JPH0685224B2 - 焦点誤差検出装置 - Google Patents
焦点誤差検出装置Info
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- JPH0685224B2 JPH0685224B2 JP63322497A JP32249788A JPH0685224B2 JP H0685224 B2 JPH0685224 B2 JP H0685224B2 JP 63322497 A JP63322497 A JP 63322497A JP 32249788 A JP32249788 A JP 32249788A JP H0685224 B2 JPH0685224 B2 JP H0685224B2
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- light
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- dividing line
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンパクトディスク、ビデオディスク、等か
らの記録信号の再生、光ディスク、光磁気ディスク等へ
の情報信号の記録、再生、消去に用いられる光ヘッドの
焦点誤差検出装置に関する。
らの記録信号の再生、光ディスク、光磁気ディスク等へ
の情報信号の記録、再生、消去に用いられる光ヘッドの
焦点誤差検出装置に関する。
コンパクトディスク、ビデオディスク等からの記録信号
の再生、光ディスク、光磁気ディスク等への情報信号の
記録、再生、消去に用いられる光ヘッドは、光記録シス
テムの中で最も重要かつ基本的な部分である。光ヘッド
には、長寿命、高信頼という特性とともに、光ディスク
ドライブの小型化、高転送レート化、高アクセス速度化
のために、小型で軽量であることが望まれており、この
要求を満足するために、焦点誤差検出用光学系に用いら
れてきた従来のバルク形の光学部品を、ホログラムや単
純格子などの薄膜状の格子光学素子で置き換える試みな
どが進められている。
の再生、光ディスク、光磁気ディスク等への情報信号の
記録、再生、消去に用いられる光ヘッドは、光記録シス
テムの中で最も重要かつ基本的な部分である。光ヘッド
には、長寿命、高信頼という特性とともに、光ディスク
ドライブの小型化、高転送レート化、高アクセス速度化
のために、小型で軽量であることが望まれており、この
要求を満足するために、焦点誤差検出用光学系に用いら
れてきた従来のバルク形の光学部品を、ホログラムや単
純格子などの薄膜状の格子光学素子で置き換える試みな
どが進められている。
第２図は従来提案されてきた反射形ホログラム光学素子
を用いた光ヘッドの焦点誤差検出用の光学系を示す斜視
図である。光源である半導体レーザ１を出射した光は反
射形ホログラム光学素子２で正反射されて収束レンズ３
に導かれ、光記録媒体である光ディスク４上に集光す
る。光ディスク４からの反射光は収束レズ３の作用によ
り収束波となって反射形ホログラム光学素子２に再入射
する。反射形ホログラム光学素子２には入射収束波を半
導体レーザ近傍に配置された光検出器５に導く作用を持
つ表面レリーフが形成されているため、光ディスク４か
らの反射光を光検出器５で検出することができ、焦点誤
差検出動作を実現している。
を用いた光ヘッドの焦点誤差検出用の光学系を示す斜視
図である。光源である半導体レーザ１を出射した光は反
射形ホログラム光学素子２で正反射されて収束レンズ３
に導かれ、光記録媒体である光ディスク４上に集光す
る。光ディスク４からの反射光は収束レズ３の作用によ
り収束波となって反射形ホログラム光学素子２に再入射
する。反射形ホログラム光学素子２には入射収束波を半
導体レーザ近傍に配置された光検出器５に導く作用を持
つ表面レリーフが形成されているため、光ディスク４か
らの反射光を光検出器５で検出することができ、焦点誤
差検出動作を実現している。
第３図は反射型ホログラム光学素子２と光検出器５の関
係を模式的に示したものである。図において、反射型ホ
ログラム光学素子２は、半導体レーザ１から見た場合
を、光検出器５は受光面側からみた場合、すなわち反射
型ホログラム光学素子２側から見た場合を示している。
反射型ホログラム素子２の上部に入射した光（上部入射
光）６は光検出器５の第２の分割線７の左側の第１の分
割線８上に収束し、反射型ホログラム光学素子２の下部
に入射した光（下部入射光）９は光検出器５の第２の分
割線７の右側の第１の分割線８上に収束する。
係を模式的に示したものである。図において、反射型ホ
ログラム光学素子２は、半導体レーザ１から見た場合
を、光検出器５は受光面側からみた場合、すなわち反射
型ホログラム光学素子２側から見た場合を示している。
反射型ホログラム素子２の上部に入射した光（上部入射
光）６は光検出器５の第２の分割線７の左側の第１の分
割線８上に収束し、反射型ホログラム光学素子２の下部
に入射した光（下部入射光）９は光検出器５の第２の分
割線７の右側の第１の分割線８上に収束する。
第４図は光ディスク４の焦点ずれが生じた場合の光検出
器上でのスポット形状を模式的に示したもので、第４図
（ｂ）が焦点が合った状態である。光ディスク４が収束
レンズ３に近づく方向にずれた場合（第４図（ａ））、
光スポットは、光検出器５の第１セグメント10と第４セ
グメント13に入射する。反対に、収束レンズ３から遠ざ
かる方向にずれた場合（第４図（ｃ））は、光検出器５
の第２セグメント11と第３セグメント12にのみ入射す
る。従って、焦点誤差信号Sfeは、各セグメントの出力
をVn（ｎ＝１〜4:セグメント番号）としたとき Sfe＝（V1−V2）＋（V4−V3） で与えられる。この焦点誤差検出装置では、おもに第１
の分割線８の上下方向での光強度の差から焦点誤差を検
出するために、光検出器と光スポットの第１の分割線８
に沿う方向の相対的な位置ずれは、どちらかの光スポッ
トが第２の分割線７を越えない限りは焦点誤差検出動作
になんら影響を与えない。
器上でのスポット形状を模式的に示したもので、第４図
（ｂ）が焦点が合った状態である。光ディスク４が収束
レンズ３に近づく方向にずれた場合（第４図（ａ））、
光スポットは、光検出器５の第１セグメント10と第４セ
グメント13に入射する。反対に、収束レンズ３から遠ざ
かる方向にずれた場合（第４図（ｃ））は、光検出器５
の第２セグメント11と第３セグメント12にのみ入射す
る。従って、焦点誤差信号Sfeは、各セグメントの出力
をVn（ｎ＝１〜4:セグメント番号）としたとき Sfe＝（V1−V2）＋（V4−V3） で与えられる。この焦点誤差検出装置では、おもに第１
の分割線８の上下方向での光強度の差から焦点誤差を検
出するために、光検出器と光スポットの第１の分割線８
に沿う方向の相対的な位置ずれは、どちらかの光スポッ
トが第２の分割線７を越えない限りは焦点誤差検出動作
になんら影響を与えない。
ホログラムのような格子光学素子を用いた場合に最も大
きな問題となるのは光源である半導体レーザの発振波長
変動である。発振波長が変動すると、それにより格子光
学素子の回折角が変動する。このため従来の技術では、
第２図において、光検出器の第１の分割線８と半導体レ
ーザ１の発光点18と反射型ホログラム光学素子２の分割
線21が同一平面内にあるよう配置して、つまり、第２図
に示すＡ、Ａ′が同一平面内になるよう配置して、回折
角変動の焦点誤差検出動作への影響を除去しようとして
いた。しかしながら、従来の技術による解決法により焦
点移動の影響を完全に除去できるのは、ホログラム光学
素子への入射光線と反射光線及び回折光線がすべて同一
平面内にあるときのみであり、この条件からははずれる
場合には収束点は光検出器５の第１の分割線８とある角
度を持った方向に移動し、結果として焦点誤差信号強度
の劣化や、焦点誤差信号オフセットの発生等の問題が生
じていた。さらに、焦点ずれが生じた場合の光検出器上
でのスポット形状変化に関しては、第４図に示したよう
に、光ディスク４が接近する方向への焦点ずれと、光デ
ィスクが遠ざかる方向への焦点ずれに対して、分割線に
対して対称な形状変化となるのは、ホログラム光学素子
への入射光線と反射光線及び回折光線がすべて同一平面
内にあるときのみであり、それ以外では対称な形状変化
とならない。第５図はその一例を示している。第５図
（ａ）は光ディスク４が収束レンズ３に近づく方向にず
れた場合であり、第５図（ｃ）は収束レンズ３から遠ざ
かる方向にずれた場合、第５図（ｂ）は焦点が合った場
合を表わしている。このような形状変化の非対称性は、
焦点誤差信号強度の劣化を招いていた。
きな問題となるのは光源である半導体レーザの発振波長
変動である。発振波長が変動すると、それにより格子光
学素子の回折角が変動する。このため従来の技術では、
第２図において、光検出器の第１の分割線８と半導体レ
ーザ１の発光点18と反射型ホログラム光学素子２の分割
線21が同一平面内にあるよう配置して、つまり、第２図
に示すＡ、Ａ′が同一平面内になるよう配置して、回折
角変動の焦点誤差検出動作への影響を除去しようとして
いた。しかしながら、従来の技術による解決法により焦
点移動の影響を完全に除去できるのは、ホログラム光学
素子への入射光線と反射光線及び回折光線がすべて同一
平面内にあるときのみであり、この条件からははずれる
場合には収束点は光検出器５の第１の分割線８とある角
度を持った方向に移動し、結果として焦点誤差信号強度
の劣化や、焦点誤差信号オフセットの発生等の問題が生
じていた。さらに、焦点ずれが生じた場合の光検出器上
でのスポット形状変化に関しては、第４図に示したよう
に、光ディスク４が接近する方向への焦点ずれと、光デ
ィスクが遠ざかる方向への焦点ずれに対して、分割線に
対して対称な形状変化となるのは、ホログラム光学素子
への入射光線と反射光線及び回折光線がすべて同一平面
内にあるときのみであり、それ以外では対称な形状変化
とならない。第５図はその一例を示している。第５図
（ａ）は光ディスク４が収束レンズ３に近づく方向にず
れた場合であり、第５図（ｃ）は収束レンズ３から遠ざ
かる方向にずれた場合、第５図（ｂ）は焦点が合った場
合を表わしている。このような形状変化の非対称性は、
焦点誤差信号強度の劣化を招いていた。
本発明は、上記問題点を解決した温度安定性に優れた焦
点誤差検出装置を供給することにある。
点誤差検出装置を供給することにある。
上記問題点を解決するために、本発明が提供する手段
は、光源と、光源を出射した光を光記録媒体上に集光さ
せる結像光学系と、第１の分割線と該第１の分割線に略
直交する第２の分割線により少なくとも４個のセグメン
トに分けられた光検出器と、前記光記録媒体で反射し、
前記結像光学系を経てきた反射光を前記光検出器に導く
ための反射型格子光学素子とを少なくとも有し、前記反
射型格子光学素子は、前記光源の出射光の光軸と交差す
る反射型格子光学素子分割直線により第１の領域と第２
の領域に分けられ、前記反射型格子光学素子の第１の領
域への入射光を回折光として前記光検出器の前記第１の
分割線上の点（第１の収束点）に収束させ、前記反射型
格子光学素子の第２の領域への入射光を回折光として前
記光検出器の前記第１の分割線上の点（第２の収束点）
にそれぞれ収束させる作用を有し、前記光軸と前記反射
型格子光学素子分割直線との交点、前記第１の分割線と
前記第２の分割線の交点及び前記光源の発光点が同一平
面上にあるように前記光源、前記反射型格子光学素子、
前記光検出器を配置し、さらに、前記反射型格子光学素
子の反射面をＸ−Ｙ平面、前記交点を原点、原点を通り
Ｘ−Ｙ平面に垂直な軸をＺ軸にとった直交座標系を定め
て、前記第１の収束点の座標を（x1f,y1f,z1f）、前記
第２の収束点の座標を（x2f,y2f,z2f）前記光源の発光
点の座標を（xg,yg,zg）、前記光源の常温での発振波長
をλ１、前記第１の収束点と前記第２の収束点を結ぶ線
分の中点の座標を（xf,yf,zf）、とし、 としたとき、前記第１の分割線は、前記中点（xf,yf,z
f）を通り、かつその方向余弦（Bl,Bm,Bn）が略 で表わされる直線となり、前記反射型格子光学素子分割
直線は、結像光学系の倍率をmf、焦点誤差検出のダイナ
ミックレンジを±αｄとし、 ｍ＝２・mf2・αｄ xf＝（x1f＋x2f）/2 yf＝（y1f＋y2f）/2 zf＝（z1f＋z2f）/2 α＝xfzfzg−xgzf2−xgyf2 β＝yfzfzg−ygzf2−xf2g γ＝（xf2（yfyg−zfzg）＋yf2（xfxg−zfzg） ＋zf2（xfxg−yfyg））/zf lin＝｛xg（dg＋ｍ）−xhdg｝/DB1 min＝｛yg（dg＋ｍ）−yhdg｝/DB1 DB1＝［dg2（dg＋ｍ）２−2dg（dg＋ｍ）（xgxh ＋ygyh）＋xh2＋yh2）dg2］1/2 lout＝lin−｛（xg−xh）/DB2−（xf−xh）/DB3｝ mout＝lin−｛（yg−yh）/DB2−（yf−yh）/DB3｝ tp＝｛xh（zfyg−yfzg）＋yh（xfyg−xgzf）／ ｛lout（yfzg−zfyg）＋mout（xgyz−xfzg） ＋nout（xfyg−xgyf）｝ xp＝lout・tp＋xh yp＝mout・tp＋yh zp＝nout・tp としたとき、 xp−xf:yp−yf:zp−zf＝α：β：γ なる関係を略満足する反射型格子光学素子上の点（xh,y
h,0）と、座標原点を結ぶ直線となることを特徴とする
構成になっている。
は、光源と、光源を出射した光を光記録媒体上に集光さ
せる結像光学系と、第１の分割線と該第１の分割線に略
直交する第２の分割線により少なくとも４個のセグメン
トに分けられた光検出器と、前記光記録媒体で反射し、
前記結像光学系を経てきた反射光を前記光検出器に導く
ための反射型格子光学素子とを少なくとも有し、前記反
射型格子光学素子は、前記光源の出射光の光軸と交差す
る反射型格子光学素子分割直線により第１の領域と第２
の領域に分けられ、前記反射型格子光学素子の第１の領
域への入射光を回折光として前記光検出器の前記第１の
分割線上の点（第１の収束点）に収束させ、前記反射型
格子光学素子の第２の領域への入射光を回折光として前
記光検出器の前記第１の分割線上の点（第２の収束点）
にそれぞれ収束させる作用を有し、前記光軸と前記反射
型格子光学素子分割直線との交点、前記第１の分割線と
前記第２の分割線の交点及び前記光源の発光点が同一平
面上にあるように前記光源、前記反射型格子光学素子、
前記光検出器を配置し、さらに、前記反射型格子光学素
子の反射面をＸ−Ｙ平面、前記交点を原点、原点を通り
Ｘ−Ｙ平面に垂直な軸をＺ軸にとった直交座標系を定め
て、前記第１の収束点の座標を（x1f,y1f,z1f）、前記
第２の収束点の座標を（x2f,y2f,z2f）前記光源の発光
点の座標を（xg,yg,zg）、前記光源の常温での発振波長
をλ１、前記第１の収束点と前記第２の収束点を結ぶ線
分の中点の座標を（xf,yf,zf）、とし、 としたとき、前記第１の分割線は、前記中点（xf,yf,z
f）を通り、かつその方向余弦（Bl,Bm,Bn）が略 で表わされる直線となり、前記反射型格子光学素子分割
直線は、結像光学系の倍率をmf、焦点誤差検出のダイナ
ミックレンジを±αｄとし、 ｍ＝２・mf2・αｄ xf＝（x1f＋x2f）/2 yf＝（y1f＋y2f）/2 zf＝（z1f＋z2f）/2 α＝xfzfzg−xgzf2−xgyf2 β＝yfzfzg−ygzf2−xf2g γ＝（xf2（yfyg−zfzg）＋yf2（xfxg−zfzg） ＋zf2（xfxg−yfyg））/zf lin＝｛xg（dg＋ｍ）−xhdg｝/DB1 min＝｛yg（dg＋ｍ）−yhdg｝/DB1 DB1＝［dg2（dg＋ｍ）２−2dg（dg＋ｍ）（xgxh ＋ygyh）＋xh2＋yh2）dg2］1/2 lout＝lin−｛（xg−xh）/DB2−（xf−xh）/DB3｝ mout＝lin−｛（yg−yh）/DB2−（yf−yh）/DB3｝ tp＝｛xh（zfyg−yfzg）＋yh（xfyg−xgzf）／ ｛lout（yfzg−zfyg）＋mout（xgyz−xfzg） ＋nout（xfyg−xgyf）｝ xp＝lout・tp＋xh yp＝mout・tp＋yh zp＝nout・tp としたとき、 xp−xf:yp−yf:zp−zf＝α：β：γ なる関係を略満足する反射型格子光学素子上の点（xh,y
h,0）と、座標原点を結ぶ直線となることを特徴とする
構成になっている。
以下、本発明の作用を図面と数式を用いて詳しく説明す
る。第６図は、計算上の反射型ホログラム光学素子27の
位置、半導体レーザの発光点14、光検出器上の光ビーム
の収束点15を示すための図である。反射型ホログラム光
学素子27はＸ−Ｙ平面にあり、このＸ−Ｙ平面に垂直な
軸をＺ軸とした直交座標系を考え、半導体レーザの発光
点14を（xg、yg、zg）、光検出器上の光ビームの収束点
の位置15を（xf、yf、zf）とする。
る。第６図は、計算上の反射型ホログラム光学素子27の
位置、半導体レーザの発光点14、光検出器上の光ビーム
の収束点15を示すための図である。反射型ホログラム光
学素子27はＸ−Ｙ平面にあり、このＸ−Ｙ平面に垂直な
軸をＺ軸とした直交座標系を考え、半導体レーザの発光
点14を（xg、yg、zg）、光検出器上の光ビームの収束点
の位置15を（xf、yf、zf）とする。
ここで、 とする。ホログラム光学素子の記録される干渉縞はこれ
ら２点からの発散球面波によるものであり、その位相伝
達関数は次式で与えられる。
ら２点からの発散球面波によるものであり、その位相伝
達関数は次式で与えられる。
ここで、λ１は、反射型ホログラム光学素子の設計波長
であり、通常、半導体レーザの常温での発振波長に対応
する。このような位相伝達関数を持つ反射型ホログラム
光学素子に方向余弦（lin、min、nin）を持つ光線が入
射するとする。ここでは、反射型のホログラム光学素子
を考えているので、入射光線の方向余弦は反射型ホログ
ラム光学素子の表面で正反射した光線の方向余弦を考え
ればよい。いま、半導体レーザを出射した光は光ディス
ク上に正しく集光しているとすると、光ディスクからの
戻り光は、半導体レーザの発光点14を収束点に持つよう
な波面となって反射型ホログラム光学素子27に入射す
る。従って反射型ホログラム光学素子27への入射光線の
方向余弦は、原点を通過する光線について lin＝xg/dg （４） min＝yg/dg （５） nin＝zg/dg （６） となる。1981年発行のアプライト オプティックス（Ap
plied Optics）誌、第20巻、第2081ページにより掲載の
エイチ．ダブリュ．ホロウェイ（H.W.Holloway）らの文
献によると、ホログラム光学素子の作用を受けた出射光
線の方向余弦（lout、mout、nout）は次式で与えられ
る。
であり、通常、半導体レーザの常温での発振波長に対応
する。このような位相伝達関数を持つ反射型ホログラム
光学素子に方向余弦（lin、min、nin）を持つ光線が入
射するとする。ここでは、反射型のホログラム光学素子
を考えているので、入射光線の方向余弦は反射型ホログ
ラム光学素子の表面で正反射した光線の方向余弦を考え
ればよい。いま、半導体レーザを出射した光は光ディス
ク上に正しく集光しているとすると、光ディスクからの
戻り光は、半導体レーザの発光点14を収束点に持つよう
な波面となって反射型ホログラム光学素子27に入射す
る。従って反射型ホログラム光学素子27への入射光線の
方向余弦は、原点を通過する光線について lin＝xg/dg （４） min＝yg/dg （５） nin＝zg/dg （６） となる。1981年発行のアプライト オプティックス（Ap
plied Optics）誌、第20巻、第2081ページにより掲載の
エイチ．ダブリュ．ホロウェイ（H.W.Holloway）らの文
献によると、ホログラム光学素子の作用を受けた出射光
線の方向余弦（lout、mout、nout）は次式で与えられ
る。
ここで、λ２は、動作時のレーザの発振波長である。従
って、方向余弦（lin、min、nin）で原点に入射した光
線が反射型ホログラム光学素子の作用を受けて出射する
と、その出射光線を表わす方程式は、 ここで、光検出器の受光面を、点（xf、yf、zf）を含
み、原点と点（xf、yf、zf）を結ぶ直線と直交する平面
に取ると、その方程式は、 xf（ｘ−xf）＋yf（ｙ−yf）＋zf（ｚ−zf）＝０（11） となる。従って、ホログラム光学素子の回折の作用を受
けた光線の光検出器上での位置、すなわち、光スポット
の位置（xpd、ypd、zpd）は（10）、（11）式より xpd＝lout・df2/A （12） ypd＝mout・df2/A （13） zpd＝zout・df2/A （14） Ａ＝xf・lout＋yf・mout＋zf・nout （15） となる。（12）〜（14）式を用いて、λ２＝λ１でのλ
２に関する微係数からホログラム光学素子の設計波長付
近でのビームスポットの移動の方向余弦を求めることが
できる。
って、方向余弦（lin、min、nin）で原点に入射した光
線が反射型ホログラム光学素子の作用を受けて出射する
と、その出射光線を表わす方程式は、 ここで、光検出器の受光面を、点（xf、yf、zf）を含
み、原点と点（xf、yf、zf）を結ぶ直線と直交する平面
に取ると、その方程式は、 xf（ｘ−xf）＋yf（ｙ−yf）＋zf（ｚ−zf）＝０（11） となる。従って、ホログラム光学素子の回折の作用を受
けた光線の光検出器上での位置、すなわち、光スポット
の位置（xpd、ypd、zpd）は（10）、（11）式より xpd＝lout・df2/A （12） ypd＝mout・df2/A （13） zpd＝zout・df2/A （14） Ａ＝xf・lout＋yf・mout＋zf・nout （15） となる。（12）〜（14）式を用いて、λ２＝λ１でのλ
２に関する微係数からホログラム光学素子の設計波長付
近でのビームスポットの移動の方向余弦を求めることが
できる。
A|λ２＝λ１＝df （16） であるから、 となり、反射型ホログラム光学素子により回折された光
ビームの光検出器受光面上での移動の方向余弦（Bl、B
m、Bn）は、 となる。いま、光検出器受光面上の基準となる直線（基
準線）として、光検出器上の点（xf、yf、zf）と半導体
レーザの発光点（xg、yg、zg）及び原点の３点を含む平
面と光検出器受光面との交線を考える。上記３点を含む
平面は、 ｘ（yfzg−ygzf）−ｙ（xfzg−xgzf） ＋ｚ（xfyg−xgyf）＝０ （25） で表されるから、求める交線の方向ベクトル（α、β、
γ）は α＝xfzfzg−xgzf2−xgyf2 （26） β＝yfzfzg−ygzf2−xfyg （27） γ＝［xf2（yfyg−zfzg）＋yf2（xfxg−zfzg） ＋zf2（xfxg＋yfyg）］/zf （28） となる。従ってこの基準線と光ビームの光検出器受光面
上での移動の方向余弦（Bl、Bm、Bn）とのなす角θはこ
れら２つのベクトルの内積を求めることにより、 となることがわかる。従って、（xf、yf、zf）を含み、
方向ベクトル（α、β、γ）と角度θをなす直線を光検
出器面内に新たに基準線として設けると、光スポットは
λ１を中心波長とする半導体レーザの波長変動にともな
いこの直線上を移動することになる。すなわち、この直
線を光検出器の分割線とすることで、従来の技術におい
て問題となった焦点誤差検出動作における問題点を解決
することができる。
ビームの光検出器受光面上での移動の方向余弦（Bl、B
m、Bn）は、 となる。いま、光検出器受光面上の基準となる直線（基
準線）として、光検出器上の点（xf、yf、zf）と半導体
レーザの発光点（xg、yg、zg）及び原点の３点を含む平
面と光検出器受光面との交線を考える。上記３点を含む
平面は、 ｘ（yfzg−ygzf）−ｙ（xfzg−xgzf） ＋ｚ（xfyg−xgyf）＝０ （25） で表されるから、求める交線の方向ベクトル（α、β、
γ）は α＝xfzfzg−xgzf2−xgyf2 （26） β＝yfzfzg−ygzf2−xfyg （27） γ＝［xf2（yfyg−zfzg）＋yf2（xfxg−zfzg） ＋zf2（xfxg＋yfyg）］/zf （28） となる。従ってこの基準線と光ビームの光検出器受光面
上での移動の方向余弦（Bl、Bm、Bn）とのなす角θはこ
れら２つのベクトルの内積を求めることにより、 となることがわかる。従って、（xf、yf、zf）を含み、
方向ベクトル（α、β、γ）と角度θをなす直線を光検
出器面内に新たに基準線として設けると、光スポットは
λ１を中心波長とする半導体レーザの波長変動にともな
いこの直線上を移動することになる。すなわち、この直
線を光検出器の分割線とすることで、従来の技術におい
て問題となった焦点誤差検出動作における問題点を解決
することができる。
ここで、本発明では光検出器上で２つの収束点を有する
ため、各々の収束点に対して（29）式で与えられる角度
θが異なることがある。そこで、２つの収束点を結ぶ線
分上の点を適当にえらび、その点を通り、その点に対し
て（29）式から得られる角度θを持つ直線が光検出器の
分割線となるように、２つの収束点と光検出器を配置す
ればよい。もちろん２つの収束点が光検出器の分割線上
に配置されている必要があり、また、このように配置す
ることが可能である。２つの収束点を結ぶ線分上の点
は、例えば、２つの収束点の中点を選べばよい。
ため、各々の収束点に対して（29）式で与えられる角度
θが異なることがある。そこで、２つの収束点を結ぶ線
分上の点を適当にえらび、その点を通り、その点に対し
て（29）式から得られる角度θを持つ直線が光検出器の
分割線となるように、２つの収束点と光検出器を配置す
ればよい。もちろん２つの収束点が光検出器の分割線上
に配置されている必要があり、また、このように配置す
ることが可能である。２つの収束点を結ぶ線分上の点
は、例えば、２つの収束点の中点を選べばよい。
さらに、従来の技術で問題となった焦点ずれが生じた場
合の光検出器上でのスポット形状変化の非対称性に関し
て、本発明では次のような方法で解決している。光ディ
スクの位置が光ビームの結像点からずれている場合に
は、光ディスクからの戻り光はレーザの発光点14に収束
する光ビームとはならず、光ディスクが収束レンズから
遠ざかる方向に位置ずれした時は、戻り光の収束位置は
光軸上をレーザの発光点から収束レンズに近付く方向に
ずれる。逆に、光ディスクが収束レンズに近付く方向に
位置ずれすると戻り光の収束位置は光軸上をレーザの発
光点から収束レンズに遠ざかる方向にずれる。ここで、
戻り光の収束位置とレーザの発光点の距離をｍ、戻り光
の収束位置を（xg′、yg′、zg′）、ホログラム光学素
子上の点を（xh、yh、０）とすると、 （xg′、yg′、zg′）と（xh、yh、０）を結ぶ直線の方
向ベクトル（Ｌ、Ｍ、Ｎ）は Ｌ＝xg（dg＋ｍ）−xh・dg （30） Ｍ＝yg（dg＋ｍ）−yh・dg （31） Ｎ＝zg（dg＋ｍ） （32） となるので、点（xh、yh、０）に入射する光線の方向余
弦（ｌ′in、ｍ′in、ｎ′in）は、 ｌ′in＝L/B′＝｛xg（dg＋ｍ）−xh・dg｝/B′ （33） ｍ′in＝M/B′＝｛yg（dg＋ｍ）−xh・dg｝/B′ （34） ｎ′in＝N/B′＝｛zg（dg＋ｍ）｝/B′ （35） となる。ホログラム光学素子により回折の効果を受けた
光線の方向余弦は（ｌ′out、ｍ′out、ｎ′out）上述
の場合と同様に、 となる。ここでλ２＝λ１とおく、点（xh、yh、０）を
とおり、方向余弦（ｌ′out、ｍ′out、ｎ′out）を持
つ光線が光検出器の受光面と交わる点を（xp、yp、zp）
とすれば、（12）式を用いて xp＝ｌ′out・tp＋xh （40） yp＝ｍ′out・tp＋xh （41） yp＝ｎ′out・tp （42） tp＝｛xh（zfyg−yfzg）＋yh（xfzg−xgzf）｝／ ｛ｌ′out（yfzg−zfyg）＋ｍ′out（xgzf−xfzg） ＋nout（xfyg−xgyf）｝ （43） となる。ここで、 xp−xf:yp−yf:zp−zf＝α：β：γ （44） を満足させるようなホログラム光学素子上の点（xh′、
yh′、０）が存在する。従って、この点（xh′、yh′、
０）と原点を結ぶ直線を反射型ホログラム光学素子の分
割線とすればよい。ここで式（30）〜（44）からわかる
ように、点（ｘ′ｈ、ｙ′ｈ、０）はｍの関数であるの
で、特定のｍについてのみ式（44）を満足することにな
る。ホログラ光学素子の分割線を決定するためには、所
望の焦点誤差検出のダイナミックレンジからｍ値を決定
すればよい。結像光学系の倍率をmf、焦点誤差検出のダ
イナミックレンジを±αｄとすれば、ｍ値はおよそ、 ｍ＝２・mf2・ad （45） で与えられる。
合の光検出器上でのスポット形状変化の非対称性に関し
て、本発明では次のような方法で解決している。光ディ
スクの位置が光ビームの結像点からずれている場合に
は、光ディスクからの戻り光はレーザの発光点14に収束
する光ビームとはならず、光ディスクが収束レンズから
遠ざかる方向に位置ずれした時は、戻り光の収束位置は
光軸上をレーザの発光点から収束レンズに近付く方向に
ずれる。逆に、光ディスクが収束レンズに近付く方向に
位置ずれすると戻り光の収束位置は光軸上をレーザの発
光点から収束レンズに遠ざかる方向にずれる。ここで、
戻り光の収束位置とレーザの発光点の距離をｍ、戻り光
の収束位置を（xg′、yg′、zg′）、ホログラム光学素
子上の点を（xh、yh、０）とすると、 （xg′、yg′、zg′）と（xh、yh、０）を結ぶ直線の方
向ベクトル（Ｌ、Ｍ、Ｎ）は Ｌ＝xg（dg＋ｍ）−xh・dg （30） Ｍ＝yg（dg＋ｍ）−yh・dg （31） Ｎ＝zg（dg＋ｍ） （32） となるので、点（xh、yh、０）に入射する光線の方向余
弦（ｌ′in、ｍ′in、ｎ′in）は、 ｌ′in＝L/B′＝｛xg（dg＋ｍ）−xh・dg｝/B′ （33） ｍ′in＝M/B′＝｛yg（dg＋ｍ）−xh・dg｝/B′ （34） ｎ′in＝N/B′＝｛zg（dg＋ｍ）｝/B′ （35） となる。ホログラム光学素子により回折の効果を受けた
光線の方向余弦は（ｌ′out、ｍ′out、ｎ′out）上述
の場合と同様に、 となる。ここでλ２＝λ１とおく、点（xh、yh、０）を
とおり、方向余弦（ｌ′out、ｍ′out、ｎ′out）を持
つ光線が光検出器の受光面と交わる点を（xp、yp、zp）
とすれば、（12）式を用いて xp＝ｌ′out・tp＋xh （40） yp＝ｍ′out・tp＋xh （41） yp＝ｎ′out・tp （42） tp＝｛xh（zfyg−yfzg）＋yh（xfzg−xgzf）｝／ ｛ｌ′out（yfzg−zfyg）＋ｍ′out（xgzf−xfzg） ＋nout（xfyg−xgyf）｝ （43） となる。ここで、 xp−xf:yp−yf:zp−zf＝α：β：γ （44） を満足させるようなホログラム光学素子上の点（xh′、
yh′、０）が存在する。従って、この点（xh′、yh′、
０）と原点を結ぶ直線を反射型ホログラム光学素子の分
割線とすればよい。ここで式（30）〜（44）からわかる
ように、点（ｘ′ｈ、ｙ′ｈ、０）はｍの関数であるの
で、特定のｍについてのみ式（44）を満足することにな
る。ホログラ光学素子の分割線を決定するためには、所
望の焦点誤差検出のダイナミックレンジからｍ値を決定
すればよい。結像光学系の倍率をmf、焦点誤差検出のダ
イナミックレンジを±αｄとすれば、ｍ値はおよそ、 ｍ＝２・mf2・ad （45） で与えられる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。第１図は本発明の実施例を説明するための斜視図
である。半導体レーザ１、ホログラム光学素子27、収束
レンズ３、光検出器22を用いる点は第２図の従来例と同
じであるが、各々の相対的位置が従来と異る。なお、説
明では、これまで用いてきた座標系（反射型ホログラム
光学素子はＸ−Ｙ平面にあり、中心が座標原点）を用い
る。
する。第１図は本発明の実施例を説明するための斜視図
である。半導体レーザ１、ホログラム光学素子27、収束
レンズ３、光検出器22を用いる点は第２図の従来例と同
じであるが、各々の相対的位置が従来と異る。なお、説
明では、これまで用いてきた座標系（反射型ホログラム
光学素子はＸ−Ｙ平面にあり、中心が座標原点）を用い
る。
本実施例では入射光線と正反射光線のなす角を90度と
し、実装上の観点から光検出器22上の第１収束点（x
f1、yf1、zf1）16と第２の収束点（xf2、yf2、zf2）17
を結ぶ線分の中点（xf、yf、zf）、半導体レーザ１の発
光点（xg、yg、zg）18、および反射型ホログラム光学素
子27の中心（座標原点19）が同一平面（以下、基準平面
20と呼ぶ）上にくるように配置している。ここで、 とする。反射型ホログラム光学素子27のフォーカルパワ
を極力取り除いて、波長変動による縦方向の収差の発生
を抑えるために、d1f＝d2f＝dgとしている。
し、実装上の観点から光検出器22上の第１収束点（x
f1、yf1、zf1）16と第２の収束点（xf2、yf2、zf2）17
を結ぶ線分の中点（xf、yf、zf）、半導体レーザ１の発
光点（xg、yg、zg）18、および反射型ホログラム光学素
子27の中心（座標原点19）が同一平面（以下、基準平面
20と呼ぶ）上にくるように配置している。ここで、 とする。反射型ホログラム光学素子27のフォーカルパワ
を極力取り除いて、波長変動による縦方向の収差の発生
を抑えるために、d1f＝d2f＝dgとしている。
第７図は光検出器22と各セグメントと、反射型ホログラ
ム光学素子27の２つの領域の相互関係を示すための図で
ある。図において、反射型ホログラム光学素子27は、半
導体レーザ１から見た場合を、光検出器22は受光面側か
らみた場合、すなわち反射型ホログラム光学素子27側か
ら見た場合を示している。光検出器22は第１の分割線23
と第２の分割線24により４分割されている。第１分割線
23は第１収束点16と第２収束点17を通り、第１収束点と
第２収束点を結ぶ線分の中点に対して（29）式で与えら
れる角度θ′を基準平面20と光検出器22の受光面の光線
に対してなしている。このような配置では、半導体レー
ザ１の発振波長λ１からずれたばあいでも第１の収束点
16にあった光スポットおよび第２の収束点17にあった光
スポットは、それぞれの収束点に対して（29）式から得
られる角度θとはわずかに異なるために、厳密には光検
出器の第１の分割線23に沿って、つまりθ′の角度では
動かないが、そのずれ量は極わずかなものであり、焦点
誤差検出動作にはほとんど影響を及ぼさない。さらに、
焦点誤差検出動作を保証する光源の発振波長温度範囲が
λ１に対して、波長側への保証範囲と短波側への保証範
囲が異なる場合には、全範囲に対して光検出器分割線か
らのずれが最も少なくなるようθ′を微調する必要があ
る。調整後の値θ″とθ′との差は極わずかなものであ
る。
ム光学素子27の２つの領域の相互関係を示すための図で
ある。図において、反射型ホログラム光学素子27は、半
導体レーザ１から見た場合を、光検出器22は受光面側か
らみた場合、すなわち反射型ホログラム光学素子27側か
ら見た場合を示している。光検出器22は第１の分割線23
と第２の分割線24により４分割されている。第１分割線
23は第１収束点16と第２収束点17を通り、第１収束点と
第２収束点を結ぶ線分の中点に対して（29）式で与えら
れる角度θ′を基準平面20と光検出器22の受光面の光線
に対してなしている。このような配置では、半導体レー
ザ１の発振波長λ１からずれたばあいでも第１の収束点
16にあった光スポットおよび第２の収束点17にあった光
スポットは、それぞれの収束点に対して（29）式から得
られる角度θとはわずかに異なるために、厳密には光検
出器の第１の分割線23に沿って、つまりθ′の角度では
動かないが、そのずれ量は極わずかなものであり、焦点
誤差検出動作にはほとんど影響を及ぼさない。さらに、
焦点誤差検出動作を保証する光源の発振波長温度範囲が
λ１に対して、波長側への保証範囲と短波側への保証範
囲が異なる場合には、全範囲に対して光検出器分割線か
らのずれが最も少なくなるようθ′を微調する必要があ
る。調整後の値θ″とθ′との差は極わずかなものであ
る。
反射型ホログラム光学素子27の領域分割線28は上述の
（44）式で与えられる条件をほぼ満足するように設定し
た。本実施例では、倍率5.5倍の収束レンズ３を用い、
焦点誤差検出のダイナミックレンジαｄを±７μｍとし
て設計したのでｍ値は ｍ＝２×７μｍ×5.52＝423.5μｍ となる。この式から与えられるｍ値と第１の収束点16の
位置、及び第２の収束点17の位置から、それぞれの位置
に対して（44）式を満足する反射型ホログラム光学素子
分割線28の方程式が求められる。通常の場合、第１の収
束点と第２の収束点間の距離は反射型ホログラム光学素
子とそれぞれの収束点間の距離に比べて十分小さい。し
たがって、求められた２つの直線はほとんど等しいもの
となる。そこで、第１の収束点と第２の収束点の中点に
対して（44）式を満足する直線を反射型ホログラム光学
素子の分割線28として用いた。この場合、分割線に対し
て常に非対称な形状変化となるが、その量はごくわずか
なものであり、焦点誤差検出動作にはなんら影響を与え
ない。
（44）式で与えられる条件をほぼ満足するように設定し
た。本実施例では、倍率5.5倍の収束レンズ３を用い、
焦点誤差検出のダイナミックレンジαｄを±７μｍとし
て設計したのでｍ値は ｍ＝２×７μｍ×5.52＝423.5μｍ となる。この式から与えられるｍ値と第１の収束点16の
位置、及び第２の収束点17の位置から、それぞれの位置
に対して（44）式を満足する反射型ホログラム光学素子
分割線28の方程式が求められる。通常の場合、第１の収
束点と第２の収束点間の距離は反射型ホログラム光学素
子とそれぞれの収束点間の距離に比べて十分小さい。し
たがって、求められた２つの直線はほとんど等しいもの
となる。そこで、第１の収束点と第２の収束点の中点に
対して（44）式を満足する直線を反射型ホログラム光学
素子の分割線28として用いた。この場合、分割線に対し
て常に非対称な形状変化となるが、その量はごくわずか
なものであり、焦点誤差検出動作にはなんら影響を与え
ない。
第８図は焦点ずれが生じた際の光検出器22上での光スポ
ット形状を模式的に示したもので、焦点が合った状態は
第８図（ｂ）である。光ディスク４が収束レンズ３に近
づく方向に位置ずれした場合（第８図（ａ））、光スポ
ットは光検出器22の第１セグメント31と第４セグメント
34にのみ入射する。反対に光ディス４が収束レンズ３か
ら遠ざかる方向に位置ずれした場合（第８図（ｃ））、
光スポットは光検出器22の第２セグメント32と第３セグ
メント33にのみ入射する。従って各セグメントの出力を
V1、V2、V3、V4とすると、焦点誤差信号Sfeは、 Sfe＝（V1−V2）＋（V4−V3） で与えられる。
ット形状を模式的に示したもので、焦点が合った状態は
第８図（ｂ）である。光ディスク４が収束レンズ３に近
づく方向に位置ずれした場合（第８図（ａ））、光スポ
ットは光検出器22の第１セグメント31と第４セグメント
34にのみ入射する。反対に光ディス４が収束レンズ３か
ら遠ざかる方向に位置ずれした場合（第８図（ｃ））、
光スポットは光検出器22の第２セグメント32と第３セグ
メント33にのみ入射する。従って各セグメントの出力を
V1、V2、V3、V4とすると、焦点誤差信号Sfeは、 Sfe＝（V1−V2）＋（V4−V3） で与えられる。
本発明によれば、光源の波長変動に対して非常に安定な
誤差検出特性を有する焦点誤差検出装置を提供できる。
また、本発明で用いる反射型格子光学素子は、半導体デ
バイスを作製する製造プロセスと類似の製造プロセスを
用いることにより、安定に、大量にかつ安価に作成でき
るので、非常に低価格な焦点誤差検出装置を提供するこ
とが可能である。
誤差検出特性を有する焦点誤差検出装置を提供できる。
また、本発明で用いる反射型格子光学素子は、半導体デ
バイスを作製する製造プロセスと類似の製造プロセスを
用いることにより、安定に、大量にかつ安価に作成でき
るので、非常に低価格な焦点誤差検出装置を提供するこ
とが可能である。
第１図は本発明の実施例を説明するための斜視図、第２
図は従来の装置の斜視図、第３図、第４図、第５図は従
来の技術を説明するための図、第６図は本発明の作用を
説明するための図、第７図、第８図は本発明の実施例を
説明するための図である。 １……半導体レーザ、２……反射型ホログラム、３……
収束レンズ、４……光ディスク、５……光検出器、６…
…上部入射光、７……第２分割線、８……第１分割線、
９……下部入射光、10……第１セグメント、11……第２
セグメント、12……第３セグメント、13……第４セグメ
ント、14,18……発光点、15……収束点、16……第１の
収束点、17……第２の収束点、19……座標原点、20……
基準平面、21……反射型ホログラム光学素子分割線、22
……光検出器、23……第１の分割線、24……第２の分割
線、27……反射型ホログラム光学素子、28……反射型ホ
ログラム光学分割線、31……第１セグメント、32……第
２セグメント、33……第３セグメント、34……第４セグ
メント。
図は従来の装置の斜視図、第３図、第４図、第５図は従
来の技術を説明するための図、第６図は本発明の作用を
説明するための図、第７図、第８図は本発明の実施例を
説明するための図である。 １……半導体レーザ、２……反射型ホログラム、３……
収束レンズ、４……光ディスク、５……光検出器、６…
…上部入射光、７……第２分割線、８……第１分割線、
９……下部入射光、10……第１セグメント、11……第２
セグメント、12……第３セグメント、13……第４セグメ
ント、14,18……発光点、15……収束点、16……第１の
収束点、17……第２の収束点、19……座標原点、20……
基準平面、21……反射型ホログラム光学素子分割線、22
……光検出器、23……第１の分割線、24……第２の分割
線、27……反射型ホログラム光学素子、28……反射型ホ
ログラム光学分割線、31……第１セグメント、32……第
２セグメント、33……第３セグメント、34……第４セグ
メント。
Claims (1)
- 【請求項１】光源と、光源を出射した光を光記録媒体上
に集光させる結像光学系と、第１の分割線と該第１の分
割線に略直交する第２の分割線により少なくとも４個の
セグメントに分けられた光検出器と、前記光記録媒体で
反射し、前記結像光学系を経てきた反射光を前記光検出
器に導くため反射型格子光学素子とを少なくとも有し、
前記反射型格子光学素子は、前記光源の出射光の光軸と
交差する反射型格子光学素子分割直線により第１の領域
と第２の領域に分けられ、前記反射型格子光学素子の第
１の領域への入射光を回折光として前記光検出器の前記
第１の分割線上の点（第１の収束点）に収束させ、前記
反射型格子光学素子の第２の領域への入射光を回折光と
して前記光検出器の前記第１の分割線上の点（第２の収
束点）にそれぞれ収束させる作用を有し、前記光軸と前
記反射型格子光学素子分割直線との交点、前記第１の分
割線と前記第２の分割線の交点及び前記光源の発光点が
同一平面上にあるように前記光源、前記反射型格子光学
素子、前記光検出器を配置し、さらに、前記反射型格子
光学素子の反射面をX-Y平面、前記交点を原点、原点を
通りX-Y平面に垂直な軸をＺ軸にとった直交座標系を定
めて、前記第１の収束点の座標を（x1f,y1f,z1f）、前
記第２の収束点の座標を（x2f,y2f,z2f）、前記光源の
発光点の座標を（xg,yg,zg）、前記光源の常温での発振
波長をλ１、前記第１の収束点と第２の収束点を結ぶ線
分の中点の座標を（xf,yf,zf）とし、 としたとき、前記第１の分割線は、前記中点（xf,yf,z
f）を通り、かつその方向余弦（Bl,Bm,Bn）が略 で表わされる直線となり、前記反射型格子光学素子分割
直線は、結像光学系の倍率をmf、焦点誤差検出のダイナ
ミックレンジを±adとし、 ｍ＝２・mf22・ad xf＝（x1f＋x2f）/2 yf＝（y1f＋y2f）/2 zf＝（z1f＋z2f）/2 ａ＝xfzfzg−xgzf2−zgyf2 β＝yfzfzg−ygzf2−xf2yg γ＝（xf2（yfyg−zfzg）＋yf2（xfxg−zfzg） ＋zf2（xfxg−yfyg））/zf lin＝｛xg（dg＋ｍ）−xhdg｝/DB1 min＝｛yg（dg＋ｍ）−yhdg｝/DB1 DB1＝［dg2（dg＋ｍ）２−2dg（dg＋ｍ）（xgxh ＋ygyh）＋xh2＋yh2）dg2］1/2 lout＝lin−｛（xg−xh）/DB2−（xf−xh）/DB3｝ mout＝min−｛（yg−yh）/DB2−（yf−yh）/DB3｝ tp＝｛xh（zfyg−yfzg）＋yh（xfzg−zf） ／｛lout（yfzg−zfyg）＋mout（xgzf−xfzg） ＋nout（xfyg−xgyf）｝ xp＝lout・tp＋xh yp＝mout・tp＋yh zp＝nout・tp＋zh としたとき、 xp−xf:yp−yf:zp−zf＝a:β：γ なる関係を略満足する反射型格子光学素子上の点（xh,y
h,0）と、座標原点を結ぶ直線となることを特徴とする
焦点誤差検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63322497A JPH0685224B2 (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | 焦点誤差検出装置 |
| DE68913681T DE68913681T2 (de) | 1988-12-20 | 1989-12-19 | Optischer Kopf zur optimalen Detektierung eines Fokusfehlers. |
| EP89123469A EP0374841B1 (en) | 1988-12-20 | 1989-12-19 | Optical head device for optimally detecting a focussing error |
| US07/453,894 US5151892A (en) | 1988-12-20 | 1989-12-20 | Optical head device for optimally detecting a focussing error |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63322497A JPH0685224B2 (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | 焦点誤差検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02166629A JPH02166629A (ja) | 1990-06-27 |
| JPH0685224B2 true JPH0685224B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=18144306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63322497A Expired - Lifetime JPH0685224B2 (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | 焦点誤差検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685224B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2870236B2 (ja) * | 1991-07-22 | 1999-03-17 | 日本電気株式会社 | 光学式記録再生装置 |
-
1988
- 1988-12-20 JP JP63322497A patent/JPH0685224B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02166629A (ja) | 1990-06-27 |
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