JP2685015B2 - 光ディスク装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は光ディスク装置に関し、
更に詳しくは、ビデオ・ディスク、オーディオ・ディス
ク、あるいはディジタル・光ディスク装置の如く、反射
面の位置変動に応じて照射光の焦点位置を追従させる必
要のある光ビーム応用装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】回転型記録媒体の表面にレーザ光を照射
し、光学的に情報を記録、あるいは再生する光ディスク
装置においては、回転中の光ディスクに生ずる上下動に
応じて、光ピックアップの対物レンズを動かし、情報記
録面が常にレーザスポットの焦点深度内に収まるように
制御する自動焦点サーボ系が必要となる。自動焦点サー
ボ系は、対物レンズを上下動するための、例えばボイス
コイル形のサーボモータと、焦点誤差検出部と、検出さ
れた焦点誤差に応じてサーボモータを動作させるための
サーボ増幅器とからなるが、これらの要素のうち、特に
焦点誤差検出部が重要であり、光ディスク装置に適用す
る場合は、情報記録面に形成してある情報ピットやトラ
ックを形成するプリグループ等に起因する反射光の変化
が焦点誤差信号に影響を与えない構成のものが望まれ
る。また、正しい焦点制御のためには、例えば光学系の
位置ずれ等に起因して情報記録面からの反射光の光軸に
偏位が生じた場合でも、それが焦点誤差信号に影響しな
い装置構成が望まれる。 【０００３】従来から、焦点誤差を検出するための装置
構成として種々の方式のものが提案されており、その１
つは、情報記録面（反射面）からの反射光をレンズによ
り集束し、その集束点にナイフエッジを配置し、反射光
の一部だけがナイフエッジ後方の光検出器に到達するよ
うにしている（例えば、雑誌「日経エレクトロニクス」
１９８３年１１月２１日号、第２０２頁参照）。この方
式によれば、集束レンズとナイフエッジとの間に円柱レ
ンズを配置した時、光検出器上に焦点ずれ量に応じて回
転する半円形の光像を得ることができ、２分割された光
検出器を用いて、その差動出力をとることにより高精度
の焦点誤差信号を得ることができる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
式では、焦点誤差信号がナイフエッジと集束光との相対
的な位置関係に依存しているため、熱膨張等によるナイ
フエッジの位置変化や、反射光の光軸ずれが焦点誤差信
号に影響を及ぼすという問題がある。 【０００５】また、他の方式として、例えば特開昭５９
−７７６３７号公報に記載の如く、反射光を集束する光
路上に、光束の中心部と周辺部を異なる方向に分離させ
る光学素子を設け、これらの分離された光束を別々の光
検出器で受光し、その出力差から焦点誤差信号を得る方
式が知られている。しかしながら、反射光の中心部と周
辺部とでは、前述した情報ピットやトラックによる光量
変化の現れ方が異なるため、この方式では誤差信号にノ
イズ成分を含むという問題が残されている。 【０００６】本発明の目的は、上述した反射面の状態に
よる反射光量の変化や光軸の変化が焦点誤差信号に影響
しにくい焦点誤差検出装置を備えた光ディスク装置を提
供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光ディスク装置は、回転する記録媒体にレ
ーザ光を照射する光学系と、該記録媒体からの反射光を
第１、第２の集束光に分離するための手段と、それぞれ
上記第１、第２の集束光の光路上に配置された第１、第
２の光検知器と、少なくとも上記２つの光検知器の出力
の差に応じた焦点誤差信号を発生する回路とを備え、上
記各光検知器のうち一方の検知器は前記集束光の一方を
その集束点の前で受光し、他方の検知器は前記集束光の
他方をその集束点の後で受光するように配置され、それ
ぞれ上記受光像の中央部を受光する第１領域と、該第１
領域の両側に位置して上記受光像の端部を受光する互い
に分離された第２、第３領域とを有し、上記第１の領域
が２分割され、上記回路が上記第２、第３領域の出力か
ら上記焦点誤差信号を作り、上記各光検出器について上
記２分割された第１領域の出力差を作り、該出力差の和
からトラック位置検出信号を発生することを特徴とす
る。 【０００８】上述した光検知器の位置関係は、例えば、
第１の光検知器を第１の集束光の集束点後方に配置し、
第２の光検知器を第２の集束光の集束点前方に配置する
ことにより満される。 【０００９】 【作用】本発明においては、光反射面が焦点位置からは
ずれると、２個の光検知器の一方では受光像が拡大さ
れ、他方では縮小されるため、各光検知器の受光面を受
光像の中央部を受光する第１領域と、その両側に位置し
て受光像の端部を受光する第２、第３領域とに分離し、
第２、第３領域により受光像の周辺部だけが光電変換に
供されるようにすると、受光像が拡大される側では、全
光量のうち第２、第３領域に照射される光量の比率が高
くなり、出力が増大する。逆に、受光像が縮小される側
の光検知器では、第１領域に収まる比率が高まるため、
第２、第３領域からの出力は減少する。従って、２つの
光検知器の第２、第３領域からの出力の差をとることに
より焦点誤差信号を得ることができる。この場合、反射
面の凹凸等により反射光量が変化した場合でも、これら
のノイズ成分は２つの集束光に同時に現われるため、し
かも、その中心部に現われるため、受光像の端部を受光
する第２、第３領域の出力から焦点誤差信号を得ること
により焦点誤差信号への影響は除去できる。 【００１０】そして、２つの光検知器の第１領域をそれ
ぞれ２分割し、それぞれの光検知器について２分割され
た第１領域の出力の差をとり、２つの光検出器の第１領
域の出力の差の和からトラック位置検出信号を得るよう
している。この場合、反射光の光軸ずれの影響は２分割
された第１領域の一方の領域に現れるため、２つの光検
知器からトラック位置検出信号を得ることによりトラッ
ク位置検出信号への影響を除去でき、焦点誤差検出用検
出器をトラック位置検出用にも兼用することができる。 【００１１】 【実施例】以下、本発明の詳細を実施例を参照して説明
する。まず、本発明で用いる焦点位置検出の原理を説明
する。 【００１２】図１は本発明で用いる焦点位置検出の原理
的な構成を示す図であり、１は焦点位置にある反射面、
１’は反射面が焦点位置から遠ざかる方向に位置ずれを
起した状態を示し、２，２’は上記それぞれの位置にお
ける反射光を示す。３は反射光２を点Ｐ1に集束するた
めの集束レンズ、１０は集束レンズ３と集束点Ｐ1との
間に挿入された、例えばハーフミラー型のビームスプリ
ッタであり、集束レンズ３で集束された反射光２はビー
ムスプリッタ１０で２分され、直進光２Ａと分岐光２Ｂ
がそれぞれ分岐面１０’から等距離の位置に集束点Ｐ1
とＰ2を形成する。 【００１３】本発明では２個の光検知器１３と１４とを
用い、一方の光検知器１３は集束点Ｐ2から所定距離ｗ
だけビームスプリッタ寄りの位置に配置し、他方の光検
知器は集束点Ｐ1から距離ｗだけ遠ざかった位置に配置
し、それぞれの位置でビームスプリッタ出力光を受光す
るようにしている。 【００１４】光検知器１３、１４は、図２（Ｄ）に示す
如く、中心部に有効受光面１６を残して、その周囲をマ
スク１５で遮へいした構造となっており、基本的には同
一形状のものが用いられる。反射面１が焦点位置に合致
している場合は、集束点Ｐ1、Ｐ2から等距離ｗの位置で
の２つの集束光２Ａ、２Ｂの断面積は同一であり、光検
出器１３と１４には、図２（Ｂ）に斜線を施して示す如
く、同面積の受光像（光スポット）が形成され、全入射
光量に対する受光面１６の受光量の比率は互いに等しく
なる。従って、ビームスプリッタ１０において直進光２
Ａと分岐光２Ｂとが等しい光強度で分岐していれば、合
焦点時の２つの光検知器１３、１４の出力は互いに等し
くなる。 【００１５】この構造において、反射面１が１’の位置
に偏位すると、焦点ずれによって、図１に破線２Ａ’，
２Ｂ’で示す如く、２つの集束光の集束点が合焦点の位
置Ｐ1、Ｐ2よりも手前側に移動する。従って、図２
（Ａ）に示すように、光検知器１３では光スポット６’
が縮小されて入射光のほとんどが受光面１６に絞り込ま
れ、他方の光検知器１４上では拡大された光スポットの
一部を受光面１６が受光することになる。この場合、光
検知器１３の出力は光検知器１４の出力より大となり、
２つの光検知器の出力信号の差は焦点ずれ量に応じた値
となる。この構成において、反射面が１の位置からレン
ズ３に近づく方向で偏位すると、図２（Ｃ）に示すよう
に、光検知器１３上の光スポットが拡大され、光検知器
１４上の光スポットが絞り込まれるため、検知器出力の
関係は逆転する。従って、２つの光検知器１３と１４の
差動出力Ｖは、焦点ずれ量δに対して、図３に示すよう
なＳ字形の特性曲線となり、これを利用して自動焦点サ
ーボ系を構成することができる。 【００１６】上述の焦点位置検出において、反射面１と
して、例えばプリグループ形式の情報トラックをもつ光
ディスクが適用された場合、上述した２つの光検知器１
３、１４上の光スポットに、図４に１１ａ、１１ｂで示
す如く、一次回折光が現われる。光ディスク上の光スポ
ット位置がトラックからずれると、一次回折光１１ａ、
１１ｂの強度が変化するが、焦点ずれが小さければ、そ
の強度変化は２つの光検知器１３，１４に等しく現われ
るため、差動出力をとることにより互いに打ち消すこと
ができ、焦点誤差検出信号への影響はほとんどない。 【００１７】図５は焦点位置検出とトラック位置検出の
両方を行う一例を示す。ここでは、光検知器１３、１４
のそれぞれの有効受光面を、上述した一次回折光１１
ａ、１１ｂを分離する方向に２分割し、１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ、１６ｄの４つの受光面からそれぞれ独立し
た形で光検知信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを取り出せるようにし
ている。このように４つの受光面から独立した出力を取
り出すと、図６に示すように、焦点誤差検出信号ＡＦ
は、（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）によって得られ、トラック
位置検出信号ＴＲは（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）によって得
ることができる。また、全ての出力を加算することによ
り、トラック上の情報信号を得ることができる。 【００１８】図７は、図１に示した焦点位置検出の例に
おいて、反射光の光軸が光検知器１３、１４に対してず
れた場合の説明図である。このような状態は、例えば、
光ディスクのトラックの偏心に対してレンズを追従させ
たときに生じるし、また温度変化や経時変化によって光
学部品の位置がずれた場合にも生じる。反射面１上にお
いて、図７（Ａ）に示すように光スポットの位置がεだ
け移動し、同じ方向にレンズ３もεだけ移動したと仮定
すると、図７（Ｂ）に示す如く、光検知器１３，１４上
の光スポット６は破線に示す位置６’にεだけ移動す
る。このような受光スポット６の移動があっても、光ス
ポット６の強度分布が一様であるならば、光検知器１
３，１４の出力に変化はなく、焦点誤差信号に誤差は生
じない。また、光検知器上の光スポット６の強度分布は
一様でない場合にも、光スポット６の移動は２つの検知
器に等しく現われるため、差動出力により得られる焦点
誤差信号に生じる誤差は極めて小さい。 【００１９】図８は、図５に示した分割型の光検知器を
用いてトラック位置を検出している状態において、上述
した反射光の光軸ずれが生じた場合の光検知器１３，１
４上の光スポットについての説明図である。この場合
は、受光面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄと一次回折
光１１ａ、１１ｂの位置がずれるため、一次回折光の境
界が位置する１６ｂと１６ｃにおいて出力の低下が著し
い。しかしながら、出力の低下量は１６ｂと１６ｃでは
ほぼ等しく、この値をｐとすると、トラック位置検出信
号は｛Ａ−（Ｂ−ｐ）｝＋｛（Ｃ−ｐ）−Ｄ｝＝（Ａ−
Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）となり、ｐが打ち消されてしまう。す
なわち、トラック位置検出信号に対する光軸変化の影響
はなく、仮にあっても誤差は極めて小さいことがわか
る。 【００２０】図９は、光検知器１３，１４の他の構成例
を示す。この例では、光検知器１３、１４の中央部に受
光面を上下に２分する形で帯状にマスク１５が施されて
いる。光スポット６は２分割された受光面２６ａと２６
ｂ、および２６ｃと２６ｄの出力が合焦点時に略等しく
なる位置にある。各受光面２６ａ〜２６ｄの出力を
Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’とすると、焦点誤差検出信号は
（Ａ’＋Ｂ’）−（Ｃ’＋Ｄ’）によって得られ、焦点
位置の移動δに対する誤差信号出力Ｖは図１０に示す特
性となる。 【００２１】図１１は、上述した図９の構成例における
光検知器１３、１４のマスク１５に相当する部分に、ト
ラック位置検出用に２分割された受光面２６ｅ、２６ｆ
と２６ｇ、２６ｈをそれぞれ配置したものである。２６
ｅ〜２６ｈの出力をＥ〜Ｈとすると、トラック位置検出
信号ＴＲは（Ｅ−Ｆ）＋（Ｇ−Ｈ）となる。図８に示し
た構成例と比較すると、焦点誤差検出用の受光面２６ａ
〜２６ｄが受光する一次回折光１１ａ，１１ｂの光量を
小さくできるため、トラック通過時やオフトラック時
に、一次回折光によって焦点誤差検出信号に含まれる誤
差量が、図８の構成例よりさらに小さくなる。上述した
受光面を上下に２分割する構造では、図１２に６’で示
すように、反射光の光軸ずれによって光検知器上の光ス
ポットが上下方向にずれた場合、光検知器１３、１４の
出力（Ａ’＋Ｂ’）、（Ｃ’＋Ｄ’）が各々わずかに変
化する。但し、この変化量は２つの光検知器１３、１４
で同様に現われるため、その値をｑとすると、焦点位置
検出信号は（Ａ’＋Ｂ’−ｑ）−（Ｃ’＋Ｄ’−ｑ）＝
（Ａ’＋Ｂ’）−（Ｃ’＋Ｄ’）となり互いに打ち消さ
れる。トラッキング位置検出信号については、光線ずれ
による影響は先の構成例と同じである。 【００２２】図１３は、図５に示した光検知器構造を光
ディスク装置に用いた一例を示す。１７はレーザダイオ
ードとレーザ光を平行光束とするための光学系とからな
る光ビーム発生装置であり、装置１７より放射された平
行光線１８は偏光ビームスプリッター１９、４分の１波
長板２０、対物レンズ２１を介して、光ディスク２２に
形成された情報トラック２３上に焦点を結ぶ。光ディス
ク２２より反射された光は、偏光ビームスプリッター１
９を透過し、図１で説明した焦点誤差検出装置に導かれ
る。この例では、光検知器１３、１４に図５で示した形
状のものを用いており、トラック位置検出信号も同時に
得ている。受光面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの出
力をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、焦点誤差検出信号ＡＦ、
トラック位置検出信号ＴＲ、情報信号ＳＩはそれぞれ 【００２３】 【数１】ＡＦ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ） 【００２４】 【数２】ＴＲ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ） 【００２５】 【数３】ＳＩ＝（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ）によって得られ
る。信号ＡＦ、ＴＲに応じて、レンズ２１を矢印２４、
および矢印２５の方向に移動させることにより、自動焦
点と自動トラッキングが達成される。 【００２６】図１４は、本発明による光ディスク装置の
一実施例を示す。尚、図１４において、図１３の構成例
と同一の要素には同一符号を付してある。本実施例にお
いては、偏光ビームスプリッター１９とレンズ３の間に
４分の１波長板２４を配置し、ビームスプリッター１２
の代りに偏光ビームスプリッター２７を用いている。偏
光ビームスプリッター２５を用いると、４分の１波長板
２４の取付け角度を変えることにより、直進光２Ａと分
岐光２Ｂの比率を調整することができ、２つの光検知器
１３と１４に入力される光量を等しくする調整作業が容
易となる。但し、この光量調整は、各検知器の出力回路
に挿入される増幅器の利得を調整することにより償うこ
とができる。本実施例では、光検知器１３、１４として
図１１で示した形式のものを用いており、この場合の焦
点誤差検出信号ＡＦ、トラック位置検出信号ＴＲ、およ
び情報信号ＳＩは、光検知器１３の受光面２６ａ、２６
ｂ、２６ｃ、２６ｄ、光検知器１４の受光面２６ｅ、２
６ｆ、２６ｇ、２６ｈの出力をそれぞれＡ’、Ｂ’、
Ｃ’、Ｄ’、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈとすると、 【００２７】 【数４】ＡＦ＝（Ａ’＋Ｂ’）−（Ｃ’＋Ｄ’） 【００２８】 【数５】ＴＲ＝（Ｅ−Ｆ）＋（Ｇ−Ｈ） 【００２９】 【数６】 ＳＩ＝（Ａ’＋Ｂ’＋Ｅ＋Ｆ）＋（Ｃ’＋Ｄ’＋Ｇ＋Ｈ） によって得られる。 【００３０】以上、本発明を説明したが、本発明におい
て、光検知器の有効受光面の形状は実施例で示した形状
以外に種々の変形が可能であり、光検知器に照射された
光スポットの大きさが焦点ずれ量に応じて変化し、その
一部分だけが受光信号に反影される形式のものであれば
よい。また、実施例では、２個の光検知器１３、１４を
集束点から等距離ｗの位置に配置したが、直進光２Ａと
分岐光２Ｂの光量に応じて、位置を調整してもよい。さ
らに、上記２個の光検知器の位置関係を逆にし、直進光
２Ａを集束点の手前で受光し、分岐光２Ｂ側で集束後の
光を受光するようにしてもよく、ビームスプリッタ１２
の特性によっては、２つの受光素子の受光面が異なる大
きさをもつようにしてもよい。 【００３１】 【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
よれば、焦点合せすべき反射面からの光を２方向に分離
し、各光路上に、焦点ずれにより生ずる受光像（スポッ
ト）の大きさ変化が互いに逆方向となる位置関係で光検
知器を配置すると共に、各光検知器の受光面を受光像の
中央部を受光する第１領域と、その両側に位置して受光
像の端部を受光する互いに分離された第２、第３領域と
に分離し、第２、第３領域により受光像の周辺部だけが
光電変換に供されるようにすると、２つの光検知器の第
２、第３領域からの出力の差をとることにより焦点誤差
信号を得ることができる。この場合、反射面の凹凸等に
より反射光量が変化した場合でも、これらのノイズ成分
は２つの集束光に同時に現われ、しかもその中心部に現
われるため、受光像の端部を受光する第２、第３領域の
出力から焦点誤差信号を得ることにより焦点誤差検出信
号への影響は除去できる。 【００３２】また、２つの光検知器の第１領域をそれぞ
れ２分割し、それぞれの光検知器について２分割された
第１領域の出力の差をとり、２つの光検出器の第１領域
の出力の差の和からトラック位置検出信号を得ている。
この場合、反射光の光軸がずれた場合でも、光軸ずれの
影響は２つの集束光に同時に現れるため、２つの光検知
器からトラック位置検出信号を得ることによりトラック
位置検出信号への影響を除去でき、焦点誤差検出用検出
器をトラック位置検出用にも兼用することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】焦点誤差検出装置の原理を説明するための構成
図である。 【図２】光検知器上での受光像の変化を説明するための
図である。 【図３】焦点誤差信号の一特性を示す図である。 【図４】一次回折光が生じた場合の光検知器上の受光像
についての説明図である。 【図５】光検知器の他の構成例を示す図である。 【図６】図５の光検知器における出力信号回路を示す図
である。 【図７】図１の構成における光軸ずれ発生時の動作説明
図である。 【図８】図５の光検知器における光軸ずれ発生時の受光
像についての説明図である。 【図９】光検知器の更に他の構成例を示す図である。 【図１０】図９の光検知器からの出力信号の波形図であ
る。 【図１１】図９の光検知器の変形例を示す図である。 【図１２】図９の光検知器の動作説明図である。 【図１３】光ディスク装置の一例を示す図である。 【図１４】本発明による光ディスク装置の一実施例を示
す図である。 【符号の説明】 ３…集束レンズ、１３、１４…光検知器、６…受光像、
１５…マスク、１６…有効受光面、１７…光ビーム発生
装置、２１…対物レンズ、２２…光ディスク。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．回転する記録媒体にレーザ光を照射する光学系と、
   該記録媒体からの反射光を第１、第２の集束光に分離す
   るための手段と、それぞれ上記第１、第２の集束光の光
   路上に配置された第１、第２の光検知器と、少なくとも
   上記２つの光検知器の出力の差に応じた焦点誤差信号を
   発生する回路とを備え、上記各光検知器のうち一方の検
   知器は前記集束光の一方をその集束点の前で受光し、他
   方の検知器は前記集束光の他方をその集束点の後で受光
   するように配置され、それぞれ上記受光像の中央部を受
   光する第１領域と、該第１領域の両側に位置して上記受
   光像の端部を受光する互いに分離された第２、第３領域
   とを有し、上記第１の領域が２分割され、上記回路が上
   記第２、第３領域の出力から上記焦点誤差信号を作り、
   上記各光検出器について上記２分割された第１領域の出
   力差を作り、該出力差の和からトラック位置検出信号を
   発生することを特徴とする光ディスク装置。