JPS61224144A - 焦点誤差検出装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は焦点誤差検出装置に関し、更忙詳しくは、ビデ
オ・ディスク、オーディオ書ディスク、あるいはディジ
タル・元ディスク装置の如（、反射面の位置変動に応じ
て照射光の焦点位置を追従させる必要のある元ビーム応
用装置に好適な焦点誤差検出装置に関する。

〔発明の背景〕

回転型記録媒体の表面にレーザ元を照射し、光学的に情
報を記録、あるいは再生する元ディスク装置においては
、回転中の元ディスクに生ずる上下動に応じて、元ピッ
クアップの対物レンズを動かし、情報記録面が常にレー
ザスポットの焦点深度内に収まるよう忙制御する自動焦
点サーボ系が必要となる。自動焦点サーボ系は、対物レ
ンズを上下動するための、例えばボイスコイル形のサー
ボモータと、焦点誤差検出部と、検出された焦点誤差に
応じてサーボモータを動作させるためのサーボ増幅器と
からなるが、これらの要素のうち、特に焦点誤差検出部
が重要であり、元ディスク装置に適用する場合は、情報
記録面に形成しである情報ビットやトラックを形成する
プリグループ等忙起因する反射光の変化が焦点誤差信号
に影響を与えない構成のものが望まれる。また、正しい
焦点制御のためには、例えば光学系の位置ずれ等圧起因
して情報記録面からの反射光の元軸に偏位が生じた場合
でも、それが焦点誤差信号に影響しない装置構成が望ま
れる。

従来、上述した焦点誤差を検出するための装置構成とし
て種々の方式のものが提案されており、その１つは、情
報記録面（反射面）からの反射光をレンズにより集束し
、その集束点にナイフェツジを配置し、反射光の一部だ
けがナイフェツジ後方の光検出器に到達するようＫして
いる（例えば、雑誌「日経エレクトロニクス１９８３年
１１月２１日号、第２０２頁参照）。

この方式によれば、集束レンズとナイフェツジとの間に
円柱レンズを配置した時、光検出器上に焦点ずれ量に応
じて回転する半円形の光像を得ることができ、２分割さ
れた光検出器を用いて、その差動出力をとることＫより
高精度の焦点誤差信号を得るこ、とができる。しかしな
がら、上記方式では、焦点誤差信号がナイフェツジと集
束光との相対的な位置関係に依存しているため、熱膨張
等によるナイフェツジの位置変化や、反射光の光軸ずれ
が焦点誤差信号に影響を及ぼすという問題がある。また
、他の方式として、例えば特開昭５９−７７６５７号公
報に記載の如（、反射光を集束する光路上に、光束の中
心部と周辺部を異なる方向に分離させる光学素子を設け
、これらの分離された光束を別々の光検出器で受光し、
その出力差から焦点誤差信号を得る方式が知られている
。しかしながら、反射光の中心部と周辺部とでは、前述
した情報ビットやトラックによる光量変化の現れ方が異
なるため、この方式では誤差信号にノイズ成分を含むと
いう問題が残されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した反射面の状態による反射光量
の変化や元軸の変化が焦点誤差信号に影響しにくい焦点
誤差検出装置を提供することＫある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明の焦点誤差検出装置
は、焦点合せすべき光反射面からの反射光を集束する集
束レンズと、上記集束レンズの出力光を第１．第２の集
束光に分離するための手段と、それぞれ上記第１１ｔ’
２の集束光の光路上に配置された第１．第２の光検知器
と、少なくとも上記２つの光検知器の出力の差に応じた
焦点誤差信号を発生する回路とからなり、上記各光検知
器は、焦点ずれに伴なう上記集束元受光儂の大きさ変化
が互いに逆方向に現われる位置関係で各光路上に配置さ
れ、それぞれ拡大方向に変化した受光像に対しては該受
光像の一部の領域の光量に比例して前記出力を発生する
ことを特徴とする。

上述した光検知器の位置関係は、例えば、第１の光検知
器を第１の集束光の集束点後方に配置し、第２の光検知
器を才２の集束光の集束点前方に配置することにより満
される。

本発明においては、光反射面が焦点位置からはずれると
、２個の光検出器の一方では受光像が拡大され、他方で
は縮小されるため、例え＆人各党検知器の表面圧所定の
開口をもつマスクを施こすことにより、受光像の一部領
域だけが晃電変換に供されるようにすると、受光像が拡
大される側では、全光量のうち光電変換領域の外に照射
される光量の比率が高くなり、出力が低下する。逆に、
受光像が縮小される側の光検知器では、光電変換領域に
収まる比率が高まるため、出力が増大する。従りて、２
つの光検出器の出力の差をとること九より焦点誤差信号
を得ることができる。この場合、反射面の凹凸等により
反射光量が変化した場合でも、これらのノイズ成分は２
つの集束光に同時に現われるたへ互いに打ち消されて焦
点誤差信号への影響は除去できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を実施例を参照して説明する。

第１図は本発明による焦点位置検出＠電の原理的な構成
を示す図であり、１は焦点位１１にある反射面、１′は
上記反射面が焦点位置から遠ざかる方向に位置ずれを起
した状態を示し、２゜２°は上記それぞれの位置におけ
る反射光を示す。

３は反射光２を点Ｐｌに焦束するための集束レンズ、１
０は上記集束レンズ３と集束点Ｐ、との間に挿入された
、例えばハーフミラ−型のビームスプリッタであり、集
束レンズ５で集束された反射光２は上記ビームスプリッ
タ１０で２分され、直進光２人と分岐元２Ｂがそれぞれ
分岐面１０゜から等距離の位置に集束点Ｐ１とＰ、を形
成する。

本発明では２個の光検出器１３と１４とを用い、一方の
光検出器１３は集束点Ｐ、から所定距離Ｗだげビームス
プリッタ寄りの位置に配置し、他方の光検出器は集束点
Ｐ１から距離Ｗだけ遠ざかった位置に配置し、それぞれ
の位置でビームスグリツタ出力光を受光するようにして
いる。

光検出器１３．１４は、才２図の）に示す如（、中、＋
’＋ＭＸ　Ｉｒｔｒ　Ｏｈ　Ｐｐ　”ｒ’Ｆ−ＦＥ　Ｉ
　Ａ　ｔｙ　典１イ　矛のｍ　ａ　ｔｙ　？スフ１５で
遮へいした構造となっており、基本的には同一形状のも
のが用いられる。反射面１が焦点位置に合致している場
合は、集束点Ｐ、、　Ｐ、から等距離Ｗの位置での２つ
の集束光２Ａ、２Ｂの断面積は同一であり、光検出器１
５と１４には、才２図（Ｂｌに斜線を施して示す如く、
同面積の受光像（元スポット）が形成され、全入射光量
に対する受光面１６の受光量の比率は互いに等しくなる
。従って、ビームスプリッタ１０において直進光２人と
分岐ｆｔ、２Ｂとが等しい光強度で分岐していれば、合
焦点時の２つの光検出器１３．１４の出力は互いに等し
くなる。

上記構成において、反射面１が１°の位置に偏位すると
、焦点ずれによって１，１？１図に破線２Ａ’、２Ｂ’
で示す如く、２つの集束光の集束点が合焦点の位置Ｐ、
、　Ｐ、よりも手前側に移動する。

従って、第２図囚に示すように、光検出器１３では元ス
ポット６゛が縮小されて入射光のほとんどが受光面１６
に絞り込まれ、他方の光検出器１４上では拡大された元
スポットの一部を受光面１６が受光することになる。こ
の場合、光検出器１３の出力は光検出器１４の出力より
大となり、２つの光検出器の出力信号の差は焦点ずれ量
に応じた値となる。上記構成において、反射面が１の位
置からレンズ３に近ずく方向で偏位すると、第２図（Ｃ
Ｉ　Ｋ示すように、光検出器１３上の元スポットが拡大
され、光検出器１４上の元スポットが絞り込まれるため
、検出器出力の関係は逆転する。

従って、２つの光検出器１５と１４０差動出力Ｖは、焦
点ずれ量δに対して、才３図に示すような８字形の特性
曲線となり、これを利用して自動焦点サーボ系を構成す
ることができる。

上記装置構成において、反射面１として、例えばプリグ
ループ形式の情報トラックをもつ元ディスクが適用され
た場合、上述した２つの光検出器１３．１４上の元スポ
ットに、矛４図に１１ａ。

１１４で示す如く、−次回新党が現われる。元ディスク
上の元スポット位置がトラックからずれると、上記−次
回新党１１ｅ＆、１１４０強度が変化するが、焦点ずれ
が小さければ、上記強度変化は２つの光検出器［，１４
に等しく現われるため、差動出力をとることＫより互い
に打ち消すことができ、焦点誤差検出信号への影響はは
とんどない。

第５図は本発明の他の実施例を示す。この実施例では、
光検出器１５．１４のそれぞれの有効受光面を、上述し
た一次回新党１１Ｇ、１１４を分離する方向に２分割し
、１６ａ＋　１６６、１６Ｃ，１６ｄの４つの受光面か
らそれぞれ独立した形で光検知信号Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄを取り出せるようにしている。このようＶＣ
４つの受光面から独立した出力を取り出すと１．ｆＦ６
図に示すように、焦点誤差検出信号ＡＰは、（Ａ＋Ｂ）
−（ＣＩＤ）＆Ｃよって得られ、トラック位置検出信号
ＴＲは（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）によって得ることができ
る。また、全ての出力を加算すること釦より、トラック
上の情報信号を得ることができる。このように光検知器
の有効受光面を複数の領域に分割した場合、トラック位
置検出信号ＴＲは一方の光検出器だけを利用してもよい
。

第７図は、第１図に示した実施例において、反射光の元
軸が検出器１５．１４ＶＣ対してず゛れた場合の説明図
である。このような状態は、例え＆入党ディスクのトラ
ックの偏心に対してレンズを追従させたとき忙生じるし
、また温度変化や経時変化によって光学部品の位置がず
れた場合にも生じる。反射面１上において、矛７図囚に
示すように元スポットの位置がＣだけ移動し、同じ方向
にレンズ３もとだけ移動したと仮定すると、矛７図＋８
）に示す如く、光検出器１５．１４上の光スポット６は
破線に示す位置６°忙εだけ移動する。このような受光
スポット６の移動があっても、元スポット６０強度分布
が一様であるならば、光検出器１３．１４の出力に変化
はなく、焦点誤差信号に誤差は生じない。また、光検出
器上の元スポット６の強度分布が一様でない場合にも、
元スポット６の移動は２つの検出器に等しく現われるた
め、差動出力により得られる焦点誤差信号に生じる誤差
は極めて小さい。

＃　　６　１Ｍ＋−＋　　　　哨　ｅ　　ｌ１ｍ　　Ｉ
／　　＃　　ｌ　　　＋−！＊ＩＩ［Ｉ　　＃−Ｗ−ｍ
　　１４！！を用いてトラック位置を検出している状態
において、上述した反射光の元軸ずれが生じた場合の光
検出器１３．１４上の元スポットについての説明図であ
る。この場合は、受光面１６ａ＊　１６ｂ、　１６Ｃ１
１６ｄと一次回折光１１ａ、１１ｂの位置がずれるたぬ
−次回折党の境界が位置する１６ｂと１６ｃにおいて出
力の低下が著しい。しかしながら、出力の低下量は１６
ｂと１６ｃではほぼ等しく、この値をｐとすると、トラ
ック位置検出信号は（Ａ−（Ｂ−ｐ））＋（（Ｃ−ｐ）
−Ｄ）−（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−ｎ）となり、ｐが打ち消さ
れてしまう。すなわち、トラック位置検出信号に対する
光軸変化の影響はなく、仮忙あっても誤差は極めて小さ
いことがわかる。

第９図は、光検出器１５．１４の他の実施例を示す。こ
の例では、光検出器１３．１４の中央部に受光面を上下
ＶＣ２分する形で帯状にマスク１５が施されている。元
スポット６は２分割された受光面１６ａと１６ｂ、およ
び１６Ｃと１６ｄの出力が合焦点時に略等しくなる位置
にある。各受光面１６ａ〜１６ｄの出力をＡ、Ｂ、Ｃ，
Ｄとすると、焦点誤差検出信号は（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ十Ｄ
）によって得られ、焦点位置の移動量δに対する誤差信
号出力Ｖは第１０図に示す特性となる。

第１１図は、上述した才９図の実施例における光検出器
１ｉ、１４のマスク１５に相当する部分に、トラック位
置検出用に２分割された受光面１６ｅ。

１６ｆと１６ｇ、１６ｈをそれぞれ配置したものである
。

１６ｅ〜１６ｈの出力をＥ〜Ｈとすると、トラック位置
検出信号ＴＲ，はｌ−Ｆ’）＋（Ｇ−Ｈ）となる。第８
図に示した実施例と比較すると、焦点誤差検出用の受光
面１６６〜１６ｄが受光する１次回折元１１ａ、１１ｂ
の光量を小さくできるため、トラック通過時やオフトラ
ック時に、−次回新党によって焦点位置検出信号忙含ま
れる誤差量が、前記実施例よりさらに小さくなる。上述
した受光面を上下に２分割する実施例の構造でｔ−４第
１２図［６°で示すように、反射光の元軸ずれＫよって
光検出器上の元スポットが上下方向にずれた場合、光検
出器１５．１４の出力（Ａ＋Ｂ）。

（ｃ十Ｄ）が各々わずかに変化する。但し、この変化量
は２つの光検出器１３．１４で同様に現われるため、そ
の値を？とすると、焦点位置検出信号は（Ａ＋Ｂ−ｔ）
−（Ｃ＋Ｄ−ｙ）冒（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）となり互い
に打ち消される。

トラッキング位置検出信号については、光線ずれＫよる
影響は第１の実施例と同じである。

第１３図は、本発明を元ディスク装置に用いた実施例を
示す。１７はレーザダイオードとレーザ元を平行光束と
するための光学系とからなる元ビーム発生装置であり、
装置１７より放射された平行光線１８は偏光ビームスグ
リツタ−１９，４分の１波長板２０、対物レンズ２１を
介して、元ディスク２２に形成された情報トラック２３
上に焦点を結ぶ。光ディスク２２より反射された元は、
偏光ビームスプリッタ−１９を透過し、Ｋ１図で説明し
た焦点誤差検出装置に導かれる。この例では、光検出器
１３．１４に第５図で示した形状のものを用いており、
トラック位置検出信号も同時に得ている。受光面１６ａ
、　１６ｂ、　１６Ｇ、　１６ｄの出力をＡ。

Ｂ、Ｃ，Ｄとすると、焦点誤差検出信号ＡＰ。

トラック位置検出信号ＴＲ，情報信号８Ｉはそれぞれ ＡＦ−（Ａ十Ｂ）−（Ｃ十Ｄ）　　　　（１＋ＴＲ−（
Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）　　　　［２１ＳＩ■（Ａ　十Ｂ
　）　＋　（Ｃ十Ｄ　）　　　　１５１によって得られ
る。信号ＡＦ、ＴＲ＆Ｃ応じて、レンズ２１を矢印２４
．および矢印２５の方向に移動させることにより、自動
焦点と自動トラッキングが達成される。

第１４図は、本発明を元ディスク装置に適用した他の実
施例を示す。、尚、第１４図において、前記実施例と同
一の要素には同一符号を付しである。本実施例において
は、偏向ビームスプリッタ−１９とレンズ３０間忙４分
１波長板２４を配置し、ビームスプリッタ−１２の代り
に偏光ビームスプリッタ−２５を用いている。偏向ビー
ムスプリッタ−２５を用いると、４分の１波長板２４の
取付は角度を変えることにより、直進光２人と分岐［２
Ｂの比率を調整することができ、２つの光検出器１３と
１４に入力される光量を等しくする調整作業が容易とな
る。但し、この光量調整は、各検出器の出力回路に挿入
される増幅器の利得を調整することＫより償うことがで
きる。

本実施例では、光検出器１！１．１４として第１１図で
示した形式のものを用いており、この場合の焦点誤差検
出信号ＡＦ、）ラック位置検出信号Ｔ几、および情報信
号８１は、光検出器１３の受光面ｔ６ａ＋　１５ｂ、　
１６Ｃ，１６ｄ、光検出器１４の受光面１６８゜１６ｆ
、　１６ｇ、　１６ｈの出力をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
。

Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈとすると、 ＡＦ瓢（Ａ　十Ｂ　）　−（Ｃ＋　Ｄ　）　　　　　＋
４）ＴＲ■（Ｆ−Ｅ）＋（Ｈ−Ｇ）　　　　１５１８Ｉ
冨（Ａ＋Ｂ＋Ｅ＋Ｆ） ＋（Ｃ＋Ｄ＋Ｇ＋Ｈ）　　　　（６１ によって得られる。

以上、幾つかの実施例を示したが、本発明において、光
検出器の有効受光面の形状は実施例で示した形状以外に
種々の変形が可能であり、光検出器に照射された元スポ
ットの大きさが焦点ずれ量忙応じて変化し、その一部分
だけが受光信号に反影される形式のものであればよい。

また、実施例では、２個の光検出器１３．１４を焦束点
から等距離Ｗの位置に配置したが、直進光２人と分岐元
２Ｂの光量に応じて、位置を調整してもよい。さらに、
上記２個の光検出器の位置関係を逆にし、直進光２人を
焦束点の手前で受光し、分岐元２Ｂ側で焦束後の元を受
光するよう釦してもよ（、ビームスプリッタ１２の特性
によっては、２つの受光素子の受光面が異なる大きさを
もつようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな如く、本発明忙よれば、焦点合
せすべき反射面からの光を２方向に分離し、各光路上に
、焦点ずれ釦より生ずる受ｉｆ＆（スポット）の大きさ
変化が互いに逆方向となる位置関係で光検知器を配置す
ると共に、各検知器が常時は受光像の一部の光量を電気
信号に変換するよう忙し、上記両検出器の出力の差を焦
点誤差検出信号として利用するようにしているため、反
射面の形状変化等によって反射光に変化が生じた場合で
も、これらの変化による影響の少ない焦点誤差検出信号
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明忙よる焦点誤差検装置の１実施例を示す
構成図、第２図囚〜のは上記実施例で採用される光検知
器１５．１４の構造および焦点位置に応じたこれらの光
検知上での受光像の変化を説明するための図、才３図は
上記実施例で得られる焦点誤差信号の特性を示す図、矛
４図は上記実施例忙おいて反射光に一次回新党が生じた
場合の光検知器上の受光像についての説明図、第５図は
光検知器の他の実施例を示す図、矛６図は才５図の光検
知器における出力信号回路を示す図、矛７図（８）〜（
Ｂｌは、１′Ｆ１図の構成忙おける元軸ずれ発生時の動
作説明図１．ｔ’８図は才５図の光検知器における元軸
ずれ発生時の受光像についての説明図、矛９図は光検知
器の更に他の実施例を示す図、第１０図は上記光検知器
からの出力信号の波形図、第１１図は上記才９図の光検
知器の変形例を示す図、第１２図は矛９図の光検知器の
動作説明図、第１３図と第１４図はそれぞれ本発明を元
ディスク装置忙適用した実施例を示す図である。 符号の説明 １・・・光度射面　　　　　　２・・・反射光３・・・
集束レンズ　　　　　１３．１４・・・光検出器６・・
・受光像　　　　　　　１５・・・マスク１６・・・有
効受光面 オｌ肥　　　　第２圓 オ　４肥 第５口 第６口 オ　７　肥 第９口 オノＯ肥 第１１図 才ｌＺ図 第１３図 オ／４　ｒＩＩＩ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、焦点合せすべき光反射面からの反射光を集束する集
   束レンズと、上記集束レンズの出力光を第１、第２の集
   束光に分離するための手段と、それぞれ上記第１、第２
   の集束光の光路上に配置された第１、第２の光検知器と
   、少なくとも上記２つの光検知器の出力の差に応じた焦
   点誤差信号を発生する回路とからなり、上記各光検知器
   は、焦点ずれに伴なう上記集束光受光像の大きさ変化が
   互いに逆方向に現われる位置関係で各光路上に配置され
   、それぞれ拡大方向に変化した受光像に対しては該受光
   像の一部の領域の光量に比例して前記出力を発生するこ
   とを特徴とする焦点誤差検出装置。 ２、前記第１の光検知器が前記第１の集束光の集束点後
   方に位置し、前記第２の光検知器が前記第２の集束光の
   集束点前方に位置することを特徴とする第１項記載の焦
   点誤差検出装置。 ３、前記光分離手段がハーフミラーからなることを特徴
   とする第１項若しくは第２項記載の焦点誤差検出装置。 ４、前記光分離手段が、４分の１波長板と、偏光ビーム
   スプリッタとからなることを特徴とする第１項若しくは
   第２項記載の焦点誤差検出手段。 ５、前記第１、第２の光検知器が、それぞれ受光像の中
   央部を前記１部領域とする形状で部分的遮光構造を有し
   することを特徴とする第１項〜第４項記載の焦点誤差検
   出装置。 ６、前記一部領域が合焦点時の前記受光像より小さい面
   積を有することを特徴とする第５項記載の焦点誤差検出
   装置。 ７、前記第１、第２の光検知器の少なくとも一方が、前
   記一部領域に２分割された光電変換部を有し、前記回路
   が、上記２分割された光電変換部からの出力差に応じて
   、前記反射面における反射光の位置を所定の軌道に追従
   させるための制御信号も発生することを特徴とする第１
   項〜第６項記載の焦点誤差検出装置。 ８、前記第１、第２の光検知器が、それぞれ受光像の中
   央部を遮光する形状で部分的遮光構造を有することを特
   徴とする第１項〜第４項記載の焦点誤差検出装置。 ９、前記第１、第２の光検知器が、それぞれ前記受光像
   の中央部を受光する第１領域と、該第１領域の両側に位
   置して上記受光像の端部を受光する互いに分離された第
   ２、第３領域とを有し、上記第１領域が２分割され、前
   記回路が上記第２、第３領域の出力から前記焦点誤差信
   号を作り、上記２分割領域の出力から前記反射面におけ
   る反射光の位置を所定の軌道に追従させるための制御信
   号を発生することを特徴とする第１項〜第４項記載の焦
   点誤差検出装置。