JPS63855B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はたとえばDAD用のCD（コンパクトデ
イスク）やビデオデイスク、画像フアイル、静止
画フアイル、COM（コンピユーターアウトプツト
メモリー）等の情報記憶媒体に対して集束光を照
射することにより少なくとも情報を読取ることが
可能な再生ないしは記録再生装置等に用いられる
光学ヘツドに関する。 （従来の技術） 近時、第１図イ，ロ，ハ示すように、情報形成
層a′から反射して対物レンズb′を通過した光ビー
ムの反射光路ｃの途中に、この光軸に関して非対
称に抜出す光抜出部材（ナイフウエツジ等の遮光
板）d₆、レンズｅ、および２つの光検出セルｆ，
ｇを有した光検出器ｈを設け、光検出器の所のス
ポツトサイズによつて焦点ぼけを検知するのでは
なく、光検出器ｈ上でのビームスポツトｉの移動
（矢印ｊ方向）として焦点ぼけを検知することに
より回折の影響を受けにくいようにしたものが考
えられるに至つた。 なお、第２図の実線で示すように、焦点があつ
ている場合には「０」となり、また、対物レンズ
b′と情報形成層a′とが近づいて上側の光検出セル
ｇにビームスポツトｉが当つてマイナスの信号
が、また、対物レンズb′と情報形成層a′とが離れ
すぎて下側の光検出セルｆにビームスポツトｉが
当つてプラス信号が得られるようになつている。 しかしながら、第１図ハの２点鎖線で示すよう
に対物レンズb′と情報形成層a′との距離がある値
より離れすぎるとビームスポツトｉは光検出器ｈ
上で中心線より上にきてしまい、第２図の破線で
示すようにあたかも対物レンズb′と情報形成層
a′とが近づきすぎた状態と同じマイナスの信号が
出力されるといつた重大な問題がある。そこで、
ほんのわずか焦点がぼけただけで反転してしまう
と特性的には好ましくないので、比較的大きく焦
点がボケても補正できるようにする必要がある。 また、上記光学系に限らず、ナイフエツヂのか
わりにアパーチヤーやスリツト、プリズム、ミラ
ー、フオトデイテクター等を用いた例えば第３図
や第４図のような光学系でも同様の問題がある。
なお、第３図中d₂はアパーチヤ、d₂′は透光部で
ある。また、第４図中d₃はバイプリズムである。 （発明が解決しようとする問題点） 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、焦点ぼけ検出をよ
り安定に、しかも信頼性良く行なうことができる
ようにした光学ヘツドを提供することにある。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段及び作用） 本発明は、情報を記憶した記録層を有した情報
記憶媒体に光を集光する集光手段と、情報記憶媒
体の記録層で反射し、集光手段を通過した光を検
出する光検出手段と、集光手段と光検出手段との
間に設けられ、光軸に対して非対称な光を抜出す
光抜出部材とを具備し、集光手段の焦点の焦点距
離をf₀、集光手段の主点から集光点までの距離を
Ｆ、集光手段の主点から光抜出部材までの距離を
ｘ、情報記憶媒体の記録層の集光手段からの光の
焦点からの許容ずれ量をδ_tfとしたとき、 ｘ≦f₀＋f₀ ²／｛2δ_tf＋（Ｆ−f₀）｝ の条件を満足するように光抜出部材を設置したこ
とを特徴とするものであり、焦点ぼけ検出を安定
に、しかも信頼性良く行なうことができるもので
ある。 （実施例） 以下、本発明の一実施例を第５図〜第１２図を
参照しながら説明する。第５図はこの発明の光学
ヘツドを適用した情報記録再生装置を概略的に示
すもので、図中２は情報記憶媒体としての光デイ
スクであり、この光デイスク２は、１対の円板状
透明プレート４，６を内外スペーサ８，１０を介
して貼合わされて形成され、その透明プレート
４，６の夫々の内面上には情報記録層としての光
反射層１２，１４が蒸着によつて形成されてい
る。この光反射層１２，１４の夫々には、ヘリカ
ルにトラツキング・ガイド１６（第６図参照）が
形成され、このトラツキング・ガイド１６上にピ
ツトの形で情報が記録されるようになつている。
光デイスク２の中心には、孔が穿けられ、図示し
ないターンテーブル上に光デイスク２が載置され
た際にこのターンテーブルのセンター・スピンド
ル２０が光デイスク２の孔に挿入され、ターンテ
ーブルと光デイスク２の回転中心が一致されるよ
うになつている。ターンテーブルのセンター・ス
ピンドル２０には、更にチヤツク装置２２が装着
され、このチヤツク装置２２によつて光デイスク
２がターンテーブル上に固定されるようになつて
いる。ターンテーブルは、回転可能に支持台（図
示せず）によつて支持され、駆動モータ２４によ
つて一定速度で回転されるようになつている。 また、２６は光学ヘツドであり、これはリニ
ア・アクチエータ２８或は回転アームによつて光
デイスク２の半径方向に移動可能に設けられ、こ
の光学ヘツド２６内には、レーザ・ビームを発生
するレーザ装置３０が設けられている。そして、
情報を光デイスク２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・ビームがレーザ装置３０から発生され、情
報を光デイスク２から読み出す際には、一定の光
強度を有するレーザ・ビームがレーザ装置３０か
ら発生される。レーザ装置３０から発生されたレ
ーザ・ビームは、凹レンズ３２によつて発散さ
れ、凸レンズ３４によつて平行光束に変換され、
偏光ビーム・スプリツタ３６に向けられている。
偏光ビーム・スプリツタ３６によつて反射された
平行レーザ・ビームは1/4波長板３８を通過して
対物レンズ４０に入射され、この対物レンズ４０
によつて光デイスク２の光反射層１４に向けて集
束される。対物レンズ４０は、ボイス・コイル４
２によつてその光軸方向に移動可能に支持され、
対物レンズ４０が所定位置に位置されると、この
対物レンズ４０から発せられた集束性レーザ・ビ
ームのビーム・ウエストが光反射層１４の表面上
に投射され、最小ビーム・スポツトが光反射層１
４の表面上に形成される。この状態において、対
物レンズ４０は、合焦状態に保れ、情報の書き込
み及び読み出しが可能となる。情報を書き込む際
には、光強度変調されたレーザ・ビームによつて
光反射層１４上のトラツキング・ガイド（プリグ
ループ）１６にピツトが形成され、情報を読み出
す際には、一定の光強度を有するレーザ・ビーム
はトラツキング・ガイド１６に形成されたピツト
によつて光強度変調されて反射される。 光デイスク２の光反射層１４から反射された発
散性のレーザ・ビームは、合焦時には対物レンズ
４０によつて平行光束に変換され、再び1/4波長
板３８を通過して偏光ビーム・スプリツタ３６に
戻される。レーザ・ビームが1/4波長板３８を往
復することによつてレーザ・ビームは、偏光ビー
ム・スプリツタ３６で反射された際に比べて偏波
面が90度回転し、この90度だけ偏波面が回転した
レーザ・ビームは、偏光ビーム・スプリツタ３６
で反射されず、この偏光ビーム・スプリツタ３６
を通過することとなる。偏光ビーム・スプリツタ
を通過したレーザ・ビームは、ハーフ・ミラーブ
ロツク４４によつて２系に分けられ、その一方
は、凸レンズ４６によつて検出素子４８Ａ，４８
Ｂよりなる第１の光検出器４８に照射される。こ
の第１の光検出器４８で検出された第１の信号
は、光デイスク２に記録された情報を含み、信号
処理装置５０に送られてデジタル・データに変換
され、トラツキング信号５０Ａおよびトータル信
号５０Ｂとして出力される。ハーフミラーブロツ
ク４４によつて分けられた他方のレーザ・ビーム
は、遮光板（光抜出部材）５２によつて光軸５３
から離間した領域を通過する成分のみが取り出さ
れ、投射レンズ５４を通過した後ミラー５６によ
つて反射されて第２の光検出器５８に入射され
る。ここで、遮光板５２は、プリズム、アパーチ
ヤー・スリツト或は、ナイフ・エツジ等のいずれ
で構成されても良い。また、ハーフミラーブロツ
ク４４、遮光板５２および投射レンズ５４は密着
されている。第２の光検出器５８で検出された信
号は、フオーカス信号発生器６０で処理され、こ
のフオーカス信号発生器６０から発生されたフオ
ーカス信号がボイス・コイル駆動回路６２に与え
られる。ボイス・コイル駆動回路６２は、フオー
カス信号に応じてボイス・コイル４２を駆動し、
対物レンズ４０を合焦状態に維持することとな
る。なお、光デイスク２の光反射層１４上に形成
されたトラツキング・ガイド１６を正確にトレー
スする場合には、第２の光検出器４８からの信号
を処理してリニア・アクチエータ２８を作動させ
ても良く、また、対物レンズ４０を方向に移動さ
せたり、或は図示しないガルバノ・ミラー作動さ
せても良い。 第５図に示した合焦時を検出する為の光学系を
第６図に単純化して示し、さらに説明を加える
と、合焦検出に関するレーザ・ビームの軌跡は、
第７図イ，ロ，ハに示すように描れる。すなわ
ち、対物レンズ４０が合焦状態にある際には、光
反射層１４上にビーム・ウエストが投射され、最
小ビーム・スポツト、すなわち、ビーム・ウエス
ト・スポツト６４が光反射層１４上に形成され
る。通常、レーザ装置３０から対物レンズ４０に
入射されるレーザは、平行光束であるから、ビー
ム・ウエストは、対物レンズ４０の焦点上に形成
される。しかしながら、対物レンズ４０にレーザ
装置３０から入射されるレーザがわずかに発散或
は、収束している場合には、ビーム・ウエスト
は、対物レンズ４０の焦点近傍に形成される。第
５図、第６図及び第７図イ，ロ，ハに示される光
学系においては、光検出器５８の受光面は、合焦
状態においてそのビーム・ウエスト・スポツト６
４の結像面に配列されている。従つて、合焦時に
は、ビーム・ウエスト・スポツト６４の像が光検
出器５８の受光面の中心に形成される。すなわ
ち、第７図ハに示すようにビーム・ウエスト・ス
ポツト６４が光反射層１４上に形成され、この光
反射層１４で反射されたレーザ・ビームは、対物
レンズ４０によつて平行光束に変換されて遮光板
５２に向けられる。遮光板５２によつて光軸５３
から離間した領域を通る光成分のみが取り出さ
れ、投射レンズ５４によつて集束され、光検出器
５８上で最小に絞られ、ビーム・ウエスト・スポ
ツト像がその上に形成される。次に対物レンズ４
０が光反射層１４に向けて近接すると、ビーム・
ウエストは、第７図ロに示すようにレーザ・ビー
ムが光反射層１４で反射されて生ずる。すなわ
ち、ビーム・ウエストは、対物レンズ４０と光反
射層１４間に生ずる。このような非合焦時におい
ては、ビーム・ウエストは、通常対物レンズ４０
の焦点距離内に生ずることから、ビーム・ウエス
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１４で反射され、対物レンズ４０か
ら射出されるレーザビームは、対物レンズ４０に
よつて発散性のレーザ・ビームに変換される。遮
光板５２を通過したレーザ・ビーム成分も同様に
発散性であることから、このレーザ・ビーム成分
が投射レンズ５４によつて集束されても光検出器
５８の受光面上で最小に絞られず、光検出器５８
よりも遠い点に向つて集束されることとなる。従
つて、光検出器５８の受光面の中心から図上上方
に向つてレーザ・ビーム成分は、投射され、その
受光面上には、ビーム・スポツト像よりも大きな
パターンが形成される。更に、第７図ハに示され
るように対物レンズ４０が光反射層１４から離間
された場合には、ビーム・ウエストを形成した後
レーザは、反射層１４で反射される。このような
非合焦時には、通常ビーム・ウエストは、対物レ
ンズ４０の焦点距離外であつて対物レンズ４０と
反射層１４間に形成されることから、対物レンズ
４０から遮光板５２に向う反射レーザ・ビーム
は、収束性を有することとなる。従つて、遮光板
５２を通過したレーザ・ビーム成分は、投射レン
ズ５４によつて更に収束され、収束点を形成した
後光検出器５８の受光面上に投射される。その結
果、光検出器５８の受光面上には、ビーム・ウエ
スト・スポツトの像よりも大きなパターンが中心
から図上下方に形成される。 上述したレーザの軌跡の変化すなわち、光線軌
跡の変化は、幾何光学的に次のように説明され、
レーザ・ビーム成分が光検出器５８上で偏向され
る値h₃を求めることができる。対物レンズ４０の
幾何光学的な結像系は、第８図に示すように表わ
すことができる。ここで、f₀は、対物レンズ４０
の焦点距離をまた、δは合焦時から非合焦時に至
る際の対物レンズ４０すなわち、光デイスク２の
光反射層１４の移動距離を示し、第８図において
実線で示される光線軌跡は、ビームウエストから
発せられ、対物レンズ４０の主面上であつて光軸
５３から距離h₀だけ離間した点を通過し、集束さ
れるものを示している。第７図ハに示される合焦
時には、明らかなようにδ＝０であり、第７図ロ
に示される非合焦時には、光デイスク２が距離δ
だけ対物レンズ４０に近接し、ビーム・ウエスト
は、光反射層１４で反射されて形成されることか
ら、ビーム・ウエストはその２倍だけ対物レンズ
４０に近接することとなる。（近接する場合は、
δ＜０である。）また、第７図ハに示される非合
焦時には、光デイスク２が距離δだけ対物レンズ
４０から離間され、ビーム・ウエストを形成した
後レーザ・ビームが光反射層１４から反射される
ことから、実質的に光反射層１４の背後にビー
ム・ウエストが形成されたと同様であつてビー
ム・ウエストは、2δだけ対物レンズ４０から離間
することとなる。合焦時には、ビーム・ウエスト
が対物レンズ４０の焦点位置に形成されるとすれ
ば、光デイスク２がδだけ移動した場合には、第
８図に示されるようにビーム・ウエストと対物レ
ンズ４０の主面間の距離は、（f₀＋2δ）で表わさ
れる。ビーム・ウエストを光点とみなせば、第８
図における角度β₀及びβ₁は、下記(1)及び(2)式で示
される。 h₀／f₀＋2δ＝tan（−β₀）≒β …(1) また、レンズの結像公式から tan（−β₀）／h₀＋tanβ₁／h₀＝１／f₀ 従つて、 β₁＝β₀＋h₀／f₀＝h₀／f₀＋f₀ ²／2δ …(2) 第９図は投射レンズ５４の光学系における光線
軌跡を示し、投射レンズ５４が１対の組み合せレ
ンズ５４―１，５４―２から成るものとして取り
扱かつている。 ここで、レンズ５４―１，５４―２は、夫々焦
点距離f₁，f₂を有し、対物レンズ４０の主面から
ａだけ離間した位置に遮光板５２が配置され、対
物レンズ４０の主面からＬだけ離間した位置にレ
ンズ５４―１の主面が配置され、更にこのレンズ
５４―１の主面からＨだけ離間してレンズ５４―
２の主面が配列されていると仮定している。図中
実線で示される光線軌跡は、対物レンズ４０で集
束されて、遮光板５２の光透過面であつて光軸５
３からｙだけ離間したものを示している。 距離ｙは、下記(3)式で表わされる。 ｙ＝h₀−aβ₁＝h₀（１−ａ１／f₀＋f₀ ²／2δ） …(3) ここで、Ｆ（δ）＝（f₀＋f₀ ²／2δ）^-1 とすれば、(3)式は、次式で表わされる。 ｙ＝h₀（１−aF（δ）） …(4) 従つて、 h₀＝ｙ／１−aF（δ） …(5) また、第８図に示した光学系では、ビーム・ウ
エストが対物レンズ４０の焦点に形成されると仮
定したが、発散性又は、集束性のレーザ・ビーム
が対物レンズ４０に入射する場合には、ビーム・
ウエストは集点からｂだけ偏位して形成される。
従つて、全光学系を１つの合成レンズをみなし、 2δ＝2δ′＋ｂと置くことができる。 次に、第１０図に焦点ぼけ量Ｘに対する焦点ぼ
け検出信号Ｙの関係を、また、第１１図に焦点ぼ
け量Ｘに対する焦点ぼけ検出用検出器である第２
の光検出器５８で検出される光量の和Ｚの関係を
それぞれ示す。 この図からもわかる通り、対物レンズ４０と光
反射層１４との間がある値より離れ過ぎると第７
図ハに二点鎖線で示されるようにビーム・スポツ
トは光検出器５８上で中心線より上に来てしまい
第１０図のδ_tf（対物レンズ４０からの射出光の焦
点からの光反射層１４の許容ずれ量）よりも対物
レンズ４０が遠い所ではあたかも対物レンズ４０
と光反射層（情報形成層）１４とが近付きすぎた
状態と同じプラスの信号が出る。この時第１０図
及び第１１図の曲線として３種類の異なる特性を
示す。すなわち、遮光板５２の端部（ナイフエツ
ヂの端面またはアパーチヤー、スリツトの周辺の
端部）が光学系の光軸の中心上にある場合には曲
線Ａの特性を示す。また、遮光板５２の端部が光
軸５３の中心からはずれており、しかも光軸の中
心を通る光が遮光板５２により光路をさまたげら
れずそのまま通過できた場合は曲線Ｂ、そして光
軸５３の中心を通る光が遮光板５２により光路を
さまたげられ第２の光検出器５８にまで到達でき
ない場合には曲線Ｃのそれぞれ特性を示す。ま
た、合焦点位置近傍を除いては第１０図の曲線の
焦点ぼけ検出信号の（つまりＹ方向の）絶対値を
とつたものが第１１図のグラフにほぼ等しくなつ
ている。また第１１図において合焦点位置近傍で
は第２の光検出器５８上でのビーム・スポツトの
うち、光検出セルと光検出セルの間に存在してい
る光不感知領域内に入つてしまう量が多いので光
電流の流れる量が少なくなり検出光量の総和Ｚが
小さくなる。 次に、第１２図のように対物レンズ４０の後側
主点から遮光板（アパーチヤー）５２′からなる
レーザー光５３の一部を抜出す部材までの距離を
ｘとし、ｘとδ_tfとの間の関係を求めてみる。δ_tf
だけ焦点がぼけた時、アパーチヤー５２′の所で
光軸上にレーザー光は集光している。第１２図の
場合には(3)式に対しａ＝ｘとおいて、 ０＝h₀｛１−ｘ／f₀＋f₀ ²／2δ_tf｝ ｘ＝f₀＋f₀ ²／2δ_tf …(a) また、情報記憶媒体の反射層１４に対して穴を
開けるなど状態変化を起こして記録を行なう場
合、焦点ぼけが生じて反射層１４上でのスポツト
が大きくなると記録を行ないにくくなる。合焦点
時の反射層１４でのスポツトサイズalはal＝
0.82λ／NA…（27）、（ただし、λはレーザーの
波長、NAは開口数である。）で与えられるとす
る。また、この時の強度分布はガウス分布に類似
しており、ビーム・ウエストでの強度が中心強度
の１／e²となる輪帯の半径をω₀とした場合、そ
こからZ′ずれた所での半径ω（Z′）、すなわちZ′だ
け焦点がぼけた時の反射層１４上での半径ω（Z′）
は

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、焦点ボケ
検出をより安定に、しかも信頼性良く行なうこと
ができる等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の従来光学系の合焦時および非合
焦時におけるレーザビームの軌跡を示す説明図、
第２図は光学検出器上でのビームスポツトの移動
に伴う光検出量の変化状態を示す説明図、第３図
は第２の従来光学系の合焦時および非合焦時にお
けるレーザビームの軌跡を示す説明図、第４図は
第３の従来光学系の合焦時および非合焦時におけ
るレーザビームの軌跡を示す説明図、第５図〜第
１２図は本発明の一実施例を示すもので、第５図
は情報記録再生装置を示すブロツク図、第６図は
第５図に示される光学系を示す図、第７図は合焦
時および非合焦時におけるレーザビームの軌跡を
示す説明図、第８図は第６図に示された対物レン
ズを通る光線の軌跡を解析するための図、第９図
は第６図に示された投射レンズを通る光線の軌跡
を解析するための図、第１０図は焦点ぼけ量と焦
点ぼけ検出信号との関係図、第１１図は焦点ぼけ
量と焦点ぼけ検出用検出器で検出される光量の和
との関係図、第１２図は集光手段からの射出光の
焦点からの記録層の許容ずれ量と集光手段から光
抜出部材までの距離との関係を解析するための図
である。 ４０…集光手段（対物レンズ）、５２…光抜出
部材（遮光板）、５８…第２の光検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 情報を記憶した記録層を有した情報記憶媒体
   に光を集光する集光手段と、 前記情報記憶媒体の記録層で反射し、前記集光
   手段を通過した光を検出する光検出手段と、 前記集光手段と前記光検出手段との間に設けら
   れ、光軸に対して非対称な光を抜出す光抜出部材
   とを具備し、 前記集光手段の焦点距離をf₀、前記集光手段の
   主点から集光点までの距離をＦ、前記集光手段の
   主点から前記光抜出部材までの距離をｘ、前記情
   報記憶媒体の記録層の前記集光手段からの光の焦
   点からの許容ずれ量をδ_tfとしたとき、 ｘ≦f₀＋f₀ ²／｛2δ_tf＋（Ｆ−f₀）｝ の条件を満足するように前記光抜出部材を設置し
   たことを特徴とする光学ヘツド。 ２ Ｆ−f₀０のときは2δ_tf＝2.0μmとした特許請
   求の範囲第１項記載の光学ヘツド。 ３ Ｆ−f₀＜０のときは2δ_tf＋（Ｆ−f₀）＝2.0μmと
   した特許請求の範囲第１項記載の光学ヘツド。