JP2761180B2 - Micro displacement measuring device and optical pickup device - Google Patents
Micro displacement measuring device and optical pickup deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、微小変位測定装置,フ
ォーカスエラー信号検出装置及び光ピックアップ装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small displacement measuring device, a focus error signal detecting device, and an optical pickup device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、光磁気ディスク用の光学ヘッドに
使用されているフォーカスエラー信号を用いたフォーカ
スサーボ方式としては、非点収差法、臨界角法、ナイフ
エッジ法などが知られている。この中において、非点収
差法は光磁気ディスク用として用いられる他、コンパク
トディスク、レーザディスクを含む光ディスク全般に用
いられている。非点収差法に関する公知技術としては、
特公昭53−39123号公報に「自動焦点調整装
置」、特公昭57−12188号公報に「動いているデ
ータキャリア上に読取光ビームを集束させる装置」、特
公昭60−48949号公報に「光ビームで情報を読み
取る装置」、特公昭61−61178号公報に「自動焦
点調節法」としてそれぞれ開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a focus servo method using a focus error signal used in an optical head for a magneto-optical disk, an astigmatism method, a critical angle method, a knife edge method and the like are known. Among them, the astigmatism method is used not only for magneto-optical disks but also for all optical disks including compact disks and laser disks. Known techniques related to the astigmatism method include:
Japanese Patent Publication No. 53-39123 discloses an "automatic focus adjusting device", Japanese Patent Publication No. 57-12188 discloses a "device for focusing a reading light beam on a moving data carrier", and Japanese Patent Publication No. 60-48949 discloses a light source. Apparatus for Reading Information with Beam "and JP-B-61-61178, each of which is disclosed as an" automatic focus adjustment method ".
【0003】図16は、光ピックアップ装置における非
点収差法の動作原理を示したものである。半導体レーザ
(図示せず)から出射した光は、コリメートレンズ(図
示せず)によりコリメートされ、ビームスプリッタ1を
透過して対物レンズ2により集光され光ディスク3の面
上に照射され、これにより情報の記録等が行われる。ま
た、光ディスク3からの反射光は、対物レンズ2を介し
て、ビームスプリッタ1により今度は反射され、集光レ
ンズ4、円筒レンズ5を順次透過して非点収差の発生し
たビーム6となり、このビーム6は4分割受光面a,
b,c,dをもつ受光素子7に導かれ、アンプ8に送ら
れることによりフォーカスエラー信号Foが検出され
る。FIG. 16 shows the principle of operation of the astigmatism method in an optical pickup device. Light emitted from a semiconductor laser (not shown) is collimated by a collimator lens (not shown), passes through a beam splitter 1, is condensed by an objective lens 2, and is irradiated on a surface of an optical disc 3, thereby obtaining information. Is recorded. The reflected light from the optical disk 3 is reflected by the beam splitter 1 via the objective lens 2 this time, and sequentially passes through the condenser lens 4 and the cylindrical lens 5 to form a beam 6 having astigmatism. Beam 6 is divided into four divided light receiving surfaces a,
The focus error signal Fo is detected by being guided to the light receiving element 7 having b, c, and d and sent to the amplifier 8.
【0004】この場合、光ディスク3が合焦時には、そ
の光ディスク3からの反射光のビーム6の形状は、受光
素子7の4分割受光面a,b,c,dにおいて円形とな
る。この円形の時、差動出力{(a+c)−(b+
d)}の値は零となり、フォーカスエラー信号Foの値
は検出されない。また、光ディスク3が対物レンズ2か
ら遠くなったり近くなったりすると、ビーム6の形状は
真円から長円形状となり、差動出力は零とならず、これ
によりフォーカスエラー信号の値は正(遠い)或いは負
(近い)となって、対物レンズの位置調整が行われる。In this case, when the optical disk 3 is in focus, the shape of the beam 6 of the reflected light from the optical disk 3 is circular on the four-divided light receiving surfaces a, b, c, d of the light receiving element 7. In this circular shape, the differential output {(a + c) − (b +
d) The value of} becomes zero, and the value of the focus error signal Fo is not detected. When the optical disk 3 moves farther or closer to the objective lens 2, the shape of the beam 6 changes from a perfect circle to an ellipse, and the differential output does not become zero, so that the value of the focus error signal is positive (far). ) Or negative (close), and the position of the objective lens is adjusted.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】近年、この種の光ディ
スク装置においては、アクセスタイムの高速化が要求さ
れており、このような目的を達成するためには、光ピッ
クアップ部の小型化、軽量化が必要不可欠となる。しか
し、前述したような非点収差法を用いたフォーカスサー
ボ方式では、ビームの形状変化を検出するために、受光
素子7までの距離(検出長)をある程度大きく(数c
m)しなければ十分な検出感度を得ることができない。
従って、従来の光ディスク装置においては小型化におの
ずと限界がある。また、受光素子7上のスポット径は数
ミクロンから数十ミクロンとかなり小さいため、調整が
難しく、環境によってはオフセットが生じることになる
ため、検出された信号が不安定となる。In recent years, this type of optical disk device has been required to have a shorter access time, and in order to achieve such an object, the size and weight of the optical pickup section have been reduced. Is indispensable. However, in the focus servo method using the astigmatism method as described above, the distance (detection length) to the light receiving element 7 is increased to some extent (several c) in order to detect a change in beam shape.
m), sufficient detection sensitivity cannot be obtained.
Therefore, there is a limit in miniaturization of the conventional optical disk device. In addition, since the spot diameter on the light receiving element 7 is as small as several microns to several tens of microns, adjustment is difficult, and an offset occurs depending on the environment, so that the detected signal becomes unstable.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、光源からの光を対物レンズにより集光して測定物に
照射しその測定物により反射され前記対物レンズを再び
通過した光が入射することにより±n次光の第一回折光
を発生する第一回折格子と、前記第一回折光が入射する
前記第一回折格子とは格子ピッチが異なり±m次光の第
二回折光を発生する第二回折格子とを有し前記第二回折
光の間での干渉により干渉縞を発生させる干渉縞発生手
段を設け、その発生した干渉縞の位相とピッチの変化を
受光素子により検出し前記測定物の光軸方向への移動量
を算出する測定物移動量算出手段を設けた。According to the first aspect of the present invention, light from a light source is condensed by an objective lens and irradiated on a measurement object, and light reflected by the measurement object and passed through the objective lens again is incident. The first diffraction grating that generates the first diffracted light of the ± n-order light by performing the second diffraction light of the ± m-order light is different in grating pitch from the first diffraction grating on which the first diffraction light is incident. A second diffraction grating to be generated, and interference fringe generating means for generating interference fringes by interference between the second diffracted lights is provided, and a change in phase and pitch of the generated interference fringes is detected by a light receiving element. An object moving amount calculating means for calculating the moving amount of the object in the optical axis direction is provided.
【0007】請求項2記載の発明では、光源からの光を
対物レンズにより集光して測定物に照射しその測定物に
より反射され前記対物レンズを再び通過した光が入射す
ることにより±n次光の第一回折光を発生する第一等ピ
ッチ回折格子と、前記第一回折光が入射する前記第一等
ピッチ回折格子と格子ピッチが同一でかつその第一等ピ
ッチ回折格子とは相対的な位相が異なる±m次光の第二
回折光を発生する第二等ピッチ回折格子とを有し前記第
二回折光の間での干渉により干渉縞を発生させる干渉縞
発生手段を設け、その発生した干渉縞の位相とピッチの
変化を受光素子により検出し前記測定物の光軸方向への
移動量を算出する測定物移動量算出手段を設けた。According to the second aspect of the present invention, light from a light source is condensed by an objective lens and radiated on an object to be measured, and light reflected by the object and passed through the objective lens again enters the ± n-th order. The first equal-pitch diffraction grating that generates the first diffracted light of the light, and the first equal-pitch diffraction grating to which the first diffracted light is incident have the same grating pitch as the first equal-pitch diffraction grating and are relatively And a second equal-pitch diffraction grating that generates second diffracted light of ± m-order light having different phases, and an interference fringe generating unit that generates interference fringes by interference between the second diffracted lights is provided. An object movement amount calculating means for detecting a change in the phase and pitch of the generated interference fringes by a light receiving element and calculating the amount of movement of the object in the optical axis direction is provided.
【0008】請求項3記載の発明では、請求項1又は2
記載の発明において、干渉縞発生手段の±m次光の第二
回折光の間で発生した干渉縞の位相とピッチの変化を受
光する受光素子は、2分割された受光面をもち、これら
各受光面の出力値の差から移動量を算出するようにし
た。According to the third aspect of the present invention, the first or second aspect is provided.
In the invention described in the above, the light receiving element that receives the change of the phase and the pitch of the interference fringe generated between the second diffracted lights of the ± m-order light of the interference fringe generating means has a light receiving surface divided into two, and The movement amount is calculated from the difference between the output values of the light receiving surfaces.
【0009】請求項4記載の発明では、光源からの光を
対物レンズにより集光して記録媒体に照射し、その記録
媒体からの反射光を受光素子に検出することにより情報
の記録や再生を行う光ピックアップ装置において、前記
記録媒体からの反射光が入射することにより±n次光の
第一回折光を発生する第一回折格子と、前記第一回折光
が入射する前記第一回折格子とは格子ピッチが異なり±
m次光の第二回折光を発生する第二回折格子とを有し前
記第二回折光の間での干渉により干渉縞を発生させる干
渉縞発生手段を前記受光素子の前段に設け、その発生し
た干渉縞の位相とピッチの変化を前記受光素子の4分割
された受光面により検出し、それら各受光面上での干渉
縞の分布を読取ることによりフォーカスエラー信号を求
めかつ前記記録媒体上のトラックパターンに対応する前
記干渉縞を読取ることによりトラックエラー信号を求め
かつ前記4分割された受光面の総出力値から再生記録信
号を求める記録媒体移動量算出手段を設けた。According to a fourth aspect of the present invention, recording and reproduction of information is performed by condensing light from a light source by an objective lens and irradiating the recording medium with light, and detecting light reflected from the recording medium by a light receiving element. In the optical pickup device to perform, the first diffraction grating to generate the first diffracted light of ± n order light by the incident light reflected from the recording medium, and the first diffraction grating to which the first diffracted light is incident Has a different lattice pitch ±
a second diffraction grating that generates a second diffracted light of the m-th order light; and an interference fringe generating unit that generates interference fringes by interference between the second diffracted lights is provided at a stage preceding the light receiving element. The change in the phase and pitch of the interference fringes is detected by the four divided light receiving surfaces of the light receiving element, and the distribution of the interference fringes on each of the light receiving surfaces is read to obtain a focus error signal, and the focus error signal is obtained. A recording medium moving amount calculating means for obtaining a track error signal by reading the interference fringe corresponding to the track pattern and obtaining a reproduction recording signal from a total output value of the four divided light receiving surfaces is provided.
【0010】請求項5記載の発明では、光源からの光を
対物レンズにより集光して記録媒体に照射し、その記録
媒体からの反射光を受光素子に検出することにより情報
の記録や再生を行う光ピックアップ装置において、前記
記録媒体からの反射光が入射することにより±n次光の
第一回折光を発生する第一等ピッチ回折格子と、前記第
一回折光が入射する前記第一等ピッチ回折格子と格子ピ
ッチが同一でかつその第一等ピッチ回折格子とは相対的
な位相が異なる±m次光の第二回折光を発生する第二等
ピッチ回折格子とを有し前記第二回折光の間での干渉に
より干渉縞を発生させる干渉縞発生手段を前記受光素子
の前段に設け、その発生した干渉縞の位相とピッチの変
化を前記受光素子の4分割された受光面により検出し、
それら各受光面上での干渉縞の分布を読取ることにより
フォーカスエラー信号を求めかつ前記記録媒体上のトラ
ックパターンに対応する前記干渉縞を読取ることにより
トラックエラー信号を求めかつ前記4分割された受光面
の総出力値から再生記録信号を求める記録媒体移動量算
出手段を設けた。According to the fifth aspect of the present invention, light from a light source is condensed by an objective lens and irradiated on a recording medium, and reflected light from the recording medium is detected by a light receiving element to record or reproduce information. A first equal-pitch diffraction grating that generates first diffracted light of ± n-order light by incidence of reflected light from the recording medium, and a first equal pitch grating that receives the first diffracted light. A pitch diffraction grating having a same grating pitch and a second equal-pitch diffraction grating that generates second diffracted light of ± m-order light having a relative phase different from that of the first equal-pitch diffraction grating. An interference fringe generating means for generating interference fringes by interference between diffracted lights is provided in front of the light receiving element, and a change in the phase and pitch of the generated interference fringes is detected by the four divided light receiving surfaces of the light receiving element. And
The focus error signal is obtained by reading the distribution of the interference fringes on each of the light receiving surfaces, and the track error signal is obtained by reading the interference fringes corresponding to the track pattern on the recording medium. A recording medium movement amount calculating means for obtaining a reproduction recording signal from the total output value of the surface is provided.
【0011】[0011]
【作用】請求項1記載の発明においては、第一及び第二
回折格子を有する干渉縞発生手段を設けたことにより、
この干渉縞発生手段から出射した光の断面内においてデ
フォーカスによって角度の変位の異なる光束を干渉さ
せ、これにより発生した干渉縞のピッチと位相とをデフ
ォーカスによって変化させることが可能となる。また、
互いにピッチの異なる回折格子を用いることにより、デ
フォーカスのない状態で干渉縞を発生させることが可能
となる。According to the first aspect of the present invention, by providing the interference fringe generating means having the first and second diffraction gratings,
In the cross section of the light emitted from the interference fringe generating means, light beams having different angular displacements interfere with each other by defocusing, and the pitch and phase of the generated interference fringes can be changed by defocusing. Also,
By using diffraction gratings having different pitches, it is possible to generate interference fringes without defocus.
【0012】請求項2記載の発明においては、第一等ピ
ッチ回折格子と第二等ピッチ回折格子とを同一ピッチと
することにより、回折格子の作成を簡単に行うことが可
能となる。According to the second aspect of the present invention, it is possible to easily form a diffraction grating by setting the first equal pitch diffraction grating and the second equal pitch diffraction grating to have the same pitch.
【0013】請求項3記載の発明においては、受光素子
の受光面を2分割とすることにより、受光素子の作成プ
ロセスを簡易化させることが可能となる。According to the third aspect of the invention, by dividing the light receiving surface of the light receiving element into two, the process of manufacturing the light receiving element can be simplified.
【0014】請求項4,5記載の発明においては、干渉
縞発生手段により得られた干渉縞を4つの受光面をもつ
受光素子に導くようにしたことにより、このような干渉
測定法は従来のナイフエッジ法や非点収差法のようなビ
ーム形状の変化を検出する方法に比べて検出感度を格段
に向上させることが可能となり、また、ビーム形状が大
きいため光学位置の調整を極めてラフに行え、耐環境性
能を向上させることが可能となり、さらに、プラスチッ
ク筐体を使用することが可能であるため、光ピックアッ
プ部の構成の小型化、薄型化を図ることが可能となる。According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the interference fringes obtained by the interference fringe generating means are guided to a light receiving element having four light receiving surfaces. The detection sensitivity can be significantly improved compared to the methods that detect changes in the beam shape, such as the knife-edge method and the astigmatism method. In addition, the large beam shape enables extremely rough adjustment of the optical position. In addition, it is possible to improve the environmental resistance performance, and further, since it is possible to use a plastic housing, the configuration of the optical pickup unit can be reduced in size and thickness.
【0015】[0015]
【実施例】請求項1記載の発明の一実施例を図1〜図9
に基づいて説明する。本実施例の主要部の構成である干
渉縞発生手段の説明に入る前に、まず、その干渉縞発生
手段を備えた微小変位測定装置の全体構成を図1に基づ
いて述べる。光源としての半導体レーザ9(LD)から
出射した光は、コリメートレンズ10により平行光とさ
れた後、ビームスプリッタ11により反射され、対物レ
ンズ12により集光されたビームとなって測定物13の
面上に照射される。そして、その測定物13からの反射
光は、再び対物レンズ12を通過した後、今度はビーム
スプリッタ11を透過して干渉縞発生手段としての二重
回折格子14に入射する。この場合、二重回折格子14
は、±n次光の第一回折光を発生する第一回折格子14
aと、この第一回折格子14aとは格子ピッチが異なり
±m次光の第二回折光を発生する第二回折格子14bと
よりなっている。そして、その二重回折格子14により
発生した干渉縞は、受光素子15(例えば、CCD)に
導かれることにより、干渉縞の位相及びピッチの測定が
行われる。このCCD面上の周期的な光量分布によるそ
の周期を算出し、測定物の13の移動量を算出する方法
としては測定物移動量算出手段(後述する)を用いて行
うことができる。1 to 9 show one embodiment of the invention described in claim 1.
It will be described based on. Before describing the interference fringe generating means, which is the configuration of the main part of the present embodiment, first, the overall configuration of a minute displacement measuring apparatus provided with the interference fringe generating means will be described with reference to FIG. Light emitted from a semiconductor laser 9 (LD) serving as a light source is collimated by a collimator lens 10, reflected by a beam splitter 11, and becomes a beam condensed by an objective lens 12, and is a surface of a measurement object 13. Irradiated on top. Then, the reflected light from the measurement object 13 passes through the objective lens 12 again, and then passes through the beam splitter 11 and enters a double diffraction grating 14 as interference fringe generating means. In this case, the double diffraction grating 14
Is a first diffraction grating 14 for generating first diffracted light of ± n order light.
a and a second diffraction grating 14b having a different grating pitch from the first diffraction grating 14a and generating second diffracted light of ± m order light. Then, the interference fringes generated by the double diffraction grating 14 are guided to a light receiving element 15 (for example, a CCD), so that the phase and the pitch of the interference fringes are measured. A method of calculating the period of the periodic light quantity distribution on the CCD surface and calculating the moving amount of the object 13 can be performed by using the object moving amount calculating means (described later).
【0016】次に、二重回折格子14を用いた干渉縞の
発生機構を図2〜図5に基づいて説明する。図2におい
て、半導体レーザ9から出射した光がコリメートレンズ
10によりコリメートされた光路上には、光源側に第一
回折格子14aが配置されその反対側に第二回折格子1
4bが配置されてなる二重回折格子14が設けられてい
る。ここで、図3に示すように、第一回折格子14aの
格子ピッチをΛ1 とし、第二回折格子14bの格子ピッ
チをΛ2 とし、また、第一回折格子14aでの回折角を
θ1 とし、第二回折格子14bでの回折角をθ2 とす
る。さらに、第一回折格子14aへの入射角は、説明の
簡略化のために垂直入射とする。Next, a mechanism for generating interference fringes using the double diffraction grating 14 will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, a first diffraction grating 14a is arranged on the light source side and a second diffraction grating 1 is arranged on the opposite side on the optical path where the light emitted from the semiconductor laser 9 is collimated by the collimating lens 10.
There is provided a double diffraction grating 14 in which 4b is arranged. Here, as shown in FIG. 3, the grating pitch of the first diffraction grating 14a and lambda 1, a grating pitch of the second diffraction grating 14b and lambda 2, also the diffraction angle of the first diffraction grating 14a theta 1 And the diffraction angle at the second diffraction grating 14b is θ 2 . Furthermore, the angle of incidence on the first diffraction grating 14a is assumed to be perpendicular incidence for simplification of the description.
【0017】今、第一回折格子14aでは±n次光(n
は正とする)を発生させ、第二回折格子14bではその
+n次光の−m次光(mは正とする)と、その−n次光
の+m次光(mは正とする)とを発生させる。そして、
±m次光同志を干渉させて干渉縞を発生させる。+は入
射光に対して進行方向左に回折する場合を示し、−はそ
の入射光に対して進行方向右に回折する場合を示す。Now, at the first diffraction grating 14a, ± n-order light (n
Is positive), and the second diffraction grating 14b generates + m-th light (m is positive) of the + n-th light and + m-th light (m is positive) of the -n-th light. Generate. And
An interference fringe is generated by causing interference between ± m-order light beams. + Indicates that the incident light is diffracted to the left in the traveling direction, and-indicates that the incident light is diffracted to the right in the traveling direction.
【0018】この時、+n次光の第一回折格子14aで
の回折条件式は、 sinθ1=nλ/Λ1 …(1) となる。なお、−n次光の場合はnを−nに替えればよ
いため、その説明については省略する。また、第二回折
格子14bでの回折条件式は、 −sinθ2+sinθ1=mλ/Λ2 …(2) となる。(1)、(2)式より、θ2 について、 sinθ2=λ(n/Λ1−m/Λ2) …(3) となる。図3(b)に示すように、θ2 の入射角の2つ
の平面波23a,23bがスリット24を通ることによ
る干渉縞25a,25bの光強度分布26のピッチΛ0
は(4)式のようになる。また、相対的な位相による干
渉縞26の位相β0 は、(5)式のように表される。 Λ0 =λ/(2sinθ2) …(4) β0 =β1 …(5) β0 :干渉縞の位相 β1 :平面波同士の位相 これにより、干渉縞ピッチと二重回折格子14のピッチ
との関係は、(3)、(4)式を用いて、 1/(2Λ0)=n/Λ1−m/Λ2 …(6) として表される。また、二重回折格子14の場合の位相
関係については、図3(c)に示すように、正負の次数
の回折光の干渉についてのみ問題にすると、回折格子直
後での位相関係が逆になることから、干渉縞の位相β0
は、 β0 =2β2 …(7) として表される。これにより、干渉縞のピッチは二重回
折格子14のピッチのみに依存することがわかり、入射
光の波長に全く無関係となる。そして、図4に示すよう
に光の径をW0 として、その値を(6)式の左右両辺に
それぞれ掛けると、 (W0/Λ0)/2=nW0/Λ1−mW0/Λ2 …(8) となる。ここで、W0/Λ 0は光径内に生じる干渉縞の本
数であり、nW0/Λ 1とnW0/Λ 2は第一回折格子14
aと第二回折格子14bにおける光径内の回折格子本数
にそれぞれの次数を掛けたものである。すなわち、 (干渉縞の本数)/2 =次数×(第一回折格子の本数)−次数×(第二回折格子の本数) …(9) となる。これにより、干渉縞の本数と第一回折格子14
a及び第二回折格子14bの本数、及び、それぞれの次
数の関係が明らかになった。この場合、どの次数を用い
ても干渉縞は当然ながら発生するが、±1次光を用いる
ことは回折効率が高い面で高次回折光に優れている。具
体的には、図5のPに示すような第一回折格子14aで
発生する+1次光であって第二回折格子14bの−1次
光、及び、図5のQに示すような第一回折格子14aで
発生する−1次光であって第二回折格子14bの+1次
光の効率が一番よい。At this time, the diffraction condition expression of the + n-order light at the first diffraction grating 14a is as follows: sin θ 1 = nλ / Λ 1 (1) In the case of -nth-order light, n may be replaced with -n, and a description thereof will be omitted. Further, the diffraction condition expression for the second diffraction grating 14b is as follows: -sin θ 2 + sin θ 1 = mλ / Λ 2 (2) From Equations (1) and (2), for θ 2 , sin θ 2 = λ (n / Λ 1 -m / Λ 2 ) (3) As shown in FIG. 3B, the pitch Λ 0 of the light intensity distribution 26 of the interference fringes 25a and 25b due to the two plane waves 23a and 23b having the incident angle of θ 2 passing through the slit 24.
Is as shown in equation (4). Further, the phase β 0 of the interference fringe 26 due to the relative phase is expressed as in equation (5). Λ 0 = λ / ( 2 sin θ 2 ) (4) β 0 = β 1 (5) β 0 : phase of interference fringes β 1 : phase between plane waves. relationship with pitch (3), using the equation (4) is expressed as 1 / (2Λ 0) = n / Λ 1 -m / Λ 2 ... (6). As for the phase relationship in the case of the double diffraction grating 14, as shown in FIG. 3C, if only the interference of the positive and negative orders of diffracted light is considered, the phase relationship immediately after the diffraction grating is reversed. The phase β 0 of the interference fringes
Is expressed as β 0 = 2β 2 (7). Thus, it can be seen that the pitch of the interference fringes depends only on the pitch of the double diffraction grating 14, and is completely independent of the wavelength of the incident light. Then, the W 0 the diameter of the light as shown in FIG. 4, when multiplied respectively the value (6) to the left and right sides of the equation, (W 0 / Λ 0) / 2 = nW 0 / Λ 1 -mW 0 / Λ 2 ... (8) Here, W 0 / Λ 0 is the number of interference fringes generated within the light diameter, and nW 0 / Λ 1 and nW 0 / Λ 2 are the first diffraction grating 14.
a and the number of diffraction gratings within the light diameter of the second diffraction grating 14b are multiplied by the respective orders. That is, (number of interference fringes) / 2 = order × (number of first diffraction gratings) −order × (number of second diffraction gratings) (9) Thereby, the number of interference fringes and the first diffraction grating 14
a and the number of the second diffraction gratings 14b, and the relationship between the respective orders. In this case, interference fringes naturally occur regardless of which order is used, but using ± 1st-order light is superior to high-order diffracted light in terms of high diffraction efficiency. Specifically, the + 1st-order light generated by the first diffraction grating 14a as shown by P in FIG. 5 and the -1st-order light by the second diffraction grating 14b, and the first-order light as shown by Q in FIG. The efficiency of the + 1st-order light generated by the diffraction grating 14a and the + 1st-order light of the second diffraction grating 14b is the best.
【0019】ここで、干渉縞の本数の例について述べ
る。±1次光のみを用い、高分解能化を目指し、Λ1 =
0.948μmと非常に高密度な回折格子を用いる場
合、Λ0=1mmと大きくとるためには、Λ2 =0.9
4768μmとなる。Λ1 とΛ2の違いは約0.03%
と非常に小さいものとなるが、作成は可能である。ま
た、コリメート光の光径を2mm程度とすると、干渉縞
が1,2本観測されることとなる。Here, an example of the number of interference fringes will be described. ± using only first-order light, aiming at high resolution, lambda 1 =
When a very high-density diffraction grating of 0.948 μm is used, Λ 2 = 0.9 in order to obtain 0 = 1 mm.
4768 μm. Λ 1 and Λ 2 of the difference is about 0.03%
Is very small, but it can be created. If the diameter of the collimated light is about 2 mm, one or two interference fringes will be observed.
【0020】次に、上述したような二重回折格子14を
用い、測定物移動量算出手段により微小変位の測定を行
う方法を、図6〜図9に基づいて説明する。今、測定物
9の面上に略焦点を結ぶようにした対物レンズ10と、
その光軸上に二重回折格子14とを配置する。対物レン
ズ10の焦点距離をf、対物レンズ10と測定物9の面
までの距離をb1 、二重回折格子14側の集光位置をb
2 、レンズ開口をA、レンズ焦点距離と測定物の面の距
離(デフォーカスとする)をd、二重回折格子14へ入
射する角をθ(図6中、光軸の上側をθ1 、光軸の下側
をθ2 とする)、二重回折格子14間の距離をT、d<
<fとすると、 1/f=1/b1+1/b2 …(10) θ=A/b2 …(11) b1 =f+d …(12) が成り立つ。そして、(10)式より、b2 は、 b2 =fb1/(b1−f) …(13) として表わされる。Next, a method of measuring a minute displacement by the object movement amount calculating means using the double diffraction grating 14 as described above will be described with reference to FIGS. Now, an objective lens 10 approximately focused on the surface of the object 9 to be measured,
The double diffraction grating 14 is arranged on the optical axis. The focal length of the objective lens 10 is f, the distance between the objective lens 10 and the surface of the object 9 is b 1 , and the focusing position on the double diffraction grating 14 side is b.
2, the lens aperture A, the surface of the lens focal length and the measurement subject distance (referred to as defocus) d, in the corner theta (FIG. 6 to be incident on the double diffraction grating 14, an upper optical axis theta 1 , The lower side of the optical axis is θ 2 ), the distance between the double diffraction gratings 14 is T, d <
If <f, 1 / f = 1 / b 1 + 1 / b 2 (10) θ = A / b 2 (11) b 1 = f + d (12) Then, (10) from the equation, b 2 is represented as b 2 = fb 1 / (b 1 -f) ... (13).
【0021】 θ=A(b1−f)/fb1=Ad/f(f+d) ≒Ad/f2 …(14) ここで、d<<fとすることにより、対物レンズ10か
らの光がコリメート状態に近く、対物レンズ10と二重
回折格子14とが接近し、図7のようにX軸(光軸上で
X=0)をとると、A=xとできることから、θの値
は、 θ=xd/f2 …(15) となる。このように、位置(x)によって光線の入射角
が異なる。光線に対して両側から二重回折格子14に入
射してきた光で、かつ、二重回折格子14を2回とも回
折した光は、図7に示すように出射面(干渉縞発生面)
Rで交わる。この2つの光は出射角が異なるため干渉縞
を発生させることになる。Θ = A (b 1 −f) / fb 1 = Ad / f (f + d) ≒ Ad / f 2 (14) Here, by setting d << f, light from the objective lens 10 When the objective lens 10 and the double diffraction grating 14 are close to each other in the collimated state and the X axis (X = 0 on the optical axis) is taken as shown in FIG. 7, A = x can be obtained. Is: θ = xd / f 2 (15) As described above, the incident angle of the light beam differs depending on the position (x). The light that has entered the double diffraction grating 14 from both sides with respect to the light and that has been diffracted twice by the double diffraction grating 14 has an emission surface (an interference fringe generation surface) as shown in FIG.
Intersect at R. Since these two lights have different emission angles, interference fringes are generated.
【0022】次に、各位置での干渉縞のピッチを求め
る。y=0でxの位置に光軸より上側の光が入射する
と、その出射面Rで出射する角θ3 は、図8を参考にし
て、 sinθ1−sinθ3=λ(1/Λ2−1/Λ1) …(16) として表わされる。θ1≒0、θ3≒0なので、θ3 は、 θ3=θ1+λ(1/Λ1−1/Λ2) …(17) となる。そして、(15)式を(17)式に代入する
と、 θ3 =xd/f2+λ(1/Λ1−1/Λ2) …(18) を得る。y=Tでの出射面での光の位置Xは、簡単化の
ため、第一回折光の回折角を45°とすると、 X=x−T …(19) となる。(19)式を(18)式に代入すると、 θ3 =d(X+T)/f2+λ(1/Λ1−1/Λ2) …(20) となる。また、これと同様に、y=0でxのところに光
軸より下側の光が入射すると、その出射面Rで出射する
角θ4 は、 θ4 =d(X−T)/f2+λ(1/Λ1−1/Λ2) …(21) となる。2光束の入射角がそれぞれθ3とθ4であり、θ
3 〜0、θ4〜0の時、干渉縞のピッチΛ0 は、 Λ0 =λ/(|sinθ3+sinθ4|)=λ/(|θ3+θ4|)…(22) となる。そして、(22)式に(20)、(21)式を
代入すると、 Λ0(d)=λ/{|2dT/f2+2λ(1/Λ1−1/Λ2)|}…(23) となる。これにより、位置Xに関わらず、デフォーカス
dに依存する等ピッチの干渉縞であることが分かる。こ
こで、d=0の時、Λ0(0)=Λ0とし、Λ0 =1/2
(1/Λ1−1/Λ2)とすると、 Λ0(d,X)=λ/(|2dT/f2+λ/Λ0|) =1/(|1/Λ0+2(d/λ)T/f2|) …(24) この(24)式が干渉縞のピッチを記述する基本式とな
る。一例として、T=1mm、f=4mm、Λ0 =1m
mの時のΛ0(d)は、図9に示すように、干渉縞のピ
ッチΛ0 を測定することにより、測定物9の微小変位d
が求まる。また、干渉縞の位相については(7)式と同
様である。従って、このようなことから、二重回折格子
14を図1に示すような微小変位測定装置に適用させる
ことによって、干渉縞のピッチの測定を行い、測定物9
の微小変位dを算出することができる。Next, the pitch of interference fringes at each position is determined. When light above the optical axis is incident on the position x at y = 0, the angle θ 3 emitted from the light exit surface R is sin θ 1 -sin θ 3 = λ (1 / Λ 2 − 1 / Λ 1 ) (16) Since θ 1 ≒ 0 and θ 3 ≒ 0, θ 3 is expressed as follows: θ 3 = θ 1 + λ (1 / Λ 1 −1 / Λ 2 ) (17) Then, obtain a (1 5) Substituting expression (the 1 7), θ 3 = xd / f 2 + λ (1 / Λ 1 -1 / Λ 2) ... (18). For simplicity, the position X of the light on the exit surface at y = T is given by X = x−T (19) where the diffraction angle of the first diffracted light is 45 °. By substituting equation (19) into equation (18), θ 3 = d (X + T) / f 2 + λ (1 / Λ 1 -1 / Λ 2 ) (20) Similarly, when light at a position lower than the optical axis is incident on x at y = 0, the angle θ 4 emitted from the exit surface R is θ 4 = d (X−T) / f 2 + Λ (1 / Λ 1 −1 / Λ 2 ) (21) The incident angles of the two light beams are θ 3 and θ 4 respectively, and θ
When the values are 3 to 0 and θ 4 to 0, the pitch Λ 0 of the interference fringes is as follows: Λ 0 = λ / (| sin θ 3 + sin θ 4 |) = λ / (| θ 3 + θ 4 |) (22) Then, when the equations (20) and (21) are substituted into the equation (22), 、 0 (d) = λ / {| 2dT / f 2 + 2λ (1 / Λ 1 −1 / Λ 2 ) |} (23) ). Thus, it can be seen that the interference fringes have the same pitch depending on the defocus d regardless of the position X. Here, when d = 0, Λ 0 (0) = Λ 0 and Λ 0 = 1 /.
Assuming that (1 / Λ 1 −1 / Λ 2 ), Λ 0 (d, X) = λ / (| 2 dT / f 2 + λ / Λ 0 |) = 1 / (| 1 / Λ 0 +2 (d / λ) ) T / f 2 |) (24) Equation (24) is a basic equation that describes the pitch of interference fringes. As an example, T = 1 mm, f = 4 mm, Λ 0 = 1 m
As shown in FIG. 9, Λ 0 (d) at the time of m is a small displacement d of the object 9 by measuring the pitch 、 0 of the interference fringes.
Is found. Further, the phase of the interference fringes is the same as that of the equation (7). Therefore, the pitch of the interference fringes is measured by applying the double diffraction grating 14 to a minute displacement measuring device as shown in FIG.
Can be calculated.
【0023】上述したように、二重回折格子14を設け
たことにより、この格子を出射した光の断面内において
デフォーカスによって角度の変位の異なる光束を干渉さ
せ、この発生した干渉縞のピッチと位相とをデフォーカ
スによって変化させることができ、これにより微小変位
を測定することができる。また、格子ピッチの異なる2
つの回折格子14a,14bを用いているため、デフォ
ーカスのない状態で干渉縞が発生し、デフォーカスの方
向(dの正負)を検出することができる。As described above, the provision of the double diffraction grating 14 causes light beams having different angular displacements to interfere with each other due to defocus in the cross section of the light emitted from the grating, and the pitch of the generated interference fringes. And the phase can be changed by defocusing, whereby a minute displacement can be measured. In addition, 2 having different lattice pitches
Since two diffraction gratings 14a and 14b are used, interference fringes are generated without defocus, and the direction of defocus (positive or negative of d) can be detected.
【0024】次に、請求項2記載の発明の一実施例を図
10及び図11に基づいて説明する。なお、前述した請
求項1記載の発明と同一部分についての説明は省略し、
その同一部分については同一符号を用いる。前述した請
求項1記載の実施例では、第一回折格子14aと第二回
折格子14bの格子ピッチが互いに異なる二重回折格子
14の場合について述べたが、ここでは、第一及び第二
等ピッチ回折格子としての第一及び第二回折格子14
a,14bにおける格子ピッチを同一とし、かつ、これ
ら2つの回折格子の相対的な位相が異なるようにした場
合について述べるものである。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The description of the same parts as those of the first aspect of the invention will be omitted.
The same reference numerals are used for the same parts. In the above-described embodiment of the first aspect, the case where the first diffraction grating 14a and the second diffraction grating 14b are the double diffraction gratings 14 having different grating pitches has been described. First and second diffraction gratings 14 as pitch diffraction gratings
The case where the grating pitches in a and 14b are the same and the relative phases of these two diffraction gratings are different is described.
【0025】この場合、格子ピッチが同一であるという
ことは、測定物9にデフォーカスのない時は干渉縞が発
生しない(Λ0 →∞)が、デフォーカスの生じた時に干
渉縞が発生することを意味するため、これにより干渉縞
のピッチを読み取ることによって、測定物9の微小変位
を測定することができる。数式的に言えば、(24)式
において、Λ0→∞とすると、 Λ0(d)=f2/{|(d/λ)2T|} …(25) となる。また、ここでは、2つの回折格子(すなわち、
第一及び第二回折格子14a,14b)の位相を故意に
異ならせている。そこで、このときの位相状態を図10
を用いて説明する。今、±1次光(P,Q光)を用いる
とする。第一及び第二回折格子14a,14bが同一ピ
ッチであり、位相が90°(1/4波長)ずれているた
め、デフォーカスが発生していない状態(d=0)で
は、図10(a)に示すように、P光とQ光とは等位相
面27は平行となり、互いに櫛のように入り込むような
状態となる。位相を90°(1/4波長)ずらすには、
±1次光の組み合わせを用いる場合は、2つの回折格子
の位相を相対的に8分の1ピッチずらせて配置する。そ
して、デフォーカスが発生すると(d<0、d>0)、
図10(b)(c)に示すように、等位相面27はミク
ロ的には各々湾曲する。この湾曲によって等位相面27
は交わり、(25)式で示されるピッチの干渉縞が発生
する。この干渉縞は波面が交わってできるが、その交わ
り方は図10(b)(c)中のLで示すように、デフォ
ーカスの正負によって場所が移動する。このことは左右
の位相が反転することを示している。また、干渉縞の光
量分布は、図11に示すように、定性的にはデフォーカ
スによって変化し、これによりP,Q光の位置にそれぞ
れ対応する左右A,Bの領域がd=0に対して左右反転
することになり、このような変化の状態を受光素子15
で読取ることによって、dの値を知ることができる。従
って、このように格子ピッチが同じで位相が互いに異な
る回折格子14a,14bを用いることによって、回折
格子を簡単に作成することができ、生産コストを低減さ
せることができる。In this case, the fact that the grating pitch is the same means that no interference fringe occurs when the object 9 is not defocused (Λ 0 → ∞), but an interference fringe occurs when defocus occurs. This means that the minute displacement of the object 9 can be measured by reading the pitch of the interference fringes. In mathematical terms, if す る と0 → ∞ in equation (24), then Λ 0 (d) = f 2 / {| (d / λ) 2T |} (25) Also here, two diffraction gratings (ie,
The phases of the first and second diffraction gratings 14a, 14b) are intentionally made different. The phase state at this time is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Now, it is assumed that ± first-order light (P, Q light) is used. Since the first and second diffraction gratings 14a and 14b have the same pitch and are out of phase by 90 ° (1/4 wavelength), in a state where no defocus occurs (d = 0), FIG. As shown in ()), the P light and the Q light have the same phase plane 27 in parallel, and are in a state of entering each other like a comb. To shift the phase by 90 ° (1/4 wavelength)
When using a combination of ± primary light, two diffraction gratings
Are shifted relative to each other by 1/8 pitch. When defocus occurs (d <0, d> 0),
As shown in FIGS. 10B and 10C, the equiphase surfaces 27 are each microscopically curved. This curvature causes the equiphase surface 27
Intersect with each other, and an interference fringe having a pitch represented by Expression (25) is generated. This interference fringe is formed by the intersection of wavefronts, and the intersection moves as shown by L in FIGS. 10B and 10C, depending on the sign of defocus. This indicates that the left and right phases are inverted. Further, as shown in FIG. 11, the light quantity distribution of the interference fringes qualitatively changes due to defocusing, whereby the left and right A and B regions respectively corresponding to the positions of the P and Q lights are shifted with respect to d = 0. In this case, the state of such a change is reflected in the light receiving element 15.
The value of d can be known by reading with. Therefore, by using the diffraction gratings 14a and 14b having the same grating pitch and different phases, the diffraction grating can be easily formed, and the production cost can be reduced.
【0026】次に、請求項3記載の発明の一実施例を図
12に基づいて説明する。なお、前述した請求項1,2
記載の発明と同一部分についての説明は省略し、その同
一部分については同一符号を用いる。本実施例では、請
求項1又は2記載の微小変位測定装置において、二重回
折格子14の±m次光の第二回折光の間で発生した干渉
縞の位相とピッチの変化を受光する受光素子15を2分
割して受光面A,Bを形成し、これら各受光面A,Bの
出力値の差から移動量を算出するようにしたものであ
る。このように2分割された受光面A,Bを前述したよ
うな図11中の左右の光路中に配置させ、干渉縞の光量
分布の変化すなわち光量差(A−B)を検出することに
より、図12に示すような信号を得ることができ、これ
により微小変位を測定することができる。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. It should be noted that claims 1 and 2 described above.
A description of the same parts as those of the described invention is omitted, and the same reference numerals are used for the same parts. In this embodiment, in the minute displacement measuring device according to claim 1 or 2, a change in the phase and pitch of the interference fringe generated between the second diffracted lights of the ± m-order light of the double diffraction grating 14 is received. The light receiving element 15 is divided into two to form light receiving surfaces A and B, and a movement amount is calculated from a difference between output values of the light receiving surfaces A and B. The light receiving surfaces A and B thus divided into two parts are arranged in the left and right optical paths in FIG. 11 as described above, and the change in the light amount distribution of the interference fringes, that is, the light amount difference (AB) is detected. A signal as shown in FIG. 12 can be obtained, whereby a minute displacement can be measured.
【0027】前述した請求項1,2記載の実施例では、
第一回折格子14aは±n次光の回折光を発生し、第二
回折格子14bは±m次光の回折光を発生したが、回折
光の次数に特にこだわる必要はなく、基本的にどの次数
を用いても干渉縞は当然ながら発生する。特に、±1次
光を用いることにより、回折効率が高い面で高次回折光
に優れたものとなる。また、その高次回折光は回折角が
大きく、第二回折格子14bに入射する際に光軸より離
れているため干渉に寄与しない部分が残り、これにより
±1次光が最も効果的であり、測定精度を向上させるこ
とができる。In the above-described embodiments of the first and second aspects,
The first diffraction grating 14a generates diffracted light of ± n order light, and the second diffraction grating 14b generates diffracted light of ± m order light. However, there is no particular need to be particular about the order of the diffracted light. Even if the order is used, the interference fringes naturally occur. In particular, by using the ± 1st-order light, the diffraction efficiency is high and the high-order diffraction light is excellent. In addition, the high-order diffracted light has a large diffraction angle, and when incident on the second diffraction grating 14b, is separated from the optical axis, so that a portion that does not contribute to interference remains, whereby ± 1st-order light is most effective, Measurement accuracy can be improved.
【0028】次に、請求項4,5記載の発明の一実施例
を図13〜図15に基づいて説明する。なお、前述した
請求項1〜3記載の発明と同一部分についての説明は省
略し、その同一部分については同一符号を用いる。本実
施例では、請求項1〜3記載の発明で述べたような微小
変位測定装置の測定原理を光ピックアップ装置に応用し
た場合の例について述べるものである。すなわち、図1
3の光ピックアップ装置において、光ディスク17によ
り反射された反射光がビームスプリッタ11により反射
された光路上に二重回折格子14を配設し、これにより
発生した干渉縞を図14に示すような受光素子28の4
分割された受光面A,B,C,Dにより検出するように
したものである。また、ここでは、フォーカスエラー信
号Fe、トラックエラー信号Te、再生記録信号Woの
各信号を求める記録媒体移動量算出手段(これは、前述
した測定物移動量算出手段に対応するもの、ともに図示
せず)を設けた。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The description of the same parts as those of the first to third aspects of the invention will be omitted, and the same reference numerals will be used for the same parts. In this embodiment, an example in which the measurement principle of the minute displacement measuring device as described in the first to third aspects of the present invention is applied to an optical pickup device will be described. That is, FIG.
In the optical pickup device of No. 3, the double diffraction grating 14 is disposed on the optical path where the light reflected by the optical disk 17 is reflected by the beam splitter 11, and the interference fringes generated by this are shown in FIG. 4 of light receiving element 28
The detection is performed by the divided light receiving surfaces A, B, C, and D. Further, here, a recording medium moving amount calculating means for obtaining respective signals of the focus error signal Fe, the track error signal Te, and the reproduction recording signal Wo (this corresponds to the above-described object moving amount calculating means, and both are shown in the drawing) Z) was provided.
【0029】このような構成において、半導体レーザ9
から出射した光は、コリメートレンズ10、ビームスプ
リッタ11を透過して立上げミラー16により光路を変
え、対物レンズ12により集光され光ディスク17の面
上に照射される。また、光ディスク17からの反射光
は、逆の経路を辿っていきビームスプリッタ11により
反射され、二重回折格子14に入射する。これにより、
前述した実施例と同様な原理で発生した干渉縞を受光素
子28で受光してその干渉縞の位相とピッチの変化を求
める。そして、図示しない記録媒体移動量算出手段によ
り光ディスク17の光軸方向への移動量を検出すること
ができる。この光軸方向への移動量としては、フォーカ
スエラー信号Fe、トラックエラー信号Teを求めるこ
とにより行うことができる。フォーカスエラー信号Fe
は各受光面A〜D上での干渉縞の分布を読取ることによ
り求めることができ、トラックエラー信号Teは光ディ
スク17上のトラックパターン(図14参照)に対応す
る干渉縞を読取ることにより求めることができる。フォ
ーカスエラー信号Fe、トラックエラー信号Teの算出
式は、 Fe=(A+B)−(C+D) …(26) Te=(A+D)−(B+C) …(27) となる。また、ここでは4分割された受光面A〜Dの総
出力値から再生記録信号を求めることもできる。受光素
子28としては、前述したようなCCDを用いることも
できるが高価であるため、フォトダイオード(PD)を
用いることにより安価な構成とすることができる。In such a configuration, the semiconductor laser 9
Is transmitted through the collimator lens 10 and the beam splitter 11, changes the optical path by the rising mirror 16, is condensed by the objective lens 12, and is irradiated on the surface of the optical disk 17. The reflected light from the optical disc 17 follows the reverse path, is reflected by the beam splitter 11, and enters the double diffraction grating 14. This allows
The interference fringes generated by the same principle as in the above-described embodiment are received by the light receiving element 28, and the phase and pitch changes of the interference fringes are obtained. Then, the moving amount of the optical disk 17 in the optical axis direction can be detected by the recording medium moving amount calculating means (not shown). The amount of movement in the optical axis direction can be determined by obtaining a focus error signal Fe and a track error signal Te. Focus error signal Fe
Can be obtained by reading the distribution of interference fringes on each of the light receiving surfaces A to D. The track error signal Te can be obtained by reading the interference fringes corresponding to the track pattern (see FIG. 14) on the optical disk 17. Can be. The formula for calculating the focus error signal Fe and the track error signal Te is as follows: Fe = (A + B)-(C + D) (26) Te = (A + D)-(B + C) (27) In this case, the reproduction / recording signal can also be obtained from the total output value of the four divided light receiving surfaces A to D. As the light receiving element 28, the above-described CCD can be used, but it is expensive, so that the use of a photodiode (PD) enables a low-cost configuration.
【0030】次に、本実施例のような構成にしたことに
より生じる利点(第一〜第三)について説明する。図1
5は、従来の光ピックアップ装置の中で最も小さな構造
例を示すものである。ここでは、キャップ20内部に半
導体レーザ(LD)9と受光手段としての受光素子21
とが配置され、そのキャップ20の外部のLD9とコリ
メートレンズ10との間に回折機能をもつホログラム2
2が配設されているものである。近年、光ディスクの分
野では、光ピックアップの薄型化が望まれており、コリ
メートレンズ10の焦点距離を短くしてコリメート光径
を小さくすることが重要となっている。しかし、従来の
タイプではホログラムが邪魔して短焦点距離のコリメー
トレンズを使用できないために、十分な小型化、軽量化
を図っているとは言えない。しかし、本実施例のよう
に、二重回折格子14を用いることによって、非常に小
さな光ピックアップを構成することができる第一の利点
がある。Next, advantages (first to third) produced by the configuration as in the present embodiment will be described. FIG.
Reference numeral 5 denotes the smallest structural example among the conventional optical pickup devices. Here, a semiconductor laser (LD) 9 and a light receiving element 21 as light receiving means are provided inside a cap 20.
And a hologram 2 having a diffraction function between the LD 9 outside the cap 20 and the collimating lens 10.
2 is provided. In recent years, in the field of optical disks, it has been desired to reduce the thickness of an optical pickup, and it is important to shorten the focal length of the collimator lens 10 to reduce the diameter of the collimated light. However, in the conventional type, the hologram disturbs the collimator with a short focal length.
Since Torrens cannot be used, it cannot be said that sufficient miniaturization and weight reduction have been achieved. However, there is a first advantage that a very small optical pickup can be formed by using the double diffraction grating 14 as in this embodiment.
【0031】また、従来の光ピックアップの受光素子2
1上でのビーム径は数十ミクロンであるが、本実施例で
は受光素子18,19上のビーム径はコリメート光径と
ほぼ同じでミリ単位であり、調整工程は二桁程度緩和さ
れ、これにより調整をラフにすることができる。すなわ
ち、その具体的な調整方法としては、半導体レーザ9と
コリメートレンズ10との間の調整を行う。次に、参照
平面を用いてコリメート光を反射させて、二重回折格子
14に入射させて回折格子14a,14bの格子方向が
トラック方向と垂直に固定するわけであるが、固定精度
は数度とラフとなる。そして、受光素子18,19を二
重回折格子14に近づけ、その受光素子18,19の出
力を見ながら数十ミクロンの精度で固定するだけでよ
い。このように調整を従来よりもラフに行えるという第
二の利点がある。さらに、受光面上でのビーム形状が大
きいことから、極めて耐環境性能がよいという第三の利
点がある。また、筐体としてはプラスチックを使用する
ことができるため軽量化を図り、これにより高速アクセ
ス化や低コスト化を実現することができる。The light receiving element 2 of the conventional optical pickup
Although the beam diameter on the light receiving element 1 is several tens of microns, in this embodiment, the beam diameter on the light receiving elements 18 and 19 is almost the same as the collimated light diameter and is on the order of millimeters. The adjustment can be made rough. That is, as a specific adjustment method, adjustment between the semiconductor laser 9 and the collimating lens 10 is performed. Next, the collimated light is reflected by using the reference plane, is incident on the double diffraction grating 14, and the grating directions of the diffraction gratings 14a and 14b are fixed perpendicular to the track direction. It is rough and rough. Then, it is only necessary to bring the light receiving elements 18 and 19 close to the double diffraction grating 14 and fix them with an accuracy of several tens of microns while checking the outputs of the light receiving elements 18 and 19. As described above, there is a second advantage that the adjustment can be made rougher than before. Furthermore, since the beam shape on the light receiving surface is large, there is a third advantage that the environment resistance is extremely good. In addition, since plastic can be used for the housing, weight reduction can be achieved, thereby realizing high-speed access and low cost.
【0032】[0032]
【発明の効果】請求項1記載の発明は、光源からの光を
対物レンズにより集光して測定物に照射しその測定物に
より反射され前記対物レンズを再び通過した光が入射す
ることにより±n次光の第一回折光を発生する第一回折
格子と、前記第一回折光が入射する前記第一回折格子と
は格子ピッチが異なり±m次光の第二回折光を発生する
第二回折格子とを有し前記第二回折光の間での干渉によ
り干渉縞を発生させる干渉縞発生手段を設け、その発生
した干渉縞の位相とピッチの変化を受光素子により検出
し前記測定物の光軸方向への移動量を算出する測定物移
動量算出手段を設けたので、干渉縞発生手段から出射し
た光の断面内においてデフォーカスによって角度の変位
の異なる光束を干渉させ、これにより発生した干渉縞の
ピッチと位相とをデフォーカスによって変化させること
によって、検出長を短くし安定した状態で微小変位の測
定を行うことができる。また、互いにピッチの異なる回
折格子を用いることにより、デフォーカスのない状態で
干渉縞を発生させ、デフォーカス方向(正負)を検出す
ることができる。According to the first aspect of the present invention, light from a light source is condensed by an objective lens and irradiated on a measurement object, and light reflected by the measurement object and passed through the objective lens again enters the object. The first diffraction grating that generates the first diffracted light of the n-th light and the first diffraction grating on which the first diffracted light is incident have a different grating pitch and generate the second diffracted light of the ± m-th light. A diffraction grating having interference fringe generating means for generating interference fringes by interference between the second diffracted lights, detecting a change in the phase and pitch of the generated interference fringes by a light receiving element, Since the measuring object moving amount calculating means for calculating the moving amount in the optical axis direction is provided, light beams having different angular displacements interfere with each other due to defocusing in the cross section of the light emitted from the interference fringe generating means, thereby being generated. The pitch and phase of the interference fringes are By changing the focus, the detection length can be shortened, and the minute displacement can be measured in a stable state. Further, by using diffraction gratings having different pitches from each other, interference fringes can be generated without defocus, and the defocus direction (positive or negative) can be detected.
【0033】請求項2記載の発明は、光源からの光を対
物レンズにより集光して測定物に照射しその測定物によ
り反射され前記対物レンズを再び通過した光が入射する
ことにより±n次光の第一回折光を発生する第一等ピッ
チ回折格子と、前記第一回折光が入射する前記第一等ピ
ッチ回折格子と格子ピッチが同一でかつその第一等ピッ
チ回折格子とは相対的な位相が異なる±m次光の第二回
折光を発生する第二等ピッチ回折格子とを有し前記第二
回折光の間での干渉により干渉縞を発生させる干渉縞発
生手段を設け、その発生した干渉縞の位相とピッチの変
化を受光素子により検出し前記測定物の光軸方向への移
動量を算出する測定物移動量算出手段を設けたので、こ
のように同一ピッチの回折格子を用いることにより、回
折格子の作成を簡単に行うことができ、これにより生産
コストの削減を図ることができる。According to a second aspect of the present invention, the light from the light source is condensed by the objective lens and radiated on the object to be measured. The first equal-pitch diffraction grating that generates the first diffracted light of the light, and the first equal-pitch diffraction grating to which the first diffracted light is incident have the same grating pitch as the first equal-pitch diffraction grating and are relatively And a second equal-pitch diffraction grating that generates second diffracted light of ± m-order light having different phases, and an interference fringe generating unit that generates interference fringes by interference between the second diffracted lights is provided. Since the object movement amount calculation means for detecting the change in the phase and the pitch of the generated interference fringes by the light receiving element and calculating the amount of movement of the object in the optical axis direction is provided, the diffraction grating having the same pitch is thus provided. Use to simplify the creation of diffraction gratings The production cost can be reduced.
【0034】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明において、干渉縞発生手段の±m次光の第二回
折光の間で発生した干渉縞の位相とピッチの変化を受光
する受光素子は2分割された受光面をもち、これら各受
光面の出力値の差から移動量を算出するようにしたの
で、受光素子の作成プロセスを簡易化させることがで
き、生産効率を高めることができる。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, a change in the phase and pitch of the interference fringe generated between the second diffracted lights of the ± m-order light of the interference fringe generating means is received. The light receiving element has two divided light receiving surfaces, and the amount of movement is calculated from the difference between the output values of these light receiving surfaces, so that the process of manufacturing the light receiving element can be simplified and the production efficiency can be increased. be able to.
【0035】請求項4記載の発明は、光源からの光を対
物レンズにより集光して記録媒体に照射し、その記録媒
体からの反射光を受光素子に検出することにより情報の
記録や再生を行う光ピックアップ装置において、前記記
録媒体からの反射光が入射することにより±n次光の第
一回折光を発生する第一回折格子と、前記第一回折光が
入射する前記第一回折格子とは格子ピッチが異なり±m
次光の第二回折光を発生する第二回折格子とを有し前記
第二回折光の間での干渉により干渉縞を発生させる干渉
縞発生手段を前記受光素子の前段に設け、その発生した
干渉縞の位相とピッチの変化を前記受光素子の4分割さ
れた受光面により検出し、それら各受光面上での干渉縞
の分布を読取ることによりフォーカスエラー信号を求め
かつ前記記録媒体上のトラックパターンに対応する前記
干渉縞を読取ることによりトラックエラー信号を求めか
つ前記4分割された受光面の総出力値から再生記録信号
を求める記録媒体移動量算出手段を設けたので、従来の
ナイフエッジ法や非点収差法のようなビーム形状の変化
を利用して検出する方式の代わりに干渉縞を用いた干渉
測定方式により信号検出を行うことにより、検出感度を
格段に向上させることができ、しかも、検出長を従来よ
りも短くとることができるため、光ピックアップ部の小
型化を図ることができる。また、このような干渉縞によ
る検出においてはビーム形状が比較的大きいため光学位
置の調整を極めてラフに行うことができ、耐環境性能を
向上させ信号検出の安定化を図ることができる。さら
に、このような構成ではプラスチック筐体を使用するこ
とができるため、光ピックアップ部の薄型化を図り、高
速アクセスを行うことができ、しかも、生産コストの低
減を図ることができる。According to a fourth aspect of the present invention, light from a light source is condensed by an objective lens and irradiated onto a recording medium, and reflected light from the recording medium is detected by a light receiving element to record or reproduce information. In the optical pickup device to perform, the first diffraction grating to generate the first diffracted light of ± n order light by the incident light reflected from the recording medium, and the first diffraction grating to which the first diffracted light is incident Is different in lattice pitch ± m
A second diffraction grating that generates a second diffracted light of the next light, and an interference fringe generating unit that generates an interference fringe by interference between the second diffracted lights is provided at a front stage of the light receiving element, and the interference fringe is generated. Changes in the phase and pitch of the interference fringes are detected by the four divided light receiving surfaces of the light receiving element, and the distribution of the interference fringes on each of the light receiving surfaces is read to obtain a focus error signal, and a track on the recording medium is obtained. Since a recording medium moving amount calculating means for obtaining a track error signal by reading the interference fringe corresponding to the pattern and obtaining a reproduction recording signal from the total output value of the four divided light receiving surfaces is provided, a conventional knife edge method is used. Signal detection is performed using an interference measurement method that uses interference fringes instead of a method that uses changes in the beam shape, such as the laser beam and the astigmatism method, to significantly improve detection sensitivity. Bets can be, moreover, since the detection length may take shorter than conventional, it is possible to reduce the size of the optical pickup unit. Further, in the detection using such interference fringes, since the beam shape is relatively large, the adjustment of the optical position can be made extremely rough, and the environmental resistance performance can be improved and the signal detection can be stabilized. Further, since a plastic housing can be used in such a configuration, the thickness of the optical pickup section can be reduced, high-speed access can be performed, and the production cost can be reduced.
【0036】請求項5記載の発明は、光源からの光を対
物レンズにより集光して記録媒体に照射し、その記録媒
体からの反射光を受光素子に検出することにより情報の
記録や再生を行う光ピックアップ装置において、前記記
録媒体からの反射光が入射することにより±n次光の第
一回折光を発生する第一等ピッチ回折格子と、前記第一
回折光が入射する前記第一等ピッチ回折格子と格子ピッ
チが同一でかつその第一等ピッチ回折格子とは相対的な
位相が異なる±m次光の第二回折光を発生する第二等ピ
ッチ回折格子とを有し前記第二回折光の間での干渉によ
り干渉縞を発生させる干渉縞発生手段を前記受光素子の
前段に設け、その発生した干渉縞の位相とピッチの変化
を前記受光素子の4分割された受光面により検出し、そ
れら各受光面上での干渉縞の分布を読取ることによりフ
ォーカスエラー信号を求めかつ前記記録媒体上のトラッ
クパターンに対応する前記干渉縞を読取ることによりト
ラックエラー信号を求めかつ前記4分割された受光面の
総出力値から再生記録信号を求める記録媒体移動量算出
手段を設けたので、従来のナイフエッジ法や非点収差法
のようなビーム形状の変化を利用して検出する方式の代
わりに干渉縞を用いた干渉測定方式により信号検出を行
うことにより、検出感度を格段に向上させることがで
き、しかも、検出長を従来よりも短くとることができる
ため、光ピックアップ部の小型化を図ることができる。
また、このような干渉縞による検出においてはビーム形
状が比較的大きいため光学位置の調整を極めてラフに行
うことができ、耐環境性能を向上させ信号検出の安定化
を図ることができる。さらに、このような構成ではプラ
スチック筐体を使用することができるため、光ピックア
ップ部の薄型化を図り、高速アクセスを行うことがで
き、しかも、生産コストの低減を図ることができる。According to a fifth aspect of the present invention, recording and reproduction of information is performed by condensing light from a light source by an objective lens and irradiating the light on a recording medium, and detecting light reflected from the recording medium by a light receiving element. A first equal-pitch diffraction grating that generates first diffracted light of ± n-order light by incidence of reflected light from the recording medium, and a first equal pitch grating that receives the first diffracted light. A pitch diffraction grating having a same grating pitch and a second equal-pitch diffraction grating that generates second diffracted light of ± m-order light having a relative phase different from that of the first equal-pitch diffraction grating. An interference fringe generating means for generating interference fringes by interference between diffracted lights is provided in front of the light receiving element, and a change in the phase and pitch of the generated interference fringes is detected by the four divided light receiving surfaces of the light receiving element. And on each light receiving surface A focus error signal is obtained by reading the distribution of interference fringes, and a track error signal is obtained by reading the interference fringes corresponding to the track pattern on the recording medium, and reproduction is performed from the total output value of the four divided light receiving surfaces. Since a recording medium movement amount calculation means for obtaining a recording signal is provided, an interference measurement method using an interference fringe is used instead of a conventional method using a change in beam shape such as a knife edge method or an astigmatism method. , The detection sensitivity can be significantly improved, and the detection length can be made shorter than before, so that the optical pickup unit can be downsized.
Further, in the detection using such interference fringes, since the beam shape is relatively large, the adjustment of the optical position can be made extremely rough, and the environmental resistance performance can be improved and the signal detection can be stabilized. Further, since a plastic housing can be used in such a configuration, the thickness of the optical pickup section can be reduced, high-speed access can be performed, and the production cost can be reduced.
【図1】請求項1記載の発明の一実施例である微小変位
測定装置の全体構成を示す光路図である。FIG. 1 is an optical path diagram showing an entire configuration of a minute displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】二重回折格子を用いた干渉縞発生機構を示す光
路図である。FIG. 2 is an optical path diagram showing an interference fringe generation mechanism using a double diffraction grating.
【図3】(a)は二重回折格子における干渉縞の発生原
理を示す説明図、(b)は2つの平面波をスリットに通
過させた場合の干渉縞の強度分布を示す模式図、(c)
は1つの平面波を二重回折格子に通過させた直後におけ
る干渉縞の強度分布を示す模式図である。FIG. 3A is an explanatory diagram showing the principle of generating interference fringes in a double diffraction grating, FIG. 3B is a schematic diagram showing the intensity distribution of interference fringes when two plane waves pass through a slit, c)
FIG. 4 is a schematic diagram showing an intensity distribution of interference fringes immediately after one plane wave is passed through a double diffraction grating.
【図4】二重回折格子を通過したビームの光径を示す模
式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the beam diameter of a beam that has passed through a double diffraction grating.
【図5】第二回折格子で発生する±1次光の様子を示す
模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a state of ± first-order light generated by a second diffraction grating.
【図6】二重回折格子を用いた微小変位の測定方法を示
す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method for measuring a small displacement using a double diffraction grating.
【図7】二重回折格子における回折光の回折角の変化の
様子を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing how a diffraction angle of diffracted light in a double diffraction grating changes.
【図8】回折ダイヤフラムを示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a diffraction diaphragm.
【図9】干渉縞のピッチの変化の様子を示す特性図であ
る。FIG. 9 is a characteristic diagram showing how the pitch of interference fringes changes.
【図10】請求項2記載の発明の一実施例である2つの
回折格子の位相を異ならせた場合の位相状態を示すもの
であり、(a)はデフォーカスなしの状態を示す模式
図、(b)(c)はデフォーカスが発生した場合の状態
を示す模式図である。FIG. 10 is a diagram showing a phase state when the phases of two diffraction gratings according to an embodiment of the present invention are different from each other, and (a) is a schematic diagram showing a state without defocus; (B), (c) is a schematic diagram showing a state when defocus has occurred.
【図11】干渉縞の光量分布を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a light amount distribution of interference fringes.
【図12】請求項3記載の発明の一実施例を示すもので
あり、2分割受光面での光量差により求められる信号を
示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing a signal obtained from a light quantity difference on a two-divided light receiving surface according to an embodiment of the invention described in claim 3;
【図13】請求項4,5記載の発明の一実施例である微
小変位測定装置の機能を備えた光ピックアップ装置の全
体構成を示す光路図である。FIG. 13 is an optical path diagram showing an entire configuration of an optical pickup device having a function of a minute displacement measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図14】4分割された受光面をもつ受光素子の形状を
示す正面図である。FIG. 14 is a front view showing a shape of a light receiving element having a light receiving surface divided into four parts.
【図15】従来の光ピックアップの中での極小の構成を
示す一部を切り欠いた斜視図である。FIG. 15 is a partially cutaway perspective view showing a minimal configuration of a conventional optical pickup.
【図16】従来の非点収差法を用いた光ピックアップの
構成を示す光路図である。FIG. 16 is an optical path diagram showing a configuration of an optical pickup using a conventional astigmatism method.
9 光源 12 対物レンズ 13 測定物 14a 第一回折格子 14b 第二回折格子 14 干渉縞発生手段 15 受光素子 17 記録媒体 28 受光手段 Reference Signs List 9 light source 12 objective lens 13 measured object 14a first diffraction grating 14b second diffraction grating 14 interference fringe generating means 15 light receiving element 17 recording medium 28 light receiving means
Claims (5)
て測定物に照射しその測定物により反射され前記対物レ
ンズを再び通過した光が入射することにより±n次光の
第一回折光を発生する第一回折格子と、前記第一回折光
が入射する前記第一回折格子とは格子ピッチが異なり±
m次光の第二回折光を発生する第二回折格子とを有し前
記第二回折光の間での干渉により干渉縞を発生させる干
渉縞発生手段を設け、その発生した干渉縞の位相とピッ
チの変化を受光素子により検出し前記測定物の光軸方向
への移動量を算出する測定物移動量算出手段を設けたこ
とを特徴とする微小変位測定装置。1. A light beam from a light source is condensed by an objective lens, illuminated on an object to be measured, reflected by the object to be measured, and re-transmitted through the objective lens. And the first diffraction grating on which the first diffraction light is incident has a different grating pitch ±
a second diffraction grating that generates a second diffracted light of the m-order light, and an interference fringe generating unit that generates an interference fringe by interference between the second diffracted lights is provided. A minute displacement measuring apparatus comprising: a measuring object moving amount calculating means for detecting a change in pitch by a light receiving element and calculating a moving amount of the measuring object in an optical axis direction.
て測定物に照射しその測定物により反射され前記対物レ
ンズを再び通過した光が入射することにより±n次光の
第一回折光を発生する第一等ピッチ回折格子と、前記第
一回折光が入射する前記第一等ピッチ回折格子と格子ピ
ッチが同一でかつその第一等ピッチ回折格子とは相対的
な位相が異なる±m次光の第二回折光を発生する第二等
ピッチ回折格子とを有し前記第二回折光の間での干渉に
より干渉縞を発生させる干渉縞発生手段を設け、その発
生した干渉縞の位相とピッチの変化を受光素子により検
出し前記測定物の光軸方向への移動量を算出する測定物
移動量算出手段を設けたことを特徴とする微小変位測定
装置。2. A first diffracted light of ± n order light by condensing light from a light source by an objective lens, irradiating the object with an object, irradiating the object with light reflected by the object and passing through the objective lens again. And the first equal-pitch diffraction grating on which the first diffracted light is incident has the same grating pitch and a relative phase different from that of the first equal-pitch diffraction grating by ± m. A second equal-pitch diffraction grating for generating a second diffracted light of the next light, and an interference fringe generating means for generating an interference fringe by interference between the second diffracted lights is provided, and a phase of the generated interference fringe is provided. And a change in pitch by a light receiving element and calculating a moving amount of the object in the optical axis direction by calculating a moving amount of the object in the optical axis direction.
の間で発生した干渉縞の位相とピッチの変化を受光する
受光素子は、2分割された受光面をもち、これら各受光
面の出力値の差から移動量を算出することを特徴とする
請求項1又は2記載の微小変位測定装置。3. A light receiving element for receiving a change in phase and pitch of interference fringes generated between the second diffracted lights of ± m order light of the interference fringe generating means has a light receiving surface divided into two, and each of these light receiving elements has a light receiving surface. 3. The minute displacement measuring device according to claim 1, wherein the movement amount is calculated from a difference between output values of the light receiving surfaces.
て記録媒体に照射し、その記録媒体からの反射光を受光
素子に検出することにより情報の記録や再生を行う光ピ
ックアップ装置において、前記記録媒体からの反射光が
入射することにより±n次光の第一回折光を発生する第
一回折格子と、前記第一回折光が入射する前記第一回折
格子とは格子ピッチが異なり±m次光の第二回折光を発
生する第二回折格子とを有し前記第二回折光の間での干
渉により干渉縞を発生させる干渉縞発生手段を前記受光
素子の前段に設け、その発生した干渉縞の位相とピッチ
の変化を前記受光素子の4分割された受光面により検出
し、それら各受光面上での干渉縞の分布を読取ることに
よりフォーカスエラー信号を求めかつ前記記録媒体上の
トラックパターンに対応する前記干渉縞を読取ることに
よりトラックエラー信号を求めかつ前記4分割された受
光面の総出力値から再生記録信号を求める記録媒体移動
量算出手段を設けたことを特徴する光ピックアップ装
置。4. An optical pickup device for recording and reproducing information by condensing light from a light source by an objective lens and irradiating the recording medium with light, and detecting light reflected from the recording medium by a light receiving element. A first diffraction grating that generates first diffracted light of ± nth order light by incidence of reflected light from the recording medium, and a first diffraction grating on which the first diffracted light is incident have different grating pitches. a second diffraction grating that generates a second diffracted light of the m-th order light; and an interference fringe generating unit that generates interference fringes by interference between the second diffracted lights is provided at a stage preceding the light receiving element. The change in the phase and pitch of the interference fringes is detected by the four divided light receiving surfaces of the light receiving element, and the distribution of the interference fringes on each of the light receiving surfaces is read to obtain a focus error signal, and the focus error signal is obtained. For track patterns Optical pickup device characterized in that a recording medium movement amount calculating means for obtaining a reproduced recording signal from the total output value of the sought track error signal and the four divided light receiving surface by reading the interference fringes response.
て記録媒体に照射し、その記録媒体からの反射光を受光
素子に検出することにより情報の記録や再生を行う光ピ
ックアップ装置において、前記記録媒体からの反射光が
入射することにより±n次光の第一回折光を発生する第
一等ピッチ回折格子と、前記第一回折光が入射する前記
第一等ピッチ回折格子と格子ピッチが同一でかつその第
一等ピッチ回折格子とは相対的な位相が異なる±m次光
の第二回折光を発生する第二等ピッチ回折格子とを有し
前記第二回折光の間での干渉により干渉縞を発生させる
干渉縞発生手段を前記受光素子の前段に設け、その発生
した干渉縞の位相とピッチの変化を前記受光素子の4分
割された受光面により検出し、それら各受光面上での干
渉縞の分布を読取ることによりフォーカスエラー信号を
求めかつ前記記録媒体上のトラックパターンに対応する
前記干渉縞を読取ることによりトラックエラー信号を求
めかつ前記4分割された受光面の総出力値から再生記録
信号を求める記録媒体移動量算出手段を設けたことを特
徴とする光ピックアップ装置。5. An optical pickup device for recording and reproducing information by condensing light from a light source by an objective lens and irradiating the light to a recording medium, and detecting reflected light from the recording medium by a light receiving element. A first equal-pitch diffraction grating that generates first diffracted light of ± n-order light by incidence of reflected light from the recording medium, and a first pitch and a grating pitch at which the first diffracted light is incident Having the same and the first equal-pitch diffraction grating and a second equal-pitch diffraction grating that generates a second diffracted light of ± m-order light having a relative phase different from that of the second diffracted light. An interference fringe generating means for generating interference fringes by interference is provided in front of the light receiving element, and a change in the phase and pitch of the generated interference fringes is detected by the four divided light receiving surfaces of the light receiving element. The distribution of interference fringes on the screen And a recording medium for obtaining a focus error signal by reading the interference pattern corresponding to the track pattern on the recording medium, obtaining a track error signal, and obtaining a reproduction recording signal from a total output value of the four divided light receiving surfaces. An optical pickup device comprising a moving amount calculating means.
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Applications Claiming Priority (3)
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- 1993-12-27 JP JP5330593A patent/JP2761180B2/en not_active Expired - Fee Related
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