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    公开号:WO1988001784A1
    申请号:PCT/JP1987/000632
    申请日:1987-08-26
    公开日:1988-03-10
    发明作者:Teruo; Fujita
    申请人:Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha；
    IPC主号:G11B7-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 光学式情報記録再生装置の集光ス ポッ ト位置検出装置 技術分野
    [0004] この発明は、 光ビームによって情報記録媒体への情報 の記録 再生 Z消去を行う光学式情報記録再生装置の集 光ス ポッ ト位置検出装置に関し、 特に焦点誤差および ト ラッキ ン グ誤差検出装置に関する も のであ る。
    [0005] 背景技術
    [0006] 第 10図および第 11図は特開昭 52— 9 3 2 2 3号公報又は J. M:ブ リ ー ト ア ン ド G. ボウ イ ス ， " ポ ジ シ ョ ン セ ン シ ン グ イ ン ビデオデス ク リ ー ドア ウ ト ' ， ァ プ ライ ド ォプティスク第 17巻 ， 13号 ， 2013〜 2021頁 ， 1987年 J. M. Br eat and Bouwhui s， Pos 111 on sens ι ng in videodisc read out , Ap l i ed Opt i cs , vol. 17,No. 13 , p.p. 2013〜202i, l978). ) に示された光へッ ドの焦点 誤差検出'装置の構成例である。
    [0007] 第 10図において、 1 は HeNeレーザなどの発光源、 2 は発光源 1 から放射される光ビームの ビーム径を拡大す るための補助レ ンズである。 3 は光ディ スクなどの情報 記録媒体、 4 は情報記録体 3 の情報記録面、 5 は情報 ト ラックであ り、 情報記録媒体 3 は回転軸 6 を中心に回転 でき る構造となっている。 7は情報記録媒体 3への照射 光と、 情報記録媒体 3 からの反射光を分離するための半 透鏡、 8 は情報記録媒体 3への照射光の光路を折り曲げ るための鏡、 9 は発生籐 1 からの照射光を情報記録媒体 3 の情報ト ラ ック 上に集光照射するための対物レンズ である。 10は焦点誤差検出用検知器であ り、 複数の光検 知器要素によって構成されている。 11は情報記録媒体 3 からの反射光が対钧レンズ 9 の射出瞳上に形成する像を 焦点誤差検出甩光検知器 10内の光検知器要素上に投影す るための襦助レンズであ り 、 第 10図中では対物レンズ 9 の射出瞳上の点 a の像が、 補助レンズ 11によって、 焦点 誤差検出用光検知器 10上の点 こ生じているのが示され ている。
    [0008] また、 第 11図において、 13は焦点誤差検出用光検 知器内の光検知器要素であ り 、 14は光検知器要素 12、 13 からの出力信号を減算するための減算器、 15は光検知器 要素 12 , 13 からの出力信号を加算するための加算器、 16 は加算器 ISの出力信号の位相を 90°偏移させるための移 栢回路、 1ァは減算器 14と移栢回路 16の出力信号を乗算す るための乗算器、 18は乗算器の出力信号中低域成分のみ を通過させるための低域通過フ ィ ルタである。
    [0009] この焦点誤差検出装置の原理は、 回折格子と して作用 する情報記録面 4上の情報を読み取る際に情報記録媒体 によ て直接反射される 0 次光と、 情報 ト ラック上の情 報ピッ ト列によつて反射面折される 1次回折光との間に 焦点誤差に応じた位相差が生じるという事実に基づいた も のである。 0次光と 1 次回折光との間の位相差は情報 記録媒体から十分離れた面、 即ち、 0次光と 1 次回折光 が十分分離して観測でき る面（ 以後、 これを情報記録媒 体の 「遠領域」 におかれた面という こ とにする ） におけ る 0次光と 1次回折光の干渉領域中の干渉縞を解折する こ とによ り測定可能であ り、 本従来装置では、 遠領域中 に配置した複数の光検知器の出力を電気的に演算処理す るこ とによ り 、 焦点誤差信号を発生させている。
    [0010] まず、 本従来装置の焦点誤差検出動作を説明するため に必要な座標系の定義を行う。 第 1 0図に示すよ う に、 情 報記録媒体 3 の情報記録面 4上、 情報 トラ ッ ク 5 の中心 線と平行な方向に f 軸、 情報 ト ラ ックを横切る方向に 7] 軸をと る。 又、 情報記録媒体 3へ光ビームを集光照射す る対物レンズ 9 の射出瞳面を X Y面と し、 X Y面の原点 を射出瞳面中心に一致させ、 Y軸を 軸と平行とする。 さ らに、 情報記録媒体 3からの反射光が入射する対物レ ンズ 9 の入射瞳面を X' Y'面とする。 これは Χ Υ面と同じ 面であるのはも ちろんである。
    [0011] 情報記録媒体 3 からの反射光によって作られる対物レ ンズ 9 の入射瞳面上の振巾分布には、 情報記録媒体 3 と は反対側に存在する対物レンズ 9 の射出瞳面上の振巾分 ' - 布に等し く 、 更に、 この振巾分布は補助レンズ 1 1によつ て光検知器 1 0上に投影される'こ とになる。 従って、 情報 記録媒体 3 からの反射光が形成する遠領域における強度 分布は、 光検知器 10上で観測可能となる。 第 12図は上記 座標系の対応を示したものである。 更に、 これら実座標 X , Y , , 5 , ' , Y'に対して正規化座標 X , y , u ; V , x'， を以下のよ うに定義する。
    [0012] X Y
    [0013] X=I， 7= …ひ）
    [0014] ξ Ά
    [0015] U ― C λ Ν ) ， V 一 Γλ Α) {2)
    [0016] X' Υ' ,、 xr= ' =T ' ·"(3) こ こで、 Rは対物レンズ 9 の開口半径、 N Aは对物レン ズ 9の開口数、 λは発光源 1の波長であ-る。 _
    [0017] ,次に、 情報記録 の数学的取り扱い方を示す (参考文 献 G. Bouwhis et al, Principals of Op t i c a I Disc Systemx, "Adam Hilger,p.p. 24—30 , (1985). )
    [0018] 光学式ビデオディ ス グ ， コ ンパク ト ディ ス クの情報記 録面を観測すると、 これらの情報記録面上には情報 ト ラ ックが等 隔 （： 1. 6〜： I. 7 m間隔 ） に並んでいるの わかる。 このこ とは、 即ち、 これ らのディ スクは情報卜 ラックを横切る方向に関しては単一の空間周波数を有す る回折格子であるという こ とを意味している。 情報 ト ラ ックに平行な方向に関しては、 情報がビッ ト位置 ， ビッ ト周期 ， ピッ ト長等を変化させるこ とによって記録され ているため、 情報ト ラックに平行な方向の空間周波数ス ぺク トルは単一ではなく かなりの拡がり を有している。 しかしながら、 光学式ビデオディ ス クの場合には、 周波 数変調波であるビデオ信号がパル ス巾変調の形で記録さ れているので、 局所的には情報 ト ラックに平行な方向の 空間周波数は一定とみなすこ とができ、 さ らに、 空間周 波数は不連続には変化しない。 従って、 光学式ビデオデ イ スクにおいては、 その情報記録面が第 1 3図に示すよ う な 2次元の回折格子である とみなしてよい こ とになる。
    [0019] 第 13図において 21は情報ピッ ト を表しており 、 光学式 ビデオディ ス クでは、 情報ビッ トの部分はその周辺に比 ベ 0. 1 m程度の物理的深さを有する凸部も し く は凹部 になっている。 なお、 情-報記録面の ドラック方向 (： f 軸 方向 ） の 期を P、 情報 ト ラ ッ ク を横切る方向 （： 軸方 向 ） の周期を Qとすれば、 第 I 3図中に示された正規化座 標 u ， Vにおける周期 p ， q はそれぞれ
    [0020] P 一 ( A NA ) ， Q ( λ/ΝΑ ) ' となる。 上記構造を有する情報記録面は、 情報ビッ ト部 に入射した光ビームに対して ピッ ト深さに比例した位相 遅れ s を与える と考えてよいから、 この情報記録面の 振幅反射率 ( u , V ) は
    [0021] / e li^s ： i n p i t
    [0022] 。 （ u ， v ノ = く
    [0023] I 1 ： o tnerwi se
    [0024] と書ける。 RQ 〔 u ， v ) は 11 ， V両方向の周期関数であ るので、 以下のよ う にフ ー リ エ級数に展開でき る。 R0 C u , V ) = ∑ Rm , n exp C 2πί ( i +— v ) 〕
    [0025] p q
    [0026] (6)
    [0027] r m. n ヽ 、
    [0028] (— u Λ v j d dv (7)
    [0029] Q 焦点誤差検出に重要な意味をもつ、 焦点誤差検出用光検 知器 10上の反射光振巾分布 AD ( Χ' , ' )は式 ）で与えら れる Rm,iiを甩いて次のよ うに表わせる。 （参考文献 ： G. Bouwhuis et al, Principals of Optical i)isc Systems , Adam Higer , p.p. 24〜30 , (1985). ) n
    [0030] AD ( x' , yr ) = ∑ exp 〔 ― 2π i (— no "f v0 ) 〕
    [0031] m， n p p ( ,丄 m 丄 11 、
    [0032] Km , a · a ( 一 x'十 — ， —y π (8)
    [0033] p q
    [0034] ここで、 u0は正規化座標における トラック方向への情報 記録媒体移動量、 V0は ト ラックを横切る方向への ト ラッ クずれ量であり 、 a ( x , y)は対物レ ンズ射出瞳上での照 射光振巾分布、 即ち瞳関数である。
    [0035] 続いて、 第 14図に示すよ うに、 情報記録面 4が対物レ ンズ 9 から照射される集光ビームの集光点からずれ、 厶-f 対物レ ン ズ 9側に接近した場合の焦点誤差検出器 10上の 反射光強度分布について考える。 焦点ずれ Af に対応する焦点ズレの波面収差係数 W20 は
    [0036] NA2
    [0037] W20 = — Δί .·'(9)
    [0038] Δへ で与え られる （参考文献 ： G. Bouwhu i s et al , Principals of Optical Disc Systems , Adam Hi er , p. 41,〔 1985). ) から、 光源 1 から情報記録面 4 までの光学系が無収差で ある と仮定した場合、 対物レ ン ズ射出瞳上の照射光振巾 分布 a X ， y ) は、
    [0039] , 、 1 ή. aCx,y) ， "·· W
    [0040] 1 と表すこ とができ る。
    [0041] 光検知器要素 12 ， 13は、 第 11図 ， 第 15図に示すよ う な 長方形の受光面を有する も のであ り、 それぞれの長手方 向は、 情報 ト ラ ック 5 を横切る方向 （： y'軸式向 ） に一致 している。 かつ、 上記光検知器 12 , 13は （： 0 ， 0 ) 次の 反射光と （ 1 , 0 ) 次の反射回折光の干渉領域におかれ ているので、 上記光検知器上の情報記録媒体 3 からの反 射光振巾分布 Aoi ( x' ，y' )は式 (8)を参照する こ と によ り 、
    [0042] ADICX' , y ) = Ro , O · a (-χ' , -y )
    [0043] + Ri ,ο · exp (-2π{— ) · a Γ-χ' - , -y' ) …な!）
    [0044] P P
    [0045] と表わすこ とができ る。 こ こで、 i m ， n ) 次の回折光 とは、 2次元回折格子と して作用する情報記録媒体によ り反射回折される光のう ち.、 トラック方向に m次、 ト ラ ックを横切る方向に n次の回折次数を もつ回折光を意味 しており、 例えば、 対物レ ン ズ 9 の射出瞳中心 （： X = 0 7 = 0 ) から出発した光線のう ち、 C m , n ) 次の回折 を被ったものは、 光検知器面の点 CxtmZp'， y'=n/q ) に到達すること1 -になる。 今、 フ ーリェ係数 R0，0と R!， 0 の閭を 、 位相差を^とすれば、
    [0046] = a e c
    [0047] が成立するから、 式 を'式 を代入すれば、 ADl(x'，:r) は
    [0048] ADI CX' , y') = R0，o ( a ι一 x' , -γ')
    [0049] + ae^o · exp (-2π{—2-) - a ( -κ' +——，一 yつ }
    [0050] P
    [0051] と書ける。 対物レ ンズ射出瞳上の照射光振幅分布を一定 とみなして、
    [0052] て に X ， y ) = 1 ···
    [0053] とし、 式^を式^に代入する と
    [0054] ADI X' , 7リ = R0 , 0 exp { 2π i ψ20
    [0055] ( x' 2 + y'2) } + ae ΊΦ · exp (~2π ΐ^-)
    [0056] P
    [0057] ί 2πϊ W20 { Γ-χ' X丄） 2 + y2 } 〕
    [0058] P -
    [0059] ADI ( X 7') l 2 = I R0 , o ! 2
    [0060] ( 1 + "2 ) + 2 a cos { 0 - 2π
    [0061] P
    [0062] + 2πψ20 +—) }
    [0063] P P2 _J -■-(16) が成立する。 情報記録媒体 3が、 回転軸 6 を中心に正規 化座標 u における線速度 Soで回転している場合、
    [0064] uo = So t ■■■ dd が成立するから、 式^は、 又、
    [0065] C 1+ 2) + 2 cos { Ψ0 - 2 π — t
    [0066] - Ρ
    [0067] 2 χ'
    [0068] + 2 ττψ20 ( + ) }
    [0069] Ρ* Ρ2 と書き改めることができ る。
    [0070] 式 08)の意味することは以下の通り である。
    [0071] ① 情報記録媒体の遠領域に配置された光検出器面上 の （ υ ， ο ) 次の反射光と （ ι , ο ) 次の反射回折光の 重な り 合う領域には干渉縞が発生する.。
    [0072] ② 干渉縞の空間的な周期は焦点ずれの波面収差係数 w¾0 に反比例する。 即ち、 干渉縞の空間周波数は w2Q に 比例する。
    [0073] ③ 干渉縞は、 情報トラック方向の周期 p と、 情報トラッ ク方向への線速度 S0の比で決まる角周波数 ( = 2 π^± )で 時間的に変動する。 - 従って、 光検知器面上で観測される干渉縞は、 W20、 即ち焦点ずれ 厶 f の大小によ り干渉縞。 周期が変動し、 w20 の正負によ り 、 移動する方向が反転するよ う な χ'軸 方向に伝播する進行波であると言える。 第 10図 ， 第 11図に示された従来装置では、 w20 、 即ち 焦点ずれ量 Af を以下に述べる方法によって検出してい る。 まず、 光検知器要素 12 ， 13の中心位置を第 11図も し く は第 15図に示すよ うに、 それぞれ X — ， X +与 と すれば、 光検知器要素 12 ,13の出力電流 IDL， ID2 は式 ) から、
    [0074] DI, 2 = ( l+α2) + 2a. cos { Ψ0 - ω
    [0075] — ^ X!+^) +
    [0076] Ρ 2 上 ρ 2 ζ) }'
    [0077] = Ιι + Ι2 cos { — ω
    [0078] + 2πψζΰ ( ( χι +— ) +— ) }
    [0079] Ρ ' 2 ρ'
    [0080] 但し、 Ιι= Κ ( 1+α2) , 12 = Κ： 2α と表すこ とができ る。 減算器 14、 加算器 15によって出力される光検知器要 素 12 , I3の差信号 ， 和信号 IDF ， ISUHは、 それぞれ
    [0081] IDF ― I D2— I D1
    [0082] = 2 I2 sin C 2π 20— · sin { Q
    [0083] P
    [0084] Ρ
    [0085] Δ
    [0086] = 2 Ιι + 2 Ι2 cos C2^W20— ) ·
    [0087] P cos { -«t + 27r 20 -— ' + ") I '
    [0088] P "
    [0089] なる。 あま り大き く ない焦点ずれに対しては、 20— « 1 .
    [0090] P が成立するから、 式^ , は、 以下のよ う に 単化され る o
    [0091] 厶 X
    [0092] DF = 2 sin { - ωί
    [0093] P
    [0094] P P
    [0095] I SUM = 2 li + 2 I2 · cos { Ψ0 - o>t
    [0096] + 2 πψ20 ( + J_) }
    [0097] P 次に、 加算器の出力 ISUMを移相回路 16に供給して、 交流 分の位相を 9 0°進めた信号 IRを得、
    [0098] IR = 2 I2 sin { Ψΰ
    [0099] + 2 πψ20 ( - 十 ） }
    [0100] Ρ
    [0101] 乗算器 17において、 IRと IDF とを乗算して信号 SMを得る
    [0102] △χ
    [0103] SM = 4 I 2 π 20 sin2 [ ΨΌ ~ o)t
    [0104] Ρ
    [0105] = 4 I2 2 · 2 r W20 Δχ 1 - coc2 { Ψ0
    [0106] P 2
    [0107] 2X! + r) }
    [0108] P P
    [0109] 最後に、 信号 SMを、 角周波数 2 ω よ り小さい角周波数成 分のみを通過させる低域通過フ ィ ル タ 18に通せば、 焦点 誤差.信号 Sf が得られる。
    [0110] Sf = 212 2 - 2 πψ20 ― …^ 信号 S fは焦点ずれの波面収差係数 W2 G 、 即ち焦点ずれ量 厶 f の奇関数であるので、 公知の方法によって、 焦点補 正に用いる こ とができ る。
    [0111] 従来の焦点誤差検出装置においては、 焦点誤差信号を 発生させるために 2つの光検知器要素の和信号を参照信 号として差信号の同期検波を行っているので、 和信号 ， 差信号はと もに単一周波数の時間変動信号でなければな らない。 このこ とは情報記録媒体において情報ト ラック に平行な方向の空閭周波数が一定であることを要求する ( 従って、 コ ンパク トディ スクのよ う に ピッ ト長 ， ピッ ト 間陽が離散的に変調記録されている情報記録媒体に対し ては、 これから基準となる単一周波数信号を取り出すこ とができないため、 従来の焦点誤差検出装置では焦点誤 差信号を発生することはできない。
    [0112] 又、 光磁気ディ ス クのよ う に情報 ト ラ ックに平行な方 向には位柜ビッ ト も しく は振巾ビッ 卜の形では何も記録 されておらず、 連続な案内溝しか有していない情報記録 媒体に対しても、 従来の焦点誤差検出装置では焦点誤差 信号を発生するこ とはできない。
    [0113] 発明の開示
    [0114] 本発明は上記のよ うな問題点を解消するためになされ たも ので、 情報ト ラ ックに平行な方向に周期性を有しな い情報記録媒体に対しても、 焦点誤差信号発生するこ と のでき る焦点誤差信号検出装置を提供することを目的と する。 更に、 従来装置の特徴でも あった焦点誤差信号を 得るために必要な追加の光学素子 （ 円筒レ ン ズ ， プリ ズ ム等 ） がほとんど不要であ り、 かつ、 焦点誤差検出用光 検知器の位置調整が極めて容易である焦点誤差信号検出 装置を提供するこ とを目的とする。
    [0115] 本発明に係る焦点誤差検出装置は、 情報記録媒体の遠 領域に複数の光検知器要素から成る焦点誤差検出用光検 知器を配置する と と もに、 情報 ト ラ ッ クに対し垂直な方 向に複数の焦光点を生じさせる複数の発光源を設け、 こ れら発光源によって情報記録媒体の遠領域に発生する干 渉縞を、 前記光検知器とこの出力に接続された演算回路 およ び制御回路を用いて処理を行い、 焦点誤差信号を得 る よ う に した も のである。
    [0116] 本発明においては、 情報 ト ラックに対して垂直な方向 に並置された複数の発光源が、 情報記録媒体の遠領域に 互いに一定の位相関係を有する干渉縞を発生させる。 又、 光検知器要素の長手方向が情報 ト ラ ッ クに平行な方向に —致し、 かつ、 情報記録媒体から反射された 0 次光と情 報 ト ラ ッ クによって反射回折された ± 1次光の干渉領域 におかれた焦点誤差検出用光検知器は、 情報 ト ラ ックに よる回折現象が生み出す干渉縞を検知する。 さ らに、 制 御回路によって同期動作が行われる発光源および演算回 路は前記干渉縞を解析し、 焦点誤差信号を発生させる。
    [0117] 以上のよ うに、 この発明によれば、 複数の発光源を用 いて情報記録媒体上の集光スポッ トを情報 ト ラ ックに対 して垂直な方向に走査し、 情報記録媒体の遠領域に情報 卜ラックによる回折の結果生じる干渉縞を光検知器およ びこれに接続された電子回路を用いて回折するこ とによ つて焦点誤差信号を発生する よ うにしたので、 離散的な ビッ ト長、 ビッ ト間隔を有する情報記録媒体又は連続案 ¾溝を有する情報記録媒体に対しても安定な焦点誤差信 号を得ることができる効果がある。 さ らに、 光学系が簡 単で、 光検知器の位置調整が極めて容易な集光スポッ ト 位置検出装置が得られる効果がある。
    [0118] 図面の簡単な説明
    [0119] 第 1図はこの発明の一実施例によ る光学系の構成図、 第 2 図はこの発明の一実施例による焦点誤差検出のため の光検知器と電子回路を示す図、 第 3図はこの発明の原 理を記述するために用いた座標系と集光点横移動の状態 を示す図、 第 4図は情報記録媒体からの反射光と光検知 器の位置関係を示す図、 第 5図は情報記録面上の集光ス ' ポッ ト位置を示す図、 第 S図 ， 第 7図は ト ラツキング誤 差検出のために必要な光検知器と電子回路を示す図、 第 8図は音響光学変調器を集光ス ポ ッ ト走査手段としたと きの光学系を示す図、 第 9 図は回折格子と波長可変発光 源を集光スポッ ト走査手段としたときの光学系を示す図、 第 1 0図 ， 第 1 1図は従来の焦点誤差検出装置の搆成図、 第 12図は焦点誤差検出原理を説明するのに用いる座標系を 示す図、 第 13図は情報記録面上の情報ビッ トを示す図、 第 14図は焦点ずれの状態を示す図、 第 15図は従来装置に おける情報記録媒体からの反射光と、 光検知器の位置関 係を示す図である。
    [0120] 発明を実施するための最良の形態
    [0121] 第 1図および第 2 図はこの発明の一実施例を示す構成 図であ り、 図において 3〜 7 ， 10〜： 11は上記従来装置と 全く 同一のものである。
    [0122] 第 1 図において 21，22， 23は半導体レーザなどの発光 源、 24は発光源 21 , 22 , 23の点滅を制御する制御回路、 25 , 26 ,27 はそれぞれ発光源 21 ,22 , 23力 ら放射される 光束の集光点、 28は複数の光検知器要素によって構成さ れ'ている焦点誤差検出用光検知器である。
    [0123] 又、 第 2図において、 29 , 30， 31 , 32は焦点誤差検出 用検知器 28内の光検知器要素、 33は減算器、 34は加算器、 35， 36 , 37， 38， 39， 40はサ ン プルホール ド回路、 41， 42は加算器、 4 3, 44 は減算器、 45， 46は乗算器、 47は 加算器である。 なお、 サ ンプルホール ド回路 35〜40によ るデータの取り込みは制御回路 24によって第 1 図中の発 光源 21 ， 22， 23の点滅と同期して行われる。
    [0124] 本装置の焦点誤差検出原理は従来例と同じく 回折格子 と して作用する情報記録面から情報を読み取る、 も し く は、 情報記録面に情報を書き込む際に、 情報記録媒体に よつて直接反射される 0 次光と情報 ト ラック列によって 反射回折される ± 1次光との閭に、 焦点誤差に応じた位 相差が生ずる という事実に基づいたものである。
    [0125] ただし、 従来例においては、 情報ビッ ト列によって反 射回折される ± 1次光と 0 次光との間の位相差を検出し ていた力 、 末実施例においては、 情報 ト ラック列によつ て反射回折される土 1次光と 0次光との間の位相差を検 出する。 従って、 従来例においては、 少なく と も局所的 には単一空間局波数を有する情報ピッ ト列を必要と した が、 木実施例においては情報記録媒体上の集光スポッ ト を情報ト ラックに対して垂直な方向に走查するこ とによ つて 0次光と 1次光との間の位栢差を検出するため、 情 報ビッ 'ト列が単一の空間周波数を もつことは全く 要求さ れないひ
    [0126] 続いて、 术装置の焦点誤差検出原理を従来例の説明で 用いた座標系 ， 情報記録媒体モデルを用いて更に詳し く 説明する。 本装置では集光点位置を情報 ト ラ ッ ク 5 に対 して垂直な方向に離散的に走査するので、 まず、 集光点 横移動の効果を数式で表現する必要がある。 第 3 図に示 すよ うに、 ^ 軸方向への集光点移動量を △ とすれば、 この Δ に対応する像点横移動の収差係数 は、
    [0127] Δ で与えられる。 従って、 対物レンズ射出瞳面上の照射光 振巾分布 a ( x , y )は、 a(x, y)
    [0128] と表すこ とができ る。 次に、 第 4図に示すよ うに（0 , 0 ) 次の反射光と （0 , 1 )次の反射回折光の干渉領域中に配置 された光検知器要素 30 ， 31上の反射光振巾分布 A y' )について考える。
    [0129] Αοο , ι は式 (8)を参照するこ とによ り 、
    [0130] A , Ι (Χ' , Υ' ) ~ R0 , o a ι -χ' ， — y' )
    [0131] l
    [0132] + R0 , l exp ( -2 τν i ) -a( -x'， -yH ) … ί
    [0133] q q
    [0134] で与え られる。 フ ^"リエ係数 R0，。と Ro , !の比を《い 位相 差を とすれば、
    [0135] Ro , = «i e R0 , o .·· <¾ が成立するから、 式^を式^に代入すれば、 式^は、
    [0136] A Χ' Υ' ) = R0 , o { a { -x' ， -y')
    [0137] . , Vo 1
    [0138] + χ e ΐί^ι exp ( -2 c [ ) · a (-χ' , -y '· -)
    [0139] q
    [0140] と書ける。 従来例の場合と同様に、 瞳関数の振巾を一定
    [0141] ( て （x,y) = l) と して、 式^を式^に代入すれば、 A , i (x' , Υ') = Ro , ο I exp C π i { ~^ιι Υ'+ W2 ο
    [0142] Γχ' 2+y' '； } 〕 + ο^ιΨι exp (~2,π {— ) - exp 〔 2 ττ i
    [0143] q
    [0144] { χι (-Υ'+—) +w2Q (x' 2+ (-y+^-) 2 } 〕 )
    [0145] q q J 8
    [0146] が成立し、 強度分布は式 を自乗することによ り 、
    [0147] AD 0 > 1 X' y ) ί 2 = I Ro ( l+ax ) 2
    [0148] 27Γ v0
    [0149] + 2 <¾ι cos [ Ψ — + 27Γ C
    [0150] q q
    [0151] 2y'
    [0152] + W20 ( ) 〕 I
    [0153] q q
    [0154] となる。 本実施例では、 集光点を情報ト ラッ クを横切る 方向に走査する、 即ち、 変化させることによ り 、 干 渉縝の位柜項中に現れている wZQ の大き さ と符号を検出 する も のである。 従つて、 第 2図および第 4図中に示さ れるよ うに、 X '方向に長 光検知器要素 30 , 31の出力電 流 IDI , ID2は次のように与えられる。-
    [0155] I Ψ
    [0156] +
    [0157] I Ψχ + 2ττ - ^ + 2πψ20 ( ( yi-i—— ）
    [0158] q q q 2
    [0159] +—— ) } 〕 ■■· 0) q
    [0160] ただし、 2個の光検知器要素の中心位置をそれぞれ yi - ， +テとし、 雨受光面の大きさは等しく 、 かつ、 ψ 方向の幅は X '方向の長さよ り十分小さいとした。 さ らに 光検知器の r方向の幅は干渉縞の周期よ り十分小さい場 合を考えている。 上式において、 は、 光検知器感度お よび受光面積に比例する定数である。 次に、
    [0161] I！ = ¾ I Ro , 0 I 2 · 2a1
    [0162] d = 2π ι χ q βι = - πν0 q とおいて、 式 ¾ ， （¾を書き改める と
    [0163] + 2TCW2 Q ( -丄 yi - +丄}
    [0164] 2 q
    [0165] 2
    [0166] + 2 πψ20 { —— ( yi + + ) 〕 (33)
    [0167] 2 となる。 最後に、 2つの検知器の差出力 IDF 和出力
    [0168] ISUM if算ー 9 る。
    [0169] = 2 I2 sin ( 27vW2 Q——） · sin { β1
    [0170] + d + 2πψ20 (一 2 yi
    [0171] ) }
    [0172] q
    [0173] = 2 Io + 2 I2 cos ( 2πψ △
    [0174] 20
    [0175] q
    [0176] 2 y:
    [0177] cos { βι + d + 27rW20 ( 十 ） } (3¾
    [0178] q q'
    [0179] 2個の光検知器の間隔が十分小さ く （ Δ << 1 )、 焦点ず れ量も小さく ( [ W2Q I < 1 )
    [0180] 2 πψ20—くく - 1 '··(36) q
    [0181] が成立する状態では、 r 厶 、 Δ
    [0182] sin 2πψ20一 ) = 2πψ20— "- (37)
    [0183] , Δ 、
    [0184] cos ( 27r W20― ) = 1 … (38) q
    [0185] とおけるので、 ^ ， （35)は次のように簡単化される。 IDF = 2 Ii * 2πψζο- ~ · sin C βι + d
    [0186] q
    [0187] + 2^ 20 C -— + - ) D … ） y q2
    [0188] ISUM = 2 I0 + 2 I2 · cos 〔 jSi + d '
    [0189] + 2π 2ΰ { - 〕 ·'· (40)
    [0190] 式 (39) ， （40)カ ら次のこ とが言える。
    [0191] (1) 差出力 IDF と和出力 ISUMの位相は ト ラ ッ クずれ量 vo ，像点横移動の収差係数 および像点縦移動の収差 (焦点ずれの収差） 係数 W2 Q に比例する。
    [0192] (2) IDF の振巾は W2() に比例する。
    [0193] (3) IDF と ISUM の位相ほ 90。ずれている。
    [0194] 従って、 IDFの振 ΓίΤを検出することができれば、 焦点 誤差信号を得ることができるわけであ り 、 以下では情報 記録媒体への照射光中の像点横移動の収差係数 を段 階的に変化させる （：即ち、 情報記録面上の集光点の位置 を情報 卜 ラ ッ ク を横^る方向に変位させる ） こ と に よつ て、 （ ο , ο ) 次光と （ 0， ± 1 ) 次光との干渉領域に生じ る干渉縞の縞走査を行い、 焦点誤差信号を得る方法につ いて述べる'。
    [0195] 式^で示した ！ に関する干渉縞の位相項 が 0 ,
    [0196] + ！ ， 一^ の時、 IDF , ISUMは式 9) , (40)カ ら
    [0197] IDF (0 ) = K2 W20 · sin ( βι + ^ι ···
    [0198] IDF C ） = K2W20 · sin ( βχ+ + ) ···
    [0199] IDF (SX ) = K2 20 - sin (β1+ d x+ ø x ) ■■■
    [0200] ISUMぐ 0) = K3 + K4 · cos C 3j + ) ·■· U ISUM ) = K3 + K4 · cos ( β! + d1 + 01 ) - ···
    [0201] ISUM — i) = + K4 · cos (^i - ^i + ^i ) ·■·· (46) ただし K2 = 2 I j · 2 π ― (47)
    [0202] q
    [0203] (48)
    [0204] K3 = 2 I, (49)
    [0205] Κ4 = 2 (50) で与え られる。 これ ら力 > ら 、
    [0206] IDF ( ー 1 ) + IDF Γθ)
    [0207] = 2Κ2 W20 sin ( β1 f- ) cos— (5-1)
    [0208] 2 2
    [0209] IDF (0 ) + IDF ( ) d
    [0210] = 2K2 W20 s in Γ /3i + ~ + ^x ) cos —1 (52) I sひ ¾r て一 1 ) 一 ί Sび Μ· f 0 )
    [0211] - Q
    [0212] = 2K4 W2Q sin C /9i -— 1 ) sin— i- (53)
    [0213] 3
    [0214] = 2K4 sin i/3! +— + i^r ) sin—
    [0215] 2 2 が成立する。 従って、 δ = π / として以下の演算を行 えば、 W2 Q の検出すなわち焦点誤差信号の発生が可能と なる。
    [0216] { IDF ( - —) + IDF ぐひ） } ' { ISUM C )
    [0217] 2 2 一 ISUM ίθ) } + { IDF- (0) + ID F (― ) } ·
    [0218] { I SUM o) ― I SUM ( — ) } . '
    [0219] = 2 . 2 π— W20 ··■ im
    [0220] 次に動作について説明する。 焦点誤差信号を発生させ るため、 本装置は以下のよ うに動作する。 まず、 発光'源
    [0221] 22を点灯し、 集光点を 26の位置'に もってく る。 第 1 図で は集光点26は情報記録面 4上に存在する情報トラック 5 の中心に位置する状態、 即ち、 焦点制御、 ト ラ ッキン グ 制御が完全に行われている状態が示されているが、 当然 のことながら、 集光点位置はこの状態に限る ものではな い。 この と き 、 光検知器の差出力 ， 和出力が rDFco) ， I SU O )であ り、 これ ら はそれぞれサンプルホ ール ド回 路 36 ， 39によって取り込まれ、 保持される。 次に、 発光 源 22を消灯し、 代わり に発光源 21を点灯する。 発光源 21 に対応する集光点は 25であ り 、 この位置は第 5 図に示す よ う に、 集光点位置 26よ り ト ラック間隔の 1 Z 4上方に ずれた位置である。 このと き、 光検知器の差出力 ， 和出 力力 * IDF( ) ， ISUM( /2 ) であ り 、 これ らの値は それぞれサンプルホール ド回路 37 ， 40によって取り込ま れ保持される。 最後に、 発光源 21を消灯し、 発光源 23を 点灯する。 この場合、 IDF (- ττΖ2 ) , I S UM、一 π/ 2ノカ 得 られる。 これら 3つの発光源 21 , 22 , 23を順次点滅して 得られた I D F , I s UMに対し、 サ ン プルホ ール ド回路以降 に配置された演算回路を用い、 式^の演算を行い焦点誤 差信号 S f が得られる。 · なお、 発光源と レて用いる半導 体レ ザは高速変調が可能であるから、 情報記録媒体に 記録されている信号の周波数帯域よ り十分高い周波数で 発光源の点滅を行えば、 記録信号に影響されない安定な 焦点誤差信号を得るこ とが可能となる。
    [0222] なお、 上記実施例では、 焦点誤差検出装置と しての説 明を行ったが、 この装置に ト ラ ッ キ ン グ誤差検出法と し て公知のラ ジアル ' ゥォブリ ング法を組合せる こ とは容 易であ る ぐ参考文献 ： G . Bouwhui s et a 1 , Principles of Optical Disc Systems "， Adam Hi lger ltd, p.p.73 - 75 ) o
    [0223] 第 6図はその 1 例と して ト ラ ッ キ ン グ誤差検出のため に必要な光検知器および演算回路を示したも のであ る。 - 図において、 48は焦点誤差検出用の光検知器要素 30 ， 3 1 の周辺領域を受光面とし、 情報記録媒体 4からの反射光 の う ち対物レンズ 9 を通過し、 半透鏡 7 で反射される成 分を全て受光するために設けられた光検知器要素である。
    [0224] は光検知器要素 30 , 31 , 48からの信号を加算するため の加算器、 5Όは帯域通過フ ィ ル タ 、 51 は乗算器、 52は 低域通過フィルタである。 このト ラッキング誤差検出回 路は以下のよ うに動作する。 まず、 第 1図中に示した発 光源を 21が中心となるよ う に、 例えば 2 1→22→23→22→ 2 1の順に時間ての閭隔（：局期 4 て ） でく り返し点灯する。 これによ り 、 情報記録面 4上の集光点は情報ト ラック 5 を横切るよ うに 25→26→27→26→25の順に走査される。 このと き、 情報記録媒体 3からの反射光のう ち対物レ ン ズ 9 を通過し、 半透镜 7で反射される成分は、 光検知器 要素 30 , 3 1 ， 48の 3つによって全て受光され、 電気信号 に変換される。 これら 3つの光検知器要素からの出力は、 加算器 49によつて加算され、 帯域通過フィ ルタ 49によつ て、 周波数 f ( f = 1 / 4 て ）の成分のみが抽出される。 最 後に、 制卸面路 24によって供給される周波数 f の基準信 号と、 上記帯域通過フィ ルタ 50の出力を乗算器 51によつ て位相比較し、 低域通過フィルタ 52によって周波数 2 f の成分を除く こ と -よつて ト ラッキング誤差信号 S t を 得るこ とができる。
    [0225] 又、 ッイ ン スポッ ト法（：参考文献 ： G . BouWhi s et a l , Principals of Optical Disc Systems " , Adam Hi lger Ltd , P.p. 71-72 ) と同様に機能する第 7図の回路を用いる こ とによっても、 容易に ト ラッキング誤差信号 S t を得る こ と がで き る。 第 7図において、 53は発光源 21が点灯し た時、 情報記録媒体 3 からの反射光成分によ る電気信号 を取り込み保持するためのサ ン プルホ ール ド回路、 54は 発光源 23が点灯した時の上記電気信号を取り込み保持す るためのサン プルホール ド回路である。 減算器 55によつ て、 これら 2つのサン プルホ ール ド回路 53 , 54の出力に 対し差演算を行えば、 ト ラ ッ キ ン グ誤差信号が得られる c と ころで、 第： I 図に示した実施例においては、 発光源 と して 3 つの分離した半導体レーザを用いたが、 これ ら の代わ り に、 各要素が独立に制御可能な半導体レーザァ レ 参 文献 ： £ . Kapon e t al， Control of mutual phase locking of monol i thical ly integrated semiconductor lasers " , Ap l . Phys . Lett . , 43, (5), pp.421— 423 (1983) .) も し く は、 発光端面における発光位置を外部信号によつ て制御できる発光源 （参考文献 ： 柴田 他 ， "レーザー ト ラ ン ジス タ " ， 0 plus E, No.67,pp.114-121 C1985) いるこ と も可能である。
    [0226] 又、 情報記録面 5 上の集光点位置を情報 ト ラ ッ ク を横 切る方向に走査、する方法と しては、 第 8図に示すよ う に、 音響光学偏向器 56を発光源 22と対物レ ンズ' 9 の間に配置 する方法も考え られる。 さ らに又、 波長可変の発光源が 使用可能の場合には、 第 9図に示すよ うに、 偏向手段と して波長分散の大きい回折格子 57を用いれば、 発光源 58 の発振波長を変化させるこ とによ り、 集光点位置の走査 が可能となる。 発振波長可変の発光源としては、 例えば、 注入電流によ り波長が変化でき る ものと して、 半導体レ —ザが知られている （：参考文献 ： L.Goldberg et al, Frequency- Modui at i on Characterist ics of Coupled Stripe Laser Diode Ar y IEEE J . Quantum Electron. , QE- 2 , pp. 513 - 516(198 &) . ) 0
    [0227] 産業上の利用可能性
    [0228] この発明は光ディ-スグ装置などの光学式情報記録再生 装置の集光スポッ ト位置検出装置に限らず、 他の光学的 記録媒体あるいは物^への光スポッ ト位置検出にも適用 でき る。 .
    权利要求:
    Claims請. 求 の 範 囲
    (1) 発光源と、 該発光源から出射光束を情報 ト ラ ッ クを 有する情報記録媒体上へ集光照射する集光手段と、
    前記情報記録媒体からの反射光束と前記出射光束を分 離する光束分離手段と、
    前記反射光束を電気信号に変換する光検知器と、 該光検知器の出力信号から前記集光手段の焦点補正お よ び ト ラ ッキ ング補正を行う ための制御信号を作成する 制御信号発生回路とを備えた光学式情報記録再生装置の 集光スポッ ト位置検出装置において、
    上記発光源と して、 その点滅が制御回路によって制御 される複数の,発光源が、.その集光点が上記情報記録媒体 上で上記情報 ト ラックに対し垂直な方向に並列されるよ う に配置され、
    上記光検知器は情報 ト ラ ッ クに平行な方向を長手方向 とするよ う な受光面を有する 2個以上の光検知器要素か ら構成され、 情報記録媒体からの遠領域に配置されてお b、
    かつ、 上記発光源の点滅と同期して上記光検知器の光 検知器要素の差出力信号 ， 和出力信号をサンプルホール ドし そのサンプルホール ド出力を演算するこ とによ り焦 点誤差信号を得る演算回路を備えたこ とを特徴とする光 学式情報記録再生装置の集光スポッ ト位置検出装置。
    (2) 上記発光源は 3個設けている こ とを特徴とする 、 請求の範囲第 1項記載の光学式情報記録再生装置の集光 ス ポッ ト位置検出装置。 *
    (3) 上記複数の発光源によって情報記録媒体上に形成さ れる隣接集光スポッ トの情報ト ラックを横切る方向の間 隔が情報トラック間隔の 1 / 4であるこ とを特徵とする 請求の範西第 1項ないし第 2項記載の光学式情報記 録再生装置の集光スポッ ト位置検岀装置。
    (4) 前記発光源の点滅のく り返し周波数が情報記録媒体 に記録されている情報信号の周波数帯域よ り も大きいこ とを特徵とする 、 請求の範囲第 1項ないし第 2項記載 の光学式情報記録再生装置の集光ス ッ- ト位置検出装置,
    (5) 上記制御信号発生回路は上記全ての光検知器要素か らの和出力信号を甩い、 ゥォプリ ング法によって トラッ キング誤差信号を得る も のであることを特徵とする 、 請求の範囲第 1項記載の光学式情報記録再生装置の集光 スポッ ト位置検出装置。
    (6) 上記制御信号発生回路は上記全ての光検知器要素か らの和出力信号を、 発光源の点滅と同期にサンプルホー ソレ ドし、 これ らサンプルホール ドされた出力の差出力か ら ト ラツキング誤差信号を得る ものであるこ とを特徴と する 、 請求の範囲第 1項記載の光学式情報記録再生装 置の集光ス ポ ッ ト位置検出装置。
    (7) 前記複数の発光源として、 各要素が独立して制御可 能な半導体レーザァレイ を用いることを特徴とする 、 請求の範囲第 1項記載の光学式情報記録再生装置の集光 ス ポッ ト位置検出装置。
    (8) 前記複数の発光頹と して、 発光端面における発光位 置を制御できる発光装置の発光源を用いるこ とを特徴と する 、 請求の範囲第 1 項記載の光学式情報記録再生装 置の集光スポッ ト位置検出装置。
    0) 前記複数の発光源の代わ り に、 音響光学変調器を用 いて情報記録媒体上の集光ス ポッ ト位置を走査する こ と を特徵とする、 請求の範囲第 1項記載の光学式情報記 録再生装置の集光ス ポッ ト位置検出装置。
    前記複数の発光源の代わケに、 単一の波長可変な発 光頹と回折格子を用い情報記録媒体上の集光ス ポッ ト位 置を走査することを待徴とする 請求の範囲第 1 項記 載の光学式情報記録再生装置の集光ス ポッ ト位置検出装
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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