JPS6289239A - 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〕 本発明は焦点検出装置に関し、特に光ディスク等の記録
媒体に各種情報の記録及び再生を行なう光学的情報記録
再生装芒等に用いるのに適した焦点検出装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

前述の如き焦点検出装置としては、例えば特開昭５６−
５７０１３号に示されるような、所謂非点収差法が知ら
れている。この例を第１１図に示す。ここで、半導体レ
ーザ等の光源４１から発した光束４２はプリズム４３の
第１の面４７で反射され、対物レンズ４４によって光デ
ィスク４５の情報トラック４６に集光される。

そして、光ディスク４５で反射された戻り光束４９は再
び対物レンズ４４を通ってプリズム４３に第１の面４７
から入射し、第２の面４８で内面反射されて第１の面か
ら出射し、光検出器５０によって検出される。この戻り
光束４９はプリズム４８を透過することによって非点収
差を生じており、光ディスク４５における合焦状態に応
じて、光検出器５０上の光束の形状が変化する。この変
化を、光検出器５０の４分割された受光面で検知するこ
とによって、焦点検出が行なわれる。

しかしながら、上記の如き従来の装置においては、光源
と光検出器とがプリズムに対して同じ側に配されていた
ので、これらが互いに干渉することなく働く為には対物
レンズの光軸方向（即ち、光ディスクの面に垂直な方向
）にある程度の距離が必要となり、これが装置の薄型化
の障害となっていた。

〔発明のｉ要〕

本発明の目的は、上記従来装置の欠点を解決し、構成が
簡単で、しかも薄型の焦点検出装置を提供することにあ
る。

本発明の上記目的は、光源と、前記光源から発した光束
を物体上に集光する集光手段と、前記光源からの光束を
表面で反射して前記集光手段に導くと共に、前記物体か
らの戻り光を透過して非点収差を生じさせるプリズムと
、前記戻り光の非Ｃ人収差から前記物体への光束の合焦
状態を検出する検出手段とから成る焦点検出装置におい
て、前記検出手段を、前記プリズムを挾んで光源と対向
する位置に配し、前記戻り光が＋ｉｉｉ記プリズムの入
射面とは異なる面から出射して前記検出手段に導かれる
ように構成することによって達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す概略図である。ここ
で半導体レーザ等の光源ｌから発した光束２はプリズム
３の第１の面３ａでその一部が反射し、コリメータレン
ズ４及び対物レンズ５を経て、情報記録担体６に集光さ
れる。次に５情報記録担体６で反射された戻り光束１０
は、再び対物レンズ５．コリメータレンズ４を通過して
収束光となり、その一部が第１の面３ａからプリズム３
内に入射する。更に、この光束１０は第２の面３ｂに製
膜された反射膜内面反射し、使用波長に対し反射防止処
理されたプリズムのｍ３の面３ｃより出射して、プリズ
ム３を挾んで光源ｌと対向する位置に配された光検出器
７で検出される。

＋ｉｉｉ記戻り光束１０はプリズム３を通過することに
より、非点収差を生じており、光検出器７は光束１０の
子午的収束点８と球欠的収束点９の間の適当な位置に配
置されている。ここで、光学系の縦倍率をγとし、情報
記録担体６と対物レンズ５の間の距離の変化をδとすれ
ば（合焦時をδ−〇とする）、収束点８．９は略２δ／
γだけ移動し、この移動に伴って、光検出器７における
光束のスポット形状が変化する。光検出器７の受光面は
：ｔＴＪｚ図に示すように受光部１１゜１２．１３．１
４に４分割されており、前述のスポット形状の変化から
、情報記録担体６への光束２の合フ、柩状態を検知し得
る。例えば、合焦時（δ＝Ｏ）には、スポットは１５に
示すように略円形となり、各受光部に入射する光量はほ
ぼ等しい。これに対し、対物レンズ５が情報記録担体６
から離れすぎ（δが正）、所謂前ピン状態になった時に
は、スポットは１６のような形状となり５受光Ｉｌｌ及
び１３に入射する光量が受光部１２及び１４に入射する
光量に比べ相対的に増加する。また、対物レンズ５が情
報記録担体６に近づきすぎ（δが負）、所謂後ピン状態
では、スポット形状は１７のようになり、受光部１２及
び１４に入射する光量が、受光部１１および１３に比べ
て相対的に増加する。

従って、受光部１１及び１３の和信号と、受光部１２及
び１４の和信号との差から、焦点誤差信号（所謂３字カ
ーブ）が得られる。光学的情報記録再生装置では、この
焦点誤差信号に基づいて対物レンズ５を光軸方向に移動
し、フォーカス制御を行っている。

第３図は、プリズムによって非点収差が発生することを
示した原理図である。第３図において、０点から出た微
小光束が、プリズム面上のＰ、Ｑ点で屈折することを考
える。Ｑ点で屈折した光束の子午的および球欠的光束の
（虚の）収束点をそれぞれＱ′ｍ、Ｑ′ｓとしｆ＝　Ｐ
　ｌ　、　Ｑ＝　ｄとおけば、非点隔差Δｙは次の式（
１）で表わせる。

ここで、ｎ′はプリズムの屈折率、ｉ　１　、　ｉ　１
’はＰ点での入射角、屈折角、ｌ　２　＋　１２’はＱ
点での入射角、屈折角である。前述の装置における焦点
検出感度は、上記（１）式と、光学系の倍率によって決
定される。

第４図は、前述の第１実施例で用いたプリズム３に入射
する光線の振る舞いを示す概略図である。ここで０点か
ら出た光線はＰ、Ｒ，Ｑ。

５点へと進むが、光学系設計上情報記録担体面へ入射す
る光軸に略、平行な平面Ｔとその光線のなす角θが重要
である。この角度を略Ｏ０とすることにより、装置の構
成、機械部品等の製作が容易になる０式の詳細な導出方
法は略すが、θは第４図中に示した諸量により次のよう
に表わせる。

θ＝ｉ′３＋ψ２　　−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−一−−（２）ここでｉ′３は、プ
リズムの屈折率。′、Ｐ点での入射角１１、プリズムの
角度ψ１．ψ２等にスネルの法則で続ばれており、簡単
に計算できる。

以上のようにこの設計手法を用いれば焦点検出感度をよ
り低コストで小型、薄型に製作できる。

次に、前記第１実施例中のプリズムによって光検出器面
上にできる像の明るさについて説明する。前記実施例に
おいて、プリズム発散、収束光束が入射することになる
が、この発散、収束角が大きい場合、プリズム各面に対
する直線偏光成分の透過率、反射率の差が大きくなる（
即ち角度特性を有する）。そこで、光束の入射面に対し
てＳ、Ｐ両偏光成分がバランスするように子午面に対し
て光源からの光束の偏光面を略４５度傾けて入射させる
ことにより、Ｓ、Ｐ両偏光成分の平均透過率、及び反射
率を光束入射角の変化に対してほぼ一定に保つことがで
きる。以下にこの例を示す。

第５図第１実施例におけるプリズムの第１面３ａ（光源
からの光束を反射して、コリメータレンズ４の方向に光
束を折曲げる面）の偏光特性を示す０図中ＴＡは平均透
過率であり、この線より一ヒ側にある３本の点線がＰ偏
光、下側の３本の実線がＳ偏光の透過率を示している。

また、ＲＡは平均反射率であり、点線がＰ偏光、実線が
Ｓ偏光の反射率を示している。

図中２１ａ−ｄ、２２ａ　Ｎｄ、２３ａ−ｄで示した各
々２組の曲線は、プリズムの第１面への入射角を各々３
５度、４５度、５５度とした時のｐ、Ｓ偏光成分の透過
、反射率を示している０図より明らかな様に、第１面に
対してＰもしくはＳ偏光成分のみを使用すると、角度特
性によりその透過、反射率が異なる。したがって第１面
反射光束を考えると入射角の大小により光束の球欠的平
面の上、下において明るさが異なることになる。

プリズム各面においてこの効果が起こる為。

センサー面上ではプリズムによって不必要な明暗パター
ンが発生し、焦点検出に悪影響を及ぼすこととなる。そ
こで、前述のように光源からの光束の偏光面を子午面に
対して略４５度に設定することによってＳ偏光とＰ偏光
がほぼ等量となり、ＴＡ　、ＲＡの如く角度特性がなく
なって、良好な焦点誤差信号を得ることが出来る。

また、前記実施例中の反射面、透過面に光学薄膜を生成
した場合にも前記例と同様に、光束入射角変化に対して
透過率、反射率の変化を小さくできることは言うまでも
ない。

次に光源へのもどり光量比について説明する。

前記例中に記したプリズム第１面の反射率をＲとし、コ
リメータレンズ、対物レンズ、情報担体を経て光源へも
どる光量比を考える。前記光源からの出射光量をｌＯＯ
とし、プリズム第１面以外の光学素子の光源から情報担
体を経て光源へもどるまでの透過率をＴとすると、光源
へのもどり光量比率は１００・Ｔ−Ｒ２（５）となる。

光源として半導体レーザー（ＬＤ）を使用すると、前記
もどり光量とＬＤノイズの間に相関がある。

そこで、前記もどり光量比１００・Ｔ＠Ｒ２（５）のプ
リズム第１面３．ａの反射率Ｒを適当に調整することに
よりＬＤへのもどり光量比が変化し。

ＬＤノイズを低減することが出来る。

第６図は、本発明の第２実施例を示す概略図であり、第
１図と同一の部材には、同一の符号を付し、詳細な説明
は省略する。本実施例では、コリメータレンズ４と対物
レンズ５との間に４分の１波長板（以下入／４板と呼ぶ
）３０を配し、プリズム３の第１の面３ａに偏光特性を
生ずる光学薄膜を設けている。前記第１の面３ａは、第
７図に示すような偏光特性を示し、Ｐ偏光に対してはＴ
Ｐの如くほぼ１００％の透過率を示し、Ｓ偏光はＴＳの
如くほとんど透過せずに１００％近く反射される。ＴＡ
は平均透過率を示す。

第６図において、光源１からの光束２をＳ偏光に設定し
ておくと、この光束２は面３ａでほとんど反射されて、
入／４板３０で右回り円偏光となり情報記録担体６に入
射する。また、情報記録担体６で反射された戻り光は左
回り円偏光であり、再び入／４板３０を透過してＰ偏光
となり、プリズムの第１面３ａをほとんど透過して光検
出器７に導かれる。本実施例は、このような構成によっ
て、光源１への戻り光を無くしてアイソレータを構成す
ると同時に、光検出器７に入射する光量を増加し、エネ
ルギー効率を向上させることが出来る。

尚、前述のようにおる程度の戻り光を光源に導くことに
よってノイズレベルを低下できる場合には、入／４板３
０の結晶軸方向を適当に回転させることによって、戻り
光量の調整が可能である。

第８図は、本発明の第３実施例を示す概略図である０本
実施例は、第１図示のプリズム３を異なる形状のプリズ
ム３３に置き換えた他は、第１実施例と同一で、第１図
と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略
する。

ここで、プリズム３３の第１の面３３ａから入射した戻
り光束１０は、第２面３３ｂに製膜された反射膜で反射
され、前記第１面３３ａで全反射して第３面３３ｃから
出射して光検出器７に導かれる。本実施例では、このよ
うに戻り光束をプリズム内で２回、内面反射させる構成
とすることによって、プリズム内の光路長を延ばし、第
１実施例に比べてプリズムと光検出器との間隔を短縮し
て、更に小型化を図ることが出来る。また、光源からの
光束と、プリズムから出射した光束との光軸を略平行に
設定することも可能で、光学調整が簡単になる上に、装
置の薄型化にも有利である。

第９図は、上記第３実施例で用いたプリズム３３に入射
する光線の振る舞いを示す概略図である。ここで入射点
Ｐを含む平面と、出射点Ｑの像Ｑ′を含む平面とを略平
行とすることができる。このように前記両平面を決定す
れば、プリズムという簡単な構成要素により平行平板と
同一効果を上げることができるばかりでなく、光学系の
部品点数を低減できる。前記条件においては、第９図は
ｉ　１＝ｉ２’、　ｉ１’＝ｔ２であり、前述の式（１
）の右辺がゼロとなって、前記平行平面間隔をｄＯとす
ると、非点隔差は次の式（３）によって表わされる。

これは平行平板による非点隔差を表わす方式である。

上記第３実施例も、第１実施例と全く同様の原理で、焦
点検出が出来る。また、第５図で説明したような偏光方
向の設定に関しても、同様に適用出来る。

第１０図は、第８図示の装置に、入／４板３０を加えた
本発明の第４実施例を示す概略図であり、第８図と同一
の部材には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する
。

プリズム３３の第１面３３ａには、第２実施例と同様に
、第７図に示されるような偏光特性を生ずる光学薄膜が
設けられている。この第１面３３　ａと入／４板３０に
よるアイソレーション機能は、第２実施例と同様である
ので詳述しないが、本実施例も以上の実施例と同様に焦
点検出が行なえるものである。

本発明は以上説明した実施例に限らず、種々の応用が可
能である。例えば、コリメータレンズと対物レンズをそ
れぞれモールドレンズ、ホロレンズ、屈折率分布型レン
ズ、平板マイクロレンズ等によって構成することができ
る。またこのコリメータレンズと対物レンズを１木°の
鏡筒に組み込んだり、前記光学素子により光学系を構成
することも可能である。このようにすれば、通常使用さ
れている鏡筒にレンズを組み込んだタイプのレンズに比
べ、部品点数を低減できるばかりでなく、低コスト、小
型の光学系を構成できる。

また、本発明を光学的情報記録再生装置に適用する場合
には、情報担体上のトラックに光束を追従させる為、光
源とプリズムの間にグレーティングを挿入し、公知の方
法（所謂３ビーム法）で、トラッキング制御を行っても
良い。更に本発明は、他のトラッキング方法（例えば、
瞳面プッシュプル法、ヘテロダイン法等）とも組み合せ
可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明はプリズムによる非点収差
を用いた焦点検出装置において、検出手段を前記プリズ
ムを挾んで光源と対向する位置に配し、物体からの戻り
光が前記プリズムの入射面とは異なる面から出射して前
記検出手段に導かれるようにしたので、装置を薄型に構
成することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略図、第２図は光
検出器の受光面における戻り光のスポット形状の変化を
示す図、第３図はプリズムによる非点収差発生の様子を
示す図、第４図はプリズムに入射した光線の振る舞いを
説明する図、第５図はプリズム第１面の透過率１反射率
の特性を示す図、第６図は本発明の第２実施例を示す概
略図、第７図は第２実施例におけるプリズム第１面の偏
光特性を示す図、第８図は本発明の第３実施例を示す概
略図、・第９図は第８図のプリズムに入射した光線の振
る舞いを説明する図、第１０図は本発明の第４実施例を
説明する図、第１１図は従来の焦点検出装置の構成を示
す概略図である。 ■−−−−光源。 ３−一　プリズム。 ４−一一一コリメータレンズ。 ５−−−一対物レンズ。 ６−−−−情報記録担体。 ７−−−−光検出器。 手糸売字甫　正置（自発） １　事件の表示 昭和６０年特許願第　２３０３８６　　号２、発明の名
称 焦点検出装置 ３　補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 件　所　　　埼玉県秩父市大字下影森１２４８名称　キ
ャノン電子株式会社 代表者　根　　木　　　　智 ４代理人 居所　〒１４６東京都大田区下丸子３−３０−２５、補
正の対象 明細書 ６、補正の内容 （１）明細書第２頁第１２行の「プリズム４３」を「く
さび状板４３」と補正する。 （２）同第２頁第１５行から第１６行にかけて「プリズ
ム４８」を「くさび状板４３」と補正する。 （３）同第３頁第３行の「プリズム」を「くさび状板」
と補正する。 （４）同第１４頁第１行の「方式」を「式」と補正する
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、前記光源から発した光束を物体上に集光
   する集光手段と、前記光源からの光束を表面で反射して
   前記集光手段に導くとともに、前記物体からの戻り光を
   透過して非点収差を生じさせるプリズムと、前記戻り光
   の非点収差から前記物体への光束の合焦状態を検出する
   検出手段とから成る焦点検出装置において、前記検出手
   段が前記プリズムを挾んで光源と対向する位置に配され
   、前記戻り光が前記プリズムの入射面とは異なる面から
   出射して前記検出手段に導かれることを特徴とする焦点
   検出装置。