JPS6332730A - 光記録担体用走査装置 - 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】 本発明は、光源と、光源により発生された光ビームを集
束して光記録担体の情報面上に光スポットを形成する対
物レンズ系と、対物レンズ系の焦点面と情報面とのずれ
を決定する集束誤差検出系とを具えた光記録担体の情報
面を走査する装置に関するものである。

本明細書において“情報面を装置する”とは、記録され
た情報面を読取ビームで走査する読取走査及び情報面に
情報を記録するために記録すべき情報で強度変調された
光ビームで走査する記録走査の両方を意味するものと理
解されたい。

光記録担体を光学的に記録及び／又は読取る装置は多く
の文献や特許明細書に開示されている。

例えば読取装置に関するものとして米国特許第４３５８
２００号明細書がある。

適切な情報記録密度を得るためには、光記録担体の情報
構造の細部をマイクロメータオーダの極めて小さな寸法
にする必要があると共に走査スポットをこれに対応して
小さくする必要がある。斯かる微小走査スポットを形成
するためには、かなり大きな開口数を有する対物レンズ
系を用いる必要があり、斯かる対物レンズ系は一般に１
０ミクロン程度の小さな焦点深度を有する。装置内の振
動又は記録担体の面ぶれ運動により対物レンズ系の焦点
面と情報面との間に焦点深度より大きな位置ずれ（焦点
誤差とも称される）が発生し、正しい記録処理又は読取
り処理が阻害され得る。これがため、走査中の前記位置
ずれを検出し、これに応じて例えば対物レンズ系を動か
して集束を補正する必要がある。

これがため、米国特許第４３５８２００号明細書に開示
されている装置では線形に変化する格子周波数を有する
回折格子を走査ビームの光路内に配置し、これにより記
録担体から出て回折格子を通過したビームに非点収差を
与える。４個の検出器を具える光検出装置をこのビーム
の非点収差線間に配置する。対物レンズ系に対し情報面
の位置が変化する場合、検出装置上に形成される光スポ
ットの形が変化する。この形の変化は検出装置の４個の
検出器の出力信号を適当に合成することにより検出する
ことができる。

既知の装置は特別な格子を使用する必要がある。

この格子は発射ビームの光路と反射ビームの光路の両光
路内に配置するので、光源により発射された光の一部し
か利用し得ない。更に、種々の構成素子、特に検出器の
位置精度に極めて厳しい要件が課される。最後に、光源
から検出器までのビーム総光路長がかなり大きい。

本発明の目的は、異なる集束誤差検出原理を用いてこれ
らの欠点を緩和した走査装置を提供することにある。

本発明走査装置においては、集束誤差検出系に、記録担
体からのビームの光路内に前後に配置した２個の回折格
子を設け、第２格子の格子周期は第１格子の格子周期に
ビームの発散により決まる係数を乗じた値に等しくし、
これら格子の面は互に平行に延在させると共に、第２格
子の格子線条は第１格子の格子線条と小角度で交差させ
ると共に、複合光検装置を設け、この検出装置の座標軸
とこの検出装置の位置に形成させる緩衝績との成す角度
が対物レンズ系の焦点面と情報面との前記位置ずれに依
存するようにしたことを特徴とする。

ここで、「小角度」とは数度程度の角度を意味するもの
と理解されたい。また、「ビームの発散」とは負のビー
ム発散、即ちビーム収束も意味するものと理解されたい
。発散ビームに対しては第２格子の格子周期を第１格子
の格子周期より大きくし、収束ビームに対しては逆にす
る。平行ビームの場合には両格子は等しい格子周期にす
る。

両格子は互に干渉する複数組のサブビームを形成する。

この結果検出装置の位置にモアレ縞と称されている明暗
の縞模様が発生し、これは両格子の陰影像の重畳像とみ
なすことができる。これら縞の方向は集束誤差に伴い変
化する。光検出装置の各別の検出器を適切な向きに配置
し、これら検出器の出力信号を適切に処理すると、干渉
縞の向きから集束誤差の大きさ及び符号を取り出すこと
ができる。

格子の周期、格子間の距離及び検出装置の位置は特定の
回折次数のサブビームのみが検出装置の面において互に
干渉するように選択することができる。

しかし、本発明装置においては、第２格子を第１格子の
タルボ像の位置に配置するのが好適である。これは、最
も多数の回折次数が干渉縞の形成に寄与するため、検出
装置により受光される光量が最大になる利点を有する。

ｒＡｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓＪＶｏ１．２３（１８
９４）、ｐｐ２２９６−２２９９の論文ｒＭｅａｓｕｒ
ｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｈａｓｅ　０ｂｊｅｃｔｓ　ｕｓ
ｉｎｇしｈｅ　Ｔａ１ｂｏｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　
Ｍａｉｒｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」に記載されている
ように、単色平面波で照射された周期ｐを有する格子の
タルボ像はこの格子から距離Ｚｋ＝２・ｋ−ｐ２／λの
位置に形成される（ここで、ｋは整数、λは使用光の波
長）。ｋ＝１における位置には第１タルボ像が形成され
る。

前記論文に記載されている装置は第１格子と第１格子の
タルボ像内に配置した第２格子とを用いてレンズの焦点
距離を測定している。この既知の装置はレンズ系の焦点
面と反射表面とのずれを決定するのに用いられていない
。両格子により形成された干渉縞を可視表示のためにつ
や消ガラススクリーン上に投写しており、この干渉縞の
角度方向を複合光検出装置により測定していない。前記
論文は、本発明が基づく着想、即ち複製技術により安価
に多量生産し得る２個の格子を具える装置は光学式記録
担体の読取及び／又は記録装置のような多量生産製品に
極めて好適であるという着想を何ら明らかにしているも
のでない。

光検出装置の最適な使用は、干渉縞の１つの縞のみが横
用装置の全光検出区域上に位置するようにした読取及び
／又は書込装置において達成される。干渉縞の周期及び
従って干渉縞の幅は２個の格子の格子線条間の角度と、
第２格子と光検出装置との間の距離とに依存する。干渉
縞の１つの縞のみを検出装置上に位置させる場合には、
集束誤差検出系は高い感度を示す。更に、この場合には
光検出装置はトラッキング信号を得るのにも使用するこ
とができると共に、予め記録された記録担体を読取る場
合には情報信号を得るのにも使用することができる。

トラッキング信号と集束誤差信号との間のクロストーク
を最低にするためには、干渉縞の１つの明るい縞を検出
装置上に位置させるのが好適である。

本発明装置の利点は、検出装置を第２格子に近接して配
置して光路長を短くすることができる点にある。これが
ため、本発明の他の例では第２格子を光検出装置に配置
する。

本発明の更に他の例では、光検出装置を格子状の検出装
置として構成する。この例によれば構成素子の数が最少
になると共に組立中のアライメント工程の数が最少にな
る。

以下、図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明
する。

第１図は円形ディスク状記録担体の半径方向断面図を示
す。情報構造は情報面２内の情報トラック３により表わ
しである。情報トラックはトラック方：ｈコに多数の情
報域（例えばビット）と中間区域とを交互に具えている
。記録担体は光源、例えばへｌＧａＡｓレーザのような
半導体ダイオードレーザからの読取ビームｂにより照射
される。ビームｂの一部分はビームスプリンタ８により
記録担体−２と反射される。対物レンズ系１０（簡単の
ため単レンズとして表わしである）は読取ビームｂを集
束して情報面２に読取スポットＶを形成する。コリメー
タレンズ７は光源とビームスプリッタ８との間に配置さ
れて発散ビームを対物レンズ系のひとみを適切に満たす
断面積の平行ビームに変換し、これにより読取スポット
Ｖが最小寸法になるようにする。読取ビームは情報面２
から反射され、このとき記録担体はモー・夕４により駆
動される軸５によって回転されるので読取ビームは読取
るべき情報トラックに蓄積されている情報に従って変調
される。変調されたビームの一部分は光検出装置１２に
透過し、これによりこのビームを読取中の情報を表わす
電気信号に変換する。

ビームスプリッタは半透鏡又は半透胡スプリッタプリズ
ムを具えるものとすることができる。光損失を最低にす
るにはビームスプリフタは偏光スプリンタプリズムを具
えるものとするのが好適である。この場合にはλ／４板
１板金３プリッタプリズムと記録担体との間の光路内に
配置する（ここで、λはビームの波長である）。ビーム
ｂは、このλ／４板を２度横切るため、このビームの偏
光方向は合計で９０°回転し、最初にプリズム８で略々
全反射されたビームは記録担体から反射された後略々全
部透過する。

対物レンズ系１０の焦点面と情報面２とのずれを検出す
るために、２個の格子Ｒ，及びＲ２をビームスプリッタ
８と光検出装置１２との間に配置する。本例のように、
平行ビームｂの場合には、これら格子は同一の格子周期
を有するものとする。一方の格子の格子線条を他方の格
子の格子線条と小角度θで交差させる。

第２図は第１格子Ｒ，の断面図である。この図において
Ｚは光軸方向を示す。格子線条ＳＲ＋１　は図紙面に垂
直、即ちＹ方向に延在し、Ｘ方向は格子の周期的な振幅
変化又は位相変化の方向である。

この格子を平波面を有する単色ビームで照射すると、格
子のタルボ像が格子からｚｔ＋＝２・ｋ、　ｐ　２／λ
で与えられる距離の位置に形成される。ここで、ｋは整
数（本例では１）、ｐは格子周期、λは入射ビームの波
長である。第２図にこの像を１９１′で示してあり、こ
の像は入射ビームが平行の場合には格子Ｒ１と同一の周
期を有する。

格子像Ｒ１／の位置に、格子Ｒ３と同一の格子周期を有
するが格子Ｒ１の格子線条に対し小角度θだけ回転した
格子線条を有する第２格子Ｒ２を配置する。

この結果格子Ｒ２の背后に明暗の縞から成る干渉縞又は
モアレ縞が発生する。第３図は２個の格子Ｒ１とＲ２の
モアレ縞の平面図である。モアレ縞の周期Ｐ及び周期方
向は角度θと格子の周期に依存する。

この図においてＨ，及びＲ２は明るい縞の中心軸線を示
す。

情報面２が対物レンズ系１０の焦点面と一致する限り、
記録担体から到来する対物レンズ系を通過した後のビー
ムは平行ビームであり、格子Ｒ，に垂直に入射する。こ
のとき格子Ｒ２の背后に形成されるモアレ縞の縞の方向
は格子Ｒ５とＲ２の格子線条間の角θにより決まる。情
報面２と対物レンズ系の焦点面との間にずれがある場合
には、格子Ｒ１に入射するビームは最早平行にならず、
面２と対物レンズ系との距離が大きすぎるとき収束し、
この距離が小をすぎるときは発散する。格子Ｒ−二人射
する発散ビームは第４ａ図に示すようにこの格子の拡大
像を格子Ｒ２上に形成する。この拡大は主として格子の
縁部で起こる。このことはモアレ縞が特定の方向に回転
することを意味し、これはモアレ縞の両端縁部が互いに
反対方向に移動すると共にその中心部がちとの位置のま
まにるためである。収束ビームが格子Ｒ１に入射する場
合、第４ｂ図に示すように縮小像が形成される。この場
合にもモアレ縞は回転するが、この場合には発散ビーム
の場合と反対方向に回転する。これがため、モアレ縞の
回転の大きさ及び方向は情報面２と対物レンズ系の焦点
面とのずれの大きさ及び符号により定まる。

モアレ縞の回転は複数個の各別の検出器を具える複合光
検出装置１２により測定することができる。

検出器の数及びそれらの相対位置は特にビームｂが情報
面に正しく集束している場合における検出系の表面を横
切って延在するモアレ縞の縞の数及びこれら縞の方向に
適合させる。モアレ縞の周期は格子Ｒ０及びＲ２間の角
θとこれら格子間の距離により決まる。これらパラメー
タはモアレ縞の１つの明るい縞のみが検出装置を横切っ
て延在するように選択するの好適である。原理的にはモ
アレ縞の回転は２個の検出器で検出することができる。

第５図にはこれら検出器をＤ及びＤ′で示しである。こ
れら検出器は最大でモアレノ縞ＩＳの長さの半分に等し
い長さを有している。光走査装置の集束誤差の場合には
このモアレの縞は集束誤差の符号に応じて点Ｒｐを中心
に時針方向又は反時針方向に回転するため、検出器りが
検出器Ｄ′よりも多量の光を受光するか、或いは検出器
りが検出器Ｄ′よりも少量の光を受光することになる。

従って、検出器り及びＤ′の出力信号を差動増幅器ＯＡ
において互に引算することにより集束誤差信号Ｓ、が得
られる。

第６図に示すような四象限検出器を用いるのが好ましい
。この検出器はＸ−Ｙ座標系の各象限にそれぞれ配置し
た４個の各別の検出器区分を具える。この座標系の原点
Ｏはｚ軸上に位置する。検出器区分ＤＩ、　０２．　Ｄ
３及びＤ４の出力信号をＳｌ＋　Ｓ２＋Ｓ３及びＳ４と
すると、集束誤差ＳｒはＳｒ　＝　（Ｓｌ”Ｓ３）　（
Ｓ２＋Ｓ４）で与えられる。

２個の別個の検出器を具える検出装置と比較して四象限
検出器は一層高い信号対雑音比を有する利点がある。更
に、読取るべき情報も、トラッキング信号も記録担体の
走査中にこの検出器により取り出すことができる。この
点は例えば米国特許第４３５８２００号明細書から既知
であるためここでは詳述しない。モアレ縞の方向が読取
中の情報トラック部分の方向と一致する場合には、情報
信号Ｓｔ及びトラッキング信号Ｓｒは ５Ｉ＝Ｓ＋　＋　Ｓ２　＋　Ｓ３　＋　５４Ｓｒ　＝　
（Ｓｌ”Ｓ２）　　　（Ｓ３”Ｓ４）で与えられる。

本発明の実施例においては第２格子を第１格子の第１タ
ルボ像の位置に配置し、両格子の格子周期は約４０μｍ
、両格子間の距離は約２ｍｍにする。

両格子の格子線条間の角θは約ｌ°にする。検出ｍＷ上
にモアレの１つの明るい縞を形成する。集束誤差検出系
のロックインレンジは総合で約２００μｍにする。

モアレ縞の明るい縞の代わりに暗い縞を検出装置１２上
に位置させることもできる。しかし、明るい縞を検出装
置上に形成する場合の方がトラッキング信号Ｓｒと集束
誤差信号Ｓ、との間のクロストークが相当小さくなるこ
とが確かめられた。

第１図に示す装置において、検出装置１２は第２格子に
近接して配置されるため装置がコンパクトになる。第２
格子を検出装置に固定してこの格子のための別個のホル
ダを不要にすると共に、この格子と検出装置が相対的（
ご振動し得ないようにすることができる。好適例では第
２格子を検出装置１２内に集積する。この場合には検出
装置は光感知線条と先革感知線条を交互に具える２個又
は４個の各別の検出器区分を具えるものとする。この場
合装置は１個の別個の格子を具えるだけで、この格子は
ビームスプリッタ８に固定することができる。

必要に応じ、検出装置１２は格子Ｒ１及びＲ２からもっ
と遠く離れた位置に配置することができる。この場合に
はモアレ縞を格子Ｒ２と検出装置との間に配置したレン
ズにより検出装置上に結像させることができる。

第２格子を第１格子のタルボ像内に配置する実施例は、
この場合には記録担体からもどってくる光が最適に利用
されるため有利である。しかし、２個の格子をもっと大
きな間隔に配置し、格子により形成された数個の回折次
数のみを集束誤差の検出のために用いることもできる。

この例を第７図に示しである。格子Ｒ１は入射ビームｂ
を種々の回折次数の複数個のサブビームに分割する。こ
れらサブビームのうち０次のサブビーム直０）と２個の
一次のサブビームｂ（＋１）及びｂ（−１）のみを図に
示しである。第２格子Ｒ２はこれらの各サブビームを第
７図に第２の不敗で示す複数の次数に分割する。格子の
周期及びこれら格子間の距離に応じてｂ（０，＋１＞及
びｂ（＋１．０）、又はｂ（０，’−１＞及びｂ（−１
゜０）、又はｂ（＋１．−１＞　、ｂ（０，０）及びｌ
］（−１，＋１）のような、干渉縞を形成するサブビー
ムの組を特定の平面ＰＬにおいて区別することができる
。斯かる干渉縞の位置に第５図又は第６図に示す検出装
置を配置することができる。この場合も干渉縞の縞の方
向は対物レンズ系１０と情報面２との間の距離に依存す
る。

第７図にはビームの主光線のみを示しである。

実際には各サブビームは入射ビームｂの幅に等しい幅を
有している。

格子Ｒ１及びＲ２は光透過線条と光吸収線条又は光反射
線条とを交互に具える振幅格子とすることもできる。し
かし、相隣る線条が異なるレベル（高さ）を有する、或
いは異なる屈折率を有する透明位相格子を用いるのが好
ましい。位相格子はいったんマスク位相格子を作製すれ
ば既知の複製技術を用いて安価に多量生産することがで
きるため、これらの格子は光学式読取装置のような多量
生産製品に使用するのに極めて好適である。

本発明は、正しい集束状態においてビームｂが対物レン
ズ系の１回目の通過前と２回目の通過後に平行ビームで
ある装置に使用し得るだけでない。

記録担体から出て対物レンズ系を横切ったビームｂが収
束ビームであってもよい。この場合には第２格子の周期
を第１格子の周期に一定の係数Ｃを乗算した値に等しく
し、この係数Ｃは正しい集束状態におけるビームｂの収
束に依存させる。集束誤差が生ずるとこの収束が変化し
、モアレ縞が回転する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による集束誤差検出系を具える走査装置
を示す図、 第２図は回折格子とそのタルボ像を示す断面図、第３図
は互に傾斜した格子線条を有する２個の格子の干渉縞を
示す図、 第４ａ及び４ｂ図は発散ビームの場合における第１格子
の拡大像と収束ビームの場合におけるこの格子の縮小像
を示す図、 第５図は本発明の第１実施例の光検出装置を示す図、 第６図は本発明の第２実施例の光検出装置を示す図、 第７図は本発明の他の例で使用し得る２個の格子とこれ
ら格子により形成される回折次数を示す図である。 １・・・光記録担体　　　２・・・情報面３・・・情報
トラック　　４・・・モータ５・・・駆動軸　　　　　
６・・・光源７・・・コリメータレンズ 訃・・ビームスプリッタ １０・・・対物レンズ系 １２・・・光検出装置　　　１３・・・λ／４板Ｒ１，
Ｒ２・・・回折格子 り、Ｄ’：貼＋　０２＋　０３＋　０４・・・検出器Ｉ
ｓ・・・モアレ縞 晶・・・差動堆幅器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源と、光源により発生された光ビームを集束して
   光記録担体の情報面上に光スポットを形成する対物レン
   ズ系と、対物レンズ系の焦点面と情報面とのずれを決定
   する集束誤差検出系とを具えた光記録担体の情報面を走
   査する装置において、集束誤差検出系に、記録担体から
   のビームの光路内に前後に配置した２個の回折格子を設
   け、第２格子の格子周期は第１格子の格子周期にビーム
   の発散により決まる係数を乗じた値に等しくし、これら
   格子の面は互に平行に延在させると共に、第２格子の格
   子線条は第１格子の格子線条と小角度で交差させると共
   に、複合光検装置を設け、この検出装置の座標軸とこの
   検出装置の位置に形成させる干渉縞との成す角度が対物
   レンズ系の焦点面と情報面との前記位置ずれに依存する
   ようにしたことを特徴とする光記録担体用装置装置。 ２、前記第２格子は前記第１格子のタルボ像内に配置し
   てあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ３、前記干渉縞の１つの縞のみが前記光検出装置の全光
   検出区域上に位置するようにしてあることを特徴とする
   特許請求の範囲第１又は２項記載の装置。 ４、前記干渉縞の１つの明るい縞が前記光検出装置上に
   位置するようにしてあることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の装置。 ５、前記第２格子は前記光検出装置に配置してあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１〜４項の何れかに記載
   の装置。 ６、前記光検出装置は格子状の検出装置として構成して
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項の何れ
   かに記載の装置。