JPH0386936A - 光学ヘッド構造 - 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】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は、収束する検出光をもって光学へ・ソドのフォ
ーカシング方向のエラー状態を検出するためのフォーカ
シングエラー検出手段を有する光学ヘッド構造に関する
。

〈従来の技術〉 従来、光学ヘッド記録媒体としての光ディスクの記録面
に収束光を照射すると共に、その反射光を検出すること
により記録及び再生を行うようにした高密度記録再生装
置がある。この装置が用いられる光ディスクにあっては
、一般に、若干の反りや歪みがあると共に、光ディスク
の回転軸への取付誤差による偏心がある。光学ヘッドを
、それらの影響を受けることなく光ディスクの微細な記
録トラックに追従させるべく、光学ヘッドのフォカーシ
ング及びトラッキングの各エラーを検出することにより
、その位置制御を行っている。

例えば、第１０図に示されるように、光源としての半導
体レーザ２１から発せられた出射光２２が、図の上方に
ある光ディスク２３の記録面に向けて照射されており、
この出射光２２の光路中には、コリメータレンズ２４、
偏光ビームスプリッタ２５及びλ／４板２板金６軸的に
配設されている。更に、出射光２２の光路中には、出射
光２２を光ディスク２３の記録面に集光させるための対
物レンズ２７が同軸的に配設されている。

出射光２２は、λ／４板２板金６過して、光ディスク２
３にて反射して反射光２８となって、再びλ／４板２板
金６過して偏光ビームスプリッタ２５内に入射するため
、偏光ビームスプリッタ２５内では、出射光２２の偏光
面に対して反射光２８の偏光面が９０度異なる。この反
射光２８が、偏光ビームスプリッタ２５内に対角位置に
設けられた偏光フィルム２９により、図に於ける右方に
向けて変向され、偏光ビームスプリッタ２５の右側面か
ら検出光３０として出射する。検出光３０の光路中には
、フォーカシングエラーを検出するための測光センサ３
１と、検出光３０を測光センサ３１に向けて収束させる
ための集光レンズ３２とが同軸的に配設されている。

検出光３０は、スポットサイズ法によりフォーカシング
エラーを検出するべく、フォーカシングエラーを生じて
いない正常状態に於て第１０図に示されるように測光セ
ンサ３１の手前で焦点を結ぶようにされており、第１１
図の想像線に示されるように測光センサ３１にスポット
状に照射される。測光センサ３１は、第１１図に示され
るように、図の左右方向に延在する互いに平行な分割線
により各帯状領域に分割された公知の３分割フォトダイ
オードからなる。そして、中間受光部ｄの検出信号りと
、その中間受光部ｄを挾むように隣接して設けられた各
側方受光部ｅ、ｆの検出信号Ｅ及びＦの和とがアンプ３
３に入力されている。

アンプ３３では、検出信号Ｅ及びＦの和から検出信号り
を減算して、その演算結果を図示されない制御回路へ出
力しており、上記した正常状態である合焦時には、アン
プ３３の出力が０となるようにされている。また、対物
レンズ２７に対して光ディスク２３が近過ぎた場合には
、検出光３０が、測光センサ３１に、例えば第１１図の
破線に示されるように小さく集光し、遠過ぎた場合には
一点鎖線に示されるように大きく集光するようになる。

従って、アンプ３３の出力は、第１２図に示されるよう
に変化する。

上記したスポットサイズ法によると、非点収差法に於け
るシリンドリカルレンズや、ナイフェツジ法に於けるナ
イフェツジ手段等を必要としないため、光学素子の部品
点数を減らすことができる。

しかしながら、検出光の合焦点付近での検出感度が比較
的低く、かつ比較的大きな非線形性の検出特性であると
いう問題があった。

〈発明が解決しようとする課題〉 このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的
は、スポットサイズ法によりフォーカシングエラーの検
出を行う際に、検出感度を向上し得ると共に検出特性の
非線形性を改善し得る光学ヘッド構造を提供することに
ある。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、光学式記録媒体か
ら反射されかつ収束する検出光の軸線上にフォーカシン
グエラーを生じていない状態に於ける焦点位置から或る
距離をおいて配置された第１の受光部と、前記第１の受
光部に隣接して設けられた第２の受光部とを有し、前記
両受光部の各検出値の差により前記エラーを検出する形
式の光学ヘッド構造に於て、前記第１の受光部が、前記
検出光の光軸の軸心を含む帯状領域からなり、前記帯状
領域の幅が、その端部から前記軸心に対応する中心位置
に向けて漸増していることを特徴とする光学ヘッド構造
を提供することにより達成される。

く作用〉 このようにすれば、フォーカシングエラーの変化に応じ
て検出光のスポットサイズが変化して、両受光部の各検
出値の差が、第１の受光部の受光面積の増減に応じて大
きく変化するため、検出感度を向上し得ると共に、第１
の受光部の形状を適切化することにより、検出特性の非
線形性を改善し得る。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図は、従来例と同様の公知の光学ヘッド構造に適用
された本発明に基づく測光センサ１を示す図である。こ
の測光センサ１は、図に於ける上下方向に分割された３
分割フォトダイオードからなり、図示されない光ディス
クからの反射光を偏光ビームスプリッタにて変向してな
る検出光２を受光している。第１の受光部としての図に
於ける中間のフォトダイオード素子ａが、図の左右方向
に長い帯状領域からなり、かつその幅が、その左右の端
部から検出光２の光軸の軸心に対応する中心部に向けて
漸増するように、即ち図に良く示されるように、長手方
向両端部を切除されたひし形に形成されている。従って
、フォトダイオード素子ａは、フォーカシングエラーの
変化率、即ち検出光２のスポットの中心部を受光する受
光面積の増減率が大きく変化するように形成されている
。

また、中間のフォトダイオード素子ａの図に於ける上下
に隣接して設けられた各フォトダイオード素子ｂＳｃに
より、第２の受光部が構成されている。

測光センサ１には、フォーカシングエラーを生じていな
い合焦時には図の想像線により示されるスポット形状に
て検出光２が照射されており、この状態では、中間のフ
ォトダイオード素子ａによる受光量と、上下の各フォト
ダイオード素子ｂ、Ｃによる受光量との差がＯとなるよ
うにされている。検出光２は、図示されない対物レンズ
に対して光ディスクが近過ぎる場合には図の破線により
示されるように照射され、対物レンズに対して光ディス
クが遠過ぎる場合には図の一点鎖線により示されるよう
に照射される。中間のフォトダイオード素子ａの検出値
Ａと、両フォトダイオード素子ｂ％Ｃの検出値Ｂ及びＣ
とがアンプ３に入力されて、アンプ３に於て検出値（Ｂ
　＋　Ｃ）から検出値Ａを減算し、その結果（Ｂ＋Ｃ−
Ａ）が、アンプ３から図示されない制御回路に出力され
ている。

第２図に於て、横軸を光ディスクの遠近量とし、かつ縦
軸をアンプ３の出力値とすることにより、検出特性が、
第２図の実線により示される波形になるため、その正負
及びその大小によりフォーカシングエラーの方向及びそ
の大きさを検出することができる。前記したように、フ
ォトダイオード素子ａが、フォーカシングエラーの変化
率に対して、受光面積の増減率が大きく変化するように
形成されているため、第２図に示されているように、想
像線により示す従来例の検出特性に対して、実線により
示される本発明に於ける検出特性としてのアンプ３の出
力値の方が、合焦点近傍のフォーカシングエラーの変化
に於て、より一層大きく変化する。従って、フォーカシ
ングエラー量の検出感度を向上し得る。

また、測光センサ１の各フォトダイオード素子ａＳｂ、
ｃを分割する分割線１２の形状は、前記実施例に示され
た直線に限るものではない。例えば、第３図に示される
ようにフォトダイオード素子ａの長平方向の中心線に対
して外方に凸状をなすようにしたり、或いは第４図に示
されるようにフォトダイオード素子ａの長平方向の中心
線に対して内方に凸状をなすように、種々の形状にする
ことができる。従って、フォトダイオード素子ａの形状
を適切化することにより、検出特性の非線形性をより一
層改善することができる。

尚、上記実施例では、従来例と同様の光学ヘッド構造に
基づいて説明しており、フォーカシングエラーを生じて
いない合焦時に於ける検出光２の焦点位置が測光センサ
１の手前側にあるとして説明したが、その焦点位置と測
光センサ１の位置との相対位置関係を限定するものでは
なく、例えば合焦時に於ける検出光２の焦点位置が測光
センサ１の奥側にくるように測光センサ１を配置しても
良い。この場合にも、フォーカシングエラーを生じてい
ない合焦時には第１図の想像線により示されるように測
光センサ１上に照射されるように、即ち、中間のフォト
ダイオード素子ａによる受光量と、上下の両フォトダイ
オード素子す、ｃによる受光量との差が０となるように
測光センサ１が配置される。

第５図には、検出光２を例えばハーフプリズム４を用い
て互いに異なる２方向に変向して、ハーフプリズム４を
直線的に通過する第１方向検出光５の焦点の奥側と、ハ
ーフプリズム４により光路を変向された第２方向検出光
６の焦点の手前側とに、それぞれ第１及び第２の前記と
同様の測光センサ７．８を配置した第２の実施例が示さ
れている。尚、両側光センサ７．８は、焦点に対して互
いに対称位置に配置されていれば良く、各検出光５．６
の焦点位置に対して上記とは逆になるように配置されて
も良い。

この第２の実施例では、第６図に示されるように、測光
センサ７の各フォトダイオード素子ａ１〜Ｃ１の検出値
Ａ１〜Ｂ１、及び測光センサ８の各フォトダイオード素
子ａ２〜Ｃ２の検出値Ａ２〜Ｃ２とが、互いに並列に設
けられた一対のアンプ９．１０に、それぞれ前記実施例
と同様の回路構成にて入力されている。更に、各アンプ
９．１０の出力値Ｐ１、Ｐ２がアンプ１１に人力されて
、アンプ１１にて、出力値ＰＬ　（Ｂ１＋Ｃ１−Ａｌ）
から出力値ｐ２　（Ｂ２＋Ｃ２−Ａ２）を減算している
。

第１の測光センサ７に対する第１方向検出光５のスポッ
トサイズの変化が前記実施例と同様であることから、ア
ンプ９の出力値Ｐ１が第７図の破線により示されるよう
になる。第２の測光センサ８には、第１の測光センサ７
に対して第２方向検出光６のスポットサイズの変化方向
が逆であるため、アンプ１０の出力値Ｐ２は、第７図の
想像線により示されるようになる。従って、アンプ１１
からの出力値（Ｐｉ−Ｐ２）は、破線により示されるア
ンプ９の出力値Ｐ１から想像線により示されるアンプ１
０の出力値Ｐ２を減算するため、第７図の実線により示
されるようになり、検出感度及び非線形性の改善をより
一層向上することができる。

また、測光センサ１を１つ用いた場合には、第２図に示
されるように、合焦点以外でもゼロクロス点が存在する
が、第２の実施例に示したように一対の測光センサ７．
８を相互補償型に組合せることにより、合焦点以外のゼ
ロクロス点を無くすことができ、フォーカシングエラー
量の検出が広範囲に亘って検出可能となる。また、相互
補償型により、半導体レーザの発光パターンの変動に対
する検出特性の変化も抑制することができる。

第８図には、従来例に於ける出射光２２をＯ次回行光と
一対の１次回折光とに分けて、所謂３ビーム法によりフ
ォーカシングエラー及びトラッキングエラーを検出する
ようにした光学ヘッド構造が示されている。更に、第２
の実施例と同様に検出光２を２方向に変向して、両者を
組合せた相互補償型により各エラーを検出している。尚
、前記した第１０図及び第５図に示されている構造と同
様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明
を省略する。

この第３の実施例では、コリメータレンズ２４と偏光ビ
ームスプリッタ２５との間に、出射光２２をフォーカシ
ングエラー検出用の０次回折光からなる主ビーム１７と
トラッキングエラー検出用の１次回折光からなる一対の
副ビーム１７ａ、１７ｂとを発生する手段としての回折
格子１３が配置されており、公知の３ビーム法と同様に
、主ビーム１７が光ディスクのピット上に照射され、対
の副ビーム１７ａ、１７ｂがトラックの両側縁上に照射
される。従って、光ディスク２３から反射されて偏光ビ
ームスプリッタ２５にて変向された後に収束する検出光
２は、上記主ビーム１７と一対の副ビーム１７ａ、１７
ｂとの各反射光を有し、更に第２の実施例と同様にハー
フプリズム４により互いに異なる２方向に、主ビームと
一対の副ビームとの組合わせ毎に分離される。ハーフプ
リズム４を直進する第１の方向には、主ビーム１７の反
射光からなる第１方向主検出光５及び副ビーム１７ａ、
１７ｂの反射光からなる第１方向副検出光５ａ、５ｂが
、ハーフプリズム４にて図に於ける下方に向けて変向さ
れる第２の方向には、主ビーム１７の反射光からなる第
２方向主検出光６及び副ビーム１７ａ、１７ｂの反射光
からなる第２方向副検出光６ａ、６ｂが、それぞれ取出
されている。

この第３の実施例では、第１方向主検出光５の焦点の手
前側には前記実施例と同様の測光センサ７が配置され、
第１方向副検出光５ａ、５ｂの焦点の手前側にもそれぞ
れに対応する一対の第３の受光部としての両側光センサ
７ａ、７ｂが配置されていると共に、第２方向主検出光
６の焦点の奥側には前記実施例と同様の測光センサ８が
配置され、第２方向副検出光６ａ、６ｂの焦点の奥側に
もそれぞれに対応する一対の第３の受光部としての両側
光センサ８ａ、８ｂが配置されている。他の条件は、第
２の実施例と同様であるためその説明を省略する。同様
に、フォーカシングエラーは、各主検出光５．６に対応
する２つの測光センサ７．８を用いて第２の実施例と同
様に行われるため、その詳しい説明を省略する。

トラッキングエラーは、上記各測光センサ７ａ。

７ｂと各測光センサ８ａ、８ｂとによる各検出値を組合
せて検出する。第９図に示されるように、一方の両側光
センサ７ａ、７ｂの検出値Ｄ１及びＥｌがアンプ１４に
人力されて、アンプ１４から出力値Ｐ３　（Ｄｉ−Ｅｌ
）が出力され、他方の両側光センサ８ａ、８ｂの検出値
Ｄ２及びＥ２がアンプ１５に入力されて、アンプ１５か
ら出力値Ｐ４　（Ｄ２−Ｅ２）が出力されて、更にアン
プ１６にて、出力値Ｐ３と出力値Ｐ４とを加算してトラ
ッキングエラーの検出値が算出される。

この第３の実施例によれば、第１及び第２の各方向に対
応する各測光センサ群が、検出光２の焦点に対して互い
に対称に配置されている。従って、上記した回路構成に
て、トラッキングエラーをアンプの出力値（Ｐ３＋Ｐ４
）により検出でき、このように両エラー検出を相互補償
型にて行うことにより、光ディスク２３の傾きに対する
エラー値の変化の誤差が少くなると共に、トラック横断
時にフォーカシングエラー信号に生じるノイズ分を低減
することができる。このように、３ビーム法を用いた光
学ヘッド構造に、本発明を容易に適用することができる
。

前記した各実施例では、光デイスク用の光学ヘッドにつ
いて示したが、本発明は、光デイスク用に限定されず、
例えばカードの面に情報記録媒体としてのトラックを設
けた公知の光カードに対する情報の授受を行うための光
学ヘッド構造にも適用可能である。尚、この場合には、
前記した実施例中に設けたλ／４板２板金６いた構造に
なる。

［発明の効果］ このように本発明によれば、検出光の光軸上に配置され
た第１の受光部の形状を適切化するのみで、検出感度を
向上し得ると共に、検出特性の非線形性を改善でき、簡
単な構造により光学ヘッドの小型化及びフォーカシング
エラーの検出特性を改善できるため、その効果は極めて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく測光センサの形状及び検出要
領を示す図である。 第２図は、検出特性を示す図である。 第３図及び第４図は、測光センサの分割形状の別の実施
例を示す図である。 第５図は、本発明に基づく測光センサを用いた第２の実
施例を示す図である。 第６図は、第２の実施例の検出要領を示す図である。 第７図は、第２の実施例の検出特性を示す図である。 第８図は、本発明に基づく測光センサを用いた第３の実
施例を示す図である。 第９図は、第３の実施例の検出要領を示す図である。 第１０図は、従来の光学ヘッド構造を示す要部模式図で
ある。 第１１図は、従来の測光センサの形状及び検出要領を示
す図である。 第１２図は、従来の測光センサの検出特性を示す図であ
る。 １・・・測光センサ　　　２・・・検出光３・・・アン
プ　　　　　４・・・ハーフプリズム５・・・第１方向
主検出光 ５ａ、５ｂ・・・第１方向副検出光 ６・・・第２方向主検出光 ６ａ、６ｂ・・・第２方向副検出光 ７・・・第１の測光センサ ７ａ、７ｂ・・・測光センサ ８・・・第２の測光センサ ８ａ、８ｂ・・・測光センサ ９．１０．１１・・・アンプ １２・・・分割線　　　　１３・・・回折格子１４〜１
６・・・アンプ　１７・・・主ビーム１７ａ、１７ｂ・
・・副ビーム ２１・・・半導体レーザ ２２・・・出射光　　　　２３・・・光ディスク２４・
・・コリメータレンズ ２５・・・偏光ビームスプリッタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学式記録媒体から反射されかつ収束する検出光
   の軸線上にフォーカシングエラーを生じていない状態に
   於ける焦点位置から或る距離をおいて配置された第１の
   受光部と、前記第１の受光部に隣接して設けられた第２
   の受光部とを有し、前記両受光部の各検出値の差により
   前記エラーを検出する形式の光学ヘッド構造に於て、 前記第１の受光部が、前記検出光の光軸の軸心を含む帯
   状領域からなり、前記帯状領域の幅が、その端部から前
   記軸心に対応する中心位置に向けて漸増していることを
   特徴とする光学ヘッド構造。
2. （２）光学式記録媒体に向けてフォーカシングエラー検
   出用の主ビームとトラッキングエラー検出用の一対の副
   ビームとを発生する手段と、前記主ビームの前記光学式
   記録媒体から反射されかつ収束する主検出光の軸線上に
   フォーカシングエラーを生じていない状態に於ける焦点
   位置から或る距離をおいて配置された第１の受光部と、
   前記第１の受光部に隣接して設けられた第２の受光部と
   、前記一対の副ビームの前記光学式記録媒体から反射さ
   れる各副検出光をそれぞれ別個に検出するための一対の
   第３の受光部とを有し、前記第１及び第２の受光部の各
   検出値の差により前記フォーカシングエラーを検出し、
   前記一対の第３の受光部の各検出値の差により前記トラ
   ッキングエラーを検出する形式の光学ヘッド構造に於て
   、 前記第１の受光部が、前記検出光の光軸の軸心を含む帯
   状領域からなり、前記帯状領域の幅が、その端部から前
   記軸心に対応する中心位置に向けて漸増していることを
   特徴とする光学ヘッド構造。