JPH02195532A - 光学ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光学ヘッド装置、特に光学式情報記録媒体であ
る光ディスクより信号を読み出し／書き込む光学ヘッド
装置に関する。

［従来の技術］ 従来この種の装置として、例えば第６図に示したものが
あった。

図において、（４０）は半導体レーザ等の光源であり、
直線偏光を出射する。（２）は光源（４０）より出射さ
れた出射光束、（３）は出射光束（２）を３本の光束に
分離する回折格子、（４）は照射光束（５）と反射光束
（６）を分離するビームスプリッタ、（７）は照射光束
（５）を平行光束（８）にするコリメートレンズ、（９
）は平行光束（８）をほぼ直交方向に反射させる反射プ
リズム、（１０）は平行光束（１１）を円板状の記録担
体（１２）の情報トラック（１３）上に光スポット（１
４）として集光する集光レンズである。なお記録担体（
１２）は集光レンズ（１０）の焦点付近に置かれている
。また光スポット（１４）は実際には３つの光スポット
（１４ａ）、（１４ｂ）、（１４ｃ）よりなる。また情
報トラツク（１３）は、ピット（１５）とランド（１６
）よりなる。さらに記録担体（１２）はモータ（図示せ
ず）により回転させられている。また上記記録担体（１
２）により反射させられた光束は、再び集光レンズ（１
０）、コリメートレンズ（７）を透過し、ハーフプリズ
ム（４）によりほぼ直交方向に曲げられ、反射光束（６
）となる。（１７）は反射光束（６）の収束角を小にし
、反射光学系の倍率を拡大する凹レンズ、（１８）は凹
レンズ（１７）を透過し光束に非点収差を生じさせるシ
リンドリカル凹レンズ、（１９）は光検知器で素子（１
９ａ）、（１９ｂ）、（１９ｃ）より構成されている。

次に動作について説明する。半導体レーザ（４０）から
出射した光束（２）はそのＰＮ接合面に平行な方向に偏
光した直線偏光光であり、回折格子（３）、ビームスプ
リッタ（４）、コリメートレンズ（７）を透過し、反射
プリズム（９）で進行方向を曲げられた後、集光レンズ
（１０）により３つのビーム（１４ａ）、（１４ｂ）、
（１４Ｃ）として記録担体（１２）上に集光される。担
体（１２）で反射された光束は、集光レンズ（１０）を
透過し、反射プリズム（９）で再度反射され、ビームス
プリッタ（４）にて反射された後、凹レンズ（１７）、
シリンドリカル凹レンズ（１８）を透過後光検知器（１
９）を構成する３つのエレメント（１９ａ）、（１９ｂ
）、（１９ｃ）上に３つのビームとして入射する。この
際、中央の検知器（１９ａ）は記録担体（１２）の回転
によりピット（１５）　、ランド（１６）のいずれかよ
り光スポット（１４ａ）が反射されるときの反射光量の
差により担体に記録された情報を電気信号に変換し、こ
の後ここには特に図示していない回路により例えばオー
ディオ信号、ビデオ信号、デジタルデータ等として利用
される。

また、担体（１２）は回転に従って而振れ、振動等によ
り集光レンズ（１０）の焦点位置より光軸方向に変位す
る。この焦点ずれ量は公知の方法（例えば特開昭５８−
１０２３４２号）により中央の光検知器（１９ａ）上の
光束の形状変化より検出され、特に図示しないサーボ回
路により補正され常にディスク上の光束は合焦に保たれ
る。

さらに担体（１２）が回転する際にトラック（１３）の
蛇行、振動により中央ビーム（１４ａ）がトラック（１
３）の上に正しく位置しないことに対しては、公知のよ
うに該トラックずれ量を、両側の光検知器（１９ｂ）、
（１９ｃ）の出力差よりトラックとスポット（１４ａ）
のずれ量として検知し補正するという手段が取られる（
例えば特開昭５８−１０２３４２号）。

このような光学ヘッド装置においては、記録担体（１２
）上に蓄積される情報密度を可能な限り高め、大容量情
報媒体として利用するために、ピット長及びトラック間
隔は、半導体レーザより集光レンズに至る光学ヘッドの
集光系が回折限界の理想的状態にある場合に、限界的に
読取り得るほどの小さい寸法となっている。すなわち、
典型的にはレーザ波長λ−７８０ｎｍ、集光レンズのデ
ィスク側の開ロ数ＮＡ−０．５程度の場合には回折限界
にて集光されたスポット径は約λ／ＮＡ−１，６μｍ程
度であるが、これに合わせてトラック間隔は１．６μｍ
１最小ピツト長は０．８μｍ、すなわち最小スポット径
の約手分位である。上述したように光学ヘッド装置の集
光系が回折限界の集光特性となるためには、 ■　半導体レーザ（４０）より出射した光が集光レンズ
（１０）を通過してスポット（１４）に至る全光路にお
いて無収差に近い状態にて導かれること。

■　半導体レーザ自身が収差を持たないこと。

の２つの条件が必要である。

［発明が解決しようとする課ａ］ ところが、半導体レーザは一般にはある程度の非点収差
を持っている。まず半導体レーザの非点収差について説
明する。

半導体レーザの発光点の面積は通常２μｍ×０゜１μｍ
程度であり、はぼ点光源と見なして良い微小面積より光
が出射される。

第７図にダブルへテロ接合半導体レーザの構造の一例を
示す。この様な半導体レーザにおいては、第７図（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、レーザチップ（４０）
の出射光束のビームウェストは、半導体接合面（Ｘ−Ｙ
軸面）内とこれに垂直な面（Ｘ−Ｚ軸面）内とでは異な
っていることがあり、とりわけこの図に示したようなゲ
イン・ガイデイング型の半導体レーザにおいてこの差異
が大きいことが知られている。垂直面（ｘ−ｙ軸面）内
では鏡面（４１）に一致するＡ点がモードウェストとな
っているのに対し接合面（Ｘ−Ｙ軸面）内では若干半導
体レーザチップ（４０）の活性層（４２）　、つまり鏡
面（４１）より奥の共振器内に入ったＢ点がモードウェ
ストとなっているのである。この差異は光学上非点収差
となり、上記ゲイン・ガイデイング型のものはとくにこ
の差異が大きく、約２５μｍも存在するものがある。

上記Ａ点とＢ点の差異を非点隔差と呼ぶが、この非点隔
差と波面収差の関係について第８図のノーチージョンで
以下に説明する。

図中Ｅが半径ａの射出瞳を示しており、瞳座標を（又、
ｙ）で表す。球欠像面ＰｓでのＸ方向横収差Ｘ′は波面
収差Ｗを用いて（１）式で現される。

Ｘ　−＝Ｒ／ｎ　−・ａＷ／ａヌ　　　−−−（，１）
また図より、Ｒ）△すなわち非点隔差が非常に小さい場
合には（２）式が成り立つ。

Ｘ′−ヌ／Ｒ・△　　　　　　　　・・・（２）（１）
、（２）式よりＸ゛を消去し波面収差を求めると、（３
）式が得られる。ただし、空気中としてｎ′−１とする
。

−１／２　　（又／Ｒ）２△　　　　　・・・　（３）
（３）式はザイデル形式の非点収差係数を表し、これを
最良集光点である最小錯乱円点での波面収差の標準偏差
Ｗｒｍｓに換算すると（４）式のようになる。

Ｗｒｍｓ　−（１／４ｆ丁）Ｎａ２・Δ−−−（４）但
しく４）式において、 Ｎａ−ａ／Ｒ であり、ａは第８図に示すように射出瞳の半径である。

例えば△−２０μｍ、コリメートレンズのＮＡ−０，１
２、λ−０．７８μｍとすると、（４）式よりＷｒｍｓ
−０，０３８λとなり、回折限界光学系として許容され
る光学系の許容として従来より用いられているＭａｒｅ
ｃｈａｌの規範Ｗｒｍｓ　＜０．０７λの５０％以上と
なる場合があることになり、光学ヘッドの良好な書き込
み／読み出し特性を劣化させる要因となっていることが
分かる。

さらにレーザビームに非点収差が存在する場合には合焦
ずれに対する各信号の特性にも影響を及ぼす。この合焦
ずれに対する特性について、以下に説明する。

合焦状態では第９図（ｂ）に示すようにディスク上のス
ポットは、最小錯乱円の状態である。尚第９図では中央
ビームスポット（１４ａ）のみを記しであるが、中央ビ
ームスポット（１４ａ）をはさむ両側のスポット（１４
ｂ）（１４ｃ）についても同一形状である。

もし、非点収差がなければスポット（１４ａ）は第９図
（ｂ）の状態から、合焦をずらせるとその径は大きくな
り再生信号及びトラックずれ量として得られる光検知器
（１９ｂ）、（１９ｃ）の出力差の信号（以後ＴＥ倍信
号呼ぶ）の振幅は第９図（ｂ）の状態を最大として減衰
する。従って、再生状態が第９図（ｂ）のようになるよ
うに制御回路も含んだ全体のオフセットを調整すること
により再生信号及びＴＥ倍信号最大状態で動作させるこ
とが可能となり、外乱による合焦ずれに対し強い状態を
得ることができる。

ところがレーザビームに非点収差が存在する場合には、
担体上に於いても前記第８図に示すように、半導体レー
ザの接合面内とこれに垂直な面内でビームウェストが異
なっており、接合面の方向と情報トラックがほぼ垂直又
は平行な場合には合焦ずれにより、第９図の（ａ）また
は（Ｃ）のような状態が存在する。再生信号及びＴＥ倍
信号ビット（１５）とランド（１６）の反射光量の差を
利用しており、ビット（１５）及びランド（１６）を横
切る方向のビーム径が小さいほど信号振幅が大きくなる
ことが知られている。従って、第９図（ａ）ではトラッ
ク（１３）に沿った方向、（ｃ）ではトラック（１３）
を横切る方向の信号振幅が最大となる。再生信号はトラ
ックに沿った方向の信号、ＴＥ倍信号トラックを横切る
方向の信号であるので上記理由により、再生信号とＴＥ
倍信号最大となるフォーカスオフセット位置が各々異な
る状態が存在する。実際に非点収差を持つ半導体レーザ
を搭載した光学ヘッドにおいて焦点ずれを発生させた場
合の再生信号およびＴＥ倍信号振幅を測定した結果を第
１０図に示す。横軸が焦点ずれ量である。明らかに再生
信号の最大点とＴＥ倍信号最大点の位置がずれているこ
とが分かる。

ところで、一般に再生信号は大きな信号を得ることがで
きないので信号の最も大きい状態で再生することにより
Ｓ／Ｎを上げ、良好な特性が得られるようにする。つま
りｍ１０図（ａ）の状態で動作をさせることになるが、
この場合、図に示すようにＴＥ倍信号最大ではなく、第
６図のような再生信号とＴＥ倍信号関係の場合にはマイ
ナス側にデフォーカスした場合にはＴＥ倍信号減衰が大
きく、トラック追従サーボの安定性に大きな影響を与え
、不安定状態になる場合があった。一方、第１０図（ｅ
）の状態ではトラック追従サーボの安定性は確保できる
が再生信号を大きく取れず、さらにプラス側にデフォー
カスした場合の再生信号の劣化が大きいという問題があ
った。以上述べたように、非点隔差を持つ半導体レーザ
を搭載した光学ヘッド装置にて、トラック方向と半導体
レーザの偏光方向または活性層の方向がほぼ垂直または
平行の場合には、再生信号とＴＥ倍信号最大となるフォ
ーカスオフセット位置が異なるため、再生信号のＳ／Ｎ
を大きくかつトラック追従サーボを安定にし、更にプラ
ス側またはマイナス側にデフォーカスした場合の信号の
減衰の影響を同じにすることは困難であった。

この発明は上記のような問題点を解消する為に成された
もので、非点隔差を持った半導体レーザを搭載した光学
ヘッド装置において半導体レーザの非点隔差による集光
ビームの非点収差の影響を小さくし、最適の合焦状態を
持つことの出来る光学ヘッド装置の提供を目的とするも
のである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光学ヘッド装置は、半導体レーザの偏光方向と
、ディスク上のトラックの方向が４５゜をなすようにし
て、再生信号及びＴＥ倍信号合焦ずれ特性への非点収差
の影響を小さくするようにしたものである。

Ｃ作用］ 本発明においては半導体レーザの偏光方向とディスク上
のトラックの方向を４５°にすることにより、半導体レ
ーザによる非点収差の影響を小さくし、再生信号とＴＥ
倍信号合焦ずれを同じにし、再生性能とトラック追従サ
ーボ特性の双方の特性を満足させるものである。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図〜第５図に従って説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、この第１図では第６
図の従来例の構成より本発明の説明に不要なビームスプ
リッタ（４）によって反射されて光検知器（１９）に向
かう光路を便宜上省略しであるが、レーザ光源装置であ
る半導体レーザ（４０）、回折格子（３）、ビームスプ
リッタ（４）、コリメートレンズ（７）、反射プリズム
（９）、集光レンズ（１０）　、凹レンズ（１７）　、
シリンドリカル凹レンズ（１８）等の構成部品は全て備
えているものである。

この実施例における特徴は、半導体レーザ（４０）の活
性層（４２）の方向、即ち偏光方向が図中Ｅで示すごと
〈従来例に比べて４５°傾いている点にある。つまり、
第１図に示すごとく記録担体（１２）上のトラック方向
をｙ軸、半導体レーザ（４０）からの出射光束（２）の
光軸を２軸として、活性層（４２）の方向が２軸の回り
にｙ軸から４５＠回転するように光路中に半導体レーザ
（４０）が設置されている。

この実施例の動作について以下に説明する。もちろんこ
の光学系においても、再生信号、ＴＥ倍信号検出方法は
従来例とまったく同じである。

さて、上述したように活性層の方向がｙ軸から４５°回
転しているので担体（１２）での集光スポット（１４）
の合焦ずれ時の形状が従来とは異なる。この様子につい
て第２図で説明する。

第９図と同様に、最小錯乱円の状態（ｂ）と、マイナス
側およびプラス側に合焦ずれをした場合（ａ）（Ｃ）の
中央ビームスポット（１４ａ）の様子を記しである。第
２図（ｂ）の状態ではスポット（１４ａ）は最小錯乱円
であるから、ビーム形状はほぼ円形であり、従来例の第
９図（ｂ）の状態と同じである。次に第２図（ａ）また
は（Ｃ）の状態では、半導体レーザ（４０）が光軸の回
りに４５°回転しているので非点収差による焦線の方向
がトラック方向に対し４５°回転している。

従って第２図（ａ）又は（Ｃ）の状態ではトラック方向
及びトラック横断方向共ビーム径が増大するので再生信
号及びＴＥ倍信号もに第２図（ｂ）の状態より減衰する
。第３図に合焦ずれ特性を示す。再生信号の最大点とＴ
Ｅ倍信号最大点がほぼ一致している結果が得られている
。また、減衰の割合を従来例と較べてみると、本発明の
装置では、減衰の割合が小さいことが実験的に明らかに
なった。また第１０図、第３図を比較すれば明らかな様
に、本発明の装置ではデフォーカスに対する減衰が小さ
いのでデフォーカスに対して従来の光学系による装置に
較べ安定した性能を得ることができる。

なお、上に述べた実験例では集光レンズの種類について
は特に言及しなかったが、集光レンズとしてプラスチッ
クレンズ、またはプレス成型ガラスモールドレンズ等か
らなる非球面レンズを用いれば、半導体レーザによる非
点収差を打ち消すように、この非球面レンズの方向を設
定することにより反射光束自身の非点収差を最小にする
ことができる（特開昭６Ｏ−１４９９４１）。

従って、本発明において、例えばプラスチックレンズで
あれば、レンズのゲート方向も４５°回して半導体レー
ザの偏光方向に一致させることにより非点収差を一層小
さくすることができ、さらに良い集光特性が得られる。

また、以上の実験例は集光レンズ（１０）として無限共
役型（平行入射型）のレンズを使用した場合について説
明したが、この実験例の光学系からコリメートレンズ（
７）を取り除いて第４図（ａ）、（ｂ）に示したように
半導体レーザ（４０）の拡散出射光を集光レンズ（１０
）で直接集光する有限共役型の光学系とすること、或い
は、第５図（ａ）、（ｂ）に示したようにビームスプリ
ッタ（４）として平板（４″）を用いた光学系とするこ
と等、種々の光学系を用いた光学ヘッド装置に対しても
、これまでに説明したように半導体レーザ（４０）を４
５°回転することにより、同様の結果を得ることができ
る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば非点隔差を持った半導体
レーザを搭載した光学ヘッド装置において、半導体レー
ザの偏光方向がトラックに対して４５°を成すようにし
て、再生信号とＴＥ倍信号最適フォーカスオフセット位
置を一致させたので、最良の再生信号を安定したトラッ
ク追従サーボ状態で得ることができ、これにより非点隔
差を持つた半導体レーザを採用した光学ヘッド装置の書
き込み／再生性能を従来のヘッドの製造方法に較べて大
幅に改善できる効果がある。

【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装置の構成
図、第２図は本発明の光学ヘッド装置での記録担体上の
スポットの合焦ずれの様子を示す図、第３図は本発明の
光学ヘッド装置での再生及びＴＥ倍信号合焦ずれ特性を
示す図、第４図は本発明の他の実施例の光学系説明図、
第５図は本発明の更に他の実施例の光学系説明図、第６
図は従来の光学ヘッド装置の構成図、第７図は半導体レ
ーザの非点収差を示す説明図、第８図は非点収差と非点
隔差の対応関係を示す説明図、第９図は従来の光学ヘッ
ド装置での記録担体上のスポットの合焦ずれの様子を示
す図、第１０図は従来の光学ヘッド装置での再生及びＴ
Ｅ倍信号合焦ずれを示す図である。 図において、’（４）はビームスプリッタ、（１０）は
集光レンズ、（１２）は記録担体、（４０）は半導体レ
ーザである。 なお、 図中、 同一符号は、 同−又は相当部分を 示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直線偏光光を発射するレーザ光源装置と、上記レーザ光
   源装置の出射光束を記録担体の情報記録トラックに照射
   する集光レンズと、上記記録担体に集光した後反射され
   てきた光束を前記レーザ光源装置の出射光束より分離し
   て光電変換器側に向かわしめるビームスプリッタ手段よ
   りなる光学系とを備えた光学ヘッド装置において、前記
   光電変換器より得られる情報記録トラックの再生信号と
   トラック追従制御のための誤差信号の最適焦点位置が一
   致するように前記レーザ光源装置の偏光方向が情報記録
   トラックに対して略４５゜または略−４５゜に設定され
   ていることを特徴とする光学ヘッド装置。