JP3132001B2 - 合焦検出機構ならびにこれを用いた光ヘッド及び光記録装置 - Google Patents

合焦検出機構ならびにこれを用いた光ヘッド及び光記録装置

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JP3132001B2
JP3132001B2 JP05508321A JP50832193A JP3132001B2 JP 3132001 B2 JP3132001 B2 JP 3132001B2 JP 05508321 A JP05508321 A JP 05508321A JP 50832193 A JP50832193 A JP 50832193A JP 3132001 B2 JP3132001 B2 JP 3132001B2
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秀文 坂田
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光束の目標面への合焦を検出し、光記憶装
置などに用いて好適な合焦検出機構ならびにこれを用い
た光ヘッド及び光記憶装置に関するものである。
背景技術 微小なビットを形成/検出する光記憶装置などにおい
ては、発光源からの光束を、目標面の上で極めて微小な
光スポットに収斂させることが不可欠となる。このため
には一般に、目標面による反射光などを利用した合焦検
出が必要となるが、光記憶装置の小型化を図る上では、
光ヘッドに効率よく搭載でき、かつ高性能なものの実現
が切望されており、ホログラム素子などを用いた様々な
方式が提案されている。
これらの一つとして図31に示すものは、不等間隔で刻
線された直線回折格子5を使用するものであり、合焦検
出ができるほか、光記憶装置に不可欠な再生信号や各種
エラー信号をも比較的容易に得ることができるため、有
力な方法として注目されている。
図31において、対物レンズ6で略平行光束とされた目
標面反射光は、不等間隔回折格子5により0次光および
±1次回折光に分割される。ここで回折格子5の刻線間
隔が適切に定められており、−1次光7は格子配列方向
(y)にのみ収束され、同時に生じる+1次光8は逆に
y方向にのみ発散されている。これらの光束は続いて配
置されたコリメータレンズ9によって収束されるが、こ
の際に回折光7,8は、y方向ではそれぞれコリメータレ
ンズ9の焦点面9fより手前および後方に収斂し、回折格
子5の作用が及ばない刻線方向(x)に対してはコリメ
ータレンズ9の本来の焦点9fに収斂する結果、それぞれ
コリメータレンズ9の焦点面9fより手前および後方に最
小錯乱円を形成する非点収斂光束となる。
合焦の前後では、対物レンズ6を出た目標面反射光が
合焦時の平行光束から外れて収束もしくは発散し、光束
の収斂位置は前後に移動する。この結果、±1次光の最
小錯乱円位置に段差配置された2つの光電変換素子10,1
1に投影される光スポットの形状は、それぞれ縦楕円〜
横楕円を相補的に変化し、適切な形状の受光面をもつ素
子10,11による差動出力として、フォーカシング・エラ
ー信号が得られている。
このように非点スポットの変形を合焦検出に用いる方
法は、非点を用いずに単にスポットのぼけを検出するい
わゆるスポットサイズ法よりも感度が倍増し、また検出
器を合焦時の目標面の共役位置に厳密に合わせ込まなけ
ればならないいわゆるナイフエッジ法よりも、製造公差
を大幅に緩和できるという点で優れており、非点スポッ
トを利用した秀でた合焦検出法がの望まれている。
しかしながら、上述の不等間隔の直線回折格子5で
は、2つの検出器10,11を段差配置する必要があり、し
かも厳密な段差寸法の管理を必要とするため、製造に際
して相当に高度な実装技術が要求される。また、光源の
波長変動に際して、最小錯乱円位置が移動し、検出信号
に狂いを生じることが問題となる。
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、検出器を同
一平面内に平置でき、製造容易ながら良好な合焦検出が
可能で、光源の波長反動によっても支障のない合焦検出
機構ならびにこれを用いた光ヘッド及び光記憶装置を提
供することにある。
発明の開示 上述の目的を達成するために、本発明に係る合焦検出
機構においては、合焦目標面からの反射光を収斂させる
検出光学系と、 前記検出光学系中に配置されたホログラム素子と、 前記検出光学系に関して前記目標面と概ね共役な同一
平面上に配置された一対の光検出手段とを備え、 前記光検出手段の長手方向を、前記ホログロム素子に
よる回折方向に概ね沿って配置し、 前記ホログラム素子は、双曲線群または補正された双
曲線群に概ね沿って同相かつ周期的な光変調率パターン
を有し、 前記ホログラム素子により回折されたビーム断面形状
が相補的に変化する一対の非点回折光束を一対の前記光
検出手段により検出し、 一対の前記光検出手段の出力の差を演算することによ
り前記目標面への合焦を検出することを特徴とする。
また、本発明に係る他の合焦検出機構においては、合
焦目標面からの反射光を収斂させる検出光学系と、 前記検出光学系中に配置されたホログラム素子と、 前記検出光学系に関して前記目標面と概ね共役な同一
平面上に配置された一対の光検出手段を備え、 前記光検出手段の長手方向を、前記ホログラム素子に
よる回折方向に概ね沿って配置し、 前記ホログラム素子は、二つ以上の領域に分割され、
分割された各々の領域に双曲線群または補正された双曲
線群に概ね沿って同相かつ周期的な光変調率パターンを
有し、 前記ホログラム素子の異なった領域により回折された
非点回折光束は互いに分離され、 前記ホログラム素子の異なった領域により回折され、
ビーム断面形状が相補的に変化する一対の非点回折光束
を一対の前記光検出手段により検出し、 一対の前記光検出手段の出力の差を演算することによ
り、前記目標面への合焦を検出することを特徴とする。
また、本発明に係る光ヘッドにおいては、再生または
記録光ビームの光記憶媒体面からの反射光を収斂させる
検出光学系と、 前記検出光学系中に配置されたホログラム素子と、 前記検出光学系に関して前記目標面と概ね共役な同一
平面上に配置された一対の光検出手段群を備え、 一対の前記光検出手段群の各々は、それぞれ二つの光
検出手段からなり、 前記光検出手段の長手方向を、前記ホログラム素子に
よる回折方向に概ね沿って配置し、 前記ホログラム素子は、前記光記憶媒体面のトラック
接線方向に対応する分割線により二つに分割され、分割
された各々の領域に双曲線群または補正された双曲線群
に概ね沿って同相かつ周期的な光変調率パターンを有
し、 前記ホログラム素子の異なった領域により回折された
非点回折光束は互いに分離され、 ビーム断面形状が同一傾向で変化し、前記ホログラム
素子の異なる領域からの二つの前記非点回折光束からな
る光束群を非点回折光束群と定義したとき、ビーム断面
形状が相補的に変化する一対の非点回折光束群を一対の
前記光検出手段群により検出し、 一対の前記光検出手段群の各々の前記光検出手段の出
力和をとり、一対の前記出力和の差を演算して前記目標
面への合焦を検出し、 前記ホログラム素子の同一領域から回折された二つの
前記非点回折光束を前記光検出手段により検出して合計
出力をとり、二つの前記合計出力の差を演算して前記光
ビームのトラッキング誤差を検出することを特徴とす
る。
また、本発明に係わる他の光ヘッドにおいては、再生
または記録光ビームの光記憶媒体面からの反射光を収斂
させる検出光学系と、 前記検出光学系中に配置されたホログラム素子と、 前記検出光学系に関して前記目標面と概ね共役な同一
平面上に配置された一対の光検出手段を備え、 前記光検出手段の長手方向を、前記ホログラム素子に
よる回折方向に概ね沿って配置し、 前記ホログラム素子は、前記光記憶媒体面のトラック
接線方向に対応する分割線により二つに分割され、分割
された各々の領域に双曲線群または補正された双曲線群
に概ね沿って同相かつ周期的な光変調率パターンを有
し、かつブレーズ化されており、 前記ホログラム素子の異なった領域により回折された
非点回折光束は互いに分離され、 前記ホログラム素子の異なった領域により回折され、
ビーム断面形状が相補的に変化する一対の前記非点回折
光束を一対の前記光検出手段により検出し、 前記光検出手段は長尺な光検出素子と前記光検出素子
の少なくとも一部を包囲する別の光検出素子とからな
り、 前記長尺な光検出素子の出力と前記長尺な光検出素子
の少なくとも一部を包囲する前記の別の光検出素子の出
力との出力差をとり、一対の前記出力差の差を演算して
前記目標面への合焦を検出し、 一対の前記長尺な光検出手段の出力の差を演算するこ
とにより、トラッキング誤差を検出することを特徴とす
る光ヘッド。
また、本発明に係る光記憶装置においては、光記憶媒
体上に再生または記録ビームを照射する上記の光ヘッド
と、該光ヘッドの合焦検出結果に基づき焦点合わせを行
うフォーカシング手段と、前記光ヘッドのトラッキング
誤差の検出結果に基づきトラッキング調整を行うトラッ
キング手段とを備えたことを特徴とするものである。
図面の簡単な説明 図1ないし図30は、本発明に係る合焦検出機構ならび
に光ヘッド及び光記憶装置の実施例を示し、図1は、本
発明に使用して好適なホログラムのパターン概略図であ
り、図2は、ホログラムによる回折の素子を示す説明図
であり、図3は、ホログラムによる回折の詳細を示す別
の説明図である。図4は、本発明の第一の実施例に係る
合焦検出機構の主要断面図であり、図5は、第一の実施
例の合焦検出機構における光電変換素子の説明図であ
り、図6は、第一の実施例の合焦検出機構の動作説明図
であり、図7は、第一の実施例の合焦検出機構によるフ
ォーカシング・エラー信号のグラフ図である。図8は、
第一の実施例の合焦検出機構における別の構成の光電変
換素子の正面図である。図9は、本発明の第二の実施例
に係る光ヘッドのホログラム素子の説明図であり、図10
は、第二の実施例の光ヘッドの主要断面図であり、図11
は、第二の実施例の光ヘッドの光電変換素子の正面配置
図であり、図12は、第二の実施例の光ヘッドの要部斜視
図であり、図13は、第二の実施例の光ヘッドの他の構成
例を示す要部斜視図であり、図14は、第二の実施例の光
ヘッドのさらに他の構成例を示す要部斜視図である。図
15は、本発明の第三の実施例に係るヘッドの光電変換素
子の正面図である。図16は、本発明の第四の実施例に係
る光ヘッドのホログラム素子の説明図であり、図17は、
第四の実施例の光ヘッドにおける光電変換素子の正面配
置図である。図18は、本発明の第五の実施例を示す合焦
検出機構の主要断面図である。図19は、本発明の第六の
の実施例を示す光ヘッドの主要断面図であり、図20は、
第六の実施例の光ヘッドに用いるホログラム素子の断面
概略図であり、図21は、第六の実施例の光ヘッドにおけ
る光電変換素子の正面配置図である。図22は、本発明の
第七の実施例を示す合焦検出機構の主要断面図であり、
図23は、第七の実施例の他の構成を示す合焦検出機構の
主要断面図である。図24は、本発明の第八の実施例に係
る光ヘッドの主要断面図であり、図25は、第八の実施例
の光ヘッドにおける光電変換素子の正面配置図であり、
図26は、第八の実施例の他の構成を示す光ヘッドの主要
断面図である。図27は、本発明の第九の実施例に係る光
ヘッドの主要断面図である。図28は、本発明の第十の実
施例に係る合焦検出機構の主要断面図であり、図29は、
第十の実施例の他の構成を示す合焦検出機構の主要断面
図である。図30は、本発明の第十一の実施例に係る光ヘ
ッドの光電変換素子の正面図である。
図31は、回折格子を用いた従来の合焦検出機構の主要
断面図であり、図32は、回折格子を用いた従来の光ヘッ
ドの要部斜視図である。
発明を実施するための最良の形態 本発明を図1〜図30に図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。なお、同一の符号は同様の機能部材を表すも
のとする。
(実施例1) 図1ないし図8は本発明に係る第1の実施例を示し、
図1は、本発明の合焦検出機構で使用するのに好適なホ
ログラム15の説明図であり、略平板状のガラス基板15b
上に形成されたパターン15pは、cを定数として、基板
平面上の直角座標(x,y)による方程式 x2−y2=±c2 で表される双曲線群に沿って、同一の振幅ならびに位相
の光変調率、すなわち同一の透過率ならびに厚さまたは
屈折率を有するように形成されている。さらに、これら
の双曲線パターン15pは、定数fおよびλを用いて c2=(f+n・λ)−f2 で表されるnの値が1だけ変化する毎に、同一の光変調
率のパターンを繰り返す周期構造を有している。例えば
双曲線 ±(x2−y2)=(f+λ)−f2 に従うホログラム面上の部分と、双曲線 ±(x2−y2)=(f+2λ)−f2 に従う部分とは、同一の振幅ならびに位相の光変調率を
有し、周期構造において互いに同相な部分をなしてい
る。
このようなパターン15pを形成するためには、例えば
ガラス基板15b上に塗布した感光剤を所望パターンのマ
スクを介して露光し、現像後にガラス基板15bをエッチ
ングする一般の合成ホログラムの作成法を同様に適用す
ることができる。
図2(a)および図2(b)は、このホログラム15に
よる回折の様子を示す説明図である。図2(a)に示す
ように、上述のホログラム15に平行光16を垂直入射させ
た場合、点(x,y)に入射した光の素片は、この部分の
パターン15pの配列方向に回折されることになる。図2
(b)において、(x,y)における双曲線の接線の傾き
は dy/dx=x/y であり、パターン15pの配列方向はこれに垂直である。
したがって、回折される光線をx−y面に投影すると dy/dx=−y/x の傾きをもつ直線Lとなる。図2(b)から解るよう
に、点(x,y)からこの直線Lに沿って測ったx,y両軸ま
での距離は互いに相等しく、座標原点(0,0)までの距
離rとも一致する。一方、(x,y)におけるパターン一
周期の間隔Dを計算すると、 D=λ・(f+n・λ)/r である。したがって、波長λの平行光16を照射した場合
には点(x,y)に入射した光に対する±1次光の回折角
±θは sinθ=r/(f+n・λ) を満たし、fはn・λに比べて充分大きいので、ホログ
ラム面からz方向に距離fだけ離れた面では、回折光1
7,18はx軸上の(2x,0)およびy軸上の(0,2y)の至極
近傍に至ることになる。以上はホログラム面上の全ての
点(x,y)についてあてはまり、ここに生ずる回折光
は、図2(a)に示すように、y方向にはフォーカス距
離fで収束しつつ、対するx方向にはフォーカス距離−
fで発散する−1次光17と、x方向にはフォオーカス距
離fで収束しつつ、対するy方向にはフォーカス距離−
fで発散する+1次光18の2光束となる。すなわち、距
離fの焦点面15f上では、x,y両軸に重なる直線状の回折
パターン19,20が得られることになる。なお、このよう
なホログラム15は、光源の波長変動に対し、前後ともフ
ォーカス距離±fが同じだけ伸縮する特性を有すること
になる。
なお、パターン15pが双曲線の方程式に完全に従った
場合には、近軸からのずれによる収差が現れることが避
けられない。この収差は実用にとって問題ないが、これ
を補正するために、方程式に適切な補正項を加えたり、
振幅および位相変調率を調整したり、あるいは基板15b
を曲面化してもよい。この場合にも、必要な補正は僅か
であって、上記を実現するパターンは双曲線から大略変
化ない。
ところで、ホログラム面に入射する平行光16を有限径
とすると、出射光の範囲が制限できる。例えば、図3
(a)に示すように、入射光を双曲線原点(0,0)を中
心とする直径2aの有限光束16Aとすると、±1次光の回
折パターン19A,20Aは図3(b)に示すようにx軸上の
−2a≦x≦2a、およびy軸上の−2a≦y≦2aの2本の線
分からなる十字線となる。また、図3(c)に示すよう
に、双曲線の中心軸から外れた(0,b)を中心に入射す
る直径2aの光束16Bでは、±1次の回折パターン19B,20B
は図3(d)のようにx軸上の−2a≦x≦2a、及びy軸
上の2b−2a≦y≦2b+2aの2本の線分となり、|b|>a
にbを選べば両者は分離する。さらに、図3(e)に示
すように(b,b)を中心とする光束16Cを入射させると、
図3(f)のようにx軸上のパターン19Cも2bだけ移動
することになる。従って、ホログラム素子は必ずしも双
曲線の原点(0,0)を基板範囲内に含む必要はなく、光
束を分離するには有限径光束の入射範囲に対応する一部
分の軸外しパターンだけを使用する。
なお、通常の合成ホログラムでも知られているよう
に、一周期間の振幅ならびに位相の光変調率を適宜に定
めて、特定の次数の回折光の光量を増減したり、各次数
の回折光の光量配分を変化させるなど、用途に応じた適
切なホログラム素子を得ることもできる。
例えば、良く知られているように、ホログラム素子の
一周期の光変調率を鋸歯関数状にするブレーズ化の手法
を取れば、例えば−1次光の光強度だけを大きくし、他
の次数の光強度をほとんど無くしたホログラム素子を得
ることができる。また、ブレーズ角を選べば、例えば+
1次光や0次光の相対強度を適宜に定めることもでき
る。
さらに、双曲線群に共通する漸近線の傾きを上記の dy/dx=±1 から変えると、x方向とy方向とで、前後に現れるフォ
ーカス距離の絶対値を変えることもできる。例えば dy/dx=±2 の傾きの漸近線を持つ双曲線群であれば、x方向および
y方向に+f′および−4f′のフォーカス距離を有する
光束と、−f′および+4f′のフォーカス距離を有する
光束の、2つを生じさせることができる。
なお、以降の説明では、上記の記述のように、主たる
回折方向に関して収束しつつ、これと直角な方向に関し
て発散する回折光を−1次光と呼称し、逆に、主たる回
折方向に関して発散しつつ、これと直角な方向に関して
収束する回折光を+1次光と呼称して、両者を区別する
こととする。
図4は、以上に説明したようなホログラム素子を用い
た合焦検出機構の一構成例を示す配置図である。半導体
レーザー21からの発散光は、コリメータレンズ22によっ
て平行光とされ、直後に配置されたホログラム素子23に
至る。ここにホログラム素子23は上述の傾き±1の漸近
線を持つ双曲線パターンを有し、図3(c)の場合のよ
うに、入射光軸が双曲線群の原点からy方向に偏位した
位置を通るような軸外しパターンとされている。従って
±1次回折光は共に光軸から分散され、直進する0次光
だけが適宜距離に配置された対物レンズ24を通って、光
記憶媒体面25で収斂する記録/再生ビームを形成してい
る。入射ビームの媒体面25による反射光は発散光となっ
て逆進し、対物レンズ24により略平行光束とされて再び
ホログラム素子23に至って回折されている。帰路ではコ
リメータレンズ22はホログラム素子23の直後に配置され
ているので、この際には±1次回折光26,27もコリメー
タレンズ22により収束される。これらの±1次回折光2
6,27を受光するために、コリメータレンズ22の焦点面22
f上に、図5のように光軸28から放射方向に長辺が沿う
ように設けた、長方形の光電変換素子29,30が設けられ
ている。
ここで、コリメータレンズ22とホログラム素子23の距
離Δが充分小さい場合には、コリメータレンズ22に入射
する焦点距離±fの光束は、コリメータレンズ22の焦点
距離Fより 1/(F−α)=1/F+1/f を満たすαだけ手前に収斂する。従って、x方向には−
fで発散しつつy方向に+fで収束しながらコリメータ
レンズに入射する−1次回折光26は、x方向ではαだけ
後方で焦線を結び、かつy方向ではαだけ手前で焦線を
結ぶことになる。対する+1次回折光27は、これとは逆
にx方向ではαだけ手前で焦線を結び、かつy方向では
αだけ後方で焦線を結ぶこととなり、回折光26,27は共
にコリメータレンズ22の焦点面22fに近い同一平面上に
最小錯乱円を結ぶ非点収斂光束となっている。なお、前
述したように、光源の波長変動に際しては、コリメータ
レンズ22に入射する回折光26,27の前後のフォーカス距
離が同じだけ伸縮するので、最小錯乱円位置の移動はほ
とんどない。また、波長変動にともなって±1次回折光
26,27の回折角が変化し、これに伴って光電変換素子29,
30への入射位置が放射方向に移動するが、光電変換素子
29,30が放射方向に長いため、この移動は出力には影響
しない。
合焦の前後では、対物レンズ24を通過した反射光が合
焦時の平行光束から外れて収束もしくは発散する。即
ち、対物レンズ24の焦点より媒体面25が寄って近い場合
には光束は発散し、離れて遠い場合には逆に収束する。
したがって、コリメータレンズ22の像面側での光束の収
斂位置は、媒体25が近い場合には後方に、遠い場合には
手前に移動する。この結果、図6に示すように、長方形
の光電変換素子29,30に投影される光スポット31,32の形
状は、媒体25が近い場合には(a)のように−1次スポ
ット31が縦長楕円で+1次スポット32が横長楕円、合焦
時には(b)のように共に最小錯乱円、媒体25が遠い場
合には(c)のように−1次スポット31が横長楕円で+
1次スポット32が縦長楕円、と相補的に変化する。長軸
が光電変換素子29,30の長辺と一致する縦長楕円のスポ
ットの方が光電変換出力が大きいので、−1次側の光電
変換素子29と+1次側の光電変換素子30との出力の差動
をとると、図7に示すようなフォーカシング・エラー信
号Sが得られることになる。この信号を一定値とするよ
うに対物レンズ24の位置を前後に調整するアクチュエー
タを駆動させれば、常に媒体面25上に記録/再生ビーム
を収斂させることができる。
なお、このためには得られたエラー信号と制御目標値
との差信号を求め、これに必要に応じては適当な位相補
償を加えて、アクチュエータの駆動信号とする方法など
が知られている。
以上のように、本実施例の構成によれば、差動出力を
得るための2つの光電変換素子29,30を同一の面内に平
置できるので、段差寸法を厳密に管理する必要がなく、
特に半導体レーザーと同一のパッケージ内に組み入れた
複合素子などにおいて、素子の製造が大幅に容易化され
る。また、波長変動に対しても、回折角の変化は長尺な
光電変換素子29,30によって補償され、焦線位置もほぼ
同量ずつ前後するので、差動の中心がずれることはな
く、発光波長が変動し易い半導体レーザーなどの光源を
用いた場合にも、ホログラムの利点を充分に活かすこと
ができる。
なお、本実施例においては、長方形の光電変換素子2
9,30の短辺の幅を変えることにより媒体が近い場合と遠
い場合との出力差を増減でき、短辺の幅が小さいほど、
光スポット31,32が横長楕円となったときの出力は小さ
くなる。しかしながら、合焦時の受光量も同時に小さく
なり、雑音に弱くなるなどの問題点が生じてくるため、
実際の用途に合わせて適切な値を選択することが望まし
い。
また、光電変換素子29,30の形状は長方形に限るもの
ではなく、長尺であれば楕円のような形状でも良い。ま
た、光電変換素子29,30の形状そのものが長方形などで
あっても良いし、例えば光電変換素子の前面にマスクを
おいて、受光領域を適切な形状に制限するのでも良い。
さらに、図8のように回折方向に沿って長尺な中心領域
33cの両脇に周辺領域33sを設けた分割素子33を用い、中
心領域33cと周辺領域33sとの出力差を光電変換素子29,3
0の一方の出力の代わりに用いてもよい。このようにす
れば光スポット31,32が横長楕円となった時にも、周辺
の光量を有効に検出に用いることができて好ましい。な
お、周辺領域33sは、図示のように中心領域33cの両脇に
分けて設けて出力を加算してもよいし、中心領域33cを
包囲するように設けてもよい。
なお、本発明の合焦検出機構は、以上に説明した光記
憶装置に好適に適用されるばかりではなく、同様の高性
能なフォーカシング・サーボが必要な光プローブ型の形
状測定装置や、カンチレバーの動きを光学的にとらえる
原子間力顕微鏡のような装置にも適用でき、小型で信頼
性の高い合焦検出を提供できることはもちろんである。
(実施例2) 図9ないし図14は本発明の第二の実施例を示し、図9
においてホログラム素子35は、図9(a)に示すように
分割線35pを介して相対する対称な2個の領域35A,35Bか
らなっている。これらの相同な領域35A,35Bは、上述の
双曲線パターン、特に図3(c)のような双曲線原点か
らy方向に偏位した軸外しパターンが形成されており、
例えば左半分の領域35Aには、軸外しパターンを時計方
向に80度回転させたものの左半分が描画されており、対
する右半分の領域35Bには、同様の軸外しパターンを反
時計方向に80度回転させたものの右半分が描かれてい
る。したがって、左右の領域35A,35Bに跨る平行光束を
入射させると、図9(B)に示すように分割線35pに対
して±80度傾いた直線上に合計4個の光束36A,36B,37A,
37Bが発生する。
図10は、上記のホログラム素子35を用いて構成した光
磁気記録再生装置の光ヘッドの説明図であり、半導体レ
ーザー38からの発散光は、コリメータレンズ39によって
平行光とされ、直後に配置されたホログラム素子35に至
り、直進する0次光が適宜距離に配置された対物レンズ
40を通って、記録媒体面41上に収斂する記録/再生ビー
ムを形成している。入射ビームの媒体面41による反射光
は発散光となって逆進し、対物レンズ40により略平行光
束とされて再びホログラム素子35に至り、ホログラム素
子35の二つの領域35A,35Bからそれぞれ−1次回折光36
A,36Bおよび+1次回折光37A,37Bが形成される。なお、
ここでホログラム素子35は分割線35pが光記憶媒体41の
トラック溝方向と平行になるように配置されている。回
折光36A,36B,37A,37Bはコリメータレンズ39により収束
され、図11のように、ホログラム素子35の分割線35pに
対して左右に80度傾いた直線上に達する非点収斂光束と
なる。これらの光束が結ぶ光スポット42A,42B,43A,43B
を検出するために、放射方向に沿って長尺な長方形の光
電変換素子44A,44B,45A,45Bが設けられ、これらは全て
同一平面上に平置されている。また左側の光電変換素子
44A,45Bおよび右側の光電変換素子44B,45Aの前面には、
それぞれ偏光板検光子46,47が2個ずつの素子に跨って
配設されており、それぞれの透過軸46a,47aは、半導体
レーザーの偏光軸からそれぞれ左右に適宜の同角度だけ
回転され配置されている。
ここで、光電変換素子44A,44B,45A,45Bに入射する回
折光は、上述の場合と同様に共にコリメータレンズ39の
焦点面39f上に最小錯乱円を結ぶ非点収斂光束となって
いる。合焦の前後では、光電変換素子44A,44Bに投影さ
れる−1次スポット42A,42Bと、光電変換素子45A,45Bに
投影される+1次スポット43A,43Bとで、形状が縦長楕
円状〜横長楕円状の間を相補的に変化する。したがっ
て、光電変換素子44A,44B,45A,45Bの出力V1A,V1B,V2A,V
2Bを用いて (V1A+V1B)−(V2A+V2B) の演算によりフォーカシング・エラー信号を得ることが
でき、これを一定値とするように対物レンズ40のフォー
カシング・アクチュエータを制御することにより、常に
媒体面上に記録/再生ビームを収斂させることができ
る。
なお、このためには、前述のようにエラー信号と制御
目標値との差信号を求め、これに必要に応じては適当な
位相補償を加えて、アクチュエータの駆動信号とする方
法などが知られている。
また、対物レンズ40によって記録媒体41上に形成され
る光ビームが記録媒体41のトラック溝からずれると、ト
ラック溝と平行な分割線35pの左右の領域35A,35Bに入射
する反射光量に差が生じる。この結果、左側の領域35A
の回折光36A,37Aを受光する光電変換素子44A,45Aの出力
の和と、右側の領域35Bの回折光36B,37Bを受光する光電
変換素子44B,45Bの出力の和がアンバランスうることに
なる。したがって (V1A+V2A)−(V1B+V2B) の演算によりトラッキング・エラー信号を得ることがで
きる。すなわち、上式の値が0であればトラッキングは
正常であり、正または負であればトラッキングがずれて
いることになる。したがって、この信号を一定値とする
ように対物レンズのトラッキング制御を行えば、常にト
ラック上に記録/再生ビームを収斂させることができ
る。
なお、このためには、前述のフォーカシングの場合と
同様に、エラー信号と制御目標値との差信号を求め、こ
れに必要に応じては適当な位相補償を加えて、アクチュ
エータの駆動信号とする方法などが知られている。
なお、検光子46,47は光磁気信号を検出するために設
けられている。すなわち、半導体レーザー38に固有の偏
光面をもって入射された再生ビームの媒体反射光は、消
去部と記録ピット部とでカー効果による偏光面の回転方
向が互いに逆となる。したがって、消去部で例えば左側
の光電変換素子44A,45Bに配置された検光子46の透過方
向46aにカー回転が起きたとすれば、左側の光電変換素
子44A,45Bに到達する光量が増加し、右側の光電変換素
子44B,45Aの光量は減少する。逆に、記録ピット部では
右側の光電変換素子44B,45Aに配置された検光子47の透
過方向47aにカー回転が起きるので、左側の光電変換素
子44A,45Bに到達する光量は減少し、右側の光電変換素
子44B,45Aの光量は増加する。したがって、 (V1A+V2B)−(V1B+V2A) の演算により光磁気記録信号を再生することができる。
特に、この演算に従う場合には−1次光どうし、および
+1次光どうしの差動出力が得られていることになるの
で、−1次光と+1次光とで回折効率が異なる時や、デ
フォーカスした時にも、同相の光量変動ノイズなどを差
動検出の利点を生かして効率よく除去でき、良質な再生
信号を得ることができる。
一方、いわゆるプリピット部では、媒体反射光の光量
そのものが変調されるので、光電変換素子44A,44B,45A,
45Bに入射する光量は全て同様に増減する。したがっ
て、プリピット信号を再生するためには V1A+V1B+V2A+V2B の演算を行えば良いことになる。
以上のように、本実施例による光ヘッドは、極めて部
品点数の少ない構成で、小型で低コストでありながら、
光磁気記録装置に必要な信号を全て得ることができる。
そして、いずれの信号の演算にも、4個の光電変換素子
の出力を全て用いることができる上に、いずれの信号と
も異なる演算により発生できるので、光量の無駄がな
く、信号間のクロストークも少なく、良質な光磁気信
号、プリピット信号および各種エラー信号を得ることが
可能である。さらに、光源の波長変動に対しても、光電
変換素子が回折方向に概ね沿って長尺とされているの
で、回折スポットの移動による影響はなく、また、それ
ぞれの非点収斂光束の2つの焦線位置は、前後にほぼ同
量ずつ移動するので、差動の中心がずれることもなく、
発光波長が変動し易い半導体レーザーなどの光源を用い
た場合にも、ホログラム素子の利点を充分に活かすこと
ができる。従って、本実施例の光ヘッドを搭載し、前述
のようにフォーカシング及びトラッキングの制御を行う
光記憶装置は、良質な出力信号に支えられ、信頼性が高
く高性能で、かつ小型ヘッドにより装置全体も小型化さ
れる。
なお、先の実施例1と同様に、出力を得るための光電
変換素子44A,44B,45A,45Bを全て同一の面内に平置でき
るので、段差寸法を厳密に管理する必要がなく、特に半
導体レーザーと同一のパッケージ内に光電変換素子を組
み入れた複合素子などで、素子の製造が大幅に容易化さ
れる。
すなわち、従来の直線格子のホログラム素子で同様の
光ヘッドを構成しようとすると、図32のように、4個の
光電変換素子を少なくとも2枚のベース基板48a,48b上
に2個ずつ作成し、半導体レーザーの両側に別々に段差
配置しなければならなかった。
これに対し、本実施例では図12に示すように、4個の
光電変換素子44A,44B,45A,45Bを1枚のベース基板49上
に製造することができ、組立時の寸法管理は大幅に簡素
化される。なお、半導体レーザー38は、図12のようにベ
ース基板74上にヒートシンク50を設けて配置してもよ
く、また図13のようにベース基板51の中央に切り欠き部
51aを設け、切り欠き部51aの中央にヒートシンク52が配
置されるような構造としてもよい。さらには、図14のよ
うにヒートシンク53を片持ち梁の構造とし、ベース基板
49を梁下に挿設して配置することもできる。このよう
に、検出に用いる光電変換素子を全て同一のベース基板
上に作成できるため、組立の際の寸法管理が容易である
ばかりか、同じベース基板上にヘッド・アンプや信号処
理・演算回路などをモノリシック化して搭載することも
容易となり、さらに一層の小型・高性能化も実現容易で
ある。
なお、上記実施例において、検光子46,47の透過軸46
a,47aの方位角は適宜としたが、この角度を変えること
により、入射光量に対する光磁気記録信号の変調度を変
えることができる。従って、例えば入射光量に比例する
ノイズを抑えながら変調度を上げられるような最適の角
度に調整することが望ましい。なお、検光子46,47とし
て偏光板を用いずに、検光機能を有する他の素子、例え
ば多層膜による偏光ビームスプリッタなどを使用しても
よい。
また、ホログラム素子の領域35A,35Bにおける双曲線
パターンの回転角度や、各領域35A,35Bの−1次光、+
1次光の発生方向は、上述したものに限定する必要はな
い。さらに、各種信号を得るための組み合わせも、上述
のもの以外でも同様の信号を得られるものであればよ
い。
なお、上記では光磁気記録装置および光磁気記録用の
光ヘッドに沿って説明したが、他の方式の光記憶装置お
よび光ヘッドについても同様の方法で合焦検出・トラッ
キング検出・プリピット検出が可能であり、これに基づ
いてフォーカシング制御・トラッキング制御・信号再生
を行う光記憶装置を構成することができる。
例えば、いわゆるコンパクトディスクや、ビデオディ
スクなどの再生専用の光ディスク装置や、色素記録型や
ホールバーニング型などの追記型ディスク装置、あるい
は相変化記録型の書換型ディスク装置などには同様に適
用可能である。これらのディスクには光磁気ビットは存
在せず、ピットはすべて反射率変調型のピットであるの
で、上述の構成の検光子は不要であり、これを取り去っ
て光利用効率を上げることが望ましい。
(実施例3) 図15は、上記実施例2に変更を加えた第三の実施例を
示し、前記と同一の符号は同様の機能部材を表してい
る。実施例2では4個の光電変換素子が図11のように回
折分離方向に沿って長尺とされ、放射状に配置されてい
るのに対し、本実施例では図15のように2個ずつの光電
変換素子44A′,44B′,45A′,45B′が互いに平行な方向
に長尺とされている。放射状に配置した場合には、素子
の配列中心と光源位置のずれが発生したときに、スポッ
ト位置のずれが素子形状では補償されないのに対して、
このような配置ならば長尺方向の配置誤差も補償するこ
とができる。上述のように分割線に対して±80゜のよう
な近接した角度に回折光42A,42B,43A,43Bを配置すれ
ば、光電変換素子44A′,44B′,45A′,45B′の長尺方向
は回折方向に概ね沿っているので、波長変動時のスポッ
ト移動を補償する効果を実用レベルで損なうことなく、
長尺方向の製造誤差をも補償することができて有効であ
る。また、左側に配置される光電変換素子44A′,45B′
と右側に配置される光電変換素子44B′,45A′とを分け
て製造するような場合に、放射状の配置では相互の位置
合わせが難しいのに対し、平行な配置では相互のずれを
ホログラム35を回転してスポットを移動させることで補
償でき、製造マージンを広くできる。
(実施例4) 図16ないし図17は、上述の実施例2に変更を加えた第
四の実施例を示し、前記と同一の符号は同様の機能部材
を表している。実施例2では分割線の左右の領域のホロ
グラムパターンは相等しい軸外しパターンであって、左
右の領域35A,35Bでのパターン回転角を変えることでス
ポットを分離するのに対し、本実施例のホログラム素子
55では領域55A,55Bのホログラムピッチを変えている。
すなわち、左右のパターンは基本的には同じフォーカス
距離±fの光束を発生するが、双曲線原点からの軸外し
の程度が相違しており回折分離角が異なるようにされて
いる。この場合には各領域55A,55Bによる回折光束56A,5
6B,57A,57Bを一直線上に配置できることになる。
例えば、領域55Aにはピッチの大きい部分、すなわち
軸外しの程度が小さいパターンを90度回転させて描画
し、対する領域55Bにはピッチの小さい部分、即ち軸外
しの程度が大きいパターンを−90度回転させて描画すれ
ば、領域55Bの±1次の回折スポット58B,59Bは、領域55
Aの2つのスポット58A,59Aの外側に一直線上に現れる。
このように回折スポットを配置した場合には、対応す
る4つの光電変換素子60A,60B,61A,61Bも直線的に配置
され、波長変動時のスポット移動を完全に補償できると
共に、先の実施例と同様に、回折分離方向の製造公差も
緩和することができて有効である。
(実施例5) 図18は、本発明の第五の実施例を示し、前記と同一の
符号は同様の機能部材を表している。半導体レーザー21
からの発散光は、コリメータレンズ22によって平行光と
された後、ビームスプリッタ62を透過して対物レンズ24
を通り、光記憶媒体面25上で収斂する記録/再生ビーム
を形成している。入射ビームの媒体面25による反射光は
発散光となって逆進し、対物レンズ24により略平行光束
とされ、ビームスプリッタ62で曲折された光路上に配置
されたホログラム素子63に至る。ここでホログラム素子
63は上述の実施例1と同様の双曲線パターンを有するも
のであるが、通常の合成ホログラムでも知られているよ
うに、一周期間の光変調率を適宜に定めて、0次透過光
の強度をできるだけ抑え、±1次光の回折効率を上げる
ようにすることが望ましい。このようにして出射された
±1次回折光は、直後に配置された集光レンズ64により
屈折される。集光レンズ64の焦点面64fには、前述の実
施例1と同様に2個の光電変換素子29,30が設けられて
いる。
以上の構成によって、前述した実施例2の場合と同様
に合焦検出を行うことができる。また、ホログラム素子
63を実施例2と同様の分割型とし、光電変換素子を4個
設けて同様の光ヘッドおよび光記憶装置を構成できるこ
とも勿論である。このように光路を分割すれば、上述の
ように0次光の効率を低く抑え、代わりに±1次光の効
率を上げることができるので、光電変換素子29,30に達
する光量を多くできて好ましい。
また、集光レンズ64の焦点距離をコリメータレンズ22
の焦点距離より長くすれば、媒体側に対する検出側の光
学系縦倍率を独立に高く調整できる。従って、半導体レ
ーザーの光利用効率を確保しながら検出光束の非点隔差
を広げることができ、フォーカスエラー検出感度を高く
することができる。
(実施例6) 図19ないし図21は、本発明の第六の実施例を示し、前
出したものと同一の符号は同様の機能部材を示すものと
する。平行光路中に置かれたホログラム素子65は、上述
した実施例2と同様のパターンを有する分割ホログラム
素子65であり、先に説明したブレーズ化の手法により、
それぞれの領域65A,65Bの±1次光のうちの一方の、例
えばいずれも分割線65pの右側に回折する光束の強度だ
けが大きくなるようにされている。このようなブレーズ
化は、例えば透過型のホログラム素子65では、図20のよ
うに左上がりの鋸歯状断面65cを形成することなどによ
って実現できることが知られている。ブレーズ化の角度
を適当に定めれば、左側に回折する光に対しては、ほと
んど光強度をゼロとすることができる。
この場合には、検出にかかる復路の回折光は、分割線
65pの右側に回折する領域65Bの−1次光66Bと、領域65A
の+1次光67Aだけとなる。検出面上には図21のように
この2つの光束66B,67Aに対応する光電変換素子68B,69A
だけが同一平面状に設けられている。2つの光電変換素
子68B,69Aは、先に説明したように中心領域68Bc,69Acの
両側に2つの周辺領域68Bs,69Asを設けた分割素子とさ
れており、分割線はそれぞれの回折方向に沿って設けら
れている。各領域68Bc,68Bs,69Ac,69Asの光電変換出力
をV1c,V1s,V2c,V2sとすると、フォーカシング・エラー
信号は (V1c−V1s)−(V2c−V2s) =(V1c+V2s)−(V2c+V1s) また、トラッキング・エラー信号は (V1c+V1s)−(V2c+V2s) または、 V1c−V2c で得ることができる。さらに各光電変換素子68B,69Aの
前面に、互いに透過軸の方位角が異なる検光子を設けれ
ば、光磁気再生信号は (V1s+V1s)−(V2c−V2c) で得られる。この演算は上記のトラッキング・エラー信
号と同じであるが、光磁気信号の帯域が高いため、電気
的に信号の帯域を分離すれば両者を独立に得ることがで
きる。
以上のように、本実施例による光ヘッドも、極めて部
品点数の少ない構成の上に、光源の片側だけに光検出手
段を配置すれば良く、製造が一段と容易であり、一段と
小型で低コストでありながら、光磁気記録装置に必要な
信号を全て得ることができる。そして、いずれの信号の
演算にも、光電変換手段の出力を全て用いることができ
るので、光量の無駄がなく、良質な光磁気信号、プリピ
ット信号および各種エラー信号を得ることが可能であ
る。さらに、光源の波長変動に対しても、光電変換素子
が回折方向に概ね沿って長尺とされているので、回折ス
ポットの移動による影響はなく、また、それぞれの非点
収斂光束の2つの焦線位置は、前後にほぼ同量ずつ移動
するので、差動の中心がずれることもなく、発光波長が
変動し易い半導体レーザーなどの光源を用いた場合に
も、ホログラム素子の利点を充分に活かすことができ
る。従って、本実施例の光ヘッドを搭載し、前述のよう
にフォーカシング及びトラッキングの制御を行う光記憶
装置は、良質な出力信号に支えられ、信頼性が高く高性
能で、かつ小型ヘッドにより装置全体も小型化される。
なお、本実施例のようにブレーズ化したホログラム素
子65を使用する場合でも、上述の変形例に基づいて、光
電変換素子68B,69Aの長尺方向を平行にしたり、あるい
は回折スポットの分離をパターンのピッチを変えて行う
こともできる。さらには上記の実施例5のように、復路
で光束を分離する場合にも同様に適用できる。
(実施例7) 図22ないし図23は、本発明の第七の実施例を示し、図
22において、半導体レーザー21からの発散光はホログラ
ム素子75を透過して集光レンズ76で収束され、記録媒体
25上で収斂する記録/再生ビームを形成している。反射
光は光路を逆進して集光レンズ76で屈折され、再びホロ
グラム素子75に至って±1次回折光78,79を発生してい
る。回折光78,79は、回折後にレンズを通る前述の場合
とほぼ同様に、2個の非点収斂光束を形成し、いずれの
光束とも合焦時には半導体レーザー21の出射端に近い平
面76f上に最小錯乱円を結ぶ。
合焦の前後では、光束の収斂位置は媒体25が近くなる
と後方に、遠くなると手前に移動する。したがって、半
導体レーザー21の出射端の面内に、実施例1と同様の2
個の光電変換素子29,30を設け、合焦検出を行うことが
できる。このとき得られるフォーカシング・エラー信号
が一定値となるように集光レンズ76のみ、もしくは集光
レンズ76から光電変換素子29,30までの有限系80全体を
図示しないアクチュエータにより前後駆動して、常に媒
体面上に記録/再生ビームを収斂させることができる。
本実施例では上述のいくつかの場合とは異なり、ホロ
グラム素子75が収束光路内に配置されている。ホログラ
ムによって収束光束を分離する場合、その±1次回折光
78,79を共に利用しようとすると、パターンに若干の曲
線補正が必要となる。また補正が行われても2つの光束
に共通した非点収差が発生し、この結果として−1次光
束78の非点隔差が大きく、+1次光束79の非点隔差が小
さくなる現象から免れない。しかしながら、例えば光束
の回折角が15゜程度より小さく、検出側の開口数が0.2
程度より小さい範囲などでは、必要な補正量は僅かであ
ってパターン形状は双曲線から大差ない。また、このよ
うな場合には分離に際して発生する非点収差も僅かであ
り、検出にとっては殆ど問題とならないが、必要があれ
ば最小錯乱円の径に応じて光電変換素子29,30の幅など
を変えて、検出感度を揃えてもよい。
なお、ホログラム素子による往路の回折光は、コリメ
ート系では対物レンズまでの距離を調整することによっ
て、不要光として光路外に散逸させてしまうことが容易
であった。有限系では集光レンズ76までの距離が限られ
ているため、十分な距離をとることはそれほど容易では
ないが、この距離が足りないと、例えば往路の+1次光
の復路の0次光は、往路の0次光の復路の−1次光と重
なって、合焦検出に支障をきたすので、ホログラム素子
75の配置位置をこの点に留意して定めるのがよい。ま
た、復路の所望の回折光78,79に比べて、不要な戻り光
が光軸から離れた光路を通ることを利用して、ホログラ
ム素子75に開口絞りを設けると、上記の制限を緩和する
ことができて好ましい。
なお、図23のように収束光路中にビームスプリッタ81
を設け、往路と復路とで光路を分割し、復路のみホログ
ラム素子75を通るようにして有限系を構成してもよい。
この場合には、往路の不要な回折光は発生しないので、
ホログラム素子は前出の実施例と同様に0次光の回折効
率をほとんどゼロにして、±1次光の効率を上げるよう
にするのが望ましい。また、必要に応じて検出側に負の
レンズを挿入し、検出側の縦倍率のみを上げて検出感度
を向上させても好ましい。
さらに、この検出レンズに故意に適切な非点収差を持
たせれば、収束光路のホログラムで発生する、上述した
不要な非点収差を打ち消すことができ、きわめて有効で
ある。
また本実施例の変形として、ホログラム素子75を実施
例2と同様の分割型とし、光電変換素子を4個設けて、
同様の光ヘッドおよび光記憶装置を構成することもでき
る。この際には、トラッキングも集光レンズ76から光電
変換素子までの有限系全体を駆動させて行うことにな
る。
以上のように、本発明によって有限系の光ヘッドを極
めて簡単に構成することができる。有限系ヘッドは製造
時の調整項目も少なく、一段と小型化が可能であり、さ
らには製造後の信頼性も高いので、光記憶装置の小型化
や信頼性確保の上で好ましい。
(実施例8) 図24ないし図26は、本発明の第八の実施例であり、有
限系ヘッドを構成する場合の他の実施例を示し、上述し
た不要な非点収差の影響を取り除くための別の構成例で
ある。図24および図25において、ホログラム素子85は、
実施例2と同様に分割線85pにより左右の2領域85A,85B
に分けられており、それぞれの領域のスポットは、回折
方向を時計方向および半時計方向に例えば80゜回転する
ことによって分離されている。いずれの領域85A,85Bも
補正された双曲線パターンを有しており、上述したよう
に回折光束の非点隔差は−1次光束86A,86Bで大きく、
+1次光束87A,87Bで小さくなるが、本実施例のホログ
ラム素子85では、一方の領域85Bの−1次光束86Bの非点
隔差と他方の領域85Aの+1次光束87Aの非点隔差とが等
しくなるように、それぞれの領域85A,85Bのパターンに
固有のフォーカス距離fを変えてある。相等しい非点隔
差を与えられた回折光束86B,87Aは、互いに同径の最小
錯乱円を同一の平面76f上に形成し、合焦の前後では光
束の収斂位置は前後に移動する。それぞれの光束は互い
に逆の非点隔差を持っているので、合焦時の最小錯乱円
位置では、相補的に縦長〜横長楕円を変化する非点スポ
ットが得られる。
したがって、この2つの非点スポット86B,87Aの変形
を検出して差動を取れば、合焦時にゼロクロスするフォ
ーカシング・エラー信号が得られる。本実施例では、光
電変換素子88B,89Aを、前述のように中心領域88Bc,89Ac
の両側に周辺領域88Bs,89Asを設けた分割素子とし、中
心領域と周辺領域との出力差を用いる。いっぽう、それ
ぞれの領域の他方の回折光束87B,86Aは大小に異なる非
点隔差を有することになり、本実施例ではフォーカシン
グ・エラー信号の演算には用いずに、全光量を受光する
十分大きい光電変換素子89B,88Aに入射させている。各
種信号の演算は、光電変換素子88A,88Bc,88Bs,89Ac,89A
s,89Bの出力V1A,V1Bc,V1Bs,V2Ac,V2As,V2Bを用いて、次
のように書くことができる。まず、フォーカシング・エ
ラー信号は (V1Bc−V1Bs)−(V2Ac−V2As) =(V1Bc+V2As)−(V2Ac+V1Bs) となるが、このままでトラッキング・エラー信号の漏れ
込みがある場合には、これを回避するために、 (V1Bc−V1Bs−V2B)−(V2Ac−V2As−V1A) =(V1Bc+V2As+V1A)−(V2Ac+V1Bs+V2B) とするのが好ましい。トラッキング・エラー信号は V1A−V2B または V1A−(V1Bc+V1Bs) (V2Ac+V2As)−V2B さらには (V2Ac+V2As)−(V1Bc+V1Bs) (V2Ac+V2As+V1A)−(V1Bc+V1Bs+V2B) のいずれでも得ることができる。さらに、前述の実施例
2と同様に分割素子に跨る検光子47と、他の二つの光電
変換素子に跨る検光子46を互いの検光角を傾けて設けれ
ば、光磁気信号は (V1Bc+V1Bs+V2Ac+V2As)−(V1A+V2B) で得ることができる。なお、上記のトラッキング・エラ
ー信号の演算において、 V1A−V2B を選べば、(V1Bc+V2As)およびV2Ac+V1Bs)をまとめ
て扱うことができるので、光電変換素子上で結線ができ
て好都合である。さらに、光磁気信号の演算(V1Bc+V2
As+V2Ac+V1Bs)に関わる光電変換素子の加算容量を、
(V1A+V2B)に関わる加算容量と等しくすると、差動検
出による同相ノイズの除去を効率よく行うことができて
好ましい。
以上のように、本実施例の構成によれば、収束光路中
に非点生成ホログラムを置く際の不要な非点収差の影響
を、検出段階で取り除くことができる。その上、互いに
相補的に変化する±1次回折光を両方とも用いているの
で、良好な合焦検出が可能であり、波長変動に対して
も、回折角の変化は長尺な光検出手段によって吸収さ
れ、差動の中心もずれることはなく、発光波長が変動し
易い半導体レーザーなどの光源を用いた場合にも、ホロ
グラムの利点を充分に活かすことができる。
なお、本実施例は、分割線85pの左右で回折方向を変
えてスポットを分離するタイプについて説明したが、前
述のように左右での回折分離角を変えてスポットを分離
するタイプでも、同様に好適に構成できることは勿論で
ある。
また、先の実施例7と同様、ホログラム素子85の配置
位置の制限を緩和するためには、ホログラム素子85に開
口絞りを設けることが有効である。
この他に、本実施例のホログラム素子85を、先の実施
例6と同様にブレーズ書することも可能である。すなわ
ち図26において、ホログラム素子85′を非点隔差を同じ
くした光束86B,87Aの光強度を大きくするようにブレー
ズ化すると、他方の2本の回折光(図示せず)の光強度
をほとんぞゼロにすることができ、上記のうち、分割素
子とした2組の光電変換素子88B,89Aだけを設ければよ
い。光電変換素子88Bc,88Bs,88Ac,88Asの出力をそれぞ
れV1c,V1s,V2c,V2sとすると、フォーカシング・エラー
信号は (V1c+V2s)−(V2c+V1s) また、トラッキング・エラー信号は (V1c+V1s)−(V2c+V2s) で得ることができる。さらに各光電変換素子88B,89Aの
前面に、互いに検光角の異なる検光子70,71を設けれ
ば、光磁気再生信号は (V1c+V1s)−(V2c+V2s) で得られる。これは上記のトラッキング・エラー信号と
同じ演算であるが、光磁気信号の帯域が高いため、電気
的に線号の帯域を分離すれば両者を独立に得ることがで
きる。
以上のように構成した光ヘッドは、有限系のための製
造時の調整項目も少なく、一般と小型化が可能であっ
て、さらには製造後の信頼性も高いうえに、光源の片側
だけに光電変換素子88B,89Aを配置すれば良く、製造が
一段と容易であって好ましい。
また、このようにブレーズ化した場合には、復路の回
折光と重なる往路の不要な回折光がほとんど発生しない
のでホログラム素子85′の配置位置の制限はなくなり、
ホログラム素子85′を光源から十分に離れた位置に配置
できる。この場合にはホログラムの回折角を小さく保ち
ながら、光源と光電変換素子との距離を離すことができ
るので、製造はさらに容易となって好ましい。
なお、この場合にも互いに相補的に変化する±1次回
折光を両方とも用いているので、良好な合焦検出が可能
であり、波長変動に対しても、回折角の変化は長尺な光
検出手段によって補償され、差動の中心もずれることは
なく、発光波長が変動し易い半導体レーザーなどの光源
を用いた場合にも、ホログラムの利点を充分に活かすこ
とができる。
(実施例9) 図27は、本発明の第九の実施例を示し、前出したもの
と同一の符号は同様の機能部材を表すものとする。半導
体レーザー38からの発散光は、ビームスプリッタ91で曲
折され、コリメータレンズ39によって平行光とされてい
る。平行光束中には対物レンズ40が配置され、これを通
った光が記憶媒体面41で収斂する記録/再生ビームを形
成している。対物レンズ40は記憶媒体41のトラック溝と
垂直な方向に移動可能とされており、対物レンズ40の移
動によってビームを所望のトラック上に移動できる。ま
た、このときの対物レンズ40の移動量を検出するレンズ
シフトセンサ92が設けられている。媒体面による反射光
は、対物レンズ40により再び略平行光束とされて光路を
逆進し、コリメータレンズ39により収束光とされてビー
ムスプリッタ91に入射する。ここで直進する光束は、次
いで配置された負の検出レンズ93を通ってホログラム素
子95に入射する。ここでホログラム素子95は、実施例4
と同様に分割線95pにより左右の2領域95A,95Bに分けら
れており、それぞれの領域のスポットは、左右の領域で
の回折分離角を変えることで分離されている。いずれの
領域も補正された双曲線パターンを有しており、4つの
非点収斂光束96A,96B,97A,97Bを発生している。
これらの光束を受光するために、実施例4と同様に直
線上に配置された回折方向に長尺の4組の光電変換素子
98A,98B,99A,99Bが設けられており、必要に応じては、
光量を有効に用いるために周辺領域を設けた分割素子と
されている。それぞれの光電変換出力をV1A,V1B,V2A,V2
Bとすると、フォーカシング・エラー信号は (V1A+V1B)−(V2A+V2B) で得ることができ、これ一定値とするように対物レンズ
40をフォーカス方向に駆動させ、常に媒体面41上に記録
/再生ビームを収斂させることができる。また、トラッ
キング・エラー信号は (V1A+V2A)−(V1B+V2B) の演算により得ることができる。これが一定値をとるよ
うに対物レンズ40をトラック横断方向に移動させればよ
いが、この構成では対物レンズ40の位置によってエラー
信号がオフセットを発生する。レンズシフトセンサ92は
このオフセットを補正するために設けられており、レン
ズシフトセンサ出力に適切な係数を乗じてトラッキング
・エラー信号に加算することで、オフセットを取り除く
ことができる。したがって、この補正されたトラッキン
グ・エラー信号を一定値とするように対物レンズ40のト
ラッキングサーボ制御を行えば、常にトラック上に記録
/再生ビームを収斂させることができる。
本実施例の構成によれば、軽量な対物レンズ40のみを
トラッキング動作させることができるので、高速のトラ
ッキングが要求される場合などに用いて好適である。
なお、検光子を、前記の場合と同様に設ければ、光磁
気信号の検出が可能であることは言うまでもない。ま
た、検出側に設けた負の検出レンズ93は、縦倍率を高め
て合焦検出の感度を向上させている。また、前述したよ
うに検出レンズ93に故意に非点収差を与えて、収束光路
のホログラム素子95で発生する不要な非点収差を打ち消
すことが有効である。
この場合にも、上記の場合と同様に、小型で低コスト
でありながら、必要な信号を全て得ることができる。そ
して、いずれの信号の演算にも、4個の光電変換素子の
出力を全て用いることができる上に、いずれの信号とも
異なる演算により発生できるので、光量の無駄がなく、
信号間のクロストークも少なく、良質な各種信号を得る
ことが可能である。さらに、光源の波長変動に対して
も、回折スポットの移動による影響はなく、また、合焦
検出の差動中心がずれることもなく、発光波長が変動し
易い半導体レーザーなどの光源を用いた場合にも、ホロ
グラム素子の利点を充分に活かすことができる。従っ
て、本実施例の光ヘッドを搭載した光記憶装置は、良質
な出力信号に支えられ、信頼性が高く高性能で、かつ小
型ヘッドにより装置全体も小型化される。
(実施例10) 図28ないし図29は、本発明の第十の実施例を示し、図
28において、半導体レーザー21からの発散光は、コリメ
ータレンズ22によって平行光とされ、斜めに配置された
反射型のホログラム素子100に至る。往路では、正反射
する0次光だけが適宜距離に配置された対物レンズ24を
通って、光記憶媒体25面上で収斂する記録/再生ビーム
を形成している。入射ビームの媒体面25による反射光は
発散光となって逆進し、対物レンズ24により略平行光束
とされて再びホログラム素子100に至って回折されてい
る。回折光はコリメータレンズ22により屈折され、コリ
メータレンズ22の焦点面22f付近で同一面内に配置され
た光電変換素子101,102によって受光されている。
ここにホログラム素子100は、前述の双曲線パターン
に反射面の傾斜方向に関する1次元的な補正を施すこと
により、先のいくつかのホログラム素子と同様な非点収
斂光束を生成するパターンを求めることができ、以上の
構成によって、前述した実施例の場合と同様に合焦検出
を行うことができる。また、ホログラム素子100を実施
例2と同様の分割型とし、光電変換素子を4個設けて実
施例と同様の光ヘッドおよび光記憶装置を構成できるこ
とも勿論である。
なお、このようにホログラム素子100を斜めに配置し
た場合に、光束の主たる回折方向を傾斜方向にとると、
収束光路中にホログラム素子を配置した場合と同様に、
一方の回折光束の非点隔差が大きくなり他方の光束の非
点隔差が小さくなる現象や、正反射光からの回折光の角
度が±1次光で異なって、中心からのスポットの距離が
2つの光束で違ってくるなどの変化が現れてくる。この
ため、反射ホログラム素子100による光束の回折方向
は、傾斜方向と直角な方向にとる方が図示の場合よりも
さらに好ましい。
なお、分割型のホログラム素子100によって構成する
場合には、前述のように反射ホログラム素子100をブレ
ーズ化し、各領域の一光束ずつを使用するように構成す
れば、上記の非点隔差が異なる問題は回避でき、回折方
向を傾斜方向と一致させた場合でも良好な合焦検出が可
能となって好ましい。
さらに、図29のような有限光学系においてホログラム
素子105を反射型としても、本実施例のような1次元的
な補正を施すことで、同様の検出系を構成できる。この
場合にも光束の主たる回折方向を傾斜方向とは直交して
とった方がより好ましいが、収束光路による非点隔差の
変化を斜設による非点隔差の変化で打ち消すように配置
することもできる。またブレーズ化によって得られる効
果も上述と同等である。
(実施例11) 図30は、本発明の第十一の実施例を示し、先の実施例
1と同様の構成における光電変換素子29または光電変換
素子30が、図30(a)のような4個の短冊状の受光領域
110a,110b,110c,110dを並列してなる四分割素子110とさ
れている。
本構成において、媒体が合焦位置から外れた場合に
は、図30(b)のように、投影される光スポット31の形
状が縦長楕円〜横長楕円に変化するので、4個の受光領
域の出力を去からそれぞれV1,V2,V3,V4とすると (V2+V3)−(V1+V4) によって合焦誤差が検出できる。
一方、媒体のトラック方向を四分割素子110の分割方
向に平行とすれば、光ビームがトラックから外れた場合
には、図30(c)のように、投影される光スポット31の
位置が左右に振れるので (V1+V2)−(V3+V4) によってトラック誤差が検出できる。
なお、四分割素子110は光電変換素子29,30のいずれか
の代りに1個だけ用いてもよいし、2個とも用いてもよ
い。
実施例1から11において、各種信号を得るための演算
は、式の変形に応じて加算と減算が逆になることがあり
うるが、本発明の範囲内の変更である。
産業上の利用可能性 以上説明したように、本発明に係る合焦検出機構は、
差動出力を得るための2つの光電変換素子を同一の面内
に平置できるので、寸法精度を高めた製造が容易であ
る。さらに、波長変動に対して差動の中心がずれること
がなく、発光波長が変動しやすい半導体レーザーなどの
光源を用いた場合にも、ホログラム素子の利点を十分に
活かすことができる。また、本発明の光ヘッドは、極め
て部品点数の少ない構成で、小型で低コストでありなが
ら、光記憶装置に必要な信号を効率よく得ることがで
き、良質な再生信号、プリピット信号および各種エラー
信号を得られる。また、上述の光ヘッドを搭載した本発
明の光記憶装置は小型、かつ高性能なものが簡単な構成
で安価に実現可能である。以上のように、本発明は当該
分野において多大な効果を奏するものであり、本発明が
利用される可能性は極めて高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有村 敏男 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 坂田 秀文 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 横山 修 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−192031(JP,A) 特開 平1−94541(JP,A) 特開 平2−195534(JP,A) 特許3028854(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 7/09 - 7/095 G11B 7/135

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】合焦目標面からの反射光を収斂させる検出
    光学系と、 前記検出光学系中に配置されたホログラム素子と、 前記検出光学系に関して前記目標面と概ね共役な同一の
    検出平面上に配置された一対の光検出手段とを備え、 前記ホログロム素子は、双曲線群または補正された双曲
    線群に概ね沿った光変調率パターンを有し、前記検出平
    面上に最小錯乱円を形成する互いに非点収差の方位が直
    交した一対の非点収斂光束を発生し、 一対の前記非点収斂光束を一対の前記光検出手段により
    検出し、 一対の前記光検出手段の出力を比較することにより、前
    記目標面への合焦を検出することを特徴とする合焦検出
    機構。
  2. 【請求項2】合焦目標面からの反射光を収斂させる検出
    光学系と、 前記検出光学系中に配置されたホログラム素子と、 前記検出光学系に関して前記目標面と概ね共役な同一の
    検出平面上に配置された一対の光検出手段とを備え、 前記ホログロム素子は、双曲線群または補正された双曲
    線群に概ね沿った光変調率パターンを有するとともに、
    二つ以上の領域に分割され、前記検出平面上で最小錯乱
    円を形成する互いに非点収差の方位が直交した一対の非
    点収斂光束を、二つの異なった前記領域から発生し、 一対の前記非点収斂光束を一対の前記光検出手段により
    検出し、 一対の前記光検出手段の出力を比較することにより、前
    記目標面への合焦を検出することを特徴とする合焦検出
    機構。
  3. 【請求項3】再生または記録光ビームの光記憶媒体面か
    らの反射光を収斂させる検出光学系と、 前記検出光学系中に配置されたホログラム素子と、 前記検出光学系に関して前記光記憶媒体面と概ね共役な
    同一の検出平面上に配置された二対の光検出手段とを備
    え、 前記ホログラム素子は、双曲線群または補正された双曲
    線群に概ね沿った光変調率パターンを有するとともに、
    少なくとも前記光記憶媒体面のトラック接線方向に対応
    する分割線により二つの領域に分割され、 前記ホログラム素子の二つの前記領域から、前記検出平
    面上で最小錯乱円を形成する互いに非点収差の方位が直
    交した各一対の非点収斂光束を、互いに分離して発生
    し、 二対の前記非点収斂光束を二対の前記光検出手段により
    検出し、 同じ対に属する前記光検出手段の出力を比較することに
    より、前記光記憶媒体面への合焦を検出し、 異なる対に属する前記光検出手段の出力を比較すること
    により、前記光ビームのトラッキング誤差を検出するこ
    とを特徴とする光ヘッド。
  4. 【請求項4】再生または記録光ビームの光記憶媒体面か
    らの反射光を収斂させる検出光学系と、 前記検出光学系中に配置されたホログラム素子と、 前記検出光学系に関して前記光記憶媒体面と概ね共役な
    同一の検出平面上に配置された一対の光検出手段を備
    え、 前記光検出手段は長尺な光検出素子と前記光検出素子の
    少なくとも一部を包囲する別の光検出素子とからなり、 前記ホログラム素子は、双曲線群または補正された双曲
    線群に概ね沿った光変調率パターンを有するとともに、
    少なくとも前記光記憶媒体面のトラック接線方向に対応
    する分割線により二つに分割され、前記検出平面上で最
    小錯乱円を形成する互いに非点収差の方位が直交した一
    対の非点収斂光束を、二つの異なった前記領域から互い
    に分離して発生し、 一対の前記非点収斂光束を一対の前記光検出手段により
    検出し、 前記長尺な光検出素子の出力とこれを包囲する前記の別
    の光検出素子の出力との出力差を、一対の前記光検出手
    段について比較することにより前記光記憶媒体面への合
    焦を検出し、 一対の前記長尺な光検出素子のみの出力を比較すること
    により、前記光ビームのトラッキング誤差を検出するこ
    とを特徴とする光ヘッド。
  5. 【請求項5】光記憶媒体上に再生または記録光ビームを
    照射し、第一出力ないし第四出力で区別される四種から
    なる光電変換出力を出力する光ヘッドを有し、 実質的に(第一出力+第二出力)−(第三出力+第四出
    力)の演算を行って、前記光記憶媒体面上への前記光ビ
    ームの合焦を検出し、 実質的に(第一出力+第三出力)−(第二出力+第四出
    力)の演算を行って、前記光記憶媒体面上への前記光ビ
    ームのトラッキング誤差を検出し、 実質的に(第一出力+第四出力)−(第二出力+第三出
    力)の演算を行って、前記光記憶媒体面上の光磁気記録
    ピットを再生することを特徴とする光記憶装置。
JP05508321A 1991-11-08 1992-11-06 合焦検出機構ならびにこれを用いた光ヘッド及び光記録装置 Expired - Lifetime JP3132001B2 (ja)

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