JPS63173234A - 焦点誤差検出装置 - 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】 技術分野 本発明は、焦点誤差検出装置に関し、特にいわゆる３分
割光検出器を用いた焦点誤差検出装置に関するものであ
る。

背景技術 ビデオディスクやディジタルオーディオディスク等の情
報記録ディスク（以下、単にディスクと称する）の記録
情報を再生する装置には、ディスクの記録面（被検出面
）上に常に正確に情報検出用の光ビームを収束せしめる
いわゆるフォーカスサーボ装置が不可欠である。このフ
ォーカスサーボ装置では、光ビームをディスクの記録面
上に照射せしめる集光レンズの該記録面での焦点誤差が
検出され、この焦点誤差に基づいて集光レンズの光軸方
向における位置制御が行なわれる。

集光レンズの焦点誤差を検出する方法としては、非点収
差法、ビーム径測定法、ナイフェツジ法、臨界角法等の
検出方法が知られている。このうち、非点収差法及びビ
ーム径測定法においては、受光面が１方向において３分
割された帯状の光検出器を用い、この光検出器の３つの
出力に基づいて焦点誤差の検出が行なわれる。

第６図に、例えば非点収差法を用いた場合の光学系が示
されており、レーザダイオード等の光源１から発せられ
た光ビームは、ビームスプリッタ２を経た後集光レンズ
３によってディスク４の記録面上に収束される。ディス
ク４の記録面上で反射された光ビームは集光レンズ３を
経た後ビームスプリッタ２によってシリンドリカルレン
ズ５に導かれ、当該レンズ５によって非点収差が与えら
れる。シリンドリカルレンズ５で非点収差が与えられた
光ビームが合焦状態で生じる２つの焦線Ｌ１、Ｌ２の間
に光束断面が円形となる位置があり、そこに受光面が位
置するように第７図に示すような形状の３分割光検出器
６を配置する。そして、３つの受光面Ａ、Ｂ、Ｃの各受
光出力ＰＡ＊ＰＢ＊ＰＣから、加算器７及び差動アンプ
８を用いてＰＡ　−（Ｐ８＋Ｐｃ）なる演算式によって
焦点誤差ＦＥを得るのである。

ここで、非点収差法の場合には、集光レンズの位置が合
焦位置からずれると、そのずれ方向に対応して光ビーム
スポットの形状が、第８図（Ａ）及び（Ｃ）に示すよう
に長円形状となり、（Ａ）の状態では（Ｐｓ　＋Ｐｃ　
）が増大し、（Ｃ）の状態ではＰＡが増大する。また、
光ビームのスポット径を測定する方法にあっては、非点
収差法の場合と光学系が多少異なっており、光ビームス
ポット形状が第９図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように変化す
る。いずれの方法の場合も、ＰＡ　−（Ｐａ　十ＰＣ）
なる演算式によって焦点誤差信号ＦＥを得ることができ
るのである。なお、第８図（Ｂ）及び第９図（Ｂ）は合
焦状態のときのスポット形状を示し、この状態ではＰＡ
　−（Ｐａ　＋Ｐｃ）−０となる。

上述した従来の焦点誤差検出装置においては、光検出器
６の両側の受光面Ｂ、　Ｃの分割方向（受光面内におけ
る分割線に垂直な方向）の幅す、　　ｃを中央の受光面
Ａの幅ａと等しくするか、又はそれよりも大きく設定し
ていたので、合焦状態において光ビームスポットの中心
が受光面中心から該分割方向に離間した場合に、ＰＡ　
−（Ｐａ　＋Ｐｃ　）−〇とはならず、合焦状態にある
にも拘らずその離間量に応じた焦点誤差信号ＦＥが発生
してしまうことになる。

すなわち、光ビームスポットが円形で光強度分布が一様
であるものと仮定すると、第１０図に示す如く光ビーム
スポットの中心が受光面中心から離間すると、その離間
量と検出出力レベルとの関係は第１１図に示すようにな
る。ここに、横軸はビームスポットの半径を１とした場
合のスポット中心の受光面中心からの離間量を示し、横
軸は第７図の各部の出力レベルを示し、全光量を受光し
たときレベルが１となるように設定されている。

光検出器６の両側の受光面の幅す、　　ｃは中央の受光
面の幅ａと等しく、０．８０８に設定されている。この
値は、第８図及び第９図の各（Ｂ）に示す合焦状態にお
いて、受光面Ａの受光量と受光面Ｂ、Ｃの受光量の和が
等しくなる幅である。また、第１２図に示すように、光
検出器６の両側の受光面の幅す、　　ｃを２に設定した
場合において、光ビームスポットの中心が受光面中心か
ら離間すると、その離間量と検出出力レベルとの関係は
第１３図に示すようになる。

このように、従来装置にあっては、第１１図及び第１３
図から明らかな如く、合焦状態において光ビームスポッ
トの中心が受光面中心から受光面の分割方向に離間した
場合には、合焦状態にあるにも拘らずその離間量に応じ
た焦点誤差信号ＦＥが発生してしまうので、安定した焦
点誤差信号ＦＥが得られないという欠点がある。

発明の概要 本発明は、上記のような従来のものの欠点を除去すべく
なされたもので、合焦状態におけるスポット中心の受光
面中心からめ位置ずれをある程度許容し、安定した焦点
誤差信号を得ることが可能な焦点誤差検出装置を提供す
ることを目的とする。

本発明による焦点誤差検出装置は、受光面が少なくとも
３分割された第１の光検出器に対しその受光面の分割方
向における少なくとも一方側に第２の光検出器を隣接し
て配設し、合焦状態において第１の光検出器の受光面上
の光ビームスポットの中心がその受光面中心から受光面
の分割方向に偏位したときの焦点誤差信号ＦＥを第２の
光検出器の出力に基づいて補正する構成となっている。

実施例 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、図中第
６図と同等部分は同一符号により示されている。図にお
いて、受光面が例えば３分割された第１の光検出器６に
対し、その受光面の分割方向（分割線に垂直な方向）に
おける例えば両側に第２の光検出器として一対の光検出
器９，１０がそれぞれ所定距離だけ離間して配設されて
いる。第１の光検出器６の受光面Ｂ、Ｃの各出力は信号
増幅率が各々β、・γの増幅器１１．１２で増幅されて
加算器７で加算され、その加算出力は差動アンプ８の（
−）入力となる。一方、受光面Ａの出力はそのまま加算
器１３において、信号増幅率δ。

εを有する増幅器１４．１５でそれぞれ増幅された光検
出器９，１０の各出力と加算され、その加算出力は差動
アンプ８の（＋）入力となる。この差動アンプ８の出力
信号が焦点誤差信号ＦＥとなる。

ここで、光検出器９．１０及び増幅器１４．１５が無い
場合を考えるに、受光面Ａの出力に対する信号増幅率を
αとすると、焦点誤差信号ＦＥは、ＦＥ−ａＰＡ　　（
βＰＢ＋７ＰＣ） なる演算式によって求められる。今、例えば信号増幅率
α、β、γが予め設定されているものとし、合焦状態に
おいて受光面上の光ビームスポットの中心が受光面中心
から受光面の分割方向に偏位したときの焦点誤差信号Ｆ
Ｅの値がスポット偏位許容最大値を越えない最大スポッ
ト偏位範囲をｄｃとし、スポット半径をｒとすると、２
ｒ＋ｄｃ＞ａ十り＋ｃとなるように各受光面Ａ、　　Ｂ
、　　Ｃの幅ａ、ｂ、ｃをそれぞれ選定することにより
、スポットの分割方向の偏位に対してずれの少ない焦点
誤差信号ＦＥが得られることになる。信号増幅率α、β
、γが変われば、当然のことながら、谷幅ａ、ｂ、ｃの
値もそれに応じて変わってくる。また、スポット半径ｒ
が決まれば、受光面Ａの幅ａ及び信号増幅率αが決まり
、この幅ａ及び信号増幅率αに対して受光面Ｂ、　Ｃの
幅す、ｃ及び信号増幅率β、γがそれぞれ決定されるこ
とになる。

上記スポット偏位許容最大値は、合焦状態において受光
面上の光ビームスポットの中心が受光面中心から受光面
の分割方向に偏位したときの焦点誤差信号ＦＥの変化量
がほぼ零である偏位範囲が最大となるように零に近い値
に設定される。これにより、焦点誤差信号ＦＥの変化量
がほぼ零であるスポット偏位範囲が最大となるように、
受光面Ａの幅ａ及び信号増幅率αに対して受光面Ｂ、　
　Ｃの幅す、　　ｃ及び信号増幅率β、γがそれぞれ選
定されることになる。

具体的に、数値例を挙げて説明するならば、説明の簡単
化のために合焦状態における第１の光検出器６の受光面
上の光ビームスポットの外形は完全な円であり、その円
内の光強度分布は一様であると仮定すると、スポット半
径ｒが１００μｍであるとき、中央の受光面Ａの幅ａを
１２０μｍ１両側の受光面Ｂ、　Ｃの幅す、　　ｃを各
々４８μｍとし、スポットが受光面中央にあるときは焦
点誤差信号ＦＥが０となるように増幅器１１．１２の信
号増幅率β、γを２．５倍（ただし、α−１）に選定す
ることにより、スポットの分割方向の偏位に対して焦点
誤差信号ＦＥｏは最も安定となる。

この条件下において、スポットが第１図に矢印で示す方
向（分割方向）に偏位したとき、受光面Ａの出力Ｐ　Ａ
　ｓ増幅器１１．１２の各出力βｐｓ。

γＰｃ及び焦点誤差信号ＦＥｏは第２図に示すように変
化する。この焦点誤差信号ＦＥ、の変化の様子をさらに
詳細に観測すると第３図に示す如き特性となり、焦点誤
差信号ＦＥ、が２％ずれるスポット中心の受光面中心か
らの片側の偏位量は約３２μｍであり、第４、図（Ａ）
に示す位置までしか焦点制御を安定に行なえないことに
なる。

ところが、本発明においては、第１の光検出器６の外側
に一対の光検出器９，１０を隣接して配設し、これら光
検出器９．１０の出力に基づいて第１の光検出器６の各
受光面出力から得られる焦点誤差信号ＦＥ、を補正する
構成となっており、一対の光検出器９．１０の配設位置
、その幅ｄ。

ｅ及び増幅器１４．１５の信号増幅率δ、εを適切な値
に設定することにより、焦点制御を安定に行なえるスポ
ットの許容偏位量を大きくできることになる。一対の光
検出器９，１０の配設位置、その幅ｄ、　　ｅ及び増幅
器１４．１５の信号増幅率δ、εは、光ビームに含まれ
る収差量や光強度分布等によって異なり、シュミレーシ
ヨンによる数値計算によって求めることができる。

先述した数値の実施例においては、第１の光検出器６と
一対の光検出器９．１０との間隔を２４μｍ、光検出器
９．１０の各輪ｄ、　　ｅを２５μｍ。

増幅器１４．１５の信号増幅率δ、εを３倍に設定する
ことにより、増幅器１４．１５の出力δＰＯ９εＰε及
び焦点誤差信号ＦＥは第２図に示すように変化する。こ
の焦点誤差信号ＦＥの中心部分の変化の様子をさらに詳
細に観測すると第３図に示す如き特性となり、スポット
の分割方法の偏位に対して焦点誤差信号ＦＥが安定（そ
のずれ量が２％以内）であるスポットの片側の許容偏位
量が中央の光検出器Ａの幅ａ　（１２０μｍ）以上に拡
大していることがわかる。従って、例えばスポットが第
４図（Ｂ）に示す位置まで偏位しても焦゛点位置がずれ
ないので、焦点制御を安定に行なうことができる。

このとき、焦点位置の移動に対する焦点誤差信号ＦＥの
感度はこの移動量が大きくなると低下することになるが
、これが問題となる場合には、第５図に示すように、差
動アンプ８の後段に増幅率が可変な増幅器１６を設け、
差動アンプ１７，１８において得られる差信号（γＰＣ
−βＰ８）。

（εＰ＝−δＰｏ）によって増幅器１６の増幅率を変化
させるように構成することにより、焦点制御をより一層
安定に行なうことができる。

なお、上記実施例では、説明の簡単化のためにスポット
形状を円形とし、光強度分布が一様である光ビームにつ
いて考えたが、これは使用する光学系に合わせて計算す
れば良く、要は、３分割光検出器の外側に補正用の光検
出器を隣接して配設し、この補正用光検出器の出力によ
って３分割光検出器で得られる信号を補正することによ
って焦点制御が安定である範囲を広げるように構成すれ
ば良いのである。

また、上記実施例においては、３分割光検出器に対して
補正用光検出器を離間して設けた場合について説明した
が、近接配置することも可能であり、又他の光検出器を
離間部分に配置することも可能である。更には、中央の
受光面Ａを更にいくつかに分割し、この中でのスポット
形状を検出して焦点検出の感度を向上させることも可能
である。

更にはまた、上記実施例では、３分割光検出器で最大許
容偏位量をもたせるように受光面Ａ、Ｂ。

Ｃの幅ａ、ｂ、ｃ及び信号増幅率α、β、γを設定する
ようにしたが、３分割光検出器での許容偏位量がもっと
少ない場合にも、それに応じて補正用光検出器の配設位
置、その幅ｄ、ｅ及び信号増幅率δ、εを適当に設定す
ることにより、同様の構成が可能である。

また更に、上記実施例では、３分割光検出器の両側に補
正用光検出器を配設した場合について説明したが、−刃
側のみであっても良く、これによれば許容偏位量が両側
に配設した場合の半分になるが、それ相応の効果を得る
ことができる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、受光面が少なくと
も３分割された光検出器を用いる焦点誤差検出装置にお
いて、３分割光検出器の外側に補正用光検出器を隣接し
て配設し、合焦状態において３分割光検出器の受光面上
のスポット中心がその受光面中心から受光面の分割方向
に偏位したときの焦点誤差信号ＦＥを補正用光検出器の
出力に基づいて補正するようにしたので、安定した焦点
検出を行なうことができ、また光検出器の設置位置の許
容範囲が広がるので、組立てが容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はスポ
ットの偏位量に対する第１図の各部の波形図、第３図は
第２図における焦点誤差信号ＦＥ。 ＦＥｏをさらに詳細に測定した特性図、第４図（Ａ）、
　　（Ｂ）はスポットが光検出器に対して偏位した状態
を示す図、第５図は本発明の他の実施例を示す構成図、
第６図は非点収差法を用いた光学系の一例を示す構成図
、第７図は３分割光検出器の信号処理系を示すブロック
図、第８図（Ａ）〜（Ｃ）は非点収着法による光ビーム
スポットの受光面上の形状変化を示す図、第９図（Ａ）
〜（Ｃ）はビーム径測定法による光ビームスポットの受
光面上の形状変化を示す図、第１０図は受光面Ａ−Ｃの
幅が等しい光検出器と光ビームスポットとの位置関係を
示す図、第１１図は第１０図の光検出器を用いた場合に
おける光ビームスポットの離間量に対する第７図の各部
の出力レベルの変化を示す図、第１２図は受光面Ａの幅
に対して受光面Ｂ、　　Ｃの幅が大なる光検出器と光ビ
ームスポットとの位置関係を示す図、第１３図は第１２
図の光検出器を用いた場合における光ビームスポットの
離間量に対する第７図の各部の出力レベルの変化を示す
図である。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・光源　　　　　２・・・・・・ビームス
プリッタ３・・・・・・集光レンズ ５・・・・・・シリンドリカルレンズ ６・・・・・・第１の光検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １方向において少なくとも３分割された受光面を有し、
   被検出面上に集光レンズを介して照射されかつ前記被検
   出面を経た光ビームを受光する第１の光検出器を備え、
   この第１の光検出器の各受光面出力に基づいて前記集光
   レンズの被検出面での焦点誤差を検出してこれに応じた
   焦点誤差信号ＦＥを出力する焦点誤差検出装置であって
   、前記第１の光検出器に対しその受光面の分割方向にお
   ける少なくとも一方側に隣接して配設された第２の光検
   出器を有し、合焦状態において前記第１の光検出器の受
   光面上の光ビームスポットの中心がその受光面中心から
   前記分割方向に偏位したときの前記焦点誤差信号ＦＥを
   前記第２の光検出器の出力に基づいて補正するようにな
   されたことを特徴とする焦点誤差検出装置。