JPS60126617A - 単コリメ−タレンズ - 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】 本発明は一個の非球面を有する単コリメータレンズに関
し、さらに、平行放射線ビームを発生する光学系および
断る光学系を設けた光学走査装置に関するものである。

斯る一個の非球面を有する単レンズ、換言すれば単非球
面レンズは、実開昭５８−６５００９号公報に開示され
ている。この単レンズは、光学記録担体の情報面からの
読取り或いは情報面への書込みを行う光学走査装置の対
物レンズとして使用するに好適である。この情報面は直
径が１　ｐｍ程度の大きさの微小放射線スポットで走査
する必要があり、これは単レンズの開口数を比較的大き
くする必要があることを意味する。さらに、対物レンズ
は回折制限視野または１１ｙ差が補正された視野（ｄｉ
ｆｆｒａｃｔｉｏｎ　１１ｍ１ｔｅｄ　ｆｉｅｌｄ　）
を比較的大きくして、対物レンズの光軸から放射状にオ
７セ・ノドされる諸点にシャープな放射線スポットを形
成し得るようにし、この放射線スポットの位置のずれを
修正すべき情報ば１ｊのトラックパターンに対し僅かと
じイ）Ｉるようにする必要がある。

このような比較的大きな開口数（開口数）０．２５）お
よび大きな１■差補正視野の両方は、第２面が球面であ
ると共に第１面が高次の非球面であって多数の項に級数
展開して定義される形状を有するＱｉ非球向レンズによ
りイ（することかできる。

本発明の目的は、幾何学的形状が著しく簡単であり、容
易に製造でき、ダイオードレーザのような放射線源によ
り発生した分散放射線ビームを平行ビームにする特定の
機能に極めて好適であるｍ非球面レンズを提供せんとす
るにある。

本発明は、単非球面コリメータレンズにおいて、レンズ
はその開口数を０．２５より小さく、焦点距・離を約１
６＋ａｍ〜２４＋１１１１とし、このレンズの第２而を
平面とし、非球面は、Ｒを非球面上の意力）らレンズの
光軸までの距離、２を前記光軸上への投影点と、光軸と
非球面との交点との間の距離、屈折率ｎおよび焦点距離
ｆ　（ｍＷ）の関数である係数Ｋ　２１Ｅ　およびＥ６
を次式 ％式％ ）（） （） で与えるものとすると、次式 Ｚ　＝　Ｅ、Ｒ”　＋　Ｅ、Ｒ’　＋　Ｅ６Ｒ’により
定義されるようにしたことを特徴とする。

本発明は、小ぎな開口数のコリメータレンズが、−個の
平面と、偶数項を有する級数展開により定義し得且つす
でに３次の項以降の級数が省略されている比較的簡単な
形状の非球面とを有する一個の素子を具えていると云う
事実の認識を基として成したものである。訳；次項の省
略により発生する波ｆｉｎ　収差Ｇ；ｆ　Ｙ　Ｌ／　シ
ー？　ル規準（Ｍａｒｅｃｈａｌ　Ｃｒ１ｔｅｒｉｏｎ
）以下となるようにする。

本発明のコリメータレンズを使用する光学走査装置は、
例えばダイオードレーザのような非対称ビーム即ち一つ
の平面における開口角がこの第１平面に直角な第２平面
における開「１角より大きなビームを放出する放射線源
を具える。しかし、この対称ビーム（ま非点収差を生じ
、これはレンズによりビームを１つの焦点に合わせるこ
とができなく２個の互いに垂直な軸外の焦線に焦点合せ
することを意味する。そのため光学走査装置において、
十分に小さな開口数、例えば開口数（Ｎ、Ａ、）＝０．
１１コリメータレンズを利用する。斯様にして、幾分の
光強度の損失によってダイオードレーザビームをより対
称なビームとすることができる。さらに小さな開口角を
有するレンズの被写界深度を浅くすることによって非点
収差を受容し得るレベルに減少することができる。

一個の球面を有する単非球面レンズと比較して、特に平
面−非球面レンズと称され、一つの平面を有する単非球
面レンズは、平面が球面より製造し易く、平面−非球面
レンズの非球面が中心がらずれ難い等の利点がある。こ
の平面−非琢面レンズの製造中は、角度位置の調整だけ
を必要とする。

−個の非球面および一個の平面を有する単レンズは既に
開示されており、例えばアメリカ合衆国特許第２５８０
８９’１号明Ｍ１１書に記載されている。

この明細書に記載されている単レンズは平坦な前面およ
び２次の次数で形成された面形状の後面を有する。この
単レンズはレンズ本体から成る距離離間した開口と結合
させる必要がある。レンズ後面は非球面として、広い視
野にわたって非点収差のないレンズが得られるようにし
ている。これに対し、本発明ではレンズに非球面を設け
て１光軸上およびその周辺の球面収差を補正しようとす
るものである。これがため、米国特許第２５８０８９７
号明細書のレンズは本発明のレンズとは異なる非球面輪
郭を有するものである。

また、１個の球面および１個の非球面を有するレンズを
開示している西ドイツ国特許願第１ｇ７８１Ｍ号明細書
においては、−個の平面を有するレンズの場合、他の面
を非球面として球面収差を除去し得るようにすることが
記載されている。しかし、この場合には正弦条件をもは
や満足し得なくなり曳従って実際には正弦条件を満足す
るように球面を選択することも記載されている。しかし
ながら、本発明のレンズは使用目的並びに開口数および
焦点距離に対応する固有の値のため、正弦条件を満足さ
せる必要がないと云う事実に基づいている。

さらに、本発明のフリメータレンズにおいて、好ましく
は、ガラス製平面−凸面本体を具え、該本体の凸面に、
外輪郭が非球面且つ屈折率がガラス製本体の屈折率にほ
ぼ等しい透明プラスチック層を配設したことを特徴とす
る。斯るレンズは、言わゆる複製技術の分野の発達によ
り多爪に容易且つ廉価に製造することができる。この場
合には、形成すべき非球面の外輪郭の雌型のモールドを
用いることができる。斯るモールドでガラス製予備成形
体上に載置された十分に軟らかいブ・ラスチックの層を
プレス成形する。その後プラスチックヲ硬化させ、モー
ルドをプラスチック層を有する予備成形体から取り外す
。

プラスチックは紫外線により硬化する物質材料とするの
が好適である。

本発明の他の例は、平行放射線ビームを発生する光学系
に関する。斯る光学系は特開昭５７−１０９９１０号明
細書に開示されている。この光学系は管状ホルダーと、
この管状ホル゛ダー中に装着された半導体ダイオードレ
ーザと、ホルダー中に配設されたフリメータレンズ系と
を具える。このコリメータレンズ糸は２個の球面ルンズ
或いは１個の非球面レンズの何れかを具える。さらに本
発明は平行於射砿ビームを発生ずる光学系において、コ
リメータレンズ糸が上述しん単一の平面−球面コリメー
タレンズを具え、フリメータレンズの平面をダイオード
レーザの方向に向けるようにしたことを特徴とする。

平行放射線ビームを発生する光学系は、記＃担体の情報
面を走査する光学走査装置の一部分を形成し、光学走査
装置は、コリメータ放射線ビーム１を集束して、回折制
限された放射線スポットを情報面上に形成する対物レン
ズ糸を具える。

図面につき本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明平面−非球面コリメータレンズ１を示す
。このコリメータレンズによって発散ビームｂを平行ビ
ームに変換する。ビームｂは周辺光線、即ち瞳５の端縁
を通過する光線により示す。

レンズの光軸は００′で示す。コリメータレンズの平坦
面に入射する光線は光軸に向けて屈折し、次１・・いて
レンズ本体を横切り、さらに非球面で光軸に向は屈折し
て平行光線として外部に出る。

本例では、コリメータレンズは小さな開口数だけを必要
とし、且つ焦点距離に比べて小ざな領域にのみ高品質の
像が得られるようにする。これら”の必要条件は第１図
に示される平面−非球面レンズにより満足させることが
できる。このレンズの利点は、光学的品質および焦点距
離が非球面により完全に決定されることにある。このこ
とは、レンズの製造に対して極めて重要である。それは
１“個の面のみを複雑な面形状とすればよく、そのとき
平坦面は参照面として利用する。この場合回転対称な非
球面の対称軸を平坦面に直角に延在するようにするのが
好適である。従って対称軸はレンズの軸と一致する。こ
れがため、１個の非球面および１個の球面を有するレン
ズの場合のようなレンズ調整（軸合せ）の問題は生じな
い。

開口数が０．２５より小さい平面−非球面レンズの非球
面は、４次の項以降を省略した級数展開で定義できるこ
とを確かめた。既知の非球面では高次の項、例えば１４
次の項まで含む必要があった。レンズ物質の屈折率ｎが
１．６５よ、り大きな場合、Ｅ８Ｒ８項も省くことがで
きる。開口数を０．２０より小さくするため、屈折率ｎ
の値に関係なくＥ８Ｒ８項を省略することかできる。

平面−非球面レンズが屈折率約１．６５〜２、開口数が
０．２５より小さく、焦点距離２０１１ＪＩの値を有す
る場合、Ｅｔａ　＋　Ｅ４およびＥ６はＥ　＝　−−１
−一 ２　４０・（ｎ−１） Ｅ、＝（２，７１０８９８−８，６２６５１８＋１．１
２０８５８（１２）−１０’＋Ｅ２８Ｅ６＝（２，８２
５１１５−Ｌ１８６５８６４＋０．８９０４９７９４１
２）−１０−’＋ＥＱＦ′で与えられる。このレンズの
焦点１［は約１６鴎〜２〜鰭の間の値をとることができ
る。焦点距離が２０１１！Ｉ１１以外の場合、Ｅ２＋　
Ｅ、およびＥ６に対する上記値は単純に焦点距離の比率
に応じて増減させることができ、従ってＥ２　ｔ　Ｅ４
およびＥ６の項を夫々＜−＞、　（１）８および（＝）
５倍する必要があ２０　２０　２０ る。このレンズは軸厚さｄ、即ち光軸に沿って測定した
レンズの厚さを約２．５間として設計される。

軸厚さの変動はレンズ作用にわずかの影響を与え、従っ
て８４項に小さな変動を生じるだけである。

これがため軸厚さが２．５闘から著しく相違するように
なる。

このレンズはＥＱＲ項により定義される平面−凸面基本
素子に、Ｅ、Ｒ’　＋　Ｅ６Ｒ’により定義された非球
面層を形成したものと考えることができる。

第１図に示すようにレンズ１は全体をガラスで造る。斯
るレンズは満足すべき光学特性を有するが、ガラスレン
ズ上に非球面を形成するのは困難であり、且つ形成に時
間を要する。第２および第８図に示すような合成平面−
非球面レンズは、大量生産に好適である。

このレンズ１は平面８および球面７を有し、従来の製造
方法を用いて容易に製造できるガラス製本体と、透明プ
ラスチックで非球面の外輪郭９を有するように造った球
面７上の層８とを具える。

このプラスチックは熱硬化性プラスチックとし得るが、
紫外線により重合化できる物質とするのが好適である。

このプラスチックはガラス製本体２に十分に軟かい状卵
で載置し、次に面輪郭が所９ｔの輪郭の雌型であるモー
ルドを層に押圧する。次いで、プラスチックに紫外線を
あて、モールドを取除くだけでさらに処理することなく
所望のレンズを得ることができる。

第２図に示すような平面−非球面レンズのプラスチック
層８は例えば２７１ｍ〜５０μｍに変化する厚みを有す
る。プラスチックの面輪郭を複製するためにはプラスチ
ック層の相対厚み変動が最小となるようにする必要があ
る。この目的のため、ガラス製本体の一部分を第３図に
示すようなプラスチック部分でｉＲ換えて、プラスチッ
ク層全体の厚みを増し、それにより相対厚み変動を減少
し得るようにする。

第８図に示すレンズにおいて、プラスチック層の厚さは
ガラス製本体の厚さのＦ’Ｊんの一部分である。この結
果、レンズの光学品質はプラスチック層によりかなり強
く影響され、プラスチック層の特性はガラスの光学品質
より不満足なものとなる。

プラスチック層の屈折率ｎ□はガラスの屈折率ｎにでき
るだけ密に近づけるようにする。

第４図は、平行放射線ビームを発生するコリメータライ
トペンのような光学系を示す。このライトベンは半導体
ダイオードレーザ１１．例えはＡ／ＧａＡｓダイオード
レーザと、本発明の平面−非球面フリメータレンズとを
収容する管状ハウジング１０を具える。記録担体の放射
線反射型情報面から読み出しおよび／または書き込みす
る装置にコリメータライトペンを使用する際、情報面に
より反射されたビームと、ダイオードレーザにより放出
されたビームとを分離するため、ビームスプリッタプリ
ズムをダイオードレーザとコリメータレンズとの間に配
設する。

第５図は、平面−非球面コリメータレンズを利用した光
学走査装置を線図的に示す。この光学走査装置は第４図
に示すようなフリメータライトペンと対物レンズ糸１５
とを具える。円形ディスク状記録担体の半径方向の断面
の一部分を２０で示す。本例では放射線反射型である情
報構体は、記録担体基板２１の上方に配置され、そこに
は情報トラック２２に沿って配設された多数の情報領域
（因示せず）を具える。

情報構体はダイオードレーザ１１により発生された読取
りビームｂにより走査する。コリメータレンズによって
発散ビームを対物レンズ糸Ｉ５の瞳が正しく位１ζｔす
る断面の平行ビームに変換する。

従ってこの対物レンズ系によって回折制限きれた放射線
スボツ）Ｖを情報構体上に形成する。

読取りビームは情報構体で反射され、記録担体が読取り
ビームに対して動くにつれて、情報向に記録された情報
に従って、時間変調される。変調ビームはプリズム１２
によりダイオードレーザから放出されたビームと分離さ
れて、放射線感知検出装置１４に入射する。この放射線
感知検出装置は、記録担体に記録された情報に従って変
調された電気信号を発生する。

次に、対物レンズ系により焦点平面と情報構体の平面と
の間のずれ６大きさおよび方向を示す焦点誤差信号を得
るためには、Ｅ＠４Ｊ４形プリズム（ダハプリズム）１
３をプリズム１２の射出面に配設し、且つ放射線感知検
出装ｆ（ｉ　Ｊ　４には例えは４個の検出器を設ける。

ダハプリズムは反射ビームを２個のサブビームｂ□およ
びｂ２に分割し、この２個のサブビームによって検出装
置の平Ｉ］１１に２個の放射線スボツ）Ｖ　およびｖ２
を形成する。

各放射線スポットは２個の検出器に関連させる。

焦点誤差検出装置および情報構体の読出しの詳細は、特
開昭５８−７２１０４号明細書に記載されている。

対物レンズ系はレンズ素子を多数具えるようにすること
ができる。しかし、この対物レンズ系は本願と同詩に出
願されたオランダ国特許出願第８８０４２１８号明細書
に記載されるように単平面−非球面レンズにより形成す
るのが好適である。

この対物レンズ糸はプラスチック層１７に設けたガラス
製本体１６を具えている。

第５図に示すように対物レンズ糸１５をライトペン１０
の外ｆｆ１（に配設することができる。従って、この対
物レンズ糸を数十μｍの僅かな距離にわたって半径方向
に移動自在として、トラッキング誤差を除去し得るよう
にする。或いはまた、第５図の破線で示すように対物レ
ンズ系をホルダー１０の内側に配設し、半径方向にわず
かに移動自在とすることもできる。また半径方向に移動
自在であるスライド２５に走査装置を配置して情報トラ
ック２２を順次走査するようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の単コリメータレンズの構成を示す断
面図、 第２および８図は、本発明のガラス製本体およびプラス
チック層を具える単フリメー々レンズの構成を示す側面
図、 第４図は、平行放射ビームを発生ずる光学系の構成を示
す断面図、 第５図は光学走査装置の構成を示す断面図である。 ■・・・コリメータレンズ　２，１６・・・ガラス製本
体３・・・平面　４・・・非球面 ５・・・瞳の端縁　７・・・球…Ｉ ８．１７・・・プラスチック層 ９・・・非球面の外輪郭　１０・・・ホルダー１１・・
・半導体ダイオードレーザ− １２・・・プリズム　１８・・・ダハプリズム１４・・
・放射＃Ｊ感知検出装置 工５・・・対物レンズ系 ２０・・・円板状記録担体　２１・・・記＠担体基板２
２・・・情報トラック　２５・・・スライド２６・・・
移動方向 フルーイランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ−一個の非球面を有する単コリメータレンズにおいて
   、該レンズはその開口数を０．２５より・小さく、焦点
   距離を約１６１１１１〜ｇ４ｍとし、このレンズの第２
   面を平面とし、前記非球面は、Ｒを非球面上の点からレ
   ンズの光軸までの距離、２を前記光軸上への投影点と、
   光軸と非球面との交点との間の距離、屈折率ｎ及−び焦
   点距離ｆ（ｍ）の関数である係数Ｅ、　ＩＥ　およびＥ
   ６を次式 ％式％ ） で与えるものとすると、次式 Ｚ　＝　Ｅ、Ｒ”　＋　Ｅ、Ｒ＋　Ｅ、Ｒ’により定隷
   されるようにしたことを特徴とする単コリメータレンズ
   ＠ 区　前記コリメータレンズは、ガラス製平面−凸面本体
   を具え、該本体の凸面に、外輪郭が非球面且つ屈折率が
   ガラス製本体の屈折率にほぼ等しい透明プラスチック層
   を配設したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の単コリメータレンズ。 ＆　前記プラスチックを紫外線により硬化する物質とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の単コリ
   メータレンズ。 表　管状ホルダー、該ホルダー内に配置されたダイオー
   ドレーザおよび前記ホルダー内に配設されたコリメータ
   レンズ装置を具える平行放射線ビームを発生する光学系
   において、コリメータレンズ系は特許請求の範囲ｍ１項
   乃至第８項の何れかに記載のコリメータレンズを具え、
   該コリメータレンズの平面をグイオ−ドレーザ側に位置
   させるようにしたことを特徴とする光学系。 五　回折制限放射線スポットを形成するための対物系を
   具え、記録担体の情報面を放射線スポットにより走査す
   る光学走査装置において、特許請求の範囲第４・項記載
   の光学系を具えるようにしたことを特徴とする光学走査
   装置。