JPH01130330A - 光ピックアップの焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光ピツクアップの焦点検出装置に関する。

従来技術 一般に、光ディスク等について情報の記録再生等を行な
う光ピツクアップにおいては４対物レンズを介して微小
スポットを光ディスク等に照射し、その反射光に基づき
情報を再生するようにしている。この際、合焦状態にあ
ることが良好なる記録再生のために必要であ・す、合焦
状態にあるかの焦点位置検出を行ない、焦点誤差信号が
常に０となるようにサーボ制御をかけるのが一般的であ
る。

このような焦点検出方式としては、ナイフェツジ法、非
点収差法、臨界角法等がある。

例えば、第１３図及び第１４図にナイフェツジ法を示す
。まず、レーザ光源、例えば半導体レーザｌから射出さ
れたレーザ光束はカップリングレンズ２により平行°光
束とされた後、ビームスプリッタ３、λ／４・板４を通
り、対物レンズ５により光ディスク（光情報記録媒体）
６に微小スポットに収束されて照射される。この光ディ
スク６からの反射光は再び対物レンズ５、λ／４板４を
通った後、ビームスプリッタ３により入射光と分離され
て検出系に向かう、まず、集光レンズ７が設けられ、こ
の集光レンズ７の光軸上に位置させて焦点検出用の２分
割の受光素子８が設けられている。

そして、集光レンズ７・受光素子８間には収束光路中に
対して半分だけ進出して光束の一部を遮るプリズム構成
のナイフェツジ９が設けられている。

なお、ナイフェツジ９による反射側にはトラック信号検
出用の受光素子が設けられる。

ここに、対物レンズ５が合焦状態にある時、第１４図（
ａ）に示すように光ディスク６から反射され集光レンズ
７により収束される検出光の収束位置が２分割受光素子
８の受光素子８ａ、８ｂ間中央となり、受光素子８ａ、
８ｂの検出出力なＡ。

Ｂとした時、Ａ＝Ｂとなるように設定されている６そこ
で、対物レンズ５と光ディスク６とが合焦状態から外れ
、例えば光ディスク６が遠ざかった時には第１４図（ｂ
）に示すように集光レンズ７による収束位置が受光素子
８より前寄り位置に移動するため、ナイフェツジ９の作
用により受光素子８ａ、８ｂの検出出力Ａ、ＢがＡ）Ｂ
なる関係となることにより、焦点誤差を生じていること
が検出される。そして、Ａ＝Ｂとなるように対物レンズ
５がアクチュエータにより駆動される。逆に、光ディス
ク６が近づいた時には第１４図（ｃ）に示すように集光
レンズ７による収束位置が受光素子８より後寄り位置に
移動するため、ナイフェツジ９の作用により受光素子８
ａ、８ｂの検出出力Ａ。

ＢがＡ＜Ｂなる関係となり、焦点誤差を生じていること
が検出される。

次に、非点収差法を第１５図及び第１６図に示す。これ
は、ナイフェツジ９に代えて、一方向にのみ収束作用を
持つシリンドリカルレンズ１０を集光レンズ７の光軸上
に設け、更に４分割の受光素子１１を設けるようにした
ものである。ここに。

受光素子１１は４つの受光素子１１ａ、ｌｌｂ。

１１ｃ、ｌｉｄからなり、各々の検出出力をＡ。

Ｂ、Ｃ，Ｄとする。このように光軸上に２つのレンズ７
、ＩＯが存在するため、その非点収差により２つの焦点
面を持つ検出光学系となる。

ここに、光ディスク６が合焦位置に位置する時には第１
５図（ａ）、第１６図（ａ）に示すようにビーム形状が
真円となる位置に４分割受光素子１１が配置される。即
ち、この状態で検出出力Ａ−Ｄは（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ
）＝Ｏなる関係となる。−方、光ディスク６が合焦位置
よりも遠ざかると第１５図（ｂ）、第１６図（ｂ）に示
すようにビーム形状が横長楕円状となり、（Ａ十Ｂ）−
（Ｃ十Ｄ）＜Ｏなる関係となる。逆に、光ディスク６が
金魚位置よりも近づくと第１５図（Ｃ）、第１６図（ｃ
）に示すようにビーム形状が縦長楕円状となり、（Ａ＋
Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）＞Ｏなる関係となる。このように（Ａ
＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）がＯから外れることにより焦点誤差
、方向が検出される。

しかるに、これらによる場合、受光素子の他に、ナイフ
ェツジ法の場合にはナイフェツジ９を必要とし、非点収
差法の場合にはシリンドリカルレンズ１０を必要とし、
更には臨界角法による場合でも臨界角プリズムを必要と
するものであり、部品点数が多くなってしまうものであ
る。

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、集光レ
ンズより後段位置にナイフェツジ、シリンドリカルレン
ズ、臨界角プリズム等の光学部品をセンサーと別個に設
けることなく焦点誤差を検出し得る光ピツクアップの焦
点検出装置を得ることを目的とする。

構成 本発明は、上記目的を達成するため、レーザ光源からの
光束を対物レンズを介して微小スポットとして光情報記
録媒体に収束照射させ、この先情報記録媒体からの反射
光を集光レンズにより集光させて焦点誤差信号検出を行
なう光ピツクアップの焦点検出装置において、前記集光
レンズ通過後の光軸上に沿う受光面を備えて光軸方向の
受光位置により焦点誤差信号検出を行なう半導体装置検
出素子を設けたことを特徴とするものである。

以下、本発明の第一の実施例を第１図ないし第６図に基
づいて説明する。第１３図で示した部分と同一部分（光
−ビックアップの基本構造）は同一符号を用いて示す。

本実施例は、集光レンズ７通過後の収束光路中に半導体
装置検出素子（ＰＳＤ）１２を設けたものである。この
半導体装置検出素子１２はその上面が集光レンズ７の光
軸１３線と一致するように設置され、この上面を受光面
として光軸１３方向の受光位置検出により焦点位置がず
れているかを検出するものである。このような半導体装
置検出素子１２の光軸方向両端からは電極Ａ、Ｂが引出
されている。これらの電極Ａ、　Ｂから検出される信号
をＡ、Ｂとする。まず、合焦状態にあっては第２図（ａ
）に示すように集光レンズ７に入射する光束は平行光で
あり、この時の集光レンズ７透過後の光束は半導体装置
検出素子１２上面のＸ位置に集光される。この状態で、
出力Ａ、ＢがＡ＝Ｂとなるように調整されて設置される
。しかるに、合焦状態から外れ、光ディスク６が遠ざか
ると集光レンズ７に至る光束が第２図（ｂ）に示すよう
に収束光となり、集光レンズ７通過後の収束光の集光位
置又は合点時に比し集光レンズ７寄りの位置に変位する
。よって、出力Ａ。

ＢはＡ−Ｂ＜Ｏなる関係となる。逆に、光ディスク６が
合焦位置よりも近づいた場合には集光レンズ７に至る光
束が第２図（Ｃ）に示すように発散光となり、集光レン
ズ７通過後の集光位置Ｘは合焦時に比し集光レンズ７か
ら遠くなる奥側位置に変位する。よって、出力Ａ、Ｂは
Ａ−Ｂ＞Ｏなる関係となる。第３図（ａ）〜（Ｃ）は合
焦時、遠ざかり時、近づき時の各々の半導体装置検出素
子１２上面での光の受光される個所を斜線により示すも
のである。

このようにして、半導体装置検出素子１２を集光レンズ
７通過後の光軸１３上に略水平に配置するだけで、焦点
誤差信号の検出をなし得る。

ここに、半導体装置検出素子１２の位置検出原理を第４
図ないし第６図により説明する。まず、半導体装置検出
素子はシリコンフォトダイオードを応用した光スポット
の位置検出用のものであり、基本的には第４図に示すよ
うに平板状シリ：！ンの表面に２層１４、裏面にＮＪ＠
１５、中間に１層１６を備えた３層構造とされている。

そして、Ｎ層１５側に対してバイアス電圧を印加しであ
る状態で２層１４に対して入射した光は、光電変換され
、光電流１．．　　Ｉ、として両端の電極Ａ、Ｂから分
割出力される。この際、半導体装置検出素子１２は周知
のように光の入射位置に入射光強度に比例した電荷が発
生し、この入射位置から両端の電極Ａ。

Ｂまでの各々の距離に反比例した光電流Ｉ、、　　Ｉ。

が電極Ａ、Ｂに流れることになる。そして、焦点誤差信
号はこれらの電極Ａ、Ｂに流れる光電流の差により検出
するものであり、合焦位置にてＡ−Ｂ＝Ｏとなるように
設定されている。よって、入射光の位置の変化により出
力信号Ａ−Ｂの状態も変化することになる。ここに、集
光レンズ７による収束光１７の断面の強度分布は第５図
に示すように収束光１７の先端収束側程大きくなる。よ
って、本実施例の場合、即ち第６図に示すように収束光
１７の光軸１３上の光が半導体装置検出素子１２に入射
する場合には、位置Ｙを境に光電流Ｉ、、　　Ｉ、に分
割されて電極Ａ、Ｂに流れることになる。よって、第３
図に示したように半導体装置検出素子１２に対する収束
光１７の集光位置Ｘが変化すると、それに対応して分割
位置Ｙも光軸線上で変化し、Ａ−Ｂなる差分ち変化する
ため、上述した如き焦点誤差の有無を検出することがで
きる。

つづいて、本発明の第二の実施例を第７図ないし第１２
図により説明する。本実施例は、温度や湿度などの雰囲
気変化ないしは経時変化に強い焦点検出を可能とさせる
ものである。まず、第１３図に示した従来方式の場合、
ビームスプリッタ３が雰囲気変化等により矢印に方向に
変位したとすると、合焦状態であっても受光素子８に至
る光が上方向に移動してしまい、焦点誤差信号Ａ−Ｂは
Ｏとならず、焦点がずれているとみなされてしまう。つ
まり、ビームスプリッタ３の回転変位がそのまま誤差と
なってしまう。

しかして、本実施例では、まず、集光レンズ７通過後の
収束光１７をミラー１８により光軸１３基準に１７ａ、
１７ｂとして２分割し、一方の光！ 束の光軸１３ａが他方の光束の光軸１３ｂと直交するよ
うに設定する。そして、収束光１７ａの収束位置付近に
位置させて前記実施例と同様に半導体装置検出素子１２
を設けるとともに、収束光１７ｂの収束位置付近に位置
させてもう１つの半導体装置検出素子１９を光軸対称に
設けるものである。ここに、半導体装置検出素子１９の
位置検出原理も半導体装置検出素子１２の場合と同様で
あり、半導体装置検出素子１９側の２つの電極からの出
力はＣ，Ｄとする。又、合焦状態においては、半導体装
置検出素子１２，１９の各々の差分信号Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄ
はともにＯとなるように初期設定される。即ち、Ａ−Ｂ
＝Ｃ−Ｄ＝Ｏである。そして、焦点検出信号は２つの半
導体装置検出素子１２．１９の各々の差分信号の和、即
ち、（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）として求められる。

第８図（ａ）及び第９−図（ａ）は合焦時の収束光１７
ａ、１７ｂの様子を示し、（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＝Ｏ
である。第８図（ｂ）及び第９図（ｂ　、）は遠ざかり
時の収束光１７．ａ、１７ｂの様子を示し、（Ａ−Ｂ）
＋（Ｃ−Ｄ）＜Ｏである。第８図（ｃ）及び第９図（ｃ
）は近づき時の収束光１７ａ、１７ｂの様子を示し、（
Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＞０である。

しかして、本実施例においては、２個の半導体装置検出
素子１２．１９において各々差分して焦点誤差信号を検
出するようにしているので、雰囲気変化や経時変化に□
強いものとなる。今、第７図においてビームスプリッタ
３が矢印に方向に回転変位したとする。この時、合焦状
態であるとすると、各々の半導体装置検出素子１９．１
２に入射する収束光１７ｂ、１７ａは各々第９図（ａ）
及び第８図（ａ）に示した状態から、第１１図（−ａ）
（ｂ）に示す状態に変化する。つまり、半導体装置検出
素子１９にあっては先端位置ＸがｘＢの位置に後退し、
半導体装置検出素子１２にあっては先端位置ＸがｘＡの
位置に進出する。従って、合焦状態にあっては、本来、
Ａ−Ｂ幽０、Ｃ−Ｄ＝Ｏであり、（Ａ−Ｂ）十＜Ｃ−Ｄ
）＝Ｏであったが、ビームスプリッタ３の矢印に方向へ
の回動変位により各々の半導体装置検出素子１２．１９
上で収束光の位置が移動し、Ａ−Ｂ＝α〉０、Ｃ−Ｄ＝
βく０の如くなる。しかるに、α＝−βであれば、（Ａ
−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＝Ｏとなることが理解し得る。

そこで、更に検討する。まず、ビームスプリッタ３の光
ピツクアップ系内への接着固定後の温度や湿度ないしは
経時変化によるこのビームスプリッタ３の回転変動量θ
は数１０秒程度であり、θ（１°とみなして差し支えな
い。θ（１°なる下では、第１２図（ｂ）に示すΔＸ　
Ｘ　ｓ　Ｘ＾（点Ｘは集光点、Ｘａは半導体装置検出素
子１９に対する入射先端位置、ｘＡは半導体装置検出素
子１２に対する入射先端位置を示す）において、／Ｘｘ
ＢＸＡ＃ｌ　Ｘ　Ｘ　Ａ　Ｘ　ｎであり、回転変動等が
ない状態での合焦時の先端位置Ｘに対するずれ長さはｘ
Ｂｘ’＝ｘＡｘ’　＝γとなる。つまり、半導体装置検
出素子１２．１９におけるずれ量は相反する方向に同等
であり、α＃−であり、ビームスプリッタ３が回転変動
した場合であっても（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＃Ｏとなり
、ビームスプリッタ３の変動の影響を受けることなく焦
点誤差信号を検出し得る。

この際、ビームスプリッタ３の変位としてはに方向への
回転変位に限らず、どの方向の場合でも同様に相殺し得
る。

効果 本発明は、上述したように集光レンズ通過後の光軸上に
位置して光軸方向の受光位置により焦点位置検出を行な
う半導体装置検出素子を設けたので、集光レンズ後段位
置に受光素子とナイフェツジ等との対を設けることなく
、単に半導体装置検出素子を設けるだけの部品点数の少
ない構成にして焦点誤差信号を検出することができ、特
に２個の半導体装置検出素子を所定位置関係で設ければ
雰囲気や経時変化に対しも強い焦点誤差信号の検出がで
きるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す光学系構成図、第
２図は焦点誤差検出動作を示す側面図、第３図は平面図
、第４図は半導体装置検出素子の原理的構造図、第５図
は収束光の強度分布を説明する断面図、第６図は検出原
理を示す側面図、第７図は本発明の第二の実施例を示す
光学系構成図、第８図は焦点誤差検出動作を示す側面図
、第９図は焦点誤差検出動作を示す側面図、第１０図は
変動時の様子を示す側面図、第１１図は変動時の検出動
作を示す側面図、第１２図は相殺関係を説明するための
説明図、第１３図はナイフェツジ法による従来例を示す
光学系構成図、第１４図はその検出動作を示す側面図、
第１５図は非点収差法による従来例を示す光学系構成図
、第１６図はその検出動作を示す側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　レーザ光源からの光束を対物レンズを介して微小スポ
   ットとして光情報記録媒体に収束照射させ、この光情報
   記録媒体からの反射光を集光レンズにより集光させて焦
   点誤差信号検出を行なう光ピックアップの焦点検出装置
   において、前記集光レンズ通過後の光軸上に沿う受光面
   を備えて光軸方向の受光位置により焦点誤差信号検出を
   行なう半導体装置検出素子を設けたことを特徴とする光
   ピックアップの焦点検出装置。