(57)【要約】【課題】ＳＣＯＯＰ検出を採用した場合でも、ウォブリング法などといった煩雑な手法を採らずに、簡単に信号検出可能な光ヘッド装置を提供すること。【解決手段】半導体レーザ２と、半導体レーザ２からの出射光を光記録媒体４の記録面に集光させる対物レンズ３とを有する光学ヘッド装置において、半導体レーザ２から出射されたレーザ光を０次光および＋−１次光を含む３ビームに分割して記録面に向けて出射する変調回折格子５と、記録面から反射してきた戻り３ビームに含まれる０次光が半導体レーザ２に帰還することによる半導体レーザ２からの出射光の増減を検出するＳＣＯＯＰ検出用の第１の光検出部７と、戻り３ビームに含まれる＋−１次回折光の非点収差に基づいてフォーカシングエラーを検出するための第２の光検出部２２、２３とを有する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、当該半導体レーザからの出射光を光記録媒体の記録面に集光させる対物レンズとを有する光学ヘッド装置において、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光を０次光および＋−１次光を含む３ビームに分割して前記記録面に向けて出射する変調回折格子と、前記記録面から反射してきた戻り３ビームに含まれる０次光が前記半導体レーザに帰還することによる当該半導体レーザからの出射光の増減を検出する第１の光検出部と、前記戻り３ビームに含まれる＋−１次回折光の非点収差に基づいてフォーカシングエラーを検出するための第２の光検出部とを有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
請求項１において、前記半導体レーザ、前記第１の光検出部、および前記第２の光検出部は、同一基板上に配置されているとともに、
前記第１の光検出部は、前記半導体レーザの後方に配置され、前記第２の光検出部は、前記半導体レーザの前方に配置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体の再生を行なう光学ヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学ヘッド装置においては、半導体レーザから出射したレーザ光を対物レンズを介して、光学式記録媒体の記録面に光スポットとして集光させ、そこを反射した戻り光を光検出部によって検出して記録情報を再生している。また、これと同時に、レーザ光を焦点ずれを伴うことなく記録面に集光させるように対物レンズのフォーカシング方向の位置を制御している。さらには、レーザ光が記録面のトラックを正確に走査するように対物レンズのトラッキング方向の位置も制御している。
【０００３】
これらのトラッキングおよびフォーカシング制御を行なうために、光ヘッド装置では、レーザ光のトラッキング誤差（ＴＥ：Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ｅｒｒｏｒ）およびフォーカシング誤差（ＦＥ：Ｆｏｃｕｓｉｎｇ　Ｅｒｒｏｒ）に対応する光情報を光記録媒体からの戻り光から検出するようにしている。
【０００４】
ＴＥ信号の検出方法としては、一般に３ビーム法が採用されている。この３ビーム法では、レーザ光を回折格子等によって記録面のトラック方向に向けて３ビームに分割し、戻り３ビームに含まれる＋−１次回折光の非点収差に基づきＦＥ信号を検出するようにしている。さらに、戻り３ビームに含まれる０次光の受光量に基づき、情報再生（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を検出している。このため、従来の一般的な光ヘッド装置では、半導体レーザから光記録媒体に向かう往路光と、光記録媒体の記録信号情報を含んだ反射光である戻り光とをハーフミラーなどの光路分割手段によって分離し、戻り光については、半導体レーザと異なる場所に設置された受光素子（ＰＤ−ＩＣ）に導いて光電変換している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、半導体レーザに出射光の一部が帰還すると、レーザの発振状態が変化する。一般には、この現象は、戻り光ノイズとして極力回避する対策が採られる。
【０００６】
これに対して、この自己結合効果を逆に光ピックアップに応用することが提案され、ＳＣＯＯＰ（Ｓｅｌｆ−Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｏｐｉｔｉｃａｌ　Ｐｉｃｕｐ）と命名されて検討されている。この方式は、半導体レーザ自身を受光素子機能としても用いるもので、従来方式に比較して簡素な光学系で、しかも高いＳ／Ｎ比での信号検出が期待される（例えば、非特許文献１）。
【０００７】
ここで、帰還光自己結合検出の動作原理図を図１に示す。ここでは、光記録媒体５１の記録面５２をレーザ共振器の外部鏡Ｒ３とみなして考えればよい。すなわち、光スポットが記録面５２のピット部にかからない平坦面に位置するときには、そこに外部鏡Ｒ３が存在するのと等価となる一方、ピット部にかかったため位相差で反射光が減衰した状態は、この外部鏡Ｒ３が存在しないことと等価となる。
【０００８】
また、自分自身の両端のへき開面ミラーで発振していた半導体レーザ５３は、外部鏡Ｒ３が存在することになると、複合共振器モードに切り換る。この場合、外部鏡Ｒ３、および外部鏡側のレーザ端面とで構成される仮想的なミラーの反射率Ｒ２ｅｆｆは、へき開面ミラー単体の反射率Ｒ２よりも大きくなるため、レーザ共振器のゲイン成分が増大し、発振しきい値を下げる結果となる。従って、特に半導体レーザ５３のバイアス電流を単体発振モードと複合共振器モードの両しきい値の中間に設定しておくと、光スポット位置が記録面の低反射率部と高反射率部との間を移動するのに対応して、半導体レーザ５３が非発振状態と発振状態とにスイッチングすることになる。それ故、半導体レーザ５３からの出射光を受光素子５４で検出すれば、戻り光が帰還することによる半導体レーザ５３からの出射光の増減を検出することができる。このようにレーザ発振をＯＮ／ＯＦＦスイッチングさせる方式では、それ自体にコンパレータ機能が含まれるため、反射光強度の減衰度合いを検出する従来方式と比較してはるかに高いＳ／Ｎ特性が期待されることになる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１７６０７３号公報（第１図、第３頁）
【非特許文献１】
電子科学、１９８１年６月号，ｐ．４５−４８
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＳＣＯＯＰ方式を実際のＤＶＤやＣＤ用の光ピックアップに応用する場合にも、対物レンズをフォーカシング／トラッキングの２軸に駆動制御するためのサーボ誤差信号検出を行う必要がある。
【００１１】
しかしながら、従来の一般的な光ピックアップ光学系では、半導体レーザ５３から光記録媒体５３に向かう往路光と、光記録媒体５３の記録信号情報を含んだ戻り光とをハーフミラーなどの光路分割手段によって分離し、戻り光は、半導体レーザ５３と異なる場所に設置された受光素子５４に導かれて光電変換しているため、記録信号情報を含んだ戻り光を半導体レーザ５３に帰還させることができないという問題点がある。
【００１２】
また、フォーカシングエラーの検出においては、ＰＤ−ＩＣ上での結像スポットの形状変化をＰＤ−ＩＣ多分割受光エレメントからの出力信号に演算処理を施して求め、情報再生信号は、これらの多分割エレメント出力の和信号として検出している。従って、光記録媒体５３からの戻り光を半導体レーザ５１に帰還させて信号検出するＳＣＯＯＰ方式には、このような誤差信号検出方式は適用できない。このため、ＳＣＯＯＰ検出のための誤差信号検出には、煩雑なウォブリング法などの手段が採られているという問題点がある。
【００１３】
以上の問題点に鑑みて、本発明では、ＳＣＯＯＰ検出を採用した場合でも、ウォブリング法などといった煩雑な手法を採らずに、簡単に信号検出可能な光ヘッド装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、半導体レーザと、当該半導体レーザからの出射光を光記録媒体の記録面に集光させる対物レンズとを有する光学ヘッド装置において、前記半導体レーザから出射されたレーザ光を０次光および＋−１次光を含む３ビームに分割して前記記録面に向けて出射する変調回折格子と、前記記録面から反射してきた戻り３ビームに含まれる０次光が前記半導体レーザに帰還することによる当該半導体レーザからの出射光の増減を検出する第１の光検出部と、前記戻り３ビームに含まれる＋−１次回折光の非点収差に基づいてフォーカシングエラーを検出するための第２の光検出部とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の光学ヘッド装置においては、レーザ光源から記録媒体に向かう出射光を変調回折格子によって回折しているので、回折された＋−１次回折光が記録媒体の記録面に結像するときに、回折方向をメリジオナル光束とすると、＋−１次の回折は変調回折格子により収束と発散の効果が加わり、逆方向に非点収差が発生する。すなわち、フォーカシングエラー検出のためのエラー成分（非点収差）が光の往路上において＋−１次回折光に含まれる。従って、これら＋−１次回折光の戻り光を用いて、スポットサイズによるフォーカシングエラー信号の検出を行なうことができる。また、半導体レーザから光記録媒体に向かう往路光と、光記録媒体の記録信号情報を含んだ反射光である戻り光とをハーフミラーなどの光路分割手段によって分離しないので、記録面から反射してきた戻り３ビームに含まれる０次光が半導体レーザに帰還する。このため、半導体レーザからの出射光の増減を第１の光検出部によって検出することができる。それ故、本発明によれば、ＳＣＯＯＰ検出を採用した場合でも、ウォブリング法などといった煩雑な手法を採らずに、簡単にフォーカシングエラーを検出することができる。
【００１６】
本発明において、前記半導体レーザ、前記第１の光検出部、および前記第２の光検出部は、同一基板上に配置されていることが好ましく、この場合、前記第１の光検出部は、例えば、前記半導体レーザの後方に配置され、前記第２の光検出部は、前記半導体レーザの前方に配置される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明を適用した光学ヘッド装置を説明する。
【００１８】
図２は、本発明を適用した光ヘッド装置の光学系の概略構成図である。図３（Ａ）は、この光学系に用いた変調回折格子の格子パターンを示す説明図である。図４は、図２に示す光ヘッド装置において、焦点位置と、第２の光検出部の各受光面に形成される光スポットとの関係を示す説明図である。図５は、変調回折格子により回折された１次回折光の光路を示してある。図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、フォーカスエラー信号を形成するための回路構成、およびトラッキングエラー信号を形成するための回路構成を示す説明図である。
【００１９】
図２に示すように、本発明に係る光学ヘッド装置１は、半導体レーザ光源であるレーザダイオード２を有し、ここから出射されたレーザ光Ｌは、対物レンズ３によって、光学的記録媒体４の記録面に光スポットとして集束する。
【００２０】
本形態において、レーザダイオード２は、ＰＤ・ＩＣ基板１０上に実装され、レーザダイオード２の前方には立ち上げミラー８が配置されている。立ち上げミラー８の上方位置では、対物レンズ３との間に、図３に示す格子パターンを有する変調回折格子５が配置されている。
【００２１】
また、ＰＤ・ＩＣ基板１０には、レーザダイオード２の後方に立ち下げミラー９が配置され、この立ち下げミラー９の下面には、フォトダイオードからなる第１の光検出部７が形成されている。
【００２２】
また、ＰＤ・ＩＣ基板１０では、レーザダイオード２の前方のうち、立ち上げミラー８の両側にフォーカシングエラーおよびトラッキングエラー検出用の第２の光検出部２２、２３が形成されている。
【００２３】
ここで、第２の光検出部２２、２３は、３分割型のフォトダイオードである。すなわち、第２の光検出部２２は受光面として２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備えており、同様に、第２の光検出部２３も受光面２３ａ、２３ｂ、２３ｃを備えている。
【００２４】
このように構成した光ヘッド装置１において、レーザダイオード２からのレーザ出射光Ｌは、立ち上げミラー８で反射して変調回折格子５に導かれ、この変調回折格子５で回折作用を受け、主として、０次光Ｌ（０）および＋−１次回折光Ｌ（＋１）、Ｌ（−１）の３ビームに分割される。変調回折格子５の回折方向は光記録媒体４の記録トラックの方向となるように設定されている。
【００２５】
形成された３ビームは、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３を介して、３ビームは各々、記録媒体４の記録面に形成されている記録トラック上に光スポットとして集光する。
【００２６】
そして、記録媒体４で反射した戻り３ビームＬｒ（０）、Ｌｒ（＋１）、Ｌｒ（−１）のうち、０次光Ｌｒ（０）は、立ち上げミラー８で反射して、レーザダイオード２に帰還する。
【００２７】
その結果、光スポット位置がディスク面の低反射率部と高反射率部との間を移動するのに対応して、半導体レーザ２が変化する。従って、半導体レーザ２から後方に出射されたレーザ光は、立ち下げミラー９でＳＣＯＯＰ検出用の第１の光検出部７に導かれ、第１の光検出部７は、半導体レーザ２のレーザ発振状態をＲＦ信号信号として検出する。
【００２８】
これに対して、＋１次回折光Ｌｒ（＋１）、および−１次回折光Ｌｒ（−１）は、図４に示すように、それぞれ、第２の光検出部２２、２３の受光面に光スポットｂ、ｃとして集光する。なお、光スポットａは、半導体レーザ２に帰還する０次回折光Ｌｒ（０）である。
【００２９】
ここにおいて、本例の光ヘッド装置１では、レーザ出射光Ｌを変調回折格子５を用いて回折して３ビームとしている。この結果、図５から分かるように、記録面４ａを除いて考えた場合のメリジオナル像面の位置は破線４ａ１で示す位置となり、記録面４ａによる反射後のメリジオナル像面は破線４ａ２で示す位置となる。このために、記録媒体４の記録面４ａ上に形成される各ビームの光スポットのうち、両側に位置している光スポットには非点収差が発生する。これらの光スポットの戻り光による第２の光検出部２２、２３の受光面の側におけるメリジオナル像面は破線１０ａで示す位置となる。従って、これらの光スポットの戻り光が結像することによって第２の光検出部２２、２３の受光面に形成される光スポットｂと、光スポットｃにおけるメリジオナル非点収差の横収差の幅は焦点ずれの方向に応じて、逆方向に変化する。
【００３０】
すなわち、図４に示すように、焦点が合っている状態では、光スポットｂと、光スポットｃは同一寸法の楕円形になる。これに対して、前焦点位置では、光スポットｂの幅が狭くなるのに対して、光スポットｃの側は幅が広くなる。逆に、後焦点位置では、光スポットｂの幅が広くなるのに対して、光スポットｃの幅は狭くなる。
【００３１】
従って、第２の光検出部２２、２３では、これらの光スポットの幅の変化を各検出器の受光量変化として検出して、フォーカスエラー信号ＦＥを生成する。例えば、図６（Ａ）に示すように、３分割型の第２の光検出部２２の両側の受光面２２ｂ、２２ｃでの受光量と、反対側の３分割型第２の光検出部２３の中央の受光面２３ａの受光量との和Ｓ１を取る。また、３分割型の第２の光検出部２２の中央の受光面２２ａの受光量と、反対側の３分割型第２の光検出部２３での受光量との和Ｓ２を取る。そして、これらの和信号Ｓ１とＳ２の差を求めることにより、フォーカスエラー信号ＦＥが形成される。
【００３２】
これに対して、トラッキングエラー信号ＴＥは、一般的に採用されている３ビーム法によって形成される。すなわち、図６（Ｂ）に示すように、３分割型の第２の光検出部２２の受光量Ｓ３と、反対側の３分割型の第２の光検出部２３の受光量Ｓ４との差を求めることにより、トラッキングエラー信号ＴＥが形成される。
【００３３】
このように本形態では、半導体レーザ２から出射されたレーザ光を変調回折格子５によって０次光および＋−１次光を含む３ビームに分割し、記録面から反射してきた戻り３ビームに含まれる０次光が半導体レーザ２に帰還することによる半導体レーザ２からの出射光の増減をＳＣＯＯＰ検出用の第１の光検出部７によって検出する。また、第２の光検出部２２、２３は、戻り３ビームに含まれる＋−１次回折光の非点収差に基づいてフォーカシングエラーを検出する。このため、本形態によれば、半導体レーザ２から光記録媒体４に向かう往路光と、光記録媒体４の記録信号情報を含んだ反射光である戻り光とをハーフミラーなどの光路分割手段によって分離する必要がないので、ＳＣＯＯＰ検出を採用した場合でも、ウォブリング法などといった煩雑な手法を採らずに、簡単にフォーカシングエラーを検出することができる。
【００３４】
［その他の実施の形態］
図３（Ｂ）は、以下に説明する光ヘッド装置の光学系に用いた変調回折格子の格子パターンを示す説明図である。図７（Ａ）、（Ｂ）は、以下に説明する光ヘッド装置において、焦点位置と、第２の光検出部の各受光面に形成される光スポットとの関係を示す説明図、およびフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号を形成するための回路構成を示す説明図である。
【００３５】
記録面から反射してきた戻り３ビームに含まれる０次光を半導体レーザに帰還させる一方、戻り３ビームに含まれる＋−１次回折光の非点収差に基づいてフォーカシングエラーを検出するにあたっては、以下に説明するように、図２に示す光学系において、図３（Ａ）に示す変調回折格子に代えて、図３（Ｂ）に示す変調回折格子５で複数の光ビームに分割し、対物レンズ３によって光記録媒体４の記録面上に複数の光スポットとして収束させてもよい。この場合、第２の光検出部としては、図７（Ａ）に示すように、２分割受光素子を備えた４つのフォトダイオードを用いる。
【００３６】
図３（Ｂ）に示す変調回折格子５には、光記録媒体のトラックと直交する方向の線５Ｃ（仮想線）により分割されており、分割線５Ｃの両側に回折条件を異ならせた格子間隔及び格子方向の回折格子５Ａ、５Ｂを有している。
【００３７】
このような光学系自身の動作は、特許文献１に記載の光学系と同様であるが、本形態では、半導体レーザ２から光記録媒体４に向かう往路光と、光記録媒体４の記録信号情報を含んだ反射光である戻り光とをハーフミラーなどの光路分割手段によって分離しないので、記録面から反射してきた戻り３ビームに含まれる０次光が半導体レーザ２に帰還する。このため、半導体レーザ２からの出射光の増減をＳＣＯＯＰ検出用の第１の光検出部７によって検出することができる。
【００３８】
ここで、第２の光検出部では、対物レンズ３と光記録媒体４との位置関係が合焦条件を満たすときには、図７（Ａ）に示すように、回折格子５Ａの回折１次光の光スポット１７、１９と、回折格子５Ｂの回折１次光の光スポット１８、２０が上下に位置し、全てが最小の光スポットを形成する。この際、回折１次光の光スポット１７〜２０は、第２の光検出部として１列に並べた２分割受光素子１２２ａ・１２２ｂ〜１２５ａ・１２５ｂの分割線に中心が位置する。なお光スポット１６は、半導体レーザ２に帰還する０次回折光である。
【００３９】
一方、対物レンズ３と光記録媒体４の距離が近づいた時は、回折格子５Ａの回折１次光の光スポット１７、１９は、大きくなりながらその中心が図７（Ａ）の上側に移動し、回折格子５Ｂの回折１次光の光スポット１８、２０は、大きくなりながらその中心が図７（Ａ）の下側に移動し、回折１次光の光スポット１７〜２０は２分割受光素子１２２ａ・１２２ｂ〜１２５ａ・１２５ｂの各片側に大半が位置することになる。
【００４０】
逆に、対物レンズ３と光記録媒体４の距離が遠くなった時は、回折格子５Ａの回折１次光の光スポット１７、１９は、近状態とは反対に、大きくなりながらその中心が図７（Ａ）の下側に移動し、回折格子５Ｂの回折１次光の光スポット１８、２０は、近状態とは反対に、大きくなりながらその中心が図７（Ａ）の上側に移動する。
【００４１】
従って、光検出器６の各受光素子１２１、１２２ａ・１２２ｂ〜１２５ａ・１２５ｂの出力を、図７（Ｂ）に示すように、ＦＥ信号に関しては２分割受光素子１２２ａ・１２２ｂと１２３ａ・１２３ｂの出力、２分割受光素子１２４ａ・１２４ｂと１２５ａ・１２５ｂの出力をそれぞれ比較器１２７、１２８で上下逆に比較し、その結果を比較器２９で比較するように結線する事で、ＦＥ信号が得られる事になる。
【００４２】
一方、対物レンズ４と光ディスク５との位置関係のトラッキング方向のずれ検出に関しては、通常の３ビーム法の場合と全く同様であり、図７（Ｂ）に示すように、ＴＥ信号に関しては２分割受光素子１２２ａ・１２２ｂと１２３ａ・１２３ｂの出力、２分割受光素子１２４ａ・１２４ｂと１２５ａ・１２５ｂの出力をそれぞれ加算器３０、３１で加算し、その結果を比較器３２で比較するように結線する事で、ＦＥ信号が＋１次回折光と−１次回折光との差を求める事でプッシュプル検出できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学ヘッド装置においては、レーザ光源から記録媒体に向かう出射光を変調回折格子によって回折しているので、回折された＋−１次回折光が記録媒体の記録面に結像するときに、回折方向をメリジオナル光束とすると、＋−１次の回折は変調回折格子により収束と発散の効果が加わり、逆方向に非点収差が発生する。すなわち、フォーカシングエラー検出のためのエラー成分（非点収差）が光の往路上において＋−１次回折光に含まれる。従って、これら＋−１次回折光の戻り光を用いて、スポットサイズ法によるフォーカシングエラー信号の検出を行なうことができる。また、半導体レーザから光記録媒体に向かう往路光と、光記録媒体の記録信号情報を含んだ反射光である戻り光とをハーフミラーなどの光路分割手段によって分離しないので、記録面から反射してきた戻り３ビームに含まれる０次光が半導体レーザに帰還する。このため、半導体レーザからの出射光の増減を第１の光検出部によって検出することができる。それ故、本発明によれば、ＳＣＯＯＰ検出を採用した場合でも、ウォブリング法などといった煩雑な手法を採らずに、簡単にフォーカシングエラーを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】帰還光自己結合検出の動作原理を示す説明図である。
【図２】本発明を適用した光ヘッド装置の光学系の概略構成図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はいずれも、本発明を適用した光ヘッド装置の光学系に用いられる変調回折格子の格子パターンを示す説明図である。
【図４】図２に示す光ヘッド装置において、焦点位置と、第２の光検出部の各受光面に形成される光スポットとの関係を示す説明図である。
【図５】図２に示す光ヘッド装置において、変調回折格子により回折された１次回折光の光路を示してある。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図２に示す光ヘッド装置において、フォーカスエラー信号を形成するための回路構成、およびトラッキングエラー信号を形成するための回路構成を示す説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した別の光ヘッド装置において、焦点位置と第２の光検出部の各受光面に形成される光スポットとの関係を示す説明図、およびフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号を形成するための回路構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１　光ヘッド装置
２　レーザダイオード
３　対物レンズ
４　記録媒体
５　変調回折格子
７　ＳＣＯＯＰ用の第１の光検出部
８　立ち上げミラー（偏向素子）
９　立ち下げミラー（偏向素子）
１０　ＰＤ・ＩＣ基板
２２、２３　第２の光検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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