JP2933325B2

JP2933325B2 - 光学式情報記録再生装置用光学系の波面収差測定装置

Info

Publication number: JP2933325B2
Application number: JP1225625A
Authority: JP
Inventors: 政博大野; 毅伊藤; 勝喜林; 俊之加瀬
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH0386937A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、レーザダイオード等から出射されたレーザ
光束を利用して光磁気ディスク等の記憶媒体に対して、
情報の記録及び再生等を行う光学式情報記録再生装置用
光学系の波面収差補正方法及び測定装置に関するもので
ある。

［従来の技術］光学式情報記録再生装置用光学系の光源としては、一
般にレーザダイオードが用いられるが、そこから出射さ
れるレーザ光束は楕円形状に拡がる。そのため、光学式
情報記録再生装置用光学系は、そのレーザ光束をコリメ
ータレンズを通して平行光にした後、アナモフィック光
学系を通して円形断面の光束に変換して対物レンズに入
射させるように構成されている。

ところで、光学式情報記録再生装置用光学系におい
て、記憶媒体から情報の読み出しや書き込みを正確に行
うためには、レーザ光束を記憶媒体上にできるだけ小さ
く集束させなければならない。そのためには、非点収差
を極力小さいものにする必要がある。しかし、レーザダ
イオードから出射されたレーザ光束の波面は非点収差を
もっている。

そこで従来は、非点収差量が極力小さいレーザダイオ
ードを使用したり、レーザ光束がアナモフィック光学系
を通過した位置において、レーザ光束の非点収差がゼロ
になるように補正していた。（例えば特開昭61−109015
号広報）［発明が解決しようとする課題］しかし、従来のようにアナモフィック光学系を通過し
た位置におけるレーザ光束の非点収差をゼロに補正した
だけでは、アナモフィック光学系直後の位置から記憶媒
体までの行路上に配置された後段の光学系によって発生
する非点収差を除去することができない。したがって、
レーザ光束を記憶媒体上に最小限の径に集束させること
は困難であった。

そして、後段の光学系の非点収差を最小限に押さえる
ために、その後段の光学系を構成する光学素子を極めて
高い精度で製造しなければならず、製造コストが著しく
高くなってしまう欠点があった。特に反射ミラーの平面
性が悪いと非点収差の発生に直結するので、後段の光学
系中の反射ミラーの平面加工精度には、特に高精度を必
要としていた。

本発明は、そのような従来の欠点を解消し、記憶媒体
に集束する光束の非点収差を完全に除去することがで
き、しかも光学素子の加工精度をゆるくして、コストを
低くすることができる光学式情報記録再生装置用光学系
の波面収差補正方法及びその方法に用いられる波面収差
測定装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するため、本発明の光学式情報記録
再生装置用光学系の波面収差補正方法は、楕円形状に拡
がる光束を出射する光源から出射された光束をコリメー
タ光学系により平行光束にして、次いでアナモフィック
光学系により光束の形状を整形し、その光束をさらに後
段の光学系により記憶媒体上に集束させる光学式情報記
録再生装置用光学系において、上記光アナモフィック光
学系から出た位置における上記光束の有する非点収差
が、上記後段の光学系で発生する非点収差を相殺する量
になるように、上記光源と上記コリメータ光学系との間
隔を調整することを特徴とする。

また、本発明の光学式情報記録再生装置用光学系の波
面収差測定装置は、レーザダイオードから出射された光
束をコリメータ光学系により平行光束にして、次いでア
ナモフィック光学系によって整形した後、その光束を記
憶媒体上に終息させるための対物光学系に入射させるよ
うにした光学式情報記録再生装置用光学系の、上記対物
光学系の直前の位置に、上記光束を複数に分けるための
ビームスプリッタと、上記ビームスプリッタで分けられ
た光束を相対的に光軸中心に略90度回転させる像回転手
段と、上記回転された光束を互いに干渉させて干渉縞を
発生させる干渉手段とを設けたことを特徴とする。

［作用］光源とコリメータ光学系の間隔を調整することによっ
て、アナモフィック光学系から光束が出た位置における
非点収差の量が変化する。そこで、アナモフィック光学
系から出た位置での非点収差が、後段の光学系で発生す
る非点収差を相殺する量になるように、光源とコリメー
タ光学系との間隔を調整する、これによって、記憶媒体
に集束する光束の非点収差をほとんどゼロにすることが
できる。

このような調整を行うには、対物光学系に入射する直
前の光束をビームスプリッタによって複数に分け、この
分けられた光束を像回転手段によって相対的に光軸中心
に略90度回転させて、干渉手段によって干渉縞を発生さ
せる。そして、この干渉縞を観測することによって、対
物光学系に入射する光束の非点収差を測定することがで
きる。そして、ここでの非点収差が無くなるように上記
の調整を行えば、アナモフィック光学系から光束が出た
位置における非点収差が、それより後段の対物光学系と
の間の光学系で発生する非点収差と相殺されていること
になる。

［実施例］図面を参照して実施例を説明する。

第１図は、光学式情報記録再生装置用光学系を示して
いる。図中１は、情報の記憶媒体となる光磁気ディスク
であり、軸２を中心として回転するように設けられてい
る。そして、第１図において光磁気ディスク１の上面側
に形成された磁性薄膜1aにレーザ光束を照射して、その
照射スポット（ピット）部分だけ磁性薄膜1aの磁性の方
向を変えることによって、ディジタル情報を記憶するも
のである。

この情報は、容易に書き込み及び読み出しをすること
ができるが、それを正確に行うためには、光磁気ディス
ク１の磁性薄膜1aに、レーザ光束のスポットを１μｍ程
度の直径で正確に集束させる必要がある。

11は、レーザ光束を発生するレーザダイオード（LD）
であり、そこから出射されるレーザ光束は、楕円形状に
拡がる。即ち、レーザダイオード11の接合面に水平な方
向へのレーザ光束の拡がりは、その方向と垂直な方向へ
の拡がりに比べて例えば３分の１程度の小さい。

12は、レーザダイオード11から発射されたレーザ光束
を平行光束にするためのコリメータレンズであり、この
コリメータレンズ12の焦点位置付近にレーザダイオード
11の発光点が配置されている。ただし、レーザダイオー
ド11とコリメータレンズ12との間隔は任意に変化させる
ことができる。

13はアナモフィックプリズムであり、楕円形断面で入
射するレーザ光束を、接合面に水平な方向（第１図の紙
面方向）にだけ屈折、拡大して円形断面の光束に整形し
て出射する。

15は、固定ミラー、16は可能ミラーであり、両ミラー
はあい対向して配置されている。そして、アナモフィッ
クプリズム13を通過したレーザ光束は、固定ミラー15で
直角に反射された後、可動ミラー16で直角に反射され、
対物レンズ17を通ることによって光磁気ディスク１の磁
性薄膜1a面に集束する。

本実施例においては、可動ミラー16と対物レンズ17と
は一体に設けられていて、矢印Ａ方向、即ち両ミラー1
5,16間の光軸方向に移動することによって、光磁気ディ
スク１に記憶された情報に対するアクセスを行うことが
できる。

20は、固定ミラー15と可動ミラー16との間に固設され
たビームスプリッタである。ここでは、まず固定ミラー
15側から入射した光束が分けられ、第１の集光レンズ21
を通ってレーザ出力モニタ用の第１の光電素子22に集束
する。

ビームスプリッタ20を通過して光磁気ディスク１から
反射してきた反射光束は、再びビームスプリッタ20へ戻
る。ここで分けられた光束は、２分の１波長板25を通過
して偏光面の方向が45度回転する。そして、さらに副ビ
ームスプリッタ26によって、偏光方向と45度をなす偏光
反射面によって分けられ、第２及び第３の集光レンズ2
7,28を通って、Ｓ偏光強度検出用とＰ偏光強度検出用の
第２及び第３の光電素子29,30に集束する。この第２及
び第３の光電素子29,30の出力信号によって、情報の読
み取りが行われる。

ビームスプリッタ20におけるもう一ヶ所の半透面で分
けられた光磁気ディスク１からの反射光束は、第４の集
光レンズ34とシリンドリカルレンズ35とを通過して、フ
ォーカス及びトラッキングを行うためのサーボ信号を出
力するための第４の光電素子36に集束する。

フォーカスサーボは対物レンズ17をＢ方向、即ち光磁
気ディスク１面に対して垂直の方向に微動させて、レー
ザ光束の最小スポットを光磁気ディスク１の磁性薄膜1a
面に集束させる。トラッキングサーボは、対物レンズ17
をＡ方向、即ち、光ディスク１の情報記録用トラックに
対して垂直方向に微動させ、レーザ光束をトラックから
はみ出さないように制御するものである。本実施例で
は、第４の光電素子36は、受光面が例えば４以上に分割
されており、その各部からの出力信号を組み合わせるこ
とによって、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボ
用の信号を得ることができる。

次に第１図とその部分拡大図である第２図を参照し
て、本発明の非点収差補正方法について説明する。

第２図に示されるＨは、レーザダイオード11の接合面
に水平な方向の発光点（以下、「水平発光点」という）
であり、Ｖは、接合面の垂直な方向の発光点（以下、
「垂直発光点」という）である。２つの発光点H,V間の
距離、即ちレーザダイオード11の非点隔差をΔＺとし、
垂直発光点Ｖとコリメータレンズ12の焦点位置Ｆとの間
隔をＺとし、接合面に垂直な方向でコリメータレンズ12
に入射するレーザ光束の開口数をNA（NA＝sinθ_ｖ）、
アナモ倍率をＭ（Ｍ＝D2/D1）とすると、アナモフィッ
クプリズム13から円形断面のレーザ光束が出た位置にお
ける、接合面に水平な方向と接合面と垂直な方向でのデ
フォーカス波面収差量（以下デフォーカスと称する。）
ΔWh,ΔWvはそれぞれ、 ΔWh＝（Ｚ＋ΔＺ）（NA）²/（2M²） ΔWv＝Ｚ（NA）²/2 で表わされる。したがって、その位置で発生する非点収
差の波面収差量（以下非点収差と称する。）ΔWasは、 ΔWas＝ΔWh−ΔWv ＝｛ΔＺ＋Ｚ（１−M²）｝（NA）²/（2M²）であり、接合面に水平な方向と垂直な方向との間に、Ｚ
の関数で表わされる非点収差量が発生する。

したがって、レーザダイオード11とコリメータレンズ
12の間隔Ｚを変えることによって、アナモフィックプリ
ズム13を出た位置における非点収差ΔWasを変えること
ができる。

そこで、本発明では、レーザダイオード11とコリメー
タレンズ12の間隔Ｚを変えることによって、アナモフィ
ックプリズム13を出た位置において、アナモフィックプ
リズム13より後段の光学系の有する非点収差を相殺する
量の非点収差を積極的に発生させるようにしたものであ
る。

第１図においては、アナモフィックプリズム13より後
段の光学系には、固定ミラー15、ビームスプリッタ20、
可動ミラー16及び対物レンズ17が配置されている。これ
ら後段の光学系によって発生する非点収差をαとすれ
ば、 ΔWas＝−α が成立するようなレーザダイオード11とコリメータレン
ズ12の間隔Ｚが存在する。したがって、レーザダイオー
ド11とコリメータレンズ12の間隔をその間隔Ｚに調整す
ることによって、後段の光学系により発生する非点収差
αを、アナモフィックプリズム13を出た位置における非
点収差ΔWasで相殺し、光磁気ディスク１に集束する光
束の非点収差をゼロに補正することができる。

なお、ΔWasを、アナモフィックプリズム13より後段
のすべての光学素子で発生する非点収差と相殺させれば
理想的である。しかし、対物レンズ17で発生する非点収
差は一般に微々たるものなので、ΔWasを、対物レンズ1
7の入り口までの光学素子で発生する非点収差と相殺さ
せる等、後段の光学素子の一部で発生する非点収差と相
殺させてもよい。

レーザダイオード11とコリメータレンズ12の間隔を調
整するには、例えば第７図と第８図とに図示した機構を
用いる。即ち、図中190は、レーザダイオード11とコリ
メータレンズ12を内蔵するレーザペン本体であり、これ
に形成された孔190aの基端部にはレーザダイオード11が
固定されており、コリメータレンズ12を内蔵したコリメ
ータレンズ枠192が光軸方向に移動自在に、孔190a内に
嵌入されている。また、コリメータレンズ枠192の外周
には光軸回りの方向に溝192aが形成されている。195
は、コリメータレンズ枠192をレーザペン本体190に固定
するための押え板であり、固定ねじ196によってレーザ
ペン本体190に固定されている。この押え板195には、間
隔調整棒194を回転自在に嵌合するための調整孔195aが
穿設されている。

このような機構において、固定ねじ196を少し緩めて
おいて、間隔調整棒194の突起を溝192aに差し込んで間
隔調整棒194を調整用孔195aに嵌合させ、間隔調整棒194
を軸中心に回転させることによってコリメータレンズ枠
192が光軸方向に移動して、レーザダイオード11とコリ
メータレンズ12との間隔を調整することができる。調整
した後は固定ねじ196を締め込んでコリメータレンズ枠1
92を固定する。

なお、この波面収差補正方法によると、対物レンズ17
に入射するレーザ光束には、デフォーカスが残るが、入
射光束のデフォーカスによって発生する対物レンズ17の
球面収差等の収差量は非常に小さく、デフォーカスが残
っても実用上はほとんど問題がない。また、光電素子36
を介してフォーカスサーボが働き、対物レンズ17を出た
位置でのデフォーカスは自動的に補正されるので、デフ
ォーカスについては実用上は問題が生じない。

また、本実施例では、非点隔差ΔＺがあるレーザダイ
オード11を用いて波面収差補正方法について説明してい
るが、本発明によれば、非点隔差の大小に関係なく光磁
気ディスク１に集束する光束の非点収差をゼロに補正す
ることができる。なお、アナモフィックプリズム13が、
レーザ光束を一方向だけに屈折、拡大するものであるた
め、その方向とそれに垂直な方向に発生する非点収差だ
けが補正されるが、もともとその２方向に非点収差が多
く発生するので、実用上は問題がない。

第３図は、上記波面収差補正方法によって非点収差を
補正する際に用いられる波面収差測定装置を示してい
る。図中、３は光学系本体ユニットであり、第１図に示
される光学式情報記録再生装置用光学系から対物レンズ
17を取り外した、残りの光学系が配置されたユニットで
ある。

100は、対物レンズ17へ入射するレーザ光束の径を制
限するための絞りである。102及び103は、レーザ光束の
偏光状態と偏光面を所定の状態に調整するために、互い
に独立して軸中心に回転自在に設けられた４分の１波長
板及び２分の１波長板である。

105はビームスプリッタであり、入射光束の光軸に対
して、垂直な方向と45度の方向を有する半透面が形成さ
れている。このビームスプリッタ105により、光学系本
体ユニット３から入射するレーザ光束は、まっすぐに透
過する光束と、直角に反射される光束の２光束に分けら
れる。

106,107は、ビームスプリッタ105で分けられた２光束
を、光軸中心に回転させるためのイメージローテータで
あり、本実施例では２つのダブプリズムを使用いてい
る。そして、この２つのイメージローテータ106,107に
よって２つの光束が相対的に略90度回転させられる。こ
の２つのイメージローテータ106,107は、ビームスプリ
ッタ105で分けられた２光束の光路長を同じにして干渉
性を良くするために、全く同じ形状、特性を有するもの
が用いられる。

108,109はイメージローテータ106,107を通過した光束
を180度反転した方向に平行に反射させるための直角プ
リズムであり、光路長を同じにして干渉性を良くするた
めに、全く同じ形状、特性を有したものが用いられ、さ
らに少なくとも一方の直角プリズム108,109は光軸方向
に移動自在となっている。この直角プリズム108,109に
より反射された光束はビームスプリッタ105の半透面で
重なり合って干渉し、ビームスプリッタ105から出射し
たのち、反射板110によって方向が変えられる。

111は結像レンズであり、例えば固体撮像素子の撮像
面112上に絞り100の像を結像するように配置されてい
る。そして、CRTモニタ（図示せず）等によって対物レ
ンズ17へ入射する直前の波面収差を干渉縞として観測す
ることができる。また、結像レンズ111と撮像面112との
間の光路上には、互いに独立して軸中心に回転自在な偏
光フィルタ113が２枚配置されており、偏光フィルタ113
を回転することによって撮像面112に入射するレーザ光
束の強度を調整することができる。なお、偏光フィルタ
は１枚であっても、強度調整をある程度行うことができ
る。また、NDフィルタを使用してもよい。

次に、上記波面収差測定装置の動作について説明す
る。

まず、光学系本体ユニット３を波面収差測定装置の所
定の位置に取付ける。そして、レーザダイオード11から
レーザ光束を出射させ、可動ミラー16によってレーザ光
束を波面収差測定装置内に反射させる。

波面収差測定装置内に入射したレーザ光束は、４分の
１波長板102及び２分の１波長板103によって偏光面の方
向を調整されて、ビームスプリッタ105によって２光束
に分割される。そして、２光束に分割されたレーザ光束
は、イメージローテータ106,107によって相対的に光軸
中心に略90度回転され、直角プリズム108,109によって
ビームスプリッタ105の半透面の方向に反射されてビー
ムスプリッタ105の半透面で重なり合って干渉する。こ
の重なり合って干渉しているレーザ光束は、反射板110
によって方向が変えられ、結像レンズ111によって結像
面112上に導かれ、CRTモニター（図示せず）等によって
干渉縞が観測される。

このとき、例えば波面収差測定装置に対して光学系本
体ユニット３を少し傾けることで、例えば２ないし４本
程度のチルト干渉縞が観測されるようにする。

このようにして観測される干渉縞には、２つに分けら
れた光束の波面が、イメージローテータ106,107によっ
て光軸中心に相対的に略90度回転されているので、光軸
に対して非対称な成分である非点収差やコマ収差などは
検出されるが、光軸に対して対称な成分であるデフォー
カスなどは検出されない。従って、コリメータレンズ12
とレーザダイオード11との間隔を変化させてもデフォー
カスは検出されず、非点収差のみ検出され、波面収差補
正を容易に行うことができる。そして本発明では、２つ
に分けた光束を相対的に略90度回転させて干渉させてい
るので、第４図に示されるように、非点収差成分が略２
倍の感度で干渉縞に表われる。

これを図で説明すると、第5A図の180a及び第5B図の18
0bは、それぞれイメージローテータ106,107通過後の波
面のデフォーカス成分を示しており、相対的に略90度回
転された関係にあるデフォーカス成分180aと180bとは全
く同じであり、第5C図の180cに示されるように、これら
の差である成分は平面状になる。従って、干渉縞にはデ
フォーカス成分は検出されない。

また、第6A図の181a及び第6B図の181bは、上述と同様
にして、それぞれイメージローテータ106,107通過後の
波面の非点収差成分を示しており、相対的に略90度回転
された関係にある非点収差成分181aと181bとの差をとる
と、第6C図の181cに示されるように、直交する２方向に
おいて互いに逆側に湾曲する成分が得られる。従って干
渉縞には非点収差成分は２倍の感度で検出される。この
ようにして、波面収差測定装置に入射したレーザ光束に
非点収差がない場合には、まっすぐで平行は干渉縞が観
測され、非点収差がある場合には、曲がった干渉縞が観
測される。

干渉縞が曲がって観測された場合、本発明の波面収差
補正方法によって、レーザダイオード11とコリメータレ
ンズ12との間隔を調整して、干渉縞をまっすぐにする。
こうして干渉縞がまっすぐになったとき、光学式情報記
録再生装置用光学系においては、固定ミラー15、ビーム
スプリッタ20及び可動ミラー16によって発生する非点収
差を相殺する量の非点収差が、アナモフィックプリズム
13を出た位置で発生し、対物レンズ17に入射する直前の
レーザ光束の非点収差がゼロに補正されたことになる。

なお、本波面収差測定装置を用いた場合、上述のよう
に対物レンズ17は測定対象から除かれている。しかし、
アナモフィックプリズム13、両ミラー15,16などを含む
大多数の光学素子によって発生する非点収差は補正され
ており、対物レンズ17によって少量の非点収差が発生し
ても、実用上は全く問題ない。

また、対物レンズ17を含めて非点収差を補正する場合
は、波面収差測定装置に対物レンズ17からの収束光を平
行光束に変換する手段を設ければよい。

［発明の効果］本発明の光学式情報記録再生装置用光学系の波面収差
補正方法によると、アナモフィック光学系から光束が出
た位置において、その位置より後段の光学系が発生させ
る非点収差を相殺する量の非点収差を発生させることが
できるので、その後段の光学系によって非点収差が発生
しても、記憶媒体に集束する光束の非点収差を無くすこ
とができ、記憶媒体上でのスポットを小さくして、読み
書き性能を著しく向上させることができる。

しかも、後段の光学系によって発生する非点収差は相
殺されて、記憶媒体上では非点収差が除去されてしまう
ので、後段の光学系の各光学素子の加工精度をゆるめ
て、製造コストを大幅に低くすることができる。

さらに、本発明の波面収差測定装置は、対物光学系に
入射する直前の光束の非点収差を観測することができる
ので、上記波面収差補正方法による調整を容易に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式情報記録再生装置用光学系の略示図、第２図は第１図の部分拡大図、第３図は光学式情報記録再生装置用光学系の波面収差測
定装置を示す略示図、第４図は２つの光束の相対的回転角度と干渉縞による非
点収差測定感度との関係を示す特性線図、第5A図ないし第5C図は波面のデフォーカス成分を示す略
示図、第6A図ないし第6C図は波面の非点収差成分を示す略示
図、第７図はレーザペンの正面図、第８図はそのVIII−VIII線切断面図である。１……光磁気ディスク、11……レーザダイオード、12…
…コリメータレンズ、13……アナモフィックプリズム、
16……可動ミラー、17……対物レンズ、105……ビーム
スプリッタ、106,107……イメージローテータ、108,109
……直角プリズム、111結像レンズ。

フロントページの続き (72)発明者林勝喜東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内 (72)発明者加瀬俊之東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内 (56)参考文献特開昭60−229007（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−149941（ＪＰ，Ａ) 特開平２−250024（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザダイオードから出射された光束をコ
リメータ光学系により平行光束にして、次いでアナモフ
ィック光学系によって整形した後、その光束を記憶媒体
上に集束させるための対物光学系に入射させるようにし
た光学式情報記録再生装置用光学系に、上記アナモフィック光学系を通ったあとの光束を二つに
分けるためのビームスプリッタと、上記ビームスプリッタで分けられた二つの光束を各々光
軸中心に回転させて両光束を相対的に略90度回転させる
ための二つの像回転手段と、上記回転された光束を互いに干渉させて干渉縞を発生さ
せる干渉手段とを設けたことを特徴とする光学式情報記録再生装置用光
学系の波面収差測定装置。
【請求項２】上記アナモフィック光学系を通った光束が
上記対物光学系に入射する直前の位置に上記ビームスプ
リッタが配置されている請求項１記載の光学式情報記録
再生装置用光学系の波面収差測定装置。
【請求項３】上記二つの像回転手段が同じ形状、特性を
有している請求項１又は２記載の光学式情報記録再生装
置用光学系の波面収差測定装置。