JPH0740370B2 - 焦点誤差検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光ディスク装置（特に連続トラックを有する
物）に於ける対物レンズアクチュエーターの合焦点位置
を検出する焦点誤差検出装置に関するものである。

従来の技術 近年、大容量でしこも情報検索能力が高い光ディスク装
置が次第に実用化されつつある。光ディスク装置は対物
レンズ直径１〜２μｍのスポットに集光したレーザービ
ームを記録媒体上に照射させることによって高密度な情
報の記録および再生を行うことができるものである。光
ディスク装置はさまざまな技術的要素でもって構成され
ているが、なかでも対物レンズと記録媒体との距離をつ
ねに対物レンズの焦点距離に保つ焦点制御技術は高密度
な情報の記録および再生を行う上で最も重要な技術であ
るといっても過言ではない。焦点制御技術のなかでも焦
点からのずれ量を検出する焦点誤差検出技術は特に高精
度、高信頼性が必要とされる技術である。これまでにも
アスティグマ検出法やフーコー（ナイフエッジ）検出法
といった検出感度の高い優れた方式が考案されている。

以下、図面を参照しながら、上述した従来の焦点誤差検
出装置の一例について説明する。

第７図（Ａ）および（Ｂ）は従来の焦点誤差検出装置の
ブロック図を示すものである。第７図（Ａ）において、
10は記録媒体である。11はレーザー光源、12はハーフミ
ラー、13は対物レンズ、14は凸レンズ、15はシリンドリ
カルレンズである。１は受光手段である。受光手段１は
同図（Ｂ）に示されるが如く直角に４つの受光素子（受
光部）1a,1b,1c,1dに分割されていて、その分割線の一
方は記録媒体10に設けられたトラック方向に一致してい
る。さらにシリンドリカルレンズ15はその母線が分割線
に対して45゜になるように設置されている（図中明記せ
ず）。２は受光素子1a〜1dの出力より焦点誤差を演算す
る焦点誤差検出手段である。

以上のように構成された焦点誤差検出装置について、以
下その動作の説明をする。

焦点誤差は対物レンズ13、凸レンズ14、シリンドリカル
レンズ15、受光手段１で構成される光学系によって検出
される。すなわち凸レンズ14、シリンドリカルレンズ15
によって非点収差を生じさせ、それら得られる前後２つ
の焦点の位置を受光手段１でもって検出することによっ
て記録媒体10と対物レンズ13の間の相対位置を知ること
ができる。今、対物レンズ13の焦点位置上に記録媒体10
があるとき、その反射光は凸レンズ14、シリンドリカル
レンズ15を通過した後、光軸上の２点に焦点（子午像と
球欠像）を結ぶ。これらの２焦点の中央付近に受光手段
１を設けておくと、受光手段１上の像はほぼ円形にな
る。対物レンズ13の焦点位置から記録媒体10が変位する
とそれに応じて２焦点も光軸上を動く。このとき受光手
段１上の像は対角方向すなわち分割線から45゜あるいは
−45゜方向に伸びる楕円となる。受光素子1a,1b,1c,1d
の出力をそれぞれA,B,C,Dとすれば、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ
＋Ｄ）を電気的に演算することにより焦点誤差信号を得
ることができる。焦点誤差検出手段２はこういった処理
を行うためのものである。この方法は非点収差（アステ
ィグマ）検出法と呼ばれていて、特開昭53−1003号、あ
るいは特開昭53−19806号等に詳細に述べられている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、受光手段１上のフ
ァーフィールド像が記録媒体10の面振れや光学ヘッドを
構成する部分の位置ずれなどによってトラック走査方向
にシフトした場合、焦点誤差信号にトラッキング誤差成
分が外乱として混入するという問題点を有していた。第
６図にこの様子を示す。第６図（Ａ）のように受光手段
１の分割線の交点上に（合焦点時における）ファーフィ
ルド像の中心があるときは、各受光素子の対角和の差動
をとることによりトラック像はキャンセルされる。しか
し同図（Ｂ）のようにファーフィールド像がトラック走
査方向にシフトするとトラック像はトラック直交方向分
割線に対し非対称に分布するため対角和の差動をとって
もキャンセルできず、トラッキング誤差成分の一部が焦
点誤差信号に混入することになる。

デジタル・オーディオディスクやビデオディスクのよう
にトラックが断続形状であるものは、トラッキング誤差
信号の振幅自体が比較的小さいので、焦点制御系への多
少の混入は無視できる場合が多い。しかし、追記型ある
いは記録消去型の記録媒体は連続したトラックを有して
いる場合が多く、トラッキング誤差成分の焦点制御への
影響が問題になってくる。

本発明は上記問題点に鑑み、ファーフィールド像がトラ
ック走査方向にシフトしてもトラッキング誤差成分がほ
とんど混入せず、常に安定した焦点制御を実行すること
ができる焦点誤差検出装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の焦点誤差検出装置
は、それぞれ適当な２つの受光素子の出力を加算する２
つの加算手段と、さらにこれらの加算手段の出力を比較
する比較手段と、各受光素子の出力を上記比較手段の出
力に応じた増幅率でもって増幅する可変増幅手段とでも
って構成されたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、ファーフィールド像の
トラック走査方向へのシフトに応じて、各受光素子のゲ
インバランスを適宜変えることで、トラッキング誤差信
号を電気的にキャンセルするものである。

実施例 以下本発明の一実施例の焦点誤差検出装置について、図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の一実施例における焦点誤差検出
装置のブロック図を示すものである。第１図において、
１は受光手段、２は焦点誤差検出手段、31,32は（第
一、第二の）加算手段、４は比較手段、5a,5b,5c,5dは
可変増幅手段である。加算手段31の入力は受光手段１を
構成する受光素子のうち受光素子1a,1bの出力と接続さ
れ、加算手段32の入力は受光素子1c,1dの出力と接続さ
れている。比較手段４の入力は加算手段31,32の出力と
接続されている。可変増幅手段5a,5b,5c,5dはそれぞれ
受光素子1a,1b,1c,1dの出力を増幅し、比較手段４の出
力でもってその増幅率を決定している。焦点誤差検出手
段２の入力は、対応する可変増幅手段5a〜5dの出力にそ
れぞれ接続されている。

以上のように構成された焦点誤差検出装置について、以
下その動作を説明する。

受光手段１は従来例で述べたものと全く同じ構成であ
る。本実施例でも受光素子1a,1b,1c,1dの各出力をそれ
ぞれA,B,C,Dとする。加算手段31および32は受光手段１
の各受光素子の出力よりＡ＋ＢおよびＣ＋Ｄを演算す
る。ここでファーフィールド像の中心が分割線の交点上
に位置していれば、この両者の出力は等しい。もしファ
ーフィールド像がトラック走査方向（図中上下方向）に
変位していれば、その量に応じた分だけこの両者の出力
の均衡は崩れる。Ａ＋Ｂ＜Ｃ＋ＤかＡ＋Ｂ＞Ｃ＋Ｄかは
ファーフィールド像の変位方向による。従って加算手段
31および32の出力はファーフィールド像のずれ方向とず
れ量に関する情報を持っていることになる。

比較手段４はこの情報に応じて受光素子1a〜1d出力をそ
れぞれ異なった増幅率で増幅するための制御信号を発す
る機能を有する。可変増幅手段5a〜5dはその制御信号に
応じてその増幅率を変えることができる。本実施例では
可変増幅手段5a,5bの増幅率と5c,5dの増幅率とをそれぞ
れ等しくしている。

一例としてファーフィールド像が第６図（Ｂ）のように
シフトした場合を考える。このとき加算手段31の出力は
Ａ＋Ｂと、加算手段32の出力はｋ×（Ｃ＋Ｄ）（ｋ＞
１）となる。比較手段４はこれに対し例えば可変増幅手
段5a〜5dの増幅率（Ga〜Gd）がGc（＝Gd）＝ｋ×Ga（＝
Gb）となるような制御信号を送る。その結果像シフトに
よって生じたトラック走査方向に対する光量のアンバラ
ンス量が電気的に補正される。このとき受光素子1a,1b,
1c,1dに照射されるトラック像のアンバランス量も緩和
されるのでトラッキング誤差成分の混入は激減する。

もっとも比較手段４の機能はこれに限定されるものでは
無い。例えばアンバランス量ｋに対して適当なゲインバ
ランスｆ（ｋ）:Gc（＝Gd）＝ｆ（ｋ）×Ga（Gb）を設
定することでトラッキング誤差信号の混入を完全に無く
することもできる。

本実施例でGa＝Gb,Gc＝Gdとしているのはゲインバラン
スを変えることによって焦点誤差検出信号にオフセット
が加わることを防ぐためである。焦点誤差検出手段２は
可変増幅手段5a〜5dの出力Ga×A,Gb×B,Gc×C,Gd×Ｄよ
り焦点誤差信号FE＝Ga×Ａ＋Gc×Ｃ−（Gb×Ｂ＋Gd×
Ｄ）を演算することによって得られる。従来例でも述べ
たが合焦点時は受光手段１上の像が円形になっているの
で、そのトラック直交方向へのずれが無い場合、合焦点
時はＡ＝B,C＝Ｄとなっている。このとき焦点誤差信号
はFE＝（Ga−Gb）×Ａ＋（Gc−Gd）×Ｃとなるが、ここ
でGa＝Gb,Gc＝GdならばFE＝０となってオフセットは生
じない。

トラック直交方向へのみずれがあった場合はGa＝Gb＝Gc
＝Gdとなって通常のアスティグマ方式となる。この場合
もオフセットは生じない（特開昭53−1003号公報、特開
昭53−19806号公報等）。

トラック走査方向及び直交方向にずれが生じた場合にオ
フセットが生じるのがアスティグマ検出法の欠点である
が、本発明を用いればこれをも緩和できる。すなわちト
ラック走査方向のずれに関しては電気的に補正されてい
るので実質的にはトラック直交方向にしかずれていない
ことになるからである。

本実施例で問題になるのはＡ＋ＢおよびＣ＋Ｄがトラッ
キング誤差成分を多く含んでいる場合である。しかしト
ラックとトラック間のデューティー比が1:1より極端に
離れていないならば、両出力中に含まれるトラッキング
誤差成分は極めて小さい。もし多少含まれていたとして
も、Ａ＋ＢおよびＣ＋Ｄに含まれるトラッキング誤差成
分は互いに同相であるから、差動的にキャンセルするこ
とも可能である。またフィルターによる帯域分離も可能
である。

以上のように本実施例によれば、それぞれ適当な２つの
受光素子の出力を加算する２つの加算手段と、さらにこ
れらの加算手段の出力を比較する比較手段と、各受光素
子の出力を上記比較手段の出力に応じた増幅率でもって
増幅する可変増幅手段とでもってファーフィールド像の
トラック走査方向へのシフトを電気的にキャンセルする
ことによって、トラッキング誤差信号による外乱の生じ
ない焦点誤差検出装置を実現することができる。

以下本発明の第２の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

第２図は本発明の第２の一実施例を示す焦点誤差検出装
置のブロック図である。同図において加算手段31の入力
は可変増幅手段5a,5bの出力より、加算手段32の入力は
可変増幅手段5c,5dの出力よりそれぞれ得ている。以下
は第１図の構成と同様である。ただし本実施例では図面
のレイアウトの都合上トラック走査方向を左右にとって
いる。上記のように構成された焦点誤差検出装置につい
て、以下その動作を説明する。

本実施例では可変増幅手段5a〜5dの増幅率をフィードバ
ックループによって決定している。第３図は比較手段４
の一例を示した回路図である。第３図において41,42は
ローパスフィルターである。43,44は差動増幅器であ
り、それらの正相入力端には基準電圧源45が接続されて
いる。フィードバックループの応答周波数はローパスフ
ィルター41,42の時定数および差動増幅器43,44のゲイン
によって決定される。以上のようにフィードバックルー
プを構成すると可変増幅手段5a〜5dの出力が常にGa×Ａ
＋Gb×Ｂ＝E₀、Gc×Ｃ＋Gd×Ｄ＝E₀（E₀:基準電圧源45
が発生する基準電圧値）となるようにGa、GbおよびGc、
Gdが決定される。本実施例でも先の実施例と同様Ga＝g
b,Gc＝Gdとしている。

以上のように、本実施例によれば可変増幅手段5a〜5dの
増幅率をフィードバックループによって決定しているた
め、簡単な構成で正確にゲインを設定することができ
る。

次に本発明における第３の実施例について図面を参照し
ながら説明する。第４図（Ａ），（Ｂ）は本発明におけ
る第３の実施例を表すブロック図である。第４図（Ａ）
において、10は記録媒体、11はレーザー光源、12はハー
フミラー、13は対物レンズ、14は凸レンズ、16は屋根型
プリズムである。１は受光手段である。受光手段１は同
図（Ｂ）に示されるが如く４つの受光素子1a,1b,1c,1d
に一列に分割されている。各素子の出力は可変増幅手段
5a,5b,5c,5dを経て加算手段31,32および焦点誤差検出手
段２に接続されている。焦点誤差検出手段２は受光素子
1a,1dおよび受光素子1b,1cの出力よりそれぞれ和信号を
合成し、さらに両者の差動をとることによって焦点誤差
信号を得ている。この方式はフーコー検出法と呼ばれて
いる（例えば桜井他：光メモリー光磁気メモリー総合技
術集成、サイエンスフォーラム、95−96頁、1983）。

可変増幅手段5b,5dの出力は加算手段31に、可変増幅手
段5a,5cの出力は加算手段32に、それぞれ接続されてい
る。さらに加算手段31,32の出力は比較手段４を経てそ
れぞれ可変増幅手段5b,5dおよび可変増幅手段5a,5cにフ
ィードバックされている。比較手段４は第３図に示され
たものと同一のものである。

以上のように構成された本発明の第３の実施例について
以下その動作を説明する。第５図はその説明図である。
屋根型プリズム16は第５図に示された如く、その稜線が
光束をトラック走査方向に２分割するように設置されて
いる。従って屋根型プリズム16を透過した光はその稜線
を境に二方向に別れて進み、さらに凸レンズ14によって
同図（Ｂ）に示されるように二箇所に結像させられる。
対物レンズ13の焦点位置に記録媒体10があるときにそれ
ぞれの結像の中央に受光手段１の分割線が来るように調
整しておけば、このとき焦点誤差検出手段の出力は０と
なる。記録媒体10が焦点位置から多少ずれれば、ずれの
方向によって２つの像が近づいたり遠ざかったりする。
焦点誤差検出手段２は外側に配置された受光素子の出力
と内側に配置された受光素子の出力との差を検出するか
ら、このとき焦点誤差検出手段の出力は負か正の値をと
る。

本実施例では可変増幅手段5b.5d出力の和（Gb×Ｂ＋Gd
×Ｄ）と可変増幅手段5a,5c出力の和（Ga×Ａ＋Gc×
Ｃ）とがともに等しくE₀になるようにフィードバックが
かけられている。すなわち（受光手段１のずれ等で）受
光手段１上の像が第５図（Ｃ）のように分割線と直交方
向に平行移動してもGa（＝Gc）＜Gb（＝Gd）とすること
でそれをキャンセルすることができる。従ってこの場合
も先の実施例と同様トラック像の混入を防止することが
できる。

発明の効果 以上のように本発明はそれぞれ適当な２つの受光素子の
出力を加算する２つの加算手段と、さらにこれらの加算
手段の出力を基準電位と比較する比較手段と、各受光素
子の出力を上記比較手段の出力に応じた増幅率でもって
増幅する可変増幅手段とを設けることにより、トラッキ
ング誤差信号による外乱の生じない焦点誤差検出装置を
実現することができる。

さらに上記加算手段の入力を上記可変増幅手段の出力よ
り得る構成にし、上記比較手段の出力を上記可変増幅手
段にフィードバックしたことにより、上記可変増幅手段
のゲインを正確に決定できるといった効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における焦点誤差検出装置の
ブロック図、第２図は本発明の第２の一実施例における
焦点誤差検出装置のブロック図、第３図は第２図中の制
御手段の一実施例を示した回路図、第４図（Ａ）（Ｂ）
は本発明の第３の一実施例における焦点誤差検出装置の
ブロック図、第５図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はその説明図、
第６図（Ａ）（Ｂ）は従来の問題点をあげた説明図、第
７図（Ａ）（Ｂ）は従来の焦点誤差検出装置のブロック
図である。 １……受光手段、２……焦点誤差検出手段、31,32……
加算手段、４……比較手段、5a〜5d……可変増幅手段。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の受光部に分割された受光手段と、上
   記受光手段に記録媒体情報面の像を投影する光学的手段
   とを具備した焦点誤差検出装置であって、上記受光部と
   同数設けられしかも上記受光部出力をそれぞれ任意の増
   幅率で増幅する可変増幅手段と、上記可変増幅手段の出
   力より焦点誤差信号を演算する焦点誤差検出手段を備
   え、上記受光手段のうち少なくとも２つの受光部出力よ
   り得られた信号を加算する第１および第２の加算手段
   と、上記第１および第２の加算手段の出力の低域成分を
   それぞれ基準電位と比較する比較手段とを具備し、さら
   に上記第１および第２の加算手段の出力の低域成分と上
   記基準電位とがほぼ等しくなるべく、上記比較手段の出
   力は上記可変増幅手段にフィードバックされることを特
   徴とした焦点誤差検出装置。
2. 【請求項２】各受光部出力は可変増幅手段を経由して第
   １または第２の加算手段に入力することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の焦点誤差検出装置。
3. 【請求項３】受光手段は第１、第２、第３、および第４
   の受光部によって構成され、各受光部出力は、第１、第
   ２、第３および第４の可変増幅手段にそれぞれ供給され
   ることを特徴とし、焦点誤差検出手段は上記第１および
   第３の可変増幅手段出力和信号と第２および第４の可変
   増幅手段出力和信号との差を演算することによって焦点
   誤差信号を生成することを特徴とし、さらに第１の加算
   手段は上記第１および第２の可変増幅手段出力を加算
   し、第２の加算手段は上記第３および第４の可変増幅手
   段出力を加算するとを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の焦点誤差検出装置。
4. 【請求項４】第１の可変増幅手段の増幅率と第２の可変
   増幅手段の増幅率とは互いに等しく、また、第３の可変
   増幅手段の増幅率と第４の可変増幅手段の増幅率とは互
   いに等しいことを特徴とした特許請求の範囲第３項記載
   の焦点誤差検出装置。
5. 【請求項５】光学的手段は非点収差を発生させる光学部
   材を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の焦点誤差検出装置。
6. 【請求項６】光学的手段は光束を少なくとも２本に分波
   させる手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の焦点誤差検出装置。
7. 【請求項７】記録媒体情報面にはトラックが形成され、
   第１および第４の可変増幅手段出力の和信号と、第２お
   よび第３の可変増幅手段出力の和信号との差信号からト
   ラッキング誤差信号を生成することを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の焦点誤差検出装置。
8. 【請求項８】記録媒体情報面にはトラックが形成され、
   しかも上記トラックはその走査方向が受光手段の分割線
   の一方に対してほぼ平行に写像されるよう配置されたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦点誤差検
   出装置。
9. 【請求項９】第１および第２の加算手段はトラック走査
   方向と直角方向の分割線によって分けられた２組の受光
   部のそれぞれの和出力を得ることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の焦点誤差検出装置。