JPH01109317A - コリメータ単レンズ - 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 本発明は水平方向と垂直方向で異なる放射角を有する光
源、例えば半導体レーザー等を用いた光デイスク装置の
光学系等に好適なコリメータ単レンズであって、装置全
体の小型化と簡素化を可能とするものである。

従来の技術 光デイスク装置の光学系は、回折限界に近い性能を持ち
、レーザー光をディスク記録面上に微小スポットとして
形成する。しかしながら、光源として半導体レーザーを
用いた時、その素子構造から放射光束の放射角は回転対
称にならない、即ち、半導体素子の接合面に対する方向
によって放射角が異なる。従って、従来のコリメータレ
ンズを用いてコリメートされた光束の断面が円形のもの
を得るには、放射角の大きさに比べて十分に小さな開口
数のコリメータレンズを用いるのが最も簡易な方法であ
る。しかしながら、この方法では光の利用効率が低いと
いった大きな問題点がある。これを解決する方法として
第４図に示すようなプリズム１．２をコリメータレンズ
３と併用する構成のものが既に知られている。半導体レ
ーザー４からの放射光束５はコリメータレンズ３によっ
て略平行光束とされ、プリズム１．２によって一方向に
のみ光束径が拡大され、所望の円形の光束が得られる、
これによれば、光の利用効率は前記方式と比較して改善
される。しかし構成が複雑になる。

そこで、これら光学的機能を果たし、しかも構成が簡単
な単レンズで実現するものが特開昭６１−２５４９１５
号公報で開示されている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記特開昭６１−２５４９１５号公報記
載の数値例１から数値例７の実施例では全て水平５垂直
方向に単純な曲率半径だけで表わされるトーリック面で
構成されているために、残存球面収差等が大きく実用上
問題であった。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、水平方向
と垂直方向で異なった屈折力を有するコリメータ単レン
ズであって、半導体レーザー等ノ光源側から順に第１面
は放射角の大なる方向の光束の光線に対してのみ収差補
正に寄与する４次以上の高次展開項を有するトーリック
面からなり、出射側の第２面は放射角の小なる方向の光
束の光線に対してのみ収差補正に寄与する４次以上の高
次展開項を有するトーリック面とする。これによって、
残存収差を著しく低減せしめることが可能となり、しか
も加工上に於ても容易な手段で実現でき、光学系の簡素
化と調整の容易化と共に、低コスト化、小型化が実現さ
れる。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。

第１図１ａｌは半導体レーザー４の小さい放射角θａの
方向を水平方向とし、第１図〜）は半導体レーザーの大
きい放射角θｂの方向を垂直方向として示したものであ
る。半導体レーザーからの放射光束５は本発明になるコ
リメータ単レンズ６によって屈折作用を受ける。この時
、コリメータ単レンズの水平方向の屈折力は垂直方向の
屈折力の１／２ないし１／３位と弱くシ、且つフロント
フォーカスが各方向で−敗し、そのフォーカス位置に半
導体レーザーを設置することで、コリメータ単レンズの
出射側である第２面から略平行で断面が略円形の光束が
得られる。このような条件を満足するには第１面と第２
面はトーリック面となり、水平方向の屈折に寄与する曲
率半径は順に、ＲＩＮＩＲｏとなり、垂直方向の屈折に
寄与する曲率半径は順に、Ｒ＋ｖ、Ｒ□となる０回折限
界系の光学系に使用するには収差補正、特に球面収差の
補正が必要となる０通常の光軸に対して回転対称なレン
ズ系であれば非球面を導入することで収差補正は容易に
なされるが、本発明の如く、トーリック面である場合、
収差補正に各々の面が水平、垂直のいずれの方向に対し
ても寄与させようとすると、所謂自由曲面を導入しなけ
ればならない、しかしながら、自由曲面の加工を高精度
に行なうことは著しく困難であり実用的でない、そこで
、十分な収差補正が可能で、しかも加工が容易に実施で
きるレンズ面形状として本発明では、光源側から第１面
は放射角の大なる方向、すなわち第１図伽）に示される
垂直方向の光束の光線に対してのみ収差補正に寄与する
４次以上の高次展開項を有するトーリック面とする。第
２面は放射角の小なる方向すなわち第１図１ａｌに示さ
れる水平方向の光束の光線に対してのみ収差補正に寄与
する４次以上の高次展開項を有するトーリック面とする
。何故ならば、第１面の軸上光線高を水平方向と垂直方
向で比較すると、放射角が大きい垂直方向の方が大きく
なる。従って、レンズ面形状を表わす展開式の高次項に
よる収差補正への寄与は、垂直方向の方がより大きく効
果的となる。従って、第２面では十分に光線高が大きく
なった水平方向の光線に対してのみ収差補正を高次項に
よって行なう、尚、ここで、トーリック面の形状を示す
展開式は、第１面の場合、第１図（ａｌ、　（ｂｌに示
されるｘ−ｙ−ｚ座標系に於て、面の頂点からのサグ量
で示すと＋１１式で示されるものである。同様に第２面
は（２）式で・・・・・・＋１１ 但し、 Ｙ２ Ｒａｗ ＋Ａ−Ｙ’　＋Ｂ−Ｙ’十〇−Ｙ”　＋Ｄ−Ｙ”・・・
・・・（２） 但し、 Ｘ！ ＲＩＭ ＋Ａ−Ｘ４　ｊ３’Ｘ’　＊Ｃ’Ｘ”　＊Ｄ−ＸＩここ
で、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは高次係数である０
次に本発明になるコリメータ単レンズのレンズ面形状の
加工が容易である理由について述べる。第２図は、その
加工の概念を示すものである０回転するスピンドル７に
付けられた被加工物８、すなわちコリメータ単レンズは
、所望の形状となるよう、矢印ｌＯに示されるような軌
跡を描いて移動する回転する砥石９による研削加工法で
レンズ形状が作られる。この方法によれば、通常のＣＮ
Ｃ旋盤に切削バイトを固定するペン）１１上に回転する
砥石部を載せるだけで加工ができる。

実施例 本発明の実施例を以下に示す、但し、ｎは屈折率で波長
７８０ｎｍに於るものである。ｄはレンズ厚である。但
し、第１面は垂直方向の光束の光線に対してのみ収差補
正に寄与するトーリック面、第２面は水平方向の光束の
光線に対してのみ収差補正に寄与するトーリック面であ
る。

Ｒａｗ　ｌｌ−３，２４９ＲＩＭ−９，５７９ｎ−１，
７８５６９１Ｒ＋ｖ　ｌｌ５．６１４　　Ｒｍｖ−１６
，４９３ｄ−１８，００第１面の円錐定数と高次係数 に−６，５９３０７＾−４，８５８４５Ｘ　１０４　Ｂ
・−８，６７８６３Ｘ　１０４Ｃ−７，７２９１６Ｘ　
１０４　Ｄ−２，０４８２４Ｘ　１０４第２面の円錐定
数と高次係数 に−２，９６２６５Ｘ　１０（＾−２，３５９２７Ｘ　
１０４Ｂ−１，１６４７２Ｘ１０°？　Ｃ−２，３４９
０４Ｘ　１０”［１ｇ　　１．７３７８０Ｘ１０４ 垂直方向の入射側ＮＡ：０．３ 水平方向の入射側ＮＡ：０．１ 垂直方向の射出光束径＝５．０ 水平方向の射出光束径；５．０ 第３図に、軸外性能特性を示す、￥ｌｉ軸は波面収差の
分散、横軸は軸外量（物体高）である。

発明の効果 本発明は、方向によって異なる放射角を有する光源から
の光束を、コリメータ単レンズだけを用いて略円形の射
出光束を効率良（得ることができ、光学系を簡素化し、
調整の容易化、小型化にも寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔａ１．　（ｂｌは本発明のコリメータ単レンズ
の概念を示す模式図、第２図は本発明のコリメータ単レ
ンズを加工する方法を示す模式図、第３図は実施例の軸
外性能特性を示す波面収差特性図、第４図は従来の光学
系を示す説明図である。 １・・・・・・プリズム、２・・・・・・プリズム、３
・・・・・・コリメータ、４・・・・・・半導体レーザ
ー、６・・・・・・コリメータ単レンズ、９・旧・・砥
石。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第３図 、第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水平方向と垂直方向で異なる放射角を有する光源からの
   光束を、略平行で且つ断面が略円形の光束に変換する水
   平方向と垂直方向で異なった屈折力を有する単レンズで
   あって、光源側から順に第１面は放射角の大なる方向の
   光束の光線に対してのみ収差補正に寄与する４次以上の
   高次展開項を有するトーリック面からなり、出射側の第
   ２面は放射角の小なる方向の光束の光線に対してのみ収
   差補正に寄与する４次以上の高次展開項を有するトーリ
   ック面からなるコリメータ単レンズ。