JPS6010425A - 光学ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は集束光を用い情報記憶媒体から少なくとも情報
を読取ることが可能な装置であり、例えばＤＡＤ用のＣ
Ｄ（コン・ぐクトディスク）やビデオディスクのような
再生専用の情報記憶媒体や画像ファイル・静止画ファイ
ルＣＯＭ　（コンビ−ターアウトプットメモリー）等に
用いられ、集束光により記録層に対し八を開ける等の状
態変化を起こさせて情報の記録を行ない、またそこから
再生することのできる情報記憶媒体さらに消去可能な情
報記憶媒体に対し少なくとも再生ないしは記録を行なう
時に用いられる光学ヘッドに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点」 焦点ぼけ検出方法として情報記憶媒体の記録層ないしは
光反射層で反射した光の光路の途中で、光の一部を抜出
して光検出器に向ける方法がある。以下にその説明を行
なう。

第１図（イ）（ロ）ｅつで示すように、情報形成層１か
ら反射して対物レンズ２を通過した光ビームの反射光路
３の途中に、この光軸に関して非対称に抜出す光抜出部
材（ナイフウエツデや他にプリズム、レンズ、ミラー等
がある）４、レンズ５、および２つの光検出セル６．７
を有した光検出器８を設け、光検出器８上でのビームス
ポット９の移動（矢印方向）として焦点はけを検出する
。

なお、第２図の実紛で示すように、焦点があっている場
合には「０」となり、また、対物レンズ２と情報形成層
１とが近づいて上側の光検出セルフにビームスポット９
が当ってマイナスの信号が、また、対物レンズ２と情報
形成層１とが離れすぎて下側の光検出セル６にビームス
ポット９が当ってグラス信号が得られるようになってい
る。

しかしながら、第１図（ハ）の２点鎖線で示すように対
物レンズ２と情報形成層１との距離がある値より離れす
ぎるとビームスポット９は光検出器８上で中心線よυ上
にきてしまい、第２図の破線で示すようにあたかも対物
レンズ２と情報形成層１とが近づきすぎた状態と同じマ
イナスの信号が出力される。すなわち、第２図の犬きく
対物レンズ２が遠ざかジ、焦点がぼけているのにマイナ
スの信号が出ている所（破線の部分つであやまって焦点
はけ補正回路のサーがルーズをつなげると回路的には対
物レンズ２が近すぎているものと誤検知してしまい、さ
らに対物レンズ９を遠ざけてしまうため合焦点位置に合
わせることができなくなってしまうという問題がちる。

焦点埋は検出方法としての非点収差法についても同様の
特性を示す。すなわち、第３図に示すように検知系光学
レンズ１１として球面レンズ（球面凸レンズ）１２と内
筒レンズ（シリンドリカル凸レンズ）１３を組合せ、光
検出器８上のレーザー光３のスポット形を検知する方法
がある。これはいわゆる非点収差法と称されるもので、
その基本的原理は第４図（イ）、（ロ）で示すように、
黒光＃、１４の位置Ｐ１が同じでもレンズ１５１．１５
２の焦点距離が異なると像を結ぶ位置がｐＦ２．　ｐｉ
’２と異なジ、Ｐ３の所に置いた板１６に光が当る幅が
異なる。一方、球面レンズ１２と円筒レンズ１３を組合
せると母線を含む面とそれに垂直な面での合成レンズ焦
点距離が異なるため、第４図（イ）（ロ）のＰ２Ｏ所に
置いた板１６に映る光のスポット形は楕円になる。

さらに、第５図（イ）（ロ）のように球面レンズ１７の
場合光源１４の位置（ＰｓｔＰ’ｔ）によりて板１６に
当たる光の幅（径〕が異なるが、これと同様に上記合成
レンズの場合点光源１４の位置Ｐ１をずらすとＰ３の位
置においた板１６に映る元のス、Ｉ？ット形は楕円から
円へと変形する。

そして、これをたとえば４分割した検出器８で検出する
ことにより焦点はけを検知することになる。したがって
、Ｐ３の位置に置いた板１６に映る光のスポット形が円
形になる時に焦点が合うようにレンズ２を動かして焦点
合せを行なうことになる。

しかしながら、球面レンズ１２の焦点距離と球面レンズ
１２と円筒レンズ１３を組合わせた合成レンズの焦点距
離の値が異なるため、大きく焦点がほけた所（対物レン
ズが遠ざかる方向）で光検出器上でスポット形が完全に
円になる所が存在するという問題がある。

〔発明の目的」 本発明は上記事情にもとついてなされたもので、その目
的とするところは、ｔＷ報記憶媒体に対し対物レンズを
合焦点位置に近付けて自動的に焦点はけ補正を開始する
際に合焦点位置付近に来ていることの検出や、焦点はけ
に対し異状処理が行なえるため焦点ぼけ量が非常に大き
くなった時の検出を電気的に安定に信頼性良く行なえる
ようにした光学ヘッド全提供することにある。

〔発明の概要」 本発明は、集束光を用い情報記憶媒体から少なくとも情
報を読取ることが可能で、大きく焦点がぼけたところで
焦点はけ検出信号が零になる場所を持つ特性を有した焦
点ぼけ検出方法を行なうようにした光学ヘッドにおいて
、上記情報記憶媒体へ光を集光する対物レンズと、この
対物レンズによシ集光した光が情報記憶媒体上で反射し
、再び上記対物レンズを通過した光を焦点はけに応じて
変化させる光学手段と、この光学手段により変化された
光を検出する光検出器とを具備し、焦点が太きくほけ、
焦点はけ検出信号が零になったところで光束の一部が上
記光検出器の光検出部からはみ出すように構成したこと
を特徴とするものである。

し発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第６図〜第１８図（Ｙ−参照
しながら説明する。第６図は情報記憶媒体の記録層ない
しは光反射層で反射した光の光路の途中で元の一部を抜
出し光検出器に向けて焦点はけ検出を行い得る本発明に
係る光学ヘッドを示すもので、図中５１はレーザー装置
（半導体レーザー）であり、これから発した光はコリメ
ーターレンズ５２により平行光になり偏光ビームスプリ
ッタ５３へ向かう。さらに、偏光ビームスグリツタ５３
によって反射された平行レーザ・ビームは１７４波長板
５４を通過して対物レンズ５５に入射され、この対物レ
ンズ５５によって光ディスク（情報記憶媒体）５６の光
反射層（ないしは情報記録層）５７に向けて集束される
。対物レンズ５５は、ぎイス・コイル５８によってその
光軸方向に移動可能に支持され、対物レンズ５５が所定
位置に位置されると、この対物レンズ５５から発せられ
た集束性レーザ・ビームのビーム・ウェストが光反射層
５７表面上に投射され、最小ビーム・スポットが光反射
層５７の表面上に形成される。この状態において、対物
レンズ５５は、合焦状態に保たれ、情報の書き込み及び
読み出しが可能となる。情報を簀き込む際には、光強度
変調されたレーザ・ビームによって光反射層５７上のト
ラッキング参ガイド５９にビットが形成され、情報を読
み出す際には、一定の光強度を有するレーザ・ビームは
、トラッキング・ガイド５９に形成されたビットによっ
て光強度変調されて反射される。

光ディスク５６の光反射層５７から反射された発散性の
レーザービームは、合焦時には対物レンズ５５によって
平行光束に変換され、再び１７４波長板５４を通過して
偏光ビーム・スゲリッタ５３に戻される。レーザービー
ムが１７４波長板５４を往復することによってレーザ・
ビームは、偏光ビーム嗜スゲリッタ５３で反射された際
に比べて偏波面が９０度回転し、この９０度だけ偏波面
が回転したレーザ・ビームは、偏光ビーム・スプリッタ
５３で反射されず、この偏光ビーム・スプリッタ５３を
通過することとなる。偏光ピームースグリツタ５３を通
過したレーザ・ビームは、ハーフ・ミラー６０によって
２系統に分けられ、その一方（トラックずれ検出系）は
、凸レンズ６１によって第１の光検出器６２に照射され
る。この第１の光検出器６２で検出された第１の信号は
、光ディスク５６に記録された情報を含み、信号処理装
置に送られてデジタル瞥データに変換・される。−・−
フ・ミラー６０によって分けられた他方（焦点はけ検出
系）のレーザ・ビームは、光透元板（光抜出部材）６３
によって光軸６４から離間した領域を通過する成分のみ
が取り出され、投射レンズ６５を通過した後筒２の光検
出器６６に入射される。ここで、光抜出部材６３は、プ
リズム・アパーチャー・スリット或ハ、ナイフ・エツジ
等のいずれで構成されても良い。第２の光検出器６６で
検出された信号は、プリアンプ６９．７０、減算回路７
３、波形補正回路７８を経てボイス・コイル駆動回路６
７に与えられる。ボイス・コイル駆動回路６７は、フォ
ーカス信号に応じてボイス・コイル５８を駆動し、対物
レンズ５５を合焦状態に維持することとなる。尚、光デ
ィスク５６の光反射層５７上に形成されたトラッキング
・ガイド５９を正確にトレースする場合には、第２の光
検出器６６からの信号を処理してリニア・アクチェータ
全作動させても良く、また、対物レンズ５５を横方向に
移動させたり、或は図示しないガルバノ・ミラーを作動
させても良い。

第６図に示した合焦時を検出する為の光学系が第７図に
示すように単純化して示され、合焦検出に関するレーザ
・ビームの軌跡は、第８図（イ）（ロ）Ｈに示すように
描れる。対物レンズ５５が合フ、（状態にある際には、
光反射層５７上にビーム・ウェストが投射され、最小ビ
ーム・スポット、即ちビーム−ウェスト・スポット６８
が光反射層５７上に形成される。通常、レーザ装置５１
から対物レンズ５５に入射されるレーザは、平行光束で
あるから、ビーム・ウェストは、対物レンズ５５の焦点
上に形成される。然しなから、対物レンズ５５にレーザ
装置５１から入射されるレーザがわずかに発散或は、収
束している」５合には、ビーム・ウェストは、対物レン
ズ５５の焦点近傍に形成される。＆′５６図、第７図及
び第８図０）（ロ）Ｃ→に示される光学系においては、
光検出器６６の受光面は、合焦状態においてそのビーム
・ウェスト・スポット６８の結併面に配列されている。

従って、合焦時には、ビーム・ウェスト・スポット６８
の像が光検出器６６の受光面の中心に形成される。ν１
」ぢ、第８図（イ）に示すようにビーム・ウェスト・ス
ポット６８が光反射層５７上に形成され、この光反射層
５７で反射されたレーザ・ビームは、対物レンズ５５に
よって平行光束に変換さＪして光抜出部材６３に向けら
れる。光抜出部材６３によって光Ｉ！１ｌｊｅ　４から
離間した領域を通る光成分のみが取り出され、投射レン
ズ６５によって集束され、光検出器６６上で最小に絞ら
れ、ビーム・ウェスト・スポット像がその上に形成され
る。次に対物レンズ６５が光反射層７に向けて近接する
と、ビーム・ウェストは、第８図（ロ）に示すようにレ
ーザービームが光反射層５７で反射されて生ずる。即ち
、ビーム−ウェストは、対物レンズ５５と光反射層５７
間に生ずる。このような非合焦時においては、ビーム・
ウエストハ、通常対物レンズ５５の焦点距離内に生ずる
ことがら、ビーム・ウェストが光点として機能すると仮
定ずれば明らかなように光反射層５７で反射され、対物
レンズ５５から射出されるレーザ・ビームは、対物レン
ズ５５によって発散性のレーザ・ビームに変換される。

光抜出部材６３を通過したレーザ・ビーム成分も同様に
発散性であることから、このレーザ・ビーム成分が投射
レンズ６５によって集束されても光検出器６６の受ブ（
、面上で最小に絞られず、光検出器６６よりも遠い点に
向って集束されることとなる。従って光検出器６６の・
受光面の中心から図上上方に向ってレーザ・ビーム成分
は、投射され、その受光面上には、ビーム・スＪ？ット
像よりも大きなパターンが形成さ九る。更に、第８図（
−ウに示さｉしるように対物レンズ５５が光反射層５７
から離間された場合には、ビーム・ウェストを形成した
後レーザは、反射層５７で反射される。

このような非合焦時には、通常ビーム・ウェストは、対
物レンズ５５の焦点距離外であって対物レンズ５５と反
射層５７間に形成されることカラ、対物レンズ５５から
光抜出部拐６３に向う反射レーザ・ビームは、収束性を
有することとなる。従って、光抜出部材６３全通過した
レーザ・ビーム成分は、投射レンズ６５によって更に収
束され、所束点を形成した後光検出器６６の受光面上に
投射される。その結果、光検出器６６の受光面上には、
ビーム・ウェスト・スポットの像よりも大きなパターン
が中心から図上下方に形成される。

次に、光７’（スフ（情報記憶媒体）５５の記録層ない
しは光反射層５７で反射した光の光路の途中で光の一部
を抜出して光検出器６６に向ける焦点ぼけ検出方法の焦
点はけ量に対する焦点ぼけ検出特性を説明すると、まず
、焦点ぼけ量Ｘに対する焦点はけ検出信号Ｙの関係を第
９図に、また焦点はけ＠Ｘに対する焦点はけ検出用検出
器６６で検出される光線の和２の関係を第１０図に示す
。合焦点位置（Ｘ＝Ｏの所）近傍での焦点ぼけｉ　ｘに
対する焦点はけ検出信号Ｙの立上がり特性は他の焦点は
け検出方式に比べて急になっておジ、焦点はけ量がδｉ
ｆあるいはδｉｎＫなった所で飽和１８号量の８割に達
し、δ、ｆまたはδｐｎの所で飽和してしまう。但し、
第９図、第１０図ではイの特性において飽和した時の焦
点ぼけ検出信号Ｙないしは検出光量の総和２を１”に規
格化しである。さらに、焦点がばけると光検出器上での
ビーム・スポットが拡大しδ。ｆないしはδ。ｎの所で
ビームースポ。

トが光検出器からはみ出してしまう。そのためδｏｆな
いしはδ。ｎよりもさらに焦点がほけるとビーム・スポ
ットが光検出器からはみ出した分だけ焦点はけ検出信号
Ｙと検出光量の総和Ｚは減少する。しかしながら対物レ
ンズ５５と光ディスク５６の光反射層５７との間がある
値よジ離れ過ぎると、第１１図に示すようにビーム・ス
ポットは光検出器６６上で中心線より上に来てしまい第
９図のδｔｆよジも対物レンズ５５が遠い所ではあたか
も対物レンズ５５と光ディスク５６の光反射層５７とが
近付きすぎた状態と同じグラスの信号が出る。この時第
９図及び第１０図の曲線として３種類の異なる特性を有
する。光抜出部制６３の端面が光学系の光軸６４の中心
上にある場合（っｔｐ光軸６４から光抜出部材６３まで
の最小距離に＝Ｑの場合）にはイの特性を示す。まだ、
光抜出部材６３の端面が光軸６４の中心からはずれてお
り（つまりに〜Ｏ）Ｌかも光軸６４の中心を通る元が光
抜出部材６３により光路をさまたげられずそのまま通過
できた場合は口、そして光軸６４の中心を通る光が光抜
出部材６３にょシ光路をさまたげられ光検出器６６にま
で到達できない場合にはハのそれぞれ特性を有する。ま
た、合焦点位置近傍を除いては第９図のイとハのグラフ
の焦点ぼけ検出信号の（っまりＹ方向の）絶対値を取っ
たものが第１０図のイとハのグラフにほぼ等しくなって
いる。また、第１０図において合焦点位置近傍では光検
出器６６上でのビーム・スポットのうち、光検出セル６
６−１と光検出セル６６−２の間に存在している光不感
領域内に入ってしまう量が多いので光電流の流れる量が
少なくなジ検出元量の総和２が小さくなる。

次に、上記の光学系を作動させる制御回路について第６
図を参照しながら述べる。なお、本発明に従い熱点が大
きくほけ、検出信号が零となり検出信号特性が反転する
所（第９図のδｔｆの所）で少なくとも焦点ぼけ検出を
行なう光検出器６６上でビームスポットを光検出器６６
の光検出部から大きくはみ出させることにより特性が反
転した焦点はけ検出信号の値（第９図のｈｔ）’ｅ小さ
くした光学系を用いた時の自動的に対物レンズ５５を合
焦点の位置に引き込む方法第９図のイの特性を持つ光学
系についての記述を行なうが、口や−・の特性を有する
光学系に対しても同様な方法で対物レンズ５５を合焦点
位置に引き込むことができる・ 最初は焦点はけ補正回路（焦点ぼけに対する帰環ルーズ
）は切っておく。そして、対物レンズ５５ｆｆ、光ディ
スク（情報記憶媒体）５６からできる限シ遠ざけておき
、その後席々に対物レンズ５５ｆ：光ディスク（情報記
憶媒体）５６に近付けて行く。光検出器６６．６２の各
光検出セル６６−１．６６−２．６２−．１．６２−２
から得られた光電信号は焦点はけ検出用光検出セルのノ
リアンｆ６９．ｖｏ及びトラックずれ検出用光検出セル
のプリアンプ７１．７２で増幅された後、減算回路７３
、加算回路７４゜７５により減算処理、加算処理されて
ＣＰＵ　７６に入力される。ＣＰｏ　７６は、焦点ぼけ
補正用駆動回路６７によりビイスコイル５８を駆動シ、
対物レンズ５５を動かしながら減算回路７３出力をモニ
ターしている。減算回路７３出カが特性が反転する直前
の値（第９図においてδ二δｔｆの時のｈｔ）よりも大
きな値であるｈ８になった時モニター信号から対物レン
ズ５５が最適位置に来たとＣＰＵ　７６が判断しスイッ
チング回路７７に指令を出し焦点はけに対する１環ルー
プを接続する。帰環ルーズの途中には周波数特性の改善
、位相補償等の波形補正回路１８が入っている。帰環ル
ープがつながっていても減算回路７３、加算回路７４．
７５出カをモニターしていて焦点はけ量がある程度以上
になったらスイッチング回路７７を切り、対物レンズ５
５の最適位ｌｉｉを探し直す。なお、７９は減算回路、
８０は波形補正回路、８１はトラックずれ補正用駆動回
路である。） また、このようにある条件のもとでＣＰＵ　７６が自動
的に焦点はけ補正の開始や焦点ぼけ量が非常に犬きくな
った時の異状処理が容易に行なえるように、光学ノ々ラ
メ−ターの値を決めてやる必要がある。ところで、光検
出器６６自体に電気的検出感度の変動が存在したり、光
ディスク５６自体の光反射率のバラ付きが存在するので
第９図において特性が反転した時の値ｈｔとしては最低
限０．５以下とするのが適正と考えられる。そうするこ
とによりり、としては帆５から１までの範囲で設定する
ことができる。最大焦点はけ検出信号幅の半分の領域の
中でり、を設定すれば上記変動要因が作用してもぎりぎ
りの範囲で安定に動作できることが実験により確められ
ている。したがって、ｈｔが０．５以下ということはそ
の時点で光検出部に照射するビームスポットの面積（こ
こでＳｉｎと定義する〕よりも光検出部からはみ出して
いる部分の面積（ここで５ｏｏｔと定義する）の方が広
い、っまりδ二δｔｆの時Ｓ。ｕｔンｓ１ｎということ
を意味している。また光学系によってはビーム−スポッ
ト内の強度分布が一様ではなく、ビームスポット内の中
心付近で強度密度の高いものもあり、光ディスク５６目
体の光反射率のより大きな変動を見越して大きなマーノ
ン量を上げようとするならｈｔ≧０．２５であり、光検
出器６６の光検出部に照射するビームスポット面積に対
し光検出部からはみ出している部分のビームスポット面
積が３倍以上っまりδ＝δｔｆの時Ｓ。ｌ、ｔ≧Ｓｉｎ
という条件を満たすように各光学パラメーターを決めて
やれば非常に安定に動作する光学ヘッドを作ることがで
きる。この条件は第６図のように光抜出し部材遮光板等
６３としてナイフェッデを用いた光学ヘッドのほかにス
リット、アパーチャー、プリズム、レンズ等を用いた光
学ヘッドに対しても適用され得る。焦点はけ検出特性が
反転するところ（第９図のδ二δ１１　）での反転信号
が最も大きく出る第９図のイの特性を持つ光学系に対し
δ＝δｔｆの時Ｓ。ｕｔ≧Ｓｉｎになる条件をめる。こ
の条件を満足すれば口やハの特性においては反転信号が
より小さく現われるので特性としてはより好ましくなる
。壕ず、光線追跡法により各光学パラメーターに対する
光学特性を言１ｎする。

上述したレーザの軌跡の変化即ち、光線軌跡の変化は、
幾何光学的に下記のように説明され、レーザ・ビーム成
分が光検出器６６上で偏向される値ｈ３ヲ求めることが
できる。対物レンズ５５の幾何光学的な結像系は、第１
２図に示すように表わすことができる。ここで、ｆｏは
、対物レンズ５５の焦点距離を、またδは合焦時から非
合焦時に至る際の対物レンズ５５、即ち光ディスク５６
の光反射層５７の移動距離を示し、第１２図において実
線で示される光線軌跡は、ビームウェストから発せられ
、対物レンズ５５の主面上であって光軸６４がら距離り
。だけ離間した点を通過し、集束されるものを示してい
る。

第８図（イ）に示される合焦時には、明らかなようにδ
＝０であシ、第８図（ロ）に示される非合焦時には、光
ディスク５６が距離δだけ対物レンズ５５に近接し、ビ
ームウェストは、光反射層５７で反射されて形成される
ことがらビーム・ウェストは、その２倍だけ対物レンズ
５５に近接することとなる。（近接する場合は、δ〈０
である。）また、第８図（ハ）に示される非合焦時には
、光ディスク５６が距離δだけ対物レンズ５７から離間
され、ビーム・ウェストを形成した後レーザ・ビームが
光反射層５７から反射されることから、実質的に光反射
層５７の背後にビーム・ウェストが形成されたと同様で
あってビーム・ウェストは、２δだけ対物レンズ５５か
ら離間することとなる。合焦時には、ビーム・ウェスト
が対物レンズ５５の焦点位置に形成されるとすれば、光
ディスク５６がδだけ移動した場合には、第１２図に示
されるようにビーム・ウェストと対物レンズ５５の主面
間の距離は、（ｆｏ＋２δ）で表わされる。ビーム・ウ
ェストを光点とみなせば、第１２図における角度β。

及びβ１は、下記（１）式及び（２）式で示される。

また、レンズの結像公式から 従って β１＝β。＋ｈゾｑ。

第１３図は、投射レンズ６５の光学系における光線軌跡
を示し、投射レンズ６５が１対の組み合せレンズ６５−
１．６５−２から成るものとして取シ扱っている。

ここで、レンズ６５−１．６５−２は、夫々焦点距離７
１　ｖ　β２　′ｆ：、有し、対物レンズ５５の主面か
らａだけ離間した位置に遮光板６３が配置され、対物レ
ンズ５５の主面からしだけ離間した位置にレンズ６６−
１の主面が配置され、更にこのレン−ｅ６５−１の主面
がらＨだけ離間してレンズ６５−２の主面が、またｔだ
け離間して光検出器６６の受光面が配列されていると仮
定している。図中実線で示される光線軌跡は、対物レン
ズ５５で集束されて、遮光板６３の光透過面であって光
軸６４がらｙだけ離間したものを示している。

距離ｙは、下記（３）式で表わされる。

ｙ　＝　ｈｏ−ａβ１ ここで、Ｆ（δ）　＝（ｆｏ＋ｆ０／２δ）−１とすれ
ば、（３）式は次式で表わされる。

ｙ”　ｈｏ（１ａ　Ｆ（δ））　−（４）従って、　、
１ ｈｏ−πｈＴ　・・・（５） 捷だ、光線がレンズ６５−１の主面上を通る光軸１４上
からの位置ｈ１は、（６）式で表わされる。

Ｊ＝ｙ−（Ｌ−ａ）β１ （２）式と同様に角度β２をめれば、角度β２は、（７
）式で表わされる。

β２−β１＋片 一□−ａＦ（、ン　（１／ｆ、＋（１−＝Ｖｆ１）、Ｆ
（δ）　）　・　（７）以下同様にレンズ６５−２の主
面上を通る光線の光軸６４上からの位置＋１２及び入射
角β５光線が光検出器６６の受光面上に入射する光ｌ１
１１１１４上からの位置ｈ３即ち、偏位量は、夫々（８
）〜（１１式％式％ ） （８） ） （） ） 第１２図及び第１３図に示される光学系は、既に述べた
ように合焦点即ち、δ＝０では、検出器６６上で光線は
、ｈ３＝０に集束されるのであるから、この条件下にお
いては、Ｆ（ｏ）＝Ｏであり、ａＱ式は、下記式で表わ
される。

また、遮光板６３によって光軸６４外の光線を通るもの
のみが取υ出されることから、ｙＮＯである。従って、 この式で００式を単純化すれば、ａ１式又は９４式が得
られる。

δが充分に小さい（δ＜７６”）の場合には、＜　ａ　
−ｆｏ）＜＜ｔ：ｉ２δ であるから 次に、合焦時（δ＝０）において、光ディスク６の光反
射層５７上のビーム・ウェストに対する光検出器６６の
受光面上に形成されるビーム・ウェスト像の横倍率ｍは
、下記０９式で表わされる。

ｍ＝−β７β３　（倒立像） ここで、δ＝０におけるβ。は、 であるから、 αり式でαＱ式から１２を消去すれば、この式から、ｆ
ｌについての解をめれば、実際の光学系では１．Ｉ’１
＝Ｈに置かれることがないと考えられることから、 正立像が形成される場合について同様に考察すれば（ｍ
−β。／β６）ｆｌは、次式で表わされる。

従って、 り９式からｆ２をめると、 ψ）式を（ハ）式に代入してり、を横倍率ｍで表わせば
、Ｑｌ）式及びＱ→式が得られる。

ｈ３＝士互δ ｆｏ”’（イ） 但し、（ａ−ｆ（１）（ｆｏ’／２δ 第１３図の光学系において投射レンズ６５が単レンズで
あるとすれば、ｆ２＝ωであるから、ｆ、＝を及びｍ＝
ｆ１／ｆｏであって、今までは、半導体レーザー光源か
ら出た光はコリメーターレンズ５２を経て平行光のまま
で対物レンズ５５に入シ、対物レンズ５５の焦点位置で
集光されている場合のみを考えていた。

しかし第１４図のように対物レンズ５５の焦点位置とレ
ーザー光の集光点とがｂ　（ｂｏｏ　）だけずれている
光学ヘッドがかなシ存在している。

この場合の光学的挙動に対して考察を加える。

第１４図のような光路を経てディスク上に照射したレー
ザー光のディスク表面から反射された後の光学系を対物
レンズ５５、検出系レンズ（投射レンズ）５６もすべて
まとめて１つの合成レンズとして取扱う。この合成レン
ズの焦点距ＭＩＮ　ｆ：ｆ＊、合成レンズの前側焦点位
置からフォーカスが合った時のディスク（レーザー光の
焦光点）までの距離をＣとする。ディスクがδだけ集光
点からずれた時の反射光の光路を（１）式から（２２）
式までの計算と同様の方法でめてみる。対物レンズ、検
出系レンズ６６をすべてまとめて１つの合成レンズと見
なすと第１５図から□＝−（−β。）中−β。

ｆ＊十ｃ＋２δ よシ ｈ＊−一β。×（ｆ＊＋Ｃ＋２δ） また、 レーザー光の集光点とディスクの位置が一致した時（δ
＝０の時）の結像点に光検出器６６を配置するとδ＝０
の時ｈ３＝０となシ、この時の結像倍率ｍは となる。したがって、 ｃ　＝　十ｆ　７ｍ 但しｍは常に正数とし、十ｍの時は倒立像、−ｍの時は
正立像を表わす。

また、合成レンズ後側主点から光検出器６６までの距離
をＡとすると、 ｈ３＝ｈ＊−Ａβ３＝−βｏ　Ｘ　（ｆ＊十Ｃ＋　２δ
）＝−β。（（１手１７ｍ　）　ｆ＊十２δ）＋（Ａ／
ｆ＊−ｉ　）　Ｘ　２δ）　・・・　（２４）任意のβ
。に対してδ＝０においてｈ３＝０よシ、Ａ　＝　ｆ＊
（１＋ｍ　）　・＝　（２５）（２５）式を（２４）式
に代入すると ＝＋２ｍδ×β。　・・・（２６） 第１４図のように対物レンズの焦点位置とレーザーの集
光点がｂだけずれている場合には（１）〜００式におい
て、 ２δ−＞２δ十す と交換することによシ光線追跡の各式がそのまま成立す
る。しだがって（５）式よシ また（１）式に（２７）式を代入すると、（２８）式を
（２６）式に代入すると （（）式が最も一般的な式） 。３　＝エ　・　−（３０） ｆｏ＋ｂ＋２δ まだｌ持に １０十ｂ＞＞２δ の範囲においては （３１）式までは合焦点時に光ディスク（情報記憶媒体
）５６の記録層（ないしは光反射層）５７に対する結像
点の位置に光検出器を配置した場合についての計算式で
あるので、次に合焦点時において光ディスク（情報記憶
媒体）５６の記録層ないしは光反射層５７に対する結像
点からずれた位置に光検出器を配置した時の光学的挙動
を示す式を導く。全光学系を一つの合成レンズと見なす
。合焦点時すなわち一方の集光点が光ディスク５６、光
反射層５７の位置と一致した時、それよシ遠い方向にあ
る合成レンズの後側主点からもう一方の集光点（つまシ
前述した焦光点に対する結像点）までの距離をＡ。とす
る。（２５）式よシ明らかなように Ａｏ＝ｆ＊（１〒ｍ　）　・（３２） となる。ここでｍは横倍率、戸は合成レンズの焦点距離
。そしてこの位置よシΔだけ合成レンズ側に近付けた位
置に光検出器６６を置いた場合には、合成レンズの後側
主点から光検出器６６までの距離Ａは Ａ　＝　Ａｏ−Δ −ｆ＊（１〒ｍ）−Δ　・・・（３３）で与えられる。

（３３）式を（２４）式に代入し、上記各式を利用する
と、 ｈ＝ｈ＊−Ａｌ１ 一β。（−ｆ±ｆ　／ｉｎ　−２δ＋〔ｆ＊（１〒ｍ）
今、対物レンズ５５（厳密に言うと対物レンズ５５の後
側主点の位置〕から遮光板環元抜出し部材６３までの距
離をＫとして、第９図のδｔｆの圃をめて見る。第６図
に示した光学系において対物レンズ５５（厳密Ｋｉうと
対物レンズ５５の後側主点の位置）から投射レンズ６５
（厳密に言うと投射レンズ６５の前側主点の位１４）ま
での距離りに対し、Ｌ≧にの時には（６）式を用い、 （ａ＝０） となる。またＬ　＜　Ｋの時には（８）式においてｈ　
２　””　Ｏａ　＝ＯＨ””　Ｋ　Ｌ　と置くととなる
。これをδｔｆについて１９’＃　＜と、となる。但し
ここで第６図の投射レンズ６５の焦点距離をｆｌとした
。烙らに（３６）式又は（３８）式で与えられるδｔｆ
だた焦点がぼけた時の光検出器６６上のビームスポット
状態をめてみる。

令弟９図のイの羽性を持つ光学系について考えているの
でこの場合には半径Ｈの半円になる。

ところでＲの値は（３４）式においてａ　”　ｂ　””
　Ｏｒｙ＝Ａ（（巨しＡは対物レンズ５５の開口部（ま
プζは射出瞳）の半径を示す）と（准い友式％式％） で与えられる。今、光検出器６６の光検出部が半径ｒの
内形をしているとする。δ＝δｔｆの時Ｓ　ｉｎ　＜、
　Ｓ　ｏｕｔの条件を満足するプこめの光検出部の半径
ｒの許容取犬値ｒ　をめてみる。光検−２出器６６上で
はδ＝δｔｆの時は半分の面積の部分にしか光が照射さ
れていないので の条件を満たすこととなる。っまシδ＝δｔｆの時Ｓ　
Ｉｎ　＜　Ｓ　ｏｕｔとなるためには半径が×２δｔｆ
　）　Ｘ−１・・・（４１）ｆｏ＋２δげ の円よυも光検出器６６の光検出部が小さけれは良い。

次にδ＝δｔｆの時の５ｏｏｔ≧３Ｓｌｎの条件を満足
するだめの光検出部の半径ｒの許容最大イＩＩＩ　ｒ’
ｍａｘ　’ｒＪ− で与えられる。したがって光検出器６６の光検出部が １　・・・（４３） ｆｏ＋２δげ の円よシも小さければδ＝δｔｆの時５ｏｏｔ≧３Ｓ　
Ｉｎとなる。

以上の内容と同様の考案を非点収差法に対しても適用す
ることができ、以下に非点収差法に対する解析を第１６
図および第１７図を参照しながら行なう。まず、光検出
器６６′上のスポットサイズにおいて、非点収差法では
レーザー光の集光点に対して光ディスク５６′の記録層
５７′の位置がずれた場合（フォーカスがずれた場合）
、光検出器６６′上のスポット形が楕円になるので、レ
ーザー光の集光点と記録層の位１ｄのずれ情δ（但し対
物レンズに５５’光デイスク６６′が遠ざかった時をδ
〉０とする）に対する長軸、短軸の寸法変化の関係式を
める。

計算に先立ち以下の条件を仮定する。

ａ）近軸光線近似（幾例光学）が成立つ。

ｂ）平行レーザー光を対物レンズ５５’に入射する。（
レーザーの集光点と対物レンズ５５’（Ｄ前側焦点位置
が一致する。） Ｃ）対物レンズ５５’と球面レンズ８２は薄肉レンズと
し、シリンドリカルレンズ８３についてはＲ内レンズと
して計算した後厚みの寄与を補正する。

ｄ）光ディスク５６′の記録層５７’を鏡面とみなす。

Ｃ）光検出器６６’上のスポットサイズは対物レンズの
平行光束径（第１６図、第１７図のＡのサイズ）によシ
制限される。

ｆ）フォーカスが合っている時には光検出器６６′上の
スポットは円形をしている。

光ディスク５６′の記録層５７′で反射され対物レンズ
５５′を；Ｋｌ　；ｆｈ　Ｌだ光の光線はシリンドリカ
ルレンズ８３の母線に対し直角と平行の方向で第１６図
、第１７図の軌跡を通る。ｚ＜　１６図、第１７図にお
いて Ｄ；球面レンズ８２方向での光検出器６６′上のスポッ
トサイズ に合成レンズ方向での光検出器６６′上のスポットサイ
ズ Ｂ：球面レンズ８２上でのスポットサイズＥ；シリンド
リカルレンズ８３上でのスポットサイズ Ａ；対物レンズ５５′の平行光束半径（開口）ｆｏ；対
物レンズ５５′の焦点距離 １１１球面レンズ８２の焦点圧ｆｆ１ｆｅｆ２；ンリン
ドリヵルレンズ８３の焦点距離Ｌ；対物レンズ５５′−
球面レンズ８２間距離Ｈｅ、　球面Ｌ／　７　ス８２−
　’／　ＩＪンドリヵルレンズ８３間距錐 ｔ；球面レンズ８２−光検出器６６’間光路長（δ；フ
ォーカスのずれ計） とそれぞれ各記号で表わす。

（８）弐において ｈ２→Ｄ／２Ｉａ＝ｏ、ｙ＋Ａ、Ｈ−＋ｔと置換えると Ｄ＝２Ａ（（１−々グ、　）　−Ｃｔ＋Ｌ（１−ｔ／ｆ
））ｆｏ＋ｆｏ’／２δ）　−（“） −Ｆ　２Ａ（（１−ｖｆ、）−Ｃｚ＋Ｌ（］−ｔ／ｆ、
））０（）式において １１　−＋Ｊ、／２　、　ａ＝Ｑ　、　Ｙ−＋Ａ　、　
ｌ−−＋ｌ。

と眠換えると、 ・・・（４６） 但しフォーカスが合った時、光検出器６６′上でのス、
Ｉビットは円形であるから、 δ＝０　の時　Ｄ＝Ｊ という条件を（４４）式と（４６）式に代入すると、（
４７）式を（４６）式に代入すると 、ｒ　−＝　２Ａ（（１−ｔｆｆ、）＋［ｔ−Ｌ（１−
ｔｆｆ、）上記（４４）（４７）（４８）の各式を利用
して非点収差法を用いた光学系の設計を行なうことがで
き、光学系の各パラメーターの値が決まった後その光学
系の持つ詳細な特性について検討すると、フォーカスの
ずれ吋（レーザー光の集光点に対する光デイスク記録層
までの距離）を横軸にとり、それに対応するフォーカス
ずれ検出信号量を縦情にとった時の光学前件を表わすグ
ラフを第１８図に示す。

１）第１８図のフォーカスずれ検出悟号随が最大になる
時のフォーカスずれけ ａ）Ｄ＝Ｏの時のδＤ。

（４４）式においてＤ＝０としてδについて解くと ｂ）Ｊ＝０の時のδ、。

（４８）式においてＪ＝０としでδについて噴くと １１）フォーカスがずれていながらフォーカスずれ俟出
付号ハｔが０になる時のフォーカスずれ：１ｉ：　ぜ５
　ｔｆ −ｉ）　＝　Ｊとなる時のδ＝δげであるから（４４）
（４８）式よシ つまり第６図に示した光学系に対応して非点収差法を焦
点ぼけ検出に用いた光学系の場合、焦点ばけ検出信号の
特性が反転する時の焦点のはけ吊、δｔｆは で与えられる。（５３）式を変形すると（５４）式を（
４４）式に代入すると となる。つまυ非点収差法において焦点ぼけ検出信号の
特性が反転するところ（δ＝δｔｆ）では光検出器６６
′上でのビームスホットは半径の内になる。したがって
第６図の光学系と同様δ＝δｔｆの時Ｓ　Ｉｎ　＜、　
Ｓ　ｏｕｔの条件を満足するには（４０）式を用い半径
が の円よりも少なくとも焦点ぼけ検出に用いる光検出器６
６′の光検出部が小感い必些かある。まだδ＝δｔｆの
時５ｏｕｔ　’：２３　Ｓ　ｉｎの条件を満足するため
には（４２）式を用い、少なくとも焦点ぼけ検出に用い
る光検出器６６’の光検出部が半径の円よシも小さけれ
ば良い。

以上の構成によれば、 ｉ）第９図において焦点ぼけ検出特性が反転するところ
（δ−δｔｆ　）の焦点はけ検出信号ｈｊの値が小さい
ので、焦点ぼけ検出信号Ｙの値がｈｊよりも大きな値（
列えばり、　）になれば対物レンズ５５．５５’がほぼ
合焦点位置付近に来ているものと検知することができる
。

１ｉ）ＦＲｃ＋図においてｈｉを非常に小さくすること
ができれば電気的に焦点ぼけ検出特性の反転１債域を検
出しにくくすることができ、あたかも反転特性を持たな
い焦点はけ検出方法であるかのようにふるまうことがで
きる。

由）焦点はけ補正回路が働いている時（焦点はけに対し
負帰環ループがかかっている時）、何かのひょうしに対
物レンズ５５．５５’が大きく遠ざかシ、焦点はけ量δ
がδｔｆを越えたとしても第９図のｈｔの１直が低けれ
ば、そう急激には対物レンズ５５．５５’を遠ざけよう
とはしない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、集束光を用い情報
記憶媒体から少なくとも情報を読取ることが可能で、大
きく焦点がぼけたところで焦点ぼけ検出信号が零になる
場所を持つ特性を有した焦点はけ検出方法を行なうよう
にした光学ヘッドにおいて、上記情報記憶媒体へ光を集
光する対物レンズと、この対物レンズによシ集光した光
が情報記憶媒体上で反射し、再び上記対物レンズを通過
した光を焦点ぼけに応じて変化させる光学手段と、この
光学手段により変化された光を検出する光検出器とを具
備し、焦点が大きくぼけ、焦点ぼけ検出信号が零になっ
たところで少なくとも焦点ぼけを行なうとき、光束の一
部が」二記光検出器の光検出部からはみ出すように４ｆ
＋を成したから、情イ゛ｌ記憶媒体に対し対物レンズを
合焦点位１６に近付けて自動的に焦点ばけ補正を開始す
る際に合焦点位置付近に来ていることの検出や、焦点ぼ
けに対し異状処理が行なえるため焦点はけ量が非常に大
きくなった時の検出を電気的に安定に信頼性良く行なえ
る等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）（ロ）０うはビームスポットの移動によシ
焦点はけを検出する基本原理を示す説明図、第２図は光
検出器上でのビームスポットの移動に伴う光検出量の変
化状態を示す説明図、第３図は非点収差法により焦点ぼ
けを検出する光学系を示す説明図、第４図および第５図
は同光学系の原理を説明するだめの図、第１図〜第１８
図幻、本発明の一実施例を示すもので、第６図は光学ヘ
ッドおよび制御回路を示す構成図、第７図は焦点ぼけ検
出系を示す図、第８図（イ）（ロ）（ハ）は合焦時およ
び非合焦時におけるレーザビームの軌跡を示す説明図、
第９ト１は焦点ぼけ量に対する焦点ぼけ検出信号を示す
図、第１０図は焦点ぼけ情に対する焦点ぼけ検出器で検
出される光惜の和を示す図、゛第１１図は第８図（ハ）
の状態よりさらに対物レンズと光ディスクとが離れた状
態を示す図、第１２図一対物レンズを１１ｎる光線の軌
跡を解析するための図、第１３図は投射レンズを通る光
線の軌跡を解析するだめの図、第１４図は対物レンズの
焦点位１６とレーザー光の集光点とがずれている光学系
を示す図、第１５図は対物レンズと投射レンズを１つの
合成レンズと見なしたときの光線の軌跡を解析するだめ
の図、第１６図〜第１８図は本発明の（１０の実施例を
示すもので、第１６図はシリンドリカルレンズの一母線
に直角な方向における光線軌跡を示す図、第１７図はシ
リンドリカルレンズの母線に平行な方向における光線軌
跡を示す図、第１８図は合焦点位置からの光デイスク反
射層（記録＃）のずれ量と検出信号との関係を示す図で
ある。 ５６．５６’・・・情報記憶媒体（光ディスク）、５５
．５５’・・・対物レンズ、６３・・・光抜出部材、６
５・・・投射レンズ、６６．６６’・・・第２の光検出
器、８２・・球面レンズ、８３・・・シリンドリカルレ
ンズ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第６図 第　７　卯

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）集束光を用い情報記憶体から少なくとも情報を読
   取ることが可能で、大きく焦点がほけたところで焦点は
   け検出信号が零になる場所を持つ特性を有した焦点はけ
   検出方法を行なうようにしたものにおいて、上記情報記
   憶媒体へ光を集光する対物レンズと、この対物レンズに
   より集光した光が情報記憶媒体上で反射し、再び上記対
   物レンズを通過した光を焦点はけに応じて変化させる光
   学手段と、この光学手段により変化された光を検出する
   光検出器とを具備し、焦点が大きくぼけ、焦点ぼけ検出
   ４ｇ号が零になったところで少なくとも焦点はけ検出を
   行なうとき、光束の一部が上記光検出器の光検出部から
   はみ出すように構成したことを特徴とする光学６ツド０
2. （２）光検出器は、焦点が大きくほけたにもかかわらず
   焦点ぼけ検出信号が零になった時その光検出部に照射す
   る光の量よりも光検出部からはみ出している光の量の方
   が多くなるように構成した特許請求の範囲第１項記載の
   光学ヘッド。
3. （３）光検出器は、焦点が大きくばけたにもがかわらず
   焦点はけ検出信号が零になった時その光検出部よりはみ
   出している光の面積が光検出部に照射する光の面積の３
   倍以上となるように構成した特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の光学ヘッド。
4. （４）　光学手段は、情報記憶媒体で反射した光をその
   光軸に対して非対称に抜出す光抜出部材と、この光抜出
   部材により抜出された光を光検出器上に投射する投射レ
   ンズとがらなり、１だ、対物レンズの焦点距離をｆｏｓ
   対物レンズの開口部（または射出瞳）の半径をＡ１対物
   レンズから元抜出部材までの距離をに１対物レンズから
   投射レンズまでの距離をＬ１投射レンズの焦点距離をｆ
   １％合焦点時における少なくとも焦点ぼけ検出を行なう
   光検出器方向の集光点のところでの結像倍率（横倍率）
   をｍｌその集光点から少なくとも焦点ぼけ検出を行なう
   光検出器までの短面１をΔ、上記結像関係が１つの合成
   レンズによって作られると見なしたときの合成レンズの
   焦点距離をｆとしたとき、光検出器の光検出部が半径ｒ
   ｍａｘ とする。〕の円よりも小さい特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の光学ヘッド。
5. （５）　光学手段は、情報記憶媒体で反射した光をその
   光軸に対して非対称に抜出す元抜出部材と、この光抜出
   部材により抜出された光を光検出器上に投射する投射レ
   ンズとからなり、また、対物レンズの焦点距離をｆｏ、
   対物レンズの開口部（または射出瞳）の半径ｔ−Ａ１対
   物レンズから光抜出部材までの距離ｋ　Ｋ　％対物レン
   ズから投射レンズまでの距離をＬ１投射レンズの焦点距
   離ｆ：ｆ　ｌ　、合焦点時における少なくとも焦点はけ
   検出を行なう光検出器方向の集光点のところでの結像倍
   率（横倍率）をｍｌその集光点から少なくとも焦点ぼけ
   検出を行なう光検出器までの距離ヲΔ、上記結像関係が
   １つの合成レンズによって作られると見なしたときの合
   成レンズの焦点距離をｆ＊とじたとき、光検出器の光検
   出部が半径ｒ′ｒｎ８ｘ とする。） の円よりも小さい特許請求の範囲第１項または第３項記
   載の光学ヘッド。
6. （６）光学手段は、球面レンズおよびシリンドリカルレ
   ンズからなり、また、対物レンズの開口部（−１，たけ
   射出瞳）の半径をＡ１対物レンズから球面レンズまでの
   距離をＬ１球面レンズの焦点距ｌｉｓをｆｌ、球面レン
   ズと７リンドリカルレンズの距離ｔＨ，球面レンズと光
   検出器との間の距ｐｌ（ｌｆ　ｔとしたとき、光検出器
   の光検出部の円よりも小さい特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の光学ヘッド。
7. （７）　光学手段は、球面レンズおよびシリンドリカル
   レンズからなり、また、対物レンズの開口部（または射
   出瞳）の半径金Ａ１対物レンズから球面レンズまでの距
   離をＬ１球面レンズの焦点距Ｒ１ｋ　ｆ　ｆ　ｔ、球面
   レンズとシリンドリカルレンズの距離をＨ１球面レンズ
   と光検出器との間の距離をＬとしたとき、光検出器の光
   検出部の円よりも小さい特許請求の範囲第１項または第
   ３項記載の光学ヘッド。