JPH09128781A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、適当な大きさの光検出器を構成するた
めに、対物レンズの焦点距離に対して十分長いバックフ
ォーカスを取って倍率を高くしていたが、そのために対
物レンズの後方のスペースを大きく取る必要があり、光
ヘッド自体の構成がそのまま大きくなってしまうという
問題点に鑑み、機器組み込み性、安定駆動性に優れた小
型軽量の光ヘッド装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 対物レンズ２２の内部に光源である半導
体レーザ２１を設置してなる光ヘッド装置であって、対
物レンズ２２内の半導体レーザ２１から射出した光束を
底部に設置された反射ミラー２３で再び対物レンズ２２
へ入射させ記録面２４へ光束を集光させる。また記録面
２４からの反射戻り光を対物レンズの２２底部、または
反射ミラー２３に設置したホログラム素子２６によって
光検出器２５へ分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光によって情報を
記録、または再生する光ヘッド装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、光を利用して情報の記録や再生を
行う技術はめざましい進歩を遂げている。あらかじめデ
ィジタルコードで記録されている音声や文字、画像デー
タを読み出す再生専用の光学装置、すなわちコンパクト
ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、レーザディスクなどとそれぞ
れ呼ばれているもので、基本的な技術、市場とも成熟期
にある。またコンピュータの２次記憶装置、リライタブ
ルファイリング装置などにますますその利用範囲を広げ
てきているデータの消去や再書き込み可能な光磁気ディ
スク装置や相変化型ディスク装置などの書換え型ディス
ク装置などが技術的改良、市場規模拡大、シェア獲得な
どを目指し本格的な立ち上がり時期を向かえつつある。

【０００３】これらの技術的発展を支えているものは市
場のニーズもあるが、半導体レーザ技術、光学技術、媒
体技術、信号処理技術、精密加工技術などの多くの周辺
技術発展の寄与するところが大きいといえる。今後ます
ます技術の発展、市場規模の拡大にともなって、光ディ
スク装置は情報記憶装置としてその地位を築いて行くも
のと思われる。以下に図を参照しながら従来の光ディス
ク装置、特に主要構成部であるところの光学系および関
連部分について説明を行う。

【０００４】図５は従来の光ヘッド装置の光学系の構成
図である。同図において光源であるところの半導体レー
ザ１から射出された光束は、トラッキング動作に必要な
回折光を発生させる作用を持つ回折格子２を透過し、半
透ミラー３の表面で反射されたのち対物レンズ４へと入
射する。さらに対物レンズ４の集光作用を受け光ディス
クの記録面５へ微小スポットとして結像する。このスポ
ットによって記録面５にあらかじめ書き込まれているピ
ットデータ（不図示）をピックアップ、若しくは半導体
レーザ１の光強度変調を行うことによって記録面５にピ
ットデータを書き込む。

【０００５】記録面５で反射した光束はさらに対物レン
ズ４へと回帰、透過した後、半透ミラー３を透過し光検
出器６へと入射する。光検出器６では先に述べた回折格
子２で発生させた回折光（±１次回折光）を利用してト
ラッキング動作に必要なエラー信号を検出する。これは
記録面５のピット列、若しくは案内溝に対して±１次回
折光をそれぞれ僅かにずらして結像（不図示）させるこ
とによってトラッキング方向、即ちディスクのラジアル
方向の偏位を±１次回折光の差動信号として検出するこ
とができるものである。

【０００６】またこの光検出器６によってフォーカス追
従制御に関わるエラー信号を検出することができる。同
図において、対物レンズ４からの戻り光束が任意の厚み
を持つ平行平板の半透ミラー３を透過する際、非点収差
が与えられ収斂光の最小錯乱円の位置に多分割の光検出
器６を配置し、その出力信号を適当に処理することによ
って前記エラー信号を得ることができる。作用の詳細に
ついては後で説明する。このように得られたトラッキン
グ、およびフォーカシングのエラー信号をそれぞれの対
物レンズ４の駆動アクチュエータ７にフィードバックす
ることによって記録面５のピット列に対してディスクの
ラジアル方向、および鉛直方向の追従動作を実現するこ
とができる。

【０００７】図６は従来の光ヘッド装置の構成図、図７
は同光ヘッドのフォーカスエラー信号の特性図、図８は
同光ヘッド装置の目標トラックからの偏差にともなう誤
差信号の特性図である。次に図６を用いて、ディスク上
の目標とする読みだし／書き込み位置への高速アクセス
が可能な分離光学ヘッド装置について説明を行う。分離
光学ヘッド装置は、一般に対物レンズ、はね上げミラ
ー、および対物レンズアクチュエータ等から構成される
ところのディスクに対してアクセス動作を行う可動部
と、半導体レーザ、光学プリズム、及び光検出部等から
なるところの固定光学部とに分離された光ヘッド装置を
用いることによって、移動するヘッド部分の重量を軽減
することができ、ディスクの目標とするトラックに対し
て、一般に一体型光ヘッドと呼ばれる前記半導体レーザ
などの構成要素をすべて移動架体に組み入れてアクセス
動作を行うものを用いるよりも高速のアクセス動作を行
うことができる。

【０００８】同図において、光源であるところの半導体
レーザ１から射出された楕円断面を持つ発散光束はコリ
メータレンズ８によって平行光束に変換されプリズム９
に入射する。このプリズム９の入射面１０は、半導体レ
ーザ１からの楕円断面光束を円断面光束に変換するため
入射光に対して斜めに形成されている。入射面１０の法
線と入射光軸とで規定される平面に対して直角を為す方
向の入射光束の幅は前記入射面１０を透過した後も変化
はないが、これと直角の方向をなす光束の幅は入射光の
それに対して拡大されて光束の断面形状はほぼ円形とな
っている。このような作用は一般にアナモルフィック作
用と呼ばれ、光束の断面一方向のみ任意の大きさに変倍
することができる。この変倍率は単純な平面入射の場
合、入射出角度それぞれの余弦の比によって求めること
ができる。

【０００９】さらに光束はほぼ円形の断面のままプリズ
ム９を透過し固定光学部１１を離れて移動光学部１２に
到達する。楕円光束を円形の断面を持つ光束に変換する
ことによって対物レンズ４に入射する光束の強度分布の
均質化と光量の有効利用を図ることができる。移動光学
部１２に到達した光束はディスク１３に対してはね上げ
ミラー１４によってディスクの鉛直方向へおり曲げら
れ、対物レンズ４へ入射させられる。この対物レンズ４
の集光作用によって入射した平行光束は、記録面５に微
小スポットとして結像する。結像されたスポットによっ
て記録面５にあらかじめ記録されていた信号、およびト
ラッキング、フォーカシング動作に必要な光信号成分を
ピックアップする。または強度等に変調された光束によ
りデータを記録面５に記録する。

【００１０】さらに記録面５から前記光信号成分を含ん
だ反射戻り光を再び対物レンズ４によって拾い、はね上
げミラー１４を経て固定光学部１１側へと導く。固定光
学部１１へ入射した光束は、再びプリズム９へ入射しプ
リズム９の内部に形成された光分離面１５により光束の
一部が光検出器１６側へと分離される。分離された光束
は集光レンズ１７およびシリンドリカルレンズ１８を透
過し、収斂されつつ光検出部１６へ入射する。光検出部
１６へ入射した光束を適当に処理することによって記録
信号の再生をするとともに、前述のフォーカシング、お
よびトラッキングに関わる信号、即ちエラー信号を検出
することができる。この検出方法についてはそれぞれい
くつかの方法が考案されているが、ここではフォーカシ
ングのために非点収差法、トラッキングのためにはプッ
シュプル法を用いた光ディスク装置を示した。

【００１１】まず、フォーカシングに関わる動作説明を
おこなう。同図において、記録面５からの戻り光束は前
述したごとくプリズム９内の光分離面１５によって光検
出器１６側へ分離される。光検出器１６への光路の途中
に集光レンズ１７、およびシリンドリカルレンズ１８が
配置されており、集光レンズ１７によって略平行な戻り
光束は光検出器１６へと集光されつつ、またシリンドリ
カルレンズ１８によって光軸上の収差である非点収差が
発生させられる。この非点収差のパターンが対物レンズ
４の記録面５へのフォーカス、デフォーカスに伴って楕
円パターン、最小錯乱円と言われる真円パターン、前述
楕円パターンと直角方向の母線を持つ楕円パターンと各
パターンが変化する。

【００１２】記録面５に対して光スポットが合焦位置に
あるとき、最小錯乱円の位置に図に示すような４つに分
割されたフォトダイオードからなる光検出器１６を焦点
位置ズレを起こしたときに生じるであろう楕円パターン
の母線方向と４５゜相対的に軸上に分割線を回転させた
形で設置する。この４つの光検出器１６の対角線方向の
和それぞれの差動出力をとることによって、図７に示す
ような対物レンズ７の焦点ズレすなわちデフォーカスに
伴うフォーカスエラー信号の特性が得られる。これはプ
ッシュプル法によるトラックずれ・ＴＥ信号特性であ
る。このエラー信号を対物レンズアクチュエータ１９に
フィードバックする事によってフォーカスサーボを作動
させる。

【００１３】また記録面のピット列、またはあらかじめ
記録面に形成されたプリグルーブによって発生する±１
次回折光と、正反射光である０次回折光によって光検出
器上で生じる干渉パターンのバランスをとることによっ
てトラッキングに必要な誤差信号を検出する。目標トラ
ックからの偏差にともなう誤差信号の特性を図８に示
す。同図において信号の極性から偏差の方向を、出力の
絶対値から偏差量を知ることができる。この情報をトラ
ッキングアクチュエータへフィードバックすることによ
ってディスクのラジアル方向の追従動作を実現すること
ができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ヘッド装置、および分離光学ヘッド装置において、記
録面における結像スポットの挙動を光検出器上で得るた
め、すなわち必要十分なダイナミックレンジ、感度でト
ラッキング、フォーカシングエラー信号を得るために
は、対物レンズの焦点距離に対して十分長いバックフォ
ーカスを取る必要がある。バックフォーカスを長く取る
こと、すなわち倍率を高くすることによって感度の高い
エラー信号を得ることができ、光検出器も適当な大きさ
に構成することができるが、対物レンズの後方のスペー
スを大きく取る必要があり、光ヘッド自体の構成がその
まま大きくなってしまうという問題点があった。

【００１５】本発明は上記課題を解決するもので、性能
の安定した小型軽量の光ヘッド装置を提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このために本発明は、半
導体レーザと、この半導体レーザからの射出光束を反射
させる反射ミラーと、この反射ミラーからの反射光束を
記録面に集光する対物レンズと、前記記録面から前記対
物レンズおよび反射ミラーを透過、反射した戻り光束を
分離する分離手段と、分離された光束を電気信号に変換
する光検出器とを備えた光ヘッド装置であって、前記半
導体レーザを前記対物レンズの内部に設けたものであ
る。

【００１７】また前記戻り光束を光検出器へ分離する分
離手段がホログラム素子からなり、このホログラム素子
を対物レンズの入射面の一部、または反射ミラーの一部
に設けたものである。また前記反射ミラーは前記対物レ
ンズの光軸上に略直角なものと、対物レンズの内部に設
置され略直角でない面によって構成され、少なくとも前
者を含んでいるものである。

【００１８】本発明は上記した構成により、光源である
ところの半導体レーザ、及び戻り光分離のためのホログ
ラム素子の配置に工夫を加えることによって光ヘッド装
置の構成をコンパクトにしつつ、トラッキング、及びフ
ォーカシング動作に必要な対物レンズの倍率を保つこと
ができるものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、本発明の実施の形態１について
図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形
態１の光ヘッド装置の光学系の側面図、図２は同平面図
を示すもので、図１において、光源であるところの半導
体レーザ２１から射出された光束は対物レンズ２２の内
部中央から発せられ、対物レンズ２２の底部の一部から
射出され、対物レンズ２２の光軸に略直角の面を持つ反
射ミラー２３で反射、折り返された後、再び対物レンズ
２２へと光束径を広げつつ回帰し、その集光作用を受け
て記録面２４へと微小スポットとして結像させられる。
さらにこの記録面２４で反射した戻り光束は、往路と同
様な経路をたどり対物レンズ２２を透過し、反射ミラー
２３に到達する。この部分には反射戻り光の一部分を対
物レンズの外周部に設置された光検出器２５へ導くよう
作用する反射型のホログラム素子２６が構成されてい
る。

【００２０】往路でのこの面によって作用を受ける回折
光は結像へ寄与する光としては利用されず、０次回折光
のみの作用を考える。また復路ではホログラム素子２６
による光検出器２５へと導かれる回折光を、記録面２４
の情報を得るため、またはトラッキング、フォーカシン
グなどの追従動作に必要な誤差信号を得るために利用し
ている。また図２の平面図は対物レンズ２２の中心に半
導体レーザ２１、および円形状をしたホログラム素子２
６（透視図）が設置されてなることを示すものである。
対物レンズ２２の周縁にはフォーカスコイル２７、さら
に外側にトラッキングコイル２８が設置され、駆動磁石
（不図示）との相互作用によってフォーカス、トラッキ
ング各追従動作を実現できるようにしたものである。ま
た対物レンズ中心から同図において右手に４つに分割さ
れた受光部を持つ光検出器２５（透視図）を配してる。

【００２１】さてこの光学系の特徴は、光源であるとこ
ろの半導体レーザ２１を対物レンズ２２の内部に配置し
たことにある。このことにより光学系全体をコンパクト
におり曲げることができ、空間的構成の小さなものが実
現できる。また対物レンズ２２、反射ミラー２３、及び
光検出器２５を含む光学系全体を一体として図に示した
トラッキング、及びフォーカシングアクチュエータによ
って、従来にないバランスのとれた追従動作を実現でき
るものである。

【００２２】図３は本発明の実施の形態１の光学ヘッド
装置の主要部のブロック図である。次に図３を用いて、
光検出器、及びトラッキング、フォーカシングの各サー
ボのための誤差信号検出について説明する。同図は光検
出器表面の拡大図を示すもので、４つに分割された光検
出器２５は細長い長方形のエリアを持つそれぞれの長辺
方向を接触させて並んだダイオード群によって形成され
る。このフォトダイオードにより再生信号の検出、先に
上げたサーボ信号を検出する。

【００２３】４つのフォトダイオードを図のごとく便宜
的に、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４として、その出力
を、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４とするならば、再生信
号の検出のは全エリアの総和出力、すなわちＰ１＋Ｐ２
＋Ｐ３＋Ｐ４を用いる。さらにサーボ信号の内トラッキ
ング誤差信号（ＴＥ）はエリアＳ１、Ｓ２出力の和とエ
リアＳ３、Ｓ４出力の和、それぞれの差動信号（Ｐ１＋
Ｐ２）−（Ｐ３＋Ｐ４）をとる。すなわち記録ピットに
より発生した±１次回折光と０次回折光との干渉部分の
光強度のバランスを比較する１ビームプッシュプル法に
よるものである。

【００２４】またフォーカシング誤差信号（ＦＥ）は、
外側に配置されているエリアＳ１、Ｓ２出力の和と、内
側に配置されているエリアＳ２、Ｓ３出力の和それぞれ
の差動信号（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）をとる。す
なわちデフォーカスに伴う光検出器上での集光スポット
の大きさを比較するビームサイズ法によるものである。
Ａ１〜Ａ４は合算アンプであり、エリアＳ１，Ｓ２から
の出力（電流または電圧）を合算して出力する。Ｂ１，
Ｂ２は差動出力アンプであり、２つの入力値（電流また
は電圧）の差を出力する。またトラッキング、フォーカ
シングそれぞれの目標位置からの偏差量と差動信号との
関係をとるとＳ字に似た曲線を取ることから、Ｓ字カー
ブ特性と呼ばれる。本実施例でも同様な特性（不図示）
が得られるが、この誤差信号の極性によってどの方向
へ、出力量から変位量を求めることができる。この情報
をもとに対物レンズ駆動アクチュエータへ電流が流さ
れ、トラッキング、フォーカシングそれぞれのサーボ動
作が実現できる。

【００２５】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２について説明する。図４は本発明の実施の形態２の光
ヘッド装置の光学系の側面図である。図４において対物
レンズ２２内部で光軸から外れて対物レンズ２２の外周
部に設置された半導体レーザ２１から射出された光束
は、対物レンズ２２の内部の光軸上に設置された第１の
反射ミラー２９で記録面２４と反対側の光軸方向へ折曲
げられ、対物レンズ２２の下部の一部から射出され、さ
らに光軸と略直角の面を持つ第２の反射ミラー３０でお
り返され、再び対物レンズ２２へと入射し、記録面２４
に集光させられる。同面で反射した光束は対物レンズ２
２、第２の反射ミラー３０を経て、対物レンズ２２の下
部に到達する。

【００２６】この面の一部に設置された反射型ホログラ
ム素子３１によって第２の反射ミラー２９と同一面に設
置された光検出器３２へと戻り光を分離する。対物レン
ズ２２の下部に設置にすることによって、対物レンズ２
２の製作プロセスと同時に形成できるため製作工程を縮
小できる。さらに半導体レーザ２１を対物レンズの光束
のケラレのない内部で且つ外周部に設置しているため、
半導体レーザ２２への電源供給などが容易となる。また
光検出器３２の表面分割パターンと作用、及びトラッキ
ング、フォーカシングの動作については先の第１実施例
に準じる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、対物レンズの内部に光
源であるところの半導体レーザを設置し、光ヘッドの底
部で反射、折り返し再び対物レンズへ入射、記録面へ入
射させるとともに、記録面からの反射戻り光をホログラ
ム素子で光検出器へ分離する構成をとることによって、
光ヘッド装置を小型軽量に、しかもバランス良く構成す
ることができる。このことによってアクセススピードの
向上や、動作特性の向上が実現された光ピックアップ装
置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の光ヘッド装置の光学系
の側面図

【図２】本発明の実施の形態１の光ヘッド装置の光学系
の平面図

【図３】本発明の実施の形態１の光ヘッド装置の主要部
のブロック図

【図４】本発明の実施の形態２の光ヘッド装置の光学系
の側面図

【図５】従来の光ヘッド装置の光学系の構成図

【図６】従来の光ヘッド装置の構成図

【図７】従来の光ヘッド装置のフォーカスエラー信号の
特性図

【図８】従来の光ヘッド装置の目標トラックからの偏差
にともなう誤差信号の特性図

【符号の説明】

２１ 半導体レーザ ２２ 対物レンズ ２３ 反射ミラー ２４ 記録面 ２５ 光検出器 ２６、３１ ホログラム素子 ２７ フォーカシングアクチュエータ ２８ トラッキングアクチュエータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザと、この半導体レーザからの
   射出光束を反射させる反射ミラーと、この反射ミラーか
   らの反射光束を記録面に集光する対物レンズと、前記記
   録面から前記対物レンズを透過し前記反射ミラーを反射
   したのちの戻り光束を往路から分離する分離手段と、分
   離された光束を電気信号に変換する光検出器とを備えた
   光ヘッド装置であって、前記半導体レーザを前記対物レ
   ンズの内部に設けたことを特徴とする光ヘッド装置。
2. 【請求項２】前記戻り光束を前記光検出器へ分離する前
   記分離手段がホログラム素子からなり、このホログラム
   素子を対物レンズの入射面の一部、または反射ミラーの
   一部に設置けたことを特徴とする請求項１記載の光ヘッ
   ド装置。
3. 【請求項３】前記反射ミラーは前記対物レンズの光軸上
   に略直角なものと、前記対物レンズの内部に設置され略
   直角でない面によって構成され、少なくとも前者を含ん
   でいることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。