JPH0378696B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザを使つた光学システム、さら
に詳しくは光学的情報担持信号記録装置に適した
焦点調整システムに関するものである。

［従来技術及び問題点］ 光学的情報担持信号記録装置を含めて大部分の
光学システムでは、光ビームを予定焦点に集束さ
せることが必要である。光学的情報担持信号記録
装置では、レーザ光ビームを光学的記録部材の記
録面に焦点合わせすることが必要である。その焦
点合わせの状態を検出して、光学的システムに所
定の焦点合わせさせるのに適したエラー信号を発
生する方式がいくつかある。一つの焦点検出方式
は、光経路の焦点検出器の直前に非点収差を導入
することである。この種のシステムでは、焦点検
出器は通常、狭い間隔で配置された複数の光検出
器を含んでいる。４種の光検出器からなるいわゆ
るカドラント検出器を方形アレイとして配列する
のが普通である。非点収差は、円筒レンズをカド
ラント検出器にとりつけて用いることにより生じ
る。この非点収差は、焦点検出器に衝突する光ビ
ームの形を焦点外れ状態の方向と程度に応じて変
化させる。一般には、円筒レンズの非点収差軸を
カドランド検出器の軸および走査される記録トラ
ツクの接線方向に対して45度の角度に配置する。
下記に列挙する米国特許は、円筒レンズをカドラ
ンド検出器の軸に対して45度の角度に配置するこ
とを含めて、この種の焦点検出システムの例であ
る。米国特許第4280215号、第4296316号、第
4163149号、第4293944号、第4123652号、第
4290132号、第4273998号、第4287413号。

上記のような非点収差焦点調整システムで考慮
されている精密操作は、断面が円形の光ビームを
もくろむものである。例えば、米国特許第
4280215号では、気体レーザは断面が円形の光ビ
ームを出す。しかし、個体レーザや半導体レーザ
は卵形の光ビームを出す傾向がある。その上、こ
の種の半導体レーザが出す断面が円形の光ビーム
は、その縦横比が様々である。すなわち、長軸の
長さと短軸の長さの比が、レーザ枚に異なる。断
面が卵形の光ビームの光学的非対称性のために、
焦点のオフセツト誤差が生じる。すなわち、焦点
調整装置に卵形の光ビームを使つたとき、やや焦
点外れの状態が焦点があつたものとして示される
ことになる。したがつて、個体レーザから出る光
ビームは、明らかにオフセツトの問題を避けるた
めに、断面が円形にされている。例えば、米国特
許第4411500号、第4235507号、第4272651号、第
4334173号、第4397527号等である。卵形の光ビー
ムを円形にしても必ずしも真円にはならない。そ
の結果、依然としてある種のオフセツト誤差が生
じる。多くの光学的情報担持信号記録装置では、
小さな焦点オフセツト誤差は許容されるかもしれ
ないが、光学的記録装置で使用する面積記録密度
が高まるにつれて、この種の焦点オフセツト誤差
は許容できなくなつてくる。その上、光ビームを
円形にすれは、円形化しない場合よりもレーザか
ら出すエネルギを大きくする必要がある。すなわ
ち、円形化技術では、円形化の際に光ビームの周
辺エネルギ・レベルを切り取るものが多い。

また、光学システム全体で最大レーザ・エネル
ギを使用できることが望ましく、そのため、かか
るエネルギ・レベルと切り取りは避けるべきであ
る。

米国特許第4464741号には、焦点検出器のレス
ポンスの非対称性を補償できるように、互いに90
度の角度で配置された一対の非点収差レンズが示
されている。すなわち、一方向の焦点外れ状態で
は、焦点検出器が、所与の程度の焦点外れ状態に
対して異なる焦点エラー信号を示すことができ
る。交差する非点収差レンズが対称性を再確立す
る。こうして対称性が得られるのは、明らかに対
物系の瞳の像とその２つの焦点が検出器面に関し
て対称でないためである。明らかに、この後者の
システムでは、交差レンズを検出器面から精密に
隔置する必要がある。

したがつて、最小個数の光学コンポーネントを
使つて、様々な縦横比の卵形光ビームに適合させ
ることによつて、光学システムのエネルギ・スル
ープツトを最大にすることが依然として望まれ
る。この種の光学システムの構造は、光ビーム経
路に沿つた精密位置決めに対して鈍感で、かつ
種々の縦横比の卵形光ビームに適合するものであ
うことが望ましい。

［問題点を解決する手段］ 放射光ビームの使用を最大にし、かつ断面が非
円形の光ビームによつて生じるオフセツト誤差を
減らす光学システムを提供することが、本発明の
１目的である。

本発明によれば、光学システムにおいて、光ビ
ームの楕円性によつて生じるオフセツト誤差を除
去するために、光学素子で処理されつつある光ビ
ームの楕円軸に対して45度の角度をなす軸に沿つ
た非点収差が光学システムに導入される。本発明
の簡単な実施例では、光学システムで処理されつ
つある光ビームの非点収差軸に対して45度の角度
をなす楕円軸を持つ半円筒レンズが光学システム
に導入される。

［実施例］ ここで図面を参照すると、光学的情報担持信号
データ記録装置１０は、光信号を光データ記録媒
体又は光デイスク１１に記録し、また光信号を光
データ記録媒体又は光デイスク１１から再生す
る。デイスク１１上での記録の形は、ピツトまた
はバブルを使用したアブレーテイブ方式、能動記
録層の反射率を変化させる位相変化方式、表面磁
気光学方式など感光性の記録方式ならどんなもの
でもよい。光信号の記録と再生には、既知のどの
技術を使つてもよい。数字12は、デイスク型光信
号記録装置のヘツド支持アームを図式的に表した
ものである。この種のヘツド支持アームは、一般
に記録デイスク１１に対して半径方向に移動で
き、デイスク１１の光学表面と向き合い、デイス
クから、焦点距離“Ｄ”と名付けられた距離１３
の所に配置されている。

個体レーザまたは半導体レーザ１４は、軸１６
に沿つて光学システム１２に向けて、１５で図式
的に示した断面が卵形の光ビーム１７を放射す
る。放射光線の形は完全な楕円形でなくともよい
が、分析および本発明の実施においては、卵形１
７は、長軸１８（楕円軸とも呼ぶ）と短軸１９を
持つものとする。後で説明する非点収差素子を卵
形光ビーム１５の長軸または短軸に対して45度の
角度で配置することにより、卵形の縦横比または
サイズ、すなわち長軸１８の長さと短軸１９の長
さの比がどうであれ、ほぼすべての焦点オフセツ
ト・誤差が収容されることがわかつた。この配列
は、組み立て後の記録装置の精密較生を不要と
し、また、光線の断面を卵形から円形に変える必
要もなくなる。

光学システム１２は、通常のやり方で組み立て
られる。これは対物レンズ２６に光学的に結合さ
れたビーム分割器２５を含んでいる。ビーム分割
器２５および対物レンズ２６は、レーザ１４から
放出される光ビーム１５を軸２８に沿つて卵形光
ビーム２９として記録デイスク１１に送る。ビー
ム分割器２５と対物レンズ２６の間には、記録デ
イスク１１から光学システム１２に反射される光
ビームの光学分離を行ない、反射された光ビーム
を光学軸３５に沿つて送り、デイスク１１におけ
る光ビーム２８の焦点合わせ状態を検出するため
の、四分の一波長板２７が光学的に挿入されてい
る。軸３５に沿つて進む光ビームは、その卵形を
維持する。磁気光学記録装置（図示せず）では、
光学素子の配置は、周知のように本質的に違つて
いる。

非点収差光学素子である半円筒レンズ３６が、
軸３５に関して対称的に配置されている。この半
円筒レンズ３６は、軸３５に沿つて放射される卵
形光線の長軸１８に対して、軸３５に対して直角
な平面（卵形１７を含む平面）で測つて、約45度
の角度をなる非点対称軸３７をもつている。半円
筒レンズ３６の近くに、軸３５に直角な平面内に
配置された４個の光検出器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを備え
た、いわゆるカツドないしカドラント検出器４０
がある。この４個の光検出器４０は、記録デイス
ク上の記録トラツクのトラツク線４２に沿つて配
置された軸４１を含んでいる。半円筒レンズ３６
の軸３７とカドラント検出器４０の軸４１の関係
は、従来技術と同様に、45度の傾斜角を有してい
る。このようにして、カドラント検出器４０は周
知のようにトラツクの追跡にも使用できる。カド
ラント検出器４０は、また短軸４３を含んでい
る。軸４１と４３の交点は、軸３５に整列されて
いる。焦点を検出し、信号をトラツク追跡し、デ
ータを検出するために、検出回路４４がカドラン
ト検出器４０に通常のやり方で電気的に結合され
ている。もちろん、別個の検出器を使つてよい。

本発明の動作は、第２図のグラフを参照すると
最もよく理解できる。横座標５０は、対物レンズ
２６の有効焦点中心と記録デイスク１１の光記録
面の間の距離Ｄを表す。縦座標５１は、焦点誤差
信号の振幅と極性を示す焦点合わせ状態を表す。

縦座標と横座標の交点は、焦点の合つた状態を
表し、一方横座標よりも上方にある点は、近すぎ
る焦点外れ状態を示し、横座標よりも下方にある
点は、遠すぎる焦点外れ状態を示す。理想的な焦
点誤差曲線５２は、縦座標および横座標に関して
対称であり、縦座標および横座標とその交点で交
わる。非点収差光学素子３６を、長軸１８に対し
てしたがつて短軸１９に対して45度の角度で配置
すると、焦点誤差信号は数字45度で示されている
曲線５２に追従する。測定によれば、レンズ３６
を非点収差軸１８に対して25度の角度に配置する
と、焦点エラー信号として曲線５３が発生される
ことがわかつた。その結果、二重矢印５４で示さ
れるオフセツトとなり、誤まつた焦点状態が示さ
れる。曲線５３は、レンズ３６がカドラント検出
器４０の軸４１に対して45度の角度に配置された
状態に対応するものであることに注目されたい。

同様に、測定によれば、非点収差レンズ３６を
長軸１８に対して75度の角度に配置すると、焦点
誤差信号が曲線５５で示されることがわかつた。
そのオフセツト誤差は、二重矢印５６で示される
ように逆方向である。したがつて、先行技術で教
示されるように、非点収差光学素子をカドラント
検出器４０の軸４１に対して精密に45度の角度に
配置していても、卵形光ビーム長軸１８に対して
45度の角度に配置していない場合には、（曲線５
３，５５で示したように）、高面積密度の光学的
データ記録に必要なオフセツト誤差５４，５６が
なくならないことがわかる。本発明は、反射式ま
たは透過式記録デイスクおよびその他の光学ター
ゲツトに等しく適用される。

非点収差レンズ３６を検出器４０に接着するこ
とが好ましく、そうすればレンズ３６の軸が長軸
１８に対して45度の角度になるようにレンズ３６
と検出器４０のユニツト・アセンブリを調節する
ことができる。このサブアセンブリ法を使うと、
オフセツト誤差がさらに減少する。例えば検出器
４０が偶然に軸３５に対して横方向に移動する
と、オフセツト誤差が導入され、すなわち２つの
軸４１と４３の交点である検出器４０の中心が同
一直線上にこなくなる。レンズ３６と検出器４０
が一緒に移動した場合、それから生じるオフセツ
ト誤差は減少することがわかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を使用した光学データ記録装
置を図式的に示したものである。第２図は、本発
明を実施することによつて、第１図に示した記録
装置の焦点操作の変動をグラフの形で示したもの
である。 １０……記録装置、１１……光デイスク、１２
……光学システム、１４……レーザ、１５……光
ビーム、２５……ビーム分割器、２６……対物レ
ンズ、２７……1/4波長板、３６……半円筒レン
ズ、４０……カドラント検出器、４４……検出回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長軸を有する卵型の光ビームを生じる光源
   と、 上記光ビームをさえぎる位置に配置され、上記
   光ビームが光つた時の焦点合わせ度または焦点外
   れ度を示すように上記光ビームを変調するターゲ
   ツト手段と 第一、第二の直交する軸を持ち、上記ターゲツ
   ト手段によつて変調された上記光ビームを受ける
   位置に配置され、上記ターゲツト手段における焦
   点を検出する焦点検出器と、 非点収差光学軸を有し、上記焦点検出器と上記
   ターゲツト手段の間に光学的に挿入され、上記第
   一の軸に対して45度の角度に配置された非点収差
   光学素子とを備えたものにおいて、 上記非点収差光学軸を、上記光ビームの光学軸
   に対して直角な平面において、上記長軸に対して
   約45度の角度に配置したことを特長とする光学的
   装置。