JPH0373425A - 焦点検出装置 - 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、光磁気ディスク、光カード等
の光記録媒体に対物レンズを経て光ビームを投射して情
報を記録および／または再生する装置において、光記録
媒体からの反射光に基づいて対物レンズの光記録媒体に
対する焦点状態を検出する焦点検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の焦点検出装置として、例えば特開昭５７５３８３
９号公報において第１１図に示すようなものが提案され
ている。この焦点検出装置はフーコー法によるもので、
光源１からコリメートレンズ２、ビームスプリッタ３お
よび対物レンズ４を経て光デイスク５に投射された光の
反射光を、対物レンズ４およびビームスプリッタ３を経
てビームスプリッタ６に入射させて２分割し、その一方
の光束をトラッキングエラー検出用の受光素子７に、他
方の光束を集光レンズ８およびフーコープリズム９を経
てフォーカスエラー検出用の２個の受光素子１０．１．
１にそれぞれ入射させるようにしたものである。受光素
子７．１０および１１は、第１２図に平面図を示すよう
に、それぞれ２分割した受光領域をもって構成され、受
光素子７の受光領域７ａ、７ｂの出力を差動増幅器１２
に供給することによりトラッキングエラー信号（ＴＥ）
を、受光素子１０．１１の光軸に対して外側の受光領域
１０ａ、　ｌｌａの出力の和と内Ｉｌｌの受光領域１０
ｂ、　ｌｌｂの出力の和とを差動増幅器１３に供給する
ことによりフォーカスエラー信号（ＦＥ）を得るように
している。

すなわち、この焦点検出装置においては、第１３図Ａに
示すように、光デイスク５が対物レンズ４の焦点位置に
位置する合焦状態では、フーコープリズム９で２分割さ
れる光束を受光素子１０．１１のそれぞれの受光領域の
分割線上に結像させて、差動増幅器１３からＦＥ＝０の
信号を得、第１３図Ｂに示すように、光デイスク５が対
物レンズ４の焦点位置よりも対物レンズ４側に位置して
光デイスク５からの反射光が発散光となる非合焦状態で
は、フーコープリズム９で２分割される光束のスポット
を、受光素子１０．１１の内側の受光領域１０ｂｌｂに
スポットが広がらせて、差動増幅器１３からＦＥ＜０の
信号を得、また逆に第１３図Ｃに示すように、光デイス
ク５が対物レンズ４の焦点位置よりも遠ざかって光デイ
スク５からの反射光が収束光となる非合焦状態では、フ
ーコープリズム９で２分割される光束を受光素子１０．
１１の手前で結像させて、そのスポットを受光素子１０
．１１の外側の受光領域１０ａ、１１．ａに広がらせて
、差動増幅器１３からＦＥ＞０の信号を得るようにして
いる。

また、従来の他の焦点検出装置として、特開昭４８−８
４６２６号公報には、第１４図に示すように、焦点状態
を検出すべきレンズおよびフィルム等の媒体を経た光を
、集光レンズ１５および臨界角プリズム１６を経て受光
素子１７で受光し、その出力に基づいて焦点状態を検出
するようにしたものが提案されている。ここで、臨界角
プリズム１６は、その斜面１６ａ、　１６ｂが平行光に
対して臨界角に設定されており、稜線ｉ６ｃは反射面と
なっている。

すなわち、第１４図に示す焦点検出装置においては、臨
界角プリズム１６に平行光が入射する合焦状態では、入
射光を斜面１６ａ、１６ｂおよび稜線１６ｃで反射させ
て、受光素子１７には殆ど入射しないようにし、寵界角
プリズム１６に発散光が入射する非合焦状態では、入射
光を斜面１６ａ、１６ｂを透過させて受光素子１７に入
射させ、また収束光が入射する非合焦状態では、入射光
を斜面１６ａ、１６ｂで反射されたのち、反対側の斜面
１６ｂ、　１６ａを透過させて受光素子１７に入射させ
るようにして、受光素子１７から第１５図に示すように
、合焦状態では小さく９、非合焦状態では大きくなる焦
点状態検出信号を得るようにしている。

Ｃ発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第１１図に示す従来の焦点検出装置にあ
っては、光デイスク５からの反射光を結像させる集光レ
ンズ８を用いるようにしているため、装置が大形かつコ
スト高になるという問題があると共に、受光素子１０．
１１を集光レンズ８の焦点位置に配置する必要があるた
め、その位置調整に高い精度が要求され、位置調整がず
れた場合の感度変化が大きくなるという問題がある。ま
た、合焦検出を結像点で行うようにし７ているため、ト
ラッキングエラー検出光学系としてのビームスプリッタ
６を設ける必要があり、これがため装置がさらに大形か
つコスト高になるという問題がある。

なお、ビームスプリッタ６を設ける代わりに、第１６図
ＡおよびＢに示すように、フーコープリズム９で２分割
された光、束の一方を、集光レンズ８の結像点において
２分割した受光領域を有する受光素子１日で受光し、他
方を結像点から離れた位置において２分割した受光領域
を有する受光素子１９で受光して、受光素子１８の２個
の受光領域の出力の差からＦＥ信号を、受光素子１９の
２個の受光領域の出力の差からＴＥ信号を得るようにす
ることも占えられる。

しかし、このようにフーコープリズム９で２分割された
光束の一方のみでＰＨ倍信号検出するようにすると、光
デイスク５の傾きや周囲温度の変化等による光源１の発
光点の傾き、あるいは光学部品の光軸のずれによって、
集光レンズ８への入射光が傾いたり、光軸と直交する方
向にシフトすると、受光素子１日上に形成されるスポッ
トが移動して合焦ずれが生じるという問題がある。また
、ＦＥ信号を検出する受光素子１８と、ＴＥ倍信号検出
する受光素子１９とを光軸方向にずらして配置する必要
があるため、レイアウト上の自由度が小さくなるという
問題がある。さらに、この場合も集光レンズ８が必要に
なるため、第１１図の場合と同様に装置が大形かつコス
ト高になるという問題がある。

また、第１４図に示す従来の焦点検出装置にあっては、
受光素子１７に入射する全光量の変化で焦点状態を検出
するようにしているため、フィルム等の媒体の傷や面ぶ
れによって受光素子１７に入射する光量が変化すると合
焦ずれが生じるという問題がある。また、この焦点検出
装置において得られる焦点状態検出信号は、合焦および
非合焦のみで、非合焦の方向性が検出できないため、そ
の焦点状態検出１３号に基づいて焦点調整を行う場合に
、調整が面倒になるという問題がある。さらに、臨界角
プリズム１６の稜線１６ｃは有限の大きさを持っため、
合焦付近で不感帯が生じ、合焦状態を高精度で検出でき
ないという問題があると共に、臨界角プリズム１６の斜
面１６ａ、　１６ｈの角度調整に高精度が要求されるた
め、コスト高になるという問題がある。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、簡単かつ小形、安価な構成で焦点状態を常に
高精度で検出できると共に、トラッキングエラー信号の
検出にも、簡単かつ小形、安価な構成で容易に対処でき
るよう適切に構成した焦点検出装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では、光源と、この光源からの光
を平行光束にするコリメートレンズと、このコリメート
レンズを透過した光束を光記録媒体に収束する対物レン
ズと、前記コリメートレンズおよび対物レンズ間の光路
中に配置され、前記光記録媒体で反射されて前記対物レ
ンズを透過した反射光を分離するビームスプリッタと、
このビームスプリッタで分離された前記反射光の光路中
に配置され、該反射光を２分割するように平行光に対し
てその入射角が臨界角よりも若干小さくなるように設定
した２つの透過斜面を有するプリズムと、このプリズム
で２分割された光束を受光する受光手段とを具え、この
受光手段の出力に基づいて前記対物レンズの前記光記録
媒体に対する焦点状態を検出するよう構成する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。半導
体レーザ等の光源２１からの光は、コリメートレンズ２
２、ビームスプリッタ２３および対物レンズ２４を経て
光デイスク２５に投射し、その反射光を対物レンズ２４
およびビームスプリッタ２３を経てフーコープリズム２
６に入射させて２分割し、その２分割された光束を受光
素子２７および２８でそれぞれ受光するようにする。

フーコープリズム２６は、その出射端面（斜面）２６ａ
、２６ｂを平行光束の入射角が臨界角よりも若干小さく
なるように構威して、その入射端面２６ｅに平行光束が
垂直に入射し、かつ稜線２６ｄが入射光束のほぼ中央に
（ｅ［ｔするように配置する。このようにして、フーコ
ープリズム２６により、入射光束を２分割すると共に、
その各光束を紙面平行方向にビーム整形するようにする
。

また、受光素子２７および２８は、第２図に平面図を示
すように、フーコープリズム２６の稜線２６ｄの方向お
よびそれと直交する方向にそれぞれ４分割した受光領域
２７ａ〜２７ｄおよび２８ａ〜２８ｄをもって構威し、
光軸に関して外側の受光領域２７ａ、２７ｄおよび２８
ａ、　２８ｄの出力の和と、内側の受光領域２７ｂ、　
２７ｃおよび２８ｂ、２８ｃの出力の和とを差動増幅器
２９に供給してフォーカスエラー（ＦＥ）信号を得るよ
うにし、右側の受光領域２７ａ、　２７ｂおよび２８ａ
、　２８ｂの出力の和と、左側の受光領域２７ｃ、　２
’ｌｄおよび２８ｃ、２８ｄの出力の和とを差動増幅器
３０に供給してプッシュプル信号を検出することにより
トラッキングエラー（ＴＥ）信号を得るようにする。な
お、これら受光素子２７および２８は、光デイスク２５
が対物レンズ２４の焦点位置にある状態で、差動増幅器
２９から得られるＦＥ信号が零となるように配置する。

以下、この実施例の動作を説明する。

光デイスク２５が対物レンズ２４の焦点位置にある合焦
状態では、ビームスプリッタ２３を経てフーコープリズ
ム２６に入射する光デイスク２５からの反射光は、第３
図に実線で示すように平行光となる。

ここで、フーコープリズム２６の斜面２６ａ、２６ｂは
、平行光に対してその入射角θが臨界角よりも若干小さ
く設定されているので、フーコープリズム２６に入射し
た光は、該フーコープリズム２６で２分割され、かつ紙
面と平行な方向はビーム整形されて射出され、受光素子
２７および２８上に第２図に示すように入射する。した
がって、この合焦状態では差動増幅器２９からＦＥ＝Ｏ
の信号が得られる。

これに対し、光デイスク２５が対物レンズ２４の焦点位
置よりも遠ざかった状態では、ビームスプリッタ２３を
経てフーコープリズム２６に入射する光デイスク２５か
らの反射光は、第３図に破線で示すように収束光となる
。この場合、光軸近傍の光線は光デイスク２５と対物レ
ンズ２４との間の距離に殆ど影響を受けないため、合焦
状態のときどほぼ同様の角度で出射するが、光軸から離
れた光線は合焦状態におけるよりも大きな出射角度で射
出することになる。したがって、受光素子２７および２
８上に形成されるスポットは、第４図Ａに示すように外
側にシフトしたものとなり、差動増幅器２９からは阿〉
Ｏの信号が得られる。

逆に、光デイスク２５が対物レンズ２４の焦点位置より
も対物レンズ２４側に近づいた状態では、ビームスプリ
ンタ２３を経てフーコープリズム２Ｇに入射する光デイ
スク２５からの反射光は、第３図に一点鎖線で示すよう
に発散光となる。この場合、光軸から離れた光線は合焦
状態におけるよりも小さな出射角度で射出することにな
るため、受光素ＴＦ−２７および２８上に形成されるス
ポットは、第４図Ｂに示すように内側にシフトしたもの
となり、差動増幅器２９からはＦＥ＜０の信号が得られ
る。

このように、この実施例によれば、集光レンズを用いる
ことなく、４分割受光素子２７および２８によりＦＥ倍
信号ＴＥ信号とを同時に得ることができるので、装置を
小形かつ安価にできると共に、受光素子２７および２８
は対物レンズ２４のファーフィールドに配置すればよい
ので、その位置調整を容易にできる。また、フーコープ
リズム２６の斜面２６ａ、　２６ｂを、平行光の入射光
線に対してその入射角が臨界角よりも若干小さくなるよ
うに構成したので、ツー二Ｊ−プリズム２６への入射光
線の角度変化に対する射出光線の角度変化が第５図に示
すように大きくなり、したがって焦点状態を高感度で検
出することができる。なお、第５図はフーコープリズム
２６の硝材が８に７で、使用光の波長が８３Ｏｒ＋ｍの
ときの射出角特性を示すものである。さらに、フーコー
プリズム２６と受光素子２７．２８との間の距離を変化
させることにより、焦点状態の検出感度を容易に変更す
ることができる。

第６図ＡおよびＢはこの発明の第２実施例の要部の構成
を示すものである。この実施例は、第１実施例において
フーコープリズム２６の稜線方向における受光素子２７
　、２８の分割線の幅を大きくして、受光素子２７．２
８上にそれぞれ形成されるスポットの周辺光量からＦＥ
倍信号検出するようにしたものである。このように、周
辺光量からＦＥ倍信号検出するようにすれば、ＦＥ倍信
号直線性を向上することができ、焦点状態をより高感度
で検出することができるという利点がある。

第７図はこの発明の第３実施例の要部の構成を示すもの
である。この実施例は、第Ｉ実施例における受光素子２
７．２８を、６分割した受光領域を有する１つの受光素
子３１をもって構成して、受光素子２７．２８の内側の
４個の受光領域を２個の受光領域で兼用するようにした
ものである。このようにすれば、受光素子数を少なくで
きるので、より安価にできるという利点がある。

第８図はこの発明の第４実施例の要部の構成を示すもの
である。この実施例は、受光素子２７．２８をそれぞれ
６分割した受光領域をもって構成し、ＦＥ倍信号ついて
は第２実施例と同様に受光素子２７゜２８上に形成され
るスポットの周辺光量を検出し、ＴＥ信号についてはス
ポットの全光量を検出するようにしたものである。この
ようにすれば、ＴＥ信号についてはプッシュプル信号の
変調度の大きい領域を使用することになるので、その検
出感度を向上できるという利点がある。

第９図はこの発明の第５実施例の要部の構成を示すもの
である。この実施例は、第１実施例においてフーコープ
リズム２６の形状を台形としたものである。このように
すれば、フーコープリズム２６に入射した光束の内、そ
の周辺光のみが受光素子２７．２８に入射することにな
り、しかも周辺光は上述したように収束および発散状態
の変化に対するフーコープリズム２６の斜面２６ａ、　
２６ｂでの出射角変化が大きいので、ＦＢ倍信号より高
感度で検出できるとい・う利点がある。

第１Ｏ図ＡおよびＢはこの発明の第６実施例の要部の構
成を示すものである。この実施例は、第５実施例におい
て受光素子２７　、２８をそれぞれ２分割した受光領域
をもって構成すると共に、フーコープリズム２６の上底
を透過する中心部光束を２分割受光領域を有する受光素
子３２で受光して、受光素子２７．２８の出力に基づい
てＦＥ倍信号、受光素子３２の出力に基づいてＴＥ信号
をそれぞれ得るようにしたものである。このようにすれ
ば、ＦＥ倍信号よびＴＥ信号の検出を共に感度が高い部
分で行うことになるので、より高感度の検出が可能とな
る。

なお、この発明は上記の実施例に限らず、第１〜６実施
例を種々組み合わせて焦点検出装置を構成することも可
能である。また、この発明は光ディスクに限らず、光磁
気ディスク、光カード等の他の光記録媒体に対して情報
の記録および７／または再生を行う装置に有効に適用す
ることができる。

（発明の効果） 以上のように、この発明によれば、集光レンズを用いる
ことなく、受光素子を対物レンズのファーフィールドに
配置して焦点状態を検出することができると共に、トラ
ッキングエラー信号も同時に検出することができるので
、装置を小形かつ安価にできると共に、受光素子の位置
調整も容易にできる。また、フーコープリズムの斜面を
、平行光の入射光線に対してその入射角が臨界角よりも
若干小さくなるように構成したので、フーコープリズム
への入射光線の角度変化に対する射出光線の角度変化を
大きくでき、したがって焦点状態を高感度で検出するこ
とができる。さらに、フーコープリズムと受光素子との
間の距離を変化させることにより、焦点状態の検出感度
を容易に変更することができる等の種々の効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図、第２図は第１
図に示す受光素子の構成を示す図、第３図、第４図Ａ、
　Ｂおよび第５図は第１実施例の動作を説明するための
図、 第６図ＡおよびＢはこの発明の第２実施例の要部の構成
を示す図、 第７図は同しく第３実施例の要部の構成を示す図、 第８図は同じく第４実施例の要部の構成を示す図、 第９図は同じく第５実施例の要部の構成を示す図、 第１０図ＡおよびＢは同じく第６実施例の要部の構成を
示す図、 第１１図、第１２図、第１３図Ａ−Ｃ１第１４図、第１
５図および第１６図Ａ、Ｂは従来の技術を説明するため
の図である。 ２】−光源　　　　　　　　２２−・コリメートレンズ
２３−　ビームスプリッタ　２４一対物レンズ２５〜・
・光ディスク　　　　　２６　　・フーコープリズム２
７．２８−・・受光素子　　　２９．３０−差動増幅器
第１図 第５図 第６図 第３図 第４図 第７図 第８図 Ａ 第１３＠ 第１４図 ７ 第１１図 第１２図 ０１５ 第１６図 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光源と、この光源からの光を平行光束にするコリメ
   ートレンズと、このコリメートレンズを透過した光束を
   光記録媒体に収束する対物レンズと、前記コリメートレ
   ンズおよび対物レンズ間の光路中に配置され、前記光記
   録媒体で反射されて前記対物レンズを透過した反射光を
   分離するビームスプリッタと、このビームスプリッタで
   分離された前記反射光の光路中に配置され、該反射光を
   ２分割するように平行光に対してその入射角が臨界角よ
   りも若干小さくなるように設定した２つの透過斜面を有
   するプリズムと、このプリズムで２分割された光束を受
   光する受光手段とを具え、この受光手段の出力に基づい
   て前記対物レンズの前記光記録媒体に対する焦点状態を
   検出するよう構成したことを特徴とする焦点検出装置。