JP2886230B2 - 光ヘッド及びこれを用いた焦点誤差検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、焦点誤差を検出する装置、特に光学的に
情報を再生する光ディスク装置に組み込まれる光ディス
クの記録面に対する対物レンズの焦点誤差を検出するの
に適した光ヘッド及びこれを用いた焦点誤差検出装置に
関する。

（従来技術） 光学的情報記録媒体、例えば、光ディスクから情報を
再生し、光ディスクに情報を記録する光ディスク装置に
おいては、記録再生時に光源からの光ビームを光ディス
クの記録面上に集束する対物レンズが合焦状態に維持さ
れ、光ビームの最小ビームスポットが記録面上に形成さ
れることが要求される。このような要請から、光ディス
ク装置には、このために記録面に対する対物レンズの焦
点誤差を検出し、それに基づいて対物レンズを光軸方向
に変位させるフォーカシングサーボ装置が組み込まれて
いる。

光ディスク装置における焦点誤差検出の方法としては
多数の方法、例えば、ダブルナイフエッジ法が知られて
いる。

第１図にダブルナイフエッジ法を採用した焦点誤差検
出装置の光学系の構成が示されている。第１図に図示さ
れていない光ディスクから反射された光ビームは図示し
ない対物レンズを光ディスクに向けられる光ビームとは
逆方向に通って、ビームスプリッタ101により光ディス
クに向かう光ビームから分離され、ウェッジプリズム10
2,103（または二分割プリズム）によって２つの光ビー
ムに二分割され、さらに集光レンズ104によって、異な
る位置に設けられた二つの検出器105,106の検出領域105
a,105b、106a,106bに集光される。

光検出器105,106の検出領域105a,105b、106a,106b上
の光ビームのスポット形状の変化の様子が第2A図から第
2C図に、また焦点誤差に対する焦点誤差信号及び再生情
報信号の変化が第３図にそれぞれ示されている。光検出
器105,106の検出領域105a,105b、106a,106bにそれぞれ
対応する出力信号をA,B,C,Dとすると、演算回路によっ
て対物レンズの焦点誤差を表わす焦点誤差信号は（Ａ＋
Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）、再生情報信号はＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの演
算により得られる。これらの図から理解されるように、
ダブルナイフエッジ法では合焦点付近の焦点誤差信号の
レベル変化は、大きく、焦点誤差の検出感度が高いとい
う利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 上述する焦点誤差検出装置は、種々の利点があるが、
この従来の焦点誤差検出装置では、光ビームの最小ビー
ムスポットが光ディスク上に形成されている合焦状態に
対物レンズが維持されている際には、第2B図に示される
ように光検出器105,106上には、極めて微小な円形スポ
ットが形成される。従って、スポットの大部分は、光検
出器105,106の非検出領域に入射するため、光検出器10
5,106から出力される信号レベルが極めて小さくなる。
また、光検出器105、106の光非検出領域の幅が比較的大
きく、しかも、ビームスポットのほとんどが光検出器10
5,106の光非検出領域内に形成される場合には、光検出
器によって検出される信号レベルが大きく変動され、焦
点誤差信号（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）が非常に不安定なも
のとなってしまう。また、再生情報信号Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
の合焦時のレベルが小さいことにより、再生情報信号の
S/Nが十分に得られない問題がある。

さらに、スポット形状の変化は、焦点誤差に対して非
常に敏感なので焦点誤差の検出範囲が非常に狭い問題が
ある。従って、フォーカシングサーボの初期に於ける対
物レンズの引込みや、通常の記録・再生時において焦点
誤差が大きくなった場合に適切に対応することが難しい
問題がある。

上述したように、従来のダブルナイフエッジ法による
焦点誤差検出装置では、光検出器の非光検出領域の幅に
依存して合焦状態に於ける光検出器での検出される光ビ
ームの検出信号レベル度が小さいくなることから、安定
した焦点誤差検出を行なうことが難しく、また再生情報
信号のS/Nも十分に得られず、更に焦点誤差の検出範囲
が狭いという問題がある。

従って、この発明の目的は、対物レンズが合焦状態に
維持されている際においてはも光検出器で検出される検
出レベルが十分に大きく、また焦点誤差の検出範囲が焦
点誤差検出に適した光ヘッド及びこれを用いた焦点誤差
検出装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明に係る第１の光ヘッ
ドは、光メモリの記録面から反射された光ビームを第１
方向に集束させる第１の光学素子と、前記第１の光学素
子を通過した前記光ビームを前記第１方向に直交する第
２方向に延びた分割線に沿って第１および第２の光ビー
ムに分割し、かつ該第１および第２の光ビームに前記第
２方向に沿って互いに逆方向の収差を与える第２の光学
素子と、前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して
区分された二つの検出領域を有し、前記第２の光学素子
からの前記第１の光ビームを検出して第１及び第２の検
出信号を発生する第１の光検出器と、前記分割線に平行
に延びた非検出領域を介して区分された二つの検出領域
を有し、前記第２の光学素子からの前記第２の光ビーム
を検出して第３及び第４の検出信号を発生する第２の光
検出器とを具備することを特徴とする。

ここで、前記第１の光学手段は、前記光メモリの記録
面から反射された前記光ビームが凸面側に入射し、平坦
面側から出射するように配置されたシリンドリカルレン
ズにより構成され、前記第２の光学素子は、前記シリン
ドリカルレンズの平坦面側にそれぞれ光ビーム入射側の
面が接合され、それぞれの光ビーム出射側の面が前記第
２方向に関して互いに逆向きに傾斜して配置された第１
及び第２の三角プリズムにより構成されるようにしても
よい。

本発明に係る第２の光ヘッドは、光メモリの記録面か
ら反射された光ビームを第１方向に延びた分割線に沿っ
て第１及び第２の光ビームに分割する第１の光学素子
と、この第１の光学素子により分割された前記第１及び
第２の光ビームを前記第１方向と直交する第２方向に集
束させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子からの
前記第１及び第２の光ビームに対して前記第１方向に沿
った収差を与える第３の光学素子と、前記分割線に平行
に延びた非検出領域を介して区分された２つの検出領域
を有し、前記第３の光学素子からの前記第１の光ビーム
を検出して第１及び第２の検出信号を発生する第１の光
検出器と、前記分割線に平行に延びた非検出領域を介し
て区分された２つの検出領域を有し、前記第３の光学素
子からの前記第２の光ビームを検出して第３及び第４の
検出信号を発生する第２の光検出器とを具備することを
特徴とする。

ここで、前記第１の光学素子はウェッジプリズムによ
り構成され、前記第２の光学素子は前記第１の光学素子
からの前記第１及び第２の光ビームが凸面側に入射し、
凹面側から出射するように配置されたシリンドリカルレ
ンズにより構成され、前記第３の光学素子は、前記シリ
ンドリカルレンズの平坦面側に配置され、かつ前記第１
方向に沿って区分された第１及び第２の屈折率変化部分
からなり、該第１及び第２の屈折率変化部分は屈折率が
前記第１方向に沿って、かつ互いに逆の方向に変化して
いる屈折率分布型光学素子により構成されるようにして
もよい。

本発明に係る第３のの光ヘッドは、光メモリの記録面
から反射された光ビームを第１方向に集束させる集束機
能、該光ビームを前記第１方向に直交する第２方向に延
びた分割線に沿って第１及び第２の光ビームに分割する
分割機能、並びに前記第１及び第２の光ビームに前記第
２方向に沿った収差を与える収差付与機能を有するホロ
グラフィック素子と、前記分割線に平行に延びた非検出
領域を介して区分された２つの検出領域を有し、前記ホ
ログラフィック素子からの前記第１の光ビームを検出し
て第１及び第２の検出信号を発生する第１の光検出器
と、前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分
された２つの検出領域を有し、前記ホログラフィック素
子からの前記第２の光ビームを検出して第３及び第４の
検出信号を発生する第２の光検出器とを具備することを
特徴とする。

本発明に係る第４の光ヘッドは、光メモリの記録面か
ら反射された光ビームを第１方向に集束させ、かつ該第
１方向に直交する第２方向に沿った収差を与える第１の
光学素子と、前記第１の光学素子からの前記光ビームを
前記第２方向に延びた分割線に沿って第１及び第２の光
ビームに分割する第２の光学素子と、前記分割線に平行
に延びた非検出領域を介して区分された二つの検出領域
を有し、前記第２の光学素子からの前記第１の光ビーム
を検出して第１及び第２の検出信号を発生する第１の光
検出器と、前記分割線に平行に延びた非検出領域を介し
て区分された二つの検出領域を有し、前記第２の光学素
子からの前記第２の光ビームを検出して第３及び第４の
検出信号を発生する第２の光検出器とを具備することを
特徴とする。

ここで、前記第１の光学素子は、前記第２方向に沿っ
て傾けて配置された円柱レンズにより構成され、前記第
２の光学素子は、フーコープリズムにより構成されるよ
うにしてもよい。

さらに、本発明に係る光ヘッドにおいては、光ビーム
を発生する光源と、前記光源から発生された前記光ビー
ムを光メモリの記録面に集束するように配置され、合焦
状態のとき最小ビームスポットを前記記録面上に形成
し、非合焦状態のときに最小ビームスポットよりも大き
なビームスポットを前記記録面上に形成する対物レンズ
とをさらに具備するようにしてもよい。

そして、本発明に係る焦点誤差検出装置は、光源から
発生された光ビームを光メモリの記録面に集束する対物
レンズの該記録面に対する焦点誤差を検出する装置であ
って、上記した本発明に係る光ヘッドにより前記第１乃
至第４の検出信号を処理して前記焦点誤差に対応する焦
点誤差検出信号を発生する処理手段を具備することを特
徴とする。

ここで、前記焦点誤差が０のときに前記二つの検出領
域への入射量が等しくなる光軸上の位置に対して、前記
第１及び第２の光検出器の一方を前方に、他方を後方に
それぞれ配置するようにいてもよい。

（作用） この発明においては、第１及び第２の光ビームに方向
性を有する収差が与えられ、検出器上の非検出領域を境
にビームの像が検出領域上に形成され、僅かに非検出領
域上にビームの像が形成されるにすぎない。従って、検
出器からの信号レベルを十分に高く維持することができ
る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第４図は、この発明の第１の実施例にかかる焦点誤差
を検出する焦点誤差検出装置の概略構成が示されてい
る。第４図に示された装置においては、光源１、例えば
半導体レーザからのレーザビームは、コリメートレンズ
２によりコリメートされ、このコリメートされた光ビー
ムは、ビーム整形プリズム３により整形されてビームス
プリッタ４に入射される。ビームスプリッタ４を透過し
た光ビームは、ミラー５により対物レンズ６に案内さ
れ、対物レンズ６によって光ディスク７の記録面上に微
小スポットとして集束照射される。

対物レンズ６は、図示しないサスペンションによって
対物レンズ６の光軸に沿って移動可能に支持され、フォ
ーカシングコイル16に与えられた駆動電流によりその光
軸方向に移動される。この対物レンズ６が合焦状態に維
持されている際には、対物レンズ６から光ディスク７に
向かう光ビームの最小ビームスポットが光ディスク７の
記録面上に形成され、対物レンズ６がその合焦位置から
光ディスク７に近付いたり、或は、光ディスク７から離
れる場合には、光ディスク７上には、最小スポットより
も大きなスポットが光ディスク７の上に形成される。

光ディスク７の記録面から反射された光ビームは、対
物レンズ６を通過してミラー５で反射され、ビームスプ
リッタ４によって反射されて第１の一方向性集光手段で
あるシリンドリカルレンズ８の凸面側に入射し、一方向
（第１方向）においてのみ集光される。

シリンドリカルレンズ８の光ビーム射出側の平坦面に
は、第４図に示すようにシリンドリカルレンズ８の集光
方向（第１方向）と直交する方向（第２方向）に延びる
分割線で接する分割・収差付与手段である第１及び第２
の三角プリズム9,10が接合されている。この第一及び第
２の三角プリズム９、10の光出射面は、光軸に対する直
交面に対して所定角をなすように傾けられ、第２方向に
おいて互いに逆向きに傾斜させて配置されている。シリ
ンドリカルレンズ８により集光された光ビームは、これ
らの三角プリズム9,10に入射される。光ビームは、シリ
ンドリカルレンズ８の集光方向と直交する分割線に沿っ
て、二つの略半円型の光ビームに分割されるとともに屈
折により夫々異なる方向に向けられる。三角プリズム
９、０によりそれぞれの光ビームには、互いに逆方向の
収差が与えられる。

プリズム9,10から射出された２つの光ビームが第１及
び第２の光検出器11,12で検出される。光検出器11,12
は、それぞれの一対の検出領域11a,11b、及び検出領域1
2a,12bを有し、各一対の検出領域は、プリズム９、10の
射出面の互いに接する辺に平行に延びる非検出領域によ
って区分されている。

光検出器11,12の出力信号は、増幅器13により増幅さ
れて演算回路14に入力される。この演算回路14は、加算
回路及び減算回路から構成され、第１の光検出器11の二
つの検出領域11a,11bに対応する出力信号をA,Bとし、第
２の光検出器12の二つの検出領域12a,12bに対応する出
力信号をC,Dとした時、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｄ）なる演
算によって焦点誤差信号を生成し、またＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
なる演算によって再生情報信号を生成する。焦点誤差信
号は、対物レンズ駆動回路17に与えられ、焦点誤差信号
に応答してこの駆動回路17から駆動電流が対物レンズ６
を光軸方向に変位させるフォーカシングコイル16に与え
られて対物レンズ６が光軸方向に変位される。その結
果、対物レンズ６の焦点誤差が補正されて対物レンズ６
が合焦状態に維持される。情報再生信号は、図示しない
処理回路に供給される。

第5A図及び第5B図は、光ディスク７の記録面に対する
対物レンズ６の焦点位置の誤差に対して、光検出器11,1
2の検出領域11a,11b、12a,12bに入射する光ビームの集
光状態が変化する様子を示している。検出領域11a,11
b、12a,12b上に形成される光ビームの像は、検出領域を
区分する非検出領域に関して非対称な形状を有し、合焦
状態、即ち、焦点誤差が０の状態においても光検出器上
において比較的広い面積にわたって広がり、その光量検
出レベルは、従来のダブルナイフエッジ法における合焦
時の検出レベルより大きい。従って、第４図に示すよう
な光学系によれば、各検出領域から出力される検出信号
のレベルを大きくすることができ、結果として、再生信
号のレベルを大きくできるとともに安定な焦点誤差信号
を発生させることができる。

第5A図及び第5B図に示されるような形状の像が光検出
器11,12上に形成される原理を、第６図を参照して説明
する。第６図に示すように、円形の入射ビーム61がシリ
ンドリカルレンズ62及び三角プリズム63を順次通過する
場合、入射ビームはまずシリンドリカルレンズ62によっ
て検出領域のある面で線状の像（焦線）を形成する。こ
のビームが続いて三角プリズム63に入射すると、三角プ
リズム63の内における光ビームの光線の光路長がｙ軸上
の位置により異なり、入射ビーム61の断面内においてｘ
方向に延びる微小帯状領域を通過する光線束は、三角プ
リズム63に入射するｙ軸上の位置に依存して光軸（ｚ
軸）上の異なる位置で集束する。従って、光ビームの光
路に直角な面内のビームの断面形状は、光軸上の位置に
よって符号64,65,66に示されるように変化する。換言す
れば、ある位置に光検出器が置れた場合には、光検出器
の検出領域上の光ビームの像は、焦点誤差につれて変化
される。入射ビームの断面内において、光軸を含むｘ方
向微小帯状光線の集束する光軸上の位置をこの光学系の
基準集束点とこの明細書では称する。

第６図に示される三角プリズム63をシリンドリカルレ
ンズ62の集光方向に直交する方向、即ち、シリンドリカ
ルレンズ62の母線に対して平行な方向に沿って二分割さ
れ、且つその光出射面が光軸に対して傾斜し、その傾斜
方向が互いに逆に向けられることによって第４図に示さ
れる光学系の配置が得られる。この第６図に示される光
ビームの像変化の原理によって、第４図に示される光学
系において、光検出器11,12に入射する光ビームのスポ
ット形状が第5A図及び第5B図に示したように焦点誤差に
応じて連続的に変化し、合焦時においても比較的大きな
広がりを持つことによって、十分に大きなレベルを有す
る検出信号が検出器11、12から得られる。

また、第１及び第２の光検出器11,12が夫々合焦時
（焦点誤差が０の時）における光ビームの基準集束点、
即ち、検出領域11a,11b、12a,12bで検出される光量が略
等しくなる光軸上の位置に配置される場合には、光検出
器11,12に入射する光ビームの像は、第5A図に示すよう
に変化される。このような配置に対して、基準集束点か
ら光検出器11,12の一方が前方に偏倚され、その他方が
後方に偏倚されてそれぞれ配置されると、光検出器11,1
2に入射する光ビームの像は、第5B図に示すように変化
される。第5B図では、第5A図に比較して、特に合焦時の
スポットサイズが大きくなり、非検出領域に形成される
光ビームスポットの部分が小さくなり、光検出器で検出
される光量レベルが増大することが理解されよう。

第７図は、第４図に示された演算回路14からの信号出
力の特性を示したものであり、焦点誤差信号（Ａ＋Ｄ）
−（Ｂ＋Ｃ）が焦点誤差に対してほぼ直線的な変化を示
す範囲、すなわち焦点誤差検出範囲は、第３図に示され
る従来のダブルナイフエッジ法の特性に比して大きく、
また合焦時の光検出器11,12からの検出信号レベルが大
きくなることによって、再生情報信号Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄも
十分に大きくすることができる。

次に、本発明の他の実施例を第８図から第35図を参照
して説明する。第８図は、本発明の第２の実施例に係る
光学系であってこの第８図には、第１の実施例と異なる
部分のみが示されている。ビームスプリッタ４によって
案内された光ディスク７の記録面からの反射光ビーム
は、分割手段であるウェッジプリズム21により二つの光
ビームに分割されて、集光手段であるシリンドリカルレ
ンズ22に凸面側から入射される。シリンドリカルレンズ
22の平坦面側には、収差付与手段である屈折率分布型光
学素子23が設けられている。

この屈折率分布型光学素子23は、第９図に示すよう
に、シリンドリカルレンズ22の集光方向に直交する、即
ち、シリンドリカルレンズの母線に平行な分割線（破線
で示す）に沿って区分された第１及び第２の屈折率が分
布された部分23a,23bからなっている。これらの屈折率
分布部分23a23bは、ウェッジプリズム21の分割線に沿う
方向に屈折率が次第に変化され、しかも、互いに逆の方
向に屈折率が徐々に変化されている。この屈折率分布部
分23a,23bには、ウェッジプリズム21により分割され、
且つシリンドリカルレンズ22により集光された二つの光
ビームがそれぞれ入射され、この屈折率分布部分23a,23
bを通過されるが、屈折率分布部分23a,23bでは、屈折率
が次第に変化されていることから、この内を通る光ビー
ムの光線の各々が異なる光路長を有する光路を通過する
こととなる。即ち、第４図に示したプリズム素子９、10
を通過する場合と同様に屈折率分布部分23a,23bを通過
する光ビームには、収差が与えられることとなる。屈折
率分布型光学素子23を出射した光は、第10図に示すよう
に屈折率分布型素子23a,23bに対応する第１及び第２の
光検出器25,26をそれぞれの検出領域分割線が平行に並
ぶように配置して一体化した一体化光検出器24によって
検出される。第８図から第10図に示す光学系によれば、
第5A図に示すと同様の像が光検出器24上に形成される。

第11図は、本発明の第３の実施例に係る焦点誤差検出
装置の光学系を示している。この光学系においては、第
１の実施例における第１及び第２の三角プリズム9,10に
続いて光ビームを集光する第２のシリンドリカルレンズ
31が配置されている。このシリンドリカルレンズ31は、
その母線が第１のシリンドリカルレンズ８の母線と直交
するように配置されて第１のシリンドリカルレンズ８の
集光方向と直交する第２の方向に光ビームを集光する。

このようなシリンドリカルレンズ31を付加すると、こ
のレンズ31から出射する二つの光ビームの広がり角度が
小さくなる。従って、光検出器としては第12図に示すよ
うに第１及び第２の二分割光検出器33,34をそれぞれの
検出領域分割線が同一線上に横に並ぶように一体化した
一体化光検出器32を用い、その検出領域が三角プリズム
9,10に入射される光ビームの進行方向に対して垂直とな
るように配置した構成をとることができ、光学系の配置
が容易となり、設置スペースも減少する。

第13図は、本発明の第４の実施例に係る焦点誤差検出
装置の光学系が示されている。この光学系においては、
有限系の対物レンズ６が用いられている。有限系の対物
レンズ６を用いた場合、光ディスク７の記録面からの反
射光ビームは、対物レンズ６によって集束光ビームに変
換される。光検出器44としては第12図に示したものと同
様の一体化光検出器を使用できる。

第14図は、本発明の第５の実施例に係る焦点誤差検出
装置の光学系を示している。第14図に示される光学系に
おいては、一方向に集光する第１の集光手段、光ビーム
を分割する分割手段及び光ビームに収差を与える収差付
与手段が一つのホログラフィック素子51によって実現さ
れる。ホログラフィック素子51は、第15図に示されるよ
うに、光ビームを一方向のみに集光ししかもその線状に
集束した像を光軸方向に傾ける収差を付与する領域51a,
51bと、光ビームを二分割する領域51c,51dとからなって
いる。この光学系においても光検出器52としては、第12
図に示したものと同様の一体化光検出器が使用される。
第16A図及び第16B図に示されるように第14図に示した光
学系のホログラフィック素子51から出射する光ビームの
断面形状は、その進行とともに変化する。

この第５の実施例によれば、焦点誤差検出のための光
学系を更に小型化でき、設置スペースもより減少すると
いう利点がある。

第17図は、この発明の第６の実施例に係る焦点誤差検
出装置が示されている。第17図に示した光学系において
は、光ディスクの記録面から反射された光ビームは、対
物レンズ６およびミラー５を介してビームスプリッタ４
に入射されて光軸に対して傾けられた集束・収差付与手
段である円柱レンズ８に入射される。この円柱レンズ８
により光ビームは、一方向に集束されるとともに円柱レ
ンズ８が傾いて配置されることにより光ビームには、収
差が与えられて一方向に集光された光ビームの焦線が傾
くことになる。円柱レンズ８を透過した光ビームは、稜
線が円柱レンズの集光方向と直交する方向に配置された
分割手段であるフーコープリズム109に入射され、稜線
を分割線として分割された光ビームは、二方向に偏向さ
れる。

フーコープリズム109によって分割された２つの光ビ
ームは、第１および第２の二分割光検出器11,12に入射
する。光検出器11,12は、それぞれの検出面が11a,11b,1
2a,12bで示されるように、フーコープリズム109の稜線
の像とほぼ一致する検出面分割線（破線で示す）に沿っ
て二分割されている。この検出器上11、12には、第5A
図、或は、第5B図に示されるような像が形成される。従
って、光検出器11,12の出力信号を演算回路14で処理す
ることによって焦点誤差信号及び情報再生信号が得られ
る。

第17図に示す光学系においては、光ディスク７に同心
円状に或は、スパイラル状に形成された溝、即ち、トラ
ッキングガイド或は、ピット例を含むトラックTrの像が
延出する方向に一致するようにフーコープリズム109の
稜線が定められている。従って、光検器11、12上に形成
される２つの像内のいずれか或は、いずれにもトラッキ
ングガイドで光ビームが反射される際に生じる回折によ
ってトラッキングガイドに対応する暗部としてのパター
ン或は、像が形成される。光ビームがトラックを追跡し
ている時には、等しい面積の暗部が光検出器11、12上に
形成され、光ビームがトラックを外れた際には、光検出
器11、12のいずれかに暗部が形成される。従って、第17
図に示すように検出器11、12からの検出信号を夫々加算
して加算信号（Ａ＋Ｂ），（Ｃ＋Ｄ）を得てその差（Ａ
＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）からトラッキングエラー信号が得ら
れる。このトラッキング信号に応じてアクチュエータ駆
動回路17から駆動電流がトラッキングコイル18に供給さ
れ、このトラッキングコイル18によって対物レンズ６が
対物レンズの光軸に対して直交する方向に変位されるこ
とによって対物レンズ６は、トラック中心に維持され
る。

この第17図に示される光学系においては、一方向に光
ビームを集光し、光ビームに収差を付与する手段として
傾斜円柱レンズ８を用いたが、第18図に示すような、一
方向で曲率が連続的に変化する面、例えば、円錐面を持
った素子110、例えば、円錐レンズなどを用いても良
い。また、光束分割手段としてフーコープリズム109を
用いたが、第19図に示すようなダブルウェッジプリズム
115、または第20図に示すような異なる位置に集光する
二つの円筒面を持つ光学素子116、または、第21図に示
すようにビームを二分割する位置にある反射ミラー117
を用いても良い。二分割されたビームの片方しか使わな
いのであれば、第22図に示すように分割手段はナイフエ
ッジによっても良い。これらの任意の組み合わせ、また
は一体化した素子によって本発明による検出系を構成す
ることが可能である。

第23A図及び第23B図及び第24図から第27図は、第17図
に示す光学系の変形例が示されている。第23A図に示さ
れる光学系においては、ビームスプリッタ４によって案
内された光ディスク７の記録面からの反射光ビームは、
第１面が円錐面であり、第２面が二つの円筒面からなる
光学素子118に入射される。この光学素子118において
は、光ビームは、第１面の円錐面によって一方向に集光
され、この光学素子内を進行するに伴いその集光方向と
直交する方向の方向性を持った収差が付与される。更
に、この光学素子118においては、その第２面の二つの
円筒面のそれぞれのレンズ作用により、異なる点に所定
のスポットが形成される。この第２面の構造によって二
つの像の間隔を任意に定めることができ、二つの像を一
体化光検出器24で検出することができる。

第23B図に示される光学系においては、光学素子119が
その第１面が円筒面に、第２面が二つの円錐面に形成さ
れている。従って、光ビームは、第１面の円筒面によっ
て一方向に集光され、第２面の二つの円錐面で第１面と
同方向へ集光されるとともにその集光方向に直交する方
向に方向性を収差が付与され、また、光ビームが分割さ
れる。

第24図に示される光学系では、円錐レンズ110及びナ
イフエッジ120が組み合わされている。この光学系にお
いては、光ビームは、第１面の円錐面によって一方向に
集光され、この光学素子内を進行するに伴いその集光方
向と直交する方向の方向性性を持った収差が付与され
る。この光学素子110の平坦な第２面から表れた光ビー
ムは、ナイフエッジ120によってその一部が遮られ、残
る光ビームが光検出器11に向けられている。即ち、この
ナイフエッジ120によって光ビームが２つに分離され
る。この実施例においては、二分割された光ビームの一
方は、検出されないので光の利用効率が低下されるが、
ナイフエッジ120に代えて第25図に示すように反射ミラ
ー117を採用する場合には、光ビームの利用効率は、低
下しない。第25図に示す光学系においては、光ビームを
一方向内で集束し、しかもこの光ビームに収差を与える
ために円柱レンズ８が光軸に対して傾斜して配置されて
いる。

第26図に示される光学系においては、光ビームを一方
向内で集束するとともにこの光ビームに収差を与える円
錐レンズ110と円錐プリズム110からの光ビームを分割す
るフーコープリズム109が用いられている。光ビームを
分割する手段としては容易に入手できる点でフーコープ
リズム109と共にダブルウェッジプリズム115も有効であ
る。第27図に示された光学系においては、光ビームを一
方向内で集束するとともにこの光ビームに収差を与える
円錐レンズ110と円錐プリズム110からの光ビームを分割
するダブルウェッジプリズム115が用いられている。

明らかなように第17図、第23A図及び第23B図及び第24
図から第27図の光学系において光ビームを一方向内にお
いて集束する円錐状光学素子８、110、118、119及び叉
は、光ビームを分割する光学素子109、120、117、115
は、第14図及び第15図に示されたホログラフィック素子
51に代えられてもよい。

第28図は、この発明の第７の実施例に係る焦点誤差検
出装置を示している。

第28図に示される光学系においては、円柱レンズ８を
出射した光ビームは、複合プリズム９で二つの光ビーム
に分割されると共に光ビーム分割線に沿った方向の収差
が付与される。複合プリズム９の第二の面は、円柱レン
ズ８の集光方向と直交する方向に光ビームを二つに分割
するように反射角が異なった二つの反射面に形成されて
いる。従って、複合プリズム９の第二面からの反射光ビ
ームは、それぞれ異なる方向に進行する二つのほぼ半円
形の光ビームに分割される。複合プリズム９の第三の面
は、それぞれ異なる方向に進行する二つの球欠光ビーム
の進行方向に対して互いに逆方向に傾斜された出射面に
形成され、複合プリズム９を出射した二つの球欠光ビー
ムには、光ビーム分割線に沿って互いに逆向きの収差が
付与される。

複合プリズム９を出射した二つの光ビームは、第１の
レンズ８で集光された方向と直交する方向へ、光ビーム
を集光する第２のレンズとしての円柱レンズ120で集光
され、二組の二分割検領域を持つ光検出器32で受光され
る。光検出器32はそれぞれの検出面が32a、32b、32c,32
dで示されるように、複合プリズム９による光ビーム分
割線の像とほぼ一致する検出面分割線に沿ってそれぞれ
二分割されている。光検出器32には、既に説明したよう
に第5A図或は第5B図に示したような像が形成され、この
検出器32からの出力信号は、既に記載した実施例と同様
に演算回路14で処理されて焦点誤差信号、トラッキング
誤差信号及び情報再生信号に変換される。

ここで、複合プリズム９の作用について多少の説明を
加える。

第29A図には、第28図に示された複合プリズム９の形
状例が示されている。また、第30図には、反射面が分割
されず連続面として形成されている場合のプリズムの形
状を参考として示す。どちらも、プリズムの出射面への
光ビームの入射角は同じであり、プリズムを出射した光
ビームに付与される光ビーム分割線に沿った収差量も同
一である。第29B図のようにプリズムの射出面への光ビ
ームの入射角をθｂ、出射角をθａ、反射面の45度から
のずれ角をα、プリズム射出面の傾斜角をβ、プリズム
の屈折率をｎとすると、第30図から θｂ＝β−２α ・・・・（１） sin θａ＝n sin θｂ＝n sin （β−２α） ・・・・（２） である。

ここで射出角が反射後90度まげられた仮想光軸に平行
になるための条件は、 β＝θａ （２）から sin β＝n sin （β−２α） と成る。

即ち、 tan β＝（sin 2α）／（cos 2α−1/2） ・・・・（３） を満たすようなプリズムの形状にすると、第29A図に
示すようにプリズムを出射した二つの光ビームの光軸は
互いに平行となり、円柱レンズ10の焦点の同一位置に二
つの光ビームは、集光される。ここで、光検出器32の面
上で分割された二つの光ビームが分離して検出するに必
要な分離量を与えるように、式（３）を満たすα，βの
組み合せからα、βをずらすことによって、一つにパッ
ケージ化した光検出器での検出が達成される。また、円
柱レンズ120に入射する光ビームの光軸は、円柱プリズ
ム120の光軸に対して僅かに傾いているだけなのでは、
複合プリズム９で付与された収差を大きく乱すことなく
円柱レンズ10で集光することができる。

円柱レンズ８と複合プリズム９は、プラスチックで一
体に成形して構成することも出来、素子コストと組み立
て工数の低減をはかることができる。上述した光学系で
は、第２のレンズとして円柱レンズを使用したが、球面
レンズを用いても同様な効果が得られる。また、複合プ
リズムから出射する二つの光検出器からの検出信号の演
算により焦点誤差を検出したが、第７図に示すように一
つの光検出器からの検出出力（Ａ−Ｂ）または（Ｄ−
Ｃ）からも焦点誤差を検出できる。

更に、第31図にこの発明の第８の実施例に係る焦点誤
差検出装置の光学系を示している。この第31図に示され
た光学系においては、光ディスク７の記録面から反射さ
れた光ビームは、対物レンズ６およびミラー５を介して
ビームスプリッタ４に入射され、このビームスプリッタ
４によって反射されて所定の機能を有するホログラフィ
ック素子128に入射する。ホログラフィック素子128は、
二つの部分128A,128Bよりなり、この二つの部分128A,12
8Bは、直線状の境界線で接しており、それぞれの部分
は、この境界線の像を軸として境界線と直交方向のスポ
ットの幅が境界線に沿って連続的に変化するようなスポ
ットを検出面上で所定の間隔をおいたところに形成する
ような波面変換機能を持っている。このホログラフィッ
ク素子128の出射光に対して第１および第２の二分割光
検出器11,12が配置されている。二分割光検出器11,12は
ホログラフィック素子の境界線の像とほぼ一致する検出
面分割線で二分割されている。

二分割光検出器11,12の出力信号は増幅器13により適
当なレベルまで増幅された後、演算回路14に入力され
る。この演算回路14は第１の二分割光検出器11の二つの
検出面11a,11bに対応する出力信号をA,Bとし、第２の二
分割光検出器12の二つの検出面12a,12bに対応する出力
信号をC,Dとした時、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）なる演算
によって焦点誤差信号を生成し、また（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋
Ｄ）なる演算によって再生情報信号を生成する。情報信
号列に対して図のような向きに検出光学系を設置する
と、トラッキング誤差信号は（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）な
る演算によって得られる。

ここで、ホログラフィック素子128は、平面波に対し
て既に述べた実施例と同様にシリンドリカルレンズ及び
三角プリズムの組み合せが作用する場合と同様に平面波
の波面を変換する機能をホログラフィック素子128に与
えるようにその形状が定められる。また、ホログラフィ
ック素子の位相伝達関数φ（x,y）を φ（x,y）＝（λ/2π）ΣC_pqX^py^q （ここで、λは、光ビームの波長、x,yは、ホログラ
フィック素子面上のX,Yの座標平面の座標を表わす。） とおき、幾つかのサンプル点を選んで、光線追跡するこ
とにより、検出領域において第5A図或は、第5B図に示し
たような像が得られるようにC_pqを決定することによっ
ても良い。この場合は検出領域で得られる像を設定する
ことが検出特性を設計することに直接つながり、さらに
検出系の設計効率が上がることになる。

このような光学系によれば、第5A図或は、第5B図に示
されるような像が光検出器11、12上に検出され、第７図
に示すような信号が演算増幅回路14から出力される。

ホログラフィック素子を用いることにより、さらに光
学系を小形化することができる。第32図から第35図は、
第31図に示される光学系の変形例が示されている。第32
図に示される光学系においては、有限共役型の対物レン
ズ６を用いた光ヘッドにおいてホログラフィック素子12
8が組み込まれている。この様な光学系によれば、光源
の半導体レーザと光検出器を１パッケージ化した光源１
及び光検出器11、12を含む一体型素子15を用いることが
できさらに光ヘッドの小形化を図ることができる。

第33図に示した光学系においては、光ディスク７から
の光ビームの一部を使って焦点誤差検出するホログラフ
ィック素子129がトラッキングガイドTrの像の延出方向
を基準に２つに区分され、更に各々の２つの領域がフォ
ーカス検出及びトラッキング検出の為に２つに区分され
て４領域129Aから129Dに区分されている。この光学系に
おいては、ホログラフィック素子129に入射した光ビー
ムは、このホログラフィック素子129のレンズ作用によ
って集束されるとともにその４つの領域によって４つの
光ビームに分離される。光ビームのうち最もトラッキン
グエラーの影響で強度が変動する領域129C,129Dからの
光ビームが光検出器136の光検出領域136C,136Dで検出さ
れ、トラッキングエラー信号に変換され、ホログラフィ
ック素子129の検出領域129A,129Bからの光ビームが検出
器136の検出領域136A,136Bで検出され、フォーカス誤差
信号に変換される。このような光学系の構成によれば、
光ヘッドが小形化されるのみでなく、フォーカス信号を
検出するための光ビームがトラッキング信号を検出する
ための光ビームから分離されることから、フォーカス信
号及びトラッキング信号間のクロストークを抑制でき
る。

第34図に示される光学系においては、第33図に示され
るホログラフィック素子129とは異なり、トラッキング
ガイドTrの像が延出される方向に直交する区分線によっ
て３つの領域130A,130B,130Cに区分され、領域130A及び
130C間の領域130Bが更にトラッキングガイドTrの像が延
出する方向の区分線によって２つの領域130B1及び130B2
に区分されてホログラフィック素子128は、４つの領域1
30A,130B1,130B2,130Cに区分されている。ホログラフィ
ック素子130の中央領域130B1,130B2からの光ビームは、
光検出器136の検出領域136C,136Dで検出され、この検出
信号は、トラッキングエラー信号に変換される。また、
ホログラフィック素子130の両側領域130A,130Cからの光
ビームは、光検出器136の検出領域136A,136Bで検出さ
れ、検出信号は、フォーカス誤差信号に変換される。こ
のような構成の光学系によれば、光ヘッドが小形化され
る。更に、このような光学系の構成によれば、焦点誤差
を検出する光学系は軸外しの光学系となり、像の強度分
布が検出器の分割線から離れて分布されるため、検出系
に入射する光強度のうち光検出器136の検出面上の分離
帯にはいって受光されない割合がごくわずかにできる。

また第35図に示される光学系においては、光ビームを
集束し、光ビームに収差を与えるホログラフィック素子
として反射型のホログラフィック素子132が用いられて
検出系が構成されている。このような構成の光学系で
は、光ヘッドは、光ディスク面に垂直な方向のサイズが
小さくなるという利点がある。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、合焦時に光検出器へ
の入射光量が大きいため、光学系の位置調整のずれやト
ラッキングずれに対して安定した焦点誤差検出が可能で
あって、限られた光学系サイズにおいても大きな焦点誤
差検出範囲を設定できる焦点誤差検出装置を提供するこ
とができる。

なお、この発明によれば、再生情報信号のS/Nも大き
くすることができ、しかも大きな焦点誤差検出の範囲を
設定することにより、フォーカシングサーボの初期引き
込みが容易で、大きな焦点ずれにも容易に対応できる焦
点誤差検出装置を提供することができる。

この発明の焦点誤差検出装置においては、要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は，従来のダブルナイフエッジ法を採用した焦点
誤差を検出する装置の概要を説明するための図、第2A図
から第2C図は、焦点誤差に対する第１図に示された焦点
誤差検出装置の光検出器上に形成されるスポットの形状
変化を示し、第2B図は、対物レンズが合焦状態に維持さ
れている際のスポットを示し、第2A図及び第2C図は、夫
々合焦時の位置よりも対物レンズが光ディスクに近接し
た際及び対物レンズが離れた際のスポットを示してい
る。第３図は、第１図の焦点誤差検出装置における焦点
誤差に対する焦点誤差信号及び再生情報信号の変化を示
す特性図である。第４図は、本発明の第１の実施例に係
る焦点誤差を検出する装置の概略的構成を示す図、第5A
図及び第5B図は、第４図に示された装置における焦点誤
差に対する光検出器上の像の変化を示す図、第６図は、
第４図に示された装置の光学系の焦点誤差検出方法の検
出原理を説明するための光学系の概略図、第７図は、第
４図に示される装置における焦点誤差に対する焦点誤差
信号及び再生情報信号の変化を示す特性図、第８図は、
本発明の第２の実施例に係る焦点誤差検出装置の光学系
を示す概略図、第９図は、第８図に示される屈折率分布
型光学素子を示す斜視図、第10図は、第８図に示される
一体化光検出器の構成を示す平面図、第11図は、本発明
の第３の実施例に係る焦点誤差検出装置の光学系を示す
概略図、第12図は、第11図に示される装置の一体化光検
出器の構成を示す平面図、第13図は、本発明の第４の実
施例に係る焦点誤差検出装置の概略構成を示す図、第14
図は、本発明の第５の実施例に係る焦点誤差検出装置の
光学系を示す概略図、第15図は、第14図に示されるホロ
グラフィック素子の構成を示す分解斜視図、第16図は、
第14図に示されたホログラフィック素子を通過した光ビ
ームの断面形状の変化を示す図、第17図は、この発明の
第６の実施例に係る焦点誤差検出装置の光学系を示す概
略図、第18図は、第17図に示した光学系に適用可能な円
錐レンズを示す斜視図、第19図は、第17図に示した光学
系に適用可能なダブルウエッジプリズムを示す斜視図、
第20図及び第21図は、第17図に示した光学系に適用可能
な光学素子を示す概略図、第22図から第27図は、第17図
に示した光学系の変形例を示す概略図、第28図は、この
発明の第７の実施例に係る焦点誤差検出装置の光学系を
示す概略図、 第29図は、第28図に示した複合プリズムの断面図、第30
図は、第29図に示した複合プリズムに対する比較例とし
ての第29図に示した複合プリズムの形状とは異なる形状
を有する複合プリズムの断面図、第31図は、この発明の
第８の実施例に係る焦点誤差検出装置の光学系を示す概
略図、第32図から第35図は、第31図に示した光学系の変
形例を示す光学系の配置図である。 １……光源、２……コリメートレンズ、３……ビーム整
形プリズム、４……ビームスプリッタ、５……ミラー、
６……対物レンズ、７……光ディスク、８、62……シリ
ンドリカルレンズ、9,10、63……三角プリズム、11,12
……光検出器、21……ウエッジプリズム、23……屈折率
分布型素子、51,130……ホォログラフィック素子、109
……フーコープリズム、118……光学素子、120……円柱
レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 7/09

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光メモリの記録面から反射された光ビーム
   を第１方向に集束させる第１の光学素子と、 前記第１の光学素子を通過した前記光ビームを前記第１
   方向に直交する第２方向に延びた分割線に沿って第１お
   よび第２の光ビームに分割し、かつ該第１および第２の
   光ビームに前記第２方向に沿って互いに逆方向の収差を
   与える第２の光学素子と、 前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分され
   た二つの検出領域を有し、前記第２の光学素子からの前
   記第１の光ビームを検出して第１及び第２の検出信号を
   発生する第１の光検出器と、 前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分され
   た二つの検出領域を有し、前記第２の光学素子からの前
   記第２の光ビームを検出して第３及び第４の検出信号を
   発生する第２の光検出器 とを具備することを特徴とする光ヘッド。
2. 【請求項２】前記第１の光学手段は、前記光メモリの記
   録面から反射された前記光ビームが凸面側に入射し、平
   坦面側から出射するように配置されたシリンドリカルレ
   ンズにより構成され、 前記第２の光学素子は、前記シリンドリカルレンズの平
   坦面側にそれぞれ光ビーム入射側の面が接合され、それ
   ぞれの光ビーム出射側の面が前記第２方向に関して互い
   に逆向きに傾斜して配置された第１及び第２の三角プリ
   ズムにより構成されることを特徴とする請求項１記載の
   光ヘッド。
3. 【請求項３】光メモリの記録面から反射された光ビーム
   を第１方向に延びた分割線に沿って第１及び第２の光ビ
   ームに分割する第１の光学素子と、 この第１の光学素子により分割された前記第１及び第２
   の光ビームを前記第１方向と直交する第２方向に集束さ
   せる第２の光学素子と、 前記第２の光学素子からの前記第１及び第２の光ビーム
   に対して前記第１方向に沿った収差を与える第３の光学
   素子と、 前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分され
   た２つの検出領域を有し、前記第３の光学素子からの前
   記第１の光ビームを検出して第１及び第２の検出信号を
   発生する第１の光検出器と、 前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分され
   た２つの検出領域を有し、前記第３の光学素子からの前
   記第２の光ビームを検出して第３及び第４の検出信号を
   発生する第２の光検出器 とを具備することを特徴とする光ヘッド。
4. 【請求項４】前記第１の光学素子はウェッジプリズムに
   より構成され、 前記第２の光学素子は前記第１の光学素子からの前記第
   １及び第２の光ビームが凸面側に入射し、凹面側から出
   射するように配置されたシリンドリカルレンズにより構
   成され、 前記第３の光学素子は、前記シリンドリカルレンズの平
   坦面側に配置され、かつ前記第１方向に沿って区分され
   た第１及び第２の屈折率変化部分からなり、該第１及び
   第２の屈折率変化部分は屈折率が前記第１方向に沿っ
   て、かつ互いに逆の方向に変化している屈折率分布型光
   学素子により構成されることを特徴とする請求項３記載
   の光ヘッド。
5. 【請求項５】光メモリの記録面から反射された光ビーム
   を第１方向に集束させる集束機能、該光ビームを前記第
   １方向に直交する第２方向に延びた分割線に沿って第１
   及び第２の光ビームに分割する分割機能、並びに前記第
   １及び第２の光ビームに前記第２方向に沿った収差を与
   える収差付与機能を有するホログラフィック素子と、 前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分され
   た２つの検出領域を有し、前記ホログラフィック素子か
   らの前記第１の光ビームを検出して第１及び第２の検出
   信号を発生する第１の光検出器と、 前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分され
   た２つの検出領域を有し、前記ホログラフィック素子か
   らの前記第２の光ビームを検出して第３及び第４の検出
   信号を発生する第２の光検出器 とを具備することを特徴とする光ヘッド。
6. 【請求項６】光メモリの記録面から反射された光ビーム
   を第１方向に集束させ、かつ該第１方向に直交する第２
   方向に沿った収差を与える第１の光学素子と、 前記第１の光学素子からの前記光ビームを前記第２方向
   に延びた分割線に沿って第１及び第２の光ビームに分割
   する第２の光学素子と、 前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分され
   た二つの検出領域を有し、前記第２の光学素子からの前
   記第１の光ビームを検出して第１及び第２の検出信号を
   発生する第１の光検出器と、 前記分割線に平行に延びた非検出領域を介して区分され
   た二つの検出領域を有し、前記第２の光学素子からの前
   記第２の光ビームを検出して第３及び第４の検出信号を
   発生する第２の光検出器 とを具備することを特徴とする光ヘッド。
7. 【請求項７】前記第１の光学素子は、前記第２方向に沿
   って傾けて配置された円柱レンズにより構成され、 前記第２の光学素子は、フーコープリズムにより構成さ
   れることを特徴とする請求項６記載の光ヘッド。
8. 【請求項８】光ビームを発生する光源と、 前記光源から発生された前記光ビームを光メモリの記録
   面に集束するように配置され、合焦状態のとき最小ビー
   ムスポットを前記記録面上に形成し、非合焦状態のとき
   に最小ビームスポットよりも大きなビームスポットを前
   記記録面上に形成する対物レンズ とをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７の
   いずれか１項記載の光ヘッド。
9. 【請求項９】光源から発生された光ビームを光メモリの
   記録面に集束する対物レンズの該記録面に対する焦点誤
   差を検出する焦点誤差検出装置であって、 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光ヘッドと、 前記第１乃至第４の検出信号を処理して前記焦点誤差に
   対応する焦点誤差検出信号を発生する処理手段 とを具備することを特徴とする焦点誤差検出装置。
10. 【請求項１０】前記焦点誤差が０のときに前記二つの検
    出領域への入射光量が等しくなる光軸上の位置に対し
    て、前記第１及び第２の光検出器の一方を前方に、他方
    を後方にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項９記
    載の焦点誤差検出装置。