JPH0434733A - 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、記録ビ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、対物レンズをその光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５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３．１／４波長板４、対物レンズ５および記
録媒体６の透明保護層６八を経てその記録層６Ｂの表面
に集束される。この光束は、記録Ｎ６Ｂ上で反射され、
透明保護層６Ａ、対物レンズ５および１／４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
り成る検出ブリスム１０に入射し、その一つのプリズム
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１１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〜ｂ１２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６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
は一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１１からの反射光の
光量分布を検出するもので、第５図に平面図をも示すよ
うに中心光ｖＡ（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
６図は、検出プリズム１０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ＲｐおよびＲ
ｓ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５図において、記録媒体６の
透明保護層６八が、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
でただし、透明保護層６Ａ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
ズ行列は、したがって、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ＩＥＩ”は、 Ｅ　Ｉ”　＝　ｌ　Ｅ−１”　＝　ｌ　Ｅｙｌ”　＝ｃ
ｏｓ”　−−（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°のリタデーション（ダブルパス）があるとする
と、検出プリズム１０への入射光量は、リタデーシゴン
のない場合と比較して、ｌ／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がリタデ
ーシ９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、
ワタデージ町ンｄ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、上記のように検出プリズム１０への入射光量の変
動を抑えるために、第５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１０に入射するＳ偏光とＰ偏光の光量比はｓｉｎ
”（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６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７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従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光学的能動素子を設け、これ
により互いに直交する二つの偏光成分間の光学的位相差
を変化させるようにする。

〔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。この
実施例では、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）を、コリメートレンズ２２によっ
て平行光とした後、偏光特性を有さないハーフプリズム
２３、対物レンズ２４および記録媒体２５の透明保護１
２５Ａを経て記録層２５Ｂの表面に集束し、該記録層２
５Ｂでの反射光を透明保護層２５Ａおよび対物レンズ２
４を経てハーフプリズム２３に入射させる。

ここで、ハーフプリズム２３に入射する反射光は、リタ
デーションαを持つ透明保護層２５Ａの影響により、一
般に楕円偏光となり、紙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。

しかし、ハーフプリズム２３は偏光特性を持たないので
、その反射率をｒとすると、ｒ　（ｓｉｎ”　（α／２
）十ｃｏｓ”　（α／２））＝ｒの光が８亥ハーフプリ
ズム２３で反射することになり、その反射光強度は偏光
に依存しない。

バー　７７”リズム２３で反射された光は、三角プリズ
ムよりなる検出プリズム２６に入射させ、その一つのプ
リズム面２７（以後、反射面と称する）により反射され
る光束を、第１図に平面図をも示すように２分割した受
光領域２８Ａ、　２８Ｂを有する光検出器２８で受光し
、これら受光領域２８Ａ、　２８Ｂの出力の差に基づい
て対物レンズ２４の記録媒体２５に対する焦点状態を検
出するようにする。なお、検出プリズム２６の反射面２
７は、対物レンズ２４が記録媒体２５に対して合焦状態
にあるときの入射光線（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する。

この実施例では、ハーフプリズム２３と検出プリズム２
６との間の記録媒体２５からの反射光の光路中に、縦型
光変調素子３１を配置する。この縦型変調素子３１は、
第２図に斜視図をも示すように、光学結晶３２と、光学
結晶３２を挟む光路と直交する一対の透明電極３３とを
もって構成し、一対の透明電極３３にスイッチ３４を介
して直流電源３５により半波長電圧■πを選択的に印加
することにより、光学結晶３２に入射する互いに直交す
る二つの偏光成分間の光学的位相差を変化させるように
する。

上記構成において、直流電源３５によりスイッチ３４を
介して縦型光変調素子３１に半波長電圧■πを印加する
と、該縦型光変調素子３１に入射する互いに直交する二
つの偏光成分間の光学的位相差はλ／２となる。したが
って、スイッチ３４をオン・オフして半波長電圧■πを
周期的に印加すると、縦型光変調素子３１はスイッチ３
４がオン状態では１７２波長板として作用し、オフ状態
では単なる透過板として作用することになる。

ここで、縦型光変調素子３１への入射光のペクトプリズ
ム３００Ｐ偏光の反射率をＲｐ、Ｓ偏光の反射率をＲｓ
とすると、スイッチ３４がオン状態にあるときは、検出
プリズム２６での反射後の複素振幅は、 検出プリズム２６での反射後の複素振幅は、したがって
、検出プリズム２６での反射後の光束の光量は、平均で
（Ｒｐ”＋Ｒｓ”）／２となり、入射光束の偏光に依存
せず一定となるので、透明保護層２５Ａにリタデーシゴ
ンがあっても、これに影響され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３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するために、ハーフプ
リズム２３で反射された記録媒体２５からの反射光をミ
ラー４１で反射させた後、シリンドリカルレンズ４２で
非点収差を与えて、第３図に平面図をも示すように４分
割した受光領域４３Ａ〜４３Ｄを有する光検出器４３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焦点検出装置において、
ハーフプリズム２３とミラー４１との間の記録媒体２５
がらの反射光の光路中に、横型光変調素子４５を配置し
たものである。

横型光変調素子４５は、第４図に斜視図をも示すように
、光学結晶４６と、光学結晶４６を挟む光路と平行な一
対の電極４７とをもって構成し、これら−対の電極４７
にスイッチ４８を介して直流電源４９により第１実施例
と同様にして半波長電圧■πを選択的に印加することに
より、光学結晶４６に入射する互いに直交する二つの偏
光成分間の光学的位相差を変化させるようにする。

上記構成において、ミラー４１はＰ偏光とＳ偏光とで一
般に反射率が異なる。このため、透明保護層２５Ａにリ
タデーションがあると、ミラー４１への入射光のＰ偏光
とＳ偏光との光量比が変動し、横型光変調素子４５がな
いと、ミラー４１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る。しかし、上記のように、ミ
ラー４１の前に横型光変調素子４５を挿入して、第１実
施例と同様に記録媒体２５からの反射光に対して互いに
直交する二つの偏光成分間の光学的位相差を変化させる
ようにすれば、第１実施例で述べたと同様の効果が得ら
れ、焦点状態を安定にかつ高精度で検出することが可能
となる。

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実施例における縦型光変調素子３１を第２実施例
の横型光変調素子４５に代えて用いることもできるし、
逆に第２実施例における横型光変調素子４５を第１実施
例の縦型光変調素子３１に代えて用いることもできる。

また、上述した実施例では、直流電源３５．４９および
スイッチ３４．４８を用いて光変調素子３１．４５に半
波長電圧■πを選択的に印加するようにしたが、電源と
して交流電源を用いて、例えば（■π／　２　）　ｓｉ
ｎωｔの交流電圧をスイッチを介することなく光変調素
子３１．４５に印加したり、あるいは直流電圧を重畳し
た例えば（■π／２）（１＋ｓｉｎωｔ）の交流電圧を
スイッチを介することなく印加することもでき、これに
より第１および第２実施例と同様の効果を得ることがで
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
反射光路中に、光学的能動素子を設けて、互いに直交す
る二つの偏光成分間の光学的位相差を変化させるように
したので、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図は第１
図に示す縦型光変調素子の構成を示す斜視図、 第３図はこの発明の第２実施例を示す図、第４図は第３
図に示す横型光変調素子の構成を示す斜視図、 第５図、第６図および第７図は従来の技術を説明するた
めの図である。 ２１・・・レーザ光源　　　　２２・・・コリメートレ
ンズ２３・・・ハーフプリズム　２４・・・対物レンズ
２５・・・記録媒体　　　　２５Ａ・・・透明保護層２
５Ｂ・・・記録層　　　　２６・・・検出プリズム２７
・・・反射面　　　　　２８・・・光検出器３１・・・
縦型光変調素子　３２・・・光学結晶３３・・・透明電
極　　　　３４・・・スイッチ３５・・・直流電源　　
　　　４１・・・ミラー４２・・・シリンドリカルレン
ズ ４３・・・光検出器　　　　４５・・・横型光変調素子
４６・・・光学結晶 ４８・・・スイッチ ４７・・・電極 ４９・・・直流電源 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の光学的位
   相差を変化させる光学的能動素子を設けたことを特徴と
   する焦点検出装置。