JPS6132235A - 光学的情報処理装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、集束光を用い情報記憶媒体から少なくとも情
報を読取ることが可能な装置であり、例えば、ＤＡＤ用
のＣＤ（コンパクトディスク）やビデオディスクのよう
な再生専用の情報記憶媒体や、画像ファイル・静止画フ
ァイル・ＣＯＭ　（コンビュウターアウトプットメモリ
ー）等に用いられ、集束光により記録層に対し穴を開け
る等の状態変化を起こさせて情報の記録を行ない、また
、そこから再生することができる情報記憶媒体、さらに
消去可能な情報記憶媒体に対し、少なくとも再生または
記録を行なうときに用いられる光学ヘッド、その光学ヘ
ッドを搭載した光学的情報再生装置、もしくは光学的情
報記録・再生装置等の光学的情報処理装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

上記種の装置においては、情報記憶媒体から情報を読取
ったり、あるいは情報記憶媒体に新たに情報を書き加え
るとき、常に集束光の集光点が情報記憶媒体の記録層も
しくは光反射層の位置と一致していなければならない。

そのため、その装置内には自動焦点ぼけ検出機能および
その補正機能を有している。

ところで、光学ヘッド自体で検出する焦点ぼけ検出方式
として合焦点時情報記憶媒体の記録層もしくは光反射層
に対する結像位置あるいはその近傍に光検出器を置き、
焦点がぼけることによりスポットの中央が光検出器上で
移動する方法が何種類か存在している。この方法の場合
、合焦点時の光検出器上のスポットサイズが非常に小さ
いので、わずかな光軸ずれが生じても光検出器上でスポ
ットが移動してしまい、あたかも焦点がぼけたものと誤
検出してしまう。そのため、これらの方法を焦点ぼけ検
出に用いた光学ヘッドは外部環境の変化（温度変化、湿
度変化、機械的な振動や衝撃等）により光軸がずれ焦点
がぼけ易い欠点を有する。

特に、温度変化に対しては敏感に影響を受は易い。

〔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、温度変化に対して光軸がずれ難（、
安定して焦点ぼけ検出を行なうことができるようにした
光学的情報処理装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、ベース部材とプ
リズムとを熱膨張率の略等しい材質で構成としたことを
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１図〜第４図を参照しなが
ら説明する。第２図は本発明に係る光学的情報処理装置
としての情報記録再生装置を示すもので、この図中１は
光ディスク（情報記憶媒体）である。この光ディスク１
は、一対の円板状透明プレート２，３を内外スペーサ４
．５を介して貼り合せて形成され、その透明プレート２
，３のそれぞれの内面上には情報記録層としての光反射
層６．７が蒸着によって形成されている。この光反射層
６．７のそれぞれには、ヘリカルにトラッキングガイド
８（第３図参照）が形成され、このトラッキングガイド
８上にピットの形で情報が記録される。また、光ディス
ク１の中心には孔が穿けられ、ターンテーブル９上に光
ディスク１が載置された際に、このターンテーブル９の
センタースピンドル１０が光ディスク１の孔に挿入され
、ターンテーブル９と光ディスク１の回転中心が一致さ
れる。ターンテーブル９のセンタースピンドル１０には
、さらにチャック装置１１が装着され、このチャック装
置１１によって光ディスク１がターンテーブル９上に固
定される。ターンテーブル９は、回転可能に支持台（図
示しない）によって支持され、駆動モータ１２によって
一定速度で回転される。

また、１３はリニアアクチュエータ１４あるいは回転ア
ームによって光ディスク１の半径方向に移動可能に設け
られた光学ヘッドであり、この光学ヘッド１３内にはレ
ーザービームＬを発生する半導体レーザー（光源）１５
が設けられている。

そして、情報を光ディスク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Ｌが半導体レーザー１５から発生され、情報を
光ディスク１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Ｌが半導体レーザー１５から発生され
る。半導体レーザー１５から発生された発散性のレーザ
ービームＬは、コリメーターレンズ１６によって平行光
束に変換され、偏向ビームスプリッタ（プリズム）１７
に向けられる。偏向ビームスプリッタ１７を通過した平
行レーザービームＬは、１／４波長板１８を通過して対
物レンズ１９に入射され、この対物レンズ１９によって
光ディスク１の光反射層７に向けて集束される。対物レ
ンズ１９は、ボイスコイル２０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１９が所定位置に位置
されると、この対物レンズ１９から発せられた集束性レ
ーザービームＬのビームウェストが光反射層７の表面上
に投射され、最小ビームスポットが光反射層７の表面上
に形成される。この状態において、対物レンズ１９は合
焦点状態に保たれ、情報の書き込みおよび読み出しが可
能となる。そして、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Ｌによって光反射層７上のトラッ
キングガイド８にピットが形成され、情報を読み出す際
には、一定の光強度を有するレーザービームＬが、トラ
ッキングガイド８に形成されたピットによって光強度変
調されて反射される。

光ディスク１の光反射層７から反射された発散性のレー
ザービームＬは、合焦点時には対物レンズ１９によって
平行光束に変換され、再び１／４波長板１８を通過して
偏向ビームスプリッタ１７に戻される。レーザービーム
Ｌが１／４波長板１８を往復することによってレーザー
ビームＬは、偏向ビームスプリッタ１７を通過した際に
比べて偏波面が９０度回転し、この９０度だけ偏波面が
回転したレーザービームＬは、偏向ビームスプリッタ１
７を通過せず、この偏向ビームスプリッタ１７で反射さ
れることとなる。偏向ビームスプリッタ１７で反射した
レーザービームＬはハーフミラ−２１によって２系統に
分けられ、その一方は、凸レンズ２２によって第１の光
検出器２３に照射される。この第１の光検出器２３で検
出された第１の信号は、光ディスク１に記録された情報
を含み、信号処理装置２４に送られてデジタルデータに
変換される。ハーフミラ−２１によって分けられた他方
のレーザービームＬは、遮光板（光扱出部材）２５によ
って光軸３１から離間した領域を通過する成分のみが取
出され、投射レンズ２６を通過した後筒２の光検出器２
７に入射される。第２の光検出器２７で検出された信号
は、フォーカス信号発生器２８で処理され、このフォー
カス信号がボイスコイル駆動回路２９に与えられる。ボ
イスコイル駆動回路２９は、フォーカス信号に応じてボ
イスコイル２０を駆動し、対物レンズ１９を合焦点状態
に維持する。

次に、第２図に示した合焦点を検出するための光学系は
、単純化して示すと、第３図のようになり、合焦点検出
に関するレーザービームＬの軌跡は、第４図（イ）　（
ロ）（ハ）に示すように描かれる。対物レンズ１９が合
焦点状態にある際には、光反射層７上にビームウェスト
が投射され、最小ビームスポット、すなわちビームウェ
ストスポット３０が光反射層７上に形成される。通常、
半導体レーザー１５から対物レンズ１９に入射されるレ
ーザービームＬは平行光束であるから、ビームウェスト
は対物レンズ１９の焦点上に形成される。

しかしながら、対物レンズ１９に半導体レーザー１５か
ら入射されるレーザービームＬがわずかに発散域あるい
は収束している場合には、ビームラエストは対物レンズ
１９の焦点近傍に形成される。

ここで、光検出器２７の受光面は合焦点状態においてそ
のビームウェストスポット３０の結像面に配置されてい
る（なお、結像面近傍に配置してもよい。）。したがっ
て、合焦点時には、ビームウェストスポット３０の像が
光検出器２７の受光面の中心に形成される。

すなわち、第４図（イ）に示すように、ビームウェスト
スポット３０が光反射層７上に形成され、この光反射層
７で反射されたレーザービームＬは対物レンズ１９によ
って平行光束に変換されて遮光板２５に向けられる。遮
光板２５によって光軸３１から離間した領域を通る光成
分のみが取出され、投射レンズ２６によって収束され、
光検出器２６上で最小に絞られ、ビームウェスト像がそ
の上に形成される。次に、対物レンズ１９が光反射層７
に向けて近接すると、ビームウェストは、第４図（ロ）
に示すように、レーザービームＬが光反射層７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１
９と光反射層７との間に生ずる。このような非合焦点時
においては、ビームウェストは、通常、対物レンズ１９
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７
で反射され、対物レンズ１９から射出されるレーザービ
ームＬは対物レンズ１９によって発散性のレーザービー
ムＬに変換される。遮光板２５を通過したレーザービー
ムＬ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Ｌ成分が投射レンズ２６によって集束されても光
検出器２７の受光面上で最小に絞られず、光検出器２７
よりも遠い点に向かって集束されることとなる。したが
って、光検出器２７の受光面の中心から図中上方に向か
ってレーザービームＬ成分は投射され、その受光面上に
はビームスポット像よりも大きなパターンが形成される
。さらに、第４図（ハ）に示すように、対物レンズ１９
が光反射層７から離間された場合には、レーザービーム
Ｌは、ビームウェストを形成した後、光反射層７で反射
される。

このような非合焦点時には、対物レンズ１９の焦点距離
外であって対物レンズ１９と光反射層７との間に形成さ
れることから、対物レンズ１９から遮光板２５に向かう
反射レーザービームＬは集束性を有することとなる。し
たがって、遮光板２５を通過したレーザービームＬ成分
は投射レンズ２６によってさらに収束され、収束点を形
成した後、光検出器２７の受光面上に投射される。その
結果、光検出器２７の受光面上にはビームウェストスポ
ット３０の像よりも大きなパターンが中心から図中下方
に形成される。

次に、上記光学ヘッド１３の各部品の支持構造を第１図
にもとづいて説明すると、コリメーターレンズ１６およ
び凸レンズ２２はそれぞれコリメーターレンズ支持部材
３２、凸レンズ支持部材３３内に収納され固定されてい
る。また、半導体レーザー１５、第１の光検出器２３、
および第２の光検出器２７はそれぞれ半導体レーザー支
持部材３４、第１の光検出器支持部材３５、第２の光検
出器支持部材３６内に入っている。また、半導体レーザ
ー１５とコリメーターレンズ１６は１つにまとまり、レ
ーザー・コリメート系固定部材３７の中で一体化されて
いる。また、対物レンズ１９はボイスコイル２０ととも
に対物レンズ駆動系フレーム３８の中に入っている。さ
らに、第１の光検出器支持部材３５は第１の光検出器固
定部材３９によって固定されている。また、投射レンズ
２６は投射レンズ固定支持部材４０によって固定支持さ
れている。すなわち、投射レンズ固定支持部材４０は投
射レンズ支持部材４１と投射レンズ固定部材４２とから
なり、投射レンズ２６は投射レンズ支持部材４１内に収
容され固定され、この投射レンズ支持部材４１は第２の
光検出器支持部材３６とともに投射レンズ固定部材４２
によって固定されている。

また、４３はベース部材であり、これは中空な箱形状を
呈しており、略均−な厚みを有する底板部４４と、この
底板部４４上に略垂直に立設された側壁４５とから構成
されている。そして、上記レーザーコリメート系固定部
材３７、対物レンズ駆動系フレーム３８、第１の光検出
器固定部材３９、および投射レンズ固定支持部材４０の
投射レンズ固定部材４２はこのベース部材４３の側壁４
５の側面に直接接合されねじ止めあるいは接着により固
定されている。また、遮光板２５および凸レンズ支持部
材３３はベース部材４３の底板部４０に直接接合され固
定されている。さらに、偏向ビームスプリッタ１７およ
びハーフプリズム２１はベース部材４３の底板部４４に
直接接着され固定されている。さらに、１／４波長板１
８は１／４波長板支持部材４６を介してベース部材４３
の側壁４５に固定されている。

このような支持構造において、ベース部材４３と、偏向
ビームスプリッタ１７とは熱膨張率の略等しい材質で構
成されている。そして、ベース部材は、少なくとも一部
が鉄を含む金属、または、鋳鉄もしくはステンレスを含
む材質であって、熱膨張率として線膨張率が１℃当り（
９±９）×１０″Ｇの範囲内に存在している材質で構成
されている。この場合、線膨張率が１℃当り（９±７）
×１０−−６の範囲内に存在している材質で構成した方
が好ましい。

以上の構成によれば、ベース部材４３と偏向ビームスプ
リッタ１７とを熱膨張率の略等しい材質で構成したため
、温度変化が生じてもベース部材４３に対し偏向ビーム
スプリッタ１７がずれその光軸３１がずれるという現象
が生じ難い。したがって、温度変化に対してずれが起こ
ることなく安定に焦点ぼけ補正を行ない続けることがで
きる。

すなわち、ベース部材４３としてアルミニウム材を用い
、情報記録再生装置としての温度特性を調べたところ、
高温・低温での焦点ずれが生じた。

これは、偏向ビームスプリッタ１７の材料であるガラス
の熱に対する線膨張率が１℃当り８〜１０×１０″Ｇで
あるのに対してアルミニウム材のそれが１℃当り２３Ｘ
１０−’であることから、１℃当り１５Ｘ１０″６の熱
歪みが生じ、この熱歪みにより偏向ビームスプリッタ１
７が傾き、合焦点時光検出器上の光スポットの位置がず
れたためである。

そこで、種々の実験により、線膨張率の違いによる熱歪
みが１℃当り９Ｘ１０−’以内であれば装置として機能
上支障がないことを確認した。このため、ベース部材４
３に線膨張率が１℃当り１．８×１０１であるアンバー
材を用いたところ、温度特性として良好な結果が得られ
た。すなわち、偏向ビームスプリッタ１７が固定されて
いるベース部材４３の材質が熱膨張率として線膨張率が
１℃当り（９±９）Ｘ１０″６の範囲内に存在すれば良
いことを種々の実験により確認した。さらに、装置とし
ての温度特性をより安定にするにはベース部材４３の材
質が線膨張率が１℃当り（９±７）Ｘ１０″６の範囲内
に存在するようのものを選択すれば良いことも同様に判
明した。この範囲内に入るベース部材４３の材質として
熱に対する線膨張率が１℃当り１０〜１６Ｘ１０−−６
のステンレス鋼や、１℃当り１１〜１５Ｘ１０唱の鋳鉄
、１℃当り８〜１０Ｘ１０−６のガラス、１℃当り１４
〜１５Ｘ１０−６の金、１℃当り７〜１１Ｘ１０−６の
クロム、１℃当り４．５〜７Ｘ１０”のタングステン、
１℃当り６．６Ｘ１０”のタンタル、１℃当り１２．８
〜１８Ｘ１０″Ｇのニッケル、１℃当り８．０〜１０．
２ｘ１０Ｇの白金、１℃当り１５〜１７Ｘ１０−６のコ
ンスタンタン、１℃当り１１〜１４Ｘ１０４のステライ
ト、１℃当り１１×１０″６の炭素鋼、１℃当り１３Ｘ
１０−６以下のニッケル鋼等が存在している。また、線
膨張率が１℃当り（９±７）Ｘ１０″Ｇの範囲かられず
かにはずれるが、線膨張率が１℃当り１６〜２０Ｘ１０
−６の銅や１℃当り１８〜１９Ｘ１０−−６の黄銅を用
いても装置として一応機能上支障ないことを確認した。

なお、これらの材質の中で、安価で、加工性に優れ、入
手容易なものとして、特に、線膨張率が１℃当り１０〜
１２ｘ１０−ｓの範囲に入る一部のステンレス鋼や鋳鉄
、およびデンスバー（鋳鉄の一部で商品名）が最適であ
る。これらはいずれも鉄を含む金属であり、取扱いが容
易である。これらの材料をベース部材４３に用いて温度
試験を行なったところ、−６０℃〜＋６０℃の範囲でほ
とんど光軸ずれを生じることなく安定に動作した。

なお、上記実施例では、投射レンズ固定支持部材４０を
投射レンズ支持部材４１と投射レンズ固定部材４２とか
ら構成し、投射レンズ固定部材４２をベース部材４３の
側壁４５の側面に直接接合し固定する構成としたが、こ
れに限定されることはなく、投射レンズ固定部材４２を
用いないで、凸レンズ２２のように、投射レンズ支持部
材４１を直接ベース部材４３に接合固定する構造として
もよく、この場合、ベース部材４３と投射レンズ支持部
材４１とを熱膨張率が略等しい構成とすればよい。

また、投射レンズ２６の単体をベース部材４３の側壁４
５に直接接着固定してもよい。

また、上記実施例では、同一のベース部材４３に、レー
ザー・コリメート系固定部材３７や対物レンズ駆動系フ
レーム３８、偏向ビームスプリッタ１７等を固定したが
、偏向ビームスプリッタ１７等を第１のベース部材に直
接接着固定し、レーザー・コリメート系固定部材３７等
を第２のベース部材に接合固定し、これら第１と第２の
ベース部材を連結した構造としてもよい。

また、半導体レーザー１５と第１および第２の光検出器
２３．２７との間で光学的なアイソレーション作用を行
なわせようとする場合、上記実施例では、プリズムとし
て偏向ビームスプリッタ１７を用いたので、これにとも
なって１／４波長板１８が必要となったが、プリズムと
してハーフプリズムを用いれば１／４波長板１８は不要
となる。

さらに、合焦点時を検出する光学系としては、上記実施
例のものの他に、第５図〜第８図に示すものがあり、本
発明はこのような光学系にも適用でき、また、これら以
外に、光ディスク１の光反射層７に対する結像位置ある
いはその近傍に光検出器２７を配置し、焦点がぼけたと
きスポットの中央が光検出器２７上で移動するようにし
て焦点ぼけ検出を行なうあらゆる光学系に対して適用す
ることができる。なお、第５図に示す光学系においては
、レーザービームＬが対物レンズ１９の光軸３１に対し
て斜め方向から入射されて光反射層１７に照射されてい
る。この場合においても、対物レンズ１９から投射レン
ズ２６に破線で示すように集束性のレーザービームＬが
照射され、光反射層１７が近付くと、対物レンズ１９か
ら投射レンズ２６に一点鎖線で示すように発散性のレー
ザービームＬが照射されることとなる。したがって、投
射レンズ２６から光検出器２７に向うレーザービームＬ
は焦点ぼけの程度に応じて偏向され、光検出器２７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
にその投射位置が偏位されることとなる。第６図に示す
光学系においては、投射レンズ２６と光検出器２７との
間にパイプリズム４７が設けられている。したがって、
レーザービームＬは、合焦点時には実線で示す軌跡を描
き、非合焦点時にはパイプリズム４７によって偏向され
る。第７図に示す光学系においては、対物レンズ１９お
よび投射レンズ２６で定まるビームウェストの結像点に
ミラー４８が設けられ、そのミラー４８上の像を光検出
器２７上に結像するレンズ４９がミラー４８と光検出器
２７との間に設けられている。そして、合焦点時にはミ
ラー４８上に向ってレーザービームＬが実線で示すよう
に集束されるのに対し、非合焦点時には破線または一点
鎖線で示す集束性または発散性のレーザービームＬが投
射レンズ２６によって集束されることになり、結果とし
てレーザービームＬがミラー４８によって偏向されるこ
とになる。さらに、第８図に示す光学系においては、光
軸３１から離間した領域を通り光軸３１に平行にレーザ
ービームＬが対物レンズ１９に照射されている。この場
合においても、対物レンズ１９と光反射層１７との間の
距離に依存して投射レンズ２６から光検出器２７に向う
レーザービームＬは偏向されることになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、集束光を用い情報
記憶媒体から少なくとも情報を読取ることが可能な光学
的情報処理装置であって、光源と、この光源から発せら
れた光を上記情報記憶媒体上に集光するための対物レン
ズと、この対物レンズと上記光源との間の光路上に配置
されるプリズムと、少なくとも上記対物レンズの焦点ぼ
けを検出する検出系と、これら各部品が固定支持される
ベース部材とを具備し、上記ベース部材と上記プリズム
とは略等しい熱膨張率を有する構成としたから、温度変
化に対して光軸がずれ難く、安定して焦点ぼけ検出を行
なうことができる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は光学ヘッドの各部品の支持構造を示す断面図、第２
図は情報記録再生装置を概略的に示すブロック図、第３
図は焦点ぼけ検出用光学系を示す斜視図、第４図（イ）
（ロ）（ハ）は同光学系の合焦点時および非合焦点時に
おけるレーザービームの軌跡を示す説明図、第５図〜第
８図は他の焦点ぼけ検出用光学系を示す図である。 １・・・情報記憶媒体（光ディスク）、１５・・・光源
（半導体レーザー）、１７・・・プリズム（偏向ビーム
スプリッタ）、１９・・・対物レンズ、２６・・・投射
レンズ、２７・・・第２の光検出器、４３・・・ベース
部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　集束光を用い情報記憶媒体から少なくとも情報を読
   取ることが可能なものであつて、光源と、この光源から
   発せられた光を上記情報記憶媒体上に集光するための対
   物レンズと、この対物レンズと上記光源との間の光路上
   に配置されるプリズムと、少なくとも上記対物レンズの
   焦点ぼけを検出する検出系と、これら各部品が固定支持
   されるベース部材とを具備し、上記ベース部材と上記プ
   リズムとは略等しい熱膨張率を有する構成としたことを
   特徴とする光学的情報処理装置。 ２　ベース部材の材質は、熱膨張率として線膨張率が１
   ℃当り（９±９）×１０＾−＾６の範囲内に存在してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学的
   情報処理装置。 ３　ベース部材の材質は、熱膨張率として線膨張率が１
   ℃当り（９±７）×１０＾−＾６の範囲内に存在してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の光学的情報処理装置。 ４　プリズムは偏向ビームスプリッタであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光学的情報処理装置
   。 ５　ベース部材は少なくとも一部が鉄を含む金属で構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の光学的情報処理装置。 ６　ベース部材は少なくとも一部が鋳鉄もしくはステン
   レスを含む材質で構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の光学的情報処理装置。