JPH0386937A - 光学式情報記録再生装置用光学系の波面収差補正方法及び測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザダイオード等から出射されたレーザ光
束を利用して光磁気ディスク等の記憶媒体に対して、情
報の記録及び再生等を行う光学式情報記録再生装置用光
学系の波面収差補正方法及び測定装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 光学式情報記録再生装置用光学系の光源としては、一般
にレーザダイオードが用いられるが、そこから出射され
るレーザ光束は楕円形状に拡がる。

そのため、光学式情報記録再生装置用光学系は、そのレ
ーザ光束をコリメータレンズを通して平行光にした後、
アナモフィック光学系を通して円形断面の光束に変換し
て対物レンズに入射させるように構成されている。

ところで、光学式情報記録再生装置用光学系において、
記憶媒体から情報の読み出しや書き込みを正確に行うた
めには、レーザ光束を記憶媒体上にできるだけ小さく集
束させなければならない。

そのためには、非点収差を極力小さいものにする必要が
ある。しかし、レーザダイオードから出射されたレーザ
光束の波面は非点収差をもっている。

そこで従来は、非点収差量が極力小さいレーザダイオー
ドを使用したり、レーザ光束がアナモフィック光学系を
通過した位置において、レーザ光束の非点収差がゼロに
なるように補正していた。

（例えば特開昭６１−１０９０１５号公報）［発明が解
決しようとする課題］ しかし、従来のようにアナモフィック光学系を通過した
位置におけるレーザ光束の非点収差をゼロに補正しただ
けでは、アナモフィック光学系直後の位置から記憶媒体
までの光路上に配置された後段の光学系によって発生す
る非点収差を除去することができない。したがって、レ
ーザ光束を記憶媒体上に最小限の径に集束させることは
困難であった。

そして、後段の光学系の非点収差を最小限に押さえるた
めに、その後段の光学系を構成する光学素子を極めて高
い精度で製造しなければならず、製造コストが著しく高
くなってしまう欠点があった。特に反射ミラーの平面性
が悪いと非点収差の発生に直結するので、後段の光学系
中の反射ミラーの平面加工精度には、特に高精度を必要
としていた。

本発明は、そのような従来の欠点を解消し、記憶媒体に
集束する光束の非点収差を完全に除去することができ、
しかも光学素子の加工精度をゆるくして、コストを低く
することができる光学式情報記録再生装置用光学系の波
面収差補正方法及びその方法に用いられる波面収差測定
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明の光学式情報記録再
生装置用光学系の波面収差補正方法は、楕円形状に拡が
る光束を出射する光源から出射された光束をコリメータ
光学系により平行光束にして、次いでアナモフィック光
学系により光束の形状を整形し、その光束をさらに後段
の光学系により記憶媒体上に集束させる光学式情報記録
再生装置用光学系において、上記光アナモフィック光学
系から出た位置における上記光束の有する非点収差が、
上記後段の光学系で発生する非点収差を相殺する量にな
るように、上記光源と上記コリメータ光学系との間隔を
調整することを特徴とする。

また、本発明の光学式情報記録再生装置用光学系の波面
収差測定装置は、レーザダイオードから出射された光束
をコリメータ光学系により平行光束にして、次いでアナ
モフィック光学系によって整形した後、その光束を記憶
媒体上に集束させるための対物光学系に入射させるよう
にした光学式情報記録再生装置用光学系の、上記対物光
学系の直前の位置に、上記光束を複数に分けるためのビ
ームスプリッタと、上記ビームスプリッタで分けられた
光束を相対的に光軸中心に略９０度回転させる像回転手
段と、上記回転された光束を互いに干渉させて干渉縞を
発生させる干渉手段とを設けたことを特徴とする。

［作用］ 光源とコリメータ光学系の間隔を調整することによって
、アナモフィック光学系から光束が出た位置における非
点収差の量が変化する。そこで、アナモフィック光学系
から出た位置での非点収差が、後段の光学系で発生する
非点収差を相殺する量になるように、光源とコリメータ
光学系との間隔を調整する。これによって、記憶媒体に
集束する光束の非点収差をほとんどゼロにすることがで
きる。

このような調整を行うには、対物光学系に入射する直前
の光束をビームスプリッタによって複数に分け、この分
けられた光束を像回転手段によって相対的に光軸中心に
略９０度回転させて、干渉手段によって干渉縞を発生さ
せる。そして、この干渉縞を観測することによって、対
物光学系に入射する光束の非点収差を測定することがで
きる。

そして、ここでの非点収差が無くなるように上記の調整
を行えば、アナモフィック光学系から光束が出た位置に
おける非点収差が、それより後段の対物光学系との間の
光学系で発生する非点収差と相殺されていることになる
。

［実施例］ 図面を参照して実施例を説明する。

第１図は、光学式情報記録再生装置用光学系を示してい
る。図中１は、情報の記憶媒体となる光磁気ディスクで
あり、紬２を中心として回転するように設けられている
。そして、第１図において光磁気ディスクＩの上面側に
形成された磁性薄膜Ｉａにレーザ光束を照射して、その
照射スポット（ビット）部分だけ磁性薄膜１ａの磁性の
方向を変えることによって、ディジタル情報を記憶する
ものである。

この情報は、容易に書き込み及び読み出しをすることが
できるが、それを正確に行うためには、光磁気ディスク
ｌの磁性薄膜１ａに、レーザ光束のスポットをｌａｍ程
度の直径で正確に集束させる必要がある。

１１は、レーザ光束を発生するレーザダイオード（ＬＤ
）であり、そこから出射されるレーザ光束は、楕円形状
に拡がる。即ち、レーザダイオード１１の接合面に水平
な方向へのレーザ光束の拡がりは、その方向と垂直な方
向への拡がりに比べて例えば３分の１程度と小さい。

１２は、レーザダイオード１１から発射されたレーザ光
束を平行光束にするためのコリメータレンズであり、こ
のコリメータレンズ１２の焦点位置付近にレーザダイオ
ード１１の発光点が配置されている。ただし、レーザダ
イオード１１とコリメータレンズ１２との間隔は任意に
変化させることができる。

１３はアナモフィックプリズムであり、楕円形断面で入
射するレーザ光束を、接合面に水平な方向（第１図の紙
面方向）にだけ屈折、拡大して円形断面の光束に整形し
て出射する。

１５は、固定ミラー　Ｉ６は可動ミラーであり、両ミラ
ーはあい対向して配置されている。そして、アナモフィ
ックプリズム１３を通過したレーザ光束は、固定ミラー
１５で直角に反射された後、可動ミラー１６で直角に反
射され、対物レンズ１７を通ることによって光磁気ディ
スクＩの磁性薄膜ｌａ面に集束する。

本実施例においては、可動ミラー１６と対物レンズ１７
とは一体に設けられていて、矢印Ａ方向、即ち両ミラー
１５．１６間の光軸方向に移動することによって、光磁
気ディスク１に記憶された情報に対するアクセスを行う
ことができる。

２０は、固定ミラー１５と可動ミラー１６との間に固設
されたビームスプリッタである。ここでは、まず固定ミ
ラー１５側から入射した光束が分けられ、第１の集光レ
ンズ２１を通ってレーザ出力モニタ用の第１の光電素子
２２に集束する。

ビームスプリッタ２０を通過して光磁気ディスクｌから
反射してきた反射光束は、再びビームスプリッタ２０へ
戻る。ここで分けられた光束は、２分の１波長板２５を
通過して偏光面の方向が４５度回転する。そして、さら
に副ビームスプリッタ２６によって、偏光方向と４５度
をなす偏光反射面によって分けられ、第２及び第３の集
光レンズ２７．２８を通って、Ｓ偏光強度検出用とＰ偏
光強度検出用の第２及び第３の光電素子２９，３０に集
束する。この第２及び第３の光電素子２９゜３０の出力
信号によって、情報の読み取りが行われる。

ビームスプリッタ２０におけるもう一ケ所の半透面で分
けられた光磁気ディスク１からの反射光束は、第４の集
光レンズ３４とシリンドリカルレンズ３５とを通過して
、フォーカス及びトラッキングを行うためのサーボ信号
を出力するための第４の光電素子３６に集束する。

フォーカスサーボは対物レンズ１７をＢ方向、即ち光磁
気ディスク１面に対して垂直の方向に微動させて、レー
ザ光束の最小スポットを光磁気ディスクｌの磁性薄膜ｌ
ａ面に集束させる。トラッキングサーボは、対物レンズ
１７と可動ミラー１６とを一体にして六方向、即ち、光
ディスクｌの情報記録用トラックに対して垂直方向に微
動させ、レーザ光束をトラックからはみ出さないように
制御するものである。本実施例では、第４の光電素子３
６は、受光面が例えば４以上に分割されており、その各
部からの出力信号を組み合わせることによって、フォー
カスサーボ及びトラッキングサーボ用の信号を得ること
ができる。

次に第１図とその部分拡大図である第２図を参照して、
本発明の非点収差補正方法について説明する。

第２図に示されるＨは、レーザダイオード１１の接合面
に水平な方向の発光点（以下、「水平発光点」という）
であり、■は、接合面と垂直な方向の発光点（以下「垂
直発光点」という）である。

２つの発光点Ｈ，Ｖ間の距離、即ちレーザダイオード１
１の非点隔差をΔＺとし、垂直発光点Ｖとコリメータし
・ンズ１２の焦点位置Ｆとの間隔をＺとし、接合面に垂
直な方向でコリメータレンズ１２に入射するレーザ光束
の開口数をＮＡ　（ＮＡ＝ｓｉｎθｖ）、アナモ倍率を
Ｍ　（Ｍ＝Ｄ　２／Ｄ　Ｉ　）とすると、アナモフィッ
クプリズム１３から円形断面のレーザ光束が出た位置に
おける、接合面に水平な方向と接合面と垂直な方向での
デフォーカス量ΔＷｈ、ΔＷｖはそれぞれ、 ΔＷｈ＝　（Ｚ＋ΔＺ）（ＮＡ）”／　（２Ｍ２）ΔＷ
ｖ　＝　Ｚ　（ＮＡ）”／　２ で表わされる。したがって、その位置で発生する非点収
差ΔＷａｓは、 ΔＷａｓ＝Δｗｈ−ΔＷｖ ＝　　（ΔＺ＋Ｚ（１−Ｍ２）　　）　　（ＮＡ）２　
／　　（２Ｍ’）であり、Ｍ＝１でなければ、接合面に
水平な方向と垂直な方向との間に、Ｚの関数で表わされ
る非点収差量が発生する。

したがって、レーザダイオードｉｔとコリメータレンズ
１２の間隔Ｚを変えることによって、アナモフィックプ
リズム１３を出た位置における非点収差ΔＷａｓを変え
ることができる。

そこで、本発明では、レーザダイオード１１とコリメー
タレンズ１２の間隔２を変えることによって、アナモフ
ィックプリズム１３を出た位置において、アナモフィッ
クプリズム！３より後段の光学系の有する非点収差を相
殺する量の非点収差を積極的に発生させるようにしたも
のである。

第１図においては、アナモフィックプリズム１３より後
段の光学系には、固定ミラー１５、ビームスプリッタ２
０、可動ミラー１６及び対物レンズ１７が配置されてい
る。これら後段の光学系によって発生する非点収差をα
とすれば、ΔＷａｓモーα が成立するようなレーザダイオードｉｆとコリメータレ
ンズ１２の間隔２が存在する。したがって、レーザダイ
オード１１とコリメータレンズ１２の間隔をその間隔Ｚ
に調整することによって、後段の光学系により発生する
非点収差αを、アナモフィックプリズム１３を出た位置
における非点収差ΔＷａｓで相殺し、光磁気ディスク１
に集束する光束の非点収差をゼロに補正することができ
る。

なお、ΔＷａｓを、アナモフィックプリズム１３より後
段のすべての光学素子で発生する非点収差と相殺させれ
ば理想的である。しかし、対物レンズ１７で発生する非
点収差は一般に微々たるものなので、ΔＷａｓを、対物
レンズ１７の入り口までの光学素子で発生する非点収差
と相殺させる等、後段の光学素子の一部で発生する非点
収差と相殺させてもよい。

レーザダイオード１１とコリメータレンズ１２の間隔を
調整するには、例えば第７図と第８図とに図示した機構
を用いる。即ち、図中１９０は、レーザダイオード１１
とコリメータレンズ１２を内蔵するレーザペン本体であ
り、これに形成された孔１９０ａの基端部にはレーザダ
イオード１１が固定されており、コリメータレンズ１２
を内蔵したコリメータレンズ枠１９２が光軸方向に移動
自在に、孔１９０ａ内に嵌入されている。また、コリメ
ータレンズ枠１９２の外周には光軸回りの方向に溝１９
２ａが形成されている。１９５は、コリメータレンズ枠
１９２をレーザペン本体１９０に固定するための押え板
であり、固定ねじ１９６によってレーザペン本体１９０
に固定されている。この押え板１９５には、間隔調整棒
１９４を回転自在に嵌合するための調整孔１９５ａが穿
設されている。

このような機構において、固定ねじ１９６を少し緩めて
おいて、間隔調整棒１９４の突起を溝１９２ａに差し込
んで間隔調整棒１９４を調整用孔１９５ａに嵌合させ、
間隔調整棒１９４を軸中心に回転させることによってコ
リメータレンズ枠１９２が光軸方向に移動して、レーザ
ダイオードｌｌとコリメータレンズ１２との間隔を調整
することができる。調整した後は固定ねじ１９６を締め
込んでコリメータレンズ枠１９２を固定する。

なお、この波面収差補正方法によると、対物レンズ１７
に入射するレーザ光束には、デフォーカスが残るが、入
射光束のデフォーカスによって発生する対物レンズ１７
の球面収差等の収差量は非常に小さく、デフォーカスが
残っても実用上はほとんど問題がない。また、光電素子
３６を介してフォーカスサーボが働き、対物レンズ１７
を出た位置でのデフォーカスは自動的に補正されるので
、デフォーカスについては実用上は問題が生じない。

また、本実施例では、非点隔差Δ２があるレーザダイオ
ードｌｌを用いて波面収差補正方法について説明してい
るが、本発明によれば、非点隔差の有無に関係なく光磁
気ディスクｌに集束する光束の非点収差をゼロに補正す
ることができる。なお、アナモフィックプリズム１３が
、レーザ光束を一方向にだけ屈折、拡大するものである
ため、その方向とそれに垂直な方向に発生する非点収差
だけが補正されるが、もともとその２方向に非点収差が
多く発生するので、実用上は問題がない。

第３図は、上記波面収差補正方法によって非点収差を補
正する際に用いられる波面収差測定装置を示している。

図中、３は光学系本体ユニットであり、第１図に示され
る光学式情報記録再生装置用光学系から対物レンズ１７
を取り外した、残りの光学系が配置されたユニットであ
る。

１００は、対物レンズ１７へ入射するレーザ光束の径を
制限するための絞りである。１０２及び１０３は、レー
ザ光束の偏光状態と偏光面を所定の状態に調整するため
に、互いに独立して軸中心に回転自在に設けられた４分
の１波長板及び２分の１波長板である。

１０５はビームスプリッタであり、入射光束の光軸に対
して、垂直な方向と４５度の方向を有する半透面が形成
されている。このビームスプリッタ１０５により、光学
系本体ユニット３から入射するレーザ光束は、まっすぐ
に透過する光束と、直角に反射される光束の２光束に分
けられる。

１０６．１０７は、ビームスプリッタ１０５で分けられ
た２光束を、光軸中心に回転させるためのイメージロー
テータであり、本実施例では２つのダブプリズムを使用
している。そして、この２つのイメージローテータ１０
６，１０７によって２つの光束が相対的に略９０度回転
させられる。

この２つのイメージローテータ１０６，１０７は、ビー
ムスプリッタ１０５で分けられた２光束の光路長を同じ
にして干渉性を良くするために、全く同じ形状、特性を
有するものが用いられる。なお、良好な干渉性が確保で
きれば、イメージローテータは一方だけ設けてもよい。

１０８．１０９はイメージローテータ１０６゜１０７を
通過した光束を１８０度反転した方向に平行に反射させ
るための直角プリズムであり、光路長を同じにして干渉
性を良くするために、全く同じ形状、特性を有したもの
が用いられ、さらに少なくとも一方の直角プリズム１０
８．１０９は光軸方向に移動自在となっている。この直
角プリズム１０８，１０９により反射された光束はビー
ムスプリッタ１０５の半透面で重なり合って干渉し、ビ
ームスプリッタ１０５から出射したのち、反射板１１０
によって方向が変えられる。

１１１は結像レンズであり、例えば固体撮像素子の撮像
面１１２上に絞り１００の像を結像するように配置され
ている。そして、ＣＲＴモニタ（図示せず）等によって
、対物レンズ１７へ入射する直前の波面収差を干渉縞と
して観測することができる。また、結像レンズ１１１と
撮像面１１２との間の光路上には、互いに独立して軸中
心に回転自在な偏光フィルタ１１３が２枚配置されてお
り、偏光フィルタ１１３を回転することによって撮像面
１１２に入射するレーザ光束の強度を調整することがで
きる。なお、偏光フィルタは１枚であっても、強度調整
をある程度行うことができる。また、ＮＤフィルタを使
用してもよい。

次に、上記波面収差測定装置の動作について説明する。

まず、光学系本体ユニット３を波面収差測定装置の所定
の位置に取付ける。そして、レーザダイオードｔｉから
レーザ光束を出射させ、可動ミラー１６によってレーザ
光束を波面収差測定装置内に反射させる。

波面収差測定装置内に入射したレーザ光束は、４分の１
波長板１０２及び２分の１波長板１０３によって偏光面
の方向を調整されて、ビームスプリッタ１０５によって
２光束に分割される。そして、２光束に分割されたレー
ザ光束は、イメージローテータ１０６，１０７によって
相対的に光軸中心に略９０度回転され、直角プリズム１
０８゜１０９によってビームスプリッタ１０５の半透面
の方向に反射されてビームスプリッタ１０５の半透面で
重なり合って干渉する。この重なり合って干渉している
レーザ光束は、反射板１１０によって方向が変えられ、
結像レンズ１１１によって結像面１１２上に導かれ、Ｃ
ＲＴモニター（図示せず）等によって干渉縞が観測され
る。

このとき、例えば波面収差測定装置に対して光学系本体
ユニット３を少し傾けることで、例えば２ないし４本捏
度のチルト干渉縞が観測されるようにする。

このようにして観測される干渉縞には、２つに分けられ
た光束の波面が、イメージローテータ１０６．１０７に
よって光軸中心に相対的に略９０度回転されているので
、光軸に対して非対称な成分である非点収差やコマ収差
などは検出されるが、光軸に対して対称な成分であるデ
フォーカスなどは検出されない。従って、コリメータレ
ンズ１２とレーザダイオード１１との間隔を変化させて
もデフォーカスは検出されず、非点収差のみ検出され、
波面収差補正を容易に行うことができる。そして本発明
では、２つに分けた光束を相対的に略９０度回転させて
干渉させているので、第４図に示されるように、非点収
差成分が略２倍の感度で干渉縞に表われる。

これを図で説明すると、第５Ａ図の１８０ａ及び第５Ｂ
図の１８０ｂは、それぞれイメージローデータ１０６．
１０フ通過後の波面のデフォーカス成分を示しており、
相対的に略９０度回転された関係にあるデフォーカス成
分１８０ａと１８０ｂとは全く同じであり、第５Ｃ図の
１８００に示されるように、これらの差である成分は平
面状になる。従って、干渉縞にはデフォーカス成分は検
出されない。

また、第６Ａ図の１８１ａ及び第６Ｂ図の１８ｔｂは、
上述と同様にして、それぞれイメージローデータ１０６
，１０フ通過後の波面の非点収差成分を示しており、相
対的に略９０度回転された関係にある非点収差成分１８
１ａと１８１ｂとの差をとると、第６Ｃ図の１８１ｃに
示されるように、直交する２方向において互いに逆側に
湾曲する成分が得られる。従って、干渉縞には非点収差
成分は２倍の感度で検出される。このようにして、波面
収差測定装置に入射したレーザ光束に非点収差がない場
合には、まっすぐで平行な干渉縞が観測され、非点収差
がある場合には、曲がった干渉縞が観測される。

干渉縞が曲って観測された場合、本発明の波面収差補正
方法によって、レーザダイオード１１とコリメータレン
ズ１２との間隔を調整して、干渉縞をまっすぐにする。

こうして干渉縞がまっすぐになったとき、光学式情報記
録再生装置用光学系においては、固定ミラー１５、ビー
ムスプリッタ２０及び可動ミラー１６によって発生する
非点収差を相殺する量の非点収差が、アナモフィックプ
リズム１３を出た位置で発生し、対物レンズ１７に入射
する直前のレーザ光束の非点収差がゼロに補正されたこ
とになる。

なお、本波面収差測定装置を用いた場合、上述のように
対物レンズ１７は測定対象から除かれている。しかし、
アナモフィックプリズム１３、両ミラー１５．１６など
を含む大多数の光学素子によって発生する非点収差は補
正されており、対物レンズ１７によって少量の非点収差
が発生しても、実用上は全く問題ない。

また、対物レンズ１７を含めて非点収差を補正する場合
は、波面収差測定装置に対物レンズ１７からの収束光を
平行光束に変換する手段を設ければよい。

［発明の効果］ 本発明の光学式情報記録再生装置用光学系の波面収差補
正方法によると、アナモフィック光学系から光束が出た
位置において、その位置より後段の光学系が発生させる
非点収差を相殺する量の非点収差を発生させることがで
きるので、その後段の光学系によって非点収差が発生し
ても、記憶媒体に集束する光束の非点収差を無くすこと
ができ、記憶媒体上でのスポットを小さくして、読み書
き性能を著しく向上させることができる。

しかも、後段の光学系によって発生する非点収差は相殺
されて、記憶媒体上では非点収差が除去されてしまうの
で、後段の光学系の各光学素子の加工精度をゆるめて、
製造コストを大幅に低くすることができる。

さらに、本発明の波面収差測定装置は、対物光学系に入
射する直前の光束の非点収差を観測することができるの
で、上記波面収差補正方法による調整を容易に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式情報記録再生装置用光学系の略示図、 第２図は第１図の部分拡大図、 第３図は光学式情報記録再生装置用光学系の波面収差測
定装置を示す略示図、 第４図は２つの光束の相対的回転角度と干渉縞による非
点収差測定感度との関係を示す特性線図、第５Ａ図ない
し第５Ｃ図は波面のデフォーカス成分を示す略示図、 第６八図ないし第６Ｃ図は波面の非点収差成分を示す略
示図、 第７図はレーザペンの正面図、 第８図はその■−■線切断面図である。 ｌ・・・光磁気ディスク、１１・・・レーザダイオード
、１２・・・コリメータレンズ、１３・・・アナモフィ
ックプリズム、１６・・・可動ミラー １０５・・・ビームスプリッタ、ｌ メージローテータ、１０８．１ ム、ｔｔｉ結像レンズ。 １７・・・対物レンズ、 ０６．１０７・−・イ ０９・−・直角ブリズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）楕円形状に拡がる光束を出射する光源から出射さ
   れた光束をコリメータ光学系により平行光束にして、次
   いでアナモフィック光学系により光束の形状を整形し、
   その光束をさらに後段の光学系により記憶媒体上に集束
   させる光学式情報記録再生装置用光学系において、 上記アナモフィック光学系から出た位置における上記光
   束の有する非点収差が、上記後段の光学系で発生する非
   点収差を相殺する量になるように、上記光源と上記コリ
   メータ光学系との間隔を調整することを特徴とする光学
   式情報記録再生装置用光学系の波面収差補正方法。
2. （２）レーザダイオードから出射された光束をコリメー
   タ光学系により平行光束にして、次いでアナモフィック
   光学系によって整形した後、その光束を記憶媒体上に集
   束させるための対物光学系に入射させるようにした光学
   式情報記録再生装置用光学系の、上記対物光学系の直前
   の位置に、上記光束を複数に分けるためのビームスプリ
   ッタと、 上記ビームスプリッタで分けられた光束を相対的に光軸
   中心に略９０度回転させる像回転手段と、上記回転され
   た光束を互いに干渉させて干渉縞を発生させる干渉手段
   と を設けたことを特徴とする光学式情報記録再生装置用光
   学系の波面収差測定装置。