JPH02292735A - フォーカス検出装置 - 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、情報を光学的に記録、再生あるいは消去す
る光学式情報記録、再生装置において、対物レンズの情
報記録媒体に対するフォーカスエラーを検出するフォー
カス検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のフォーカス検出装置として、例えば特開昭５７−
１０８８１１号公報、同５９−１８９３０７号公報、特
公昭６２−１８９７３号公報等に開示されているように
、結像点に光検出器を配置してフォーカス検出を行うナ
イフエッジ法やダブルナイフエッジ（フーコー）法等を
採用するものが提案されている。

第７図ＡおよびＢはナイフエッジ法を採用する従来のフ
ォーカス検出装置を具える光ビックアップの構成を示す
ものである。半導体レーザ１からの光は、コリメートレ
ンズ２、ビーム整形用ブリズム３、偏光ビームスプリッ
タ４、反射ミラー５、１／４波長板６および対物レンズ
７を経て光ディスク８に投射され、その反射光は対物レ
ンズ７、１／４波長板６および反射ミラー５を経て偏光
ビームスプリッタ４に入射し、ここで往路と分離されて
集光レンズ９を経てビームスプリッタ１０に入射し、そ
の透過光は２分割または４分割の受光領域を有する光検
出器１１で受光されてトラックエラー信号およびＲＦ信
号が検出され、反射光はナイフエッジ１２によりその半
分の光束がカットされて２分割の受光領域を有する光検
出器１３に結像されてフォーカスエラー信号が検出され
るようになっている。

ここで、光検出器１３上には、光ディスク８が対物レン
ズ７の合焦位置から遠ざかると、第８図Ａに示すように
光検出器１３を構成する２つの受光領域１３Ａおよび１
３Ｂのうちの一方の受光領域１３Ｂ上に光スポット１４
が形成され、光ディスク８が対物レンズ７に対して合焦
位置にあるときは、第８図Ｂに示すように受光領域１３
Ａおよび１３Ｂの分割領域１３Ｃに光スボッｌ−１５が
形成され、また光ディスク８が対物レンズ７の合焦位置
よりも対物レンズ７側に近づくと、第８図Ｃに示すよう
に受光領域１３Ａおよび１３Ｂのうちの他方の受光領域
１３Ａ上に光スボッｌ−１６が形成される。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第７図に示す従来例においては、合焦時
において光検出器１３上に形成される光スポットの大き
さが、λ／ＮＡのオーダで、λ一〇．８３μｍ　，　Ｎ
Ａ−０．１　とすると、約ｌＯμｍと極めて小さくなる
。このため、以下のような問題が生じる。

（１）　　光検出器１３の調整が非常に難しい。

（２）第９図Ａに実線で示すようなフォーカスエラー信
号を得るためには、光検出器１３の分割領域１３Ｃの幅
を合焦時に形成される光スポットｌ５の幅よりも小さく
する必要があり、このため光検出器ｌ３の製造に高い精
度が要求される。

すなわち、分割領域１３Ｃの幅が合焦時の光スポット１
５の径より大きいと、第９図Ａに破線で示すように合焦
付近で不惑帯が生じてしまう。

（３）スポット径が小さいためにフォーカス惑度が高く
なり過ぎ、これがため第９図Ｂに示すように検出範囲が
狭くなって外乱に対してサーボずれが起き易くなる。

（４）対物レンズ７の製造上の誤差による収差のばらつ
きにより、光ディスク８上のスポットが収差を持つと、
光検出器１３上のスポット径が変化し、フォーカス惑度
がばらつく。

以上の問題を解決する方法として、光検出器１３を結像
点からずらした位置に配置して、スポット径を大きくす
ることが考えられるが、このようにするとフォーカスエ
ラーの直線性および対称性が悪くなるという問題がある
。

この発明は上述した問題点に着目してなされたもので、
光検出器の調整精度を緩和できると共に、分割領域に対
するスポットの大きさを自由に決めることができ、しか
も検出範囲を広くでき、かつ対物レンズの収差のばらつ
きに対する怒度のばらつきを小さくできるよう適切に構
成したフォーカス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〕

上記目的を達成するため、この発明では、情報記録媒体
で反射され、対物レンズを経て射出される戻り光束を、
該対物レンズを経て前記情報記録媒体にビームを投射す
る光路から分離するビームスプリッタと、このビームス
プリッタで分離される戻り光路上の光束を分割または一
部遮断する手段と、その戻り光束を受光する光検出器と
、前記ビームスプリンタおよび光検出器間の戻り光路中
に配置された集光手段とを具え、前記光検出器上に戻り
光束を結像させて前記対物レンズの前記情報記録媒体に
対するフォーカスエラーを検出するようにしたフォーカ
ス検出装置において、前記光検出器上のスポットの大き
さをａ、前記対物レンズおよび集光手段による横倍率を
βとするとき、ａ／β≧４μｍとなるように、前記集光
手段を球面収差を持たせて構成する。

〔作　用〕

すなわち、この発明では集光手段に球面収差を大きく発
生させて、光検出器上のスボント径を大きくする。

以下、その作用について説明する。

第１図Ａはナイフエッジ法による検出光学系の構成を示
すもので、レンズ２１に入射する平行光線（光ディスク
からの合焦時における戻り光）はナイフエッジ２２で光
束の半分が遮断され、そのレンズ面での光線高０，Ａ，
Ｂ，Ｃの各光線が、最小錯乱円が形成される位置に配設
された２分割受光領域を有する光検出器２３上のＯ’，
Ａ’，Ｂ’，Ｃ″に到達する。ここで、レンズ２１の球
面収差曲線（横収差表示）は、最小錯乱円の位置を評価
面とすると、第１図Ｂに実線で示すようになる。なお、
第ｌ図Ｂの縦軸はレンズ２ｌの面での光線高ｈを、横軸
は光検出器２３の面での光線の位置を示す。したがって
、光検出器２３上には、第ｌ図Ｃに示すように球面収差
曲線に応じた大きさａのスポット２４が形成される。

次に、光ディスクがδだけ変位してデフォーカスとなっ
たときに、光検出器２３上での各光線の移動量Δ×を求
めると、 Δｘ　’ｉ２ｈ・β２　・δ／ｒｏ となる。ただし、βはβ一ｆｎ　／ｆｏで求まる横倍率
で、『，は検出系レンズ（第１図八のレンズ２１）の焦
点距離、ｆｏは対物レンズの焦点距離をそれぞれ示す。

このように、光ディスクが合焦位置からδだけ変位する
と、レンズ２１の球面収差は、第１図Ｂに破線で示すよ
うに各光線高に応じてΔＸ移動する。

以上の考え方により、レンズ２１に球面収差を与えて２
分割光検出器２３上でのスポソトの大きさを変化させて
、検出範囲、検出感度の関係を求めると、第２図に示す
ようになる。なお、第２図において、横軸はスポットの
大きさａを光学系の横倍率βで正規化したものである。

ここで、惑度とは光ディスクが１μｍ変化したときの２
分割光検出器２３の差出力をその和の出力で正規化した
ものである。この第２図から、スポットの大きさａを大
きくしていくと、感度が下がり、検出範囲が広がること
がわかる。

次に、上記のようにしてレンズ２１に球面収差を与える
にあたっての、対物レンズの球面収差のばらつきによる
感度の許容範囲について考察する。

一般に、対物レンズは製造上のばらつきを考慮し、軸上
の波面収差で０．０４λｒｍｓ以下のものが使用可能で
ある。第３図ＡはＮＡ＝０．５３、焦点距離４ｍｍの非
球面レンズにおける設計値での球面収差曲線（横収差）
を示すもので、球面収差はほぼ零である。また、第３図
ＢおよびＣは、かかる非球面レンズにおいて、レンズの
肉厚を変化させることでそれぞれ逆方向に球面収差を発
生させ、波面収差で０．０３５　λｒｍｓとした球面収
差曲線を示す。なお、このような球面収差は対物レンズ
の製造上のばらつきにより発生する。以下、この球面収
差を±ΔＳ（×）とおく。

一方、検出系の集光レンズ（レンズ２１）の球面収差を
３４（Ｘ）とおくと、光検出器２３上での球面収差Ｓｔ
（ｘ）は、光学系の横倍率を上記と同様にβとした場合
、 ＳＴ　（Ｘ）　＝Ｓａ　（ｘ）±２・β・ΔＳ　（ｘ）
とおける。なお、右辺第２項の係数２は、光が対物レン
ズを往路と復路で２回通ることにより、２倍の球面収差
が発生することを意味している。

ここで、球面収差はスボソトの大きさと対応するので、
Ｓｔ　（ｘ），Ｓａ　（ｘ），ΔＳ　（ｘ）に対応する
スポットの大きさをそれぞれａＴ　＋　　ａｄ　＋　　
Δａとおく　と、 ａ？　　　＝３，　　　±　２　・　β　・　Δ　ａと
なる。これは、検出系レンズ２ｌの球面収差により決ま
る光検出器２３上のスポットの大きさａ４が、対物レン
ズの球面収差により±２・β・Δａだけ変化することを
示している。この式の両辺をβで割ると ａｙ／β＝　（ａ，／β）±２・Δａ となり、第２図のスポットの大きさａ／βと惑度の曲線
とを見ると、ａ／βがほぼ４より小さいところでは、ス
ポットの大きさの変化に対して怒度がゑ、激に変わる様
子がわかる。

下表は、ａ／βが２．３，４．５μｍのとき、Δａを第
３図Ｂ，Ｃより約０．５　μｍと読み取り、スポットが
±２・Δａ変化したときの惑度変化を第２図から読み取
ったものである。なお、下表において下段の（）内の数
値は、対物レンズの球面収差がＯのときの感度に対する
変化量を示す。

表 上表から明らかなように、ａ／β−２．３μ一のところ
では、±２・Δａの変化に対し３０％以上の感度変化が
起こることがわかる． ここで、感度のばらつきの要因は、■対物レンズの収差
変化、■ナイフエッジ２２の挿入ズレ、■検出光学系と
戻り光束の偏心、■光検出器２３の結像点からのズレに
よるもの等があり、上記対物レンズの球面収差による惑
度変化はその中の１要因であるのでなるべく小さくする
必要がある．また、光ピックアップにおける対物レンズ
駆動回路のゲイン調整幅は、フォーカス感度のバラツキ
、温度ドリフトや回路構成の簡略化等を考え、一ａには
±６ｄＢとなっている．ここで、上記４つの怒度のばら
つきの要因に対し、それぞれ±３ｄＢのばらつきを許容
したとすると、全体の感度のばらつきは２乗平均で±６
ｄＢとなる．しかし、それぞれの項目が必ずしも±３ｄ
Ｂのばらつきを持つわけではないので、１つの要因に対
し３ｄＢ±１ｄＢの自由度を与えて考えれば良い． 以上のことを考慮し、対物レンズの収差変化による惑度
変化を±４ｄＢ以内とおいて、第２図からａ／βの範囲
を見ると、ａ／β≧４　（μｍ）であれば良いことがわ
かる． 〔実施例〕 第４図ＡおよびＢはこの発明の第１実施例を示すもので
ある．この実施例は、光ディスク８からの戻り光をフォ
ーカスエラー検出用の光検出器ｌ３に結像させる集光レ
ンズ３ｌとして平凸レンズを用い、これにより該集光レ
ンズ３１にａ／β≧４の球面収差を持たせるようにした
もので、そのたの構成は第７図Ａ，Ｂに示した光ピック
アップと同様であり、同一符号は同一作用を成すものを
示す。

このように、集光レンズ３１をａ／β≧４の球面収差を
持たせて構成することにより、上述したところから明ら
かなように、光検出器１３の調整精度を緩和できると共
に、その分割領域１３Ｃ（第８図Ｂ参照）に対するスポ
ットの大きさを自由に決めることができ、しかも検出範
囲を広くでき、かつ対物レンズ７の収差のばらつきに対
する惑度のばらつきを小さくすることができる。

第５図はこの発明の第２実施例の要部の構成を示すもの
である。この実施例は、集光レンズ３２をメニスカスレ
ンズをもって構成したもので、その他の構成は第１実施
例と同様である。このように、メニスカスレンズをもっ
て集光レンズ３２を構成すれば、更に大きな球面収差を
容易に持たせることができる。

第６図Ａ−Ｃはそれぞれこの発明の第３〜５実施例の要
部の構成を示すものである。第６図Ａに示す第３実施例
は、集光レンズを平凸レンズ３３と平凹レンズ３４とを
もって構成し、第６図Ｂに示す第４実施例は、集光レン
ズを平凸レンズ３５と凹平レンズ３６とをもって構成し
、また第６図Ｃに示す第５実施例は、集光レンズをメニ
スカスレンズ３７と凹平レンズ３８とをもって構成した
ものである。このように、集光レンズを凸レンズと凹レ
ンズとの２枚のレンズの組合せをもって構成すれば、容
易にａ／β≧４の球面収差を持たせることができると共
に、焦点距離を長くしたい場合でも結像点までの寸法を
短くできる。

なお、この本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、戻り光をフォーカス検出用の光検出器に結像させる
Ｗ光レンズは、球面収差を多く出した非球面レンズや屈
折率分布型レンズ等をもって構成することもできる。ま
た、この発明はナイフエッジ法に限らず、ダブルナイフ
エッジ法（フーコー法）等にも有効に適用することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、光検出器上のス
ポットの大きさをａ、対物レンズおよび集光手段による
横倍率をβとするとき、ａ／β≧４μｍとなるように、
集光手段を球面収差を持たせて構成したので、以下の効
果を有する．■　光検出器の調整精度が緩和される。

■　光検出器の分割領域に対するスポットの大きさを自
由に決めることができる。

■　スポットを大きくし、感度を下げることで検出範囲
を広げることができる． ■　対物レンズの収差のばらつきによる惑度のばらつき
をある程度の範囲内に収め小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｃ，第２図および第３図Ａ−Ｃはこの発明の
原理および作用を説明するための図、第４図ＡおよびＢ
はこの発明の第１実施例を示す図、 第５図は同じく第２実施例の要部の構成を示す図、 第６図Ａ−Ｃはそれぞれこの発明の第３〜５実施例の要
部の構成を示す図、 第７図Ａ，　Ｂ，第８図Ａ−Ｃおよび第９図Ａ，Ｂは従
来の技術を説明するための図である。 １・・・半導体レーザ　　２−コリメートレンズ３−・
ビーム整形用プリズム ４・一・偏光ビームスプリッタ　５・一反射ミラー６・
・−１／４波長板　７・・・対物レンズ８−・・光ディ
スク　　１０−・−ビームスプリッタ１１−・一光検出
器　　１２−・ナイフエッジ１３一光検出器　　１　３
Ａ，　　１　３Ｂ一受光領域１３Ｃ−・・分割領域 １４，１５．１６−・一光スポット　２１・−・レンズ
２２−・ナイフエッジ　２３一光検出器３１．３２・一
集光レンズ ３３．３５−・平凸レンズ　３４一平凹レンズ３６．３
８一門平レンズ ３７　メニス力スレンズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、情報記録媒体で反射され、対物レンズを経て射出さ
   れる戻り光束を、該対物レンズを経て前記情報記録媒体
   にビームを投射する光路から分離するビームスプリッタ
   と、このビームスプリッタで分離される戻り光路上の光
   束を分割または一部遮断する手段と、その戻り光束を受
   光する光検出器と、前記ビームスプリッタおよび光検出
   器間の戻り光路中に配置された集光手段とを具え、前記
   光検出器上に戻り光束を結像させて前記対物レンズの前
   記情報記録媒体に対するフォーカスエラーを検出するよ
   うにしたフォーカス検出装置において、 前記光検出器上のスポットの大きさをａ、 前記対物レンズおよび集光手段による横倍率をβとする
   とき、ａ／β≧４μｍとなるように、前記集光手段を球
   面収差を持たせて構成したことを特徴とするフォーカス
   検出装置。