JPH029021A - 光ヘッド装置 - 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〕 本発明は、光ヘッド装置、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〕

従来、光ヘッド装置には、種々の構成のものがあるが、
その一つに格子レンズを用いたものがある。この構成の
光ヘッド装置は、ハーフプリズムや偏向ビームスプリッ
タプリズムを用いないでも情報光の取り出しが可能なも
のであり、例えば、光源である半導体レーザと、半導体
レーザの放射光を、記録媒体としての光ディスクに収束
する結像レンズと、光デイスク面からの反射光を４分割
光検出器に導く格子レンズとから構成することができる
。

前記のようなプリズムを使用しないで済むのは、次のよ
うなことからである。すなわち、格子レンズから出射す
る光には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、この格子レンズを前述の如く
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液
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、偏向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取り出すこと
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のである。

このようにして、光源、結像レンズ、格子レンズ、４分
割光検出器によって光ヘッド装置を構成することができ
、上述のように光軸外に取り出した１次回折光としての
情報光から信号の他制開信号をも得るようにする。すな
わち、情報光から信号の他、焦点誤差信号、トラッキン
グ誤差信号も取り出し、これら検出誤差信号を用いて焦
点（フォーカス）制御等を行う。焦点誤差検出手段にも
、種々の方式によるものがある。非点収差法によるもの
は、その−例である。この非点収差法の焦点誤差検出手
段では、収束球面波を、非点収差を有する収束波面に変
換する格子レンズを使用し、これと４分割光検出器とか
ら構成されている。

この場合の格子レンズは、半導体レーザからの発散光と
非点収差を有する発散波面の干渉パターンで構成される
。

上述の焦点誤差検出手段を採用する光ヘッド装置におい
て、焦点誤差信号、更には再生信号は、次のようにして
得られる。

４分割光検出器は、第５図に示すように、各素子１２〜
１５によって検出面が形成されている。符号１６、１７
は分割線を示している。光デイスク面からの反射光は、
結像レンズで結像され、格子レンズにより光軸外に分離
され、非点収差となり、４分割光検出器の前後に互いに
直交する前側焦線と後側焦線を形成する。前側焦線と後
側焦線の間の４分割光検出器上では、第５図（ｂ）に示
すように円形ビームが形成される。結像レンズにディス
ク面が近づいた時は、２本の直交する焦線は後方にずれ
て、光検出器上のビームは、第５図（ａ）に示すような
楕円となり、逆にディスク面が遠ざかる場合には、２本
の直交する焦線は前方にずれて、第５図（ｃ）に示すよ
うな楕円となる。そこで、４分割光検出器の各素子１２
〜１５の出力電圧をＶ（１２）　〜Ｖ　（１５）とする
と、Ｖ　（１２）　　＋Ｖ　（１４）−Ｖ　（１３）　
−Ｖ　（１５）の信号を検出することで、焦点誤差信号
が得られる。

このようにして焦点誤差信号を検出することができ、ま
た、ディスクからの再生信号は、４分割光検出器の光量
の総和であるＶ　（１２）　＋Ｖ　（１３）＋Ｖ　（１
４）　＋Ｖ　（１５）をとることにより検出することが
できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、この種の格子レンズを用いる光ヘッド装置で
は、使用光源の波長変動により生じるフォーカス・オフ
セットが問題であり、かかる光ヘッド装置を実用化する
上でこれがネックとなる。

すなわち、この種の光ヘッド装置の実用可能なフォーカ
ス・オフセントの許容値は、例えば具体的には、５μｍ
程度である。また、一般に、温度に対しては２０℃を中
心に±４０℃の範囲内で動作する必要がある。一方、半
導体レーザを光源とする場合、半導体レーザの温度に対
する発振披裂の変動量は、通常、中心温度２０°Ｃで約
４．５ｎｍ／２０℃である。つまり、上記の２つの条件
より、フォーカス・オフセットは約１０ｎｍの波長変動
に対し、０．５μｍ以内である必要がある。しかして、
従来の光ヘッド装置では、５ｎｍの変動に対して、フォ
ーカス・オフセットの許容値０．５μｍに達してしまう
ため、実用化は困難であった。

本発明の目的は、上述の欠点を解消し、フォーカス・オ
フセットを大幅に低減することができ、もって、実用可
能な光ヘッド装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光ヘッド装置は、 光源と、 光源の像を記録媒体上に絞り込む結像レンズと、光源と
結像レンズとの間に設けられ、前記記録媒体からの反射
光を結像レンズの光軸から前記記録媒体上のトラック方
向に沿って回折分離し、前記反射光を非点収差光に変換
する格子レンズと、前記非点収差光の直交する２本の焦
線の間に配置された４分割光検出器とを有し、 ４分割光検出器の分割線を前記回折方向と平行に配置す
ると共に、光源から格子レンズまでの距離を、光源の波
長変動により生ずるフォーカス・オフセットを最小化す
る距離に設定して成ることを特徴としている。

〔作用〕

格子レンズによって記録媒体からの反射光を結像レンズ
の光軸から回折分離し、４分割光検出器へ与える場合、
４分割光検出器の分割線を前記回折方向と平行に配置す
ることにより、フォーカス・オフセットを生じにくくす
ることができる上、光源の波長変動により生じるフォー
カス・オフセットを最小化するように、格子レンズまで
の距離を設定することによって、光検出面での光のスポ
ットの変形による影響をも排除でき、フォーカス・オフ
セットの大幅な低減が可能となる。

〔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図は本発明の一実施例装置を示す。本実施例は、光
源として半導体レーザを使用する場合の構成を示してお
り、光ヘッド装置は、半導体レーザ１と、結像レンズ３
と、格子レンズ２５と、４分割光検出器９を備えている
。

半導体レーザ１からは記録媒体であるディスク４に対し
放射ビーム２が出射され、半導体レーザ１の像をディス
ク４上に絞り込む結像レンズ３は、半導体レーザｌとデ
ィスク４との間に配されている。

格子レンズ２５は、半導体レーザ１と結像レンズ３０間
に設けられている。この格子レンズ２５は、ディスク４
からの反射光を、結像レンズ３の光軸からディスク４に
おけるトラック方向６に沿って回折分離し、反射光を図
示のように非点収差光５に変換するためのものであり、
これを用いて再生信号、焦点誤差信号等の検出を行う。

４分割光検出器９は、図示の如く、非点収差光５の直交
する２本の焦線、すなわち前側焦線１０゜後側焦線１１
の間に配置される。

４分割光検出器９自体の構成は、第５図で示したように
、また、光源である半導体レーザ１の波長変動前後のビ
ームの状態を説明するための第２図にも示すように、４
つの光検出素子１２〜１５から成り、光検出面は符号１
６．１７を付した分割線で示すように４つに分割され、
それぞれビームスポットの照射の割合に応じた出力Ｖ　
（１２）〜Ｖ　（１５）が取り出されるようになってい
る。

再生信号、焦点誤差信号の検出方法としては、基本的に
は、既述した方法によるものであってよい。

すなわち、再生信号に関しては、各素子１２〜１５から
の出力の総和Ｖ　（１２）　＋Ｖ　（１３）　＋Ｖ　（
１４）＋Ｖ（１５）を再生信号として検出する。

また、焦点誤差の検出についても、フォーカス誤差信号
Ｖ　（１２）　＋Ｖ　（１４）　−Ｖ　（１３）　−Ｖ
　（１５）を取り出すことによって行うことができる。

更に、制御信号の他の一つであるトラッキング誤差信号
の検出方法としても、既知の方式によるものを適用でき
る。

すなわち、トラッキング誤差検出手段にも種々の方式が
あるが、例えば、そのうちの一つの方式としてプッシュ
プル方式をあげることができる。

かかるプッシュプル方式は、分割形光検出器を使ってデ
ィスク面からの反射光のアンバランスを検出する方法で
、トラックが分割線１７と平行な場合は、Ｖ　（１２）
　＋Ｖ　（１３）　−Ｖ　（１４）　−Ｖ　（１５）で
、また、トラックが分割線１６と平行な場合は、■（１
２）　十Ｖ　（１５）　−Ｖ　（１３）　−Ｖ　（１４
）でトラッキング信号が得られる。また、他の方法とし
て、フォーカス誤差信号Ｖ　（１２）　＋Ｖ　（１４）
　−ｖ　（１３）−Ｖ（１５）の信号から、ヘテロダイ
ン法や、時間差法でトラッキング誤差信号を電子回路で
作る方法も適用できる。

４分割光検出器９については、４分割光検出器９の分割
線を格子レンズ２５による回折分離の場合の回折方向と
平行に配置するように設置されており、かつ、格子レン
ズ２５に関しては、半導体レーザ１の波長変動により生
ずるフォーカス・オフセットを最小化するように、半導
体レーザ１から格子レンズ２５までの距離が設定されて
いる。

このように、本実施例は、光源としての半導体レーザ１
と、光源の像を記録媒体であるディスク４上に絞り込む
結像レンズ３と、光源と結像レンズ３の間に設けられ、
記録媒体からの反射光を結像レンズ３の光軸から記録媒
体上のトラック方向６に沿って回折分離し、反射光を非
点収差光５に変換する格子レンズ２５と、非点収差光５
の直交する２本の焦線１０．１１の間に配置された４分
割光検出器９から構成された光ヘッド装置において、４
分割光検出器９の分割線を前記回折方向と平行に配置し
、かつ、格子レンズ２５においては、光源の波長変動に
より生じるフォーカス・オフセントを最小化するように
、光源から格子レンズ２５までの距離を最適に設定しで
ある。

前記構成の光ヘッド装置では、フォーカス・オフセット
の大幅な低減が可能であり、実用上、フォーカス・オフ
セットが０．５μｍ程度の値が要求される場合でも、こ
れに十分応えることができ、半導体レーザ１の波長変動
が１０ｎｍのときにはフォーカス・オフセットを０．２
４μｍ以下程度のものとすることができる。

これは、下記のような点に着目したものである。

使用光源の波長変動により生じるフォーカス・オフセッ
トは、ビームスポットの移動と、わずかな変形が原因で
ある。前者の原因は光検出器９の分割線の方向と回折光
の移動方向を一致させることにより解消することができ
る。

すなわち、格子レンズを用いた光ヘッド装置の場合、光
源の波長変動に対して、１次回折光の光軸からの回折角
度がわずかに変化するため、光検出器上のビームスポッ
トは、わずかに移動及び変形し、フォーカス・オフセン
トを生ずることとなる。

このため、第１図の光ヘッド装置においては、次のよう
な対策を採用している。

すなわち、第２図（ａ）は、オン・フォーカス４Ｊ［で
の光検出器９上でのビームスポットを示しているが、こ
の場合、焦点誤差信号は上述した如（，４分割光検出器
９上の対角成分の和Ｖ　（１２）＋Ｖ（１５）とｖ　（
１３）　＋ｖ　（１４）との差、すなわちＶ　（１２）
　十Ｖ　（１５）　−Ｖ　（１３）　−Ｖ　（１４）で
あるから、第２図（ｂ）に示すように、波長変動により
生ずるビームスポットの移動方向と光検出器の分割線を
一致させた場合、焦点誤差信号はほとんど変化しない。

また、ここで、ビームスポットの移動方向は、回折光の
光軸からの回折分離方向と一致するため、この回折分離
方向と分割線の方向を一致させることにより、フォーカ
ス・オフセットを生じにく（することができるのである
。さらに、この分割線の方向をトラック方向と一致させ
ることにより、トラックオフセットを生じないようにす
ることもできる。

このようにして、前者の原因、すなわちビームスポット
の移動に起因するフォーカス・オフセットの軽減が可能
である。

第１図の光ヘッド装置においては、更に上記に加えて、
後者の原因、すなわち変形に起因するフォーカス・オフ
セットをも軽減し、フォーカス・オフセントを大幅に低
減させている。

すなわち、上述したようなビームスポットの移動に起因
するフォーカス・オフセットを防止するだけでは、フォ
ーカス・オフセットを実用可能な値にまで低減するには
十分ではない。そこで本発明者は、前述のような格子レ
ンズ２５を使用した場合における次のようなフォーカス
・オフセントの光源と格子レンズ２５間の距離に対する
依存性があることを見い出し、格子レンズ２５を用いた
前記光ヘッド装置の構成の上に、さらに格子レンズ２５
を最適に設計することによりフォーカス・オフセントを
実用可能な値にまで低減させる構成を採ることとしたも
のである。

すなわち、第１図の格子レンズ２５は、光源である半導
体レーザ１からの球面波と非点収差光との干渉パターン
より形成するので、この格子レンズ２５により変換され
る非点収差光５の波動変動によるビーム形の変形は、格
子レンズ２５がら光源である半導体レーザ１までの距離
ｄＬＩｌｌに依存し、このｄＬＤによってフォーカス・
オフセットも変化する。

−例として、第３図は、フォーカス・オフセットの光源
と格子レンズ間の距離ｄＬＤに対する依存性を示した図
である。なお、この図は、波長変動が５ｎｍの場合であ
る。この第３図に示されるように、ｄＬｏが１４．８ｍ
ｍ付近でフォーカス・オフセントがゼロ近くになる。す
なわち、フォーカス・オフセントが最小化されることが
分かる。

このように、本発明に従う光ヘッド装置では、既述した
後者の原因、すなわちビーム形の変形によるフォーカス
・オフセットをもｄＬＤを最適化することにより、低減
できることを利用したものであり、以下は、最適化した
ｄＬＤの１０ｎｍにわたる波長変動に対するフォーカス
・オフセットについての実験例である。

すなわち、第４図は、格子レンズ２５と光源との距離ｄ
ＬＤを最適化して設計した格子レンズ２５．（ｄＬＤ＝
１６．５ｍｍ）と、最適化せずに設計した格子レンズ（
ｄ　ＬＤ　＝　１６．５ｍ　ｍ）の波長変動によるフォ
ーカス・オフセットを示した図である。第４図により、
ｄｌｌｌを最適化することにより、フォーカス・オフセ
ットを１０ｎｍの波長変動に対して０．２４μｍ以下と
でき、実用可能とすることができることが確認された。

このようにして、本光ヘッド装置は、この種の格子レン
ズを用いた装置において、格子レンズの設計パラメータ
を更に１つだけ変えることにより、フォーカス・オフセ
ットを大幅に低減することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、フォーカス・オ
フセットを大幅に低減することができ、フォーカス・オ
フセットが極めて小さく、しかも既述したような利点を
有する格子レンズを用いた形式の光ヘッド装置を容易に
実用化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ヘッド装置の一実施例を示す図、 第２図は光ヘッド装置の４分割光検出器上の光源の波長
変動前後のビームの状態を説明するための図、 第３図は本発明の説明に供するための光源から格子レン
ズまでの設計距離に対する依存性を示した図、 第４図は本発明の説明に供するための光ヘッド装置の波
長変動によるフォーカス・オフセットの特性を示す図、 第５図は４分割光検出器上の光のビームの状態を説明す
るための図である。 ■・・・・・半導体レーザ ２・・・・・放射ビーム ３・・・・・結像レンズ ４・・・・・ディスク（ディスク＠） ５・・・・・非点収差光 ６・・・・・トラック方向 ９・・・・・４分割光検出器 １０・・・・・前側焦線 １１・・・・・後側焦線 １２〜１５・・・光検出素子 １６、１７・・・分割線 ２５・・・・・格子レンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、 光源の像を記録媒体上に絞り込む結像レンズと、光源と
   結像レンズとの間に設けられ、前記記録媒体からの反射
   光を結像レンズの光軸から前記記録媒体上のトラック方
   向に沿って回折分離し、前記反射光を非点収差光に変換
   する格子レンズと、前記非点収差光の直交する２本の焦
   線の間に配置された４分割光検出器とを有し、 ４分割光検出器の分割線を前記回折方向と平行に配置す
   ると共に、光源から格子レンズまでの距離を、光源の波
   長変動により生ずるフォーカス・オフセットを最小化す
   る距離に設定して成ることを特徴とする光ヘッド装置。