JPS6336045B2 - - Google Patents

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ツトを集束する
フオーカス制御のための小型のフオーカス誤差信
号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
スポツトをこの帯状の上にあるように制御するこ
とをトラツキング制御と呼ぶとにし、かつ前記物
体面上に光スポツトが正確に集束するように制御
することをフオーカス制御と呼ぶことにする。

従来から、フオーカス誤差、トラツキング誤差
を検出する手段としてフーコ方式、フアーフイー
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はビームスプリツタ、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
状のトラツクになつている。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分割光デイテクタである。

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、ビームスプリツタ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ツタ３の入
射光と分離して取り出され、円筒レンズ６に入射
し、光デイテクタ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つているため、フオ
ーカスがずれるとデイ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分割光デイテクタ７の中のデイテクタ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。

従つて、４分割光デイテクタ７の中の８，９の
和と１０，１１の和の差をとることにより、フオ
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イテクタ上に集束し
てフオ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、トラツク５から光スポツトが溝に垂直な
方向（図示の矢印１５の方向）にずれるとする。
即ちトラツキング制御はトラツクに垂直な方向の
光スポツトのずれを検出し、ずれが零になるよう
に制御する。光スポツトがトラツク上からずれる
と、反射光のフアーフイールドパターンは回折効
果により不平衡が生ずる。一般に光スポツトのト
ラツ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アーフイ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
場合にはトラツ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はビームスプリツタ３を通つ
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分割光デイテクタ
７上でもエツジ１４に平行な方向の光量不平衡と
なつて残る。即ち、４分割デイテクタ７の中の
８，１０の和と９，１１の和の差をとることによ
り、トラツキング誤差信号を検出できる。このよ
うにトラツキング制御しようとする方向に生じる
回折反射光のフアーフイ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ア
ーフイ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によつ
て集束するため、円筒レンズ６と光デイテクタ７
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
た反射ミラー方式を第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分割光デイテクタである。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。

偏向プリズウ２２を通つた集束光の半分の光は
円筒ミラー２４で集束され、４分割光デイテクタ
２５の中の光デイテクタ２８，２９の間のギヤツ
プ位置に集束される。同様にプリズム２３を通つ
た集束光の半分の光は光デイテクタ２６，２７の
ギヤツプ間に集束される。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２２、ミラー２４、プリズム２３
を通り光デイテクタ２８，２９の間のギヤツプ位
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
じプリズム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は光デイテクタ４５，４
６，４７，４８からなる４分割光デイテクタであ
る。

対象物体２１から反射した光は、ビームスプリ
ツタ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。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
垂直な方向になつている点が異なる。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分割光デイテクタ４４の分割線は前
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、ビームスプリツ
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、光デイテク
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。光デイテクタ４５，４７上の光ス
ポツトにはプリズム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オーカス誤差が生
じると光スポツトは第４図中で光デイテクタ上を
左右に動く。すなわち、デイテクタ４５と４７の
出力信号の差をとればフオーカス誤差が得られ
る。同様のことが光デイテクタ４６と４８上の光
スポツトについてもいえる。しかし、同一のフオ
ーカス誤差に対して、この２個の光スポツトは互
いに逆の方向に動く。従つて、フオーカス誤差信
号は４分割光デイテクタの対角方向の出力の和同
士の減算、即ち（45＋48）−（46＋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
コ方式と呼ばれているものであり、詳しい説明を
省略する。

第６図は本発明の別の実施例を示し、これは第
４図の実施例にトラツキング誤差信号検出をも行
なわしめるように、光デイテクタを変更したもの
である。この第６図においても第１図，第４図で
説明したものと同様のものは同一の符号を付して
いる。

第６図において、矢印１５の方向にトラツキン
グ制御をするとする。前述したように、この方向
に生ずるフアーフイールドパターン上の光量の不
平衡を検出すればよい。この不平衡の向きは、ビ
ームスプリツタ通過後では、第４図で述べた主断
面に平行である。即ち、ビームスプリツタ通過後
で上，下方向に光量の不平衡が生ずる。

８分割光デイテクタ６１はトラツキング誤差信
号検出に関しては２個の２分割光デイテクタから
構成されていると考えられる。主断面に垂直な分
割線で分けられた２分割デイテクタ６２，６６，
６３，６７において、各光デイテクタの出力同士
の減算、即ち（62＋66）−（63＋67）の演算によつ
てトラツキング誤差を検出する。２分割デイテク
タ６４，６８，６５，６９においても同様であ
る。

フオーカス誤差に関しては、第４図の場合と同
様に考えられる。第４図との関係を示すと（62＋
63）が45に、（64＋65）が46に、（66＋67）が47
に、（68＋69）が48に対応する。即ち、４分割光
デイテクタ４４の対角方向の出力の和同士の減算
によつてフオーカス誤差を得ることが出来る。

第７図は第６図を改良した本発明の更に別の実
施例である。これは、第６図のものに対し、トラ
ツキング制御すべき方向が異なる。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ツク５の方向が90゜回
転して示している。

トラツク５の位置では矢印７１の方向にトラツ
キング誤差の不平衡が生ずる。この不平衡成分は
ビームスプリツタ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４
１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、トラツキング誤差信号は主断面に垂
直な分割線で分けられた２分割デイテクタ７３，
７５，７５，７６において、各光デイテクタの出
力同士の減算、即ち（73＋75）−（74＋76）の演算
によつてトラツキング誤差を検出する。

フオーカス誤差に関しては、第４図の場合と同
様に考えられる。第４図との関係を示すと７３が
４５に、７４が４６に、７５が４７に、７６が４
８に対応する。即ち、４分割光デイテクタ７７の
対角方向の出力の和同士の減算によつてフオーカ
ス誤差を得ることが出来る。

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、第６図および第７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……ビームスプリツタ、４……対物レン
ズ、４１，４２……プリズム、４３……円筒ミラ
ー、４４，６１，７２……光デイテクタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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４分割光デイテクタと、前記
   ４分割光デイテクタの対角方向の出力同士の減算
   をするフオーカス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。