JPH09282683A

JPH09282683A - 光学装置

Info

Publication number: JPH09282683A
Application number: JP8088490A
Authority: JP
Inventors: Masato Doi; 正人土居
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-31
Anticipated expiration: 2016-04-10
Also published as: JP3487070B2; US5875159A

Abstract

(57)【要約】【課題】光学ピックアップなどの光学装置において、
その光学部品点数の削減および光学的な配置設定に際し
てのアライメントの簡単化を可能にし、装置全体の簡素
化、小型化を図るＣＬＣ構成の特性を有し、更に、トラ
ッキングエラー信号等のトラッキング信号が安定して得
られ、半導体プロセスによる製造が容易にできるように
する。【解決手段】発光手段ＬＤから出射される光ＬＦを記
録媒体上に収束し、記録媒体上で反射された戻り光ＬＲ
を受光する受光手段ＰＤと、記録媒体と受光手段ＰＤと
の間に配された戻り光の一部を遮蔽する遮蔽手段２とを
有し、この遮蔽手段２は少なくとも２方向にエッジを有
し、このエッジにより戻り光ＬＲを遮蔽するように配さ
れており、受光手段ＰＤは少なくとも記録媒体の信号が
記録された軸Ｔに対し、垂直方向に分割されており、分
割された受光素子ＰＤによって検出される信号を比較し
トラッキング信号を得る光学装置１０を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ピックア
ップなどに用いて好適な光学装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学装置、いわゆるコンパクトデ
ィスク（ＣＤ）プレーヤなどの光ディスクドライブや光
磁気ディスクドライブの光学ピックアップでは、グレー
ティングやビームスプリッタなどの各光学部品を個別に
組み立てるため装置全体の構成が複雑且つ大きくなり、
また、基板上にハイブリッドで組み立てる場合に光学的
な配置設定に際して厳しいアライメント精度を必要とし
ていた。

【０００３】上述の光学ピックアップ等におけるトラッ
キング信号の検出（トラッキングサーボ）には、通常プ
ッシュプル法や３スポット法が用いられている。従来か
ら行われているトラッキングサーボの方法の１つである
プッシュプル法は、ディスク上において入射光の光スポ
ットがトラックあるいはピットからずれたときに、ディ
スクにより生じる±１次回折光において強度差が生じ、
これにより遠視野像が非対称となることから、例えば２
個の検出器によってこの非対称に応じた信号を取り出
し、これら信号を演算器によって演算することによっ
て、光スポットのずれを検出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のプッシュプル法
を用いるトラッキングサーボは、各光学部品の組立に高
精度の位置合わせを必要とし、またレンズの横移動やデ
ィスクの反りによる傾き等に対するマージンが小さくな
っていた。そして、レンズのシフトに対して、ディスク
からの戻り光が受光面上で受光素子の分割線に対して垂
直にシフトし、信号に大きなオフセットが生じる問題が
ある（図１１、図１２参照）。

【０００５】図１１にプッシュプル法を用いるトラッキ
ングサーボの光学系の構成図を示す。この光学系では、
収束手段のレンズ５１の共焦点位置から離れた位置に、
ディスク５２のタンジェンシャル方向Ｔ、すなわちディ
スク５２の記録方向に平行な分割線の入った２分割フォ
トダイオードＰＤ₁，ＰＤ₂が配置形成され、これらフ
ォトダイオードＰＤ₁，ＰＤ₂の受光した信号を差動増
幅器５３等で、例えば（ＰＤ₂−ＰＤ₁）のように演算
処理して、トラッキング信号としてトラッキングエラー
信号ＴＥを得ることができる。

【０００６】ここで、図１１に示すように、レンズ５１
がディスク５２のラジアル方向Ｒ（タンジェンシャル方
向Ｔと垂直）にシフトすると、それに従ってフォトダイ
オードＰＤ₁，ＰＤ₂が受光する光のスポットもラジア
ル方向Ｒにシフトし、トラッキングが合っていてもトラ
ッキングエラー信号ＴＥ＝０とならなくなる。

【０００７】図１２に、図１１の光学系において、ラジ
アル方向Ｒにレンズ５１のシフトがある場合の、デトラ
ック量とトラッキングエラー信号の関係を示す。図１２
Ａと図１２Ｂは、それぞれ溝の形状が異なる２種類のデ
ィスクに対するトラッキングエラー信号を示す。図１２
Ａ及び図１２Ｂより、レンズのシフトの方向によりトラ
ッキングエラー信号がシフトして、トラッキングが合っ
ていてもトラッキングエラー信号が０にならなくなるこ
とがわかる。

【０００８】トラッキングサーボには、この他前述のよ
うに３スポット法があるが、この場合には、グレーティ
ング等の回折格子を通す必要があるため、記録情報の再
生の際にＲＦ（高周波）信号の検出における光結合効率
が減少してしまう。

【０００９】また、例えば発光部に光が戻るようにし
て、その戻り光を受光して検出するには、光をビームス
プリッタやホログラムなどで分割する必要がある。その
ため受光部が受ける光量が減少するという不都合が生じ
る。

【００１０】このような点を考慮して、光学部品点数の
削減および光学的な配置設定に際してのアライメントの
簡単化を可能にし、装置全体の簡素化、小型化を図る目
的で、レンズなど収束手段の共焦点位置に発光部を配置
し、この発光部のある共焦点位置近傍に受光部を形成す
るいわゆるＣＬＣ（コンフォーカル・レーザ・カプラ）
構成が考えられている。

【００１１】さらにＣＬＣ構成のように直接の戻り光に
よって３スポット法によるトラッキング検出を行う場合
には、図１３に光学系の概略図を示すように、往復でグ
レーティング５５を通過するために、前述のように往路
で光量が減少するのに加えて、共焦点位置面ＣＰ近傍に
配置される受光素子の２つのフォトダイオードＰＤ₁，
ＰＤ₂上において、回折光が互いに干渉してしまい、こ
れらで検出した信号を差動増幅器５６で演算処理した場
合に正しい結果が得られにくく、実用的ではない。

【００１２】そこで、前述のオフセットをなくすため
に、共焦点位置に分割フォトダイオードを配置し、これ
ら分割フォトダイオードによりプッシュプル法等を用い
てトラッキングサーボを行う光学装置を先に提案した
（特願平７−３５５２８号出願「光学装置」参照）。こ
の光学装置の例の構成図を図１４に示す。

【００１３】図１４に示す光学装置６０は、半導体基板
６１に発光手段の半導体レーザＬＤと、受光手段のフォ
トダイオードＰＤと、半導体レーザＬＤからの出射光Ｌ
_Fを反射して図中上方に出射させる反射面６２が形成さ
れてなる。これら半導体レーザＬＤとフォトダイオード
ＰＤは、共に図示しないがレンズ等収束手段の共焦点位
置近傍に配置形成されて前述のＣＬＣ構成を構成してい
る。

【００１４】そして、記録媒体のディスクからの戻り光
Ｌ_Rは、半導体レーザＬＤの共振器の方向に平行であ
る、ディスクのタンジェンシャル方向Ｔの分割線により
２分割されたフォトダイオードＰＤ（ＰＤ₁，ＰＤ₂）
により受光検出される。

【００１５】しかしながら、この光学装置６０を用いて
も、ディスクの種類による違い、特に溝のグルーブの寸
法・形状の違いや、デフォーカスに対してトラッキング
エラー信号が大きく変動する。

【００１６】図１５に、図１４の光学装置６０におい
て、デフォーカスがある場合の、デトラック量とトラッ
キングエラー信号の関係を示す。図１５Ａと図１５Ｂ
は、それぞれ溝の形状が異なる２種類のディスク（ディ
スク１及びディスク２）に対するトラッキングエラー信
号を示す。図１５Ａ及び図１５Ｂより、デフォーカスの
方向によりトラッキングエラー信号の位相が反転してし
まうことがわかる。

【００１７】このようにトラッキングエラー信号の位相
が反転すると、信号処理を行って後にトラッキング合わ
せする操作が複雑化してしまうため、検出系の構造も複
雑化してしまう。これにより光学装置の製造工程も複雑
化することになる。

【００１８】本発明はこのような点を考慮してなされた
もので、光学ピックアップなどの光学装置において、そ
の光学部品点数の削減および光学的な配置設定に際して
のアライメントの簡単化を可能にし、装置全体の簡素
化、小型化を図るＣＬＣ構成の特性を有し、更に、トラ
ッキングエラー信号等のトラッキング信号が安定して得
られ、半導体プロセスによる製造が容易にできるように
したものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の光学装置は、発
光手段から出射される光を記録媒体上に収束し、記録媒
体上で反射された戻り光を受光する受光手段と、記録媒
体と受光手段との間に配された戻り光の一部を遮蔽する
遮蔽手段とを有し、この遮蔽手段は少なくとも２方向に
エッジを有し、このエッジにより戻り光を遮蔽するよう
に配されており、受光手段は少なくとも記録媒体の信号
が記録された軸に対し、垂直方向に分割されており、分
割された受光素子によって検出される信号を比較しトラ
ッキング信号を得る構成である。

【００２０】上述の本発明の構成によれば、少なくとも
２方向にエッジを有する遮蔽手段により戻り光の一部を
遮蔽して、これを受光手段として記録媒体の信号が記録
された軸に対して垂直な方向に分割された受光素子によ
って検出し、この検出された信号を比較してトラッキン
グ信号を得ることにより、記録媒体のずれやデフォーカ
スにより受光手段における受光量が変化し、トラッキン
グ信号にオフセット等の影響を受けることを回避するこ
とができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の光学装置は、発光手段か
ら出射される光を記録媒体上に収束し、記録媒体上で反
射された戻り光を受光する受光手段と、記録媒体と受光
手段との間に配された戻り光の一部を遮蔽する遮蔽手段
とを有し、この遮蔽手段は少なくとも２方向にエッジを
有し、このエッジにより戻り光を遮蔽するように配され
ており、受光手段は少なくとも記録媒体の信号が記録さ
れた軸に対し、垂直方向に分割されており、分割された
受光素子によって検出される信号を比較しトラッキング
信号を得る構成である。

【００２２】本発明は、上記光学装置において、遮蔽手
段が、発光手段から出射される光を記録媒体上に収束す
る収束手段の共焦点近傍に配置されている構成である。

【００２３】本発明は、上記光学装置において、遮蔽手
段の２方向のエッジのうち、一方のエッジの方向が上記
記録媒体の信号が記録された軸に略平行である構成であ
る。

【００２４】本発明は、上記光学装置において、遮蔽手
段が複数形成されてなり、該複数の遮蔽手段が、互いに
記録媒体の信号が記録された軸に対して略対称である構
成である。

【００２５】本発明は、上記光学装置において、遮蔽手
段のエッジが反射鏡の端縁により形成された構成であ
る。

【００２６】以下、図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。本実施例は、光学記録媒体の再生や記録
を行う光ピックアップに適用した例である。図１Ａは、
本発明による光学装置の一実施例を示す。この光学装置
１０は、半導体基板１上に発光手段として半導体レーザ
ＬＤが形成され、半導体基板１に受光手段として２つの
フォトダイオードＰＤが作り込まれ、また半導体レーザ
ＬＤからのレーザの出射光Ｌ_Fを半導体基板１に垂直に
立ち上げるミラーＭ₁と、２つのフォトダイオードＰＤ
にむけてディスクからの直接の戻り光Ｌ_Rを反射する２
つのミラーＭ₂，Ｍ₃を備えた三角錐形状の構造体２が
形成されてなる。

【００２７】また、三角錐形状の構造体２は、図示しな
いがレンズなどによる収束手段の共焦点の近傍に位置
し、これにより出射光Ｌ_Fと戻り光Ｌ_Rが共焦点光学系
をなすいわゆる前述のＣＬＣ（コンフォーカル・レーザ
・カプラ）構成の光学装置を形成している。

【００２８】半導体レーザＬＤのストライプは、記録媒
体であるディスクのタンジェンシャル方向（ディスクの
信号が記録された軸方向）Ｔに平行に形成され、その共
振器端面Ｓがディスクのラジアル方向（ディスクの半径
方向；タンジェンシャル方向に垂直）Ｒに平行とされて
いる。

【００２９】戻り光Ｌ_Rを反射する２つのミラーＭ₂，
Ｍ₃は、それぞれ三角錐形状の構造体２の稜線にあるミ
ラーの端縁Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃにより、戻り光Ｌ_Rの一部
を遮蔽する遮蔽手段である、いわゆるナイフエッジの働
きも有する。

【００３０】そして、図１Ｂに図１Ａの概略平面図を示
すように、戻り光Ｌ_Rを反射する２つのミラーＭ₂，Ｍ
₃は、互いにディスクのラジアル方向Ｒに関して対称と
されている。これにより、戻り光Ｌ_Rは、互いにディス
クのラジアル方向Ｒに対称な２方向に反射され、それぞ
れ図１Ａに示すフォトダイオードＰＤで受光される。

【００３１】この本実施例の光学装置１０について、そ
の光学系を物理的に理解しやすく、またその後の計算を
簡便化するために、図２に示す光学系を仮定する。図１
の三角錐形状の構造体２の側面の戻り光Ｌ_Rを反射する
ミラーＭ₂及びＭ ₃に対応して、図２に示すように、共
焦点位置近傍にＬ字形状の２つのナイフエッジを配置す
る。

【００３２】すなわち、収束手段であるレンズ３の一方
の共焦点位置に記録媒体であるディスク４を、他方の共
焦点位置に共に折れ曲がった２方向のエッジＥｘ，Ｅｙ
を有する２つのナイフエッジ５，６を配置する。これら
ナイフエッジ５，６はそれぞれ戻り光Ｌ_Rのディスクの
タンジェンシャル方向Ｔ、すなわちディスクの記録トラ
ック方向の中心線に対称に配置され、ディスクのラジア
ル方向Ｒすなわちディスクの半径方向と、タンジェンシ
ャル方向Ｔに、ちょうど共焦点位置面を４分割するよう
なエッジＥｘ（Ｒ方向に平行），Ｅｙ（Ｔ方向に平行）
を有している。

【００３３】ここで、図２のナイフエッジ５，６のエッ
ジＥｘ，Ｅｙは、図１の三角錐形状の構造体２のミラー
Ｍ₂及びＭ₃の端縁Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃに相当している。

【００３４】そして、ディスク４のグルーブにより０次
回折光、±１次回折光に回折した戻り光Ｌ_Rは、レンズ
３の開口と共焦点位置面での２つのナイフエッジ５，６
を通して光束が分岐され、さらに回折される。最後に、
分岐された２つの光束を充分遠くの光軸に垂直な受光面
ＰＤ₁及びＰＤ₂で受光検出する構成の光学系である。
各受光面ＰＤ₁，ＰＤ₂は、それぞれラジアル方向Ｒの
分割線により、タンジェンシャル方向Ｔに対して２分割
するように、ＰＤ_1A，ＰＤ_1B及びＰＤ_2A，ＰＤ _2Bと分割
されてなる。これらフォトダイオードＰＤからなる受光
素子は、これにより検出される信号を、例えばフォトダ
イオードＰＤ₁，ＰＤ₂にそれぞれ接続された作動増幅
器７ａ，７ｂ等を用いて後述するように比較演算を行う
ことによりトラッキング信号例えばトラッキングエラー
信号ＴＥを得ることができるものである。

【００３５】この光学系のジャストフォーカスの状態に
おける各受光面ＰＤ₁，ＰＤ₂の光強度分布を、２次元
ＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）
により求めた。計算式は次の数１のようになる。

【００３６】

【数１】

【００３７】(x,y) ：共焦点位置面での座標（Ｘi ，Ｙ
i ）レンズ面での座標（Ｘo ，Ｙo ）：受光面での座標（戻り光Ｌ_Rの光軸と
受光面の交点が原点） (p,q) ：受光面での規格化座標 φ：受光面での光振幅 Φ：共焦点位置面における光振
幅Ａ：レンズ面での光振幅ｆ：レンズの焦点距離
Ｒ：共焦点位置面から受光面までの距離Ｍ：ナイフエ
ッジ関数Ｆ：フーリエ変換

【００３８】ここで、ナイフエッジ関数Ｍは、ナイフエ
ッジ内の各（x,y ）座標点に１または０の数値を与える
ことにより、光が透過するか透過しないかを示す関数で
ある。

【００３９】また、レンズ面での光振幅Ａは、矩形のピ
ットをモデルとして適用することにより計算で求め、さ
らにデフォーカス量を収差量Ｗ₂₀（＝δｆ×ＮＡ²／
２）として付加した量である。

【００４０】計算の条件は以下の通りである。波長：０．７８μｍディスクのグルーブ：１．６μｍのトラックピッチ深さλ／６ duty（グルーブ部の面積比）３５％レンズ：開口４ｍｍ媒体側焦点距離４．２ｍｍ光源側焦点距離２５．０ｍｍナイフエッジ形状：図２の通り受光面位置：共焦点位置面から充分離れて光軸に垂直（ファウンホッファ領域）

【００４１】計算結果を図３に示す。図３中左半分及び
右半分は、２つのナイフエッジ５，６の各々の回折光の
各受光面ＰＤ₁，ＰＤ₂での光強度分布であり、上段，
中段，下段は、それぞれ-1/4トラックピッチ，０トラッ
クピッチ，+1/4トラックピッチだけデトラックしたとき
の光強度分布を等高線で示したものである。

【００４２】さらに検出信号の特徴を明確にするため
に、図３の中段のデトラック量＝０すなわちオントラッ
クの状態における、ディスク４のグルーブからの回折光
から０次回折光、±１次回折光をそれぞれ分離して、各
受光面ＰＤ₁，ＰＤ₂でのそれぞれの光強度分布を求め
た。この結果を図４に図３と同様に等高線で示す。左右
の受光面ＰＤ₁，ＰＤ₂で上中下段は、それぞれ−１次
回折光，０次回折光，＋１次回折光である。

【００４３】従って、図３は図４の上中下段に対してそ
れぞれの面内分布を持った位相を加えた重ね合わせであ
ることは光の線形性から自明である。また、−１次回折
光，０次回折光，＋１次回折光の位相は、デトラックに
より−δ，０，＋δ（δ＝２π×デトラック量／トラッ
ク幅）だけ面上でそれぞれ均一に変化する。

【００４４】図４の示した結果を考察する。±１次回折
光が各々の受光面ＰＤ₁，ＰＤ₂上で左右に分離してい
ることは、ナイフエッジがない場合と同様である。これ
は、受光面が共焦点位置面から充分離れた位置にあるこ
とによる。しかし、ナイフエッジのない場合と大きく異
なる点は、０次回折光、±１次回折光の強度分布が、図
２のような特殊なナイフエッジ形状によって偏ってお
り、それぞれの強度のピーク位置が必ずしも一致してい
ないことである。

【００４５】例えば、左受光面ＰＤ₁の上半分ＰＤ_1Aだ
け見ると、０次回折光と＋１次回折光のピーク位置はほ
ぼ一致するが、０次回折光と−１次回折光とは一致しな
い。従って、上下を２分割し左上ＰＤ_1Aだけの信号を取
ると、０次回折光と＋１次回折光との干渉が支配的な信
号になる。同様に左下ＰＤ_1Bでは、０次回折光と−１次
回折光との干渉が支配的になる。

【００４６】これら上下の差動信号（ＰＤ_1A−ＰＤ_1B）
をとれば、通常のプッシュプル信号に近い信号、正確に
は干渉の大きいプッシュプル信号にそれと逆相の比較的
小振幅のプッシュプル信号が加算された信号となる。こ
れは、プッシュプル信号が、（０次回折光と＋１次回折
光との干渉）−（０次回折光と−１次回折光との干渉）
であるためによる。

【００４７】逆に右受光面ＰＤ₂では、光強度分布の上
下が逆転する。これは左右の受光面ＰＤ₁，ＰＤ₂に対
する２つのナイフエッジ５，６の形状が、ラジアル方向
Ｒとタンジェンシャル方向Ｔの両方向にナイフエッジＥ
ｘ，Ｅｙを有して、互いにタンジェンシャル方向Ｔの中
心線に対して軸対称としているためである。

【００４８】図４の光強度分布は、いずれもオントラッ
クの状態を示した図であるが、図３の上段及び下段に示
したようにデトラックした状態では、±１次回折光の位
相は変化するが振幅は変化しないため、結果的に図４と
同じ光強度分布となる。

【００４９】この計算例の構造では、各受光面ＰＤ₁，
ＰＤ₂のそれぞれを２分割する分割線がラジアル方向Ｒ
にあるため、ラジアル方向Ｒにレンズ３のシフトが生じ
た場合には、戻り光Ｌ_Rの光強度分布は分割線上に沿っ
てシフトするだけなので、通常のプッシュプルで問題と
なる信号のオフセットは生じない。

【００５０】さらに、図２に示したように、左右受光面
ＰＤ₁及びＰＤ₂をそれぞれＰＤ_1A，ＰＤ_1B及びＰ
Ｄ_2A，ＰＤ_2Bと上下に２分割し、次の数２のようにトラ
ッキングエラー信号ＴＥを求める。

【００５１】

【数２】ＴＥ＝（左上−左下）＋（右下−右上）＝（ＰＤ_1A−ＰＤ_1B）＋（ＰＤ_2B−ＰＤ_2A）

【００５２】数２は、単純に左右２つのプッシュプル信
号の和であるが、左右で上下を逆にして加算しているた
め、タンジェンシャル方向Ｔ（図４における上下方向）
のレンズシフトによる戻り光Ｌ_Rの分布のシフトもキャ
ンセルされる。また、デフォーカスの場合に生じるナイ
フエッジによる光分布の変動も、同様にキャンセルされ
る。

【００５３】従って、前述の従来のコンフォーカルプッ
シュプル法や通常のプッシュプル法とは異なる特性を有
する、安定したトラッキング信号を得ることができる。

【００５４】ここで、各受光面の上下半分において、０
次回折光と＋１次回折光の干渉の大きさ及び０次回折光
と−１次回折光の干渉の大きさを、それぞれ結合定数κ
（上半分）及びκ^*（下半分）で表し、０次近似的に干
渉の大きい方をそれぞれκ１，κ１^*、干渉の小さい方
をそれぞれκ２，κ２^*とし、通常のプッシュプル法に
よるトラッキングエラー信号をＴＥ₀とすると、２つの
ナイフエッジ５，６の軸対称性により、上の数２は次の
数３のように簡単に表現できる。

【００５５】

【数３】ＴＥ＝［｛（κ１−κ２）−（κ１^*−κ
２^*）｝＋｛（κ１−κ２）−（κ１^*−κ２^*）｝］
ＴＥ₀

【００５６】さらに、左右の受光面ＰＤ₁及びＰＤ
₂を、図５に示すように、それぞれＰＤ _1AP，Ｐ
Ｄ_1AQ，ＰＤ_1BP，ＰＤ_1BQ及びＰＤ_2AP，ＰＤ_2AQ，
ＰＤ_2BP，ＰＤ _2BQと上下左右に４分割し、さらに次の
数４に示すように演算すれば、通常のプッシュプル信号
ＰＰとほぼ一致する。

【００５７】

【数４】ＰＰ＝｛（左左上＋左左下）−（左右上＋左右下）｝＋｛（右左上＋右左下） −（右右上＋右右下）｝＝｛（ＰＤ_1AP＋ＰＤ_1BP）−（ＰＤ_1AQ＋ＰＤ_1BQ）｝＋｛（ＰＤ_2AP ＋ＰＤ_2BP）−（ＰＤ_2AQ＋ＰＤ_2BQ）｝

【００５８】このように本実施例の光学装置では、通常
のプッシュプル信号ＰＰも同時に得ることができる。こ
のとき、ナイフエッジ法によるフォーカスエラー信号Ｆ
Ｅは次の数５により求められる。

【００５９】

【数５】ＦＥ＝（左右下−左左上）＋（右左下−右右上）＝（ＰＤ_1BQ−ＰＤ_1AP）＋（ＰＤ_2BP−ＰＤ_2AQ）

【００６０】また、次の数６により、コンフォーカルプ
ッシュプル信号ＣＰＰを検出することもできる。

【００６１】

【数６】ＣＰＰ＝（全左）−（全右）＝ＰＤ₁−ＰＤ₂

【００６２】以上のように、信号の情報量を減らすこと
なく、受光面上の分割線を変える、あるいは分割数を増
やすだけで本発明を適用できる。

【００６３】また、図３、図４からわかるように、ナイ
フエッジ形状にはある程度のフレキシビリティがある。
即ち、ナイフエッジ形状は、ラジアル方向とタンジェン
シャル方向の両方において、光強度分布の偏向性が存在
するようなナイフエッジ形状であればよい。

【００６４】そこで、図６に示すようなミラー構造、す
なわちコンフォーカルナイフエッジ（ＣＫＥ）構造につ
いても本発明が適用可能であることを示すために、図２
のナイフエッジを図６のＣＫＥ構造のミラー境界による
ナイフエッジと差し替えて計算した。

【００６５】図６ＡにＣＫＥ構造を構成する三角錐形状
の構造の平面図を示す。この三角錐形状の構造体２によ
るＣＫＥ構造は、三角錐の頂点から出射光Ｌ_Fの光軸の
照射位置までの距離Ｌ₁を２．０μｍ、出射光Ｌ_Fを反
射するミラーＭ₁の底辺の長さＬ₂を２６．０μｍと
し、また半導体基板１を（００１）結晶面、ミラーＭ₁
を（０−１１）結晶面、戻り光Ｌ_Rを反射するミラーＭ
₂，Ｍ₃をそれぞれ（−１１１）結晶面，（１１１）結
晶面により構成する。そして、ミラーＭ₂及びミラーＭ
₃は、三角錐形状の構造体２の稜線にある各ミラーの端
縁Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃにより、図６Ｂに示す形状のナイフ
エッジ５及び図６Ｃに示す形状のナイフエッジ６として
作用する。

【００６６】この図６に示すＣＫＥ構造に対して、数１
から本発明のトラッキングエラー信号ＴＥ（数２）を計
算した。計算条件は、以下の通りである。尚、ディスク
は、グルーブ形状の異なるディスク１とディスク２の２
種類のディスクについて計算を行った。波長：０．７８μｍディスクグルーブ：１．６μｍトラックピッチディスク１：深さλ／６ Duty３５％グルーブ記録ディスク２：深さλ／８ Duty５０％ランド記録レンズ：開口４ｍｍ媒体側焦点距離４．２ｍｍ光源側焦点距離２５ｍｍナイフエッジ：図６に示す形状受光面の位置：共焦点位置面から充分離れた位置（ファウンホッファ領域）トラッキングエラー信号の値は、ナイフエッジで蹴られ
て受光されない光量を含む戻り光Ｌ_Rの全光量で規格化

【００６７】計算の結果を図７、図８、図９に示す。図
中横軸はデトラック量、縦軸はトラッキングエラー信号
量で、各図はトラッキングエラー信号ＴＥの、それぞれ
ラジアル方向Ｒのレンズシフト依存（図７）、タンジェ
ンシャル方向Ｔのレンズシフト依存（図８）、デフォー
カス量依存（図９）を示す。図７Ａ，図８Ａ，図９Ａは
ディスク１の場合、図７Ｂ，図８Ｂ，図９Ｂはディスク
２の場合をそれぞれ示している。

【００６８】いずれもオフセットがほとんどなく、振幅
だけが若干変動しているのがわかる。このオフセット量
は通常のプッシュプル法を用いた場合に比べてはるかに
小さく、デフォーカスによる振幅の変動は、図１５に示
したコンフォーカルプッシュプルのデフォーカスによる
変動と比べて充分小さい。また、振幅の変動は電気的に
除去することもできる。

【００６９】規格化された信号値が小さいのは、ナイフ
エッジやデフォーカスによる受光量の減少が含まれてい
るからであるが、通常の光学系においてグレーティング
やビームスプリッタ等を用いた場合の受光量の減少を考
慮して比較すると、絶対値は通常の光学系と遜色はな
い。これはディスク信号（ＲＦ信号）においても同様で
ある。

【００７０】図１に示したように、実際のＣＫＥ素子
は、ミラーＭ₂，Ｍ₃による受光面が戻り光Ｌ_Rの光軸
と垂直ではない。この分を補正するには、ナイフエッジ
から受光面上の任意の点までの距離が異なっていること
から、強度の補正項（Ｒ²／Ｒ′²）と位相の補正項
（ｅｘｐ｛−ｉｋ（Ｒ′−Ｒ）｝）を数１のフーリエ積
分項に掛けて、座標を変換（近似的には１次変換）すれ
ばよい。次の数７に斜め受光面の場合の座標変換式を示
す。

【００７１】

【数７】

【００７２】従って、本発明において、図１及び図６の
三角錐形状のＣＫＥ構造体２に前述の数２を適用するな
らば、図６に示したＣＫＥ構成に対して座標変換を行っ
た場合の概略構成図を図１０に示すように、各受光面Ｐ
Ｄ₁，ＰＤ₂内のｑ′＝０となる線の近傍を分割線にす
ればよい（計算は省略）。

【００７３】実際のＣＫＥ構成の素子の受光面は、ナイ
フエッジに対してファウンホッファ領域と言える程充分
遠くではない（数十〜百数十μｍ）。上述のように、こ
の場合の分割線はｑ′＝０近傍の線であるが、ナイフエ
ッジ形状や受光面までの距離などの光学配置によってそ
れぞれ最適な位置がある。しかし、トラッキングエラー
信号ＴＥの振る舞いは前述のファウンホッファ領域の場
合と定性的には変わらない。すなわちこの場合も本発明
の範囲内である。

【００７４】また、受光素子までの距離差やミラー受光
面の透過率（反射率）などの違いにより、２つのフォト
ダイオードの検出光量が異なる場合や、受光面の大きさ
・面積等に制限がある場合でも、数２の右辺第１項及び
第２項にそれぞれ適当な係数を掛けて次の数８とするこ
とで補正できる。

【００７５】

【数８】ＴＥ＝（Ｃ₁×左上−Ｃ₂×左下）＋（Ｃ₃×右下−Ｃ₄×右上）＝（Ｃ₁×ＰＤ_1A−Ｃ₂×ＰＤ_1B）＋（Ｃ₃×ＰＤ_2A−Ｃ₄×ＰＤ_2A）

【００７６】また、前述のデフォーカスによる振幅変動
は、この係数Ｃ₁〜Ｃ₄をフォーカスエラー信号ＦＥの
関数にすることで減少させることができる。

【００７７】ＣＫＥ構造のミラー形状や反射角度の若干
の違いによる影響は小さく、図６の場合と異なる結晶反
射面によりミラーを構成した場合でも本発明を充分適用
することができる。

【００７８】本発明による光学装置において、トラッキ
ング信号及びフォーカスエラー信号を検出できるだけで
なく、それぞれレンズシフトやディスクのスキューなど
の変位を検出するのに使用することも可能である。すな
わち、本発明は実効的に位置センサとしても用いること
ができる。

【００７９】本発明の光学装置は、上述の実施例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
その他様々な構成が取り得る。

【００８０】

【発明の効果】上述の本発明による光学装置によれば、
共焦点近傍に発光手段及び受光手段を配置するＣＬＣ構
成を適用することにより、光学部品のアライメントが簡
単に行うことができる。

【００８１】さらに本発明による光学装置によれば、２
方向にエッジを有する遮蔽手段により遮蔽された戻り光
を、記録媒体の信号が記録された軸に対して垂直方向に
分割された受光素子により検出される信号を比較するこ
とにより、安定したトラッキング信号の検出ができる。
また、これにより異なる検出方法の複数のトラッキング
信号を同時に得ることもできる。さらに、複数個の受光
素子により光強度分布が検出できるので、信号の情報量
を増やすことができる。

【００８２】また、本発明の光学装置は、遮蔽手段のエ
ッジの形状と受光素子の分割位置を最適化すればよく、
特別な製造プロセスを必要とせずに、同一の半導体基板
上に半導体バッチプロセスで製造することができる。従
って、光学装置の製造が容易にでき、小型で軽量の光学
装置を安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学装置の実施例の概略構成図（斜視
図）である。

【図２】戻り光の強度分布の計算に用いた光学系の概略
構成図である。

【図３】ジャストフォーカス状態における戻り光の強度
分布を示した等高線図である。

【図４】ジャストフォーカス状態でかつオントラック状
態における戻り光の強度分布を示した等高線図である。

【図５】受光素子の分割の例を示した図である。

【図６】Ａ図１の光学装置のＣＫＥ構造の平面図であ
る。Ｂ、Ｃ図６Ａの構造におけるナイフエッジの形状を示
す平面図である。

【図７】Ａ、Ｂラジアル方向のレンズシフトがある場
合の、デトラック量とトラッキングエラー信号との関係
を示した図である。

【図８】Ａ、Ｂタンジェンシャル方向のレンズシフト
がある場合の、デトラック量とトラッキングエラー信号
との関係を示した図である。

【図９】Ａ、Ｂデフォーカスがある場合の、デトラッ
ク量とトラッキングエラー信号との関係を示した図であ
る。

【図１０】図６ＡのＣＫＥ構造を座標変換した状態の平
面図である。

【図１１】従来のプッシュプル法によるトラッキングサ
ーボの光学系の概略構成図である。

【図１２】Ａ、Ｂ図１１の光学系において、レンズシ
フトがある場合の、デトラック量とトラッキングエラー
信号との関係を示した図である。

【図１３】ＣＬＣ構成の光学装置における３スポット法
によるトラッキングサーボの光学系の概略構成図であ
る。

【図１４】従来の光学装置の概略構成図である。

【図１５】Ａ、Ｂ図１４の光学装置において、デフォ
ーカスがある場合の、デトラック量とトラッキングエラ
ー信号との関係を示した図である。

【符号の説明】

１半導体基板、２三角錐形状の構造体、３レン
ズ、４ディスク、５，６ナイフエッジ、７ａ，７ｂ
差動増幅器、１０光学装置、５１レンズ、５２
ディスク、５３，５６差動増幅器、５５グレーティ
ング、６０光学装置、６１半導体基板、Ｌ_F 出射
光、Ｌ_R 戻り光、ＣＰ共焦点位置面、Ｓ共振器端
面、Ｔディスクのタンジェンシャル方向、Ｒディス
クのラジアル方向、Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃ ミラー、ＰＤ，
ＰＤ₁，ＰＤ₂，ＰＤ₃，ＰＤ₄，ＰＤ_1A，ＰＤ_1B，Ｐ
Ｄ_2A，ＰＤ_2B，ＰＤ_1AP，ＰＤ_1AQ，ＰＤ_1BP，ＰＤ
_1BQ，ＰＤ_2AP，ＰＤ_2AQ，ＰＤ_2BP，ＰＤ_2BQ フォ
トダイオード

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１１月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】計算の条件は以下の通りである。波長：０．７８μｍディスクのグルーブ：１．６μｍのトラックピッチ深さλ／６ duty（グルーブ部の面積比）３５％レンズ：開口４ｍｍ媒体側焦点距離４．２ｍｍ光源側焦点距離２５．０ｍｍナイフエッジ形状：図２の通り受光面位置：共焦点位置面から充分離れて光軸に垂直（フラウンホッファ領域）

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６６】この図６に示すＣＫＥ構造に対して、数１
から本発明のトラッキングエラー信号ＴＥ（数２）を計
算した。計算条件は、以下の通りである。尚、ディスク
は、グルーブ形状の異なるディスク１とディスク２の２
種類のディスクについて計算を行った。波長：０．７８μｍディスクグルーブ：１．６μｍトラックピッチディスク１：深さλ／６ Duty３５％グルーブ記録ディスク２：深さλ／８ Duty５０％ランド記録レンズ：開口４ｍｍ媒体側焦点距離４．２ｍｍ光源側焦点距離２５ｍｍナイフエッジ：図６に示す形状受光面の位置：共焦点位置面から充分離れた位置（フラウンホッファ領域）トラッキングエラー信号の値は、ナイフエッジで蹴られ
て受光されない光量を含む戻り光Ｌ_Rの全光量で規格化

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７２】従って、本発明において、図１及び図６の
三角錐形状のＣＫＥ構造体２に前述の数２を適用するな
らば、図６に示したＣＫＥ構成に対して座標変換を行っ
た場合の概略構成図を図１０に示すように、各受光面Ｐ
Ｄ₁，ＰＤ₂内のｐ′＝０となる線の近傍を分割線にす
ればよい（計算は省略）。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７３】実際のＣＫＥ構成の素子の受光面は、ナイ
フエッジに対してフラウンホッファ領域と言える程充分
遠くではない（数十〜百数十μｍ）。上述のように、こ
の場合の分割線はｐ′＝０近傍の線であるが、ナイフエ
ッジ形状や受光面までの距離などの光学配置によってそ
れぞれ最適な位置がある。しかし、トラッキングエラー
信号ＴＥの振る舞いは前述のフラウンホッファ領域の場
合と定性的には変わらない。すなわちこの場合も本発明
の範囲内である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７５】

【数８】ＴＥ＝（Ｃ₁×左上−Ｃ₂×左下）＋（Ｃ₃×右下−Ｃ₄×右上）＝（Ｃ₁×ＰＤ_1A−Ｃ₂×ＰＤ_1B）＋（Ｃ₃×ＰＤ_2B −Ｃ₄×ＰＤ_2A）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光手段から出射される光を記録媒体上
に収束し、該記録媒体上で反射された戻り光を受光する
受光手段と、上記記録媒体と上記受光手段との間に配された戻り光の
一部を遮蔽する遮蔽手段とを有し、上記遮蔽手段は少なくとも２方向にエッジを有し、該エ
ッジにより上記戻り光を遮蔽するように配されており、上記受光手段は少なくとも上記記録媒体の信号が記録さ
れた軸に対し、垂直方向に分割されており、分割された
受光素子によって検出される信号を比較しトラッキング
信号を得ることを特徴とする光学装置。
【請求項２】上記遮蔽手段が、上記発光手段から出射
される光を記録媒体上に収束する収束手段の共焦点近傍
に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光
学装置。
【請求項３】上記遮蔽手段の上記２方向のエッジのう
ち、一方のエッジの方向が上記記録媒体の信号が記録さ
れた軸に略平行であることを特徴とする請求項１に記載
の光学装置。
【請求項４】上記遮蔽手段が複数形成されてなり、該
複数の遮蔽手段が、互いに上記記録媒体の信号が記録さ
れた軸に対して略対称であることを特徴とする請求項１
に記載の光学装置。
【請求項５】上記遮蔽手段の上記エッジが反射鏡の端
縁により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の
光学装置。