JP2908596B2

JP2908596B2 - 焦点検出感度補正方法および光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2908596B2
Application number: JP12676391A
Authority: JP
Inventors: 昌彦中山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1999-06-21
Anticipated expiration: 2014-06-21
Also published as: JPH04328335A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ディスク等の光情
報記録媒体上に微小なスポットを形成して、情報の記
録，再生，消去を行う光情報記録再生装置の光ピックア
ップ装置の改良に係り、特に、フォーカス（焦点）検出
法として、３分割受光素子を用いたビームサイズ法にお
ける焦点検出感度の変動を低減することにより、高精度
のフォーカシング制御を可能にした焦点検出感度補正方
法および光ピックアップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光ディスク装置等の光情報記
録再生装置においては、フォーカス制御のためのフォー
カス（焦点）検出法として、３分割受光素子を用いたビ
ームサイズ法が知られている（特公昭５７−１８２４７
号公報）。

【０００３】図６は、従来の光ピックアップ装置につい
て、３分割受光素子を用いたビームサイズ法による光学
系の要部構成の一例を示す図である。図において、１は
半導体レーザ、２はカップリングレンズ、３はビームス
プリッタ、４は対物レンズ、５は光ディスク等の光情報
記録媒体、６は集光レンズ、７は３分割受光素子を示
し、また、Ｐは集光点、ｄは集光点Ｐからの距離を示
す。

【０００４】図６に示す光ピックアップ装置では、半導
体レーザ１から出射された光は、カップリングレンズ２
により平行光にされ、ビームスプリッタ３を透過して、
対物レンズ４へ入射される。この対物レンズ４によって
集光された光は、光ディスク等の光情報記録媒体５の記
録面上に約１μｍの微小な光スポットを形成されて、情
報の記録，消去，再生が行われる。

【０００５】また、光情報記録媒体５からの反射光は、
往路と逆に、対物レンズ４によって再び平行光とされ、
ビームスプリッタ３を反射する。ビームスプリッタ３を
反射した光は、集光レンズ６により収束光とされ、集光
点Ｐに集光される。そして、集光点Ｐから距離ｄだけ離
れた位置に、３分割受光素子７が配置されている。

【０００６】図７は、３分割受光素子７によって検出さ
れるフォーカスエラー信号の取り出し方法の一例を説明
する図である。図において、ａ〜ｃは３分割受光素子７
の各受光面、８は電流−電圧変換アンプ、９は差動アン
プを示し、Ｓはスポット、ＦＥ１はフォーカスエラー信
号を示す。

【０００７】フォーカスエラー信号ＦＥ１は、この図７
に示すように、３分割受光素子７の各受光面ａ〜ｃから
の出力信号を、それぞれＳａ，Ｓｂ，Ｓｃとすれば、フ
ォーカスエラー信号ＦＥ１は、ＦＥ１＝Ｓｂ−（Ｓａ＋Ｓｃ） …… (1) で表すことができる。

【０００８】すなわち、先の図６に示したように、３分
割受光素子７の両端の受光面ａ，ｃから得られる差信号
を一方の電流−電圧変換アンプ８へ入力させると共に、
中央の受光面ｂからの出力信号を他方の電流−電圧変換
アンプ８へ入力させ、その各出力を差動アンプ９へ入力
させることによって、フォーカスエラー信号ＦＥ１を検
出することができる。

【０００９】なお、図６では、３分割受光素子７は、集
光点Ｐの前方に配置した場合を示しているが、集光点Ｐ
の後方、あるいは集光点Ｐの前後にそれぞれ配置するこ
とも可能である。

【００１０】次の図８は、３分割受光素子７の受光面ａ
〜ｃ上に照射されるスポットＳの状態を示す図で、(1)
は受光面上で横方向にずれた場合、(2) は集光点Ｐから
の距離ｄのずれによりスポットＳが大きくなった場合、
(3) は逆に集光点Ｐからの距離ｄのずれによりスポット
Ｓが小さくなった場合を示す。

【００１１】この図８(1) 〜(3) に示すように、３分割
受光素子７の受光面ａ〜ｃ上で、スポットＳが変化する
原因は、光ピックアップの初期組付け調整誤差、使用環
境条件（温湿度）などによるずれや、経時変化等による
ずれ等が考えられる。

【００１２】次の図９は、光ピックアップにおけるフォ
ーカス検出用受光素子の受光面上におけるスポット位置
の分割線直交方向ずれ量と、焦点検出感度比との関係の
一例を示す特性図である。図で、横軸は受光面における
スポットの分割線直交方向ずれ量、縦軸は焦点検出感度
比を示す。

【００１３】例えば、先の図８(1) のように、受光素子
の受光面上で、スポットＳが左右に移動すると、この図
９に示すように、焦点検出感度が低下してしまう。ま
た、先の図８(2) や(3) のように、スポットＳの径が変
化しても、次の図１０に示すように、焦点検出感度が変
動してしまう。

【００１４】図１０は、受光素子の受光面上のスポット
径と、焦点検出感度比との関係の一例を示す特性図であ
る。図で、横軸は受光面上に形成されるスポット径、縦
軸は焦点検出感度比を示す。

【００１５】すなわち、焦点検出感度比は、スポットＳ
の径が、光学系で定まるある値のとき最大となり、その
前後では低下する。

【００１６】このように、従来の３分割受光素子を用い
たビームサイズ法による光ピックアップ装置では、その
初期組付け調整誤差、使用環境条件、経年変化等によっ
て、受光面上のスポットＳの位置や、スポットＳの径に
変化が生じることにより、焦点検出感度が変動する、と
いう不都合があった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】この発明では、従来の
３分割受光素子を用いたビームサイズ法による光ピック
アップ装置において生じるこのような不都合、すなわ
ち、光ピックアップの初期組付け調整誤差、使用環境条
件、経年変化等によって、受光面上のスポットの位置や
スポットの径に変化が生じることにより、焦点検出感度
が変動する、という不都合を解決し、受光面上のスポッ
トの位置と、スポットの径とを検出し、検出された信号
に応じて、予め定められた感度補正係数に基いて焦点検
出感度を補正することにより、高精度の焦点制御を可能
にした焦点検出感度補正方法および光ピックアップ装置
を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明では、第１に、
半導体レーザからの光束を対物レンズによって集光さ
せ、光情報記録媒体上に微小なスポットを形成して、情
報の記録，再生，あるいは消去を行う光情報記録再生装
置の光ピンクアップ装置であり、前記光情報記録媒体か
らの反射光を集光レンズによリ収束光とし、３分割受光
素子を配して前記収束光によリ焦点検出を行う光ピック
アップ装置において、前記３分割受光素子の中央部に入
射する光量と、両端部に入射する光量との差信号により
形成されたスポットサイズ信号である第１の信号と、両
端部にそれぞれ入射する光量の差信号により形成された
スポット位置信号である第２の信号とによって、予め定
められた感度補正係数に基いて焦点検出感度の補正を行
う焦点検出感度の補正方法である。

【００１９】第２に、半導体レーザからの光束を対物レ
ンズによって集光させ、光情報記録媒体上に微小なスポ
ットを形成して、情報の記録，再生，あるいは消去を行
う光情報記録再生装置の光ピックアップ装置であり、前
記光情報記録媒体からの反射光を集光レンズにより収束
光とし、３分割受光素子を配して前記収束光により焦点
検出を行う光ピックアップ装置において、前記３分割受
光素子の中央部に入射する光量の出力信号と、両端部に
入射する光量との差信号とによって、第１の信号を検出
する第１の信号検出手段と、前記３分割受光素子の両端
部にそれぞれ入射する光量の差信号によって、第２の信
号を検出する第２の信号検出手段と、予め定められた感
度補正係数に基いて焦点検出感度の補正を行う焦点検出
感度補正手段、とを備え、前記第１と第２の信号を前記
焦点検出感度補正手段へ入力することにより、焦点検出
感度を補正するように構成している。

【００２０】第３に、上記第２の光ピックアップ装置に
おいて、３分割受光素子は、集光レンズの集光点の前後
にそれぞれ配置されている構成である。

【００２１】

【実施例】次に、この発明の光ピックアップ装置につい
て、図面を参照しながら、その実施例を詳細に説明す
る。この実施例は、主として、請求項１と請求項２の発
明に対応している。

【００２２】図１は、この発明の光ピックアップ装置に
おける３分割受光素子を用いたビームサイズ法による光
学系の要部構成について、その３分割受光素子によって
検出されるフォーカスエラー信号の取り出し部の一実施
例を示す図である。図における符号は図７と同様であ
り、また、８₁ 〜８₃ は電流−電圧変換アンプ、９₁ と
９₂ は差動アンプ、１０は加算アンプ、１１は焦点検出
感度補正回路、ＳＰはスポット位置信号、ＦＥ２はこの
発明によるフォーカスエラー信号を示す。

【００２３】この発明の光ピックアップ装置でも、ビー
ムサイズ法による光学系の構成は、先の図６と同様であ
る。そのため、この図１では、先の図７に対応する３分
割受光素子７の各受光面ａ〜ｃからの出力信号Ｓａ，Ｓ
ｂ，Ｓｃの処理部の構成について、詳細に示している。

【００２４】まず、３分割受光素子７の各受光面ａ〜ｃ
上のスポット位置信号ＳＰは、ＳＰ＝Ｓａ−Ｓｃ …… (2) で表すことができる。

【００２５】そして、この受光素子７の受光面上におい
て、スポット位置の分割線直交方向ずれ量と、式(2) で
示されるスポット位置信号ＳＰとの間には、次の図２の
ような関係がある。

【００２６】図２は、この発明の光ピックアップ装置に
おけるフォーカス検出用受光素子の受光面上におけるス
ポット位置の分割線直交方向ずれ量と、受光面から出力
されるスポット位置信号との関係の一例を示す特性図で
ある。図で、横軸は受光面上におけるスポット位置の分
割線直交方向ずれ量、縦軸は受光面から出力されるスポ
ット位置信号を示す。

【００２７】すなわち、横軸に示す分割線直交方向のず
れ量が０のとき、スポット位置信号ＳＰは、縦軸に０で
示すように、その差信号が０に設定されている。もし、
受光面上に形成されるスポット位置が、３分割受光素子
７の受光面ａ側にずれると、スポット位置信号ＳＰは、
そのずれ量に対応して順次正方向に大となり、逆に、受
光面ｃ側にずれると、位置信号ＳＰは、そのずれ量に対
応して順次負方向に大きくなる。

【００２８】このスポット位置信号ＳＰは、式(２)に示
したように、３分割受光素子７の両端部の受光面ａ，ｃ
にそれぞれ入射する光量の差信号であり、第２の信号に
相当し、３分割受光素子７の両端部の受光面ａ，ｃは、
第２の信号検出手段である。

【００２９】また、従来と同様のフォーカスエラー信号
ＦＥ１は、この図１では、３分割受光素子７の受光面ｂ
の出力が、電流−電圧変換アンプ８₂ を介して一方の入
力となり、受光面ａ，ｃの各出力が、電流−電圧変換ア
ンプ８₁ ，８₃ を介して入力される加算アンプ１０の出
力信号が、他方の入力となる差動アンプ９₁ によって得
られる。なお、この構成は、従来例を示す先の図７と同
様である。

【００３０】このフォーカスエラー信号ＦＥ１は、３分
割受光素子７の中央部の受光面ｂに入射する光量の出力
信号と、両端部の受光面ａ，ｃにそれぞれ入射する光量
との差信号とによって演算生成される信号であり、第１
の信号に相当している。

【００３１】ところで、このフォーカスエラー信号ＦＥ
１は、３分割受光素子７の受光面ａ〜ｃ上に形成される
スポット径に対応して、その出力が変化するので、実質
的には、スポットサイズ信号といえるものであり、３分
割受光素子７の受光面ａ〜ｃは、第１の信号検出手段で
ある。

【００３２】図３は、この発明の光ピックアップ装置に
おけるフォーカス検出用受光素子の受光面上に形成され
るスポット径とフォーカスエラー信号ＦＥ１（スポット
サイズ信号）との関係の一例を示す特性図である。図
で、横軸は受光面上に形成されるスポット径、縦軸はフ
ォーカスエラー信号ＦＥ１（スポットサイズ信号）を示
す。

【００３３】ここで、従来例を示す図９と、図２とに着
目すれば、横軸が共通であり、いずれも、受光素子の受
光面上におけるスポット位置の分割線直交方向ずれ量を
示しており、前者の図９は焦点検出感度比、後者の図２
はスポット位置信号ＳＰである。したがって、この両図
から、スポット位置信号ＳＰと焦点検出感度比との関係
を知ることができ、また、スポット位置信号ＳＰの変動
に対応して、焦点検出感度比を補正することが可能にな
る。

【００３４】次の図４は、この発明の光ピックアップ装
置によるスポット位置信号ＳＰに対する感度補正係数の
一例を示す特性図である。図で、横軸は受光面から出力
されるスポット位置信号、縦軸は感度補正係数を示す。

【００３５】この図４で、横軸に示すスポット位置信号
ＳＰが初期設定値０のときは、縦軸の感度補正係数を
「×１」とし、スポット位置信号ＳＰが図２のように正
負の方向に変動したときは、その変動量に対応した特性
曲線に従って、アナログ的に大きくし、感度補正係数を
「×２」，「×３」のように設定しておく。

【００３６】このように、スポット位置信号ＳＰの変動
に対応して、焦点検出感度比を補正すれば、受光面上に
おけるスポット位置が、分割線直交方向にずれても、そ
のずれ量に対応して焦点検出感度が補正される。この図
４のような補正曲線は、各光学系に応じて想定すること
ができるので、予め設定しておく。図１に示したブロッ
ク図で、式(2) で示されるスポット位置信号ＳＰは、３
分割受光素子７の両端の受光面ａ，ｃの各出力が、それ
ぞれ電流−電圧変換アンプ８₁ ，８₃ を介して入力され
る差動アンプ９₂ によって得られる。

【００３７】このような焦点検出感度の補正は、受光面
上に形成されるスポット径の変動に対しても、同様に行
うことができる。すなわち、従来例を示す図１０と、図
３とに着目すれば、横軸が共通であり、いずれも、受光
素子の受光面上に形成されるスポット径を示しており、
前者の図１０は焦点検出感度比、後者の図３はフォーカ
スエラー信号ＦＥ１（スポットサイズ信号）である。

【００３８】したがって、この両図から、フォーカスエ
ラー信号ＦＥ１（スポットサイズ信号）と焦点検出感度
比との関係を知ることができ、また、スポットサイズ信
号の変動に対応して、焦点検出感度比を補正することが
可能になる。

【００３９】図５は、この発明の光ピックアップ装置に
よるスポットサイズ信号に対する感度補正係数の一例を
示す特性図である。図で、横軸は受光面から出力される
スポットサイズ信号、縦軸は感度補正係数を示す。

【００４０】この図５で、横軸に示すスポットサイズ信
号（ＦＥ１）が初期設定値０のときは、縦軸の感度補正
係数を例えば「×２」とする。そして、先の図１０のよ
うな焦点検出感度比の変動が補正されるように、スポッ
トサイズ信号が図３のように正負の方向に変動したとき
は、その変動量に対応した特性曲線を設定する。この図
５の場合には、感度補正係数が「×１」となるのは、ス
ポットサイズ信号（ＦＥ１）が初期設定値０よりも大の
場合である。この図５のような補正曲線も、各光学系に
応じて想定することができるので、予め設定しておく。

【００４１】以上のように、スポットサイズ信号（ＦＥ
１）の変動に対応して、焦点検出感度比を補正すれば、
受光面上に形成されるスポット径（スポットサイズ）が
変動しても、その変化量に対応して焦点検出感度が補正
される。

【００４２】この発明では、以上のような基本認識によ
って、スポット位置信号ＳＰ、および従来と同様のフォ
ーカスエラー信号ＦＥ１（スポットサイズ信号）とを、
図１のブロック図で生成して、焦点検出感度補正回路１
１へ入力させる。この焦点検出感度補正回路１１には、
すでに説明したように、図４と図５の感度補正係数の情
報が予め格納されており、スポット位置信号ＳＰとフォ
ーカスエラー信号ＦＥ１（スポットサイズ信号）とを、
これらの感度補正係数の情報によって補正して、フォー
カスエラー信号ＦＥ２を演算生成する。

【００４３】そして、この補正されたフォーカスエラー
信号ＦＥ２によって、焦点（フォーカス）制御が行われ
る。したがって、光ピックアップ装置において、組付け
調整誤差、使用環境条件、経年変化等により、３分割受
光素子の受光面に形成されるスポット径の大きさが変化
したり、分割線直交方向にずれが生じても、焦点制御系
の検出感度の変動が補正され、高精度のフォーカス制御
が可能になる。

【００４４】なお、以上の実施例では、３分割受光素子
７を、集光レンズの集光点Ｐの前方に配置する場合につ
いて説明した。しかし、３分割受光素子７は、集光点Ｐ
の後方、あるいは集光点Ｐの前後にそれぞれ配置するこ
とも可能であり、いずれの場合でも、同様に実施するこ
とができる（請求項３の発明に対応する実施例）。

【００４５】また、１個の３分割受光素子７を使用する
場合について述べたが、受光素子を３個使用しても、同
様の感度検出とその補正とを行うことが可能であること
は明らかである。

【００４６】

【発明の効果】この発明の焦点検出感度補正方法および
光ピックアップ装置では、３分割受光素子を用いたビー
ムサイズ法によって焦点の検出感度を補正する光ピック
アップ装置において、３分割受光素子の受光面に形成さ
れるスポットの大きさと、分割線直交方向のずれ量を検
出し、その検出信号によって初期設定時とのずれを補正
するので、焦点検出感度の変動を低減することが可能に
なり、高精度のフォーカシング制御を行うことができる
（請求項１と請求項２の発明に対応する効果）。

【００４７】すなわち、３分割受光素子の受光面上に形
成されるスポットと受光素子の相対位置精度に関連する
各構成素子の組付け時の調整誤差や環境条件、経時変
化、温度変化等に対しても、簡単に対応できるので、焦
点制御系の検出感度の変動が低減されるだけでなく、組
付け時の調整誤差等の制約にも充分に対応できる。

【００４８】また、３分割受光素子を、集光点Ｐの前後
にそれぞれ配置し、それぞれの検出信号によって、焦点
検出感度の変動を補正すれば、一層、高精度のフォーカ
シング制御が可能になる（請求項３の発明に対応する効
果）、等の多くの優れた効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光ピックアップ装置における３分割
受光素子を用いたビームサイズ法による光学系の要部構
成について、その３分割受光素子によって検出されるフ
ォーカスエラー信号の取り出し部の一実施例を示す図で
ある。

【図２】この発明の光ピックアップ装置におけるフォー
カス検出用受光素子の受光面上におけるスポット位置の
分割線直交方向ずれ量と、受光面から出力されるスポッ
ト位置信号との関係の一例を示す特性図である。

【図３】この発明の光ピックアップ装置におけるフォー
カス検出用受光素子の受光面上に形成されるスポット径
とフォーカスエラー信号ＦＥ１との関係の一例を示す特
性図である。

【図４】この発明の光ピックアップ装置によるスポット
位置信号ＳＰに対する感度補正係数の一例を示す特性図
である。

【図５】この発明の光ピックアップ装置によるスポット
サイズ信号に対する感度補正係数の一例を示す特性図で
ある。

【図６】従来の光ピックアップ装置について、３分割受
光素子を用いたビームサイズ法による光学系の要部構成
の一例を示す図である。

【図７】３分割受光素子７によって検出されるフォーカ
スエラー信号の取り出し方法の一例を説明する図であ
る。

【図８】３分割受光素子７の受光面ａ〜ｃ上に照射され
るスポットＳの状態を示す図である。

【図９】光ピックアップにおけるフォーカス検出用受光
素子の受光面上におけるスポット位置の分割線直交方向
ずれ量と、焦点検出感度比との関係の一例を示す特性図
である。

【図１０】受光素子の受光面上のスポット径と、焦点検
出感度比との関係の一例を示す特性図である。

【符号の説明】

７３分割受光素子ａ〜ｃ３分割受光素子７の各受光面８₁ 〜８₃ 電流−電圧変換アンプ９₁ と９₂ 差動アンプ１０加算アンプ１１焦点検出感度補正回路ＳＰスポット位置信号ＦＥ２この発明によるフォーカスエラー信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 7/09 - 7/095 G11B 7/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザからの光束を対物レンズに
よって集光させ、光情報記録媒体上に微小なスポットを
形成して、情報の記録,再生,あるいは消去を行う光情報
記録再生装置の光ピックアップ装置であり、前記光情報記録媒体からの反射光を集光レンズによリ収
束光とし、３分割受光素子を配して前記収束光によリ焦
点検出を行う光ピックアップ装置において、前記３分割受光素子の中央部に入射する光量と、両端部
に入射する光量との差信号により形成されたスポットサ
イズ信号である第１の信号と、両端部にそれぞれ入射す
る光量の差信号により形成されたスポット位置信号であ
る第２の信号とによって、予め定められた感度補正係数
に基いて焦点検出感度の補正を行うことを特徴とする焦
点検出感度補正方法。
【請求項２】半導体レーザからの光束を対物レンズによ
って集光させ、光情報記録媒体上に微小なスポットを形
成して、情報の記録,再生,あるいは消去を行う光情報記
録再生装置の光ピックアップ装置であり、前記光情報記録媒体からの反射光を集光レンズにより収
束光とし、３分割受光素子を配して前記収束光によリ焦
点検出を行う光ピックアップ装置において、前記３分割受光素子の中央部に入射する光量の出力信号
と、両端部に入射する光量との差信号とによって、第１
の信号を検出する第１の信号検出手段と、前記３分割受光素子の両端部にそれぞれ入射する光量の
差信号によって、第２の信号を検出する第２の信号検出
手段と、予め定められた感度補正係数に基いて焦点検出感度の補
正を行う焦点検出感度補正手段、とを備え、前記第１と第２の信号を前記焦点検出感度補正手段へ入
力することにより、焦点検出感度を補正することを特徴
とする光ピックアップ装置。
【請求項３】請求項２の光ピックアップ装置におい
て、３分割受光素子は、集光レンズの集光点の前後にそ
れぞれ配置されていることを特徴とする光ピックアップ
装置。