JPH11259896A - 光学ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的な焦点合わせ機構を必要とせずに、光
ディスクの記録情報をＳＮ良く再生可能とする。 【解決手段】 アキシコン５を用いてベッセルピームを
形成させるに当たり、焦点深度が記録媒体の記録面１３
が変動する範囲よりも十分深くなるようにするととも
に、同心の輪帯状光検出器からなる光検出器アレイ１４
を用いて記録媒体７からの光信号を受信する構成とする
ことにより、掲記課題の解決を図る。

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、光ディスク装置
などに用いられる光学ヘッド装置、特にその焦点可変機
構と信号再生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学ヘッド装置について、図面を
参照して説明する。図４は光学ヘッド装置と光ディスク
よりなる光学系の従来例を示す構成図、図５は光検知器
の従来例を示す構成図である。図４に示すように、光学
ヘッド装置は半導体レーザ１と、コリメートレンズ２
と、回折格子３と、ビームスプリッタ４と、対物レンズ
５１と、集光レンズ８と、円筒レンズ１０と、光検出器
９とから構成され、光ディスク７上に光ビームの微小ス
ポットを形成している。また、光ディスク７は、光学記
録媒体１３と光透過性基板１２と、ディスク表面１１と
からなっている。

【０００３】このような構成において、半導体レーザ１
から出射した光は、コリメートレンズ２およびビームス
プリッタ４を介して光透過性基板１２に積層した光学記
録媒体１３の信号面に、ディスク表面１１より対物レン
ズ５１によって集光されるとともに、信号面からの反射
光は対物レンズ５１，ビームスプリッタ４，集光レンズ
８および円筒レンズ１０を介して光検知器９の受光面に
入射して、電気信号に変換される。

【０００４】ところで、光ディスク７は図示されないモ
ータにより回転するが、偏心や反りがあるので、対物レ
ンズによるレーザ光の焦点を光学記録媒体１３の記録ピ
ットが書き込まれたトラック上に維持するために、対物
レンズ５１を光ディスク７の板厚方向と半径方向の２方
向に可動にし、その制御を２組の駆動用電磁コイル（図
示なし）で行なうようにしている。

【０００５】対物レンズ５１の板厚方向の位置決め制御
は、一般にフォーカシング制御と呼ばれる。対物レンズ
の光学記録媒体１３に対する焦点ずれ検知は、円筒レン
ズ１０を用いて周知の非点収差法により行なわれる。す
なわち、図５に示す光検知器は９１１〜９１４、９２、
９３の６個の受光器により構成されるが、これらの光電
変換出力を各々９１１ａ，９１２ａ，９１３ａ，９１４
ａ，９２ａ，９３ａとすれば、（９１１ａ＋９１４ａ）
−（９１２ａ＋９１３ａ）の値が焦点ずれ量を表わすこ
とになるので、この値が０となるように対物レンズの板
厚方向の位置決めをフィードバック制御する。

【０００６】対物レンズ５１の半径方向の位置決め制御
は、一般にトラッキング制御と呼ばれる。トラッキング
エラーの検出は、回折格子３を用いて周知の３ビーム法
により行なわれる。すなわち、図５に示す光検知器の光
電変換出力のうち９２ａ，９３ａを用いれば、（９２ａ
−９３ａ）の値がトラッキングエラー量を表わすことに
なるので、この値が０となるように対物レンズの半径方
向の位置決めをフィードバック制御する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
光学ヘッド装置では、光ディスクの偏心や反りに対処す
べく、対物レンズのフォーカシング制御やトラッキング
制御を必要とするため、駆動系の重量が重く消費電力が
大きくなるという問題がある。そこで、出願人は図６に
示すような装置を提案している（特願平９−１４１８３
１号：提案装置ともいう）。これは、対物レンズの代わ
りにアキシコン５を用いることで、その焦点深度が記録
媒体の記録面が変動する範囲よりも十分深いベッセルビ
ーム６を発生させ、フォーカシング制御を不要とするも
のである。なお、その他の構成は図４と基本的に同じで
ある。

【０００８】上記提案装置では、光ディスクのデータ再
生方式についての詳細な記載はないが、ベッセルビーム
を用いて光ディスクのデータを再生する場合、従来の光
学ヘッド装置と同様な光検出器では、再生信号のＳ／Ｎ
比が低下するという問題がある。すなわち、ベッセルビ
ームは焦点深度が非常に深いという特徴のほかに、通常
の無収差レンズで発生するエアリースポットに比べて、
サイドローブ光が大きいという特徴を持っている。この
サイドローブ光は隣接ピットやトラックからの信号を検
出してしまい、従来の光ヘッド装置と同様な光検出器で
は、高密度化された光ディスクから情報をＳ／Ｎ良く再
生することは困難である。また、光ディスクの偏心に対
応するためのトラッキング制御に必要な、トラッキング
エラー信号を精度良く検出することも同様に困難であ
る。したがって、この発明の課題は、光ディスクなどの
光記憶媒体の情報の再生を行なう際に、機械的な焦点合
わせ機構を必要とすることなく、光ディスク上の情報を
Ｓ／Ｎ良く再生し得るようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では、レーザ光を光記録媒体上に
集光する光学素子と、光記録媒体で変調され光記録媒体
面から反射した光信号を検知する光検知器とからなり、
前記光記録媒体上に集光された光ビームは、零次のベッ
セル関数型の光強度分布を形成し、その焦点深度を記録
媒体の記録面が変動する範囲よりも十分深くすることに
より、焦点合わせのための機械的機構を省略可能にした
光学ヘッド装置において、前記光検知器が同心の輪帯状
光検知素子アレイから構成することを特徴としている。
上記請求項１の発明においては、前記輪帯状光検知素子
アレイを径方向に分割することができる（請求項２の発
明）。

【００１０】請求項３の発明では、レーザ光を光記録媒
体上に集光する光学素子と、光記録媒体で変調され光記
録媒体面から反射した光信号を検知する光検知器とから
なり、前記光記録媒体上に集光された光ビームは、零次
のベッセル関数型の光強度分布を形成し、その焦点深度
を記録媒体の記録面が変動する範囲よりも十分深くする
ことにより、焦点合わせのための機械的機構を省略可能
にした光学ヘッド装置において、前記光検知器が複数個
の光検知素子アレイと、同心の輪帯状のホログラムレン
ズアレイとからなることを特徴としている。上記請求項
３の発明においては、前記輪帯状のホログラムレンズア
レイを径方向に分割することができる（請求項４の発
明）。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を説明するための説明図で、（ａ）は全体構成図、
（ｂ）は光検出器を示す構成図、（ｃ）は光学記録媒体
上のベッセルビーム説明図である。半導体レーザ１から
出射した光はコリメートレンズ２により平行光線束に変
換され、ビームスプリッタ４を介してアキシコン５に入
射し、このアキシコン５を出射後は円錐光波２００に変
換される。このとき、ベッセルビームのメインローブ
が、図１（ａ）に円錐光波の干渉領域として図示された
領域のＺ軸上に形成される。すなわち、この干渉領域が
光学ヘッド装置で記録，再生，消去といった機能動作を
行なうための有効焦点深度となり、光学ヘッド装置は光
記憶媒体の記録，再生，消去を行なう際に、機械的な焦
点合わせが不要となる。

【００１２】ところで、光ディスク７の光学記録媒体面
１３には、上記Ｚ軸を回転中心とする複数のベッセルビ
ームのサイドローブが、図１（ｃ）に第１のサイドロー
ブ，第２のサイドローブとして示すように形成される。
ベッセルビームのメインローブは光学記録媒体面１３で
輪帯状光線束１５０として反射し、また上記複数のベッ
セルビームのサイドローブのうち第１のサイドローブ
は、光学記録媒体面１３で輪帯状光線束１５１および輪
帯状光線束１５２の２つの分かれて反射する。光記憶媒
体の情報の再生を行なう際に必要な信号成分は輪帯状光
線束１５０に重畳された信号のみであり、その他の信号
成分、例えば輪帯状光線束１５１や輪帯状光線束１５２
に重畳された信号は、隣接ピットや隣接トラックからの
信号であり、不要な信号成分である。

【００１３】そこで、必要な信号成分、すなわち輪帯状
光線束１５０に重畳された信号のみを受信し、その他の
不要な信号成分、例えば輪帯状光線束１５１や輪帯状光
線束１５２に重畳された信号を除去する方法について、
以下に説明する。光学記録媒体面１３より反射された輪
帯状光線束１５０，１５１および１５２はアキシコン５
を介して、ビームスプリッタ４でさらに反射されて同心
の輪帯状光検出器アレイ１４に導かれる。同心の輪帯状
光検出器アレイ１４は輪帯状光線束１５０，１５１およ
び１５２の輪帯中心軸と同心の輪帯状光検出器アレイの
軸心が合致し、かつ輪帯状光線束１５０，１５１および
１５２と直交するように配置される。

【００１４】同心の輪帯状光検出器アレイ１４を構成す
る輪帯状光検出器は図１（ｂ）に示すようにＹ軸方向に
各々２分割されて、例えば１４１Ａ，１４２Ａ，１４３
Ａ，１４４Ａ，１４５Ａ，１４１Ｂ，１４２Ｂ，１４３
Ｂ，１４４Ｂ，１４５Ｂのように配置される。これらの
輪帯状光検出器により光電変換された電気信号は、各々
１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａ，１４５ａ，
１４１ｂ，１４２ｂ，１４３ｂ，１４４ｂ，１４５ｂと
して出力される。必要な信号成分を重畳した輪帯状光線
束１５０は、図１（ｂ）に示すように輪帯状光検出器１
４４Ａ，１４４Ｂに入射する。また、不要な信号成分を
重畳した輪帯状光線束１５１は輪帯状光検出器１４３
Ａ，１４３Ｂに入射し、同様に不要な信号成分を重畳し
た輪帯状光線束１５２は輪帯状光検出器１４５Ａ，１４
５Ｂに入射する。したがって、輪帯状光検出器１４４
Ａ，１４４Ｂからの光電変換された電気信号１４４ａ，
１４４ｂのみを、再生信号として抽出すれば良い。

【００１５】ところで、光ディスク７に反りが発生し、
光記録媒体面１３が板厚方向に変動すると、必要な信号
成分を重畳した輪帯状光線束１５０は、その輪帯径が変
化することになり、輪帯状光検出器１４４Ａ，１４４Ｂ
には入射せず、同心の輪帯状光検出器アレイ１４を構成
する他の輪帯状光検出器に入射することになる。したが
って、再生信号を検出するためには、輪帯状光線束１５
０が、同心の輪帯状光検出器アレイ１４を構成する輪帯
状光検出器のうち、どの輪帯状光検出器に入射したかを
検知する必要がある。

【００１６】その方法を図２を参照して説明する。図２
は光学記録媒体面上のベッセルビーム断面強度分布を示
す例である。図２に見られるように、ベッセルビームの
メインローブのピーク強度は、複数存在するベッセルビ
ームのサイドローブのピーク強度よりも高くなってい
る。したがって、輪帯状光線束１５０に重畳される信号
の変調強度は他の輪帯状光線束１５１または１５２より
も大きな値をとるので、全輪帯状光検出器から出力され
る電気信号のうちで最も変調強度の大きい信号を抽出す
ることにより、必要な信号成分を再生できる。

【００１７】さらに、光ディスク７に偏心が発生し光記
録媒体面１３が半径方向に変動するとトラッキングエラ
ーが生じるが、このトラッキングエラーの検知方法につ
いて以下に説明する。上記方法により輪帯状光線束１５
０がどの輪帯状光検出器に入射したかを検知して、それ
が輪帯状光検出器１４４Ａ，１４４Ｂだとする。このと
き、各々の出力電気信号の変調強度が等しければ、ベッ
セルビームのメインローブはトラック上に位置し、異な
る場合は、出力電気信号の変調強度が低い輪帯状光検出
器の位置する方向にトラックずれを起こしていることに
なる。このトラッキングエラー信号により、アキシコン
５を光ディスク７の半径方向への位置決めを電磁コイル
等によりフィードバック制御することで、精度良く光記
憶媒体情報の再生を行なうことができる。

【００１８】図３はこの発明の第２の実施の形態を説明
するための説明図である。図１では光ディスク７の光学
記録媒体面１３より反射したレーザ光は、アキシコン５
を介してビームスプリッタ４で反射されて同心の輪帯状
光検出器アレイ１４に導かれるようになっている。ここ
では、図３に示す同心の輪帯状ホログラムレンズアレイ
１５および光検出器アレイ１６を、図１に示す輪帯状光
検出器アレイ１４の位置に配置する。同心の輪帯状ホロ
グラムレンズアレイ１５は、図１に示した輪帯状光線束
１５０，１５１および１５２の輪帯中心軸と、同心の輪
帯状ホログラムレンズアレイの軸心が合致し、かつ輪帯
状光線束１５０，１５１および１５２と直交するように
配置される。同心の輪帯状ホログラムレンズアレイを構
成する輪帯状ホログラムレンズは、図３に示すようにＹ
軸方向に各々２分割されて、例えば１５１Ａ，１５２
Ａ，１５３Ａ，１５４Ａ，１５５Ａ，１５１Ｂ，１５２
Ｂ，１５３Ｂ，１５４Ｂ，１５５Ｂのように配置され
る。

【００１９】次に、光検出器アレイ１６の配置について
説明する。図３に示すＸＸ軸とＹＹ軸は各々Ｚ軸と直交
しており、このときＸＸ軸とＹＹ軸により構成されるＸ
Ｘ−ＹＹ平面を定義する。さらに、ＸＸ−ＹＹ平面上
に、ＹＹ軸と平行でＹＹ軸と線対称な位置にＹＹ１軸と
ＹＹ２軸を定義する。光検出器アレイ１６を構成する光
検出器は、例えば次のように配置される。すなわち、図
３（ａ）に示すように１６１ａ，１６２ａ，１６３ａ，
１６４ａ，１６５ａはＹＹ１軸上に直列に、また、１６
１ｂ，１６２ｂ，１６３ｂ，１６４ｂ，１６５ｂは図３
（ｂ）に示すようにＹＹ２軸上に直列に各々配置され
る。

【００２０】ここで、必要な信号成分、すなわち輪帯状
光線束１５０に重畳された信号のみを受信し、その他の
不要な信号成分、例えば輪帯状光線束１５１や１５２に
重畳された信号を除去する方法を説明する。第２の実施
の形態では、図３に示す同心の輪帯状ホログラムレンズ
アレイ１５および光検出器アレイ１６を、図１に示す輪
帯状光検出器アレイ１４の位置に配置するようにしてい
るので、輪帯状光線束１５０は輪帯状ホログラムレンズ
１５４Ａと１５４Ｂに入射する。同様に、輪帯状光線束
１５１は輪帯状ホログラムレンズ１５３Ａと１５３Ｂ
に、輪帯状光線束１５２は輪帯状ホログラムレンズ１５
５Ａと１５５Ｂにそれぞれ入射することになる。

【００２１】そして、輪帯状光線束１５０のうち、輪帯
状ホログラムレンズ１５４Ａに入射した部分は、集光お
よび偏向されて光検出器１６４ａに入射し、輪帯状ホロ
グラムレンズ１５４Ｂに入射した部分は、集光および偏
向されて光検出器１６４ｂに入射する。同様に、輪帯状
光線束１５１のうち、輪帯状ホログラムレンズ１５３Ａ
に入射した部分は、集光および偏向されて光検出器１６
３ａに入射し、輪帯状ホログラムレンズ１５３Ｂに入射
した部分は集光および偏向されて光検出器１６３ｂに入
射する。また、輪帯状光線束１５２のうち、輪帯状ホロ
グラムレンズ１５５Ａに入射した部分は集光および偏向
されて光検出器１６５ａに入射し、輪帯状ホログラムレ
ンズ１５５Ｂに入射した部分は集光および偏向されて光
検出器１６５ｂに入射する。光検出器に入射した光信号
は光電変換されて、電気信号に変換される。したがっ
て、光検出器１６４ａおよび１６４ｂから出力される電
気信号のみを、再生信号として抽出すれば良い。

【００２２】ところで、光ディスク７に反りが発生し、
光記録媒体面１３が板厚方向に変動すると、必要な信号
成分を重畳した輪帯状光線束１５０は、その輪帯径が変
化することになり、輪帯状ホログラムレンズ１５４Ａ，
１５４Ｂには入射せず、同心の輪帯状ホログラムレンズ
アレイ１５を構成する他の輪帯状ホログラムレンズアレ
イに入射することになるのは、図１の場合と同様であ
る。したがって、再生信号を検出するためには、輪帯状
光線束１５０が同心の光検出器アレイ１６を構成する光
検出器のうち、どの光検出器に入射したかを検知する必
要がある。

【００２３】その方法を、先にも参照した図２により説
明する。図２は光学記録媒体面上のベッセルビーム断面
強度分布を示す例である。図２に見られるようにベッセ
ルビームのメインローブのピーク強度は、複数存在する
ベッセルビームのサイドローブのピーク強度よりも高く
なっており、したがって、輪帯状光線束１５０に重畳さ
れる信号の変調強度は他の輪帯状光線束１５１または１
５２よりも大きな値をとるので、光検出器アレイ１６を
構成する全光検出器から出力される電気信号のうちで最
も変調強度の大きい信号を抽出することにより、必要な
信号成分を再生できる。

【００２４】さらに、光ディスク７に偏心が発生し光記
録媒体面１３が半径方向に変動するとトラッキングエラ
ーが生じるのも図１と同様であるが、このトラッキング
エラーの検知方法について以下に説明する。上記方法に
より、輪帯状光線束１５０が光検出器アレイ１６を構成
する全光検出器のうち、どの輪帯状光検出器に入射した
かを検知して、それが光検出器１６４ａ，１６４ｂだと
する。このとき、各々の出力電気信号の変調強度が等し
ければ、ベッセルビームのメインローブはトラック上に
位置し、異なる場合は、出力電気信号の変調強度が低い
光検出器の位置する方向にトラックずれを起こしている
ことになる。このトラッキングエラー信号により、アキ
シコン５を光ディスク７の半径方向への位置決めを電磁
コイル等によりフィードバック制御することで、精度良
く光記憶媒体情報の再生を行なうことができる。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、光ディスクの記録，
再生，消去を行なう光学ヘッド装置に、焦点深度が記録
媒体の記録面が変動する範囲よりも十分深いベッセルビ
ームを使用すること、同心の輪帯状光検出器アレイまた
は同心の輪帯状ホログラムレンズアレイと光検出器アレ
イとを組み合わせて光信号を受信することで、機械的な
焦点合わせ機構を用いることなく、光ディスクの記録情
報をＳ／Ｎ良く再生する光ヘッドを提供することが可能
となる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図２】ベッセルビームの強度分布説明図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態を説明するための
部分構成図である。

【図４】光ヘッド装置の従来例を示す構成図である。

【図５】図４で用いる光検知器の構成図である。

【図６】提案装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、２…コリメータレンズ、３…回折格
子、４…ビームスプリッタ、５１…対物レンズ、７…光
ディスク、８…集光レンズ、９…光検知器、１０…円筒
レンズ、１１…光ディスク表面、１２…光透過性基板、
１３…光学記録体面、１４…輪帯状光検出器アレイ、１
５…輪帯状ホログラムレンズアレイ、１６…光検出器ア
レイ、１５０，１５１，１５２…輪帯状光線束。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進藤 洋一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を光記録媒体上に集光する光学
   素子と、光記録媒体で変調され光記録媒体面から反射し
   た光信号を検知する光検知器とからなり、前記光記録媒
   体上に集光された光ビームは、零次のベッセル関数型の
   光強度分布を形成し、その焦点深度を記録媒体の記録面
   が変動する範囲よりも十分深くすることにより、焦点合
   わせのための機械的機構を省略可能にした光学ヘッド装
   置において、 前記光検知器が同心の輪帯状光検知素子アレイからなる
   ことを特徴とする光学ヘッド装置。
2. 【請求項２】 前記輪帯状光検知素子アレイが径方向に
   分割されていることを特徴とする請求項１に記載の光学
   ヘッド装置。
3. 【請求項３】 レーザ光を光記録媒体上に集光する光学
   素子と、光記録媒体で変調され光記録媒体面から反射し
   た光信号を検知する光検知器とからなり、前記光記録媒
   体上に集光された光ビームは、零次のベッセル関数型の
   光強度分布を形成し、その焦点深度を記録媒体の記録面
   が変動する範囲よりも十分深くすることにより、焦点合
   わせのための機械的機構を省略可能にした光学ヘッド装
   置において、 前記光検知器が複数個の光検知素子アレイと、同心の輪
   帯状のホログラムレンズアレイとからなることを特徴と
   する光学ヘッド装置。
4. 【請求項４】 前記輪帯状のホログラムレンズアレイが
   径方向に分割されていることを特徴とする請求項３に記
   載の光学ヘッド装置。