光ディスク装置の光学系に関する研究

光ディスク装置の光学系に関する研究

著者 近藤 光重

雑誌名 静岡大学大学院電子科学研究科研究報告

巻 16

ページ 148‑150

発行年 1995‑03‑28

出版者 静岡大学大学院電子科学研究科

URL http://hdl.handle.net/10297/1269

氏名。(本 籍

)  

 (工

)

学 位 記 番 号

  53  

5年

学位論文題目

論文審査委員

   (委

教 授 畑 中 義 式

教 授 大 坪 順 次

論 文 内 容 の 要 旨

本論文は、情報単位が ミクロンオーダーの光デイスク装置 において、 ミクロンオーダーの集光光束 により情報の記録 。再生 を行 う光ヘ ッ ドの光学系 に関する研究 をまとめたものである。特 に、光源 と して半導体 レーザーを用いた場合の集光方法 と特性解析・集光系簡素化、集光点の光軸方向位置位置 を ミクロンオーダーで検出するフォーカスセ ンサー、情報 トラックの中心 との径方向の誤差 をサブ ミ クロンオーダーで検出する トラッキグセ ンサー、光学系の小型化 によつて顕著 になる戻 り光 との干渉 によるレーザーノイズを低減する方策等 について検討 した。

半導体 レーザーの楕円形発散光 を ミクロンオーダーに集光する方式 として、直接集光方式 を提案 し た。この集光方式 について回折理論 を用いて、デ イスク上の集光光束の形状、信号再生周波数特性、

隣接 トラックとのクロス トーク特性 を解析する計算式 を導出 した。 さらに、精円光束の対物 レンズ透 過率計算式を導出 した。この集光方式では楕円形状の集光光東 になるが、対物 レンズ入射楕 円光束の 短軸方向径を対物 レンズの有効径程度に し、かつ楕円集光光束の短軸方向を情報 トラックと平行 とす ることにより従来の

^Hc―

クが劣化することを示 し許容値計算手法 を明確 に した。

さらに対物 レンズ入射楕円光束の長軸方向の光束 を捨ててはいるが、デイスク面上のパワTが^10mw以

下の追記型光デ イスク装置、書 き換 え型光デ イスク装置 にも直接集光方式が適用可能であることを明

確 にした。 さらに、直接集光方式の特徴 を活か して、対物 レンズとコリメーター レンズを非球面 プラ スチ ックレンズによリー体化する光学系の簡素化 について提案 した。この方法によつて も従来 と同等 の再生性能が得 られることを収差 とジッター との関係 を実験的に求める経験式 を導 き明確 にし、実験 的に確認 した。 また、プラスチ ックレンズの収差の経年変化 を検討 し、問題ない事 を確認 した。

フォーカスセンサーとして非点収差法 とフーコー法 について検討 した。非点収差法の特性解析式 を 導出 し、基本特性が実験 と良 く一致することを確認 した。 さらに、光検知器の位置ずれに対 し検出セ ンサー特性の変化を計算すると同時にずれの許容値 を明確 に した。 フーコー法については特性解析の 式 を導出 し、この方式の欠点 と言われている リニアゾーン幅の狭 さを広げる方法について数種提案 し、

効果を解析および実験 により確認 した。

トラッキングセンサーは、3ビーム法 とプッシュプル法 について研究 した。^3ビーム法については、

センサー特性解析式 を導出 し、情報 トラックに対す る3ビ ームの回転位置 としてセンサー感度が最大 に なる位置を明確 にした。 また、光ヘ ッ ドの情報 トラ ックと平行方向への位置ずれ許容 を明確 に した。

ブ ッシュプル法についてはセ ンサニ特性解析の計算式 を導出 し実験 との比較で解析式の使用可能性 を 確認 した。

半導体 レーザーを用いた場合に問題 となるデ イスクか らの戻 り光 によるノイズ低減について検討 し た。光帰還法では、戻 り光 を2%以上に設計する と再生のC/Nが改善 されることを明確 にした。提案の 負帰還法では、ノイズ低減が制御理論 に従 うことを明確 に し、最大^1組Bのノイズ低減を確認 した。高 出力の半導体 レーザーでは、光帰還法ではノイズ低減効果がないが、高周波重畳ではノイズ低減効果 のあることがわかった。

直接集光方式集光方式の有用性 を示すため、 コンパ ク トデ イスク装置、 レーザーデ イスク装置、追 記型光デ イスク装置、書 き換 え型光デ イスク装置への光ヘ ッ ドの適用試作例 を示 した。 これによ り、

再生のみの装置だけでな く、記録再生装置 にも直接集光方式が有用であることが実際に確認 された。

以上述べたように、本研究により半導体 レーザーを用いた、特 に直接集光方式集光方式 を用いた光 ヘ ッ ドの光学技術が確立された。本研究 により、光学部品数の少ない小形で簡単な光学系の設計法を 示 し、半導体 レーザーを用いた高性能な記録・再生光ヘ ッ ドが実現で きた。

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論 文 審 査 結 果 の 要 旨

本論文 は情報単位が ミクロンオーダーの光デ イスク装置 において、情報の記録 。再生を行 う光ヘ ツ ドの光学系 に関するものである。光デイスクは初期の頃、

^Hc‐

本研究は半導体 レーザーの楕円光 を直接集光する方法 と最適設計 を提案 し、かつ、光ヘ ッ ドに不可 欠の各種セ ンサーの最適化 を行い、理論的結果 を実験的に証明 した ものである。

第1章では研究の歴史的背景 と本論文の位置づけを述べて、第2章 において光デ イスク装置の構成 と 基本原理 を述べ論文全体の基礎 としている。

第3章 では楕円光の集光系の理論的解析 を行い、回折積分 を用いて楕円ガウシアン光束を対物 レンズ で集光 した場合の光スポ ッ ト形状 の計算式 を導出するとともにデ イスク上の光 スポ ッ ト形状 よ り空間 周波数特性、隣接情報 トラックとのクロス トーク特性 を解析的に求める計算式 を導出 した。

第4章 では、第^3章で導出 された計算式 を数値計算によ り求め実験的結果 と対応 させ極めて良 く一致 することと、この結果は従来の等法 ガウシアン光束の

^He‐

^1.4μ

第6章 では、集光点位置の検出について、非点収差法、フーコー法 について検討 し、特性解析式の導 出と実験値 と理論値の比較、検出線形領域の拡大法の提案 と実証がなされている。第^6章では トラッキ ングの検出について、^3ビーム法 とプツシユプル法が検討 され最適化の方法が示 された。第7章 ではレ ンズのプラスチ ック化 として、光源か らデ イスクに至 るまでの光学系の球面収差 を補正 し、一枚の非 球面 レンズで賄 う単純化 された光学系 を提案 している。 また、第8章 では、 レーザー光源への戻 り光に より生ずる レーザー雑音の低減方法 として、光帰還法、負帰還法、高周波重畳法が検討 され、用途 に 応 じて適用することが示 されてい る。

第9章 では結論が与えられ、高密度光学記録の将来展望が示 されている。

以上要するに、半導体 レーザーを用いた光デ イスク装置の光学系の設計 に関 して理論的実験的研究 を系統的に纏めたものであ り、本分野の光ヘ ツ ドの開発に寄与するところが大 きい。 よつて、本論文 は博士の学位 を授与するに充分な内容であることを認める。