JPH01277710A - 距離検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は距離検出装置に関し、特に光学的情報処理装置
における自動焦点調整装置等に用いられるのに通したも
のである。

〔従来技術〕

第４図に、光学的情報処理装置における自動焦点調整装
置に用いられる従来の距離検出装置を例示する。

この距離検出装置５１では、レーザ光源２から発射され
たレーザ光束は、ハーフミラ−の機能をもつ平行平面板
５４によって反射される。平行平面板５４によって反射
されたレーザ光束は、対物レンズ３によって集光され、
目的物の一例である情報記録媒体Ｓに照射される。

情報記録媒体Ｓで反射された反射光は、対物レンズ３に
とらえられ、収束光とされる。収束光は、平行平面板５
４．５６を透過し、後述する４分割光検出器７に入射す
る。

第６図に示すように、収束光の光軸に対して傾斜させて
平行平面板５４を入れると、子午的光束による結像点と
球欠的光束による結像点の不一致から非点収差を生ずる
。即ち、光束の断面形状が直線状になる部分（第６図の
ａ）と、円形になる部分（第６図のｂ）と、前記直線部
ａに直角の直線状になる部分（第６図のＣ）を生じる。

この場合の非点収差１１Ｗａ（第６図のａとＣとの間隔
）は、Ｗａ＝ｄ　（ｎ’−１）ｓｉｎ　’　ｕ／（（ｎ
２−ｓｉｎ２ｕ）’）ｌｚ２ である。この非点収差、４１　Ｗ　ａは、平行平面板５
４の厚さｄ、屈折率ｎ及び収束光の光軸と平行平面板の
法線のなす傾斜角口を適切に選択することによって、任
意の値を得ることができる。

ところが、第７図（ａ）に示すように、−枚の平行平面
板５４だけを用いた場合は、非点収差だけでなく他の収
差、特に光の回折が偏って生じる、いわゆるコマ収差を
も生じ、光束の断面形状を検出することが困難になる。

この場合のコマ収差量は、Ｗｋ＝ｄ　（ｎ’　−１）ｓ
ｉｎ　ｕ　、ｃｏｓ　ｕ　、ｓｉｎ　’　ａ／２　（ｎ
’　−５ｉｎ　’　ｕ）’である。ここにαは、収束光
の収束角度である。

従って、第７図Ｑ）ｌ及び第５図のように同じ厚さのも
う一枚の平行平面！＆５６を平行平面板５４の傾斜角と
同じ大きさで、かつ逆方向に傾斜させて入れればコマ収
差はキャンセルされ、一方非点収差については両平行平
面板５４．５６の効果が加算される。

上記のように収束光が、光軸に対して傾けて設定された
平行平面板５４．５６に入ると、子午的収束による結像
点と球欠的収束による結像点の不一致から非点収差を生
じるため、その光束の断面形状は、平行平面板の直後で
は略円形であるが、離れるにしたがって楕円形となり、
ついには直線状となり（第５図ａ）、更に再び楕円形と
なり、円形に戻り（第５図ｂ）、その後はまた楕円形と
なり、更に直線状になり（第５ＦｙＪｃ）、更に楕円形
に戻り、更に円形に戻る。

４分割光検出器７は、対物レンズ３と情報記録媒体Ｓの
距離がフォーカス距離にあるときに、非点収差を生じた
光束の断面形状が円形となる位置に置かれている。そし
て、４分割光検出器７は、第３図に示すように、４個の
受光素子７１〜７１を組み合わせて構成されており、光
束の断面形状を検出できるようになっている。

対物レンズ３と情報記録媒体Ｓの距離がフォーカス距離
より近ければ、光束の断面形状は第３図のＸ軸方向に長
い楕円形状となり、遠ければＹ軸方向に長い楕円形状と
なる。

従って４分割光検出器７の出力から、対物レンズ３と光
磁気記録媒体Ｓの距離が、フォーカス距離にあるか、フ
ォーカス距離より近い距離にあるか、フォーカス距離よ
り遠い距離にあるかを検出できる。

この検出結果に応じて、対物レンズ３を移動し、４分割
光検出器７における受光面での光束の断面形状が円形に
維持されるようにすれば、対物レンズ３と光磁気記録媒
体Ｓの距離をフォーカス距離に保つことができる。

このような原理によるフォーカス誤差検出装置は、例え
ば特開昭６２−２０５５３３号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように非点収差を利用した距離検出装置では、大
きな非点収差を生じさせることが高精度な距離検出を行
ううえで重要である。平行平面板による非点収差量は、
平行平面板の傾きが大きくなるほど格段に大きくなるが
、上記対称に傾けた平行平面板５４．５６を二枚組み合
わせた従来の距離検出装置！５１では、平行平面板の大
きさが大きくなると共に第４図に示すように対物レンズ
３から４分割光検出器７までの距ｊｉＬＩが大きく、そ
の分、距離検出装置のサイズが大型化するという問題点
があった。

従って本発明の目的とするところは、フォーカス誤差検
出に利用する非点収差を発生させるために、光軸に対し
て正負逆方向へ傾斜させた二枚の平行平面板の大きさを
小さくし得ると共に短い光路長で（装置を小型化して）
高精度の距離検出を可能とした距離検出装置を提供する
ことである。

〔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が採用する主たる手段
は、レーザ光源からの光を目的物に照射し、前記目的物
からの反射光を収束光とし、光軸に対して正負逆方向に
傾斜させた二枚の平行平面板を通過した収束光を光検出
器により検出し°ζフオーカス誤差を検出するようにし
た距離検出装置において、前記二枚の平行平面板の中間
に凹レンズを配置して上記収束光の収束角度を変化させ
ると共に、上記収束角度の変化分に応じて上記二枚の平
行平面板を光学的に非対称となしたことを構成上の特徴
とするものである。

上記構成要素中、光検出器としては、たとえば従来技術
に用いられている４分割光検出器その他が用いられ、こ
れによりフォーカス誤差が検出される。

また二枚の平行平面板を光学的に非対称にするには、例
えば両平行平面板の厚さを異ならせたり、傾きを異なら
せたり、屈折率の異なるものを用いる等の手段、若しく
はそれらを組み合わせたものが考えられる。

〔作用〕

二枚の平行平面板の間に凹レンズを介在させることによ
り収束光の収束角度が小さくなり、対物レンズから光検
出器までの距離を小さくするために前方の平行平面板の
傾斜角度を小さくしたことによる収束角度の増大がキャ
ンセルされる。また二枚の平行平面板を光学的に非対称
にすることで凹レンズを介在させたことによるコマ収差
のアンバランスを修正し、最終的にこれをキャンセルす
ることが可能となる。

〔実施例〕

以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに第１図は本発明の一実施例にかかる距離
検出装置の模式的斜視図、第２図は、同平面図、第３図
は４分割光検出器の平面図である。なお、図に示す実施
例により本発明が限定されるものではない。

第１図及び第２図に示す距離検出装置１は、レーザ光源
２と、対物レンズ３と、ハーフミラ−の機能を持つ平行
平面板４と、凹レンズ５と、平行平面板６と、４分割光
検出器７　（光検出器）とから基本的に構成されている
。上記二枚の平行平面板４，６は凹レンズ５による収束
角度の変化に対応して光学的に非対称とされる。この実
施例では両平行平面板４．６の厚さと、傾斜角度を共に
異ならせ、これらを組み合わせである。

両平行平面板４．６を光学的に非対称とする方法として
は、これ以外に例えば屈折率を異ならせること等が考え
られるが、これらの手段は単独に、又は組み合わせて用
いることができる。

次に距離検出の原理について説明する。レーザ光＃２か
ら発射されたレーザ光は、ハーフミラ−の機能をもつ平
行平面板４で反射され、対物レンズ３により、目的物の
一例である情報記録媒体５に集光照射される。

照射されたレーザ光は、情報記録媒体Ｓで反射され、そ
の反射光は再び対物レンズ３に入射する。

対物レンズ３は、上記のように情報記録媒体Ｓに照射す
る光を集光する働きを持つと共に、情報記録媒体Ｓから
の反射光を収束光とする働きをする。

対物レンズ３を経た収束光は、ハーフミラ−を兼ねる平
行平面板４、凹レンズ５平行平面板６を通過し、４分割
光検出器７　（光検出器）に入射する。

ここで、既に述べたように光軸に対して傾いて設定され
た平行平面板に収束光が入射すると非点収差を発生する
。−枚の平行平面板による非点収差量は、Ｗａ　＝ｄ　
（ｎ’　−１）　ｓｉｎ　’　ｕ／　（（ｎ’−５ｉｎ
２ｕ）コ）′／２ であり、コマ収差量は、Ｗｋ−ｄ　（ｎ２−１）ｓｉｎ
　ｕ　−ｃｏｓ　ｕ　−５ｉｎ　３ａ／２　（ｎ’　−
５ｉｎ　’　ｕ）％−である。ただし、ｄは平行平面板
の厚さ、ｎは屈折率、Ｕは傾斜角で、αは収束光の収束
角度である。従って二枚の平行平面板を傾斜角が同じ太
きさて、且つ逆方向に傾斜させていれればコマ収差はキ
ャンセルされ、一方、非点収差については二枚の平行平
面板の効果が加算される。

しかしながら、二枚の平行平面板を対称的に、　　　　
゛後述するような大きな角度、例えば傾斜角５９゜で傾
けることは難しい。

しかるに、この距離検出装置１では、平行平面板４と６
の中間に凹レンズ５を加えることで、平行平面板６に入
射する収束光の収束角を変えると共に、その両側の平行
平面板４．６を光学的に非対称とすることにより、二枚
の平行平面板を対称的に同じ角度で傾けることをせずに
コマ収差をキャンセルし、かつ十分大きな非点収差量を
得て、高精度のフォーカス誤差検出（距ｍ検出）を可能
としている。

第２図に距離検出装置１の平面図を示す、平行平面板４
について、厚さ０．３ｕ　（ｄ＋　）　、傾斜角−４５
°　（Ｕ普）、収束光の収束角８°　（α４）として、
平行平面板６については、厚さ１．９ｍｍ（ｄＧ）、傾
斜角５９”（ｕＧ）、収束光の収束角４°　（αζ）と
すると、コマ収差はほぼキャンセルされる。このとき非
点収差量は約ＩＮと十分大きな値が得られる。

４分割光検出器７は、対物レンズ３と情報記録媒体Ｓの
距離がフォーカス距離にあるときに非点収差を生じた光
束の断面形状が円形となる位置に置かれている。そして
、第３図に示すように、４個の受光素子７．〜７ｊを組
み合わせて構成されており、光束の断面形状を検出でき
るようになっている。

対物レンズ３と情報記録媒体Ｓがフォーカス距離より近
ければ光束の断面形状は第３図のＸ軸方向にながい楕円
形状となり、遠ければＹ軸方向に長い楕円形状となる。

従って４分割光検出器７の出力から、対物レンズ３と情
報記録媒体Ｓの距離が、フォーカス距離にあるか、フォ
ーカス距離より近い距離にあるか、フォーカス距離より
遠い距離にあるかを検出できる。

そして、この距ｍ検出装置１において、平行平面板４．
６と凹レンズ５により、平行平面板６のみを大きな傾斜
角で傾けることで、大きな非点収差量が得られるため、
従来の装置のように二枚の平行平面板を両方とも大きな
傾斜角で傾ける必要がな（、従って短い光路長で高精度
な距離検出が可能となる。

この検出結果に応じて、対物レンズ３を移動し、光検出
器７における受光面での光束の断面形状が円形に維持さ
れるようにすれば、対物レンズ３と情報記録媒体Ｓの距
離を高精度に所定の距離に保つことができる。従って、
高精度の自動焦点調整装置を実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レーザ光源からの光をｕ約物に照射し
、前記目的物からの反射光を収束光とし、光軸に対して
正負逆方向に傾斜させた二枚の平行平面板を通過した収
束光を光検出器により検出してフォーカス誤差を検出す
るようにした距離検出装置において、前記二枚の平行平
面板の中間に凹レンズを配置して上記収束光の収束角度
を変化させると共に、上記収束角度の変化分に応じて上
記二枚の平行平面板を光学的に非対称となしたことを特
徴とする距離検出装置が提供され、これにより平行平面
板の傾きを小さくできるので大きい非点収差量を確保し
つつ比較的小さい平行平面板を用いることができ、且つ
光路長の短い小型の距離検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる距離検出装置の模式
的斜視図、第２図は同平面図、第３図は４分割光検出器
の平面図、第４図は平行平面板を用いた従来のフォーカ
ス誤差検出装置の模式的平面図、第５図は２枚の平行平
面板による非点収差を説明するための模式的斜視図、第
６図は１枚の平行平面板についての第５図相当図、第７
図［ａ）は−枚の平行平面板によるコマ収差の発生を説
明するための模式的平面図、第７図ＱＩＩ）は二枚の平
行平面板を組み合わせてコマ収差を修正した場合の模式
的平面図である。 〔符号の説明〕 １・・・距離検出装置　　　　２・・・レーザ光源３・
・・対物レンズ ４．６・・・平行平面板　　　５・・・凹レンズ７・・
・光検出器 ７１〜７Ｊ・・・受光素子 ５１・・・従来の距離検出装置 ５４．５６・・・従来の平行平面板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源からの光を目的物に照射し、前記目的物から
   の反射光を収束光とし、光軸に対して正負逆方向に傾斜
   させた二枚の平行平面板を通過した収束光を光検出器に
   より検出してフォーカス誤差を検出するようにした距離
   検出装置において、前記二枚の平行平面板の中間に凹レ
   ンズを配置して上記収束光の収束角度を変化させると共
   に、上記収束角度の変化分に応じて上記二枚の平行平面
   板を光学的に非対称となしたことを特徴とする距離検出
   装置。