JP2001126274A - フォーカス誤差信号検出装置およびフォーカス誤差信号検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダブルナイフエッジ法でフォーカス誤差信号
を検出し、温度変化に対するフォーカス零クロスの変動
が少ないフォーカス誤差信号検出装置を提供する。 【解決手段】 光ディスク６で反射した反射光は、入射
経路と同経路を戻り、コリメータレンズ２を通過後に偏
光ビームスプリッタ７によって９０度偏向する。偏光ビ
ームスプリッタ７にて９０度偏向した後に、光は、直線
上に配置されたダブルフーコプリズム８および凹レンズ
９を進み、フォーカス誤差信号検出センサ１５に到達す
る。フォーカス誤差信号検出センサ１５は、ダブルフー
コプリズム８によって分割された光を４分割センサで受
光し、ダブルナイフエッジ法でフォーカス誤差信号を検
出する。９０度の偏向は一カ所でしか発生しないので、
温度が変化してもフォーカス零クロスの変動を減少させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクのラン
ドやグルーブへの情報記録および情報再生を行う光ヘッ
ドに適用されるフォーカス誤差信号検出装置およびフォ
ーカス誤差信号検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置が光ディスクに対して情
報の記録再生を行う場合、光ディスクの反り等の種々の
原因により、レンズと光ディスク間の距離とレンズの焦
点深度との差、すなわちフォーカス誤差が生じるという
問題がある。レンズと光ディスク間の距離をレンズの焦
点深度内に収めるためには、フォーカス誤差を検出する
必要がある。従来の技術では、フォーカス誤差検出法と
してダブルナイフエッジ法や非点収差法が用いられてき
た。

【０００３】ダブルナイフエッジ法と非点収差法とを比
較した場合、非点収差法にはランドとグルーブのビット
エラーレート特性の差が大きいという問題がある。ま
た、フォーカス誤差信号を検出する際、光がランドおよ
びグルーブからなる溝をクロスして走査するとフォーカ
ス誤差信号にノイズが入ってしまうという欠点もあっ
た。この非点収差法の問題点を排するため、従来は図４
に示すような構成によってダブルナイフエッジ法を採用
してフォーカス誤差信号を検出していた。以下、従来の
構成について説明する。

【０００４】光源であるレーザ１から出射された光は、
コリメータレンズ２により平行光となる。この平行光
は、くさびプリズム３１と偏光ビームスプリッタ３２と
により構成される複合プリズムおよび１／４波長板４を
通過する。この光は、対物レンズ５により光ディスク６
で合焦する。

【０００５】光ディスク６で反射した光は、入射経路と
同経路を戻るが、複合プリズムの偏光ビームスプリッタ
３２で９０度偏向して、以降は入射経路とは異なる経路
を進む。この光は、集束レンズ３３によって集束され、
ビームスプリッタ３４に至る。ビームスプリッタ３４、
３５は、ハーフミラーである。光は、ビームスプリッタ
３４において直進する光と９０度偏向する光とに分岐す
る。トラッキング誤差信号検出センサ１７は、この直進
する光を受光し、トラッキング誤差信号を検出する。

【０００６】ビームスプリッタ３４で偏向した光は、ダ
ブルフーコプリズム８を通過する。ダブルフーコプリズ
ム８は、図５に示すように、２つの平板を組み合わせた
ものである。平板ではなくプリズムを組み合わせたもの
であってもよい。各平板（または各プリズム）は面を光
軸に対し逆向きに傾けるように配置される。また、２つ
の平板（またはプリズム）は、光軸上にて接合される。
ダブルフーコプリズム８は、光を二本の半円形のビーム
に分割し、分割された各ビームは凹レンズ９において偏
向する。

【０００７】この光は、ビームスプリッタ３５におい
て、直進する光と９０度偏向する光とに分岐する。ＲＦ
センサ１６は、この直進する光を受光し、ＲＦ信号を検
出する。また、フォーカス誤差信号検出センサ１５は、
９０度偏向した光を４分割センサで受光し、各センサの
出力によりフォーカス誤差信号を検出する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようなダブルナイ
フエッジ法でフォーカス誤差信号を検出すれば非点収差
法におけるランドとグルーブのビットエラーレート特性
の差等の問題はないが、温度変化に対するフォーカス零
クロスの変動が大きいという問題がある。

【０００９】フォーカス零クロスの定義を以下に説明す
る。フォーカス誤差を検出する４分割センサの各センサ
の出力をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。ここで、ＡとＣ、Ｂと
Ｄがそれぞれ対角のセンサ出力である。ある位置にビー
ムを照射したときのＡ−Ｂ、Ｃ−Ｄというセンサ出力の
差を考えると、Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄは、４分割センサに照射
されるビームの中心位置が変わるにしたがい変化する。
Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄが等しく、かつ、Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄいずれ
も０である場合、４分割センサの中心とビーム中心位置
が重なっていることを示す。この位置からビーム中心位
置または４分割センサがずれると、Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄが０
でなく別の値で等しくなる。この値をＪとする。また、
センサ出力の差が変化する場合の変化の片側振幅をＫと
する。ここで、（Ｊ／Ｋ）×１００がフォーカス零クロ
スである。なお、フォーカス零クロスの単位はパーセン
トである。

【００１０】図４に示す構成では、偏光ビームスプリッ
タ３２、ビームスプリッタ３４、３５の各光学部品で光
を９０度偏向させている。すなわち、光ディスク６で反
射した光は、フォーカス誤差信号検出センサ１５に到達
するまでに、三回偏向する。このため、集束ビームが小
さいダブルナイフエッジ法では、各光学部品に温度変化
による傾きが生じることによって、フォーカス零クロス
が大きく変動してしまう。

【００１１】例えば、温度変化によって偏光ビームスプ
リッタ３２が１秒、すなわち１／３６００度傾くと、フ
ォーカス誤差信号検出センサ１５上でビーム照射位置は
０．５μｍ変化する。この結果、フォーカス零クロスは
１０％変動してしまう。また、−１０℃から５０℃まで
の温度変化において、フォーカス誤差信号検出センサ１
５上でのビーム照射位置は±２．８μｍの範囲で変化し
た。このとき、フォーカス零クロスは、±４０％の範囲
で変動した。

【００１２】温度変化のためフォーカス零クロスが大き
く変動すると、フォーカス誤差信号の感度が劣化し、フ
ォーカスサーボゲインが劣化し、またフォーカスオフセ
ットが温度によって変化してしまう。したがって、フォ
ーカス零クロスが大きく変動する場合、フォーカス誤差
信号検出装置は、戸外で使用する光ディスクカメラ装置
等には適用できない。

【００１３】本発明は、温度変化によるフォーカス零ク
ロスの変動が少ないフォーカス誤差信号検出装置および
フォーカス誤差信号検出方法を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によるフォーカス
誤差信号検出装置は、光源から出射され光ディスクに集
束された光の光ディスクからの反射光について、光源か
ら出射された発散光を平行光とし光ディスクからの反射
光を集束光とする光変換部と、入射経路と同経路を戻る
反射光の経路を光源と光変換部との間で入射経路から分
岐させる第一分岐部と、第一分岐部で分岐した光をダブ
ルフーコプリズムによって二分割して進ませる光分割部
と、光分割部から向けられた分割後の各光を４分割セン
サを構成する二つずつのセンサで受光し対角をなす二組
のセンサの出力の差としてフォーカス誤差信号を検出す
るフォーカス誤差信号検出部とを備え、第一分岐部と光
分割部とフォーカス誤差信号検出部とを直線上に配置す
ることを特徴とする。

【００１５】光変換部は、例えば、コリメータレンズを
用いる構成である。また、第一分岐部は、例えば、偏光
ビームスプリッタやハーフミラーを用いて光を分岐させ
る構成である。また、ダブルフーコプリズムは、例え
ば、平板を用いたダブルフーコプリズムである。このよ
うな構成によれば、各部の構成を簡易化することができ
る。

【００１６】また、光分割部によって分割された光をフ
ォーカス誤差信号検出部への入射経路とは異なる経路に
分岐させる第二分岐部と、第二分岐部で分岐した光をさ
らに二経路に分岐させる第三分岐部と、第三分岐部で分
岐した一方の光によってＲＦ信号を検出するＲＦ信号検
出部と、第三分岐部で分岐した他方の光によってトラッ
キング誤差信号を検出するトラッキング誤差信号検出部
とを備えた構成であってもよい。このような構成によれ
ば、温度変化によってフォーカス零クロスが変化せず、
フォーカス誤差信号の感度が劣化しない状態で、ＲＦ信
号やトラッキング誤差信号を検出することができる。

【００１７】トラッキング誤差信号検出部は、例えば、
プッシュプル法によってトラッキング誤差を検出する構
成である。このような構成によれば、容易にトラッキン
グ誤差を検出することができる。

【００１８】また、本発明によるフォーカス誤差信号検
出方法は、光源から出射され光ディスクに集束された光
の光ディスクからの反射光について、入射経路と同経路
を戻る反射光を集束させ、集束した反射光を入射経路か
ら分岐させ、分岐した光を直線的に進ませ、分岐した光
をダブルフーコプリズムによって二分割し、分割後の各
光を４分割センサを構成する二つずつのセンサで受光し
対角をなす二組のセンサの出力の差としてフォーカス誤
差信号を検出することを特徴とする。反射光の経路にお
いて光が偏向する回数を減らしているので、温度変化に
よるフォーカス零クロスの変動を減少させることができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明によるフォーカス
誤差信号検出装置の実施の一形態を示す構成図である。
光源であるレーザ１から出射された光は、偏光ビームス
プリッタ７を通過し、コリメータレンズ２により平行光
となる。この平行光は、くさびプリズム３によってビー
ム整形され、１／４波長板４を通過する。この光は、対
物レンズ５により光ディスク６で合焦する。

【００２０】光ディスク６で反射した光は、入射経路と
同経路を戻る。すなわち、光ディスク６の反射光は、対
物レンズ５、１／４波長板４、くさびプリズム３、コリ
メータレンズ２という経路を戻る。コリメータレンズ２
によって集束される光は、偏光ビームスプリッタ７にお
いて９０度偏向し、以降は入射経路とは異なる経路を進
む。

【００２１】偏光ビームスプリッタ７で偏向した光は、
ダブルフーコプリズム８を通過する。ダブルフーコプリ
ズム８の構成は、従来の技術で用いたダブルフーコプリ
ズムと同様である。図１および図５は、光軸に対して傾
いた平板を接合したダブルフーコプリズムを用いた場合
を示している。ダブルフーコプリズム８は、光を二本の
半円形のビームに分割し、分割された各ビームは凹９レ
ンズにおいて偏向する。しかし、この偏向は、偏光ビー
ムスプリッタ７で生じる偏向のように大きくなく、光は
ダブルフーコプリズム８と凹レンズ９を直線的に進む。

【００２２】ダブルフーコプリズム８において分割され
凹レンズ９を通過した光は、複合プリズム１０に到達す
る。複合プリズム１０は、複数のハーフミラー部を備え
た構成である。到達した光は、第一のハーフミラー部で
偏向せずに直進する光と９０度偏向する光とに分岐す
る。

【００２３】複合プリズム１０において偏向せず直進し
た光は、フォーカス誤差信号検出センサ１５に受光され
る。フォーカス誤差信号検出センサ１５は、偏光ビーム
スプリッタ７、ダブルフーコプリズム８、および凹レン
ズ９と同一の直線上に配置される。図２に、フォーカス
誤差信号検出センサ１５が光を受光する状況を示す。図
２では、ダブルフーコプリズム８で分割される各ビーム
の形状を便宜的に三角形として表している。フォーカス
誤差信号検出センサ１５は、光を受光しダブルナイフエ
ッジ法によりフォーカス誤差を検出する。

【００２４】ダブルナイフエッジ法によりフォーカス誤
差信号を検出するために、偏光ビームスプリッタ７にて
９０度偏向した光は、ダブルフーコプリズム８で分割さ
れている。フォーカス誤差信号検出センサ１５は、４分
割センサによって構成され、分割された光を受光する。
４分割センサを構成する各センサの出力をＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄとする。ここで、ＡとＣ、ＢとＤがそれぞれ対角のセ
ンサ出力である。

【００２５】４分割センサを構成する各センサは、隣接
する二つが組をなす。分割された光は、それぞれ別の組
のセンサに向かって進む。例えば、図２では、分割され
た一方の光が、Ａ、Ｂを出力するセンサの組に向かって
進み、他方の光はＣ、Ｄを出力するセンサの組に向かっ
て進む。分割された光がともに、同じ組のセンサに向か
って進むことはない。

【００２６】フォーカス誤差信号検出センサ１５は、図
２に示すような光を受け、フォーカス誤差信号ＦＥを、
各センサの出力を用いてアナログ増幅器のマトリクス回
路により求める。ＦＥは、対角をなす二組のセンサの出
力の差であり、ＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）として求
められる。

【００２７】複合プリズム１０で、フォーカス誤差信号
検出センサ１５へ進む光から分岐した光は、複合プリズ
ム内を進み第二のハーフミラー部に到達する。このハー
フミラー部においても、光は直進する光と９０度偏向す
る光とに分岐する。第二のハーフミラー部で９０度偏向
した光は、ＲＦセンサ１６に受光される。ＲＦセンサ１
６は、受光した光によりＲＦ信号を検出する。

【００２８】第二のハーフミラー部を直進した光は、さ
らに第三のハーフミラー部に到達し、９０度偏向する。
第三のハーフミラーで９０度偏向した光は、トラッキン
グ誤差信号検出センサ１７に受光される。トラッキング
誤差信号検出センサ１７は、コリメータレンズ２および
凹レンズ９によって一旦焦点を結び、その後拡散した光
を受光する。また、トラッキング誤差信号検出センサ１
７が受光する光は、ダブルフーコプリズム８および凹レ
ンズ９において分割され光軸がずれるので、図３に示す
ような形状となる。トラッキング誤差信号検出センサ１
７は、受光した光によりトラッキング誤差信号を検出す
る。

【００２９】トラッキング誤差信号検出センサ１７は、
トラッキング誤差信号をプッシュプル法によって検出す
る。すなわち、トラッキング誤差信号検出センサ１７は
２分割センサによって構成され、各センサの出力差をト
ラッキング誤差信号として出力する。２分割センサの各
センサは、光ディスク６のトラックの中心に対して対称
に配置される。

【００３０】以上のような図１に示す構成と、図４に示
す従来の構成とを比較する。従来の構成では、光ディス
ク６を反射した光は、偏光ビームスプリッタ３２および
ビームスプリッタ３４、３５の三カ所において、９０度
偏向する。これに対し、図１に示す本発明による構成で
は、光ディスク６を反射した光は、偏光ビームスプリッ
タ７で９０度偏向する。また、偏光ビームスプリッタ
７、ダブルフーコプリズム８、凹レンズ９、フォーカス
誤差信号検出センサ１５は同一直線上に配置されてい
る。よって、９０度偏向した光は、ダブルフーコプリズ
ム８、凹レンズ９で分割、偏向されるものの、直線的に
進む。したがって、本発明による構成は、従来の構成よ
りも９０度の偏向は二回少なくなる。

【００３１】このように、従来の構成よりも反射光が９
０度偏向する回数を少なくすることによって、ダブルナ
イフエッジ法において問題とされた温度変化に伴うフォ
ーカス零クロスの変動を減少することができる。したが
って、戸外で使用する光ディスクカメラ等においてフォ
ーカス誤差信号を検出する場合でも、温度変化によって
フォーカス感度が劣化することなく、安定した記録再生
を行うことができる。

【００３２】上記の実施の形態では、コリメータレンズ
２を通過した光ディスク６の反射光を偏光ビームスプリ
ッタ７によって９０度偏向させる構成としたが、偏光ビ
ームスプリッタ７ではなくハーフミラーによって９０度
偏向させる構成であってもよい。

【００３３】また、凹レンズ９を通過した光を直進する
光と９０度偏向する光に分岐させ、９０度偏向した光を
さらに分岐させる際に、ハーフミラー部を備えた複合プ
リズム１０を用いているが、このように一体化せずに、
平板状のハーフミラーおよび全反射ミラーをそれぞれ単
体で用いる構成であってもよい。すなわち、凹レンズ９
を通過した光を、単体のハーフミラーで直進する光と９
０度偏向する光に分岐させ、９０度偏向した光を第二の
単体のハーフミラーで直進する光と９０度偏向する光に
分岐させ、さらに第二のハーフミラーを直進した光を全
反射ミラーで９０度偏向させる構成であってもよい。

【００３４】また、ダブルフーコプリズム９は、平板で
はなく、面を光軸に対し逆向きに傾けるように配置した
プリズムを用いてもよい。

【００３５】また、図１において、ＲＦセンサ１６の配
置とトラッキング誤差信号検出センサ１７の配置とを入
れ替えてもよい。すなわち、複合プリズム１０の第二の
ハーフミラー部で９０度偏向した光をトラッキング誤差
信号検出センサ１７が受光し、第三のハーフミラー部で
９０度偏向した光をＲＦセンサ１６が受光する構成であ
ってもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、フォーカス誤差信号検
出センサが受光する光に対して９０度の偏向を生じさせ
る箇所を一カ所のみとし、この箇所で９０度偏向した光
が、直線上に配置されるダブルフーコプリズム、凹レン
ズを進んで、フォーカス誤差信号検出センサに到達する
構成とした。したがって、９０度偏向する回数が従来の
構成より減るので、ダブルナイフエッジ法にてフォーカ
ス誤差信号を検出する場合であっても、温度変化による
フォーカス零クロスの変動を減少させることができ、フ
ォーカス感度が劣化しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるフォーカス誤差信号検出装置の
実施の一形態を示す構成図である。

【図２】 フォーカス誤差信号検出センサが光を受光す
る状況を示す説明図である。

【図３】 トラッキング誤差信号検出センサが受光する
光の形状を示す説明図である。

【図４】 従来のフォーカス誤差信号検出装置の構成図
である。

【図５】 ダブルフーコプリズムの構成を説明する説明
図である。

【符号の説明】

１ レーザ ２ コリメータレンズ ３ くさびプリズム ４ １／４波長板 ５ 対物レンズ ６ 光ディスク ７ 偏光ビームスプリッタ ８ ダブルフーコプリズム ９ 凹レンズ １０ 複合プリズム １５ フォーカス誤差信号検出センサ １６ ＲＦセンサ １７ トラッキング誤差信号検出センサ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D118 AA14 AA20 BA01 BB01 BB02 BF02 BF03 CA11 CA13 CA23 CC06 CC12 CD02 CD03 CF06 CF17 CG02 DA12 DA17 DA19 DA22 DA35 DA40 DA42 DA43 DA44 DA46 DB04 DB08 DB12 DB18 DB23 DC03 5D119 AA29 AA36 BA01 DA01 DA05 EA02 EA03 EC21 FA02 JA02 JA11 JA12 JA17 JA43 KA04 KA19 KA24 LB01 LB03

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射され光ディスクに集束され
   た光の光ディスクからの反射光によりフォーカス誤差信
   号を検出するフォーカス誤差信号検出装置であって、 光源から出射された発散光を平行光とし光ディスクから
   の反射光を集束光とする光変換部と、 入射経路と同経路を戻る反射光の経路を光源と光変換部
   との間で入射経路から分岐させる第一分岐部と、 第一分岐部で分岐した光をダブルフーコプリズムによっ
   て二分割して進ませる光分割部と、 光分割部から向けられた分割後の各光を４分割センサを
   構成する二つずつのセンサで受光し対角をなす二組のセ
   ンサの出力の差としてフォーカス誤差信号を検出するフ
   ォーカス誤差信号検出部とを備え、 第一分岐部と光分割部とフォーカス誤差信号検出部とを
   直線上に配置することを特徴とするフォーカス誤差信号
   検出装置。
2. 【請求項２】 光変換部は、コリメータレンズを用いて
   光源から出射された発散光を平行光とし光ディスクから
   の反射光を集束光とすることを特徴とする請求項１記載
   のフォーカス誤差信号検出装置。
3. 【請求項３】 第一分岐部は、偏光ビームスプリッタを
   用いて反射光の経路を入射経路から分岐させることを特
   徴とする請求項１記載のフォーカス誤差信号検出装置。
4. 【請求項４】 第一分岐部は、ハーフミラーを用いて反
   射光の経路を入射経路から分岐させることを特徴とする
   請求項１記載のフォーカス誤差信号検出装置。
5. 【請求項５】 ダブルフーコプリズムは、平板を用いた
   ダブルフーコプリズムであることを特徴とする請求項１
   記載のフォーカス誤差信号検出装置。
6. 【請求項６】 光分割部によって分割された光をフォー
   カス誤差信号検出部への入射経路とは異なる経路に分岐
   させる第二分岐部と、 第二分岐部で分岐した光をさらに二経路に分岐させる第
   三分岐部と、 第三分岐部で分岐した一方の光によってＲＦ信号を検出
   するＲＦ信号検出部と、 第三分岐部で分岐した他方の光によってトラッキング誤
   差信号を検出するトラッキング誤差信号検出部とを備え
   たことを特徴とする請求項１ないし請求項５記載のフォ
   ーカス誤差信号検出装置。
7. 【請求項７】 トラッキング誤差信号検出部は、プッシ
   ュプル法によってトラッキング誤差を検出することを特
   徴とする請求項６記載のフォーカス誤差信号検出装置。
8. 【請求項８】 光源から出射され光ディスクに集束され
   た光の光ディスクからの反射光について、 入射経路と同経路を戻る反射光を集束させ、 集束した反射光を入射経路から分岐させ、 分岐した光を直線的に進ませ、 分岐した光をダブルフーコプリズムによって二分割し、 分割後の各光を４分割センサを構成する二つずつのセン
   サで受光し対角をなす二組のセンサの出力の差としてフ
   ォーカス誤差信号を検出することを特徴とするフォーカ
   ス誤差信号検出方法。