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Info
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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。
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。
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
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／ＮＡ2 ｋ2 ： 比例定数
ｃｕｓ）は次式で表される。 ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ ＝ ｋ2 ×λ／ＮＡ2 ｋ2 ： 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。
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。
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。
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。
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。
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、
位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。
位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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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】実施例 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。
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、特殊
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。
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１】参考例に係るビーム集光方法を説明する概略説
明図。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
を説明する説明図。
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)
- 【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。 - 【請求項２】 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4123186A JP3007752B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | ビーム集光方法および光学式情報読取装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4123186A JP3007752B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | ビーム集光方法および光学式情報読取装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05313100A JPH05313100A (ja) | 1993-11-26 |
| JP3007752B2 true JP3007752B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=14854324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4123186A Expired - Fee Related JP3007752B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | ビーム集光方法および光学式情報読取装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3007752B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6222812B1 (en) | 1996-08-29 | 2001-04-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical pickup using an optical phase plate |
| US7061693B2 (en) * | 2004-08-16 | 2006-06-13 | Xceed Imaging Ltd. | Optical method and system for extended depth of focus |
| CN102830491A (zh) * | 2012-09-06 | 2012-12-19 | 安徽工业大学 | 用于高斯光束聚焦成像的二环相位型光瞳滤波器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1992
- 1992-05-15 JP JP4123186A patent/JP3007752B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05313100A (ja) | 1993-11-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081126 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091126 Year of fee payment: 10 |
|
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