【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
【特許請求の範囲】
【請求項１】光源から出射した光を光記録媒体に照射し、光記録媒体からの反射光を回折格子で回折させて受光素子で検出させるようにした光ヘッド装置において、回折格子面は略直交する２本の分割線によって４つの領域に分割されており、前記反射光が４分割された領域のうちのある１つの領域を透過し回折して生じた光ビームの径の最小となる位置が受光素子面を境に前記回折格子と同じ側にあり、かつ前記反射光が前記１つの領域と隣り合う位置にある他のある１つの領域を透過し回折して生じた光ビームの径の最小となる位置が、前記受光素子面を境に前記回折格子とは反対側にあることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記受光素子が少なくとも６つの受光領域に分割され、これらのうち６つの受光領域が、平面内で３つの受光領域が並列に並んだ受光領域群と他の３つの受光領域が並列に並んだ他の受光領域群とを形成し、前記回折格子の４分割された領域のうち対角位置にある２つの領域からの回折光は、一方の受光領域群へ到達し、残りの対角位置にある２つの領域からの回折光は、他方の受光領域群へ到達することを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】前記回折格子の分割された４つの領域のうち、対角の位置にある各２組の領域内で２本の分割線の交点近傍の格子のピッチが、それぞれ等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体への情報の記録及び再生に用いるための光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ヘッド装置は、光源、光源からの発散光を平行化するコリメートレンズ、このレンズにより平行化されたコリメート光を微小スポットに形成する集光手段、微小スポット光の状態で光記録媒体からの信号を含んだ反射光が集光部を逆戻りした後、その進行方向を変更する光束分離手段、この光束分離手段によって偏向・分離・集光された後、分離した光を信号光として受け取る受光素子等の構成手段からなる。通常、光源と光束分離手段と受光素子は、最も近い位置に設置される。
【０００３】
また、光源が半導体レーザ（ＬＤ）であり、光束分離手段がホログラム光学素子（ＨＯＥ）と３ビーム発生用の回折素子からなり、さらに受光素子がフォトダイオード（ＰＤ）のとき、これらがいずれも小型の部品である場合には、これらの部品を一つのユニット、すなわちホログラムレーザユニットとして一体化している例もある。ホログラムレーザユニットの場合、光記録媒体上での焦点外れの大きさを与えるフォーカス誤差信号を得る方法として、例えば特公平５−９８５１のようにナイフエッジ法やスポットサイズ検出法（ＳＳＤ法）が提案されている。
【０００４】
ナイフエッジ法では、ＨＯＥによって回折された光ビーム径を回折できる限界近くまで小さく絞り込んだ後、ＰＤを分割している分割線上に集光する必要があり、したがってＬＤ、ＰＤ及びＨＯＥの組立精度が非常に厳しく要求され、この要求がホログラムレーザユニット作成の歩留まりを低下させる要因であった。
【０００５】
ＳＳＤ法では、ＰＤ上の光ビーム径は比較的大きく、組立時の位置合わせに関しては比較的容易であるが、ＨＯＥによる±１次の回折光のビーム径の大きさを離れた異なる位置のＰＤで読みとる必要がある。つまり、これら±１次の回折光は空間的に分離するので、ＰＤはＬＤをはさんで両側に配置する必要があった。このためＰＤを２個用いたり、２個のＰＤを形成した半導体基板の上にＬＤ及び、ＬＤの立ち上げミラーを配置したりすることが必要であり、大きな体積になるとともにコストアップの原因ともなっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の問題を解決すべくなされたものであり、高い組立精度を必要とせず組み立てが容易で、しかも、製造コストを低減し得る光ヘッド装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源から出射した光を光記録媒体に照射し、光記録媒体からの反射光を回折格子で回折させて受光素子で検出させるようにした光ヘッド装置において、回折格子面は略直交する２本の分割線によって４つの領域に分割されており、前記反射光が４分割された領域のうちのある１つの領域を透過し回折して生じた光ビームの径の最小となる位置が受光素子面を境に前記回折格子と同じ側にあり、かつ前記反射光が前記１つの領域と隣り合う位置にある他のある１つの領域を透過し回折して生じた光ビームの径の最小となる位置が、前記受光素子面を境に前記回折格子とは反対側にあることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【０００８】
さらに、前記受光素子が少なくとも６つの受光領域に分割され、これらのうち６つの受光領域が、平面内で３つの受光領域が並列に並んだ受光領域群と他の３つの受光領域が並列に並んだ他の受光領域群とを形成し、前記回折格子の４分割された領域のうち対角位置にある２つの領域からの回折光は、一方の受光領域群へ到達し、残りの対角位置にある２つの領域からの回折光は、他方の受光領域群へ到達することを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
【０００９】
さらに、前記回折格子の分割された４つの領域のうち、対角の位置にある各２組の領域内で２本の分割線の交点近傍の格子のピッチが、それぞれ等しいことを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の光ヘッド装置の構成図を示す。光源１から出射された光は、集光手段である対物レンズ６によって、微小のスポット径の光に変形され光記録媒体７に照射される。照射された光は光記録媒体７の表面によって反射され、反射された戻り光は再び対物レンズ６を透過して光束分離手段３に到達するが、この光束分離手段３の表面には本発明のＨＯＥ４が形成されており、反射された戻り光はこのＨＯＥ４によって回折されて受光素子であるＰＤ２に到達する。
【００１１】
ここで、使用されるＨＯＥ４の材料としてはガラスやプラスチック等の透明基板が使用でき、またＨＯＥ４としてはこれら透明基板の表面に矩形の断面を有する回折格子をドライエッチング法、射出成形法、プレス法等によって形成してもよく、矩形の表面をもつ透明基板と液晶とを組み合わせたホログラムとしてもよい。さらに、フォトポリマー等の感光性材料にレーザ光等の干渉によって回折格子を形成したホログラムを使用してもよい。この回折格子によって光を回折し、ビームスプリッタの機能を持たせうる。
【００１２】
図１は本発明の（ａ）４分割されたＨＯＥ４の領域の形状と（ｂ）分割されたＰＤ２の２つの受光領域群の形状を示す平面図である。このＨＯＥ４の４分割の仕方は、２分割線による９０度の角度から３０度程度ずれていてもよいが、２つの分割線の交点がＨＯＥ４の中点を通り、かつ９０度による４分割の方が、４領域のすべての面積を同じくし最大とできて好ましい。２つの受光領域群は一つ平面内にあるが、個々の受光領域が多少平面からずれていてもよい。ＨＯＥ４の形状は、図示されている円形に限らず方形でも多角形でもよい。
【００１３】
ＨＯＥ４の領域を４分割する２本の分割線に関しては、このＨＯＥ４の表面と光記録媒体７の表面が平行となる配置の場合には、一方の分割線は円形の光記録媒体７の接線方向に略等しく、また他方の分割線は光記録媒体７の半径方向に略等しくすればよい。また、光記録媒体７からの反射光が、ミラー等によって（図４に図示せず）その進行方向が変更されて光束分離手段３へ導かれるようにした場合、すなわちＨＯＥ４の平面と光記録媒体７の表面が平行でない場合には、上記の分割方向に相当するようにＨＯＥ４の２分割線の方向を変更すればよい。
ただし、以下ではＨＯＥ４は円形でありその表面と光記録媒体７の表面が平行となる配置を採っているとする。
【００１４】
光記録媒体７からの反射光は、ＨＯＥ４の４分割されたおのおのの領域に到達し、反射光が４分割された領域のうちのある１つの領域を透過し回折して生じた光ビームの径の最小となる位置がＰＤ２の面を境にＨＯＥ４と同じ側、すなわちＰＤ２に到達する前の位置にあり、かつ前記反射光が前記１つの領域と隣り合う位置にある他のある１つの領域を透過し回折して生じた光ビームの径の最小となる位置が、ＰＤ２の面を境にＨＯＥ４とは反対側、すなわちＰＤ２を通過した背後の位置にある。このとき、上記１つの領域の採り方は、まったく任意である。
【００１５】
ここで光ビームの径とは、向かい合う１／４円の作る直径と考える。したがって、光記録媒体７からの反射光で４分割された領域のうち対角の位置にあるいずれの２つの領域を透過・回折した光ビームも、ＰＤ２に到達する前の位置か、もしくはＰＤ２の背後の位置のいずれかでその径が最小となる。
【００１６】
発明によるフォーカス誤差信号を得る方法はナイフエッジ法とは異なり、ビーム径をきわめて細く絞ってＰＤ２の分割線上に合わせる必要はなく、ビーム径が大きいままＰＤ２の面内に入れればよいので、ＨＯＥ４の作成精度はナイフエッジ法の場合と比べ低くてもよい。
【００１７】
図１に示すように、ＨＯＥ４の分割された４つの領域のうち２つの領域１ａ、１ｃから回折された光ビームは、ＰＤ２上の一方の受光領域群である３分割の受光領域のＰ１の部分に到達する。また、ＨＯＥ４の２つの領域１ｂ、１ｄから回折された光ビームがＰＤ２上の他方の受光領域群である他の３分割の受光領域のＰ２の部分に到達するようにＨＯＥ４の格子パターンの形状を設計・作成する。ここで、Ｐ１とＰ２はＰＤ２２とＰＤ３２の特定の領域のみを指し示すのではなく、これらを含む広い領域を指しているが、隣りの組の領域は含まない。
ここで示したＨＯＥ４上の４つの領域とＰＤ２上への回折光の到達位置の関係は１つの例であり他の組み合わせを採ってもよい。
【００１８】
このときの光記録媒体７からの反射光が光束分離手段３上に設けられたＨＯＥ４によって回折される様子を図５に示す。Ｐ１の位置に到達する光ビームについては光記録媒体７の面上で焦点の合っている状態である合焦の状態のとき、最も光ビームの径が小さくなる位置Ｓ１はＰＤ２面を境にＨＯＥ４側の位置となるようにし、また、Ｐ２位置に到達する光ビームについては光記録媒体７上で合焦の状態のとき、最も光ビームの径が小さくなる位置Ｓ２は、ＰＤ２面を境にＨＯＥ４とは反対側の位置となるようにする。これら光ビームの径が最小となるＰＤ２面との位置関係は逆にすることもできる。すなわちＳ１はＰＤ２面を境にＨＯＥ４とは反対側の位置となるようにし、Ｓ２はＰＤ２面を境にＨＯＥ４側の位置となるようにしてもよい。
【００１９】
前記２つのいずれの場合でも、光ビームの径の最小となる位置をＰＤ２面を境にＰＤ２面の両側にあるように設定することにより、光記録媒体７の面上で光ビームの合焦の状態からのずれが生じたときにＰ１位置での光ビームの径とＰ２位置でのその径は逆方向に変化することになる。すなわち、一方は大きくなる方向に他方は小さくなる方向に変化する。ここで、１は光源である。
【００２０】
図２に光源１からの出射光が、光記録媒体７の表面上で結ばれる焦点の状態すなわち光ビームの径とこれに対応したＰＤ２の受光領域の面上での回折光ビームの形状とを示す。
【００２１】
以下、ＨＯＥ４とＰＤ２との動作原理について説明する。
光記録媒体７の面上で、光源１からの出射光が合焦の状態のときに、ＰＤ２の面上のＰ１及びＰ２位置での光ビームの径が同じになるようにしておけば、光記録媒体７の面上で焦点外れが生じたときには、Ｐ１位置とＰ２位置での光ビームの径は、一方は小さくなる方向に他方は大きくなる方向に変化する。さらに、光記録媒体７の面上での同じ焦点外れでも光記録媒体７に到達しないうちに光ビームの径が最小となる場合と光記録媒体７を通過してから最小となる場合とでは、例えば、同じＰ１位置でも光ビームの径の変化の向きが異なる。この様子は、図２の右側の受光領域群の中央部（Ｐ１）での右上の焦点外れと右下の焦点外れでは径の大きさの違いとして表わしてあり、変化の方向が異なる。
【００２２】
この性質を利用して、光記録媒体７の軸方向の変動方向を観測して、光記録媒体７を変化の方向とは反対方向に動かして、基準位置からのズレを補正し焦点合わせをできる。この光ビームの形状を検出するＰＤ２の受光領域の配置としては、図１のように平行に３分割された一つの受光領域群が２組並列に並んでいる。すなわちＰＤ２は一方の組がＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３のように３つの領域に別れ、また他方の組がＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３のように３つの領域に別れてこれらが２列に並んでいる。ここでは、２組が並列に並んでいる例を述べたが、２組が直列に並んでいてもよく、これらの組み合わせでもよい。
【００２３】
このように、６分割されたＰＤ２を使用することにより光ビームの径の変化を検出できる。すなわち、ＬＤ２の３分割された受光領域群の組で例えば右の組のＰＤ２１とＰＤ２３に回折光が到達する場合を正の信号とし、ＰＤ２２に到達する場合を負の信号とすると、図２の右上の焦点外れのときは、３領域の合計として正の信号を与えることが分かる。これに対し、図２の右下の焦点外れの場合はＰＤ２２のみに回折光が到達しているので負の信号を与える。したがって、上と下の焦点外れの間に信号がゼロとなる光ビームの径が存在し、信号の正負と大きさで光ビームの径を知ることができる。
【００２４】
フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号が具体的にどのように得られるかを説明する。
光記録媒体７の面上での焦点外れの程度を与えるフォーカス誤差信号は（ＰＤ２１＋ＰＤ２３＋ＰＤ３２）−（ＰＤ２２＋ＰＤ３１＋ＰＤ３３）の式を演算することにより得られる。
また、光記録媒体７の面上での軌道外れの程度を与えるトラッキング誤差信号を得る手段としては、３ビーム法や位相差検出法（ＤＰＤ法）を採用できる。
【００２５】
３ビーム法を用いる際には、光束分離手段３とＰＤ２との間に入射ビームを透過光と±１次の回折光との合計３本の光に分離する回折素子（図示せず）を設置し３ビームを発生する。図３には、３ビーム法によるトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号とを同時に受光可能なＰＤの分割の配置図を示す。図３に示すように、前記２組の受光領域群の両側に光ビームの±１次の回折光の検出用の受光領域ＰＤ４１とＰＤ４２を配置している。このときのトラッキング誤差信号はＰＤ４１−ＰＤ４２として得られる。この３ビーム発生用の回折素子は前記の光束分離手段３の裏面に作製してもよく、別の部品として光束分離手段３とＰＤとの間に設置してもよい。
【００２６】
また、ＤＰＤ法を用いてトラッキング誤差信号を得るためには、前記２組の受光領域群からの信号（ＰＤ２１＋ＰＤ２２＋ＰＤ２３）と（ＰＤ３１＋ＰＤ３２＋ＰＤ３３）の２信号の位相差を検出することにより得られる。
【００２７】
ここで、ＨＯＥ４の分割された４つの領域のうち、対角の位置にある各２組の領域内で２本の分割線の交点近傍の格子ピッチが、それぞれの組でほぼ等しいことにより、受光領域のコンパクト化を実現できる。すなわち、回折格子の格子ピッチが、それぞれの組で略等しいことにより、回折光の形成する２つの対向する１／４円が接近することとなり、受光領域でビーム径が広がらず狭い領域内に収まることとなる。
【００２８】
また、ＬＤと、ＨＯＥ４と、ＰＤ２と、アンプ等の回路（図示せず）とを一体化した光電子集積回路をパッケージに組み込んでホログラムレーザユニットを構成してもよい。こうすることによりコンパクト化が実現できて好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、光記録媒体を反射し回折格子を透過した回折光の受光素子への微小な絞り込みを必要とせず、光源、回折格子及び受光素子などの高精度な組み立てを必要としないため、組立が容易となって、ホログラムレーザユニットの歩留まりを向上させうる。光源の両脇に配されていた受光素子は１つで十分となり小型化が可能となって、さらに、コストダウンも実現できる。
本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で種々の応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における（ａ）４分割されたＨＯＥの領域と（ｂ）分割されたＰＤの２つの受光領域群の形状の平面図。
【図２】本発明の光記録媒体上での焦点の結び具合とＰＤの受光領域の面上での光ビーム形状との関係を示す平面図。
【図３】３ビーム法によるトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号を受信可能なＰＤの分割の配置図。
【図４】本発明の光ヘッド装置の構成図。
【図５】光束分離手段上に設置した本発明のＨＯＥによる、反射光の回折の様子を示す側面図。
【符号の説明】
１：ＬＤ
２：ＰＤ
３：光束分離手段
４：ＨＯＥ
６：対物レンズ
７：光記録媒体
２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２：ＰＤの分割された領域