JPS6074127A - 光学ヘツド - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はたとえばＤＡＤ　、ビデオディスク、光ディス
ク、ＣＯＭ等に用いられ、光を用いて情報記憶媒体から
情報の読取シ、場合によっては情報の追加記録、情報の
消去を行なうことができる光学ヘッドに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

上記種の光学ヘッドに適用される焦点ぼけ検出法として
は、光検出器上でのレーデ光のスポット形で検出する非
点収差法、光検出器上でのレーデ光のスポットの移動で
検出するナイフェツジ法等がある。

しかしながら、光学系の小型化を図るため忙焦点ぼけを
検出する光検出器へ投光する投射レンズの内径（投射レ
ンズのところにおける、この投射レンズを通過し光検出
器へ向かう領域の直径）を小さくすると、焦点がぼけた
とき、情報記憶媒体で反射し対物レンズを通過した光が
投射レンズの内径でけられてしまい、充分な光量が光検
出器に到達しなくなる。このため、焦点ぼけ検出信号が
小さくなるという問題がある。

〔発明の目的〕

−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、大きく焦点がぼけたところでも充
分な焦点ぼけ検出信号が得られるようＫした光学ヘッド
を提供することにあるＯ 〔発明の概要〕 本発明は、上記目的を達成するために１集束光を用い情
報記憶媒体から少なくとも情報を読取ることが可能な光
学ヘッドにおいて、上記情報記憶媒体で反射した光を捕
えて後方へ送る対物レンズと、この対物レンズから送ら
れた光を少なくとも焦点はけを検出する光検出器に投射
する投射レンズとを具備し、上記対物レンズと上記投射
レンズとの間の距離をり、上記対物レンズの焦点距離を
ｆ６ｓ上記対物レンズの開口部の半径をＡとしたとき、
上記投射レンズの内ａ＝−０，００５鴫とする。）こと
を特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図はこの発明の光学ヘッドを適用した情報記録再生
装置を概略的に説明するもので、図中２は光ディスク（
情報記憶媒体）である。この光ディスク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
夫の内面上には情報記録層としての光反射層１２．１４
が蒸着によって形成されている。この光反射層１２．１
４の夫々には、ヘリカルにトラッキング・ガイド１６が
形成され、このトラッキング・ｆイド１６上にビットの
形で情報が記録される。光ディスク２の中心には、孔が
穿けられ、ターンテーブル１８上に光ディスク２が載置
された際にこのターンテーブル１８のセンター・スピン
ドル２０が光ディスク２の孔に挿入され、ターンテーブ
ル１８と光ディスク２の回転中心が一致される。ターン
テーブル１８のセンター・スピンドル２０には、更にチ
ャック装置２２が装着され、このチャック装置２２によ
って光ディスク２がターンチーゾルＩ８上に固定されて
いる。ターンチーゾル１８は、回転可能に支持台（図示
せず）によって支持され、駆動モータ２４によって一定
速度で回転される。

光学ヘッド２６が、リニア・アクチェータ２８或は、回
転アームによって光デイスク２０半径方向に移動可能に
設けられ、この光学ヘッド２６内には、レーデ・ビーム
を発生するレーデ装置３０が設けられている。情報を光
ディスク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デ・ビームがレーデ
装置３０から発生され、情報を光ディスク２から読み出
す際には、一定の光強度を有スるレーデ・ビームがレー
デ装置３０から発生される。レーデ装置３０から発生さ
れたレーデ・ヒームハ、凹ソンズ３２によって発散され
、凸レンズ３４によって平行光束に変換され、偏光ビー
ム・スゲリッタ３６に向けられている。

偏光ビーム・スプリッタ３６によっ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によって光ディス
ク２の光反射層１４に向けて集束される。対物レンズ４
０は、？イス・コイル４２によってその光軸方向建移動
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デ
・ビームのビーム・ウェストが光反射層１４表面上に投
射され、最小ビーム・スポットが光反射層１４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デ
ビームによって光反射層１４上のトラッキング・がイド
１６にビットが形成され、情報を読み出す際には、一定
の光強度を有するレーデビームハ、トラッキング・がイ
ド１６に形成されたビットによって光強度変調されて反
射される。

光ディスク２の光反射層１４から反射された発散性のレ
ーデ・ビームは、合焦時には対物レンズ４θによって平
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・スプリッタ３６に戻される。レーデ・ビーム
が１／４波長板３８を往復することによってレーザ・ビ
ームは、偏光ビーム・スプリッタ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
回転したレーデ・ビームは、偏光ビーム・スプリッタ３
６で反射されず、この偏光ビーム・スプリンタ３６を通
過することとなる。

偏光ビーム・スプリッタを通過したレーザ・ビームは、
ハーフ・ミラー４４によって２系に分けられ、その一方
は、凸レンズ４６Ｊ／Ｃよって第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、光ディスク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・データに変換される。

ハーフミラ−４４によって分けられた他方のレーザ・ビ
ームは、光遮光板５２によって光軸５３から離間した領
域を通過する成分のみが取シ出され、投射レンズ５４を
通過した後ミラー５６によって反射されて第２の光検出
器５８に入射される。ここで、光遮光板５２は、プリズ
ム、アノや一チャー・スリット或は、ナイフ・エツジ等
のいずれで構成されても良い。第２の光検出器５８で検
出された信号は、フォーカス信号発生器６０で処理され
、このフォーカス信号発生器６θから発生されたフォー
カス信号がボイス・コイル駆動回路６２に与えられる。

どイス・コイル駆動回路６２け、フォーカス信号に応じ
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々る。尚、光ディスク２の光反射
層１４上に形成されたトラッキング・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・アクチェータ２８を作動させても
良く、また、対物レンズ４θを横方向に移動させたシ、
或は図示しないがルバノ・ミラーを作動させても良い。

第１図に示した合焦時を検出する為の光学系が第２図に
示すように単純化して示され、合焦検出に関するレーザ
ビームの軌跡は、第３図（イ）（→し→に示すように描
れる。対物レンズ４ｏが合焦状態釦ある際には、光反射
層１４上にビーム・ウェストが投射され、最小ビーム・
スポット、即チビーム・ウェスト・スーツトロ４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ハ、平行光束であるか
ら、♂−ム・ウェストは、対物レンズ４ｏの焦点上に形
成される。然しなから、対物レンズ４０にレーザ装置３
０から入射されるレーデがわずかに発散或は、収束して
いる場合には、ビーム・ウェス）ｌｄ、対物レンズ４０
の焦点近傍に形成される。第１図、第２図及び第３図（
イ）（ロ）←→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・ウェス
ト・スポット６４の結倹面に配列されている。従って、
合焦時には、ビーム・ウェスト・スポット６４の像が光
検出器５８の受光面の中心に形成される。即ち、第３図
（イ）に示すようにビーム・ウェスト・スポット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によって平行光束
に変換されて遮光板５２に向けられる。遮光板５２によ
って光軸５３から離間した領域を通る光成分のみが取シ
出され、投射レンズ５４によって集束され、光検出器５
８上で最小に絞られ、ビーム・ウェスト・ス醪ソト像が
その上に形成される。次に対物レンズ４０が光反射層１
４に向けて近接すると、ビーム・ウェストは、第３図ｃ
口）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。即ち、ビーム・ウェストは、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・ウェストは、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・ウェストが光点
として機能すると仮定すれば明らかなように光反射層１
４で反射され、対物レン、ｅ４０から射出されるレーザ
ビームは、対物レン、ｅ４ｏＫよって発散性のレーザ・
ビームに変換される。遮光板５２を通過したレーデ・ビ
ーム成分も同様に発散性であることから、とのレーザ・
ビーム成分が投射レンズ５４によっ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
シも遠い点に向って集束されることとなる。従って、光
検出器５８の受光面の中心から図上上方に向ってレーザ
・ビーム成分は、投射され、その受光面上には、ビーム
・スポット像よ勺も大きなパターンが形成される。更に
１第３図（ハ）に示されるように対物レンズ４０が光反
射層Ｉ４から離間された場合には、ビーム・ウェストを
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・ウェストは、対物レン
ズ４０の焦点距離外であって対物レンズ４０と反射層１
４間に形成されることから、対物レンズ４０から遮光板
５２に向う反射レーザ二ビームは、収束性を有すること
となる。従って、遮光板５２を通過したレーデ・ビーム
成分は、投射レンズ５４によって更に収束され、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・ウェ
スト・スポットの像よシも大きなパターンが中心から図
上下方に形成される。

次に、投射レンズ５４の内径の許容量小値をめる。上述
したレーデの軌跡の変化即ち、光線軌跡の変化は、畿内
光学的に下記のように説明され、レーザ・ビーム成分が
投射レンズ５４上で偏向される値り、をめることができ
る。

対物レンズ４０の畿内光学的な結像系は、第４図に示す
ように表わすことができる。ここで、ｆｏ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妊至
る際の対物レンズ４０即ち、光ディスク２の光反射層１
４の移動距離を示し、第４図において実線で示される光
線軌跡は、ビームウェストから発せられ、対物レンズ４
０の主面上であって光軸５３から距離ｈｏ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３図（イ
）に示される合焦時には、明らかなようにδ；０であり
、第３図油）に示される非合焦時には、光ディスク２が
距離δだけ対物レンズ４０に近接し、ビームウェストは
、光反射層１４で反射されて形成されることから、ビー
ム・ウェストは、その２倍だけ対物レンズ４ｏＫ近接す
ることとなる。（近接する場合は、δ〈０である。）ま
た、第３図（ハ）Ｋ示される非合焦時には、光ディスク
２が距離δだけ対物レンズ４０から離間され、ビーム・
ウェストを形成した後レーデ・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・ウェストが形成されたと同様であってビーム・
ウェストは、２δだけ対物レンズから離間することとな
る。合焦時には、ビーム・ウェストが対物レンズ４０の
焦点位置に形成されるとすれば、光ディスク２がδだけ
移動した場合には、第４図に示されるようにビーム・ウ
ェストと対物レンズ４θの主面間の距離は、（ｆ。

＋２δ）で表わされる。ビームウェストを光点とみなせ
ば、第４図における角度βＧ及びβ１は、下記（１）及
び（２）式で示される。

マタ、レンズの結像公式から 従って、 β１＝βＯ＋　ｈａ／ｆ。

第５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をシ扱つかつている。

ここで、レンズ５４−１．５４−２は、夫々焦点距離ｆ
ｌ＋ｆｉ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、またｔだけ離間して光検
出器５８の受光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、辿光板５２の光透過面であって光軸５３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：ｌｌｏ　−ａβｌ ここで、Ｆ（Ｊ）＝　（ｆ　ｏ　＋　ｆ　ｏ　／２δ）
−１とすれば、（３）式は、次式で表わされる。

ｙ＝ｈｏ　（１−ａＦ（δ））　曲・曲（４）従って、 また、光線がレンズ５４−１の主面上を通る光軸５３上
からの位置ｈ１は、（６）式で表わされる。

ｈｌ　−３’　（Ｌ−ａ）β】 δだけ焦点がぼけたとき対物レンズ４ｏからＬだけ離れ
た位置にある投射レンズ５４のところでのスポット径は
、（６）弐において、ｙ　””　Ａ（Ａは対物レンｆ４
０の開口部ないしは射出瞳の半径）、ａ　＝　Ｑとして
、 となる。

ここで、投射レンズ５４のところで光がけられず充分大
きな焦点埋は検出信号が得られる許容焦点Ｉ′！′け量
の範囲を考察する。集光したし〜デ光のトラッキングガ
イドからの反射光の回折パターンを用いてトラックずれ
を検出するＰｕ５ｈ−Ｐｕｌ　ｌ法では、大きく焦点ぼ
けを起こすとトラックずれ検出信号は現われなくなる。

第６図及び第７図はトラッキングがイト°としてス・平
イラル状に連動して伸びた溝（プリグループ）をレーデ
スポットが直角方向に横切った時に、溝の１本１本とと
に現われるトラックずれ検出信号を現わしている。そし
てそれぞれの方向に焦点をばかして行った時のトラック
ずれ検出信号の様子をそれぞれの図面が表している。な
お、図中、δは対物レンズ４０からの射出光の焦点から
の光反射層１４のずれ量で、対物レンズ４０から遠い側
を正とする。また、上側の曲線がトラッキング信号５０
Ａ１下側の曲線がトータル信号５０Ｂを示し、共に零点
は上から２　ｄｌｖ、目で、これよシ下側が正である。

この図から通常３．０μｍ、多くても５．０μｍ以上焦
点がほけるとＰｕ　５ｈ−Ｐｕ　１１法の信号ではトラ
ックずれを検出できないということがわかる（なお、信
号５０にの波形はなめらかなほど、また振幅が大きいほ
ど良好である。）。

また、情報記憶ｉ体２の光反射層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
生じて光反射層１４上でのスポットが大きくなると記録
を行ないにくくなる。合焦点時の光反射層１４でのスポ
ットサイズａｔ（たとえば、開口数（ＮＡ）の値がＮＡ
（ここで言うＮＡは数式の記号として取扱う）である理
想的に収差のまったくないレンズに強度分布が至る所均
−な平行レーザ光が入射したとし、このレンズを通過し
た後集光した所でのスポットサイ％’ａｔ）はレーデ光
の波長をλとした時０．８２λ ａＬ＝□　・・・・・・・・・（７） ＮＡ で力先られるとする。また、この時の強度分布はがウス
分布に類似していると仮定すると、ビームウェストでの
強度が中心強度の１／ｅ　となる輪帯の半径をω０とし
、そこから２ずれた所での半径ω（２）＝ωｏｌと表わ
せるから、Ｚだけ焦点が埋けた時の光反射層１４上での
半径ωに）はこの式を用いることができる。したがって
、 ωセ）＝ω。’（ｉ＋（”　、）２） πωｏ２ この時のス４ット中心強度は、 ■＝−ム）２ ω（Ｚ） 妊減少する。記録が可能な最低中心強度をＩｍｌ　ｎと
すると より １＋（”””　）２Ｚ２く１／ｌｍ１ｎ０．１７πλ ｒ　ｚ＋　＜Ｏ−１７”　’、メ１／Ｉ　ｍ　Ｉ　ｎ−
１（ＮＡ　）２　川・・・・・（９） 今、λ＝　０．８３１ｔｍ　、　ＮＡ＝　０．６　、　
Ｉｍｌ　ｎ＝　０．７とすると、＝０．７９μｍ λ＝　０．８３　μｍ　＊　Ｎ　Ａ−＝　０．５　、　
ｌｍ１ｎ＝　０．７とすると、０．４４　Ｘ　Ｏ，６５ Ｉ　Ｚ　Ｉ　＜、−□−＝　１．１４μｍ０．２５ よシ許容焦点ぼけ量は０．５〜２．０μｍ位である。

したがって、投射レンズ５４のところで光がけられない
範囲の焦点ぼけ量は５μｍ　（−０，００５ｍ＋Ｉ＋）
とする。

以上から投射レンズ５４の内径（直径）はぼけても投射
レン、ｅ５４のところで光がけられることはなく、シた
がって充分大きな焦点ぼけ検出信号が得られる。

なお、上記実施例では焦点ぼけ検出法としてナイフエツ
ジ法を行なう光学ヘッドについて説明したが、本発明は
これに限ることはなく、たとえは非点収差法を行なう光
学ヘッドに適用してもよいことは勿論である。

すなわち、この非点収差法は、第８図に示すように光デ
ィスク（情報記憶媒体）７１の光反射層（情報形成層）
２２から反射して対物レンズ７３を通過したレーデ光７
４の反射光路上に投射レンズ（球面レンズ）７５とシリ
ンドリカルレンズ７６を組合せた検知系光学レンズ７７
および検知部として対角線上に４分割された光検出器７
８を順次配置し、光検出器２８上のレーデ光７４のスポ
ット形を検知するもので、その基本的原理は第９図（イ
）、（ロ）で示すように、点光源７９の位置Ｐが同じで
もレンズ８０＆、８０ｂの焦点距離が異なると像を結ぶ
位置がｑとｑと異なシ、Ｒの所に置いた板８１に光が当
る幅が異なる。一方、投射レンズ（球面レン、ｅ）７５
とシリンドリカルレンズ７６を組合せると母線を含む面
とそれに垂直な面での合成レンズ焦点距離が異なるため
、第２図ピ）、（ロ）のＲの所装置いた板８ノＶＣ映る
光のスポット形は楕円になる。

さらに、点光源７９の位置ＰをずらすとＲの位置におい
た板８ノに映る光のスポット形は楕円から円へと変形す
る。そして、これを４分割した検知器７８で検出するこ
と忙よシ焦点ぼけを検知することになる。したがって、
Ｒの位置に置いた板８１に映る光のスポット形が円形に
なる時に焦点が合うように対物レンズ７３を動かして焦
点合せを行なうことになる。

ここで、第８図に示す８２は対物レンズ７３を光ディス
ク（情報記憶媒体）７２の面に対して接離させて焦点調
節を行なうレンズ駆動コイルである。

このような非点収差法を行なう光学系について投射レン
ズ７５の内径を上記実施例同様に設定することによシ同
様の作用効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、集束光を用い情報
記憶媒体から少なくとも情報を読取ることが可能な光学
ヘッドにおいて、上記情報記憶媒体で反射した光をとら
えて後方へ送る対物レンズと、との対物レンズから送ら
れた光を少なくとも焦点ぼけを検出する光検出器に投射
する投射レンズとを具備し、上記対物レンズと上記投射
レンズとの間の距離をり、上記対物レンズの焦点距離を
ｆ’ｓ上記対物レンズの開口部の半径をＡとしたとき、
上記投射レンズの内り 径が２Ａ（１＋−ｉ。１゜２７゜、）よシも大きい（但
し、δ＝−０，００５ｔｍとする。）から、大きく焦点
がぼけたところでも充分な焦点ぼけ検出信号が得られる
等の優れた効果を奏する・

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は情報記録再生装置を示すブロック図、第２図は焦点
ぼけ検出系の光学系を示す図、第３図Ｃイ）（ロ）し→
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４図は対物レンズを通る光線の軌跡を
解析するための図、第５図は投射レンズを通る光線の軌
跡を解析するための図、第６図イ）〜イヨ）および第７
図（イ）〜（ガは焦点ぼけ量に対するトラックずれ検出
信号を示す図、第８図は本発明の他の実施例を示す焦点
ぼけ検出光学系を示す図、第９図はその原理説明図であ
る。 ２・・・情報記憶媒体（光ディスク）、４０・・対物レ
ンズ、５４・・・投射レンズ、５８・・・光検出器、７
１・・・情報記憶媒体（光ディスク）、７３・・対物レ
ンズ、７５・・・投射レンズ、７８・・・光検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 集束光を用い情報記憶媒体から少なくとも情報を読取る
   ことが可能なものにおいて、上記情報記憶媒体で反射し
   た光をとらえて後方へ送る対物レンズと、この対物レン
   ズから送られた光を少なくとも焦点ぼけを検出する光検
   出器に投射する投射レンズとを具備し、上記対物レンズ
   と上記投射レンズとの間の距離をり、上記対物レンズの
   焦点距離をｆｌｌｓ上記対物レンズの開口部の半径をＡ
   としたとき、上記投射レンズのし、δ−−０，００５ｍ
   とする。）ことを特徴とする光学ヘッド。