JPS63171434A - 光学的位置検出装置 - 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】 本発明は光学的に位置を検出する装置に関するもので、
例えば情報が凹凸の形で記録された円盤などの対象物体
上に正確に光スポットを集束するフォーカス制御、トラ
ッキング制御のための小型の光学的位置検出装置を得る
のに有効なものである。

一般に、前記の回折効果を有する部分は帯状に設けられ
、あるいは制御対象となる低周波状で実質的に帯状に形
成されているとみなせるので、光スポットをこの帯状の
上にあるように制御することをトラッキング制御と呼ぶ
ことにし、かつ前記物体面上に光スポットが正確に集束
するように制御することをフォーカス制御と呼ぶことに
する。

従来から、フォーカス誤差、トラッキング誤差を検出す
る手段としてフーコ方式、ファーフィールド方式が用い
られていた。

第１図は、光学的位置検出方法の原理を説明するのに適
した要部概略構成図を示す。同図において、１は半導体
レーザ、２はコリメートレンズ、３はビームスプリッタ
、４は対物レンズ、５はレコード盤のごとき対象物体に
記録情報として形成された溝（凹部または凸部）で、図
示のように帯状のトラックになっている。６は半分（斜
線で示す部分）が不透明な円筒（シリンドリカル）レン
ズ、７は４分割光ディテクタである。

半導体レーザ１から出た光はコリメートレンズ２で平行
光線となり、ビームスプリッタ３を介し、物体レンズ４
で対象物体面上に集束する。対象物体から反射した光は
ビームスプリッタ３で入射光と分離して取り出され、円
筒レンズ６に入射し、光ディテクタ７上に集束する。こ
こで、円筒レンズ６の半分が不透明になっているため、
フォーカスがずれるとディテクタ上の集束光の中心は不
透明な部分のエツジ１４に垂直な方向に動く。

４分割光ディチクタフの中のディテクタ８と９゜１０と
１１は図示のようにエツジ１４に平行な方向に並べられ
ており、８と１０．９と１１はエツジ１４に垂直な方向
に並べられている。

従って、４分割光ディチクタフの中の８．９の和と１０
．１１の和の差をとることによりζフォーカス誤差を検
出することができる。このように、集束光の半分だけを
光ディテクタ上に集束してフォーカス誤差信号を得る方
法はフーコ方式と称せられている。

また、トランク５から光スポットが溝に垂直な方向（図
示の矢印１５の方向）にずれるとする。

即ちトラッキング制御はトラックに垂直な方向の光スポ
ットのずれを検出し、ずれが零になるように制御する。

光スポットがトランク上からずれると、反射光のファー
フィールドパターンは回折効果により不平衡が生ずる。

一般に光スポットのトラッキング誤差を検出するには、
検出すべきずれの方向に反射光のファーフィールドパタ
ーン上に生ずる光量の不平衡に着目すればよい。第１図
の場合にはトランクを含み対象物体面に垂直な面を分割
面とし、それに垂直な方向に生ずる光量不平衡に着目す
る。第１図において、光線１２と１３の間に光量の不平
衡が生ずると考えると理解しやすい。

反射光１２．１３はビームスプリンタ３を通った後、円
筒レンズ６に入る。この円筒レンズ６は２分割された不
平衡光線１２．１３に対し集束効果がないから、この不
平衡は４分割光ディテクタ７上でもエツジ１４に平行な
方向の光量不平衡となって残る。即ち、４分割ディチク
タフの中の８゜ｌＯの和と９．．１１の和の差をとるこ
とにより、トラッキング誤差信号を検出できる。このよ
うにトラッキング制御しようとする方向に生じる回折反
射光のファーフィールドの光量不平衡に着目し、それを
誤差信号として取り出す方法はファーフィールド方式と
称せられている。

ところで、第１図の例は、円筒レンズ６によって集束す
るため、円筒レンズ６と光ディチクタフの間に距離が必
要であり、検出器が大きくなる。

このような点を改善する方法として、円筒レンズに代え
て、その位置に円筒ミラーを置く方法が用いられる。

また、第１図は円筒レンズ６の半分が不透明なため光量
損失が５０％もあるが、この点をも改良した反射ミラ一
方式を第２図に示す。なお、この第２図において第１図
で説明したものと同じ働きをするものは同一の符号を付
し、重複する説明については省略する。第２図において
、２２．２３は偏向プリズム、２４は円筒ミラー、２１
は対象物体、２５は４分割光ディテクタである０円筒ミ
ラー２４は、その集束方向が偏向プリズムの偏向方向に
平行となるように置かれる。

偏向プリズム２２を通った集束光の半分の光は円筒ミラ
ー２４で集束とれ、４分割光ディテクタ２５の中の光デ
ィテクタ２８．２９の間のギャップ位置に集束される。

同様にプリズム２３を通った集束光の半分の光は光ディ
テクタ２６．２７のギャップ間に集束される。しかし、
第２図の方法には次のような問題点がある。このことに
ついて第３図を参照して説明する。

第３図は第２図を上から見た場合の概略図であり、第２
図と同じものは同一の符号を付している。

この第３図において、円筒ミラー２４の中心を通る光線
３２を考えると、これは、図に示すように、プリズム２
２、ミラー２４、プリズム２３を通り光ディテクタ２８
．２９の間にギャップ位置に集束される。しかし、３２
から大きくはずれた光線３１は、ミラー２４を反射した
後、再び同しプリズム２２に入射されるため、光線３２
の集束点に集束しない。このように、第２図の構成では
大きな欠点がある。

本発明は上述の欠点を除去するようにしたものである。

第４図は本発明の一実施例を示す要部概略図であり、第
２図で説明したものと同様のものは同じ符号を付し、重
複する説明については省略する。

第４図において、４１．４２は偏向プリズム、４３は円
筒ミラー、４４は光ディテクタ４５゜４６．４７．４８
からなる４分割光ディテクタである。

対象物体２１から反射した光は、ビームスプリンタ３で
プリズム４１．４２の方向に取り出される。この反射光
を入射光軸と反射光軸を含む主断面で分けて考える。こ
こでは垂直な方向に分ける。

プリズム４１．４２は光を上下方向に偏向する。

すなわち、前記主断面に平行である。第２図の場合には
、偏向方向が主断面に垂直な方向になっている点が異な
る。円筒レンズ４３の集束方向は、前記主断面に垂直な
方向にとる。また、４分割光ディテクタ４４の分割綿は
前記主断面に平行にとる。

第５図は、第４図の実施例を上から見た要部概略上面図
である。同図において、ビームスプリッタ３で分離され
た光線５７は、偏向プリズム４１に入るが、偏向プリズ
ム４１は円筒ミラー４３の集束方向に偏向する能力がな
いから、光ディテクタ４４の分割線上に集束する。プリ
ズム４１を通る他の任意の光も円筒ミラー４３で反射後
、再び同じプリズム４１を通るから、第３図に示すよう
な欠点がない。光ディテクタ４５．４７上の光スポット
にはプリズム４１の光、すなわち集束光の半分しか寄与
していないからフォーカス誤差が生じると光スポットは
第４図中で光ディテクタ上を左右に動く、すなわち、デ
ィテクタ４５と４７の出力信号の差をとればフォーカス
誤差が得られる。

同様のことが光ディテクタ４６と４８上の光スポットに
ついてもいえる。しかし、同一のフォーカス誤差に対し
て、この２個の光スポットは互いに逆の方向に動く。従
って、フォーカス誤差信号は４分割光ディテクタの対角
方向の出力の和同士の減算、即ち（４５＋４８）−（４
６＋４７）の演算により検出することができる。この方
式は一般にフーコ方式とよばれているものであり、詳し
い説明を省略する。

第６図は本発明の一実施例を示す図である。第６図にお
いて、矢印１５の方向すなわち前記主断面に垂直な方向
にトラッキング制御をするとする。

本来は、光学系を９０°回転して描くべきであるが、こ
こでは理解を容易にするためにトラック５の方向が９０
”回転して示している。

トラック５の位置では矢印７１の方向にトラッキング誤
差の不平衡が生ずる。この不平衡成分はビームスプリッ
タ３でプリズム４１．４２の方向に取り出された時、プ
リズム４１を通過する全光量とプリズム４２を通過する
全光量との光量差となる。前述の説明で明らかなように
、プリズム４１を通過した光は光束帯７７に集束し、プ
リズム４２を通過した後の光は光束帯７８に集束する。

すなわちトラッキング誤差信号は前記主断面に垂直な方
向の２分割線により分けられた光ディテクタの出力同士
の減算により得られる。

以上のように、本発明は、反射方式による装置の小型化
に際して、前記の特定の条件を課すことにより、その実
現を可能としたものであり、その価値は極めて大なるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学的位置検出方法の原理を説明するための要
部概略構成図、第２図および第３図は本発明の改良前に
係る光学的位置検出装置の要部概略構成図、第４図、第
５図、および第６図は本発明の各実施例における要部概
略構成図である。 １・・・・・・光導体レーザ、２・・・・・・コリメー
トレンズ、３・・・・・・ビームスプリフタ、４・旧・
・対物レンズ、４１．４２・・・・・・プリズム、４３
・・・・・・円筒ミラー、４４．７２・・・・・・光デ
ィテクタ。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 第２図 纂３図 第４図 第５図 ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、前記光源から出た光を対象物体面上に集束する
   光集束手段と、前記対象物体からの反射光を入射光と分
   離して取り出す光分離手段と、前記光分離手段の入射光
   軸と反射光軸を含む断面を考え、前記光分離手段の反射
   光を前記断面に平行な互いに異なる２方向に偏向する一
   対のプリズム光偏向手段と、前記断面に垂直な方向に集
   束作用を有する円筒ミラーと、前記円筒ミラーで集束さ
   れた光を受光する前記断面に垂直な方向に２分割する第
   １の分割線と前記断面に平行な方向に分割する第２の分
   割線により分割された４分割光ディテクタと、前記４分
   割光ディテクタの対角方向の出力の和同士の減算により
   フォーカス誤差信号を得るフォーカス誤差信号演算手段
   と前記第１の分割線により分割された光ディテクタの出
   力同士の減算によりトラッキング誤差信号を得るトラッ
   キング誤差信号演算手段とを具備することを特徴とする
   光学的位置検出装置。