JPS63131333A

JPS63131333A - フオ−カス誤差検出装置

Info

Publication number: JPS63131333A
Application number: JP27666286A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Irie; 満入江; Teruo Fujita; 輝雄藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-11-21
Filing date: 1986-11-21
Publication date: 1988-06-03
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JP2552660B2

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］この発明は、情報の記録再生が光学的に行なわれる記録
媒体のフォーカス誤差検出装置に関し、特にフォーカス
誤差信号が線形に変化する範囲が広く、フォーカスサー
ボが安定且つ容易に行えるフォーカス誤差検出装置に間
するものである。

［従来の技術］第４図は、例えば特開昭５７−１８０３２号公報及び特
開昭５８−２０８９４６号公報に記載された、フーコ一
方式と呼ばれる一般的なフォーカス誤差検出装置を示す
構成図である。

図において、（３）は記録再生用の光ビームを照射光Ｅ
として放射する半導体レーザなどの発光源である。

（４）は照射光Ｅを透過すると共に後述する記録媒体（
８）からの反射光Ｒを反射するビームスプリッタ、（５
）は照射光Ｅを平行光にすると共に反射光Ｒを集光させ
るコリメータレンズ、（６）は平行な照射光Ｅ及び反射
光Ｒの偏向面を回転させる１／４波長板、（７）は１／
４波長板（６）を透過した照射光Ｅを集光すると共に反
射光Ｒを平行光にする対物レンズである。

（８）は光ディスクなどの記録媒体であり、集光された
照射光Ｅが照射されて光学的に情報が記録再生されるよ
うになっている。

（９）は対物レンズ（７）、１／４波長板（６）、コリ
メータレンズ（５）及びビームスプリッタ（４）を介し
て入射される記録媒体（８）からの反射光Ｒを２つの反
射光Ｒ１及びＲ２に分割する光分割器である。

この光分割器（９）はフーコープリズムとも呼ばれ、２
つの矩形屈折面（９ａ）及び（９ｂ）が鈍角の稜線（９
ｃ）にて接した立体形状をなし、稜線（９ｃ）が反射光
Ｒの光軸Ａを垂直に横切るように配置されている。

（１０）は分割された反射光Ｒ１及びＲ２をそれぞれ検
出する分割形光検知器であり、光軸Ａに垂直な平面内に
配列された４つの光検出素子（１１）〜（１４）から構
成されている。又、光検出素子（１１）〜（１４）の各
受光面は、光軸Ａ及び稜線（９ｃ）の双方に垂直な矢印
Ｘ方向に一列に配置されており、光軸Ａ及び矢印Ｘ方向
に適正に位置決めされている。そして、一対の光検出素
子（１１）及び（１２）が一方の反射光Ｒ１を検出する
２分割光検出器を構成し、もう一対の光検出素子（１３
）及び（１４）が他方の反射光Ｒ２を検出する２分割光
検出器を構成している０通常、これら２分割光検出器は
、後述するように、それぞれ２分割ピンフォトダイオー
ドにより構成されている。

５１〜Ｓ４は各光検出素子（１１）〜（１４）により得
られる検出信号であり、演算処理回路（図示せず）に入
力され、フォーカスサーボ等に用いられるようになって
いる。

次に、第５図〜第１０図を参照しながら、第４図に示し
たフォーカス誤差検出装置の動作について説明する。

情報の記録再生を行う場合に発光源（３）から放射され
る照射光Ｅは、ビームスプリッタ（４）を通り、コリメ
ータレンズ（５）で平行光となり、１／４波長板（６）
で偏向面が回転され、対物レンズ（７）で集光されて記
録媒体（８）に照射される。

そして、記録媒体（８）で反射された反射光Ｒは、対物
レンズ（７）、１／４波長板（６）及びコリメータレン
ズ（５）を介して所定の収束角で集光され、ビームスプ
リッタ（４）で反射され、更に、光分割器（９）で２つ
の反射光Ｒ１及びＲ２に分割されて分割形光検知器（１
０）に照射される。

このとき、照射光Ｅの焦点が記録媒体（８）に一致即ち
合焦している場合は、第５図に示すように反射光Ｒ１及
びＲ２が分割形光検知器（１０）上に合焦し、一方の反
射光前が光検出素子（１１）及び（１２）の間隙即ち分
離帯（１０ａ）の中央点に集光され、他方の反射光Ｒ２
が光検出素子（１３）及び（１４）の分離帯（１０ｂ）
に集光される。この状態を受光面側から見ると第６図の
ようになり、各反射光Ｒ１及びＲ２は２０〜３０μ輸径
の合焦スポットＰ１、Ｐ２どなって照射される。尚、各
合焦スポットＰ１、Ｐ２は、後述するように楕円形状を
有している。

又、記録媒体（８）と対物レンズ（７）との距離が近す
ぎる場合は、第７図に示すように反射光Ｒ１及びＲ２が
合焦する前に各分離帯（１０ｍ）及び（１０ｂ）の近傍
に照射される。従って、反射光Ｒ１及びＲ２は、第８図
斜線部のように光検出素子（１２）及び（１３）の各受
光面に半円状スポットＰ３、Ｐ４となって照射される。

逆に、記録媒体（８）と対物レンズ（７〉との距離が遠
すぎる場合は、第９図に示すように反射光Ｒ１及びＲ２
が分割形光検知器（１０）の手前で合焦する。

従って、反射光Ｒ１及びＲ２は、第１０図のように光検
出素子（１１）及び（１４）の各受光面上に半円状スボ
ッ）Ｐ５、Ｐ６となって照射される。

このとき、各反射光Ｒ１及びＲ２を受光した光検出素子
（１１）〜（１４）は、それぞれの受光量に応じた電流
即ち検出信号８１〜Ｓ４を発生する。演算処理回路は、
これら検出信号Ｓ１〜Ｓ４に基づいて、外側の光検出素
子（１１）、（１４）の各検出信号Ｓ１及びｓ４の和と
、内側の光検出素子（１２）、（１３）の各検出信号ｓ
２及びＳ３の和との差を演算する式、Ｆ　＝　（Ｓｌ　＋　Ｓ４）　−（Ｓ２　＋　Ｓ３）　
　　　・・・　■によりフォーカス誤差信号Ｆを求める
。

このフォーカス誤差信号Ｆは、第５図及び第６図に示し
たように記録媒体（８）と対物レンズ（７）との距離が
適正の場合は零、第７図及び第８図に示したように記録
媒体（８）と対物レンズ（７）との距離が近すぎる場合
は負、第９図及び第１０図に示したように記録媒体（８
）と対物レンズ（７）との距離が遠すぎる場合は正とな
る。

こうして得られたフォーカス誤差信号Ｆの極性及び大き
さから、記録媒体〈８）と対物レンズ（７）との距離の
適正距離に対するフォーカス誤差量Ｗを算出し、フォー
カス調整機構（図示せず）を制御する０例えば、対物レ
ンズ（７）を照射光Ｅの光軸方向に移動させてフォーカ
ス誤差量Ｗ即ちフォーカス誤差信号Ｆが零となるまでフ
ォーカスサーボを行う。

第１１図は、第４図のフォーカス誤差検出装置を用いら
れる従来の分割形光検知器（１０）の受光面の一部を示
す説明図であり、記録媒体（８）と対物レンズ（７）と
の距離が適正に調整され、反射光Ｒ１が合焦スポットＰ
１となって照射された状懲を示している。

第１１図において、（１）は一対の光検出素子（１１）
及び（１２）を形成する２分割ピンフォトダイオードで
あり、もう一対の光検出素子（１３）及び（１４）を形
成する２分割ピンフォトダイオード（図示せず）と共に
分割形光検知器（１０）を構成している。（２）は光検
出素子（１１）及び（１２）の各受光面を分割する分離
帯であり、その幅ｄは約１′ｏμｍである。

第１１図のように合焦された場合、光分割器（９）で２
分割されたときの干渉現象により、反射光Ｒ１の合焦ス
ポットＰ１は楕円形状となる。従って、合焦スポットＰ
１の径りは、分割しない場合の反射光Ｒの合焦スポット
（図示しない円形状）径の約２倍となっている。

−ａに、入射光束の収束角をα、光源の波長をλとする
と、合焦スポット半径ｒは、ｒ−１，２２λ／ｓｉｎα で表わされる。従って、分割された反射光Ｒ１の合焦ス
ポット径りは、Ｌ　＃　４　ｒ＝４．８８＾／ｓｉｎα　　　　　　　・・・　■とな
る０例えば、分離帯（２）の分割線に平行な方向に対す
る収束角αが約８°且つ波長λが０．７８μ輪の反射光
Ｒ１の場合、合焦スポット径りは０式から約２７μ輪と
なる０通常、合焦スポット径りの値は、情報記録再生装
置の設計仕様により異なるが、２０〜３０μ輪程度であ
る。

次に、第４図〜第１０図、第１２図及び第１３図を参照
しながら、第１１図の２分割ピンフォトダイオード（１
）を用いた従来のフォーカス誤差検出装置の動作につい
て説明する。ここでは、一方の反射光Ｒ１を受光する２
分割ピンフォトダイオード（１）に注目して説明する。

前述と同様に記録媒体（８）に照射光Ｅが照射されて発
生した反射光Ｒは２分割されて、一方の反射光Ｒ１が２
分割ピンフォトダイオード（１）の受光面に照射される
。

このとき、記録媒体（８）と対物レンズ（７）との距離
が適正であれば、第１１図のように分離帯（り）の幅ｄ
（均１０μｍ）の２〜３倍の径Ｌ（＃　２０〜３０μｍ
＞を有する合焦スポットＰ１が、光検出素子（１１）及
び（１２）の各受光面に対称に照射される。

ここでフォーカス誤差が生じると、反射光Ｒ１の照射位
置が矢印Ｘ方向に移動し、同時に照射領域が広がって半
円状スポットＰ３又はＰ５になる。このとき、スポット
径はフォーカス誤差量Ｗに対してほぼ比例するが、反射
光Ｒ１の光量はスポットの形状にかかわらず一定なので
、各光検出素子（１１）及び（１２）から得られる検出
信号Ｓ１、Ｓ２は、反射光Ｒ１の移動に伴って第１２図
のように変動する。

即ち、記録媒体（８）と対物レンズ（７）との距離が近
すぎる場合は光検出素子（１２）の検出信号Ｓ２が大き
くなり（第８図参照）、速すぎる場合は光検出素子（１
１）の検出信号Ｓ１が大きくなる。同時に、図示しない
他方の２分割ピンフォトダイオードから検出信号Ｓ３及
びＳ４が得られるので、これら検出信号Ｓ１〜Ｓ４から
０式に基づいてフォーカス誤差信号Ｆを求める。

そして、前述のフーコ一方式によりフォーカス誤差量Ｗ
を算出すると、第１３図に示すような曲線が得られる。

第１３図から明らかなように、フォーカス誤差信号Ｆが
フォーカス誤差量Ｗに比例して変化する範囲は、記録媒
体（８）と対物レンズ（７）との距離の変位に換算して
、約±１．０μｍである。

従って、この狭い範囲内のみでフォーカスサーボを可能
となる。

［発明が解決しようとする問題点］従来のフォーカス誤差検出装置は以上のように、各光検
出素子（１１）、（１２）　（及び（１３）　、（１４
））間の分離帯（２）の幅ｄが１０μｍ程度しかないの
で、フォーカス誤差信号Ｆが、各反射光Ｒ１及びＲ２の
スポット位置の変位に対して過敏に変動し、フォーカス
誤差信号Ｆがフォーカス誤差量Ｗに対して線形に変化す
る範囲が狭くなり、フォーカス誤差信号Ｆにおけるオフ
セット信号を低くしなければならず、又、フォーカスサ
ーボの追従範囲も狭くなるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、フォーカス誤差量に対してフォーカス誤差信
号が線形に変化する範囲を広げ、フォーカスサーボの引
き込み及び追従制御を容易とし、フォーカスサーボを安
定に行えるフォーカス誤差検出装置を得ることを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段］この発明に係るフォーカス誤差検出装置は、２分割光検
出器の分離帯幅を、この分離帯近傍に照射される反射光
の合焦スポット径以上にしたものである。

［作用］この発明においては、反射光のスポット位置の変位に対
する検出信号の変動が比較的小さく、フォーカス誤差信
号がフォーカス誤差量に対して直線的に変化する範囲が
拡大する。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例に係る２分割光検出器を示す説
明図であり、（１１）及び（１２）は前述の従来装置と
同様のものである。又、（２０）、（２１）は従来の２
分割ピンフォトダイオード（１）、分離帯（２）にそれ
ぞれ対応している。更に、図示しない他の構成は第４図
〜第１０図に示した一般的なフォーカス誤差検出装置と
同様である。

（２０）は一対の光検出素子（１１）及び（１２）を形
成する２分割光検出器即ち２分割ピンフォトダイオード
であり、もう一対の光検出素子（１３）及び（１４）を
形成する２分割ピンフォトダイオード（図示せず）と共
に分割形光検知器を構成している。（２１）は光検出素
子（１１）及び（１２）の各受光面を分割する分離帯で
あり、その幅りは約３０μ鋤、即ち反射光Ｒ１による合
焦スポット径り以上（第１図の場合は、はぼ等しく）に
設定されている。

尚、分離帯（２１）の幅り内においては、第２図に示す
ように、検出信号Ｓ１及びＳ２が矢印Ｘ方向ばの変位に
対して直線的に変化し、又、分離帯（２１）の分割線の
中心おいては、各検出信号Ｓ１及びＳ２が、各光検出素
子（１１）、（１２）の最大光電流の約半分を出力する
ようになっている。

次に、第２図の検出信号特性図、第３図のフォーカス誤
差信号特性図及び第４図〜第１０図を参照しながら、第
１図に示したこの発明の一実施例の動作について説明す
る。

第１図のように、反射光Ｒ１の合焦スポットＰ１が分離
帯（２１）の中心部に照射されると、分離帯（２１）の
幅りが合焦スポット径り以上のため、各光検出素子（１
１）及び（１２）には反射光Ｒ１が受光されない。

又、フォーカス誤差が生じてスポット位置が矢印Ｘ方向
に変位しても、分離帯（２１）に照射される面積が大き
く、光検出素子（１１）又は（１２）に照射される面積
は比較的小さい。

従って、フォーカス誤差量Ｗに対するフォーカス誤差信
号Ｆの特性は、第３図に実線に示すように、破線で示す
従来特性と比較して直線性を有する部分の傾きが緩くな
る。同時に、直線的に変化する範囲は、記録媒体（８）
と対物レンズ（７）との距離の変位に換算して約±３．
０μ哨と広くなる。

このように線形に変化する範囲の広いフォーカス誤差量
Ｗを用いて、安定且つ容易にフォーカスサーボを行うこ
とができる。

尚、上記実施例では分離帯（２１）の幅りが３０μ−の
場合について説明したが、種々の仕様変更に伴い反射光
Ｒの波長λ及び収束角αが異なるので、分離帯（２１）
の幅りは合焦スポット径り以上、即ち前述の０式から、Ｄ≧４．８８λ／ｓｉｎα を満たす値ならばよい。

又、記録媒体（８）が光ディスクの場合を例にとったが
、自動焦点カメラ等のフォーカス誤差検出装置にも適用
でき、同等の効果を奏することは言うまでもない。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、２分割光検出器の分離
帯幅を、この分離帯近傍に照射される反射光の合焦スポ
ット径以上に設定し、反射光のスポット位置の変位に対
する検出信号の変動を比較的小さくしたので、フォーカ
ス誤差信号がフォーカス誤差量に対して直線的に変化す
る範囲が拡大し、フォーカスサーボが安定且つ容易に行
えるフォーカス誤差検出装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における２分割光検出器を
示す説明図、第２図は第１図の２分割光検出器により得
られる検出信号の特性図、第３図は第２図の検出信号に
基づくフォーカス誤差信号及びフォーカス誤差量の特性
図、第４図は一般的なフォーカス誤差検出装置を示す構
成図、第５図は反射光が合焦した場合の分割形光検知器
部分を示す説明図、第６図は第５図の分割形光検知器の
受光面を示す説明図、第７図は反射光が合焦する前に照
射された場合の分割形光検知器部分を示す説明図、第８
図は第７図の分割形光検知器の受光面を示す説明図、第
９図は反射光が照射される前に合焦した場合の分割形光
検知器部分を示す説明図、第１Ｏ図は第９図の分割形光
検知器の受光面を示す説明図、第１１図は従来の２分割
光検出器の受光面を示す説明図、第１２図は第１１図の
２分割光検出器による検出信号の特性図、第１３図は第
１２図の検出信号に基づくフォーカス誤差信号及びフォ
ーカス誤差量の特性図である。（８）・・・記録媒体（２０）・・・２分割ピンフォトダイオード（２１）・
・・分離帯　　　　　Ｒ，Ｒ１、Ｒ２・・・反射光Ｄ・
・・分離帯の幅　　　　ＰＩ、Ｐ２・・・合焦スポット
Ｌ・・・合焦スポット径Ｆ・・・フォーカス誤差信号Ｗ・・・フォーカス誤差量尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。第４図第５図　　　　　　第６図第１１図第１２図変位手続補正書昭和６２年１０月　７日

Claims

【特許請求の範囲】（１）記録媒体からの反射光を２分割し、一対の２分割
光検出器の各分離帯近傍にそれぞれ照射し、前記２分割
光検出器から出力される各検出信号に基づいてフォーカ
ス誤差信号及びフォーカス誤差量を得るフォーカス誤差
検出装置において、前記分離帯の幅Ｄを、前記反射光の
合焦スポット径Ｌ以上に設定したことを特徴とするフォ
ーカス誤差検出装置。（２）分離帯の幅Ｄは、前記分離
帯の分割線に平行な方向の反射光の収束角をαとし、且
つ前記反射光の波長をλとすると、Ｄ≧４．８８λ／ｓｉｎα を満たすことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
フォーカス誤差検出装置。（３）２分割光検出器は、２分割ピンフォトダイオード
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
項記載のフオーカス誤差検出装置。