JPH03116449A - 偏光スイッチを利用した合焦方法および装置 - Google Patents
偏光スイッチを利用した合焦方法および装置Info
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- JPH03116449A JPH03116449A JP1124317A JP12431789A JPH03116449A JP H03116449 A JPH03116449 A JP H03116449A JP 1124317 A JP1124317 A JP 1124317A JP 12431789 A JP12431789 A JP 12431789A JP H03116449 A JPH03116449 A JP H03116449A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
(産業上の利用分野]
本発明は、光学装置に係り、特に光ディスクなどの光学
的情報記録再生システムにおける光ビームスポットの合
焦方法及び装置、さらには、上記システムにおける光ビ
ームのトラッキング装置に関する。
的情報記録再生システムにおける光ビームスポットの合
焦方法及び装置、さらには、上記システムにおける光ビ
ームのトラッキング装置に関する。
光学データ記憶装置、レーザビームプリンタ等の光学デ
ータ処理用途においては、回折で制限された分解能で光
点を移動面上に合焦しなければならない。 移動面は光
点の分解能より相当大きい範囲で変動しているのが普通
であるため、移動面に対する光点の位置を検出して、必
要であればそれを修正しなげれならない。 従来より光学ディスク装置などでは、上述のような合焦
を行うために、集束レンズの位置を移動させる機械的ア
クチュエータが用いられてきた。 [発明が解決しようとする課題] しかし、機械的に集束レンズを移動させる方法にはいく
つかの欠点がある。その一つとして、集束レンズを機械
的に可動にすることによって、振動やfi撃に弱いとい
う欠点がある。また、機械的動作は比較的遅いうえに、
故障を生じやすいという欠点もあげらる。 本発明の目的は、光点を、機械的手段に依らず、所望と
する移動面上に追随させ1合焦させる方法及び装置を提
供することにある。 [課題を解決するための手段] 上記本発明の目的は、装置に入射する光の偏光状態に依
って、その結像特性を変化せしめる合焦方法もしくは合
焦手段を用いることによって達成される。 本発明においては、機械的アクチュエータの代わりに光
の偏光方向を切り換えるスイッチング素子が用いられる
。
ータ処理用途においては、回折で制限された分解能で光
点を移動面上に合焦しなければならない。 移動面は光
点の分解能より相当大きい範囲で変動しているのが普通
であるため、移動面に対する光点の位置を検出して、必
要であればそれを修正しなげれならない。 従来より光学ディスク装置などでは、上述のような合焦
を行うために、集束レンズの位置を移動させる機械的ア
クチュエータが用いられてきた。 [発明が解決しようとする課題] しかし、機械的に集束レンズを移動させる方法にはいく
つかの欠点がある。その一つとして、集束レンズを機械
的に可動にすることによって、振動やfi撃に弱いとい
う欠点がある。また、機械的動作は比較的遅いうえに、
故障を生じやすいという欠点もあげらる。 本発明の目的は、光点を、機械的手段に依らず、所望と
する移動面上に追随させ1合焦させる方法及び装置を提
供することにある。 [課題を解決するための手段] 上記本発明の目的は、装置に入射する光の偏光状態に依
って、その結像特性を変化せしめる合焦方法もしくは合
焦手段を用いることによって達成される。 本発明においては、機械的アクチュエータの代わりに光
の偏光方向を切り換えるスイッチング素子が用いられる
。
第1図は本発明の、光点を光軸方向に合焦させる方法の
原理を示している。 X方向に直線偏光された光を、電子的に切り換え(スイ
ッチング)可能な半波長板HWPに入射させる。上記H
WPの切り換え状態に従って、半波長板HWP後の光は
X方向に直線偏光されるかX方向に直線偏光される。 レンズLが例えば石英のような複屈折結晶で形成されて
いるものとし、レンズLを構成する結晶の光軸をそれぞ
れy軸に平行に配向する。するとレンズLにおいて、光
はいずれかの偏光方向に対応して1通常の屈折率n0と
それに対する焦点距離f0か、あるいは異常屈折率ne
とそれに対する焦点距離f8のいずれかをとる。 第2図は上述のように光軸上で異なる二つの位置に焦点
を結ばせる可能性を具現する手段を示したものである。 半波長板HWPと複屈折レンズBRLの原理については
筒に第1図で説明したとおりである。BRLが石英で形
成されており、第2図に示すように曲率半径R=22.
5mmの平凸レンズであるものとする。また、光の波長
を780nmと仮定する。この時レンズの屈折率はn。 =1.53879、ne=1 、54769となり、そ
の結果、焦点距離はfg”41.8mm、fe=41.
1mmとなる。 集束レンズFLの焦点距離を3 m mとし、開口数を
0.5とすると、集束レンズの焦点深度FDは3.12
μmである。その結果、光の全焦点距離は、光が半波長
板BRLにおいて感応する屈折率により、それぞれ2.
7989mm、または2゜7958 m mとなる。焦
点距離め差は、3.1μmであり、はぼ焦点深度に等し
くなっている。 従って光が焦点距&1f、をとる場合、その光は2.7
974mmから2.8005mmの範囲で。 回折で制限された大きさの光点に集束される。また、焦
点距WH6をとる場合、その光は2.7943mmから
2.794mmの範囲で、回折で制限された大きさの光
点に集束される。 こうして回折で制限されたスポットサイズの光点を、半
波長板)−(W Pの切り替え状態に応じて2゜797
4mmから2.8005mmの範囲内に形成することが
できる。すなわち、焦点深度のほぼ2倍である、6.2
μmの範囲内で正確に光点を合焦できる。 回折で制限された大きさの光点を提供できる範囲を焦点
深度の2倍をこえてさらに拡大するためには、複数段の
切り替え大半波長板および複屈折レンズを縦続接続する
。このようにすると各段ごとにその範囲を2倍にするこ
とができる。 例えば、40μmの修正可能な範囲を達成するためには
、4段あればよく、各段においてそれぞれ3μmから6
μm、6μmから127zm、12μmから24μm、
24μmから48μm八と拡大することができる。
原理を示している。 X方向に直線偏光された光を、電子的に切り換え(スイ
ッチング)可能な半波長板HWPに入射させる。上記H
WPの切り換え状態に従って、半波長板HWP後の光は
X方向に直線偏光されるかX方向に直線偏光される。 レンズLが例えば石英のような複屈折結晶で形成されて
いるものとし、レンズLを構成する結晶の光軸をそれぞ
れy軸に平行に配向する。するとレンズLにおいて、光
はいずれかの偏光方向に対応して1通常の屈折率n0と
それに対する焦点距離f0か、あるいは異常屈折率ne
とそれに対する焦点距離f8のいずれかをとる。 第2図は上述のように光軸上で異なる二つの位置に焦点
を結ばせる可能性を具現する手段を示したものである。 半波長板HWPと複屈折レンズBRLの原理については
筒に第1図で説明したとおりである。BRLが石英で形
成されており、第2図に示すように曲率半径R=22.
5mmの平凸レンズであるものとする。また、光の波長
を780nmと仮定する。この時レンズの屈折率はn。 =1.53879、ne=1 、54769となり、そ
の結果、焦点距離はfg”41.8mm、fe=41.
1mmとなる。 集束レンズFLの焦点距離を3 m mとし、開口数を
0.5とすると、集束レンズの焦点深度FDは3.12
μmである。その結果、光の全焦点距離は、光が半波長
板BRLにおいて感応する屈折率により、それぞれ2.
7989mm、または2゜7958 m mとなる。焦
点距離め差は、3.1μmであり、はぼ焦点深度に等し
くなっている。 従って光が焦点距&1f、をとる場合、その光は2.7
974mmから2.8005mmの範囲で。 回折で制限された大きさの光点に集束される。また、焦
点距WH6をとる場合、その光は2.7943mmから
2.794mmの範囲で、回折で制限された大きさの光
点に集束される。 こうして回折で制限されたスポットサイズの光点を、半
波長板)−(W Pの切り替え状態に応じて2゜797
4mmから2.8005mmの範囲内に形成することが
できる。すなわち、焦点深度のほぼ2倍である、6.2
μmの範囲内で正確に光点を合焦できる。 回折で制限された大きさの光点を提供できる範囲を焦点
深度の2倍をこえてさらに拡大するためには、複数段の
切り替え大半波長板および複屈折レンズを縦続接続する
。このようにすると各段ごとにその範囲を2倍にするこ
とができる。 例えば、40μmの修正可能な範囲を達成するためには
、4段あればよく、各段においてそれぞれ3μmから6
μm、6μmから127zm、12μmから24μm、
24μmから48μm八と拡大することができる。
【実施例]
第3図は本発明の一実施例の光学ディスク用ピックアッ
プを示している。 この装置は、5段の切り替え大半波長板(HWP1〜I
−I W P 、 )および複屈折レンズ(BRL、〜
BRL4およびFL)を縦続接続しており、ディスク面
のほぼ100μmの範囲の光軸方向のゆれに追随させて
光点を合焦させることができる。 レーザダイオードLDから出射された光がコリメートレ
ンズCLによってコリメートされる。ビームスプリッタ
BSを通過後、それぞれ切り替え大半波長板と複屈折レ
ンズからなる4つの切り替え段に順次入射する。これら
の各段は、第1段で焦点を、I×焦点深度=3μm移動
し、第2段で6μm、第3段で12μm、第4段で8×
焦点深度=24μm移動するように設計されている。第
4段から入射した光は第5段目の切り替え大半波長板H
WP5を通過した後、鏡Mによって集束レンズFLおよ
び光学ディスクDに向かって偏向される。 第2図で用いたデータを適用するとともに、集束レンズ
についても石英で形成されているものとすると、入射光
の偏光状態により集束レンズの焦点距離は2,976m
mおよび3,025mmのいずれかとなる。従って焦点
の移動量はほぼ16X焦点深度=48μmとなる。 光学ディスクDによって反射された光は入射光と逆の経
路をたどって集束レンズFLを通過した後、iItMに
よって反射され、半波長板HWP5および4つの段を通
過する。その光の少なくとも一部はビームスプリッタB
Sによって反射され、適宜の光検出器でデータ信号及び
サーボ信号を検出することができる。 焦点誤差信号と半波長板の切り換え状態により新しい半
波長板の切り換え状態が決定される。 本発明によれば、横方向の光点の駆動についても同じよ
うに実現できる。 ウォラストンプリズムのような複屈折材料からなるプリ
ズムに平行光が入射する場合、八nを通常屈折率と異常
屈折率の差、βを第4図に示したプリズム角とするとき
、(1)式 %式%(1) によって光の偏向角αが求められる。 集束レンズFLの焦点距離をfとすると、光点の横方向
変位量ΔXは、f−tanαによって求められる。 例えばウォラストンプリズムが角度β=45″の石英で
構成され、集束レンズFLの焦点距離が5mm、光の波
長が780mm (→Δn=8.9X10+3)である
とき、変位ffiΔxは+44.5μmとなる。従って
、上記の合焦方法と同様にスプリット角の異なるウォラ
ストンプリズムを複数段、複屈折レンズの代わりに用い
ることによって、横方向の光点の合焦位置の駆動が可能
となる。 第5図は上記横方向の合焦位置調節のための装置の実施
例を示す。この場合の用途も光学ディスク用ピックアッ
プを例に示す。 レーザーダイオードLDから発射された光は、コリメー
タレンズCLによって平行光にコリメートされた後、ビ
ーノ、スプリッタBSを通過する。 次いで、上記の光ビームは2段の、それぞれ切り換え式
半波長板HW PいHWP2とウォラストンプリズムW
P4、WF2からなる光偏向素子に順次入射せしめられ
る。 初段のウォラストンプリズムWP□は光ビームを角度α
、=±0.5°偏向させ、第2段のウォラストンプリズ
ムWP2はα2=±O,,25’偏向させる。 2つの偏向段を通過した光は、鏡Mによって反射されて
、集束レンズFLに向かう。集束レンズFLが光を光学
ディスクD上に合焦する。少なくとも一部の光が、光学
ディスクに反射されて、往路と同じ経路を順次逆にたど
って、ビームスプリッタBSに至る。ビームスプリッタ
BSでは少なくとも一部の光が反射され、光検出素子に
入射せしめられ、そこでデータ信号とサーボ信号が誘導
されろ。 集束レンズFLの焦点ffl[を5mmとすると、偏向
角α1=±0.5°およびα2=±0.25゜は、それ
ぞれ変位量Δx、=±44.5μm、ΔX2=±22.
25μmに相当する。 従って、半波長板の切り換え状態に応じて、ウォラスト
ンプリズムWPによる光点の横方向変位量が4つの値、
すなわち、−66,75μm、22.25μm、+22
.25μm、+66.75μmのいずれかとなる。 残る±i1.30μmでの範囲のレーザスボッ)〜の合
焦点の微3A整を行うことができれば、光点の横方向の
調整を機械的運動を伴わずに実現できる。 微調整は第5図に示すように、鏡Mをやや傾斜させるな
どの方法をとることによっても容易に行うことができる
。この場合の傾斜角α、は±0゜065°の範囲でyJ
4整すればよい。 もう1つの方法として、第6図に示すような音響光学偏
向機AODを用いてもよい。この実施例では、第5図の
例と同様に、レーザダイオードから発射された光がコリ
メータレンズによりコリメートされた後、ビームスプリ
ッタなどを通過し、前記と同様の複数段の切り換え式半
波長板HWPとウォラストンプリズムWPによる偏向を
受け、ディスクDに入射し、反射光が検出される。 前記第5図の実施例と異なる点は、鏡Mの傾斜角の調整
で微調整を行う代わりに、音響光学偏向機AODを用い
て微腑整のための光路偏向をさせている点である。 以上1機械的運動を用いることなく焦点深度より相当大
きい範囲で回折限界の光点を形成する方法について説明
してきた。ここで、本発明が上記実施例で1例示的な意
味でのみ示した実施態様および用途に限定されるもので
ないことは勿論である。例えば、使用する光が直a偏光
ではなく、円形偏光である場合には、複屈折レンズの代
わりに光学的特性を可変とするレンズもしくはプリズム
を用いることが可能である。 【発明の効果】 以上に述べたように、本発明によれば、所望とするレー
ザービームなどの微小な光点を、機械的手段に依らず、
所望とする移動面上に追随させ、合焦させることが可能
となる。このことにより。 光ディスク、光テープ、光ドラムのような、光学的情報
記録媒体を用いた情報の記録あるいは再生におけるそれ
ら動作の高速化、高精度化がはかれる。
プを示している。 この装置は、5段の切り替え大半波長板(HWP1〜I
−I W P 、 )および複屈折レンズ(BRL、〜
BRL4およびFL)を縦続接続しており、ディスク面
のほぼ100μmの範囲の光軸方向のゆれに追随させて
光点を合焦させることができる。 レーザダイオードLDから出射された光がコリメートレ
ンズCLによってコリメートされる。ビームスプリッタ
BSを通過後、それぞれ切り替え大半波長板と複屈折レ
ンズからなる4つの切り替え段に順次入射する。これら
の各段は、第1段で焦点を、I×焦点深度=3μm移動
し、第2段で6μm、第3段で12μm、第4段で8×
焦点深度=24μm移動するように設計されている。第
4段から入射した光は第5段目の切り替え大半波長板H
WP5を通過した後、鏡Mによって集束レンズFLおよ
び光学ディスクDに向かって偏向される。 第2図で用いたデータを適用するとともに、集束レンズ
についても石英で形成されているものとすると、入射光
の偏光状態により集束レンズの焦点距離は2,976m
mおよび3,025mmのいずれかとなる。従って焦点
の移動量はほぼ16X焦点深度=48μmとなる。 光学ディスクDによって反射された光は入射光と逆の経
路をたどって集束レンズFLを通過した後、iItMに
よって反射され、半波長板HWP5および4つの段を通
過する。その光の少なくとも一部はビームスプリッタB
Sによって反射され、適宜の光検出器でデータ信号及び
サーボ信号を検出することができる。 焦点誤差信号と半波長板の切り換え状態により新しい半
波長板の切り換え状態が決定される。 本発明によれば、横方向の光点の駆動についても同じよ
うに実現できる。 ウォラストンプリズムのような複屈折材料からなるプリ
ズムに平行光が入射する場合、八nを通常屈折率と異常
屈折率の差、βを第4図に示したプリズム角とするとき
、(1)式 %式%(1) によって光の偏向角αが求められる。 集束レンズFLの焦点距離をfとすると、光点の横方向
変位量ΔXは、f−tanαによって求められる。 例えばウォラストンプリズムが角度β=45″の石英で
構成され、集束レンズFLの焦点距離が5mm、光の波
長が780mm (→Δn=8.9X10+3)である
とき、変位ffiΔxは+44.5μmとなる。従って
、上記の合焦方法と同様にスプリット角の異なるウォラ
ストンプリズムを複数段、複屈折レンズの代わりに用い
ることによって、横方向の光点の合焦位置の駆動が可能
となる。 第5図は上記横方向の合焦位置調節のための装置の実施
例を示す。この場合の用途も光学ディスク用ピックアッ
プを例に示す。 レーザーダイオードLDから発射された光は、コリメー
タレンズCLによって平行光にコリメートされた後、ビ
ーノ、スプリッタBSを通過する。 次いで、上記の光ビームは2段の、それぞれ切り換え式
半波長板HW PいHWP2とウォラストンプリズムW
P4、WF2からなる光偏向素子に順次入射せしめられ
る。 初段のウォラストンプリズムWP□は光ビームを角度α
、=±0.5°偏向させ、第2段のウォラストンプリズ
ムWP2はα2=±O,,25’偏向させる。 2つの偏向段を通過した光は、鏡Mによって反射されて
、集束レンズFLに向かう。集束レンズFLが光を光学
ディスクD上に合焦する。少なくとも一部の光が、光学
ディスクに反射されて、往路と同じ経路を順次逆にたど
って、ビームスプリッタBSに至る。ビームスプリッタ
BSでは少なくとも一部の光が反射され、光検出素子に
入射せしめられ、そこでデータ信号とサーボ信号が誘導
されろ。 集束レンズFLの焦点ffl[を5mmとすると、偏向
角α1=±0.5°およびα2=±0.25゜は、それ
ぞれ変位量Δx、=±44.5μm、ΔX2=±22.
25μmに相当する。 従って、半波長板の切り換え状態に応じて、ウォラスト
ンプリズムWPによる光点の横方向変位量が4つの値、
すなわち、−66,75μm、22.25μm、+22
.25μm、+66.75μmのいずれかとなる。 残る±i1.30μmでの範囲のレーザスボッ)〜の合
焦点の微3A整を行うことができれば、光点の横方向の
調整を機械的運動を伴わずに実現できる。 微調整は第5図に示すように、鏡Mをやや傾斜させるな
どの方法をとることによっても容易に行うことができる
。この場合の傾斜角α、は±0゜065°の範囲でyJ
4整すればよい。 もう1つの方法として、第6図に示すような音響光学偏
向機AODを用いてもよい。この実施例では、第5図の
例と同様に、レーザダイオードから発射された光がコリ
メータレンズによりコリメートされた後、ビームスプリ
ッタなどを通過し、前記と同様の複数段の切り換え式半
波長板HWPとウォラストンプリズムWPによる偏向を
受け、ディスクDに入射し、反射光が検出される。 前記第5図の実施例と異なる点は、鏡Mの傾斜角の調整
で微調整を行う代わりに、音響光学偏向機AODを用い
て微腑整のための光路偏向をさせている点である。 以上1機械的運動を用いることなく焦点深度より相当大
きい範囲で回折限界の光点を形成する方法について説明
してきた。ここで、本発明が上記実施例で1例示的な意
味でのみ示した実施態様および用途に限定されるもので
ないことは勿論である。例えば、使用する光が直a偏光
ではなく、円形偏光である場合には、複屈折レンズの代
わりに光学的特性を可変とするレンズもしくはプリズム
を用いることが可能である。 【発明の効果】 以上に述べたように、本発明によれば、所望とするレー
ザービームなどの微小な光点を、機械的手段に依らず、
所望とする移動面上に追随させ、合焦させることが可能
となる。このことにより。 光ディスク、光テープ、光ドラムのような、光学的情報
記録媒体を用いた情報の記録あるいは再生におけるそれ
ら動作の高速化、高精度化がはかれる。
第1図、第2図は本発明の詳細な説明するための光学系
の縦断面図、第3図、第4図、第5図。
の縦断面図、第3図、第4図、第5図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、光ビームを、偏向方向を切り換える偏光スイッチに
入射せしめ、該偏光スイッチの出射光を、偏光方向の相
違によって焦点位置の異なる結像光学系に入射せしめ、
該結像光学系の出射光を所望とする面上に結像せしめる
ことを特徴とする合焦方法。 2、光ビームを出射する光源と、偏光方向を切り換える
偏光スイッチと、偏光方向によって結像位置が異なる結
像光学系とを有してなることを特徴とする合焦装置。 3、上記結像光学系が光学複屈折レンズもしくは光学複
屈折プリズムを含んでいる請求項第2項記載の合焦装置
。 4、上記結像光学系が、光学特性を可変とするレンズも
しくはプリズムを含んでなる請求項第2項記載の合焦装
置。 5、請求項第2項〜第4項のいずれかに記載の合焦装置
を一つまたはそれ以上含んでおり、該合焦装置によって
結像可能な結像位置の可変範囲を焦点深度より相当大き
くできるように構成されている結像光学系。 6、請求項第5項記載の結像光学系と焦点誤差検出手段
とを含んでなり、偏光切り換え装置を自動的に切り換え
ることにより、結像位置を修正するように構成されてい
る合焦装置。 7、請求項第6項記載の合焦装置とトラッキングエラー
検出手段とを含んでなり、偏光切り換え装置を自動的に
切り換えることにより、結像位置を修正するように構成
されているトラッキング装置。 8、結像位置を光軸方向と、光軸に直角な方向の両方に
調節可能としたことを特徴とする請求項第5項記載の結
像光学系。 9、請求項第6項ないし第8項記載の装置を備えるレー
ザービームプリンタ。 10、請求項第6項ないし第8項記載の装置を備える光
情報記録再生装置。 11、請求項第6項ないし第8項記載の装置を備える光
ディスク。 12、請求項第6項ないし第8項記載の装置を備える光
テープ。 13、請求項第6項ないし第8項記載の装置を備える光
ドラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1124317A JPH03116449A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 偏光スイッチを利用した合焦方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1124317A JPH03116449A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 偏光スイッチを利用した合焦方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03116449A true JPH03116449A (ja) | 1991-05-17 |
Family
ID=14882340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1124317A Pending JPH03116449A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 偏光スイッチを利用した合焦方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03116449A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05225602A (ja) * | 1992-02-14 | 1993-09-03 | Alps Electric Co Ltd | 光ヘッド装置 |
JP2013538369A (ja) * | 2010-08-30 | 2013-10-10 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | イメージングシステム及びその関連方法 |
WO2023189715A1 (ja) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | 株式会社東京精密 | レーザ光学系及びその調整方法並びにレーザ加工装置及び方法 |
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1989
- 1989-05-19 JP JP1124317A patent/JPH03116449A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH05225602A (ja) * | 1992-02-14 | 1993-09-03 | Alps Electric Co Ltd | 光ヘッド装置 |
JP2013538369A (ja) * | 2010-08-30 | 2013-10-10 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | イメージングシステム及びその関連方法 |
WO2023189715A1 (ja) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | 株式会社東京精密 | レーザ光学系及びその調整方法並びにレーザ加工装置及び方法 |
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