、第１の反射面２２Ａへの戻
り光束のうちの一部４１Ａは、光検出器２７Ａに導かれ
る。

【００３２】光検出器２７Ａにおいては、後述する方法
で入射する戻り光束４１Ａが光電的に処理され、記録情
報の再生、フォーカシングサーボ用信号、及びトラッキ
ングサーボ用信号の検出が行われる。また、同様にして
光ディスク２５の記録面２６への情報の記録も可能であ
る。

【００３３】次に、上記した誘電体部材２８Ａの製造方
法について説明する。まず、ＢＫ７などのガラス材料、
又はＰＣ（ポリカーボネート）樹脂などの合成樹脂材料
を含む透明性を有し加工性の良好な誘電体材料を金型に
入れてプレス加工することにより、射出面２４Ａと、第
２の反射面２３Ａと、第１の反射面２２Ａを含む部分を
成形する。この場合、第１の反射面２２Ａと第２の反射
面２３Ａとの中間の部分は空隙としておく。

【００３４】次に、第１の反射面２２Ａと第２の反射面
２３Ａの中間の部分に誘電体材料を充填し、再度プレス
加工を施すことにより、戻り光分離素子３３Ａと第２の
反射面２３Ａを形成する。その後、第２の反射面２３Ａ
の外表面に金属蒸着膜等の反射膜をコーティングし、全
反射面とする。これにより、内部に光学機能部を有する
誘電体部材２８Ａを形成することができる。

【００３５】上記したように、図１に示す光ヘッド装置
においては、第１の反射面２２Ａと第２の反射面２３Ａ
とが１つの誘電体部材２８Ａ内に一体形成されている。
また、半導体レーザ２１Ａと、光検出器２７Ａを内蔵す
る光学モジュール３０Ａが、第２の反射面２３Ａ及び第
３の反射面２３Ａの光軸に対して略９０度の位置となる
誘電体部材２８Ａの側面位置に配置されている。

【００３６】このような構成により、第２の反射面２３
Ａの光軸方向への誘電体部材２８Ａの高さ（厚さ）を薄
くすることができる。これに伴い光ヘッド装置全体が軽
量となるため、各サーボの追従性能及びアクセススピー
ドが向上する。また、第２の反射面２３Ａは、前述した
ように単純な凹球面ではなく凹状非球面に形成されてい
るので、光ディスク２５の基板によって生じる球面収差
を補正することができ、結像スポットを回折限界まで絞
り込むことができる、という利点を有している。

【００３７】次に、上記した光学モジュール３０Ａの構
造及び作用について、その詳細を図２を参照しつつ説明
する。図２は図１の光モジュールの詳細断面図である。
図２に示すように、光学モジュール３０Ａは、一面が開
放された函体状のパッケージ２９Ａと、内部に設置され
る半導体レーザ２１Ａ及び光検出器２７Ａと、これらを
パッケージ２９Ａ内に装着するためのマウント部３４Ａ
と、光学モジュール３０Ａからの光を誘電体部材２８Ａ
に射出させかつ誘電体部材２８Ａからの光を入射させる
接合板３２Ａを有している。接合板３２Ａは、平板状の
誘電体からなり、入射する光束をそのまま出射させる。

【００３８】半導体レーザ２１Ａの光軸は、上記したよ
うに、光ディスク２５に対する誘電体部材２８Ａの光軸
と略直角方向となるように配置される必要があり、か
つ、光検出器２７の光軸も、光ディスク２５に対する誘
電体部材２８Ａの光軸と略直角方向となるように配置さ
れる必要があるため、光学モジュール３０Ａ内でのそれ
ぞれの位置関係は、光学アライメントによって厳密に位
置決めされる必要がある。本実施形態の光学モジュール
３０Ａにおいては、この光学アライメントを、光学モジ
ュール３０Ａの製造時に予め済ませることによって、誘
電体部材２８Ａへの光学モジュール３０Ａの取り付け工
程を簡素化させる。

【００３９】上記の事前アライメントについて、その概
略を以下に説明する。まず、誘電体部材２８Ａ部分に相
当する等価光学系を組んでおく。次に、接合板３２Ａの
外面が位置すべき点（基準位置）を上記の等価光学系の
中に位置決めする。その後、上記の基準位置（図示せ
ず）に基づき、パッケージ２９Ａ部分のみを治具（図示
せず）等によって設置する。次に、半導体レーザ２１Ａ
を取り付けるべき位置（ターゲット位置）を仮の像から
アライメントにより位置決めし、半導体レーザ２１Ａが
上記のターゲット位置（図示せず）となるようにマウン
ト部３４Ａ上に取り付ける。その後、取り付けられた半
導体レーザ２１Ａを発光させ、光ディスクに相当する部
分をも含む等価光学系で光束を透し、光検出器２７Ａを
所定の信号出力となる位置へ移動させ、その位置でマウ
ント部３４Ａ上に固定する。

【００４０】このように予め光学モジュール３０Ａのア
ライメントを済ませておくことにより、誘電体部材２８
Ａに光学モジュール３０Ａを取り付ける工程では、定め
られた誘電体部材２８Ａの側面位置に接合板３２Ａの外
面を合致させて装着するだけでよい。これに伴い、誘電
体部材２８Ａに光学モジュール３０Ａを装着した後の光
学アライメントは不要となり、光ヘッド装置の製造工程
が大幅に簡素化される。

【００４１】次に、光検出器２７Ａの構造とその作用に
ついて説明を行う。図３は、図１に示す光ヘッド装置に
おける光検出器２７Ａと、この光検出器２７Ａに関連す
る演算回路の構成図である。図３に示すように、光検出
器２７Ａは、４つに分割されたＰＩＮフォトダイオード
などの光電変換素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ３，Ｓ４からなる。
これら光電変換素子Ｓ１〜Ｓ４からの電気出力は、図示
の演算器Ｃ１〜Ｃ６に送られ、以下に説明するような演
算を行うことにより、記録情報やサーボ用情報を得るこ
とができる。

【００４２】上記した各光電変換素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｓ４からの出力信号をそれぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３，
Ｐ４とすると、実施の形態１の光ヘッド装置において
は、フォーカスエラー信号の検出には「スポットサイズ
法」と呼ばれる方法を、トラッキングエラー信号の検出
には「プッシュプル法」と呼ばれる方法を採用してい
る。これらの方法について、以下に説明を行う。

【００４３】まず、フォーカスエラー信号検出のための
スポットサイズ法について説明する。図３において、外
側に位置する光電変換素子Ｓ１及びＳ４からの出力は、
加算器Ｃ１に送られ、和信号（Ｐ１＋Ｐ４）が生成され
る。一方、内側に位置する光電変換素子Ｓ２及びＳ３か
らの出力は、加算器Ｃ２に送られ、和信号（Ｐ２＋Ｐ
３）が生成される。これらの２つの和信号は、減算器Ｃ
３に送られ、これらの差信号ＦＥ＝｛（Ｐ１＋Ｐ４）−
（Ｐ２＋Ｐ３）｝が演算される。この差信号ＦＥがフォ
ーカスエラー信号であり、これにより、記録面２６にお
ける光スポットの光軸方向の前後へのずれの量、すなわ
ち光スポットのデフォーカス（焦点ずれ）量とデフォー
カスの方向を検出することができる。

【００４４】その原理について、以下に説明する。記録
面２６において光スポットがデフォーカス状態となる
と、光電変換素子Ｓ１〜Ｓ４上での戻り光スポットの大
きさが変化する。これは、光軸方向において合焦時の記
録面と光学的共役位置となる位置以外の場所に光電変換
素子を設けておくことにより実現できる。また、上記に
おいて、光電変換素子上での戻り光スポットの大きさの
変化の度合いにより、デフォーカスの方向も検知するこ
とができる。

【００４５】図３に示す構成においては、光電変換素子
Ｓ１とＳ４に入射している光の強度の和と、光電変換素
子Ｓ２とＳ３に入射している光の強度の和は、合焦時に
は一致するように調整されている。したがって、上記し
た差信号であるフォーカスエラー信号ＦＥ＝｛（Ｐ１＋
Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｝を演算すると、その値は合焦
時には零となるように調節されている。

【００４６】しかし、対物レンズ面である第２の反射面
２３Ａと光ディスクの記録面２６が合焦時より遠ざかる
方向にデフォーカスした場合には、この光検出器２７Ａ
の設置位置が前述した光学的共役位置よりも第２の反射
面２３Ａに近づき、光電変換素子上での光スポットの大
きさは合焦時よりも小さくなる。このため、外側の光電
変換素子Ｓ１，Ｓ４での光強度に対し、内側の光電変換
素子Ｓ２，Ｓ３での光強度の方が相対的に大きくなる。
したがって、光電出力においては、（Ｐ１＋Ｐ４）＜
（Ｐ２＋Ｐ３）となるから、フォーカスエラー信号ＦＥ
の値は負の値となる。

【００４７】逆に、対物レンズ面である第２の反射面２
３Ａと光ディスクの記録面２６が合焦時より近づく方向
にデフォーカスした場合には、この光検出器２７Ａの設
置位置が前述した光学的共役位置よりも第２の反射面２
３Ａから遠くなり、光電変換素子上での光スポットの大
きさは合焦時よりも大きくなる。このため、外側の光電
変換素子Ｓ１，Ｓ４での光強度に対し、内側の光電変換
素子Ｓ２，Ｓ３での光強度の方が相対的に小さくなる。
したがって、光電出力においては、（Ｐ１＋Ｐ４）＞
（Ｐ２＋Ｐ３）となるから、フォーカスエラー信号ＦＥ
の値は正の値となる。

【００４８】図４は、焦点ずれ（デフォーカス量）とフ
ォーカスエラー信号との関係を示した特性曲線図であ
る。図４において、横軸の原点は合焦時を示し、原点の
左側の横軸部分は第２の反射面２３Ａと光ディスクの記
録面２６が合焦時より遠ざかる方向にデフォーカスした
場合を、原点の右側の横軸部分は第２の反射面２３Ａと
光ディスクの記録面２６が合焦時より近づく方向にデフ
ォーカスした場合を、それぞれ示している。

【００４９】この図４に示すように、第２の反射面２３
Ａと光ディスクの記録面２６が合焦時より遠いデフォー
カスの場合にはフォーカスエラー信号ＦＥは負の値であ
り、合焦時（原点）においてフォーカスエラー信号ＦＥ
は零となり、第２の反射面２３Ａと光ディスクの記録面
２６が合焦時より近いデフォーカスの場合にはフォーカ
スエラー信号ＦＥは正の値に転じる。

【００５０】また、図４によれば、フォーカスエラー信
号ＦＥの正負の極性符号とその値がわかれば、デフォー
カスの方向と量を知ることができる。そして、対物レン
ズ面である第２の反射面２３Ａの光ディスク２５に対す
る位置を、デフォーカスの方向とは逆方向にデフォーカ
ス量だけ戻せば、再び合焦状態とすることができる。こ
れが「フォーカスサーボ制御」である。このため、減算
器Ｃ３の出力ＦＥを反転させ、アクチュエータ３５Ａに
出力する。アクチュエータ３５Ａは、永久磁石と電磁コ
イル等により構成されており、入力された制御信号によ
り誘電体部材２８Ａを光ディスクへ近づけ、又は遠ざけ
るように駆動する。これにより、第２の反射面２３Ａと
光ディスクの記録面２６の距離が合焦時の値に戻され、
光ヘッド装置は合焦状態となる。

【００５１】次に、トラッキングエラー信号検出のため
のプッシュプル法について説明する。図３において、中
央からいずれかの片側に位置する光電変換素子Ｓ１及び
Ｓ２からの出力は、加算器Ｃ５に送られ、和信号（Ｐ１
＋Ｐ２）が生成される。一方、中央から他の片側に位置
する光電変換素子Ｓ３及びＳ４からの出力は、加算器Ｃ
４に送られ、和信号（Ｐ３＋Ｐ４）が生成される。これ
らの２つの和信号は、減算器Ｃ６に送られ、これらの差
信号ＴＥ＝｛（Ｐ３＋Ｐ４）−（Ｐ１＋Ｐ２）｝が演算
される。この差信号ＴＥがトラッキングエラー信号であ
り、これにより、記録面２６における光スポットの記録
ピット（図示せず）又はトラッキングトラック（図示せ
ず）の進行方向に対し直角方向の両わきへのずれの量、
すなわち光スポットのトラッキングずれ量とその方向を
検出することができる。

【００５２】その原理について、以下に説明する。光デ
ィスクの記録面２６に形成された記録ピット又はトラッ
キングトラックへ入射した光スポットは、上記の記録ピ
ットやトラッキングトラックでの反射により、±１次回
折光と、正反射光である０次回折光とがその一部分が重
なり合った状態となって光電変換素子Ｓ１〜Ｓ４上に投
影される（図３における点線部分を参照）。これらの重
複部分は互いに干渉する。この干渉部分のそれぞれの強
度バランスをとると、トラッキングエラー信号を得るこ
とができる。

【００５３】すなわち、光電変換素子Ｓ１〜Ｓ４上での
光スポットの投影状態は図３に示すようになり、光電変
換素子の中央に０次回折光が投影され、その両わきに±
１次回折光が投影されてその一部が重なり合いそれぞれ
か干渉を起こすことにより、重複部分では光強度が低下
する。この光強度の減少の割合は、回折光の投影強度に
比例している。また、記録面２６上の光スポットが、目
標とする記録ピット列又はトラッキングトラックの方向
に対し直角方向の偏位（トラッキングずれ）を生じる
と、±１次回折光それぞれの光電変換素子への投影強度
が変わる。投影強度が変化すると、干渉部分の強度バラ
ンスが変わるため、この干渉部分の強度バランスをモニ
ターすれば、トラッキングずれの量、及び偏位の方向を
検知することができる。

【００５４】図３に示す構成においては、トラッキング
ずれのない場合（以下、「オントラック状態」とい
う。）には、光電変換素子Ｓ１とＳ２に入射している光
の強度の和（Ｐ１＋Ｐ２）と、光電変換素子Ｓ３とＳ４
に入射している光の強度の和（Ｐ３＋Ｐ４）が一致する
ように調整されている。したがって、上記した差信号で
あるトラッキングエラー信号ＴＥ＝｛（Ｐ３＋Ｐ４）−
（Ｐ１＋Ｐ２）｝を演算すると、その値はオントラック
状態の場合には零となるように調節されている。

【００５５】しかし、光ディスクの記録面２６上の光ス
ポットが記録ピット列又はトラッキングトラックの進行
方向に対し直角方向の左側に偏位した場合には、片側の
光電変換素子Ｓ１，Ｓ２での光強度に対し、他の片側の
光電変換素子Ｓ３，Ｓ４での光強度の方が相対的に大き
くなる。したがって、光電出力においては、（Ｐ３＋Ｐ
４）＞（Ｐ１＋Ｐ２）となるから、トラッキングエラー
信号ＴＥの値は正の値となる。

【００５６】逆に、光ディスクの記録面２６上の光スポ
ットが記録ピット列又はトラッキングトラックの進行方
向に対し直角方向の右側に偏位した場合には、片側の光
電変換素子Ｓ１，Ｓ２での光強度に対し、他の片側の光
電変換素子Ｓ３，Ｓ４での光強度の方が相対的に小さく
なる。したがって、光電出力においては、（Ｐ３＋Ｐ
４）＜（Ｐ１＋Ｐ２）となるから、トラッキングエラー
信号ＴＥの値は負の値となる。

【００５７】図５は、トラッキングずれ量とトラッキン
グエラー信号の関係を示した特性曲線図である。図５に
おいて、横軸の原点はオントラック状態時を示し、原点
の左側の横軸部分は光ディスクの記録面２６上の光スポ
ットが記録ピット列又はトラッキングトラックの進行方
向に対し直角方向の左側に偏位した場合を、原点の右側
の横軸部分は光ディスクの記録面２６上の光スポットが
記録ピット列又はトラッキングトラックの進行方向に対
し直角方向の右側に偏位した場合を、それぞれ示してい
る。

【００５８】この図５に示すように、光ディスクの記録
面２６上の光スポットが記録ピット列又はトラッキング
トラックの進行方向に対し直角方向の左側に偏位した場
合にはトラッキングエラー信号ＴＥは正の値であり、オ
ントラック時（原点）においてトラッキングエラー信号
ＴＥは零となり、光ディスクの記録面２６上の光スポッ
トが記録ピット列又はトラッキングトラックの進行方向
に対し直角方向の右側に偏位した場合にはトラッキング
エラー信号ＴＥは負の値に転じる。

【００５９】また、図５によれば、トラッキングエラー
信号ＴＥの正負の極性符号とその値がわかれば、トラッ
キングずれの方向と量を知ることができる。そして、対
物レンズ面である第２の反射面２３Ａの光軸の位置を、
トラッキングずれの方向とは逆方向にトラッキングずれ
量だけ戻せば、再びオントラック状態とすることができ
る。これが「トラッキングサーボ制御」である。このた
め、減算器Ｃ６の出力ＴＥを反転させ、アクチュエータ
３５Ａに出力する。アクチュエータ３５Ａは、永久磁石
と電磁コイル等により構成されており、入力された制御
信号により誘電体部材２８Ａを光ディスクに対し平行の
方向のいずれか、例えば図１における左右方向に駆動す
る。これにより、第２の反射面２３Ａの光軸位置がオン
トラック時の位置に戻され、光ヘッド装置はオントラッ
ク状態となる。

【００６０】さらに、記録ピット（図示せず）の凹凸、
又は濃淡等で記録面２６に記録されている記録信号は、
光電変換素子Ｓ１〜Ｓ４の総和出力（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３
＋Ｐ４）を演算することによって得ることができる。こ
れは、図３において、加算器Ｃ５の和信号と加算器Ｃ４
の和信号とを図示しない他の加算器に出力して加算する
ことにより生成することができる。

【００６１】上記のような構成により、実施の形態１の
光ヘッド装置は、対物レンズ面である第２の反射面２３
Ａ等の光学機能部が１つの誘電体部材２８Ａに一体形成
され、半導体レーザ２１Ａと光検出器２７Ａを内蔵する
光学モジュール３０Ａと、フォーカシング用及びトラッ
キング用のアクチュエータ３５Ａは、誘電体部材２８Ａ
の光軸に対して略９０度の位置となる周囲位置に配置さ
れている。このため、光ヘッド装置全体を非常に小型軽
量なものとすることができ、特に光軸方向の厚みを非常
に薄くすることが可能となる。また、光ヘッド装置が軽
量となるため、トラッキングサーボ及びフォーカスサー
ボの追従性能が向上し、光ヘッド装置の移動時のアクセ
ススピードも向上する。以下、この作用・効果を「小型
軽量化効果」という。

【００６２】さらに、実施の形態１の光ヘッド装置にお
いては、第２の反射面２３Ａで半導体レーザ２１Ａから
の光束を収斂光束に変換させた後、光ディスク基板２５
の記録面２６に入射させるため、光学系の倍率、すなわ
ち第２の反射面２３Ａ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み合わ
せることによって極薄型の物体側光学系を実現できる。
この作用・効果も「小型軽量化効果」を構成する。

【００６３】しかも、実施の形態１の光ヘッド装置にお
いては、第１の反射面２２Ａが入射光束に対して凸形状
となる軸外の全反射楕円面となっており、第１の反射面
を平面により構成した場合に比べて反射面の面積を小さ
く構成することができる。このため、記録面２６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、反射型対物レンズの開口
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。以下、この作用・効果を
「光学性能向上効果」という。

【００６４】そしてさらに、実施の形態１の光ヘッド装
置においては、光学モジュール３０Ａ内の半導体レーザ
２１Ａ及び光検出器２７Ａの光学アライメントを、光学
モジュール３０Ａの製造時に予め済ませてしまうので光
学機能の信頼性が高い。以下、この作用・効果を「信頼
性向上効果」という。また、誘電体部材２８Ａへの光学
モジュール３０Ａの取り付け工程においては、定められ
た誘電体部材２８Ａの側面位置に接合板３２Ａの外面を
合致させて装着するだけでよく、その後は光学アライメ
ントは不要となり、光ヘッド装置の製造工程が大幅に簡
素化される。以下、この作用・効果を「製造工程簡素化
効果」という。

【００６５】（実施の形態２）次に、図６を用いて、本
発明の実施の形態２の構造と作用について説明する。図
６は、本発明の実施の形態２である光ヘッド装置の光学
系の要部断面図、および図７は図６の光モジュールの詳
細断面図である。図６に示すように、この光ヘッド装置
は、光学モジュール３０Ｂと、誘電体部材２８Ｂと、ア
クチュエータ３５Ｂを備えて構成されている。また、光
学モジュール３０Ｂは、図７に示すように、パッケージ
２９Ｂと、内部に設置される半導体レーザ２１Ｂ及び光
検出器２７Ｂと、マウント部３４Ｂと、接合板３２Ｂを
有している。接合板３２Ｂの表面には、戻り光分離素子
３３Ｂが設けられている。また、誘電体部材２８Ｂは、
レーザ光に対して透明な誘電体からなり、第１の反射面
２２Ｂと、第２の反射面２３Ｂと、射出面２４Ｂを有し
ている。

【００６６】これらの構成要素のうち、光学モジュール
３０Ｂにおいては、半導体レーザ２１Ｂと、光検出器２
７Ｂと、マウント部３４Ｂの構成とその作用について
は、それぞれ実施の形態１における半導体レーザ２１
Ａ，光検出器２７Ａ，マウント部３４Ａと同様であり、
誘電体部材２８Ｂにおいては、第２の反射面２３Ｂと、
射出面２４Ｂの構成とその作用については、それぞれ実
施の形態１における第２の反射面２３Ａ，射出面２４Ａ
と同様であり、かつアクチュエータ３５Ｂの構成とその
作用については実施の形態１におけるアクチュエータ３
５Ａと同様であるので、その説明は省略する。

【００６７】実施の形態２の光ヘッド装置が実施の形態
１の光ヘッド装置と異なる点は、実施の形態１の光ヘッ
ド装置の場合とは異なる構成及び作用を有する第１の反
射面２３Ｂと接合板３２Ｂを備えた点にある。

【００６８】実施の形態１の光ヘッド装置においては、
第１の反射面２２Ａは、入射光束に対し凸形状となる軸
外の楕円面状に形成され、かつその表面に戻り光分離素
子３３Ａが設けられており、光学モジュール３０Ａの接
合板３２Ａは光束をそのまま通過させる単純な誘電体平
板であった。これに対し、実施の形態２では、第２の反
射面２３Ｂの形状を単純な軸外の楕円全反射面とし、そ
の表面に戻り光分離素子は設けていない。そのかわり、
光学モジュール３０Ｂの接合板３２Ｂの表面に、透過型
グレーティング、又は透過型ホログラム等の戻り光分離
素子３３Ｂが設けられている。

【００６９】このような構成により、実施の形態２の場
合には、半導体レーザ２１ＡＢからの射出光束３１Ｂ
は、第１の反射面２２Ｂへの入射時には、第１の反射面
２２Ｂによって全反射され、光ディスク２５の方向に向
けて光路を略直角に折曲げられ、第２の反射面２３Ｂに
よって光ディスク２５側へ向けられ射出面２４Ｂから射
出されるとともに光ディスク２５の記録面２６に集光さ
れる。この光は、記録面２６で反射されて戻り光束とな
り、再び射出面２４Ｂを透過し、第２の反射面２３Ｂで
反射された後、第１の反射面２２Ｂに戻り、同じ光路を
逆行して光学モジュール３０Ｂの接合板３２Ｂに到達す
る。この接合板３２Ｂ上には戻り光分離素子３３Ｂが設
けられており、戻り光束の一部を光検出器２７Ｂ側へと
分離する機能を有している。このため、接合板３２Ｂへ
の戻り光束のうちの一部４１Ｂは、光検出器２７Ｂに導
かれる。

【００７０】したがって、実施の形態１の場合と同様
に、この戻り光束４１Ｂから記録情報信号、フォーカシ
ングエラー信号、及びトラッキングエラー信号を確実に
得ることができる。また、実施の形態１と同様な小型軽
量化効果と光学性能向上効果を有する。

【００７１】また、実施の形態２の場合には、光学モジ
ュール３０Ｂの接合板３２Ｂの表面に、透過型のホログ
ラム等の戻り光分離素子３３Ｂが形成されているので、
光学モジュール３０Ｂの製作時に、半導体レーザ２１Ｂ
と光検出器２７Ｂと戻り光分離素子３３Ｂとの間の相対
的位置関係をアライメントして固定することができる。
したがって、実施の形態１に比べ、光学モジュール３０
Ｂの信頼性がさらに増し、信頼性向上効果はさらに高ま
ることに加え、光学モジュール３０Ｂの誘電体部材２８
Ｂへの取付作業がさらに容易となり、製造工程簡素化効
果もさらに大きくなる。

【００７２】また、実施の形態２の光ヘッド装置は、実
施の形態１の光ヘッド装置と同様に、光ディスク２５の
記録面２６への情報の記録も可能である。

【００７３】また、実施の形態２の誘電体部材３０Ｂの
製造方法は、上記した実施の形態１の場合と同様であ
る。

【００７４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘電体部
材の面の内面や部材内部に、複数の反射面と、凹曲面形
状に形成され対物レンズの機能を果たす反射面を有する
折り曲げ光学系と、誘電体部材の外側部に配置されモジ
ュール化された半導体レーザや光検出器を備え、記録面
からの戻り光を光検出器へ分離する戻り光分離手段を備
えた光ヘッド装置とすることによって、光ヘッド装置の
小型軽量化を図ることができ、特に光軸方向の厚みを非
常に薄くすることができるため、機器組み込み性に優れ
た光ヘッド装置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、コストダウン等に貢献
することができる。さらに、モジュール化と簡易な接合
によって光学調整が行えるために、調整工数の少ない、
性能の安定した光ヘッド装置を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１である光ヘッド装置の光
学系の要部断面図

【図２】図１の光モジュールの詳細断面図

【図３】図１の光検出器と演算回路の構成図

【図４】焦点ずれ（デフォーカス量）とフォーカスエラ
ー信号との関係を示した特性曲線図

【図５】トラッキングずれ量とトラッキングエラー信号
の関係を示した特性曲線図

【図６】本発明の実施の形態２である光ヘッド装置の光
学系の要部断面図

【図７】図６の光モジュールの詳細断面図

【図８】従来の光ヘッド装置の構成図

【図９】従来の他の光ヘッド装置の構成図

【符号の説明】

２１Ａ，２１Ｂ 半導体レーザ ２２Ａ，２２Ｂ 第１の反射面 ２３Ａ，２３Ｂ 第２の反射面 ２４Ａ，２４Ｂ 射出面 ２５ 光ディスク ２６ 記録面 ２７Ａ，２７Ｂ 光検出器 ２８Ａ，２８Ｂ 誘電体部材 ２９Ａ，２９Ｂ パッケージ ３０Ａ，３０Ｂ 光学モジュール ３１Ａ，３１Ｂ 射出光束 ３２Ａ，３２Ｂ 接合板 ３３Ａ，３３Ｂ 戻り光分離素子 ３４Ａ，３４Ｂ マウント部 ３５Ａ，３５Ｂ アクチュエータ ４１Ａ，４１Ｂ 戻り光束 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５ 加算器 Ｃ３，Ｃ６ 減算器 Ｓ１〜Ｓ４ 光電変換素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光記録媒体の記録面に情報を記録し又は記
   録情報を再生するための誘電体部材と、前記光記録媒体
   に対する前記誘電体部材の光軸と略直角方向となる前記
   誘電体部材の外側部に設置された半導体レーザと、入射
   光束に対し凸形状となる軸外の楕円面状に形成され、前
   記誘電体部材内部の前記光軸上に略４５度の角度で設置
   され、入射光束を略直角方向に全反射する第１の反射面
   と、 入射光束に対し凹形状となる軸上の楕円面状又は放物面
   状に形成され、前記記録面に対し前記誘電体部材の後面
   となる面の内面の前記光軸上に設置され、入射光束を略
   逆方向に反射する機能を有し、前記半導体レーザからの
   光束を前記誘電体部材の前面から射出させ前記記録面上
   に収斂させるとともに、前記記録面からの戻り光束を前
   記第１の反射面に導く第２の反射面と、前記光軸と略直
   角方向となる前記誘電体部材の側面のうち前記半導体レ
   ーザが配置されている外側部とは同一の側の外側部に設
   置され、前記記録面からの戻り光束により光電検出を行
   う光検出器と、前記記録面からの戻り光束を前記光検出
   器に導く戻り光分離手段を備え、かつ、前記半導体レー
   ザと前記光検出器は、１つのパッケージに内蔵され光学
   モジュールを構成することを特徴とする光ヘッド装置。
2. 【請求項２】前記戻り光分離手段は、前記第１の反射面
   に設置され、反射型グレーティング、又は反射型ホログ
   ラムによって構成されることを特徴とする請求項１記載
   の光ヘッド装置。
3. 【請求項３】前記戻り光分離手段は、前記光学モジュー
   ルと前記誘電体部材との接合位置に設置され、透過型グ
   レーティング、又はホログラムによって構成されること
   を特徴とする請求項第１記載の光ヘッド装置。