JPH046632A

JPH046632A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JPH046632A
Application number: JP2106405A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamazaki; 健山崎
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1992-01-10

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〕この発明は、例えば光ディスク、光カート、光磁気ディ
スク等の光学式情報記録媒体に対して情報の記録および
／または再生を行う記録／再生装置に用いるに好適な焦
点検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の焦点検出装置として、例えば特開昭５６５７０１
３号公報に、第８図および第９図に示すようなものが提
案されている。第８図に示す焦点検出装置においては、
レーザダイオード（ＬＤ）　１から放射された光を平行
平板２の半透過面３で反射させた後、対物レンズ４を経
てディスク５に収束し、その反射光を対物レンズ４を経
て平行平板２の半透過面３を透過させた後、該平行平板
２の反射面６で反射させ、その後再び半透過面３を透過
させて光検出器７で受光することにより、その出力に基
づいて対物レンズ４のディスク５に対する焦点状態すな
わちフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）を得るようにして
いる。すなわち、この焦点検出装置においては、平行平
板２を用いてディスク５からの戻り光にＦＥＳ検出のた
めの非点収差を与えると共に、ディスク５に対する入射
光と戻り光とを分離することにより、部品点数の低減お
よび装置の小型化を図っている。

また、第９図に示す焦点検出装置においては、第８図の
平行平板２の代わりに、くさび挟板８を用いて同様の作
用を行わせることにより、その厚さを平行平板よりも蒲
＜シて、−層の小型化を図っている。

さらに、他の従来の焦点検出装置として、特開平１−２
２９４３７号公報には第１０図に示すようなものが提案
されている。この焦点検出装置においては、同一半導体
基体にＬＤＩＩと、その両側に受光素子（ＰＤ）　１２
．１３および１４．１５とを一体に形成した受発光素子
１６を用い、ＬＤＩＩからの光をホログラム素子１７お
よび対物レンズ１８を経て光ディスク１９に収束して投
射し、その反射光を対物レンズ１８を経てホログラム素
子１７に入射させ、その±１次回折光をＰＤ１２１３お
よび１４．１５でそれぞれ受光するようにすると共に、
ホログラム素子１７により±１次回折光に非点収差を与
えて、ＰＤ１２．１３および１４．１５上で±１次回折
光のビーム形状が互いにほぼ逆方向に変化するようにし
て、ＰＤ１２〜１５の出力に基づいてＦＥＳを得るよう
にしている。

すなわち、この焦点検出装置においては、第１１図Ａ〜
Ｃに示すように、ＰＤ１２．１３および１４．１５に入
射する±１次回折光２１および２２のビーム形状が、光
ディスク１９が対物レンズ１８の焦点位置に位置する合
焦状態では第１１図Ｂに示すように互いに等しくなり、
光ディスク１９が対物レンズ１８の焦点位置よりも対物
レンズ１８側に近づいたときは第１１図Ａに示すように
なり、逆に対物レンズ１８の焦点位置よりも遠ざかった
ときは第１１図Ｃに示すようになるようにしている。こ
のようにして、ＰＤ１２の出力をＡ１、ＰＤ１３の出力
をＡ２、ＰＤ１４の出力をＡ３、ＰＤ１５の出力をＡ４
とするとき、ＦＥＳを、ＦＥＳ＝（Ａ＋＋Ａ３）−（Ａｚ＋Ａ４）により得るよ
うにしている。

この焦点検出装置においては、上記のように、ＬＤＩＩ
およびＰＤ１２〜１５を同一半導体基体に一体に形成し
た受発光素子１６を用いることにより、ＬＤおよびＰＤ
の調整を不要にすると共に、装置の小型化を図っている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第８図に示す焦点検出装置においては、
平行平板２によってＦＥＳ検出のだめの非点収差を得る
ようにしているため、平行平板２として比較的厚さの厚
いものが必要となり、これがため装置の小型化および軽
量化が難しいという問題がある。また、第９０のように
平行平板２の代わりにくさび挟板８を用いるものにあっ
ては、平行平板２に比べてそのくさび挟板８の加工コス
トが高いため、装置全体が高価になるという問題がある
。

また、第１１図に示した焦点検出装置にあっては、ＬＤ
ＩＩから放射された光のうち、ホログラム素子１７を通
る際に生した±１次回折光の光ディスク１９からの戻り
光が、再びホログラム素子１７を透過してＰＤ１２〜１
５に迷光となって入射するため、ＦＥＳや再生信号（Ｒ
Ｆ）およびトラッキングエラー信号（ＴＥＳ）を安定し
て得ることがてきないという問題かある。

この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、調整を簡単にでき、したがって安価にできると
共に、焦点状態を常に安定して高精度で検出できるよう
適切に構成した焦点検出装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段および作用］上記目的を達
成するため、この発明では、同一半導体基体上に形成し
た発光部および受光部を有する受発光素子と、この受発光素子の発光部からの光を収束して被照射物体
に投射する収束光学系と、前記受発光素子および収束光学系との間の光路中に配置
され、前記受発光素子からの光を前記収束光学系を経て
前記被照射物体に導く半透過面から成る第１面と、前記
被照射物体で反射され、前記収束光学系を経た戻り光の
瞳の半分を反射させて前記受発光素子に導く部分反射面
から成る第２の面とを有する検出光学素子とを具え、前
記受発光素子の受光部の出力に基づいて前記収束光学系
の前記被照射物体に対する焦点状態を検出するよう構成
する。

また、この発明では、同一半導体基体上に形成した発光
部および受光部を有する受発光素子と、この受発光素子
および被照射物体との間の光路中に配置され、前記受発
光素子からの光を収束して前記被照射物体に導く半透過
面から成る第１面と、前記被照射物体で反射された戻り
光の瞳の半分を反射させて前記受発光素子に収束して導
く部分反射面から成る第２の面とを有する収束検出光学
素子とを具え、前記受発光素子の受光部の出力に基づいて前記収束検出
光学素子の前記被照射物体に対する焦点状態を検出する
よう構成する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。この
実施例では、受発光素子３１として、第２図に示すよう
に、発光面および受光面が同一平面に位置するように、
同一半導体基体６１上に１個のＬＤ５１と、６個のＰＤ
５２〜５７とを一体に形成したものを用いる。

第２図において、ＬＤ５１は、ストライプ形ダブルへテ
ロ（ＤＨ）構造のもので、基体６１の一方の面上に、ｎ
形のＧａ、−ＸＡＬＸＡｓより成るクラッド層６２、Ｇ
ａＡｓより成る活性層６３、Ｐ形のＧａ１−ｘ　ＡＬ、
　Ａｓより成るクラッド層６４、ｐ−ＧａＡｓ層６５、
酸化膜６６および電極金属６７を順次に積層して設け、
他方の面上に電極金属６８を設けて構成する。すなわち
、このＬＤ５１は、クラッド層６２．６４の結晶の臂開
面を利用して、ｐｎ接合面と垂直な方向において光学的
に平行平面なファブリペロ−反射鏡を形成すると共に、
活性層６３をクラッド層６２．６４でサンドウィンチす
るＤＩ（構造とすることによって、キャリアの閉し込め
と光の閉し込めとの両効果を得るようにしたものである
。なお、この１Ｄ５１は、活性層６３内に横方向の屈折
率分布をもたない典型的な利得導波型のもので、活性層
６３の厚さは、通常０．１〜０．５　μｍ、クランド層
６２．６４の厚さは、通常１〜２μｍである。また、ク
ラット層６４上のｐ−ＧａＡｓ層６５は、電極をとり易
くするためのものであり、酸化膜６６は電流を部分的に
流して単一基本横モードを得るためのもので、ストライ
プ構造となっている。このように構成したＬＤ５１の順
方向電圧は約２ｖ、逆方向のブレークダウン電圧は１０
〜５０Ｖである。

ＰＤ５２〜５７は、基体６１上にＬＤ５１と同様に形成
し、ＬＤ５１およびＰＤ５２〜５７のそれぞれの間は、
エツチング等により基体６１に到達するまで溝６９〜７
４を形成して電気的にアイソレートする。なお、Ｐ［１
５２〜５７においては、ＬＤ５１におけるような電流を
部分的に流すためのストライプ構造の酸化膜６６は設け
ないようにする。

このようにすれば、活性層６３の感度を、ＬＤ５１およ
びＰＤ５２〜５７の配列方向（×方向）において−様と
することができ、受発光素子３１として望ましい特性が
得られる。

なお、このような受発光素子３１の製作プロセスやレー
ザ発振特性、ＰＤ特性は「モノシリツクに集積化したＧ
ａＡＬＡｓレーザ／ディテクタ・アレイｊ電子通信学会
、ＱＯＥ８６−１〜１４．ＰＰ７３〜７７．１９８６．
４．２１に詳しく述べられている。

上記の受発光素子３１におけるように、ＰＯ５２〜５７
をＬＤ５１と同一の半導体基体６１に同様に形成した場
合のＰＯ５２〜５７の厚さ方向、すなわちｙ方向の感度
特性は、第３図に示すようになるが、この感度特性はＰ
Ｏ５２〜５７に印加する逆方向電圧によっである程度コ
ントロールすることができる。

第１図において、受発光素子３１のＬＤ５１からの光は
、検出光学素子３２の半透過面（第１面）３３で反射さ
せた後、対物レンズ３８を経て光ディスク等の被照射物
体３５に収束して投射する。この実施例では、検出光学
素子３２の半透過面３３にグレーティングを形成し、こ
こで発生する±１次回折光も対物レンズ３８を経て被照
射物体３５に投射する。したがって、被照射物体３５に
はＯ次回折光の主ビームスポット３６と、±１次回折光
の副ビームスポット３７ａ、　３７ｂとの３つのスポッ
トが形成されることになる。なお、半透過面３３に形成
するグレーティングは、透過時の±１次回折光の回折効
率が０次回折光よりも充分小さくなるように形成する。

被照射物体３５での主ビームスポンド３６の反射光は、
対物レンズ３８を経て検出光学素子３２０半透過面３３
に入射し、ここでの反射光はグレーティングにより回折
されて第１光路として受発光素子３１に入射し、第４図
に示すようにスポツ１〜８０．８１．８２を形成する。

また、主ビームスポット３６の戻り光のうち、検出光学
素子３２の半透過面３３を透過した光は、該検出光学素
子３２０部分反射面（第２面）３４に入射し、この入射
光のうち反射領域３４ａに入射したものが反射されて、
半透過面３３を経て第２光路として受発光素子３１に入
射し、第４図に示すようにスポット７８を形成する。な
お、検出光学素子３２の部分反射面３４は、戻り光の瞳
の半分を反射させるため、第５図に示すように反射領域
３４ａ　と非反射領域３４ｂとをもって構成する。

また、被照射物体３５での副ビームスボッ）　３７ａ３
７ｂの反射光も、主ビームスポット３６の反射光と同様
に第１および第２光路を経て受発光素子３１に入射する
。すなわち、副ビームスポット３７ａの反射光により、
上記の第１光路を経て第４図に示すように、受発光素子
３１にスポ７　ドア５，８１．８０を形成すると共に、
第２光路を経てスポット７７を形成する。また、副ビー
ムスポット３７ｂの反射光により、上記の第１光路を経
て受発光素子３１にスポット８０８２、７６を形成する
と共に、第２光路を経てスポット７９を形成する。

この実施例では、スポット７日を用いてＦＥＳを検出す
ると共に、再生信号（ＲＦＳ）を検出する。ここで、ス
ポット７８は、検出光学素子３２の部分反射面３４を経
て形成されたスポットで、瞳の半分がけられたビームの
スポットとなっているので、合焦およびデフォーカス状
態でのスポット形状は、第６図Ａ−Ｃに示すようになる
。すなわち、合焦状態では、第６図Ｂに示すようにスポ
ット中心がＰＤ５５゜５６の中心に一致する小さなスポ
ットとなり、デフォーカス状態では、そのデフォーカス
の方向に応じて、第６図ＡおよびＣに示すように、ＰＤ
５５または５６の一方に偏ったほぼ半円形スポットとな
る。

したがって、ナイフエッヂ法により、ＰＤ５５．５６の
出力に基づいてＦＥＳを検出することができる。ここで
、ＦＥＳは、ＰＤ５５の出力をＳｏ、ＰＤ５６の出力を
３２とすると、ＦＥＳ−５Ｉ　　　５２によって得ることができる。

また、ＲＦＳは、スポット７８の強度変化から、ＲＦＳ
＝Ｓｔ＋５２によって得ることができる。

さらに、この実施例では、副ビームスポット３７ａ　、
　３７ｂの戻り光によって受発光素子３１に形成される
スポット７５，７６．７７．７９を用いてトラッキング
エラー信号（ＴＢＳ）を検出する。このＴＢＳの検出は
、３ビーム法によるもので、副ビームスポット３７ａ３
７ｂのＰＤへの投射スポットの強度差によって検出する
。ここで、検出光学素子３２を経て受発光素子３１に入
射する光路は、上記のように第１および第２の２つの光
路があるので、副ビームスポット３７ａ、３７ｂの受発
光素子３１への投射スポットも２組（７５，７６および
７７．７９）ある。したがって、ＴＥＳは、ＰＤ５２．
５３．５４および５７の出力を、それぞれＳ：ｌ＋Ｓ４
＋ＳＳおよびＳ６とすると、ＹＥＳ＝５３−５゜ＴＢＳ＝５５−５６ＴＥＳ　−（Ｓ３＋Ｓｓ）　−（Ｓｎ＋５６）の任意の
式に基づいて得ることができる。

以上のように、この実施例においては、ＬＤ５１および
ＰＤ５２〜５７を同−半導体基体上に形成した受発光素
子３１を用いるようにしたので、全体を小型、軽量にで
き、したがって被照射物体３５に対して全体を一体駆動
することが可能になると共に、ＬＤ５１に対するＰＤ５
２〜５７の位置調整が不要となり、したがって調整工数
を大幅に低減でき、安価にできる。

また、被照射物体３５に対する入射光および戻り光の光
路の分岐に、半透過面３３および部分反射面３４から成
る検出光学素子３２を用いるようにしたので、ＰＤ５２
〜５７に対する迷光を少なくできると共に、波長変動に
よるスポットの移動もきわめて小さくでき、したがって
ＦＥＳ、　ＲＦＳおよびＴＥＳを常に安定して高精度で
検出することができる。

第７図はこの発明の第２実施例を示すものである。この
実施例は、第１実施例の検出光学素子３２および対物レ
ンズ３８に代えて、回転楕円面の半透過面（第１面）４
０および部分反射面（第２面）４１から成る収束検出光
学素子３９を用い、これにより第１実施例の検出光学素
子３２および対物レンズ３８の作用を兼ねさせるように
したもので、その他の構成および作用は第１実施例と同
様である。

このように、収束検出光学素子３９により対物レンズ作
用をも持たせるようにすれば、構成をより簡単にでき、
かつ安価にできると共に、超軽量化を図ることができる
。

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば
、上述した実施例では、受発光素子３１のＬＤ５１を、
活性層６３内に横方向の屈折率分布をもたない典型的な
利得導波型としたが、横方向に屈折率差をつけて光の閉
し込めを行う屈折率導波型、または高周波で変調しても
スペクトルが拡がらずに単一縦モートで発振でき、流す
電流によって発振波長が変化しない分布帰還型（ＤＦＢ
）あるいは分布反射型（ＤＢＲ）とすることもできる。

また、ＬＤ５１およびＰＤ５２〜５７を構成する半導体
基体６１は、ＧａＡｓに限らず、Ｓｉを用いることもて
きる。この場合には、Ｓｉ基体にプリアンプ等の周辺回
路をも一体に形成することができるので、構成をより簡
単にできる。さらに、半導体基体６１はｎ型に限らず、
ｐ型とすることもできる。

〔発明の効果〕

上述したように、この発明によれば、発光部および受光
部を同−半導体基体上に形成した受発光素子を用いるよ
うにしたので、発光部に対する受光部の位置調整が不要
となり、したがって調整工数を大幅に低減できると共に
安価にできる。

また、半透過面から成る第１面と、部分反射面から成る
第２面とを有する検出光学素子により、被照射物体に対
する入射光と戻り光とを分岐すると共に、戻り光の瞳の
半分を受発光素子の受光部に導くようにしたので、受光
部に対する迷光を少なくでき、したがって焦点状態を常
に安定して高精度で検出することができる。

さらに、検出光学素子に光束の収束機能を持たせること
により、構成をより簡単にでき、かつ安価にできると共
に、超軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図、第２図は第１
回に示す受発光素子の一例の構成を示す図、第３図はそのＰＤの厚さ方向における感度特性を示す図
、第４図は第１図において受発光素子に形成されるスポッ
トを説明するための図、第５図は第１図に示す検出光学素子の部分反射面の構成
を示す図、第６図Ａ、　ＢおよびＣは第１図に示す受発光素子のＰ
Ｄに入射する焦点検出用ビームの形状変化を説明するた
めの図、第７図はこの発明の第２実施例を示す図、第８図、第９
図、第１０図および第１１図Ａ−Ｃは従来の技術を説明
するための図である。３１−受発光素子　　　　３２−検出光学素子３３−半
透過面（第１面）　３４一部分反射面（第２面）３４ａ
　−一反射領域　　　　３４ｂ−非反射領域３５−被照
射物体　　　　３６−主ビームスポット３７ａ、３７ｂ
−副ビームスポット３８一対物レンズ　　　　３９−収束検出光学素子４〇
−半透過面（第１面）４１一部分反射面（第２面）５１
−−ＬＤ　　　　　　　　　５２〜５７−ＰＯＣ３−半
導体基体　　　　７５〜８２−スポット第３図第４図デ第１図第２図第８図ｆ６第１１図

Claims

【特許請求の範囲】１、同一半導体基体上に形成した発光部および受光部を
有する受発光素子と、この受発光素子の発光部からの光を収束して被照射物体
に投射する収束光学系と、前記受発光素子および収束光学系との間の光路中に配置
され、前記受発光素子からの光を前記収束光学系を経て
前記被照射物体に導く半透過面から成る第１面と、前記
被照射物体で反射され、前記収束光学系を経た戻り光の
瞳の半分を反射させて前記受発光素子に導く部分反射面
から成る第２の面とを有する検出光学素子とを具え、前記受発光素子の受光部の出力に基づいて前記収束光学
系の前記被照射物体に対する焦点状態を検出するよう構
成したことを特徴とする焦点検出装置。２、同一半導体基体上に形成した発光部および受光部を
有する受発光素子と、この受発光素子および被照射物体との間の光路中に配置
され、前記受発光素子からの光を収束して前記被照射物
体に導く半透過面から成る第１面と、前記被照射物体で
反射された戻り光の瞳の半分を反射させて前記受発光素
子に収束して導く部分反射面から成る第２の面とを有す
る収束検出光学素子とを具え、前記受発光素子の受光部の出力に基づいて前記収束検出
光学素子の前記被照射物体に対する焦点状態を検出する
よう構成したことを特徴とする焦点検出装置。３、前記受発光素子、収束光学系および検出光学系を一
体に駆動するよう構成したことを特徴とする請求項１記
載の焦点検出装置。４、前記受発光素子および収束検出光学素子を一体に駆
動するよう構成したことを特徴とする請求項２記載の焦
点検出装置。