JP2856356B2 - 光学式情報読み取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光カード、コンパクトディスク、ビデオ
ディスク等の光学式記録媒体に記録された情報を読み取
るための光学式情報読み取り装置に関する。

〔従来の技術〕

光学式情報読み取り装置は従来種々のものが提案され
ており、例えば特開昭56−83849号公報には、光源から
の光をコリメータレンズ、ビームスプリッタおよび対物
レンズを介して光学式記録媒体に投射し、その反射光を
対物レンズ、ビームスプリッタおよび収束レンズを経て
光検出器で受光して情報を読み取るようにしたものが開
示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の光学式情報読み取り装置にあっては、
光源をコリメータレンズの焦点位置に配置することによ
って、光源からの光をコリメータレンズにより平行光束
とし、この平行光束を対物レンズにより収束して光学式
記録媒体に投射し、その反射光を受光する光検出器の出
力に基づいて、記録媒体に記録されている情報を読み取
ると共に、読み取り光をトラックに追従させるためのト
ラッキングエラー信号および対物レンズの焦点位置を記
録媒体上に位置させるためのフォーカスエラー信号を得
るようにしている。

このように、従来の光学式情報読み取り装置にあって
は、光源からの光を平行光束として対物レンズによりそ
の焦点位置において記録媒体に投射するようにしている
ため、記録媒体上における読み取り光のスポットが極め
て小さい。このため、読み取り位置によっては正確なト
ラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号が得られ
なくなったり、また微小のトラック外れにより情報を正
確に読みとれなくなるという問題がある。また、光カー
ドのように１トラックの幅が大きい場合には、情報の正
確な読み取りが困難になる。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、光学式記録媒体に記録された情報を常に正
確に読み取り得るよう適切に構成した光学式情報読み取
り装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕

上記目的を達成するため、この発明の光学式情報読み
取り装置では、光ビームを発する光源と、複数の情報ト
ラックを有する光学式記録媒体に対して前記光源からの
光ビームをデフォーカス状態で照射する照射手段と、前
記デフォーカス状態の光ビームの前記光学式記録媒体か
らの反射光を受光して、情報及びサーボ信号を検出する
検出手段と、を有する。

また、発光点から発散光が照射される情報読み取り用
光源と、前記発散光を受取る位置にあり、入射される光
の反射と透過の少なくとも一方を行うビームスプリッタ
と、前記ビームスプリッタからの光を収束して、情報が
トラック状に記録された記録媒体に向けて放射し、前記
記録媒体で反射した光を前記ビームスプリッタへ導く対
物レンズと、前記ビームスプリッタにより反射または透
過された前記記録媒体での反射光を受取る位置にあり、
入射される光を収束する収束レンズと、前記収束レンズ
で収束された光を受取って、前記記録媒体上に記録され
た情報を表す信号を発生する光検出器とを備えた光学式
情報読み取り装置において、前記光源とビームスプリッ
タとを結ぶ光路上にコリメータレンズを設け、このレン
ズの焦点位置を前記光源の発光点からずれた位置に配置
して、前記光源からの光を発散光または収束光として放
射するようにし、前記記録媒体にはデフォーカス状態で
照射するようにし、前記光検出器は前記デフォーカス状
態で照射された発散光または収束光の前記記録媒体での
反射光を受け取って、トラッキングエラー信号あるいは
フォーカスエラー信号を発生するようにする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例の光学系の構成を示すも
のである。この実施例は光カード１に記録されている情
報を読み取るもので、半導体レーザ２からの読み取り光
をコリメータレンズ３、絞り４、ビームスプリッタ５お
よび対物レンズ６を経て光カード１上に収束して投射
し、その反射光を対物レンズ６、ビームスプリッタ５お
よび収束レンズ７を経て光検出器８で受光するようにす
る。半導体レーザ２、コリメータレンズ３、絞り４、ビ
ームスプリッタ５、収束レンズ７および光検出器８はレ
ンズ枠９にそれぞれ保持し、これを後述するように光カ
ードリーダにおける光ピックアップのベースに固定す
る。また、対物レンズ６はホルダ10に保持し、このホル
ダ10を対物レンズ６の光軸方向および光カード１のトラ
ックと直交する方向に変位可能に光ピックアップのベー
スに支持する。なお、読み取りの光の光軸は光カード１
に対して垂直となるようにする。

第２図は光カード１の一例の構成を示すものである。
この光カード１は、一表面の前後を反転して光カードリ
ーダに挿入して情報を読み取り得るように、その一表面
に２個の記録領域11a,11bが形成されていると共に、読
み取るべき記録領域と光カードリーダにおける読み取り
位置との相対位置を検出するために、各記録領域11a,11
bに対応して位置検出マーク12a,12bが形成されている。
また、各記録領域11a,11bには光カードリーダへの挿入
方向に延在して多数本のトラックが形成されており、こ
れらトラックの両端部にトラック番号等が記録されたシ
ーク部13a;13b,14a;14bが形成されていると共に、シー
ク部間に所要の情報が記録されたデータ部15a,15bが形
成されている。各トラックは、第３図に一方の記録領域
11aのトラック16を示すように、ほぼ等間隔に分割した2
0本のラインを有し、上方から数えて10ラインに、シー
ク部13a、データ部15aおよびシーク部13bに亘って形成
された等間隔の黒色パターンからなるクロック発生用、
フォーカスエラー検出用およびトラッキングエラー検出
用のクロックパターン17を有する。また、シーク部13a,
13bには第1,3〜５および15〜19ラインをもってトラッキ
ング番号18が形成され、ここにトラックを識別するため
のトラック番号を表わすトラック番号パターンが形成さ
れていると共に、第2,6〜8,12〜14および20ラインをも
ってパターン認識部19が形成され、ここにトラック番号
パターンを認識するための各トラック共通の固定の認識
パターンが形成されている。この例では、認識パターン
は、第2,8,12および20ラインが白（２値データの
「１」）、第6,7,13および14ラインが黒（２値データの
「０」）で形成され、この認識パターンを読み取った時
点でトラック番号18のトラック番号パターンを読み取る
ようになっている。なお、この認識パターンは各トラッ
ク16においてのみ存在し、これと同一パターンが２つの
トラックにまたがって存在することがないようになって
いる。

更に、データ部15aにおいて、各トラック16には複数
のフレーム20が設けられていると共に、隣接するフレー
ム間およびシーク部13a,13bとフレーム20との間にはフ
レーム番号21が形成され、ここに各フレームを確認する
ためのフレーム番号パターンが形成されている。また、
各フレームにおいて第20ラインにはフレーム同期信号を
得るための黒色のフレーム同期ライン22が形成されてい
る。このようにして、この例ではクロックパターン17の
上方の第１〜８ラインおよび下方の第12〜19ラインで各
々８ビットから成るバイトが構成され、これらデータを
黒色のクロックパターン17に同期して同時に読み取るよ
うになっている。他方の記録領域11bにおけるトラック
も同様に形成されている。

この実施例では、光ピックアップを光カード１のトラ
ックと直交する方向に移動させてシーク部を読み取るこ
とにより所望のトラックをシークし、そのトラックのデ
ータ部に記録されている情報を光カード１をトラック方
向に移動させて読み取る。

第４図は第３図に示したトラックフォーマットを有す
る光カード１を読み取る場合の第１図に示した光検出器
８の一例の構成を示すものである。光検出器８は、トラ
ックの１〜８ラインおよび12〜20ラインの各々に対応し
てトラックの幅方向に配列した受光領域25−１〜25−17
と、これら受光領域の配列方向に関し対称で、クロック
パターン17に対応してトラック方向に配列した４対のク
ロック発生用受光領域26−１〜26−８と、同様に受光領
域25−１〜25−17の配列に関し対称で、複数のクロック
パターン17の像をそれぞれ受光し得るようにトラック幅
方向に離間して配置した２対のフォーカスおよびトラッ
キング用受光領域27−１〜27−４をもって構成する。

このようにして、トラックのシーク動作においては、
光ピックアップをシーク部13a,13b,14aまたは14bにおい
てトラックと直交する方向に移動させながら、光検出器
８の受光領域25−１〜25−17の出力に基づいて、すなわ
ち受光領域25−２、25−６〜25−11および25−17が所定
の認識パターンを検出した時点で、受光領域25−１、25
−３〜25−５、25−12〜25−15および25−16の出力によ
りトラック番号パターンを検出し、所望のトラックをシ
ークする。このように認識パターンを検出した時点でト
ラック番号パターンを読み取るようにすれば、認識パタ
ーンは上述したように各トラック16内に１パターンしか
なく、２つのトラックにまたがった形で存在することは
ないので、トラック番号を確実に認識することができ
る。

また、データ部15aまたは15bにおけるデータの読み取
りにおいては、光カード１をトラック方向に移動させ、
受光領域26−1,26−3,26−5,26−７の出力の和と、受光
領域26−2,26−4,26−6,26−８の出力の和との差に基づ
いて得られるクロック信号に同期して、受光領域27−1,
27−３の出力の和と受光領域27−2,27−４の出力の和と
の差からトラッキングエラー信号を検出し、これに基づ
いて読み取り光がトラックに追従するようにトラッキン
グサーボを行うと共に、受光領域26−１〜26−８の出力
の和と受光領域27−１〜27−４の出力の和との差からフ
ォーカスエラー信号を検出し、これに基づいて対物レン
ズ６の焦点位置が光カード１上に位置するようにフォー
カスサーボを行ないながら、受光領域25−17の出力から
得られるフレーム同期信号の制御の下に受光領域25−１
〜25−16の出力を読み取り、データを再生するようにす
る。

このため、この実施例においては、第１図において半
導体レーザ２を、該半導体レーザ２から射出される断面
楕円形の読み取り光の長軸方向が光カード１のトラック
の幅方向となるように、かつその発光点2aがコリメータ
レンズ３に対してその焦点位置3aよりも若干手前に位置
するようにレンズ枠９に装着すると共に、絞り４を断面
楕円形の読み取り光の短軸方向において、光検出器８の
受光領域27−1,27−２および27−3,27−４に対応する部
分の一部をそれぞれ遮光するように対称に配置する。こ
のようにすれば、コリメータレンズ３を透過した読み取
り光は若干発散光となり、その光束は対物レンズ６の焦
点位置6aよりも前方に収束することになる。したがっ
て、光カード１上においては読み取り光はデフォーカス
状態で照射されることになり、その照射領域は光カード
１のトラックを十分照明できる大きさとなる。

第５図A,BおよびＣは、この実施例において光検出器
８に投影される光カード１上での読み取りの光スポット
状態をそれぞれ示すもので、各図において楕円で示す軌
跡は絞り４に対応する遮光部分4aの先端部近傍における
照度と等しい照度を表わす。第5A図は対物レンズ６の焦
点位置6aが光カード１上にある合焦状態を示し、この状
態から光カード１が第１図において下方に変位して前ピ
ン状態になると第５図ｂに示すように読み取り光の照射
領域が小さくなり、また逆に上方に変位して後ピン状態
になると第５図Ｃに示すように読み取り光の照射領域が
大きくなる。したがって、第５図Ａに示す合焦状態にお
いて、光検出器８の受光領域26−１〜26−８の出力の和
と、受光領域27−１〜27−４の出力の和との差が零とな
るように設定すれば、第５図Ｂに示す前ピン状態と第５
図Ｃに示す後ピン状態とで極性が異なるフォーカスエラ
ー信号が得られるので、これに基づいてフォーカスエラ
ー信号が零となるように対物レンズ６を光軸方向に変位
させるフォーカスサーボを行うことにより、常に第５図
Ａに示す合焦状態で情報を読み取ることができる。な
お、光カード１が対物レンズ６から離間して前ピン状態
が進むと、読み取り光の照射領域が徐々に大きくなり、
フォーカスエラー信号の極性が反転して後ピン状態にお
けると同様なフォーカスエラー信号が出力され、対物レ
ンズ６が光カード１から離れる方向にフォーカスサーボ
されて合焦調整ができなくなる。このような不具合は、
対物レンズ６が上昇限界にある状態でフォーカスエラー
信号が上昇方向を表わす場合、例えば対物レンズ６をCP
U等からのフォーカスエラー信号に応じたデジタル信号
をA/D変換して駆動する場合においてはそのデジタル値
が一定値を越えたときに、対物レンズ６をフォーカスエ
ラー信号が逆転するまで下降させる信号を強制的に与え
てフォーカスサーチを行うことにより有効に解決するこ
とができる。

第6A図およびＢは第１図に示した光学系を有する光ピ
ックアップの全体の構成を示す側面図および斜視図であ
る。第１図に示した半導体レーザ２、コリメータレンズ
３、絞り４、ビームスプリッタ５、収束レンズ７および
光検出器８を装着したレンズ枠９は、磁性体より成るベ
ース31に固定する。また、対物レンズ６を保持するホル
ダ10は、対物レンズ６の光軸方向（フォーカス方向）
と、このフォーカス方向と直交しかつ光カードのトラッ
クと直交する方向（トラッキング方向）とに変位可能
に、４本のワイヤ32を介してベース31に設けた支持部33
に支持する。ホルダ10にはそのトラッキング方向におい
て対向する側面に、ホルダ10と一体に対物レンズ６をフ
ォーカス方向に駆動するためのフォーカスコイル34をそ
れぞれ装着すると共に、これらフォーカスコイル34の外
周にホルダ10と一体に対物レンズ６をトラッキング方向
に駆動するためのトラッキングコイル35をそれぞれ装着
する。これらトラッキングコイル35は、例えば第７図に
示すように、フレキシブル基板36に印刷して形成したプ
リントコイルをもって構成し、このフレキシブル基板36
にフォーカスコイル34の端部を接続するランドや、ワイ
ヤ32をフォーカスコイル34およびトラッキングコイル35
の給電線としても用いる場合にあってはこれらワイヤ32
の一端部をそれぞれ接続するためのランド等を形成す
る。

ベース31には一対のフォーカスコイル34に侵入するよ
うにそれぞれヨーク37を設けると共に、これらヨーク37
とフォーカスコイル34およびトラッキングコイル35を介
して対向してそれぞれ永久磁石38を固着する。このよう
にして、ホルダ10の両側においてそれぞれフォーカスコ
イル34およびトラッキングコイル35を横切る磁束を発生
させ、その磁束とフォーカスコイル34およびトラッキン
グコイル35によれぞれ供給するフォーカスエラー信号お
よびトラッキングエラー信号との電磁作用によってフォ
ーカスサーボおよびトラッキングサーボを行うようにす
ると共に、フォーカスコイル34に所要の信号を供給する
ことによってフォーカスサーチを行うようにする。

また、ベース31を光カードのトラック配列方向に移動
して所望のトラックをシークし得るようにするため、ベ
ース31の一端部に突出部31aを形成すると共に、ピン41
により板ばね42を固着し、これら突出部31aおよび板ば
ね42をトラックの配列方向に延在して固定して設けたガ
イド部材43を挟むように、該ガイド部材43にスライド可
能に係合させる。またベース31の他端部には、トラック
の配列方向に延在して回転可能に設けたスクリューねじ
44を挟むように、スクリューねじ44の上方に突出する突
出部31bおよび下方に突出する受け部31cを形成し、突出
部31bにビス45を介して板ばね46を取り付け、この板ば
ね46の両端部にスクリューねじ44のねじ溝に係合するよ
うにそれぞれピン47を取り付ける。なお、受け部31cと
スクリューねじ44との間には、潤滑性のあるシート48を
介在させ、ベース31がスクリューねじ44の軸線方向に容
易に移動し得るようにする。スクリューねじ44はウォー
ムギヤ49を介してモータ50の出力軸に連結する。

このようにして、モータ50を駆動してスクリューねじ
44を回転させることにより、光ピックアップを光カード
のトラックの配列方向に移動させるようにする。

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるも
のではなく、幾多の変形または変更が可能である。例え
ば上述した実施例では、光カードを読み取るようにした
が、この発明は光カードに限らず種々の光学式記録媒体
の読み取りに適用できると共に、そのトラック構成もそ
れに対応する光検出器を用いることにより容易に対処す
ることができる。例えば、トラックがコンパクトディス
クやビデオディスクのように一列のピットによって形成
されている場合には、第８図に記録媒体51と光検出器52
とを対応して示すように、半導体レーザから射出される
断面楕円形の読み取り光53を、その長軸がトラック方向
となるように記録媒体51にデフォーカス状態で照明する
ようにする。また、その記録媒体51からの反射光を受光
する光検出器52には読み取るべきトラックに対応するよ
うにトラック方向に離間して情報読み取り用の２個の受
光領域54−1,54−２と、読み取るべきトラックと隣接す
るトラックに対応してその両エッジ部分に複数のピット
51aに亘って対向してトラッキング用の２個の受光領域5
5−1,55−２と、トラック間に対応してトラック方向に
延在してフォーカス用の３個の受光領域56−１〜56−３
とを設け、受光領域54−1,54−２の出力に基づいて情報
を読み取り、受光領域55−１および55−２の出力差に基
づいてトラッキングエラー信号を検出し、また受光領域
56−１および56−３の出力の和と受光領域56−２の出力
との差に基づいてフォーカスエラー信号を検出するよう
にする。このようにトラックが一列のピットによって形
成されている場合でも、読み取り光をデフォーカス状態
で照射することにより、常に安定してフォーカスエラー
信号およびトラッキングエラー信号を検出することがで
き、情報を常に正確に読み取ることができる。

また、上述した実施例においては、ビームスプリッタ
５により半導体レーザ２からの読み取り光を透過させて
光カード１に導き、光カード１からの反射光を反射させ
て光検出器８に導くようにしたが、半導体レーザ２およ
びコリメータレンズ３と、収束レンズ７および光検出器
８との位置関係を逆にして、半導体レーザ２からの読み
取り光をビームスプリッタ５において反射させて光をカ
ード１に導き、光カード１からの反射光をビームスプリ
ッタ５において透過させて光検出器８に導くようにする
こともできる。更に、ビームスプリッタ５として偏光膜
を有するものを用い、これにより半導体レーザ２に戻り
光が入射しないようにして光束を有効に利用するように
することもできる。また、絞り４は任意の光路に設ける
ことができると共に、これを除くこともできる。更に上
述した実施例では、半導体レーザを用いることにより該
半導体レーザから射出される読み取り光の楕円状の断面
形状を有効に利用するようにしたが、記録媒体に照射す
る読み取り光の形状は円状でもよく、したがって半導体
レーザから射出される光をプリズム等により円状に整形
したり、あるいは光源として半導体レーザ以外のものを
用いることもできる。更にまた、上述した実施例では半
導体レーザ２をその発光点2aがコリメータレンズ３の焦
点位置3aよりも手前に位置するように配置することによ
って、読み取り光を光カード１上にデフォーカス状態で
照射するようにしたが、発光点2aがコリーメータレンズ
３の焦点位置3aよりも後方に位置するように半導体レー
ザ２を配置して、同様にデフォーカス状態で光カード１
を照明するようにすることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、記録媒体に対
してデフォーカス状態の光ビームを記録媒体に照射した
ので、記録媒体上の照明領域を大きくでき、したがって
トラック幅の大小にかかわらず記録媒体上の情報信号を
常に正確に読み取ることができると共に、常に安定して
トラッキングエラー信号あるいはフォーカスエラー信号
のサーボ信号を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の光学系の構成を示す図、 第２図は第１図に示す光カードの一例の構成を示す平面
図、 第３図は同じく光カードのトラックフォーマットの一例
を示す図、 第４図は第１図に示す光検出器の構成を示す図、 第５図A,BおよびＣは第１図において光検出器上に投影
される光カード上での読み取り光のスポット状態をそれ
ぞれ示す図、 第６図ＡおよびＢは第１図に示した光学系を有する光ピ
ックアップの一例の構成を示す側面図および斜視図、 第７図は第６図A,Bに示すトラッキングコイルの一例を
示す図、 第８図はこの発明の変形例を説明するための図である。 １……光カード、２……半導体レーザ ３……コリメータレンズ、４……絞り ５……ビームスプリッタ、６……対物レンズ ７……収束レンズ、８……光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−283043（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを発する光源と、 複数の情報トラックを有する光学式記録媒体に対して前
   記光源からの光ビームをデフォーカス状態で照射する照
   射手段と、 前記デフォーカス状態の光ビームの前記光学式記録媒体
   からの反射光を受光して、情報信号及びサーボ信号を検
   出する検出手段と、 を有することを特徴とする光学式情報読み取り装置。
2. 【請求項２】発光点から発散光が放射される情報読み取
   り用光源と、 前記発散光を受取る位置にあり、入射される光の反射と
   透過の少なくとも一方を行うビームスプリッタと、 前記ビームスプリッタからの光を収束して、情報がトラ
   ック状に記録された記録媒体に向けて放射し、前記記録
   媒体で反射した光を前記ビームスプリッタへ導く対物レ
   ンズと、 前記ビームスプリッタにより反射または透過された前記
   記録媒体での反射光を受取る位置にあり、入射される光
   を収束する収束レンズと、 前記収束レンズで収束された光を受取って、前記記録媒
   体上に記録された情報を表す信号を発生する光検出器と
   を備えた光学式情報読み取り装置において、 前記光源とビームスプリッタとを結ぶ光路上にコリメー
   タレンズを設け、このレンズの焦点位置を前記光源の発
   光点からずれた位置に配置して、前記光源からの光を発
   散光または収束光として放射するようにし、前記記録媒
   体にはデフォーカス状態で照射するようにし、 前記光検出器は前記デフォーカス状態で照射された発散
   光または収束光の前記記録媒体での反射光を受け取っ
   て、トラッキングエラー信号あるいはフォーカスエラー
   信号を発生するようにしたことを特徴とする光学式読み
   取り装置。