JP2631975B2 - フォーカス検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発光素子から照射される光ビームを用いて
光ディスクに情報を書き込んだり光ディスクに記録され
ている情報の読み取りを行う光学ヘッドにおいて、対物
レンズのフォーカスサーボを行わせるための検出装置に
関し、更に詳しくは、光ディスク面から反射して戻って
くる光路中に検出レンズ群と分割光検出器とを配置し、
最も焦点側に位置するレンズの少なくとも焦点側界面を
傾けることによって直線状の回折パターンを形成し、そ
れを分割光検出器で差動出力を取り出しフォーカス信号
を得るようにしたフォーカス検出装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 光ディスクへの情報の書き込みや光ディスクからの情
報の読み取りには一般に半導体レーザを用いた光学ヘッ
ドが使用される。光学ヘッドではレーザビームを対物レ
ンズで集光して光ディスク上の所定の位置に照射する
が、情報を正しく書き込んだり読み取るためには少なく
とも照射する光スポットが丁度光ディスクの信号面上で
正しく焦点を結ぶように制御されねばならない。このた
め光学ヘッドの対物レンズはフォーカスサーボが行われ
る。

フォーカスサーボのための検出装置として従来から様
々な方式が案出されているが、代表的な例としては非点
収差法がある。これは光ディスクから反射して戻ってき
た光路中に、集光レンズと、１方向にのみ収束作用を有
する円筒レンズと、４分割光検出器とを配置して、非点
の結像作用を持たせたものである。ここで４分割光検出
器は、対物レンズによってレーザビームが信号面に正確
にフォーカスされた状態にある時に前記光検出器でのビ
ーム形状が真円になるような位置に設けられる。そのた
め光ディスクに対して対物レンズが遠くなったり近くな
った時には、円筒レンズの作用によりそれぞれ互いに直
交した長円形のビーム形状となる。従って４分割光検出
器の出力の対角同士を加え合わせ、更にそれらの差を取
ることによってフォーカスエラー信号を検出できる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが上記のような従来技術では、集光レンズの他
に円筒レンズが必要だし、部品点数が多く光路長が長く
なっていた。また検出部は各光学部品について高い位置
合わせ精度が必要であった。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、光検出部の構成を簡素化して光路長を短くし小型化
できるようにすると共に、使用する各光学部品について
それほど厳密な位置合わせ精度が要求されず全体として
コストを下げることができるようなフォーカス検出装置
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発明は、
光学ヘッドで光ディスク面から反射して戻ってくる光路
中に、複数枚のレンズを組み合わせた検出レンズ群と分
割光検出器とを配置した構成のフォーカス検出装置であ
る。

ここで前記検出レンズ群は収差補正等のために複数枚
のレンズを組み合わせたものであり、ほぼ直線状の回折
パターンが形成されるように焦点側レンズの少なくとも
焦点側界面の中心線が他のレンズの光軸に対して傾けら
れていて、前記の分割光検出器で差動出力を取り出すよ
うになっている。

最も簡便な構造としては、検出レンズ群の中の焦点側
に位置するレンズのみを光軸に対して傾ける構成がある
が、焦点側レンズの焦点側界面のみが傾いたような特殊
な形状のレンズを組み合わせてもよい。

分割光検出器の設置位置は、検出レンズ群によるほぼ
焦点の位置でもよいし、それからずれた位置でもよい。

［作用］ 検出レンズ群の中で焦点側レンズの少なくとも焦点側
界面の中心線を他のレンズの光軸に対して傾けると、検
出レンズ群によるほぼ焦点位置に設けられている分割光
検出器では直線状の回折パターンが得られる。この回折
パターンは、対物レンズの光ディスク面に対する位置、
即ち光ディスクに近づいたり遠ざかったりするのに応じ
て回折パターンの直線方向とは直角の方向に移動する。

本発明はこのような現象を利用しており、分割された
光検出器で差動出力を取り出すことによってフォーカス
エラー信号を検出している。

この場合、直線状の回折パターンが分割光検出器の分
割部分に丁度一致するような状態に該光検出器を配置し
てもよいが、検出感度を調整するためには、例えば前記
直線状の回折パターンに対して分割方向を傾斜させるこ
とも有効である。

また分割光検出器が検出レンズの焦点位置より後方に
設けられていると直線状の数本の回折パターンが生じる
が、対物レンズと光ディスク面との間隔に応じて光強度
が変化し回折パターンがやはり直線方向とは垂直な方向
に移動する。従って、これを利用しても同様にフォーカ
ス検出を行うことができ、各光学部品の組み立てに厳密
な精度が要求されずに済み作業性も良好になる。

［実施例］ 第１図は本発明に係るフォーカス検出装置の基本構成
を示す説明図である。ここでは説明を簡略化するため、
トラック検出系については図示するのを省略してある。

半導体レーザ10からの光はコリメータレンズ12および
ビームスプリッタ14を通って対物レンズ16に向かい、そ
れにより集光されて光ディスク18の信号面上を照射す
る。光ディスク18からの反射光は、対物レンズ16を通り
ビームスプリッタ14で戻り光路が直角に曲げられ、収差
補正のため複数枚（この実施例では３枚）のレンズを組
み合わせた検出レンズ群20を通って集光され２分割光検
出器22に向かうように構成されている。

本発明の特徴は、この第１図からも明らかなように、
検出レンズ群20の焦点側レンズ24の少なくとも焦点側界
面24aの中心線Ｐが他のレンズの光軸Ｑに対して傾けら
れていて、分割光検出器（本実施例では２分割光検出器
22）からの差動出力を取り出すように構成した点であ
る。

この実施例では、焦点側レンズ24全体が他のレンズの
光軸Ｑに対して角度θだけ傾けられている。また２分割
光検出器22のそれぞれの出力が差動増幅器26に印加さ
れ、そこで差動増幅されるように構成されている。

焦点側レンズ24の最適傾斜角度θはレンズの屈折率や
曲率、構成等により異なるが、例えば一般的に対物レン
ズ等に用いられているような開口数0.5の組み合わせレ
ンズを利用して実験した結果によれば角度を約10度程度
とし、検出レンズ群20のほぼ焦点の位置に２分割光検出
器22を設置することによって第２図に示すような１本の
ほぼ直線状の良好な回折パターン30が得られた。

第２図Ａは検出レンズ群のほぼ焦点位置に設けた２分
割光検出器22に生じる回折パターン30を示しており、同
図Ｂは実線が対物レンズの合焦時における回折パターン
の光強度分布を、また破線が対物レンズが光ディスクに
近づきすぎた場合の光強度分布を示している。

この結果を更に詳細に示したのが第３図である。対物
レンズと光ディスク面との距離を近づけたり遠ざけたり
すると、この直線状の回折パターン30は２分割光検出器
の位置で回折パターン30の直線方向に対して直角方向
（Ｘ方向）に移動する。例えば合焦時に中心に位置して
いた回折パターン30は、対物レンズが光ディスク面から
遠ざかると（＋40μｍ）＋Ｘ方向にずれ、逆に対物レン
ズが光ディスク面に近づくと（−40μｍ）中心から逆の
−Ｘ方向にずれる。そして更に光ディスクに近づいた場
合には（−80μｍ）回折パターン自体１本の直線状から
かなり変形して数本に分かれると共に、全体が−Ｘ方向
に更にずれる。従って２分割光検出器の差動出力を取り
出すことによって合焦時からのずれを検出することがで
きる。

第４図は対物レンズが光ディスク面から非常に離れた
状態から極端に近づいた状態まで変化させて差動出力電
圧を取り出しプロットしたものである。実際にフォーカ
ス制御を行わせる場合には、合焦時の近傍の実線で示し
た範囲を利用してサーボ動作を行わせる。この範囲では
ほぼリニアな関係が得られ、極めて良好なフォーカス制
御が可能なことを示している。

さて第５図は本発明で用いることのできる検出レンズ
群の他の例を示す説明図である。この実施例では焦点側
レンズ24として、焦点側界面24aのみを、その中心線Ｐ
が他のレンズの光軸Ｑに対して傾けられているような特
殊な形状のレンズを用いている。このようなレンズを用
いても、焦点側レンズ全体を傾けた時と同様の結果が得
られ、所望の回折パターンを得ることができる。

第６図は本発明の他の実施例を示している。この実施
例では２分割光検出器22は検出レンズ群20のほぼ焦点位
置に設置されるが、それによって生じるほぼ直線状の回
折パターンに対してやや傾斜して配置されている。この
ように２分割の方向を回折パターンに対して傾斜させる
ことによって感度を調整することが可能となる。

第７図A,Bは本発明の更に他の実施例を示している。
これは２分割光検出器22を検出レンズ群20の焦点よりも
前方に設置した場合である。この場合、ほぼ直線状の回
折パターンが複数本発現するが、左右の光検出器の差動
出力電圧が対物レンズの合焦時に丁度０になるように予
め調節しておけば、対物レンズが合焦していないと回折
パターンの光強度が変化して差動出力信号が現れ、それ
に基づきフォーカスサーボをかけることが可能となる。
なお同図Ｂにおいて破線は対物レンズが光ディスクに近
づいた場合の光強度の変化を表している。

また前述の２分割光検出器に代えて４分割光検出器を
用いると、プリグルーブされた光ディスクからの反射光
からプッシュ・プル法にてトラックエラー検出すること
も可能である。

［発明の効果］ 本発明は上記のように複数枚の検出レンズ群のうち焦
点側に位置するレンズの少なくとも焦点側界面の中心線
を他のレンズの光軸に対して傾けることによってほぼ直
線状の回折パターンを分割光検出器に形成し、その差動
出力によりフォーカス信号を取り出すようにしたから、
検出レンズ群として例えば対物レンズ等に用いられてい
たような収差補正を目的とする組み合わせレンズを利用
することもできコストを下げることができるし、検出部
の光路長が短くなり小型化が可能であり、また各光学部
品の位置合わせ精度がそれほど厳密である必要がなく、
フォーカス制御を簡便に高感度で実施できる優れた効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るフォーカス検出装置の基本構成を
示す説明図、第２図Ａはそれにより得られた回折パター
ンの説明図、Ｂはその光強度分布を示すグラフ、第３図
は対物レンズと光ディスクとの距離と回折パターンの変
化を示す説明図、第４図は対物レンズの位置と２分割光
検出器からの差動出力との関係を示すグラフ、第５図は
本発明で用いることのできる検出レンズ群の他の例を示
す説明図、第６図は本発明における２分割光検出器の他
の配置例を示す説明図、第７図Ａは本発明の他の実施例
における回折パターンの説明図、Ｂはその光強度分布を
示すグラフである。 10……半導体レーザ、12……コリメータレンズ、14……
ビームスプリッタ、16……対物レンズ、18……光ディス
ク、20……検出レンズ群、22……２分割光検出器、24…
…焦点側レンズ、24a……焦点側界面、26……差動増幅
器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学ヘッドで光ディスク面から反射して戻
   ってくる光路中に、複数枚のレンズを組み合わせて収差
   補正を行う検出レンズ群と、該検出レンズ群を通って集
   光した光を受光する分割光検出器とが配置されており、
   該分割光検出器から差動出力を取り出す差動増幅器を有
   し、前記検出レンズ群は、ほぼ直線状の回折パターンが
   形成されるように焦点側のレンズの少なくとも焦点側界
   面の中心線が他のレンズの光軸に対して傾けられている
   フォーカス検出装置。