JPS62277635A - 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】 発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） この発明は、いわゆる光ディスク、ディジタルオーディ
オディスク、ビデオディスクなどの記録再生に用いる光
ヘッド装置に関する。

（従来の技術） ビデオディスク、ディジタルオーディオディスク、光デ
ィスク（以下では、光ディスクと総称する。）の従来の
光ヘッド装置は、第２図に示すように、光源である半導
体レーザ１と、半導体レーザ１の放射光２をコリメート
光３にするコリメーティングレンズ４と、収束レンズ５
と、ビームスプリッタプリズム６の他に、焦点誤差検出
手段とトラッキング誤差検出手段ｙを備えて構成されて
いる。

焦点誤差検出手段には種々の方式があるが、本発明の方
式と最も関連の深い方式としてウェッジプリズム方式を
あげることができる。ウェッジプリズム方式の焦点誤差
検出手段は、第２図に示すようにウェッジプリズム７及
び８と、光検出器９及び１０から成る２分割光検出器と
、光検出器１１及び１２から成る２分割光検出器とから
構成されている。ディスク面１３に対し、収束ビーム１
４が丁度焦点を結んでいる時は、ウェッジプリズムから
の光ビーム１５及び１６は各々、光検出器９及び１０の
間と、光検出・器１１及び１２の間に収束しているが、
収束ビーム１４がディスク面１３に対してデフォーカス
した時は、光ビーム１５及び１６は互に離れる方向に、
又は、互に接近する方向にデフォーカスするので、光検
出器９及び１０の差動出力、又は光検出器１１及び１２
の差動出力をとることで焦点誤差信号が得られる。

トラッキング誤差検出手段にも種々の方式があるが、本
発明の方式と最も関連の深い方式としてプッシュプル方
式をあげることができる。プッシュプル方式は、２分割
光検出器を使ってディスク面からの反射光を検出する方
式で、第２図に示す光検出器９及び１０の出力の和と、
光検出器１１及び１２の出力の和との差をとることで、
トラッキング誤差信号が得られる。なお、第２図に示し
た従来技術の光ヘッド装置は、フィリップステクニカル
レビュー（Ｐｈｉｌｉｐｓ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅ
ｖｉｅｗ）第４０巻（１９８２年発行）第６号第１５１
頁から１５６頁に詳しく述べられている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の光ヘッド装置は、実用化されているもの
でも大きさが、４０　Ｘ　４０　Ｘ　３０ｍｍ３程度あ
り、従って重量も重く、光デイスク装置全体の小型化、
軽量化あるいはスタック型大容量光ディスク実現の障害
となっている。この原因の１つは、光ディスクからの反
射光をハーフプリズム、あるいは偏光ビームスプリッタ
プリズムにより光軸を９０°曲げて、光源から分離させ
、その後方に光検知器を配置するという方法がとられて
いるため、光学系の１軸化が難しい点にある。

このような開門に対して、半導体レーザ光源の発光部に
光を戻した際、自己結合効果によって発振出力が増加す
るいわゆる５ｃｏｏｐ効果を利用した小型光ヘッドが提
案されている。

しかしながら、自己結合効果は、半導体レーザの発振現
象の不安定性であることが指摘され、ここ数年内で実用
化されたディジタルオーディオディスク、ビデオディス
クなどでは、再生信号、位置決め信号にもれ込むノイズ
として、逆にこの自己結合効果を抑制するための技術が
開発される゛にいたっている状況である。半導体レーザ
の自己結合効果は、半導体レーザ自身の共振器に光ディ
スクという反射面が加わり、三つのミラーからなる共振
器という構成で考えなければならないものである。ディ
スク回転中は、ディスクの光軸方向のばたつきのため、
焦点サーボがかがっている時でも半導体レーザと光ディ
スクの間隔が、約１１１ｍの幅でゆれ動いており、極め
て安定度の悪い共振器構成となってしまっている。従っ
て、このような５ｃｏｏｐ効果により、光デイスク上の
信号を再生することは困難な課題が多すぎる。

さらに、上述の光ヘッド装置では、焦点誤差信号とトラ
ッキング誤差信号を共通の光検出器がら得ているために
、相互の信号干渉があり、トラックをシークしている時
フォーカスが不安定になるなどの問題も°あった。

本発明の目的は、小型で、かつ、焦点誤差信号をトラッ
キング誤差信号との間の干渉の小さい光ヘッドを提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光ヘッド装置は、光源と、前記光源の像を記録
媒体上に絞りこむ結像レンズと、前記光源の脇に配置さ
れその受光面が光源の方向に伸びる第１の分割線とこれ
に直交する第２の分割線で４分割された第１の受光面と
この両脇に配置された第２及び第３の受光面とからなる
６分割光検出器と、前記光源と前記結像レンズの間に設
けられ前記結像レンズの光軸と交わり、前記２つの分割
像を４５°回転した分割線と平行な境界線を境に４分割
され、前記結像レンズを経て来た前記記録媒体からの反
射光を前記境界線を境に分割して前記記録媒体上の情報
トラック方向に対向する１対の光を前記光検出器の第２
の分割線の両側の前記第１の分割線上に各々導き、前記
記録媒体上の情報トラック方向に直交する方向に対向す
る１対の光を各々前記第２及び第３の受光面に導く格子
レンズとを含んで構成される。

（作用） 本発明の作用・原理は次の通りである。本発明の光ヘッ
ド装置では、光学系の１軸化を達成するために、光デイ
スク面からの反射光を光検知器に薄くために、格子レン
ズを用いる。格子レンズには、１次回折光の他に格子レ
ンズを直接透過した０次回折光がある。そこで、この格
子レンズを半導体レーザ光源と結像レンズの間に配置し
、半導体レーザからディスク面に行く光に対しては、０
次回折光を用いると、単に格子レンズの基板の厚さに等
しい透明板が挿入されたのと同じになる。

一方、ディスク面からの反射光に対しては、１次回折光
を用いるとハーフプリズムや、偏光ビームスプリッタプ
リズムを用いることなく情報光を光軸外にとり出すこと
ができる。すなわち、格子レンズはビームスプリッタと
して作用することになる。この結果、小型、軽量の光ヘ
ッド装置を構成できる。

さらに本発明では、光軸外にとり出した１次回折光とし
ての情報光から信号のほかフォーカス誤差信号、トラッ
キング誤差信号も干渉少なくとり出すために、格子レン
ズを結像レンズの光軸と交わる２つの分割線で４分割し
、各々の格子方向とレンズパワーを変えることで、主に
トラッキング信号を含む２つの光ビームと、主にフォー
カシング信号を含む２つの光ビームとに変換している。

（実施例） 次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例の基本構成を示す斜視
図である。半導体レーザ１の放射光２は、格子レンズ１
７をＯ次回折光として通過し、結像レンズ１８によりデ
ィスク面１３に収束される。ディスク面１３からの反射
光は、結像レンズ１８により収束され、格子レンズ１７
により回折され、４つの回折光１９゜２０、２１．２２
として、半導体レーザ１の脇にある６分割光検出器２３
に到達する。６分割光検出器２３は、光検出素子２４．
２５．２６．２７．２８．２９からなる。格子レンズ１
７は、結像レンズ１８の光軸と交わる線３０及び３１を
境に焦点距離と回折方向の異なる上側格子レンズ３２と
下側格子レンズ３３と左側格子レンズ３４と右側格子レ
ンズ３５とから構成されている。上側格子レンズ３２は
半導体レーザ１から発散する球面波と回折光２１の収束
点から発散する球面波との干渉績に相当する格子パター
ンを持っている。一方、下側格子レンズ３３は、半導体
レーザ１から発散する球面波と回折光２２の収束点から
発散する球面波との干渉縞に相当する格子パターンを持
っている。又、左側格子レンズ３４は、半導体レーザ１
から発散する球面波と点３６から発散する球面波との干
渉縞に相当する格子パターンを持っており、右側格子レ
ンズ３７は半導体レーザ１から発散する球面波と点３７
から発散する球面波との干渉縞に相当する格子パターン
を持っている。第１図では、格子ピッチは配置をわかり
やすくするために実際より大きく書いである。左側格子
レンズ３４に、より回折された光は点３６に収束する収
束光となって、光検出器２４及び２５の分割線３８上に
四半丸スポットとなって到達する。右側格手レンズ３５
により回折された光は点３７に収束し、四半丸状の発散
光となって光検出器２６及び２７の分割線３８上に到達
する。そこで、ディスク面１３へ収束光１４が合焦状態
のとき光検出器２４゜２５、２６．２７上の両回折光の
スポット径が等しく、がっ、光検出！２４．２５．２６
．２７への入射光強度が等しくなるように４つの光検出
器２４．２５．２６．２７を配置することで、次に説明
するように、フォーカス誤差信号を得ることができる。

第４図は６分割光検出器２３上の４分割光検出器上の回
折光の状態を説明するための図である。第４図（ａ）は
ディスク面１３上に光ビーム１４が収束している合焦状
態を示す図で、回折光１９及び２０は等しいスポット径
になって４分割光検出器上の第１分割線３８上に到達し
ている。第４図（ｂ）はディスク面１３が而ぶれして結
像レンズ１８に近づいたデフォーカス状態の回折光を示
す図である。回折光１９及び２０の収束点は、合焦時よ
りも格子レンズ１７がら遠くなるので、第４図（ｂ）に
示すように４分割光検出器上では左側格子レンズ３４か
らの回折光２０のスポット径が大きくなり、右側回折格
子３５からの回折光１９のスポット径が小さくなる。し
かし格子レンズの境界線３０及び３１に対応する四半円
スポットの境界線の位置は変化しない。したがって、光
検出器２４及び２６の出力が増加し、光検出器２５及び
２７の出力が減少する。反対にディスク面１３が結像レ
ンズ１８から遠ざかった場合は、回折光１９及び２０の
収束点は合焦時よりも格子レンズ１７に近くなるので、
第４図（Ｃ）に示すように４分割光検出器上では、回折
光２０のスポット径が小さくなり、回折光１９のスポッ
ト径が大きくなる。この場合も四半円スポットの境界線
の位置は変化しない。したがって光検出器２４及び２６
の出力が減少し光検出５２５及び２７の出力が増加する
。以上の考察により光検出５２４．２５．２６．２７の
出力電圧を各々Ｖ　（２４）、　Ｖ　（２５）、　Ｖ　
（２６）、　Ｖ　（２７）とすれば、焦点誤差信号は、
Ｖ　（２４）＋　Ｖ　（２６）−Ｖ　（２５）−Ｖ　（
２７）により検出でき、ディスクのフォーカスずれの方
向及び量を検知することができる。

一方、トラッキングの誤差信号は、ディスク粛１３上の
絞り込みスポットがトラック位置からずれるともどり光
のトラック垂直方向の強度分布にアンバランスが生じる
ことを利用する。トラックずれにより第１回の下側格子
レンズ３３と上側格子レンズ３２上の回折光強度比が変
わるため６分割光検出器２３の光検出器２８及び２９の
出力信号に差が生じる。

従ってトラッキング信号はＶ　（２８）−Ｖ　（２９）
により検出でき、この信号の正負により、トラックずれ
の方向も検知することができる。

さらに、本構成ではディスク面１３のトラックからのも
どり光のうち１次回折光成分の多い部分を、上側格子レ
ンズ３２と下側格子レンズ３３でとり出しているので、
フォーカス信号を得るための光検出器２４．２５．２６
．２７へはトラックからのもどり光の１次回折成分は少
ない。したがって、トラッキング信号のフォーカス信号
へのまわり込み干渉が少なく、トラックシーク時も安定
したフォーカスサーボが得られる。

ディスクからの再生信号は４分割光検出器２４．２５゜
２６、２７の光量の総和ｖ　（２４）＋　Ｖ　（２５）
＋　Ｖ　（２６）＋　Ｖ　（２７）をとることにより検
出できる。さらに、光検出器２８、２９の信号Ｖ　（２
８）、　Ｖ　（２９）を加えてもよい。回折素子である
格子レンズを用いたフォーカス誤差検出、トラッキング
誤差検出では、半導体レーザの波長が変動すると、回折
角が変化し光検出器上の回折光の位置ずれが生じるため
光源である半導体レーザの発振波長の変動に対する対策
が必要であるが、本発明ではこの点に関して次のような
解決策が施されている。今、回折角の変化による回折光
の位置ずれを４分割光検出器２５上で、第１分割線３８
に平行な方向及び直交する方向の２方向に分けて考察す
る。第１分割線３８に平行な方向の位置変動については
、第２分割線３９を越えない限り何ら信号強度に変化を
およぼさないので問題ない。第１分割線に直交する方向
の位置変動については光検出器２４゜２５、２６．２７
の出力が変化するので注意が必要であるが、本発明の格
子レンズ１７は、この方向の空間周波数成分をほとんど
もたないので、この方向の回折光の位置変動は無視でき
る。

第３図は、本発明の第２の実施例の基本構成を示す斜視
図である。本実施例では第１の実施例のトラッキング用
光検出５２８．２９の位置が４分割光検出器の上下から
左右に変わったのと、これに伴い上側格子レンズ３２と
下側格子レンズ３３の格子方向を変えである点以外は、
他の構成は第１の実施と同一である。このように本発明
では、トラッキング用光検出器の位置を自由に選択でき
、従来ＣＤに用いられている６分割光検出器をそのまま
利用できる。

第５図は、本発明の第３の実施例の４分割光検出器上の
光ビームを示す図である。第３の実施例の基本的構成は
第１又は第２の実施例と同じなので構成図は省略し、４
分割光検出器上の光ビームのみを図として示した。第１
図に示す第１の実施例及び第３図に示す第２の実施例で
は、左側格子レンズ３４及び右側格子レンズ３５からの
回折光１９及び２０は、６分割光検出器２３の前後の点
３６及び３７に収束するようにしている。このような構
成では、回折光１９及び２０は、光検出器上でデフォー
カスしているので、トラックからのもどり光の一次回折
像の強度分布が４分割光検出器２４．２５．２６．２７
で受光される。この結果、トラッキング誤差信号がフォ
ーカス誤差信号にまわり込みやすくなる。そこで、第５
図に示す本発明の第３の実施例では、回折光１９及び２
０を合焦時に６分゛割光検出器２３上にフォーカスする
構成として、４分割光検出器２４．２５．２６．２７で
回折光にトラックからのもどり光の一次回折像の強度分
布を生じないようにしている。すなわち、第３の実施例
は、第１及び第２の実施例に比べ左側格子レンズ３４と
右側格子レンズ３５の焦点距離が異なるだけである。第
５図（ａ）はディスク而１３上に光ビーム１４が収束し
ている合焦状態を示す図で、回折光１９及び２０は第１
の分割線３８上に等しいスポット径でフォーカスしてい
る。

第５図（ｂ）はディスク面１３が面ぶれして結像レンズ
１８に近づたデフォーカス状態の回折光を示す図である
。回折光１９及び２０の収束点は、合焦時よりも格子レ
ンズ１７から遠くなるので第５図（ｂ）に示すように、
光検出器２４及び２６上にデフォーカスして拡がる。反
対にディスク面１３が結像レンズ１８から遠ざかった場
合（１、回折光１９及び２０の収束点は合焦時よりも格
子レンズ１７に近くなるので第５図（Ｃ）に示すように
光検出器２５及び２７上にデフォーカスして拡がる。こ
の結果第１の実施例と同様に、焦点誤差信号は、Ｖ　（
２４）　＋　Ｖ　（２６）　−Ｖ　（２５）−Ｖ　（２
７）により検出でき、ディスクフォーカスずれの方向及
び量を検知することができる。

第６図は、本発明の第４の実施例の基本構成を示す斜視
図である。本実施例では、第１〜３の実施例の格子レン
ズが、反射型の格子レンズ４０に変わったもので、他の
構成は同一である。このような反射型格子レンズを導入
することで光学素子数を増やすことなく光ヘッドを薄型
に構成できる。本実施例では、半導体レーザ１と反射型
格子レンズ４０を結ぶ光ビームがトラックに垂直方向に
なっているが、これをトラックに平行に配置することも
可能である。

（発明の効果） 本発明の光ヘッド装置は光学部品が結像レンズと格子レ
ンズだけでよく、これまで数多くの部品を使っていた光
ヘッド装置の部品を大幅に削減することが可能であり、
これまで、光デイスク装置全体の小型化、あるいはスタ
ック型光ディスク装置のネックとなっていた光ヘッドの
サイズを縮少′することが可能となる。又、本発明の光
ヘッド装置は、トラッキング誤差信号のフォーカス信号
へのまわり込みが小さく安定なサーボ動作が可能である
。さらに本発明は、半導体レーザと４分割光検出器とを
同一パッケージ内にハイブリッドに作成することにより
、量産性信頼性に富む光ヘッドを第１図は、本発明の第
１の実施例の基本構成を示す斜視図、第２図は従来の光
ヘッド装置の一例を示す断面図、第３図は本発明の第２
の実施例の基本構成を示す斜視図、第４図及び第５図は
４分割光検出器上の回折光の状態を説明する図。第６図
は本発明の第４の実施例の基本構成を示す斜視図である
。

１・・・・半導体レーザ、２・−・・放射ビーム３・・
・・コリメートビーム、 ４・・・・コリメーティングレンズ、 ５・・・・収束レンズ、 ６・・・・ビームスプリッタプリズム ７．８・・・・ウェッジプリズム、 ９、１０．１１．１２．２４．２５．２６．２７．２８
．２９・・・・光検出器１３・・・・ディスク面、１４
・・・・収束ビーム、１５、１６．１９．２０．２１．
２２・・・・回折光、１７・・・・格子レンズ、１８・
・・・結像レンズ、２３・・・・６分割光検出器、３０
．３１・・・・境界線、３″２・・・・上側格子レンズ
、３３・−・・下側格子レンズ、３４・・・・左側格子
レンズ、３５・・・・右側格子レンズ、３６、３７・・
・・収束点、３８・・・・第一分割線、代理人弁理士内
原　晋１ノ５−′ ・−一／゛ 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、前記光源の像を記録媒体上に絞り込む結像レン
   ズと、互いに直交する第１、第２の分割線で受光面が４
   分割された第１の受光面及びこの両脇に各々配置された
   第２及び第３の受光面とからなる６分割光検出器と、前
   記光源と前記結像レンズの間に設けられ前記結像レンズ
   の光軸と交わり、前記２つの分割像を４５°回転した分
   割線と平行な境界線を境に４分割され、前記結像レンズ
   を経て来た前記記録媒体からの反射光を前記境界線を境
   に分割して前記記録媒体上の情報トラック方向に対向す
   る１対の光を前記光検出器の第２の分割線の両側の前記
   第１の分割線上に各々導き、前記記録媒体上の情報トラ
   ック方向に直交する方向に対向する１対の光を各々前記
   第２及び第３の受光面に導く格子レンズとを少なくとも
   含むことを特徴とする光ヘッド装置。