JPS59167863A - 光デイスク用光学系 - 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】 技術分野 この発明は、ディジタル・オーディオ・ディスクやビデ
オ・ディスク等の光ディスクのフォーカス制御、特に非
点収差法を用いたフォーカス制御に使用する光学系の構
成に関するものである。

従来技術 従来より、この種の光ディスクのフォーカス制御方式と
して、非点収差法、臨界角法、ナイフェツジ法等幾つか
の方式が提案されている。−れらの方式には夫々一長一
短かあるか、現実に（］、非点収差法が最も広汎に利用
されている。

上記非点収差法を用いた従来の光デイスク用光学系を第
１図に示す。第１図において、半導体レーザー（２）か
ら発せられたレーザー光はコリメートレンズ（４）によ
って平行光束とされてキューブタイプのハーフプリズム
（６）に入射される。ハーフプリズム（６）は２つの直
角三角形プリズムを接合するとともにその接合面にハー
フミラ−か設けられｊごものである。、ハーフプリズム
（６）に入射したレーサー光束は、約５０％がハーフミ
ラ−而（６ａ）によって反射されるとともに約５０％は
それを透過する。

ハーフプリズム（６）を透過したレーザー光束は、フォ
ーカスレンズ（８）によって集束され、光ディスク（１
０）のピット面上においてスポットとなる。范ディスク
のピット面に設けられたアルミニウム反射膜によってこ
の光は反射され、フォーカスレンズ（８）に逆方向から
再入射する。

いまフォーカスレンズ（８１のトラッキングおよびフォ
ーカス制御用のサーボ機構（１２）によってフォーカス
レンズ（８）か光ディスク（１０）に対して正しい合焦
位置に制御されているとするき、上記の反射光はフォー
カスレンズ（８）を通過することによって再び平行光束
となり、ハーフプリズム（６）に入射スる。

そしてその光はハーフミラ−面（６ａ）によって約５０
：５０で反射及び透過されるので、結果として、受光素
子（１４）及び半導体レーザー（２）へそれぞれレーザ
ー（２）から発せられた光量の２５％の光が戻される。

ここでハーフミラ−面で反射された光束は凸レンズ（１
６）とシリンドリカルレンズ（１８）とを介して受光素
子（１４）に人、射される。第１図においてはシリンド
リカルレンズ（１８）を透過した紙面内の光線を実線で
示し、紙面に垂直な光線を破線で示しており第２図に示
すように４分割セルで構成する受光素子（１４）上では
、非点収差に基つくスポットとして結像される。

このスポ、７　）は、第２図にｔａｌ　、　（ｂｌ　、
　（Ｃ１で夫々示すように、フォーカスレンズ（８）の
光ディスク（１０）に対する位置に応じて変化し、ｆａ
ｌはいわゆる後ピン位置を、＋ｂ＋は合焦位置を、＋Ｃ
Ｉはいわゆる前ピン位置を夫々示している。このような
スポットの変化を検出することによって、フォーカス信
号を得ることができる。

即ち、第３図に示すように、受光素子（１４）を構成す
る４分割セルＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、縦方向に並んだ分割セ
ルＡ、Ｃと横方向に並んだ分割セルＢ。

Ｄとに組合せ、各組の出力和の差（（Ａ−１−（：）　
−（Ｂ　＋　Ｄ）　）を検出するようにすれば、後ピン
では正、合焦の場合には零、前ピンでは負の差信号が発
生し、第４図に示すような信号が得られる。

したかって、この差信号をフォーカス信号として、上記
のサーボ機構（１２）に入力するようにすれば、フォー
カスレンズ（８）のフォーカス制御が行なえるのである
。

しかしながら、従来の上述のような構成であり、キュー
ブタイプのハーフプリズム（６）を必要とするので、こ
れを製造する為には３角プリズム・８２個製作する必要
がありコスト高となる上に、又その研磨面の面数は最低
それぞれ２而及び３而で計５面必要である。そしてハー
フミラ−用の蒸着膜を蒸着し、そして両３角プリズムを
接合するという非常にチくの工程か必要となる。さらに
３角プリズムという形から高精塵なプラスチック成形が
不可能でプラスチック化が困難である。

更ｌこ、第１図図示の従来装置では非点収差発生用にシ
リンドリカルレンズ（１８）が用いられているか、シリ
ンドリカルレンズは、レンズの加工上、球面レンズのよ
うに量産に向いていないろえ、加工後の形状測定におい
ても、球面レンズの場合のニュートン測定のような間易
な測定法が未だに確立されていない。

特開昭５４−３９１０１号公報には、シリンドリカルレ
ンズの代りに、球面レンズの如き点対称光学素子を用い
たものが開示されている。しかし、像スポットに非点収
差を発生させるようにしているため、光デイスク上の結
像性能に問題を生ずる。

即ち、この種の光ディスクの結像性能としては、波面収
差てλ／４以ト−であることが要求されているか、上記
のように非点収差を発生させることは、結像性能に対し
て当然に悪影響を与えるものであり、必要な結像性能を
有効に確保することができないおそれがある。

目　　　　　的 本発明は、以上のような種々の点に鑑み−（なされたも
のであり、その目的は、従来装置（こおける光デイスク
上の結像性能を何ら悪化させることなく、構成をより簡
単にすることができ、製造も容易な光デイスク用光学系
を提供することにある１Ｊ実施例 以下、図面に基ついて本発明実施例を詳細に説明する。

第５図は本発明一実施例の光デイスク用ピックアップの
光学系を示すもので、第１図と同様のものについては同
符号を記し、それらについての説明は省略する。

本実施例においては、第１図のキューフタイブのハーフ
プリズム（６）に代わってハーフミラ−（２０）が用い
られている。このハーフミラ−■）はほぼ平行平面板で
ある基板の一面に半透過膜が形成されてハーフミラ−面
（２０ａ）とされたものであり、半導体レーザー（２）
からの発散光束はその約５０％がハーフミラ−（２０）
内部を透過することなくハーフミラ−面（２０ａ）によ
って反射されて光ディスク（１０）に向けられるよう配
置されている。この反射されたレーザー発散光束は、コ
リメートレンズ（４）によって平行光束とされた後にフ
ォーカスレンズ（８）に入射させられ、フォーカスサー
ボ機構（１２）によってフォーカスレンズ（８）がその
合焦位置に制御されていると、フォーカスレンズ（８）
を透過した光束は、光ディスク（１０）のピット面上に
スポットとなるよう集光される。

ピット面によって反射された光束は再ひフォーカスレン
ズ（８）を透過した平行光束となり、コリメートレンズ
（４）によって収束光束とされてハーフミラ−（２０）
に入射させられる。このような反射光束のうち約５０％
、すなわち、レーザー（２）から発せられた光束の約２
５％は、ｌ・−フミラー（あの７１−フミラー面（２０
ａ　）を透過し、受光素子（１４）に受光される。ここ
で、ハーフミラ−（２０）に入射する光束は平行光束で
はなく収束光束である為に、ハーフミラ−（２０）の透
過光束に対して、紙面内の光束（実線で示す）によって
形成される焦点七紙面に垂直な光束（破線で示す）によ
って形成される焦点に位置上の差ができ、いわゆる非点
収差が発生する。これは、ハーフミラ−（２０）を平行
光束中に配置すると光束の位置をずらすたけて何ら光学
的屈折力を有しないが、本実施例のように収束光束中に
配置するこさ（こよって紙面１こ平行な方向と紙面に垂
直な方向とで光束に対して傾けられたハーフミラ−（２
０）の平行平面板の光学的作用が異なるから非点収差か
発生するのである。尚、ここで、この光学的作用は光デ
ィスク（１０）によって反射されて受光素子（１４）に
向かう光束にのみ有効であり、レーザー（２）から光デ
ィスク（１０）に至るまでの光路においては非点収差は
不要であるので、レーザー（２）からの光束をその表面
で反射する如くハーフミラ−面（２０ａ）が配置されて
いる。更に、ハーフミラ−（支））によっ゛Ｃ非点収差
が発生されるので、非点収差発生用のシリンドリカルレ
ンズは不要であり、用いられていない。尚、本実施例に
おいてトラッキング制御はいわゆるプッシュプル法によ
ってなされる。

以上のように、本実施例によれば、第１図のキューブタ
イプのハーフプリズム（６）とシリンドリカルレンズ（
１８）との作用を単一のハーフミラ−（２０）によって
行うのであるから、構成は著しく簡単になる上に、ハー
フミラ−例は平行平面板の一面に半透過膜を蒸着するだ
けで良いのでキューブタイプのハーフプリズムやシリン
ドリカルレンズに比べて製造や製品検査か著しく容易で
あり、かつ、光デイスク上の結像性能も何ら悪化するこ
とかない。

第６図は他の実施例で、いわゆる３ビーム法のトラッキ
ング制御を用いるものである。半導体レーザー（２）か
らの発散光はまずビームを３つに分けるための回折格子
り）に入射し０次と±１次の回折光にそれぞれ分離され
る。そして前記実施例と同様にハーフミラ−囚）のハー
フミラ−面（２０ａ、）により反射され、コリメートレ
ンズ（４）により平行光束になり、フォーカスレンズ（
８）とサーボｆｉ　構（１２＋によりディスク（１０）
に集光され、その反射光か再ひコリメートレンズ（４）
により収束光となり、ハーフミラ−（２０＋を透過し、
球面レンズである凹レンズ（２４）を介して受光素子（
１４）に入射する。この凹レンズ（２４）の作用は受光
系の焦点距離を長くし、３ヒームの＋１次回折光の分離
の「１］を大きくするためのものである。本実施例にお
いては、ハーフミラ−（２０）により非点収差が発生さ
せられ、この非点収差か凹レンズ（２４）によって拡大
させられて非点収差法によるブオーカス信号を得ること
ができる。

第７図は第６図実施例のハーフミラ−（２０）イ・−構
成を変えたものである。第７図において、ハーフミラ−
（２６）は図示の如く断面台形状てあり、四面（２６ａ
）は全反射ミラー面であるとともに、表面（２６ｂ）は
２分割され上部（２６ｂｌ）はハーフミラ−面、下部（
２６＋）２）は全透過面である。半導体レーザー（２）
から発せられた光の約５０％はハーフミラ−α）のハー
フミラ−面（２６ｂ１）で反射されてコリメートレンズ
（４）に向けられ、その光ディスクからの反射光はコリ
メートレンズ（４）によって収束光束とされてその約５
０％がハーフミラ−而（２６１）Ｉ）を透過し、全反射
ミラー面（２６ａ）で反射された後に全透過面（２６＋
）２）を透過して受光素子（１４）に入射される。本実
施例においても、ハーフミラ−囚）内を透過することに
よって受光素子（１４）に到達するレーザー光に非点収
差を発生させることができる。更に、本実施例において
は、受光素子（１４）に到達する光路を全反射ミラー面
（２６ａ　）でレーザー（２）と平行な方向に折曲げる
ので、第６図の構成に比べて図の上下方向すなわち光デ
ィスクに垂直な方向のスペースを非常に短くすることが
できる。また、ハーフミラ−（２６）と別個の全反射ミ
ラーを用いて」１記光路を折曲げるよりも部品点数を減
少させてコストダウンをはがることかできる。

第８図は他の実施例で前記第６図実施例のコリメートレ
ンズ（４１とフォーカスレンズ（８１とを一体番こした
フォーカスレンズ（２８）を使用したものである。

次に第６図の実施例において定量的なデータを第９図を
参照しながら述べる。第９図図示のように、コリメート
レンズ（４）とハーフミラ−（２０）との軸上間隔をＴ
１．ハーフミラ−（２０）の厚みを１′２．ハーフミラ
−（２０）と球面凹レンズ（２４）との軸上間隔を１’
３　、球面凹レンズ（２Ａ）の軸上面間隔を１゛４　と
し、光軸に対するハーフミラ−（２０）の傾きをθとす
る。そして、いま、Ｔｔ＝　４　ｍｍ　、　’１’２＝
　］　ａｍ　、　ｌ’３＝　３１ｎｍ　、　Ｔ４＝　Ｌ
　ｍｍ　。

θ−４５°と径値を設定し、コリメートレンズ（４）の
焦点距離ｆをｆ−２２朋とする。ハーフミラ−（淵は平
行平面板からなる基板を有し、その基板の構成物質の波
長８ＱＱｎｍにおける屈折率ｎ’ｓ　ｏ　ｏは、ｎｇ０
０＝ｌ　、６１３９６　　である。球面凹レンズ囚）は
上記屈折率ｎ８００がｎ５ｏｏ＝ｌ　、５１０７８であ
る構成物質からなり、両面の曲率半径は共に１２．５ｉ
＋Ｉｌｙある。そして、近軸における紙面内の光束によ
るレンズバックをＬｌ、紙面に垂直な光束によるレンズ
バックをＬ２とし、凹レンズ（２４）と受光素子（１４
）との軸上間隔をＬとする。上記実施例において近軸に
おいて実線で示すように、紙面内の光束に対するレンズ
バックＬｌはＬｌ中２１ｘｍとなり、破線で示すように
紙面に垂直な面内の光束に対するレンズバックＬ２はＬ
２　＝　２３　ａｍ　トナル。

理論的にはＬ　−’　（Ｌｓ　＋１−２　）　／２を満
足するように受光素子（１４）を配置すれば良いのであ
りＬ＝”１２ｒｎｍか理論値として得られるけれども、
実際には収差等の為に理論値か最適値とはならない。

第１０図は実際の光束のスポットダイヤグラム力）ら得
られたフォーカス信号出力とフォーカス位置の関係を示
したものである。第１０図から明らかなように、Ｌ　＝
　２２．５ｍｍにおいてフォーカス信号出力かセロとな
るので、これを満足するように受光素子（１４）を配置
すれば良い。すなわち、理論値よりもＱ、５ｉｍ後方に
受光素子（１４１’ａｒ配置すれば良いのである。

次にハーフミラ−（２０）の半透過膜の膜構成の実施例
とその特性を第１１図と第１２図に示す。このハーフミ
ラ−の特性として、Ｓ偏光成分、１）偏光成分それぞれ
の反射率Ｒｓ　、　Ｒｐ及び透過率Ｔｓ、１’Ｐを共に
５０％に近くすること即ち吸収をほとんどなくすること
、発散光束中であるので入射角のあル範囲（この場合４
５°±１０°）においてその特性力Ｓ一様であること、
及び空気と接するので耐候性力≦良いことか必要である
。

本実施例におけるハーフミラ−＋２０）は、波長８００
ｎｍにおける屈折率ｎ８００かｎ８ｏｏ　＝’　１．６
１２９３のガラスからなる平行平面基板（１３）の−面
」二に半透過膜を真空蒸着したものであり、半透過膜は
、空気側から基板側・＼屈折率２．０５の酸化チタンと
酸化ジルコニウムから成る混合膜層からなり膜厚λ０／
４（λ０＝１３　Ｑ　Ｑ　ｎｍ　）の第１層Ｆ、１．ｌ
　、Ａｕからなる第２層旺及び屈折率２．０５の酸化チ
タンと酸化ジルコニウムから成る混合膜層からなり膜厚
λ０／４の第３層（ＩＩＩＩの３層構成である。第２層
ｆｉｌ＋の膜厚は所望の反射率及び透過率に応じて定め
られる。

上記ハーフミラ−の入射角４５°に対する反射率及び透
過率特性を第１２図に示す。第１２図において、横軸は
入射角を示し縦軸は反射率もしくは透過率を示す。本実
施例の場合、Ｐ偏光成分の方が反射率も透過率も入射角
にかかわらす安定しているので、半導体レーザー（２）
をＰ偏光波か用いられるよう配置した方か良い。。

以上の説明では、プレートタイプのハーフミラ−という
表現を用いているか、１１−フミラー面は収差の関係で
ほぼ平面である必要があるけれども、もう−万の面は非
点収差発生との関係である程度曲率をもつものや両面が
平行でなくくさびになるものも適用可能であり、これを
含めてプレートタイプと呼ぶ。又、」−記実施例では、
全てレーザー光軸に対してハーフミラ−面が４５°傾い
て配置されているが、これは配置及びハーフミラ−の特
性が許すかぎり何度でも可能であることは明らかである
。

尚、上記カラス基板（Ｂｌ　ニ代えてｎ８００＝１．４
８３６のアクリル基板を使用してもほぼ同程度の特性が
得られる。

効　　　果 以上のように、本発明は従来装置のキューブタイプのハ
ーフプリズムとシリンドリカルレンズとに代えて、レー
ザー光源からの光束をその表面にて反射するように配置
されたプレートタイプのｌ・−フミラーを用い、光ディ
スクからの反射光束が該ハーフミラ−内に入ることによ
って非点収差か発生させられるように該ハーフミラ−を
配、Ｖ′することによって、構成を著しく簡単にするこ
とかでき、また、プレートタイプの／１−フミラーは基
板の両面を研磨してその一面に光半透過膜を蒸着すれば
良いたけてあり、２つの直角三角形プリズムのレーザー
光源から発せられて光半透過膜を透過した光か射出する
一面を除く計５面を研磨し一方のプリズムの接合面に光
半透過膜を蒸着して接合面どうしを接合することを要す
る従来のキューブタイプのハーフプリズムのみと比べて
も著しく製造を容易とすることができるし、型番こ、加
工後の形状測定という製品検査が困難なシリンドリカル
レンズを用いないので製品検査も容易であり、かつ、レ
ーザー光源から発せられた光束はハーフミラ−内部を透
過することなく反射されて光ディスクに向けられるので
光デイスク上のスポットに非点収差が発生することもな
く光デイスク上の結像性能を何ら悪化させることがない
という効Ｊ７．奏する。

更に、本発明に係るプレートタイプのハーフミラーは、
その形状か三角柱ブリスムに比へ簡単であるのでプラス
チック一体成型によってアクリルなどのプラスチックか
らなる基板を製造しこれの一面に光半透過膜を蒸着すれ
ば良く、プラスチック化が容易である。

更に、実施態様のように、プレートタイプのノλ−フミ
ラーの光半透過膜が形成された面と対向する面を全反射
面として、光ディスクからの反射光束がこの全反射面で
反射されて受光素子に導かれるように構成すれば、光デ
イスク用ピックアップにおけるフォーカス制御用光学系
の光ディスクに垂直な方向の大きさを小さくしてコンパ
クトにすることができる。

更に、実施態様のように、ハーフミラ−から受光素子に
至る光路内に球面凹レンズを配置することによって、受
光素子にレーサー光束を導く受光光学系の焦点距離を長
くすることかできる」−に、ハーフミラ−によって発生
させられた非点収差を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光デイスク用光学系を示す図、５＄２図
ｉａｌ　Ｆｂｌ　ｆｃｌはそれぞれ受光素子上の藺ピノ
状態、。 合焦状態、後ピン状態におけるレーザー光２ポットの形
状を示す図、第３図はそのフォーカス信号を得る為の回
路を示す図、第４図はそのフォーカス位置とフォーカス
信号出力との関係を示すグラフ、第５図は本発明一実施
例の光デイスク用光学系を示す図、第６図は他の実施例
を示す図、第７図は更に別の実施例の要部を示す図、物
も８図は更に別の実施例を示す図、第９図は第６図実施
（ｆｉｊの要部拡大図、第１０図はそのレンスバックと
フォーカス信号出力との関係を示すグラフ、第１１図は
そのハーフミラ−の拡大図、第１２図は核ハーフミラ−
の特性を示すグラフである。 （２）、レーザー光源、ｆｔｏ）；光ディスク、（１４
１；受光素子、　　（２ＯＮ２１１＋］　ｉプレートタ
イプのハーフミラ−、（２０ａ）（２６１））　；その
表面。 出願人　　ミノルタカメラ株式会社 第１図　　　第２図 第３図 第５図　　　第６図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１？図 ３５°　　　和°４５°　　　茄°５５゜３２９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　レーザー光源から発せられたレーザー光束を光半
   透過手段を介して光デイスク上に集光させ、その光ディ
   スクからの反射光束を該光半透過手段を介して受光素子
   に導く光デイスク用光学系において、 上記光半透過手段はレーザー光源に対向する側の而に光
   半透過膜が形成され、かつ非点収差を発生させる為の厚
   みを有するとともに、平行光束以外の位置に配置された
   プレートタイプのハーフミラ−からなり、レーザー光源
   から発せられた光は該光半透過膜によって反射されて光
   ディスクに韓かれるとともに、光ディスクからの反射光
   は該光半透過膜を透過してハーフミラ−賦板内を通るこ
   とによって非点収差か発生させられて受光素子に導かれ
   るように構成されていることを特徴とする光デイスク用
   光学系。 ２、　上記光デイスク用光学系は、更に、レーザー光源
   から発せられハーフミラ−によって反射された発散光束
   を平行光束にコリメートするコリメートレンズと、該平
   行光束を光デイスク上のスポットに結像させるべく位置
   制御されるフォーカスレンズとを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光デイスク用光学系。 ３、　上記プレートタイプのハーフミラ−は、レーザー
   光源の光軸に対して傾けて配置された透明な平行平面板
   のレーザー光源に対向する面に光半透過膜か形成された
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の光デイスク用光学系。 ４、」１記プレートタイプのハーフミラ−ｊ＋、レーザ
   ー光源の光軸に対して傾けて配置された透明な平行平面
   板のレーザー光源に対向する而にし、−ザー光源からの
   入射光束の一部を反射するとともに光ディスクからの反
   射光束の一部を透過する光半透過膜と、受光素子に面す
   る光全透過部とか形成されているとともに、その対向面
   は全反射ミラー１ｎ］とされたものであり、光ディスク
   からの反射光束は上記光半透過部を透過した後に該全反
   射ミラー面によって反射され、上記光全透過部を透過し
   て受光素子に導かれるように構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲＄１項又は第２項記載の光デイス
   ク用光学系。 ５、　プレートクイブのｌ＼−フミラーから受光素子に
   至る光路内に球面凹レンズが配置されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
   に記載の光デイスク用光学系。