JPH0694435A

JPH0694435A - 光学的検出装置

Info

Publication number: JPH0694435A
Application number: JP4267929A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hoshi; 宏明星; Masakuni Yamamoto; 昌邦山本; Eiji Yamaguchi; 英司山口; Susumu Matsumura; 進松村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-04-05
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JP3292314B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エッジ検出において、検出信号の変調度を向
上し、検出の信頼性を改善した光学的検出装置を提供す
る。【構成】レーザ光を位相物体に照射し、該位相物体か
らの反射光／透過光を光検出器に導き、該位相物体の属
性を検出する光学的検出装置において、該位相物体から
の回折波面を、参照波面と合波干渉させ、得られた干渉
強度分布を該光検出器により検出するように構成にする
と共に、該位相物体の偏光特性に起因する位相変調、該
位相物体からの回折波面による空間的位相変調の重ね合
わせによる総合位相と、前記参照波面の位相との相対位
相差を、空間的な部分領域で、略πの整数倍にするため
の位相補償板を有することを特徴とする光学的検出装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的に位相物体の属
性を検出する検出装置に関し、特に、光磁気ディスクの
エッジ再生に最適な光学的検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学的情報記録再生方式で用いられる記
録媒体は、その大きさに対してデータ記録容量が大きい
という点で、コンピュータの外部記憶手段として有効に
利用されている。なかでも、光磁気記録再生方式の記録
媒体は、データの書換えが可能であることにより極めて
有用である。このような光磁気記録媒体に情報を記録す
るには、マーク間記録方式及びマーク長記録方式（エッ
ジ記録方式）が知られている。後者は前者に比べてデー
タ容量を多くすることができる点で有利であるとされて
いるが、この方式によって記録された記録媒体から正確
に情報を再生するためには、光学ヘッド部分で情報ビッ
トのエッジ位置を読取る際の正確さが要求される。

【０００３】磁気記録媒体への情報記録は、光源として
の半導体レーザからの光束を対物レンズにより記録媒体
上に集光して、微小スポットを形成し、この光スポット
からの反射光を用いてマーク長記録方式で行うことがで
きる。また、光磁気記録媒体からの情報再生は、半導体
レーザからの光束を対物レンズにより記録媒体上に集光
し、微小スポットを形成して、ここからの反射光の偏光
状態の変化を光量変化に変換し、差動検出することによ
って行われている。

【０００４】この情報再生は、例えば、特開平３−２６
８２５２号に示されるように、回折限界に絞られた微小
スポットを用いる場合に、情報ビットのエッジからの反
射光の振る舞いは、位相型の０／πエッジや位相型０／
π格子からの回折が支配的になる。従って、幾何的、も
しくは、幾何光学的な反射光の振る舞いとは大きく異な
り、それらを利用した従来の検出装置とは、検出原理が
異なるのであって、より正確な新しいエッジ検出装置が
実現できる。

【０００５】このように、情報ビットのエッジからの回
折反射光を積極的に利用して、エッジ検出を行なう場合
に、より品質のよい信号を得る例としては、特願平２−
２７８７０２号、特願平２−２７９１０号、特願平２−
３０７９１０号、特願平２−３１０５２４号に示される
ように、空間的に不均一な光学フィルタや分割センサを
用いる装置が提案されている。これらの回折現象を積極
的に利用した新しい検出原理においては、回折波面の位
相分布は、特に重要な意味を持ち、それを無視して検出
できる従来例とは明らかに原理的に異なるものである。

【０００６】例えば、実開昭５６−９０７４４号公報に
所載の装置は、凹凸ピットからの反射光の光量分布を検
出するもので、ここでは、段差型のエッジからの反射光
の光量分布が非対称になる現象が利用される。つまり、
光強度分布、光量分布を直接検出するものであって、そ
の位相分布は全く無視できる検出法の例であり、しか
も、偏光特性も無視できる例であり、本発明に係るよう
に、回折限界スポットによる情報ビットのエッジからの
回折波面を利用する検出法とは、明らかに異なってい
る。

【０００７】また、特開平３−１０４０４１号公報に示
される方法は、エッジによる回折現象を無視でき、か
つ、カー効果による楕円効果（カー楕円率）を無視でき
る特別な場合である。すなわち、エッジ両側のドメイン
におけるカー効果による偏光状態（左右円偏光に位相差
のみが生じ、直線偏光が回転するだけの状態）が、それ
ぞれ、空間的にそのままファーフィルドを幾何的に２分
するため、その偏光の回転をλ／４板で位相差に変換す
ることが可能という特殊な場合であって、光ディスク上
の光磁気ドメインではなく、λ／４板で変換された位相
差により偏光ビームスプリッタを検光子とする構成によ
り、ファーフィールドで、ジッタ方向に強度差が生じる
という特別な場合のエッジ検出法が示されている。これ
は、回折限界スポットによる情報ビットのエッジからの
回折波面を利用する新検出法とは、原理的に異なる方法
である。

【０００８】また、この従来例と同様の検出原理とし
て、特開昭６２−１８８０４７号公報に示されるものが
ある。ここでのカー効果は、通常入射した直線偏光が、
ドメインの向きに応じて左右回りの楕円偏光に変換さ
れ、かつ、その長軸の傾きが、入射直線偏光に対し±θ
_k 傾く。しかし、この従来例では、非記録部からの反射
光は入射直線偏光のままで、記録部からの反射光のみが
直線偏光のまま傾くという特殊な場合に適用されたもの
である。さらに、検出法も特殊な方法であり、平行光束
中にλ／４板を置き、その方位を適当に設定することに
より、記録部から反射してきた直線偏光の傾きをλ／４
板で位相の変化（＝π／２）に変換し、非記録部からの
傾きのない直線偏光を検光子に通すことにより干渉させ
るという特別な構成になるものである。記録部からの僅
かな傾きの直線偏光にのみ位相差を与えることができる
特殊なλ／４板を用いる干渉ばかりでなく、通常におい
て知られている一般的な光の干渉では、干渉項が、干渉
する２つの光の位相差に関係していて、その位相差がπ
／２のとき、ｃｏｓπ／２＝０となり、干渉項が消失し
てしまうことになるが、ここでのエッジ検出では、平行
光束上でジッタ方向に光強度の差が出る特殊な構成によ
ってなされる。明らかに、回折限界スポットによる情報
ビットのエッジからの回折波面を利用する新検出とは、
原理的に異なる方法である。

【０００９】さらに、特開昭６２−１８８０４７号公
報、特開平３−１０４０３１号公報に示される検出原理
は、ディスク面上で生じた偏光の回転を、後に、位相の
変化に変換するが、その位相の変換を通してみると、実
開昭５６−９０７４４号公報の凹凸ピットと同様の検出
原理とみなせるものである。すなわち、実開昭５６−９
０７４４号公報に明示されているように、エッジ部にお
いても、段差の上面と下面とでは、エッジからの反射光
の強さが異なり、それが幾何的、幾何光学的に光検出面
に導びかれる。ここでは、この現象を利用している。

【００１０】これに対し、特開平３−２６８２５２号公
報などに示されるように、回折限界スポットによる情報
ビットのエッジからの回折波面を利用する新検出原理に
おいては、スポット内のエッジの各点からの反射光を幾
何光学的、幾何的にファーフィールド各点に対応させる
ことは不可能であるが、スポット内のすべての点からの
光がファーフィールド上の全ての点で重なりあい、新た
な波面を形成するという回折現象を利用でき、その回折
波面の振巾分布、位相分布を効率よく検出する点で、先
の従来例と根本的に相違するものである。

【００１１】また、特開平２−４６５４４号公報に示さ
れるエッジ検出法は、光スポットの直径より、長く、広
い幅の記録マークに適用可能な方法であって、ここで
は、記録面上の記録マークの２次元形状が、記録マーク
の前側エッジと後側エッジとで異なることに起因する、
光スポットとの相関値の違いを、集光レンズを用いた集
光位置での光強度分布の非対称性として捕らえている。
情報の高密度、高分解能に対応するためには、光スポッ
トの直径以下の記録マークのエッジ検出ができることが
望ましいが、この従来例では、その適用が難しい。さら
に、この従来例では、磁界変調記録による記録マーク
は、前後エッジの２次元形状がほぼ同じであるため、使
用できない。さらに、この従来例は、入射直線偏光の直
交偏光成分（カー成分）の光量のみを検出するため、非
常に微弱な光を検出することになり、良好なＳＮＲが得
られない。以上のように、この従来例も、回折波面の振
巾分布、位相分布に注目し、効率よくエッジを検出する
という新エッジ検出原理とは異なるものである。

【００１２】また、特開平３−１２０６４５号公報に示
されるエッジ検出法では、カー楕円率が０の時に、ファ
ーフィールドで光スポットを２分割光検出器により検出
する場合には、投光系、受光系の共通光路中に、斜めに
傾けた状態でλ／４板を入れて、楕円偏光化を行なうケ
ース、再結像位置で検出される場合は投光系、受光系の
共通光路中にブリュースター板を入れエッジ形状にマッ
チングした２分割光検出器で検出するケース、および、
受光系に位相補償量が不明な可変補償位相板と整合フィ
ルタとを組み合わせて偏光ビームスプリッタの透過光／
反射光を検出する無分割光検出器と２つの光検出器の光
量を調整するためのλ／２板とを配置したケースが、そ
れぞれ、示されている。この従来例においては、空間的
位相分布が重要な働きをすると思われるが、カー楕円率
が０のディスクに斜めのλ／４板による楕円偏光を入射
し、その反射波を、さらに、楕円化した場合の位相分布
について、特に考慮されているという記述は存在しな
い。また、補償量が不明な可変な補償位相板、整合フィ
ルタ、調節可能なλ／２板、偏光ビームスプリッタによ
る総合的位相分布、偏光分布の操作も同様に不明である
が、ファーフィールドにおける検出と、再結像面におけ
る検出の動作が同じである検出原理である。これは、回
折波面の振巾分布、位相分布に注目して、効率よくエッ
ジを検出する新エッジ検出原理によれば、ファーフィー
ルド面と再結像面の回折波面は全く異なることからする
と、その原理が異なる故に構成も異なるものと考えられ
る。

【００１３】なお、ここで、カー楕円率ばかりでなく、
ディスクやミラーやビームスプリッタなどの光学素子で
複属性や反射による位相シフトにより生じる総合的なフ
レネル成分とカー成分の位相差を補償するための位相補
償板については、既に公知のものである。

【００１４】

【発明が解決しようとしている課題】エッジ検出といっ
ても、回折波面の振巾分布、位相分布を利用するわけで
はない、上述の従来例においては、位相分布を考慮する
ことがなかっただけでなく、勿論、特開平３−２６８２
５２号公報に代表される新エッジ検出法においても、こ
れまで、回折による位相分布を相対的にのみ考慮してい
たため、合波干渉させた光強度分布の変調度が非常に低
いという問題点があった。ここでは、変調度が低いた
め、ＳＮＲが劣化し、エラーレートが劣化し、データ再
生の信頼性が低くなる。

【００１５】

【発明の目的】本発明は、上記事情に基いて成されたも
ので、エッジ検出において、検出信号の変調度を向上
し、検出の信頼性を改善した光学的検出装置を提供しよ
うとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
レーザ光を位相物体に照射し、該位相物体からの反射光
／透過光を光検出器に導き、該位相物体の属性を検出す
る光学的検出装置において、該位相物体からの回折波面
を、参照波面と合波干渉させ、得られた干渉強度分布を
該光検出器により検出するように構成にすると共に、該
位相物体の偏光特性に起因する位相変調、該位相物体か
らの回折波面による空間的位相変調の重ね合わせによる
総合位相と、前記参照波面の位相との相対位相差を、空
間的な部分領域で、略πの整数倍にするための位相補償
板を有する。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は本発明による光磁気ディスク記録再生
装置の光学ヘッドの構成を示している。同図において、
１は半導体レーザー、３はコリメーターレンズ、４はビ
ーム整形プリズム、５は第１の偏光ビームスプリッタ、
８はピックアップレンズ、９はピックアップレンズ８に
対してＡ方向に相対的に移動する光磁気ディスク、１０
はビームスプリッタ、１１はシリンドリカル面を持つサ
ーボセンサレンズ、１２は４分割サーボセンサ、１３は
位相補償板、１４はλ／２板、１５は第２の偏光ビーム
スプリッタ、１６，１７は２分割ＲＦセンサ、１８ａ，
１８ｂ，１９は差動増幅器である。第１の偏光ビームス
プリッタ５はＥ方向の偏光成分（Ｐ偏光）を７０％透過
し、３０％反射するとともに、直交する方向の偏光成分
（Ｓ偏光）を１０％反射する。また、第２の偏光ビーム
スプリッタ１５はＰ偏光を１００％透過し、Ｓ偏光を１
００％反射する。なお、２分割ＲＦセンサ１６、１７の
分割線は、紙面に対して垂直方向に伸び、光磁気ディス
ク９上のトラックを、その直交方向に２分割している。

【００１８】しかして、レーザ１からの光は、コリメー
ターレンズ３、ビーム整形プリズム４により、ほぼ円形
の平行光束に変換され、第１の偏光ビームスプリッタ
５、ピックアップレンズ８を介して、光磁気ディスク９
の記録面上に集光し、回折限界スポットとして結像され
る。そして、光磁気ディスク９からの反射光の一部は、
再び、ピックアップレンズ８を介して、第１の偏光ビー
ムスプリッタ５に到り、これによりＰ偏光成分の３０
％、Ｓ偏光成分の１００％を反射し、検出光学系に導び
く。ここでは、ビームスプリッタ１０で分割された一部
の光は、サーボセンサレンズ１１により、４分割センサ
１２に導かれる。なお、この光学的情報記録再生装置で
は、オートフォーカスに非点収差法、オートラッキング
にプッシュブル法を用いている。なお、ビームスプリッ
タ１０を透過した光は、位相補償板１３により、最適な
位相シフトを受ける。

【００１９】図２は磁区による偏光の変化を模式的に説
明するものである。すなわち、図１においてＰ偏光を光
磁気ディスクに入射させた場合、その反射光の偏光状態
を示したのが、図２の（ａ）であり、ここでは、記録さ
れている磁区の上下の向きにより、偏光の回転角θｋ
（カー回転角）の正負が反転する。反射光は楕円偏光と
なり、左右回りも反転する。図２の（ｂ）および（ｃ）
は、カー効果のカー楕円率を０とした時の、つまり、直
線偏光の回転のみを考えた時の、Ｐ，Ｓ成分に分けて偏
光の様子を表わしたもので、従来例の多くはこれに対応
する。また、図２の（ｄ）および（ｅ）は、カー楕円率
を考慮した場合である。図から明らかなように、磁区の
向きにより偏光の回転が±θｋ反転するということは、
Ｓ成分の位相がπだけシフトするということに対応す
る。従って、Ｓ成分だけで考えれば、磁区の上向き、下
向きの並びは、位相差が０およびπの位相物体の並びと
考えられる。その磁壁、つまり、エッジ部が０／π位相
エッジとして働き、位相変化としては、極めて大きなも
のであり、かつ、ステップ状の急峻な変化であることが
わかる。

【００２０】図３は、そのような位相型エッジ、位相型
格子からの回折波面を模式的に説明するためのものであ
る。図３において、光磁気膜２０に記録された上向き磁
区２１と下向き磁区２２の配列は、上述したようにＳ成
分で考えると、符号２３のような、微小な０／πの位相
差物体の配列と考えることができる。このエッジからの
回折波を、ピックアップレンズ８の瞳面、もしくは、フ
ァーフィールド領域２４で観察すると、図１におけるＥ
方向、つまり、Ｐ偏光成分については、特に、振幅・位
相が空間的に変調された物体が存在しないため、その光
量分布が、符号２５のような通常のガウシアンとなる。
一方、Ｓ偏光成分については、０／πの位相エッジから
の回折を受け、中心で割れた２山の光量分布となる。な
お、これは、微小物体と光の相互作用である回折による
ものであり、従来例に示されるような回折現象が無視で
きる程小さい場合とは原理的に異なる。例えば、図３の
場合、光量分布は２つの山に分かれるが、これらは独立
した光束ではなく、回折限界スポット５内の各点からの
波面が干渉ファーフィールドに作る回折パターンであ
る。つまり、幾何的に上向き磁区２１からの反射偏光光
束と、下向き磁区２２からの反射偏光光束とが並んだも
のではなく、それぞれの磁区の各点ξからの波面がファ
ーフィールド上の至る所に存在し、干渉し、形成された
一つの波面である。これは、いわば、上向きおよび下向
き磁区からの波面が混じり合った結果で生じたパターン
であり、従来例に示されたように、各々の磁区からの偏
光を幾何的に考え、空間的に分離し、特定することが不
可能である。

【００２１】図４は、図３において、回折限界スポット
５をＸ方向に走査した場合のＳ偏光について、レンズ４
の瞳面上の回折波面を計算により求めたものである。図
において、（ａ）〜（ｇ）は、ｘ座標での、スポット径
で規格化したスポット位置の違いを示している。図中、
実線は回折波面の振幅分布を表わし、破線は位相分布を
表わす。但し、位相は、簡単のため、相対値で表わす。
図４の（ａ）では下向き磁区２２にのみスポット５が投
光している場合で、振幅分布はガウシアンで、位相分布
は符号２３で示されるπrad だけシフトを受けている。
エッジがスポット内に入り込むと、図４の（ｂ）〜
（ｆ）のように、振幅分布は中心にくぼみが生じ、特
に、光軸とエッジとが一致する（ｄ）では２つの山に分
離する。位相分布は、上述のようにエッジが入ることに
より、（ｂ），（ｃ）のように、πradを中心にモデュ
レーションを受け、（ｄ）では０rad を中心とするモデ
ュレーションに飛ぶ。以下，エッジが光スポットから出
て行くに連れ、モデュレーションが小さくなり、位相０
rad の上向き磁区２１からの回折波面は、（ｇ）に示す
ように、位相が０rad となり、振幅分布もガウシアンに
戻る。

【００２２】この結果からも解るように、本発明の回折
現象を利用した再生では、エッジが光軸からずれた位置
（ｂ），（ｃ），（ｅ），（ｆ）においても、各々の磁
区の各点からの波面の重ね合わせにより、回折パターン
が生じ、特に、その位相分布は、空間的な偏光状態の分
布に対応するから、その位相の非対称性を利用した再生
が可能となる。しかしながら、この場合、幾何的あるい
は幾何光学的に、これら（ｂ），（ｃ），（ｅ），
（ｆ）の波面を、特定の磁区からの反射偏光状態で記述
することは不可能であり、従来例とは、その検出原理が
異なることは明らかである。また、光磁気ドメインが凹
凸ピットとして作用する従来例では、ファーフィールド
の振巾分布に非対称が生じることが示されるが、これ
は、本実施例のような位相ドメインとは異なる。

【００２３】次に、このように光磁気ドメインによる回
折で波面にモデュレーションを受けたＳ偏光と、ドメイ
ンによるモデュレーションを受けないＰ偏光とを、合波
干渉させた時の光強度分布について考えてみる。これを
具体的に示すと、図１の実施例において、λ／２板１４
の進相軸を光軸中心に２２．５°回転し、第２の偏光ビ
ームスプリッタ１５により、直交する２つの偏光を、±
４５°のアナライザーに射影し、合波干渉させた場合が
挙げられる。ここでは、従来例と本発明との原理的違い
を明確にするため、先ず、位相補償板１３がなく、カー
楕円率が０の場合について考え、次に、同じく、位相補
償板１３がなく、カー楕円率が０でない場合について考
え、更に、最後に、位相補償板１３による変調度の改善
効果について説明する。

【００２４】図５は、位相補償板１３がなく、かつ、カ
ー楕円率が０の場合におけるＰ偏光およびＳ偏光の空間
分布を示す。同図において、（ａ）は、Ｐ偏光の瞳面に
おける振巾分布、位相分布を表わし、上記振巾分布はガ
ウシアン、上記位相分布は０rad で、一定である。図５
の（ｂ）は、図４の（ｄ）に対応するもので、光磁気ド
メイン・エッジが光スポットの光軸上にある場合のＳ偏
光の瞳面における振巾分布（実線）、位相分布（破線）
を表わす。ここでは、カー効果による楕円化を無視して
いるため、Ｓ偏光の位相は、空間的に、０rad を中心に
±π／２rad の２つの領域に分かれている。図５の
（ｃ）〜（ｉ）は、瞳面の各座標ξ＝ξ₁ ，ξ₂ ，ξ
₃ ，０，ξ₄ ，ξ₅ ，ξ₆ におけるＰ偏光、Ｓ偏光の合
成偏光状態を表わす。一般に、Ｐ偏光、Ｓ偏光をＥ_P ，
Ｅ_S とし、その振巾をＡ_P ，Ａ_S 、光の角周波数をω、
波長をλ、各偏光の初期位相をφ_P1，φ_S とすると、Ｅ_P ＝Ａ_P cos （τ＋φ_P ）Ｅ_S ＝Ａ_S cos （τ＋φ_S ）（ただし、τ＝ωｔ−２π／λＺ）となる。δ＝φ_P ，
φ_S とすると、合成偏光はδ＞０で右まわり、δ＜０で
左まわりの楕円偏光で表わされる。また、δ＝０で直線
偏光となり、δ＝±π／２で、しかも、Ａ_P ＝Ａ_S であ
れば、右回り、左回りの円偏光で表わされる。

【００２５】図５の（ｃ）は、座標ξ＝ξ₁ における偏
光状態であり、Ｅ_P （ξ₁ ）＜Ｅ_S（ξ₁ ）でδ（ξ
₁ ）＝＋π／２＞０であるから、図示したような、長軸
がＳ方向にある、偏平な右まわり楕円偏光となる。空間
に対称な位置ξ＝ξ₆ では、図５の（ｉ）に示したよう
に、Ｅ_P （ξ₆ ）＜Ｅ_S （ξ₆ ）で、δ（ξ₆ ）＝−π
／２＜０となり、Ｅ_P （ξ₆ ）＝Ｅ_P （ξ₁ ）で、Ｅ_S
（ξ₆ ）＝Ｅ（ξ₁ ）であるため、図５の（ｃ）と同じ
形の楕円偏光であるが、左まわりの楕円偏光となる。左
右回転の違いは、±４５°のアナライザー（第２の偏光
ビームスプリッタ）では検出できないため、ξ＝ξ₁ 、
ξ＝ξ₆ の各点の合波干渉強度Ｉ（ξ）は等しくなる。
つまり、Ｐ偏光からのアナライザの傾き角をαとするとＩ（ξ）＝（Ａ_P （ξ）cos α）² ＋（Ａ_S （ξ）sin α）² ＋２Ａ_P （ξ）Ａ_S （ξ）cos2 sin2・ cosδ（ξ）と表わされるので、α＝±４５°であり、また、Ａ_P
（ξ₁ ）＝Ａ_P （ξ₆ ），Ａ_S （ξ₁ ）＝Ａ_S （ξ₆ ）
であるから、以下の数式となる。

【００２６】

【数１】Ｐ偏光、Ｓ偏光の位相差がδ＝±π／２である以上、干
渉項＝０となって、振巾が等しければ、強度も等しくな
る。従来例において、｜δ｜＝π／２となるようなλ／
４板を配置したものがあったが、これは基本的に干渉効
果が消失する位相差である。

【００２７】図５の（ｄ），（ｈ）は、それぞれ、座標
ξ＝ξ₂ ，ξ＝ξ₅ における偏光状態であるが、Ｅ_P ＝
Ｅ_S ，δ＝−π／２となり、それぞれ、右まわり、左ま
わりの円偏光となり、Ｉ（ξ₂ ）＝Ｉ（ξ₅ ）である。
また、図５の（ｅ），（ｇ）は、それぞれ、座標ξ＝ξ
₃ ，ξ＝ξ₄ における偏光状態を表わし、Ｅ_P ＜Ｅ_S，
δ＝±π／２であるため、長軸がＰ偏光に一致した縦長
の偏平な回転方向のみが異なる楕円偏光となり、Ｉ（ξ
₃ ）＝Ｉ（ξ₄ ）となる。更に、図５の（ｆ）はξ＝０
における偏光状態で、Ｅ_S ＝０であるから、Ｐ偏光とな
る。

【００２８】すなわち、上述のことから先ず解ること
は、従来においては、カー成分の回折効果を無視した
り、考慮していなかったため、このように瞳面におい
て、偏光の分布が不均一になることが知られてなかった
ということである。また、たとえ、そういう現象が気付
かれることなく生じていたとしても、従来の検出原理の
構成では、合波干渉させた瞳面の光強度分布が非対称に
なることがないため、従来の構成ではエッジ検出信号が
得られないということが明確である。

【００２９】次に、カー楕円率が０でない場合について
説明する。図６が、その場合の瞳面における偏光状態を
表わす。これは図５と対応している。図５との違いは、
Ｓ偏光にカー効果による楕円化の効果、すなわち、δ_k
＝φ_kp−φ_ksを盛り込んだ点である。図６の（ｂ）のＳ
偏光の振巾分布は、図５の（ｂ）と同じであるが、位相
分布は、−δ´_k だけシフトしており、光軸ξ＝０に対
して、回転対称ではない、つまり、奇関数ではない。こ
の場合の各座標点ξ＝ξ₁ ，ξ₂ ，ξ₃ ，０，ξ₄ ，ξ
₅ ，ξ₆ における偏光状態の模式図が、図５と同様に、
それぞれ、図６の（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），
（ｇ），（ｈ），（ｉ）に示されている。ここでは、カ
ー楕円率δ_k の存在により、δ＝φ_p −φ_s ＋δ_k は±
π／２となることはない。このため、各楕円偏光の長
軸、短軸がＰ方向、Ｓ方向に一致することはない。図６
の（ｂ）に示されるようなδ＝−π／２−δ´_k の領
域、ξ＜０では、図６の（ｃ），（ｄ），（ｅ）のよう
に、楕円偏光の長軸は、Ｐ方向に対して左まわり側に傾
いた、右まわり楕円偏光となり、δ＝＋π／２−δ´
_R 、ξ＞０の領域では、長軸の傾きが逆の左まわり楕円
偏光となる。従って、各点での合波干渉強度は、もはや
等しくなく、干渉強度分布は非対称になる。座標点ξ＝
ξ₂ ，ξ₅ で比較すると、Ａ_P （ξ₅ ）＝Ａ_P （ξ
₂ ），Ａ_S （ξ₅ ）＝Ａ_S（ξ₂ ）より、以下の数式と
なり、干渉項の符号が、光軸ξ＝０を境に反転すること
になる。

【００３０】

【数２】つまり、これから解ることは、カー成分の回折効果だけ
では、図５で示したようにエッジによる瞳面の干渉強度
分布に非対称性が表われないが、カー効果による楕円効
果が組み合わされると、非対称性が生じ、エッジ検出信
号が、はじめて得られるということである。従って、カ
ー楕円率とカー成分との回折効果を利用していない前記
の従来例においては、瞳面における干渉強度分布に非対
称は生じないのであって、本発明のようには、エッジ検
出信号を得ることができなかったのである。

【００３１】ところで、同一出願人による特開平３−２
６８２５２号公報に代表される一連の新エッジ検出法に
おいて得られていたエッジ検出信号は、図６で説明し
た、カー効果による楕円効果δ_R と、基板や途中の光学
系により生じるＰ偏光、Ｓ偏光の位相差δ_o により生じ
た位相シフトと回折による位相変化とを組み合わせたこ
とにより得られていたことが明らかになった。すなわ
ち、図６の（ｂ）で、これを説明すれば、ξ＜０では、
−π／２−δ´_R ＋δ_o 、また、ξ＞０では、＋π／２
−δ´_R ＋δ_o の状態であり、＋｜ξ｜点と−｜ξ｜点
とでの光強度の違いは、干渉項Ａ_P （ξ）Ａ_S （ξ）si
n （δ´_R −δ_o ）で表わされる。ここで、図６に示し
たδ´_R のシフトに限定されないように，位相差分布δ
をより一般化して、以下の式にする。 δ＝δ_d ＋δ_R ＋δ_o ＝φ_P −φ_S なお、ここで、δ_d は回折による生じる位相差、δ_R は
カー楕円率により生じる位相差、δ_o はその他基板や光
学系により生じる位相差である。本来、δ_d およびδ_R
を分ける必要はないが、均一ドメインの場合とエッジが
ある場合との説明を仕易くするために、このように分け
て考えるのである。

【００３２】カー回転角θ_k 、カー楕円率δ_k の間に
は、クラマース＝クローニヒの関係が成り立ち、独立で
はなく、ほぼ同じオーダーである。一般に、θ_k は１度
以下であり、δ_k も１度以下である。また、通常のレベ
ル検出においては、δ_o を小さくする努力がなされてお
り、前述の、そのための補償板、ミラーやビームスプリ
ッタの反射面の位相シフトを利用した例が知られてい
る。すなわち、それは、従来の光学系においては、δ_k
＋δ_o ＝０のための努力がなされていることを意味して
いる。それは、とりもなおさず、エッジ検出において
は、図５に示したエッジ検出信号がなくなる方向での努
力である。また、δ_k ＋δ_o ≠０であって、残留の位相
差が存在しても、それは微小であり、エッジ検出信号の
振巾（ピーク）の変調度に対応する｜Ａ_P Ａ_S cos δ｜
＝｜Ａ_P Ａ_S sin （δ_k ＋δ_o ）｜となって、非常に微
小な信号しか得られないということが、明確である。

【００３３】本発明は、このエッジ検出信号の変調度を
改善し、再生信号の品質を上げ、データ再生の信頼性を
向上させるものである。すなわち、図１の実施例におい
て、位相補償板１３により、位相差分布δを補正し、エ
ッジ検出信号の振巾を最大にするものである。

【００３４】図７は位相補償板１３の模式図である。位
相補償板１３は水晶からなり、旋光性を相殺し、複屈折
性のみを用いるように、厚みの差を利用した貼り合わせ
構造になっている。ここでは、総合の進相軸Ｆと遅相軸
Ｓ間の位相差が（π／２）−（δｋ＋δｏ）となるよう
に、位相補償板１３の厚みが設定されている。また、進
相軸ＦをＰ偏光方向に合わせ、直交する遅相軸ＳをＳ偏
光方向に一致させる配置になっている。従って、ドメイ
ンエッジが光スポットの光軸上にある場合、瞳面のＳ偏
光の位相分布は、Ｐ偏光の位相を基準にすると、−（π
／２）＋（δｋ＋δｏ）と（π／２）＋（δｋ＋δｏ）
になっていることを既に明らかにしているが、このＳ偏
光の位相分布が、上述の位相補償板１３により、Ｐ偏光
に対して（π／２）−（δｋ＋δｏ）だけ遅れるため、
位相補償板１３を通過した後では、Ｐ偏光に対して０お
よびπになる。

【００３５】図８は、位相補償板１３により位相補正を
受けた後の偏光状態を表わしており、図５および図６に
対応している。ここでは、図８の（ｂ）に示すように、
Ｐ偏光の位相を基準（Ｏrad ）にした場合に、位相補償
板１３により、Ｓ偏光の位相分布が０およびπrad にな
るように操作される。つまり、図５および図６では、ξ
＜０で−π／２，−π／２−δｋ’だった位相を遅らせ
て、０にし、ξ＞０で＋π／２，＋π／２−δｋ’だっ
た位相を遅らせて、πにしている。この操作により、各
点ξ＝ξ₁，ξ₂，ξ₃，Ｏ，ξ₄，ξ₅，ξ₆におけ
る偏光状態は、それぞれ、図８の（ｃ），（ｄ），
（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ）となる。この
場合、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差δが０かπであるから、
楕円偏光ではなく、直線偏光となっている。しかし、偏
光の回転角および振幅は、不均一に分布していることが
わかる。前述の場合と同じように、図８の偏光分布につ
いて、λ／２板１４により、遅相軸をＰ偏光方向に対し
て２２．５°回転することにより、各偏光状態を、一律
４５°回転する。これにより、Ｐ偏光軸に対して±４５
°に設定されたアナライザによる合波干渉強度分布が、
同相ノイズを除去する差動検出構成の第２の偏光ビーム
スプリッタ１５により、透過光、反射光として得られ
る。

【００３６】図８から解るように、その強度分布には、
大きな非対称性が生じている。これをξ＝ξ₁，ξ₆で
比較すると、Ａｐ（ξ₁)＝Ａｐ（ξ₆)、および、Ａｓ
（ξ₁)＝Ａｓ（ξ₆)から、以下の式となる。

【００３７】

【数３】すなわち、得られる非対称性としては、最大の非対称性
が生じていることになる。従って、エッジ検出信号とし
て最大の変調度が得られる。他の各点の対（ξ₂,
ξ₅）、（ξ₃,ξ₄）においても、同様の最大の非対称
性が生じている。すなわち、２分割センサ１６，１７に
より、その強度分布の非対称性を検出し、差動検出器１
８ａ，１８ｂにより、差分検出した際、信号の振幅は、
２Ａp Ａs に比例する。図６における従来では、振幅は
２Ａp Ａs ・sin （δｋ＋δｏ）であり、微小なもので
あったが、本発明により限界最大振幅が得られたことに
なる。

【００３８】なお、見方を変えば、図５、図６、図８の
各（ｃ）〜（ｉ）のＰＳ平面内の長方形（Ｐ偏光側の辺
の長さ２Ａ_P 、Ｓ偏光側の辺の長さ２Ａ_S ）内に内接す
る楕円偏光の形状を制御し、最適値に設定したというこ
とができる。つまり、本発明は、図１の構成に限定され
るものではなく、カー効果、回折、複屈折など、あらゆ
る光学現象により生じた偏光状態に適用できる概念を含
むものである。たとえば、図１の光磁気ディスクの光ヘ
ッドにおいても、瞳面において、図８に示したような直
線偏光分布となるように、光磁気ディスクの媒体構成、
多層膜構成を設定することも可能である。たとえば、あ
らかじめ多重反射による位相シフトを含めてδ_R とし、
回折による位相変化や途中の光学系による位相変化δ_o
を受けた後にπの整数倍の位相分布を持つような、エッ
ジ記録再生用光ディスクの概念をも含むものである。さ
らには、光ディスクの互換性を考え、光ディスクの楕円
率を規定し、回折の影響と光学系の位相変化を規定した
光ヘッドというような分離も可能な発明である。なお、
位相補償板１３は、水晶板に限定されるものでないこと
はいうまでもない。さらに、特に、位相補償板１３を配
置せずとも、ミラーやビームスプリッタにおけるＰ偏光
とＳ偏光の位相差の組み合わせにより、目的の位相分布
を得ることが可能であれば、位相補償板１３がなくて
も、本発明が実施可能であることはいうまでもない。

【００３９】次に、本発明の別の実施例について説明す
る。図１０は、本発明による光磁気ディスク記録再生装
置の光学ヘッドの構成を示す。同図において、図１の実
施例と同じ構成部分は同一符号で表わす。図１０の実施
例は、図１の実施例が瞳面検出であったのに対し、再結
像面検出の構成となっている。ここで、符号３０は位相
補償板、３１，３２はセンサレンズ、３３，３４は２分
割ＲＦセンサ（分割線は紙面に垂直な方向に伸び、光磁
気ディスク９上のトラックと直交する方向）、３５，３
６，３７は差動増幅器である。

【００４０】前述の実施例と同様に、従来例と本発明と
の原理的な違いを明確にするため、先ず、位相補償板３
０がなく、かつ、カー楕円率が０の場合について考え
る。図１１は、回折限界スポットが光磁気ディスク９上
を走査した場合に、センサレンズ３１，３２の再結像面
におけるスポットのＳ偏光の波面を示したものである。
ここでは、（ａ）〜（ｇ）は、スポット径で規格化した
スポット位置の違いを示しており、図中の実線は振幅分
布を示し、破線は位相分布を表わす。但し、位相分布
は、Ｐ偏光の均一の位相分布を基準値０とした場合の相
対値である。これから、図４の瞳面における回折波面の
変化とは大きく異なり、瞳面検出と再結像面検出とで同
じ動作をするという前述の従来例とは基本的に異なるこ
とが、先ず、理解される。エッジがスポット内にない場
合、（ａ），（ｇ）は基本的にガウシアン型の振幅分布
となり、位相はその時のドメインの向きにより、πか、
０かになる。また、ここでは、ピックアップレンズ８の
瞳より、センサレンズ３１，３２の瞳を小さくして、ト
ラッキングなどによる軸ずれの影響を低減しているため
に、輪帯の回折パターンが微小になり、その輪帯間の位
相差はπとなっている。今、エッジがスポット内に入り
込むと、（ｂ）〜（ｆ）のように、振幅分布は非対称に
なり、振幅０となる谷が移動し、スポット中心にエッジ
がくる。図１１の（ｄ）では、その谷は中心になり、結
果的に振幅分布は対称になる。また、位相分布は、エッ
ジがスポットに入ることにより、０，πの値をとり、そ
れが輪帯毎に入れ換っていて、図１１の（ｄ）では、中
心で０／πが生じている。従って、回折による影響を受
けていないＰ偏光波面（図１１の（ｇ）の振幅を増幅し
たものと同じ）と合波干渉させることにより、強度分布
の非対称性を生じさせることができる。この時、Ｐ偏光
に対してＳ偏光のとる値が０およびπであるため、光磁
気ディスクからピックアップレンズの瞳面までの回折
（図４相当）に続き、センサレンズの瞳面から再結像面
への回折という２つの回折により、再結像面における位
相分布は、cos ０＝１、cos π＝−１のように、最も非
対称性が大きくなり、最大のエッジ信号振幅が得られる
ことになる。ところが、実際には、カー楕円率δｋ、な
らびに、ミラーやビームスプリッタの反射などにより生
じるＰ偏光およびＳ偏光の位相差δｏが存在するため、
cos（δｋ＋δｏ）および cos（π＋δｋ＋δｏ）の変
調度の減少が生じている。

【００４１】本発明では、このカー楕円率と、回折によ
る位相変化、光学系による位相変化などを総合した位相
分布とを、参照波面の位相分布に対して、部分的にでも
πの整数倍にすることにより、その変調度を改善するか
ら、本実施例において、δｋ＋δｏの位相を補正するこ
とにより、最大振幅が達成される。従って、図１０にお
いて、位相補償板３０として、進相軸と遅相軸の位相差
がδｋ＋δｏ（もしくは加算することのπの整数倍）で
ある補償板の構成を用い、進相軸を、Ｐ偏光方向に一致
させる配置にすることで、センサレンズ３１，３２の再
結像面における、Ｓ偏光波面の位相分布を、図１１に示
したように、Ｐ偏光に対してπの整数倍にすることがで
きる。これにより、差動増幅器３５，３６による差分出
力の振幅を最大にすることができる。

【００４２】次に、本発明による更に別の実施例につい
て説明する。図１１は、本発明による光ディスク記録再
装置の光学ヘッドの構成を示している。同図において、
図１と同一部分には同符号を付けている。この実施例
は、光ディスクに記録されるマークが、前記の実施例と
異なり、光磁気ドメインではなく、凹凸ピットである場
合について本発明を適用したものである。ここで、符号
３９はピックアップレンズ、４０はＰ偏光を５０％透過
し、５０％反射し、Ｓ偏光を１００％反射する第１の偏
光ビームスプリッタ、４１はピックアップレンズ３９と
機械的に一体化されたλ／４板ハーフミラー、４２は凹
凸ピットが記録される光ディスク、４３はＰ偏光を１０
０％透過し、Ｓ偏光を８０％透過し、２０％反射する第
３の偏光ビームスプリッタ、４４は位相補償板、４５，
４６は２分割ＲＦセンサ、４７，４８，４９は差動増幅
器である。ここでは、ピックアップレンズ３９により光
ディスク４２に回折限界スポットが照射されるが、図１
２は、それを拡大して模式的に示した図である。説明の
ため、レンズ面、光ディスク各面を省略している。ピッ
クアップレンズ３９に対向する光ディスク側の面５６を
出た光は、λ／４板ハーフミラー４１に入射し、６０％
が透過し、４０％が反射される。また、反射多層膜面５
０を透過した光は、λ／４基板５１を透過し、右まわり
円偏光に変換され、光ディスク４２の凹凸ピット面５３
上に光スポット５４として結ばれる。ここで回折反射さ
れた光は、略左まわり円偏光となり、再び、λ／４基板
を通り、略Ｓ偏光に変換され、反射多層膜面５０を６０
％透過し、ピックアップレンズ３９に戻る。一方、反射
多層膜面５０で反射した入射光は、ピックアップレンズ
面５６の光軸上の頂点に、光ディスク４２上の光スポッ
ト５４と同等の光スポット５５を結ぶ。光ディスク側の
レンズ面５６は平面もしくは非常に曲率半径の大きな面
であり、光スポットは１μｍ前後と微小であるから、レ
ンズ面５６で正反射した光は、再び、λ／４板ハーフミ
ラーに戻り、４０％が再反射され、ピックアップレンズ
に戻る。この光は、Ｐ偏光のままで、参照波面として用
いられる。なお、レンズ面の光軸の頂点、数μｍφに高
反射膜５２をつけておくことにより、光の利用効率を向
上させることができる。

【００４３】図１１において、そのようにして、Ｓ偏光
信号光とＰ偏光参照光とを、固定の略等光路長に構成に
することで、ディスクの面振れや、オートフォーカスに
対応したアクチュエーター（図示せず）の動きによるノ
イズが除去できる。ピックアップレンズ３９により再び
平行光束に戻されたＰ、Ｓ偏光は、第１の偏光ビームス
プリッタ４０１により、検出系側に反射される。また、
第３の偏光ビームスプリッタ４３により、ディスクのオ
ートトラッキング、オートフォーカス用信号を持ったＳ
偏光の一部が反射され、サーボ用光学系に導びかれる。
第３の偏光ビームスプリッタ４３を透過したＳ偏光の波
面を、図１３に示す。ここでは、（ａ）〜（ｇ）は、回
折限界スポット５４を走査した場合の凹凸ピットのエッ
ジ、つまり、段差エッジからの回折波面を示しており、
スポット径で規格化したスポット位置による違いが示し
てある。図中の実線は回折波面の振巾分布、破線は位相
分布を表わす。段差エッジの場合の回折波面は、図４に
示したような位相エッジと異なり、振巾分布が非対称に
なり、位相分布も奇関数的でなくなる。これは、段差部
からの回折波が左右の段差により異なるためであり、こ
こに示した段差は、垂直で高さがλ／４であり、ξ＜０
で高さが０であり、ξ＞０で高さがλ／４である場合に
ついてであるが、高さや段差部の傾きにより回折波面が
変化するのは当然であるが、非対称の傾向は変わらない
ので、この例で説明する。振巾の非対称方向は、段差の
方向に依存し、スポットが移動しても、振巾分布の大小
のアンバランス方向は変化しない。また、振巾が小さい
ディップの位置は、光軸からシフトしており、また、そ
のシフト量は、スポットが移動しても、ほとんど変化し
ない。位相分布の湾曲の中心点は、振巾分布のディップ
位置に一致し、位相エッジに比べ空間的変化がゆるやか
で、光軸とエッジ中心が一致した図５の（ｄ）の場合で
も、＋π／２から＋３π／２への変化が緩やかである。
ここでは、カー効果は存在しないので、回折による位相
変化δ_d が生じており、合波干渉させる参照波、位相０
rad のＰ偏光では、図４、図５と同様で、Ｓ偏光の振巾
分布の非対称性による光量の不均一性しか生じないので
あり、干渉項が消去され、エッジ検出信号の振巾は非常
に小さいものとなってしまう。また、図１２に示したよ
うにＰ偏光とＳ偏光との光路長差は微小でかつ固定的で
あるが、初期調整において光路長差を機械的に０にする
のは難しく、かつ、熱膨張係数の違いやλ／４板の屈折
率の温度特性、残留オートフォーカスのオフセット、そ
れらの経時変化などがある。また、前述の各光学素子に
より生じる位相シフトもあるので、それにＰ偏光，Ｓ偏
光の光路長差を含む値を、改めてδ_o とおくと、総合的
に、δ＝δ_d ＋δ_o の位相差が生じる。従って、この位
相差を、位相補償板４４により補正し、Ｐ偏光とＳ偏光
との位相差がπの整数倍になる部分が多くなるようにす
ることで、エッジ検出信号の振巾を大きくし、変調度を
増大させることができる。図１３の場合、（ｄ）から解
るように、位相補償板４４により３π／２−δ_o の位相
差を与えることにより、所要の振幅を実現する。ただ
し、（ｄ）から明らかなように、位相分布は一定の部分
が少なく、小さく湾曲しており、また、逆側のエッジが
来ると、ξ＝０軸を中心に反転した波面と位相分布とな
るから、その場合には、よりエッジ検出信号振巾が最大
になるように、エッジ検出信号波形をモニターしなが
ら、位相補償板４４により与える位相補償量を微調すれ
ばよい。また、前述の各光学素子の誤差や、ゆらぎ、経
時変化を考え、平均的に安定した信号振巾が得られるよ
うに、位相補償量を補正してやればよい。それには、位
相補償板４４を、図１１に示すように、光軸に対して微
小量傾け、あるいは、進相軸をＰ偏光方向から微小量回
転するなどの方法が採用できる。

【００４４】このようにして、エッジが光軸上にある場
合の瞳面の偏光を補正し、それをλ／２板により４５度
回転し、第２の偏光ビームスプリッタ、２分割センサ４
５，４６による差動検出光学系により検出し、その検出
信号を差動増幅器４７，４８により差分し、さらに、差
動増幅器４９により差動をとり、同相ノイズを除去する
ことで、良好なエッジ検出信号を得ることができる。

【００４５】図１４に本発明による他の実施例を示す。
この実施例は、位置検出装置に本発明を実施したもので
ある。ここで、符号６０は周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ、６１はビームエクスパンダー、６２は無偏光ビーム
スプリッタ、６３，６６はピックアップレンズ、６５は
位相補償板、６４は対象物、６７はミラー、６８はλ／
２板、６９は偏光ビームスプリッタ、７０，７１は２分
割センサ、７２，７３，７４は差動増幅器、７５は位相
補償板制御器である。レーザ６０からの光ビームは、ビ
ームエクスパンダー６１で広げられ、無偏光ビームスプ
リッタ６２により分割され、更に、ピックアップレンズ
６３により、シリコンウェハーやレチクルなどの対象物
６４上に回折限界スポットとして結像される。スポット
は、様々な形状の凹凸構造のエッジにより回折を受けて
おり、回折波面は、ピックアップレンズ６３、無偏光ビ
ームスプリッタ６２を介して検出系に導かれる。一方、
参照波面はピックアップレンズ６６とミラー６７により
戻され、位相補償板６５を往復で透過する。これによ
り、図１１の実施例で示したような段差エッジによる回
折にともなう位相シフトδ_d （例えば、図１３参照）
と、光路長差および光学素子による位相シフトδ_o を補
正し、対象物からの回折波面と、参照波面との部分的位
相差をπの整数倍にするような位相補正を与える。これ
により、エッジがスポットの光軸上にある時に、エッジ
検出信号が最大の振巾となる。すなわち、図１３に示し
た回折波面は、λ／４の段差エッジによる円偏光の回折
のＳ偏光成分を示したことになり、前記実施例において
も、段差の高さ、エッジ形状に限定されないことを示し
たが、前記実施例のような、光ディスクにデータとして
記録された凹凸ピットは、段差高さ、形状はほぼ一定で
あり、それに合わせて固定した位相補償板で対応が可能
な例である。しかし、図１４の本実施例においては、対
象物６４のエッジの高さ、形状は必らずしも一定とは限
らない。そこで、本実施例においては、検出されたエッ
ジ検出信号を分析し、エッジに最適化した位相補償板を
与えることにより、さまざまなエッジの高さや形状に適
応した位置検出装置を提供する。すなわち、差動検出器
７４の出力を位相補償板制御器７５に入力することで、
エッジ検出信号の振巾のピーク値が求められる。このピ
ーク値を予め設定された値と比較し、その誤差信号によ
り位相補償板６５の補償量にフィードバックをかけ、ピ
ーク値を高くする制御が行なわれる。その際、補償量の
補正の方向を検出するため、エッジ位置検出の最高周波
数ｆ_c の、できれば１０倍以上の周波数ｆ_w で、位相補
償量を微小量、ウォブリングし、ｆ_w の帯域で制御誤差
信号を検出し、ｆ_c の帯域で位相補償量を制御するとこ
ろの、ウォブリング法を採用するのが望ましい。なお、
位相補償板６５の補償量の制御には、補償板６５の傾
き、回転による方法が用いられるが、本発明は、その手
段が何かに限定されるものではなく、ここでは、電気光
学効果を用いた屈折率制御、バリアブルな厚み制御、参
照光側の光路長のピエゾによる制御など、様々の手段が
実施可能である。

【００４６】このように、位置検出装置においても、従
来は、特に、回折による位相シフトδ_d に対応していな
かったため、対称物のエッジのない単一の高さ、もしく
は、位相領域間の位相差のみを考え、それら複数の状態
間での干渉強度の差を大きくし、その差の中間値として
エッジを検出するしかなかったが、本発明によれば、エ
ッジによる回折波の位相シフトが、それら単一の領域の
位相を中心に正負にモジュレーションされるという現象
を利用して、そのエッジによる回折波面の合波干渉した
強度を最適化することにより、エッジ検出信号の品質を
飛躍的に向上させ、位置検出装置の高信頼性を実現でき
るのである。

【００４７】図１５は、また、本発明による更に他の実
施例を示している。ここでは、本発明を、ホログラフィ
ック位相格子を用いたエンコーダーに対して実施してい
る。同図において、符号６０，６１は、図１４の実施例
で示すものと同じレーザーとエクスパンダー、８０は偏
光を４５度回転させるλ／２板、８１は偏光ビームスプ
リッタ、８２は位相補償板、８３，８４はミラー、８
５，８７はピックアップレンズ、８６はホログラフィッ
ク位相格子、８８はビームスプリッタ、８９は偏光を９
０度回転させるλ／２板、９０，９１はセンサレンズ、
９２，９３は２分割センサ、９４，９５，９６は差動増
幅器である。偏光ビームスプリッタ８１を反射したＳ偏
光は、ミラー８４、ピックアップレンズ８５を介して、
位相格子８６上にスポットとして結像され、また、位相
格子８６のエッジにより回折された光はピックアップレ
ンズ８７によりビームスプリッタ８８に導びかれ、参照
波と合波干渉する。偏光ビームスプリッタ８１を透過し
たＰ偏光は、Ｓ偏光が位相格子８６の回折により受けた
位相シフトδ_d と、Ｓ偏光との光路長差により生じる位
相シフトおよび光学素子の反射などで生じる位相シフト
との合計δ_o の位相を補正し、再結像面のセンサ９２，
９３上でＳ偏光側からの光の位相差が、部分的にπの整
数倍になるように、位相補償板８２により位相補償を受
ける。また、偏光ビームスプリッタ８１を透過した反射
光は、ミラー８３を介してλ／２板８９によりＳ偏光に
変換され、ビームスプリッタ８８で、位相格子８６から
の回折波であるＳ偏光と合波干渉される。この場合、ビ
ームスプリッタ８８は、そのＳ偏光の反射光が、反射時
に、透過光に対してπrad の位相シフトが生じるような
膜を構成しているので、ビームスプリッタ８８の２つの
射出光同志は、相対位相がπずれた合波干渉波となって
おり、差動検出構成を実現している。センサ９２，９３
上の位相格子による回折波面の再結像面の波面は、図１
０に示されたもの、および、位相をπシフトしたものと
なるが、これも、前実施例と同様、位相格子８６のエッ
ジ部の位相差がπの整数倍である場合であるが、位相格
子８６の位相差により本発明の適用が不可能になること
がないのは、前述した通りである。このように、従来
は、エンコーダの格子ピッチを小さくし、分解能を上げ
ようとすると、光の回折現象により信号品質が劣化し、
高分解能化が不可能であったが、本発明によれば、エッ
ジの回折現象を積極的に利用することにより、高分解能
エンコーダが可能となる。

【００４８】次に、本発明により得られたエッジ検出信
号波形の処理について説明する。図１６は信号処理を説
明するためのブロック模式図である。ここで、符号１０
６は前述の複数の実施例で得られるエッジ検出信号の入
力端子、１００は微分回路、１０１，１０２は上向き波
形のウィンドウ回路Ｉおよび下向き波形のウィンドウ回
路II、１０３，１０４はそれぞれのウィンド回路に対応
したコンパレータＩ，II、１０５はパルス列のＯＲをと
とって演算を行なう合波回路である。また、図１７はそ
れぞれにおける波形の模式図である。

【００４９】図１７の（ａ）はエッジ検出信号であり、
エッジ部において上向きパルス、下向きパルスが発生
し、これが、エッジ間隔が大きければ、孤立パルスとな
り、小さければ、正弦波状の連結パルスになり、さら
に、エッジ間隔が小さくなると、符号間干渉により、パ
ルス高が小さくなるなどの変形を受ける。エッジ検出信
号からは、しきい値をそれぞれ正と負に設定したウィン
ドウ回路１０１，１０２により、上向きパルス、下向き
パルスに対応したウィンドウ波形（ｂ），（ｃ）を得て
いる。ウィンドウ幅は、孤立パルスの場合に比べ、エッ
ジが密になると狭くなる。一方、微分回路１００によ
り、微分波形（ｄ）が得られ、各エッジ部でゼロクロス
するＳ字パターンが得られる。上向き、下向き、それぞ
れのウィンドウ波形（ｂ），（ｃ）を用いて、コンパレ
ータ１０３，１０４により、微分波形（ｄ）よりエッジ
の０クロス点が検出され、ワンショットにより、エッジ
位置を示すパルス列（ｅ），（ｆ）が得られる。このパ
ルス列を、合波回路１０５により再び合成し、例えば、
図１７の（ｇ）に示されるような、エッジ位置によりＬ
Ｈが反転する波形が得られ、エッジ位置の検出が行なわ
れる。

【００５０】なお、以上の複数の実施例において、本発
明を、異なる用途の装置に適用した場合について説明を
行なったが、先にも説明したように、回折を受けるエッ
ジが屈折率の違いによるものであっても、段差型のもの
であっても、また、その位相差が０でない限り、回折波
面がモデュレーションされ、位相分布が変化するので、
原理的には本発明による検出が可能である。従って、た
とえば、図１５の実施例の格子が凹凸型であっても良い
ことは云うまでもない。また、そのような位相エッジが
表す情報には、光メモリにおけるデジタルデータ、エン
コーダにおける位置データの例を示したが、特に、これ
に限定されるものではなく、アナログデータや、２次元
画像データなどの検出に適用することも可能であり、例
えば、図１１の実施例において、２次元的に走査するこ
とにより、画像データを対象にすることが可能である。

【００５１】また、さらには、２分割のセンサを、瞳面
もしくは再結像面に常に置く例について説明を行なった
が、もちろん回折波面の変化をとらえる場所はその２点
に限定されるものではなく、収束、発散の光束中でも実
施可能である。当然、これは、２分割のセンサであると
いうことが本発明の思想ではなく、回折を含めた位相分
布に補正を加え、干渉強度分布の不均一性を強調し、そ
の不均一性を検出する最も簡単な手段として、２分割セ
ンサによる差分で非対称性を検出する例について説明し
たものである。従って、不均一性を検出する最適な空間
分割法を採用することも可能であり、３分割以上のセン
サ部からの出力を演算する検出法や、例えば、図１４や
図１５の実施例において、２分割センサの位置に２次元
ＣＣＤカメラを置き、干渉縞強度分布、結像スポットを
２次元画像として捕らえ、その強度分布変化を各種画像
処理を組合わせることにより捕らえ、エッジの位置、深
さなどの３次元情報を得ることも可能である。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、各種エ
ッジからの回折波面と、その他の光学要素による位相の
変化とを、位相補正し、参照波面との位相差を最適化す
ることにより、干渉強度分布の不均一性を増大し、検出
信号の変調度を向上させることにより、検出精度の信頼
性を改善する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を光磁気ディスク記録再生装置に実施し
た光ヘッド構成図である。

【図２】カー効果の説明図である。

【図３】光磁気ドメインエッジからの回折の説明図であ
る。

【図４】回折パターンの説明図である。

【図５】偏光状態の説明図である。

【図６】偏光状態の説明図である。

【図７】位相補償板の模式図である。

【図８】偏光状態の説明図である。

【図９】本発明の第２の実施例である。

【図１０】同じく、回折パターンの説明図である。

【図１１】同じく、光ディスク記録再生装置の実施例で
ある。

【図１２】光学ヘッドの模式図である。

【図１３】同じく、回折パターンの説明図である。

【図１４】同じく、位置検出装置の実施例である。

【図１５】光学式エンコーダの実施例である。

【図１６】処理回路のブロック図である。

【図１７】信号波形の模式図である。

【符号の説明】

１，６０レーザ１３，３０，４４，６８，８２位相補償板９光磁気ディスク４２光ディスク６４シリコンウェハー８６ホログラフィク格子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松村進東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を位相物体に照射し、該位相物
体からの反射光／透過光を光検出器に導き、該位相物体
の属性を検出する光学的検出装置において、該位相物体
からの回折波面を、参照波面と合波干渉させ、得られた
干渉強度分布を該光検出器により検出するように構成に
すると共に、該位相物体の偏光特性に起因する位相変
調、該位相物体からの回折波面による空間的位相変調の
重ね合わせによる総合位相と、前記参照波面の位相との
相対位相差を、空間的な部分領域で、略πの整数倍にす
るための位相補償板を有することを特徴とする光学的検
出装置。
【請求項２】前記総合位相に、該位相物体から該光検
出器までの光路内の光学素子で受ける位相変調を含めた
ことを特徴とする請求項１に記載の光学的検出装置。
【請求項３】前記位相物体が光磁気ドメインであり、
前記位相物体の属性が光磁気ドメインの磁壁であり、前
記総合位相がカー成分位相であり、前記参照波面がフレ
ネル成分であることを特徴とする請求項１に記載の光学
的検出装置。