JPH0229943A

JPH0229943A - フォトディテクタの位置合わせ方法および光ピックアップヘッド装置

Info

Publication number: JPH0229943A
Application number: JP63178623A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kadowaki; 愼一門脇; Yoshiaki Kinba; 慶明金馬; Makoto Kato; 誠加藤; Tetsuo Hosomi; 哲雄細美
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1990-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH083908B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、元媒体も
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装置に関する
ものである。

従来の技術高密度・大容世の記憶媒１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（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、　（■）前記光学系の焦点制御とピット信号検出、
および（ＩＩＩ）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、各種の光学系な
らびに光電変換検出方式の組合せによって実現されてい
る。第７図は、従来のＯＰＵの一例を示す模式図である
。通常、ＴＥ−・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１０７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、レンズ３で
大略１μｍ程度のスポットに絞られ、光記憶媒体面４上
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、再びレンズ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−１０７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、なら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５５９に入射し、
フォーカス（焦点）誤差（以下ＦＥと略す）信号に変換
される。他方の透過光ハ、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１０
７と組み合わせることによって、光量の利用効率を亮め
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１．光量設
計に余裕があり、１／４λ板と偏光ビームスプリッタを
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ェツジ法などによる焦点
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
ム等いずれも大量に製作・組立・調整することは容易で
はなく、小型化、低価格化、ｆｆｉ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と
ころから、全光学系の小型化にも大きな制約があった０上記課題の解決方法として、１枚のホログラム素子にフ
ォーカスおよ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
を光検出器に導く技術が最近開示されている。

１）特開昭５２−１０８９０８号　、大井上、永井２）
特開昭［ｉ２−　ｌＧ３５０号　、大井上、永井３）特
開昭Ｇｌ　７９Ｇ７７号　、松下、辰巳４）Ｙ、に１ｍ
ｕｒａ　ｅｔ　ａｌ、”旧ｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃ
ｅ　０ｐｔｉｃａｌ　）ｌｅａｄ　ｕｓｉｎｇ　０ｐｔ
ｌｏ＋Ｉｚｅｄ　Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｌｃ　Ｏｐｔｉｃ
ａｌＥｌｅｍｅｎｔ”、プロシーディング　オン　ザ　
インターナシ日ナル　シンポジウム　オン　オプティカ
ルメモリ（Ｐｒｏｃ、　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ　０ｐｔｉｃａ
ｌ　Ｍｅｍｏｒｙ）　、Ｔｏｋｙｏ、５ｅｐｔ、１Ｇ−
１８，１９８７（ｐ、１３１）５　）　Ｋ、Ｔａｔｓｕｍｉ　ｅｔ　ａｌ、”Ａ　Ｍｕ
ｌｔｌ−ｆｕｎｃｔｌｏｎａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｌｏｎ
　Ｔｙｐｅ　Ｇｒａｔｌｎｇ　Ｌｅ・ｎｓ　ｆｏｒ　ｔ
ｈｅ　ＣＤ　０ｐｔｌｃａｌ　Ｈｅａｄ”、プロシーデ
ィング　オン　ザ　インターナシ日ナル　シンポジウム
　オン　オプティカルメモリ（Ｐｒｏｃ、　ｏｆ　ｔｈ
ｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｌｕｍ
ｏｎ　０ｐｔ１ｃａｌ　Ｍｅｍｏｒｙ）　、Ｔｏｋｙｏ
、５ｅｐｔ、１Ｇ−１８，１９８７（ｐ、１２７）上記のうち、４）はＦＥ倍信号ダブルナイフェツジ法で
、ＴＥ倍信号ファーフィールド（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、他はすべて第６図に示すように非点収差
波面を四分割フォトディテクタ５５９で受光した信号か
ら演算してＦＥ倍信号びＴＥ倍信号検出するものである
。ところが、各方式とも微小スポットを取り扱うために
、フォトディテクタの調整をミクロンオーダーで精度よ
く行わなければデフォーカスが生じ、安定したフォーカ
ス制御及び信号検出ができない。しかもこのフォトディ
テクタの微妙な調整は光軸に対して上下、左右、前後の
３方向について行わなければならない。ＦＥ倍信号検出
するビームを用いてこの調整を行った場合、ＦＩ整過程
が複雑で多くの時間を必要とし、コストの増加及び生産
性の低下の要因となるので、フォトディテクタの調整を
簡素化するという課題があった。また、従来より光記憶
媒体の反射率の違いがＦＥ倍信号ＴＥ倍信号ＲＦ倍信号
レベル変化をもたらし不安定な動作の原因となっていた
ので、光記憶媒体の反射率が異なっても安定して動作さ
せるという課題があった。

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ホログラム素子
からの１次回折光のみならずＯ次回舌先をも利用してフ
ォトディテクタの設定位置：Ｊ″４整を行う。さらに、
０次回折光の強度を検出してＦＥ倍信号ＴＥ倍信号ＲＦ
倍信号出力強度を自動的に調整する。

作用本発明では、ホログラム素子を用いた光ヘツド装置にお
いてＦＥ倍信号しくはＴＥ倍信号検出するフォトディテ
クタの位置調整を行う際、ホログラム素子からのＯ次回
舌先を利用することによりフォトディテクタの設定位置
調整が容易となる。

さらに位置精度も改善されるので、光ピックアップヘッ
ド装置において安定したＦＥ倍信号びＴＥ倍信号検出す
ることが可能となる。また、ホログラム素子からの０次
回折光の強度を検出して自動利得調整回路の基準信号と
し、この自動利得調整回路によってＦＥ倍信号ＴＥ倍信
号ＲＦ倍信号出力強度を自動的に調整することにより、
反射率が異なる光記憶媒体に対しても安定して動作させ
ることが可能となる。

実施例第１図（ａ）に、本発明の一実施例によるＯＰＵ装置の
概略構成を示す。同図において、１はフヒーレントビー
ムを発する半導体レーザ（例えば波長λｅ　　８００ｎ
ｍでＴＥａｓモードで発振）、２はコリメートレンズ（
例えば焦点距離ｆｃ　　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
とされ、偏光ビームスプリッタ７を透過した後、波長板
８で円偏波となり、レンズ３でディスク４上に集光され
る。４２は基板、４１は保護膜である。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を通過してほぼ
平行光とされた後、波長板８を透過して垂直偏波となり
、偏光ビームスプリッタ７で反射される。偏光ビームス
プリッタ７からの反射光は非点収差波面を記録したホロ
グラム素子８に入射して、０次回折光の他に、軸外に非
点収差をもつ回折光波面を生成し、レンズ９でこの回折
光を集光し、フォトディテクタ６で受光する。

第１図（ｂ）はフォトディテクタ５とこのフォトディテ
クタ面上における回折光の様子を示したものである。波
面７０はＯ次回舌先、波面７１，７２はそれぞれ１次の
非点収差再生光とその共役光である。ここでホログラム
素子６はフーリエ変換型ホログラムであって、コリメー
トレンズ９を介してこれら波面７０，７１．７２は収束
され、ディスク上に焦点が正しく結ばれているときには
０次回折光７０の収束点を含んでレンズ２の光軸に垂直
なＸ−Ｘ′面とは前後する位置の２面に各々直交する方
向に非点像を結ぶ。フォトディテクタ５は０次回折光７
０を受光する頁分割フォトディテクタ５２及び１次回折
光７１を受光する四分割フォトディテクタ５１から構成
されており、さらにそれらはおのおの検出器５２１，５
２２．５２３．５２４．５２５及び５１１，５１２，５
１３゜５１４により構成されている。。各焦点面とＸ−
Ｘ”面との間隔はδ１＝δ２＝δと設計する。

第２図は第１図（ｂ）で示した四分割フォトディテクタ
５１の各分割領域５１１，５１２，５１３．５１４．　
　で検出される１次回折光７１．及び三分割フォトディ
テクタ５２の各分割領域５２１゜５２２．５２３，５２
４．５２５で検出されるＯ次回舌先７０の関係を模式的
にかつ一般的に表している。第２図（ｂ）はディスク上
に合焦点のスポラ）が−形一成された場合であり、第２
図（ａ）及び（Ｃ）は各々逆位相でのデフォーカス状態
を示す。１次回折光７１は、そのフォーカス状態により
スポットの形状が変化するが、０次回折光７０は、大き
さは変化するがその形状は同心円で一定である。１次回
折光をフォトディテクタの位置調整に用いた場合、フォ
トディテクタ５１の各ディテクタ５１１，５１２，５１
３．５１４の出力は、光軸の前後方向に対するフォトデ
ィテクタの位置に対してビーム形状が変化することによ
り出、力も大きく変化するため、フォトディテクタの位
置が把握しにくく調整が容易ではないが、０次回折光は
どのようなフォーカス状態でもビーム形状は変化しない
のでフォトディテクタの位置調整は容易となる。例えば
、フォトディテクタ５の調整がずれていて、Ｏ次回舌先
７０が７００の位置にずれている場合には、５分割フォ
トディテクタ５２のディテクタ５２３．５２４のみに出
力が現れる。

このときには、フォトディテクタ５を光軸に対して上下
左右方向に動かし、５２１，５２２，５２３．５２４の
出力がほぼ等しくなるようにすればよく、さらに、光軸
の前後方向に対して調整がずれている場合には、ディテ
クタ７０の出力が最も太き（なるようにフォトディテク
タ５を光軸に対して前後方向に動かすことにより調整可
能となる。

ディスク上に合焦点のスポ・ットが形成され、さらに正
確にフォトディテクタが調整された場合には、フォトデ
ィテクタ５２は、ディテクタ５２５からのみ出力が得ら
れる。この出力を利用して光記憶媒体からのＲＦ倍信号
検出することも可能であり、この場合、Ｏ次回舌先はホ
ログラム素子に記録された情報を含まず、光記憶媒体に
記録された情報のみを含んでいるので、良好な信号が得
られる。

なお、ここでは０次回折光を受光するのに複数に分割し
たフォトディテクタを用いたが、ビームが強度分布を有
する場合（例えばガウス分布）には、０次回折光を単一
のフォトディテクタで受光しフォトディテクタの位置調
整を行うことも可能である。

第３図は、本発明の別の実施例を説明する概念図であ−
リ、−例えば第１図（ａ）に示した光学系においてホロ
グラム素子６に、フレネルゾーンプレートのような一対
の共役な焦点を有する波面を再生可能なホログラム素子
を用いることによりフォトディテクタ５５上で得られる
１次回折光７４゜７５と０次回折光７３の関係を表して
いる。第３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、同図（ａ）及び（Ｃ）は各
々逆相でのデフォーカス状態を示す。ＦＥ倍信号フォト
ディテクタ５５１２と５５２２の差動をとることにより
得られ、さらにフォトディテクタ５５１１．５５１３．
５５２１及び５５２３の出力も利用すればＦＥ倍信号出
力強度は増加する。

この検出方法はスポットサイズディテクシ日ンと呼ばれ
ており衆知の技術である。このときには、１次回折光７
４と７５は形状が変化せず、この１次回折光を利用して
フォトディテクタを調整することも可能である。しかし
ながら、例えば１次回折光７４が７４０の位置にあって
もフォトディテクタ５５１の出力は変化せず、フォトデ
ィテクタの位置が把握しにくい。このときにも、０次回
折光７３を利用してフォトディテクタの位置設定を行え
ば、最適調整が可能である。Ｏ次回舌先を用いてフォト
ディテクタの調整を行った場合には、光源に波長変動が
生じて１次回折光がフォトディテクタ上で移動しても、
最も安定にしかもその波長変動の許容範囲も広＜ＦＥ倍
信号安定に検出できる。

第４図は、本発明の更に別の実施例である。同図（ａ）
は、ホログラム素子６６の機能領域区分を示し、フォー
カス制御用に非点収差を含む波面を記録した領域６θ１
．６９２．　６９３と単純な格子パターンを各々他と異
なる方向に記録したスリット状格子の領域６９４．８９
５とからなる。

同図（ｂ）は、例えば第１図（ａ）に示したようなＯＰ
Ｕの構成においてフォトディテクタ５５５を用いた場合
のフォトディテクタ５５５上におけるホログラム素子６
６から再生される波面を示しており、ＦＥ倍信号４分割
フォトディテクタ５４３の出力を第６図のように演算す
ることにより、ＲＦ倍信号検出はフォトディテクタ５４
４より、ＴＥ倍信号フォトディテクタ５４１と５４２か
ら差動検出される。なお、この実施例で示したＴＥ信号
検出のためのスリット状格子は他の実施例においても勿
論適用可能である。この場合、ＦＥ倍信号ＴＥ倍信号び
ＲＦ倍信号同一の半導体基板上に形成したフォトディテ
クタで検出できるため、光学系の調整は容易となり、さ
らに部品点数の減少、低価格化、小型化等が実現可能で
ある。

第５図は、本発明の更に別の実施例を示す概念図である
。フォトディテクタ上のビームと信号検出の様子は第３
図で示したスポットサイズディテクシ日ン方式である。

ＦＥ倍信号例えばフォトディテクタ５５１２と５５２２
の出力を演算回路３５で差動することにより得られる。

ここで、フォトディテクタ５５０５の出力を低域濾波器
３９に通過させ、フォトディテクタ５５０５の出力から
ＲＦ倍信号遮断し、０次回折光のビーム強度にのみ依存
した出力を得る。この出力を利用して、ＦＥ倍信号自動
利得調整増幅器３６とＲＦ倍信号自動利得調整増幅器３
７の利得を調整し、ＦＥ倍信号びＲＦ倍信号出力振幅が
ほぼ一定となるように制御する。このことにより、光源
の出力、光記憶媒体（光ディスク）の反射率の差異によ
りフォトディテクタ５５へ入射するビーム強度が変化し
ても、ＦＥ倍信号びＲＦ信号１を安定に出力可能となる
。もちろんここで、第４図に示したスリット格子をホロ
グラムに記録するか、ＦＥ信号検出用のフォトディテク
タからの演算によるか、もしくは他の方法によりＴＥ倍
信号検出すれば、このＴＥ倍信号対しても低域濾波ＰＪ
３９の出力を用いてＦＥ倍信号ＲＦ倍信号同様に出力振
幅をほぼ一定に保つことが可能であることは言うまでも
ない。また、ここではＦＥ倍信号検出方法としてスポッ
トサイズディテクシ日ン方式を一例として示したが、勿
論他の方法でも全く同様な効果が得られる。

発明の効果本発明ではホログラム素子からの１次回折光のみならず
０次回折光をも検出することにより以下に示す効果を有
する。

（−Ｉ）−フ、オドディテクタの位置調整が著しく容易
となり、調整工程が簡素化される。

（ＩＩ）フォトディテクタの位：δ精度が改善されるた
め、フォーカス誤差（ＦＥ）信号、及びトラッキング誤
差（ＴＥ）信号を安定して検出することが可能である。

（ＩＩＩ）レーザーの波長変動に対する許容範囲が最も
広い位置に調整できるので、温度変化の激しい環境下においても使用条件の厳しい所
でも、光源に半導体レーザーを用いることができ、しか
も動作は非常に安定である。

（Ｉｔ／）レーザーの波長変動に対する許容範囲が最も
広い位置に調整できるので、レーザーのロフトのばらつきによって発振波長が異なっ
ても安定な動作が可能である。

（Ｖ）Ｉ〜■により生産性と歩留まりが向−ヒし、低価
格化が実現できる。

（Ｖｌ）フォーカス誤差（ＦＥ）信号、トラッキング誤
差（ＴＥ）信号もしくはさらに高周波情報（ＲＦ）信号
を１つの基板上に形成したフォトディテクタで検出でき
るため光学系の、ＪＪ整が容易となり部品点数の減少、
低価格化、小型化等が実現可能となる。

（■）０次回折光のビーム強度を検出してＦＥ倍信号し
くはＴＥ倍信号しくはさらにＲＦ倍信号出力振幅の制御
を行うこと・により、光源の出方変動やディスクの反射
率の差異にょってフォトディテクタに入射する光の強度
が変化してもきわめて安定した信号の検出と制御が可能
である。

（■）０次回折光はホログラムに記録したｔｉ’？ｌＵ
を含まないので、光記憶媒体（例えば光ディスク）に記
録された情報を良好に検出することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す光ヘツド装置の
概略構成図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示す光ヘツド装
置におけるフォトディテクタと回折光の関係図、第２図
（ａ　Ｌ（ｂ　）、（ｃ　）は本発明を説明する一般的
原理図、第３図（ａ　）、（ｂ　）、（ｃ）は本発明の
別の実施例を説明するフォトディテクタの構成図、第４
図（ａ）は本発明の他の実施例を説明するホログラム素
子の構成図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すホログラム
素子を用いた光ヘツド装置における回折光とフォトディ
テクタの関係図、第５図は本発明の別の実施例を説明す
る概念図、第８図（ａ　Ｌ（ｂ　）、（ｃ　）は従来の
光ヘツド光学系のフォーカス制御信号検出方法の概念図
、第７図は従来の光ヘツド光学系の非点収差波面検出系
の一例を示す構成図である。１・・・半導体レーザもしくは相当のフヒーレント光源
、２・・・コリメートレンズ、３・・・レンズ、４・・
・光記憶媒体（光ディスク）、５・・・フォトディテク
タ、６・・・ホログラム素子、７・・φ偏光ビームスプ
リッタ、８・・・波長板、９・・・レンズ、６６・・・
ホログラム素子、７０・・・０次回折光、７１・・・１
次回折光、７２・・・１次回折光（共役像）、１０７・
・・偏光ビームスプリッタ、６９１・・・ホログラム領
域、６９２・・・ホログラム領域、６９３φ・・ホログ
ラム領域、６９４・・・単純格子パターン、６９５・φ
・単純格子パターン。代理人の氏名　弁理士　栗野重孝　はか１名５４−ｌ、５”４Ｚ５Ｓあ・・−５負算回謝シ３に、３７−゛−盲勧利搏聾目【目跡３９・・−低域洗液息Ｆ３／、　３２−７０算回訃お−・・差動回路３４・−信号ＸＩＬ理０跡ご−四分ｖ１チオチクタフ１−・−ラＰ魚収基再主：ＩＬ面（ｂン（Ｃ〕第図／−ｍ−光源２−　コリメー）レンス／８−−・４浪長板１９−　　ビームスブリック２１−　　円社リンス２ｚ−・２分ＩＤ１７＾トテイテクグ４０・−・ヒ１ヅト１０７・−鳴光ビゝムスプリッグ葛９−４−分紗１７２）テンテクタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コヒーレントビームもしくは準単色のビームを発
する光源と、前記光源からのビームを受け光記憶媒体上
へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光記憶媒
体で反射したビームを受け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０次回折光及び１
次回折光を各々受光する同一の半導体基板上に形成した
複数のフォトディテクタとを少なくとも具備し、さらに
前記０次回折光を受光するフォトディテクタに隣接もし
くはその近傍に複数のフォトディテクタを配置している
ことを特徴とする光ピックアップヘッド装置。
（２）コヒーレントビームもしくは準単色のビームを発
する光源と、前記光源からのビームを受け光記憶媒体上
へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光記憶媒
体で反射したビームを受け回折光を発生させるホログラ
ム素子と、このホログラム素子からの０次回折光を受光
するフォトディテクタと、０次回折光のビーム強度のみ
を出力する低域濾波器と、この出力を利用してフォーカ
ス誤差（ＦＥ）信号、もしくはトラッキング誤差（ＴＥ
）信号、もしくはさらに高周波情報（ＲＦ）信号の出力
強度を制御する自動利得調整装置とを少なくとも具備し
た光ピックアップヘッド装置。