JP3787099B2 - 焦点誤差検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体に情報の記録再生を行う光ピックアップ装置に備えられ、情報媒体に対する光ピックアップ装置の焦点制御に適用される焦点誤差検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、いわゆるマルチメディアの興隆に伴い、デジタルの静止画や動画などの大容量のデータがモバイル機器で取り扱われるようになってきている。そのようなデータは、一般に、光ディスクなどの大容量の記録媒体に蓄積され、必要に応じてランダムアクセスして再生される。光ディスクは、ランダムアクセスが可能であり、フレキシブル磁気ディスクなどの磁気記録媒体よりも記録密度が高いため、上述の記録媒体として利用されている。
【0003】
データの記録再生が可能な光ディスクの一例として、相変化媒体が実用化されている。この相変化媒体では、記録膜上に光ビームを集光させ、それにより発生する熱によって記録膜に結晶質と非晶質の部分を選択的に形成することで記録を行う。記録された情報の再生は、結晶質と非晶質の両部分からの反射光量に差が生じることを利用して行う。
【0004】
光ビームの形成には、光ピックアップ装置が用いられる。光ピックアップ装置は、半導体レーザを光源として、対物レンズにより微小な光スポットを光ディスクに照射する。例えば、対物レンズの開口数が0.60、半導体レーザの波長が0.655μmの場合、直径約0.9μmの集光スポットが光ディスクの記録膜に形成される。この集光スポットを用いて記録膜に対するデータの記録と記録膜からのデータの再生を行う。光ディスクは、データの記録再生時にスピンドルモータにより回転されるが、その際、面振れにより焦点誤差が発生する。面振れにより光ディスクがレーザビームの焦点位置からずれると、光ディスク面上のスポット径が大きくなるため、再生時においては信号の変調度が低下して正確な情報読み取りができなくなり、記録時においては微小領域に所望の温度上昇が得られず正確な情報記録ができなくなる。そこで、光ディスクの焦点誤差を光学的に検出する焦点誤差検出装置と、絞り込みビームの集光位置を光ディスクに追従させるレンズアクチュエータ等を備えた自動焦点制御機構が必要になる。対物レンズの開口数が0.60、波長0.655μmの場合、焦点深度は±1μmとなるので、この範囲に集光位置を制御する必要がある。
【0005】
モバイル用途の光ディスク読み出し装置としては、従来より、直径30mm〜50mmの小径の光ディスクに超小型の光ピックアップ装置を用いて情報の記録再生を行う光ディスク装置が開発されている。例えば、日経エレクトロニクス2001年7月16日号には、半導体レーザ、光検出器、ミラーなどが集積された「Siサブマウント」と、対物レンズ、1/4波長板、偏光ビームスプリッタなどの光学部品から成る「光学ブロック」とを合体した構造を有し、4.93mm×3.3mm×1.4mmの外形寸法を実現した光ピックアップ装置が記載されている。しかしながら、このような光ピックアップ装置は、半導体レーザ、光検出器、光学部品を集積化一体化した構造であるので、個別の位置調整ができず、焦点誤差信号のオフセット調整が困難になるという不都合がある。そこで、この超小型光ピックアップ装置では、「Siサブマウント」と「光学ブロック」の合体時に、実際に半導体レーザを発光させて、これを光検出器でとらえながら最適位置への調整がなされる。しかし、この手法では、調整コストの増加や、調整時の部品性能劣化による歩留まり低下という別の不都合が発生する。また、この超小型光ピックアップ装置では、焦点誤差信号の検出にはビームサイズ法、トラッキング誤差信号の検出にはプッシュプル法という一般的な手法が採用されているが、スポットサイズ法、非点収差法、フーコー法等の一般的な焦点誤差信号検出方式では、焦点誤差信号のオフセット調整に光軸方向の調整が必要であり、小型化のため調整用光学部品を省略すると光学的調整ではオフセットが除去できないという不都合もあった。なお、電気的なオフセット調整によっても、ある程度の補正は可能であるが、調整可能な範囲が光学的な調整に比べて小さいため、焦点誤差信号のオフセットを低減するためには光学部品の位置精度を初期状態で厳しく管理する必要があり、光ピックアップ装置の組立コストが増加する。
【0006】
これらの課題を解決すべく、本願発明者らは先に図6乃至図10に示す新しい焦点位置検出装置を提案した。図6は本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成図、図7は図6の焦点誤差検出装置に備えられる回折素子上の回折格子の形状を説明する図、図8は図6の焦点誤差検出装置における焦点誤差信号検出の原理を説明する図、図9は図6の焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図、図10は図6の焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。
【0007】
図6において、半導体レーザ11から放射された光ビームは、コリメータレンズ12に発散光ビームとして入射し、コリメータレンズ12により平行光ビームとされる。この平行光ビームはビームスプリッタ13と回折素子4(サブビーム発生手段)を通過後、対物レンズ17により光ディスク1に集光される。光ディスク1で反射した光ビームは再び対物レンズ17に入射し、回折素子4(光量変化手段)を通過後、ビームスプリッタ13に入射する。ビームスプリッタ13で反射した光ビームはレンズ18により集光されて光検出器5(光検出手段)に入射する。光検出器5は複数の受光部を備えており、焦点誤差信号(以下、FESと表す)、トラッキング誤差信号(以下、TESと表す)、情報再生信号(以下、RF信号と表す)等が検出される。
【0008】
回折素子4は、図6及び図7に示すように、ガラスやプラスチック等からなる透明基板14の表面に、光ビームの一部の領域から2つのサブビームを発生させるホログラムパターン(回折格子)15a、15bを形成してなる。これらの各回折格子15a、15bによって生成される2つのサブビーム(±1次回折光)はメインビーム(0次回折光)の集光点に対して、X方向(光ディスク1のディスク面方向)にaμm、Z方向(光軸方向)にbμmずれた位置に集光するようになっている。光ビームの自動焦点制御は、光検出器5から検出したFESに基づき、図示しない駆動機構を用いて対物レンズ17単体あるいは光ピックアップ装置10全体をZ方向に移動させることにより行われる。
【0009】
図7は回折素子4を光ディスク1側から見た図である。破線で示した領域は対物レンズ17の有効径に対応する光ビーム入射領域21であり、この光ビーム入射領域21の一部に回折格子15a、15bが形成されている。回折格子15a、15bの形状は、X方向が長辺、Y方向が短辺となる矩形であり、X方向が回折方向となっている。そして、回折格子15a、15bには、メインビーム(0次回折光)の集光点に対して手前側と奥側に略対称にデフォーカスした位置に2つのサブビーム(±1次回折光)を集光させるホログラムパターンが形成されている。
【0010】
図8(a)〜(c)を用いてFES検出の動作原理について説明する。なお、図8(a)〜(c)においては、説明のために図6の光学系を簡略化し、復路光学系を展開して光ビームが光ディスク1を透過するように表している。また、往路光学系の回折素子4で発生した2つのサブビームの一方のみを示している。
【0011】
半導体レーザ11から出射された光ビームは、コリメータレンズ12で平行光に変換される。平行光は回折素子4に形成された回折格子15a、15bに入射する。さらに、対物レンズ17を通過して光ディスク1に集光される。その後、光ディスク1を通過して(実際は反射して)、再び対物レンズ17を通過して回折素子4に入射する。回折格子15a、15bを透過した光ビームは、レンズ18により光検出器5に集光される。
【0012】
図8(a)は光ディスク1が対物レンズ17の焦点にある場合で、往路光学系の回折格子15a、15bで発生した光ビームは、ほぼ全光量が復路光学系の回折格子15a、15bに入射し、その後レンズ18で集光されて光検出器5に入射する。また、図8(b)は光ディスク1が焦点より近くにある場合であり、図8(c)は光ディスクが焦点より遠くにある場合である。このとき、往路光学系の回折格子で発生した光ビームは、復路光学系の回折格子15a、15bの位置からずれるため、入射光量が減る。したがって、焦点位置にあるとき復路光学系の回折格子を透過する光は最大となる。
【0013】
もう一方のサブビームについても同様に、光ディスク1の位置に応じて復路光学系で回析素子4(光量変化手段)で回折する光量が変化する。2つのサブビームはメインビームの焦点位置に対して対称にデフォーカスした位置に焦点を形成するようになっているので、これら2つのサブビームについてトータル光量の差信号を演算することで、メインビームの焦点位置でゼロクロスするS字曲線状のFESが得られる。
【0014】
図9に示すように、光検出器5は5つの受光部101〜105で構成される。受光部101には往路の−1次回折光かつ復路の−1次回折光である1対のスポット111が集光される。受光部102には往路の−1次回折光かつ復路の0次回折光である1対のスポット112と、往路の0次回折光かつ復路の−1次回折光である1対のスポット113が集光される。受光部103には往路の0次回折光かつ復路の0次回折光であるスポット114と、往路の−1次回折光かつ復路の+1次回折光である1対のスポット115と、往路の+1次回折光かつ復路の−1次回折光である1対のスポット116が集光される。受光部104には往路の+1次回折光かつ復路の0次回折光である1対のスポット117と、往路の0次回折光かつ復路の+1次回折光である1対のスポット118が集光される。受光部105には往路の+1次回折光かつ復路の+1次回折光である1対のスポット119が集光される。したがって、5つの受光部に対して9つのスポットが形成される。
【0015】
スポット112とスポット113、スポット115とスポット116、スポット117とスポット118は、ほぼ同じ位置に集光する。受光部101〜105からの出力信号をF〜Jであらわすと、FESは差動増幅器121(信号演算手段)の出力信号FES=F−Jで演算される。受光部102,103,104はTESやRF信号の検出や光検出器5の位置調整に利用される。
【0016】
図10に実際に得られるFESを、出力信号F,出力信号Jと共に示す。横軸は光ディスクの焦点位置からのずれ量(フォーカス誤差)、縦軸は出力信号強度(任意単位)を示している。
【0017】
光検出器5とスポット111〜119の位置調整は、光量が最大である114が受光部103の中央に入射するようにすればよい。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出方法では、同じ光検出器面でFESとRF信号を検出していたので、以下の課題があった。
【0019】
光ディスク1の合焦点付近では、メインビーム、サブビームともに絞られた状態で光検出器5に入射する。しかし、光ディスク1のデフォーカスが大きくなると、光検出器5の面上でメインビームのスポット114が拡大し、FES検出に用いられる受光部101,105にもメインビームが漏れ込み入射するようになる。メインビームの光量はサブビームの数十倍であるので、その一部がサブビーム用の受光部に入射すれば、メインビームの受光量がサブビームの受光量より大きくなる場合があり、このときFES検出はできなくなる。図10の信号波形においても、±40μm以上のデフォーカスで出力信号F、Jが急激に増大することが読み取れる。この影響により±40μm以上のデフォーカスではFESは不安定となる。例えば、このとき光検出器に位置ずれが生じていると、受光部101,105に入射するメインビームの光量は等しくないため、出力信号F、Jの差はゼロとはならず、FESはS字形状の理想的な波形を示さなくなる。
【0020】
この問題を防ぐために、メインビームがある程度の光量以上であるとき、すなわち光ディスク1が合焦点付近にある時だけ、FES検出を行うような回路処理を行うが、この場合、その処理のための部品点数が増大し、FES検出のための判断制御も複雑なものとなる。またFESの検出範囲も広くとれない。
【0021】
また、RF信号検出用の受光部103には、メインビーム114と共にサブビームの迷光115,116も入射する。光ビーム115,116は、光ディスク1の情報信号の成分を含まないものの、その光強度はメインビーム114の5%程度もあり、RF信号の変調度を下げる要因となっており、その結果、RF信号の品質劣化が引き起こされていた。
【0022】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光ピックアップ装置の光軸方向の調整が不要で、光検出手段の位置調整精度も大幅に緩和可能であり、FES検出範囲が広く、RF信号品質を向上させた焦点誤差検出装置を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を達成するため、光源から出射した光ビームを集光手段により情報媒体に集光する往路光学系と、上記情報媒体で反射した光ビームを上記集光手段により取り込み光検出手段に導いて信号を生成する復路光学系とで構成され、上記往路光学系に、メインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する2つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備え、上記復路光学系に、上記情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通過した2つのサブビームの光量を独立して検出する2つの受光部を備えた光検出手段と、上記2つの受光部からの出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備えた焦点誤差検出装置であって、上記情報媒体に照射されるメインビームと上記情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態が異なっていることを特徴とする。
【0024】
このように、往路光学系にメインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する2つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備えると共に、復路光学系に情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通過した2つのサブビームの光量を独立して検出する2つの受光部を備えた光検出手段と、上記2つの受光部からの出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備え、情報媒体に照射されるメインビームと情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態を互いに異ならせると、RF信号検出に用いる光ビームとFES検出に用いる光ビームとを偏光方位の違いを利用して完全に分離できるので、大きなデフォーカスによるFESの乱れを抑制することができ、FESの検出範囲を拡大できると共に、RF信号の品質を向上させることができる。また、FES検出用の光検出器と光ビームの位置調整は、光ビームの集光スポットがそれぞれ所定の受光部に入射するように合わせるだけでよく、光ピックアップ装置の光軸方向の調整が不要になるので、各光学部品の位置調整の工程を簡単化することができる。さらに、プッシュプル法を利用してTES信号検出を行う場合は、受光部の分割線に光ビームの中心を合わせる必要があるが、サンプルサーボのような手法でTES信号を検出する場合には、1つの受光部で光ビームを受光すればよいので、高精度の位置調整が不要となり、光検出器と光ビームの位置調整に要する工程を大幅に簡略化することができる。
【0025】
また、本発明は、前記の課題を達成するため、上記情報媒体に照射されるメインビームは円偏光であり、上記情報媒体に照射されるサブビームは直線偏光であることを特徴とする。
【0026】
円偏光から直線偏光への変換及び直線偏光から円偏光への変換は、往路光学系及び復路光学系に1/4波長板を備えるだけで行うことができるので、情報媒体に照射されるメインビームを円偏光とし、情報媒体に照射されるサブビームを直線偏光とすると、往路光学系及び復路光学系の構成を簡単なものにすることができ、焦点誤差検出装置を小型かつ安価に実施することができる。
【0027】
また、本発明は、前記の課題を達成するため、上記往路光学系及び上記復路光学系は、それぞれ偏光ビームスプリッタと1/4波長板とを備え、かつ上記1/4波長板は上記偏光ビームスプリッタと上記情報媒体の間におかれており、上記情報媒体に照射されるメインビームは、上記往路光学系で1/4波長板を透過し、上記情報媒体に照射されるサブビームは上記往路光学系で上記1/4波長板を透過しないことを特徴とする。
【0028】
このように、往路光学系及び復路光学系に偏光ビームスプリッタと1/4波長板とを備え、かつ1/4波長板を偏光ビームスプリッタと情報媒体の間に配置し、情報媒体に照射されるメインビームは、往路光学系で1/4波長板を透過し、情報媒体に照射されるサブビームは往路光学系で上記1/4波長板を透過しないという構成にすると、往路光学系及び復路光学系に偏光ビームスプリッタと1/4波長板とを備えるだけで、1つの半導体レーザよりFESの検出、TESの検出及びRF信号の検出に必要な複数の偏光方位が異なるビームを生成することができるので、往路光学系及び復路光学系の構成を簡単なものにすることができ、焦点誤差検出装置を小型かつ安価に実施することができる。
【0029】
また、本発明は、前記の課題を達成するため、上記サブビーム発生手段及び上記光量変化手段は回折格子よりなり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段の形状は回折格子の回折方向が長辺となる矩形であり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段は上記メインビームの光軸を含まず、かつ、上記メインビームの光軸に対して点対称に配置されることを特徴とする。
【0030】
このように、回折格子よりなるサブビーム発生手段及び光量変化手段の形状を回折格子の回折方向が長辺となる矩形とし、メインビームの光軸を含まず、かつ、メインビームの光軸に対して点対称に配置すると、半導体レーザより出射された光ビームの一部の領域からメインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する2つのサブビームを生成することができるので、往路光学系及び復路光学系の構成を簡単なものにすることができ、焦点誤差検出装置を小型かつ安価に実施することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る焦点誤差検出装置及びそれを用いた光ピックアップ装置の実施の形態を図1乃至図5に基づいて説明する。図1は実施形態例に係る焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成を示す図、図2は実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられるサブビーム発生素子の回折格子の形状を説明する図、図3は実施形態例に係る焦点誤差検出装置におけるサブビーム発生素子の役割を説明する図、図4は実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図、図5は実施形態例に係る焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。なお、ここでは本発明に係る情報媒体の一例としてディスク状の情報媒体である光ディスクに適用して例を示すが、本発明はこのような構造に限定されるものではなく、カード状、シート状といった情報媒体にも適用可能である。
【0032】
(実施の形態1)
図1において、半導体レーザ11として波長λ=655nmのものが使用される。半導体レーザ11から放射された光ビームはコリメータレンズ12に発散光ビームとして入射し、コリメータレンズ12により平行光ビームとされる。コリメータレンズ12としては、焦点距離5.5mm、開口数0.12のものが使用される。したがって、平行光ビームの直径は1.32mmである。この平行光ビームは偏光ビームスプリッタ(PBS)13とサブビーム発生素子3を通過後、対物レンズ17により光ディスク1に集光される。対物レンズ17としては、焦点距離1mm、開口数0.60のものが使用される。したがって、対物レンズ17に入射する平行光ビームの直径は1.2mmとなる。集光スポットは、直径約0.9μmの略円形である。
【0033】
PBS13の偏光膜13aは、P偏光(紙面に平行な成分をもつ直線偏光)の透過率が100%、S偏光(紙面に垂直な成分を持つ直線偏光)の透過率が0%となるよう設計されている。半導体レーザ11は、半導体レーザ11から放射された光がP偏光となるよう配置する。
【0034】
サブビーム発生素子3は、1/4波長板16と回折格子(サブビーム発生手段)からなり、ガラスやプラスチック等からなる透明基板14の表面の一部に、2つのサブビーム32a、32bを発生させるホログラムパターン(回折格子)15a、15bが形成されている。2つのサブビーム(±1次回折光)32a,32bはメインビーム(0次回折光)31の集光点に対して、X方向にaμm、Z方向(光軸方向)にbμmずれた位置に集光するようになっている。また1/4波長板16は、回折格子15a、15bが形成されていない領域に設けられている。1/4波長板16は、往路でP偏光を円偏光に、復路で円偏光をS偏光に変換する役割を果たす。
【0035】
光ディスク1の情報記録面で反射された3本の光ビーム31,32a,32bは、再び対物レンズ17を経て、回折格子(光量変化手段)15a,15b、1/4波長板16を備えたサブビーム発生素子3を通過し、PBS13に入射する。メインビーム31の反射戻り光の大部分はPBS13において反射され、レンズ18により集光されて光ビーム33となり、複数の受光部19を備えた光検出器5に入射する。
【0036】
また、サブビーム32a、32bの反射戻り光の大部分はPBS13を透過する。光源側においても、半導体レーザ11とともに、光検出器が集積化ユニット2内に収められており、サブビーム32a,32bの反射戻り光はレンズ12により集光されて、光ビーム34a,34bとなり、受光部20a,20bに導かれる。受光部20a,20bからはFESが、受光部19からはTES、RF信号が検出される。得られたFESに基づき図示しない駆動機構を用いて対物レンズ単体あるいは光ピックアップ装置全体をZ方向に移動させて自動焦点制御が行われる。図1はメインビーム31が光ディスク1の情報記録面に集光されたときの状態を示しており、このとき受光部20a、20bには、それぞれデフォーカス状態の光ビーム34a,34bが入射する。
【0037】
図2(a)に、サブビーム発生素子3を光ディスク側から見た図を示す。図2(b)はその断面図である。破線で示した領域は対物レンズ17の有効径に対応する光ビーム入射領域21であり、直径1.2mmの円形である。この光ビーム入射領域の一部に回折格子15a、15bが形成されており、それ以外の領域には1/4波長板16が設けられている。回折格子15a、15bの形状は、X方向が長辺、Y方向が短辺となる矩形であり、X方向が回折方向となっている。具体的には、回折格子15aは光軸中心からX方向に0mm、Y方向に0.4mmずれた位置が中心で、X方向の幅が0.75mm、Y方向の幅が0.1mmの矩形であり、回折格子15bは光軸中心からX方向に0mm、Y方向に−0.4mmずれた位置が中心で、X方向の幅が0.75mm、Y方向の幅が0.1mmの矩形である。そして、回折格子15a、15bには、メインビーム(0次回折光)31の集光点に対して手前側と奥側に略対称にデフォーカスした位置に2つのサブビーム(±1次回折光)32a,32bを集光させるホログラムパターンが形成されている。具体的には、X方向に50μm、Z方向(光軸方向)に15μmずれた位置に集光するようになっている。図1の表記に対応させると、a=50μm、b=15μmとなる。回折格子の回折効率は、例えば、0次回折効率20%、1次回折効率40%(+1次と−1次がそれぞれ40%)に設定されている。サブビーム32a、32bはメインビーム31の集光点に対してデフォーカスしており、トラックの影響を受けないので、光ディスク1の任意の位置に配置できる。しかし、2つのサブビーム32a,32bが反射率の異なる領域にまたがると、FESにオフセットが発生して集光点が焦点深度の範囲外となる原因になるので、回折方向(X方向)はトラックに沿った方向(タンジェンシャル方向)とすることが好ましい。
【0038】
一方、1/4波長板16の光軸は、X軸、Y軸と45度の角度をなす方向(矢印Eの方向)に設定されている。このとき1/4波長板16は、X軸あるいはY軸に平行な成分をもつ直線偏光を円偏光に変換し、また逆に円偏光を直線偏光に変換する役割を果たす。往路において、X軸に平行な成分をもつ直線偏光は、1/4波長板透過後、円偏光となり、光ディスクで反射され再び1/4波長板を透過した後、Y軸に平行な成分をもつ直線偏光となる。すなわち、往路と復路で1/4波長板を透過することによって、直線偏光の偏光方向は90度回転することとなる。したがって、往復路で回折格子15a、15b領域を透過する光ビームと、往復路で1/4波長板16領域を透過する光ビームとでは、反射戻り光での偏光方位が異なる。
【0039】
サブビーム発生素子の役割について、図3を用いてさらに詳しく説明する。半導体レーザから出射されPBS13に入射する光41はP偏光であり、PBS13を透過して、回折格子15と1/4波長板16とを備えたサブビーム発生素子3に入射する。光ビーム41のうち、回折格子15の領域を透過した光ビームからは、−1次回折光43、0次回折光44、+1次回折光45の3本の光ビームが形成され、これらの光ビームはP偏光の状態で対物レンズによって光ディスク上に集光される。そして、光ディスクで反射され、対物レンズを経て再びサブビーム発生素子3に入射する。このとき、回折格子15を透過した光ビーム46はP偏光であり、PBS13を透過する。この光ビーム46からFESが得られる。一方、往路でサブビーム発生素子3に入射する光ビーム41のうち、1/4波長板16を透過した光ビーム42は円偏光となり、光ディスク上に集光される。そして、光ディスクで反射された光ビームは、再びサブビーム発生素子3に入射する。このとき、再び1/4波長板16を透過した光ビーム47はS偏光となり、PBS13で反射される。この光ビーム47から、TES信号及びRF信号が検出される。従って、1/4波長板16とPBS13を組み合わせることによって、FES検出に用いる光ビーム46と、RF検出に用いる光ビーム47を完全に分離することができる。
【0040】
往路光学系において発生した4本の光ビームは、さらに復路の光学系においてサブビーム発生素子を通過する時に4分割されるため、光検出器面には計16本の光ビームが入射することになる。図4(a)、図4(b)は、FES検出用及びRF信号検出用の光検出器面における各光ビームの集光スポットと受光部パターンの位置関係を示しており、この図を用いて各光ビームの光路について説明する。
【0041】
往路光学系で1/4波長板を透過し媒体に照射される光ビーム41は円偏光であり、復路光学系でサブビーム発生素子を通過する時に、1/4波長板を透過する光ビーム61、回折格子で回折される−1次回折光62、0次回折光63、+1次回折光64に分割される。光ビーム61は1/4波長板によってS偏光となり、RF信号検出用の光検出器面に導かれる。光ビーム62、63、64は、円偏光の状態でPBS13に入射され、PBS13において2分割される。各光ビームの一部62a、63a、64aは、RF信号検出用の光検出器面に導かれ、62b、63b、64bはFES検出用の光検出器面に導かれる。
【0042】
また、往路光学系の回折格子で発生する光ビーム42、43、44はP偏光であり、復路光学系で同様に4分割される。光ビーム42は1/4波長板16を透過する光ビーム65、回折格子15で回折される−1次回折光66、0次回折光67、+1次回折光68に分割される。光ビーム43は1/4波長板16を透過する光ビーム69、回折格子15で回折される−1次回折光70、0次回折光71、+1次回折光72に分割される。光ビーム44は1/4波長板16を透過する光ビーム73,回折格子15で回折される−1次回折光74,0次回折光75,+1次回折光76に分割される。
【0043】
光ビーム65、69、73は円偏光であり、さらにPBS13において2分割される。すなわち光ビーム65、69、73は、それぞれ光ビーム65aと65b、69aと69b、73aと73bに2分割され、光ビーム65a、69a、73aはRF信号検出用の光検出器面に、光ビーム65b、69b、73bはFES検出用の光検出器面に導かれる。その他の光ビーム66、67、68、70、71、72、74、75、76はP偏光であるため、PBS13を透過してFES検出用の光検出器面に導かれる。
【0044】
FES検出用の光検出器面は2つの受光部20a、20bを備える。受光部20aには往路の−1次回折光かつ復路の−1次回折光である1対の光ビーム66が集光される。また受光部20bには、往路の+1次回折光かつ復路の+1次回折光である1対の光ビーム76が集光される。受光部20a、20bからの出力信号をA、Bで表すと、FESは差動増幅器54(信号演算手段)の出力信号FES=A−Bで演算される。また、光ビーム66、76以外の光ビームは、受光部20a、20b以外の領域に集光する。光ビーム62b、65b、67,70は光検出器面の領域51に集光され、光ビーム63b、68,69b、71,74は光検出器の領域52に集光され、光ビーム64b、72,73b、75は光検出器面の領域53に集光される。これらの光ビームは受光部20a、20bとは離れた点に集光するため、FES信号の信号品質を向上させることができる。FES検出用の光検出器と光ビームの位置調整は、光ビーム66と76の集光スポットがそれぞれ受光部20a、20bに入射するように合わせればよいだけであるので、位置調整の工程を簡単化できる。
【0045】
またRF信号検出量の光検出器面は、2つの受光部19a、19bを備え、受光部19a、19bには光ビーム61、63a、69aが入射する。検出器はレンズ18の焦点位置からずらした位置に配置する。このように配置すると、広がったスポットが受光部に入射し、プッシュプル信号が検出できるようになる。受光部19a、19bからの出力信号をC,Dで表すと、RF信号は増幅器57の出力信号RF=C+Dで演算される。またTESは差動増幅器58の出力信号TES=C−Dで演算される。この光ビーム61、63a、69aは光ディスク上では同一点に集光されるため、光ディスク上の情報信号によって同時に強度変調を受ける。それを合わせて検出するため、RF信号の信号品質は向上する。これ以外の光ビーム62a、65aは領域55に集光し、光ビーム64a、73aは領域56に集光する。これらの光ビームは受光部19a、19bとは離れた点に集光するため、受光部のサイズを適切に設計すれば、これらの光ビームは受光部19a、19bには入射しない。
【0046】
また、プッシュプル法を利用してTES信号検出を行う場合は、受光部19aと19bの分割線に光ビーム61の中心を合わせる必要がある。しかし、サンプルサーボのような手法でTES信号を検出する場合、一つの受光部で光ビームを受光すればよいので、高精度の位置調整は不要で、光検出器と光ビームの位置調整という工程を大幅に簡略化することができる。
【0047】
図5に実際に得られるFESを、出力信号A、Bと共に示す。横軸は光ディスクの焦点位置からのずれ量(フォーカス誤差)、縦軸は出力信号強度(任意単位)を示している。本実施の形態では、出力信号A、Bは、光ディスクがサブビームの焦点位置にある時に最大となり、光ディスクの位置がサブビームの焦点からずれるほど小さくなり、最後にはゼロになる。FESは、出力信号A、Bの差から求められ、図に示されるように、焦点誤差0の時に信号強度0となり、デフォーカス20μm程度でピークをもち、さらにデフォーカスが大きくなると0になるという理想的なS字形状の波形を示す。
【0048】
従来例においては、同じ光検出器面でRF信号とFES信号を検出していたため、焦点誤差が大きくなると、RF信号検出に利用する光ビームのスポット径が広がり、FES検出に利用する受光部に入射するという問題が生じていた。この光ビームの光強度はFES検出に利用する光ビームの光強度の数十倍であるので、その光ビームの漏れ込みによって、FES信号は乱された。
【0049】
しかし、本発明では、RF信号検出に用いる光ビームと、FES検出に用いる光ビームを完全に分離するので、デフォーカスが大きくなっても、FES検出に利用する受光部20a、20bへの迷光の漏れ込みを小さく抑えることができ、FES検出範囲を拡大することができる。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、往路光学系にメインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する2つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備えると共に、復路光学系に情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通過した2つのサブビームの光量を独立して検出する2つの受光部を備えた光検出手段と、上記2つの受光部からの出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備え、情報媒体に照射されるメインビームと情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態を互いに異ならせたので、RF信号検出に用いる光ビームとFES検出に用いる光ビームとを偏光方位の違いを利用して完全に分離することができ、大きなデフォーカスによるFESの乱れを抑制することができて、FESの検出範囲を拡大できると共に、RF信号の品質を向上させることができる。また、FES検出用の光検出器と光ビームの位置調整は、光ビームの集光スポットがそれぞれ所定の受光部に入射するように合わせるだけでよく、光ピックアップ装置の光軸方向の調整が不要になるので、各光学部品の位置調整の工程を簡単化することができる。さらに、プッシュプル法を利用してTES信号検出を行う場合は、受光部の分割線に光ビームの中心を合わせる必要があるが、サンプルサーボのような手法でTES信号を検出する場合には、1つの受光部で光ビームを受光すればよいので、高精度の位置調整が不要となり、光検出器と光ビームの位置調整に要する工程を大幅に簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例に係る焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図2】実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられるサブビーム発生素子の回折格子の形状を説明する図である。
【図3】実施形態例に係る焦点誤差検出装置におけるサブビーム発生素子の役割を説明する図である。
【図4】実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図である。
【図5】実施形態例に係る焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。
【図6】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図7】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置に備えられる回折素子上の回折格子の形状を説明する図である。
【図8】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置における焦点誤差信号検出の原理を説明する図である。
【図9】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図である。
【図10】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。
【符号の説明】
1 光ディスク
3 サブビーム発生素子
5 光検出器
11 半導体レーザ
12 コリメータレンズ
13 偏光ビームスプリッタ
15a,15b 回折格子
16 1/4波長板
17 対物レンズ
18 レンズ
19a,19b 受光部
20a,20b 受光部
41〜47 光ビーム
61〜76 光ビーム
Claims (4)
- 光源から出射した光ビームを集光手段により情報媒体に集光する往路光学系と、上記情報媒体で反射した光ビームを上記集光手段により取り込み光検出手段に導いて信号を生成する復路光学系とで構成され、
上記往路光学系に、メインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する2つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備え、
上記復路光学系に、上記情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通過した2つのサブビームの光量を独立して検出する2つの受光部を備えた光検出手段と、上記2つの受光部からの出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備えた焦点誤差検出装置であって、
上記情報媒体に照射されるメインビームと上記情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態が異なっていることを特徴とする焦点誤差検出装置。 - 上記情報媒体に照射されるメインビームは円偏光であり、上記情報媒体に照射されるサブビームは直線偏光であることを特徴とする請求項1に記載の焦点誤差検出装置。
- 上記往路光学系及び上記復路光学系は、それぞれ偏光ビームスプリッタと1/4波長板とを備え、かつ上記1/4波長板は上記偏光ビームスプリッタと上記情報媒体の間におかれており、上記情報媒体に照射されるメインビームは、上記往路光学系で1/4波長板を透過し、上記情報媒体に照射されるサブビームは上記往路光学系で上記1/4波長板を透過しないことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の焦点誤差検出装置。
- 上記サブビーム発生手段及び上記光量変化手段は回折格子よりなり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段の形状は回折格子の回折方向が長辺となる矩形であり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段は上記メインビームの光軸を含まず、かつ、上記メインビームの光軸に対して点対称に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の焦点誤差検出装置。
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