JPS6352334A - 光学式走査装置 - 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、該光源により発射された光ビームを
集束して情報面上に光スポ７）を形成する対物レンズ系
と、前記光源と前記対物レンズ系との間に配置され前記
光源により発射されたビームから情報面により反射され
たビームを分離すると共に反射ビームに非点収差を導入
する回折格子と、フォーカスエラー信号を発生する４個
の検出器を含む光検出系とを具える光反射性情報面を光
ビームで走査する装置に関するものである。

情報面にトランク状に配置された光反射情報溝造が設け
られた光学式記録担体を読取るようにした斯種の装置は
米国特許第４３５８２００号明細書から既知である。こ
の装置では対物レンズ系の焦面と情報面との間のフォー
カスエラーと称されているずれを検出して対物レンズ系
のフォーカシングを光源が常に情報面上に合焦状態で像
を結ぶように補正し得るようにする必要がある。この目
的のために、情報面で反射された光ビームを非点収差ビ
ームにする。４個の検出器を具える光検出系をこのビー
ムの非点収差焦線間に配置する。対物レンズ系に対する
情報面の位置が変化すると光検出系上に形成される光ス
ポットの形も変化する。この形の変化は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。このフォーカスエラー検出方法は非点収差式フォ
ーカスエラー検出法として既知である。

更に、前記走査装置においては、清報面で反射された光
を光源により発射された光から分離して光検出系を反射
光路内に配賢し得るようにする必要がある。

米国特許第４３５８２００号吠細書に開示されている装
置は光学式記録担体の読取装置に使用するのに好適でな
いだけでなく、レンズ系に対する光反射形情報面の所望
位置と実際の位置とのずれを検出する必要がある顕微鏡
のような光学系に使用するのにも一般に好適でない。

既知の装置では、光透渦形回折格子を対物レンズ系と光
源との間に配置し、この格子により光源により発射され
たビームから情報面で反射されたビームの一部分を分離
し、光検出系に向けられると共にこのビーム部分を非点
収差ビームにしている。この格子は線形に変化する格子
周期を持ち、即ち２個の順次の格子溝の中心間隔が格子
の一端から他端の方向に次第に大きくされてハる。斯か
る格子は製造が難しく高価になる。

本発明の目的はもっと簡単で安価なビーム分離兼非点収
差用格子を用いる光学式走査装置を提供することにある
。この目的のために、本発明装置においては、前記格子
は略々一定の格子周期を有し、且つ反射ビームの主光線
が格子の法線と鋭角を成すようにしたことを特徴とする
。

本発明は、光ビームが一定の格子周期の格子に垂直に入
射しない場合にはこの格子は１次以上の次数に回折され
たサブビームに非点収差を導入し、この非点収差の大き
さはビームの入射角に依存するという事実を確かめ、斯
かる認識に基づいて為したものである。この非点収差は
十分に大きく、非点収差式フォーカスエラー検出法を適
用することができる。

本発明の好適例においては、回折格子により光検出系の
方、向に回折されたビームの非点収差焦線間の距離を対
物レンズ系の焦点深度の５〜１５倍程度程度る。二の構
成の利点は得られるフォーカスエラー信号が満足な傾き
を有するものとなる点にある。

走査装置を光学式記録担体を読取る装置に使用するとき
は、格子の法線と反射ビームの主光線とのなす角を約１
０°から約２０°の範囲内の１直にする。

このようにすると、現在の読取装置において焦点深度の
５〜１５倍の所望の非点収差を得ることができる。

回折格子は光透過形格子とすることができる。

しかし、本発明走査装置の好適例では格子を光反射形に
する。この場合、情報面に垂直方向に測った光源と情報
面との間の距離を最小にすることができ、従って走査装
置の全高を最小にすることができ、このことは光学式記
録担体の読取装置において特に重要である。光源により
発射されたビームと情報面から反射されたビームの双方
が同一の格子で反射されるので、この走査装置は満足な
安定性を示す。

以下、光学式記録担体の読取装置を用いて図面に基づき
本発明の詳細な説明する。

第１図は円形のディスク状記録担（、＄１の径方向断面
図である。清報構造を反射形情報面２内に位置する情報
トランク３により示す。例えばＡｌＧａＡｓレーザのよ
うな半導体ダイオードレーザから成る光源６から発射さ
れた読取ビームｂによって記録担体１を照射する。図面
を簡単にするため垂−レンズで示される対物レンズ系８
により読取ビームｂを集束して［青報面上に読取スポッ
トＶを形成する。コリメークレンズ７を対物レンズ系と
光源（ダイオードレーザ）６との間に配置して発散ビー
ムを対物レンズ系の瞳を適切に満たす断面積の平行ビー
ムにして情報面２に最小径の読取スポットを形成するこ
とができる。記録担体１はモータ４によって駆動させる
シャフト５により回転するので、読取ビームは情報面２
によって反射されると共に読取られるべきトランク中に
含まれる情報に従って変調されることになる。

被変調ビームｂ′を光源６から発射したビームかみ分離
し、この被変調ビームｂ′の光路内に検出系を配置し、
この検出系によって被変調ビームの変調成分を電気信号
に変換することができるようにする必要がある。第１図
においてこの検出系は符号１０て示しである。この検出
系１０に電気回路２５を接続し、この電気回路において
高周波情報信号Ｓ１、低周波フォーカスエラー信号及び
必要に応じ低周波トラノキンクエラ−（言号を発生させ
る。

フォーカスエラー信号を形成するためには被変調ビーム
を非点収差ビームにする必要がある。

本発明では、ビーム分離及び非点収差機能を一定の格子
周期を有する回折格子９により達成する。

この回折格子はビームに対して斜めに配置され、すなわ
ち、ビームｂ′の主光線りと格子の法線ｎとのなす入射
角αを鋭角にする。

回折格子９により入射ビームｂ′を非回折の零次サブビ
ームと複数個の高次の回折サブビームに一分離する。格
子パラメータ、特に格子周期すなわち２個の順次の格子
溝の中心間隔と格子溝の深さ及び形状とを適切に選択し
、入射光の比較的多くの部分が１次サブビームのうちの
１個のビーム、例えば＋１次のサブビームｂ’　　（＋
１）に含まれるように構成する。

回折格子９はビームｂ′に斜めに配置されているので、
この回折格子９を通過した各サブビームは１点に集束せ
ず、互いに直交する２本の焦線が形成される。これろ焦
線は非点収差焦線と称されており、関連するサブビーム
の光軸に沿って互いにソフトしている。この状態を第３
ａ図及び第３ｂ図に絵図的に示す。第３ａ図はビームｂ
′の主光線が格子に垂直に入射する状態を示す。格子９
はビームｂ′を零次サブビームｂ’　　（０）と２個の
１次すブビームｂ’　　（−”１）及びｂ’　　（−１
）とに分離し、これらサブビームは点２０．２１及び２
２にそれぞれ集束する。第３ｂ図に示すように格子９が
ビーム中に斜めに配置されている場合２個の１次ビーム
はもはや１点に集束せず、これらサブビームの各々はそ
れぞれ２本の焦Ｅｆｆｉ１５．１６及び１７．１８を形
成する。焦線１５及び１３の位置は第３ａ図の焦点２１
及び２２の位置に対応し、一方焦線１６及び１７の位置
は第３ａ図の焦点２１及び２２の位置に対して互いに反
対方向に偏移している。

第１図に示すように、１次すブビームｂ’　　（÷１）
を情報読取とフォーカスエラー検出に用いる。

光検出系１０をこのサブビームの光路内に、好ましくは
このサブビームの主光線に沿って見て２個の焦線１５と
１６との中間に配置する。第２図は第１図のｎ−ｎ’線
の方向に見た検出系１０の平面図である。この検出系は
（反思のｘＹ亭標系の４つの象限内に配置された４個の
検出器を具えている。米国特許第４３５８２００号明細
書に記載されているように、ビームｂが情報面２上に正
しく集束している場合には検出系上に形成される光スポ
ットｖ′は円形で、その中心が検出系の中心に一致する
が、フォーカスエラーがある場合にはこのスポットは楕
円形になり、その長軸の方向がフォーカスエラーの符号
（極性）により決まる。これら４個の検出器の信号をＳ
ｌ　ｌ　＋　Ｓｌ　２　＋　Ｓ　ｌ　３及びＳ１４で表
わすと、フォーカスエラー（言号Ｓ、：ま Ｓｒ　　−（Ｓｚ・Ｓ、３）　　−（Ｓ、。・５１４）
で与えられる。！ｉ報信号Ｓ１　は Ｓｔ　”　Ｓｚ＋Ｓ＋。−３ｌ　３”Ｓ　ｌ　４て与え
られる。

トラソキンクエラー、即ち読取スポット〜・′の中心と
読取中のトラックの中心線とのずれとフォーカスエラー
との間のクロストークの発生を防止するために、検出系
１０は検出器間の境界線の一つ１、’７ｉｊえばＹ方向
の境界線が検出系の平面における１青報トランクの：象
に平行に延在するようｊこ配置するのが好適である。

格子９によりサブビームｂ’　　＜士１）に導入される
非点収差の大きさは格子の傾斜角、即ちこの格子へのビ
ームｂ′の入射角により決まる。フォーカスエラー信号
の零点の周囲の傾きを適度な傾きにするためには焦線１
５及び１６間の距離を対物レンズ系の焦点深度の５〜１
５倍程度程度る必要があることが確かめられた。焦点深
度はλハム２で与えろれ、ここでλはビームｂの波長、
ＮＡは対物レンズ系の開口数である。音楽番組を含むコ
ンパクトディスク又；ｔｃＤと称されている光学式記録
担体の現在の読取装置ては、λは８００ｎｍ程度で、Ｎ
Ａは０゜４５程度であり、フォーカスエラー信号の所望
の傾きは角αが１０°〜２０°程度の場合に得られる。

読取ビームｂが格子９を最初に通過するとき、この格子
はこのビームを零次のサブビームと複数個の高次のサブ
ビームに分割する。第１図に示すビームｂ′は情報面で
反射されたビームｂの零次のサブビームである。格子９
の周期は、最初の通過時に形成される一次のサブビーム
又び従って高次のサブビームを大きく回折してこれらの
サブビームが情報面から反射された後に検出系１０に到
達し得なくなるように選択する。

本発明走査装置の利点は、検出系とダイオードレーデを
互いにかなり近接して配置して共通のハウジング内に収
納することができる点にある。

第４図は反射形格子９を具える本発明走査装置の実施例
を示す。本例装置では読取ビームが格子′９で２回反射
されるため、光路が″折り返し″になり、装置の全高を
第１図に示す装置よりも拒当小さくするとことができる
。本発明に従って反射形格子をＣＤ読取装置に使用する
と、装置の高さを２０〜２５皿に減少させることができ
る。

格子が透過形の代わりに反射形であることを別にして第
４図に示す装置は第１図に示す装置と同一に動作するた
め、第４図についてこれ以上の説明は省略する。

第４図に示す装置の第１図の装置に対する利点は同じ格
子ミラーによる折り返し反射のために安定性が高い点に
ある。

以上、本発明を清報記録済記録担体を読取る装置につい
て説明したが、本発明は記録担体に情報を記録する装置
に使用して記録中のフォーカシングを制御することもで
きる。本発明装置は情報面２の特別な特性を利用するも
のではない。この情報面は光反射性であればよいにすぎ
ない。これがため、本発明は精密なフォーカシングを必
要とする種々の装置、例えば顕微鏡に使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光透過形格子を具える本発明走査装置の実施例
の構成図、 第２図は第１図の装置に用いる光検出系の平面図、 第３ａ及び３ｂ図はビームに対し直角に配置された格子
及びビームに対し斜めに配置された格子によりそれぞれ
形成される零次及び１次のサブビームの光路を示す図、 第４図は光反射形格子を具える本発明走査装置の実施例
の構成図である。 １・・・記録担体　　　　２・・反射性ｊ青帳面３・・
・情報トラック　　４・・・モータ５・・・シャフト　
　　　６・・・光源７・・・コリメータレンズ ８一対物レンズ系　　９・・・回折格子１０・・・光検
出系　　　　１１〜１４・・・検出器１５、１６・・・
非点収差焦線 ２５・・・電気回路　　　　ｂ・・・読取ビームｂ′・
・・被変調ビーム ■・・・読取スポット　　α・・・入射角ｂ’　　（−
１）・・・−次回折ビームＶ′・・・光スポフト Ｓｆ・・・フォーカスエラー信号 Ｓ、・・・情報信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源と、該光源により発射された光ビームを集束し
   て情報面上に光スポットを形成する対物レンズ系と、前
   記光源と前記対物レンズ系との間に配置され前記光源に
   より発射されたビームから情報面により反射されたビー
   ムを分離すると共に反射ビームに非点収差を導入する回
   折格子と、フォーカスエラー信号を発生する４個の検出
   器を含む光検出系とを具える光反射性情報面を光ビーム
   で走査する装置において、前記回折格子は略々一定の格
   子周期を有し、且つ前記反射ビームの主光線が前記格子
   の法線と鋭角をなすようにしてあることを特徴とする光
   学式走査装置。 ２、前記回折格子により前記光検出系の方向に回折され
   たビームの非点収差焦線間の距離を前記対物系の焦点深
   度の５〜１０倍程度に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、前記格子の法線と前記反射ビームの主光線とのなす
   角を約１０°から約２０°の範囲内の値にしてあること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４、前記格子は光反射形であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１、２又は３項記載の装置。