JPS59167858A - 光学ヘツド - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はたとえばＤＡＤ用のＣＤ（コンパクトディスク
）やビデオディスク、画像ファイル、静止画ファイル、
ＣＯＭ（コンピューターアウトプットメモリー）等の情
報記憶媒体に対して集束光を照射することによシ少なく
とも情報を読取ることが可能な再生ないしは記録再生装
置等に用いられる光学へ、ドに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

上記種の光学ヘッドにおいては、光ディスク、ビデオデ
ィスク等の情報記憶媒体の情報形成層（記録層ないしは
光反射層狗所に、集光したレーザー光のビームウェスト
（最も絞れた部分）が形成されることが要求される。こ
のため、通常、情報形成層上でのレーザー光の焦点ぼけ
全検知し、この検知信号により刃物レンズ金移動させて
焦点を合せるようにしている。

ところで、従来、情報形成層上でのレーザー光の焦点ぼ
けを検知する方法の代表的なｔ、のにつぎの２つの方法
が知られている。

まず、その一つとして、第１図に示すように情報記憶媒
体１の情報形成層２から反射して対物レンズ３を通過し
たレーザー光の反射光路上に凸レンズからなる検知系光
学レンズ４および検知部がたとえば同心円的に複数に分
割された光検出器５を順次配置し、光検出器５に照射さ
れたときのレーザー光のスポットサイズ（面積）を検知
する方法がある。この焦点ずれ検出の基本的原理は、第
２図（イ）、（ロ）で示すようにレンズ６を挾んだ状態
に点光源７と板８とを配置する。

そして、第２図（イ）のようにＰｌの位置に点光源７を
持って来るとＱｌの所に像を結ぶ。また、第２図（ロ）
のように点光源７の位置をＰｌからＰ２の所に移すと像
を結ぶ位置もＱｌからＱ２に移る。今、Ｒ１の位置に板
８を持って来ると板８に光が描る幅（面積）が第２図（
イ）と第２図（ロ）とでは異なる。したがって、Ｒ１の
位置の板８に当る光の幅（面積）を測定することによっ
て点光源７の位置がわかる。したがって、Ｒ１の位置の
板８に当るブＣの幅（面積）があらかじめ指定された値
になるようにレンズ６を動かすことによって自動焦点合
せを行なうことになる。

また、もう一つの方法として第３図に示すように、検知
系光学レンズ９として球面レンズ１０と円筒レンズ１１
を組合せ、光検出器５上のレーザー光のスポット形を検
知する方法がある。

これはいわゆる非点収差法と称されるもので、その基本
的原理は第４図（イ）、（ロ）で示すように、点光源７
の位置Ｐ３が同じでもレンズ１２．１３の焦点距離が異
なると像を結ぶ位置がＱ３とＱ４と異なり、Ｒ２の所に
置いた板８に光が当る幅が異なる。球面レンズ１ｏと円
筒レンズｌｌｆ組合せると母線を含む面とそれに垂直な
而での合成レンズ焦点距離が異なるため、ｆ、４図（イ
）（ロ）のＲ２の所に置いた板８に映る光のスポット形
は楕円になる。さらに、前述の第２図（イ）（ロ）のよ
うに点光源７の位置Ｐｓ’ｃずらすとＲ３の位置におい
た板８に映る光のスポット形は楕円から円へと変形する
。したがって、これをたとえば第５図に示すように４分
割した光検出器′Ｆ−５ａ。

５ｂ、５ｃ、５ｄｆ有した光検出器５で検出し、向かい
側の検出素子５ａと５ｂ、５ｃと５ｄに検出された信号
をたし合せて比較することにょシ焦点ぼけを検出するこ
とができる。したがって、Ｒ２の位置に置いた板８に映
る光のスポット形が円形になる時に焦点が合うように対
物レンズ３を動かして焦点合せを行なうことになる。

なお、第１図および第３図に示す１４は対物レンズ３を
光軸方向に移動させて焦点調節を行なうレンズ駆動コイ
ルで６る。

しかしながら、これらの方法においては、情線記憶媒体
１の情報形成層２の表面に微細なｐｉ凸がある場合には
、そこから反射したレーダー光には回折が生じ、光検出
器５上でのスポットの中に回折パターンが現われる。厳
密に言えはこの回折パターンは一般に対称形をしていな
い。

そのため、この回折パターンの影響によ多焦点がぼけて
いるように誤って検知してしまうことがある。また、情
報記憶媒体１には情報収容量を増大させるため１＃報の
記録・再生用のトラッキングガイドとしてのス／４’イ
ラル状の溝が予め形成されている場合が多く、このよう
な場合、集光されたレーザー光スポ、トが溝を横切ると
溝による回折パターンが生じることになる。さらに、非
点収差法が正確にしかも安定良く作動するためには情報
記憶媒体の記録層ないしは光反射層で反射し、対物レン
ズを通過した光の強度分布が光軸を中心として点対称で
なければならず実際光学ヘッドを作ると・々う付きが生
じるといっだ問題があった。

そこで、近時、光検出器上のス＆−７）サーイズ出器上
でのビームスポットの移動として焦点ぼけを検知するこ
とによシ回折の影響等の問題全解消するようにしたもの
が考えられるに至った。

すなわち、第６図（イ）（ロ）（ハ）または第７図（イ
）（ロ）０うに示す光学系においては、情報記憶媒体２
１の光反射層（情報形成層）２２から反射して対物レン
ズ２３を通過した光ビームの反射光路の途中に、この光
軸に関して非対称に抜出光抜出手段２４（ナイフウエッ
デ２５やアノヤーチャー２６）、投射レンズ２７、およ
び光検出セル２８ａ、２８ｂを有した光検出器２８を設
け、光検出器２８上でのビーム玉ポットの移動（矢印方
向）として焦点ぼけを検知するようになっている。

また、第８図に示す光学系においては、対θクレンズ２
３の光軸に対して傾め方向からレーザービームが入射さ
れて光反射層２２にレーザービームが照射されている。

この場合においても、光反射層２２が遠ざかると、対物
レンズ２３かう投射レンズ２７には、破線で示すように
集束性のレーザー光束が照射され、光反射層２２が近づ
くと、対物レンズ２３から投射レンズ２２には、一点鎖
線で示すように発散性のレーザー光束が照射されること
となる。従って、投射レンズ２７から光検出器２８に向
うレーザービームは、焦点はけの程度に応じて投射レン
ズ２７によって偏向され、光検出器２８の受光面上では
、スポットパターンの大きさが変化するとともにその投
射位置が変位されることとなる。また、第９図（イ）に
示される光学系においては、投射レンズ２７と光検出器
２８との間にノ々イゾリズム２９が設けられている。従
って、合焦時には、実線で示すような軌跡を描き、第９
図（ロ）に示されるように光検出器２８の不感知領域３
０に向っていたレーザービームは、非合焦時には、パイ
プリズム２９によって偏向され、感知領域であるところ
の光検出セル２８ｇ、、２８ｂのいずれかに向うことと
なる。第１０図に示される光学系においては、対物レン
ズ２３及び投射レンズ２７で定まるビームウェストの結
像点にミ２−３１が設けられ、そのミラー３１上の像を
光検出器２８上に結像するレンズ３２がミラー３１と光
検出器２８との間に設けられている。

合焦時には、ミラー３１上に向ってレーザービームが実
線で示すように集束されるに対し、非合焦時には、破線
及び一点鎖線で示す集束−性又は、発散性のビームが投
射レンズ２７によって集束されることとなり、結果とし
てレーザービームがミラー３ノによって偏向されること
となる。また、この光学系は投射レンズ２７を通過後の
光を光軸に対し斜めに配置した折返しミラー３１で反射
させた後、合焦点時の集光点を再度投射レンズ２７を用
い光検出器２８上に結像させたもので−ある。更に、第
１１図に示される光学系においては、光軸から離間した
領２−ｙ、−ｇ１通シ光軸に平行にレーザービームが対
物レンズ２３に照射されている。この場合においても、
対物レンズ２３と光反射層２２との間の距離に依存して
投射レンズ２７から光検出器２８に向うレーザービーム
は、偏向されることとなる。

以上の光学系は合焦点時光検出器２８側の集光点の位置
の所に光検出器２８が配置されるので以下の問題点があ
る。

１）　合焦点時情報記憶媒体２１の光反射層２２内にあ
る信号情報としてのビットの上を対物レンズ２３によシ
集束した集束光が通過すると光検出器２８側の集光点の
所でそのピットの結像パターンが現われる。このビット
の結像パターンは焦点ぼけ検出系全体から見れば外乱ノ
イズ信号となる。

１１）　　情報記憶媒体２１に対し情報の記録もしくは
再生を行なう場合、通常は透明な材質からできた基板ご
しに光反射層２２に対して集光させる。そのため、対物
レンズ２３としては透明な基板ごしに集光するようにレ
ンズ設計されている。ところで、ＩＨ報記憶媒体２ノに
大きなそりやうねりが発生し、基板が傾くとコマ収差等
の収差が発生する。そのため、合焦点時にはコマ収差等
収差を含んだ結像・ぐターンが光検出器上に現われる。

対物レンズ系に収差が少な゛い瞳光検出器２８上で第１
２図（イ）のパターン（斜線領域）が現われ、焦点ぼけ
検出系として安定に定まっている。ここで情報記憶媒体
２１のそ９やうねυが生じると光検出器２８上でコマ収
差等対物レンズ系の収差を含んだ結像・ぐターンが第１
２図（ロ）に示すように現われる。すると合焦点時にも
かかわらず光検出セル２８ａ、２Ｆｌｂに照射される光
の光量がアンバランスになしあたかも焦点ぼけが生じて
いるかのように誤検知してしまう。

１１１）　　集光点近傍では光の回折（光の波動性）の
影響によシスポットがある特定の大きさを持つ。そのた
め合焦点時の光検出器２８側の集光点の位置に光検出器
２８ｆ：配置した場合には、合焦点近傍での焦点ぼけ検
出感匿は幾何光学的に計算した値よりもにふくなってい
る（詳細は後述する）。

ｉ■）　　集光点でのスポットサイズは非常に小さく、
そこに光検出器２８が置かれている光学系の場合、例え
ば温度変化等により光検出器２８かわずかにずれても合
焦点時であるにもがかわらずあたかも焦点ぼけが生じて
いるかのように誤検知してしまい焦点をぼかしてしまう
。

■）　検出系レンズ自体に大きな収差（例えば球面収差
）がある場合にはガウス像面と最小さく乱円の位置がず
れてくるため合焦点位置近傍での焦点ぼけ検出特性が悪
くなシ、検出感度もにぶくなる。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、その目
的とするところは、合焦点時に光検出器上で情報記憶媒
体に対する結像・ぐターンをぼかすことによシレンズの
収差やピットの影響を軽減し、しかも光検出器の位置ず
れマーノンや焦点ぼけに対する検出感度を向上烙せるこ
とができ、それでいて情報記憶媒体上の微細な凹〜 凸によジ発生する回折パターンの影響をさけることによ
シ、多少焦点がほけても焦点ぼけ検出出力が犬きく得ら
れ多少情報記憶媒体に傾きがあっても焦点ぼけ検出をよ
シ安定にしかも信頼性良く行なうことのできる光学ヘッ
ドを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、情報を記憶する情報記憶媒体に光を照射する
光源と、この光源から上記情報記憶媒体に照射される光
を集光する集光手段と、上記情報記憶媒体で反射した光
を再度集光する投光手段と、この投光手段からの射出光
の集光点と上記情報記憶媒体の位置とが一致した合焦時
における上記情報記憶媒体に対する結像位置の近傍に配
置された光検出器とを具備し、合焦点時に情報記憶媒体
とその結像位置を結び付ける光学系を１個のレンズと見
なした時の焦点距離をｆ、合焦時の上記情報記憶媒体に
対する結像位置から光検出器までの距離をΔ、上記集光
手段の一部に用いられている対物レンズの情報記憶媒体
に近い側の主点から集光点までの距離をＦ、上記集光手
段の一部に用いられる対物レンズの射出瞳の牛径をｒ、
上記光検出器上の結像倍率をｍ１上記集光手段からの射
出光の集光点からの情報記憶媒体の許容ずれ量をδｃｐ
略仲蛸としたとき、上記光検出器の光検出部が半径ｐ（
ＩΔｌ／ｍ＋（ｍ　＋ｌΔｌ／ｆ）−２１δｃＩ）の円
よりも大きな面積を有することを特徴とするものである
。

〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１３図〜第２４図を参照し
ながら説明する。第１３図はこの発明の光学ヘッドを適
用した情報記録再生装置を概略的に示すもので、図中５
１は情報記憶媒体としての光ディスクであシ、この光デ
イスク５ノは、１対の円板状透明グレート５２．５２ｆ
内外スペーサ５３．５３ｆ、介して貼合わされて形成さ
れ、その透明グレート５２．５２の夫々の内面上には情
報形成層としての光反射層５４゜５４が蒸着によって形
成されている。この光反射層５４．５４の夫々には、ヘ
リカルにトラッキングがイド５５（第１４図参照）が形
成され、このトラッキングガイド５５上にビットの形で
情報が記録されるようになっている。光デイスク５ノの
中心には、孔が穿けられ、図示しないターンテーブル上
に光デイスク５ノが載置された際にこのターンテーブル
のセンタースピンドル５６が光ディスク５１の孔に挿入
され、ターンテーブルと光ディスク５１Ｘの回転中心沁
；一致されるようになっている。ターンテーブルのセン
タースピンドル５６には、更にチャック装置５７が装着
され、このチャック装置５７によって光ディスク５１が
ターンテーブル上に固定されるようになっている。ター
ンテーブルは、回転可能に支持台（図示せず）によって
支持され、駆動モータ５８によって一定速度で回転され
るようになっている。

また、５９は光学ヘッドであシ、これはリニアアクチェ
ータ６ｏ或は、回転アームによって光デイスク５ノの半
径方向に移動可能に設けられ、この光学ヘッド５９内に
は、レーザービームを発生する光源としてのレーザー装
置６ノが設けられている。そして、情報を元ディスク５
１に書き込むに際しては、書き込むべき情報に応じてそ
の光強度が変調されたレーザービームがレーザー装置６
Ｊがら発生され、情報を光デイスク５ノから読み出す際
には、一定の光強度を有するレーザービームがレーザー
装置６ノから発生される。レーザー装置６１から発生さ
れたレーザービームは、凹レンズ６２によって発散され
、凸レンズ（コリメータレンズ）６３によって平行光束
に変換され、偏光ビームスグリツタ６４に向けられてい
る。偏光ビームスシリツタ６４によって反射された平行
レーザービームは１／４波長板６４を通過して対物レン
ズ６６に入射され、この対物レンズ６６によって光ディ
スク５１の光反射層５４に向けて集束される。

対物レンズ６６は、？イスコイル６７によってその光軸
方向に移動可能に支持され、対物レンズ６６が所定位置
に位置されると、この対物レンズ６６から発せられた集
束性レーザービームのビームウェストが光反射層５４表
面上に投射され、最小ビームスポットが光反射層５４の
表面上に形成される。この状態において、対物レンズ６
６は、合焦状態に保れ、情報の書き込み及び読み出しが
可能となる。情報を書き込む際には、光強度変調された
レーザービームによって光反射層５４上のトラッキング
ガイド（プリグループ）５５にビットが形成され、情報
を読み出す際には、一定の光強就ヲ有するレーザービー
ムは、トラッキングガイド５５に形成されたビットによ
って光強度変調されて反射される。

光ディスク５１の光反射層５４から反射された発散性の
レーザービームは、合焦時には対物レンズ６６によって
平行光束に変換され、再び１／４波長板６５を通過して
偏光ビームスプリッタ６４に戻される。レーザービーム
がｌ／４波長板６５を往復することによってレーザービ
ー、／・は、偏光ビームスノリツタ６４で反射され穴際
に比べて偏波面が９０度回転し、この９９度だけ偏波面
が回転したレーザービームは、偏光ビームスシリツタ６
４で反射されず、この偏光ビームスグリツタ６４を通過
することとなる。偏光ビームスプリッタ６４を通過した
レーザービームは、ハーフミラ−ブロック６８によって
２系に分けられ、その一方は、凸レンズ６９によって第
１の光検出器７０に照射される。この第１の光検出器７
θで検出された第１の信号は、光デイスク５ノに記録さ
れた情報を含み、信号処理装置７１に送られてデノタル
データに変換される。ハーフミラ−ブロック６８によっ
て分けられた他方のレーザービームは、遮光板（光抜出
手段）７２によって光軸から離間した領域を通過する成
分のみが取ｐ出され、投射レンズ７３を通過した後ミラ
ー７４によって反射されて第２の光検出器７５に入射さ
れる。ここで、遮光板７２は、プリズム、アパーチャー
スリット或は、ナイフニップ等のいずれで構成されても
良い。第２の光検出器７５で検出された信号は、フォー
カス信号発生器７６で処理され、このフォーカス信号発
生器７６から発生されたフォーカス信号がボイスコイル
駆動回路７７に与えられる。ディスコイル駆動回路７７
は、フォーカス信号に応じて？イスコイル６７を駆、動
し、対物レンズ６６を合焦状態に維持することとな　。

る。なお、光デイスク５ノの光反射層５４上に形成され
たトラッキングガイド５５を正確にトレースする場合に
は、第２の光検出器７５からの信号を処理してリニアア
クチェークロ０−ｆ作動させても良く、壕だ、対物レン
ズ６６を横方向に移動させたり、或は図示しないガルバ
ノミラ−を作動させても良い。

第１３図に示した合焦時を検出する為の光学系を第１４
図に単純化して示し、さらに説明を加えると、合焦検出
に関するレーザービームの軌跡は、第１５図（イ）（ロ
）（ハ）に示すように描れる。

すなわち、対物レンズ６６が合焦状態にある際には、光
反射層５４上にビームウェストが投射され、最小ビーム
スポット、すなわちビーノロウェストスポットが光反射
層５４上に形成される。

通常、レーザー装置６１から対物レンズ６６に入射され
るレーザーは、平行光束であるから、ビームウェストは
、対物レンズ６６の焦点上に形成される。しかしながら
、対物レンズ６６にレーザー装置６１から入射されるレ
ーザーがわずかに発散或は、収束している場合には、ビ
ームウェストは、対物レンズ６６の焦点近傍に形成され
る。第１３図、第１４図及び第１５図（イ）（ロ）（ハ
）に示される光学系においては、第２の光検出器７５の
受光面は、合焦状態においてそのビームウェストスポッ
トの結像面ではなく、その近傍、すなわち、結像面よシ
たとえば投射レンズ７３側にわずかにずれた位置に配列
されている。従って、合焦時には、第１５図（イ）に示
すように、ビームスポットの像が第２の光検出器７５の
受光面の中心に形成される。す彦わち、ビームウェスト
スポットが光反射層５４上に形成され、この光反射層５
４で反射されたレーザービームは、対物レンズ６６によ
って平行光束に変換されて遮光板７２に向けられる。遮
光板７２によって光軸から離間した領域を通る光成分の
みが取シ出され、投射レンズ７３によって集光光検出器
７５上に投射され、ビームスポット像がその上に第１６
図（イ）に示すように形成される。

このとき、第１の検出素子７５ａと第２の検出素子７５
ｂに照射される光量は等しい。次に、対物レンズ６６が
光反射層５４に向けて近接すると、ビームウェストは、
第１５図（ロ）に示すようにレーザービームが光反射層
５４で反射されて生ずる。すなわち、ビームウェストは
、対物レンズ６６と光反射層５４間に生ずる。このよう
な非合焦時においては、ビームウェス１は、通常対物レ
ンズ６６の焦点距離内に生ずることから、ビームウェス
トが光点として機能すると仮定すれば明らかなように光
反射層５４で反射され、対物レンズ６６から射出される
レーザービームは、対物レンズ６６によって発散性のレ
ーザービームに変換される。遮光板７２を通過したレー
ザービーム成分も同様に発散性であることから、このレ
ーザービーム成分は上記合焦時の集束点よシも遠い点に
向って集束されることとなる。このときビームスポット
像４ｄ第１６図（ロ）に示すように光検出器７５の受光
面の中心から図上上方にずれ、しかも上記合焦時のビー
ムスポット像よりも太きく形成される。そして、対物レ
ンズ６６が光反射層５４にさらに近接すると、ビームス
ポット像は第１６図（ハ）に示すように光検出器７５か
らはみ出してしまう。更に、第１５図（ハ）に示される
ように対物レンズ６６が光反射層５４から離間された場
合には、ビームウェストを形成した後レーザーは、光反
射層５４で反射される。このような非合焦時には、通常
ビームウェストは、対物レンズ６６の焦点距離外であっ
て対物レンズ６６と光反射層５４間に形成されることか
ら、対物レンズ６６から遮光板７２に向う反射レーザー
ビームは、収束性を有することとなる。従って、遮光板
７２を通過したレーザービーム成分は、投射レンズ７３
によりて更に集光され、第２の光検出器７５の受光面上
に投射される。このとき、ビームスポットの像は第１６
図に）に示すように、第１と第２の検出素子７５ａ、７
５ｂの間の中心から若干ずれた位置で一度集束し、さら
に焦点ぼけが進むと第１６図（ホ）のように図上下方に
反転して形成される。

次に、上述したレーザーの軌跡の変化すなわち、光線軌
跡の変化を幾何光学的に説明し、レーザービーム成分が
第２の光検出器７５上で偏光される値ｈｓｋ求める。な
お、この場合、第２の光検出器７５は合焦状態において
そのビームウェストスポットの結像面に配置されＣいる
ものとする。対物レンズ６６の幾何光学的な結像系は、
第１７図に示すように表わすことができる。ここで、ｆ
ｏは、対物レンズ６６の焦点距離をまた、δは合焦時か
ら非合焦時に至る際の対物レンズ６６すなわち、光ディ
スク５１の光反射層５４の移動距離を示し、第１７図に
おいて実線で示される光線軌跡は、ビームウェストから
発せられ、対物レンズ６６の主面上であって光軸から距
離ｈｏだけ離間した点ｆ、通過し、集束されるものを示
している。第１５図（イ）に示される合焦時には、明ら
かなようにδ＝０であシ、第１５図（ロ）に示される非
合焦時には光ディスク５１が距離δだけ対物レンズ６６
に近接し、ビームウェストは、光反射層５４で反射され
て形成されることから、ビームウェストは、その２倍だ
け対物レンズ６６に近接することとなる。

（近接する場合は、δ〉０である。）また、第１５図（
ハ）に示される非合焦時には、光デイスク５ノが距離δ
だけ対物レンズ６６から離間され、ビームウェストを形
成した後レーザービームが光反射層５４から反射される
ことから、実質的に光反射層５４の背後にビームウェス
トが形成されたと同様であってビームウェストは、２δ
だけ対物レンズ６６から離間することとなる。合焦時に
は、ビームウェストが対物レンズ６６の焦点位置に形成
されるとすれば、光デイスク５ノがδだけ移動した場合
には、第１７図に示されるようにビームウェストと対物
レンズ６６の主面間の距離は、（ｆＯ＋２δ）で表わさ
れる。ビームウェストラ光点とみなせば、第１７図にお
ける角度β０及びβｌは、下記（１）及び（２）式で示
される。

Ｏ １゜＋２δ＝ｔ＝−（−ｆｏ）中β　　　・・・・・・
・・・・・・（１）また、レンズの結像公式から 従って、 β□＝β。＋ｈ（１／ｆ６ 第１８図は、投射レンズ７３の光学系における光線軌跡
を示し、投射レンズ７３が１対の組み合せレンズ７３ａ
、７３ｂがら成るものとして取シ扱かっている。

ここで、レンズ７３ｈ、７３ｂは、夫々焦点距離ｆ１　
、ｆ２を有し、対物レンズ６６の主面からａだけ離間し
た位置に遮光板７２カ見１置され、対物レンズ６６の主
面からしだけ離間した位置にレンズ７’３ａの主面が配
置され、更にこのレンズ７３ｈの主面からＨだけ離間し
てレンズ７３ｂの主面が、またｔだけ離間して第２の光
検出器７５の受光面が配列されていると仮定している。

図中実線で示される光線軌跡は、対物レンズ６６で集束
されて、遮光板７２の光透過面であって元軸からｙだけ
離間したものを示している。

距離ｙは、下記（３）式で表わされる。

ｙ＝＝ｈ６　　ａｌｌ ここで、Ｆ（δ）＝（ｆｏ＋ｆ号／２δ）−１とすれば
（３）式は、次式で表わされる。

）’　＝　ｈｏ　（１−ａＦ（δ）　）　　　　　・・
−・・−・−（４）従って、 ｈＯ＝１−　ａＦ（δ）”’　”’　”’　”’（”）
また、光線がレンズ７３＆の主面上を通る光軸上からの
位置ｈｌは、（６）式で表わされる。

ｈｌ＝ｙ　　（Ｌ　　’）β１ （２）式と同様に角度β２を求めれば、角度β２は、（
７）式で表わされる。

ｌ β２＝β１＋石 以下同様にレンズ７３ｂの主面上を通る光線の光軸上か
らの位置ｈ２及び入射角β３光線が第２の光検出器７５
の受光面上に入射する光軸上からの位置ｈ３即ち、偏位
量は、夫々（８トへ１０）式で表わされる。

１１２＝１１．−ＨＩ３ ・・・・・・・・・・・・（８） ””　　　　　　（（１／ｆｔ＋１／ｈ−Ｖｆｘ　−ｈ
）１−ａＦ（δ） 及び 第１７図及び第１８図に示される光学系は、既に述べた
ように合焦時即ち、δ＝０では、第２の光検出器７５上
で光線は、ｈ３＝ｏに集束されるのであるから、この条
件下においては、Ｆ（。）−〇であシ、１０式は下記式
で表わされる。

また、遮光板７２によって光軸外の光線を通るもののみ
が取シ出されることから、ｙ　％　Ｏである。従って この式で、（１０）式を単純化すれば、（１３）式又は
（１４）式が得られる。

δが充分に小さい（δ＜ｔｏ２）の場合には、（ａ　−
ｆｏ　）＜ｆｏ２／２δであるから次に、合焦時（δ＝
０）において、光ディスク５１の光反射層５４上のビー
ムウェストに対する第２の光検出器７５の受光面上に形
成されるビームウェスト像の横倍率ｍは、下記（１６）
式で表わされる。

ｍ＝−β０／β３　（倒立像） ここで、δ＝０におけ。β０は、 βｏ＝−」＝−Ｌ ＯｆＯ であるから、 　　−ｆ ｍ＝石Ｔ「汁六〔・・・・・・・・・（１６）（１２）
式で（１６）式からβ２を消去すれば、この式から、ｆ
ｌについての１ｓｆｆ、求めれば、実際の光学系では、
ｆｌ＝Ｈに置かれることがないと考えられることから、 ”＝６死　　　　　・・・・・・・・・（Ｊ７ン正立像
が形成される場合について同様に考察すれば、（ｍ＝β
０／βｇ）、ｆｌは次式で表わされる。

ｍｆｇＪ（ ｆ１＝　　　　　　　　　　・・・・・・・・・（１８
）ｍｆ６　　ｕ＋Ａ 従って、 （工２）式からｆ２を求めると、 （２０）式を（１３）式に代入してｈ３を横倍率ｍで表
わせば、（２１）式及び（２２）式が得られる。

ｈ３キ士力■δ 、。　　　　　　・・・・・・・・・（２２）但し、（
ａ　−ｔｏ　）＜ｆｏ２／２δ第１８図の光学系におい
て投射レンズ７３が単レンズであるとすれば、ｆ２＝■
であるから、ｔｌ＝を及びｍ　＝ｆ　１　／　ｆ　６で
あって、また、第１７図に示した光学系では、ビームウ
ェストが対物レンズ６６の焦点に形成されると仮定した
が、発散性又は、集束性のレーザービームが対物レンズ
６６に入射する場合には、ビームウェストは第１９図に
示すように焦点からｂだけ偏位して形成される。

この場合、図のような光路を経て光デイスク５１上に照
射したレーザー光のディスク表面から反射された後の光
学系を対物レンズ６６、検出系レンズ（投射レンズ）７
３もすべてまとめて１つの合成レンズとして取扱う。そ
して、この合成レンズの焦点距離ヲｆ＊、合成レンズの
前側焦点位置からフォーカスが合った時の光ディスク５
１（レーザー光の焦点光）までの距離をＣとし、ディス
クがδだけ集光点からずれた時の反射光の光路を（２２
）式までの計算と同様の方法で求める。対物レンズ６６
、検出系し、／ス゛ン３をすべてまとめて１つの合成レ
ンズと見なすと、より、 ｈ　＊＝＝−β０・（ｆ＊＋ｃ＋２δ）また、 レーザー光の集光点と光デイスク５ノの位置が一致した
時（δ＝０の時）の結像点に第２の光検出器７５を配置
するとδ＝０の時ｈ３＝Ｑとなシ、この時の結像倍率ｍ
は±ｍ＝−β０／β３よｆｏ ９ｍ＝±「　となる。

したがって、 Ｃ＝±ｆ５省 但しｍは常に正数とし、十ｍの時は倒立像−ｍの時は正
立像を表わす。

また、合成レンズ後側主点から第２の光検出器７５まで
の距離をＡとすると、 ｈ、　＝ｈ”−Ａβ３＝−β（ｆ”十〇＋２δ）十Ａ／
旦土子！β０ ＝−β。（（１±１７ｍ　）　ｆ　＊−１７２δ）任意
のβ０に対してδ＝０においてｈｘ＝０よシ Ａ＝ｆ　　（１キｍ　）　　　　　　−・−−−−−−
−（２５）（２５）式を（２４）式に代入すると ｈ３＝β。（Ｌ雫国−１）×２δ ＝±２ｍδ×β０　　　　・・・・・・・・・（２６）
第１９図のように対物レンズ６６の焦点位置とレーザー
の集光点がｂだけずれている場合には（１）〜（１０）
式において ２δ＋２δ十す と変換することによシ光線追跡の各式がそのまま成立す
る。したがって（５）式よυ また（１）式に（２７）式を代入すると−ｆ。

””ｔＯ＋（ｆｏ　−ａ）　（２δ＋ｂ）ｙ−ｆ。＋（
１−ａ／ｆｏ）２δ＋７）　　　−°°−°−（２８）
（２８）式を（２６）に代入すると、 ここで、ａ　＝　Ｑの場合には、 また、ｆｏ＋ｂ：＞２δ　であれば、 となる。

上述した式は、全て幾何光学的に光線の軌跡について求
めたものであるため、上記式にδ＝０を代入すれば、ｈ
３−０となる。しかしながら、実際には光の波動性から
回折現像が生じ、δ＝０の時（合焦点時）でも光デイス
ク５ノの光反射層５４に対する結像点に存在する光検出
器７５上のスポットサイズはＯにはならずある大きさを
有している。この大きさは、次のように計算される。

開口数（ＮＡ）の値がＮＡである理想的に収差を全く有
しないレンズに強度分布が至る所均−な平行レーザーが
入射したとすると、レンズを通過後集光した点における
スポットサイズａｔは、レーザーの波長をλとすると、
一般に下記式で与えられる。

０．８２λ ａｔ＝□　　　　　・・・・・・・・・（３２）ＮＡ ここでａ７は、第２１図に示すようにスポットの中心に
おける強度を単位即ち、■とし７こ場片において、１／
ｅ２の強度を有する輪体の直径を表わしている。

このビームスポットが対物レンズ６６によって形成され
るビームウェストに対応するとすれば、合焦時において
第２の光検出器７５の受光面上に形成されるビームウェ
ストの像の大きさ＆ｄｉよ、レンズ系ｅ６．７ｊの横倍
率ｍで衣わされる。

０．８２λ ａ　ａ　−ｍ　ａ　ｔ　＝　　　　　　　−−−（３３
）ＮＡ 次に、遮光板７２が光路中に配列された場合におけるス
ポットは、次のように変化される。

まず、第２２図（イ）に示すように遮光板７２が光路中
に配置されない場合において、均一な強度分布を有する
即ち、　ｒｅｃ（−）という強度分布を有する平行光束
が投射レンズ７３に入射され／′ｃと、２・すると、第
２の光検出器７５の受光面上には。

フーリエ変換したａｓｉｆＩＣ（ａξ）の振幅を有する
パターンが形成される。即ち、 Ｆ（ｒｅＣＬ（−月：１ＬｓｉｌＯ（ａξ）強度Ｉ。は
、 ■（１＝＝　ｌ　ａｓｌｎｅ　（ａξ）１２で表わされ
る。

このような状態において、遮光板７２が光路中に位置さ
れ、第２２図（ロ）に示されるように光束の半分が遮光
されたとする。この時の第２の光検出器７５の受光面に
は、同様にフーリエ変換して振幅分布が得られる。

従って強度分布Ｉｋは、 ＝千ｓｉｎ　ｃ　２ＣＪ４！−）　　　　　・−（３５
）で表わされる。

（３４）式と（３５）式とを比較すると、平行光束を遮
光板７２で半分に遮えぎると、スポットの中心位置は、
変化せずにそのスポット径が２倍に広がることが判る。

これらの結果から、１次元モデルにおいては、遮光板７
２によシ遮えぎられず透過する光の割合をＲとすると、
スポット径が１／′Ｒ倍に広がることが推定される。従
って、−次元モデルにおいては、遮光板７２を光路中に
挿入し、光路中で割合Ｒだけ光を透過させることとする
と、第２の光検出器７５の受光面上においては遮光板７
２の挿入方向に平行な方向に下記ａｋで示される径を有
し、広がったスフ４Ｆ！ツトが形成される。

０．８２ｍλ ａｋ　＝　ａ　ｄ　／Ｒ＝　　　　　　　　　−−・・
・（３６）−ＮＡ 直径Ａの対物レンズ６６の開口部外周縁を通過する光線
は、（３１）式にｙ＝Ａ／２（半径）を代入することに
よって光軸から距離りだけ離間した第２の光検出器７５
の受光面上の点に向うこととなる。

（３６）式と（３７）式とを比較すれば明らかなように
第２の光検出器７５の受光面上における回折パターンの
半径即ち、回折・ぐターンの外縁よシも対物レンズ６６
の最外周を通って第２の光検出器７５に向う光線が入射
する点が小さい場合には、検出感度が低下することが判
明する。即ち、下記（３８）式及び（３９）式の条件下
では、検出感度が低いことが判る。

＋Ｄ（δ）　ｌ　ａｋ／２　　　　　　−−−　（３８
）即ち、 最小限検出されるべき焦点ぼけ値δＣが与えられれば、
遮検板７２が挿入される割合■及び透過する割合Ｒが求
まる。

Ｒ≧隻しし巨ＪＬ４０　　　　　　　・・・・・・・・
・（４０）−ＮＡ　−Ａ・δＣ 、’、Ｒ＋Ｈ＝１　　（ここで、Ｒ＝Ｏ，Ｉ（＝１の場
合とは、完全に光束が遮えぎられる状態をいう。）また
、対物レンズ６６の光ディスク５１に近い側の主点から
集光点（ビームウェスト位置）までの距離をＦとすると
Ｆ＝ｆＯ＋ｂより（４０）式％式％ となる。このように設定することにより、合焦点時のご
く近傍でも光の回折効果の影響を受けることなく焦点ぼ
けに対し高い検出感度を有することができる。

なお、遮光板７２としてはナイフニップのほかにアパー
チャー、スリット、プリズム、ミラー、レンズ等を用い
ることができる。−まだ、ここでＲとは遮光板７２によ
り遮光されず、透過した光の一次元方向に見た割合を示
しているが、遮光板７２としてミラーやプリズムを用い
ミラーで光の反射した方向やプリズムで屈折した光の方
向に焦点ぼけ検出用光検出器が具備されている場合には
光の一部を抜出した方向としてミラーで光の反射した方
向やプリズムで屈折して進む方向の光の一次元方向に見
た割合ＱＲとする。

ここで、δＣの値を検討する。光ディスク５１の光反射
層（記録層）５４に対して穴を開けるなど状態変化を起
こして記録を行なう場合、焦点ぼけが生じて光反射ｊｆ
４５４上でのスポットが大きくなると記録を行ないにく
くなる。合焦点時の光反射層５４でのスポットサイズａ
７は（３２）式で与えられる。また、この時の強度分布
はガウス分布に類似していると仮定すると、２だけ焦点
がぼけた時の光反射層５４上での半径ω（Ｚ）は後述す
る（４１）式より、 この時のスポット中心強度は ■＝（７幻） に減少する。°記録が可能な最低中心強度’ｉＩｍｉｎ
より 今、λ＝０．８３μｍ　、　ＮＡ＝０．６　、　ｌｍ１
ｎ＝０．７とすると１　ｚ　ｌ　＝　−ＶｉＩ■＝　”
Ａ”　Ｘ　Ｏ，６５０，４４ ０，３６０，３６ ＝０．８１μｍ λ＝０．８３μｍ　、　ＮＡ＝０．５　、　ｌｍ１ｎ＝
’０．７　とすると、より許容焦点ぼけ量は０．５〜２
．０μｍ位である。

したがって、最小限検出されるべき焦点ぼけ値δＣとし
ては多少緩和してδｃ＝２．０μｍとする。

次に、上記第１３図〜第１６図に示す、ζうに構成した
光学ヘッド５９において、第２の光検出器７５の適正ず
らし量について考察すえ。結像系の焦点深度２としては
検出系レンズに円形の一様分布の光が入射する時はＺ−
１（Ｌ）２λとａ して、また検出系レンズにガウス分布の巻が入射する時
はｚ　＝　１　＜　ｆ　）２λとして与えられることπ
　　ａ が知られている。但し、ｆは検出系レンズ単位ないしは
グループとしては合成レンズと考えた時の焦点距離、ａ
は合焦点時検出系レンズ（もしくはレンズグループ）の
前側主点（対物レンズに近い側の主点）における入射光
の半径、λは使用している光の波長である。したがって
、この焦点深度２よりも、、犬き、くずらせば良い。

実際の検出系レンズに入射する光の強度分布は全体の光
学系により異なるが、ｚ−１（Ｌ）２λ以π　　ａ 上ずらす必要がある。

次に、光の回折による焦点はけ検出感度への影響につい
て第２３図（イ）（ロ）（ハ）を参照しながら説明する
。なお、この図中、７５′は集光点より近づけた状態、
７５“は集光点より遠ざけた状態を示す。合焦点位置か
らほんのわずか焦点ぼけが発生した時幾何光学的には上
記（３］）式で与えられるように第２の光検出器７５上
で半径ｈ　３＝２　ｍ　ｒδの半円となり、元来はこの
半円にｆ、＋ｂ なった部分を片方の光検出セルで検知し焦点はけを検出
する。但し、ｒは対物レンズ６６の開口部の半径である
。しかし、合焦点時にも光の回折の影響で上記（３６）
式で示されるよりに０．８２ｍ２ゝ　というスポットサ
イズの広が９を持りＲ−ＮＡ ておシ、合焦点位置近傍すなわち上記（３９）式の範囲
で焦点はけに対する検出感度かにぶくなる。

この現象に対する物理的な意味は次のようになる。

第２３図（イ）〜（ハ）に示される光学系においては、
対物レンズ６６から投射レンズ７３に向う光束は、実際
には、第２２図（イ）（ロ）に示されるように均一な光
強度分布を有さす、ガウス分布を有している。従って、
第２４図に示されるような分布を有する光束が第２の光
検出器７５の受光面に照射されることとなる。第２４図
において破線Ｉで示される光束の軌跡は、全く遮光板７
２が光路中に挿入されない場合を示し、実線■で示され
る光束の軌跡は、遮光板７２が光１．各中に挿入された
場合を示している。合焦状態にある場合には、第２の光
検出器７５の受光面〃゛位置０に位置されていると等価
に考えることができ、焦点ずれが生じている場合には、
第２の光検出器７５の受光面が位置Ｘ１或はＸ２に位置
されていると等価に考えることができる。第２４図から
も第２の光検出器７５の検出感度が合焦時かられずかに
焦点が外れた際に幾何光学的に予想される値よシも実際
には低くなっていることが判る。即ち、合焦状態近傍に
おいては、焦点ずれが生じている場合に第２の検出器７
５の受光面が位置Ｘ１からＸ２の間で変位しているのと
等価であるが、この範囲では、わずかに元来■の投射位
置が変化しているにすぎず、位置Ｘ１からＸ２の範囲外
に比べて偏位値は、極めて小さい。また、この範囲にお
いては、光束■の広がりもその範囲外に比べてわずかで
ある。

また、光検出器の受光面上に形成されるパターンは、第
２４図に示される光束１．Ｉｔの軌跡から明らかなよう
に遮光板７２が挿入された方向に細長く、その挿入方向
に焦点ずれδに応じて偏位するとともに、その挿入方向
に直角な方向に広がることとなる。

それでは集光点からどの位記２の光検出器７５をずらす
と波動性にじゃまされずに純粋に幾何光学的な挙動を示
すかを考えてみる。通常集光点での光の強度分布は使用
する光学系にょシ異なるが、ガウス分布をしている光学
系について考えてみる。集光点（ビームウェスト）にお
けるビームスポット半径をω０、使用波長λとすると、
集光点（ビームウェスト）から２だけ離れた所でのビー
ムスポット半径ω（Ｚ）　ハ、で与えられる。２がある
程度大きい所では、と近似できる。この式の第１項は幾
何光学的挙動を示し、第２項は光の波動性によるスポッ
トの広がりを表わしている。したがって、この式の第１
項の値が第２項の値のおよそ４倍以上ある所ではほぼ幾
何光学的な挙動を示すと考える。

したがって、 λｚ　　　　１　πω３ ｉ「≧４×７（寸） の条件としては、 が得られる。情報記憶媒体の光反射層５４の方向での集
光点におけるビームスポット半径をω０＊とじ、第２の
光検出器７５方向での結像横倍率をｍとすると第２５図
、第２６図および第２７図の光学系（なお、第２５図、
第２６図、第２７図および後述する第２８図中、７５′
は集光点よシ近づけた状態、７５“は集光点よシ遠ざけ
た状態を示す。また、７８はミラー、７９はレンズ、８
０はパイグリズムである。）の場合にはω０キｍω０＊
の関係がほぼ成立つ。理想的なのω０にあてはめて考え
ることができる。また第２３図（イ）（ロ）０、第１５
図、第２８図、第２９図（イ）（ロ）の光学系について
は一次元モデルの特殊な場合に限り（３６）式（ω６　
’　＝　ａｋｎ　ｉ　ｆ　ｅ／２　＝　”’　””　）
を−ＮＡ 考えることもできる（なお、第２９図（イ）（ロ）に示
す８１は投射レンズ７３と第２の光検出器７５との間に
設けられたシリンドリカルレンズであ広第２９図（イ）
はシリンドリカルレンズ８１の母線に対し平行方向に、
第１８図（ロ）は垂直方向に見た状態を示す）。

πωｏ２１ｆ２ 次にＶ丁子と−ｚ＜）　λとの間の大小関係を調べる。

′合焦点時に一様分布の平行光が検出系レンズに入射す
る時には集光点でのスポットの直径ｄｏは収束角を２０
とした時 ２λ ｄ０＝２ω　ＪＬ　、、。

で与えられる。θが充分小さい時にはθ中Ｔよシとなる
。ここでω０′とは（３６）式を適用した時のビームス
ポット半径である。

なお、合焦点時に結像点からずらして第２の光検出器７
５を配置する場合、本来どちら側にずらしてもさしつか
えない。しかし、検出系レンズに近付ける方向にずらし
た方が機械的に多少はコンパクトになる。

次に、第３８図（イ）に示すように、合焦点時の集光点
より第２の光検出器７５を大きくずらし焦点はけを検出
するとともにトラックずれを１つの光検出器７５で同時
に検出するようにした光学系について説明する。この光
学系においては第３０図（ロ）で示すように光検出器７
５上の４つの光検出セルフ５’−１、７５−２−７７５
−３，７５−４でおのおの検出されるそれぞれの検出信
号■。

■、■、■に対１− （■＋■）−（■十■） の演算を電気的に行なって焦点ぼけを検出するとともに （■十■）−（■＋■） の演算を電気的に行なってトラックずれを検出している
。ところで、この方式ではトラックずれ検出に関しては
表面に微小な凹凸のある情報記憶媒体の光反射層（記録
層）５４から反射した光の回折・ぞターンを電気的に観
測してトラックずれを検出するという”　Ｐｕ５ｈ　−
Ｐｕ１ｌ方式”を利用しているが、Ｐｕ５ｈ−Ｐｕｌｌ
方式の場合には表面に微小な凹凸のある光反射層５４に
対するｆａｒ　ｆｉｅｌｄ　ｐａｔｔａｒｎが発生する
場所に光検出器７５を配置した場合がトラックずれ検出
信号が大きく得られ、それに対し結像・ぞターンが発生
する場所に光検出器７５を配置した場合にはトラックず
れ検出信号がほとんど得られないということが知られて
いる。したがって、第３０図（イ）の光学系においては
光検出器７５はなるべくｆａｒ　ｆｉｅｌｄ　ｐａｔｔ
ｅｒｎが得られる場所近くに置くことが望まれる。する
と、ｆａｒ　ｆｉｅｌｄ　ｐａｔｔｅｒｎが得られる場
所近く□に光検出器１個を置き、焦点ぼけとトラックず
れを同時に検出するという面では゛非点収差法の問題点
”の所で前述したように、連続した凹凸形状を持つトラ
ッキングガイドをレーザースポットが横切った時に発生
するｆａｒ　ｆｉｅｌｄ面上での／ｆターンの乱れが焦
点ぼけ検出に対し外乱として入り込み悪影＃を及ぼすと
いう現象が第３０図（イ）の光学系にも現われて来る。

したがって、光検出器７５′ｆ：ｆａｒｆｉｅｌｄ面に
は置かないようにする必要がある。

多くの実験から合焦点時の元ディスク（（−＃報記憶媒
体）５ノの光反射層５４に対する結像面上では凹凸形状
を持つトシッキングガイド５５を横切っても焦点はけ検
出に大きな影響を及ぼす程の誤差信号は発生したいこと
が確められている。ｆａｒ　ｆｉｅｌｄ面ｆ：Ｆｒａｕ
ｎｈｏｆｆｅｒ　（フラウンホーファ）領域と対応させ
れば、少なくともＦｒｅｓｎｅｌ　（フレネル）領域と
Ｆｒａｕｎｈｏｆｆｅｒ領域の境界点よシも結像点（合
焦点時の光検出器側の集光点）に近い所に光検出器７５
は置かなければならない。光検出器７５側の集光点にお
けるスポットサイズｄｏとして光強度分布において中心
最大強度を１とした時のｌ／ｅになる所での幅（直径）
とすると実際のビームスポットとしては３．９ｄｏ程度
の広がシを有する。（３，９倍と言う値はＡｉｒｙ　ｐ
ａｔｔｅｒｎの２次極大の外側にある暗い縞までの範囲
である。）したがって、このような広がシを有するパタ
ーンに対するＦｒａｕｎｈｏｆｆｅｒ領誠とＦｒｅｓｎ
ｅｌ領域の境界はおよそ（３，９ｄｏ）２／λとなるの
で、合焦点時には光検出器方向の集光点から光検出器７
５までの距離は少なくとも（３，９ｄθ）２／λよりも
離さない方が良い。また、前述したようにｄｏは理論的
には（３３）式のａｄや（３６）式のａｋｎｉｆｅに対
応する。

次に、焦点ぼけ量に対する光検出器上のビームスポット
の挙動を検討する。上記（３１）式までは合焦点時に光
ディスク（情報記憶媒体〕５１の光反射層５４に対する
結像点の位置に第２の光検出器７５を配置した場合につ
いての計算式であるので、合焦点時において光ディスク
５１の光反射層５４に対する結像点からずれた位置に第
２の光検出器７５を配置した時の光学的挙動を示す式を
以下に導く。全光学系を一つの合成レンズと見なし、合
焦点時すなわち一方の集光点が光ディスク５１の光反射
層５４の位置と一致した時、それより遠い方向にある合
成レンズの後側主点からもう一方の集光点（りまシ前述
した集光点に対する結像点）までの距離をＡＱとすると
、（２５）式より Ａｏ　　＝ｆ　　（ｌ壬ｍ　）　　　　　　叫−−−−
−（４２）となる。ここで、ｍは横倍率、ｆ”は合成レ
ンズの焦点距離である。そして、この位置よシΔだけ合
成レンズ側に近づけた位置に光検出器７５を置いた場合
には、合成レンズの後側主点から光検出器７５までの距
離Ａは Ａ＝Ａｏ−Δ ＝ｆ＊（ｌ千ｍ）−Δ　　　　　・・・・・・・・・（
４３）で与えられる。（４３）式を（２４）式に代入す
ると、ｈ３＝ｈ＊−Ａｌ１ 一一β（ｆ＊＋ｃ＋ｚδ）＋ａ　ｘｃ＋’ＨａβＯ＝β
ｏｆｆ＊干ｆ５名−２δ ここで、（２８）式を代入すると ・・・・・・・・・（４４） この（４４）式が現在取扱っている焦点ぼけ検出方法に
おいて比較的広範囲の光学系に適用でき、非常に一般的
な公式として用いることができる。

ここで、（４４）式でΔ＝０とすれば（２９）式が、神
たΔ＝０としｂ＝ｏとすれば（２３）式が得られる。

ここで、合焦点位置近傍を考え、対物レンズ６６の開口
部（射出瞳）の半径をｒとし、ａ＝０、対物レンズ６６
の光ディスク５１に近い側の主点から集光点（ビームウ
ェスト）までの距離をＦ、Ｆ＝ｆ、＋ｂとすると、上記
（４４）式はｈ３＝（千Δ／ｍ　＋　（±ｍ＋ΔＡ＊）
×２δ）　−／１’・・・・・・・・・（−！５） となる。（４５）式は光検出器７５上ビームスポツトの
光軸上から最外周位置（第１６図（イ）、（ロ）。

ｅつ、（ホ）のα点）までの距離を示す。した力って、
ある焦点はけ許容量δＣに対し ＋ｈ３１＝’−（干Δ／ｍ　＋　（±ｍ＋ΔＡ＊）ｘｚ
δ）の半径を持つ円よりも光検出器７６の光検出部が大
きくないと、δＣまで焦点ぼけが生じた時、光検出器７
５上ビームスポツトは光検出器７５をはみ出してしまい
検出出力が小さくなる。上述したように１δｃｌｚ２．
０μｍとすると、一般にｍ〉Δ／ｒだから、 Δ〉Ｏの時はδ＝＋１δｃ１より δ＝−１δｃ１　の時の方が１ｈ３１が大きく、Δ〈０
の時はδ＝−１δＣ１よシ δ＝＋１δＣ１の時の方がｌｈｓ　ｌが大きい。

この中で１δｃ１ｗ２．０μｍずれた時１ｈ３１が最も
太きくなる条件を求めると、 ｌ　ｈ　３１　＝ｐ　（ｌΔｌ／ｍ＋（ｍ＋ｌΔｌ／ｆ
勺Ｘ２１δ、１）となる。

つま９１δｃｌ＝２．０μｍ焦点はけが生じても光検出
器２５からはみ出し焦点ぼけ検出信号が小さくなること
を防ぐことができる。

次に、許容される光検出器位置ずらし量Δを求める。こ
こではａ　＝　０の所つマり対物レンズ６６の後側主点
面上のｙの高さの点に対する光線追跡とし、合焦点位置
（δ＝０）近傍のみの所で取扱うので上記（４４）式は
Ｆ　ＥＥ　ｆ　ｏ　＋　ｂとして＝（千ル省＋（±ｍ＋
Ｊ／ｆ勺Ｘ２δ）Ｕ　　　−−−−−゛（４６）となる
。つまりδだけ焦点がぼけた時光検出器７５上で光線が （（十ｍ＋□”）Ｘ２７δ）／Ｆ たけずれて焦点ぼけが検知される。ところが、合焦点時
に光ディスク５１の光反射層５４に対する結像位置から
ずれた位置に光検出器７５を配置した場合には光ディス
ク５１に面プレ等の傾きがあった時に光検出器７５上で
レーザースポットが移動し、合焦点時であるにもかかわ
らずあたかも焦点かほけているかのように検知してしま
う。ここで、この量を概算する。光ディスク５１の光反
射層５４の水平状態からの傾き量をθとする。対物レン
ズ６６の光軸上を通って入射する主光線が光デイスク５
１上で反射し、対物レンズ６６の前側主面上に達した時
の合焦点時のずれ量ηは対物レンズ６６の前側主点と光
デイスク５１上の集光点までの距離をＦとして η＝２θＦ で与えられる。対物レンズ６６の射出瞳半径もしくは対
物レンズ６６の開口部半径をｒとすると全体としての対
物レンズ６６上でのずれの割合ρは ρ＝η／ｒ−世 幾何学的相似関係から光検出器７５上での主光線のずれ
量ξは（４６）式から ｊｒ　　　　ｊｒ　　２θＦ −ξ＝王−×ρ＝壬；ν×−）： Ｆ ＝王２θル名　　　　　　　　　　・・・叫・・（４７
）で与えられる。

次に、光ディスク５１が傾いた時の許容される焦点はけ
量δａｌｌｏｗａｎｃｅを考える。上述したように、１
δｃ、、ｌ　ｚ　２．０μｍであるから許容される焦点
はけ量とじてはδａｌｌｏｗａｎｃｅキ１．０μｍ程度
と考えられる。また、この位焦点がぼけた時の光検出器
７５上スポツトの最外周位置の変化量は）（ａ１１ｏｗ
＝２ｒδａｔｌｏｗａｎｃｅＸ（ｂ＋Δ／ｉ”）ｆｉ・
・・・・・・・・（４８） で与えられる。（４７）式と（４８）式を比べてみると
、（４７）式で与えられる光検出器７５上のスポットの
ずれ量ξは対物レンズ６６の開口が無限に広い時にずれ
る量を示している。しかし、実際には光デイスク５ノの
光反射層５４で反射し、た光は対物レンズ６６の開口制
限（入射瞳の有限な大きさによる制限）を受け、さらに
ナイフニップ１．プリズム、ミラー郷党抜出し部材端面
による遮へいをされるので光検出器７５上のスポット自
体はそれ程移動せず、スポット内の強度分布が移動する
だけである。また、（４８）式は焦点がぼけた時の光検
出器７５上のスポットの最外周位置の変化量であって、
焦点がほけた時の光検出器７５上スポット全体の移動量
を考えるには光路途中にあるナイフニップ、　ｆ　ＩＪ
ズム、ミラー郷党抜出し部材の端面の位置も考慮に入れ
なければならない。したがって、厳密には（４７）　。

（４８）式だけですべてを完全に表わすこと；・よでき
ない。しかし、おおよその傾向は検討できる。

つまり、光ディスクミノの水平状態からの傾き量θに対
し １ξ（θ、Δ］＜ｌＨａｌｌｏｗ、１ の範囲では焦点が大きくぼけることなく光学系として安
定に動作する。（４８）式においてｍ＞ｌ／ｆ”とし、
さらに傾きゃ焦点ぼけ、光検出器７５位置ずらしに対す
る方向性は無視し、θ〉ｏ。

δａ　１１ｏｗａｎｃｅ　）　ＯｒΔ〉０として計算す
ると、（４７）（４８）式より ２θＡ／ｍΩｒＪａｌｌｏｗａｎｃｅＸ（ｍ王１１／ｆ
　＊）／１１’−（４９）システム的に許容されるθの
最大値θｍａｘとしてはＤＡＤの規格では θｍａｘ＝１°＝　　　ｒａｄｉａｎ ８０ が与えられている。したがって、この値を（４９）式に
代入し、許容される光検出器７５位置ずらし量Δを計算
−すると、 θｍｉｘ　　ｒ！ｌａｌｌｏｗａｎｃｅ（−±　　ｔオ
Ｆ　　　）Δ＜、　ｒ　ｍ　ａ　ａｌｌｏｗａｎｃｅ　
／Ｆより Δ＜；ｒｍａ　ａｌｌｏｗａｎｃｅＸ（”””−ｙδａ
ｌｌｏｗａｎｃｅ／ｆ”）−’また、ｍ〉Δ／ｆ＊とし
てΔｌ＊の項を省略すると（４９）式は 以上よシ、第２の光検出器７５を合焦時に第２の光検出
器７５側に形成される集光点かられずかにずれた位置に
配置したから、光ディスク５１の光反射層５４内の信号
情報用ビットの結像・母ターンが光検出器７５上にはっ
きり現われて外乱ノイズ信号となることがない。また、
光ディスク５１にそシが生じ、基板が傾いても対物レン
ズ６６の収差による焦点ぼけが生じにくい。また、焦点
ぼけに対する検出感度が合焦点位置付近でにぶることな
く幾何光学的に求めたものとほぼ等しい感度を有する。

また、光検出器７５の位置ずれに対し比較的焦点ぼけが
生じにくくなる。また、検出系レンズとして比紋的収差
の大きなレンズを用いることができ、またそのようなレ
ンズを用いても光学的特性を著しく落とすことがない。

すなわち、合焦点時に光検出器７５上で光デイスク５ノ
の光反射層５イに対する結像ノぞターンをぼがすことに
ょン５レンズの収差やビットの影響を軽減し、しか−）
光検出器７５の位置ずれマーシンや焦点ぼけに対する検
出感度を向上させることができ、それでいて光反射層５
４上の微細な凹凸によシ発生する回折パターンの影響を
受けるまで光検出器７５をずらさないことによ多焦点ぼ
け検出をよシ安定にしかも信頼性良く行なうことができ
る。

しかも、光検出器７５の光検出部を半径÷（１Δ１，４
＋　（ｍ＋ｌΔＩ／ｆ”）−２１ａｅ＋　）の円よシも
大きな面積（但し、１δｃｌは２．０μｍ）とすること
によって、焦点はけ量が上２゜０μｍ生じても光検出器
７５上のビームスポットが光検出器２５からはみ出さな
いので焦点ぼけ検出信号が小さくなることがない。つま
り、ある程度大きく焦点がぼけても大きな焦点ぼけ検出
信号が得られ、安定に焦点はけに対する対物レンズ６６
の位置補正が行なえる。

さらに、合焦点時の結像位置から光検出器７５までの距
離Δを の範囲（但し、θｍａｘ＝　　　、δａ　１１ｏｗａｎ
ｃｅ　＝４１　μｍ）内とすることによって、多少光デ
ィスク５１に面プレ等の傾きがあっても焦点をぼかすこ
となく安定にしかも信頼性良く焦点はけ補正を行なうこ
とができる。すなわち、θｍａｘ＝１’まで光ディスク
５１に傾きがありてもδａｌｌｏｗａｎｃｅ　＝　１．
０μｍまで焦点がぼけず安定に光学ヘッド３９としての
動作を行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、情報を記憶する情
報記憶媒体に光を照射するブＣ源と、この光源から上記
情報記憶媒体に照射される光を集光する集光手段と、上
記情報記憶媒体で反射した光を再度集光する投光手段と
、この投光手段からの射出光の集光点と上記情報記憶媒
体の位置とが一致した合焦時における上記情報記憶媒体
に対する結像位置の近傍に配置された光検出器とを具備
し、合焦時に情報記憶媒体とその結像位置を結び付ける
光学系ｔ−１個のレンズと見なした時の焦点距離をｆ、
合焦時の上記情報記憶媒体に対する結像位置から光検出
器までの距離をΔ、上記集光手段の一部に用いられる対
物レンズの情報記憶媒体に近い側の主点から集光点まで
の距離をＦ、上記集光手段の一部に用いられている対物
レンズの射出瞳の半径をｒ、上記光検出器上の結像倍率
をｍ、上記集光手段によ多形成される集光点の位置から
の情報記憶媒体の許容ずれ量をδｃｅｑ苺薯吟としたと
き、光検出器の光検出部が半径 ｊ（ｌΔｌ／ｍ＋（ｍ＋ｌ帽／ｆ　）　−２１δＣ１）
の円よシも大きな面積を有するから、合焦点時に光検出
器上で情報記憶媒体に対する結像／ぐターンをぼかすこ
とによシレンズの収差やビットの影響を軽減し、しかも
光検出器の位置ずれマージンや焦点ぼけに対する検出感
度を向上させることができ、それでいて情報記憶媒体上
の微細な凹凸によシ発生する回折・ぞターンの影響を受
けるまで光検出器をずらさないことによ多焦点はけ検出
をよ多安定にしかも信頼性良く行なうことができる。

さらに、多少焦点がぼけてもビームスポットが光検出器
からはみ出さないので大きな焦点はけ検出信号が得られ
続ける等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来における焦点ぼけ検出光学系を示す説明図
、第２図（イ）、（ロ）は同じくその原理を説明するた
めの説明図、第３図は従来の異なる焦点ぼけ検出光学系
を示す説明図、第４図（イ）（ロ）は同じくその原理を
説明するだめの説明図、第５図は第３図の光検出器上の
スポットの状態を示す図、第６図（イ）（ロ）（ハ）は
ビームスポットの移動によ多焦点はけを検出する第１の
従来光学系を示す説明図、第７図（イ）←）Ｃ）は同じ
くビームスポットの移動によ多焦点ぼけを検出する第２
の従来光学系を示す説明図、第８図は同じくビームスポ
ットの移動により焦点ぼけを検出する第３の従来光学系
を示す説明図、第９図（イ）は同じくビームスポットの
移動によ多焦点ぼけを検出する第４の従来光学系を示す
説明図、第９図（＝−；は第９図（イ）の光学系におけ
る光検出器上でのビームスポットの状態を示す図、第１
０図はビームスポットの移動によ多焦点ぼけを検出する
第５の従来光学系を示す説明図、第１１図は同じくビー
ムスポットの移動によ多焦点ぼけを検出する第６の従来
光学系を示す説明図、第１２図（イ）（ロ）は光検出器
上でのビームス号？ットの状態をそれぞれ示す図、第１
３図〜第２４図は本発明の一実施例を示すもので、第１
３図は本発明に係る光学ヘッドを備えた情報記録再生装
置を示すブロック図、第１４図は焦点ずれ検出用光学系
を示す図、第１５図（イ）（ロ）（ハ）は合焦時および
非合焦時におけるレーザービームの軌跡を示す説明図、
第１６図（イ）（ロ）（ハ）に）（ホ）は光検出器上で
のビームスポットの状態を示す図、第１７図は対物レン
ズを通る光線の軌跡を解析するだめの図、第１８図は投
射レンズを通る光線の軌跡を解析するための図、第１９
図は対物レンズの焦点位置とレーザー光の集光点とがず
れている光学系を示す図、第２０図は対物レンズと投射
レンズを１つの合成レンズと見なしたときの光線の軌跡
を解析するだめの図、第２１図は対物レンズによって形
成されるビームウェストにおける光強度分布を示す図、
第２２図（イ）（ロ）は光検出器の受光面上における光
強度分布の差違を説明する図であって、第２２図０）は
遮光板を光路に挿入しない場合、第２２図（ロ）は遮光
板を光路に挿入した場合を夫々示す図、第２３図（イ）
（ロ）ｅつは合焦時および非合焦時において光検出器の
位置をずらした場合のレーザービームの軌跡を示す説明
図、第２４図は第２２図（イ）（ロ）同様に遮光板を挿
入しない場合及び遮光板を挿入した場合におけるレーザ
ービームの軌跡を示す図、第２５図〜第３０図（イ）（
ロ）は本発明の光学ヘッドの他の種々の実施例に係る光
学系を示す図である。 ５１・・・情報記憶媒体（光ディスク）、６１・・・光
源（レーザー装置）、６３・・・凸レンズ（コリメータ
ーレンズ）、６６・・・対物レンズ、７３・・・投射レ
ンズ、７５・・・第２の光検出器。 出願人代理人　　弁理士　　鈴　江　武　彦第１図 ２ 第２図 第３図 第４Ｎ 第６目 第　７　爾 第９図 ２２ １１１０　　図 ２ 第１１図 第１４　［ らム 第１５　図 第２５ｒ！ｔＪ ５４ 第２６図 ４ ５９ 第２７　＠ 第２９図 （イ） ／Ｚ （ロ） 第３０図 ←Ｄ ２ （ロ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）情報を記憶する情報記憶媒体に光を照射する光源
   と、この光源から上記情報記憶媒体に照射される光を集
   光する集光手段と、上記情報記憶媒体で反射した光を再
   度集光する投光手段と、この投光手段からの射出光の集
   光点と上記情報記憶媒体の位置とが一致した合焦時にお
   ける上記情報記憶媒体に対する結像位置の近傍に配置さ
   れた光検出器とを具備し、合焦点時に情報記憶媒体とそ
   の結像位置を結び付ける光学系を１個のレンズと見なし
   た時の焦点距離をｆ、合焦時の上記情報記憶媒体に対す
   る結像位置から光検出器までの距離をΔ、上記集光手段
   の一部に用いられる対物レンズの情報記憶媒体に近い側
   の主点から集光点までの距離をＦ、上記集光手段の情報
   記憶媒体に対する射出瞳の半径をｒ、上記光検出器上の
   結像倍率をｍ、上記集光手段によシ形成される集光点の
   位置からの情報記憶媒体の許容ずれ量をδＣとしたとき
   、上記光検出器の光検出部が、 半径−Ｌ（＋２１７ｍ　＋　（ｍ　＋ｌΔｌ／ｆ’）・
   ２１δＣ１）の円よりも大きな面積を有することを特徴
   とする光学ヘッド。
2. （２）許容ずれ容量δＣは２．０μｍとした特許請求の
   範囲第１項記載の光学ヘッド。
3. （３）合焦時の情報記憶媒体に対する結像位置から光検
   出器までの距離Δは、集光手段の一部に用いられている
   対物レンズの主点面上を通過する光の光軸からの距離ｋ
   ｙ、情報記憶媒体の傾き量θの最大値をθｍａｘ　（中
   面）、上記情報記憶媒体が傾いた時における集光手段か
   らの射出光の焦点からの情報記憶媒体の許容ずれ量をδ
   ａｌｌｏｖｒａｎｅｅとしたとき、 ｒｍδａｌｌｏｗａｎｃｅ １Δ１＜ＦｍａＸＡｎ−アδ８．１ｏヶ、□。。刀の範
   囲内にある特許請求の範囲第１項または第２項記載の？
   °３学ヘッド０
4. （４）許容ずれ量δａｌｌｏｖａｎｃｏは１．０μｍと
   した特許請求の範囲第３項記載の光学ヘッド。
5. （５）合焦時の情報記憶媒体に対する結像位置の範囲に
   ある特許請求の範囲第３項記載の光学ヘッド。
6. （６）許容ずれ量Ｊａｌｌｏｗａｎｃｅは１，０μｍと
   した特許請求の範囲第５項記載の光学ヘッド。