JPS6319936B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6319936B2 JPS6319936B2 JP55076945A JP7694580A JPS6319936B2 JP S6319936 B2 JPS6319936 B2 JP S6319936B2 JP 55076945 A JP55076945 A JP 55076945A JP 7694580 A JP7694580 A JP 7694580A JP S6319936 B2 JPS6319936 B2 JP S6319936B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- incident
- focused
- diffraction grating
- receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
- G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
- G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only
- G11B7/0909—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only by astigmatic methods
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/32—Holograms used as optical elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、レーザ光における焦点制御方法に
関するものである。
関するものである。
近時、レーザ光を用いた各種機器がぞくぞくと
開発され、また、その応用範囲も広がりつつあ
る。レーザ光を用いた機器の一つとして、例え
ば、光学式ビデオデイスクが提案されている。こ
の光学式ビデオデイスクは、デイスク状記録媒体
の光ビーム記録層へ、レーザ光を集束せしめて照
射し、音声や画像の記録あるいはコンピユータか
らの情報の記憶等を行なうものである。光ビーム
記録層は、アルミニウム、テルル等の金属薄膜か
らなつており、同記録層には１ミクロン程度のレ
ーザ集束光が照射され、極めて高密度の記録が可
能となつている。
開発され、また、その応用範囲も広がりつつあ
る。レーザ光を用いた機器の一つとして、例え
ば、光学式ビデオデイスクが提案されている。こ
の光学式ビデオデイスクは、デイスク状記録媒体
の光ビーム記録層へ、レーザ光を集束せしめて照
射し、音声や画像の記録あるいはコンピユータか
らの情報の記憶等を行なうものである。光ビーム
記録層は、アルミニウム、テルル等の金属薄膜か
らなつており、同記録層には１ミクロン程度のレ
ーザ集束光が照射され、極めて高密度の記録が可
能となつている。
レーザ光を集束して、例えば、光ビーム記録層
へ集光点として照射する場合、集束レーザ光の最
もくびれた部分、いわば、ビームウエストを光ビ
ーム記録層面に対応一致させる必要がある、いわ
ば、レーザ光の焦点制御を行なう必要がある。
へ集光点として照射する場合、集束レーザ光の最
もくびれた部分、いわば、ビームウエストを光ビ
ーム記録層面に対応一致させる必要がある、いわ
ば、レーザ光の焦点制御を行なう必要がある。
第１図は従来の焦点制御方法に係るレーザ光光
学装置の一例を示しており、レーザ発振器１から
の直線偏光したレーザ光は、集光レンズ２、偏光
ビームスプリツタ３、1/4λ波長板４および集光
レンズ５を通つて、例えば、光ビーム記録層の如
き、平坦な反射面（以下、単に面と言う）６に集
光する。面６から反射した反射光は、再び集光レ
ンズ５、1/4λ波長板４を通り、偏光ビームスプ
リツタ３により、図において下方に反射され、集
束光となつてシリンドリカルレンズ８に入射す
る。このとき、そのシリンドリカルレンズ８によ
つて上記集束光が非点収差を付与され、かつ、受
光素子９の受光面９ａに入射する。
学装置の一例を示しており、レーザ発振器１から
の直線偏光したレーザ光は、集光レンズ２、偏光
ビームスプリツタ３、1/4λ波長板４および集光
レンズ５を通つて、例えば、光ビーム記録層の如
き、平坦な反射面（以下、単に面と言う）６に集
光する。面６から反射した反射光は、再び集光レ
ンズ５、1/4λ波長板４を通り、偏光ビームスプ
リツタ３により、図において下方に反射され、集
束光となつてシリンドリカルレンズ８に入射す
る。このとき、そのシリンドリカルレンズ８によ
つて上記集束光が非点収差を付与され、かつ、受
光素子９の受光面９ａに入射する。
図において、実線１１は図面に対して左右方向
の集束ビームを、破線１２は図面に対して垂直方
向の集束ビームを表わしている。また、一点鎖線
１３は光束が円形断面のパターンになる位置、所
謂、クロスオーバーポイントを示している。
の集束ビームを、破線１２は図面に対して垂直方
向の集束ビームを表わしている。また、一点鎖線
１３は光束が円形断面のパターンになる位置、所
謂、クロスオーバーポイントを示している。
受光素子９の受光面９ａは、第２図に示すよう
に、ビーム中心CAに対して、放射状に等分に４
分割された、分割受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有し
ていて、実線で示すＸ軸が第１図における左右方
向に、破線で示すＹ軸が第１図における垂直方向
に対応するように、素子９はビーム中心OAの周
りに、図の如く45度傾けて配置されている。
に、ビーム中心CAに対して、放射状に等分に４
分割された、分割受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有し
ていて、実線で示すＸ軸が第１図における左右方
向に、破線で示すＹ軸が第１図における垂直方向
に対応するように、素子９はビーム中心OAの周
りに、図の如く45度傾けて配置されている。
第１図において、面６上に、集光点、いわばビ
ームウエストが存在するとき、受光面９ａを一点
鎖線１３で示すクロスオーバーポイントに位置さ
せておくと、同面９ａ上の光ビームのパターン
は、第３図ａに示す如く円形となる。そして、互
に向き合う一対の分割受光領域Ａ，Ｄの受光光量
の総和と、今一つの分割受光領域Ｂ，Ｃの受光量
の総和とは等しくなる。即ち、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを
光量の単位であるとすれば、次の如くなる。
ームウエストが存在するとき、受光面９ａを一点
鎖線１３で示すクロスオーバーポイントに位置さ
せておくと、同面９ａ上の光ビームのパターン
は、第３図ａに示す如く円形となる。そして、互
に向き合う一対の分割受光領域Ａ，Ｄの受光光量
の総和と、今一つの分割受光領域Ｂ，Ｃの受光量
の総和とは等しくなる。即ち、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを
光量の単位であるとすれば、次の如くなる。
（Ａ＋Ｄ）＝（Ｂ＋Ｃ）
一方、集光点に位置する面６が集光レンズ５に
近づくと、受光面９ａ上の受光パターンは第３図
ｂに示す形状となり、光量の比較関係は次の如く
なる。
近づくと、受光面９ａ上の受光パターンは第３図
ｂに示す形状となり、光量の比較関係は次の如く
なる。
（Ａ＋Ｄ）＜（Ｂ＋Ｃ）
他方、面６が集光レンズ５から遠ざかると、受
光面９ａ上の受光パターンは第３図ｃに示す形状
となり、光量の比較関係は次の如くになる。
光面９ａ上の受光パターンは第３図ｃに示す形状
となり、光量の比較関係は次の如くになる。
（Ａ＋Ｄ）＞（Ｂ＋Ｃ）
即ち、一対の分割受光領域Ａ，Ｄの受光光量の
和と、今一つの一対の分割受光領域Ｂ，Ｃの受光
光量の和とを相互に比較することにより、面６上
の、集束ビームの集光状態を検出することができ
る。いわば、集光レンズ５をこの光軸方向に沿つ
て動かし、受光素子９上の受光パターンが第３図
ａに示す形状となるようにすれば、集光点を面６
に合致させることができる。この場合、面６を上
記光軸方向に動かしてもよいのであるが、集光レ
ンズ５を動かすようにした方がより実用的であ
る。なお、面６が精度上において「フレ」を生じ
ている場合でも、受光光量の違いを経時的に検出
し、この検出結果を例えば集光レンズの駆動系に
フイードバツクすることにより、集光点を面６に
常に一致させることができる。
和と、今一つの一対の分割受光領域Ｂ，Ｃの受光
光量の和とを相互に比較することにより、面６上
の、集束ビームの集光状態を検出することができ
る。いわば、集光レンズ５をこの光軸方向に沿つ
て動かし、受光素子９上の受光パターンが第３図
ａに示す形状となるようにすれば、集光点を面６
に合致させることができる。この場合、面６を上
記光軸方向に動かしてもよいのであるが、集光レ
ンズ５を動かすようにした方がより実用的であ
る。なお、面６が精度上において「フレ」を生じ
ている場合でも、受光光量の違いを経時的に検出
し、この検出結果を例えば集光レンズの駆動系に
フイードバツクすることにより、集光点を面６に
常に一致させることができる。
集光点を面６に常に一致させることができれ
ば、第１図に示す如く、面６に形成された凹状の
マーク７を高い空間分解能で検出することができ
る。マーク７は、今、面６がビデオデイスクの光
ビーム記録層であるとすれば、その部分の記録ド
ツトとなり、再生時のその読み取りを高い空間分
解能で行なうことができる。この場合の受光検出
は、第３図ａにおけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの総和受光
光量を検出すればよい。この他、例えば、光ビー
ム記録層の微細な傷の検出や、また、面６をミラ
ーとした場合のこの表面上の微少な傷を検出する
ことができ、一種の検査機能をも達成することが
できる。
ば、第１図に示す如く、面６に形成された凹状の
マーク７を高い空間分解能で検出することができ
る。マーク７は、今、面６がビデオデイスクの光
ビーム記録層であるとすれば、その部分の記録ド
ツトとなり、再生時のその読み取りを高い空間分
解能で行なうことができる。この場合の受光検出
は、第３図ａにおけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの総和受光
光量を検出すればよい。この他、例えば、光ビー
ム記録層の微細な傷の検出や、また、面６をミラ
ーとした場合のこの表面上の微少な傷を検出する
ことができ、一種の検査機能をも達成することが
できる。
ところで、従来の方法は、非点収差を与える手
段として、シリンドリカルレンズを用いたもので
あるが、かようなシリンドリカルレンズを用いる
と、シリンドリカルレンズ自体、高精度の加工を
必要とし、経済的に高性能の特性を得ることが難
しく、また、レンズの肉厚からいつても装置自体
の重量が増加してしまう欠点がある。
段として、シリンドリカルレンズを用いたもので
あるが、かようなシリンドリカルレンズを用いる
と、シリンドリカルレンズ自体、高精度の加工を
必要とし、経済的に高性能の特性を得ることが難
しく、また、レンズの肉厚からいつても装置自体
の重量が増加してしまう欠点がある。
本発明は、斯る従来欠点を解消することを目的
とし、その特徴とするところは、非点収差を与え
る手段として格子定数一定の回折格子を用いるこ
とにある。第４図は、本発明を実施したレーザ光
光学装置の一例を示している。なお、レーザ発振
器１から面６までの光学構成は、第１図のものと
同一であり、この部分の説明は省略する。この装
置は、回折格子１８と、受光面を分割した受光素
子１９、通常の受光素子２０とを有している。こ
の内の受光素子１９は、第１図の受光素子９とま
つたく同様に構成されている。
とし、その特徴とするところは、非点収差を与え
る手段として格子定数一定の回折格子を用いるこ
とにある。第４図は、本発明を実施したレーザ光
光学装置の一例を示している。なお、レーザ発振
器１から面６までの光学構成は、第１図のものと
同一であり、この部分の説明は省略する。この装
置は、回折格子１８と、受光面を分割した受光素
子１９、通常の受光素子２０とを有している。こ
の内の受光素子１９は、第１図の受光素子９とま
つたく同様に構成されている。
回折格子１８が平面型のものである場合、これ
に、第５図に示す如く、波長がλの平行光２５を
垂直に入射すると、０次光２６と、１次回折光２
７と、−（マイナス）１次回折光２８とに分離し、
回折角θはλ／sinθ＝ｐで与えられる。ここでｐ
は回折格子の格子ピツチである。
に、第５図に示す如く、波長がλの平行光２５を
垂直に入射すると、０次光２６と、１次回折光２
７と、−（マイナス）１次回折光２８とに分離し、
回折角θはλ／sinθ＝ｐで与えられる。ここでｐ
は回折格子の格子ピツチである。
このような回折格子に対して、第６図に示す如
く、点P0に、収束角αで収束するような収束光
３５を入射すると、０次光はP0に、１次回折光
はP1に、−１次回折光はP-1に集光するが、この
場合に、回折光は非点収差を生ずる。
く、点P0に、収束角αで収束するような収束光
３５を入射すると、０次光はP0に、１次回折光
はP1に、−１次回折光はP-1に集光するが、この
場合に、回折光は非点収差を生ずる。
即ち、P1は図面に対して水平な面での集光点
であり、回折格子１８の照射位置ＯからP1まで
の距離1はαが小さいときには次のような条件
式(1)，(2)，(3)が成立する。
であり、回折格子１８の照射位置ＯからP1まで
の距離1はαが小さいときには次のような条件
式(1)，(2)，(3)が成立する。
β≒α／cosθ ……(1)
1≒ｄ cosθ ……(2)
0α＝ｄ ……(3)
ここでｄは回折格子に入射する光ビームの直径
である。
である。
(1)，(2)，(3)式から次のような式(4)が成立する。
1≒0cos2θ ……(4)
これに対して、図面に対して垂直方向の集光
点、今これを仮にP′1とすると、この点P′1は′1
＝0を満足する位置に存在する。一方、P-1に
ついてもP1と同様なことがいえるので、矢張、
非点収差を生じる。このように、回折格子を用い
ても、非点収差を生じるのである。
点、今これを仮にP′1とすると、この点P′1は′1
＝0を満足する位置に存在する。一方、P-1に
ついてもP1と同様なことがいえるので、矢張、
非点収差を生じる。このように、回折格子を用い
ても、非点収差を生じるのである。
従つて、第４図に示すように、受光面を４分割
した受光素子１９を、回折光のクロスオーバーポ
イント付近に配置すれば、第１図に示す方法と同
様な原理で、集光点を面６上に位置させるべき焦
点制御を行なうことができる。この場合、１次回
折光のみならず−１次回折光を用いることもでき
る。回折格子１８は平面形状であるから、非常に
薄くできるので、重量も軽く、また、例えば、型
押し法等の手段によつて作製すれば、大量に安価
に供給することができる。
した受光素子１９を、回折光のクロスオーバーポ
イント付近に配置すれば、第１図に示す方法と同
様な原理で、集光点を面６上に位置させるべき焦
点制御を行なうことができる。この場合、１次回
折光のみならず−１次回折光を用いることもでき
る。回折格子１８は平面形状であるから、非常に
薄くできるので、重量も軽く、また、例えば、型
押し法等の手段によつて作製すれば、大量に安価
に供給することができる。
回折格子としては、任意の回折効率のものを作
製することが可能であつて、回折効率のより高い
回折格子を用いた場合、つまり、０次光に対する
１次回折光の割合が多い回折格子を用いた場合、
その１次回折光をもつて、第３図ａに示す総和光
量を検出することができるが、一方、回折効率を
押えて０次光の集束点付近に今一つの受光素子２
０を配置し、この受光素子２０によつて面６の反
射光量を検出することができ、この素子２０とし
て、受光面積の小さい高速応答性の半導体受光素
子を用いることができる。従つて、例えば、ビデ
オデイスクにおける再生読み取り等を速い応答性
で行なうことができ、斯る用途に対する適用性を
より向上させることができる。
製することが可能であつて、回折効率のより高い
回折格子を用いた場合、つまり、０次光に対する
１次回折光の割合が多い回折格子を用いた場合、
その１次回折光をもつて、第３図ａに示す総和光
量を検出することができるが、一方、回折効率を
押えて０次光の集束点付近に今一つの受光素子２
０を配置し、この受光素子２０によつて面６の反
射光量を検出することができ、この素子２０とし
て、受光面積の小さい高速応答性の半導体受光素
子を用いることができる。従つて、例えば、ビデ
オデイスクにおける再生読み取り等を速い応答性
で行なうことができ、斯る用途に対する適用性を
より向上させることができる。
このように、本発明は、回折作用に伴なう非点
収差を利用して平坦な反射面上に集光点を位置さ
せることを特徴とするものであつて、用いる回折
格子としては、平行なストライプ状の格子を刻設
した回折格子以外に、ホログラムレンズの如き回
折格子類を用いることも可能である。
収差を利用して平坦な反射面上に集光点を位置さ
せることを特徴とするものであつて、用いる回折
格子としては、平行なストライプ状の格子を刻設
した回折格子以外に、ホログラムレンズの如き回
折格子類を用いることも可能である。
なお、先に述べた式(4)、即ち、1≒0
cos2θから明らかなように、回折角θを大きくし
た方が非点収差が大きくなつて、光量検出に関し
てはより有利となる。
cos2θから明らかなように、回折角θを大きくし
た方が非点収差が大きくなつて、光量検出に関し
てはより有利となる。
第４図に示す如く、回折格子１８に、入射光が
垂直に入射すると、光学系のレイアウト上、回折
角θを大きく設定することができないことがあ
る。このような場合には、回折格子１８を第７図
に示す如く、傾ければよく、回折角θを大きく設
定することができる。
垂直に入射すると、光学系のレイアウト上、回折
角θを大きく設定することができないことがあ
る。このような場合には、回折格子１８を第７図
に示す如く、傾ければよく、回折角θを大きく設
定することができる。
なお、第８図は回折格子として、ホログラム板
を用いた例を示しており、まず、ホログラム記録
体４０に、参照光４１と物体光４２とを入射せし
めて、ホログラムを記録しホログラム板を作製す
る。このホログラム板に、参照光４１と同じ方向
から、再生光、即ち、第４図の回折格子１８に入
射する入射光を照射すると、もとの物体光４２を
再生する。物体光として非点収差の大きい集束光
を用いれば、ホログラムからの再生される集束光
の非点収差も大きくなる。なお、破線４３は図面
に対して垂直方向の物体光４２の形状を示してい
る。
を用いた例を示しており、まず、ホログラム記録
体４０に、参照光４１と物体光４２とを入射せし
めて、ホログラムを記録しホログラム板を作製す
る。このホログラム板に、参照光４１と同じ方向
から、再生光、即ち、第４図の回折格子１８に入
射する入射光を照射すると、もとの物体光４２を
再生する。物体光として非点収差の大きい集束光
を用いれば、ホログラムからの再生される集束光
の非点収差も大きくなる。なお、破線４３は図面
に対して垂直方向の物体光４２の形状を示してい
る。
以上本発明によれば、非点収差を与える手段と
して、回折格子を用いたものであつて、この回折
格子自体、重量が軽くしかも安価に容易に作製す
ることができるから、レーザビーム光学装置の軽
量化と低廉化をはかることができる。
して、回折格子を用いたものであつて、この回折
格子自体、重量が軽くしかも安価に容易に作製す
ることができるから、レーザビーム光学装置の軽
量化と低廉化をはかることができる。
第１図は従来の焦点制御方法に係るレーザ光光
学装置の一例の構成図、第２図は上記装置に具備
される受光素子の受光面の形態図、第３図ａない
しｃは上記受光面おける受光パターンの態様をそ
れぞれ示す図、第４図は本発明の焦点制御方法に
係るレーザ光光学装置の構成図、第５図は回折格
子に平行光を入射せしめたときの出射回折光の回
折状態を示す図、第６図は回折格子に集束光を入
射せしめたときの回折光および０次光の出射状態
と非点収差との関係を説明するための図、第７図
は回折角を大きく設定するための一方式例を示す
図、第８図は回折格子としてホログラム板を用い
た例を示す図である。 ５……集光レンズ、６……平坦な反射面、１８
……回折格子、１９……受光素子。
学装置の一例の構成図、第２図は上記装置に具備
される受光素子の受光面の形態図、第３図ａない
しｃは上記受光面おける受光パターンの態様をそ
れぞれ示す図、第４図は本発明の焦点制御方法に
係るレーザ光光学装置の構成図、第５図は回折格
子に平行光を入射せしめたときの出射回折光の回
折状態を示す図、第６図は回折格子に集束光を入
射せしめたときの回折光および０次光の出射状態
と非点収差との関係を説明するための図、第７図
は回折角を大きく設定するための一方式例を示す
図、第８図は回折格子としてホログラム板を用い
た例を示す図である。 ５……集光レンズ、６……平坦な反射面、１８
……回折格子、１９……受光素子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１の集光レンズにより集束され、集光した
のちの発散性の入射光束を、偏光ビースプリツタ
ー及び1/4波長板を介して第２の集光レンズに入
射せしめ、平坦な反射面へ集光点として照射し、
上記反射面による反射光を上記第２の集光レンズ
に通して集束ビームを得、この集束ビームを上記
１／４波長板を介して上記偏光ビームスプリツター
に入射させ、偏光ビームスプリツターにより入射
光束と分離し、分離した集束ビームを格子定数一
定の回折格子に入射せしめ、回折光に非点収差を
発生させ、 一方、非点収差を生じた集光ビームのクロスオ
ーバーポイント付近の光路中に、受光面がビーム
中心に対して放射状に４等分割された受光素子を
配置し、かつ、この受光素子に上記集光ビームを
入射せしめ、互いに向き合う一対の分割受光領域
の受光光量の総和と、互いに向き合う他の一対の
分割受光領域の受光光量の総和とが相等しくなる
ように、上記反射面と第２の集光レンズとの間の
相対的な光学距離を補正して、上記集光点を反射
面上に位置させることを特徴とする焦点制御方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7694580A JPS573235A (en) | 1980-06-07 | 1980-06-07 | Focus controlling method |
| US06/271,400 US4525625A (en) | 1980-06-07 | 1981-06-08 | Focussing control with astigmatic diffracting means |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7694580A JPS573235A (en) | 1980-06-07 | 1980-06-07 | Focus controlling method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS573235A JPS573235A (en) | 1982-01-08 |
| JPS6319936B2 true JPS6319936B2 (ja) | 1988-04-25 |
Family
ID=13619881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7694580A Granted JPS573235A (en) | 1980-06-07 | 1980-06-07 | Focus controlling method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4525625A (ja) |
| JP (1) | JPS573235A (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4626679A (en) * | 1982-09-22 | 1986-12-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical head and method of detecting the focus thereof |
| US4604739A (en) * | 1984-04-16 | 1986-08-05 | International Business Machines Corporation | Optical focus detection employing rotated interference patterns |
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