JPH02263341A - 光ピックアップ装置の格子 - 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、光ディスクの８己録・再生に使用するピッ
クアップ装置等における自動合焦装置の格子に関する。

［従来の技術］ 従来、光デイスク装置のピックアップ装置における自動
合焦装置には、非点収差法や遮光法等がよく知られてい
る。前者は、シリンドリカルレンズ等を使用して非点収
差を発生させ、四分割受光素子でフォーカスエラー信号
を得る方法である。

また、後者は１反射光の一部をナイフェツジ等により遮
光し、このナイフェツジを含む面の像を集光レンズによ
り４分割受光素子に結像させてフォーカシングエラーを
検出するものである。

ところで、これらの方法は、フォーカシング検出光学系
にシリンドリカルレンズやナイフェツジ等を使用するた
め、いずれも自動合焦装置の感度を上げようとすればシ
リンドリカルレンズの合焦距離を長くしたり、受光素子
を遠くに置かなければならず、装置全体が大きくなり重
くなってしまう等の欠点があった。

このため、本件発明者等は、光ディスクの結像面からの
反射光束を２枚の格子に入射させ、これによって生ずる
モアレ縞の変化を利用して合焦させる自動合焦装置を提
案している。（特願昭６２−６０００７号参照） これは、２枚の格子を透過型の白黒格子を使用してモア
レ縞を発生させ、このモアレ縞が光ディスクの変動にと
もない回転することを利用してフォーカシング信号を得
るように形成したものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このときの２枚の透過型白黒格子については
、格子ピッチとフーリエ像との関係については未だ解析
していなかった。この発明はこれらの関係について新た
に波動光学的に検討を加えるとともに、その格子間隔を
一定にして、かつ第１の格子に対して第２の格子を何ら
調整することなく高精度な自動合焦装置が得られる格子
を提供することを目的とする。

また、回折格子の基板を四分割受光素子の窓ガラスと兼
用させることによりコンパクトな光ピックアップを提供
することを目的とする。さらに、第１．第２の格子は、
１枚の集光レンズの両面に形成することにより部品点数
の削減を図るとともによりコンパクトな光ピックアップ
を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明では、半導体レーザからの射出光を対物レンズ
により光ディスクに点状に照射し、この光ディスクから
の反射光なモアレ縞を発生させる第１と第２の格子に照
射させ、発生したモアレ縞の方向を検出する四分割受光
素子から構成される自動合焦装置に使用する格子おいて
、上記第１と第２の格子は１枚の透明な基板の両面に設
け、その厚さをタルボ距離の整数倍に設定したことを特
徴とする光ピックアップ装置の格子である。

また、この発明の第２発明は、四分割受光装置の窓ガラ
スと共用するものであり、第３の発明は、集光レンズの
両面に第１．第２の格子を形成したものである。

［作　用］ この発明では、第１．第２の格子をタルボ距離の厚さを
有する基板あるいはレンズの両面に形成することにより
調整を簡素化することができ、鮮明なモアレ縞を形成す
ることができる。したがって、組立時における調整が簡
素化されるとともに、部品点数の削減でき、四分割受光
素子で得られるフォーカスエラー信号を精度良く検出す
ることが可能となる。

［実　施　例］ 先ず、第３図を参照してフーリエ像の原理を簡単に説明
する。レーザ光源１から射出される波長λの光束２は集
光レンズ３により集光されコリメータレンズ４により平
行光束２ａとなって透明部子透明部が平行な一定間隔（
格子間隔のピッチｄ）に形成された格子５を照射する。

この格子５の像は一般には無限に裏側（図では右側）に
生じるわけであるが、光の回折によりｄｉ／えの位置に
元の格子５と同じ鮮明な像６，７．・・・・が形成され
る。この像６，７．・・・・はフーリエ像と呼ばれ、ｄ
ｌ／えをタルボ（Ｔａｌｂｏ）距離Ｔと称されるもので
ある。

実際には、元の格子５の位置からタルボ距ｆｉＴの２ｍ
倍（ｍは整数）、つまり２ｍｄ”　／λ離れた位置に元
の格子５と同じ鮮明な像ができ、（２ｍ＋ｔ）ｄ”　／
λの位置には元の格子５と白黒反転した像ができること
になる。したがって、ｄｍ／λのタルボ距離Ｔ毎に元の
格子５と同じ鮮明な像が反転像と交互に生じ、これが無
限に形成されることになる。そして、これらの像の間で
は光の回折により像がボケでしまう、第４図は、このフ
ーリエ像のコントラスト変化の状態を示すもので、丁度
サインカーブ状になり、像と像の中間地点ａ、ｂではボ
ケがピークになり像が生じない位置である。

ここで、格子５の格子ピッチｄが波長んに比べて十分に
大きい値であると、タルボ距！ｌｉＴが太きくなり、格
子ピッチｄが波長λに比べて小さいとタルボ距離Ｔも小
さくなる。したがって、格子５の最初のフーリエ像が生
じる位置（タルボ距１１ｔｌ）Ｔに格子５と全く同じ第
２の格子を置（と、２つの格子が重なり合ったことと同
じ状態になり、鮮明なモアレ縞を生じることになる。と
ころが、タルボ距！！Ｔの位置から徐々にはずれていく
と、第４図にフーリエ像のコントラストの変化をグラフ
化して示すようにモアレ縞のコントラストは一定周期の
位相で変化することになる。

次に、この発明のモアレ縞を発生させるための格子を第
１図（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。透明なガラス
あるいはプラスチックの厚さｔの平行平面からなる基板
１２の表面には、平行な等間隔のピッチｄの白黒の縞か
らなる格子を形成して第１の格子１３を設置する。また
、基板１２の裏面には第１図（Ｂ）に示すように、例え
ば水平に平行な等間隔のピッチｄの白黒の縞からなる第
２の格子１３ａを第１の格子の縞と傾き角αの角度をも
たせて形成してこの格子部材１０は構成されている。こ
の傾き角αの値は５°〜１５°程度の値である。このと
き、基板１２の厚さｔは前記したタルボ距離Ｔに設定す
ることにより、第１の格子１３のフーリエ像は裏面の第
２の格子１３ａ上に重なって生じ、これにより鮮明なモ
アレ縞を形成することができる。

次に、このように形成された格子部材１０が単一のガラ
ス基板１２の両面に第１の格子１３と第２の格子１３ａ
を形成した場合について、ガラス基板によって格子間隔
がどのように変化するのかを説明する。

曲率半径Ｒで波長λ１の球面波の光がピッチｄの格子を
照明したとすると、次の式を満足するＺの位置に像が得
られることになる。

格子間が空気の場合には Ｒんｒ　−ｍｄ” となる。

ガラス基板１２の屈折率をｎとすると、このガラス基板
内での光の波長は′Ｌ２＝え＋　／ｎであるので、格子
間にガラスを挟んだときにはＲλ　ｘ　　−ｍｄ” の位置に像が得られることになる。

具体的な数値として、整数ｍを１．ガラスの屈折率ｎ＝
１．５．球面波の光の曲率半径Ｒ＝−３０Ｘ　Ｉ　Ｏ−
”　（ｍ）、光の波長λＩ　＝７８０Ｘ１０”’　（ｍ
）、格子ピッチｄ＝０．０５　（ｍｍ）を上記（１）式
に代入して計算すると Ｚ＝２．９０ＸＩＯ−”（ｍ） Ｚ′＝４．１４Ｘ１０−”（ｍ） ＝４．１４ｍｍ となる。

したがって、屈折率ｎ＝１．５で厚さｔ＝４．１４ｍｍ
のガラス基板１２の両面に第１の格子１３と第２の格子
１３ａを設けて形成された格子部材１０は、第１の格子
１３と第２の格子１３ａとの格子間隔を調整する必要も
な（、また、第１の格子１３に対する第２の格子１３ａ
の傾き角αの調整も不要となり、自動合焦装置の組立時
において非常に複雑で精度の出しにくかった調整が簡素
化されることになる。

次に、第２図を参照してこのように形成された格子部材
１０を光ピックアップ装置の自動合焦装置に適用した例
を説明する。

半導体レーザ２１からの射出光２２はコリメータレンズ
２３で平行光束２２ａとなり、この光軸と４５度に傾斜
したミラー２４ａをもつビームスプリッタ２４および１
／４波長板２５を透過して対物レンズ２６により収束さ
れて光ディスク２７の情報面２７ａ上を点状に照射する
。この情報面２７ａからの反射光は再び対物レンズ２６
で集光されるが、例えば光ディスク２７の情報面２７ａ
が丁度対物レンズ２６の焦点距離の位置にあるとすると
、対物レンズ２６で°集光された戻り光は再び平行光束
２２ｂとなって１／４波長板２５を透遺し、ビームスブ
リック２４の偏光ミラー面２４ａで右方へ反射され、第
１と第２の格子１３．１３ａからなる格子部材１０を照
射することになる。第１の格子１３のフーリエ像はタル
ボ距ＷＩＴだけ離間して設けられた第２の格子１３ａ上
にできる。このとき第１の格子１３と第２の格子１３ａ
は傾き角αだけその縞が回転された状態で設置されてい
るので、第２の格子１３ａの位置で第１の格子１３の像
と第２の格子１３ａは重なって鮮明なモアレ縞を生じさ
せ、このモアレ縞を四分割受光素子２９に入射させてデ
イフォーカス量を検出することになる。

上記の場合は、光ディスク２７の情報面２７ａが丁度対
物レンズ２６の焦点距離だけ対物レンズ２６から離間し
た場合であるが、光ディスク２７の上下方向の変移によ
り対物レンズ２６の焦点距離より情報面２７ａが離れた
遠すぎの位置にある状態では戻り光２２ｂは収束光束と
なり、また、情報面２７ａが対物レンズ２６の焦点距離
よりも近すぎる近すぎの位置にある状態の場合には戻り
光２２ｂは発散光束となっている。これを集光レンズ２
８により集光して格子部材ｌＯを照射しモアレ縞を生じ
させる。この光ディスク２７の位置変化によって格子部
材ｌＯで生じるモアレ縞は回転するので、これを四分割
受光素子２９で受光し、その出力を検出することにより
デイフォーカス量を検出することが可能になる。（特願
昭６２−６０００７号参照） そして、光ディスク２７の情報面２７ａのデイフォーカ
ス量に基ずくフィードバック信号を対物レンズ２６を移
動させる図示しない例えばボイスコイル等の移動装置に
出力し、対物レンズ２６を移動させることにより常に光
ディスク２７の情報面２７ａに焦点を結ばせる自動合焦
装置を構成することができる。

次に、第５図を参照してこの発明の格子部材１０を適用
した他の自動合焦装置の例を説明する。この例では、上
記第２図に示す自動合焦装置とは格子部材ｌＯの後に集
光レンズ２８を位置した点で異なっている。半導体レー
ザ２１からの射出光２２はコリメークレンズ２３で平行
光束２２ａとなり、この光軸と４５度に傾斜したミラー
面２４ａをもつビームスプリッタ２４および１／４波長
板２５を透過して対物レンズ２６により収束されて光デ
ィスク２７の情報面２７ａ上を点状に照射する。この情
報面２７ａからの反射光は再び対物レンズ２６で集光さ
れるが、例えば光デスク２７の情報面２７ａが丁度対物
レンズ２６の焦点距離の位置にあるとすると、対物レン
ズ２６で集光された戻り光は再び平行光束２２ｂとなっ
て１／４波長板２５を透過し、ビームスプリッタ２４の
偏光ミラー面２４ａで右方へ反射され、第１と第２の格
子１３，１３ａからなる格子部材１０を照射することに
なる。第１の格子１３のフーリエ像はタルボ距離Ｔだけ
離間して設けられた第２の格子１３ａ上にできる。この
とき第１の格子１３と第２の格子１３ａは傾き角αだけ
その縞が回転された状態で設置されているので、第２の
格子１３ａの位置で第１の格子１３の像と第２の格子１
３ａは重なって鮮明なモアレ縞を生じさせ、このモアレ
縞を集光レンズ２８により集光させて四分割受光素子２
９に入射させデイフォーカス量を検出することになる。

この場合、格子部材１０に入射する球面波の光の曲率半
径Ｒ＝■であるため、前記（１）式は、ｎｍｄ” Ｚ　′　＝　　□ λ１ となり、 ｍ＝１．ｎ＝１．５．　　λ１　＝７８０ｘｌＯ（ｍ）
、ｄ＝０．０５　（ｍｍ）としたとき、Ｚ’＝４．８１
ｍｍとなる。

即ち、この例の場合には格子部材ｌＯのガラス基板１２
の厚さを４．８１ｍｍとすればよい。

次に、この発明の他の実施例を説明する。上記の例は、
透明な平行平面の基板工２の両面に第１の格子１３と第
２の格子１３ａとを形成した格子ｌＯを四分割受光素子
２９の前の光路中に配設して使用するものであるが、こ
の例は四分割受光素子を保護する窓ガラスの両面に第１
．第２の格子を形成するものである。

第６図は、四分割受光素子２９を拡大して示す斜視図で
あり、４個の受光素子３１を設けた基板３０には、この
受光素子３１を取り囲むようにフード部材３２が取付け
られている。このフード部材３２の内側には、第７図に
示すように透明な平行平面板からなるガラスあるいはプ
ラスチックの基板３４の両面に第１の格子３５および第
２の格子３５ａが形成されて格子部材３６は形成されて
おり、第２の格子３５ａは第１の格子３５に対して角度
αだけその縞が回転された状態に形成されている。そし
て、基板３４の厚さｔはタルボ距離Ｔに相当する厚さに
なっている。

したがって、この例の場合は、四分割受光素子２９を保
護する窓ガラスと格子３６とを共用することにより、部
品点数を削減するとともに、さらに光ピックアップ装置
の小型化・軽量化を図ることが可能となる。このような
格子を作製するのには、大きなものを作製しておき、こ
れを必要に応じた大きさに切断して用いるのが好ましい
、このようにすることにより大量生産も可能となる。

次に、この発明の他の実施例を説明する。上記の例は、
いずれも透明な平行平面板の両側に第１、第２の格子を
それぞれ形成して構成される格子を使用したものである
が、この例は集光レンズの両面に形成したものである。

第８図（Ａ）、（Ｃ）は、第１の格子および第２の格子
の正面図、第８図（Ｂ）は第１．第２の格子を有するレ
ンズの側面図である。即ち、基板としてこの例ではレン
ズ３７を使用し、この両面に第１の格子３８および第２
の格子３８ａを形成し、格子部材４０は構成されている
。勿論、このレンズ３７の厚さｔはタルボ距離Ｔに設定
される。また、レンズの形状は両凸の場合を示したが、
平凸レンズあるいはメニスカスレンズであってもよい。

次に、第９図を参照してこのように形成された格子部材
４０を光ピックアップ装置の自動合焦装置に適用した例
を説明する。

半導体レーザ５１からの射出光５２はコリメータレンズ
５３で平行光束５２ａとなり、この光軸と４５度に傾斜
したミラー面５４ａをもつビームスプリッタ５４および
１／４波長板５５を透過して対物レンズ５６により収束
されて光ディスク５７の情報面５７ａ上を点状に照射す
る。この情報面５７ａからの反射光は再び対物レンズ５
６で集光されるが、例えば光ディスク５７の情報面５７
ａが丁度対物レンズ５６の焦点距離の位置にあるとする
と、対物レンズ５６で集光された戻り光は再び平行光束
５２ｂとなって１／４波長板５５を透過し、ビームスブ
リック５４の偏光ミラー面５４ａで右方へ反射され、第
１と第２の格子３８，３８ａからなる格子部材４０を照
射することになる。第１の格子３８のフーリエ像はタル
ボ距離Ｔだけ離間して設けられた第２の格子３８ａ上に
できる。このとき第１の格子３８と第２の格子３８ａは
傾き角αだけその縞が回転された状態で設置されている
ので、第２の格子３８ａの位置で２つの格子は重なって
鮮明なモアレ縞を生じさせ、このモアレ縞を四分割受光
素子５９に入射させてデイフォーカス量を検出すること
になる。

このとき、格子部材４０は集光レンズとしての作用も行
なうので、光ディスク５７の面５４ａからの戻り光は効
率よ（収束されて四分割受光素子５９に入射する。

したがって、この例では、部品点数を削減することがで
きるとともに、格子の基板が不必要になるので光ピック
アップ装置のコンパクト化・軽量化を可能にする。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の光ピックアップ装置の
格子は、第１の格子および第２の格子をタルボ距離だけ
の板厚の１枚の透明基板あるいはレンズの表裏に設けて
構成されているので、格子の製作が容易になるとともに
、合焦装置の組立時における格子間隔および格子の回転
角の調整が簡素化される。また、鮮明なモアレ縞が形成
され、高精度な位置検出をすることが可能な格子とする
ことができる。さらに、この格子は衝撃に対して強く、
２枚の格子間の距離等が変動するようなこともない。

また、この発明の格子は、四分割受光素子の窓および集
光レンズと共用させることができ、部品点数の削減する
ことができ、スペース上においてもよりクンパクトな光
ピックアップを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例を示す第１の
格子と第２の格子の斜視図、 第２図は、第１．第２の格子を使用した自動合焦装置の
光路図、 第３図は、フーリエ像の原理を説明するための斜視図、 第４図は、フーリエ像のコントラスト変化を示す線図、 第５図は、本発明の格子を使用した他の自動合焦装置の
光路図、 第６図は、四分割受光素子を拡大して示す斜視図、 第７図は、上記第６図に示す四分割受光素子に使用する
格子部材の斜視図、 第８図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の格子部材の
他の例を示し、第８図（Ａ）、（Ｂ）は第１．第２の格
子の正面図、第８図（Ｃ）は側面図、 第９図は、上記第８図の格子を使用した自動合焦装置の
光路図である。 １０．３６．４０・・・・格子 １２．３４．３７・・・・基板 １３．３５．３８・・・・第１の格子 １３ａ、３５ａ、３８ａ・・・・第２の格子特許出願人
　ミノルタカメラ株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザからの射出光を対物レンズにより光
   ディスクに点状に照射し、この光ディスクからの反射光
   をモアレ縞を発生させる第１と第２の格子に照射させ、
   発生したモアレ縞の方向を検出する四分割受光素子から
   構成される自動合焦装置に使用する格子おいて、 上記第１と第２の格子は１枚の透明な基板の両面に設け
   、その厚さをタルボ距離の整数倍に設定したことを特徴
   とする光ピックアップ装置の格子。
2. （２）第１と第２の格子を１枚の透明な平行平面板の両
   側に形成し、これを四分割受光素子の窓ガラスとして使
   用することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ
   の格子。
3. （３）第１と第２の格子を１枚の集光レンズの両面に形
   成したことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ
   の格子。