JPH02220234A - 焦点検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば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
束して情報を光学的に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状態を検出する焦点検出
装置に関する。

〔従来の技術〕

上述した光学的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、光カード等の記録媒体を用いるものがあ
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、記録ビ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
のため元の情報を正確に読み取るためには、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、かかる光学的情報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。

第５図は特公昭６２−２７４５６号公報において開示さ
れた焦点検出装置を示すものである。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、コリ
メートレンズ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、対物レンズ５および
記録媒体６の透明保護層６Ａを経てその記録層６Ｂの表
面に集束される。この光束は、記録層６Ｂ上で反射され
、透明保護層６Ａ、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
より成る検出プリスム１０に入射し、その一つのプリズ
ム面１１（以後反射面と称する。）により反射される光
束を光検出器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
に設定されている。したがって、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１１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ａｌｌ〜ａ１２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〜ｂ１２で示す傾き成分をもつ光線束となる。

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。したがって、
記録媒体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６図に示すように
臨界角近傍では、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図に平面図をも示
すように中心光線（光軸）を境に２分割した２つの受光
領域１２Ａ、　１２Ｂをもって構成されている。な・お
、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Ｒｐおよ
びＲｓを示したものである。

また、従来の焦点検出装置として、例えば特開昭５７−
１２２４１０号公報に開示されているように、焦点検出
感度を向上させるために、上記の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
ングを施したものも提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の焦点検出装置にあっては
、記録媒体６からの反射光の偏光状態が一定でないと焦
点検出感度が変動し、焦点状態を正確に検出できないと
いう問題がある。例えば第５図において、記録媒体６の
透明保護層６＾が、αラジアンのりタープ−ジョンを持
っていると、紙面内の直線偏光は、ジョーンズベクトル
でただし、透明保護層６Ａのりタープ−ジョンの軸は簡
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持つ直線偏光
子と考えられるから、記録媒体６への入射時のジョーン
ズ行列は出プリズム１０への入射光の複素振幅Ｅは、と
なる。

たま、光強度ＩＥ１１は、 となる。

上記（１）式は、記録媒体６の透明保護層６Ａに例えば
、９０°のリタデーション（ダブルパス）があるとする
と、検出プリズムｌＯへの入射光量は、リタデーション
のない場合と比較して、１／２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６八がリタデ
ーションを持つと、検出プリズム１０に入射する光量が
減少することになり、焦点検出感度が低下する。また、
リタデーションαが記録媒体６上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。

また、上記のように検出プリズム１０への入射光量の変
動を抑えるために、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ると、検出プ
リズムＩＯに入射するＳ偏光とＰ偏光の光量比は５ｉｎ
２（α／２）　：　ｃｏｓ”（α／２）となる。しかし
、このように構成すると、検出プリズム１０の反射面１
１における臨界角近傍での入射角に対する反射強度の変
化は、第６図に示したようにＰ偏光の方が２、峻である
ため、検出プリズムｌＯ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、リタデーシッ
ンαが変動すると、Ｓ偏光とＰ偏光の光量比が変動して
焦点検出感度が変動することになる。更に、焦点検出感
度を向上させるために、反射面１１に多層膜コーティン
グを施して入射角度に対する反射強度を第７図に示すよ
うにすると、α−１８０°のときは検出プリズム１０へ
の入射光はＳ偏光だけとなって、焦点検出はほとんど不
可能となる。

このように、従来の焦点検出装置においては、記録媒体
６の透明保護層６八にリタデーションαがあると、焦点
検出感度がαに依存して低下するという問題がある。

この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、被照射物体に複屈折があっても、それに依存す
ることなく焦点状態を常に高精度で検出できるよう適切
に構成した焦点検出装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では対物レンズを経て被照射物体
に投射された光の該被照射物体での反射光の少なくとも
一部を光検出器で受光して、前記対物レンズの前記被照
射物体に対す′る焦点状態を検出するようにした焦点検
出装置において、前記光検出器に入射する前記被照射物
体からの反射光の光路中に、互いに直交する二つの偏光
成分間で反射率が異なる反射部材を設けると共に、この
反射部材に入射する光束の一部が透過するように該反射
部材と前記被照射物体との間に９０°旋光素子を設けた
ことを特徴とするものである。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。レー
ザ光源２１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２２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２４、対物レンズ
２５および記録媒体２６の透明保護層６Ａを経て、記録
層２６Ｂの表面に集束される。

この光束は、記録媒体２６の記録層２６Ｂの表面で反射
され、透明保護層２６Ａおよび対物レンズ２５を経てハ
ーフプリズム２４に入射する。ハーフプリズム２４に入
射する反射光は、リタデーションαを持つ透明保護層２
６Ａの影口により、一般に楕円偏光となり、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５ｉｎ２（α／２）：ｃｏｓ”（α／２）と
なる。ハーフプリズム２４は偏光特性を持たないので、
その反射率をｒとすると、ｒ　（ｓｉｎ”　（α／２）
　＋ｃｏｓ”　（α／２））＝ｒの光が反射することに
なり、反射光強度は偏光に依存しない。ハーフプリズム
２４で反射された光は、三角プリズムよりなる検出プリ
ズム３０に入射し、その一つのプリズム面３１　（以後
、反射面と称する。）により反射される。この実施例で
は、ハーフブリズム２４と検出プリズム３０との間に、
第２図に第１図のＡ−Ａ’線矢視図を示すように検出プ
リズム３０の入射面の約半分の面積を有する１７２波長
板３２を配置し、これにより光束３３の１７２を透過さ
せて検出プリズム３０に入射させるようにする。反射面
３１で、反射される光束は、第１図に平面図をも示すよ
うに２分割した受光領域３４Ａ、　３４Ｂを有する光検
出器３４で受光される。ここで、反射面３１は、対物レ
ンズ２５が記録媒体２６に対して合焦位置にあるときの
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。

上記構成において、１７２波長板３２は検出プリズム３
０へ入射する光束３３の１７２が透過するように配置さ
れているので、検出プリズム３０へは１／２波長板３２
を透過した光束と透過していない光束とが等しい光量入
射することになる。ここで、１７２波長β２＋γｚ＝１
、検出プリズム３０のＰ偏光の反射率をＲｐ、Ｓ偏光の
反射率をＲｓとすると、検出となる。一方、１７２波長
板３２を透過しないで直接検出プリズム３０へ入射する
光束の検出プリズム３０ら、検出プリズム３０での反射
後の光束の光量は、合計で−（Ｒｐ”＋Ｒｓ”）となり
、入射光束の偏光に依存せず、一定となる。したがって
、透明保護層２６Ａにリタデーションがあっても、これ
に影古されることなく安定でかつ高精度の焦点検出が可
能となる。

第３図はこの発明の第２実施例を示すものである。この
実施例では、光学系をコンパクトにまとめるため、ハー
フプリズム２４で反射された記録媒体２６からの戻り光
束３３の１／２を１／２波長板３６を経た後に光軸を折
り曲げるためのミラー３７に入射させ、残りの１７２を
直接ミラー３７に入射させる。ここで、１／２波長板３
６は、第４図にＢ−Ｂ’線矢視図を示すようにミラー３
７の反射面を４分割する領域の対角線の２個の領域に対
応して配置し、これにより光束３３の１７２を透過させ
るようにする。ミラー３７で反射された光は、シリンド
リカルレンズ３８で非点収差を与えて、第３図に平面図
をも示すように４分割した受光領域３９Ａ〜３９Ｄを有
する光検出器３９で受光し、その非点収差による光量分
布の変化を検出して焦点状態を検出するようにする。

かかる構成に於いて、ミラー３７はＰ偏光とＳ偏光とで
一般に反射率が異なる。このため、透明保１１！２６Ａ
に複屈折があると、ミラー３７への入射光のＰ偏光とＳ
偏光との光量比が変動し、ｌ／２波長板３６がないと、
ミラー３７での反射後の光量が変動して焦点検出感度が
変動することになる。しかし、上記のように、１／２波
長板３６をミラー３７の前に入射光束３３の１／２が透
過するように挿入すれば、第１の実施例で述べたと同様
の効果が得られ、焦点状態を安定にかつ高精度で検出す
ることが可能となる。

なお、この発明は上述した実施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実施例における１７２波長板３２を第２実施例の
１７２波長板３６に代えて用いることもできるし、逆に
第２実施例における１７２波長板３６を第１実施例の１
７２波長板３２に代えて用いることもできる。また、１
７２波長板３２．３６は必ずしも半分の光束を透過させ
るように配置する必要はなく、一部の光束を透過させる
ように配置すればよい。更に、上記各実施例では１７２
波長板を用いたが、ファラデイ素子のような偏光面を９
０°回転させる素子を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば被照射物体からの
反対光路中に、互いに直交する二つの偏光成分間で反射
率が異なる反射部材を設けると共に、この反射部材に入
射する光束の一部が透過するように該反射部材と被照射
物体との間に９０’旋光素子を設けたので、被照射物体
に複屈折があっても、それに影響されることなく、対物
レンズの被照射物体に対する焦点状態を常に安定かつ高
精度で検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図、第２図は第１
図のＡ−Ａ’線矢視図 第３図はこの発明の第２実施例を示す図、第４図は第３
図のＢ−Ｂ’線矢視図、 第５図、第６図および第７図は従来の技術を説明するた
めの図である。 ２１・・・レーザ光源　　　２２・・・コリメートレン
ズ２４・・・ハーフプリズム　２５・・・対物レンズ２
６・・・記録媒体　　　　２６Ａ・・・透明保護層２６
Ｂ・・・記録層　　　　３０・・・検出プリズム３２・
・・１／２波長板　　　３４・・・光検出器３６・・・
１７２波長板　　　３７・・・ミラー３８・・・シリン
ドリカルレンズ ３９・・・光検出器 第１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対物レンズを経て被照射物体に投射された光の該被
   照射物体での反射光の少なくとも一部を光検出器で受光
   して、前記対物レンズの前記被照射物体に対する焦点状
   態を検出するようにした焦点検出装置において、 前記光検出器に入射する前記被照射物体からの反射光の
   光路中に、互いに直交する二つの偏光成分間で反射率が
   異なる反射部材を設けると共に、この反射部材に入射す
   る光束の一部が透過するように該反射部材と前記被照射
   物体との間に９０゜旋光素子を設けたことを特徴とする
   焦点検出装置。