JPH04324128A

JPH04324128A - 信号検出装置

Info

Publication number: JPH04324128A
Application number: JP9215391A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Fujita; 俊介藤田; Hiroyoshi Funato; 広義船戸; Kiyoshi Yokomori; 横森　清; Yoshinobu Nakayama; 義宣中山; Tami Isobe; 磯部　民; Shigeyoshi Misawa; 成嘉三澤; Masakane Aoki; 真金青木; Akihiko Hiroe; 昭彦廣江; Atsushi Takaura; 淳高浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1992-11-13

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ディスク装置のフォー
カス誤差信号検出装置やトラッキング誤差信号検出装置
などに用いられ、複数個の受光素子の光電流出力値を演
算処理して信号を得る信号検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数個の受光素子の光電流出力値を演算
処理して目的とする信号を検出する信号検出装置として
代表的なものは、光ディスク装置における光ピックアッ
プのフォーカス誤差信号検出装置やトラッキング誤差信
号検出装置がある。

【０００３】応用光エレクトロニクスハンドブック　　
昭晃堂発行　　第５００〜５１９頁「６．１０　　フォ
ーカスエラー検出方式とトラッキングエラー検出方式」
には、フォーカスエラー検出方式として、非点収差法，
ビームサイズ法，ナイフエッジ法，ウェッジプリズム法
，ビーム偏心法，スキュービーム法，位相差検出法，臨
界角プリズム法が記載され、トラッキングエラー検出方
式として、プッシュプル法，ヘテロダイン法が記載され
ている。また、尾上守夫他著「光ディスク技術」ラジオ
技術社発行第７９〜９８頁には、フォーカスエラー検出
方式として、ナイフ・エッジ法，非点収差法が記載され
、トラッキングエラー検出方式として、プッシュプル法
，トラック・ウォブリング法が記載されている。

【０００４】これらのフォーカスエラー検出方式および
トラッキングエラー検出方式は、複数個（２乃至４個）
の受光素子を用いて光ディスクからの光を光電流値に光
電変換し、これらの光電流値を電気的に演算して各光電
流値の和や差、あるいはそれらの組合せ等を行っている
。

【０００５】上記複数個の受光素子は、それぞれが個別
の部品で構成される場合や、同一の基板上に分けて構成
される場合があり、受光素子構造として光電変換効率や
高速性の要求からフォトダイオード、とりわけＰＩＮフ
ォトダイオードが多用される。このフォトダイオードは
図８に示すように第１導電型基板１１上に第１導電型エ
ピ層１２，酸化膜からなる絶縁膜１３が積層され、第１
導電型エピ層１２の中央部に第２導電型不純物拡散層１
４が設けられると共に絶縁膜１３の中央部が薄く形成さ
れて開口部が形成されることにより平面形状の受光部１
５が形成され、かつ電極１６により配線される。

【０００６】このフォトダイオードは、ほぼ、受光部１
５に入射した光のみが光電変換に寄与する。また、この
フォトダイオードは図９に示す等価回路のようにフォト
ダイオード本体Ｄのアノードとカソードとの間に受光部
１５の面積に略比例した接合容量Ｃｊと，抵抗Ｒ１とを
並列に持ち、フォトダイオード本体Ｄのアノードに直列
に抵抗Ｒ２を持つ。

【０００７】さらに、電子通信学会　　光量子エレクト
ロニクス研究会ＯＱＥ８５−７２，１９８５年，第３９
〜４６頁「光ディスクピックアップの光集積回路化」に
は、光ディスクピックアップを集積回路化したものが記
載され、その受光素子は光導波路に近接して配置された
導波光受光素子により構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記フォーカスエラー
検出方式やトラッキングエラー検出方式では、フォトダ
イオードで高い周波数の光を受光しようとすれば、もち
ろん、接合容量Ｃｊが小さいことが必要であるが、さら
に、複数個のフォトダイオードの光電流出力値を演算処
理して目的とする信号を得る時に、各フォトダイオード
の接合容量Ｃｊが互いに異なっていると、複数個のフォ
トダイオードの各光電流出力値がたとえ互いに等しくて
も位相差を生じてしまう。その結果、複数個のフォトダ
イオードの各光電流出力値を比較する基準が変動し、正
しい信号が得られなくなる。例えば、図６（ａ）に示す
ような２つのフォトダイオード１７，１８の各光電流出
力値ｉ１，ｉ２を比較するという演算処理を行ってフォ
トダイオード１７，１８の各受光量の差をとる場合には
、図６（ｂ）に示すようにフォトダイオード１７，１８
の各光電流出力値ｉ１，ｉ２の位相差により上記比較の
結果が変動してその零点のオフセットなどが生じ、正し
い信号が得られなくなる。

【０００９】また、フォトダイオードに対してその受光
部形状より比較的大きな幅を持った光が入射する場合に
は、例えば図７に示すように、各フォトダイオード１７
，１８の間で特に入射光の太幅方向について各受光部の
寸法に差があると、たとえ、入射光の主要な部分１９が
ともにフォトダイオード１７，１８の各受光部に１７ａ
，１８ａ入射したとしても、周辺の散乱光，外乱光など
の影響を受けてフォトダイオード１７，１８の各光電流
出力値に差が生ずることがあり、やはり正しい信号が得
られなくなる。

【００１０】本発明は上記欠点を改善し、正しい信号を
得ることができる信号検出装置を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、請求項１の発明は、光を受光部にて受光して光電流を
出力する複数個の受光素子と、この複数個の受光素子の
光電流出力値を演算処理して信号を得る演算器とを有す
る信号検出装置において、前記複数個の受光素子の各受
光部を互いに等しい面積に構成したものであり、請求項
２の発明は、光を受光部にて受光して光電流を出力する
複数個の受光素子と、この複数個の受光素子の光電流出
力値を演算処理して信号を得る演算器とを有する信号検
出装置において、前記複数個の受光素子の各受光部にお
ける少なくとも一方向の寸法を互いに等しく構成したも
のであり、請求項３の発明は、光を受光部にて受光して
光電流を出力する複数個の受光素子と、この複数個の受
光素子の光電流出力値を演算処理して信号を得る演算器
とを有する信号検出装置において、前記複数個の受光素
子の各受光部の形状を互いに合同図形に構成したもので
あり、請求項４の発明は、請求項１又は２又は３記載の
信号検出装置において、前記複数個の受光素子を、光導
波路に近接して配置された導波光受光素子により構成し
たものである。

【００１２】

【作用】請求項１の発明では、複数個の受光素子は面積
が互いに等しい受光部にて光を受光して光電流を出力し
、この複数個の受光素子の光電流出力値が演算器により
演算処理されて信号が得られる。

【００１３】請求項２の発明では、複数個の受光素子は
少なくとも一方向の寸法が互いに等しい受光部にて光を
受光して光電流を出力し、この複数個の受光素子の光電
流出力値が演算器により演算処理されて信号が得られる
。

【００１４】請求項３の発明では、複数個の受光素子は
形状が互いに合同図形に構成された受光部にて光を受光
して光電流を出力し、この複数個の受光素子の光電流出
力値が演算器により演算処理されて信号が得られる。

【００１５】請求項４の発明では、請求項１又は２又は
３記載の信号検出装置において、導波光受光素子が光を
受光して光電流を演算器に出力する。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す。この実施例
は前述のようにフォトダイオードの接合容量Ｃｊがフォ
トダイオードの受光部１５の面積に略比例することを利
用したものであり、光ディスク装置において、再生信号
，フォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号の検出に
用いられる。複数個の受光素子２０１，２０２，・・・
，２０ｉは前述のようなフォトダイオードからなり、か
つ図２に示すように受光部２１１，２１２，・・・の面
積Ｓ１，Ｓ２，・・・を互いに等しく（Ｓ１＝Ｓ２＝・
・・に）構成して接合容量Ｃｊを互いに等しくしている
。従って、これらのフォトダイオード２０１，２０２，
・・・，２０ｉは光を受光部にて受光して光電流を出力
するが、その光が高周波で変調された光であっても光電
流出力値が互いに位相差を生じない。

【００１７】ここに、フォトダイオード２０１，２０２
，・・・，２０ｉは同一の基板上に形成したものでもよ
い。また、フォトダイオード２０１，２０２，・・・，
２０ｉは、実質的に接合容量Ｃｊに寄与する面積が互い
に等しい場合には、光電変換に寄与する面積が異なって
いても受光部の面積が互いに等しいものと同様な作用効
果があり、この場合も受光部の面積が互いに等しいもの
と見做されて本発明に含まれる。なお、ここで、面積が
等しいとは、実際上、接合容量Ｃｊが互いに差を生じな
い程度にほぼ等しい場合を含む。また、フォトダイオー
ド２０１，２０２，・・・，２０ｉは、接合容量Ｃｊ以
外にもコンダクタンス成分、その他の素子パラメータを
互いに等しくすることができる。

【００１８】演算器２２は、フォトダイオード２０１，
２０２，・・・，２０ｉの光電流出力値を演算処理して
目的とする信号を得る。この演算器２２は、周知のもの
であり、フォトダイオード２０１，２０２，・・・，２
０ｉの光電流出力値に対して再生信号Ｒ，フォーカスエ
ラー信号Ｆ，トラッキングエラー信号Ｔを得る。フォト
ダイオード２０１，２０２，・・・，２０ｉは高周波で
変調された光を受光しても光電流出力値が互いに位相差
を生じないので、演算器２２はフォトダイオード２０１
，２０２，・・・，２０ｉの光電流出力値を演算処理し
ても比較基準のオフセット等が生じなくなって信号を正
確に得ることができる。

【００１９】図３は本発明の他の実施例におけるフォト
ダイオードの受光部を示す。この実施例は、上記実施例
において、フォトダイオード２０１，２０２，・・・，
２０ｉの各受光部２３１，２３２，・・・における少な
くとも一方向の寸法Ｌ１，Ｌ２・・・を互いに等しく（
Ｌ１＝Ｌ２＝・・・に）構成したものであり、これによ
り各フォトダイオード２０１，２０２，・・・，２０ｉ
の全光量に対する光電流出力値にバラツキが生じないよ
うにしている。このため、演算器２２はフォトダイオー
ド２０１，２０２，・・・，２０ｉの光電流出力値を演
算処理して精度の高い信号を得ることができる。上記少
なくとも一方向の寸法Ｌ１，Ｌ２・・・とは、フォトダ
イオード２０１，２０２，・・・，２０ｉに入射する光
の幅広の方向や、サイドローブの存在する方向、散乱光
や外乱光の入射しやすい方向の少なくとも一方向の寸法
であり、各受光部２３１，２３２，・・・の面積は互い
に等しくない。

【００２０】図４は本発明の他の実施例におけるフォト
ダイオードの受光部を示す。この実施例は、上記実施例
において、フォトダイオード２０１，２０２，・・・，
２０ｉの各受光部２４１，２４２，・・・が上記両実施
例におけるフォトダイオードの各受光部の要件を満たす
ように形状を互いに合同図形に構成したものであり、フ
ォトダイオード２０１，２０２，・・・，２０ｉの各受
光部２４１，２４２，・・・は面積が互いに等しく、か
つフォトダイオード２０１，２０２，・・・，２０ｉに
入射する光の幅広の方向や、サイドローブの存在する方
向、散乱光や外乱光の入射しやすい方向の少なくとも一
方向の寸法が互いに等しい。このため、フォトダイオー
ド２０１，２０２，・・・，２０ｉは各光電流出力値が
互いに位相差が生じず、かつ一方向だけでなくあらゆる
方向の入射光の広がりや、その他の入射光に対して均一
な光電流出力値が得られる。また、フォトダイオード２
０１，２０２，・・・，２０ｉは他の素子パラメータも
さらに均一になる。この結果、演算器２２はフォトダイ
オード２０１，２０２，・・・，２０ｉの光電流出力値
を演算処理してより精度が高い信号を得ることができる
。

【００２１】図５は本発明の他の実施例における受光素
子の構成を示す。この実施例は、上記実施例において、
受光素子２０１，２０２，・・・，２０ｉを導波光受光
素子により構成したものである。この場合、複数個の導
波光受光素子を導波路の端面あるいは上面あるいは下面
等に個別に、もしくは同一の基板上に配置した構造や、
複数個の導波光受光素子が形成される基板上に導波路を
積層した構造などにする。何れの構造でも、各導波光受
光素子は導波路の導波層に直接に接してもよいし、クラ
ッド層（バッファ層）を介して接してもよい。また、導
波路は二次元構造，三次元構造の何れでもよい。図５に
示す導波光受光素子２７は、受光素子基板上に二次元光
導波路を積層した例である。すなわち、この導波光受光
素子２７は、前述した第１導電型基板１１，第１導電型
エピ層１２，酸化膜からなる絶縁膜１３，第２導電型不
純物拡散層１４，電極１６からなるフォトダイオードの
上にクラッド層２５，導波層２６を積層したものである
。また、導波光受光素子の導波路は図５のような多層構
造のものであってもよいが、単層構造のものであっても
よい。この実施例のように受光素子２０１，２０２，・
・・，２０ｉを導波光受光素子により構成することは、
上記図１の実施例乃至図４の実施例のいずれにも実施す
ることができる。

【００２２】図１の実施例において、受光素子２０１，
２０２，・・・，２０ｉを導波光受光素子により構成し
た場合には、光導波路に導波光受光素子を集積化するこ
とにより、特にこの形態で要求される超高速化に対して
複数個の受光素子の各光電流出力値に位相差が生じない
という効果が大きくなる。しかも、演算器を同様に集積
化すれば、さらなる高速化に一段と効果がある。

【００２３】また、図３の実施例において、受光素子２
０１，２０２，・・・，２０ｉを導波光受光素子により
構成した場合には、光導波路に導波光受光素子を集積化
することにより、特に一方向を導波路型以外のいわゆる
バルク光学系を用いた場合とは異なって受光素子の受光
部開口部の寸法が一定になり、各受光素子間の光電流出
力値のバラツキを減少させることができる。

【００２４】さらに、図４の実施例において、受光素子
２０１，２０２，・・・，２０ｉを導波光受光素子によ
り構成した場合には、光導波路に導波光受光素子を集積
化することにより、光の受光素子部分への入射後の吸収
と、これによる光電変換が一様になって光電変換効率が
安定化され、受光素子の光電流出力値の精度が増す。

【００２５】なお、上記実施例は受光素子としてＰＩＮ
フォトダイオードを用いた例であるが、受光素子として
、２端子間で構造上素子面積に比例した静電容量を有す
るものや、受光による光電流出力値がその素子面積に比
例して得られるものを用いても有効である。

【００２６】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
複数個の受光素子の各受光部を互いに等しい面積に構成
したので、複数個の受光素子の各光電流出力値に位相差
が生じないようにでき、これらの光電流出力値を演算器
により演算処理しても比較基準のオフセット等が生じな
くなって信号を正確に得ることができる。

【００２７】また、請求項２の発明によれば、複数個の
受光素子の各受光部における少なくとも一方向の寸法を
互いに等しく構成したので、各受光素子の全受光量に対
する光電流出力値のバラツキを抑えることができ、精度
の高い信号を得ることができる。

【００２８】請求項３の発明によれば、複数個の受光素
子の各受光部の形状を互いに合同図形に構成したので、
複数個の受光素子の各光電流出力値に位相差が生じない
ようにでき、かつ、特定方向のみならずあらゆる方向か
らの入射光に対して各受光素子の全受光量に対する光電
流出力値のバラツキを抑えることができ、精度の高い信
号を得ることができる。

【００２９】さらに、請求項４の発明によれば、請求項
１又は２又は３記載の信号検出装置において、前記複数
個の受光素子を、光導波路に近接して配置された導波光
受光素子により構成したので、高性能化を計ることがで
きる。

【００３０】つまり、請求項１記載の信号検出装置にお
いて、前記複数個の受光素子を、光導波路に近接して配
置された導波光受光素子により構成した場合には、光導
波路に導波光受光素子を集積化することにより、特にこ
の形態で要求される超高速化に対して複数個の受光素子
の各光電流出力値に位相差が生じないという効果が大き
くなる。しかも、演算器を同様に集積化すれば、さらな
る高速化に一段と効果がある。

【００３１】また、請求項２記載の信号検出装置におい
て、前記複数個の受光素子を、光導波路に近接して配置
された導波光受光素子により構成した場合には、光導波
路に導波光受光素子を集積化することにより、特に一方
向を導波光受光素子の入射光と直角な方向に選べば、導
波路型以外のいわゆるバルク光学系を用いた場合とは異
なって受光素子の受光部開口部の寸法が一定になり、各
受光素子間の光電流出力値のバラツキを減少させること
ができる。

【００３２】さらに、請求項３記載の信号検出装置にお
いて、前記複数個の受光素子を、光導波路に近接して配
置された導波光受光素子により構成した場合には、光導
波路に導波光受光素子を集積化することにより、光の受
光素子部分への入射後の吸収と、これによる光電変換が
一様になって光電変換効率が安定化され、受光素子の光
電流出力値の精度が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】同実施例の受光部を示す平面図である。

【図３】本発明の他の実施例の受光部を示す平面図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例の受光部を示す平面図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例の導波光受光素子を示す断
面図である。

【図６】従来の信号検出装置における受光素子およびそ
の光電流出力波形を示す図である。

【図７】同信号検出装置を説明するための図である。

【図８】同信号検出装置の受光素子を示す断面図である
。

【図９】同受光素子の等価回路を示す回路図である。

【符号の説明】

２０１〜２０ｉ　　　　　　受光素子２１１〜２１ｉ　　　　　　受光部２２　　　　　　演算器２３１〜２３ｉ　　　　　　受光部２４１〜２４ｉ　　　　　　受光部２７　　　　　　導波光受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を受光部にて受光して光電流を出力する
複数個の受光素子と、この複数個の受光素子の光電流出
力値を演算処理して信号を得る演算器とを有する信号検
出装置において、前記複数個の受光素子の各受光部を互
いに等しい面積に構成したことを特徴とする信号検出装
置。
【請求項２】光を受光部にて受光して光電流を出力する
複数個の受光素子と、この複数個の受光素子の光電流出
力値を演算処理して信号を得る演算器とを有する信号検
出装置において、前記複数個の受光素子の各受光部にお
ける少なくとも一方向の寸法を互いに等しく構成したこ
とを特徴とする信号検出装置。
【請求項３】光を受光部にて受光して光電流を出力する
複数個の受光素子と、この複数個の受光素子の光電流出
力値を演算処理して信号を得る演算器とを有する信号検
出装置において、前記複数個の受光素子の各受光部の形
状を互いに合同図形に構成したことを特徴とする信号検
出装置。
【請求項４】請求項１又は２又は３記載の信号検出装置
において、前記複数個の受光素子を、光導波路に近接し
て配置された導波光受光素子により構成したことを特徴
とする信号検出装置。