JPS61139937A - 焦点検出装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、ビデオディスク、コンパクトディスク、光学
式データディスクなどの光学式記録媒体上で記録ビーム
または再生ビームを正しく焦点を結ぶように集束して投
射させるための焦点検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、光学式記録媒体に光ビームを正しく集束させるた
めには、記録媒体上での光ビームの集束状態を検出して
フォーカシングエラーを検出し、これに応じて対物レン
ズと記録媒体との間の距離を調整する必要がある。この
焦点調整を正しく行うためには先ず焦点状態を正しく検
出する必要がある。従来、種々の焦点検出方法が提案さ
れているが、その一つに光ビームに非点収差を与える光
学素子、例えばシリンドリカルレンズを用い、光ビーム
スポット形状が焦点状態に応じて変化するのを受光器に
より検出する所謂非点収差方式がある。

第１図は特開昭５３−３９１２３号公報に開示されてい
る非点収差方式の焦点検出装置を示すものである。レー
ザ光源１がら放射されるレーザビームをコリメータレン
ズ２により平行ビームとした後、ビームスプリンタ３を
経て対物レンズ４に入射させる。封切レンズ４はこのレ
ーザビームを集束して光学式記録媒体５上にスポットと
して投射する。

記録媒体５で反射されたビームは対物レンズ４により集
光された後、ビームスプリッタ３で反射され、焦点検出
系へ導かれる。この焦点検出系は全方向に亘って均一な
集束作用を有する凸レンズ６と、一方向にのみ集束作用
を有する凸シリンドリカルレンズ７と、受光器８とを具
えている。このような凸レンズと凸シリンドリカルレン
ズ７との組合わせにより、焦点検出系を通過した光ヒー
ムは焦点状態に応じてスポットの形状が変化したものと
なる。すなわち、凸レンズ６のみの集束作用による焦平
面Ｆ、と凸レンズ６および凸シリンドリカルレンズ７の
双方の集束作用による合成焦平面Ｆ２との中間に受光器
８を配置した場合、記録媒体５上に正しく光ビームが集
束される場合・には、円形のスポットが受光器に入射す
るが、焦点がずれるのに伴って楕円状のスポットとなる
。供の楕円の長軸は前ピンと後ビンの状態で９０°方向
が異なる。したがって、例えば受光器８に４分割した受
光領域を設けることにより受光器に投射されるビームの
スポット形状を検出することができ、これにより記録媒
体５上のビームスポットの焦点状態を検出することがで
きる。

上述した従来の焦点検出装置においては、凸レンズおよ
び凸シリンドリカルレンズといった集束光学系のみを介
して受光器に光ビームを入射させているため、一般に受
光器上でのスポット径は小さくなり、検出感度が小さい
欠点がある。すなわち、集光された光ビームによって形
成される小さなスポットの形状の微小な変化を正確に検
出することは困難であるので検出感度が低いという欠点
がある。また、両レンズ共に集束作用を有しているため
、凸レンズによる焦点面Ｆ、と凸レンズおよび凸シリン
ドリカルレンズの合成焦点面Ｆｚとの間隔、すなわち非
点隔差が短く、ダイナミックレンジが狭いという欠点が
ある。さらに受光器の配置にも自由度が小さく、設計上
不都合となる欠点もある。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、焦点状
態を広いダイナミックレンジに亘って高感度で検出する
ことができしかも受光器の配置の自由度も大きい焦点検
出装置を提供しようとするものである。

（発明の概要） 本発明は、光源から放射される光ビームを光学式記録媒
体に照射し、記録媒体からの反射光または透過光を非点
収差を与える光学素子を経て受光器に入射させるように
した焦点検出装置において、前記非点収差を与える光学
素子を、全方向に集束作用を有するレンズ面と、一方向
にのみ発散作用を有するシリンドリカルレンズ面との組
合わせを以って構成したことを特徴とするものである。

本発明の焦点検出装置においては、前記の全方向に集束
作用を有するレンズ面を凸レンズを以って構成し、一方
向にのみ発散作用を有するレンズ面を凹シリンドリカル
レンズを以って構成したり、両レンズ面を単一のレンズ
体の前、後の面を以って構成することができる。

（実施例） 第２図は本発明の焦点検出装置の一実施例の構成を示す
線図である。本例ではレーザ光源１１から放射されるレ
ーザビームをコリメータレンズ１２により平行としてビ
ームスプリッタ１３を透過させ、対物レンズ１４に入射
させる。対物レンズ１４により集束した光ビームを光学
式記録媒体１５に入射させる。記録媒体１５で反射され
る光を対物レンズ１４で集光し、ビームスプリッタ１３
で反射される光束を焦点検出装置に導く。本例の焦点検
出装置は全ての方向に均一な集束作用を有する凸レンズ
１６と、一方向にのみ発散作用を有する凹シリンドリカ
ルレンズ１７と、受光器１８とを以って構成する。

焦点検出装置に入射した光束は凸レンズ１６による集束
作用を受けるが、凹シリンドリカルレンズ１７の発散作
用を受けない方向（第２図の平面に対し垂直な方向）で
は光束は焦千面Ｆ、でスポットを形成する。一方、凸レ
ンズ１６による集束作用と凹シリンドリカルレンズ１７
による発散作用を受ける方向（第２図の平面内）では光
束は焦平面Ｆ゛１よりも遠方の合成焦平面Ｆ、でスポッ
トを形成することになる。したがって、これら焦平面Ｆ
、およびＦ２の中間の位置に受光器１８を配置すると、
この受光器に投影されるビームスポットの形状は光ビー
ムが記録媒体１５上に正しく集束される合焦状態で円形
となり、前ピンおよび後ピンになると楕円形状となるの
で、このビームスポットの形状変化を検出することによ
り焦点状態を検出することができる。

このスポット形状の変化は、従来と同様に４分割した受
光領域を有する受光器を用いることにより車負出するこ
とができる。

本発明の焦点検出装置においては、全方向に均一な集束
作用を有する凸レンズ１６と一方向にのみ発散作用を有
する凹シリンドリカルレンズ１７とを用いるため、焦平
面Ｆ＋　とＦ２の間隔、すなわち非点隔差を大きくとる
ことができるので検出感度が高くなるとともにダイナミ
ックレンジも広くなる。さらに凸レンズ１６と凹シリン
ドリカルレンズ１７の屈折力をそれぞれ適切に選択する
ことにより焦平面Ｆ１およびＦ２の位置を互いに任意に
設定することができるので、受光器の配置および構成の
自由度も大きくなり、個々の装置に対する要求を考慮し
て自由な設計が可能となる。

第３図は本発明による焦点検出装置の他の実施例を示す
線図である。本例ではレーザ光源２１から放射されるレ
ーザビームを偏光プリズム２２．コリメータレンズ２３
および１／４波長板２４を経て対物レンズ２５に入射さ
せ、対物レンズにより集束して光学式記録媒体２６上に
スポットとして投射する。記録媒体２６で反射される光
を対物レンズ２５により集光した後、■へ波長板２４お
よびコリメータレンズ２３を経て偏光プリズム２２に入
射させる。この光は１７４波長板２４を２回透過してい
るので偏光プリズム２２により反射され、焦点検出装置
へ導かれる。

本例の焦点検出装置は、前段に配置した一方向にのみ発
散作用を有する凹シリンドリカルレンズ２７と、後段に
配置した全方向に均一に集束作用を有する凸レンズ２８
と、受光器２９とを以って構成する。

受光器２９は、凹シリンドリカルレンズ２７による発　
　　　　　　ｊ散作用を受けず、凸レンズ２８による集
束作用のみを受けて光束が集束する焦平面Ｆ、と凹シリ
ンドリカルレンズ２７および凸レンズ２８の双方の屈折
作用を受けて光束が集束する合成焦平面Ｆ２との中間に
配置する。

本実施例においても、焦千面Ｆ、およびＦｚの間隔を広
くとることができるとともにこれら焦平面の位置を任意
に設定することができるので高い検出感度および広いダ
イナミックレンジが得られるとともに設計の自由度が増
大する効果が得られる。

第４図は本発明による焦点検出装置のさらに他の実施例
の構成を示す斜視図である。本例では、全方向に集束作
用を有する凸レンズ面３１と、一方向にのみ発散作用を
有する凹シリンドリカルレンズ面３２とを単一のレンズ
体３３に形成する。このように単一のレンズ体３３とし
て構成した非点収差発生光学素子を用いた場合でも２つ
の焦平面Ｆ＋　とＦ２では互いに直交する方向に非点収
差が現れることになる。したがって、焦平面Ｆ、および
Ｆ２の中間に４分割した受光領域３４ａ〜３４ｄを有す
る受光器３４を配置し、受光領域３４ａおよび３４ｃの
出力の和と、受光領域３４ｂおよび３４ｄの出力の和と
の差を求めることにより焦点検出信号を得ることができ
る。この焦点検出信号は合焦状態で零となり、焦点ずれ
の方向および大きさに応じて極性および振幅が変化する
ものとなるので、これにより対物レンズ駆動装置を駆動
することにより対物レンズをその先軸方向に変位させて
、光ビームスポットを記録媒体上に常に正しく集束させ
ることができる。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな（
、幾多の変更や変形が可能である。例えば上述した例で
は光学式記録媒体は反射形のものとしたが透過形の記録
媒体にも適用することができることは勿論である。さら
に上述した例では受光器は焦平面Ｆ１とＦ２の中間に配
置したが、それ以外の位置に配置することもできる。ま
た、２個の受光器を焦千面Ｆ、およびＦ２に配置したり
、焦平面Ｆ１とＦ２の中間の位置を中心として対称に配
置する゛こともできる。さらに上述した実施例では合焦
時に平行光束または集束光束が非点収差光学系へ入射す
るように構成したが、合焦時に発散光が入射するように
構成することもできる。

（発明の効果） 上述したように、本発明によれば全方向に均一に集束作
用を有する凸レンズと、一方向にのみ発散作用を有する
凹シリンドリカルレンズとを組合わせて非点収差を発生
させるように構成したため非点隔差を大きくすることが
でき、検出感度を向上することができるとともにダイナ
ミックレンジを広げることができる。また、２個の焦平
面の位置を任意に設定することができるので、受光器の
構成および配置上の自由度が大きくなり、個々の装置に
対して最適の設計が可能となる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焦点検出装置の構成を示す線図、第２図
は本発明の焦点検出装置の一実施例の構成を示す線図、 第３図は同じく本発明の焦点検出装置の他の実施例の構
成を示す線図、 第４図は同じく本発明の焦点検出装置のさらに他の実施
例の構成を示す線図である。 ｎ、２ｔ−光源 １２．２３−コリメータレンズ １３・−ビームスプリンタ １４．２５　−・対物レンズ　　１５．２６−・−光学
式記録媒体１６．２８−−一一凸レンズ １７．２８−［！Ｉシリンドリカルレンズ１８．２９　
　・−受光器　　　　Ｆ＋、Ｆｚ・−・焦平面２２−・
−偏光プリズム　　　２４−４／４波長板３３−単一レ
ンズ体　　　３４−受光器第１図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光源から放射される光ビームを光学式記録媒体に照
   射し、記録媒体からの反射光または透過光を非点収差を
   与える光学素子を経て受光器に入射させるようにした焦
   点検出装置において、前記非点収差を与える光学素子を
   、全方向に集束作用を有するレンズ面と、一方向にのみ
   発散作用を有するシリンドリカルレンズ面との組合わせ
   を以って構成したことを特徴とする焦点検出装置。