JPH0685232B2 - Optical head - Google Patents

Optical head

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Publication number
JPH0685232B2
JPH0685232B2 JP57200647A JP20064782A JPH0685232B2 JP H0685232 B2 JPH0685232 B2 JP H0685232B2 JP 57200647 A JP57200647 A JP 57200647A JP 20064782 A JP20064782 A JP 20064782A JP H0685232 B2 JPH0685232 B2 JP H0685232B2
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JP
Japan
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light
photodetector
focus
objective lens
condensing
Prior art date
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JP57200647A
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Japanese (ja)
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JPS5990243A (en
Inventor
秀夫 安東
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS5990243A publication Critical patent/JPS5990243A/en
Publication of JPH0685232B2 publication Critical patent/JPH0685232B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/09Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B7/0908Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only

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  • Optical Head (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、情報を書き込み或は、読み出す為の光ビーム
を光ディスク等の情報記録媒体上にフォーカスする為の
光学ヘッドに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical head for focusing a light beam for writing or reading information on an information recording medium such as an optical disk.

[発明の技術的背景] DADのCD(コンパクトディスク)やビデオディスクのよ
うな再生専用の情報記憶媒体や画像ファイル・静止画フ
ァイルCOM(コンピュータアウトプットメモリー)等、
光の照射により記録層が状態変化を起こすことにより情
報が記録され、またそこから情報が再生される情報記憶
媒体、さらには情報が消去可能な情報記憶媒体(以下単
に光ディスクという。)に対し光学的に情報の書き込
み、また読み出すことのできる情報記録再生装置が開発
されている。これら情報記録再生装置においては、対物
レンズで集束された光ビームが書き込み或は、読み出し
のいずれにあっても常に光ディスク上にフォーカスされ
ていることが要求されている。即ち、最小ビーム・スポ
ットが光ディスク上に形成されていることが要求されて
いる。このことから、光学ヘッドは、光ビームのフォー
カス状態を検出し、フォーカス制御を行うフォーカス検
出装置を備えている。
[Technical background of the invention] A reproduction-only information storage medium such as a DAD CD (compact disc) or video disc, an image file / still image file COM (computer output memory), and the like.
Optical recording is performed on an information storage medium in which information is recorded by changing the state of the recording layer by irradiation of light and information is reproduced from the recording layer, and an information erasable medium (hereinafter, simply referred to as an optical disk) from which information can be erased. An information recording / reproducing apparatus capable of writing and reading information has been developed. In these information recording / reproducing apparatuses, it is required that the light beam focused by the objective lens is always focused on the optical disc during either writing or reading. That is, it is required that the minimum beam spot is formed on the optical disc. Therefore, the optical head includes a focus detection device that detects the focus state of the light beam and performs focus control.

フォーカス検出装置の1つとして以下の装置が開発され
ている。
The following device has been developed as one of focus detection devices.

第1図(イ)(ロ)(ハ)で示すように、記録層ないし
は光反射層(以後光反射層という)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抜出す光抜出手段(ナイフウェ
ッヂ)d、レンズe、および2つの光検出セルf,gを有
した光検出器hを合焦点時に光検出器h側の集光点の位
置に設け、光検出器h上でのビームスポットiの移動
(矢印j方向)として焦点ぼけを検知するようにしたも
のが考えられている。
As shown in FIGS. 1 (a), (b) and (c), the light beam reflected from the recording layer or the light reflection layer (hereinafter referred to as the light reflection layer) a and passed through the objective lens b is in the middle of the reflection optical path c. , A light extraction means (knife wedge) d for extracting asymmetrically with respect to this optical axis, a lens e, and a photodetector h having two photodetection cells f and g are focused on the photodetector h side at the time of focusing. It is considered that the defocus is detected as the movement of the beam spot i on the photodetector h (the direction of arrow j) on the photodetector h.

[背景技術の問題点] しかしながら、従来の装置において、合焦点時に光検出
器h側の集光点の位置の光検出器hを配置した場合、以
下の問題点がある。
[Problems of Background Art] However, in the conventional device, when the photodetector h is arranged at the position of the condensing point on the photodetector h side at the time of focusing, there are the following problems.

i) 合焦点時、情報記憶媒体の記録層ないし光反射層
a内にある信号情報としてのピット等、情報記録媒体の
記録層ないし光反射層a表面の微細な凹凸上を対物レン
ズbにより集束された集束光が通過すると、光の回折に
より光検出器h側の集光点の所で、第2図(イ)に示す
ように、スポットの中に回折パターンが現われる。厳密
に言えば、この回折パターンは一般に対称形をしておら
ず、焦点ぼけ検出系全体から見れば外乱ノイズ信号とな
る。そのため、この回折パターンの影響により合焦点時
であっても焦点がぼけているように誤って検知してしま
うことがある。
i) At the time of focusing, pits as signal information in the recording layer of the information storage medium or the light reflection layer a are focused by the objective lens b on the fine irregularities on the surface of the recording layer of the information recording medium or the light reflection layer a. When the focused light thus passed through is diffracted, a diffraction pattern appears in the spot at the focal point on the photodetector h side, as shown in FIG. Strictly speaking, this diffraction pattern generally does not have a symmetrical shape, and becomes a disturbance noise signal when viewed from the entire defocus detection system. Therefore, due to the influence of this diffraction pattern, the focus may be erroneously detected even when it is in focus.

ii) 情報記憶媒体に対し情報の記録もしくは再生を行
なう場合、通常は透明な材質からできた基板ごしに記録
層ないし光反射層a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。ところで、情報記憶媒体に大きなそ
りやうねりが発生し基板が傾くと、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等収差を含
んだ結像パターンが光検出器h上に現われる。つまり、
対物レンズ系に収差が少ないときには、第2図(ロ)に
示すように、光検出器h上で結像パターンiが現われ、
焦点ぼけ検出系として安定に動作(検知)する。しか
し、情報記憶媒体にそりやうねりが生じたときには、第
2図(ハ)に示すように、光検出器h上でコマ収差等対
物レンズ系の収差を含んだ結像パターンiが現われる。
すると、合焦点時にもかかわらず光検出セルh−1,h−
2に照射される光の光量がアンバランスになりあたかも
焦点ぼけが生じているかのように誤検知してしまう。
ii) When information is recorded on or reproduced from an information storage medium, it is usually focused on a recording layer or a light reflecting layer a through a substrate made of a transparent material. Therefore, the objective lens b is designed to collect light through a transparent substrate. By the way, when a large warp or waviness occurs in the information storage medium and the substrate tilts, aberrations such as coma occur. Therefore, an image formation pattern including aberrations such as coma appears on the photodetector h at the time of focusing. That is,
When there is little aberration in the objective lens system, an imaging pattern i appears on the photodetector h, as shown in FIG.
Operates (detects) stably as a defocus detection system. However, when a warp or undulation occurs in the information storage medium, as shown in FIG. 2C, an image formation pattern i including an aberration of the objective lens system such as a coma aberration appears on the photodetector h.
Then, the light detection cells h-1, h-
The light amounts of the light radiated to 2 are unbalanced and are erroneously detected as if 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h側の集光点の位置に光検出器h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いる(詳細は後
述する)。
iii) The spot has a specific size in the vicinity of the converging point due to the influence of light diffraction (light wave nature). Therefore, when the photodetector h is arranged at the position of the focal point on the photodetector h side at the time of focusing, the defocus detection sensitivity in the vicinity of the focusing point becomes dull than the value calculated geometrically. (Details will be described later).

iv)集光点でのスポットサイズは非常に小さく、そこに
光検出器h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h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) In the case of an optical system in which the spot size at the converging point is very small and the photodetector h is placed there, it is still in focus even if the photodetector h slightly shifts due to temperature change or the like. Nevertheless, it is erroneously 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)がある場合に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、検出感度もにぶくなる。
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, and the defocus detection characteristic near the in-focus position deteriorates. It becomes dull.

上記問題点を考慮し、また、光検出器の検出出力を大き
くとることを目的として、光反射層aに対するfar fiel
d patternが発生する位置に光検出器を配置することが
検討される。しかし、このときには、以下の問題点があ
る。
In consideration of the above problems, and for the purpose of increasing the detection output of the photodetector, the far field for the light reflection layer a is
It is considered to arrange the photodetector at the position where the d pattern is generated. However, at this time, there are the following problems.

i) 情報記憶媒体には情報収容量を増大させるため情
報の記録・再生用のトラッキングガイドとしてのスパイ
ラル状の溝を予め形成されている場合が多い。このよう
な場合、集光されたレーザー光スポットが溝を横切る
と、光検出器上では、第3図に示すように、溝による回
折パターンの影響を受けることになる。
i) In many cases, a spiral groove is formed in advance in the information storage medium as a tracking guide for recording / reproducing information in order to increase the amount of information stored. In such a case, when the focused laser light spot crosses the groove, it is affected by the diffraction pattern of the groove on the photodetector as shown in FIG.

本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、合焦点
時に光検出器上で情報記憶媒体の記録層ないしは光反射
層に対する結像パターンをボカすことによりレンズの収
差やピットの影響を軽減し、しかも光検出器の位置ずれ
マージンや焦点ぼけに対する検出感度を向上させること
ができ、かつ記録層ないしは光反射層上の微細な凹凸に
より発生する回折パターンの影響を受けるまで光検出器
をずらさないことにより焦点ぼけ検出をより安定にしか
も信頼性良く行なうことのできる光学ヘッドを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made based on the above circumstances, and reduces the effects of lens aberrations and pits by blurring the image formation pattern on the recording layer or the light reflection layer of the information storage medium on the photodetector during focusing. Moreover, it is possible to improve the positional deviation margin of the photodetector and the detection sensitivity to defocus, and the photodetector is not displaced until it is affected by the diffraction pattern generated by the fine irregularities on the recording layer or the light reflecting layer. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical head capable of detecting defocusing more stably and reliably.

[発明の概要] 本発明は、かかる目的を達成するために光を発生する光
源部と、この光源部から発生された光を集束して情報が
記憶される記録層を有する情報記憶媒体に照射する第1
の集光手段と、前記情報記憶媒体の記録層からの光を集
光する第2の集光手段と、この第2の集光手段によって
集光された光を検出する光検出手段と、前記情報記憶媒
体の記録層に対して前記第1の集光手段が合焦点にある
位置からのずれに対応して前記光検出手段上の光のビー
ムスポットを移動させる手段とを有する光学ヘッドにお
いて、前記第1の集光手段が前記情報記憶媒体の記録層
に対して合焦点の位置にあるとき、前記第2の集光手段
によって形成される光の集光点から(1/π)(f/a)
λ(但し、f:前記第2の集光手段の焦点距離、a:合焦点
時の前記第2の集光手段の前側主点(前記第1の集光手
段に近い側の主点)における光のビームスポットの半
径、λ:前記光源部から発生される光の波長)以上離れ
た位置で、(3.9d02/λ(但し、d0:光の光量分布にお
いて中心最大強度を1としたときの1/e2になるところで
の直径)よりも近付いた位置に前記光検出手段を配置し
たものである。
[Summary of the Invention] The present invention irradiates an information storage medium having a light source unit that emits light in order to achieve the above object, and a recording layer in which information generated by focusing the light emitted from the light source unit is stored. First to do
Light collecting means, second light collecting means for collecting light from the recording layer of the information storage medium, and light detecting means for detecting light collected by the second light collecting means, An optical head having means for moving a beam spot of light on the light detecting means in response to a deviation from a position where the first light converging means is in focus with respect to a recording layer of an information storage medium, When the first light condensing unit is at the in-focus position with respect to the recording layer of the information storage medium, from the light condensing point of the light formed by the second light condensing unit, (1 / π) (f / a) 2
λ (where f: focal length of the second light converging means, a: front principal point of the second light converging means at the time of focusing (principal point on the side close to the first light condensing means) Radius of beam spot of light, λ: wavelength of light generated from the light source unit), and (3.9d 0 ) 2 / λ (where d 0 : central maximum intensity in the light intensity distribution of light is 1) The light detecting means is arranged at a position closer than 1 / e 2 ).

[発明の実施例] 以下、第4図乃至第11図を参照しながら、この発明の光
学ヘッドの実施例について説明する。
Embodiments of the Invention Hereinafter, embodiments of the optical head of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 11.

光学ヘッドのフォーカス検出装置におけるレーザの軌跡
の変化即ち、光線軌跡の変化は、幾何光学的に第4及び
5図のように説明され、レーザ・ビーム成分が光検出器
58上で偏向される値h3を求めることができる。対物レン
ズ40の幾何光学的な結像系は、第4図に示すように表わ
すことができる。ここで、f0は、対物レンズ40の焦点距
離をまた、δは合焦時から非合焦時に至る際の対物レン
ズ40即ち、光ディスク2の光反射層14の移動距離を示
し、第1図において実線で示される光線軌跡は、ビーム
ウエストから発せられ、対物レンズ40の主面上であって
光軸53から距離h0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1図(イ)に示される合焦時に
は、明らかなようにδ=0であり、第1図(ロ)に示さ
れる非合焦時には、光ディスク2が距離δだけ対物レン
ズ40に近接し、ビームウエストは、光反射層14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40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1図(ハ)に示され
る非合焦時には光ディスク2が距離δだけ対物レンズ40
から対物レンズ40から離間され、ビーム・ウエストを形
成した後レーザ・ビームが光反射層14から反射されるこ
とから、実質的に光反射層14の背後にビーム・ウエスト
が形成されたと同様であってビーム・ウエストは、2δ
だけ対物レンズから離間することとなる。合焦時には、
ビーム・ウエストが対物レンズ40の焦点位置に形成され
るとすれば、光ディスク2がδだけ移動した場合には、
第1図に示されるようにビーム・ウエストと対物レンズ
40の主面間の距離は、(f0+2δ)で表わされる。ビー
ム・ウエストを光点とみなせば、第4図における角度β
及びβは、下記(1)及び(2)式で示される。
The change of the trajectory of the laser in the focus detection device of the optical head, that is, the change of the ray trajectory is geometrically explained as shown in FIGS. 4 and 5, and the laser beam component is detected by the photodetector.
The value h 3 that is deflected on 58 can be determined. The geometrical optical imaging system of the objective lens 40 can be represented as shown in FIG. Here, f 0 is the focal length of the objective lens 40, and δ is the moving distance of the objective lens 40, that is, the light reflection layer 14 of the optical disc 2 from the time of focusing to the time of non-focusing. In FIG. 3, the ray trace indicated by the solid line indicates that which is emitted from the beam waist, passes through a point on the main surface of the objective lens 40, which is separated from the optical axis 53 by a distance h 0 , and is focused. When the focus shown in FIG. 1 (a) is apparent, δ = 0, and when the non-focus shown in FIG. 1 (b), the optical disc 2 is close to the objective lens 40 by the distance δ, Since the beam waist is formed by being reflected by the light reflecting layer 14, the beam waist is
It will be closer to the objective lens 40 by a factor of 2. (In case of close proximity, δ> 0.) In addition, when the optical system 2 is out of focus as shown in FIG.
Is separated from the objective lens 40 to form a beam waist, and then the laser beam is reflected from the light reflecting layer 14, which is substantially the same as forming a beam waist behind the light reflecting layer 14. Beam waist is 2δ
It will be separated from the objective lens only. When in focus,
If the beam waist is formed at the focal position of the objective lens 40, when the optical disc 2 moves by δ,
Beam waist and objective lens as shown in FIG.
The distance between the 40 principal surfaces is represented by (f 0 + 2δ). If we regard the beam waist as a light spot, the angle β in Fig. 4
0 and β 1 are represented by the following equations (1) and (2).

また、レンズの結像公式から、 従って 第5図は、投射レンズ54の光学系における光線軌跡を示
し、投射レンズ54が1対の組み合せレンズ54−1,54−2
から成るものとして取り扱っている。
Also, from the imaging formula of the lens, Therefore FIG. 5 shows a ray trace in the optical system of the projection lens 54, in which the projection lens 54 is a pair of combination lenses 54-1 and 54-2.
It is treated as consisting of.

ここで、レンズ54−1,54−2は、夫々焦点距離f1,f2
有し、対物レンズ40の主面からaだけ離間した位置に遮
光板52が配置され、対物レンズ40の主面からLだけ離間
した位置にレンズ54−1の主面が配置され、更にこのレ
ンズ54−1の主面からHだけ離間してレンズ54−2の主
面が、またlだけ離間して光検出器58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軌跡
は、対物レンズ40で集束されて、遮光板52の光透過面で
あって光軸53からyだけ離間したものを示している。
Here, the lenses 54-1 and 54-2 have focal lengths f 1 and f 2 , respectively, and the light shielding plate 52 is arranged at a position separated from the main surface of the objective lens 40 by a, and The main surface of the lens 54-1 is arranged at a position separated from the surface by L, and the main surface of the lens 54-2 is separated from the main surface of the lens 54-1 by H and the main surface of the lens 54-2 is separated by l again. It is assumed that the light receiving surface of detector 58 is aligned. A ray trace shown by a solid line in the drawing shows a light beam which is converged by the objective lens 40 and which is a light transmitting surface of the light shielding plate 52 and is separated from the optical axis 53 by y.

距離yは、下記(3)式で表わされる。The distance y is represented by the following equation (3).

ここで、F(δ)=(f0+f0/2δ)-1とすれば、(3)
式は、次式で表わされる。
Here, if F (δ) = (f 0 + f 0 / 2δ) −1 , then (3)
The formula is represented by the following formula.

y=h0(1−aF(δ)) …(4) また、光線がレンズ54−1の主面上を通る光軸53上から
の位置h1は、(6)式で表わされる。
y = h 0 (1-aF (δ)) (4) Further, the position h 1 from the optical axis 53 where the light ray passes on the main surface of the lens 54-1 is expressed by the equation (6).

(2)式と同様に角度βを求めれば、角度βは、
(7)式で表わされる。
(2) be determined likewise the angle beta 2 and wherein the angle beta 2 is
It is expressed by equation (7).

以下同様にレンズ54−2の主面上を通る光線の光軸53上
からの位置h2及び入射角β光線が光検出器58の受光面
上に入射する光軸53上からの位置h3即ち、偏位量は、夫
々(8)〜(10)式で表わされる。
Similarly, the position h 2 of the ray passing through the principal surface of the lens 54-2 from the optical axis 53 and the position h 2 of the incident angle β 3 of the ray incident on the light receiving surface of the photodetector 58 from the optical axis 53. 3 That is, the deviation amounts are expressed by the equations (8) to (10), respectively.

第4図及び第5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、検出器58上で光線は、h3
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、下記式で表わされ
る。
As described above, the optical system shown in FIGS. 4 and 5 is in focus, that is, at δ = 0, the light beam on the detector 58 is h 3 =
Since it is focused on 0, under these conditions,
F (0) = 0, and the equation (10) is represented by the following equation.

また、遮光板52によって光軸53外の光線を通るもののみ
が取り出されることから、y≠0である。従って、 この式で、(10)式を単純化すれば、(13)式又は(1
4)式が得られる。
Further, since only the light passing through the light beam outside the optical axis 53 is taken out by the light shielding plate 52, y ≠ 0. Therefore, By simplifying equation (10) with this equation, equation (13) or (1
Equation 4) is obtained.

δが充分に小さい(δ《f0 2)の場合には、(a−f0
《f0 2/2δ)であるから、 次に、合焦時(δ=0)において、光ディスク2の光反
射層14上のビーム・ウエストに対する光検出器58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、下
記(16)式で表わされる。
When δ is sufficiently small (δ << f 0 2 ), (a−f 0 )
《F 0 2 / 2δ), Next, at the time of focusing (δ = 0), the lateral magnification m of the beam waist image formed on the light receiving surface of the photodetector 58 with respect to the beam waist on the light reflection layer 14 of the optical disc 2 is as follows ( It is expressed by equation 16).

m=−β0(倒立像) ここで、δ=0におけるβは、 であるから、 (12)式で(16)式からf2を消去すれば、 この式から、f1についての解を求めれば、 実際の光学系ではf1=Hに置かれることがないと考えら
れることから、 正立像が形成される場合について同様に考察すれば(m
=β0)、f1は、次式で表わされる。
m = −β 0 / β 3 (inverted image) where β 0 at δ = 0 is Therefore, By eliminating f 2 from equation (16) in equation (12), If we find the solution for f 1 from this equation, Since it is considered that f 1 = H is not set in an actual optical system, Considering the case where an erect image is formed in the same way, (m
= Β 0 / β 3 ), f 1 is represented by the following equation.

従って、 (12)式からf2を求めると、 (20)式を(13)式に代入してh3を横倍率mで表わせれ
ば、(21)式及び(22)式が得られる。
Therefore, When f 2 is calculated from the equation (12), By substituting equation (20) into equation (13) and expressing h 3 by the lateral magnification m, equations (21) and (22) are obtained.

但し、(a−f0)《f0 2/2δ 第5図の光学系において投射レンズ54が単レンズである
とすれば、f2=∞であるから、 f1=1及びm=f1/f0であって、 また、第4図に示した光学系では、ビーム・ウエストが
対物レンズ40の焦点に形成されると仮定したが、発散性
又は集束性のレーザ・ビームが対物レンズ40に入射する
場合には、ビーム・ウエストは焦点からbだけ偏位して
形成される。従って、全光学系を1つの合成レンズとみ
なし、2δ=2δ′+bと置き、同様の計算をすれば、
偏位量h3が求められる。
However, if the projection lens 54 is a single lens in the optical system of (a−f 0 ) << f 0 2 / 2δ, then f 2 = ∞, so f 1 = 1 and m = f 1 / f 0 , Further, in the optical system shown in FIG. 4, it is assumed that the beam waist is formed at the focal point of the objective lens 40, but when a divergent or converging laser beam enters the objective lens 40, The beam waist is formed by deviating from the focus by b. Therefore, if the entire optical system is regarded as one compound lens and 2δ = 2δ ′ + b is set and the same calculation is performed,
The deviation amount h 3 is obtained.

ここで、a=0の場合には、 また、f0+b》2δであれば、 となる。 Here, when a = 0, If f 0 + b >> 2δ, Becomes

上述した式は、全て幾何光学的に光線の軌跡について求
めたものであるが、波動光学的には、回折現象によって
光検出器58の受光面上では、ある大きさを常に有してい
る。この大きさは、次のように計算される。
The above equations are all geometrically-optically calculated for the trajectory of the light beam, but in terms of wave optics, they always have a certain size on the light receiving surface of the photodetector 58 due to the diffraction phenomenon. This magnitude is calculated as follows.

開口数(NA)の値がNAであり理想的に収差を全く有しな
いレンズに強度分布が至る所均一な平行レーザが入射し
たとすると、レンズを通過後集光した点におけるスポッ
ト・サイズa1は、レーザの波長をλとすると、一般に下
記式で与えられる。
Assuming that a parallel laser with a uniform numerical aperture is incident on a lens with a numerical aperture (NA) of NA and ideally no aberration, the spot size a1 at the point after passing through the lens is , Where the wavelength of the laser is λ, it is generally given by the following equation.

ここで、alは、第6図に示すようにスポットの中心にお
ける強度を単位即ち、1とした場合において、1/e2の強
度を有する輪体の直径を表わしている。このビーム・ス
ポットが対物レンズ40によって形成されるビーム・ウエ
ストに対応するとすれば、合焦時において光検出器58の
受光面上に形成されるビーム・ウエストの像の大きさad
は、レンズ系40,54の横倍率mで表わされる。
Here, al represents the diameter of a ring having an intensity of 1 / e 2 when the intensity at the center of the spot is the unit, that is, 1 as shown in FIG. If this beam spot corresponds to the beam waist formed by the objective lens 40, the size of the image of the beam waist formed on the light receiving surface of the photodetector 58 during focusing is ad
Is represented by the lateral magnification m of the lens system 40, 54.

次に、遮光板52が光路中に配列された場合におけるスポ
ットは、次のように変化される。まず、第7図(イ)に
示すように遮光板52が光路中に配置されない場合におい
て、均一な強度分布を有する即ち、rec(x/a)という強
度分布を有する平行光束が投射レンズ54に入射されたと
すると、光検出器54の受光面上には、フーリエ変換した
a sinc(aξ)の振幅を有するパターンが形成される。
即ち、 F{rect(x/a)}=a sinc(aξ) 強度I0は、 で表わされる。
Next, the spot when the light shielding plate 52 is arranged in the optical path is changed as follows. First, when the light shielding plate 52 is not arranged in the optical path as shown in FIG. 7 (a), a parallel light flux having a uniform intensity distribution, that is, rec (x / a) is incident on the projection lens 54. If it is incident, Fourier transform is performed on the light receiving surface of the photodetector 54.
A pattern having an amplitude of a sinc (a ξ) is formed.
That is, F {rect (x / a)} = a sinc (aξ) intensity I 0 is It is represented by.

このような状態において、遮光板52が光路中に位置さ
れ、第7図(ロ)に示されるように光束の半分が遮光さ
れたとする。この時の光検出器58の受光面には、同様に
フーエリ変換して振幅分布が得られる。
In such a state, it is assumed that the light shielding plate 52 is positioned in the optical path and half of the light flux is shielded as shown in FIG. At this time, the Fourier distribution is similarly applied to the light receiving surface of the photodetector 58 to obtain the amplitude distribution.

強度分布Ikは、 で表わされる。The intensity distribution Ik is It is represented by.

(29)式と(30)式とを比較すると、平行光束を遮光板
52で半分に遮えぎると、スポットの中心位置は、変化せ
ずにそのスポット径が2倍に広がることが判る。これら
の結果から、1次元モデルにおいては、遮光板52により
遮えぎられずに透過する光の割合をRとすると、スポッ
ト径が1/R倍に広がることが推定される。従って、一次
元モデルにおいては、遮光板52を光路中に挿入し、光路
中で割合Rだけ光を透過させることとすると、光検出器
54の受光面上においては遮光板52の挿入方向に平行な方
向に下記akで示される径を有し、広がったスポットが形
成される。
Comparing equations (29) and (30), the parallel light flux is shielded.
If you cut it in half at 52, you can see that the center position of the spot does not change and the spot diameter doubles. From these results, it is estimated that in the one-dimensional model, the spot diameter spreads to 1 / R times, where R is the proportion of light that is transmitted without being blocked by the light shielding plate 52. Therefore, in the one-dimensional model, if the light shielding plate 52 is inserted in the optical path and the light is transmitted by the ratio R in the optical path, the photodetector is used.
On the light receiving surface of 54, a spread spot is formed having a diameter indicated by ak below in a direction parallel to the insertion direction of the light shielding plate 52.

これら光学系においては、対物レンズ40から投射レンズ
54に向う光束は、実際には、第7図(イ)及び第7図
(ロ)に示されるように均一な光強度分布を有さず、ガ
ウス分布を有している。従って、第8図に示されるよう
な分布を有する光束が光検出器58の受光面に照射される
こととなる。第8図において破線Iで示される光束の軌
跡は、全く遮光板52が光路中に挿入されない場合を示
し、実線IIで示される光束の軌跡は、遮光板52が光路中
に挿入された場合を示している。合焦状態にある場合に
は、光検出器58の受光面が位置X0に位置されていると等
価に考えることができ、焦点ずれが生じている場合に
は、光検出器58の受光面が位置X1或はX2に位置されてい
ると等価に考えることができる。
In these optical systems, from the objective lens 40 to the projection lens
The light flux directed to 54 does not actually have a uniform light intensity distribution as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), but has a Gaussian distribution. Therefore, the light receiving surface of the photodetector 58 is irradiated with the light flux having the distribution shown in FIG. In FIG. 8, the trajectory of the light flux shown by the broken line I shows the case where the light shielding plate 52 is not inserted in the optical path at all, and the trajectory of the light flux shown by the solid line II shows the case where the light shielding plate 52 is inserted in the optical path. Shows. In the in-focus state, it can be considered that the light receiving surface of the photodetector 58 is located at the position X 0 , and when defocus occurs, the light receiving surface of the photodetector 58 can be considered. Can be considered equivalent to being located at position X 1 or X 2 .

本発明は対物レンズ40によって集束された集光点と情報
記憶媒体の光反射層(記録層)14の位置が一致した合焦
点時に光検出器58側に形成される集光点の位置からわず
かにずれた場所に光検出器を配置する所に特徴がある。
The present invention is slightly different from the position of the focal point formed on the photodetector 58 side at the time of focusing when the focal point focused by the objective lens 40 and the position of the light reflection layer (recording layer) 14 of the information storage medium match. The feature is that the photodetector is placed at a position deviated from.

以下に光検出器58をずらすときの適正ずらし量について
考察する。
The proper shift amount when the photodetector 58 is shifted will be considered below.

前述した問題点のうち“i)ピットのパターンが光検出
器58上に現われる”と“ii)基板の傾きによるコマ収差
等対物レンズ40の収差パターンが光検出器58上に現われ
る”に対しては光検出器58をずらし、光検出器58上の結
像パターンをぼかしてやれば良い。結像系の焦点深度Z
としては検出系レンズに円形の一様分布の光が入射する
ときは として、また検出系レンズにガウス分布の光が入射する
ときは として与えられることが知られている。但しここで『f;
検出系レンズ単体ないしはグループとしては合成レンズ
と考えた時の焦点距離。a;合焦点時検出系レンズ(もし
くはレンズグループ)の前側主点(対物レンズに近い側
の主点)における入射光の半径。λ;使用している光の
波長』である。およそこの焦点深度Zよりも大きくずら
せば良いと思われる。実際の検出系レンズに入射する光
の強度分布は全体の光学系により異なるが、 以上ずらす必要があると思われる。
For "i) the pit pattern appears on the photodetector 58" and "ii) the aberration pattern of the objective lens 40 such as coma aberration due to the tilt of the substrate appears on the photodetector 58". May shift the photodetector 58 and blur the image formation pattern on the photodetector 58. Depth of focus Z of imaging system
Is that when circular uniform light is incident on the detection system lens, , And when Gaussian light is incident on the detection system lens, It is known to be given as. However, here'f;
The focal length when the detection system lens or a group is considered to be a synthetic lens. a; Radius of incident light at the front principal point (principal point on the side close to the objective lens) of the detection system lens (or lens group) at the time of focusing. λ; wavelength of light used ”. It seems that it is sufficient to shift the depth by more than the depth of focus Z. The intensity distribution of the light incident on the actual detection system lens differs depending on the entire optical system, It seems that it is necessary to shift the above.

次に前述問題点のうち“iii)光の回折による焦点ぼけ
検出感度の低下”について詳しく説明する。合焦点位置
からほんのわずか焦点ぼけが発生したとき、幾何光学的
には(26)式で与えられるように、光検出器上で半径 の半円となり、元来はこの半円になった部分を片方の光
検出セルで検知し焦点ぼけを検出する。ここで、yは対
物レンズの開口部の半径とする。しかし、合焦点時にも
光の回折の影響で というスポット・サイズの広がりを持っており、合焦点
位置近傍で焦点ぼけに対する検出感度がにぶくなる。こ
の現象に対する物理的な意味は第8図で説明される。第
8図に示す通り、光検出器58の検出感度が合焦時からわ
ずかに焦点が外れた際には幾何光学的に予想される値よ
りも実際には低くなっていることが判る。即ち、合焦状
態近傍においては、焦点ずれが生じている場合に光検出
器58の受光面が位置X1からX2の間で変位しているのと等
価であるが、この範囲では、わずかに光束IIの投射位置
が変化しているにすぎず、位置X1からX2の範囲外に比べ
て偏位値は、極めて小さい。また、この範囲において
は、光束Iの広がりもその範囲外に比べてわずかであ
る。また、光検出器58の受光面上に形成されるパターン
は、第8図に示される光束I,IIの軌跡から明らかなよう
に遮光板52が挿入された方向に細長く、その挿入方向に
焦点ずれδに応じて偏位するとともに、その挿入方向に
直角な方向に広がることとなる。
Next, of the above-mentioned problems, “iii) reduction of defocus detection sensitivity due to light diffraction” will be described in detail. When a slight defocus occurs from the in-focus position, the radius on the photodetector is given by geometrical optics as given by equation (26). The semi-circle of the circle is originally detected, and the defocused portion is detected by detecting the part that has become the semi-circle by one of the photodetector cells. Here, y is the radius of the opening of the objective lens. However, due to the effect of light diffraction even when focused That is, the spot size spreads, and the detection sensitivity for defocusing becomes poor near the in-focus position. The physical meaning of this phenomenon is explained in FIG. As shown in FIG. 8, it can be seen that the detection sensitivity of the photodetector 58 is actually lower than the value expected from geometrical optics when the focus is slightly out of focus. That is, in the vicinity of the in-focus state, it is equivalent to that the light receiving surface of the photodetector 58 is displaced between the positions X 1 and X 2 when defocus occurs, but in this range, it is slightly Only the projection position of the light flux II is changed, and the deviation value is extremely small compared to outside the range of the positions X 1 to X 2 . Further, in this range, the spread of the light flux I is also smaller than that outside the range. In addition, the pattern formed on the light receiving surface of the photodetector 58 is elongated in the direction in which the light shielding plate 52 is inserted, as shown in the locus of the light beams I and II shown in FIG. The displacement is caused in accordance with the shift δ and spreads in the direction perpendicular to the insertion direction.

それでは集光点からどの位光検出器58をずらすと波動性
にじゃまされずに純粋に幾何光学的な挙動を示すかを考
えてみる。通常集光点での光の強度分布は使用する光学
系により異なるが、ガウス分布をしている光学系につい
て考えてみる。集光点(ビームウエスト)におけるビー
ムスポット半径をW0、使用波長λとすると、集光点(ビ
ームウエスト)からZだけ離れた所でのビームスポット
半径W(Z)は で与えられる。Zがある程度大きい所では と近似できる。この式の第1項は幾何光学的挙動を示
し、第2項は光の波動性によるスポットの広がりを表わ
している。したがってこの式の第1項の値が第2項の値
のおよそ4倍以上ある所ではほぼ幾何光学的な挙動を示
すと考える。したがって の条件としてはZ22(πW0 2/λ)より が得られる。
Now, let us consider how much the photodetector 58 should be displaced from the focal point to show purely geometrical optical behavior without being disturbed by wave nature. Normally, the intensity distribution of light at the focal point differs depending on the optical system used, but consider an optical system with a Gaussian distribution. Assuming that the beam spot radius at the condensing point (beam waist) is W 0 and the used wavelength is λ, the beam spot radius W (Z) at a position apart from the condensing point (beam waist) by Z is Given in. Where Z is large to some extent Can be approximated by The first term of this equation represents the geometrical optical behavior, and the second term represents the spread of the spot due to the wave nature of light. Therefore, when the value of the first term of this equation is about four times or more of the value of the second term, it is considered that the geometrical optical behavior is exhibited. Therefore As for the condition of Z 2 2 (πW 0 2 / λ) 2 Is obtained.

との間の大小関係を調べて見る。合焦点時に一様分布の
平行光が検出系レンズに入射する時には集光点でのスポ
ットの直径d0は収束角を2θとした時 で与えられる。θが充分小さい時にはθ≒a/fより となる。
Examine and see the magnitude relationship between and. When parallel light of uniform distribution is incident on the detection system lens at the time of focusing, the diameter d 0 of the spot at the focal point is when the convergence angle is 2θ. Given in. When θ is sufficiently small, θ ≈ a / f Becomes

次に、第9図を参照し、この発明の光学ヘッドが適用さ
れた情報記録再生装置を概略的に説明する。光ディスク
2は、1対の円板状透明プレート4,6を内外スペーサ8,1
0を介して貼合わされて形成され、その透明プレート4,6
の夫々の内面上には記録層ないしは光反射層(以後光反
射層という)12,14が蒸着によって形成されている。こ
の光反射層12,14の夫々には、ヘリカルにトラッキング
・ガイド16が形成され、このトラッキング・ガイド16上
にピットの形で情報が記録される。光ディスク2の中心
には、孔が穿けられ、ターンテーブル18上に光ディスク
2が載置された際にこのターンテーブル18のセンター・
スビンドル20が光ディスク2の孔に挿入され、ターンテ
ーブル18と光ディスク2の回転中心が一致される。ター
ンテーブル18のセンター・スビンドル20には、更にチャ
ック装置22が装着され、このチャック装置22によって光
ディスク2がターンテーブル18上に固定されている。タ
ーンテーブル18は、回転可能に支持台(図示せず)によ
って支持され、駆動モータ24によって一定速度で回転さ
れる。
Next, with reference to FIG. 9, an information recording / reproducing apparatus to which the optical head of the present invention is applied will be schematically described. The optical disc 2 includes a pair of disk-shaped transparent plates 4 and 6 and inner and outer spacers 8 and 1.
Formed by laminating through 0, its transparent plate 4,6
A recording layer or a light reflecting layer (hereinafter referred to as a light reflecting layer) 12 and 14 is formed on each inner surface of each by vapor deposition. A tracking guide 16 is helically formed on each of the light reflecting layers 12 and 14, and information is recorded on the tracking guide 16 in the form of pits. A hole is bored in the center of the optical disc 2 so that when the optical disc 2 is placed on the turntable 18, the center of the turntable 18
The spindle 20 is inserted into the hole of the optical disc 2 so that the turntable 18 and the optical disc 2 are rotated at the same center of rotation. A chuck device 22 is further mounted on the center / sbindle 20 of the turntable 18, and the optical disk 2 is fixed on the turntable 18 by the chuck device 22. The turntable 18 is rotatably supported by a support (not shown), and is rotated at a constant speed by a drive motor 24.

光学ヘッド26が、リニア・アクチエータ28或は、回転ア
ームによって光ディスク2の半径方向に移動可能に設け
られ、この光学ヘッド26内には、レーザ・ビームを発生
するレーザ装置30が設けられている。情報を光ディスク
2に書き込むに際しては、書き込むべき情報に応じてそ
の光強度が変調されたレーザ・ビームがレーザ装置30か
ら発生され、情報を光ディスク2から読み出す際には、
一定の光強度を有するレーザ・ビームがレーザ装置30か
ら発生される。レーザ装置30から発生されたレーザ・ビ
ームは、凹レンズ32によって発散され、凸レンズ34によ
って平行光束に変換され、偏光ビーム・スプリッタ36に
向けられている。偏光ビーム・スプリッタ36によって反
射された平行レーザ・ビームは1/4波長板38を通過して
対物レンズ40に入射され、この対物レンズ40によって光
ディスク2の光反射層14に向けて集束される。対物レン
ズ40は、ボイス・コイル42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40が所定位置に位置される
と、この対物レンズ40から発せられた集束性レーザ・ビ
ームのビーム・ウエストが光反射層14表面上に投射さ
れ、最小ビーム・スポットが光反射層14の表面上に形成
される。この状態において、対物レンズ40は、合焦状態
に保たれ、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
によって光反射層14上のトラッキング・ガイド16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16に形成
されたビットによって光強度変調されて反射される。
An optical head 26 is provided so as to be movable in the radial direction of the optical disk 2 by a linear actuator 28 or a rotating arm, and a laser device 30 for generating a laser beam is provided in the optical head 26. When writing information on the optical disc 2, a laser beam whose light intensity is modulated according to the information to be written is generated from the laser device 30, and when reading information from the optical disc 2,
A laser beam having a constant light intensity is generated from the laser device 30. The laser beam generated from the laser device 30 is diverged by the concave lens 32, converted into a parallel light flux by the convex lens 34, and directed to the polarization beam splitter 36. The parallel laser beam reflected by the polarization beam splitter 36 passes through the quarter-wave plate 38 and is incident on the objective lens 40, which is focused by the objective lens 40 toward the light reflection layer 14 of the optical disc 2. The objective lens 40 is movably supported by the voice coil 42 in the optical axis direction, and when the objective lens 40 is positioned at a predetermined position, the beam waist of the focused laser beam emitted from the objective lens 40. Are projected onto the surface of the light reflecting layer 14 and a minimum beam spot is formed on the surface of the light reflecting layer 14. In this state, the objective lens 40 is kept in focus, and writing and reading of information becomes possible.
When writing information, pits are formed in the tracking guide 16 on the light reflection layer 14 by the light intensity-modulated laser beam, and when reading information, the laser beam having a constant light intensity is The light intensity is modulated by the bits formed in the guide 16 and reflected.

光ディスク2の光反射層14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40によって平行光
束に変換され、再び1/4波長板38を通過して偏光ビーム
・スプリッタ36に戻される。レーザ・ビームが1/4波長
板38を往復することによってレーザ・ビームは、偏光ビ
ーム・スプリッタ36で反射された際に比べて偏波面が90
度回転し、この90度だけ偏波面が回転したレーザ・ビー
ムは、偏光ビーム・スプリッタ36で反射されず、この偏
光ビーム・スプリッタ36を通過することとなる。偏光ビ
ーム・スプリッタを通過したレーザ・ビームは、ハーフ
・ミラー44によって2系に分けられ、その一方は、凸レ
ンズ46によって第1の光検出器48に照射される。この第
1の光検出器48で検出された第1の信号は、光ディスク
2に記録された情報を含み、信号処理装置に送られてデ
ジタル・データに変換される。ハーフミラー44によって
分けられた他方のレーザ・ビームは、光抜出手段として
の遮光板52によって光軸53から離間した領域を通過する
成分のみが取り出され、投射レンズ54を通過した後ミラ
ー56によって反射されて第2の光検出器58に入射され
る。ここで、光遮光板52は、プリズム・アパーチャー・
スリット或は、ナイフ・エッジ等のいずれで構成されて
も良い。第2の光検出器58で検出された信号は、フォー
カス信号発生器60で処理され、このフォーカス信号発生
器60から発生されたフォーカス信号がボイス・コイル駆
動回路62に与えられる。ボイス・コイル駆動回路62は、
フォーカス信号に応じてボイス・コイル42を駆動し、対
物レンズ40を合焦状態に維持することとなる。尚、光デ
ィスク2の光反射層14上に形成されたトラッキング・ガ
イド16を正確にトレースする場合には、第2の光検出器
48からの信号を処理してリニア・アクチエータ28を作動
させても良く、また、対物レンズ40を横方向に移動させ
たり、或は図示しないガルバノ・ミラーを作動させても
良い。
The divergent laser beam reflected from the light reflection layer 14 of the optical disc 2 is converted into a parallel light flux by the objective lens 40 at the time of focusing, passes through the 1/4 wavelength plate 38 again, and is returned to the polarization beam splitter 36. Be done. By reciprocating the laser beam through the quarter-wave plate 38, the laser beam has a polarization plane of 90 degrees as compared with when it is reflected by the polarization beam splitter 36.
The laser beam which is rotated by 90 degrees and whose plane of polarization is rotated by 90 degrees is not reflected by the polarization beam splitter 36, but passes through this polarization beam splitter 36. The laser beam that has passed through the polarization beam splitter is split into two systems by the half mirror 44, and one of them is irradiated onto the first photodetector 48 by the convex lens 46. The first signal detected by the first photodetector 48, including the information recorded on the optical disc 2, is sent to the signal processing device and converted into digital data. In the other laser beam divided by the half mirror 44, only a component passing through a region separated from the optical axis 53 is taken out by a light shielding plate 52 serving as a light extracting means, and after passing through a projection lens 54, a mirror 56. The reflected light is incident on the second photodetector 58. Here, the light shield plate 52 is a prism, aperture,
It may be constituted by either a slit or a knife edge. The signal detected by the second photodetector 58 is processed by the focus signal generator 60, and the focus signal generated by this focus signal generator 60 is given to the voice coil drive circuit 62. The voice coil drive circuit 62 is
The voice coil 42 is driven according to the focus signal to keep the objective lens 40 in focus. When the tracking guide 16 formed on the light reflection layer 14 of the optical disc 2 is accurately traced, the second photodetector is used.
The signal from 48 may be processed to actuate the linear actuator 28, the objective lens 40 may be moved laterally, or a galvano mirror (not shown) may be actuated.

第9図に示した合焦時を検出する為の光学系が第10図に
示すように単純化して示され、合焦検出に関するレーザ
ビームの軌跡は、第11図(イ)から第11図(ハ)に示す
ように描れる。対物レンズ40が合焦状態にある際には、
光反射層14上にビーム・ウエスト64が投射され、最小ビ
ーム・スポット、即ちビーム・ウエスト・スポットが光
反射層14上に形成される。通常、レーザ装置30から対物
レンズ40に入射されるレーザは、平行光束であるから、
ビーム・ウエストは、対物レンズ40の焦点上に形成され
る。然しながら、対物レンズ40にレーザ装置30から入射
されるレーザがわずかに発散或は、収束している場合に
は、ビーム・ウエストは、対物レンズ40の焦点近傍に形
成される。第9図,第10図及び第11図(イ)から第11図
(ハ)に示される光学系においては、光検出器58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65の結像面に配列されている。従って、合焦時には、
ビーム・ウエスト・スポット65が光検出器58の受光面の
中心に形成される。即ち、第11図(イ)に示すようにビ
ーム・ウエスト・スポットが光反射層14上に形成され、
この光反射層14で反射されたレーザビームは、対物レン
ズ40によって平行光束に変換されて遮光板52に向けられ
る。遮光板52によって光軸53から離間した領域を通る光
成分のみが取り出され、投射レンズ54によって集束さ
れ、光検出器58上で最小に絞られ、ビーム・ウエスト・
スポット65がその上に形成される。次に対物レンズ40が
光反射層14に向けて近接すると、ビーム・ウエスト64
は、第11図(ロ)に示すようにレーザ・ビームが光反射
層14で反射されて生ずる。即ち、ビーム・ウエスト64
は、対物レンズ40と光反射層14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64は、通常対物
レンズ40の焦点距離内に生ずることから、ビーム・ウエ
スト64が光点として機能すると仮定すれば明らかなよう
に光反射層14で反射され、対物レンズ40から射出される
レーザビームは、対物レンズ40によって発散性のレーザ
・ビームに変換される。遮光板52を通過したレーザ・ビ
ーム成分も同様に発散性であることから、このレーザ・
ビーム成分が投射レンズ54によって集束されても光検出
器58の受光面上で最小に絞られず、光検出器58よりも遠
い点に向って集束されることとなる。従って、光検出器
58の受光面の中心から図上上方に向ってレーザ・ビーム
成分は、投射され、その受光面上には、ビーム・ウエス
ト・スポット65よりも大きなパターンのビームスポット
66が形成される。更に、第11図(ハ)に示されるように
対物レンズ40が光反射層14から離間された場合には、ビ
ーム・ウエスト64を形成した後レーザは、反射層14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64は、対物レンズ40の焦点距離外であって対物レン
ズ40と反射層14間に形成されることから、対物レンズ40
から遮光板52に向う反射レーザ・ビームは、収束性を有
することとなる。従って、遮光板52を通過したレーザ・
ビーム成分は、投射レンズ54によって更に収束され、収
束点を形成した後光検出器58の受光面上に投射される。
その結果、光検出器58の受光面上には、ビーム・ウエス
ト・スポット65よりも大きなパターンのビームスポット
67が中心から図上下方に形成される。なお、第11図
(イ)〜(ハ)に示す光検出器58′は集光点より近づけ
た状態、光検出器58″は集光点より遠ざけた状態を示
す。また、同図に光検出器58′の受光面におけるレーザ
・ビームのパターンも併せて示す。
The optical system for detecting the in-focus time shown in FIG. 9 is shown in a simplified manner as shown in FIG. 10, and the locus of the laser beam for the in-focus detection is shown in FIGS. It can be drawn as shown in (c). When the objective lens 40 is in focus,
A beam waist 64 is projected onto the light-reflecting layer 14 and a minimum beam spot, or beam waist spot, is formed on the light-reflecting layer 14. Normally, the laser incident on the objective lens 40 from the laser device 30 is a parallel light flux,
The beam waist is formed on the focal point of the objective lens 40. However, when the laser incident on the objective lens 40 from the laser device 30 is slightly diverging or converging, the beam waist is formed near the focal point of the objective lens 40. In the optical system shown in FIG. 9, FIG. 10 and FIG. 11 (A) to FIG. 11 (C), the light receiving surface of the photodetector 58 is the beam waist spot 65 of the beam waist spot 65 in the focused state. They are arranged on the image plane. Therefore, when focusing
A beam waist spot 65 is formed at the center of the light receiving surface of the photodetector 58. That is, as shown in FIG. 11 (a), a beam waist spot is formed on the light reflection layer 14,
The laser beam reflected by the light reflection layer 14 is converted into a parallel light flux by the objective lens 40 and is directed to the light shielding plate 52. Only the light component passing through the area separated from the optical axis 53 is taken out by the light shielding plate 52, focused by the projection lens 54, narrowed down to the minimum on the photodetector 58, and the beam waist
The spot 65 is formed on it. Next, when the objective lens 40 approaches the light reflection layer 14, the beam waist 64
Occurs when the laser beam is reflected by the light reflecting layer 14 as shown in FIG. That is, beam waist 64
Occurs between the objective lens 40 and the light reflection layer 14. Since the beam waist 64 normally occurs within the focal length of the objective lens 40 in such an out-of-focus state, it is clear that it is assumed that the beam waist 64 functions as a light spot. The laser beam reflected by the objective lens 40 and emitted from the objective lens 40 is converted into a divergent laser beam by the objective lens 40. Since the laser beam component that has passed through the shading plate 52 is also divergent, this laser
Even if the beam component is focused by the projection lens 54, it is not focused to the minimum on the light receiving surface of the photodetector 58, but is focused toward a point farther than the photodetector 58. Therefore, the photodetector
The laser beam component is projected upward from the center of the light receiving surface of 58, and a beam spot with a pattern larger than the beam waist spot 65 is projected on the light receiving surface.
66 is formed. Further, when the objective lens 40 is separated from the light reflecting layer 14 as shown in FIG. 11C, the laser is reflected by the reflecting layer 14 after forming the beam waist 64. In such an out-of-focus state, the normal beam waist 64 is formed outside the focal length of the objective lens 40 and between the objective lens 40 and the reflective layer 14, and therefore the objective lens 40
The reflected laser beam from the light shield plate 52 to the light shield plate 52 has a converging property. Therefore, the laser that has passed through the shading plate 52
The beam component is further converged by the projection lens 54, forms a convergence point, and is then projected onto the light receiving surface of the photodetector 58.
As a result, a beam spot with a pattern larger than the beam waist spot 65 is formed on the light receiving surface of the photodetector 58.
67 is formed from the center downward in the figure. In addition, the photodetector 58 'shown in FIGS. 11 (a) to 11 (c) is in a state closer to the condensing point, and the photodetector 58 "is in a state farther from the converging point. The pattern of the laser beam on the light receiving surface of the detector 58 'is also shown.

本発明の主旨としては合焦点時に結像点からずらして光
検出器を配置することにあり本来どちら側にずらしても
さしつかえない。しかし検出系レンズに近付ける方向に
ずらした方が機械的に多少はコンパクトになる。
The gist of the present invention is to dispose the photodetector so as to be displaced from the image forming point at the time of focusing, and it does not matter which side it is originally displaced. However, it is mechanically somewhat compact if it is moved toward the detection system lens.

本発明の内容は、合焦点時の集光点より光検出器を大き
くずらし1つの光検出器で焦点ぼけを検出するとともに
同時にトラックずれを検出することのできる光学系に類
似しているように見える。ところで、この方式ではトラ
ックずれ検出に関しては、表面に微小な凹凸のある情報
記憶媒体の光反射層(記録層)から反射した光の回折パ
ターンを電気的に観測してトラックずれを検出するため
の手段として、いわゆる“Push-Pull方式”を利用して
いる。しかし、Push-Pull方式の場合、表面に微小な凹
凸のある光反射層に対するfar field patternが発生す
る位置に光検出器を配置した場合にはトラックずれ検出
信号が大きく得られ、これに対し結像パターンが発生す
る位置に光検出器を配置した場合にはトラックずれ検出
信号がほとんど得られないということが知られている。
したがって、この光学系においては光検出器になるべく
far field patternが得られる場所近くに置くことが望
まれる。しかしながら、上述したように、連続した凹凸
形状を持つトラッキングガイドをレーザースポットが横
切った時に発生するfar field面上でのパターンの乱れ
が焦点ぼけ検出に対し外乱として入り込み悪影響を及ぼ
すという現象がこの光学系にも現われて来る。したがっ
て、本発明においては光検出器をfar field面には置か
ない必要がある。多くの実験から合焦点時の情報記憶媒
体の光反射層に対する結像面上では、凹凸形状を持つト
ラッキングガイドを横切っても焦点ぼけ検出に大きな影
響を及ぼす程の誤差信号は発生しないことが確められて
いる。far field面をFraunhoffer(フラウンホーファ)
領域と対応させれば、少なくともFresnel(フルネル)
領域とFraunhoffer領域の境界点よりも結像点(合焦点
時の光検出器側の集光点)に近い所に光検出器は置かな
ければならない。光検出器の集光点におけるスポットサ
イズd0を、第6図における光強度分布において、中心最
大強度を1とした時の1/e2になる所での幅(直径)とす
ると、実際のビームスポットとしては3.9d0程度の広が
りを有する(3.9倍と言う目安はAiry patternの2次極
大の外側にある暗い縞までの範囲を取った)。したがっ
て、このような広がりを有するパターンに対するFraunh
offer領域とFresnel領域の境界はおよそ(3.9d02
となるので、合焦点時には光検出器方向の集光点から光
検出器58までの距離は少なくとも(3.9d02/λよりも
離さない方が良いと言える。また前述したようにd0は理
論的には(28)式のadや(31)式のakに対応する。
The content of the present invention is similar to an optical system capable of detecting a defocus with one photodetector by shifting the photodetector largely from the focal point at the time of focusing and simultaneously detecting a track shift. appear. By the way, with respect to the track deviation detection in this method, a track deviation is detected by electrically observing a diffraction pattern of light reflected from a light reflection layer (recording layer) of an information storage medium having fine irregularities on the surface. The so-called "Push-Pull method" is used as a means. However, in the case of the Push-Pull method, when the photodetector is arranged at the position where the far field pattern is generated with respect to the light reflecting layer having minute irregularities on the surface, a large track deviation detection signal is obtained, and in contrast to this, It is known that when a photodetector is arranged at a position where an image pattern is generated, almost no track deviation detection signal can be obtained.
Therefore, in this optical system, it should be a photodetector.
It is desirable to place it near where the far field pattern can be obtained. However, as described above, the phenomenon that the disturbance of the pattern on the far field surface, which occurs when the laser spot crosses the tracking guide having the continuous uneven shape, enters the defocus detection as a disturbance and adversely affects this optical It also appears in the system. Therefore, in the present invention, it is necessary not to place the photodetector on the far field surface. It has been confirmed from many experiments that an error signal that has a great influence on defocus detection is not generated even when a tracking guide having an uneven shape is traversed on the image plane of the light reflection layer of the information storage medium at the time of focusing. It is Fra field to the Fraunhoffer
At least Fresnel if it corresponds to the area
The photodetector must be placed closer to the image formation point (focusing point on the photodetector side at the time of focusing) than the boundary point between the region and the Fraunhoffer region. If the spot size d 0 at the condensing point of the photodetector is the width (diameter) at the place where it becomes 1 / e 2 when the central maximum intensity is 1 in the light intensity distribution in FIG. The beam spot has a spread of about 3.9d 0 (the target of 3.9 times is the range up to the dark stripe outside the secondary maximum of the Airy pattern). Therefore, Fraunh for patterns with such a spread
The boundary between the offer area and the Fresnel area is approximately (3.9d 0 ) 2 / λ
Therefore, at the time of focusing, it can be said that the distance from the condensing point in the photodetector direction to the photodetector 58 should be at least not less than (3.9d 0 ) 2 / λ. Further, as described above, d 0 theoretically corresponds to ad in Eq. (28) and ak in Eq. (31).

しかして、 i) 情報記憶媒体の記録層ないしは光反射層14内の信
号情報用ピットの結像パターンが光検出器上にはっきり
現われて外乱ノイズ信号となることがない。
Then, i) The image formation pattern of the signal information pits in the recording layer or the light reflection layer 14 of the information storage medium does not appear clearly on the photodetector and becomes a disturbance noise signal.

ii)情報記憶媒体にそりが生じ、基板が傾いても対物レ
ンズ40の収差による焦点ぼけが生じにくい。
ii) Even if the information storage medium is warped and the substrate is tilted, defocusing due to the aberration of the objective lens 40 is unlikely to occur.

iii)焦点ぼけに対する検出感度が合焦点位置付近でに
ぶることなく幾何光学的に求めたものとほぼ等しい感度
を有する。
iii) The detection sensitivity to defocus is approximately equal to that obtained by geometrical optics without blurring near the in-focus position.

iv)光検出器の位置ずれに対し比較的焦点ぼけが生じに
くくなる。
iv) Defocus is relatively unlikely to occur due to displacement of the photodetector.

v) 検出系レンズとして比較的収差の大きなレンズを
用いることができ、またそのようなレンズを用いても光
学的特性を著しく落とすことがない。
v) A lens having a relatively large aberration can be used as the detection system lens, and even if such a lens is used, the optical characteristics are not significantly deteriorated.

また、第12図に他の実施例として遮光板52としてアパー
チャを使用した光学系の合焦時及び非合焦時におけるレ
ーザ・ビームの軌跡を示す。
In addition, FIG. 12 shows, as another embodiment, the locus of the laser beam at the time of focusing and non-focusing of the optical system using the aperture as the light shielding plate 52.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、合焦点時に光検出
上で情報記憶媒体の記録層ないしは光反射層に対する結
像パターンをボカすことによりレンズの収差やピットの
影響を軽減し、しかも光検出器の位置ずれマージンや焦
点ぼけに対する検出感度を向上させることができ、かつ
記録層ないしは光反射層上の微細な凹凸により発生する
回折パターンの影響を受けるまで光検出器をずらさない
ことにより焦点ぼけ検出をより安定にしかも信頼性良く
行なうことのできるといった効果を奏する。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by defocusing the image formation pattern on the recording layer or the light reflection layer of the information storage medium during light detection at the time of focusing, the influence of lens aberration and pits can be reduced. It is possible to improve the detection margin for the position deviation of the photodetector and defocus, and to adjust the photodetector until it is affected by the diffraction pattern generated by the fine irregularities on the recording layer or the light reflection layer. By not shifting, defocus detection can be performed more stably and reliably.

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

第1図(イ),(ロ),(ハ)はビームスポットの移動
により焦点ぼけを検出する基本原理を示す説明図、第2
図(イ)(ロ)(ハ)は光検出器上でのビームスポット
の状態を示す図、第3図は光検出器上でのビームスポッ
トの状態を示す図、第4図は対物レンズを通る光線の軌
跡を解析する為の図、第5図は第4図に示された投射レ
ンズを通る光線の軌跡を解析するための図、第6図は対
物レンズによって形成されるビーム・ウエストにおける
光強度分布を示す図、第7図(イ)及び第7図(ロ)は
夫々光検出器の受光面上における光強度分布の差違を説
明する図であって、第7図(イ)は遮光板を光路に挿入
しない場合、第7図(ロ)は遮光板を光路に挿入した場
合を夫々示す図、第8図は光路に遮光板を挿入しない場
合と遮光板を挿入した場合におけるレーザ・ビームの軌
跡を示す図、第9図は本発明の一実施例に係る光学ヘッ
ドを備えた情報記録再生装置を示すブロック図、第10図
は第9図に示された光学系を示す図、第11図(イ)〜
(ハ)は合焦時及び非合焦時におけるレーザ・ビームの
軌跡を示す説明図、第12図(イ)(ロ)(ハ)は遮光板
としてアパーチャを使用した光学系の合焦時及び非合焦
時におけるレーザ・ビームの軌跡を示す説明図である。 2……情報記憶媒体、12,14……記録層ないし光反射
層、40……対物レンズ、52……光抜出手段、58……光検
出器。
FIGS. 1 (a), (b), and (c) are explanatory views showing the basic principle of detecting defocus by moving the beam spot.
Figures (a), (b), and (c) show the state of the beam spot on the photodetector, FIG. 3 shows the state of the beam spot on the photodetector, and FIG. 4 shows the objective lens. FIG. 5 is a diagram for analyzing the trajectory of a ray passing therethrough, FIG. 5 is a diagram for analyzing the trajectory of a ray passing through the projection lens shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a beam waist formed by the objective lens. 7 (a) and 7 (b) are views for explaining the difference in light intensity distribution on the light receiving surface of the photodetector, and FIG. 7 (a) shows FIG. 7 (b) shows the case where the light shielding plate is not inserted in the optical path, and FIG. 8 shows the case where the light shielding plate is inserted in the optical path, and FIG. 8 shows the laser when the light shielding plate is not inserted in the optical path and when the light shielding plate is inserted. FIG. 9 is a diagram showing a beam trajectory, and FIG. 9 is an information record provided with an optical head according to an embodiment of the present invention. Block diagram of a reproducing apparatus, FIG. 10 shows the optical system shown in FIG. 9, FIG. 11 (a) to
(C) is an explanatory view showing the trajectory of the laser beam during focusing and non-focusing, and FIGS. 12 (A), (B) and (C) are during focusing of an optical system using an aperture as a light shielding plate. It is explanatory drawing which shows the locus | trajectory of a laser beam at the time of non-focusing. 2 ... Information storage medium, 12, 14 ... Recording layer or light reflection layer, 40 ... Objective lens, 52 ... Light extraction means, 58 ... Photodetector.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光を発生する光源部と、この光源部から発
生された光を集束して情報が記憶される記録層を有する
情報記憶媒体に照射する第1の集光手段と、前記情報記
憶媒体の記録層からの光を集光する第2の集光手段と、
この第2の集光手段によって集光された光を検出する光
検出手段と、前記情報記憶媒体の記録層に対して前記第
1の集光手段が合焦点にある位置からのずれに対応して
前記光検出手段上の光のビームスポットを移動させる手
段とを有する光学ヘッドにおいて、前記第1の集光手段
が前記情報記憶媒体の記録層に対して合焦点の位置にあ
るとき、前記第2の集光手段によって形成される光の集
光点から(1/π)(f/a)λ(但し、f:前記第2の集
光手段の焦点距離、a:合焦点時の前記第2の集光手段の
前側主点(前記第1の集光手段に近い側の主点)におけ
る光のビームスポットの半径、λ:前記光源部から発生
される光の波長)以上離れた位置で、(3.9d02
(但し、d0:光の光量分布において中心最大強度を1と
したときの1/e2になるところでの直径)よりも近付いた
位置に前記光検出手段を配置したことを特徴とする光学
ヘッド。
1. A first light condensing means for irradiating an information storage medium having a light source section for generating light, and converging the light generated from the light source section for recording information therein. Second condensing means for condensing light from the recording layer of the storage medium,
Corresponding to the deviation from the position where the light detecting means for detecting the light condensed by the second condensing means and the first condensing means with respect to the recording layer of the information storage medium are in focus. An optical head having means for moving a beam spot of light on the light detecting means, the first light collecting means is located at a focus position with respect to a recording layer of the information storage medium, and (1 / π) (f / a) 2 λ from the light condensing point formed by the second condensing means (where f: the focal length of the second condensing means, a: the focal point at the time of focusing) Radius of the beam spot of light at the principal point on the front side of the second condensing means (principal point on the side closer to the first condensing means, λ: wavelength of light generated from the light source unit) At (3.9d 0 ) 2 / λ
(However, the optical detecting means is arranged at a position closer than d 0 : diameter at which 1 / e 2 is obtained when the central maximum intensity is 1 in the light quantity distribution of light) .
【請求項2】前記光検出手段は、前記第1の集光手段が
前記情報記憶媒体の記録層に対して合焦点の位置にある
とき、前記第2の集光手段によって形成される光の集光
点から (但し、W0:集光点におけるビームスポット半径、λ:
前記光源部から発生される光の波長)以上離れた位置に
配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
光学ヘッド。
2. The light detecting means detects the light formed by the second light collecting means when the first light collecting means is in a focused position with respect to the recording layer of the information storage medium. From the focus point (However, W 0 : radius of beam spot at converging point, λ:
The optical head according to claim 1, wherein the optical head is arranged at a position separated by at least a wavelength of light generated from the light source unit).
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