JP2513237B2

JP2513237B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2513237B2
Application number: JP62166332A
Authority: JP
Inventors: 靖夫木村
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-07-02
Filing date: 1987-07-02
Publication date: 1996-07-03
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: JPS6410435A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光ディスク装置やディジタルオーディオディ
スク装置やビデオディスク装置等において情報の記録ま
たは再生に用いる光ヘッド装置に関し、特に格子形の光
学素子を使用した光ヘッド装置に関する。

〔従来の技術〕

ビデオディスク装置やディジタルオーディオディスク
装置や光ディスク装置等（以下これらを総称して光ディ
スク装置と称する）において、記録媒体に対して情報の
記録または再生を行うために用いる従来の光ヘッド装置
は、第２図に示すような構成を有している。すなわち、
光源１と、光源１からの放射光２をコリメートビーム３
に変換するコリメーティングレンズ４と、コリメートビ
ーム３を収束して収束ビーム15として記録媒体14に照射
する収束レンズ５と、収束レンズ５を駆動するアクチュ
エータ６と、光源１とコリメーティングレンズ４との間
に配設されているビームスプリッタプリズム７との他
に、焦点誤差検出手段とトラッキング誤差検出手段とを
備えている。

焦点誤差検出手段には、種々の方式のものがあるが、
本発明と最も関連の深い方式のものとして、ウェッジプ
リズム方式のものがある。ウェッジプリズム方式による
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８および９と、光検出器10および11を有する第一
の２分割光検出器と、光検出器12および13を有する第二
の２分割光検出器とを備えて構成されている。このよう
に構成された焦点誤差検出手段は、記録媒体14（ディス
ク面）に対して収束ビーム15が正しく焦点を結んでいる
ときは、ウェッジプリズム８または９からの光ビーム16
または17は、それぞれ光検出器10および11の間または光
検出器12および13の間に収束しているが、収束ビーム15
がディスク面14に対してずれた位置に焦点を結んでいる
ときは、光ビーム16および17は互いに離れる方向または
互いに接近する方向にずれる。従って、光検出器10およ
び11の差動出力または光検出器12および13の差動出力を
検出することによって焦点誤差信号を得ることができ
る。

このようにして得られた焦点誤差信号にもとづいて、
アクチュエータ６を光軸と平行な方向に駆動し、収束ビ
ーム15がディスク面14上に正しく焦点を結ぶようにサー
ボ制御を行う。

トラッキング誤差検出手段にも種々の方式のものがあ
るが、本発明と最も関連の深い方式のものとしてプッシ
ュプル方式のものがある。プッシュプル方式のトラッキ
ング誤差検出手段は、２分割光検出器を用いてディスク
面からの反射光を検出する方式であり、第２図に示す光
検出器10および11の出力の和と、光検出器12および13の
出力の和との差を検出することによってトラッキング誤
差信号が得られる。このトラッキング誤差信号にもとづ
いて光軸と垂直な平面内で隣接するトラックの方向にア
クチュエータ６を駆動することによりトラッキング制御
を行う。（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15
1〜156頁参照）〔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、現在実用化されてい
るものはその大きさが40×40×30mm³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や軽量化の妨
げとなっており、またスタック形大容量光ディスク装置
を実現するための障害となっている。この原因の一つ
は、記録媒体（光ディスク）からの反射光をハーフプリ
ズムまたは偏光ビームスプリッタプリズムによってその
光軸を90°曲げて光源から分離し、その後方に光検知器
を配置するという手段が用いられているため、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効果を利用した小形光ヘッドが提案
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
現象の不安定性によるものであることが指摘されてお
り、ここ数年内で実用化されたディジタルオーディオデ
ィスク装置やビデオディスク装置等においては、再生信
号や位置決め信号にもれて入り込むノイズとして、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射面が
加わり、３個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。光ディスクの回転中は、
光ディスクの光軸方向のぼたつき（位置変動）のため、
焦点サーボ制御がかかっているときでも半導体レーザと
光ディスクの間隔が、約１μｍの幅で変動しており、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効果によって光ディスク上の信
号を再生することは困難な課題が多い。

また、トラッキング誤差検出方式にプッシュプル法を
採用すると、トラック誤差信号にもとづいて収束レンズ
５をアクチュエータ６によって光軸に垂直な方向に動か
したとき、第３図に示すように、収束レンズ５の光軸と
２分割光検出器18の分割線19との間にずれが生じる。デ
ィスク面14からの反射光は、収束レンズ５の光軸を中心
として２分割光検出器18に入射するため、２分割光検出
器18の分割線19において光量は正しく２等分されず、第
３図に示した例では、光検出器20の光量が光検出器21の
光量よりも多く入射することになる。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
る。

さらに、上述した従来の光ヘッドは光学研磨が必要な
光学部品を多数使用していることから、調整が複雑とな
り、重量も重くしたがって高価であり体積もまた大きい
という欠点を有している。

本発明の目的は、上記のような従来の光ヘッド装置の
欠点を解消して、小形かつ軽量であり、しかも量産性に
すぐれていて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、レーザ光源と、前記レーザ
光源から放射されて直進する光ビームを収束して記録媒
体上に投射する結像レンズと、前記レーザ光源と前記結
像レンズとの間に配設され透明基板上に中央の境界線を
境として異なった格子方向を有する２個の領域を形成し
たグレーティングカップラとを備え、前記記録媒体から
の反射光が前記グレーティングカップラの前記２個の領
域において回折したときその回折光を導く導波路と前記
導波路によって導かれた前記回折光を受光する前記２個
の領域のそれぞれに対応して設けられた２対の光検出器
を前記透明基板に設けた光ヘッド装置において、前記グ
レーティングカップラ中に前記２個の領域の前記境界線
上に設けられ前記反射光が前記境界線と交わる点を対称
の中心とした点対称の位置に設けられて異なる格子方向
を有する２個のトラッキング誤差検出領域と、前記２個
のトラッキング誤差検出領域のそれぞれからの回折光を
導く導波路と、前記導波路に対応して設けられた２個の
光検出器とを前記透明基板に設けたことを特徴とする。

また、本発明の光ヘッド装置のトラッキング誤差検出
方法は、レーザ光源と、前記レーザ光源から放射されて
直進する光ビームを収束して記録媒体上に投射する結像
レンズと、前記レーザ光源と前記結像レンズとの間に配
設され透明基板上に中央の境界線を境として異なった格
子方向を有する２個の領域を形成したグレーティングカ
ップラとを備え、前記記録媒体からの反射光が前記グレ
ーティングカップラの前記２個の領域において回折した
ときその回折光を導く導波路と前記導波路によって導か
れた前記回折光を受光する前記２個の領域のそれぞれに
対応して設けられた２対の光検出器を前記透明基板に設
けた光ヘッド装置において、前記グレーティングカップ
ラ中に前記２個の領域の前記境界線上に設けられ前記反
射光が前記境界線と交わる点を対称の中心とした点対称
の位置に設けられて異なる格子方向を有する２個の領域
からの回折光を導波路で前記光検出器導き、トラッキン
グ誤差検出を行うことを特徴とする。

〔作用〕本発明の作用とその動作原理は次の通りである。すな
わち、記録媒体からの反射光を光検出器に導くために、
透明基板上に形成した光導波路と、反射光とこの光導波
路とを結合させるために透明基板上に形成したグレーテ
ィング結合器（カップラ）とを用いる。グレーティング
カップラは、それに光を入射すると、光導波路とは結合
せずに透過する透過光と、光導波路と結合して回折する
回折光とが生じる。そこで光検出器を有する光導波路の
グレーティングカップラの部分を半導体レーザの光源と
結像レンズとの間に配設し、半導体レーザから記録媒体
に向って進む光に対してはグレーティングカップラを透
過する透過光を用いる。このとき透過光は、単に基板の
厚さとほぼ等しい厚さの透明板をその光路幅に挿入した
場合と同じ効果となる。

一方、記録媒体からの反射光に対しては、グレーティ
ングカップラにおける回折光を用いる。これによって従
来のように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反射光を光軸外にとり出すことが
できる。すなわち、グレーティングカップラはビームス
プリッタとして作用することになる。この結果、小形で
軽量な光ヘッド装置を構成することができる。

さらに本発明では、光軸外にとり出した回折光とした
の反射光から、情報信号のほかにフォーカス誤差信号を
とり出すために、グレーティングカップラの格子の方向
を結像レンズの光軸と交わる線を境として互に異なった
方向とし、グレーティングカップラに弱いフォーカルパ
ワー（レンズの作用）を持たせることによって、第２図
に示した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、光導波路中で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。

また、トラッキング誤差信号を取り出すために、グレ
ーティングカップラ内に、結像レンズの光軸とグレーテ
ィングカップラが交わる点を対称の中心としてわずかに
離れた位置に点対称の異なる格子方向を有する二つの領
域を形成し、この二つの領域の格子の方向を異なる方向
とし、こゝからの導波光の強度を比較してプッシュプル
法の原理によってトラッキング誤差信号を得るようにし
ている。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の第一の実施例の光学系の基本構成を
示す斜視図である。

第１図において、半導体レーザ等の光源１からの放射
光２は、フォーカルパワー（レンズの作用）を有するグ
レーティングカップラ22を透過光として通過し、結像レ
ンズ23によって収束されて記録媒体14に収束される。記
録媒体14からの反射光は、結像レンズ23によって収束さ
れ、グレーティングカップラ22において光導波路と結合
し、導波光24および25および26および27となって光導波
路中に設置されている第一の光検出器28と隣接して配置
している第二および第三の光検出器29および30と隣接し
て配置している第四および第五の光検出器31および32と
第六の光検出器33とにそれぞれ到達する。

グレーティングカップラ22は、異なる四つの領域を有
している。すなわち、結像レンズ23の光軸34と光導波路
を形成している透明基板（基板）36との交点を含む境界
線35を境として導波方向の異なる領域（Ａ）37と領域
（Ｂ）38に分割されており、さらに、光軸34と基板36と
の交点を含む記録媒体14のトラック方向に垂直な直線上
で、上記の交点を対称の中心とした対称の位置に導波方
向の異なる２個の円形の領域（Ｃ）39と領域（Ｄ）40と
が形成されている。ここで領域（Ｃ）39と領域（Ｄ）40
と間の距離は結像レンズ23のトラックに垂直な方向への
移動可能な最大距離より大きいかあるいは同程度とす
る。領域（Ａ）37は光源１の発光点に向かう反射光を、
第二の光検出器29と第三の光検出器30の接触線上に導波
する格子パターンを有している。領域（Ｂ）38は、光源
１の発光点に向かう反射光を、第三の光検出器31と第四
の光検出器32の接触線上に導く格子パターンを有してい
る。同様に、領域（Ｃ）39は、反射光を第一の光検出器
28に、領域（Ｄ）40は反射光を第六の光検出器33に導く
格子パターンを有している。

第４図は上述の実施例における焦点誤差検出の動作原
理を説明するための図である。（本図では領域（Ｃ）39
と領域（Ｄ）40および第一の光検出器28と第六の光検出
器33は省略してある。）第４図（ａ）は記録媒体上に光
ビームが収束している合焦状態を示す図であり、この状
態では領域（Ａ）37からの導波光25および領域（Ｂ）38
からの導波光26は、それぞれ第二および第三の光検出器
29および30の接触線ならびに第四および第五の光検出器
31および32の接触線上に収束する。第４図（ｂ）は記録
媒体14が変位して結像レンズ23に近づいたデフォーカス
状態（焦点が正しく結ばれていない状態）の導波光を示
す図である。この状態では、導波光25および26は第二の
光検出器29および第五の光検出器32に入射し、第三およ
び第四の光検出器30および31には入射しない。第４図
（Ｃ）は記録媒体14が変位して結像レンズ23から遠ざか
った状態における導波光を示す図である。この状態では
導波光25および26は、それぞれ第三および第四の光検出
器30および31に入射し、第二および第五の光検出器29お
よび32には入射しない。したがって、第二〜第五の光検
出器29〜32の出力をS2〜S5とすれば、（S2＋S5）−（S3
＋S4）から焦点誤差信号を得ることができる。

一方、トラッキング誤差信号は、記録媒体14上に収束
して照射された放射光１の絞り込みスポットがトラック
の中心からずれると、反射光の強度分布がアンバランス
になることを利用する。

すなわち、トラック誤差が発生すると、領域（Ｃ）39
に入射する光量と領域（Ｄ）40に入射する光量との間に
差が生じる。この光量差は、二つの光検出器28および33
の出力差として検出することができ、この出力差を示す
信号の正負によってトラッキング誤差の方向も検知する
ことができる。記録媒体14からの再生信号は、第一〜第
六の光検出器28〜33の出力信号の総和として得ることが
できる。

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、または結像レン
ズのみを動かす方法では、誤差検出光学系の光軸とレン
ズ側の光学系の光軸と間にずれが生じ、トラック誤差検
出用光検出器への入射光量に差異が発生するため、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、第１図の実施例では下記のような手段を設けてい
る。第５図は第１図の実施例におけるトラック誤差の検
出動作を説明するための説明図で、グレーティングカッ
プラ上の反射光の分布を示す図である。第５図（ａ）
は、結像レンズの光軸と誤差検出光学系の光軸とが一致
している場合を示す図で、領域（Ｃ）39と領域（Ｄ）40
は、反射光ビームの中心線Ｂについて対称であって、等
しい面積に入射する光を検知するので、トラック誤差の
オフセットは生じない。第５図（ｂ）および（ｃ）は、
誤差検出光学系の光軸に対して結像レンズの光軸がそれ
ぞれ左、または右にずれた場合を示す図である。これら
のいずれの場合も、反射光ビームの中心線Ｂの左右にあ
る領域（Ｃ）39と領域（Ｄ）40とに入射する光量の差か
らトラック誤差信号を得るためのトラック誤差のオフセ
ットの発生は抑制される。

第６図は本発明の第二の実施例の光学系の基本構成を
示す斜視図である。

第一の実施例では、領域（Ｃ）39と領域（Ｄ）40とは
領域（Ａ）37と領域（Ｂ）38の境界線35上にその中心を
有しこれら両者の領域にまたがるように配設されている
が、本実施例では領域（Ｃ）59は領域（Ａ）57の内部
に、また領域（Ｄ）60は領域（Ｂ）58の内部に配置され
ている。また、第一の実施例では、第一〜第六の光検出
器28〜33が光導波路内に設けられているが、本実施例で
は光導波路の端面に設けられている。その他の構成は第
一の実施例と同じである。また本実施例の作用も第一の
実施例と同じである。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明の光ヘッド装置
は、光学系を構成する部品として結像レンズと表面にグ
レーティングカップラを形成した透明基板のみであるた
め、従来の光ヘッド装置が多数の部品を使用していたの
に比べて光学系の部品数を大幅に削減することが可能で
ある。従って小形かつ軽量でしかも低価格な光ヘッド装
置が得られるという効果がある。また、光導波路とグレ
ーティングカップラは、プレーナ技術によって高精度に
製作できるため、光学的な調整が容易な光ヘッドが得ら
れるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の光学系の基本構成を示
す斜視図、第２図は従来の光ヘッド装置の一例を示す断
面図、第３図は第２図の例においてトラック誤差検出器
上の光量の分布を示す説明図、第４図は第１図の実施例
における焦点誤差検出の動作原理を説明するための説明
図、第５図は第１図の実施例におけるトラック誤差の検
出動作を説明するための説明図、第６図は本発明の第二
の実施例の光学系の基本構成を示す斜視図である。１……光源、２……放射光、３……コリメートビーム、
４……コリメーティングレンズ、５……収束レンズ、６
……アクチュエータ、７……ビームスプリッタ、８・９
……ウェッジプリズム、10・11・12・13・20・21・28・
29・30・31・32・33・48・49・50・51・52・53……光検
出器、14……記録媒体、15……収束ビーム、16・17……
屈折光、18……２分割光検出器、19……分割線、22・62
……グレーティングカップラ、23……結像レンズ、24・
25・26・27……導波光、34……光軸、35・55……境界
線、36・56……基板、37・57……領域（Ａ）、38・58…
…領域（Ｂ）、39・59……領域（Ｃ）、40・60……領域
（Ｄ）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、前記レーザ光源から放射さ
れて直進する光ビームを収束して記録媒体上に投射する
結像レンズと、前記レーザ光源と前記結像レンズとの間
に配設され透明基板上に中央の境界線を境として異なっ
た格子方向を有する２個の領域を形成したグレーティン
グカップラとを備え、前記記録媒体からの反射光が前記
グレーティングカップラの前記２個の領域において回折
したときその回折光を導く導波路と前記導波路によって
導かれた前記回折光を受光する前記２個の領域のそれぞ
れに対応して設けられた２対の光検出器を前記透明基板
に設けた光ヘッド装置において、前記グレーティングカ
ップラ中に前記２個の領域の前記境界線上に設けられ前
記反射光が前記境界線と交わる点を対称の中心とした点
対称の位置に設けられて異なる格子方向を有する２個の
トラッキング誤差検出領域と、前記２個のトラッキング
誤差検出領域のそれぞれからの回折光を導く導波路と、
前記導波路に対応して設けられた２個の光検出器とを前
記透明基板に設けたことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】レーザ光源と、前記レーザ光源から放射さ
れて直進する光ビームを収束して記録媒体上に投射する
結像レンズと、前記レーザ光源と前記結像レンズとの間
に配設され透明基板上に中央の境界線を境として異なっ
た格子方向を有する２個の領域を形成したグレーティン
グカップラとを備え、前記記録媒体からの反射光が前記
グレーティングカップラの前記２個の領域において回折
したときその回折光を導く導波路と前記導波路によって
導かれた前記回折光を受光する前記２個の領域のそれぞ
れに対応して設けられた２対の光検出器を前記透明基板
に設けた光ヘッド装置において、前記グレーティングカ
ップラ中に前記２個の領域の前記境界線上に設けられ前
記反射光が前記境界線と交わる点を対称の中心とした点
対称の位置に設けられて異なる格子方向を有する２個の
領域からの回折光を導波路で前記光検出器導き、トラッ
キング誤差検出を行うことを特徴とする光ヘッド装置の
トラッキング誤差検出方法。