JPS5914145A - 光デイスク用光学装置 - 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】 技術分野 本発明は、ディジタル・オーディオ・ディスクやビデオ
・ディヌク等の光ディスクのトラッキング側副、特に非
点収差法によるトラッキング制御ニ用いるレーザーピッ
クアップの光学系に関するものである。

従来技術 従来、光デイスク用の光学系、特にディジタル・オーデ
ィオ・ディヌク用の光学系には、ガラスレンズ２枚を用
いたコリメートレンズや、３枚玉のフォーカスレンズが
使用されている。

しかしながら、この種のレーザーピックアップは、小型
でありながらきわめて高い精度が要求されるものであり
、上記のコリメートレンズやフォーカスレンズのカロエ
は著しく困難であり、さらに鏡胴も高精度に力０工しな
ければ、偏心により所望の収差Ｃ波面収差でλ／４以下
）が得られなくなるといったカロエ」二の問題があった
。

かかる加工上の観点から、プラスチック材を用いて製作
可能なフォーカスレンズが提案されている。フォーカス
レンズの場合には、プラスチックを用いたとしても、温
度変化による焦点距離やレンズバックの変動はレーザー
ピックアップの光学系の特性上トラツキンク制御に直接
悪影響を及ぼすことがな力利点があシ、フォーカスレン
ズのプラスチック化は今後進行するものと考えられる。

しかしながら、コリメートレンズをプラスチック化する
場合には、温度変化によるレンズバックの変動がフォー
カス制御に直接に影響する問題がある。

発明の目的 本発明は、光ディヌク用光学系に用いるコリメートレン
ズのプラスチック化を図ること、しかも温度変化による
レンズバックの変動に対しても必要なフォーカス制御（
１−ラッキング制御）が得られる光デイスク用光学装置
を提供することを基本的な目的としている。

本発明の他の目的は、従来２枚のガラスレンズで構成し
ていたコリメートレンズを１枚のプラスチックレンズで
形成し、コリメートレンズの製作および光学系への組込
みを大幅に簡単化することである。

本発明のい捷一つの目的は、プラスチックレンズの弱点
である温度変化によるレンズバックの変動を有効に補償
して、温度変化に影響されずに正確なフォーカス制御・
ｌ・ラッキング制御が行なえる光デイスク用光学装置を
提供することである。

発明の要旨 上記の目的のため、本発明においては、光デイスク用光
学系のコリメートレンズとして、１枚ものの非球面プラ
スチックレンズを用いる。即チ。

本発明においては、レーザー光源と、レーザー光源から
の発散光束を平行光束に変換する」二記のコリメートレ
ンズト、偏光ビームスプリッタと１／４波長板よりなる
偏光波分離光学装置と、」二記平行光束を光ディスク」
二に結像するフォーカスレンズとによって、光デイスク
用光学装置を基本的に構成する。

これら基本構成要素の配列に関しては、レーザー光源と
非球面プラスチックよりなるコリメートレンズとの間に
、偏光ビームスプリッタを配置することが好ましい。こ
の配置構造では、コリメートレンズを透過した光線が反
射光として逆向きに通過することから、コリメートレン
ズの温度変化によるレンズバックの影響は実質的に相殺
される。

サラに、コリメートレンズに対する温度補償のための手
段としては、信号検出用レンズとしてコリメートレンズ
と同様のプラスチックレンズヲ用い１両プラスチックレ
ンズの焦点距離の関係ヲ一定の関係に設定することによ
り、コリメートレンズに対する塩度補償手段を構成する
ようにしてもよい。

実施例 以下、図示の実施例について本発明をより具体的に説明
する。

第１図は２本発明の一実施例を示す。レーザー光源とし
ての半導体レーザーｌから射出された光束（波長ｓｏｏ
ｎｍ近辺）は、プラスチック非球面単レンズで構成され
たコリメートレンズ２に入射され、平行光束となる。次
に、偏光ビームスプリッタ３により紙面内の偏光成分（
Ｐ偏光波）の大部分は透過されるが１紙面に垂直な偏光
成分（Ｓ偏光波）は反射される。透過したＰ偏光波は、
１／４波長板４によって円偏光に変換され、フォーカス
レンズ５に入射され、光ディスクＤ上に集光される。こ
のディスクＤに集光されたスポットは、ディスクＤのＡ
ｔ反射膜により反射され、再びフォーカスレンズ５に戻
る。このとき、上記の円偏光は進行方向から見ると逆回
転の円偏光になる。

フォーカスレンズ５は、トラッキングおよびフォーカス
制御のためのサーボ機構６により、光ディスクＤに対し
て駆動制御される。

上記の反射された光束は、フォーカスレンズ５によって
光ディスクＤ上に正しく結像されているトキには、フォ
ーカスレンズ５を透過することによって平行光束となり
、１／４波長板４に入射する。

このとき、円偏光が光ディスク）に向かうときとは逆回
転になっているので、ｌ／４波長板４を通過した光束は
紙面に垂直なＳ偏光波になっている。

したがって、このＳ偏光波は偏光ビームヌプリツタ３の
偏光面３′によりそのほとんどが反射される。

反射された光束は、集光用のプラスチックレンズ７と非
点収差兄生用のシリンドカルレンズ８により集束光とな
り、受光素子９に入射される。

第２図および第３図に示すように、受光素子９は、４分
割セルで構成され、゛フォーカスレンズ５が光ディスク
Ｄに対して合焦虎位置より遠くに位置しているときには
、第２図（ａ）で示すように、収束光は縦長の楕円形状
に受光素子９上に収束される。また、合焦位置にあると
きは、第２図（ｂ）に示すように真円に結像され１合焦
位置より近くに位置するときは、第２図（Ｃ）　Ｋ示す
ように横長の楕円形状に結像される。

かかる変化は、第３図に示す検出回路によって検出する
。即ち、受光素子９の分割セルＡとＣの出力の和と１分
割セルＢとＤの出力の和との差（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ
　））は、夫々第２図（ａ）の場合は正、（ｂ）の場合
は零、（Ｃ）の場合は負となり、この差信号をフォーカ
スレンズ５のサーボ１駆動機構６に入力することにより
、フォーカスレンズ５のフォーカシングを制御すること
ができるのである。

上記の構成を有する光デイスク用光学系において、コリ
メートレンズ２として非球面プラスチックレンズを用し
た場合の温度依存性につｂて考察する。

一般に、プラスチックレンズ材料としてアクリｉ’　＋
６３　脂ヤポリスチレン等が知られているが、これらの
温度に対する焦点距離変動は、熱膨張による形状変化に
よるものと、屈折率変化によるものとが加算された状態
で起る。一般に薄肉レンズ系の近似において温度変化Ｔ
による焦点距離変化は次のように与えられる。

１′＝白十αＴＩＸ”γ−１−×ｆ　　　・■ｎ　　−
ま ただし、ｆ　・変化ｍｌＪの焦点距離 ｎ・・変化前の屈折率 ｆ′・温度変化（Ｔ）後の焦点距離 ｎ電食化後の屈折率 α・・プラスチックレンズの熱膨張係数今、温度による
屈折宅変化係数βによる表現を導入すると。

ｎ′＝ｎ＋βＴ　　　　　　　　・・・・・■の式より 従って温度変化による焦点距離変化ΔｆはＴ≦４０°Ｃ
１βキー１０ＸＩＯ／’Ｃ，ｎ中１５の離変化係数ｆ、
　（°ｃ　１・１１）と呼ぶ。アクリルにおいてα−ｇ
ｘｌＯ／”Ｃ，β−−１０，０ＸＩＯ／’Ｃｎ　＝　１
．４８３６６　（λ−８００ｎｍ）であるので。

ｆ　　＝２９６８Ｘ１０　　’／°Ｃ−削γ となる。従って、コリメートレンズをプラスチックにし
た場合には、焦点距離変化による誤差が生の常温（２０
°Ｃ）における焦点距離をｆｃ　　とし。

その装置の性能補償の高温（６０°Ｃ）時の焦点距離を
Ｆｃとする。常温においてコリメートレンズ２からの射
出光が平面波になるようにセットされたとすると、第４
図（ａ）に示すように、高温時にはレンズとレーザーの
間隔がほぼそのままで焦点距離がｆｃｘ、すＦＣに長く
なるため、コリメートレンズ２からの波面は発散波にな
る。そして、フォーカスレンズ５がフォーカス状態にあ
るときには。

フォーカスレンズ５からの戻り光も入射光と同様の波面
形状で戻り、偏光ビームスプリッタ４により非点収差発
生レンズ系８に入射する。非点収差発生レンズ８がガラ
スレンズである場合には、受光素子　９への結像点は、
第４図（ｂ）に示すように、その分だけ前方（レンズ側
）に位置するのでフォーカスサーボのフォーカス点に誤
差が生じ、ディフォーカス位置にフォーカスレンズ５が
セットされ、オーディオ信号を検知できなくなるもので
ある。

そこで、本実症例では、非点収差発生用レンズ７．８と
してプラスチックレンズを用い、さらにその焦点距離を
コリメートレンズ２の焦点距離との関係においである範
囲に設定することにより。

温度に影響されることなく、非点収差発生レンズ７．８
からの収束光が常にフォーカスレンズ５のフォーカス位
置と受光素子９のフォーカスサーボ出力のフォーカス点
と一致するように結像させるようにする。

以下にその条件について考案する。

第４図において、常温（２０°Ｃ）に６おけるプラスチ
ックコリメートレンズ２の焦点距離ｆｃ　が２温度変化
Ｔ（高温側を正とする）の後に焦点距離Ｆｃに変化し、
さらに非点収差発生レンズ系７゜８のフォーカス対応位
置をεＦｃ（εはコリメートレンズ２と非点収差発生レ
ンズ系７，８の焦点距離の比）とし、温度変化　Ｔ後の
焦点距離をεＦｃとする。

光学の近軸公式で、塩度変化Ｔ後の状態は、コリメート
レンズ系はレーザーの発光点１′の位置がｆ　ｃ　十ｒ
　ｆｃ　Ｔ　Ｋｆｘ　ル（Ｄ　チー非点収差発生レンズ
系は この像点Ｘがもとの受光部εｆｃの前後のある許容値内
（１士Ｐ）εＦｃ内になればよい（ただし、Ｐは許容誤
差率）。

■式にＦｃ＝（１＋（α−−β−）Ｔ　）　ｆｃ　を代
入し−１ 整理すると。

ノ範囲に非点収差発生レンズ系７，８のプラスチックレ
ンズの焦点距離があればよいことによる。

具体的には、ディジタル・オーディオ駿ディスク（ｐ＝
０．００５）に使用されるアクリル樹脂レンズでは。

０５８≦ε≦１．４２ とすればよい。

第５図は１本発明のいま一つの実施例を示すものである
。図において、１１は半導体レーザー。

１２は非球面プラスチック単レンズよりなるコリメート
レンズ、１３は偏光ビームスプリッタ、１４Ｈ１／４波
長板、１５はフォーカスレンズ、１６はそのサーボ駆動
機構、１８は非点収差発生用シリンドリカルレンズ、１
９は受光素子である。この場合のフォーカシング制御の
原理は、第１図において説明した通りで基本的に同じで
ある。

第１図と比較すれば明らかなように１本実施例は、偏光
ビームヌプリツタ１３を半導体レーザーｌｌとコリメー
トレンズ１２の間の発散光束中に配置したものである。

この場合には、コリメートレンズ１２を入射光と反射光
の両方が通過するので、コリメートレンズ１２の温度変
化によるレンズバックは基本的に相殺され、特別な温度
補償手段を必要としない。

また、反射方向に見て、偏光ビームスプリッタ１３はコ
リメートレンズ１２の後方に位置するので、第１図の集
光レンズ７は不要とすることができるＯ なお、フォーカス制御方法として、シリンドリカルレン
ズ１８を使用せず、受光素子上での点像の拡がり具合を
受光素子で直接に検知する方法を用いる場合には、シリ
ンドリカルレンズ１８は不要である。

次に、コリメートレンズとして用いる非球面プラスチッ
ク単レンズの設計実症例を以下に示す。

まず、第１図に示した光学系に使用するものについて示
す。

［実施例１　］　　ＮＡ　＝Ｏ，１９ｆ＝１５．０ａＩ
Ｒ■ 米は非球面を示すｃ以下向じ）； 非球面係数　ε−Ｉ　　　Ａ１＝０．０Ａ２＝０．２４
１４７Ｘ１０−３　Ａ３＝Ｏ，１５１８ＸｌＯ−５Ｒ１
，Ｒ２，非球面プラスチックレンズの第１、第２而の曲
率半径 Ｒ３，Ｒ，・　半導体レーザーケースのカバーグラスの
曲率半径 ｄ３　は半導体レーザーケースのカバーグラスの厚さで
ある。

〔実施例２　］　　ＮＡ＝Ｏ，１９ｆ＝　１５．０−米
非球面係数　ε−Ｌ　　　Ａ、＝０．０Ａ２＝　０．２
２６８９　Ｘ　１０−３Ａ３＝−０，１９１５７Ｘ１０
−５Ｃ実１１Ｆａ例Ｂ　］　　ＮＡ＝　０．１９　　　
ｆ　＝　１５．０ｍ口、　ｌυ、ｚｂ ４ Ａ　＝Ｏ，１１８６１ＸｌＯＡ３＝０．２４．０５９Ｘ
ＩＯ［実施例４］　　ＮＡ＝Ｏ，１９ｆ＝１５０米非球
面係数　ε−１，０Ａ１＝０．０Ａ　−−０，１６８８
３ＸｌＯ”　　Ａ　＝−０，１９１１３ＸＩＯ−５３ 上記実症例１〜４の収差図を、夫々第６図、第７図２、
第８図、第９図に示す。

次に、第５図の実施例の場合のプラスチック非球面レン
ズの設計実症例を示す。

［実ｍ例５：ＩＩ　　ＮＡ＝０．１７　　　ｆ＝１５．
８ｍｍ（１４ｉ５．ｊｌ 米非球ｉ係数　ε−１，Ｑ　　　Ａ１＝０．０Ａ２＝０
．１７２８８Ｘ１０−３ ｄ３ハ偏光ビームヌプリッターの厚す ［実施例６］　　ＮＡ＝０．１８　　　ｆ＝２１．５ａ
ｍ米非球而係数　ε＝１．ＯＡ、＝０．０Ａ２＝０．６
５６４９ＸｌＯ’ なお、実施例５，６において、　Ｒ１，Ｒ２，、、非球
面プラスチックレンズの各面の曲率半径、　Ｒ３，Ｒ４
・・・偏光ビームスプリッタの各面の曲率半径、Ｒ５゜
Ｒ６・・・半導体レーザーケースのカバーグラスの各面
の曲率半径を夫々表わす。

これら実施例５，６の収差図を、第１０図、第１１図に
夫々示す。

次に、コリメートレンズ２又は１２に用いる非球面につ
めて説明する。

一般の非球面は、非球面の頂点に２ける接平面に関し、
各入射高さＹでの接千面丑での距離Ｘはの式によって表
わされる。ここでεは２次曲面係ε〉■と１〉ε〉０の
時は楕円、ε−０の時は放物面、ε〈０の時は双曲面で
ある。

そして、この非球而単レンズの収差を許容範囲内とする
条件としては、例えば、第１面を非球面とする場合；第
１而の曲率半径をＲ１として。

の範囲で設定すればよい。

発明の効果 以上の説明から明らかなように１本発明によれば、コリ
メートレンズの製作１組込みを著しく簡単化することが
できる。すなわち、従来の２枚のガラスレンズで構成さ
れたコリメートレンズの場合、４面の研削鷹研摩を必要
とし、さらにレンズ２枚の芯取り、４而のコーティング
その他洗浄工程等、その製作に非常に多くの工程を必要
としていたのに対し１本発明の場合はプラスチツク成形
１回と２面のコーチインクで製作が完了する。

また、従来のコリメートレンズの場合、２枚のレンズを
使用しているので鏡胴を用いてこれに組み込み、レンズ
間隔を設定する必要があり、レンズと鏡胴の嵌合部を一
つ一つ高精度（誤差±０．０１囚程度）圧加工しなけれ
ば偏心等が起ってコリメートレンズとして使用できなく
なるのに対し１本発明ではプラスチック成型機を一度高
精度にセットするだけでより、マた単玉なので鏡胴も不
用であり、コリメートレンズを直接光ディスク装置に組
込むことも可能である。さらに、非球面プラス　　　゛
チック単レンズを用いたｉ合の温度変化によるレンズバ
ックの変動は、コリメートレンズと偏光ビームスプリッ
タの間の配置構造又は信号検出用レンズのプラスチック
化により補償することができ。

全体として、この稲光ディスク用光学装置を、高精度で
ありながら安価に提供できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる光デイスク用光学装
置の構成説明図、第２図は非点収差法における受光素子
上での収束状態を示す平面図、第３図はフォーカス信号
を検出する検出回路の回路図、第４図は非球面プラスチ
ック単レンスをコリメートレンズとして採用したときの
温度変化に伴なう収束状態の変化を示す説明図、第５図
は本発明の他の実施例にかかる光デイスク用光学装置の
構成説明図、第６図、第７図、第８図、第９図は夫々実
施例１．２．３．４の収差図、第１０図。 第１１図は実施例５．６の収差図である。 １．１１・・半導体レーザー、 ２．１２・・コリメートレンズ。 ３．１３　偏光ビームスプリッタ ４．１４　・１／４波長板、 ５．１５　　フォーカスレンズ、７・集光レンズ。 ８．１８　　・シリンドリカルレンズ。 ９．１９・受光素子、　Ｄ・光ディスク。 特　許　出　願　人　　ミノルタカメラ株式会社代　　
理　　人　　弁理士　青　山　葆はが２名第１図　　　
　第２図 第３図 第６図 Ａ 令 正弦秀作ｉ０．０２１ 第７図 ＮΔ 珪面枚左００１ Ｅ汰＃４’４−（ｏ、ｏ２＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）レーザー光源と、レーザー光源からの発散光束を
   平行光束に変侯する単玉非球面プラスチックコリメート
   レンズと、偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板よシ
   なる偏光波分離光学装置と、上記平行光束を光デイスク
   上に結像するフォーカスレンズとからなる光ディヌク用
   光学装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載の光ディヌク用光学装
   置において。 上記偏光ビームスプリッタを、単玉非球面プラヌチツク
   コリメートレンズとレーザー光源の間に配置したことを
   特徴とする光デイスク用光学装置。 （３）特許請求の範囲第１項記載の光ディヌク用光学装
   置において。 上記非球面プラスチックレンズによる平行光束中に偏光
   ビームスプリッタを配置するとともに、偏光ビームスプ
   リッタにより偏光分離された反射光に対し、以下の条件
   を満足する信号検出用プラヌチツクレンスヲ設ケ、上記
   非球面プラスチックレンズの温度補償を行なうようにし
   たことを特徴とする光ディスク用光学装置； ０、５８　＜ε＜１．４ま ただし５　ε＝ｆ１／ｆ２ ｆｌ・・・非球面プラスチックレンズの焦点距離ｆ２・
   ・・信号検出用プラスチックレンズの焦点距離。 （４）特許請求の範囲第３項記載の光ディヌク用光学装
   置において。 信号検出用プラスチックレンズとして、上記非球面プラ
   スチックレンズと同一材料、同一形状のレンズを使用し
   たことを特徴とする光デイスク用光学装置。 （５）特許請求の範囲第１項記載の光デイスク用光学装
   置において。 上記非球面プラスチックレンズの第１面曲率Ｒを以下の
   範囲に設定したことを特徴とする光ディスク用光学装置
   ； ｌ ただし、ｆ　・非球面プラスチックレンズの焦点距離。 ｎｌ・・屈折率。