JPS63247920A - 光学的情報読取り装置 - 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〕 本発明は光学的情報読取り装置に関するものである。

〔従来技術〕

近年、ビデオディスクの再生装置を始めとして種々の光
学的情報読取り装置が実用化され、多量の情報を小型の
ディスク、カード等の情報記録媒体に長期間、安定に保
存できる装置として、映像、音楽の記録再生はもちろん
のこと、コンピュータの周辺機器等としても目覚ましい
勢いで普及してきている。

斯かる光学的情報読取り装置は、一般に光源と、該光源
から発した光をディスク等の情報記録媒体上に集束する
対物レンズと、情報記録媒体で反射され、あるいは情報
記録媒体を透過した光を受光する光検出器とを備えてい
る。そして、情報記録媒体上に記録された情報により対
物レンズで集束された光が変調され、光検出器に入射す
る光量が変動することを利用して情報を読取るようにな
っている。即ち、例えばビデオディスクでは、ピットと
呼ばれる微小な位相溝が互いに微小間隔を隔てたスパイ
ラル状あるいは同心円状の列（トラック）を成すように
配列されることにより情報が記録されている。このディ
スク上に光が集束されると、ピットのない所では光のそ
のまま反射または透過するのに対し、ビットのある所で
はビットによる回折のため光は四方六方に拡散してしま
う、その結果、ビットがない場合には多量の光が検出器
に入射するのに対し、ビットがある場合には検出器に入
射する光量が大幅に減少するので、検出器への入射光量
の大小によりビットの存在を検出することが（即ち、記
録された情報を読取ることが）できる訳である。

ところで、この種の装置において更に情報の記録再生の
密度を高くするためには、互いに隣接するトラック相互
の間隔を狭くすれば良いが、こうすると再生装置におけ
るディスク上への光の集束度を向上させる必要が生ずる
。この要求に応えるには、対物レンズのＮＡ（開口数）
を太き（することが有効であるため、その方向で対物レ
ンズを改良する努力がなされている。

〔発明が解決すべき問題点〕

しかしなから、対物レンズのＮＡを大きくすることは対
物レンズの設計を難しくするばかりでなく、作動距離が
短くなるため対物レンズと情報記録媒体が衝突する危険
が増したり、焦点深度が浅くなるため情報記録媒体上へ
非常に高精度でピント合わせを行なわないと光の集束度
が下がってしまう、等の種々の技術的問題点を伴うもの
である。

本発明は対物レンズのＮＡを大きくするという従来公知
の方法とは全く異なる技術手段を採用することにより、
上記の如き問題点を伴うことなく、非常に高密度に記録
された情報を読取ることのできる光学的情報読取り装置
を実現したものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光学的情報読取り装置は、読取りビームを発生
する光源と、該読取りビームのうち瞳面の光軸から外れ
た輪帯状領域を通る部分のみを情報記録媒体上に集光さ
せる対物レンズと、前記情報記録媒体上に記録された情
報により変調された読取りビームを受ける検出器とを備
えている。また、本発明の光学的情報読取り装置は、前
記変調された読取りビームのうち瞳面の光軸から外れた
輪帯状領域を通る部分のみを前記検出器に集光する集光
レンズを備えている。

このように、本発明は輪帯状光束を情報記録媒体に照射
し、また、情報記録媒体での反射、透過光のうち輪帯状
部分のみを検出器に導くように構成したことにより、情
報記録密度を富めるようにしたものである。

〔実施例〕

第１図は本発明を所謂反射型ビデオディスクの読取り装
置に応用した例の光学系部分を模式的に示した図である
。

図において、１は読取りビームを発生するレーザー光源
、２は読取りビームを物体面３上に集光する集光レンズ
、４は半透過ビームスプリンタ、５は対物レンズ、６は
対物レンズ５に関して物体面３と共役に配置された多数
のビット７を形成したディスク面（像面）、８は物体面
３と光学的に等価な位置に配置された検出器である。こ
こで、対物レンズ５は第２図に示すように瞳面の光軸を
含む中央部分を遮蔽する遮蔽板５ａを備えている。した
がって、レーザー光源１を発した読取りビームは集光レ
ンズ２により物体面３上に一旦集光された後、ビームス
プリッタ４を介して対物レンズ５の瞳面の輪帯状の開口
部分を通った成分のみがディスク面６上に集光されるこ
とになる。そして、ディスク面６で反射された読取りビ
ームは再び対物レンズ５に戻り、その輪帯状の開口部分
を通った成分のみが検出器８に入射せしめられる。

斯かる光学系において、検出器８より得られる検出電気
信号１（ｔ）について検討する。第３図に示すように、
物体面、対物レンズの瞳面およびディスク面に夫々座標
系（ｕ＋ｖ）＋（ｘｌｙ）および（ｕ′１ゾ）をとり、
（ｕ、ｖ）＋（ｕ’＋”／）が夫々回折単位で表わされ
た無次元座標、（Ｘ、）Ｉ）が瞳半径を１に規格化した
無次元座標であるとする。対物レンズの瞳関数をｐ　（
ｘ、ｙ）、検出器の感度分布をｇ　（ｕ、ｖ）とすると
き、１（１）は次式にて求めることができる。

１　（ｔ） ｄ　ｘ　ｄ　ｙ　　Ｉ　”　　ｄ　ｕ　ｄ　ｖ　　−・
・・−−−−−−−−−−−−−＝　　（１）ただし、 ａ　（ｘ、ｙ：ｔ）　ｉ丁 ｅ　　−２π　五　ＴｆＸ　　◆　リｙ　１　　　ｄ　
　　ｕ’　　　ｄ　　　ゾ　　　　−−−・・・・−−
−（２）ｄｘｄｙ・−・・・・・・・・・・・・−・・
−・・・−・−・・・・・−・・・−・・−（３）で与
えられるもので、Ｒ（ｕ’、　Ｖ’）は時刻１−Ｏにお
けるディスク面の反射率、Ｓは読取りビームが当ってい
るトラック上におけるディスクの周速度、ｆ　　（ｘ、
ｙ）は光源１から対物レンズ５に入射する読取りビーム
の対物レンズ瞳面上における振幅分布（通常ガウス分布
である）を表わしている。

検出器の感度が一様で受光面内でｇ　（ｕ　＊　　ｖ）
−１と置ける時、パーシイパルの定理によって（１）式
は ・−・・・・・・・−・・・・・・・・・・　（４）と
変形できる０通常、検出器の感度はほぼ一様であるから
、はとんどの場合検出電気信号は（４）式により求める
ことができる。

ここで、実際に検出電気信号ｉ　（ｔ）を求めてみる。

Ｎ単のため、ピットは第３図に示すような長方形と仮定
する。ピットの反射率はピット外においては、Ｒ（ｕ’
、ゾ）−１，ピット内においてはＲ（σ、ゾ）−ｅ１π
−−１と設定し、対物レンズに入射する読取りビームの
瞳面での振幅分布は一様でｆ　　（ｘ、ｙ）−１、対物
レンズの瞳の遮蔽率（対物レンズの瞳径「０．８に対す
る中央の遮蔽板の半径ｒｏｂの比ｉ　ｒ　ｏｈ／　ｒ　
ｍａｙ　）は０．５とする。また、ピットの長さく２＃
ｍ）はディスク面上に照射される読取りビームのスポッ
トサイズ（ビーム強度がピーク値の１７ｅ８になる半径
）の２倍に設定し、ピットの幅（２ゾ、）は変数として
おく、更に、ピットが全くない状態における１（０）が
１となるように規格化した。

こうして得た１（０）の値をピット幅ゾ、の関数として
示したのが第４図である０図において、Ａは読取りビー
ムが正しくディスク面上に焦点を結んでいる合焦状態、
Ｂは波面収差λ／４の焦点外れ状態における計算値を夫
々示している。

この図から、対物レンズの瞳の輪帯状開口部分のみを通
る光を用いた場合でも、ビット幅が約０．４以上の状態
においては１（０）は非常に小さくなっており、ビデオ
ディスク読取り光学系として充分機能することが確認さ
れる。

第５図は通常の対物レンズに対して第４図と同様な特性
を示したものである。第４図と第５図とを比較すれば判
るように、通常の対物レンズの場合、１（０）を最小に
するピット幅はごく限られた狭いものであるのに対し、
本実施例では非常に広い、また、焦点外れ状態において
もｉ　（０）　は本実施例の方が非常に小さく、また″
ビット幅の変化に伴うｉ　（０）の値の変動も小さい。

すなわち、本実 施例では焦点深度が深くなるため、情報読取りの際に読
取りビームの焦点が多少ぼけても読取りの誤りを起こす
おそれがなく、記録されている情報をより忠実に再生す
ることができる。

次に、第６図は対物レンズに一様な強度の読取りビーム
が入射した時にディスク上に形成されるビームスポット
の強度分布を示すもので、ａは通常の対物レンズを用い
た場合、ｂは本実施例の場合である。この図から明らか
なように、本実施例の方が中心部分の拡がりが小さくな
っている。従って、情報読取りに用いるスポットサイズ
が小さくなり、高密度記録しても読取りが可能となる。

以上の説明から明らかなように、対物レンズの瞳の中心
部を除く輪帯状領域を通る光束を用いる光学的情報読取
り装置によれば、読取りビームスポットサイズを小さく
できるので高密度記録された情報の読取りも容易に行な
うことができ、しかも焦点深度が深くなるので焦点ボケ
に対する読取り動作の安定性も向上する。

尚、以上の説明では対物レンズの瞳の遮蔽率を０．５と
したが、これ以外の遮蔽率でも充分効果を発揮する。第
７図は瞳の遮蔽率０．３の場合について、第４図と同様
に検出電気信号１（０）の値を示したものである。この
図と第４図の曲線Ａとを比較すると、第７図ではピット
幅の大きい部分でｉ　（０）の値が増加するが、第５図
の曲線Ａよりは増加の程度が少なく、充分本発明の効果
を奏していることがわかる。

上記実施例は、対物レンズの瞳に光軸を含む中心部を遮
蔽する遮蔽物を設けているが、本発明では要するに対物
レンズの瞳の光軸から外れた輪帯状領域を通る光を用い
て情報読取りを行なうようにすれば良いので、これ以外
の構成も当然可能である０例えば、顕微鏡用反射対物レ
ンズのように、その構造上元来光軸から外れた輪帯状光
束のみを用いて結像を行なうものかあるが、このような
対物レンズを用いても良い。

尚、遮蔽物を用いることなく、光束を円環状に変形する
光学素子を用いて予め輪帯状になった光束を対物レンズ
に入射させるようにすると、読取りビームの光量のロス
が少なくなり好ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高密度記録された情報を容易に読出す
ことができ、しかも焦点深度が深く安定に動作する光学
的情報読取り装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を反射型ビデオディスクの読取り光学系
に応用した実施例の構成を示す線図、第２図は上記実施
例の対物レンズの瞳の平面図、第３図は検出信号ｉ　（
０）を計算する際の座標系のとり方を示す図、第４図は
第１図に示した実施例のピット幅と検出信号との関係を
示す図、第５図は第１図の実施例から対物レンズの遮蔽
物を除いた光学系のピット幅と検出信号との関係を示す
図、第６図は第１図の実施例およびその対物レンズの遮
蔽物を除いた光学系の夫々によるディスク面上のビーム
スポットの強度分布を示す図、第７図は第１図と同様の
構成の光学系で瞳の遮蔽率を０．３にした場合のピット
幅と検出信号との関係を示す図である。 １・・・−・−・・−レーザー光源、５・・・・−・−
・・一対物レンズ。 ５ａ・・・・−・・・−遮蔽板、　　　６・−・−・デ
ィスク面。 ８・・−・・・・−検出器 オリンパス几字土柔林式会社Ｌ　ノ ゛蟻、−／ ５Ｌ ｉ（０） λ５　区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）読取りビームを発生する光源と、該読取りビーム
   のうち瞳面の光軸から外れた輪帯状領域を通る部分のみ
   を情報記録媒体上に集光させる対物レンズと、前記情報
   記録媒体上に記録された情報により変調された読取りビ
   ームを受ける検出器とを備えた光学的情報読取り装置。
2. （２）前記変調された読取りビームのうち瞳面の光軸か
   ら外れた輪帯状領域を通る部分のみを前記検出器に集光
   する集光レンズを備えた特許請求の範囲第１項に記載の
   光学的情報読取り装置。