JPH1040567A - 光学ヘッドおよびそれを用いた光学的情報再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】戻り光ノイズが少なく、焦点ずれ信号の検出が
容易で、かつ異なる種類の光ディスクに対して常に、高
品質の焦点制御信号、オフセットが良好に低減されたト
ラッキング制御信号および再生信号が得られる光ヘッド
を安価に提供する。 【解決手段】対物レンズ７と一体で駆動し、不等間隔曲
線状の格子溝パターンを有する偏光性回折格子を用いて
光ディスク９反射光束を回折し、回折光と非回折光を用
いて制御信号および情報信号を検出し、波長λ１のレー
ザ光については偏光性回折格子として機能し、波長λ２
のレーザ光については光を透過するだけの機能を備え
て、波長が異なる２個のレーザ光源を搭載した光学ヘッ
ドも良好な性能を得、偏光ビームスプリッタ３を挿入し
て０次光を半導体レーザ１に帰還しないようにし、０次
光を焦点ずれ検出や、信号検出に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光情報記録媒体の記
録または再生用光学ヘッドに係り、特にそのトラッキン
グ制御の高精度化に好適な光学ヘッドおよびそれを用い
た光学的情報再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクのような光情報記録媒体の情
報信号列（トラック）上に正しく集光スポットを位置決
めするためには、光ディスク面に垂直な光軸方向の位置
制御（以下、焦点制御と記す。）、およびディスク面内
方向の位置制御（以下、トラッキング制御と記す。）が
必要である。特にトラッキング制御に必要なトラッキン
グ制御信号を検出する手段にはいくつか有効な方式が提
案されているが、現在最も広く使用されているのは、プ
ッシュプル方式と呼ばれる検出方式である。この方式は
ディスク上に集光された光スポットが、ディスク上の周
期的な案内溝または情報ピット列によって回折され、対
物レンズの瞳面上でその０次光と±１次回折光が回折す
るときに、案内溝上や情報ピット列の真上から光スポッ
トがずれると、＋１次回折光と−１次回折光の位相が互
いに逆方向にずれ、位相ずれのない０次光と＋１次回折
光の干渉による光強度と、０次光と−１次回折光の干渉
による光強度がアンバランスになることを検出するもの
である。すなわち上記干渉強度を２分割光検出器によっ
てそれぞれ独立に光電変換し、その差動出力を対物レン
ズに取り付けられた２次元アクチュエータ等の光スポッ
ト可動手段にフィードバックして制御系を構成すること
により、光スポットを正しくトラック上に位置決めす
る。

【０００３】しかしながら、上記のように対物レンズを
光ディスクの面内方向に変位させて光スポットのトラッ
キング制御を行うような場合は、対物レンズの変位量に
応じて２分割光検出器上に照射される光スポットも変位
するので、その結果検出されたトラッキング制御信号に
オフセットが生じてしまうという問題がある。特に高密
度の光ディスクにおいては、このようなトラッキングオ
フセットの影響は無視できず、再生信号振幅の低下や、
隣接トラッククロストークの増大を引き起こして再生信
号品質の劣化を招いてしまう。

【０００４】近年、このような対物レンズの変位に伴う
トラッキングオフセット発生の問題を改善し、プッシュ
プル方式を用いつつ常に正確で安定なトラッキング制御
信号を検出できる従来技術としては、例えば特開平８−
７７５７８号公報に開示されているような偏光性回折格
子を用いた光学ヘッドが注目されている。この光学ヘッ
ドは、対物レンズに加えλ／４板と偏光性回折格子とを
一体として２次元アクチュエータに搭載し、かつディス
クによる回折光のうち＋１次回折光と０次光の干渉領域
と、−１次回折光と０次光との干渉領域がそれぞれ異な
る方向に回折してそれぞれ異なる光検出面で受光される
構成になっている。

【０００５】このようにすると、対物レンズが変位して
もその動きに合わせて上記干渉領域の境界線も動くの
で、ディスク反射光束に対しては境界線は変位せず、結
果的に対物レンズの変位に伴うトラッキングオフセット
を良好に解消できる。しかもこの光学ヘッドは２次元ア
クチュエータに搭載される回折格子を偏光性回折格子に
し、この偏光性回折格子と対物レンズとの間にλ／４板
を設けることにより、ディスクに向かう入射光がこの偏
光性回折格子を透過する際には回折効率がほぼ０とな
り、ディスクから反射光が再び回折格子を透過するとき
にのみ適切な回折効率で回折するようにしている。この
ような偏光性回折格子を用いると、往路で発生する不要
な回折による光量損失や迷光の発生を防ぐことができる
ので、光学ヘッドの高性能化に極めて有利である。

【０００６】しかしながら、この従来例のように偏光性
回折格子で回折されない０次光はそのまま半導体レーザ
に戻り、回折光だけが光検出器で検出される構成の光学
ヘッドは、光スポットの焦点制御信号を検出するには不
都合である。すなわち例えば、従来光ディスク光学ヘッ
ドにおいて最も一般的に用いられている焦点制御信号検
出方式に、非点収差方式と呼ばれる方式があるが、この
ような焦点制御信号検出は、焦点ずれに伴う反射光スポ
ットの強度分布の変化を検出するようになっているた
め、上記従来例のように偏光性回折格子で検出系に入射
する光が最初から分離しているような構成の光学ヘッド
には適用することがでない。このため上記従来例のよう
な光学ヘッドは、かなり特殊な検出方式を採用せざる得
ない。例えば、上記従来例で開示されている方式は、焦
点制御信号を検出するために偏光性回折格子をトラッキ
ング信号検出領域と、焦点ずれ信号検出領域に分割し、
それぞれ異なる光検出面に入射するよう異なる回折方向
が設定されている。しかしこのような構成では、偏光性
回折格子の格子溝パターンや光検出器の検出面構成が複
雑化するため、製造コストが増大してしまう。また０次
光がそのまま半導体レーザに戻ることによりレーザノイ
ズが発生し、再生信号品質の低下を招くという問題点が
ある。さらに近年、異なる基板厚さや異なる構造を持っ
た数種類の光ディスクが開発され市販される予定である
が、上記従来例は、前述したように複雑な検出系を採用
しているために、光ディスクの構造の違いに伴う最適検
出手段の変化に柔軟に対応することができない。なお上
記従来例では、このように異なる種類の光ディスク間の
互換をとることについては一切言及されていない。

【０００７】このような問題に鑑み、本発明の目的は、
安価な構成で、戻り光ノイズが少なく、光ディスクの構
造の違いに伴う最適検出手段の変化に柔軟に対応しつ
つ、常に良好な焦点制御信号およびトラッキング制御信
号を検出することができる光学ヘッドおよび光学的情報
再生装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明では半導体レーザと、対物レンズによって
少なくとも構成される集光光学系と、光スポット位置制
御手段と、前記光情報記録媒体からの反射光を前記集光
光学系から分岐させる光分岐素子と、該光分岐素子によ
って分岐された前記反射光を受光し光電変換する光検出
器とを備えた光学ヘッドにおいて、前記対物レンズと前
記光分岐素子の間の光路中にλ／４板などの偏光変換素
子と、入射光と反射光の偏光状態の違いによって回折効
率が変化し、かつ所定の不等間隔曲線状軌跡の格子溝を
有する偏光性回折格子とを配置した。そして前記光検出
器に入射するディスク反射光のうち、該偏光性回折格子
によって回折された回折光または非回折光または回折光
と非回折光の両方から光スポット位置制御信号、すなわ
ち前記焦点制御信号とトラッキング制御信号を検出する
ようにした。また、前記光スポット位置制御手段として
該光スポット位置制御信号に基づいて前記対物レンズと
前記偏光変換素子と前記偏光性回折格子とを一体として
動かす２次元アクチュエータなどの可動機構を設けた。
このように偏光性回折格子で回折された回折光と非回折
光をともに用いて光スポット位置制御信号検出をおこな
う構成にすることで、偏光性回折格子を用いた場合にお
いても、非点収差方式による焦点制御信号検出が可能に
なり、より簡単な構成で信頼性が高い光学ヘッドを実現
できる。

【０００９】また本発明の他の手段として、光学ヘッド
内に所定の波長λ１およびλ２を有する少なくとも２個
以上の半導体レーザ光源を備え、かつ波長λ１のレーザ
光に対しては、前記したようにその偏光状態の違いによ
って回折効率が変化し、かつ波長λ２を有するレーザ光
に対しては、すくなくとも互いに異なる２種類の偏光状
態について回折効率が略０％になる機能を備えた偏光性
回折格子を設けた。

【００１０】ところで、このように回折光と非回折光の
両方を光検出器で検出する構成の光学ヘッドでは、のち
ほど実施例において詳細に述べるように、半導体レーザ
光源から対物レンズを経てディスク上に集光される入射
光が偏光性回折格子を透過する際に、わずかに回折され
て生じる微小な不要光が、迷光となってディスクを経て
光検出器に入射し、ここで検出される各制御信号および
再生信号の信号品質に悪影響を及ぼすという新たな問題
が生じる。この問題を解消するため、本発明では、偏向
性回折格子の格子溝軌跡を所定の不等間隔曲線状にする
ことで、ディスクに照射される前記迷光の合焦点が信号
検出に用いられる非回折光の合焦点光に対して所定間隔
だけ位置ずれ（デフォーカス）するようになっている。

【００１１】さらに本発明では、対物レンズとして透明
基板の厚さが異なる複数種類の基板においてほぼ無収差
となる複数の対物レンズを搭載し、かつそれぞれの対物
レンズに加えて偏光変換素子と偏光性回折格子とを一体
とし、あるいは偏光変換素子を一体として可動機構に搭
載し、再生対象となる情報記録媒体の種類に応じて、複
数の対物レンズの一つを選択して光路中に挿入する手段
を付加した。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。

【００１３】図１は本発明の光学ヘッドの基本的な実施
例である。半導体レーザ１からの光がコリメートレンズ
２によって平行光にされ、偏光ビームスプリッタ３を透
過し、立ち上げミラー４を反射して対物レンズ７の直下
に設けられた偏光性回折格子５に入射する。このときこ
の入射光の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ３に対し
てＰ偏光すなわち図中のＸ軸に略平行な方向となってい
るため、偏光性回折格子５に入射する際は、その中心分
割線１００に対して略平行な偏光方向になっている。こ
の偏光性回折格子５は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
３）などの屈折率異方性をもつ結晶板からなり、対物レ
ンズ７と同じ２次元アクチュエータ８の可動部に取り付
けられ、対物レンズ７と一体に変位するようになってい
る。そして、例えば図にしめすように中心分割線１００
を対称軸にして互いに逆向きに略４５度をなす方向に格
子溝が刻まれている。しかも前記したような中心分割線
１００に対して略平行な偏光方向を有するレーザ光に対
しては、格子溝凹凸部の位相差が入射光波長λの略整数
倍となるように結晶の主軸方向と溝深さが設計されてい
る。このため前記入射光がこの偏光性回折格子を透過す
る際には、回折光はほとんど発生しないようになってい
る。そして偏光性回折格子５を透過した光は、この偏光
性回折格子に張り合わせてあるλ／４板６により円偏光
に変換され、対物レンズ７に入射し、光ディスク９に集
光される。一方、反射光は再び対物レンズ７を透過し再
びλ／４板６を透過すると、入射時とは直交した偏光方
向いわゆるＳ偏光に変換され再び偏光性回折格子に入射
する。この時、偏光性回折格子５の格子溝凹凸部は、Ｓ
偏光のレーザ光に対して、所定の回折効率で±１次回折
光が発生するように設定されているので、前記ディスク
反射光は、偏光性回折格子を再度透過する際、そのまま
偏光性回折格子を透過する０次光と、中心分割線によっ
て分割された各領域ごとに互いに反対方向に略４５度ず
つを傾いて進行する±１次回折光に分離される。さらに
これらの光は立ち上げミラー４偏光ビームスプリッタ３
を反射し、集光レンズ１０、シリンドリカルレンズ１１
により光検出器１２の上に集光される。光検出器１２は
中心部分の隣接した４分割の光検出領域と、その周辺の
４つの光検出領域があり、中心部分の４分割光検出領域
で、偏光性回折格子５をそのまま透過した０次光を、周
辺の４つの光検出領域で±１次回折光を受光する。そし
て中心部分の４分割光検出器のそれぞれ対角方向の２つ
の検出器出力の和信号の差動出力をとることにより、い
わゆる非点収差方式における焦点制御信号が得られる。
また周辺部分についてもそれぞれ対角方向の２つの光検
出器の出力信号の和をとり、さらにその差動出力を検出
することにより、いわゆるプッシュプル方式によるトラ
ッキング制御信号が得られる。データ信号を得るための
検出器としては特に限定はしないが、例えば中心部分の
４分割の和信号とすればよい。ただし、あまり多くの信
号の演算をすると検出器のショットノイズや途中の増幅
器のアンプノイズが増大する可能性があるので、適度な
数に抑えた方がよい場合もある。また媒体や光源のノイ
ズが十分に小さいとショットノイズやアンプノイズが支
配的となる可能性があるが、高密度化に伴いそれでもさ
らにノイズを低減する必要が生じる場合はまったく加算
を行わない方がよい。このときは４分割の内１つを選択
するか、偏光ビームスプリッタ３と集光レンズ１０の間
にもう一つビームスプリッタを挿入し、その光をまた集
光レンズによって１つの検出器に集光した検出出力を再
生信号とすればよい。

【００１４】図２は図１と同様の実施例であるが、偏光
ビームスプリッタ３に対して半導体レーザ１側と、光検
出器１２側を入れ替えた構成となっている。これは半導
体レーザ光源を発し偏光ビームスプリッタ３に入射する
レーザ光の偏光方向が図１と図２で異なっているためで
ある。すなわち図１の実施例では、偏光ビームスプリッ
タの分離面に対してＰ偏光つまり図のＸ軸方向に偏光方
向をもつレーザ光が入射するが、、図２の実施例ではＳ
偏光つまり図のＹ軸方向に偏光方向をもつレーザ光が入
射している。これに伴い、図２の偏光性回折格子５が有
する回折効率の偏光依存性は、図１の実施例とは反対に
なってあり、Ｓ偏光（中心分割線１００に対して略垂直
な偏光方向）では回折光はほとんど発生せず、Ｐ偏光
（中心分割線１００に対して略平行な偏光方向）では所
定の回折効率で±１次回折光が発生するようになってい
る。なお、図１、２実施例では、半導体レーザからの楕
円状の発光分布を円形に整形する光学素子（例えばビー
ム整形プリズム）を省略しているが、もちろんそのよう
な光学素子を搭載した光学ヘッドにおいても本発明は全
く問題なく適用できる。

【００１５】図３に光検出器１２の信号出力から焦点制
御信号、トラッキング制御信号、ディスクに記録されて
いる情報信号などを検出する光検出器の一例を示す。光
検出器１２は中心部分の隣接した４分割の光検出領域１
２５、１２６、１２７、１２８と、その周辺の４つの光
検出領域１２１、１２２、１２３、１２４があり、前述
したように中心部分の４分割領域１２５、１２６、１２
７、１２８で、ディスク反射光のうち０次光を、周辺の
光検出器１２１、１２２、１２３、１２４で±１次回折
光を受光する。このとき中心部分の４分割光検出器１２
５、１２６、１２７、１２８のそれぞれ対角方向の２つ
の検出器出力同士の和信号から差動アンプ１３１によっ
て差信号を検出するといわゆる非点収差方式による焦点
制御信号が得られる。また周辺部検出領域１２１、１２
２、１２３、１２４それぞれの対角方向の２つの光検出
器出力の和信号から差動アンプ１３２によって差信号を
検出することにより、いわゆるプッシュプル方式による
トラッキング制御信号が得られる。記録情報信号は例え
ば図の実施例のように加算アンプ１４により中心部分の
４分割領域から検出された信号の和信号を出力すること
により得られる。なお、当然のことながら周辺部分４領
域から検出信号の和信号から記録情報信号を検出しても
良い。

【００１６】図４は、本発明の効果を明らかにするため
に、従来のプッシュプル方式によるトラッキング制御信
号検出手段の問題点をしめした概略図である。一般に光
ディスク９は可換媒体なので、らせん状または同心円状
のトラックの中心が必ずしもスピンドルモーターの回転
中心と一致せず偏芯した状態で装着されると、静止した
光スポットに対しては、ディスクの記録トラックが揺れ
て見えるため、光スポットを常にトラックに追随させる
ためには、例えばアクチュエータ等を用いて対物レンズ
を適宜変位させている。したがって図中左側のように、
対物レンズ中心が光軸と一致している場合以外に、図中
右側に示すように光スポットを所定の変位量δだけ動か
すために、対物レンズが光軸からδだけずれてしまう場
合も動いた場合も当然起こり得る。このような場は反射
光束の輪郭の中心は入射光束の光軸（光束輪郭の中心
軸）に対してδだけずれ、さらに強度最大の点が２δ、
ずれてしまう。一方、従来のプッシュプル方式では差信
号を検出する２個の光検出領域の分割境界線は固定され
たまま動くことはないので、このような反射光束のずれ
が発生すると、必然的に２個光検出領域の出力にアンバ
ランスが生じ、その結果トラッキング制御信号にオフセ
ットが発生してしまう。これに対し、本発明のように偏
光性回折格子を対物レンズと同じアクチュエータに搭載
し一体に駆動させると、いくら対物レンズが変位しても
反射光束の輪郭の中心に対して分割境界線のずれは生じ
ない。このため上述したような出力アンバランスに伴う
トラッキング制御信号のオフセット成分を大幅に低減す
ることができる。

【００１７】図５は偏光性回折格子の具体的な実施例を
示した概略図である。ここでは一例としてニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ３）基板を用いた例を示す。ニオブ酸
リチウム基板５１は例えば紙面内方向５８に屈折率異方
性の主軸を持つ。そこで所定の格子溝パターンに合わせ
てこの基板内および基板上にプロトン交換領域５２と誘
電体膜５３を形成する。このとき格子溝パターン上を透
過する常光線５４（紙面に略垂直な偏光方向を持つ光
線）と格子溝パターン間を透過する常光線５５との位相
差φｏと、同じく異常光線（紙面に略平行な偏光方向を
持つ光線）５６、５７の位相差φｅはそれぞれ次式のよ
うに表される。

【００１８】

【数１】

【００１９】さらに、格子溝の凹部と凸部の幅が等しい
矩形溝の回折格子では、上記の位相差φｏ、φｅが与え
られると、それぞれ常光線、異常光線に関する±１次回
折光の回折効率（０次光Ｉ０に対する±１次回折光Ｉ±
１の強度比）Ｉ±１／Ｉ０は、次式のように決まる。

【００２０】

【数２】

【００２１】ここでｎｄ、Δｎｏ、Δｎｅは、物理定数
として一義的に決まる値である。そこで誘電体膜の厚さ
Ｔｄとプロトン交換領域の深さＴｐを未知数とする連立
方程式として上式を解けば、所定の波長のレーザ光に対
し常光線と異常光線で所望の回折効率となる偏光性回折
格子を設計することができる。例えば誘電体膜の屈折率
ｎｄ＝２．２、 Ｔｐ＝１．３６μm、Ｔｄ＝０．０４５
μmとすると、波長６８０ｎｍの半導体レーザ光に対し
て常光線では回折効率を０％つまり回折光を発生させな
い一方で、異常光線では約３０％の回折効率で±１次回
折光を分離発生させることができる。

【００２２】ところで実際の偏光性回折格子は、前記の
ように所定の偏光方向をもつレーザ光に対して回折効率
が完全に０％になるように設計されている場合でも、誘
電体膜の幅とプロトン交換領域の幅のずれなどの誤差要
因によって、完全に０％にすることができず、わずかな
回折光が発生してしまうのが実情である。この回折光は
実際の信号再生には全く寄与しない迷光成分になる。発
明者等はこの迷光が光学ヘッドの各種信号再生性能にど
のような影響を及ぼすかを解析したところ、対物レンズ
を経てディスクに集光される往路レーザ光にこのような
偏光性回折格子の回折効率偏光依存性不良による迷光が
生じた場合、この迷光は信号再生光（０次光）とほぼ同
様の光路をたどってディスクを反射し、光検出器に入射
することがわかった。しかもこの迷光は光検出面上で信
号再生光と干渉し、検出信号の波形歪みやノイズ成分の
増大など検出信号品質を著しく劣化させてしまうことが
明らかになった。そこで、この偏光性回折格子の回折効
率偏光依存性不良によって生じる迷光成分の影響を極力
低減するため、本発明では回折格子溝の軌跡（格子パタ
ーン）を不等間隔曲線状化した。すなわち、いわゆるホ
ログラフィック回折格子製作技術を利用し、格子パター
ンを通常の直線ではなく、略円弧状または略楕円弧状に
することによって、±１次回折光の波面に所定の焦点ず
れに相当する波面収差を付与し、前述した迷光成分の集
光スポットをディスク面からデフォーカスさせるわけで
ある。例えば図６は偏光性回折格子の格子溝パターンの
一例を示しており、格子溝の軌跡を数１０本おきに概略
的に線図で表したものである。図の中央部の境界線１０
０を境に互いに反対方向に約４５度ずつ傾いた格子溝
が、それぞれ直線ではなく略円弧状になっている。しか
もその溝ピッチは等間隔ではなく、図の上部から下部に
向かって所定の変化率で徐々に広くなっている。このよ
うな不等間隔曲線状の格子溝パターンを有する偏光性回
折格子を用いることにより、ディスク入射する往路光に
たとえ回折光が発生した場合でも、発生した±１次回折
光すなわち迷光成分は対物レンズを経てディスクに照射
される際、図７のようにディスクの記録面に正しく集光
されている信号再生光（０次光）スポット３００に対し
て、負方向（ディスクより遠い側）および正方向（ディ
スクより近い側）にそれぞれ所定距離εだけ離れた位置
に集光スポット３０１、３０２を形成する。したがっ
て、これら迷光成分はデフォーカスした状態でディスク
に入射するわけである。このためこれら迷光成分のディ
スク反射光は、ディスクに記録されている情報信号など
による変調をほとんどうけることなく光検出面に至る。
しかもこれら迷光成分は、信号光スポットに対してデフ
ォーカスしているため、検出面上においても信号再生光
とは異なるスポット形状になり、信号再生光の検出面上
スポットと干渉する部分が大幅に減少する。このため迷
光成分と信号再生光との干渉によって生じる検出信号品
質の劣化がほとんどなくなり、良好な信号が得られる。

【００２３】図８は本発明の他の実施例として、光検出
器１２から焦点制御信号と、２種類のトラッキング制御
信号および記録情報再生信号を得るための構成の一例を
示す。すなわち本実施例は、トラッキング制御信号検出
手段として、図３の実施例と同様、周辺の４検出領域１
２１、１２２、１２３、１２４を用いたプッシュプル方
式と、中央部の４分割領域１２５、１２６、１２７、１
２８から得られる検出信号を用いたいわゆる位相差検出
方式の両方を兼ね備えた例である。なお、本実施例の光
学ヘッドは図に示した信号検出系以外の部分は、図１ま
たは図２の実施例と全く同様である。位相差検出方式
は、凹凸の信号ピット列があらかじめ設けられた再生専
用ディスクに好適な検出方式で、信号ピットのエッジに
おいて４分割検出領域それぞれの信号出力をサンプリン
グし演算処理することにより、トラッキング制御信号を
得る方式であるが、その検出原理は既に公知であり、本
発明とは直接関係しないので詳細な説明は省略する。一
般に、この位相差検出方式は、対物レンズの変位に伴う
トラッキング制御信号のオフセットが非常に小さいとい
う特長がある上、非点収差方式などの焦点制御信号検出
方式と同じ４分割光検出領域からの出力信号を用いて検
出できるので検出光学系を簡略化できるという利点があ
る。したがって、本実施例のような構成をとることによ
り、偏光回折格子による±１次回折光からプッシュプル
方式を用いて第１のトラッキング制御信号を検出すると
ともに、非回折光から非点収差方式を用いて焦点制御信
号を検出し、かつこの非回折光からいわゆる位相差検出
方式による第２のトラッキング制御信号も合わせて検出
できる。一般にプッシュプル方式は螺旋状または同心円
状の案内溝があらかじめ設けられている記録再生型（Ｒ
ＡＭ）ディスクに好適なトラッキング制御信号検出方式
であり、位相差検出方式は前記したように、あらかじめ
凹凸の信号ピット列が設けられている再生専用ディスク
に好適な検出方式である。そこで、本実施例のような光
学ヘッドを用いると、ディスクの種類に応じて最適なト
ラッキング制御信号検出方式を適宜切り替えることによ
り、１個の光学ヘッドで複数種類のディスクに対応させ
ることができる。なお通常、トラッキング信号は焦点制
御信号よりも高域の信号であるため、図８の実施例で
は、焦点制御信号（ＡＦ信号）検出系には位相差検出方
式によるトラッキング制御信号（ＴＲ信号）の漏れ込み
を防ぐために、ローパスフィルタ１５が挿入されてい
る。一方、位相差検出方式によるトラッキング制御信号
の検出系は、ピットのエッジでの出力のみをサンプリン
グする必要があるため、サンプリング回路１６が挿入さ
れている。

【００２４】図９は基板厚さの異なる２種類のディスク
に対応するための光学ヘッドの実施例である。本実施例
は図１の実施例と異なり、対物レンズが２個（７１、７
２）搭載されている。この２個の対物レンズ７１、７２
は一体としてレンズ可変２次元アクチュエータ８１に搭
載されており、異なる基板厚さのディスクを検知して、
適宜切り替えて使用される。異なる基板厚さの２種類の
ディスクの例としては、１．２ｍｍ厚のＣＤまたはＣＤ
−ＲＯＭディスクと、０．６ｍｍ厚のＤＶＤ−ＲＯＭま
たはＤＶＤ−ＲＡＭディスクの互換再生を行う場合があ
る。ここで対物レンズ７１はこのＤＶＤ−ＲＯＭ，また
はＤＶＤ−ＲＡＭディスク９１、対物レンズ７２はＣＤ
またはＣＤ−ＲＯＭディスクを想定しており、対物レン
ズ７１側には図１または図２の実施例同様、偏光性回折
格子５と１／４波長板６が搭載されているが、対物レン
ズ７２側には１／４波長板６だけが搭載されており偏光
性回折格子は搭載していない。これはＤＶＤ−ＲＡＭデ
ィスクが螺旋状または同心円状の案内溝が設けられてい
る構造であることから、偏光回折格子による±１次回折
光を用いたプッシュプル方式が最適なトラッキング制御
信号検出方式であるのに対して、ＣＤおよびＣＤ−ＲＯ
Ｍディスクは凹凸の信号ピット列が配置されているた
め、トラッキング制御信号検出方式を先程述べた位相差
検出方式切り替える構成になっているためである。しか
しながらもちろんＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭディスクにおいて
も、凹凸の信号ピットは断続的にもディスク１周にわた
って存在するので、低周波の帯域であればプッシュプル
検出方式でトラッキング制御信号を検出することも可能
である。

【００２５】図１０は図９の光ヘッドにおいて、ＣＤま
たはＣＤ−ＲＯＭディスク９２を再生する場合の光学系
配置を示している。ここでは偏光性回折格子が設けられ
ていないため回折光が発生せず、検出器１２の周辺部に
ある４検出領域にディスク反射光は入射しない。すなわ
ち中央部の４分割領域の出力信号だけから非点収差方式
による焦点制御信号と位相差検出方式によるトラッキン
グ制御信号を同時に検出している。

【００２６】図１１は本発明の他の一実施例を示してい
る。なお図１、図２の実施例と同じ部品には同じ番号を
付している。本実施例に示した光学ヘッドは基本的に図
１または図２の実施例と同様の構成であるが、１個の光
学ヘッドの中に互いに波長が異なる２個の半導体レーザ
光源を搭載した点が異なっている。波長λ１を有する半
導体レーザ光源１から発したレーザ光は、偏光ビームス
プリッタ３を透過し波長選択性ミラー３０に入射する。
一方、波長λ２を有する半導体レーザ光源と光検出器が
同一のパッケージ内に格納されたいわゆる半導体レーザ
モジュール２１から発したレーザ光は、ホログラム光学
素子２２、収差補正レンズ２３（この収差補正レンズの
機能については、後程説明する。）を透過し、やはり波
長選択性ミラー３０に入射する。この波長選択性ミラー
３０は、波長λ１の光は透過し、波長λ２の光は反射す
る機能を持っているため、これらの光はこの波長選択性
ミラー３０を透過または反射してほぼ同一の光路をたど
り、コリメートレンズ２、立ち上げミラー４、偏光性回
折格子５、λ／４板６を経て対物レンズ７によって光デ
ィスク９に集光される。光ディスク９上に集光された各
光スポットは、ディスク反射後往路と同様の光路を戻
り、波長選択性ミラー３０でふたたび波長ごとに光路が
分離される。分離された各ディスク反射光のうち、波長
λ１の光は図１の実施例と同様の光路をたどって光検出
器１２に入射する。ただし、本実施例では図１の実施例
における集光レンズ１０の機能をコリメートレンズ２に
兼用させることにより、集光レンズ１０を省略してい
る。

【００２７】一方、波長λ２の光は、収差補正レンズ２
３を経てホログラム光学素子に達したのちこのホログラ
ム光学素子によって回折し、半導体レーザモジュール２
１内に設けられた光検出器（図示せず）に入射して各信
号が検出される。この半導体レーザモジュールとホログ
ラム光学素子を用いた光学ヘッドについては、すでに公
知の技術であるので詳細な説明は省略する。また、本実
施例は半導体レーザモジュールとホログラム光学素子を
搭載する構成に限定されるものではなく、通常の光学ヘ
ッドのように半導体レーザ光源と光検出器が別個に設け
られたいわゆるバルク型の構成でももちろん構わない。

【００２８】近年、市場に出まわっているディスクの中
には使用可能なレーザ光の波長が厳しく制限されるディ
スクも多く見られる。例えば、一般にＣＤ−Ｒと呼ばれ
ているディスクは、記録媒体に有機色素を用いた記録可
能のディスクで、通常、波長７８０ｎｍのレーザ光で記
録、再生をおこなうタイプのディスクである。しかしな
がら、このＣＤ−Ｒに波長６３０〜６８０ｎｍ程度の短
波長レーザ光を入射させると、そのエネルギーはほとん
ど媒体に吸収されてしまいディスクを反射しないため、
事実上この波長帯での再生は不可能である。一方、ＤＶ
Ｄディスクなどの高密度ディスクでは、波長６３０〜６
８０ｎｍ程度の短波長レーザ光が信号再生光として不可
欠である。そこで、図１１の実施例では、例えばＣＤデ
ィスクやＣＤ−ＲディスクとＤＶＤディスクなどの高密
度ディスクをともに再生できるような互換機を実現する
ために、波長λ１＝６５０ｎｍと波長λ２＝７８０ｎｍ
の２種類の半導体レーザ光源を搭載し、ディスク判別器
（図示せず）でディスクの種類を判別してその判別結果
をもとに最適な光源に適宜切り替える構成になってい
る。すなわち、ＤＶＤディスクなどの高密度ディスクを
再生する場合は、波長λ１＝６５０ｎｍの半導体レーザ
１を点灯し、ＣＤディスクやＣＤ−Ｒディスクを再生す
る場合は、波長λ２＝７８０ｎｍの半導体レーザ２１を
点灯するわけである。なお本実施例では、図９および図
１０の実施例とは異なり、同一の対物レンズ７でＤＶＤ
ディスクなどの高密度ディスクとＣＤディスクやＣＤ−
Ｒディスクを再生する構成になっているが、この対物レ
ンズ７はＤＶＤディスクなどの高密度ディスク上に波長
λ１＝６５０ｎｍのレーザ光を集光する場合に、最適な
光スポットに集光されるよう設計されている。したがっ
て、この対物レンズ７を用いて波長λ２＝７８０ｎｍの
レーザ光をＣＤ−ＲディスクやＣＤディスク上に集光し
ようとすると、ディスク基板厚さの相違とレーザ光の波
長の相違に起因する収差が発生し、光スポットの集光状
態が著しく劣化してしまう。本実施例では、このような
収差発生によるスポットの集光状態の劣化を抑制するた
めに、波長λ２＝７８０ｎｍの光路中に収差補正レンズ
２３が設けられている。つまり、波長λ２＝７８０ｎｍ
のレーザ光がこの収差補正レンズ２３を経て対物レンズ
７によって集光されると、ＣＤ−Ｒディスクの記録面上
に収差が充分低減された良好な光スポットが照射される
ように収差補正レンズ２３が設計されているわけであ
る。したがって例えば対物レンズ７として、波長λ１＝
６５０ｎｍのレーザ光に対しては、ＤＶＤディスクなど
の高密度ディスク上に正しく光スポットを集光し、合わ
せて波長λ２＝７８０ｎｍのレーザ光に対しては、Ｃ
Ｄ，ＣＤ−Ｒディスク上に正しく光スポットを形成する
ような特殊な機能を持つ対物レンズまたはコリメートレ
ンズまたは光学素子を用いた場合や、図９、図１０の実
施例のように２個以上対物レンズを備え、それぞれのデ
ィスクに適した対物レンズに切り替える場合は、当然の
ことながら収差補正レンズ２３を省略することができ
る。

【００２９】ところで、記録済みのＣＤ−Ｒディスクを
再生する場合には、そのトラッキング制御信号検出手段
は、３スポット方式（公知技術なので説明は省略す
る。）とよばれる検出方式を用いるのが最も一般的であ
る。またＣＤディスクを再生するときも、この３スポッ
ト方式もしくは前述した位相差検出方式でトラッキング
制御信を検出するのが一般的である。したがって、図１
１の実施例においてＣＤまたはＣＤ−Ｒディスクを再生
する場合、ディスク反射光のうち偏光性回折格子５で回
折される光は不要である。しかしながら、前記したよう
に図１１の実施例では、ＤＶＤディスクを再生する場合
もＣＤやＣＤ−Ｒディスクを再生する場合も同一の対物
レンズを用いる構成なので、ディスクに入射するＤＶＤ
用の波長λ１＝６５０ｎｍのレーザ光とＣＤやＣＤ−Ｒ
用の波長λ２＝７８０ｎｍのレーザ光は、共に偏光性回
折格子５を透過する。そこでこのような場合は、例えば
図１２にしめすように、ＤＶＤ用のλ１＝６５０ｎｍの
レーザ光については、これまで説明したように偏光性回
折格子５にＰ偏光の状態で入射する往路の光束は、ほと
んど回折されず（すなわち回折効率≒０）、ディスク反
射し偏光性回折格子５にＳ偏光の状態で入射する復路の
光束だけが所定の回折効率ｋで回折される一方で、 Ｃ
ＤやＣＤ−Ｒ用のλ２＝７８０ｎｍのレーザ光について
は、往路、復路いずれの光束ついても回折光がほとんど
発生せず（すなわち回折効率≒０）、ただ単にレーザ光
を所定の透過率で透過させるだけの機能を偏光性回折格
子５に持たせればよい。このような機能をもつ偏光性回
折格子を実現するためには、(数１)、(数２)式に加え
て、Ｓ偏光（異常光）に対する格子溝上と格子溝間の光
路長差が波長λ２＝７８０ｎｍの整数倍に等しくなるよ
うにプロトン交換領域の深さＴｐと誘電体膜厚Ｔｄを設
計すればよい。すなわち、前記したＳ偏光（異常光）に
関する位相差Φｅが次式の関係

【００３０】

【数３】

【００３１】を満たすように、Ｔｐ，Ｔｄを定めればよ
いことがわかる。

【００３２】（なお、上式は簡単のため、ｎｄ、Δｎ
ｏ、Δｎｅは、波長に依存せず一定であるものとしてい
る。しかし実際はこれらの物理定数には入射光の波長依
存性がある。したがって、上式を解いて求めた値は、あ
くまで近似解である。）例えば、前述した条件すなわ
ち、ｎｄ＝２．２，Δｎｏ＝−０．０４，Δｎｅ＝０．
１２を用い、Ｋ＝０，Ｌ＝１として計算すると、Ｔｄ＝
０．１６μｍ、Ｔｐ＝４．８８μｍで、波長λ２＝７８
０ｎｍのレーザ光に対しては、常光線でも異常光線でも
回折効率をほぼゼロにできる。この時波長λ１＝６５０
ｎｍのレーザ光に対しては、常光線で回折効率をほぼゼ
ロに、異常光線で約１４％の回折効率が得られる。この
ような偏光性回折格子を用いることにより、信号検出に
不要な光の発生を抑えることができ、ディスク互換用光
学ヘッドの信号再生性能の確保に大きな効果がある。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、戻り光ノイズが少なく、
焦点ずれ信号の検出が容易で、かつ異なる種類の光ディ
スクに対して常に、高品質の焦点制御信号、トラッキン
グ制御信号および再生信号が得られる光ヘッドを安価に
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な実施例を示す斜視図

【図２】本発明の別の実施例を示す斜視図

【図３】本発明の基本的な実施例に用いる検出器配置と
信号演算方法を示す概略平面図

【図４】プッシュプル方式におけるトッラッキング制御
信号オフセットの発生要因を説明するための模式図

【図５】偏光性回折格子の構造と作用を説明するための
概略断面図

【図６】本発明の偏光性回折格子の格子溝パターンの一
例を示す概略平面図

【図７】本発明の偏光性回折格子の作用を説明するため
に光学ヘッド主要部を描いた概略正面図

【図８】本発明の別の実施例における検出器配置と信号
演算方法を示す概略平面図

【図９】本発明の別の実施例を示した主要部の概略正面
図

【図１０】本発明の別の実施例を示した主要部の概略正
面図

【図１１】本発明の別の実施例を示した主要部の概略正
面図

【図１２】本発明の偏光性回折格子の一特性を説明する
ための特性図

【符号の説明】

１‥‥半導体レーザ、５‥‥偏光性グレーティング、６
‥‥１／４波長板、７‥‥対物レンズ、８‥‥２次元ア
クチュエータ、８１‥‥２レンズ交換可能２次元アクチ
ュエータ、９‥‥光ディスク、９１‥‥ＳＤ光ディス
ク、９２‥‥ＣＤ光ディスク、１０‥‥集光レンズ、１
１‥‥シリンドリカルレンズ、１２‥‥光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 雅千 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所映像情報メディア事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源
   から発したレーザ光を透明基板上に装荷された光情報記
   録媒体上に該基板越しに集光する対物レンズによって少
   なくとも構成される集光光学系と、前記光情報記録媒体
   上に集光される光スポットを該光情報記録媒体の情報信
   号列上に位置決めするための光スポット位置制御手段
   と、前記光情報記録媒体からの反射光を前記集光光学系
   から分岐させる光分岐素子と、該光分岐素子によって分
   岐された前記反射光を受光し光電変換する光検出器とを
   備えた光学ヘッドにおいて、前記対物レンズと前記光分
   岐素子の間の光路中に前記対物レンズを経て前記光情報
   記録媒体上に集光される入射光の偏光状態と前記光情報
   記録媒体からの反射光の偏光状態とを互いに変化させる
   偏光変換素子と、前記入射光と反射光の偏光状態の違い
   によって回折効率が変化し、かつ所定の不等間隔曲線状
   軌跡の格子溝を有する偏光性回折格子とを備え、該偏光
   性回折格子および前記光分岐素子を経て前記光検出器に
   至る前記反射光のうち少なくとも前記偏光回折格子によ
   って回折された回折光または非回折光または回折光と非
   回折光の両方から前記光スポット位置制御手段を動作さ
   せるために必要な光スポット位置制御信号を検出し、か
   つ前記光スポット位置制御手段として該光スポット位置
   制御信号に基づいて前記対物レンズと前記偏光変換素子
   と前記偏光性回折格子とを一体として動かす可動機構を
   設けたことを特徴とする光学ヘッド。
2. 【請求項２】所定の波長λ１のレーザ光を発する第１の
   半導体レーザ光源と、λ１とは異なる波長λ２のレーザ
   光を発する第２の半導体レーザ光源と、該各半導体レー
   ザから発したレーザ光を透明基板上に装荷された光情報
   記録媒体上に該基板越しに集光する対物レンズによって
   少なくとも構成される集光光学系と、前記光情報記録媒
   体上に集光される各光スポットを該光情報記録媒体の情
   報信号列上に位置決めするための光スポット位置制御手
   段と、前記光情報記録媒体からの反射光を前記集光光学
   系から分岐させる光分岐素子と、該光分岐素子によって
   分岐された前記反射光を受光し光電変換する光検出器と
   を備えた光学ヘッドにおいて、前記対物レンズと前記光
   分岐素子の間の光路中に前記対物レンズを経て前記光情
   報記録媒体上に集光される入射光の偏光状態と前記光情
   報記録媒体からの反射光の偏光状態とを互いに変化させ
   る偏光変換素子と、前記波長λ１を有するレーザ光に対
   しては、その偏光状態の違いによって回折効率が変化
   し、かつ前記波長λ２を有するレーザ光に対しては、す
   くなくとも互いに異なる２種類の偏光状態について回折
   効率が略０％になる機能を備えた偏光性回折格子とを備
   え、該偏光性回折格子および前記光分岐素子を経て前記
   光検出器に至る前記反射光のうち少なくとも前記偏光回
   折格子によって回折された回折光または非回折光または
   回折光と非回折光の両方から前記光スポット位置制御手
   段を動作させるために必要な光スポット位置制御信号を
   検出し、かつ前記光スポット位置制御手段として該光ス
   ポット位置制御信号に基づいて前記対物レンズと前記偏
   光変換素子と前記偏光性回折格子とを一体として動かす
   可動機構を設けたことを特徴とする光学ヘッド。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の光学ヘッ
   ドにおいて、対物レンズとして透明基板の厚さが異なる
   複数種類の基板においてほぼ無収差となる複数の対物レ
   ンズを搭載し、それぞれの対物レンズが、偏光変換素子
   および偏光性回折格子と一体、もしくは偏光変換素子と
   一体として可動機構に搭載され、記録再生する光情報記
   録媒体に応じて、複数の対物レンズの一つを選択して光
   路中に挿入する手段を付加したことを特徴とする光学ヘ
   ッド。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２または請求項３に
   記載の光学ヘッドにおいて、前記光スポット位置制御信
   号のうち該光スポットの光軸方向の位置を制御するため
   に用いられる焦点制御信号検出手段として非点収差方式
   を備え、かつ前記光情報記録媒体の面内方向に関する前
   記光スポットの位置制御に用いられるトラッキング制御
   信号の検出手段として少なくともプッシュプル方式を備
   えたことを特徴とする光学ヘッド。
5. 【請求項５】請求項１、請求項２、請求項３または請求
   項４に記載の光学ヘッドにおいて、前記偏光性回折格子
   に、該偏光性回折格子を透過後、前記対物レンズを経て
   前記光情報記録媒体上に集光される入射光の光スポット
   のうち、前記偏光性回折格子によって回折される回折光
   の光スポットが非回折光の光スポットに対して少なくと
   も光軸方向に所定量だけずれた位置に集光されるよう回
   折光の波面に所定の位相分布を付加する機能を備えたこ
   とを特徴とする光学ヘッド。
6. 【請求項６】請求項１乃至請求項５に記載の光学ヘッド
   を搭載した光学的情報再生装置。