JPH0449532A - 光ピックアップにおける焦点検出方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光ピックアップにおける焦点検出方法に関する
。

［従来の技術］ 光ピックアップの焦点検出方法は、光ディスク等の光情
報記録媒体に照射される光を光情報記録面上に正しく集
束させる合焦制御のための焦点誤差信号を発生させる方
法であり、種々の方法が知られている。

このような焦点検出方法のうちにフーコー法と呼ばれる
方法がある。

一般に焦点検出方法で得られる焦点誤差信号は横軸に合
焦状態からのずれ量即ちデフォーカス量、縦軸に焦点誤
差信号の大きさを採るとＳ字形状の曲線になることが知
られている。このＳ字形状の曲線の中央の部分では「デ
フォーカス量」と「焦点誤差信号の大きさ」とが直線的
な比例関係にあり、この比例関係の成り立つ領域はリニ
ヤ範囲と呼ばれる。

リニヤ範囲が大きい場合には、光情報記録面を照射する
光束の集光位置と光情報記録面とのずれがかなり大きく
なっても合焦制御が可能である。

［発明が解決しようとする課題］ 合焦制御方法として従来から知られたフーコー法はリニ
ヤ範囲が狭く、このためデフォーカス量が少し大きくな
ると合焦制御が適正に行われなくなり、合焦制御が不安
定であるという問題があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
フーコー法を改良し、リニヤ範囲の大きい新規な焦点検
出方法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明は上述のようにフーコー法を改良した焦点検出方
法であって、以下の如き特徴を有する。

即ち「光情報記録面から反射され、直線偏光状態の光束
」を、［複屈折材料により構成されたフーコープリズム
」と集光レンズとに入射させる。

入射の順序はフーコープリズムと集光レンズのどちらが
先でも良い。

そしてこの光束を「フーコープリズムのプリズム作用に
より」２分割する。また集光レンズの作用により入射光
束に集束性を与える。

さらに２分割された各部分をフーコープリズムの複屈折
作用により常光線光束と異常光線光束に分離する。

２分割された光束の各分割部分を光束対と呼ぶ。

各分割部分は常光線光束と異常光線光束により構成され
るからである。

このとき各光束対に於いて常・異常光線光束がフーコー
プリズムのプリズム稜に直交する方向に分離するように
する。

フーコープリズムのプリズム作用の結果、各光束対もプ
リズム稜に直交する方向へ分離する。

結局、フーコープリズムと集光レンズの効果でプリズム
稜に直交する方向へ分離した４つの集束性の光束が得ら
れる。

互いに分離した光束対は［受光面を２分割された１対の
受光素子」にそれぞれ別個に入射させられる。その際「
各光束対の常光線光束と異常光線光束の光束スポットの
一部が互いに重なり合うように、且つ光情報記録面に照
射される光束が光情報記録面上に合焦しているときに各
受光素子の受光面分割線が常光線光束と異常光線光束の
中心間を２等分するよう」に各光束対の入射状態が定め
られる。

そして各分割受光面部分の出力に基づき焦点誤差信号が
発生させられる。

［作　　用］ 上記のように、本発明では各受光素子に入射する光束対
が集束性の常光線光束と異常光線光束に分離しており、
これら光束は受光面分割線を跨ぐように且つそれらの光
束スポットが互いに一部重なり合うように入射する。従
って各受光素子の受光するスポットは常・異常光線光束
の各光束スポットが繋がった形状となり、受光面分割線
に直交する方向に長くなる。

また、常光線光束と異常光線光束とはフーコープリズム
のプリズム稜に直交する方向へ分離しているので、光情
報記録面を照射する光束が合焦状態からずれると受光面
上の上記スポットは受光面分割線に直交する方向へ変位
する。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図（ａ）は、請求項１の発明を適用した光ピックア
ップの１例を示している。

同図において符号１をもって示す半導体レーザーからの
発散性の放射光束はカップリングレンズ２により平行光
束化され、ビームスプリッタ−３により図の左方へ反射
され、偏向プリズム５により反射され対物レンズ６によ
り光情報記録媒体たる光ディスク７の光情報記録面に向
かって集束する。このようにして光ディスク７の光情報
記録面に光スポットを結像して情報の記録・再生あるい
は消去を行う。

光情報記録面からの反射光は対物レンズ６に入射し、偏
向プリズム５に反射され、ビームスプリッタ−３を透過
し、１／２波長板９により偏光面を４５度旋回され、集
光レンズ１０により集束性の光束にされる。

この集束性の光束はフーコープリズム１５に入射する。

フーコープリズム１５は例えば水晶のような複屈折材料
で構成されており、入射光束に対してプリズム作用と複
屈折作用とを及ぼす。

即ち入射光束はフーコープリズム１５のプリズム作用に
より、プリズム稜１５０（図面に直交する方向を向いて
いる）に直交する方向（図の上下方向）に分離した２部
分、即ち光束対１７１．１７２に分割される。

また入射光束は直線偏光状態で偏光方向が４５度の方位
になっているため、フーコープリズム１５の複屈折作用
により常光線光束と異常光線光束に分離するが分離の方
向はプリズム稜１５０に直交する方向である。図に於い
て実線は常光線光束、破線は異常光線光束を示す。

結局、フーコープリズム１５から射出する光束は２つの
常光線光束と２つの異常光線光束の４光束で、これらは
何れも集束性であり、常光線光束と異常光線光束とが光
束対を構成するのである。

光束対１７１．１７２は受光素子１６０に入射する。

受光素子１６０は２つの２分割受光素子１６１．１６２
を一体化したものである。即ち、第１図（ｂ）　（ｃ）
に示すように受光素子１６１は受光面を受光面分割線Ｅ
により受光面部分Ａ、Ｈに分割されており、受光素子１
６２は受光面を受光面分割線Ｆにより受光面部分Ｃ，Ｄ
に分割されている。受光面分割線Ｅ、Ｆはプリズム稜１
５０に平行に対応する。

第１図（ｂ）（Ｃ）に於いて符号１７Ｂ、　１７Ｇは常
光線光束の光束スポット、符号１７Ａ、　１７Ｄは異常
光線光束による光束スポットを示している。

第１図（ｄ）において符号４０Ｂは常光線光束の光束ス
ポットにおける強度分布、符号４０Ａは異常光線光束に
よる光束スポットの強度分布を示している。常光線光束
と異常光線光束とは第１図（ｄ）に示すように互いに光
束スポットの一部が重なり合う様にして受光面に入射す
る。なお第１図（ｄ）は光情報記録面を照射する光束が
光情報記録面上に合焦している状態を示し符号４１は受
光面分割線を通り受光面に直交する直線を示す。

第２図を参照すると、この図の（ｂ）は合焦状態におけ
る受光素子１６１の受光状態を示している。

光束対１７１を構成する常光線光束と異常光線光束とは
互いに光束スポット１７Ａ、　１７Ｂの一部を重ならせ
て受光面上に入射するが、合焦状態ではこれら光束の中
心（黒丸で示す）を結ぶ直線が受光面分割線Ｅにより２
等分されるように入射状態が定められる。従ってこの状
態では分割受光面部分Ａからの出力ａと分割受光面部分
Ｂからの出力すとは互いに等しい。

第２図（ａ）は光情報記録面が合焦状態よりも対物レン
ズ６側に近付いたときの受光素子１６１の受光状態を示
す。このとき常・異常光線光束の各光束スポット１７Ａ
、１７Ｂはスポット径を増大させつつ分割受光面部分Ａ
の側へずれ、各分割受光面部分Ａ、Ｂからの出力ａ、ｂ
の大小関係はａ＞ｂとなる。

第２図（Ｃ）は光情報記録面が合焦状態よりも対物レン
ズ６から遠退いたときの受光素子１６１の受光状態を示
す。このとき常・異常光線光束の各光束スポット１７Ａ
、　１７Ｂはスポット径を増大させつつ分割受光面部分
Ｂの側へずれ、各分割受光面部分Ａ、Ｂからの出力ａ、
ｂの大小関係はａ＜ｂとなる。

光束対１７２が入射する受光素子１６２に関しても上と
同様であるが、合焦状態からのずれに応じた光束対１７
１，１７２の偏向方向は互いに逆である。従って受光素
子１６２の各受光面部分Ｃ，Ｄからの出力Ｃ９ｄの大小
関係は合焦状態でｃ＝ｄ、光情報記録面が対物レンズ側
に近付いたときｃ＜ｄ、遠退いたときｃｏｄとなる。

従って受光素子１６１．１６２の各分割受光面部分Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄからの出力ａ、ｂ、ｃ、ｄを用い、焦点誤差
信号として （ａ−ｂ）＋（ｄ−ｃ）Ｅ　（ａ十ｄ　）　−（ｂ＋ｃ
　）を構成し、この信号がＯとなるように対物レンズ６
のサーボ制御を行えば合焦制御を行うことができる。

ここで、より具体的に説明する。

第３図はフーコープリズム１５の作用を説明するための
図である。

フーコープリズム１５が合成水晶で出来ているものとし
、光束の波長を７８０ｎｍ、フーコープリズム１５の頂
角をθ、上記波長に対するフーコープリズム１５の屈折
率を常光線に対してｎ。＝１．５３７８．異常光線に対
しｎ、４．５４７７とする。

このとき常光線３１、異常光線３２に対して図の屈折角
θ。、θ。を用いて ｎＯ°ｓｉｎθ＝ｓｉｎθ。＋”ａ’Ｓｌｎθ＝ｓ　ｉ
ｎθ。

が成り立つ。

０２５度とし、フーコープリズム１５の入射面から受光
素子１２の受光面までの光学的距離１を２０ｍｍとする
と、受光面上の光束スポットの中心間距離ｄ。

は ｄｏ＝１・（ｔａｎθ、−ｔａｎθ。）＝１６μｍとな
る。

一方、受光面上の各光束スポットの径φはφ＝２・１．
２２・λ／ＮＡ で与えられる。この式の２は入射光束がフーコープリズ
ム１５により１／２ずつに分割されることによる影響を
表す係数であり、λは波長、ＮＡは集光レンズ１０の開
口数である。

集光レンズ１０の焦点距離を４０ｍｍ、光束径を４ｍｍ
。

λ＝　７８０ｎｍとするとφ＝３８μｍとなる。

即ち、合焦状態にあるときスポット径３８μｍの光束ス
ポットが１６μｍの中心間距離を隔てて受光素子１６１
．１６２の受光面上に結像することになる。

この条件で算出された焦点誤差信号とデフォーカス量と
の関係は第４図の曲線４０のようになる。

リニヤ範囲は±６μｍである。

複屈折作用をもたないフーコープリズムを用いた従来の
フーコー法の場合は焦点誤差信号とデフォーカス量との
関係は第４図の曲線５０のようになる。リニヤ範囲は±
３μｍである。

このことからこの実施例の場合、リニヤ範囲を従来方式
に比して２倍に増大することが出来ることが分かる。

リニヤ範囲を大きくするには常光線光束と異常光線光束
の光束スポット間隔ｄ。を大きくすればよく、この間隔
ｄは各光束が重なり合うと言う条件下で例えば第５図の
程度まで大きくしてもよい。

実用上の見地からすると、上記間隔ｄ。は常光線光束と
異常光線光束が強度路１／２の所で重なり合うようにす
るのが良い。第１図（ｄ）はこの場合を示している。

なお、第１図の実施例でビームスプリッタ−３を偏光ビ
ームスプリッタ−とし、この偏光ビームスプリッタ−の
偏向プリズム側の面に１／４波長板を設けた構成とする
と光の利用効率を高めることが出来る。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば光ピックアップにおける新規な焦
点検出方法を提供できる。この発明は上記の如く構成さ
れているので、従来のフーコー法に比してリニヤ範囲を
有効に増大して安定した合焦制御を可能にする。また従
来のフーコー法ではリニヤ範囲を設計値として設定する
ことが出来なかったが本発明ではフーコープリズムと受
光素子との距離の調整により受光面上における常・異常
光線光束の中心間距離（第３図のｄ。）を調整すること
によりリニヤ範囲を調整できるのでリニヤ範囲の設計に
よる設定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した光ピックアップの１例を説明
するための図、第２図は第１図の光ピックアップにおけ
る焦点検出を説明するための図、第３図は本発明におけ
るフーコープリズムの複局作用を説明する図、第４図は
第１図の光ピックアップに関連して発明の詳細な説明す
るための図、第５図は常光線光束と異常光線光束の重な
り合いを説明するための図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光ピックアップにおいて、 光情報記録面から反射され、直線偏光状態の光束を、複
   屈折材料により構成されたフーコープリズムと、集光レ
   ンズとに入射させて２分割するとともに各分割部分を集
   束性の常光線光束と異常光線光束に分離することにより
   、それぞれが常光線光束と異常光線光束とにより構成さ
   れ且つ常光線光束と異常光線光束とが上記フーコープリ
   ズムのプリズム稜に直交する方向へ分離している２対の
   光束対を得、 受光面を２分割された１対の受光素子のそれぞれに上記
   光束対を一つずつ入射させ、 入射状態に於いて、常光線光束と異常光線光束の光束ス
   ポットの一部が互いに重なり合い、且つ光情報記録面に
   照射される光束が光情報記録面上に合焦しているときに
   各受光素子の受光面分割線が常光線光束と異常光線光束
   の中心間を２等分するように各光束対の入射条件を定め
   、 各分割受光面部分の出力に基づき焦点誤差信号を発生さ
   せることを特徴とする焦点検出方法。