JPS5828655B2 - 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、記録媒体と集光レンズとの間隔を極めて正確
に検出するように構成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（例えば回転駆動）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、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
光路の変化によって検出し、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
。

第１図は従来の光学的記録再生装置を原理的に示すもの
であり、記録再生用光ビーム１は集光レンズ２の光軸３
に一致して記録媒体４に入射しそこで反射光が同じ光路
を通るように反射している。

他方間隔検出用光ビーム５は記録媒体４に斜めに入射し
、記録媒体４の高さに対応した反射光ビーム６．７，８
が発生している。

記録再生用光ビーム１は記録媒体４の例えば渦巻状トラ
ック又は同心円状トラック上を忠実に走査して凹凸によ
る情報信号等を読取らなければならないので、回動ミラ
ー９によって制御されている。

回動ミラー９は支軸１０を中心に回動するように構成さ
れ、例えば検流計の指針の所に回動ミラー９を付けたよ
うな構成になっており、回動ミラー９に結合されたコイ
ルに流す電流の値に対応した回動角をとるようになって
いる。

回動ミラー９が回動すれば、記録再生用光ビーム１及び
検出用光ビーム５及びトラッキング用即ちビーム位置検
出用光ビーム（図示せず）が第１の矢印１１の方向即ち
左右方向に変位する。

もし記録媒体４が回転するディスクであればディスクの
半径方向に変位する。

集光レンズ２と記録媒体４との間隔は、反射光ビーム６
．７，８の検出に基づいて記録再生用光ビーム１を記録
媒体４上で集束させるように制御される。

このとき、回動ミラー９、集光レンズ２等は記録再生用
光ビーム１、検出用光ビーム５及び反射光ビーム６．７
，８の夫々の光路に配されているので、回動ミラー９の
同動角の変化によって反射光ビーム６．７，８の光路も
変化し、これが間隔検出の誤差となることがあった。

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４に於ける反射光を利用して記録媒体４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党ビーム１
即ち光軸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。

上記目的を遠戚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、前記記録又は再生用光ビーム及
び前記間隔検出用光ビーム及び前記間隔検出用反射光ビ
ームを夫々屈折反射させる位置に配され且つ前記記録又
は再生用光ビームの前記記録媒体上での位置を補正する
際に回動させるように構成された回動ミラーと、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、且つ前記分割型光検知器を前
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
、且つ前記回動ミラーの回動軸の方向が前記間隔の変化
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
方向に一致するように前記回動ミラーを配置したことを
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０ 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反
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（焦光レンズの光軸）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。

また回動ミラーの軸方向と間隔検出用反射光ビームの変
位する方向とが一致しているので、回動ミラーが回動し
ても、検出間隔に対応する間隔検出用反射光ビームの位
置が分割型光検知器に於いて実質的に変化しない。

従って、間隔検出用光ビームを焦平面に対して非直交に
入射させる効果と回動ミラーの配置の効果との組み合せ
によって高精度な間隔検出が可能になる。

次に図面を参照して本発明に係わる光学的記録再生機の
間隔検出装置の原理及び１実施例に付いて述べる。

第２図は間隔検出を原理的に示すものであって、Ａは正
面図、ＢはＡの右側面図である。

この装置に於いて、記録再生用光ビーム１は第１図と同
じようにレンズ２の光軸３と一致して記録媒体４に直交
して入射され、その反射光が同じ光路で得られるように
なっている。

検出用光ビーム５の光路は第１図と同じではなく、記録
媒体４の変位によって変化する反射光ビーム６．７，８
等の回動ミラー９での反射点が回動軸１２上または回動
軸１２に平行な線１３上で移動するようになっている。

これにより、回動ミラー９が回動しても、反射光ビーム
６．７，８の光検知器上での変位量に影響しなくなり、
正確な間隔検出が可能になる。

第２図には説明的に光ビームの光路を示したが、理想的
には第３図に示すような光路とする。

第３図Ａは検出光ビーム５及びその反射光ビーム６゜７
．８の光路をＹ−Ｚ面に投影して示す図、第３図ＢはＸ
−Ｚ面に投影して示す図である。

この第３図に於いては、検出光ビーム５が記録媒体に斜
めに投射されていると共に、レンズ２の前焦点Ｆ１を含
むレンズ２と平行な面のＦｌ を含まない領域を検出用
光ビーム５が非直交状態で横切っている。

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、
信号に対応したビット（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と土λ偏先板４４と第１
のミラー２６と回動ミラー２７とその集光用対物凸レン
ズ２８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−
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、土λ（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１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
とから戒る回路は、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（７）を差動増幅器３９に入力させ
て差動出力Ａ、Ｒ（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Ａ１
Ｒ（Ｘ−Ｙ）を加算出力Ａ２Ｒ（Ｘ＋Ｙ）で割り算し、
これにより、・４・（ｘ−ｙ）を出力、１、 除算器４１か”Ａ、（Ｘ＋Ｙ） Ｉ Ａ２（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に付写
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４γ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
応しで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−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−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−
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１λ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だけずれ且つＹ軸方向にｙ
ｌ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Ｐ点を通って対物レンズ
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を通らずにドを通り、記録
媒内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となっテ対物レンズ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 ｔ ５１ ａ ｙ ５１
ｂは第６図で上下方向に変位し、左右方向に・・沫変位
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光
ビーム４８の光路が同一高さとする事が可能であるので
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のハーフミラー２４
と凹レンズ４２と格子４３と第２のハーフミラ−２５と
第■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３０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
２８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２
８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ｙ□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。

この実施例のように光学系を構成すれは、検出用反射光
ビーム５１．５１ ａ ｔ ５ ｌ ｂの回動ミラー２
７−ヒ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
の誤差が生じなくなり、間隔検出の精度が高くなる。

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。

また補助レンズ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ラ］・を投射することが出来る
。

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３図Ａに対応した投影
図、Ｂは第３図Ｂ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夕１ル
で構成してもよい。

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の原理を説明的に示
す光路図、第３図は理想的な検出用光ビームを示すもの
であって、第３図ＡはＹＺＺ面投影図第３図Ｂ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図は変形例を示す投影図である。 また、図面に用いられている符号に於いて、１は記録再
生用光ビーム、２は集光レンズ、３は光軸、４は記録媒
体、５は検出用光ビーム、６，７゜８は反射光ビーム、
９は回動ミラー １０は支軸である。

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、 前記記録又は再生用光ビーム及び前記間隔検出用光ビー
   ム及び前記間隔検出用反射光ビームを夫夫屈折反射させ
   る位置に配され且つ前記記録又は再生用光ビームの前記
   記録媒体上での位置を補正する際に回動させるように構
   成された回動ミラーと、 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、且つ前記分割型光検知器
   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、且つ前記回動ミラーの回動軸の方向が前記間隔の
   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
   化の方向に一致するように前記回動ミラーを配置したこ
   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 前記間隔検出用光ビームは前記前焦点を含む平面で
   収斂するビームであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の光学的記録又は再生機の間隔検出装置。