JPS61269234A - 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、この一方の面上に形成
されたオフ・アクシス−レンズ手段によりこの投射光を
基板の上記一方の面から空中に斜めに出射させかつ集光
させる。集光した光のうち光ディスク等で反射して戻っ
てくる光が基板トに形成された受光手段により受光され
る。半導体レーザは上記レンズ手段と対向する位置にお
いて基板の他方の面に設けられている。

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
ーカシングやエラーやトラッキング・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、１７４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。集束レンズをその光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、光ピツクアップ・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、可
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１次のような欠
点をもっている。

光学系が複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゛に向けて
かつその面に対してほぼ垂直に基板を通して投射するた
めの、基板の他方の面に設けられた半導体レーザ、投射
された光を基板の上記一方の面から斜め上方に出射させ
かつ集光するための、半導体レーザと対向する位置にお
いて基板の上記一方の面に設けられたレンズ手段、斜め
上方から反射してくる光を受光するための基板に設けら
れた受光手段、基板の位置を上下方向に調整するフォー
カシング駆動機構、ならびに基板の位置を横方向に調整
するトラッキング駆動機構を備え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上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、光源としての半導体レーザを基板の裏面に
設け、この半導体レーザからの光を基板の表面に向けて
投射し基板の表面から出射させているので、すなわち光
を基板の厚さ方向に透過させているので基板上に光導波
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。

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ＩＯ
上に適当な支持部材１９を介して基板１１が設け６れか
つ固定されている。基板１１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表面上の一部にはオフ・アクシス（ｏｆ’ｆ’
−ａｘｉｓ）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１８と対向する位置におい
て基板１１の裏面には光源としての半導体レーザ１２が
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基板１１
を透過してレンズ１３に達した光を基板１１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。出
射したレーザ光が集光してスポット（１μｍ径程度）を
形成する点がＰで示されている。光ディスクに記録され
た情報を読取る場合には、レーザ・スポットＰが光ディ
スクの情報記録面上に位置するように、この光ピツクア
ップ・ヘッド９が配置される。

半導体レーザ【２の取付は状態が第２図に示されている
。基板１１表面に形成されたグレーティング・レンズ１
３の真下の位置において基板１１の下面には凹部１８が
形成され、この凹部１８内に半導体レーザ１２が収めら
れかつ基板１１に接着されることにより固定されている
。このように半導体レーザ１２を基板１１の下面に設け
ることにより、光ピツクアップ・ヘッド９の構成が一層
簡素になる。

基板ｌｌ上のグレーティング・レンズ１３から適当な距
離はなれた箇所に受光部２０が形成されている。受光部
２０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２０は、４つの独立した受光素子２１〜２４から
なる。受光素子２１．２２は中央に隣接して配置され、
これらの受光素子２１．２２の前後に他の受光素子２３
．２４が設けられている。これらの受光素子２１〜２４
は、たとえばアモルファスＳ１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２１〜２４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
４１〜４４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ＩＯ上の電極（図示路）にそれぞれ導かれ
る。第１図においては受光素子２１〜２４の共通電極の
図示が省略されている。　　７光デイスクに記録された
情報は１反射光の強度変化として現われるから、これら
すべての受光素子２１〜２４の出力信号の和信号または
受光素子２１と２２の和信号が記録情報の読取り信号と
なる。

受光素子としてはアモルファス８１の他に、　ＣｄＴｅ
やＣｄＳなどを用いることができる。

半導体レーザ１２の基板１１の凹部１８への位置決めは
次のようにして行なえばよい。ｘ、ｙ、ｚおよびθ方向
に微調整可能なステージに半導体レーザ１２を支持させ
かつ凹部１８に収めておき、半導体レーザ１２から出射
しグレーティング・レンズ１３により集光された光が調
整用光ディスクの面で反射するように、調整用光ディス
クに対してこの光ピツクアップ・ヘッド９を配置してお
く。調整用光ディスクからの反射光を受光部２０で受光
する。一方。

調整用光ディスク」二の光スポットのフォーカシングお
よびトラッキングが最適になったときに受光部から出力
されるであろう電圧に相当する基準電圧を発生する回路
を設けておく。受光部２０の出力電圧とこの基準電圧と
を比較し、その差が極小になるように上記ステージを動
かし半導体レーザ１２の位置を微調整する。半導体レー
ザ１２の位置が最適になったところで、たとえば瞬間接
着剤を用いて半導体レーザ１２を基板１１に固定する。

第３図は受光部２０の他の側を示している。受光部２０
を構成する４つの受光素子２１〜２４は、基板１１とは
別体のチップ２５に形成されている。これらの受光素子
２１〜２４はたとえば、Ｓｉチップ２５に４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２５は基板ｌｌ上に接着されて
いる。このチップ２５の位置決めも上述のやり方と同じ
ようにして行なわれる。半導体レーザ１２の位置を固定
しておき、チップ２５の位置を調整しながら受光部２０
の出力電圧が最大になった位置でチップ２５を固定する
。

（２）オフ・アクシス集光レンズ 第４図および第５図はグレーティング・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１８
は、電子ビーム・リン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Ｕ上に導電性膜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。

上記の干渉縞パターンは、半導体レーザ１２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によるコルゲーションに代えて５ｎ０２や
１ｎ０２のコルゲーションを基板ｌｌ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。

オフ・アクシス集光レンズとしては上述のグレーティン
グ會レンズに限らない。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）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ピット（くぼみ
）が形成されている。第６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
係を光ディスク８１をその周方向にそって切断して示す
ものである。グレーティング・レンズ１３から出射した
レーザ光は光ディスク８１の情報記録面（第６図ではピ
ット８２を含む部分）で反射して受光部２０で受光され
る。第７図は、光ディスク８１からの反射光が受光部２
０を照射するその範囲を示している。

第６図において、実線で示された光ディスク８１および
ピット８２は、光ディスク８１と光ピツクアップｌヘッ
ド９との間の距離が最適であり、出射光の光ディスク８
１．１＝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２０における反
射光の照射領域がＱで示されている。この照射領域Ｑは
中央の受光素子２１．２２」二に位置しており、他の受
光素子２３．２４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６
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（Ｑｌで表わ
されている）は受光索子２３側に寄る。受光素子２３は
差動増幅器７Ｉの負側に、受光素子２４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７」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との間の距離
が相対的に大きくなった場合（＋△ｄの変位）には９反
射光の照射領域（Ｑ２で表わされている）は受光索子２
４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７Ｉ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７Ｉの出力
は零である。

（４）トラッキング争エラーの検出 第８図は、光ディスク８１に形成されたビット８２と受
光部２０の受光素子２１．２２とを同一平面上に配置し
て示したものであり、いわば光ディスク８１をその面方
向に透視して受光素子２１．２２をみた図である。差動
増幅器７２は受光素子２１．２２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。

第８図（Ａ）は、レーザ拳ビーム・スポットＰがトラッ
ク（ビット８２）の中方向の中心上に正確に位置してい
る様子を示している。第８図（Ｂ）　（Ｃ）はスポット
Ｐがトラック（ビット８２）の左右にそれぞれ若干ずれ
、トラッキング・エラーが生じている様子を示している
。いずれの場合にも、適切にフォーカシングされている
ものとする。

レーザ・スポットＰ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ビット８２の存在によって変
調される。これには、ビット８２の巾よりもスポット・
サイズの方がやや大きいのでビット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、
ビット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、ビット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、ビット８２の存在
によって受光部３０に受光される光強度は小さくなる。

受光素子２１と２２は光軸を境として左右に分割されて
いる。レーザースポットＰの中心とビット８２の巾方向
の中心とが一致している場合には、受光索子２Ｉと２２
に受光される光量は等しく、差動増幅器７２の出力は零
である。

第８図（Ｂ）に示すように、レーザ・スポットＰがビッ
ト８２の左側にずれた場合には、受光素子２１に受光さ
れる光量の方が多くなり、差動増幅器７２からは正の出
力が発生する。逆に、第８図（Ｃ）に示すように、レー
ザ・スポットＰがビット８２の右側にずれると差動増幅
器７２には負の出力が生じる。

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Ｐが光ディスク８」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９図から第１１図はフォーカシング駆動機構およびト
ラッキング駆動機溝を示している。

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の他端部上刃には可動部
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１０
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。したがっで、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１０１に支持されている。

光ピツクアップ・ヘッド９を載置したステージ１１０は
、上部の方形枠■１２．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ｔｔａの両側上、
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８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０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。

支持部材１０１および可動部材１０３の内面にはヨーク
　１．０４，１０５が固定されている。ヨーク　１０４
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ＬＯ４ａ、　１０４ｂ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１０Ｂ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、１
０５ｔ）と永久磁石１０８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１０Ｂと対向する部分において上下方向に向う
部分を有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１Ｏ図に最もよく示されて
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１０
４ｂ、１０５ｂにそれぞれ向う。この磁界を横切りで水
平方向に配設されたコイル１２３に、たとえば第１θ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。この力Ｆｆによってステージ
１１０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１１図に最もよく表わされて
いる。コイル１３８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１１図で紙面−に向う方向に
（第９図で下方に向って）駆動電流を流すと、第１１図
において上方に向う力（第９図において横方向に向う力
）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１
３３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図は半導体レーザの配置を示す断面図である。 第３図は受光部の他の例を示す斜視図である。 第４図および第５図はグレーティング・レンズを示すも
ので、第４図は平面図、第５図は断面図である。 第６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７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８図は、トラッキング・エラーの検出原理を示す図で
ある。 第９図から第１１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９図は斜視図、第１０図
は第９図のＸ−Ｘ線にそう断面図、第１１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、１
２・・・半導体レーザ、　１３・・・グレーティング・
レンズ、１８・・・凹部、２０・・・受光部、　２１〜
２４・・・受光素子、　　１０４．１０５・・・ヨーク
、１０Ｂ・・・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４図 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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向けてかつその面に対し
   てほぼ垂直に基板を通して投射するための、基板の他方
   の面に設けられた半導体レーザ、投射された光を基板の
   上記一方の面から斜め上方に出射させかつ集光するため
   の、半導体レーザと対向する位置において基板の上記一
   方の面に設けられたレンズ手段、 斜め上方から反射してくる光を受光するための基板に設
   けられた受光手段、 基板の位置を上下方向に調整するフォーカシング駆動機
   構、ならびに 基板の位置を横方向に調整するトラッキング駆動機構、 を備えた光情報処理装置。