JPH0546019B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は記録媒体に記録された情報を読み取る
光学的情報読取装置の改良に関する。

例えばビデオデイスク録画又は再生装置におい
ては録画用光束あるいは読出し用光束をデイスク
面に集束させる必要がある。このためには上記光
束デイスク面に集束させるための光学系の焦点を
常にデイスク面に合わせること、すなわち自動焦
点調節を行なわせることが必要となる。従来より
このような動作のための自動焦点調節装置は種々
考案されているが、１つの方法として焦点調節用
の光束をデイスク面で反射させ、反射像の形を検
出するようにして、さらにこの光学系に故意に非
点収差を持たせ反射像の形がデイスク面位置の変
化に伴なつて変わるのを利用して焦点調節を行な
うものがある。例えば特開昭50−10539号公報、
特開昭51−141651号公報、アイ、イー、イー、イ
ー、シカゴ スプリング コンフアレンス オン
コンシユマー エレクトロニクス（IEEE
Chicago Spring Conference On Consumer
Electronics）予講にシリンドリカルレンズを用
いて非点収差を発生させるようにした自動焦点調
節装置について記載されている。これ等の原理を
第１図について説明する。

光源１からの光をハーフミラー２、対物レンズ
３を通してデイスク面４に読出しビームとして集
束させたい時、その反射光をシリンドリカルレン
ズ５を通して非点収差をもたせて検出器６上に集
束させる。上述したようにデイスク面４の位置が
変化すると検出器６上の像の形が上記非点収差の
ために変わるので、これを検出すればデイスク面
４の位置変化を検出することができる。以下これ
ついてもう少し詳しく述べる。

第２図では第１図で示す光学系２，３，５を１
つと凸レンズとして描いてあるが、このような非
点収差をもつた光学系にデイスク面からの反射光
束１０が入射すると周知のようにこの光束は一点
に集束することなく子午像面１１、及び球欠像面
１２においてそれぞれ線分状の断面をもつ光束と
なる。又これ等の面の前後では光束の断面は楕円
状となる。これ等の様子を第３図に示す。第３図
においては破線で示す各面における光束の断面図
を右側に示している。子午像面１１、球欠像面１
２においては光束の断面が線分状になつているこ
とがわかる。もちろん実際には他の収差等のため
に必ずしも線分になるとは限らない。又これ等の
両面の中間では光束の断面がほぼ円状になる面１
３がある。この面１３を以後最良結像面と呼ぶこ
とにする。ここでもし第１図において光学系２，
３，５とデイスク面４との距離が変化するとデイ
スク面からの反射光１０の拡がりが変わり、上述
の各面の位置が移動する。そこで例えばデイスク
面４が光学系２，３，５に対して規定の位置すな
わちデイスク面の光像が点になる位置にある時に
おける最良結像面１３に検出器６を置くようにす
ると、デイスク面４が規定の位置にある時は検出
器６上の像はほぼ円状になり、デイスク面４の位
置がずれると検出器６上の像の形が第３図に示し
たように変化する。そこでこの変化を捕えて常に
円状の像を得るように光学系を操作すればデイス
ク面は常に光学系に対して規定の位置にあること
になる。

このような光像の変化を捕える検出器６として
は例えば第４図に示すようなものが考えられる。
この検出器６は４つの受光領域Ａ〜Ｄをもつもの
で、各領域に入射する光量を別々に検出するもの
である。検出器６の中心を光学系の光軸と一致さ
せておけばデイスク面がレンズに対して一方にず
れていると第４図ａ、他方にずれていると第４図
ｃに示すように楕円形像ができ、Ａ、Ｃ領域と
Ｂ、Ｄ領域とに照射される光量に差が生じる。デ
イスク面が規定の位置にある時は円形の像が形成
され、Ａ、Ｃ領域とＢ、Ｄ領域とに照射される光
量はほぼ等しくなる。第５図に検出器６の出力信
号を処理する回路のブロツク図を示す。検出器６
の受光領域Ａ〜Ｄの出力をそれぞれ同じＡ〜Ｄで
表わす。信号Ａ，Ｃは増幅器２１に入り、Ａ＋Ｃ
に対応する出力が増幅器２１から得られる。同様
に信号Ｂ，Ｄは増幅器２２で加算されＢ＋Ｄに対
応する出力が得られる。これらの信号は差動増幅
器２３に供給され、差動増幅器２３の出力は（Ａ
＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）を表わすものとなる。この出力
をレンズ駆動部２４に供給する。レンズ３が駆動
されてデイスク面４との距離を変えると検出器６
上の像が第４図に示すように変化し、差動増幅器
２３の出力（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）は第４図ａの状
態では正、ｃの状態では負、ｂの状態では零とな
る。したがつて第５図に示す系には帰還がかか
り、これが負帰還となるように構成すればレンズ
駆動部２４はデイスク面４が規定の位置にきて、
検出器の位置に最良結像面１３がきた時、すなわ
ち第４図ｂの状態で停止する。又、所望により差
動増幅器２３にオフセツトを設けて（Ａ＋Ｃ）−
（Ｂ＋Ｄ）がある一定のレベルになつと時にレン
ズ駆動を停止させるようにすることもできる。

第６図に（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の値とレンズ３
とデイスク面４の距離との関係を示す。

このようにしてデイスク面を常に光学系に対し
て規定の位置に置き、デイスク面に光束を集束さ
せることができる。しかしこのような従来の構成
では非点収差を発生させるためにシリンドリカル
レンズを用いているため、それだけ大形となり、
高価となる欠点がある。

さらに光像があまりにも小さいと上記検出器６
の不感帯に光像が入つてしまいかえつて検出感度
が低くなつてしまう欠点がある。そこで上記文献
にもあるように焦点調節のダイナミツクレンジを
デイスク側で±30〜50μ程度に拡げて、焦点調節
の感度を落とさざるを得なかつた。（参考のため
に述べるとビデオデイスク信号読み取りのために
は20Xの対物レンズを用いた場合、焦点はずれは
±2μ程度に収める必要がある。） さらに別の構成としてデイスク面に集束させる
光束にすでに非点収差をもたせるやり方も考えら
れるが、この場合は収差のためにデイスク面上に
集束された光像に拡がりが生じてしまい、この光
束を読出し用に使う際の欠点となる。

また光学的情報読取装置には情報トラツクに投
射ビームを追従させるために、前記焦点調節用の
光学系のほかに光源から発した光束を回折格子に
より３つのビームを形成させ、このうち２つのビ
ームによりトラツキングを行なう構成も備えてい
る（例えば特開昭49−50954号公報）。

しかし上記の様に焦点調節用の光束発生手段と
トラツキング用の光束発生手段の２つの独立した
個別の機構を光学的情報読取装置に組込むことは
装置を大型化する欠点がある。

一方特開昭50−10151号公報の第２図に回折格
子を使用して情報信号、フオーカシング誤差信号
並びにトラツキング誤差信号を得る情報読取装置
が説明されている。しかし当該公報の回折格子は
単に１本の光束を３本の光束に分割するだけのも
ので、当該回折格子から発する光束にフオーカシ
ング誤差情報をどの様に形成させるかの説明がな
い。また特開昭50−10131号公報第３図にはホロ
グラム素子を使用して１本の光束を２本に分割す
る技術が説明されているが、当該ホログラム素子
も単に光束を複数に分割するだけの機能しかな
く、ホログラム素子と別個独立な焦点検出用の光
学部材を配置し、これによりフオーカシング誤差
信号を検出している。以上の特開昭50−10151号
公報並びに特開昭50−10131号公報開示の技術は
いずれも回折格子あるいはホログラム素子の外に
焦点検出用の光学部材が必要となり、装置が大型
となる欠点がある。

本発明は小型軽量化が可能な光学的情報読取装
置を提供することを目的とする。

本発明のの光学的情報読取装置は光源からの投
射光束を情報トラツクを有する記録媒体上に光学
手段により集束光として照射させ、前記記録媒体
からの反射光束を受光素子に投射させるようにし
た光学的情報読取装置において、前記受光素子の
面上へ差し向ける複数の光束を発生させるホログ
ラム素子であつて、且つ該ホログラム素子から発
した光束が前記記録媒体の媒体面に垂直な方向に
おける前記記録媒体の変位に応じて前記受光素子
の受光面上でビーム形状に変化を生じるさせるよ
うにした前記ホログラム素子を前記光源と前記受
光素子間の光路中に配置するものであり、前記受
光素子の受光面上における光束の形状の変化を検
出するとによりフオーカシング誤差信号を得ると
共に、前記受光素子の面上における光束の光量の
大きさを比較することによりトラツキング誤差信
号を得るようにしたことを特徴とするものであ
る。

以下図面に基づき本発明の一実施例を詳細に説
明する。はじめに本発明の構成要件の１つである
フオーカシング光束発生手段の原理について説明
する。

第７図はビデオデイスク再生装置を示す線図で
ある。この実施例においては後述する方法で作成
したホログラム４０をレーザ光４１を用いて再生
して非点収差をもつ焦点調節用のほぼ平行な光束
４２（例えば＋１次回折光）と非点収差をもたな
い読出し用平行光束４３（０次回折光）とを別々
に作る。焦点調節用光束４２はハーフミラー４４
で反射してリレーレンズ４５に入射する。リレー
レンズ４５はこの入射光をリレーレンズ像側焦平
面４６に集束させる。上述のように焦点調節用光
束４２は非点収差をもつているのでこの集束は非
点隔差△ｌを伴なつて行なわれるが、この最良結
像面がリレーレンズ焦平面４６に一致するように
焦点調節用光束４２は作られている。なおこれに
ついては後述する。この光束はさらにトラツキン
グミラー４７で反射して対物レンズ４８を通りビ
デオデイスク面４９に達するが、予じめ上記リレ
ーレンズ像側焦平面４６とビデオデイスク面４９
を対物レンズ４８に関してほぼ共役な位置に置い
ておけば上記光束はビデオデイスク面４９に集束
することになる。もちろんこの集束光も非点隔差
を伴ない、ビデオデイスク面の光像は円状、楕円
状もしくは線分状となる。この集束光の非点隔差
は対物レンズ４８の縦倍率をαとすると△ｌ／α
となる。本例ではα＝400、△ｌ＝1.6mmとした。
さらにビデオデイスク面４９で反射した光束は対
物レンズ４８で再びリレーレンズ像側焦平面４６
付近で集束し、ここでの光束の断面は円状、楕円
状もしくは線分状である。さらにこの光束はリレ
ーレンズ４５を通過し、上記焦平面４６における
断面に応じた断面をもつほぼ平行な光束すなわち
非常に大きな非点隔差をもつ光束となり、ハーフ
ミラー４４を通過して焦点検出用素子５０に入射
する。

上述した従来例と同様な理由で、ビデオデイス
ク４９と光学系すなわち対物レンズ４８等との距
離が変化するとビデオデイスク面４９上の光像の
形が変わり、それに応じて焦点検出用素子５０に
入射する光束の断面も変化するので、これを利用
して焦点調節を行なうことができる。もう少し具
体的に述べるならば、上記読出し用光束４３がリ
レーレンズによつて集束する位置はもちろんリレ
ーレンズ像側焦平面４６であるが、上述したよう
に焦点調節光束４２の最良結像面はこれに一致す
る。同様にデイスク面４９付近においても読出し
用光束４３が集束する面は、焦点調節用光束４２
の最良結像面と一致する。（なお上述したように
焦点調節用光束は例えば１次回折光であり、読み
出し光束４３とは僅かな角度をもつているため、
デイスク面の２つの光点は僅かにずれていて、重
なり合うことはなく読出しに支障はない。）した
がつてデイスク面４９を常に上記最良結像面にお
くようにすればデイスク上に読出し用光束４３を
集束させることができることになる。デイスク面
４９が最良結像面にある時はデイスク面４９に焦
点調節用光束４２によつて作られる光像は円状で
あり、その時リレーレンズ４５像側焦平面４６に
おける焦点調節用光束４２の断面も円状となる。
リレーレンズ４５によつて焦点検出素子５０側に
つくられる光束は、上述したようにリレーレンズ
像側焦平面における断面とほぼ同じ形の断面をも
つ、ほぼ平行な光束（正確には非点収差が非常に
大きな光束）となるので、焦点検出用素子５０に
できる光像はこの場合ほぼ円状となる。デイスク
面４９が上記所望の位置から外れると、当該デイ
スク面４９上に焦点調節用光束４２によつて作ら
れる光像の形も変化し、これに伴つて検出素子５
０上の像の形も第４図で示したように変化するの
で、これ従来例と同様に利用することができる。
もちろんこの場合読出し用光束４３は別の受光素
子で作つたビデオ信号読出し用素子５１で受光し
てビデオ信号読出しに使用する。

次に２つの光束を発生するホログラムの作成原
理について説明する。

第８図は上記ホログラム４０の作成の様子を示
す線図である。まず図示しないコリメータレンズ
で平行光束とした物体光束６０をレンズ６１、シ
リンドリカルレンズ６２で構成した非点収差をも
つ光学系を通して集束させる。この時の非点隔差
は△ｌとなるように上記光学６１，６２を構成す
る。この時の最良結像面６３がリレーレンズ６４
（上記のリレーレンズ４５と同じ焦点距離ｆをも
つものとする）の焦点面にくるようにリレーレン
ズ６４を配置し、光束をほぼ平行としてハーフミ
ラー６５に通して感光体６６に入射角θで入射さ
せる。同時に図示しないコリメータレンズで平行
光束とした参照光束６７をハーフミラー６５を介
して感光体６６に垂直に入射させる。物体光束６
０と参照光束６７が重畳されている空間中に、両
者による干渉縞が形生される。上記空間中に置か
れた感光体６６上にはこの干渉縞が光の強弱の形
で照射される。感光体６６としては、たとえば銀
塩乳剤からなる高解像力乾板が用いられる。一定
時間の露光を与えられた感光体６６は、高解像力
乾板であれば通常の写真処理プロセスである現
像、定着等のプロセスを経た後、高解像力乾板上
に干渉縞の明暗に対応したパターンが形成され
る。このようにして感光体６６上に形成された干
渉縞の明暗に対応したパターンを一般にホログラ
ムと称している。このようにして作成したホログ
ラムに、再生用レーザー光を照射すると、ホログ
ラムの有する干渉縞に明暗に対応したパターンに
より、再生用レーザー光が回折され、回折光は焦
点検出用光束４５となり、回折されずそのまま透
過した光は、信号読取用光束４３となることは明
らかであろう。

上述した原理においては非点収差を発生させる
のにホログラムを用いているため、シリンドリカ
ルレンズを用いる場合よりも小型な装置が実現で
きる。またホログラムは複製可能であるため、非
常に安価となる。さらに焦点検出と信号読出しと
を別々の光束で行なうため、信号読出し光束は非
点収差を持たない高品位のものを用いることがで
きる点等の効果が得られる。しかしながら、かか
る構成でもトラツキング用の光束は他の光学手段
により発生させる必要がある。

次に、本発明のフオーカシング光束発生手段と
トラツキング光束発生手段とを少なくとも共有す
るホログラムについての一実施例を説明する。

第９図はかかるホログラムの作成法方で、焦点
調節用及びビデオ信号読出し用光束は上述の例と
同様な方法で作成するが、これ等を作るための参
照光束７０、焦点調節用光束７３の作る面とほぼ
垂直な面内に前者の面と±φの角度をもつてトラ
ツキング用平行光束７２，７１を入射させてホロ
グラム７４を作る。これを再生すると第９図ｂに
示すように信号読出し光束７５、焦点調節用光束
７６、トラツキング用光束７７，７８が得られ
る。これを用いたビデオデイスク再生装置の実施
例が第１０図に示すもので、構成は上述した実施
例とほとんど同様なものであるが、トラツキング
用光束７７，７８は第１０図ｂに示すように、ビ
デオ信号トラツク８０の両側に集束し、この反射
光をトラツキング用検出素子８１，８２で検出し
て信号読取光束がトラツク８０から外れないよう
に光学系を駆動する。さらに上述した実施例では
焦点検出素子５０に入射する光束をリレーレンズ
によつてほぼ平行光束となるようにしたが、ここ
までしなくても非点隔差を大きくすることができ
れば、それなりの効果があることは明らかであろ
う。又検出素子５０の構成は第４図で説明したも
のとは限らず、他にもいろいろな構成が考えられ
る。

以上の様に、本発明の光学的情報読取装置は光
源と受光素子間の光路中に複数の光束を発するホ
ログラム素子を配置し、当該ホログラム素子から
発する光束が記録媒体の媒体面に垂直な方向にお
ける記録媒体の変位に応じて受光素子の受光面上
でビーム形状に変化を生じるようにしたから、ホ
ログラム素子という小型軽量な部材でフオーカシ
ング誤差信号とトラツキング誤差信号が検出可能
となり結果として本発明の光学的情報読取装置は
著しく小型軽量なものになる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の非点収差を利用した自動焦点調
節装置の構成を示す線図、第２図は非点収差をも
つ光学系を通つた光束の子午像面と球欠像面の位
置の一例を示す線図、第３図は同じく非点収差を
もつ光学系を通つた光束の断面図、第４図は非点
像の形を検出する検出器の一例を示す線図、第５
図は同じく非点像の形を検出する装置の電気的構
成を示す線図、第６図は第５図に示した回路によ
つて得られる焦点検出信号と焦点はずれ量との関
係を示す線図、第７図は本発明のフオーカシング
光束発生手段の原理を説明する線図、第８図は第
７図のホログラムの作成方法を示す線図、第９図
は本発明の一実施例に用いるホログラムの作成方
法を示す線図、第１０図ａは同じく本発明の一実
施例の構成を示す線図、第１０図ｂはａに示した
実施例におけるデイスク面上の光点の位置の一例
を示す線図である。 ４０……ホログラム、４１……レーザ光、４２
……焦点調節用光束、４３……ビデオ信号読取り
用光束、４４……ハーフミラー、４５……リレー
レンズ、４６……リレーレンズ像側焦平面、４７
……トラツキングミラー、４８……対物レンズ、
４９……ビデオデイスク面、５０……焦点検出用
素子、５１……ビデオ信号読取用素子、６０……
物体光束、６１……レンズ、６２……シリンドリ
カルレンズ、６３……最良結像面、リレーレンズ
焦点面、６４……リレーレンズ焦点面、６５……
ハーフミラー、６６……感光体、６７……参照光
束、７０……参照光束、７３，７６……焦点調節
用光束、７２，７１，７７，７８……トラツキン
グ用光束、７５……ビデオ信号読取り用光束、８
０……ビデオ信号トラツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源からの投射光束を情報トラツクを有する
   記録媒体上に光学手段により集束光として照射さ
   せ、前記記録媒体からの反射光束を受光素子に投
   射させるようにした光学的情報読取装置におい
   て、 前記受光素子の面上へ差し向ける複数の光束を
   発生させるホログラム素子であつて、且つ該ホロ
   グラム素子から発した光束が前記記録媒体の媒体
   面に垂直な方向における前記記録媒体の変位に応
   じて前記受光素子の受光面上でビーム形状に変化
   を生じるさせるようにした前記ホログラム素子を
   前記光源と前記受光素子間の光路中に配置するも
   のであり、前記受光素子の受光面上における光束
   の形状の変化を検出することによりフオーカシン
   グ誤差信号を得ると共に、前記受光素子の面上に
   おける光束の光量の大きさを比較することにより
   トラツキング誤差信号を得るようにしたことを特
   徴とする光学的情報読取装置。