JPH0146925B2

JPH0146925B2 -

Info

Publication number: JPH0146925B2
Application number: JP55077086A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ito; Tooru Musha; Kiichi Kato; Masaaki Yamamoto
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1989-10-11
Also published as: JPS573236A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、例えば記録媒体上に螺旋あるいは同
心円状に記録された情報トラツクに対物レンズを
経て読取り光スポツトを集束して情報を読取る装
置において、対物レンズの記録媒体に対する焦点
はずれおよび光スポツトの情報トラツクに対する
位置のずれを検出する光学的情報読取装置に関す
るものである。

上述した光学的情報読取装置は従来より既知で
あり、情報トラツクを有する記録媒体には、例え
ばビデオデイスクと呼ばれているものがある。こ
のビデオデイスクには情報トラツクに符号化され
たビデオ信号や音声信号が、光学的透過特性、反
射特性、位相特性などの光学的情報として記録さ
れている。ビデオデイスクに記録された情報は、
これを高速で回転させながらレーザ光源から放射
されるレーザ光を対物レンズを経て情報トラツク
上に集束させ、情報トラツクによつて変調された
透過光または反射光を検出して読み取つている。
このような記録媒体の特徴の一つは、情報の記録
密度が非常に高いことであり、そのため各情報ト
ラツクの幅が極めて狭いと共に、順次の情報トラ
ツク間の間隔も非常に狭くなつている。このよう
に幅もピツチも狭い情報トラツクから元の情報を
正確に読み取るためには、対物レンズをビデオデ
イスク面に対して常に合焦状態となるようにし
て、デイスク面上での光スポツトの径を常に最小
とする必要があると共に光スポツトを情報トラツ
ク上に正確に位置させる必要がある。このためか
かる光学的情報読取装置においては、対物レンズ
のデイスク面に対する焦点はずれ、すなわちフオ
ーカツシングエラーを検出し、このフオーカツシ
ングエラー信号に基いて対物レンズをその光軸方
向に変位させるフオーカツシング制御が行われて
いると共に情報トラツクに対する光スポツトの位
置ずれ、すなわちトラツキングエラーを検出し、
このトラツキングエラー信号に基づいて光スポツ
トを情報トラツクと直交する方向に変位させるト
ラツキング制御が行われている。

第１図は従来の光学的情報読取装置における焦
点検出装置の一例を示す線図であり、トラツキン
グエラー信号とフオーカツシングエラー信号とを
３ビーム方式と非点収差方式とを組合わせて得る
ものである。レーザ光源１から放射された光を回
折格子２で３ビームに分割し、これらビームをレ
ンズ３、偏光ビームスプリツタ４、ミラー５、1/
４波長板６および対物レンズ７を経て情報トラツ
クを有するデイスク８上に収束させる。３ビーム
のデイスク８上での位置関係は、第２図に平面図
を示すように、デイスク８のトラツク９の方向
で、スポツト１０Ａを中心にスポツト１０Ｂと１
０Ｃとがトラツク９の幅方向において互いに反対
方向に僅かずつずれるように位置させ、中間のス
ポツト１０Ａをフオーカツシング制御および情報
読取り用とし、両側のスポツト１０Ｂ，１０Ｃを
トラツキング制御用として用いている。第１図に
おいて、デイスク８上に収束された各ビームの反
射光束は、対物レンズ７、1/4波長板６、ミラー
５、偏光ビームスプリツタ４およびシリンドリカ
ルレンズ１１を経て光検出器１２上に入射させて
いる。光検出器１２は第３図に平面図を示すよう
に、６分割された受光領域１２Ａ〜１２Ｆを有
し、これら領域に入射するデイスク８からの反射
スポツト１０′Ａ，１０′Ｂおよび１０′Ｃの光量
をそれぞれ光電変換して適当に演算することによ
り情報信号、フオーカツシングエラー信号および
トラツキングエラー信号を得ている。なお第３図
に示すスポツト１０′Ａ，１０′Ｂおよび１０′Ｃ
は第２図に示すスポツト１０Ａ，１０Ｂおよび１
０Ｃとそれぞれ対応する。

しかし、第１図〜第３図に示す従来の光学的情
報読取装置においては、３ビームをレーザ光源１
から放射された光を回折格子２で分割して得てい
るため、各ビームの光量が小さくなつて効率が悪
い欠点がある。また、３ビームのデイスク８面で
の反射光束を、６分割された受光領域１２Ａ〜１
２Ｆを有する光検出器１２で受光するため、ビー
ム径が小さいことに相俟つてこれらの位置調整が
困難である欠点がある。更に、偏光ビームスプリ
ツタ４で反射された光束を結像させるための光路
長を必要とするため、光学系全体が大きくなる欠
点がある。

第４図は従来の他の光学的情報読取装置の構成
を示すもので、特開昭52−93222号公報に開示さ
れたものである。この装置は１つの光ビームを用
い、このビームの情報トラツクを構成するピツト
による回折光の干渉によつてできる光量分布を検
出してトラツキングエラー信号を得るものであ
る。レーザ光源２１から放射された光をレンズ２
２、ハーフミラー２３、反射ミラー２４および対
物レンズ２５を経て情報トラツクを有するデイス
ク２６上に収束させ、その反射光束を対物レンズ
２５、反射ミラー２４およびハーフミラー２３を
経て光検出器２７に入射させている。第５図はか
かる装置の信号処理回路の構成を示すもので、光
検出器２７は情報トラツク方向（Ｘ軸）およびそ
れと直交する方向（Ｙ軸）にそれぞれ分割された
４つの受光領域２７Ａ〜２７Ｄを有し、これらは
対物レンズ２５の射出瞳面あるいは射出瞳の像面
に配置されている。受光領域２７Ａ〜２７Ｄの出
力は対角線同志を加算回路２８Ａ，２８Ｂで加算
し、これらの出力の和を加算回路２８Ｃで検出し
て情報信号を得、また加算回路２８Ａと２８Ｂと
の出力の差を減算回路２９で検出し、この差信号
と情報信号の移相回路３０を通過させた信号とを
乗算回路３１で乗算させた後、ローパスフイルタ
３２を通過させてトラツキングエラー信号を得て
いる。

第４図および第５図に示す従来の光学的情報読
取装置においては、情報信号およびトラツキング
エラー信号を１つの反射ビームから同時に取出す
ことができるが、フオーカツシングエラー信号は
反射ビームを分割して別の検出手段により検出す
る必要があるため、構成が複雑になる欠点があ
る。なお、第４図に示す光学的情報読取装置と同
様の原理により、トラツキングエラー信号、フオ
ーカツシングエラー信号および情報信号を１つの
反射ビームから同時に得る装置が、特開昭52−
93223号公報に開示されているが、この装置は三
角形状の光検出器を対物レンズの射出瞳の端に位
置させる必要があるため、光の利用効率が低く、
SN比が低下する欠点がある。

一方、本願人は光学系を小形に構成できると共
に、フオーカツシングエラー信号を得る光検出器
の配置が容易で、しかも常に正確に焦点状態を検
出できる焦点検出装置を既に提案している。第６
図は本願人が先に提案した焦点検出装置の一例の
要部の構成を示す線図であり、レーザ光源４１か
ら放射された光（紙面内に直線偏光している）を
コリメータレンズ４２によつて平行光とし、偏光
膜を有する偏光プリズム４３、1/4波長板４４お
よび対物レンズ４５を経て情報トラツクを有する
デイスク４６上に収束させている。この光束は凹
凸のピツト形状を持つ情報トラツクにより反射さ
れ、対物レンズ４５および1/4波長板４４を経て
偏光プリズム４３に入射する。偏光プリズム４３
に入射する反射光束は、1/4波長板４４の作用に
より紙面に対し垂直方向に偏光されているから、
この光は偏光プリズム４３で反射される。この偏
光プリズム４３で反射される平行光束を検出プリ
ズム４７に入射させ、その反射面４８により反射
される光束を光検出器４９で受光する。反射面４
８は、合焦状態での入射光線（平行光束）に対し
てほぼ臨界角となるように設定する。このように
すれば、合焦状態では偏光プリズム４３で反射さ
れた全光線は反射面４８で全反射され（実際には
反射面の状態が完全ではないので図示ｎ方向に幾
分の光が透過する）、デイスク４６が合焦状態か
らａ方向にずれると偏光プリズム４３で反射され
た光束は反射面４８に対して最大a_i1〜a_i2で示す
傾き成分を持つ光線束となる。またデイスク４６
が合焦状態からｂ方向にずれると、反射面４８へ
の入射光線はb_i1〜b_i2で示す傾き成分を持つ光線
束となる。すなわち、デイスク４６が合焦状態か
らずれると、反射面４８への入射光線は光軸上の
中心光線（一点鎖線）を除いて臨界角の前後で連
続的に変化する。したがつて、デイスク４６がａ
およびｂ方向に変位して合焦状態からはずれる
と、反射面４８での反射強度が第７図に示すよう
に臨界角近傍では僅かな入射角の変化で急激に変
化するから、反射面４８からの反射光束の中心光
線（出射光軸）を含む紙面、すなわち反射面４８
に対する入射面に対し垂直な面を境として明暗の
状態がそれぞれ逆になる。これに対し、合焦状態
では、一様に全反射されるから、このような明暗
は現われない。光検出器４９は、このような反射
面４８からの反射光の光量分布を検出するもの
で、第６図中に平面図をも示すように、上記入射
面に対し垂直な境界面を境に二分割した２つの受
光領域４９Ａ，４９Ｂをもつて構成する。なお、
第７図は検出プリズム４７の屈折率が1.50で、Ｐ
偏光およびＳ偏光におけるそれぞれの反射強度
R_PおよびR_Sを示したものである。

なお偏光していない光に対する反射強度は、こ
れらの中間（R_P＋R_S）／２となる。

第６図において、デイスク４６がａ方向に変位
したときは、反射面４８に入射する光のうち中心
光線より図において下側の光束は、一番外側の入
射光線a_i1を筆頭としてすべての入射光線の入射
角は臨界角よりも小さくなる。したがつて、この
部分では透過光が存在し、一番外側の透過光線
a_t1からｎ迄を含む光線束が透過する。この透過
した分だけ、一番外側の反射光線a_r1から中心光
線迄を含む反射光線束の強度は弱められる。ま
た、反射面４８に入射する光のうち、中心光線よ
り図において上側の光束は、一番外側の入射光線
a_i2を筆頭としてすべての入射光線の入射角は臨
界角よりも大きくなる。したがつて、この部分で
は透過光が存在せず、入射した全ての光線が、一
番外側の反射光線a_r2から中心光線迄を含む光束
に含まれて反射する。したがつて、この場合に
は、光検出器４９上での光量分布は、受光領域４
９Ａが暗くなり、受光領域４９Ｂが明るくなる。

これに対し、デイスク４６がｂ方向に変位した
ときは、反射面４８への入射光線の傾きの関係が
上述したａ方向の場合と逆になり、したがつて光
検出器４９の領域４９Ａ，４９Ｂの明暗の関係が
逆になる。この場合の反射面４８における反射光
および透過光をそれぞれ符号b_r1，b_r2およびb_t2で
示す。

なお、合焦状態では光検出器４９の受光領域４
９Ａ，４９Ｂへの入射光量はそれぞれ等しくな
る。

したがつて、各受光領域４９Ａ，４９Ｂの出力
の差を検出することにより、その量および極性か
らずれの量および方向を表わすフオーカツシング
エラー信号を得ることができ、この信号に基いて
対物レンズ４５を光軸方向に移動制御するフオー
カツシング制御を行うことができると共に、受光
領域４９Ａ，４９Ｂの出力の和からデイスク４６
に記録された情報信号を検出することができる。
しかも合焦状態では反射面４８での透過成分が殆
んどないから、光量の損失が極めて少ないと共
に、合焦から外れた場合には、中心光線を境にい
ずれか一方の側の光束が全反射され、他方の側の
光束の反射強度が極端に減少するから受光領域４
９Ａ，４９Ｂにおける光量差が著しくなる。した
がつて、十分正確に焦点検出を行うことができ
る。

一方、４つの検出器でトラツキングエラー信号
とフオーカシングエラー信号を検出する技術を説
明したものとして特開昭53−19806号公報がある。
しかしこの先行技術に説明されているトラツキン
グエラー信号の検出は対向する２つの検出器の和
を差として検出するいわゆるプツシユプル方式で
あり、かかる検出法はデイスクの傾きに対しノイ
ズが入りやすいという欠点がある。

本発明はデイスクの傾き対してもノイズに強い
トラツキングエラー検出方式を採用すると共に、
同じ検出器を用いてフオーカスエラー信号をも検
出できる光学的情報読取装置を提供することを目
的とする。

即ち本発明はトラツク状に情報が記録された情
報記録面上に光源からの光を対物レンズにより収
束させて入射させ、その情報記録面での反射光を
互に直交する２直線によつて４つの領域に分割さ
れた受光領域を有する光検出器で受光し、これら
４つの受光領域のうち対角線上の２個づつの出力
和を比較することによりトラツキングエラー信号
を検出するようにした光学的情報読取装置におい
て、前記情報記録面と前記光検出器との間の反射光
路中で、前記情報記録面への入射光路を含まない
光路中に、前記情報記録面に垂直な方向における
該情報記録面の変化に応じて前記光検出器上での
前記反射光のビーム形状を変化させる焦点検出用
の光学素子を配置し、前記４つの受光領域のうち
２個ずつの出力和の比較に基づいて前記光検出器
上での前記反射光のビーム形状の変化を検出して
フオーカシングエラー信号を得るよう構成したこ
とを特徴とするものである。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第８図および第９図は本発明の光学的情報読取
装置の一例の構成を示す線図であり、第８図は光
学系の構成を、第９図は信号処理回路の構成を示
す。レーザ光源５１から放射された光をレンズ５
２，５３を経て平行光束とし、偏光膜を有する偏
光プリズム５４、1/4波長板５５および対物レン
ズ５６を経て情報トラツクを有するデイスク５７
上に収束させる。この光束は凹凸のピツトを持つ
情報トラツクにより反射されるから、この反射光
束を対物レンズ５６で集光してほぼ平行光束とし
て1/4波長板５５および偏光プリズム５４を経て
検出プリズム５８に入射させる。検出プリズム５
８は、第６図で説明したように反射光束の光軸に
対してほぼ臨界角に設定した反射面５９をもつて
構成する。本例ではこの検出プリズム５８をその
反射面５９における入射面が情報トラツクの方向
と直交するように配置し、この検出プリズム５８
からの出射光束を情報トラツクのフアーフイール
ド中に配置した光検出器６０に入射させるよう構
成する。光検出器６０は、検出プリズム５８から
の出射光束の光軸を中心に情報トラツクの方向と
直交する方向（Ｘ軸）および情報トラツクの方向
（Ｙ軸）にそれぞれ分割して配置した４つの受光
領域６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃおよび６０Ｄをもつ
て構成する。

このように、対物レンズ５６に入射する光束を
平行光束とすると共に、４分割された光検出器６
０を対物レンズ５６によつて形成される情報トラ
ツクの像面から十分離れたフアーフイールド中に
配置すれば、対物レンズ５６の射出瞳面に近い位
置では光検出器６０に入射する光束の光量分布は
射出瞳面での光量分布にほぼ等しくなるから、受
光領域６０Ａ〜６０Ｄの出力を第５図と同様に処
理すれぱ情報信号およびトラツキングエラー信号
を同時に得ることができる。また、検出プリズム
５８の挿入により焦点はずれが生じると、第６図
で説明したところから明らかなように、反射面５
９における入射面と直交する面、本例ではＹ軸を
境界線としてＸ軸方向に明暗が生じる。したがつ
て、受光領域６０Ａおよび６０Ｄの出力の和と受
光領域６０Ｂおよび６０Ｃの出力の和との差を検
出することにより、焦点ずれの方向およびその量
を表わすフオーカツシングエラー信号を、上記情
報信号およびトラツキングエラー信号と同時に得
ることができる。このため本例では、対角線上に
位置する受光領域６０Ａと６０Ｃ、および６０Ｂ
と６０Ｄとのそれぞれの出力を加算回路６１Ａお
よび６１Ｂに供給して、対角線上に位置する受光
領域の出力のそれぞれの和を求め、これら加算回
路６１Ａおよび６１Ｂのそれぞれの出力を加算回
路６１Ｃに供給してそれらの和から情報信号を検
出する。また、加算回路６１Ａおよび６１Ｂのそ
れぞれの出力を減算回路６２Ａに供給してそれら
の差信号を得、この差信号を移相回路（または微
分回路網）６３を経た加算回路６１Ｃの出力とを
乗算回路６４に供給し、この乗算回路６４の出力
をローパスフイルタ６５を経て取出してトラツキ
ングエラー信号を得る。更に、Ｙ軸を境界線とす
る両側の受光領域の和の差を求めるため、受光領
域６０Ａおよび６０Ｄのそれぞれの出力を加算回
路６１Ｄに供給すると共に、受光領域６０Ｂおよ
び６０Ｃのそれぞれの出力を加算回路６１Ｅに供
給し、これら加算回路６１Ｄおよび６１Ｅの出力
を減算回路６２Ｂに供給してフオーカツシングエ
ラー信号を取出す。

第１０図は本発明の光学的情報読取装置の他の
例の要部の構成を示す斜視図である。この装置は
デイスク５７からの反射光束の光軸に対してほぼ
臨界角に設定した反射面５９を有する検出プリズ
ム５８を、反射面５９における入射面が情報トラ
ツクの方向（Ｙ軸）と平行となるように配置した
点のみが上述した実施例と異なるもので、第８図
および第９図に示した符号と同一符号は同一部材
を示している。すなわち、第８図および第９図に
示す実施例においては、デイスク５７の情報トラ
ツクを構成するピツトの深さが、読取ビームの波
長をλとするときλ／４の場合には、トラツキン
グエラー信号およびフオーカツシングエラー信号
の検出能力は十分であるが、ピツトの深さがλ／
４でない場合にはトラツキングエラーによつて対
物レンズ５６の射出瞳にフオーカツシングエラー
による明暗の方向と同一のＸ軸方向に光量分布が
生じ、正確なフオーカツシングエラー信号が得ら
れない場合がある。そこで、第１０図に示す実施
例においては、検出プリズム５８をその反射面５
９における入射面が情報トラツクの方向（Ｙ軸）
と平行となるように配置する。このようにすれ
ば、トラツキングエラーによつてＸ軸方向に光量
分布が生じても、フオーカツシングエラーによる
光量分布（明暗）はＸ軸を境界線としてＹ軸方向
に生じ、両者の光量分布が生じる方向が直交する
から、フオーカツシングエラー信号に対するトラ
ツキングエラー信号の干渉がなくなり、ピツトの
深さがλ／４でない場合にも正確なフオーカツシ
ングエラー信号を得ることができる。ただし、こ
の場合にはフオーカツシングエラーによつてＹ軸
方向に光量分布が生じるから、Ｘ軸を境界線とし
てその両側の受光領域の和の差、すなわち受光領
域６０Ａと６０Ｂとの和と受光領域６０Ｃと６０
Ｄとの和との差からフオーカツシングエラー信号
を検出する。

第１１図ＡおよびＢはフオーカス状態でのスポ
ツトとピツトとの種々の位置関係における対物レ
ンズ５６の射出瞳面での光量分布のパターンを示
すものである。第１１図Ａは読取スポツト７１が
情報トラツクを構成するピツト７２の右側にずれ
た場合を、第１１図Ｂは左側にずれた場合をそれ
ぞれ示し、それぞれの位置関郷における光量分布
を表わす円内でハツチングを施した部分は暗部
を、白ぬきの部分は明部を表わす。これらの光量
分布を第９図で示したようにして検出すれば、ト
ラツキングエラー信号を正確に検出することがで
きる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、
入射ビームおよび反射ビームを分割することな
く、１つの光学系によつて情報信号、フオーカツ
シングエラー信号およびトラツキングエラー信号
の３つの所要の信号を同時に検出することができ
るから、光量の損失が少なくしたがつて所要の信
号を効率的かつ高精度で検出することができると
共に全体を安価かつコンパクトに構成することが
できる。また、光検出器を情報トラツクのフアー
フイールド中に配置するものであるから、光検出
器を検出プリズムの出射光軸上で任意の位置（対
物レンズの像面を除く）に配置することができ、
その位置調整も容易に行なうことができると共
に、光路長も短くてすむから全体をよりコンパク
トに構成することができる。なお、上述した例で
は光路分割素子として偏光プリズムを用いたがハ
ーフミラーを用いることもできるし、また対物レ
ンズからの出射光束を収束光とする場合でも本発
明を有効に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光学的情報読取装置の一例の構
成を示す線図、第２図は第１図に示すデイスク上
での３ビームのスポツトの位置関係を示す平面
図、第３図は第１図に示す光検出器の構成を示す
平面図、第４図は従来の光学的情報読取装置の他
の例の構成を示す線図、第５図は第４図に示す装
置の信号処理回路の構成を示す線図、第６図は本
願人が先に提案した焦点検出装置の一例の構成を
示す線図、第７図は臨界角近傍での反射強度の一
例を示す線図、第８図は本発明の光学的情報読取
装置の一例の構成を示す線図、第９図は第８図に
示す装置の信号処理回路の一例の構成を示す線
図、第１０図は本発明の光学的情報読取装置の他
の例の要部の構成を示す斜視図、第１１図Ａおよ
び第１１図Ｂはフオーカス状態でのスポツトとピ
ツトとの種々の位置関係における対物レンズの射
出瞳面での光量分布のパターンをそれぞれ示す線
図である。５１…レーザ光源、５２，５３…レンズ、５４
…偏光プリズム、５５…1/4波長板、５６…対物
レンズ、５７…デイスク、５８…検出プリズム、
５９…反射面、、６０…光検出器、６０Ａ，６０
Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ…受光領域、６１Ａ，６１
Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ，６１Ｅ…加算回路、６２
Ａ，６２Ｂ…減算回路、６３…移相回路（または
微分回路網）、６４…乗算回路、６５…ローパス
フイルタ、７１…スポツト、７２…ピツト。

Claims

【特許請求の範囲】１トラツク状に情報が記録された情報記録面上
に光源からの光を対物レンズにより収束させて入
射させ、その情報記録面での反射光を互いに直交
する２直線によつて４つの領域に分割された受光
領域を有する光検出器で受光し、これら４つの受
光領域のうち対角線上の２個ずつの出力和を比較
することによりトラツキングエラー信号を検出す
るようにした光学的情報読取装置において、前記情報記録面と前記光検出器との間の反射光
路中で、前記情報記録面への入射光路を含まない
光路中に、前記情報記録面に垂直な方向における
該情報記録面の変位に応じて前記光検出器上で前
記反射光のビーム形状を変化させる焦点検出用の
光学素子を配置し、前記４つの受光領域のうち２
個ずつの出力和の比較に基づいて前記光検出器上
での前記反射光のビーム形状の変化を検出してフ
オーカシングエラー信号を得るよう構成したこと
を特徴とする光学的情報読取装置。