JPS6333209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば記録媒体上に螺施或いは同心
円状に記録された情報トラツクに対物レンズを経
て読み取り光スポツトを集束して情報を読み取る
装置において対物レンズの記録媒体に対する焦点
はずれを検出する焦点検出装置に関するものであ
る。

上述した情報読み取り装置は従来より既知であ
り、情報トラツクを有する記録媒体には、例えば
ビデオデイスクと呼ばれているものがある。この
ビデオデイスクには情報トラツクに符号化された
ビデオ信号や音声信号が、光学的透過特性、反射
特性、位相特性などの光学的情報として記録され
ている。ビデオデイスクに記録された情報は、こ
れを高速で回転させながらレーザ光源から放射さ
れるレーザ光を対物レンズを経て情報トラツク上
に集束させ、情報トラツクによつて変調された透
過光または反射光を検出して読み取つている。こ
のような記録媒体の特長の一つは、情報の記録密
度が非常に高いことであり、そのため各情報トラ
ツクの幅が極めて狭いと共に、順次の情報トラツ
ク間の間隔も非常に狭くなつている。このように
幅もピツチも狭い情報トラツクから元の情報を正
確に読み取るためには、対物レンズをビデオデイ
スク面に対して常に合焦状態となるようにして、
デイスク面上での光スポツトの径を常に最小とす
る必要がある。このためかかる光学的読み取り装
置においては、対物レンズのデイスク面に対する
焦点はずれを検出し、この焦点はずれ信号に基い
て対物レンズをその光軸方向に変位させるフオー
カツシング制御が行なわれている。

第１図は従来の光学的読み取り装置における焦
点検出装置の一例を説明するための線図である。
レーザ光源１から放射された光（紙面内に直線偏
光している）はコリメータレンズ２によつて平行
光とされ、偏光膜を有する偏光プリズム３、1/4
波長板４および対物レンズ５を経て情報トラツク
を含むデイスク６上に集束される。この光束は凹
凸のピツト形状を持つ情報トラツクにより反射さ
れ、対物レンズ５および1/4波長板４を経て偏光
プリズム３に入射する。偏光プリズム３に入射す
る反射光は、1/4波長板４の作用により紙面に対
し垂直方向に偏光されているから、この光は偏光
プリズム３で反射される。この偏光プリズム３で
反射された光束を集光レンズ７および円柱レンズ
８により集束させる。ここで円柱レンズ８は一軸
方向にのみ集束作用を持つから、集光レンズ７お
よび円柱レンズ８による集束ビームの形状は、デ
イスク６の位置が上下にずれると、情報トラツク
に正しく集束された状態（合焦位置）を境として
直交した方向に変形する。従来は、この形状変化
を例えば四分割した光検出器（図示せず）により
検出して焦点誤差信号を得、この信号によりフオ
ーカツシング制御を行なつている。

しかし、上述した従来の焦点検出装置において
は、偏光プリズム３を反射した後に焦点を結ばせ
るための光路長を必要とするため、光学系が大形
になる欠点がある。また焦点誤差信号を得る光検
出器は、光軸方向とこれと直交する平面内での方
向との二軸方向に正確に配置する必要があるた
め、その位置調整が難しい欠点がある。更に、集
光ビームの形状変化による誤差信号が得られる領
域が狭いため、合焦状態から離れ過ぎると信号が
得られない欠点がある。

このような欠点を除去し、光学系を小形に構成
できると共に、焦点誤差信号を得る光学検出器の
配置が容易で、しかも常に正確に焦点状態を検出
できる焦点検出装置を本願人は既に提案してい
る。

第２図は本願人が先に提案した焦点検出装置の
一例の要部の構成を示す線図である。本例の装置
においては、デイスク６の反射光を偏光プリズム
３で反射させる迄は第１図に示す装置と同じ構成
なので、第１図に示す符号と同一符号は同一光学
部材を表わす。偏光プリズム３で反射した光束を
検出プリズム１０に入射し、その反射面１１によ
り反射される光束を検出器１２で受光する。反射
面１１は、合焦状態での入射光線（平行光束）に
対してほぼ臨界角となるように設定する。このよ
うにすれば、合焦状態では偏光プリズム３で反射
された全光線は反射面１１で全反射され（実際に
は反射面の状態が完全ではないので図示ｎ方向に
幾分の光が透過する）、デイスク６が合焦状態か
らａ方向にずれると偏光プリズム３で反射された
光束は反射面１１に対して最大a_i1〜a_i2で示す傾
き成分を持つ光線束となる。またデイスク６が合
焦状態からｂ方向にずれると、反射面１１への入
射光線はb_i1〜b_i2で示す傾き成分を持つ光線束と
なる。すなわち、デイスク６が合焦状態からずれ
ると、反射面１１への入射光線は光軸上の中心光
線（一点鎖線）を除いて臨界角の前後で連続的に
変化する。したがつて、デイスク６がａおよびｂ
方向に変位して合焦状態からずれると、反射面１
１での反射強度が第３図に示すように臨界角近傍
では僅かな入射角の変化で急激に変化するから、
中心光線を含む紙面に対し垂直な面を境として明
暗の状態がそれぞれ逆になる。これに対し、合焦
状態では、一様に全反射されるから、このような
明暗は現われない。光検出器１２は、このような
反射面１１からの反射光の光量分布を検出するも
ので、第２図中に平面図をも示すように、中心光
線（光軸）を境に二分割した二つの受光領域１２
Ａ，１２Ｂをもつて構成する。なお、第３図は検
出プリズム１０の屈折率が1.50で、Ｐ偏光および
Ｓ偏光におけるそれぞれの反射強度R_PおよびR_S
を示したものである。なお偏光していない光に対
する反射強度は、これらの中間（R_P＋R_S）／２
となる。

第２図において、デイスク６がａ方向に変位し
たときは、反射面１１に入射する光のうち中心光
線より図において下側の光束は、一番外側の入射
光線a_i1を筆頭としてすべての入射光線の入射角
は臨界角よりも小さくなる。したがつて、この部
分では透過光が存在し、一番外側の透過光線a_t1
からｎ迄を含む光線束が透過する。この透過した
分だけ、一番外側の反射光線a_r1から中心光線迄
を含む反射光線束の強度は弱められる。反射面１
１に入射する光のうち、中心光線より図において
上側の光束は、一番外側の入射光線a_i2を筆頭と
してすべての入射角は臨界角よりも大きくなる。
したがつて、この部分では透過光が存在せず、入
射した全ての光線が、一番外側の反射光線a_r2か
ら中心線を含む光束に含まれて反射する。したが
つて、この場合には、光検出器１２上での光量分
布は、受光領域１２Ａが暗くなり、受光領域１２
Ｂが明るくなる。

これに対し、デイスク６がｂ方向に変位したと
きは、反対面１１への入射光線の傾きの関係が上
述したａ方向の場合と逆になり、したがつて光検
出器１２の領域１２Ａ，１２Ｂの明暗の関係が逆
になる。この場合の反射面１１における反射光お
よび透過光をそれぞれ符号b_r1，b_r2およびb_t2で示
す。

なお、合焦状態では光検出器１２の受光領域１
２Ａ，１２Ｂへの入射光量はそれぞれ等しくな
る。

したがつて、各受光領域１２Ａ，１２Ｂの出力
の差を検出することにより、その量および極性か
らずれの量および方向を表わす合焦誤差信号を得
ることができ、この信号に基いて対物レンズ５を
光軸方向に移動制御するフオーカツシング制御を
行なうことができると共に、受光領域１２Ａ，１
２Ｂの出力の和からデイスク６に記録されたピツ
ト対応信号を検出することができる。しかも合焦
状態では反射面１１での透過成分が殆んどないか
ら、光量の損失が極めて少ないと共に、合焦から
外れた場合には、中心光線を境にいずれか一方の
側の光束が全反射され、他方の側の光束の反射強
度が極端に減少するから受光領域１２Ａ，１２Ｂ
における光量差が著しくなる。したがつて、十分
正確に焦点検出を行なうことができる。

上述したところから明らかなように、このよう
な焦点検出装置においては反射面が臨界角に設定
された検出プリズム１０のような光学部材が焦点
検出にもつとも重要な役割をはたすが、その反射
面が空気にさらされているためその表面に空気中
のほこりやごみ等が付着し、またその表面にキズ
がつき易く、その結果検出精度や感度が低下する
という欠点を有する。また外部からの迷光がこの
反射面から入射してしまう欠点もある。更に、そ
の臨界角はその光学部材を構成する材質と空気の
屈折率によつて決定され、従つて光学部材の材質
のみによつて決定されてしまい、設計上の自由度
が狭い欠点がある。

本発明の目的は上述した臨界角を利用して焦点
誤差を検出する合焦検出装置におけるこれらの欠
点を除去することにある。

本発明は、この目的のために、光源から放射さ
れた光を集束させて被照射物体に照射する対物レ
ンズと、この対物レンズと前記光源との間に配置
され、前記光源からの光を該対物レンズに導くと
共に、前記被照射物体で反射され、該対物レンズ
で集光された反射光を光検出器に導く光分割素子
と、前記対物レンズと光検出器との間で前記反射
光の少く共一部の光束を入射するように配置さ
れ、前記反射光の光軸または入射する反射光束中
の一つの光線に対してほぼ臨界角となるように設
定した面を有するプリズムとを具え、このプリズ
ムの前記面で反射された反射光の光量分布の変化
を前記光検出器により検出して前記対物レンズの
前記被照射物体に対する焦点誤差信号を得るよう
に構成した焦点検出装置において、前記プリズム
の前記面を前記プリズムの屈折率より低い屈折率
の物質の層で被覆したことを特徴とする。

本発明の実施に当つては、前記低屈折率の層上
にさらに光吸収層を被覆するのが好適である。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第４図は本発明による焦点検出装置の一例の構
成を示す線図であり、その構成は第２図のものと
略々同一なので、第２図と同一の素子は第２図と
同一の符号で示す。

第４図において１３は検出プリズム１０の反射
面１１上に設けられたプリズム１０の材質よりも
屈折率の低い透明物質の層（オプチカルフアイバ
ーの用語にならつて以下のクラツド層と呼ぶ）で
あり、１４はさらにその上に設けられた光吸収層
で、この層は必ずしも設ける必要はないが、外部
からの迷光の影響が無視できない場合は設けるの
が好適である。

一例では、検出プリズム１０をBK−７（n₁＝
1.51）とし、クラツド層１３にはシリコン樹脂
（n₂＝1.40）を用い、その厚さは数波長程度より
厚くする。光吸収層１４にはカーボンブラツクな
どを混入した樹脂を用いる。本例のようにプリズ
ム１０にBK−７を、クラツド層１３にシリコン
樹脂を用いた場合、臨界角（θ）は θ＝Sin^-1n₂／n₁＝Sin^-11.40／1.51≒68.0゜ となり、このクラツド層を設けない場合（θ≒
41.5゜）より大きな臨界角が得られる。

このように、本発明では検出プリズムの反射面
面にクラツド層を設け、さらにその上に吸収層を
設けるので、ほこりやごみなどが反射面に付着す
ることによる感度の低下を避けることができると
共に反射面を損傷から保護することができ、また
外部からの迷光の入射も完全に防止できる。更
に、上述したところから明らかなようにクラツド
層とプリズムの材質を種々選択使用することで臨
界角を種々に変えることができ、設計上の自由度
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焦点検出方式を適用する光学的
読み取り装置の構成を示す線図、第２図は本願人
が先に提案した焦点検出装置の一例の構成を示す
線図、第３図は臨界角近傍での反射強度の一例を
示す線図、第４図は本発明による焦点検出装置の
一例の構成を示す線図である。 １……レーザ光線、２……コリメータレンズ、
３……偏光プリズム、４……1/4波長板、５……
対物レンズ、６……デイスク、１０……検出プリ
ズム、１１……反射面、１２……光検出器、１３
……クラツド層、１４……光吸収層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源から放射された光を集束させて被照射物
   体に照射する対物レンズと、この対物レンズと前
   記光源との間に配置され、前記光源からの光を該
   対物レンズに導くと共に、前記被照射物体で反射
   され、該対物レンズで集光された反射光を光検出
   器に導く光分割素子と、前記対物レンズと光検出
   器との間で前記反射光の少なく共一部の光束を入
   射するように配置され、前記反射光の光軸または
   入射する反射光束中の一つの光線に対してほぼ臨
   界角となるように設定した面を有するプリズムと
   を具え、このプリズムの前記面で反射された反射
   光の光量分布の変化を前記光検出器により検出し
   て前記対物レンズの前記被照射物体に対する焦点
   誤差信号を得るように構成した焦点検出装置にお
   いて、前記プリズムの前記面を前記プリズムの屈
   折率より低い屈折率の物質の層で被覆したことを
   特徴とする焦点検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記低屈折率の層上にさらに光吸収層を被覆した
   ことを特徴とする焦点検出装置。