JPH03116549A - 焦点制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は光学ヘッドの焦点制御装置に係り、より詳細
には光学的に情報を記録及び再生する光記録再生装置に
おいて、記録及び再生のために記録媒体上に集束される
光ビームの焦点位置を制御する焦点制御装置に関する。

（従来の技術） 光学的情報処理装置、例えば、光学的ファイリング装置
においては、光学的記録媒体、即ち、光ディスクに情報
が記録され、この光ディスクから情報を再生するために
光学ヘッドが用いられている。

このような光学ヘッドでは、光源としての半導体レーザ
素子から放射された光ビームがその内部の対物レンズに
よって光ディスクに集束され、光ディスクから反射され
た光ビームが光検出器に導かれ゛て、この光ビームが検
出されて再生信号に変換される。

このような光ディスクからの情報の再生及び記録におい
ては、対物レンズが合焦状態に維持されて光ビームのビ
ームウェスト、即ち、最少ビームスポットが光デイスク
上に形成されるとともに対物レンズが合トラック状態に
維持されて光ディスクに形成されているトラックが光ビ
ームで追跡されて情報が光ディスクに正確に記録され、
再生される。このような合焦状態及び合トラック状態を
検出する方法として従来がらナイフェツジ法或いはパイ
プリズム法が知られている。

ナイフェツジ法においては、光ディスクから戻された光
ビームの一部が光路上に配置されたナイフェツジによっ
て分離され、フォーカス検出光学系を介してフォーカス
検出用光検出器に照射される。このナイフェツジ法では
、フォーカス検出用光検出器上に形成される光ビームス
ポットが対物のフォーカシングに応じて変位されること
から対物レンズのフォーカシングが検出される。

ｌぐイブリズム法においては、半導体レーザから出射さ
れた光ビームが分離手段（プリズム）を介して光ディス
クに照射され、その反射光ビームが上記プリズムに配置
されている偏光性ビームスブリット面で反射されて光検
出器へ導かれる。このパイプリズム法では、偏光性ビー
ムスブリット面で反射された先ビームがプリズムによっ
て２つの光ビームに分割され、それぞれの光ビームが２
つの光検出器で検出されてその検出信号の差によって対
物レンズのフォーカシング及びトラッキングが検出され
る。

一般に、フォーカシング検出装置及びトラッキング検出
装置では、検出領域が複数に区分されている光検出器の
検出領域で検出された出力が組合わせられてフォーカシ
ング及びトラッキングが制御され、合焦及び合トラック
が維持されて、光ディスクに記録されている情報が再生
されるが、上述のナイフェツジ法やパイプリズム法にお
けるナイフェツジやプリズムの稜線は、情報記録媒体、
即ち、光ディスクにおけるビットが記録されるトラック
の影が延出される方向に対してほぼ垂直となるように配
置されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述したナイフェツジ法或いはパイプリズム法において
は、ナイフェツジ或いはプリズムの稜線が先ディスク上
のトラックに記録されているビットが記録されるトラッ
クの影が延出される方向と垂直な（直交する）方向に配
置されるため、光デイスク上で光ビームがトラックに記
録されているビットを横切る際に、その回折光が差動検
出用の光検出器の不所望な検出領域に廻込み、その結果
、光ディスクのトラックにビットが無い場合よりも検出
された出力が小さくなる場合が認められている。

また、この問題点を避けるためにナイフェツジ或いはプ
リズムの稜線が光デイスク上のトラックに記録されてい
るビットが記録されるトラックの影が延出される方向と
平行な方向に配置された場合には、検出領域に投影され
るトラックの影の位置によって検出信号にオフセットが
生じ、焦点位置を示すゼロクロス点が狂ってしまうこと
も認められている。

従って、光ディスクのトラック上にビットが存在する場
合には、光ビームのビームスポットの変化が大きいにも
拘らず、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエ
ラーに対する検出感度が低下し、或いは、不安定になり
、正確なフォーカシング及びトラッキングが困難になる
という問題がみられる。

この発明は、光ビームがトラックに記録されているビッ
トを横切る際に生じる光検出器の検出面上のビームパタ
ーンの廻込みによる、フォーカシングエラー信号及びト
ラッキングエラー信号を生成する方向の乱れの影響を除
去し、正確なフォーカシング及びトラッキングを達成す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上述した問題点に基づきなされたもので、光
源と、光源からの光ビームを情報記録媒体上に集束させ
るための集束手段と、前記集束光を２分割する分割手段
と、前記分割手段によって分割された光ビームを検出す
る検出手段とを備え、前記検出手段は、前記検出手段の
検出領域を区分する区分線と前記情報記録媒体上のトラ
ックの影が検出領域上で延出される方向に対して傾けて
配置される情報再生装置の焦点制御装置を提供するもの
である。

（作用） ナイフェツジ或いはプリズムの稜線が光ディスフ上のピ
ットが記録されているトラックの影が延出される方向に
対してほぼ４５°の角度で配置されるので、ピットが光
ビームを横切る場合に発生するビームパターンの乱れに
よる検出信号の変化がフォーカシングエラー信号として
光検出器に誤検知されることがなくなる。従って、光デ
ィスクに記録されている情報が高密度であっても、検出
感度の変化を押さえることが可能になる。

（実施例） 第１Ａ図には、この発明の一実施例に係る焦点側゛御装
置に組込まれる光学ヘッドの構成部材の配置が概略的に
示されている。また、第１Ｂ図には、第１Ａ図に示され
た光学ヘッドが平面的に示されている。

この焦点制御装置においては、光ビームを発生する光源
である半導体レーザ素子２から発散性の先ビームＬが偏
光ビームスプリッタ４に向けられ、この偏光ビームスプ
リッタ４の偏光面６を介して反射面ｍで反射される。ｆ
−光ビームスブリッタ４の対角線上に配置されている偏
光性ビームスブリット面６は、光ビームの直線偏光成分
即ちＰ偏光成分は透過し、位相の異なる他の光ビーム成
分即ちＳ偏光成分は反射させるという特性を有している
。反射面ｍで反射された光ビームＬは、λ／４板８を介
して対物レンズ１０に入射される。光ビームＬは、この
対物レンズ１０によって記録領域を規定するトラック１
４を有する光ディスク１２に集束される。トラック１４
゛には、ピットｐの有無によって情報が記録されている
。

対物レンズ１０が合焦状態に配置される際には、集束−
性の光ビームのビームウェストが光ディスク１２のトラ
ック１４上に投影され、最少ビームスポットがこのトラ
ック１４上に形成される。対物レンズ１０がその先軸に
沿って合焦状態から僅かに光ディスク１２に近づいたり
、或いは、光ディスク１２から離れた非合焦状態におい
ては、集束性の光ビームのビームウェストが光ディスク
１２のトラック１４上に投影されず、最少ビームスポッ
トよりも大きなスポットがこのトラック１４上に形成さ
れる。光ディスク１２で反射された発散性の光ビームは
、再び、対物レンズ１０に戻され、対物レンズ１０によ
って僅かに集束性を有する光ビームに変換される。この
僅かに集束性を有する光ビームは、再び、λ／４板８を
通過し、反射面ｍで反射されて偏光ビームスプリッタ４
の偏光面６に戻される。光ビームがλ／４板８を往復す
ることで、光ビームの偏光面が回転され、偏光ビームス
プリッタ４の偏光面６に戻されたこの光ビームは、この
偏光面６を透過してナイフェツジ１６に向けられる。こ
のナイフェツジ１６は光デイスク１２上のトラック１４
の影が延出される方向とのなす角度がほぼ４５＠の角度
で配置され、光ビームのほぼ１／２が遮断される。　ナ
イフェツジ１６によって遮断された光ビームは、区分線
によって区分された複数の検出領域を有し、検出領域を
区分する区分線と光デイスク１２上のトラック１４の影
が延出される方向とのなす角度が所定の角度、好ましく
は、はぼ４５°の角度で配置されている光検出器１８に
入射される。

この検出器１８の複数の検出領域からの検出信号が信号
処理回路２０によって処理されてフォーカシングエラー
信号及びトラッキングエラー信号に変換される。フォー
カシングエラー信号に応じて駆動回路２２からボイスコ
イル２６にフォーカシング制御信号が供給され、ボイス
コイル２６が駆動されて対物レンズ１０もしくは光学系
全体が光軸方向に駆動されて対物レンズ１０が合焦状態
に維持される。また、トラッキングエラー信号に応じて
駆動回路２２からボイスコイル２８にトラッキング制御
信号が供給され、ボイスコイル２８が駆゛動されて対物
レンズ１０もしくは光学系全体が光ディスク１２のトラ
ックを横切る方向に駆動されて集束された光ビームでト
ラックが追跡され、対物レンズ１０が合トラック状態に
維持される。

対物レンズ１０が合焦状態及び合トラック状態に維持さ
れている間に光検出器１８の検出領域から発生された検
出信号は、信号処理回路２０で処理されて光ディスク１
２のトラック１４に記録されているピットｐに対応する
再生信号に変換され、信号処理回路２０から発生された
再生信号は、図示しない外部の表示装置等に再生情報と
して表示される。

第２Ａ図乃至第２Ｃ図には、第１Ａ図、第１Ｂ図に示さ
れている光学ヘッドを用いた場合の合焦時及び非合焦時
における光検出器１８の検出面に投影されるビームスポ
ットの変化が示されている。

光検出器１８の検出面は、光軸Ｏに対してほぼ４５″の
角度をなす区分線３０で上下の領域に区分され、さらに
、この区分線３０に直交する一対の区分線３２．３４に
よって、検出領域り、ｉ。

ｊ、ｋが互いに等しい面積を有する４つの検出領域に区
分されている。　即ち、区分線３０は、先ディスク１２
から回折されて投影されるトラック１４の影の延出され
る方向に対して４５°の角度をなして配置されている。

対物レンズ１０が光ディスク１２に対して合焦状態にあ
る際には、第２Ｂ図に示されるようなスポットが形成さ
れる。即ち、ナイフェツジ１６によって右側部分が遮断
された微小ビームスポットＳが検出器１８の検出領域り
、ｉに形成される。これに対して、対物レンズ１０が光
ディスク１２に近付づいた非合焦状態にある場合には、
第２Ａ図に示すように、ナイフェツジ１６によって右側
部分が遮断されたかなり大きな面積を有するビームスポ
ットが光検出器１８の検出領域り、ｉに形成される。し
かも、このビームスポットは、トラック１４に記録され
ているピットｐによる回折によって変形された状態にあ
る。

また、対物レンズ１０が光ディスク１２から遠ざかった
非合焦状態にある場合には、第２Ｃ図に示すように、ナ
イフェツジ１６によって右側部分が遮断され、しかも、
−度集束点を通過して左右が逆になったかなり大きな面
積を有するビームスポットが光検出器１８の検出領域ｊ
、ｋに形成される。この場合におけるビームスポットも
第２Ａ図に示した状態と同様にピットｐによる回折によ
って変形された状態にある。

第３図には、第２Ａ図乃至第２Ｃ図に示されている光検
出器１８によって検出された先ビームが電気的に処理さ
れ、フォーカシングエラー制御信号ＦＣ及びトラッキン
グエラー制御信号ＴＣが対物レンズ駆動手段に供給され
る様子が示されている。光検出器１８の検出領域り、ｉ
は、第１の加算器４０に接続され、その検出領域り、ｌ
からの検出信号が第１の加算器４０で加算される。また
、光検出器１８の検出領域ｊ、には、第２の加算器４２
に接続され、その検出領域ｊ、ｋからの検出信号が第２
の加算器４２によって加算される。第１及び第２の加算
器４０．４２からの加算信号が作動増幅器４４に入力さ
れ、その差が増幅されてフォーカシングエラー信号ＦＥ
として発生される。

第２Ｂ図から明らかなように合焦時には、ビームスポッ
トＳは微少であり、検出領域り、ｉからの検出信号と＠
ｂ出領域ｊ、ｋからの検出信号は互いにほぼゼロとなり
、作動増幅器４４から合焦を意味するゼロレベルのフォ
ーカシングエラー信号ＦＥが発生される。一方、第２Ａ
図に示されるように対物レンズ１０が光ディスク１２に
近づいた非合焦状態にある場合には、検出領域り、ｉか
らの検出信号を第１の加算器４０によって加算した第１
の和信号ａが検出領域ｊ、　ｋからの検出信号を第２の
加算器４２によって加算した第２の和信号すに比べて大
きくなり、作動増幅器４４がら例えば、マイナスレベル
のフォーカシングエラー信号ＦＥが発生される。他方、
第２Ｃ図に示されるように対物レンズ１０が光ディスク
１２から遠ざかった非合焦状態にある場合には、検出領
域り。

ｉからの検出信号を第１の加算器４０によって加算した
第１の和信号ａが検出領域ｊ、ｋからの検出信号を第２
の加算器４２によって加算した第２の和°信号すに比べ
て小さくなり、作動増幅器４４から例えば、プラスレベ
ルのフォーカシングエラー信号ＦＥが発生される。この
フォーカシングエラー信号ＦＥが駆動回路４６に供給さ
れてフォーカシング制御信号ＦＣが発生され、図示しな
い駆動手段が駆動される。以上のようにして、検出面が
４つに区分されている光検出器１８からの検出信号によ
って対物レンズ１０のフォーカシングがなされるが、こ
の実施例によれば、検出器の検出面が光ディスクのトラ
ック１４の影が延出される方向に対してほぼ４５°の角
度を有して配置されているので、光ビームがトラックに
記録されているピットｐを横切る際の回折によって変化
しても、安定で感度の高いフォーカシングエラー信号が
得られる。

また、第３図に示されているように、光検出器１８の検
出面上に形成されるビームスポットＳ中には、光ディス
ク１２のトラック１４で先ビームが回折されることによ
るトラックの影２４が生じる。この影２４を検出するた
めに、光検出器１８の検出領域り、ｋが第３の加算器５
０に接続され、その検出領域り、ｋからの検出信号が第
３の加算器５０で加算される。また、光検出器１８の検
出領域ｉ、ｊが第４の加算器５２に接続され、その検出
領域ｉ、ｊからの検出信号が第４の加算器５２によって
加算される。第３及び第４の加算器５０及び５２からの
第３及び第４の加算信号が作動増幅器５４に入力され、
その差が増幅されてトラッキングエラー信号ＴＥとして
発生される。光ディスク１２のトラック１４が光ビーム
で正確に追跡されている合トラック状態では、第３図に
示されるようにトラックの影２４が区分線３０に対して
対称に生じる。従って、第３及び第４の加算器５０及び
５２から等しいレベルの第３及び第４の加算信号が発生
され、作動増幅器５４からは、ゼロレベルのトラッキン
グエラー信号ＴＥが発生される。これに対して、トラッ
ク１４の中心から先ビームが僅かに外れた非６合トラッ
ク状態では、影２４が光ビームスポットＳ中で光検出器
１８の検出領域り、に或いは、検出領域Ｌ＋　　Ｊのい
ずれかの側に僅かにシフトされる。従って、第３及び第
４の加算器５０及び５２から異なるレベルの第３及び第
４の加算信号が発生され、作動増幅器５４からは、プラ
ス或いは、マイナスレベルのトラッキングエラー信号Ｔ
Ｅが発生される。このトラッキングエラー信号ＴＥが駆
動回路５６に供給されてトラッキング制御信号ＴＣが発
生され、図示しない駆動手段が駆動される。この実施例
によれば、検出器の検出面が光ディスクのトラック１４
の影が延出される方向に対してほぼ４５″の角度を有し
て配置されているので、光ビームがトラックに記録され
ているピットｐを横切る際の回折によって変化しても、
安定で感度の高いトラッキングエラー信号が得られる。

さらに、第３図に示されているように光検出器１８の検
出領域り、ｉ、ｊ、には、加算器６０に接続されている
ので、光デイスク１２上のトラック１４に記録された情
報、例えば、ピットｐとして記録された情報によって強
度変調された光ビームを光検出器１８の検出領域り、ｉ
、ｊ、ｋからの検出信号が加算器６０によって加算され
ることによって再生信号が発生される。

第４図には、第１Ａ図及び第１Ｂ図に示されているフォ
ーカス検出系を用いた場合に光検出器から得られる検出
特性が示されている。曲線ａには、ナイフェツジ或いは
プリズムの稜線が光デイスク上のトラックに記録されて
いるピットが記録されるトラックの影が延出される方向
と垂直な（直交する）方向に配置される従来の光検出系
を用いた場合のピットｐが存在しない場合における検出
信号の出力特性が示されている。曲線すには、曲線ａで
示されている検出特性を有する光検出器を用いた場合の
ピットｐが存在する場合における検出信号の出力特性が
示されている。グラフから明らかなように、光デイスク
上で光ビームがトラックに記録されているピットを横切
る際に、その回折光が差動検出用の光検出器の不所望な
検出領域に廻込み、その結果、光ディスクのトラックに
ピットが無い場合（曲線ａ）よりも検出された出力が小
さく、しかも、焦点位置を示すゼロクロス付近の感度の
低下が認められる。曲線ｂ゛には、ナイフェツジ或いは
プリズムの稜線が光デイスク上のトラックに記録されて
いるピットが記録されるトラックの影が延出される方向
と平行な方向に配置される場合に得られる検出特性が示
されている。

この場合には、曲線すに比べて感度の低下は少ないもの
の検出領域に投影されるトラックの影の位置によって検
出信号にオフセットが生じ、焦点位置を示すゼロクロス
点がｄで示されるようにズしてしまう。曲線Ｃには、こ
の発明の光検出器の検出面を区分する区分線がトラック
１４の影が延出される方向に対して傾けて配置された検
出系を用いた場合の検出信号の出力特性が示されている
。

図から明らかなように、この発明の検出系を用いた場合
には、光ディスクのトラック上にピットｐが記録されて
いるにも拘らず、検出信号における特性の劣化が改善さ
れている。この実施例における検出面を区分する区分線
をトラック１４の影が延出される方向に対して傾ける方
法は、上述した問題点に基づき、ナイフェツジ或いはプ
リズムの稜線が光デイスク上のトラックに記録されてい
るビットが記録されるトラックの影が延出される方向に
対して垂直或いは平行に配置される場合の中庸を取った
もので、はぼ４５°に配置されることが好ましい。

第５図及び第６図には、この発明の他の実施例が示され
ている。第１Ａ図及び第１Ｂ図と同じ構成部材は、同一
符号で示されている。

第５図には、第１Ａ図及び第１Ｂ図に示されている検出
光学系のナイフェツジ１６がバイブリズム６２に置換え
られた例が示されている。

第６図には、光ディスクから反射された光ビームを第２
のビームスプリッタ６４によりさらに分割し、フォーカ
シングエラー信号及びトラッキングエラー信号を個別に
検出する例が示されている。

第５図及び第６図に示されている光学系においても、光
検出器上のトラックの影に対して、その光検出器の検出
面の検出領域を区分する区分線が傾けて配置されること
によって、同様に焦点検出の感度を向上させることがで
きる。

（効果） この発明によれば、ナイフェツジ或いはプリズムの稜線
が光デイスク上のトラックに記録されているピットが記
録されるトラックの影が延出される方向に対してほぼ４
５″の角度をなして配置されるので、光ディスクのトラ
ックに記録されているビットが光ビームを横切る場合で
あっても、光検出器の検出面に照射される先ビームのパ
ターンは光検出器の区分されている検出領域の両方に亘
ることかないので、焦点検出における検出感度が高めら
れるとともに、より精度の高い焦点検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ図及び第１Ｂ図は、この発明の一実施例である
焦点制御装置を示す概略図、第２Ａ図乃至第２Ｃ図は、
第１図に示されている光学ヘッドを用いた場合の合焦時
及び非合焦時における光検出器の検出面に投影されるビ
ームスポットの変化を示す概略図、第３図は、第２Ａ図
乃至第２Ｃ図に示されている光検出器によって検出され
た光ビームの電気的な処理を示すブロック図、第４図は
、第１図に示されているフォーカス検出系を用いた場合
に光検出器から得られる検出特性を示すグラフ、第５図
は、この発明の第２実施例である焦点制御装置を示す概
略図、第６図は、この発明の第３実施例である焦点制御
装置を示す概略図である。 ２・・・半導体レーザ素子、４・・・ビームスプリッタ
、８・・・１／４λ板、１０・・・対物レンズ、１２・
・・先ディスク、１４・・・トラック、１６・・・ナイ
フェツジ、１８．６６．６８・・・光検出器、２０・・
・信号処理回路、２２・・・駆動回路、２６・・・第１
のボイスコイル、２８・・・第２のボイスコイル、３０
，３２．３４・・・区分線、４０．４２・・・加算回路
、５０．５２・・・加算回路、４４．５４・・・差動増
幅器、４６．５６・・・駆動回路、６０・・・加耳器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、光源からの光ビームを情報記録媒体上に集束さ
   せるための集束手段と、前記集束光を２分割する分割手
   段と、前記分割手段によって分割された光ビームを検出
   する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記検出手段
   の検出領域を区分する区分線と前記情報記録媒体上のト
   ラックの影が検出領域上で延出される方向に対して傾け
   て配置される情報再生装置の焦点制御装置。