JPS6028044A - 光学式情報読取装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はビデオディスクやディジタールオーディオディ
スク等のディスク状の光学式記録媒体上にピットとして
形成された情報を光学的に信号再生する情報読取装置の
光学系（以後光学式ヘッドと称する）の構成に関するも
のである。

〔従来技術とその問題点〕

従来例として最も代表的な光学式ヘッドの構成を第１図
を参照して説明する。

例えは半導体レーザからなる光源（１）から発射された
光ビームを、コリメート用レンズ（２）で集めて平行ビ
ームとし、その偏光面が偏光性ビームスグリツタ−（３
）をＰ波として進行する様にしておき、四分の一波長板
（４）で偏光面を４５°回転させ収束し：ｙ　ｌ：　ｔ
５）への入射光として′入射させている。

また、ディスク（６）而からの反射光は再び四分の一波
板を通過する時に偏光面が４５°回転し、結局Ｓ波とし
て偏光柱ビームスプリッタ−（３）に入射するので半導
体レーザｉｌｌの光ビームに対し直角方向へ反射光が導
かれる。

さらにこの反射光は円筒レンズ、ナイフェツジ等から構
成されたビーム変換光学系（７）ヲ介して光検出器（８
）からフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号１画
像または音声信号が得られる。

以上が従来例の主な構成であるが、光学系構成部品で最
も重要な部品は収束レンズ（５）である。

半導体レーザ（１）の光ビームをディスク（６）面上で
直径１μｍ程度に絞り込むために収束レンズ（５）の収
差の影＃を極力減少させる必要があり、単レンズ数枚を
組み合せた複雑な合成レンズを使用している。

また収束レンズ（５）への入射光はレンズ光軸に沿って
入射させ、記録媒体であるディスク面と収束レンズ（５
）の光軸は直交しているので、ディスク面上の情報を含
んだ反射光は再ひもとの光軸に沿りて戻りて（る。即ち
、再生信号を取り出すためには何らかの手段によ゛り反
射光の分離が心安であり従来は上述のように偏光ビーム
スプリッタ−（３）と四分の一波長板（４）ヲ利用して
この反射光全分離している。

しかしながら、従来の光学式ヘッドは上述のように部品
点数が非常に多く、また各光学部品に非常に高い精度が
要求される。

これは、例えば収束レンズｒ５）は合成レンズで数枚の
レンズを光軸↓に配置したレンズ群から構成されていて
、光学式情報読取装置内に組み込んで光学式記録媒体の
動きを追随させるためには小型軽量でなければならな（
、また特に口径が数ｍｍ程度のレンズの光軸を高い精度
で一致させて組立てる事が多くの困難を伴うことからも
明らかである。

さらに、光学式記録媒体への入射光と反射光の分離方法
、即ち、例えば半導体レーザからなる光源（１）の偏光
性！１．を応用した偏光性ビームスプリッタ−と四分の
一波長板の組み合せでは、この両光学部品の偏光特注が
良好であることが必要であるばかりか、半導体レーザの
偏光面に対して両光学部品を高い精度で一致させて組立
てなければならないという困難が伴う。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題点を考慮してなされたもので、光学
式ヘッドの構成部品点数を減少させ、光学式情報記録体
にビットとして形成された情報を光学的に容易に信号再
生する光学式情報読取装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は光源と、この光源から発射された光ビームを情
報記録面上に収束させる少なくとも一つのオファクシス
ゲレイティングレンズと、光ビームを情報記録面上に収
束させることにより得られる情報記録面からの情報を含
んだ反射光を検出する光学系とからなり、光ビームのオ
ファクシスゲレイティングレンズへの入射光の光軸と反
射光の光軸とが異なる光学式情報読取装置を提供するこ
とにある。

次に本発明の構成の−っであるオファクシスゲレーティ
ングレンズについて説明する。

一般にグレーティングレンズは光学的には回折格子の一
種に属する。

このクレーティングレンズは、ガラス基板の表面に１例
えば第２図に示すような不等間隔な同心円状の回折格子
パターン（１０）’を刻んだものである。

このグレーティングレンズ内のＡ　−Ａ’断面図を第３
図に示して、このレンズの作用と本発明に使用されてい
る光線の分離作用を説明する。

グレーティングレンズ基板（１１）に対し斜めに平行光
束を入射させた場合、各光線は回折格子（１２）で回折
され格子間隔が変化しているため一様な方向へ回折され
ることなく回折光は平行光束にならない。

この場合、例えば入射光の波長をλ、格子間隔をｄ２回
折格子面の法線と入射光のなす角をθ。

とすると、収束光となる一次回折光の法線となす角θ宜
はθ冨−５ｉｎ”’−’（λ／ｄ−ｓｉｎθ１）で変化
する。

また入射光のふれの角δ−〇、十〇、は、格、子間隔ｄ
が小さい程大きくなり第３図の光線Ｂ、より光線Ｂ、の
方が大きく進行方向を変える。

−次回折光の収束に関しては、格子間隔ｄを適切に配置
することで一点の収束点（１３）に収束される。

このように平行光束’ｔ１点に収束することでは、グレ
ーティングレンズは凸レンズと同じ作用を行ない、収束
点（１３）　’ｔ−グレーティングレンズの焦点と言う
。

グレーティングレンズ基板（１１）へ垂直に入射する、
即ちθ、−０の平行光束を一点に集束する性質のものを
インライングレーティングレンズと言う。

また第３図に示すようにグレーティングレンズ基板（１
１）へある角度をなす、即ちθ、〜０の平行光束を一点
に収束する性質のものをオファクシスゲレーティングレ
ンズと言い本発明でｒ受用されている。

このようなグレーティングレンズの特徴をさらに詳細に
説明する。焦点（１３）からグレーティングレンズ基板
（１１）に光ビームを発した場合は上述の説明と逆の過
程を通って平行光束となるが、通常の凸レンズの場合は
レンズ開口に入射した光ビームはガラス面での反射或い
はガラス内部での吸収を無視すればほとんど全ての入射
光線は平行光線となる。

しかしグレーティングレンズの場合、上述のような回折
格子（１２）の回折効率に従い、入射光線の何割かが１
次回輝光として平行光束となり、残りの入射光線はその
まま回折格子（１２）　ｔ−通過する零次透過光や高次
回折光となって拡散されるという特徴がある。

本発明では、この特徴を利用して光学式情報記録面に光
源からの元ビームを収束すると同時にディスク面からの
情報を含んだ反射光を分離している。

〔発明の効果〕

本発明に於けるオファクシスゲレーティングレンズは、
基本的には回折格子であるため一枚の基板で収束レンズ
を実現することができ、従来のレンズ組立等は不要とな
る。

これにより収束レンズの部品点数が減少し、容易に小型
軽量化できる。

さらに、従来ピット情報を含んだ反射光を分離するため
Ｍ雑な組立・調整を必要としたが、本発明では光源から
の入射光の光軸と受光部で受光するピット情報を含んだ
反射光の光軸を予め異ならせているので容易にビット情
報を得ることができる。

また、本発明に於いては偏光を応用してＧ）なしまため
、例えば光学式記録媒体のディスク補強材として使用さ
れているアクリル、ポリカーボネート等の複屈折性の乱
れにより偏光面が変化しても従来のように分離度が変化
することはな（、安定してビット情報を得ることができ
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明の第１の実施例を第４図乃至４６図を参照し
て説明する。まず第４図に第１の実施例の構造図を示す
。即ち、一定出力ノくワーの、例えば半導体レーザから
なる光源（２０）からの元ビーム（２１）は、第１のガ
ラス基板（２２）の一部に形成されたコリメート用のオ
ファクシスゲレーティングレンズ（２３）で集められ、
この第１のガラス基板（２２）面の法線方向に対し例え
ば３０°の角度をなす平行光束（２４）となり第２のガ
ラス基板（２５）の一部に形成された収束用のオファク
シスゲレーティングレンズ（２６）へ入射する。

この平行光束（２４）のオファクシスゲレーティングレ
ンズ（２６）による１次回折光（２７）は光学式情報記
録媒体（２８）中の光学式情報記録面（２９）上に焦点
（３０）を結ぶ。

この場合、１次回切先（２７）の光軸が、光学式情報記
録面（２９）に対し垂直となるようにオファクシスゲレ
ーティングレンズ（２６）は形成されてし）る。

焦点（３０）に置かれたビットの情報を含んだ一次回折
光（２７）の反射光は再び収束用のオファクシスゲレー
ティングレンズ（２７）に向うが、この反射光のうちの
零次透過光（３１）は単に透過光として後方へ進み、即
ち収束用のオファクシスゲレーティングレンズ（２６）
への入射光である平行光束（２４）の光軸と異なる光軸
を有することとなる。

従って、光源（２０）からの光ビーム（２１）或いは平
行光（２４）と光学式情報記録面（２９）からのビット
情報を含んだ零次透過光（３１）とを分離することがで
きる。

このようにして得られた零次透過光（３１）からなる反
射光から第１のガラス基板（２２）の一部に形成された
、例えば非点収差光学用のクレーティングレンズ（３２
）と、例えば四分割ホトダイオード（３３）から成る受
光部光学系によりフォーカス誤差信号。

トラッキング誤差信号、記録情報信号を検出する。

この場合光学式記録面（２９）のピット列が収束用のオ
ファクシスゲレーティングレンズの丁度焦点（３０）に
位置した時は、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差
信号は零出力となる状態に受光部光学系、特に四分割ホ
トダイオードの位置を調整してお（必要がある。

この実施例では光学系を構成（７ている各種機能のレン
ズが全て不等間隔な同心円状の回折格子パターンを有す
るグレーティングレンズで構成されるものであるが、本
発明に関しては光学式場＃線記録媒体（２８）に向い合
りている収束レンズがオファクシスゲレーティングレン
ズであれば良い。

次に、上述のオファクシスゲレーティングレンズ（２３
）及び（２６）　、非点収差光学用のグレーティングレ
ンズ（３２）　ｔ−、各グレーティングレンズの回折格
子パターンを示す第５図及び第６図を参照して説明する
。

一般にグレーティングレンズは石英ガラス、水晶、アク
リル、ポリカーボネート等透明で熱膨張率の小さい基板
上にホ、ログラフイック法、電子線描画法等の微細加工
技術によＪ）１０分の数μｍ乃至数ｌＯμｍ程度の格子
間隔を持った曲腺状の回折格子が形成されたものである
。

この第１の実施例では、まず第５図に示すように第１の
ガラス基板（２２）上にコリメート用のオファクシスゲ
レーティングレンズ（２３）と、非点収差光学用のグレ
ーティングレンズ（３２）が形成されている。

また第６図に示すように第２のガラス基：１ｉｊ　（２
５）上には、収束用のオファクシスゲレーティングレン
ズ（２６）が形成されている。

これら第１及び第２のガラス基板（２２）及び（２５）
は、第４図で示す光学式情報読取装置本体（３４）に例
えば接着剤等で固定しである。

また、光源（２０）はコリメート用のオファクシスゲレ
ーティングレンズ（２３）の焦点位蓋に固定しである。

ここで、上述の収束用のオファクシスゲレーティングレ
ンズ（２６）ｔ−第７図を参照して詳しく説明する。

この第７図には、収束用のオファクシスゲレーティング
レンズ（２６）と光学式情報記録媒体（２８）とを向い
合せて平行に配置した場合の断面図を示している。

この場合、オファクシスゲレーティングレンズ（２６）
が形成されたガラス基板（２５）　Ｋこのオファクシス
ゲレーティングレンズ（２６）形成面の法線方向に対し
て、例えばθ、−３０°　の角度で平行光束（２４）が
入射される。

この平行光束（２４）は、オファクシスゲレーティング
レンズ（２６）　Ｋより一次回折光（２７）の光軸が光
学式情報記録面（２９）　Ｋ対し垂直となるように収束
され光学式情報記録面（２９）上のビットに焦点（３０
）を結ぶ。

この場合、オファクシスゲレーティングレンズ（２６）
の開口数がＮ、Ａ−０，５相当であるとき、波長がλ−
８００ｎｍの光ビームに対する最小格子間隔は０．８μ
ｍ程度と表る。

また、平行光束（２４）のオファクシスゲレーティング
レンズ（２６）への入゛射光はこのオファクシスゲレー
ティングレンズ（２６）を第１の零次透過光として一部
透過するが、平行光束（２４）の数１０チ程度は一次回
折光として焦点（３０）に収束する。

尚、この場合の第１の零次透過光は、平行光束が、オフ
ァクシスゲレーティングレンズ（２６）形成面の法線方
向に対し例えばａ、”３０°の入射角度を有するため、
光学式情報記録面（２９）に対してもこの光学式情報記
録面（２９）の法線方向に対し３０゜の角度で入射する
ことになる。

さらに、ビットの情報を含んだ一次回折光の反射光はオ
ファクシスゲレーティングレンズ（２６）に向い一部は
一次回折光となりてもと来た光路を逆に進むが、数１０
１は第２の零次透過光（３１）としてガラス基板（２５
）を透過し発散する。

この場合の第２の零次透過光（３１）の光軸は、前述の
第１の零次透過光の反射光によるオファクシスゲレーテ
ィングレンズの一次回折光或いは零次透過光の光軸とは
異なることになる。

また、さらに入射光である光源からの光ビームの平行光
束（２４）と反射光である第２の零次透過光（３１）の
光軸は、この場合３０＠の角度を有するため重なり合う
ことはない。

従って、オファクシスゲレーティングレンズ（２６）と
ある程度の距離に第２の零次透過光（３１）を受光する
ホトダイオード等を設けることにより入射光（２４）の
影響を受けることな（情報記録媒体からのビット情報を
分離することができる。

次に、上述の第１の実施例の第１及び第２の変形例を第
８図及び第９図を参照して説明する。

第１の変形例は第８図に示すように、収束用のオファク
シスゲレーティングレンズ（４１）が第７図に於けるオ
ファクシスゲレーティングレンズ（２６）の中央部の回
折格子を脱落させたものとなっている。

このようなオファクシスゲレーティングレンズ（４１）
は、例えばホログラフィック法で製作する」烏合は、中
央に円形または矩形状に一度露光した後ホログラムを形
成する等の方法で製作できる。

平行光束（２４）　ｔ”オファクシスゲレーティングレ
ンズ（４１）に入射させる゛と中央部（４２）に達した
光束は失なわれてしまうが、周辺部の回折格子パターン
に達した光束は第４図及び第７図で示すオファクシスゲ
レーティングレンズ（２６）の場合と同様に焦点（３０
）を結ぶ。

従って、焦点（３０）の位置に置かｎた光学式情報記録
面（２９）からの反射光（４３）はオファクシスゲレー
ティングレンズ（４１）に向い主として中央部（４２）
の回折格子パターンのない基板部を通過し、平行光束（
２４）である入射光と分離されて受光部光学系へと導か
れる。

尚、反射光（４３）は収束光の光軸を光学式情報記録面
（２９）に垂直とすることによｐ得られる光学式情報記
録面（２９）上のビットからの散乱光である。

さらに、第２の変形例は、第９図に示すように第１の実
施例に於ける収束用のオファクシスゲレーティングレン
ズ（２６）を、垂直に入射する平行光束（５０）’を光
学式情報記録面（２９）上に収束するようなオファクシ
スゲレーティングレンズ（５１）に置き換えたものであ
るが、この光学式情報記録面（２９）への収束光（５２
）の光軸が平行光束（５０）［対して所定の角度をもっ
て収束するようにしたものである。

このように光学式情報記録面（２９）の法線方向に対し
元軸が所定角度となるように入射した収束光（５１）は
、ビットを斜めから照射するためビットからの反射光（
５３）は、収束光（５１）とは反対側へ多く発散する。

こノヒット情報を含んだ反射光（５３）の多（はオファ
クシスゲレーティングレンズ（５１）の回折パターン周
辺のパターンの形成されていない平行平面状のガラス基
板（２５）　ｆｆｉ透過し受光部へ導か眉、る。

即ち、反射光（５３）の光軸は、収束光（５１）の光軸
と異なり、また平行光束（５０）とも異なる。

従って反射光（５３）　！入射光である平行光束（５０
）とを分離することができる。

次に、種々のオファクシスゲレーティングレンズの開口
数Ｎ、Ａと元ビームのオファクシスゲレーティングレン
ズ形成面の法線方向に対する入射角度との関係について
第１０図乃至第１３図を参照して説明する。

オファクシスゲレーティングレンズによる元ビームの収
束光の光軸が光学式情報記録面に対し垂直となる場合、
即ち上述の第１の実施例で示す第７図のようなとき、或
いは第１の実施例の第１の変形例で示す第８図のような
ときは、オファクシスゲレーティングレンズへの入射光
の光軸はオファクシスゲレーティングレンズ形成面の法
線方向に対し所定の角度をもって入射させる必要がある
。

こＩｔは、収束光による焦点と零次透過光の照射部とが
重ならないようにし′、零次透過光による反射光が収束
光による反射光に影響を及はすのを防ぐためであり、従
って受光部でのＳ／Ｎを向上させるためである。

第１θ図では、オファクシスゲレーティングレンズ（６
０）への入射光が平行光束（６１）である場合について
の収束光（６２）と零次透過光（６３）との光学式１ａ
報記録面（６４）への照射状況の概略図を示している。

この場合、収束光（６２）とこの最大収束角度の２等分
線方向とのなす角度を０１とし、さらにこの２等分線方
向と平行光束（６１）とのなす角度を０４とすると、零
次透過光（６３）と収束光（６２）の最大収束角度の２
等分線方向とのなす角度はθ、であるから、収束光（６
２）の焦点（６５）と零次透過光（６３）の照射部とが
重ならないようにするためには、θ４〉θ。

の条件が必要である。

このθ４〉θ、の関係は、即ちｓｉｎθ、）Ｎ、Ａとい
うことになる。第１１図では、オファクンスゲレーティ
ングレンズ（６０）への入射光が発散する光束（６６）
である場合について示している。

この場合、収束光（６７）とこの最大収束角度の２等分
線方向とのなす角度をθａとし、さらにこの２等分線方
向と発散する光束（６６）とのなす最大角度を０６、最
小角度をθ、とするとθマ〈θ６であるから、０丁〉θ
、であれば良く、即ちｓｉｎθ、）Ｎ、Ａとなる。

次に第１０図及び第１１図の場合と異なりオファクシス
ゲレーティングレンズによる元ビームの収束光の光軸が
光学式情報記録面に対し垂直ではない場合、即ち第１２
図及び＠１３図の場合について説明する。

第１２図は、オフ了クシスゲレーティングレンズ（６０
）への入射光が平行光束（６８）である場合について示
している。

この場合、収束光（６９）とこの最大収束角度の２等分
線方向とのなす角をθ、とじ、さらにこの２等分線方向
と平行光束（６８）とのなす角を０９とすると、θ、〉
θ６であれば良く、即ちｓｉｎθ。）Ｎ、Ａとなる。

ｔ　ｆｃ、’ＡＺ　１３図では、オフ了クシスゲレーテ
ィングレンズ（６０）への入射光が発散する光束（７０
）である場合について示している。

ごの場合、光束光（７１）とこの最大収束角度の２等分
線方向とのなす角を０１０とし、さらにこの２等分線方
向と発散する光束（７０）とのなす向火角度を０１１％
最小角度をθ、ｉするとθ、２〈θ１１である２５為ら
θ１．〉θ、０　であれば良（、即ちｓｉｎθ１！　＞
Ｎ　、　Ａとなる。

以上、第１０図乃至第１３図に示す場合に於し）て、夫
々の条件を満足させることにより収束光の焦点と零次透
過光の照射部とが重ならなし）ようにすることができ、
収束光のビットの情報を含んだ反射光をＳ／Ｎ良（検出
すること力；できる。

さらに次に本発明の第２の実施例を第１４図及び第１５
図を参照して説明する。

グレーティングレンズは回折格子なので異った２つの回
折格子パターンを単に同一平面上に重ね合せることが可
能である。

これは、例えばホログラムの二重露光や電子線描画の二
重書きを行うことで実現することができる。

この様にして合成された複雑なパターン金有する一枚の
グレーティングは合成前の各レンズの働きを共に兼ね備
えている。

第１４図は上述のような合成グレーティングレンズを用
いて本発明の光学式情報読取装置を構成したものを示し
ている。

合成グレーティングレンズはある一点から発散する光束
金他の一点に収束する収束用オファクシスゲレーティン
グレンズのパターンと第４図及び第５図で示した非点収
差光学用グレーティングレンズパターンを重ね合せた合
成パターンで構成されている。

この合成パターンは第１５図に示すようなものである。

第１４図に於いて半導体レーザ（２０）から発散した光
束（８０）は合成グレーティングレンズ（８１）の収束
作用の方を利用して光学式情報記録面（２９）上に焦点
（３０）’ｔ−結びビット情報を含んだ反射光（８２）
は再び合成グレーティングレンズ（８１）に向うが今度
は非点収差光学作用を利用し半導体レーザ（２０）とは
異なる方向に位置している四分割ホトダイオード（３３
）へと導かれる。

この第２の実施例に於いてはさらに部品点数を少し簡素
化することができ、また組立調整が容易な小型で軽量な
ものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す図、第２図及び第３図は本発明で
用いるオファクシスゲレーティングレンズを示す図、第
４図乃至第１３図は本発明の第１の実施例を示す図、第
１４図及び第１５図は本発明の第２の実施例を示す図で
ある。 ２０・・・光源、２１・・・光ビーム、２２．２５・・
・ガラス基板、２４，５０，６１．６８・・・平行光束
、２６．４１９５１．６０，８１・・・オファクシスゲ
レーティングレンズ、２７，５２，６２，６７゜６９．
７１・・・収束光、２８・・・光学式清報記録媒体、２
９．６４・・・光学式ｊ青線記録面、３０．６５・・・
焦点、３１，４３，５３，８２・・・反則光、３２・・
・非点収差光学用グレーティングレンズ、３３・・・光
受光部、３４・・・光学式情報読取装置本体、６３・・
・零次透過光、８０・・・発散した光束、８１・・・合
成グレーティングレンズ。 代理人弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第　１　図 第　４　図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１４図 第１２図　第１ａ図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、該光源からの光ビームを光学式情報記録
   面上に収束させる少なくとも一つのオファクシスゲレー
   ティングレンズと、前記光ビームを前記光学式情報記録
   面上に収束させることにより得られる前記光学式情報記
   録面からの情報を含んだ反射光を検出する光学系とから
   な力、前記光源の側から前記オファクシスゲレーティン
   グレンズへ入射する光ビームの光軸と前記光学式情報記
   録面から反射し前記オファクシスゲレーティングレンズ
   を透過する光の光軸とが異なることを特徴とする光学式
   情報読取装置。
2. （２）前記光学式情報記録面上に収束させる光は、前記
   入射光の前記オファクシスゲレーティングレンズに於け
   る一次回折光であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光学式情報読取装置。
3. （３）前記光学式情報記録面から反射し前記オファクシ
   スゲレーティングレンズを透過する光は、前記オファク
   シスゲレーティングレンズに於ける零次透過光であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式情報
   読取装置。
4. （４）前記光学式情報記録面上における前記光ビームの
   収束部は、前記光源側から前記オファクシスゲレーティ
   ングレンズへ入射した光ビームの零次透過光の前記光学
   式情報記録面上への照射部と異なる位置にあることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式情報読取装
   置。