【手続補正書】
【提出日】平成15年7月9日(2003.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】光ヘッド装置およびフォーカス状態の検出方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】半導体レーザからの光を光記録媒体に導き、光記録媒体からの反射光をホログラフィックビームスプリッタで回折させて光検知器により検出する光ヘッド装置において、半導体レーザの接合層に平行な方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角θが２０〜７０°の角度とされていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】ホログラフィックビームスプリッタの主たる格子方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角φ１  がほぼ９０°の角度とされ、トラッキング用３ビーム発生用回折格子の格子方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角φ２  が２０〜７０°の角度とされている請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】ホログラフィックビームスプリッタの格子が、少なくとも２種の格子ピッチ領域からなり、その領域の境界線が、半導体レーザの接合層とおおむね平行または垂直である請求項１または２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】少なくとも半導体レーザと光検出器とを一体化してユニットとし、ユニット内に設置した半導体レーザからの光を反射して進行方向をおおむね直角方向に変更するミラーをユニット内に設置し、さらに半導体レーザからの光の光軸方向と光検出器の受光面とをおおむね平行とすることを特徴とする請求項１、２または３記載の光ヘッド装置。
【請求項５】請求項１、２、３または４記載の光ヘッド装置において、ホログラフィックビームスプリッタによって光検出器へ回折された光のビーム幅を検出することを特徴とする光記録媒体上の光のフォーカス状態の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の光記録媒体の情報の再生装置や記録装置等に使用できる光ヘッド装置およびフォーカス状態の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク等の光記録媒体の情報の再生装置や記録装置等に用いる光ヘッド装置では、半導体レーザからの光を光記録媒体に導き、その反射光をホログラフィックビームスプリッタで回折させて光検知器により検出している。
【０００３】
この光ヘッド装置として、半導体レーザ、ホログラフィックビームスプリッタ、対物レンズ等をすべて光記録媒体上に垂直方向に配置する構成が考えられる。この光検知器は、ユニットを小型化するために、半導体レーザの横に通常配置されている。
【０００４】
一方、半導体レーザ発光強度のファーフィルドパターンは、半導体レーザの接合面に対して平行方向と垂直方向では拡がり角が異なるために、光記録媒体上の集光スポット形状も非対称となる。このため、信号のジッター低減のため、光記録媒体の半径方向に、半導体レーザの接合面を平行にする。
【０００５】
また、半導体レーザを出射した光は、３ビーム発生用回折格子によって回折され、０次回折光と±１次回折光に分割される。これらの±１次回折光は、トラッキング誤差信号を読みとるために０次回折光をはさみ、光記録媒体円周方向に大きく、かつ、半径方向にわずかにずれて集光する必要がある。
【０００６】
このような光ヘッド装置を実際に組み上げる際には、装置サイズを小型にするために立ち上げ用のミラーを用いて光軸を曲げて使用する必要がある。立ち上げ用のミラー等を用いた場合にも、半導体レーザ、３ビーム発生用回折格子と光記録媒体との前述の関係は共役像の間で満足する必要がある。
【０００７】
この具体的な構成を図２に示す。図２において、１は半導体レーザ、３はホログラフィックビームスプリッタ、５は光源ユニット、６は３ビーム発生用回折格子、７はミラー、８は対物レンズ、９は光記録媒体を示す。このようにミラー７で光軸を曲げることにより、光ヘッド装置の高さを低くできる。
【０００８】
図４の光源ユニット５Ａのように、半導体レーザ１とミラー７が光記録媒体９の円周方向に平行な場合には、光源ユニット５Ａは直線Ｙ上に配置され、光源ユニット内配置は、図５の光源ユニット５Ｃを４５°回転して水平方向に半導体レーザと光検知器が同一平面に並んだ構造が好ましい。この場合には、従来一般に用いられてきたホログラムと光源と光検知器による光源ユニットを使用できた。
【０００９】
しかし、図４の光源ユニット５Ａのように、半導体レーザ１とミラー７が光記録媒体の円周方向に平行な場合には、光記録媒体外周部を読み込むときに、光ヘッド装置、特に光源ユニットが大きく光記録媒体外形よりはみ出すことになり、小型化に対する障害となっていた。
【００１０】
このため、図４の光源ユニット５Ｂのように、ミラー７の角度を例えば４５°回転させて、半導体レーザを光記録媒体内周部に曲げることが提案されている。ここで従来の光源ユニットを用いると、図５のように、光源ユニット５Ｃを４５°回転させて斜めに傾斜させて使用する必要がでてくる。このとき図５のようにユニットを回転させたことにより、ユニットの高さＨ１  が高くなり、光ヘッド装置の高さも高くなる。なお、図５の符号で図１と同じものは、図１と同じ要素を表す。
【００１１】
これを避けるために、図６に示すように光源ユニット５Ｄを水平にして、中に配置する構成部品である半導体レーザ１、光検知器２、ホログラフィックビームスプリッタ３、光検知器基板４を斜めに配置することも考えられる。この場合には、高さＨ２  は図５の例に比して低くできるが、半導体レーザと光検知器の間隔が光学的配置の制限を受ける。
【００１２】
このために、光検知器基板４のサイズを非常に小さくする必要が生じ、製造が困難になり、光源ユニット内での配置が制限される。特に、光検知器を半導体レーザ１の両側に配置する場合には、光源ユニットの高さをあまり低くできない。また、図６の例のように半導体レーザ１の位置を光源ユニット中心から、偏芯させることにより光検知器基板４のスペースを確保することもできるが、光源ユニットの中心と半導体レーザ位置が異なると組立時の位置合わせがしにくい等の問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術の前述のような欠点の解決にある。すなわち、光ヘッド装置を小型化し、光源ユニットの光記録媒体の円周の外側へのはみ出しを少なくし、かつ高さもあまり高くならなくして、コンパクトな体積の光記録媒体読み出しまたは書き込み装置を得るための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】
本発明は、半導体レーザからの光を光記録媒体に導き、光記録媒体からの反射光をホログラフィックビームスプリッタで回折させて光検知器により検出する光ヘッド装置において、半導体レーザの接合層に平行な方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角θが２０〜７０°の角度とされていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１５】
また、ホログラフィックビームスプリッタの主たる格子方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角φ１  がほぼ９０°の角度とされ、トラッキング用３ビーム発生用回折格子の格子方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角φ２  が２０〜７０°の角度とされている上記光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
また、ホログラフィックビームスプリッタの格子が、少なくとも２種の格子ピッチ領域からなり、その領域の境界線が、半導体レーザの接合層とおおむね平行または垂直である上記光ヘッド装置を提供する。
【００１７】
また、少なくとも半導体レーザと光検出器とを一体化してユニットとし、ユニット内に設置した半導体レーザからの光を反射して進行方向をおおむね直角方向に変更するミラーをユニット内に設置し、さらに半導体レーザからの光の光軸方向と光検出器の受光面とをおおむね平行とすることを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１８】
さらに、上記の光ヘッド装置において、ホログラフィックビームスプリッタによって光検出器へ回折された光のビーム幅を検出することを特徴とする光記録媒体上の光のフォーカス状態の検出方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の光ヘッド装置では、半導体レーザの接合層に平行な方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角θを２０〜７０°の角度とすることにより、コンパクトな体積の光記録媒体読み出しまたは書き込み装置が得られる。
【００２０】
以下に、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は光源ユニットの平面図である。図１において、１は半導体レーザ、２は光検知器、３はホログラフィックビームスプリッタ、４は光検知器基板、５は光源ユニットを示す。この半導体レーザ１の接合層に平行な方向Ａと、光検知器２の中心と半導体レーザ１の発光点とを結ぶ線分を含む直線Ｘとは、角度θで交差している。なお、直線Ｂはホログラフィックビームスプリッタ３の回折格子の方向を示し、直線Ｘに対して角度φ１  で交差している。
【００２１】
図４は光源ユニットの配置を説明する正面図である。図４において、１は半導体レーザ、４は光検知器、５Ａ、５Ｂは光源ユニット、７はミラー、８は対物レンズを示す。光源ユニット５Ａは従来の例の説明のために示しており、本発明では光源ユニットは５Ｂの位置で使用される。
【００２２】
ここでは、簡単のために図４のように立ち上げ用のミラー７の角度を４５°回転させて、半導体レーザを光記録媒体内周部に曲げた場合について説明するが、４５°である必要はなく、２０〜７０°の範囲であればよい。このミラーの角度は、図２のミラー７の斜めの４５°という意味ではなく、図２のミラーをさらに水平方向に２０〜７０°傾斜させるという意味である。
【００２３】
この場合、光源ユニットは図１の角度θが２０〜７０°とされる。上記のようにミラーの角度を４５°とした場合には、図１に示すように、本発明では、半導体レーザ１の接合面の方向Ａと、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分を含む直線Ｘとのなす角θを４５°とする。このときの角度は立ち上げミラーの角度により調整するものであり、４５°に限られない。
【００２４】
本発明では図２の例と同様に、半導体レーザ１から出射した光は、必要に応じてトラッキング用３ビーム発生用回折格子６を通過して３本のビームに分けられ、次いでホログラフィックビームスプリッタ３を通過し、ミラー、対物レンズを経由して光記録媒体に至る。
【００２５】
図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれホログラフィックビームスプリッタ３の主たる格子方向およびトラッキング用３ビーム発生用回折格子６の格子方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角についての説明のための平面図である。
【００２６】
このホログラフィックビームスプリッタ３の主たる格子方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角φ１  はほぼ９０°の角度とされる。これにより光記録媒体からの戻り光は、回折され光検知器に到達する。ここで、ホログラフィックビームスプリッタの主たる格子方向と表現したのは、ホログラフィックビームスプリッタが複数の回折格子を組合せた構造となっていることがあるためであり、その場合にはその主たる格子方向で合わせる。
【００２７】
すなわち、光検知器が複数個ある場合には、必要に応じてホログラムの格子を分割することもできる。また、分割線の方向としてはミラーにより光記録媒体上に投影された分割線のイメージが光記録媒体の半径方向または円周方向に平行であることが信号処理上好ましい。また、分割線は複数であってもよい。
【００２８】
さらに、半導体レーザと光検出器を一体化したユニットを構成することにより部品点数を低減できて好ましい。またホログラムを前記ユニットと一体化してホログラムのレーザユニットとすることもできる。
【００２９】
ユニットの構成部品配置の斜視図を図７に示す。ユニット内にミラー１０を設けることによって半導体レーザ１からの光の進行方向を直角の方向に変更できる。したがって、この構成ではユニット内の半導体レーザ１がミラー１０の回転中心軸の回りをミラー１０とともに回転するように設置することにより、半導体レーザの接合層に平行な方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角θを実質的に変更できる。このとき、半導体レーザの接合層面と光検出器の受光面とをおおむね平行とすることが好ましい。
【００３０】
また、光のフォーカス状態、例えばフォーカス誤差信号、の検出方法は、ホログラフィックビームスプリッタによって回折された光の光検出器上でのビーム径を測定する方法を用いる。すなわち、ビーム径がディスク上のフォーカス状態によって変わるようにし、そのビーム径が検出できるように光検出器を複数の領域に分割する。この方法は、スポットサイズ検出法である。
【００３１】
図８は、本発明で用いるビーム幅検出のビーム形状を示す平面図である。図８は、フォーカス状態（近すぎ、合焦、遠すぎ）によるビーム径の変化と光検出器の分割された領域の形状を示す。図８ではホログラフィックビームスプリッタにより回折された光の±１次光の両方を検出する例を示したが、ホログラフィックビームスプリッタのホログラムが形成されている領域を分割して回折された光を２つ以上の回折ビームに分け、回折方向が別れていないそれぞれの領域での＋１次光のみを検出できるので、半導体レーザの片側のみに光検出器を設置すればよい。
【００３２】
一方、トラッキング用３ビーム発生用回折格子６を用いる場合には、その格子方向と、光検知器の中心と半導体レーザの発光点とを結ぶ線分とのなす角φ２  は２０〜７０°の角度とされる。この角度はミラーの角度に合わせて調整する。これにより、半導体レーザから出射した光が３ビームに分けられる。
【００３３】
この回折格子は前記ホログラムを形成した基材の裏面に作製してもよく、別部品として設置してもよい。
このホログラフィックビームスプリッタ３および３ビーム発生用回折格子６に用いるホログラム素子は、材質としてガラス、プラスチック等が考えられ、表面の格子をエッチング、射出成形、プレス等によって形成すればよい。
【００３４】
【実施例】
（例１）
図１に示すように、半導体レーザ１、光検出器２、ホログラフィックビームスプリッタ３、光検出器基板４を含む光源ユニット５を作成した。なお、図１には図示していないが、ホログラフィックビームスプリッタ３の裏側には、３ビーム発生用回折格子が積層されている。
【００３５】
ここで半導体レーザ１の接合層方向Ａは、光源ユニット５の外形に対して４５°傾斜して設けられている。ホログラフィックビームスプリッタ３の格子の主たるストライプ方向は図３（Ａ）で示すように、半導体レーザ発光中心と光検知器中心を結ぶ方向の直線Ｘに対しておおむね垂直（φ１＝９０°）とした。
【００３６】
また、ホログラフィックビームスプリッタ３の裏面には、３ビーム発生用回折格子を表面にエッチングを施すことにより形成した。この３ビーム発生用回折格子の格子方向は図３（Ｂ）で示すように、半導体レーザ発光中心と光検知器中心を結ぶ方向の直線Ｘに対して４５°（φ２＝４５°）とした。
【００３７】
このような光源ユニットを用いて、図４に示すように光ディスクの円周方向に対して４５°傾いたミラー７を用いた。光源ユニット５Ｂの長手方向を光ディスク面とほぼ平行に配置した。
このように配置した光源ユニットのミラーに反射した半導体レーザの光ディスク上の像は、接合層方向が光ディスク半径方向になっている。
【００３８】
半導体レーザ１からでた光は、４５°傾いた３ビーム発生用回折格子で３つのビームに分けられた。次いで、４５°傾いたミラーで反射され、対物レンズで集光され光ディスクに集光された。このとき回折格子の±１次回折光は、０次回折光をはさみほぼ光ディスク円周方向に平行になり約１５μｍ間隔で並び、トラッキング誤差情報を持った反射光を得ることができた。
【００３９】
これらの光は、光ディスクで反射され、再び光源ユニットに戻ってきて、ホログラフィックビームスプリッタ３により回折されて、光検知器に到達した。
【００４０】
光ディスク上における光の集光状態により、光検知器上に戻る光の形状が変化するように、ホログラフィックビームスプリッタ３の格子形状が設計されたホログラムを用いた。光検知器上のビーム形状の変化を検出することにより、光ディスク上のフォーカス誤差信号を得ることができた。
【００４１】
（例２）
図７に示すように、半導体レーザ１、光検出器２、ホログラフィックビームスプリッタ３、光検出器基板４を一体化した光源ユニットを作成した。
ここで半導体レーザ１の接合層面を光検出器の受光面と平行になるように設置し、半導体レーザ１から出射された光が光源ユニット上方に出射するように、立ち上げ用のミラー１０を設置した。このミラー１０と半導体レーザ１を図７のように、ミラー１０の回転中心軸の回りに４５°だけユニットに対して回転させて設置した。このとき半導体レーザ１のミラー１０に反射して映る像の接合層方向は、光源ユニットの外形の長手方向に対して４５°だけ傾斜して設けられていることになる。ホログラフィックビームスプリッタ３の主たる格子方向は図３（Ａ）で示すように、半導体レーザ発光中心と光検知器中心を結ぶ方向の直線Ｘに対しておおむね垂直（φ１＝９０°）とした。
【００４２】
なお、図７には図示していないが、ホログラフィックビームスプリッタ３の裏側には、３ビーム発生用回折格子を積層することもできる。この３ビーム発生用回折格子を使用してトラッキング信号を得る場合は、半導体レーザ１からの光を立ち上げミラー１０で反射後、例１に記載した方法に従って行えばよい。
【００４３】
光ディスク上における光の集光状態によって光検知器上に戻る光のサイズが変化するように、ホログラフィックビームスプリッタ３には、レンズ効果を持たせた回折格子を形成した。光検知器上のビーム形状の変化を検出することにより、光ディスク上のフォーカス誤差信号を得ることができた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の光ヘッド装置を用いることにより、立ち上げミラーの角度を光ディスク円周方向と異なる角度に設置し、光ヘッド装置全体の高さを低くでき、コンパクトな体積の光記録媒体読み出しまたは書き込み装置を得るための光ヘッド装置が得られる。本発明は、その効果を損しない範囲内で、種々応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における光源ユニットの平面図。
【図２】従来の光ヘッド装置の側面図。
【図３】本発明におけるホログラフィックビームスプリッタおよび３ビーム発生用回折格子の傾斜角度の説明図。
【図４】本発明の光ヘッド装置の正面図。
【図５】従来の光源ユニットの平面図。
【図６】従来の光源ユニットの他の例の平面図。
【図７】ミラーを用いた光源ユニットの斜視図。
【図８】本発明で用いるビーム幅検出のビーム形状を示す平面図。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
２：光検出器
３：ホログラフィックビームスプリッタ
４：光検出器基板
５：光源ユニット
６：３ビーム発生用回折格子
７：ミラー
８：対物レンズ
９：光記録媒体
１０：ミラー