JPH0330930B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はビデオデイスクやデイジタルオーデイ
オデイスク等のデイスク状の光学式記録媒体上に
ピツトとして形成された情報を光学的に信号再生
する情報読取装置の光学系（以後光学式ヘツドと
称する）の構成に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

従来例として最も代表的な光学式ヘツドの構成
を第１図を参照して説明する。

例えば半導体レーザからなる光源１から発射さ
れた光ビームを、コリメート用レンズ２で集めて
平行ビームとし、その偏光面が偏光性ビームスプ
リツター３をＰ波として進行する様にしておき、
四分の一波長板４で偏光面を45゜回転させ収束レ
ンズ５への入射光として入射させている。

また、デイスク６面からの反射光は再び四分の
一波板を通過する時に偏光面が45゜回転し、結局
Ｓ波として偏光性ビームスプリツター３に入射す
るので半導体レーザ１の光ビームに対し直角方向
へ反射光が導かれる。

さらにこの反射光は円筒レンズ、ナイフエツジ
等から構成されたビーム変換光学系７を介して光
検出器８からフオーカス誤差信号、トラツキング
誤差信号、画像または音声信号が得られる。

以上が従来例の主な構成であるが、光学系構成
部品で最も重要な部品は収束レンズ５である。

半導体レーザ１の光ビームをデイスク６面上で
直径1μｍ程度に絞り込むために収束レンズ５の
収差の影響を極力減少させる必要があり、単レン
ズ数枚を組み合せた複雑な合成レンズを使用して
いる。

また収束レンズ５への入射光はレンズ光軸に沿
つて入射させ、記録媒体であるデイスク面と収束
レンズ５の光軸は直交しているので、デイスク面
上の情報を含んだ反射光は再びもとの光軸に沿つ
て戻つてくる。即ち、再生信号を取り出すために
は何らかの手段により反射光の分離が必要であり
従来は上述のように偏光ビームスプリツター３と
四分の一波長板４を利用してこの反射光を分離し
ている。

しかしながら、従来の光学式ヘツドは上述のよ
うに部品点数が非常に多く、また各光学部品に非
常に高い精度が要求される。

これは、例えば収束レンズ５は合成レンズで数
枚のレンズを光軸上に配置したレンズ群から構成
されていて、光学式情報読取装置内に組み込んで
光学式記録媒体の動きを追随させるためには小型
軽量でなければならなく、また特に口径が数mm程
度のレンズの光軸を高い精度で一致させて組立て
る事が多くの困難を伴うことからも明らかであ
る。

さらに、光学式記録媒体への入射光と反射光の
分離方法、即ち、例てば半導体レーザからなる光
源１の偏光特性を応用した偏光性ビームスプリツ
ターと四分の一波長板の組み合せでは、この両光
学部品の偏光特性が良好であることが必要である
ばかりか、半導体レーザの偏光面に対して両光学
部品を高い精度で一致させて組立てなければなら
ないという困難が伴う。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題点を考慮してなされたもの
で、光学式ヘツドの構成部品点数を減少させ、光
学式情報記録体にピツトとして形成された情報を
光学的に容易に信号再生する光学式情報読取装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は光源と、この光源から発射された光ビ
ームを情報記録面上に収束させる少なくとも一つ
のオフアクシスグレイテイングレンズと、光ビー
ムを情報記録面上に収束させることにより得られ
る情報記録面からの情報を含んだ反射光を検出す
る光学系とからなり、光ビームのオフアクシスグ
レイテイングレンズへの入射光の光軸と反射光の
光軸とが異なり、さらに反射光をこの反射光の光
軸が一致する光学系により検出する光学式情報読
取装置を提供することにある。

次に本発明の構成の一つであるオフアクシスグ
レーテイングレンズについて説明する。

一般にグレーテイングレンズは光学的には回折
格子の一種に属する。

このグレーテイングレンズは、ガラス基板の表
面に、例えば第２図に示すような不等間隔な同心
円状の回折格子パターン１０を刻んだものであ
る。

このグレーテイングレンズ内のＡ−A′断面図
を第３図に示して、このレンズの作用と本発明に
使用されている光線の分離作用を説明する。

グレーテイングレンズ基板１１に対し斜めに平
行光束を入射させた場合、各光線は回折格子１２
で回折され格子間隔が変化しているため一様な方
向へ回折されることなく回折光は平行光束になら
ない。

この場合、例えば入射光の波長をλ、格子間隔
をｄ、回折格子面の法線と入射光のなす角をθ₁と
すると、収束光となる一次回折光の法線となす角
θ₂はθ₂＝sin^-1（λ／ｄ−sinθ₁）で変化する。

また入射光のふれの角δ＝θ₁＋θ₂は、格子間隔
ｄが小さい程大きくなり第３図の光線B₁より光
線B₂の方が大きく進行方向を変える。

一次回折光の収束に関しては、格子間隔ｄを適
切に配置することで一点の収束点１３に収束され
る。

このように平行光束を１点に収束することで
は、グレーテイングレンズは凸レンズと同じ作用
を行ない、収束点１３をグレーテイングレンズの
焦点と言う。

グレーテイングレンズ基板１１へ垂直に入射す
る、即ちθ₁＝０の平行光束を一点に集束する性質
のものをインライングレーテイングレンズと言
う。

また第３図に示すようにグレーテイングレンズ
基板１１へある角度をなす、即ちθ₁≠０の平行光
束を一点に収束する性質のものをオフアクシスグ
レーテイングレンズと言い本発明で使用されてい
る。

このようなグレーテイングレンズの特徴をさら
に詳細に説明する。焦点１３からグレーテイング
レンズ基板１１に光ビームを発した場合は上述の
説明と逆の過程を通つて平行光束となるが、通常
の凸レンズの場合はレンズ開口に入射した光ビー
ムはガラス面での反射或いはガラス内部での吸収
を無視すればほとんど全ての入射光線は平行光線
となる。

しかしグレーテイングレンズの場合、上述のよ
うな回折格子１２の回折効率に従い、入射光線の
何割かが１次回折光として平行光束となり、残り
の入射光線はそのまま回折格子１２を通過する零
次透過光や高次回折光となつて拡散されるという
特徴がある。

本発明では、この特徴を利用して光学式情報記
録面に光源からの光ビームを収束すると同時にデ
イスク面からの情報を含んだ反射光を分離してい
る。

〔発明の効果〕

本発明に於けるオフアクシスグレーテイングレ
ンズは、基本的には回折格子であるため一枚の基
板で収束レンズを実現することができ、従来のレ
ンズ組立等は不要となる。

これにより収束レンズの部品点数が減少し、容
易に小型軽量化できる。

さらに、従来ピツト情報を含んだ反射光を分離
するため複雑な組立・調整を必要としたが、本発
明では光源からの入射光の光軸と受光部で受光す
るビツト情報を含んだ反射光の光軸を予め異なら
せているので容易にピツト情報を得ることができ
る。

また、本発明に於いては偏光を応用していない
ため、例えば光学式記録媒体のデイスク補強材と
して使用されているアクリル、ポリカーボネート
等の複屈折性の乱れにより偏光面が変化しても従
来のように分離度が変化することはなく、安定し
てピツト情報を得ることができる。さらに、光学
式情報記録面からの反射光を検出する光検出面で
光強度むらが非対称に発生せず、その結果精度良
く光信号を検出することができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の第１の実施例を第４図乃至第６図
を参照して説明する。まず第４図に第１の実施例
の構造図を示す。即ち、一定出力パワーの、例え
ば半導体レーザからなる光源２０からの光ビーム
２１は、第１のガラス基板２２の一部に形成され
たコリメート用のオフアクシスグレーテイングレ
ンズ２３で集められ、この第１のガラス基板２２
面の法線方向に対し例えば30゜の角度をなす平行
光束２４となり第２のガラス基板２５の一部に形
成された収束用のオフアクシスグレーテイングレ
ンズ２６へ入射する。

この平行光束２４のオフアクシスグレーテイン
グレンズ２６による１次回折光２７は光学式情報
記録媒体２８中の光学式情報記録面２９上に焦点
３０を結ぶ。

この場合、１次回折光２７の光軸が、光学式情
報記録面２９に対し垂直となるようにオフアクシ
スグレーテイングレンズ２６は形成されている。

焦点３０に置かれたピツトの情報を含んだ一次
回折光２７の反射光は再び収束用のオフアシスグ
レーテイングレンズ２７に向うが、この反射光の
うちの零次透過光３１は単に透過光として後方へ
進み、即ち収束用のオフアクシスグレーテイング
レンズ２６への入射光である平行光束２４の光軸
と異なる光軸を有することとなる。

従つて、光源２０からの光ビーム２１或いは平
行光２４と光学式情報記録面２９からのビツト情
報を含んだ零次透過光３１とを分離することがで
きる。

このようにして得られた零次透過光３１からな
る反射光から第１のガラス基板２２の一部に形成
された、例えば非点収差光学用のグレーテイング
レンズ３２と、例えば四分割ホトダイオード３３
から成る受光部光学系によりフオーカス誤差信
号、トラツキング誤差信号、記録情報信号を検出
する。ここで、非点収差光学用のグレーテイング
レンズ３２の回折光は、第４図に示す如く零次透
過光３１の光軸と一致するように光学系が設定し
てある。

この場合光学式記録面２９のピツト列が収束用
のオフアクシスグレーテイングレンズの丁度焦点
３０に位置した時は、フオーカス誤差信号、トラ
ツキング誤差信号は零出力となる状態に受光部光
学系、特に四分割ホトダイオードの位置を調整し
ておく必要がある。

この実施例では光学系を構成している各種機能
のレンズが全て不等間隔な同心円状の回折格子パ
ターンを有するグレーテイングレンズで構成され
るものであるが、本発明に関しては光学式情報記
録媒体２８に向い合つている収束レンズがオフア
クシスグレーテイングレンズであれば良い。

次に、上述のオフアクシスグレーテイングレン
ズ２３及び２６、非点収差光学用のグレーテイン
グレンズ３２を、各グレーテイングレンズの回折
格子パターンを示す第５図及び第６図を参照して
説明する。

一般にグレーテイングレンズは石英ガラス、水
晶、アクリル、ポリカーボネート等透明で熱膨張
率の小さい基板上にホログラフイツク法、電子線
描画法等の微細加工技術により10分の数μｍ乃至
数10μｍ程度の格子間隔を持つた曲線状の回折格
子が形成されたものである。

この第１の実施例では、まず第５図に示すよう
に第１のガラス基板２２上にコリメート用のオフ
アクシスグレーテイングレンズ２３と、非点収差
光学用のグレーテイングレンズ３２が形成されて
いる。

また第６図に示すように第２のガラス基板２５
上には、収束用のオフアクシスグレーテイングレ
ンズ２６が形成されている。

これら第１及び第２のガラス基板２２及び２５
は、第７図で示す光学式情報読取装置本体３４に
例えば接着剤等で固定してある。

また、光源２０はコリメート用のオフアクシス
グレーテイングレンズ２３の焦点位置に固定して
ある。

ここで、上述の収束用のオフアクシスグレーテ
イングレンズ２６を第７図を参照して詳しく説明
する。

この第７図には、収束用のオフアクシスグレー
テイングレンズ２６と光学式情報記録媒体２８と
を向い合せて平行に配置した場合の断面図を示し
ている。

この場合、オフアクシスグレーテイングレンズ
２６が形成されたガラス基板２５にこのオフアク
シスグレーテイングレンズ２６形成面の法線方向
に対して、例えばθ₁＝30゜の角度で平行光束２４
が入射される。

この平行光束２４は、オフアクシスグレーテイ
ングレンズ２６により一次回折光２７の光軸が光
学式情報記録面２９に対し垂直となるように収束
され光学式情報記録面２９上のピツトに焦点３０
を結ぶ。

この場合、オフアクシスグレーテイングレンズ
２６の開口数がN.A＝0.5相当であるとき、波長
がλ＝800nmの光ビームに対する最小格子間隔は
0.8μｍ程度となる。

また、平行光束２４のオフアクシスグレーテイ
ングレンズ２６への入射光はこのオフアクシスグ
レーテイングレンズ２６を第１の零次透過光とし
て一部透過するが、平行光束２４の数10％程度は
一次回折光として焦点３０に収束する。

尚、この場合の第１の零次透過光は、平行光束
が、オフアクシスグレーテイングレンズ２６形成
面の法線方向に対し例えばθ₁＝30゜の入射角度を
有するため、光学式情報記録面２９に対してもこ
の光学式情報記録面２９の法線方向に対し30゜の
角度で入射することになる。

さらに、ピツトの情報を含んだ一次回折光の反
射光はオフアクシスグレーテイングレンズ２６に
向い一部は一次回折光となつてもと来た光路を逆
に進むが、数10％は第２の零次透過光３１として
ガラス基板２５を透過し発散する。

この場合の第２の零次透過光３１の光軸は、前
述の第１の零次透過光の反射光によるオフアクシ
スグレーテイングレンズの一次回折光或いは零次
透過光の光軸とは異なることになる。

また、さらに入射光である光源からの光ビーム
の平行光束２４と反射光である第２の零次透過光
３１の光軸は、この場合30゜の角度を有するため
重なり合うことはない。

従つて、オフアクシスグレーテイングレンズ２
６とある程度の距離に第２の零次透過光３１を受
光するホトダイオード等を設けることにより入射
光２４の影響を受けることなく情報記録媒体から
のピツト情報を分離することができる。

次に、上述の第１の実施例の第１及び第２の変
形例を第８図及び第９図を参照して説明する。

第１の変形例は第８図に示すように、収束用の
オフアクシスグレーテイングレンズ４１が第７図
に於けるオフアクシスグレーテイングレンズ２６
の中央部の回折格子を脱落させたものとなつてい
る。

このようなオフアクシスグレーテイングレンズ
４１は、例えばホログラフイツク法で製作する場
合は、中央に円形または矩形状に一度露光した後
ホログラムを形成する等の方法で製作できる。

平行光束２４をオフアクシスグレーテイングレ
ンズ４１に入射させると中央部４２に達した光束
は失なわれてしまうが、周辺部の回折格子パター
ンに達した光束は第４図及び第７図で示すオフア
クシスグレーテイングレンズ２６の場合と同様に
焦点３０を結ぶ。

従つて、焦点３０の位置に置かれた光学式情報
記録面２９からの反射光４３はオフアシスグレー
テイングレンズ４１に向い主として中央部４２の
回折格子パターンのない基板部を通過し、平行光
束２４である入射光と分離されて受光部光学系へ
と導かれる。

尚、反射光４３は収束光の光軸を光学式情報記
録面２９に垂直とすることにより得られる光学式
情報記録面２９上のピツトからの散乱光である。

さらに、第２の変形例は、第９図に示すように
第１の実施例に於ける収束用のオフアクシスグレ
ーテイングレンズ２６を、垂直に入射する平行光
束５０を光学式情報記録面２９上に収束するよう
なオフアクシスグレーテイングレンズ５１に置き
換えたものであるが、この光学式情報記録面２９
への収束光５２の光軸が平行光束５０に対して所
定の角度をもつて収束するようにしたものであ
る。

このように光学式情報記録面２９の法線方向に
対し光軸が所定角度となるように入射した収束光
５１は、ピツトを斜めから照射するためピツトか
らの反射光５３は、収束光５１とは反対側へ多く
発散する。

このピツト情報を含んだ反射光５３の多くはオ
フアクシスグレーテイングレンズ５１の回折パタ
ーン周辺のパターンの形成されていない平行平面
状のガラス基板２５を透過し受光部へ導かれる。

即ち、反射光５３の光軸は、収束光５１の光軸
と異なり、また平行光束５０とも異なる。

従つて反射光５３を入射光である平行光束５０
とを分離することができる。

次に、種々のオフアクシスグレーテイングレン
ズの開口数N.Aと光ビームのオフアクシスグレー
テイングレンズ形成面の法線方向に対する入射角
度との関係について第１０図乃至第１３図を参照
して説明する。

オフアクシスグレーテイングレンズによる光ビ
ームの収束光の光軸が光学式情報記録面に対し垂
直となる場合、即ち上述の第１の実施例で示す第
７図のようなとき、或いは第１の実施例の第１の
変形例で示す第８図のようなときは、オフアクシ
スグレーテイングレンズへの入射光の光軸はオフ
アクシスグレーテイングレンズ形成面の法線方向
に対し所定の角度をもつて入射させる必要があ
る。

これは、収束光による焦点と零次透過光の照射
部とが重ならないようにし、零次透過光による反
射光が収束光による反射光に影響を及ぼすのを防
ぐためであり、従つて受光部でのＳ／Ｎを向上さ
せるためである。

第１０図では、オフアクシスグレーテイングレ
ンズ６０への入射光が平行光束６１である場合に
ついての収束光６２と零次透過光６３との光学式
情報記録面６４への照射状況の概略図を示してい
る。

この場合、収束光６２とこの最大収束角度の２
等分線方向となす角度をθ₃とし、さらにこの２等
分線方向と平行光束６１とのなす角度をθ₄とする
と、零次透過光６３と収束光６２の最大収束角度
の２等分線方向とのなす角度はθ₃であるから、収
束光６２の焦点６５と零次透過光６３の照射部と
が重ならないようにするためには、θ₄＞θ₃の条件
が必要である。

このθ₄＞θ₃の関係は、即ちsinθ₄＞N.Aというこ
とになる。第１１図では、オフアクシスグレーテ
イングレンズ６０への入射光が発散する光束６６
である場合について示している。

この場合、収束光６７とこの最大収束角度の２
等分線方向とのなす角度をθ₅とし、さらにこの２
等分線方向と発散する光束６６とのなす最大角度
をθ₆、最小角度をθ₇とするとθ₇＜θ₆であるから、
θ₇＞θ₅であれば良く、即ちsinθ₇＞N.Aとなる。

次に第１０図及び第１１図の場合と異なりオフ
アクシスグレーテイングレンズによる光ビームの
収束光の光軸が光学式情報記録面に対し垂直では
ない場合、即ち第１２図及び第１３図の場合につ
いて説明する。

第１２図は、オフアクシスグレーテイングレン
ズ６０への入射光のが平行光束６８である場合に
ついて示している。

この場合、収束光６９とこの最大収束角度の２
等分線方向とのなす角をθ₈とし、さらにこの２等
分線方向と平行光束６８とのなす角をθ₉とする
と、θ₉＞θ₈であれば良く、即ちsinθ₉＞N.Aとな
る。

また、第１３図では、オフアクシスグレーテイ
ングレンズ６０への入射光が発散する光束７０で
ある場合について示している。

この場合、光束光７１とこの最大収束角度の２
等分線方向とのなす角をθ₁₀とし、さらにこの２
等分線方向と発散する光束７０とのなす角大角度
をθ₁₁、最小角度をθ₁₂とするとθ₁₂＜θ₁₁であるか
らθ₁₂＞θ₁₀であれば良く、即ちsinθ₁₂＞N.Aとな
る。

以上、第１０図乃至第１３図に示す場合に於い
て、夫々の条件を満足させることにより収束光の
焦点と零次透過光の照射部とが重ならないように
することができ、収束光のピツトの情報を含んだ
反射光をＳ／Ｎ良く検出することができる。

さらに次に本発明の第２の実施例を第１４図及
び第１５図を参照して説明する。

グレーテイングレンズは回折格子なので異つた
２つの回折格子パターンを単に同一平面上に重ね
合せることが可能である。

これは、例えばホログラムの二重露光や電子線
描画の二重書きを行うことで実現することができ
る。

この様にして合成された複雑なパターンを有す
る一枚のグレーテイングは合成前の各レンズの働
きを共に兼ね備えている。

第１４図は上述のような合成グレーテイングレ
ンズを用いて本発明の光学式情報読取装置を構成
したものを示している。

合成グレーテイングレンズはある一点から発散
する光束を他の一点に収束する収束用オフアクシ
スグレーテイングレンズのパターンと第４図及び
第５図で示した非点収差光学用グレーテイングレ
ンズパターンを重ね合せた合成パターンで構成さ
れている。

この合成パターンは第１５図に示すようなもの
である。

第１４図に於いて半導体レーザ２０から発散し
た光束８０は合成グレーテイングレンズ８１の収
束作用の方を利用して光学式情報記録面２９上に
焦点３０を結びピツト情報を含んだ反射光８２は
再び合成グレーテイングレンズ８１に向うが今度
は非点収差光学作用を利用し半導体レーザ２０と
は異なる方向に位置している四分割ホトダイオー
ド３３へと導かれる。

この第２の実施例に於いてはさらに部品点数を
少し簡素化することができ、また組立調整が容易
な小型で軽量なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す図、第２図及び第３図は
本発明で用いるオフアクシスグレーテイングレン
ズを示す図、第４図乃至第１３図は本発明の第１
の実施例を示す図、第１４図及び第１５図は本発
明の第２の実施例を示す図である。 ２０……光源、２１……光ビーム、２２，２５
……ガラス基板、２４，５０，６１，６８……平
行光束、２６，４１，５１，６０，８１……オフ
アクシスグレーテイングレンズ、２７，５２，６
２，６７，６９，７１……収束光、２８……光学
式情報記録媒体、２９，６４……光学式情報記録
面、３０，６５……焦点、３１，４３，５３，８
２……反射光、３２……非点収差光学用グレーテ
イングレンズ、３３……光受光部、３４……光学
式情報読取装置本体、６３……零次透過光、８０
……発散した光束、８１……合成グレーテイング
レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、該光源からの光ビームを光学式情報
   記録面上に収束させる少なくとも一つのオフアク
   シスグレーテイングレンズと、前記光ビームを前
   記光学式情報記録面上に収束させることにより得
   られる前記光学式情報記録面からの情報を含んだ
   反射光を検出する光学系とからなり、前記光源の
   側から収束用の前記オフアクシスグレーテイング
   レンズへ入射する光ビームの光軸と、前記反射光
   の前記オフアクシスグレーテイングレンズの零次
   透過光の光軸とが異なり、前記零次透過光を光軸
   が該零次透過光の光軸と一致する光学系により検
   出することを特徴とする光学式情報読取装置。 ２ 前記光学式情報記録面上に収束させる光は、
   前記入射光の前記オフアクシスグレーテイングレ
   ンズに於ける一次回折光であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光学式情報読取装
   置。 ３ 前記光学式情報記録面上に於ける前記光ビー
   ムの収束部は、前記光源側から前記オフアクシス
   グレーテイングレンズへ入射した光ビームの零次
   透過光の前記光学式情報記録面上への照射部と異
   なる位置にあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の光学式情報読取装置。