JPH0762913B2 - 自動焦点制御方法 - Google Patents

自動焦点制御方法

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JPH0762913B2
JPH0762913B2 JP59170416A JP17041684A JPH0762913B2 JP H0762913 B2 JPH0762913 B2 JP H0762913B2 JP 59170416 A JP59170416 A JP 59170416A JP 17041684 A JP17041684 A JP 17041684A JP H0762913 B2 JPH0762913 B2 JP H0762913B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光情報処理装置の自動焦点制御方式に係り、特
に光デイスク装置の光ヘツドなどに好適な自動焦点制御
方式に関する。
〔発明の背景〕
従来の光デイスク装置における光ヘツドの自動焦点制御
方式は、絞り込みスポツトとデイスクとのズレを検出
し、そのズレに応じて絞り込みレンズを機械的に動かす
ことにより行なつていた。このため、焦点ズレ検出手段
の検出特性と絞り込みレンズ駆動手段の応答特性に高精
度が要求されていた。これを、第1図を用いて説明す
る。第1図は、従来の光ヘツドの自動焦点制御方式の一
例である。半導体レーザ1から出射した光をコリメート
レンズ2で平行光にし、NA=0.5の絞り込みレンズ3で
デイスク5上にスポツト4を結像する。その反射光は、
λ/4板6と偏光ビームスプリツタ7で、例えば凸レンズ
8、円柱レンズ9、ナイフエツジ10、2分割光検出器11
および差動回路12で構成される公知の焦点ズレ検出手段
に導かれる。この検出手段の検出原理の詳細な説明は本
発明とは関係ないので消略する。デイスク5がスポツト
4の位置にあるときは検出信号14はゼロレベルを出力す
るが、デイスク位置が5′に示す位置にズレると反射光
は破線13に示すようにレンズ3通過後に平行光束からず
れ、差動回路12はデイスクのズレ方向と量に応じて正負
の極性の電圧レベルを出力する。第2図は、デイスクズ
レ量を横軸15にとり差動回路12の出力電圧14を縦軸16に
とつた場合の関係を実線17で示したものである。この検
出手段に限らず多くの焦点ズレ検出手段は第2図に示す
検出信号を出力する。この検出信号14により、例えばス
ピーカーのボイスコイルを応用した電磁気的駆動手段18
でレンズ3をデイスクズレ方向に動かす。
デイスク上に情報を安定に記録又は再生する為には、絞
り込みレンズの開口数をNA=0.5、波長をλ=0.83μm
として、スポツトとデイスクとのズレを 程度の範囲に押えなければならない。従来の自動焦点制
御方式によれば、デイスクが±1μm程度ずれた場合に
レンズ駆動手段18が充分な速さと力でレンズ3を動かす
に足りる検出信号を焦点ズレ検出手段が出力しなければ
ならない。又、デイスク5がスポツト4の位置の±0.2
〜0.4μm程度の範囲にある時に検出信号がゼロレベル
になるように焦点ズレ検出手段の目標点初期設定調整を
行なう必要がある。
さらにレンズ駆動手段18は高性能の応答特性を有し、自
動焦点制御系全体として、常にスポツト4とデイスク5
のズレを±1μm程度の範囲に圧縮しなければらない。
以上述べたように、従来の自動焦点制御方式では、スポ
ツトとデイスク7とのズレを絞り込みレンズを機械的に
動かす方法のみで行なつていたので、焦点ズレ検出手段
の検出感度や初期設定調整に高い精度が要求され、又、
レンズ駆動手段に高い応答特性が要求されるという問題
があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、焦点ズレ検出手段の検出感度や初期設
定調整に高精度を必要とせず、又、絞り込みレンズ駆動
手段に高い応答性能を必要とせず、しかも簡単な構成に
より、スポツトと情報媒体面とのズレが少ない高性能な
自動焦点制御方式を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体レーザに情報媒体からの反射光の一部
をもどすことにより半導体レーザがマルチモード発振す
ることと、色収差を有するレンズが波長のちがいにより
異なる位置にスポツトを結像することに着目し、これら
を組み合わせて絞り込みスポツトの結像位置を数μmの
範囲の情報媒体のズレに光学的に追従する効果を生ぜし
め、もつて従来方式の欠点を解決したものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第3図により説明する。第3
図は、本発明を光デイスク装置における光ヘツドの自動
焦点制御に適用した例で、半導体レーザ1から出射した
光をコリメートレンズ2で平行光にし、NA=0.5の絞り
込みレンズ20でデイスク5上にスポツトS3を結像する。
反射光はハーフミラー21で一部は透過して半導体レーザ
1にもどされ、残りは反射して焦点ズレ検出手段に導か
れる。半導体レーザ1はシングルモードの半導体レーザ
が適している。シングルモードの半導体レーザは、中心
波長λに対してΔλ=λ/2nLずつ異なるモードの波長で
発振できる。ここでLはレーザチツプ両端の反射面間
隔、nは活性層の屈折率である。半導体レーザ単体で
は、Δλずつ波長の異なるモードのうち、レーザチツプ
両端反射面で構成する内部共振器に合うモードが一番強
く発振する。しかし、本実施例のようにレーザ出射光の
一部をレーザに戻す場合は、レーザとデイスクが外部共
振器となり、レーザの活性層に一番戻りやすい波長モー
ドが一番強く発振する。戻り光の量は、コリメートレン
ズ2の開口数が0.25の場合、レーザ出射光の0.5%程度
あれば充分であつた。一方、レーザ単体でマルチモード
発振するレーザでは、戻り光を与えても発振波長の変化
はほとんどないので、本発明には適さない。第4図の
(b)は戻り光を与えた場合の半導体レーザ1のスペク
トルを示し、波長λからλ15まで発振しているとす
る。各波長の間隔Δλは、λ=0.83μm、m=3.5、L
=300μmとすると0.33nm程度である。第4図(a)は
色収差を有する絞り込みレンズ20のスポツト位置S1〜S
15を示すもので波長λのスポツト位置がS1のス
ポツト位置がS2,………である。今デイスク5がスポツ
ト位置S3近傍にあると、レンズ系結像の関係から波長λ
のレーザ光が一番多く半導体レーザ1にもどるので、
半導体レーザ1は第4図(b)のように波長λを中心
に集中した発振スペクトルになり、実質上レーザスポツ
トはS3の位置、即ちデイスク5上に集中する。次にデイ
スクがずれて5′の位置にきたとすると、今度は波長λ
のスポツト位置S6の近傍であるからλのレーザ光が
半導体レーザに多くもどるため、第4図(b′)のよう
な波長λを中心に集中した発振スペクトルになり、実
質上レーザスポツトはS3からS6の位置にデイスクズレに
追従して動いた事になる。絞り込みレンズ20の開口数を
NAとすると焦点深度はλ/NA2である。波長λで発振し
ている光のスポツト位置S6からのデイスクズレが 以内であれば、レーザへの戻り光の波面収差はλ/4以下
で、カツプリングレンズでレーザ端面に集束される戻り
光のエネルギー密度は、ほとんど減少しない(約20%)
ので、レーザは波長λで発振をつづけることができ、
又、情報の記録再生も安定して行なえる。NA=0.5とす
ると上述のデイスクズレの範囲は±0.83μmである。デ
イスクずれがこの範囲を越えると、波長λでの発振モ
ードは不安定になる。スポツト位置S1,S2,S3,……の間
隔が であれば、デイスクズレが±0.83μmを越えた場合に
は、波長λかλのモードに移り、ひきつづき安定な
記録再生が行なえる。よつて、スポツト位置S1,S2,……
の間隔は 以内が良い。一方、波長間隔Δλは行0.33nmであるから
絞り込みレンズの色収差量は、波長変化1nmあたりの焦
点位置のずれが 以下であれば良い。またレーザは、中心波長λに対して
Δλずつ異なる波長モードが15モード程度可能なので、
約±12μmのデイスクズレ範囲にわたつて、安定な記録
再生を行なうことができる。レンズ20の色収差量は、焦
点距離をfとすると、 で見積ることができる。ここでνはレンズ材質できまる
アツベ数で、F線とD線の波長差0.17μmに対しておお
よそν≒30〜60の光学ガラスが良く使われている。f=
4.5mmでν=30とするΔf=−150μm、波長差1nmに直
すとΔf=0.88μmとなる。絞り込みレンズ20は、種々
の収差を除くために複数枚の凸レンズと凹レンズを組み
合わせるが、凸レンズにνの小さい材質を、凹レンズに
νの大きな材質を用いることで、波長1nmの変化に対
し、焦点位置が約1μm異なるレンズを作ることができ
る。
このような組レンズ50を、第6図のように5組み合わせ
れば、波長1nmの変化で焦点位置を5μmずらすことが
できる。又、第3図のレンズ20のかわりに第7図に示す
ような、領域51と52で位相がλ/2異なるフレネルゾーン
プレートレンズ53を用いることもできる。このレンズ53
では、 から波長差Δλ=1nmに対して(λ=0.83μm、f=4.5
mmとして)Δf≒5μmとなる。同様に色収差の大きな
ホログラムレンズなども用いることができる。又、フレ
ネルレンズ53やホログラムレンズを、第8図のように使
用することもできる。レーザスポツトは上述のようにデ
イスクズレに追従して±12μm程度動くことができる。
この範囲内ではデイスクずれが有るにもかかわらず合焦
点状態であるから、再生信号の減少はない。第5図は、
横軸30にデイスクズレ量、縦軸31に再生信号の強度をと
つた図で、実線32は本実施例の光ヘツドの場合、破線33
は従来の光ヘツドの場合である。従来の光ヘツドではデ
イスクズレ±1μmで再生信号の減少が1dB程度あつた
が、本発明を用いた光ヘツドでは実線32に示すごとく±
12μmのデイスクズレ範囲内で再生信号の減少がなく、
安定な信号再生を達成することが出来る。
本発明が従来方式と明らかに異なる点は、以上説明した
ごとく、半導体レーザにもどり光を与えると共に色収差
を有する絞り込みレンズを用いることで、デイスクズレ
±12μmの範囲で半導体レーザの発振波長を変化させて
自動的にスポツトがデイスクに追従する効果を利用し
て、高精度の自動焦点制御を達成することにある。
そこで、第3図に示す、凸レンズ8、円柱レンズ9、ナ
イフエツジ10、2分割光検出器11及び差動回路12で構成
される公知の焦点ズレ検出手段と、レンズ20を焦点ズレ
検出信号14で動かす公知の駆動手段とで、スポツトとデ
イスクとのズレを±12μm程度に押えれば良い。従つ
て、焦点ズレ検出手段の検出感度も従来例の10分の1で
良く、またもどし光を与えない時のデイスク合焦点位置
と検出信号ゼロレベルとを調整する目標点の初期設定調
整を行なう必要がない。さらにレンズ駆動手段18の応答
特性も高性能を要求する必要がない。
以上述べたごとく、本実施例によれば、±12μm程度の
デイスクズレに絞り込みスポツトが自動的に追従するの
で、焦点ズレ検出手段と絞り込みレンズ駆動手段に高性
能のものを用いることなく、しかも高精度の自動焦点制
御を達成することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、焦点ズレ検出手段の検出感度が従来の
3分の1で、目標点初期設定調整の範囲も従来の3倍広
い検出手段で良く、絞り込みレンズ駆動手段も従来に比
べて高性能を要求することなく、しかも、高精度の自動
焦点制御を立成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光デイスク光ヘツドの自動焦点制御方式
の一例を示す図、第2図は第1図の焦点ズレ検出手段の
出力信号を説明する図、第3図は本発明の光デイスク光
ヘツドに用いた一実施例を示す図、第4図は、第3図の
半導体レーザ発振波長と絞り込みスポツト位置の関係を
示す図、第5図は、デイスクズレに対する再生信号強度
の変化を示す図、第6図,第7図,第8図は、本発明の
他の実施例の絞り込み光学系の主要部を示す図である。 1……半導体レーザ、20……絞り込みレンズ、21……ハ
ーフミラー、5,5′……デイスク、S3,S6……スポツト、
53……フレネルゾーンプレート。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザからのレーザ光を結像光学系
    を用いて媒体に結像する際の焦点制御方法において、上
    記媒体からの反射光の少なくとも一部を上記半導体レー
    ザに戻して上記半導体レーザを複数の所定の発振波長で
    発振させて所定の波長分布を有するレーザ光を得ると同
    時に、上記結像光学系として色収差を有する結像光学系
    を用いて上記レーザ光を波長に応じて異なる位置に結像
    し、上記媒体の変位に伴って上記半導体レーザに戻る上
    記反射光の波長が変化することにより上記半導体レーザ
    の発振波長を変化せしめ、もって上記媒体に合焦となる
    波長のレーザ光強度が増大するごとく制御することを特
    徴とする自動焦点制御方法。
  2. 【請求項2】上記結像光学系の一部を構成しレーザ光を
    媒体上にスポットとして結像する絞り込みレンズは波長
    変化1nmあたりの上記スポットの結像位置のずれが3λ/
    2NA2以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の自動焦点制御方法(ただしλは上記半導体レーザ
    の中心波長、NAは上記絞り込みレンズの開口数であ
    る)。
  3. 【請求項3】上記絞り込みレンズが複数の組レンズから
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
    項に記載の自動焦点制御方法。
  4. 【請求項4】上記組レンズがアッベ数の小さい材質から
    なる凸レンズと、アッベ数の大きい材質からなる凹レン
    ズとからなることを特徴とする特許請求の範囲第3項に
    記載の自動焦点制御方法。
  5. 【請求項5】上記絞り込みレンズがフレネルレンズから
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項
    に記載の自動焦点制御方法。
  6. 【請求項6】上記絞り込みレンズがホログラムレンズか
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2
    項に記載の自動焦点制御方法。
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