JPS5811695B2 - Kogakuki Rokusai Seisouchi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザー光等の単色光を用いて回転形記録媒
体に光学的に信号の記録再生を行なう光学記録再生装置
の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in an optical recording and reproducing apparatus that optically records and reproduces signals on a rotating recording medium using monochromatic light such as a laser beam.

光学的に高密度の信号記録および再生を行なう場合には
、直径数ミクロン以下程度の微小な高照度光スポットを
記録媒体上に結像させなければならない。When optically recording and reproducing high-density signals, it is necessary to image a minute high-intensity light spot with a diameter of several microns or less on the recording medium.

かかる微小スポットを形成するために、従来は、球面収
差等を十分に補正した開口数の大きいレンズく例えば、
通常入手可能なものとして、顕微鏡の対物レンズを用い
て、レーザー光等の単色光を集束する方法が一般に用い
られていた。In order to form such a minute spot, conventionally, a lens with a large numerical aperture that sufficiently corrects spherical aberration etc. is used.
As a commonly available method, a method of focusing monochromatic light such as laser light using a microscope objective lens has been generally used.

しかし、顕微鏡の対物レンズは汎色性広視野に製作され
ており、レーザー光等の単色光を集束する目的に使用す
るには、色収差の補正や視野の点で過剰な高性能を有し
ており、したがって、また、過度に大きい形状と重量と
を有していることになる。However, the objective lens of a microscope is manufactured to have a panchromatic wide field of view, and has excessively high performance in terms of correction of chromatic aberration and field of view to be used for focusing monochromatic light such as laser light. Therefore, it also has an excessively large shape and weight.

また、レンズによって微小スポットを結像させる場合に
は、レンズの焦点深度が極めて浅くなるので、レンズと
記録媒体との距離を精密に調整する必要がある。Furthermore, when a minute spot is imaged by a lens, the depth of focus of the lens becomes extremely shallow, so it is necessary to precisely adjust the distance between the lens and the recording medium.

例えば、１ミクロンの光スポットによって円板に記録さ
れている情報信号を読み出す場合に、円板の回転時に生
ずるぶれ等によるレンズと円板との距離の変動を数ミク
ロン以下に抑えないと、光スポットにぼけを生ずる。For example, when reading out information signals recorded on a disk using a 1-micron light spot, it is necessary to suppress fluctuations in the distance between the lens and the disk to a few microns or less due to vibrations that occur when the disk rotates. This causes spots to become blurred.

したがって、記録媒体とレンズとの距離を一定に保持す
るためにサーボ機構を備えるのが通例であるが、そのた
めに装置が複雑、かつ高価となった。Therefore, it is customary to provide a servo mechanism to maintain a constant distance between the recording medium and the lens, but this makes the apparatus complicated and expensive.

なお、かかるサーボ機構を使用せずに上記の目的を達成
する方法として、磁気記録再生装置の例におけると同様
に、回転形記録媒体に近接配置したレンズを、回転面と
の間に生ずる空気層流により流体力学的に一定距離に浮
かせる方法も知られているが、従来の顕微鏡用対物レン
ズを使用したのでは、その形状寸法並びに重量がかかる
方法を採るには大き過ぎるため、かかる方法の適用も困
難であった。Note that as a method of achieving the above objective without using such a servo mechanism, as in the example of a magnetic recording/reproducing device, a lens placed close to a rotating recording medium is connected to an air layer formed between the lens and the rotating surface. A method of floating a certain distance hydrodynamically using a flow is also known, but using a conventional microscope objective lens would be too large for a method that requires a large size and weight, so it is difficult to apply such a method. was also difficult.

本発明の目的は、上述した問題を解決し、単色光による
高密度の信号記録および再生を行なうに適した簡易低廉
な光学記録再生装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a simple and inexpensive optical recording/reproducing apparatus suitable for recording and reproducing high-density signals using monochromatic light.

本発明の池の目的は、回転形記録媒体上に微小な光スポ
ットを安定確実に結像させるに好適な光学系を備えた光
学記録再生装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide an optical recording/reproducing apparatus equipped with an optical system suitable for stably and reliably forming a minute optical spot on a rotating recording medium.

すなわち、本発明光学記録再生装置は、単色光発生器と
、ゾーンプレートを含む光学系と、回転形記録媒体とを
有し、前記発生器からの単色光を前記光学系により前記
記録媒体の回転面上に集束して信号の記録再生を行なう
とともに、前記ゾーンプレートを前記回転面に近接して
弾性的に支持し、前記回転面の回転に応じてその回転面
と前記ゾーンプレートとの間に生ずる空気流の流体力学
的作用により、前記回転面と前記ゾーンプレートとの距
離を一定に保持するようにしたことを特徴とするもので
ある。That is, the optical recording/reproducing apparatus of the present invention includes a monochromatic light generator, an optical system including a zone plate, and a rotating recording medium, and the monochromatic light from the generator is used to rotate the recording medium by the optical system. The zone plate is elastically supported in proximity to the rotating surface, and as the rotating surface rotates, a signal is recorded and reproduced by focusing on the rotating surface. The present invention is characterized in that the distance between the rotating surface and the zone plate is maintained constant by the hydrodynamic action of the generated air flow.

以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する本発明光
学記録再生装置の構成例を第１図に示す。FIG. 1 shows an example of the configuration of the optical recording/reproducing apparatus of the present invention, which will be described in detail below with reference to the drawings.

第１図において、単色光光源として例えばレーザー光発
生器１を用い、その発生器１からの単色光ビームを反射
鏡２を介してフレネルゾーンプレート３に入射させ、ゾ
ーンプレート３により集束した微小な光スポットを、回
転軸５を中心にして回転する記録媒体円板４の回転面上
に結像させ例えばその透過光を光検出器６により受光す
る。In FIG. 1, for example, a laser light generator 1 is used as a monochromatic light source, and a monochromatic light beam from the generator 1 is made incident on a Fresnel zone plate 3 via a reflecting mirror 2. A light spot is imaged on the rotating surface of a recording medium disk 4 that rotates around a rotation axis 5, and the transmitted light is received by a photodetector 6, for example.

ゾーンプレート３および光検出器６はそれぞれ例えば板
ばね７および支持片８を介して支柱９により一体に支持
し、記録媒体円板４の半径方向に一体に移動させて記録
トラックの選択を行なえるようにする。The zone plate 3 and the photodetector 6 are each integrally supported by a support 9 via, for example, a leaf spring 7 and a support piece 8, and can be moved together in the radial direction of the recording medium disk 4 to select a recording track. do it like this.

この際、反射鏡２も記録媒体日板４の半径方向に移動さ
せるか、あるいは、回転させるものとする。At this time, the reflecting mirror 2 is also moved in the radial direction of the recording medium date plate 4 or rotated.

かかる構成における信号記録時にはレーザー光の信号に
よる強度変調を行なうことにより記録媒体の面上に信号
に応じた微小スポットの光学的濃度変化、熱的変形、あ
るいは熱磁気的変化を生じさせ、信号再生時には、記録
媒体面上のかかる変化を一定強度の上記微小スポットの
レーザー光により読み出し、透過光もしくは反射光の光
量変化として信号を再生すること通常の光学記録再生装
置におけると同様である。When recording a signal in such a configuration, intensity modulation is performed using a laser beam signal to cause an optical density change, thermal deformation, or thermomagnetic change of a minute spot on the surface of the recording medium according to the signal, and signal reproduction is performed. Sometimes, such changes on the surface of the recording medium are read out using the laser beam of the minute spot with a constant intensity, and a signal is reproduced as a change in the amount of transmitted light or reflected light, as in a normal optical recording/reproducing device.

上述した本発明装置の構成例においては、レーザー光の
微小スポットを安定確実に記録媒体円板４の面上に結像
させるために、ゾーンプレート３は適切な弾性的支持手
段により記録円板４の回転面に密接して支持する。In the configuration example of the apparatus of the present invention described above, in order to stably and reliably form an image of a minute spot of laser light on the surface of the recording medium disc 4, the zone plate 3 is attached to the recording disc 4 by an appropriate elastic support means. support in close contact with the rotating surface of the

例えば、上述したようにゾーンプレート３を板ばね７に
取付け、円板４の面に極めて近接させて配置すると、板
ばね７の弾力と、円板４の回転によりその回転面とゾー
ンプレート３との間にある空気の粘性に基づいて生ずる
層流の力と、更に、ゾーンプレート３に加わる重力とが
平衡して、ゾーンプレート６は回転面から一定の距離に
保持され、その位置が自動的に固定される。For example, if the zone plate 3 is attached to the leaf spring 7 and placed very close to the surface of the disc 4 as described above, the elasticity of the leaf spring 7 and the rotation of the disc 4 cause the rotation surface and the zone plate 3 to The force of the laminar flow generated based on the viscosity of the air between the zones and the gravity applied to the zone plate 3 are balanced, and the zone plate 6 is maintained at a constant distance from the rotating surface, and its position is automatically maintained. Fixed.

かかる流体力学的作用は、前述したとおり、磁気ディス
ク等を用いた磁気記録再生装置における浮動磁気ヘッド
として多く利用され、浮動ヘッドを回転面に対して高精
度の一定距離で平行に保持するために種々の試みがなさ
れているが、かかる試みが本発明におけるゾーンプレー
トの保持にも同様に適用しうろこと勿論である。As mentioned above, such hydrodynamic action is often used in floating magnetic heads in magnetic recording and reproducing devices using magnetic disks, etc., and is used to hold the floating head parallel to the rotating surface at a highly accurate constant distance. Various attempts have been made, and it goes without saying that such attempts can be similarly applied to the holding of the zone plate in the present invention.

本発明装置において微小スポット形成に用いるゾーンプ
レートは、例えば、フレネル・ゾーンプレートにより構
成し、例えば、光学ガラス基板に写真的手法あるいはホ
トエツチング等の技術により、所定の幅とピッチとを有
する微小な明暗交互の同心リングを形成し、等間隔に距
った各明部リングを透過した光の位相合成により集束作
用を行なうものであり、極めて小型、軽量に形成するこ
とができる。The zone plate used for forming minute spots in the apparatus of the present invention is configured, for example, by a Fresnel zone plate, and minute brightness and darkness having a predetermined width and pitch are formed on an optical glass substrate by a photographic method or a technique such as photoetching. Alternating concentric rings are formed, and the focusing effect is performed by phase synthesis of the light transmitted through the equally spaced bright rings, and it can be made extremely compact and lightweight.

また、大量に製作する場合には、ディスクレコードの複
製と同様に、スタンパ−を用いたプ、レス技術を適用す
ることも可能である。Furthermore, when producing in large quantities, it is also possible to apply a press technique using a stamper, similar to the duplication of disk records.

本発明装置に用いるゾーンプレートの構成例として、薄
い光学ガラス板の上面に写真技術を応用して、最外周リ
ングの直径１．２ｍｍ、幅１．０４μｍのゾーンプレー
トを形成した場合、焦点距離２ｍｍの位置に直径１．５
μｍ程度の微小スポットが得られた。As an example of the structure of the zone plate used in the device of the present invention, if a zone plate is formed on the upper surface of a thin optical glass plate by applying photographic technology and the outermost ring has a diameter of 1.2 mm and a width of 1.04 μm, the focal length is 2 mm. Diameter 1.5 at position
A minute spot on the order of μm was obtained.

かかる構成のゾーンプレートを本発明装置に使用すれは
、ゾーンプレートの前記ガラス板の下面と記録媒体円板
面との距離は、前述した流体力学的作用をなすに適した
値となる。When a zone plate having such a configuration is used in the apparatus of the present invention, the distance between the lower surface of the glass plate of the zone plate and the surface of the recording medium disk becomes a value suitable for achieving the above-mentioned hydrodynamic action.

このゾーンプレートによって得られる一元スポットの中
心部における光強度ピーク値および光強度半値幅直径は
、上記ピーク値が最大となる焦点位置からの光軸上の離
調距離に対して第２図に示すように変化した。The light intensity peak value and light intensity half-width diameter at the center of the unified spot obtained by this zone plate are shown in Figure 2 with respect to the detuning distance on the optical axis from the focal point where the peak value is maximum. It changed like this.

なお、上述の測定は波長６３２．８ｎｍおよび４４１．
６ｎｍの単色光を用いて行なったがノポット直径に関し
ては、理論どおり、光の波長には依存しないことが確か
められた。Note that the above measurements were performed at wavelengths of 632.8 nm and 441.8 nm.
Although the experiment was carried out using monochromatic light of 6 nm, it was confirmed that the nopot diameter does not depend on the wavelength of the light, as was the theory.

なお、ゾーンプレートの集束作用については、前述した
ように各明部リングを透過した光の位相合成により集束
が行゛なわれるため、透過光の位相関係により、ゾーン
プレートを素通りする０次光が全透過光量の５０係程度
を占め、最も単純な位相関係で合成される１次光が２０
係程度でこれに次ぎ、以下高次の合成光はど光量が減少
する。As for the focusing effect of the zone plate, as mentioned above, focusing is performed by phase synthesis of the light that has passed through each bright ring, so due to the phase relationship of the transmitted light, the zero-order light that passes through the zone plate is The primary light that occupies about 50 factors of the total amount of transmitted light and is synthesized with the simplest phase relationship is 20
Next to this, the amount of combined light of higher orders decreases.

本発明装置の構成例においては、第３図およびび第４図
にそれぞれ示す反射形および透過形のいずれの光学系に
おいても、記録媒体への入射光には集束光としては光量
最大の１次光を用いて信号の記録並びに読み出しを行な
い、信号の反射読み出しには、反射光が再びゾーンプレ
ートを透過した後に、光量最大の０次光、すなわち、回
折されない光を他の集束素子により集束してその光量の
変化。In the configuration example of the apparatus of the present invention, in both the reflective type and transmission type optical systems shown in FIGS. Signals are recorded and read using light, and for signal reflection reading, after the reflected light passes through the zone plate again, the 0th-order light, which has the largest amount of light, that is, the non-diffracted light, is focused by another focusing element. Changes in the amount of light.

を検出するようにする。to be detected.

かかる信号の記録再生に際しては、ゾーンプレートの各
次数の透過光のうち、使用する１次光あるいはＯ次光以
外はスプリアス光となるが、これらは全く焦点を結ばな
いか、異なる距離に焦点を結ぶため、実用上はほとんど
支障を生じない。When recording and reproducing such signals, out of the transmitted light of each order of the zone plate, any light other than the 1st order light or O order light used becomes spurious light, but these are not focused at all or are focused at different distances. Since it is tied, there is almost no problem in practical use.

しかし、更に性能を改善するには、例えば、信号読み出
しの際に記録媒体からの反射光を利用する場合には第３
図に示すように、また、透過光を利用する場合には第４
図に示すように、それぞれ適切な位置に光路ストップを
配設４して、上述したスプリアス光を遮断して除去する
。However, in order to further improve performance, for example, when using reflected light from the recording medium when reading signals, a third
As shown in the figure, when using transmitted light, the fourth
As shown in the figure, optical path stops 4 are provided at appropriate positions to block and eliminate the above-mentioned spurious light.

第３図示の反射形光学系においては、レーザー光発生器
１からの単色光束をレンズ１０．１１により拡大した平
行光束としてゾーンプレート３に導き、その透過光のう
ち光量最大のＯ次光■をストップ１５で遮断して１次光
■のみを記録媒体４の面上に結像させ、その反射光が再
度ゾーンプレート３を透過したもののうち、素通りする
光量最大の０次光■のみをハーフミラ−１３を介してレ
ンズ１２により光検出器６の位置に集束させる。In the reflective optical system shown in Figure 3, a monochromatic light beam from a laser beam generator 1 is guided to a zone plate 3 as a parallel light beam expanded by a lens 10.11, and among the transmitted light, the O-order light (■) with the largest amount of light is transmitted. The stop 15 blocks only the first-order light (2) to form an image on the surface of the recording medium 4, and among the reflected light that passes through the zone plate 3 again, only the 0-order light (2), which has the maximum amount of light that passes through, is transferred to a half mirror. The light is focused by the lens 12 via the light beam 13 onto the photodetector 6 .

。なお、反射鏡２を回転させてトラッキングを行なう。. Note that tracking is performed by rotating the reflecting mirror 2.

しかして、上記に対するスプリアス光に関しては、入射
１次光■による反射１次光■の平行光束は、後側焦点面
に配置した微小寸法のストップ１４で遮断し、入射１次
光■による反射−１次光。As for the above spurious light, the parallel light flux of the primary light (2) reflected by the incident primary light (2) is blocked by the minute stop 14 placed on the rear focal plane, and the reflected light by the incident primary light (2) is Primary light.

Ｏはストップ１６で遮断する。O is shut off at stop 16.

また、ストップ１５からの入射０次光■による反射０次
光Ｃはストップ１４で遮断し、反射１次光のはストップ
１６で遮断し、更に反射−１次光■は信号用反射光と光
路が一致するがストップ１５からの反射光量が少ないの
で支障とはならない。In addition, the reflected 0th order light C due to the incident 0th order light ■ from the stop 15 is blocked by the stop 14, the reflected 1st order light is blocked by the stop 16, and the reflected -1st order light ■ is connected to the signal reflected light and the optical path. However, since the amount of light reflected from the stop 15 is small, this does not pose a problem.

一方、第４図示の透過形光学系においては、第３図の場
合と同様に、入射１次光■を使用してその透過光をレン
ズ１２により光検出器６に結像させるが、光量の犬なる
透過０次光■の平行光束をレンズ１２の焦点に配置した
微小寸法のストップ１７で遮断すれば、透過２次光■、
透過−１次光Ｏ等その他のスプリアス光は微弱であるた
め、支障を生ずることはない。On the other hand, in the transmission type optical system shown in FIG. 4, the incident primary light ■ is used and the transmitted light is imaged on the photodetector 6 by the lens 12, as in the case of FIG. If the parallel light beam of the transmitted 0th-order light ■, which is a dog, is blocked by the minute stop 17 placed at the focal point of the lens 12, the transmitted secondary light ■,
Other spurious lights, such as the transmitted-first-order light O, are weak and do not cause any trouble.

以上の説明から明らかなとおり、本発明によれば、ゾー
ンプレートにより形成した微小スポットを用いた単色光
による高密度記録再生装置を、安価、容易に、かつ、量
産可能に製作することができ、記録媒体に対接する集束
レンズが小型軽量であるため、顕微鏡の対物レンズを使
用した従来装置では極めて困難であった流体力学的な集
束レンズの浮動保持が容易となり、装置の構成を簡単に
することができる。As is clear from the above description, according to the present invention, a high-density recording and reproducing device using monochromatic light using minute spots formed by zone plates can be manufactured inexpensively, easily, and in mass production. Since the focusing lens in contact with the recording medium is small and lightweight, it is easy to maintain the focusing lens floating hydrodynamically, which was extremely difficult in conventional devices using a microscope objective lens, and the configuration of the device is simplified. Can be done.

すなわち、顕微鏡の対物レンズは倍率４０倍のもので総
重量５７ｇ、鏡筒、取付金具等を除外しても２８ｇあり
、一方、フレネル・ゾーンプレートは、直径２ｍｍ、厚
さ１ｍＷＬのものであっても１０ｍｇ以下とすることが
できる。In other words, the objective lens of the microscope has a magnification of 40 times and has a total weight of 57 g, which weighs 28 g even excluding the lens barrel, mounting hardware, etc. On the other hand, the Fresnel zone plate has a diameter of 2 mm and a thickness of 1 mWL. The amount can also be 10 mg or less.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明光学記録再生装置の構成例を示す斜視図
、第２図は本発明装置に使用するフレネル・ゾーンプレ
ートの集束特性を示す特性曲線図、第３図は本発明装置
における反射形光学系の構成例を示す配置図、第４図は
本発明装置における透過形光学系の構成例を示す配置図
である。 １・・・・・・レーザー光発生器、２・・・・・・反射
鏡、３・・・・・・フレネル・ゾーンプレート、４・・
・・・・回転形記録媒体、５・・・・・・回転軸、６・
・・・・・光検出器、７・・・・・・板バネ、８・・・
・・・支持片、９・・・・・・支柱、１０，１１゜１２
・・・・・・レンズ、１３・・・・・・ハーフミラ−１
１４゜１５．１６，１７・・・・・・光路ストップ、■
、０ ・・・・・・０次光、■、Ｏ・・・・・１次光、
■・・・・・・２次光、○、■・・・・・・−１次光。FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of the optical recording/reproducing device of the present invention, FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing the focusing characteristics of the Fresnel zone plate used in the device of the present invention, and FIG. 3 is a reflection diagram in the device of the present invention. FIG. 4 is a layout diagram showing an example of the configuration of a transmissive optical system in the apparatus of the present invention. 1...Laser light generator, 2...Reflector, 3...Fresnel zone plate, 4...
...Rotating recording medium, 5...Rotating shaft, 6.
...Photodetector, 7...Plate spring, 8...
... Support piece, 9 ... Support column, 10, 11゜12
・・・・・・Lens, 13・・・Half mirror-1
14゜15.16,17... Light path stop, ■
, 0...0th order light, ■, O...1st order light,
■・・・Secondary light, ○,■・・・・・・−Primary light.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 単色光発生器と、ゾーンプレートを含む光学系と、
回転形記録媒体とを有し、前記発生器からの単色光を前
記光学系により前記記録媒体の回転面上に集束して信号
の記録再生を行なうとともに前記ゾーンプレートを前記
回転面に近接して弾性的に支持し、前記回転面の回転に
応じてその回転面と前記ゾーンプレートとの間に生ずる
空気流の流体力学的作用により、前記回転面と前記ゾー
ンプレートとの距離を一定に保持するようにしたことを
特徴とする光学記録再生装置。1 A monochromatic light generator, an optical system including a zone plate,
a rotating recording medium, the monochromatic light from the generator is focused by the optical system onto the rotating surface of the recording medium to record and reproduce signals, and the zone plate is placed close to the rotating surface. The distance between the rotating surface and the zone plate is maintained at a constant level by elastically supporting the rotating surface and by the hydrodynamic action of an air flow generated between the rotating surface and the zone plate as the rotating surface rotates. An optical recording/reproducing device characterized by: