JPH0384744A - フォーカス誤差検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は情報の記録再生が光学的に行われる記録媒体
のフォーカス誤差検出装置に関し、特にフォーカス誤差
信号が線形に変化する範囲が広く、フォーカスサーボが
安定かつ容易に行えるフォーカス誤差検出装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第４図は、例えば特開昭５７−１８０３２号公報及び特
開昭５８−２０８９４６号公報に記載された、フーコ一
方式と呼ばれる一般的なフォーカス誤差検出装置を示す
構成図である。

図において、３は記録再生用の光ビームを照射光Ｅとし
て放射する半導体レーザなどの発光源である。４は照射
光Ｅを透過するとともに記録媒体８からの反射光Ｒを反
射するビームスプリッタ、５は照射光Ｅを平行光にする
とともに反射光Ｒを集光させるコリメータレンズ、６は
平行な照射光Ｅ及び反射光Ｒの偏向面を回転させる１／
４波長板、７は１／４波長板６を透過した照射光Ｅを集
光するとともに反射光Ｒを平行光にする対物レンズであ
る。８は光ディスクなどの記録媒体であり、集光された
照射光Ｅが照射されて光学的に情報が記録再生されるよ
うになっている。９は対物レンズ７．１／４波長板６．
コリメータレンズ５及びビームスプリッタ４を介して入
射される記録媒体８からの反射光Ｒを２つの反射光Ｒ１
及びＲ２に分割する光分割器である。この光分割器９は
フーコープリズムとも呼ばれ、２つの矩形屈折面９ａ及
び９ｂが鈍角の稜線９Ｃにて接した立体形状をなし、稜
線９Ｃが反射光Ｒの光軸Ａを垂直に横切るように配置さ
れている。１０は分割された反射光Ｒ１及びＲ２をそれ
ぞれ検出する分割形光検知器であり、光軸Ａに垂直な平
面内に配列された２つの光検出素子１１〜１４から構成
されている。

又、光検出素子１１〜１４の各受光面は光軸Ａ及び稜線
９Ｃの双方に垂直な矢印Ｘ方向に一列に配置されており
、光軸Ａ及び矢印Ｘ方向に適正に位置決めされている。

そして、一対の光検出素子１１及び１２が一方の反射光
Ｒ１を検出する２分割光検出器を構成し、もう一対の光
検出素子１３及び１４が他方の反射光Ｒ２を検出する２
分割光検出器を構成している０通常、°これら２分割光
検出器は、それぞれ２分割ピンフォトダイオードにより
構成されている。

３１〜Ｓ４は各光検出素子１１〜１４により得られる検
出信号であり、演算処理回路（図示せず）に入力され、
フォーカスサーボ等に用いられるようになっている。

次に、第５図〜第１０図を参照しながら、第４図に示し
たフォーカス誤差検出装置の動作について説明する。

情報の記録再生を行う場合に発光Ｒ３から放射される照
射光Ｅはビームスプリッタ４を通り、コリメータレンズ
５で平行光となり、１／４波長板６で偏向面が回転され
、対物レンズ７で集光されて記録媒体８に照射される。

そして、記録媒体８で反射された反射光Ｒは、対物レン
ズ７．１／４波長板６及びコリメータレンズ５を介して
所定の収束角で集光され、ビームスプリッタ４で反射さ
れ、さらに光分割器９で２つの反射光Ｒ１及びＲ２に分
割されて分割形光検知器１０に照射される。

このとき、照射光Ｅの焦点が記録媒体８に一致、即ち合
焦している場合は、第５図に示すように反射光Ｒ１及び
Ｒ２が分割形光検知器１０上に合焦し、一方の反射光Ｒ
１が光検出素子１１及び１２の間隙、即ち分離帯１０ａ
の中央点に集光され、他方の反射光Ｒ２が光検出素子１
３及び１４の分離帯１０ｂに集光される。この状態を受
光面側から見ると、第６図のようになり、各反射光Ｒ１
及びＲ２は２０〜３０μｍ径の合焦スポットＰＩ。

Ｐ２となって照射される。なお、各合焦スポットＰＩ、
Ｐ２は後述するように楕円形状を有している。

又、記録媒体８と対物レンズ７との距離が近すぎる場合
は、第７図に示すように反射光Ｒ１及びＲ２が合焦する
前に各分離帯１０ａ及びＬＯｂの近傍に照射される。従
って、反射光Ｒ１及びＲ２は第８図斜線部のように光検
出素子１２及び１３の各受光面に半円状スポットＰ３．
Ｐ４となって照射される。

逆に、記録媒体８と対物レンズ７との距離が速すぎる場
合は、第９図に示すように反射光Ｒ１及びＲ２が分割形
光検知器１０の手前で合焦する。

従って、反射光Ｒ１及びＲ２は第１０図のように光検出
素子１１及び１４の各受光面上に半円状スポットＰ５．
Ｐ６となって照射される。

このとき、各反射光Ｒ１及びＲ２を受光した光検出素子
１１〜１４はそれぞれの受光量に応じた電流、即ち検出
信号Ｓ１〜Ｓ４を発生する。演算処理回路は、これらの
検出信号５１〜３４に基づいて、外側の光検出素子１１
．１４の各検出信号Ｓ１及びＳ４の和と、内側の光検出
素子１２．１３の各検出信号Ｓ２及びＳ３の和との差を
演算する式 ％式％（１） によりフォーカス誤差信号Ｆを求める。

このフォーカス誤差信号Ｆは、第５図及び第６図に示し
たように記録媒体８と対物レンズ７との距離が適正の場
合は零、第７図及び第８図に示したように記録媒体８と
対物レンズ７との距離が近すぎる場合は負、第９図及び
第１０図に示したように記録媒体８と対物レンズ７との
距離が遠すぎる場合は正となる。

こうして得られたフォーカス誤差信号Ｆの極性及び大き
さから、記録媒体８と対物レンズ７との距離の適性距離
に対するフォーカス誤差量を算出し、フォーカス調整機
構（図示せず）を制御する。

例えば、対物レンズ７を照射光Ｅの光軸方向に移動させ
てフォーカス誤差量２．即ちフォーカス誤差信号Ｆが零
となるまでフォーカスサーボを行う。

第１１図は第４図のフォーカス誤差検出装置に用いられ
る従来の分割形光検知器１０の受光面の一部を示す説明
図であり、記録媒体８と対物レンズ７との距離が適正に
調整され、反射光Ｒ１が合焦スポットＰ１となって照射
された状態を示している。

第１１図において、ｌは一対の光検出素子１１及び１２
を形成する２分割ピンフォトダイオードであり、もう一
対の光検出素子１３及び１４を形成する２分割ピンフォ
トダイオード（図示せず）と共に分割形光検知器１０を
構成している。２は光検出素子１１及び１２の各受光面
を分割する分離帯であり、その幅ｄは約１０μｍである
。

第１１図のように合焦された場合、光分割器９で２分割
されたときの回折現象により、反射光Ｒ１の合焦スポッ
トＰ１は楕円形状となる。従って、合焦スポットＰ１の
径りは、分割しない場合の反射光Ｒの合焦スポット（図
示しない円形状）径の約２倍となっている。

一般に、入射光束の収束角をα、光源の波長をλとする
と、合焦スポット径ｒ（エアリ−ディスク径）は、 ｒ＝１．２２λ／ｓｉｎ　α で表わされる。また、分割された反射光Ｒ１の合焦スポ
ット径りは、 Ｌ＃２　ｒ−２，４４λ／ｓｉｎ　ａ　　　　　　”・
（２）と表わされる０例えば、分離帯２の分割線に平行
な方向に対する収束角αが約２°、かつ波長λが０．７
８μｍの反射光Ｒ１の場合、合焦スポット径りは（２）
式から約５０ＩＩｍとなる０通常、合焦スポット径りの
値は、情報記録再生装置の設計仕様により異なるが、４
０〜５０μｍ程度である。

次に第４図〜第１Ｏ図、第１２図及び第１３図を参照し
ながら、第１１図の２分割ピンフォトダイオード１を用
いた従来のフォーカス誤差検出装置の動作について説明
する。ここでは一方の反射光Ｒ１を受光する２分割ピン
フォトダイオード１に注目して説明する。

前述と同様に記録媒体８に照射光Ｅが照射されて発生し
た反射光Ｒは２分割されて、一方の反射光Ｒ１が２分割
ピンフォトダイオードｌの受光面に照射される。

このとき、記録媒体８と対物レンズ７との距離が適正で
あれば、第１１図のように分離帯２の幅ｄ　（”＝　１
０　ａｍ＞の４〜６倍の径Ｌ（＃４０〜６０μｍ）を有
する合焦スポットＰ１が、光検出素子１工及び１２の各
受光面に対称に照射される。

ここでフォーカス誤差が生じると、反射光Ｒ１の照射位
置が矢印Ｘ方向に移動し、同時に照射領域が広がって半
円状スボッ）Ｐ３又はＰ５になる。

このとき、スポット径はフォーカス誤差量Ｚに対してほ
ぼ比例するが、反射光Ｒ１の光量はスポットの形状にか
かわらず一定なので、各光検出素子１１及び１２から得
られる検出信号３１．３２は、反射光Ｒ１の移動に伴っ
て第１２図のように変動する。

即ち、記録媒体８と対物レンズ７との距離が近すぎる場
合は光検出素子１２の検出信号Ｓ２が大きくなり（第８
図参照）、速すぎる場合は光検出素子１１の検出信号３
１が大きくなる。同時に、図示しない他方の２分割ピン
フォトダイオードから検出信号Ｓ３及びＳ４が得られる
ので、これら検出信号５１〜Ｓ４から（１）式に基づい
てフォーカス誤差信号Ｆを求める。

そして、前述のフーコ一方式によりフォーカス誤差量Ｚ
を算出すると、第１３図に示すような曲線が得られる。

第１３図から明らかなように、フォーカス誤差信号Ｆが
フォーカス誤差量Ｚに比例して変化する範囲は、記録媒
体８と対物レンズ７との距離の変位に換算して、約±１
．０ａｍである。従って、この狭い範囲内のみでフォー
カスサーボを行うことが可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のフォーカス誤差検出装置は以上のように構成され
ており、各光検出素子１１．１２（および１３．１４）
の間の分離帯２の幅が１１０１Ｉ程度しかないので、フ
ォーカス誤差信号Ｆが、各反射光のスポット位置の変位
に対して過敏に変動し、フォーカス誤差信号がフォーカ
ス誤差量に対して線形に変化する範囲が狭くなり、フォ
ーカス誤差信号Ｆにおけるオフセット信号を低くしなけ
ればならず、フォーカスサーボの追従範囲も狭くなると
いう問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、フォーカス誤差量に対してフォーカス誤差信
号が線形に変化する範囲を広げ、フォーカスサーボの引
き込み及び追従制御を容易とし、フォーカスサーボを安
定に行うことのできるフォーカス誤差検出装置を得るこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るフォーカス誤差検出装置は２分割光検出
器の分離帯幅を、この分離帯近傍に照射される反射光の
合焦スポット径以上、２分割光検出器の空乏層の拡がり
幅以下に設定したものである。

〔作用〕

この発明においては、フォーカス誤差検出装置の２分割
光検出器の分離帯幅を、この分離帯近傍に照射される反
射光の合焦スポット径以上、２分割光検出器の空乏層の
拡がり幅以下に設定したので、反射光のスポット位置の
変位に対する検出信号の変動が比較的小さくすることが
でき、フォーカス誤差信号がフォーカス誤差量に対して
直線的に変化する範囲が拡大する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例によるフォーカス誤差検出
装置の２分割光検出器を示す説明図であり、図において
、１１及び１２は前述の従来装置と同様のものである。

２０．２１は従来の２分割ピンフォトダイオード１１分
離帯２にそれぞれ対応している。さらに、図示しない他
の構成は第４図〜第１０図に示した一般的なフォーカス
誤差検出装置と同様である。

ここで、２０は一対の光検出素子１１及び１２を形成す
る２分割光検出器、即ち２分割ピンフォトダイオードで
あり、もう一対の光検出素子１３及び１４を形成する２
分割ピンフォトダイオード（図示せず）とともに分割形
光検知器を構成している。２１は光検出素子１１及び１
２の各受光面を分割する分離帯である。

本発明においては、その幅りは約５０μｍ、即ち反射光
Ｒ１による合焦スポット径り以上（第１図の場合は、は
ぼ等しく）分割形光検知器の空乏層の拡がり幅Ｗ以下に
設定されるので、分離帯２１の幅り内においては、第２
図に示すように、検出信号Ｓ１及びＳ２が矢印Ｘ方向の
変位に対して、直線的に緩い角度で変化し、又分離帯２
１の分割線の中心においては、各検出信号Ｓ１及びＳ２
が各光検出素子１１．１２の最大光電流の約半分を出力
するようになる。

次に、第２図の検出信号特性図、第３図のフォーカス誤
差信号特性図及び第４図〜第１０図を参照しながら、第
１図に示したこの発明の一実施例の動作について説明す
る。

第１図に示すように、反射光Ｒ１の合焦スボツ１−Ｐｉ
が分離帯２１の中心部に照射され、合焦スポット径り以
上、空乏層の広がり幅Ｗ以下の分離帯２１の幅りである
ため、各光検出素子１１及び１２には反射光Ｒ１がほと
んど受光されなくなり、また、フォーカス誤差が生じて
スポット位置が矢印Ｘ方向に変位しても、分離帯２１に
照射される面積が大きく、光検出素子１１又は１２に照
射される面積は比較的小さくなる。そして、分離帯２１
の幅り内においては、第２図に示すように検出信号Ｓ１
及びＳ２が矢印Ｘ方向の変位に対して直線的に緩い角度
で変化するようになる。また、分離帯２１の分割線の中
心においては、各検出信号Ｓ１及びＳ２が最大光電流の
約半分を出力するように感度分布が設定されることにな
る。

従って、フォーカス誤差量Ｚに対するフォーカス誤差信
号Ｆの特性は、第３図に実線に示すように破線で示す従
来特性と比較して、斜めの直線を有する部分の傾きが緩
くなる。同時に、直線的に変化する範囲は記録媒体８と
対物レンズ７との距離の変位に換算して約±３．０μｍ
と広くなる。

このように線形に変化する範囲の広いフォーカス誤差量
Ｚを用いて、安定かつ容易にフォーカスサーボを行うこ
とができる。

なお、上記実施例では分離帯２１の幅りが５０μｍの場
合について説明したが、種々の仕様変更に伴い、反射光
Ｒの波長λ、収束角α、及び分割形光検知器の受光面の
物理定数が異なるので、分離帯２１の幅りは合焦スポッ
ト径り以上、分割形光検知器の空乏層の拡がり幅Ｗ以下
、即ち前述の（２）式から、 Ｗ≧Ｄ≧２，４４λ／５ｉｎｔｘ を満たす値ならばよい。

また、上記実施例では記録媒体８が光ディスクである場
合を例にして説明したが、本発明は自動焦点カメラ等の
フォーカス誤差検出装置にも適用でき、同等の効果を奏
することは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば２分割光検出器の分離
帯幅を、この分離帯近傍に照射される反射光の合焦スポ
ット径以上１分割形光検知器の空乏層の拡がり幅以下に
設定したので、分離帯の分割線の中心においては、各検
出信号が各光検出素子の最大光電流の約半分を出力する
ようになり、反射光のスポット位置の変位に対する検出
信号の変動を比較的小さくでき、フォーカス誤差信号が
フォーカス誤差量に対して直線的に変化する範囲が拡大
し、フォーカスサーボが安定かつ容易に行える効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるフォーカス誤差検出
装置における２分割光検出器を示す図、第２図は第１図
の２分割光検出器により得られる検出信号の特性図、第
３図は第２図の検出信号に基づくフォーカス誤差信号及
びフォーカス誤差量の特性図、第４図は一般的なフォー
カス誤差検出装置を示す構成図、第５図は反射光が合焦
した場合の分割形光検知器部分を示す説明図、第６図は
第５図の分割形光検知器の受光面を示す説明図、第７図
は反射光が合焦する前に照射された場合の分割形光検知
器部分を示す説明図、第８図は第７図の分割形光検知器
の受光面を示す説明図、第９図は反射光が照射される前
に合焦した場合の分割形光検知器部分を示す説明図、第
１０図は第９図の分割形光検知器の受光面を示す説明図
、第１１図は従来の２分割光検出器の受光面を示す説明
図、第１２図は第１１図の２分割光検出器による検出信
号の特性図、第１３図は第１２図の検出信号に基づくフ
ォーカス誤差信号及びフォーカス誤差量の特性図である
。 ８・・・記録媒体、２０・・・２分割ピンフォトダイオ
ード、２１・・・分離帯、Ｄ・・・分離帯の幅、Ｌ・・
・合焦スポット径、Ｗ・・・空乏層の拡がり幅、Ｆ・・
・フォーカス誤差信号、Ｚ・・・フォーカス誤差量、Ｒ
，Ｒ１゜Ｒ２・・・反射光、ＰＩ、Ｒ２・・・合焦スポ
ット。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 第 図 第 図 １２　）：　ｉダｚｉｉ 第 ３ 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 そ２Ｊ゛ノｎｗ／７ノズ）７ ｔｉ！１０図 αｚｊ、鯉痣２ｉＷ 第１１ 図 第１２図 ２毎 第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２分割された記録媒体からの反射光を受光し、そ
   の受光量に応じた電流を検出信号として出力する光検出
   素子２つと、それらに挟まれた分離帯とからなるピンフ
   ォトダイオード対で構成された２分割光検出器を有する
   フォーカス誤差検出装置において、 前記分離帯の幅を、反射光の焦点が記録媒体に一致して
   いる場合の合焦スポット径以上とし、かつ、上記ピンフ
   ォトダイオードの空乏層の拡がり幅以下に設定したこと
   を特徴とするフォーカス誤差検出装置。