JPH0317835A - 焦点誤差検出を改良した光ヘツド - 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】 Ａ．産業上の利用分野 本発明は、光学記録媒体上のデータの読取り及び書込み
に適合した光ヘッドの焦点誤差を検出するための方法と
手段に関し、より詳しくは、焦点誤差信号を生成して、
光ビームをある表面上の焦点に保持するために動作する
サーボ・システムへの入力として使用するための、改良
された手段に関する。

Ｂ．従来の技術 光学式記憶用にこれまで用いられてきた焦点誤差検出法
は、一般に、ナイフ・エッジ、非点収差補正レンズ、ま
たは臨界角プリズムを採用している。これらの技術は、
これらの光学要素、及び、スブリット化またはセグメン
ト化された光検出器の非常にきわどい位置合せを必要と
する。

公告された欧州特許第ＥＰ０１８４６８７号明細書は、
光ディスクから反射したレーザ・ビームが、係数Ｍによ
りある次元内でビーム幅を減少し、さらにある次元内で
ビーム幅を減少させ、楕円型ビームをナイフ・エッジ型
焦点誤差検出システムに送り出すプリズムに、対物レン
ズを通して向けられる、検出技術を開示している。

１９８５年１０月１５日〜１７日ワシントンＤ．Ｃ．で
開催の、光学式データ記憶を主題とする会議の概要（Ｔ
ｈｅ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｏｐｉｃａｌ　
Ｍｅｅｔｉｎｇｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄａｔａ　Ｓｔ
ｏｒａｇｅ）は、ヤマモト（Ｙａｍａｍｏｔｏ　）他に
よる「光プレグループ寸法の設計考察（Ｄｅｓｉｇｎ　
Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ
　Ｐｒｅｇｒｏｏｖｅ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）　Ｊと題
する論文ＴＨＣＣ２−■を含む。同論文は、焦点誤差に
関連する遠視野スボ，ト寸法変動を検出するための６要
素光検出器を述べる。

Ｃ．発明が解決しようとする課題 比較的少ない構成要素で、焦点誤差信号を有意に拡大し
、さらに、ある範囲内のセグメント化された光検出器の
基準のない位置合せのみを必要とする大きなビーム・サ
イズを提供する、非常に敏感な焦点誤差検出技術を必要
とする。

Ｄ．課題を解決するための手段 この目的に対して、及び本発明によって、光学式記録媒
体から反射される戻り光ビームの光学的通路内にプリズ
ムを置くことによって、光ヘッドの焦点誤差を検出する
ための装置及び方法を提供する。プリズムは、係数Ｍで
１つの次元内のビームを減じ、さらに前記次元の係数Ｍ
でビームの焦点誤差に関する発散／収束角を増し、それ
によって、係数Ｍ２で焦点誤差信号を拡大することが望
ましい。焦点誤差は、ヤマモト他の論文に示されたよう
な内部、あるいは外部光電性領域を有するセグメント化
された光検出器によって検出される。

光検出器は、内側及び外側の領域で、光の強度の差から
焦点誤差を示す電気信号を生成する。また光検出器は、
トラック誤差信号を提供するような方法でセグメント化
されることが好ましい。

Ｅ．実施例 本発明の原理は、第１図に最も良く図示されている。ダ
イオード・レーザ１０の出力はサーキュラライザ／フリ
メータ・システム１１を通過して、視準されたビーム１
２を供給する。ビーム・スプリッタ１３から反射して、
ビーム１２はビーム１４になる。ビーム１４はレンズ１
５により光学式記録媒体の表面上に集光される。表面１
６がレンズ１５の焦点にある時、ビーム・スプリッタ１
３からレンズ１５へ視準されたビーム１４は、それ自身
の上に逆反射され、戻りビーム１４のように、スプリッ
タ１３によってプリズム１７に送られる。

プリズム１７はビーム１４を屈折させ、ビーム１８とな
り、それは光検出５１９に向けられる。ビーム１８は、
Ｄに等しい大軸とＡに等しい小軸を有する楕円構造の強
度パターンを有する。プリズム１７は、Ｍ　（Ｄ／Ａで
定義される）の係数によりビーム１４の幅を屈折ビーム
１８の幅に減少させる。

今、表面１６上のデータが焦点より量δ２だけ外にある
と仮定する。この表面１６から反射したビーム１４゜は
仮定された条件下で、レンズ１５を通過した後、角度δ
θで発散する。

δθ＝Ｄδｚ／ｆ２　　　　　　　　　　（１）ただし
ｆはレンズ１５の焦点距離である。

δ２が負の場合、δθは負となり、ビームｌ４゜は収束
する。次の分析は、δ２が正の場合を考えるが、δ２が
小さい時は、同じ分析が、発散あるいは収束ビーム１４
′に対し有効である。

プリズム１７から出る屈折ビーム１８’は、発散角Ｍδ
θを有し、ここで検出器１９上の前記ビームの幅Ａ”は Ａ′〜Ａ＋２ＱＭδθ　　　　　　　　　（２）で与え
られる、ただし党はプリズム１７から光検出器１９まで
の距離である。

式（１）を使って、 Ａ’二Ａ＋２ｆｉＭＤδｚ　／　ｆ　２〜Ａ＋２ＪＩＭ
２Ａδｚ／ｆ２ あるいは Ａ″／Ａ〜１＋２ＱＭ２δｚ／ｆ２　　　　（３）が得
られる。

したがって、表面１６からの戻りビーム１４゜の通路内
にプリズムを挿入することにより、焦点誤差δ２を表示
するビーム幅Ａの変更は、係数Ｍ２により高められるこ
とを理解されたい。Ｍは、プリズムｌ７の頂角により、
またはプリズム材料の屈折率により決定される。Ｍは任
意の大きさに作ることができる。しかし、システムの位
置合せの許容誤差は、Ｍが増加するにつれてますます厳
しくなる。単一プリズム１７のための実際の最大値はほ
ぼＭ＝５である。しかし数個のプリズムを直列に使用す
ることができ、したがって合成係数Ｍは、各プリズムの
値Ｍの積となる。

第２Ａ図に示すように、光検出器２４は、３つの光電性
ストライプ領域１，２、３を含む。■１、Ｉ２、Ｉ３を
、それぞれ、これらの光電性領域１、２、３、上の入射
光により生成される電気信号とする。第２Ａ図の構成に
ついて、ＳＩ＝ＩＩ＋Ｉ３、及びＳ２＝Ｉ２とする。ｋ
Ａを、ビーム１４が焦点にある時、ｋ（二〇．２５）が
Ｓｌ＝Ｓ２とされる中央光電性領域２の幅とする。Ｓ１
及びＳ２゜が焦点誤差δ２に応じる信号である場合、 であることがわかる。

Ａ　’−Ａ，及びｋ＝０．２５である時ＦＥＳ−０．８
７　（Ａ”／Ａ−１） 〜１．ＬＱＭ２δｚ／ｆ２ である。したがって、例として、Ｍ＝５、ｕ＝５０ｍｍ
及び、ｆ＝４ｍｍの場合、小さな焦点誤差δｚ＝０．５
μｍが焦点誤差信号ＦＥＢ＝０．０５を与える。この大
きな誤差信号は、高い信号対ノイズ比で、非常に小さな
焦点誤差の検出を可能にする。

信号Ｉ，と工３は合計され、２１で増幅され、出力信号
Ｓ１を提供するが、信号■２は２１で増幅さ及び合計増
幅器２８に供給される。除算回路２８の出力は、焦点誤
差すなわちＦＥＳである。焦点誤差信号は、焦点サーボ
制御システム２３（第１図）に印加される。図に示すよ
うに、システム２３は、それによって表面１６に関して
レンズ１５の位置を調整するために、コイル２４内の電
流を調整するための従来型の手段（図示せず）を含む。

光検出器の好ましい構成を第２Ｂ図に示す。光検出器２
５は、それぞれ電気信号ｈ〜■６を生成するための、６
つの光電性領域を含む。焦点誤差信号は、 で与えられ、トラック誤差信号は で与えられる。

ただし、 Ｓ＋＝１＋＋　Ｉ３＋　Ｉ。＋■６ Ｓ２＝　Ｉ２＋Ｉｓ Ｓ３＝　Ｉｌ＋Ｉ２＋　Ｉ３ Ｓ４＝Ｉ４＋　Ｉ５＋　ＩＳ トラック誤差信号を使用してトラック誤差を調整する方
法は、従来行なわれており、本発明の部分を形成するも
のではない。第２Ｂ図は、焦点誤差を検出し、修正する
ための出願者の方法と手段が、焦点誤差信号及びトラッ
ク誤差信号の両方を生成する２５のような光検出器に匹
敵し、それと共に使用されるのが望ましいことを単に示
すものである。

第３図 第３図に示すように、本実施例による本発明は、読取り
専用、追記型、あるいは位相変更光ディスクと共に使用
するのに特に適した光ヘッドを含む。

レーザ３０はレンズ３２により視準され、さらにプリズ
ム４６の表面３４での屈折で円形にされたビームを放出
する。表面３４は、偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）
コーティングを有する。ビーム３５は、四分の一波長板
を通って、ビーム・ベンダ３８及び、前記ビームを光デ
ィスク４２上の選択可能なトラック上に焦点を結ぶレン
ズ４０に向けられる。ディスク４２から反射されるビー
ム３５’は、波長板３６を通って戻り、表面３４からプ
リズム４６の表面４４に向かってビーム３７として反射
される。表面４４でのビーム３７の屈折は、ＤからＡへ
、係数Ｍによって前記ビームの幅を減少させ、この楕円
形のピーム４７を、第２Ａ図あるいは第２Ｂ図に示すよ
うに、セグメント化されているのが好ましい光検出器４
８に向ける。

第３図に示すように、ディスク４２のトラック上のデー
タが焦点内にある場合、戻りビーム３５゜はビーム３５
と一致し、光検出器４８におけるビームの幅はＡに等し
くなる。しかし、ディスク４２上のデータが、焦点外に
ある場合、戻りビーム３５゜は３５から発散し、第１図
に示すように、光検出器４８に対するビームの幅がＡよ
り大きくなる原因となる。第２Ａ図に関連して述べるよ
うに、光検出器４８はＦＥＳを生成し、ディスク４２上
のトラックに対するレンズ４０の位置は、焦点内にデー
タを置くために必要な適当なサーボ手段（図示せず）に
よって、このＦＥＳに応じて調整される。

本実施例は、必要な構成要素の数が少ないことが望まし
い。

第４Ａ図及び第４Ｂ図 第４Ａ図及び第４Ｂ図は、読取り専用、追記型、あるい
は位相変更ディスクで使用するための光ヘッドの他の実
施例を図示する。本実施例によれば、ヘッドの一般的な
方向設定は、ディスク５０上のトラックに平行である。

したがって、このヘッドは、スイング・アーム・アクチ
ュエー夕を用いたディスク駆動機構に極めて簡単に適合
される。レーザ５２（第４Ａ図）はビームを放射し、そ
のビームはレンズ５４により視準され、屈折または反射
なしにＰＢ８５Ｂに向けられ、それを通る。ＰＢ８５６
からのビーム５８は、１つの次元がＤでそこに直交した
幅Ａを有する断面で楕円形である。

このビーム５８は四分の一波長板６０を通り、プリズム
・アセンブリ６２に向けられる。プリズム・アセンブリ
６２の第１の面６４で、ビーム５８は円形にされ、反射
面６８に対し、さらにそこから離れた他の面６６から合
成ビーム７２をディスク５０上に集光させる対物レンズ
７０に全内部反射率（Ｔ　Ｉ　Ｒ）で反射される。ピー
ム７２は、反射ビーム５８゜のようにディスク・トラッ
クから反射される。断面が再び楕円になるビーム５８゜
は、ＰＢＳ５８の表面７４により反射され、光検出器７
６に向けられ、光検出器７６は第２Ａ図や第２Ｂ図に示
すようにセグメント化されることが好ましい。

第４Ａ図及び第４Ｂ図に示すように、ディスク５０のト
ラック上のデータが焦点内にある場合、戻りビーム５８
゛はビーム５８に一致し、光検出器７６におけるビーム
の幅はＡに等しくなる。しかし、ディスク５０上のデー
タが焦点外にある場合は、戻りビーム５８“は５８から
発散し、さらに第１図に示すように、光検出器７６に対
するビ−ムの幅がＡより大きくなる原因となる。第２図
で述べたように、光検出器４８はＦＥＳを生成し、そし
てディスク５０上のトラックに対するレンズ７０の位置
は、焦点内にデータを置くために必要な適当なサーボ手
段（図示せず）により、このＦＥＳに応じて調整される
。

本実施例は、プリズム６６の膨張／収縮率Ｍが、レーザ
５２の放出パターンに調和しなければならｒｚいことを
必要とする。

亙旦星 第５図は、さらにマグネット光学ディスクと共に使用す
るための光ヘッドの他の実施例を図示する。レーザ８０
は、レンズ８２で視準されプリズム８８の表面８４で屈
折することにより円形にされ、さらに、ビーム・ベンダ
８８及び対物レンズ９０に向かって向けられるビームを
放出する。表面８４は部分分極ビーム・スブリツタ表面
であり、ディスク９４上の選択されたトラックから反射
されるようなビーム９２゜のｐ極性成分の一部分、及び
前記ビームのＳ極性成分の実質的なすべてを、ビームｌ
ＯＯとしてプリズム９６の表面８８に向ける。表面８８
は、部分分極ビーム・スブリツタ表面でもある。表面９
８は、第２Ａ図や第２Ｂ図に図示したようなセグメント
化されるのが好ましいサーボ光検出器に対して、ビーム
１００のｐ極性成分の一部分をビーム１０１として屈折
する。

この屈折は一次元内でのビーム１００の一係数Ｍによる
、ＤからＡへの減少を生じる。表面９８も、ビーム１０
０のｐ極性成分の一部、及びビーム１００のＳ極性成分
の実質的にすべてを、ビーム１０３として、ウォラスト
ン・プリズム１０４、収束レンズ１０６及びデータ検出
器ｌＯ８に向ける。

磁気光学式ディスク上のデータを検出する際のウォラス
トン・プリズムの機能は当技術分野では周知であり、本
発明の部分を形成するものではない。

第５図に示すように、ディスク９４のトラック上のデー
タが焦点内にある時、戻りビーム９２゛は１次ビーム９
２に一致し、光検出器１０２でのビーム幅はＡに等しく
なる。しかし、ディスク９４上のデータが焦点外にある
場合は、戻りビーム９２９は９２から発散し、さらに、
第１図に示すように、光検出器１０２に向かうビームの
幅が八より大きくなる原因となる。第２図で述べたよう
に、光検出器４８は、ＦＥＳを生成し、ディスク９４上
のトラックに対するレンズの位置は、焦点内にデータを
置くのに必要な適当なサーボ手段（図示せず）により、
このＦＥＳに応じて調整される。

第３図ないし第５図に図示した構成の各々では、先行技
術が教示したものとは違って、焦点誤差信号が係数Ｍ２
によって高められることが望ましい。

Ｆ．発明の効果 本発明により、比較的少ない構成要素で、焦点誤差信号
を拡大できる光ヘッドが提供された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を示す概略図である。 第２Ａ図と第２Ｂ図は、セグメント化された光検出器の
２つの好ましい構造を示す図であり、両方とも焦点誤差
信号を生成し、第２Ｂ図はさらにトラック誤差信号を生
成する検出器を示す図である。 第３図は、読取り専用、追記型、あるいは位相変更光学
ディスクで使用するための本発明の１実施例による光ヘ
ッドを示す図である。 第４Ａ図及び第４Ｂ図は、スイング・アーム・アクチュ
エー夕を用いた光ディスク駆動機構と共に使用するため
の実施例を示す図である。 第５図は、磁気光学式ディスクと共に使用するための実
施例を示ナ図である。 １０・・・・ダイオード・レーザ、１１・・・・サーキ
ュラライザ／コリメータ・システム、１２・・・・視準
されたビーム、１３・・・・ビーム・スプリフタ、１４
、１８、３５、３７、４７、５８、９２゜　　１ｏｏ，
ｔｏｔ・・・・ビーム，１５、４０１Ｔｏ，８２、９０
、１０Ｂ・・・・レンズ、１６、３４、８４、９８・・
・・表面、１７、ｅ６、８６、９６・・・・プリズム、
１８、ｌ８゛・・・・屈折ビーム、１９、２５、４Ｂ、
７Ｂ、１０２・・・・光検出器、２３・・・・焦点サー
ボ制御システム、２４・・・・コイル、２６・・・・合
計増幅器、２８・・・・除算回路、３０，５２・・・・
レーザ、３８、８８・・・・ビーム・ベンダ、４２、５
０，９４・・・・ディスク、５６・・・・ＰＢＳ１　５
８’・・・・戻りビーム、６０・・・・四分の一波長板
、６８・・・・反射面、１０８・・・・データ検出器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学式記録媒体上のデータの読取りまたは書込み
   、またはその両方に適合した光ヘッドの焦点誤差を検出
   するための装置であって、 焦点誤差に応じて電気信号を生成するための光検出器と
   、 前記媒体から反射される戻り光ビームの光学経路内に置
   かれたプリズムであって、係数Ｍにより１つの次元内で
   ビームを減少し、前記次元内で係数Ｍによって、前記ビ
   ームの焦点誤差に関連した発散／収束角を増大させ、そ
   れによって係数Ｍ＾２により焦点誤差信号を拡大する、
   前記のプリズムを含む光ヘッドの焦点誤差検出装置。
2. （２）データを記憶するために複数のトラックを有する
   光ディスクと共に用いるための光ヘッドであって、 視準光のビームを供給するための手段と、 屈折によりビームを円形にするための極性ビーム・スプ
   リッタを含むプリズム手段と、 四分の一波長板、ビーム・ベンダ、及び選択されたトラ
   ック上に円形にされたビームを集光するためのレンズを
   含む手段とを含み、 前記プリズム手段が、ディスクから反射される戻り光線
   ビームの光学経路内に置かれ、係数Ｍにより１つの次元
   内でビームを減少し、前記次元内で係数Ｍによって、前
   記ビームの焦点誤差に関連した発散／収束角を増大させ
   、それによって係数Ｍ＾２により焦点誤差を表す電気信
   号を高めた、光ヘッド。
3. （３）データを記憶するために複数のトラックを有する
   光ディスクと共に用いるための光ヘッドであって、 視準光を供給するための手段と、 四分の一波長板と、 四分の一波長板を通って送られる光を円形にするための
   １つの面、円形にされた光が全内部反射率により反射さ
   れる第２面、及び反射する第３面を有するプリズム手段
   を含む手段と、 前記第３面からディスク上に反射されるビームを集光す
   るためのレンズ手段と、 前記ビームの焦点誤差に応じて信号を生成するための光
   検出器とを含み、 前記プリズム手段は、ディスクから反射される戻り光線
   ビームの光学経路内に置かれ、係数Ｍによりある次元内
   でビームを減少し、前記次元内で係数Ｍによって、前記
   ビームの焦点誤差に関連した発散／収束角を同時に増大
   させ、それによって、係数Ｍ＾２により前記信号を拡大
   させるもので、さらに前記プリズム手段により放射され
   る前記戻りビームを、光検出器に向けるための極性ビー
   ム・スプリッタを含む光ヘッド。
4. （４）光ビームが、光学式記録媒体上のデータの読取り
   または書き込み、またはその両方のために向けられる光
   ヘッドの焦点誤差を検出する方法において、 前記媒体から反射される戻り光線ビームの光学経路内に
   プリズムを置き、係数Ｍにより、１つの次元内でビーム
   を減少し、前記次元内の係数Ｍによって、前記ビームの
   焦点誤差に関連した発散／収束角を同時に増大させ、そ
   れによって、係数Ｍ＾２により焦点誤差を表す電気信号
   を高める段階を含む光ヘッドの焦点誤差検出方法。
5. （５）光学記録媒体上のデータの読取りまたは書込みま
   たはその両方に適合した光ヘッドの焦点誤差を検出する
   ための方法であって、 前記媒体から反射される戻り光線ビームの光学経路内に
   プリズムを置き、係数Ｍによりある次元内でビームを減
   少し、前記次元内の係数Ｍによって、前記ビームの焦点
   誤差に関連した発散／収束角を同時に増大させ、それに
   よって係数Ｍ＾２により焦点誤差信号を高める段階と、 前記信号の大きさが前記内側と外側の領域で光の強度の
   差に比例し、２つの外側の光感知領域の間に中心を置い
   たストライプ形の内部光感知領域を有する光検出器で前
   記信号を生成する段階を含む光ヘッドの焦点誤差検出方
   法。
6. （６）データを記憶するための複数のトラックを有する
   光ディスクと共に使用するための光ヘッドであって、 視準された光線のビームを供給するための手段と、 屈折によってビームを円形にするための第１プリズム手
   段と、 円形にされたビームがディスク上の選択されたトラック
   に向けられるときに通るビーム・ベンダ、及びレンズ手
   段を含む手段と、 第２のプリズム手段と ディスクから反射された戻りビームのｐ極性成分の一部
   分、及び前記戻りビームのｓ極成分の実質的にすべてを
   前記第２のプリズム手段に向けるための部分分極ビーム
   ・スプリッタ面を有する前記第１のプリズム手段と、 前記戻りビームの焦点誤差に応じて信号を生成するため
   の光検出器を含み、 前記第２のプリズム手段は部分分極ビーム・スプリッタ
   表面を有し、前記光検出器に対して、前記戻りビームの
   ｐ極性成分の部分を屈折し、該部分が係数Ｍによる１つ
   の次元内での戻りビームの減少を構成する原因となり、
   さらに、前記次元の係数Ｍにより前記ビームの焦点誤差
   と関連した発散／収束角を同時に増加させ、それによっ
   て係数Ｍ＾２によって前記信号を高めた前記の光ヘッド
   。