JPH04289530A - 光学装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、互いに波長が異なる複
数本の光ビームを一個の共通な対物レンズにより集光し
、第一の光スポットおよび第二の光スポットを所定の位
置に各々独立に照射するようにした光学装置に係り、特
に、両光スポットの光軸方向の照射位置ずれを補正する
手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】波長が異なる複数のレーザ光を単一の対
物レンズで集光する光学装置の例は、特開昭５８−１３
２２１４号公報に示されるような光学的情報記録再生装
置に搭載される光ヘッド（以下、二レーザ光ヘッドと記
す。）が挙げられる。このような二レーザ光ヘッドは、
波長選択性プリズムなどの光学素子によって二本の略平
行な光ビームを同一の対物レンズに導き、その対物レン
ズによって光学的情報記録媒体（以下、光ディスクと記
す。）の同一記録面上に各光ビームごとに独立の集光ス
ポットを照射する。そして例えば、一方の集光スポット
でデータの記録・消去を行ない、他方の集光スポットで
記録データの再生を行なうのが一般的である。従って、
二個の集光スポットは光軸方向の位置ずれがなく、光デ
ィスクの同一記録面上に正確に集光されなければならな
い。しかし、通常の対物レンズを用いた場合、集光され
る二本の光ビームの波長が異なると入射光の波長の違い
に応じて対物レンズに色収差が発生し、各光ビームに対
する焦点距離に差が生じる。その結果、各集光スポット
の光軸方向の位置が相対的にずれてしまう。

【０００３】従来このような集光スポットの相対的な位
置ずれを補正する手段は、波長に対する色収差を補正し
た色消しレンズを対物レンズとして用いる手段が知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術は、
色消しレンズとして入射光の波長に対応して屈折率が変
化する特殊な部材を数種類組合せて用いるため高価にな
り、また、対物レンズ自体の重量も増すので光ヘッドの
小型軽量化にきわめて不利である。従って、二レーザ光
ヘッドの小型軽量化、低価格化を実現するためには、色
収差を含んだ通常の対物レンズを搭載した状態で集光ス
ポットの光軸方向の相対的位置ずれを補正できる手段が
不可欠である。しかし、従来このような補正手段に関し
ては考慮されていなかった。

【０００５】本発明の目的は、波長が異なる複数のレー
ザ光を単一の対物レンズで集光する光学装置において、
色収差を含んだ通常の対物レンズを用いた状態でその色
収差に伴う集光スポットの光軸方向の相対的位置ずれを
良好に補正する光学的手段を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、集光される
二本の光ビームのうち対物レンズの焦点距離が相対的に
長くなる第一の波長の光ビームを所定の収束光状態で対
物レンズに入射させる第一の光学的手段と、焦点距離が
相対的に短くなる第二の波長の光ビームを所定の発散光
状態で対物レンズに入射させる第二の光学的手段とを設
けることにより達成される。

【０００７】

【作用】第一の光学的手段によって第一の波長の光ビー
ムが収束光状態で対物レンズに入射すると、その集光ス
ポットの照射位置と対物レンズとの間隔は第一の波長の
光ビームに対する対物レンズの焦点距離よりも短くなる
。一方、第二の光学的手段によって第二の波長の光ビー
ムが発散光状態で対物レンズに入射すると、その集光ス
ポットの照射位置と対物レンズとの間隔は第二の波長の
光ビームに対する対物レンズの焦点距離よりも長くなる
。従って、両集光スポットはそれぞれの焦点位置から互
いにより接近する方向に移動する。そこで、第一および
第二の光学手段によって変換される各々の光ビームの収
束光状態および発散光状態を所定の状態に設定すること
により、各集光スポットの光軸方向の位置を一致させる
事ができる。

【０００８】

【実施例】図１に本発明を二レーザ光ヘッドに適用した
一実施例の系統図を示す。図１において、１ａは波長λ
１のレーザ光を出射する半導体レーザ素子、１ｂはλ１
とは異なる波長λ２　のレーザ光を出射する半導体レー
ザ素子、２ａ，２ｂはコリメートレンズ、３はビーム整
形プリズム、４ａ，４ｂはビームスプリッタ、５は半導
体レーザ素子１ａおよび１ｂを発した二本のレーザ光束
を合成、分離するための波長選択性プリズム、６は立ち
上げミラー、７は対物レンズ、８は光デイスクである。 また、９ａ，９ｂは光ディスク８を反射した二本のレー
ザ光束から光ディスク８上に照射される各集光スポット
の位置制御信号や光ディスク８に記録されている情報信
号などを各々独立に検出するための光検出装置、１０は
光検出装置９ｂで得られた集光スポットの位置制御信号
をもとに対物レンズ７を駆動するレンズアクチュエータ
、１１は光検出装置９ａで得られた集光スポットの位置
制御信号をもとに駆動されるガルバノミラーである。

【０００９】図１において、５０は本発明の第一の光学
手段であり、本実施例では凹レンズ５０ａと凸レンズ５
０ｂの組合せ系による収束レンズになっている。また、
５１は本発明の第二の光学手段であり、本実施例では凹
レンズ５１ａと凸レンズ５１ｂの組合せ系による発散レ
ンズになっている。

【００１０】半導体レーザ素子１ａを発したレーザ光束
は、コリメートレンズ２ａにより平行光束１００ａに変
換され、ビーム整形プリズム３、ビームスプリッタ４ａ
を経て収束レンズ５０に入射し、光軸上の所定の位置に
集光点を持つ収束光束１０１ａに変換される。一方、半
導体レーザ素子１ｂを発したレーザ光束は、コリメート
レンズ２ｂにより平行光束１００ｂに変換され、ビーム
スプリッタ４ｂを経て発散レンズ５１に入射し、光軸上
の所定の位置に仮想的な発光点を持つ発散光束１０１ｂ
に変換される。さらに収束光束１０１ａと発散光束１０
１ｂは、共に波長選択性プリズム５を経てほぼ同一の光
路をたどり、立ち上げミラー６を反射して対物レンズ７
によって光ディスク８の記録面上に集光され、集光スポ
ット１０２ａおよび１０２ｂを形成する。

【００１１】本実施例において、対物レンズ７は波長λ
１　の光束１０１ａに対する焦点距離ｆ１　が波長λ２
　の光束１０１ｂに対する焦点距離ｆ２　より長くなる
、すなわち、対物レンズ７から見て光束１０１ａに対す
る焦点の位置が光束１０１ｂに対する焦点の位置よりも
遠くになる色収差特性を持っている。一方、光束１０１
ａは収束光の状態で対物レンズ７に入射するので、その
集光スポット１０２ａの照射位置は、本来の焦点の位置
よりも対物レンズに近い側になる。逆に、光束１０１ｂ
は発散光の状態で対物レンズ７に入射するので、その集
光スポット１０２ｂの位置は、本来の焦点の位置よりも
遠い側になる。従って、集光スポット１０２ａと１０２
ｂの照射位置は各々の本来の焦点位置よりも互いにより
接近した位置になる。そこで、光束１０１ａの収束状態
と光束１０１ｂの発散状態をそれぞれ所定の状態にする
ことにより、両光束の本来の焦点位置の略中間の位置で
集光スポット１０２ａと１０２ｂの照射位置を一致させ
ることができる。

【００１２】尚、本発明では、二個の集光スポットの相
対的位置ずれを補正する際、一方の光束１０１ａを収束
光の状態で対物レンズに入射させ、他方の光束１０１ｂ
を発散光の状態で対物レンズに入射させることにより、
各々の光束に対する対物レンズの焦点位置のほぼ中間の
位置で両集光スポットの照射位置を一致させている。こ
れは、以下に示す理由による。

【００１３】図１の実施例のような二レーザ光ヘッドで
は、そのアクセス速度を向上させるため、光ヘッドを立
ち上げミラー６、対物レンズ７およびアクチュエータ１
０からなる可動部６０とそれ以外の光学部品からなる固
定部６１に分離し、アクセス時には、可動部６０だけが
光軸２００に沿って前後に移動する場合が多い。このよ
うな構成の二レーザ光ヘッドでは、図１に示すように集
光スポットの相対的位置ずれを補正するための収束レン
ズ５０および発散レンズ５１を光ヘッドの固定部６１に
配置する方が、光ヘッド可動部６０が軽量になり、アク
セス速度向上の面で有利である。しかし、図１のように
収束レンズ５０および発散レンズ５１が光ヘッド固定部
６１内に設けられていると、アクセス時の光ヘッド可動
部６０の移動により対物レンズ７と収束レンズ５０間の
光学的距離Ｌ１および発散レンズ５１間の光学的距離Ｌ
２が共に増減し、それに伴い集光スポット１０２ａと１
０２ｂの照射位置も光軸方向に変位する。このとき収束
レンズ５０と発散レンズ５１を用い、各々の光束に対す
る対物レンズの焦点位置の中間の位置で、集光スポット
１０２ａと１０２ｂの照射位置を一致させている場合は
、光ヘッド可動部６０の光軸方向移動量δＬとそれに伴
って発生する集光スポット１０２ａの光軸方向への変位
量δＳ１および集光スポット１０２ｂの光軸方向への変
位量δＳ２との関係は、それぞれ次式のように表される
。

【００１４】

【数１】

【００１５】

【数２】

【００１６】上式において、Ｆ１は波長λ１の光束１０
１ａに対する対物レンズ７の焦点距離、Ｆ２（＜Ｆ１）
は波長λ２の光束１０１ｂに対する対物レンズ７の焦点
距離であり、Ｆ１とＦ２との差は微少量であるため、明
らかにδＳ１≒δＳ２である。すなわち、各々の光束に
対する対物レンズの焦点位置の中間の位置で集光スポッ
ト１０２ａと１０２ｂの照射位置を一致させると、光ヘ
ッド可動部６０の移動に伴う集光スポット１０２ａと１
０２ｂの変位方向および変位量をほぼ等しくし、両集光
スポットの相対的な位置ずれの発生を充分に抑えること
ができる。

【００１７】図２は、光学的手段によって図１の二レー
ザ光ヘッドの集光スポットの相対的な位置ずれを補正し
た場合の両集光スポットの初期位置（対物レンズ７から
両集光スポットまでの光学的距離Ｓ）と、光ヘッド可動
部の光軸方向への移動（移動量±１５ｍｍ）によって発
生する二個の集光スポットの相対的位置ずれの最大値と
の関係を示した特性図である。図から明らかなように、
初期位置Ｓが各々の光束に対する対物レンズの焦点位置
の中間の位置Ｃに近いほど、光ヘッド可動部の移動に伴
う両集光スポットの相対的位置ずれは小さくなる。図２
の例では、初期位置Ｓを各々の光束に対する対物レンズ
の焦点位置のちょうど中間の位置Ｃに設定すると、集光
スポット相対的位置ずれの最大発生量を０．０１μｍ以
下にすることができる。以上の理由から、本発明では二
個の集光スポットの相対的位置ずれを補正する際、一方
の光束を発散光の状態で対物レンズに入射させ、他方の
光束を収束光の状態で対物レンズに入射させることによ
り、各々の光束に対する対物レンズの焦点位置のほぼ中
間の位置で両集光スポット照射位置を一致させている。

【００１８】尚、対物レンズ７によって形成される集光
スポット１０２ａと１０２ｂを各々の光束に対する対物
レンズ７の焦点位置の中間の位置に一致させるため、す
なわち、Ｓ＝（Ｆ１＋Ｆ２）／２　とするためには、収
束レンズ５０の焦点距離ｆ１　と発散レンズ５１の焦点
距離ｆ２　はそれぞれ次の関係式であらわされる。

【００１９】

【数３】

【００２０】

【数４】

【００２１】上記した各式を用い、各波長の光束に対す
る対物レンズ７の焦点距離Ｆ１，Ｆ２および収束レンズ
５０、発散レンズ５１と対物レンズ７間の距離Ｌ１，Ｌ
２を設定することにより、集光スポット１０２ａと１０
２ｂの光軸方向の相対的位置ずれを補正するための収束
レンズ５０と発散レンズ５１を設計することができる。

【００２２】尚、図１の実施例で示した収束レンズ５０
および発散レンズ５１は、少なくとも数１、数２を満足
する焦点距離のレンズであれば、どのような構成の単レ
ンズまたは組合せレンズでも良い。しかし、収束レンズ
５０と発散レンズ５１の焦点距離は、一般に、極めて長
焦点になる。例えば、図１および図２に示した二レーザ
光ヘッドで、Ｌ１＝Ｌ２＝５０ｍｍとすると、収束レン
ズ５０の焦点距離は、約３２００ｍｍ、発散レンズ５１
の焦点距離は約−３１００ｍｍになる。そこで図１の実
施例では、収束レンズ５０および発散レンズ５１は凹レ
ンズと凸レンズの二枚のレンズの組合せ系によって構成
されている。凹レンズと凸レンズの組合せ系は、通常の
焦点距離を持つレンズを用いて、長焦点のレンズ系を実
現することができる利点を持つ。また、二枚のレンズの
間隔を変えることにより、容易にレンズ系の焦点距離を
変化させることができる。従って、収束レンズ５０また
は発散レンズ５１のどちらか一方もしくは両方のレンズ
系のレンズ間隔を微調整することにより、二個の集光ス
ポットの初期位置合わせを容易に行なうことができる。

【００２３】図３は、本発明の第二の実施例の主要部を
示す系統図である。図１の実施例では、二レーザ光ヘッ
ドの半導体レーザ素子１ａ，１ｂを発しコリメートレン
ズ２ａ，２ｂによって平行光となった二光束１００ａ，
１００ｂのうちの一方を所定の収束光状態に変換し、他
方を所定の発散光状態に変換して対物レンズに入射させ
るために、収束レンズ５０および発散レンズ５１を各々
の光路中に配置している。これに対して図３の実施例で
は、光束１００ａ，１００ｂが平行光の状態で出射する
コリメートレンズの位置を基準位置とし、コリメートレ
ンズ２ａ，２ｂのうちのどちらか一方または両方をその
基準位置から光軸方向に所定距離だけ変位させることに
より、そのコリメートレンズを出射して対物レンズに入
射する光束を所定の収束光状態，または，発散光状態に
変換する。すなわち、図１の実施例で収束レンズ５０に
より所定の収束光状態に変換された光束１００ａに関し
ては、図３（ａ）に示すように、コリメートレンズ２ａ
を基準位置Ｐａに対して半導体レーザ素子１ａから離れ
る方向（図の＋方向）に所定距離δａだけ変位させるこ
とにより、次式で表される焦点距離ｆ’１の収束レンズ
５０を出射した光束１０１ａと同様の収束光状態にする
ことができる。

【００２４】

【数５】

【００２５】ただし、ｆａはコリメートレンズ２ａの焦
点距離である。全く同様に、図１の実施例で発散レンズ
５１により、所定の発散光状態に変換された光束１００
ｂに関しては、図３（ｂ）に示すように、コリメートレ
ンズ２ｂを基準位置Ｐｂに対して、半導体レーザ素子１
ｂに近づく方向（図の−方向）に所定距離δｂだけ変位
させることにより、次式で表される焦点距離ｆ’２の発
散レンズ５１を出射した光束１０１ｂと同様の発散光状
態にすることができる。

【００２６】

【数６】

【００２７】ただし、ｆｂはコリメートレンズ２ｂの焦
点距離である。このようにコリメートレンズの位置を光
軸方向に変位させる手段を用いると、図１の実施例のよ
うな収束レンズ５０および発散レンズ５１を設ける必要
がないので、部品点数の削減に有利である。

【００２８】図４は、本発明の第三の実施例を示す系統
図である。本実施例の二レーザ光ヘッドは、集光スポッ
トの相対的位置ずれを補正する光学的手段として、図１
の実施例における収束レンズ５０と発散レンズ５１の機
能を共に兼ね備えた一組の補正レンズ５２を搭載してい
る。図に示すように、補正レンズ５２には半導体レーザ
素子１ａから発した波長λ１　の光束１００ａと半導体
レーザ素子１ｂから発した波長λ２　の光束１００ｂが
共に入射している。補正レンズ５２は入射光の波長の違
いによって異なる屈折率を持つ光学部材によって構成さ
れており、　波長λ１の光束１００ａに対しては数１で
表される焦点距離を持つ収束レンズとして機能し、同時
に波長λ２　の光束に対しては数２で表される焦点距離
を持つ発散レンズとして機能するように設計されている
。ただし、数１、数２中のＬ１およびＬ２は補正レンズ
５２と対物レンズ７の間隔である。

【００２９】次に補正レンズ５２の設計法の一例を述べ
る。簡単のため、補正レンズ５２を構成するレンズは全
て薄肉レンズとする。まず、波長λ１　の入射光束に対
する屈折率ｎ１が　ｎ１＝ｎ０−Δｎ（Δｎ＞０）とな
り、波長λ２　の入射光束に対する屈折率ｎ２が　ｎ２
＝ｎ０＋Δｎとなる光学部材を用いて、レンズ面の曲率
半径がＲａ（Ｒａ＜０）の両凹レンズ５２ａとＲｂ（Ｒ
ｂ＞０）の両凸レンズ５２ｂを作製し、両レンズを次式
で表される間隔Ｄで配置する。

【００３０】

【数７】

【００３１】このように構成された組合せレンズ系は、
光学部材の屈折率が　ｎ０になる波長の光束に対しては
、焦点距離が無限大、すなわち、平行光の状態で入射し
た光束が平行光のままで出射する特性を持つ。しかし、
このレンズ系は、光学部材の屈折率がｎ１となる波長λ
１の光束に対しては次式で表される焦点距離ｆｃ１の収
束レンズとして機能する。

【００３２】

【数８】

【００３３】さらに、このレンズ系は光学部材の屈折率
がｎ２となる波長λ２の光束に対しては次式で表される
焦点距離ｆｃ２の発散レンズとして機能する。

【００３４】

【数９】

【００３５】上記の各式を用い、組合せレンズ系を構成
する凹レンズ面および凸レンズ面の曲率半径Ｒａ，Ｒｂ
を適当に選ぶことにより、数１の条件を満たす収束レン
ズ５０と数２の条件を満足する発散レンズ５１の機能を
共に兼ね備えた補正レンズ５２を得ることができる。

【００３６】図５は本発明の第四の実施例を示す系統図
である。本実施例では、光源として半導体レーザ素子１
ａと１ｂを同一筐体内に収納した二レーザ一パッケージ
型の半導体レーザ光源１’が搭載されている。また補正
レンズ５２’は図４の実施例で説明した補正レンズ５２
と同様の機能を持っている。このような半導体レーザ光
源を用いた二レーザ光ヘッドは、二本のレーザビームが
同一の光学部品を経てほぼ同一の光路をたどり光ディス
クに照射されるため、図１、図４の実施例の場合と異な
り、コリメートレンズ２’、ビームスプリッタ４’など
の光学部品は一組だけで良く、二レーザ光ヘッドの部品
点数削減、小型化に有利である。

【００３７】尚、図５の実施例は補正レンズ５２’をコ
リメートレンズ２とは別に設けているが、コリメートレ
ンズ自体を、図３の実施例で述べたような屈折率に波長
依存性がある光学部材で作製することにより、コリメー
トレンズの機能と補正レンズの機能を共に兼ね備えたレ
ンズを得ることができる。このようなレンズを用いると
、補正レンズ５２’も省略してさらに部品点数を削減す
ることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、波長が異なる複数のレ
ーザ光を単一の対物レンズで集光する光学装置において
、色収差を含んだ通常の対物レンズを用いた状態で、そ
の色収差に伴う集光スポットの光軸方向の相対的位置ず
れを良好に補正することができる。さらに、対物レンズ
が光軸方向に移動した場合にも、その移動に伴う集光ス
ポットの相対的位置ずれの発生を充分に抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す系統図。

【図２】本発明の効果を説明する特性図。

【図３】本発明の第二の実施例の主要部を示す説明図。

【図４】本発明の第三の実施例を示す系統図。

【図５】本発明の第四の実施例を示す系統図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…半導体レーザ素子 ２ａ，２ｂ…コリメートレンズ ５……波長選択性プリズム ７……対物レンズ ８……光ディスク ５０…収束レンズ ５１…発散レンズ ５２…補正レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに波長が異なる第一のレーザ光ビーム
   および第二のレーザ光ビームを発する複数の半導体レー
   ザ光源と、前記第一のレーザ光ビームに対する第一の焦
   点距離が前記第二のレーザ光ビームに対する第二の焦点
   距離よりも長い対物レンズとを備え、前記対物レンズに
   より前記第一のレーザ光ビームおよび前記第二のレーザ
   光ビームを集光し、所定の媒体上にそれぞれ第一の集光
   スポットおよび第二の集光スポットを照射する光学装置
   において、前記半導体レーザ光源と前記対物レンズの間
   の光路中に、前記第一のレーザ光ビームを収束光の状態
   で前記対物レンズに入射させる第一の光学手段と、前記
   第二のレーザ光ビームを発散光の状態で前記対物レンズ
   に入射させる第二の光学手段を設け、前記対物レンズか
   らの距離が前記第一の焦点距離と前記第二の焦点距離の
   略中間の距離に等しくなる位置で、前記第一の集光スポ
   ットの照射位置と前記第二の集光スポットの照射位置と
   を略一致させることを特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第一の光学手段は
   、単一のレンズまたは複数個のレンズの組合せによって
   構成され、前記第一のレーザ光ビームを所定の収束光の
   状態に変換して前記対物レンズに導く機能を持つ収束レ
   ンズであり、前記第二の光学手段は、単一のレンズまた
   は複数個のレンズの組合せによって構成され、前記第二
   のレーザ光ビームを所定の発散光の状態に変換して前記
   対物レンズに導く機能を持つ発散レンズである光学装置
   。
3. 【請求項３】請求項１において、前記第一の光学的手段
   および前記第二の光学的手段と同一の機能を共に実現す
   る手段として、入射光の波長によって屈折率が変化する
   光学部材によって構成され、前記第一のレーザ光ビーム
   と同じ波長を持つ光ビームに対して所定の焦点距離を持
   つ収束レンズとして機能し、前記第二のレーザ光ビーム
   と同じ波長を持つ光ビームに対して所定の焦点距離を持
   つ発散レンズとして機能する一組の補正レンズを設けた
   光学装置。
4. 【請求項４】請求項１、２または３において、前記第一
   の光学的手段および前記第二の光学的手段と前記対物レ
   ンズとの光学的距離が可変である光学装置。