JPS605433A - 光学的情報処理装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、回転する円板状の記録媒体（以下ディスクと
呼ぶ）に光を照射して光学的に情報を記録し又は読み出
す光学的情報処理装置に関する。

更に詳細には記録媒体上に照射された光の焦点ずれを自
動的に検出して、これが零となるように制御系を動作さ
せ、もって記録媒体上に常に照射光の焦点を結ばせる自
動焦点合せ装置を備えた光学的情報処理装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、光学的情報処理装置として、情報を同心円又はス
パイラル状に貯えたディスクに光を照射してその信号を
読み出す装置がフィリップス・テクニカル・レビュ　Ｖ
ｏｌ　３３，１９７３．Ｎｎ７により知られている。か
かる装置にお１為では、ディスク面の歪やディスクをの
せるターンテーブルの軸の偏り等のため、回転している
ディスクが軸方向に振動し、対物レンズとディスクの位
置関係を常に正しく保持することは不可能である。その
ためディスクに照射されているスポットの怪カニ大き、
く変化し、情報の読み出しが正確に行なわれなくなる１
ので、対物レンズとディスクとを常に正しい位−関係に
保つことが重要な問題である。

従来、レーザー光線などの焦点合せを自動的に行なうに
は、レーザー光線などを絞って微小焦点を結ばせる対物
レンズと焦点を合せるべき物体表面との距離を電気的容
量すなわち静電容量を用いて測定し、この距離が対物レ
ンズの焦点距離に一致するように対物レンズを追従させ
る方法がある。

第１図は、静電容量を用いて焦点を合せる従来の自動焦
点合せ装置の原理図である。同図において、レーザー光
線１から送出されたレーザー光を〜第ルンズ２．半透明
鏡３を経て反射鏡４で反射したのち対物レンズ５で絞り
、移動物体６の表面に焦点を結ばせる。なお移動物体６
は紙面に直角方向に回転する。また対物レンズ５はホル
ダー７に取付けられ、これにはさらに電極８が固定され
一体として可動部を構成している。

ここで、電極８と移動物体６との間の静電容量は両者の
距離に逆比例するため、この関係を利用して、位置検出
回路９により電極８と移動物体６との距離を測定する。

電流制御回路１０では電極８から対物レンズ５までの距
離を考慮し、移動物体６と対物レンズ５との距離と対物
レンズ５の焦点距離とを比較して、焦点が移動物体の表
面上にあるように、ホルダー７に取付けたボイスコイル
１１に電流を流す。

ボイスコイルＩＩには、永久磁石（図示せず）等により
常に一定の直流磁場が外部から加えられており、電流に
比例した電磁力が生じ、ボイスコイル１１．ホルダー７
および対物レンズ５を光軸方向に移動させ、対物レンズ
５と移動物体６との距離を変化させる。（なお以後の実
施例においては、ボイスコイルには外部から直流磁場が
加えられているものとし、この直流磁場についての記載
を省略する６） かくして、レーザー光線は移動物体の表面上に常に焦点
を結び、このレーザー光線によって移動物体上の情報は
読み出され、光検知器１２で検出される。

このように、静電容量を用いた焦点合せ方式は移動物体
に接触せずして焦点合せを行なうことができるが、実際
には次のような大きな欠点がある。

第１の欠点は、静電容量によって対物レンズと移動物体
との距離を測定するため、移動物体も導電体でなければ
ならないことである。すなわち、移動物体が導体でない
場合は、メッキなどにより表面を金属膜で被覆する等の
手段を旅なければ、この方式は役にたたない。

第２の欠点は、対物レンズと移動物体との距離を測定し
、この値に基づいて対物レンズの焦点合せをすることか
ら生じる、この従来方式の宿命的な欠点である。すなわ
ち、測定値と比較するために対物レンズと焦点との距離
を電圧などの形で与えるのであるが、この値が電源電圧
の変動などの原因で変化すると、それ以後は焦点は移動
物体の表面からずれてしまう。

さらに１次のような欠点も生じる。これを図を用いて説
明する。

第２図は第１図の対物レンズ付近の拡大図である。従来
方式では、対物レンズ５と電極８との間には距離Ｖがあ
るため、電極８と移動物体６との距離Ｕを測定し、ｕ＋
ｖが対物レンズ５と焦点Ａとの距離（対物レンズ５への
入射光が平行光線の場合は焦点距離）Ｗに一致するよう
に制御を行ない、焦点Ａが移動物体６０表面上にあるよ
うにしている。

しかし、周囲の温度変化によるホルダー７の熱膨張や、
振動による電極８の変形などにより、電極８と対物レン
ズの距離の変動が生じることがある。こうなると、対物
レンズと焦点との距離Ｗが正確に与えられても（ｕ　＋
　ｖ）はＷに一致せず、焦点Ａは図示のように移動物体
６の表面からず扛てしまう。

他の従来例に対物レンズと光源との間の光路中に設けた
反射鏡を光軸方向に沿って振動させることにより実効的
に光源を振動させ、ディスクからの光の強度変化と反射
鏡の振動との位相差を検出して焦点ずれ信号を得る方法 （米国特許第３，６７３，４１２号）があるが、焦点ず
れを検出するための光学部材の振動量が大きく、高速に
回転するディスクを制御するには充分な精度が得られな
い。しかも焦点ずれを検出するために反射鏡を設ける必
要があり、光ヘッドの構成が複雑になる欠点もある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は以上の欠点を除き、常に物体上に焦点を
一致させる自動焦点合せ装置を備えた光学的情報処理装
置を提供することである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明においては、回転する
記録媒体上に光源からの光の焦点を結ばせるための対物
レンズ、該記録媒体からの反射を検出する光検出器およ
び照射光と反射光とを分離する光学素子を一体化し、こ
れに一定周波数の正弦的かつ光軸方向の微小振動を与え
、記録媒体からの反射光を光検知器で受光し、その出力
の強弱から焦点ずれの大きさ、方向を検知し、これによ
り記録媒体に常に焦点を結ばせるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第３図は、本発明の一実施例を示す説明図である。

レーザー光源３１から送出されたレーザー光は第ルンズ
３２．半透明鏡３３を通り反射鏡３４で反射され、対物
レンズ４２で絞られ、ビデオディスク３６の表面上に焦
点を結ぶ。このレーザー光はビデオディスク３６の表面
で反射されてもとの光路をもどり、半透明鏡３３で反射
され、ピンホールをもつ絞り３７を通り、光検知器３８
で受光される。なお光検知器３８の受光面がきわめて小
さいときは、絞り３７は必ずしも必要ではない。

かくしてビデオディスク３６に記録された光学情報が光
検知器からの出力信号となり、情報源端子３９に加わる
。

次に、光検知器３８の焦点位置に対する特性を第４図に
示す。同図において、横軸Ｘは対物レンズとビデオディ
スク表面との距離、縦軸Ｅは光検知器の出力電圧である
。

前記第３図において、対物レンズ４２から投射されたレ
ーザー光がビデオディスク３６の表面に焦点を結んだと
き、光検知器３８の出力が最大となるように絞り３７の
位置を定めである。この場合の対物レンズ４２とビデオ
ディスク３６の表面との距離をＸＱとすると、第４図に
おいて、ｘ　＝　Ｘ　Ｏの場合、Ｅは最大値ＥＯとなっ
て焦点がビデオディスクの表面に完全に一致したことを
示し、横軸のｘ　＞　ｘ　（１の部分は焦点がビデオデ
ィスク表面より対物レンズ側にあることを示している。

またＸを変化させた場合の光検知器の出力電圧は、ＸＱ
　を中心にその前後でほとんど対称である。

投射レーザ光の焦点位置がビデオディスクより対物レン
ズ側にあるとき、すなわちＸＱよりも大きいＸ点で対物
レンズを光軸方向に振動させると、光検知器の出力電圧
は対物レンズの振動の位相に比べ、１８０°位相の異な
る振動波形が現われる。反対に、ＸＡがＸＱよりも小さ
い場合は、振動の位相と一致する位相の振動波形が現わ
れる。

さらに光検知器からの出力電圧は、ＸＡがＸＱから遠く
なるほど大きい。

本実施例ではこれらの現象から、ＸＡ　ＸＱすなわち焦
点のずれ量と方向とを検知するため、光検知器の出力電
圧に対物レンズの振動波形に対応する数値を掛は合せる
ことにより同期整流するという手段を用いる。これを第
３図によって説明する。

まず、発振器４０より正弦波出力を送出し、これを電流
増幅器４８で増幅したのちボイスコイル４１に加え、対
物レンズ４２を光軸方向に微小振動させる。この振動に
よって第４図に示したように、光検知器３８には強弱の
出力が発生する。

光検知器３８の出力には対物レンズ４２の振動周波数以
外の成分、たとえばビデオディスク３６上のビデオ１３
号などが重畳しているため、帯域濾波器４４で対物レン
ズの振動周波数付近の信号のみを通過させる。対物レン
ズ４２は発振器４０からの正弦波４１号によって駆動さ
れるが、その動作は発振器からの正弦波に比べ、いくぶ
ん位相が遅れる。よって、光検知器３８の出力に掛は合
わされる正弦波信号を位相調整器４３を通して位相を合
せたのち、掛は算器４５で光検知器３８の出力と掛は合
わせる。

光検知器３８の出力電圧は、特性曲線の頂上付近では二
次式で近似できる。よって、焦点ずれ量（ＸＡ　ＸＯ）
に対し、ｂｓｉｎωｔなる振動を対物レンズに与えると
、光検知器３８からの出力電圧Ｅは、 Ｅ　＝Ｅｏ’　−ａ　（ＸＡ　＋　ｂｓｉｎｃ＋＞　ｔ
　−ｘ（１）２である。

この出力電圧Ｅに、振動の正弦波としてｃ　ｓｉｎωｔ
を掛けると、その積ｅは＋　−−ラ　ＬＸＡ−ＸＯＪＣ
Ｏ８！０Ｌとなる。

この場合、ボイスコイル４Ｉにより焦点ずれ量に対応し
て対物レンズとビデオディスクとの距離を変化し焦点合
せを行なうのであるが、振動周波数ωとしては、焦点ず
れ址（ＸＡ−Ｘｏ）の変動周波数より十分高い周波数を
選べば呈い。この積の電圧を低域濾波器４６を通すと、
ｓｉｎωｔ。

ｃｏｓ　２（１）　ｔ　、　ｓｉｎ　３（１）　ｔの項
は消滅してｅ＝　−ａ　ｂ　ｃ　（ＸＡ−ｘ、））とな
り、低域濾波器の出力電圧には−（Ｘ　Ａ　Ｘ　Ｏ）、
すなわち焦点ずれの方向と量が現われている。

次いで低域濾波器４６の出力に基づいて制御回路４７か
ら制御信号を送出し、電流増幅器４８で増幅したのちボ
イスコイル４１に加え、Ｘ　４　Ｘ　。

が零、すなわち焦点が常にビデオディスクの表面に一致
するように制御することができる。

なお上記実施例では、制御回路４７から送出される制御
信号をボイスコイル４１に加えて対物レンズ４２を移動
させているが、これはボイスコイル４１にかぎることな
く、その他任意の手段を用い、制御信号に応じて対物レ
ンズを移動させ、移動物体との距離を変化することがで
きる。

本発明ではこのように対物レンズを軸方向に振動させる
が、この振動による変位量は実際にはごくわずかである
ため、実用上はこれを無視し、全く焦点ずれが起きない
とみなすことができる。たとえば、焦点深度が１μの対
物レンズに対しては振動の大きさをそれ以下、１例とし
て０．５μ程度に設定すればよい。

第５図は本発明の他の実施例を示し、レーザー光源５１
から送出されたレーザ光は第ルンズ５２、半透明鏡５３
９反射鏡５４を経て対物レンズ５５で絞られ、移動物体
であるビデオディスク５７の表面上に焦点を結ぶ。この
レーザ光はビデオディスク５７の表面で反射され、もと
の光路をもどり、半透明鏡５３で反射され、光検知器５
８で受光される。

一方、発振器６０から正弦波電流を送出し、電流増幅器
６７で増幅してボイスコイル５６に加え、対物レンズ５
５を光軸方向に微小振動させる。この振動により前記第
３図に示したように、光検知器５８に強弱の電圧が発生
する。光検知器５８の出力には、対物レンズ５５の振動
周波数以外の、たとえばビデオディスク５７上のビデオ
信号が重畳しているので帯域濾波器５９によって対物レ
ンズ５５の振動周波数付近の信号のみ通過させる。

対物レンズ５５は発振器６０からの正弦波電流によって
駆動され微小振動されるが、その振動は発振器６０から
の正弦波に比べ、いくぶん位相が遅れる。よって発振器
６０からの正弦波電流を位相調整器６１を通して対物レ
ンズ５５の微小振動と位相を一致させ、スイッチング装
置６２に加える。

スイッチング装置６２は位相調整器６１の出力によって
３つの接点位置を選択する６第６図はスイッチング装置
６２の人出力信号の各電圧波形を示し、Ｅは位相調整器
６１の出力電圧で、Ｅの瞬時値がある電圧値以上のとき
はスイッチング装置６２は接点ａに接触する。このとき
のスイッチング装置６２の出力電圧はＦで、その波形は
Ｊとなる。

反対に、Ｅがある電圧以下のときはスイッチング装置６
２は接点Ｃに接触する。このときのスイッチング装置６
２の出力電圧はＧで、その波形はＬとなる。またＥが中
間の大きさのときは、スイッチング装置６２は接点すに
接触し、出力は送出されない。このようなスイッチング
装置は、従来技術により容易に構成することができる。

このようにスイッチング装置６２で位相弁別された信号
は、それぞれ第１低域渡波器６３および第２低域渡波器
６４を通る。第１低域濾波器６３の出力が第６図の出力
電圧Ｆにおける平均値にで、第２低域濾波器６４の出力
が同じく出力電圧Ｇの平均値Ｍである。これらの信号は
引き算器６５に加えられ、り１き算さ九る。

引き算器６５の出力電圧は、対物レンズの焦点がビデオ
ディスク表面よりレンズ側にあれば負で、逆にビデオデ
ィスク側にあれば正である。なお出力電圧の絶対値は焦
点ずれの量に比例するのは本発明の第１の実施例の場合
と同様である。

そこで、引き算器６５の出力に基づいて制御回路６６か
ら制御信号を送出し、電流増幅器６７で増幅したのち、
ボイスコイル５６に加えて対物レンズ５５を移動させ、
焦点ずれが零、すなわち焦点が常にビデオディスク表面
に一致するように制御を行なう。この場合も前記実施例
と同様に、ボイスコイル５６に限らずその他の手段によ
り、制御信号に対応して対物レンズを移動し、ビデオデ
ィスク５７との距離を変化させることができる。

以上の説明では、対物レンズのみを振動させる場合につ
いて述べたが、他の光学系を対物レンズと共に一体化し
て振動させることもできる。たとえば前記第３図におい
て、絞り３７．光検知器３８、第ルンズ３２．半透明鏡
３３９反射鏡３４、対物レンズ４２を一体化してコンパ
クトなものとし、これをボイスコイルで振動させる等の
手段を用いることもできる。

Ｃ発明の効果〕 以上の如く本発明によれば、光源からの光を記録媒体に
照射する光学系および該記録媒体からの反射光を検知す
る光学系を一体化し、これに微小振動を与えるので、こ
の微小振動により各光学系を構成する光学部品間の位置
ずれかない。焦点ずれ検出のために格別な光学素子を設
ける必要がなく、光学ヘッドの構成が簡単である。また
、光検知器出力から振動周波数成分を取り出し、しかも
この振動周波数成分の位相と一致するよう位相調整され
た発振器出力で焦点ずれ信号を検出するので、記録情報
やトラッキングずれ等の影響なく、信頼性の高い焦点ず
れ検出および制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点合せ装置の原理説明図、第２図
はその対物レンズ付近を拡大した説明図、第３図第５図
は本発明の各実施例の説明図、第４図第６図は本発明の
詳細な説明するための特性図である。 １．３１，５１　：レーザー光源、２，３２゜５２：第
ルンズ、３，３３．５３：半透明鏡、４．３４．５４：
反射鏡、５，４２，５５：対物レンズ、６，３６．５７
：移動物体（ビデオディスク）、７：ホルダー、８：電
極、９：位置検出回路、ｌＯ：電流制御回路、１１，４
１，５６：ボイスコイル、３７：絞り、１２，３８．５
８：光検知器、３９：情報源端子、４０，６０：発振器
、４１：ボイスコイル、４３，６］：位相調整器、４４
，５９：帯域濾波器、４５：掛は算器、４６．６３，６
４：低域濾波器、４７．６６：制御回路、４８．６７：
電流増幅器、６２ニスイツチング装置、６５：引き算器
。 第　１　図 第２　図 ￥７４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　対物レンズにより集束された光を回転方向に沿っ
   て情報の記録された回転記録媒体に照射し、該記録媒体
   からの反射光を光検知器により電気信号に変換し、この
   電気信号から上記情報を再生する光学的情報処理装置に
   おいて、少なくとも上記対物レンズと光検知器とを一体
   化し、これを上記対物レンズの光軸方向に所定の周波数
   の信号で振動する手段と、上記所定の周波数の信号の位
   相を調整する位相調整手段と、上記電気信号に含まれる
   上記所定の周波数に関する信号を取り出す手段と、この
   手段の出力と上記位相調整手段の出力とを用いて　−上
   記対物レン ズにより集束された光の焦点の上記記録媒体に対するず
   れの方向および大きさを示す信号を作る手段とを設け、
   この手段の出力により上記対物レンズの上記記録媒体ま
   での距離を制御することを特徴とする光学的情報処理装
   置。