JP3444144B2 - 反射型光電センサ及び光ディスク検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型光電センサ及
び光ディスク検知装置に関する。具体的にいうと、本発
明は、対象物の傾きを検知するための反射型光電センサ
と、対象光ディスクの傾きを検知する光ディスク検知装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１（ａ）はＣＤやＤＶＤ等の光ディス
クの傾きを検知するための反射型光電センサ（光ディス
ク検知装置）１の構造を示す縦断面図、図１（ｂ）は図
１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この反射型光電セン
サ１にあっては、ケース２の上面開口に凸レンズ３が装
着され、ケース２内底面に配置された遮光壁４の一方に
ＬＥＤのような発光素子５を配置し、他方に２つの受光
面６ａ，６ｂを有する２分割フォトダイオードのような
２分割受光素子６を配置している。ここで、発光素子５
と２分割受光素子６は光ディスク７の傾き検出方向（光
ディスク７の円周方向であって、これをＸ軸方向で示
す）に沿って配置されており、２分割受光素子６の２つ
の受光面６ａ，６ｂも傾き検出方向（Ｘ軸方向）に沿っ
て並んでいる。

【０００３】しかして、傾き検出方向と垂直なＹ軸方向
から見た状態（つまり、図１（ａ）の状態）では、発光
素子５から出射された光Ｌは、凸レンズ３の一方半面を
通過してコリメートされ光ディスク７に向けて斜め投射
される。光ディスク７（図では、代表的に、裏面に記録
層８を有するＣＤを示す）で正反射された平行光Ｌは凸
レンズ３の他方半面で集光され、２分割受光素子６で受
光される。

【０００４】光ディスク７に傾きがない場合、すなわち
光ディスク７が凸レンズ３の光軸と垂直である場合に
は、２分割受光素子６上の光スポット９は、図１（ｂ）
に示すように、２つの受光面６ａ，６ｂに均等に分布し
ているが、光ディスク７が傾くと、光ディスク７で反射
された平行光Ｌの光線方向が変化するので、光ディスク
７の傾きに応じて光スポット９がＸ軸方向に移動する。
そのため、光ディスク７に傾きがない場合には、受光面
６ａ，６ｂから出力される受光信号をＶ１，Ｖ２は等し
く、受光信号の差分出力Ｖ１−Ｖ２は０ボルトになる
が、光ディスク７が傾いた場合には、受光信号の差分出
力Ｖ１−Ｖ２は光ディスク７の傾きに応じて図２に示す
ように顕著に変化し、この受光信号の差分出力Ｖ１−Ｖ
２から光ディスク７の傾きを求めることができる。な
お、図２には、受光信号の和Ｖ１＋Ｖ２も示している
が、これは光ディスク７の傾きによってほとんど変化し
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構造の反射型光電センサ１にあっては、光電セン
サ１の設置位置に誤差があったり、光ディスク７の浮き
上がり（傾きを伴わない変動）があったりすると、光デ
ィスク７の傾き検検知精度に悪影響を及ぼすという問題
があった。

【０００６】すなわち、この光電センサ１では、傾き検
知方向（Ｘ軸方向）と垂直な方向（Ｙ軸方向）から見た
状態では、発光素子５が凸レンズ３の光軸から外れた位
置にあるので、発光素子５から出射された光Ｌは凸レン
ズ３を通過することによって平行光Ｌに変換されるもの
の、その光線方向は凸レンズ３の光軸に対して傾いてい
る。このため、図３（ｂ）に示す距離Ｓのとき、傾きの
ない光ディスク７で反射した光Ｌによる光スポット９が
２つの受光面６ａ，６ｂに均等に分布するように設計さ
れていたとしても、光電センサ１の取付誤差などによっ
て光電センサ１と光ディスク７（記録層８）の距離が設
計距離Ｓよりも遠い場合には、図３（ａ）に示すように
光スポット９が受光面６ａ側に偏り、また、光電センサ
１と光ディスク７の距離が設計距離Ｓよりも近い場合に
は、図３（ｃ）に示すように受光スポット９が受光面６
ｂ側に偏ることになる。同様に、光ディスク７が傾いて
いる場合にも、光電センサ１の設置位置がずれていたり
すると、受光面６ａ，６ｂ上の光スポット９の位置がＸ
軸方向にずれることになる。

【０００７】このように、従来の光電センサにあって
は、光電センサの設置位置に誤差があったり、光ディス
クの浮き上がりなどがあると、受光面上における光スポ
ットの位置がずれるので、受光信号の差分出力Ｖ１−Ｖ
２が敏感に変動し、光ディスクの傾き検知精度が低下す
るという問題があった。このため光電センサの取付けに
は厳しい管理が要求されていた。

【０００８】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、光電センサ
の設置位置に誤差があったり、対象物の位置が変動した
りしても対象物の傾きを計測するための信号出力の変動
を小さく抑えることができる反射型光電センサ及び光デ
ィスク検知装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる反射型光
電センサは、発光素子と、発光素子から出射された光を
平行光に変換するコリメート手段と、対象物で反射して
戻ってきた平行光を集光させる集光手段と、集光手段に
より集光された光の受光位置を検出する受光素子と、前
記集光手段と前記受光素子の間に設けられていて集光手
段で集光された光を受光素子へ導くための回折格子とを
備え、当該受光素子における受光位置の変化から対象物
の傾きを検知する反射型光電センサであって、前記受光
素子に入射する光の光軸と前記受光素子により検出され
る受光位置の変化の方向とを含む平面に垂直な方向から
見て、前記コリメート手段でコリメートされた平行光の
光線方向と傾きのないときの対象物で反射した平行光の
光線方向とが平行となるようにし、前記受光素子におけ
る収差を低減させるために、前記回折格子の格子周期を
変化させていることを特徴としている。

【００１０】本発明にかかる反射型光電センサの実施態
様においては、前記受光素子を前記発光素子を挟んでそ
の両側に対称に配置し、一方の受光素子は前記回折格子
による一方の１次回折光を受光し、他方の受光素子は前
記回折格子による他方の１次回折光を受光するようにし
てもよい。

【００１１】また、本発明にかかる反射型光電センサの
別な実施態様においては、前記受光素子により検出され
る受光位置の変化の方向と直角な方向に沿って、異なる
波長の光を出射する複数の発光素子を配置してもよい。

【００１２】本発明にかかる反射型光電センサのさらな
る実施態様においては、対象物により回折された１次回
折反射光が受光素子に受光されないようにしてもよい。

【００１３】本発明にかかる光ディスク検知装置は、本
発明にかかる反射型光電センサを光ディスクの傾き検知
用に用いたことを特徴としている。

【００１４】

【作用】本発明にかかる反射型光電センサにあっては、
前記受光素子に入射する光の光軸と前記受光素子により
検出される受光位置の変化の方向とを含む平面に垂直な
方向から見て、コリメート手段でコリメートされた平行
光の光線方向と傾きの発生していない状態にある対象物
で反射した平行光の光線方向とが平行となるようにして
いるから、光電センサと対象物の距離に変動があっても
対象物で反射して戻ってくる光の受光位置が変化しな
い。したがって、光電センサの設置位置に誤差があった
り、対象物の位置変動があったりしても光電センサによ
る傾き検知に影響を及ぼすことがなく、光電センサの傾
き検知精度を高くすることができる。あるいは、光電セ
ンサの設置位置精度が緩和され、光電センサの設置作業
を容易にすることができる。

【００１５】しかし、コリメート手段でコリメートされ
た平行光の光線方向と対象物で反射した平行光の光線方
向とが平行であると、対象物で反射した光は発光素子へ
戻ってしまう。対象物で反射して戻ってきた光を受光素
子へ導くためには、回折格子を用いて戻り光の方向を変
化させればよい。 さらに、本発明の光電センサにあって
は、回折格子の格子周期を変化させることにより、受光
素子における回折格子の収差を低減させている。よっ
て、回折格子に光分岐手段としての機能とともに集光手
段としての機能を持たせることができる。

【００１６】また、本発明にかかる反射型光電センサの
実施態様にあっては、発光素子を挟んでその両側に対称
に受光素子を配置し、一方の受光素子は回折格子による
一方の１次回折光を受光し、他方の受光素子は回折格子
による他方の１次回折光を受光するようにしているの
で、受光素子の差分出力の線形性を向上させることがで
き、対象物の傾き角検出をより正確にすることができ
る。 さらに、本発明の反射型光電センサの別な実施態様
にあっては、受光素子により検出される受光位置の変化
の方向と直角な方向に沿って、異なる波長の光を出射す
る複数の発光素子を配置しているので、波長の異なる光
の、対象物による反射率を受光素子で検知することによ
り、多種類の対象物の種類を判別することができる。 ま
た、対象物によっては光を反射する際に回折光を生じる
場合があるが、このような回折光（０次回折光を除く）
が光電センサに入射すると、受光素子の出力が影響を受
け、光ディスクの傾き検出精度などが影響を受ける。従
って、本発明にかかる反射型光電センサのさらなる実施
態様においては、検知対象物により回折された１次回折
反射光が受光素子により受光されないようにしている。

【００１７】本発明の光ディスク検知装置は、上記光電
センサを光ディスクの傾き検知用に用いているので、光
ディスクの傾きを検知すると、光ピックアップに信号を
出力して光ピックアップ位置等を補正させることができ
る。このとき光電センサの設置位置に誤差があったり、
光ディスクに浮き上がりがあったりしても精度よく光デ
ィスクの傾きを検知して光ピックアップ位置等を正確に
補正することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図４（ａ）は本発明の一実施形態に
よる反射型光電センサ１１を示す縦断面図、図４（ｂ）
は図４（ａ）のＢーＢ線断面図である。この実施形態で
は、光電センサ１１は、光ディスク７の傾きを検出する
ための光ディスク検知装置として用いられている。さら
に、この光電センサ１１は、光ディスク７の種類、例え
ばＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、ＰＤなどを判別する機能も
備えている。

【００１９】まず、図４（ａ）（ｂ）に従って光電セン
サ１１の構造を説明する。この光電センサ１１にあって
は、略円筒状をしたケース１２の上面開口に凸レンズ１
３を装着してあり、凸レンズ１３の平坦面（下面）に回
折格子１４を一体成形している。ケース１２の底面開口
に取着された回路基板１５の上面には、赤色光Ｌｒを出
射する赤色発光素子１６（例えば、赤色ＬＥＤ）と、赤
外光Ｌｉを出射する赤外発光素子１７（例えば、赤外光
ＬＥＤ）と、２分割受光素子１８（例えば、２分割フォ
トダイオード）とが実装されている。凸レンズ１３と発
光素子１６，１７及び２分割受光素子１８との距離は、
凸レンズ１３の焦点距離とほぼ等しくなっている。発光
素子１６，１７と２分割受光素子１８の間は、回路基板
１５の上面に設けられた遮光壁２０によって仕切られて
おり、発光素子１６，１７と２分割受光素子１８は透明
なモールド樹脂２１によって封止されている。

【００２０】回路基板１５上の赤色発光素子１６と赤外
発光素子１７は、凸レンズ１３の光軸（この光軸と一致
するようにＺ軸を定める）を通り傾き検知方向（Ｘ軸方
向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に延びた線上に近接さ
せて配置されている。また、２分割受光素子１８は、両
発光素子１６，１７に対してＸ軸方向に配置され、２分
割受光素子１８の２つの受光面１８ａ，１８ｂもＸ軸方
向に並ぶように配列されている。図４（ｂ）では、赤色
発光素子１６と赤外発光素子１７は凸レンズ１３の光軸
を通るＸ軸に関して対称な位置に配置されている。もっ
とも、発光素子１６，１７のＹ軸方向の位置は任意であ
って（光軸の近傍が好ましい）、例えば、いずれかの発
光素子が光軸上にあってもよい。上記回折格子１４は、
Ｙ軸方向に一様で、Ｘ軸方向に変化するパターンとなっ
ている。なお、回折格子１４は凸レンズ１３の下面に一
体成形することによってコストを安価にできる。

【００２１】しかして、発光素子１６，１７から光（赤
色光Ｌｒ、赤外光Ｌｉ）が出射されると、回折格子１４
を通過した光（０次回折光）は凸レンズ１３によってコ
リメートされて平行光となって光ディスク７に投射され
る。光ディスク７の記録層８で正反射して戻ってきた平
行光は、凸レンズ１３で集光された後、回折格子１４に
よりＸ軸方向へ回折され、その１次回折光が２分割受光
素子１８で受光される。

【００２２】図４（ａ）のように光電センサ１１をＹ軸
方向から見た状態では、赤色発光素子１６及び赤外発光
素子１７は凸レンズ１３の光軸上に位置しているから、
凸レンズ１３を通過した平行光は凸レンズ１３の光軸と
平行な平行光として光ディスク７に照射され、傾きのな
い光ディスク７で反射された平行光は凸レンズ１３の光
軸と平行に凸レンズ１３へ戻るが、赤色光Ｌｒと赤外光
Ｌｉとでは回折格子１４の回折角が異なるので、赤色光
Ｌｒの光スポット１９ｒと赤外光Ｌｉの光スポット１９
ｉとでは、受光面１８ａ，１８ｂ上で異なる位置に結像
される。

【００２３】（回折格子のパターン）凸レンズ１３の下
面に設けられている回折格子１４は、２分割受光素子１
８上に結ばれる光スポット１９ｒにおけるレンズ収差の
影響を低減するため、次の（１）式で示すように、格子
周期をＸ軸方向で緩やかに変化させている。

【００２４】

【数１】

【００２５】ここで、図６に示すように、Λは凸レンズ
１３の光軸（Ｚ軸）からのＸ軸方向へ距離γの位置Ｐ₀
における回折周期、λｒは赤色光Ｌｒの波長、ｆは２分
割受光素子１８と凸レンズ１３との距離（＝凸レンズ１
３の焦点距離）、Δｘは凸レンズ１３の光軸と集光点Ｑ
₁（受光面１８ａ，１８ｂの境界）とのＸ軸方向の距離
である。

【００２６】（１）式について簡単に説明する。回折格
子１４が設けられていない場合、凸レンズ１３を通過し
た赤色光Ｌｒはその焦点Ｑ_０に結像されるから、位置Ｐ
_０（Ｚ軸から距離γの点）を通過して焦点Ｑ_０に達した
赤色光Ｌｒと位置Ｐ_０と１格子周期分（Λ）だけずれた
位置Ｐ_１を通過して焦点Ｑ_０に達した赤色光Ｌｒの位相
は等しい。ここで、回折格子１４上の位置Ｐ_０と集光点
Ｑ_１の光路長（Ｐ_０Ｑ_１）を考えると、位置Ｐ_０と凸レ
ンズ１３の焦点Ｑ_０の光路長（Ｐ_０Ｑ_０）からの増分は
（Ｐ_０Ｑ_１）−（Ｐ_０Ｑ_０）となる。同様に、回折格子
１４上の位置Ｐ_１と集光点Ｑ_１の光路長（Ｐ_１Ｑ_１）を
考えると、位置Ｐ_１と凸レンズ１３の焦点Ｑ_０の光路長
（Ｐ_１Ｑ_０）からの増分は（Ｐ_１Ｑ_１）−（Ｐ_１Ｑ_０）
となる。従って、回折格子１４上の位置Ｐ _０ を通過して
集光点Ｑ_１に至る赤色光ｒと位置Ｐ_１を通過して集光点
Ｑ_１に至る赤色光ｒの位相差に相当する光路長は、 ［（Ｐ_０Ｑ_１）−（Ｐ_０Ｑ_０）］−［（Ｐ_１Ｑ_１）−（Ｐ_１Ｑ_０）］ ＝［（Ｐ_０Ｑ_１）−（Ｐ_１Ｑ_１）］−［（Ｐ_０Ｑ_０）−（Ｐ_１Ｑ_０）］ …（２） となる。位置Ｐ_０から見た位置Ｑ_０及び位置Ｑ_１の方向
をそれぞれθ、θ´とすると、 （Ｐ_０Ｑ_０）−（Ｐ_１Ｑ_０）＝Λ・sinθ （Ｐ_０Ｑ_１）−（Ｐ_１Ｑ_１）＝Λ・sinθ´ であるから、凸レンズ１３によって位置Ｑ_０に結像され
るべき光が回折格子１４によって回折されることによっ
て１次回折光が位置Ｑ_１に結像されるようにするために
は、 Λ・sinθ´−Λ・sinθ＝λｒ あるいは、 Λ＝λｒ／（sinθ´−sinθ） …（３） となるように回折格子１４の格子周期Λを距離γに応じ
て変化させればよいことが分かる。この（３）式は上記
（１）式のように書くことができる。

【００２７】上記（１）で記述されるように回折格子１
４の周期を変化させると、凸レンズ１３の収差を低減
し、回折格子１４で回折された赤色光Ｌｒの１次回折光
が受光面１８ａ，１８ｂ上に集光するように補正され
る。従って、このように回折格子１４の格子周期を変化
させれば、回折格子１４に光分岐手段としての機能とと
もに集光手段としての機能も持たせることができる。た
だし、格子周期の変化は、凸レンズ１３によるコリメー
ト性を損ねない程度に、緩やかにしておくのが望まし
い。

【００２８】（光ディスクによる回折光の処理）また、
光ディスク７の記録層８には一定ピッチの凹凸（トラッ
クピッチ）が存在するため、ここへ照射された光は光デ
ィスク７によって反射される際にも回折される。しか
し、この光電センサ１１では、光ディスク７で反射した
０次回折反射光だけを光電センサ１１で受光する必要が
あるので、光ディスク７による１次回折反射光等は光電
センサ１１に入射しないようにする必要がある。そのた
めには、光ディスク７による１次回折反射光の回折角を
α、光ディスク７の記録層８との距離をＳ、凸レンズ１
３の直径をＤとするとき、図７から分かるように、 tanα ＞ Ｄ／Ｓ とすればよい。

【００２９】ここで、１次回折反射光の回折角αは、光
ディスク７のトラックピッチをΛd、赤色光Ｌｒ（波長
６６０ｎｍ）又は赤外光Ｌｉ（８５０ｎｍ）の波長をλ
とすれば、 sinα＝λ／Λd で決まる。種々の光ディスク７（ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶ
Ｄ）のトラックピッチΛｄの値と、赤色光Ｌｒに対する
それぞれの１次回折反射光の回折角（１次回折角とい
う）を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】（光ディスクの傾き検出）この光電センサ
１１は、凸レンズ１３の光軸が、傾きのない正規の状態
で装着されている光ディスク７と垂直となるようにして
光ディスク装置などに設置され、光ディスク７の傾き検
出には赤色光Ｌｒのみを用いる。そのため、Ｙ軸方向か
ら見たときに、光ディスク７で反射して凸レンズ１３の
光軸と平行に戻ってきた赤色平行光が２分割受光素子１
８の２つの受光面１８ａ，１８ｂ上に均等に分布するよ
う（つまり、両受光面１８ａ，１８ｂの受光信号Ｖｒ
１，Ｖｒ２が等しくなるよう）受光面１８ａ，１８ｂの
境界を配置している。

【００３２】しかして、この光電センサ１１にあって
は、光ディスク７が傾いていない場合には、Ｙ軸方向か
ら見ると、赤色発光素子１６から出射された赤色光Ｌｒ
は凸レンズ１３によって平行光に変換され、凸レンズ１
３の光軸と平行な平行光として光ディスク７に照射され
る。そして、光ディスク７で反射した赤色光Ｌｒは、再
び凸レンズ１３の光軸と平行な平行光として凸レンズ１
３に戻り、凸レンズ１３によって集光されると共に回折
格子１４で回折され、その１次回折光による光スポット
１９ｒが２つの受光面１８ａ，１８ｂの境界に結像す
る。従って、２つの受光面１８ａ，１８ｂからの受光信
号Ｖｒ１，Ｖｒ２は等しくなる。

【００３３】これに対し、光ディスク７が傾いている場
合には、図５（ａ）又は図５（ｂ）に示すように、光デ
ィスク７で反射した赤色光Ｌｒは、凸レンズ１３の光軸
に対して傾いた平行光として戻ってくるので、１次回折
光による光スポット１９ｒが２つの受光面１８ａ，１８
ｂの境界からＸ軸方向にずれ、２つの受光面１８ａ，１
８ｂの受光信号Ｖｒ１，Ｖｒ２が変化する。従って、受
光信号の差分Ｖｒ１−Ｖｒ２、比Ｖｒ１／Ｖｒ２、ある
いは（Ｖｒ１−Ｖｒ２）／（Ｖｒ１＋Ｖｒ２）などから
光ディスク７の傾きを求めることができる。

【００３４】図８は、２つの受光面１８ａ，１８ｂから
出力される赤色光Ｌｒによる受光信号Ｖｒ１、Ｖｒ２と
その差分出力Ｖｒ１−Ｖｒ２が、光ディスク７の傾きに
よって変化する様子をシミュレーションにより求めた図
である。この図からも分かるように、差分出力Ｖｒ１−
Ｖｒ２は光ディスク７の傾きによって顕著に変化するの
で、この差分出力Ｖｒ１−Ｖｒ２から精度よく光ディス
ク７の傾きを検出することができる。

【００３５】ここで、光ディスク７が傾いていない場合
には、赤色平行光は凸レンズ１３の光軸と平行に出射さ
れ、その光軸と平行な平行光として戻ってくるから、光
電センサ１１と光ディスク７との距離は受光面１８ａ，
１８ｂ上における光スポット１９ｒの位置に影響せず、
光電センサ１１の設置位置に誤差があったり、光ディス
ク７の位置に変動があったりしても光ディスク７の傾き
検知精度が悪くなることがない。また、光ディスクが傾
いている場合も、光ディスクの傾きはせいぜい±２゜程
度の小さな量であるから、光電センサ１１と光ディスク
７の距離は光スポット１９ｒの位置にあまり影響せず、
光電センサ１１の設置位置に誤差があったり、光ディス
ク７の位置に変動があったりしても光ディスク７の傾き
検知精度の低下を抑えることができる。

【００３６】なお、２分割受光素子１８は、傾き最大値
（±２゜と想定する）だけ光ディスク７が傾いたのとき
でも赤色光Ｌｒ及び赤外光Ｌｉの光スポット１９ｒ，１
９ｉが受光面１８ａ，１８ｂ内に納まって受光信号の和
Ｖ１＋Ｖ２がほぼ一定となるだけのＸ軸方向の幅を有し
ている。

【００３７】（光ディスク種類判別）この光電センサ１
１を用いて光ディスク７の種類判別を行なう場合には、
赤色光Ｌｒ（波長λｒ＝６６０ｎｍ）を用いた場合の２
分割受光素子１８からの受光信号Ｖｒ（＝両受光面１８
ａ，１８ｂからの受光信号Ｖｒ１，Ｖｒ２の和Ｖｒ１＋
Ｖｒ２）と、赤外光Ｌｉ（波長λｉ＝８５０ｎｍ）を用
いた場合の２分割受光素子１８からの受光信号Ｖｉ（＝
両受光面１８ａ，１８ｂからの受光信号Ｖｉ１，Ｖｉ２
の和Ｖｉ１＋ｖｉ２）の比Ｖｒ／Ｖｉもしくは差分Ｖｒ
−Ｖｉに基づいて判別する。

【００３８】光ディスク７に光を照射して相対反射率を
測定すると、その相対反射率は図９に示すように光の波
長によって変化するが、その変化の仕方はＣＤ−ＲＯ
Ｍ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＰＤによって異なって
いる。従って、判別しようとするディスク種類に応じて
相対反射率が最も異なっている波長領域の光を光ディス
ク７に照射し、２分割受光素子１８から出力される受光
信号レベルを調べることによりディスク種類を判別する
ことができる。しかし、ある特定波長における反射率だ
けでディスク種類判別しようとすると、判別したい光デ
ィスク７の種類が増えた場合には、判別が困難になる。
例えば、赤色光Ｌｒだけでは、図９から分かるように、
ＣＤ−ＲＯＭとＤＶＤ−ＲＯＭとの判別が困難である。

【００３９】これに対し、全体としてばらつきの小さい
波長領域、すなわち赤外光Ｌｉを参照波長領域とし、ば
らつきの比較的大きな波長領域、すなわち赤色光Ｌｒを
基準波長領域とし、参照波長領域での受光信号Ｖｉと基
準波長領域での受光信号Ｖｒの比Ｖｒ／ＶｉまたはＶｒ
−Ｖｉを参照に基づけば、単波長の光だけでは判別する
ことができないようなディスク種類の判別も確実に行な
えるようになる。表２は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、Ｐ
Ｄ、ＤＶＤ−ＲＯＭを用いて比Ｖｒ／Ｖｉと差分Ｖｒ−
Ｖｉを求めた結果を表わしている。なお、表２のＶｒ−
Ｖｉの欄の値は、ＤＶＤの場合を１とする相対値で示し
ている。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２から分かるように、赤色光Ｌｒと赤外
光Ｌｉの受光信号の比Ｖｒ／Ｖｉまたは差分Ｖｒ−Ｖｉ
に基づけば、赤色光Ｌｒだけでは判別が困難であったＣ
Ｄ−ＲとＤＶＤ−ＲＯＭの判別も精度よく行なえること
が分かる。

【００４２】また、２つの波長における受光信号の比や
差を用いるようにすれば、信号処理回路におけるゲイン
の変動やノイズの影響を低減できる利点もある。

【００４３】ここでは、赤色光Ｌｒと赤外光Ｌｉの２波
長の光を用いた場合を説明したが、判別しようとするデ
ィスク種類がより多くなった場合や、種類判別が困難な
場合には、使用する光波長数を３種類以上に増やせば、
判別精度を向上させることができる。

【００４４】また、図１０に示すように、赤色光Ｌｒと
赤外光Ｌｉによる各受光面１８ａ，１８ｂからの受光信
号比Ｖｒ１，Ｖｒ２，Ｖｉ１，Ｖｉ２は、個々には光デ
ィスク７の傾きによって大きく変化するが、通常の光デ
ィスク７の傾き範囲（±４゜）内では、２分割受光素子
１８の受光信号Ｖｒ＝Ｖｒ１＋Ｖｒ２もＶｉ＝Ｖｉ１＋
Ｖｉ２も光ディスク７の傾きに対する変動は小さい（±
２゜では、変動率±７％）。従って、光ディスク７の傾
きに影響されることなく、精度よく光ディスク７の種類
判別を行なうことができる。

【００４５】（処理回路）図１１は同上の光電センサ１
１の信号処理回路２２の構成を示すブロック図である
（光学系については、異なる方向から見た状態を重複し
て表わしている）。同期回路２３はτの周期で赤色発光
素子駆動回路２４へトリガ信号を出力し、赤色発光素子
駆動回路２４は同期回路２３からトリガ信号を受け取る
と、Δｔのパルス幅で赤色発光素子１６に駆動電流２６
を流して赤色発光素子１６から赤色光Ｌｒを出射させ
る。また、同期回路２３はτの周期で赤外発光素子駆動
回路２５へトリガ信号を出力し、赤外発光素子駆動回路
２５は同期回路２３からトリガ信号を受け取ると、Δｔ
のパルス幅で赤外発光素子１７に駆動電流２７を流して
赤外発光素子１７から赤外光Ｌｉを出射させる。従っ
て、光電センサ１１から光ディスク７に向けて、赤色光
Ｌｒと赤外光Ｌｉとが発光タイミングをずらせて出射さ
れる。

【００４６】光ディスク７で反射された赤色光Ｌｒ又は
赤外光Ｌｉは２分割受光素子１８の受光面１８ａ，１８
ｂ上に結像され、受光面１８ａ，１８ｂからは受光量に
応じた光電流が出力される。光電流は増幅回路２８，２
９によって受光量と比例した受光信号（電圧信号）Ｖｒ
１又はＶｉ１，Ｖｒ２又はＶｉ２に変換される。増幅回
路２８，２９から受光信号Ｖｒ１又はＶｉ１，Ｖｒ２又
はＶｉ２が出力されると、差分回路３０からは差分出力
Ｖｒ１−Ｖｒ２とＶｉ１−Ｖｉ２が交互に出力される。
同期信号２３のタイミング信号は傾き検出回路３１にも
送出されており、傾き検出回路３１は同期回路２３から
赤色発光のトリガ信号を受信すると、そのときの差分出
力Ｖｒ１−Ｖｒ２に基づいて光ディスク７の傾きを求
め、求めた傾き検出信号を出力する。

【００４７】また、増幅回路２８，２９から受光信号Ｖ
ｒ１又はＶｉ１，Ｖｒ２又はＶｉ２が出力されると、図
１２に示すように、加算回路３２からは受光信号Ｖｒ＝
Ｖｒ１＋Ｖｒ２とＶｉ＝Ｖｉ１＋Ｖｉ２が交互に出力さ
れる。同期回路２３のトリガ信号は差分回路（又は、微
分回路）３３にも送出されており、差分回路（又は、微
分回路）３３は同期回路２３から赤色光発光のトリガ信
号を受信したときの受光信号Ｖｒと赤外光発光のトリガ
信号を受信したときの受光信号Ｖｉとから差分Ｖｒ−Ｖ
ｉ（又は、比Ｖｒ／Ｖｉ）を演算する。そして、種類判
別回路３４は、差分回路（又は、微分回路）３３からの
出力Ｖｒ−Ｖｉ（又は、Ｖｒ／Ｖｉ）に基づいて光ディ
スク７の種類を判別し、判別したディスク種類情報を種
類判別信号として出力する。

【００４８】（第２の実施形態）図１３は本発明の別な
実施形態による反射型光電センサ４１の構造を示す断面
図である。この光電センサ４１にあっては、ケース１２
の上面開口にフレネルレンズ４２を配置して出射光をコ
リメートし、入射光を集光させるようにしている。発光
素子及び２分割受光素子１８とフレネルレンズ４２との
中間には、屈折率の大きな透明樹脂材料を平板状に成形
した導光板４３が配設されており、フレネルレンズと対
向する導光板４３上面には回折格子を設け、２分割受光
素子１８と対向する導光板４３の下面には、プリズムを
設けてある。

【００４９】導光板４３のレンズ側には、光ディスク７
からの反射光を導光板４３へ導くための回折格子１４が
導光板４３と一体成形により作製されている。導光板４
３から受光素子へは、プリズム４４を介して光が導かれ
るようになっている。

【００５０】しかして、この光電センサ４１にあって
も、Ｙ軸方向から見た状態では、発光素子１６，１７か
ら出た赤色光Ｌｒ及び赤外光Ｌｉは、フレネルレンズ４
２でコリメートされて平行光として光ディスク７に照射
される。光ディスク７で反射して戻ってきた平行光はフ
レネルレンズ４２で集光されながら回折格子１４に入射
する。回折格子１４を通過する際に生じた１次回折光は
導光板４３内部を全反射しながら伝搬し、プリズム４４
で屈折することによって導光板４３から外部へ出て２分
割受光素子１８で受光される。

【００５１】この実施形態にあっても、光ディスク７の
傾き検出は、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、赤色光
Ｌｒの光スポット１９ｒの受光位置の変化、すなわち差
分出力Ｖｒ１−Ｖｒ２から求められる。また、光ディス
ク７の種類判別は、赤色光Ｌｒの受光量と赤外光Ｌｉの
受光量、すなわち受光信号の比Ｖｒ／Ｖｉや差Ｖｒ−Ｖ
ｉから判断される。

【００５２】この実施形態では、薄肉化が可能なフレネ
ルレンズ４２を用いることによって光電センサ４１の高
さを低くしており、特に、発光素子１６，１７と導光板
４３の距離を近づけると、フレネルレンズ４２のレンズ
径も小さくでき、光電センサ４１の小型化にも寄与でき
る。

【００５３】（第３の実施形態）第１又は第２の実施形
態のように、片側だけに２分割受光素子１８を配置し、
凸レンズ１３やフレネルレンズ４２の裏面側の回折格子
１４で光線方向を偏向させる方法では、レンズの収差に
よる回折格子１４への入射角偏差、回折格子１４の入出
射角特性、さらに光ディスク７が傾いた場合の凸レンズ
１３又はフレネルレンズ４２への入射光軸の変位などの
原因により、２分割受光素子１８の差分出力比はきれい
な線形とはなりにくい（図８参照）。ここで、回折格子
１４の入出射角特性とは、回折格子１４への入射角θａ
と出射角θｂとが、図１５及び図１６［λは光の波長、
Λは回折格子１４の格子周期］に示すように、非対称と
なるものである。

【００５４】図１７は本発明のさらに別な実施形態によ
る光電センサを示す断面図であって、同じ２分割受光素
子１８，５２を発光素子１６，１７の両側に対称に配置
することにより、差分出力が線形となるようにしたもの
である。

【００５５】この光電センサ５１にあっては、２つの受
光面１８ａ，１８ｂを有する２分割受光素子１８と２つ
の受光面５２ａ，５２ｂを有する２分割受光素子５２を
凸レンズ１３の光軸に対して対称に配置し、回折格子１
４を通過した１次回折光と−１次回折光がそれぞれ２分
割受光素子１８と５２で受光されるようにしている。そ
して、図１８に示すように、発光素子１６，１７に近い
側に位置する受光面１８ａと発光素子１６，１７から遠
い側に位置する受光面５２ａを加算器５３に入力し、赤
色光Ｌｒによる両受光面１８ａ，５２ａの信号の和を受
光信号Ｖｒ１として出力し、発光素子１６，１７から遠
い側に位置する受光面１８ｂと発光素子１６，１７に近
い側に位置する受光面５２ｂを加算器５４に入力し、両
受光面１８ｂ，５２ｂの信号の和を受光信号Ｖｒ２とし
て出力するようにしている。この実施形態でも、２つの
加算器５３，５４から出力される赤色光Ｌｒの受光信号
の差分Ｖｒ１−Ｖｒ２から光ディスク７の傾きを求める
点は同じであるが、２分割受光素子１８，５２を対称に
配置することにより、差分出力Ｖｒ１−Ｖｒ２が光の入
射角に対して直線状となるようにしている。

【００５６】図１９は、光軸の片側に２分割受光素子を
配置した場合における、光ディスク７の傾きに対する赤
色光Ｌｒの受光信号Ｖｒ＝Ｖｒ１＋Ｖｒ２と差分出力Ｖ
ｒ１−Ｖｒ２、赤外光Ｌｉの受光信号Ｖｉ＝Ｖｉ１＋Ｖ
ｉ２の変化を示している。また、図２０は、光軸の両側
に２分割受光素子１８，５２を配置した本実施形態の光
電センサ５１の場合における、光ディスク７の傾きに対
する赤色光Ｌｒの受光信号Ｖｒ＝Ｖｒ１＋Ｖｒ２と差分
出力Ｖｒ１−Ｖｒ２、赤外光Ｌｉの受光信号Ｖｉ＝Ｖｉ
１＋Ｖｉ２の変化を示している。

【００５７】２分割受光素子を片側に配置した場合に
は、図１９に示されているように、光ディスク７の傾き
に対して受光信号レベルにうねりが生じ、傾き角の検知
が困難となる。また、ディスクの種類判別のための受光
信号Ｖｒ，Ｖｉも緩やかにうねりが生じている。これに
対し、光軸の両側に２分割受光素子１８，５２を配置し
た場合には、図２０に示されているように、差分出力Ｖ
ｒ１−Ｖｒ２が受光信号Ｖｒ，Ｖｉとともに、受光信号
レベルのうねりがとれ、傾き角検出とディスク種類判別
がより正確になる。

【００５８】なお、上記各実施形態においては、２つの
受光面１８ａ，１８ｂを有する２分割受光素子１８を用
いた場合を説明したが、２つの受光素子を用いてもよ
く、ＰＳＤ（位置検出素子）やＣＣＤを用いてもよい。

【００５９】（第４の実施形態）図２１は本発明のさら
に別な実施形態による光電センサを示す断面図である。
図４に示した実施形態では、凸レンズ１３下面のほぼ全
体に回折格子１４を設けているが、本実施形態では、光
ディスク７からの反射光を２分割受光素子１８に導くた
めの回折格子１４を凸レンズ１３下面の一部（例えば、
凸レンズ１３の光軸に近い領域）にのみ設けている。光
ディスク７の傾きが小さい場合や、２分割受光素子１８
の受光量が十分に大きい場合には、この実施形態のよう
に、凸レンズ１３の一部に設けられた小面積の回折格子
１４を用いてもよい。

【００６０】この実施形態では、コリメート手段及び集
光手段である凸レンズ１３と光分岐手段である回折格子
１４とが一部兼用ないし一部一体化されている。また、
回折格子１４の格子周期が緩やかに変化していて回折格
子１４が集光手段の機能を備えている場合には、コリメ
ート手段（凸レンズ１３）と集光手段（回折格子１４及
び凸レンズの回折格子１４が設けられている一部領域）
とが一部兼用ないし一部一体化された実施形態というこ
ともできる。

【００６１】（第５の実施形態）図２２は光ディスク検
知センサ（本発明にかかる光電センサ）６５を用いた光
ディスク装置６１の構成を示している。光ディスク７は
保持部６２によって保持されスピンドルモータ６３で回
転駆動される。光ピックアップ６４は光ディスク７に対
してデータを読み書きするものであって、光ディスク７
の半径方向に移動する。また、光ディスク７の外周部に
は、光ディスク検知センサ６５が設置されている。

【００６２】光ディスク検知センサ６５が光ディスク７
の種類を判別すると、光ディスク検知センサ処理回路６
６からドライブ制御部６７、メカコントローラ６８、デ
ータ処理部６９、信号処理回路７０へ種類判別信号が送
られ、ドライブ制御部６７やメカコントローラ６８は光
ディスク７の種類に応じた処理を行なう。特に、ＣＤと
ＤＶＤのような焦点距離の違い、トラックピッチの違い
などに対応させる。また、光ディスク７への書込時に
は、レーザーダイオードの駆動信号を切り替えて各種光
ディスクに対応可能とする。

【００６３】また、光ディスク検知センサ６５が光ディ
スク７の傾きを検知すると、光ディスク検知センサ処理
回路６６からメカコントローラ６８へ傾き検出信号が送
られ、メカコントローラ６８は、スピンドルモータ制御
部７１を介してスピンドルモータ６３の回転数をフィー
ドバック制御したり、コース制御部７２を介して光ピッ
クアップ６４のコース位置をフィードバック制御した
り、トラックキング制御部７３、フォーカシング制御部
７４及び光ヘッド処理回路７５を介して光ピックアップ
６４のトラッキング調整やフォーカス調整を行なう。

【００６４】光ディスク７からデータを読み出す場合に
は、光ピックアップ６４のレーザーダイオードからレー
ザー光を出射して光ディスク７からデータを読み出し、
光ディスク７から読み出した信号を光ヘッド処理回路７
５における処理を経てプリアンプ７６で増幅し、信号処
理回路７０で必要な処理を施した後、データ処理部６９
でデジタル信号データに変換して出力される。

【００６５】また、書込可能な光ディスク７の場合に
は、データ処理部６９へ入力されたデジタル信号データ
は信号処理回路７０でアナログ信号に変換され、アナロ
グ信号に応じてレーザドライバ７７及び高周波重畳回路
７８を駆動して光ピックアップ６４のレーザーダイオー
ドからレーザー光を出射して光ディスク７にデータの書
込みを行なう。このとき、レーザー光強度はオートパワ
ーコントローラ（ＡＰＣ）７９によって一定強度となる
ように調整される。

【００６６】このように光ディスク装置に本発明の光デ
ィスク検知センサ（光電センサ）を用いれば、多種の光
ディスクに対応可能な光ディスク装置を製作できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来例の反射型光電センサを示す縦断
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図２】光ディスクの傾きに対する、２分割受光素子の
２つの受光面から出力される受光信号の和Ｖ１＋Ｖ２と
差分Ｖ１−Ｖ２の変化を示す図である。

【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ光電センサと光
ディスクの距離が設定距離よりも遠い場合、設定距離と
等しい場合、設定距離よりも近い場合における光線の挙
動を示す図と２分割受光素子上の光スポットの位置を示
す一部破断した図である。

【図４】（ａ）は本発明の一実施形態による反射型光電
センサ（光ディスク検知装置）を示す縦断面図、（ｂ）
は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は、光ディスクが傾いているとき
の、光電センサにおける光の挙動を示す図である。

【図６】上記光電センサにおける回折格子の格子周期の
決め方を説明する図である。

【図７】光ディスクで生じた１次回折光が光電センサに
入射しないようにするための構成を説明する図である。

【図８】赤色光による各受光面からの受光信号とその差
分出力の、光ディスクの傾きに対する変化を示す図であ
る。

【図９】波長の異なる光に対するＣＤ−Ｒ、ＰＤ、ＤＶ
Ｄ−ＲＯＭ及びＣＤ−ＲＯＭの相対反射率の変化を示す
図である。

【図１０】赤色光による各受光面からの受光信号、赤色
光による全受光信号、赤外光による各受光面からの受光
信号、および赤外光による全受光信号のディスク傾きに
対する変化を示す図である。

【図１１】上記光電センサの信号処理回路を示すブロッ
ク図である。

【図１２】赤色光の受光信号と赤外光の受光信号のタイ
ミングを示す図である。

【図１３】（ａ）は本発明の別な実施形態による反射型
光電センサを示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線
断面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）は、光ディスクが傾いていると
きの、光電センサにおける光の挙動を示す図である。

【図１５】回折格子の入出射角特性を説明する図であ
る。

【図１６】回折格子の入出射角特性の一例を示す図であ
る。

【図１７】本発明のさらに別な実施形態による光電セン
サを示す断面図である。

【図１８】同上の光電センサの受光部分の構成を示す平
面図である。

【図１９】２分割受光素子を光軸の片側に配置した状態
における、光ディスクの傾きに対する赤色光の受光信号
Ｖｒ＝Ｖｒ１＋Ｖｒ２と差分出力Ｖｒ１−Ｖｒ２、赤外
光の受光信号Ｖｉ＝Ｖｉ１＋Ｖｉ２の変化を示す図であ
る。

【図２０】２分割受光素子を光軸の両側に配置した状態
における、光ディスクの傾きに対する赤色光の受光信号
Ｖｒ＝Ｖｒ１＋Ｖｒ２と差分出力Ｖｒ１−Ｖｒ２、赤外
光の受光信号Ｖｉ＝Ｖｉ１＋Ｖｉ２の変化を示す図であ
る。

【図２１】本発明のさらに別な実施形態による光電セン
サを示す断面図である。

【図２２】光ディスク装置の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１３ 凸レンズ １４ 回折格子 １６ 赤色発光素子 １７ 赤外発光素子 １８，５２ ２分割受光素子 １８ａ，１８ｂ，５２ａ，５２ｂ ２分割受光素子の受
光面 ４２ フレネルレンズ ４３ 導光板 ４４ プリズム

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−247829（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−6562（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−28694（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−302435（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−170040（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−76119（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/09 - 7/22

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と、発光素子から出射された光
   を平行光に変換するコリメート手段と、対象物で反射し
   て戻ってきた平行光を集光させる集光手段と、集光手段
   により集光された光の受光位置を検出する受光素子と、
   前記集光手段と前記受光素子の間に設けられていて集光
   手段で集光された光を受光素子へ導くための回折格子と
   を備え、当該受光素子における受光位置の変化から対象
   物の傾きを検知する反射型光電センサであって、前記受光素子に入射する光の光軸と前記受光素子により
   検出される受光位置の変化の方向とを含む平面に 垂直な
   方向から見て、前記コリメート手段でコリメートされた
   平行光の光線方向と傾きのないときの対象物で反射した
   平行光の光線方向とが平行となるようにし、前記受光素子における収差を低減させるために、前記回
   折格子の格子周期を変化させている ことを特徴とする反
   射型光電センサ。
2. 【請求項２】 前記受光素子を前記発光素子を挟んでそ
   の両側に対称に配置し、一方の受光素子は前記回折格子
   による一方の１次回折光を受光し、他方の受光素子は前
   記回折格子による他方の１次回折光を受光するようにし
   たことを特徴とする、請求項１に記載の反射型光電セン
   サ。
3. 【請求項３】 前記受光素子により検出される受光位置
   の変化の方向と直角な方向に沿って、異なる波長の光を
   出射する複数の発光素子を配置したことを特徴とする、
   請求項１に記載の反射型光電センサ。
4. 【請求項４】 対象物により回折された１次回折反射光
   が受光素子に受光されないようにしたことを特徴とする
   請求項１〜３に記載の反射型光電センサ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４に記載の反射型光電センサ
   を光ディスクの傾き検知用に用いたことを特徴とする光
   ディスク検知装置。