JPS623217A - 焦点位置検出方式 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光デイスク用ピックアップに代表される各種
機器の焦点制御のための焦点位置検出方式に関する。

［開示の概要］ 本発明は、光デイスク用ピックアップに代表さお光ビー
ムを出力する光源と、光源から発散する゛晶泥光ビーム
を集光するレンズと、レンズにより・、集光された光ビ
ームを反射する反射体と、反射体二からの反射光を再び
レンズを通して集光される分割光検出器とを具え、分割
光検出器の差信号出力が反射体が位置する合焦点の前、
後で逆位相になることを利用して焦点位置を検出するこ
とにより、または前記光源から発散する光ビームをレン
ズを介して分割光検出器に集光し、分割光検出器の差信
号出力が検出器の位置の合焦点の前、後で逆位相になる
ことを利用して焦点位置の検出を行うことにより、静的
な非対称ビーム法の機能と動的なウオブリングの手法の
機能の両方が得られ、かつその各々の方式が単独で有す
る欠点を解消した技術を開示するものである。

なお、この概要はあくまでも本発明の技術内容に迅速に
アクセスするためにのみ供されるものであって、本発明
の技術的範囲および権利解釈に対しては何の影響も及ぼ
さないものである。

［従来の技術］ 従来、光デイスク用ピックアップの焦点位置検出方法と
しては、反射光路中に円筒レンズを挿入する非点収差法
９反射光をプリズム頂角に集束させるフーコー法、臨界
角プリズムを用いる全反射臨界角法、光軸に対し非対称
な光ビームを用いる非対称ビーム法、光源またはレンズ
あるいはその両方を光軸方向に振動させるウオブリング
法などがある（参照文献例：西用著、「光デイスク用ヘ
ッド（１）、（２）　Ｊ　、光学技術゛コンタクトＶｏ
１．２２．Ｎｏ２．３（１９８４））　。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明ともっとも関連が深い上述の非対称ビーム法およ
びウオブリング法について考察すると。

まず非対称ビーム法ではレンズ開口の一部のみを用いて
いるので集光性能が低下するという問題がある。また、
非対称ビーム法では、誤差信号が片極性であるので、感
度が悪く、外乱を受は易いとの欠点がある。他方、ウオ
ブリング法では合焦点の前後で同じ極性の信号が得られ
てしまうので、その前後の区別をするための位相同期検
波回路が余分に必要になるという問題がある。

一方、５ｃｏｏｐ方式と一般呼ばれるもので、半導体レ
ーザを光源兼用検出器として用いることにより、光学系
の構成の簡略化を図った信号読み取り方式がある（特公
昭５７−５８７３５号公報）、だが、この５ｃｏｏｐ方
式では、焦点位置検出に上述のウオブリング法以外の検
出方法は適用できなかった。その理由は、ウオブリング
法以外の検出方法では、光学系の簡略化が保てなくなる
からである。そのため、この５ｃｏｏｐ方式でのピック
アップの実用化促進のためにも焦点位置検出に関する制
御系の技術をさらに向上させておく必要がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、静的
な非対称ビーム法の機能と動的なウオブリングの手法の
機能の両方が得られ、かつその各々の方式が単独で有す
る上述の欠点を解消した焦点位置検出方式を提供するこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本目的を達成するため、本発明は、光デイスク用ピック
アップに代表される各種機器の焦点制御Ωための焦点位
置検出方式において、ピーク強度の方向が周期的に偏向
する光ビームを出力する光源と、光源から発散する前記
光ビームを集光するレンズと、レンズにより集光された
光ビームを反射する反射体と、反射体からの反射光を再
びレンズを通して集光される分割光検出器とを具え１分
割光検出器の差信号出力が反射体が位置する合焦点の前
、後で逆位相になることを利用して焦点位置を検出する
ことを特徴とする。

また、本発明は前記光源から発散する光ビームをレンズ
を介して分割光検出器に集光し、分割光検出器の差信号
出力が検出器の位置の合焦点の前、後で逆位相になるこ
とを利用して焦点位置の検出を行うことを特徴とする。

［作　用］ 分割光検出器の差信号出力が合焦点の前、後で逆位相と
なるので、この差信号出力の位相より焦点位置が検出で
きる。

［実施例コ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

本発明方式を実施した代表的な構成例を第１図に示す、
本図に示すように、偏向ビーム半導体レーザ（以下、Ｂ
ＤＬＤと称する。特願昭１３０−０７８０２１号）ｌを
光源として、そのレーザｌの発散光をレンズ３を介して
光ディスクなどの反射体表面（以下、反射面と称する）
４に集光し、この反射面４からの反射光を再び上述レン
ズ３を通して、分割光検出器としても働＜　ＢＤＬＤＩ
に戻している。

ＢＯＬＤＩからの発散光のピーク強度の方向は、分割さ
れた電極（図示せず）に高周波電流を流すことによって
１周期的に偏向される。このピーク強度の方向が周期的
に偏向する発散光２′をレンズ３により反射面４に集光
するとき、反射面４での集光スポット２″は、第１図に
示すように、反射面４が合焦点位置＠に位置するときは
その偏向に関係なく固定され、合焦点の前後■、○に位
置すく。

トの位相から合焦点に対してどちら側にライフ１．オー
カス（焦点ずれ）しているかが検出できる。１第１゛ １図に示した本実施例では、上述のように、レンズ３を
通った光束を反射面４で反射させて同じレンズ３で光源
側に戻し、光源での戻りスポットでの動奄を光源である
ＢＤＬＤ　１が上述の分割検出器として働いて検出する
ものである。すなわち、第１図に示すように、戻り光の
ＢＤＬＤ　１の発光面でのスボッ）２”’は、反射面４
の位置の前■、合焦点＠、後のに対応して、反射面４上
のスポット像を倒立させた（イ）′、（ロ）′、（ハ）
′　となる。

この戻り光スポット２　”’の動きを、分割検出器とし
てｍ　＜　ＢＤＬＤＩの差信号で検出したときの位相関
係を第２図（Ａ）〜（Ｄ）に示す、第２図（Ａ）〜（Ｄ
　）において”上、下“は第１図での上下位置関係に対
応する。本図によりビーム偏向方向を基準にして位相の
逆、順で反射面４の位置が合焦点ロー＆と対して前、後
の関係になっていることが分る。

、−で、この差信号を用いれば反射面４との相対位置を
移動するサーボ系により本光学系を合焦点位置に制御で
きることは明らかである。

ところで、半導体レーザの戻り光により、この半導体レ
ーザの端子電圧が変化するので、第３図に示すように、
戻り光スボッ）　２　”’が発光面２の中心から偏れば
１分割電極の間に差電圧が発生し、これによりＢＤＬＤ
Ｉが分割光検出器としても働くことが容易に理解できる
。

いま、反射面４が光ディスク７の記録面の場合に、ＢＤ
ＬＤＩの分割電極１′の和信号は、記録情報の読み取り
信号となる。さらに、本発明を光デイスク用ピックアッ
プに用いるときの実施例について説明する。ここで、光
学系のパラメータを次のように定めることとする。

まず、発光面２の強度分布はガウス形であっ；ソ、その
１／ｅ２幅が長軸Ｗ　／／　＋短軸１１１１である楕円
形上する。また、光学系の倍率をβ、レンズ３のＦ４ス
ク側開口数ＮＡｄ　、光源側開口数ＮＡｓ　、光波長二
、！Ｗｚｚ＝　４１Ｌｍ、　Ｗ１＝　２　ＪＬｍ　　、
　　β＝　−０，４，ＮＡｄ　　＝０．４５　、　ＮＡ
ｓ　＝　ＮＡｄ　Ｘ　Ｉβｌ＝０．１８．入＝０．８　
ｇｍ。

θ　＝０．１ｒａｄ。

レンズ３の開口数が大きい場合には、光源１の（４Ｘ２
ＩＬｍ２）の大きさのビームの像が（４Ｘ１βｌ　Ｘ２
Ｘ　ＩβＩ　）　＝　（１，［（Ｘｏ、８　ｐ、、ｍ　
２）の大きさの集光点スポットになるはずであるが、実
際には短軸Ｗ工の発散半角Ｕｓ、ｚ入／Ｗ工＝０．４は
光源側聞口数ＮＡｓより大きいので、その光束はレンズ
３の周辺から遠ざけられて、そのスポット径は回折限界
の入／　ＮＡｄ〜１．８４ｔｎφとなり、また長軸Ｉｌ
ｌ／／の発散半角Ｕｓ１７＝入／Ｗ／／＝０．２は光源
側開口数ＮＡｓに近いので、あまりレンズ３の周辺から
遠ざけられずに光源１の像として求めた１゜Ｂ　ｇｍ程
度のスポット径となり、その結果としてほぼ円形の１ポ
ツトになる。

このほぼ円形のスポットが合焦点位置＠にあるト射面４
で光源側へ戻されるとき、その戻り光スポツト径の大き
さは発光面２上で１．８／　ｌβｌ−４’、５ｐ、ｍに
なる０反射面４が第１図の■、＠に位置するディフォー
カスの場合にはその戻り光スポツト径の大きさはさらに
大きくなる。従って、発光面２を検出器面積とすると、
戻り光の一部のみを検出することになる。しかし、本発
明の特徴は、戻り光のスポットの位置の変化（動き）に
応じて分割検出器の差動増幅器１″から得られる差信号
の位相関係を検出することにあるので、戻り光の絶対量
が少なくても高感度検出が期待出来る。

第４図は、ディフォーカスに対する分割検出器（ＢＤＬ
Ｄ）　１の差信号と戻り光の分布との関係を示す、本図
に示すように、ディフォーカス量（焦点ずれ量）が増加
するに従って、差信号振幅は、比例部分から最大値を経
て、ゆるやかに減少する。従って、ディフォーカスの大
きいところでは矛ン・オフのスイッチング制御をし、デ
ィフォーカスの小さいところでは比例制御することによ
り、高精度の焦点位置制御を行うことができる。

第５図は本発明の他の実施例を示す、この実施例では光
源のＢＤＬＤＩと集光レンズ３の間にビームスプリッタ
５を挿入し、ビームスプリッタ５により戻り光を分光さ
せて分割光検出器６に導いて、戻り光のスポットを検出
している。本例は従来の光デイスク用ピックアップと互
換性がある反面、分割光検出器６の位置設定の精度が要
求される。

第６図は本発明の更に他の実施例を示す、本例では第１
図の反射面４の代わりに、直接分割光検出器６を配置し
たものである。本例の分割光検出器６の位置設定は比較
的離しいが、特殊用途、例えば直線レール上を移動する
複数の装置同土間の位置の自動調整などに用いられ得る
。

［発明の効果］ 以上説明したように１本発明によれば以下の効果が得ら
れる。

Φ　合焦点を境にその前後で位相の反転した叉信号が、
光源の偏向周波数と同じ高周波信号として得られるので
、増幅もし易く、高感度検出が期待できる。

■　５ＣＯＯＰ方式を併用することによって光学系のよ
り一層の簡略化と、性能および機能の向上が図られる。

■　従来の機械的振動をともなうウオブリング法と異り
、電気的偏向を前提としてるので、静かであり、本光学
系以外の他の系との干渉がない、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の代表的構成と原理を示す模式
図。 第２図（Ａ）〜（Ｄ）は第１図で示した合焦点の前後の
差信号の位相関係を示す波形図、 第３図は本発明の偏向ビーム半導体レーザ１を光源兼用
２分割光検出器とするときの動作原理を示す説明図、 第４図は第１図のディフォーカスに対する差信号振幅と
、これに対応する検出面上の戻り光分布との関係を示す
波形図、 第５図は本発明の他の実施例を示す模式図。 第６図は本発明の更に他の実施例を示す模式図−計ある
。 １・・・偏向ビーム半導体レーザ。 ２・・・発光面、 ２′・・・偏向ビーム、 ２”、２”’・・・集光スポット、 ３・・・レンズ、 ４・・・光ディスクに代表される反射面、５・・・ビー
ムスプリッタ、 ６・・・分割光検出器。 ’＊−４９ミに珂　　（社）母ｏ’ｐ　　　鯛皓θ諭暉 鯛懐給　　　　　　　　÷ 憇 ト 咽 ； ぐ 二一 差イ言号 イ扁光し°’−Ａ手導体し−Ｔ°の動作Σ示す官を明図
艦イ官予ｔ　＋−ｎ　７す一刀スク廟イＰ、１示・ず三
皮形図内　　　　　　　　　　　　　　　爾

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ａ）ピーク強度の方向が周期的に偏向する光ビーム
   を出力する光源と、 ｂ）該光源から発散する前記光ビームを集光するレンズ
   と、 ｃ）該レンズにより集光された光ビームを反射する反射
   体と、 ｄ）該反射体からの反射光を再び前記レンズを通して集
   光される分割光検出器とを具え、ｅ）該分割光検出器の
   差信号出力が前記反射体が位置する合焦点の前、後で逆
   位相になることを利用して焦点位置を検出することを特
   徴とする焦点位置検出方式。 ２）偏向ビーム半導体レーザを前記光源兼用の前記分割
   光検出器として配設したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の焦点位置検出方式。 ３）偏向ビーム半導体レーザを前記光源として配設し、
   該偏向ビーム半導体レーザと前記レンズとの間にビーム
   スプリッタを挿入し、該スプリッタにより戻り光の一部
   を前記分割光検出器に導入することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の焦点位置検出方式。 ４）ピーク強度の方向が周期的に偏向する光源の一点近
   傍から発散する光ビームをレンズを介して分割光検出器
   に集光し、 該分割光検出器の差信号出力が検出器の位置の合焦点の
   前、後で逆位相になることを利用して焦点位置の検出を
   行うことを特徴とする焦点位置検出方式。 ５）偏向ビーム半導体レーザを前記光源として配設した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の焦点位置
   検出方式。