JPS6326835A - 焦点検出装置 - 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〕 本発明は焦点検出装置に関し、特に光デイスク装置等の
光学式情報記録再生装置に用いるのに適した焦点検出装
置に関する。

〔従来技術〕

従来から、光ディスクの情報記録、再生において、自動
焦点調整を行う際の焦点検出方法の一つとして、ナイフ
ェツジを用いたものが知られている。第１４図は、光デ
イスク装置における、このようなナイフェツジを用いた
焦点検出装置の原理を示す概略図である。

第１４図において、情報記録媒体であるディスク１で反
射された光束は、対物レンズ２゜センサーレンズ３゛に
よって、２分割センサーの受光面５．６上に集光される
。ここでセンサーレンズ３による集光点近傍にはナイフ
ェツジが抑大され、第１４図（Ａ）に示す様に合焦時に
受光面５．６に到達する光量が均等になるように調整さ
れている。こうすることによって、第１４図（Ｂ＞に示
す様に、ディスクが合焦時よりも遠ざかった場合には、
一方の受光面６に入射する光束がナイフェツジ４で遮蔽
されて光量が減少し、逆に第１４図（Ｂ）の様にディス
クが近すいた場合には、他方の受光面５に入射する光量
が減少する。このように、ディスクのデフォーカス状態
によって、２分割センサーの受光面５．６の各々に入射
する光量が変化することから各受光面の出力の差をとる
ことにより焦点検出信号を得ることかできる。

しかしながら、上記の装置では正確な焦点検出信号を得
る為に、ナイフェツジ及びセンサーを所定の位置に厳密
に配置せねばならず、装置の組立、調整が困難であると
いった問題点があった。またディスクの面振れによる光
軸倒れや、トラッキングの為の対物レンズの移動に伴っ
て、センサー面上でスポットが変位すると、焦点検出信
号に大きな影響が生じ、安定した焦点制御が出来なかっ
た。

（発明の概要〕 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、調整
が簡単で、かつ、外乱による光軸倒れ等の影響が少ない
焦点検出装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、被検面に集束した光束を照射する
手段と、前記被検面で反射又は透過し再び集束した光束
の集光点近傍の光路中に配され、その透過光量及び反射
光量の少なくとも一方が光軸に交叉する方向で徐々に変
化する光学素子と、前記光学素子を透過及び反射する光
の少なくともいずれか一方を受光し、その光量分布の変
化から前記被検面における照射光束の合焦状態を検知す
る手段とから焦点検出装置を購成することによって達成
される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の焦点検出装置を光デイスク装置に通
用した第１実施例を示す概略図である。ここで半導体レ
ーザ等の光源１から発した光は、コリメータレンズ２に
よって平行光束となり、ビームスプリッタ３を透過して
、対物レンズ４によって被検面たるディスク５上に集光
される。ディスク５で反射された光束は、対物レンズ４
を通りビームスプリッタ３で反射され、センサーレンズ
６で再び集束されて検出光束となる。この検出光束の焦
光点近傍の光路中には、光軸に交叉するＡＡ’方向に傾
斜した透過率分布を有する、即ちＡＡ’方向にその透過
光量が徐々に変化するマスク７が配置される。また、こ
のマスク７を透過した光は、前記ＡＡ’方向に受光面が
２分割されたセンサーで受光され、光電変換される。そ
して分割された各々の受光面の出力を差動増幅器りて差
分することにより、焦点検出信号Ｓが得られる。

第２図（Ａ）は、上記マスク７の光の入射側から見た平
面図である。ここて、斜線で示す遮光部と開口部との面
積比は、第１図のＡＡ’方向に対応する方向で徐々に変
化しており、これによってこのマスクの実効的な透過率
は、第２図（Ｂ）の如＜ＡＡ’方向で線形に変化してい
る。尚、第２図（Ｂ）において横軸は対応するマスクの
位置を示し、透過率は最大値を１とする相対量で表わし
た。

次に、第３図を用いて本発明における焦点検出の原理を
説明する。ここでは前述の実施例における検出系のみを
簡略化して示し、第１図と同一の部材には同一の符号を
付し詳細な説明は省略する。

第３図（Ａ）の如く、合焦状態にある時は、検出光束は
集光位置でマスク７を通り、透過光には光量分布の変化
を生じない。従って、２分割センサーの受光面８．．８
２にはほぼ均等の光量が入射し、第１図の差動増幅器り
からは出力を生じない。ところが、第３図（Ｂ）の如く
、ディスク５が遠ざかると、検出光束の集光点は前側に
移動し、マスク７を透過する光を受光する受光面の内、
透過率の高いＡ′側に配置された受光面８．に入射する
光量か、受光面８□よりも相対的に増加する。従って、
第１図の差動増幅器りからは正の出力が得られ、ディス
ク５が遠すぎることが検知される。

一方、第３図（Ｃ）の如く、ディスク５が近ずき過ぎる
と、検出光束の集光点は後側に８動し、第３図（Ｂ）の
場合とは逆にマスク７のＡ′側を通る光が受光面８２で
受光されるようになって、受光面８２への入射光量が、
受光面８１よりも増加する。そして、第１図の差動増幅
器りからは負の信号が出力し、ディスク５が近すいたこ
とが検知される。

上記のようなセンサー上の光量分布の変化を表わしたの
が第４図である。ここで、第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ
）は、夫々第３図（Ａ）。

（Ｂ）、（Ｃ）の状態に対応しており、ディスクが合焦
状態からはずれると、センサーの分割中心Ｃに関して非
対称に光量分布が変化することがわかる。

前述の実施例において、マスク７の位置調整はナイフェ
ツジに比べると非常に簡単である。

例えば、ナイフェツジの場合、光軸に垂直な方向にはエ
ツジ部を光軸に非常に近い位置にくるよう厳密な調整が
必要である。これは、エツジ部が光束にかかってしまう
と、センサーに光が入射しなくなり、反対に達すざると
焦点外れが生じてもエツジ部に光束がかからず、検出感
度が低下してしまう為である。これに対し、マスク７は
透過率が徐々に変化している為、ＡＡ’方向に配置がず
れても、合焦状態では透過全光量が多少変化するのみで
、焦点検出信号には影響を与えない。従って、マスクの
位置精度の要求は大幅に緩和され、組立・調整が非常に
簡単である。また、ナイフェツジを用いた場合には、デ
ィフォーカス状態において検出位置５における光量分布
が、所定の位置を境として急峻に立ち上がる為、センサ
ーの配置も厳密に調整する必要があるが、本発明では、
光量分布がゆるやかに変化している為、センサーの位置
誤差による焦点検出信号への影響も小さく、センサー位
置の調整も簡単である。また、同様の理由で、本発明で
は光軸倒れが生じても焦点検出信号への影響が小さく、
ディスクの面振れ等に強い、安定した焦点検出が可能で
ある。

前述の実施例において、マスク７として第５図に示すよ
うに斜線の遮光部に複数の円形開口が設けられ、この開
口の数が所定の方向に沿って徐々に増えていくようなも
のを用いても良い。また第６図のように、所定の方向に
沿って幅が徐々に大きくなるようなスリットを設けたマ
スクとしても良い。更にマスク７の代わりに第７図に示
すような、所定方向に沿って光学濃度が徐々に変化する
フィルター（所謂光学くさび）を用いてもかまわない。

一方、マスク或いはフィルターにおける透過率の変化も
、第２図（Ｂ）の如く線形なものに限らず、焦点検出の
感度が所望のものとなるように、第８図（Ａ）、（Ｂ）
のように非線形なものや第８図（Ｃ）のように透過率が
階段状に変化するようなものとしても良い。

また、第１図のマスクに代えて、第９図（Ａ）に示すよ
うに中心部１４を境に各々逆方向に透過率が変化するマ
スクを用いても、同様に焦点検出信号を得ることが出来
る。第１０図（Ａ）、（Ｂ）は夫々第９図（Ａ）におけ
るＢＢ’方向及びｃｃ’方向の透過率分布を表わしたも
のである。第９図（Ａ）の如きマスクを用いる場合には
、センサーとして、第９図（Ｂ）に示す４分割センサー
を用いる。ここで焦点検出信号は、受光面１５及び１６
の出力の和と、受光面１７及び１８の出力の和とを差分
することによって得られる。

このように４分割センサーを用いた場合には、前述の如
くディスク面振れ等によってセンサー上で検出光のスポ
ットが変位した場合にも、この影響を相殺して、より安
定した焦点検出を行なうことができる。更に、第９図（
Ａ）のマスクの代わりに、第１１図のように半分ずつ各
々逆方向に光学濃度が徐々に変化するフィルターを用い
ても良い。

更に、第１図においては、透過率が徐々に変化するマス
クを用い、その透過光量を検知したが、マスクの代りに
傾斜した反射率分布を有する、即ち反射率が光軸に交叉
する方向で徐々に変化するミラーを用いて、このミラー
で反射された光束をセンサーで受光するようにしても、
同様の原理で焦点検出信号が検出出来る。このようなミ
ラーは第２図、第５図或いは第６図において斜線で示す
遮光部をＡ１等の蒸着によって反射性とすることによっ
て得られる。また、第７図の如きフィルターに対応して
、反射濃度が徐々に変化するミラーを用いても良い。こ
のようなミラーは、例えば透明板にＡＪ２等の反射膜を
、場所によって厚みを徐々に変化させて成膜することに
よって得られる。

上記の如きミラーを用いると、透過光及び反射光を両方
共センサーで受光するようにも構成出来る。この例を第
１２図に示す。第１２図は本発明の他の実施例の検出系
のみを簡略化して示したもので、他の部分は第１図と同
様に構成される。ディスク１９で反射された光束は対物
レンズ２０．センサーレンズ２１を通って集束され、光
路中の集光点に配されたミラー２２によって光束の一部
が反射され、残りの部分が透過する。ミラー２２は前述
のように、光軸と交叉する方向に透Ａ率及び反射率が共
に徐々に変化するように形成されている。また、ミラー
２２を透過した光は、受光面が２３及び２４に分割され
た２分割センサーに入射し、ミラー２２で反射した光は
受光面２５．２６を有する別の２分割センサーに入射し
て各々光電変換される。そして、受光面２３及び２４の
出力の差と、受光面２５と２６の出力の差とを足し合せ
ることにより、焦点検出信号を第１図の例の倍の感度で
得ることが出来る。

Ｓ１３図は、第１２図のマスク２２の具体的な実施形態
を示す例であり、プリズムの間に前記マスク２２をはさ
んで、該プリズムの外部にセンサーをはり付ければ、構
成が簡単になり、又、組立・調整も容易となる。

本発明は以上説明した実施例の他にも、種々の応用が可
能である。例えば実施例ではディスクの反射光から焦点
検出を行なったが、透過型の光ディスクを用いた場合に
は、このディスクの透過光から焦点検出信号を得るよう
に構成することも出来る。また、本発明は前述の光デイ
スク装置に限らず、形状検知装置或いは距離測定装置等
、物体に光束を集束させる必要のあるものには全て適用
が可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は従来の焦点検出装置にお
いて、検出光束の集光点近傍に傾斜した透過又は反射率
分布を有する光学素子を配し、その透過光又は反射光の
光量分布の変化から焦点検出を行なうようにしたので、 １）装置の組立・調整が容易になる ２）外乱等の検出光束の変位による検出信号への影響が
小さくなる ３）透過又は反射率分布の設定に応じて任意の検出感度
が得られる等の効果を奏するもの

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく焦点検出装置の一実施例を示す
概略図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は夫々前記実施例に用い
るマスクの構成及びその透過率分布を示す図、第３図（
Ａ）、（Ｂ）。 （Ｃ）は夫々前記実施例Ｉ例における焦点検出の原理を
説明する概略図、第４図（Ａ）、（Ｂ）。 （Ｃ）は夫々第３図に対応するセンサー上の受光光量分
布を示す図、第５図、第６図及び第７図は夫々本発明に
用いることの出来るマスク及びフィルターの他の例を示
す図、第８図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は夫々マスク或い
はフィルターの透過率分布の設定例を示す図、第９図（
Ａ）、（Ｂ）は夫々第１図の実施例におけるマスク及び
センサーの変形例を示す図、第１０図（Ａ）、（Ｂ）は
夫々第９図（Ａ）のマスクの透過率分布を示す図、第１
１図は第９図（Ａ）のマスクの代わりに用いることの出
来るフィルターを示す図、第１２図及び第１３図は夫々
本発明の他の実施例を示す概略図、第１４図（Ａ）、（
Ｂ）、（Ｃ）は夫々従来の焦点検出装置における焦点検
出の原理を説明する図である。 １　−−−−−−−一光源、 ２−−−−−−−−コリメータレンズ、３　−−−−−
一−−ビームスプリッタ、４　−−−−−−−一対物レ
ンズ、 ５　−−−−−−−−ディスク、 ６　−−−−−−−−センサーレンズ、７　−−−−−
−−−マスク、 ８　−−−−−−−−２分割センサー、Ｄ　−−−−−
−−一差勅増幅器、 Ｓ　　−一−−−−−−焦点検出信号。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検面に集束した光束を照射する手段と、前記被
   検面で反射、又は透過し再び集束した光束の集光点近傍
   の光路中に配され、その透過光量及び反射光量の少なく
   とも一方が光軸に交叉する方向で徐々に変化する光学素
   子と、前記光学素子を透過及び反射する光の少なくとも
   いずれか一方を受光し、その光量分布の変化から前記被
   検面における照射光束の合焦状態を検知する手段とから
   成る焦点検出装置。
2. （２）前記光学素子が、前記方向に沿って面積が徐々に
   変化する開口部を設けたマスクから成る特許請求の範囲
   第１項記載の焦点検出装置。
3. （３）前記光学素子が、前記方向に沿って光学濃度が徐
   々に変化するフィルターから成る特許請求の範囲第１項
   記載の焦点検出装置。