JP4850703B2 - 共焦点光学系開口位置制御装置、光ヘッド装置および光情報処理装置 - Google Patents

Description

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情報の記録・再生あるいは消去を行う光情報処理装置、なかでも複数の情報層を積層した光記録媒体（例えば多層光ディスクあるいは多層光カード等）を用いる多層光情報処理装置に好適な共焦点光学系とそれを用いた光ヘッド装置と多層光情報処理装置に関するものである。

光ディスクの記録容量拡大の為に光源の短波長化と対物レンズの開口数（以下ＮＡと略記する）の拡大が進んでいる。ＤＶＤディスクでは光源波長は６５０ｎｍ、対物レンズのＮＡは０．６であったが、次世代の光ディスクでは、光源波長を４０５ｎｍ、対物レンズのＮＡを０．８５とする光学系が提案されている。更なる容量拡大のため、光ディスクの厚み方向に情報層を所定間隔で多数重ね合わせた多層光ディスクも開発途上にある。

多層光ディスクの再生時には再生しようとする情報層の信号に加えて、他の層からの信号が漏れ込むという層間クロストークが発生するという課題が有った。この課題に対して、共焦点光学系を用いて再生層以外の情報層からの反射光を除去する光ヘッド装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。共焦点光学系においては光源と共役位置にあるピンホールの位置調整・制御が重要であるが、特許文献１ではピンホールの位置調整・制御については述べられていない。

特許文献２では光源側ピンホールの像と、検出器側ピンホールの像とを用いてピンホールの位置制御を行う方法・装置が開示されている。図９は特許文献２に記載された従来の共焦点光学系を示す図である。図９において１は第１の光源、２は光源側ピンホール、３ａ〜３ｅはレンズ、４ａ〜４ｃはビームスプリッタ、６は試料、７は検出器側ピンホール、８は検出器、９は第２の光源、１０は位置検出器、１１は制御手段、１２は２軸ステージである。

第１の光源１を点灯させると、レンズ３ａ、ビームスプリッタ４ｂ、４ｃ、レンズ３ｅを通過した光によって光源側ピンホール２の像が位置検出器１０上に投影される。また、第２の光源９を点灯させると、レンズ３ｄ、ビームスプリッタ４ａ、４ｂ、４ｃ、およびレンズ３ｅを通過した光によって検出器側ピンホール７の像が位置検出器１０上に投影される。位置検出器１０上での光源側ピンホール２の像と、検出器側ピンホール７の像との位置が一致するように制御手段１１が２軸ステージ１２を制御してレンズ３ｃを光軸に対して垂直面内で微動させる。これにより光源側ピンホール２と検出器側ピンホール７とを共役関係にすることができる。
特許第２６２４２５５号公報 特許第２６２５３３０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、検出器側ピンホール７の像を作るために第２の光源９やレンズ３ｄ、ビームスプリッタ４ａが必要になるので、装置が大型化し、コスト増につながるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型で低コストな共焦点光学系開口位置制御装置と、これを用いた光ヘッド装置および光情報処理装置を提供することを目的とする。

この目的のために本発明の一態様に係る共焦点光学系開口位置制御装置は、光源と、前記光源から出射した光を試料に集光する第１の集光手段と、前記試料を透過した光又は前記試料により反射された光を集光する第２の集光手段と、前記第２の集光手段の集光点位置に設けられた開口と、前記開口を通過した光を複数の受光領域により受光する検出器と、前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸と垂直な面内で駆動する駆動手段と、前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、を備え、前記駆動手段を第１の駆動手段とし、前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸に平行な方向に駆動する第２の駆動手段をさらに備え、前記制御手段は、前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて、前記第１および第２の駆動手段を制御することが好ましい。

この態様によれば、第１の集光手段は光源から出射した光を試料に集光する。当該集光された光は試料を透過後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。あるいは、第１の集光手段により集光された光は試料により所定の方向に反射された後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。そして、いずれの場合も、開口を通過した光は複数の受光領域を備える検出器により受光される。このとき、複数の受光領域はそれぞれ個別に受光するため、受光領域毎に受光した光量を算出することができる。制御手段は、この受光領域毎に受光した光量の多少を表す光量バランスに基づいて駆動手段を制御する。いずれの場合も、複数の光源等を備える必要がないため、共焦点光学系開口位置制御装置は小型・低コストでありながら、開口を通過する光の位置調整を有効に行うことが可能となる。

また、この目的のために本発明の一態様に係る光ヘッド装置は、光源と、前記光源から出射した光を複数の情報層を積層した光記録媒体の目的とする情報層に集光する第１の集光手段と、前記第１の集光手段を当該第１の集光手段を透過する光の光軸と垂直な面内で駆動する第１の駆動手段と、前記目的とする情報層からの反射光又は透過光を集光する第２の集光手段と、前記第２の集光手段の集光点位置に設けられた開口と、前記開口を通過した光を複数の受光領域により受光する検出器と、前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸に垂直な面内で駆動する第２の駆動手段と、前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて前記第２の駆動手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第２の駆動手段に加えさらに前記第１の駆動手段を制御するものとされ、前記検出器からの高周波信号に基づいて前記第１の駆動手段を制御し、前記検出器からの低周波信号に基づいて前記第２の駆動手段を制御することが好ましい。

この態様によれば、第１の集光手段は光源から出射した光を光記録媒体の目的の情報層に集光する。このとき、第１の駆動手段は、第１の集光手段が情報層内の所望の位置に集光するように駆動する。そして、当該集光された光は光記録媒体を透過後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。あるいは、第１の集光手段により集光された光は光記録媒体により所定の方向に反射された後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。そして、いずれの場合も、開口を通過した光は複数の受光領域を備える検出器により受光される。このとき、複数の受光領域はそれぞれ個別に受光するため、受光領域毎に受光した光量を算出することができる。この受光領域毎に受光した光量の多少を表す光量バランスにより、開口を通過する光の２次元位置を検出することが可能となる。

そして、制御手段は、この光量バランスに基づいて第２の駆動手段を制御する。つまり、制御手段は、検出器が受光領域毎に受光した光量が等しくなるように第２の駆動手段を制御する。これにより、開口を透過する光が当該開口の中心を通過するように調整することが可能となる。このように、複数の光源等を備える必要がないため、本願発明に係る光ヘッド装置は小型・低コストでありながら、開口を通過する光の位置調整を有効に行うことができる。

本発明によれば、小型で低コストな共焦点光学系開口位置制御装置と、これを用いた光ヘッド装置および光情報処理装置を提供することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における共焦点光学系開口位置制御装置の構成図である。図１において、１３は光源であり、好適には半導体レーザである。１４は第１の集光手段であり、好適にはレンズが用いられる。１５は試料である。１６は第２の集光手段であり、好適にはレンズである。１７は開口であり、第２の集光手段１６の集光点位置に設けられている。１８は検出器であり、開口１７を通過した光を検出する。検出器１８としてはフォトダイオードやＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子を用いることができる。１９は駆動手段であり、開口１７を３次元方向に移動させる。制御手段２０は検出器１８からの信号をもとに駆動手段１９を制御する。

光源１３から出射した光は、第１の集光手段１４によって試料１５内部に集光される。試料１５を透過した光は、次に第２の集光手段１６によって再度集光され、集光点位置に設けられた開口１７を通過する。開口１７を通過した光は、検出器１８によって検出される。

次に、図２および図３を用いて、検出器１８で検出される像について説明する。図２において２１は遮蔽板であり、２２は遮蔽板２１に設けられたスリットである。遮蔽板２１とスリット２２とが開口１７を形成する。２３は第２の集光手段１６によって集光された集光スポットであり、ここではエアリーディスクのみを示している。スリット２２のサイズは、一方向（図の上下方向）においては集光スポット２３のエアリーディスク径の１〜２倍程度であり、他方向（図の左右方向）においては集光スポット２３にくらべ、十分大きくしている。

検出器１８は二つの受光領域１８ａと１８ｂとからなり、受光領域１８ａと１８ｂとの分割線はスリット２２の長手方向と平行に設けられている。２５は検出光スポットであり、集光スポット２３が検出器１８上で広がったものである。２６は暗部であり、検出光スポット２３のなかで、周囲よりも光量の低くなった部分である。

図２（ａ）は集光スポット２３がスリット２２の下方向にずれている状態を示しており、その時には検出器１８の受光領域１８ａ側に暗部２６が生じる。一方図２（ｂ）は集光スポット２３がスリット２２の真ん中に位置する場合を示しており、この時は検出光スポット２５には暗部は生じない。図２（ｃ）は集光スポット２３がスリット２２の上方向にずれている状態を示しており、その時には検出器１８の受光領域１８ｂ側に暗部２６が生じる。従って受光領域１８ａと１８ｂとの光量バランスを測定することにより、集光スポット２３とスリット２２との位置ずれと、当該位置ずれの方向とが判別できる。

続いて、図３を用いて暗部２６の生じる理由を説明する。図３は開口１７と集光スポット２３とを光軸を含む断面で切断した図である。２７は第２の集光手段１６により集光された光の波面を示している。同図において図１および図２と同じ構成要素については同一番号を附し説明を省略する。

図３においては集光スポット２３がスリット２２の一方（図の下方）のエッジにかかっている。つまり、この図は、図２（ａ）の状況を示している。この時、集光スポット２３が当たっているエッジからは周辺波と呼ばれる回折波が生じ、波面２８のように進行していく（例えば、「続・光の鉛筆」 鶴田匡夫 新技術コミュニケーション １９８８年発行、ｐ１２８）。波面２７と波面２８とは位相がずれているので図示しない検出器上で干渉が生じ、明暗の干渉じまが発生することになる。検出器上において、この明暗の干渉じまが発生している領域が暗部２６である。つまり、暗部２６は、周りの検出光スポット２５に比べて一様に暗いのではなく、内部に明暗の干渉じまを有している領域である。

一方で集光スポット２３の当たっていないエッジ（図の上方のエッジ）からは周辺光は発生しないので、干渉は起こらず検出光スポット２５は明るいままである。従って、図２（ａ）に示したように、検出器１８の受光領域１８ａ側に暗部２６が生じる。同様に、図３において、集光スポット２３がスリット２２の上方のエッジにかかっている場合（図２（ｃ）の状況に相当）は、周辺波の波面２８が上方に向かって進行していく。従って、図２（ｃ）に示したように、検出器１８の受光領域１８ｂ側に暗部２６が生じる。以上説明したように、集光スポット２３とスリット２２との位置関係によって暗部２６の生じる場所が変わることになる。

また、図３に示したように、集光スポット２３が当たっているエッジからは、上記の周辺波とは異なる散乱波がさらに生じ、波面１０１のように進行していく。この散乱波を用いた開口位置の検出方法については、以下の実施の形態２において詳しく説明する。

図１において、制御手段２０は、検出器１８の出力から受光領域１８ａと１８ｂとの光量バランスを測定し、開口１７の光軸に垂直な面内での位置ずれを検出する。そして、制御手段２０が駆動手段１９を制御し開口１７を移動させることにより、位置ずれを防止することが可能となる。さらに、開口１７を駆動手段１９により光軸方向に移動させれば、検出器１８からの出力は変動する。この出力の変動を利用して開口１７と集光スポット２３との光軸方向の位置合わせを行うことも可能となる。

図４は開口１７のＺ方向変位と検出器１８の出力Ｐとの関係を示す図である。図４において開口１７がＡの位置にある場合に開口１７をＡ１とＡ２との間で光軸方向に揺動させると、Ａ１の位置では出力は低く、Ａ２の位置では出力は高くなる。これは、図４の上部に示したように、Ａ１の位置に比べＡ２の位置の方が開口１７を通過する光量が多いからである。これにより、第２の集光手段１６の集光点位置は、Ａの位置よりＡ２の方向にあることがわかる。

それと異なり、開口１７が集光点位置Ｂにある時には、開口１７をＢ１とＢ２との間で光軸方向に同じ振幅で揺動させても、Ｂ１の位置での出力とＢ２の位置での出力とは同じである。これにより、開口１７の位置と第２の集光手段１６の集光点位置とが一致していることがわかる。つまり、Ｂの位置が第２の集光手段１６の集光点位置であることがわかる。以上説明したように、開口１７を駆動手段１９により光軸方向に揺動させることで、開口１７と第２の集光手段１６の集光点との光軸方向の位置ずれを検出し補正することが可能となる。また、駆動手段１９は開口１７を揺動させるのではなく、例えばＢ１からＢ２の方向へ、あるいはその逆にＢ２からＢ１の方向へのように、少なくとも一方向に駆動可能な構成であればよい。この場合も、開口１７と第２の集光手段１６の集光点との光軸方向の位置ずれを検出し補正することが可能である。

かかる構成によれば、複数の受光領域を有する検出器１８を設けることにより開口１７と集光点との位置ずれを検出することが可能となる。また、開口１７を移動させる駆動手段１９と、検出器１８からの信号をもとに駆動手段１９を制御する制御手段２０とを設けることにより、開口１７と集光点の位置ずれを補正することが可能となる。さらに、駆動手段１９により開口１７を光軸方向に揺動することにより集光点と開口１７との光軸方向の位置ずれを検出し、補正することが可能となる。

なお、本実施の形態において、開口１７を光軸に垂直面内で移動させる駆動手段１９としては、ボイスコイルやメカニカルステージなど機械的に開口１７を移動させるものでもよいし、開口１７を液晶シャッタで形成し、電子的に開口位置を移動させてもかまわない。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の共焦点光学系開口位置制御装置の開口と検出器とを示す図である。本発明の実施の形態２の共焦点光学系開口位置制御装置は、本発明の実施の形態１の共焦点光学系開口位置制御装置と開口形状および検出器の受光領域の分割数などのパターンが異なるのみなので、図５を用いて説明を行う。図５において、図１および図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図５において、２９はピンホールであり遮蔽板２１に設けられている。ピンホール２９の大きさは、集光点スポット２３のエアリーディスク径の１〜２倍程度である。検出器１８は４分割されており、受光領域１８ｏ、１８ｐ、１８ｑ、１８ｒからなる。図５（ａ）において、集光スポット２３がピンホール２９の下端に位置する場合には、図３で説明した周辺波のために受光領域１８ｏと１８ｐとに暗部が生じる。図５（ｂ）は集光スポット２３がピンホール２９と同心になっている状態で、この時には受光領域１８ｏ、１８ｐ、１８ｑ、１８ｒの出力は同一になる。図５（ｃ）は集光スポット２３がピンホール２９に対して斜めにずれた位置にある場合であり、この時には主に受光領域１８ｑの光量が下がる。従って受光領域１８ｏ、１８ｐ、１８ｑ、１８ｒの光量バランスを測定することにより、集光スポット２３とピンホール２９との位置ずれを補正することが可能となる。

また、検出光スポット２５の外側には、それを取り囲むように検出光スポット２５より光量の少ない検出光スポット２５ａが存在する。本来光量は最大値から滑らかに減少していくが、ここでは簡単のため、光量の断面に相当する検出光スポットとして、その中の２つの断面である２５および２５ａのみを示している。この検出光スポットは詳細に見ると、特に検出光スポット２５ａにおいて光量の分布が非対称になっている。例えば、図５（ａ）においては、検出光スポット２５ａは、図の上方に向かって裾を引く非対称なパターンを示している。また、同様に、図５（ｃ）においては、検出光スポット２５ａは図の右下に向かって裾を引いている。これは、図３に示した散乱光の影響によるものと考えられる。

従って、前述した暗部２６の位置を検出することにより集光スポット２３とピンホール２９との位置ずれを検出する方法の他に、この光量の非対称なパターンの位置を検出することにより位置ずれを検出することも可能である。例えば、図５（ａ）の場合には、受光領域１８ｏおよび１８ｐにおける光量に比べて、受光領域１８ｑおよび１８ｒにおける光量の方が多くなっている。さらに、受光領域１８ｏと１８ｐ、受光領域１８ｑと１８ｒの光量はそれぞれ等しい。これにより、図５（ａ）の上方の図に示したように、集光スポット２３は開口１７に対して下側にずれていることがわかる。

同様に、図５（ｃ）の場合には、受光領域１８ｐおよび１８ｒにおける光量は等しいが、それに比べて受光領域１８ｏにおける光量は多く、逆に受光領域１８ｑにおける光量は少ない。これにより、図５（ｃ）の上方の図に示したように、集光スポット２３は開口１７に対して左上にずれていることがわかる。

（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３の共焦点光学系開口位置制御装置の構成図である。図６において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図６において３０はビームスプリッタである。３１は平行平板であり、例えば光学研磨したガラス板で構成されている。１９は駆動手段であり、平行平板３１をＸ軸まわり又はＹ軸まわり、あるいはＸ軸およびＹ軸まわりに回転させる。図６において光源１３を出射した光はビームスプリッタ３０を透過し、第１の集光手段１４により試料１５の内部に集光される。試料１５により反射された光は、再度第１の集光手段１４を通過し、ビームスプリッタ３０で反射されて開口１７上に集光する。つまり、実施の形態３においては、第１の集光手段と第２の集光手段とは同一である。そして、開口１７を通過した光は検出器１８に入射する。

ビームスプリッタ３０と開口１７との間に設けられた平行平板３１が、図６のＸ軸まわりに回転すると集光点位置がＹ軸方向に移動し、Ｙ軸まわりに回転すると集光点位置がＸ軸方向に移動する。このように、制御手段２０により制御された駆動手段１９が平行平板３１を回転させることにより、開口１７と集光点位置の位置合わせが可能となる。また、位置ずれの検出については、実施の形態１あるいは実施の形態２で説明したとおりであるため、説明を省略する。かかる構成によれば、集光点位置のＺ軸方向の位置ずれは実質上発生しないので、開口１７に入射する光の光軸（図のＺ軸方向）と垂直な面（図のＸＹ面）内での位置合わせが容易になるという効果を有する。

なお、実施の形態３においては平行平板３１を用いて集光点位置を微動させたが、ミラーを回転させることで当該ミラーによる反射光の集光点位置を微動させることも可能である。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４の光ヘッド装置の構成図である。図７において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図７において、３２はコリメータであり、光源１３から出射した光を平行光に変換させる。３３、３４はビームスプリッタである。１４は第１の集光手段の一形態としての対物レンズである。３５は多層光ディスクであり、複数の情報層が積層された多層光記録媒体である。多層光ディスク３５は図示しない駆動手段によって回転する。

３６は駆動手段であり、第１の集光手段（対物レンズ）１４を光軸方向および光軸方向に垂直な面内で移動させる。駆動手段３６としては、好適にはボイスコイルアクチュエータなどが用いられる。３７は第２の集光手段であり、ビームスプリッタ３４からの光を開口１７に集光する。３９は検出器であり、多層光ディスク３５からのサーボ信号の検出を行う。３８はトーリックレンズであり、ビームスプリッタ３３からの光を非点収差を有する光として検出器３９に集光させる。４０はローパスフィルター（ＬＰＦ）であり、検出器１８からの信号のうち、低周波成分を通過させる。４１はハイパスフィルター（ＨＰＦ）であり、検出器１８からの信号のうち、高周波成分を通過させる。４２は駆動手段であり、開口１７を光軸方向および光軸に垂直な面内の方向に駆動する。

図７において、光源１３を出射した光はコリメータ３２によって平行光に変換された後、ビームスプリッタ３３およびビームスプリッタ３４を透過して第１の集光手段１４により多層光ディスク３５の所望の情報層に集光される。多層光ディスク３５から反射された光は再度第１の集光手段１４を透過した後、一部がビームスプリッタ３４で反射されて第２の集光手段３７によって開口１７に集光される。開口１７を通過した光は検出器１８によって検出される。このとき、例えば、開口１７と検出器１８には実施の形態２で説明したピンホールと４分割の受光領域とがそれぞれ設けられている。従って検出器１８の受光領域の光量バランスを測定することにより、集光スポットとピンホールとの位置ずれを検出することが可能となる。

検出器１８によって検出された信号は、ローパスフィルター４０とハイパスフィルター４１とによってほぼ１ＭＨｚ未満の低周波成分と、ほぼ１ＭＨｚ以上の高周波成分とに分離されて制御手段２０に入力される。検出器１８によって検出される信号は多層光ディスク３５に記録されたピットからの信号であるほぼ１ＭＨｚ以上の高周波成分と、開口１７と集光スポットの位置ずれに伴うほぼ１ＭＨｚ未満の低周波成分とに分離される。従って、ローパスフィルター４０を通過した信号をもとに制御手段２０が駆動手段４２を制御して開口１７を移動させることにより、集光スポットと開口１７との位置合わせが可能となる。

一方ハイパスフィルター４１を通過した信号からは多層光ディスク３５に記録された信号を再生することが可能となる。また、公知のトラッキング誤差信号検出方法である位相差法により、制御手段２０においてハイパスフィルター４１を通過した信号からトラッキング信号を生成する。そして、制御手段２０は、この信号をもとに駆動手段３６を制御して多層光ディスク３５と第１の集光手段１４とのトラック方向の位置合わせを行う。

次に多層光ディスク３５と第１の集光手段１４との光軸方向の位置合わせ即ちフォーカスサーボについて説明する。多層光ディスク３５から反射された光は第１の集光手段１４を透過しビームスプリッタ３４を一部透過した後、ビームスプリッタ３３によって反射される。そして、反射された光はトーリックレンズ３８により検出器３９に集光される。トーリックレンズ３８によって集光された光は非点収差を有するので、公知のフォーカス誤差信号検出方法である非点収差法を用いることができる。制御手段２０は、非点収差法によりフォーカス誤差信号を生成し、この信号をもとに駆動手段３６を制御して多層光ディスク３５と第１の集光手段１４との光軸方向の位置合わせを行う。

かかる構成によれば、多層光ディスク３５の所望の情報層に対してフォーカスサーボとトラッキングサーボとを行って情報を記録再生することが可能になる。それと共に、開口１７を用いることにより、多層光ディスク３５の所望の情報層以外からの反射光は除去されるので、層間クロストークのない再生が可能となる。また、第２の集光手段３７の集光点と開口１７との位置ずれが補正可能となるので、周囲温度の変化に伴う位置ずれが発生しなくなるという効果を有する。さらに、検出器１８によりトラッキング誤差信号の検出と開口１７の位置ずれの信号検出とが共に可能となるので、部品点数の削減という効果も得られる。

（実施の形態５）
図８は本発明の実施の形態５における光情報処理装置の構成図である。図８において、４３は発明の実施の形態４で説明した光ヘッド装置であり、４４は多層光記録媒体であり複数の情報層を積層した光ディスクである。そして、４５は光ディスク４４の駆動機構であるモータであり、光ディスク４４を支持・回転させる。４６は回路基板であり、フォーカスサーボ駆動機構（図示せず）、トラッキングサーボ駆動機構（図示せず）およびこれらの駆動機構を制御し、情報の読み出し、又は書き込みもしくは消去といった動作を行うための電気回路である。４７は電源又は外部電源との接続部であり、ここから回路基板４６、光ヘッド装置４３の駆動機構、モータ４５および集光レンズ駆動装置へ電圧を供給する。なお、電源もしくは外部電源との接続端子は各駆動回路にそれぞれ設けられていても何ら問題ない。

光ディスク４４は、モータ４５によって回転される。光ヘッド装置４３は、光ディスク４４との位置関係に対応する信号を回路基板４６へ送る。回路基板４６はこの信号に基づいて演算を行い、光ヘッド装置４３もしくは光ヘッド装置４３内の集光レンズを微動させるための信号を出力する。光ヘッド装置４３もしくは光ヘッド装置４３内の集光レンズは、回路基板４６の制御により、光ディスク４４に対してフォーカスサーボとトラッキングサーボとを行い、光ディスク４４に対して、情報の読み出し、又は書き込みもしくは消去を行う。

本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置を用いて構成された光情報処理装置は、層間クロストークが小さく、再生性能が良好であると共に、周囲温度の変化の影響を受けにくいという利点を有する。

（実施の形態の概要）
本発明に係る実施の形態の概要を以下に記載する。

（１）上記したように、本願発明に係る共焦点光学系開口位置制御装置は、光源と、前記光源から出射した光を試料に集光する第１の集光手段と、前記試料を透過した光又は前記試料により反射された光を集光する第２の集光手段と、前記第２の集光手段の集光点位置に設けられた開口と、前記開口を通過した光を複数の受光領域により受光する検出器と、前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸と垂直な面内で駆動する駆動手段と、前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、を備え、前記駆動手段を第１の駆動手段とし、前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸に平行な方向に駆動する第２の駆動手段をさらに備え、前記制御手段は、前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて、前記第１および第２の駆動手段を制御することが好ましい。

この構成によれば、第１の集光手段は光源から出射した光を試料に集光する。当該集光された光は試料を透過後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。あるいは、第１の集光手段により集光された光は試料により所定の方向に反射された後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。そして、いずれの場合も、開口を通過した光は複数の受光領域を備える検出器により受光される。このとき、複数の受光領域はそれぞれ個別に受光するため、受光領域毎に受光した光量を算出することができる。制御手段は、この受光領域毎に受光した光量の多少を表す光量バランスに基づいて駆動手段を制御する。

例えば受光領域が当該受光領域の中心を通るように、鉛直方向に２分割されかつ水平方向に２分割されている場合、つまり全体で４分割されている場合を取り上げる。そして、例えば、右上の受光領域が受光する光量が最も少なく、それ以外の３つの受光領域が受光する光量はそれに比べて多くかつそれぞれ等しい場合、開口を通過する光は、当該光の進行方向に向かって開口の中心に対して右上にずれていることがわかる。この場合制御手段は、例えば開口のみを当該開口に付随する局所的な光軸と垂直な面内で右上に駆動し、光が開口の中心を通過するように制御する。これと同様に、駆動手段は光学部材である開口ではなく、別の光学部材である光源あるいは第２の集光手段をそれぞれの光学部材に付随する局所的な光軸と垂直な面内で駆動するように構成されていてもよい。ここで、光学部材に付随する局所的な光軸とは、光源であれば光源から出射された直後の光の光軸を指すものとする。また、開口あるいは第２の集光手段であれば、それぞれ当該光学部品を通過あるいは透過する光の光軸を指すものとする。

いずれの場合も、複数の光源等を備える必要がないため、共焦点光学系開口位置制御装置は小型・低コストでありながら、開口を通過する光の位置調整を有効に行うことが可能となる。

また、駆動手段は第１の駆動手段を制御して、開口又は光源、あるいは第２の集光手段を当該光学部材に付随する局所的な光軸と垂直な面内で駆動させると共に、第２の駆動手段を制御して、開口又は光源、あるいは第２の集光手段を当該光学部材に付随する局所的な光軸方向に駆動させる。これにより、開口と開口を通過する光との位置調整を有効に行うことができる。このとき、制御手段は、開口又は光源、あるいは第２の集光手段を、例えば一方向きに駆動させるのではなく、所定の一方向において揺動させてもよい。

（２）共焦点光学系開口位置制御装置は、共焦点光学系開口位置制御装置（１）であって、前記第１の集光手段と第２の集光手段とが同一であることが好ましい。

この構成によれば、第１の集光手段は光源から出射した光を試料に集光する。そして、当該集光された光は試料により反射された後、再度第１の集光手段を透過して開口位置に集光される。つまり、第１の集光手段が第２の集光手段の役割も兼ねているので、部品の点数を減らし小型化できることに加え、製造コストを抑えることも可能となる。

（３）上記したように、本願発明に係る光ヘッド装置は、光源と、前記光源から出射した光を複数の情報層を積層した光記録媒体の目的とする情報層に集光する第１の集光手段と、前記第１の集光手段を当該第１の集光手段を透過する光の光軸と垂直な面内で駆動する第１の駆動手段と、前記目的とする情報層からの反射光又は透過光を集光する第２の集光手段と、前記第２の集光手段の集光点位置に設けられた開口と、前記開口を通過した光を複数の受光領域により受光する検出器と、前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸に垂直な面内で駆動する第２の駆動手段と、前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて前記第２の駆動手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第２の駆動手段に加えさらに前記第１の駆動手段を制御するものとされ、前記検出器からの高周波信号に基づいて前記第１の駆動手段を制御し、前記検出器からの低周波信号に基づいて前記第２の駆動手段を制御することが好ましい。

この構成によれば、第１の集光手段は光源から出射した光を光記録媒体の目的の情報層に集光する。このとき、第１の駆動手段は、第１の集光手段が情報層内の所望の位置に集光するように駆動する。そして、当該集光された光は光記録媒体を透過後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。あるいは、第１の集光手段により集光された光は光記録媒体により所定の方向に反射された後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。そして、いずれの場合も、開口を通過した光は複数の受光領域を備える検出器により受光される。このとき、複数の受光領域はそれぞれ個別に受光するため、受光領域毎に受光した光量を算出することができる。この受光領域毎に受光した光量の多少を表す光量バランスにより、開口を通過する光の２次元位置を検出することが可能となる。

そして、制御手段は、この光量バランスに基づいて第２の駆動手段を制御する。つまり、制御手段は、検出器が受光領域毎に受光した光量が等しくなるように第２の駆動手段を制御する。これにより、開口を透過する光が当該開口の中心を通過するように調整することが可能となる。このように、複数の光源等を備える必要がないため、本願発明に係る光ヘッド装置は小型・低コストでありながら、開口を通過する光の位置調整を有効に行うことができる。

また、検出器は高周波信号と低周波信号とを出力する。高周波信号は主に光記録媒体に記録されたピットからの信号であり、低周波信号は主に開口と開口を通過する光との位置ずれに伴う信号である。従って、制御手段は、検出器からの高周波信号に基づいて第１の駆動手段を制御し、例えば位相差法等によりトラック方向の位置合わせを行わせる。また、制御手段は、検出器からの低周波信号に基づいて第２の駆動手段を制御し、開口と当該開口を通過する光との位置合わせを行わせる。このように、高周波信号と低周波信号とを使い分けることにより、本願発明に係る光ヘッド装置は小型・低コストでありながら、光記録媒体に入射する光の位置調整と、開口を通過する光の位置調整とを効率的に行うことができる。

（４）上記したように、本願発明に係る光ヘッド装置は、光源と、前記光源から出射した光を複数の情報層を積層した光記録媒体の目的とする情報層に集光する第１の集光手段と、前記第１の集光手段を当該第１の集光手段を透過する光の光軸と垂直な面内で駆動する第１の駆動手段と、前記目的とする情報層からの反射光又は透過光を集光する第２の集光手段と、前記第２の集光手段の集光点位置に設けられた開口と、前記開口を通過した光を複数の受光領域により受光する検出器と、前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸に垂直な面内で駆動する第２の駆動手段と、前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該局所的な光軸に平行な方向に駆動する第３の駆動手段と、前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて前記第２および第３の駆動手段を制御する制御手段と、を備えることが好ましい。

この構成によれば、第１の集光手段は光源から出射した光を光記録媒体の目的の情報層に集光する。このとき、第１の駆動手段は、第１の集光手段が情報層内の所望の位置に集光するように駆動する。そして、当該集光された光は光記録媒体を透過後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。あるいは、第１の集光手段により集光された光は光記録媒体により所定の方向に反射された後、第２の集光手段を透過して開口位置に集光される。そして、いずれの場合も、開口を通過した光は複数の受光領域を備える検出器により受光される。このとき、複数の受光領域はそれぞれ個別に受光するため、受光領域毎に受光した光量を算出することができる。この受光領域毎に受光した光量の多少を表す光量バランスにより、開口を通過する光の２次元位置を検出することが可能となる。

そして、制御手段は、この光量バランスに基づいて第２の駆動手段を制御し、検出器が受光領域毎に受光した光量が等しくなるように第２の集光手段又は開口のいずれかをそれぞれの局所的な光軸に垂直な面内で駆動する。さらに、制御手段は、例えば検出器が受光した光量が最大となるように第３の駆動手段を制御し、第２の集光手段又は開口のいずれかをそれぞれの局所的な光軸に平行な方向に駆動する。これにより、開口を透過する光が当該開口の中心を通過するように調整することが可能となる。このように、複数の光源等を備える必要がないため、本願発明に係る光ヘッド装置は小型・低コストでありながら、開口を通過する光の位置調整を有効に行うことができる。

（５）光ヘッド装置は、光ヘッド装置（４）であって、前記制御手段は、前記第２および第３の駆動手段に加えさらに前記第１の駆動手段を制御するものとされ、前記検出器からの高周波信号に基づいて前記第１の駆動手段を制御し、前記検出器からの低周波信号に基づいて前記第２および第３の駆動手段を制御することを特徴とする。

この構成によれば、検出器は高周波信号と低周波信号とを出力する。高周波信号は主に光記録媒体に記録されたピットからの信号であり、低周波信号は主に開口と開口を通過する光との位置ずれに伴う信号である。従って、制御手段は、検出器からの高周波信号に基づいて第１の駆動手段を制御し、例えば位相差法等によりトラック方向の位置合わせを行わせる。また、制御手段は、検出器からの低周波信号に基づいて第２および第３の駆動手段を制御し、光軸に垂直および平行な方向において、開口と当該開口を通過する光との位置合わせを行わせる。このように、高周波信号と低周波信号とを使い分けることにより、本願発明に係る光ヘッド装置は小型・低コストでありながら、光記録媒体に入射する光の位置調整と、開口を通過する光の位置調整とを効率的に行うことができる。

（６）光ヘッド装置は、光ヘッド装置（３）乃至（５）のいずれかであって、前記開口はピンホールであり、前記検出器は４分割の受光領域を有することが好ましい。

検出器の受光領域が１つの領域から構成されている場合、ピンホールを通過する光の当該ピンホールの中心からのずれの大きさが等しければ、ずれの方向に関係なく受光する光量は等しいため、ずれの方向を検出することはできない。そこで、例えば、受光領域を当該受光領域の中心を通るように、鉛直方向に２分割し、かつ水平方向に２分割する、つまり全体で４分割する。この場合、４つの受光領域で受光された光量のバランスからピンホールを通過する光の２次元位置を検出することが可能となる。また、４分割する仕方は上記に限られず、分割する方向は鉛直および水平ではなく任意の方向で構わない。さらに、光量のバランスからピンホールを通過する光の２次元位置を検出することが可能であれば、分割された受光領域の大きさはそれぞれ異なっていても構わない。

（７）光ヘッド装置は、光ヘッド装置（３）乃至（６）のいずれかであって、前記第１の集光手段と第２の集光手段とが同一であることが好ましい。

この構成によれば、第１の集光手段は光源から出射した光を光記録媒体に集光する。そして、当該集光された光は光記録媒体により反射された後、再度第１の集光手段を透過して開口位置に集光される。つまり、第１の集光手段が第２の集光手段の役割も兼ねているので、部品の点数を減らし小型化できることに加え、製造コストを抑えることも可能となる。

（８）上記したように、本願発明に係る光情報処理装置は、（３）乃至（７）のいずれかに記載の光ヘッド装置と、前記光記録媒体を駆動する駆動機構と、を備えることが好ましい。この構成によれば、層間クロストークが小さく、再生性能が良好であると共に、周囲温度の変化の影響を受けにくい光情報処理装置を実現できる。

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

本発明にかかる共焦点光学系開口位置制御装置は、周囲温度の変化による開口位置ずれを抑制でき、生物顕微鏡や産業用顕微鏡等の光学系として有用である。

本発明にかかる光ヘッド装置又は光情報処理装置は、コンピューター用記憶ドライブや映像用ドライブとして有用である。

本発明の実施の形態１における共焦点光学系開口位置制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態１における開口と集光スポットの位置ずれと検出器上の像を示す図である。 本発明の実施の形態１における開口と集光スポットを光軸を含む断面で切断した図である。 本発明の実施の形態１における開口のＺ方向変位と検出器の出力の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２における開口と集光スポットの位置ずれと検出器上の像を示す図である。 本発明の実施の形態３の共焦点光学系開口位置制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態４の光ヘッド装置の構成図である。 本発明の実施の形態５における光情報処理装置の構成図である。 従来の共焦点光学系を示す図である。

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源から出射した光を試料に集光する第１の集光手段と、
   前記試料を透過した光又は前記試料により反射された光を集光する第２の集光手段と、
   前記第２の集光手段の集光点位置に設けられた開口と、
   前記開口を通過した光を複数の受光領域により受光する検出器と、
   前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸と垂直な面内で駆動する駆動手段と、
   前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記駆動手段を第１の駆動手段とし、
   前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸に平行な方向に駆動する第２の駆動手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて、前記第１および第２の駆動手段を制御することを特徴とする共焦点光学系開口位置制御装置。
2. 前記第１の集光手段と第２の集光手段とが同一であることを特徴とする請求項１記載の共焦点光学系開口位置制御装置。
3. 光源と、
   前記光源から出射した光を複数の情報層を積層した光記録媒体の目的とする情報層に集光する第１の集光手段と、
   前記第１の集光手段を当該第１の集光手段を透過する光の光軸と垂直な面内で駆動する第１の駆動手段と、
   前記目的とする情報層からの反射光又は透過光を集光する第２の集光手段と、
   前記第２の集光手段の集光点位置に設けられた開口と、
   前記開口を通過した光を複数の受光領域により受光する検出器と、
   前記光源又は前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸に垂直な面内で駆動する第２の駆動手段と、
   前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて前記第２の駆動手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記第２の駆動手段に加えさらに前記第１の駆動手段を制御するものとされ、前記検出器からの高周波信号に基づいて前記第１の駆動手段を制御し、前記検出器からの低周波信号に基づいて前記第２の駆動手段を制御することを特徴とする光ヘッド装置。
4. 光源と、
   前記光源から出射した光を複数の情報層を積層した光記録媒体の目的とする情報層に集光する第１の集光手段と、
   前記第１の集光手段を当該第１の集光手段を透過する光の光軸と垂直な面内で駆動する第１の駆動手段と、
   前記目的とする情報層からの反射光又は透過光を集光する第２の集光手段と、
   前記第２の集光手段の集光点位置に設けられた開口と、
   前記開口を通過した光を複数の受光領域により受光する検出器と、
   前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該光学部材に付随する局所的な光軸に垂直な面内で駆動する第２の駆動手段と、
   前記第２の集光手段又は前記開口のいずれかの光学部材を当該局所的な光軸に平行な方向に駆動する第３の駆動手段と、
   前記検出器の複数の受光領域毎に受光された光量に基づいて前記第２および第３の駆動手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする光ヘッド装置。
5. 前記制御手段は、前記第２および第３の駆動手段に加えさらに前記第１の駆動手段を制御するものとされ、前記検出器からの高周波信号に基づいて前記第１の駆動手段を制御し、前記検出器からの低周波信号に基づいて前記第２および第３の駆動手段を制御することを特徴とする請求項４記載の光ヘッド装置。
6. 前記開口はピンホールであり、前記検出器は４分割の受光領域を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の光ヘッド装置。
7. 前記第１の集光手段と第２の集光手段とが同一であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の光ヘッド装置。
8. 請求項３乃至７のいずれかに記載の光ヘッド装置と、
   前記光記録媒体を駆動する駆動機構と、
   を備えることを特徴とする光情報処理装置。

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