JPS6117232A - 光ヘツド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、情報担体の情報記録面に光を照射し、情報の
検出又は記録を行なう光ヘッド装置に関し、特に小型・
軽量で量産に適した光ヘッド装置に関するものである。

従来、光ヘッド装置は例えば第１図に示すように構成さ
れていた。ここで、レーザ光源１から射出した発散光束
は、コリメータレンズ２に入射して平行光束となシ、偏
光ビームスプリッタ３に入射する。ここで偏光ビームス
プリッタ３は、特定の方向に振動面を有する直線偏光を
ほぼ１００％透過し、これに直交する方向に振動面を有
する直線偏光をほぼｉｏｏ＊反射する特性を有している
。

この偏光ビームスプリッタ３を透過した直線偏光はλ／
４板４を通過して円偏光とな９、対物レンズ５によって
情報担体の基板６上に設けられた情報記録面７に集光さ
れ、スポット径１μｍ前後のスボ・ｙ）を形成する。ま
た、この情報記録面７によって反射された光束は、対物
レンズ５を通って平行光束となシ、λ／４板４を通過し
て入射時とは振動面の方向が直交する直線偏光となシ、
偏光ビームスプリ・ツタ３に再び入射する。ここで、偏
光ビームスプリッタ３は、前述の様な特性により光分割
器として働き、情報記録面７からの反射光を反射して入
射光と分離せしめ、センサーレンズ８及びシリンドリカ
ルレンズ９を介して収束光束として光検出器１０に導び
〈。

この様な光ヘッド装置を用いて情報を記録する場合には
、情報信号に従ってレーザ光源１を駆動し、情報記録面
７への入射光を変調せしめる事によって行なう。また情
報を検出する場合には、無変調の光を凹凸のビット或い
は反射率の変化等によって情報が記録された情報記録面
７に照射し、この記録情報によって変調を受けた反射光
を光検出容重０で検出し、情報を再住する。

また、光ヘッド装置においては、情報記録面に高密度に
情報を記録し、高密度に記録された情報を検出する為に
、光源からの光を常に情報記録面に合焦させるオートフ
ォーカシングが行なわれている。第１図示の装置は公知
の非点収差法を用いた例を示す。シリンドリカルレンズ
９は１反射光に非点収差を生じさせる。又、光検出器１
０はその受光面が４つに分割されていて、情報記録面７
が対物レンズ５の合焦位置にあるとき、即ち光スポット
が情報記録面７上で１μｍ程度の所定の大きさに絞力込
戸れているときには、光検出器ｌ。

上で円形の光量分布が生じる様に配置されている。

この結果情報記録面７が対物レンズ５の焦点位置から前
後に移動すると、光検出器１０上の光量分布は夫々長軸
方向が直交した長円形に変化する。

従って光検出器１０の各々の受光面の出力を比較して前
記光量分布の変化を検出する事により、フォーカスエラ
ー信号が得られ、このフォーカスエラー信号に従って不
図示のアクチュエータで対物レンズ５を光軸方向に移動
せしめる事によってオートフォーカシングが行なわれる
。

しかしながら、上述のような従来の光ヘッド装置におい
てはセンサーレンズ等が必要であシ、装置の小型化、低
価格化の障害となっていた。また、光検出器によって良
好な信号を得る為には、前記センサーレンズ等の光学素
子を検出光の光軸に対して正確な位置及び角度に置かね
ばならず１組立調整を繁雑にしていた。

また、上記センサーレンズ等が不要な光ヘッド装置が特
開昭５９−８１４５号に提案されている。

この装置は前述のようなプリズムタイプのビームスプリ
ッタの接合面を曲面とし、凹面鏡として集光作用を持た
せたものである。しかし、この装置て組み立てねばなら
ず、量産に適していない欠点があった。更に、ビームス
プリッタの接合面には偏光依存性の反射膜を設けるが、
接合面を球面或いは円筒面とした場合には、この反射膜
への光の入射角が場所によって異なシ、偏光特性が変化
してしまう。従って、このような構成では厳密な偏光依
存性は望めない。

本発明の目的は、小型、安価で量産性に優れ。

且つ光学調整が簡単な光ヘッド装置を提供する事にある
。

本発明の上記目的は、光ヘッド装置の光分割器を、レン
ズ作用を有する回折格子から形成する事によって達成さ
れる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第２図は１本発明の光ヘッド装置の第１実施例を示す概
略構成図である。半導体レーザ１１から出射した光は、
コリメータレンズ１２により平行光束となシ、光分割器
１３に入射する。この光分割器１３は、２枚の平行平板
１４．１６と、その間に挾持された回折格子１５（！：
から構成されてしる。この回折格子は、その回折効率が
Ｓ偏光に対してははは１００％１Ｐ偏光に対してはほぼ
０チとなるように形成されている。また、半導体レーザ
１１からの光は光分割器に対してＰ偏光となるように設
定されて因る。従って、この入射光はほとんど回折され
ずに透過しλ／４板１７に向かう。

λ／４板１７を通過した光は、円備光となシ、対物レン
ズ１８によって情報担体の基板１９を介して情報記録面
２０に径１μｍ前後のスポットに集光される。情報記録
面２０で反射された光束は、対物レンズ１８を通って平
行光束となシ、再びλ／４板１７を透過して入射時とは
直交する方向に振動するＳ偏光となって光分割器１３に
入射する。この反射光２１は光分割器１３中の回折格子
１５によって回折されて回折光２２となシ平行平板中を
全反射を繰シ返しながら導波し、光検出器２３に入射す
る。ここで、情報を記録する場合には、情報信号に従っ
てし〜ザ光源１１を駆動し、情報記録面２０への入射光
を変調せしめる事によって行なう。また情報を検出する
場合には、無変調の光を情報記録面２０に照射し、そこ
に記録された情報に従って変調を受けた反射光を光検出
器２３で検出し、情報を再生する。

第２図示の光分割器１３を半導体レーザ側から見た図を
第３図に示す。本実施例の回折格子は第３図紙面内にパ
ワーを持つレンズ作用を有しておシ１回折光２２は集光
されて光検出器２３に導かれる。

本発明において、レンズ作用とは、回折格子に入射する
光の波面形状を変化させて回折し、回折光を発散或いは
収束せしめる事を指し、回折格子にセンサーレンズ、シ
リンドリカルレンズなどの働きを合わせ持たせるもので
ある。光検出器２３は１図の様に、その受光面が４つに
分割されている。また、この受光面における光量分布は
、前述の情報記録面上のスポットの合焦状態に応じて変
化す゛る。例えば、対物レンズ１８の焦点位置が記録面
２０に一致しているときには、反射光２１は平行光とな
、カ、回折光２２は第３図の実線のようになって、光検
出器２３に２２ｂに示す形状で入射する。また、対物レ
ンズ１８が記録面に近すきすぎた或いは遠ざかシすぎた
場合には、反射光２１は発散光或いは集束光となシ１回
折光２２は第３図にお、いて夫々一点鎖線或いは破線の
ようになって１元検出器２３上で夫々２２ｃ或いは２２
ａに示す形状となる。このような光束形状の変化を利用
してフォーカスエラー信号を検出する原理を以下に詳し
く説明する。

第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は４分割光検出器２３を
光の入射側から見た図で（ｂ）は合焦状態、（ａ）、（
ｃ）は焦点外れ状態を示す。ここで、２３ａ　、２３ｂ
　、２３ｃ　、２３ｄは夫々分割された受光面を示し、
入射光束の形状は上述のように、２２ａ、２２ｂ、２２
ｃと変化する。受光面２３ａ、２３ｂ、２ａｃ、２３ｄ
からの出力を夫々Ｉ　ａ　ｔ　Ｉ　ｂ　ｒ　Ｉ　ｃ　＊
　Ｉ　ｄとすると、第５因（ａ′″）に示すような電気
系で （Ｉｂ十Ｉｃ）−（Ｉａ＋Ｉｄ） なる演算を行なう事によって、差動増幅器２４の出力端
子２５には、第５図（ｂ）に示す様なフォーカスエラー
信号が得られる。第５図（ｂ）において横軸は合焦位置
を零としたときの対物レンズと記録面との距離（フォー
カス誤差）を示し、縦軸は信号出力を示す。得られたフ
ォーカスエラー信号に従い、不図示のアクチュエータを
介して対物レンズ１８或いは光ヘッド全体を入射光の光
軸に沿ってディスクに対して動かすことにより、オート
フォーカスが可能となる。

次に、第２図示の実施例におけるオートトラッキングの
原理を説明する。第６図（ａ）、（ｂ）。

（ｃ）のように情報担体の基板１９に溝１９ａが形成さ
れているとすると、対物レンズ１８により。

入射光束はこの溝１９ａの近傍に集光される。ここで（
ｂ）は、目的の溝の上にスポットが生じている状態、（
ａ）、（Ｃ）は夫々溝に対してスポットが右または左に
生じている状態を示す。この基板１９上の記録面２０で
反射される光束は溝１９ａでの回折或いは散乱によるト
ラッキング悄゛報を含む。第２図示の゛光検出器２３で
、前記反射光を受けると、受光面２３ａ、２３ｂ、２３
ｃ。

２３ｄで受ける光量は、前述の第６図（ａ）。

（ｂ）、（Ｑ）の状態に応じて、夫々第７図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）のように変化する。従って第８図（ａ）
に示すような電気系で、 （Ｉａ＋Ｉｂ）−（ＩＣ＋Ｉｄ） なる演算を行なう事によって、差動増幅器２６のにおい
て、横軸はトラッキング誤差、縦軸は信号出力を示す。

得られたトラッキングエラー信号に従って、不図示のト
ラッキングアクチュエータを駆動し、対物レンズを光軸
に垂直に移動させる等ノ方法で、オートトラッキングが
可能となる。尚。

とζで基板１９に予め案内トラ・ンクとしての−が形成
されている場合を説明したが、記録面２０に記録された
情報を検出する場合には、このような溝がなくても、記
録された信号列（記録トラック）とスポットとの位置関
係に応じて、光検出器２３上の光量分布にアンバランス
が生じる。従って。

このような場合でも、第８図１（ａ）のように光検出器
２３の各受光面の出力を演算することにより。

同様にトラッキング信号が得られる。

上記の実施例でもわかるように１本発明においては、光
分制器自体がレンズ作用を有している為。

センサーレンズ等が不要で、光ヘッド装置を小型に構成
できる。また、光学調整は光分割器と光検出器の間のみ
で行なえば良い為、非常に簡単になる。

第９０は１本発明に用いる回折格子の構造を、模式的に
あられしたものである。第・９図（ａ）は体積型回折格
子を用いた光分割器３１の部分断面図である。回折格子
３３は、平行平板から成る基板３２及び３４の間に挾ま
れ、屈折率の低い層３＋５１と屈折率の高い層３６とか
ら構成されている。情報記録面からの入射光３７は、こ
の回折格子３３により回折されて回折光３８となる。回
折格子３３が入射光３７に対してブラッグ条件を大略満
足している場合には１回折光３８は特定の回折方向に大
半のエネルギーが集中する。また、入射光３７と回折光
３８のなす角が直角に近いときには、この回折効率は光
束の偏光状態の影響を大きく受け、Ｐ偏光には１００％
の透過率を有し、Ｓ偏光には１００％近い回折効率を有
する。

第９図（ａ）のような回折格子３３は１重クロム酸ゼラ
チン等の体積型ホログラム感材を用いて作製される。例
えば、基板上に前述の感材を一様な厚さに形成し、これ
にン同一レーザからの光束を分割した後、所定の角度で
重ね合せる事によって生ずる干渉縞を露光し、更に現像
処理する事によって回折格子が形成される。

第９図（ｂ）は、本発明に用いられる光分割器４１の他
の構成例を示す部分断面図である。平行平板４２．４３
に挟持された回折格子４４は、適当な反射特性１例えば
偏光ビームスプリッタ特性を有する反射膜６０を、凹凸
を持ったｉｔぼ同一の屈折率を有する層５４．５５で挟
んだ形状をしている。従って、Ｐ偏光として入射する直
線偏光５６に対しては、この回折格子４４は何の作用も
せずに、単なる平行平板としてふるまい、またＳ偏光と
して入射する直線偏光５７に対しては反射鏡として働き
、回折光５８を生ずる。

第９図（ｂ）のような回折格子４４は、フォトレジスト
等のレリーフ型の感光材料に適当な光学系を介して格子
パターンを露光し、現像する事によって作製できる。ま
た他に機械的に金型を加工し、インジェクション、コン
プレッション、薄層コピー等の方法で基板となる層に転
写する方法や。

基板を直接切削する方法等によっても作製可能である。

本発明に用いる回折格子は光を発散或いは収束させなが
ら回折するものである赤、このようなレンズ作用を有す
る回折格子は、一般にホログラムレンズ等で良く知られ
ているように簡単に得る事が出来る。例えば、第１０図
のように回−折格子の各々の傾斜面を所定の軸を中心と
した円錐形に形成する事によ）％格子の配列方向を含む
面内においてパワーを有す、る回折格子が得られる。ま
た、格子のピッチを徐々に変化させて′形成すると、回
折角が場所によって異なシ、入射光と回折光を含む面内
においてパワーを有する回折格子が得られる。当然、こ
れらを組み合せて、２次元的なレンズ作用を持たせても
良い。

第１１図は、第１０図示のような回折格子を光学的な手
段を用いて作製する方法を説明する図である。第１１図
において、同一のレーザ光源から発し、不図示の光学系
によって分割された平行光束６１と６２は、夫々回転軸
６５を共有する円錐ミラー６３．６４に回転軸６５に平
行に入射する。

各々の円錐ミラーで反射された２つの光束は、回転軸６
５上に焦線を有する円錐波面となシ、基板６６上のホロ
グラム感材６７に入射する。このときに、感材面上の領
域６８に生ずる干渉縞は、三次元的に円転軸６５を回転
中心とした円′鋪形となる。従って、このように露光さ
れた干渉縞を現像処理するととにより、第１０図に示し
たような集束作用を持つ回折格子が形成される。

本発明に用いる光分割器は、大きな基板上に複数個まと
めて加工し、これを切シ出す事によって簡単に作製する
事が出来る。また、前述のように母型からの転写によっ
て作製する場合には、特に量産に適し、作製コストも低
減できる。また１本発明のような回折格子は様々に設定
される回折光の集束或いは発散作用を、作製上の困難さ
を生ずる事なく実現できるので、安価に非球面レンズと
同様の作用を得ることも出来る。更に１本発明の光分割
器は、入射光が回折格子の傾斜面に場所によらず一定の
角度で入射する為、プリズムの接合面に曲率を持たせた
従来例のよりに、光線の入射位置によって偏光特性が異
なると論う事もな“−０第１２図は１本発明の第２笑施
例を示す概略構成図である。半導体レーザ７１からのＰ
偏光光束は、光分割器７２をそのまま透過し、コリメー
タレンズ７６によって平行光朱となる。光分割器７２は
、平行平板７３及び７５とその間に挟置された回折格子
７４から成＃）、この回折格子７４は、第１実施例と同
様にＳ偏光に対しほぼ１００チの回折動域を示し、Ｐ偏
光に対してはほぼ０チの回折効率を示す。コリメータレ
ンズ７６からの光束はλ／４板７７で円偏光となシ、対
物レンズ７８によって情報担体の基板７９を介して情報
記録面８０に集光される。−情報記録面８０で反射され
た光束は、入射光路を逆進し、λ／４板７７を通過して
Ｓ偏光とな）、光分割器７２の回折格子７４で回折され
て光検出器８１に導かれる。本実施例においても、情報
の記録、再生は第１実施例と同様にして成される。

ここで１回折格子７４は反射光束に対し強い凹レンズの
働きを示し、コリメータレンズ７６の焦点距離をのばし
て１回折光を光検出器８１に導いてＡる。本°実施例は
、この構成によって、光検出器８１上に情報記録面上の
スボしトを拡大した形で投影し、記録担体のフォーカス
ずれ或すはトラッキングずれに対して光検出器８１上の
光量分布が大きく変化する様にしている。即ち、コリメ
ータレンズ７６と回折格子７４のレンズ作用とで、凸凹
レンズを組み合せた所請テレタイプのセンサーレンズ系
を形成し、全長をコンパクトに形成した上で、高感度な
フォーカスエラー検出或すはトラッキングエラー検出を
可能にして−る。本実施例において、フォーカスエラー
検出には、公知のどのような方法を用することも出来る
が１例えば従来技術として説明した非点収差法を剛固る
場合には、光検出器８１に４分割光検出器を用い、回折
格子７４に前述の凹レンズに加えて、シリンドリカルレ
ンズの働きも合わせて持たせる事により、構成を簡略化
できる。

第１３／図は、上記第２実施例に用−られる回折格子を
作製する光学系の一例を説明する図である。

アルゴンレーザ等のレーザ光源８２から出射した光束は
、ミラー８３で反射された後、ビームスプリッタ８４に
より２分割される。ビームスプリッタ８４により反射さ
れた光束は、ミラー９５で反射された後、顕微鏡対物レ
ンズ９６によって光束幅を広げられ、結像レンズ９７に
よって集束光となった後、傾けて置かれた平行平板９８
により必要な球面収差、コマ収差を有する光束９９とな
ル。

基板１００上のホログラム感材１０１に入射する。

一方、ビームスプリッタ８４を透過した光束は。

きラー８５で反射された後、顕微鏡対物レンズ８６％結
像レンズ８７＆Ｃよシ収束光束となシ、シリンドリカル
レンズ８８によって非点収差を与えられる。

この光束８９はホログラム感材１０１に入射し、前述の
光束９９と干渉して、この感材に干渉縞を露光する。こ
の感材を現像することによって第２集施例のよ鼻な回折
格子が得られる。上記の様に光束８９及び９９には、最
適な収差が与えられている為、得られた回折格子は、使
用状態において全面に亘シブラック条件を満足したもの
となシ、所望の特性を示す。

本発明は、前述の実施例′に限らず種々の変形が考えら
れる。例えば実施例では光分割器からの光束を直接光検
出器に導く構成としたが１回折格子のレンズ作用と、光
分割器の端面或いは外部に設けられたレンズとの組み合
せによって光検出器に光束を導くようにしても良−０ま
た、本発明は光磁気記録を読み取る場合にも用いること
が出来る。

例えば、第２図示の構成で、λ／４板１板金７シ除き、
光検出器２３の直前に検光子を置く、或いシス／４板１
７をファラデー素子に置換する等によって検出が可能と
なる。

以上説明したように、本発明は従来の光ヘッド装置にお
いて、光分割器をレンズ作用を有する回折格子としたの
で、 １）七ンサ〜レンズ等を省略でき、装置を小型化。

低価格化する ２）装置の光学調整を簡単にする 等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光ヘッド装置の構成を示す概略図、第
２図は本発明に基づく光ヘッド装置の第１実施例を示す
概略構成図、第３図は第２図示の光分割器を半導体レー
ザ側から見た図、第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々
フォｉカス誤差による光検出器上の光量分布の変化を示
す図、第５図（ａ）、（ｂ）ｆｉ夫々フォーカス誤差検
知の電気系及びフォーカス玉う−信号を示す図、第６図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々記録面における光スポッ
トの位置変動を示す図、第７図（ａ）。 （ｂ）、（ｅ）は夫々光検出器上の光量変化を示す図、
第８図（ａ）、（ｂ）は夫々トラッキング誤差検知の電
気系及びトラッキングエラー信号を示す図、第９図（ａ
）、（ｂ）は夫々本発明に用いられる回折格子の構成例
を示す略断面図、第１０図は回折格子の傾斜面の様子を
示す斜視図、第１１図は回折格子の作製法の一例を説明
する図、第１２図は本発明の第２実施例の構成を示す概
略図、第１３図は第２実施例に用いられる回折格子の作
製法を説明する図である。 １１・・・・・・半導体レーザ。 １２・・・・・・コリメータレンズ。 １３・・・・・・光分割器。 １４．１６・・・・・・平行平板、　　１５・・・・・
・回折格子、１７・・・・・・λ／４板、　　　　１８
・・・・・・対物レンズ。 １９・・・・・・基板、　　　　　　２０・・・・・・
情報記録面。 ２１・・・・・・反射光％　　　　　２２・・・・・・
回折光、２３・・・・・！、、光検出器。 ２ρ （θ）　　　　　（ｂ）　　　　　（Ｃ）ｚ３々ｚ３ｃ
　　　　２る２３己　　２る　２３ｃ刀　５図 （（１’） （ｂ） 第　６図 （乙こ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
ｂ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｃ）第７
図 ｔｏ−）（ｂｖ　　　　　　　　ｔｃ）２３ｂ　２３（
：　　　　　　；Ｉｌｌ、２．３ｃ　　　　　　　どσ
ｋ　ご３Ｃ第８図 第　２　図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）情報記録面に光を入射せしめるとともに、前記情
   報記録面からの反射光を前記入射光の光路中に配された
   光分割器により光検出器に導き、情報の検出又は記録を
   行なう光ヘッド装置において、前記光分割器は、前記反
   射光を回折し波面形状を変化させて前記光検出器に導く
   、レンズ作用を有する回折格子から成る事を特徴とする
   光ヘッド装置。