JPS61269233A - 光情報処理装置 - 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】 発明の要約 半導体レーザ等の光源からの拡散する光を透明な基板の
一方の面に対してほぼ垂直方向に投射し、基板上に形成
されたオフ・アクシス・レンズ手段によりこの投射光を
基板の他方の面から３つに分離して斜め上方に出射させ
かつ３つの異なる位置に集光させる。集光した光のうち
光ディスク等で反射して戻ってくる光が基板上に形成さ
れた受光手段によりそれぞれ受光される。

発明の背景 （１）発明の技術分野 この発明は、半導体レーザなどからのレーザ光を集束し
、光ディスクの情報記録部に照射し、その反射光の強度
変化にもとづいて光ディスクの情報を読取る光ピツクア
ップ装置で代表される光情報処理装置に関する。

（２）従来技術の説明 近年、高記録密度の光ディスク・メモリが実用化される
にともない、高性能かつ小型軽量の光ピツクアップ装置
の開発が期待されている。

従来の光ピツクアップ装置の主要部は光学系と駆動系と
から構成されている。

光学系は基本的には、レーザ光を集束レンズで光ディス
クの情報記録部上に集光し、光ディスクからの反射光を
フォトダイオードで電気信号に変換する機能をもってお
り、光デイスク上の記録情報による反射光の光量変化が
電気信号として取出される。

光学系は、それらの作用によって、光ディスクに照射さ
れる光と光ディスクからの反射光とを分離するアイソレ
ータ光学系、光ディスクに照射される光を１μｍ径程度
のスポットに集束させるビーム集光光学系、およびフォ
ーカシング・エラーやトランキング・エラーを検出する
ためのエラー検出光学系に分けられる。これらの光学系
は、光源としての半導体レーザ、各種レンズ類、プリズ
ム類２回折格子、ミラー、１／４波長板、フォト・ダイ
オードなどの素子を適宜組合せることにより構成される
。

駆動系には、フォーカシング駆動系、トラッキング駆動
系およびラジアル送り駆動系がある。

フォーカシング駆動系は、集束レンズで集光された光ビ
ームが光デイスク面に正しいスポットを形成するように
、集束レンズと光デイスク面との距離を適切に保つため
の機構である。集束レンズをその先軸方向に動かして調
整するものが最も一般的である。

トラッキング駆動系は、レーザ・スポットが光ディスク
のトラックから脱線しないように追従させるための機構
である。この機構としては、集束レンズを光軸と垂直方
向に動かして調整するもの、光ピックアップ会ヘッド全
体を光ディスクの半径方向に動かして調整するもの　１
−ＩＪ動ミラー（ビボッティング・ミラー）により集束
レンズへの入射光の角度を調整するものなどが一般的に
用いられている。

ラジアル送り駆動系は、光ピツクアップ・ヘッドを光デ
ィスクの半径方向に送る機構であり、これには一般にリ
ニア・モータが使用される。

このような従来の光ピツクアップ装置は２次のような欠
点をもっている。

光学系が曳雑で光軸合わせかめんどうであるとともに、
振動により光軸がずれやすい。

部品点数が多く１組立てに時間がかかり生産性が悪い。

光学部品が高価であるために全体としても高価になる。

光学部品が大きいために光ピツクアップ装置も大型とな
り、光学部品を保持する機構も必要であるから全体とし
て重くなる。

発明の概要 （１）発明の目的 この発明は、小型かつ軽量でしかも簡単な構成の光情報
処理装置を提供することを目的とする。

（２）発明の構成、および効果 この発明による光情報処理装置は、使用される光に対し
て透明な基板、拡散する光を基板の一方の面に対してほ
ぼ垂直に投射する光源、投射された光を基板の他方の面
から斜め上方に３つに分離して出射させかつ３つの異な
る位置にそれぞれ集光する基板に設けられたレンズ手段
、および斜め上方から反射してくる光をそれぞれ受光す
るための基板に設けられた受光手段を（Ｑしていること
を特徴とする。

この発明においては、光学部品としてのレンズ、プリズ
ム、回折格子、ミラー、１／４波長板等が用いられてい
ないので、装置の小型化、軽量化を図ることができる。

とくに、基板からレーザ光を斜め」二方に出射させかつ
斜め上方からの反射光を受光するようにしているから、
従来の光ピツクアップ装置の光学系に必要であったアイ
ソレータ光学系を省略することができる。さらにこの発
明においては、光源からの光を基板の一面に投射し、基
板を厚さ方向に透過させて基板の他面から出射させてい
るので、基板上に先導波路を作成する必要がなく、構成
がきわめて簡素となり、その作製も容易となる。しかも
、３つの光ビームをそれぞれ異なる位置に集光させてい
るから、中央の光ビームを情報ピックアップ兼フォーカ
シング・エラー検出用１両側の２つの光ビームをトラッ
キング・エラー検出用に用いることができるので。

フォーカシング、トラッキングの適切な調整が可能であ
る。

実施例の説明 （１）光ピツクアップ・ヘッドの構成の概要第１図は光
ピツクアップ・ヘッド９の構成を示している。基台ｌＯ
上に適当な支持部材１９を介して基板１１が設けられか
つ固定されている。基板１■は使用される光、すなわち
半導体レーザ１２の出力光に対して透明な材料、たとえ
ばガラスで形成される。

基板１１の裏面の一部にはオフ・アクシス（ｏｒｒ−ａ
ｘｉｓ）グレーティング・レンズ１３が形成されている
。このグレーティング・レンズ１３と対面する位置にお
いて基板１１の表面にはグレーティング１４が形成され
ている。グレーティング・レンズ１３の下方には光源と
しての半導体レーザ１２が配置され。

適当な手段（図示略）により基台ＩＯ上に固定されてい
る。グレーティング・レンズ１３は下方の半導体レーザ
１２から出射しかつ広がりながらレンズ１３に達した光
を基板１１を透過したのち基板１■の上面から斜め上方
に出射させるとともに、２次元的に集光（フォーカシン
グ）するものである。グレーティング１４は、レンズ１
３によって集光されながら基板１１を透過して斜め上方
に出射しようとする光を３つのビームに分けるものであ
る。すなわち。

このグレーティング１４によって光のラマン−ナス回折
が起る。透過光（０次波）は点Ｐ１に集光するが、＋、
−１次回折波は点Ｐ１の両側の点Ｐ２、Ｐ３にそれぞれ
集光する。これらのレーザ・スポットＰ１〜Ｐ３の径は
１μｍ程度であり間隔は２０μｍ程度である。中央のレ
ーザ・スポットＰ■は光ディスクの情報の読取りおよび
フォーカシング・エラー検出用であり１両側のレーザ・
スポットＰ、Ｐ３はトラッキング・エラー検出用である
。これらのスポットＰｌ−Ｐ３は同一平面上（先ディス
クの情報記録面）に焦点を結んでおり、かつほぼ−直線
状に並んでいる。

グレーティング１４は基板１１の一側に対しである角度
θだけ傾いている。したがって、スポットＰ　　、Ｐ　
２およびＰ３を結ぶ線も基板１１の上記−■ 側に平行な線（光ディスクのピット８２の方向）に対し
て傾いている。しかしながら、光ピツクアップ・ヘッド
９全体をピット８２の方向（光ディスクの円周の接線方
向）に対して若干傾けることによりトラッキング・エラ
ーの検出が可能となるから、グレーティング１４を基板
ｌｌ上に傾けて設ける必要は必ずしもない。

基板１１上のグレーティング１４から適当な距離はなれ
た箇所に受光部３０が形成されている。受光部３０は、
光ディスクの情報記録面からの反射光を受光するための
ものであり、上述のレーザ・スポットＰ　−Ｐ３の位置
から斜め下方に反射してくる光を受光できる位置に配置
されている。

受光部３０は、５つの独立した受光素子３１〜３５から
なる。中央の受光素子３１は情報の読取り用であり、ス
ポットＰ１からの反射光を受光する。その前後にある受
光素子３２．３３はフォーカシング・エラー検出用であ
る。受光索子３１の両側にある受光素子３４．３５はト
ラッキング・エラー検出用であり、スポットｐ、ｐ３か
らの反射光をそれぞれ受光する。これらの受光素子３１
〜３５は、たとえばアモルファスＳｉを基板１１に蒸着
することにより形成されている。受光素子３１〜３５の
出力信号は、基板１１上に形成された配線パターンによ
り電極５１〜５５にそれぞれ導かれ、さらにワイヤ・ボ
ンディングにより基台ｌＯ上の電極（図示略）にそれぞ
れ導かれる。第１図において受光素子３１〜３５の共通
電極の図示が省略されている。

受光素子としてはアモルファスｓ１の他に、　ＣｄＴｅ
やＣｄＳなどを用いることができる。

光ディスクに記録された情報は１反射光の強度変化とし
て現れる。スポットＰ１の反射光が受光素子３１により
受光され、その出力信号が記録情報の読取り信号となる
。受光素子３１〜３３の和信号を読取り信号としてもよ
い。

第２図は受光部３０の他の側を示している。受光部３０
を構成する５つの受光素子３１〜３５は、基板１１とは
別体のチップ３６に形成されている。これらの受光素子
３１〜３５はたとえば、　Ｓｔチップ３６に５つの独立
したＰＮ接合（フォトダイオード）をつくることにより
形成される。受光部チップ３６は基板１１１−に１妾着
されている。

（２）オフ・アクシス集光レンズ 第３図および第４図は主にグレーティング・レンズ１３
の構成を示すものである。このグレーティング・レンズ
１３は、電子ビーム◆リソグラフィにより作製すること
ができる。すなわち、ガラス基板１１上（１ｊｉ面）に
導電性膜１６を形成しその上に電子ビーム・レジストを
一様に塗布する。そして。

コンピュータにより制御された電子ビーム描画装置によ
り所定の干渉縞パターンをレジスト上に描画する。この
後レジストを現像すればレジストの一部１７が残り、上
記干渉縞パターンの凹凸（コルゲーション）をもつグレ
ーティング・レンズ構造ができる。

−１−記の干渉縞パターンは、半導体レーザー２から出
射される拡散する光と、レンズ１３から斜めに出射され
かつ収束する光との干渉縞パターンとしてコンピュータ
によって計算される。

レジスト１７によるコルゲージジンに代えてＳｎＯや１
ｎ０２のコルゲーションを基板１１上に形成してこれを
グレーティング・レンズとしてもよい。この場合には、
これらの材料上に上述のレジスト・パターンをマスクと
して形成し、ドライエツチング技術等により上記材料の
マスクされていない部分をエツチングし、最後にレジス
ト・パターンを除去すればよい。

グレーティング１４は、−直線状に形成された凸条およ
び凹溝からなる等間隔のコルゲーションであり、グレー
ティング・レンズ１３と同じ作製方法でこれをつくるこ
とができる。

オフ・アクシス集光レンズとしては上述のグレーティン
グ・レンズに限らない。たとえば基板１１上にオプティ
カル・レンズとしての半球面状の凸部または四部を形成
してもよい。光を斜め上方に出射させるオフ・アクシス
のオプティカル・レンズであるから、その凸面または凹
面の曲率を場所に応じて変化させる必要がある。

３つのオプティカル・レンズを基板１１に形成し。

これらによってグレーティング・レンズ１３とグレーテ
ィングＩ４の両機能を達成するようにすることもできる
。

グレーティング１４を基板１１の裏面に、グレーティン
グφレンズ１３を基板１１の表面にそれぞれ形成するよ
うにしてもよい。

（３）フォーカシング・エラーの検出 光ディスクの情報記録面にはそのトラックにそってディ
ジタル情報を長さや位置によって表わすビット（くぼみ
）が形成・されている。第５図は、光ディスク８１と光
ピツクアップ・ヘッド９との位置関係、ならびにレーザ
・スポットＰ１を形成する光およびその反射光を示すも
のである。第５図は光ディスク８１の半径方向と光軸方
向とがほぼ一致している場合において光ディスク８！を
その半径方向に切断して示すものである。より分りやす
くするためにビット８２は１条しか示されていない。

グレーティングΦレンズ１３およびグレーティング１４
から出射したレーザ光（スポットＰ１を形成する光）は
光ディスク８１の情報記録面で反射して受光部３０とく
に受光索子３■で受光される。第６図は、光ディスク８
１からの反射光が受光部３０を照射するその範囲を示し
ている。（受光素子３４．３５は省略されている）。

第５図において、実線で示された光ディスク８■および
ビット８２は、光ディスク８１と光ピツクアップ・ヘッ
ド９との間の距離が最適であり、出射光の光デイスク８
１上へのフォーカシングが正しく行なわれている様子を
示すものである。このときの受光部３０における反射光
の照射領域がＱｌで示されている。この照射領域Ｑ１は
中央の受光素子３」上に位置しており、他の受光素子３
２．３３には反射光は受光されない。

光ディスク８１とピックアップ・ヘッド９との間の距離
が相対的に大きくまたは小さくなって適切なフォーカシ
ングが行なわれない場合の光ディスク８１の位置が第５
図に鎖線で示されている。光ディスク８１とピックアッ
プ・ヘッド９との間の距離が相対的に小さくなった場合
（−△ｄの変位）には１反射光の照射領域（Ｑｌｌで表
わされている）は受光索子３２側に寄る。受光素子３２
は差動増幅器７１の負側に、受光素子３３は正側にそれ
ぞれ接続されているから、この場合には差動増幅器７１
の出力は負の値を示し、この値は変位量−Δｄの大きさ
を表わしている。

光ディスク８１とピックアップ・ヘッド９との刑の距離
が相対的に大きくなった場合（＋△ｄの変位）には１反
射光の照射領域（Ｑ１２で表わされている）は受光素子
３３側に寄る。差動増幅器７１の出力は正の値を示し、
かつこの値は変位量＋Δｄを表わす。

このようにして、ピックアップ・ヘッド９からの出射光
ビームのフォーカシングが適切であるかどうか、フォー
カシング・エラーが生じている場合にはエラーの方向と
大きさが差動増幅器７【の出力から検知される。フォー
カシング・エラーが無い場合には差動増幅器７１の出力
は零である。

（４）トラッキング・エラーの検出 第７図は、光ディスク８１に形成されたピット８２と光
ピツクアップ・ヘッド９上のグレーティング１４および
受光部３０とを同一平面上に模式的に配置して示したも
のであり、いわば光ディスク８■をその面方向に透視し
て光ピツクアップ・ヘッド９をみた模式図である。差動
増幅器７２は受光素子３４゜３５との電気的接続関係を
明らかにする目的で図示されている。この図は、適切に
フォーカシングがなされているものとして描かれている
。

適切なトラッキング制御が行なわれている場合には、中
央のレーザ・スポットＰ１とピット８２の１１１方向の
中心とが一致している。他の２つのスポットＰ　　、Ｐ
　　はピット８２の両側にずれている。

スポットＰ　　、Ｐ　　はピット８２にかかつていても
よいしかかっていなくてもよいが、スポットＰ２とＰ　
のピット８２からの変位量は等しい。スポラトＰ、Ｐ３
からの反射光を受光する受光素子３４、３５は差動増幅
器７２に接続されている。

レーザ・スポットＰ１が光ディスク８１の情報記録面に
当たり、その反射光の強度がピット８２の存在によって
変調される。これには、ピット８２の１１よりもスポッ
ト・サイズの方がやや大きいのでピット８２の底面で反
射する光とビット８２以外の部分で反射する光とが存在
し、ピット８２の深さがλ／４（λはレーザ光の波長）
程度に設定されていることにより、上記の２種類の反射
光の間にπの位相差が生じて互いに打消し合い、光強度
が小さくなるという説明や、ピット８２の縁部で光の散
乱が生じこれにより受光される反射光強度が小さくなる
という説明などがある。いずれにしてもピット８２の存
在によって受光素子３１に受光される光強度は小さくな
る。他のスポットＰ２．Ｐ３の反射光を受光する受光素
子３４．３５についても同様のことがいえる。

レーザ・スポットＰｌの中心とピット８２の［１１方向
の中心とが一致している場合には、スポットＰ　のピッ
ト８２に対する変位量とスポットＰ３のピット８２に対
する変位量とは等しいので、受光素子３４．３５に受光
される光強度は等しい。したがって、差動増幅器７２の
出力電圧は零を示す。スポットＰ１がピット８２から横
方向にずれると、これにともなって他のスポットＰ　、
Ｐ　のうちの一方はピット８２から遠ざかり他方はピッ
ト８２の１１方向中心に近づく。したがって、受光索子
３４と３５とに受光される光量が異なり、差動増幅器７
２からは。

ずれの方向に応じて正または負の電圧が発生し。

かつこの出力電圧の大きさはずれの大きさを表わす。

このようにして、差動増幅器７２の出力によりビーム・
スポットＰｌが光ディスク８１のトラックに正確に沿っ
ているか、トラッキング・エラーが生じているか、それ
は左、右のどちらにどの程度ずれたエラーかが検出され
る。

（５）フォーカシングおよびトラッキング駆動機構 第８図から第１Ｏ図はフォーカシング駆動機構およびト
ラッキング駆動機構を示している。

支持板１００の一端部に支持部材１０１が立設されてい
る。この支持部材１０１の両側下端部は切欠かれている
（符号１０２）。支持板１００の他端部上力には可動部
材１０３が位置している。上下方向に弾性的に屈曲しう
る４つの板ばね　１２１．１２２の一端は支持部材＋０
１の上端両側および下部切欠き　１０２に固定されてお
り、他端は可動部材１０３の上端および下端の両側にそ
れぞれ固定されている。したがって、可動部材１０３は
これらの板ばね　１２１．１２２を介して上下方向に運
動しうる状態で支持部材１、０１に支持されている。

先ピックアップ・ヘッド９を４１置したステージ１１０
は、上部の方形枠１１２．方形枠１１２の両端から下方
にのびた両脚１１４．１１５および方形枠１１２の中央
部から下方にのびた中央脚１１３から構成されている。

方形枠１１２上に光ピツクアップ・ヘッド９が載置固定
されている。横方向に弾性的に屈曲しうる４つの板ばね
　１３１の一端は可動部材１０３の両側上、下部に固定
され、他端はステージ１１０の中央脚１１３の両側と、
下部に固定されている。

ステージ　１１０は、これらの板ばね　１３１を介して
横方向（第７図の左右方向と一致する）に、運動しうる
状態で支持されている。したがって、ステージ　１１０
は、上下方向（フォーカシング）および横方向（トラッ
キング）に移動自在である。

支持板１００．支持部材１０１．可動部材１０３および
ステージ１１０は非磁性材料、たとえばプラスチックに
より構成されている。

支持部＋４１０１および可動部材１０３の内面にはヨー
ク　１０４．　１０５が固定されている。ヨーク　１０
４は。

支持部材１０１に固定された垂直部分１０４ａと、これ
と間隔をおいて位置するもう１つの垂直部分１０４ｂと
、これらの画部分１０４ａ、　ｌ０４ｂをそれらの下端
で結合させる水平部分とから構成されている。ヨーク　
１０５もヨーク　１０４と全く同じ形状であり、一定の
間隔をおいて離れた２つの垂直部分１０５ａ、　１０５
ｂを備えている。

これらのヨーク　１０４．１０５の垂直部分１０４ａ、
　１０５ａの内面には、この内面側をたとえばＳ極とす
る永久磁石１０６がそれぞれ固定されている。そして。

ヨーク　１０４，１０５の他方の垂直部分１０４ｂ、　
１Ｑ５ｂと永久磁石１０Ｂとの間に、ステージ　１１０
の脚１１４．１１５がそれらに接しない状態でそれぞれ
入り込んでいる。

ステージ　１１０の両脚１１４，１１５のまわりにはフ
ォーカシング駆動用コイル１２３が水平方向に巻回され
ている。またこれらの脚１１４．１１５の一部には。

永久磁石■６と対向する部分において上下方向に向う部
分をりするトラッキング駆動用コイル１３３が巻回され
ている。

フォーカシング駆動機構は第９図に最もよ（示されてい
る。永久磁石１０Ｂから発生した磁束Ｈは鎖線で示され
ているようにヨーク　１０４，１０５の垂直部分１０４
ｂ、　１０５ｔ）にそれぞれ向う。この磁界を横切って
水甲方向に配設されたコイル１２３に、たとえば第９図
において紙面に向う方向に駆動電流が流されると、上方
に向う力Ｆｆが発生する。この方Ｆｆによってステージ
ＩＩＧは上方に移動する。ステージ　１１０の移動量は
コイル１２３に流される電流の大きさによって調整する
ことができる。したがって、上述した差動増幅器７１の
出力信号に応じてこの駆動電流の方向を切換えることに
より、および電流の大きさを調整するまたは電流をオン
、オフすることにより、フォーカシング制御を行なうこ
とができる。

トラッキング駆動機構は第１０図に最もよく表わされて
いる。コイル１３３の磁界Ｈを上下方向に横切って配設
された部分に、たとえば第１０図で紙面に向う方向に（
第８図で下方に向って）駆動電流を流すと、第１Ｏ図に
おいて上方に向うカ（第８図において横方向に向うカ）
Ｆｔが発生し、ステージ　１１０は同方向に移動する。

上述した差動増幅器７２の出力信号に応じてコイル１３
３に流す電流をオン、オフしたり、電流の方向、必要な
らばその大きさを調整することにより、トラッキング制
御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ピツクアップ・ヘッドを示す斜視図である。 第２図は受光部の他の例を示す斜視図である。 第３図および第４図はグレーティング・レンズを示すも
ので、第３図は断面図、第４図は平面図である。 第５図は、光ディスクと光ピツクアップ・ヘッドとの位
置関係を示す断面図である。 第６図は、受光部上におけるフォーカシング・エラーの
検出原理を示す図である。 第７図は、トラッキング・エラーの検出原理を示す図で
ある。 第８図から第１Ｏ図は、フォーカシングおよびトラッキ
ング駆動機構を示すもので、第８図は斜視図、第９図は
第８図のＩＸ−ＩＸ線にそう断面図、ｆｔ５１Ｏ図は光
ピツクアップ・ヘッドを除去して示す平面図である。 ９・・・光ピツクアップ・ヘッド、　１１・・・基板。 １２・・・半導体レーザ。 １３・・・グレーティング・レンズ。 Ｉ４・・・グレーティング、　　　　　　　３０・・・
受光部。 ３１〜３５・・・受光素子、　　　　　１０４．１０５
・・・ヨーク５１０６・・・永久磁石、１１Ｏ・・・ス
テージ。 １２１．１２２，１３１・・・板ばね。 １２３・・・フォーカシング駆動用コイル。 １３３・・・トラッキング駆動用コイル。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　　理　　人　　　牛　　久　　健　　司外１名 第２図 第５− 第３図 第４図 第９図 絡１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）使用される光に対して透明な基板、 拡散する光を基板の一方の面に対してほぼ垂直に投射す
   る光源、 投射された光を基板の他方の面から斜め上方に３つに分
   離して出射させかつ３つの異なる位置にそれぞれ集光す
   る基板に設けられたレンズ手段、および 斜め上方から反射してくる光をそれぞれ受光するための
   基板に設けられた受光手段、 を備えた光情報処理装置。
2. （２）斜め上方に出射された３つの光のフォーカシング
   調整手段、および 斜め上方に出射された３つの光のトラッキング調整手段
   、 を備えた特許請求の範囲第（１）項に記載の光情報処理
   装置。
3. （３）光源および基板が１つの基台上に設けられており
   、フォーカシング調整手段が基台を基板の面に垂直な方
   向に動かす機構であり、トラッキング調整手段が基台を
   基板の面に平行な方向に動かす機構である、特許請求の
   範囲第（２）項に記載の光情報処理装置。