JPH0432446B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学式デジタルオーデイオデイスクプ
レーヤ、ビデオデイスクプレーヤ等の光学式情報
記録再生装置に使用されるピツクアツプ装置に関
する。

斯かるピツクアツプ装置の基本的構造図を第１
図に示す。１は半導体レーザ装置等の光源、２は
光源１より発せられた発散ビームを略平行にする
コリメータレンズ、３は偏光ビームスプリツタ、
４は1/4波長板、５は対物レンズ、６は光学式反
射デイスク、７，８はその軸方向が略直交する方
向に配されたシリンドリカルレンズ、９は分割線
がシリンドリカルレンズ７，８の軸と45度をなす
ように配置された４分割の光検知器である。

光源１より発せられたビームはコリメータレン
ズ２により略平行光とされ、ビームスプリツタ
３、1/4波長板４を経た後対物レンズ５によりデ
イスク６上に集束される。デイスク６上に記録さ
れた信号により変調されたビームはデイスク６に
て反射され、対物レンズ５、1/4波長板４を経て
ビームスプリツタ３に入射し、ビームスプリツタ
３の偏光面にて反射された後シリンドリカルレン
ズ７，８を透過して光検知器９上に照射される。
シリンドリカルレンズ７，８は非点収差を呈する
ところから、光検知器９上のビームスポツトの形
状は第２図に示す如くになる。

すなわちデイスク６が対物レンズ５の焦点深度
内に位置するときは第２図ｂに示す如く光検知器
９上のスポツトは略円形となる。一方デイスク６
が対物レンズ５の焦点深度より遠い場合は、第２
図ａに示す如く長軸がシリンドリカルレンズ８の
軸８ａに沿つた橢円となり、またデイスク６が対
物レンズ５の焦点深度より近い場合は、第２図ｃ
に示す如く長軸がシリンドリカルレンズ７の軸７
ａに沿つた橢円となる。従つて４分割された光検
知器９のうち対角線上に配置された１対の光検知
器９ａ，９ｄの出力の和と、他の１対の光検知器
９ｂ，９ｃの出力の和との差を検出することによ
り、第３図に示す如きＳ字状のフオーカスエラー
信号Ｆを得ることができる。

対物レンズ５によるビーム集束点とデイスク６
の信号記録面との距離（焦点離れ量）Ｃが、Cn，
Cfのときフオーカスエラー信号Ｆに正及び負の
ピークが各々生じるが、これは第４図ａ及びｂに
示す如くシリンドリカルレンズ７又は８により光
検知器９ａ，９ｄ上又は９ｂ，９ｃ上に各々線像
が結像された場合に対応する。このフオーカスエ
ラー信号Ｆを図示せぬアクチユエータに供給して
対物レンズ５を光軸方向（第１図において上下方
向）に移動せしめれば、デイスク６が面振れして
もデイスク６の信号記録面上にビームを常に正確
に集束させることができる。その結果光検知器９
ａ乃至９ｄの出力の和より得られるRF信号Ｓを
復調して記録情報を再生することができる。

斯かる原理に基づくフオーカスサーボ装置を実
現するためには、デイスク６の信号記録面が対物
レンズ５の焦点深度内に位置するときフオーカス
エラー信号Ｆが零になるように上記各光学部品が
所定位置に配置されていなければならない。しか
しながら上記各光学部品の精度あるいはその取付
精度は完全なものではなく、またバラ付きもある
ので上記光学部品を設計された所定位置に配置し
ただけでは上記条件を直ちに満足することはでき
ない。そこで上記光学部品の位置を微調整するこ
とが必要となる。

従来斯かる微調整は光検知器９により行なわれ
ていた。すなわち光検知器９を光軸と垂直な面内
において２方向に微調移動させる第１の調整を先
ず行い、フオーカスエラー信号Ｆの正負のピーク
位置が零点を中心として対称になるようにする。
この第１の調整だけでは、デイスク６の信号記録
面が対物レンズ５の焦点深度内に位置したとして
も、その時フオーカスエラー信号Ｆは必ずしも零
にはならない。けだしデイスク６の信号記録面が
対物レンズ５の焦点深度内に位置した時ビームの
断面形状が略真円となる光軸上の位置は所定の１
点しかなく、光検知器９が光軸上その所定の１点
に対応する位置に必ずしも正確に配置されていな
いからである。従つてデイスク６の信号記録面が
対物レンズ５の焦点深度内に位置する時RF信号
Ｓのレベルは最大となるから、第１の調整の段階
においては、第３図のフオーカスエラー信号Ｆの
零クロス点Ｏより右又は左にずれた位置C₁又は
C₂においてRF信号Ｓのレベルが最大となる。そ
こでビーム断面形状が真円となる位置に光検知器
９を正確に配置するための第２の調整を、光検知
器９を光軸方向に移動させることによつて行うの
である。

しかしながら斯かる調整は１つの光学部品（光
検知器９）を３軸方向に移動させるための調整機
構を必要とし、構成が複雑になるばかりでなく一
方向の調整が他方向の調整に影響を与え易く、調
整に時間がかかり、正確な調整が困難であつた。

本発明は斯かる状況に鑑みなされたもので、構
成が簡単であり、また調整も容易な光学式ピツク
アツプ装置を提供することを目的とする。

以下図を参照して本発明の実施例を説明する。
尚以下に参照する図において第１図乃至第４図と
対応する部分には同一符号が付してあり、その詳
述は省略する。

第５図において１０は筐体であり、光源１、コ
リメータレンズ２を支持するホルダ１１，1/4波
長板４が固定されたビームスプリツタ３、対物レ
ンズ５、シリンドリカルレンズ７，８、光検知器
９を各々所定位置に収容しており、またビームを
通過させるための通路１２，１３が形成されてい
る。尚対物レンズ５は対物レンズ５をフオーカス
方向に駆動するアクチユエータ（図示せず）を介
して筐体１０に取付けられている。外形が略円柱
状のホルダ１１は光源１より発せられたビームを
通過させる断面が略円形の通路１２の内壁１２ａ
内に嵌挿されており、内壁１２ａをガイドとして
光軸方向に摺動可能となつている。ホルダ１１の
略中央には光軸方向と垂直な溝１１ａが形成され
ており、筐体１０に形成された中心孔１４、貫通
孔１５に偏心ドライバの２軸（図示せず）を各々
挿通し、偏心ドライバを中心孔１４を中心として
図中時計方向又は反時計方向に回転させ、溝１１
ａと係合した偏心ドライバの一方の軸でホルダ１
１を光軸方向に移動させることができるようにな
つている。１６は筐体１０に螺合されたネジであ
り、その一端は筐体１０の外部より回転可能とな
つており、その他端はホルダ１１と当接してホル
ダ１１を所定位置で固定できるようになつてい
る。ビームスプリツタ３は平行６面体形状のプリ
ズム３１と３角柱形状のプリズム３２とより構成
されており、その接合面３３が偏光面、接合面３
３と平行な面３４が反射面として形成されてい
る。従つて光源１より発せられたビームがホルダ
１１に固定されたコリメータレンズ２を通過した
後、面３４、面３３によつて各々反射され、1/4
波長板４、対物レンズ５を介してデイスク６に照
射されるようになつている。デイスク６にて反射
されたビームは対物レンズ５、1/4波長板４、面
３３、シリンドリカルレンズ７，８を経て光検知
器９上に照射される。

第６図は第５図におけるシリンドリカルレンズ
７の保持機構の原理を模式的に示している。シリ
ンドリカルレンズ７は略直方体形状のホルダ１７
の略中央に固定されている。筐体１０の光検知器
９に向かうビームを通過させる通路１３を形成す
る面であつて、シリンドリカルレンズ７の軸７ａ
と略45度をなす面のうち少くとも１つの面１０ａ
は平面とされ、面１０ａには光軸と垂直な方向に
溝１８が形成されている。溝１８にはホルダ１７
が嵌合されており、ホルダ１７はその底平面及び
左右側平面が、溝１８の底平面及び左右側平面と
各々接触してガイドされ、溝１８に沿つて光軸と
垂直な面内において軸７ａと略45度をなす方向に
摺動自在となつている。１９は筐体１０の貫通孔
２０に挿通され、ホルダ１７に螺合しているネジ
である。２１は筐体１０に固定された板バネであ
り、ホルダ１７を溝１８の底面に押圧する方向及
び面１０ａと平行で貫通孔２０と離れる方向に付
勢している（図示は省略されているが、ホルダ１
７は光軸方向にも板バネにて付勢されている）。
従つてネジ１９を回転させることによつてホルダ
１７（従つてシリンドリカルレンズ７）を軸７ａ
と45度をなす方向に移動させることができる。

尚図示は省略されているが、シリンドリカルレ
ンズ８もシリンドリカルレンズ７と同様の構成で
シリンドリカルレンズ７と独立に摺動自在となる
ように筐体１０に保持されている。

第７図はシリンドリカルレンズ７，８と光検知
器９との位置関係を模式的に表わしている。すな
わち光検知器９の２つの分割線をｘ軸及びｙ軸方
向とした場合、シリンドリカルレンズ７，８の軸
７ａ，８ａはｘ軸及びｙ軸に対して各々45度をな
すようになされており、デイスク６に形成された
トラツク（図示せず）の方向はｙ軸方向とされ、
シリンドリカルレンズ７，８の調整移動方向はｘ
軸方向とされる。

第８図は光検知器９より電気信号を出力させる
ための回路図を表わしており、光検知器９ａと９
ｃの出力差が減算器２２によつて、また光検知器
９ｂと９ｄの出力差が減算器２３によつて各々得
られ、それらが加算器２４によつて加算されてフ
オーカスエラー信号Ｆが得られる。加算器２５は
光検知器９ａ乃至９ｄの出力を加算するからデイ
スク６に記録された信号のRF信号Ｓに対応した
信号を出力する。

次に本発明に係る光学式ピツクアツプ装置の調
整方法について述べる。先ず第１の調整を行う。
すなわち光検知器９に入射するビームの光軸（ス
ポツトの中心）を光検知器９の中心と一致させる
調整を行う。そのために対物レンズ５に対向して
設けたデイスク又はミラーを充分大きく（少くと
も光検知器９上に第４図に示す如き線像が形成さ
れる程度に）面振れさせ、フオーカスエラー信号
Ｆをシンクロスコープ等で観測する。この時フオ
ーカスサーボループは開放されているので面振れ
に対応して第３図に示す如きＳ字状の特性が観測
される。そしてネジ１９を回転させ先ずシリンド
リカルレンズ７を第７図におけるｘ軸方向に移動
させる。そうすると光検知器９上におけるビーム
スポツトは軸７ａと垂直な方向（シリンドリカル
レンズ８の軸８ａの方向）に移動し、第３図にお
けるフオーカスエラー信号Ｆの正のピーク（点
Cnにおけるピーク）が増減するので、このピー
クが最大となつたところでネジ１９を固定する。
点Cnにおけるピークが最大となるのは第４図ａ
に示す如く線像が光検知器９ａ，９ｄにのみ結像
され、光検知器９ｂ，９ｃには結像されないとき
である。

次にシリンドリカルレンズ８が対応するネジ１
９を回転させシリンドリカルレンズ８を第７図に
おいてｘ軸方向に移動させる。シリンドリカルレ
ンズ８の移動方向は後述する如くシリンドリカル
レンズ７の移動方向と平行である必要はないが、
平行とすることにより調整作業を同一方向から行
うことができ調整作業が容易となる。シリンドリ
カルレンズ８を移動させると光検知器９上におけ
るビームスポツトは軸８ａと垂直な方向（シリン
ドリカルレンズ７の軸７ａの方向）に移動し、第
３図におけるフオーカスエラー信号Ｆの負のピー
ク（点Cfにおけるピーク）が増減するので、こ
のピークが最小（負に最大）となつたところでネ
ジ１９を固定する。点Cfにおけるピークが最小
となるのは第４図ｂに示す如く線像が光検知器９
ｂ，９ｃにのみ結像され、光検知器９ａ，９ｄに
は結像されないときである。

以上の調整により光軸と垂直な面内（ｘ，ｙ面
内）における２方向においてビームの光軸が光検
知器９の中心に合わされたので、ビームの光軸は
光検知器９の中心と略一致したことになる。

尚ここにおいて特筆すべきは、シリンドリカル
レンズ７，８の各々の調整において一方の調整が
他方の調整に何等影響を与えないことである（シ
リンドリカルレンズ７（又は８）を移動しても点
Cf（又はCn）のピークはかわらない）。このこと
をさらに説明すると、光検知器９上の中心と光検
知器９上に照射されるビームの光軸とを一致させ
る第１の調整においては光軸と垂直な面内で光学
部品を２軸方向に移動させる必要があるが、一方
向の調整が他方向の調整に影響を及ぼすのは、一
方向の調整をした時光検知器９上のスポツトが移
動する方向が他方向の調整をした時スポツトが移
動する方向と直角でない場合である。しかしなが
ら本発明においては、シリンドリカルレンズ７又
は８を移動した時光検知器９上においてスポツト
が移動する方向は各々軸７ａ又は８ａと直角な方
向であり、軸７ａと軸８ａとは直角に配置されて
いるので結局スポツトの移動方向も相互に直角と
なるのである。すなわちシリンドリカルレンズ
７，８は各各の軸７ａ，８ａと直角な方向にのみ
レンズ作用（ビームを偏向させる作用）を有し、
軸７ａ，８ａと平行な方向にはレンズ作用を有し
ていないので、シリンドリカルレンズ７又は８を
各々の軸７ａ又は８ａの方向に移動する場合（こ
の場合はスポツトの位置は変化しない）を除き、
光軸と垂直な面内のいずれの方向（本実施例にお
いては共にｘ軸方向）に移動してもスポツトは軸
７ａ又は８ａと直角な方向に各々移動するのであ
る。例えばシリンドリカルレンズ７又は８を各々
軸７ａ又は８ａと垂直な方向に移動させるように
してもスポツトの移動方向は各々軸７ａ又は８ａ
と直角な方向である。従つてシリンドリカルレン
ズ７又は８の移動方向についての厳密な管理は必
ずしも必要でない。ただ軸７ａと軸８ａとを略直
角に維持することは従来技術の場合と同様にフオ
ーカスエラー信号Ｆの対称性を確保するために必
要であるから、このことをより確実とするため
に、シリンドリカルレンズ７及び８のホルダ１７
が摺動する溝１８の底平面を同一平面として形成
することができる。このようにすればシリンドリ
カルレンズ７と８のホルダ１７は各々同一の基準
面上を摺動することになるので両者の相対的取付
誤差をより少くすることができる。

第１の調整が終了した後第２の調整を行う。第
２の調整は先ずネジ１６をゆるめ、孔１４，１５
に偏心ドライバを差し込んで回転させ、コリメー
タレンズ２を保持するホルダ１１を光軸方向に移
動させることによつて行う。この時フオーカスエ
ラー信号Ｆと共にRF信号に対応する信号Ｓ（RF
信号でなくともデイスク６やミラーが対物レンズ
５の焦点深度内に位置したことが判別できる信号
であればよい）を観測する。信号Ｓのレベルが最
大となる（デイスク６やミラーが対物レンズ５の
焦点深度内にある）時、フオーカスエラー信号Ｆ
が負であればホルダ１１を光源１から遠ざける方
向に、また正であれば近づける方向に各々移動さ
せ、フオーカスエラー信号Ｆの零クロス点Ｏにお
いて信号Ｓのレベルが最大となるようにし、そこ
でネジ１６を固定する。

デイスク６が焦点深度内にあるにも拘らずフオ
ーカスエラー信号Ｆが負であるということは、本
来第２図ｂに示す如く各光検知器９ａ乃至９ｄの
受光量が等しくあるべきところが、第２図ａに示
す如く光検知器９ｂ，９ｃの方が光検知器９ａ，
９ｄより多く受光していることを意味する。そこ
でコリメータレンズ２を光源１から遠ざけてコリ
メータレンズ２から出るビームをより発散する傾
向にすることにより、光検知器９ａ，９ｄの受光
量をより増加させると共に光検知器９ｂ，９ｃの
受光量をより減少させ、もつて各光検知器９ａ乃
至９ｄの受光量が等しくなる（光検知器９上のス
ポツトが光学的に真円になる）ようにするのであ
る。

一方デイスク６が焦点深度内にあるにも拘らず
フオーカスエラー信号Ｆが正であるときは、上述
した場合と逆方向に調整すれば各光検知器９ａ乃
至９ｄの受光量を等しくすることができることは
明らかである。

斯かる第２の調整を光源１とコリメータレンズ
２との相対距離を変化させることにより行う本発
明は、シリンドリカルレンズ７，８と光検知器９
の相対距離を変化させる従来の場合と比較して次
のような効果を奏する。

第１に、上記第１の調整に悪影響を与えるおそ
れが少い。すなわちシリンドリカルレンズ７，８
と光検知器９とは上述した如く光軸と垂直な面内
において所定の方向に配置される必要がある（光
検知器９の分割線とシリンドリカルレンズ７，８
の軸７ａ，８ａとは相互に略45度の角度をなすよ
うに配置される必要がある）が、シリンドリカル
レンズ７，８と光検知器９の光軸方向の相対距離
を変化させて第２の調整を行うようにすると、そ
もそも他の軸方向には影響を与えず完全に１軸
（光軸）方向にのみ物体を移動させることは困難
であることと、第１の調整のための移動をも考慮
するとシリンドリカルレンズ７，８又は光検知器
９のうち一方は少くとも２軸方向に移動自在でな
ければならないこととが相俟つて、光軸と垂直な
面内における変化が生じ易くなるのである。しか
もシリンドリカルレンズ７，８と光検知器９とは
ビームを集束させる光学系を構成しているので、
この変化は例えわずかであつても取付精度に大き
く影響してくるのである。これに対して光源１と
コリメータレンズ２との相対距離を変化させるよ
うにする場合は、第１の調整のための移動方向を
考慮しても各光学部品の移動方向を１軸方向のみ
とすることができ、光軸と垂直な面内において発
生する変化を小さくすることができる。しかも光
源１とコリメータレンズ２とは光軸と垂直な面内
における斯かる方向性を一般的に有しておらず
（光源１として半導体レーザを使用した場合放出
ビームの断面は必ずしも円形とならないことがあ
るが、光検知器９の分割線と軸７ａ，８ａの方向
性に較べれば殆んど無視することができる）、ま
た光源１より発せられたビームはコリメータレン
ズ２により略平行ビームとされるに過ぎないか
ら、例え光源１とコリメータレンズ２との光軸方
向の調整時に光軸と垂直な面内における移動が生
じたとしても、シリンドリカルレンズ７，８と光
検知器９の光軸と垂直な面内における方向性に与
える影響は極めて小さいものとなる。

第２に調整後最終的に残る取付誤差を小さくす
ることができる。すなわち光源１より放射された
ビームが対物レンズ５に平行に入射する状態が、
対物レンズ５を収差の少い状態で使用することが
できる理想的な状態である。換言すれば対物レン
ズ５によりビームが集束される位置が、第１図に
示す如くビームが対物レンズ５に対して理想的に
平行に入射した時集束する位置にできるだけ近い
方が理想的な状態に近い。光源１とコリメータレ
ンズ２との光軸方向の相対的位置に関する取付誤
差をΔx₁とし、光源１，コリメータレンズ２，ビ
ームスプリツタ３，1/4波長板４，対物レンズ５
により構成される入射ビーム系の縦倍率をk₁（k₁
＝（f₂／f₁）²、但しf₁は対物レンズ５の焦点距離、
f₂はコリメータレンズ２の焦点距離）とした場
合、対物レンズ５によるビームの集束位置が理想
的位置よりずれる距離L₁は、L₁＝Δx₁／k₁とな
る。一方シリンドリカルレンズ７，８と光検知器
９との光軸方向の相対的位置に関する取付誤差を
Δx₂とし、対物レンズ５，1/4波長板４，ビーム
スプリツタ３，シリンドリカルレンズ７，８，光
検知器９により構成される反射光学系の縦倍率を
k₂（k₂≒（f₃／f₁）²、但しf₃はシリンドリカルレン
ズ７，８の平均焦点距離）とした場合、光検知器
９上に真円のスポツトを形成せしめるために位置
すべき対物レンズ５の集束点が理想的位置からず
れる距離L₂は、L₂＝Δx₂／k₂となる。両方の取付
誤差Δx₁，Δx₂を等しいと仮定しても、距離L₁は
距離L₂より大きくなるのが一般的である。けだ
しコリメータレンズ２を光源１から遠ざけると光
源１より発散されるビームの有効利用率が低下す
るためにコリメータレンズ２の焦点距離f₂は余り
大きくすることができないのに対して、光検知器
９とシリンドリカルレンズ７，８の光軸と垂直な
面内における取付精度の厳しさを軽減するために
は、シリンドリカルレンズ７，８の平均焦点距離
f₃は大きい方が有利となるからである。従つてコ
リメータレンズ２と光検知器９のうちいずれか一
方のみを光軸方向に調整するとすれば、コリメー
タレンズ２を調整した方が理想的状態に対する残
留誤差を小さくすることができる。

対物レンズ５に平行にビームが入射するように
調整するためには、対物レンズ５を筐体１０に取
付ける前にモニタカメラ等でビームの平行状態を
観測しながら光源１とコリメータレンズ２との距
離を調整し、しかる後対物レンズ５を筐体１０に
取付けることも考えられるが、こうすると調整工
程が複雑となりコスト高となつて民生用機器に使
用する光学式ピツクアツプ装置の調整方法として
は非実用的である。

第９図は光源１とコリメータレンズ２のホルダ
１１との光軸方向の距離を調整するための第２の
実施例を原理的に表わしている。すなわち筐体１
０の段部１０ｂとホルダ１１との間にはスプリン
グ２６が介在しており、ホルダ１１を図中下方に
付勢するようになつている。２７は筐体１０に螺
合すると共に、一方の端部がホルダ１１を押圧す
るように設けられた調整ネジであり、中心にはビ
ームを通過させる孔２８が設けられている。ネジ
２７を回転させることによつてホルダ１１の位置
を光軸方向に調整可能であることは明らかであ
る。

尚上記実施例においてはコリメータレンズ２の
位置を光源１に対して光軸方向に調整するように
したが、光源１をコリメータレンズ２に対して光
軸方向に調整するようにしてもよい。

また上記実施例においてはフオーカスエラー信
号の対称性を良くするために、シリンドリカルレ
ンズを２枚使用したが、対称性を犠牲にするので
あればシリンドリカルレンズ７を平凸レンズとし
てもよい。この場合はシリンドリカルレンズ８を
上述した如くに調整すると共に、光検知器９をシ
リンドリカルレンズ８の軸８ａと垂直な方向に調
整するようにして第１の調整を行うのがよい。

さらに非点収差を与える光学素子としてはシリ
ンドリカルレンズ以外のもの、例えばくさび形プ
リズムを使用するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式ピツクアツプ装置の概略図、第
２図及び第４図は光検知器上のスポツトの形状を
示す正面図、第３図はフオーカスエラー信号の特
性図、第５図は本発明に係る光学式ピツクアツプ
装置の構造を示す部分断面図、第６図は本発明に
係るシリンドリカルレンズの保持構造の原理図、
第７図はシリンドリカルレンズと光検知器との光
軸と垂直な面内における位置関係を示す概略図、
第８図は光検知器より出力を取り出すための回路
図、第９図は光源とコリメータレンズの光軸方向
の位置を調整する第２の実施例を示す原理図を各
各表わす。 １…光源、２…コリメータレンズ、３…ビーム
スプリツタ、４…1/4波長板、５…対物レンズ、
６…デイスク、７，８…シリンドリカルレンズ、
９…光検知器、１１，１７…ホルダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 筐体と、該筐体に配置された光源、コリメー
   タレンズ、ビームスプリツタ、対物レンズ、非点
   収差を与える複数個のシリンドリカルレンズから
   なる光学素子及び光検出器とを有する光学式ピツ
   クアツプ装置であつて、該シリンドリカルレンズ
   を各々独立に光軸と垂直な面内で移動自在とし、
   該光検知器に対して移動調整して所定位置で固定
   可能にするとともに、該コリメータレンズを含む
   ホルダーを光軸方向に対して移動可能にしたこと
   を特徴とする光学式ピツクアツプ装置。