JP3007752B2 - ビーム集光方法および光学式情報読取装置 - Google Patents

ビーム集光方法および光学式情報読取装置

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JP3007752B2
JP3007752B2 JP4123186A JP12318692A JP3007752B2 JP 3007752 B2 JP3007752 B2 JP 3007752B2 JP 4123186 A JP4123186 A JP 4123186A JP 12318692 A JP12318692 A JP 12318692A JP 3007752 B2 JP3007752 B2 JP 3007752B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ビーム集光方法およ
び光学式情報読取装置に関するものであり、さらに詳し
くは、干渉性を有する光を集光するための集光光学系に
おけるビーム集光方法と、コンパクトディスク、ビデオ
ディスク、光ディスクなどに用いられる光学式情報読取
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の光ディスク用ピックアップとし
て、コンパクトディスク(CD)のピックアップを例に
とって説明を行う。図6に示すように、通常、CDのピ
ックアップでは、半導体レーザなどの発光素子11から
発せられた光を回折格子12およびビームスプリッタ1
3を介して通過させ、対物レンズ14に導いて集光す
る。そして、光ディスク15に光ビームを当て、光ディ
スク15からの戻り光(反射光)をビームスプリッタ1
3および誤差信号検出用光学素子16を介して受光素子
17で検出する構成を採っている。
【0003】一般に、半導体レーザからの出射光をコリ
メートレンズで平行光にし、対物レンズ14で集光する
と、集光位置においては、次式で表されるスポットサイ
ズ(spot size)が得られる。 spot size = k1 ×λ/NA k1 : 比例定数 λ : 発光素子の波長 NA: 対物レンズの開口数
【0004】また、焦点深度(depth of fo
cus)は次式で表される。 depth of focus = k2 ×λ/NA22 : 比例定数
【0005】通常、CD用の光学系では、集光スポット
を 1.6μm以下にするために、開口数NA=0.43〜0.53
程度の対物レンズが使用されている。また、実際の対物
レンズは、トラッキングサーボやフォーカシングサーボ
を行うために、磁気駆動方式のアクチュエータに搭載さ
れている。
【0006】フォーカシングサーボについては、焦点深
度が大きければ感度の余裕ができ、仕様を緩和できる。
焦点深度を大きくするためには、対物レンズの開口数N
Aを小さくすればよい。しかし、集光スポットの制限か
ら、この開口数NAは上記の数値(0.43〜0.53)より小
さくすることはできない。
【0007】このような問題点を改善するため、対物レ
ンズで集光する前に、振幅フィルタを通して集光ビーム
の形状を変えることが可能である。そのようなフィルタ
の一例を図7に示す。また、このようなフィルタを通さ
ずに対物レンズで集光したときの集光スポットにおけ
る、スポット半径と光パワーとの関係および、図7のフ
ィルタを通した後で集光したときの集光スポットにおけ
る、スポット半径と光パワーとの関係を、図8に示す。
図8によれば、このような振幅フィルタを通した後で対
物レンズにより集光すると、集光スポットを小さくする
ことができる、ということがわかる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図7のような振幅フィ
ルタを使用すると、集光スポットは上記のように小さく
できるが、入射光の一部が同フィルタによって吸収され
る。このため、集光ビームの光パワーが弱くなってしま
う。そして、光ディスクからの反射光も弱くなり、受光
素子で検出する信号光が減少する。信号を検出する受光
素子にはさまざまな雑音光が入って来るので、信号光が
減少すると信号のSN比が低下し、検出上の誤りが生じ
るおそれがあった。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、1つの観点
によると、干渉性を有する光を集光するための集光光学
系における光路中で、周辺部と中央部とで集光位置が異
なり、それぞれの集光位置における位相が変化する集光
レンズを用いて、光ビームの位相を部分的に変化させ、
位相を変化させた部分の集光位置と、位相を変化させな
い部分の集光位置とを相対的にシフトさせることによ
り、集光スポットの形状を小さくするビーム集光方法で
ある。この発明は、別の1つの観点によると、周辺部と
中央部とで集光位置が異なり、干渉性を有する光を集光
するための集光光学系における光路中でそれぞれの集光
位置における位相が変化して、集光スポットの形状を小
さくする集光レンズを備えてなる光学式情報読取装置で
ある。
【0010】すなわち、この発明のビーム集光方法は
相を変化させた部分と変化させない部分とで集光位置
をずらすように、分割状の(周辺部と中央部とで集光位
置の異なる)対物レンズを用いて集光する。これによ
り、集光スポットを小さくすることができる。この発明
の光学式情報読取装置は、上記のような特殊な対物レン
ズだけで光の一部の位相を変化させて、集光スポットを
小さくすることができるものである。
【0011】
【作用】上記の特殊な対物レンズだけで光の一部の位相
を変化させることにより、各集光位置で位相の異なる光
が重なる。したがって、集光スポットを小さくすること
ができる。また、振幅フィルタを使用しないため、光ビ
ームのパワーが減少することがない。つまり、受光素子
で検出する信号のSN比の低下を防ぐことができる。
【0012】この手法をCDのピックアップに適用する
場合、集光スポットが 1.6μmになるまで、対物レンズ
の開口数NAを小さくすることができる。したがって、
焦点深度が大きくなり、フォーカシングサーボに要求さ
れる仕様が緩和される。
【0013】
【実施例】以下、図面に示す参考例及び一実施例に基づ
いてこの発明を詳述する。なお、これらによってこの発
明が限定されるものではない。
【0014】参考例 図1において、位相シフト用フィルタ1は、透明基板2
と位相シフト用の薄膜3とを備えている。透明基板2
は、ガラスまたは、ポリカーボネート(PC)やポリメ
タクリレート(PMMA)などのプラスチック材料から
なっている。薄膜3はSiO2 などの材料からなってい
る。
【0015】位相を180°変化させる場合には、薄膜
3の膜厚dを次式のように選べばよい。 d = λ/2(n−1) λ : 波長 n : 薄膜の屈折率
【0016】フィルタ1を光の入射側から見た図を図2
に示す。図2からわかるように、薄膜3は環状に設けら
れている。このため、入射した光は、環状部では中央部
に比べて膜厚dに相当する位相の変化を受ける。
【0017】位相のシフトした光は対物レンズ4により
集光される。この対物レンズ4は、図1で示すように、
中央部5および環状部6の2つの部分に分かれている。
そして、位相シフトを受けない中央部5の光はa点に集
まり、位相シフトを受けた環状部6の光はa点のまわり
の円環bに集光する。この対物レンズ4は、フィルタ1
を用いることなく対物レンズ4のみで集光した場合に、
a、bで同じ位相になるように、連続した形状になって
いる。なお、ここで対物レンズ4は、図4に示すような
中央部15および環状部16からなるフレネルレンズの
ように構成し、位相を2πの整数倍変化させて、同位相
にしてもよい。
【0018】次に、このような構成によって集光した場
合の集光スポットについて、図3に基づいて説明する。
対物レンズ4の中央部5を通って集光された光のa点付
近での光の振幅は、図3の(1)に示されている。次
に、対物レンズ4の環状部6を通って円環bに集光され
た光は、位相シフトを受けるので、図3の(2)のよう
な振幅になる。したがって、全体としての集光スポット
は、図3の(3)のようになる。このようにすれば、集
光スポットを小さくすることができる。また、入射光を
吸収するフィルタは挿入配置されていないので、集光ビ
ームのパワーが弱まることもない。
【0019】実施 図5において7は対物レンズである。この例では、上記
参考例中の位相シフト用フィルタの機能をこの対物レン
ズ7に持たせている。つまり、対物レンズ7の中央部8
と環状部9とで位相がπの奇数倍変化するようにしてお
く。すると、実施例1の場合と同様に、a、bで位相が
反転し、図3に示すような集光スポットが得られる。こ
のようにすれば、部品点数を増やすことなく集光スポッ
トを小さくすることができる。
【0020】
【発明の効果】この発明によれば、上記のように、特
な構造の対物レンズだけで光の一部の位相を変化させる
ことで、集光ビームの光パワーを弱めることなく集光ス
ポットを小さくすることができる。光パワーが弱くなら
ないので、集光スポットを小さくしても受光素子での検
出信号のSN比の低下は生じない。また、CDのピック
アップに適用する場合、集光スポットが1.6μmにな
るまで対物レンズの開口数を小さくすれば、焦点深度が
大きくなり、フォーカシングサーボに要求される仕様が
緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例に係るビーム集光方法を説明する概略説
明図。
【図2】その参考例における位相シフト用フィルタの薄
膜を入射方向から見た平面図。
【図3】その参考例における振幅を説明する説明図。
【図4】その参考例における対物レンズを取り替えた場
合の概略図。
【図5】この発明の実施例に係るビーム集光方法を説明
する概略説明図。
【図6】従来の光ディスクにおける光学式情報読取系を
説明する概略説明図。
【図7】その情報読取系に適用される振幅フィルタの透
過率を説明する説明図。
【図8】その振幅フィルタを用いたときの集光スポット
を説明する説明図。
【符号の説明】
1 位相シフト用フィルタ 2 透明基板 3 薄膜 4 対物レンズ 5 中央部 6 環状部 7 対物レンズ 8 中央部 9 環状部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 昭七 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−123016(JP,A) 実開 平1−29784(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 干渉性を有する光を集光するための集光
    光学系における光路中で、周辺部と中央部とで集光位置
    が異なり、それぞれの集光位置における位相が変化する
    集光レンズを用いて、光ビームの位相を部分的に変化さ
    せ、位相を変化させた部分の集光位置と、位相を変化さ
    せない部分の集光位置とを相対的にシフトさせることに
    より、集光スポットの形状を小さくするビーム集光方
    法。
  2. 【請求項2】 辺部と中央部とで集光位置が異なり、
    干渉性を有する光を集光するための集光光学系における
    光路中でそれぞれの集光位置における位相が変化して、
    集光スポットの形状を小さくする集光レンズを備えてな
    る光学式情報読取装置
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US7061693B2 (en) * 2004-08-16 2006-06-13 Xceed Imaging Ltd. Optical method and system for extended depth of focus
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JPH0515730Y2 (ja) * 1987-08-17 1993-04-26
JP2924142B2 (ja) * 1990-09-14 1999-07-26 キヤノン株式会社 レーザ装置

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