JPH0449535A - 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、特に高密度情報の読取りを可
能にし、また対物レンズの開口数を小さくできる光学式
読取り装置に関する。

〔従来の技術１ 第８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
ｃ　（光学系で読取ることができる最大の空間周波数）
は、 ｆｅ＝２ｘＮＡ／λ　−１１１ 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んは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困難である。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、光束半径を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３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〕

本発明による光学式読取り装置は、発光素子と、この発
光素子から発せられる検知光を互いに干渉する二光束に
分けてこの干渉により生じる２つの微小スポットを記録
媒体に形成する光学系と、記録媒体からの前記２つの微
小スポットの戻り光のうちの少なくとも一方を検知する
受光素子と、が設けら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、発光素子から発せられる検
知光を互いに干渉する二光束に分ける光学素子として回
折格子が使用されているものである。

さらに、上記手段において、回折格子には、検知光を互
いに干渉する二光束に分けるピッチならびに深さを有す
る格子溝と、発光素子から発せられる検知光を３ビーム
に分ける格子とが共に形成されているものである。

［作用］ 上記第１の手段では、検知光を互いに干渉する二光束に
している。この二光束の干渉により記録媒体には２つの
非常に微小なスポットを形成することが可能になる。こ
の微小スポットの記録媒体からの戻り光の一方を検知す
ることにより、高密度なデータの読取りが可能になる。

また２つの微小スポットからの戻り光を共に読み、その
読取り位相差の補正を行なうなどの処理によっても高密
度データの読取りが可能になる。

また上記第２の手段では、検知光を二光束に分ける素子
として回折格子を使用しているため、光学系を低コスト
にて製作できる。

さらに上記第３の手段では、回折格子により検知光の二
光束への分離と共に３ビームスポツトの形成も可能にな
り、よって、従来のコンパクトディスクプレーヤなどの
光学装置の部品を増加することなく、高密度の読取り装
置を構成できるようになる。

〔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。

符号ｌは半導体レーザ、２はコリメートレンズ、４はビ
ームスプリッタ、６は対物レンズ、７は記録媒体として
のディスクである０本実施例では、半導体レーザ１から
出力されるレーザ光を二光束に分離するための素子とし
てつオラストンプリズム３が使用されている。さらにビ
ームスプリッタ４の前方には、二光束の干渉成分を得る
ための偏光子５が設けられている。ビームスプリッタ４
による反射方向には受光レンズ８が設けられている。こ
の受光レンズ８によりディスク７からの戻り光が集束光
となる。この集束光はスリット板９に形成されたスリッ
ト９ａにより一方の光束に絞られ、ビンホトダイオード
１０により受光される。

次に上記実施例による読取り動作を説明する。

半導体レーザ１から発せられたレーザ光は、コリメート
レンズ２により平行光束となる。さらにつオラストンプ
リズム３により常光と異常光とに分けられる。この常光
と異常光は、つオラストンプリズム３から若干の角度を
もって二光束として出力される。この二光束は対物レン
ズ６により集束されて、ディスク７の記録面に２つのス
ポットが互いに重なり合うようにして形成される。ただ
し常光と異常光は、互いに直交する偏光面を有している
ものであるため、そのままでは干渉しない。前記偏光子
５は、二光束のそれぞれの偏光面に対して４５ｄｅｇの
光成分だけを透過させるように構成されている。前記二
光束がこの偏光子５を透過することにより、互いに１８
０ｄｅｇの位相差を持った光となる。第７図はスポット
の光強度を示すものであり、横軸に距離を縦軸に光強度
を示している。この図において、Ｓ、とＳ、は二光束の
干渉による微小スポットを示している。　１８０ｄｅｇ
の位相差を持つ２つの光束によるスポットが重なると、
互いの干渉により中央部に光強度が０となる暗部Ａが生
じ、よってその両側に前記Ｓ、と８２とで示す非常に微
小な径のスポットが近接して形成される。

ディスク７に形成される２つの光束からの戻り光はビー
ムスプリッタ４により反射され、受光レンズ８により集
束されるが、この集光された戻り光はディスクに形成さ
れた２つの微小スポットＳ１と３２と同様にスポット径
が干渉により抑制されたものとなる。よって前記微小径
のスポットＳ１と８２のそれぞれがディスク７のビット
Ｐにより回折されたものと同じ光変調成分を取り出すこ
とができる。第１図の実施例では、スリット９ａを使用
することにより、一方の微小スポットに相当する集束光
だけがビンホトダイオードｌＯにより受光され、他の微
小スポットに相当する集束光はスリット板９により遮断
される。

ここで、同じ波長の検知光と同じ開口数の対物レンズを
使用し、単独光束により形成されたスポットＳ０の径と
、二光束の干渉により形成される微小スポットＳ１また
はＳ２のスポット径とを比較すると、後者のスポット径
を前者のスポット径よりも７５％程度にすることが十分
に可能である。この場合最大読取り周波数を１．３倍に
上げることができる。よって、従来と同じ波長の検知光
と同じ開口数の対物レンズを使用した場合、二光束干渉
を使用することにより従来よりも高密度のデータの読取
りが可能になる。

第２図は本発明の第２実施例を示している。

この実施例では、基本的な光学系の構造は第１図の実施
例と同様であるが、第１図に示すスリットＦＲ９が設け
られておらず、二光束の戻り光が、二分割ビンホトダイ
オード１１の２つの受光部１１ａとｌｌｂのそれぞれに
て受光される。前記２つの微小スポットＳ１と８２とで
同じビットＰによる信号を読む場合、スポットピッチ分
に相当する信号の位相差が生じるが、それぞれの受光部
１１ａとｌｌｂにて電気信号に変換された信号の位相差
を回路上で補償することにより、信号波形の乱れを補う
ことができ、高精度な検知が可能になる。

さらに発展的には、２つの微小スポットＳ１と８２が同
じ記録部を走査するので、光メモリ装置において一方の
スポットにより情報を書き込み、他方のスポットでリー
ドアフタライトを行なうことも可能である。

第３図は本発明の第３実施例を示している。

この実施例では、１８０ｄｅｇの位相差をもった二光束
を形成する手段として、回折格子１２を使用している。

この場合、二光束のそれぞれがディスクに集光される際
に形成される前記スポットのピッチδは、回折格子１２
の格子間ピッチδ、により決まる。この格子間ピッチδ
１は６００〜７００μｍ程度が適当である。また２つの
光束の位相を互いに１８０ｄｅｇにして干渉による微小
スポットＳＩと８８を形成することが必要であるが、二
光束の位相差は格子深さｄにより決定されるため、この
格子深さｄを設定することにより１８０ｄｅｇの位相差
を持つ二光束を形成できる。

この実施例においても、１８０ｄｅｇの位相差を持っ二
光束がディスク７の記録面に重ねられるため、第７図に
示すように近接する微小径のスポットＳ１と５２が形成
されることになる。この実施例では、前記２つの実施例
に示すような高価なつオラストンプリズム３を使用する
必要がないため、低コストの光学装置となる。

第４図は本発明の第４実施例を示している。

この実施例は、第３図に示した第３実施例を応用して、
コンパクトディスクまたはレーザディスクなどの読取り
装置を構成したものである。

第４図に示す符号１５は回折格子である。この回折格子
１５は、半導体レーザ１から発せられるレーザ光を位相
差が１８０ｄｅｇの二光束に分け、しかも３ビームを形
成できるようにしたものである。

第５図と第６図は上記回折格子１５の構造を実施個別に
示している。第５図に示す回折格子１５において、図の
左側の面には、二光束分割用の格子溝１５ａが形成され
ている。第３図に示した回折格子１２と同様に、格子溝
１５ａのピッチδ１は６００〜７００μｍ程度であり、
また格子深さｄによって１８０ｄｅｇの位相差が設定さ
れる。また回折格子１５の右側の面には３ビームを形成
するための格子溝１５ｂが形成されている。この格子溝
１５ｂのピッチδ１は３０〜４０μｍ程度である。また
第６図に示す回折格子１５では、右面に二光束分離用の
格子溝１５ａと３ビーム用格子溝１５ｂとが重ね合わさ
れた構造となっている。

半導体レーザ１からのレーザ光は、回折格子１５の格子
溝１５ａを透過することにより位相差が１８０ｄｅｇの
二光束に分離されたメインビームが形成され、このメイ
ンビームによりディスク７に第７図に示した微小スポッ
トＳ１と８２が形成される。さらに格子溝１５ｂを透過
することによりメインビームな挟む２つのサブビームが
形成され、これによりディスク７に２つのサブスポット
が形成される。前記メインビームにより形成される微小
スポットＳ１と８２がビットにより回折された戻り光が
ビームスプリッタ１６を透過し、凹レンズ１７を経てビ
ンホトダイオード１８に受光される。このビンホトダイ
オード１８では、２つの微小スポットＳｌと８２に基づ
く戻り光が共に受光される、そしてこの受光による信号
の位相差が補正され、ディスクの記録信号が読取られる
。また前記２つのサブスポットからの戻り光もビンホト
ダイオード１８により受光され、そのＥ−Ｆ出力の位相
差によりトラッキングエラー信号が得られる。

上記読取り装置において、二光束の干渉を使用すると、
従来と同じ対物レンズ６を使用した場合に、従来の装置
よりも微小なスポットをディスクに形成することが可能
になる。逆に、二光束干渉を使用して従来の装置と同じ
径のスポットをディスクに形成しようとすれば、対物レ
ンズ６の開口数ＮＡは従来よりも小さくて済む。従来の
読取り装置に使用されていた対物レンズのＮＡは、コン
パクトディスクでは、０．４５程度、レーザディスクで
は０．５〜０．５３程度であった。一方、二光束干渉を
用いて同じスポット径を形成することになると、対物レ
ンズ６のＮＡをコンパクトディスクでは０．３４程度、
レーザディスクでは０．３８〜０．４０程度に小さくで
きる。

ここで光デイスク用の光学式読取り装置における焦点深
度は、λ／　ｆＮＡｌ　”で求められ、ディスクのスキ
ューに対する許容度はえ／　（ＮＡＩ　”に比例し、デ
ィスクの厚みむらに対する許容度はλ／　ｆＮＡ）　’
に比例する６前述のように二光束干渉を使用するとＮＡ
を従来の７５％程度にできる。

よって焦点深度は従来の約１．８倍、スキューに対する
許容度は従来の約２．４倍、厚みむらに対する許容度は
約３．２倍となる。

例えばディスクのスキューに対する許容値はコンパクト
ディスクの場合従来±１°であったのが、二光束干渉で
は上２゜４″′になる。このように許容度が上がること
により、従来のコンパクトディスク装置やレーザディス
ク装置において必要であった対物レンズの光軸の倒れ調
整やディスクの倒れ調整などはほとんど不要になる。

なお本発明は、記録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。

ｒ効果〕 以上のように請求項１記載の発明によれば、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（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、二光束干渉を得るための
素子として回折格子が使用されるため、低コストにて製
作できるようになる。

請求項３記載の発明によれば、共通の回折格子により二
光束干渉と３ビームの設定とができるため、最小の部品
数で高精度なディスクプレーヤなどを製作できる。

【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３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４図は本発明の光学式読取り装置の具体例とし
て光デイスク用のピックアップの構成を示す側面図、第
５図と第６図は回折格子の構造を実施個別に示す側面図
、第７図は単独光束と二光束干渉とのビームスポット径
の違いを示す線図、第８図は従来の光学式読取り装置の
構成を示す側面図である。 １・・・半導体レーザ、２・・・コリメートレンズ、３
・・・ウォラストンプリズム、４・・・ビームスプリッ
タ、５・・・偏光子、６・・・対物レンズ、７・・・デ
ィスク、８・・・受光レンズ、９・・・スリット板、１
０・・・ビンホトダイオード、１１・・・二分割ビンホ
トダイオード、１２．１５・・・回折格子。 区 ぐ 区 区 α）

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
   互いに干渉する二光束に分けてこの干渉により生じる２
   つの微小スポットを記録媒体に形成する光学系と、記録
   媒体からの前記２つの微小スポットの戻り光のうちの少
   なくとも一方を検知する受光素子と、が設けられている
   ことを特徴とする光学式読取り装置 ２、発光素子から発せられる検知光を互いに干渉する二
   光束に分ける光学素子として回折格子が使用されている
   請求項１記載の光学式読取り装置 ３、回折格子には、検知光を互いに干渉する二光束に分
   けるピッチならびに深さを有する格子溝と、発光素子か
   ら発せられる検知光を３ビームに分ける格子とが共に形
   成されている請求項２記載の光学式読取り装置