JPH0622063B2 - 光ヘツド装置 - Google Patents

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15をコリメート光
16にするコリメーティングレンズ17と、収束レンズ18
と、ビームスプリッタプリズム19の他に、焦点誤差検出
手段とトラッキング誤差検出手段と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20及
び21と、光検出素子22及び23から成る２分割光検出器
と、光検出素子24及び25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６に対し、収束ビーム５が
丁度焦点を結んでいる時は、ウェッジプリズム20，21か
らの光ビーム26及び27は、各々、光検出素子22及び23の
間と、光検出素子24及び25の間に収束しているが、収束
ビーム５がディスク面６に対してデフォーカスした時
は、光ビーム26及び27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、光検出素子
22及び23の差動出力、又は、光検出素子24及び25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図に示す光検出素子22及び23の出力の和と、
光検出素子24及び25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 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40×40×30mm^３程度あり、従って重量も重
く、光ディ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、その後方に光検出
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ＳＣＯＯＰ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
クという反斜面が加わり、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
クの回転中は、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、半導体レーザと光デ
ィスクの間隔が約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ＳＣＯＯＰ効果により、光ディスク上の
信号を再生することは困難な課題が多すぎる。

本発明の目的は、上記欠点を解消して小型の光ヘッドを
実現することが可能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、半導体レーザ光源と、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互いに平行な分割線で４分
割された光検出器と、前記光源と前記結像レンズとの間
に設けられ、往路の光を０次回折光として透過し、か
つ、前記結像レンズの光軸と交わる前記分割線と平行な
境界線を境に互いに異なる収束距離を有し、前記結像レ
ンズを経て来た前記記録媒体からの復路の反射光を前記
境界線を境に分割し＋１次回折光として前記光検出器の
左右２つの分割線上にそれぞれ導くビームスプリッタ機
能を有する格子レンズとを備えることを特徴としてい
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、光ディ
スク面からの反射光を光検出器に導くために、格子レン
ズを用いる。格子レンズには所望の＋１次回折光の他に
０次回折光がある。０次回折光は格子レンズを直接透過
した光である。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、所望の＋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情報光から信号
の他、フォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号もと
り出すために、格子レンズの収束距離を結像レンズの光
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。

〔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、本発明の一実施例の基本構成を示す正面断面
図である。半導体レーザ１の放射光２は、格子レンズ３
を０次回折光として通過し、結像レンズ４によりディス
ク面６上の点７に収束される。ディスク面６からの反射
光は、結像レンズ４により収束され、格子レンズ３によ
り回折され、回折光８及び回折光10として、半導体レー
ザの脇にある光検出素子32，33，34，35からなる４分割
光検出器28に到達する。

第３図は、第１図の光ヘッド装置の右側面図を示す。第
３図に示すように、格子レンズ３は軸外しレンズで、各
々収束点11及び９を持ち、ディスク面６からのもどり光
を軸外し部に置かれた４分割光検出器28に導く。

格子レンズ３を半導体レーザ１の方向から見た時の格子
の配置の様子を第４図に模式的に示す。格子レンズのピ
ッチと方向は、配置をわかりやすくするために実際より
大きく書いてある。格子レンズ３は、結像レンズ４の光
軸と交わる線を境に、収束距離の異なる左側格子レンズ
29と右側格子レンズ30とから構成されている。左側格子
レンズ29の＋１次回折光は第１図及び第３図に示す点９
に収束する。一方、右側格子レンズ30の＋１次回折光
は、第１図及び第３図に示す点11に収束する。そこで、
４分割光検出器28の光検出素子32，33，34，35を第１図
に示すように左側回折光８を光検出素子32と33で、右側
回折光10を光検出素子34と35で検出するようにし、ディ
スク面６に光ビーム５が収束している合焦状態で４分割
光検出器28上の両回折光のスポット径が等しくなるよう
に配置することで、次に説明するように、フォーカス誤
差信号，トラッキング誤差信号，再生信号を得ることが
できる。

第５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５図(a)は、ディスク面６上に光
ビーム５が収束している合焦状態を示す図で、左側回折
光８及び右側回折光10は等しいスポット径になって４分
割光検出器28の左右２つの分割線上に到達している。第
５図(b)は、ディスク面６が面ぶれして、結像レンズ４
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８及び10の収束点は、合焦時よりも格子レンズ３
から遠くなるので、第５図(b)に示すように、４分割光
検出器28上では、左側回折光８のスポット径が大きくな
り、右側回折光10のスポット径が小さくなる。しかし、
格子レンズの境界線に対応する半円スポットの境界線31
の位置は変化しない。したがって、光検出素子32及び35
の出力が増加し、光検出素子33及び34の出力が減少す
る。反対に、ディスク面６が結像レンズから遠ざかった
場合は、回折光８及び10の収束点は合焦時よりも格子レ
ンズ３に近くなるので、第５図(c)に示すように、４分
割光検出器上では、左側回折光８のスポット径が小さく
なり、右側回折光10のスポット径が大きくなる。この場
合も半円スポットの境界線31の位置は変化しない。した
がって、光検出素子32及び35の出力が減少し、光検出素
子33及び34の出力が増加する。

以上の考察により、光検出素子32，33，34，35の出力電
圧を各々Ｖ(32)，Ｖ(33)，Ｖ(34)，Ｖ(35)とすれば、焦
点誤差信号は、Ｖ(32)＋Ｖ(35)−Ｖ(33)−Ｖ(34)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ずれ信号は、半導体レーザ１からの
放射光２のディスク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強度分布にアンバランスが生
じることを利用する第１図の紙面に垂直な方向にトラッ
クが延びている配置であるとすると、トラックずれによ
り回折光８と10の強度比が変わるため、４分割光検出器
28の光検出素子32及び33の出力信号の和と、光検出素子
34及び35の出力信号の和とに差が生じる。従ってトラッ
キング信号は、Ｖ(32)＋Ｖ(33)−Ｖ(34)−Ｖ(35)により
検出でき、この差信号の正負により、トラックずれの方
向も検知することができる。

ディスクからの信号は、４分割光検出器28の光量の総和
Ｖ(32)＋Ｖ(33)＋Ｖ(34)＋Ｖ(35)をとることにより検出
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
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ほどこされている。

今、回折角による位置ずれを光検出器28上で、分割線に
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６図に点線で示したような分割線に平行な方向の
位置変動については、何ら信号強度に変化を及ぼさない
ので問題ない。第７図に点線で示したような分割線に直
交する方向の位置変動については、光検出素子32〜35の
出力が変化するので注意が必要である。トラッキング誤
差信号はＶ(32)＋Ｖ(33)−Ｖ(34)−Ｖ(35)であり、情報
信号はＶ(32)＋Ｖ(33)＋Ｖ(34)＋Ｖ(35)であるから変化
は生じない。フォーカス誤差信号については、本発明で
は、４分割光検出器上の２つの回折光の分割線に直交方
向の変動が同じ方向になるように第１図に示すように４
分割光検出器28を格子レンズ３の境界線と結像レンズ４
の光軸とを含む平面の片側に配置し、さらに４分割光検
出器28上の回折光８と10の間隔と４分割光検出器の左右
２つの分割線の間隔とを等しくすることにより、次に述
べるように波長変動に対しフォーカス誤差を生じないよ
うにしている。このような配置をとった時の各光検出素
子32〜35の出力を第８図に示す。第８図(a)の曲線36，3
7はフォーカスエラーΔＺに対する出力電圧Ｖ＝Ｖ(34)
−Ｖ(35)を、曲線38，39はＶ＝Ｖ(32)−Ｖ(33)を示す。
点線と実線は、第７図の実線と点線の場合に対応する。
このように、Ｖ(34)−Ｖ(35)又はＶ(32)−Ｖ(33)は、回
折光の位置変動に対して第８図(a)に示すようにオフセ
ット電圧を生じ、フォーカス誤差を生じてしまうが、本
発明ではフォーカス誤差信号をＶ(32)＋Ｖ(35)−Ｖ(33)
−Ｖ(34)でとっているので、第８図(b)に曲線40及び41
で示すように、回折光が位置変動してもほとんどオフセ
ットを生じない。第８図(b)でΔＺはフォーカスエラ
ー、ＶＦはフォーカス誤差信号で、点線41と実線40は第
７図の実線と点線の場合に対応している。以上では、半
導体レーザの波長が変動し回折角が変化した時の解決策
について述べた。格子レンズでは、波長が変動したとき
は、回折角の変化すなわち横収差が発生するのみでな
く、縦収差すなわち、格子レンズの焦点距離も変動する
が、本発明では次に述べるように解決策が施されてい
る。

本発明においてはディスク面６からの反射光を収束する
主たる収束作用は結像レンズ４が持っており、格子レン
ズ３はその収束位置を光検出器の前後に異ならせるため
のわずかなレンズ作用と回折によって生じる非点収差を
補正するレンズ作用しか持っていない。図１を参照する
と、右側格子レンズ３０は結像レンズ４による収束点
を、結像レンズにより近い収束点１１に収束させるよう
にする凸レンズ作用を持ち、左側格子レンズ２９は結像
レンズ４による収束点を、結像レンズからより遠い収束
点９に収束させるようにする凹レンズ作用を持ってい
る。今、半導体レーザの波長が長波長側へ変化したとす
ると、どちらの格子レンズの作用も強くなる。すなわち
格子レンズの焦点距離の絶対値が小さくなる。この結
果、収束点１１は結像レンズ４により近い方向に変化
し、収束点９は結像レンズ４からより遠い方向に変化す
る。従って、光検出器上の光ビームはどちらも大きくな
り、Ｖ（３２）−Ｖ（３３）およびＶ（３４）−Ｖ（３
５）の各々はオフセットを生じる。しかしながら、本発
明ではフォーカス誤差信号をＶ（３２）＋Ｖ（３５）−
Ｖ（３３）−Ｖ（３４）でとっているので、ほとんどオ
フセットを生じない。

〔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、これまで光ディ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。

さらに本発明によれば、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装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の基本構成を示す断面図、 第２図は従来の光ヘッド装置の一例を示す断面図、 第３図は第１図に示す実施例の右側面図、 第４図は第１図に示す実施例の格子レンズの構成を示す
平面図、 第５図、第６図及び第７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８図はフォーカスエラーに対するフォーカス誤差信号
の変化を説明するための図である。 １……半導体レーザ 2,15……放射光 ３……格子レンズ ４……結像レンズ ５……収束ビーム ６……ディスク面 7,9,11……収束点 8,10……回折光 22,23,24,25,32,33,34,35……光検出素子 16……コリメート光 17……コリメーティングレンズ 18……収束レンズ 19……ビームスプリッタプリズム 20,21……ウェッジプリズム 26,27……分割光ビーム 28……４分割光検出器 29……左側格子レンズ 30……右側格子レンズ 31……半円スポットの境界線 36,37,38,39……光検出素子の差信号 40,41……フォーカス誤差信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザ光源と、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
   れその受光面が互いに平行な分割線で４分割された光検
   出器と、前記光源と前記結像レンズとの間に設けられ、
   往路の光を０次回折光として透過し、かつ、前記結像レ
   ンズの光軸と交わる前記分割線と平行な境界線を境に互
   いに異なる収束距離を有し、前記結像レンズを経て来た
   前記記録媒体からの復路の反射光を前記境界線を境に分
   割し＋１次回折光として前記光検出器の左右２つの分割
   線上にそれぞれ導くビームスプリッタ機能を有する格子
   レンズとを備えることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 【請求項２】前記光検出器を前記境界線と前記光軸とを
   含む平面の片側に配置し、かつ、前記光検出器上の前記
   反射光の間隔と、前記左右２つの分割線の間隔とを等し
   くしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
   ヘッド装置。