JPH0619849B2 - 光学的記録ヘツドの非点収差補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光学式情報記録媒体に対し、各種の情報を記
録・再生・消去せしめる光ヘッド装置に関し、詳しく
は、集光結像素子を含む光学系の有する非点収差を補正
し、良好な集光特性を得るための光学式ヘッドの非点収
差補正装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、無収差をねらい、いわゆる回折限界光学系を利用
した光学装置として、光ディスクへ情報を書き込み、読
み出しを行う光学式ヘッド装置の開発が活発に行われて
いる。

第３図は、その典型的な光学式ヘッド装置の構成を示す
ものである。図において、光源である半導体レーザ(1)
（以後ＬＤと記す）から出射した光束は、対物レンズ等
の結像素子(4)より、記録媒体である光ディスク(2)の情
報トラック(3)の表面上に集光される。その後、情報ト
ラック(3)で反射された反射光束は、対物レンズ等の結
像素子(4)を再度透過し、ビームスプリッタ(5)により、
前記出射光束と分離され、光検知器(6)に受光され所定
の信号が得られる。

対物レンズ等の結像素子(4)による光ディスク(2)上の集
光点(11)は、フォーカスサーボ制御機能、トラッキング
サーボ制御機能により、常時情報トラック(3)の表面に
位置すべく制御される。本従来例は、非点収差法による
フォーカスサーボ制御、又、ツインスポット法によるト
ラッキングサーボ制御を行うものであり、以下説明す
る。

このような、本従来例に係る非点収差法では、前記情報
トラック(3)からの反射光路中にシリンドリカルレンズ
(9)等の光学素子を配置し、該反射光束に非点収差を与
える。情報トラック(3)の表面上に正しく焦点(11)が位
置する時、光検知器(6)上で光束が最小錯乱円(7)を形成
するように光検知器(6)を光軸方向に位置調整してお
く。光検知器(6)は、第３図(b)に示すように(6a)，(6
b)，(6c)，(6d)の各部に４分割された検知器である。

この時、光ディスク(2)の光軸方向の変位に対し、光検
知器(6)上の光スポットの形状は、第３図(b)の図中に実
線で示す最小錯乱円(7)から同図中破線で示す細長い楕
円スポットのように変化する。このスポットの形状変化
を電気信号として得るために、４分割された光検知器
(6)の対角成分の各和出力を差動演算することにより、
フオーカスエラー信号を得て、図示せぬフォーカスアク
チュエータで対物レンズ等の結像素子(4)を動かし、集
光点(11)の情報トラック(3)からの光軸方向の位置ずれ
を補正できる。

次に、本従来例に係わるツインスポット法について説明
する。ＬＤ(1)からの出射光路中に配された回折格子(8)
により光束は０次光と１次光（これを＋１次光とす
る），−１次光の複数種に分割され、情報トラック(3)
表面上に第３図(c)のように集光される。０次光は、情
報トラックの中央にその位置を正しく照射され、信号の
読み出し、あるいは記録に用いる。＋１次光、−１次光
は、トラックから少しズレたところに位置し、０次，＋
１次，−１次に係る３つのスポットを結ぶ線は、０次光
を中心に情報トラック(3)に対し、少し傾くようにされ
る。

この時の±１次光の回折反射光束を第３図(b)に示され
るように光検知器(6)の(6e)部、(6f)部で受光し、その
差信号をトラッキングエラー信号として得て、図示せぬ
トラッキングアクチュエータにより、対物レンズ等の結
像素子(4)を動かし、集光点(11)の情報トラック(3)上に
おける面内位置ズレを補正することになる。

上記のような従来例に係る光学式ヘッド装置において
は、光ディスク(2)上に蓄積される情報密度を可能な限
り高め、大容量媒体として利用するために、ピット長、
及び、トラック間隔は、ＬＤ(1)より結像素子(4)に至る
集光光学系が回折限界状態で信号を読み得る程小さくさ
れている。

すなわち、回折限界の集光スポットを情報トラック表面
に位置させるのであるから、該結像素子(4)を出射する
集光性光束は無収差でなければならない。この時点で、
回折限界として許容される波面収差の標準偏差は０．０
７λ(Mare′chal限界）でなければならない。

ところが、上記のような従来例に係る光学式ヘッド装置
では、非点収差等、いくつかの波面収差の発生要因があ
り、このような波面収差が記録・再生特性を劣化させる
原因となっている。

これらの波面収差因子のひとつとして非点収差に着目し
てみると、この非点収差の発生要因としては、回折格子
(8)、ビームスプリッタ(5)等の光学素子の光軸に対する
傾きに係る誤差、ＬＤ(1)の結像素子(4)光軸からの位置
ズレ、結像素子(4)の材質や製造プロセス上での特性
差、ＬＤ(1)そのものの有する非点収差が考えられる。

このような非点収差を補正する手段としては、次のよう
な方法が提案されている。すなわち、第４図に示すよう
に、光学式ヘッド装置に用いられる結像素子(4)として
は、例えば特開昭５９−２３３１３号、特開昭５７−７
６５１２号、特開昭５９−２６７１４号の文献に示され
たものが知られている。

これらの文献によれば、光学式ヘッド装置用の結像素子
(4)は、球面収差が十分補正されており、正弦条件も十
分に満たされている一方、非点収差は像高の二乗に比例
して増大する傾向を有する。

そこで、第４図に示すように結像素子(4)の光軸Ａに対
し、ＬＤ(1)の位置が光軸Ａに垂直方向に変位量△だけ
変位する時、発光点(10)と集光レンズ素子(4)の中心を
通る主光線Ｂは、光軸Ａとある角度をもって入射し、非
点収差だけが発生する。

これは、正弦条件を満たした結像素子(4)においては、
像高によらず、コマ収差は発生しないことによるもので
ある。（このことは、「レンズ設計法」・・・共立出版・
１９７２年発行に記載されている。） したがって、この非点収差を前記要因による非点収差と
打ち消し合うように、ＬＤ(1)の変位量△を制御するこ
とにより、非点収差補正が可能となるものである。つま
り、図における部材(12)によりＬＤ(1)の光軸に垂直な
方向へ移動制御されるものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の光学式ヘッド装置は、以上説明したような非点収
差補正手段を有しているために、ＬＤ(1)の位置だけを
変位させなければならないという基本的な問題点があ
り、この時、ＬＤ(1)の変位に伴なってＬＤ(1)の発光点
と光学的に共役な位置関係にある光検知器(6)上の光ス
ポットの位置も変化してしまうという問題点があった。

以下、この問題点について第４図を用いて具体的に説明
する。例えば、ＬＤ(1)が図中に示すＸ方向に△なる像
高を有する時、集光光学素子(4)の非点収差が補正され
るとする。この時、ＬＤ(1)の発光点(10)と光検知器(6)
上の集光点(7)もほぼこの変位量△に比例してＺ方向に
変位する。このために光検知器(6)は、面内に広い調整
範囲を必要とするという問題点が生じる。

Ａ′は該変位量△＝０の時の反射光束の主光線であり、
シリンドリカルレンズ(9)の光軸に等しい主光線、Ｂ′
は該変位量△≠０の時の反射光束の主光線であり、シリ
ンドリカルレンズ(9)の基準光軸Ａ′に対して像高をも
って入射するものであるため、非点隔差が変わり、フォ
ーカスセンサが装置の初期特性から変わってしまうとい
う重大な問題が生じていた。

このように、従来の非点収差補正方法では、ＬＤ(1)だ
けを光軸に垂直な方向に位置制御して変位させているの
で、光検知器(6)上の共役点である集光点も当然変位
し、その結果、フォーカスセンサ特性を変化させてしま
うことになる。

本発明は、係る問題点を解決するためになされたもの
で、光源の結像素子光軸からの位置ズレ量を移動調整す
る手段を有し、かつ、フォーカスセンサ特性、トラッキ
ングセンサ特性を当初の設定基準どおりに維持し、無収
差の集光光学系を構成できる光学式ヘッドの非点収差補
正装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る光学式ヘッドの非点収差補正装置は、光源
からの出射光束を情報記録媒体表面上に集光照射させる
集光性光学手段と、前記情報記録媒体表面からの反射光
束と前記光源からの出射光束とを分割して取り出す光束
分割素子と、前記反射光束を受光検知する光検知器と、
非点収差補正手段とから成る光学式ヘッドの非点収差補
正装置において、該光学式ヘッドの非点収差補正装置の
光学系は、前記光源、光束分割素子、光検知器を含み相
互に位置決め固定された第１の光学素子群と、前記集当
性光学手段を含む第２の光学素子群とから成り、前記非
点収差補正手段は、前記第１の光学素子群と前記第２の
光源素子群との間の相対位置を、前記第１の光学素子群
に含まれる光源と、前記第２の光学素子群に含まれる集
光性光学手段との間の光軸に対する垂直な面内において
移動制御する手段から成るものである。

［作用］ 本発明に係る光学式ヘッドの非点収差補正装置は、光源
と集光性光学手段との間に形成された光軸に対する垂直
な面内において、光源、光束分割素子、光検知器を含み
相互に位置決め固定された第１の光学素子群と、集光性
光学手段を含む第２の光学素子群との間の相対位置を移
動制御することで非点収差を補正するようにしたもので
ある。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

本実施例に関して、フォーカスサーボ制御、トラッキン
グサーボ制御、非点収差の補正に係る原理は、従来例と
同じであるので説明は省略する。

本実施例において、非点収差を補正するためには、収差
補正制御手段(12)において、例えばＬＤ(1)、回折格子
(8)、ビームスプリッタ(5)、シリンドリカルレンズ
(9)、光検知器(6)を、例えば１つの剛体ブロックに固定
ならしめる等、全体として相互にその位置を固定して１
つの装置内に配し、図中に示すＸ方向に位置を移動制御
することによって変位量△の距離が位置制御される。こ
の結果、従来例と同様、集光光学系の有する非点収差を
補正させることができる。

しかしながら、ビームスプリッタ(5)を介在して、光学
的に共役な関係にあるＬＤ(1)と光検知器(6)の相対位置
関係は、本実施例においては、剛体ブロック等の作用で
変化しないので記録媒体表面からの反射光束の集光点
(7)は、調整変位△のいかんにかかわらず、常に光検知
器(6)上の当初に設定された場所に位置することにな
る。

さらに、シリンドリカルレンズ(9)の光軸上に反射光束
が集光するように入射するので、非点融差はそれほど変
化せず、当初設定した良好な条件下のフォーカスセンサ
特性が維持できることになる。

近年、対物レンズ等、従来の研磨ガラス球面レンズにか
わって低コスト化、軽量化を目的とした樹脂成型レン
ズ、もしくは、ガラスモールドレンズ、グレーティング
レンズ、フレネルレンズ等の射出成型、プレス成型のレ
ンズが考案され、又、屈折率を半径方向、もしくは光軸
方向に分布させる集束レンズなども結像素子として実用
化されている。このような結像素子は、図１に示される
ように光源(1)から出射した発散光束を１枚のレンズ(4)
により直接光ディスク(2)上に集光する、いわゆる有限
共役型対物レンズとして使用でき、大量生産が極めて容
易である反面、成形時の製造装置、製造条件による誤
差、金型設計に係る誤差により収差が発生する。

しかしながら、同一成形ロットのレンズ間では、収差の
ばらつきが比較的少なく、ある一定のばらつきの範囲内
におさまることが知られている。

そこで、別の一実施例として、ある所定の成形ロットの
多数の結像素子の波面収差量、例えば、非点収差の平均
値等を把握する具体的手段によれば、光学式ヘッド装置
の１台ごとに最も適した非点収差補正手段を新ためてそ
のつど行使することがなくなる。すなわち、第１図にお
いて示す変位量△の異なる数種類の光学鏡筒を事前に準
備しておき、前記非点収差の平均値を打ち消すにあた
り、最適な鏡筒を逐次選択するようにすれば、同一ロッ
ト間でばらつきの少ない結像素子に対しては、所定の最
適な鏡筒を用いることが容易にでき、効率良く非点収差
を補正できる。

次に、第２図を参照して本発明の他の実施例に係る光学
式ヘッド装置の構成及び作用について説明する。

フォーカス及びトラッキングに関しては、アクチュエー
タ(13)により動作せしめられ、鏡筒(14)において、第２
図(a)、第２図(b)の両図に示すごとく、ＬＤ(1)、回折
格子(8)、ビームスプリッタ(5)、シリンドリカルレンズ
(9)、光検知器(6)の相対配置は相互に固定されている
が、この固定された系全体が集光結像素子(4)の光軸に
対し、ＬＤ(1)の発光点(10)の図中に示すＸ方向に変位
量△だけずれるものとし、そのずれ量を第２図(a)、第
２図(b)に示すごとくそれぞれ△ａ、△ｂとして説明す
る。

例えば、ある製造ロットから得られた多数の結像素子
(4)が統計的見地からＸ方向にある一定の非点収差を持
つことが判明すると、この非点収差値に対しては、△ａ
の距離となる第２図(a)の鏡筒(14)を用いると、第２図
(b)の鏡筒(14′）を用いた時より、非点収差補正効果が
大きいと判断された時、この結像素子(4)のロットにつ
いては、すべて第２図(a)の鏡筒(14)に搭載すれば良い
ことになる。このようにして、変位量△の値が少しずつ
異なる数種の鏡筒を用意しておけば、精度良く、かつ効
率的に、又場合によっては、ワンタッチで該装置系の非
点収差を補正することができる。この場合、連続的な調
整制御手段(12)を持たずに済むので、大がかりな制御装
置を必要とせず、コンパクトで安定した光学式ヘッドの
非点収差補正装置が構成できる。

なお、本実施例では、Ｘ方向の非点収差補正について述
べたが、それ以外のいずれの方向に対しても同様な構成
で同様な作用を得ることができる。

また、本実施例では、非点収差法によるフォーカスサー
ボ制御、ツインスポット法によるトラックサーボ制御方
式により本発明を具体的に説明したが、フーコー法、ナ
イフエッジ法、臨界角法、又位相差法、ヘテロダイン
法、プッシュプル法などのサーボ制御方式にも適用で
き、センサ系への反射光束と光源からの出射光束とを、
ビームスプリッタ、光検知器の相対位置を変えずに相互
に固定し、集光結像素子の光軸に対するこれらの像高量
を調整すれば、同等の効果を奏することになる。

［発明の効果］ 以上のように本発明は、光源からの出射光束を情報記録
媒体表面上に集光照射させる集光性光学手段と、前記情
報記録媒体表面からの反射光束と前記光源からの出射光
束とを分割して取り出す光束分割素子と、前記反射光束
を受光検知する光検知器と、非点収差補正手段とから成
る光学式ヘッドの非点収差補正装置において、該光学式
ヘッドの非点収差補正装置の光学系を、前記光源、光束
分割素子、光検知器を含み相互に位置決め固定された第
１の光学素子群と、前記集光性光学手段を含む第２の光
学素子群とから構成し、前記非点収差補正手段は、前記
第１の光学素子群と前記第２の光学素子群との間の相対
位置を、前記第１の光学素子群に含まれる光源と、前記
第２の光源素子群に含まれる集光性光学手段との間の光
軸に対する垂直な面内において移動制御する手段から構
成するようにしたので、フォーカス・トラッキングに係
るセンサ特性が変わることなく、集光光学系の非点収差
を補正し得る光学式ヘッドの非点収差補正装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光学式ヘッドの非点収
差補正装置の要部を示す構成図、第２図は本発明の他の
実施例に係る光学式ヘッドの非点収差補正装置の要部断
面図、第３図は従来の光学式ヘッドの非点収差補正装置
の要部を示す構成図、第４図は第３図の非点収差補正装
置の非点収差補正補正方法を説明するための図である。 図において、(1)はＬＤ（半導体レーザ）、(2)は光ディ
スク等の記録媒体、(4)は対物レンズ等の結像素子、(5)
はビームスプリッタ、(6)は光検知器、(8)は回折格子、
(12)は収差補正制御手段、(13)はアクチュエータ、(14)
は鏡筒である。 なお、各図中同一符号は、同一又は相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの出射光束を情報記録媒体表面上
   に集光照射させる集光性光学手段と、前記情報記録媒体
   表面からの反射光束と前記光源からの出射光束とを分割
   して取り出す光束分割素子と、前記反射光束を受光検知
   する光検知器と、非点収差補正手段とから成る光学式ヘ
   ッドの非点収差補正装置において、 該光学式ヘッドの非点収差補正装置の光学系は、前記光
   源、光束分割素子、光検知器を含み相互に位置決め固定
   された第１の光学素子群と、前記集光性光学手段を含む
   第２の光学素子群とから成り、 前記非点収差補正手段は、前記第１の光学素子群と前記
   第２の光学素子群との間の相対位置を、前記第１の光学
   素子群に含まれる光源と、前記第２の光源素子群に含ま
   れる集光性光学手段との間の光軸に対する垂直な面内に
   おいて移動制御する手段から成ることを特徴とする光学
   式ヘッドの非点収差補正装置。
2. 【請求項２】相対位置を移動制御する手段は、前記第１
   の光学素子群の、光軸に垂直な面内における位置を変位
   させるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光学式ヘッドの非点収差補正装置。
3. 【請求項３】光源、光束分割素子、光検知器を含み相互
   に位置決め固定する第１の光学素子群と集光性光学手段
   を含む第２の光学素子群を構成する光学素子は、鏡筒に
   取付けられ、該鏡筒は、各群間の光軸方向に対し垂直な
   面内各方向の距離が段階的に異なる数種が用意され、前
   記非点収差が最も小さくなる鏡筒を選択して用いること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれ
   かに記載の光学式ヘッドの非点収差補正装置。
4. 【請求項４】光源、光束分割素子、光検知器を含み相互
   に位置決め固定する第１の光学素子群が回折格子素子を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３
   項のいずれか１項に記載の光学式ヘッドの非点収差補正
   装置。
5. 【請求項５】集光性光学手段を含む第２の光学素子群
   が、有限共役型の対物レンズ等の結像素子から成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれ
   か１項に記載の光学式ヘッドの非点収差補正装置。