JPH023112A - 焦点エラー検出方法 - 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） 本発明は、コンパクトディスク（以下「ＣＤ」と略１）
等の光学的記録媒体を再生する際に生じる、光ピツクア
ップの焦点エラーを検出する検出方法に関する。

（従来の技術） 第８図はコンパクトディスクを再生する原理を説明する
ための図である。

同図において、レーザダイオード１がら発射された光ビ
ーム２はハーフプリズム３、コリメーターレンズ４を介
して、対物レンズ５にて集光され、ＣＤ６を構成する透
明プラスチック７内にあってディジタル情報信号が刻ま
れているアルミニウム蒸７ｉ　ＩＩ　Ｂ上に照射される
。

アルミニウム蒸着膜８は高い反射率をもっており、照射
された光ビーム２はここで反射され、対物レンズ５、コ
リメーターレンズ４、ハーフプリズム３、円柱レンズ９
を介して受光素子１０に入射しここで光電変換された信
号は、トラッキングエラー信号、焦点エラー信号及び再
生信号として取り出される。

受光素子１０の受光面１０ａはＣＤ６の記録面（アルミ
ニウム蒸着膜８上）から反射して受光而１０ａに至る光
ビーム２ａの光軸１に対しほぼ垂直である。

ここでは、上述したレーザダイオード１、ハーフプリズ
ム３、コリメーターレンズ４、対物レンズ５、円柱レン
ズ９、受光素子１０を含めて光ピツクアップと言う。

さて、ＣＤプレーヤを用いてＣＤ６に記録されたディジ
タル信号を忠実に再生するためには、複数ビット１１を
光ビーム２で正確にトレースする必要がある。

しかし、再生の際には、面振れ（ＣＤ６の記録面に対す
る上下方向の揺動）あるいは偏心（ＣＤ６の半径方向の
揺動）が生じ、これらの悪影響を除去するため、而振れ
あるいは偏心の大きさに応じて、対物レンズ５の焦点あ
るいは偏移を調整する図示しない調整機構（例えばアク
チユエータ）の制御には、上記した受光素子１０からの
出力信号を用いたサーボ技術が不可欠である。

即ち、対物レンズ５は２次元（フォーカス方向（ＣＤ６
の記録面に対する上下方向、及びトラック方向（ＣＤ６
の半径方向））に移動可能となるよう上記調整機構によ
って保持されており、ここでは詳述しないが、この調整
機構としては各方向へ移動できるように、周知のスピー
カのボイスコイルと同様なアクチエータ（図示せず）が
採用されている。

そして上記した光ピツクアップをＣＤ６の面振れに応じ
て１ヱ動するためには、受光素子１０からの焦点カラー
信号を検出し、その検出量に応じてアクチエータに帰還
をかけなければならない。

ＣＤ６の面娠れによって生じる焦点エラー信号の検出に
は、主に、（１）非点収差法（Ａｓｔｉａｍａｔｉｃｍ
ｅｔｈｏｄ）　、及び、■ビームサイズ法（Ｂｅａｍ−
ｓ　ｉ　ｚｅｌｌｌｏｔｈＯｄ）が用いられている。

第９図は非点収差法を説明するための図であり、同図（
△）はその全体図、同図（Ｂ）は受光素子１１上におけ
る光ビームの照射状態を示す図である。

同図において、１１は受光素子、１２は円柱レンズ、１
３はコリメーターレンズ、１４は対物レンズ、１５はデ
ィスク記録面、１６は誤差信号増幅器である。

第１０図はビームサイズ法を説明するための図であり、
同図（Ａ）はその全体図、同図（Ｂ）は同心円状フォト
ダイオード２２からなる受光素子を用いた光検出器１７
を示す図、同図（Ｃ）は多分割フォトダイオード２３を
用いた光検出器１７を示す図である。

同図において、１７は光検出器、１８はハーフプリズム
、１９はコリメーターレンズ、２０は対物レンズ、２１
はディスク記録面、２２は同心円状フォトダイオード、
２３は多分割フォトダイオードである。

（１）非点収差法は第９図（、Ａ＞、（Ｂ）に示す如く
、円柱レンズ１２と凸レンズ（コリメーターレンズ１３
及び対物レンズ１４）の組み合わせによって、ディスク
記録面１５に光ビームの焦点が合っているときには、受
光素子１１上には真円（同図（Ｂ）中実線で示す円）が
現われる。

焦点がずれると、楕円（同図（Ｂ）中破線で示す２個の
楕円）が受光素子１１上に現われる。そして、同図（８
）に示す如く、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに４分割された受光素子
１１は真円、あるいは、楕円の形状に応じた焦点エラー
信号を誤差信号増幅器１６を介して得る焦点エラー検出
方法である。

又、ビームサイズ法は第１０図（Ａ＞の矢印■に示す如
く、対物レンズ２０の位置がフォーカス方向に移動した
場合、ビームの大きさが変化することを利用し、焦点エ
ラーを検出することができる。

即ち、同図（Ｂ）に示す複数のフォトダイオード２部分
Ｅ、Ｆで構成された同心円状フォトダイオード２２から
の光電変換された信号を誤差増幅器２４で油筒して焦点
エラー信号を検出する焦点エラー検出方法であり、又、
同図（Ｃ）に示す複数のフォトダイオード３部分Ｇ、ト
Ｌ　　Ｉで構成されたフォトダイオード２３からの光電
変換された信号を誤差増幅器２５．２６で演算して焦点
エラー信号を検出する焦点エラー検出方法である。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の焦点エラー検出方法において、非点収差
法は構成する部品点数が多く高価となり調整も面倒であ
るという問題点があり、又、ビームサイズ法では検出し
得る焦点エラー信号のダイナミックレンジが大きくとれ
ないという問題点があった。

（課題を解決するための手段） 上述した課題を解決するために、本発明は、記録媒体に
光を照射し、この記録媒体からの反射光を、対物レンズ
、変形円筒レンズを介し受光素子に集光して前記記録媒
体に記録された記録信号を再生して、焦点エラー信号を
得、この焦点エラー信号に応じて前記対物レンズの焦点
を調整する焦点エラー検出方法であって、前記変形円筒
レンズは曲率が連続的に変化する変形円筒レンズであり
、前記受光素子は複数の受光素子部分から構成され、前
記変形円筒レンズの曲率の異なる部分を介して前記受光
素子部分上に集光する反射光の結像状態の差に応じた焦
点エラー信号を得ることを特徴とする焦点エラー検出方
法を用いる。

（実施例） 第１図は本発明になる焦点エラー検出方法の一実論例図
である。同図においては、反射光の光路のみを示し、往
きの光路は省略しである。

ディスク（記録媒体〉３１で反射した反射光は対物レン
ズ３２を通って平行光となり、コリメーターレンズ３３
を通って再び収束光となり、変形円筒レンズ３４を介し
て、受光素子３５の面の近くに焦点を結ぶ。ディスク３
１は前述したＣＤ６と同一構成である。

円筒レンズ３４は、第２図に示すように、曲率を連続的
に変えた円筒レンズ（つまり円錐の一部を切取った形の
レンズであり、ここでは円錐レンズと呼ぶことにする）
であり、その結像状態は、受光素子３５の受光面がイ〜
ハの位置にあるとしたときには、■〜■に示す形状に変
化する。

これに検出素子である受光素子３５を重ねて書くと、第
３図（Ａ）〜（Ｃ）に示す状態となる。

この例では受光素子３５が受光素子部分３５ａ。

３５ｂに２分割構成された場合を示している。３５Ｃは
２つの受光素子部分３５ａ、３５ｂの分離帯で、光の検
出能力は無い。

同図（Ａ）に示すように、円筒レンズ３４を介して受光
素子３５に当る光ｘ、ｙは全部、受光素子部分３５ｂに
当り、受光素子部分３５ｂからはみ出す光はないので、
検出される光量は最大となり、一方、受光素子部分３５
ａは光が半分横にはみ出している。

従って、その分だけ光は弱くなっており、両者の差をと
れば大きな焦点エラー信号が得られる。

同図（Ｂ）の状１ぶでは、光ｘ、ｙは受光素子部分３５
ａ、３５ｂに等しく当るため、これら受光素子部分３５
ａ、３５ｂから出力される光電変換された再生信号の差
をとれば０″である。このとき、焦点エラー信号はない
。

同図（Ｃ）の状態では、前述の同図（Ａ＞の場合とは逆
に、光Ｘ、ｙは全部受光素子部分３５ａに当り、受光素
子部分３５ｂ横にはみ出しているため、検出される光量
は半分となり、これにより同図＜Ａ）に示す場合と逆極
性の大きな焦点エラー信号が得られる。

このようにして得られた焦点エラー信号を、対物レンズ
３２の焦点、あるいは、傾きを調整する図示しない調整
機構の制御のための帰還信号として用い、焦点エラー信
号の出力レベルに応じて、これらから得られた信号は、
この出力レベルがＩＩ　Ｏｒ＋になるよう、ディスク３
１と対物レンズ３２との距離を調整する対物レンズ制御
が可能となる。

この原理を解りやすく説明したものが第４図である。

同図において、平行光線ωが、円筒レンズ３４の上方か
ら円筒レンズ３４の部分ａ−ｆに入射すると、ａとｄに
入った光が点ｑで焦点を結び、ｂどｅに入った光は点り
に結像（焦点）し、Ｃとｆに入った光は点ｉに焦点を結
ぶ。

こうして、円筒レンズ３４の焦線は略直１ｔｌ（。

ｈ−ｉ）になる。

ここで、受光素子３５を円筒レンズ３４の下方にこれと
水平に置けば、同図に示すように、２つの三角形ｊ、ｋ
をつき合わせた形の像＠が出切る。

更に、ここで受光素子３５の高さを、高く（円筒レンズ
３４に近接）すれば、焦点は点りの位置から点ｉの方向
に移動（第２図中、口の位置からイの位置へ移動）、逆
に低くすれば焦点は点りから点Ｑの方向に移動する（同
図ハの位δ）。

このことを更に詳しく説明したのが第５図に示すもので
ある。

同図においてａ′〜ｑ′は検出点を示しており、検出点
ｂ′において、焦点エラー信号は最大レベル、検出点ｄ
′において、それはＯ（合焦）、そして検出点ｆ′にお
いては逆極性の最大となる。

光の分布の動く方向は実際は紙面の上下方向に動いてい
るのであるが、見かけ上は扇形の交点が受光素子３５上
を左右に動いて見える。

この現象に着目して受光素子の構成を工夫したものであ
る。

第６図に示す受光素子３６は６分割構成された受光素子
であり、受光素子部分３６ａ、３６ｂでの受光状態は前
述の２分割の受光素子の場合と同じである。

受光素子部分３６ｃ〜３６ｆは光Ｘ、ｙの利用効率を上
げるための素子であり、受光素子部分３６ａ、３６ｂの
素子からはみ出した光を受けて逆に利用するものである
。

例えば、受光素子部分３６ａ〜３６ｆから光電変換され
た信号を３６ａ′〜３６ｆ′とすると、（３６ａ’　＋
３６ｅ’　＋３６ｆ’　）−（３６ｂ’＋３６０’　＋
３６ｄ’　） と＆ｔｉＥ［し、受光面積のみでなく、光の拡がりによ
る光の強さを考慮して差信号を取出すと、焦点エラー信
号出力は前述の受光素子３５の約１．５倍とする事が出
来る。

但し、３６ｃ〜３６ｆの素子を大きくしすぎると、その
出力の分が３６ａ、３６ｂよりも大ぎくなり、極性の逆
転現像が起るので、約半分位に止めておく必要がある。

第７図に示す実施例は円筒レンズ３４を傾けた場合で、
結像状態は第２図に示す場合とほぼ同じである。この場
合、レンズの製作は容易であるが、傾きによる収差が出
るため、結像の両側が同じにならない欠点があるが、実
用上は殆んど問題とはならない。

以上は凸レンズで説明したが、凹レンズでも同様の効果
が得られる。

更に、本実施例では無限長仕様で説明したが、有限長仕
様でも全く同様に採用できることは言うまでもない。

従来の非点収差法では光軸の中心が正確に中央にある必
要があったが、本発明の焦点エラー検出方法においては
、反射光は正確に受光素子の中心にある必要はなく、は
ぼ素子の面内にあって、光の強弱の辻較ができる信号が
得られれば良いのである。

従って、調整が非常に容易であり、又、経時変化などで
少々変化しても性能に影響を与えないため、信頼性が高
いなどの特徴がある。

（発明の効果） 上述したように、本発明になる焦点検出方法は、非点収
差法のように受光素子の中央に光鴫を合わせる必要がな
いので、これを適用した装置における調整は容易となり
、経年変化による影響も少ないため信頼性が高く、更に
円筒レンズを傾ける簡単な方法であっても、その検出に
おいて、実用上問題がなく、又、焦点エラー信号のダイ
ナミックレンジを大きくとることができる等の効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる焦点エラー検出方法の一実施例図
、第２図、第７図は第１図に示す円筒レンズ及び受光素
子の合焦状態を示す図、第３図（△）〜（Ｃ）は第１図
に示す受光素子の受光状態を示す図、第４図、第５図は
本発明になる焦点エラー検出方法の原理を説明する図、
第６図は受光素子の構成を説明する図、第８図はコンパ
クトディスクを再生する原理を説明する図、第９図（Ａ
）、（Ｂ）は非点収差法を説明する図、第１０図（Ａ）
〜（Ｃ）はビームガイズ法を説明する図である。 ４．１３．１９．３３・・・コリメーターレンズ、５．
１４，２０．３２・・・対物レンズ、１０，１１，３５
．３６・・・受光素子、３１・・・ディスク（記録媒体
）、 ３４・・・変形円筒レンズ、 ３５ａ、３５ｂ、３６ａ　〜３６ｆ−・・受光素子部分
。 特　許　出願人　日本ビクター株式会社代表者　埋木　
邦人 才 国 Ｖ−一一円姉Ｊ）＼シＪ工倦σＱ舒。 才 に 目 をど回 ／／’ｌ） チｑ（２） 才 図 カ ２ム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 記録媒体に光を照射し、この記録媒体からの反射光を、
   対物レンズ、変形円筒レンズを介し受光素子に集光して
   前記記録媒体に記録された記録信号を再生して、焦点エ
   ラー信号を得、この焦点エラー信号に応じて前記対物レ
   ンズの焦点を調整する焦点エラー検出方法であって、前
   記変形円筒レンズは曲率が連続的に変化する変形円筒レ
   ンズであり、前記受光素子は複数の受光素子部分から構
   成され、前記変形円筒レンズの曲率の異なる部分を介し
   て前記受光素子部分上に集光する反射光の結像状態の差
   に応じた焦点エラー信号を得ることを特徴とする焦点エ
   ラー検出方法。