JPS5828654B2 - 光学的記録再生機の間隔検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、記録媒体と記録又は再生用光ビームを集束さ
せるためのレンズとの間隔を正確に検知することが出来
るようにした光学的記録再生機（光学的に記録又は再生
する装置）の間隔検出装置に関するものである。

一般に光学的記録再生装置は、レーザ光等の光ビームを
記録媒体上に集束させた状態で記録又は再生を行うよう
に構成されている。

ところが、記録媒体（例えばディスク）を完全な平板に
形成することが不可能であるばかりではなく、記録媒体
の移動（例えば回転移動）によっても上下動が生じ、ビ
ームを記録媒体上に於いて集束状態に保つことは中々困
難である。

そこで、一般的には光ビームの集束に関係する記録媒体
と光学装置（例えば対物レンズ）との間隔の変化を光ビ
ームの反射光の光路の変化によつて検出し、この検出信
号で間隔が常に一定に保たれるように光学装置又は記録
媒体を制御する。

この場合、記録再生用光ビームの他に、変位（間隔）検
出用光ビームを記録媒体上に投射し、その反射光で間隔
を検出するが、記録再生用光ビームと検出用光ビームと
が同一の集光レンズを通るため、記録再生用光ビームの
みならず間隔検出用光ビームも集束し、間隔検出の精度
が低下するという欠点があった。

第１図はこの欠点を示すものであって、記録媒体１に対
向して集光レンズ２が配され、記録再生用光ビーム３は
レンズの光軸４に一致して投射され、間隔検出用光ビー
ム５は光軸４に一致させないで且つ記録媒体１に斜めに
投射されている。

このような装置に於いて、レンズ２と記録媒体１との間
隔が変化すれば、検出用光ビーム５の反射光路が変化し
、これにより、間隔の変化を知ることが出来る。

しかし、レンズ２によって検出用光ビーム５が集束され
るため、レンズ２の右側に於いて、平行光束とならず、
場所によってスポットの直径及び面積が異なり、当然の
結果として光検知器での反射光ビームのスポットの面積
が記録媒体１の光軸方向の変位によって変化し、間隔の
正確な検出に不都合が生じた。

また焦点付近では検出用光ビーム５の直径が例えば数μ
ｍ程度と小さくなり、記録媒体１上の記録情報等をひろ
い上げて間隔検出の誤差が生じることがあった。

このようなことは、集光レンズ２と記録媒体１との間隔
を±１μｍ程度の高い精度で制御しなければならない記
録再生に於いて無視することが出来ない。

また、第１図に示すように光軸に平行な検出用光ビーム
５の記録媒体１に於ける反射光を利用して記録媒体１と
レンズ２との間隔を検出する場合には、間隔の変化に対
応した反射光ビームの変位方向が記録再生用光ビーム３
即ち光軸４に交差する方向となり、反射光ビームの検出
可能な範囲（ダイナミックレンジ）を大きくとることが
不可能となった。

従って、間隔検出の精度を上げることが困難であった。

そこで、本発明の目的は、間隔検出に於けるダイナミッ
クレンジの拡大及び検出精度の向上が可能な光学的記録
又は再生機の間隔検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、光軸が記録媒体に
直交するように配置され且つ前記光軸に一致した光路を
有する記録又は再生用光ビームを集束させて前記記録媒
体に投射するように配置された集光レンズと、前記集光
レンズと前記記録媒体との間隔を検出するために、前記
集光レンズを通して前記記録媒体に非直交に投射される
間隔検出用光ビームと、前記間隔検出用光ビームの前記
記録媒体での反射によって得られる反射光ビームを前記
集光レンズを通した後に検出するように配置され且つ前
記間隔の変化に対応した前記間隔検出用反射光ビームの
位置の変化に基づいて前記間隔を検出するように構成さ
れた分割型光検知器と、から成る光学的記録又は再生機
の間隔検出装置に於いて、前記間隔検出用光ビームの光
路を、前記集光レンズの前焦点で前記光軸に直交する平
面の前記光軸を除いた領域を非直交状態に横切るように
設定すると共に前記間隔の変化に対応した前記間隔検出
用反射光ビームの位置の変化の方向が前記記録又は再生
用光ビームの光路に交差しない方向となるように設定し
、且つ前記間隔検出用光検知器を前記記録又は再生用光
ビームの光路から離れた位置に配し、且つ前記間隔検出
用光ビームを前記前焦点を含む平面で収斂させる補助レ
ンズを設けたことを特徴とする光学的記録又は再生機の
間隔検出装置に係わるものである。

上記発明によれば、間隔検出用光ビームの光路を、前焦
点に於いて光軸に直交する平面（焦平面）の光軸を除い
た領域を非直交状態に横切るように設定したので、集光
レンズと記録媒体との間隔の変化に基づく間隔検出用１
射光ビームの光路の変化方向が記録又は再生用光ビーム
の光路（集光レンズの光軸）に対して非交差の方向とな
り、記録又は再生用光ビームの光路に邪魔されずに間隔
検出用反射光ビームを検出することが可能になる。

従って、間隔検出用反射光ビームの変化範囲（検出可能
な距離範囲）即ちダイナミックレンジを大きく設定する
ことが可能になる。

また間隔検出用光ビームの光路に補助レンズを配し、こ
の補助レンズによって間隔検出用光ビームを集光レンズ
の前焦点の平面上に収斂させるので、間隔検出用光ビー
ムは集光レンズを通った後に平行光束となり、記録媒体
上での検出用光ビームのスポットが間隔の変化に拘らず
に略一定になる。

従って、間隔検出用光ビームを焦平面に対して非直交に
入射させる効果とこの補助レンズの作用との組み合せに
より、極めて精度の高い間隔検出が可能になる。

次に図面を参照して本発明及び本発明に係わる１実施例
に付いて述べる。

第２図及び第３図は本発明に基づいて構成しうる光学的
記録再生装置の光学系を原理的に示すものであり、第２
図はＹ−Ｚ面に光ビームの光路を投影した図、第３図は
第２図と同じ光路をＸ−Ｚ面に投影した図である。

この図面に於いて、１１は記録媒体、１２は集光レンズ
であり、集光レンズ１２の光軸１３は記録媒体１１に直
交している。

記録再生用光ビーム１４は光軸１３に一致してレンズ１
２に入射し、イで示す位置の記録媒体面上で集束してい
る。

間隔検出用光ビーム１５は光軸１３に一致させないで投
射し、レンズ１２の前焦点Ｆ１を含むレンズ１２に平行
な面に直交しないで入射するように投射され、且つ前焦
点Ｆ１ を通らないように投射されている。

１６は検出用光ビーム１５の光路に配された補助レンズ
であって、この補助レンズ１６はその後焦点Ｆ′がレン
ズ１２の焦点Ｆ１を含むレンズ１２と平行な面（焦平面
）内に位置するように配置されている。

これにより、Ｆｌの焦平面で検出用光ビーム１５の点光
源が得られ、検出用光ビーム１５がレンズ１２を通過す
ると平行光束となり、記録媒体１１がイ２２ロ、ハ示す
ように変位しても記録媒体１１上に於ける検出用光ビー
ム１５のスポットの形状が変化しなくなる。

このため、イ。口、ハの位置に対応して得られる検出用
光ビーム１５の反射光ビーム１７，１８，１９のビーム
形状も一定となり、正確な間隔検出が可能となる。

また、検出用光ビーム１５のスポット形状が一定である
ので、情報記録信号等をひろって検出誤差が生じること
がなくなる。

次に第４図〜第１１図を参照して本発明の１実施例に付
いて述べる。

第４図はビデオディスクから光学的に情報を読取るため
の光学的記録再生装置を示すブロック図である。

この図面に於いて、２１はディスク記録媒体であって、
信号に対応したピット（溝）が所定のトラック形態に形
成され、且つ反射面が形成されたものである。

２２はモータであって、記録再生時にディスク記録媒体
２１を回転するものである。

２３はレーザ光源であって、記録媒体２１に記録又は読
取用光ビーム及び間隔検出用光ビームを投射するもので
ある。

レーザ光源２３と記録媒体２１との間の光ビームの通路
には第１のハーフミラ−２４と凹レンズ４２と回折格子
４３と第２のハーフミラ−２５と−λ偏先板４４と第１
のミラー２６と回動ミラー２７と集光用対物凸レンズ２
８とが配されている。

又、間隔検出用光ビームの通路を作るために第２のミラ
ー２９と検出ビーム用補助凸レンズ３０と第３のミラー
３１と第４のミラー３２と第５のミラー３３とが配され
ている。

上述の如き光学系に於いて、第１のハーフミラ−２４は
主光ビームを通過させ、他方フォーカス用（間隔検出用
）光ビームを反射させることによってフォーカス用光ビ
ームを分岐させるものであり、凹レンズ４２は主光ビー
ムを広げるものであり、回折格子４３は主光ビームから
読取用光ビームとトラッキング用光ビーム（図示せず）
とを得るためのものであり、第２のハーフミラ−２５は
偏光プリズムによって記録媒体２１に投射する光ビーム
は反射させるが記録媒体２１での反射光は通過させるも
のであり、４λ（ここでλは光の波長）偏光板４４は反
射光が第２のハーフミラ−２５を通過するように偏光（
円偏光）するものであり、回動ミラー２７はこれを回動
制御することによって記録媒体上での光ビーム位置を制
御するものである。

５０は光電変換素子から成る読取反射光ビーム検知器で
あり、反射光の有無によって記録の有無を検出するもの
である。

３４は光電変換素子から成る検出用反射光ビーム検知器
であって、第１の光検知器３５と第２の光検知器３６と
から成り、対物レンズ２８と記録媒体２１とが所望の間
隔に保たれている時に第１の光検知器３５と第２の光検
知器３６との境界領域即ち分割線上に検出用反射光ビー
ムが入射するように配置されている。

３７．３８は第］及び第２の増幅器であって、第１及び
第２の光検知器３５．３６の出力を増幅するものである
。

差動増幅器３９と加算増幅器４０とアナログ除算器４１
とから成る回路は、記録媒体２１に於ける反射率Ｒに無
関係な差動出力を得る回路であり、増幅器３７．３８の
出力Ｒ（Ｘ）及びＲ（Ｙ）を差動増幅器３９に入力させ
て差動出力Ａ１Ｒ（Ｘ−Ｙ）を得ると共に、加算増幅器
４０に入力させて加算出力Ａ２Ｒ（Ｘ＋Ｙ）を得て、こ
れ等をアナログ除算器４１に入力させて、差動出力Ａｌ
Ｒ（Ｘ−Ｙ）を加算出力Ａ２Ｒ（Ｘ＋Ｙ）で割り算し、
これにより、除算器４１から６・（ｘ−ｙ）６□
Ａ２（Ｘ＋Ｙ） を出力させ、え、（Ｘ＋Ｙ）−Ｋ（定数）であるので、
反射率Ｒに無関係な差動出力を得るものである。

４５は差動出力を増幅してムービングコイル４６に付与
する駆動用増幅器である。

第５図は対物レンズ２８の移動機構を説明的に示すもの
である。

この図面から明らかなように、対物レンズ２８が結合さ
れているムービングコイル４６は永久磁石４７による磁
界中に配されており、ムービングコイル４６に電流が流
れるとこのコイル４６及び対物レンズ２８が電流値に対
応して変位するように構成されている。

第６図は光学系を拡大図示したものである。

この図面から明らかなようにレーザ光源２３から投射さ
れる読取光ビーム４８は第１のハーフミラ−２４と凹レ
ンズ４２と格子４３と第２のハーフミ■ ラー２５と−λ偏光板４４と第１のミラー２６と回動ミ
ラー２７と対物レンズ２８とを介してディスク記録媒体
２１に投射され、その反射光が対物レンズ２８と回動ミ
ラー２７と第１のミラー２６■ と−λ偏光板４４と第２のハーフミラ−２５とを介して
光検知器５０で検出される。

他方、間隔検出用光ビーム４９は第１のハーフミラ−２
４と第２のミラー２９と補助レンズ３０と第３のミラー
３１と第４のミラー３２と第２のハーフミラ−２５と一
λ偏光板４４と第１のミラー２６と回動ミラー２７と対
物レンズ２８とを介してディスク記録媒体２１に投射さ
れ、その反射光が対物レンズ２８と回動ミラー２７と第
１のミラー２６と一λ偏光板４４と第２のハーフミラ−
２５と第５のミラー３３とを介して光検知器３４で検出
されるこの光学系に於いては、読取光ビーム４８が焦点
距離Ｆの対物レンズ２８の光軸（中心軸）を通過し、デ
ィスク記録媒体２１上に光ビーム４８が集束された状態
で投射されるようになっている。

又、補助レンズ３０はその光軸が間隔検出用光ビーム４
９の経路からＸ軸方向にＸｌだけずれＹ軸方向にｙｌだ
けずれた位置になるように配置されている。

従って光ビーム４９は第６図の１点を通つって対物レン
ズ２８に入射され、ディスク記録媒体２１に非鉛直の入
射角で投射される。

検出用光ビーム４９が焦点Ｆを通らずにＦ’ｊａを通り
、記録媒体２１に非鉛直に入射するということは、焦点
Ｆを含むレンズ２８に平行な面に検出用光ビーム４９が
非直交状態で入射していることを意味する。

回動ミラー２７はトラッキング用及び飛越走査用のミラ
ーであって、枢軸２７ａを中心に回動し、光ビームを記
録媒体２１の半径方向に変位させるものである。

この光学系で記録媒体２１と対物レンズ２８との間隔が
最適値の時には第７図に示す如く反射光ビーム５１が得
られ、これが第１の光検知器３５と第２の光検知器３６
との分割線上に照射される。

又、記録媒体２１が高さＨａとなって対物レンズ２８に
接近した時には反射光ビーム５１ａが得られ、第１の光
検知器３５に於けるビーム照射面積が第２の光検知器３
６に於けるビーム照射面積よりも犬となる。

又、記録媒体２１が高さＨｂとなって対物レンズ２８か
ら離間した時には反射光ビーム５１ｂが得られ、第２の
光検知器３６に於けるビーム照射面積が第１の光検知器
３５に於けるビーム照射面積よりも犬となる。

これにより、記録媒体２１の高さ即ち、対物レンズとの
間隔に対応した信号成分を有する電気信号を光検知器３
４から得ることが出来る。

この時に反射光ビーム５１．５１ａ、５１ｂは第６図で
上下方向に変位し、左右方向には変位しない。

従って主ビームの光検知器５０に無関係に光検知器３４
のダイナミックレンジを広げることが出来る。

また光検知器３５と３６の分割線に対応する軸と読取ビ
ーム４８の光路が同一高さとすることが可能であるので
、光検知器３５と３６とに光ビームが同一条件で影響し
、差動出力には無関係にすることが出来る。

第６図に示す光学系の理解を容易にするために、第８図
、第９図及び第１０図を参照して更に詳しく述べる。

第８図は、光学系中にレンズ２８及び３０を配さない場
合の光路を示すものである。

この場合には、主光ビーム４８は第１のハーフミラ−２
４と凹レンズ４２と格子４３と第２のハーフミラ−２５
と第１のミラー２６と回動ミラー２７とを介して記録媒
体２１に至る。

他方、検出用光ビーム４９は第１のハーフミラ−２４で
屈折された後に第２のミラー２９、第３のミラー３１及
び第４のミラー３２を介して第２のハーフミラ−２５に
至る。

この検出用光ビーム４９は主光ビーム４８の光路を平行
移動したような状態で第２のハーフミラ−２５に入射さ
れ、主光ビーム４８と所定間隔を有してディスク記録媒
体２１に投射される。

第８図に示すようにレンズ２８及び３ｏを設けなければ
、検出用光ビーム４９がディスク記録媒体２１に対して
鉛直に入射されるので、間隔に対応した反射光を得るこ
とが出来ず、対物レンズ２８と記録媒体２１との間隔を
検出することは不可能である。

第９図は対物レンズ２８を配さすに、焦点位置Ｆの凸レ
ンズから成る検出ビーム用補助レンズ３０のみを配した
場合のビーム経路を示すものである。

但し、レンズ３０は第６図に示す最終的位置に配されて
おらず、このレンズ３０の光軸（主軸）が光ビーム４８
の光路と一致するように配されている。

従って、この状態では検出用光ビーム４９がレンズ３０
の光軸からＸ軸方向にＸｌだけずれた位置を通過する。

第１０図は第９図の光学系に対物レンズ２８を配した状
態を示している。

対物レンズ２８はその前焦点がレンズ３０の焦点位置Ｆ
に一致し、且つ後焦点が略ディスク記録媒体２１上にな
るように配されている。

即ち対物レンズ２８は凹レンズ４２とこの対物レンズ２
８とによって光ビーム４８が記録媒体２１上で集束する
ように配されている。

この第１０図に於いて対物レンズ２８は第６図に示す最
終的位置に配されているが、補助レンズ３０は第９図と
同様に最終的位置に配されていない。

第１０図に於いては、検出用光ビーム４９が対物レンズ
２８の焦点Ｆを通過するので、焦点Ｆを通過した光ビー
ム４９は第１１図に拡大図示する如く対物レンズ２８を
通過した後に主光ビーム４８の光路即ち対物レンズ２８
の光軸に平行となる。

このため記録媒体２１に検出用光ビーム４９が鉛直に入
射し、その反射光も同じ光路を通る。

第６図に示した最終的光学系に於いては、第１０図に於
ける補助レンズ３０がＹ軸方向にｙｌだけ移動されてい
る。

これにより、レンズ３０の焦点位置がＦ′となり、この
焦点Ｆ′を通った検出用光ビーム４９は対物レンズ２８
で屈折され、所定入射角を有してディスク記録媒体２１
に入射される。

このため、記録媒体２１の高さが変動すると検出用光ビ
ーム４９の反射光の光路が第６図及び第７図に示す如く
変化し、対物レンズ２８と記録媒体２１との間隔の変化
が光検知器３４上のビーム位置の変化として現われ、こ
れが電気的に検出される。

上述の第６図の光学系によれば、補助レンズ３０の焦点
Ｆ′が対物レンズ２８の焦点Ｆを含む平面（焦平面）に
一致しているので、検出用光ビーム４９は焦点Ｆ′で集
束した状態となり、点光源となった検出用光ビーム４９
が対物レンズ２８を通過した後には一定幅の平行光束と
なり、記録媒体２１の変位に無関係に一定面積のスポッ
トを投射することが出来る。

従って間隔の検出の精度が高くなる。

また検出用反射光ビーム５１．５１ ａ 、５ ｌ ｂ
の回動ミラー２７上での変化が回動ミラーの枢軸２７ａ
で決まる回動軸と略平行となる線上で行われるように設
定されているので、回動ミラー２７の回動によって変位
（間隔）検出の誤差が生じない０ また焦点Ｆを含むレンズ２８と平行な面に検出用光ビー
ム４９が非直交状態で入射するので、その反射光ビーム
は記録媒体２１の高さの変化（変位）に対応して第６図
で上下（垂直）方向に振れ、読取光ビーム４８に無関係
に光検知器３４のダイナミックレンジを大きくすること
が出来る。

以上、本発明の１実施例に付いて述べたが、本発明は上
述の実施例に限定されるものではなく、更に変形可能な
ものである。

例えば、第２図及び第３図に示す検出用光ビーム５の投
射方法の変形として、第１２図及び第１３図及び第１４
図に示すように投射してもよい。

この第１２図〜第１４図のＡは第２図に対応した投影図
、Ｂは第３図に対応した投影図である。

また主光ビーム４８及び検出用光ビーム４９の光学系を
変形しても差支えない。

また実施例では対物レンズ２８を移動するように構成し
ているが、光学系全体を移動してもよいし、記録媒体２
１を移動してもよい。

また実施例では光検知器３４が２つの光検知器３５，３
６で形成されているが、更に多くの変換素子を配列して
構成してもよい。

また記録媒体２１にピット以外で信号を記録したものか
ら情報を読取る装置にも適用可能である。

また間隔の大幅な調整を永久磁石４７等を含む光学装置
全体の移動で行い、微調整のみを対物レンズ２８の移動
で行うようにしてもよい。

また再生装置のみならず、記録装置にも適用可能である
。

またレーザ光源２３は読取光ビーム４８と検出用光ビー
ム４９とで共用してもよいし、夫々独立して設けてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の間隔検出装置を原理的に示す光路図、第
２図は本発明に係わる間隔検出装置を有する光学的記録
再生装置の１例をＹ−Ｚ面投影状態で原理的に示す光路
図、第３図はＸ−Ｚ面投影図、第４図は本発明の１実施
例に係わる光学的再生装置を示すブロック図、第５図は
対物レンズの移動機構を概略的に示す断面図、第６図は
光学系装置の各部の関係を示す説明図、第７図は検出光
ビームの反射を示す説明図、第８図、第９図、第１０図
及び第１１図は光学系の構成を説明するための説明図、
第１２図、第１３図及び第１４図は変形例の投影図であ
る。 また、図面に用いられている符号に於いて、１１は記録
媒体、１２は集光レンズ、１３は光軸、１４は記録再生
用光ビーム、１５は検出用光ビーム、１６は補助レンズ
、１７，１８，１９は反射光ビームである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光軸が記録媒体に直交するように配置され且つ前記
   光軸に一致した光路を有する記録又は再生用光ビームを
   集束させて前記記録媒体に投射するように配置された集
   光レンズと、 前記集光レンズと前記記録媒体との間隔を検出するため
   に、前記集光レンズを通して前記記録媒体に非直交に投
   射される間隔検出用光ビームと、前記間隔検出用光ビー
   ムの前記記録媒体での反射によって得られる反射光ビー
   ムを前記集光レンズを通した後に検出するように配置さ
   れ且つ前記間隔の変化に対応した前記間隔検出用反射光
   ビームの位置の変化に基づいて前記間隔を検出するよう
   に構成された分割型光検知器と、 から成る光学的記録又は再生機の間隔検出装置に於いて
   、 前記間隔検出用光ビームの光路を、前記集光レンズの前
   焦点で前記光軸に直交する平面の前記光軸を除いた領域
   を非直交状態に横切るように設定すると共に前記間隔の
   変化に対応した前記間隔検出用反射光ビームの位置の変
   化の方向が前記記録又は再生用光ビームの光路に交差し
   ない方向となるように設定し、且つ前記間隔検出用光検
   知器を前記記録又は再生用光ビームの光路から離れた位
   置に配し、且つ前記間隔検出用光ビームを前記前焦点を
   含む平面で収斂させる補助レンズを設けたことを特徴と
   する光学的記録又は再生機の間隔検出装置。 ２ 前記補助レンズは、該補助レンズの光軸が前記間隔
   検出用光ビームの光路の中心に一致しないように配置さ
   れた凸レンズである特許請求の範囲第１項記載の光学的
   記録又は再生機の間隔検出装置。