JPH0675300B2

JPH0675300B2 - 光学式ヘッド装置

Info

Publication number: JPH0675300B2
Application number: JP63088438A
Authority: JP
Inventors: 英一都出; 信介鹿間; 雅之久保田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1988-04-11
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: JPH01260644A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は光を用いて情報の記録，再生，消去を行なう
光学式情報処理装置、特にホログラフィック素子を用い
た光学式ヘッド装置に関するものである。

［従来の技術］ホログラフィックビームスプリッタを搭載した光学式ヘ
ッド装置としては、例えば特回昭56-57013号に示されて
いるように公知である。従来の光学式ヘッド装置を第11
図乃至第13図を用いて説明する。図において、１は光源
である半導体レーザ、２は上記半導体レーザ１からの出
射光束、８は上記出射光束２を集光位置が異なる３つの
光束に分離する３光束発生手段である回折格子、３は上
記出射光束２を情報記憶媒体である光ディスク４上に集
光する集光手段である集光レンズであり、上記光ディス
ク４は同心上に情報を記憶したトラック９を有する。５
はビームスプリッタ手段であるホログラフィックビーム
スプリッタであり、このホログラフィックビームスプリ
ッタ５は１次回折光である反射光束6aに非点収差を与え
るため格子周期が開口内で徐々に異なる縞形状を有し、
上記光ディスク４からの拡散反射された反射光束６を上
記出射光束２と分離し非点収差の反射光束6aとする。７
は上記反射光束6aを受光する光検知器である。この光検
知器７は第12図（ｂ）に示すように、内部が各光素子7a
〜7dに４分割されメイン反射光束6tを検知するメイン検
知部7tと、このメイン検知部7tの両側に接地された光素
子7e,7fと、上記各光素子7a〜7fの出力信号に基づいて
各演算を行なう演算素子18,19とからなる。

上記構成において、半導体レーザ１を出射した出射光束
２は、回折格子８により３つの出射光束２に分離され
る。次に上記出射光束２はホログラフィックビームスプ
リッタ５を透過するが、０次回折光のみが集光レンズ３
により３つの略無収差の集光スポット10a,10e,10fとし
て光ディスク４上のトラック９に照射される。そして光
ディスク４から拡散反射された反射光束６は再び集光レ
ンズ３を介してホログラフィックビームスプリッタ５に
入射し、進行方向を変えられる。１次回折された光ディ
スク４からの反射光束6a、すなわちホログラフィックビ
ームスプリッタ５により進行方向が角度θ屈折した反射
光束6aは、半導体レーザ１から距離δ離れた位置に置か
れた光検知器７で受光される。このとき反射光束6aは３
つの反射光束6t,6e,6fからなり、反射光束6aはメイン光
検知部7tに、反射光束6eは光素子7eに、反射光束7fは光
素子7fに受光される。上記メイン光検知部7tの各光素子
7a〜7dにより反射光束6tを検知して信号を出力し、演算
素子18a〜18cが上記出力に基づいて［7a＋7b＋7c＋7d］
の演算を行ない再生信号17を得て、トラック９の情報を
読取ることができる。

しかし、上記光ディスク４は、通常において光ディスク
４の駆動装置の回転中心と当該光ディスク４の中心とが
取付け誤差等により一致していない。そのため回転によ
りトラックズレを生じる。上記トラックズレ検知を行な
う方法はツインスポット法があり、例えば特公昭53-131
23号に記載されているとおり公知である。以下、ツイン
スポット法によるトラックズレ検知の方法を説明する。
第12図（ａ）は光ディスク４上でのトラック９と集光ス
ポット10の理想的な位置関係を示す。情報の読出は集光
スポット10aで行なうためにトラック９の上に正しく照
射されなければならないので、集光スポット10a,10e,10
fを結ぶ線は、トラック９と少し傾くように配置されて
いる。上記集光スポット10e,10fは拡散反射してそれぞ
れ反射光束6e,6fになり、集光レンズ３およびホログラ
フィクビームスプリッタ５を介して光素子7e,7fに受光
される。この光素子7e,7fの出力（集光スポット10e,10f
の反射強度差）を演算素子19aによって差動出力を得、
トラックズレに比例した出力、すなわちトラッキングエ
ラー信号11が得られる。このトラッキングエラー信号11
を、集光レンズ３をトラック９と直角な方向に移動させ
る図示しないトラッキングアクチュエータに印加すれば
集光スポット10aを絶えずトラック９の中心に集光させ
ることができる。

また、光ディスク４の面は、通常平坦ではなく、回転に
より面振れを生じ、焦点ズレが発生する。この焦点ズレ
検知方法としては、光ディスク４からの反射光束６に非
点収差をあたえ、光束の形状変化から焦点ズレを検知す
る方法（非点収差法）があり、例えば特公昭53-39123号
に記載されているとおり公知である。以下、焦点ズレの
検知方法を説明する。上記ホログラフィックビームスプ
リッタ５は反射光束６に非点収差を与える。このとき光
検知器７のメイン光検知器7tの検知領域で反射光束6tが
光ディスク４における集光レンズ３の焦点位置のズレよ
り円から遠近により楕円方向が90°異なるように変化す
る。すなわち第13図（ｂ）に示す基準状態から、焦点位
置より光ディスク４が近づくときには第13図（ａ）のよ
うに、遠ざかるときには第13図（ｃ）のように変化す
る。この反射光束6tの変化を光素子7a〜7dにより検知す
る。上記光素子7a〜7dはそれぞれの受光量に応じた出力
を出力し、演算素子18a,18b、19bによって［（7a＋7c）
−（7b＋7d）］の演算を行ない、この比較出力、すなわ
ちフォーカシングエラー信号12を得る。このフォーカシ
ングエラー信号12を、集光レンズ３を光軸方向に移動さ
せる図示しないフォーカシングアクチュエータに印加さ
せて作動させれば、光ディスク４上の集光スポット10の
焦点ズレを補正することができる。

以上のように従来の光学式ヘッド装置は、ホログラフィ
ックビームスプリッタ５を有し、ビームスプリッタ機能
とフォーカスズレ検知用の非点収差発生機能を１つの部
品で実現できるので構成が簡単である。また、回折格子
８を有し、ツインスポット法を用いているので安定なト
ラッキングズレの補正を行なえる。

［発明が解決しようとする課題］従来の光学式ヘッド装置は以上のように構成されている
ので、ツインスポット法を用いるためには回折格子８を
半導体レーザ１とホログラフィックビームスプリッタ５
との間に配置して、反射光束6aを回折格子８に遮られな
いように、反射光束6aの進行方向を大きく変える必要が
ある。上記角度θの回折各を持つためには、ホログラフ
ィックビームスプリッタ５の格子周期をP,半導体レーザ
１の波長をλとすると、Ｐ≒λ／θ で与えられる格子周期が必要となる。例えばθ＝0.7rad
（約40°），λ＝0.78μｍとするとＰ＝1.1μｍと非常
に小さい格子周期となり、ホログラフィックビームスプ
リッタ５の作製が困難であり、また、半導体レーザ１と
光検知器７との間の距離δも大きくなり、光学式ヘッド
装置が大きくなるなどの問題点があった。

上記問題点は反射光束6aが回折格子８を避けて光検知器
７に到達させるために生じる。そこで第14図に示すよう
に、反射光束6aが再び回折格子８を透過したあと光検知
器７に到達する光学式ヘッド装置が考えられる。この光
学式ヘッド装置は、ホログラフィックビームスプリッタ
５の回折角θを小さくできるので作製が容易となり、ま
た距離δも小さくなるために、装置が小型になる。しか
し、回折格子８を反射光束6aが透過することにより次の
問題点がある。

上記回折格子８は半導体レーザからの出射光束２を３つ
の光束に分離する。この３つの光束が光ディスク４から
拡散反射され、ホログラフィックビームスプリッタ５に
て回折された反射光束6a（6t,6e,6f）は再び回折格子８
を透過する。このとき反射光束6t,6e,6fはそれぞれ３つ
の光束に分離され、合計９本の光束が光検知器７に検知
される。この光束をそれぞれ6tα,6eα,6fα（α：回折
次数_{−1,0,＋１}）で表わし、上記光検知器７に照射する
反射光束6aの状態を第15図に示す。まず、メイン光検知
器7tには本来の反射光束6t以外に２つの反射光束6e₊₁,6
f_-1を受光してしまう。この不要な反射光束6e₊₁,6f_-1は
集光スポット10aとは異なる光ディスク４上のトラック
９の情報を読取っているため本来の信号にとってノイズ
となり、この結果再生信号17の性能は劣化する。つぎに
トラッキングエラー信号11は光素子7eと光素子7fとの差
動出力で得るが、光ディスク４が面振れ等で傾くと、２
つの光素子7e,7fのバランスが崩れて、トラッキングエ
ラー信号11にオフセットを与える問題がある。すなわち
光素子7eでは２つの反射光束6e₀,6t_-1が重なり合ってい
る。それぞれの光束が半導体レーザから光ディスク４で
反射され光素子7eに到達するまでの光路長はほぼ等しい
ため光素子7e上で干渉を起こし、出力は２つの反射光束
6e₀,6t_-1の強度の和にならない。さらに光ディスク４が
傾くと光路長の差が微小変化し、干渉状態が変化するの
で、検知出力も変化して、この結果トラッキングエラー
信号11が不安定に変化してしまう。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ビームスプリッタ手段の回折角θが小さくて
済み、回折格子を２回透過することによる信号の劣化や
不安定を防止し、かつ装置の構成を簡略化して小型にで
きる光学式ヘッド装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る光学式ヘッド装置は、光源からの出射光
束を少なくとも集光位置が異なる３つの光束に分離する
３光発生手段と、記憶情報媒体からの反射光束を上記出
射光束と分離するビームスプリッタ手段とを１つのホロ
グラフィック素子から構成し、当該ホログラフィック素
子は同一平面に上記３光発生手段である格子領域と、上
記ビームスプリッタ手段である格子領域とからなる複数
の格子領域を有し、各格子領域は少なくとも回折方向ま
たは回折角度が異なるようにしたものである。

［作用］この発明における光学式ヘッド装置は、同一平面に３光
発生手段である格子領域とビームスプリッタ手段である
格子領域とからなる複数の格子領域を有し、各格子領域
は少なくとも回折方向または回折角度が異なるようにし
たホログラフィック素子により、出射光束を分離し、か
つビームスプリッタ手段である格子領域に照射する反射
光束だけを回折して光検知器に受光させ、その他の反射
光束と分離する。

［実施例］以下、この発明の一実施例である光学式ヘッド装置を第
１図乃至第４図を用いて説明する。なお、第11図乃至第
13図と同じものは同一の符号を用いて説明を省略する。
図において、13はホログラフィック素子であり、同一平
面に、３光束発生手段である回折格子の機能を有する格
子領域13aと、ビームスプリッタ手段であるホログラフ
ィックビームスプリッタの機能を有する格子領域13bと
を備え、各格子領域13a,13bは回折方向が異なるよう
に、すなわち格子領域13aはＹ軸方向、格子領域13bはＸ
軸方向の回折方向を有するように設けられている。当該
ホログラフィック素子13には、半導体レーザ１からの出
射光束２が透過し、０次回折光のみが集光レンズ３によ
り光ディスク４上のトラック９に集光される略無収差の
集光スポット10aとなる。このときにホログラフィック
素子13を各格子領域13a,13bにおける０次回折効率が等
しくなるように作製しておけば上記０次回折光は出射光
束２の強度分布を保持したまま集光レンズ３により集光
されることができ、不連続な強度分布となることはな
い。すなわち第３図に示すように、ホログラフィック素
子13は位相型回折格子であり、ガラス基板上にSiO₂,TiO
₂等が蒸着されたもの、またはプラスチック基板上にレ
リーフが一体成形されたものであり、各格子領域13a,13
bでの格子の厚さd,屈折率ηが等しいように作製されて
いる。真空中での波長をλとすると光α，βは位相差量（η−１）ｄ・２π／λが生じる。この位相差量が各格
子領域13a,13bで等しくなるとき、各０次回折光強度は
等しくなる。また、格子領域13bは、半導体レーザ１の
位置に配する点光源と、光検知器７のメイン検知器7tの
中心に最小錯乱円を有する非点収差光源からの２つの光
束がホログラフィック素子13上で干渉したときに相当す
る干渉縞パターンを有する。

上記構成において、ホログラフィック素子13を透過した
出射光束２は格子領域13aに入射する光束だけが３つの
光束に分離され、集光レンズ３により光ディスク４上で
３つの集光スポット10a,10e,10fになる。この集光スポ
ット10a,10e,10fは上記光ディスク４で拡散反射されて
反射光束6aとなり、集光レンズ３を介して再び上記ホロ
グラフィック素子13に入射する。上記反射光束６のうち
格子領域13bに入射した光束のみが光検知器７に向い透
過回折され第２図に示すような反射光束6t,6e,6fとな
り、光検知器７に受光される。当該反射光束6tにはホロ
グラフィック素子13の格子領域13bにより非点収差が発
生しており、この反射光束6tがメイン検知器7tに受光さ
れ、光素子7a〜7dおよび演算素子18,19により再生信号1
7,フォーカシングエラー信号12が得られる。また反射光
束6e,6fは光素子7e,7fに受光され、当該光素子7e,7fの
出力および演算素子19bによりトラッキングエラー信号1
1を得る。また、上記反射光束６のうち再び格子領域13a
に入射した光束は、それぞれ３つの光束に分離され、合
計９本の光束が生じ、一部重なり合って回折光束14a〜1
4eとなる。しかし当該回折光束14a〜14eは、格子領域13
aと格子領域13bとの回折方向が異なるため、上記光検知
器７に受光されない。従って光検知器７は必要な反射光
束6aのみを検知することができ、不要な回折光束14a〜1
4eが混入することはない。

以上述べたように、ホログラフィック素子13の回折角θ
が小さくできるので、半導体レーザ１と光検知器７との
距離δをあまり設けなくとも配置でき、例えば特願昭62
−255169において公知である、第４に示すような同一の
パッケージ内に上記半導体レーザ１と光検知器７とを封
入したハイブリッド素子16で構成できる。

なお、本実施例においては、ホログラフィック素子13の
各格子領域13a,13bの回折方向を異ならしめるとした
が、各格子領域13a,13bの回折角度を異なるようにして
もよい。他の実施例を第５図に示す。図において、ホロ
グラフィック素子13の各格子領域13a,13bの回折角度を
異なるように、すなわち格子領域13aの回折角度をφ、
格子領域13bの回折角度を角度θとし、角度θは角度φ
より大きな角度になるように設けられている。当該ホロ
グラフィック素子13は、反射光束6aに非点収差を与える
縞形状を有することはもちろんである。このホログラフ
ィック素子13を用いて、光検知器７を回折角度方向に、
すなわちＹ軸上に設ければ、反射光束6t,6e,6fは光検知
器７に受光され、不要な回折光束14a〜14eは混入しない
ので、本実施例と同様の効果を得ることができる。ま
た、上記ホログラフィック素子13の各格子領域13a,13b
の境界線13cはＸ軸、またはＹ軸方向の直線であるが、
境界線13cは任意の方向および曲線でもよく、格子領域1
3a,13bは任意の数に分割してもよい。また、上記ホログ
ラフィック素子13は半導体レーザ１の拡散出射光束２中
に配置されなくともよく、第６図に示す如くコリメータ
レンズ15を介して平行光束2aに配してもよい。

また、本実施例においては、焦点ズレの検知方法とし
て、非点収差法を用いたが、他の方法を用いることもで
きる。特開昭54-140533号により公知であるフーコー法
を用いた他の実施例を第７図乃至第８図に示す。図にお
いて、20はホログラフィック素子であり、３光束発生器
である回折格子５の機能を有する格子領域20aと、ビー
ムスプリッタ機能および焦点ズレの検知用機能を有する
格子領域20b,20dとからなり、上記格子領域20bと格子領
域20dとに回折される反射光束6a₁,6a₂は光検知器７のそ
れぞれ異なる場所に略無収差状態で集光照射される。上
記反射光束6aは集光スポット10a,10e,10fからの３つの
反射光束6t,6e,6fからなるので、第８図（ａ）に示すよ
うに６本の反射光束になる。すなわちＢ列の反射光束6e
₁,6t₁,6f₁は格子領域20bからの１次回折光、Ｃ列の反射
光束6e₂,6t₂,6f₂は格子領域20dからの１次回折光であ
る。上記格子領域20b,20dはそれぞれの反射光束スポッ
ト6t₁,6t₂の位置に置かれた光源からの光束と、半導体
レーザ１からの光束がホログラフィック素子20の面上で
干渉したときの縞パターンに相当する格子パターンを有
する。また略直線近似の格子パターンでもよい。上記光
ディスク４が面ぶれ等により光軸方向に前後すると、光
検知器７の上で反射光束6e,6t,6fの位置が変化する。す
なわち光ディスク４が集光レンズ３に近づくときには第
７図（ｂ）のように、遠ざかるときには第７図（ｃ）の
ように変化する。フォーカシングエラー信号12は光素子
7a〜7dの出力を［（7a＋7c）−（7b＋7d）］の演算によ
り得られる。トラッキングエラー信号11は他の実施例と
同様に得られる。このとき反射光束6a₁と反射光束6a₂と
は分離されているので互いに干渉することはなく、また
互いに同相の信号であるので問題はない。また、不要な
回折光束14a〜14eが光検知器７に混入せず、良好な再生
特性が維持でき、同様の効果を得る。

また、上記ホログラフィック素子20を第９図乃至第10図
に示すように、格子領域20bにおける回折光、すなわち
反射光束6a₁が光検知器７の前方で集光されるように、
格子領域20dにおける反射光束6a₂が光検知器７の後方で
集光したあと受光されるように、各々の格子領域20b,20
dが作製されている。すなわち第10図に示すように反射
光束6a₁は集光点21を、反射光束6a₂は集光点22を結像す
る。このような反射光束6a₁,6a₂を生じさせるために、
第９図および第10図において、ホログラフィック素子20
の格子領域20b,20dはそれぞれ集光点21,22の位置に光源
を置いた光束と、半導体レーザ１の光束が干渉したとき
の干渉パターンに相当する格子形状に設計されている。
またこれは略直線近似の格子でもよい。上記光ディスク
４上で正しく光束が集光されているとき、上記ホログラ
フィック素子20により第９図（ａ）に示すように格子領
域20bからの反射光束6e₁,6t₁,6f₁はＢ列に、格子領域20
dからの反射光束6e₂,6t₂,6f₂はＣ列に照射され、大きさ
が等しく、メイン検知器7tの検知領域ではＸ軸方向の分
割線によって反射光束6t₁,6t₂が２分されるように照射
される。このような反射光束6aの構成において、上記光
ディスク４が集光レンズ３に近づくと光検知器７上の反
射光束6aは第９図（ｂ）に示すようにＢ列の反射光束6e
₁,6t₁,6f₁は小さくなり7bより7aの受光量が多くなり、
Ｃ列の反射光束6e₂,6t₂,6f₂は大きくなり7dより7cの受
光量が多くなるように変化し、光ディスク４が遠ざかる
ときには第９図（ｃ）に示すようにＢ列の反射光束6e₁,
6t₁,6f₁は大きくなり7aより7bの受光量が多くなり、Ｃ
列の反射光束6e₂,6t₂,6f₂は小さくなり7cより7dの受光
量が多くなるように変化する。従ってフォーカシングエ
ラー信号12は［（7a＋7c）−（7b＋7d）］の演算出力に
よって得られる。また不要な回折光束14a〜14eは混入し
ないので、他の実施例と同様の効果が得られる。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば光学式ヘッド装置を、
同一平面に３光束発生手段である格子領域と、ビームス
プリッタ手段である格子領域とからなる複数の格子領域
を有する１つのホログラフィック素子から構成し、各格
子領域は少なくとも回折方向または回折角度が異なるよ
うにしたので安定な信号を得られ、また簡単な構成によ
り小型になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である光学式ヘッド装置の
構成図、第２図は光検知器の構成図、第３図はホログラ
フィック素子の部分断面図、第４図はハイブリッド素子
の外観斜視図、第５図乃至第７図は他の実施例の光学式
ヘッド装置の構成図、第８図（ａ），（ｂ），（ｃ），
第９図（ａ），（ｂ），（ｃ）および第10図は他の実施
例の反射光束の状態図、第11図および第14図は従来の光
学式ヘッド装置の構成図、第12図（ａ）は集光スポット
の状態図、第12図（ｂ）は光検知器の構成図、第13図
（ａ），（ｂ），（ｃ）および第15図は反射光束の状態
図である。１……半導体レーザ、２……出射光束、３……集光レン
ズ、４……光ディスク、6,6a……反射光束、７……光検
知器、９……トラック、10……集光スポット、11……ト
ラッキングエラー信号、12……フォーカシングエラー信
号、13……ホログラフィック素子、13a,13b……格子領
域、13c……境界線、14……回折光束、17……再生信
号、18,19……演算素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、当該光源からの出射光束を少なく
とも集光位置が異なる３つの光束に分離する３光束発生
手段と、情報記憶媒体に上記光束を集光照射する集光手
段と、上記記憶情報媒体からの反射光束を上記出射光束
と分離するビームスプリッタ手段と、上記反射光束を受
光する光検知器とを有する光学式ヘッド装置において、
上記３光束発生手段とビームスプリッタ手段とは１つの
ホログラフィック素子からなり、当該ホログラフィック
素子は同一平面に上記３光束発生手段である格子領域
と、上記ビームスプリッタ手段である格子領域とからな
る複数の格子領域を有し、各格子領域は少なくとも回折
方向または回折角度が異なることを特徴とする光学式ヘ
ッド装置。