JPS6356819A - 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】 （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にするコリーメーティングレンズ４と収束レンズ５と
、収束レンズを駆動するアクチュエータ６と、ビームス
プリッタプリズム７の他に、焦点誤差検出手段とトラッ
キング誤差検出手段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、ウニッジブリズム方式
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８
及び９と、光検出器１０及び１１から成る２分割光検出
器と、光検出器１２及び１３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１４に対し、収束ビーム１５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１６及
び１７は各々光検出器１０及び１１の間と、光検出器１
２及び１３の間に収束しているが、収束ビーム１５がデ
ィスク面１４に対してデフォーカスした時は光ビーム１
６及び１７は互いに離れる方向に、又は互いに接近する
方向にデフォーカスするので、光検出器１０及び１１の
差動出力、又は光検出器１２及び１３の差動出力をとる
ことで焦点誤差信号が得られる。

この焦点誤差信号にもとづきアクチュエータ６を光軸と
平行な方向に駆動し、収束光ビーム１５がディスク面１
４上に焦点を結ぶようサーボをかけている。

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１０及び１１の出力の和と、光検出
器１２及び１３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。

このトラッキング誤差信号にもとづき光軸と垂直な方向
にアクチュエータ６を駆動することによりトラッキング
制御を行うことができる。

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（ＰｈｉｌｉｐｓＴｅｃｈｎ
ｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ）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　３０ｍｍ”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、光テ゛イスクから
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、光源から分難
させ、その後方に光検知器を配置するという方１去がと
られているため、光学系の１軸化が難しい点にある。

このような問題に対して、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
像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
点サーボがかかっている時でも半導体レーザと光テ゛イ
スクの間隔が、約１μｍ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。

また、トラッキング誤差検出方式にプッシュプル法を採
用すると、トラック誤差信号にもとづき収束レンズ５を
アクチュエータ６で光軸に垂直な方向に動かした場合、
第３図に示すように、収束レンズの光軸と、２分割光検
出器の分割線にずれが生じる。ディスク面１４からの反
射光は収束レンズの光軸を中心として２分割光検出器１
８に入射するために、２分０割光検出器の分割線１９で
光量は正しく分割されず、第３図ではＡの光検出器２０
にＢの光検出器２１よりも多くの光が入射することにな
る。この結果、トラッキング誤差信号に直流オフセット
が発生し、トラッキング誤差制御の制御範囲が鎌くなる
という欠点を有していた。

さらに、上述した従来の光ヘッドは光学研磨が必要な光
学部品を多数使用することから調整が大変で高価になる
という欠点を有していた。

本発明の目的は、上記欠点を解消して、小型かつ低価格
な光ヘッド装置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、前言己光源へ像を記
録媒体に絞りこむ結像レンズと、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の光検出器と
、前記４分割光検出器の近傍に配置された第２、第３の
光検出器と、前記光源と前記結像レンズの間に設けられ
た格子レンズを少なくとも含み、該格子レンズは前記結
像レンズ光軸と交わり、前記第１の分割線と平行な境界
線を境に互いに異なる回折方向を有し、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４分割光検出器の第２の分割線の両側
の前記第１の分割線上に各々収束させる部分と、前記結
像レンズ光軸から離れた位置に入射する前記反射光を各
々前記第２、第３の光検出器に導く部分とからなる構成
となっている。

（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導くために、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
しい透明板がそう人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、計量の光ヘ
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
ォーカス誤差信号をとり出すために、格子レンズ格子方
向を結像レンズの光軸と交わる線を境に互いに異ならせ
ることにより、第２図に示す従来の光ヘッド装置におけ
るウェッジプリズムと等価な作用をさせ、ウェッジプリ
ズム方式とほぼ等価な光ビームに変換している。

また、トラッキング誤差信号を取り出すために結像レン
ズの光軸と格子レンズが交わる点を中心としてわずかに
離れた、異なる格子方向を有する２つの領域を格子レン
ズに形成しておくことより、この２つの領域からの回折
光強度を比較することでプッシュプル法の原理によりト
ラッキング誤差信号を得ることができる。

（実施例） 次に本発明の実施例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。光源（この実施例では半導体レーザを用いた）
１の放射光２は格子レンズ２２を０次回折光として透過
し、結像レンズ２３によりディスク面１４に収束される
。ディスク面１４がらの反射光は、結像レンズ２３によ
り収束され、格子レンズ２２により回折され、回折光２
４，２５．２６″＆び２７として、半導体レーザ１の脇
にある４分割光検出器（第１の光検出器）２８及び４分
割光検出器２８の近傍にある第２、第３の光検出器２９
．３０に各々到達する。４分割光検出器２８は光検出器
３１，３２，３３．３４から成る。

格子レンズ２２は、４つの格子レンズ領域から成り、結
像レンズ２３の光軸と交わる線３５を境に焦点距離と回
折方向の異なるＡ領域格子レンズ（第１の領域）３６と
Ｂ領域格子レンズ（第２の領域）３７に分けられ、Ａ領
域格子レンズ３６、Ｂ領域格子レンズ３７内部にそれら
と焦点距離、回折方向の異なるＣ領域格子レンズ（第３
の領域）３８、Ｄ領域格子レンズ（第４の領域）３９が
それぞれ形成されている。Ａ領域格子レンズ３６は半導
体レーザ１がら発散する球面波と４分割光検出器２８の
分割線上の点４０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。Ｂ領域格子レンズ３７
は半導体レーザ１から発散する球面波と４分割光検出器
２８の分割線上の点４１が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。Ｃ領域格子レン
ズは半導体レーザ１から発散する球面波と、Ｃ領域格子
レンズ３８に入射したディスク面１４からの反射光の回
折光２７が全て光検出器３０に到達するようにした場合
の収束点４２から発散する球面波との干渉縞に相当する
パターンを持っている。Ｄ領域格子レンズ３９は半導体
レー・ザ１から発散する球面波と、Ｄ領域格子レンズ３
９に入射したディスク面１４からの反射光の回折光２６
が全て光検出器２９に到達するようにした場合の収束点
４３から発散する球面波との干渉縞に相当するパターン
を持っている。

第１図では格子の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。

第４図は４分割光検出器２８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１４上に
光ビーム１５が収束している合焦状態を示す図で、Ａ領
域格子レンズ３６からの回折光２４およびＢ領域格子レ
ンズ３７からの回折光２５は４分割光検出器２８の第１
分割線４４上に、第２分割線４５をはさんで各々収束す
る。第４図（ｂ）はディスク面１４が変位して結像レン
ズ２３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２４．２５は４分割光検出器２８の左下の
光検出器３３および右上の光検出器３２にそれぞれ入射
し、左上の光検出器３１および右下の光検出器３４には
入射しない。

第４図（Ｃ）はディスク面１４が変位して結像レンズ２
３から遠ざかったデフォーカス状態の回折光を示す図で
ある。回折光２４．２５は４分割光検出器２８の左上の
左検出器３１と右下の光検出器３４にそれぞれ入射し、
左下の光検出？５３３と右上の光検出器３２には入射し
ない。したがって、４分割光検出器２８の各光検出器３
１，３２，３３．３４の出力を８１．８２．Ｓ３，８４
とすれば、焦点誤差信号は（Ｓ１＋８４）−（Ｓ２＋８
３）７１１・ら得られる。

−一方、トラッキング誤差信号は、ディスク面１４上の
絞り込みスポットがトラックの中心がずれるともどり光
の強度分布がアンバランスになることを利用する。格子
レンズ２２のＣ領域格子レンズ３８の中心とＤ領域格子
レンズ３９の中心を結ぶ線が結像レンズの光軸と格子レ
ンズが交わる点を含み、かつ、ディスクのトラッキング
誤差方向と平行になるようにしておく。トラック誤差が
発生するとＣ領域格子レンズ３８に入射する光量とＤ領
域格子レンズ３９に入射する光量に差が生じる。この光
量差は、２つの光検出器２９．３０の出力差として検出
することができ、この信号の正負により、トラッキング
誤差方向も検知することができる。

テ゛イスクからの再生信号は、４分割光検出器２８およ
び２個の光検出器２９．３０の信号出力の総和から得る
ことができる。

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講じられている。４分割光検出
器２８上では、第１分割線４４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４４に
平行な方向の位置変動については第２分割線４５を越え
るか、又は光検出器からはずれない限り問題はない。第
１分割線に直交する方向の位置変動については４分割光
検出器２８の各光検出器３１，３２，３３．３４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Ａ、Ｂ領域は、この方向の空間周波数をほとんど持た
ないので、この方向の回折光の位置変動は無視できる。

また、トラッキング誤差を検出する光検出器２９゜３０
に関しては、回折光が各光検出器の中心に入射するよう
にできるので、半導体レーザの波長が変動しても問題は
無い。

トラッキング誤差検出方式としてプッシュプル方式を採
用し、誤差修正のために収束レンズ、又は結像レンズの
みを動かす方法では、誤差検出側の光学系の光軸とレン
ズ側の光軸にずれが生じ、トランク誤差検出用光検出器
への入射光量差が発生するため誤差信号にオフセントが
生じる。この問題点を解決するために、本発明では次の
ような対策を講じている。第５図は格子レンズのトラッ
ク誤差検出動作を説明するための図である。（ａ）は結
ｆ象しンズの光軸と誤差検出系光軸が一致している場合
で、Ｃ領域、Ｄ領域の格子レンズ３８．３９は、反射光
ビーム中心線４７について対称で等しい面積に入射する
光を検出するので、トラック誤差オフセットは生じない
。（ｂ）、（ｃ）は誤差検出系光軸に対して結像レンズ
光軸がそれぞれ左、右にずれた場合を示している。どち
らの場合も反射光ビーム中心線４７の左右にあるＣ領域
、Ｄ領域の格子レンズ３８．３９に入射する光量差から
トラック誤差信号を得るために、トラック誤差オフセッ
トの発生は抑制される。

第６図は本発明の第２の実施例を示す斜視図である。　
　　　　゛ 第１の実施例では４分割光検出器２８の第１分割線４４
はディスクトラック誤差方向と垂直であるが、本実施例
では、４分割光検出器２８の第１分割線４４はディスク
のトラック誤差方向と平行に配置され、そのためにＣ＠
域、Ｄ領域格子レンズ３８．３９と格子レンズ４８の分
割線３５とが交わるように配置されている。また第１の
実施例では、トラック誤差検出用の光検出器２９．３０
は４分割光検出器２８の第２分割線４５の延長線上に配
置されているが、本実施例では、第１分割線４４の延長
線上に配置されている。この他の構成は第１の実施例と
同じである。

４分割光検出器２８の配置は、結像レンズ２３の光軸を
中心にして、第１の実施例、あるいは第２の実施例で示
した配置から、格子レンズ２２の分割線３５と共に任意
の角度だけ回転させた配置ももちろん可能である。さら
に、トラック誤差検出用の光検出器２９．３０の配置は
、Ｃ領域格子レンズ３８からの回折光２４とＤ領域格子
レンズ３９からの回折光２５を分離して独立に検出でき
れば任意にすることができる。

第７図は本発明の第３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の実施例の格子レンズが反
射型の格子レンズ４９に変わったもので、他の構成は第
１の実施例と同一である。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
を薄型にできる。

（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、これまで多数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
ズを縮小することが可能となる。また、本発明に用いる
格子レンズは表面凹凸型の素子であるので、金型を作製
すれば熱プレス法、あるいはフォトポリマー法等により
レプリカが容易に得られるので、安価に量産することが
できる。さらに、本発明は半導体レーザと全ての光検出
器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実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す斜視図、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
、トラック誤差検出器上の光量分布を説明するための図
、第４図は４分割光検出器上の回折光の状態を説明する
ための図、第５図は格子レンズ上の反射光の分布を説明
するための図、第６図は本発明の第２の実施例の基本構
成を説明するための斜視図、第７図は本発明の第３の実
施例の基本構成を説明するための斜視図である。 １・・・半導体レーザ　　　　２・０．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・・・アクチュエータ
７・・・ビームスプリッタ　　８，９・・・ウェッジプ
リズム１０．１１，１２，１３，２０，２１，２９，３
０，３１，３２，３３，３４・・・光検出器１４・・・
ディスク面　　　　１５・・・収束ビーム１６．１７・
・・屈折光　１８・・−２分割光検出器　１９．・・分
割線２２．３６，３７，３８，３９．４８・・・格子レ
ンズ　２３・・・結像レンズ２４．２５，２６．２７・
・・回折光　　２８・・・４分割光検出器３５・・・格
子レンズ２分割線 ４０．４１．４２．４３・・・収束点　　４４・・・第
１分割線４５・・・第２分割線　　　　４７・・・反射
光ビーム中心線第１図 ２８．４分割光瑛山益 第２図 第　３　図 １９、分割線 （ａ）　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　（ｃ）
第５図 ＜ａ＞ （ｂ） （Ｃ） 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、前記光源からの光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の光検出器と、前記第１の光検出器
   の近傍に配置された第２、第３の光検出器と、前記光源
   と前記結像レンズとの間に設けられた格子レンズとから
   少なくとも成り、前記格子レンズは、前記結像レンズを
   経てきた前記記録媒体からの反射光を前記第１の光検出
   器の第２の分割線の両側の前記第１の分割線上に各々収
   束させる第１、第２の領域と、前記反射光をそれぞれ前
   記第２、第３の光検出器に導く第３、第４の領域とから
   成り、前記第１、第２の領域は前記第１の分割線と平行
   な境界線を境に互いに接して形成され、前記第３、第４
   の領域は前記境界線から離れて第１、第２領域内にそれ
   ぞれ形成、あるいは互いに距離をおいて前記境界線を横
   切り前記第１、第２の領域にまたがって各々形成されて
   いることを特徴とする光ヘッド装置。