JPH083908B2

JPH083908B2 - 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: JPH083908B2
Application number: JP63178623A
Authority: JP
Inventors: 愼一門脇; 慶明金馬; 誠加藤; 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: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH0229943A

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、光媒体
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・大容量の記憶媒体として、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く遂行されるメ
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、
（２）前記光学系の焦点制御とピット信号検出、および
（３）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、TE₀₀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４上に到達し、ピット状パタ
ーン40を照射する。光記憶媒体４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
ー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。他方の透過光は、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107と組
み合わせることによって、光量の利用効率を高めること
と同時に、半導体レーザ光源１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、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エッ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、小型化低価格化量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。

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）特願昭52−108908号，大井上，永井２）特願昭62− 16850号，大井上，永井３）特願昭61− 79677号，松下，辰巳４）Y.Kimura et al,“High Performance Optical Head
using Optimized Holographic Optical Element",プロ
シーディングオブザインターナショナルシンポ
ジウムオンオプティカルメモリ（Proc.of the
International Symposium on Optical Memory）,Tokyo,
Sept.16−18,1987（p.131） 5）K.Tatsumi et al,“A Multi−functional Reflect
ion Type Grating Lens for the CD Optical Head",プ
ロシーディングオブザインターナショナルシン
ポジウムオンオプティカルメモリ（Proc.of the
International Symposium on Optical Memory）,Tokyo,
Sept.16−18,1987（p.127）上記のうち、４）はFE信号をダブルナイフエッジ法
で、TE信号をファーフィールド（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信号及びTE信号を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信号を検出するビー
ムを用いてこの調整を行った場合、調整過程が複雑で多
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信号,TE信号,RF信号の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０次回折光をも利用して
フォトディテクタの設定位置調整を行う。さらに、０次
回折光の強度を検出してFE信号,TE信号,RF信号の出力強
度を自動的に調整する。

またホログラム素子からの０次回折光を受光する第１
の受光部から出力される電気信号を参照して、フォトデ
ィテクタの位置を調整する。

作用本発明では、ホログラム素子を用いた光ヘッド装置に
おいてFE信号もしくはTE信号を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０次回折
光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信号及びTE
信号を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信号,TE信号,RF信号の出力強度を自動
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はコヒーレントビー
ムを発する半導体レーザ（例えば波長λ_２＝800nmでTE
モードで発振）、２はコリメートレンズ（例えば焦点
距離f₀＝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、四分の一波長板８を透過し
て円偏波となり、レンズ３で光ディスク４上に集光され
る。41は基板、42は保護膜である。光ディスク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、四分の一波長板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６に入射して、０次回折光の他に、軸
外に非点収差をもつ１次回折光71,72を生成し、レンズ
９で０次回折光70及び１次回折光71,72を集光し、フォ
トディテクタ５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
テクタ面上の受光部51における１次回折光71及び受光部
52における０次回折光70の様子を示したものである。１
次回折光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０次回折光70及び１次回折光71,72は収束され、光
源１から出射したビームが光ディスク４上に正しく焦点
を結んでいるときには、０次回折光70の収束点を含んで
レンズ９の光軸10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１次回折光71,72は非点像
を結ぶ。

フォトディテクタ５は０次回折光70を受光する５つの
受光領域521〜525を有する受光部52及び１次回折光71を
受光する４つの受光領域511〜514を有する受光部51から
構成されており、フォトディテクタ５は単一の半導体基
板からなる。１次回折光71,72の各焦点面とＸ−Ｘ′面
との間隔はδ_１≒δ_２と設計する。

第２図は第１図（ｂ）で示した受光部51の各受光領域
511〜514で受光される１次回折光71,及び受光部52の各
受光領域521〜525で受光される０次回折光70の関係を模
式的にかつ一般的に表している。第２図（ｂ）は光ディ
スク４上に合焦点のスポットが形成された場合であり、
第２図（ａ）及び（ｃ）は各々逆方向にデフォーカスし
た場合を示す。FE信号は受光領域511,513の出力の和と
受光領域512,514の出力の和を差動演算することによ
り、TE信号は受光領域511,512の出力の和と受光領域51
3,514の出力の和を差動演算することにより得られる。F
E信号の検出方法は非点収差法、TE信号の検出方法はプ
ッシュプル法であり、これらの検出方法は周知である。
光ディスク４上に集光されるビームのフォーカス状態に
より、１次回折光71は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。

第２図（ａ）〜（ｃ）に示すように、光源１から出射
されたビームが光ディスク４上で焦点を結ぶときには、
ホログラム素子６からの０次回折光70が受光部52の中央
の受光領域である受光領域525でのみ受光されるよう
に、光源１から出射されたビームが光ディスク４上でデ
フォーカスした場合には、０次回折光70が受光部52の受
光領域525以外に周辺の受光領域である受光領域521〜52
4でも受光されるように光学系の設計を行っている。

OPUを組み立てる際、フォトディテクタ５の位置調整
に１次回折光71を用いた場合、受光部51の受光領域511
〜514の出力は、レンズ９の光軸10の前後方向に対する
フォトディテクタ５の位置に対して１次回折光71のビー
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５の位置が把握しにくく調整が容
易ではないが、本実施例に示すように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、０次回折光70が
700の位置にずれている場合には、受光部52の受光領域5
23,524からのみ出力が現れる。このときには、フォトデ
ィテクタ５をレンズ９の光軸10に対して上下左右方向に
動かし、受光領域521,522,523,524からの出力がほぼ等
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、受光領域525の出力
が最も大きくなるようにフォトディテクタ５をレンズ９
の光軸10に対して前後方向に動かすことにより調整可能
となる。

光ディスク４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５とレンズ９の光軸10との関
係が調整された場合には、受光部52は、受光領域525か
らのみ出力が得られる。この出力を利用して光ディスク
４に記録された情報の（RF）信号を検出することも可能
であり、この場合、０次回折光70はホログラム素子６に
記録された波面の情報を含まず、光ディスク４に記録さ
れた情報のみを含んでいるので、良好なRF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の受
光領域521〜525を有する受光部52を用いたが、光源１か
ら出射される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70を単一の受光領域を有す
る受光部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
り、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の代わりに、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、フォトディテクタ５の代わりにフォトデ
ィテクタ55を用いることによりフォトディテクタ55上で
得られるホログラム素子からの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、光源１から出射されたビームが光デ
ィスク４上に集光され、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）は逆方向にデフォー
カスした場合を示す。フォトディテクタ55は受光部550
〜552からなり、さらに、受光部550は受光領域5501〜55
05、受光部551は受光領域5511〜5513、受光部552は受光
領域5521〜5523からなる。ホログラム素子からの０次回
折光73は受光部550で、１次回折光74は受光部551で、１
次回折光75は受光部552でそれぞれ受光される。

FE信号は受光領域5512と5522からの出力を差動演算す
ることにより得られ、さらに受光領域5511,5513,5521及
び5523の出力も利用すればFE信号の出力強度は増加す
る。この検出方法はスポットサイズディテクション法と
呼ばれており、第１の実施例で示した非点収差法と同様
に周知である。

本実施例に示すようにスポットサイズディテクション
法では、１次回折光74と75は光ディスク４上に集光され
るビームのフォーカス状態が変化しても形状が変化せ
ず、この１次回折光74,75を利用してフォトディテクタ5
5とレンズ９の光軸10との関係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
ても受光部551の出力は変化せず、フォトディテクタ55
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55の位置設定を行えば、フォ
トディテクタ55上におけるホログラム素子からの０次回
折光73及び１次回折光74〜75の位置が明確に把握できる
ので、最適調整が可能である。０次回折光を用いてフォ
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くFE
信号を安定に検出できる。

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69
1,692,693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694,695とからなる。
同図（ｂ）は、例えば第１図（ａ）に示したようなOPU
の構成においてフォトディテクタ５の代わりにフォトデ
ィテクタ555を、ホログラム素子６の代わりにホログラ
ム素子66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66から生成される０次回折光76及び１
次回折光77〜82を示している。フォトディテクタ555は
受光部541〜544からなり、受光部543,544はそれぞれ複
数の受光部を有する。受光部543と544が有する機能は、
第１の実施例に示したフォトディテクタ５における受光
部51,52が有する機能と同様なので、詳細な説明は省略
する。ホログラム素子66からの１次回折光77はホログラ
ム素子66の領域691〜693から、１次回折光79,82はホロ
グラム素子66の領域694から、１次回折光80,81はホログ
ラム素子66の領域695からそれぞれ生成される。ホログ
ラム素子66からの０次回折光76は受光部544で、１次回
折光77は受光部543で、１次回折光79は受光部541で、１
次回折光80は受光部542でそれぞれ受光される。

FE信号は受光部543の出力を所望の差動演算を行うこ
とにより、RF信号は受光部544より、TE信号は受光部541
と542からの出力を差動演算することにより検出され
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。
本実施例においても、FE信号,TE信号及びRF信号を単一
の半導体基板からなる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55上の０次回折光73及び１次回折
光74,75と信号検出の様子は第３図で示したスポットサ
イズディテクション方式である。FE信号は例えば受光領
域5512と5522からの出力を演算回路35で差動演算するこ
とにより得られる。

ここで、受光領域5505の出力を低域濾波器39に通過さ
せ、受光領域5505の出力からRF信号を遮断し、０次回折
光73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信号の自動利得調整増幅器36とRF信号の
自動利得調整増幅器37の利得を調整し、FE信号及びRF信
号の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信号及びRF信号を安定に出力可能
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
信号を検出すれば、このTE信号に対しても低域濾波器39
の出力を用いてFE信号やRF信号と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信号の検出方法としてスポットサイズデ
ィテクショ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。

（１）フォト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。

（２）フォトディテクタの位置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（T
E）信号を安定して検出することが可能である。

（３）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。

（４）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、レーザーのロッ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。

（５）１〜４により生産性と歩留まりが向上し、低価格
化が実現できる。

（６）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）信号を単一
の基板からなるフォトディテクタで検出できるため光学
系の調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。

（７）０次回折光のビーム強度を検出してFE信号もしく
はTE信号もしくはさらにRF信号の出力振幅の制御を行う
ことにより、光源の出力変動やディスクの反応率の差異
によ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。

（８）０次回折光はホログラムに記録した情報を含まな
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ッド装置の
概略構成図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示す光ヘッド装
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），（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
いた光ヘッ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６図（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来の光ヘッド光
学系のフォーカス制御信号検出方法の概念図、第７図は
従来の光ヘッ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コヒーレント光源、
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……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、693……ホログラム
領域、694……単純格子パターン、695……単純格子パタ
ーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細美哲雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−161543（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−211336（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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回折光を受
光して電気信号に変換するフォトディテクタとを具備し
た光ピックアップヘッド装置において、前記フォトディ
テクタは前記ホログラム素子からの０次回折光を受光す
る第１の受光部と前記ホログラム素子からの１次以上の
回折光を受光する第２の受光部を有し、前記第１の受光
部と第２の受光部は単一の半導体基板上に形成され、前
記第１の受光部は複数の受光領域を有しており、前記光
源から出射されるビームが前記光記憶媒体上で焦点を結
ぶとき前記ホログラム素子からの０次回折光は前記第１
の受光部が有する複数の受光領域の中の１つの受光領域
のみで受光されることを特徴とする光ピックアップヘッ
ド装置。
【請求項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、前記ホログラム素子からの０次回折光
を受光して電気信号に変換する複数の受光領域を備えた
フォトディテクタと、前記フォトディテクタの複数の受
光領域の内１つの受光部から出力される電気信号を受け
ディスクに記録された情報信号の成分を低減させた電気
信号を出力する低域濾波器と、前記低域濾波器から出力
される電気信号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
ディスクに記録された情報の読み取り（RF）信号の出力
強度を制御する自動利得調整装置とを具備したことを特
徴とする光ピックアップヘッド装置。
【請求項３】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回折光を受
光して電気信号に変換するフォトディテクタとを具備
し、前記フォトディテクタは前記ホログラム素子からの
０次回折光を受光する第１の受光部と前記ホログラム素
子からの１次以上の回折光を受光する第２の受光部を有
し、前記第１の受光部と第２の受光部は単一の半導体基
板上に形成されている光ピックアップヘッド装置を組み
立てる際のフォトディテクタの位置合わせ方法におい
て、前記ホログラム素子からの０次回折光を受光する第
１の受光部から出力される電気信号を参照して前記フォ
トディテクタの位置を調整することを特徴とするフォト
ディテクタの位置合わせ方法。