JPH02220235A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば光学的記録媒体上に記録された情報
トラックに、対物レンズを経て読み取り光スポットを集
束して情報を光学的に読み取る装置において、その対物
レンズの記録媒体に対する焦点状態を検出する焦点検出
装置に関する。

〔従来の技術〕

上述した光学的情報読み取り装置は従来より既知であり
、例えばＣＤ　（コンパクトディスク）、光ディスク、
光磁気ディスク、光カード等の記録媒体を用いるものが
ある。これらの記録媒体には、符号化された音声やデー
タが、反射特性、位相特性、偏光特性などの光学的情報
として記録されている。記録媒体に記録された情報は、
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
媒体上に集束させ、記録ピットによって変調された反射
光を検出して読み取っている。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、
そのため元の情報を正確に読み取るためには、対物レン
ズを媒体記録面に対して常に合焦状態となるようにして
、媒体記録面上での光スポットの径を小さくする必要が
ある。このため、かかる光学的情報読み取り装置におい
ては、対物レンズの媒体記録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、対物レンスヲそ
の先軸方向に変位させるフォーカシング制御が行なわれ
ている。

第４図は特公昭６２−２７４５６号公報において開示さ
れた焦点検出装置を示すものである。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によって平行光とされ、偏光膜を有する
偏光プリズム３．１７４波長板４、対物レンズ５および
記録媒体６の透明保護Ｎ６＾を経てその記録ＪｉｌＷ６
Ｂの表面に集束される。この光束は、記録層６ｎ上で反
射され、透明保護Ｎ６＾、対物レンズ５および１７４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、１７４波長板４の作用により紙
面に対して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。反射された光束は、三角プ
リズムより成る検出プリズム１０に入射し、その−っの
プリズム面１１（以後反射面と称する。）により反射さ
れる光束を光検出器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、臨界角もし
くはそれよりもやや小さめとなるように設定されている
。したがって、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１１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。）、記録媒体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１
１に対して最大ａｌｌ　＝ａ１２で示す傾き成分を持つ
光線束となる。また、記録媒体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、ｂｌｌ〜ｂ１
２で示す傾き成分をもつ光線束となる。すなわち、記録
媒体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（−点鎖線）を除いて臨界角の
前後で連続的に変化する。

したがって、記録媒体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１１での反射強度が第５図
に示すように臨界角近傍では、わず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、−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１
１からの反射光の光量分布を検出するもので、第４図に
平面図をも示すように中心光線（光軸）を境に２分割し
た２つの受光領域１２Ａ、　１２Ｂをもって構成されて
いる。なお、第５図は検出プリズム１ｏ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
Ｒ１およびｈを示したものである。

また、従来の焦点検出装置として、例えば特開昭５７−
１２２４１０号公報に開示されているように、焦点検出
感度を向上させるために上記の検出プリズム面での反射
回数を複数回にしたり、プリズム面に多層膜コーティン
グを施したものも提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の焦点検出装置にあっては
、記録媒体６からの反射光の偏光状態が一定でないと焦
点検出感度が変動し、焦点状態を正確に検出できないと
いう問題がある。例えば第４図において、記録媒体６の
透明保護層６Ａが、αラジアンのりタープ−ジョンを持
っていると、紙面内の直線偏光は、ジョーンズベクトル
でとなる。ただし、透明保護ＪＷ６Ａのりタープ−ジョ
ンの軸は簡単のために、光軸に対して垂直で紙面内にあ
るとする。また、偏光プリズム３は記録媒体６への入射
光に対しては、紙面内に軸のある直線偏光子、記録媒体
６からの反射光に対しては、紙面に垂直な方向に軸を持
つ直線偏光子と考えられるから、記録媒体６への入射時
のジョーンズ行たがって、検出プリズム１０への入射光
の複素振幅Ｅは、 となる。また、光強度ＩＥ１２は、 α Ｅ　ｌ”　　＝　ｌ　Ｅｘｔ”　　＋　ｌ　Ｅ、Ｉ”　
　＝ｃｏｓ”・・・（１） となる。

上記（１）式は、記録媒体６の透明保護層６Ａに例えば
、９０°のリターデーション（ダブルバス）があるとす
ると、検出プリズム１０への入射光量は、リターデーシ
ョンのない場合と比較して、１／２になることを表わし
ている。このように、記録媒体６の透明保護層６Ａがり
タープ−ジョンを持つと、検出プリズム１０に入射する
光量が減少することになり、焦点検出感度が低下する。

また、リターデーションαが記録媒体６上の場所によっ
て異なる場合、焦点検出感度も変動するという不具合を
生じる。

また、上記のような検出プリズムｌＯへの入射光量の変
動を抑えるために、第４図において偏光プリズム３を偏
光に依存しないハーフプリズムに置き換えると、検出プ
リズムｌＯに入射するＳ偏光とＰ偏光の光量比は、ｓｉ
ｎ”　（α、／　２　）　　：　ｃｏｓ”　（α／２）
となる。しかし、このように構成すると、検出プリズム
１０の反射面１１における臨界角近傍での入射角に対す
る反射強度の変化は、第５図に示したようにＰ偏光の方
が急峻であるため、検出プリズム１０への入射光にＳ偏
光が混ざることにより焦点検出゛感度は低下する。また
、リターデーションαが変動すると、Ｓ偏光とＰ偏光の
光量比が変動して焦点検出感度が変動することになる。

更に、焦点検出感度を向上させるために、反射面１１に
多層膜コーティングを施して入射角度に対する反射強度
を第６図に示すようにすると、α＝１８０＠のときは検
出プリズム１０への入射光はＳ偏光だけとなって、焦点
検出はほとんど不可能となる。

このように、従来の焦点検出装置においては、記録媒体
６の透明保護層６Ａにリターデーションαがあると、焦
点検出感度がαに依存して低下するという問題がある。

この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、被照射物体に複屈折があっても、それに依存す
ることなく焦点状態を常に高精度で検出できるよう適切
に構成した焦点検出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および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では対物レンズを経て被照射物体
に投射された光の該被照射物体での反射光の少なくとも
一部を光検出器で受光して、前記対物レンズの前記被照
射物体に対する焦点状態を検出するようにした焦点検出
装置において、前記光検出器に入射する前記被照射物体
からの反射光の光路中に、互いに直交する二つの偏光成
分間で反射率が異なる少なくとも二つの反射部材を設け
ると共に、少なくとも前記光検出器側の順次の二つ前記
反射部材間に９０°旋光素子を設けたことを特徴とする
ものである。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。レー
ザ光源２１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２２によって平行光とされ
、偏光特性を有さないハーフプリズム２４、対物レンズ
２５および記録媒体２６の透明保護層２６八を経て、記
録媒体２６の記録層２６Ｂの表面に集束される。この光
束は、記録媒体２６の記録層２６Ｂの表面で反射され、
透明保３１ＪＷ２６Ａおよび対物レンズ２５を経てハー
フプリズム２４に入射する。

ハーフプリズム２４に入射する反射光は、リターデーシ
ョンαを持つ透明保護ＦＪ２６Ａの影響により、一般に
楕円偏光となり、賊面内に直線偏光している光と紙面に
垂直に直線偏光している光との強度比は、ｓｉｎ”　（
α／　２　）　　：　ｃｏｓ！（α／２）となる。

ハーフプリズム２４は偏光特性を持たないので、その反
射率を「とすると、ｒ　（ｓｉｎ”　（α／２）＋ｃｏ
ｓ！（α／２））＝ｒの光が反射することになり、反射
光強度は偏光に依存しない。ハーフプリズム２４で反射
された光は、三角プリズムよりなる検出プリズム３０に
入射し、その一つのプリズム面３１（以後、反射面と称
する。）により反射される。

反射面３１で反射された光束は、１７２波長板３３を経
て三角プリズムよりなる検出プリズム３４に入射し、該
検出プリズム３４の反射面３５で反射されて、第１図に
平面図をも示すように２分割した受光領域３６Ａ、　３
６Ｂを有する光検出器３６で受光される。ここで、反射
面３１及び反射面３５は、対物レンズ２５が記録媒体２
６に対して合焦位置にあるときの入射光線（平行光束）
に対して臨界角若しくはそれよりもやや小さめとなるよ
うに設定する。

上記構成において、記録層２６Ｂの表面で反射された光
は、透明保護層２６Ａの影響により一般に楕円偏光して
いる。このため、検出プリズム３０への入射光にはＰ偏
光とＳ偏光とが混在し、そのうらＳ偏光が反射面３１で
殆ど反射する。この反射面３１で反射したＳ偏光は、１
７２波長板３３によって偏光面が９０°回転されるので
、検出プリズム３４の反射面３５に入射する際にはＰ偏
光となる。したがって、検出プリズム３０に入射する光
束にＳ偏光が含まれていても、検出感度が低下すること
なく、安定でかつ高精度の焦点検出が可能となる。

第２図はこの発明の第２実施例を示すものである。この
実施例は、光学系をコンパクトにまとめるため、ハーフ
プリズム２４で反射された記録媒体２６からの戻り光を
ミラー３７で反射させて光軸を折り曲げ、該ミラー３７
で反射された光を１７２波長板３８を経てミラー３９で
反射された後、シリンドリカルレンズ４０により非点収
差を与えて、第２図に平面図をも示すように４分割した
受光領域４１Ａ〜４１０を有する光検出器４１で受光し
、その非点収差による光量分布の変化を検出して焦点状
態を検出するようにしたもので、その他第１図に示す符
号と同一符号は同一作用を成すものを表わす。

かかる構成において、ミラー３７及び３９は、一般にＰ
偏光とＳ偏光とで反射率が異なる。このため、透明保護
７１２６Ａに複屈折があると、ミラー３７への入射光の
Ｐ偏光とＳ偏光の光量比が変動し、１／２波長板３８が
ないと、ミラー３７及び３９での反射後の光量が変動し
て焦点検出感度が変動することにな（β２＋γ”＝　ｉ
　＞　、ミラー３７及び３９のＰ偏光の反射率をＲ７、
Ｓ偏光の反射率をＲ５とすると、ｌ／２波長板３８がな
い場合には、光検出器４１への入射光量は、βＪ、４＋
γｔＲ，４となってミラー３７への入射光の偏光状態に
依存することになる。これに対し、この実施例における
ようにミラー３７とミラー３９との間に１／２波長板３
８を挿入すれば、光検出器４１への入射光量は、Ｒ２！
Ｒｓ！となって、ミラー３７への入射光の偏光状態、す
なわち透明保３１ｔｉ！２６＾の複屈折に依存せず、安
定でかつ高精度の焦点検出が可能となる。

第３図はこの発明の第３実施例を示すものである。この
実施例において、レーザ光源５１から放射された光は、
コリメートレンズ５２によって平行光とされ、グレーテ
ィング５３、対物レンズ５５および記録媒体２６の透明
保護ＪＥｉ２６八を経て記録媒体２６の記録層２６Ｂ上
に斜めから集束される。ここで、グレーティング５３は
、記録データを読み取るための主ビームとトラッキング
誤差信号を得るための副ビームとに光束を分離する作用
をなす。記録媒体２６に集束された光束は、記録層２６
Ｂ上で反射され、対物レンズ５５を経て光検出器５６上
に導かれる。かかる光学系においては、記録媒体２６に
入射する光束と反射する光束の光軸が対物レンズ５５上
で分離されているため、偏光ビームスプリッタのような
反射率または透過率が入射光束の偏光面に依存する光束
分離手段を用いて入射光束と反射光束とを分離する必要
がない。したがって、記録媒体２６の透明保護層２６Ａ
に複屈折があって媒体記録面２６Ｂからの反射光の偏光
が乱れていても安定に光束を分離できる長所がある。し
か−１記録媒体２６の透明保ｉＩ層２６Ａに複屈折があ
ると、記録層２６Ｂ上からの反射光は一般に楕円偏光と
なるため、装置をコンパクトにするために、第３図に示
すようにミラー５７および５８を使用して光軸を折り曲
げて反射光を集光レンズ５９を経て光検出器５６で受光
する場合には、ミラー５７および５８が入射光の偏光方
向によって反射率が異なると、光検出器５９への入射光
量は記録媒体２６の透明保護ｊｉ！　２６Ａの複屈折の
影響で変動することになる。そこで、この実施例ではミ
ラー５７とミラー５８との間の光路中に１７２波長板６
０を配置して、ミラー５７の反射光の偏光面を９０°回
転させるようにする。このようにすれば、第１の実施例
及び第２の実施例で説明したのと同様の効果が生じ、光
検出器６０への入射光量は透明保護層２６Ａの複屈折に
依存しなくなり、したがって記録データ読み取り信号、
焦点誤差信号、トラッキング誤差信号を安定に、かつ高
精度で検出することができる。

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、幾多の変形または変更が可能である。例えば
、第１〜３実施例では１７２波長板を用いたが、ファラ
ディ素子のような偏光面を９０’回転させる素子を用い
ることもできる。また、反射光路中に３個以上の反射部
材を設ける場合にも本発明を有効に適用することができ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば被照射物体からの
反射光の光路中に、互いに直交する２つの偏光成分間で
反射率が異なる少なくとも２つの反射部材を設ける共に
、光検出器側の順次の二つの反射部材間に９０″旋光素
子を設けたので、被照射物体に複屈折があっても、それ
に影響されることなく、対物レンズの被照射物体に対す
る焦点状態を常に安定かつ高精度で検出することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図、第２図は同じ
（第２実施例を示す図、 第３図は同じく第３実施例を示す図、 第４図、第５図および第６図は従来の技術を説明するた
めの図である。 ２１、５１・・・レーザ光源 ２２、５２・・・コリメートレンズ ２４・・・ハーフプリズム　　２５．５５・・・対物レ
ンズ２６・・・記録媒体　　　　　２６Ａ・・・透明保
護層２６Ｂ・・・記録層　　　　　３０゜ ３１、３５・・・反射面　　　　３３゜３６、４１．５
６・・・光検出器　３７゜４０・・・シリンドリカルレ
ンズ ５９・・・集光レンズ ３４・・・検出プリズム ３８、６０・・・１／２波長板 ３９、５７．５８・・・ミラー 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対物レンズを経て被照射物体に投射された光の該被
   照射物体での反射光の少なくとも一部を光検出器で受光
   して、前記対物レンズの前記被照射物体に対する焦点状
   態を検出するようにした焦点検出装置において、 前記光検出器に入射する前記被照射物体からの反射光の
   光路中に、互いに直交する二つの偏光成分間で反射率が
   異なる少なくとも二つの反射部材を設けると共に、少な
   くとも前記光検出器側の順次の二つ前記反射部材間に９
   ０゜旋光素子を設けたことを特徴とする焦点検出装置。