JPS61214141A - 光学的装置 - 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、レーザを使った光学システム、さらに詳しく
は光学的情報担持信号記録装置に適した焦点調整システ
ムに関するものである。

［従来技術及び問題点］ 光学的情報担持信号記録装置を含めて大部分の光学シス
テムでは、光ビームを予定焦点に集束させることが必要
である。光学的情報担持信号記録装置では、レーザ光ビ
ームを光学的記録部材の記録面に焦点合わせすることが
必要である。その焦点合わせの状態を検出して、光学的
システムに所定の焦点合わせさせるのに適したエラー信
号を発生する方式がいくつかある。一つの焦点検出方式
は、光経路の焦点検出器の直前に非点収差を導入するこ
とである。この種のシステムでは、焦点検出器は通常、
狭い間隔で配置された複数の光検出器を含んでいる。４
個の光検出器からなるいわゆるカドラント検出器を方形
アレイとして配列するのが普通である。非点収差は、円
筒レンズをカドラント検出器にとりつけて用いることに
より生じる。この非点収差は、焦点検出器に衝突する光
ビームの形を焦点外れ状態の方向と程度に応じて変化さ
せる。一般には、円筒レンズの非点収差軸をカドラント
検出器の軸および走査される記録トラックの接線方向長
さに対して４５度の角度に配置゛　する。下記に列挙す
る米国特許は、円筒レンズをカドラント検出器の軸に対
して４５度の角度に配置することを含めて、この種の焦
点検出システムの例である。米国特許第４２８０２１５
号、第４２９６３１６号、第４１６３１４９号、第４２
９３９４４号、第４１２３６５２号、第４２９０１３２
号、第４２７３９９８号、第４２８７４１３号。

上記のような非点収差焦点調整システムで考慮されてい
る精密操作は、断面が円形の光ビームをもくろむもので
ある。例えば、米国特許第４２８０２１５号では、気体
レーザは断面が円形の光ビームを出す。しかし、個体レ
ーザや半導体レーザは卵形の光ビームを出す傾向がある
。その上、この種の半導体レーザが出す断面が円形の光
ビームは、その縦横比が様々である。すなわち、長軸の
長さと短軸の長さの比が、レーザ毎に異なる。断面が卵
形の光ビームの光学的非対称性のために、焦点のオフセ
ット誤差が生じる。すなわち、焦点調整装置に卵形の光
ビームを使ったとき、やや焦点外れの状態が焦点があっ
たものとして示されることになる。したがって、個体レ
ーザから出る光ビームは、明らかにオフセットの問題を
避けるために、断面が円形にされている。例えば、米国
特許第４４１１５００号、第４２３５５０７号、第４２
７２６５１号、第４３３４１７３号、第４３９７５２７
号等である。卵形の光ビームを円形にしても必ずしも真
円にはならない、その結果、依然としである種のオフセ
ット誤差が生じる。多くの光学的情報担持信号記録装置
では、小さな焦点オフセット誤差は許容されるかもしれ
ないが、光学的記録装置で使用する面積記録密度が高ま
るにつれて、この種の焦点オフセット誤差は許容できな
くなってくる。その上、光ビームを円形にすれば、円形
化しない場合よりもレーザから出るエネルギを大きくす
る必要がある。すなわち、円形化技術では、円形化の際
に光ビームの周辺エネルギ・レベルを切り取るものが多
い。

また、光学システム全体で最大レーザ・エネルギを使用
できることが望ましく、そのため、かかるエネルギ・レ
ベルの切り取りは避けるべきである。

米国特許第４４６４７４１号には、焦点検出器のレスポ
ンスの非対称性を補償できるように、互いに９０度の角
度で配置された一対の非点収差レンズが示されている。

すなわち、一方向の焦点外れ状態では、焦点検出器が、
所与の程度の焦点外れ状態に対して異なる焦点エラー信
号を示すことができる。交差する非点収差レンズが対称
性を再確立する。こうして対称性が得られるのは、明ら
かに対物系の瞳の像とその２つの焦面が検出器面に関し
て対称でないためである。明らかに、この後者のシステ
ムでは、交差レンズを検出器面から精密に隔置する必要
がある。

したがって、最小個数の光学コンポーネントを使って、
様々な縦横比の卵形光ビームに適合させることによって
、光学システムのエネルギ・スループットを最大にする
ことが依然として望まれる。

この種の光学システムの構造は、光ビーム経路に沿った
精密位置決めに対して鈍感で、かつ種々の縦横比の卵形
光ビームに適合するものであることが望ましい。

［問題点を解決する手段］ 放射光ビームの使用を最大にし、かつ断面が非円形の光
ビームによって生じるオフセット誤差を減らす光学シス
テムを提供することが、本発明の１目的である。

本発明によれば、光学システムにおいて、光ビームの楕
円性によって生じるオフセット誤差を除去するために、
光学素子で処理されつつある光ビームの楕円軸に対して
４５度の角度をなす軸に沿った非点収差が光学システム
に導入される。本発明の簡単な実施例では、光学システ
ムで処理されつつある光ビームの非点収差軸に対して４
５度の角度をなす楕円軸を持つ半円筒レンズが光学シス
テムに導入される。

［実施例コ ここで図面を参照すると、光学的情報担持信号データ記
録層Ｗ１０は、光信号を光データ記録媒体又は光ディス
ク１１に記録し、また光信号を光データ記録媒体又は光
ディスク１１から再生する。

ディスク１１上での記録の形は、ピットまたはバブルを
使用したアブレーテイブ方式、能動記録層の反射率を変
化させる位相変化方式、表面磁気光学方式など感光性の
記録方式ならどんなものでもよい。光信号の記録と再生
には、既知のどの技術を使ってもよい、数字１２は、デ
ィスク型光信号記録装置のヘッド支持アームを図式的に
表したものである。この種のヘッド支持アームは、一般
に記録ディスク１１に対して半径方向に移動でき、ディ
スク１１の光学表面と向き合い、ディスクから、焦点距
離ｊ１０４１と名付けられた距離１３の所に配置されて
いる。

個体レーザまたは半導体レーザ１４は、軸１６に沿って
光学システム１２に向けて、１５で図式的に示した断面
が卵形の光ビーム１７を放射する。

放射光線の形は完全な楕円形でなくともよいが、分析お
よび本発明の実施においては、卵形１７は。

長軸１８（楕円軸とも呼ぶ）と短軸１９を持つものとす
る。後で説明する非点収差素子を卵形光ビーム１５の長
軸または短軸に対して４５度の角度で配置することによ
り、卵形の縦横比またはサイズ、すなわち長軸１８の長
さと短軸１９の長さの比がどうであれ、はぼすべての焦
点オフセット・誤差が収容されることがわかった。この
配列は、組み立て後の記録装置の精密較正を不要とし、
また、光線の断面を卵形から円形に変える必要もなくな
る。

光学システム１２は、通常のやり方で組み立てられる。

これは、対物レンズ２６に光学的に結合されたビーム分
割器２５を含んでいる。ビーム分割器２５および対物レ
ンズ２６は、レーザ１４から放出される光ビーム１５を
軸２８に沿って卵形光ビーム２９として記録ディスク１
１に送る。ビーム分割器２５と対物レンズ２６の間には
、記録ディスク１１から光学システム１２に反射される
光ビームの光学的分離を行ない５反射された光ビームを
光学軸３５に沿って送り、ディスク１１における光ビー
ム２８の焦点合わせ状態を検出するための、四分の一波
長板２７が光学的に挿入されている。軸３５に沿って進
む光ビームは、その卵形を維持する。磁気光学記録装置
（図示せず）では、光学素子の配置は、周知のように本
質的に違っている。

非点収差光学素子である半円筒レンズ３６が、軸３５に
関して対称的に配置されている。この半円筒レンズ３６
は、軸３５に沿って放射される卵形光線の長軸１８に対
して、軸３５に対して直角な平面（図示せず）で測って
、約４５度の角度をなす非点対称軸３７をもっている。

半円筒レンズ３６の近くに、軸３５に直角な平面内に配
置された４個の光検出器Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを備えた、いわ
ゆるカッドないしカドラント検出器４０である。

この４個の光検出器は、どんな形でもよい。カドラント
検出器４０は、記録ディスク上の記録トラックのトラッ
ク線４２に沿って配置された軸４１を含んでいる。この
ようにして、カドラント検出器４０は周知のようにトラ
ックの追跡にも使用できる。カドラント検出器４０は、
また短＠４３を含んでいる。軸４１と４３の交点は、軸
３５に整列されている。焦点を検出し、信号をトラック
追跡し、データを検出するために、検出回路４４がカド
ラント検出器４０に通常のやり方で電気的に結合されて
いる。もちろん、別個の検出器を使ってよい。

本発明の動作は、第２図のグラフを参照すると最もよく
理解できる。横座標５０は、対物レンズ２６の有効焦点
中心と記録ディスク１１の光記録面の間の距離りを表す
。縦座標５は、焦点誤差信号の振幅と極性を示す焦点合
わせ状態を表す。

縦座標と横座標の交点は、焦点の合った状態を表し、−
右横座標よりも上方にある点は、近すぎる焦点外れ状態
を示し、横座標よりも下方にある点は、遠すぎる焦点外
れ状態を示す。理想的な焦点誤差曲線５２は、縦座標お
よび横座標に関して対称であり、縦座標および横座標と
その交点で交わる。非点収差光学素子３６を、長軸１８
に対してしたがって短軸１９に対して４５度の角度で配
置すると、焦点誤差信号は数字４５度で示されている曲
線５２に追従する。測定によれば、レンズ３６を非点収
差軸１８に対して２５度の角度に配置すると、焦点エラ
ー信号として曲線５３が発生されることがわかった。そ
の結果、二重矢印５４で示されるオフセットとなり、誤
まった焦点状態が示される。曲線５３は、レンズ３６が
カドラント検出器４ｏの軸４１に対して４５度の角度に
配置された状態に対応するものであることに注目された
い。

同様に、測定によれば、非点収差レンズ３６を長軸１８
に対して７５度の角度に配置すると、焦点誤差信号が曲
線５５で示されることがわかった。

そのオフセット誤差は、二重矢印５６で示されるように
逆方向である。したがって、先行技術で教示されるよう
に、非点収差光学素子をカドラント検出器４０の軸４１
に対して精密に４５度の角度に配置しても、卵形光ビー
ムの長軸に対しては必ずしも４５度の角度に配置しない
が、高面積密度の光学的データ記録に必要なオフセット
誤差５４゜５６がなくならないことがわかる０本発明は
、反射式または透過式記録ディスクおよびその他の光学
ターゲットに等しく適用される。

非点収差レンズ３６を検出器４０に接着することが好ま
しく、そうすればレンズ３６の軸が長軸１８に対して４
５度の角度になるようにレンズ３６と検出器４０のユニ
ット・アセンブリを調節することができる。このサブア
センブリ法を使うと、オフセット誤差がさらに減少する
。例えば検出器４０が偶然に軸３５に対して横方向に移
動すると、オフセット誤差が導入され、すなわち２つの
軸４１と４３の交点である検出器４ｏの中心が同一直線
上にこなくなる。レンズ３６と検出器４０が一緒に移動
した場合、それから生じるオフセット誤差は減少するこ
とがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を使用した光学データ記録装置を図式
的に示したものである。 第２図は、本発明を実施することによって、第１図に示
した記録装置の焦点操作の変動をグラフの形で示したも
のである。 １０・・・・記録装置、１１・・・・光ディスク、１２
・・・・光学システム、１４・・・・レーザ、１５・・
・・光ビーム、２５・・・・ビーム分割器、２６・・・
・対物レンズ、２７・・・・１／４波長板、３６・・・
・半円筒レンズ、４０・・・・カドラント検出器、４４
・・・・検出回路。 出、願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーン
ズ・コーポレーション 代理人　　弁理士　　岡　　１）　次　　生（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　長軸を有する卵形の光ビームを生じる光源と、上記光
   ビームをさえぎる位置に配置され、上記光ビームが光つ
   た時の焦点合わせ度または焦点外れ度を示すように上記
   光ビームを変調するターゲット手段と、 上記ターゲット手段によつて変調された上記光ビームを
   受ける位置に配置され、上記ターゲット手段における焦
   点を検出する焦点検出器と、上記長軸に対して４５度の
   角度で配置された第１の非点収差軸をもち、上記焦点検
   出器と上記ターゲット手段の間に光学的に挿入された非
   点収差光学素子とを有する光学的装置。