JPS647407B2

JPS647407B2 -

Info

Publication number: JPS647407B2
Application number: JP55125252A
Authority: JP
Inventors: Hisatsune Tsuda; Asao Hayashi; Kenichi Ooikami; Masatoshi Ida
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1980-09-11
Publication date: 1989-02-08
Also published as: JPS5749908A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、例えば記録媒体上に螺旋或いは同心
円状に記録された情報トラツクに対物レンズを経
て読み取り光スポツトを集束して情報を読み取る
装置において、対物レンズの記録媒体に対する焦
点はずれを検出する焦点検出方法およびかかる方
法を実施する装置に関するものである。

上述した情報読み取り装置は従来より既知であ
り、情報トラツクを有する記録媒体には、例えば
ビデオデイスクと呼ばれているものがある。この
ビデオデイスクには情報トラツクに符号化された
ビデオ信号や音声信号が、光学的透過特性、反射
特性、位相特性などの光学的情報として記録され
ている。ビデオデイスクに記録された情報は、こ
れを高速で回転させながらレーザ光源から放射さ
れるレーザ光を対物レンズを経て情報トラツク上
に集束させ、情報トラツクによつて変調された透
過光または反射光を検出して読み取つている。こ
のような記録媒体の特長の一つは、情報の記録密
度が非常に高いことであり、そのため各情報トラ
ツクの幅が極めて狭いと共に、順次の情報トラツ
ク間の間隔も非常に狭くなつている。このように
幅もピツチも狭い情報トラツクから元の情報を正
確に読み取るためには、対物レンズをビデオデイ
スク面に対して常に合焦状態となるようにして、
デイスク面上での光スポツトの径を小さくする必
要がある。このためかかる光学的読み取り装置に
おいては、対物レンズのデイスク面に対する焦点
はずれを検出し、この焦点はずれ信号に基いて対
物レンズをその光軸方向に変位させるフオーカツ
シング制御が行なわれている。

第１図は従来の光学的読み取り装置における焦
点検出方式を説明するための線図である。レーザ
光源１から放射された光（紙面内に直線偏光して
いる）はコリメートレンズ２によつて平行光とさ
れ、偏光膜を有する偏光プリズム３、1/4波長板
４および対物レンズ５を経て情報トラツクを含む
デイスク６上に集束される。この光束は凹凸のピ
ツト形状を持つ情報トラツクにより反射され、対
物レンズ５および1/4波長板４を経て偏光プリズ
ム３に入射する。偏光プリズム３に入射する反射
光は、1/4波長板４の作用により紙面に対し垂直
方向に偏光されているから、この光は偏光プリズ
ム３で反射される。この偏光プリズム３で反射さ
れた光束を集光レンズ７および円筒レンズ８によ
り集束させる。ここで円筒レンズ８は一軸方向に
のみ集束作用を持つから、集光レンズ７および円
筒レンズ８による集束ビームの形状は、デイスク
６の位置が上下にずれると、情報トラツクに正し
く集束された状態（合焦位置）を境として直交し
た方向に変形する。従来は、この形状変化を例え
ば四分割した光検出器（図示せず）により検出し
て焦点誤差信号を得、この信号によりフオーカツ
シング制御を行なつている。

しかし、上述した従来の焦点検出方式において
は、偏光プリズム３を反射した後に焦点を結ばせ
るための大きな光路長を必要とするため、光学系
が大形になる欠点がある。また焦点誤差信号を得
る光検出器は、光軸方向とこれと直交する平面内
での方向との二軸方向に正確に配置する必要があ
るため、その位置調整が難しい欠点がある。更
に、集光ビームの形状変化による誤差信号が得ら
れる領域が狭いため、合焦状態から離れ過ぎると
信号が得られない欠点がある。

本願人は、上述した欠点を除去し、光学系を小
形に構成できると共に、焦点誤差信号を得る光学
検出器の配置が容易で、しかも常に正確に合焦状
態を検出できる焦点検出方法および装置を既に提
案している。

本願人の開発した焦点検出方法は、光源から射
出された光を対物レンズにより被照射物体上に集
束させ、その反射光の少く共一部を、該反射光束
中の一つの光線に対してほぼ臨界角となるように
設定した反射面を有する光学部材に入射させ、こ
の光学部材の反射面で反射された反射光の光量分
布の変化、或いは該反射面で反射された反射光と
屈折された透過光との光量変化を二分割した光検
出器または２個の光検出器で検出することによ
り、前記対物レンズの前記被照射物体に対する焦
点誤差信号を得るようにしたものである。

第２図は本願人が開発した焦点検出方法を実施
する光学的読み取り装置の一例の要部の構成を示
す線図である。本例に示す光学的読み取り装置
は、デイスク６の反射光を偏光プリズム３で反射
させる迄は第１図に示す光学的読み取り装置と同
じ構成なので、第１図に示す符号と同一符号は同
一光学部材を表わす。本例では偏光プリズム３で
反射した光束を検出プリズム１０に入射し、その
反射面１１により反射される光束を光検出器１２
で受光する。反射面１１は、合焦状態での入射光
線（平行光束）に対してほぼ臨界角となるように
設定する。このようにすれば、合焦状態では偏光
プリズム３で反射された全光線は反射面１１で全
反射され（実際には反射面の状態が完全ではない
ので図示ｎ方向に幾分の光が透過する）、デイス
ク６が合焦状態からａ方向にずれると偏光プリズ
ム３で反射された光束は反射面１１に対して最外
側の光線a_i1〜a_i2で示す傾き成分を持つ光線束と
なる。またデイスク６が合焦状態からｂ方向にず
れると、反射面１１への入射光線は最外側の光線
をb_i1〜b_i2で示す傾き成分を持つ光線束となる。
すなわち、デイスク６が合焦状態からずれると、
反射面１１への入射光線は光軸上の中心光線（一
点鎖線）を除いて臨界角の前後で連続的に変化す
る。したがつて、デイスク６がａおよびｂ方向に
変位して合焦状態からずれると、反射面１１での
反射強度が第３図に示すように臨界角近傍では僅
かな入射角の変化で急激に変化するから、中心光
線を含む紙面に対し垂直な面を境として明暗の状
態がそれぞれ逆になる。これに対し、合焦状態で
は、一様に全反射されるから、このような明暗は
現われない。光検出器１２は、このような反射面
１１からの反射光の光量分布を検出するもので、
第２図中に平面図をも示すように、中心光線（光
軸）を境に二分割した二つの受光領域12A、12B
をもつて構成する。なお、第３図は検出プリズラ
１０の屈折率が1.50で、Ｐ偏光およびＳ偏光にお
けるそれぞれの反射強度R_PおよびR_Sを示したも
のである。なお偏光していない光に対する反射強
度は、これらの中間（R_P＋R_S）／２となる。

第２図において、デイスク６がａ方向に変位し
たときは、反射面１１に入射する光のうち中心光
線より図において下側の光束は、一番外側の入射
光線a_i1を筆頭としてすべての入射光線の入射角
は臨界角よりも小さくなる。したがつて、この部
分では透過光が存在し、一番外側の透過光線a_t1
からｎ迄を含む光線束が透過する。この透過した
分だけ、一番外側の反射光線a_r1から中心光線迄
を含む反射光線束の強度は弱められる。反射面１
１に入射する光のうち、中心光線より図において
上側の光束は、一番外側の入射光線a_i2を筆頭と
してすべての入射光線の入射角は臨界角よりも大
きくなる。したがつて、この部分では透過光が存
在せず、入射した全ての光線が、一番外側の反射
光線a_r2から中心光線迄を含む光束に含まれて反
射する。したがつて、この場合には、光検出器１
２上での光量分布は、受光領域12Aが暗くなり、
受光領域12Bは明るいまま変化しない。

これに対し、デイスク６がｂ方向に変位したと
きは、反射面１１への入射光線の傾きの関係が上
述したａ方向の場合と逆になり、したがつて光検
出器１２の領域12A、12Bの明暗の関係が逆にな
り、受光領域12Aは明るいまま変化しないが、受
光領域12Bは暗くなる。この場合の反射面１１に
おける反射光および透過光をそれぞれ符号b_r1，
b_r2およびb_t2で示す。

なお、合焦状態では光検出器１２の受光領域
12A、12Bへの入射光量はそれぞれ等しくなる。

したがつて、各受光領域12A、12Bの出力差を
差動増幅器３３で検出することにより、その量お
よび極性からずれの量および方向を表わす焦点誤
差信号を得ることができ、この信号に基いて対物
レンズ５を光軸方向に移動制御するフオーカツシ
ング制御を行なうことができると共に、受光領域
12A、12Bの出力の和を加算器１４で求めること
によりデイスク６に記録されたピツトに対応する
情報信号を検出することができる。しかも合焦状
態では反射面１１での透過成分が殆んどないか
ら、光量の損失が極めて少ないと共に、合焦から
外れた場合には、中心光線を境にいずれか一方の
側の光束が全反射され、他方の側の光束の反射強
度が極端に減少するから受光領域12A、12Bにお
ける光量差が著しくなる。したがつて、十分正確
に合焦検出を行なうことができる。

第２図に示した例では反射面１１での反射光を
二分割した受光領域12A、12Bを有する光検出器
１２で受光するようにしたが、反射面１１で屈折
される透過光を２個の光検出器で受光してその光
量分布の変化を検出したり、反射光と透過光を２
個の光検出器で受光してそれらの光量変化を検出
することによつても焦点誤差信号を得ることがで
きる。

このような焦点検出方法は上述したような種々
の利点を有しているが、検出プリズム１０をその
反射面１１がデイスク６からの反射光束中の所定
の光線、例えば光軸上の中心光線に対してほぼ臨
界角となるように配置する必面があると共に、光
検出器１２を中心光線の両側で各別に受光するよ
うに、しかも合焦時に等しい光量を受光できるよ
うに配置する必要があるため、光学的調整が難か
しくなる不具合がある。また二分割した光検出器
または２個の別個の光検出器を用いるため、検出
プリズム１０の寸法が大きくなつたり、また複数
個必要となつたりするので、構成が複雑となる不
具合もある。特に寸法の大きな検出プリズムを用
いると情報信号に焦点誤差信号が混入し、情報信
号のＳ／Ｎが悪くなる不具合がある。

上記に近い技術として特開昭54−130102号公報
がある。このFiG.7に記録媒体からの反射光束を
２つの光束に分割し、一方の光束中にいわゆるフ
ーコ方式と呼ばれる焦点検出用プリズムを配置
し、他の光束中に情報信号検出用の光検出器を配
置した技術が説明されているが、かかる焦点検出
装置は光路長が長くなる欠点がある。また特公昭
51−20888号公報第１図には、同様な光路構成中
にピンホールを用いた焦点検出部材が配置された
技術が説明されている。しかしかかる焦点検出装
置は検出精度が得られない欠点がある。

本発明は上記種々の欠点を除去した焦点検出装
置を提供することを目的とする。

本発明の情報読取装置は光源から射出された光
を対物レンズにより情報記録媒体上に集束させ、
その反射光束を検出することにより焦点誤差信号
と情報信号を得るようにした焦点検出装置におい
て、前記記録媒体からの反射光束を２つの光束に分
割し、一方の光束中の少なくとも１つの光光線に
対してほぼ臨界角となるように設定した面を有す
るプリズムを配置し、該プリズムから反射光を少
なく共２つの光検出器に導びいて焦点誤差信号を
得ると共に、他の光束中に情報読取用の光検出器
を配置して情報信号を得るようにしたことを特徴
とするものである。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第４図は本発明の焦点検出方法を実施する装置
の一例の構成を示す線図である。レーザ光源２１
から放射される偏光された光ビーム（Ｐ偏光）は
コリメートレンズ２２で平行光束となり偏光プリ
ズム２３および1/4波長板２４を経て対物レンズ
２５に入射する。対物レンズ２５はこの平行光束
を集束し、スポツト光をデイスク２６上に投射す
る。デイスク２６からの反射光を対物レンズ２５
により集光し、1/4波長板２４に通す。したがつ
てこの光ビームはＳ偏光となり、偏光プリズム２
３で反射される。偏光プリズム２３で反射された
光束の一部は検出プリズム２７に入射する。検出
プリズム２７の反射面２７ａは入射光線に対して
臨界角よりも小さくなるように設定すると共に、
特に本例では合焦時に該反射面２７ａで反射され
る反射光量と屈折される透過光量とがほぼ等しく
なるように設定する。第２図に就き上述したよう
に、合焦時には対物レンズ２５から平行光束が射
出され、反射面２７ａに入射する光はこの面で反
射および屈折して透過する。本例では反射面２７
ａでの反射光を光検出器２８で受光する。この合
焦状態からデイスク２６がａ方向に変位すると反
射面２７ａに入射する光線の入射角は臨界角に近
づくので光検出器２８に入射する光量は明るくな
る。一方、デイスク２６がｂ方向へ変位するとき
は、反射面２７ａへ入射する光線の入射角は臨界
角よりも更に小さくなり、反射面２７ａで屈折さ
れて透過する分が増えるので、光検出器２８に入
射する光量は暗くなる。したがつて光検出器２８
の出力は第５図に示すように変化する。

第４図に示すように偏光プリズム２３で反射さ
れる光束の内、検出プリズム２７に入射しない光
束を光検出器３０で受光する。この光検出器３０
の出力を増幅器３１で増幅することにより情報信
号を得ることができる。この光検出器３０に入射
する光束は検出プリズム２７を透過していないの
で焦点ずれがあつた場合でも光量変化はないので
Ｓ／Ｎの良い情報信号を得ることができる。

一方、光検出器２８の出力は低減フイルタ３３
を経て高周波成分を除去し、差動増幅器３４の一
方の入力端子に供給する。この差動増幅器３４の
他方の入力端子には基準電圧源３５から基準電圧
Vrを印加する。この基準電圧Vrは、第５図に示
すように合焦時において低減フイルタ３３から得
られる出力電圧とほぼ等しい値とするこのように
すれば、差動増幅器３４の出力端子から、デイス
ク２６の合焦位置からのずれの方向およびその量
を表わす所要の焦点誤差信号を得ることができ
る。すなわち、デイスク２６が合焦位置にあると
きには差動増幅器３４の出力は「０」であり、デ
イスク２６が合焦位置からａ方向にずれると、差
動増幅器３４の出力はそのずれに応じた正極性の
電位となり、逆にデイスク２６がｂ方向にずれる
と、そのずれに応じた負極性の電位となる。した
がつて、差動増幅器３４の出力に基いて、その出
力が「０」となるように対物レンズ２５を光軸方
向に移動するフオーカツシング制御を行なえば、
デイスク２６に対して対物レンズ２５を常に合焦
状態に維持することができる。

第６図は本発明の焦点検出方法を実施する装置
の他の例の構成を示す線図である。本例では偏光
プリズム２３から出射されるデイスク２６からの
戻り光のほぼ全部を検出プリズム３７に入射させ
る。検出プリズム３７の反射面３７ａは、前述し
たと同様に入射光線に対して臨界角よりも小さく
なるように設定するが、本例では該反射面３７ａ
に一部を除いて全反射ミラー３８を設け、この全
反射ミラー３８で全反射されるデイスク２６から
の戻り光を情報信号検出用の光検出器３０に入射
させ、全反射ミラー３８のない部分の反射面３７
ａを屈折して透過するデイスク２６からの戻り光
を焦点検出用の光検出器３９で受光し、これら光
検出器３０および３９の出力を前述したと同様に
処理して情報信号および焦点誤差信号を得る。な
お、この場合の光検出器３９への入射光量は、反
射面３７ａの透過光を受光するため、デイスク２
６がａ方向にずれると小さく、ｂ方向にずれると
大きくなる。したがつて、光検出器３９の出力
は、第７図に示すように第５図における場合とは
逆になるから、差動増幅器３４から得られる焦点
誤差信号もデイスク２６のずれの方向に対して前
述の場合とは極性が逆になる。

第８図は焦点検出用の光検出器２８または３９
の出力を処理して焦点誤差信号を得る焦点誤差検
出回路の他の例の構成を示すものである。光検出
器２８の出力を低減フイルタ３３を経て微分回路
４１、ゲート回路４２および差動増幅器３４の正
入力端子に供給する。微分回路４１は光検出器２
８の出力信号の時間的変化分を検出し、その出力
を検波回路４３および平滑回路４４を経て平滑し
て差動増幅器４５の一方の入力端子に供給する。
この差動増幅器４５の他方の入力端子には基準電
圧源４６から所定の基準電圧を印加し、それらの
差を検出する。今、第５図に示すような出力が光
検出器２８から供給されるものとすれば、デイス
ク２６が合焦位置よりａ方向で、検出プリズム２
７の反射面２７ａに対する入射光線が臨界角より
も大きくなるようにずれたときに微分回路４１の
出力は零となり、この出力が差動増幅器４５の一
方の入力端子に供給される。本例では、このとき
差動増幅器４５の出力がほぼ零となるように、基
準電圧源４６により他方の入力端子に印加する基
準電圧値をほぼ零に設定する。差動増幅器４５の
出力が零のとき、その信号によりゲート回路４２
を開放し、低減フイルタ３３を経た光検出器２８
の出力を差動増幅器４７の正入力端子に供給す
る。この差動増幅器４７の負入力端子には、基準
値メモリ４８に蓄積した光検出器２８から得られ
る所定の最大値（第５図においてV_nax）を印加
し、これらの差を加算器４９の一方の入力端子に
供給する。この加算器４９の他方の入力端子に
は、基準閾値メモリ５０から前記所定の最大値
V_naxに対応する合焦閾値電圧（第５図における
Vr）を印加し、これらを加算して閾値メモリ５
１に供給する。この閾値メモリ５１は、差動増幅
器４５の出力により、該出力がほぼ零のときにす
なわちゲート回路４２の開と同期して書込制御さ
れるようにし、書込まれた差動増幅器４９の出力
を合焦閾値として差動増幅器３４の負入力端子に
供給する。このような構成では低減フイルタ３３
すなわち光検出器２８の出力は常に所定の基準電
圧Vrと比較されることになるので、例えば光源
２１の出力光強度が変動したり、デイスク２６の
反射光強度が変動したり、光検出器２８の出力信
号がドリフト等の影響で変動したりした場合でも
基準電圧Vrがそれに追従して変動することにな
るので、常に正確に焦点誤差信号を得ることがで
きる。

なお、第８図においては設定した最大値と検出
検出した実際の最大値との差を求め、この差を設
定した基準閾値に加算して合焦閾値を補正するよ
うにしたが、検出した最大値を所定の分圧比（例
えば1/2）で分圧して合焦閾値とすることもでき
る。また、合焦閾値の補正は例えば低減フイルタ
３３と微分回路４１との間にスイツチング回路を
設け、これを例えばデイスク１回転毎に瞬時作動
させて低減フイルタ３３の出力を微分回路４１に
供給して補正するようにすることもできる。更
に、第８図では差動増幅器４５の出力がほぼ零の
ときにゲート回路４２を開放すると共に、閾値メ
モリ５１の書込みを制御するようにしたが、差動
増幅器４５の出力を反転し、高レベルのときに上
記の所要の制御を行なうよう構成することもでき
る。また、合焦閾値の補正値の算出はデジタル的
に求めることもできる。更に第８図に示すような
焦点誤差検出回路は、第６図に示す焦点検出装置
にも同様に適用することができる。

なお、本発明は上述した例にのみ限定されるも
のではなく、幾多の変形または変更が可能であ
る。例えば、閾値に範囲をもたせて合焦範囲を設
定することもできる。また、上述した例では検出
プリズム２７，３７に１つの反射面２７ａ，３７
ａを形成したが、対向して２個の反射面を形成し
て入射光線を複数回反射させるようにすることも
できる。このようにすれば、検出感度を更に向上
させることができる。また、反射面２７ａ，３７
ａはプリズムはなく、板状の光学部材により形成
することもできる。更に上述した例では検出プリ
ズム２７，３７にＳ偏光を入射させるようにした
が、偏光プリズム２３と検出プリズム２７，３７
との間に90゜回転素子を配置したり、偏光プリズ
ム２３に対して光源２１と検出プリズム２７，３
７の位置関係を逆転し、光源２１からＳ偏光を射
出するようにして、検出プリズム２７，３７にＰ
偏光を入射させるようにすることもできる。この
場合には、第３図から明らかなように、Ｐ偏光の
方がＳ偏光に比べ反射強度特性の感度がよいか
ら、焦点誤差をより高感度で検出することができ
る。また、上述した例では光検出器３０から情報
信号を得るようにしたが、この光検出器３０をデ
イスク２６のピツトの深さに応じて適当な受光領
域に分割し、デイスク２６から戻り光によつて対
物レンズ２５の瞳面にできる像を光検出器３０上
に結像させるようにすれば、情報信号と同時に対
物レンズ２５の情報トラツクに対する相対的位置
ずれを表わすトラツキング誤差信号をも検出する
ことができる。更に、上述した例では、合焦時に
おいて、偏光プリズム２３から出射されるデイス
ク２６からの戻り光が平行光束となるようにした
が、合焦時において偏光プリズム２３から出射す
るデイスク２６からの戻り光は拡散光でも集束光
でも本発明を有効に適用することができる。ま
た、偏光プリズム２３の代わりにハーフミラーを
用いることもできる。また、検出プリズム内での
余計な光束の反射によるノイズを防ぐため、その
反射面からの反射光をうける時には検出プリズム
の入射面、反射面および出射面を除いた面を光吸
収体でおおい、また屈折透過する光をうける時に
は検出プリズムの入射面と反射面を除いた面を光
吸収体でおおえばノイズを軽減することができ
る。更に、本発明は上述した光デイスクの再生装
置の他、記録装置或いは光磁気デイスクの記録お
よび再生装置の種々の光学機器の焦点検出に有効
に適用することができる。

以上詳細に説明したように本発明においては、
被照射物体からの戻り光を受ける光学部材の反射
面を入射光線に対して臨界角よりも小さくなるよ
うに設定すればよいから、光学部材の製作および
全体の光学的調整も容易となり、本発明の目的を
有効に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焦点検出方式を適用する光学的
読み取り装置の構成を示す線図、第２図は本願人
が開発した焦点検出方法を実施する光学的読み取
り装置の要部の一例の構成を示す線図、第３図は
臨界角近傍での反射強度の一例を示す線図、第４
図は本発明による焦点検出方法を実施する光学的
読み取り装置の一例の要部の構成を示す線図、第
５図は同じくその動作を説明するための信号波形
図、第６図は本発明による焦点検出方法を実施す
る光学的読み取り装置の他の例の要部の構成を示
す線図、第７図は同じくその動作を説明するため
の信号波形図、第８図は焦点誤差検出回路の他の
例を示す回路図である。２１……レーザ光源、２２……コリメートレン
ズ、２３……偏光プリズム、２４……1/4波長板、
２５……対物レンズ、２６……デイスク、２７，
３７……検出プリズム、２７ａ，３７ａ……反射
面、２８，３０，３９……光検出器、３３……低
減フイルタ、３４……差動増幅器、３５……基準
電圧源、３８……全反射ミラー。

Claims

【特許請求の範囲】１光源から射出された光を対物レンズにより情
報記録媒体上に集束させ、その反射光束を検出す
ることにより焦点誤差信号と情報信号を得るよう
にした情報読取装置において、前記記録媒体からの反射光束を２つの光束に分
割し、一方の光束中に該光束中の少なくとも１つ
の光線に対してほぼ臨界角となるように設定した
面を有するプリズムを配置し、該プリズムからの
反射光を少なく共２つの光検出器に導びいて焦点
誤差信号を得ると共に他の光束中に情報読取用の
光検出器を配置して情報信号を得るようにしたこ
とを特徴とする情報読取装置。