JPH0276131A - 自動合焦装置 - 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、光ディスクの記録・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、４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、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既
に提案している。（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８］ ところで、上記の発明は、２枚の格子により生じるモア
レ縞の光ディスクの位置変化によって生ずるモアレ縞の
回転変化を四分割受光素子で検出することにより結像面
の変位を検出するように形成したが、結像面の合焦時と
非合焦時における四分割受光素子の総受光量の変化が多
くフォーカシングの検出精度が不十分なものとなってい
た。

この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、第
１と第２の格子をタルボ距離たけ離間して設置し、この
後に配置した四分割受光゛素子で受光するように構成し
て、総受光量の変化が少なく、かつ、Ｓ／Ｎ比が大きく
とれるため検出精度が一段と向上した自動合焦装置を提
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
により結像面に点状に結像させ、この結像面からの反射
光をビームスプリッタを介してモアレ縞を発生させるタ
ルボ距離だけ離間させて設置された第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おいて、上記ビー
ムスプリッタと上記第１の格子との間に集光レンズを配
置して上記四分割受光素子上に上記第１．第２の格子を
通るビームの全光量が照射するように構成したことを特
徴とする自動合焦装置、または、対物レンズを四分割受
光素子のやや後方に結像させる焦点距離のレンズとから
構成した自動合焦装置である。

［作　用］ したがって、第１と第２の格子でできるモアレ縞は鮮明
であり、四分割受光素子に受光されるモアレ縞のビーム
は集光レンズの集光により全光量が集束した状態で四分
割受光素子に入射するので、光ディスクの位置が合焦位
置、非合焦位置における総受光量の変化が無くなり、フ
ォーカシング検出精度が一段と向上するとともにＲＦ信
号を検出する際にＳ／Ｎ比を大きくとることができるよ
うになる。

［実　施　例］ 以下１図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。第１
図は、一実施例の自動合焦装置の全体構成を示す断面図
で、半導体レーザー１からの射出光２はコリメータレン
ズ３により平行光束２ａとなり、光軸と４５度傾斜した
反射面４ａを有するビームスプリッタ４およびｌ／４波
長板５をそれでれ透過し、対物レンズ６により収束され
て光ディスク７の面７ａ上を点状に照射する。この面７
ａからの反射光２ｂは再び対物レンズ６で集光され、光
ディスクツの面７ａが丁度対物レンズ６の焦点距離の位
置にある場合に平行光束となり。

１７４波長板５を透過してビームスプリッタ４の４５度
の反射面４ａで右方に反射される。このとき、１／４波
長板５により入射光２ａと反射光２ｂの偏光軸が異なる
ため全ての反射光束が右方に反射される。集光レンズ８
により収束されて透明部および不透明部を一定間隔の平
行に形成した縞を有する第１．第２の格子９．ｌＯを照
射する。この第２の格子１０は第１の格子９に対して微
小角度αたけ回転した状態で第１の格子９の光路にタル
ボ距離文だけ間隔をおいて配置されている。ここでいう
タルボ距離とは、格子間隔ｄの格子に波面の曲率半径Ｒ
９波長入の光が入射したときに格子の鮮明なフーリエ像
か得られる距離のことであり。

Ｒλ−ｎｄ” で表わされる。今、第１の格子９と第２の格子ｌＯとの
格子間隔を上記見にすることにより第１の格子９のフー
リエ像と第２の格子ｌＯが重なって鮮明なモアレ縞を生
じさせることになる。そして、この２枚の格子９．ｌＯ
によって生じるモアレ縞は四分割受光素子１１で受光さ
れ、フォーカスエラー信号およびＲＦ倍信号して出力す
るように形成されている。

第２図に四分割受光素子１１上に形成されるモアレ縞を
有するビーム１２の例を示す、第２図（Ａ）は光ディス
ク７の面７ａが対物レンズ６の焦点距離の位置よりも近
い位置にある場合であり、第２図（Ｂ）および第２図（
Ｃ）は合焦位置即ち、光ディスク７の面７ａが対物レン
ズ６の焦点距離の位置および遠すぎる位置即ち、光ディ
スク７の面７ａか対物レンズ６の焦点位置より遠い位置
にある状態をそれぞれ示している。これらの３つの状態
においては、それぞれモアレ縞のビーム１２のビーム径
がそれぞれ異なっているが、四分割受光素子１１に全ビ
ームが照射されて検出するようになっているため、光量
的にはいずれの状態においても等しいものとなっている
。

したがって、四分割受光素子１１から比較回路１３を介
して出力されるフォーカスエラー信号および比較回路１
４を介して出力されるＲＦ倍信号レベルは、第２図（Ａ
）、（Ｂ）、（Ｃ）のいずれの状態においても等しいも
のとなっている。ただし、第２図（Ａ）の光ディスクの
面が近すぎの状態よりもさらに近すぎる場合には全光量
は落ちることになる。

従来のものでは、光ディスクの面が合焦位置にある状態
でもビーム径は四分割受光素子よりも大きく、光ディス
クが遠すぎの位置になったときが全光量を受光するよう
に構成されていた。したがって、この遠すぎの位置にあ
る収束光束の状態のＲＦ信号レベルかピークになり、光
ディスクか平行光束の合焦状態および近すぎの発散光束
の状態の位置にある場合はＲＦ信号レベルが低下してい
た。

この例では、このように格子９．ｌＯの前に凸レンズを
挿入することにより、光デスクが合焦位置にある状態で
も光量を多く得ることができる。

次に、第３図を参照してさらに詳しく説明する。第３図
は第１図の受光系だけを取り出した図である。光ディス
ク７の光軸方向の変位量をΔＺ、これに伴ない移動する
集光レンズ８の合焦位置ｐの変位量をΔｐとする。対物
レンズ６の焦点距離をｆ宜、集光レンズ８の焦点距離を
ｆ２とし、この２つのレンズ間の距離を文とすると。

ｔ１２　（立−ｆｔ−ｆ２）・ΔＺ と表わされる。

具体例として、対物レンズ６の焦点距離ｆ、＝５、Ｏｍ
ｍ、集光レンズ８の焦点距離ｆｚ＝２０．０ｍｍ、それ
らのレンズ間の距離１＝５０．０ｍｍとすると、 ２５−２５・Δ２ となる。

通常、他のフォーカシング制御方法における焦点検出の
Ｓ字状カーブのピーク値はΔＺ＝±５０１Ｌｍの地点で
設定されている。したがって、その範囲内で、第２図に
示すような状態を再現させればよい。

今、四分割受光素子１１上でビームが収束してしまった
り、はみ出してしまったりしないようにする。前述の例
では、ΔＺが±５０ｐｍ移動したときに集光レンズ８の
合焦位置ての変位量Δｐかどれくらいの範囲を移動する
のかを上記式に代入して求めると、 集光レンズ８の焦点距離ｆ２は、２０．０ｍｍであるの
で、ビーム集光点ＰはΔ２が±５０μｍ変位すると、２
０＋０．８４＝２０．８４．２０−０．７６−１９．２
４となり１９．２４〜２０．８４ｍｍの間を移動するこ
とになる。

今、四分割受光素子１１を集光レンズ８から１５ｍｍの
ところに配置し、集光レンズ８の有効径を４　ｍ　ｍと
すると、ディスク７の変位量Δ２か±５０μｍの移動す
ることにより受光素子１１上のビーム系は次のように変
動する。（比例計算による） したがって、四分割受光素子１１の大きさは１．１２ｘ
１．１２ｍｍよりも大きければ四分割受光素子に入射す
るビームははみ出さないことになる。

次に、第４図に基づいてこの発明の第２実施例を説明す
る。この例は第１．第２の格子９．ｌＯの前に集光レン
ズを使用しない場合で、対物レンズ１枚で構成した自動
合焦装置である。

半導体レーザー１からの射出光２は光軸と４５度傾斜し
た反射面４ａを有するビームスプリッタ４、ｌ／４波長
板５をそれぞれ透過し、対物レンズ６ａにより収束され
て光ディスク７の面７ａを点状に照射する。光ディスク
７の面７ａの位置が半導体レーザー１．対物レンズ６ａ
に対して結像関係にあるならば、この面７ａからの反射
光２ｂは再び対物レンズ６ａで集光され、全く同じ光路
を逆に辿ることになる。そして、ｌ／４波長板５を透過
してビームスプリッタ４の反射面４ａで右方に反射して
第１の格子９．第２の格子ｌＯを照射する。この第１．
第２の格子９．１０で生じたモアレ縞を有するビームは
四分割受光素子１１に入射するようになって構成されて
いる。

したがって、この例では光ディスク７の面７ｍが合焦時
の状態てあっても、四分割受光素子１１には収束光て入
射することになる。

次に、第５図に示す受光系のみの図を参照して第１実施
例と同様に具体的な構成を考えてみる。

対物レンズ６ａの焦点距離ｊ＝５．０ｍｍとし、光ディ
スク７の面７ａが合焦位置にある場合、レンズの近軸に
おける式 ％式％ より、対物レンズ６ａと光ディスク７の面７ａとの距離
ａ　＝　８　ｍ　ｍ　、対物レンズ６ａと結像点ｐまで
の距離ｂ　ｍ　３０　ｍ　ｍ　、四分割受光素子１１の
位置を対物レンズ６ａから２５ｍｍのところに接置した
とし、対物レンズ６の有効径を４　ｍ　ｍとする。

この条件で前記例と同様に光ディスク７の変位量Δ２か
±５０ｐｍ移動したときの四分割受光素子１１上のビー
ム径の変化を調べてみる。

４　　　３１．３２ ４　　　　２８．８１ となる。

したかって、この場合は四分割受光素子１１の大きさは
、０．８１ｘ０．８１ｍｍより大きければビーム１２は
四分割受光素子１１よりはみ出すことはない。さらに、
対物レンズ６から２５ｍｍのところに設置すれば、光デ
ィスクの変位量ΔＺか±５０ｇｍの範囲で変動しても、
四分割受光素子１１てビーム１２か集光してしまうこと
もない。この例の場合にはレンズ枚数を増加させること
なくコスト的に有利な方法である。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明によれば、第１、第２の
格子を照射する光ディスクからの戻り光を集光レンズあ
るいは対物レンズて収束光として照射して四分割受光素
子に入射させるように形成したので、受光素子の受光光
量が多くなり、ＲＦ信号を検出するＷＤＳ／Ｎ比を大き
くとることがてきる。また、光ディスクの合焦時と比合
焦時とて四分割受光素子の受光する総量光量に変化かな
くなるため、フォーカシングの検出かしやすく精度か格
段に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す自動合焦装置の構成
図、 第２図は、四分割受光素子とビームの変化を説明するた
めの線区。 第３図は、上記第１図の受光系を示す光路図、第４図は
、本発明の第２実施例を示す自動合焦装置の構成図。 第５図は、上記第４図の受光系を示す光路図である。 ｌ・・・・半導体レーザー ４・・・・ビームスプリッタ ６．６ａ・・・・対物レンズ ７・・・・光ディスク ８・・・・集光レンズ ９・・・・第１の格子 １０・・・・第２の格子 １１・・・・四分割受光素子 第１図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザからの射出光を対物レンズにより結像
   面に点状に集光させ、この結像面からの反射光をビーム
   スプリッタを介して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四分割受光
   素子により検出して合焦させる自動合焦装置において、 上記第１、第２の格子間隔がタルボ距離だけ離間して設
   置され、上記ビームスプリッタと第１の格子との間に集
   光レンズを配置して四分割受光素子上に第１、第２の格
   子を通るビームの全光量が照射するように構成したこと
   を特徴とする自動合焦装置。 ２、半導体レーザからの射出光を対物レンズにより結像
   面に点状に集光させ、この結像面からの反射光をビーム
   スプリッタを介してモアレ縞を発生させる第１と第２の
   格子に照射させ、これらの格子により発生したモアレ縞
   の方向を四分割受光素子により検出してする合焦する自
   動合焦装置において、 上記対物レンズは上記四分割受光素子のやや後方に焦点
   がくる焦点距離のレンズから構成され、上記四分割受光
   素子上に上記第１、第２の格子を通る光束の全光量が照
   射するよう構成したことを特徴とする自動合焦装置。