JP2618868B2 - 光学ヘツドユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光学情報記録媒体への情報の記録／再生に
用いられる光学ヘッド装置に関し、特に非接触位置セン
サーとしても応用できる発光・受光機能を備えた光学ヘ
ッドユニットに関するものである。

［従来の技術］ 記録／再生装置における光学系は、レーザダイオード
光源から出射されるレーザビームを、対物レンズ等の収
束性光学素子を介して、情報記録媒体上に収束させ、情
報記録媒体表面上に記憶された情報を読み取り、あるい
は該情報記録媒体表面上に書き込み記憶させる装置とし
て知られている。情報の光学的読み取りを行うにせよ、
光学的書き込みを行うにせよ、レーザビームは対物レン
ズ等の収束性光学素子によって正しく情報記録媒体表面
上に収束していなければならない。そこで、該レーザビ
ームが対物レンズ等の収束性光学素子によって情報記録
媒体表面上に収束しているか否かを検知しつつ作動する
光学ヘッド装置が必要となるものである。

第5A図、第5B図は、従来例に関する光学ヘッド装置の
レイアウトを示す構成図である。図において、（１）は
光源となるレーザダイオードを示し、（２）は該レーザ
ダイオード（１）から出射されるレーザビーム光束であ
る。（４）は該レーザビームを分割する平行平板ビーム
スプリッタを示し、（５）はこれらのビームを収束させ
る集光レンズ等の光収束レンズ素子である又（６）は光
カード、光テープあるいは円板状光ディスク等の光情報
記録媒体であり、（７）は該情報記録媒体（６）の情報
記録面に形成された情報トラック、そして（10）は光情
報記録媒体（６）からのレーザ反射光（２′）を受光す
る光検知器受光部である。

次に動作について説明する。レーザダイオード（１）
から出射した発散光束（２）は平板ビームスプリッタ
（４）の表面（4a）で反射された後、集光光収束レンズ
素子（５）によって光情報記録媒体（６）に収束され
る。光情報記録媒体（６）から反射された反射光束
（２′）は平板ビームスプリッタ（４）の裏面（4b）で
反射され、出射光束（２）と少しずらされ、逆の進行方
向に進み、光検知器受光部（10）で受光される。光情報
記録媒体（６）の情報を正しく得るために、光収束スポ
ット（３）は正確に情報トラック（７）表面上に照射さ
れなければならない。反射光束（２′）は収束光束であ
るため、平板ビームスプリッタ（４）から光検知器受光
部（10）に向う時には良く知られているように非点収差
が発生する。今、平板ビームスプリッタ（４）は平行平
板であり、厚みをｔ、屈折率をｎ、表面（4a）への入射
角をθ［rad］とすると、非点隔差Δは次式で与えられ
る。

前記非点収差が与えられたビームスプリッタ（４）か
らの反射光束（２′）は、LD（１）の出射光束（２）と
平行でそれと逆方向に進行し、かつ図において一点鎖線
で示される主光線は、 2t・tan θ′・cos θ …（２） のずれをもって光検知部［以下光検知器受光部という］
（10）に入射する。ここで、前記θ′は、n sin θ′＝
sin θを満たしている。

このような、光学式ヘッド装置において、光検知器受
光部（10）は光ディスク（６）上の光収束スポットが合
焦状態にある時に情報記録媒体ディスクから反射された
光束が、第５図（ｂ）に示されるように、最小錯乱円
（11）となる光軸方向位置に配置される。そして、この
光検知器受光部（10）は、図示されるように、検知素子
（10a），（10b），（10c），（10d）に４分割され、こ
れら各検知部にて入射光束量を検知する。

周知のように、これら各検知部の出力は、焦点ずれが
生じた場合には光検知器受光部（10）上の光収束スポッ
トが歪んだスポット（12）となるので、対角線方向にお
いて対向する検知素子光電変換出力の和をとり対向検知
部対どうしの差出力を演算することにより光束の焦点ず
れを検出することができる。

すなわち、対向検知素子部の和出力ペア差出力は、
｛（10a）＋（10c）｝−｛（10b）＋（10d）｝となり、
この演算出力信号はフォーカスエラー信号として出力さ
れ、不図示のフォーカスアクチュエータにより光情報記
録媒体上の光収束スポット焦点ずれが補正される。

一方、光情報記録媒体（６）上の光収束点（３）を正
しく情報トラック上に照射するため面内方向の調整手段
としてトラッキングを行っている。ここでは特に説明を
しないが、ツインスポット法、プッシュプル法等が本従
来装置に適用できる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の光学式ヘッド装置は以上のように構成されてい
たので、次に述べるような問題点が生じていた。

先に述べた様にレーザダイオード（１）の発光点と光
検知器受光部（10）の光収束スポット（11）は第５図に
おいてＺ方向にδ＝２・ｔ・cosθ・tan（θ′）だけず
れている。そして例えばθ＝45゜、ｔ＝1mmとするとδ
＝0.75mmと1mm以下である。又この時光軸方向（ｘ）の
ずれ量も1mm以下と短い。

従って図のようにレーザダイオード（１）、光検知器
受光部（10）を別体に配置するのは非常に困難である問
題点がある。又光検知器受光部（10）は先に述べた様に
最小錯乱円（11）が照射される位置に配されなくてはな
らず調整手段を有する。しかし前記のようにレーザダイ
オード（１）と隣接しているため、調整手段の構成、配
置が非常に困難となる問題点がある。

このような問題を解決するためにレーザダイオード
（１）の発光点と光収束スポット（11）が光軸及び光軸
に垂直な方向において1mm以下に隣接することを利用し
て、レーザダイオードのチップと光検知素子を同一基盤
上に形成することも考えられる。

レーザダイオード（１）の発光点と光収束スポット
（11）は、共役関係にあるため相対位置精度と平板ビー
ムスプリッタ（４）の平行度さえ確保することができれ
ば、光検知器受光部を、演算によって求めたレーザダイ
オード（１）からの相対位置に設定すれば良いことにな
り、検知器の無調整化が実現し得ることになる。

相対位置精度は、両素子を同一基盤上に形成すれば比
較的容易であるが、平板ビームスプリッタ（４）の平行
度の許容幅は厳しい。例えば第５図において、例えばレ
ーザダイオード（１）が平板ビームスプリッタまでの距
離ｌを15mm、平板ビームスプリッタ（４）の（4a）面入
射角45゜、ｎ＝1.5、ｔ＝1mm平行度α［deg］とし光検
知器受光部（10）に対する光収束スポット（11）の変位
許容量を±10μｍとするにはα＝0.010゜（＝0.6′）が
必要である。この様に光検知器受光部（10）とレーザダ
イオード（１）を無調整で一体化するためには平行ビー
ムスプリッタ（４）において１′以下の高精度にて平行
度を維持する必要があり、又平板ビームスプリッタの必
要有効エリアも、上記例においてレーザダイオードの光
束の開口数NA（なお、開口数NAは、光束の広がり角に相
当）が0.1の時では直径約5mmの円となり、広い面積にわ
たり高精度にて平面度が要求されるので、これらの面精
度を広域にわたって維持するためにコスト高となる問題
点がある。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、光検知器受光部位置の無調整化を実現すると
ともに、安価で簡易な光学ヘッド装置を提供することを
目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の光学ヘッドユニットは、レーザ等の光源と、
この光源に近接して設けられた光検知部と、第１面で光
源からの光を反射し、第２面で情報記録媒体からの戻り
ビームを反射する平板光学素子とがレーザビーム及び戻
りビーム入出射可能な窓を有する所定パッケージ内に密
封されて構成されている。そして、これらの部材は一体
的に形成された同一ブロック上に近接配置され、また光
源から平板光学素子の第１面までの光路長が3mm程度と
なるように光源と平板光学素子とが配置されている。

［作用］ 本発明における光学ヘッドユニットは、上述のように
構成されているため、パッケージ内に、極めて高い精度
でレーザダイオード光源、光検知部及び平板光学素子を
配置することができ、これらの配置や角度等を調整する
必要がない。更に、光源と平板光学素子との距離を近距
離に精度良く配置することにより、平板光学素子の第１
の面と第２の面との平行度の許容範囲が広く、また、戻
りビームの収納位置のずれが小さくなり、高性能かつ小
型の光学ヘッドユニットを構成可能となる。また、それ
ほど平行度の高くない実用的かつ安価な平板光学素子を
使用して構成することができる。

更に、本発明の光学ヘッドユニットに、例えば光収束
レンズとその位置制御用アクチュエータとを組み合わせ
れば、容易に光学ヘッド装置を構成することができる。
そして、本発明の光学ヘッドユニットを用いれば、光学
ヘッド装置を構成した場合にも、光検知部等の調整を行
うことなく、情報記録媒体の記録情報、フォーカス情報
及びトラッキング情報を得ることができ、他の特別な検
出手段や調整手段等は不要となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例に関する光学ヘッドユニット
の構成について図を参照して説明する。

第１図において、レーザダイオード（１）、ビームス
プリッタ（４）、光検知器受光部（10）は、従来例の各
要素と同じ機能をする。レーザダイオード（１）は、PN
接合から成る半導体チップが用いられ、（10′）は、レ
ーザダイオードの出力モニター用の光検知器受光部であ
る。又（17）は、レーザビームの本光学ヘッド装置から
の出射窓を示す。

ここにレーザダイオード（１）ビームスプリッタ
（４）、光検知器受光部（10）は、ブロック（18）に対
して位置決めされつつ形成されており、このブロック
（18）はレーザダイオードの放熱のための手段も兼用す
るものである。

これらの光学ヘッドユニット内の各重要光学素子は、
図に示すように１つのパッケージ内に構成され密封され
ており、各光学要素の相対位置が高精度に位置決め設定
されるものである。

本実施例の場合、従来例と同様に、例えばｔ＝1mm、
開口数NA＝0.1であるとすると、レーザダイオード
（１）の光検知器受光部（10）あるいは、その他の重要
光学素子（例えば、ビームスプリッタ（４））に対する
相対位置精度は、光軸方向に±25μｍ、光軸に垂直な方
向に±５μｍにアジャストさせてある。このような重要
光学要素の相対位置を決定ずけるパッケージの全体形状
は、円管状を成し、外径は太くても10mm径以下であるの
が好ましい。あまり細い径の円管パッケージは理論的に
も実用上からも作成困難であるが、原理的には5mm径の
パッケージを有する光学ヘッドユニット（13）の作成も
可能である。

本発明の実施例に関する光学ヘッドユニット（13）
は、レーザダイオード（１）とビームスプリッタ（４）
の間の距離ｌを非常に短く位置決め設定したので、例え
ばｌ＝3mmとすると、ビームスプリッタ（４）の平行度
は悪くても３′程度であれば充分であり、光検知器受光
部（10）の調整は、必要とするものではない。

又、本発明の以上に説明した実施例に関しては、ビー
ムスプリッタ（４）の有効面積も小さくとれるので重要
要素である面精度を維持する点からも有利であり、安価
なビームスプリッタに寄与することができる。そして、
相対位置関係はｌ及び平板ビームスプリッタの厚さｔ、
傾き＝θが決定されれば、（２）式により自動的に決定
される値である。具体的に光学ユニット内に前記相対距
離を確保し組み立てるには、ブロック（18）にレーザー
ダイオード（１）と光検知器（10）の位置決め用の印、
例えば溝等を作成しておけば機械的精度で±５μｍの位
置精度で十分位置決めすることができる。

第2A図，第2B図，第2C図に本発明の光学ヘッドユニッ
ト（13）を光学ヘッド装置に適用した実施例を示す。第
2A図，第2B図，第2C図において（14）は光学鏡筒、（1
5）は光収束レンズ素子をフィードバック駆動制御する
フォーカス及びトラッキングに関するアクチュエータで
ある。

上記本発明実施例の光学ヘッドユニット（13）の動作
は、基本的には従来例の動作と同様であるが、光学鏡筒
（14）に光学ヘッドユニット（13）及び対物レンズ等の
収束性光学素子（５）を動作させるアクチュエータ（1
5）を付設するだけで光学ヘッドユニット（13）より情
報記録媒体ディスク（６）の信号及び収束光スポット位
置情報をキャッチすることができる。そして、組立時に
光検知器受光部等の調整作業を要さない作用がある。

本光学装置を用いればさらに多様な光学ヘッド装置を
構成することができる。そこで、第2B図にその光学ヘッ
ド装置の１例を示す。（16）は反射ミラーであり、該反
射ミラー（16）は、光路を折り曲げてから対物レンズ等
の収束性光学素子に入射するごとく成したので、通例で
は多くの体積と占有する光路空間を圧縮することによ
り、より薄型の光学ヘッド装置を容易に提供することが
できるものである。

第2A図，第2B図においては、以上のように本発明の光
学ヘッドユニット（13）は、パッケージの中心軸線と出
射光光軸線とが一致するように成したが、第2C図に示す
ようにパッケージ中心軸線と出射光光軸が重ならないよ
うに構成し、さらに薄型の光学ヘッドと成すことができ
る。

従来例の説明では特にトラッキング方式について触れ
なかったが、光学ヘッドユニット（13）内のビームスプ
リッタ（４）の表面（4a）に回折格子を形成することに
より、新たなる光学部品を増やすことなく、ツインスポ
ット法のトラッキングを行うことができる。ツインスポ
ット法自体については良く知られているので説明を省
く。ツインスポット法を採用する場合には（4a）面から
出射された３ビームの光ディスク（６）上の集光点が、
０次光集光収束点（３）を基準に、情報トラック（７）
に対し少し傾く様に回折格子の回転調整が必要となる場
合がある。第３図において（3a），（3b）を±１次光、
トラックピッチをＰ、±１次光と０次光間隔をｄとする
と、 となる様にθを回転調整した時にトラッキング信号が最
も大きく得られる。

この場合、光学ヘッドユニット（13）のパッケージ中
心と出射光光軸が一致したものが有利であり、光学ヘッ
ドユニット（13）全体を光学鏡筒（14）の取付部で回転
調整すれば良い。回転しても光軸はずれることはないの
で、対物レンズ等の収束性光学素子（５）に対し像高を
発生することも無く良好な光収束特性を維持できる。又
この時、フォーカス信号には何ら影響を与えないことは
明らかで光検知器を調整する必要はない。

但し、光検知器受光部（10）は少なくとも６分割構成
の検知部を必要とする。

上記の実施例では光学ヘッドユニット（13）の外形形
状は円筒状のものを示したが、例えば角状のパッケージ
にすることも可能で使用法毎に適宜外形形状を選ぶこと
ができる。

又本発明の光学ヘッドユニット（13）は上記のように
光学式ヘッド装置に適用できるだけでなく、発光、受光
素子として位置センサー等種々の用途に用いられる。

例として第４図を参照して説明する。（19）は試料で
あり、本発明の光学ヘッドユニット（13）、及び対物レ
ンズ（５）は鏡筒（14）に固定されている。この時、集
光位置付近に試料（19）を置くと、試料表面に合焦の
時、フォーカスエラー信号は零であるが、試料（19）を
Ａの方向に移した時、表面に凹凸があるとフォーカスエ
ラー信号が変化する。凹凸の量と、フォーカスエラー信
号を較正しておけば、表面形状を調べることもできる。
そして、対物レンズ等の収束性光学素子の光収束開口数
NAを選択することにより、広範な測定精度と測定範囲に
て該対物レンズ等の収束性光学素子から光収束スポット
表面までの位置の変化を検知するセンサとして機能させ
ることができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、光源、光検知部及び
平板光学素子を一体的に形成された同一ブロック上に近
接配置し、光源から平板光学素子の第１面までの光路長
が3mm程度となるように光源と平板光学素子とを配置し
て光学ヘッドユニットを構成したので、配置後に光検知
部等の位置や角度を調整する必要がない。また、平板光
学素子の平行度の許容範囲が広いので安価な素子を用い
て高性能で小型のユニットを提供することができる。そ
して、光学ヘッド装置に適用した場合には、光学ヘッド
ユニットの個々の構成部材であるレーザダイオード光
源、光検知部、平板光学素子の配置や角度等を調整する
必要がなく、収束性光学素子等の位置を調整するだけで
情報記録媒体等に対して好適なフォーカシングができ、
光学ヘッド装置の組立て時等に光検知部等の位置調整を
行う必要がなく作業性が格段に向上する。

また、光学ヘッドユニットが収束性光学素子と独立し
ているため、レーザダイオード光源、光検知部や平板光
学素子の傾き等を調整することなく、許容されるスペー
スに合わせて光路を自由に設定できる。これにより、装
置設計の自由度が向上し、光学ヘッド装置の小型化・薄
型化が実現できる。

更に、レーザビームの回折作用を利用して、情報記録
媒体のトラッキング調整等を行う場合にも、光学ヘッド
ユニットがパッケージに密封されて構成されているの
で、レーザダイオード光源、平板光学素子、光検知部の
それぞれの位置を変更することなく、光学ヘッドユニッ
ト全体を例えばパッケージの中心軸を中心に回転させる
だけで、トラッキングの調整を行うことも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による光学ヘッドユニット
の構成図、第2A,2B,2C図は本発明実施例の光学ヘッドユ
ニットを適用した光学ヘッド装置の構成図、第３図は本
発明実施例に関するツインスポット法による調整法の説
明図、第４図は本発明実施例の位置センサへの変形実施
例を示す構成図、第5A,5B図は従来例に関する光学ヘッ
ド装置を示す構成図である。 図において、（１）はレーザダイオード、（４）は平板
ビームスプリッタ、（10）は光検知器受光部、（13）は
光学ヘッドユニットである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−57013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−76177（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−33641（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−170126（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザダイオード光源と、 前記レーザダイオード光源に隣接した位置に収束する戻
   りビームを受光し、この戻りビームに基づいて、情報記
   録媒体の記録情報と、フォーカス情報と、トラッキング
   情報と、を検知する光検知部と、 前記レーザダイオード光源からのレーザビームを表側面
   である第１の面で反射して出射し、この反射されたレー
   ザビームと同一光路を経て戻ってくる戻りビームを前記
   第１の面と対向する裏側面である第２の面で反射して前
   記光検知部へ出射する平板光学素子と、を有する光学ヘ
   ッドユニットであって、 前記光検知部は、少なくとも４分割された受光検知素子
   を含み、前記戻りビームの光収束スポットの位置情報の
   検知機能を有しており、 前記レーザダイオード光源と、前記光検知部と、前記平
   板光学素子と、を一体的に形成された同一ブロック上に
   近接配置し、 前記レーザダイオード光源から前記平板光学素子の第１
   の面までの光路長が3mm程度となるように前記レーザダ
   イオード光源と前記平板光学素子とを配置し、 前記レーザダイオード光源と、前記光検知部と、前記平
   板光学素子と、を前記レーザビーム及び前記戻りビーム
   を入出射可能な窓を有する所定パッケージ内に密封した
   ことを特徴とする光学ヘッドユニット。
2. 【請求項２】前記平板光学素子の第１の面には回折格子
   が配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の光学ヘッドユニット。
3. 【請求項３】前記パッケージは円筒状であり、前記パッ
   ケージの中心線と、前記パッケージの窓から出射される
   前記平板光学素子の第１の面で反射されたレーザビーム
   の光軸とがほぼ等しいことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項及び第２項のいずれかに記載の光学ヘッドユニッ
   ト。