JPH10283669A

JPH10283669A - 光学ヘッド装置

Info

Publication number: JPH10283669A
Application number: JP10127607A
Authority: JP
Inventors: Isao Hoshino; 功星野; Akiko Wachi; 晶子和智; Yoshinori Motomiya; 佳典本宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】光ビームの照射により少なくとも情報の記録を
行う光学ヘッドで、光学系の簡略化を図ると共に信頼性
の高い小形な光学ヘッド装置を提供する。【解決手段】半導体レーザよりなる光源１からの非等方
性のビーム形状を有する光ビームをコリメーティングレ
ンズ２により平行光束とした後、ビーム整形プリズム３
により光ビームを拡がり角の小さい方向（半導体レーザ
の活性層と平行な方向）に拡大することにより等方性の
ビーム形状に整形して、対物レンズ５により光ディスク
１３の記録面に集束照射し、記録面からの反射光を往路
と逆に対物レンズ５、ビーム整形プリズム３、コリメー
ティングレンズ２を通過させた後、ホログラフィック素
子６により往路の光ビームと異なる方向に偏向して光検
出器７，８に導き、光検出器７，８の出力から演算回路
１０により活性層と平行な方向における反射光のビーム
径の変化を検出して焦点誤差信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば光ディス
クや光カードなどの光記録媒体に光ビームを照射して情
報の記録または再生あるいはその両方を行うための光学
ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学ヘッド、例えばオーディオ信号など
をディジタル化して記録した、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
光ディスクに使用される光学ヘッドは、小型オーディオ
機器などへの適用から、光学素子の数が少なく小形であ
ることが要求されている。このような再生専用の光学ヘ
ッドは、光学素子の数を少なくするために、素子の省略
や送光・受光光学系の光学素子を兼用することに主眼を
おいて作られている。そのため、光ディスク上の情報の
読取りには、光源からの出射光のうちほんの僅かしか使
われていない。

【０００３】特開平２−１８５７２２には、このような
再生専用の光学ヘッドの例が示されている。この光学ヘ
ッドでは、対物レンズで光源から記録媒体上に結像する
光スポットが小さくなるように結像倍率を４〜５倍に設
定するので、光源の光利用率が小さい。従って、この再
生専用の光学ヘッドを光ビームの照射により情報の記録
を行う光学ヘッドとして使用するには、非常に大きな光
出力の光源が必要となる。このため、光源の入手が困難
になると共に、光源の大出力化に伴って光学ヘッドの大
形化・高価格化を招くことになる。

【０００４】光学系の簡略化と光利用率がこのようにト
レードオフの関係にあることを、もう少し詳しく説明す
る。光学ヘッドにおける焦点誤差検出系の検出特性は、
対物レンズと検出系レンズの焦点距離の２乗比で表され
る縦倍率で、ほぼ決まってしまう。再生専用の光学ヘッ
ドでは、光の利用率を犠牲にしてコリメーティングレン
ズに焦点距離が長いものを使い、コリメーティングレン
ズを検出系レンズと兼用している。

【０００５】一方、記録・再生用の光学ヘッドでは、光
の利用率が高くないと光源の光出力に一層大きなものが
要求されるので、比較的大きい開口数のコリメーティン
グレンズとビーム整形プリズムを組合わせて光の利用率
を高くし、ディスク面で円形の微小スポットを達成して
いる。そのため、コリメーティングレンズと検出系レン
ズを兼用することができない。検出系は焦点距離の長い
検出系レンズと光検出器で構成され、送光系（光源、コ
リメーティングレンズ、ビーム整形プリズムなどで構成
される）とは分離して設置される。これが再生専用の光
学ヘッドは簡素な構成で軽薄短小であるの対して、記録
・再生用の光学ヘッドは複雑な構成で重厚長大になって
いる所以である。特開平２−２７６０４６には、このよ
うな記録・再生用の光学ヘッドの例が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、再生
専用の光ディスクに使われる光学ヘッドは、光学系の簡
略化が図られて小形化を実現しているが、情報の記録を
するには光利用率が低いために光源の大出力化が必要に
なる。そのため、光学ヘッドの大形化・高価格化を招
き、小形であると言う効果から逸脱してしまう。

【０００７】一方、情報の記録を行う光メモリに使われ
ている従来の光学ヘッドは、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複雑な構
成になっており、重厚長大であるという問題があった。

【０００８】本発明は、光ビームの照射により少なくと
も情報の記録を行うための光学ヘッドであって、送光系
と検出系とで光学素子を共用して光学系の簡略化を図る
と共に信頼性の高い小形な光学ヘッド装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光学ヘッド装置
では、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素子を配し、光記録媒体の記録
面で反射した光は、往路とは逆に対物レンズとビーム整
形素子を通過した後、往路と異なる方向に光路が分離さ
れて光検出器で検出される。この光検出器の出力に基づ
いて、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。

【００１０】すなわち、本発明に係る光学ヘッド装置
は、非等方性のビーム形状を有する光ビームを出射する
光源と、前記光源から出射される光ビームを光記録媒体
の記録面に集束照射し、かつ該記録面からの反射光を前
記光ビームの進行方向と逆方向に通過させる対物レンズ
と、前記光源から前記対物レンズに至る光路中に配置さ
れ、前記光ビームを平行光束にするためのコリメーティ
ングレンズと、前記コリメーティングレンズから前記対
物レンズに至る光路中に配置され、前記光ビームを拡が
り角の小さい方向に拡大することにより等方性のビーム
形状に整形し、かつ前記対物レンズを通過した後の前記
反射光を前記光ビームの進行方向と逆方向に通過させる
ビーム整形機能素子と、フォーカス誤差検出等のため
に、前記反射光を受け、該反射光の前記拡がり角の小さ
い方向におけるビーム径の変化を検出し得るように構成
された少なくとも一つの光検出器と、前記ビーム整形機
能素子を通過した前記反射光を前記光ビームの進行方向
と異なる方向に偏向して前記光検出器へ導く偏向素子と
を備えることを特徴とする。

【００１１】ビーム整形機能素子は内部に反射面を有す
るものでもよく、例えば光ビームが入射される第１の面
と、この第１の面から入射した光ビームを反射させる第
２の面と、この第２の面で反射した光ビームを該ビーム
整形機能素子の外部へ出射する第３の面とを有し、前記
第１および第３の面の少なくとも一方が前記光ビームを
等方性のビーム形状に整形する機能を有するものとす
る。

【００１２】記録機能を有する光ヘッド装置では、光源
からの出射光を効率良く記録面に集光して、小さな出力
の光源で記録面の温度上昇がより大きくなる構成である
ことが要求される。この要求に対して、本発明では従来
と同様にコリメーティングレンズとビーム整形素子を配
して高効率な送光光学系を構成する。

【００１３】この送光光学系に対して、光記録媒体の記
録面からの反射光を送光時とは逆方向に光源へと導くよ
うにすると、ビーム整形素子による光ビーム形状の整形
（整形は、往路で拡大を行うときは復路では縮小を行
う）方向に対しては、見掛上コリメーティングレンズの
焦点距離がビーム整形倍率（拡大／縮小率）に相当する
倍率で長くなる。

【００１４】ここで、ビーム整形作用を受ける方向は、
光源の出射光の拡がり角の小さい方向に対応しており、
これと同方向の反射光のビーム径変化を光検出器で検出
して焦点誤差を得るようにすると、コリメーティングレ
ンズの焦点距離よりも長い焦点距離のレンズで検出をし
ていることと同じになる。従って、検出系の集光レンズ
として、焦点距離が短いコリメーティングレンズを兼用
しても高い検出倍率（検出系の集光レンズと対物レンズ
の焦点距離の比の２乗）が得られ、安定な検出ができる
ことになる。

【００１５】また、本発明ではヘッドのほとんどの部分
が送受共通の光路であり、送光時と受光時とで光学素子
を兼用しているので、光学素子の数が低減される。これ
により、総じて、信頼性が高く小形で低コストの光学ヘ
ッド装置が得られる。

【００１６】さらに、本発明の好ましい態様によれば、
光路変換用の反射鏡とビーム整形用のプリズムの機能が
内部に反射面を持つ複合化された一つのビーム整形機能
素子で実現される。この構成によると、ビーム整形機能
素子を２つの個別な光学素子で構成する場合に比べる
と、光学ヘッド装置の小形化にさらに有利となる。

【００１７】以下、図面を参照して本発明の実施形態を
説明する。（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係る光学ヘッド装置の構成を示したものであり、光源
１、コリメーティングレンズ２、ビーム整形プリズム
３、ミラー４、対物レンズ５、ホログラフィック素子
６、光検出器７，８、増幅器９、演算回路１０、レンズ
アクチュエータ駆動回路１１およびフォーカス駆動コイ
ル１２を備えている。この光学ヘッド装置に対向して、
光記録媒体である光ディスク１３が配置されている。

【００１８】光源１は、例えば半導体レーザのようなレ
ーザ光源であり、非等方性のビーム形状の光ビームを出
射する。この光ビームは、まずコリメーティングレンズ
２で平行光束とされ、さらにビーム整形プリズム３で非
等方なビーム形状が等方形状に整形された後、ミラー４
で立ち上げられて対物レンズ５に導かれ、ここで集光さ
れて光ディスク１３の記録面上に集束照射されることに
より、微小ビームスポットを形成する。

【００１９】光ディスク１３の記録面で反射した光は、
対物レンズ５、ミラー４、ビーム整形プリズム３および
コリメーティングレンズ２を往路、すなわち光ディスク
１３への入射光ビームの経路とは逆方向に通った後、偏
向素子であるホログラフィック素子６によって回折され
ることにより、入射光ビームと異なる方向に偏向され
る。このホログラフィック素子６で回折した光の（＋）
と（−）の回折光は、光源１を挾んで光源１とほぼ同じ
面（光軸に垂直な面）上に設置された二つの光検出器
７，８で受光される。

【００２０】光検出器７，８の出力信号は、それぞれ増
幅器９で適当なレベルまで増幅された後、演算回路１０
に入力される。この演算回路１０で光検出器７，８の出
力信号に演算が施されることにより、焦点誤差信号（Ｓ
ｆ）、トラッキング誤差信号（Ｓｔ）および再生情報信
号（Ｓｉ）が生成される。

【００２１】焦点誤差信号は、レンズアクチュエータ駆
動回路１１を介してフォーカス駆動コイル１２に供給さ
れ、コイル１２の電流を制御する。これにより対物レン
ズ５がフォーカス方向（対物レンズ５の光軸方向）に制
御され、光ディスク１３に対する光ビームスポットの焦
点位置を制御する。

【００２２】この光学ヘッド装置の特徴は、光ディスク
１３の記録面で反射した光が、ビーム整形プリズム３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
２に戻っていることにある。ビーム整形プリズム３は、
送光時は入射光ビームの一軸方向のみを拡大する機能を
持っている。図２に、ビーム整形プリズム３のコリメー
ティングレンズ２と併せた光学特性を示す。

【００２３】図２（ａ）は、光源１の半導体レーザの活
性層１ａと平行な面の光学系（コリメーティングレンズ
２およびビーム整形プリズム３）の断面を示す。半導体
レーザの出射光は非等方的であり、拡がり角が小さい活
性層１ａと平行な方向がビーム整形プリズム３で拡大さ
れる。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す光学系と等価的
な光学系を示したものである。

【００２４】コリメーティングレンズ２の焦点距離をｆ
_CL、ビーム整形プリズム３のビーム拡大率をＭとする
と、図２（ａ）の光学系は図２（ｂ）に示すように、
（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１ａに垂直な
面の光学系の断面は図２（ｃ）に示すようになり、この
方向ではビーム整形プリズム３の作用を受けないので、
コリメーティングレンズ２があるだけである。

【００２５】ここで、焦点誤差検出を行うために、半導
体レーザの活性層と平行な方向（Ｙ軸方向）の光ビーム
のサイズを検出すると、検出系レンズとして焦点距離
（ｆ_CL＊Ｍ）のレンズを使っているのと等価になる。

【００２６】図３（ａ）（ｂ）は、光源１と光検出器
７，８の関係を示した図である。光源１である半導体レ
ーザの両側に、３分割の受光面を持つ光検出器７，８が
配置される。図３（ｂ）に示すように、光源１と光検出
器７，８は同一の支持基板２０上に配設される。半導体
レーザの活性層１ａがＹ軸と平行な時、２組の光検出器
７，８の配置をＸ軸方向とする。また、３分割の受光面
はＸ軸と平行な分割線で分割されている。このように構
成すると、焦点距離が（ｆ_CL＊Ｍ）の検出レンズによっ
て、焦点ずれで生じる光ビームのサイズ変化を検出でき
る。ここで、光検出器７の受光面７ａ，７ｂ，７ｃに対
応する出力信号を７Ａ，７Ｂ，７Ｃとし、光検出器８の
受光面８ａ，８ｂ，８ｃに対応する出力信号を８Ａ，８
Ｂ，８Ｃとしたとき、Ｓｆ＝｛７Ｂ−（７Ａ＋７Ｃ）｝−｛８Ｂ−（８Ａ＋８
Ｃ）｝Ｓｔ＝（７Ａ−７Ｃ）−（８Ａ−８Ｃ）Ｓｉ＝（７Ａ＋７ｂ＋７ｃ）＋（８Ａ＋８Ｂ＋８Ｃ）を演算回路１０で演算することにより、焦点誤差信号Ｓ
ｆと光ディスク１３上の案内溝１４によって生じるトラ
ッキング誤差信号Ｓｔおよび再生情報信号Ｓｉを生成す
ることができる。

【００２７】ホログラフィック素子６は、光源１の半導
体レーザの接合面に垂直な方向に回折するように、ホロ
グラフィック素子６の面上に形成する回折格子の方位を
設定する。また、ホログラフィック素子６は、焦点誤差
検出のために回折光に対して僅かな集光機能を持ってい
る。この集光機能によって、（＋）の回折光を検出する
光検出器７には検出面のわずか手前で集束した光ビーム
が入射し、（−）の回折光を検出する光検出器８には検
出面のわずか後方で集束する光ビームが入射することに
なる。

【００２８】図４に、焦点ずれに対する光検出器７，８
上の光ビームの形状変化の様子を示す。光検出器７上の
光ビームの形状変化を説明する。図４の（ｂ）は合焦状
態を示し、３分割された受光面７ａ，７ｂ，７ｃのそれ
ぞれに光ビームが入射している。図４（ａ）は、光ディ
スク１３に対して対物レンズ５が近いときの状態を示し
ている。光ビームは合焦状態よりも大きくなり、受光面
７ａ，７ｃに入射する光量が多くなる。図４（ｃ）は、
図４（ａ）とは逆に、光ディスク１３に対して対物レン
ズ５が遠いときの状態を示している。この場合、光ビー
ムの形状は小さくなっていき、受光面７ｂだけに入射す
るようになる。さらに焦点ずれが大きくなると、光ビー
ムの形状は再び大きくなり、受光面７ａ，７ｃに入射す
る光量が増えてくる。

【００２９】これに対して、光検出器８の受光面上の光
ビームの形状変化は、光検出器７とは焦点ずれに対して
逆の形状変化を示す。すなわち、光ディスク１３に対し
て対物レンズ５が近いときは、光ビームは小さくなり、
遠いときは、光ビームは大きくなる。また、３分割受光
面に対するビーム形状の変化の度合いは、受光面が並ん
でいる方向とそれに直交する方向とで異なっている。こ
れは、図２を使って説明したように、等価的に焦点距離
が違うレンズで検出していることに由来している。

【００３０】このように、本実施形態では光ディスク１
３からの反射光をビーム整形プリズム３を通して検出す
ることによって、検出レンズの焦点距離をビーム整形プ
リズム３の整形倍率分短くしても、従来の長焦点の検出
レンズと同じ検出倍率で焦点誤差を検出することがで
き、それだけ光学系を小型化できる。

【００３１】光学ヘッド装置の構成は図１に示すものに
限定されること無く、半導体レーザの拡がり角が小さい
活性層と平行な方向のコリメート光が対物レンズの開口
に対してマッチングがとれるように比較的長い焦点距離
のコリメーティングレンズで平行光とした後、ビーム整
形プリズムで半導体レーザの活性層に垂直な方向の光ビ
ームを縮小するように構成した光ヘッドでも同様の効果
がある。このときも、半導体レーザの活性層に平行な方
向の光ビームの径変化を検出して焦点誤差を検出する。（第２の実施形態）図５は、第２の実施形態の要部を示
す図であり、ビーム整形プリズム３とコリメーティング
レンズ２との間にビームスプリッタ１５を配置して、こ
のビームスプリッタ１５により光ディスクからの反射光
を検出系へ分離し、コリメーティングレンズ２と同等の
検出レンズ１６で集光した光をもう一つのビームスプリ
ッタ１７で２つのビームに分割した後、光検出器７，８
に導くようにしている。この実施形態によっても、先の
実施形態と同様の効果が得られる。（第３の実施形態）図６は、第３の実施形態に係る光学
ヘッド装置の構成を示す図であり、ビーム整形プリズム
３を複数個組み合わせて構成している。この実施形態に
よっても、先の実施形態と同様の効果が得られる。（第４の実施形態）図７は、本発明の第４の実施形態に
係る光学ヘッド装置の構成を示したものである。図１に
示した光学ヘッドと多くの部分で類似しているので、説
明の重複を避けるため相違している部分についてのみ説
明する。

【００３２】光源１から出射した光ビームは、ビームス
プリッタ２１で二つの光ビームに分割される。ビームス
プリッタ２１を反射した光は、対物レンズ５を経て光デ
ィスク１３に集光する。一方、ビームスプリッタ２１を
透過した光は、光検出器２２で検出する。光検出器２２
の出力は、増幅器２３を介して光出力制御回路２４に入
力される。

【００３３】光出力制御回路２４は光学ヘッド装置の動
作状態、つまり光ディスク１３に情報を記録するモード
か再生するモードであるかに応じて、半導体レーザなど
の光源１の光出力を適正に制御する。すなわち、再生時
には光検出器２２の検出出力が一定値になるように、光
源１の光出力を制御する。また、記録時は光検出器２２
の検出出力が記録情報信号に従った変化をするように、
光源１の光出力を制御する。

【００３４】このように、光ディスク１３に向かう光ビ
ームを分割して検出し、その検出出力に基づいて光源１
の光出力を制御すると、光ディスク１３で反射した光ビ
ームが光源１に戻り、光源１の光出力が乱されるような
状況になっても、これらの影響を受けること無く光源１
の光出力を正確に制御することができる。（第５の実施形態）図８は本発明の第５の実施形態に係
る光学ヘッド装置の構成を示したものであり、反射機能
を合せ持ったビーム整形プリズム３０を用いている点が
これまでの実施形態と異なっている。図９に、このビー
ム整形プリズムの形状例を示す。

【００３５】すなわち、ビーム整形プリズム３０は三つ
の面３１，３２，３３を有し、第１の面３１はビーム整
形の機能を持ち、入射角はブリュースター角に設定され
ている。このときのビーム整形倍率は、硝材の屈折率と
同じ倍率が得られる。入射面と対向する第２の面３２は
反射面で、第１面３１とは平行になっている。第３の面
３３は出射面で、この面３３に対して垂直に出射する。

【００３６】この様に構成すると、平行平板に対して角
度割り出しをして、第３の面３３を加工するだけで容易
に図示したビーム整形プリズム３０が得られる。また、
ビーム整形機能と反射機能が複合化されたことによっ
て、更なる光学素子の数の低減と光学ヘッドの小形化が
達成できる。（第６の実施形態）図１０は、ビーム整形プリズム３０
の断面形状の他の例である。このようにビーム整形機能
と反射機能が複合化されたビーム整形機能素子は、種々
の変形が可能である。さらには、ビーム整形プリズム３
０は、所望のビーム整形倍率が得られるように入射角を
設定したものや、出射面の角度を設定したものでも良
い。（第７の実施形態）図１１は、本発明の第７の実施形態
に係る光学ヘッドの構成を示したものである。図８に示
した光学ヘッドと多くの部分で類似しているので、説明
の重複を避けるため相違している部分についてのみ説明
する。

【００３７】ビーム整形プリズム３０の第２の面３２を
入射した光ビームの一部を透過するようなビーム分割面
として、第２の面３２からビーム整形プリズム３０の外
部へ光ビームの一部を取り出し、光検出器２２で検出す
る。光検出器２２の出力は、増幅器２３を介して光出力
制御回路２４に入力される。

【００３８】光出力制御回路２４は図７に示した実施形
態と同様に、光学ヘッドの動作状態、つまり記録／再生
モードに応じて半導体レーザなどの光源１の光出力を適
正に制御する。すなわち、再生モードでは、光検出器２
２の検出出力が一定値になるように光源１の光出力を制
御する。記録モードでは、光検出器２２の検出出力が記
録情報信号に従った変化をするように光源１の光出力を
制御する。このように、光ディスク１３に向かう光ビー
ムを分割して検出し、その検出出力に基づいて光源１の
光出力を制御すると、光ディスク１３で反射した光ビー
ムが光源１に戻り、光源１の光出力が乱されるような状
況になっても、これらの影響を受けること無く光源１の
光出力を正確に制御することができる。

【００３９】以上の実施形態では、トラッキング制御系
の構成については、本発明の主旨と関連が薄いので詳細
な説明を省略したが、例えば対物レンズ５を径方向に移
動自在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径方向に移動
制御してトラッキング制御する構成とするか、または光
学ヘッド装置全体をキャリッジ上に搭載して光ディスク
の径方向に移動制御してトラッキング制御するように構
成すればよい。（第８の実施形態）次に、本発明を再生専用の光学ヘッ
ド装置に適した一実施形態を説明する。

【００４０】一般に、音声情報や静止画情報をディジタ
ル化して記録した、複製技術によって多量に作られるコ
ンパクトディスク（ＣＤ）などの再生専用光ディスクに
適用される再生用の光学ヘッドでは、開口数（ＮＡ）が
０．４５程度と小さく、コリメータを省略できる有限系
対物レンズを用いることにより、光学素子の数を少なく
して小型化が図られている。有限系対物レンズとは、光
源と対象物面とが結像関係にあるような対物レンズ、す
なわち光源の発光点の像を対象物面（記録媒体の記録
面）上に縮小して結像するような対物レンズをいう。

【００４１】一方、より高密度の再生専用光ディスク、
例えば動画情報（ビデオ信号）を記録したビデオディス
クに適用される光学ヘッドでは、ピットの情報を精度よ
く読み取る必要から、開口数が０．５５程度とより大き
な対物レンズが用いられる。このように開口数が大きい
対物レンズは、一般に半導体レーザの出射光が一旦コリ
メートされた後に入射されることにより、光ディスク上
に微小スポットを形成するように使用される。このよう
な使用形態での対物レンズは、物点位置が無限遠である
ことから、無限系対物レンズと呼ばれ、上述した有限系
対物レンズとは区別される。開口数が大きい無限系対物
レンズを用いる光学ヘッドは、コリメータなどを必要と
することから、光学系の構成素子数が多くなり、大型化
する傾向がある。

【００４２】そこで、本実施形態は光ビームの照射によ
り少なくとも情報の再生を行うための光学ヘッド装置に
おいて、開口数が大きな対物レンズを有限系対物レンズ
として実現することを可能にして、高密度に情報が記録
された光記録媒体からの情報再生を良好に行うことがで
き、しかも小型化が容易な光学ヘッド装置を提供するも
のであり、光ビームを出射する光源と、前記光源から出
射される光ビームを光記録媒体の記録面に集束照射し、
かつ該記録面からの反射光を前記光ビームの進行方向と
逆方向に通過させる対物レンズと、前記反射光を検出す
るための少なくとも一つの光検出器と、前記対物レンズ
を通過した後の前記反射光を前記光ビームの進行方向と
異なる方向に偏向して前記光検出器へ導く偏向素子とを
備え、前記対物レンズは、１／６以下の結像倍率を有す
ることを特徴とする。

【００４３】本実施形態の光学ヘッド装置による利点
は、次の通りである。一般に、開口数が大きい対物レン
ズはレンズ開口も大きく、焦点距離に比例してレンズ開
口が大きくなる。また、有限系レンズでは結像倍率が大
きく（１に近づく）なるに従って、焦点距離と開口数が
一定であってもレンズ開口が大きくなるため、対物レン
ズの作製が困難なものとなる。反面、有限系対物レンズ
は無限系対物レンズに比べ、同じ焦点距離で作動距離
（レンズから対象物までの距離）をより長くできること
が知られている。光学ヘッドの使用上、作動距離が一定
量確保できれば良いとすれば、それだけ焦点距離を短く
できることになる。

【００４４】ここで、有限系対物レンズが使われる従来
のＣＤ用光学ヘッドでは、対物レンズの結像倍率が１／
４〜１／５程度であり、レンズ開口は無限系対物レンズ
のそれの１．２５〜１．２倍になる。そのため、レンズ
の作製の難易度を表す見掛けの開口数（レンズ開口／焦
点距離）が大きくなり、開口数が大きい対物レンズの使
用は困難であった。

【００４５】本実施形態では、有限系対物レンズにおい
て結像倍率を１／６以下、好ましくは１／６〜１／７と
小さくして、レンズ開口を小さく抑えつつ、有限系対物
レンズとしたことによる作動距離の増加分を短焦点化に
振り分けることによって、開口数が０．５５以上の対物
レンズに対しても有限系化を実現している。

【００４６】また、有限系対物レンズは設定された物点
位置からのずれで生じる波面収差が大きいが、光源の設
置位置を対物レンズの最良物点位置に対して僅かに後方
に設定することで、光軸が垂直に交わる面内の光源の位
置ずれに対する許容値が大きくなり、光学ヘッドの組み
立て性が向上する。

【００４７】さらに、従来の光ディスクの基板の厚さは
１．２ｍｍであり、この基板の厚さが対物レンズの焦点
距離の短焦点化を制限していたが、本実施形態によると
光記録媒体の基板厚を薄くして対物レンズの焦点距離を
短くすると、光学ヘッドの一層の小型化が図られる。

【００４８】図１２は、本実施形態に係る光学ヘッド装
置の構成を示したものであり、光学ユニット４１、アク
チュエータ４２、増幅器４３、演算回路４４およびアク
チュエータ駆動回路４５を備えている。光学ユニット４
１は、光源４６、ホログラフィック素子４７、対物レン
ズ４８、光検出器４９、フォーカス駆動コイル５０およ
びトラッキング駆動コイル５１により構成される。この
光学ユニット４１に対向して、光学的に情報が記録され
ている記録媒体、例えばビデオディスクのような光ディ
スク５２が配置される。

【００４９】光源４６は例えば半導体レーザであり、こ
の光源４６から出射した光ビームはホログラフィック素
子４７を透過して対物レンズ４８に導かれ、光ディスク
５２上、すなわち記録面に微小スポットを形成する。光
ディスク５２の記録面で反射した光は、対物レンズ４８
を経て偏向素子であるホログラフィック素子４７に入射
し、回折を受けて入射光ビームと異なる方向に偏向され
る。ホログラフィック素子４７で回折した光ビームは、
光検出器４９で検出される。

【００５０】光検出器４９の出力信号は、増幅器４３で
適当なレベルまで増幅された後、演算回路４４に入力さ
れる。この演算回路４４で光検出器４３の出力信号に演
算が施されることにより、フォーカス誤差信号（Ｓ
ｆ）、トラッキング誤差信号（Ｓｔ）および再生情報信
号（Ｓｉ）が生成される。

【００５１】ここで、ホログラフィック素子４７と光検
出器４９の構成は、特願平３−２４４４１３「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。全体の動作を分かり易くするために、
この部分について説明を加える。

【００５２】図１３に、ホログラフィック素子４７と光
検出器４９の関係を示す。ホログラフィック素子４７
は、トラックと同一方向の領域分割線４７Ｃによって２
つの領域４７Ａ，４７Ｂに分割されている。これらの領
域４７Ａ，４７Ｂにおいては、焦点誤差検出に必要な光
ビームの形状変化を生じさせるために、一方は糸巻き状
に、他方は樽形状にそれぞれ等間隔な格子を変形させた
格子形状のホログラムが形成されている。また、領域４
７Ａ，４７Ｂのそれぞれの回折光が光検出器４９の受光
面上で分離されるように、領域４７Ａと領域４７Ｂとで
平均的な格子間隔を異ならせている。これにより、領域
４７Ａからの回折光５３Ａは光検出器４９の受光面４９
ａと４９ｂにまたがった領域に集光し、領域４７Ｂから
の回折光５３Ｂは光検出器４９の受光面４９ｃと４９ｄ
にまたがった領域に集光する。

【００５３】ここで、光検出器４９の受光面４９ａ，４
９ｂ，４９ｃ，４９ｄにそれぞれ対応する増幅器４３の
出力信号を４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ，４９としたとき、
フォーカス誤差信号Ｓｆ、トラッキング誤差信号Ｓｔお
よび再生情報信号Ｓｉは、演算回路１０において次式の
演算により得られる。Ｓｆ＝（４９Ａ−４９Ｂ）＋（４９Ｃ−４９Ｄ）Ｓｔ＝（４９Ａ＋４９Ｂ）−（４９Ｃ＋４９Ｄ）Ｓｉ＝（４９Ａ＋４９Ｂ＋４９Ｃ＋４９Ｄ）フォーカス誤差信号Ｓｆとトラッキング誤差信号Ｓｔ
は、アクチュエータ駆動回路４５を介してフォーカス駆
動コイル５０およびトラッキング駆動コイル５１に加え
られて光学ユニット４１を動かし、光ディスク５２上の
光スポットの位置を光軸方向とトラッキング方向に制御
する。

【００５４】図１４（ａ）（ｂ）に、本実施形態におけ
る対物レンズ４８と従来の再生専用光学ヘッド装置にお
ける対物レンズの光学特性をそれぞれ示す。これらは、
いずれも有限系対物レンズである。従来の光ディスク装
置における有限系対物レンズは結像倍率が１／４程度で
あるため、レンズ開口が無限系対物レンズのそれの１．
２５倍となる。例えば、ＣＤ用光学ヘッド装置における
有限系対物レンズは開口数が０．４５なので、結像倍率
を考慮した見掛けの開口数は０．５６となる。

【００５５】一方、情報記録密度が高い光ディスク、例
えばＮＴＳＣなどの標準ＴＶ方式対応のビデオディス
ク、あるいは最近実用化されているＭＵＳＥなどの高精
細ＴＶ方式対応のビデオディスクから情報を正しく再生
するには、光ディスク上の光スポットを一層微小に集光
しなくてはならない。このため、光源の波長を短くした
り、対物レンズの開口数を高くしたりすることが要求さ
れる。無限系対物レンズでは、開口数が０．５５程度の
ものが十分実用レベルにあり、ビデオディスク用光学ヘ
ッド装置では、このような開口数の無限系対物レンズが
使用されていることは前述の通りである。しかし、開口
数０．５５の対物レンズを有限系で実現しようとする
と、通常の結像倍率（１／４〜１／５程度）では、見掛
けの開口数が０．６９程度と非常に大きくなってしま
い、実現は甚だ困難となる。

【００５６】これに対し、本実施形態では対物レンズ４
８の結像倍率を小さくすることで見掛けの開口数の増大
を防ぎ、レンズの作製可能なレベルに抑えて高い開口数
の対物レンズを有限系で実現している。例えば、対物レ
ンズ４８の結像倍率を１／７とすると、開口数が０．５
５のレンズであっても見掛けの開口数は０．６３と、一
割程度の増大に止めることができ、現在の技術で比較的
容易に実現できるレベルとなる。

【００５７】さらに、対物レンズ４８の焦点距離を小さ
くすると、同じ開口数であってもレンズ開口が小さくな
り、その作製が容易になる。しかし、光ディスク５２の
面振れに対して対物レンズ４８の光軸方向の位置制御に
異常があっても、対物レンズ４８と光ディスク５２が接
触しないように、対物レンズ４８の作動距離（この場合
は、対物レンズ４８の光ディスク５２側端面と光ディス
ク５２の表面との間の距離）を一定値以上確保する必要
があるため、対物レンズ４８の焦点距離を無制限に短く
することはできない。他方、光ディスク５２の表面に対
するごみの付着や傷の発生に対して情報が破壊されるこ
とを防ぐために、光ディスク５２では透明基板の裏面側
（光ビーム入射側と反対側の面）に記録面が設定され、
ここにビデオ信号などの情報が記録されている。従っ
て、機械強度の確保や、反りの対策として光ディスク５
２の基板を厚くすると、対物レンズ４８から光ディスク
５２の表面までの距離が長くなるので、一定値以上の作
動距離を確保するには、対物レンズ４８として長い焦点
距離のものが必要となる。

【００５８】このような点を考慮して、本実施形態では
主たる目的である光学ヘッド装置のさらなる小型化のた
めに、光ディスク５２の基板の厚さを従来よりも薄くす
る。すなわち、従来の光ディスクの基板の厚さは通常、
１．２ｍｍであり、例えば作動距離を１ｍｍ確保するに
は対物レンズの焦点距離は３ｍｍ程度であった。基板の
厚さを０．６ｍｍとすると、同じ作動距離を確保しても
対物レンズの焦点距離は２．３ｍｍ程度まで短くするこ
とができる。また、有限系対物レンズは焦点距離が同じ
であれば、無限系対物レンズより作動距離が長くなるの
で、作動距離を一定値確保すれば良いものとすると、焦
点距離をさらに短くすることができる。

【００５９】また、対物レンズ４８の結像倍率を先に例
示した１／７とすると、焦点距離は２ｍｍ程度まで短焦
点にすることができる。従って、図１４（ｂ）に示した
従来例と比較すると焦点距離を２／３にできるので、光
学ユニット４１の長さも２／３とすることができ、光学
ヘッド装置の一層の小型化を実現できる。

【００６０】一般的に、高い開口数の有限系対物レンズ
は、物点（すなわち光源）の設置位置のずれに対して、
波面収差の発生量が大きい。しかし、本実施形態では対
物レンズ４８の結像倍率を小さくしたことにより、光軸
方向の位置ずれ許容量は大きくなっている。一方、有限
系対物レンズの最良物点位置に対して光軸方向に物点位
置を僅かずらせると、光軸に垂直な平面内の物点の位置
ずれ許容値を大きくすることができる。図１５（ａ）
（ｂ）に、その様子を示す。光軸をＺ軸とすると、図の
横軸はＸ（Ｙ）軸方向の移動量で、縦軸は波面収差量λ
RMS である。

【００６１】図１５から理解されるように、物点位置が
最良物点位置であるときは、Ｘ軸およびＹ軸方向のずれ
による波面収差の発生は大きい。これに対し、物点位置
が最良物点位置からＺ軸方向に、対物レンズ４８から遠
ざかる方向に多少シフトすると、Ｘ軸およびＹ軸方向の
いずれの方向においても、波面収差はＺ＝０の時の値よ
り小さくなる。

【００６２】上述したように、本実施形態によれば対物
レンズ４８の結像倍率を小さくすると共に、最低限の作
動距離を確保するに必要な焦点距離の有限系対物レンズ
により高開口数化を実現して、光学ヘッド装置の光学系
の簡素化・小型化を実現することができる。

【００６３】また、光ディスク基板を薄板化すれば、有
限系対物レンズの一層の短焦点化が可能となり、光学ヘ
ッド装置のさらなる小型化を実現できる。さらに、本実
施形態では単なる小型化のみでなく、信頼性の向上を図
ることもできる。すなわち、有限系対物レンズにおける
最良物点位置に対して物点位置を僅かに後方にずらせる
ことで、光軸に対して垂直な平面上の物点、つまり光源
点の設置精度許容値を大きくでき、これにより光学ヘッ
ド装置の組み立てをより容易にすることが可能となる。（第９の実施形態）次に、本発明を再生専用の光学ヘッ
ド装置に適用した他の実施形態について説明する。従来
の光学ヘッド装置として、複数の機能を集積化した回折
型光学素子を用いたものは、例えば特開平１−５３３５
９「光学式ピックアップ装置」に開示されている。光分
岐と誤差信号生成の機能を複合化した回折型光学素子を
使った光学ヘッドでは、光源の出射光を光ディスクに導
くときは回折型光学素子をそのまま透過した光ビームを
用い、光ディスクの反射光を検出系へ導くときは回折型
光学素子で回折した光ビームを用いている。すなわち、
光ビームは光源から光検出器へ至るまでの光路中で二度
回折型光学素子を通過することになる。そのため、Ｓ／
Ｎが高い信号検出をするには、光検出器に到達する光量
が最も大きくなるように回折型光学素子の回折効率を設
定している。また、回折型光学素子の挿入位置は、光源
と一体に構成するために比較的光源近くに設置されてい
る。

【００６４】このように、従来の回折型光学素子を用い
た光学ヘッドでは、光源から出射した光ビームが光検出
器に到達する光量が最も大きくなるように回折型光学素
子の透過光と回折光の比率を定めており、光ディスクか
らの反射光が再び光源に戻る光、いわゆる戻り光に対し
ては何ら配慮されていない。しかし、一般に光源には半
導体レーザが使われており、戻り光の光量が多いほど戻
り光の影響を受けてレーザ出射光量の変化を来たし、光
ディスクからの再生情報信号のＳ／Ｎが低下する要因と
なる。

【００６５】回折型光学素子を使った光学ヘッドは、従
来では再生信号周波数が比較的低いＣＤプレーヤに使わ
れていたので、戻り光の影響の問題が顕在化することは
無かったが、ビデオ信号を記録したビデオディスクに適
用される光学ヘッドでは、再生信号周波数がＣＤの１０
倍以上にも及ぶため、戻り光の影響によるレーザ出射光
量の変化ができるだけ小さいことが要求され、十分な配
慮が必要である。また、回折型光学素子の設置位置が光
源に近いため、回折型光学素子の格子間隔が非常に狭く
なり、素子の作製精度を十分に取ることも難しかった。

【００６６】そこで、本実施形態は光ビームの照射によ
り少なくとも情報の再生を行うための光学ヘッド装置に
おいて、戻り光の影響で生じる光源からの出射光量の変
化を低減し、また回折型光学素子の設置位置を最適化す
ることによって、素子の作製精度を上げると共に、素子
で生じる迷光の影響を低減して再生情報信号のＳ／Ｎを
高くできる光学ヘッド装置を提供するものであり、光ビ
ームを出射する光源と、前記光源から出射される光ビー
ムを光記録媒体の記録面に集束照射し、かつ該記録面か
らの反射光を前記光ビームの進行方向と逆方向に通過さ
せる対物レンズと、前記反射光を検出するための少なく
とも一つの光検出器と、前記光源から出射される光ビー
ムを透過させて前記対物レンズへ導くと共に、前記対物
レンズを通過した後の前記反射光の一部を前記光ビーム
の進行方向と異なる方向に回折させて前記光検出器へ導
く回折型光学素子とを備え、前記回折型光学素子は、前
記光源に戻る前記反射光の光量が前記光検出器に入射す
る前記反射光の光量以下となるように、前記反射光に対
する回折効率および透過率が設定されていることを特徴
とする。

【００６７】従来の回折型光学素子を光分岐と誤差信号
生成に使う光学ヘッド装置では、光源から出射した光ビ
ームを最も効率良く光検出器に導くために、入射光が回
折型光学素子で回折されずに透過する光量を入射光量の
１／２に設定している。このように設定すると、回折型
光学素子が２値位相型かブレーズ型かのいずれに因ら
ず、光の利用率が最も高くなる。

【００６８】しかし、この場合は光ディスクの反射光の
うち回折型光学素子を透過して光源に戻る戻り光の光量
は、光検出器に到達する光量よりも大きくなっている。
例えば、回折型光学素子が２値位相型の回折格子の場
合、透過率が５０％になる時の回折効率は約２０％とな
り、回折型光学素子で決まる光量配分は光源への戻り光
の光量は２５％、光検出器に到達する光量は１０％とな
る。

【００６９】一方、本実施形態では偏向素子として、例
えば透過率２８％、回折効率を約３０％とした回折型光
学素子を用いる。このような回折型光学素子の下では、
光源への戻り光の光量は７．８％で、光検出器に到達す
る光量は９％となる。上述した従来例と光量配分を比較
すると、戻り光の光量は約１／３に低減され、光検出器
に到達する光量は２割程低減するに止まる。このように
回折型光学素子の回折効率を高めて透過率を低くする
と、戻り光の光量を著しく低減できるので、戻り光に起
因する光源の光出力の変化を低減することが可能とな
り、再生情報信号のＳ／Ｎが高くなる。

【００７０】また、回折型光学素子の挿入位置が光源か
ら遠ざかるに従って、回折型光学素子で生じる迷光が光
検出器で受光される割合が増加してくる。特に、往路で
回折を受けた光ビームが光記録媒体で反射して回折型光
学素子をそのまま透過して光検出器に到達するビームの
影響が大きい。これに対しては、対物レンズの開口に入
射するに必要な口径の光ビームが透過する開口を回折型
光学素子に設け、迷光成分が光記録媒体で反射して回折
型光学素子の中心からずれた位置を通過する際にこれを
遮光することで、光検出器に到達しないようにすること
ができる。

【００７１】より具体的には、偏向素子として回折型光
学素子を用いた場合、光記録媒体で反射して回折型光学
素子に入射した光ビームのより多くの光量が再生情報信
号検出のための光検出器に振り分けられるように、回折
型光学素子の回折効率を高くする。

【００７２】この場合、回折型光学素子の挿入位置を光
源から離して設置して、光源と略同一平面に設置された
光検出器に向かう回折光の回折角が小さくなるようにし
て格子間隔を広くすることが素子の作製精度を向上させ
る上で好ましい。

【００７３】さらに、対物レンズの開口に入射するに必
要な口径の光ビームが透過する開口を回折型光学素子に
設けることが望ましい。図１６は、本実施形態に係る光
学ヘッド装置の光学ユニット６１の構成を示したもので
ある。光学ユニット６１は、光源６６、偏向素子として
のホログラフィック素子６７、対物レンズ６８および光
検出器６９により構成される。ホログラフィック素子６
７は、光分岐や光分割などの他に特殊なレンズ機能など
を持ったより高度な複合機能の回折型光学素子であり、
単なる等間隔の回折格子で構成される回折型光学素子と
区別する意味で、この名称を用いている。

【００７４】光学ユニット６１に対向して、光学的に情
報が記録されている光ディスク７２が配置される。光源
６６は例えば半導体レーザであり、出射した光ビームは
ホログラフィック素子６７を透過して対物レンズ８に導
かれ、光ディスク７２の記録面に微小スポットを形成す
る。光ディスク７２の記録面で反射した光ビームは、対
物レンズ６８を経てホログラフィック素子６７に入射す
る。ホログラフィック素子６７で回折した光ビームは光
検出器６９で検出される。

【００７５】図１７に、同実施形態における光ビームの
伝送経路を示す。光源６６から出射した光ビームＰ_I
は、ホログラフィック素子６７を透過し、この透過光Ｐ
₀ が光ディスク７２に入射する。光ディスク７２で反射
した光ビームは、ホログラフィック素子６７で回折し、
再生情報信号検出のための光ビーム（以下、再生情報信
号検出ビームという）Ｐ_D として光検出器６９に到達す
る。ホログラフィック素子６７では、光源６６からの出
射光が回折される成分Ｐ₊₁，Ｐ_-1も生じる。これら往路
で回折された光ビームは再生情報信号検出にとって不要
な迷光であり、これらの迷光が光検出器６９に到達する
と、再生情報信号のＳ／Ｎを著しく低下させる。この迷
光の影響についての対策は後述する。

【００７６】一方、復路においてホログラフィック素子
６７で回折した光ビームは上述した再生情報信号検出ビ
ームＰ_D となるが、復路においてはホログラフィック素
子６７をそのまま透過して光源６６に戻っていく光ビー
ム（以下、これを戻り光という）Ｐ_L もある。

【００７７】図１８を参照して、再生情報信号検出ビー
ムＰ_D と戻り光Ｐ_L との関係を説明する。同図は、２値
位相格子で作られたホログラフィック素子の光学的位相
差に対する０次、１次および３次の各回折次数への光量
配分を回折効率分布として示している。光学的位相差が
πのとき透過光量はほとんど零となり、１次回折光は最
大で＋，−にそれぞれ４０％回折する。また、透過率
（０次光）が５０％のとき１次回折光の割合は２０％、
透過率が２８％のとき１次回折光の割合は３０％であ
る。

【００７８】図１９は、ホログラフィック素子６７の光
学的位相差に対する再生情報信号検出ビームＰ_D と、戻
り光Ｐ_L のそれぞれの光量変化を回折効率の変化として
示したもので、（ａ）は図１８に示した特性のホログラ
フィック素子６７を用いた場合、（ｂ）はホログラフィ
ック素子６７の断面形状を鋸歯状にして回折光が＋の次
数に集中するように構成した素子を用いた場合をそれぞ
れ示す。ここでは、ホログラフィック素子６７の回折効
率の影響を比較するので、ホログラフィック素子６７以
外の光学素子では光学的な損失がないものとしている。

【００７９】図１８に示す特性のホログラフィック素子
６７を用いた場合、図１９（ａ）に示すように再生情報
信号検出ビームＰ_D の光量は、光学的位相差がπ／２の
とき最大となり、透過率がこれより増えても減っても光
量は減少する。光源６６への戻り光Ｐ_L の光量は、光学
的位相差がπに近づくほど小さくなる。先に述べた従来
例では、再生情報信号検出ビームの光量が最大になる条
件の下では、光検出器に到達する光量は１０％であり、
戻り光Ｐ_L の光量は２５％である。

【００８０】これに対して、本実施形態におけるホログ
ラフィック素子６７は、Ｐ_L ≦Ｐ_Dの条件を満たすよう
に設定され、具体的には例えば透過率が２８％、回折効
率が約３０％に設定される。このようなホログラフィッ
ク素子６７を用いた場合、光源６６への戻り光Ｐ_L の光
量は７．８％であり、光検出器６９に到達する再生情報
検出ビームＰ_D の光量は８．４％となる。これらの光量
配分を比較すると、戻り光Ｐ_L の光量は約１／３に低減
され、再生情報検出ビームＰ_D の光量は２割程低減する
に止まることになる。

【００８１】このようにホログラフィック素子６７の回
折効率を高めて透過率を低くすると、戻り光Ｐ_L の光量
を著しく低減することができる。これにより、戻り光Ｐ
_L に起因する光源６６の光出力の変化を小さくすること
が可能となり、再生情報信号のＳ／Ｎを高くすることが
できる。

【００８２】一方、ホログラフィック素子６７の断面形
状を鋸歯状にして、回折光が＋の次数に集中するように
構成した場合には、図１９（ｂ）に示すように例えば透
過率を４２％に設定して、回折効率を約４６％にすれば
よい。ホログラフィック素子６７をこのような特性とし
た場合、戻り光Ｐ_L の光量は１８％、再生情報信号検出
ビームＰ_D の光量は２０％となる。

【００８３】また、ホログラフィック素子６７の挿入位
置が光源６６から遠ざかるに従い、ホログラフィック素
子６７で生じる迷光が光検出器６９で受光される割合が
増加してくる。特に、先に述べた往路で回折を受けた光
ビームＰ₊₁，Ｐ_-1が光ディスク７２で反射し、ホログラ
フィック素子６７をそのまま透過して、光検出器６９に
迷光として到達する光ビームの影響が大きい。当然のこ
とながら、これらの迷光成分は再生情報信号のＳ／Ｎを
低下させる要因となる。本実施形態によれば、この迷光
成分の影響を以下のようにして軽減している。

【００８４】図２０は、光ディスク７２からの反射光の
ホログラフィック素子６７の面上でのビーム形状（スポ
ットダイヤグラムという）をホログラフィック素子６７
の挿入位置をＺｈｏｅ＝6.5 ，7.5 ，8.5 と種々変えて
観測した結果を示したものである。迷光成分Ｐ_-1に注目
すると、図２０（ａ）に示されるようにホログラフィッ
ク素子６７の挿入位置が光源６６に近い時は、ホログラ
フィック素子６７の回折角が大きくなるので、対物レン
ズ６８の開口に入る光量は少なく、従って光ディスク７
２で反射してホログラフィック素子６７に到達する迷光
となる光ビームの光量も少ない。但し、このような状況
の下では、ホログラフィック素子６７の格子ピッチが狭
くなるため、高精度にホログラフィック素子６７を作る
ことが困難になる。

【００８５】一方、ホログラフィック素子６７の挿入位
置が光源６６から遠い時は、ホログラフィック素子６７
の回折角が小さくなるので、図２０（ｂ）（ｃ）に示さ
れるように、迷光成分Ｐ_-1のホログラフィックパターン
の広りが増えてくる。図２０（ｃ）では迷光成分Ｐ_-1と
透過光Ｐ₀ とが重なり合っており、ホログラフィック素
子６７の挿入位置が光源６６から遠ざかる程、この重な
り合う領域が増し、両者を分離することが不可能にな
る。

【００８６】そこで、本実施形態では対物レンズ６８の
開口に入射するに必要な口径の光ビームを透過させるよ
うな開口をホログラフィック素子６７に設ける。そし
て、ホログラフィック素子６７がその中心からずれた位
置を通過する迷光成分Ｐ₊₁，Ｐ_-1を遮光して、迷光成分
が光検出器６９に到達しない条件を満たす範囲で最も光
源６６から遠い位置にホログラフィック素子６７を挿入
する。このような位置にホログラフィック素子６７を挿
入すると、ホログラフィック素子６７の格子ピッチを広
くすることができるので、高精度に素子の作製ができる
上、迷光成分をホログラフィック素子６７の開口で遮光
するため、再生情報信号のＳ／Ｎを高くすることができ
る。

【００８７】なお、本実施形態に係る光学ヘッド装置の
全体構成は、第６の実施形態と同様に図１２に示した通
りであり、ここで使用するホログラフィック素子の詳細
な構成も図１３に示した通りである。

【００８８】上述したように、本実施形態によれば再生
情報信号検出ビームの光量が最大になるように回折型光
学素子の透過率を例えば５０％に定めていた従来例に対
して、回折効率を３０％と高め、透過率を２８％とする
ことにより、各素子への光量配分で比較すると、光源へ
の戻り光の光量は約１／３に低減され、光検出器への再
来情報信号検出ビームの光量は２割程低減するに止ま
る。

【００８９】このように回折型光学素子の回折効率を高
めて透過率を低くすると、戻り光の光量を著しく低減で
きるので、戻り光に起因する光源の光出力の変化を低減
することが可能となり、再生情報信号のＳ／Ｎを高くで
きる。

【００９０】また、本実施形態では対物レンズの開口に
入射するに必要な口径の光ビームが透過するような開口
を回折型光学素子に設け、迷光成分が光ディスクで反射
して回折型光学素子の中心からずれた位置を通過する際
に遮光して光検出器に到達しないようにするができるた
め、迷光成分による再生情報信号のＳ／Ｎ低下を防止す
ることが可能となる。（第１０の実施形態）次に、本発明を再生専用の光学ヘ
ッド装置に適したもう一つの実施形態を説明する。

【００９１】一般に、光ディスクの面記録密度を高める
には、記録情報の単位ビット当りのピットの大きさを小
さくすることが効果的である。より小さなピットで記録
した情報を読み出すには、光ディスク上の光スポットサ
イズを微小化することが必要となる。そのためには、光
源の波長を短くすると共に対物レンズの開口数を高くす
ることが望まれる。

【００９２】しかしながら、対物レンズの開口数が大き
くなるに従って、光ディスクの反りなどによる面傾きで
生じるコマ収差の発生量が大きくなる。そこで、光ディ
スクの基板厚を従来（１．２ｍｍ）より薄くすることで
（例えば０．８〜０．６ｍｍ）、コマ収差の発生量を小
さくし、光ディスクの機械特性が厳しくなるのを防いで
記録密度を高める方法が考えられている。このような薄
基板を持つ光ディスクに記録された情報を再生するに
は、レンズ負荷として薄基板を想定して設計した対物レ
ンズを持つ光ヘッドが必要になる。しかし、このように
基板の厚さを薄くした光ディスク用の光ヘッドでは、基
板の厚さの違いで生じる球面収差の影響により、従来の
光ディスクを再生できなくなるという問題が生じる。

【００９３】そこで、本実施形態は光ビームの照射によ
り少なくとも情報の再生を行うための光学ヘッド装置に
おいて、特に有限系対物レンズを用いた場合において基
板の厚さが異なる複数種の光ディスクにそれぞれ記録さ
れた情報を再生可能とした光ディスク装置を提供するも
のであり、薄基板で設計した有限系対物レンズの結像倍
率で光源と検出系を構成した本来の系に対して、結像倍
率が大きくなる条件で他の光源と検出系を構成した系を
併せ持たせることを骨子とする。

【００９４】すなわち、本実施形態の光ディスク装置
は、第１および第２の光ビームをそれぞれ出射する第１
および第２の光源と、前記第１および第２の光源からそ
れぞれ出射される第１および第２の光ビームを光記録媒
体の記録面に集束照射し、かつ該記録面からの第１およ
び第２の反射光を前記第１および第２の光ビームの進行
方向と逆方向に通過させる対物レンズと、前記第１およ
び第２の反射光をそれぞれ検出するための少なくとも一
つの第１および第２の光検出器と、前記対物レンズを通
過した後の前記第１および第２の反射光を前記第１およ
び第２の光ビームの進行方向と異なる方向に偏向して前
記光検出器へ導く偏向素子とを備え、前記第１および第
２の光源は、前記対物レンズに対して互いに異なる距離
の位置に配置されていることを特徴とする。

【００９５】対物レンズの設計時のレンズ負荷に対し
て、レンズ負荷に変化が生じると球面収差が発生する。
一方、有限系の対物レンズは設計時の結像倍率に対し
て、異なる結像条件に光源位置が設定されると、やはり
球面収差が生じる。この二つの球面収差の発生要因を組
み合わせるとレンズ負荷が異なっても、すなわち基板の
厚さが異なる光ディスクに対しても光源位置を適正化す
ることで、波面収差を小さくできるので、唯一の光学ヘ
ッドで再生することができる。

【００９６】図２１は、本実施形態に係る光学ヘッド装
置の構成を示したものであり、第１の光源８１、第１の
ホログラフィック素子８２、ビームスプリッタ８３、対
物レンズ８４および第１の光検出器８６と、第２の光源
８７、第２のホログラフィック素子８８および第２の光
検出器８９が配置される。光源８１、ホログラフィック
素子８２、光検出器８６は第１の光学系２０１を構成
し、光源８８、ホログラフィック素子８８、光検出器８
９は第２の光学系２０２を構成する。そして、対物レン
ズ８４に対向して厚さの異なる光ディスク８５ａ，８５
ｂが選択的に配置される。

【００９７】第１の光学系２０１において、光源８１は
例えば半導体レーザであり、出射した光ビームはホログ
ラフィック素子８２を透過して対物レンズ８４に導か
れ、光ディスク８５ａの情報記録面上に微小スポットを
形成する。光ディスク８５ａで反射した光は、対物レン
ズ８４を経てホログラフィック素子８２に入射する。ホ
ログラフィック素子８２で回折した光ビームは、光検出
器８６で検出される。また、光ディスク８５ａと厚さの
異なるもう一つの光ディスク８５ｂに対しては、光源８
７、ホログラフィック素子８８および光検出器８９から
なる第２の光学系２０２が用いられる。但し、対物レン
ズ８４は薄基板の光ディスク８５ｂに対して、所望する
結像倍率で最適設計されている。

【００９８】ここで、光検出器８６，８９の出力には図
示しない増幅器を介して図示しない演算回路が接続さ
れ、この演算回路により第６の実施形態で説明したと同
様にしてフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号お
よび再生情報信号が生成される。また、ホログラフィッ
ク素子と光検出器の構成も、特願平３−２４４４１３
「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り、第６の実施形態で説明した
と同様に構成される。

【００９９】本実施形態によると、同じ対物レンズ８４
を用いながら、厚さの異なる二種の光ディスク８５ａ，
８５ｂについて記録された情報を再生することができ
る。この理由は、レンズなどの光学素子の性能を表す波
面収差特性を使って次のように説明される。

【０１００】図２２は、光ディスク８５ａ，８５ｂのそ
れぞれについて、光源８１，８７と対物レンズ８４間の
距離を基準値として、光源８１，８７の光軸方向の移動
量に対する波面収差の変化を示したものである。この例
では、対物レンズ８４は焦点距離が２ｍｍであり、次の
条件の下で光ディスク８５ａに対して最適設計されてい
るものとする。

【０１０１】光源の波長：６８０ｎｍ開口数：０．６光ディスク基板の厚さ：０．６ｍｍ結像倍率：０．１４このとき光源８１の位置が１ｍｍ程度ずれると、対物レ
ンズ８４に０．０５λ(rms) の波面収差が発生して、光
ディスク上の集光スポットの中心強度は、最適位置の９
０％に低下する。このときの波面収差の発生要因は、球
面収差である。設計条件と異なる厚さの光ディスク８５
ｂに対する対物レンズ８４の波面収差発生要因も、同様
に球面収差である。このため、設計条件と異なる厚さの
光ディスク８５ｂに対して生じる波面収差を、光源位置
を変えることによって生じる球面収差で相殺できれば、
同じ対物レンズ８４で異なる光ディスク８５ａ，８５ｂ
上の情報を再生できることになる。

【０１０２】一例として、設計条件と異なる厚さの光デ
ィスク８５ｂの光ディスク基板の厚さが１．２ｍｍの場
合の特性を図２２の左側に示す。光源８７を対物レンズ
８４側に約５ｍｍ近付けて設定すると、十分実用できる
波面収差に抑えることができることが分かる。

【０１０３】図２１に戻って説明すると、光源８１から
光ビームに対応する開口数に対して光源８７からの光ビ
ームに対応する開口数が小さいときは、対物レンズ８４
に入射する光ビームの径を制限するために開口制限板９
０がビームスプリッタ３の前に配置される。この例で
は、基板の厚さが１．２ｍｍの光ディスク８５ｂとして
ＣＤ−ＲＯＭを想定しているので、開口制限板９０は開
口数を０．４５に制限するように設計される。（第１１の実施形態）図２３に、図２１の実施形態に電
気回路系を付加した光学ヘッド装置全体の構成を示す。
光検出器８６，８９の出力は増幅器９７，９９を通して
演算回路９８，１００に入力され、フォーカス誤差信
号、トラッキング誤差信号および再生情報信号がそれぞ
れ生成される。２系統の再生情報信号は、図示しない復
調系へと導かれる。

【０１０４】一方、二組のフォーカス誤差信号とトラッ
キング誤差信号は切換器１０１に入力され、レーザ駆動
回路１０３，１０４が動作状態になっている方の光検出
器からのフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号が
選択される。選択されたフォーカス誤差信号とトラッキ
ング誤差信号は、アクチュエータ駆動回路１０２を介し
てフォーカス駆動コイル９４、トラッキング駆動コイル
９５に加えられ、これにより光学ヘッド全体が対物レン
ズ８４の光軸方向と光ディスク８５ａ，８５ｂの半径方
向に移動制御され、光ディスク上のピット列に対して集
光スポットの位置が制御されることになる。（第１２の実施形態）図２４は、図２１に示した第１０
の実施形態を変形した実施形態に係る光学ヘッド装置の
構成図であり、図２１のビームスプリッタ８３を二段構
成のビームスプリッタ９１に代えることにより、二つの
光学系２０１，２０２を並列的に配置したものである。

【０１０５】本実施形態によると、二つの光学系２０
１，２０２が互いに直交関係に配置されている第１０の
実施形態に比較して、光学ヘッド装置の光ディスク８５
ａ，８５ｂに垂直な方向の寸法を小さくできる、つまり
薄型化を図ることができる。（第１３の実施形態）図２５は、第１３の実施形態に係
る光学ヘッド装置の構成図であり、二つの光源８１，８
７の波長を異ならせると共に、この波長の違いを利用し
て二つの光学系２０１，２０２からの光ビームの合成と
光学系２０１，２０２への光ディスクからの反射光の分
岐を二つの反射面９２Ａ，９２Ｂを持つビームスプリッ
タ９２によって行うようにしたものである。すなわち、
反射面９２Ａは光源８１からの光ビームに対して反射率
が高く、光源８７からの光ビームに対して透過率が高い
反射膜により形成され、反射面９２Ｂは反射面９２Ａと
は逆特性、つまり光源８７からの光ビームに対して反射
率が高く、光源８１からの光ビームに対して透過率が高
い反射膜により形成される。

【０１０６】本実施形態によると、二段構成のビームス
プリッタ９１を用いた第１０の実施形態に比較して、ビ
ームスプリッタ９２の厚さを薄くすることができるの
で、光ディスク装置をさらに薄型化することが可能とな
る。

【０１０７】なお、第１０〜第１３の実施形態における
光ディスク８５ａ，８５ｂの基板の厚さの組み合わせは
０．６ｍｍと１．２ｍｍに限られるものではなく、任意
の組み合わせで構わない。例えば、０．８ｍｍの光ディ
スク基板厚に最適設計された対物レンズを１．２ｍｍの
基板厚を持つ光ディスク上の情報を読み取るように構成
することもできる。さらには、光源、光検出器およびホ
ログラフィック素子を一体的に光軸方向に移動すること
で、光ディスクの種々の厚さに対して波面収差がいずれ
も小さい条件の下で、光ディスク上の情報を再生するよ
うにすることも可能である。勿論、光ディスクとしては
二種類の基板厚のみでなく、三種類以上の基板厚の光デ
ィスクに対しても、第１０〜第１３の実施形態の構成を
適用することが可能である。

【０１０８】このように第１０〜第１３の実施形態によ
れば、対物レンズの設計条件に最適な基板厚の光ディス
ク上の情報は勿論、これと異なる基板厚を持った光ディ
スク上の情報をも同一の光学ヘッドで正しく読み出すこ
とが可能である。また、二つの光学系が必要であるが、
いずれの系も構成が単純であることから、光学ヘッド装
置の小型化・薄型化を図ることができる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明によれば、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機能
素子を配し、光メモリの記録面で反射した光は往路とは
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分離して光検出器に入射して、
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したことにより、再生専用の光
学ヘッドに匹敵する簡素な光学系で、光利用率が高い記
録・再生用の光学ヘッド装置を実現することができる。

【０１１０】この小形・軽量の光学ヘッド装置によれ
ば、アクセス時に移動するキャリッジ上に光学ヘッド装
置全体を搭載しても高速なアクセスが可能である。ま
た、光学系が一体的に構成されているので、温度による
形状変化の影響を受けにくく信頼性が向上するという利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る光学ヘッド装置の要部構
成を示す図

【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における光検出器の配置を示す図

【図４】同実施形態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のスポット形状の変化を示す図

【図５】第２の実施形態に係る光学ヘッド装置の要部構
成を示す図

【図６】第３の実施形態に係る光学ヘッド装置の要部構
成を示す図

【図７】第４の実施形態に係る光学ヘッド装置の要部構
成を示す図

【図８】第５の実施形態に係る光学ヘッド装置の要部構
成を示す図

【図９】図８におけるビーム整形プリズムの形状を示す
断面図

【図１０】第６の実施形態に係るビーム整形プリズムの
形状を示す断面図

【図１１】第７の実施形態に係る光学ヘッド装置の要部
構成を示す図

【図１２】第８の実施形態に係る光学ヘッド装置の要部
構成を示す図

【図１３】図１２におけるホログラフィック素子と光検
出器の関係を示す図

【図１４】同実施形態および従来系における対物レンズ
の光学特性を説明するための図

【図１５】同実施形態における対物レンズの物点位置に
対する光学特性を示す図

【図１６】第９の実施形態に係る光学ヘッド装置におけ
る光学ユニットの構成を示す図

【図１７】図１６における光ビームの伝送経路を模式的
に示す図

【図１８】同実施形態における２値位相格子で作られた
ホログラフィック素子の光学的位相差に対する各回折次
数への光量配分を示す図

【図１９】同実施形態におけるホログラフィック光学素
子の回折効率に対する再生情報信号検出光ビームおよび
光源への戻り光の光量変化を２値位相格子とブレーズ位
相格子の場合についてそれぞれ示す図

【図２０】同実施形態における光ディスクからの反射光
のホログラフィック素子上の形状をホログラフィック素
子の挿入位置を種々変えて示す図

【図２１】第１０の実施形態に係る光学ヘッド装置の要
部構成を示す図

【図２２】同実施形態における対物レンズの光学特性を
示す図

【図２３】第１１の実施形態に係る光学ヘッド装置の全
体構成を示す図

【図２４】第１２の実施形態に係る光学ヘッド装置の要
部構成を示す図

【図２５】第１３の実施形態に係る光学ヘッド装置の構
成を示す図

【符号の説明】

１…光源２…コリメーティングレンズ３…ビーム整形プリズム４…ミラー５…対物レンズ６…ホログラフィック素子７…光検出器８…光検出器９…増幅器１０…演算回路１１…レンズアクチュエータ駆動回路１２…フォーカス駆動コイル１３…光ディスク１４…案内溝１５…ビームスプリッタ１６…検出レンズ１７…ビームスプリッタ２１…ビームスプリッタ２２…光検出器２３…増幅器２４…光出力制御回路３０…ビーム整形プリズム４１…光学ユニット４２…アクチュエータ４３…増幅器４４…演算回路４５…アクチュエータ駆動回路４６…光源４７…ホログラフィック素子４７Ａ…ホログラム領域４７Ｂ…ホログラム領域４７Ｃ…領域分割線４８…対物レンズ４９…光検出器４９ａ〜４９ｄ…検出領域５０…フォーカス駆動コイル５１…トラッキング駆動コイル５２…光ディスク５３Ａ，５３Ｂ…回折光Ｐ_I …光源から出射される光ビームＰ_D …再生情報信号検出ビームＰ_L …戻り光ビーム６１…光学ユニット６６…光源６７…ホログラフィック素子６８…対物レンズ６９…光検出器７２…光ディスク８１…光源８２…ホログラフィック素子８３…ビームスプリッタ８４…対物レンズ８５ａ，８５ｂ…光ディスク８６…検出器８７…光源８８…ホログラフィック素子８９…光検出器９０…開口制限板９１…ビームスプリッタ９２…ビームスプリッタ９４…フォーカスコイル９５…トラッキングコイル９７，９９…増幅器９８，１００…演算回路１０１…切換器１０２…アクチュエータ駆動回路２０１…第１の光学系２０２…第２の光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非等方性のビーム形状を有する光ビームを
出射する光源と、前記光源から出射される光ビームをほぼ平行光束にする
ためのコリメーティングレンズと、前記コリメーティングレンズによりほぼ平行光束とされ
た光ビームを拡がり角の小さい方向に拡大することによ
り等方性のビーム形状に整形するビーム整形機能素子
と、前記ビーム整形機能素子により整形された光ビームを光
記録媒体の記録面に集束照射する対物レンズと、前記対物レンズにより前記記録面に集束照射された光ビ
ームの反射光が前記対物レンズ、前記ビーム整形機能素
子、前記コリメーティングレンズを順次介して入射する
ように配置され、入射した反射光を前記光ビームの進行
方向と異なる方向に偏向させる偏向素子と、前記偏向素子により偏向された反射光を受け、該反射光
の前記拡がり角の小さい方向におけるビーム径の変化を
検出し得るように構成された少なくとも一つの光検出器
とを備えることを特徴とする光学ヘッド装置。
【請求項２】非等方性のビーム形状を有する光ビームを
出射する光源と、前記光源から出射される光ビームをほぼ平行光束にする
ためのコリメーティングレンズと、前記コリメーティングレンズによりほぼ平行光束とされ
た光ビームを拡がり角の小さい方向に拡大することによ
り等方性のビーム形状に整形するビーム整形機能素子
と、前記ビーム整形機能素子により整形された光ビームを光
記録媒体の記録面に集束照射する対物レンズと、前記対物レンズにより前記記録面に集束照射された光ビ
ームの反射光が前記対物レンズ、前記ビーム整形機能素
子を順次介して入射するように配置され、入射した反射
光を前記光ビームの進行方向と異なる方向に偏向させる
偏向素子と、前記偏向素子により偏向された反射光が入射するように
位置された検出レンズと、前記検出レンズを通過した反射光を受け、該反射光の前
記拡がり角の小さい方向におけるビーム径の変化を検出
し得るように構成された少なくとも一つの光検出器とを
備えることを特徴とする光学ヘッド装置。
【請求項３】前記ビーム整形機能素子は前記コリメーテ
ィングレンズによりほぼ平行光束とされた光ビームが入
射される第１の面と、この第１の面から入射した光ビー
ムを反射させる第２の面と、この第２の面で反射した光
ビームを該ビーム整形機能素子の外部へ出射する第３の
面とを有し、前記第１および第３の面の少なくとも一方
が前記光ビームを等方性のビーム形状に整形する機能を
有することを特徴とする請求項１または２項記載の光学
ヘッド装置。
【請求項４】前記光源は半導体レーザであり、前記ビー
ム整形機能素子は前記コリメーティングレンズによりほ
ぼ平行光束とされた光ビームを該半導体レーザの活性層
と平行な方向に拡大することにより等方性のビーム形状
に整形することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項記載の光学ヘッド装置。
【請求項５】前記光検出器は、前記拡がり角の小さい方
向と直交する方向に沿った分割線を有することを特徴と
する請求項１または２記載の光学ヘッド装置。