JPH0449534A - 光学式読取り装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、コンパクトディスク、光磁気ディスク、相変
化型ディスク、バーコードなどの情報媒体からの情報を
読取るための装置に係り、特に対物レンズの開口数を大
きくすることなく高密度情報の読取りを可能にした光学
式読取り装置に関する。

〔従来の技術１ 第１２図は従来の光デイスク用の光学式読取り装置の構
成を示している。

半導体レーザ１から発せられた検知光であるレーザ光は
、コリメートレンズ２により平行光束となる。この平行
光束はビームスプリッタ４により対物レンズ６に送られ
、この対物レンズ６によりディスク７の記録面に集光さ
れる。ディスク７の記録面から反射された戻り光は、ビ
ームスプリッタ４により直角方向に分岐され、受光レン
ズ８により集光されてビンホトダイオード１０により検
知される。ディスク７の記録面に形成されている情報ビ
ットＰによる光の拡散による変調がビンホトダイオード
１０により検知され、これにより信号が再生される。

〔発明が解決しようとする課題］ この種の読取り装置では、光学系のカットオフ周波数ｆ
、（光学系で読取ることができる最大の空間周波数）は
、 ｆｃ＝２ＸＮＡ／λ　・（１１ で決まる。　ＮＡは対物レンズ６の開口数、λは検知光
の波長である。現状の半導体レーザの出力波長先は０．
６７〜０．８３μｍであるため、１μｍ程度の長さのデ
ータを読取るためには、開口数ＮＡが０．４〜０．６程
度の大きな対物レンズ６を使用することが必要である。

光学式読取り装置において、さらに高密度なデータを読
取る方法としては、前記ｆｉ１式から、検知光として波
長λの短いものを使用するか、あるいは開口数ＮＡの大
きな対物レンズを使用することが必要である。しかしな
がら、まず現状の半導体レーザの出力波長λよりもさら
に短波長の光を効率よく使用することは回能である。ま
た対物レンズの開口数ＮＡであるが、現状の光ピツクア
ップよりもさらに開口数ＮＡの大きな対物レンズを使用
すると、ディスク７の面振れなどの外乱による性能劣化
が著しくなる。また対物レンズ６の開口数ＮＡは、焦点
距離をＦとし、光束半径なａとした場合に、 ＮＡ＝ａ／Ｆ　　　・・・（２） で決められる。またフォーカス補正動作により対物レン
ズ６は例えば±０．５ｍｍ程度光軸方向へ動作するので
、この対物レンズ６が補正動作によりディスク７に当た
らないようにするためには、焦点距離Ｆが３ｍｍ程度必
要である。よって大きな開口数ＮＡを得るためには、（
２）式から、大径の光束を使用することが必要になる。

大径の光束を使用すると、読取り装置内の光学装置の寸
法が大きくなり、読取り装置が大型なものになる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、使用す
る検知光の波長を短くすることなく、また対物レンズの
開口数を大きくすることなく、現状の装置よりもさらに
高密度のデータの読取りを可能にした光学式読取り装置
を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、発光素子と、この発光素子から発せられる検
知光を情報媒体に集束させる対物レンズと、情報媒体か
らの戻り光を検知する受光素子とが備えられている光学
式読取り装置であって、発光素子から発せられた検知光
の経路に検知光を集束させる光学部材が設けられてその
焦点位置に変調用回折格子が設置され且つ情報媒体から
の戻り光の経路にこの戻り光を集束させる光学部材が設
けられその焦点位置に変調用回折格子が設置されている
ことを特徴とするものである。

また本発明は、発光素子と、この発光素子から発せられ
る検知光を情報媒体に集束させる対物レンズと、情報媒
体からの戻り光を検知する受光素子とが備えられている
光学式読取り装置であって、発光素子から発せられた検
知光の経路で且つ情報媒体からの戻り光の経路に光を集
束させる光学部材が設けられてその焦点位置に変調復調
兼用の回折格子が設置されていることを特徴とするもの
である。

さらに、上記手段において、焦点位置に設ける変調復調
兼用の回折格子の代わりに平行光束中に位置する回折フ
ィルタを設け、この回折フィルタには、前記回折格子に
よる回折像を、前記焦点位置上からレンズ開口面上に変
換したのと等価な曲線状格子が形成されているものであ
る。

〔作用］ 上記手段では、発光素子から発せられた検知光を回折格
子により変調して対物レンズで情報媒体に集束させる。

この回折格子の変調ならびに情報媒体の記録情報により
作り出されたビート波が対物レンズに戻り受光素子にて
検知されることにより、従来の読取り装置では伝達でき
なかった高域の空間周波数スペクトルを伝達することが
でき、見かけ上のカットオフ周波数を前記（１１式によ
り決定されるものよりも高くできる。よって高密度情報
の再生が可能になる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面、によって説明する。

第１図は本発明の第１実施例による光学式読取り装置の
光学素子構成を示す側面図である。この第１実施例は最
も基本的な構成である。

符号１は半導体レーザ、４はビームスプリッタ、６は対
物レンズ、１０はビンホトダイオード、１１と１５はコ
リメートレンズ、１２は集光レンズ、１７は受光レンズ
、７は情報媒体となる光ディスクである。

符号１３は変調用回折格子、１６は復調用回折格子であ
る。

第８図は第１２図に示す従来の光学装置による光学的構
成のモデルを示しており、第７図は上記本発明の実施例
における光学的構成のモデルを示している。従来例では
、半導体レーザ１からの検知光をレンズＬａにより情報
媒体７に集束させ、情報媒体７により変調された戻り光
をレンズＬｂにより、ビンホトダイオード１０に戻して
受光検知している０本発明の実施例では、第７図に示す
ように、半導体レーザｌからの検知光をレンズＬ０　（
集光レンズ１２に相当する）で集束させその焦点位置に
ある変調用回折格子１３により変調している。そしてさ
らにレンズＬ、（対物レンズ６に相当する）にて情報媒
体７に集束する。その戻り光はレンズＬｍ　　（対物レ
ンズ６に相当する）を経てその焦点位置にある復調用回
折格子１６を透過して復調され、レンズＬ（受光レンズ
１７に相当する）により集光され、ビンホトダイオード
ｌＯにて受光検知される。これはモアレ縞超解像の原理
を使用しているものである。半導体レーザ１から発せら
れたレーザ光は変調用回折格子１３により変調され、こ
の変調されたレーザ光と情報媒体７の情報ビットＰ（第
７図では説明の都合上情報ビットを格子として示してい
る）とでビート波が作られる。このビート波の周波数が
対物レンズ６のカットオフ周波数よりも低ければレンズ
Ｌｔが戻り光中のビート波を伝達できる。このままでは
情報を読取ることができないため、復調用回折格子１６
に集光して復調してビンホトダイオード１０により受光
検知する。すなわち第８図に示す従来例のモデルにおい
て、レンズＬｂにより伝達できなかった高空間周波数の
信号がビート波としてレンズＬ２にて伝達することがで
き、情報密度の高い周波数の信号を検知できる。

ただし上記の原理では、復調の際に高空間周波数のノイ
ズを発生するため、光学系においてまたは電気回路にお
いてこのノイズに対する対策が必要になる。

上記対質の一例としては、復調用回折格子１６を変調用
回折格子１３に対して逆フィルタの関係、すなわち変調
を受けた元の光に戻すことができるようにすることが考
えられる。このフィルタの条件としては、第７図におい
て回折格子１３による変調前の光の振幅分布をＵｏ（ｘ
、ｙｌとし、回折格子１６による復調後の振幅分布なＵ
　ｆｘ、ｙｌ　　とすると、 Ｕ　ｏ　ｆｘ、ｙ）　＝　Ｕ　（ｘ、ｙｌとなることが
必要である。すなわち変調前の光の格子ピッチ方向の振
幅変調関数をｇｏ（ｙｌとし、復調後の振幅変調関数な
ｇ　ｆｙｌ　とすると、ｇｏ（ｙｌ・ｇ［ｙｌ＝１ となることが必要である。ただし各回折格子１３と１６
への集束光の開口数が同じで且つ収差はないものとする
。

上記の逆フィルタを構成する例としては、第３Ａ図に示
すように、各格子１３と１６とで、同じ位相で且つ同じ
深さの格子溝１３ａ、１６ａとなるようにすればよい。

すなわち位相変調型の格子を使用すればよいことになる
。

また検知光の振幅が下がってもよい場合には、強度変調
型により両回折格子１３と１６を構成することも可能で
ある。すなわち第３Ｂ図に示すように、各回折格子１３
と１６の位相なｙ方向に１８０°ずらし、ハツチングの
部分の透過率をα％、白色の部分の透過率をβ％とした
場合、ｇ　ｏｆｙｌ・ｇｆｙｌ＝α・β／１０６となる
。第３Ａ図の場合よりも検知効率は低下するが、復調に
よるノイズを除去することが可能である。

第９図は第１図に示す実施例による光学装置を使用した
場合の読取りＲＦ倍信号、横軸を時間、縦軸を振幅によ
り示しており、第１０図は第１２図に示す従来の光学装
置を使用した場合の読取りＲＦ倍信号示している。

第１１Ａ図から第１１工図は上記第９図と第１０図の信
号を各時間長ごとの記録信号に相当するものに分割して
示したものである。この各図において＊印は、本発明の
実施例による読取り信号を示し、無印は従来の読取り信
号を示している。

ディスクに記録されているビット信号のＩＴを０．３μ
ｍとして測定したものであるが、第１１Ａ図では、ＩＴ
−ＩＴの信号の読取りＲＦ倍信号示している。この図か
ら、本発明の実施例においては、ビット変調を受けた信
号として読むことができるが、従来例では、ビットによ
る変調を受けた信号として読取ることができないことが
解る。第１１Ｂ図から第１ＩＤ図はＩＴ−２ＴからＩＴ
−４Ｔまでの時間長のビット信号を読取った信号を示し
ているが、この場合、各時間長の信号について本発明の
実施例の方が感度よく検出されていることが解る。第１
１Ｆ図から第１１１図はＩＴ−６ＴからＩＴ−１０Ｔの
時間長のビット信号を読取った場合を示している。これ
らの図から、本発明の実施例による読取り信号は立ち上
がりならびに立ち下がり傾斜が従来のものよりも急であ
り、読取り信号のスレッシヨレベルを正確に得やすくな
っていることが解る。

第２図は本発明の第２実施例を示している。

この実施例は第１図の実施例をさらに具体化したもので
ある。

半導体レーザ１から発せられた検知光は集光レンズ２１
によりビームスプリッタ２２の入射面に焦点が合うよう
に集束されている。またディスク７からの戻り光はコリ
メートレンズ１５により集束され、ビームスブリック２
２により直角方向へ反射されてビームスブリック２２の
出射面に焦点が合うように集束する。このビームスプリ
ッタ２２の入射面に変調用回折格子２２ａを形成し、出
射面に復調用回折格子２２ｂを形成することにより、第
１図と同じビート波による読取りを行なうことができる
。

第４図は本発明による光学式読取り装置の第３実施例を
示している。

この実施例では、変調復調兼用の回折格子２６が用いら
れている。半導体レーザ１から出力される検知光はビー
ムスプリッタ４を透過し、集光レンズ２５により回折格
子２６に集束される６板２７を透過し、対物レンズ６に
よりディスク７に集光される。ディスク７からの戻り光
は元の経路を戻り、波長板２７を透過し回折格子２６を
通過し、さらに集光レンズ２５により集束されビームス
プリッタ４により直角方向へ反射されてビンホトダイオ
ード１０により受光検知される。

この実施例では、回折格子２６を変調用と復調用として
兼用しており、半導体レーザｌから発せられた検知光が
回折格子２６により変調されて、ディスク７の記録ビッ
トとでビート波が作り出される。そしてその戻り光が回
折格子２６にて復調され、ビンホトダイオード１０にて
検知される。

ここで、回折格子２６により逆フィルタが構成されて復
調波のノイズが除去されるためには以下のような構造に
することが必要である。

回折格子２６の基板２６ａとしては異方性結晶のものを
使用し、常光Ｂ０に対する屈折率をｎ。

異常光Ｂ、に対する屈折率をｎ、とする。また格子２６
ｂは溝内に屈折ｎの崗′モを堆積したものとし、深さを
ｄとする。変調された常光に対しディスクから反射され
た異常光の逆フィルタを構成するためには、 ｎ＝（ｎｏ　＋　ｎｏ　）　／　２ であることが必要である。これにより、（ｎｏ−ｎ）ｄ
＝−（ｎａ−ｎ）ｄ となり、逆フィルタの関係が成立する。

具体的には、基板２６ａとして酸化亜鉛（ＺｎＯ）を使
用すればｎ　ｏ　＝　１．９９９−　ｎ　ｅ　＝２．０
１５である。また誘電体としては５ｉＯ−とＴａｚＯｓ
をスパックにて堆積させた膜を使用すると、ｎを１．４
６４から２．１５２の間で選ぶことができ、前記条件を
満足するｎ　＝　２．００７にすることが可能である。

第５図は本考案の第４実施例を示している。

この実施例では、半導体レーザｌから発せられる光がビ
ームスブリック４を透過してコリメートレンズ１５によ
り平行光束となる。そして対物レンズ６によりディスク
７に集束される。そしてこの平行光束中にフィルタ３１
が介在している。

フィルタ３１には、第６図に示すように、ｘ−ｙ座標に
対して曲線状の格子が形成されている。このフィルタ３
１は第４図に示す変調復調兼用の回折格子２６を焦点位
置上からレンズ開口面上となるようにフーリエ変換した
ものである。

すなわちレンズの開口面上における振幅分布なＵ（ｘ、
ｙｌ　　とすると、 Ｕｆｘ、ｙｌ＝ΣｎＡ、Ｔ　（−ｘ−ｆａｎ／ｑｙ）と
なる。ここで、ＡＩｌは格子のフーリエ係数、ｆは焦点
距離、ｎはフィルタ３１の基板の屈折率、ｑは格子の周
期、んは使用光の波長である。

またＴは次の関数である。

Ｔ（ｘ、ｙ）＝１　　（ｘ”　＋ｙｍ≦８２のとき）０
（上記以外のとき） ただし、ａはフィルタ３１の開口半径である。

上記実施例では、フィルタ３１が平行光束中にあるため
、配置の自由度があり、組み立てが容易である。

なお本発明は、情報媒体が光ディスクである場合に限ら
れず、例えばバーコードの読取りなどにも使用すること
ができる。

〔効果〕

以上のように本発明によれば、高密度データの読取りが
可能になり、また対物レンズの開口数を大きくする必要
がなくなる。また逆に対物レンズの開口数を小さくして
も従来と同等の読取り精度を維持でき、小型化ならびに
組み立て調整の簡素化を図ることができるようになる。

請求項２記載の発明によれば、変調用と復調用の回折格
子を兼用しているため、構成する部品数を削減できる。

請求項３記載の発明によれば、フィルタが平行光束中に
配置されているため、配置の自由度があり、組み立てが
簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による光学式読取り装置の
構成を示す側面図、第２図は本発明の第２実施例による
光学式読取り装置の構成を示す側面図、第３Ａ図と第３
Ｂ図は逆フィルタを構成できる場合の回折格子の断面図
、第４図は本発明の第３実施例による光学式読取り装置
の構成を示す側面図、第５図は本発明の第４実施例によ
る光学式読取り装置の構成を示す側面図、第６図は第４
実施例に使用されるフィルタの正面図、第７図は本発明
の光学装置のモデル図、第８図は従来の光学装置のモデ
ル図、第９図は本発明による光学装置による読取りＲＦ
倍信号示す線図、第１０図は従来の光学装置による読取
りＲＦ倍信号示す線図、第１１Ａ図ないし第１１工図は
第９図ならびに第１Ｏ図に示したＲＦ倍信号各時間長の
異なる信号にわけてそれぞれ示した線図、第１２図は従
来の光学式読取り光学装置の構成を示す側面図である。 １・・・半導体レーザ、４・・・ビームスプリッタ、６
・・・対物レンズ、７・・・ディスク、１１．１５・・
・コリメートレンズ、１０・・・ビンホトダイオード、
１２・・・集光レンズ、１３．２２ａ・・・変調用回折
格子、１６，２２ｂ・・・復調用回折格子、２６・・・
変調復調兼用回折格子、３１・・・フィルタ。 区 区 １Ｔ−３７ １Ｔ−４７ −’、ＩＩＥ図 第１０図 第１旧図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子と、この発光素子から発せられる検知光を
   情報媒体に集束させる対物レンズと、情報媒体からの戻
   り光を検知する受光素子とが備えられている光学式読取
   り装置であって、発光素子から発せられた検知光の経路
   に検知光を集束させる光学部材が設けられてその焦点位
   置に変調用回折格子が設置され且つ情報媒体からの戻り
   光の経路にこの戻り光を集束させる光学部材が設けられ
   その焦点位置に変調用回折格子が設置されていることを
   特徴とする光学式読取り装置 ２、発光素子と、この発光素子から発せられる検知光を
   情報媒体に集束させる対物レンズと、情報媒体からの戻
   り光を検知する受光素子とが備えられている光学式読取
   り装置であって、発光素子から発せられた検知光の経路
   で且つ情報媒体からの戻り光の経路に光を集束させる光
   学部材が設けられてその焦点位置に変調復調兼用の回折
   格子が設置されていることを特徴とする光学式読取り装
   置。 ３、請求項２記載の発明において、焦点位置に設ける変
   調復調兼用の回折格子の代わりに平行光束中に位置する
   回折フィルタを設け、この回折フィルタには、前記回折
   格子による回折像を、前記焦点位置上からレンズ開口面
   上に変換したのと等価な曲線状格子が形成されている光
   学式読取り装置。