JPH06194118A - 光センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品数を減らして、小型化、低価格化を図
る。 【構成】 ＴＥモードとＴＭモードの偏向制御可能な半
導体レーザ１を用いる。ビームスプリッタ３から測定対
象物体６に至る光路中に複屈折プリズム４を配置する。
複屈折プリズム４は光ビームの偏光方向によってその屈
折率が異なる。すなわち、ＴＥモードとＴＭモードと
で、その通過光ビームの屈折角が異なる。半導体レーザ
１の偏光モードをＴＥ／ＴＭモード間で交互に切り替え
れば、結果として測定対象物体６のトラックを挟むよう
に、光ビーム５ａ，５ｂを走査することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スキャナーセンサや
トラッキングセンサ等の光学的な光センサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の光センサの光学構成を図７に示
す。この光センサは、測定対象物体１０６の突起１０６
ａの位置を、光ビーム１０５の反射率変化で検出する。
このため、半導体レーザ１０１とレンズ１０２により生
成された光ビームを、偏向ミラー機構１０４で回転させ
ながら偏向することにより、測定対象物体１０６上で光
ビーム１０５を走査し、その反射光をビームスプリッタ
１０３を介して光検出器１０７へ分岐入力して、突起１
０６ａによる反射光の変化ポイントを検出する。

【０００３】図８（ａ）に偏向ミラー機構１０４への偏
向駆動信号１０８を示す。この偏向駆動信号１０８の大
きさに比例して偏向角θが制御される。この場合、光ビ
ーム１０５は、鋸波状の偏向駆動信号１０８により、測
定対象物体１０６上をほゞ等線速度で走査される。した
がって、光検出器１０７の光検出信号１０９（図８
（ｂ）参照）より、突起１０６ａによる反射光の変化ポ
イントを検出すれば、この反射光の変化ポイントまでの
偏向駆動時間ｔ₀ を測定することにより、突起１０６ａ
の位置を測定することができる。

【０００４】図９は従来の光センサの他の例を示す光学
構成図である。この光センサは、３本の光ビーム１１７
ａ，１１７ｂ，１１７ｃを用いて測定対象物体１１６上
のトラック１１６ａ（図１０参照）の位置を検出するも
ので、両端の光ビーム１１７ａ，１１７ｃの測定対象物
体１１６からの反射光に基づき、トラック１１６ａと光
ビーム１１７ｂとの相対位置を検出する。

【０００５】すなわち、図９において、半導体レーザ１
１０とレンズ１１１と回折格子１１２により生成された
３本の光ビーム１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃは、測定
対象物体１１６のトラック１１６ａにやや斜めに並ぶよ
うに照射される。両端の光ビーム１１７ａ，１１７ｃの
測定対象物体１１６からの反射光は、ビームスプリッタ
１１３，レンズ１１５を介し、光検出器１１８ａ，１１
８ｃにより検出され、電気信号（光検出信号）に変換さ
れる。光検出器１１８ａ，１１８ｃの光検出信号の値が
等しければ、光ビーム１１７ｂはトラック１１６ａ上に
位置している。光検出器１１８ａ，１１８ｃの光検出信
号の値が等しくなければ、等しくなるように光センサ全
体あるいは測定対象物体１１６を図示せぬ駆動機構を用
いて動かすことにより、トラック１１６ａ上に光ビーム
１１７ｂを位置させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光センサによると、図７に示した光センサで
は、偏向ミラー機構１０４にモータや圧電素子が用いら
れるため、装置が大型化し、高価となる問題があった。
また、図９に示した光センサでは、回折格子１１２を用
いるため、図７に示した光センサと同様、装置が大型化
し、高価となる問題があった。

【０００７】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、部品数を減
らして、小型化、低価格化を図ることのできる光センサ
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本願の第１発明（請求項１に係る発明）は、
その偏光モードをＴＥ／ＴＭモード間で選択的に切り替
え可能な光源と、この光源から出射される光ビームの測
定対象物体までの光路中にあってＴＥモードとＴＭモー
ドとでのその通過光ビームの屈折角を異ならせる複屈折
手段と、この複屈折手段を通過して照射される光源から
の光ビームの測定対象物体からの経由光を検出する光検
出手段とを備えたものである。また、その第２発明（請
求項２に係る発明）は、第１発明において、光源の偏光
モードをＴＥ／ＴＭモードへ交互に切り替える偏光モー
ド切替手段と、この偏光モード切替手段による偏光モー
ドの切替に同期して、光検出手段の光検出出力を非反転
増幅手段と反転増幅手段とへ振り分けて入力し、この非
反転増幅手段および反転増幅手段からの非反転増幅出力
および反転増幅出力を第１および第２のサンプルホール
ド手段へ与え、この第１および第２のサンプルホールド
手段からの出力に基づきＴＥモードでの光検出出力とＴ
Ｍモードでの光検出出力との差に応じた差信号を得る手
段とを備えたものである。

【０００９】

【作用】したがってこの発明によれば、その第１発明で
は、光源から光ビームを出射すると、その光ビームが複
屈折手段を通過して測定対象物体へ照射され、この光ビ
ームの測定対象物からの経由光（反射光あるいは透過
光）が光検出手段で検出される。複屈折手段を通過する
光ビームはＴＥモードである場合とＴＭモードである場
合とでその屈折角が異なる。このため、光源の偏光モー
ドがＴＥモードである場合とＴＭモードである場合と
で、測定対象物体における光ビームの照射位置が異なる
ものとなる。これにより、光源の偏光モードをＴＥ／Ｔ
Ｍモードへ交互に切り替えるものとすれば、測定対象物
体における光ビームの照射位置を変えて、その光ビーム
の測定対象物体からの経由光（反射光あるいは透過光）
を光検出手段で検出することができるようになる。ま
た、その第２発明では、光源の偏光モードをＴＥ／ＴＭ
モードへ交互に切り替えると、これに同期して光検出手
段の光検出出力が非反転増幅手段と反転増幅手段とへ振
り分けて入力され、この非反転増幅手段および反転増幅
手段からの非反転増幅出力および反転増幅出力が第１お
よび第２のサンプルホールド手段へ与えられ、この第１
および第２のサンプルホールド手段からの出力に基づき
ＴＥモードでの光検出出力とＴＭモードでの光検出出力
との差に応じた差信号が得られ、この差信号により測定
対象物体と光ビームとの相対的な位置を検出することが
可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。

【００１１】図１は本発明の第１実施例を示す光学構成
図である。同図において、１はその偏光モードをＴＥ／
ＴＭモード間で選択的に切り替え可能な半導体レーザ、
１ａ，１ｂはこの半導体レーザ１の電極、２はレンズ、
３はビームスプリッタ、４は水晶や方解石や酸化チタン
などの複屈折性を有する材料でできた複屈折プリズム、
５ａ，５ｂは光ビーム、６は測定対象物体、７は光検出
器である。

【００１２】ここで、ＴＥモードおよびＴＭモードの偏
向制御可能な半導体レーザ１は、特願平４−４２３１３
号（先行出願）に代表される構造で、電極１ａと１ｂへ
の電流注入量を制御することにより偏光モードを選択す
ることができるが、レーザの構造や発振動作原理などの
詳細な説明は上記先行出願に記述されているので省略す
る。

【００１３】半導体レーザ１とレンズ２で生成された光
ビームは、ビームスプリッタ３を通過し、複屈折プリズ
ム４へ入射される。複屈折プリズム４は入射された光ビ
ームを屈折させる。この場合、複屈折プリズム４を通過
する光ビームは、ＴＥモードである場合とＴＭモードで
ある場合とでその屈折角が異なる。これは、複屈折プリ
ズム４が水晶や方解石や酸化チタンなどの複屈折性を有
する材料でできており、光ビームの偏光方向によってそ
の屈折率が異なるためである。

【００１４】本実施例では、ＴＥモードは図１における
紙面と平行な方向に電場の振動方向すなわち偏光の方向
を有し、ＴＭモードは紙面と垂直な方向に偏光の方向を
有しており、複屈折プリズム４の屈折率をＴＥモードで
高くなるようにプリズムの材料の結晶方位を決めて加工
されている。このため、複屈折プリズム４より、ＴＭモ
ードでは光ビーム５ａが取り出され、ＴＥモードでは光
ビーム５ｂが取り出され、測定対象物体６へ照射され
る。

【００１５】図２は測定対象物体６のトラック６ａへの
光ビーム５ａ，５ｂの照射状態を拡大して示した図であ
る。電極１ａ，１ｂへの電流注入量を制御し、半導体レ
ーザ１の偏光モードをＴＥ／ＴＭモードへ交互に切り替
えれば、結果としてトラック６ａを挟むように、光ビー
ム５ａ，５ｂを走査することができる。

【００１６】測定対象物体６からの反射光は、複屈折プ
リズム４を通過し、ビームスプリッタ３により光路を分
岐されて、光検出器７で検出され、光検出信号に変換さ
れる。ここで、ＴＭモードでの光検出信号およびＴＥモ
ードでの光検出信号を分離して検出するものとし、これ
らの光検出信号の値が等しくなるように光センサ全体あ
るいは測定対象物体６を図示せぬ駆動機構を用いて動か
せば、トラック６ａと光ビーム５ａ，５ｂのとの相対位
置を一定に保つことができる。

【００１７】本実施例では、ガルバノミラーのような偏
光ミラー機構がなく、構成が小型・簡素化され、低価格
化が図られる。また、本実施例では、偏光モードの切り
替えを電極１ａ，１ｂへの電流注入の制御で行うことが
できるため、機構による光路の偏光に比べてきわめて高
速に、光ビーム５ａ，５ｂの走査を行うことができると
いう特長もある。

【００１８】図３は本発明の第２実施例を示す光学構成
図である。同図において、図１と同一符号は同一あるい
は同等構成要素を示し、その説明は省略する。図におい
て、９，１３はレンズ、８は複屈折プリズムを貼り合わ
せて形成されたウォラストンプリズム、１１ａ，１１ｂ
は光検出器、１２ａ，１２ｂは光ビームである。

【００１９】半導体レーザ１とレンズ２で生成された光
ビームはウォラストンプリズム８に入射される。ウォラ
ストンプリズム８は、入射された光ビームを屈折し、Ｔ
Ｍモードでは光ビーム１２ａとして取り出し、ＴＥモー
ドでは光ビーム１２ｂとして取り出す。ウォラストンプ
リズム８より取り出された光ビーム１２ａ，１２ｂは、
ビームスプリッタ３を通過し、レンズ９により測定対象
物体６に照射（集光）される。

【００２０】測定対象物体６からの光ビーム１２ａ，１
２ｂの反射光は、レンズ９を通過し、ビームスプリッタ
３により光路を分岐されて、レンズ１３を通過し、光検
出器１１ａ，１１ｂで検出される。

【００２１】これにより、光検出器１１ａ，１１ｂの光
検出信号の値に基づいて、実施例１と同様にして、測定
対象物体６のトラック６ａと光ビーム１２ａ，１２ｂと
の相対位置を一定にすることができる。

【００２２】この実施例では、ビームスプリッタ３がウ
ォラストンプリズム８の後段に配置されているため、光
ビーム１２ａ，１２ｂの測定対象物体６からの反射光の
光検出器１１ａ，１１ｂへの光軸が別れ、レンズ１３に
より容易に空間的に分離することができている。

【００２３】しかしながら、この第２実施例では、ＴＭ
モードの光ビーム１２ａとＴＥモードの光ビーム１２ｂ
の測定対象物体６からの反射光を別々の光検出器１１ａ
と１１ｂで分離して光検出信号に変換することができる
反面、レンズ１３が必要で、光検出器１１ａ，１１ｂと
集光された反射光ビームとの位置合わせの調整が必要と
なるため、小型化や低価格化には不利となる。

【００２４】これに対し、先に説明した第１実施例で
は、図４に示したような信号処理回路を用いることによ
り、ＴＭモードの光ビーム５ａとＴＥモードの光ビーム
５ｂの測定対象物体６からの反射光を一つの光検出器７
で時分割的に分離して光検出信号に変換することがで
き、簡素な光学配置として、小型化，低価格化を促進す
ることができる。

【００２５】図４において、２１はクロック信号発生
器、２２はＴＥ／ＴＭモード制御信号発生器、２３，２
４は半導体レーザ１の電極１ａ，１ｂに対する電流駆動
回路、２５はアナログスイッチ、２６は反転増幅器、２
７は非反転増幅器、２８，２９はサンプルホールド回
路、３０は差動増幅器である。

【００２６】クロック信号発生器２１からのクロックパ
ルスに同期して、ＴＥ／ＴＭモード制御信号発生器２２
は、電流駆動回路２３，２４を介して電極１ａ，１ｂに
必要な電流注入を行って、半導体レーザ１の偏光モード
をＴＥ／ＴＭモードへ交互に切り替える。

【００２７】これと同時に、測定対象物体６からの反射
光を検出した光検出器７の光検出信号は、クロック信号
発生器２１からのクロックパルスに同期して、アナログ
スイッチ２５によって反転増幅器２６と非反転増幅器２
７とのいずれかへ振り分けて入力され、サンプルホール
ド回路２８および２９により断続的な信号をつなぎなが
ら、差動増幅器３０により各サンプルホールド回路２８
および２９からの出力信号の差信号３１を得る。

【００２８】こうして得られた差信号３１は、図３に示
した光検出器１１ａと１１ｂの光検出信号の差信号と等
価な信号である。すなわち、ＴＭモードでの光検出信号
とＴＥモードでの光検出信号との差に応じた値として、
差信号３１が得られる。

【００２９】図５は本発明の第３実施例を示す光学構成
図である。同図において、図１および図３と同一符号は
同一あるいは同等構成要素を示し、その説明は省略す
る。図において、４０はレンズ９を位置決めするための
アクチュエータ、４１は測定対象物体としての光ディス
ク、４２はビームスプリッタ、４３は光検出器、４８は
サーボ信号検出光学系である。

【００３０】この実施例において、半導体レーザ１の偏
光モードをＴＥ／ＴＭモードへ交互に切り替えると、光
ビームはウォラストンプリズム８で偏光モードに応じた
屈折角で偏向され、光ディスク４１上に照射される。

【００３１】図６は光ディスク４１上でのＴＥモードで
の光ビームスポット４６ａとＴＭモードでの光ビームス
ポット４６ｂの照射状態を示す図である。同図におい
て、４４は光ディスクのトラック、４７は光ディスクの
案内溝、４５は光ディスクに記録されたデータマークで
ある。

【００３２】この実施例では、半導体レーザ１の偏光モ
ードをＴＥ／ＴＭモードへ交互に切り替えると、光ディ
スク４１上の隣接するトラック４４，４４で、光ビーム
スポット４６ａ，４６ｂが交互にデータマーク４５を照
射する。光ディスク４１からの反射光は、ビームスプリ
ッタ３で分岐され、ビームスプリッタ４２を通過し、光
検出器４３で光検出信号に変換される。

【００３３】ここで、光ディスク４１は図示（図６）矢
印Ａ方向へ回転しており、その線速度は１３０ｍｍ径媒
体でおおよそ５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓであるが、ＴＥ／
ＴＭモード間の切り替えを行う半導体レーザ１への電流
注入の切り替えは１ｎｓ以下なので、ほゞ同時に並列し
た信号の読み出しが可能である。

【００３４】すなわち、この実施例によれば、半導体レ
ーザ１の偏向モードをＴＥ／ＴＭモード間で切り替えな
がら、光ビームスポット４６ａおよび４６ｂを２本のト
ラック４４へ交互に照射して、並列のデータの読み出し
が可能となる。

【００３５】なお、上述した各実施例では、測定対象物
体からの反射光を検出する構成としたが、測定対象物体
からの透過光を検出するような構成であっても、同様に
して適用することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、従来の光センサで必要であった偏向ミラ
ー機構や回折格子などの多くの光部品を不要とし、その
偏光モードをＴＥ／ＴＭモード間で選択的に切り替え可
能な光源とＴＥモードとＴＭモードとでのその通過光ビ
ームの屈折角を異ならせる複屈折手段により、光ビーム
を走査して測定対象物の反射率や凹凸の変化などを検出
することのできる光学系を容易に構成することが可能と
なり、その小型化、低価格化を促進することができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す光学構成図である。

【図２】第１実施例における測定対象物体のトラックへ
の光ビームの照射状態を拡大して示した図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す光学構成図である。

【図４】第１実施例の光学構成に対して用いる信号処理
回路を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す光学構成図である。

【図６】第３実施例における光ディスク上での光ビーム
スポットの照射状態を拡大して示した図である。

【図７】従来の光センサの光学構成を示す図である。

【図８】図７に示した光センサにおける偏向ミラー機構
への駆動信号および光検出器の光検出信号を示す図であ
る。

【図９】従来の光センサの他の例を示す光学構成図であ
る。

【図１０】図９に示した光センサにおける測定対象物体
のトラックへの光ビームの照射状態を拡大して示した図
である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ １ａ，１ｂ 電極 ２ レンズ ３ ビームスプリッタ ４ 複屈折プリズム ５ａ，５ｂ 光ビーム ６ 測定対象物体 ７ 光検出器 ２１ クロック信号発生器 ２２ ＴＥ／ＴＭモード制御信号発生器 ２３，２４ 電流駆動回路 ２５ アナログスイッチ ２６ 反転増幅器 ２７ 非反転増幅器 ２８，２９ サンプルホールド回路 ３０ 差動増幅器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その偏光モードをＴＥ／ＴＭモード間で
   選択的に切り替え可能な光源と、 この光源から出射される光ビームの測定対象物体までの
   光路中にあってＴＥモードとＴＭモードとでその通過光
   ビームの屈折角を異ならせる複屈折手段と、 この複屈折手段を通過して照射される前記光源からの光
   ビームの前記測定対象物体からの経由光を検出する光検
   出手段とを備えたことを特徴とする光センサ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 光源の偏光モードをＴＥ／ＴＭモードへ交互に切り替え
   る偏光モード切替手段と、 この偏光モード切替手段による偏光モードの切替に同期
   して、光検出手段の光検出出力を非反転増幅手段と反転
   増幅手段とへ振り分けて入力し、この非反転増幅手段お
   よび反転増幅手段からの非反転増幅出力および反転増幅
   出力を第１および第２のサンプルホールド手段へ与え、
   この第１および第２のサンプルホールド手段からの出力
   に基づきＴＥモードでの光検出出力とＴＭモードでの光
   検出出力との差に応じた差信号を得る手段とを備えたこ
   とを特徴とする光センサ。