JPS6256576B2 - - Google Patents
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- JPS6256576B2 JPS6256576B2 JP13096180A JP13096180A JPS6256576B2 JP S6256576 B2 JPS6256576 B2 JP S6256576B2 JP 13096180 A JP13096180 A JP 13096180A JP 13096180 A JP13096180 A JP 13096180A JP S6256576 B2 JPS6256576 B2 JP S6256576B2
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- JP
- Japan
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- diffraction grating
- light
- lens
- point
- optical system
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 35
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 4
- 239000011295 pitch Substances 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
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- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
- G02B7/30—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line
- G02B7/32—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line using active means, e.g. light emitter
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Moving Of The Head For Recording And Reproducing By Optical Means (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ビデオデイスク装置等の光学的に情
報を再生、又は記録する装置に適用するもので、
記録、又は再生するための放射光束の集光点に記
録面を合わせる手段を有する焦点検出装置に関す
る。
報を再生、又は記録する装置に適用するもので、
記録、又は再生するための放射光束の集光点に記
録面を合わせる手段を有する焦点検出装置に関す
る。
光学記録再生装置においては、記録担体を集光
点に正確に合わせることが必要であり、そのため
にレンズを可動とし、記録担体の面振れに応じて
レンズを動かし、常に記録面上に焦点があるよう
にするフオーカスサーボ（焦点制御装置）が必要
である。フオーカスサーボの誤差信号は、記録面
からの反射光の位置や形状が反射面の位置の変化
によつて変化するような光学系と、それを検知す
る光検知器によつて得ることができることが知ら
れている。
点に正確に合わせることが必要であり、そのため
にレンズを可動とし、記録担体の面振れに応じて
レンズを動かし、常に記録面上に焦点があるよう
にするフオーカスサーボ（焦点制御装置）が必要
である。フオーカスサーボの誤差信号は、記録面
からの反射光の位置や形状が反射面の位置の変化
によつて変化するような光学系と、それを検知す
る光検知器によつて得ることができることが知ら
れている。
フオーカスサーボをかけるためには、その前提
条件として記録面が焦点に一致した時に誤差信号
がゼロとなるように、光学系、又はサーボ回路を
調整しておく必要がある。従来の再生装置では、
記録されたデイスクを回転させて再生信号が最大
になるように、焦点誤差信号を検出する光検知器
を調整している。記録装置でも種々の方法がある
が、一例として記録レンズへの入射光と反射光が
完全に平行となつた時焦点が合つた状態と見な
し、反射光が平行になるように光検知器を調整し
ている。
条件として記録面が焦点に一致した時に誤差信号
がゼロとなるように、光学系、又はサーボ回路を
調整しておく必要がある。従来の再生装置では、
記録されたデイスクを回転させて再生信号が最大
になるように、焦点誤差信号を検出する光検知器
を調整している。記録装置でも種々の方法がある
が、一例として記録レンズへの入射光と反射光が
完全に平行となつた時焦点が合つた状態と見な
し、反射光が平行になるように光検知器を調整し
ている。
本発明は、上記のようにデイスクを回転させ、
フオーカスサーボをかけながら光学系やサーボの
機能を調整することをやめ、光学系の組み立て段
階で光学系の調整をすべて終えるために、正確に
集光点に反射面を置くことのできる検出装置を提
案するものである。理論的には、正確に集光点に
反射面が来るならば、反射光は焦点が合つた状態
での光路をとるため、この位置がフオーカス誤差
信号のゼロクロス点になるようにフオーカス誤差
信号検出の光学系を調整することが可能となる。
フオーカスサーボをかけながら光学系やサーボの
機能を調整することをやめ、光学系の組み立て段
階で光学系の調整をすべて終えるために、正確に
集光点に反射面を置くことのできる検出装置を提
案するものである。理論的には、正確に集光点に
反射面が来るならば、反射光は焦点が合つた状態
での光路をとるため、この位置がフオーカス誤差
信号のゼロクロス点になるようにフオーカス誤差
信号検出の光学系を調整することが可能となる。
本発明は、特に光源、光検知器、レンズ等の光
学系を一体化した鏡筒が、記録面の面振れや、記
録トラツクの偏心に追随して動くような構造の光
学ヘツドに使用する場合に重要となる。というの
は、この場合フオーカス検出光学系も一体化され
て動くので、動いている光学系を外部から調整す
ることは不可能であるからである。
学系を一体化した鏡筒が、記録面の面振れや、記
録トラツクの偏心に追随して動くような構造の光
学ヘツドに使用する場合に重要となる。というの
は、この場合フオーカス検出光学系も一体化され
て動くので、動いている光学系を外部から調整す
ることは不可能であるからである。
本発明の原理と、これを実現した一実施例を図
面にもとづいて説明する。第１図で、レンズ１に
より絞られたスポツトは、拡大像とする光学系３
（例えば顕微鏡が使用できる）で拡大され、肉眼
４、又は投写観測系で観測される。投写観測系と
は、レンズ１によるスポツトの拡大された実像を
ビジコン面に投写し、CRT画面に写すとか、可
視光の場合には単なるスクリーンに拡大像を投写
する等が可能である。２は回折格子でスポツト付
近に置かれている。回折格子２の位置がスポツト
位置の前後にある場合は、第２図ｂ，ｃに示すよ
うに、観測位置では、スポツトは回折され、０次
と１次の回折光で３点かそれ以上に分離されて見
える。スポツトの分離距離は回折格子位置の焦点
位置からのずれに比例し、焦点位置にきた時スポ
ツトは一点に集まるので、回折格子面を焦点位置
に合わせることが可能となる。
面にもとづいて説明する。第１図で、レンズ１に
より絞られたスポツトは、拡大像とする光学系３
（例えば顕微鏡が使用できる）で拡大され、肉眼
４、又は投写観測系で観測される。投写観測系と
は、レンズ１によるスポツトの拡大された実像を
ビジコン面に投写し、CRT画面に写すとか、可
視光の場合には単なるスクリーンに拡大像を投写
する等が可能である。２は回折格子でスポツト付
近に置かれている。回折格子２の位置がスポツト
位置の前後にある場合は、第２図ｂ，ｃに示すよ
うに、観測位置では、スポツトは回折され、０次
と１次の回折光で３点かそれ以上に分離されて見
える。スポツトの分離距離は回折格子位置の焦点
位置からのずれに比例し、焦点位置にきた時スポ
ツトは一点に集まるので、回折格子面を焦点位置
に合わせることが可能となる。
回折格子面に半透過膜を蒸着することにより、
透過光が一点に重なるように調整し、焦点位置に
置いて反射光で光学系を最適位置に調整すること
が可能である。又、回折格子面を全反射面にし
て、レンズ１を通る反射光をビームスプリツタで
分離し、拡大結像系で観測することも可能であ
る。
透過光が一点に重なるように調整し、焦点位置に
置いて反射光で光学系を最適位置に調整すること
が可能である。又、回折格子面を全反射面にし
て、レンズ１を通る反射光をビームスプリツタで
分離し、拡大結像系で観測することも可能であ
る。
回折格子２で決定できる焦点位置精度について
述べる。光の波長をλ、レンズ開口数をNAとす
ると、レンズの分離はλ／NAとなる。回折格子
２の本数をｎ／mm（ピツチをＰとすると、ｎ＝１／Ｐ である）とすると、０次と１次回折光との分離角
度はｎλラジアンとなるので、デフオーカス量を
Δｆとすると、スポツトの分離巾はΔfnλとな
る。従つて、Δfnλ＝λ／NAが分離限界であ
る。例えばλ＝0.8μｍ、NA＝0.5とすると、ｎ
＝50でΔｆ＝40μｍ、ｎ＝1000でΔｆ＝２μｍと
なる。
述べる。光の波長をλ、レンズ開口数をNAとす
ると、レンズの分離はλ／NAとなる。回折格子
２の本数をｎ／mm（ピツチをＰとすると、ｎ＝１／Ｐ である）とすると、０次と１次回折光との分離角
度はｎλラジアンとなるので、デフオーカス量を
Δｆとすると、スポツトの分離巾はΔfnλとな
る。従つて、Δfnλ＝λ／NAが分離限界であ
る。例えばλ＝0.8μｍ、NA＝0.5とすると、ｎ
＝50でΔｆ＝40μｍ、ｎ＝1000でΔｆ＝２μｍと
なる。
レンズの焦点深度は±２μｍであるのでｎ＝
1000の回折格子を使うならば回折格子を焦点深度
内に置くことができる。しかしながらｎが1000よ
り少ない場合、例えばｎ＝400位でも実用上はさ
ほど問題にはならない。というのは、フオーカス
誤差信号は第３図ａ，ｂのような形をとり、焦点
誤差にほぼ比例して誤差信号電圧が増す範囲は一
般に数10μｍはあり、レンズの焦点深度に比べて
十分大きい。そこで誤差信号は、２つ以上の光検
出器出力の差でとるが、それぞれの検出器の出力
感度に差をつけることにより、誤差信号がゼロク
ロス位置を焦点深度の数倍の範囲で変化させるこ
とができる。従つて回折格子で反射面を完全に焦
点深度内に入れられなくても、サーボ回路系で焦
点深度内に入るように調整できる。
1000の回折格子を使うならば回折格子を焦点深度
内に置くことができる。しかしながらｎが1000よ
り少ない場合、例えばｎ＝400位でも実用上はさ
ほど問題にはならない。というのは、フオーカス
誤差信号は第３図ａ，ｂのような形をとり、焦点
誤差にほぼ比例して誤差信号電圧が増す範囲は一
般に数10μｍはあり、レンズの焦点深度に比べて
十分大きい。そこで誤差信号は、２つ以上の光検
出器出力の差でとるが、それぞれの検出器の出力
感度に差をつけることにより、誤差信号がゼロク
ロス位置を焦点深度の数倍の範囲で変化させるこ
とができる。従つて回折格子で反射面を完全に焦
点深度内に入れられなくても、サーボ回路系で焦
点深度内に入るように調整できる。
ところが上記の構成をとつた場合でも、回折格
子焦点位置に置いた場合、スポツトの大きさが格
子の溝の大きさと同レベルかそれ以下となると、
格子のスポツトの当たる位置によつて反射光の回
折される強度分布に差が出るため、反射光によつ
て焦点誤差信号（場合によつては、トラツキング
誤差信号も含め）を検出する光学系を最適位置に
調整することが困難になる。そこで、回折格子面
と同一平面上で回折格子のない平面反射部を作つ
ておき、回折格子面で焦点合せをしたのち平面反
射部をスポツトの位置に平行移動し、ここで反射
光から焦点誤差信号の検出系、トラツキング誤差
信号検出の光学系等を調整することができる。さ
らに、ピツチの荒い回折格子と細かい回折格子を
同一面上に刻んでおくことによつて、調整時に大
きく焦点がずれている場合、荒い回折格子で大略
の位置決めを行ない、その後細かい回折格子で正
確に焦点合せをすることもできる。
子焦点位置に置いた場合、スポツトの大きさが格
子の溝の大きさと同レベルかそれ以下となると、
格子のスポツトの当たる位置によつて反射光の回
折される強度分布に差が出るため、反射光によつ
て焦点誤差信号（場合によつては、トラツキング
誤差信号も含め）を検出する光学系を最適位置に
調整することが困難になる。そこで、回折格子面
と同一平面上で回折格子のない平面反射部を作つ
ておき、回折格子面で焦点合せをしたのち平面反
射部をスポツトの位置に平行移動し、ここで反射
光から焦点誤差信号の検出系、トラツキング誤差
信号検出の光学系等を調整することができる。さ
らに、ピツチの荒い回折格子と細かい回折格子を
同一面上に刻んでおくことによつて、調整時に大
きく焦点がずれている場合、荒い回折格子で大略
の位置決めを行ない、その後細かい回折格子で正
確に焦点合せをすることもできる。
前述の一体化された光学ヘツドでは、光源であ
る半導体レーザーが劣化した場合光源を交換する
必要が生ずる場合がある。このときレンズと回折
格子間距離が一定に位置決めされておれば、交換
後の光源を、回折格子により分離された光点が一
致するよう調節することにより、交換後の光源を
最適位置に持ち込むことができる。
る半導体レーザーが劣化した場合光源を交換する
必要が生ずる場合がある。このときレンズと回折
格子間距離が一定に位置決めされておれば、交換
後の光源を、回折格子により分離された光点が一
致するよう調節することにより、交換後の光源を
最適位置に持ち込むことができる。
半導体レーザーと光学系を一体化して加振する
ような上記の光学ヘツドの場合、光学系はできる
だけ小さく軽いこと、また数ＫHzまでの加振に耐
えるよう丈夫で共振しない構造が必要とされる。
従つて、その中に、光検知器位置や、レーザー位
置、その他光学系を微調できる機構を備えること
は極めてむずかしい。そこで、一度調整したら接
着剤等で固めるような構造となるが、この場合、
組立て段階で反射面を正しく焦点位置に合わせら
れることがどうしても必要となる。また、前述の
ように、半導体レーザーは劣化することがあるの
で、半導体レーザーを交換できる構造が望ましい
が、レーザーを交換しても、他の光学系は調整で
きないので、半導体レーザー位置を、交換前の位
置から10μｍ以内のずれでつける必要がある。機
械的にこれだけの精度を出すことは非常に困難で
あるので、半導体レーザーの位置を決定するため
に、上記の検出装置を用いて回折格子による分離
スポツトが一致するように半導体レーザーの位置
を動かして調整することが可能である。
ような上記の光学ヘツドの場合、光学系はできる
だけ小さく軽いこと、また数ＫHzまでの加振に耐
えるよう丈夫で共振しない構造が必要とされる。
従つて、その中に、光検知器位置や、レーザー位
置、その他光学系を微調できる機構を備えること
は極めてむずかしい。そこで、一度調整したら接
着剤等で固めるような構造となるが、この場合、
組立て段階で反射面を正しく焦点位置に合わせら
れることがどうしても必要となる。また、前述の
ように、半導体レーザーは劣化することがあるの
で、半導体レーザーを交換できる構造が望ましい
が、レーザーを交換しても、他の光学系は調整で
きないので、半導体レーザー位置を、交換前の位
置から10μｍ以内のずれでつける必要がある。機
械的にこれだけの精度を出すことは非常に困難で
あるので、半導体レーザーの位置を決定するため
に、上記の検出装置を用いて回折格子による分離
スポツトが一致するように半導体レーザーの位置
を動かして調整することが可能である。
本発明と同じ用途で、集光点付近に置かれた回
折格子による回折光のフアーフイールドパターン
を観測する方法も考えられる。この方法の原理
は、焦光点が回折格子面の前後にある場合、０次
光と１次回折光との干渉で干渉縞が生じ、縞間隔
が焦点ずれ量に反比例し、フオーカスが合つた時
縞が消えるという現象を利用している。ところが
特に、半導体レーザーのような、波長が赤外に近
い700Å〜8400Åの光の場合、フアーフイールド
パターンを観測するのは、光が発散して微弱とな
るため、高感度のビジコンを使う位しか方法がな
い。そころが、本発明の焦点検出装置を用いれ
ば、結像系で観察するので、すなわち光を集光し
て観察するため強度が強く、目視観察や、IRフ
オスフアーを利用した投写観察、また可視光に近
い場合には白いスクリーンへの投写観察も可能で
ある。
折格子による回折光のフアーフイールドパターン
を観測する方法も考えられる。この方法の原理
は、焦光点が回折格子面の前後にある場合、０次
光と１次回折光との干渉で干渉縞が生じ、縞間隔
が焦点ずれ量に反比例し、フオーカスが合つた時
縞が消えるという現象を利用している。ところが
特に、半導体レーザーのような、波長が赤外に近
い700Å〜8400Åの光の場合、フアーフイールド
パターンを観測するのは、光が発散して微弱とな
るため、高感度のビジコンを使う位しか方法がな
い。そころが、本発明の焦点検出装置を用いれ
ば、結像系で観察するので、すなわち光を集光し
て観察するため強度が強く、目視観察や、IRフ
オスフアーを利用した投写観察、また可視光に近
い場合には白いスクリーンへの投写観察も可能で
ある。
なお上記の実施例では、光学再生装置の光学系
に適用する場合を述べたが、光学記録装置の場合
にも全く同様に有効であることは言うまでもな
い。
に適用する場合を述べたが、光学記録装置の場合
にも全く同様に有効であることは言うまでもな
い。
以上のように本発明の焦点検出装置は、回折格
子により分離された光点の拡大像を一点に合わせ
ることを特徴とするものであり、フオーカスサー
ボに係る光学系や回路系の調整が非常に容易とな
り、特に光源を一体化した光学ヘツドでは極めて
有効である。
子により分離された光点の拡大像を一点に合わせ
ることを特徴とするものであり、フオーカスサー
ボに係る光学系や回路系の調整が非常に容易とな
り、特に光源を一体化した光学ヘツドでは極めて
有効である。
第１図は本発明の焦点検出装置の一実施例を光
学ヘツドに適用したものの構成図、第２図ａ，
ｂ，ｃは回折格子が焦点位置またはその前後にあ
る場合のスポツトの分離状態を説明するための正
面図、第３図ａ，ｂは、焦点誤差信号の波形図で
ある。 １……レンズ、２……回折格子、３……拡大光
学系、７……半導体レーザー、９……光検知器、
１０……差動増幅器、１１……サーボ回路、１２
……駆動コイル。
学ヘツドに適用したものの構成図、第２図ａ，
ｂ，ｃは回折格子が焦点位置またはその前後にあ
る場合のスポツトの分離状態を説明するための正
面図、第３図ａ，ｂは、焦点誤差信号の波形図で
ある。 １……レンズ、２……回折格子、３……拡大光
学系、７……半導体レーザー、９……光検知器、
１０……差動増幅器、１１……サーボ回路、１２
……駆動コイル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 放射光線と、該放射光線を集光するレンズ
と、該放射光線の前記レンズの集光点付近に光軸
に対し、ほぼ垂直に置かれた回折格子と、該回折
格子からの反射光を検知し、回折格子面の集光点
からのずれに応じた誤差信号を検出する光学系及
び光検知手段と、前記誤差信号に応じて前記レン
ズを駆動し、前記回折格子面とレンズ間距離を一
定とするためのサーボ系と、前記集光点での光点
を観測可能な拡大像とする光学系とを備え、前記
回折格子により分離された前記光点の拡大像が一
点に重なるように前記回折格子とレンズ間の距離
を調節することを特徴とする焦点検出装置。 ２ 回折格子面を光の半透過面とし、前記集光点
での光点を観測可能な拡大像とする光学系を回折
格子面からの透過光側に配置したことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の焦点検出装置。 ３ 回折格子面は、回折格子の刻まれていない部
分、またはピツチの異なる回折格子が刻まれてい
る部分を有し、該回折格子面を、光軸に垂直な方
向に移動可能となし、前記の異なる部分を光軸中
心位置まで移動可能としたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の焦点検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55130961A JPS5754907A (en) | 1980-09-19 | 1980-09-19 | Focus detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55130961A JPS5754907A (en) | 1980-09-19 | 1980-09-19 | Focus detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5754907A JPS5754907A (en) | 1982-04-01 |
| JPS6256576B2 true JPS6256576B2 (ja) | 1987-11-26 |
Family
ID=15046670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55130961A Granted JPS5754907A (en) | 1980-09-19 | 1980-09-19 | Focus detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5754907A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2304890A (en) * | 1995-09-12 | 1997-03-26 | Richard Jackson | Testing apparatus for metal items |
-
1980
- 1980-09-19 JP JP55130961A patent/JPS5754907A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5754907A (en) | 1982-04-01 |
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