JPH087329B2

JPH087329B2 - 光情報の記録再生用光学系

Info

Publication number: JPH087329B2
Application number: JP61112786A
Authority: JP
Inventors: 則一荒井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1986-05-19
Filing date: 1986-05-19
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPS62269922A; US4909616A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的（産業上の利用分野）この発明は光情報媒体に対して光情報を記録・再生す
る光情報の記録再生用光学系、特に発振波長が急激に変
化するレーザー光源を用いる光情報媒体に対して光情報
を記録・再生する光情報の記録再生用光学系に関する。

（従来技術）光ディスク等の光情報記録媒体への記録、再生装置に
用いられる光学系で、近年最も一般的なものは、第２図
に示すように、光源１を出た光をコリメータレンズある
いはカップリングレンズ２と対物レンズ３とで情報記録
面４に集光するものである。コリメータレンズあるいは
カップリングレンズ２は光源からの発散光を平行光ない
しそれに近くまで発散の程度を減じるもので、その結像
倍率をm_Cとすれば |1/m_C|＜1/4 の程度で用いられる。ここでは、この範囲で用いられる
集束レンズをコリメータと呼ぶ。また、この光学系で
は、光ディスク等の面振れに対しては、対物レンズ３を
光軸方向に動かすことによってフォーカシングを行って
いる。

コンパクトディスクの再生光学系における対物レンズ
の代表的なものは、焦点距離が4.5mm、NA0.45でアクリ
ル系の樹脂を材料とした非球面レンズが実用化されてい
る。一方、コリメータレンズは、焦点距離が17mmNA0.14
のものが代表的であり１群２枚構成のものが多く使われ
ているが、対物レンズ、コリメータレンズ共に色収差が
補正不足である。

近年、大型電子計算機やパーソナル・コンピュータの
記憶装置の記憶媒体として光ディスクなどの光情報媒体
を利用することが研究されている。この目的のために用
いられる光学系では、対物レンズの代表的なものは、焦
点距離が4.5mm、NA0.5である。またコリメータレンズは
光源が半導体レーザーの場合、焦点距離が9mmNA0.3のも
のが用いられる。これは記録を行うために半導体レーザ
ーの光量を効率良く取り込む必要があるためである。

一般に半導体レーザーは温度などの外部環境によりモ
ードホップを起し、発振波長が急激に変化（およそ±10
nmの範囲）する。このためフォーカシング・サーボが追
随出来ず、記録エラー、再生エラーを生ずる。

コンパクトディスク再生装置においては、記録された
信号に誤り訂正符号が含まれており、モードホップが起
きても再生音には影響がないようになっているが、記憶
装置の場合には、このような記憶エラー、再生エラーは
ビット・エラー・レイト（BER）を増加させ、信頼性を
低下させる。このため、記憶装置においては、発振波長
が急激に変化しても焦点位置の変化がサーボが追随出来
る範囲内におさまるように色収差の補正が必要になる。

焦点距離が4.5mm、NA0.5の対物レンズの場合、1g程度
と重くなる。一方、コンピュータの記憶装置はアクセス
タイムが短いことが重要であるが、対物レンズの重量が
大きいことがアクセスタイムの短縮の妨げになってい
た。

このような問題点を解決しようとするものとして特開
昭61−3110号公報記載の対物レンズが見られる。しか
し、このレンズには、非球面を含む接合レンズである
ため芯出しが困難である。１群２枚構成のため全軸上
厚が単レンズの場合と比較して厚いため、作動距離が短
くなってしまう。プレスガラスレンズとして面精度を
確保するにはレンズ材質が制限されるので、自由に分散
を選ぶことが困難となる。像高を確保するには、非球
面レンズ同士を接合する必要があるので高価となる。等
の問題がある。

（この発明が解決しようとする問題点）この発明は光軸方向に可動な対物レンズを軽量化しな
がら、光学系全体としてはモードホップ対策として必要
な色収差補正を行った光学系を得ようとするものであ
る。

発明の構成（問題点を解決するための手段）この発明の光情報の記録再生用光学系は、第１図に示
すように、少なくともレーザー光源と、前記レーザー光源からの発散光を平
行ないしそれに近くまで発散の程度を減じる、正の焦点
距離を有する集束レンズと、光軸方向に移動して合焦を
行い、前記集束レンズからの光束をさらに集束させる対
物単レンズと、を有する情報記録再生面に集光する為の
光学系であって、前記集束レンズは、上記レーザー光源
の発振波長近傍で補正過剰の色収差を有し、波長変化1n
m当たりの前記集束レンズのバックフォーカスの変化を
δf_BCとすると、 −2.52μｍ＜δf_BC＜−0.08μｍの条件を満足することを特徴とする。

（作用）設計基準波長を一般的な半導体レーザーの発振波長で
ある830nmとする。また色収差を780nm光で評価し、各波
長に対するバックフォーカスをそれぞれf_B830、f_B780と
する。対物レンズとして設計された非球面レンズを光源
側の頂点曲率半径r₁が2.76、光源とは反対側の頂点曲率
半径r₂が−6.66、軸上厚ｄが3.1で830nm、780nm光それ
ぞれに対する屈折率は1.48491、1.48595とする。これは
ｄ線に対するアッベ数が55のアクリル系樹脂に相当す
る。

このとき、近軸量の計算式からf_B830＝2.8275、f_B780
＝2.8195となり、1nm当たりのバックフォーカス変化は
0.16μｍと大きい。この状態を模式的に第３図に示し、
実線は830nm、点線は780nm光を表す。

対物レンズに830nm光が平行光として入射するとき、7
80nm光が発散光で入射するようにし、両光に対するバッ
クフォーカスの差を小さくすることが出来る。第４図は
この差が０となり、両光の集束点が一致した場合を示
す。このようにするためには、色収差が補正過剰である
ようなコリメータレンズを使えばよいことが明らかであ
る。

いま、波長変化1nm当たりの対物レンズのバックフォ
ーカスの変化をδf_BO、光学系全体の波長変化1nm当たり
のバックフォーカスの変化をδf_BTとする。また、基準
波長での対物レンズ、コリメータの焦点距離をそれぞれ
f_O、f_Cとすると、光学系の結像倍率ｍはｍ＝−f_O/f_C ・・・・（１）で表される。δf_BO、δf_BTが与えられたとき、光学系の
縦倍率がm²で表されるので、コリメータのバックフォー
カス（コリメータのバックフォーカスは光束の射出側か
ら光を入射させたときのバックフォーカスとして定義さ
れる）の波長変化1nm当たりの変化δf_BCは、次式で表さ
れる。

（１）（２）式から次式が得られる。

δf_BC＝（f_C/f_O）^２（δf_BT−δf_BO）・・（３）今、 f_O＝4.5mm f_C＝9mm δf_BT＝0.05μｍ δf_BO＝0.16μｍとすると（３）式から δf_BC＝−0.44μｍとなる。

対物レンズを単レンズで構成することとし、その材料
としてクラウン系硝子もしくはアクリル系樹脂を使った
場合、δf_BO＝0.12〜0.16μｍである。一方、｜δf_BT|
＜0.1μｍであることが望ましいが、いたずらにコリメ
ータレンズの設計を困難にすることのないように０＜δf_BT＜0.1μｍとしてよく、また、ｍ＝−1/2〜−1/4であり（２）式か
ら、δf_BCは、 −2.52μｍ＜δf_BC＜−0.08μｍとなる。

なお、上記の説明はm_C＝∞（波長830nm）の場合につ
いて説明したが、前述のようにコリメータ倍率が|1/m_C|
＜1/4の範囲にあるものについても同様である。

（実施例）以下この発明の実施例を示す。表中の記号は r_i:光源側から第ｉ番目のレンズ面の頂点曲率半径 d_i:光源側から第ｉ番目のレンズ面間隔 n_i:光源側から第ｉ番目のレンズ材料の屈折率 ν_i:光源側から第ｉ番目のレンズ材料のｄ線に対するア
ッベ数をそれぞれ示す。また、非球面形状は面の頂点を原点と
し、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において頂点曲率
をＣ、円錐定数をＫ、非球面係数をA_i、非球面のべき数
をP_i（P_i＞2.0）としたときで表される。なお、表中カバーガラス１、カバーガラス
２はそれぞれ半導体レーザーのカバーガラス、光情報媒
体のカバーガラスを表す。

実施例非球面係数・べき数第11面 K ＝−7.15920D−01 A₁＝ 1.03550D−03 P₁＝ 4.0000 A₂＝−3.21190D−05 P₂＝ 6.0000 A₃＝−1.43080D−06 P₃＝ 8.0000 A₄＝−4.18760D−07 P₄＝10.0000 第12面 K ＝−2.44400D＋01 A₁＝−8.15810D−04 P₁＝ 4.0000 A₂＝ 2.89320D−05 P₂＝ 6.0000 A₃＝−8.65050D−08 P₃＝ 8.0000 A₄＝ 5.89290D−08 P₄＝10.0000 カバーガラスを含む光学系全体の諸収差を第５図に、
対物レンズの諸収差を第６図に示す。

上記実施例においては、対物レンズは焦点距離4.5m
m、NA0.5のアクリル系の樹脂を使用した両面非球面レン
ズでδf_BOが0.15μｍであるのに対し、全光学系ではδf
_BTが0.044μｍとなっている。なお、コリメータレンズ
はδf_BC＝−0.42μｍであり、（３）式を満足してい
る。

収差図で見るように、光学系全体の球面収差は対物レ
ンズの球面収差とほぼ同程度であり、収差の劣化はな
い。

発明の効果以上のようにこの発明の光学系は、例えばアクリル系
樹脂を使用した色収差の補正されていない単レンズを対
物レンズとして使用しても、光学系全体で半導体レーザ
ーのモードホップ対策に必要な色収差補正を行うことが
出来る。この種の対物レンズは重量が0.1g程度と従来こ
の種の目的に使われていたガラスレンズと比較して1/10
程度の重量であり、また、ガラス製の非球面レンズを使
用した１群２枚の対物レンズと比較しても1/3程度の重
量である。

また、対物レンズの製造コストも現在大量安価に生産
されているCD用非球面プラスチック対物レンズと同程度
のコストですみ、システム全体として従来の光学系と比
較して安価に生産出来る。

さらに、近年、不均質レンズ、マイクロフレネルレン
ズ、球面レンズに非球面形状を有する薄い透明材料を接
合したハイブリッドレンズ等も対物レンズに用いられて
いるが、このような色収差の補正されていないものもこ
の発明の光学系の対物レンズとして使用することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光学系の構成を示す断面図、第２図
は従来例の基本構成図、第３図、第４図は半導体レーザ
ーのモードホップにより生ずる現象の説明図、第５図、
第６図はそれぞれこの発明の実施例の光学系全体の収差
曲線図および対物レンズの収差曲線図である。 1:光源、2:コリメータレンズ 3:対物レンズ、4:情報記録面 5:カバーガラス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、レーザー光源と、前記レーザ
ー光源からの発散光を平行ないしそれに近くまで発散の
程度を減じる、正の焦点距離を有する集束レンズと、光
軸方向に移動して合焦を行い、前記集束レンズからの光
束をさらに集束させる対物単レンズと、を有する情報記
録再生面に集光する為の光学系であって、前記集束レンズは、上記レーザー光源の発振波長近傍で
補正過剰の色収差を有し、波長変化1nm当たりの前記集
束レンズのバックフォーカスの変化をδf_BCとすると、 −2.52μｍ＜δf_BC＜−0.08μｍの条件を満足することを特徴とする光情報の記録再生用
光学系。