JPH0237004B2 - Kogakutekiichikenshutsusochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学的に位置を検出する装置に関する
ものであり、特に光を回折する部分を有する対象
物体上の回折効果を有する部分から光スポツトが
ずれているトラツキング誤差および対象物体上に
集束した光スポツトが正確な集束位置からずれて
いるフオーカス誤差を簡単に、かつ光量損失なく
検出することのできる光学的位置検出装置を提供
するものである。

一般に、前記の回折効果を有する部分は帯状に
設けられ、あるいは制御対象となる低周波状で実
質的に帯状に形成されているとみなせるので、光
スポツトをこの帯状の上にあるように制御するこ
とをトラツキング制御と呼ぶことにし、かつ前記
物体面上に光スポツトが正確に集束するように制
御することをフオーカス制御と呼ぶことにする。

従来から、フオーカス誤差、トラツキング誤差
を検出する手段としてフーコ方式、フアーフイー
ルド方式が用いられていた。

しかし、それらは光デイテクタの数が２ケ以上
必要であつたり、また、光量損失が多い等の欠点
があつた。光源には半導体レーザを用いることが
多いから、光量損失は半導体レーザの価格、寿命
の点からも小さくなければならない。

第１図に従来例の要部概略構成図を示す。同図
において、１は半導体レーザ、２はコリメートレ
ンズ、３はビームスプリツタ、４は対物レンズ、
５はレコード盤のごとき対象物体に記録情報とし
て形成された溝（凹部または凸部）で、図示のよ
うに帯状のトラツクになつている。６は半分（斜
線で示す部分）が不透明な円筒シリンドリカルレ
ンズ、７は４分割光デイテクタである。

半導体レーザ１から出た光はコリメートレンズ
２で平行光線となり、ビームスプリツタ３を介
し、対物レンズ４で対象物体面上に集束する。対
象物体から反射した光はビームスプリツタ３で入
射光と分離して取り出され、円筒レンズ６に入射
し、光デイテクタ７上に集束する。ここで、円筒
レンズ６の半分が不透明になつているため、フオ
ーカスがずれるとデイテクタ上の集束光の中心は
不透明な部分のエツジ１４に垂直な方向に動く。

４分割光デイテクタ７の中のデイテクタ８と
９、１０と１１は図示のようにエツジ１４に平行
な方向に並べられており、８と１０、９と１１は
エツジ１４に垂直な方向に並べられている。

従つて、４分割光デイテクタ７の中の８，９の
和と１０，１１の和の差をとることにより、フオ
ーカス誤差を検出することができる。このよう
に、集束光の半分だけを光デイテクタ上に集束し
てフオーカス誤差信号を得る方法はフーコ方式と
称せられている。

また、トラツク５から光スポツトが溝に垂直な
方向（図示の矢印１５の方向）にずれるとする。
即ちトラツキング制御はトラツクに垂直な方向の
光スポツトのずれを検出し、ずれが零になるよう
に制御する。光スポツトがトラツク上からずれる
と、反射光のフアーフイールドパターンは回折効
果により不平衡が生ずる。一般に光スポツトのト
ラツキング誤差を検出するには、検出すべきずれ
の方向に反射光のフアーフイールドパターン上に
生ずる光量の不平衡に着目すればよい。第１図の
場合にはトラツクを含み対象物体面に垂直な面を
分割面とし、それに垂直な方向に生ずる光量不平
衡に着目する。第１図において、光源１２と１３
の間に光量の不平衡が生ずると考えると理解しや
すい。

反射光１２，１３はビームスプリツタ３を通つ
た後、円筒レンズ６に入る。この円筒レンズ６は
２分割された不平衡光線１２，１３に対し集束効
果がないから、この不平衡は４分割光デイテクタ
７上でもエツジ１４に平行な方向の光量不平衡と
なつて残る。即ち、４分割デイテクタ７の中の
８，１０の和と９，１１の和の差をとることによ
り、トラツキング誤差信号を検出できる。このよ
うにトラツキング制御しようとする方向に生じる
回折反射光のフアーフイールドの光量不平衡に着
目し、それを誤差信号として取り出す方法はフア
ーフイールド方式と称せられている。

第１図の装置においては、光デイテクタが１個
であり、調整も簡単であるが、円筒レンズ６の半
分が不透明となつているため、光量損失が50％も
ある。第１図に用いている半導体レーザの出力を
４ｍＶと仮定すると、もし前記の光量損失がなけ
れば、出力を２ｍＷにおとすことができる。この
数値は半導体レーザの価格、寿命にとつて非常に
大きいものである。

本発明は、光検出器が１個で、かつ光量損失が
ない光学的位置検出装置を提供するものである。
以下、本発明を図示の実施例に基いて説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す要部概略構成
図であり、従来例の第１図と同じ働きをする部分
は同一の符号を付し、重複する説明については省
略する。

第２図において、矢印１５の方向にトラツキン
グ誤差が生ずると、第１図で説明したように反射
光１２と１３に光量不平衡が生ずる。反射光を対
象物体上の帯状トラツクを含み、かつ対象物面に
垂直な光スポツトを含む面で２つの領域に２分割
して考え、この２領域の光をビームスプリツタ３
を出た後に変換２分割面（ビームスプリツタ３を
通過後に面の向きが変わる場合もあり、ビームス
プリツタ３を通過後の２分割面を変換２分割面と
呼ぶ）に対し垂直な互に異なる方向に偏向する。
プリズム２１，２２は、この目的のために設けら
れている。

プリズム２２は第２図においてはビームスプリ
ツタ自体の面を用いている。プリズム２１と異な
る面を用いている。プリズム２１と異なる面で上
記条件に合致しておればよい。

プリズム２１，２２を出た光は光デイテクタ集
束レンズ２３により光デイテクタ２４上に集束さ
れる。

４分割光デイテクタ２４の中の各デイテクタ２
５と２６と２７と２８は前記変換２分割面に垂直
な方向に配置されている。

プリズム２１を通過した光はデイテクタ上で２
９に集束し、プリズム２２を通過した光はデイテ
クタ上で３０に集束する。

集束スポツト２９にはプリズム２１の光、すな
わち集束スポツトの半分しか寄与していないか
ら、フオーカス誤差が生じると集束スポツト２９
は第２図中でデイテクタ２４上を動く。すなわ
ち、デイテクタ２５と２６の出力信号の差をとれ
ばフオーカス誤差信号から得られる。同様のこと
が集束スポツト３０についてもいえる。しかし同
一のフオーカス誤差にたいして集束スポツト２９
は集束スポツト３０と逆の方向に動く。従つて、
フオーカス誤差信号は４分割デイテクタの外側の
各素子の和と内側の各素子の和の減算、すなわ
ち、デイテクタ（25＋28）−（26＋27）の演算によ
り得られる。

トラツキング誤差が生ずると、第１図で説明し
たことからわかるように、前記２分割された領域
における光量に差が生ずる。即ちプリズム２１と
プリズム２２を通過する光量が変化する。従つて
集束スポツト２９，３０間の光量に差が生ずる。

このように、デイテクタ２５，２６の和と２
７，２８の和の差をとればトラツキング誤差信号
が得られる。すなわち、トラツキング誤差信号は
前記変換２分割面に平行な平面により分けられた
光デイテクタ各出力の減算、すなわち、デイテク
タ（25＋26）−（27＋28）により得られる。

従来、フアーフイールド方式によりトラツキン
グ誤差信号を得るには、スポツトをデイテクタ上
にフオーカスさせてはならないといわれてきた
が、本発明によれば、前述の説明から明らかなよ
うにかまわない。勿論、フオーカスさせなくても
よい。第３図はこのような本発明の他の実施例を
示すものである。

第３図において、第２図と同じ働きをする部分
は同一の符号で示し、重複する説明は省略する。

第３図において、プリズム２１′，２２′が第２
図と面の傾きが多小変えてある。作用は全く同じ
である。また、第２図のレンズ２３のかわりに円
筒レンズ３３を用いている。この円筒レンズ３３
は前記変換２分割面に平行な方向に集束作用を持
たないように配置される。その結果、光デイテク
タ２４上では光は２９′，３０′のように光帯状に
集束する。この場合も第２図とまつたく同様の考
え方でフオーカスおよびトラツキング誤差信号を
得ることができることは明らかである。

レンズ２３とレンズ３３の中間のレンズを用い
てもよい。これらは光検出器のサイズ、調整方法
等を考えた上で決められる。

本発明においては第２図の光デイテクタ集束手
段であるレンズ２３をレンズ２と共用できる。

第４図は、その例を示すものであり、第２図と
同じ働きをするものは同一の符号を付している。
すなわち、ビームスプリツタ３および偏向手段で
あるプリズムを半導体レーザ１とコリメートレン
ズ２の間に入れる。対象物から反射した光はコリ
メートレンズ２を通つた後、集束されるから、ビ
ームスプリツタ通過後にこの光を第２図のように
集束する必要はない。

また、第２図、第３図の実施例において、出来
るだけレンズ２３，３３はビームスプリツタ３と
一体にするのが良い。対物レンズ４、コリメート
レンズ２も一体としてしまえばよいが、他の種々
の問題もあつて常に良いとは限らない。

第５図はプリズム２１，２１′，２２，２２′と
レンズ３３を一体とした本発明に使用して有効な
ビームスプリツタの例を示している。これは成形
等の周知の適当な手段でつくられる。

以上のように、本発明の光学的位置検出装置は
光量損失がなく、光デイテクタも１個で簡単、か
つ安価に実現し得るものであり、その効果は極め
て大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の要部概略構成図、第２図、第
３図および第４図はそれぞれ本発明の実施例の要
部概略構成図、第５図は本発明で使用し得るビー
ムスプリツタの構成例を示す斜視図である。 １……半導体レーザ、２……コリメートレン
ズ、３，５１……ビームスプリツタ、４……対物
レンズ、５……溝（トラツク）、２１，２１′，２
２，２２′……プリズム、２３，３３……光デイ
テクタ集束レンズ、２４……４分割光デイテク
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光源と、前記光源から出た光を表面に帯状ト
   ラツクを有する対象物体面上に集束する光集束手
   段と、前記対象物体面上の帯状トラツクにおいて
   当該帯状トラツクを含みかつ前記対象物体面上に
   垂直な２分割面で第１の光と第２の光に分割され
   て回折反射される光を、入射光と分離してとり出
   す光分離手段と、前記光分離手段により前記２分
   割面とほぼ垂直な方向に回折反射された前記第１
   の光または第２の光が互いに異なる方向に進行す
   るように前記第１の光または第２の光の少なくと
   も１方を偏向する偏向手段と、前記光分離手段通
   過後における前記２分割面に平行な方向に少なく
   とも集束作用を有する光デイテクタ集束手段と、
   前記光デイテクタ集束手段により集束された光の
   集束位置近傍に配置された各素子が１列に並んだ
   ４分割光デイテクタと、前記４分割光デイテクタ
   の内側の各素子の和と外側の各素子の和の減算を
   するフオーカス誤差信号演算手段と、前記２分割
   面に垂直な平面により分けられた光デイテクタの
   出力間の減算をするトラツキング誤差信号演算手
   段とを具備することを特徴とする光学的位置検出
   装置。