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JPH0630160B2 - Optical head - Google Patents
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JPH0630160B2 - Optical head - Google Patents

Optical head

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Publication number
JPH0630160B2
JPH0630160B2 JP58119388A JP11938883A JPH0630160B2 JP H0630160 B2 JPH0630160 B2 JP H0630160B2 JP 58119388 A JP58119388 A JP 58119388A JP 11938883 A JP11938883 A JP 11938883A JP H0630160 B2 JPH0630160 B2 JP H0630160B2
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JP
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light
photodetector
objective lens
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lens
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Japanese (ja)
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秀夫 安東
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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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。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an information storage medium such as a CD (compact disc) for DAD, a video disc, an image file, a still image file, and a COM (computer output memory). The present invention relates to an optical head used in a reproducing or recording / reproducing apparatus or the like capable of reading at least information by irradiating focused light on the optical head.

(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。
(Technical Background of the Invention and Problems Thereof) In the above-mentioned optical head, the beam waist of the focused laser light is formed on the information forming layer (recording layer or light reflecting layer) of the information storage medium such as an optical disc or a video disc. It is required that (the most narrowed portion) be formed. For this reason, usually, the defocus of the laser light on the information forming layer is detected, and the objective lens is moved by this detection signal to adjust the focus.

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。
By the way, recently, as a method for detecting the defocusing of the laser beam on the information forming layer, FIG. 1 (a), (b), (c)
Or, as shown in FIGS. 2 (a), (b), and (c),
A light extraction member for extracting a laser beam asymmetrically with respect to this optical axis, for example, a knife edge d, in the middle of a reflection optical path c of a light beam reflected from the information forming layer a and passing through the objective lens b.
Alternatively, a lens f, such as an aperture e, and a photodetector i having two photodetecting cells g and h are provided, and defocusing is detected as the movement (arrow direction) of the beam spot i on the photodetector i. The proposed method is proposed. That is, in FIG. 1A or FIG. 2A, when the laser light c is focused on the information forming layer a, the reflected light passing through the objective lens b becomes parallel to the optical axis. The light (beam spot) extracted by the knife edge d or the aperture e is located at the boundary between the first photodetecting cell g and the second photodetecting cell h.

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。
However, as shown in FIG. 1 (b) or FIG. 2 (b), when the information forming layer a and the objective lens b are too close to each other to be in focus, the reflected light passing through the objective lens b is light. The light (beam spot) that spreads outwardly gradually away from the axis and passes through the knife edge d or the aperture e impinges on the first detection cell s so as to be positioned above. On the contrary, as shown in FIG. 1C or FIG. 2C, when the information forming layer a and the objective lens b are too far apart from each other to be in focus, they pass through the objective lens b. The reflected light is focused inward so as to gradually approach the optical axis, and the light (beam spot) passing through the knife edge d or the aperture e hits the second detection cell h located below. Become.

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。
The above optical system has the following problems because the photodetector i is arranged at the position of the condensing point on the photodetector i side during focusing.

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。
I) When the focused light focused by the objective lens b passes over the pit as signal information in the information forming layer a of the information storage medium at the time of focusing, the pit of the pit of the pit of the photodetector i side is passed. An imaging pattern appears. The image formation pattern of this pit becomes a disturbance noise signal when viewed from the entire defocus detection system.

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。
II) When information is recorded on or reproduced from the information forming layer a of the information storage medium, it is usually focused on the light reflecting layer through a substrate made of a transparent material. Therefore, the objective lens b is designed to collect light through a transparent substrate. However, when the substrate tilts due to a large warp or waviness generated in the information storage medium a, aberrations such as coma occur. Therefore, at the time of focusing, an imaging pattern including coma appears on the photodetector i. Then, even when the light is focused, the light amounts of the light irradiated to the light detection cells g and h are unbalanced and are erroneously detected as if the defocus occurs.

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。
III) The spot has a specific size in the vicinity of the condensing point due to the influence of light diffraction (light wave nature). Therefore, when the photodetector is arranged at the position of the focal point on the photodetector side at the time of focusing, the defocus detection sensitivity in the vicinity of the focusing point becomes smaller than the value calculated geometrically.

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。
IV) Since the spot size at the condensing point is very small, in the case of an optical system in which a photodetector is placed, even if the photodetector i slightly shifts due to temperature change, etc. Despite the existence, it is falsely detected as if defocus occurs and the focus is blurred.

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。
V) When the detection system lens itself has a large aberration (for example, spherical aberration), the position of the smallest random circle deviates from the Gaussian image plane, so the defocus detection characteristic near the in-focus position deteriorates, and the detection impression It becomes dull.

(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。
(Problems to be Solved by the Invention) In recent years, in order to solve the above problems I) to V),
An optical head in which the photodetector i is arranged at a position slightly shifted from the focal position of the objective lens b is proposed as shown in FIGS.

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。
According to FIG. 3, the optical axis of the detection optical system is passed through the gap region k of the photodetector i. That is, the intersection of the optical axis of the detection optical system and the photodetector i is located within the gap region k of the photodetector i having low detection sensitivity. Here, at the time of focusing, the state of FIG. 3 (a) is provided, and the beam spot j on the photodetector i is formed as shown in FIG. 4 (a).

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。
As is clear from FIG. 3B, when the storage medium a and the objective lens b are defocused in the direction of approaching each other, the area of the beam spot j on the photodetector i is equal to that of the storage medium a and the objective lens b. It increases as the distance to b decreases.

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。
As is apparent from FIG. 3C, when the storage medium a and the objective lens b are defocused in the direction away from each other, the area of the beam spot j on the photodetector i is equal to that of the storage medium a and the objective. The distance is gradually reduced as the distance from the lens b increases, and the light is condensed at a certain point at a point having substantially no area.

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。
In the optical head described above, a defocus detection signal that increases substantially linearly is obtained in the state of FIG. 3 (b), but in the state of FIG. 3 (c), the output from the photodetector i is substantially Sometimes becomes “0”. Therefore, when the distance between the storage medium a and the objective lens b is increased to an undesired level, there is a problem that focus control regarding the objective lens b cannot be performed.

(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。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide an optical head that can reliably provide a defocus detection signal regardless of the state of laser light guided to a photodetector.

(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。
(Means for Solving the Problems) The present invention has been made based on the above-mentioned problems, and collects the irradiation light irradiated onto the information storage medium, and the condensed irradiation light stores the information. Condensing means for re-introducing the reflected light reflected on the medium, and image formation on the information storage medium at the time of focusing when the converging point of the irradiation light condensed by the condensing means coincides with the information storage medium A detection unit arranged at a position displaced from the position, having a plurality of detection regions for detecting the reflected light condensed by the condensing unit, and at least one detection region being located on the optical axis of the reflected light; Light extraction means for moving the beam spot of the reflected light focused on the detection means in response to the displacement of the information storage medium from the focus point of the irradiation light focused by the light focusing means And the above photodetector Provides an optical head characterized in that at least one detection region is arranged on the optical axis of the reflected light.

(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。
(Operation) According to the optical head of the present invention, the optical axis defined between the objective lens and the projection lens is passed through one of the detection regions of the photodetector having the first and second detection regions. It Further, the width of the gap defined between the first and second detection areas is defined to be about the same as the minimum circle of confusion of the laser light focused through the objective lens and the projection lens. . Further, the photodetector is arranged on the optical axis at a position different from the focal positions of the objective lens and the projection lens.

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。
Therefore, when the objective lens is in focus, beam spots having substantially equal areas are formed in the first and second detection regions of the photodetector. On the other hand, when the objective lens approaches the storage medium, the area of the beam spot formed in the detection region not including the optical axis is increased with respect to the two detection regions. On the other hand, when the objective lens moves away from the storage medium, the area of the beam spot formed in the detection region not including the optical axis is gradually reduced, and the beam spot remains only in the detection region including the optical axis.

(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。
(Embodiment of the Invention) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 5, the laser beam generated from the laser device 1 is converted into parallel light by the collimator lens 2 and guided to the polarization beam splitter 3. The parallel laser beam reflected by the polarization beam splitter 3 is
The light passes through the quarter-wave plate 4 and enters the objective lens 5, and is focused by the objective lens 5 toward the information forming layer (information storing layer or light reflecting layer) 7 of the information storing layer 6. The objective lens 5 is supported by a voice coil 8 so as to be movable in the optical axis direction. When the objective lens 5 is positioned at a predetermined position, the focused laser beam waist emitted from the objective lens 5 is transferred to the information forming layer 7. The minimum beam spot is projected on the surface and is formed on the surface of the information forming layer 7. In this state, the objective lens 5 can be kept in focus and information can be written and read. When writing information, pits are formed in the tracking guide (pre-group) 9 on the information forming layer 7 by the laser beam whose light intensity is modulated, and when reading information, the laser beam having a constant light intensity. Are modulated by the pits formed in the tracking guide 9 and reflected.

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。
The divergent laser beam reflected from the information forming layer 7 of the information storage medium 6 is converted into a parallel light flux by the objective lens 5 at the time of focusing, passes through the 1/4 wavelength plate 4 again, and then enters the polarization beam splitter 3. Will be returned. By reciprocating the 1/4 wavelength plate 4 of the laser beam, the plane of polarization is rotated by 90 degrees as compared with the case of being reflected by the polarization beam sputter 3.
From this, the laser beam whose plane of polarization is rotated is not reflected by the polarization beam splitter 3 and passes through this polarization beam splitter 3. The laser beam that has passed through the polarization beam splitter 3 is divided into two systems by the half mirror block 10, one of which (track deviation detection system) is divided into a first photodetector 12 by a convex lens 11.
Is irradiated. The first signal detected by the first photodetector 12 includes the information recorded in the information storage medium 6,
It is sent to the signal processing device and converted into digital data.
The other laser beam (focus blur detection system) divided by the half mirror block 10 is asymmetrically extracted as an objective lens on the optical axis 14 by the light shielding plate (light extraction means) 13, and passes through the projection lens 15. After that, the light is incident on the second photodetector 16 including the first photodetection cell 16-1 and the second photodetection cell 16-2. Here, the light shielding plate 13
May be any of prisms, aperture slits, knife edges and the like. Second photodetector 16
The signal detected in (1) is processed by a focus signal generator (not shown), and the focus signal generated from this focus signal generator is given to the voice coil drive circuit.
The voice coil drive circuit drives the voice coil 8 according to the focus signal, and maintains the objective lens 5 in a focused state. When the tracking guide 9 formed on the information forming layer 7 of the information storage medium 6 is accurately traced, the signal from the second photodetector 16 may be processed to operate the linear actuator. Alternatively, the objective lens 5 may be moved in the lateral direction, or a galvanometer mirror (not shown) may be operated.

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。
The relationship between the focal lengths of the objective lens 5 and the projection lens 15 and the second photodetector 16 in the optical head shown in FIG. 5 will be described below in detail with reference to FIGS. 6 and 7. . According to FIGS. 6 and 7, the second photodetector 16
The light receiving surface of is arranged not in the image forming position of the beam waist spot in the focused state but in the vicinity thereof, that is, in a position slightly deviated from the image forming position toward the projection lens 15 side, for example. Further, at the time of focusing, the light detection cell 16-
The photodetector 16 is arranged so that the total sum of the laser light radiated to 1 and the total sum of the laser light radiated to the photodetection cell 16-2 are equal. From this, the light detection cell 1
The position of the intermediate point (center point of the gap region) 21 'between 6-1 and 16-2 is displaced from the position of the point 14' where the optical axis 14 of the detection optical system and the photodetector 16 intersect. Further, a point 14 'where the optical axis 14 of the detection optical system and the photodetector 16 intersect
Is always in the gap region 21 (second photodetector cell 16-2
The width 21 ″ of the gap region 21 is sufficiently narrowed so as to exist in the cell 16-1 and the cell 16-.
The width (gap) 21 ″ of the gap 21 between the two is preferably defined to be approximately the same as the circle of least confusion of the laser light focused through the objective lens 5 and the projection lens 15. At the time of focusing, as shown in Fig. 6 (a), the beam spot 22 is formed at the center of the light receiving surface of the second photodetector 16. That is, the beam waist spot is formed on the information forming layer 7, The laser beam reflected by the information forming layer 7 is converted into a parallel light flux by the objective lens 5 and directed to the light shield plate 13. The light shield plate 13 forms the optical axis 1
The laser light extracted asymmetrically with respect to 4 is focused by the projection lens 15 and projected onto the second photodetector 16. Here, the beam spot 22 as shown in FIG. 7A is formed. At this time, the light amounts applied to the first detection element 16-1 and the second detection element 16-2 are equal. Next, when the objective lens 5 approaches the information forming layer 7, the beam waist is generated when the laser beam is reflected on the information forming layer 7 as shown in FIG. That is, the beam waist is generated between the objective lens 5 and the information forming layer 7. In such an out-of-focus state, the beam waist is reflected by the information forming layer 7 as is apparent from the assumption that the beam waist normally functions as a light spot within the focal length of the objective lens 5, and is reflected from the objective lens 5. The emitted laser beam is converted into a divergent laser beam by the objective lens 5. Since the laser beam component that has passed through the light shielding plate 13 is also divergent, this laser beam component is focused toward a point farther than the focusing point at the time of focusing. At this time, the beam spot 22
Is displaced upward from the center of the light receiving surface of the photodetector 16 as shown in FIG. 7B, and is formed larger than the beam spot 22 at the time of focusing. Further, as shown in FIG. 6 (C), the objective lens 5 has the information forming layer 7
The laser is reflected by the information forming layer 7 after forming the beam waist when the laser beam is separated from. In such an out-of-focus state, since the normal beam waist is formed outside the focal length of the objective lens 5 and between the objective lens 5 and the information forming layer 7, the reflected laser beam from the objective lens 5 to the light shielding plate 13 is reflected. The beam will be convergent. Therefore,
The laser beam component that has passed through the light shielding plate 13 is further focused by the projection lens 15 and projected onto the light receiving surface of the second photodetector 16. At this time, the beam spot 22 is
As shown in FIG. 7C, the first and second detection elements 16-
1, 16-2, a position slightly deviated from the center 21 'of the gap region 21, that is, the second detection element 16-2.
The light beam is focused once on the upper side, and is inverted downward when the defocusing further proceeds.

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
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
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。
Next, referring to FIGS. 8 to 13, depending on the position of the beam spot of the reflected light irradiated on the second photodetector 16 of the optical head shown in FIG. The principle by which the focus / non-focus of the medium 6 can be detected will be described in detail. Beam spot 2 formed on the second photodetector 16
2 and the relationship between the change in the size of the beam spot 22 and the change in the distance between the objective lens 5 and the storage medium 6 are reflected by the storage medium 6, and the objective lens 5 and the projection lens 15 are sequentially arranged. It is estimated by obtaining the amount h 3 of the beam spot of the reflected light that has passed through the photodetector 16 being deflected. The amount h 3 by which the beam spot of the reflected light is deflected
Can be obtained by geometrically explaining the change in the ray trajectory of the reflected light traveling from the storage medium 6 to the photodetector 16. Incidentally, FIG. 8 is an optical path characteristic diagram schematically showing a ray trace (optical path) of the optical head shown in FIG.
Further, in tracing the ray trajectory, in the optical head shown in FIG. 5, the position where the second photodetector 16 is arranged is different from the focal positions of the objective lens 5 and the projection lens 15. First, the ninth
Using FIG. 11 to FIG. 11, assuming that the photodetector 16 is placed at the focal position of the lenses 5 and 15, the deflection amount h
Ask for 3 . Subsequently, using FIG. 12 and FIG. 13,
The deflection amount h 3 obtained from FIGS. 9 to 11 will be verified with the position of the photodetector 16 moved along the optical axis 14.

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
だけ離間した点を通過し、集束されるものを示して
いる。
As shown in FIGS. 9 (a), (b), and (c),
It is assumed that the second photodetector 16 is arranged on the image plane of the beam waist spot in the focused state.
The geometrical optical image forming system of the objective lens 5 can be represented as shown in FIG. Here, f 0 indicates the focal length of the objective lens 5, and δ indicates the moving distance of the objective lens 5 or the information forming layer 7 of the information storage medium 6 from the time of focusing to the time of defocusing. To do. A ray axis trace shown by a solid line in FIG. 10 is emitted from the beam waist, passes through a point on the main surface of the objective lens 5 and is separated from the optical axis by a distance h 0 , and is focused. Is shown.

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。
At the time of focusing shown in FIG. 9 (a), as is clear,
δ = 0.

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)。
On the other hand, in the non-focus state shown in FIG. 9B, the information storage medium 6 is close to the objective lens 5 by the distance δ, and the beam waist is formed by being reflected by the information forming layer 7.
The beam waist is twice as close to the objective lens 5 (when it is close, δ> 0).

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。
Further, in the non-focus state shown in FIG. 9C, the information storage medium 6 is separated from the objective lens 5 by the distance δ, and after forming the beam waist, the laser beam has a beam waist behind the information forming layer 7. As formed, the beam waist will be separated from the objective lens 5 by 2δ.

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
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及びβは、以下の
式(1)及び(2)によって示される。即ち、β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。
By the way, when focusing, the beam waist is the objective lens 5.
If it is formed at the focal position of
When only moved, as shown in FIG. 10, the distance between the beam waist and the main surface of the objective lens 5 is (f 0 +
2δ). Here, if the beam waist is regarded as a light spot, the angles β 0 and β 1 in FIG. 10 are expressed by the following equations (1) and (2). That is, β 0 is The imaging formula of the lens is Therefore, equation (1) is Is shown.

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。
However, FIG. 9 shows a ray axis trace in the optical system of the projection lens 15, and the projection lens 15 is treated as a pair of combination lenses 15-1 and 15-2.

ここで、レンズ15−1,15−2は、それぞれ、焦点
距離f,f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が距離δだけ
変化した場合の距離とすれば、 F(δ)=(f+f /2δ)−1 であるから、(3)式は、 y=h[1−aF(δ)]…(4) と変形できる。従って、 h=y/[1−aF(δ)]…(5) が得られる。
Here, the lenses 15-1 and 15-2 have focal lengths f 1 and f 2 , respectively, and the light shielding plate 13 is arranged at a position separated from the main surface of the objective lens 5 by a, and the objective lens 5 The main surface of the lens 15-1 is disposed at a position separated from the main surface by L, and further separated from the main surface of the lens 15-1 by H and the main surface of the lens 15-2 is separated by 1 again. It is assumed that the light receiving surface of the second photodetector 16 is arranged. A ray axis trace indicated by a solid line in the drawing shows a light transmitting surface of the light shielding plate 13 which is focused by the objective lens 5 and is separated from the optical axis by y (image height). Where the distance y is It is represented by. Here, if F is the distance when the focal length f 0 changes by the distance δ, then F (δ) = (f 0 + f 0 2 / 2δ) −1 , and therefore the equation (3) is y = It can be transformed into h 0 [1-aF (δ)] (4). Therefore, h 0 = y / [1-aF (δ)] (5) is obtained.

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は、 で表わされる。
Further, the position h 1 from the optical axis where the light ray passes on the main surface of the lens 15-1 is It is represented by.

この(6)式に関し、(2)式と同様にして角度β
求めれば、角度βは、 で表わされる。
In this context (6), by obtaining the angle beta 2 in the same manner as (2), the angle beta 2 is It is represented by.

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、及び、入射角β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
(即ち、偏位量)は、それぞれ、 及び、 で表わされる。
Similarly, the position h 2 of the light ray passing through the main surface of the lens 15-2 from the optical axis and the incident angle β 3 of the light ray on the light receiving surface of the second photodetector 16 are similarly incident on the optical axis. Position h from
3 (that is, the amount of deviation) is as well as, It is represented by.

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=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。
As described above, the optical system shown in FIGS. 10 and 11 is in focus, that is, at δ = 0, the light beam is focused on the second photodetector 16 at h 3 = 0. Therefore, under this condition, F (0) = 0, and equation (10) becomes It is represented by.

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。
Further, since only the light ray outside the optical axis is extracted by the light shielding plate 13, y ≠ 0. Therefore, equation (11) becomes Is rewritten as By simplifying (10) in this equation (12), Or Is obtained.

ここで、“δ<<f ”が満足される(δが充分に小
さい)場合には、 (a−f)<<f /2δ であるから、 が満足される。
Here, when “δ << f 0 2 ” is satisfied (δ is sufficiently small), (a−f 0 ) << f 0 2 / 2δ Is satisfied.

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/β(倒立像) として表わされる。ここで、δ=0におけるβは、 β=−h/f=−y/fであるから、 が得られる。
Next, when focused (δ = 0), the lateral magnification m of the beam waist image formed on the light receiving surface of the photodetector 16 with respect to the beam waist formed on the information forming layer 7 of the information storage medium 6 is , M = −β 0 / β 0 (inverted image). Here, since β 0 at δ = 0 is β 0 = −h 0 / f 0 = −y / f 0 , Is obtained.

ここで、(12)式を用いて(16)式からfを消去すれば、 となる。この式で、fについて解けば、 と表される。一方、実際の光学系ではf=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。
Here, if f 2 is eliminated from equation (16) using equation (12), Becomes If we solve for f 1 in this equation, Is expressed as On the other hand, in an actual optical system, it is considered that f 1 = H is not set, Can be transformed.

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/β”及びf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。
Similarly, considering the case where an erect image is formed,
“M = β 0 / β 3 ” and f 1 are It is represented by. This equation (18) is Therefore, if f2 is calculated using equation (12), Is obtained.

ここで、(20)式を(13)式に代入してh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)<<f /2δ の範囲においてのみ成り立つ}が得られる。
Here, by substituting the equation (20) into the equation (13) and expressing h 3 by the lateral magnification m, as well as, {However, the above equations (21) and (22) are satisfied only in the range of (a−f 0 ) << f 0 2 / 2δ}.

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=∞となり、であるから、一
方、f=l及びm=f/fであるから、(22)式
は、 と書換えられる。
Here, if the projection lens 15 in the optical system of FIG. 11 is a single lens, then f 2 = ∞, and since f 1 = 1 and m = f 1 / f 0 , Equation (22) is Is rewritten as

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。
Up to this point, it is considered that the light emitted from the laser device 1 enters the objective lens 5 as parallel light via the collimator lens 2 and is condensed at the focal position of the objective lens 5.

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。
However, in an actual optical head, as shown in FIG. 12, the focal position of the objective lens 5 and the focal point of the laser light are b (b ≠ b ≠
There are quite a few optical heads that are offset by 0).
A consideration is added to the optical behavior in this case.

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。
According to FIG. 12, regarding the laser light irradiated onto the information storage medium 6, the optical system after being reflected from the surface of the information forming layer 7, that is, the objective lens 5 and the detection system lens (projection lens) 15 is shown. An example is shown in which it is handled as one synthetic lens. Let f * be the focal length of the synthetic lens, and c be the distance from the front focal position of the synthetic lens to the information forming layer (focus point of laser light) 7 when the focus is achieved. The optical path of the reflected light when the information storage medium 6 is deviated from the focal point by δ is obtained by the same method as the calculation from the equations (1) to (22).
Considering the objective lens 5 and the detection system lens 15 as one composite lens, from FIG. Is obtained.

ここで、hについて解くと、 h=−β×(f+c+2δ)が導かれる。従っ
て、βは、 と規定される。
Here, when solving for h *, h * = -β 0 × (f * + c + 2δ) is derived. Therefore, β 3 is Is prescribed.

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=0となり、この時の結像倍率m
は、 ±m=−β/β 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。
Here, when the photodetector 6 is arranged at the image forming point when the focal point of the laser light and the position of the information forming layer 7 coincide (when δ = 0), h 3 = 0 when δ = 0. , Imaging magnification m at this time
Is ± m = −β 0 / β 3 , so that m = ± f * / c. Therefore, c = ± f * / m; {however, m is always a positive number, and it is defined as an inverted image when + m and an upright image when −m}.

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。
On the other hand, if the distance from the principal point on the rear side of the synthetic lens to the photodetector 16 is A, Is guided.

このとき、任意のβに対し、δ=0の場合には、h
=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。
At this time, when δ = 0 for arbitrary β 0 , h 3
Since 0, A = f * (1 ± m) (25) is satisfied. Substituting equation (25) into equation (24), Is obtained.

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。
Next, when the focal position of the objective lens 5 and the focal point of the laser are deviated by “b”, “2δ” is transformed into “2δ + b” in the equations (1) to (10), The ray tracing formulas hold as they are. Therefore, from equation (5), Is guided. By substituting equation (27) into equation (1), Is obtained. Here, by substituting equation (28) into equation (26), Becomes

この場合、a=0が成立するならば、式(29)は、 と変形される。In this case, if a = 0 holds, equation (29) becomes Will be transformed.

また特に、“f+b>>2δ”の範囲においては、 と書き表せる。In particular, in the range of “f 0 + b >> 2δ”, Can be written as

(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とする。ここ
で、(25)式より明らかなように A=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。
Since the expressions up to (31) are calculation expressions for the case where the photodetector 16 is arranged at the position of the image forming point of the information storage medium 6 with respect to the information storage medium 6 at the time of focusing, the information storage medium 6 at the time of focusing is used. The optical behavior when the photodetector 16 is arranged at a position deviated from the image forming point with respect to the information forming layer 7 will be considered. Here, the entire optical system is regarded as one compound lens.
At the time of focusing, that is, when one focal point coincides with the position of the information forming layer 7 of the information storage medium 6, from the rear principal point of the synthetic lens in the direction farther from it to the other focal point (above). The distance from the focal point to the image formation point) is A 0 . Here, as is apparent from the equation (25), A 0 = f * (1 ± m) ... (32) is obtained. Here, it is apparent from the other formulas already described that m is the lateral magnification and f * is the focal length of the compound lens.

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−Δ=f(1±m)−Δ…(33) で与えられる。
On the other hand, compared to the position specified by this equation (32),
When the photodetector 16 is arranged at a position closer to the compound lens side by Δ, the distance A from the rear principal point of the compound lens to the photodetector 16 is A = A 0 −Δ = f * ( 1 ± m) −Δ ... (33)

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を求めると、hは、 となる。ここで、(28)式を代入すると、 が得られる。
By substituting the equation (33) into the equation (24) and sequentially calculating the above equations to obtain the deviation amount h 3 between the center of the beam spot projected on the photodetector 16 and the optical axis, h 3 is Becomes Here, substituting equation (28), Is obtained.

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。
However, in the equation (34), since Δ does not take a very large value, “Δ << f * ” is satisfied, and in order to increase the defocus detection sensitivity, it is defined as “m >> 1”. In many cases, equation (34) is Can be approximated by

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、|
|は単調増加し、その後、|h|が一旦小さくな
った後、再び増大される。
From this equation (35), the photodetector 16 is brought closer to the detection system lens 15 than the focal point at the time of focusing (lens 15 is Δ> 0.
Objective lens 5
Is approaching the information storage medium 6 (δ <0), |
h 3 | monotonically increases, and then | h 3 | once decreases and then increases again.

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|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。
Here, the change in the size of the beam spot 22 on the photodetector 16, that is, the increase in | h 3 | is faster than the case where the objective lens 5 moves away from the information storage medium 6 (δ> 0). Therefore, the photodetection cells 16-1 and 16-2 are swiftly protruded, and the optical defocus detection signal becomes small.

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
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|は、単調増加する。
On the other hand, when the photodetector 16 is placed away from the detection system lens 15 and at a position where Δ <0 is satisfied, the opposite behavior is exhibited. That is, the lens 15 has Δ <
When it is arranged at a position where 0 is satisfied, | h 3 | in the state where the objective lens 5 approaches the storage medium 6 (δ <0).
Once increases to “0” (or a very small size) and then increases, and | h 3 | monotonically increases when the objective lens 5 is away (δ> 0).

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|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。
In this case, the change in the size of the beam spot 22 on the photodetector 16, that is, the change in the size of | h 3 |, occurs when the objective lens 5 approaches the storage medium 6 (δ <0). , Does not extend outside the photodetection cells 16-1 and 16-2. In other words, the defocus detection signal is reliably provided even when the objective lens 5 is largely displaced from the in-focus position.

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。
By the way, in the optical head shown in FIGS. 5 to 7 and FIGS. 8 to 13, the second photodetector 16 is used.
Is arranged at a position different from the focal position of the objective lens 5 and the projection lens 15 and slightly displaced to the projection lens 15 side. Therefore, the diffraction pattern of the tracking guide 9 on the storage medium 6 is also projected in the beam spot 22 on the photodetector 16. In this case, there is a problem that the diffraction pattern of the tracking guide 9 projected on the photodetector 16 moves due to the converging spot on the information forming layer 7 of the storage medium 6 crossing the track.
This may cause a malfunction in the focus control for moving the objective lens 5 to the in-focus position using the size of the beam spot 22 on the photodetector 16.

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。
From this fact, as shown in FIG. 14 or FIG. 15, the direction of projection onto the photodetector 16 through the optical system and the beam spot 22 on the photodetector 16 at the time of defocusing
It is preferable to dispose the photodetector 16 so that the direction in which is moved and the direction of the track of the information storage medium 6 are parallel.

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。
In this case, as is clear from FIG. 16, the information storage medium 6
When the focused spot on the information forming layer 7 crosses the track, the diffraction pattern 23 of the tracking guide 9 is moved on the photodetector 16 in the direction of arrow 23 '. On the contrary,
The beam spot 22 on the photodetector 16 at the time of defocusing is moved in the direction of arrow 22 '. Therefore, even when the diffraction pattern of the tracking guide 9 is projected in the beam spot 22 on the photodetector 16, it is possible to reliably detect defocus.

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。
17 to 20 show another embodiment of the present invention. In the example shown in FIGS. 17 to 20,
The objective lens 5, the information forming layer 7 of the storage medium 6, the projection lens 15, and the photodetector 16 are virtually shown.
In each example, 24 is a mirror, 25 is a lens, and 26 is a biprism. It is easily understood that accurate defocus detection can be performed by the optical head shown in FIGS. 17 to 20 as described above.

(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。
(Effects) As described above, in the optical head of the present invention, the photodetector irradiated with the beam spot of the reflected light reflected from the storage medium has at least two detection cells. The optical axis of the lens for collecting the reflected light on the photodetector passes through either one of the two cells. On the other hand, the photodetector is arranged at a position slightly shifted to the lens side from the focal position of the lens.

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。
Therefore, when the objective lens and the storage medium are in focus, beam spots having substantially equal areas are formed in the two cells of the photodetector. On the other hand, when the objective lens approaches the storage medium, the area of the beam spot formed in the cell where the optical axis does not pass is increased. On the other hand, when the objective lens moves away from the storage medium, the area of the beam spot formed in the cell that does not include the optical axis is gradually reduced, and the beam spot remains only in the cell that includes the optical axis.

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。
Therefore, it is possible to provide the optical head that can reliably provide the defocus detection signal regardless of the state of the laser light guided to the photodetector.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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。
FIGS. 1 (a), (b) and (c) are explanatory views showing a first conventional optical system for detecting defocus by moving the beam spot, and FIGS. 2 (a), (b) and (c). ) Is an explanatory view showing a second conventional optical system for detecting defocus by moving the beam spot, as in FIG. 1, FIG. 3 (a),
Similar to FIG. 1, (b) and (c) are explanatory views showing a third conventional optical system for detecting defocus by moving the beam spot, and FIG. 4 is a photodetector of the optical system. 5 to 13 are schematic views showing the pattern of laser spots in FIG. 5, showing an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a constitutional view showing an optical head device according to an embodiment of the present invention. , (A), (b) and (c) of FIG. 6 are schematic optical path diagrams showing a state in which defocus is detected by movement of a beam spot in the optical head device shown in FIG. 5, FIG. (I),
FIGS. 8B and 8C are views showing the state of the laser beam spot during focusing and out of focus in the optical head device shown in FIGS. 5 and 6, and FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an optical system for defocus detection when the second photodetector is moved away from the condensing point in the optical head of FIG.
9 (a), (b) and (c) are diagrams showing the trajectory of the laser beam when the photodetector is arranged at the converging point, and FIG.
The figure is an optical path diagram for analyzing the trajectory of the light beam passing through the objective lens. Fig. 11 is the optical path diagram for analyzing the trajectory of the light beam passing through the projection lens. Fig. 12 is the focal position of the objective lens and the laser. An optical path diagram showing an optical system in which the focal point of light is deviated,
FIG. 13 is an optical path diagram for analyzing the trajectory of light rays when the objective lens and the projection lens are regarded as one composite lens,
14 and 15 are schematic diagrams for explaining the influence of the diffraction pattern of the tracking guide, and FIG. 16 is a schematic diagram showing the pattern of the laser spot on the photodetector.
17 to 20 are schematic optical path diagrams showing examples of other optical systems to which the present invention is applied. 6 ... Information storage medium, 5 ... Objective lens, 16 ... Second
Photodetector, 13 ... Light extraction member (shading plate), 14 ...
Optical axis, 16-1 ... First detection cell, 16-2 ... Second
Detection cell, 21 ... Gap region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. Condensing means for condensing irradiation light irradiated toward an information storage medium, and for recollecting and condensing reflected light reflected by the condensed illumination light on the information storage medium. A light extraction means for extracting a part of the reflected light including light asymmetric with respect to the optical axis of the reflected light and along the optical axis from the reflected light taken in and condensed by the light collecting means; Of the information storage medium from the condensing point of the illumination light extracted by the light extraction means and condensed by the light condensing means. One of the plurality of detection regions is arranged at a position for detecting the light along the optical axis of the reflected light that moves on the detection region corresponding to the deviation, and the irradiation condensed by the condensing unit is arranged. A light condensing point and the information storage medium is the light condensing means. Detection means arranged at a position where all the reflected light is applied to a detection region at a position arranged on the optical axis of the reflected light when the light is separated from the condensing point of the irradiated light and separated from the condensing point. An optical head comprising: a moving unit that moves the light collecting unit with respect to the information storage medium based on detection of reflected light by the unit.
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DE19843413835 DE3413835A1 (en) 1983-04-12 1984-04-12 OPTICAL SCAN HEAD
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