JP3121484B2

JP3121484B2 - 光学ヘッド

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Publication number: JP3121484B2
Application number: JP05293125A
Authority: JP
Inventors: 伸夫緒方; 泰男中田; 芳宏関本; 秀朗佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 2000-12-25
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH07147019A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学系に回折素子を用
いた光学ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスクプレーヤ等の光ディ
スク装置に用いられる光学ヘッドとして、回折素子（ホ
ログラム素子）を用いたものが従来より開発されてい
る。回折素子を用いることにより、光学ヘッドの部品点
数が削減され、装置構成の小型化、軽量化および低価格
化が図れる。また、最近ではこのような回折素子を用い
た光磁気ディスク等の書き換え可能な光ディスク装置用
の光学ヘッドの開発が進められている。

【０００３】図８に光学系に回折素子を用いた光学ヘッ
ドの一従来例を示す。レーザ光源となる半導体レーザ素
子１００とディスクＤとの間には、回折素子１２０、回
折素子１３０、コリメータレンズ１４０及び対物レンズ
１５０がこの順に配列され、半導体レーザ素子１００の
側方には受光素子１６０が配置されている。ここで、回
折素子１２０は平行平面板１１２０の表面１１２１に形
成されており、回折素子１３０は平行平面板１１３０の
表面１１３１に形成されている。回折素子１３０には、
ディスクＤのトラック方向（Ｘ−Ｘ’方向）に格子が形
成された２つの回折格子１３１、１３２が形成されてい
る。回折格子１３１、１３２の格子間隔は異なり、両回
折格子１３１、１３２はディスクＤのトラック方向と直
交する方向（Ｙ−Ｙ’方向）の分割線１３３により分割
されている。また、受光素子１６０は、受光部１６１、
１６２、１６３、１６４、１６５に５分割されており、
受光部１６１と１６２の分割線１６６がＹ−Ｙ′方向と
一致するように配置されている。

【０００４】次に、上記構成の光学ヘッドの動作を説明
する。半導体レーザ素子１００から上方に向けて出射さ
れた光は、まず回折素子１２０によって回折され、０次
回折光（以下メインビームと称する）と、±１次回折光
（以下サブビームと称する）とに３分割される。続い
て、メインビームとサブビームは回折素子１３０の回折
格子１３１、１３２によって再度回折され、それぞれの
０次回折光がコリメータレンズ１４０を通過して対物レ
ンズ１５０に導かれる。０次回折光は対物レンズ１５０
によって集光され、ディスクＤ上のピットに光ビームが
集光照射される。一方、ディスクＤからの反射光は、対
物レンズ１５０、コリメータレンズ１４０を通過して回
折素子１３０に導かれ、この回折素子によって回折さ
れ、その１次回折光が受光素子１６０に導かれる。

【０００５】このとき、回折格子１３１により回折され
た１次回折光のメインビームは、分割線１６６上に集光
されて光スポットＲ₁ を形成する。一方、回折格子１３
２により回折されたメインビームは、受光部１６３上に
集光されて光スポットＲ₂ を形成する。また、回折格子
１３１、１３２により回折されたサブビームは、受光部
１６４、１６５上の各２箇所ずつ合計４箇所に集光され
て光スポットＲ₃ 〜Ｒ₆ を形成する。ここで、半導体レ
ーザ素子１００からの光がディスクＤに対して合焦点状
態にある場合は、図９（ｂ）に示すように、受光素子１
６０の各受光部１６１〜１６５上には、光スポットＲ₁
〜Ｒ₆ が小さな集光点として形成される。

【０００６】これに対して、対物レンズ１５０がディス
クＤに対して焦点距離よりも近づいている場合は、受光
素子１６０上の各部分には、図９（ａ）に示すような半
円状に広がった光スポットＲ₁〜Ｒ₆が形成される。ま
た、逆に、対物レンズ１５０がディスクＤに対して焦点
距離よりも遠ざかっている場合は、受光素子１６０上の
各部分には、図９（ｃ）に示すように、図９（ａ）と逆
向きの半円状に広がった光スポットＲ₁〜Ｒ₆が形成され
る。このことは、光スポットＲ₁〜Ｒ₆が形成される受光
素子１６０の各部１６１〜１６５における受光量、より
具体的には該受光量を光電変換して出力される電気信号
Ｓ₁〜Ｓ₅に基づきフォーカス誤差信号ＦＥＳを得ること
ができることを意味している。このフォーカス誤差信号
ＦＥＳは、具体的には、受光素子１６０に接続される加
算器、減算器等を備えた演算器によって、ＦＥＳ＝Ｓ₁
−Ｓ₂なる演算によって得られる。

【０００７】また、ディスクＤにおける集光点のトラッ
キング誤差については、以下に示す理由により受光素子
１６０の検出出力に基づきトラッキング誤差信号ＴＥＳ
を得ることができる。それは、２つのサブビームがメイ
ンビームに対して点対称でありＹ−Ｙ’方向へ僅かに偏
位し、かつトラック方向、すなわちＸ−Ｘ’方向へやや
大きく偏位した位置に集光されるので、メインビームが
ディスクＤのトラックに対して適正な位置に集光されて
いる場合には、２つのサブビームによるディスクＤから
の反射光の反射強度が等しくなるのに対して、メインビ
ームの集光点がトラックに対して外側あるいは内側に偏
位している場合、すなわち、トラッキング方向に偏位し
ている場合には、２つのサブビームのトラックからの反
射光の反射強度に差が生じるからである。トラッキング
誤差信号ＴＥＳは、具体的には、前記演算器のＴＥＳ＝
Ｓ₄−Ｓ₅なる演算により得られる。

【０００８】さらには、回折格子１３１により回折され
た１次回折光のメインビームおよび回折格子１３２によ
り回折されたメインビームがディスクＤのトラックに書
き込まれた情報に対応しているので、両メインビームの
和、すなわち前記演算器によりＲＦ＝Ｓ₁＋Ｓ₂＋Ｓ₃な
る演算を行えば情報信号ＲＦを得ることができる。

【０００９】上記したフォーカス誤差信号ＦＥＳおよび
トラッキング誤差信号ＴＥＳに基づいて、駆動用コイル
および磁気回路等を有する対物レンズアクチュエータ
（図示せず）をサーボ制御すれば、対物レンズ１５０が
フォーカス方向およびトラッキング方向の両方向に位置
制御され、ディスクＤにフォーカス合わせされるととも
に、集光された光ビームがディスクＤのトラックに対し
て正確に位置決めされるようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の光学
ヘッドでは、ガラス、プラスチック等を材質とした光透
過性を有する平行平面板１１２０の表面１１２１に回折
素子１２０、平行平面板１１３０の表面１１３１に回折
素子１３０が形成されている。これらの平行平面板１１
２０、１１３０の表面１１２１、１１３１、裏面１１２
２、１１３２にはＡＲコートが施され反射が防止されて
いるが、完全に無反射とすることは不可能である。特
に、回折素子が形成された部分では回折格子の溝部でＡ
Ｒコートが不十分になるので反射が残る。この反射の影
響で回折素子は本来設計されている透過型回折素子とし
てだけではなく反射型回折素子としても機能することに
なり、反射回折光が発生する。この反射回折光はちょう
ど受光素子の方向に戻る。これらの反射光と反射回折光
により生じる迷光は光源自身の強度分布や平行平面板の
取り付け角度等の公差の影響で非等方的な強度分布をも
っている。このため迷光は受光素子１６０の各受光部１
６１〜１６５での入射光量が異なり、フォーカス誤差信
号ＦＥＳおよびトラッキング誤差信号ＴＥＳのオフセッ
ト発生の原因となる。

【００１１】特に、書き換え可能な光磁気ディスクでは
再生専用のコンパクトディスクと比べてディスクの反射
率が低いので、再生時の信号光量の絶対値が小さくなり
迷光の影響を受けやすい。また、光磁気ディスクでは記
録時には出射パワーを再生時より大きくするが、迷光は
半導体レーザの出射パワーに比例して変わるので、出射
パワーによって信号のオフセット量が変化して正常なサ
ーボ信号が得られなくなる。また、書き換え可能な光磁
気ディスクのような低反射率のディスクと再生専用のコ
ンパクトディスクのような高反射率のディスクの両方を
再生するシステムで使用する光学ヘッドでは、再生信号
レベルを一定にするために低反射率のディスクでは出射
パワーを上げる必要がある。このためディスクによって
再生パワーを変えることになり、半導体レーザの出射パ
ワーを変えるので、この時にもオフセットの変化が生じ
る。

【００１２】これを図１０乃至図１４に基づいてさらに
詳しく説明する。まず、図１０（ａ）、（ｂ）により回
折素子１２０、１３０からの反射光について説明する。
レーザ光源１００から出射された光は、回折素子１２０
が形成された平行平面板１１２０と回折素子１３０が形
成された平行平面板１１３０に入射する。回折素子１２
０、１３０の溝形成部ではＡＲコートの効果が不十分と
なり反射が発生する。つまり、回折素子１２０が形成さ
れた表面１１２１で、二点鎖線Ａ１で示すように反射光
が発生し受光素子１６０に戻り、さらに回折素子１３０
が形成された表面１１３１で、二点鎖線Ｂ１で示すよう
に反射光が発生し受光素子１６０に戻る。

【００１３】次に、図１１、図１２より回折素子１３０
からの反射回折光について説明する。回折素子１３０の
片側に形成された回折格子１３１が反射回折素子として
機能すると回折素子１３０に対して線対称な位置（図１
１では簡単のために平行平面板１１２０、１１３０の板
厚を０としている）にある仮想の光源１００´から発せ
られた光が破線Ｃ１を中心とする破線Ｄ１の光束として
進んだ後に回折素子１３０の回折格子１３１で回折され
たかのように進む。したがって、０次回折光はこのまま
破線Ｄ１の方向に進みちょうど平行平面板１１３０の表
面１１３１からの反射光（図１０（ａ）、（ｂ）の二点
鎖線Ｂ１）と同じになる。一方、１次回折光は二点鎖
線Ｆ１のように進む。これは破線Ｃ１の光線が二点鎖線
Ｅ１方向に回折されるので、破線Ｃ１を中心とする破線
Ｄ１の光束は二点鎖線Ｅ１を中心とする半円形状の発散
光として二点鎖線Ｆ１のように進むことになる。

【００１４】回折素子１３０に形成されたもう一方の回
折格子１３２についても同様に反射光と反射回折光が発
生し、破線Ｃ１を中心とする破線Ｄ１の光束は二点鎖線
Ｅ２を中心とする半円形状の発散光として二点鎖線Ｆ２
のように進むことになる。受光素子１６０上に形成され
る回折素子１３０からの反射回折光によって生じるこれ
らの迷光のパターンを図１２に示す。

【００１５】図１３を用いて具体的な数値を入れて回折
素子１２０、１３０からの反射光について説明する。コ
リメータレンズ１４０の開口数（ＮＡ）をＮＡ＝ｓｉｎ
（ｕ）、レーザ光源１００から回折素子１２０までの距
離をｈ₁、レーザ光源１００から回折素子１３０までの
距離をｈ₂、光源１００から受光素子１６０の受光面ま
での高さをｇ、光源１００から受光素子１６０の光源１
００に最も近い受光部端１６７までの距離をｅとする。
光軸をＬ１とし一点鎖線で示す。コリメータレンズ１４
０の有効径のＹ−Ｙ’方向の受光素子１６０側の最外周
を通過する光線Ｏ１が平行平面板１１２０の表面１１２
１に形成された回折素子１２０で反射すると二点鎖線Ａ
１で示す方向に迷光として戻ってくる。受光面１６０と
同一平面上での二点鎖線Ａ１で示す光線と光軸Ｌ１との
距離をｄ₁とすると、ｄ₁＝ｈ₁×ｔａｎ（ｕ）＋（ｈ₁−ｇ）×ｔａｎ（ｕ）また、光線Ｏ１が平行平面板１１３０の表面１１３１に
形成された回折素子１３０で反射すると二点鎖線Ｂ１で
示す方向に迷光として戻ってくる。受光面１６０と同一
平面上での二点鎖線Ｂ１で示す光線と光軸Ｌ１との距離
をｄ₂とすると、ｄ₂＝ｈ₂×ｔａｎ（ｕ）＋（ｈ₂−ｇ）×ｔａｎ（ｕ）これらの光線が受光素子１６０の受光部に入射しない条
件はｄ₁＜ｅｄ₂＜ｅ一例としてＮＡ＝0.2，ｈ₁＝1.5ｍｍ，ｈ₂＝3.5ｍｍ，
ｇ＝0.3ｍｍとして計算するとｕ＝ｓｉｎ^-1（0.２)＝11.5ｄｅｇｄ₁＝1.5×ｔａｎ（11.5）＋（1.5−0.3）×ｔａｎ（11.5）＝0.55ｍｍｄ₂＝3.5×ｔａｎ（11.5）＋（3.5−0.3）×ｔａｎ（11.5）＝1.36ｍｍしたがって受光素子１６０の光源１００に最も近い受光
部端１６７までの距離ｅが1.36ｍｍ以上離れた位置に受
光素子１６０を設置しなければならない。したがって回
折素子１３０の回折角αを非常に大きく設定しなければ
ならない。具体的な計算をすると、ｔａｎ（α）≧ｄ₂／（ｈ₂−ｇ）＝1.36／（3.5−0.3）したがって α≧23.0ｄｅｇこの回折角を大きくするには回折格子１３１、１３２の
溝ピッチを小さくすればよいのであるが加工精度の限界
から溝ピッチは1.5μｍ程度が限界である。レーザ光源
１００の波長を0.78μｍ、回折素子１３０の溝ピッチを
1.5μｍとした時の回折角βは次式で求められる。ｓｉｎ（β）＝0.78／1.5 したがって β＝31.3ｄｅｇ以上の計算から、回折角は23.0ｄｅｇから31.3ｄｅｇの
範囲に設計しなければならない。実際には受光素子１６
０の位置精度や回折素子１３０の加工精度を考慮する必
要があり設計範囲はさらに狭まる。したがってこのよう
な範囲に回折角を設計することは不可能であり、受光素
子１６０に回折素子１３０からの反射光が入射してしま
う。

【００１６】次に図１４を用いて具体的な数値を入れて
回折素子１３０からの反射回折光について説明する。コ
リメータレンズ１４０の開口数（ＮＡ）をＮＡ＝ｓｉｎ
（ｕ）、レーザ光源１００から回折素子１３０までの距
離をｈ₂、光源１００から受光素子１６０の受光面まで
の高さをｇ、光源１００から受光素子１６０の光源１０
０に最も近い受光部端１６７までの距離をｅとする。回
折素子１３０の回折格子１３１での回折角をαとする。
光軸をＬ１とし一点鎖線で示す。コリメータレンズ１４
０の有効径のＹ−Ｙ’方向の受光素子１６０側の最外周
を通過する光線Ｏ１が平行平面板１１３０の表面１１３
１に形成された回折素子１３０の回折格子１３１で反射
すると二点鎖線Ｆ１で示す方向に迷光として戻ってく
る。受光面１６０と同一平面上での二点鎖線Ｆ１で示す
光線と光軸Ｌ１との距離をｄ₃とすると、ｄ₃＝ｈ₂×ｔａｎ（ｕ）＋（ｈ₂−ｇ）×ｔａｎ（ｕ＋α）これが受光素子１６０の受光部に入射しない条件はｄ₃＜ｅ一例としてＮＡ＝0.2，ｈ₂＝3.5ｍｍ，ｇ＝0.3ｍｍ，α
＝30ｄｅｇとして計算するとｕ＝ｓｉｎ^-1（0.2）＝11.5ｄｅｇｄ₃＝3.5×ｔａｎ（11.5）＋（3.5−0.3）×ｔａｎ（11.5＋30）＝3.54ｍｍしたがって受光素子１６０の光源１００に最も近い受光
部端１６７までの距離ｅが3.54ｍｍ以上離れるように受
光素子１６０を設置しなければならない。しかし、回折
角α＝30ｄｅｇまで大きくしても光軸Ｌ１から集光点ま
での距離は（ｈ₂−ｇ）×ｔａｎ（α）＝（3.5−0.3）×ｔａｎ（30）＝1.85ｍｍである。図１１、図１２を用いて説明したように反射回
折光は受光素子１６０上の集光点を中心とする発散光と
して戻って来るので、反射回折光の入射は免れることは
できない。

【００１７】これらの迷光が受光素子１６０で受光され
ると、フォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号に
ついてオフセットを発生する。つまり、各受光部１６１
〜１６５に均一に光が入射すれば演算によりキャンセル
されるので、その影響は無いが、不均一だとオフセット
の発生要因となる。また、温度変化によりレーザの発振
波長が変化すると回折素子１３０の反射回折光の回折角
度が変化するのでこれによってもオフセットの変化が生
じる。このため、フォーカス誤差信号に対してオフセッ
トが発生すると正常な焦点制御が行えなくなるし、トラ
ッキング誤差信号に対してオフセットが発生すると正常
なトラック制御が行えなくなる。

【００１８】回折素子１２０により分割されたサブビー
ムについても同様に回折素子１３０で反射光および反射
回折光が発生する。しかし、サブビームの強度はメイン
ビームの強度に対して約１０％から約２５％に設定され
るのでサブビームの影響は小さい。したがって、ここで
はサブビームの影響は無視する。

【００１９】このように、迷光は各検出信号のオフセッ
トの原因となり、光学ヘッドの正常な動作を妨げてい
た。この問題を解決するには幾つかの方法が考えられ
る。まず、回折素子１２０、１３０からの反射光の入射
を防ぐには、光源１００と回折素子１２０、１３０の間
隔を狭くすることが考えられる。しかし、回折素子１３
０から発生する反射回折光は常に受光素子１６０の集光
点の方向に回折されるので、この反射回折光の入射を防
ぐことはできない。また反射回折光は発散光として戻っ
て来るので光源１００と回折素子１３０の距離が近いほ
ど発散していない状態で受光素子１６０に入射するので
迷光の絶対光量が増えることになる。逆に光源１００と
回折素子１２０、１３０の間隔を広くとれば、反射光の
入射は避けられるが、反射光と反射回折光はどちらも発
散光であるため十分に発散して広がった状態で受光素子
１６０の各受光部１６１〜１６５に入射するので迷光の
絶対光量を小さくすることができる。しかし、このよう
な構成にすると光学ヘッドの小型化のためにコリメータ
レンズ１４０の焦点距離を短くしてレーザ光源１００と
回折素子１３０の距離を短くすることができなくなる。
さらに、光源１００と回折素子１２０、１３０との間隔
は変えずに光源１００と受光素子１６０との距離を長く
とることにより反射光の入射は防ぎ反射回折光は発散さ
せるということも考えられる。しかし、この場合は光源
１００と受光素子１６０との間隔を所定値より小さくし
て光源１００と受光素子１６０を一体のパッケージに収
納することができなくなる。したがって、光学ヘッドの
小型化と迷光の低減を両立する有効な手段が見つかって
いなかった。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の光学ヘッドは、
記録媒体に光を照射する光源と、上記記録媒体と上記光
源との間に設けられ、上記光源からの出射光を上記記録
媒体に導くと共に上記記録媒体からの反射光を回折する
回折素子と、回折された反射光を受光する長方形形状の
受光素子と、を備えた光学ヘッドにおいて、上記光源か
らの出射光が上記回折素子に直接照射された時の上記回
折素子の溝形成部からの反射光および反射回折光が上記
受光素子に入射しないようにすると共に上記受光素子の
短辺方向に出射するように、上記回折素子の光軸に対す
る傾きと前記受光素子の設置位置とが規定されたことを
特徴とする。

【００２１】また、本発明の光学ヘッドは、記録媒体に
光を照射する光源と、上記記録媒体と上記光源との間に
設けられ、上記光源からの出射光を上記記録媒体に導く
と共に上記記録媒体からの反射光を回折する回折素子
と、回折された反射光を受光する長方形形状の受光素子
と、を備えた光学ヘッドにおいて、上記回折素子は格子
間隔の異なる少なくとも２つの回折格子から構成され、
上記光源からの出射光が上記回折素子に直接照射された
時の上記回折素子の溝形成部からの反射光および反射回
折光が上記受光素子に入射しないようにすると共に上記
受光素子の短辺方向に出射するように、上記回折素子の
光軸に対する傾きと前記受光素子の設置位置とが規定さ
れたことを特徴とするまた、本発明の光学ヘッドは、記
録媒体に光を照射する光源と、上記記録媒体と上記光源
との間に設けられ、上記光源からの出射光を上記記録媒
体に導くと共に上記記録媒体からの反射光を回折する回
折素子と、回折された反射光を受光する長方形形状の受
光素子と、を備えた光学ヘッドにおいて、上記光源から
の出射光が上記回折素子に直接照射された時の上記回折
素子の溝形成部からの反射光および反射回折光が上記受
光素子に入射しないように、上記回折素子が光軸に対し
て回折方向と直交する方向に所定角度だけ傾いて配置さ
れたことを特徴とする。

【００２２】

【作用】上記のように、回折素子が形成される平行平面
板が光軸に対して所定角度だけ傾けて配置されており、
この角度を選ぶことにより平行平面板に形成された回折
素子からの反射光や反射回折光が受光素子に入射しない
ようにすることができるので、迷光の発生が防止され
る。

【００２３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。（実施例１）図１は本発明の光学ヘッドの実施例１の構
成を示す。レーザ光源となる半導体レーザ素子２００と
ディスクＤの間には、回折素子２２０、回折素子２３
０、コリメータレンズ２４０および対物レンズ２５０が
この順に配列され、半導体レーザ素子２００の側方に受
光素子２６０が配置されている。以下に各部の詳細を順
を追って説明する。

【００２４】回折素子２２０は平行平面板１２２０の表
面１２２１に形成されており、回折素子２３０は平行平
面板１２３０の表面１２３１に形成されている。回折素
子２２０には、格子方向がディスクＤのトラック方向と
直交する方向（Ｙ−Ｙ’方向）の回折格子が形成されて
おり、半導体レーザ素子２００から上方に向けて出射さ
れる光を、０次回折光と±１次回折光の３本の回折光に
分割する。分割された回折光の内、０次回折光、すなわ
ち回折素子２２０を透過するメインビームはフォーカス
誤差信号ＦＥＳを検出するために利用される。また、サ
ブビームはトラッキング誤差信号ＴＥＳを検出するため
に利用される。

【００２５】回折素子２３０には、ディスクＤのトラッ
ク方向（Ｘ−Ｘ’方向）に格子が形成された２つの回折
格子２３１、２３２が形成されている。回折格子２３
１、２３２の格子間隔は異なり、両回折格子２３１、２
３２はディスクＤのトラック方向と直交する方向（Ｙ−
Ｙ’方向）の分割線２３３により分割されている。ま
た、回折素子２２０、２３０が形成される平行平面板１
２２０、１２３０は光軸Ｌ１に対してトラック方向と直
交する方向（Ｙ−Ｙ’方向）に所定角度だけ傾いて配置
されている。

【００２６】図２（ａ）、（ｂ）によりこの所定角度の
設定について説明する。レーザ光源２００から出射され
た光は、回折素子２２０が形成された平行平面板１２２
０と回折素子２３０が形成された平行平面板１２３０に
入射する。回折素子２２０、２３０の溝形成部ではＡＲ
コートの効果が不十分となり反射が発生する。つまり、
回折素子２２０が形成された表面１２２１で、二点鎖線
Ａ１で示すように反射光が発生し受光素子２６０側に戻
り、さらに回折素子２３０が形成された表面１２３１
で、二点鎖線Ｂ１で示すように反射光が発生し受光素子
２６０側に戻る。しかし、平行平面板１２２０、１２３
０は光軸Ｌ１に対して所定角度傾いて配置されているの
で、回折素子２２０、２３０からの反射光は図２（ｂ）
に示す二点鎖線Ａ１、Ｂ１の円内の領域に戻り、これら
の反射光が受光素子２６０の受光部２６１〜２６５に入
射することはない。

【００２７】図３を用いて具体的な数値を入れてこの所
定角度の設定について説明する。コリメータレンズ２４
０の開口数（ＮＡ）をＮＡ＝ｓｉｎ（ｕ）、レーザ光源
２００から回折素子２２０までの距離をｈ₁、レーザ光
源２００から回折素子２３０までの距離をｈ₂、光源２
００から受光素子２６０の受光面までの高さをｇ、光源
２００から受光素子２６０の光源２００に最も近い受光
部端２６７までの距離をｅとする。光軸を一点鎖線Ｌ１
で示す。平行平面板１２２０、１２３０の法線が光軸Ｌ
１となす角度をθとする。コリメータレンズ２４０の有
効径のＹ−Ｙ’方向の受光素子２６０側の最外周を通過
する光線をＯ１とする。レーザ光源２００の発光点を
Ｐ、光線Ｏ１と回折素子２２０の交点をＱ、点Ｑから光
軸Ｌ１におろした垂線と光軸Ｌ１の交点をＲ、光軸Ｌ１
と回折素子２２０の交点をＳとする。三角形ＰＱＲは一
つの角度をｕとする直角三角形であり、三角形ＱＲＳは
一つの角度をθとする直角三角形になるので、辺ＱＲの
長さをａ₁、辺ＰＲの長さをｂ₁、辺ＳＲの長さをｃ₁と
すると、ａ₁／ｂ₁＝ｔａｎ（ｕ）ｃ₁／ａ₁＝ｔａｎ（θ）と表せる。これより、ｃ₁／ｂ₁＝ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（θ）ｈ₁＝ｂ₁＋ｃ₁＝ｂ₁×（１＋ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（θ））ｂ₁＝ｈ₁／（１＋ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（θ））受光面２６０と同一平面上での二点鎖線Ａ１で示す光線
と光軸Ｌ１との距離をｄ₁とすると、ｄ₁＝ｂ₁×ｔａｎ（ｕ）＋（ｂ₁−ｇ）×ｔａｎ（ｕ−２θ）また、光線Ｏ１と回折素子２３０の交点をＴ、点Ｔから
光軸Ｌ１におろした垂線と光軸Ｌ１の交点をＵ、光軸Ｌ
１と回折素子２２０の交点をＶとする。三角形ＰＴＵは
一つの角度をｕとする直角三角形であり、三角形ＴＵＶ
は一つの角度をθとする直角三角形になるので、辺ＴＵ
の長さをａ₂、辺ＰＵの長さをｂ₂、辺ＶＵの長さをｃ₂
とすると、ａ₂／ｂ₂＝ｔａｎ（ｕ）ｃ₂／ａ₂＝ｔａｎ（θ）と表せる。これより、ｃ₂／ｂ₂＝ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（θ）ｈ₂＝ｂ₂＋ｃ₂＝ｂ₂（１＋ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（θ））ｂ₂＝ｈ₂／（１＋ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（θ））受光面２６０と同一平面上での二点鎖線Ｂ１で示す光線
と光軸Ｌ１との距離をｄ₂とすると、ｄ₂＝ｂ₂×ｔａｎ（ｕ）＋（ｂ₂−ｇ）×ｔａｎ（ｕ−２θ）これらの光線が受光素子２６０の受光部２６１〜２６５
に入射しない条件はｄ₁＜ｅｄ₂＜ｅ一例としてＮＡ＝0.2，ｈ₁＝1.5ｍｍ，ｈ₂＝3.5ｍｍ，
ｇ＝0.3ｍｍ，θ＝10ｄｅｇとして計算するとｕ＝ｓｉｎ^-1（0.2）＝11.5ｄｅｇｄ₁＝1.5×ｔａｎ（11.5）＋（1.5−0.3）×ｔａｎ（11.5−20）＝0.13ｍｍｄ₂＝3.5×ｔａｎ（11.5）＋（3.5−0.3）×ｔａｎ（11.5−20）＝0.23ｍｍしたがって受光素子２６０の光源２００に最も近い受光
部端２６７までの距離ｅが0.23ｍｍ以上離した位置に受
光素子２６０を設置すればよい。したがって光軸Ｌ１と
回折素子２３０の回折光のなす角γを具体的に計算をす
ると、ｔａｎ（γ）≧ｄ₂／（ｈ₂−ｇ）＝0.23／（3.5−0.3）したがって γ≧4.1ｄｅｇ回折角の上限値βは前述したように回折格子２３１、２
３２の溝ピッチの加工の限界である溝ピッチ1.5μｍ
と、レーザ光源２００の波長0.78μｍより計算するとｓｉｎ（β）−ｓｉｎ（θ）＝0.78／1.5 したがって β＝43.9ｄｅｇ光軸Ｌ１と回折光のなす角度は β−θ＝33.9ｄｅｇしたがって、光軸Ｌ１と回折光のなす角を4.1ｄｅｇか
ら33.9ｄｅｇの範囲に設計すればよい。発明が解決しよ
うとする課題の項で求めた回折角の設計範囲は23.0ｄｅ
ｇから31.3ｄｅｇであったのと比較すると格段に範囲が
拡大されていることがわかる。平行平面板１２２０、１
２３０の法線が光軸Ｌ１となす角度θを大きくすれば回
折角の上限値は大きく、下限値は小さくなるので、回折
角の設計の自由度はさらに大きくなる。平行平面板１２
２０、１２３０の法線が光軸Ｌ１となす角度θと回折素
子２３０の回折角を選ぶことにより受光素子２６０に反
射光が入射しないように設定することができる。

【００２８】（実施例２）次に、本発明の光学ヘッドの
実施例２を説明する。光学ヘッドの構成は図１に示す実
施例１と同じなので説明は省略する。実施例１との相違
点は回折素子２３０が形成される平行平面板１２３０が
光軸Ｌ１となす所定角度の設定である。図４、図５によ
りこの所定角度の設定について説明する。回折素子２３
０の片側に形成された回折格子２３１が反射回折素子と
して機能すると回折素子２３０に対して線対称な位置
（図４では簡単のために平行平面板１２２０、１２３０
の板厚を０としている）にある仮想の光源２００´から
発せられた光が破線Ｃ１を中心とする破線Ｄ１の光束と
して進んだ後に回折素子２３０の回折格子２３１で回折
されたかのように進む。したがって、０次回折光はこの
まま破線Ｄ１の方向に進みちょうど平行平面板１２３０
の表面１１３１からの反射光と同じになる。一方、１次
回折光は二点鎖線Ｆ１のように進む。これは破線Ｃ１の
光線が二点鎖線Ｅ１方向に回折されるので、破線Ｃ１を
中心とする破線Ｄ１の光束は二点鎖線Ｅ１を中心とする
半円形状の発散光として二点鎖線Ｆ１のように進むこと
になる。

【００２９】また、回折素子２３０に形成されたもう一
方の回折格子２３２についても同様に反射光と反射回折
光が発生し、破線Ｃ１を中心とする破線Ｄ１の光束は二
点鎖線Ｅ２を中心とする半円形状の発散光として二点鎖
線Ｆ２のように進むことになる。しかし、平行平面板１
２３０は光軸Ｌ１に対して所定角度傾いて配置されてい
るので、回折素子２３０からの反射回折光は図５に示す
二点鎖線Ｆ１、Ｆ２の半円形状の領域に戻り、これらの
反射光が受光素子２６０の受光部２６１〜２６５に入射
することはない。

【００３０】図６を用いて具体的な数値を入れてこの所
定角度の設定について説明する。コリメータレンズ２４
０の開口数（ＮＡ）をＮＡ＝ｓｉｎ（ｕ）、レーザ光源
２００から回折素子２３０までの距離をｈ₂、光源２０
０から受光素子２６０の受光面までの高さをｇ、光源２
００から受光素子２６０の光源２００に最も近い受光部
端１６７までの距離をｅとする。回折素子２３０の回折
格子１３１での回折角をαとする。光軸を一点鎖線Ｌ１
で示す。平行平面板１２３０の法線が光軸Ｌ１となす角
度をφとする。コリメータレンズ２４０の有効径のＹ−
Ｙ’方向の受光素子２６０側の最外周を通過する光線を
Ｏ１とする。

【００３１】レーザ光源２００の発光点をＰ、光線Ｏ１
と回折素子２３０の交点をＴ、点Ｑから光軸Ｌ１におろ
した垂線と光軸Ｌ１の交点をＵ、光軸Ｌ１と回折素子２
２０の交点をＶとする。三角形ＰＴＵは一つの角度をｕ
とする直角三角形であり、三角形ＴＵＶは一つの角度を
φとする直角三角形になるので、辺ＴＵの長さをａ₂、
辺ＰＵの長さをｂ₂、辺ＶＵの長さをｃ₂とすると、ａ₂／ｂ₂＝ｔａｎ（ｕ）ｃ₂／ａ₂＝ｔａｎ（φ）と表せる。したがって、ｃ₂／ｂ₂＝ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（φ）ｈ₂＝ｂ₂＋ｃ₂＝ｂ₂（１＋ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（φ））ｂ₂＝ｈ₂／（１＋ｔａｎ（ｕ）×ｔａｎ（φ））受光面２６０と同一平面上での二点鎖線Ｆ１で示す光線
と光軸Ｌ１との距離をｄ₃とすると、ｄ₃＝ｂ₂×ｔａｎ（ｕ）＋（ｂ₂−ｇ）×ｔａｎ（ｕ＋α−２φ）これが受光素子２６０の受光部２６１〜２６５に入射し
ない条件はｄ₃＜ｅ一例としてＮＡ＝0.2，ｈ₂＝3.5ｍｍ，ｇ＝0.3ｍｍ，α
＝30ｄｅｇ，φ＝25ｄｅｇとして計算すると、ｕ＝ｓｉｎ^-1（0.2）＝11.5ｄｅｇｄ₃＝3.5×ｔａｎ（11.5）＋（3.5−0.3）×ｔａｎ（11.5＋30−50）＝0.23ｍｍしたがって受光素子２６０の光源２００に最も近い受光
部端２６７までの距離ｅが0.23ｍｍ以上離した位置に受
光素子２６０を設置すればよい。したがって光軸Ｌ１と
回折素子２３０の回折光のなす角γを具体的に計算をす
ると、ｔａｎ（γ）≧0.23／（3.5−0.3）したがって γ≧4.1ｄｅｇ回折角の上限値としては前述したように回折格子２３
１、２３２の溝ピッチの加工の限界である溝ピッチ1.5
μｍと、レーザ光源２００の波長0.78μｍより計算する
とｓｉｎ（β）−ｓｉｎ（φ）＝0.78／１．５したがって β＝７０．５ｄｅｇ光軸Ｌ１と回折光のなす角度は β−φ＝45.5ｄｅｇしたがって、光軸Ｌ１と回折光のなす角を4.1ｄｅｇか
ら45.5ｄｅｇの範囲に設計すればよい。平行平面板１２
３０の法線が光軸Ｌ１となす角度φを大きくすれば回折
角の上限値は大きく、回折角の下限値は小さくなるの
で、回折角の設計の自由度はさらに大きくなる。平行平
面板１２３０の法線が光軸Ｌ１となす角度φと回折素子
２３０の回折角を選ぶことにより受光素子２６０に反射
回折光が入射しないように設定することができる。

【００３２】なお回折素子２２０の機能としてはディス
クＤ上でメインビームとサブビームの間隔を20μｍ程度
に分離すればよいので、その回折角は2〜3ｄｅｇと小さ
い。したがって、反射回折光は反射光とほとんど同じ方
向に戻るので、平行平面板１２２０の法線が光軸Ｌ１と
なす角度θは実施例１に示す計算式を満足するように設
定すればよい。

【００３３】（実施例３）実施例１、２では平行平面板
１２２０、１２３０をトラック方向と直交する方向（Ｙ
−Ｙ’方向）に傾けているが、トラック方向（Ｘ−Ｘ’
方向）に傾けてもよい。このときの傾きは受光素子２６
０のＸ−Ｘ’方向の端部２６８に反射光および反射回折
光が戻らないようにすればよい。すなわち反射回折光で
説明すると受光素子２６０上での迷光のパターンが図７
（ａ）に示すようにすればよいのである。受光素子２６
０は波長変動による受光素子２６０上でのスポットＲ₁
〜Ｒ₆の移動を考慮して回折格子２３０の回折方向であ
るＹ−Ｙ’方向に細長い形状になる。したがって実施例
３に示すように回折方向と直交した方向に傾けたほうが
実施例１、２と比較すると傾きの角度を小さくすること
ができる。

【００３４】（実施例４）実施例４では平行平面板１２
２０、１２３０をトラック方向（Ｘ−Ｘ’方向）とトラ
ック方向と直交する方向（Ｙ−Ｙ’方向）の両方に傾け
る。反射回折光で説明するとこのときの受光素子２６０
上での迷光のパターンを図７７ｂ）に示すようになる。
回折素子２３０の回折格子２３１、２３２の格子間隔が
異なり、回折格子２３２の格子間隔が広く回折角が小さ
くなっているので、回折格子２３２からの反射回折光が
入射しないようにＹ−Ｙ’方向の傾きを定め、回折格子
２３１からの反射回折光が入射しないようにＸ−Ｘ’方
向の傾きを定めている。このようにして傾きを設定する
ことで最も傾きの角度を小さくすることができる上記の実施例１〜４では回折素子２２０、２３０がそれ
ぞれ別の平行平面板１２２０、１２３０上に形成されて
いる例で説明してきたが、一枚の平行平面板の表面に回
折素子２３０、裏面に回折素子２２０が形成された場合
についても同様である。

【００３５】またレーザ光源２００から発射された発散
光が傾いた平行平面板１２２０、１２３０を通過するこ
とで非点収差が発生するが、これは非点収差を有するレ
ーザ光源２００を用いて、この非点収差を補正する方向
と傾きの方向を一致させればに打ち消すことができる。
さらに受光素子２６０に戻ってくる収束光が平行平面板
１２２０、１２３０を通過することで非点収差が発生す
るがこれは回折格子２３１、２３２に非点収差を補正す
る機能を持たせればよいし、逆にこの非点収差を利用し
て非点収差法を採用したフォーカス誤差信号の検出が可
能となる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の光学ヘッドによれば、受光素子
に回折素子の溝形成部からの反射光や反射回折光が入射
しないため、光学ヘッドの小型化と迷光の低減を実現す
ることができる上に、回折素子の傾きの角度を小さくで
きるため、収差が少なくなり記録媒体への集光性能が向
上する。また、回折素子の傾き方向が回折方向に直交し
ているので、光源の波長変動により反射回折角が変化し
ても迷光の発生を防止できる。さらに、回折素子の傾き
により回折素子で回折された記録媒体からの反射光に発
生する収差を補正する機能を回折素子に設ければ、受光
素子での集光性能が向上する。

【００３７】

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の光学ヘッドの全体構成図で
ある。

【図２】本発明の実施例１の光学ヘッドにおける平行平
面板の傾きの設定の説明図である。

【図３】本発明の実施例１の光学ヘッドにおける平行平
面板の傾きの設定の説明図である。

【図４】本発明の実施例２の光学ヘッドにおける平行平
面板の傾きの設定の説明図である。

【図５】本発明の実施例２の光学ヘッドにおける平行平
面板の傾きの設定の説明図である。

【図６】本発明の実施例２の光学ヘッドにおける平行平
面板の傾きの設定の説明図である。

【図７】本発明の実施例３、実施例４の光学ヘッドにお
ける反射回折光と受光素子の位置関係を説明するための
図である。

【図８】従来例の光学ヘッドの全体構成図である。

【図９】誤差信号の検出方法を説明するための図であ
る。

【図１０】回折素子からの反射光を説明するための図で
ある。

【図１１】回折素子からの反射回折光を説明するための
図である。

【図１２】回折格子からの反射回折光を説明するための
図である。

【図１３】回折素子からの反射光を計算するための説明
図である。

【図１４】回折素子からの反射回折光を計算するための
説明図である。

【符号の説明】

２００レーザ光源、２２０、２３０回折素子、２４０コリメータレンズ、２５０対物レンズ、２６０受光素子、Ｄディスク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関本芳宏大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者佐藤秀朗大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平２−5235（ＪＰ，Ａ) 特開平１−113933（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体に光を照射する光源と、上記記
録媒体と上記光源との間に設けられ、上記光源からの出
射光を上記記録媒体に導くと共に上記記録媒体からの反
射光を回折する回折素子と、回折された反射光を受光す
る長方形形状の受光素子と、を備えた光学ヘッドにおい
て、上記光源からの出射光が上記回折素子に直接照射された
時の上記回折素子の溝形成部からの反射光および反射回
折光が上記受光素子に入射しないようにすると共に上記
受光素子の短辺方向に出射するように、上記回折素子の
光軸に対する傾きと前記受光素子の設置位置とが規定さ
れたことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】記録媒体に光を照射する光源と、上記記
録媒体と上記光源との間に設けられ、上記光源からの出
射光を上記記録媒体に導くと共に上記記録媒体からの反
射光を回折する回折素子と、回折された反射光を受光す
る長方形形状の受光素子と、を備えた光学ヘッドにおい
て、上記回折素子は格子間隔の異なる少なくとも２つの回折
格子から構成され、上記光源からの出射光が上記回折素子に直接照射された
時の上記回折素子の溝形成部からの反射光および反射回
折光が上記受光素子に入射しないようにすると共に上記
受光素子の短辺方向に出射するように、上記回折素子の
光軸に対する傾きと前記受光素子の設置位置とが規定さ
れたことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項３】記録媒体に光を照射する光源と、上記記
録媒体と上記光源との間に設けられ、上記光源からの出
射光を上記記録媒体に導くと共に上記記録媒体からの反
射光を回折する回折素子と、回折された反射光を受光す
る長方形形状の受光素子と、を備えた光学ヘッドにおい
て、上記光源からの出射光が上記回折素子に直接照射された
時の上記回折素子の溝形成部からの反射光および反射回
折光が上記受光素子に入射しないように、上記回折素子
が光軸に対して回折方向と直交する方向に所定角度だけ
傾いて配置されたことを特徴とする光学ヘッド。