JPS61107201A - 単一双非球面レンズおよびこのレンズを用いた光学走査ユニツト - 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、レンズが１つのレンズ基体とこの基体の反対
側上に非球面外郭を有する２つの透明なプラスチックの
層とより成る２つの非球面屈折面を有する単一レンズに
関する物である。

米国特許明細書第４．０２７．９５２５号には双非球面
レンズとも呼ばれる２つの非球面を有する種類のレンズ
が記載されており、この種のものは、例えばビデオプロ
グラムまたはオーディオプログラムを有する光学記録担
体の読出し装置内の読出し対物レンズとして用いるのに
適している。これ等の記録担体上の情報細部の１μｍ台
の小さな寸法のために、読出し対物レンズには厳しい要
件が課せられる。例えば、このような対物レンズは１μ
ｍ台の半強度直径（ｈａｌｆ　１ｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｄ
ｉａｍｅｔｅｒ）を有する回折制限された（ｄｉｆｆｒ
ａｃｔｉｏｎ−１１ｍ１ｔｅｄ）光スポットを形成可能
でなければならず、このことは、読出しビームの普通の
波長に対して対物レンズは略々０．４５の開口数をもた
ねばならないことを意味する。更に、この対物レンズは
、数１００　μｍ台の比較的大きい回折制限イメージ視
野をもたねばならない。一般に光学記録担体の読出し装
置は、すべて球面を有する少なくとも３つのレンズ要素
を有する対物レンズ系をそなえている。

前記の米国特許明細書に記載されているように、このよ
うな複雑で高くつく対物レンズ系を単一の双非球面レン
ズで代えることができる。このようなレンズは、所謂レ
プリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）工程を用いて簡単且つ安価に
多量に生産することができる。

この工程は、予成形体（ｐｒｅｆｏｒｍ）　とも呼ばれ
るガラスのような透明で安定な材料の基体より出発する
。この基体の対物側とイメージ側の両方には、多少とも
液状の時に例えば紫外線硬化重合可能な物質のようなプ
ラスチックの層が設けられる。これ等の層の上に、その
内面が所望の輪郭と相補的な形を有する型が押付けられ
る。前記の層が例えば紫外線の露光によって硬化された
後、型が取除かれ、所望のレンズが得られる。

今迄は、このタイプのレンズの製造は２つの球面を有す
る基体より出発した。最大のイメージ視野を得るために
、光軸に沿って測ったこれ等の面間の距離はこれ等面の
曲率半径の和よりも小さい。

このような基体の製造は時間がかかりまた高くつくので
、主にこの基体によって決まる出来上った双非球面レン
ズのコストは高い。基体が既に成る程度の双非球面性を
有する双非球面レンズ基体をつくることも提案されてい
る。けれども、このようなレンズの製造はもっと高９価
につく。

例えばビデオプログラムまたはオーディオプログラムを
有する光学記録担体の読出し装置をより簡単且つ安価に
多量生産するために努力が続けられている。この努力の
重要な観点は、読出しの品質を落とすことなしに対物レ
ンズ系をより簡単且つ安価につくることである。

本発明は、就中光学記録担体の読出し対物レンズとして
適し、簡単且つ安価につくることのできる双非球面レン
ズを得ることを目的とするものである。本発明のレンズ
は、基体が１つの球の形をとることを特徴とするもので
ある。

本発明は、ここで考えられている双非球面しン、ズの用
途に対しては、球の形のレンズの一般に認識されている
小さなイメージ視野や大きなイメージ視野曲率といった
ような欠点はこのようなレンズの多量生産という生産工
学上の利点により補われて余りあるという認識に基づく
ものである。

光学読出し装置に用いる双非球面レンズは、レンズ基体
材料の屈折率が略々１．４５と略々１．６５の間にある
ことが好ましい。この低い屈折率を選ぶことによって、
現在の読出し装置で与えられるイメージング比（ｉｍａ
ｇｉｎｇ　ｒａｔｉｏ）に対してレンズが未だ許容し得
る自由作動距離を有することが保証される。このような
読出し装置の自由作動距離は、レンズの最後の面と記録
担体の間の距離である。

本発明のレンズは光学記録担体の読出し装置にだけ使用
可能なものではなく、走査型顕微鏡におけるように物体
または情景を逐点法で走査するその他の光学走査システ
ムにも使用することもできる。

更に、光学記録担体の読出し装置の設計には、光学走査
ユニットの寸法特にその長さをできるだけ小さくするこ
とが望ましい。本発明の双非球面レンズはこの目的に極
めて適している。

前記の単一非球面レンズを用いた光学走査ユニットは、
走査ビームを発生する光源、この走査ビームを集束して
被走査面上に走査スポットを形成するため・の対物レン
ズ系を有し、この対物レンズ系は、レンズが１．つのレ
ンズ基体とこの基体の反対側上に双非球面外郭を有する
２つの透明なプラスチックの層より成る２つの双非球面
屈折面とを有し、そのレンズ基体が１つの球の形をとる
単一双非球面レンズであり、光源は拡散ビームを放出し
、前記の単一双非球面レンズは、コリメート素子を介在
することなしに前記の拡散ビーム内に配されることを特
徴とする特 本発明のレンズは、その高い集束力のために適当な作動
距離を保証するためには拡散ビームを受ける方が好まし
いので、最も短い光路長を有する光学走査ユニットに用
いるのに極めて適している。

本発明のレンズを用いた走査ユニットは、長さが短いと
いうことを別としても、従来公知の走査装置と異なりコ
リメート素子を必要としないという利点を有する。

本発明を更によく理解できるように、以下に添付の図面
を参照して実施例でより詳しく説明する。

第１図に示した走査ユニットは光源１例えばダイオード
レーザと、ビームスプリッタ２例えばビームスプリッタ
キューブと、対物レンズ３とを有する。符号５はディス
ク型の記録担体の径方向断面の一部を示す。この実施例
では、反射される情報構造は担体の裏にあり、情報トラ
ック７に沿って配された図示しない多数の情報領域を有
する。

１・　　　　符号６（１８録１体′）７明“基板２示瞳
″″″板は走査ビームによって２度横切られる。

情報構造は、ダイオードレーザ１により発生された読出
しビームｂによって走査される。ダイオードレーザより
出るビームは拡散ビームで、対物レンズを適当に充満す
る。このレンズは、情報構造上に回折制限光スポラ）Ｖ
を形成する。読出しビームは情報構造により反射され、
記録担体はこのビームに対して回転されるため、該ビー
ムは記録担体内に記憶された情報に従って時間変調され
る。ビームスプリッタキューブ２によって前記の変調さ
れたビームは光源１より出されたビームと分けられ、感
光検出システム４内に向けられる。

このシステムは、記憶された情報に従って時間変調され
る電気信号を供給する。

第２図に示すように、前記の構成要素１．２゜３および
４は、ピボットアーム１１上に取付けられた筒体１０内
に収納され、前記のアームは、矢印１４で示した方向即
ち情報トラック７の縦方向を略々横切る方向に記録担体
５に対して可動である。記録担体］″′−り１５１°−
１−＊　Ｔ　＠　’ｌｉ　８°・、ニー　（７）　７．
＝　ｔ　ｆ！　　　　　　　！’、、ｉ報トラックはス
ポット■に対して矢印１６の方向に動かされる。

第２図に示した装置において、筒体１０内に収納された
読出しユニットは、読出されるトラックの中心に対する
スポットの位置の粗制御および精密制御のために一体と
して動かされる。この結果、この対物レンズは成る限ら
れた視野をもつだけでよい。前記のピボットアームの代
わりに、トラックの中心に対するスポットの粗および精
密制御のために直線状に動くスライドを用いることも可
能である。

代わりに粗制御と精密制御を別々に行ってもよい。この
場合粗制御はユニット全体を動かすことによって行われ
る。精密制御は、ユニットの一要素例えば対物レンズを
動かすことによって行われる。このレンズはこの場合僅
かに大きな視野を有する。

第１図に示すように、双非球面レンズは、レンズ基体２
０とこの基体の反対側に非球面外郭２３と２４を有する
２つの薄層２１と２２とより成る。これ等の薄層は、例
えば紫外線で重合可能なプラスチックのような透明なプ
ラスチックより成る。このプラスチックは、適当に柔ら
かい状態でレンズ基体上に付着されることができ、しか
る後、所望の非球面外形と相補的な輪郭を有する型が前
記のプラスチックに押圧される。次にプラスチックは例
えば前記の型を通して紫外線に露らされ、次いで型が除
かれ、かくして、それ以上の操作を必要とせず、仕上が
ったレンズが得られる。

本発明によれば、レンズ基体は例えばガラス或いは石英
の球である。このような球はそれ自体公知の機械的技法
を用いることによって簡単且つ安価に得ることができる
。例えば、四角形のガラスブロックを用い、これを略々
球状の素子が得られる迄ドラム内で回転させてもよい。

この球状素子は必要ならば研磨してもよい。この様に、
この球は、安（つくれるということを別にしても、レプ
リカ工程の間に自動的にアラインされるという利点をも
つ。この球レンズの比較的小さな視野でもここに記載し
た用途に対し特定の条件下でなお適当である。このレン
ズ基体は２つの透明プラスチックよりつくってもよい。

仕上げられたレンズの非球面は、その表面の近軸曲率（
ｐａｒａｘｉａｌ　ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）即ち該表面が
光軸と交わる場所の曲率の選定即ち球の半径によって−
ａ的に規定される。非球面の他の点の計算は、本発明に
よれば、アツベの正弦条件が満足さるべきことまたレン
ズが球面収差がないこと即ち光線の行路長が軸上の物点
より軸上の関係のイメージ点迄すべての光線に対して同
じであるという基準に従って行われる。この計算は、ウ
アッサーマン（ｗａｓｓｅｒｍａｎｎ）およびウオルフ
（ｗｏｌｆ）著の「プロシーディングズ　オブ　フィジ
カル　ソサイティ（Ｐｒｏｃ、Ｐｈｙｓ、　Ｓｏｃ、）
ｊ　１９４９年８６２の２頁以下に記載された方法によ
って行うこともできる。若し所望ならば、級数展開（ｓ
ｅｒｉｅｓ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）　によって表された
近似曲線をこの曲線の集合を通して引いてもよい。この
場合これ等の級数展開係数は非球面を一義的に規定する
。

略々１．２ｍｍの厚さを有する基板６を通してトラフ周
期略々１．７μｍでトラック幅略々０，７μｍの情報構
造を読出すようにした読出し対物レンズの実際的な具体
例では、レンズ基体は略々２，５＋ｎｍの屈折率を有す
る石英法より成る。この読出し対物レンズは略々３．８
胴の焦点距離を有し、その生強度直径は略々１μｍの光
スポットを形成する。こ°のレンズは略々０．４５、の
開口数を有する。イメージ視野は略々７５μｍの半径を
有し、ルンズと記録担体との距離は略々１，３ｍｍであ
る。

屈折率１．５５のガラスを球の材料として用いた場合に
は、前記の距離は略々Ｑ、９ｍｍで、球の半径は略々３
＋＋＋ｍである。

石英基体を有する対物レンズが略々６３３ｎｍの波長を
有するヘリウム−ネオンレーザおよび略々７８５ｎｍの
波長を有するダイオードレーザの両方の使用に対して適
している。波長の変化の場合の基板の球面収差の変化は
、非球面層の散乱の付随した変化によって補償されるこ
とができる。

以上本発明を読出し装置に対して説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。この単一の駅部球面レ
ンズは光学記録担体の記録装置に　　　　□”使用する
こともできるもので、この装置は、原理的には読出し装
置と同じ構造を有するが、更に強い光線強度で動作し、
この強度が記録すべき情報。

に従って変調される。更に、本発明は、顕微鏡の走査の
ような光学走査システムおよび、一般に、高いイメージ
品質と限られたイメージ視野をもつことを必要とされる
小さなレンズを有するイメージングシテスムに用いるこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駅部球面対物レンズを有する読出しユ
ニットの線図的な表示、 第２図はこのような読出しユニットをそなえた読出し装
置の斜視図である。 １・・・ダイオードレーザ ２・・・ビームスプリッタキューブ ３・・・対物レンズ　　　　４・・・感光検出シテスム
５・・・ディスク状記録担体 ６・・・基板　　　　　　　７・・・情報トラック２０
・・・レンズ基体　　　　２１．２２・・・薄層２３、
２４・・・駅部球面外郭 Ｆｊ６．１ 】４ Ｆｉｔ）２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レンズが１つのレンズ基体とこの基体の反対側上に
   非球面外郭を有する２つの透明なプラスチックの層とよ
   り成る２つの非球面屈折面を有する単一レンズにおいて
   、レンズ基体が１つの球の形をとることを特徴とする単
   一双非球面レンズ。 ２、レンズ基体の材料の屈折率は略々１．４５と略々１
   ．６５の間にある特許請求の範囲第１項記載の単一双非
   球面レンズ。 ３、走査ビームを発生する光源、この走査ビームを集束
   して被走査面上に走査スポットを形成するための対物レ
   ンズ系を有し、この対物レンズ系は、レンズが１つのレ
   ンズ基体とこの基体の反対側上に非球面外部を有する２
   つの透明なプラスチックの層より成る２つの非球面屈折
   面を有し、そのレンズ基体が１つの球の形をとる単一双
   非球面レンズであり、光源は拡散ビームを放出し、前記
   の単一双非球面レンズは、コリメート素子を介在するこ
   となしに前記の拡散ビーム内に配されたことを特徴とす
   る光学走査ユニット。