JPH03225636A - 光ヘッド装置 - 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、光ディスクの記録、再生に用いる光へノド装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来の光ヘッド装置にはトラック誤差信号やフォーカス
誤差信号検出方式により種々の構成のものがあるが、多
数のレンズやプリズムを用いて構成されている。第２図
にその一例を示す。

この従来の光ヘッド装置ではトラック誤差信号検出には
３ビーム法、焦点誤差信号検出には非点収差法が用いら
れている。光源である半導体レーザ１からの放射光２は
回折格子１６により回折され、０次光のメインビームの
他に、＋１次光と一１次光のサブビームに分けられる。

ビームスプリンタ１３を透過後、収束レンズ４により第
３図に示されるように光デイスク８面上にメインビーム
スポット２６とサブビームスポット２７．２８が形成さ
れる。

なお第３図において、２４はビットを示す。光ディスク
８において反射された光は逆の光路を通り、ビームスプ
リンタ１３で反射され、凸レンズ１７と円筒レンズ１４
により非点収差を持つ光となり６分割光検出器１５に入
射する。

第４図はその６分割光検出器１５に入射した光の集光状
態を示す図である。（ｂ）は光デイスク面に光が合焦し
た時、（ａ）、　（Ｃ）は光ディスクが合焦状態から収
束レンズ４に近づいた時と遠ざかった時の集光状態を示
している。これより焦点誤差信号は光検出素子２１．２
２．２３．２４の出力をＶ（２１）、　Ｖ（２２）。

Ｖ（２３）、　Ｖ（２４）とすると、Ｖ　（２１）　＋
　Ｖ　（２４）　−Ｖ　（２２）　−Ｖ　（２３）より
検出される。一方、トラック誤差信号検出には光デイス
ク８面上でメインビームスポット２６がピット２４から
はずれたとき、二つのサブビームスボッ）２７．２８の
反射光量にアンバランスが生じることを利用している。

すなわち、光デイスク８面上のサブビーム２７．２８は
それぞれ６分割光検出器１５上では光検出素子１９．２
０に集光するので、それぞれの出力をν（１９）、　Ｖ
（２０）とすると、トラック誤差信号はＶ　（１９）　
−Ｖ　（２０）で検出される。また、記録信号はメイン
ビームの全光量すなわちＶ（２１）＋　Ｖ　（２２）　
＋　Ｖ　（２３）　＋　Ｖ　（２４）より検出される。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の光ヘッド装置では、光ディスクからの戻
り光を光軸外に出す二輪系の構成のため装置の小型化及
び軽量化が困難であった。

本発明の目的は、小型・軽量かつ光の利用率の高い光ヘ
ッド装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光ヘッド装置は、 光源と、 前記光源からの出射光を実質的に三つのビームに分ける
回折格子と、 前記光源の像を記録媒体上に絞り込む結像レンズ系と、 前記記録媒体からの戻り光を前記結像レンズ系の光軸外
に回折分離するホログラム素子と、前記回折格子及び前
記ホログラム素子と前記記録媒体との間に配置された４
分の１波長板と、前記光軸外に分離された回折光を受光
する光検出器とを有し、 前記回折格子及び前記ホログラム素子は複屈折結晶より
なる複屈折回折格子型素子で、かつそれぞれの結晶光学
軸が互い平行であり、前記ホログラム素子は前記光源か
らの出射光をほとんど回折せず、前記記録媒体からの戻
り光をほとんど回折し、前記回折格子は前記光源からの
出射光を一部回折し、前記記録媒体からの戻り光をほと
んど回折しないことを特徴とする。

また本発明の光ヘッド装置は、 光源と、 表に前記光源からの出射光を実質的に三つのビームに分
ける回折格子と、裏に記録媒体からの戻り光を光軸外に
回折分離する回折格子を有するホログラム素子と、 前記光源の像を前記記録媒体上に絞り込む結像レンズ系
と、 前記ホログラム素子と前記記録媒体との間に配置された
４分の１波長板と、 前記光軸外に分離された回折光を受光する光検出器とを
有し、 前記ホログラム素子は複屈折結晶よりなる複屈折回折格
子型素子で、前記ホログラム素子の裏の回折格子は前記
光源からの出射光をほとんど回折せず、前記記録媒体か
らの戻り光をほとんど回折し、前記ホログラム素子の表
の回折格子は前記光源からの出射光を一部回折し、前記
記録媒体からの戻り光をほとんど回折しないことを特徴
とする。

〔作用〕

本発明の作用・原理は次の通りである。本発明では装置
を小型化するために、従来の光ヘッド装置のビームスプ
リッタと焦点誤差信号検出用光学系を一枚のホログラム
素子を用いて光ヘッドの構成を一軸系としている。この
−軸系の構成にした場合、光源から出射した光はホログ
ラム素子とトラック誤差信号検出に用いる３ビ一ム発生
用の回折格子を通るため不要な回折光成分も生じる。そ
こで光の利用率の高い光ヘッドを実現するために、ホロ
グラム素子及び３ビ一ム発生用の回折格子を偏光性を有
する複屈折回折格子型構造としている。

複屈折回折格子を実現する方法として、次に述べる複屈
折結晶を用いる方法がある。第５図に示すように、複屈
折結晶であるニオブ酸リチウム５２のＸ板、あるいはＹ
板に安息香酸によるプロトン交換を施すと、−例として
光デイスク装置に一般的に用いられる０、８３μｍの波
長の光に対しては結晶光学軸に平行な偏光の光である異
常光に対する屈折率は約０．１１増加し、その光学軸に
垂直な偏光の光である常光に対する屈折率は約０．０４
減少する。

そこでプロトン交換を施した交換領域５３と施さない非
交換領域５４とを周期的に配置した格子にすると回折格
子として作用する。

この格子に、交換領域５３を通過する常光と非交換領域
５４を通過する常光の位相差を相殺するために第５図に
示すように交換領域上に適当な厚さの位相補償膜５５を
形成すると、常光に対してはこの格子は回折格子として
は働かず、回折させずに透過させることができる。つま
り、この格子は単なる透明基板に見える。上記の常光に
対する位相差相殺条件を満足させながら交換領域５３の
深さを変えることにより、異常光に対する位相差を適当
な値に設定することができ、異常光に対しては任意の回
折効率が得られる。例えば、位相差がπのときは、異常
光は完全に回折される。一方、位相補償膜５５の厚さを
さらに厚くすることにより逆に異常光に対しては透明基
板に見え、常光のみを回折させることもできる。例えば
、上記の常光に対しては位相差がＯ１異常光に対しては
位相差がπの位相分布状態で、さらに位相差がπの位相
補償膜を付加することにより、７常光に対しては位相差
はπ、異常光に対しては２πすなわち位相差Ｏの位相分
布状態になる。このとき、常光は完全に回折され、異常
光は素通りする。このような複屈折回折格子は偏光子と
して応用が検討されており、セカンドオプトエレクトロ
ニクスコンファレンスのテクニカルダイジェスト第１６
７頁から第１６９頁に掲載の責野、他著ｒＢＩＲＥＦＲ
ＴＮＧＥＮＴ　ＧＲＡＴＩＮＧ　ＰＯＬＡＲＩＺＥＲＪ
の論文に述べられている。

上記では回折格子及びホログラム素子の複屈折回折格子
型構造として複屈折結晶材料ニオブ酸リチウムにプロト
ン交換法で格子の回折効率に異方性を持たせる方法を挙
げたが、特願昭筒６１−１７０２４４号明細書に記載の
格子溝のついた複屈折媒質に、その媒質の常光あるいは
異常光の一方の屈折率と同じ物質をその格子溝に充填す
ることによっても可能である。さらに、特願昭６２−９
８８５４号明細書に記載の格子溝のついた等方性媒質に
、液晶などの複屈折材料を充填した複屈折回折格子型構
造においても実現可能である。

〔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１の実施例を示す図で、第２図に
示した従来技術と同じものは同じ符号で示している。こ
の光ヘッド装置は、光源である半導体レーザ１と、半導
体レーザからの出射光を実質的に三つのビームに分ける
複屈折回折格子型構造の回折格子１１と、光源の像を光
デイスク８上に絞り込む結像レンズ系を構成するコリメ
ートレンズ３及び収束レンズ４と、光ディスク８からの
戻り光を結像レンズ系の光軸外に回折分離する複屈折回
折格子型構造のホログラム素子５と、回折格子１１及び
ホログラム素子５と光ディスク８との間に配置された４
分の１波長板（λ／４板）６と、光軸外に分離された回
折光を受光する６分割光検出器７及び光検出器１２とか
ら構成されている。

本実施例の光ヘッド装置では、作用のところで述べた複
屈折回折格子型のホログラム素子５と回折格子１１を用
いている。ホログラム素子５は常光を素通りさせ、異常
光をほとんど回折させる複屈折回折格子型構造をとって
おり、一方、回折格子１１は常光は少し回折させ、異常
光は素通りさせる複屈折回折格子型構造をとっている。

さらに、光源である半導体レーザ１からの直線偏光であ
る放射光２の偏光面に対してホログラム素子５と回折格
子１１に常光として入射するようにそれぞれの結晶光学
軸を平行に設定している。そのため、放射光２はホログ
ラム素子５では回折されずに透過し、回折格子１１のみ
で回折される。回折格子１１の常光に対する位相差は、
トラック誤差信号検出に用いるサブビーム用にわずかに
回折するように設定している。サブビームを伴った放射
光２はコリメートレンズ３でコリメート光１０に変換さ
れ、λ／４板６によって円偏光に変換される。そして、
収束レンズ４で光デイスク８面上に従来の光ヘッド装置
と同じ（第３図に示されるように収束される。

光ディスク８で反射された戻り光は、収束レンズ４．λ
／４板６．コリメートレンズ３を逆の経路で通る。λ／
４板６では、戻り光の偏光状態は円偏光から放射光２の
偏光面と垂直な直線偏光に変換される。そのため、戻り
光はホログラム素子５及び回折格子１１に対しては異常
光として入射して、回折格子１１では回折されずに透過
し、ホログラム素子５でほとんど回折される。この回折
光のうち＋１次回折光は６分割光検出器７に入射し誤差
信号検出と記録信号検出に用いられ、メインビームの一
１次回折光は光検出器１２に入射し記録信号検出に用い
られる。

このホログラム素子５は、第６図に示すようにトラック
方向４５に垂直な分割線４４で仕切られた回折方向が異
なる２つのＡホログラム領域３６とＢホログラム２置載
３７とより形成されており、第７図に示すように光検出
器７及び１２上に回折光を集光させる。第７図（ｂ）は
光ディスク８に収束光の焦点が合っている時で、Ａホロ
グラム領域３６とＢホログラム領域３７に入射した光デ
ィスクからの戻り光のうちメインビームの回折光は６分
割光検出器７の分割線上の点４０及び４１に収束する。

Ａホログラム領域３６は、半導体レーザｌより出射し発
散する球面波と回折光の収束点４０から発散する球面波
との干渉縞に相当するホログラムパターンを持っている
。一方、Ｂホログラム領域３７は、半導体レーザ１から
の発散する球面波と回折光の収束点４１から発散する球
面波との干渉縞に相当するホログラムパターンを持って
いる。第７図（ａ）及び（Ｃ）は、光ディスク８が変位
して収束レンズ４から遠ざかった場合と近づいた場合で
ある。

そこで６分割光検出器７内の４つの光検出素子３Ｌ　３
２．３３．３４の出力をＶ（３１）、　Ｖ（３２）、　
Ｖ（３３ＬＶ（３４）とすると、焦点誤差信号は（Ｖ（
３１）　＋Ｖ（３４））（Ｖ　（３２）　＋　Ｖ　（３
３）　”）から得られる。一方、トラッキング誤差信号
は、従来の技術と同様に３ビーム法を用いており、光デ
ィスク８からメインビームに伴って戻ってきたサブビー
ムはそれぞれ光検出素子２９．３０に収束するが、２つ
の光検出素子２９゜３０（７）出力をＶ（２９）、　Ｖ
（３０）とすると、Ｖ　（２９）　−Ｖ　（３０）より
得られる。また、記録信号はメインビームの戻り光の総
和すなわち６分割光検出器７内の光検出素子３１．３２
．３３．３４の出力の総和と光検出器１２の出力との和
Ｖ（３１）　＋Ｖ（３２）　十Ｖ（３３）　＋Ｖ（３４
）　＋Ｖ（１２）で得られる。

以上のように本実施例の光ヘッド装置では、行きの光に
対するホログラム素子の回折及び戻り光に対する回折格
子の回折を発生させないようにして光の利用率を高めて
いる。

また、本発明の光ヘッド装置では、常光をほとんど回折
させ異常光を素通りさせるホログラム素子と、常光を素
通りさせ異常光を少し回折させる回折格子でも構成可能
で、この場合は半導体装置ザの光の偏光面をホログラム
素子及び回折格子の結晶光学軸を垂直に設定する。すな
わち、半導体レーザからの出射光を異常光として入射さ
せる。

第８図は本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実
施例のコリメートレンズ３と収束レンズ４を一つの結像
レンズ９で置き換えたものである。

第９図は本発明の第３の実施例を示すもので、第２の実
施例の平板であるホログラム素子５と回折格子１１とλ
／４板６とを、貼り合わせて一枚の素子とした光ヘッド
装置である。

第１０図は本発明の第４の実施例を示すもので、第３の
実施例の６分割光検出器７と光検出器１２と半導体レー
ザｌとを、一つのパッケージ内に収めた光ヘッド装置で
ある。

第１１図は本発明の第５の実施例を示しており、ホログ
ラム素子６０は上記の実施例１から４に示されているホ
ログラム素子５と回折格子１１の複屈折回折格子型構造
を複屈折基板の表と裏に有する素子である。この実施例
の光ヘッド装置の動作原理は実施例１から４と同じであ
る。

〔発明の効果〕

本発明の光ヘッド装置では、ホログラム素子を用いてい
るため構成の簡素化ができ、さらに−軸系の構成をとる
ことができ装置の小型・軽量化が可能である。さらに、
ホログラム素子及び回折格子を複屈折回折格子型構造に
することにより、光ディスクの信号を高効率に再生する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は従来
の光ヘッド装置の基本構成図、第３図は従来の光ヘッド
装置の光デイスク面上での集光スポット状態を示す図、 第４図は従来の光ヘッド装置での６分割光検出器への入
射光状態を説明するための図、第５図は本発明に用いる
ホログラム素子と回折格子の構造を説明するための図、 第６図は本発明の光ヘッド装置に用いられているホログ
ラム素子の構成を示す図、 第７図は本発明の光ヘッド装置の光検出器に集光する回
折光の集光状態を説明するための図、第８図は本発明の
第２の実施例を示す図、第９図は本発明の第３の実施例
を示す図、第１Ｏ図は本発明の第４の実施例を示す図、
第１１図は本発明の第５の実施例を示す図である。 １・・・・・半導体レーザ ２・・・・・放射光 ３・・・・・コリメートレンズ ４・・・・・収束レンズ ５．６０・・・ホログラム素子 ６・　・　・　・　・ス／４板 ７．１５・・・６分割光検出器 ８・・・・・光ディスク ９・・・・・結像レンズ １０・・・・・コリメート光 １１１６・・・回折格子 １２・・・・・光検出器 １３・・・・・ビームスプリンタ １４・・・・・円筒レンズ １７・・・・・凸レンズ ２４・・・・・ピット ２６・・・・・メインビーム ２７、２８・・・サブビーム １９、２０．２１．２２．２３．２４゜２９、３０．３
１．３２．３３．３４・・・光検出素子３６、３７・・
・格子領域 ４０、４１・・・収束点 ４４・・・・・分割線 ４５・・・・・トラック方向 ５２・・・・・ニオブ酸リチウム ５３・・・・・交換領域 ５４・・・・・非交換領域 ５５・・・・・位相補償膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、 前記光源からの出射光を実質的に三つのビームに分ける
   回折格子と、 前記光源の像を記録媒体上に絞り込む結像レンズ系と、 前記記録媒体からの戻り光を前記結像レンズ系の光軸外
   に回折分離するホログラム素子と、前記回折格子及び前
   記ホログラム素子と前記記録媒体との間に配置された４
   分の１波長板と、前記光軸外に分離された回折光を受光
   する光検出器とを有し、 前記回折格子及び前記ホログラム素子は複屈折結晶より
   なる複屈折回折格子型素子で、かつそれぞれの結晶光学
   軸が互い平行であり、前記ホログラム素子は前記光源か
   らの出射光をほとんど回折せず、前記記録媒体からの戻
   り光をほとんど回折し、前記回折格子は前記光源からの
   出射光を一部回折し、前記記録媒体からの戻り光をほと
   んど回折しないことを特徴とする光ヘッド装置。
2. （２）光源と、 表に前記光源からの出射光を実質的に三つのビームに分
   ける回折格子と、裏に記録媒体からの戻り光を光軸外に
   回折分離する回折格子を有するホログラム素子と、 前記光源の像を前記記録媒体上に絞り込む結像レンズ系
   と、 前記ホログラム素子と前記記録媒体との間に配置された
   ４分の１波長板と、 前記光軸外に分離された回折光を受光する光検出器とを
   有し、 前記ホログラム素子は複屈折結晶よりなる複屈折回折格
   子型素子で、前記ホログラム素子の裏の回折格子は前記
   光源からの出射光をほとんど回折せず、前記記録媒体か
   らの戻り光をほとんど回折し、前記ホログラム素子の表
   の回折格子は前記光源からの出射光を一部回折し、前記
   記録媒体からの戻り光をほとんど回折しないことを特徴
   とする光ヘッド装置。