JPH0393048A - 記録再生光学系 - 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〕 本発明は光ディスク等に光情報を記録あるいはこれに記
録された光情報を再生するための記録再生光学系に関す
るものであり、特に光磁気ディスク等に好適なものであ
る。

〔従来の技術〕

大量の情報を低コスートで効率良く記録、保存、再生で
きるものとして、種々の光ディスクが実用に供されてい
るいる。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般的に、光ディスクの記録再生光学系において、対物
レンズ、コリメーターレンズを非球面単玉レンズ化する
ことは装置の小型化、軽量化、及びコストダウンの為の
有力な手段である。

ところが、再生・記録の切り替え時におけるパワー変化
に伴うレーザの波長変動による色収差が問題となってく
る。すなわち、この色収差により記録・再生における光
情報の劣化を招くという問題がある。特に、光ディスク
で画像情報を記録・再生する際には、画質の劣化が極め
て顕著となる。

そこで、コリメーターレンズを単玉の低分散の非球面レ
ンズ、例えばｄ線に対するアッペ数が８０以上の低分散
硝材を用いても色収差を補正しきれない。

このため、コリメーターレンズを２枚のレンズ構成にし
て色補正を過剰にすると、光源としてのレーザー自身が
有する非点収差の影響を無視することができなるなる。

そこで、本発明は、記録・再生時のレーザーの波長変動
及びレーザー自身が有する非点収差等が存在するにもか
かわらず、常に安定した信頼性の高い光情報を記録及び
再生可能な高性能な記録再生光学系を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明の記録再生光学系
は、第１図に示す如く、光源と、該光源からの光束をコ
リメートするコリメーターレンズと、該コリメーターレ
ンズを介したコリメート光束を整形するためのビーム整
形光学系と、該ビーム整形光学系を介した整形された光
束を被照射面に集光するための対物レンズとを有するも
のである。

そして、この基本構成に基づいて、前記ビーム整形光学
系と前記対物レンズとの間にハイパークロマチックレン
ズを配置したものである。

このとき、前記光源自身が有する非点隔差をδとし、前
記ビーム整形光学系の整形比をｍ、前記光源の光束射出
側面と前記コリメーターレンズの焦点位置との光軸に沿
ったズレ量をＺＣ、前記対物レンズの焦点距離をｆｏ、
前記対物レンズの開口数をＮＡ、基準波長をλ、前記ハ
イパークロマチックレンズの焦点距離ｆｈとするとき、
δ を満足することが望ましい。

このとき、前記ハイパーク口マチックレンズは正レンズ
と負レンズとを満足することを特徴とする特許請求のア
ッへ数をν，該負レンズのアッペ数をν８とするとき、 ν，−ν９〉２０ を満足することがより望ましい。

より好ましくは、前記対物レンズ及び前記コリメーター
レンズは非球面を有する単一の正レンズで構成すること
が良い。

〔作　用〕

そこで、本発明は、従来の構成にハイパーク口マチック
レンズを追加することにより、記録・再生時でのレーザ
ーの波長変動及びレーザー自身が有する非点収差に伴う
記録・再生性能の劣化を抑えるようにしたものである。

〔実施例〕

第１図は本発明による実施例についての概略構成図であ
り、以下、この図を参照しながら本実施例について詳述
する。尚、本実施例においては、光磁気ディスクについ
ての記録再生光学系を示している。

第１図に示す如く、光源としてのレーザーダイオードｌ
　（以下、ＬＤと称する。）から射出された光束はコリ
メーターレンズ２で平行光束化された後、ビーム整形光
学系３に入射する。このビーム整形光学系３は、図示の
如く、１対の三角柱状のプリズム等を偏心させて配置さ
れており、これにより、紙面に対し垂直方向の光束は拡
大されず、紙面方向の光束のみが拡大される。このよう
にビーム整形された光束は、平凸レンズと凹平レンズと
の接合よりなり、この接合面が光源側に凸面を向けたハ
イパークロマチックレンズ４を通過して、偏光ビームス
ブリッタ−７に達する。

この偏光ビームスプリッタ−７は、例えば紙面と同方向
に偏光するＰ偏先の８０％を透過させ、紙面に対して垂
直方向に偏光するＳ偏光の２０％を反射させる機能を有
する。

この偏光ビームスプリッターを通過したＰ偏光する光束
は、対物レンズ５により収斂作用を受けて集光し、被照
射面としてのディスクの記録面６ａ上にスポット光が形
成される。

このディスクの記録面６ａには例えばＴｂＦｅＣｏ（テ
ルビウム鉄コバルト）等の垂直磁化膜が形成されており
、このディスク６を挟んで反対側には不図示の電磁コイ
ルが配置されている。

情報を記録する際には、ＬＤＩからのスポット光を記録
面６ａの磁化膜に照射し、この磁化膜の照射領域の温度
を局所的に上昇させる。そして、照射領域がキューり温
度近くまで昇温すると、磁化膜の保磁力が減少し、この
照射領域では電磁コイルの磁界の向きに対応した磁気情
報が記録される。

以上においては、記録再生光学系の送光系について説明
したが、次に検出系について説明する。

いま、ディスクの記録面６ａ上には、ある情報に対応し
た磁気が記録されているとする。そして、この記録情報
を再生する際には、先ず、先に述べた送光系により送光
されたＳ偏光の光束はディスク上に集光された後、力一
効果により変調して反射する。

このとき、ディスクの記録面で記録保持されている磁気
に対応して、照射されるＳ偏光の光束は偏光方向が僅か
に回転する。具体的には、第１図の紙面に対して僅かに
傾いた方向に偏光する光束となる。

このようにして、ディスク上を反射して、記録面の情報
を含んだ光束は、再び対物レンズ５を介することにより
収斂作用を受けてほぼ平行光束となった後、偏光ビーム
スプリッタ−７により反射され、ｌ／２波長板８に達す
る。そして、この１／２波長板８を介した光束は、偏光
方向が４５°回転し、偏光ビームスプリッター９を介す
ることにより、記録面の情報を含んだＰ偏光とＳ偏光と
の光束に分離される。先ず、この分離面９ａを反射する
Ｓ偏光の光束は第１集光レンズｌｏａにより集光されて
、第１光電検出器１１ａにて光電検出される。

一方、偏光ビームスプリッタ−９の分離面９ａを通過す
るＰ偏先の光束は反射面９ｂで反射した後、第２集光レ
ンズ１０ｂにより集光されて、第２光電検出器１１．ｂ
にて光電検出される。この２つの光電検出器から得られ
る信号は、差動回路１２により、光学及び機械的変動が
キャンセルされたＳ／Ｎ比の高い安定した正弦波状の出
力信号となり、この出力信号に基づいて高いディスク５
に記録された情報を再生することができる。

さて、先に述べた送光系において、ＬＤＩから射出され
る光束は非点収差を持っているが、コリメーターレンズ
の焦点位置を最適に選ぶことによりビーム整形光学系通
過後は非点収差を無い状態にすることができる。

そこで、ＬＤＩからの光束自身が有する非点収差を補正
するためのコリメーターレンズの配置に関して第２図を
参照しながら説明する。

第２図（ａ）は第１図の紙面に対して垂直方向に対応す
るビーム整形のない方向の記録再生光学系の原理図であ
り、第２図（ｂ）は第１図の紙面方向に対応するビーム
整形のある方向の記録再生光学系の原理図である。

先ず、第２図（ａｌに示す如く、実線に示すＬＤＩの端
面（光束射出面）ｌａが発光点となり、このＬＤＩの端
面１ａを破線の如＜Ｚｃ（ＬＤＩの端面１ａとコリメー
ターレンズの前側焦点位置との光軸に沿ったズレ量）だ
け右側へ移動させると、記録再生光学系による結像位置
（被照射面）が破線で示す如くＺ。だけ右側へ移動する
。

この゛とき、コリメーターレンズ２の焦点距離をｆｃ、
対物レンズ５の焦点距離をｆ。とするとき、実際の結像
位置のズレ量Ｚ。は第２図（ａ）より次式が求められる
。

但し、ｆ　Ｏ　／　ｆ　Ｃは縦倍率， 一方、第２図（ｂ）においては、第２図（ａ）でＬＤＩ
の端面１ａをＺｃだけ右側へ移動させたため、ＬＤ１は
破線で示す如き位置となる。このとき、もう１つの発光
点がＬＤＩの端面１ａより非点隔差δの分だけ内部に位
置している。

ここで、記録再生光学系の見かけ上において、被照射面
上で非点収差が無い状態とするには、第２図（ａ）と同
様に、記録再生光学系による結像位置（被照射面）が破
線で示す如くＺ。だけ右側へ移動しなければならない。

そして、ビーム整形光学系の紙面方向の角倍率を１／ｍ
（以下においてこのｍの値を整形比と呼ぶ。通常におい
ては、この整形比は２＜ｍ＜２．５程度である。）とす
るとき、結像位置のズレ量Ｚ。は第２図（ｂ）の関係よ
り次式が求められる。

ここで、ｔ　ｏ　／ｍ　ｔ　ｃは縦倍率である。

したがって、上式（１）と（２）式が等しくなる時が被
照射面上におけるＬＤＩの非点隔差、すなわち非点収差
を無い状態にできる条件となる。

これにより次式が導出される。

δ 一例として、ＬＤの非点隔差δを５μｍとし、ビーム整
形光学系の整形比ｍを２．５とすれば、（３）式より一
義的にＺｃは０．９５μｍとなり、このＬＤの端面を０
．９５μｍだけコリメーターレンズ２の焦点位置からず
らせば、ディスク面上での非点収差を良好に補正するこ
とができる。

さて、ＬＤの波長変動１ｎｍに対するコリメーターレン
ズと対物レンズの焦点シフトをそれぞれΔｆｔ＋　Δｆ
０とし、コリメータレンズと対物レンズの焦点距離をそ
れぞれｆｃ．ｆｏとするとき、記録再生光学系における
総合焦点シフトは次式にて与えられる。

例えば、コリメーターレンズ及び対物レンズをともに非
球面を有する単一の正レンズで構成し、これらのレンズ
に使用される硝材のｄ線に対する分散νを約８０とし、
またコリメーターレンズの焦点距離ｆｈを８０＋ｎｍ、
対物レンズの焦点距離ｆ。を４０ｍとすると、各レンズ
のｌｎｍの波長変動に対する焦点距離シフトはそれぞれ
Δｆｃ＝０．２１μｍ１Δｆ０＝０。１１μｍとなり、
上式（４）より総合焦点距離シフトΔｆは０．１６μｍ
となる。

一般に、ＬＤＩの波長は再生、記録に切り換える時に５
ｎｍ程度変動するため、優れた光学性能を維持するには
、Ｉｎｍの波長変動に対する総合焦点シフトΔｆが少な
くとも０．１μｍ以下にすることが必要である。

今、第１図に示す如き構戒中のハイパークロマチックレ
ンズ４の構成を除去した状態で、コリメータレンズ２を
正レンズと負レンズとの２枚構成にして、主にコリメー
ターレンズ２で光学系全体の色収差を補正すると、この
コリメーターレンズ自身では、補正過剰となって、コリ
メーターレンズの焦点距離シフトΔｆｃが大きくなる。

この結果、（３）式に示した条件が大きく崩れて、ディ
スク上では非点収差が甚大に発生する。

そこで、本実施例においては、先ず、先に述べた如＜　
、（３１式の条件を満足するようにコリメーターレンズ
２を配置して、色収差補正用のハイバークロマチックレ
ンズ４をビーム整形光学系３と対物レンズ５との間に配
置している。

これにより、（３）式の条件を崩すことな＜ＬＤＩ自身
が有する非点収差が良好に補正された状態のもとで、光
学系全体の色収差をバランス良く補正できるため、波長
変動による総合焦点距離シフトΔｆを最小限に抑えるこ
とができる。

このように、ハイパーク口マチックレンズを有する構威
により、Ｉｎｍの波長変動に対する総合焦点シフトΔｆ
を、実質的に０．０５μｍ以下に抑えることが可能とな
る。

このとき、光学系のコンパクトを図るには、コリメータ
ーレンズは非球面を有する低分散の単玉の正レンズで構
成されることが望ましい。すると、（３）式の条件を崩
さずに非点収差が良好に補正された状態で、波長変動に
伴うコリメーターレンズの焦点シフトΔｆｈを極めて小
さく抑えることができるため、非常に効果的である。

また、色収差補正専用のハイバークロマチックレンズ４
の配置により、対物レンズにおける色収差補正に対する
負荷が軽減されている。このため、この対物レンズを単
一の正レンズで構成しても良好な結像性能を得ることが
でき、光学系の全体のコンパクト化が容易に図れる。こ
のとき、対物レンズを構或する単一の正レンズに非球面
を設ければ、より良好な光学性能を引き出すことができ
る。

さて、本実施例におけるハイパークロマチックレンズは
、平行光束中に配置されているため、基準波長に対し屈
折力がない状態、すなわちノーパワー（ハイパーク口マ
チックレンズの焦点距離：ｆ．＝■）が理想であるが、
実際には基準波長に対する２枚の硝材の僅かな屈折率差
から屈折力（パワー）が生じてしまう。すなわち、これ
は対物レンズ５に入射する光束が平行光でなくなること
を意味し、特に、本実施例の如く、対物レンズ５が無限
に対して収差補正されている場合には問題となる。

そこで、先ず対物レンズ５がΔだけデフォーカスした時
の波面収差Ｗ　Ｏ　（ρ）は、対物レンズの開口数をＮ
Ａ，対物レンズの規格化された瞳径をρ（０≦ρ≦１）
とするとき次式にて与えられる。

゜−｛４） また、ハイパーク口マチックレンズの焦点距離ｆｈと等
半径の球面波と平面波とのズレの波面収差をＷ　ｈ　（
ρ）とし、対物レンズの焦点距離をｆ０とするとき、こ
のハイパークロマチックレンズの焦点距離ｆｈが大きい
場合には、この波・面収差をＷｈ（ρ）は次式にて与え
られる。

よって、総合波面収差Ｗ（ρ）は、 Ｗ（ρ）　＝Ｗｏ（ρ）　＋ｗｈ（ρ）一・・・・（６
）となる。

ここで、Ｚｅｒｎｉｋｅ　　（ツエルニケ）の多項式を
用いて、この総合波面収差Ｗ（ρ）の平均自乗平方根（
Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）　、すなわちＲＭ
Ｓが最小となる時の対物レンズのデフォーカス量Δを求
める。そして、この時の総合波面収差Ｗ（ρ）のＲＭＳ
を３次収差近似で表現すると、次式の如くなる。

但し、λは基準光束の波長である。

上式（７）はハイパーク口マチックレンズに入射する光
が平行ビームである場合、このハイパークロマチックレ
ンズがノーパヮーでないことに起因する対物レンズの最
小収差量を意味している。

ここで、実用的にはΔＷ　（ＲＭＳ）の値が０．０２以
下であることが望ましく、この条件を満足するには、ハ
イパーク口マチックレンズの焦点距離は、以下の条件を
満足することが良い。

このように、ハイパーク口マチックレンズの焦点距離ｆ
ｈを上式条件（８）を満足するように構成することによ
り、このハイパークロマチックレンズが実質的に屈折力
を有する構成となっても、収差による影響を軽減できる
。

このとき、ハイパークロマチックレンズに入射する光束
は、ディスク面上での非点収差を除去するための条件（
３）を満足するために、実際には平行光束からズレて収
差が発生することになるが、上式（７）で示した対物レ
ンズの最小収差量ΔＷ　（ＲＭＳ）の値が０．０２より
も極めて小さくなるため、実用上は何ら問題はない。

さて、ハイパークロマチックレンズを構成する硝材であ
るが、大きな色収差補正の効果を得るには、分散の差の
大きなものが好ましいことは言うまでもない。このとき
、分散の差が小さい場合には、波長変動による総合焦点
距離シフトΔｆを低減するために接合面０曲率が極めて
強くなり、加工性が悪くなるばかりかレンズ厚が厚くな
る。

そこで、ハイパーク口マチックレンズを構成する正レン
ズと負レンズのアッペ数をそれぞれν，ν９とするとき
、 νＰ−ν，　＞２０　　”−・・・・・（９）を満足す
ることが望ましい。

この範囲を満足するようにハイパーク口マチックレンズ
を構或すれば、波長変動による総合焦点距離シフトΔｆ
を低減しつつ、接合面を無理のない曲率で実現でき、さ
らにはレンズ厚を薄くすることができる。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、記録再生光学系中のビー
ム整形光学系と対物レンズとの間にハイパークロマチッ
クレンズを配置した簡素な構或により、波長変動による
色収差、及び光源自身が有する非点収差が良好に補正さ
れた高性能な記録再生光学系が実現できる。

さらに、対物レンズ、コリメータレンズを非球面の半玉
レンズで構成しても同様な効果が期待できる。

これにより、アクチュエー夕への負担が軽くなり、かつ
組立調整が楽になる上、コストの低減が容易に図れる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明による実施例の概略構成図、第２図（ａ
ｌは第１図の紙面に対して垂直方向に対応するビーム整
形のない方向の記録再生光学系の原理図、第２図（ｂ）
は第１図の紙面方向に対応するビーム整形のある方向の
記録再生光学系の原理図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・光源（レーザーダイオード） ２・・・コリメーターレンズ ３・・・ビーム整形光学系 ４・・・対物レンズ ６・・・ ディスク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光源と、該光源からの光束をコリメートするコリメ
   ーターレンズと、該コリメーターレンズを介したコリメ
   ート光束を整形するためのビーム整形光学系と、該ビー
   ム整形光学系を介した整形された光束を被照射面に集光
   するための対物レンズとを有し、 前記ビーム整形光学系と前記対物レンズとの間にハイパ
   ークロマチックレンズを配置することを特徴とする記録
   再生光学系。 ２）前記光源が有する非点隔差をδとし、前記ビーム整
   形光学系の整形比をｍ、前記光源の光束射出側面と前記
   コリメーターレンズの焦点位置との光軸に沿ったズレ量
   をＺ＿Ｃ、前記対物レンズの焦点距離をｆ＿ｏ、前記対
   物レンズの開口数をＮＡ、基準波長をλ、前記ハイパー
   クロマチックレンズの焦点距離ｆ＿ｈとするとき、 Ｚ＿Ｃ＝δ／（ｍ＾２−１） ｜ｆ＿ｈ｜＞５√５ｆ＿ｏ＾２ＮＡ＾４／３λ（４−Ｎ
   Ａ＾２）を満足することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の記録再生光学系。 ３）前記ハイパークロマチックレンズは正レンズと負レ
   ンズとを有し、該正レンズのアッベ数をν＿Ｐ、該負レ
   ンズのアッベ数をν＿Ｎとするとき、ν＿Ｐ−ν＿Ｎ＞
   ２０ を満足することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の記録再生光学系。 ４）前記対物レンズ及び前記コリメーターレンズは非球
   面を有する正レンズで構成されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項記載の記録再生光学系。