JP2733246B2

JP2733246B2 - フォーカス誤差信号検出方法

Info

Publication number: JP2733246B2
Application number: JP63128911A
Authority: JP
Inventors: 愼一門脇; 慶明金馬; 哲雄細美
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1998-03-30
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JPH01298539A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光ディスクあるいは光カードなど、光媒体
もしくは光磁気媒体上に記憶される光学情報を、記録・
再生あるいは消去可能な光ピックアップヘッドに適用さ
れるフォーカス誤差信号検出方法に関する。

従来の技術高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターン
を用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディス
ク，ビデオディスク，文書ファイルディスク，さらには
データファイルと用途を拡張しつつ、実用化されてきて
いる。ミクロンオーダーに絞られた光ビームを介して情
報の記録再生が、高い信頼性のもとに首尾よく遂行され
るメカニズムは、ひとえにその光学系に因っている。

光ピックアップヘッド装置（以下OPUと略す）の基本
的な機能は、（１）回折限界の微小スポットを形成する集光性、（２）前記光学系のフォーカス（焦点）制御とピット信
号検出、及び（３）同トラッキング制御の３種類に大別される。これらは、目的、用途に応じ
て、各種の光学系並びに光電変換検出方式の組み合わせ
によって実現されている。

第８図は、従来のOPUの一例を示す模式図である。通
常、TE₀₀モードで発振する半導体レーザ光源１からの発
散波面（電場：水平偏波）をコリメートレンズ２で平行
ビームとし、偏光ビームスプリッタ106で左方の四分の
一波長板（1/4λ板）18に選択反射する。1/4λ板18を通
過した円偏光波面は、集光レンズ系３で大略１μｍ程度
のスポットに絞られ、光記憶媒体（光ディスク）４面状
に到達し、ピット状パターン40を照射する。

媒体面で反射・回折された光束は、再び集光レンズ系
３を逆に進んで1/4λ板18を通過すると垂直偏波の平行
ビームとなり、偏光ビームスプリッタ106を透過してビ
ームスプリッタ19で２方向に分割される。一方の反射光
は集光レンズ20、並びに非点収差を付与する円柱状レン
ズ21を通って四分割フォトディテクタ５に入射し、フォ
ーカス誤差（以下FEと略す）信号に変換される。他方の
透過光は、ファーフィールドパターンのまま、トラッキ
ング誤差（以下TEと略す）信号検出用の二分割フォトデ
ィテクタ22に入る。

ここで、1/4λ板18は、偏光ビームスプリッタ106と組
み合わせることによって、光量の利用効率を高めること
と同時に、半導体レーザへの戻り光を抑圧して、信号光
成分に不要なノイズが増加しないための工夫である。し
かし、再生専用ディスクのOPUでは、光量設計に余裕が
あり、1/4λ板と偏光ビームスプリッタとを省くことが
可能であり、特に小型化・低価格化のためには、部品点
数の省略・複合化が図られている。

発明が解決しようとする課題しかしながら、再生専用OPUにおいても、ビーム分割
手段、非点収差あるいはナイフエッジ法などによるフォ
ーカス制御手段、またトラッキング制御手段を独立、も
しくは結合して構成する必要がある。

そのために従来用いられてきた光学部品は、ビームス
プリッタ，レンズ，プリズム等何れも大量に作製・組立
・調整することは容易ではなく、小型化，低価格化，量
産性，高信頼性の面で問題があった。

これらの問題が生じる共通の理由として、第１に高精
度の平面あるいは非球面を要する光学部品は、多くの工
程を経て初めて所望の加工が実現されるので、プレス手
段等を用いるが如き生産が一般的に困難であること、第
２に多数の部品を組み合わせて所定の総合性能を発揮さ
せるためには、組立・調整にも多くの時間と複雑な検査
・測定装置を要すること、第３に部品の小型化に限界が
あることから、全光学系の小型化にも多くの制約があっ
た。

上記課題の解決方法として、１枚のホログラム素子に
フォーカス及びトラッキング制御用の所定波面を記録し
ておき、光ヘッドの読み取りビームで再生される各波面
をフォトディテクタに導く技術が最近開示されている¹⁾
〜⁵⁾。

１）特願昭52−108908号：大井上，永井２）特願昭62−16850号：大井上，永井３）特願昭61−79677号：松下，辰巳４）Y.Kimura et al.“High Performance Optical Head
using Optimized Hologarphic Optical Element",プロ
シーディング・オブ・ザ・インターナショナル・シンポ
ジウム・オン・オプティカル・メモリ（Proc.of the In
ternational Symposium on Optical Memory）,Tokyo,Se
pt.16−18,1987（p.131）５）K.Tatsumi et al,“A Multi−functional Reflecti
on Type Grating Lens for the CD Optical Head",プロ
シーディング・オブ・ザ・インターナショナル・シンポ
ジウム・オン・オプティカル・メモリ（Proc.of the In
ternational Symposium on Optical Memory）,Tokyo,Se
pt.16−18,1987（p.127）上記の内、４）はFE信号をダブルナイフエッジ法で、
TE信号をファーフィールド（ホログラム素子面）上に設
けたスリット格子からの回折光強度によって検出する方
法であり、他は全て第９図に示すように、非点収差波面
140,141,142を四分割フォトディテクタ５で受光した信
号から演算して、FE及びTE信号を検出するものである。
例えばFE信号は四分割フォトディテクタの各ディテクタ
の出力を加算回路31,32で加算した後、差動回路33で差
をとり、信号処理回路34で信号処理することにより得ら
れる。このようにして得られたFE信号の特性を第10図の
Ａに示す。

ところが、各方式とも共通に有する重大な課題とし
て、光源の波長が設計基準波長λからδλだけずれを生
じたときには、フォトディテクタ上の各ビームは（例え
ば140→1401など）移動し、その結果、FE信号は第10図
Ｂに示すが如く一定電圧のオフセット（以下DCオフセッ
トと称す）が発生する。

通常の半導体レーザでは、使用環境温度が例えば60℃
変化するとレーザ発振波長は12nm程度、またレーザ出力
を40mW変化させると8nm程度の波長変動が各々生じる。

このような波長変動に対して生じるホログラム素子か
らの回折角度の変化に対応できる安定した誤差信号検出
という課題が残されていた。

さらに、光ピックアップヘッドを例えばシーク動作さ
せたとき、光ディスク上での集光ビームの位置に応じて
FE信号出力が変動する、すなわちFE信号にトラッキング
信号成分の混入が生じる。その結果、FE信号にTE信号の
如き変動するオフセット（以下ACオフセットと称する）
が混入し、当該混入量に応じて光ディスク上に集光した
ビームがデフォーカスし、当該光ディスク上に記録され
た情報を正確に読み出すことができないという課題があ
る。

また、光ディスク上での集光ビームの位置に応じたFE
信号出力の変動は、フォトディテクタと当該フォトディ
テクタに入射するビームの位置に対して非常に敏感であ
り、光ピックアップヘッドを組み立てる際のフォトディ
テクタとビームの位置とを高い精度（例えば１μｍ以
内）で正確に設置することが必要であり、当該高精度に
位置合わせして組み立てるには、調整に非常に時間を要
するという課題もあった。

課題を解決するための手段本発明は、上述の課題を解決するために、ビームを発
する光源と、前記光源から出射されたビームを受けて光
記憶媒体上へ前記ビームを収束する集光光学系と、前記
光記憶媒体で反射されたビームを受けて回折光を発生さ
せるホログラム素子と、前記ホログラム素子からの回折
光を受けて受光した光量に応じた信号を出力するフォト
ディテクタとを具備した光ピックアップヘッド装置を用
いて行うフォーカス誤差信号検出方法であって、前記フ
ォトディテクタは複数の受光領域を有しており、前記フ
ォトディテクタの複数の受光領域を区分する分割線の１
つを第１の軸とし、前記フォトディテクタの受光領域面
において、前記ホログラム素子からの回折光と、前記回
折光とは共役な関係にある回折光とを結ぶ軸を第２の軸
とし、前記集光光学系で収束されるビームを前記光記憶
媒体上に形成されたトラックとは直交する方向に走査し
たとすれば、前記光記憶媒体で反射されたビームのファ
ーフィールドパターンの中で部分的に強度変化が生じる
２つの領域をそれぞれ第１の領域及び第２の領域とし、
前記第１の領域と第２の領域をそれぞれ２等分する線を
第３の軸とし、前記集光光学系で収束されたビームが前
記光記憶媒体上で合焦点にあるとき、前記第１の軸と第
２の軸と第３の軸とをそれぞれ平行とした状態で前記光
記憶媒体上でのフォーカス誤差信号の検出を行うフォー
カス誤差信号検出方法である。

作用本発明では、フォトディテクタの複数の受光領域を区
分する分割線の第１の軸と、フォトディテクタの受光領
域面においてホログラム素子からの回折光及び当該回折
光とは共役な関係にある回折光を結ぶ第２の軸とを平行
にする構成により、光源に波長変動が生じることによっ
てホログラム素子からの回折光の回折角が変化しても、
一定電圧がFE信号に加わるいわゆるDCオフセットがFE信
号に生じることを抑制できる。

また、本発明では、上記第１の軸、第２の軸、及び集
光光学系で収束されるビームを光記憶媒体上に形成され
たトラックとは直交する方向に走査したとすれば光記憶
媒体で反射されたビームのファーフィールドパターンの
中で部分的に強度変化が生じる２つの領域をそれぞれ第
１の領域及び第２の領域とし当該第１の領域と第２の領
域をそれぞれ２等分する第３の軸をそれぞれ平行にする
構成により、FE信号にTE信号の如く変動する電圧が加わ
るいわゆるACオフセットがFE信号に生じることを回避で
きる。

上述の２つの作用が相俟って、本発明の構成では安定
したフォーカス制御が可能とできるフォーカス誤差信号
検出方法が実現できる。

実施例第１図は、本発明のフォーカス誤差信号検出方法を用
いたOPU装置の一例の概略構成を示す。同図（ａ）にお
いて、１はコヒーレントビームを発する半導体レーザ
（例えば波長λ_２＝800nm）、２はコリメートレンズ
（例えば焦点距離f_c＝20mm）、３は集光用の対物レン
ズ、４は光記憶媒体（光ディスク）であって、光源１か
ら発したビームはコリメートレンズ２で平行ビーム化さ
れ、レンズ３で光ディスク４上に集光される。

このとき６は非点収差を含む波面を記録したホログラ
ム素子であって、レンズ２・３の間に介在して、往路で
はその０次透過光が光ディスク４に集光されることにな
る。但し、光ディスク４の41は基板、42は保護膜であ
る。

光ディスク４上で反射されたビームは、復路で再びレ
ンズ３を透過してほぼ平行光とされた後ホログラム素子
６に入射し、０次透過光の他に、軸外に非点収差再生像
とその共役像との２波面（±１次回折光）71,72を生成
する。

ここで、ホログラム素子６は、後述するフーリエ変換
型ホログラムであって、コリメートレンズ２を介して±
１次回折光71,72は収束され、光ディスク４上に焦点が
正しく結ばれているときには、０次透過光の収束点（光
源１の発光点10）を含んでレンズ２の光軸110に垂直な
面111とは前後する位置にあり、光軸110に各々直交する
２面に非点像を結ぶ。また、非点像を結ぶ２面と面111
との間隔（δ_１及びδ_２）は、δ_１≒δ_２となるように
設計する。

フォトディテクタ５は、４つの受光領域51,52,53,54
からなる。同図（ｂ）は、面111に受光面が配置された
フォトディテクタ５上の４つの受光領域51〜54、光源１
の発光点10、ホログラム素子６からの±１次回折光71,7
2の関係を示している。ここでは、光ディスク上でビー
ムが正しく焦点を結んでいる（すなわち合焦）時の状態
を示している。この時、フォトディテクタ５に入射する
１次回折光71は、図に示すように略円形状のビーム形状
（最小散乱円）となる。±１次回折光71,72は、光源１
の発光点10を通る直線Ｘ−Ｘ′上に並ぶ。

第２図は、本発明のフォーカス誤差信号検出方法を用
いたOPU装置の他の例を示す要部概念図である。上述の
装置の例では透過型ホログラム素子を用いているのに対
し、本例では反射型ホログラム素子66を適用し、光軸α
を90゜に折り曲げている。また、コリメートレンズを使
用せず、有限系対物レンズ30だけで結像光学系を構成し
て、小型化を図ると共に部品点数をより少なくしてい
る。

第３図（ａ）は、本発明のフォーカス誤差信号検出方
法を用いたOPU装置の別の例を示す要部構成図である。
第３図（ｂ）は、フォトディテクタ55上におけるホログ
ラム素子666からの０次回折光70及び±１次回折光71,72
の様子を示している。551はホログラム素子666からの１
次回折光71（非点収差再生像）を受光する四分割フォト
ディテクタであり、４つの受光領域5511,5512,5513,551
4よりなる。

第３図に示す構成が先の２例と異なる点は、光源１か
らの往路とは分離された復路でホログラム素子666から
の０次回折光70及び±１次回折光71,72が得られるよう
に、偏光ビームスプリッタ107と波長板９とを設けてい
る点、及び第５のフォトディテクタの受光領域5515でホ
ログラム素子666からの０次回折光70を受光し、光ディ
スクに記録された高周波情報（RF）信号の検出を別途行
う構成とした点である。

ここで、波長板９は、偏光ビームスプリッタ107との
性能バランスを容易にする目的でλ/5程度の設計とし、
光源１への戻り光量の最適化を図って信号検出時のS/N
比を極大にしている。また、ミラー８は光路折り曲げ用
である。

なお、必要に応じてホログラム素子666をブレーズ化
して極大の回折効率を持たせることができ、このような
構成にすることによって、＋１次回折光71とは共役な関
係にある−１次回折光72の強度を微弱なビームとするこ
とができる。

次に、上述の装置例に共通するフォトディテクタの構
成及びフォーカス信号検出方法を詳しく説明する。

第４図は、第１図（ｂ）で示したフォトディテクタ５
の４つの受光領域51〜54で受光されるホログラム素子６
からの±１次回折光の内の一方の＋１次回折光71と光源
１の発光点10との関係を、模式的にかつ一般的に表して
いる。

第４図（ｂ）は、光ディスク上に合焦点のスポットが
形成された場合であり、第４図（ａ）及び（ｃ）は各々
逆方向へデフォーカスした場合を示す。

フォーカス制御の特性（いわゆるＳ字特性）は第９図
に示すように、非点収差波面を４つの受光領域を有する
フォトディテクタで受光して得られる電気信号を演算す
ることにより得られ、これは周知である。この時に得ら
れるFE信号の特性を第５図のＡに示す。

ホログラム素子を用いた光学系においては、光源から
出射されるビームの波長の変動に依存して、ホログラム
素子から回折される回折光の回折角も変動し、その結果
フォトディテクタ上におけるホログラム素子からの回折
光の位置も変動し、FE信号にDCオフセットが発生する場
合がある。すなわち、光源からの波長λ_２が例えば長波
長側にδλだけ変化したときには、ホログラム素子６か
らの１次回折光71は73に移動することになり、この移動
に伴ってFE信号にオフセットが発生する場合がある。

本発明においては、フォトディテクタ５の受光面と同
一面上におけるホログラム素子６からの＋１次回折光7
1、及び＋１次回折光71とは共役な関係にある−１次回
折光72を結ぶ軸（ホログラム素子６の空間搬送波周波数
軸のフォトディテクタ55面上への写像）80（すなわち第
２の軸）と、フォトディテクタ５の４つの受光領域に分
割する２つの分割線の内分割線82（すなわち第１の軸）
とを平行関係となるように配置している。

この本発明の上記２本の軸82及び80を平行関係にする
ことにより、仮に光源からの波長変動に依存して１次回
折光が71から73に移動しても、FE信号の特性は第５図の
ＡからＢに変化し出力強度自体は弱くなるが、FE信号に
DCオフセットは発生しない。

また、光ディスク（光記憶媒体）４上にピット列また
は連続した溝（以下トラックと総称する）が形成されて
いる場合、光ディスク４で反射されるビームは光ディス
ク上のトラックによって回折される。この時、光ディス
ク４上のトラックの延在する方向と直交する方向の当該
トラックのどの部分に、光源１から出射されたビームが
集光されるかに依存して、光ディスク４で反射されたビ
ームのファーフィールドパターン内に強度変化の領域が
生じる。

すなわち、第４図（ｂ）において、711及び712は光デ
ィスク４上に集光されたビームがトラックのどの部分に
照射されるかによって、明暗の変化が生じる領域であ
る。

光ディスク４におけるトラックの深さがλ₂/4以外の
時には、領域711が明るくなると領域712が暗くなり、逆
に領域711が暗くなると領域712は明るくなり、領域711
と領域712とは逆の明暗の変化を呈する。

81は、この領域711と712とをそれぞれ２等分する線
（すなわち第３の軸）であり、換言すると711aと711b及
び712aと712bはそれぞれ711,712の分割線81で分割され
る領域である。

本発明では上記３本の軸80〜82をそれぞれ平行関係に
することにより、光ピックアップヘッドが例えばシーク
動作したとき、TE信号またはTE信号と同じ周波数成分で
位相の異なる信号のFE信号への混入、すなわちFE信号に
AC成分のオフセットの混入を解消できる。

すなわち本発明では、第１の軸82と、第２の軸80とを
平行にした構成により、光源１に波長変動が生じても、
FE信号にDC成分のオフセットが混入することを解消でき
ると共に、上記第１の軸82と第２の軸80と第３の軸81と
をそれぞれ平行にすることによって、FE信号にAC成分の
オフセットの混入をも解消し、安定したフォーカス制御
が可能となると共に、光ピックアップヘッドの組立の際
に、フォトディテクタと当該フォトディテクタに入射す
るビームの位置合わせに要求される設定位置の許容範囲
も極めて拡大させることができ、光ピックアップヘッド
の光学系の組立に際しての調整時間を大幅に短縮でき、
従って光ピックアップヘッドのコストも安価にできる。

第６図は、本発明において非点収差波面を正確に記録
・再生できるホログラム素子を実現する光学系の概念図
である。波長λ_１のコヒーレントな平行ビーム13を集光
レンズ501で絞る光路中に円柱状レンズ17を配置し、互
いに垂直な方向に向いた非点収差像すなわち線状の収束
ビーム101,103及びその中間位置にほぼ円形状ビーム102
を得る。いま、円形状ビーム102はX₁−Y₁座標面上にあ
るとしておく。

この光学系は、光ピックアップ光学系で従来から用い
られている非点収差を発生させる目的で適用されている
光学系と同様であるが、ここで重要なことは、次にフー
リエ変換レンズ500（焦点距離f₁）を介して、前記円形
状ビーム102のフーリエ変換波面をフーリエ変換レンズ5
00の後側フーリエ変換面（ξ_１−η_１座標で表示）に取
り出して、収差を含まない別の平面波と重ね合わせるこ
とによっていわゆるレンズフーリエ変換型のホログラム
素子12を作製することである。

上記の参照波は、フーリエ変換レンズ500の前側焦点
面の所定位置16から発散する無収差の球面波を用いて容
易に得られる。ここで参照波は、平行ビーム13と互いに
可干渉な平行ビーム14をレンズ15で収束して容易に得ら
れる。

例えば第２図に示した実施例で用いる反射型ホログラ
ムの記録に当たっては、ホログラム記録面12のＺ軸及び
η軸を45゜傾ければよい。

さて、このようにして記録されたホログラム素子12
を、第６図（ｂ）に示すような光学系に配置して、波長
λ_２の平行ビームで照射すると、フーリエ変換レンズ50
00（焦点距離f₂）の後側焦点面（X₂−Y₂座標で表示）に
は、円形状ビーム1021とλ_１≠λ_２の条件下でも、その
共役像1022がX₂−Y₂座標原点に関して互いに対称の位置
関係でひずみ無く再生され、各スポット像の前方向及び
後方向には水平方向もしくは垂直方向の線状パターンを
示す収束ビーム1011,1031及び1012,1032が得られる。

収束ビーム1012,1032はそれぞれ収束ビーム1031,1011
の共役像同志であるため、一方は垂直方向の線状パター
ンを示す収束ビーム1031がフーリエ変換レンズ5000に近
い位置にあり、他方は水平方向の線状パターンを示す収
束ビーム1012が並んで現れる。

もし、このホログラム素子12にやや発散する球面波を
照射すると、X₂−Y₂面には共役関係にある収束ビーム10
12,1031の近傍にあった非点収差像が結像されて、第４
図（ａ），（ｃ）に示したような状態が得られる。

逆に収束波面でホログラム素子12を照射した場合に
は、第６図の収束ビーム1032,1011の近傍の非点収差像
が各々検出されることになる。

第６図（ａ）で空間フィルタ1010を円形開口にして非
点収差波面の最小散乱円の位置に挿入すると、ビーム整
形効果を与えることができ、きれいなビームを再生する
ことが可能となる。

レンズフーリエ変換ホログラムの特性については、文
献^{６）、７）}に詳しく報告・解析されているように、一
般画像の記録再生光学系に適用された実績⁸⁾を有する
が、本発明では、ビーム制御用手段として実用上支障な
い限り、再生光学系光軸近傍波面についてフーリエ変換
が成立すればよく、ホログラム素子からの波面再生に用
いるレンズは、コリメートレンズで代用できるし、ある
いは単にホログラム素子を収束球面波で照射するだけ
で、その集光面上に所望の再生像を得ることが可能であ
る。

６）「ホログラフィによる漢字メモリ」加藤，藤戸，佐
藤；画像電子学会研究会予稿79−04−１（1979.11.）７）“Speckle reduction in holography……",M.Kato
et al,アプライドオプティックス（appl.Opt.）,14（19
75）1093 ８）「光学式漢字編集処理システム」佐藤他；電子通信
学会研究会資料EC78−53（1978）47 さて、第６図の記録光学系で101,103の102とのＺ方向
での間隔Δ₁,Δ_２は M²Δ_１＝δ_１ M²Δ_２＝δ_２ δ_１＝δ_２Ｍ＝λ₂/λ_１・f₂/f₁ として設計することができる。ここでδ_１＋δ_２は再生
光学系での非点隔差、Ｍは倍率、f₁は記録用フーリエ変
換レンズ500の焦点距離、f₂は再生用フーリエ変換レン
ズ5000の焦点距離に相当するもので、第１図ではコリメ
ートレンズ２の焦点処理、第２図及び第３図ではホログ
ラムに入射する収束波の曲率半径f₂である。

第１図〜第３図で述べた光ヘッド光学系との寸法的な
整合をとるためには、記録用フーリエ変換レンズの焦点
距離f₁を50〜100mmとすれば、非点収差δ_１＋δ_２を数
百μｍに設計可能である。

なお、本発明に適用できるホログラム素子は、フーリ
エ変換型の殆ど単純格子に近いパターン構成であるた
め、例えばコンピュータによってパターンを合成し、ホ
ログラム素子を作製することも可能である。

第７図は、本発明の別の実施例を説明する概念図であ
り、ホログラム素子からの±１次回折光のファーフィー
ルドパターン74,75及び発光点10とフォトディテクタと
の位置関係を表しており、上記ファーフィールドパター
ンを得るには、例えば第１図（ａ）に示した光学系にお
けるホログラム素子６に、フレネルゾーンプレートのよ
うな２つの共役な焦点を有する波面を記録したホログラ
ム素子を用いることにより、フォトディテクタ550上で
得られる。

フォトディテクタ550は６つの受光領域5500〜5505か
らなり、＋１次回折光74は受光領域5500〜5502で、−１
次回折光75は受光領域5503〜5505で各々受光される。

光源１から出射されたビームが光ディスク４上で合焦
点にあるとき、＋１次回折光74の焦点はフォトディテク
タの受光面の手前側（すなわち受光面のホログラム側）
に、−１次回折光75の焦点はフォトディテクタの受光面
の後側（すなわち受光面に対しホログラムと反対側）に
各々位置するように光学系の設計を行っている。

第７図（ｂ）は、ディスク４上に合焦点のスポットが
形成された場合であり、第７図（ａ）及び（ｃ）は各々
逆方向へデフォーカスした場合を示している。

FE信号は、フォトディテクタ5501と5504から出力され
る信号を差動演算することにより得られ、さらにフォト
ディテクタ5500,5502,5503及び5505の出力も利用すれ
ば、FE信号の出力強度を向上できる。この検出方法はス
ポットサイズディテクションと呼ばれている周知であ
る。

今、フォトディテクタ550の受光領域5500〜5505を分
割する分割線831〜834は各々平行な関係にあり、例えば
分割線831を第１の軸とする。

また、フォトディテクタの受光領域5500〜5505面と同
一面上におけるホログラム素子からの±１次回折74,75
を結ぶ軸80を第２の軸とする。

さらに、収束されたビームを光ディスク４上に形成
し、当該光ディスクのトラックと直交する方向に走査し
たときに、光ディスク４上でのビームの位置に依存して
強度変化が生じる２つの領域が、＋１次回折光74におい
ては領域7411,7412、−１次回折光75においては領域751
1,7512であり、領域7411と領域7412とをそれぞれ２等分
する線を81a、領域7511と領域7512とをそれぞれ２等分
する線を81bとし、この81aまたは81bを第３の軸とす
る。

上記第１の軸と第２の軸とを平行関係にする配置を採
用することにより、本実施例においても、光源の波長λ
_２に変動があっても、±１次回折光はフォトディテクタ
550上を第１の軸に平行に移動（例えば１次回折光74が7
41に移動）するだけであるため、FE信号にDC成分のオフ
セットが加わることが無く、FE信号の特性は変化せず安
定したフォーカス制御を可能にできる。

さらに、上記第１の軸、第２の軸及び第３の軸をそれ
ぞれ平行関係の配置を採用することにより、本実施例に
おいても、±１次回折光が第１及び第２の軸に対し直交
方向に移動しても、FE信号の出力強度自体は変化する
が、FE信号にTE信号またはTE信号と同じ周波数成分で位
相の異なる信号の如き変動するAC成分のオフセットが混
入することを回避でき、上述の光源の波長変動に依存し
たDC成分のオフセットの混入もない構成であるため、極
めて安定したフォーカス制御を行うことが可能であり、
しかも光ピックアップヘッドの組立の際に、フォトディ
テクタと当該フォトディテクタに入射するビームの位置
合わせに要求される設定位置の許容範囲も極めて拡大さ
せることができ、光ピックアップヘッドの光学系の組立
に際しての調整時間を大幅に短縮でき、従って光ピック
アップヘッドのコストも安価にできる。

発明の効果本発明は、上述したように次の効果を奏する。

第１の軸と第２の軸とを平行関係となるように配置す
ることにより、（１）光源の波長変動に依存してホログラム素子からの
回折光の回折角が変動することによりフォトディテクタ
上の回折光の位置が変動しても、FE信号にDCオフセット
は発生せず、また、第１の軸、第２の軸及び第３の軸をそれぞれ平
行関係となるように配置することにより、（２）光ピックアップヘッドがシーク動作したとき、TE
信号またはTE信号と同じ周波数成分で位相の異なる信号
がFE信号に混入することを解消、すなわちFE信号にACオ
フセットは発生せず、（３）光ピックアップヘッドの組立の際に、フォトディ
テクタと当該フォトディテクタに入射するビームの位置
合わせに要求される設定位置の許容範囲を極めて大幅に
拡大させることができる。

上記（１）及び（２）の効果により、本発明のフォー
カス誤差信号検出方法では安定したフォーカス制御を可
能となせ、その結果光記憶媒体（光ディスク）に記録さ
れた情報を高い信頼性の元に読み出すことができる。

また、上記（３）の効果により、本発明のフォーカス
誤差検出方法を適用した光ピックアップヘッドの光学系
の組立に際しての調整時間を大幅に短縮させることを可
能となせ、その結果光ピックアップヘッドのコストを安
価にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のフォーカス誤差信号検出方法を
用いた光ヘッド装置の一実施例の概略構成図、同図
（ｂ）はフォトディテクタと発光点との関係図、第２図
は本発明のフォーカス誤差信号検出方法を用いた光ヘッ
ド装置の別の実施例の概略構成図、第３図（ａ）は本発
明のフォーカス誤差信号検出方法を用いた光ヘッド装置
の他の実施例の概略構成図、同図（ｂ）はフォトディテ
クタとホログラム素子からの回折光の関係図、第４図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明を説明する一般原理
図、第５図は本発明による光源の波長変動に対するFE信
号出力特性の一例を示す特性図、第６図（ａ），（ｂ）
は本発明のホログラム素子を実現する記録再生光学系を
説明する一実施例の構成図、第７図（ａ），（ｂ），
（ｃ）は本発明のフォーカス誤差信号検出方法を用いた
光ヘッド装置の他の実施例におけるフォトディテクタと
ホログラム素子からの回折光の関係図、第８図は従来の
光ピックアップヘッド装置のフォーカス制御信号検出方
法の概念図、第９図（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来の光
ピックアップヘッド装置の非点収差波面検出系の一例を
示す構成図、第10図は従来のホログラム素子を用いた光
ピックアップヘッド装置による光源の波長変動に対する
FE信号出力特性の一例を示す特性図である。１……半導体レーザもしくは相当のコヒーレント光源、
２……こるメートレンズ、３……レンズ、４……光記憶
媒体（光ディスク）、５……四分割フォトディテクタ、
６……ホログラム素子、９……波長板、10……発光点、
51……受光領域、52……受光領域、53……受光領域、54
……受光領域、55……フォトディテクタ、70……０次
光、71……非点収差再生波面、72……非点収差再生波面
（共役像）、73……非点収差再生波面、80……空間搬送
周波数軸、81……ファーフィールドパターンの対称軸、
82……フォトディテクタの対称軸、107……偏光ビーム
スプリッタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細美哲雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭60−171644（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ビームを発する光源と、前記光源から出射
されたビームを受けて光記憶媒体上へ前記ビームを収束
する集光光学系と、前記光記憶媒体で反射されたビーム
を受けて回折光を発生させるホログラム素子と、前記ホ
ログラム素子からの回折光を受けて受光した光量に応じ
た信号を出力するフォトディテクタとを具備した光ピッ
クアップヘッド装置を用いて行うフォーカス誤差信号検
出方法であって、前記フォトディテクタは複数の受光領域を有しており、
前記フォトディテクタの複数の受光領域を区分する分割
線の１つを第１の軸とし、前記フォトディテクタの受光領域面において、前記ホロ
グラム素子からの回折光と、前記回折光とは共役な関係
にある回折光とを結ぶ軸を第２の軸とし、前記集光光学系で収束されるビームを前記光記憶媒体上
に形成されたトラックとは直交する方向に走査したとす
れば、前記光記憶媒体で反射されたビームのファーフィ
ールドパターンの中で部分的に強度変化が生じる２つの
領域をそれぞれ第１の領域及び第２の領域とし、前記第
１の領域と第２の領域をそれぞれ２等分する線を第３の
軸とし、前記集光光学系で収束されたビームが前記光記憶媒体上
で合焦点にあるとき、前記第１の軸と第２の軸と第３の
軸とをそれぞれ平行とした状態で前記光記憶媒体上での
フォーカス誤差信号の検出を行うことを特徴とするフォ
ーカス誤差信号検出方法。
【請求項２】ホログラム素子は異なる焦点を有する２つ
の回折光を発生させ、前記２つの回折光を第１の回折光
及び第２の回折光とし、前記第１の回折光の焦点はフォ
トディテクタが有する受光領域の上部にあり、前記第２
の回折光の焦点はフォトディテクタが有する受光領域の
下部にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載のフォーカス誤差信号検出方法。
【請求項３】ホログラム素子は非点収差を有する波面を
発生させ、第１の軸と第３の軸が同軸上にあることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載のフォーカス誤差
信号検出方法。