JPS61139936A - 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】 （技術分野） 本発明は、ビデオディスク、コンパクトディスク、光学
式データディスクなどの光学式記録媒体上で記録ビーム
または再生ビームを正しく焦点を結ぶように集束して投
射させるための焦点検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、光学式記録媒体に光ビームを正しく集束させるた
めには、記録媒体上での光ビームの集束状態を検出して
フォーカシングエラーを検出し、これに応じて対物レン
ズと記録媒体との間の距離を調整する必要がある。この
焦点調整を正しく行なうためには先ず焦点状態を正しく
検出する必要がある。従来、種々の焦点検出方法が提案
されているが、その一つに光ビームに非点収差を与える
光学素子、例えばシリンドリカルレンズを用い、光ビー
ムのスポット形状が焦点状態に応じて変化するのを受光
器により検出する所謂非点収差方式第１図は特開昭５３
−３９１２３号公報に開示されている非点収差方式の焦
点検出装置を示すものである。

レーザ光８！１から放射されるレーザビームをコリメー
タレンズ２により平行ビームとした後、ビームスブラタ
３を経て対物レンズ４に入射させる。

対物レンズ４はこのレーザビームを集束して光学式記録
媒体５上にスポットとして投射する。記録媒体５で反射
されたビーム１．は対物レンズ４により集光された侵、
ビームスプリッタ３で反射され、焦点検出系へ導かれる
。この焦点検出系は全方向に亘って均一な集束作用を有
する凸レンズ６と、一方向にのみ集束作用を有する凸シ
リンドリカルレンズ７と、受光器８とを具えている。こ
のような凸レンズ６と凸シリンドリカルレンズ７との組
合せにより、焦点検出系を通過した光ビームは焦点状態
に応じてスポットの形状が変化したものとなる。すなわ
ち、凸レンズ６のみの集束作用による焦平面Ｆ＋　と凸
レンズ６および凸シリンドリカルレンズ７の双方の集束
作用による焦平面Ｆ２との中間に受光器８を配置した場
合、記録媒体５上に正しく光ビームが集束され□る場合
には、円形スポットが受光器に入射するが、焦点がずれ
るのに伴って楕円状のスポットとなる。この楕円の長軸
は前ビンと侵ビンの状態で９０°方向が異なる。したが
って、例えば受光器８に４分割した受光領域を設けるこ
とにより受光器に投射されるビームのスポット形状を検
出することができ、これにより記録媒体５上のビームス
ポットの焦点状態を検出することかできる。

上述した従来の焦点検出装置においては、凸レンズおよ
び凸シリンドリカルレンズといった集束光学系のみを介
して受光器に光ビームを入射させているため、一般に受
光器上でのスポット径は小さくなり、検出感度が小さい
欠点がある。すなわち、集光された光ビームによって形
成される小さなスポットの形状の微小な変化を正確に検
出することは困難であるので、検出感度が低いという欠
点がある。また両レンズ共に集束作用を有しているため
、凸レンズによる焦点面Ｆ１と、凸レンズおよび凸シリ
ンドリカルレンズの合成焦点面Ｆ２どの間隔、すなわち
非点隔差が短かく、ダイナミックレンジが狭いという欠
点がある。さらに受光器の配置にも自由度が小さく、設
計上不都合となる欠点もある。

上述した従来の焦点検出装置において、光スポットが記
録媒体の情報トラックの幅方向に見て正しく入射されて
いないとき、すなわちトラッキングエラーがあるときや
、情報トラックを構成するビットの深さが正しく　１／
４波長となっていない場合には、受光器に投射されるス
ポット光分布形状に影響を与えるとともに光分布強度に
も影響を与えることがある。すなわち、トラッキングエ
ラーとフォーカシングエラーとの間でクロストークが生
じ、正しい焦点検出ができなくなる。このような欠点を
除去するために、例えば特公昭５３−３７７２２号公報
や同５４−４１８８３号公報には、非点収差を発生する
光学素子を、その軸が情報トラックの方向に対してほぼ
４５°の角度を成すように配置することが提案されてい
る。

第２図は特公昭５３−３７７２２号公報に開示されてい
る従来の焦点検出装置を示す線図である。レーザ光１１
ｊｊｌｌから放射された光ビームをビームスプリッタ１
２を経て、対物レンズ１２に入射させ、さらに、対物レ
ンズにより集束して光学式記録媒体１４上に投射する。

記録媒体１４には情報トラック１４ａが形成されており
、ビームスポットにより情報トラックを走査して情報読
出しを行なうものである。記録媒体１４で反射された光
を対物しくズ１３で集光し、ビームスプリッタ１２で反
射して焦点検出装置へ導くものである。この焦点検出装
置は一方向にのみ集束作用を有する凸シリンドリカルレ
ンズ１５を具えている。この凸シリンドリカルレンズ１
５の集束作用を有する方向に垂直な方向に延在する軸１
５ａを対物レンズ１３により形成される情報トラック１
４ａの像の方向Ｔに対してほぼ４５°を成すように傾斜
させている。また、第２図では示していないが、互いに
直交する軸線によって４分割された受光領域を有する受
光器を、焦平面Ｆ１とＦ２の中間に、その一方の分割軸
線の方向が情報トラック像の方向Ｔと一致するように配
置する。このように構成すると、例えば記録媒体１４上
におけるビームスポットが情報トラック１４ａの幅方向
にずれた場合でも、光強度分布のアンバランスは分割線
の方向に生ずるため、互いに対向する受光領域の出力の
和の差として焦点検出信号をとるとアンバランスによる
成分は相殺除去され、焦点検出信号中にはアンバランス
による変動分は混入しないことになる。

第２図に示す上述した従来の焦点検出装置においても、
非点収差を与える光学素子は凸シリンドリカルレンズで
構成されているため、非点隔差が小さく、検出感度が低
いとともにダイナミックレンジが狭いという欠点がある
。さらに、一方の焦　一平面Ｆ１は対物レンズ１３の焦
点距離のみによって一義的に決められてしまうので設計
の自由度が一層小さいという欠点がある。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、トラッ
キングエラーによるクロストークを除去しつつ、広いダ
イナミックレンジに亘って焦点状態を高感度で検出する
ことができ、しかも受光器の構成および配置に関する自
由度を大きくすることができる焦点検出装置を提供しよ
うとするものである。

（発明の概要） 本発明は、光源から放射される光ビームを光学式記録媒
体に照射し、記録媒体からの反射光または透過光を非点
収差を与える光学素子を経て受光器に入射させるように
した焦点検出装置において、前記非点収差を与える光学
素子を、第１の方向にのみ屈折力を有する第１のシリン
ドリカルレンズ面と、前記第１の方向に対して直交する
第２の方向にのみ屈折力を有する第２のシリンドリカル
レンズ面との組合せを以って構成したことを特徴とする
ものである。

（実施例） 第３図Ａは、本発明による焦点検出装置の一実施例の構
成を示す線図である。レーザ光源２１から放射されるレ
ーザビームを偏光プリズム２２．コリメータレンズ２３
および１／４波長板２４を経て対物レンズ２５に入射さ
せ、対物レンズにより集束して光学式記録媒体２６上に
スポットとして投射する。

記録媒体２６で反射される光を対物レンズ２５により集
光した後、１／４波長板２４およびコリメータレンズ２
２に入射させる。この光は１／４波長板２４を　　　　
　１２回透過しているので偏光プリズム２２により反射
され、焦点検出装置へ導かれる。本例の焦点検出装置は
第１の方向（第３Ａ図の紙面と垂直な方向）にのみ集束
作用を有するシリンドリカルレンズ２１と、前記第１の
方向に対して垂直な第２の方向（第３図Ａの紙面内の方
向）にのみ発散作用を有する凹シリンドリカルレンズ２
８と、受光器２９とを以って構成する。

第３図Ｂは、第３図Ａと同じ方向から見た図であり、こ
の方向では偏光プリズム２２から反射される集束さむた
光ビームは凸シリンドリカルレンズ２７のレンズ作用を
受けないが、凹シリンドリカルレンズ２８の発散作用を
受け、遠方の焦平面Ｆ１で焦点を結ぶことになる。第３
図Ｃは、第３図Ｂとは９０’異なる方向から見た図であ
り、この方向では集束された光ビームは凸シリンドリカ
ルレンズ２７の集束作用を受けるが、凹シリンドリカル
レンズ２８のレンズ作用を受けないので、近いところに
位置する焦平面Ｆ２で焦点を結ぶことになる。したがっ
て凸シリンドリカルレンズ２７および凹シリンドリカル
レンズ２８の屈折力を適当に選択することにより、焦平
面Ｆ１とＦ２どの距離、すなわら非点隔差を任意に設定
することができる。したがって従来の焦点検出装置に比
べ検出感度を高くし、ダイナミックレンジを広くするこ
とができるとともに受光器２９の配置および構成の自由
度を大きくすることができ、個々の装置に要求される条
件に応じて最適の設計を行なうことができる。

また、受光器２９は４分割された受光領域を有するもの
であり、対向する受光領域の出力の和の差を求めること
により合焦状態で零となり、焦点ずれの方向および大き
ざに応じて極性および振幅が変化する焦点検出信号が得
られる。この焦点検出信号により、例えば対物レンズ駆
動装置（図示せず）を駆動して対物レンズ２５をその先
軸方向に変位させることにより、光ビームスポットを記
録媒体２６上に常に正しく集束させることができる。

第４図Ａ〜Ｃは本発明の焦点検出装置の他の実施例を示
すものであり、本例は凸シリンドリカルレンズ２７と凹
シリンドリカルレンズ２８との配置を逆にしたものであ
る。本例でも第４図Ｂに示すように、凸シリンドリカル
レンズ２７の集束作用を有する方向から見た場合には、
集束されて入射して来る光ビームは、凹シリンドリカル
レンズ２８による発散作用を受けるが、凸シリンドリカ
ルレンズ２７による集束作用は受けないので遠方の焦点
面Ｆ１で焦点を結び、第４図Ｃに示すように、凹シリン
ドリカルレンズ２８の発散作用を有する方向から見た場
合には、入射光ビームは凸シリンドリカルレンズ２８の
発散作用を受けないが゛、凸シリンドリカルレンズ２７
による集束作用を受けるため近傍の焦平面Ｆ２で焦点を
結ぶことになる。したがって第４図Ａに示すように、４
分割した受光領域２９８〜２９ｄを有する受光器２９を
焦平面Ｆ、とＦ２との中間に配置し、受光領域２９ａお
よび２９０の出力の和と一１受光領１ｉｉ　２９ｂおよ
び２９ｄの出力の和との差をとることにより焦点状態を
検出することができる。

第５図Ａ−Ｃは本発明による焦点検出装置のざらに他の
実施例を示すものである。本例では第５図Ａに示すよう
に第１の方向Ｄ１にのみ発散作用を有する第１の凹シリ
ンドリカルレンズ３１と、第１の方向り、に対して垂直
な第２の方向Ｄ２にのみ発散作用を有する第２の凹シリ
ンドリカルレンズ３２とを配置する。第２の方向Ｄ２に
見ると、第５図Ｂに示すように入射光束は、第１の凹シ
リンドリカルレンズ３１の発散作用のみを受けて遠方の
焦平面Ｆ１で焦点を結び、第１の方向Ｄ１に見た場合に
は、第５図Ｃに示すように第２の凹シリンドリカルレン
ズ３２の発散作用のみを受けて近傍の焦平面Ｅ２に焦点
を結ぶことになる。したがって、これら焦平面Ｆ、とＦ
２の中間に４分割された受光領域３３ａ〜３３ｄを有す
る受光器３３を配置することにより焦点状態を検出する
ことができる。

本例では、第１および第２の凹シリンドリカルレンズ３
１および３２の屈折力は互いに等しくすることができ、
この場合には、焦平面Ｆ１とＦ２の間隔・、すなわち非
点隔差はこれら凹シリンドリカルレンズ３１および３２
の間隔に等しくなる。また、第１凹シリンドリカルレン
ズ３１の屈折力を第２凹シリンドリカルレンズ３２の屈
折力よりも大きくすると、焦平面Ｆ１は一層遠方となり
、焦平面Ｆ２は一層近傍となるので非点隔差は一層大き
くなる。

本例のように第１および第２のレンズを共に凹シリンド
リカルレンズとすると、一般に受光器は一層遠方に配置
されることになるので、特に３本の光ビームを用いて情
報の読取、焦点の検出およびトラッキング状態の検出を
行なう場合に受光器の配置位置に余裕が生じ、設計が容
易となる。

第６図Ａ−Ｃは本発明の焦点検出装置のさらに他の例の
構成を示す縮図である。本例ではレーザ光源４１から放
射される光ビームをコリメータレンズ４２により平行と
した後、ビームスプリッタ４３を経て対物レンズ４４に
入射させる。対物レンズ４４により集束した光ビームを
スポットとして光学式記録媒体４５上に入射させ、その
反射光を対物レンズ４４により集光した後、ビームスプ
リッタ４３で反射せ、焦点検出装置へ導く。本例では焦
点検出装置は第１の方向Ｄ＋　　（第６図Ａの紙面内の
方向）にのみ集束作用を有する第１の凸シリンドリカル
レンズ４６と、第１の方向Ｄ１と直交する第２の方向Ｄ
２　　（第６図Ａの紙面に垂直な方向）にのみ集束作用
を有する第２の凸シリンドリカルレンズ４１と、受光器
４８とを具えている。第２の方向Ｄ２に見た場合には第
６図Ｂに示すように光ビームは第１の凸シリンドリカル
レンズ４６の集束作用のみを受け、近傍の焦平面Ｆ＋で
焦点を結び、第１の方向Ｄ１に見た場合には第６図Ｃに
示すように第２の凸シリンドリカルレンズ４７の集束作
用のみを受けるため遠方の焦平面Ｆ２で焦点を結ぶこと
になる。したがって、これら焦平面Ｆ＋およびＦ２の中
間に４分割した受光領域を有する受光器４８を配置する
ことにより焦点状態を検出するこ−とができる。

本例でも第１および第２の凸シリンドリカルレンズ４６
および４７の屈折力を等しくした場合には、焦平面Ｆ１
とＦ２の間隔である非点隔差は両シリンドリカルレンズ
の間隔に等しくなる。また、第１の凸シリンドリカルレ
ンズ４６の屈折力を第２の凸シリンドリカルレンズ４７
の屈折力よりも大きくすることによって焦平面Ｆ１は一
層近傍となり、反対に焦平面Ｆ２は一層遠方となるので
、非点隔差は一層大きくなる。したがって、これら凸シ
リンドリカルレンズ４６．４７の配置および屈折力を適
当に選定することにより、焦平面Ｆ＋　、Ｆ２の位置お
よび非点隔差の大きさを任意に設定することができる。

上述した実施例では、第１の方向にのみ発散または集束
作用を有する屈折面と、第１の方向と直交する第２の方
向にのみ発散または集束作用を有する屈折面とはそれぞ
れ別個のシリンドリカルレンズとして形成したが、これ
らを単一のレンズ体として構成することもできる。

第７図Ａ〜Ｃは上述した単一のレンズ体として構成した
非点収差光学系を示すものであり、第７図Ａは第１の方
向Ｄ１にのみ発散作用を有する凹シリンドリカルレンズ
面５１ａと第２の方向Ｄ２にのみ集束作用を有する凸シ
リンドリカルレンズ面５１ｂとを有する単一レンズ体５
１を示すものである。

第７図Ｂに示す単一レンズ体５２は、第１の方向Ｄ１に
のみ発散作用を有する凹シリンドリカルレンズ面５２ａ
と、第２の方向Ｄ２にのみ同じく発散作用を有する凹シ
リンドリカルレンズ面５．２ｂとを有するものである。

また、第７図Ｃに示す単一レンズ体５３は、第１の方向
Ｄ１およびπ２の方向Ｄ２においてのみそれぞれ集束作
用を有する凸シリンドリカルレンズ面５３ａおよび５３
ｂを有するものである。これらの単一レンズ体５１．５
２および５３は、それぞれ上述した第３図と第４図、第
５図および第６図に示した焦点検出装置に用いることが
できるものである。このような単一レンズ体を用いると
構成はコンパクトとなり、焦点検出装置全体の小形化に
有利である。

第８図は本発明の焦点検出装置のさらに他の実施例を示
す図である。本例ではレーザ光源６１から放射される光
ビームをビームスプリッタ６２および対物レンズ６３を
経て光学式記録媒体６４にスポットとして投射する。記
録媒体６４には情報トラック６４ａが形成されており、
この情報トラックによる変調を受けて反射された光ビー
ムを対物レンズ６３、よ、□５０．１−６ユア’Ｊｙ＊
６２ｔ’！ａｓ　　　　’出装置に導く。本例では焦点
検出装置は第７図Ａに示したような単一レンズ体６５を
具えており、この単一レンズ体は第１の方向Ｄ１にのみ
発散作用を有する凹シリンドリカルレンズ面６５ａと、
第１の方向Ｄ１に対して垂直な第２の方向Ｄ２にのみ集
束作用を有する凸シリンドリカルレンズ面６５ｂとを有
している。そしてこの単一レンズ体６５は第１および第
２の方向Ｄ１およびＤ２がともに対物レンズ６３により
形成される情報トラック６４ａの像の方向Ｔに対してほ
ぼ４５°の角度を成すように配置する。また、受光器６
６は分割線の一方が情報トラック像の方向Ｔと一致する
ように配置する。このように構成すると、第２図に示し
た従来の焦点検出装置と同様に、ビームスポットが情報
トラック６４ａの幅方向に変位したり、情報トラックを
構成するビットの深さが１／４波長からずれていても、
それらによる光分布形状および光分缶強度の影響は情報
トラック像の方向Ｔに現われ、この方向に分割線を有す
る受光器においては焦点検出誤差とはならず、検出精度
を向上することができる。

なお、第８図においては、記録媒体６４上の情報トラッ
ク６４ａは直線として示したが、円形状の情報トラック
の場合には、情報トラックの像の方向Ｔは円形トラック
の接線方向とすればよい。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変更や変形が可能である。例えば上述した例で
は、光学式記録媒体は反射形のものとしたが透過形の記
録媒体にも適用できることは勿論である。さらに上述し
た例では、受光器は焦平面Ｆ＋　とＦ２の中間に配置し
たが、それ以外の位置に配置することもできる。また、
２個の受光器を焦平面Ｆ１およびＦ２に配置したり、焦
平面Ｆ１とＦ２の中間の位置を中心として対称に配置す
ることもできる。さらに、第８図に示した実施例におい
て、非点収差を与える光学系として２個のシリンドリカ
ルレンズを用いることもできる。

（発明の効果） 上述したように本発明によれば、第１の方向にのみ集束
または発散作用を有するシリンドリカルレンズ面と、゛
第１の方向に垂直な第２の方向にのみ集束または発散作
用を有するシリンドリカルレンズ面との組合せを以って
非点収差を発生させるように構成したから、非点隔差を
大きくすることができ、検出導度を向上することができ
るとともにダイナミックレンジを広げることができる。

また、２個の焦平面の位置を任意に設定することができ
るので、受光器の構成および配置上の自由度が大きくな
り、個々の装置に対して最適の設計を容易に行なうこと
ができる。また、前記の屈折作用を有する方向を情報ト
ラックの像の方向に対して４５′の角度を成すように配
置し、受光領域の分割線の一方を情報トラックの像の方
向に一致させれば光スポットの情報トラックを構成する
ビットの幅方向のずれやビットの深さの変動に対しても
影ＩＩされずに高精度の焦点検出を行なうことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の焦点検出装置の構成を示す
線図、 第３図Ａ−Ｃは本発明の焦点検出装置の一実施例の構成
を示す線図、 第４図Ａ−Ｃは本発明の焦点検出装置の他の実施例の構
成を示す縮図、 第５図Ａ〜Ｃは本発明の焦点検出装置のざらに他の実施
例の構成を示す線図、 第６図Ａ−Ｃは本発明の焦点検出装置のざらに他の実施
例の構成を示す線図、 第７図Ａ−Ｃは本発明の焦点検出装置に用いる非点収差
光学系の三つの例の構成を示す斜視図、第８図は本発明
の焦点検出装置のさらに他の実施例の構成を示す線図で
ある。 ２１、４１．６１．・・・光源　２２・・・偏光プリズ
ム２３、４２・・・コリメータレンズ ２４・・・１／４波長板 ２５、４４．６３・・・対物レンズ ２６、４５．６４・・・記録媒体 ２７、４６．４７・・・凸シリンドリカルレンズ２８、
３１．３２・・・凹シリンドリカルレンズ２９、３３．
６６・・・受光器 Ｆ＋　、Ｆ２・・・焦平面 ４３、６２・・・ビームスプリッタ ５１、５２．５３・・・単一レンズ体 ６４ａ・・・情報トラック 特許出願人　　　オリンパス光学工業株式会社第１図 第４図 Ａ 第５図 第６図 第７図 Ａ　　　　　　　Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光源から放射される光ビームを光学式記録媒体に照
   射し、記録媒体からの反射光または透過光を非点収差を
   与える光学素子を経て受光器に入射させるようにした焦
   点検出装置において、前記非点収差を与える光学素子を
   、第１の方向にのみ屈折力を有する第１のシリンドリカ
   ルレンズ面と、前記第１の方向に対して直交する第２の
   方向にのみ屈折力を有する第２のシリンドリカルレンズ
   面との組合せを以って構成したことを特徴とする焦点検
   出装置。