JPH0341624A - フォーカスずれ検出方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はフォーカスずれ検出方法に関する。この方法は
、光ディスクや光デイスク原盤、光磁気ディスク等の光
情報記録媒体に光を集光照射するときのフォーカシング
制御に利用できる。

［従来の技術］ 光ピツクアップや光デイスク原盤露光装置等では、光情
報記録媒体の記録面に光を集光させて照射するが、照射
光束の集光位置と記録面とを合致させるためにフォーカ
シング制御が行われる。このフォーカシング制御のため
には、照射光束の集光位置と記録面とのずれ、即ち「フ
ォーカスずれ」が検出されねばならない。

フォーカスずれを検出する方法は従来から種々の方法が
提案・実用化されているが、これら方法の内に、ダブル
ビームサイズ法とも称すべき方法がある。この方法は、
光情報記録媒体の記録面からの反射光束を集束性の２光
束に分離し、これら２光束の光束断面のサイズ変化によ
りフォーカスずれ検出を行う方法である。従って、この
方法では光情報記録媒体の記録面からの反射光束を２光
束に分離する必要があるが、この分離方法として、単一
のホログラムを用いる方法が知られている（特開昭５３
−１２１６４４号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ 単一のホログラムを用いて光束を２分割する場合、光束
の波長が変化すると回折角が変化してフォーカスずれ検
出に誤差が生ずる。このため波長変動のある半導体レー
ザーを光情報記録媒体照射用の光源として使用できない
という問題がある。

またダブルビームサイズ法では、集束性の２光束の集束
位置間の距離を大きくとると検出用の受光素子が大型化
するのでフォーカスレンジ、即ちフォーカスずれ検出で
きる幅が狭いという問題もある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
ダブルビームサイズ法によるフォーカスずれ検出方法を
改良し、波長変動のある光源をも使用でき、フォーカス
レンジを大きくとれて誤差の少ないフォーカスずれ検出
を行い得る新規なフォーカスずれ検出方法の提供を目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明は「光情報記録媒体に照射する照射光束の集光位
置と光情報記録媒体の記録面との位置ずれを検出する方
法」である。

光情報記録媒体の記録面からの反射光束を「集束手段」
で集束光束とする。

この集束光束は「回折手段」に入射させられる。

回折手段は１以外の屈折率を持つ透明な平行平板の両面
に平行な回折格子を形成され、入射側の回折格子はブラ
ッグ条件を満足する。回折手段は、入射される集束光束
を透過光束と回折光束とに分離するとともに、各光束に
非点収差を与える。

かくして得られる回折光束と透過光束とは、ともに集束
性であり、互いに略平行で最良結像点位置が進行方向に
於いて互いにずれている。

回折光束と透過光束とが「互いに略平行である」とはこ
れら光束の主光線が互いに略平行という意味である。

これら透過光束１回折光束はそれぞれが別個の受光素子
で略直交的に受光される。即ち、各光束の主光線は対応
する受光素子に略直交するように入射する。これら別個
の受光素子は対をなす、受光素子対の各受光素子は、と
もに平行３分割の受光素子、即ち受光面を平行な分割線
により３分割された受光素子である。

これら受光素子は、一方の受光素子の分割線の方向が受
光素子対の並び方向に平行で、他方の受光素子の分割線
の方向が上記並び方向に直交するようにして、光束進行
方向に関して２つの最良結像点位置の中間の同一平面上
に配される。

各受光素子に入射する光束スポットの形状の変化を各受
光素子の出力により検出して、位置ずれを検出する。

集束手段としては専用の手段を用いてもよいが光ピツク
アップ等の光学系に於ける他の光学素子、例えば対物レ
ンズを集束手段として兼用することも可能である。

なお回折手段として、２面の回折格子の格子ピッチが入
射光束の波長より短いものを用いることができる。

さらに２面の回折格子は、回折光における同一光線の通
過点における格子ピッチを同一ピッチとすることができ
る。

［作　　用］ 上記の如く、本発明に於いては光情報記録媒体の記録面
からの反射光束は回折手段により２つの光束に分離され
るが、回折は互いに平行な２面の回折格子により行なわ
れるので、光束の分離状態が波長変動の影響を受は難い
。また「回折光における同一光線の通過点における格子
ピッチを同一ピッチとする」ことにより波長変動の影響
を完全に除去することも可能である。

また、各光束が非点収差を持つのでフォーカスレンジが
広がる。

さらに「２面の回折格子の格子ピッチが入射光束の波長
より短いものを用いる」と、光情報記録媒体が光磁気デ
ィスクである場合に、本発明の方法を実行する検出系で
光磁気信号の検出が可能となる。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図は、本発明を適用した光デイスク用の光ピツクア
ップを要部のみ略示している。

光源たる半導体レーザー１からの光束は発散しつつ偏光
ビームスプリッタ−２に入射し、同スプリッター２によ
り反射され、集光レンズ３により平行光束に変換され、
１／４波長板４を透過すると対物レンズ５に入射し、同
レンズ５の作用にて光ディスクの記録面６上に集光する
。

このときフォーカシング制御は、以下に説明する方式で
行なわれる。またトラッキング制御は、光ディスクが連
続的な案内溝を持つ場合はコンティニュアスサーボ方式
で、光ディスクが連続的な案内溝を持たない場合はサン
プルサーボ方式で行なわれる。

光ディスクの記録面６からの反射光束は、対物レンズ５
を透過し、１７４波長板４を介して集光レンズ３を透過
すると集光光束に変換され、偏光ビームスプリッタ−３
を直進的に透過する。集光レンズ３は光源からの光に対
するコリメートレンズであるが、この実施例に於いて集
束手段を兼ねている。

上記集束光束化された反射光束は続いて回折手段７に入
射する。

回折手段７は、入射してくる集束性の光束を透過光束と
回折光束の２光束に分離する。

分離した２光東は、支持板８に固定されたｌ対の３分割
受光素子により、それぞれ受光される。

第２図（１）は第１図に示す実施例に於いて、本発明の
特徴部分を略示している。

回折手段７は両面回折格子、即ち１と異なる屈折率を持
つ透明な平行平板の両面に回折格子を形成されたもので
あり、入射光束に対して傾いて配備される。回折手段７
に就き、偏光ビームスプリッタ−２側の面を入射面、反
対側の面を射出面と称する。

入射面、射出面に形成された回折格子は、図面に直交す
る略直線を格子ピッチで配列したものであり、入射面の
回折格子に於ける格子ピッチＡ□は、入射光束の入射角
をθ１．波長をλとして、ブラッグ条件即ち、 Ａ、＝λ／（：Ｌｓｉｎθ１） を満足している。また、射出面側の回折格子の格子ピッ
チＡ０は、上記格子ピッチＡ、と、支持板８に於ける１
対の受光素子間の距離を設計条件として定められる。な
お上記格子ピッチＡ、、Ａ０は。

厳密には光束の主光線（光軸光線）が入射し、回折され
て射出する位置、即ち第２図（Ｉ）に符号ａ。

ｂで示す位置におけるピッチである。

以下、この主光線に着目して説明する。

第２図（１）に示すように、光ディスクの記録面による
反射光束は集光レンズ３により傑束光束となって回折手
段７の入射面側の回折格子に入射角θ、をもって入射す
る。そして同回折格子の作用により透過光束（実線で示
す）と回折光束（破線で示す）とに分離される。

透過光束は、回折手段７の平行平板の屈折率をｎｐ（≠
１．０）として、屈折の法則、ｓｉｎθ、＝ｎｐ′ｓｉ
ｎθ。

を満たす屈折角θ、に従う方向へ屈折され、回折手段７
から屈折角θ二をもって射出する。符号Ｃは透過光束の
主光線の射出位置を示す９回折手段の入射面と射出面と
は互いに平行であるから、θ、＝θ二 である、透過光束の主光線以外の光線も図の如く屈折さ
れて回折手段７を透過する。

一方１回折手段７の入射面で回折された回折光束の主光
線に対してはブラッグの条件が満たされているので回折
された主光線は入射面法線に対して入射主光線と対称に
入射角θ□を持つことになり、従って平行平板内では第
２図（１）に示されたように透過光束の主光線に対して
２θ、だけの角度をもって屈折され、射出面の回折格子
により再度回折されて射出面上の位Ｍ　ｂから射出角θ
。をもって射出する。射出角θ。は、射出面に形成され
た回折格子の格子ピッチにより定まる。回折光束の主光
線以外の光束も、第２図（Ｉ）に破線で示すように回折
される。

かくして互いに略平行な、換言すれば略同じ方向に進行
する２つの集束性の光束が得られる。

透過光束１回折光束ともに回折手段７の平行平板を斜め
に透過するので、非点収差が発生する。

回折手段内部における透過光束と回折光束の光路長はａ
ｃ＝ａｂで互いに等しいので発生する非点収差も略等し
い。

透過光束、回折光束に於ける集光点を、それぞれ符号ｄ
ｓｐｄｚｙｅｉｔｅ２で示す、また、各光束の最良結像
点位置を符号ｄｏｅｅ６で示す。

回折光束の方は透過光束に比べて大きく曲げられている
ので、集光点ｅｌ、ｅ！、最良結像立位ｔａｅ。

は、それぞれ集光点ｄ、、ｄ、、最良結像点位置ｄｏよ
りも光束の進行方向に関して回折手段７の側にある。な
お集光点ｄ、、ｅ、に於いて、各光束は第２図（Ｉ）の
図面に直交する方向の線像として結像し、集光点ｄｓ　
ｖｅ’ｌに於いて、各光束は第２図（Ｉ）の図面に平行
な左右方向の線像として結像する。そして最良結像点位
置ｄ６．ｅ６では、各光束の断面形状は略円形状となる
。

そこで、第２図（Ｉ）に示すように１対の平行３分割の
受光素子Ａ、Ｂを支持する支持板８を、６０点と００点
の略中間に配して、受光素子Ａが透過光束を、受光素子
Ｂが回折光束を受光するようにする。このとき支持板８
は各光束の主光線に対し略直交するように配備される。

フォーカスずれが生ずるとｄ、、　ｅｏ点にともに各集
束光束の進行方向へ同方向的にずれ、各受光素子の受光
するビーム形状が変化する。

支持板８に支持された受光素子Ａ、Ｂは第２図（ＩＩ）
に示すように、それぞれ受光面がＡ−１，Ａ−２，Ａ−
３及びＢ−１，Ｂ−２，８−３に３分割されている。受
光素子Ａの受光面を３分割する分割線の方向は、第２図
（Ｉ）に於いて図面に直交する方向であり、受光素子Ｂ
の受光面を３分割する分割線の方向は、第２図（Ｉ）に
於いて図面に平行な方向で、受光素子ＡＢの並び方向に
平行である。

受光素子Ａの各受光部Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３から出力
ａｌ。

ａ２．ａ３が、また受光素子Ｂの各受光部Ｂ−１、Ｂ−
２，Ｂ−３から出力ｂｌ、ｂ２．ｂ３が得られるものと
すると、第３図（ＩＩ）に示すように合焦状態に於いて
、受光素子Ａ、Ｂの受光する光束の断面サイズが等しく
なるように調整すると、第３図（１）、　（ＩＩＩ）に
示すようにフォーカスずれが生ずると各受光素子Ａ、Ｂ
の受光する光束のスポット形状が変化する。

このときフォーカスずれＦｏは、 Ｆｏ：（ａ２−（ａｌ＋ａ３））−（ｂ２−（ｂｌ＋ｂ
３））によって検出できる。従って、この信号Ｆ０をフ
ォーカス誤差信号としてフォーカシング制御を行なうこ
とができる。また光ディスクがトラック案内溝を持つ場
合であれば、受光素子Ａ、Ｂの配列方向をトラック案内
溝方向に対応させれば、　（ａｌ−ａ３）あるいは（ｂ
３−ｂｌ）さらには（ａｌ−ａ３）＋（ｂ３−ｂｌ）等
をトラック誤差信号としてトラッキング制御を行なうこ
とができる。さらに、光ディスクに記録された情報を読
出す場合であれば、再生信号としては（ａｌ＋ａ２＋ａ
３＋ｂｌ＋ｂ２＋ｂ３）を採用すれば良い。

第２図（Ｉ）に示す構成では、回折手段７から射出する
回折光束の射出角ＯＯは、波長λ、格子ピッチＡ　１　
、　Ａ　ｏを用いて、 ｓｉｎ　Ｏｏ＝ｓｉｎ　Ｏ＋＋λ（（１／Ａｏ）−（１
／Ａ　ｔ））により算出される。

従来の、単一のホログラムにより回折光束と透過光束の
分離を行う場合では、回折光束の射出角θ０は、 ｓｉｎθｏ＝ｓｉｎθ１λ／Ａ。

を満足し、波長λが変化するとθＯが大きく変化するが
、本発明ではθ、とθＯとの差は３分割受光素子Ａ、Ｂ
の間隔のみにより設計され、透過光束と回折光束の主光
線同士が略平行となるように。

即ちθ、と００との差が小さくなるようにするので波長
変化の影響は極めて小さくなる。

またθ、＝８０とすることもでき、この場合には波長変
動の影響を完全に除去できる。θ、＝００を実現するに
は、２面の回折格子の回折光における同一光線の通過点
における格子ピッチを同一ピッチとすれば良い。

また以下に説明するように１本発明の実施によってフォ
ーカスレンジが大きくなる。

即ち第２図を再度参照すると、もし透過光束と回折光束
とに非点収差を与えない場合は、両光束はそれぞれ最良
結像点位置ｄｏｙｅｏに集束するので、フォーカスレン
ジは、これら最良結像点位置ｄｏ、ｅ。の、光束進行方
向に於ける距離となる。これに対し、本発明のように各
光束に非点収差を与えるとフォーカスレンジは光束進行
方向における集光点ｄ、と０２との間の距離となりフォ
ーカスレンジは極めて大きくなる。しかも、このように
フォーカスレンジが広くても受光素子Ａ、Ｂを大型化す
る必要はない。

次に再び第１図を参照して別実施例を説明する。

この実施例は、光情報記録媒体が光磁気ディスクである
場合の実施例である。

この実施例を構成するためには、第１図に於ける偏光ビ
ームスプリッタ−２を通常のビームスプリッタ−に変え
、１７４波長板４を取りのければ良い。フォーカスずれ
の検出は第１図ないし第３図に即して説明した方法と同
様にして行える。

さらに回折手段７として、２面の回折格子の格子ピッチ
が光束の波長以下であるようなものを用いると光磁気信
号を受光素子Ａ、Ｂの出力から得ることができるように
なる。

即ち回折格子は、その格子ピッチが入射光束の波長λ以
下となると偏光分離特性を持つようになる。そこで、第
４図に示すように入射面側・射出面側の格子ピッチがλ
以下であるような回折手段８Ａを用い、入射面側の回折
格子に、格子方向に対して４５度に傾いた偏光面を持つ
集束光束が入射するように回折手段と光源との位置関係
を定め、且つ回折手段における２面の回折格子の格子方
向を同方向にしておく、すると透過光束と回折光束は、
強度比が１：１であり、且つその偏光方向は互いに直交
したものとなる。光磁気ディスクの記録面に情報が記録
されているときは、記録面による反射光束の偏光方向は
カー効果により旋回するので５情報の有無に応じて透過
光束と回折光束の強度が変化する。従って、受光素子Ａ
、Ｂの出力から（ａ１＋ａ２＋ａ３）−（ｂｌ＋ｂ２＋
ｂ３）として光磁気信号を得ることができる。

上に説明したように、光情報記録媒体として光磁気ディ
スクを用い、光磁気信号の検出をも行う場合には回折手
段の回折格子は、その格子ピッチがサブミクロンのオー
ダーとなる。このような微細な格子ピッチの回折格子の
作製は、周知の２光束干渉露光の方法により行うのが良
い。

この方法で原盤を作製しスタンパ−とする。アクリル等
の平行平板の両面に２Ｐ＠脂層を形成し、各面に所定の
スタンバ−から回折格子を複製する。

このようにして両面回折格子を得ることができる。

あるいは平行平板の片面に所定の回折格子を形成したも
のを２枚、回折格子同士が外側にあるようにして貼り合
わせて回折手段とすることかできる。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規なフォーカスずれ検出方法を
提供できる。この方法は上記の如き構成となっているの
で、従来のダブルビームサイズ方式のフォーカスずれ検
出方法での問題点を有効に解決し、波長変動の影響が少
なく、精度の良いフォーカスずれ検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明を適用した光ピツクアップの１例を黙
示する図、第２図及び第３＠は、第１図の光ピツクアッ
プに関連して本発明を説明するための図、第４図は、別
の実施例を説明するための図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光情報記録媒体に照射する照射光束の集光位置と光情報
   記録媒体の記録面との位置ずれを検出する方法であって
   、 光情報記録媒体の記録面からの反射光束を集束手段で集
   束光束となし、 １と異なる屈折率を持つ透明な平行平板の両面に平行な
   回折格子を形成され、入射側の回折格子がブラッグ条件
   を満足する回折手段に上記集束光束を入射させて透過光
   束と回折光束とに分離するとともに各光束に非点収差を
   与えることにより、互いに略平行で、最良結像点位置が
   進行方向に於いて互いにずれた２つの集束性光束を得、
   平行３分割の受光素子を１対、一方の受光素子の分割線
   の方向が受光素子対の並び方向に平行で、他方の受光素
   子の分割線の方向が上記並び方向に直交するようにして
   、上記進行方向に関して２つの最良結像点位置の中間の
   同一平面上に配してそれぞれの光束を略直交的に受光し
   、各受光素子に入射する光束スポットの形状の変化を各
   受光素子の出力により検出して、上記位置ずれを検出す
   ることを特徴とするフォーカスずれ検出方法。