JPH07107743B2

JPH07107743B2 - 光ヘツド装置

Info

Publication number: JPH07107743B2
Application number: JP61310887A
Authority: JP
Inventors: 雄三小野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1986-12-25
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPS63161543A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、いわゆる書込み型（DRAW）、書換え型（Ｅ
−DRAW）光ディスク、ビデオディスク、ディジタルオー
ディオディスクなど（以下光ディスクと総称する。）の
記録、再生に用いる光ヘッド装置に関する。

（従来の技術）光ディスクの従来の光ヘッド装置を第２図に示す。光源
である半導体レーザ１の放射光２は、コリメーティング
レンズ３でコリメート光４に変換され、偏光ビームスプ
リッタ５を透過し、1/4波長板６で円偏光に変換され、
全反射プリズム７で全反射されて光路を90゜折り曲げ、
収束レンズ８で光ディスク面９に収束される。

光ディスク面からの反射光は、逆の経路で1/4波長板６
にもどり、径路の偏光と直交する直線偏光に変換され、
偏光ビームスプリッタで５反射される。

反射された光は、レンズ10で収束光に変換されビームス
プリッタ11で透過光と反射光に分割される。透過光19
は、２分割光検出器14に入射し、光検出素子12と13の差
信号でプッシュプル法によるトラック誤差信号を、又光
検出素子12,13の和信号でRF信号を得る。一方反射光20
は、その半分をナイフエッジ15で遮蔽され残りの光が２
分割光検出器18に入射し、光検出素子16と17の差信号で
フーコー法によるフォーカス誤差信号を得る。

（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40×40×30mm²程度以上あり、従って重量
も重く、光ディスク全体の小型化、軽量化の障害となっ
ていた。

また、トラッキング誤差検出にプッシュプル法を採用し
ているため、トラック誤差信号にもとづき収束レンズ８
をアクチュエータ（図示せず）で光軸に垂直な方向に動
かした場合、収束レンズの光軸と、トラッキング誤差検
出用の２分割光検出器の分割線にずれが生じ、光検出素
子12と13への入射光量がアンバランスになる。

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狭くなるとい
う欠点を有していた。さらに、上述した従来の光ヘッド
は光学研磨が必要が光学部品を多数使用することから調
整が大変でコスト高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、1/4波長板と、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、前
記記録媒体からの反射光を記録媒体照射光路から分離し
て取り出す偏光ビームスプリッタと、異なる特性の複数
領域から成り前記領域に発散点までの距離がほぼ等しい
２つの発散球面波どうしの干渉縞の格子パターンが形成
されている格子レンズと、受光面が複数に分割された光
検出器とから構成され、前記格子レンズは、前記偏光ビ
ームスプリッタを経てきた前記記録媒体からの反射光を
前記領域ごとに回折して、０次回折光を含めて前記光検
出器に導くようにしたことを特徴とする。

（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、レンズ10とビームスプリッタ11とナイフエ
ッジ15から構成される受光系用光学系を単素子化するた
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０次回折光を受光してRF信号を得る。さらに本
発明では、１次回折光で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ナイフエッジ15と等価な作
用をさせ、フーコー方式（より詳しくダブルナイフエッ
ジ法）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により、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。

すなわち、格子レンズRF信号光とフォーカス誤差検出光
と、トラッキング誤差検出光とに分割するビームスプリ
ッタ機能を持たせている。

（実施例）次に本発明の実施例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１の放射光２は、偏光ビームスプリッタ５を
透過し、コリメーティングレンズ３でコリメート光４に
変換され、1/4波長板６で円偏光に変換、全反射プリズ
ム７で全反射されて光路を90゜折り曲げ、収束レンズ８
で光ディスク面９に収束される。光ディスク面からの反
射光は、逆の経路で1/4波長板６にもどり、往路の偏光
と直交する直線偏光に変換され、コリメーティングレン
ズ３で収束光に変換され、偏光ビームスプリッタ５で反
射される。反射された光は、格子レンズ21により回折さ
れ、６分割光検出器23に入射する。０次回折光は光検出
器22に入射する。

第３図は、第１図の格子レンズ21と６分割光検出器23と
光検出器22との関係を説明するための部分斜視図であ
る。第３図では、格子レンズ内の分割領域とトラックと
の方向関係を示すため省略線28を介して、収束レンズ８
と、ディスク面９を同時に示してある。

格子レンズ21は、４つの格子レンズ領域から成り、コリ
メーティングレンズ３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、さ
らに、分割線35上にはＡ領域格子レンズ36、及びＢ領域
格子レンズ37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
は光検出器22から発散する球面波と６分割光検出器23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は光
検出器22から発散する球面波と６分割光検出器23の分割
線上の点41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。Ｃ領域格子レンズ38は光検出
器22から発散する球面波と、６分割光検出器の光検出素
子30上の点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、６分割光検出器の光検出
素子29上の点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。

第３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てある。

このような格子レンズ21を用いているのでディスク面９
から反射12格子レンズに入射する光は回折光24,25,26及
び27として６分割光検出器上の点40,41,43及び42に各々
収束到達する。又、回折を受けなかった０次回折光は、
光検出器22に収束到達する。

第５図は６分割光検出器23の中央部の４分割光検出素子
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９上に光ビーム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を６分割光検出
器23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５図（ｂ）はディスク面９が変位して収束
レンズ８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６分割光検出器23の光検出
素子33および光検出素子32にそれぞれ入射し、光検出素
子31および光検出素子34には入射しない。

第５図（ｃ）はディスク面９が変位して収束レンズ８に
近づいたデフォーカス状態に回折光を示す図である。回
折光24,24は６分割光検出器23の光検出素子31と光検出
素子34にそれぞれ入射し、光検出素子33と光検出素子32
には入射しない。したがって、６分割光検出器23の中央
の４光検出素子31,32,33,34の出力をS1,S2,S3,S4とすれ
ば、焦点誤差信号は（S1＋S4）−（S2＋S3）から得られ
る。

一方、トラッキング誤差信号は、ディスク面９上の絞り
込みスポットがトラックの中心から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21のＣ領域格子レンズ38の中心とＤ領域格子レンズ
39の中心を結ぶ線が収束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。

ディスクからの再生信号は、光検出器22の信号出力から
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。６分割光検
出器23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６分割光検出器
23の中央の４光検出素子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。すなわち、こ
の方向の空間周波数をほとんど持たないとは、この方向
に格子の成分がほとんど無いこと、つまり、この方向と
直交する方向にのみに格子成分があることであり、この
ことは、この格子レンズがほとんど直線格子であること
を意味する。本願発明の格子レンズは、二つの発散球面
波の干渉縞に相当する格子パターンウムを持っているこ
とをさきに述べたが、２つの発散球面波の干渉縞は一般
に、回転双曲面群と干渉縞を記録する記録面との交線で
あることが知られている。このことは例えば、昭和53年
５月10日開催の日本学術振興会第131委員会第90回研究
会資料第37−40頁所載の野田英行著の論文「分光器用ホ
ログラフィック・グレーティング」の表１に示されてい
る。本願の格子レンズは正確には、このような格子パタ
ーンであるが、第１図および第３図ならびに第４図に示
すように、０次回折光を受光する光検出器と１次回折光
を受光する６分割光検出器が格子レンズからほぼ等距離
に配置されて収束光を受光するようにされていることか
らもわかるように、格子レンズには、２つの発散球面波
の発散点がほぼ格子レンズから等距離にある配置で干渉
縞が形成されている。この結果、先に述べたようにほと
んど直線状の、一方向のみの空間周波数を持つ格子レン
ズになっているのである。

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、トラッ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ットが生じる。この問題点を
解決するために、本発明で次のような対策を講じてい
る。

Ｃ領域、Ｄ領域の格子レンズ38,39、光軸について対称
で等しい面積に入射する光を検出するように配置されて
いる。したがって誤差検出系光軸に対して収束レンズ光
軸がトラックに垂直方向にずれた場合もＣ領域、Ｄ領域
の格子レンズ38,39に入射する光量に変化はなく、トラ
ック誤差オフセットの発生は抑制される。

第４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６分割光検出器23の第１分割線44はデ
ィスクトラック方向と垂直であるが、本実施例では、６
分割光検出器23の第１分割線44はディスクのトラック方
向と平行に配置され、そのためにＣ領域、Ｄ領域格子レ
ンズ38,39は格子レンズ46の分割線35をはさんで両側に
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６分割光検出器23の第１の分
割線44の延長線上に配置されているが、本実施例では、
第２分割線45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。

６分割光検出器23の配置は、格子レンズへの入射光の光
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６図は、本発明の第３の実施例に用いる格子レンズ54
を示す図である。光学系の構成は、第１図（詳細は第３
図）と同じであるので省略する。格子レンズ54は、２つ
の境界線51と52により４つの領域に分割されており、第
１の実施例のA,B,C,D領域に相当するのかが各47,48,49,
50である。したがってトラック方向と図に示す53の矢印
方向に設定することで、第１の実施例と同じ動作が得ら
れる。

（発明の効果）本発明の光ヘッド装置は受光系部分の光学部品が格子レ
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
れまで光ディスク装置全体の小型化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、本発明は光検出器
と６分割光検出器を同一ペレット上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斜視図、第３図及
び第４図は第１及び第２の実施例の部分斜視図、第５図
は６分割光検出器上の回折光の状態を説明するための
図、第６図は本発明の第３図の実施例に用いる格子レン
ズを示す図である。１……半導体レーザ、２……放射ビーム、３……コリメ
ーティングレンズ、４……コリメートビーム、５……偏
光ビームスプリッタ、６……1/4波長板、７……反射プ
リズム、８……収束レンズ、９……ディスク面、10……
レンズ、11……ビームスプリッタ、12,13,16,17,29,30,
31,32,33,34……光検出素子、14,18……２分割光検出
器、15……ナイフエッジ、19……透過ビーム、20……反
射ビーム、21,36,37,38,39,46,47,48,49,50,54……格子
レンズ、22……光検出器、23……６分割光検出器、24,2
5,26,27……回折光、28……省略線、35,51,52……境界
線、40,4142,43……収束点、44……第１分割線、45……
第２分割線、53……トラック方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、1/4波長板と、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、前記記録媒体か
らの反射光を記録媒体照射光光路から分離して取り出す
偏光ビームスプリッタと、異なる特性の複数領域から成
り前記領域に発散点までの距離がほぼ等しい２つの発散
球面波どうしの干渉縞の格子パターンが形成されている
格子レンズと、受光面が複数に分割された光検出器とか
ら構成され、前記格子レンズは、前記偏光ビームスプリ
ッタを経てきた前記記録媒体からの反射光を前記領域ご
とに回折して、０次回折光を含めて前記光検出器に導く
ようにしたことを特徴とする光ヘッド装置。