JP2653478B2 - 焦点制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、光学装置のフォーカス状態を検出するた
めの装置に係り、より詳細には情報記録媒体に情報を記
録する又は記録された情報を情報記録媒体から読出す為
の光ビームを情報記録媒体上にフォーカスさせる装置に
関する。

（従来の技術） 近年、文書などの画像情報を記録し、必要に応じてそ
の画像情報を検索してハードコピー或いはソフトコピー
として再生し得る光ディスク装置のような画像情報記録
再生装置が開発されている。光ディスク装置において
は、集束性の光ビームが円盤状記録媒体、即ち光ディス
クに向けて照射されて情報が記録又は再生される。すな
わち、記録時においては、光ビームが照射されることに
よって記録面上には状態変化が起こされ、その結果情報
は例えばピットとして光ディスクに記録される。また再
生時においては定常光ビームが情報記録媒体上に照射さ
れ記録情報に応じて光ビームはピットで強度変調され
る。変調された光ビームの強度変化を検出することによ
って情報が再生される。記録及び再生の際、光ディスク
が線速一定に回転され光ビームを光ディスクに向けるた
めの光学ヘッドが光ディスク上の半径方向に直線移動さ
れる。

光学ヘッドは、光学ディスク上にレーザ光を集束させ
る対物レンズを備え、対物レンズは所定領域に正確に集
光ビームを照射するためにその光軸方向に移動可能に支
持されている。焦点制御系の可動機構によつて対物レン
ズが光軸方向に移動されて対物レンズが合焦状態に維持
され、対物レンズからの光ビームが光ディスクに集束さ
れる。対物レンズを合焦状態に維持させるために記録媒
体上における焦点ずれ状態が検出されその検出結果が対
物レンズの移動機構にフィードバックされる。この焦点
ずれの検出方法としてウェッジプリズム法が知られてい
る。

ウェッジプリズム法において、フォーカッシング状態
に応じて情報記録媒体から出射された光ビームは集光レ
ンズを経てウェッジプリズムで２つのビームに分岐され
る。その際、２つの光ビームは入射ビームの光軸に対し
て特定角度で互いに異なる方向に出射される。分岐され
た光ビームはそれぞれ所定位置に配置された２つの検出
器上に照射され電気信号に変換される。電気信号は所定
の方法で処理され、フォーカッシングエラーに応じた電
流が対物レンズ駆動用のボイスコイルに供給される。ボ
イスコイルに電流が供給されることによって対物レンズ
が駆動され、光ビームが情報記録媒体上に合焦される。

（発明が解決しようとする課題） ウェッジプリズム法を用いた焦点制御においては、光
ビームはウェッジプリズムで入射光軸に対して特定角度
で互いに異なる方向に出射する２つのビームに分岐され
る。このため２つのビームを検出する２つの検出器の間
隔は、ウェッジプリズムと検出器の間の光軸方向の距離
に大きく依存する。正確なフォーカッシング制御を達成
するにはウェッジプリズムの取付け位置に応じて検出器
間隔が調整されなければならない。

この発明は、情報記録媒体上のフォーカス状態を検出
するための、新たな焦点制御装置を提供することを目的
とする。

また、この発明は光学部品の光軸方向の位置ずれによ
っておこる検出器間隔の位置調整の問題を解決し、それ
によって組立てや調整の容易な焦点制御装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明によれば、光ビームを記録媒体上に集束する
ための集束手段と、前記記録媒体からの光ビームの光路
上に配置され入射された光ビームを第１及び第２の光ビ
ームに分岐する分岐手段と、前記分岐手段からの前記第
１の光ビームの光路上でその光軸に対して互いに異なる
角度に傾けて配置され前記第１の光ビームを互いに略平
行な第３及び第４のビームに分岐する第１及び第２の平
行平板と、前記記録媒体に対する集束手段の光軸方向の
位置を調整する前記第３及び第４の光ビームに応答する
手段と、前記記録媒体に対する集束手段の光軸に垂直な
平面内の位置を調整する前記分岐手段からの第２の光ビ
ームに応答する手段を備える焦点制御装置が提供され
る。

（作用） この発明においては、第１及び第２の光屈折体から出
射される光ビームの間隔Ｄが各光学部品の光軸のずれに
影響されずに略一定に保たれるため組立て及び調整が容
易となる。

（実施例） この発明の一実施例を図面を参照しながら以下に説明
する。

第１図は、この発明の焦点制御装置が組込まれる光デ
ィスク装置の平面図を示している。第１図において光デ
ィスク（記録媒体）１は、ガラス或いは、プラスチック
等の円盤状の基板上に情報記録膜してテルル或いは、ビ
スマス等の金属被膜がコーティングされて形成される。
円盤状の基板上には、トラッキングガイド領域を定める
グルーブ５が同心円状に形成されている。光ディスク１
に対向して光学ヘッド３が設けられ、記録、再生及び検
索時には、光ディスク１が光学ヘッド３に対して線速一
定で回転駆動される。第１図において記録領域を規定す
るグルーブ５はＺ方向に延出されている。

光学ヘッド３は光源としての半導体レーザ11を備え、
半導体レーザ11からは発散性のレーザビームＬが発生さ
れる。レーザビームＬは情報を光ディスク１の記録膜に
書込む記録時には書込むべき情報に応じてその光強度が
変調されて発生され、又情報を光ディスク１の記録膜か
ら読み出す再生時には一定の強度で発生される。この半
導体レーザ11から発生された発散性のレーザビームＬは
コリメータレンズ13によって平行光束に変換されてハー
フプリズム14に導かれる。ハーフプリズム14に導かれた
レーザビームＬは、ハーフプリズム14を通過して対物レ
ンズ16に入射され、対物レンズ16によってレーザビーム
Ｌは、光ディスク１の記録膜に向けて集束される。

対物レンズ16は、その光軸方向及び光軸と直交する面
内方向で移動可能に支持される。対物レンズ16が光軸上
の最適位置即ち、合焦位置に配置されると、この対物レ
ンズ16から発せられた集束性のレーザビームＬのビーム
ウエストが光ディスク１の記録膜の表面上に投射され、
それによって最少ビームスポットが光ディスク１の記録
膜の表面上に形成される。一方、対物レンズ16が光軸と
直交する面内（記録膜面に平行な面内）で最適位置即
ち、合トラック位置に配置されると光ディスク１上に形
成されるビームスポットが記録領域として定められたト
ラック上に正確に形成され、それによってトラックがレ
ーザビームで追跡される。この２つの状態（合焦状態・
合トラック状態）が保たれることによって情報の書込み
及び読出しが可能となる。即ち、記録時には強度変調さ
れたレーザービームによって記録膜にピット等の状態変
化が起こされ、再生時には一定強度のレーザビームがト
ラック内のピット等で形成された記録領域で強度変調さ
れて反射される。

光ディスク１の記録膜で反射された発散性のレーザビ
ームＬは、合焦時には、対物レンズ16によって平行光束
に変換され、再びハーフプリズム14に戻される。ハーフ
プリズム14で反射されたレーザビームＬは集束用の球面
凸レンズ17を透過されてビームスプリッタ30に入射され
る。入射された光ビームの一部はビームスプリッタ30の
接合面で反射され残りの光ビームは透過される。反射さ
れた光ビームLaは集束されて光検出器21上に照射され
る。光検出器21に照射された光ビームLaは各光検出領域
で電気信号に変換されて所定の方法で処理される。所定
の方法で処理されることによって比較回路42からトラッ
キング・エラー信号が発生される。トラッキング・エラ
ー信号に応じて駆動回路45を介してボイスコイル８に電
流が供給されて光学ヘッド３が対物レンズ16の光軸に垂
直な面内で駆動され、それによって所定のトラックが光
ビームによって追跡される。またビームスプリッタ30の
接合面を透過された光ビームLbは、その光軸上に配置さ
れた第１及び第２の光屈折体18、19に入射される。第１
及び第２の光屈折体18、19は光ビームの光路上に配置さ
れ入射光ビームの光軸を境に２本の平行な第１の光ビー
ムL1及び第２の光ビームL2に分岐する。分岐された光ビ
ームL1及びL2はそれぞれ光検出器20上に照射される。光
検出器20に照射された光ビームL1及びL2は各光検出領域
で電気信号に変換されて所定の方法で処理される。信号
処理によって比較回路41からフォーカッシングエラー信
号が発生される。その発生された電気信号は駆動回路44
を介してボイスコイル８に供給されて対物レンズ16がそ
の光軸方向に駆動され、それによって光ビームの焦点が
制御される。更に光検出領域で検出された信号は信号処
理回路43で処理されて読取信号として利用される。

第２図を参照して第１及び第２の光屈折体18、19の機
能を詳細に説明する。第１及び第２の光屈折体18、19は
例えばガラス板で構成され、好ましくは同一の厚さを有
する平行平板形状に形成されている。各平行平板はＸ−
Ｚ平面に平行な側面を有し、その側面は互いに入射ビー
ムの光軸に接するように配置される。更にその第１及び
第２の平行平板18、19の入射面及び出射面は、光軸に垂
直な平面に対して所定の角度を有するように配置され、
好ましくはその２つの平行平板18、18は光軸に対して互
いに異なる方向に等しい角度で配置されている。これに
よって、入射光ビームは光ディスク上のグループの影が
投影される方向（Ｙ方向）に垂直なＸ方向の線に沿って
分割される。第１及び第２の平行平板18、19のそれぞれ
の入射面及び出射面が傾けられることによって、平行平
板18及び19を透過した光ビームは互いに入射光ビームＬ
の光軸に対して略平行で且つ所定の間隔Ｄを有する第１
の光ビームL1及び第２の光ビームL2に分岐されて光検出
器20上に照射される。第１の光ビームL1及び第２の光ビ
ームL2の間隔Ｄは第１の平行平板18及び第２の平行平板
19の屈折率ｎ、厚さ及び平行平板18、19のなす角度θに
依存する。この関係は第3A図及び第3B図に示される。

第3A図は第１及び第２の平行平板18、19から入射光ビ
ームＬの光軸に対して略平行に出射される第１の光ビー
ムL1及び第２の光ビームL2の光路を示している。この図
において平行平板18、18は同一の厚さを有する同一の材
料で形成される。平行平板18、19の厚さｔ、平行平板1
8、19の屈折率ｎ、２枚の平行平板18、19のなす角度を
θと仮定すると、光ビームL1及び光ビームL2の光軸の間
隔Ｄは、角度θが比較的小さい範囲では（１−1/n）θ
ｔと近似的に表わされる。そのため光ビームの光軸のず
れＤは、集光レンズ17、平行平板18、19、及び光検出器
20の相互距離には依存しない。

また、第3B図は入射光線が誤って光軸に対して角度δ
を有して前記２つのガラス板18、19に入射された際に発
生される２つの分岐された光ビームL1、L2の光軸のずれ
を示す。光軸に対して角度δを有して入射された場合、
平行平板19によるずれ量は、（１−1/n）δｔだけ増加
され、平行平板18によるずれ量は、（１−1/n）δｔだ
け減少される。そのため２つの光ビームの光軸の間隔Ｄ
は、２つのガラス板のなす角θが比較的小さい範囲では
角度δに依存しない。このようにこの発明の平行平板1
8、19から出射される光ビームの間隔Ｄは、各光学部品
の光軸方向のずれに影響されずに略一定に保たれる。そ
のため組立て及び調整の容易な焦点制御装置が提供され
る。

上に述べた光屈折体としての平行平板18、19を透過さ
れて分岐された第１の光ビームL1及び第２の光ビームL2
の入射される光検出器20は第４図に示される。

第４図に示されるように、光検出器20は第１の光検出
器18を通過して照射された光ビームを検出する光検出領
域20K、20M及び光屈折体19を通過して照射された光ビー
ムビーム検出する光検出領域20L、20Nの４つの検出領域
から構成されている。

光検出領域は光非検出領域としての縦方向（Ｘ方向）
の分割線23によって２分割され、また横方向（Ｙ方向）
の分割線25によって２分割される。分割された光検出領
域20K、20L、20M、20Nの出力は焦点制御、及び情報再生
に利用される。

対物レンズ16が光ディスクの記録面に対し合焦位置に
配置された場合には、光検出器には第4B図に示されるよ
うな像が投影される。即ち、第１の光屈折体18を通過さ
れた光ビームL1による微少面積のビームスポットが光検
出領域20K及び20Mを分割する分割線23上を中心として形
成される。また同時に第２の光屈折体19を通過された光
ビームL1による微少面積のビームスポットが光検出領域
20L及び20Nを分割する分割線23上を中心として形成され
る。言替えるならば、光検出領域20K〜20N上に入射され
た光強度に対応する信号出力をそれぞれ〜とする
と、分割線23は合焦時においてF.E＝｛（＋）−
（＋）｝＝０の条件を満たすように設定される。

合焦時における光ビームのスポットサイズ及び検出器
の構成が上に述べたように設定されることによって、フ
ォーカスずれの検出が可能となる。

例えば対物レンズ16が光ディスクに対して合焦位置か
ら離れた場合、光ディスクからは合焦時よりもわずかに
集束された光ビームが平行平板18、19に入射される。そ
のため検出器20上には第4A図に示されるような像が投影
される。すなわち検出器20の光検出領域20K及び光検出
領域20N上に略半円形状のビームスポットが形成され
る。このときフォーカッシングエラー信号は、F.E＝
｛（＋）−（＋）｝＞０となる。

逆に対物レンズ16が光ディスクに対し合焦位置よりも
近付いた場合、光ディスクからは合焦時よりもわずかに
発散された光ビームが平行平板18、19に入射される。そ
のため検出器20上には第4C図に示されるような像が投影
される。すなわち検出器20の光検出領域20L、20M上に略
半円形状のビームスポットが形成される。このときフォ
ーカッシングエラー信号は、F.E＝｛（＋）−（
＋）｝＞０となる。

次に第５図を参照して光検出器20で検出された電気信
号の処理回路について説明する。

光検出領域20K〜20Nの出力信号は、増幅回路31K〜31N
にそれぞれ供給される。増幅回路31K及び増幅回路31Nで
増幅された信号は、加算回路32に供給される。増幅回路
31L及び増幅回路31Mで増幅された信号は、加算回路33に
供給される。加算回路32で加算された信号出力は比較回
路41の反転入力端に供給され、一方の加算回路33で加算
された信号出力は比較回路41の非反転入力端に供給され
る。比較回路41で上記光検出領域20K、20Nの検出信号の
加算結果と光検出領域20L、20Mの検出信号の加算結果と
は比較される。比較された差出力、即ちフォーカス状態
のずれに相当する電気信号が駆動回路44を介してボイス
コイル（図示しない）に供給される。それによって対物
レンズ16がその光軸方向に沿って駆動されて焦点ぼけが
補正される。

また増幅回路31K、31L、31M、31Nの出力は全て信号処
理回路43で加算される。加算された結果にもとづいて光
ディスク上に記録された情報が再生される。

一方、ビームスプリッタ30の接合面で反射された光ビ
ームLaを検出する光検出器21は第6A図乃至第6C図に示さ
れている。

第6A図乃至第6C図に示されるように、光検出器21はそ
の中央部で光非検出領域としての横方向（Ｚ方向）の分
割線35によって２つの検出領域21A及び21Bに分割されて
いる。光ディスクに入射された光ビームがＺ方向に延出
するグルーブ５で回折される結果として、グルーブの影
即ち帯状の暗部が分割線35と平行にビームスポット内に
現れる。これらの帯状の暗部は所定のグルーブ（トラッ
ク）上に光ビームを常に維持する制御即ちトラッキング
制御の為に利用される。言替えるならば、分離された光
検出領域21A、21B上に照射される光ビームの光強度の差
はグルーブの影の位置に応じて変化されため、光検出領
域21A、21B上に照射される光強度の差を利用することに
よってトラッキング制御に利用できる。

例えば対物レンズ16が光ディスクに対して合トラック
位置に位置する場合、第6B図に示されるように光検出器
21上の光検出領域21A、21B上には等しい光強度の光ビー
ムが照射される。そのため光検出器からは光強度の差に
応じた信号、すなわち零信号が発生される。また対物レ
ンズ16が光ディスクに対して合トラック位置からいずれ
かの方向にずれた場合、第6A図又は第6C図に示されるよ
うに光検出領域21A上に照射される光ビームの強度と21B
上に照射される光ビームの強度とは異なる。そのため光
検出器からは光強度の差に応じたトラッキングエラー信
号が発生される。検出器21から発生されたトラッキング
エラー信号は駆動回路45を介して対物レンズ16を駆動す
るためのボイスコイル８に供給され、それによって対物
レンズ16の位置が光ディスクに平行な平面上で調整され
る。

次に第７図を参照して光検出器21で検出された電気信
号の処理回路について説明する。

光検出領域21Aの出力信号は増幅回路31Aに供給され、
増幅回路31Aで増幅された出力信号は比較回路42の反転
入力端に供給される。また光検出領域21Bの出力信号は
増幅回路31Bに供給され、増幅回路31Bで増幅された出力
信号は比較回路42の非反転入力端に供給される。比較回
路42で光検出領域21Aの検出信号と、光検出領域21Bの検
出信号とが比較される。比較された信号の差信号、即ち
フォーカスずれに相当する電気信号が駆動回路45を介し
てボイスコイル（図示しない）に供給される。それによ
って対物レンズ16がその光軸に垂直な面内で駆動されて
トラッキングずれが補強される。

上述した装置においては、ハーフプリズム14で反射さ
れたレーザビームＬは球面凸レンズ17を通過されてビー
ムスプリッタ30に入射され、ビームスプリッタ30の接合
面で光ビームLa、Lbに分岐される。接合面で反射された
一方の光ビームLaは光検出器21上に投射されて電気信号
に変換され、変換された信号は所定の方法で処理されて
トラッキング制御信号として利用される。他方の接合面
を透過された光ビームLbは第１及び第２の光屈折体18、
19に入射され、その光軸を境に互いに略平行な第１の光
ビームL1及び第２の光ビームL2に分岐されて光検出器20
上に照射される。第１及び第２の光ビームL1、L2は光検
出器20上に投射されて電気信号に変換され、変換された
信号は所定の方法で処理されて焦点制御用及び情報再生
用として利用される。しかしながら、この発明の装置の
配列はこれらの配置に制限されない。例えばビームスプ
リッタ30で反射された光ビームLaが焦点制御用に利用さ
れ、透過された光ビームLbがトラッキングガイド用に利
用されてもよい。また情報再生信号の検出は光検出器21
によってなされてもよい。さらにまた、光検出体は平行
平板形状を有するガラス板18、19又で形成されている。
しかしながら光屈折体の材質及び形状は同様の効果を示
す限り変更されてもよい。さらにまた光屈折体の変更に
付随して検出器の位置変更も可能である。例えば、実施
例においては２つの光屈折体が入射光ビームの光軸上に
対称的に配置されている。しかしながら、もし２つの光
屈折体が入射光ビームの光軸上に対称的に配置されない
としても検出器の配置及び検出器上の分割線23、25の位
置を予め定めておくことで同様の検出が可能である。

［発明の効果］ この発明においては、第１及び第２の光屈折体から出
射される光ビームの間隔Ｄが各光学部品の光軸のずれに
影響されずに略一定に保たれる。そのため組立て及び調
整の容易な焦点制御装置が提供される。またビームスプ
リッタ30に入射された光ビームを２つの光ビームLa、Lb
に分岐し、その一方の光ビームLbからフォーカス・エラ
ー信号を検出し、同時に他方の光ビームLaからトラック
・エラー信号を検出する。そのため高精度のフォーカッ
シング制御及びトラッキング制御が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の焦点制御装置を備える光学ヘッドの
概略構成を示す図、第２図はこの発明の焦点制御装置の
要部を示す斜視図、第3A図及び第3B図は光軸上に配置さ
れた２つの平行平板と分岐される２つの光ビームの光軸
のずれとの関係を示す側面図、第4A図乃至第4C図は光ビ
ームの合焦状態及び非合焦状態を示す４分割光検出器の
正面図、第５図は光検出器20で検出される信号の処理方
法を示す電気回路図である。第6A図乃至第6C図は光ビー
ムの合トラック状態及び非合トラック状態を示す２分割
光検出器の正面図、第７図は光検出器21で検出される信
号の処理方法を示す電気回路図である。 １……光ディスク、３……光学ヘッド、５……グルー
ブ、８……ボイスコイル、11……半導体レーザ、13……
コリメータレンズ、14……ハーフプリズム、16……対物
レンズ、17……球面凸レンズ、18……第１の光屈折体、
19……第２の光屈折体、20……光検出器、20K〜20N……
光検出領域、21……光検出器、21A、20B……光検出領
域、23、25……分割線、30……ビームスプリッタ、31
A、31B、31K〜31N……増幅回路、32、33……加算回路、
35……分割線、41、42……比較回路、43……信号処理回
路、44、45……駆動回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを記録媒体上に集束するための集
   束手段と、 前記記録媒体からの光ビームの光路上に配置され、入射
   された光ビームを第１及び第２の光ビームに分岐する分
   岐手段と、 前記分岐手段からの前記第１の光ビームの光路上で、そ
   の側面が互いに光軸に接するように配置され、かつ互い
   の入射面及び出射面が光軸に垂直な面に対して所定の角
   度傾斜して配置され、前記第１の光ビームを前記記録媒
   体上のグルーブの影が投影される方向に垂直な方向に沿
   ってかつ光軸に対して互いに略平行な第３及び第４の光
   ビームに分岐する第１及び第２の平行平板と、 前記記録媒体に対する前記集束手段の光軸方向の位置を
   調整する前記第３及び第４の光ビームに応答する手段
   と、 前記記録媒体に対する前記集束手段の光軸に垂直な平面
   内の位置を調整する前記分岐手段からの前記第２の光ビ
   ームに応答する手段を具備することを特徴とする焦点制
   御装置。