JPH0447895B2

JPH0447895B2 -

Info

Publication number: JPH0447895B2
Application number: JP58136158A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Kimoto
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1992-08-05
Also published as: JPS6028035A

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の技術分野）本発明は記録媒体に記録された情報を光学的に
再生するための記録情報再生装置におけるフオー
カス誤差検出装置に関する。（発明の背景）記録媒体上に光で情報を記録し、またこの記録
された情報を光で再生するようないわゆる光メモ
リ装置としては種々のものが知られている。例え
ば、レーザー光のビームを細く絞り込んで光スポ
ツトを生成し、これにより、記録用デイスクに
1μm程度のピツトをあけて画像、音声又は文書情
報を書き込んだり、該光スポツトをビデオデイス
クやオーデイオデイスクに照射して情報を読み出
すものである。更には、記録用デイスクに書き込
んだ情報に対して消去、追記可能なものもある。
この種の光メモリ装置においては光スポツトを記
録媒体に正確に集光（フオーカシング）し、更に
集光した光スポツトを記録媒体の情報トラツクに
正確に追尾（トラツキング）させる必要がある。このフオーカシング及びトラツキングの誤差を
検出する方法は、各種の方法が知られており、例
えば、分献１、July、1978／vol.17，No.13／
Applied Opticsに詳しく記載されている。ここ
では、本発明の説明を明解にするため、従来例と
してナイフエツジを使用したフオーカシング誤差
の検出方式について、第１図及び第２図に従つて
説明する。第１図は光学ヘツド装置の一例を示す。１は記
録媒体、２はレーザー等の光源、３はコリメータ
レンズ、４はビームスプリツタ、５は対物レン
ズ、６は凸レンズ、７は遮光性のナイフエツジ、
そして８は光電検出器である。光源２から発せら
れた発散光束は、コリメータレンズ３によつて平
行光束とされ、ビームスプリツタ４で反射させた
後、対物レンズ５によつて記録媒体１の面上に微
少な光スポツトとして照射される。この光スポツ
トは、記録媒体表面の情報トラツクについての情
報の再生、記録、消去等を行なうためのもので、
通常その直径は、１〜1.5μm程度である。この様
に微少な光スポツトを記録媒体１に照射するため
には、記録媒体１と対物レンズ５の間隔を１〜
2μm程度の精度に設定しておかなければならな
い。しかし、量産性を向上させるために、記録媒
体１は、プラスチツク等の安価な材料で作られる
ことが多く、また記録媒体を支持し、回転させる
機構（不図示）の精度にも限界がある。従つて、
実際には第２図に示す様に、記録媒体１は基準の
位置（２点鎖線で示した）1refに対して、対物レ
ンズに接近する方向あるいは、対物レンズから遠
ざかる方向に変移し、フオーカシング誤差を生ず
る。その結果、安定した情報の記録・再生・消去
を行なうことができない。このため、フオーカシ
ング誤差が生じないように、対物レンズ５を含
む、光学ヘツド装置の一部又は全体を記録媒体の
変移に応じて対物レンズ５の光軸１１の方向に移
動させる必要がある。そこで、光学ヘツド装置自
体にフオーカス誤差を検出する機能を持たせるこ
とが望ましい。第１図の凸レンズ６、ナイフエツ
ジ７、検出器８は、この目的のために設けられて
る。検出器８は間隙８ｃによつて２つに分割され
た受光部８ａ，８ｂから成る。この間隙８ｃは光
電変換機能を持たない部分である。間隙８ｃとナ
イフエツジ７のエツジ部７ａは平行であり、且つ
光軸１１上に配置されている。焦点検出の原理は以下に述べる通りである。ま
ず、フオーカス誤差がない場合を示もす第１図に
おいて、記録媒体１によつて反射された光束は、
再び対物レンズ５によつて平行光束とされ、ビー
ムスプリツタ４を通つて凸レンズ６に入射する。
凸レンズ６によつて集光された光束は、その半分
がナイフエツジ７によつて遮断され、残りの半分
が検出器８に入射する。そして、フオーカス誤差
がない場合には、受光部８ａ，８ｂに跨がつて光
スポツト９ａが生じる。一方、フオーカス誤差が
ある場合には、記録媒体１からの反射光は記録媒
体１が基準位置1refからずれている。記録媒体１
が対物レンズ５に対して基準位置1refより遠ざか
つた場合には、第２図に示すように受光部８ａに
半円形の光スポツト９ｂが投影される。反対に、
記録媒体１が対物レンズ５に近づいた場合には、
第３図に示すように受光部８ｂに半円形光スポツ
ト９ｃが投影される。受光部８ａ，８ｂの光電出
力８ａ，８ｂは差動アンプ１０によつて差動
増幅されてフオーカス誤差出力８ａ−８ｂと
なる。第４図にフオーカス誤差出力８ａ−８
ｂの強度と、基準位置1refに対する記録媒体１
の変位量△Ｚとの関係を示す。フオーカス誤差出
力の強度は、記録媒体１が基準位置に位置してい
るときには零となり、記録媒体１が基準位置に対
して上方または下方へ変位するとその変位方向と
変位量△Ｚに応じてプラスまたはマイナスの極性
をもつて変化する。そこで、フオーカス誤差出力
８ａ−８ｂが零となるように対物レンズ５を
含む光学ヘツド装置全体を光軸１１方向に上下動
させるべく、該フオーカス誤差出力によつて該光
学ヘツド装置をサーボ制御する。そうするとレー
ザ光は直径１〜1.5μmといつた微小スポツトでも
つて記録媒体１上に集光され続けるようになる。しかしながら、フオーカス誤差出力８ａ−
８ｂが変位量△Ｚに比例する範囲（直線性をもつ
た範囲）は、第４図では横軸上の(A)点と(B)点の間
にしかなく、これは記録媒体１の変位に換算して
±5μm程度の狭い範囲である。それは、光スポツ
トが第１図示の点状スポツト９ａから第２図又は
第３図示の半円形スポツト９ｂ又は９ｃになるま
でに要する変位量△Ｚが極めて少ないことにな
る。一方、光学ヘツド装置を光軸方向にサーボ制
御するにはサーボ引き込み動作が必要である。こ
のサーボ引き込みのためにはサーボ制御機能は一
時停止しておいて光学ヘツド装置全体を記録媒体
へ近づけてゆき、直線性のあるフオーカス誤差出
力が得られる程度に近づいたときにサーボ制御機
能を働かせサーボ引き込み動作に入るために、直
線性のあるフオーカス誤差出力の得られる範囲
（フオーカス誤差の検出範囲）が狭いとサーボ引
き込みが難しくなり、光学ヘツド装置が記録媒体
に衝突する危険があつた（第１の欠点）。また、直線性のあるフオーカス誤差出力が得ら
れる範囲は検出器８に投影される光スポツトの直
径、及び間隙８ｃの幅によつて決まる。そして、
これらの値が1μm程度変化しただけで直線性の得
られる範囲が大きく変動する。実際、検出器８に
投影される光スポツトの直径は、変位量△Ｚ＝０
のときに約20μmであり、間隙８ｃの幅は約10μm
であるから、検出器８とここに投影される光スポ
ツトとの位置合せには高い精度が要求される。し
かし、この位置合せ作業は難しいために位置合せ
精度にバラツキが生ずる（第２の欠点）。（発明の目的）本発明は上記欠点を解決したフオーカス誤差検
出装置を提供することを目的とする。（発明の概要）情報トラツクを有する記録媒体上に光ビームを
照射する手段；前記光ビームの照射によつて前記記録媒体から
出射した情報光を、少なくとも２つの光成分に分
割するとともに、その少なくとも２つの光成分を
前記情報光の光軸と同一の光軸上のそれぞれ異な
つた所定の焦点面に結像する光学手段；前記光学手段の近傍に設けられ、前記少なくと
も２つの光成分のそれぞれの一部を遮る遮光手
段；前記所定の焦点面以外の部位であつて、前記情
報光の光軸の両側に配置されるとともに、前記少
なくとも２つの光成分によつて形成され前記記録
媒体の位置に応じて大きさが変化する少なくとも
２つの光スポツトが投影される少なくとも２つの
受光部；及び前記少なくとも２つの受光部の光電出力により
フオーカス誤差出力を発生する手段；を備えたことを特徴とする光学式情報再生装置の
フオーカス誤差検出装置。（実施例）以下、本発明を実施例に基づいて説明する。第
５図〜第８図は本発明の第１実施例の光学的構成
を示す図である。図において第１図と同様に作用
する部材には同一符号を付してある。レーザー光源２から発せられた光束はコリメー
タレンズ３によつて平行光束とされ、ビームスプ
リツタ４で上方に反射された後、対物レンズ５に
よつて記録媒体（デイスク）１上に光スポツトと
して照射される。この光スポツトはデイスク１に
よつて反射されて再び対物レンズ５に入射して平
行光束となる。この平行光束はビームスプリツタ
４を下方へと通過して凸レンズ６、ホログラフイ
ツクレンズ１２を介してフオトダイオード等の検
出器１４に入射する。以下、デイスク１で反射さ
れて検出器１４に向う光束を情報光という。ナイ
フエツジ７はホログラフイツクレンズ１２の下面
に近接して配置されている。検出器１４の受光面
は凸レンズ６の焦点面と一致するかあるいは該焦
点面と共役な位置にある。検出器１４の受光部１
４ａ，１４ｂは２分割されており、両受光部１４
ａ，１４ｂは所定の間隙１４ｃをもつて配置され
ている。また、この間隙の２等分線は光軸０と交
差するようになつている。この間隙を設ける理由
は後述する。ホログラフイツクレンズ１２は、その表面に第
９図に示す様な公知のフレネルゾーンパターン
（第９図においては、黒・白のパターンとして描
いてある）が形成されたものである。フレネルゾ
ーンパターンとしては例えば、パターン１２ａ
が光束を遮断し、パターン１２ｂが光束を透過さ
せるもの、パターン１２ａ，１２ｂ共光束を透
過するが１２ａと１２ｂを透過する光束の間に、
ある位相差を生じさせるもの、いずれのものでも
よい。このパターン１２ａとパターン１２ｂ（透
明／不透明かあるいは位相差を生ずるもの）は第
１０図に描かれている様にステツプ状に分布して
いる。しかし、これ以外に連続的に（例えば、正
弦波的に）分布しているものであつてもかまわな
い。光学的性能、製作のしやすさ等の点から考え
れば、位相差を利用する前記のタイプのホログ
ラフイツクレンズ（ステツプ位相型ホログラフイ
ツクレンズ）が最も適しており、本発明の実施例
においては、全て、ステツプ位相型ホログラフイ
ツクレンズを使用するものとして説明する。この
様なホログラフイツクレンズは、各々のゾーンか
らの光束の干渉によつて、干渉の次数に応じた焦
点距離を持つレンズとして作用することは、公知
の光学論理から明らかである。第１０図でこの様
子を説明する。光１３ａはレンズ作用を全く受け
ない０（ゼロ）次光であり、光１３ｂは凸レンズ
作用を受ける＋１次光であり、また光１３ｃは凹
レンズ作用を受ける−１次光である。なお、図示
されていないが、０次光および±１次光の他に、
±２次光、±３次光等も存在する。ステツプ位相
型ホログラフイツクレンズにおいては、第９図の
パターン１２ａとパターン１２ｂの面積比、及び
パターン１２ａとパターン１２ｂとによつてそれ
ぞれ生ずる光路差によつて、入射光強度に対する
０次光、±１次光の強度比（回折効率）を適当に
設計することができる。前記面積比が１：１で平
面波を入射させた場合の例を、下表に示す。表に
おいてλはレーザー光の波長である。

【表】第５図〜第８図において、ホログラフイツクレ
ンズ１２としては光路差がλ／２、０次光の回折
効率０％、そして＋１次光及び−１次光の回折効
率がそれぞれ40.5％のものを使用している。尚、
残る約20％の光束は、±３次、±５次（公知の光学
論理より、平面波を入射させる場合には、隅数次
の光束は発生しない）の光束になるが、±１次光
に対して回折効率が小さく、また焦点距離も異な
るので無視する。こうすると、第５図に示すようにホログラフイ
ツクレンズ１２に入射する情報光のうち40.5％の
光束（＋１次光）は、凸レンズ作用を受けて検出
器１４の手前側、即ち検出器１４とホログラフイ
ツクレンズ１２の間の光軸上に焦点（Ｆ＋）を結
ぶ。更に情報光のうち別の40.5％の光束（−１次
光）は、凹レンズ作用を受けて検出器１４の後
側、即ち下方の光軸上に焦点（Ｆ−）を結ぶ。こ
の場合、凸レンズ６とホログラフイツクレンズ１
２との焦点距離の選び方によつては、第６図に示
すように、ホログラフイツクレンズ１２によつて
凹レンズ作用を受けた光束が発散光となり、発散
光の焦点（Ｆ−）がホログラフイツクレンズ１２
と凸レンズ６との間の光軸上にできる場合もある
が、原理的には、第５図のものと全く同じであ
る。尚、以下の説明は第５図、第７図及び第８図
を参照することとする。第５図はコリメータレン
ズ３、ビームスプリツタ４を介して対物レンズ５
に入射した平行光束が、該対物レンズ５によつて
デイスク１の表面に正確に集光されている状態を
示している。この場合、検出器１４の受光面上に
は＋１次光による半円形スポツト（左側半円）１
５ａ、及び−１次光による半円形スポツト（右側
半円）１５ｂがそれぞれ生ずる。第７図はデイス
ク１が第６図示の位置（基準位置ref）から上
方へ変位した状態を示している。このとき、検出
器１４の受光面では＋１次光は半円形スポツト１
５ａを形成するが、−１次光は点１５ｂを形成し
ている。第８図はデイスク１が基準位置refか
ら下方へ変位した状態を示している。このとき、
検出器１４の受光面上では、＋１次光は点１５ａ
を形成しているが、−１次光は半円形スポツト１
５ｂを形成している。第１１図ａ〜ｇに対物レンズ５とデイスク１と
の間隔が変化したときの検出器１４の受光面上で
の光スポツトの振舞いを詳しく示す。第１１図ｄ
はデイスク１が前記基準位置refに位置してい
てレーザ光がデイスク面上に正確に集光された状
態（合焦状態）を示す。この合焦状態では＋１次
光及び−１次光による半円形光スポツト１５ａ，
１５ｂは相補つてひとつの円形スポツトを形成す
る。本実施例においてはこの円形スポツトは受光
部１４ａ，１４ｂの間隙１４ｃの２等分線で２分
割された恰好となる。そのため光スポツト１５ａ
は受光部１４ａに投影された部分と間隙１４ｃに
投影された部分とに分けられ、また光スポツト１
５ｂも受光部１４ｂに投影された部分と間隙１４
ｃに投影された部分とに分けられる。このときの
光デイスク１と対物レンズ５との位置関係、及び
光線の様子は第５図に示す通りである。さて、デ
イスク１が第６図示の基準位置refから徐々に
上方へ変位してゆくと、第１１図ｃに示すように
検出器１４の受光面上では＋１次光による光スポ
ツト１５ａが徐々に大きくなり、逆に−１次光に
よる光スポツト１５ｂは徐々に小さくなる。更に
デイスク１が上方へ変位すると第１１図ｂに示す
ように、光スポツト１５ａは更に大きくなり、光
スポツト１５ｂは遂に間隙１４ｃにしか投影され
ないような点になつてしまう。このときデイスク
１と対物レンズ５との位置関係、及び光線の様子
は第７図に示す通りである。この第７図及び第１
１図ｂに示す状態で光スポツト１５ｂは最小径と
なり、更にデイスク１が上方へ変位すると光スポ
ツト１５ｂは今度は受光部１４ａ側へ半円形スポ
ツトとなつて投影されることになる。そして更に
デイスク１が上方へ変位すると第１１図ａに示す
ように、光スポツト１５ａは更に大きくなり、光
スポツト１５ｂは今度は受光部１４ａ側へ形成さ
れるようになる。次に、デイスク１が第６図示の
基準位置Irefから徐々に下方へ変位してゆくと、
第１１図ｅに示すように検出器１４の受光面上で
は＋１次光による光スポツト１５ａが徐々に小さ
くなり、逆に−１次光による光スポツト１５ｂは
徐々に小さくなる。更にデイスク１が下方へ変位
すると第１１図ｆに示すように、光スポツト１５
ａは間隙１４ｃにしか投影されないような点にな
つてしまい、また光スポツト１５ｂは更に大きく
なる。このときのデイスク１と対物レンズ５との
位置関係、及び光線の様子は第８図に示す通りで
ある。この第８図及び第１１図ｆに示す状態で光
スポツト１５ａは最小径となり、更にデイスク１
が下方へ変位すると光スポツト１５ａは今度は受
光部１４ｂ側へ半円形スポツトとなつて投影され
ることになる。そして更にデイスク１が下方へ変
位すると第１１図ｇに示すように、光スポツト１
５ｂは更に大きくなり、光スポツト１５ａは今度
は受光部１４ｂ側へ形成されるようになる。尚、
光スポツト１５ａ，１５ｂの大きさはデイスク１
の基準位置Irefに対する変位量に応じて変化する
が、しかしその光強度は光スポツトの大きさに反
比例して変化するので受光面上での光量は光スポ
ツトの大きさに拘わらず一定である。次に、受光部１４ａ，１４ｂの光電出力Ｉ１４
ａ，Ｉ１４ｂ、デイスク１の基準位置Irefに対す
る変位量△Ｚ、及びフオーカス誤差出力Ifとの関
係を第１２図を参照して説明する。フオーカス誤
差出力はIf＝（Ｉ１４ａ−Ｉ１４ｂ）の演算によ
つて得られる。第１２図において縦軸は出力Ｉ１
４ａ，Ｉ１４ｂ，Ifのそれぞれの強度、横軸は変
位量△Ｚである。変位量が零のとき、即ち光スポ
ツト１５ａ，１５ｂが第１１図ｄに示す状態のと
きは第１２図の横軸上のｄ点で示されるように光
電出力Ｉ１４ａ，Ｉ１４ｂの強度は互いに等しく
してある値をもつ。これに対して変位量が横軸上
の左側へ向うように増加してゆくと、即ち光スポ
ツト１５ａ，１５ｂが第１１図ｃ，ｂ，ａに示す
大きさに変化してゆくと、光電出力Ｉ１４ａは
徐々に増加してゆき、逆に光電出力Ｉ１４ｂは
徐々に減少して遂には零になつてしまう。ここ
で、横軸上のｃ，ｂ，ａ点は第１１図ｃ，ｂ，ａ
にそれぞれ対応している。一方、変位量が横軸上
の右側へ増加してゆくと、即ち光スポツト１５
ａ，１５ｂが第１１図ｅ，ｆ，ｇに示す大きさに
変化してゆくと、今度は光電出力Ｉ１４ｂが徐々
に増加してゆき、逆に光電出力Ｉ１４ａが徐々に
減少して遂には零になつてしまう。ここで、横軸
上のｅ，ｆ，ｇ点は第１１図ｅ，ｆ，ｇにそれぞ
れ対応している。以上に述べてきた変位量△Ｚと
光電出力Ｉ１４ａ，Ｉ１４ｂとの対応関係は、第
１２図の曲線Ｉ１４ａ，Ｉ１４ｂでそれぞれ示す
ようになる。そして、光電出力Ｉ１４ａとＩ１４
ｂとの差に対応したフオーカス誤差出力I_Fは、第
１２図の曲線Ifで示すように横軸上のａ点からｇ
点のあいだでなだらかな傾斜をもつた出力とな
る。以下に、受光部１４ａ，１４ｂの間に設けられ
た間隙の作用を説明する。いま、仮に間隙１４ｃ
の幅が受光部１４ａと１４ｂとを分割する役目だ
けを持つような幅、例えば10μm程度とし、また
第１１図ｂ，ｆでの光スポツト１５ａ，１５ｂの
直径を200μm程度とすると、第１１図ｂ〜ｆの状
態では受光部１４ａ，１４ｂは光スポツト１５
ａ，１５ｂの半分以上をそれぞれ受光することに
なる。受光面上での光スポツト１５ａ，１５ｂの
光量は、先にも述べたようにスポツトの大きさに
拘わらず一定であるから、光スポツト１５ａ，１
５ｂが第１１図ｃ，ｄ，ｅの状態では光電出力Ｉ
１４ａ，Ｉ１４ｂの強度はほぼ等しくなつてしま
う。そのため、第１２図のｃ点からｅ点の範囲で
は変位量△Ｚに対してフオーカス誤差出力Ifはほ
とんど変化しなくなつてしまうから、フオーカス
誤差検出の精度が低下してしまう。そこで間隙１
４ｃの幅をもつと広げて光スポツト１５ａ，１５
ｂがこの間隙に投影される面積を大きく、即ち光
スポツト１５ａ，１５ｂが受光部１４ａ，１４ｂ
に投影される面積を小さくする。この間隙１４ｃ
の幅は変位量△Ｚに対する光スポツト１５ａ，１
５ｂの径の変化がほぼ比例することを利用して適
当に選択する必要がある。例えば、この間隙は△
Ｚ＝０のときに検出器１４に入射する光スポツト
の全強度の1/2程度を遮断する位の幅でよい。こ
うすると、変位量△Ｚに対する光電出力Ｉ１４
ａ，Ｉ１４ｂの強度変化は第１２図に示すように
ほぼ直線となり、かつ縦軸に関して左右対称にな
る。そのためフオーカス誤差出力Ifは第１２図の
ａ点からｇ点までの範囲でほぼ直線性を持つよう
になる。そして、第４図示のフオーカス誤差出力
に対して、第１２図示のフオーカス誤差出力は、
直線性を持つた部分の傾きが緩くなり、また直線
性を持つ範囲が変位量△Ｚに換算して約±50μm
と広くなる。これは、検出器１４の受光面上に投
影される光スポツトを大きくするとともに、受光
部１４ａ，１４ｂで受光される光スポツトの面積
を調節してフオーカス誤差の検出感度を低下させ
たことによつて達成されるのである。尚、範囲ａ−ｇはホログラフイツクレンズ１２
によつて投影される＋１次光及び−１次光の光ス
ポツト１５ａ，１５ｂの大きさ、及び間隙１４ｃ
によつて所望の値に設定することができる。更
に、ホログラフイツクレンズ１２の±１次光に対
する回折効率は各々40.5％であるから、範囲ａ−
ｇの値をどのように設定しても変位量△Ｚ＝０の
ときはフオーカス誤差出力I_F＝０となる。第１３図は情報光のスポツトを受光する検出器
の別の実施例を示す。この実施例では、検出器１
６は円状の受光面を２分割するとともに該受光面
の中央に孔（非常光部）１６ｃを設けて形成した
受光部１６ａ，１６ｂから成る。非受光部１６ｃ
の大きさは変位量△Ｚ＝０のときの光スポツト１
５ａ，１５ｂが形成する円と同径か、それよりも
小径の円になつていればよい。この検出器１６で
も第１２図のような特性を持つたフオーカス誤差
出力を得ることができる。次に、本発明の第２実施例を説明する。この実
施例では検出器以外の光学系は第５図示のものと
同一であり、この検出器として第１４図に示され
ているものを使用することによつて２つの光電出
力とフオーカス誤差出力を別の手法で取り出して
いる。第１４図において、検出器１７は、できる
だけ狭くされた間隙１７ｃを介して対置された矩
形の受光部１７ａ，１７ｂから成る。受光部１７
ａ，１７ｂの幅は変位量△Ｚ＝０のときの光スポ
ツト１５ａ，１５ｂの一部が、該受光部からはみ
出すように設定する。このはみ出し量は、検出器
１７に入射する光スポツトの全強度の1/2程度で
よい。第１５図ａ〜ｇは検出器１７の受光面上で
の光スポツト１５ａ，１５ｂの振舞いを示す。ま
た、第１５図ａ〜ｇにおける光スポツト１５ａ，
１５ｂは第１１図ａ〜ｇと同じ状況下で生成され
たものとする。従つて、デイスク１が基準位置よ
りも上方にある状態から徐々に下降してゆき、そ
して基準位置と一致し、更に基準位置より下方へ
向う場合を想定したとき、光スポツト１５ａ，１
５ｂは第１５図のａからｇへと向つて変形してゆ
く。＋１次光による光スポツト１５ａは第１５図
のａからｅへ向うにつれて、受光部１５ａ上に投
影されるもののその径は徐々に縮小してゆき、第
１５図のｆでは受光部１７ａ，１７ｂに跨がる点
となり、第１５図ｇでは受光部１７ｂに投影され
るようになる。逆に、−１次光による光スポツト
１５ｂは第１５図のｇからａに向うにつれて光ス
ポツト１５ａと同じように変形する。光電出力は
±１次光の受光量により定まるから、光電出力Ｉ
１７ａ，Ｉ１７ｂは第１６図の曲線Ｉ１７ａ，Ｉ
１７ｂでそれぞれ示すように変化する。ここで、
受光部１７ａ，１７ｂのそれぞれの光電出力をＩ
１７ａ，Ｉ１７ｂとしたとき、フオーカス誤差出
力IFは光電出力Ｉ１７ａとＩ１７ｂとを差動増
幅（IF＝Ｉ１７ａ−Ｉ１７ｂ）することによつ
て得られる。第１６図において、縦軸は光電出力
のＩ１７ａ，Ｉ１７ｂ及びフオーカス誤差出力If
の強度Ｉを、また横軸は変位量△Ｚをとつてあ
る。第１６図の横軸上のａないしｇ点における各
変位量に対応して、光スポツト１５ａ，１５ｂは
それぞれ第１５図ａないしｇに示す状態になる。さて、デイスク１の変位量と光電出力Ｉ１７
ａ，Ｉ１７ｂとの関係は次に述べる通りである。 (1)デイスク１が第１５図のａからｂに対応する
位置まで下降してゆく間は受光部１７ａに投射さ
れる±１次光の光スポツト１５ａ，１５ｂの光量
が徐々に増加する。(2)デイスク１が第１５図ｂに
対応する位置まで下降してくると受光部１７ｂに
は−１次光の光スポツト１５ｂのほぼ半分の光量
が投射されるので、光電出力Ｉ１７ｂはこのとき
はじめて発生する。そして、その強度は非常に大
きい。(3)デイスク１が第１５図ｂの対応位置から
更に少し下降すると、−１次光の光スポツト１５
ｂは受光部１５ｂにのみ投影されるようになるか
ら、受光部１５ａは＋１次光の光スポツト１５ａ
のみが投影されることになる。そのため光電出力
Ｉ１７ａの強度は、第１５図ｂのときの強度から
−１次光の全強度の約半分の強度を差引いた程度
まで低下する。(4)デイスク１が第１５図ｃ，ｄ，
ｅの対応位置へと順次下降し、そして第１５図ｆ
の対応位置の直前まで下降すると、光電出力Ｉ１
７ａは徐々に増大してゆき、光電出力Ｉ１７ｂは
徐々に下降してゆく。尚、第１５図ｄのときに光
電出力Ｉ１７ａ，Ｉ１７ｂは等しくなる。(5)デイ
スク１が第１５図ｆの対応位置へ下降すると受光
部１７ａには＋１次光の光スポツトのほぼ半分の
光量が投射されるので光電力Ｉ１７ａはこのとき
最大になる。一方、受光部１７ｂには＋１次光の
光スポツトの残り半分の光量と−１次光の光スポ
ツトの一部の光量が投射されるので光電出力Ｉ１
７ｂは急激に増大する。(6)そして、デイスク１が
第１５図ｆの対応位置よりも更に少し下降すると
受光部１７ａには光スポツトは投影されなくなる
ので光電出力Ｉ１７ａは零になる。(7)更に、第１
５図ｇの対応位置に向つてデイスク１が下降して
ゆくと光電出力Ｉ１７ｂは徐々に低下する。このようにして得られた光電出力Ｉ１７ａ，Ｉ
１７ｂを差動増幅したフオーカス誤差出力Ifは、
第１６図のｂ点からｆ点の範囲内で直線性をもつ
ようになる。第１７図は検出器の別の実施例を示す。この実
施例では、検出器１８は円状の受光面を間隙１８
ｃによつて２分割して形成した受光部１８ａ，１
８ｂから成る。間隙１８ｃはできる限り狭くして
ある。また、円状の受光面の直径は変位量△Ｚ＝
０のときに情報光の光スポツト１５ａ，１５ｂに
よつて形成される円の直径と等しいか、それ以下
に設定する。こうすれば、第１６図に示した特性
を持つた２つの光電出力及びフオーカス誤差出力
が得られる。次に、本発明の第３実施例について説明する。
この実施例ではホログラフイツクレンズと検出器
を以下に述べるようなものを使用し、その他の光
学系は第５図と同じである。この場合、ホログラ
フイツクレンズ１２としては、となり合うゾーン
（例えば、中央のゾーンから数えて、偶数番目の
ゾーンと奇数番目のゾーン）の光路差がλ／３で
あり、０次光、＋１次光、−１次光の回折効率が
各々29％と等しいもの（前掲の表を参照）を使用
する。第１８図において、検出器１９は間隙１９
ｃを狭んで並置された矩形の受光部１９ａ，１９
ｂから成る。この検出器１９の受光面上には＋１
次光による光スポツト１５０ａ，−１次光による
光スポツト１５０ｂ、及び０次光による光スポツ
ト１５０ｃが投影される。受光部１９ａ，１９ｂ
及び間隙１９ｃと、光スポツト１５０ａ，１５０
ｂ，１５０ｃとの関係は次の通りである。即ち、
間隙１９ｃの幅は変位量△Ｚ＝０のときの０次光
の光スポツト１５０ｃの直径とほぼ等しく、また
受光部１９ａ，１９ｂの大きさは変位量△Ｚ＝０
のときの±１次光の光スポツト１５０ａ，１５０
ｂの全部（但し、間隙１９ｃに投影される部分を
除く）を受光するのに充分な程度となつている。第１９図ａ〜ｅは変位量△Ｚが変化したとき
に、光スポツト１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃが
検出器１９の受光面上で変化する様子を示す。ホ
ログラフイツクレンズは０次光に対してはレンズ
作用を及ぼさないから、変位量△Ｚ＝０のときに
は第１９図ｃに示すように光スポツト１５０ｃは
間隙１９ｃ内に投影され、いつぽう光スポツト１
５０ａ，１５０ｂはそれぞれ同一半径の左半円及
び右半円を形成し、これらが相補つてひとつの円
形スポツトを形成する。この状態からデイスク１
が上方へ変位してゆくと、光スポツト１５０ａは
左半円の径を増大し、光スポツト１５０ｂは右半
円の径を縮少し、また光スポツト１５０ｃは左半
円となつてその径を増大してゆく。そして、第１
９図ｂに示すように光スポツト１５０ａ，１５０
ｃが受光部１９ａ上でその面積を増しており、光
スポツト１５０ｂは間隙１９ｃ内に投影されるよ
うになる。デイスク１が更に上昇すると光スポツ
ト１５０ｂも左半円となり、第１９図ａに示すよ
うに光スポツト１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃは
共に受光部１９ａ上に投影されるようになる。さ
て、変位量△Ｚ＝０からデイスク１が下方へ変位
してゆくと、光スポツト１５０ｂは右半円の径を
増大し、光スポツト１５０ａは左半円の径を縮少
し、また光スポツト１５０ｃは右半円となつてそ
の径を増大してゆく。そして、第１９図ｄに示す
ように光スポツト１５０ｂ，１５０ｃが受光部１
９ｂ上でその面積を増しており、光スポツト１５
０ａは間隙１９ｃに埋もれてしまう。デイスク１
が更に下降すると光スポツト１５０ａも右半円と
なり、第１９図ｅに示すように光スポツト１５０
ａ，１５０ｂ，１５０ｃは共に受光部１９ｂ上に
投影されるようになる。第２０図には変位量△Ｚと、受光部１９ａ，１
９ｂの光電出力の強度及びフオーカス誤差出力If
との関係を示す。曲線Ａは受光部１９ａの光電出
力If１９ａのうち＋１次光に依存する出力成分
と、受光部１９ｂの光電出力Ｉ１９ｂのうち＋１
次光に依存する出力成分との差（Ｉ１９ａ−Ｉ１
９ｂ）＋を表わす。曲線Ｂは光電出力Ｉ１９ａの
うち−１次光に依存する出力成分と光電出力Ｉ１
９ｂのうち−１次光に依存する出力成分との差
（Ｉ１９ａ−Ｉ１９ｂ）−を表わす。また曲線Ｃは
光電出力Ｉ１９ａのうち０次光に依存する出力成
分と光電出力Ｉ１９ｂのうち０次光に依存する出
力成分との差（Ｉ１９ａ−Ｉ１９ｂ）₀を表わす。
第２０図の横軸上のａ〜ｅ点の変位量は第１９図
ａ〜ｅの変位量にそれぞれ対応する。第２０図か
らも明らかなように、上記差の出力成分（Ｉ１９
ａ−Ｉ１９ｂ）＋，（Ｉ１９ａ−Ｉ１９ｂ）−，（Ｉ
１９ａ−Ｉ１９ｂ）₀のそれぞれの変化は、それぞ
れ、第２０図のｂ，ｃ，ｄ点付近では、デイスク
１と対物レンズ５の間隙の変化に対して、直線的
に変化する。ところで、検出器１９には０次光お
よび±１次光の区別なく情報光が入射するのであ
るから、２つの受光部１９ａ，１９ｂの光電出力
の差、即ちフオーカス誤差出力Ifは第２０図の曲
線Ｄで表わすようになる。尚、フオーカス誤差出
力Ifが第２０図のａ〜ｄ点の範囲でほぼ直線状に
変化するように、ホログラフイツクレンズの焦点
距離は適当に設定してある。また、変位量△Ｚに
対してフオーカス誤差出力がほぼ直線的に変化す
る範囲は、ホログラフイツクレンズを使用しない
場合（曲線Ｃで示す（Ｉ１９ａ−Ｉ１９ｂ）₀と同
じ）に比べて、ほぼ３倍に拡大している。次に本発明の応用例を説明する。この応用例と
は、デイスク１の表面に形成された情報トラツク
の中心と、デイスク１に照射されるレーザ光の光
スポツト（以下、読み取り光スポツト）の中心と
のずれ（以下、トラツキング誤差）を検出するも
のである。以下にトラツキング誤差検出の一般的な原理を
説明する。情報トラツクとは、第２１図に示すよ
うに、デイスク１の表面に連続的な突起１ａ（同
図ａ）または、断続的な突起１ｂ（同図ｂ）を形
成して成るものである。この突起の突出量（位相
差）は、例えば反射型デイスクの場合では光の波
長の1/4〜1/8程度になつている。図中、矢印は、
光学ヘツド装置に対して、情報トラツクが相対的
に移動する方向（走行方向）を示している。尚、
情報トラツクとしては、第２１図に示す様な、断
面が角形の構造のものの他、三角形、丸形等のも
のであつてもよい。第２２図はこのような情報トラツクによるレー
ザ光の回折状態と、回折光の強度I_Dの分布を定性
的に示したものであり、説明の便宜上、透過型デ
イスクとして描いてあるが、反射型デイスクの場
合でも全く同様である。光スポツトの中心と情報
トラツクの中心が合致している場合には、第２２
図ｂに示すように回折光の強度分布は、対称にな
るが、読取り光スポツトの中心と情報トラツクの
中心がずれると、第２２図ａ又は第２２図ｃに示
すようにずれの方向に応じて、回折光の強度分布
が非対称になる。このような情報トラツクを有す
るデイスクを使用した場合に、第５図に示す実施
例を使つてトラツキング誤差を検出するには、ナ
イフエツジ７を第２１図に矢印で示す移動方向と
直交するように置く。そうすれば、デイスク１に
照射される読取り光スポツトの中心と情報トラツ
クの中心のずれに伴なう回折光の強度分布の非対
称性が第５図の紙面に対して垂直な方向に生じる
ことになり、その結果上述のフオーカス誤差の検
出には何ら悪影響を与えない。第２３図には、変
位量△Ｚ＝０のときの読取り光スポツトの中心
と、情報トラツク１ａの中心とのずれによる回折
光の強度分布が定性的に表わされている。第２３
図ｂは、ずれが全くない場合、第２３図ａおよび
ｃは、それぞれ、反対方向にずれた場合を示して
いる。第２３図ａ，ｃの点線斜線で示した部分
は、例えば、回折光強度の非対称性によつて、強
度が低下している部分に対応している。第２３図
ａは、デイスク上の読取り光スポツトの中心と情
報トラツクの中心とのずれによつて、第５図の凸
レンズ６を通る光束のうち紙面に対して上半分の
光束の強度が低下している場合である。この場
合、ホログラフイツクレンズ１２による＋１次光
については、検出器１４に達する前に、焦点F₊
で一担結像しているために、検出器１４の受光面
上では＋１次光による光スポツト１５ａの下半分
１５ａ−２が光束の強度が低下しており、いつぽ
う−１次光は、検出器１４の受光面の後方で結像
するために、光スポツト１５ｂの上半分１５ｂ−
１の強度が低下している。ところで、読取り光ス
ポツトの中心と、情報トラツクの中心とのずれ
が、それ程大きくない場合には、検出器１４の受
光面に入射する情報光の強度は、ほとんど変化し
ないと考えてよい。従つて第２３図ａにおいて光
スポツト１５ａの上半分１５ａ−１及び光スポツ
ト１５ｂの下半分１５ｂ−２は、上記ずれの全く
ない第２３図ｂの場合の同じ部分より、強度が増
加している。更に、第２３図ｃは、同図ａの場合
と、反対の方向にずれた場合を示している。以上
の説明から明らかなように、読取り光スポツトと
情報トラツクのずれを検出するには、第２３図の
光スポツトの各部１５ａ−１，１５ａ−２；１５
ｂ−１，１５ｂ−２に対応した光電出力の強度Ｉ
をそれぞれIa１，Ia２；Ib１，Ib２とすれば、例
えば（Ia１＋Ib２）−（Ia２＋Ib１）という演算に
よつてトラツキング誤差出力Itを得ることができ
る。第２４図にトラツキング誤差出力Itの特性を示
す。第２４図の横軸は読取り光スポツトの中心と
情報トラツクの中心とのずれ△Ｘであり、縦軸は
トラツキング誤差出力の強度Ｉである。横軸上の
ａ，ｂ，ｃ点は第２０図のａ，ｂ，ｃの場合にそ
れぞれ対応している。このトラツキング誤差出力
の強度が零となるように、読取り光スポツトを前
記走行方向に対して垂直な方向に駆動すれば読取
り光スポツトを情報トラツクに追従させることが
できる。以下、第５図に示した第１実施例に基づいてフ
オーカス誤差及びトラツキング誤差を検出する第
１応用例を説明する。第２５図において検出器１４は８分割された受
光部ＡないしＨから成る。受光部ＡとＥは第１１
図の受光部１４ａに相当し、受光部ＤとＨは第１
１図の受光部１４ｂに相当する。また受光部Ｂ，
Ｃ，Ｆ，Ｇは第１１図の間隙１４ｃに相当する部
位に形成されている。光スポツト１５ａは＋１次
光によつて、また光スポツト１５ｂは−１次光に
よつてそれぞれ生成されたものである。受光部Ａ
ないしＨからは光電出力I_AないしI_Hがそれぞれ得
られるものとすると、フオーカス誤差出力If及び
トラツキング誤差出力Itは次のようにして演算す
ることができる。 If＝（I_A＋I_E）−（I_D＋I_H） ……(1) It＝（I_A＋I_B＋I_G＋I_H）− （I_C＋I_D＋I_E＋I_F） ……(2) 第２６図は(1)式及び(2)式の演算を行う電気回路
図である。演算増幅器２０は光電出力I_A，I_E，I_D，
I_Hを入力として(1)式の演算を行つてフオーカス誤
差出力Ifを発生し、演算増幅器２１は光電出力I_A
ないしI_Hを入力として(2)式の演算を行つてトラツ
キング誤差出力Itを発生する。尚、デイスク１の
トラツクに記録された情報は検出器１４に投影さ
れる光スポツト１５ａ，１５ｂの全体に含まれて
いるので、演算増幅器２２によつて光電出力I_Aな
いしI_Hの全部を加算して情報出力Idを発生する。第２７図は検出器１４の別の実施例であり、５
分割された受光部ＡないしＤから成る。受光部
Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｈは第２５図と同様であり、受光部
Ｋは第２５図の受光部Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇをひとつに
まとめたものである。この場合にはフオーカス誤
差出力Ifは(1)式によつて求めることができる。ま
たトラツキング誤差出力Itは、 It＝（I_A＋I_H）−（I_D＋I_E） ……(3) の演算によつて得られる。尚、第１４図、第１５図に示した本発明の第２
実施例に基づいてフオーカス誤差及びトラツキン
グ誤差を検出するための第２応用例には、第２５
図に示した検出器１４がそのまま使える。即ち、
フオーカス誤差出力は If＝（I_B＋I_F）−（I_C＋I_G） ……(4) の演算によつて得られ、トラツキング誤差出力は
(2)式の演算によつて得られる。また、第１２図と、第１６図から明らかなよう
に、検出器１４（第１１図）を使用して得られる
フオーカス誤差出力と、検出器１７（第１５図）
を使用して得られるフオーカス誤差出力は、傾斜
が逆になつている。そこで、(5)式に示す様に(1)式
および、(4)式によつて得られるフオーカス誤差出
力の差を求めれば、より高感度なフオーカス誤差
出力If¹が得られる。即ち If¹＝（I_A＋I_C＋I_E＋I_G）−（I_B＋I_D＋I_F＋I_H）……(
5) この様子を、第２８図に示す。図中の曲線１，
４，５はそれぞれ(1)式、(4)式、(5)式によつて得ら
れるフオーカス誤差出力を表わしている。次に、第１８図から第２０図に示した本発明の
第３実施に基づいてフオーカス誤差及びトラツキ
ング誤差を検出する第３応用例を説明する。その
ためには第２９図に示す検出器１９を使用する。
検出器１９は４分割された受光部ＰないしＳから
成り、左半円の受光部Ｐ，Ｒと右半円の受光部
Ｑ，Ｓとの間には前述通りの幅をもつた間隙１９
ｃが設けられている。受光部ＰないしＳのそれぞ
れの光電出力をI_p，I_Q，I_R，I_Sとするとフオーカス
誤差出力If及びドラツキング誤差出力Itは次のよ
うにして求めることができる。 If＝（I_P＋I_R）−（I_Q＋I_S） ……(6) It＝（I_P＋I_S）−（I_Q＋I_R） ……(7) 以上の説明において(3)〜(7)式に示す演算は(1)，
(2)式の演算と同様に演算増幅器を使えばよい。以上の説明においては、全て、ホログラフイツ
クレンズ１２とナイフエツジ７の使用を前提とし
ていたが、ナイフエツジ７のかわりに、プリズム
（例えばフーコープリズム）２５を使用して第３
０図に示す様な構成としてもよい。第３０図にお
いてホログラフイツクレンズ１２から出射した光
束はプリズム２５によつて半裁して振り分ける
（第３０図においては右と左に振り分けている）。
この振り分けられた各々の光束については、これ
まで述べたことと全く同等に振舞うので、それぞ
れの光束についてデイスク１の変位量△Ｚ＝０の
ときに＋１次光および−１次光によつて形成され
る光スポツトが等しい大きさになる位置２６ａ，
２６ｂに検出器をそれぞれ設置しておく。それぞ
れの検出器として、例えば、第２５図、第２７図
又は第２９図に示したものを使用すればよい。そ
してそれぞれの検出器から得られる、それぞれ２
つのフオーカス誤差出力If１，If２、トラツキン
グ誤差出力It１，It２、情報再生出力Id１，Id２
をそれぞれ加え合せてIf＝If１＋If２，It＝It１＋
It２，Id＝Id１＋Id２を得れば、ナイフエツジ７
を使用した場合に比べて２倍の感度が得られる。なお、フオログラフイツクレンズを上述の実施
例のように使用すればレーザ光の波長が変動して
も検出器の受光面上の光スポツトの大きさを変化
するだけで焦点距離は変動しないから、波長変動
に有効である。また、本発明においては、ホログ
ラフイツクレンズを使用することによつて、＋１
次光、−１次光という、焦点距離の異なる複数の
ビームを得るようにしたが、例えば、複屈折を利
用した２重焦点レンズ等を使用してもよい。（発明の効果）以上の本発明によれば、(1)フオーカス誤差の検
出範囲を適度に広くすることができるのでサーボ
引き込み動作に入るときのデイスクと光学ヘツド
装置との間隔を広くすることができる。そのため
にサーボ引き込め動作の安定性を増すことができ
るのみならず、光学ヘツド装置がデイスクに衝突
する危険性を低減することができる。(2)また、検
出器の受光面上に投影される光スポツトの径を適
度に大きくすることができるので、検出器に対す
る該光スポツトの投影位置との位置合せ精度を従
来よりも緩和できる。そのためにこの位置合せ作
業が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来の光学ヘツド装置の
光学系及びこの光学系を使つてフオーカス誤差を
検出する原理を説明するための図である。第４図
は従来の光学ヘツド装置によつて得られるフオー
カス誤差出力の特性を示す線図である。第５図な
いし第８図は本発明の第１実施例による光学ヘツ
ド装置の光学系及びこの光学系を使つてフオーカ
ス誤差を検出する原理を説明するための図であ
る。第９図及び第１０図は第１実施例で使用した
ホログラフイツクレンズを説明するための図であ
る。第１１図は第１実施例における検出器の受光
面上での光スポツトの振舞を説明するための図で
ある。第１２図は第１実施例によつて得られるフ
オーカス誤差出力の特性を示す線図である。第１
３図は第１実施例における検出器の別の実施例を
示す図である。第１４図は本発明の第２実施例、
特にその検出器を説明するための図である。第１
５図は第２実施例における検出器の受光面上での
光スポツトの振舞いを説明するための図である。
第１６図は第２実施例によつて得られるフオーカ
ス誤差出力の特性を示す線図である。第１７図は
第２実施例における検出器の別の実施例を示す図
である。第１８図は本発明の第３実施例、特にそ
の検出器を説明するための図である。第１９図は
第３実施例における検出器の受光面上での光スポ
ツトの振舞いを説明するための図である。第２０
図は第３実施例によつて得られるフオーカス誤差
出力の特性を示す線図である。第２１図はデイス
クの情報トラツクの構造を説明するための図であ
る。第２２図はデイスクの情報トラツクによる回
折光の状態と、回折光の強度分布を説明するため
の図である。第２３図はトラツキング誤差出力の
原理を説明するための図である。第２４図はトラ
ツキング誤差出力の特性を示す線図である。第２
５図は本発明の第１実施例に基づいてフオーカス
誤差及びトラツキング誤差を検出するための第１
応用例、特にその検出器を説明するための図であ
る。第２６図は第１応用例に使用される電気回路
図である。第２７図は第１応用例における検出器
の別の実施例を説明する図である。第２８図は第
１応用例と第２応用例との組合せによつて得られ
るフオーカス誤差出力の特性を示す線図である。
第２９図は本発明の第３実施例に基づいてフオー
カス誤差出力及びトラツキング誤差出力を検出す
るための第３応用例、特にその検出器を説明する
ための図である。第３０図は本発明の別の実施例
による光学ヘツド装置の光学系及びこの光学系を
使つてフオーカス誤差出力、トラツキング誤差出
力を検出する原理を説明するための図である。主要部分の符号の説明、１……デイスク、２…
…レーザー光源、３……コリメータレンズ、４…
…ビームスプリツタ、５……対物レンズ、６……
凸レンズ、７……ナイフエツジ、８，１４，１
６，１７，１８，１９……検出器。

Claims

【特許請求の範囲】１情報トラツクを有する記録媒体上に光ビーム
を照射する手段；前記光ビームの照射によつて前記記録媒体から
出射した情報光を、少なくとも２つの光成分に分
割するとともに、その少なくとも２つの光成分を
前記情報光の光軸と同一の光軸上のそれぞれ異な
つた所定の焦点面に結像する光学手段；前記光学手段の近傍に設けられ、前記少なくと
も２つの光成分のそれぞれの一部を遮る遮光手
段；前記所定の焦点面以外の部位であつて、前記情
報光の光軸の両側に配置されているとともに、前
記少なくとも２つの光成分によつて形成され前記
記録媒体の位置に応じて大きさが変化する少なく
とも２つの光スポツトが投影される少なくとも２
つの受光部；及び前記少なくとも２つの受光部の光電出力により
フオーカス誤差出力を発生する手段；を備えたことを特徴とする光学式情報再生装置の
フオーカス誤差検出装置。