JP3348873B2

JP3348873B2 - 焦点ずれ検出装置およびそれを用いた光ヘッド

Info

Publication number: JP3348873B2
Application number: JP13221192A
Authority: JP
Inventors: 滋中村; 麻理子梅田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-05-25
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH05325200A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焦点ずれ検出装置およ
びそれを用いた光ヘッドに関し、特に２つのサブビーム
の変調度の変化から焦点ずれ検出信号を得る方式の焦点
ずれ検出装置において、焦点ずれ検出信号の直線領域を
広くするとともに、安定な自動焦点引き込み動作を達成
することが可能な焦点ずれ検出装置およびそれを用いた
光ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、光ディスク装置，光カード装置等
の光ヘッドでは、フォーカスレンズを用いて、レーザー
ビームをディスク面上に微小なスポットとして絞り込
み、ディスク面上にピットとして記録された情報を再生
する。しかし、ディスクがレーザービームの焦点位置か
らずれると、ディスク面上のスポットが大きくなるた
め、ピットによって変調される反射ビームの変調度(再
生信号振幅の大きさ)が減少する。例えば、ディスクが
２μｍから３μｍ程度ずれると、変調度は半分に減少す
る。そこで、ディスクの焦点ずれを光学的に検出する焦
点ずれ検出装置と、絞り込みビームの焦点位置をディス
クに追従させるレンズアクチュエータ等による自動焦点
制御機構が必要である。従来から種々の焦点ずれ検出装
置が提案されている。例えば、特開平1-303632号公報に
は、２つのサブビームの変調度の変化から焦点ずれ検出
信号を得る装置が開示されている。この装置において
は、同心円状の回折格子により正および負の像点縦移動
の収差(焦点ずれの収差)を持った２つのサブビームを作
成し、これらのビームをフォーカスレンズによって絞り
込む。これにより、２つのサブビームは、メインビーム
の焦点位置とは光軸方向に異なる位置に集束する。

【０００３】光ディスクで反射した２つのサブビームの
光量は光ディスク面上のピットによって変調されるが、
それらの変調度は焦点ずれによって図１(ａ)に示す如く
変化する。図１(ａ)において、横軸はメインビームの焦
点位置Ａを原点にとった場合の光ディスクの焦点ずれを
示し、縦軸は変調度を示す。曲線１は一方のサブビーム
の変調度で、そのサブビームが集束する位置Ｂで最大に
なる。曲線２は他方のサブビームの変調度で、そのサブ
ビームが集束する位置Ｃで最大になる。これらの変調度
を光検知素子とエンベロープ検波回路で検出し差をとる
と、図１(ｂ)の曲線３で示す如き焦点ずれ検出信号が得
られる。回折格子は、通常、トラックずれ検出のために
用いられることが多い。この場合、フォーカスレンズの
位置ずれが生じても、各ビームの開口数(ＮＡ)を常に一
定にして安定な変調度が得られるように、メインビーム
やサブビームの径はフォーカスレンズの瞳径よりも大き
くし、メインビームやサブビームの外周部分をフォーカ
スレンズの瞳で遮蔽している。つまり、上記従来技術で
は、フォーカスレンズを通過するサブビームの径は、常
にメインビームの径に等しい。そこで、上記従来技術で
は、焦点ずれによるサブビームの変調度変化は、メイン
ビームの変調度変化とほぼ等しい。すなわち、図１(ａ)
で、曲線１と２で示す２つのサブビームの変調度は、位
置Ａから±２〜３μｍ程度離れた位置ＢおよびＣで最も
大きくなり、位置Ａで２つのサブビームの変調度が半分
に減少するように設定するのがよい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、焦
点ずれ検出信号の直線領域が約±３μｍと狭いので、自
動焦点制御開始時の引き込み動作に失敗する可能性があ
る。これを解決するために、例えば、図２(ａ)に示す如
く、２つのサブビームが集束する位置ＢとＣを、メイン
ビームの焦点位置から約±６μｍ以上離すことも考えら
れるが、１'と２'で示す２つのサブビームの変調度がメ
インビームの焦点位置Ａの近傍において無くなるため
に、焦点ずれ検出信号は図２(ｂ)の曲線３’となり、メ
インビームの焦点位置Ａ近傍で検出不可能になることが
考えられる。本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、従来の技術における上述
の如き問題を解消し、２つのサブビームの変調度の変化
から焦点ずれ検出信号を得る方式において、焦点ずれ検
出信号の直線領域を広くするとともに、安定な自動焦点
引き込み動作を達成することが可能な焦点ずれ検出装置
およびそれを用いた光ヘッドを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明の上記目的は、
メインビームと、ある方向に関してメインビームよりも
発散状のサブビームと、同じ方向に関してメインビーム
よりも収束状の他のサブビームと、前記メインビームお
よびサブビームを情報媒体上に収束させる収束手段と、
前記情報媒体で反射したサブビームを受光する光検出手
段と、該光検出手段の出力信号に含まれる振幅成分の差
から焦点ずれ検出信号を生成する信号演算回路とを有す
る焦点ずれ検出装置において、前記収束手段を透過した
サブビームの実質的な開口数（ＮＡ’）を、前記メイン
ビームの実質的な開口数（ＮＡ ₀ ）よりも小さくする手
段と、前記サブビームに、少なくとも一方の収束位置が
メインビームの収束位置と異なる非点収差を与える手段
を備えたことを特徴とする焦点ずれ検出装置およびこれ
を用いた光ヘッドによって達成される。

【０００６】

【作用】従来の光ディスク装置の如く、スポット径がピ
ット径よりも大きい場合、ピットによる反射ビームの変
調度は、スポット径が増大するほど減少する。焦点位置
におけるスポット径 Φ₀は、波長をλ，集束ビームの開
口数をＮＡとして、近似的に、 Φ₀＝λ／ＮＡで表わされる。従って、ＮＡが大きいほどスポット径
Φ₀は小さく、大きな変調度を得ることができる。しか
し、焦点ずれΔＺによって付加される収差Ｗ₂₀は、近似
的に、Ｗ₂₀＝１／２・ＮＡ²・ΔＺで表わされ、同じ焦点ずれΔＺに対しては、ＮＡが大き
いほどＷ₂₀が大きく、焦点ずれによるスポット径の増大
も著しくなり、変調度は著しく減少する。一方、ＮＡが
小さい場合、焦点位置におけるスポット径 Φ₀は大きい
ために変調度は小さいが、焦点ずれΔＺによるスポット
径の増加も小さく、従って、変調度の減少も小さい。つ
まり、ＮＡが小さい方が、焦点ずれの広い範囲にわたっ
て変調度を変化させることができることになる。しか
し、例えば、サブビームの開口数(ＮＡ)をメインビーム
の開口数よりも小さくするために、開口数の異なる複数
のフォーカスレンズを用いることは、部品点数が増加し
たり、複数のフォーカスレンズの光軸方向の位置調整が
必要になるため、得策ではない。

【０００７】そこで、本発明に係る焦点ずれ検出装置に
おいては、同一のフォーカスレンズを用いて、フォーカ
スレンズを通過するサブビームの径を、メインビームの
径よりも細くする。図４において、５で示すフォーカス
レンズの焦点距離をｆ，開口数をＮＡ₀とすると、この
レンズを通過できるメインビーム７の半径ｈ₀(光軸を６
で示す)との間には、ＮＡ₀＝sinθ₀＝ｈ₀／ｆの関係がある。一方、メインビーム７の半径ｈ₀よりも
小さい半径ｈ'のサブビーム７’が、フォーカスレンズ
５により集束する場合、そのビームの実質的な開口数Ｎ
Ａ'は、ＮＡ'＝sinθ'＝ｈ'／ｆとなる。そこで、サブビームの径をメインビームの径よ
りも細くすれば、サブビームの開口数ＮＡ'を、メイン
ビームの開口数ＮＡ₀よりも小さくすることができるこ
とになる。これにより、図３(ａ)に示す如く、２つのサ
ブビームが集束する位置ＢとＣをメインビームの焦点位
置から約±６μｍ以上離しても、１”と２”で示すサブ
ビームの変調度はメインビームの焦点位置Ａの近傍にお
いても無くなることはなく、焦点ずれ検出信号は図３
(ｂ)の曲線３”となり、焦点ずれ検出信号の直線領域を
広くするとともに、メインビームの焦点位置Ａ近傍でも
焦点ずれ検出信号を得ることができ、安定な自動焦点制
御引き込み動作を達成することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図５は、本発明を用いた光ディスク装置の
光ヘッドの光学系構成を示す。図において、１１は半導
体レーザで、例えば、波長λが７８０ｎｍのレーザビー
ムを出射する。１２はコリメートレンズで、半導体レー
ザ１１から出射したレーザビームを直径約４ｍｍの平行
なメインビーム１３にする。１４は図６に示す如く、直
径１.８ｍｍの円形領域３０に直線の回折格子溝３１が
不等間隔に並んだ回折格子である。上記回折格子１４
は、直径１.８ｍｍの＋１次回折ビーム１５ｂと−１次
回折ビーム１５ｃとを、メインビーム１３の光軸に対し
て ±０.７４５度の方向に分離するとともに、＋１次ビ
ーム１５ｂに対して１／２波長の非点収差(Ｗ₂₂＝０.５
λ)を与え、−１次ビーム１５ｃに対して−１／２波長
の負の非点収差(Ｗ₂₂＝−０.５λ)を与える。各々のビ
ームは、ビームスプリッタ１６を透過し、フォーカスレ
ンズ１７で集束される。フォーカスレンズ１７は、焦点
距離ｆが例えば３．０ｍｍで、開口数ＮＡ₀ は０．６
で、直径３．６ｍｍの瞳１８を有する。図６において、
３２は直径４ｍｍのメインビーム１３の外径を示し、３
３は直径３．６ｍｍのフォーカスレンズ１７の瞳１８の
径を示す。

【０００９】メインビーム１３は、瞳１８によりけられ
て直径３．６ｍｍのビームになる。瞳１８を通過したメ
インビーム１３は、焦点１９ａを結ぶ。＋１次ビーム１
５ｂは正の非点収差を有するために、フォーカスレンズ
１７に近い位置に焦線１９ｂを結び、−１次ビーム１５
ｃは負の非点収差を有するために、フォーカスレンズ１
７に遠い位置に焦線１９ｃを結ぶ。２０は光ディスク
で、凹凸形状のピットが配置されている。メインビーム
１３と＋１次ビーム１５ｂと−１次ビーム１５ｃは、光
ディスク２０によって反射され、フォーカスレンズ１７
を通過し、ビームスプリッタ１６で反射し、凸レンズ２
２で集光される。２１ａはメインビーム１３の反射ビー
ム、２１ｂは＋１次ビーム１５ｂの反射ビーム、２１ｃ
は−１次ビーム１５ｃの反射ビームである。また、２３
ａはメイン反射ビーム２１ａを受光する光検出素子で、
メイン反射ビーム２１ａの光量に比例した光量信号２４
ａを出力する。２３ｂは＋１次反射ビーム２１ｂを受光
する光検出素子で、＋１次反射ビーム２１ｂの光量に比
例した光量信号２４ｂを出力する。

【００１０】２３ｃは−１次反射ビーム２１ｃを受光す
る光検出素子で、−１次反射ビーム２１ｃの光量に比例
した光量信号２４ｃを出力する。光ディスク２０には凹
凸形状のピットがあり、図には示さないモーターによっ
て回転すると、メイン反射ビーム２１ａと＋１次反射ビ
ーム２１ｂと−１次反射ビーム２１ｃの反射光量はピッ
トによってそれぞれ変調を受け、光検出素子２３ａと２
３ｂと２３ｃの光量信号２４ａと２４ｂと２４ｃが変調
される。２５ｂと２５ｃはエンベロープ検波回路であ
る。エンベロープ検波回路２５ｂはピットで変調された
＋１次反射ビーム２１ｂの変調度を検出して、変調度信
号２６ｂを出力する。エンベロープ検波回路２５ｃはピ
ットで変調された−１次反射ビーム２１ｃの変調度を検
出して、変調度信号２６ｃを出力する。２７は差動演算
回路で、変調度信号２６ｂと２６ｃの引算演算を行い、
焦点ずれ検出信号２８を出力する。

【００１１】まず、図７を用いて、回折格子１４の構造
と作用を説明する。回折格子１４を含む平面内にｘ軸と
ｙ軸をとり、格子溝３１の方向をｘ軸とし、ビームの進
行方向にｚ軸をとり、回折格子領域３０の中心を座標原
点Ｏとする。４０は半径ｈの入射ビームである。４１は
ｚ軸とθ度傾いた＋１次回折ビームで、座標原点Ｏから
ｆだけ離れた光軸上の点Ｐに集束し、原点Ｏを通るその
波面を点線の円Ｓで示す。入射ビーム４０が集束せずに
θ方向に回折した仮想的な平行ビームを点線４２とし、
原点Ｏを通るその波面を点線の直線Ｌで示す。直線４２
と直線Ｌとの交点をＱ、直線４２と円Ｓの交点をＲとす
れば、回折格子１４の格子領域３０で与られる非点収差
Ｗ₂₂の大きさは、線分ＲＱの長さであり、近似的にＷ₂₂＝ＲＱ＝ＰＱ−ＰＲ＝√(ｆ²＋ｈ²)−ｆ＝１／２・ｈ²／ｆとなり、これよりｆをｆ＝１／２・ｈ²／Ｗ₂₂ で求めることができる。ｈ＝０.９ｍｍ、Ｗ₂₂＝０.５λ
＝０.０００３９ｍｍを代入すれば、ｆ＝１０３８ｍｍ
となる。

【００１２】更に、点Ｐを中心に半径(ｆ＋ｎλ)の円を
Ｓｎ(ｎ＝±１,±２,±３,・・・・)とすれば、円Ｓｎは、 (ｘ＋ｆsinθ)²＋(ｚ−ｆcosθ)²＝(ｆ＋ｎλ)² であるから、円Ｓｎとｘ軸との交点の座標Ｘｎは、ｚ＝
０として、Ｘｎ＝−ｆsinθ±√{(ｆ＋ｎλ)²−(ｆcosθ)²} となる。複号の正を選んで、近似的には、Ｘｎ＝ｎλ／sinθ＋ｎ²λ²／(２ｆsinθ) となる。上式の右辺の第１項は、サブビームを±θ方向
に回折させるための平均的な格子溝のピッチを示し、第
２項は、サブビームに非点収差Ｗ₂₂を与えるための格子
間隔の変化量を示す。従って、ｘ−ｙ平面に入射して上
式で与えられる座標Ｘｎに配置された格子溝群３１ｎで
回折したビームは、点Ｐにおいて同位相になり強め合う
ので、点Ｐに集束する＋１次の回折ビームとなる。同時
に、格子溝群３１ｎで＋１次回折ビームとは反対方向に
回折するビームは、回折格子による回折角の対称性によ
って、原点Ｏから−ｆだけ離れた点から発散する−１次
の回折ビームになる。λ＝０.０００７８ｍｍ、θ＝０.
７４５度、ｆ＝１０３８ｍｍとして、Ｘｎを−０.９ｍ
ｍ≦Ｘｎ≦＋０.９ｍｍの範囲で求めた結果を、表１に
示す。

【００１３】

【表１】表１に示したデータに従って電子ビーム描画装置を用い
て格子溝のマスクパターンを作成し、露光装置によって
マスクパターンを通してガラス基板上のフォトレジスト
を感光させた後、現像処理をすることによって、回折格
子１４を製作することができる。また、格子溝群３１ｎ
は、入射ビーム４０と点Ｐの位置に線状に集束するビー
ムとが、ｘ−ｙ面上で干渉した結果生じる干渉縞と考え
ることもできる。従って、回折格子１４を、ホログラム
製作の手法を用いて製作することもできる。

【００１４】次に、本実施例における焦点ずれ検出の動
作について説明する。図８は、光ディスク２０面上のス
ポット形状を示している。光ディスク２０面上には、直
径が約０.４μｍで深さが約１／４波長の凹凸形状のピ
ット９３ａとピット９３ｂが配置されている。各々のピ
ット９３ａとピット９３ｂの位置は、ディスクの半径方
向(紙面の上下方向)に沿って、少なくとも数トラックの
範囲で揃っている。また、一点鎖線で示すトラック９２
の間隔は１.３μｍで、ピット９３ａは紙面上方向に約
４分の１トラックずれており、ピット９３ｂは紙面下方
向に約４分の１トラックずれている。９１ａはメインビ
ーム１３のスポット、９１ｂは＋１次回折ビーム１５ｂ
のスポット、９１ｃは−１次回折ビーム１５ｃのスポッ
トである。まず、図８(ｂ)は、光ディスク２０がメイン
ビーム１３の焦点１９ａの位置にある場合を示してお
り、スポット９１ａは最も小さくなり、情報の記録再生
に適したディスク位置(焦点合わせの目標点位置)であ
る。回折格子１４が作用する方向(図７のｘ軸方向)をト
ラック９２の方向とすると、＋１回折次ビーム１５ｂと
−１次回折ビーム１５ｃは、トラックに垂直な方向には
最もよく集束するが、トラック方向には集束していない
ので、スポット９１ｂとスポット９１ｃは同じ大きさの
トラック方向に長いスポットになる。

【００１５】従って、＋１次反射ビーム２１ｂと−１次
反射ビーム２１ｃのピット９３ａおよびピット９３ｂに
よる変調度は、最大変調度よりは小さいが等しくなる。
図８(ａ)は、光ディスク２０が−１次回折ビーム１５ｃ
の焦線１９ｃの位置にある場合を示すもので、スポット
９１ｃは縦に長い焦線になる。各々のピット９３ａとピ
ット９３ｂは、ディスクの半径方向(紙面上下方向)に沿
って揃っているので、−１次反射ビーム２１ｃは最も大
きく変調される。スポット９１ｂは図８(ｂ)の場合より
も更に横に大きくなり、＋１次反射ビーム３１ｂの変調
度は、図８(ｂ)の場合よりも小さくなる。図８(ｃ)は、
これとは逆に、光ディスク２０が＋１次ビーム１５ｂの
焦線１９ｂの位置にある場合を示すもので、スポット９
１ｂは縦に長い焦線になり、＋１次反射ビーム２１ｂは
最も大きく変調される。スポット９１ｃは図８(ｂ)の場
合よりも更に横に大きくなり、−１次反射ビーム２１ｃ
の変調度は、図８(ｂ)の場合よりも小さくなる。

【００１６】図９は、光ディスクの焦点ずれを横軸にと
り、ピット９３ａと９３ｂによる各反射ビームの変調度
の計算結果を示すものである。点線６１ａはメイン反射
ビーム２１ａの変調度、実線６１ｂは＋１次回折ビーム
２１ｂの変調度、実線６１ｃは−１次回折ビーム２１ｃ
の変調度を示している。本実施例の如く、開口数(ＮＡ)
が０.６程度のフォーカスレンズを用いて、波長７８０
ｎｍ程度のレーザビームを絞り込んだ場合、メインビー
ムの変調度は、点線６１ａが示す如く、焦点ずれが２μ
ｍ程度生じると半分に減少する。一方、ビーム径が半分
のサブビームの変調度は、本実施例の効果により、実質
的な開口数(ＮＡ)が０.３となり、実線６１ｂと６１ｃ
が示す如く、約４倍の焦点ずれ８μｍ程度で半分に減少
する。そこで、回折格子１４で与える非点収差量Ｗ₂₂を
０.５λとすることにより、図９の実線６１ｂと６１ｃ
で示す如く、サブビーム変調度のピーク位置を±８μｍ
にすることができる。従って、図１０の実線６２で示す
如く、焦点ずれの検出範囲が±８μｍ以上ある、焦点ず
れ検出信号を得ることができる。

【００１７】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、回折格子領域３０の径は、フォーカスレンズ１７
の瞳１８の径の半分より大きくてもよく、また、小さく
ても良い。また、回折格子としては、直線形の回折格子
１４の代わりに、図１１に示す如き、楕円形の回折格子
７０を用いてサブビームに非点収差を与えることもでき
る。図１１において、楕円形回折格子７０は、回折格子
領域７１内に同心の楕円群７４に沿って楕円弧状の格子
溝７２を設けたものである。このような曲線による格子
を直線形の回折格子と区別するためにホログラム素子と
いうこともある。回折格子領域７１は、３３で示すフォ
ーカスレンズの瞳径よりも小さい。また、先に示した特
開平1-303632号公報に開示されている技術と同様に、図
１２に示す如き円形の回折格子８０を用いてサブビーム
に光軸縦移動の収差(焦点ずれの収差)を与えることも可
能である。図１２において、円形回折格子８０は、回折
格子領域８１内に同心円群８４に沿って円弧状の格子溝
８２を設けたものである。回折格子領域８１は、３３で
示すフォーカスレンズの瞳径よりも小さく構成されてい
る。

【００１８】次に、本発明の他の実施例を、図１３およ
び図１４を用いて説明する。図１３は、本発明を用いた
光ディスク装置の光ヘッドの構成図である。図におい
て、１０１は半導体レーザ、１０２は複屈折性物質から
成る回折格子板、１０５は４分の１波長板、１０６はフ
ォーカスレンズ、１０７Ａと１０７Ｂは３分割型光検出
器、１０８は半導体レーザ１０１のパワーモニタ用光検
出器、１０９は光検出器出力信号の演算回路を示してい
る。回折格子板１０２の半導体レーザ１０１側の面に
は、図１４(ａ)に示す如き等間隔の直線溝からなる回折
格子１０３が設けられている。また、回折格子板１０２
のフォーカスレンズ１０６側の面には、図１４(ｂ)に示
す如き、本発明による不等間隔の直線溝からなる回折格
子１０４が格子領域１２０に製作されている。半導体レ
ーザ１０１から出射したビーム１１４は、回折格子１０
４によって、メインビーム１１５ａとサブビーム１１５
ｂおよび１１５ｃに分離される。なお、１１６はメイン
ビーム１１５ａとサブビーム１１５ｂ，１１５ｃが図示
されていない光ディスクで反射し、４分の１波長板１０
５を通過した反射ビームである。

【００１９】反射ビーム１１６は、回折格子１０３によ
ってビーム１１７Ａと１１７Ｂに分離される。反射ビー
ム１１６，ビーム１１７Ａ，ビーム１１７Ｂは、各々、
メインビーム１１５ａと２つのサブビーム１１５ｂと１
１５ｃから成る。ビーム１１７Ａは３分割型光検出器１
０７Ａで受光され、ビーム１１７Ｂは３分割型光検出器
１０７Ｂで受光される。半導体レーザ１０１と光検出器
１０７Ａおよび１０７Ｂは、フランジ１１０を介して円
形基板１１１上に固定されている。また、パワーモニタ
用光検出器１０８と集積型電子回路１０９も、円形基板
１１１上に固定されている。１１２は筒状の光ヘッド筺
体で、該光ヘッド筺体１１２の中には、フォーカスレン
ズ１０６と４分の１波長板１０５と回折格子板１０２と
円形基板１１１が、スペーサ１１３ａと１１３ｂと１１
３ｃを介して固定されている。次に、回折格子１０３と
１０４の作用について、説明する。屈折率がｎの物質で
できた回折格子の格子溝の深さをｄとすると、格子凸部
の光路長はｎｄで、回折格子の周囲が空気で囲まれてい
るとすれば格子凹部の光路長はｄである。従って、凸部
と凹部の光路長の差ΔＯＰは、 ΔＯＰ＝(ｎ−１)ｄである。

【００２０】ΔＯＰが波長の整数倍であれば、凸部を通
過したビームの位相と凹部を通過したビームの位相のず
れはなく、回折格子の作用はない。ΔＯＰが波長の整数
倍からずれると回折格子として作用する。特に、ΔＯＰ
が波長の整数倍と半波長であれば、凸部を通過したビー
ムの位相と凹部を通過したビームの位相が１８０度ず
れ、０次回折方向に出射するビームは互いに打ち消し合
うので０次回折ビームは生じない。通過ビームは、主に
±１次回折方向に回折される。回折格子板１０２は、例
えば、ＬiＮｂＯ₃(ニオブ酸リチウム)である。ＬiＮｂ
Ｏ₃は三方晶系の結晶で、光学的に負の一軸結晶であ
り、その屈折率楕円体は光学軸(または結晶軸のＣ軸)方
向に偏平な回転対称な楕円体である。図１４に示す如
く、光学軸１４１を回折格子板１０２の面内とし、半導
体レーザ１０１の出射ビーム１１４の偏光方向を、例え
ば、光学軸１４１の方向とする。出射ビーム１１４は回
折格子板１０２中を異常光線として伝搬するが、ディス
ク反射ビーム１１６は４分の１波長板１０５の作用で、
回折格子１０２中を常光線として伝搬する。

【００２１】回折格子板１０２の半導体レーザ側の面に
は、図１４(ａ)に示す如き、等間隔直線型の回折格子
１０３があり、その格子溝の深さは、例えば、４.６３
μｍである。また、回折格子板１０２のフォーカスレン
ズ側の面には、例えば、図１４(ｂ)に示す如き、不等間
隔直線型の回折格子１０４があり、その格子溝の深さは
１.８５μｍである。ＬiＮｂＯ₃の波長７８０ｎｍ近辺
における常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅは、例
えば、ｎｏ＝２.２６２ｎｅ＝２.１７９である。溝深さが４.６３μｍの回折格子１０４は、異
常光線に対しては光路長の差がちょうど波長の７倍で回
折格子としての作用がなく、常光線に対しては光路長の
差が７.５倍で０次回折ビームはなく、±１次回折ビー
ムだけ生じる回折格子として作用する。

【００２２】また、溝深さが１.８５μｍの回折格子１
０３は、常光線に対しては光路長の差がちょうど波長の
３倍で、回折格子としての作用がなく、異常光線に対し
ては光路長の差が２.８倍で、０次回折ビームと±１次
回折ビームを生じる回折格子として作用する。従って、
半導体レーザ１０１から出射したレーザビーム１１４
は、回折格子板１０２中を異常光線として伝搬し、回折
格子１０３は作用せず、回折格子１０４によってメイン
ビーム１１５ａとサブビーム１１５ｂ，１１５ｃに分離
され、サブビーム１１５ｂおよび１１５ｃには非点収差
が付加される。一方、ディスクからの反射ビーム１１６
は回折格子板１０２中を常光線として伝搬し、回折格子
１０４は作用せず、回折格子１０３によって検出ビーム
１１７Ａと１１７Ｂに分離され、３分割型光検出器１０
７Ａと１０７Ｂで受光され、メインビーム１１５ａとサ
ブビーム１１５ｂおよび１１５ｃの変調度信号を得るこ
とができる。

【００２３】また、回折格子１０４の１２０で示す回折
格子領域は、半導体レーザ１０１からみたフォーカスレ
ンズ１０６の瞳の射影１２１よりも小さい。よって、サ
ブビーム１１５ｂと１１５ｃの実効的な開口数はメイン
ビーム１１５ａの開口数よりも小さくなり、第１の実施
例で説明したように、焦点ずれの検出範囲が広い焦点ず
れ検出信号を得ることができる。上記実施例において
は、回折格子として、直線形の回折格子１０４を用いた
例を示したが、直線形の回折格子１０４の代わりに、図
１１に示すような楕円形の回折格子７０を用いてサブビ
ームに非点収差を与えることも可能であり、また、図１
２に示す如き円形の回折格子８０を用いて、サブビーム
に光軸縦移動の収差(焦点ずれの収差)を与えることも可
能である。なお、上記実施例はいずれも本発明の一例を
示したものであり、本発明はこれらに限定されるべきも
のではないことは言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば、２つのサブビームの変調度の変化から焦点ずれ検
出信号を得る焦点ずれ検出装置において、焦点ずれ検出
信号の直線領域を広くするとともに、安定な自動焦点引
き込み動作を達成することが可能な焦点ずれ検出装置お
よびそれを用いた光ヘッドを実現できるという顕著な効
果を奏するものである。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の焦点ずれ検出装置における焦点ずれ検出
信号を示す図である。

【図２】従来の焦点ずれ検出装置の問題点を説明する図
である。

【図３】本発明に係る焦点ずれ検出装置における焦点ず
れ検出信号を示す図である。

【図４】ビーム径と開口数の関係を説明する図である。

【図５】本発明の一実施例に係る焦点ずれ検出装置を用
いた光ヘッド光学系の構成図である。

【図６】実施例に係る直線形回折格子を示す図である。

【図７】回折格子の作用を説明するための図である。

【図８】実施例に係る焦点ずれ検出装置における光ディ
スク面上のスポット形状を示す図である。

【図９】実施例に係る焦点ずれ検出装置における変調度
の変化を示す図である。

【図１０】実施例に係る焦点ずれ検出装置における焦点
ずれ検出信号を示す図である。

【図１１】実施例に係る楕円形回折格子を示す図であ
る。

【図１２】実施例に係る円形回折格子を示す図である。

【図１３】本発明の他の実施例に係る焦点ずれ検出装置
を用いた光ヘッド光学系の構成図である。

【図１４】実施例に係る回折格子の構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１，１０１：半導体レーザ、１４，７０，８０，１０
４：回折格子、１６：ビームスプリッタ、１８，１０
６：フォーカスレンズ、２０：光ディスク、２３ａ，２
３ｂ，２３ｃ，１０７Ａ，１０７Ｂ：光検出素子、２５
ｂ，２６ｃ：エンベロープ検波回路、２７：差動演算回
路、２８：焦点ずれ検出信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−242497（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−73246（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−223944（ＪＰ，Ａ) 特開平４−159618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/09 G11B 7/095

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】メインビームと、ある方向に関してメイ
ンビームよりも発散状のサブビームと、同じ方向に関し
てメインビームよりも収束状の他のサブビームと、前記
メインビームおよびサブビームを情報媒体上に収束させ
る収束手段と、前記情報媒体で反射したサブビームを受
光する光検出手段と、該光検出手段の出力信号に含まれ
る振幅成分の差から焦点ずれ検出信号を生成する信号演
算回路とを有する焦点ずれ検出装置において、前記収束
手段を透過したサブビームの実質的な開口数（ＮＡ’）
を、前記メインビームの実質的な開口数（ＮＡ_０）より
も小さくする手段と、前記サブビームに、少なくとも一
方の収束位置がメインビームの収束位置と異なる非点収
差を与える手段を備えたことを特徴とする焦点ずれ検出
装置。
【請求項２】前記収束手段を透過したサブビームの実
質的な開口数（ＮＡ’）を前記メインビームの実質的な
開口数（ＮＡ_０）よりも小さくする手段が、回折格子ま
たはホログラム素子から構成されることを特徴とする請
求項１記載の焦点ずれ検出装置。
【請求項３】前記回折格子またはホログラム素子は、
前記サブビームに非点収差を与えることを特徴とする請
求項２記載の焦点ずれ検出装置。
【請求項４】複数の記録トラックを有する光記録媒体
への情報の記録・読出しを行うための光ヘッドであっ
て、光源，該光源からの光ビームの光路中に設けられ前
記光ビームの一部をメインビームとして透過させるとと
もに、ある方向に関してメインビームよりも発散状のサ
ブビームと同じ方向に関してメインビームよりも収束状
の他のサブビームからなる一対のサブビームを、その実
質的な開口数（ＮＡ’）を前記メインビームの実質的な
開口数（ＮＡ_０）より小さく、また、前記メインビーム
と微小角度異なる方向に生成する手段と、前記サブビー
ムに、少なくとも一方の収束位置がメインビームの収束
位置と異なる非点収差を与える手段を備え、前記メイン
ビームを前記光記録媒体の情報記録面上にメインスポッ
トとして結像させるとともに、前記一対のサブビームを
前記メインスポットとは焦点方向および前記記録トラッ
クに沿った方向の異なる位置に結像させる結像光学系，
前記光記録媒体の情報記録面からの反射ビームを前記結
像光学系の光路から分離して取出す分離光学系，該分離
光学系により取出された前記反射ビームを受光するため
の光検出手段であって、少なくとも前記一対のサブビー
ムによる反射ビームのそれぞれを受光する２つの光検出
素子を含む光検出手段，前記２つの光検出素子から前記
一対のサブビームの反射ビームの変調度の変化に基づい
て焦点ずれ検出信号を得る焦点ずれ検出回路を有するこ
とを特徴とする光ヘッド。
【請求項５】前記サブビームを生成する手段が、回折
格子またはホログラム素子から構成されることを特徴と
する請求項４記載の光ヘッド。
【請求項６】前記回折格子またはホログラム素子は、
前記サブビームに非点収差を与えることを特徴とする請
求項５記載の光ヘッド。