JPH0415533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は、回転する円板状の記録媒体（以下デ
イスクと呼ぶ）に光を照射して光学的に情報を記
録し又は読み出す光学的情報処理装置に関する。
更に詳細には記録媒体上に照射された光の焦点ず
れを自動的に検出して、これが零となるように制
御系を動作させ、もつて記録媒体上に常に照射光
の焦点を結ばせる自動焦点合せ装置を備えた光学
的情報処理装置に関する。

［発明の背景］ 従来、光学的情報処理装置として、情報を同心
円又はスパイラル状に貯えたデイスクに光を照射
してその信号を読み出す装置がフイリツプス・テ
クニカル・レビユーVo133，1973，No.７により知
られている。かかる装置においては、デイスク面
の歪やデイスクをのせるターンテーブルの軸の偏
り等のため、回転しているデイスクが軸方向に振
動し、対物レンズとデイスクの位置関係を常に正
しく保持することは不可能である。そのためデイ
スクに照射されているスポツトの径が大きく変化
し、情報の読み出しが正確に行なわれなくなるの
で、対物レンズとデイスクとを常に正しい位置関
係に保つことが重要な問題である。

従来、レーザー光線などの焦点合せを自動的に
行なうには、レーザー光線などを絞つて微小焦点
を結ばせる対物レンズと焦点を合せるべき物体表
面との距離を電気的容量すなわち静電容量を用い
て測定し、この距離が対物レンズの焦点距離に一
致するように対物レンズを追従させる方法があ
る。

第１図は、静電容量を用いて焦点を合せる従来
の自動焦点合せ装置の原理図である。同図におい
て、レーザー光線１から送出されたレーザー光を
第１レンズ２、半透明鏡３を経て反射鏡４で反射
したのち対物レンズ５で絞り、移動物体６の表面
に焦点を結ばせる。なお移動物体６は紙面に直角
方向に回転する。また対物レンズ５はホルダー７
に取付けられ、これにはさらに電極８が固定され
一体として可動部を構成している。

ここで、電極８と移動物体６との間の静電容量
は両者の距離に逆比例するため、この関係を利用
して、位置検出回路９により電極８と移動物体６
との距離を測定する。電流制御回路１０では電極
８から対物レンズ５までの距離を考慮し、移動物
体６と対物レンズ５との距離と対物レンズ５の焦
点距離とを比較して、焦点が移動物体の表面上に
あるように、ホルダー７に取付けたボイスコイル
１１に電流を流す。

ボイスコイル１１には、永久磁石（図示せず）
等により常に一定の直流磁場が外部から加えられ
ており、電流に比例した電磁力が生じ、ボイスコ
イル１１、ホルダー７および対物レンズ５を光軸
方向に移動させ、対物レンズ５と移動物体６との
距離を変化させる。（なお以後の実施例において
は、ボイスコイルには外部から直流磁場が加えら
れているものとし、この直流磁場についての記載
を省略する。） かくして、レーザー光線は移動物体の表面上に
常に焦点を結び、このレーザー光線によつて移動
物体上の情報は読み出され、光検知器１２で検出
される。

このように、静電容量を用いた焦点合せ方式は
移動物体に接触せずして焦点合せを行なうことが
できるが、実際には次のような大きな欠点があ
る。

第１の欠点は、静電容量によつて対物レンズと
移動物体との距離を測定するため、移動物体も導
電体でなければならないことである。すなわち、
移動物体が導体でない場合は、メツキなどにより
表面を金属膜で被覆する手段を施なければ、この
方式は役にたたない。

第２の欠点は、対物レンズと移動物体との距離
を測定し、この値に基づいて対物レンズの焦点合
せをすることから生じる、この従来方式の宿命的
な欠点である。すなわち、測定値と比較するため
に対物レンズと焦点との距離を電圧などの形で与
えるのであるが、この値が電源電圧の変動などの
原因で変化すると、それ以後は焦点は移動物体の
表面からずれてしまう。

さらに、次のような欠点も生じる。これを図を
用いて説明する。

第２図は第１図の対物レンズ付近の拡大図であ
る。従来方式では、対物レンズ５と電極８との間
には距離ｖがあるため、電極８と移動物体６との
距離ｕを測定し、ｕ＋ｖが対物レンズ５と焦点Ａ
との距離（対物レンズ５への入射光が平行光線の
場合は焦点距離）ｗに一致するように制御を行な
い、焦点Ａが移動物体６の表面上にあるようにし
ている。

しかし、周囲の温度変化によるホルダー７の熱
膨脹や、振動による電極８の変形などにより、電
極８と対物レンズの距離の変動が生じることがあ
る。こうなると、対物レンズと焦点との距離ｗが
正確に与えられても（ｕ＋ｖ）はｗに一致せず、
焦点Ａは図示のように移動物体６の表面からずれ
てしまう。

他の従来例に対物レンズと光源との間の光路中
に設けた反射鏡を光軸方向に沿つて振動させるこ
とにより実効的に光源を振動させ、デイスクから
の光の強度変化と反射鏡の振動との位相差を検出
して焦点ずれ信号を得る方法（米国特許第
3673412号）があるが、焦点ずれを検出するため
の光学部材の振動量が大きく、高速に回転するデ
イスクを制御するには充分な精度が得られない。
しかも焦点ずれを検出するために反射鏡を設ける
必要があり、光ヘツドの構成が複雑になる欠点も
ある。

［発明の目的］ 本発明の目的は以上の欠点を除き、常に物体上
に焦点を一致させる自動焦点合せ装置を備えた光
学的情報処理装置を提供することである。

［発明の概要］ 上記目的を達成するため、本発明においては、
回転する記録媒体上に光源からの光の焦点を結ば
せるための対物レンズ、該記録媒体からの反射を
検出する光検出器および照射光とを分離する光学
素子を一体化し、これに一定周波数の正弦的かつ
光軸方向の微小振動を与え、記録媒体からの反射
光を光検知器で受光し、その出力の強弱から焦点
ずれの大きさ、方向を検知し、これにより記録媒
体に常に焦点を結ばせるものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。

第３図は、本発明の一実施例を示す説明図であ
る。

レーザー光源５１から送出されたレーザー光は
第１レンズ５２、半透明鏡５３を通り反射鏡５４
で反射され、対物レンズ５５で絞られ、ビデオデ
イスク５７の表面上に焦点を結ぶ。このレーザー
光はビデオデイスク５７の表面で反射されてもと
の光路をもどり、半透明鏡５３で反射され、ピン
ホールをもつ絞り（図示せず）を通り、光検知器
５８で受光される。なお光検知器５８の受光面が
きわめて小さいときは、絞りは必ずしも必要では
ない。かくしてビデオデイスク５７に記録された
光学情報が光検知器からの出力信号となり、情報
源端子（図示せず）に加わる。

次に、光検知器５８の焦点位置に対する特性を
第４図に示す。同図において、横軸ｘは対物レン
ズとビデオデイスク表面との距離、縦軸Ｅは光検
知器の出力電圧である。

前記第３図において、対物レンズ５５から投射
されたレーザー光がビデオデイスク５７の表面に
焦点を結んだとき、光検知器５８の出力が最大と
なるように絞り（図示せず）の位置を定めてあ
る。この場合の対物レンズ５５とビデオデイスク
５７の表面との距離をx₀とすると、第４図におい
て、ｘ＝x₀の場合、Ｅは最大値E₀となつて焦点
がビデオデイスクの表面に完全に一致したことを
示し、横軸のｘ＞x₀の部分は焦点がビデオデイス
ク表面より対物レンズ側にあることを示してい
る。またｘを変化させた場合の光検知器の出力電
圧は、x₀を中心にその前後でほとんど対称であ
る。

投射レーザ光の焦点位置がビデオデイスクより
対物レンズ側にあるとき、すなわちx₀よりも大き
いx_A点で対物レンズを光軸方向に振動させると、
光検知器の出力電圧は対物レンズの振動の位相に
比べ、180°位相の異なる振動波形が現われる。反
対に、x_Aがx₀よりも小さい場合は、振動の位相
と一致する位相の振動波形が現われる。さらに光
検知器からの出力電圧は、x_Aがx₀から遠くなる
ほど大きい。

本実施例ではこれらの現象から、x_A−x₀すな
わち焦点のずれ量と方向とを検知するため、光検
知器の出力電圧に対物レンズの振動波形に対応す
る数値を掛け合せることにより同期整流するとい
う手段を用いる。これを第３図によつて説明す
る。

まず、発振器６０より正弦波出力を送出し、こ
れを電流増幅器６７で増幅したのたちボイスコイ
ル５６に加え、対物レンズ５５を光軸方向に微小
振動させる。本実施例では、対物レンズ５５とと
もに他の光学系、例えば絞り、光検出器５８、第
１レンズ５２、半透明鏡５３、反射鏡５４を一体
化してコンパクトなものとし、これをボイスコイ
ルで振動させる。この振動によつて第４図に示し
たように、光検知器５８には強弱の出力が発生す
る。

光検知器５８の出力には対物レンズ５５の振動
周波数以外の成分、たとえばビデオデイスク５７
上のビデオ信号などが重畳しているため、帯域瀘
波器５９で対物レンズの振動周波数付近の信号の
みを通過させる。対物レンズ５５は発振器６０か
らの正弦波信号によつて駆動されるが、その動作
は発振器からの正弦波に比べ、いくぶん位相が遅
れる。よつて発振器６０からの正弦波電流を位相
調整器６１を通して対物レンズ５５の微小振動と
位相を一致させ、スイツチング装置６２に加え
る。

スイツチング装置６２は位相調整器６１の出力
によつて３つの接点位置を選択する。第５図はス
イツチング装置６２の入出力信号の各電圧波形を
示し、Ｅは位相調整器６１の出力電圧で、Ｅの瞬
時値がある電圧値以上のときはスイツチング装置
６２は接点ａに接触する。このときのスイツチン
グ装置６２の出力電圧はＦで、その波形はＪとな
る。

反対に、Ｅがある電圧以下のときはスイツチン
グ装置６２は接点Ｃに接触する。このときのスイ
ツチング装置６２の出力電圧はＧで、その波形は
Ｌとなる。またＥが中間の大きさのときは、スイ
ツチング装置６２は接点ｂに接触し、出力は送出
されない。このようなスイツチング装置は、従来
技術により容易に構成することができる。

このようにスイツチング装置６２で位相弁別さ
れた信号は、それぞれ第１低減瀘波器６３および
第２低減瀘波器６４を通る。第１低減瀘波器６３
の出力が第５図の出力電圧Ｆにおける平均値Ｋ
で、第２低減瀘波器６４の出力が同じく出力電圧
Ｇの平均値Ｍである。これらの信号は引き算器６
５に加えられ、引き算される。

引き算器６５の出力電圧は、対物レンズの焦点
がビデオデイスク表面よりレンズ側にあれば負
で、逆にビデオデイスク側にあれば正である。な
お出力電圧の絶対値は焦点ずれの量に比例する。

そこで、引き算器６５の出力に基づいて制御回
路６６から制御信号を送出し、電流増幅器６７で
増幅したのち、ボイスコイル５６に加えて対物レ
ンズ５５の移動させ、焦点ずれ（x_A−x₀）が零、
すなわち焦点が常にビデオデイスク表面に一致す
るように制御を行なう。この場合も前記実施例と
同様に、ボイスコイル５６に限らずその他の手段
により、制御信号に対応して対物レンズを移動
し、ビデオデイスク５７との距離を変化させるこ
とができる。

なお上記実施例では、制御回路６６から送出さ
れる制御信号をボイスコイル５６に加えて対物レ
ンズ５５とともに他の光学系を一体化してコンパ
クトなものを移動させているが、これはボイスコ
イル５６にかぎることなく、その他任意の手段を
用い、制御信号に応じて対物レンズを移動させ、
移動物体との距離を変化することができる。

本発明ではこのように対物レンズとともに一体
化したコンパクトな光学系を軸方向に振動させる
が、この振動による変位量は実際にはごくわずか
であるため、実用上はこれを無視し、全く焦点ず
れが起きないとみなすことができる。たとえば、
焦点深度が1μの対物レンズに対しては振動の大
きさをそれ以下、１例として0.5μ程度に設定すれ
ばよい。

［発明の効果］ 以上の如く本発明によれば、光源からの光を記
録媒体に照射する光学系および該記録媒体からの
反射光を検知する光学系を一体化し、これに微小
振動を与えるので、この微小振動により各光学系
を構成する光学部品間の位置ずれがない。焦点ず
れ検出のために格別な光学素子を設ける必要がな
く、光学ヘツドの構成が簡単である。また、光検
知器出力から振動周波数成分を取り出し、しかも
この振動周波数成分の位相と一致するよう位相調
整された発振器出力で焦点ずれ信号を検出するの
で、記録情報やトラツキングずれ等の影響なく、
信頼性の高い焦点ずれ検出および制御が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点合せ装置の原理説明
図、第２図はその対物レンズ付近を拡大した説明
図、第３図は本発明の実施例の説明図、第４図第
５図は本発明の原理を説明するための特性図であ
る。 １，５１……レーザー光源、２，５２……第１
レンズ、３，５３……半透明鏡、４，５４……反
射鏡、５，５５……対物レンズ、６，５７……移
動物体（ビデオデイスク）、７……ホルダー、８
……電極、９……位置検出回路、１０……電流制
御回路、１１，５６……ボイスコイル、１２，５
８……光検知器、６０……発振器、６１……位相
調整器、５９……帯域瀘波器、６３，６４……低
減瀘波器、６６……制御回路、６７……電流増幅
器、６２……スイツチング装置、６５……引き算
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 対物レンズにより集束された光を回転方向に
   沿つて情報の記録された回転記録媒体に照射し、
   該記録媒体からの反射光を光検知器により電気信
   号に変換し、この電気信号から上記情報を再生す
   る光学的情報処理装置において、少なくとも上記
   対物レンズと光検知器とを一体化し、これを上記
   対物レンズの光軸方向に所定の周波数の第１の信
   号で振動する手段と、上記所定の周波数の第１の
   信号の位相を調整する位相調整手段と、上記電気
   信号に含まれる上記所定の周波数に関する第２の
   信号を取り出す手段と、上記位相を調整された第
   １の信号によるタイミングで上記第２の信号を位
   相弁別するスイツチング装置と、該スイツチング
   装置からの位相弁別された信号を入力する２つの
   低減瀘波器とを有し、該２つの低減瀘波器の出力
   を引き算する引き算器と、該引き算器の出力によ
   り上記対物レンズの上記記録媒体までの距離を制
   御することを特徴とする光学的情報処理装置。