トップ :: G 物理学 :: G11 情報記憶




【発明の名称】 位置信号検出装置
【発明者】 【氏名】八木 生剛

【氏名】今井 欽之

【氏名】黒川 義昭

【氏名】田辺 隆也

【氏名】館 彰之
【要約】 【課題】複雑なパターンマッチングを用いた位置ずれ検出を行う必要なしに、ホログラムの結像面と二次元フォトディテクタの相対位置誤差を高精度で検出する。

【解決手段】シングルモード平面型光導波路内の導波光によってホログラム面１上の円盤状の領域４から回折された光６は結像面２上にスポット（bright spot；輝点）αを作り、同時に、ホログラム面１上の円盤状の領域５から回折された光７は結像面２上にスポットβを作る。両スポットは近傍位置にある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シングルモード平面型光導波路内を導波する導波光を回折手段により回折させて、当該回折光による画像を所定結像面に結像させる再生専用記憶媒体の位置信号検出装置において、前記回折手段は、その内部の第１の領域からの回折光を前記所定結像面との相対位置が既知の別の結像面に所定入射角で入射させて該別の結像面の所定位置に第１のスポットを作り、前記第１の領域と異なる領域を含んだ第２の領域からの回折光を前記所定の入射角と異なる入射角で前記別の結像面に入射させて前記第１のスポットの近傍位置に第２のスポットを作るように形成されており、前記第１のスポットと前記第２のスポットの位置を検出する光ディテクタと、検出された前記第１および第２のスポットの位置に従って前記別の結像面の前記所定結像面に対する位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする位置信号検出装置。
【請求項２】 請求項１に記載の位置信号検出装置において、前記回折手段は前記別の結像面に、さらに複数の前記第１および第２のスポットを作るように形成されたことを特徴とする位置信号検出装置。
【請求項３】 請求項１に記載の位置信号検出装置において、前記光ディテクタは４分割光ディテクタであり、分割された各検出領域における前記第１および第２のスポットの受光量に応じて前記検出手段が前記位置検出を行うことを特徴とする位置信号検出装置。
【請求項４】 請求項１に記載の位置信号検出装置において、前記シングルモード平面型光導波路は前記導波光の導波方向と略垂直方向に複数積層されていることを特徴とする位置信号検出装置。
【請求項５】 請求項１に記載の位置信号検出装置において、前記第１の領域の中心位置と前記第２の領域の中心位置を通る線は、前記回折手段の回折面と別の面が互いに直交する線上にあり、前記第１のスポットの重心位置と前記第２のスポットの重心位置を通る線は、前記別の面と略直交することを特徴とする位置信号検出装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は位置信号検出装置に関し、特に、シングルモード平面型光導波路内を導波する導波光を回折手段により回折させて当該回折光による画像を所定結像面に結像させる再生専用記憶媒体の位置信号検出装置に関する。本発明に係る位置信号検出装置はデジタル式光情報記憶媒体及び光情報再生装置に好適に用いることができ、磁気カードやＩＣカード等の様に持ち運びが容易な携帯用メモリカード形態の光情報記憶媒体の読み出しに用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】シングルモード平面導波路内でコアとクラッドの境界に微小な凹凸を形成し、その微小凹凸によって導波光を導波層の法線方向に回折させて任意の波面を導波路外に取り出す技術が導波路ホログラフィとして知られており、微小な凹凸の数や大きさ、位置を調整することで、導波路外の結像面に所望の画像を得ることができる。該平面導波路内に目的の波面を作るように形成された微小な凹凸の集合を導波路ホログラムと呼ぶ。
【０００３】ホログラフィを体積型ホログラフィと薄膜型ホログラフィに分類すると、導波路ホログラフィは薄膜型ホログラフィに分類される。しかし、導波路ホログラムが作り込まれた導波路を積層化した積層導波路ホログラフィは、薄膜型ホログラフィでありながら三次元領域を記録領域として使用できることから、大容量の光メモリとしての応用が可能である（特開平１１−３４５４１９号公報、発明の名称「再生専用多重ホログラム情報記憶媒体」）。
【０００４】薄膜型ホログラフィは、光源の波長誤差や記憶媒体の熱膨張や作製誤差に対する許容度が大きい点で体積型ホログラフィに対して優位性を持っている。これは、薄膜型ホログラフィには体積型ホログラフィの回折条件であるブラッグ条件が課せられず、はるかに条件の緩やかなラマンナス条件のみ課せられるということに起因する。すなわち、使用波長誤差や記憶媒体の伸び縮みがあると、体積型ホログラフィならば回折そのものが起きないのに対し、薄膜型ホログラフィでは結像位置に変化は起きるものの、少なくとも回折は起きるということを意味する。
【０００５】従って、例えば図１３に示すように導波路ホログラム１３０による結像パターンを検出する二次元光ディテクタ１３２を結像位置の変化に追従させるような移動機構を備えることで、発振波長に個体差はあるが安価な半導体レーザを使用すること、および、熱膨張係数は大きいが量産性に優れたプラスチック材料を記憶媒体（導波路ホログラム）として用いることが可能となる。この２つの要件は、安価であることが要求される再生専用記憶媒体に必須の要件である。
【０００６】従って、図１３に模式的に示すように３軸ｘ，ｙ，ｚを中心にＣＣＤ等の二次元光ディテクタ１３２を回動させて移動制御するサーボ機構（図示せず）を備え、導波路ホログラム１３０による結像パターン（再生像）１３４の初期状態を機械精度で検出し、検出した結像パターン１３４の位置変化に二次元光ディテクタ１３２を追従させて結像面上でピクセルマッチすることで、発振波長に個体差はあるが安価な半導体レーザを使用すること、および、熱膨張係数は大きいが量産性に優れたプラスチック材料を記憶媒体（導波路ホログラム）として用いることが可能となる。この２つの要件は、低コストが要求される再生専用記憶媒体に必須の要件である。図１３における結像パターン１３４の○と●は微小凹凸の分布例を模式的に示すものである。
【０００７】ここで、二次元光ディテクタを結像位置の変化に追従させるためには、まず二次元光ディテクタの結像面と結像パターンの位置ずれを検出する必要がある。従来、この位置ずれ検出には、結像パターン中に位置信号パターンを埋め込んでおき、この位置信号パターンが結像面上の決められた位置からどれ位ずれているかを検出する手法が採られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従来手法では、ホログラム面と結像面間の距離変化を伴う位置ずれは検出することができない。すなわち、焦点距離の変化の検出、および、ホログラム面の二次元光ディテクタ面に対する傾きの検出は行えないという課題があった。また、結像面における平行移動は検出できるが、パターン認識処理による検出であるために位置ずれ信号検出に多数のピクセルを持った光ディテクタが必要になること、および、パターン認識処理には複雑な演算が必要であり、低コスト化が困難、かつ処理時間が膨大になるという課題があった。さらに、処理時間がかかることから、フィードバックの応答性が悪く、振動環境下でのフォーカスサーボは現実的には不可能であった。
【０００９】本発明の目的は、簡単な構成により上記の課題を解決でき、かつ、高精度で位置検出を行うことのできる位置検出装置を提供することである。この装置により、光情報を二次元の光強度パターン、すなわち、画像情報として二次元光ディテクタによって検出し、この光ディテクタと光情報パターンとの位置ずれを補正するサーボを施す為に必要な位置ずれ信号を検出することができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために本発明は、シングルモード平面型光導波路内を導波する導波光を回折手段により回折させて、当該回折光による画像を所定結像面に結像させる再生専用記憶媒体の位置信号検出装置において、前記回折手段は、その内部の第１の領域からの回折光を前記所定結像面との相対位置が既知の別の結像面に所定入射角で入射させて該別の結像面の所定位置に第１のスポットを作り、前記第１の領域と異なる領域を含んだ第２の領域からの回折光を前記所定の入射角と異なる入射角で前記別の結像面に入射させて前記第１のスポットの近傍位置に第２のスポットを作るように形成されており、前記第１のスポットと前記第２のスポットの位置を検出する光ディテクタと、検出された前記第１および第２のスポットの位置に従って前記別の結像面の前記所定結像面に対する位置を検出する検出手段とを備えた構成の位置信号検出装置を実施した。
【００１１】上記構成において、前記別の結像面に、さらに複数の前記第１および第２のスポットを作るように前記回折手段を形成すること、前記光ディテクタを４分割光ディテクタとし、分割された各検出領域における前記第１および第２のスポットの受光量に応じて前記検出手段が前記位置検出を行うこと、前記シングルモード平面型光導波路を前記導波光の導波方向と略垂直方向に複数積層すること、および、前記第１の領域の中心位置と前記第２の領域の中心位置を通る線が前記回折手段の回折面と別の面が互いに直交する線上にあり、前記第１のスポットの重心位置と前記第２のスポットの重心位置を通る線が前記別の面と略直交することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】（一実施形態）以下、本発明の一実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明装置の動作原理について図１および図２を参照して説明する。図１は、ホログラムによって焦点位置の変化に敏感なパターンを作成する方法を説明する模式図である。１はシングルモード平面型光導波路内（図示せず）のホログラム、２は結像面（撮像面）を示す。結像面２は、理想的にはＣＣＤイメージセンサ等の二次元フォトディテクタの結像面と一致する。
【００１３】図２は二次元フォトディテクタとホログラムの関係を示しており、以下、同図に示した三次元座標系におけるベクトル表現を用い、図１に示したホログラム１による動作を説明する。二次元フォトディテクタ２０はｙｚ平面に位置し、ホログラム１に対向するものとする。
【００１４】シングルモード平面型光導波路内の導波光によってホログラム面１上の円盤状の領域４から回折された光６は結像面２上にスポット（bright spot；輝点）αを作り、同時に、ホログラム面１上の円盤状の領域５から回折された光７は結像面２上にスポットβを作るように、電子線描画またはスタンパによってホログラムが作成されている。簡単のために、領域４と領域５の半径はそれぞれＲとする。両領域の一部はオーバーラップするが、主として異なる領域を有している。また、ここでは両領域からはそれぞれ単一のスポットを集光するものとするが、それぞれ複数のスポットを作るようにホログラムを作成しても良い。
【００１５】各領域４，５の中心Ｏ1，Ｏ2の座標を、それぞれ【００１６】
【外１】

【００１７】スポットαとβは近傍位置にあり、ここでは模式的に円形として示した。スポットαとβは、せいぜい数μｍの大きさであるが、スポットαとβの光強度分布の重心位置を検出すれば良いから、その形状は円形である必要はない。焦点面（結像面）２上に回折光６，７を集光するように設計されたスポットα，βの光強度分布の焦点面２上での重心座標を、それぞれ【００１８】
【外２】

【００１９】ただし、焦点面２上での両重心位置の相違は、ホログラム面１上での中心Ｏ1，Ｏ2の位置の相違に比べて十分小さいものとする。すなわち、【００２０】
【数１】

【００２１】と仮定する。
【００２２】さて、スポットαを作る回折光６の重心位置は、【００２３】
【外３】

【００２４】従って、設計された焦点距離ｆにある焦点面２の近傍でδｆだけずれた位置（距離ｆ＋δｆ）においてこれらのスポットα，βを受光したとすると、それぞれのスポットα，βの重心位置【００２５】
【外４】

【００２６】
【数２】

【００２７】
【外５】

【００２８】
【数３】

【００２９】で与えられる。ただし、焦点面２でのスポットα，βの重心位置の相違はホログラム１面での領域４，５の中心Ｏ1，Ｏ2の座標の相違より十分小さく、それぞれ【００３０】
【数４】

【００３１】とする。従って、式（１）が満足され、かつ、２つのスポットα，βがオーバラップしない範囲にあれば、式（６）から、焦点誤差による２つのスポットα，βの相対位置ずれは、その位置によらずホログラム面１上の位置ずれ【００３２】
【外６】

【００３３】
【外７】

【００３４】すなわち、焦点面２上の位置ずれのベクトルとホログラム面１上の位置ずれのベクトルが同一方向を向いている場合、もしくは反平行、焦点面２上の位置ずれのベクトルとホログラム面１上の位置ずれのベクトルが１８０度逆方向を向いている場合は、【００３５】
【数５】

【００３６】が満足されれば、スポットαとスポットβを取り違える恐れがない。したがって、スポットα，β重心位置間の間隔を測定することにより、焦点ずれ量δｆを求めて後述の通りに焦点誤差信号を得ることが可能となる。
【００３７】
【外８】

【００３８】がスポットサイズより十分大きければ、互いのスポットを取り違えることなく、焦点ずれ量計算を行えることが分かる。ここで直交とは、ホログラム面１と直交する面（図示せず）を想定し、両方の面が互いに直交する線上にホログラム面１上の位置ずれのベクトルがあるときに、ホログラム面１と直交する面に対し焦点面２上の位置ずれのベクトルが直交することをいう。
【００３９】このスポットα，βのサイズは、光の波長をλとするとλｆ／Ｒ程度であるから、λ＝６８０ｎｍの場合、【００４０】
【外９】

【００４１】
【外１０】

【００４２】以上、受光面の１ヶ所にのみ、サーボマークとして１対のスポットを作る場合についての基本的な動作原理を説明した。この場合には、スポット対が結像する近傍での焦点ずれが観測できるのみであるが、同様のスポット対を焦点面内に３対以上（上記１対の他に複数対）配置することによって、二次元フォトディテクタの位置を、６自由度すべての移動量を判定して検出することができる。６自由度とは、図２に示した様に、二次元フォトディテクタ２０のｘ，ｙ，ｚ各軸方向への並進の３自由度、ｚ軸を回転中心としたｘｙ面内回転（θ）の１自由度、ｙ軸を回転中心としたｘｚ面内回転（φ）の１自由度、およびｘ軸を回転中心としたｙｚ面内回転（ψ）の回転の１自由度である。
【００４３】上記スポット対をホログラム面に対向して１直線上に無い異なる３ヶ所に作り、これら３スポット対で決定される面と焦点面との位置関係が既知であれば、原理的には、すべての自由度（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，ψ）を決定することができる。以下、４スポット対を作って、焦点面に対し所定位置に配置した４個の４分割フォトディテクタを用いて位置検出を行う簡単な方法について説明する。
【００４４】図３は、一例として位置検出用の４分割フォトディテクタを結像面と略同一面に配置し、これをホログラム面上に投影して示している。以下、この投影図と図４の投影図を用いて説明するが、４分割フォトディテクタは結像面と略同一面にあり、ホログラム面との距離は焦点距離ｆに略等しいとする。このことについて、以後はことさら言及しない。
【００４５】さて、投影図上でホログラム面２の各頂点近傍に４分割フォトディテクタＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを配置する。各４分割ディテクタの４個の受光部を、それぞれ小文字ａ，ｂ，ｃ，ｄで表す。このａ，ｂ，ｃ，ｄは、ｚ軸３０を回転中心として、例えば４分割フォトディテクタＡを反時計回り方向に９０度回転したときに同一位置となる４分割フォトディテクタＢと４分割フォトディテクタＡの各受光部の名称が一致するように付してある。さらに９０度回転したときには４分割フォトディテクタＣの各受光部と、さらに１８０度回転したときには４分割フォトディテクタＤの各受光部と名称が一致するように付してある。
【００４６】なお、特定の４分割ディテクタの特定の受光部を指すために、主文字をフォトディテクタ名、添え字を受光部名で表記し、フォトディテクタＸの受光部ｍであればＸmと表記する。
【００４７】図３中の各４分割フォトディテクタＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄへ集光されるスポットは、ホログラム面２上の４つの円盤状領域３５，３６，３７，３８から回折される。この様子を４分割フォトディテクタＡに注目して図４に示す。
【００４８】４分割フォトディテクタＡに集光されるスポットは、領域３７から回折されるものと領域３７から回折されもの、１対である。ただし、合焦時に領域３５からのスポット４５は受光部Ａcと受光部Ａdの境界にその重心が位置し、領域３７からのスポット４４は受光部Ａaと受光部Ａbの境界にその重心が位置するようにホログラムが設計されている。このとき、領域３７の中心ＯCと領域３５の中心ＯAを結ぶベクトルは、スポット４４，４５の重心同士を結ぶベクトルと直交している。
【００４９】他の４分割フォトディテクタＢ，Ｃ，Ｄへのスポットも、以上と同様にして集光され、受光部Ｂcと受光部Ｂdの境界にその重心が位置するスポットと受光部Ｂaと受光部Ｂbの境界にその重心が位置するスポットが４分割フォトディテクタＢに、受光部Ｃcと受光部Ｃdの境界にその重心が位置するスポットと受光部Ｃaと受光部Ｃbの境界にその重心が位置するスポットが４分割フォトディテクタＣに、受光部Ｄcと受光部Ｄdの境界にその重心が位置するスポットと受光部Ｄaと受光部Ｄbの境界にその重心が位置するスポットが４分割フォトディテクタＤにそれぞれ集光される（図示せず）。
【００５０】すなわち、図３において、領域３５からは４分割フォトディテクタＡとＣへ、領域３６からは４分割フォトディテクタＢとＤへ、領域３７からは４分割フォトディテクタＡとＣへ、領域３８からは４分割フォトディテクタＢとＤへ、それぞれ光を回折する（図示せず）ようにホログラムを設計しておく。
【００５１】図５〜図８は、焦点ずれや焦点面内シフト等、位置ずれ発生時の４分割フォトディテクタそれぞれの上でのスポットの位置変化の様子を示している。図５は４分割フォトディテクタＡについて、図６は４分割フォトディテクタ領域Ｂについて、図７は４分割フォトディテクタＣについて、図８は４分割フォトディテクタＤについて、位置ずれの態様（Ａ）〜（Ｉ）に応じて示している。
【００５２】位置ずれの態様としては（Ａ）〜（Ｉ）で示したものの他に、ｘ軸の逆方向シフト，ｙ軸の逆方向シフト、これらｘ，ｙ両軸方向シフトを合成したものがある。上記すべての態様は各フォトディテクタについて独立的に発生する。
【００５３】例えば、角度ずれ（θ，φ，ψ各軸中心の回転）がなく、かつ面内シフト（ｘ，ｙ）もなく、単に焦点位置のみが遠い（ｚ軸方向シフトのみ発生）場合、すべてのスポットはホログラムの中心から遠い方向にずれるため、図５（Ｂ）と図６（Ｂ）と図７（Ｂ）と図８（Ｂ）の態様が同時に起こることはない。この場合、例えば４分割フォトディテクタＡ単独では、焦点より遠く、かつ−ｘ方向と−ｙ方向にシフトしていると分類される光分布（図５（Ｅ）と図５（Ｈ）の合成）が観察される。
【００５４】そこで、６自由度を分離して検出するために、受光部Ｘmからの信号強度をＰXmと記述し、次に示す様に演算を行う。この演算はアナログ量の加減算のみであり、ＣＰＵを用いずに加算回路、減算回路（図示せず）等によって行うことができ、これら回路にかかる負荷が小さくて済み、短時間で演算を行える利点がある。また、低コストで装置を構成することができる。
【００５５】
【数６】
ＦA＝（ＰAb＋ＰAd）−（ＰAa＋ＰAc） （７）
ＦB＝（ＰBb＋ＰBd）−（ＰBa＋ＰBc） （８）
ＦC＝（ＰCb＋ＰCd）−（ＰCa＋ＰCc） （９）
ＦD＝（ＰDb＋ＰDd）−（ＰDa＋ＰDc） （10）
ＴA＝（ＰAa＋ＰAb）−（ＰAc＋ＰAd） （11）
ＴB＝（ＰBa ＋ＰBb）−（ＰBc＋ＰBd） （12）
ＴC＝（ＰCa ＋ＰCb）−（ＰCc＋ＰCd） （13）
ＴD＝（ＰDa＋ＰDb)−（ＰDc＋ＰDd） （14）
ＲA＝（ＰAb＋ＰAc）−（ＰAa＋ＰAd） (15）
ＲB＝（ＰBb＋ＰBc）−（ＰBa＋ＰBd） (16）
ＲC＝（ＰCb＋ＰCc）−（ＰCa＋ＰCd） （17）
ＲD＝（ＰDb＋ＰDc) −（ＰDa＋ＰDd） （18）
Ｅθ＝ −ＴA−ＴB−ＴC−ＴD (19) Ｅφ＝（ＦB＋ＦC）−（ＦA＋ＦD） (20) Ｅψ＝（ＦA＋ＦB）−（ＦC＋ＦD） (21) Ｅz＝ ＦA＋ＦB＋ＦC＋ＦD (22) Ｅx＝（ＲB＋ＲC）−（ＲA＋ＲD） (23) Ｅy＝（ＲC＋ＲD）−（ＲA＋ＲB） (24)【００５６】上記の演算において、式（７）〜（１０）はフォーカス信号、式（１１）〜（１４）はタンジェンシャルシフト信号、式（１５）〜（１８）はラジアルシフト信号を表す。これらの信号を求めて式（１９）〜（２４）を計算し、これらの式によって６自由度の位置ずれを独立に表す誤差信号を得ることができる。
【００５７】図２に示した座標系において、Ｅθはθ方向の回転誤差信号、Ｅφはφ方向の回転誤差（チルト）信号、Ｅψはψ方向の回転誤差（チルト）信号である。Ｅxはｘ軸方向の並進位置ずれ信号、Ｅyはｙ軸方向の並進位置ずれ信号、Ｅzはｚ軸方向の並進位置ずれ信号、すなわち焦点誤差信号である。回転方向の正負は各軸に対して右手系で決定され、例えば、θはｚ軸を回転中心とした回転量であるが、ｚ軸を正方向から負方向に眺めたときに反時計回り方向の回転がθを正とし、時計回り方向の回転が負とする。
【００５８】それぞれの位置ずれ信号または誤差信号は、数値が大きいと各軸の正方向にずれている。そこで、二次元フォトディテクタ２０を移動制御するサーボ機構（図示せず）を用い、上記の演算結果に従って各信号の値を０にするようなフィードバックサーボをかけることで、二次元フォトディテクタ２０の結像面２上でリアルタイムにピクセルマッチさせることができる。
【００５９】（変形例）上記した位置ずれ信号または誤差信号を検出できるように作られた導波路ホログラムを図９に示すように複数積層することができる。
【００６０】図９において、再生専用多重ホログラムメモリ９０は、クラッド９１−１，コア９２−１，クラッド９１−２，コア９２−２，……の様な周期層構造を持った積層型シングルモード平面導波路内に上記導波路ホログラムが作られている。積層された平面導波路の端面に反射面９３が配設され、導波路平面に垂直な方向に対して４５゜の角度をなしている。例えば凸レンズ９４を介してレーザ光９５を反射面９３に入射し、反射点９６から導波光９７を伝搬させる。
【００６１】コア層とクラッド層の境界に作られた凹凸部９８において回折された回折光９９によって、４分割フォトディテクタ９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄにそれぞれサーボマークとしてスポット対を作る。
【００６２】この再生専用多重ホログラムメモリ９０はコア層が積層されており、導波層への入射光が導波層間をジャンプするときに有限の時間を必要とする。そこで、再生装置の振動に対する安全性が層間ジャンプの時間内で保証されていない場合には、各導波路ホログラムから上記実施形態の二次元位置ずれ信号が得られるように上記サーボマークを画像に重畳しておけば、振動による位置ずれから速やかに回復することができる。
【００６３】
【実施例】（実施例１）本発明の動作原理確認のためにサーボマークを作成し、スポットの位置ずれを検出した結果を説明する。実験時のパラメータは図１０に示す通り、ｆ＝４ｍｍであり、ホログラム面上の領域１００と１０５からの回折光によってそれぞれ５個のスポットを１単位としたスポット対をサーボマークとして結像面上に作り、このとき、ｆｔａｎθは０．５μｍと０．８３３とした。
【００６４】このサーボマークの位置ずれΔｄは【００６５】
【数７】
Δｄ＝（δｆ／ｆ）×（０．８３３−０．５）
＝０．０８３２５δｆ (25)【００６６】で表され、δｆに比例する。
【００６７】δｆ＝０の合焦時には、位置ずれ検出用フォトディテクタ（図示せず）によって図１１（Ａ）に示す通りにサーボマークが検出された（図１０は検出した画像を模式的に示すものである）。ここでは、一方の領域によるスポット１１０と別の領域によるスポット１１１が直線状に並んでいる。δｆが大きくなるに従ってスポット１１０とスポット１１１間の位置ずれが増大し（図１１（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）、および同（Ｅ）→（Ｆ）→（Ｇ））、１２０μｍの焦点ずれでは、式(25)で計算される理論値Δｄ＝９．９９μｍに対して略１０μｍを検出することができた。
【００６８】（実施例２）本発明装置を実施するためには、前述した通り、結像面（受光面）と位置ずれ信号用フォトディタクタとの相対位置関係が正確に分かっている必要がある。そこで本実施例では、図１２に示すように、ＣＭＯＳ画像センサ１２０のデータ受光部１２１内の対角部に４分割フォトディタクタ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄを作り込んだ位置信号検出装置を実施した。したがって、受光部１２１の面内に各４分割フォトディタクタが配置され、受光部１２１の寸法から簡単に各４分割フォトディタクタの相対位置を知ることができる。
【００６９】ここで、データ受光部１２１は、ピクセルピッチ５μｍとし、１０２４×１０２４正方ピクセルを作っている。つまり、データ受光部１２１のサイズは、一辺５．１２ｍｍの正方形である。この正方形の対角線の延長線上に４分割フォトディタクタ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄを配置し、そのサイズは７μｍ×７μｍとして。分割形態は前述と同様である。
【００７０】ホログラム面１２２とＣＭＯＳ画像センサ１２０間の距離は５ｍｍとし、導波路ホログラム１２３のサイズは５ｍｍ×５ｍｍとした。光源には波長６８０ｎｍのもの使用した。ホログラム面１２２上の半径１．２５ｍｍの円盤状領域（図示せず）から回折して各４分割フォトディタクタに略３μｍ程度の大きさのスポット対を作り、スポット重心間距離が略５μｍとなるように導波路ホログラム１２３を設計した。
【００７１】上記構成を用いて、１０ｍＷの光を導波路ホログラム１２３に結合させ、各４分割フォトディタクタ上のスポットの光強度が０．１μＷ程度となるようにした。データ受光部１２１の各ピクセルが受光する光強度は１００ｐＷ程度であり、この値に対して格段に大きな光パワーのスポットを各４分割フォトディタクタに集光することで、短時間で検出信号をサンプリングできるようにした。
【００７２】従って、このようにして得た検出信号に基づいて演算部１２４により前述の通り式（７〜２４）に従い高速で演算を行って位置ずれ信号を計算し、この信号に従ってサーボ機構１２５によるＣＭＯＳ画像センサ１２０の６自由度の位置制御を行い、概ね理論通りの結果を得ることができる。
【００７３】
【発明の効果】以上述べたように本発明に係る信号検出装置によれば、複雑なパターンマッチングを用いた位置ずれ検出を行う必要なしに、ホログラムの結像面と二次元フォトディテクタの相対位置誤差を高精度で検出することが可能となる。この位置ずれ検出装置をホログラムフィックメモリに適用することにより、所定のホログラムのページへのアクセスを高速に行うことができ、転送速度の向上が図れるために振動環境下でのフォーカスサーボを可能とすることができる。またに、加減算のみによって位置ずれ信号を生成することができるため、簡単な電気回路を用いた低コストな装置を提供することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２２６
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
【出願日】 平成１２年８月１１日（２０００．８．１１）
【代理人】 【識別番号】１０００７７４８１
【弁理士】
【氏名又は名称】谷 義一 （外１名）
【公開番号】 特開２００２−５６５５２（Ｐ２００２−５６５５２Ａ）
【公開日】 平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】 特願２０００−２４５４０７（Ｐ２０００−２４５４０７）