JPH0630160B2

JPH0630160B2 - 光学ヘツド

Info

Publication number: JPH0630160B2
Application number: JP58119388A
Authority: JP
Inventors: 秀夫安東
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS6010424A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、例えば、ＤＡＤ用のＣＤ（コンパクトディス
ク）やビデオディスク、画像ファイル、静止画ファイ
ル、ＣＯＭ（コンピユータアウトプットメモリー）等の
情報記憶媒体に対して集束光を照射することにより少な
くとも情報を読み取る事が可能な再生ないしは記録再生
装置等に用いられる光学ヘッドに関する。

（発明の技術的背景とその問題点）上記種の光学ヘッドにおいては、光ディスク或いはビデ
オディスク等の情報記憶媒体の情報形成層（記録層ない
しは光反射層）に、集光したレーザ光のビームウエスト
（最も絞れた部分）が形成されることが要求される。こ
のため、通常、情報形成層上でのレーザ光の焦点ぼけを
検知し、この検知信号により対物レンズを移動させて焦
点を合わせるようにしている。

ところで、近時、情報形成層上でのレーザ光の焦点ぼけ
を検知する方法として、第１図（イ），（ロ），（ハ）
または、第２図（イ），（ロ），（ハ）で示すように、
情報形成層ａから反射して対物レンズｂを通過した光ビ
ームの反射光路ｃの途中に、この光軸に関して非対称に
レーザ光を抜出す光抜出部材、例えば、ナイフエッヂｄ
またはアパーチャｅなど、レンズｆ、および２つの光検
出セルｇ，ｈを有した光検出器ｉを設け、光検出器ｉ上
でのビームスポットｉの移動（矢印方向）として焦点ぼ
けを検知するようにした方法が提案されている。すなわ
ち、第１図（イ）または第２図（イ）において、情報形
成層ａに対してレーザ光ｃの焦点が合っている場合には
対物レンズｂを通った反射光は光軸と平行となり、ナイ
フエッヂｄまたはアパーチャーｅで抜出された光（ビー
ムスポット）は第１の光検出セルｇと第２の光検出セル
ｈとの境に位置される。

ところが、第１図（ロ）または第２図（ロ）で示すよう
に情報形成層ａと対物レンズｂとが接近しすぎて焦点が
合わない場合には対物レンズｂを通った反射光は光軸か
ら徐々に離れるよう外方に、広がり、ナイフエッヂｄま
たはアパーチャーｅを通った光（ビームスポット）は上
方に位置するよう第１の検出セルｓ上に当る。また、こ
れとは逆に、第１図（ハ）または第２図（ハ）で示すよ
うに情報形成層ａと対物レンズｂとが離れすぎて焦点が
合わない場合には対物レンズｂを通った反射光は光軸に
徐々に近づくように内方に絞られた状態となり、ナイフ
エッヂｄまたはアパーチャーｅを通った光（ビームスポ
ット）は下方に位置する第２の検出セルｈ上に当たるこ
とになる。

以上の光学系は合焦点時光検出器ｉ側の集光点の位置の
所に光検出器ｉが配置されるので以下の問題点がある。

Ｉ）合焦点時情報記憶媒体の情報形成層ａ内にある信号
情報としてのピットの上を対物レンズｂにより集束した
集束光が通過すると光検出器ｉ側の集光点の所でそのピ
ットの結像パターンが現れる。このピットの結像パター
ンは焦点ぼけ検出系全体から見れば外乱ノイズ信号とな
る。

II）情報記憶媒体の情報形成層ａに対し情報の記録もし
くは再生を行う場合、通常は透明な材質からできた基板
ごしに光反射層に対して集光させる。そのため、対物レ
ンズｂとしては透明な基板ごしに集光するようにレンズ
設計されている。しかしながら、情報記憶媒体ａに大き
なそりやうねりが発生することで基板が傾くとコマ収差
等の収差が発生する。そのため、合焦点時にはコマ収差
を含んだ結像パターンが光検出器ｉ上に現れる。する
と、合焦点時にもかかわらず光検出セルｇ，ｈに照射さ
せる光の光量ばアンバランスになりあたかも焦点ぼけが
生じているのかのように誤検知してしまう。

III）集光点近傍では光の回折（光の波動性）の影響に
よりスポットがある特定の大きさを持つ。そのため合焦
点時の光検出器側の集光点の位置に光検知器を配置した
場合には、合焦点近傍での焦点ぼけ検出感度は幾何光学
的に計算した値よりもにぶくなってしまう。

IV）集光点でのスポットサイズは非常に小さいことか
ら、そこに光検出器が置かれている光学系の場合、例え
ば温度変化等により光検出器ｉがわずかにずれても合焦
点時であるにもかかわらずあたかも焦点ぼけが生じてい
るかのように誤検知してしまい焦点をぼかしてしまう。

Ｖ）検出系レンズ自体に大きな収差（例えば、球面収
差）がある場合はガウス像面と最小さく乱円の位置がず
れてくるため合焦点位置近傍での焦点ぼけ検出特性が悪
くなり、検出感動もにぶくなる。

（発明が解決しようとする課題）近年、上記Ｉ）乃至Ｖ）の問題を解決するために、第３
図及び第４図に示されているような、対物レンズｂの焦
点位置から僅かにシフトされた位置に光検出器ｉが配置
された光学ヘッドが提案されている。

第３図によれば、検出光学系の光軸は、光検出器ｉのギ
ャップ領域ｋを通過される。即ち、検出光学系の光軸と
光検出器ｉとの交点が光検出器ｉにおいて検出感度の低
いギャップ領域ｋ内に位置される。ここで、合焦時に
は、第３図（イ）の状態が提供され、光検出器ｉ上のビ
ームスポットｊは、第４図（イ）のように形成される。

第３図（ロ）から明らかなように、記憶媒体ａと対物レ
ンズｂが近づく方向い焦点がぼけた場合には、光検出器
ｉ上のビームスポットｊの面積は、記憶媒体ａと対物レ
ンズｂとの距離が減少するにつれて増大される。

第３図（ハ）から明らかなように、記憶媒体ａと対物レ
ンズｂとが遠ざかる方向に焦点がぼけた場合には、光検
出器ｉ上のビームスポットｊの面積は、記憶媒体ａと対
物レンズｂとの距離が増大するにつれて次第に低減さ
れ、ある一点で、実質的に面積を持たない点に集光され
る。

上記光学ヘッドでは、第３図（ロ）の状態では、概ね直
線状に増大する焦点ぼけ検出信号が得られるが、第３図
（ハ）の状態では、光検出器ｉからの出力は、実質的に
“０”になる場合がある。ことから、記憶媒体ａと対物
レンズｂとの距離が不所望なレベルまで増大された場合
には、対物レンズｂに関するフォーカス制御ができなく
なる問題がある。

（発明の目的）この発明の目的は、光検出器に導かれるレーザ光の状態
に拘らず、確実に焦点ぼけ検出信号を提供できる光学ヘ
ッドを提供することにある。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記課題に基づきなされたもので、情報記
憶媒体上に向けて照射される照射光を集光するとともに
この集光された照射光が上記情報記憶媒体上で反射した
反射光を再び取り込む集光手段と、この集光手段により
集光された照射光の集光点と上記情報記憶媒体とが一致
した合焦点時における上記情報記憶媒体に対する結像位
置からずれた位置に配置され、上記集光手段により集光
された反射光を検出する複数の検出領域を有し、少なく
とも一個の検出領域が上記反射光の光軸上に位置する検
出手段と、上記集光手段により集光された照射光の集光
点からの上記情報記憶媒体のずれに対応して上記検出手
段上に集光される上記反射光のビームスポットを移動さ
せる光抜出手段とを具備し、上記光検出器は、少なくと
も１個の検出領域が上記反射光の光軸上に位置するよう
構成したことを特徴とする光学ヘッドを提供するもので
ある。

（作用）この発明の光学ヘッドによれば、対物レンズ及び投射レ
ンズの間に規定されている光軸は、第１及び第２の検出
領域を有する光検出器のいづれか一方の検出領域を通過
される。また、第１及び第２の検出領域との間に規定さ
れるギャップの幅は、対物レンズ及び投射レンズを介し
て集光されたレーザ光の最小錯乱円と同程度の大きさに
規定される。さらに、光検出器は、上記光軸上であっ
て、上記対物レンズ及び投射レンズの焦点位置とは異な
る位置に配置される。

従って、対物レンズが合焦状態にあるときは、光検出器
の第１及び第２の検出領域には、それぞれ、概ね等しい
面積を有するビームスポットが形成される。一方、対物
レンズが記憶媒体に接近した場合には、上記２つの検出
領域に関し、光軸を含まない検出領域に形成されるビー
ムスポットの面積が増大される。他方、対物レンズが記
憶媒体から遠ざかった場合には、光軸を含まない検出領
域に形成されるビームスポットの面積は、次第に低減さ
れ、光軸を含む検出領域にのみビームスポットが残され
る。

（発明の実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明す
る。第５図において、レーザ装置１から発生されたレー
ザビームは、コリメータレンズ２によって平行光に変換
され、偏光ビームスプリッタ３に導かれる。偏光ビーム
スプリッタ３によって反射された平行レーザビームは、
1/4波長板４を通過して対物レンズ５に入射され、この
対物レンズ５によって情報記憶層６の情報形成層（情報
記憶層ないし光反射層）７に向けて集束される。対物レ
ンズ５は、ボイスコイル８によってその光軸方向に移動
可能に支持され、対物レンズ５が所定位置に位置される
と、この対物レンズ５から発せられた集束性レーザビー
ムウエストが情報形成層７表面上に投射され、最小ビー
ムスポットが情報形成層７の表面上に形成される。この
状態において、対物レンズ５は、合焦状態に保れ、情報
の書き込み及び読み出しが可能となる。情報を書き込む
際には、光強度変調されたレーザビームによって情報形
成層７の上のトラッキングガイド（プリグループ）９に
ピットが形成され、情報を読み出す際には、一定の光強
度を有するレーザビームは、トラッキングガイド９に形
成されたピットによって光強度変調されて反射される。

情報記憶媒体６の情報形成層７から反射された発散性の
レーザビームは、合焦時には対物レンズ５によって平行
光束に変換され、再び、1/4波長板４を通過して偏光ビ
ームスプリッタ３に戻される。レーザビームは、1/4波
長板４を往復されることによって、偏光ビームスプッタ
３で反射された際に比べて偏波面が９０度回転される。
このことから、偏波面が回転されたレーザビームは、偏
向ビームスプリッタ３で反射されず、この偏光ビームス
プリッタ３を通過することとなる。偏光ビームスプリッ
タ３を通過したレーザビームは、ハーフミラーブロック
１０によって２系に分けられ、その一方（トラックずれ
検出系）は、凸レンズ１１によって第１の光検出器１２
に照射される。この第１の光検出器１２で検出された第
１の信号は、情報記憶媒体６に記録された情報を含み、
信号処理装置に送られ、デジタルデータに変換される。
ハーフミラーブロック１０によって分けられた他方（焦
点ぼけ検出系）のレーザビームは、遮光板（光抜出手
段）１３によって光軸１４に対物レンズして非対称に抜
出され、投射レンズ１５を通過した後第１の光検出セル
１６−１および第２の光検出セル１６−２を有してなる
第２の光検出器１６に入射される。ここで、遮光板１３
は、プリズム、アパーチャスリット或いは、ナイフエッ
ヂ等のいずれで構成されても良い。第２の光検出器１６
で検出された信号は、図示しないフォーカス信号発生器
で処理され、このフォーカス信号発生器から発生された
フォーカス信号はボイスコイル駆動回路に与えられる。
ボイスコイル駆動回路は、フォーカス信号に応じてボイ
スコイル８を駆動し、対物レンズ５を合焦状態に維持す
ることとなる。なお、情報記憶媒体６の情報形成層７上
に形成されたトラッキングガイド９を正確にトレースす
る場合には、第２の光検出器１６からの信号を処理して
リニアアクチュエータを作動させても良く、また、対物
レンズ５を横方向に移動させたり、或いは図示しないが
ガルバノミラーを作動させても良い。

以下に、第５図に示されている光学ヘッドにおける対物
レンズ５及び投射レンズ１５の焦点距離と第２の光検出
器１６との関係を第６図及び第７図を用いて詳細に説明
する。第６図及び第７図によれば、第２の光検出器１６
の受光面は、合焦状態においてそのビームウエストスポ
ットの結像位置ではなく、その近傍、すなわち、結像位
置より例えば投射レンズ１５側にわずかにずれた位置に
配列されている。また、合焦点時には光検出セル１６−
１に照射されるレーザ光の総和と光検出セル１６−２に
照射されるレーザ光の総和とが等しくなるように光検出
器１６が配置されている。このことから、光検出セル１
６−１，１６−２の間の中間点（ギャップ領域２１の中
心点）２１′の位置は、検出光学系の光軸１４と光検出
器１６の交わった点１４′の位置からずれる。また、検
出光学系の光軸１４と光検出器１６の交わった点１４′
が必ずギャップ領域２１の（第２の光検出セル１６−２
の中）に存在するようにギャップ領域２１の幅２１″が
充分に狭くされている。尚、セル１６−１とセル１６−
２との間のギャップ２１の幅（間隔）２１″は、好まし
くは、対物レンズ５及び投射レンズ１５を介して集光さ
れたレーザ光の最小錯乱円と同程度に規定される。従っ
て、合焦時には、第６図（イ）に示すように、ビームス
ポット２２が第２の光検出器１６の受光面の中心に形成
される。すなわち、ビームウエストスポットが情報形成
層７上に形成され、この情報形成層７で反射されたレー
ザビームは、対物レンズ５によって平行光束に変換され
て遮光板１３に向けられる。遮光板１３によって光軸１
４に対し非対称に取り出されたレーザ光は、投射レンズ
１５によって集束され、第２の光検出器１６上に投射さ
れる。ここで、第７図（イ）に示されているようなビー
ムスポット２２が形成される。このとき、第１の検出素
子１６−１と第２の検出素子１６−２に照射される光量
は等しい。次に、対物レンズ５が情報形成層７に向けて
近接すると、ビームウエストは、第６図（ロ）に示すよ
うにレーザビームが情報形成層７で反射され生ずる。す
なわち、ビームウエストは、対物レンズ５と情報形成層
７との間に生ずる。このような非合焦時においては、ビ
ームウエストは、通常対物レンズ５の焦点距離内にビー
ムウエストが光点として機能すると仮定すれば明らかな
ように情報形成層７で反射され、対物レンズ５から射出
されるレーザビームは、対物レンズ５によって発散性の
レーザビームに変換される。遮光板１３を通過したレー
ザビーム成分も同様に発散であることから、このレーザ
ビーム成分は、上記合焦時の集束点よりも遠い点に向っ
て集束されることとなる。このときビームスポット２２
は、第７図（ロ）に示すように光検出器１６の受光面の
中心から図上上方にずれ、しかも上記合焦時のビームス
ポット２２よりも大きく形成される。さらに、第６図
（ハ）に示されるように、対物レンズ５が情報形成層７
から離間された場合には、ビームウエストを形成した後
レーザは、情報形成層７で反射される。このような非合
焦時には、通常ビームウエストは、対物レンズ５の焦点
距離外であって対物レンズ５と情報形成層７間に形成さ
れることから、対物レンズ５から遮光板１３に向う反射
レーザビームは、集束性を有することとなる。従って、
遮光板１３を通過したレーザビーム成分は、投射レンズ
１５によって更に集束され、第２の光検出器１６の受光
面上に投射される。このとき、ビームスポット２２は、
第７図（ハ）に示すように第１と第２の検出素子１６−
１，１６−２との間のギャップ領域２１の中心２１′か
ら若干ずれた位置、すなわち、第２の検出素子１６−２
上で一度集束し、さらに焦点ぼけが進むと下方に反転し
て形成される。

次に、第８図乃至第13図を参照し、第５図に示されてい
る光学ヘッドの第２の光検出器１６に照射される反射光
のビームスポットの位置によって、対物レンズ５と記憶
媒体６の合焦／非合焦を検出できる原理を詳細に説明す
る。第２の光検出器１６に形成されるビームスポット２
２の大きさ、及び、ビームスポット２２の大きさの変化
と対物レンズ５と記憶媒体６との間の距離の変化の関係
は、記憶媒体６で反射され、対物レンズ５及び投射レン
ズ１５を順に通過された反射光のビームスポットが光検
出器１６上で偏向される量ｈ_３を求めることで、推定さ
れる。上記反射光のビームスポットが偏向される量ｈ_３
は、上記記憶媒体６から光検出器１６へ向かう反射光の
光線軌跡の変化を幾何光学的に説明することで求められ
る。尚、第８図は、第５図に示されている光学ヘッドの
光線軌跡（光路）を概略的に示した光路特性図である。
また、光線軌跡を追跡するにあたって、第５図に示され
ている光学ヘッドでは、第２の光検出器１６が配置され
る位置は、対物レンズ５及び投射レンズ１５の焦点位置
とは異なる位置に配置されていることから、先ず、第９
図乃至第11図を利用して、光検出器１６がレンズ５及び
１５の焦点位置に置かれたものと仮定して上記偏向量ｈ
_３を求める。引続いて、第12図及び第13図を利用して、
第９図乃至第11図から求められた偏向量ｈ_３を、光検出
器１６の位置を光軸１４に沿って移動させた状態で検証
するものとする。

第９図（イ），（ロ），（ハ）に示されているように、
第２の光検出器１６は、合焦状態においてそのビームウ
エストスポットの結像面に配置されているものとする。
対物レンズ５の幾何光学的な結像系は、第10図に示すよ
うに表わすことができる。ここで、ｆ_０は、対物レンズ
５の焦点距離を、δは合焦時から非合焦時に至る際の対
物レンズ５すなわち情報記憶媒体６の情報形成層７の移
動距離を、それぞれ示すものとする。また、第10図にお
いて実線で示される光線軸跡は、ビームウエストから発
せられ、対物レンズ５の主面上であって、光軸から距離
ｈ_０だけ離間した点を通過し、集束されるものを示して
いる。

第９図（イ）に示される合焦時には、明らかなように、
δ＝０である。

一方、第９図（ロ）に示される非合焦時には情報記憶媒
体６が距離δだけ対物レンズ５に近接し、ビームウエス
トは、情報形成層７で反射されて形成されることから、
ビームウエストは、その２倍だけ対物レンズ５に近接す
ることとなる（近接する場合はδ＞０である）。

また、第９図（ハ）に示される非合焦時には、情報記憶
媒体６が距離δだけ対物レンズ５から離間され、ビーム
ウエストを形成した後レーザビームが情報形成層７の背
後にビームウエストが形成されたと同様に、ビームウエ
ストは、２δだけ対物レンズ５から離間することとな
る。

ところで、合焦時には、ビームウエストが対物レンズ５
の焦点位置に形成されるとすれば、情報記憶媒体６がδ
だけ移動した場合には、第10図に示されるように、ビー
ムウエストと対物レンズ５の主面間の距離は、（ｆ_０＋
２δ）で表わされる。ここで、ビームウエストを光点と
みなせば、第10図における角度β_０及びβ_１は、以下の
式（１）及び（２）によって示される。即ち、β_０は、で表され、レンズの結像公式は、であるから、（１）式は、と示される。

しかしながら、第９図は、投射レンズ１５の光学系にお
ける光線軸跡を示し、投射レンズ１５が１対の組み合わ
せレンズ１５−１，１５−２からなるものとして取り扱
っている。

ここで、レンズ１５−１，１５−２は、それぞれ、焦点
距離ｆ_１，ｆ_２を有し、対物レンズ５の主面からａだけ
離間した位置に遮光板１３が配置され、対物レンズ５の
主面からＬだけ離間した位置にレンズ１５−１の主面が
配置され、更にこのレンズ１５−１の主面からＨだけ離
間してレンズ１５−２の主面が、またｌだけ離間して第
２の光検出器１６の受光面が配列されていると仮定して
いる。図中実線で示される光線軸跡は、対物レンズ５で
集束されて、遮光板１３の光透過面であって、光軸から
ｙだけ離間したもの（像高）を示している。ここで、距
離ｙは、で表わされる。ここで、Ｆを焦点距離ｆ_０が距離δだけ
変化した場合の距離とすれば、Ｆ（δ）＝（ｆ_０＋ｆ_０ ^２／２δ）^−１であるから、（３）式は、ｙ＝ｈ_０［１−ａＦ（δ）］…（４）と変形できる。従って、ｈ_０＝ｙ／［１−ａＦ（δ）］…（５）が得られる。

また、光線がレンズ１５−１の主面上を通る光軸からの
位置ｈ_１は、で表わされる。

この（６）式に関し、（２）式と同様にして角度β_２を
求めれば、角度β_２は、で表わされる。

以下同様に、レンズ１５−２の主面上を通る光線の光軸
上からの位置ｈ_２、及び、入射角β_３光線が第２の光検
出器１６の受光面上に入射する光軸上からの位置ｈ
_３（即ち、偏位量）は、それぞれ、及び、で表わされる。

第10図及び第11図に示される光学系は、既に述べたよう
に合焦時即ち、δ＝０では、第２の光検出器１６上で光
線は、ｈ_３＝０に集束されるのであるから、この条件下
においては、Ｆ(0）＝０であり、(10)式は、で表わされる。

また、遮光板１３によって光軸外の光線のみが取り出さ
れることから、ｙ≠０である。従って、 (11)式は、と書換えられる。この(12)式で、(10)を単純化すれば、または、が得られる。

ここで、“δ＜＜ｆ_０ ^２”が満足される（δが充分に小
さい）場合には、（ａ−ｆ_０）＜＜ｆ_０ ^２／２δ であるから、が満足される。

次に、合焦時（δ＝０）において、情報記憶媒体６の情
報形成層７上に形成されるビームウエストに対する光検
出器１６の受光面上に形成されるビームウエスト像の横
倍率ｍは、ｍ＝−β_０／β_０（倒立像）として表わされる。ここで、δ＝０におけるβ_０は、 β_０＝−ｈ_０／ｆ_０＝−ｙ／ｆ_０であるから、が得られる。

ここで、(12)式を用いて(16)式からｆ_２を消去すれば、となる。この式で、ｆ_１について解けば、と表される。一方、実際の光学系ではｆ_１＝Ｈに置かれ
ることがないと考えられることから、と変形できる。

同様に、正立像が形成される場合について考察すれば、
“ｍ＝β_０／β_３”及びｆ_１は、で表わされる。この(18)式は、と変形されることから、(12)式を用いてｆ２を求める
と、が得られる。

ここで、(20)式を(13)式に代入してｈ_３を横倍率ｍで表
わせば、及び、；｛但し、上記(21)式及び(22)式は、（ａ−ｆ_０）＜＜ｆ_０ ^２／２δ の範囲においてのみ成り立つ｝が得られる。

ここで、第11図の光学系における投射レンズ１５が単レ
ンズであるとすれば、ｆ_２＝∞となり、であるから、一
方、ｆ_１＝ｌ及びｍ＝ｆ_１／ｆ_０であるから、(22)式
は、と書換えられる。

ここまでは、レーザ装置１から出た光は、コリメーター
レンズ２を経て平行光のままで対物レンズ５に入り、対
物レンズ５の焦点位置で集光されると仮定した状態で考
察した。

しかし、実際の光学ヘッドでは、第12図のように、対物
レンズ５の焦点位置とレーザ光の集光点とがｂ（ｂ≠
０）だけずれている光学ヘッドがかなり存在している。
この場合の光学的挙動に対して考察を加える。

第12図によれば、情報記憶媒体６上に照射されたレーザ
光に関し、情報形成層７の表面から反射された後の光学
系、すなわち、対物レンズ５及び検出系レンズ（投射レ
ンズ）１５を１つの合成レンズとして取扱う例が示され
ている。この合成レンズの焦点距離をｆ^＊、合成レンズ
の前側焦点位置からフォーカスが合った時の情報形成層
（レーザ光の焦光点）７までの距離をｃとする。情報記
憶媒体６がδだけ焦光点からずれた時の反射光の光路を
（１）式から(22)式までの計算と同様の方法で求める。
対物レンズ５及び検出系レンズ１５を１つの合成レンズ
と見なすと、第13図から、が得られる。

ここで、ｈ^＊について解くと、ｈ^＊＝−β_０×（ｆ^＊＋ｃ＋２δ）が導かれる。従っ
て、β_３は、と規定される。

ここで、レーザ光の焦光点と情報形成層７の位置が一致
した時（δ＝０の時）の結像点に光検出器６を配置する
と、δ＝０の時ｈ_３＝０となり、この時の結像倍率ｍ
は、 ±ｍ＝−β_０／β_３であるから、ｍ＝±ｆ^＊／ｃとなる。従って、ｃ＝±ｆ^＊／ｍ；｛但しｍは常に正数とし、＋ｍの時は倒立像，−ｍの
時は正立像と規定する｝が得られる。

一方、合成レンズ後側主点から光検出器１６までの距離
をＡとすると、が導かれる。

このとき、任意のβ_０に対し、δ＝０の場合には、ｈ_３
＝０であるから、Ａ＝ｆ^＊（１±ｍ）…(25) が満足される。この(25)式を(24)式に代入すると、が得られる。

次に、対物レンズ５の焦点位置とレーザの焦光光点が
“ｂ”だけずれている場合には、（１）乃至(10)式にお
いて、“２δ”が“２δ＋ｂ”と変形されることで、光
線追跡の各式がそのまま成立する。従って、（５）式よ
り、が導かれる。この(27)式を（１）式に代入することで、が得られる。ここで、(28)式を(26)式に代入すること
で、となる。

この場合、ａ＝０が成立するならば、式(29)は、と変形される。

また特に、“ｆ_０＋ｂ＞＞２δ”の範囲においては、と書き表せる。

(31)式までは、合焦点時に情報記憶媒体６の情報形成層
７に対する結像点の位置に光検出器１６を配置した場合
についての計算式であるから、合焦点時において情報記
憶媒体６の情報形成層７に対する結像点からずれた位置
に光検出器１６を配置した時の光学的挙動について考察
する。ここで、全光学系を１つの合成レンズと見なす。
合焦点時、すなわち、一方の焦光点が情報記憶媒体６の
情報形成層７の位置と一致した時、それより遠い方向に
ある合成レンズの後側主点からもう一方の焦光点（上記
焦光点に対する結像点）までの距離をＡ_０とする。ここ
で、(25)式より明らかなようにＡ_０＝ｆ^＊（１±ｍ）…(32) が得られる。ここで、ｍは横倍率、ｆ^＊は合成レンズの
焦点距離を示すことは、既に説明した他の式から明らか
である。

一方、この(32)式によって規定される位置に比較して、
Δだけ合成レンズ側に近付いた位置に光検出器１６が配
置された場合には、合成レンズの後側主点から光検出器
１６までの距離Ａは、Ａ＝Ａ_０−Δ＝ｆ^＊（１±ｍ）−Δ…(33) で与えられる。

この(33)式を(24)式に代入し、上記それぞれの式を順次
計算して光検出器１６上に投影されるビームスポットの
中心と光軸との偏位量ｈ_３を求めると、ｈ_３は、となる。ここで、(28)式を代入すると、が得られる。

しかしながら、(34)式において、Δは余り大きな値を取
らないことから、“Δ＜＜ｆ^＊”が満足され、また、焦
点ぼけ検出感度を上げるために、“ｍ＞＞１”と規定さ
れる場合が多いことから、式(34)は、と近似できる。

この(35)式より、光検出器１６を、合焦点時の焦光点よ
りも検出系レンズ１５に近付いた（レンズ１５をΔ＞０
が満足される）位置に配置した場合には、対物レンズ５
が情報記憶媒体６に近付く（δ＜０になる）場合に、｜
ｈ_３｜は単調増加し、その後、｜ｈ_３｜が一旦小さくな
った後、再び増大される。

ここで、光検出器１６上のビームスポット２２の大きさ
の変化、すなわち、｜ｈ_３｜の増加は、対物レンズ５が
情報記憶媒体６から遠ざかる（δ＞０になる）場合より
も早いことから、早く光検出セル１６−１，１６−２を
はみ出し、光学的焦点ぼけ検出信号が小さくなる。

これに対し、光検出器１６を検出系レンズ１５から離れ
る方向であって、Δ＜０が満足される位置に配置した場
合には、逆の挙動を示す。すなわち、レンズ１５がΔ＜
０が満足される位置に配置された場合、対物レンズ５が
記憶媒体６に近付いた（δ＜０）状態では、｜ｈ_３｜
は、一旦“０”（或いはごく僅かの大きさ）になったの
ち増大に転じ、対物レンズ５が遠ざかった（δ＞０）状
態では｜ｈ_３｜は、単調増加する。

この場合、光検出器１６上のビームスポット２２の大き
さの変化、すなわち、｜ｈ_３｜の大きさの変化は、対物
レンズ５が記憶媒体６に近付いた（δ＜０）の場合に
は、光検出セル１６−１，１６−２の外へはみ出さな
い。換言すると、合焦時位置から対物レンズ５が大きく
ずれた場合であっても、焦点ぼけ検出信号は確実に提供
される。

ところで、第５図乃至第７図、及び、第８図乃至第13図
に示されている光学ヘッドでは、第２の光検出器１６
は、対物レンズ５及び投射レンズ１５の焦点位置とは異
なる位置であって、僅かに投射レンズ１５側にずれた位
置に配置される。このことから、光検出器１６上のビー
ムスポット２２内には、記憶媒体６におけるトラッキン
グガイド９の回折パターンも投影される。この場合、記
憶媒体６の情報形成層７上の集光スポットがトラックを
横切ることで、光検出器１６上に投影されているトラッ
キングガイド９の回折パターンが移動する問題がある。
このことは、光検出器１６上のビームスポット２２の大
きさを利用して対物レンズ５を合焦位置に移動させるた
めのフォーカス制御に対して誤動作を発生させる虞れが
ある。

このことから、第14図または第15図に示されているよう
に、光学系を介して光検出器１６上に投影したときの方
向と焦点ぼけ時の光検出器１６上のビームスポット２２
が移動される方向と情報記憶媒体６のトラックの方向と
が平行になるよう光検出器１６を配置することが好まし
い。

この場合、第16図から明らかなように、情報記憶媒体６
の情報形成層７上の集光スポットがトラックを横切ると
光検出器１６上でトラッキングガイド９の回折パターン
２３が矢印２３′の方向に移動される。これに対して、
焦点ぼけ時の光検出器１６上のビームスポット２２は矢
印２２′の方向に移動される。従って、光検出器１６上
のビームスポット２２内にトラッキングガイド９の回折
パターンが投影された場合であっても、確実な焦点ぼけ
検出が可能になる。

第17図乃至第20図には、この発明の別の実施例が示され
ている。この第17図乃至第20図に示されている例では、
対物レンズ５、記憶媒体６の情報形成層７、投射レンズ
１５、及び、光検出器１６は、仮想的に示されている。
尚、それぞれの例において、２４はミラー、２５はレン
ズ、２６はバイプリズムである。上記第17図乃至第20図
に示されている光学ヘッドによっても、既に説明したよ
うに、正確な焦点ぼけ検出ができることは、容易に理解
される。

（効果）以上説明したように、この発明の光学ヘッドでは、記憶
媒体から反射された反射光のビームスポットが照射され
る光検出器は、少なくとも２つの検出セルを有してい
た。また、光検出器に対して反射光を集光させるための
レンズの光軸は、２つのセルのいづれか一方を通過され
る。一方、光検出器は、レンズの焦点位置よりも、僅か
にレンズ側へシフトされた位置に配置されている。

従って、対物レンズと記憶媒体とが合焦状態にあるとき
は、光検出器の２つのセルには、それぞれ、概ね等しい
面積を有するビームスポットが形成される。一方、対物
レンズが記憶媒体に接近した場合には、上記光軸が通過
されていないセルに形成されるビームスポットの面積が
増大される。他方、対物レンズが記憶媒体から遠ざかっ
た場合には、光軸を含まないセルに形成されるビームス
ポットの面積は、次第に低減され、光軸を含むセルにの
みビームスポットが残される。

このことから、光検出器に導かれるレーザー光の状態に
拘らず、確実に焦点ぼけ検出信号を提供できる光学ヘッ
ドが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ），（ロ）及び（ハ）は、ビームスポットの
移動により焦点ぼけを検出する第１の従来光学系を示す
説明図、第２図（イ），（ロ）及び（ハ）は、第１図と
同様に、ビームスポットの移動により焦点ぼけを検出す
る第２の従来光学系を示す説明図、第３図（イ），
（ロ）及び（ハ）は、第１図と同様に、ビームスポット
の移動により焦点ぼけを検出する第３の従来光学系を示
す説明図、第４図は、同光学系の光検出器上でのレーザ
ースポットのパターンを示す概略図、第５図乃至第13図
は、本発明の一実施例を示すもので、第５図は、この発
明の実施例である光学ヘッド装置を示す構成図、第６図
（イ），（ロ）及び（ハ）は、第５図に示されている光
学ヘッド装置に関し、ビームスポットの移動により焦点
ぼけを検出する状態を示す概略光路図、第７図（イ），
（ロ）及び（ハ）は、第５図及び第６図に示されている
光学ヘッド装置において、合焦時および非合焦時におけ
るレーザービームスポットの状態を示す図、第８図は、
第５図の光学ヘッドにおいて第２の光検出器を集光点か
ら遠ざけた場合の焦点ぼけ検出用光学系を示す概略図、
第９図（イ），（ロ）及び（ハ）は、集光点に光検出器
を配置した場合のレーザービームの軌跡を示す図、第10
図は、対物レンズを通る光線の軌跡を解析するための光
路図、第11図は、投射レンズを通る光線の軌跡を解析す
るための光路図、第12図は、対物レンズの焦点位置とレ
ーザー光の集光点とがずれている光学系を示す光路図、
第13図は、対物レンズと投射レンズを１つの合成レンズ
と見なしたときの光線の軌跡を解析するための光路図、
第14図および第15図は、トラッキングガイドの回折パタ
ーンの影響を説明するための概略図、第16図は、光検出
器上でのレーザースポットのパターンを示す概略図、第
17図乃至第20図は、本発明が適用される他の光学系の例
を示す概略光路図である。６……情報記憶媒体、５……対物レンズ、１６……第２
の光検出器、１３……光抜出部材（遮光板）、１４……
光軸、１６−１……第１の検出セル、１６−２……第２
の検出セル、２１……ギャップ領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報記憶媒体上に向けて照射される照射光
を集光するとともにこの集光された照明光が上記情報記
憶媒体上で反射した反射光を再び取り込み集光する集光
手段と、この集光手段により取り込まれ集光された上記反射光か
ら反射光の光軸に対して非対称かつ光軸に沿う光を含む
反射光の一部を抜き出す光抜出手段と、上記集光手段により集光された反射光を検出する複数の
検出領域を有し、上記光抜出手段により抜出され、上記
集光手段により集光された照明光の集光点からの上記情
報記憶媒体のずれに対応して上記検出領域上を移動する
上記反射光の光軸に沿う光を検出する位置に上記複数の
検出領域の１つの検出領域が配置され、上記集光手段に
より集光された照射光の集光点とでありかつ上記情報記
憶媒体が上記集光手段から離れ上記照射光の集光点の外
側にずれたときに上記反射光の光軸上に配置される位置
の検出領域に上記反射光が全て照射する位置に配置され
る検出手段と、この検出手段による反射光の検出に基づいて上記情報記
憶媒体に対し集光手段を移動する移動手段と、を具備したことを特徴とする光学ヘッド。