JPH02166631A - 焦点位置ずれ検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 焦点位置ずれ検出器に関し、 収束または発散してくる光を受けて、高精度でかつ容易
に、焦点位置ずれを検出することを目的とし、 特定の入射光に対して、透過率あるいは反射率が入射角
依存性を有するビームスプリッタと、分割フォトディテ
クタとから焦点位置ずれ検出器を〔産業上の利用分野〕 本発明は焦点位置ずれ検出器の改良に関する。

近年、レーザ光を用いて情報の記録・再生・消去を行う
光デイスク装置およびその記録媒体である光ディスクの
発達は目覚ましく、民生用のコンパクトディスク（ＣＤ
）を始めとし、パソコン用のＲＯＭ媒体としてＣＤ−Ｒ
ＯＭが広く普及してきた。

さらに、ＯＡ機器その他の情報関連機器用の大容量記憶
装置として、光デイスク装置への期待がますます高まっ
ている。とくに書換え可能な光磁気ディスク装置は、フ
ァイルメモリとして現在量も多（使用されている磁気デ
ィスク装置のさらに大容量領域をカバーする本命として
開発が進められている。

光磁気ディスクへの書込み・読出し・消去などは、全て
半導体レーザをｌａｍ以下の微小スポットに絞って高速
回転で行われるので、そのためのデバイスである光ヘッ
ドには高機能、かつ小型・軽量であることが求められて
いる。

そのような機能の一例として、たとえば光磁気ディスク
面上ヘレーザ光の焦点を正しく結ばせることが是非必要
であり、そのためには光ヘッドに焦点位置ずれ検出機能
と、フィードバック機能を持たせて、常に焦点がディス
ク面に合った、すなわち合焦状態を維持することが要望
されている。

〔従来の技術〕

光デイスク装置の焦点位置ずれ検出法としては、従来か
ら非点収差法、ナイフェツジ法、臨界角法などが知られ
ている。

最も代表的なものはナイフェツジ法で、第６図はナイフ
ェツジ法による焦点位置ずれ検出器を用いた光ヘッドの
従来例を示したものである。

半導体レーザダイオード４から出た光は、コリメータ用
のレンズ５．ビーム整形プリズム８．ビームスプリンタ
９を通って対物レンズ３に入射し、集光されて光磁気デ
ィスクｌＯの面上で焦点を結び、カー回転を受けて、す
なわち記録情報を載せて反射され、再びビームスプリッ
タ９を経過し、偏光ビームスプリッタ１１で透過光と反
射光とに分離する。

反射光経路に沿って信号検出系が配置されており、１７
２波長板１２を回転させることにより、信号光の偏光方
向を回転させ信号振幅が最大になるようにセットする。

２個のフォトディテクタ１４および１５で検出される信
号は、偏光ビームスプリッタ１１°での反射と透過の関
係、すなわちＳ波とＰ波の関係にあるので逆相の信号に
なっており、差動検出により同相のノイズを除去してＳ
／Ｎを大きくできるようにしている。

なお、この場合に使用される偏光ビームスプリッタ１１
．１１”は、光学系に組み込んだ際の位置ずれの影響を
受けないように、入射光の入射角変動による反射率ある
いは透過率の変動を極力なくした、実質的に入射角依存
性のない偏光ビームスプリッタが用いられる。

一方、透過光経路に沿って、レンズ１６．ナイフェツジ
１７．２分割フォトディテクタ２までが、こ＼で注目し
ている焦点位置ずれ検出系である。

以下図面で詳細説明すると、第７図はナイフェツジ法に
よる焦点位置ずれ検出系を説明する図で、図の左側の実
線■は光磁気ディスクの表面に焦点が合っている場合、
すなわち光磁気ディスクが合焦位置にある場合を示し、
また破線■は光磁気ディスクが合焦位置より近づいた場
合、すなわち合焦位置の手前にある場合を示している。

それに対応して光路もそれぞれ実線および破線で示した
。

図の右側に示した■および■の明暗の表示は、入射光側
から２分割フォトディテクタ２を見た場合で、■は合焦
位置にあるので２分割フォトディテクタ２の上下とも光
が入らず暗となり、２分割フォトディテクタ２に出力差
は生じない。

これに対して、■の光磁気ディスク１０が合焦位置の手
前にある場合は、破線の如き光路をとるので、上半分は
ナイフェツジ１７でカットされるが、下半分では光は２
分割フォトディテクタ２に達して、図示した如く光スポ
ットは半円形の明部となるので、２分割フォトディテク
タ２の出力差をとることによって、焦点位置ずれ信号が
得られることになる。

なお、破線で示した枠内が光磁気ディスク用光ヘッドの
光学系である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の非点収差法およびナイフェツジ法ではレ
ンズをもちいるため、光軸調整や受光素子の位置設定に
高い精度が必要となり、また臨界角法では角度変化に敏
感であるので、光軸と入射角の調整や熱膨張に対する設
計上の細かい配慮を要するなどの問題があり、それらの
解決が強く求められていた。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の焦点位置ずれ検出器の基本構成因であ
る。

図中、１はビームスプリッタ、２，２１および２２は分
割、とくに、２分割フォトディテクタ（２Ｄ−ＰＤ）で
ある。

同図（イ）は２分割フォトディテクタが１個の場合（Ｉ
Ｘ２Ｄ−ＰＤタイプ）で、同図（ロ）は２個の場合（２
Ｘ２Ｄ−ＰＤタイプ）である。

（ａ）は入射光の上半分の領域を、（ｂ）は入射光の下
半分の領域をそれぞれ示す。θ１およびθ２は入射光の
最上部および最下部の光線のビームスプリッタ機能層へ
の入射角である。

ＡおよびＢは２分割フォトディテクタ２または２１の左
右のフォトディテクタ領域で、ビームスプリッタ１の反
射光を受光し、一方、ＣおよびＤは２分割フォトディテ
クタ２２の上下のフォトディテクタ領域で、ビームスプ
リッタｌの透過光を受光するように配置されている。

いま、ビームスプリッタ１の反射率あるいは透過率に入
射角依存性がなければ、入射光が発散光であっても、収
束光であっても２分割フォトディテクタに出力差は生じ
ない。

しかし、もしビームスブリックｌの反射率あるいは透過
率に何らかの入射角依存性があれば、入射光が発散光で
あっても、収束光であっても２分割フォトディテクタに
出力差が生じて、平行入射光からの“′ずれ”、すなわ
ち焦点位置ずれ信号が得られる。

すなわち、上記の課題は特定の入射光に対して、透過率
あるいは反射率が入射角依存性を有するビームスプリッ
タ１と、２分割フォトディテクタ２とから焦点位置ずれ
検出器を構成することにより解決することができる。

〔作用〕

一般に、ビームスプリッタ機能層は、よく知られた誘電
体多層膜で構成されており、光がそこに入射すると各層
での多重反射と干渉を繰り返し行って、ある一定の反射
率で反射してくる。もし、入射角が変わると各層での光
路長が変わり、位相差条件に変化が生じて反射率、すな
わち透過率も変わってくることになる。したがって、使
用する光波長によって誘電体多層膜の種類、ａｌｌみ合
わせ。

厚さ２層数などを選ぶことにより、最適のビームスプリ
ッタを構成することができる。

第２図は本発明におけるビームスプリッタの透過率の入
射角依存性を示す図で、２個の２等辺直角プリズムの間
にビームスプリッタ機能層を挟んだ、最も一般的な構成
のビームスプリッタの場合である。

プリズム面に垂直入射、すなわちビームスプリッタ機能
層に４５°入射の場合に透過率が５０％で、入射角（θ
）が４５″以上の場合に透過光が減少し、入射角（θ）
が４５°以下の場合に透過光が増大する線型特性を有す
る本発明の代表的な例である。

第３図は本発明の動作原理を説明する図で、第１図の（
ロ）と同じ構成のもので、かつビームスプリッタの特性
は上記第２図に示した場合について説明する。

図中、対物レンズ３の左側の■、■、■は光ディスクの
表面の位置を示しており、■が半導体レーザ光がディス
ク面上に焦点を結んでいる場合、すなわち合焦位置にあ
る場合で、■はディスク面が合焦位置より遠ざかった場
合、■はディスク面が合焦位置より近づいたた場合であ
る。

２分割フォトディテクタ２１の下の明暗の表示■、■お
よび■はビームスプリッタｌからの反射光が、２分割フ
ォトディテクタ２１の左右のフォトディテクタ領域Ａお
よびＢへの入射光量による明暗を示している。また２分
割フォトディテクタ２２の右側の明暗表示■、■、■は
同様に透過光が、２分割フォトディテクタ２２の２つの
フォトディテクタ領域ＣおよびＤへの入射光量による明
暗を示している。

いま、２分割フォトディテクタ２１．２２とも２つのフ
ォトディテクタ領域ＡとＢ１およびＣとＤが同じ特性で
あれば、合焦位置の■の場合に、ビームスプリッタ１へ
の入射光は平行光となって、透過光と反射光はそれぞれ
５０％で、かつ−様な光量分布となるので２つのフォト
ディテクタ領域は、ともに入射光の２５％の光量となり
、明となって２分割フォトディテクタに出力差は生じな
い。

一方、■のディスクが合焦位置より遠ざかった場合、デ
ィスクからの反射光は対物レンズ３を通過後収束光とな
るので、第２図に示したビームスプリッタ１の透過率特
性からＣおよびＢ部分は、入射光の２５％以下の光量と
なって暗に、ＤおよびＡ部分は入射光の２５％以上の光
量となって明となり、２つの２分割フォトディテクタ２
１および２２はともに出力差を生じることになる。

同様に、■のディスクが合焦位置より近づいた場合、デ
ィスクからの反射光は対物レンズ３を透過後発散光とな
るので、■の場合とは逆にＣおよびＢ部分は明、Ｄおよ
びＡ部分は暗となって、２つの２分割フォトディテクタ
２１．２２はともに出力差を生じることになる。

すなわち、２分割フォトディテクタ２１および２２の各
領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの出力をそれぞれｐ、、ｐｂ、
Ｐ、、Ｐ、とすると、焦点位置ずれ情報は、２つの２分
割フォトディテクタの出力差Ｆとして次式によって求め
ることができる。

Ｆ　＝　（Ｐ　、　＋　Ｐ　ａ　）　　　（Ｐ　ｂ＋　
Ｐ　ｃ　）　−−−−−＝（１）たりし、ビームスプリ
ッタ１の透過光と反射光は、入射光に対しそれぞれ５０
％の光量となる。

〔実施例〕

第２図に示したような透過率特性のビームスプリッタを
使用し、第１図（イ）の構成または（ロ）の構成によっ
て、容易に焦点位置ずれ検出器を形成することができた
。とくに第１図（ロ）の場合には、２つの２分割フォト
ディテクタを使用しているので、約２倍の感度を得るこ
とができた。

なお、ビームスプリッタ膜としてはＳｉＯ□、　ＴｉＯ
□。

ＭｇＦ、Ａｔ２Ｑ、などの誘電体多層膜を公知の方法に
より、所望の特性が出るように形成した。

第４図は本発明の他の実施例を説明する図で、同図（イ
）は光学系の構成を示した。図中１′は偏光依存性ビー
ムスプリフタ、２は２分割フォトディテクタである。

同図（ロ）は上記の偏光依存性ビームスプリッタ１°の
反射率特性で、Ｓ波は１００％反射し、Ｐ波のみ線形の
入射角依存性を持つように作製した。ビームスプリッタ
膜としてはＳｉＯ□、　ＴｉＯ□。

ＭｇＦ、　ＡＩｚＯ，などの誘電体多層膜を前記実施例
と同様の方法によって形成した。

いま、入射光がＰ波、Ｓ波の混合波とするとＳ波は全て
反射し、Ｐ波の５０％　が透過して２分割フォトディテ
クタ２で受光されることになる。

もし、この構成を光磁気ディスク用光ヘッドに応用すれ
ば、入射するＳ波に記録情報を載せておき反射光経路を
記録信号検出系として、一方、透過光経路を焦点位置ず
れ検出系として使用することができる。

この場合の焦点位置ずれ情報は、２分割フォトディテク
タ２のＣＤ両領域の出力差Ｆとして次式によって求めら
れる。

Ｆ＝（ＰＣ−Ｐ、）−−−−−−−−−−−−−−（２
）第５図は本発明の焦点位置ずれ検出器を使用した光磁
気ディスク用光ヘッドで、同図（イ）は２つの２分割フ
ォトディテクタを用いた２Ｘ２Ｄ−ＰＤタイプの焦点位
置ずれ検出器を、第６図に示したナイフェツジ法による
焦点位置ずれ検出器に代えて適用した実施例である。図
から分かるようにレンズ１６が不用となっており、光軸
調整などが極めて容易になった。

一方、第５図（ロ）は偏光依存性ビームスプリッタ１°
と１つの２分割フォトディテクタを用いたｌＸ２Ｄ−Ｐ
Ｄタイプの焦点位置ずれ検出器を、第６図に示したナイ
フェツジ法による焦点位置ずれ検出器と、偏光ビームス
プリッタ１１に代えて適用した実施例である。この例で
は光学部品が２個、・すなわち偏光ビームスプリッタ１
１とレンズ１６が不用となり、光ヘッドの小型・軽量化
と調整作業の簡易化が可能となった。

本実施例の光ヘッドの機能動作は、第６図の従来例と基
本的には同様なので、重複説明は省略する。

なお、破線に囲まれた枠内が光ヘッドの光学系である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による焦点位置ずれ検出器
は、簡単な構成で、光軸合わせ２位置合わせ、角度合わ
せが容易であり、かつ高精度、高感度であるので、各種
光応用デバイス、と（に光磁気ディスク用光ヘッドの小
型・軽量化ならびに高機能化に寄与するところが大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の焦点位置ずれ検出器の基本構成図、 第２図は本発明におけるビームスプリッタの透過率の入
射角依存性を示す図、 第３図は本発明の動作原理を説明する図、第４図は本発
明の他の実施例を説明する図、第５図は本発明の焦点位
置ずれ検出器を使用した光磁気ディスク用光ヘッドの実
施例、第６図はナイフェツジ法による焦点位置ずれ検出
器を使用した光ヘッドの従来例、 第７図はナイフェツジ法による焦点位置ずれ検出系を説
明する図である。 図において、 ｌはビームスプリンタ、 １”は偏光依存性ビームスプリッタ、 ２．２１．２２は２分割フォトディテクタ、３は対物レ
ンズ、４はレーザダイオード、５．６，７．１６はレン
ズ、 ８はビーム整形プリズム、 ９はビームスプリンタ、１０は光磁気ディスク、１１．
１１’　は偏光ビームスプリッタ、１２は１／２波長板
、１３はミラー １４．１５はフォトディテクタ、 １７はナイフェツジである。 人身４角イ衣有性を示す図 第　２　図 本葵μ場の垂つイ乍原工里を言兇明する図第３図 （イ）Ａ５営系の＃＋ガ苅 ０口）４．光ヌダ４＋主ビームスプワツタ（１つの反射
十特小生本光明の化の欠旋什１２説明する図 め 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 特定の入射光に対して、透過率あるいは反射率が、入射
   角依存性を有するビームスプリッタ（１）と、 分割フォトディテクタ（２）とからなることを特徴とす
   る焦点位置ずれ検出器。