JP2000293880A

JP2000293880A - 光学的情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2000293880A
Application number: JP11096432A
Authority: JP
Inventors: Moritoshi Miyamoto; 守敏宮本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】光ヘッド光学系のコリメータレンズは焦点距
離が５ｍｍ以下と小さく、性能的にも非常に高くなけれ
ばならず、通常は非球面レンズが用いられるが、製造が
難しく、コストが高い。【解決手段】半導体レーザ２１とコリメータレンズと
して用いるＣＤ用対物レンズ５２の間に、対物レンズ５
２と半導体レーザ２１のカバーガラス５１で発生する球
面収差を補正するための補正用ガラス板５０を配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的情報記録媒
体に光束を照射することによって、情報を光学的に記録
し、あるいは記録情報を再生する光学的情報記録再生装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光を用いて情報の記録、再生を行
う情報媒体としてディスク状、カード状、テープ状等各
種のものが知られている。これらの光学的情報記録媒体
には記録及び再生の可能なものや再生のみ可能なもの等
がある。記録可能な媒体へ情報を記録するには、記録情
報に従って変調され、微小スポット状に絞られた光ビー
ムを情報トラックを走査することにより、光学的に検出
可能な情報ビット列として情報の記録を行う。

【０００３】又、記録媒体から情報を再生するには、媒
体に記録が行われない程度の一定パワーの光スポットを
情報トラックの情報ビット列に走査し、媒体からの反射
光又は透過光を検出し、検出した信号を用いて所定の信
号処理を行うことにより記録情報の再生を行う。

【０００４】上述した記録媒体への情報の記録、再生に
用いられる光ヘッドは、記録媒体に対しその情報トラッ
ク方向及びトラック方向を横切る方向に相対的に移動可
能とされており、この移動により光スポットの情報トラ
ックの走査を行う。光ヘッドにおける光スポットの絞り
込み用レンズとしては、例えば、対物レンズが用いられ
ている。この対物レンズはその光軸方向（フォーカシン
グ方向）及び光軸方向と記録媒体の情報トラック方向と
の双方に直交する方向（トラッキング方向）に光ヘッド
本体について夫々の方向に独立して移動できるように保
持されている。このような対物レンズの保持は、弾性部
材を介して成され、対物レンズの２方向の移動は磁気的
相互作用を利用したアクチュエータにより駆動するのが
一般的である。

【０００５】ところで、上述した光学的情報記録媒体の
うちカード状の光学的情報記録媒体（以下、光カードと
称する）は、小型軽量で持ち運びに便利な比較的大容量
の情報記録媒体として今後大きな需要が見込まれてい
る。図５は追記型光カードの模式的平面図、図６はその
部分拡大図を示している。図５において、光カード１の
情報記録面には多数本の情報トラック２がＬ−Ｆ方向に
平行に配列されている。又、光カード１の情報記録面に
は情報トラック２へのアクセスの基準位置となるホーム
ポジション３が設けられている。

【０００６】情報トラック２は、ホームポジション３に
近い方から順に２−１，２−２，２−３，…と配列さ
れ、図６に示すようにこれらの各情報トラックに隣接し
てトラッキングトラックが４−１，４−２，４−３，…
というように順次設けられている。これらのトラッキン
グトラック４は情報記録再生時の光スポット走査の際に
光スポットが所定の情報トラックから逸脱しないように
制御するオートトラッキング（以下、ＡＴと記す）のた
めのガイドとして用いられる。

【０００７】このＡＴサーボは、光ヘッドにおいて光ス
ポットの情報トラックからのずれ（ＡＴ誤差）を検出
し、検出信号をトラッキングアクチュエータに負帰還す
ることにより光ヘッド本体に対し対物レンズをトラッキ
ング方向（Ｄ方向）に移動させて光スポットが所望の情
報トラックに追従するように制御を行う。又、情報記録
再生時において、光スポットを情報トラックに走査する
際、光ビームを光カード面上にて適当な大きさのスポッ
ト状とする（合焦させる）ために、オートフォーカシン
グ（以下、ＡＦと記す）サーボを行う。このＡＦサーボ
は、光ヘッドにおいて光スポットの合焦状態からのずれ
（ＡＦ誤差）を検出し、検出信号をフォーカシングアク
チュエータに負帰還することにより、光ヘッド本体に対
し対物レンズをフォーカシング方向に移動させて光スポ
ットが光カード面上に合焦するように制御を行う。

【０００８】なお、図６において、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は
光スポットを示し、Ｓ１とＳ３の光スポットを使用して
トラッキング制御を行い、Ｓ２の光スポットを使用して
フォーカシング制御及び記録時の情報ビットの作成、再
生時の情報ビットの読出しを行う。又、各情報トラック
において、６−１，６−２及び７−１，７−２は夫々プ
リフォーマットされた左側アドレス部及び右側アドレス
部を示し、このアドレス部を読出すことによりトラック
の識別を行う。５（図中、５−１，５−２が相当する）
は記録されたデータである。

【０００９】図７は光カードに情報を記録再生する情報
記録再生装置の光ヘッド光学系を示す図である。図７に
おいて、２１は光源である半導体レーザであり、この例
では紙面内方向に偏光している７８０ｎｍの波長の光を
発する。また、２２はコリメータレンズ、２３はビーム
整形プリズム、２４は光束分割のための回折格子、２５
は偏光ビームスプリッタである。更に、２６は１／４波
長板、２７は対物レンズ、２９はシリンドリカルレン
ズ、３０は光検出器を示す。

【００１０】半導体レーザ２１から発した光ビームは、
発散光束となってコリメータレンズ２２に入射し、コリ
メータレンズ２２により平行光とされ、更にビーム整形
プリズム２３により所定の光強度分布、つまり円形の強
度分布を有するビームに整形される。ビーム整形プリズ
ム２３を出射した光束は回折格子２４に入射し、回折格
子２４により有効な３つの光ビーム（０次回折光及び±
１次回折光）に分割される。この３つの光束は、偏光ビ
ームスプリッタ２５にＰ偏光光束として入射する。偏光
ビームスプリッタ２５は図８に示すような分光特性を持
っていて、入射光はその特性に従って１００％近く透過
する。

【００１１】次いで、３つの光束は１／４波長板２６を
透過する際に円偏光に変換され、対物レンズ２７によっ
て光カード１上に集束される。この集束された光が図６
に示す３つの微小光スポットＳ１（＋１次回折光）、Ｓ
２（０次回折光）、Ｓ３（−１次回折光）である。Ｓ２
の光束は記録及び再生、ＡＦ制御の信号光として用いら
れ、Ｓ１とＳ３の光束はＡＴ制御の信号光として用いら
れる。光カード１上におけるスポット位置は、図６に示
すように光スポットＳ１，Ｓ３は隣接するトラッキング
トラック４上に位置し、光スポットＳ２はトラッキング
トラック間の情報トラック２上に位置している。

【００１２】かくして、光カード１上に照射された光ス
ポットの反射光は、再び対物レンズ２７を通って平行光
とされ、１／４波長板２６を透過することにより入射時
とは偏光方向が９０°回転した光ビームに変換される。
そして、偏光ビームスプリッタ２５にＳ偏光ビームとし
て入射し、図８に示す分光特性により１００％近く反射
し、検出光学系に導かれる。

【００１３】検出光学系は球面レンズ２８とシリンドリ
カルレンズ２９が組み合わされ、この組み合わせにより
非点収差法によるＡＦ制御を行う。また、検出光学系に
より光カード１から反射された３つの光束は集光され、
光検出器３０で検出される。光検出器３０は、図９に示
すように２つの受光素子３０ａ，３９ｃ及び４つに分割
された受光素子３０ｂから構成されている。受光素子３
０ａ，３０ｃは光スポットＳ１，Ｓ３の反射光を受光
し、この受光信号を用いてトラッキング制御を行う。ま
た、４分割の受光素子３０ｂは光スポットＳ２の反射光
を受光し、この受光信号によりフォーカス制御を行い、
記録情報の再生を行う。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、図７の光ヘッ
ド光学系に用いられるコリメータレンズ２２は、焦点距
離が５ｍｍ以下と小さく、性能的にも非常に高い性能が
要求される。コリメータレンズ２２としては、通常は非
球面レンズが用いられているが、製造が難しく、非常に
高価であった。

【００１５】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
性能を低下させることなく、安価なレンズをコリメータ
レンズとして用いることが可能な光学的情報記録再生装
置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のこのような目的
は、光源から発した光束をコリメータレンズにより平行
化し、平行化された光束を対物レンズにより集光し、微
小光スポットに絞って情報記録媒体上に照射することに
より情報を記録し、あるいは記録情報を再生する光学的
情報記録再生装置において、前記光源とコリメータレン
ズの間に、前記コリメータレンズと前記光源の透明窓部
とで発生する球面収差を補正するための平行平板光学部
材を配置したことを特徴とする光学的情報記録再生装置
によって達成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１
の実施形態の要部の構成を示す図である。なお、本実施
形態では、図７の光ヘッド光学系を用いるものとし、記
録媒体としては図５の光カードを用いるものとする。但
し、図７のコリメータレンズ２２の代わりに、図１のコ
リメータレンズ光学系を用いるものとする。

【００１８】即ち、コリメータレンズ２２として量産さ
れているＣＤ（コンパクトディスク）用対物レンズ５２
を用い、この対物レンズ５２と半導体レーザ２１の間に
球面収差を補正するための補正用ガラス板５０を配置し
ている。図１の半導体レーザ２１は図７のものと同じ
で、窓部にカバーガラス５１が設けられている。ＣＤ用
対物レンズ５２は半導体レーザの光束を収れんして微小
光スポットに繰り込むのに用いられ、これをコリメータ
レンズとして用いている。

【００１９】補正用ガラス板５０は、光学ガラス材料か
ら成り、平行平板形状から成っている。また、この補正
用ガラス板５０は、ＣＤ用対物レンズ５２がＣＤのディ
スク厚（透明基板厚）１．２ｍｍを想定して設計されて
おり、これをコリメータレンズとして使用すると、半導
体レーザ２１のカバーガラス５１（厚さは０．２５ｍ
ｍ）とで光学的厚さの不足が生じるため、この不足分を
補正するために配置されている。

【００２０】半導体レーザ２１の発光点から発した発散
光束は、カバーガラス５１、補正用ガラス板５０を透過
し、ＣＤ用対物レンズ５２に入射する。レーザ光束はこ
のＣＤ用対物レンズ５２により平行光束となり、図７の
ビーム整形プリズム２３に入射する。後は図７で説明し
たようにビーム整形プリズム２３で円形の強度分布の光
ビームとし、回折格子２４により３つの光ビームに分割
し、更に、対物レンズ２７により集光し、図６に示すよ
うに光カード１上に微小光スポットＳ１〜Ｓ３として照
射する。

【００２１】光カード１に情報を記録する時は、半導体
レーザ２１を図示しない駆動回路により記録信号に応じ
て駆動し、変調された光スポット（Ｓ２）を情報トラッ
ク上に走査することにより記録を行う。また、光カード
１の記録情報を再生する時は再生用光スポット（Ｓ２）
を目的の情報トラックに走査し、光カード１からの反射
光を光検出器３０で検出し、図示しない再生回路により
検出された信号を用いて２値化、復調等の信号処理を行
うことにより情報の再生を行う。

【００２２】次に、図２を参照して収れん（もしくは発
散）光束中における平行平板ガラスと球面収差の関係に
ついて説明する。図２において、凸レンズ５５は入射光
束を無収差で０点に結像するものとし、凸レンズ５５の
出射側に屈折率ｎ、厚みｄの平行平板ガラス５６を配置
すると、結像点は０点から０′点に移り、０と０′間の
距離Ｌは、

【００２３】

【数２】

【００２４】となる。移動量Ｌはθの関数となる。

【００２５】つまり、光線ＡとＢはそれぞれθが異なる
ので、平行平板ガラス５６を配置すると、同じ点には集
光せず、球面収差が発生する。従って、収れん（もしく
は発散）光束中に平行平板ガラスが存在する時はその存
在を考慮してレンズの設計を行う必要がある。従来のコ
リメータレンズ２２は半導体レーザ２１のカバーガラス
５１を考慮して設計されており、コリメータレンズ２２
をＣＤ用対物レンズ５２に置き換えただけでは、球面収
差が大きく発生してしまう。

【００２６】次に、この補正用ガラス板５０の仕様につ
いて説明する。まず、ディスクの透明基板厚をｄ_D、屈
折率をｎ_D、カバーガラス５１の厚みをｄ_C、屈折率を
ｎ_C、補正用ガラス板５０の厚みをｄ_H、屈折率をｎ_H
とする。補正用ガラス板５０の仕様は、球面収差の発生
量が、ディスク単独の場合と、カバーガラス５１、補正
用ガラス板５０の場合とで同じになるように決定する必
要がある。つまり、発散角θで定義される球面収差の差
分Δθ（発散角θにおける光軸上の結像位置の差）を、

【００２７】

【数３】

【００２８】使用する光線範囲（例えば、ＮＡ＝０．５
ならｓｉｎθ＝０．５よりθ＝３０°まで）で合計し、
その量が一番小さくなるｄ_Hとｎ_Hの組み合わせが補正
用ガラス板５０の仕様として最適の選択となる。

【００２９】

【数４】

【００３０】なお、その際には、θごとに異なる光線強
度を考慮し、重み付けして計算すると更に最適な条件を
得ることができる。

【００３１】本実施形態では、コリメータレンズの代わ
りにＣＤ用対物レンズ５２を用い、且つ、半導体レーザ
２１とＣＤ用対物レンズ５２の間に補正用ガラス板５０
を配置しているので、ＣＤ用対物レンズ５２を用いたこ
とにより発生する球面収差を相殺することができる。従
って、性能が低下することなく、安価なＣＤ用対物レン
ズ５２を用いることで、装置の大幅なコストダウンを実
現できる。

【００３２】なお、（２）式を用いた計算は補正用ガラ
ス板の最適条件を得ることは可能であるが、やや計算が
複雑である。そこで、精度はやや落ちるが、次のような
計算によって補正用ガラス板の仕様を求めることも可能
である。まず、半導体レーザから発した光束の強度分布
は、中心が最も強いガウス分布であることが知られてい
る。通常、半導体レーザはこの強度の一番強い中心が光
学系の光軸に一致するように配置されるので、光学系光
軸付近の特性を把握できれば、近似的にはその光学系全
体の特性を把握できたことになる。よって、球面収差に
ついても光学系光軸付近の特性、つまりθ＝０を考慮し
てやれば近似的には正しいことになる。具体的には、
（１）、（２）式はそれぞれ次の（４）、（５）式に置
き換えることができ、計算を非常に簡単に行うことがで
きる。

【００３３】Ｌ＝ｄ（１−（１／ｎ）） …（４）

【００３４】 Δ₀＝ｄ_D［１−（１／ｎ_D）］−｛ｄ_C［１−（１／ｎ_C）］＋ｄ_H［１−（１／ｎ_H）］｝ …（５）例えば、ディスク基板厚ｄ_D＝１．２ｍｍ、屈折率ｎ_D
＝１．５９、カバーガラス５１の厚さｄ_C＝０．２５ｍ
ｍ、屈折率ｎ_C＝１．５０とし、補正用ガラス板５０の
屈折率ｎ_H＝１．５１とすると、補正用ガラス板５０の
厚さｄ_Hを求めるには、 Δ₀＝１．２［１−（１／１．５９）］−｛０．２５
［１−（１／１．５０）］＋ｄ_H［１−１／１．５
１］｝ Δ₀＝０となるｄ_Hを求めればよい。計算結果はｄ_H＝１．０７
ｍｍとなる。

【００３５】また、光ヘッド光学系の対物レンズとコリ
メータレンズは、焦点距離ｆ＝５ｍｍ以下、ＮＡ＝０．
５程度と仕様が似かよっている。従来においては、記録
媒体の基板厚と半導体レーザのカバーガラス厚に違いが
あるため、対物レンズとコリメータレンズを別々に設
計、製作しているが、補正用ガラス板５０を用いて球面
収差を除去することにより、対物レンズとコリメータレ
ンズに同じ形状で同じ材料の共通のレンズを用いること
ができる。こうすることにより、部品の共通化が図れ、
型が１つで済み、管理コストを低減できる等更なるコス
トダウンが可能である。

【００３６】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。第１の実施形態ではＣＤ用対物レンズ５２をコ
リメータレンズとして用い、このコリメータレンズと半
導体レーザの間に補正用ガラス板５０を配置すると説明
したが、コリメータレンズの焦点距離は５ｍｍ以下と短
く、そのワーキングディスタンス（ＷＤ）も２ｍｍ以下
と小さい。そのため、コリメータレンズと半導体レーザ
の間に補正用ガラス板５０を挿入し、固定することは非
常に作業性が悪く、それを固定するためのホルダー等の
部品も必要である。

【００３７】本実施形態では、図３に示すようにＣＤ用
対物レンズ５２に補正用ガラス板５０を接着剤等で接着
固定し、両者を一体化している。即ち、ＣＤ用対物レン
ズ５２の補正用ガラス板５０に対向する面の外周部に接
着剤等を塗布し、補正用ガラス板５１と重ね合わせるこ
とで両者を接着固定している。こうすることにより、Ｃ
Ｄ用対物レンズ５２を固定すれば、補正用ガラス板５０
も同時に固定できるために、補正用ガラス板５０を固定
するためのホルダー等の部品を不要にできるばかりでな
く、補正用ガラス板５０を狭い空間に固定するという作
業自体を不要にできるため、装置の製造を容易に行うこ
とができ、コストも安価にすることができる。

【００３８】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。第２の実施形態では、ＣＤ用対物レンズ５２の
外周部に補正用ガラス板５０を接着固定すると説明した
が、この接着固定の際に接着剤がＣＤ用対物レンズ５２
や補正用ガラス板５０の光線有効径内に流れ出し、光線
をけってしまう恐れがある。本実施形態では、図４に示
すようにコリメータレンズとして用いるＣＤ用対物レン
ズ５２の補正用ガラス板５０に対向する面の外周部に円
周状の溝部５３を形成し、接着剤の光線有効径内への流
入を防いでいる。

【００３９】即ち、ＣＤ用対物レンズ５２に補正用ガラ
ス板５０を接着する時はＣＤ用対物レンズ５２の溝部５
３よりも外側の接着剤塗布部５４に接着剤を塗布する。
しかる後、補正用ガラス板５０とＣＤ用対物レンズ５２
を重ね合わせて両者を接着固定する。こうすることによ
り、接着剤が流れ出しても接着剤は溝部５３に流れ出る
ため、光線有効径内への流入を防止できる。なお、複数
の溝部を同心円状に形成すると、より確実に接着剤の流
入を防止できる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
源とコリメータレンズの間に平行平板光学部材を配置す
ることにより、球面収差の発生を抑えることができるの
で、ＣＤ用対物レンズのような量産されている安価なレ
ンズをコリメータレンズとして用いることができ、性能
を低下することなく、装置を安価に作製することができ
る。また、コリメータレンズに平行平板光学部材を接着
固定し、一体化することにより、平行平板光学部材を固
定するためのホルダー等の部品を不要にできるばかりで
なく、平行平板光学部材を狭い空間に挿入固定するとい
う作業自体を不要にできるため、装置の製造を容易にで
き、コストも安価にできる。更に、コリメータレンズに
接着剤の流入を阻止するための溝部を円周状に形成する
ことにより、接着剤が光線有効径内に流入することがな
いため、接着剤による光線ケラレを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の要部の構成を示す図
である。

【図２】収れん光束（発散光束）中の平行平板ガラスと
球面収差の関係を説明するための図である。

【図３】本発明の第２の実施形態を示す図である。

【図４】本発明の第３の実施形態を示す図である。

【図５】光カードの平面図である。

【図６】図５の光カードの一部を拡大して示す図であ
る。

【図７】従来例の光ヘッド光学系を示す図である。

【図８】図７の光ヘッド光学系の偏光ビームスプリッタ
の分光特性を示す図である。

【図９】図７の光ヘッド光学系の光検出器の受光面を示
す図である。

【符号の説明】

１光カード２１半導体レーザ２４回折格子２５偏光ビームスプリッタ２７対物レンズ３０光検出器５０補正用ガラス板５１カバーガラス５２ＣＤ用対物レンズ５３溝部５４接着剤塗布部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から発した光束をコリメータレンズ
により平行化し、平行化された光束を対物レンズにより
集光し、微小光スポットに絞って情報記録媒体上に照射
することにより情報を記録し、あるいは記録情報を再生
する光学的情報記録再生装置において、前記光源とコリ
メータレンズの間に、前記コリメータレンズと前記光源
の透明窓部とで発生する球面収差を補正するための平行
平板光学部材を配置したことを特徴とする光学的情報記
録再生装置。
【請求項２】前記平行平板光学部材の厚さは、前記光
源の透明窓部の厚さよりも厚く形成され、前記コリメー
タレンズは前記光源から発した発散光を平行化する、も
しくは平行光を収れんして一点に集光するレンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の光学的情報記録再生
装置。
【請求項３】前記記録媒体の透明基板厚をｄ_D、屈折
率をｎ_D、前記光源の透明窓部の厚さをｄ_C、屈折率を
ｎ_Cとする場合、前記平行平板光学部材の厚さｄ_H、屈
折率ｎ_Hは、発散角θにおける光軸上の結像位置の差分
Δθが、【数１】となるようなｄ_Hｎ_Hの組み合わせより選択されること
を特徴とする請求項１に記載の光学的情報記録再生装
置。
【請求項４】前記記録媒体の透明基板厚をｄ_D、屈折
率をｎ_D、前記光源の透明窓部の厚さをｄ_C、屈折率を
ｎ_Cとする場合、前記平行平板光学部材の厚さｄ_H、屈
折率ｎ_Hは、 Δ₀＝ｄ_D［１−（１／ｎ_D）］−｛ｄ_C［１−（１／
ｎ_C）］＋ｄ_H［１−（１／ｎ_H）］｝で表わされるΔ₀を０とするようなｄ_H、ｎ_Hの組み合
わせより選択されることを特徴とする請求項１に記載の
光学的情報記録再生装置。
【請求項５】前記コリメータレンズと対物レンズは、
同じ形状、同じ材料のレンズであることを特徴とする請
求項１に記載の光学的情報記録再生装置。
【請求項６】前記平行平板光学部材は、前記コリメー
タレンズに固定されていることを特徴とする請求項１に
記載の光学的情報記録再生装置。
【請求項７】前記平行平板光学部材は、前記コリメー
タレンズの平行平板光学部材に対向する面の外周部に塗
布された接着剤により接着固定されていることを特徴と
する請求項６に記載の光学的情報記録再生装置。
【請求項８】前記コリメータレンズの平行平板光学部
材に対向する面の外周部に沿って円周状に接着剤の光線
有効径内への流入を阻止するための溝部が形成されてい
ることを特徴とする請求項１、６、７のいずれかに記載
の光学的情報記録再生装置。
【請求項９】前記溝部は同心円状に複数形成されてい
ることを特徴とする請求項８に記載の光学的情報記録再
生装置。
【請求項１０】前記コリメータレンズの溝部の外側に
接着剤が塗布されることを特徴とする請求項８、９のい
ずれかに記載の光学的情報記録再生装置。
【請求項１１】前記平行平板光学部材は、光学ガラス
材料から成ることを特徴とする請求項１、３、４、６、
７、８のいずれかに記載の光学的情報記録再生装置。