JPS58203641A - 光デイスク読取り光学系 - Google Patents

光デイスク読取り光学系

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JPS58203641A
JPS58203641A JP57087161A JP8716182A JPS58203641A JP S58203641 A JPS58203641 A JP S58203641A JP 57087161 A JP57087161 A JP 57087161A JP 8716182 A JP8716182 A JP 8716182A JP S58203641 A JPS58203641 A JP S58203641A
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JP
Japan
Prior art keywords
lens
optical system
light
expansion coefficient
plastic
Prior art date
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Pending
Application number
JP57087161A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuru Saito
満 斎藤
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58203641A publication Critical patent/JPS58203641A/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/09Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B7/0908Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only

Landscapes

  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Optical Head (AREA)

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】 本発明はディジタルオーディオディスクとかビデオディ
スク等の光ディスクの読取り装置の光学系に関する。
本発明は上述した読取り装置の光学系を構成するレンズ
をプラスチック化することによって読取り装置の価格を
下げ軽量化を計ろうとするものである。
本発明の目的をよシ具体的に明かにするため従来技術に
ついて説明する。第1図は従来の光ディスク読取シ装置
の光学系を示す。1は半導体レーザ、2はコリメートレ
ンズ、3はコリメートホルダ、4は偏光ビームスプリッ
タ、5は1 / 4波長板、6はフォーカスレンズで7
が光ディスクである。以上の構成は照明光学系である。
光デイスク上の照明光スポットの径は1.8μ程度で、
このためにはコリメートレンズ2の波面収差は1/8波
長程度が要求されている。単玉の球面レンズではこのよ
うなわずかな収差しかないレンズは得られないので、通
常コリメートレンズは少くとも2枚合せになっている。
光ディスクの表面は鏡面になっているので、光ディスク
に入射した光は入射光路を逆進し、ビームスプリッタ4
のスプリッタ面4′で反射され、レンズ8,81を通っ
て非点光束となり受光面10に入射する。9は鏡筒であ
る。フォーカスレンズ6から受光面10までは読取υ光
学系である。読取り光学系はフォーカスレンズ6のオー
トフォーカスとトラッキングサーボ(読取り装置を光デ
ィスクのトラックに追従させる動作)と読取り信号の出
力の3機能を受持っている。レンズ8は球面平凸レンズ
、8′は平面シリンドリカルレンズで8,8′を透過し
た光束を非点光束化している。受光面はこの非点光束の
最小錯乱円の位置になるようにしである。受光面10は
図示のように十字形に4分割されて各象限に受光素子1
01〜104が配置されている。受光面10が入射光束
の最小錯乱円位置よりずれると受光面上の照射スポット
は図の点線a又はbのようになり、隣同士の受光素子の
出力は等しくなくなる。従って受光素子101と103
の出力の和から102と104の出力の和を引算した引
算回路Aの出力の正負によシ受光面lOに入射している
光束の最小錯乱円が受光面よp前にあるか後にあるかが
検出でき、これはフォーカスレンズ6が光ディスクに対
して前ピンか後ビンかと対応しているので、Aの出力テ
フォーカスレンズのオートフォーカスを行う。読取り装
置が光ディスクのトラックから一方に偏ると受光面10
上の照明スポットが偏る(習 幾何光学的には動かないlだが、この照明スポットは光
ディスクの信号ピットへの入射光の回折パターンなので
このような変化が生じる)ので受光素子102,103
の出力の和から1012104の出力の和を引算した引
算回路Bの出力でトラッキングサーボ機構を制御する。
読取り信号は全受光素子101〜104の出力の総和で
ある。なおビームスプリッタ4に偏光ビームスプリッタ
を用いるのは光ディスクからの反射光が半導体レーザ1
に入射するのを完全に阻止するためで、ビームスプリッ
タ4は紙面に平行な偏光成分を透過させ、垂直な偏光成
分を反射させる。半導体レーザ1から発せられビームス
プリッタ4を透過した光は紙面に平行な偏光で1/4波
長板5を透過すると円偏光になシ、光ディスクからの反
射光は反対回シの円偏光となって1 / 4波長板を透
過するので紙面に垂直な直線偏光となってビームスプリ
ッタ4で全部反射されることになり、半導体レーザ1の
方へは戻らない。
上述した読取り装置でコリメートレンズ2及び読取り光
学系のレンズ8,8′をプラスチック化すると次のよう
な効果が期待できる。コリメートレンズ2を非球面レン
ズにすれば一層レンズでよくなるから軽量化できるが、
非球面レンズは研磨が困難であるから、これをガラスで
一々研磨していると甚だ非量産的であシ著しいコストア
ップになり、しかも加工の再現性が低く品質が揃わない
プラスチックを用いること非球面レンズでも一つ型を作
れば成型条件を一定にすることにより再現性よく非球面
レンズの量産ができ、より一層の軽量化と著るしいコス
トダウンが得られる。レンズ8.8′をプラスチック化
することも上と同様の効果があるのであり、特にシリン
ドリカルレンズは研磨困難で再現性がなく、心取り加工
も困難、再現性が低いから全数検査の必要があシ、しか
も検査にニュートンリングを調べる方法が適用できずダ
イヤルゲージを用いた形状測定に頼る他ないので検査工
数が著るしく増大するのであるが、プラスチック化でこ
のような問題は一挙に解決されるのである。
レンズをプラスチック化すると上述したような大きな利
益が得られるが、次のような問題が伴っている。即ちプ
ラスチックは熱膨張率が犬であると共に温度による屈折
率の変化も大きいのであり、プラスチックレンズでは温
度上昇により熱膨張による焦点距離の伸びの上にその伸
びの2〜3倍の伸びが屈折率の変化によって重なって来
る。従って本発明は光ディスク読取シ装置のレンズをプ
ラスチック化すると共にその場合の温度変化に対する対
応策を提供することを主要な目的としている。
以下図面によって本発明を詳述する。
第2図及び第3図は本発明の一実施例を示し、第1図の
各部と対応する部分には同じ番号を付は一々の説明は略
す。第2図Aは照明光学系を簡略化して示している。f
cはコリメートレンズ2の常温(例20°C)における
焦点距離、Fcは同じく高温(例40°C)における焦
点距離とする。
常温においてコリメートレンズ2の焦点位置に光源の半
導体レーザlがある。高温においてはコリメートホルダ
3の熱膨張で光源ば11の位置にあり、高温時の焦点位
置よりもレンズ2側に位置している。これは前述したよ
うに焦点距離の伸びはレンズ20寸法の伸びによるもの
と屈折率の変化によるものが重なっているからコリメー
トホルダ3の膨張量より太きいだめである。高温時にお
いては光源1がレンズ2の焦点より内側に来るから、コ
リメートレンズ2を透過した光は平行光束でなく稍発散
する光束となっている。こ\でオートフォーカスが正し
く機能を果しているとすると、高温時においてもフォー
カスレンズ6を透過した光は光デイスク7上に収束して
いる。従って光ディスクからの反射光は入射光と同じ経
路を逆行する。
即ち読取り光学系のレンズ8,81に稍収束する光束と
して入射する。第2図Bは読取り光学系を簡略化して示
している。εfcは常温におけるレンズ8,8′の合成
焦点距離(非点光束であるから平行入射光束に対する最
小錯乱円の位置を焦点とする)である。εFcは同じく
高温時の合成焦点距離で、εはレンズ8,8′の合成焦
点距離をコリメートレンズ2の何倍に設計したかと云う
倍率である。常温において受光面10はレンズ8,81
の合成レンズの焦点位置にある。高温時鏡筒9も伸びる
がそれ以上に焦点距離が伸びるので、高温時の受光面は
高温時の焦点位置より内側10′(レンズ8.81に近
い側)にある。高温時の最小錯乱円かこの101の位置
にあれば全く問題はないが、両者の位置がずれていると
、オートフォーカスはこのずれを0にするようにフォー
カスレンズを動かすから、フォーカスレンズ6は却って
合焦位置から外れてしまう。本発明はレンズ材料の熱膨
張係数とコリメートホルダ3及び鏡筒z/9の熱膨張係
数の関係を適当に設定することにより、読取り光学系に
おける受光面と最小錯乱円の位置の温度変化により生ず
るずれをなくそうとするものである。
一般にレンズの焦点距離の温度による変化は薄肉レンズ
近似において、 f′ユ(1+αT) ×n’−1×f・・・・曲・・曲
・(1)こ\で f:基準温度における焦点距離f1:
温度変化Tのもとての焦点距離 α:レンズ材料の熱膨張係数 n:基準温度での屈折率 nl:温度変化Tのもとての屈折率 そこで n’−n+βT β:屈折率の温度係数塵でn
=1.5とすると上式の分母はlとみなせるから Δf−(α−1−)Tf・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(3)−1 で近似できる。上式でYα−β/(n−1)3  を温
度による焦点距離の変化係数と呼Jfγで表わすことに
する。例えばアクリル樹脂では α=9X10 7℃  5 β=−10XIO7℃ n =1.48366 (波長80’Onm)であるの
でfγ=2・968X10”−/℃となる。第2図に戻
って今仮に読取り光学系を焦点距離1寸法2.材質等照
明光学系と全く同じ構成にしだと考えると、オートフォ
ーカスが機能していると云う前提のもとでは受光面lO
と光源1とが光学的に対応し、光ディスクで反射された
光は入射光と同じ光路を逆進して光源1に戻る(実際に
はビームスプリッタがあるから戻れないが)ので温度変
化にか\わらず、受光面lOと入射光束の最小錯乱円と
のずれは生じない。しかし一般には読取り光学系の焦点
距離の方がε倍だけ照明光学系の焦点距離より長く設計
されるから、鏡筒9の熱膨張係数をコリメートホルダ3
の熱膨張係数よシ小さいものにする必要がある。そこで
この一般の場合について以下説明する。
第2図Aにおいて温度がTだけ上昇したときのコリメー
トレンズ2による光源11の虚像111とコリメートレ
ンズとの間の距離をbとする。コリメートホルダ3の熱
膨張係数をγとすると、コリメートレンズ2から光源1
1までの距離はfc(1+γT)、レンズ公式によって また第2図Bにおいて、レンズ8,8′の後方b1の距
離に収束する光の集光点までの距離をXとすると、 T+V−下°゛°°゛°“°゛゛°°°“°°°°°°
゛°(5)レンズ2ト8.81とがビームスプリッタ4
のビームスプリッタ面に対して互に対称位置にある場合
b := b’、また受光面10’と光束の集光点(最
小錯乱円)とを一致させることが目的であるからX=ε
fc(1+γIT)但しγ1は鏡筒9の膨張係数である
。これらの関係を用いて(5)式を書換えるとgfc(
1+r’T)   Fc −五τ口口]つ= iFc 
”””(6)鏡筒9に金属を用いると、金属の膨張係数
はプラスチックのそれより一桁程度小さく選べるから、
上記(6)式の左辺第1項のγ1を0とみなせる。また
先に導入した fγ=α−L を用いて(6)式を整理すると 1     1 ε  1−)−fγ・T  1+γT  ε(1+fγ
・T)これよりγを求めると 1−)−7T−i +l−1−fysT (1e−)こ
れより γ=Jズ℃玉二」〕・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(力frIT十ε Tく40℃の範囲ではf(Q・T <<εであるから上
記(力式は となる。
εは通常2〜3の範囲に設定される。そこで(8)式で
εを2〜3の範囲に置いてγを色々求め材料表から適応
する膨張係数を有する材料を求め、εを決定すればよい
。上記(8)式を導く過程ではγ1−0.1:l=b’
と云った仮定を置いておシ、実用上条件が厳しいように
思われるが、読取り光学系における結像位置の許容範囲
は±0.005efc位の幅があるので、γの値は(8
)式を中心に2   ε−1 一×−fγ ≦ γ≦了X7fr・・・(9)3   
 ε の範囲で求めればよく、設計上b=b’とするととはむ
しろ自然なことであり、多少すとb′とが違っていても
(9)式を適用して支障はない。
本発明は上述したような内容で始めにも述べたが次のよ
うな効果が得られる。
(1)  コリメートレンズをプラスチックレンズとし
だから容易に非球面化でき単レンズにすることができる
(2)  コリメートレンズ及び読取シ光学系のレンズ
をプラスチックレンズとしたから、これらが非球面レン
ズ、シリンドリカルレンズであっても再現性の良い即ち
特性の揃ったレンズが量産でき、コストダウンをもたら
し、かつ上記(1)と共に軽量化の効果をもたらす。
(3)プラスチックレンズは温度による焦点距離の変化
が大きいが、コリメートレンズ及び読取シ光学系のレン
ズを共にプラスチック化したことにより、各々の焦点距
離の変化の効果がオートフォーカス成立の下では相殺側
に現れる結果、鏡筒等の膨張係数を適当に選ぶことにょ
シ容易に温度の影響を補正できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例の縦断側面図、第2図A、Bは夫々本発
明の一実施例装置の要部側面図、第3図は同じく全体の
縦断側面図である。 1・・・光源(半導体レーザ)、2・・・コリメートレ
ンズ、3・・・コリメートホルダ、4・・・ビームスプ
リッタ、5・・・1/4波長板、6・・・フォーカスレ
ンズ、7・・・光ディスク、8,8°・・・非点収差レ
ンズ系、9・・・鏡筒、10・・・受光面。 代理人 弁理士  軽   浩  介 第1図 第う図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 m  光源とコリメートレンズとフォーカスレンズとを
    有する照明光学系と、上記コリメートレンズとフォーカ
    スレンズとの間に設置され光ディスクからの反射光束を
    反射するビームスプリッタによって反射された光束を受
    光面上に集光させる非点収差発生光学系とを有し、上記
    コリメートレンズをプラスチックレンズとするとともに
    、上記非点収差発生光学系もプラスチックレンズとし、
    非点収差発生光学系の焦点距離とコリメートレンズの焦
    点距離との比率に応じて光源とコリメートレンズとを共
    に支持するコリメートホルダの熱膨張係数を非点収差発
    生光学系の鏡筒の熱膨張係数より大きな値であるように
    両方の材料を選定したことを特徴とする光デイスク読取
    り光学系。 (2)  コリメートホルダの材料は、その熱膨張係数
    γが下式を満足するよう選定されるとともに、非点収差
    発生光学系の鏡胴の材料はその熱膨張係数が上記γより
    充分小さい値であるよう選定されることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の光デイスク読取り光学系: 斗≦(α−L)≦r≦キ交星(α−乙)−6 但しここで ε: 非■欠差発を光≠*々帆倒酊離/コリメートレン
    ズp施頷刊帷α: コリメートレンズの熱膨張係数 β: コリメートレンズの屈折率の温度係数n: コリ
    メートレンズの屈折率 である。 (3)  コリメートレンズは、プラスチックからなり
    少なくとも一面が非球面である単レンズであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の光ディ
    スク読取シ光学系。
JP57087161A 1982-05-22 1982-05-22 光デイスク読取り光学系 Pending JPS58203641A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61199248A (ja) * 1985-02-28 1986-09-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光ピツクアツプ
JPS62146441A (ja) * 1985-12-20 1987-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学ヘツド
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EP0800170A2 (en) * 1996-04-03 1997-10-08 Konica Corporation Optical system for recording and/or reproducing an optical information recording medium

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