JPH02161628A - 光学ヘッド，情報記録媒体および光学的情報処理装置 - Google Patents
光学ヘッド，情報記録媒体および光学的情報処理装置Info
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- JPH02161628A JPH02161628A JP63313870A JP31387088A JPH02161628A JP H02161628 A JPH02161628 A JP H02161628A JP 63313870 A JP63313870 A JP 63313870A JP 31387088 A JP31387088 A JP 31387088A JP H02161628 A JPH02161628 A JP H02161628A
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Landscapes
- Optical Head (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
〔産業上の利用分野
本発明はＣＤ，光ディスク等の光ビックアップ及び情報
記録媒体に関する。 〔従来の技術〕 従来の光ビックアップは、特公昭５３ − ３０４５３
号公報あるいは特開昭６１−１５０１３１号公報に記載
のように光を対物レンズにより情＋１！記録媒体上にス
ポット−１−に集光し，情報記憶媒体の記録パターンに
より変調された光を光検出器に導いて情報を読んでいた
６また，情報記録媒体は，特公昭５４ − ４６０３号
に記載のようにランド面とピット面の距離を透過の場合
は使用する光のほぼ１波長に該当するように，反射の場
合は使用する光のほぼ４分の１波長に該当するように互
いに間隔を贋している。なお、この種の装置しこ関する
ものには例えば特公昭５２−３２９：Ｈｕｔ．特公昭５
３−３９１２３号，特公昭５６−３２６０６号，特公昭
５９−１８７７１号公報が挙げられる。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は情報記録媒体の記録密度が上がるにした
がい，集光スボツ１一径を小さくするため、対物レン
記録媒体に関する。 〔従来の技術〕 従来の光ビックアップは、特公昭５３ − ３０４５３
号公報あるいは特開昭６１−１５０１３１号公報に記載
のように光を対物レンズにより情＋１！記録媒体上にス
ポット−１−に集光し，情報記憶媒体の記録パターンに
より変調された光を光検出器に導いて情報を読んでいた
６また，情報記録媒体は，特公昭５４ − ４６０３号
に記載のようにランド面とピット面の距離を透過の場合
は使用する光のほぼ１波長に該当するように，反射の場
合は使用する光のほぼ４分の１波長に該当するように互
いに間隔を贋している。なお、この種の装置しこ関する
ものには例えば特公昭５２−３２９：Ｈｕｔ．特公昭５
３−３９１２３号，特公昭５６−３２６０６号，特公昭
５９−１８７７１号公報が挙げられる。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は情報記録媒体の記録密度が上がるにした
がい，集光スボツ１一径を小さくするため、対物レン
【
の開口数に大きくする必要がある。しかし、このため、
焦点深度が小さくなり、情報記録媒体のうねり等により
生じる焦点誤差を小さくする制御が困難になるとともに
．振動等の外乱に対して弱くなるという問題点があった
。また、情報記録媒体ではランド面とピット面の光軸方
向ｙ１ｊ離が一定波長に対して標準化されるとそれ以外
の波長では性能が悪化するという問題点かあ一つだ。 本発明の目的は小さな開口数のレンズで集光スポット怪
が大きく，かつ焦点深ｌ『が大きくなるＪ；ウな光学系
により焦点誤差が小さくする制御を面嘔にすることにあ
る。 本発明の他の１」的は上記光学系を使用し、比軸的うね
りの小さな情報記＠媒体については、焦点誤差制御を無
くすことである。 さらに他の目的は情報記録媒体において標準化された波
長以外の波長を用いても良好な性能を保つことにあるい 〔課題を解決するための手段〕 上記［Ｉ的は、特ポ（二３１１求の範囲に記載しまた手
段を設けることにより達成される。 ［作用］ レンズによる集光特性はレンズに歪がない場合には使用
する波長とレンズの開［」数により決定され、集光スポ
ット径は波長に比例し開１−１数に反比例する。また。 焦点深度は波持ｔ７：比例し開口数の１来に反比例する
。しかし、翰イ：Ｆ状の光を使用するど、集光スポット
径は小さく、焦点深度は深くなり、その程Ｊ「は輪帯状
光の内外径比により変化する。したがって、 Ｉ階Ｊｉ
Ｆ状光を使用することにより、通常の光と同様な集光ス
ポラｌ−径を得るためには、より小さな開［」数ですむ
とともｉ；＝ 、開口数の減少とＩＩＱ ４１’状光を
使用したこととの相乗効果により焦点深度はより深くな
り、焦点誤差を小さくする制御が簡ｍになる。また、情
報４１１録媒体のうねりが」−記焦点深度内にあれば常
に焦点が合っているため焦点制御が不要になる。 なお、上記輪帯状光を使用することにより、情報記録媒
体に入射する光は光軸中心を含まない制限された角度内
のみとなる。したがって、情報４１１録媒体−Ｌのラン
ド面とピット面の距離は見かけ十人射光の入射角の余弦
分の１に大きくなるため、使用する先の波長がその分長
くても１４．い。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて説明する６、第１図に
本発明の一実施例を示す。光源の−・ｐｌ（であるレー
ザダイ方・−ド（以下、Ｉ、ｉ）と呼ぶ）［で発光され
た放射状の光は、コリメータＩノンズ２により平行光に
される。その後Ｍ’ｌｉ％：状の光軸？’＋ ｒｌ−分
を持つ遮光板３により輪帯状の入射ｙ６ ｔ ｔ 、ｔ
。・なり、この光Ｊ１が偏光ビー１１スプリツタ４に導
かれる。このとき、■、Ｄｌ−からの光の偏光方向を偏
光ビームスプリッタ４の反射面で反射する方向＆、：Ｘ
設定しである。このため、入射光１１け、偏光ビームス
プリッタ４で反射し、λ／４扱５へ向か“〕で進む７λ
／４板５により入射光１１は直線偏光から円偏光にされ
、対物レンズ６により情報記録媒体１０に集光される。 ここで、情報記録媒体１０は、光カード、光ディスクな
どの光学的記録媒体を指寸。情報記録媒体１０の記録パ
ター・ンにより変調さ狙５た反射光Ｉ２は、再び対物レ
ンズ６を介してｊｌ／、行光になり、λ／４板５により
直線偏光になる、このとき、反射光は、λ／４板５を往
復したことで入射光１１の偏光方向と９０度異なってお
り、この結果偏光ビームスプリッタ４を透過する。偏光
ビー１１スプリツタ４を透過した光は、結像レンズ７、
シリンドリカルレンズ８を通って４分割光検出器（４Ｆ
）センサ）９に照射される。 ４Ｄセンサ９で、その光強度に応じた電気信号に変換さ
れ、この出力は制御回路１３に導かれろ。 そして、制御回路１３において、焦点誤差が算出される
。そして、制御回路１［よ、この焦点誤差が少なくなる
ようレンズアクチュエータ１４により対物レンズ〔；を
光軸方向に移動している（焦点誤差の算出の詳細は後述
ずろ）。 次に、上記実施例の動作について第２図により説明する
。焦点距離ｆの対物レンズ６に入射する輪帯状の入射光
１１ （波長λ）の最外径を２ａ。 最内径を２ａ’ とする。このとき、焦点位置近傍での
光振幅は複素数で表わされ、実数部をＣ９虚数部をＳと
すると、光振幅はＣ＋１Ｓ（４１：を虚数部を示す）で
表わされる。焦点位置からの光軸方向における偏差を２
、焦点位置からの半径方向における偏差をρとすると、
光振幅は次式で表オ）′：′５れる。 ・・・（１） ただし λ ｆ Ｊｎ；ｎ次のベッセル関数 ｒ ；レンズの径方向の位置 ここで、光軸−ヒおよび光軸と直角な焦点面での振幅は
Ｓ；０であるため、光軸上での振幅をＣρ＝０、光軸と
直角な焦点面での振幅を０２＝０とし焦点位置での振幅
を１と正規化して表すと次式となる。 入射光１］−の最外径８を使って表すとＮＡ押ａ ／
ｆ ・・・（４）となる、し
たがって、ＮＡを用いて焦点深度Ｚ１を表すと ・・・（３） ただし β＝ａ’／ａ （ここでは、βを輪ぜ；Ｙ開口比と呼ぶ）。 光軸」−での振幅Ｃρ：０および焦点面での振幅Ｃｚ”
０は、夫々第２図に示すように振動的に変化する７通常
、Ｃρ＝０が最大となる焦点付ｈ１から遠ざかる方向で
最初にＯになる位置までを焦点深度と呼び、またＣ ２
＝ｏが最大となる焦点位置から遠ざかる方向で最初にＯ
になる位置までをスポット半径と呼んでいる。したがっ
て、最初にＣρ＝ｏ−０１７なる光軸方向の焦点位置か
らの偏差２と、最初にＣ７＝ｏ＝０ となる半径方向の
焦点位置からの偏差ρをｌｌＩ！帯開口比βに対して求
めれば焦点深度ｚｔおよび集光スポット半径ρ１が判る
、レンズの開Ｌｌ数（ＮＡ）をレンズの焦点距離ｆと輪
帯状となる。しかし、集光スポット半径ρ１は、（３）
式からは解析的に求まらない、そこで、輸＃ｉＦ １７
？Ｊ目比β＝Ｏ１すなわち、通常のレンズとして算出し
た値ρｘ（Ｉｌ−ｏ）は次式で表わされ、この値に対す
る比と１ノで集光スボツ１〜半径ρ工は、第１表のよう
に得られる。 また、焦点深度ｚ１についてもβ＝Ｏの４ｉαに対する
比として同時に表した。 第 １ 表 ５０．２５倍にまで大きくなる。なお、この効果は対物
Ｉノンズの中心を通る光の強度より周辺を通る光の強度
を大きくするだけでも得られる。つぎにスポット径を一
定とした場合のβに対するＮＡと焦点深度の関係を第２
表に示す。 第 ２ 表 第１表から判るように、集光スポット半径比については
βを大きくするとともに小さくなっていく、β＝０．９
９ では、この比は０．６３１ にまで小さくなる。 また、焦点深度比についてはβを大きくするにつれ人き
くなり、β＝０．９９ ではこれは、スボツ１へ半径が
１μｎ１、波長が０．７５μｍの場合である。第２表か
ら判るように、例えばβ＝０．６ とした場合には、β
＝０に比べて、ＮＡは０．４５７から０．３５５と小さ
くなり、焦点深度は３．５９μｍから９゜３０μｍと大
きくなっている。したがって、輪帯状の入射光を使用す
ることにより、従来の光ヘッドに比べ、対物）ノンズ６
のＮＡを小さくでき、（４）式がら明らかよ・）にレン
ズ半径ａが小さくできる。このため、１メンズ自体の束
量が低減できる。また、焦点深度が深くなるため、焦点
深度内に入るように制御すればよいので制御が鈴＋ｐ、
になる。また、情報記録媒体に入射する角度が光軸中心
を含まない限定された角度内にしているため、ピット而
とランド面の距離は見掛はヒ光軸方向距離のに記角度の
余弦分の１になり、光軸方向距離により決まる最適波長
より長い波長のＬ Ｄの使用も可能である。 次に、第３ａ図〜第３ｄ図を用いて焦点誤差の算出方法
を説明する８第３ａ図〜第３ｃ図は４１）センサ９−に
の光パターンを示す。第３ｂ図のパターンは焦点誤差が
（）のときを示しており、円形である。第３ａ図および
第３ｃ図は焦点誤差が発生したときを示しており、光パ
ターンは楕円形である。すなわち、第３ｂ図のときは４
Ｄセンザ９上の４分割された光検出器Ａ−Ｄ上の光強度
は同じである。しかし、焦点誤差を生じた第３ａ図およ
び第３ｃ図のときは、各光検出器Ａ−Ｄ上の光強度は異
な−）でくるとともに、焦点誤差の方向により楕円形の
長軸の方向も９０度ずれる。したがって、４Ｄセンサ９
上の光検出器ＡとＣの光強度の和と光検出器Ｂと１）の
和との差を取ることＬ；二より焦点誤差の大きさと方向
を特定できる。第３ ｄ図に上記焦点誤差を算出し、焦
点誤差をなくすよう制御する制御回路Ｊ３の具体例を示
す。この例において、４Ｄセンサ９上の４個の光検出器
Ａ−ｒ）の出力は、それぞれが増幅器２３１１＝ ２３
ｄにより増幅されたのち、加減算器２５に人力され、
ここで上述の演算が行なわれる。焦点誤差が発生してい
るときは、誤差の大きさと方向に応じた誤差信号が出力
され、これがドライバ２６に入力さノ１゜る。ドライバ
２６は、この信号によりレンズアクチュエータ１４を＃
Ｊ動さぜる７すなわち、第１２図に示した対物レンズ６
を光軸方向に移動させ、焦点誤差を０にする方向に制御
している、なお、増幅器２３ ’ａ〜２３ｄの信号を加
算な２４によりすべて加算し再生信号２７を得ている。 第４図に対物レンズの他の実施例を示す。これは第１図
における対物レンズ６の中心部を例り員いた剥り員きレ
ンズ１６で輪４１Ｆ状の入射光を集光している８例り員
き部には、光をしやへいする遮光板１７を取付けている
。この場合には、ＮＡが小さくなったための重に低減に
加えレンズ中心部を例り抜いたことによる１１（敏低減
も加オ）り大幅に対物レンズを軽量化できる。このため
、小さな力でも高応答になり、高精度制御がじやすくな
る。 つぎに、基本的には自動焦点制御を行なオ〕なくても合
焦状態を維持することができるように改良した本発明の
実施例を第５図および第６図に示す。 第５図は第１、図に示す実施例を変形したもので。 Ｌ Ｄ １から情報記録媒体１−０までの光の経路は同
じである。このとき、遮光板；３の輸ＪｉＦ開Ｅ１部を
βがより大きくなるようにすると第２表から判るように
入射光１．１の焦点深度はより深くなる、したがって、
情報記録媒体１０のうねりより入射光１１の焦点深度が
深くなるようにβを設定すれば、入射光１１は常に情報
記録媒体１０上に焦点を結ぶことになり自動焦点制御機
能は必要ない。つぎに、反射光１２は対物レンズ６、λ
／４板５．偏光ビームスプリッタ４．遮光板１８．結像
レンズ７を介して光センサ１９に結像され、出力信号を
出す、この際、反射光１２は遮光板１８により光径が制
限されている。したがって、反射光１−２に対する対物
レンズ６の開口数ＮＡは見掛け一ヒ小さくなり、反射光
１２に対する焦点深度も小さくなるので、反射光１２に
対する開［１数ＮＡ、ずなわち、遮光板１８の制限光径
を情報記録媒体１０のうねりより焦点深度が深くなるよ
うに設定ず九ば、反射光１２に対しても自動焦点制御機
能は必要ない。なお、情報記録媒体１０と光ピツクアッ
プの焦点位置の絶対的距離は、情報記録媒体ｌＯの製作
精度、温度による熱膨張等により変化する。このため、
情報記録媒体ＩＯに対する初めてのアクセス時には、予
め、光センサ１９の出力を見ながら情報記録媒体１０の
うねりの平均値付近に上述の焦点位置の中心を設定する
必要がある。 第６図は第５図に示した実施例の偏光ビームスプリッタ
部を取り除いた実施例で、遮光板３なでた円環状の光は
中央部が空間となっている中空偏光板２１、同様に中央
部が空間となっている中空λ／４板２０．対物レンズ６
を介して情報記録媒体１０上に集光される。記録媒体１
０からの反射光１２は、対物レンズ６、中空λ／４板２
０の中空部、遮光板２２の中心につけられた結像レンズ
７、中空偏光板２１の中空部を通って光センサ】−９に
結像される。なお、反射光１２のうち、入射光１１と同
じ経路を通る光は、中空λ／４板２０により偏光方向が
９０度回転させるため、中空偏光板２１を通ることがで
きず、ＬＤＩに影響を与えない。 さて、上述した実施例ではＬ Ｉ） ｉの光のうち一部
しか利用できないため、大出力の１．、 Ｄが必要であ
る。そこで、利用効率の高い輪帯状の入射光を得るよう
に改良された本発明の他の実施例を第７図〜第９図を用
いて説明する。第７図は輪帯状の入射光を得る基本的な
方法で、円形プリズム２７ａの反射膜２８ａ、２８ｂが
ついている面は、９０度の頂角を持つ円錐面となってい
る。ＬＤｉからでた光はコリメータレンズ２により平行
光にされ。 円形プリズム２７ａの反射膜２８ｂにより反射され光軸
と直角な方向に全周にわたり光は進行する。 そして、反射膜２８ａにより再び反射され、ｌＩＱ帯状
の入射光１１となる。この方法を使用すればＬＤｌの光
のうちほとんど全ての光が入射光１１となるため、第１
図に示した如き実施例に比べ、光の利用効率が向上する
。また、円錐面の頂角は第８図に示すように９０度以外
でも２つの頂角が等しければ、第７図と同様な動作をす
る。また、第９図に示すような構成でも可能である。 第１０図に集光スポット回りに発生する回折光の影響を
無くす方法を示す。回折光の振幅は第１０図に示すよう
にスボツｉ−中心で一番大きく７申心から離れるにした
がい振動的に変化し、振綽がＯになる付近を特にＩｌｊ
’ｌ帯部と呼んでいる。暗ＪＦ部付近では回折光の位相
が反転するため、隣の１−ラックをＩ＋＃帯部にあわせ
れば暗４ｆＦ部の両側の光が打消合い隣のトラックの影
響を低減できる。また。 目的のトラックに隣合う両側のトラックの位置と対物レ
ンズを介して共像関係の位置に２つの光検出器を改は光
強ノ「検出すれば、トラック位置と集光スポット位置か
ずｉｂだ場合には両検出器の検出した光強度が変化する
。したがつて、両検出器の差（４号から集光スポット位
置のずれが検出できる。 この差が小さくなるようにスポット信号に調節すれば、
所定のトラック上に来るよ・う制御できる。 第１−」−図は、このトラック位置制御を行う本発明の
一実旅例分説明する。第」−１図において、第１図〜第
１０図に記載の符号と同一の符号の部品は、それらの部
品と同様のものを表わす、なお。 この図においては、情報記録媒体１０へ照射するための
光学系の記載は上述の実施例と同様にすればよいので省
略した。２つの光検ＩＦ、器９１と９２は、目的の記録
トラックに隣り合う２つの記録トラック上に入射した回
折光を受光できる位置に設置されている。この検出Ｄ９
３と９２の出力は。 制御回路］：３内の減算器９３に入力され、目的の記録
トラックと集光スポットとの位置ずれが検出される、ド
ライバ（増幅器）９４は、この位置ずお、信号を増幅し
、駆動信号を出力する。ドライバ９５は、この駆ｌＡ信
号により、対物レンズ６をトラック方向Ｔに移動させ、
この位置ず九を減少するように調節する。なお、４Ｄセ
ンサ９は、集光スポラ１−による反射光を受光し、これ
を光電変換して制御回路１；３に出力する。制御回路１
３では、焦点誤差を検出（演算） シ、 ！！！！１Ｊ
ｆｆ１号をアクチュエ・−夕１４に供給し、レンズ６登
光軸方向に駆動する。このｗＡ動は、第１図の実施例の
場合と同様である工 〔発明の効果〕 本発明によれば、つぎの効果が得られる。 （１）同じ形状の対物レンズに対して集光スポット径を
小さくできるので、情報に［シ録密度の高い媒体に対し
て使用できる７ （２）同じ形状の対物レンズに対して焦点深度が深くな
るので、焦点制御系がｍ １１’−になるかまたは不要
になる。 （３）肉厚の厚いレンズ中央部分が不要になるので、こ
れを除去して使用すれば、対物レンズは軽量となり、焦
点制御系、トラッキング制御系が簡単になる。 （４）情報記録媒体において標準化された光源波長より
長い波長の光源を用いても良好な性能を保てる。
の開口数に大きくする必要がある。しかし、このため、
焦点深度が小さくなり、情報記録媒体のうねり等により
生じる焦点誤差を小さくする制御が困難になるとともに
．振動等の外乱に対して弱くなるという問題点があった
。また、情報記録媒体ではランド面とピット面の光軸方
向ｙ１ｊ離が一定波長に対して標準化されるとそれ以外
の波長では性能が悪化するという問題点かあ一つだ。 本発明の目的は小さな開口数のレンズで集光スポット怪
が大きく，かつ焦点深ｌ『が大きくなるＪ；ウな光学系
により焦点誤差が小さくする制御を面嘔にすることにあ
る。 本発明の他の１」的は上記光学系を使用し、比軸的うね
りの小さな情報記＠媒体については、焦点誤差制御を無
くすことである。 さらに他の目的は情報記録媒体において標準化された波
長以外の波長を用いても良好な性能を保つことにあるい 〔課題を解決するための手段〕 上記［Ｉ的は、特ポ（二３１１求の範囲に記載しまた手
段を設けることにより達成される。 ［作用］ レンズによる集光特性はレンズに歪がない場合には使用
する波長とレンズの開［」数により決定され、集光スポ
ット径は波長に比例し開１−１数に反比例する。また。 焦点深度は波持ｔ７：比例し開口数の１来に反比例する
。しかし、翰イ：Ｆ状の光を使用するど、集光スポット
径は小さく、焦点深度は深くなり、その程Ｊ「は輪帯状
光の内外径比により変化する。したがって、 Ｉ階Ｊｉ
Ｆ状光を使用することにより、通常の光と同様な集光ス
ポラｌ−径を得るためには、より小さな開［」数ですむ
とともｉ；＝ 、開口数の減少とＩＩＱ ４１’状光を
使用したこととの相乗効果により焦点深度はより深くな
り、焦点誤差を小さくする制御が簡ｍになる。また、情
報４１１録媒体のうねりが」−記焦点深度内にあれば常
に焦点が合っているため焦点制御が不要になる。 なお、上記輪帯状光を使用することにより、情報記録媒
体に入射する光は光軸中心を含まない制限された角度内
のみとなる。したがって、情報４１１録媒体−Ｌのラン
ド面とピット面の距離は見かけ十人射光の入射角の余弦
分の１に大きくなるため、使用する先の波長がその分長
くても１４．い。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて説明する６、第１図に
本発明の一実施例を示す。光源の−・ｐｌ（であるレー
ザダイ方・−ド（以下、Ｉ、ｉ）と呼ぶ）［で発光され
た放射状の光は、コリメータＩノンズ２により平行光に
される。その後Ｍ’ｌｉ％：状の光軸？’＋ ｒｌ−分
を持つ遮光板３により輪帯状の入射ｙ６ ｔ ｔ 、ｔ
。・なり、この光Ｊ１が偏光ビー１１スプリツタ４に導
かれる。このとき、■、Ｄｌ−からの光の偏光方向を偏
光ビームスプリッタ４の反射面で反射する方向＆、：Ｘ
設定しである。このため、入射光１１け、偏光ビームス
プリッタ４で反射し、λ／４扱５へ向か“〕で進む７λ
／４板５により入射光１１は直線偏光から円偏光にされ
、対物レンズ６により情報記録媒体１０に集光される。 ここで、情報記録媒体１０は、光カード、光ディスクな
どの光学的記録媒体を指寸。情報記録媒体１０の記録パ
ター・ンにより変調さ狙５た反射光Ｉ２は、再び対物レ
ンズ６を介してｊｌ／、行光になり、λ／４板５により
直線偏光になる、このとき、反射光は、λ／４板５を往
復したことで入射光１１の偏光方向と９０度異なってお
り、この結果偏光ビームスプリッタ４を透過する。偏光
ビー１１スプリツタ４を透過した光は、結像レンズ７、
シリンドリカルレンズ８を通って４分割光検出器（４Ｆ
）センサ）９に照射される。 ４Ｄセンサ９で、その光強度に応じた電気信号に変換さ
れ、この出力は制御回路１３に導かれろ。 そして、制御回路１３において、焦点誤差が算出される
。そして、制御回路１［よ、この焦点誤差が少なくなる
ようレンズアクチュエータ１４により対物レンズ〔；を
光軸方向に移動している（焦点誤差の算出の詳細は後述
ずろ）。 次に、上記実施例の動作について第２図により説明する
。焦点距離ｆの対物レンズ６に入射する輪帯状の入射光
１１ （波長λ）の最外径を２ａ。 最内径を２ａ’ とする。このとき、焦点位置近傍での
光振幅は複素数で表わされ、実数部をＣ９虚数部をＳと
すると、光振幅はＣ＋１Ｓ（４１：を虚数部を示す）で
表わされる。焦点位置からの光軸方向における偏差を２
、焦点位置からの半径方向における偏差をρとすると、
光振幅は次式で表オ）′：′５れる。 ・・・（１） ただし λ ｆ Ｊｎ；ｎ次のベッセル関数 ｒ ；レンズの径方向の位置 ここで、光軸−ヒおよび光軸と直角な焦点面での振幅は
Ｓ；０であるため、光軸上での振幅をＣρ＝０、光軸と
直角な焦点面での振幅を０２＝０とし焦点位置での振幅
を１と正規化して表すと次式となる。 入射光１］−の最外径８を使って表すとＮＡ押ａ ／
ｆ ・・・（４）となる、し
たがって、ＮＡを用いて焦点深度Ｚ１を表すと ・・・（３） ただし β＝ａ’／ａ （ここでは、βを輪ぜ；Ｙ開口比と呼ぶ）。 光軸」−での振幅Ｃρ：０および焦点面での振幅Ｃｚ”
０は、夫々第２図に示すように振動的に変化する７通常
、Ｃρ＝０が最大となる焦点付ｈ１から遠ざかる方向で
最初にＯになる位置までを焦点深度と呼び、またＣ ２
＝ｏが最大となる焦点位置から遠ざかる方向で最初にＯ
になる位置までをスポット半径と呼んでいる。したがっ
て、最初にＣρ＝ｏ−０１７なる光軸方向の焦点位置か
らの偏差２と、最初にＣ７＝ｏ＝０ となる半径方向の
焦点位置からの偏差ρをｌｌＩ！帯開口比βに対して求
めれば焦点深度ｚｔおよび集光スポット半径ρ１が判る
、レンズの開Ｌｌ数（ＮＡ）をレンズの焦点距離ｆと輪
帯状となる。しかし、集光スポット半径ρ１は、（３）
式からは解析的に求まらない、そこで、輸＃ｉＦ １７
？Ｊ目比β＝Ｏ１すなわち、通常のレンズとして算出し
た値ρｘ（Ｉｌ−ｏ）は次式で表わされ、この値に対す
る比と１ノで集光スボツ１〜半径ρ工は、第１表のよう
に得られる。 また、焦点深度ｚ１についてもβ＝Ｏの４ｉαに対する
比として同時に表した。 第 １ 表 ５０．２５倍にまで大きくなる。なお、この効果は対物
Ｉノンズの中心を通る光の強度より周辺を通る光の強度
を大きくするだけでも得られる。つぎにスポット径を一
定とした場合のβに対するＮＡと焦点深度の関係を第２
表に示す。 第 ２ 表 第１表から判るように、集光スポット半径比については
βを大きくするとともに小さくなっていく、β＝０．９
９ では、この比は０．６３１ にまで小さくなる。 また、焦点深度比についてはβを大きくするにつれ人き
くなり、β＝０．９９ ではこれは、スボツ１へ半径が
１μｎ１、波長が０．７５μｍの場合である。第２表か
ら判るように、例えばβ＝０．６ とした場合には、β
＝０に比べて、ＮＡは０．４５７から０．３５５と小さ
くなり、焦点深度は３．５９μｍから９゜３０μｍと大
きくなっている。したがって、輪帯状の入射光を使用す
ることにより、従来の光ヘッドに比べ、対物）ノンズ６
のＮＡを小さくでき、（４）式がら明らかよ・）にレン
ズ半径ａが小さくできる。このため、１メンズ自体の束
量が低減できる。また、焦点深度が深くなるため、焦点
深度内に入るように制御すればよいので制御が鈴＋ｐ、
になる。また、情報記録媒体に入射する角度が光軸中心
を含まない限定された角度内にしているため、ピット而
とランド面の距離は見掛はヒ光軸方向距離のに記角度の
余弦分の１になり、光軸方向距離により決まる最適波長
より長い波長のＬ Ｄの使用も可能である。 次に、第３ａ図〜第３ｄ図を用いて焦点誤差の算出方法
を説明する８第３ａ図〜第３ｃ図は４１）センサ９−に
の光パターンを示す。第３ｂ図のパターンは焦点誤差が
（）のときを示しており、円形である。第３ａ図および
第３ｃ図は焦点誤差が発生したときを示しており、光パ
ターンは楕円形である。すなわち、第３ｂ図のときは４
Ｄセンザ９上の４分割された光検出器Ａ−Ｄ上の光強度
は同じである。しかし、焦点誤差を生じた第３ａ図およ
び第３ｃ図のときは、各光検出器Ａ−Ｄ上の光強度は異
な−）でくるとともに、焦点誤差の方向により楕円形の
長軸の方向も９０度ずれる。したがって、４Ｄセンサ９
上の光検出器ＡとＣの光強度の和と光検出器Ｂと１）の
和との差を取ることＬ；二より焦点誤差の大きさと方向
を特定できる。第３ ｄ図に上記焦点誤差を算出し、焦
点誤差をなくすよう制御する制御回路Ｊ３の具体例を示
す。この例において、４Ｄセンサ９上の４個の光検出器
Ａ−ｒ）の出力は、それぞれが増幅器２３１１＝ ２３
ｄにより増幅されたのち、加減算器２５に人力され、
ここで上述の演算が行なわれる。焦点誤差が発生してい
るときは、誤差の大きさと方向に応じた誤差信号が出力
され、これがドライバ２６に入力さノ１゜る。ドライバ
２６は、この信号によりレンズアクチュエータ１４を＃
Ｊ動さぜる７すなわち、第１２図に示した対物レンズ６
を光軸方向に移動させ、焦点誤差を０にする方向に制御
している、なお、増幅器２３ ’ａ〜２３ｄの信号を加
算な２４によりすべて加算し再生信号２７を得ている。 第４図に対物レンズの他の実施例を示す。これは第１図
における対物レンズ６の中心部を例り員いた剥り員きレ
ンズ１６で輪４１Ｆ状の入射光を集光している８例り員
き部には、光をしやへいする遮光板１７を取付けている
。この場合には、ＮＡが小さくなったための重に低減に
加えレンズ中心部を例り抜いたことによる１１（敏低減
も加オ）り大幅に対物レンズを軽量化できる。このため
、小さな力でも高応答になり、高精度制御がじやすくな
る。 つぎに、基本的には自動焦点制御を行なオ〕なくても合
焦状態を維持することができるように改良した本発明の
実施例を第５図および第６図に示す。 第５図は第１、図に示す実施例を変形したもので。 Ｌ Ｄ １から情報記録媒体１−０までの光の経路は同
じである。このとき、遮光板；３の輸ＪｉＦ開Ｅ１部を
βがより大きくなるようにすると第２表から判るように
入射光１．１の焦点深度はより深くなる、したがって、
情報記録媒体１０のうねりより入射光１１の焦点深度が
深くなるようにβを設定すれば、入射光１１は常に情報
記録媒体１０上に焦点を結ぶことになり自動焦点制御機
能は必要ない。つぎに、反射光１２は対物レンズ６、λ
／４板５．偏光ビームスプリッタ４．遮光板１８．結像
レンズ７を介して光センサ１９に結像され、出力信号を
出す、この際、反射光１２は遮光板１８により光径が制
限されている。したがって、反射光１−２に対する対物
レンズ６の開口数ＮＡは見掛け一ヒ小さくなり、反射光
１２に対する焦点深度も小さくなるので、反射光１２に
対する開［１数ＮＡ、ずなわち、遮光板１８の制限光径
を情報記録媒体１０のうねりより焦点深度が深くなるよ
うに設定ず九ば、反射光１２に対しても自動焦点制御機
能は必要ない。なお、情報記録媒体１０と光ピツクアッ
プの焦点位置の絶対的距離は、情報記録媒体ｌＯの製作
精度、温度による熱膨張等により変化する。このため、
情報記録媒体ＩＯに対する初めてのアクセス時には、予
め、光センサ１９の出力を見ながら情報記録媒体１０の
うねりの平均値付近に上述の焦点位置の中心を設定する
必要がある。 第６図は第５図に示した実施例の偏光ビームスプリッタ
部を取り除いた実施例で、遮光板３なでた円環状の光は
中央部が空間となっている中空偏光板２１、同様に中央
部が空間となっている中空λ／４板２０．対物レンズ６
を介して情報記録媒体１０上に集光される。記録媒体１
０からの反射光１２は、対物レンズ６、中空λ／４板２
０の中空部、遮光板２２の中心につけられた結像レンズ
７、中空偏光板２１の中空部を通って光センサ】−９に
結像される。なお、反射光１２のうち、入射光１１と同
じ経路を通る光は、中空λ／４板２０により偏光方向が
９０度回転させるため、中空偏光板２１を通ることがで
きず、ＬＤＩに影響を与えない。 さて、上述した実施例ではＬ Ｉ） ｉの光のうち一部
しか利用できないため、大出力の１．、 Ｄが必要であ
る。そこで、利用効率の高い輪帯状の入射光を得るよう
に改良された本発明の他の実施例を第７図〜第９図を用
いて説明する。第７図は輪帯状の入射光を得る基本的な
方法で、円形プリズム２７ａの反射膜２８ａ、２８ｂが
ついている面は、９０度の頂角を持つ円錐面となってい
る。ＬＤｉからでた光はコリメータレンズ２により平行
光にされ。 円形プリズム２７ａの反射膜２８ｂにより反射され光軸
と直角な方向に全周にわたり光は進行する。 そして、反射膜２８ａにより再び反射され、ｌＩＱ帯状
の入射光１１となる。この方法を使用すればＬＤｌの光
のうちほとんど全ての光が入射光１１となるため、第１
図に示した如き実施例に比べ、光の利用効率が向上する
。また、円錐面の頂角は第８図に示すように９０度以外
でも２つの頂角が等しければ、第７図と同様な動作をす
る。また、第９図に示すような構成でも可能である。 第１０図に集光スポット回りに発生する回折光の影響を
無くす方法を示す。回折光の振幅は第１０図に示すよう
にスボツｉ−中心で一番大きく７申心から離れるにした
がい振動的に変化し、振綽がＯになる付近を特にＩｌｊ
’ｌ帯部と呼んでいる。暗ＪＦ部付近では回折光の位相
が反転するため、隣の１−ラックをＩ＋＃帯部にあわせ
れば暗４ｆＦ部の両側の光が打消合い隣のトラックの影
響を低減できる。また。 目的のトラックに隣合う両側のトラックの位置と対物レ
ンズを介して共像関係の位置に２つの光検出器を改は光
強ノ「検出すれば、トラック位置と集光スポット位置か
ずｉｂだ場合には両検出器の検出した光強度が変化する
。したがつて、両検出器の差（４号から集光スポット位
置のずれが検出できる。 この差が小さくなるようにスポット信号に調節すれば、
所定のトラック上に来るよ・う制御できる。 第１−」−図は、このトラック位置制御を行う本発明の
一実旅例分説明する。第」−１図において、第１図〜第
１０図に記載の符号と同一の符号の部品は、それらの部
品と同様のものを表わす、なお。 この図においては、情報記録媒体１０へ照射するための
光学系の記載は上述の実施例と同様にすればよいので省
略した。２つの光検ＩＦ、器９１と９２は、目的の記録
トラックに隣り合う２つの記録トラック上に入射した回
折光を受光できる位置に設置されている。この検出Ｄ９
３と９２の出力は。 制御回路］：３内の減算器９３に入力され、目的の記録
トラックと集光スポットとの位置ずれが検出される、ド
ライバ（増幅器）９４は、この位置ずお、信号を増幅し
、駆動信号を出力する。ドライバ９５は、この駆ｌＡ信
号により、対物レンズ６をトラック方向Ｔに移動させ、
この位置ず九を減少するように調節する。なお、４Ｄセ
ンサ９は、集光スポラ１−による反射光を受光し、これ
を光電変換して制御回路１；３に出力する。制御回路１
３では、焦点誤差を検出（演算） シ、 ！！！！１Ｊ
ｆｆ１号をアクチュエ・−夕１４に供給し、レンズ６登
光軸方向に駆動する。このｗＡ動は、第１図の実施例の
場合と同様である工 〔発明の効果〕 本発明によれば、つぎの効果が得られる。 （１）同じ形状の対物レンズに対して集光スポット径を
小さくできるので、情報に［シ録密度の高い媒体に対し
て使用できる７ （２）同じ形状の対物レンズに対して焦点深度が深くな
るので、焦点制御系がｍ １１’−になるかまたは不要
になる。 （３）肉厚の厚いレンズ中央部分が不要になるので、こ
れを除去して使用すれば、対物レンズは軽量となり、焦
点制御系、トラッキング制御系が簡単になる。 （４）情報記録媒体において標準化された光源波長より
長い波長の光源を用いても良好な性能を保てる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は対物
レンズの集光特性を示す図、第３ａ図〜第３ｄ図は自動
焦点機能の説明図、第４図は本発明の他の実施例に係る
対物レンズを示す図、第５図、第６図は本発明の他の実
施例の断面図、第７図から第９図は１ｉＨｆＦ光源の実
施例の断面図、第１０図はクロス１−−り低減法の説明
図である。第２１図は本発明の他の実施例を承ず図であ
る２１・・・ＬＤ、３・・・遮光板、６・・・対物レン
ズ、１０・・・情報記録媒体、２７・・・円形プリズム
、２９・・・記録ピット。 詰２０ ９・・・１ｆ−Ｄヒ二寸 １３・・・シＩｔｐｔ葺冬。 ２６−・−枦ライハ゛′− １・・・し−寸グイオード 卑 訊 ｚ’ｉｂ 潴 乙 ネ 図 第 圀
レンズの集光特性を示す図、第３ａ図〜第３ｄ図は自動
焦点機能の説明図、第４図は本発明の他の実施例に係る
対物レンズを示す図、第５図、第６図は本発明の他の実
施例の断面図、第７図から第９図は１ｉＨｆＦ光源の実
施例の断面図、第１０図はクロス１−−り低減法の説明
図である。第２１図は本発明の他の実施例を承ず図であ
る２１・・・ＬＤ、３・・・遮光板、６・・・対物レン
ズ、１０・・・情報記録媒体、２７・・・円形プリズム
、２９・・・記録ピット。 詰２０ ９・・・１ｆ−Ｄヒ二寸 １３・・・シＩｔｐｔ葺冬。 ２６−・−枦ライハ゛′− １・・・し−寸グイオード 卑 訊 ｚ’ｉｂ 潴 乙 ネ 図 第 圀
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、対物レンズによつて光を集光させて情報記録媒体に
照射し、該情報記録媒体からの光を検出するための光学
ヘッドにおいて、前記対物レンズを介して前記情報記録
媒体に入射する光を輪帯状にする手段を設けたことを特
徴とする光学ヘッド。 ２、対物レンズによつて光を集光させて情報記録媒体に
照射し、該情報記録媒体からの光を検出するための光学
ヘッドにおいて、前記対物レンズは、光軸中心部分が刳
り貫かれていることを特徴とする光学ヘッド。 ３、対物レンズを介して光を情報記録媒体に照射し、該
情報記録媒体からの光を検出するための光学ヘッドにお
いて、前記対物レンズの中心部を通る光の強度より周辺
部を通る光の強度を大きくする手段を設けたことを特徴
とする光学ヘッド。 ４、対物レンズによつて光を集光させて情報記録媒体に
照射し、該情報記録媒体からの光を検出するための光学
ヘッドにおいて、前記対物レンズは、光軸中心部分が刳
り貫かれており、該刳り貫かれている部分を遮光部材で
塞いでいることを特徴とする光学ヘッド。 ５、光カード、光ディスク等の光学的な情報記録媒体に
おいて、記録トラックピッチを集光スポットの周りに回
折により発生する複数の暗帯部のうち、一つの暗帯部の
半径とほぼ一致させたことを特徴とする情報記録媒体。 ６、請求項１記載の光学ヘッドに用いる情報記録媒体に
おいて、ピット面（情報記録のために設けたランド面に
対して凸あるいは凹なる平面部分）はランド面（ピット
面の基準となる平面部分）を構成し、これらが互いに等
しい反射率または透過率を有するようにし、これに入射
する光を反射あるいは透過する際、ピット面とランド面
で位相差を生じるようにし、その際のピット面とランド
面の光軸方向距離を反射の場合にはほぼ４分の１波長の
、透過の場合にはほぼ１波長の入射光の平均的角度の余
弦倍に該当するよう離したことを特徴とする情報記録媒
体。 ７、光源と、該光源からの光を輪帯状にする手段と、該
輪帯状となつた光を集光して情報記録媒体の記録面に照
射する対物レンズと、該記録面からの反射光によつて焦
点誤差を検出する焦点誤差検出手段と、該焦点誤差を少
なくするような駆動信号を出力するドライバと、該駆動
信号により前記対物レンズを光軸方向に移動させるレン
ズアクチュエータとを含む光学的情報処理装置。 ８、光源と、該光源からの光を集光して情報記録媒体に
照射する対物レンズであつて、その光軸中心部が刳り貫
かれている該対物レンズと、該集光の該情報記録媒体か
らの反射光を利用して焦点誤差を検出する焦点誤差検出
手段と、該焦点誤差を少なくするような駆動信号を出力
するドライバと、該駆動信号により前記対物レンズを光
軸方向に移動させる光軸方向アクチュエータとを含む光
学的情報処理装置。 ９、光学的な情報記録媒体の情報を再生するための光学
的情報処理装置において、該情報記録媒体の記録トラッ
クピッチを、対物レンズにより輪帯状の光を集光して得
られる集光スポットの周りに回折により発生する複数の
暗帯部のうち、一つの暗帯部の半径と略一致させておき
、目的の記録トラックに隣り合う両側の記録トラック上
に入射した回折光の光強度を、該対物レンズを介して共
像関係の位置に置かれた２つの光検出器により検出し、
さらに、該光強度の差から該集光スポットと該目的の記
録トラックとの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と
、該位置ずれを少なくするような駆動信号を出力するド
ライバと、該駆動信号により前記対物レンズをトラック
方向に移動させるトラック方向アクチュエータとを設け
たことを特徴とする光学的情報処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313870A JPH02161628A (ja) | 1988-12-14 | 1988-12-14 | 光学ヘッド，情報記録媒体および光学的情報処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313870A JPH02161628A (ja) | 1988-12-14 | 1988-12-14 | 光学ヘッド，情報記録媒体および光学的情報処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02161628A true JPH02161628A (ja) | 1990-06-21 |
Family
ID=18046498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63313870A Pending JPH02161628A (ja) | 1988-12-14 | 1988-12-14 | 光学ヘッド，情報記録媒体および光学的情報処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02161628A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5311495A (en) * | 1990-11-30 | 1994-05-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical system for converging light beams to form a single beam spot on an optical disc |
| JPH06290480A (ja) * | 1993-04-02 | 1994-10-18 | Nec Corp | 光ヘッド装置 |
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-
1988
- 1988-12-14 JP JP63313870A patent/JPH02161628A/ja active Pending
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