JPS6150226A - 自動焦点制御方法 - Google Patents
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- G11B7/1372—Lenses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
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。
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〕
本発明は光情報処理装置の自動焦点制御方式に係り、特
に光デイスク装置の光ヘッドなどに好適な自動焦点制御
方式に関する。
に光デイスク装置の光ヘッドなどに好適な自動焦点制御
方式に関する。
従来の光デイスク装置における光ヘッドの自動焦点制御
方式は、絞り込みスポットとディスクとのズレを検出し
、そのズレに応じて絞り込みレンズを機械的に動かすこ
とにより行なっていた。このため、焦点ズレ検出手段の
検出特性と絞り込みレンズ駆動手段の応答特性に高精度
が要求されていた。これを、第１図を用いて説明する。
方式は、絞り込みスポットとディスクとのズレを検出し
、そのズレに応じて絞り込みレンズを機械的に動かすこ
とにより行なっていた。このため、焦点ズレ検出手段の
検出特性と絞り込みレンズ駆動手段の応答特性に高精度
が要求されていた。これを、第１図を用いて説明する。
第１図は、従来の光ヘッドの自動焦点制御方式の一例で
ある。半導体レーザ１から出射した光をコリメートレン
ズ２で平行光にし、ＮＡ＝０．５ の絞り込みレンズ
３でディスクＳ上にスポット４を結像する。その反射光
は、λ／４板６と偏光ビームスプリッタ７で１例えば凸
レンズ８１円柱レンズ９、ナイフェツジ１０．２分割光
検出器１１および差動回路１２で構成される公知の焦点
ズレ検出手段に導かれる。この検出手段の検出原理の詳
細な説明は本発明とは関係ないので消略する。ディスク
５がスポット４の位置にあるときは検出４８号１４はゼ
ロレベルを出力するが、ディスク位置が５′に示す位置
にズレると反射光は破線１３に示すようにレンズ３通過
後に平行光束からずれ、差動回路１２はディスクのズレ
方向と量に応じて正負の極性の電圧レベルを出力する。
ある。半導体レーザ１から出射した光をコリメートレン
ズ２で平行光にし、ＮＡ＝０．５ の絞り込みレンズ
３でディスクＳ上にスポット４を結像する。その反射光
は、λ／４板６と偏光ビームスプリッタ７で１例えば凸
レンズ８１円柱レンズ９、ナイフェツジ１０．２分割光
検出器１１および差動回路１２で構成される公知の焦点
ズレ検出手段に導かれる。この検出手段の検出原理の詳
細な説明は本発明とは関係ないので消略する。ディスク
５がスポット４の位置にあるときは検出４８号１４はゼ
ロレベルを出力するが、ディスク位置が５′に示す位置
にズレると反射光は破線１３に示すようにレンズ３通過
後に平行光束からずれ、差動回路１２はディスクのズレ
方向と量に応じて正負の極性の電圧レベルを出力する。
第２図は、ディスクズレ量を横軸１５にとり差動回路１
２の出力電圧１４を縦軸１６にとった場合の関係を実１
１７で示したものである。この検出手段に限らず多くの
焦点ズレ検出手段は第２図に示す検出信号を出力する。
２の出力電圧１４を縦軸１６にとった場合の関係を実１
１７で示したものである。この検出手段に限らず多くの
焦点ズレ検出手段は第２図に示す検出信号を出力する。
この検出信号１４により、例えばスピーカーのボイスコ
イルを応用した電磁気的駆動手段１８でレンズ３をディ
スクズレ方向に動かす。
イルを応用した電磁気的駆動手段１８でレンズ３をディ
スクズレ方向に動かす。
ディスク上に情報を安定に記録又は再生する為には、絞
り込みレンズの開口数をＮＡ＝０．５、波長をλ＝０．
８３μｍ として、スポットとディに押えなければなら
ない、従来の自動焦点制御方式によれば、ディスクが±
１μｍ程度ずれた場合にレンズ駆動手段１８が充分な速
さと力でレンズ３を動かすに足りる検出信号を焦点ズレ
検出手段が出力しなければならない、又、ディスク５が
スポット４の位置の±０．２〜０．４μｍ程度の範囲に
ある時に検出信号がゼロレベルになるように焦点ズレ検
出手段の目標点初期設定調整を行なう必要がある。
り込みレンズの開口数をＮＡ＝０．５、波長をλ＝０．
８３μｍ として、スポットとディに押えなければなら
ない、従来の自動焦点制御方式によれば、ディスクが±
１μｍ程度ずれた場合にレンズ駆動手段１８が充分な速
さと力でレンズ３を動かすに足りる検出信号を焦点ズレ
検出手段が出力しなければならない、又、ディスク５が
スポット４の位置の±０．２〜０．４μｍ程度の範囲に
ある時に検出信号がゼロレベルになるように焦点ズレ検
出手段の目標点初期設定調整を行なう必要がある。
さらにレンズ駆動手段１８は高性能の応答特性を有し、
自動焦点制御系全体として、常にスポット４とディスク
５のズレを±１μｍ程度の範囲に圧縮しなければらない
。
自動焦点制御系全体として、常にスポット４とディスク
５のズレを±１μｍ程度の範囲に圧縮しなければらない
。
以上述べたように、従来の自動焦点制御方式では、スポ
ットとディスク７とのズレを絞り込みレンズを機械的に
動かす方法のみで行なっていたので、焦点ズレ検出手段
の検出感度や初期設定調整に高い精度が要求され、又、
レンズ駆動手段に高い応答特性が要求されるという問題
があった。
ットとディスク７とのズレを絞り込みレンズを機械的に
動かす方法のみで行なっていたので、焦点ズレ検出手段
の検出感度や初期設定調整に高い精度が要求され、又、
レンズ駆動手段に高い応答特性が要求されるという問題
があった。
本発明の目的は、焦点ズレ検出手段の検出感度や初期設
定調整に高精度を必要とせず、又、絞り込みレンズ駆動
手段に高い応答性能を必要とせず。
定調整に高精度を必要とせず、又、絞り込みレンズ駆動
手段に高い応答性能を必要とせず。
しかも簡単な構成により、スポットと情報媒体面とのズ
レが少ない高性能な自動焦点制御方式を提供することに
ある。
レが少ない高性能な自動焦点制御方式を提供することに
ある。
本発明は、半導体レーザに情報媒体からの反射光の一部
をもどすことにより半導体レーザがマルチモード発振す
ることと、色収差を有するレンズが波長のちがいにより
異なる位置にスポットを結像することに着目し、これら
を組み合わせて絞り込みスポットの結像位置を数μｍの
範囲の情報媒体のズレに光学的に追従する効果を生せし
め、もって従来方式の欠点を解決したものである。
をもどすことにより半導体レーザがマルチモード発振す
ることと、色収差を有するレンズが波長のちがいにより
異なる位置にスポットを結像することに着目し、これら
を組み合わせて絞り込みスポットの結像位置を数μｍの
範囲の情報媒体のズレに光学的に追従する効果を生せし
め、もって従来方式の欠点を解決したものである。
以下１本発明の一実施例を第３図により説明する。第３
図は、本発明を光デイスク装置における光ヘッドの自動
焦点制御に適用した例で、半導体レーザ１から出射した
光をコリメートレンズ２で平行光にし、ＮＡ＝０．５
の絞り込みレンズ２゜でディスク５上にスポットＳ、を
結像する０反射光はハーフミラ−２１で一部は透過して
半導体レーザ１にもどされ、残りは反射して焦点ズレ検
出手段に導かれる。半導体レーザ１はシングルモードの
半導体レーザが適している。シングルモードの半導体レ
ーザは、中心波長λに対してΔλ＝λ”／ＺｎＬずつ異
なるモードの波長で発振できる。ここでＬはレーザチッ
プ両端の反射面間隔。
図は、本発明を光デイスク装置における光ヘッドの自動
焦点制御に適用した例で、半導体レーザ１から出射した
光をコリメートレンズ２で平行光にし、ＮＡ＝０．５
の絞り込みレンズ２゜でディスク５上にスポットＳ、を
結像する０反射光はハーフミラ−２１で一部は透過して
半導体レーザ１にもどされ、残りは反射して焦点ズレ検
出手段に導かれる。半導体レーザ１はシングルモードの
半導体レーザが適している。シングルモードの半導体レ
ーザは、中心波長λに対してΔλ＝λ”／ＺｎＬずつ異
なるモードの波長で発振できる。ここでＬはレーザチッ
プ両端の反射面間隔。
ｎは活性層の屈折率である。半導体レーザ単体では、Δ
λずつ波長の異なるモードのうち、レーザチップ両端反
射面で構成する内部共振器に合うモードが一番強く発振
する。しかし、本実施例のようにレーザ出射光の一部を
レーザに戻す場合は。
λずつ波長の異なるモードのうち、レーザチップ両端反
射面で構成する内部共振器に合うモードが一番強く発振
する。しかし、本実施例のようにレーザ出射光の一部を
レーザに戻す場合は。
レーザとディスクが外部共振器となり、レーザの活性層
に一番戻りゃすい波長モードが一番強く発振する。戻り
光の量は、コリメートレンズ２の開口数が０．２５ の
場合、レーザ出射光の０．５％程度あれば充分であった
。一方、レーザ単体でマルチモード発振するレーザでは
、戻り光を与えても発振波長の変化はほとんどないので
、本発明には適さない、第４図の（ｂ）は戻り光を与え
た場合の半導体レーザ１のスペクトルを示し、波長λ１
からλ１．まで発振しているとする。各波長の間隔Δλ
は、λ＝０．８３μｍ、ｍ＝３．５、ｒ、、：＝３ｏ。
に一番戻りゃすい波長モードが一番強く発振する。戻り
光の量は、コリメートレンズ２の開口数が０．２５ の
場合、レーザ出射光の０．５％程度あれば充分であった
。一方、レーザ単体でマルチモード発振するレーザでは
、戻り光を与えても発振波長の変化はほとんどないので
、本発明には適さない、第４図の（ｂ）は戻り光を与え
た場合の半導体レーザ１のスペクトルを示し、波長λ１
からλ１．まで発振しているとする。各波長の間隔Δλ
は、λ＝０．８３μｍ、ｍ＝３．５、ｒ、、：＝３ｏ。
μｍとすると０．３３ｎｍａ度である。第４図（ａ）は
色収差を有する絞り込みレンズ２０のスポット位１ｉ２
ｓ１〜ＳＸＳを示すもので波長λ１のスポット位置がｓ
ｔ ｙ λ２のスポット位置がＳ ｘ ｔ・・・・・
・・・・である、今ディスク５がスポット位ＩＳ、近傍
にあると、レンズ系結像の関係から波長λ、のレーザ光
が一番多く半導体レーザーにもどるので、半導体レーザ
ーは第４図（ｂ）のように波長λ。
色収差を有する絞り込みレンズ２０のスポット位１ｉ２
ｓ１〜ＳＸＳを示すもので波長λ１のスポット位置がｓ
ｔ ｙ λ２のスポット位置がＳ ｘ ｔ・・・・・
・・・・である、今ディスク５がスポット位ＩＳ、近傍
にあると、レンズ系結像の関係から波長λ、のレーザ光
が一番多く半導体レーザーにもどるので、半導体レーザ
ーは第４図（ｂ）のように波長λ。
を中心に集中した発振スペクトルになり、実質上レーザ
スポットはＳ、の位置、即ちディスク５上に集中する０
次にディスクがずれて５′の位置にきたとすると、今度
は波長λ、のスポット位置Ｓ。
スポットはＳ、の位置、即ちディスク５上に集中する０
次にディスクがずれて５′の位置にきたとすると、今度
は波長λ、のスポット位置Ｓ。
の近傍であるからλ、のレーザ光が半導体レーザに多く
もどるため、第４図（ｂ′）のような波長λ。
もどるため、第４図（ｂ′）のような波長λ。
を中心に集中した発振スペクトルになり、実質上レーザ
スポットはＳ□からＳ、の位置にディスクｌ
ズ′に追従して動いた事になる・絞り込み′ンズλ ２０の開口数をＮＡとすると焦点深度は□でＮＡ” ある、波長λ、で発振している光のスポット位置λ ば、レーザへの戻り光の波面収差は一以下で、カツブリ
ングレンズでレーザ端面に集束される戻り光のエネルギ
ー密度は、はとんど減少しない（約２０％）ので、レー
ザは波長λ、で発振をつづけることができ、又、情報の
記録再生も安定して行なえる。ＮＡ＝０．５ とする
と上述のディスクズレの範囲は±０．８３μｍである。
スポットはＳ□からＳ、の位置にディスクｌ
ズ′に追従して動いた事になる・絞り込み′ンズλ ２０の開口数をＮＡとすると焦点深度は□でＮＡ” ある、波長λ、で発振している光のスポット位置λ ば、レーザへの戻り光の波面収差は一以下で、カツブリ
ングレンズでレーザ端面に集束される戻り光のエネルギ
ー密度は、はとんど減少しない（約２０％）ので、レー
ザは波長λ、で発振をつづけることができ、又、情報の
記録再生も安定して行なえる。ＮＡ＝０．５ とする
と上述のディスクズレの範囲は±０．８３μｍである。
ディスクずれがこの範囲を越えると、波長λ、での発振
モードは不安定になる。スポット位置Ｓ１＋ ＳＺ＋
Ｓｉ＋ディスクズレが±０．８３μｍ を越えた場合に
は。
モードは不安定になる。スポット位置Ｓ１＋ ＳＺ＋
Ｓｉ＋ディスクズレが±０．８３μｍ を越えた場合に
は。
波長λ、かλ７のモードに移り、ひきつづき安定な記録
再生が行なえる。よって、スポット′位置方、波長間隔
Δλは行０．３３ｎｍ であるから絞り込みレンズの色
収差量は、波長変化１ｎｍあたであれば良い、またレー
ザは、中心波長λに対してΔλずつ異なる波長モードが
１５モ一ド程度可能なので、約±１２μｍのディスクズ
レ範囲にねたって、安定な記録再生を行なうことができ
る。
再生が行なえる。よって、スポット′位置方、波長間隔
Δλは行０．３３ｎｍ であるから絞り込みレンズの色
収差量は、波長変化１ｎｍあたであれば良い、またレー
ザは、中心波長λに対してΔλずつ異なる波長モードが
１５モ一ド程度可能なので、約±１２μｍのディスクズ
レ範囲にねたって、安定な記録再生を行なうことができ
る。
レンズ２０の色収差量は、焦点距離をｆとすると、ａｆ
＝−で見積ることができる。ここでνはレンズ材質でき
まるアツベ数で、Ｆ線とＤ線の波長差０．１７μｍに対
しておおよそシ：３０〜６０の光学ガラスが良く使われ
ている。ｆ＝４．５Ｗｎでｖ ＝ ３０とするΔｆ＝−
１５０μｍ、波長差１ｎｍに直すとΔｆ＝０．８８μｍ
となる、絞り込みレンズ２０は、種々の収差を除くた
めに複数枚の凸レンズと凹レンズを組み合わせるが、凸
レンズにνの小さい材質を、凹レンズにνの大きな材質
を用いることで、波長ｉｎｎの変化に対し、焦点位置が
研１μｍ異なるレンズを作ることができる。
＝−で見積ることができる。ここでνはレンズ材質でき
まるアツベ数で、Ｆ線とＤ線の波長差０．１７μｍに対
しておおよそシ：３０〜６０の光学ガラスが良く使われ
ている。ｆ＝４．５Ｗｎでｖ ＝ ３０とするΔｆ＝−
１５０μｍ、波長差１ｎｍに直すとΔｆ＝０．８８μｍ
となる、絞り込みレンズ２０は、種々の収差を除くた
めに複数枚の凸レンズと凹レンズを組み合わせるが、凸
レンズにνの小さい材質を、凹レンズにνの大きな材質
を用いることで、波長ｉｎｎの変化に対し、焦点位置が
研１μｍ異なるレンズを作ることができる。
このような組レンズ５ｏを、第６図のように５組み合わ
せれば、波長ｉｎｎの変化で焦点位置を５μｍすらすこ
、とができる、又、第３図のレンズ２０のかわりに第７
図に示すような、領域５１と５２で位相がλ／２ｉ４な
るフレネルゾーンプレートレンズ５３を用いることもで
きる。このレンズに対して（λ＝９．８３μｍ、ｆ＝４
．５ｇｍとして）Ａｆ中５μｍとなる。同様に色収差の
大きなホログラムレンズなども用いることができる。又
、フレネルレンズ５３やホログラムレンズを、第８図の
ように使用することもできる。レーザスポットは上述の
ようにディスクズレに追従して±１２μｍ程度動くこと
ができる。この範囲内ではディスクずれが有るにもかか
わらず合焦点状態であるから、再生信号の減少はない、
第５図は、横軸３０にディスクズレ量、縦軸３１に再生
信号の強度をとった図で、実ａ３２は本実施例の光ヘッ
ドの場合 破線３３は従来の光ヘッドの場合である従来
の光ヘッドではディスクズレ±１μｍで再生信号の減少
が１ｄＢａ度あったが、本発明を用いた光ヘッドでは実
線３２に示すごとく±１２μｍのディスクズレ範囲内で
再生信号の減少がなく。
せれば、波長ｉｎｎの変化で焦点位置を５μｍすらすこ
、とができる、又、第３図のレンズ２０のかわりに第７
図に示すような、領域５１と５２で位相がλ／２ｉ４な
るフレネルゾーンプレートレンズ５３を用いることもで
きる。このレンズに対して（λ＝９．８３μｍ、ｆ＝４
．５ｇｍとして）Ａｆ中５μｍとなる。同様に色収差の
大きなホログラムレンズなども用いることができる。又
、フレネルレンズ５３やホログラムレンズを、第８図の
ように使用することもできる。レーザスポットは上述の
ようにディスクズレに追従して±１２μｍ程度動くこと
ができる。この範囲内ではディスクずれが有るにもかか
わらず合焦点状態であるから、再生信号の減少はない、
第５図は、横軸３０にディスクズレ量、縦軸３１に再生
信号の強度をとった図で、実ａ３２は本実施例の光ヘッ
ドの場合 破線３３は従来の光ヘッドの場合である従来
の光ヘッドではディスクズレ±１μｍで再生信号の減少
が１ｄＢａ度あったが、本発明を用いた光ヘッドでは実
線３２に示すごとく±１２μｍのディスクズレ範囲内で
再生信号の減少がなく。
安定な信号再生を達成することが出来る。
本発明が従来方式と明らかに異なる点は、以上説明した
ごとく、半導体レーザにもどり光を与えると共に色収差
を有する絞り込みレンズを用いることで、ディスクズレ
±１２μｍの範囲で半導体レーザの発振波【を変化させ
て自動的にスポットがディスクに追従する効果を利用し
て、高精度の自動焦点制御を達成することにある。
ごとく、半導体レーザにもどり光を与えると共に色収差
を有する絞り込みレンズを用いることで、ディスクズレ
±１２μｍの範囲で半導体レーザの発振波【を変化させ
て自動的にスポットがディスクに追従する効果を利用し
て、高精度の自動焦点制御を達成することにある。
そこで、第３図に示す、凸レンズ８、円柱レンズ９、ナ
イフェツジ１０，２分割光検出器１１及び差動回路１２
で構成される公知の焦点ズレ検出手段と、レンズ２０を
焦点ズレ検出信号１４で動かす公知の駆動手段とで、ス
ポットとディスクとのズレを±１２μｍ程度に押えれば
良い、従って、焦点ズレ検出手段の検出感度も従来例の
１ｏ分の１で良く、またもどし光を与えない時のディス
ク合焦点位置と検出４２号ゼロレベルとを調整する目標
点の初期設定調整を行なう必要がない、さらにレンズ駆
動手段１８の応答特性も高性能を要求する必要がない。
イフェツジ１０，２分割光検出器１１及び差動回路１２
で構成される公知の焦点ズレ検出手段と、レンズ２０を
焦点ズレ検出信号１４で動かす公知の駆動手段とで、ス
ポットとディスクとのズレを±１２μｍ程度に押えれば
良い、従って、焦点ズレ検出手段の検出感度も従来例の
１ｏ分の１で良く、またもどし光を与えない時のディス
ク合焦点位置と検出４２号ゼロレベルとを調整する目標
点の初期設定調整を行なう必要がない、さらにレンズ駆
動手段１８の応答特性も高性能を要求する必要がない。
以上述べたごとく、本実施例によれば、±１２μｍ程度
のディスクズレに絞り込みスポットが自動的に追従する
ので、焦点ズレ検出手段と絞り込みレンズ駆動手段に高
性能のものを用いることなく、しかも高精度の自動焦点
制御を達成することができる。
のディスクズレに絞り込みスポットが自動的に追従する
ので、焦点ズレ検出手段と絞り込みレンズ駆動手段に高
性能のものを用いることなく、しかも高精度の自動焦点
制御を達成することができる。
本発明によれば、焦点ズレ検出手段の検出感度が従来の
３分の１で、目標点初期設定＠整の範囲も従来の３倍広
い検出手段で良く、絞り込みレンズ駆動手段も従来に比
べて高性能を要求することなく、しかも、高精度の自動
焦点制御を構成できる効果がある。
３分の１で、目標点初期設定＠整の範囲も従来の３倍広
い検出手段で良く、絞り込みレンズ駆動手段も従来に比
べて高性能を要求することなく、しかも、高精度の自動
焦点制御を構成できる効果がある。
第１図は従来の光デイスク光ヘッドの自動焦点制御方式
の一例を示す図、第２図は第１図の焦点ズレ検出手段の
出力信号を説明する図、第３図は本発明の光デイスク光
ヘッドに用いた一実施例を示す図、第４図は、第３図の
半導体レーザ発振波長と絞り込みスポット位置の関係を
示す図、第５図は、ディスクズレに対する再生信号強度
の変化を示す図、第６図、第７図、第８図は１本発明の
他の実施例の絞り込み光学系の主要部を示す図である。 １・・・半導体レーザ、２０・・・絞り込みレンズ、２
１・・・ハーフミラ−１５，５′・・・ディスク、Ｓ、
、Ｓ。 ｆ ｌ 図 葛 ２ 図 ■Ｊ図 第 ４ 図 ＾−＾ＺＡ＋Ｊ４ＪｊλｊＡ１＾１−−−− ＾Ｉ５Ｚ
６ 図 馬７図 石 ８ 図 ５３ ５Ｊ ｚρ −１つｑ−
の一例を示す図、第２図は第１図の焦点ズレ検出手段の
出力信号を説明する図、第３図は本発明の光デイスク光
ヘッドに用いた一実施例を示す図、第４図は、第３図の
半導体レーザ発振波長と絞り込みスポット位置の関係を
示す図、第５図は、ディスクズレに対する再生信号強度
の変化を示す図、第６図、第７図、第８図は１本発明の
他の実施例の絞り込み光学系の主要部を示す図である。 １・・・半導体レーザ、２０・・・絞り込みレンズ、２
１・・・ハーフミラ−１５，５′・・・ディスク、Ｓ、
、Ｓ。 ｆ ｌ 図 葛 ２ 図 ■Ｊ図 第 ４ 図 ＾−＾ＺＡ＋Ｊ４ＪｊλｊＡ１＾１−−−− ＾Ｉ５Ｚ
６ 図 馬７図 石 ８ 図 ５３ ５Ｊ ｚρ −１つｑ−
Claims (1)
- 半導体レーザと、該半導体レーザとの出射光を情報媒
体面上にスポットとして結像する絞り込みレンズと、上
記スポットと情報媒体面とのズレを検出する焦点ズレ検
出手段と上記絞り込みレンズを上記焦点ズレ検出手段の
出力信号により動かす絞り込みレンズ駆動手段とから成
る自動焦点制御方式において、上記情報媒体からの反射
光の少なくとも一部を上記半導体レーザにもどす光帰還
手段を設けるとともに、上記絞り込みレンズが異なるレ
ーザ波長に対してその光軸方向の異なる位置に上記スポ
ットを結像することを特徴とする自動焦点制御方式。
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|---|---|---|---|
| JP59170416A JPH0762913B2 (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 自動焦点制御方法 |
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| JP59170416A JPH0762913B2 (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 自動焦点制御方法 |
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|---|---|---|---|
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