JPH02113441A - 焦点検出方法 - 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〕 本発明は光学的記録媒体上に記録された情報トラックに
対物レンズを経て、読み取り光スポットを集束して情報
を読み取る装置において、その対物レンズの記録媒体に
対する焦点はずれを検出する焦点検出方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

上述した情報読み取り装置は従来より既知であり、例え
ばＣＤ（コンパクトディスク）、光ディスク、光磁気デ
ィスク、光カードなどがある。これらの記録媒体には、
符号化された音声やデータが、反射特性、位相特性、偏
光特性などの光学的情報として記録されている。記録媒
体に記録された情報は、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媒体上に集束させ、記録ピット
によって変調された反射光を検出して読み取っている。

このような記録媒体の特長の１つは、情報の記録密度が
非常に高いことであり、そのため元の情報を正確に読み
とるためには、対物レンズを媒体記録面に対して、常に
合焦状態となるようにして、媒体記録面上での光スポッ
トの径を小さくする必要がある。このためかかる光学的
読み取り装置においては対物レンズの媒体記録面に対す
る焦点はずれを検出し、この焦点はずれ信号に基づいて
対物レンズをその光軸方向に変位させるフォーカシング
制御が行なわれている。

従来の焦点検出方式の１つが特公昭６２−２７４５６号
公報に開示されている。以下第５図に基づいて従来方式
を説明する。レーザー光源１から放射された光（紙面内
に直線偏光している。）はコリメータレンズ２によって
平行光とされ、偏光膜を有する偏光プリズム３．１７４
波長板４および対物レンズ５を経て、記録媒体６上に集
束される。この光束は、媒体記録面上で反射され、対物
レンズ５および１７４波長板４を経て、偏光プリズム３
に入射する。偏光プリズム３に入射する反射光は１７４
波長板４の作用により紙面に対して垂直方向に偏光され
ているから、この光は偏光プリズム３で反射される。反
射された光束は三角プリズムより成る検出プリズム１０
に入射し、その１つのプリズム面１１（以後反射面と称
する）により反射される光束を検出器１２で受光する。

反射面１１は、合焦状態での入射光線（平行光束）に対
して臨界角もしくはそれよりもやや小さめとなるように
設定する。

もし、臨界角に丁度設定されれば、合焦状態では偏光プ
リズム３で反射された全光線は反射面１１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。）、記録媒体６が合焦状態か
らａ方向にずれると偏光プリズム３で反射された光束は
反射面１１に対して最大ａ、〜ａ１□で示す傾き成分を
持つ光線束となる。

また記録媒体６が合焦状態からｂ方向にずれると、反射
面１１への入射光線はｂｌｌ　”ｂ＋ｚで示す傾き成分
を持つ光線束となる。すなわち記録媒体６が合焦状態か
らずれると、反射面１１への入射光線は光軸上の中心光
線（−点鎖線）を除いて臨界角の前後で連続的に変化す
る。従って、記録媒体６がａ及びｂ方向に変位して合焦
状態からずれると反射面１１での反射強度が第６図に示
すようにしｎ界角近傍ではわずかな入射角の変化で急激
に変化するから、中心光線を含む紙面に垂直な面を境と
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、−様に全反射されるからこのような明暗は
現れない。光検出器１２はこのような反射面１１からの
反射光の光量分布を検出するもので、第５図中に平面図
をも示すように、中心光線（光軸）を境に２分υｊした
２つの受光領域１２Ａ、　１２Ｂをもって構成する。第
６図は検出プリズム１０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Ｒ２およびＲ３
を示したものである。

以上の焦点検出方式において、焦点検出感度を向上させ
るために前記検出プリズム面での反射回数を複数回にし
たり、プリズム面に多層膜コーティングを施す方法（特
開昭５７−１２２４１０号公報）が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の焦点検出方法では、記録媒体６からの偏
光状態が一定でない場合、焦点検出感度が変動するとい
う不具合を生じる。たとえば第５図において記録媒体６
の透明保護層６ａがαラジアンのりタープ−ジョンをも
っている場合を考える。

紙面内の直線偏光は、ジョーンズベクトルでＥｏ・ける
。ただし透明保護層６ａのリクーデーションの軸は簡単
のために光軸に対して垂直で、紙面内にあるとする。ま
た、偏光プリズム３は記録媒体６への入射光に対しては
、紙面内に軸のある直線偏光子、記録媒体６からの反射
光に対しては紙面に垂直な方向に軸をもつ直線偏光子と
考えてよいから記録媒体６への入射時のジョーンズ行列
はて、検出プリズム１０への入射光の複素振幅Ｅは検出
感度が低下する。また、リターディションαが記録媒体
の場所によって異なる場合、焦点検出感度も変動すると
いう不具合を生じる。次に、このような検出プリズム１
０への入射光量の変動をおさえるために、第５図におい
て、偏光プリズム３を偏光に依存しないハーフプリズム
に置き換えた場合を考える。この場合、検出プリズムＩ
Ｏに入射となる。光強度ｌＬ１２は Ｅｌ”　＝ｌ　Ｅ、ｌ”　＋ｌ　ｃｙｌ”・・−（２） と書ける。

この（２）式は、記録媒体６の透明保護層６ａにたとえ
ば９０°のリクーディション（ダブルパス）があるとす
ると、検出プリズム１０への入射光量は、Ｊターデイジ
ョンのない場合と比較して乙になることを表わしている
。このように記録媒体６の透明保護層がリターディショ
ンを持つと検出プリズム１０に入射する光量が減少する
ことになり、焦点に対する反射強度の変化は、Ｐ偏光の
方が急峻であるから、検出プリズム１０への入射光にＳ
偏光が混ざることにより焦点検出感度は低下する。また
、リターディションαが変動すればＳ偏光とＰ偏光の光
量比が変動し、焦点検出感度が変動することになる。焦
点検出感度を向上させるために、検出プリズム面１１に
多層膜コーティングを施した場合、入射角度に対する反
射強度は第７図のようになり、α＝１８０°のとき、検
出プリズム１０への入射光はＳ偏光だけとなって焦点検
出は、はとんど不可能となる。

このように記録媒体６の透明保３ｉ層６ａにリターディ
ションαがあった場合、従来の焦点検出方法では焦点検
出感度が低下し、かつ焦点検出感度はαに依存するとい
う問題がある。本発明の目的は上述した欠点を除去し、
記録媒体保護層の複屈折に依存せず、常に正確に焦点ば
れを検出することができる方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の焦点
検出方法は光源から射出された光を対物レンズにより被
照射物体に集束させ、その反射光の少なくとも一部を互
いに直交する２つの偏光成分に分離し、これら分離され
たそれぞれの偏光光束について、少なくとも１つの光線
に対してほぼ臨界角となるように設定した面を有するプ
リズムにそれぞれ入射させるとともに前記プリズム面へ
の入射光束の偏光方向が前記圧いに直交する２つの偏光
成分に対して等しくなるように前記プリズム面をそれぞ
れ設定し、前記プリズム面で反射された反射光の光量変
化をそれぞれ検出することにより前記対物レンズの前記
被照射物体に対する焦点誤差信号を得ることを特徴とす
るものである。

〔実施例〕

第１図は本発明による焦点検出方法を実施する光学的読
み取り装置の一例の要部の構成を示す図である。以下図
に沿って説明する。

レーザ光ａ１１から放射された光（紙面内に直線偏光し
ている。）はコリメートレンズ１２によって平行光とさ
れ、偏光特性を有さないハーフプリズム１３、対物レン
ズ１４、記録媒体１５の透明保護層１５ａを経て、記録
媒体の記録層１５ｂの表面に集束される。この光束は、
記録媒体１５の記録層１５ｂの表面で反射され透明保護
層１５ａ、対物レンズ１４を経て、ハーフプリズム１３
に入射する。ハーフプリズム１３に入射した反射光はり
ターデイジョンαを持つ透明保護層１５ａの影響により
、一般に楕円偏光となる。紙面内に直線偏光している光
と紙面に垂直に直線偏光している光との強度比はｓｉｎ
”−：α ｃｏｓ　”−となる。ハーフプリズム１３は偏光特性を
持たないので反射率をｒとするとｒ（ｓｉｎ”−＋α ｃｏｓ”−）−ｒの光が反射することになり、反射光強
度は透明保護層１５ａによる偏光に依存しない。

ハーフプリズム１３で反射された光は偏光膜を有する偏
光プリズム１６に入射し、互いに直交する２つの偏光成
分に分離される。分離された偏光成分の一方、すなわち
偏光プリズムエ６を透過する成分は、本例では三角プリ
ズムより成る第１の検出プリズム１７にＳ偏光として入
射し、その１″つのプリズム面１７ａ（以後反射面と称
する。）により反射され、第１の検出器１８で受光され
る。また、分離された偏光成分の他方すなわち偏光プリ
ズム１７で反射された成分は、本例では三角プリズムよ
り成る第２の検出プリズム１９に入射し、Ｓ偏光として
その１つのプリズム面１９ａ（以後反射面と称する。）
により反射され、第２の検出器２０で受光される。反射
面１７ａおよび１９ａは合焦状態での入射光線（平行光
束）に対して臨界角もしくは、それよりもやや小さめと
なるように設定する。検出プリズム１７および１９の効
果については第５図についで述べたのと同様の効果を持
ち、それぞれの検出プリズムで反射された光束をそれぞ
れ２分割した受光領域１８Ａ、　１８Ｂおよび２ＯＡ、
　２０Ｂを有する検出器１８および２０の出力から焦点
誤差信号を得ることが可能である。すなわち、これら受
光領域の出力の差を差動増幅器２１．２２で求めて得ら
れるそれぞれの焦点誤差信号を加算器２３で互いに加算
して、最終的な焦点誤差信号とし、この信号を用いて対
物レンズ１４を合焦位置となるように制御することによ
り、どちから一方の焦点誤差信号を用いた場合の記録媒
体保護層１５ａの複屈折に起因する光量の変動による焦
点誤差検出感度の変動を回避することができる。

上述したように、本発明においては反射面１７ａおよび
反射面１９ａは、入射光の偏光に対して、等しい偏光（
本例ではともにＳ偏光）となるように設定される。この
ように設定することにより、第６図に示されるような、
Ｐ偏光とＳ偏光による焦点検出感度の差に起因する焦点
検出感度の変動を抑えることができる。すなわち、検出
プリズムるから、αが変動すると検出プリズム１７と１
９に入射する光量の比が変動することになる。このため
反射面１７ａおよび１９ａを入射光の偏光に対して等し
い偏光となるように設定すれば、αの変動による焦点検
出感度の変動を除去することができる。

本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、幾
多の変形または変更が可能である。例えば第１図におい
ては検出プリズム１７および１９にＳ偏光を入射させる
ようにしたが、偏光プリズム１６と検出プリズム１７お
よび１９との関係を第１図に示す状態からそれぞれ９０
°回転して配置して第２図に示すように検出プリズム１
７および１９への入射光束をＰ偏光とすることができる
。このようにすれば、第６図から明らかなようにし臨界
角近傍において反射強度の変化が２、峻となるから、検
出感度を高めることができる。さらに検出プリズム１７
および１９の反射面１７ａおよび１９ａに多層膜コーテ
ィングを施せば、第７図に示すごとく、臨界角近傍での
Ｐ偏光の反射強度の変化はさらに急峻となり、検出感度
をさらに高めることができる。

第１図では検出プリズム１７および１９は互いに９０゜
回転して配置されているが、第３図に示すように偏光プ
リズム１６と検出プリズム１７の間に９０°回転子２４
を挿入することにより検出プリズム１７および１９を同
一平面に配置することができ、読取ヘットの設計上有利
となる。なお、第３図に示す例では反射面１７ａ、　１
９ａにはＳ偏光が入射されることになる。

更に第１図と第３図に示す実施例のハーフプリズム１３
と偏光プリズム１６を一体として構成することができる
。第４図は第１図の構成において、ハーフプリズム１３
と偏光プリズム１６を一体としてハーフミラ−１５ａお
よび偏光ビームスプリッタ面２５ｂを有する複合プリズ
ム２５で置き換えた場合の一例を示す。このように構成
することにより、光学系の小型化を図ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば記録媒体保護層に複屈折があっても、焦
点検出感度が低下することがなく、さらに記録媒体保護
層の複屈折の大きさが変動しても、焦点検出感度はこれ
に影響されることなく、安定な焦点検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による焦点検出方法を実施する装置の一
実施例の構成を示す線図、 第２図は同じく他の実施例の構成を示す線図、第３図お
よび第４図はさらに他の実施例の構成を示す線図、 第５図は従来の焦点検出方法を実施する装置の構成を示
す線図、 第６図および第７図は検出プリズムの反射面への入射角
度と反射強度との関係を示すグラフである。 １１・・・レーザ光線　　　　１２・・・コリメータレ
ンズ１３・・・ハーフプリズム　　１４・・・対物レン
ズ１５・・・記録媒体　　　　　１５ａ・・・保護層１
６・・・偏光プリズム １８、２０・・・検出器 ２３・・・加算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光源から射出された光を対物レンズにより被照射物
   体上に集束させ、その反射光の少く共一部を互いに直交
   する２つの偏光成分に分離し、これら分離されたそれぞ
   れの偏光光束について、少なくとも１つの光線に対して
   ほぼ臨界角となるように設定した面を有するプリズムに
   それぞれ入射させるとともに、前記プリズムへの入射光
   束の偏光方向が前記プリズム面に対し等しくなるように
   前記プリズム面をそれぞれ設定し、前記プリズム面で反
   射された反射光の光量変化をそれぞれ検出することによ
   り前記対物レンズの前記被照射物体に対する焦点誤差信
   号を得ることを特徴とする焦点検出方法。