JPH03130939A - Focus detector - Google Patents

Focus detector

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Publication number
JPH03130939A
JPH03130939A JP6812390A JP6812390A JPH03130939A JP H03130939 A JPH03130939 A JP H03130939A JP 6812390 A JP6812390 A JP 6812390A JP 6812390 A JP6812390 A JP 6812390A JP H03130939 A JPH03130939 A JP H03130939A
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JP
Japan
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light
light receiving
emitting element
reflected
irradiated object
Prior art date
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Pending
Application number
JP6812390A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Yamazaki
健 山崎
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH03130939A publication Critical patent/JPH03130939A/en
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Abstract

PURPOSE:To always detect a focusing state with high accuracy by making reflected light incident from an irradiated object to two light reception parts so as to be mutually reversed and detecting the focusing state based on this output by using light emitting and receiving elements for which a generation part and the two light reception parts are provided on the same semiconductor base. CONSTITUTION:The light emitting surface of a laser diode 51 in light emitting and receiving elements 54 and the light receiving surfaces of photodiodes 52 and 53 on the both sides of the laser diode are arranged between respective two focal points of + or -1st diffracted light and the + or -1st diffracted light is received by the diodes 52 and 53. Thus, when an irradiated object 57 is set at the focal position of an objective lens 56, the beam shape of the diffracted light is made mutually equal and when the object 57 is made close to the lens 56 side rather than the focal position of the lens 56, however, the beam shape is changed. Reversely, when the object 57 is separated from the lens 56, the beam shape is reversely changed and accordingly, by detecting output difference between the diodes 52 and 53, a focus error signal can be obtained to express the focal state of the lens 56 to the object 57.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば光ディスク、光カード、光磁気ディ
スク等の光学式情報記録媒体に対して情報の記録および
/または再生を行う記録/再生装置に用いるに好適な焦
点検出装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a recording/reproducing device for recording and/or reproducing information on an optical information recording medium such as an optical disk, an optical card, or a magneto-optical disk. The present invention relates to a focus detection device suitable for use in.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の焦点検出装置として、例えば第14図に示すもの
が提案されている。第14図において、レーザダイオー
ド(LD)1から放射された光は、レンズ2、偏光ビー
ムスプリッタ(PBS)3.174波長板4および対物
レンズ5を経て光ディスク6に投射され、その反射光は
対物レンズ5.1/4波長板4、PBS3、ホログラム
素子7およびレンズ8を経て光検出器9に入射するよう
になっている。
As a conventional focus detection device, one shown in FIG. 14, for example, has been proposed. In FIG. 14, light emitted from a laser diode (LD) 1 passes through a lens 2, a polarizing beam splitter (PBS) 3, a 174 wavelength plate 4, and an objective lens 5, and is projected onto an optical disk 6. The light enters the photodetector 9 through the lens 5, the 1/4 wavelength plate 4, the PBS 3, the hologram element 7, and the lens 8.

光検出器9は、第15図に示すように、同一平面上に配
置されたフォーカスエラー(FB)信号を検出するため
の一対の受光部10および11と、トラッキングエラー
(TB)信号を検出するための一対の受光部12および
13と、情報再生(RF)信号を検出するための受光部
14とを有し、ホログラム素子7およびレンズ8により
光ディスク6からの戻り光を分離して受光部12および
13に入射させると共に、0次回行光を受光部14に、
±1次回折光を受光部lOおよび11にそれぞれ入射さ
せるようにしている。
As shown in FIG. 15, the photodetector 9 includes a pair of light receiving sections 10 and 11 disposed on the same plane for detecting a focus error (FB) signal, and a pair of light receiving sections 10 and 11 for detecting a tracking error (TB) signal. It has a pair of light receiving sections 12 and 13 for detecting an information reproduction (RF) signal, and a light receiving section 14 for detecting an information reproduction (RF) signal. and 13, and the 0th order light is input to the light receiving section 14,
The ±1st-order diffracted light is made to enter the light receiving sections 10 and 11, respectively.

なお、受光部12.13および14に入射する光は、各
受光部の受光面上に結像するようになっており、受光部
IOに入射する+1次回折光は受光部10の前方に、受
光部11に入射する一1次回折光は受光部11の後方に
それぞれ結像するようになっている。
Note that the light incident on the light receiving sections 12, 13 and 14 is designed to form an image on the light receiving surface of each light receiving section, and the +1st-order diffracted light incident on the light receiving section IO is directed in front of the light receiving section 10. The first-order diffracted light incident on the section 11 is configured to form an image behind the light receiving section 11, respectively.

また、受光部lOおよび11は、それぞれ3個の受光領
域10A、 IOB、 IOCおよびIIA、 IIB
、 IICをもって構成されている。
In addition, the light receiving sections IO and 11 each have three light receiving regions 10A, IOB, IOC, and IIA, IIB.
, IIC.

このようにして、受光部10.11の受光領域10A。In this way, the light receiving area 10A of the light receiving section 10.11.

10B、 IOC; IIA、 IIB、 IICの出
力10a、 10b、 10c ;lla。
10B, IOC; IIA, IIB, IIC outputs 10a, 10b, 10c; lla.

11b、 llcから、[10a−(10b+10C)
)二(lla −(11b+ 1ie)]によりFE信
号を、受光部12.13の出力差からTB倍信号、受光
部14の出力からRF信号をそれぞれ検出するようにし
ている。
11b, from llc, [10a-(10b+10C)
)2(lla-(11b+1ie))], the FE signal is detected, the TB times signal is detected from the output difference of the light receiving sections 12 and 13, and the RF signal is detected from the output of the light receiving section 14.

また、従来の他の焦点検出装置として、第16図に示す
ものが提案されている。第16図においては、LD21
および光検出器22とを同一平面上に配置して、LD2
1からの光をレンズ23、ホログラム素子24および対
物レンズ25を経て光ディスク26に投射し、その反射
光を対物レンズ25、ホログラム素子24およびレンズ
23を経て光検出器22に入射させるようにしている。
Furthermore, as another conventional focus detection device, one shown in FIG. 16 has been proposed. In FIG. 16, LD21
and the photodetector 22 on the same plane.
1 is projected onto an optical disk 26 via a lens 23, a hologram element 24, and an objective lens 25, and the reflected light is made to enter a photodetector 22 via an objective lens 25, a hologram element 24, and a lens 23. .

光検出器22は、第17図に示すように、FB信号およ
びRF信号を検出するための一対の受光部27および2
8と、TE倍信号検出するための一対の受光部29およ
び30とを有し、ホログラム素子24およびレンズ23
により光ディスク26からの戻り光を分離して受光部2
9および30に入射させると共に、+1次回折光を分離
して受光部27および28にそれぞれ入射させるように
している。
As shown in FIG. 17, the photodetector 22 includes a pair of light receiving sections 27 and 2 for detecting FB signals and RF signals.
8 and a pair of light receiving sections 29 and 30 for detecting the TE multiplied signal, a hologram element 24 and a lens 23.
The return light from the optical disk 26 is separated and sent to the light receiving section 2.
At the same time, the +1st-order diffracted light is separated and made to enter the light receiving sections 27 and 28, respectively.

なお、受光部29および30に入射する光は、各受光部
の受光面上に結像するようになっており、受光部27お
よび28に入射する+1次回折光は受光部IOの前方お
よび後方にそれぞれ結像するようになっている。また、
受光部27および28は、第15図におけると同様にそ
れぞれ3個の受光領域27A、 27B、 27Cおよ
び28A、 28B、 28Cをもって構成されている
Note that the light incident on the light receiving sections 29 and 30 is designed to form an image on the light receiving surface of each light receiving section, and the +1st-order diffracted light incident on the light receiving sections 27 and 28 is focused in front and behind the light receiving section IO. They are designed to form images. Also,
The light receiving sections 27 and 28 each have three light receiving regions 27A, 27B, 27C and 28A, 28B, 28C as in FIG. 15.

このようにして、受光部27.28の受光領域27A。In this way, the light receiving area 27A of the light receiving portion 27.28.

278.27C,28A、28B、28Cの出力27a
、 27b、 27c ; 28a。
278. Output 27a of 27C, 28A, 28B, 28C
, 27b, 27c; 28a.

28b、 28cから、 [27a −(27b+27
c))  −(28a −(28b+28c)] によ
りFB信号を、受光部27.28の各受光領域の出力の
和からRF信号を、受光部29.30の出力の差からT
E倍信号をそれぞれ検出するようにしている。
From 28b and 28c, [27a −(27b+27
c)) −(28a −(28b+28c)]) The FB signal is determined by
The E times signal is detected respectively.

更に、従来の他の焦点検出装置として、例えば特開昭5
6−57013号公報、同63−10325号公報に開
示されているようなものがある。この従来の焦点検出装
置においては、第18図に示すように、LD 101か
ら放射された光を平板102の半透過面103で反射さ
せた後、対物レンズ104を経てディスク105に収束
し、その反射光を対物レンズ104を経て平板102の
半透過面103を透過させた後、該平板102の反射面
106で反射させ、その後再び半透過面103を透過さ
せて光検出器107で受光するようにしている。
Furthermore, as other conventional focus detection devices, for example,
There are those disclosed in 6-57013 and 63-10325. In this conventional focus detection device, as shown in FIG. 18, light emitted from an LD 101 is reflected by a semi-transparent surface 103 of a flat plate 102, passes through an objective lens 104, and is converged onto a disk 105. After the reflected light passes through the semi-transparent surface 103 of the flat plate 102 via the objective lens 104, it is reflected by the reflective surface 106 of the flat plate 102, and then it is transmitted through the semi-transparent surface 103 again and is received by the photodetector 107. I have to.

ここで、ディスク105からの反射光は、対物レンズ1
04を経て平板102に斜めから入射して透過すること
になるので、平板102の厚みによって非点収差が発生
する。光検出器107は、この非点収差によるビームの
変化を検出し得るように、第19図に示すように、4分
割された受光領域108A−1080をもって構成され
、これら受光領域108A、 108B、 108Cお
よび108Dの出力108a、 108b、 108c
および108dから、((108a+108c) −(
108b+108d) ] によりPE信号を、(10
8a+108c+108b+108d)によりRF信号
をそれぞれ検出するようにしている。
Here, the reflected light from the disk 105 is reflected by the objective lens 1.
Since the light enters the flat plate 102 obliquely through the lens 04 and is transmitted therethrough, astigmatism occurs depending on the thickness of the flat plate 102. In order to detect changes in the beam due to this astigmatism, the photodetector 107 is configured with light receiving areas 108A-1080 divided into four parts, as shown in FIG. 19, and these light receiving areas 108A, 108B, 108C. and outputs 108a, 108b, 108c of 108D
and from 108d, ((108a+108c) −(
108b+108d) ] to convert the PE signal to (10
8a+108c+108b+108d), the RF signals are detected respectively.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、第14図に示す構成の焦点検出装置にあ
っては、±1次回折光を用いているので、光の利用効率
が良く、高感度の焦点検出ができるという利点があるが
、LDIと光検出器9とを異なる平面に設けるようにし
ているため、全体が大形になるという問題がある。
However, since the focus detection device having the configuration shown in FIG. Since the detector 9 and the detector 9 are provided on different planes, there is a problem in that the entire structure becomes large.

これに対し、第16図に示す構成の焦点検出装置にあっ
ては、LD21と光検出器22とを同一平面に設けるよ
うにしているので、全体を小形にできるという利点があ
るが、+1次回折光のみを用いるようにしているため、
光の利用効率が悪く、高感度の焦点検出ができないとい
う問題がある。
On the other hand, in the focus detection device having the configuration shown in FIG. 16, the LD 21 and the photodetector 22 are provided on the same plane, which has the advantage of making the whole compact. Since we only use folded light,
There are problems in that the efficiency of light utilization is poor and highly sensitive focus detection is not possible.

このような問題を解決するものとして、第20図に示す
ように、LD31と、FE信号を得るための2個のフォ
トダイオード(PD)32.33とを同一平面上に配置
し、LD31からの光をホログラム素子34および対物
レンズ35を経て光ディスク36に投射し、その反射光
を対物レンズ35を経てホログラム素子34に入射させ
て、その士■次回折光を結像位置を異ならせてPD32
.33に入射させ、これらPD32.33の出力の差に
基づいてFB倍信号得る構成が考えられる。
To solve this problem, as shown in FIG. 20, the LD 31 and two photodiodes (PD) 32 and 33 for obtaining the FE signal are placed on the same plane, and the LD 31 is The light is projected onto the optical disk 36 via the hologram element 34 and the objective lens 35, and the reflected light is made incident on the hologram element 34 via the objective lens 35, and the second order diffracted light is focused on a different imaging position to be transmitted to the PD 32.
.. A conceivable configuration is that the FB signal is made incident on the PD 33 and the FB multiplied signal is obtained based on the difference between the outputs of these PDs 32 and 33.

しかし、このようにそれぞれ独立したLD31. PD
32.33を用いる構成においては、PD32.33の
光軸方向(2)゛の位置調整の他に、LD31に対して
PD32.33をホログラム素子34での回折方向(X
)およびこれと直交するy方向に位置調整する必要があ
るため、調整工数が増大し、コスト高になるという問題
がある。
However, in this way, each independent LD31. P.D.
32.33, in addition to adjusting the position of the PD 32.33 in the optical axis direction (2), the PD 32.33 is adjusted relative to the LD 31 in the diffraction direction (X) in the hologram element 34.
) and in the y direction perpendicular to this, there is a problem that the number of adjustment steps increases and the cost increases.

例えば、第20図において、LD31から放射されるレ
ーザ光の波長λがλ=780±10nmで、LD31の
発光点とPD32.33への±1次回折光の入射点との
間の間隔を0.4mmとする場合において、フォーカス
オフセットを±0.2μm以内、フォーカス感度変化を
20%以内にするためには、PD32.33およびホロ
グラム素子34に要求される第21図〜第24図に示す
位置決め精度を表す各パラメータの許容値は下表のよう
になる。
For example, in FIG. 20, the wavelength λ of the laser light emitted from the LD 31 is 780±10 nm, and the interval between the light emitting point of the LD 31 and the point of incidence of the ±1st-order diffracted light on the PD 32.33 is 0. In the case of 4 mm, in order to keep the focus offset within ±0.2 μm and the focus sensitivity change within 20%, the positioning accuracy shown in FIGS. 21 to 24 is required for the PD32.33 and the hologram element 34. The table below shows the allowable values for each parameter.

表 ただし、 X、;tOに対するPDのX方向の位置ずれYp ; 
LDに対するPDのy方向の位置ずれZp;LDに対す
るPDの2方向の位置ずれθp ; PDの回転ずれ Xdi PD間のX方向の位置ずれ Ya;PD間のy方向の位置ずれ XH;ホログラム素子のX方向の位置ずれYH;ホログ
ラム素子のy方向の位置ずれZH;ホログラム素子の2
方向の位置ずれθ8;ホログラム素子の回転ずれ を表す。なお、Z、およびZHは第21図〜第24図に
は示していない。また、第23図のXは、PD32゜3
3に入射する±1次回折光の入射点間の間隔を示すもの
で、この場合x=0.8mmとなる。
In the table, X,; positional deviation Yp of PD in the X direction with respect to tO;
Positional deviation of PD in y direction with respect to LD Zp; Positional deviation of PD in two directions with respect to LD θp; Rotational deviation of PD Xdi Positional deviation in X direction between PDs Ya; Positional deviation in y direction between PDs XH; Positional deviation in the X direction YH; Positional deviation in the y direction of the hologram element ZH; 2 of the hologram element
Directional positional deviation θ8: represents rotational deviation of the hologram element. Note that Z and ZH are not shown in FIGS. 21 to 24. Also, X in Figure 23 is PD32°3
It shows the interval between the incident points of the ±1st-order diffracted light incident on the x-axis 3, and in this case, x=0.8 mm.

上記表から、PD32.33の位置を調整するにあたっ
ては、Yp、YaおよびZ、が非常に厳しい値となるこ
とがわかる。
From the above table, it can be seen that Yp, Ya and Z have very strict values when adjusting the position of PD32.33.

ここで、Yp 、YaおよびZ、のずれを、ホログラム
素子34のパラメータによって調整する場合について考
えると、Y、の場合、これを調整するパラメータとして
はθ□が考えられる。しかし、θ□の調整による±1次
回折光のPD32.33上でのスポットの移動は第24
図に示すようになるため、一方のPD32または33に
スポットを位置決めすることはできても、他方のPD3
3または32にはスポット。
Now, considering the case where the deviations of Yp, Ya, and Z are adjusted by the parameters of the hologram element 34, in the case of Y, θ□ can be considered as the parameter for adjusting this. However, the movement of the spot on PD32.33 of the ±1st-order diffracted light by adjusting θ□ is the 24th
As shown in the figure, even though it is possible to position the spot on one PD32 or 33, the other PD3
Spot on 3 or 32.

を導くことができないため、結局調整ができないことに
なる。また、Ydの場合もθ□による調整が考えられる
が、この場合も上記のY、の場合と同様に、PD32.
33の両方にスポットを導くことができない。さらに、
Z、の場合には、これを調整するパラメータとしてXH
が考えられる。基本的には、XHを調整すれば、スポッ
トが2方向に移動するのでZ、の調整が可能のはずであ
るが、X)lを調整すると+1次回折光と、−1次回折
光とでスポットの動きが異なるため、結局調整ができな
いことになる。
As a result, adjustments cannot be made. Also, in the case of Yd, adjustment using θ□ can be considered, but in this case as well, PD32.
It is not possible to lead the spot to both 33. moreover,
In the case of Z, XH is used as a parameter to adjust it.
is possible. Basically, if you adjust XH, the spot moves in two directions, so it should be possible to adjust Z, but if you adjust Since the movements are different, adjustments cannot be made in the end.

以上のように、それぞれ独立したLD31. PD32
.33を用い、LD31に関してPD32.33を対称
に配置してポログラム素子34の±1次回折光を受光し
、これらPD32.33の出力に基づいて焦点状態を検
出する構成にあっては、LD31に対するPD32.3
3の位置ずれを他のパラメータで調整することができな
いため、PD32.33をLD31に対して厳しい精度
で位置合わせしなければならず、これがため上述したよ
うに調整工数が増大して、コスト高になるという問題が
ある。
As described above, each independent LD31. PD32
.. 33, PDs 32.33 are arranged symmetrically with respect to the LD 31 to receive the ±1st-order diffracted light of the porogram element 34, and the focus state is detected based on the outputs of these PDs 32.33. .3
Since the positional deviation of 3 cannot be adjusted using other parameters, PD32 and 33 must be aligned with strict accuracy with respect to LD31, which increases the number of adjustment steps and costs as described above. There is a problem with becoming.

また、第18図に示す焦点検出装置においては、LD 
101と光検出器107とが別体となっているため、小
形化が困難であると共に、平板102の厚さに誤差が生
じると光検出器107に戻る光軸がずれてスポットが動
いてしまうという問題がある。すなわち、光検出器10
7を所定の位置にセットした場合、平板102の厚さに
誤差が無いときは、第25図Aに示すように、戻り光の
スポット111の中心が光検出器107を4分割する分
割線の交点に一致するが、平板102の厚さが設計値よ
りも薄いと、第25図Bに示すようにスポット111の
中心が分割線の交点から上方(LD 101側)にずれ
、また平板102の厚さが設計値よりも厚いと、第25
図Cに示すようにスポット111の中心が分割線の交点
から下方にずれることになる。
Furthermore, in the focus detection device shown in FIG.
Since the photodetector 101 and the photodetector 107 are separate bodies, it is difficult to miniaturize the photodetector 107, and if an error occurs in the thickness of the flat plate 102, the optical axis returning to the photodetector 107 will shift and the spot will move. There is a problem. That is, the photodetector 10
7 is set at a predetermined position, and there is no error in the thickness of the flat plate 102, the center of the return light spot 111 is located at the dividing line that divides the photodetector 107 into four parts, as shown in FIG. 25A. However, if the thickness of the flat plate 102 is thinner than the design value, the center of the spot 111 will shift upward (toward the LD 101 side) from the intersection of the dividing lines, as shown in FIG. If the thickness is thicker than the design value, the 25th
As shown in Figure C, the center of the spot 111 is shifted downward from the intersection of the dividing lines.

このように、平板102の厚さの誤差によって戻り光の
光軸がずれた場合には、その戻り光に対して光検出器1
07を調整する必要があるが、この調整には5μm以下
の厳しい精度が必要となるため、調整工数が増え、コス
ト高になるという問題がある。
In this way, when the optical axis of the returned light is shifted due to an error in the thickness of the flat plate 102, the photodetector 1
07, but this adjustment requires strict precision of 5 μm or less, which poses a problem of increasing the number of adjustment steps and increasing costs.

この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、調整を簡単にでき、したがって安価にできると
共に、焦点状態を常に高精度で検出でき、しかも小形に
できるよう適切に構成した焦点検出装置を提供すること
を目的とする。
This invention was made by focusing on the above-mentioned problems of the conventional technology, and has an appropriately configured structure that allows for easy adjustment and therefore low cost, allows for constant detection of the focus state with high precision, and allows miniaturization. An object of the present invention is to provide a focus detection device.

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を遠
戚するため、この発明では、同一半導体基体上に形成し
た発光部および2個の受光部を有する受発光素子と、こ
の受発光素子の発光部からの光を収束して被照射物体に
導くと共に、該被照射物体からの反射光を回折させて、
その±1次回折光を前記受発光素子の2個の受光部に、
該2個の受光部上でビーム形状の変化が互いにほぼ逆方
向となるように入射させるホログラム素子とを具え、前
記受発光素子の2個の受光部の出力に基づいて前記ホロ
グラム素子の前記被照射物体に対する焦点状態を検出す
るよう構成する。
[Means and effects for solving the problem] In order to achieve the above object, the present invention provides a light receiving/emitting element having a light emitting part and two light receiving parts formed on the same semiconductor substrate, and a light receiving/emitting element of this light receiving/emitting element. Converging the light from the light emitting part and guiding it to the irradiated object, and diffracting the reflected light from the irradiated object,
The ±1st-order diffracted light is sent to the two light receiving parts of the light receiving/emitting element,
a hologram element that causes the beam to be incident on the two light-receiving parts so that changes in beam shape are in substantially opposite directions; The device is configured to detect a focus state with respect to an irradiation object.

さらに、この発鳴では、同一半導体基体上に形成した発
光部および2個の受光部を有する受発光素子と、この受
発光素子の発光部からの光を収束して被照射物体に投射
する収束光学系と、前記受発光素子と前記被照射物体と
の間の光路中に配置され、前記受発光素子の発光部から
の光を透過すると共に、前記被照射物体からの反射光を
回折させて、その±1次回折光を前記受発光素子の2個
の受光部に、該2個の受光部上でビーム形状の変化が互
いにほぼ逆方向となるように入射させるホログラム素子
とを具え、前記受発光素子の2個の受光部の出力に基づ
いて前記収束光学系の前記被照射物体に対する焦点状態
を検出するよう構成する。
Furthermore, in this generation, a light emitting/receiving element having a light emitting part and two light receiving parts formed on the same semiconductor substrate, and a convergent light emitting element that converges light from the light emitting part of the light receiving/emitting element and projects it onto an object to be irradiated. The optical system is disposed in an optical path between the light receiving and emitting element and the object to be irradiated, and transmits light from the light emitting part of the light receiving and emitting element, and diffracts reflected light from the object to be irradiated. , a hologram element that makes the ±1st-order diffracted light incident on the two light receiving sections of the light receiving/emitting element so that the beam shapes change in substantially opposite directions on the two light receiving sections; The focusing state of the converging optical system with respect to the object to be irradiated is detected based on the outputs of the two light receiving sections of the light emitting element.

また、この発明の好適実施例においては、前記ホログラ
ム素子を、ハーフミラ−面より成る第1面と、反射形ホ
ログラム面より成る第2面とをもって構威し、前記受発
光素子からの光を前記第1面で反射させた後前記収束光
学系を経て前記被照射物体に導き、該被照射物体からの
反射光を前記収束光学系を経て前記第1面を透過させた
後、前記第2面で反射させて±1次回折光を発生させ、
これら±1次回折光を前記第1面を透過させて前記受発
光素子の2個の受光部に入射させるよう構成する。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the hologram element has a first surface made of a half-mirror surface and a second surface made of a reflective hologram surface, and the light from the light receiving and emitting element is transmitted to the light emitting element. After being reflected by the first surface, the light is guided to the irradiated object via the converging optical system, and after the reflected light from the irradiating object is transmitted through the first surface via the converging optical system, the light is reflected from the second surface. to generate ±1st-order diffracted light,
The configuration is such that these ±1st-order diffracted lights are transmitted through the first surface and made incident on the two light receiving sections of the light receiving and emitting element.

さらにまた、この発明の好適実施例においては、前記ホ
ログラム素子を、ハーフミラ−の反射形ホログラム面よ
り成る第1面と、ミラー面より成る第2面とをもって構
成し、前記受発光素子からの光を前記第1面で屈折透過
させて前記第2面で反射させ、その後再び前記第1面を
屈折透過させて前記収束光学系を経て前記被照射物体に
導き、該被照射物体からの反射光を前記収束光学系を経
て前記第1面で回折反射させて±1次回折光を発生させ
、これら±1次回折光を前記受発光素子の2個の受光部
に入射させるよう構成する。
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the hologram element has a first surface made of a reflective hologram surface of a half mirror, and a second surface made of a mirror surface, and the light from the light receiving and emitting element is is refracted and transmitted through the first surface and reflected at the second surface, and then refracted and transmitted through the first surface and guided to the irradiated object via the converging optical system, and the reflected light from the irradiated object is is diffracted and reflected by the first surface through the converging optical system to generate ±1st-order diffracted light, and these ±1st-order diffracted lights are made incident on the two light receiving portions of the light receiving/emitting element.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の第1実施例を示すものである。この
実施例では、発光面および受光面が同一平面に位置する
ように、同一半導体基体上にLD51と、その両側にP
D52.53とを一体に形成した受発光素子54を用い
、LD51からの光をホログラム素子55および対物レ
ンズ56を経て光ディスク等の被照射物体57に収束し
て投射するようにする。被照射物体57での反射光は、
対物レンズ56を経てホログラム素子55に入射させ、
その±1次回折光をPD52゜53でそれぞれ受光する
ようにすると共に、ホログラム素子55により±1次回
折光に非点収差を与えて、PD52.53上で±1次回
折光のビーム形状が互いにほぼ逆方向に変化するように
する。このようにして、PD52.53の出力の差に基
づいて、対物レンズ56の被照射物体57に対する焦点
状態を検出する。
FIG. 1 shows a first embodiment of the invention. In this embodiment, the LD 51 is placed on the same semiconductor substrate, and PDPs are placed on both sides of the LD 51 so that the light emitting surface and the light receiving surface are located on the same plane.
Using a light receiving/emitting element 54 integrally formed with a D52.53, the light from the LD 51 is converged and projected onto an irradiated object 57 such as an optical disk via a hologram element 55 and an objective lens 56. The reflected light from the irradiated object 57 is
incident on the hologram element 55 through the objective lens 56,
The ±1st-order diffracted light is received by the PD52.53, and astigmatism is given to the ±1st-order diffracted light by the hologram element 55, so that the beam shapes of the ±1st-order diffracted light are almost opposite to each other on the PD52.53. Make it change in direction. In this way, the focal state of the objective lens 56 with respect to the irradiated object 57 is detected based on the difference between the outputs of the PDs 52 and 53.

上記のように、ホログラム素子55によって±1次回折
光に非点収差を与えると、第2図に示すように、±1次
回折光にはそれぞれ2つの焦点A I +A、l ;A
2. A2’が存在することになる。ここで、AI+A
2は例えば子午面の焦点、AIZA2′は球欠面の焦点
で、これらは共役の関係にあり、AI+ AI’ およ
びA!+ A21は光軸(z)を中心に互いに反対側に
生じる。
As described above, when astigmatism is given to the ±1st-order diffracted light by the hologram element 55, as shown in FIG. 2, the ±1st-order diffracted light has two focal points A I +A, l;
2. A2' will exist. Here, AI+A
For example, 2 is the focus of the meridian plane, AIZA2' is the focus of the spherical plane, and these are in a conjugate relationship, so that AI+AI' and A! +A21 occur on opposite sides of the optical axis (z).

第1図および第2図において、焦点AIr AI’ +
 A2+A 、l は、ホログラム素子55による回折
方向、すなわちLD51およびPD52.53の配列方
向をxXxおよび光軸(z)と直交する方向をyとして
、x−z平面に位置させる。ここで、ホログラム素子5
5から焦点AI+ AI’ + A2+ A、l まで
の2方向の距離をそれぞれZl+ z、I 、 Zl、
 Zz’ 、LD51とホログラム素子55との間の距
離をRとすると、これら間には以下の関係が成り立つ。
In FIGS. 1 and 2, the focal point AIr AI' +
A2+A,l is located on the xz plane, where xXx is the diffraction direction by the hologram element 55, that is, the arrangement direction of the LD 51 and PD 52.53, and y is the direction perpendicular to the optical axis (z). Here, the hologram element 5
The distances in two directions from 5 to the focal point AI+ AI' + A2+ A, l are respectively Zl+ z, I, Zl,
When the distance between Zz' and the LD 51 and the hologram element 55 is R, the following relationship holds between them.

したがって、第2図に示すように、A1とA1゛ の位
置をZl>Zl’ とすれば、共役像A2+ A、lの
位置関係はZl < Z!′となり、+1次回折光と=
1次回折光とで非点収差の方向が逆になる。
Therefore, as shown in FIG. 2, if the positions of A1 and A1' are set as Zl>Zl', the positional relationship between the conjugate images A2+ A and l is Zl < Z! ', and the +1st order diffracted light =
The direction of astigmatism is opposite to that of the first-order diffracted light.

以上のことから、受発光素子54のLD51の発光面お
よびその両側のPD52.53の受光面を±1次回折光
の各々の2焦点の間に配置して、±1次回折光をPD5
2.53で受光するようにすれば、PD52.53に入
射する±1次回折光のビーム形状は、被照射物体57が
対物レンズ56の焦点位置に位置する合焦状態では、第
3図Bに示すように互いに等しくなり、被照射物体57
が対物レンズ56の焦点位置よりも対物レンズ56側に
近づいたときは第3図Aに示すようになり、逆に対物レ
ンズ56の焦点位置よりも遠ざかったときは第3図Cに
示すようになる。すなわち、PD52.53に入射する
±1次回折光のビーム形状は、合焦状態においては等し
くなり、非合焦状態においては、焦点ずれの方向に応じ
て互いにほぼ逆方向に変化することになる。したがって
、PD52.53の出力の差を検出すれば、対物レンズ
56の被照射物体57に対する焦点状態を表すフォーカ
スエラー(FB)信号を得ることができる。
From the above, the light emitting surface of the LD51 of the light receiving/emitting element 54 and the light receiving surfaces of the PD52.
2.53, the beam shape of the ±1st-order diffracted light incident on the PD 52.53 will be as shown in FIG. As shown, they are equal to each other and the irradiated object 57
When the object is closer to the objective lens 56 than the focal position of the objective lens 56, it becomes as shown in FIG. Become. That is, the beam shapes of the ±1st-order diffracted lights incident on the PD 52.53 are equal in the focused state, and change in substantially opposite directions depending on the direction of defocus in the out-of-focus state. Therefore, by detecting the difference between the outputs of the PDs 52 and 53, it is possible to obtain a focus error (FB) signal representing the focus state of the objective lens 56 on the irradiated object 57.

第4図は受発光素子54の一例の構成を示すものである
。この受発光素子54は、n−GaAsより成る半導体
基体61上にLD51およびPD52.53を形成した
ものである。LD51は、ストライプ形ダブルへテロ(
DH)構造のもので、基体61の一方の面上に、n形の
Ga+ −z ALx Asより成るクラッド層62、
GaAsより成る活性層63、p形のGat −x A
Lx Asより成るクラッド層64、p−GaAs層6
5、酸化膜66および電極金属67を順次に積層して設
け、他方の面上に電極金属68を設けて構成する。すな
わち、このLD51は、クラッド層62.64の結晶の
襞間面を利用して、pn接合面と垂直な方向において光
学的に平行平面なファブリペロ−反射鏡を形成すると共
に、活性層63をクラッド層62.64でサンドウィッ
チするDH構造とすることによって、キャリアの閉じ込
めと光の閉じ込めとの両効果を得るようにしたものであ
る。なお、このLD51は、活性層63内に横方向の屈
折率分布をもたない典型的な利得導波型のもので、活性
層63の厚さは、通常0.1〜0.5μm1クラツド層
62.64の厚さは、通常l〜2μmである。また、ク
ラッド層64上のp−GaAs層65は、電極をとり易
くするためのものであり、酸化膜66は電流を部分的に
流して単一基本横モードを得るためのもので、ストライ
プ構造となっている。このように構成したLD51の順
方向電圧は約2V、逆方向のブレークダウン電圧は10
〜50Vである。
FIG. 4 shows the configuration of an example of the light receiving/emitting element 54. As shown in FIG. This light receiving/emitting element 54 has an LD 51 and PDs 52 and 53 formed on a semiconductor substrate 61 made of n-GaAs. LD51 is a striped double hetero (
DH) structure, on one side of the base 61, a cladding layer 62 made of n-type Ga + -z ALx As,
Active layer 63 made of GaAs, p-type Gat-x A
Cladding layer 64 made of Lx As, p-GaAs layer 6
5. An oxide film 66 and an electrode metal 67 are sequentially laminated, and an electrode metal 68 is provided on the other surface. That is, this LD 51 utilizes the interfold planes of the crystals of the cladding layers 62 and 64 to form a Fabry-Perot reflector that is optically parallel to the plane in the direction perpendicular to the pn junction plane, and also clads the active layer 63. By forming a DH structure sandwiched between layers 62 and 64, both effects of carrier confinement and light confinement are obtained. Note that this LD 51 is a typical gain waveguide type that does not have a lateral refractive index distribution in the active layer 63, and the thickness of the active layer 63 is usually 0.1 to 0.5 μm and one cladding layer. The thickness of 62.64 is usually 1-2 μm. Further, the p-GaAs layer 65 on the cladding layer 64 is for making it easier to form an electrode, and the oxide film 66 is for partially passing current to obtain a single fundamental transverse mode, and has a striped structure. It becomes. The forward voltage of the LD51 configured in this way is approximately 2V, and the reverse breakdown voltage is 10V.
~50V.

PD52.53は、基体61上にLD51と同様に形成
し、LD51とPD52.53とのそれぞれの間は、エ
ツチング等により基体61に到達するまで溝69.70
を形成して電気的にアイソレートする。なお、PD52
.53においては、LD51におけるような電流を部分
的に流すためのストライプ構造の酸化膜66は設けない
ようにする。
PD52.53 is formed on the base 61 in the same manner as the LD51, and grooves 69.70 are formed between each of the LD51 and PD52.53 by etching or the like until the base 61 is reached.
form and electrically isolate it. In addition, PD52
.. In LD 53, an oxide film 66 having a stripe structure for partially flowing current as in LD 51 is not provided.

すなわち、温度変化等によってLD51におけるレーザ
光の波長が変動すると、第1図に示すホログラム素子5
5による±1次回折光はX方向に変動する。このため、
PD52.53の活性層63をLD51におけると同様
に閉じ込め構造とすると、そのX方向における感度は第
5図に実線Aで示すようになり、波長の変動によって検
出感度が変動してしまうことになる。そこで、PD52
.53においては活性層63を閉じ込め構造としないよ
うにするため、ストライプ構造の酸化膜66を設けない
ようにする。このようにすれば、活性層63の感度を第
5図に実線Bで示すように、X方向において一様とする
ことができるので、温度変化等によってLD51におけ
るレーザ光の波長が変動しても、常に一定の検出感度を
得ることができる。
That is, when the wavelength of the laser beam in the LD 51 changes due to temperature changes, etc., the hologram element 5 shown in FIG.
The ±1st-order diffraction light due to the X-ray diffraction angle 5 fluctuates in the X direction. For this reason,
If the active layer 63 of the PD52.53 has a confinement structure similar to that of the LD51, its sensitivity in the X direction will be as shown by the solid line A in FIG. 5, and the detection sensitivity will vary depending on the wavelength variation. . Therefore, PD52
.. In order to prevent the active layer 63 from having a confinement structure, the oxide film 66 having a stripe structure is not provided in the active layer 53. In this way, the sensitivity of the active layer 63 can be made uniform in the X direction as shown by the solid line B in FIG. , it is possible to always obtain a constant detection sensitivity.

なお、このような受発光素子54の製作プロセスやレー
ザ発振特性、PD特性は「モノシリツクに集積化したG
aALAsレーザ/ディテクタ・アレイ」電子通信学会
、 QOE86−1−14. PP73〜77、198
6.4 、21に詳しく述べられている。
The manufacturing process, laser oscillation characteristics, and PD characteristics of the light receiving/emitting element 54 are based on the "monosilicate integrated G
“aALAs Laser/Detector Array” Institute of Electronics and Communication Engineers, QOE86-1-14. PP73-77, 198
6.4, 21.

第6図に示すように、受発光素子54のLD51には順
方向電圧を印加してレーザ光を放射させるようにし、P
D52.53には逆方向電圧を印加してフォトダイオー
ドとして作用させて、これらPD52.53の出力を差
動増幅器71に供給し、これにより対物レンズ56の被
照射物体57に対する焦点状態を表すFE信号を得るよ
うにする。また、被照射物体57の反射光から該被照射
物体57に記録された情報を読み取る場合には、PD5
2.53の出力を加算器72に供給してRF信号を得る
ようにする。
As shown in FIG. 6, a forward voltage is applied to the LD 51 of the light receiving/emitting element 54 to cause it to emit laser light.
A reverse voltage is applied to D52.53 to make it act as a photodiode, and the output of these PD52.53 is supplied to the differential amplifier 71, thereby generating an FE representing the focus state of the objective lens 56 on the irradiated object 57. Try to get a signal. In addition, when reading the information recorded on the irradiated object 57 from the reflected light from the irradiated object 57, the PD5
The output of 2.53 is supplied to an adder 72 to obtain an RF signal.

なお、上述したように、PD52.53をLD51と同
一の半導体基体61に同様に形成した場合のPD52.
53の厚さ方向、すなわちy方向の感度特性は、第7図
に示すようになるが、この感度特性はPD52.53に
印加する逆方向電圧によっである程度コントロールする
ことができる。
Note that, as described above, when the PD52.53 is similarly formed on the same semiconductor substrate 61 as the LD51, the PD52.
The sensitivity characteristics of the PD 53 in the thickness direction, that is, the y direction, are as shown in FIG. 7, and these sensitivity characteristics can be controlled to some extent by the reverse voltage applied to the PD 52.53.

以上のように、この実施例においては、LD51および
PD52.53を同一半導体基体上に形成するようにし
たので、LD51に対するPD52.53の位置調整が
不要となり、したがって調整工数を大幅に低減でき、安
価にできる。また、PD52.53における受光感度を
、ホログラム素子55による回折方向(X方向)におい
てほぼ−様としたので、温度変化等によってLD51に
おけるレーザ光の波長が変動しても、常に一定の検出感
度を得ることができ、したがって常に高精度の焦点検出
を行うことができる。
As described above, in this embodiment, since the LD 51 and the PD 52.53 are formed on the same semiconductor substrate, there is no need to adjust the position of the PD 52. It can be done cheaply. In addition, the light receiving sensitivity of the PD52.53 is made almost negative in the direction of diffraction (X direction) by the hologram element 55, so even if the wavelength of the laser light in the LD51 changes due to temperature changes, etc., the detection sensitivity is always constant. Therefore, highly accurate focus detection can be performed at all times.

第8図はこの発明の第2実施例を示すものである。この
実施例は、ホログラム素子55に、LD51からのレー
ザ光を被照射物体に収束させる対物レンズの作用をも持
たせたもので、その他の構成および作用は第1実施例と
同様である。
FIG. 8 shows a second embodiment of the invention. In this embodiment, the hologram element 55 also has the function of an objective lens for converging the laser beam from the LD 51 onto the object to be irradiated, and the other configurations and functions are the same as in the first embodiment.

このように、ホログラム素子55に対物レンズ作用をも
持たせるようにすれば、構成をより簡単にでき、かつ安
価にできると共に、超軽量化を図ることができる。また
、受発光素子54およびホログラム素子55を軽量にで
きるので、FB信号に基づいてフォーカスサーボを行う
にあたっては、これらを一体に駆動することもでき、こ
れにより駆動装置を簡単にでき、大幅なコストダウンを
図ることができる。
In this way, by providing the hologram element 55 with an objective lens function, the structure can be made simpler and cheaper, and it can be made extremely lightweight. Furthermore, since the light receiving/emitting element 54 and the hologram element 55 can be made lightweight, they can be driven together when performing focus servo based on the FB signal, which simplifies the driving device and significantly reduces costs. You can try to bring it down.

第9図はこの発明の第3実施例を示すものである。この
実施例は、受発光素子75からの光をホログラム素子7
6および対物レンズ77を経て被照射物体78に入射さ
せ、その反射光を対物レンズ77およびホログラム素子
76を経て受発光素子75で受光するようにしたもので
ある。
FIG. 9 shows a third embodiment of the invention. In this embodiment, the light from the light receiving/emitting element 75 is transferred to the hologram element 7.
6 and an objective lens 77 to enter an irradiated object 78, and the reflected light is received by a light receiving/emitting element 75 via an objective lens 77 and a hologram element 76.

受発光素子75は、第1O図に示すように、同一半導体
基体上にLD79と、その一方の側にPCO2,81と
を溝82.83および84によって第4図と同様に電気
的にアイソレートして形成する。また、ホログラム素子
76は、第9図に示すように、第1面85をハーフミラ
−面、第2面86を反射形ホログラム面とした平行平板
をもって構成する。
As shown in FIG. 1O, the light receiving/emitting element 75 includes an LD 79 on the same semiconductor substrate, and PCO2, 81 on one side of the LD 79, which are electrically isolated by grooves 82, 83 and 84 in the same manner as in FIG. and form it. Further, as shown in FIG. 9, the hologram element 76 is constituted by a parallel plate having a first surface 85 as a half-mirror surface and a second surface 86 as a reflective hologram surface.

この実施例では、LD79からの光をホログラム素子7
6の第1面85で反射させて対物レンズ77により被照
射物体78に収束して投射し、その反射光を対物レンズ
77およびホログラム素子76の第1面85を透過させ
てその第2面86で反射させ、これにより非点収差を有
する±1次回折光を発生させて、これら±1次回折光を
ホログラム素子76の第1面85を透過させて受発光素
子75のPCO2,81で受光する。
In this embodiment, the light from the LD 79 is transmitted to the hologram element 7.
The reflected light is reflected by the first surface 85 of the hologram element 76 and converged onto the irradiated object 78 by the objective lens 77, and the reflected light is transmitted through the objective lens 77 and the first surface 85 of the hologram element 76 to be projected onto the second surface 86. This generates ±1st order diffracted light having astigmatism, and these ±1st order diffracted lights are transmitted through the first surface 85 of the hologram element 76 and received by the PCO2, 81 of the light receiving/emitting element 75.

なお、±1次回折光に与える非点収差は、第1実施例と
同様に、PCO2,81上でビーム形状が互いにほぼ反
対方向に変化するようにする。
Note that astigmatism imparted to the ±1st-order diffracted light is such that the beam shapes change in substantially opposite directions on the PCOs 2 and 81, as in the first embodiment.

このように、ホログラム素子76の反射面を往路および
復路で変えれば、往路および復路で光軸をずらすことが
できるので、PCO2,81に入射する迷光を極めて少
なくすることができる。すなわち、PCO2,81に入
射する迷光は、往路でホログラム素子76の第1面85
を透過し、第2面86で反射された後再び第1面85を
透過する経路を通り、復路でホログラム素子76の第1
面85を透過し、第2面86で反射され、さらに第1面
85および第2面86で順次に反射された後、第1面8
5を透過する経路を通った光となるが、この光は実際に
信号検出に用いる光と光路長が異なるため、PCO2,
81上では信号検出に用いるスポットに比べ十分大きな
スポットとなる。さらに、信号検出に用いる光に対して
半透過面で2回多く反射しているため、著しい光量損失
を受けている。したがって、PCO2,81に入射する
迷光の光量が非常に少なくなるので、焦点検出信号に入
るノイズ成分を非常に少なくすることができる。
In this way, by changing the reflective surface of the hologram element 76 on the outbound and return passes, the optical axis can be shifted in the outbound and return passes, so that stray light entering the PCOs 2 and 81 can be extremely reduced. In other words, the stray light incident on the PCO 2, 81 passes through the first surface 85 of the hologram element 76 on the outward path.
, passes through the first surface 85 again after being reflected by the second surface 86 , and on the return trip, the first surface of the hologram element 76
After passing through the surface 85, being reflected by the second surface 86, and sequentially reflected by the first surface 85 and the second surface 86, the first surface 8
However, since this light has a different optical path length from the light actually used for signal detection, PCO2,
The spot on 81 is sufficiently larger than the spot used for signal detection. Furthermore, since the light used for signal detection is reflected twice on the semi-transparent surface, there is a significant loss in the amount of light. Therefore, since the amount of stray light that enters the PCO 2, 81 is extremely reduced, the noise component that enters the focus detection signal can be extremely reduced.

なお、第3実施例では、ホログラム素子76の厚みによ
って発生する非点収差が大きいと、焦点検出感度に悪影
響を及ぼすので、この非点収差が第2面86の反射形ホ
ログラム面で与える非点収差よりも十分小さくなるよう
に、好適にはその厚さを薄くする。
In the third embodiment, if the astigmatism caused by the thickness of the hologram element 76 is large, it will adversely affect the focus detection sensitivity. The thickness is preferably made thin so that it is sufficiently smaller than the aberration.

第11図はこの発明の第4実施例を示すものである。こ
の実施例は、ホログラム素子89として、第1面90を
ハーフミラ−の反射形ホログラム面、第2面91をミラ
ー面とした平行平板のものを用いたもので、その他の構
成は第3実施例と同様である。
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the invention. In this embodiment, the hologram element 89 uses a parallel plate whose first surface 90 is a half-mirror reflective hologram surface and whose second surface 91 is a mirror surface.The other configuration is similar to that of the third embodiment. It is similar to

すなわち、この実施例では、受発光素子75のLD79
からの光を、ホログラム素子89の第1面90を屈折透
過させて第2面91で反射させ、その後再び第1面90
を屈折透過させて対物レンズ77により被照射物体78
に収束して投射する。また、被照射物体78での反射光
は、対物レンズ77を経てホログラム素子89の第1面
90で回折反射させると共に、ここで非点収差を有する
±1次回折光を発生させて、これら±1次回折光を受発
光素子75のPD80.81で受光する。
That is, in this embodiment, the LD 79 of the light receiving/emitting element 75
The light from the hologram element 89 is refracted and transmitted through the first surface 90 of the hologram element 89, reflected by the second surface 91, and then reflected by the first surface 90 again.
is refracted and transmitted, and the objective lens 77 illuminates the irradiated object 78.
It converges and projects. Further, the reflected light from the irradiated object 78 is diffracted and reflected by the first surface 90 of the hologram element 89 through the objective lens 77, and ±1st-order diffracted light having astigmatism is generated here. The next diffracted light is received by PD80.81 of the light receiving/emitting element 75.

なお、ホログラム素子89の第1面90のホログラムは
、反射における±1次回折光の回折効率に比べ、透過の
±1次回折光の回折効率が十分小さくなるようなパター
ンとする。また、PD80.81に入射させる±1次回
折光に与える非点収差は、上述した実施例と同様に、P
D80.81上でビーム形状が互いにほぼ反対方向に変
化するようにする。
The hologram on the first surface 90 of the hologram element 89 has a pattern such that the diffraction efficiency of transmitted ±1st-order diffracted light is sufficiently smaller than the diffraction efficiency of ±1st-order diffracted light during reflection. In addition, the astigmatism given to the ±1st-order diffracted light incident on PD80.81 is P
The beam shapes are made to change in substantially opposite directions on D80.81.

この実施例においても、第3実施例と同様に、ホログラ
ム素子89の反射面を往路および復路で変えて、往路お
よび復路での光軸をずらすようにしたので、PD80.
81に入射する迷光を極めて少なくすることができ、し
たがって焦点検出の感度低下を有効に防止することがで
きる。なお、この実施例においても、ホログラム素子8
9の厚みによって発生する非点収差が大きいと、焦点検
出感度に悪影響を及ぼすので、この非点収差が第1面9
0の反射形ホログラム面で与える非点収差よりも十分小
さくなるように、好適にはその厚さを薄くする。
In this embodiment as well, as in the third embodiment, the reflective surface of the hologram element 89 is changed on the outbound and return passes, and the optical axes on the outbound and return passes are shifted, so that the PD80.
The amount of stray light that enters the lens 81 can be extremely reduced, and therefore a decrease in focus detection sensitivity can be effectively prevented. Note that also in this embodiment, the hologram element 8
If the astigmatism caused by the thickness of the first surface 9 is large, it will have a negative effect on the focus detection sensitivity.
The thickness is preferably made thin so that it is sufficiently smaller than the astigmatism given by the zero reflection hologram surface.

以上の第3実施例および第4実施例によれば、ホログラ
ム素子76、89の厚みの誤差によるPD80.81上
でのスポットの移動方向が、PD80.81の分割方向
と一致することになるので、焦点検出に何ら悪影響を及
ぼすことがない。
According to the third and fourth embodiments described above, the moving direction of the spot on the PD80.81 due to the error in the thickness of the hologram elements 76 and 89 coincides with the dividing direction of the PD80.81. , there is no adverse effect on focus detection.

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば
、上述した実施例では、ホログラム素子により±1次回
折光に非点収差を与えるようにしたが、ホログラム素子
による±1次回折光の結像点を、例えば第2図において
焦点AIl A2のように異ならせて、ビームサイズ法
により焦点状態を検出するよう構成することもできる。
Note that this invention is not limited only to the embodiments described above, and numerous modifications and changes are possible. For example, in the above-mentioned embodiment, astigmatism was given to the ±1st-order diffracted light by the hologram element, but the imaging point of the ±1st-order diffracted light by the hologram element was changed, for example, to the focal point AIl A2 in FIG. Alternatively, the focus state may be detected using a beam size method.

この場合には、合焦状態では第12図Bに示すようにP
D52゜53に入射する±1次回折光のビームの大きさ
は等しくなり、被照射物体が焦点位置よりも近づいたと
きは第12図Aに示すように一方のビームが小さくなっ
て他方のビームが大きくなり、逆に焦点位置から遠ざか
ったときは第12図Cに示すようにその関係が逆になる
。したがって、PD52.53の出力の差を検出すれば
、上述した実施例と同様に常に高精度で焦点状態を検出
することができる。
In this case, in the focused state, P
The sizes of the ±1st-order diffracted light beams incident on D52゜53 become equal, and when the irradiated object approaches the focal point, one beam becomes smaller and the other beam becomes smaller, as shown in Figure 12A. When it becomes larger and moves away from the focal position, the relationship is reversed as shown in FIG. 12C. Therefore, by detecting the difference between the outputs of the PDs 52 and 53, the focus state can always be detected with high accuracy, as in the above embodiment.

また、第1,3および4実施例では対物レンズを有限系
とし、第2実施例ではホログラム素子に有限系の対物レ
ンズの作用を持たせるようにしたが、コリメータレンズ
を付加して、これらを無限系とすることもできる。
Furthermore, in the first, third, and fourth embodiments, the objective lens was a finite system, and in the second embodiment, the hologram element was made to have the function of a finite system objective lens, but a collimator lens was added to improve these functions. It can also be an infinite system.

さらに、上述した実施例では、受発光素子のLDを、活
性層内に横方向の屈折率分布をもたない典型的な利得導
波型としたが、横方向に屈折率差をつけて光の閉じ込め
を行う屈折率導波型、または高周波で変調してもスペク
トルが拡がらずに単一縦モードで発振でき、流す電流に
よって発振波長が変化しない分布帰還型(DFB)ある
いは分布反射型(DBR)とすることもできる。また、
LDおよびPDを構成する半導体基体は、GaAsに限
らず、Siを用いることもできる。この場合には、Si
基体にプリアンプ等の周辺回路をも一体に形成すること
ができるので、構成をより簡単にできる。さらにまた、
半導体基体はn型に限らず、p型とすることもでき、こ
の場合には第6図に示す印加電圧の極性を逆にすればよ
い。
Furthermore, in the above-mentioned embodiment, the LD of the light receiving/emitting element is a typical gain waveguide type without a lateral refractive index distribution in the active layer, but a LD with a lateral refractive index difference refractive index waveguide type, which confines the energy, distributed feedback type (DFB), which allows oscillation in a single longitudinal mode without spectrum broadening even when modulated at high frequency, and whose oscillation wavelength does not change depending on the flowing current, or distributed reflection type ( DBR). Also,
The semiconductor substrate constituting the LD and PD is not limited to GaAs, and Si can also be used. In this case, Si
Since peripheral circuits such as a preamplifier can also be integrally formed on the base, the configuration can be made simpler. Furthermore,
The semiconductor substrate is not limited to n-type, but may also be p-type; in this case, the polarity of the applied voltage shown in FIG. 6 may be reversed.

また、第3および4実施例においては、ホログラム素子
を平行平板をもって構成したが、くさび状や曲面状(回
転楕円面、放物面等)の種々の形状をもって構成するこ
ともできる。
Further, in the third and fourth embodiments, the hologram element is configured with a parallel plate, but it can also be configured with various shapes such as a wedge shape or a curved surface (spheroid, paraboloid, etc.).

さらに、第3および4実施例においては、第13図に示
すように、受発光素子95として同一半導体基体上にL
D96と、その一方の側にPD97〜100とを溝10
1〜104によって電気的にアイソレートして順次に設
けたものを用い、±1次回折光を最外側のPD97およ
び100に入射させ、0次回行光を内側のPD98およ
び99に2分割するように入射させて、PD97および
100の出力の差動により焦点誤差信号を得、またPD
98および99の出力によりプッシュプル法によってト
ラッキング誤差信号を得るよう構成することもできる。
Furthermore, in the third and fourth embodiments, as shown in FIG.
D96 and PD97 to 100 on one side of groove 10
1 to 104 are electrically isolated and sequentially provided, the ±1st-order diffracted light is incident on the outermost PDs 97 and 100, and the 0th-order diffracted light is divided into two into the inner PDs 98 and 99. A focus error signal is obtained by the differential output of PD97 and PD100, and the PD
It is also possible to configure the tracking error signal to be obtained by the push-pull method using the outputs of 98 and 99.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述したように、この発明によれば、発光部および2個
の受光部を同−半導体基体上に形成した受発光素子を用
い、その2個の受光部に、ホログラム素子により被照射
物体からの反射光の±1次回折光を、該2個の受光部上
でビーム形状の変化が互いにほぼ逆方向となるように入
射させて、これら2個の受光部の出力に基づいて焦点状
態を検出するようにしたので、発光部に対する2個の受
光部の位置調整が不要となり、したがって調整工数を大
幅に低減できると共に安価にでき、しかも焦点状態を常
に高精度で検出することができる。
As described above, according to the present invention, a light emitting/receiving element in which a light emitting part and two light receiving parts are formed on the same semiconductor substrate is used, and the two light receiving parts are provided with light from an object to be irradiated by a hologram element. The ±1st-order diffracted light of the reflected light is made incident on the two light receiving sections so that the beam shapes change in substantially opposite directions, and the focal state is detected based on the outputs of these two light receiving sections. This eliminates the need to adjust the position of the two light receiving sections with respect to the light emitting section, thereby greatly reducing the number of adjustment steps and making it possible to reduce the cost.Moreover, the focus state can always be detected with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の第1実施例を示す図、第2図は第1
図に示すホログラム素子の作用を説明するための図、 第3図A、 BおよびCは第1図に示す受発光素子のP
Dに入射するビームの変化を説明するための図、 第4図は第1図に示す受発光素子の一例の構成を示す図
、 第5図はそのPDの活性層における感度特性を示す図、 第6図は受発光素子の駆動回路および信号処理回路の一
例を示す図、 第7図はPDの厚さ方向における感度特性を示す図、 第8図はこの発明の第2実施例を示す図、第9図はこの
発明の第3実施例を示す図、第10図は第9図に示す受
発光素子の拡大図、第11図はこの発明の第4実施例を
示す図、第12図A、 BおよびCはこの発明の詳細な
説明するための図、 第13図はこの発明の他の変形例において用いる受発光
素子の構成を示す図、 第14図〜第25図A、 B、 Cは従来の技術を説明
するための図である。 51−・−[、D         52.53・・・
−PD54−・−受発光素子    55°・′−ホロ
グラム素子56・・−・対物レンズ    57・・・
・被照射物体61・・−半導体基体    62.64
・・−・クラッド層63−・・−活性層      6
7、68−・−電極金属69.70−・−溝     
 7■・・−・差動増幅器75−・・・受発光素子  
  76、89−・・−ホログラム素子77・・・・対
物レンズ    78・・−被照射物体79・・・−L
D         80.81・・・・PD82、8
3.84°・・−溝      85.90・・・・第
1面86.91−・・・第2面    95・・・・受
発光素子96−・・・LD         97〜1
00−・PDlol−104・・・−溝 第1図 第4図 54 第5図 第6図 第8図 第9図 θσ @IO図 σ亭 σj σZ 第1I図 第13図 にη γγがゾl 第14図 第15図 1C 7A 111:3 第16図 第17図 第18図 第19図 第21図
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
Figure 3A, B and C are diagrams for explaining the action of the hologram element shown in Figure 1.
A diagram for explaining changes in the beam incident on D; FIG. 4 is a diagram showing the configuration of an example of the light receiving and emitting element shown in FIG. 1; FIG. 5 is a diagram showing the sensitivity characteristics of the active layer of the PD; FIG. 6 is a diagram showing an example of a drive circuit and a signal processing circuit for a light receiving/emitting element, FIG. 7 is a diagram showing sensitivity characteristics in the thickness direction of a PD, and FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. , FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the invention, FIG. 10 is an enlarged view of the light receiving and emitting element shown in FIG. 9, FIG. 11 is a diagram showing a fourth embodiment of the invention, and FIG. 12 A, B, and C are diagrams for explaining the present invention in detail; FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a light receiving/emitting element used in another modification of the present invention; FIGS. 14 to 25 A, B, C is a diagram for explaining a conventional technique. 51-・-[, D 52.53...
-PD54--Receiving/emitting element 55°/'-Hologram element 56...Objective lens 57...
- Irradiated object 61...-semiconductor substrate 62.64
---Clad layer 63---Active layer 6
7, 68--Electrode metal 69.70--Groove
7■...Differential amplifier 75-...Reception/emission element
76, 89 --- Hologram element 77 --- Objective lens 78 --- Irradiated object 79 ---L
D 80.81...PD82, 8
3.84°...Groove 85.90...First surface 86.91-...Second surface 95...Receiving/emitting element 96-...LD 97~1
00-・PDlol-104...-groove Figure 1 Figure 4 Figure 54 Figure 5 Figure 6 Figure 8 Figure 9 Figure 9 θσ @IO diagram σtei σj σZ Figure 1I Figure 13 shows η γγ Figure 14 Figure 15 1C 7A 111:3 Figure 16 Figure 17 Figure 18 Figure 19 Figure 21

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、同一半導体基体上に形成した発光部および2個の受
光部を有する受発光素子と、 この受発光素子の発光部からの光を収束して被照射物体
に導くと共に、該被照射物体からの反射光を回折させて
、その±1次回折光を前記受発光素子の2個の受光部に
、該2個の受光部上でビーム形状の変化が互いにほぼ逆
方向となるように入射させるホログラム素子とを具え、
前記受発光素子の2個の受光部の出力に基づいて前記ホ
ログラム素子の前記被照射物体に対する焦点状態を検出
するよう構成したことを特徴とする焦点検出装置。 2、同一半導体基体上に形成した発光部および2個の受
光部を有する受発光素子と、 この受発光素子の発光部からの光を収束して被照射物体
に投射する収束光学系と、 前記受発光素子と前記被照射物体との間の光路中に配置
され、前記受発光素子の発光部からの光を透過すると共
に、前記被照射物体からの反射光を回折させて、その±
1次回折光を前記受発光素子の2個の受光部に、該2個
の受光部上でビーム形状の変化が互いにほぼ逆方向とな
るように入射させるホログラム素子とを具え、前記受発
光素子の2個の受光部の出力に基づいて前記収束光学系
の前記被照射物体に対する焦点状態を検出するよう構成
したことを特徴とする焦点検出装置。 3、前記ホログラム素子を、ハーフミラー面より成る第
1面と、反射形ホログラム面より成る第2面とをもって
構成し、前記受発光素子からの光を前記第1面で反射さ
せて前記被照射物体に導き、該被照射物体からの反射光
を前記第1面を透過させた後、前記第2面で反射させて
±1次回折光を発生させ、これら±1次回折光を前記第
1面を透過させて前記受発光素子の2個の受光部に入射
させるよう構成したことを特徴とする請求項2記載の焦
点検出装置。 4、前記ホログラム素子を、ハーフミラーの反射形ホロ
グラム面より成る第1面と、ミラー面より成る第2面と
をもって構成し、前記受発光素子からの光を前記第1面
で屈折透過させて前記第2面で反射させ、その後再び前
記第1面を屈折透過させて前記被照射物体に導き、該被
照射物体からの反射光を前記第1面で回折反射させて±
1次回折光を発生させ、これら±1次回折光を前記受発
光素子の2個の受光部に入射させるよう構成したことを
特徴とする請求項2記載の焦点検出装置。
[Claims] 1. A light receiving/emitting element having a light emitting part and two light receiving parts formed on the same semiconductor substrate, converging light from the light emitting part of the light receiving/emitting element and guiding it to an object to be irradiated. , diffracts the reflected light from the irradiated object and sends the ±1st-order diffracted light to the two light receiving sections of the light receiving/emitting element so that the beam shapes change in substantially opposite directions on the two light receiving sections. and a hologram element to make the incident so that
A focus detection device characterized in that the focus detection device is configured to detect a focus state of the hologram element with respect to the irradiated object based on outputs of two light receiving sections of the light receiving and emitting element. 2. A light receiving/emitting element having a light emitting part and two light receiving parts formed on the same semiconductor substrate; a converging optical system for converging light from the light emitting part of the light receiving/emitting element and projecting it onto an irradiated object; It is arranged in the optical path between the light receiving and emitting element and the irradiated object, and transmits the light from the light emitting part of the light receiving and emitting element, and diffracts the reflected light from the irradiated object.
a hologram element that makes the first-order diffracted light incident on the two light receiving sections of the light receiving and emitting element so that changes in beam shape are substantially opposite to each other on the two light receiving sections; A focus detection device characterized in that the focus detection device is configured to detect a focus state of the converging optical system with respect to the irradiated object based on outputs of two light receiving sections. 3. The hologram element has a first surface made of a half-mirror surface and a second surface made of a reflective hologram surface, and the light from the light receiving and emitting element is reflected by the first surface to illuminate the irradiated object. The reflected light from the irradiated object is transmitted through the first surface, and then reflected by the second surface to generate ±1st-order diffracted light, and these ±1st-order diffracted lights are transmitted through the first surface. 3. The focus detection device according to claim 2, wherein the focus detection device is configured to transmit the light and make it incident on the two light receiving sections of the light receiving/emitting element. 4. The hologram element has a first surface made of a reflective hologram surface of a half mirror and a second surface made of a mirror surface, and the light from the light receiving and emitting element is refracted and transmitted by the first surface. The light is reflected by the second surface, and then refracted and transmitted through the first surface to be guided to the irradiated object, and the reflected light from the irradiated object is diffracted and reflected by the first surface.
3. The focus detection device according to claim 2, further comprising a structure in which first-order diffracted light is generated and these ±first-order diffracted lights are made incident on two light receiving sections of the light receiving/emitting element.
JP6812390A 1989-07-25 1990-03-20 Focus detector Pending JPH03130939A (en)

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JP1-190642 1989-07-25
JP19064289 1989-07-25

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5301182A (en) * 1991-04-17 1994-04-05 Matsushita Electric Industrial, Co., Ltd. Optical pickup head

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