JPS6343813B2 - - 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旋或いは同心
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方法およびかかる方
法を実施する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小さくする必
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づいて
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
点検出方式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）はコリメートレンズ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および円筒レンズ８によ
り集束させる。ここで円筒レンズ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
筒レンズ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
シング制御を行つている。

しかし、上述した従来の焦点検出方式において
は、偏光プリズム３を反射した後に焦点を結ばせ
るため大きな光路長を必要すとるため、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。

本発明の目的は、上述した欠点を除去し、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方法および装置を
提供せんとするにある。

本発明の焦点検出方法は、光源から射出された
光を対物レンズにより被照射物体上に集束させ、
その反射光の少なく共一部を、該反射光束中の一
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に入射させ、このプリズム
の前記面で屈折された透過光の光量分布の変化を
検出することとにより、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ことを特徴
とするものである。

更に本発明の焦点検出方法は、光源から射出さ
れた光を対物レンズにより被照射物体上に集束さ
せ、その反射光を前記対物レンズが前記被終車物
体に対して合焦状態にあるときにほぼ平行光とな
るようにし、この反射光の少なく共一部を、該反
射光束の光軸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に入射させ、このプリ
ズムの前記面で屈折された透過光の光量分布の変
化を検出することにより、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ことを特
徴とするものである。

更に本発明の焦点検出装置は、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、この検出プ
リズムの前記面で屈折された透過光の光量分布の
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
ように構成したことを特徴とするものである。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第２図は本発明による焦点検出方法を実施する
光学的読み取り装置の一例の要部の構成を示す線
図である。レーザ光源のような偏光を放射する光
源２１からの光をコリメートレンズ２２により平
行光束とし、プリズム２３および1/4波長板２４
を経て対物レンズ２５に入射させ、光スポツトを
デイスク２６上に投射させる。デイスク２６から
の反射光を対物レンズ２５で集光し、1/4波長板
２４を経て偏光プリズム２３に入射させると、こ
の光は偏光プリズムで反射される。本例では偏光
プリズム２３で反射した光束を検出プリズム２７
に入射し、その１つの面２７ａで屈折される透過
光を第１および第２の光検出器２８Ａおよび２８
Ｂで受光する。この面２７ａ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。もし臨界角に丁度設定されれば、
合焦状態では偏光プリズム２３で反射された全光
線は面２７ａで全反射され（実際には面の状態が
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２６が合焦状態からａ方向にずれ
ると偏光プリズム２３で反射された光束は面２７
ａに対して最外側の光線を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２６が合焦
状態からｂ方向にずれると、面２７ａへの入射光
線は最外側の光線を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２６が合焦
状態からずれると、面２７ａへの入射光線は光軸
上の中心光線（三点鎖線）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２６
がａおよびｂ方向に変位して合焦状態からずれる
と、面２７ａで屈折される透過光の強度は第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れない。光検出
器２８Ａ，２８Ｂは、このような面２７ａで屈折
される透過光の光量分布を検出するものである。
なお、第３図は検出プリズム２７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透過
光強度T_PおよびT_Rを示したものである。なお偏
光していない光に対する透過光強度は、これらの
中間 （T_P＋T_S）／２となる。

第２図において、デイスク２６がａ方向に変位
したときは、面２７ａ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
光を光検出器２８Ａで受光する。また面２７ａ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
すべての入射光線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から中心光線迄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２８
Ａ，２８Ｂでの光量分布は、光検出器２８Ａが明
るくなり、光検出器２８Ｂでは暗いまま変化しな
い。

これに対し、デイスク６がｂ方向に変位したと
きは、面２７ａ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２８Ａは暗いまま変化せず、光検出器２８Ｂは
明るくなる。この場合の面２７ａ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２８Ａ，２８Ｂへ
の入射光はない。

したがつて、第４図に示すように光検出器２８
Ａ，２８Ｂの出力の差を差動増幅器２９で検出す
ることより、その量および極性からずれの量およ
び方向を表わす焦点誤差信号を得ることができ、
この信号に基づいて対物レンズ２５を光軸方向に
移動制御するフオーカツシング制御を行うことが
できる。

さらにデイスク２６にピツトとして記録された
情報信号を検出するために、面２７ａで反射され
た光束を受光する第３の光検出器３０を設ける。
この光検出器３０の出力は、デイスク２６が合焦
状態から外れた場合でも存在するが、さらに第４
図に示すように第１および第２の光検出器２８
Ａ，２８Ｂの出力をも加算器３１で加算すること
により、フオーカツシング状態に影響されない
Ｓ／Ｎの高い情報信号を得ることができる。

例えば対物レンズ２５としてNA＝0.5、ｆ＝３
mmのものを使うとすれば、デイスク２６が1μm変
化したときの面２７ａに対する入射角の変化は検
出プリズム２７の屈折率を1.50として、一番変化
量の大きい光線（一番外側の光線）に対して
0.015゜程度となり、光量は充分に変化する。

なお、第２図では検出プリズム２７の屈折率を
√２として、反射光線を入射光線に対して90゜方
向を変えるようにしたが、これよりも大きい屈折
率をもつ材料を使うこともできる。

第５図は本発明による焦点検出方法を実施する
装置の他の例を示すものである。第３図から明ら
かなように、面２７ａでの透過光の光量変化はＳ
偏光よりＰ偏光の方が急峻であり、したがつて検
出感度は高い。第５図に示す実施例では偏光プリ
ズム２３と検出プリズム２７の間に90゜回転子３
２を挿入し、偏光プリズム２３で反射されるＳ偏
光をＰ偏光に変換して検出プリズム２７の面２７
ａに入射させるようにしている。また本例では第
１および第２の光検出器２８Ａおよび２８Ｂを面
２７ａと平行に配置し、これら光検出器の間に遮
光性マスク３３を配置する。なお、第１および第
２の光検出器２８Ａおよび２８Ｂは第６図に示す
ように面２７ａに対して僅かに傾斜して配置する
こともできる。

第７図は検出プリズム２７の面２７ａにＰ偏光
を入射させるようにした他の実施例を示すもので
ある。本例では光源２１から放射されるＳ偏光を
偏光プリズム２３で反射させて対物レンズ２５に
よりデイスク２６に投射し、その反射光を1/4波
長板２４でＰ偏光として偏光プリズム２３を透過
させて検出プリズム２７に入射させるようにした
ものである。

第８図は本発明による焦点検出装置のさらに他
の実施例の一部分を示すものである。本例ではデ
イスク（図示せず）からの反射光を偏光プリズム
２３で反射させて検出プリズム３４に入射させる
が、この検出プリズム３４にはほぼ臨界角に設定
した２つの面３４ａおよび３４ｂを設け、これら
の間で複数回全反射させるようにする。この検出
プリズム３４の面３４ａ，３４ｂで屈折された透
過光を光検出器３５Ａ〜３５Ｈで受光し、反射光
を光検出器３０で受光する。光検出器３５Ａ〜３
５Ｄの出力の和と、光検出器３５Ｅ〜３５Ｈの出
力の和との差を求めることにより焦点誤差信号を
得ることができる。また光検出器３０の出力から
情報信号を得ることができる。この場合、光検出
器３５Ａ〜３５Ｈの総ての出力を光検出器３０の
出力と加算して情報信号を得ることもできる。

第９図は本発明による焦点検出装置のさらに他
の実施例を示すものである。本例は偏光プリズム
２３と検出プリズム２７との位置関係を逆にした
ものである。すなわち、光源２１からの光をコリ
メートレンズ２２により平行として偏光プリズム
２３に入射させ、偏光プリズム２３で反射された
光を検出プリズム２７の面２７ａで全反射させ、
１／４波長板２４および対物レンズ２５を経てデイ
スク２６上に投射する。デイスク２６で反射され
た光を対物レンズ２５で集光し、1/4波長板２４
を経て検出プリズム２７に入射させ、その面２７
ａで屈折される透過光の光量分布の変化を第１お
よび第２の光検出器２８Ａおよび２８Ｂにより受
光して焦点誤差信号を得るようにする。一方面２
７ａで反射された光束は偏光プリズム２３を透過
し、第３の光検出器３０に入射する。この第３光
検出器３０の出力から情報信号を得ることができ
る。

第１０図は本発明による焦点検出装置のさらに
他の例を示すものであり、本例では偏光を利用し
ないものであり、光源２からの光をハーフミラー
３６を経てコリメートレンズ２２に入射させて平
行光束とし、これを検出プリズム２７の面２７ａ
で反射させて対物レンズ２５によりデイスク２６
上に投射する。デイスク２６の反射光を対物レン
ズ２５により集光し、検出プリズム２７の面２７
ａに入射させ、この面で屈折される透過光を第１
および第２の光検出器２８Ａおよび２８Ｂで受光
して焦点誤差信号を得ることができる。これら第
１および第２の光検出器の間には遮光性マスク３
７を配置する。面２７ａで反射された光束の内、
ハーフミラー３６で反射される光を第３の光検出
器３０で受光し、情報信号を得ることができる。

第１１図は第１０図の変形例を示すものであ
り、本例では第８図に示した複数回全反射を行う
長尺の検出プリズム３４を用いる。さらに本例で
は光源２１を半導体レーザを以つて構成し、検出
プリズム３４で反射された光を半導体レーザ光源
２１に戻すようにする。このように構成すると半
導体レーザの自己結合効果によりその端子電圧は
入射光量の強度に対応して変化することになるの
で、この端子電圧の変化を信号処理回路３８で処
理することにより情報信号を得ることができる。

本発明は上述した例にのみ限定されるものでは
なく、種々の変形、変更が可能である。例えば上
述した例において偏光プリズム２３と検出プリズ
ム２７を用いる場合に、これらを一体のプリズム
として構成することもできる。

また上述した実施例では合焦時にプリズムの面
に入射する光は平行光束となる場合について説明
してきたが、合焦時回転デイスクから反射され、
対物レンズ２５と光分割素子２３を通つて出てき
た光束が集束光または発散光となる場合でも本発
明を適用することができる。また、このような場
合に、上述の実施例の光分割素子２３と検出プリ
ズム２７の間に発散光の時には第１２図Ａに示す
ように凸レンズ３９を、集束光の時には第１２図
Ｂに示すように凹レンズ４０を介在させて発散
光、集束光を平行光となし、前記せる実施例と同
じく平行光を検出プリズム２７に入射させて検出
プリズム２７の面２７ａをほぼ臨界角に設定し、
前述せる実施例と同じくこの反射面で屈折される
透過光の光量分布の変化を検出する光検出器２８
Ａ，２８Ｂを配置して同様な方法で合焦検出する
ことができる。さらに上述した実施例では検出プ
リズム２７の一側面を面２７ａとする例について
説明したが、これに限定されるものでなく臨界角
に設定できる光学部材ならなんでも良く、例えば
ガラス板で構成することもできる。さらに本発明
は上述したビデオデイスクにおける光学的読み取
り装置の他、種々の光学機器の焦点検出に適用す
ることができる。

また第６図に示す実施例では90゜回転子３２を
設けたが、これを省き、検出プリズム２７を光軸
の回りに90゜回転させることによつても同等の効
果を得ることもできる。さらに第１１図に示す例
において、検出プリズム３４の代りに１回反射の
検出プリズムを用いることもでき、第１０図に示
す例において光分割素子３６を偏光プリズムと
し、これとデイスク２６との間の光路内に1/4波
長板を配置することもできる。

【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図は本発明
による焦点検出方法を実施する光学的読み取り装
置の要部の一例の構成を示す線図、第３図は臨界
角近傍での透過光強度の一例を示す線図、第４図
は焦点誤差信号を取出す回路の一例の構成を示す
回路図、第５図は本発明による焦点検出方法を実
施する光学的読み取り装置の他の例の要部の構成
を示す線図、第６図は同じくその一部の変形例を
示す線図、第７図、第８図、第９図、第１０図、
第１１図および第１２図はそれぞれ本発明による
焦点検出方法を実施する光学的読み取り装置の更
に他の例の要部またはその一部の構成を示す線図
である。 ２１…レーザ光源、２２…コリメータレンズ、
２３…偏光プリズム、２４…1/4波長板、２５…
対物レンズ、２６…デイスク、２７，３４…検出
プリズム、２７ａ，３４ａ，３４ｂ…プリズムの
面、２８Ａ，２８Ｂ，３０，３５Ａ〜３５Ｈ…光
検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源から射出された光を対物レンズにより被
   照射物体上に集束させ、その反射光の少なく共一
   部を、該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に
   入射させ、このプリズムの前記面で屈折された透
   過光の光量分布の変化を検出することにより、前
   記対物レンズの前記被照射物体に対する焦点誤差
   信号を得ることを特徴とする焦点検出方法。 ２ 前記プリズムに入射させる前記被照射物体か
   らの反射光を、前記プリズムの前記面に対してＰ
   偏光となるように設定したことを特徴とする特許
   請求の範囲１記載の焦点検出方法。 ３ 前記プリズムでの反射回数を複数回としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１記載の焦点検出
   方法。 ４ 前記プリズムと光源との間に偏光プリズムを
   配置し、前記光源から射出される偏光をこの偏光
   プリズムを経て前記プリズムの前記面で全反射さ
   せて前記被照射物体に入射させ、この被照射物体
   からの反射光のうち前記プリズムの前記面で屈折
   された透過光の光量分布の変化を検出することを
   特徴とする特許請求の範囲１記載の焦点検出方
   法。 ５ 光源から射出された光を対物レンズにより被
   照射物体上に集束させ、その反射光を前記対物レ
   ンズが前記被照射物体に対して合焦状態にあると
   きにほぼ平行光となるようにし、この反射光の少
   なく共一部を、該反射光束の光軸に対してほぼ臨
   界角となるように設定した面を有するプリズムに
   入射させ、このプリズムの前記面で屈折された透
   過光の光量分布の変化を検出することにより、前
   記対物レンズの前記被照射物体に対する焦点誤差
   信号を得ることを特徴とする焦点検出方法。 ６ 前記プリズムと光源との間に偏光プリズムを
   配置し、前記光源から射出された偏光をこの偏光
   プリズムを経て前記プリズムの前記面で全反射さ
   せて前記被照射物体に入射させ、この被照射物体
   からの反射光のうち前記プリズムの前記面で屈折
   された透過光の光量分布の変化を検出することを
   特徴とする特許請求の範囲５記載の焦点検出方
   法。 ７ 前記プリズムに入射させる前記被照射物体か
   らの反射光を、前記プリズムの前記面に対してＰ
   偏光となるように設定したことを特徴とする特許
   請求の範囲５または６記載の焦点検出方法。 ８ 前記プリズムでの反射回数を複数回としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲５または６記載の
   焦点検出方法。 ９ 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の少なく
   共一部の光束を入射させるように配置され、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
   面で屈折された透過光の光量分布の変化を少なく
   共２個の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
   うに構成したことを特徴とする焦点検出装置。 １０ 前記被照射物体を、情報信号を記録した光
   学式デイスクとし、前記プリズムの前記面で反射
   される反射光を受光して前記デイスクに記録した
   情報信号を再生する第３の光検出器を設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲９記載の焦点検出装
   置。 １１ 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
   対物レンズに導くと共に、前記被照射物体で反射
   され、対物レンズで集光された反射光を前記光源
   に導くように、前記対物レンズと光源との間で前
   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、このプリズ
   ムの前記面で屈折された透過光の光量分布の変化
   を検出する少なく共２個の光検出器とを具え、こ
   れら光検出器の出力により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
   成したことを特徴とする焦点検出装置。 １２ 前記光源を半導体レーザとすると共に前記
   被照射物体を情報信号を記録した光学式デイスク
   とし、前記半導体レーザの自己結合効果により前
   記デイスクからの反射光の強度変化に応じて変化
   する半導体レーザの端子電圧を検出して前記情報
   信号を再生する手段を具えることを特徴とする特
   許請求の範囲１１記載の焦点検出装置。