JPS60219639A - 焦点検出機構付の光学装置 - Google Patents

焦点検出機構付の光学装置

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JPS60219639A
JPS60219639A JP60003415A JP341585A JPS60219639A JP S60219639 A JPS60219639 A JP S60219639A JP 60003415 A JP60003415 A JP 60003415A JP 341585 A JP341585 A JP 341585A JP S60219639 A JPS60219639 A JP S60219639A
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light
focus
optical
detector
light beam
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ドナルド・ケネス・コーエン
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    • G—PHYSICS
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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〕 本発明は光学装置、特に焦点検出機構を有する光学装置
に関する。
〔従来技術〕
光学式データ記憶システムは普通、回転式光ディスクを
用いている。これは回転するディスク上のらせん状の又
は同心円状のトラックを光ビームで走査して、記録及び
感知のだめにアクセスするものである。通常、レーザ又
は単色光源によって供給されるコリメートされた光はレ
ンズ系を通ってディスク上に集束される。ディスク−に
よって反射された光はレンズ系を通ってビーム・スプリ
ッタに至り、そこで反射光の一部は焦点検出機構に指向
される。焦点検出機構は焦点誤差の大きさ及び方向を示
す。焦点誤差に応答して焦点調節回路及び集束レンズ移
動アクチュエータが作動する。
ディジタル計算機のデータを記憶するだめのそれら光学
式データ記憶装置は、例えば、迅速且つ正確な焦点合せ
システムが必要であるうさらに焦点合せシステムは製造
−及び保守のコストを最小限にするように設計されるべ
きである。
焦点合せは多年にわたって光学式記録装置の重要な領域
であった。焦点検出機構に伴なう問題の１つは光路長依
存性、即ち焦点合致指示の正確さがスプリッタと検出器
との間の光路長の正確さにかかわるということである。
回転された光のパターンを生じる装置は、米国特許第３
３４５９１２号に示されているような回転ずれ干渉側（
ｒｏｔａｒｙ　５１１ｅａｒ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅ
ｔｅｒ）である。この特許はレンズ系を検査するための
横ずれ（１ａｔｅｒａｌ　５ｈｅａｒ　）干渉計を示し
ている。しかし、そのような使用法は焦点制御システム
に関係しない。横ずｉ干渉計によって生じる干渉光パタ
ーンは、アプライド・オプティカル５ｉ　（Ａｐｐｌｉ
ｅｄＯｐｔｉｃｓ）、第１４巻、第７号、（１９７’５
年７月発行）、１６０７〜１６１２頁の論文に記載され
ている。この論文は横ずれ干渉計に関して見られる典型
的な明暗干渉パターンを示している。またジョン・ワイ
リー・アンド・サンズ社（Ｊｏｈｎｗｉｌｅｙ　＆　５
ｏｎｓ　）、ニューヨーク、１９７８年発行の「オプテ
ィカル・ショップ・テステイン、グ（Ｏｐｉ　１ｃａｌ
　５ｂｏｐ　Ｔｅ５ｔ　ｉｎｇ　）　Ｊの１０５ページ
には光干渉パターンの回転が述べられている。パターン
を回転させるためにその他の機構を用いることもできる
。
光学装ばには種々の型の検出器が用いられている。その
１つの型は米国特許第４１９５９０９号に示されている
。これはいわゆる象限（ｑｕａｄｒａｎｔ）検出器であ
る。４つの光検出器が矩形配列の形に配置され、各検出
器に入射した相対的な光の強度を測定するための解析用
電子回路に結合されている。ある意味で、象限検出器は
電気的なブリッジ検出器に類似している。羊のような象
限検出器は、空間周波数フィルタが回折格子系に関して
用いられるような光学系の焦点合せを検出するために用
いられてきた。そのような検出器は光路長依存性がちシ
、従って製造及び保守にコストを要する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術の全てに関して、光学式記録装置は、適当
な光路長に依存しない焦点検出制御装置及び制卸方法を
有していなかった。
従って本発明の目的は、サブミクロン領域の光学的デー
タ記録に入射する光ビームの焦点合せの状態を示し側脚
する事のできる、光学式データ記録装置用の、信頼性が
良く且つ安価な、光路長に依存しない焦点合せシステム
を提供することである。
〔問題点を解決するだめの手段〕
本発明は、データ記憶位置を有する光学記録媒体、並び
に記録媒体上にデータを記録するだめ及び記録されたデ
ータを感知するためにデータ記憶位置に光ビームをアド
レス可能に移動させる手段を有する光学式データ記憶装
置において実施することが好゛ましい。光路が光源を光
学記録媒体に結合する。この光路中に、光源から受け取
った第１の回転偏光の光ビームを記録媒体の方へ通運さ
せ且つ記録媒体から反射された光ビームを偏向させる事
を可能にする偏光装置が配置されている。偏向された光
ビームは、光学記録媒体に入射した光ビームの集束状態
を示すだめの明暗パターン発生装置に至る。偏向された
光ビームが第１の回転方位の明暗パターンを生じた時は
焦点合致が示され、そうでなければ第２及び第３の回転
方位の明暗パターンによって非焦点合致状態が示される
。非焦点合致表示信号に応答して光学記録部材に入射す
る光ビームの焦点を再調整するだめの手段が、検出手段
に接続される。
本発明の特定の形態において、偏光装置は、光路に沿っ
たレンズ系の中に配置され、横ずれ干渉計素子が記録部
材表面の光の集束状態を示す明暗のパターンを生じるよ
うに、反射光ビームを明暗パターン発生装置の方へ指向
させる。干渉パターンは象限検出器に入射する。この検
出器に入射する光パターンは、焦、壱合致状態の時に検
出器の象限の２つの対角方向の対を等量照射し、記録部
材の変位が集束レンズから近すぎるか又は遠すぎる場合
に一方の対角方向の検出器により多くの光を与えるよう
に構成されている。
象限検出器には、干渉光パターンを解析し、正確且つ動
的に記録部材上に入射する光ビームの焦点を調整する手
段を制御するための回路装置が接続される。
〔実施例〕
図面を参照すると、同じ番号は種々の図面中で同じ部品
及び構造的特徴を示している。光学式データ記録装置は
光学記録部材１０を含んでいる。
部材１０は、ここでは、モータ１１によって支持され回
転軸１３の周りに矢印１２の方向に回転される光学式デ
ータ記憶ディスクとして示されている。双頭の矢印１５
はディ２り１０にデータを記録するだめの半径方向の帯
を示す。ディスク１０上の全ての記録トラック（図示せ
ず）は半径方向領域１５内にある。そのようなトラック
は同心円トラックが好ましいが、単一のらせんトラック
も同様に用いることができる。ディスク１０上の種々の
トラックの半径方向の走査は、フレーム１９上に取り付
けられたアクチュエータによってコネクタ・ロッドを介
してヘッド・アーム２１を半径方向に移動させる事によ
って行なわれる。ヘッド・アーム２１は、その内部の光
学部品を説明するために、ディスク１０及びアクチュエ
ータ２０に対して拡大して描かれている。アーム２１は
回転ディスク１０の半径方向に往復運動するようにフレ
ーム１９上に適切に取り付けられている。
アーム２１中の光学部品の１つは、レーザ２３Ｂ及びコ
リメータ２３Ａを含み光学装置２４にコリメートされた
光ビーム３０を供給する単色光源２３である。装置２４
は、ベッド・アーム上で検出器３５から最小限の距離に
取り付けられた光学的スプリッタ３１を有する。入射光
ビーム３０はスプリッタ３１を通過して出力光ビーム３
２になり、焦点調整及び光ビーム偏向装置２５に至る。
焦点調整装置２５からは、光ビーム３３が光ディスク１
０の記録領域１５に入射する。ディスク１０は入射ビー
ム３３を装置２５に反射し、装置２５はその反射ビーム
を光路３４を経てスプリッタ３１に向ける。スプリッタ
３１は反射ビームを検出器３５の方へ偏向される。検出
器３５は焦点を検出し、電子回路２６に焦点指示信号を
供給する。
第１Ａ図に示すように、スプリッタ３１と共に情報検出
装置３８．３８Ｄも用いられる。
電子回路２６は光学式データ記録装置中の全ての電子回
路を表わしている。例えば回路２６は信号線２６１４に
よって制御ユニット（図示せず）を介して上位処理装置
に接続されている。信号線２６Ａは、複数の同心円トラ
ックのうちアドレス指定されたものにビーム３３を正確
に半径方向に位置付けるためにアクチュエータ２０を制
御するだめのものである。同様に、検出器３５から信号
線２６Ｄを介して供給された焦点信号は電子回路２６を
付勢し、回路２６はビーム３３の焦点を調整するために
信号線２６Ｆを介して焦点調整信号を送る。また電子回
路２６は信号線２６Ｍに示すようにモータ１１も制御す
る。
装置２４の詳細は第１Ａ図に示されている。スプリッタ
３１は光路３２及び３４に面して偏光コーティング３６
Ａを有する公知の設計のスプリッタ素子３６を有するつ
光路３４を通る反射光はスプリッタ素子３６によって焦
点光パターン発生器又は横ずれ干渉素子３７の方へ偏向
される９反射光の多くは、素子３７を通過して検出器３
８に至る。検出器３８はデータ及びトラッキング検出器
３８Ｄに電気信号を供給する。検出器３８Ｄは、ビーム
３３によって走査されている記録トラックの半径方向ト
ラッキング及びデータ検出を行なうだめのものである。
信号線２６Ｄは電子回路２６へのデータ及びトラッキン
グ情報の出力を表わしている。
素子３７に到来する反射光の一部は、素子に入って、記
録部材１０上に入射した時のビーム３３の光の焦点条件
、を示す明暗の干渉パターンを生じる。この明暗の干渉
パターン３９は反射光に直角に象限検出器４０の方へ進
む。これは記録部材１０における光の焦点合せの状態の
検出を可能にする。実施例では、素子３６．３７及び４
０は次のような一体的な構造をしている。素子３７は台
形状の固体化学部材又はガラス部材であって、短寸法３
７Ｓ及び長寸法３７Ｌを有し、２つの外向きに而した台
形面３７Ｔを形成している。素子３７の他の全ての外表
面は矩形である。素子３７は台形面３７′Ｆを２分割し
表面３７Ｔの２つの平行な辺の間に延びる台形中心線３
７Ｃを有する。上記の一体的な構造において、素子３７
の中心線３７Ｃはスプリッタ素子３６の辺３６Ｂに平行
になっている。象限検出器４０は、明暗パターン３９の
伝播方向に垂直な面において素子３７に対面し、一体的
なアセンブリ中の素子３７に接している。
但し図面は、４つの検出素子Ａ１Ｂ１Ｃ及びＤを示すた
めに素子４０を斜めに描いている。素子３７は前掲書（
「オプティカル・ショップ・テスティング」）に説明さ
れているように明暗パターンを発生するつ 象限検出器３５は、ＡＸＢ、Ｃ及びＤに示すように、好
ましくは接している４つの光検出器の矩形配列４°０を
含む。配列４０の光検出器の各々は各検出器においてさ
えぎられた入射光の強度を示す電気信号を供給するため
に検出回路４１に電気接続される。検出器Ａは信号線４
２を経て検出回路４１に結合され、検出器Ｂは信号線４
３を介して、検出器Ｃは信号線４４を介して、また検出
器りは信号線４５を介して検出回路４１に結合されてい
る。また検出回路１１は信号線２６Ｄを経て電子回路２
６に接続される。
素子３７によって形成される明暗の干渉パターンを用い
て焦点を検出する矩形配列４０の動作は、配列４０の横
座標の１つに平行に配位された光ビームによって焦点合
致を示す工程を含む。暗線４６は配列４０の周辺の辺と
揃っていることが好ましい。第２図の真中の図形は、対
角方向に揃った光検出器Ａ及びＣ上に入射する光が、対
角方向に揃った光検出器Ｂ及び１）上に入射する光に等
しい事を示している。従って、対角方向の２組の光検出
器からの出力が等しければそれは焦点合致状態を示すこ
とになる。近い側で焦点がはずれた状態になると、第２
図の左側の図形に示すように、干渉パターンの回転のた
めに暗領域４７が、光検出器Ａ及びＣの受け取る光量を
減少させる。
従って光検出器Ｂ及びＤの出力の和が光検出器Ａ及びＣ
の出力の和を越える時、その焦点ずれ状態は焦点調整装
置２５とディスク１０とが互いに接近しすぎているため
に起きているのである。焦点調整装置２５とディスク１
０とが離れすぎている場合の、逆の焦点ずれ状態は第２
図の右側の図形に示されている。この時、暗線４８は光
検出器Ｂ及びＤに届く入射光の量を減少させる。
従って、対角方向の光検出器Ａ及びＣの出力信号の和が
光検出器Ｂ及びＤの出力信号の和を越える時、その焦点
ずれ状態は焦点調整装置２５とディスク１０とが離れす
ぎている事の結果である。
焦点深度は典型的にはマイクロメートル領域にある。
象限検出器の精度は第３図に示されている。曲線６０は
、焦点状態の関数として、信号線２６Ｄ上の検出回路４
１の差信号出力を表わしたものである。焦点合致状態の
時は出力電圧振幅がゼロであるが、接近しすぎの焦点ず
れ状態の場合は出力振幅が正になる。また離れすぎの焦
点ずれ状態の場合、出力振幅は負である。参照番号６１
は光学式データ記録装置に関する焦点制御の望ましい範
囲を示す。範囲６１はマイクロメートル領域にある。
第４図に示すように検出回路４１は、信号線４２〜４５
を介して配列４０の光検出器に結合された３個の差動増
幅器５０．５１及び５２を含んでいる。信号線２６ＤＡ
上のアナログ信号は、対角方向の検出器Ａ及びＣの出力
信号から、対角方向の検出器Ｂ及びＤの出力信号を引き
去った差振幅を表わしている。電子回路２６の焦点制御
装置に加えられるこのアナログ信号は、ディスク１０の
記録面におけるビーム３３の焦点合致状態を動的に維持
する。差動増幅器５−０．５１及び５２の接続を逆にす
ることも可能であり、その時は第３図の曲線６０の位相
が反転する。他の検出回路、例えばディジタル型のもの
で上記のアナログ回路を置き換えることも可能である。
〔発明の効果〕
本発明を用いれば、光路長に依存しない焦点検出が可能
であり、製造及び保守が容易になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を用いた光学式データ記憶装置の概略図
、 第１Ａ図は第１図の検出器部分の拡大図、第２図は第１
Ａ図の象限検出器上の光パターンを示す図、 第３図は検出器の出力電圧と焦点状態との関係を示す図
、 第４図は第１Ａ図の焦点検出器の構成を示す図である。 出願人　インク〒ナショカル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション代理人　弁理士　岡　１）　次　生 （外１名）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）光ビームを発生させる手段と、光ビームを反射し
    うる部材上に上記光ビームを集束させる手段とを有する
    光学装置において、上記反射された光ビームを受け取り
    、上記部材上における光ビームの集束状態に対応、する
    回転角を有する干渉パターンを生成する手段と、上記干
    渉パターンの回転角に応答して上記集束状態を表わす信
    号を発生する手段とを有することを特徴とする焦点検出
    機構付の光学装置。
  2. （２）　上記信号発生手段が、４つの象限に分割された
    光検出器と、検出器の各象限からの出力を組み合せて上
    記信号を発生する・手段とを有する特許請求の範囲第（
    １）項記載の光学装置。
JP60003415A 1984-04-16 1985-01-14 焦点検出機構付の光学装置 Pending JPS60219639A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US600863 1984-04-16
US06/600,863 US4604739A (en) 1984-04-16 1984-04-16 Optical focus detection employing rotated interference patterns

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JPS60219639A true JPS60219639A (ja) 1985-11-02

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JP60003415A Pending JPS60219639A (ja) 1984-04-16 1985-01-14 焦点検出機構付の光学装置

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