JPH01220223A - 光学式情報読み取り装置 - 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】 この発明は、光カード、コンパクトディスク、ビデオデ
ィスク等の光学式記録媒体に記録された情報を読み取る
ための光学式情報読み取り装置に関する。

〔従来の技術〕

光学式情報読み取り装置は従来種々のものが提案されて
おり、例えば特開昭５６−８３８４９号公報には、光源
からの光をコリメータレンズ、ビームスプリッタおよび
対物レンズを介して光学式記録媒体に投射し、その反射
光を対物レンズ、ビームスプリッタおよび収束レンズを
経て光検出器で受光して情報を読み取るようにしたもの
が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の光学式情報読み取り装置にあっては、光
源をコリメータレンズの焦点位置に配置することによっ
て、光源からの光をコリメータレンズにより平行光束と
し、この平行光束を対物レンズにより収束して光学式記
録媒体に投射し、その反射光を受光す°る光検出器の出
力に基づいて、記録媒体に記録されている情報を読み取
ると共に、読み取り光をトラックに追従させるためのト
ラッキングエラー信号および対物レンズの焦点位置を記
録媒体上に位置させるためのフォーカスエラー信号を得
るようにしている。

このように、従来の光学式情報読み取り装置にあっては
、光源からの光を平行光束として対物レンズによりその
焦点位置において記録媒体に投射するようにしているた
め、記録媒体上における読み取り光のスポットが極めて
小さい。このため、読み取り位置によっては正確なトラ
ッキングエラー信号やフォーカスエラー信号が得られな
くなったり、また微小のトラックはずれにより情報を正
確に読み取れなくなるという問題がある。また、特開昭
６３−７５３３号公報に開示されている光カードのよう
に、１トラツクの幅が大きく、その幅方向に複数のデー
タが記録されている場合には、情報の正確な読み取りが
困難になる。

このような問題を解決するため、本願人は光源をコリメ
ータレンズの焦点位置からずらして配置して記録媒体を
デフォーカス状態で照明するようにした光学式情報読み
取り装置を既に提案した。

かかる情報読み取り装置によれば、記録媒体上の照明領
域を大きくできるので、トラック幅の大小に拘らず情報
を容易に読み取ることができるという利点がある。しか
しながら、本発明者らの種々の実験によれば、この読み
取り装置には以下のような改良すべき点があることが判
明した。

すなわち、光学式記録媒体は、一般に記録層上に透明層
を積層して構成されているため、単に読み取り光を記録
層上でデフォーカス状態になるように照射すると、その
反射光によって透明層上に形成されるスポットの大きさ
が記録層上におけるスポットの大きさよりも小さくなり
、これがため透明層上に付着した汚れやゴミの影響を受
は易くなって、情報を常に正確に読み取れなくなるとい
う問題がある。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、光学式記録媒体上に付着したゴミ等の影響を少なく
でき、情報を常に正確に読み取り得るよう適切に構成し
た光学式情報読み取り装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、この発明では光源からの光をコリメータレン
ズおよび対物レンズを経て記録層上に透明層を積層して
成る光学式記録媒体にスポット状に照射し、その反射光
から前記記録層に記録されている情報を読み取るように
した光学式情報読み取り装置において、前記光源を前記
コリメータレンズの焦点位置からずらして配置して、前
記記録層での反射光による前記透明層上のスポット面積
が、前記記録層上でのスポット面積よりも大きくなるよ
うに、前記光学式記録媒体をデフォーカス状態で照明す
るよう構成する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すものである。

この実施例は光カードｌに記録されている情報を読み取
るもので、光カード１は記録層１ａとその上に積層され
た透明層１ｂとを有する。この光カード１に、その透明
層１ｂ側から半導体レーザ２からの読み取り光を、コリ
メータレンズ３、拡散板４、ビームスプリッタ５、対物
レンズ６お・よび絞り７を経て垂直に投射し、その反射
光を絞り７、対物レンズ６、ビームスプリッタ５および
収束レンズ８を経て光検出器９で受光するようにする。

拡散板４は、例えば第２図ＡおよびＢに底面図および拡
大断面図を示すように、平面ガラス４ａの一表面に球面
状の凹面４ｂを多数形成して構成し、これにより半導体
レーザ２から射出される点光源の読み取り光を拡散させ
て面光源にする。なお、半導体レーザ２、コリメータレ
ンズ３、拡散板４、ビームスプリッタ５、収束レンズ８
および光検出器９は光カードリーグにおける光ピツクア
ップのペースに固定し、対物レンズ６および絞り７はホ
ルダに保持してこれを対物レンズ６の光軸方向および光
カード１のトラックと直交する方向に変位可能に光ピツ
クアップのベースに支持する。

第３図は光カード１の一例の構成を示すものである。こ
の光カード１は、−表面の前後を反転して光カードリー
グに挿入して情報を読み取り得るように、その−表面に
２個の記録領域１１ａ　、　ｌｌｂが形成されていると
共に、読み取るべき記録領域と光カードリーダにおける
読み取り位置との相対位置を検出するために、各記録領
域１１ａ　、　ｌｌｂに対応して位置検出マーク１２ａ
　、　１２ｂが形成されている。また、各記録領域１１
ａ　、　ｌｌｂには光カードリーグへの挿入方向に延在
して多数本のトラックが形成されており、これらトラッ
クの両端部にトラック番号等が記録されたシーク部１３
ａ　　；　１３ｂ　。

１４ａ　、　１４ｂが形成されていると共に、シーク部
間に所要の情報が記録されたデータ部１５ａ　、　１５
ｂが形成されている。各トラックは、第４図に一方の記
録領域１１ａのトラック１６を示すように、はぼ等間隔
に分割した１９本のラインを有し、上方から数えて第１
０ラインに、シーク部１３ａ、データ部１５ａおよびシ
ーク部１３ｂに亘って形成された等間隔の黒色パターン
からなるクロック発生用、フォーカスエラー検出用およ
びトラッキングエラー検出用のクロックパターン１７を
有する。また、シーク部１３ａ　、　１３ｂにはトラッ
ク番号を表わすトラック番号パターンが形成されている
と共に、このトラック番号パターンを認識するための各
トラック共通の固定の認識パターンが形成されている。

更に、データ部１５ａにおいて、各トラック１６には複
数のフレーム１８が設けられていると共に、隣接するフ
レーム間およびシーク部１３ａ　、　１３ｂとこれに隣
接するフレーム１８との間には各フレームを認識するた
めのフレーム番号パターンが形成されている。このよう
にして、この例ではクロックパターン１７の上方の第１
〜８ラインおよび下方の第１２〜１９ラインで各々８ビ
ツトから成るバイトが構成され、これらデータを黒色の
クロックパターン１７に同期して同時に読み取るように
なっている。

他方の記録領域１１ａにおけるトラックも同様に形成さ
れている。

この実施例では、光ピツクアップを光カード１のトラッ
クと直交する方向に移動させてシーク部を読み取ること
により所望のトラックをシークし、そのトラックのデー
タ部に記録されている情報を光カード１をトラック方向
に移動させて読み取るが、上記のように光カード１の各
トラック１６は１９本のラインをもって構成され、その
幅方向に複数のデータが記録されている。したがって、
各トラック１６の幅は１ラインを１０μｍとすると１９
０　μｍに、また１ラインを４μ清とすると７６μｍと
大きくなる。

このように幅の大きいトラックを読み取るため、この実
施例では第１図において半導体レーザ２を、該半導体レ
ーザ２から射出される断面楕円形の読み取り光の長袖方
向が光カード１のトラックの幅方向となるように、かつ
その発光点２ａがコリメータレンズ３に対してその焦点
位置３ａよりも若干手前に位置するように配置し、これ
によりコリメータレンズ３を透過した読み取り光を若干
発散光として光カード１の記録層ｌａ上におけるトラッ
ク１６を十分照明できるようにデフォーカス状態で照明
するようにする。

ここで、読み取り光のデフォーカス量は、第５図Ａに示
すように記録層１ａで反射される光束の収束点２１が、
透明層１ｂの厚さの中心よりも上方になるようにすると
、該反射光束による透明層１ｂの表面のスポット面積が
、記録層ｌａ上でのスポット面積よりも小さくなってし
まい、透明層ｌｂ上に付着したゴミ等の影響を受は易く
なる。そこで、この実施例では読み取り光のデフォーカ
ス量を、第５図Ｂに示すように記録層１ａで反射される
光束の収束点２１が、透明層１ｂの厚さの中心よりも下
方に位置するように構成する。このようにすれば、記録
層１ａでの反射光束による透明層１ｂの表面におけるス
ポット面積は、記録Ｎ１ａに照射される読み取り光のス
ポット面積よりも大きくなり、ゴミ等の影響を少なくで
きる。

第６図は第４図に示したトラックフォーマットを有する
光カード１を読み取る場合の第１図に示した光検出器９
の一例の構成を示すものである。

光検出器９には、トラックの１〜８ラインおよび１２〜
１９ラインの各々に対応してトラックの幅方向に受光領
域２５−１〜２５−１６を配列して設けると共に、これ
ら受光値域の配列方向に関し対称で、クロックパターン
１７に対応してトラック方向に３対のクロック発生用受
光領域２６−１〜２６−６を配列して設ける。また、同
様に受光領域２５−１〜２５−１６の配列に関し対称で
、複数のクロックパターン１７の像をそれぞれ受光し得
るようにトラック幅方向に離間して２対のフォーカスお
よびトラッキング用受光領域２７−１〜２７−４を設け
る。更にこの実施例では、クロックパターン１７の異常
を検出するため、フォーカスおよびトラッキング用受光
領域２７−１〜２７−４の外側に一対の異常検出用受光
領域２８−１　、２８−２を設ける。この、異常検出用
受光領域２８−１　、２８−２は、クロックパターン１
７に異常がないとき常に一定の出力が得られるように、
クロックパターン１７のピッチの整数倍の大きさとする
。

また、絞り７は光カード１のトラックに有効な光量の読
み取り光が照射され、かつ断面楕円形の読み取り光の短
軸方向において、第７図に示すように光検出器９の受光
領域２７−１　、２７−２および２７−３　、２７−４
に対応する部分の一部をそれぞれ遮光するように構成す
る。

このようにして、トラックのシーク動作においては、光
ピツクアップをシーク部１３ａ　、　１３ｂ　、　１４
ａまたは１４ｂにおいてトラックと直交する方向に移動
させながら、光検出器９の受光領域２５−１〜２５−１
６の出力に基づいて、所定の認識パターンを検出した時
点で、トラック番号パターンを検出して所望のトラック
をシークする。

また、データ部１５ａまたは１５ｂにおけるデータの読
み取りにおいては、光カードｌをトラック方向に移動さ
せ、受光領域２６−１．２６−３．２６−５の出力の和
と、受光領域２６−２．２６−４．２６−６の出力の和
との差に基づいて得られるクロック信号に同期して、受
光領域２７−１　、２７−３の出力の和と受光領域２７
−２　、２７−４の出力の和との差からトラッキングエ
ラー信号を検出し、これに基づいて読み取り光がトラッ
クに追従するようにトラッキングサーボを行うと共に、
受光領域２６−１〜２６−６の出力の和と受光領域２７
−１〜２７−４の出力の和との差からフォーカスエラー
信号を検出し、これに基づいて対物レンズ６の焦点位置
が光カード１の記録層ｌａ上に位置するようにフォーカ
スサーボを行いながら受光領域２５−１〜２５−１６の
出力を読み取ってデータを再生すると共に、受光領域２
８−１　、２８−２の出力に基づいてフォーカスサーボ
およびトラッキングサーボの駆動を制御する。

すなわち、データ部１５ａまたは１５ｂにおけるデータ
の読み取りにおいて、クロックパターン１７に第８図に
示すように欠陥３５があると、その像が光検出器９にお
いてトラックの読み取り方向上流側に対応するフォーカ
スおよびトラッキング用受光領域２７−３　、２７−４
に結像される以前に異常検出用受光領域２８−２で検出
され、その出力が欠陥３５が高反射率の場合には所定値
よりも高くなり、また低反射率の場合には所定値よりも
低くなる。なお、トラックの読み取り方向が逆の場合に
は異常検出用受光領域２８−１が上流側となり、また光
カード１の往復移動の両方向でデータを読み取る場合に
は、受光領域２８−１および２８−２が交互に上流側と
なる。そこでこの実施例では、上述したように受光領域
２８−１　、２８−２の出力が欠陥３５によって変化す
るのに基づいてクロックパターン１７の異常を検出し、
上流側の受光領域２８−２または２８−１で異常が検出
されたときに、その異常信号によってフォーカスサーボ
系およびトラッキングサーボ系をその時点のフォーカス
状態およびトラッキング状態にそれぞれロックし、その
後下流側の受光領域２８−１または２８−２が欠陥３５
を検出した信号によりフォーカスサーボ系およびトラッ
キングサーボ系のロックを解除して、上述した通常のフ
ォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行うように
する。このようにすれば、クロックパターン１７の欠陥
３５に影響されることなく、情報を常に読み取ることが
できる。

すなわち、このような制御を行わないと、欠陥３５の像
が上流側のフォーカスおよびトラッキング用受光領域、
例えば２７−３　、２７−４に結像されることによって
フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号が
大きくなり、これにより対物レンズ６が光軸方向の一方
に大きく変位すると共にトラック外れが生じてデータが
読めなくなる。

これに対し、この実施例におけるようにフォーカスおよ
びトラッキング用受光領域２７−１〜２７−４の外側に
異常検出用の受光領域２８−１　、２８−２を設けて上
述した制御を行えば、欠陥３５の像が受光領域２７−３
．２７−４および２７−１　、２７−２間を通過する間
でも情報を有効に読み取ることが可能となる。なお、欠
陥３５によりクロック発生用受光領域２６−１〜２６−
６の出力からクロック信号を有効に生成できない恐れが
あるときは、受光領域２８−２または２８−１による異
常検出信号に基づいてパルス発生器を起動して同様のク
ロックパルスを発生させ、欠陥３５が通過する間このク
ロックパルスに基づいて情報の読み取りを行うようにす
ることもできる。

第９図Ａ、ＢおよびＣはこの実施例による光カード１上
でのフォーカス状態をそれぞれ示すものである。第９図
Ａは対物レンズ６の焦点位置が光カード１の記録層ｌａ
上にある合焦状態を示し、この状態から光カード１が下
方に変位して前ビン状態になると第９図Ｂに示すように
読み取り光の照射領域が小さ（なり、また逆に上方に変
位して後ビン状態になると第９図Ｃに示すように読み取
り光の照射領域が大きくなる。したがって、第９図Ａに
示す合焦状態において、光検出器９の受光領域２６−１
〜２６−６の出力の和と、受光領域２７−１〜２７−４
の出力の和との差が零となるように設定すれば、第９図
Ｂに示す前ビン状態と第９図Ｃに示す後ビン状態とで極
性が異なるフォーカスエラー信号が得られるので、これ
に基づいてフォーカスエラー信号が零となるように対物
レンズ６を光軸方向に変位させるフォーカスサーボを行
うことにより、常に第９図Ａに示す合焦状態で情報を読
み取ることができる。

ここで、絞り７がないとすると、光カード１が対物レン
ズ６から離間して前ビン状態が進むにつれ読み取り光の
照射領域が徐々に大きくなって、第１０図Ａに示すよう
にフォーカスエラー信号の極性が反転して後ビン状態に
おけると同様なフォーカスエラー信号が出力され、これ
により対物レンズ６が光カード１から離れる方向にフォ
ーカスサーボされるため、サーボ範囲が狭（なる。これ
に対し、この実施例におけるように対物レンズ６と光カ
ード１との間に絞り７を設ければ、前ビン状態が進むに
つれ第９図Ｂに示すように外側の反射光が絞り７で遮光
されるので、第１０図Ｂに示すように前ピンと後ピンと
で完全に極性の異なるフォーカスエラー信号が得られ、
そのサーボ範囲を広くできる。

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、幾多ま変形または変更が可能である。例えば
上述した実施例では、光カードを読み取るようにしたが
、この発明は光カードに限らず種々の光学式記録媒体の
読み取りに適用できると共に、そのトラック構成もそれ
に対応する光検出器を用いることにより容易に対処する
ことができる。例えば、トラックがコンパクトディスク
やビデオディスクのように一列のピットによって形成さ
れている場合には、第１１図に記録媒体４１と光検出器
４２とを対応して示すように、半導体レーザから射出さ
れる断面楕円形の読み取り光４３を、その長軸がトラッ
ク方向となるように記録媒体４１に、その記録層での反
射光による透明層上のスポット面積が記録層上でのスポ
ット面積よりも大きくなるようにデフォーカス状態で照
明するようにする。また、その記録媒体４１からの反射
光を受光する光検出器４２には読み取るべきトラックに
対応するようにトラック方向に離間して情報読み取り用
の２個の受光領域４４−１．４４−２と、読み取るべき
トラックと隣接するトラックに対応してその両エツジ部
分に複数のピット４１ａに亘って対向してトラッキング
用の２個の受光領域４５−１．４５−２と、トラック間
に対応してトラック方向に延在してフォーカス用の３個
の受光領域４６−１〜４６−３とを設け、受光領域４４
−１．４４−２の出力に基づいて情報を読み取り、受光
領域４５−１および４５−２の出力差に基づいてトラッ
キングエラー信号を検出し、また受光領域４６−１およ
び４６−３の出力の和と受光領域４６−２の出力との差
に基づいてフォーカスエラー信号を検出するようにする
。このようにトラックが一列のピットによって形成され
ている場合でも、読み取り光をデフォーカス状態で照射
することにより、常に安定してフォーカスエラー信号お
よびトラッキングエラー信号を検出することができ、情
報を常に正確に読み取ることができる。

また、上述した実施例においては、ビームスプリッタ５
により半導体レーザ２からの読み取り光を透過させて光
カード１に導き、光カード１からの反射光を反射させて
光検出器９に導くようにしたが、半導体レーザ２および
コリメータレンズ３と、収束レンズ８および光検出器９
との位置関係を逆にして、半導体レーザ２からの読み取
り光をビームスプリッタ５において反射させて光カード
１に導き、光カード１からの反射光をビームスプリッタ
５を透過寄せて光検出器９に導くようにすることもでき
る。更に、ビームスプリッタ５として偏光膜を有するも
のを用い、これにより半導体レーザ２に戻り光が入射し
ないようにして光束を有効に利用するようにすることも
できる。

また、上述した実施例では、半導体レーザを用いること
により該半導体レーザから射出される読み取り光の楕円
状の断面形状を有効に利用するようにしたが、記録媒体
に照射する読み取り光の形状は円状でもよく、したがっ
て半導体レーザから射出される光をプリズム等により円
状に整形したり、あるいは光源として半導体レーザ以外
のものを用いることもできる。

更に、上述した実施例では半導体レーザ２をその発光点
２ａがコリメータレンズ３の焦点位置３ａよりも手前に
位置するように配置することによって、読み取り光を光
カード１上にデフォーカス状態で照射するようにしたが
、発光点２ａがコリメータレンズ３の焦点位置３ａより
も後方に位置するように半導体レーザ２を配置して、同
様にデフォーカス状態で光カード１を照射するようにす
ることもできる。

更にまた、上述した実施例ではコリメータレンズ３とビ
ームスプリッタ５との間に拡散板４を設けて、半導体レ
ーザ２の点光源を面光源とするようにしたが、これを省
略することもできる。また拡散板４を用いる場合にあっ
ては、これを第２図Ａ、Ｂに示す構成の他、全体が乳白
色の板やすりガラスをもって構成することもできるし、
第１２図Ａに示すようにトラック１６および光検出器９
の構成に対応させて、その対応部分４ｃに透明部を、周
囲部分４ｄに拡散部を形成したり、第１２図Ｂに示すよ
うに対応部分４Ｃの透過度を周囲部分４ｄの透過度より
も高（したり、また第１２図Ｃに示すように対応部分４
ｃから周囲部分４ｄに向けて透過率が連続的に減小する
ように構成することもできる。

また、絞り７はコリメータレンズ３とビームスリッタ５
との間の往路中に設けたり、ビームスプリッタ５と対物
レンズ６との間の往復路中に設けたり、あるいはビーム
スプリッタ５と収束レンズ８との間の復路中に設けるこ
ともできるし、これを省略することもできる。

更に、上述した実施例では光検出器９に異常検出用受光
領域２８−１．２８−２を設け、上流側の受光領域がク
ロックパターン１７の異常を検出したときにフォーカス
およびトラッキングサーボ系をロックするようにしたが
、このようにフォーカスおよびトラッキングサーボ系を
ロックする代わりにこれらサーボ系のゲインを低下させ
ても同様の効果を得ることができる。このようなサーボ
系のロック状態あるいはゲイン低下状態は、下流側の受
光領域による異常検知から欠陥３５がフォーカスおよび
トラッキングエラー検出部を通過する所定時間後に解除
するようにすることもできる。したがって、異常検知用
受光領域はトラックの読み取り方向が一方向のときは、
上流側の１個とすることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたよう、この発明によれば光源をコリメータレ
ンズの焦点位置からずらして配置することにより、記録
媒体をその記録層での反射光による透明層上のスポット
面積が、記録層上のスポット面積よりも大きくなるよう
にデフォーカス状態で照゛射するようにしたので、記録
媒体上の照射領域を大きくできると共に、透明層上のゴ
ミ等の影響も小さくできる。したがって、トラック幅の
大小に拘らず情報を常に正確に読み取ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図Ａおよび
Ｂは第１図に示す拡散板の一例の構成を示す底面図およ
び拡大断面図、第３図は同じく光カードの一例の構成を
示す平面図、 第４図は光カードのトラックフォーマットの一例を示す
図、 第５図ＡおよびＢは第１図におけるデフォーカス量を説
明するための図、 第６図は第１図に示す光検出器の一例の構成を示す図、 第７図は同じく絞りの一例の構成を光検出器と対応して
示す図、 第８図はトラックパターンの異常検出を説明するための
図、 第９図Ａ、ＢおよびＣは光カード上でのフォーカス状態
を説明するための図、 第１０図ＡおよびＢはフォーカスエラー信号の特性を示
す図、 第１１図はこの発明の詳細な説明するための図、第１２
図Ａ、ＢおよびＣは拡散板の他の３つの例をそれぞれ示
す図である。 １・・・光カード　　　　　１ａ・・・記録層ｉｂ・・
・透明層　　　　　２・・・半導体レーザ３・・・コリ
メータレンズ　４・・・拡散板５・・・ビームスプリッ
タ　６・・・対物レンズ７・・・絞り　　　　　　　８
・・・収束レンズ９・・・光検出器 特許出願人　　　オリンパス光学工業株式会社第１図 第２図 第６図 第７図 第８図 第９図 Ａ　　　　　　　Ｂ　　　　　　　Ｃ 第ＸＯ図 Ａ　　　　　　　　　　　Ｂ 第１１図 手　　　続　　　補　　　正　　　書 昭和６３年　７月　８日 特許庁長官　　吉　　　１）　　文　　　毅　　殿１、
事件の表示 昭和６３年特許願第４６０２８号 ２、発明の名称 光学式情報読み取り装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人 ５、補正の対象 ■。明細書第１１頁第１１行の「整数倍」を「偶数倍」
に訂正する。 ２、図面中、第１図を別紙の通りに訂正する。 第１　図　　　（訂正図）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光源からの光をコリメータレンズおよび対物レンズ
   を経て記録層上に透明層を積層して成る光学式記録媒体
   にスポット状に照射し、その反射光から前記記録層に記
   録されている情報を読み取るようにした光学式情報読み
   取り装置において、前記光源を前記コリメータレンズの
   焦点位置からずらして配置して、前記記録層での反射光
   による前記透明層上のスポット面積が、前記記録層上で
   のスポット面積よりも大きくなるように、前記光学式記
   録媒体をデフォーカス状態で照明するよう構成したこと
   を特徴とする光学式情報読み取り装置。