JPS62188032A - 光学的情報読取装置 - 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】 本発明は記録媒体に記録された情報を読み取る光学的情
報読取装置の改良に関する。

例えばビデオディスク録画又は再生装置においては録画
用光束あるいは読出し用光束をディスク面に集束させる
必要がある。このためには上記光束ディスク面に集束さ
せるための光学系の焦点を常にディスク面に合わせるこ
と、すなわち自動焦点調節を行なわせることが必要とな
る。従来よりこのような動作のための自動焦点調節装置
は種々考案されているが、１つの方法として焦点調節用
の光束をディスク面で反射させ、反射像の形を検出する
ようにして、さらにこの光学系に故意に非点収差を持た
せ反射像の形がディスク面位置の変化に伴なって変わる
のを利用して焦点調節を行なうものがある０例えば特開
昭５０−１０５３９号公報、特開昭５１−１４１６５１
号公報、アイ、イー、イー、イー、シカゴ　スプリング
　コンファレンス　オン　コンシュマー　エレクトロニ
クス（ＩＥＨＥ　Ｃｈｉｃａｇｏ　Ｓｐｒｉｎｇ　Ｃｏ
ｎｆｅｒ−ｅｎｃｅ　Ｏｎ　Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ）予講にシリンドリカルレンズを用い
て非点収差を発生させるようにした自動焦点調節装置に
ついて記載されている。これ等の原理を第１図について
説明する。

光源１からの光をハーフミラ−２、対物レンズ３を通し
てディスク面４に読出しビームとして集束させたい時、
その反射光をシリンドリカルレンズ５を通して非点収差
をもたせて検出器６上に集束させる。上述したようにデ
ィスク面４の位置が変化すると検出器６上の像の形が上
記非点収差のために変わるので、これを検出すればディ
スク面４の位置変化を検出することができる。以下これ
についてもう少し詳しく述べる。

第２図では第１図で示す光学系２．３．５を１つの凸レ
ンズとして描いであるが、このような非点収差をもった
光学系にディスク面からの反射光束１０が入射すると周
知のようにこの光束は一点に集束することな（子午像面
１１、及び球欠像面１２においてそれぞれ線分状の断面
をもつ光束となる。又これ等の面の前後では光束の断面
は楕円状となる。これ等の様子を第３ｒｇＪに示す。第
３図においては破線で示す各面における光束の断面図を
右側に示している。子午像面１１、球欠像面１２におい
ては光束の断面が線分状になっていることがわかる。も
ちろん実際には他の収差等のために必ずしも線分になる
とは限らない、又これ等の両面の中間では光束の断面が
ほぼ円状になる面１３がある。この面１３を以後最良結
像面と呼ぶことにする。ここでもし第１図において光学
系２．３．５とディスク面４との距離が変化するとディ
スク面からの反射光１０の拡がりが変わり、上述の各面
の位置が移動する。

そこで例えばディスク面４が光学系２，３．５に対して
規定の位置すなわちディスク面の光像が点になる位置に
ある時における最良結像面１３に検出器６を置くように
すると、ディスク面４が規定の位置にある時は検出器６
上の像はほぼ円状になり、ディスク面４の位置がずれる
と検出器６上の像の形が第３図に示したように変化する
。そこでこの変化を捕えて常に円状の像を得るように光
学系を操作すればディスク面ば常に光学系に対して規定
の位置にあることになる。

このような光像の変化を捕える検出器６としては例えば
第４図に示すようなものが考えられる。この検出器６は
４つの受光領域Ａ−Ｄをもつもので、各領域に入射する
光量を別々に検出するものである。検出器６の中心を光
学系の光軸と一致させておけばディスク面がレンズに対
して一方にずれていると第４図ｔａｌ、他方にずれてい
ると第４図（Ｃ１に示すように楕円形像ができ、Ａ　ｓ
　Ｃｆ＋ｉ域とＢ　ＳＤ　ｆ＋ｌ域とに照射される光量
に差が生じる。ディスク面が規定の位置にある時は円形
の像が形成され、Ａ　−、Ｃ６５域とＢ、Ｄ領域とに照
射される光量はほぼ等しくなる。第５図に検出器６の出
力信号を処理する回路のブロック図を示す、検出器６の
受光領域Ａ−Ｄの出力をそれぞれ同じＡ−Ｄで表わす。

信号Ａ、Ｃは増幅器２１に入り、Ａ＋Ｃに対応する出力
が増幅器２１から得られる。同様に信号Ｂ、Ｄは増幅器
２２で加算されＢ＋Ｄに対応する出力が得られる。これ
らの信号は差動増幅器２３に供給され、差動増幅器２３
の出力は（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）を表わすものとなる。

この出力をレンズ駆動部２４に供給する。レンズ３が駆
動されてディスク面４との距離を変えると検出器６上の
像が第４図に示すように変化し、差動増幅器２３の出力
（Ａ＋Ｃ）−ＣＢ＋Ｄ）は第４図（ａ）の状態では正、
（Ｃ）の状態では負、（ｂｌの状態では零となる。

したがって第５図に示す系には帰還がかかり、これが負
帰還となるように構成すればレンズ駆動部２４はディス
ク面４が規定の位置にきて、検出器の位置に最良結像面
１３がきた時、すなわち第４回出）の状態で停止する。

又、所望により差動増幅器２３にオフセットを設けて（
Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）がある一定のレベルになった時に
レンズ駆動を停止させるようにすることもできる。

第６図に（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の値とレンズ３とディ
スク面４の距離との関係を示す。

このようにしてディスク面を常に光学系に対して規定の
位置に置き、ディスク面に光束を集束させることができ
る。しかしこのような従来の構成では非点収差を発生さ
せるためにシリンド′リカルレンズを用いているため、
それだけ大形となり、高価となる欠点がある。

さらに光像があまりにも小さいと上記検出器６の不感帯
に光像が入ってしまいかえって検出感度が低くなってし
まう欠点がある。そこで上記文献にもあるように焦点調
節のダイナミックレンジをディスク側で±３０〜５０μ
程度に拡げて、焦点調節の感度を落とさざるを得なかっ
た。

（参考のために述べるとビデオディスク信号読み取りの
ためには２０Ｘの対物レンズを用いた場合、焦点はずれ
は±２μ程度に収める必要がある。） さらに別の構成としてディスク面に集束させる光束にす
でに非点収差をもたせるやり方も考えられるが、この場
合は収差のためにディスク面上に集束された光像に拡が
りが生じてしまい・この光束を読出し用に使う際の欠点
となる。

また光学的情報読取装置には情報トラックに投射ビーム
を追従させるために、前記焦点調節用の光学系のほかに
光源から発した光束を回折格子により３つのビームを形
成させ、このうち２つのビームによりトラッキングを行
なう構成も備えている（例えば特開昭４９−５０９５４
号公報）。

しかし上記の様に焦点調節用の光束発生手段とトラッキ
ング用の光束発生手段の２つの独立した別個の機構を光
学的情報読取装置に組込むことは装置を大型化する欠点
がある。

本発明は上記欠点を除去した小型軽量化が可能な光学的
情報読取装置を提供することを目的とする。

本発明は光源と、受光素子と前記光源からの投射光束を
情報トラックを有する記録媒体上に集束させ、前記記録
媒体からの反射光束を前記受光素子に投射させる光学系
とを有する光学的情報読取装置において、前記記録媒体
上に前記投射光束を焦点合せさせるための情報を得るフ
ォーカシング光束発生手段と前記情報トラックに前記投
射光束を追従させるためのトラッキング光束発生手段と
を少なくとも共有するホログラムを有することを特徴と
するものである。

以下図面に基づき本発明の詳細な説明する。

はじめに本発明の構成要件の１つであるフォーカシング
光束発生手段の原理について説明する。

第７図はビデオディスク再生装置を示す線図である。こ
の実施例においては後述する方法で作成したホログラム
４０をレーザ光４１を用いて再生して非点収差をもつ焦
点調節用のほぼ平行な光束４２（例えば＋１次回折光）
と非点収差をもたない読出し用平行光束４３（０次回折
光）とを別々に作る。焦点調節用光束４２はハーフミラ
−４４で反射してリレーレンズ４５に入射する。リレー
レンズ４５はこの入射光をリレーレンズ像側焦平面４６
に集束させる。上述のように焦点調節用光束４２は非点
収差をもっているのでこの集束は非点隔差Δｌを伴なっ
て行なわれるが、この最良結像面がリレーレンズ焦平面
４６に一致するように焦点調節用光束４２は作られてい
る。なおこれについては後述する。この光束はさらにト
ラッキングミラー４７で反射して対物レンズ４８を通す
ビデオディスク面４９に達するが、予じめ上記リレーレ
ンズ像側焦平面４６とビデオディスク面４９を対物レン
ズ４８に関してほぼ共役な位置に置いておけば上記光束
はビデオディスク面４９に集束することになる。もちろ
んこの集束光も非点隔差を伴ない、ビデオディスク面ψ
光像は円状、楕円状もしくは線分状となる。この集束光
の非点隔差は対物レンズ４８の縦倍率をαとするとΔｌ
／αとなる０本例ではα・４００．Δｌ・１．６諭とし
た。さらにビデオディスク面４９で反射した光束は対物
レンズ４８で再びリレーレンズ像側焦平面４６付近で集
束し、ここでの光束の断面は円状、楕円状もしくは線分
状である。さらにこの光束はリレーレンズ４５を通過し
、上記焦平面４６における断面に応じた断面をもつほぼ
平行な光束すなわち非常に大きな非点隔差をもつ光束と
なり、ハーフミラ−４４を通過して焦点検出用素子５０
に入射する。

上述した従来例と同様な理由で、ビデオディスク４９と
光学系すなわち対物レンズ４８等との距離が変化すると
ビデオディスク面４９上の光像の形が変わり、それに応
じて焦点検出用素子５０に入射する光束の断面も変化す
るので、これを利用して焦点調節を行なうことができる
。もう少し具体的に述べるならば、上記読出し用光束４
３がリレーレンズによって集束する位置はもちろんリレ
ーレンズ像側焦平面４６であるが、上述したように焦点
調節光束４２の最良結像面はこれに一致する。同様にデ
ィスク面４９付近においても読出し用光束４３が集束す
る面は、焦点調節用光束４２の最良結像面と一致する。

（なお上述したように焦点調節用光束は例えば１次回折
光であり、読み出し光束４３とは僅かな角度をもってい
るため、ディスク面の２つの光点は僅かにずれていて、
重なり合うことはなく読出しに支障はない、）シたがっ
てディスク面４９を常に上記最良結像面におくようにす
ればディスク上に読出し用光束４３を集束させることが
できることになる。ディスク面４９が最良結像面にある
時はディスク面４９に焦点調節用光束４２によって作ら
れる光像は円状であり、その時リレーレンズ４５像側焦
平面４６における焦点調節用光束４２の断面も円状とな
る。リレーレンズ４５によって焦点検出素子５０側につ
くられる光束は、上述したようにリレーレンズ像側焦平
面における断面とほぼ同じ形の断面をもつ、はぼ平行な
光束（正確には非点隔差が非常に大きな光束）となるの
で、焦点検出用素子５０にできる光像はこの場合はぼ円
状となる。ディスク面４９が上記所望の位置から外れる
と、当然ディスク面４９上に焦点調節用光束４２によっ
て作られる光像の形も変化し、これに伴って検出素子５
０上の像の形も第４図で示したように変化するので、こ
れ従来例と同様に利用することができる。もちろんこの
場合読出し用光束４３は別の受光素子で作ったビデオ信
号読出し用素子５１で受光してビデオ信号読出しに使用
する。

次に２つの光束を発生するホログラムの作成原理につい
て説明する。

第８図は上記ホログラム４０の作成の様子を示す線図で
ある。まず図示しないコリメータレンズで平行光束とし
た物体光束６０をレンズ６１、シリンドリカルレンズ６
２で構成した非点収差をもつ光学系を通して集束させる
。この時の非点隔差はΔＥとなるように上記光学６１．
６２を構成する。この時の最良結像面６３がリレーレン
ズ６４（上記のリレーレンズ４５と同じ焦点距離ｆをも
つものとする）の焦点面にくるようにリレーレンズ６４
を配置し、光束をほぼ平行としてハーフミラ−６５を通
して感光体６６に入射角θで入射させる。同時に図示し
ないコリメータレンズで平行光束とした参照光束６７を
ハーフミラ−６５を介して感光体６６に垂直に入射させ
る。物体光束６゜と参照光束６７が重畳されている空間
中に、両者による干渉縞が形生される。上記空間中に置
かれた感光体６６上にはこの干渉縞が光の強弱の形で照
射される。感光体６６としては、たとえば銀塩乳剤から
なる高解像力乾板が用いられる。一定時間の露光を与え
られた感光体６６は、高解像力乾板であれば通常の写真
処理プロセスである現像、定着等のプロセスを経た後、
高解像力乾板上に干渉縞の明暗に対応したパターンが形
成される。このようにして感光体６６上に形成された干
渉縞の明暗に対応したパターンを一般にホログラムと称
している。このようにして作成したホログラムに、再生
用レーザー光を照射すると、ホログラムの有する干渉縞
に明暗に対応したパターンにより、再生用レーザー光が
回折され、回折光は焦点検出用光束４５となり、回折さ
れずそのまま透過した光は、信号読取用光束４３となる
ことは明らかであろう。

上述した原理においては非点収差を発生させるのにホロ
グラムを用いているため、シリンドリカルレンズを用い
る場合よりも小型な装置が実現できる。またホログラム
は複製可能であるため、非常に安価となる。さらに焦点
検出と信号読出しとを別々の光束で行なうため、信号読
出し光束は非点収差を持たない高品位のものを用いるこ
とができる点等の効果が得られる。しかしながら、かか
る構成でもトラッキング用の光束は他の光学手段により
発生させる必要がある。

次に、本発明のフォーカシング光束発生手段とトラッキ
ング光束発生手段とを少なくとも共有するホログラムに
ついての一実施例を説明する。

第９図はかかるホログラムの作成方法で、焦点調節用及
びビデオ信号読出し用光束は上述の例と同様な方法で作
成するが、これ等を作るための参照光束７０、焦点調節
用光束７３の作る面とほぼ垂直な面内に前者の面と±φ
の角度をもってトラッキング用平行光束７２．７１を入
射させてホログラム７４を作る。これを再生すると第９
図（ｂｌに示すように信号読出し光束７５、焦点！Ｉｌ
ｌ用光束７６、トラッキング用光束７７、７８が得られ
る。

これを用いたビデオディスク再生装置の実施例が第１０
図に示すもので、構成は上述した実施例とほとんど同様
なものであるが、トラッキング用光束７７、７８は第１
０図Ｃｂ）に示すように、ビデオ信号トラック８０の両
側に集束し、この反射光をトラッキング用検出素子８１
．８２で検出して信号読取光束がトラック８０から外れ
ないように光学系を駆動する。さらに上述した実施例で
は焦点検出素子５０に入射する光束をリレーレンズによ
ってほぼ平行光束となるようにしたが、ここまでしなく
ても非点隔差を大きくすることができれば、それなりの
効果があることは明らかであろう。又検出素子５０の構
成は第４図で説明したものとは限らず、他にもいろいろ
な構成が考えられる。

以上の様に本発明の光学的情報読取装置はフォーカシン
グ光束発生手段とトラッキング光束発生手段とを少なく
とも共有するホログラムを使用するため装置は著しく簡
単となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の非点収差を利用した自動焦点調節装置の
構成を示す線図、第２図は非点収差をもつ光学系を通っ
た光束の子午像面と球欠像面の位置の一例を示す線図、
第３図は同じく非点収差をもつ光学系を通った光束の断
面図、第４図は非点像の形を検出する検出器の一例を示
す線図、第５図は同じく非点像の形を検出する装置の電
気的構成を示す線図、第６図は第５図に示した回路によ
って得られる焦点検出信号と焦点はずれ量との関係を示
す線図、第７図は本発明のフォーカシング光束発生手段
の原理を説明する線図、第８図は第７図のホログラムの
作成方法を示す線図、第９図は本発明の一実施例に用い
るホログラムの作成方法を示す線図、第１０図（ａｌは
同じく本発明の一実施例の構成を示す線図、第１０図（
ｂｌは（ａ）に示した実施例におけるディスク面上の光
点の位置の一例を示す線図である。 ４０・−ホログラム、４１−・・レーザ光、４２−焦点
、１１節周光束、 ４３・・−ビデオ信号読取り用光束、 ４４〜ハーフミラ−１４５−・−リレーレンズ、４６−
・リレーレンズ像側焦平面、 ４７−・−トラッキングミラー、 ４８・一対物レンズ、　４９−・ビデオディスク面、５
０−・焦点検出用素子、 ５１・−ビデオ信号読取用素子、 ６〇−物体光束、　　６１・−レンズ、６２−・シリン
ドリカルレンズ、 ６３・・・最良結像面、リレーレンズ焦点面、６４・−
・リレーレンズ焦点面、 ６５・−・ハーフミラ−１６６−・感光体、６７・−・
参照光束、　　７０−・参照光束、７３、７６・−焦点
調節用光束、 ７２、７１．７７、７８．　　・・−トラッキング用光
束、７５−・ビデオ信号読取り用光束、 ８０・−・ビデオ信号トラック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源と、受光素子と、前記光源からの投射光束を情
   報トラックを有する記録媒体上に集束させ、前記記録媒
   体からの反射光束を前記受光素子に投射させる光学系と
   を有する光学的情報読取装置において、前記記録媒体上
   に前記投射光束を焦点合せさせるための情報を得るフォ
   ーカシング光束発生手段と前記情報トラックに前記投射
   光束を追従させるためのトラッキング光束発生手段とを
   少なくとも共有するホログラムを有することを特徴とす
   る光学的情報読取装置。 ２、前記フォーカシング光束発生手段は非点収差光束発
   生手段からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光学的情報読取装置。