JPH0219537B2 - - 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或いは同心
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
装置における改良を関するものである。

上述した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。このような幅
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
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取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。レーザダイ
オード光源１から放射された光（紙面内に直線偏
光している）はコリメートレンズ２によつて平行
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の位置が上下にずれると、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
を例えば四分割した光検出器（図示せず）により
検出して焦点誤差信号を得、この信号によりフオ
ーカツシング制御を行つている。

また別の技術として本出願人が既に提案した臨
界角に基づく焦点検出装置（特願昭54−79943号）
がある。

この焦点検出装置は、光源から放射された光を
集束させて被照射物体に照射する対物レンズと、
この対物レンズと前記源との間に配置され、光源
からの光を対物レンズに導くと共に、被照射物体
で反射され対物レンズで集光された反射光を二分
割された光検出器に導く光分割素子と、前記対物
レンズと光検出器との間で前記反射光を入射する
ように配置され、前記反射光の光軸に対してほぼ
臨界角またはそれよりもやゝ小さくなるように設
定した反射面を有する検出プリズムとを具え、こ
の検出プリズムの反射面で反射された反射光の光
量分布の変化を前記光検出器により検出して前記
対物レンズの前記被照射物体に対する焦点誤差信
号を得るように構成したものである。

第２図は本発明者が先に提案した焦点検出装置
を具える光学的読取装置の一例の要部の構成を示
す線図である。本例に示す光学的読取装置は、デ
イスク６の反射光を偏光プリズム３で反射させる
迄は第１図に示す光学的読取装置と同じ構成なの
で、第１図に示す符号と同一符号は同一光学部材
を表わす。本例では偏光プリズム３で反射した光
束を検出プリズム１０に入射し、その反射面１１
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ゝ小さ
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）、デイスク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に対して最外側の光線a_i1〜a_i2を
含む傾き成分を持つ光線束となる。またデイスク
６が合焦状態からｂ方向にずれると、反射面１１
への入射光線は最外側の光線b_i1〜b_i2を含む傾き
成分を持つ光線束となる。すなわち、デイスク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（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６がａおよび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３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、中心光光線を含む紙面に対し
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２１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２図中に平面図を
も示すように、中心光線（光軸）を境に二分割し
た二つの受光領域１２Ａ，１２Ｂをもつて構成す
る。なお、第３図は検出プリズム１０の屈折率が
1.50で、ＰおよびＳ偏光を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。

受光領域１２Ａおよび１２Ｂの出力信号を差動
増幅器１３に供給することにより出力端子１４に
焦点誤差信号が得られる。一方両出力信号を加算
器１５で加算することにより出力端子１６にはデ
イスク６に記録されていた情報信号が得られる。

第２図において、デイスク６がａ方向に変位し
たときは、反射面１１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。反射面１
１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、第４図Ａに示
すように光検出器１２上での光量分布は、受光領
域１２Ａが暗くなり、受光領域１２Ｂが明るくな
る。検出プリズム１０の反射面１１が完全に臨界
角に設定されていれば、第４図Ａからもわかるよ
うに受光領域１２Ｂへの入射光量は明るいまゝ変
化しないが、臨界角よりもやゝ小さめに設定され
ていれば受光領域１２Ｂは明るい方向に変化す
る。しかし、第３図で示すようにR_P，R_Sの光量
変化は理論的には臨界角で無限大となるために合
焦付近での感度としては完全に臨界角に設定した
ときが一番高い。更にまた、臨界角よりも大きめ
に設定されていれば光量の変化しない不感帯が生
じることになる。

これに対し、デイスク６がｂ方向に変位したと
きは、反射面１１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１２の領域１２Ａ，１２Ｂの明暗の関係は第
４図Ｂに示すようにａ方向にずれた場合とは逆に
なる。この場合の反射面１１における反射光およ
び透過光の最外側の光線をそれぞれ符号b_r1，b_r2
およびb_t2で示す。

なお、合焦状態では光検出器１２の受光領域１
２Ａ，１２Ｂ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１２Ａ，１２Ｂの出力
の差は第４図Ｃに示すようになり、この差を検出
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焦点誤差信号を得ることがで
き、この信号に基づいて対物レンズ５を光軸方向
に移動制御するフオーカツシング制御を行なうこ
とができる。しかも合焦状態では反射面１１での
透過成分が殆どないから、情報信号を得るための
光量の損失か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１２Ａ，１２Ｂにお
ける光量差が著しくなる。したがつて、十分正確
に焦点検出を行なうことができる。

例えば対物レンズ５としてNA＝0.5，ｆ＝３mm
のものを使うとすれば、デイスク６が1μm変化し
たときの反射面１１に対する入射角の変化は検出
プリズム１０の屈折率を1.50として、一番変化量
の大きい光線（一番外側の光線）に対して0.015
程度となり、光量は充分に変化する。またデイス
ク６が0.2mm程度ａ方向にずれた場合の結像位置
はｆ＝３mmとして、対物レンズ５からデイスク６
側に19.5mm離れた位置となり光検出器１２上に照
射されるビーム径は大きくなる。逆にｂ方向に
0.2mm程度ずれた場合の結像位置は、対物レンズ
５からデイスク６と逆側に25.5mm離れた位置とな
り光検出器１２はこれよりも近くに配置しなけれ
ばならない。しかし光検出器１２を対物レンズ５
から25.5mmに配置したときはデイスク６がｂ方向
に0.2mm以上離れたとしても、受光領域に入射す
る光の関係が反転し、対物レンズ５は更にデイス
ク６から離れる方向に制御されるので、何ら細工
を施さなくても対物レンズ５とデイスク６との衝
突を避けることができる。

なお、第２図では検出プリズム１０の屈折率を
√２として、反射光線を入射光線に対して90゜方
向を変えるようにしたが、これよりも大きい屈折
率をもつ材料を使えば、方向の変化を90゜よりも
小さくすることができる。

前記の２つの焦点検出装置において、いずれも
光検出器入射させる光束の照射領域は光源から光
検出器までの光路中に配置されるレンズ等の光学
素子に依存している。

一方光検出器は例えば大きさ、形状等に関し多
種多様のものが生産されている。そこで光ピツク
アツプヘツドのいろいろな要求からある特定され
た光検出器を選択することになる。この場合当該
選択された光検出器にはその光検出器に応じた光
束の照射を行うことが望ましい。

しかし前記の従来の装置では光検出器への照射
形態を自由に調整することが困難であつた。

そこで本願発明は対物レンズと光検出器間の光
路中であつて、記録媒体への入射光路を含まない
前記記録媒体からの反射光路中に凹レンズを配置
したことによつてかかる欠点を除去したものであ
る。

ここで光検出器への入射光路中に凹レンズを配
置した技術は米国特許第3470377号明細書で説明
されている。しかしかかる技術は反射面のヨーイ
ングとピツチング角度を検出する装置であつて、
情報がトラツク状に記録された記録媒体の情報を
光学的に読み取る本発明と技術分野が著しく異な
る。

当該先行技術の凹レンズ（図番48）は４分割デ
イテクタ（図番48）に対向て配置されており明細
書において「当該凹レンズは４分割デイテクタ上
に焦点を結ぶ」と説明されているだけで、本発明
のように凹レンズを配置して光検出面上での光束
の大きさを調整する旨の説明はない。

以上の様に上記先行技術の凹レンズは本願の光
検出器に応じて所望の照射光束の大きさを調整す
るために対物レンズと光検出器間の光路中であつ
て、記録媒体への入射光路を含まない前記記録媒
体からの反射路中に凹レンズを配置するという本
願発明の目的、構成並びに効果を何ら開示、示唆
していないものである。

本発明は、情報がトラツク状に記憶された記録
媒体に光源からの光束を対物レンズによつて収束
して入射させ、その反射光を記録媒体面に垂直な
方向の記録媒体の変位に応じて非相似形の関係で
ビーム形状に変化を生じさせる焦点検出用の光学
素子へ入射させ、この光学素子から発する光を少
なくとも１つの直線で分割された受光領域を有す
る光検出器へ入射させ、この光検出器の受光面で
の前記ビーム形状の変化を検出することにより焦
点誤差信号を得るようにした情報読取装置におい
て、 前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中
であつて、前記記録媒体への入射光路を含まない
記録媒体からの反射光路中で且つ収束光路中にの
み凹レンズを配置して前記光検出器に入射する光
束の大きさを調整したことを特徴とするものであ
る。

以下本発明の幾つかの実施例を図面を参照して
説明する。

第５図は本発明の合焦検出装置の一実施例を示
すものである。本例において第２図に示した部分
と同一部分には同じ符号を付けて示す。これらの
同一部分の構成および作用は第２図に就いて説明
したところと同一である。本例においては偏光プ
リズム３と対物レンズ５との間にコリメートレン
ズ２０を配置し、光源１から放射され偏光プリズ
ム３で反射された発散光束を平行光束とし、これ
を対物レンズ５に入射させる。この平行光束レン
ズ５で集束され、微小スポツトとしてデイスク６
上に照射される。デイスク６の情報トラツク面で
反射された光は対物レンズ５で集光され、合焦状
態では平行光束となつてコリメートレンズ２０に
戻される。この平行光束はコリメートレンズ２０
で集束され、その集束された光束は偏光プリズム
３を透過して凹レンズ２１に入射する。この凹レ
ンズ２１により集束光束を再び平行束とする。た
だし、この平行光束の径は対物レンズ５からの平
行光束の径に比べて著しく小さくすることができ
る。このようにして得られる平行光束をその光軸
に対して臨界角またはそれよりも僅かに小さい角
度に設定した反射面１１を有する検出プリズム１
０に入射させる。例えば臨界角に設定されている
場合には、この平行光束は反射面１１で全反射さ
れ、光検出器１２に平行光束として入射する。こ
のように検出プリズム１０および光検出器１２に
入射する光束の径を、対物レンズ５からの平行光
束の径に比べて小さくすることができるため、対
物レンズ５を大口径のものとしても光検出器１２
を小型で軽量のものとすることができる。

第６図は本発明による合焦検出装置の他の実施
例を示すものである。本例では光源１と偏光プリ
ズム３との間に凸レンズ２２を配置し、対物レン
ズ５に発散光を入射させる。対物レンズ５はこの
発散光を集束してデイスク６上にスポツトを照射
する。デイスク６で反射された光を対物レンズ５
で集光し、集束光束として偏光プリズム３を透過
させる。合焦状態においてはこの集束光束を凹レ
ンズ２３で平行光束とし、これを検出プリズム１
０に入射させ、その反射面１１で反射した平行光
束を光検出器１２に入射させる。本例においても
合焦状態において検出プリズム１０および光検出
器１２に入射する平行光束の径は対物レンズ５を
通る光束の径よりも相当小さくすることができ
る。したがつて、小形な光検出器１２に対して凹
レンズにより適切な大きさの光束を照射すること
ができる。

以上の様に、本発明は情報読取装置において、
光検出器への入射光の光束の大きさを調整するた
めに、対物レンズと光検出器間の光路中であつ
て、記録媒体への入射光路を含まない前記記録媒
体からの反射光路中に凹レンズを配置したから、
簡単な構成で所望の光検出器に対し適切な光照射
を行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はの焦点検出方式を適用する光学的読取
装置の構成を示す線図、第２図は本発明者等が先
に提案した焦点検出方法を実施する光学的読取装
置の要部の一例の構成を示す線図、第３図は臨界
角近傍での反射強度の一例を示す線図、第４図Ａ
〜Ｃは同じくその動作を説明するための波形図、
第５図は本発明による焦点検出装置の一実施例の
構成を示す線図、第６図はそれぞれ本発明による
焦点検出装置の他の実施例の構成を示す線図であ
る。 １……レーザ光源、２……コリメートレンズ、
３……偏光プリズム、４……1/4波長板、５……
対物レンズ、６……デイスク、１０……検出プリ
ズム、１１……反射面、１２……光検出器、２０
……コリメートレンズ、２１……凹レンズ、２２
……凸レンズ、２３……凹レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 情報がトラツク状に記憶された記録媒体に光
   源からの光束を対物レンズによつて収束して入射
   させ、その反射光を記録媒体面に垂直な方向の記
   録媒体の変位に応じて非相似形の関係でビーム形
   状に変化を生じさせる焦点検出用の光学素子へ入
   射させ、この光学素子から発する光を少なくとも
   １つの直線で分割された受光領域を有する光検出
   器へ入射させ、この光検出器の受光面での前記ビ
   ーム形状の変化を検出することにより焦点誤差信
   号を得るようにした情報読取装置において、 前記対物レンズと前記光検出器間の光路中であ
   つて、前記記録媒体への入射光路を含まない記録
   媒体からの反射光路中で且つ収束光路中にのみ凹
   レンズを配置して前記光検出器に入射する光束の
   大きさを調整したことを特徴とする情報読取装
   置。