JPH0319142A - 光学ヘッド - 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、光学的に情報を記録もしくは再生を行なう装
置における光学ヘッドに関するものである． 〔従来技術〕 光学的に情報を記録もしくは再生する記録媒体に向けて
光を照射するために光学へ・ンドを用いる．情報記録再
生装置も年々小型化が進み、それに伴ない光学ヘッドそ
のものの小型化も次々と着手されつつある．例えば特開
昭６２−２７７６３５号には、光学ヘッドに用いる光学
系を一軸化して小型化する技術が示されている。一軸化
のために格子レンズを用いて、半導体レーザから出射し
た光はＯ次回折光を通してディスクに照射し、ディスク
からの反射光は１次回折光を用いて光軸外に取り出して
光検出器上に照射して制御信号（トラッキングエラー信
号やフォーカスエラー信号）を得ている． また、これら制御信号が互いに干渉しないように、格子
レンズを４分割し、各々の格子方向とレンズパワーを変
えてある．更にフォーカスエラー信号を得るときに光検
出器の前後で焦点を結ぶように構戒すると、光検出器上
でデフオーカスするためにトラッキングエラー信号がフ
ォーカスエラー信号にまわり込みやすくなる．これを防
止するためにディスクからの戻り光は光検出器上でフォ
ーカスするようにしている．〔発明が解決しようとする
！ｌ題〕 特開昭６２　−　２７７６３５号第５図（ａ）はディス
ク上の光スポットが合焦状態にあるときの光検出器の探
子を示しており、これを本出願の図面第１７図に示す．
この図で示すように、合焦時には光検出器ｌ上でスポッ
ト２．３が分割線４上に位置することがわかる．（スボ
ノト２．３はわかり易い様に大きく示してある．）実際
に分割型光検出器を作威すると、拡大図で示すように割
分線部分は検出素子と検出素子との間隙であり光に対し
て不感帯頷域４ａとなり、通常は合焦時のスポット径よ
りも大きい．従って、合焦時にはこの不感帯領域４ａに
スポットが入り込み、光スポットは感知されず、差出力
も０となって合焦であることが検知される． しかしながら、特開昭６２　−　２７７６３５号で用い
ている格子レンズは各分割領域でレンズパワーや焦点距
離を変えただけのレンズであり他に特別な加工は何らな
されていないので、各分割領域においては通常の球面単
レンズと変わらない。

球面単レンズは通過した光に比較的大きな球面収差を生
じさせるので、格子レンズを通過した光は球面収差を有
し、合焦時にスボノトが不感帯領域から不均一にはみ出
して、ゼロとなるべきフォーカスエラー信号にオフセン
トを持った場合が生じる．すると、フォーカスエラー信
号を検出して制御を行なっても、フォーカスエラー信号
がゼロとなる位置に対物レンズ等が制御されるため、合
焦位置に制御することができないという課題が生じる． 本発明は上記課題に着目してなされたもので、フォーカ
ス検出を行なう光ビームに球面収差を発生させず、フォ
ーカスエラー信号からオフセットを取り除く光学ヘッド
を提供することを目的とする． また、本発明の他の目的としては、フォーカスエラー信
号からオフセットを取り除くために使用する受光器に光
ビームを集束させるレンズによる球面収差の低減効果の
向上を簡単な構或で実現することにある． 〔課題を解決する手段および作用〕 本発明は、光記録媒体からの反射光を受光手段で受けて
フォーカス検出を行なうが、受光手段上に光ビームを集
束する光学素子のフォーカス検出用光ビームが通遇する
部分に両面非球面効果をもたせるものである．これによ
ると第１６図に示すが、レンズの開口数が０．２〜０．
３程度のガラス球面単レンズＡ、片面非球面単レンズＢ
、両面非球面単レンズＣにおける像高く光検出器上での
入射角θ、レンズの焦点距離をｆとした場合のｒ　−　
　ｔａｎθ〉に対する球面収差の関係を示す．この関係
から両面非球面単レンズの球面収差が最も少ないことが
わかる． 従って、受光手段上でのフォーカスオフセットの発生は
低減され、光記録媒体上での光スポットは正確に合焦状
態に制御される． また、両面非球面単レンズは製造する際にはその両面を
加工する必要がある．加工の方法はレンズの側面を挟み
込み固定をして片面ずつ加工する．従ってレンズの心出
しはレンズの母線に基づき行なうため、両面の輪合せに
関してはその機械的精度が精度の限界となる．更に片面
加工の後にとりはずして、それから逆面に対して固定し
て加工を行なうので両面の軸ずれをなくすことは非常に
難しい．軸ずれが発生すると、特開昭６４−２１４１０
号の第３図で示すように紬ずれの大きさに比例して球面
収差が発生する．そこで本発明においては、両面非球面
レンズをホログラムレンズで作威するようにした．ホロ
グラムレンズで作成すると、画面の軸ずれを光学的に検
出することができるので作或時に非常に梢度よく軸合せ
が行なえ両面非球面レンズの作威も簡単に行なえる．更
に、曲率半径の異なる非球面のホログラムレンズを各々
別に作威して組合せるようにすると、組合せる際に軸合
せを行なえばよいので更に簡単に柚ずれのない両面非球
面レンズの作戒が可能となる． 〔実施例〕 次に、図面に基づき本発明の実施例について説明する． 第１図〜第７図は第１実施例を示す． 第１図は第１実施例の全体構成を示す概要図である． 半導体レーザ５から出射する光はＰ偏光であり、コリメ
ータレンズ６により平行光とされる．この平行先は偏光
ビームスプリッタ７を通過し、１／４波長板８で円偏光
に変換された後、対物レンズ９により光記録媒体１０上
にスポット状で照射される．照射された光は光記録媒体
１０で反射され、対物レンズ９を通過して平行光となる
．平行光は１／４波長板８でＳ偏光となり、偏光ビーム
スプリンタクで反射される．反射された光は複合レンズ
１１を通過して、フォーカス検出用の光とトラッキング
検出用の光に分けられ光検出器１２にて充電変換されて
各制御信号を得る．次に、複合レンズｌ１の構或につい
て第２図〜第５図に基づき詳細に説明する．第２図は複
合レンズ１１の斜視図、第３図は側面図、第４図は入射
側からみた図、第５図は出射側からみた図である．各々
の方向を示すためにｘ，ｙ，ｚ軸を添記してある． 複合レンズ１１はガラスで作威したレンズ基板の一部に
ホログラムレンズを貼付したものである．ガラス基板ｌ
３の入射面は半分を平面ｌ４に、残りの半分を峰状ウェ
ッジプリズム１５に、出射面は全面平面ｌ６に研削、研
磨を行ない加工してある．ガラス基板１３の千面ｌ４に
は曲率半径の小さい非球面効果を持たせた第１のホログ
ラムレンズｌ７が貼付してあり、平面１６のうち平面ｌ
４に対応する半分には曲率半径の大きい非球面効果を持
たせた第２のホログラムレンズｌ８が貼付してある． 次に第６図（ａ）（ロ）に基づき、第１および第２のホ
ログラムレンズの作威法について説明する．図示はして
いないが、−Ｓにレーザからの光をコリメータレンズ等
により平行光とし、この光を半透鏡で２分割する．第６
図（ａ）に示すように分割された平面波の一方は参照光
としてホログラム作或用の感材面１９に法線方向から照
射する．他方の光は、１方の面が光軸に垂直な面をもつ
曲率半径の小さい非球面レンズ２０に反射ミラー等（図
示せず）を用いて導き、ピンホール２ｌを介して感材面
に参照光とは逆の面から同時に照射する．このように感
材面１９に参照光と物体光を同時に照射（二重露光法）
すると、感材面ｌ９には放物線状の干渉縞が形威され、
これを現倣することにより、参照光と同じ平面波を再生
光として照射したときに、非球面レンズ２０と同じ働き
を持ち、出射光が収束するような第１のホログラムレン
ズｌ７が形威される．第２のホログラムレンズ１８は、
第６図伽》に示すように参照光として非球面レンズ２０
とピンホール２１を介した球面波を感材面２２に照射し
、物体光としては１方の面が光紬に垂直な面を持つ曲率
半径の大きい非球面レンズ２３とピンホール２４を介し
て逆の面から同時に照射して形或する．ここで参照光と
して球面波を照射するのは、第２のホログラムレンズｌ
８には第１のホログラムレンズ１７の出射光、即ち球面
波が再生光として入射するためである．また、ピンホー
ル２１．　２４を用いるのは、余分な光が感材面１９．
　２２に照射しないためである． 以上の様に作威したホログラムレンズ１７．　１８を各
々ガラス基Ｆｉ１３の平面１４．　１６の所定位置に貼
付して複合レンズ１１を形威する．この様に各ホログラ
ムレンズを作威した後に貼付するので、貼付するときに
各ホログラムレンズの光軸を合わせればよい．従って、
軸合せをしながら両面を加工する両面非球面単レンズに
比べると非常に簡単に軸の合った両面非球面レンズの作
用を持つレンズが得られる． この複合レンズ１１に光記録媒体から反射した光が入射
すると、第３図で示すように入射光の半円はウェッジプ
リズムｌ５により屈折して光は２分割される．２分割さ
れた略１／４円の光はガラス基板ｌ３を通過して各々、
光検出・器１２の検出？子Ｓ■，Ｓｌｇで集光検出され
て充電変換された後、トラッキングエラー信号として得
られる他の半円はホログラムレンズｌ７とウェッジプリ
ズムｌ５との境界によりエッジ効果を持ち、各ホログラ
ムレンズで２分割検出素子ＳＡ上に集光検出されて光電
変換された後、フォーカスエラー信号として得られる．
検出器上での受光の様子を第７図に示す．第７図（菊は
ジャストフォーカス時を示してあり、検出素子Ｓあでは
球面収差によるオフセットは発生せず光はスポット状に
ＳＡＩとＳ■の間の不感帯２５に入り込む．このときフ
ォーカスエラー信号もＳ．，−Ｓ．．−Ｏでシャストフ
ォーカスを示す．一方、検出素子Ｓ．．Ｓ．においても
微小スポットとなるがオフトランク量に従ってウェッジ
プリズムで各方向に屈折される光量が変わるのでＳ■一
Ｓｏでトラッキングエラー信号が検出される．第７図伽
）はデフォーカス時を示してある．検出素子Ｓ．上では
、Ｓａｇ上のみに半円の光が検出され、Ｓ■一ｓａｇが
フォーカスエラー信号であり、デフォーカス？方向と量
を示す．当然ではあるがデフォーカスの方向が第７図（
ｂ）と逆になると、半円の光は（Ｃ）で示すようにＳ■
のみに検出される．また、検出素子Ｓ■，Ｓ■上では各
々ｌ／４円の光が検出され、各光量がオフトラック状態
に応して異なる． 第７図においては、各検出素子がずれて示してあるが、
複合レンズｌ１の作威において光の収束位直を調整すれ
ば検出素子はＳｍ＋，　ＳＡ＋　　ｓｌよを一列に並べ
て配置することもできる．また、上記第１実施例ではウ
エ’）ジプリズムを峰状としたが第２実施例として第８
図（ａ）および（６）で示すように谷状ウェッジプリズ
ム１５１としてもよい．このとき、（ｂ）で示すように
ウエノジプリズム１５１で分割された光ビームの進路は
第３図とは異なり、プリズムの谷線から外方へ分割され
る．第３図のときとエラーを示す方向は逆になるが、Ｓ
■−ＳＳＸによりトラッキングエラー信号が得られるこ
とは第１実施例と同樺である．他の部分に関しては第１
実施例と同じであるので詳細な説明は行なわない． 次に、第９図に基づき第３実施例について説明する．第
３実施例は第１実施例の変形であり、第１実施例と異な
る部分は、ウェッジプリズムの位置である．第１実施例
では、曲率半径の小さい非球面効果をもつ第１のホログ
ラムレンズｌ７を貼付する入射側にウェッジプリズムを
設けたが、第３実施例では、曲率半径の大きい非球面効
果をもつ第２のホログラムレンズｌ８を貼付する出射側
にウェッジプリズム１５２を設けてある．従って入射面
はい）図で示すようにガラス基板１３を全面平面１４１
に加工した後、半面に第１のホログラムレンズ１７を貼
付する．出射面は（Ｃ）図に示すように、入射面の第１
のホログラムレンズｌ７に対応する位置である半面ガラ
ス基板１３を平面に加工してあり、その部分には第２の
ホログラムレンズ１８を貼付し、残りの半面は、峰状の
ウェッジプリズム１５２に加工してある．入射した光が
屈折を受けて分割する位置が異なる以外は第１実施例と
同じであるので詳細な説明は省略する． 次に第１０図〜第１２図に基づき第４実施例について説
明する． 第４実施例の特徴部分はウェッジプリズム部分ヲホログ
ラムレンズで作威した点にある．第ｌＯ図は複合レンズ
２６を入射面からみた場合の図を示し、第１１図は複合
レンズ２６を側面からみた場合の図を示す． 第１１図からわかるように、ガラス基板１３１は入射面
も出射面も全面平面に加工してあり、その面にホログラ
ムレンズを貼付してある．入射面側は第ｌＯ図で示すよ
うに半面に曲率半径の小さい非球面効果を持たせ、他の
半面にはウェッジプリズム効果を持たせたホログラムレ
ンズ２７を貼付してある．尚出射面側については、第５
図と同じなので説明は省略する． 次に第１２図に基づき、ホログラムレンズ２７の作威に
ついて説明する．まず、曲率半径の小さい非球面部２７
ａの作威については第６図中）で説明した方法で行なう
が、但しこのときウェッジプリズム部２７ｂに相当する
部分は感材面２８にてマスキングを行ない、光が照射し
ないようにする．マスキングは光を遮断するもので覆う
ことで簡単に実現できる．次に、非球面部２７ａの部分
をマスキングする．そして、非球面部２７ａの作威と同
様に図示はしていないが、レーザからの光をコリメータ
レンズ等により平行光とし、この光を半透鏡で２分割す
る．分割した一方の光は、平面波の参照光として感材面
２８に法線方向から照射する．他方の光は、更に半透，
１２９で２分割した後一方はレンズ３０に、他方は反射
ミラー３１で反射した後にレンズ３２に入射する．そし
て、曲率半径の小さい非球面レンズ２０の集束位置のピ
ンホールから各ＤＩＩＩＩＩＡＩれた位直にピンホール
３３．　３４を設け、レンズ３０．　３２を通過した光
はピンホール３３．　３４で集束して通過した後、各々
感材面２８の参照光を照射する面とは逆の面の１／４の
領域に斜めに照射される．この感材面２８を現像するこ
とによりホログラムレンズ２７が作或できる． 以上の様に作成したホログラムレンズ２７と第６図（ｂ
）と同様に作威したホログラムレンズ１８をガラス碁板
１３１に軸を合わせて貼付して複合レンズ２６を作威す
る．この複合レンズ２６は軸ずれのない両面非球面レン
ズを簡単に作威したもので、この複合レンズ２６を用い
ることにより光検出器上でのフォーカスオフセットを取
り除き、正確なフォーカス検出を行なうことができる．
第４実施例では入射面側にウェッジプリズム部を作威し
たが出射面側に作威してもよい．次に、上記実施例では
、ガラス基板の両面にホログラムレンズを貼付して複合
レンズを作威したが、ガラス基板を用いない第５実施例
を第１３図を用いて説明する．第１図と同じ部分には同
じ番号を付してあり、ホログラムレンズは第４実施例と
同じものを使用している． 半導体レーザ５から放射したＰ偏光はコリメータレンズ
６で平行先にされ、偏光ビームスプリッタフに入射する
．Ｐ偏光であるため平行光は偏光ビームスプリッタ７を
透過し、出射面倒に貼付してある１／４波長板８により
円偏光となる．円偏光となった光は対物レンズ９により
集束され光記録媒体・ｌＯ上にスポットとして照射され
る．光記録媒体ｌＯで反射された光は対物レンズ９で平
行光とされ、１／４波長板８でＳ偏光となる．Ｓ偏光と
なった光は偏光ビームスブリッタ７に入射し、偏光膜面
で反射される．反射された光は、その方向の出射面に貼
付された１／４波長板３５で円偏光となる．ｌ／４波長
板３５には更にホログラムレンズ２７が貼付されその上
から多層膜コーティングにより反射面３６を形威してあ
る．ｌ７４波長板３５で変換された円偏光はホログラム
レンズ２７により、ウェッジプリズム部では光の２分割
作用を受け、非球面部では屈折集束作用を受けた後反射
面３６で反射され、結果的に光は３分割される．３分割
された光は、再びｌ／４波長板を通過するときにＰ偏光
となり、偏光ビームスプリンタ７に入射する．Ｐ偏光で
あるため偏光膜面は通過し、その方向の出射面の曲率半
径の小さい非球面部に対向する位置に貼付されたホログ
ラムレンズ１８で半円だけは更に集束され、光検出器ｌ
２の検出素子Ｓ．で受光される．他の２分割された１／
４円も各々検出素子Ｓ■ｌ＋ｓｌ１で受光される．後は
第ｌ図と同様に電気信号に変換され、各制御信号が得ら
れる．第５実施例の樺に構威すると光学系全体が小型化
できるという利点が更に生じる． 以上第１〜第５実施例ではＤｒａｗ型の光記録もしくは
再生装置に関して説明したが、本発明はこれに限られず
、例えば光磁気記録媒体を用いた書換え可能な装置につ
いても通用できる．例として、第１４図に示す．半導体
レーザ５から出射してコリメータレンズ６で平行化され
たＰ偏光は偏光ビームスブリッタ３７を通過して対物レ
ンズ９で光磁気記録媒体３８上に集束される．光磁気記
録媒体３８から反射された光はカー回転威分を含みＳ偏
光成分をもつ．この反射光は、Ｐ偏光の反射率を５０％
程度、Ｓ偏光の反射率を１００％にした偏光ビームスブ
リッタ３７に入射し、Ｐ偏光成分は５０％、Ｓ偏光威分
は１００％反射され、みかけ上のカー回転角が増大され
る．更にハーフプリズム３９で光が２分割され、一方の
光は複合レンズ２６を通過し、光検出器ｌ２により制御
信号を得る．他方の光は１／２波長板４０を通過し偏光
ビームスプリッタ４１でＰ偏光と信号成分となるＳ偏光
に分け各々検出して差出力をとり情報信号を得る． また、第１５図に示すように、偏光ピームスプリンタ３
７で反射した光を偏光ビームスプリッタ４ｌでＰ偏光と
Ｓ偏光に分け、Ｐ偏光は複合プリズム２６を介して光検
出器１２で各制御信号を得る．また、光検出器ｌ２で受
光した全出力和と、Ｓ偏光の出力の差をとって情報信号
としてもよい．以上説明した全ての実施例においては、
ホログラムレンズを別に作威してガラス基板や偏光ビー
ムスプリツタに貼付する方法をとっていたが、これら透
明基板が以上の実施例で示すようにガラスより成る場合
には、例えばこのガラス基板上に金型を設けてフォトポ
リマーを注入し、これを紫外線硬化させた後金型を剥離
して成形したり、あるいはガラス基板上に反応性イオン
エッチングによりフォトレジスト薄膜を記録し、これを
現像してパターンを形威した後Ｃｌ｛Ｆ．ガスでイオン
エッチングを行い、その後レジストを除去して形威する
ことができる．また、透明基板はガラスに限られず、プ
ラスチック等の基板に貼付してもよい．更に、透明基板
がプラスチックより成る場合に、基板上にフォトレジス
トを塗布してレーザビームによりパターンを記録し、こ
れを現像した後レジストパターン上からＸｉ等の金属を
電鋳によりメッキしてスタンパを作或することにより威
形することもできる．これら基板と一体成形する場合で
も、作成する場合に平行光を照射して光検出器で透過光
を受光することによりレンズの中心紬を光学的に検出で
きるので稍度の高い軸合せが可能である．また、型によ
り作戒するレプリカ法でるため簡単に多量生産が可能と
なりコストの低減も実現できる． 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、フォーカス検出
を行なうにあたり、受光手段上に光ビームを集束する光
学素子のフォーカス検出用光ビームが通過する部分に両
面非球面効果を持たせたので、オフセットを含まないフ
ォーカスエラー信号を得ることができる．また、両面非
球面効果をホログラムレンズにより実施することにより
、簡単に作威できるとともに両面非球面レンズの軸合せ
も簡単に実施でき、球面収差を非常に低減できるためフ
ォーカスエラー信号の精度をあげることができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１実施例の全体概要図、第２図〜第５図は
第１実施例で用いる複合レンズを示す図、第６図は複合
レンズの作威法を示す図、第７図は光検出器上の光の様
子を示す図、第８図は第２実施例を示す図、第９図は、
第３実施例を示す図、第１０図および第１１図は第４実
施例を示す図、第１２図は第４実施例の複合レンズの作
戒法を示す図、第１３図は第４実施例の全体概要図、第
１４図は、光磁気装置で用いた場合の全体概要図、第１
５図は、第１４図の他の例を示す図、第１６図は、本発
明に基づく作用を示す図、第１７図は、従来例を説明す
る図である． １１．　２６−・・・・・・　　　複合レンズ１７．　
１８．　２７・・・−・・一・−ホログラムレンズ１５
　　　　・−・−・−・・・一・・−　ウェッジプリズ
ム第４　［； オ　５−４ １７ ｝４　　１６　　［３ （０） 第　３　こ （ｂ） 第６（７ｌ （０） （ｂ） （Ｃ） Σ　７　二ｉ （０） （ｂ） 第１２区 １０ 警ｌ３ 第９　区 １３１ コ ’５ｇｌ４　エ ４ｏ 男　旧Ｓ 頁７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源と、該レーザ光源から出射した光を光記
   録媒体上に集束させる対物レンズと、一部は両面非球面
   効果を有し、両面非球面効果を有する部分を通過する光
   をフォーカス検出用光ビームとして、他の部分を通過す
   る光をトラッキング検出用光ビームとして分離する光学
   素子と、分離されたフォーカス検出用光ビームを受光す
   る第１の受光手段と、分離されたトラッキング検出用光
   ビームを受光する第２の受光手段を有することを特徴と
   する光学ヘッド。 ２、前記光学素子の一部をウェッジプリズムとしてトラ
   ッキング検出用光ビームを２分割する請求項１記載の光
   学ヘッド。 ３、前記光学素子の一部をウェッジプリズム効果をもつ
   ホログラムレンズとしてトラッキング検出用光ビームを
   ２分割する請求項１記載の光学ヘッド。 ４、前記光学素子のウェッジプリズム効果をもつ部分は
   前記光学素子の入射面もしくは出射面のいずれか一方に
   位置する請求項２もしくは３記載の光学ヘッド。 ５、前記光学素子の両面非球面部分は入射面と出射面に
   曲率半径の異なる非球面効果を有するホログラムレンズ
   から成る請求項１記載の光学ヘッド。 ６、レーザ光源と、該レーザ光源から出射した光を光記
   録媒体上に集束させる対物レンズと、集束スポットが前
   記光記録媒体上で合焦状態であることを検出するための
   光検出手段と、両面非球面効果をもち前記光記録媒体か
   らの反射光を前記光検出手段上に集束させるレンズを有
   することを特徴とする光学ヘッド。 ７、前記レンズの入射面と出射面には曲率半径の異なる
   非球面効果をもつホログラムレンズを有する請求項６記
   載の光学ヘッド。 ８、前記レンズの一部はウェッジプリズム効果をもち、
   前記光記録媒体上の集束スポットのトラッキング状態を
   検出するトラッキング検出用光ビームを２分割する請求
   項６記載の光学ヘッド。 ９、レーザ光源と、該レーザ光源から出射した光を光記
   録媒体上に集束させる対物レンズと、前記光記録媒体か
   ら反射した光をレーザ光源からの出射光路と分離する手
   段と、前記分離手段の分離光路方向の一端には曲率半径
   の小さな非球面効果をもつホログラムレンズと、他端に
   は曲率半径の大きな非球面効果をもつホログラムレンズ
   と、これらのいずれか一方の端面にウェッジプリズム効
   果をもつホログラムレンズを有することを特徴とする光
   学ヘッド。