JPH0215925B2 - - Google Patents

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
経て読み取り光スポツトを集束して情報を読み取
る装置において、対物レンズの記録媒体に対する
焦点はずれを検出する焦点検出装置に関するもの
である。

上述した情報読み取り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長の一つは、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、対物レンズのデイスク面に対する焦点は
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
ング制御が行なわれている。

第１図は従来の光学的読み取り装置における焦
点検出方式を説明するための線図である。レーザ
光源１から放射された光（紙面内に直線偏光して
いる）はリレーレンズ２を経て平行光とされ、偏
光膜を有する偏光プリズム３、1/4波長板４およ
び対物レンズ５を経て情報トラツクを含むデイス
ク６上に集束される。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５および1/4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、
１／４波長板４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３で
反射される。この偏光プリズム３で反射された光
束を集光レンズ７および円筒レンズ８により集束
させる。ここで円筒レンズ８は一軸方向にのみ集
束作用を持つから、集光レンズ７および円筒レン
ズ８による集束ビームの形状は、デイスク６の位
置が合焦位置からａおよびｂ方向にずれると、情
報トラツクに正しく集束された状態（合焦位置）
を境として直交した方向に変形する。従来は、こ
の形状変化を四分割した光検出器９により受光
し、この光検出器９の対角線同志の出力の和の差
を差動増幅器１０で検出して第２図に示すような
焦点誤差信号を得、この信号により差動増幅器１
０の出力が零となるようにフオーカツシング制御
を行なつている。

しかし、上述した従来の焦点検出方式において
は、第２図から明らかなように、差動増幅器１０
の出力が零となる合焦点付近で、焦点誤差信号が
急激に変化するが、合焦状態から離れ過ぎると信
号が得られないため、検出可能範囲が狭い欠点が
ある。

このような欠点を除去するため、第３図に示す
ような焦点検出方式も提案された。この焦点検出
装置は、偏光プリズム３と集光レンズ７との間
に、デイスクからの戻り光束のほぼ半分をカツト
するナイフエツジ１１を配置すると共に、集光レ
ンズ７の焦点面に二分割した光検出器１２を配置
し、この光検出器１２のそれぞれの出力の差を差
動増幅器１３で検出して焦点誤差信号を得るもの
である。この焦点検出方式によれば、第１図のも
のよりも焦点検出範囲を広くすることができる
が、デイスクからの戻り光束のほぼ半分が常にナ
イフエツジ１１でけられるため効率が悪い欠点が
ある。

本発明の目的は、上述した種々の欠点を除去
し、効率良くしかも常に正確に合焦状態を検出で
きるよう適切に構成した焦点検出装置を提供しよ
うとするものである。

本発明の焦点検出装置は、光源から射出された
光を光学的に情報が記録された記録媒体に集束さ
せる対物レンズと、前記記録媒体からの反射光束
の光軸に対して臨界角または臨界角近傍に設定し
た反射面を有する光学部材と、合焦位置にあると
きに前記記録媒体からの反射光束を前記光学部材
の反射面に結像させる手段と、前記光学部材の反
射面での反射光を受光するように配置され、該反
射面での反射光の光軸と直交する平面で、前記反
射面における入射面と直交する方向を境に２分割
した受光領域を有する受光素子とを具え、前記２
個の受光領域の出力を比較して前記対物レンズの
前記記録媒体に対する焦点誤差信号を得るように
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４図は本発明の焦点検出装置の一例の構成を
示す線図であり、光学式デイスクの再生装置に適
用したものである。レーザ光源２１（例えばガス
レーザ）から放射された光（Ｐ偏光）をリレーレ
ンズ２２を経て平行光束とし、偏光膜を有する偏
光プリズム２３、1/4波長板２４および対物レン
ズ２５を経て情報トラツクを含むデイスク２６上
に集束させる。デイスク２６での反射光は対物レ
ンズ２５および1/4波長板２４を経て偏光プリズ
ム２３に入射させ、該偏光プリズム２３によりレ
ーザ光源２１とは異なる方向に出射させる。この
偏光プリズム２３から出射されるデイスク２６か
らの戻り光束（Ｓ偏光）を集光レンズ２７を経て
プリズム２８に入射させる。プリズム２８は本例
ではデイスク２６からの戻り光束の光軸に対して
臨界角に設定した反射面２８ａをもつて構成する
と共に、対物レンズ２５がデイスク２６に対して
合焦位置にあるときに集光レンズ２７に入射する
戻り光束（平行光束）が反射面２８ａ上に集束す
るよう配置する。すなわち、集光レンズ２７の光
軸と反射面２８ａとの交点２８ｂが、集光レンズ
２７の焦点位置となるようにプリズム２８を配置
する。本例ではプリズム２８の反射面２８ａで反
射された光束を、レンズ２９を経て２分割された
受光領域３０Ａおよび３０Ｂを有する光検出器３
０で受光し、受光領域３０Ａおよび３０Ｂの出力
の差を差動増幅器３１で検出して焦点誤差信号を
得る。なお、光検出器３０はレンズ２９に関して
反射面２８ａの交点２８ｂと光学的に共役な位置
に配置すると共に、レンズ２９の光軸と直交する
平面で、光軸を通りかつ反射面２８ａの入射面と
直交する方向を境として受光領域３０Ａ，３０Ｂ
を配置する。

このように、プリズム２８の反射面２８ａを集
光レンズ２７の光軸に対して臨界角に設定する
と、反射面２８ａでの反射光の強度は第５図に示
すように、入射光線の光軸に対する傾き角度が、
反射面２８ａに対して臨界角以上では全反射さ
れ、逆の場合には反射強度が急激に減少すること
になる。

第４図において、デイスク２６が合焦位置から
ａ方向にずれて対物レンズ２５に近づくと、対物
レンズ２５、1/4波長板２４および偏光プリズム
２３を経て集光レンズ２７に入射するデイスク２
６からの戻り光束は拡散光となり、したがつて、
プリズム２８の反射面２８ａに入射する光束は第
６図Ａに示すように収束光となる。この場合に
は、光軸よりも図において下側の光束は臨界角よ
りも大きく、したがつてこの部分の光は全反射さ
れるが、光軸よりも図において上側の光束は臨界
角よりも小さくなるため、この部分では透過光が
存在し、反射光の強度は第５図から明らかなよう
に極端に減少する。したがつて、光検出器３０上
では、受光領域３０Ａが明るく、受光領域３０Ｂ
は暗くなる。これに対し、デイスク２６が合焦位
置からｂ方向にずれて対物レンズ２５から遠ざか
ると、集光レンズ２７の入射光束は収束光とな
り、したがつてプリズム２８の反射面２８ａに入
射する光束は第６図Ｂに示すように拡散光とな
る。この場合には、第６図Ａの場合とは逆に、光
軸よりも上側の光束が全反射され、下側の光束は
反射面２８ａを屈折透過するため、その反射光強
度は極端に減少する。したがつて、光検出器３０
上では、受光領域３０Ａが暗く、受光領域３０Ｂ
が明るくなる。一方、デイスク２６が対物レンズ
２５の焦点位置にある合焦状態では、集光レンズ
２７に入射する光束は平行光束となり、第６図Ｃ
に示すようにプリズム２８の交点２８ｂに焦点を
結び、その反射光はレンズ２９により光検出器３
０上に集束される。ここで前記集束光が受光領域
３０Ａおよび３０Ｂに等しく入射する様にすれ
ば、受光領域３０Ａおよび３０Ｂからの出力は等
しくなる。

上述した光検出器３０の受光領域３０Ａおよび
３０Ｂの明暗の関係は、デイスク２６が合焦位置
から広範囲に亘つてずれても同様に現われる。し
たがつて、受光領域３０Ａおよび３０Ｂの出力の
差を検出する差動増幅器３１からは、第７図に示
すように極めて広範囲に亘つて焦点ずれを表わす
焦点誤差信号を得ることができると共に、デイス
ク２６からの戻り光束を第３図に示したようにナ
イフエツジでけることがないから、光の利用効率
したがつて光検出器３０における検出感度も良
い。また、合焦点附近での焦点誤差信号の変化が
急峻になるから、信号のＳ／Ｎも大きくなる。な
お、合焦点附近での焦点誤差信号の変化は、集光
レンズ２７のＮ・Ａを大きくする程大きくするこ
とができる。

第８図は本発明の焦点検出装置の他の例の構成
を示す線図である。本例では光源として半導体レ
ーザ４１を使用し、この半導体レーザ４１から射
出された光を収差補正ガラス４２を経て偏光プリ
ズム２３に入射させ、偏光プリズム２３の透過光
をコリメートレンズ４３、1/4波長板２４および
対物レンズ２５を経てデイスク２６に集束させ、
デイスク２６での反射光を対物レンズ２５、1/4
波長板２４およびコリメートレンズ４３を経て偏
光プリズム２３に入射させ、この偏光プリズム２
３で反射された光束をプリズム２８の反射面２８
ａに集束させるようにして、第４図と同様に焦点
誤差信号を得るようにしたものである。本例の場
合も、第４図と同様に広範囲に亘つて焦点誤差信
号を効率良く、しかも高感度で検出することがで
きる。

なお、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。例えばプリズム２８の反射面２８ａは、入射
光束の光軸に対して臨界角よりも若干大きくある
いは小さく設定しても、同様にして焦点誤差信号
を得ることができる。

また、第４図、第８図においてはプリズム２８
の反射面２８ａにＳ偏光を入射させるようにした
が、偏光プリズム２３とプリズム２８との間に
90゜回転子を介在させたり、あるいは偏光プリズ
ム２３に対して光源とプリズム２８との位置関係
を逆転してプリズム２８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、臨界角近
傍における反射強度の変化がさらに急峻となるか
ら、検出感度をさらに高めることができる。さら
に、上述した例では偏光している光を使用するも
のについて説明したが、偏光していない光を使用
する場合でも本発明を有効に適用することができ
る。さらにまた、上述した例では、いずれも偏光
プリズム２３を用いたがハーフミラーを用いるこ
ともできる。また反射面はプリズムの一面として
構成する必要はなく、例えば平板なガラス板を以
つて構成することもできる。さらにまた、本発明
は上述したビデオデイスクにおける光学的読み取
り装置の他、種々の光学機器の焦点検出に適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焦点検出方式を適用する光学的
読み取り装置の構成を示す線図、第２図はその焦
点誤差信号を示す線図、第３図は従来の他の焦点
検出方式を説明するための線図、第４図は光学式
デイスク再生装置に適用した本発明の焦点検出装
置の一例の構成を示す線図、第５図は臨界角附近
での反射光の強度の一例を示す線図、第６図Ａ，
ＢおよびＣは本発明の動作を説明するための線
図、第７図は本発明により得られる焦点誤差信号
の一例を示す線図、第８図は本発明の焦点検出装
置の他の例の構成を示す線図である。 ２１……レーザ光源、２２……リレーレンズ、
２３……偏光プリズム、２４……1/4波長板、２
５……対物レンズ、２６……デイスク、２７……
集光レンズ、２８……プリズム、２８ａ……反射
面、２９……レンズ、３０……光検出器、３０
Ａ，３０Ｂ……受光領域、３１……差動増幅器、
４１……半導体レーザ、４２……収差補正ガラ
ス、４３……コリメートレンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源から射出された光を光学的に情報が記録
   された記録媒体に集束させる対物レンズと、 前記記録媒体からの反射光束の光軸に対して臨
   界角または臨界角近傍に設定した反射面を有する
   光学部材と、 合焦位置にあるときに前記記録媒体からの反射
   光束を前記光学部材の反射面に結像させる手段
   と、 前記光学部材の反射面での反射光を受光するよ
   うに配置され、該反射面での反射光の光軸と直交
   する平面で、前記反射面における入射面と直交す
   る方向を境に２分割した受光領域を有する受光素
   子とを具え、 前記２個の受光領域の出力を比較して前記対物
   レンズの前記記録媒体に対する焦点誤差信号を得
   るようにしたことを特徴とする焦点検出装置。