JPH0214434A - 焦点制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、光学装置のフォーカス状態を検出するため
の装置に係り、より詳細には情報記録媒体に情報を記録
する又は記録された情報を情報記録媒体から読出す為の
光ビームを情報記録媒体上にフォーカスさせる装置に関
する。

（従来の技術） 近年、文書などの画像情報を記録し、必要に応じてその
画像情報を検索してハードコピー或いはソフトコピーと
してｉｌＴ生し得る先ディスク装置のような画像情報記
録ｉｌ生装置が開発されている。

光デイスク装置においては、集束性の光ビームが円盤状
記録媒体、即ち光ディスクに向けて照射されて情報が記
録又は再生される。すなわち、記録時においては、光ビ
ームが照射されることによって記録面上には状態変化が
起こされ、その結果情報は例えばビットとして光ディス
クに記録される。

また再生時においては定常光ビームが情報記録媒体上に
照射され記録情報に応じて光ビームはビットで強度変調
される。変調された光ビームの強度変化を検出すること
によって情報が再生される。

記録及び再生の際、光ディスクが線速一定に回転され光
ビームを光ディスクに向けるための光学ヘッドが先ディ
スク上の半径方向に直線移動される。

光学ヘッドは、光学ディスク上にレーザ光を集束させる
対物レンズを備え、対物レンズは所定領域に正確に集光
ビームを照射するためにその光軸方向に移動可能に支持
されている。焦点制御系の可動機構によって対物レンズ
が光軸方向に移動されて対物レンズが合焦状態に維持さ
れ、対物レンズからの光ビームが光ディスクに集束され
る。対物レンズを合焦状態に維持させるために記録媒体
上における焦点ずれ状態が検出されその検出結果が対物
レンズの移動機構にフィードバックされる。

この焦点ずれの検出方法としてウェッジプリズム法が知
られている。

ウェッジプリズム法において、フォーカッシング状態に
応じて情報記録媒体から出射された光ビームは集光レン
ズを経てウェッジプリズムで２つのビームに分岐される
。その際、２つの光ビームは入射ビームの光軸に対して
特定角度で互いに異なる方向に出射される。分岐された
光ビームはそれぞれ所定位置に配置された２つの検出器
上に照射され電気信号に変換される。電気信号は所定の
方法で処理され、フォー力ッシングエラーに応じた電流
が対物レンズ駆動用のボイスコイルに供給される。ボイ
スコイルに電流が供給されることによって対物レンズが
駆動され、光ビームが情報記録媒体上に合焦される。

（発明が解決しようとする課８） ウェッジプリズム法を用いた焦点制御においては、光ビ
ームはウェッジプリズムで入射光軸に対して特定角度で
互いに異なる方向に出射する２つのビームに分岐される
。このため２つのビームを検出する２つの検出器の間隔
は、ウェッジプリズムと検出器の間の光軸方向の距離に
大きく依存する。正確なフォー力ッシング制御を達成す
るにはウェッジプリズムの取付は位置に応じて検出器間
隔が調整されなければならない。

この発明は、情報記録媒体上のフォーカス状態を検出す
るための、新たな焦点制御装置を提供することを目的と
する。

また、この発明は光学部品の光軸方向の位置ずれによっ
ておこる検出器間隔の位置調整の問題を解決し、それに
よって組立てや調整の容易な焦点制御装置を提Ｏ（する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明によれば、光ビームを記録媒体上に集束するた
めの集束手段と、前記記録媒体からの光ビームの光路上
に配置され入射された光ビームを第１及び第２の光ビー
ムに分岐する分岐手段と、前記分岐手段からの前記第１
の光ビームの光路上でその光軸に対して互いに異なる角
度に傾けて配置され前記第１の光ビームを互いに略平行
な第３及び第４の光ビームに分岐する第１及び第２の平
行平板と、前記記録媒体に対する集束手段の光軸方向の
位置を調整する前記第３及び第４の光ビームに応答する
手段と、前記記録媒体に対する集束手段の光軸に垂直な
平面内の位置を調整する前記分岐手段からの第２の光ビ
ームに応答する手段を備える焦点制御装置が提供される
。

（作用） この発明においては、第１及び第２の光屈折体から出射
される光ビームの間隔りが各光学部品の光軸のずれに影
響されずに略一定に保たれるため組立て及び調整が容易
となる。

（実施例） この発明の一実施例を図面を参照しながら以下に説明す
る。

第１図は、この発明の焦点制御装置が組込まれる光デイ
スク装置の平面図を示している。第１図において光ディ
スク（記録媒体）１は、ガラス或いは、プラスチックス
等の円盤状の基板上に情報記録膜としてテルル或いは、
ビスマス等の金属被膜がコーティングされて形成される
。円盤状の基板上には、トラッキングガイド領域を定め
るグル−ブ５が同心円状に形成されている。光ディスク
１に対向して光学ヘッド３が設けられ、記録、再生及び
検索時には、光ディスク１が光学ヘッド３に対して線速
一定で回転駆動される。第１図において記録領域を規定
するグループ５はＺ方向に延出されている。

光学ヘッド３は光源としての半導体レーザ１１を備え、
半導体レーザ１１からは発散性のレーザビームＬが発生
される。レーザビームしは情報を光ディスク１の記録膜
に書込む記録時には書込むべき情報に応じてその光強度
が変調されて発生され、又情報を光ディスク１の記録膜
から読み出す再生時には一定の強度で発生される。この
半導体レーザ１１から発生された発散性のレーザビーム
しはコリメータレンズ１３によって平行光束に変換され
てハーフプリズム１４に導かれる。ハーフプリズム１４
に導かれたレーザビームしは、ハーフプリズム１４を通
過して対物レンズ１６に入射され、対物レンズ１６によ
ってレーザビームしは、光ディスク１の記録膜に向けて
集束される。

対物レンズ１６は、その光軸方向及び光軸と直交する面
内方向で移動可能に支持される。対物レンズ１６が光軸
上の最適位置即ち、合焦位置に配置されると、この対物
レンズ１６から発せられた集束性のレーザビームＬのビ
ームウェストが光ディスク１の記録膜の表面上に投射さ
れ、それによって最少ビームスポットが光ディスク１の
記録膜の表面上に形成される。一方、対物レンズ１６が
光軸と直交する面内（記録膜面に平行な面内）で最適位
置即ち、合トラック位置に配置されると光デイスク１上
に形成されるビームスポットが記録領域として定められ
たトラック上に正確に形成され、それによってトラック
がレーザビームで追跡される。この２つの状態（合焦状
態・合トラック状態）が保たれることによって情報の書
込み及び読出しが可能となる。即ち、記録時には強度変
調されたレーザービームによって記録膜にピット等の状
態変化が起こされ、再生時には一定強度のレーザビーム
がトラック内のピット等で形成された記録領域で強度変
調されて反射される。

光ディスク１の記録膜で反射された発散性のレーザビー
ムＬは、合焦時には、対物レンズ１６によって平行光束
に変換され、再びハーフプリズム１４に戻される。ハー
フプリズム１４で反射されたレーザビームしは集束用の
球面凸レンズ１７を透過されてビームスプリッタ３０に
入射される。

入射された光ビームの一部はビームスプリッタ３０の接
合面で反射され残りの光ビームは透過される。反射され
た光ビームＬａは集束されて光検出器２１上に照射され
る。光検出器２１に照射された光ビームＬａは各光検出
領域で電気信号に変換されて所定の方法で処理される。

所定の方法で処理されることによって比較回路４２から
トラッキング・エラー信号が発生される。トラッキング
・エラー信号に応じて駆動回路４５を介してボイスコイ
ル８に電流が供給されて光学ヘッド３が対物レンズ１６
の光軸に垂直な面内で駆動され、それによって所定のト
ラックが光ビームによって追跡される。またビームスプ
リッタ３０の接合面を透過された光ビームＬｂは、その
光軸上に配置された第１及び第２の光屈折体１８．１９
に入射される。第１及び第２の光屈折体１８．１９は光
ビームの光路上に配置され入射光ビームの光軸を境に２
本の平行な第１の光ビームＬ１及び第２の光ビームＬ２
に分岐する。分岐された光ビームＬ１及びＬ２はそれぞ
れ光検出器２０上に照射される。

光検出器２０に照射された光ビームＬ１及びＬ２は各光
検出領域でｆＪ３気信号に変換されて所定の方法で処理
される。信号処理によって比較回路４１からフォー力ッ
シングエラー信号が発生される。

その発生された電気信号は駆動回路４４を介してボイス
コイル８に供給されて対物レンズ１６がその光軸方向に
駆動され、それによって光ビームの焦点が制御される。

更に光検出領域で検出された信号は信号処理回路４３で
処理されて読取信号として利用される。

第２図を参照して第１及び第２の光屈折体１８．１９の
機能を詳細に説明する。第１及び第２の光屈折体１８．
１９は例えばガラス板で構成され、好ましくは同一の厚
さを釘する゛ト行゛１乙仮形状に形成されている。各平
行平板はＸ−Ｚ平面に平行な側面をＨし、その側面は互
いに入射ビームの光軸に接するように配置される。更に
その第１及び第２の平行平板１８．１９の入射面及び出
射面は、光軸に垂直な平面に対して所定の角度を有する
ように配置され、好ましくはその２つの平行平板１８．
１９は光軸に対して互いに異なる方向に等しい角度で配
置されている。これによって、入射光ビームは光デイス
ク上のグループの影が投影される方向（Ｙ方向）に垂直
なＸ方向の線に沿って分割される。第１及び第２の平行
平板１８．１９のそれぞれの入射面及び出射面が傾けら
れることによって、平行平板１８及び１９を通過した光
ビームは互いに入射光ビームＬの光軸に対して略平行で
且つ所定の間隔りを有する第１の光ビームＬ１及び第２
の光ビームＬ２に分岐されて光検出器２０上に照射され
る。第１の光ビームＬ１及び第２の光ビームＬ２の間隔
りは第１の平行平板１８及び第２の平行平板１９の屈折
率ｎ、厚さ及び・１之行平板１８．１９のなす角度θに
依存する。

この関係は第３Ａ図及び第３Ｂ図に示される。

第３Ａ図は第１及び第２の平行甲板１８．１９から入射
・光ビームＬの光軸に対して略平行に出射される第１の
光ビームＬ１及び第２の光ビームＬ２の光路を示してい
る。この図において平行平板１８．１９は同一の厚さを
有する同一の材料で形成される。平行平板１８．１９の
厚さｔ１平行平板１８．１９の屈折率ｎ、２枚の平行平
板１８．１９のなすｈ度をθと仮定すると、光ビームＬ
１及び光ビームＬ２の光軸の間隔りは、角度θが比較的
小さい範囲では（１−１／ｎ）θｔと近似的に表わされ
る。そのため光ビームの光軸のずれＤは、集光レンズ１
７、平行平板１８．１９、及び光検出器２０の相互距離
には依存しない。

また、第３Ｂ図は入射光線が誤って光軸に対して角度δ
を有して前記２つのガラス板１８．１９に入射された際
に発生される２つに分岐された光ビームＬ１、Ｌ２の光
軸のずれを示す。光軸に対して角度δを有して入射され
た場合、平行平板１９によるずれ量は、（１−１／ｎ）
δｔだけ増加され、平行平板１８によるずれ量は、（１
−１／ｎ）δｔだけ減少される。そのため２つの光ビー
ムの光軸の間隔りは、２つのガラス板のなす角θが比較
的小さい範囲では角度δに依存しない。このようにこの
発明の平行平板１８．１９から出射される光ビームの間
隔りは、各光学部品の光軸方向のずれに影響されずに略
一定に保たれる。そのため組立て及び調整の容易な焦点
制御装置が提供される。

上に述べた光屈折体としての平行平板１８．１９を透過
されて分岐された第１の光ビームＬ１及び第２の光ビー
ムＬ２の入射される光検出器２０は第４図に示される。

第４図に示されるように、光検出器２０は第１の光検出
器１８を通過して照射された光ビームを検出する光検出
領域２０　Ｋ、２０Ｍ及び光屈折体１９を通過して照射
された光ビームビーム検出する光検出領域２ＯＬ、２Ｏ
Ｎの４つの検出領域から構成されている。

光検出領域は先非検出領域としての縦方向（Ｘ方向）の
分割線２３によって２分割され、また横方向（Ｙ方向）
の分割線２５によって２分割される。分割された光検出
領域２０に、２ＯＬ。

２０Ｍ、２ＯＮの出力は焦点制御、及び情報再生に利用
される。

対物レンズ１６が光ディスクの記録面に対し合焦位置に
配置された場合には、光検出器には第４Ｂ図に示される
ような像が投影される。即ち、第１の光屈折体１８を通
過された光ビームＬ１による微少面積のビームスポット
が光検出領域２０Ｋ及び２０Ｍを分割する分割線２３上
を中心として形成される。また同時に第２の光屈折体１
９を通過された光ビームＬ１による微少面積のビームス
ポットが光検出領域２ＯＬ及び２ＯＮを分割する分割線
２３上を中心として形成される。

言替えるならば、光検出領域２０に〜２ＯＮ上に入射さ
れた光強度に対応する信号出力をそれぞれ■〜■とする
と、分割線２３は合焦時においてＦ、Ｅ−１（■＋■）
−（■十■））−〇の条件を満たすように設定される。

合焦時における光ビームのスポットサイズ及び検出器の
構成が上に述べたように設定されることによって、フォ
ーカスずれの検出が可能となる。

例えば対物レンズ１６が光ディスクに対して合焦位置か
ら離れた場合、光ディスクからは合焦時よりもわずかに
集束された光ビームが平行平板１８．１９に入射される
。そのため検出器２０上には第４Ａ図に示されるような
像が投影される。

すなわち検出器２０の光検出領域２０Ｋ及び光検出領域
２ＯＮ上に略半円形状のビームスポットが形成される。

このときフォー力ッシングエラー信号は、Ｆ、Ｅ−＋（
■＋■）−（■＋■））〉０となる。

逆に対物レンズ１６が光ディスクに対し合焦位置よりも
近付いた場合、光ディスクからは合焦時よりもわずかに
発散された光ビームが平行平板１８．１９に入射される
。そのため検出器２０上には第４Ｃ図に示されるような
像が投影される。すなわち検出器２０の光検出領域２０
Ｌ１２０Ｍ上に略半円形状のビームスポットが形成され
る。このときフォー力ッシングエラー信号は、Ｆ、Ｅ−
１（■＋■）−（■＋■））　〉０となる。

次に第５図を参照して光検出器２０で検出された電気信
号の処理回路について説明する。

光検出領域２０に〜２ＯＮの出力信号は、増幅回路３１
に〜３１Ｎにそれぞれ供給される。増幅回路３１Ｋ及び
増幅回路３１Ｎで増幅された信号は、加算回路３２に供
給される。増幅回路３１Ｌ及び増幅回路３１Ｍで増幅さ
れた信号は、加算回路３３に供給される。加算回路３２
で加算された信号出力は比較回路４１の反転入力端に供
給され、一方の加算回路３３で加算された信号出力は比
較回路４１の非反転入力端に供給される。比較回路４１
で上記光検出領域２０に、２ＯＮの検出信号の加算結果
と光検出領域２ＯＬ、２０Ｍの検出信号の加算結果とは
比較される。比較された差出力、即ちフォーカス状態の
ずれに相当する電気信号が駆動回路４４を介してボイス
コイル（図示しない）に供給される。それによって対物
レンズ１６がその光軸方向に沿って駆動されて焦点ぼけ
が補正される。

また増幅回路３１に、３１Ｌ、３１Ｍ、３１Ｎの出力は
全て信号処理回路４３で加算される。加算された結果に
もとづいて光デイスク上に記録された情報が＋Ｉｆ生さ
れる。

一方、ビームスプリッタ３０の接合面で反射された光ビ
ームＬａを検出する光検出器２１は第６Ａ図乃至第６Ｃ
図に示されている。

第６Ａ図乃至第６Ｃ図に示されるように、光検出器２１
はその中央部で先非検出領域としての横方向（Ｚ方向）
の分割線３５によって２つの検出領域２１Ａ及び２１Ｂ
に分割されている。光ディスクに入射された光ビームが
Ｚ方向に延出するグループ５で回折される結果として、
グループの影即ち帯状の暗部が分割線３５と平行にビー
ムスポット内に現れる。これらの帯状の暗部は所定のグ
ループ（トラック）上に光ビームを常に維持する制御即
ちトラッキング制御の為に利用される。言替えるならば
、分離された光検出領域２１Ａ１２１Ｂ上に照射される
光ビームの光強度の差はグループの影の位置に応じて変
化されため、光検出領域２１Ａ、２１Ｂ上に照射される
光強度の差を利用することによってトラッキング制御に
利用できる。

例えば対物レンズ１６が光ディスクに対して心トラック
位置に位置する場合、第６Ｂ図に示されるように光検出
器２１上の光検出領域２１Ａ、２１Ｂ上には等しい光強
度の光ビームが照射される。そのため光検出器からは光
強度の差に応じた信号、すなわち零信号が発生される。

また対物レンズ１６が光ディスクに対して合トラック位
置からいずれかの方向にずれた場合、第６Ａ図又は第６
Ｃ図に示されるように光検出ｍｌ域２１Ａ上に照射され
る光ビームの強度と２１Ｂ上に照射される光ビームの強
度とは異なる。そのため光検出器からは光強度の差に応
じたトラッキングエラー信号が発生される。検出器２１
から発生されたトラッキングエラー信号は駆動回路４５
を介して対物レンズ１６を駆動するためのボイスコイル
８にａ（給され、それによって対物レンズ１６の位置か
光ディスクに平行な平面上で調整される。

次に第７図を参照して光検出器２１で検出された電気信
号の処理回路について説明する。

光検出領域２１Ａの出力信号は増幅回路３１Ａに供給さ
れ、増幅回路３１Ａで増幅された出力信号は比較回路４
２の反転入力端に供給される。また光検出領域２１Ｂの
出力信号は増幅回路３１ＢにＯ（給され、増幅回路３１
Ｂで増幅された出力信号は比較回路４２の非反転入力端
に供給される。

比較回路４２で光検出領域２１Ａの検出信号と、光検出
領域２１Ｂの検出信号とが比較される。比較された信号
の差信号、即ちフォーカスずれに相当する電気信号が駆
動回路４５を介してボイスコイル（図示しない）に供給
される。それによって対物レンズ１６がその光軸に垂直
な面内で駆動されてトラッキングずれが補正される。

上述した装置においては、ハーフプリズム１４で反射さ
れたレーザビームしは球面凸レンズ１７を通過されてビ
ームスプリッタ３０に入射され、ビームスプリッタ３０
の接合面で光ビームＬａ。

Ｌｂに分岐される。接合面で反射された一方の光ビーム
Ｌａは光検出器２１上に投射されて電気信号に変換、さ
れ、変換された信号は所定の方法で処理されてトラッキ
ング制御信号として利用される。

他方の接合面を透過された光ビームＬｂは第１及び第２
の光屈折体１８．１９に入射され、その光軸を境に互い
に略平行な第１の光ビームＬ１及び第２の光ビームＬ２
に分岐されて光検出器２０上に照射される。第１及び第
２の光ビームＬ１、Ｌ２は光検出器２０上に投射されて
電気信号に変換され、変換された信号は所定の方法で処
理されて焦点制御用及び情報再生用として利用される。

しかしながら、この発明の装置の配列はこれらの配置に
制限されない。例えばビームスプリッタ３０で反射され
た光ビームＬａが焦点制御用に利用され、透過された光
ビームＬｂがトラッキングガイド用に利用されてもよい
。また情報再生信号の検出は光検出器２１によってなさ
れてもよい。

さらにまた、光屈折体は平行平板形状を有するガラス仮
１８．１９又で形成されている。しかしながら光屈折体
の材質及び形状は同様の効果を示す限り変更されてもよ
い。さらにまた光屈折体の変更に付随して検出器の位置
変更も可能である。例えば、実施例においては２つの光
屈折体が入射光ビームの光軸上に対称的に配置されてい
る。しかしながら、もし２つの光屈折体が入射光ビーム
の光軸上に対称的に配置されないとしても検出器の配置
及び検出器上の分割線２３．２５の位置を予め定めてお
くことで同様の検出が可能である。

［発明の効果］ この発明においては、第１及び第２の光屈折体から出射
される光ビームの間隔りが各光学部品の光軸のずれに影
響されずに略一定に保たれる。そのため組立て及び調整
の容易な焦点制御装置が提１５町される。またビームス
プリッタ３０に入射された光ビームを２つの光ビームＬ
ａ、Ｌｂに分岐し、その一方の光ビームＬｂからフォー
カス・エラー信号を検出し、同時に他方の光ビームＬａ
からトラック・エラー信号を検出する。そのため高精度
のフォー力ッシング制御及びトラッキング制御が達成さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の焦点制御装置を備える光学ヘッドの
概略構成を示す図、第２図はこの発明の焦点制御装置の
要部を示す斜視図、第３Ａ図及び第３Ｂ図は光軸上に配
置された２つの平行平板と分岐される２つの光ビームの
光軸のずれとの関係を示す側面図、第４Ａ図乃至第４Ｃ
図は光ビームの合焦状態及び非合焦状態を示す４分割光
検出器の正面図、第５図は光検出器２０で検出される信
号の処理方法を示す電気回路図である。第６Ａ図乃至第
６Ｃ図は光ビームの合トラック状態及び非合トラック状
態を示す２分割光検出器の正面図、第７図は光検出器２
１で検出される信号の処理方法を示す電気回路図である
。 １・・・光ディスク、３・・・光学ヘッド、５・・・グ
ループ、８・・・ボイスコイル、１１・・・半導体レー
ザ、１３・・・コリメータレンズ、１４・・・ノ１−フ
プリズム、１６・・・対物レンズ、１７・・・球面凸レ
ンズ、１８・・・第１の光屈折体、１９・・・第２の光
屈折体、２０・・・光検出器、２０Ｉ（〜２ＯＮ・・・
光検出領域、２１・・・光検出器、２１Ａ、２０Ｂ・・
・光検出領域、２３．２５・・・分割線、３０・・・ビ
ームスプリッタ、３１Ａ、３１Ｂ、３１に〜３１Ｎ・・
・増幅回路、３２．３３・・・加算回路、３５・・・分
割線、４１．４２・・・比較回路、４３・・・信号処理
回路、４４．４５・・・駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ビームを記録媒体上に集束するための集束手段と
   、 前記記録媒体からの光ビームの光路上に配置され入射さ
   れた光ビームを第１及び第２の光ビームに分岐する分岐
   手段と、 前記分岐手段からの前記第１の光ビームの光路上でその
   光軸に対して互いに異なる角度に傾けて配置され前記第
   １の光ビームを互いに略平行な第３及び第４の光ビーム
   に分岐する第１及び第２の平行平板と、 前記記録媒体に対する前記集束手段の光軸方向の位置を
   調整する前記第３及び第４の光ビームに応答する手段と
   、 前記記録媒体に対する集束手段の光軸に垂直な平面内の
   位置を調整する前記分岐手段からの第２の光ビームに応
   答する手段を具備することを特徴とする焦点制御装置。