JPS62132247A - 光学ヘツド装置 - Google Patents
光学ヘツド装置Info
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- JPS62132247A JPS62132247A JP60274024A JP27402485A JPS62132247A JP S62132247 A JPS62132247 A JP S62132247A JP 60274024 A JP60274024 A JP 60274024A JP 27402485 A JP27402485 A JP 27402485A JP S62132247 A JPS62132247 A JP S62132247A
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- lens
- astigmatism
- optical head
- head device
- light source
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording 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
- G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
- G11B7/09—Disposition 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
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording 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
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording 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
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1372—Lenses
- G11B7/1374—Objective lenses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Moving Of The Head For Recording And Reproducing By Optical Means (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光学ヘッド装置の構成、より詳しくは光学式情
報記録媒体である光ディスクより信号を読出し／書込む
光学ヘッド装置に関するものであり、特にディスクに対
して光束を集光させる集光レンズに成形によって作成さ
れたレンズを使用した光学ヘッドにおいて、集光光学系
の非点収差を最小にし、良好な読出し／書込み特性を実
現するための手法を提供するものである。
報記録媒体である光ディスクより信号を読出し／書込む
光学ヘッド装置に関するものであり、特にディスクに対
して光束を集光させる集光レンズに成形によって作成さ
れたレンズを使用した光学ヘッドにおいて、集光光学系
の非点収差を最小にし、良好な読出し／書込み特性を実
現するための手法を提供するものである。
この種の従来技術としては例えば
（１１） 特開昭５８−１０２３４２号。
山）「モダン オプチカル エンジニアリング」（マグ
ロウヒルＮ、Ｙ、 １９６６） （ｒＭｏｄｅｒｎ
０ｐｔｉ−ｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊ ｌ（
Ｍ、Ｃ，Ｇｒａｗ −Ｈｌｌｌ Ｎ、Ｙ。
ロウヒルＮ、Ｙ、 １９６６） （ｒＭｏｄｅｒｎ
０ｐｔｉ−ｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊ ｌ（
Ｍ、Ｃ，Ｇｒａｗ −Ｈｌｌｌ Ｎ、Ｙ。
１９６６） ） 。
（Ｃ）「レンズの設計技法Ｐ、３５〜３６」（光学工業
技術協会）。
技術協会）。
（ｄ）「オプティクスＰ、１５６Ｊ （ウィリー ニ
ューヨーク） （ｒｏｐｔｉｃｓ Ｐ、１５６Ｊ
（ｗｉｌｅｙ Ｎ、Ｙ、 ） ） 。
ューヨーク） （ｒｏｐｔｉｃｓ Ｐ、１５６Ｊ
（ｗｉｌｅｙ Ｎ、Ｙ、 ） ） 。
（８１原田：「プラスチックレンズの現状」テレビジョ
ン学会誌Ｖｏ１．３Ｂ Ｎｏ、９ （１９８４） Ｐ
、 ８１０〜８１４゜ （ｆ） 特開昭５７−５０３３５号 に記載のものがある。
ン学会誌Ｖｏ１．３Ｂ Ｎｏ、９ （１９８４） Ｐ
、 ８１０〜８１４゜ （ｆ） 特開昭５７−５０３３５号 に記載のものがある。
このような技術のほか従来この種の装置として例えば第
３図に示したものがあった。図において、４０は半導体
レーザ等の光源であり、直線偏光を出射する。２は光源
４０より出射された出射光束、３は出射光束２を３本の
光束に分離する回折格子、４は照射光束５と反射光束６
を分離するハーフプリズム、７は照射光束５を平行光束
８にするコリメートレンズ、９は平行光束８をほぼ直交
方向に反射させる反射プリズム、１０は平行光束１１を
円板状の記録担体１２の情報トラック１３上に光スポッ
ト１４として集光する集光レンズである。
３図に示したものがあった。図において、４０は半導体
レーザ等の光源であり、直線偏光を出射する。２は光源
４０より出射された出射光束、３は出射光束２を３本の
光束に分離する回折格子、４は照射光束５と反射光束６
を分離するハーフプリズム、７は照射光束５を平行光束
８にするコリメートレンズ、９は平行光束８をほぼ直交
方向に反射させる反射プリズム、１０は平行光束１１を
円板状の記録担体１２の情報トラック１３上に光スポッ
ト１４として集光する集光レンズである。
なお記録担体１２は集光レンズ１０の焦点付近に置かれ
ている。また光スポット１４は実際には３つの光スポッ
ト１４ａ、１４ｂ、１４ｃよりなる。
ている。また光スポット１４は実際には３つの光スポッ
ト１４ａ、１４ｂ、１４ｃよりなる。
また情報トラック１３は、ピット１５とランド１６より
なる。さらに記録担体１２はモータ（図示せず）により
回転させられている。また上記記録担体１２により反射
させられた光束は、再び集光レンズ１０、コリメートレ
ンズ７を透過し、ハーフプリズム４によりほぼ直交方向
に曲げられ、反射光束６となる。１７は反射光束６の収
束角を小にし、反射光学系の倍率を拡大する凹レンズ、
１日は凹レンズ１７を透過し光束に非点収差を生じさせ
るシリンドリカル凹レンズ、１９は光検知器で素子１９
ａ、 １９ ｂ、 １９ ｃより構成されている
。
なる。さらに記録担体１２はモータ（図示せず）により
回転させられている。また上記記録担体１２により反射
させられた光束は、再び集光レンズ１０、コリメートレ
ンズ７を透過し、ハーフプリズム４によりほぼ直交方向
に曲げられ、反射光束６となる。１７は反射光束６の収
束角を小にし、反射光学系の倍率を拡大する凹レンズ、
１日は凹レンズ１７を透過し光束に非点収差を生じさせ
るシリンドリカル凹レンズ、１９は光検知器で素子１９
ａ、 １９ ｂ、 １９ ｃより構成されている
。
次に動作について説明する。半導体レーザ４０から出射
した光束２はそのＰＮ接合面に平行な方向に偏光した直
線偏光光であり、回折格子３．ハーフプリズム４．コリ
メートレンズ７を透過し、反射プリズム９で進行方向を
曲げられた後、集光レンズ１０により３つのビーム１４
ａ、１４ｂ。
した光束２はそのＰＮ接合面に平行な方向に偏光した直
線偏光光であり、回折格子３．ハーフプリズム４．コリ
メートレンズ７を透過し、反射プリズム９で進行方向を
曲げられた後、集光レンズ１０により３つのビーム１４
ａ、１４ｂ。
１４Ｃとして記録担体１２上に集光される。担体１２で
反射された光束は、集光レンズを１０透過し、反射プリ
ズム９で再度反射され、ハーフプリズム４にて反射され
た後、凹レンズ１７．シリンドリカル凹レンズ１８を透
過後光検知器１９を構成する３つのエレメント１９ａ、
１９ｂ、１９ｃ上に３つのビームとして入射する。この
際、中央の検知器１９ａは記録担体１２の回転によりビ
ット１５．ランド１６のいずれかより光スポラ１−１４
ａが反射される時の反射光量の差により担体に記録され
た情報を電気信号に変換し、この後ここには特に図示し
ていない回路により例えばオーディオ信号、ビデオ信号
、デジタルデータ等として利用される。
反射された光束は、集光レンズを１０透過し、反射プリ
ズム９で再度反射され、ハーフプリズム４にて反射され
た後、凹レンズ１７．シリンドリカル凹レンズ１８を透
過後光検知器１９を構成する３つのエレメント１９ａ、
１９ｂ、１９ｃ上に３つのビームとして入射する。この
際、中央の検知器１９ａは記録担体１２の回転によりビ
ット１５．ランド１６のいずれかより光スポラ１−１４
ａが反射される時の反射光量の差により担体に記録され
た情報を電気信号に変換し、この後ここには特に図示し
ていない回路により例えばオーディオ信号、ビデオ信号
、デジタルデータ等として利用される。
又、担体１２は回転に従って面振れ、振動等により対物
レンズ１０の焦点位置より光軸方向に変位する。この焦
点ずれ量は公知の方法（文献（ａ））により中央の光検
知器１９ａ上の光束の形状変化より検出され、特に図示
しないサーボ回路により補正され常にディスク上の光束
は合焦に保たれる。
レンズ１０の焦点位置より光軸方向に変位する。この焦
点ずれ量は公知の方法（文献（ａ））により中央の光検
知器１９ａ上の光束の形状変化より検出され、特に図示
しないサーボ回路により補正され常にディスク上の光束
は合焦に保たれる。
さらに担体１２が回転する際にトラック１３の蛇行、振
動により中央ビーム１４ａがトラック１３の上に正しく
位置しないことに対しては、公知のように該トラックず
れ量を、両側の光検知器１９ｂ、１９ｃの出力差よりト
ラックとスポット１４ａのずれ量として検知゛し補正す
るという手段がとられる（文献＋ａ）参照）。このよう
な光学ヘッド装置においては、記録担体１２上に蓄積さ
れる情報密度を可能な限り高め、大容量情報媒体として
利用する為に、ビット長及びトラック間隔は、半導体レ
ーザより集光レンズに至る光学ヘッドの集光系が回折限
界の理想的状態にある場合に、限界的に読取り得るほど
の小さい寸法となっている。
動により中央ビーム１４ａがトラック１３の上に正しく
位置しないことに対しては、公知のように該トラックず
れ量を、両側の光検知器１９ｂ、１９ｃの出力差よりト
ラックとスポット１４ａのずれ量として検知゛し補正す
るという手段がとられる（文献＋ａ）参照）。このよう
な光学ヘッド装置においては、記録担体１２上に蓄積さ
れる情報密度を可能な限り高め、大容量情報媒体として
利用する為に、ビット長及びトラック間隔は、半導体レ
ーザより集光レンズに至る光学ヘッドの集光系が回折限
界の理想的状態にある場合に、限界的に読取り得るほど
の小さい寸法となっている。
すなわち、典型的にはレーザ波長λ−７８０ｎｍ 、集
光レンズのディスク側の開ロ数ＮＡ−０．５程度の場合
には回折限界にて集光されたスポット径は約λ／ＮＡ−
１．６μｍ程度であるが、これに合わせてトラック間隔
は１．６μｍ、最小ビット長は０．８μｍ、すなわち最
小スポット径の釣竿分位である。
光レンズのディスク側の開ロ数ＮＡ−０．５程度の場合
には回折限界にて集光されたスポット径は約λ／ＮＡ−
１．６μｍ程度であるが、これに合わせてトラック間隔
は１．６μｍ、最小ビット長は０．８μｍ、すなわち最
小スポット径の釣竿分位である。
上述したように光学ヘッド装置の集光系が回折限界の集
光特性となる為には、 ■ 半導体レーザ４０より出射した光が集光レンズ１０
を通過してスポット１４に至る全光路において無収差に
近い状態にて導かれること ■ 半導体レーザ自身が収差をもたないことの２つの条
件が必要である。
光特性となる為には、 ■ 半導体レーザ４０より出射した光が集光レンズ１０
を通過してスポット１４に至る全光路において無収差に
近い状態にて導かれること ■ 半導体レーザ自身が収差をもたないことの２つの条
件が必要である。
近年プラスチックの精密成形技術の進歩に伴なって、前
節で述べたような光学ヘッド装置の集光レンズに成形プ
ラスチックレンズが使われつつある。プラスチックレン
ズは、金型を超精密ＮＣ施磐によって加工しさえすれば
、従来ガラス研磨で作っていた球面レンズのような面形
状に対する制約がなく、非球面成形レンズが実現できる
。この為従来３〜５枚の球面ガラスレンズの組合せで構
成されていた集光レンズを、一枚の非球面プラスチック
レンズにおきかえることが可能となった。
節で述べたような光学ヘッド装置の集光レンズに成形プ
ラスチックレンズが使われつつある。プラスチックレン
ズは、金型を超精密ＮＣ施磐によって加工しさえすれば
、従来ガラス研磨で作っていた球面レンズのような面形
状に対する制約がなく、非球面成形レンズが実現できる
。この為従来３〜５枚の球面ガラスレンズの組合せで構
成されていた集光レンズを、一枚の非球面プラスチック
レンズにおきかえることが可能となった。
このことは、
■ プラスチ・ツク成形という量産に適した方法でレン
ズを作ることができること。
ズを作ることができること。
■ レンズ枚数が大幅に削減で−きることの２つの理由
により、光学ヘッドの低価格化１組立て工数の減少に寄
与する為、今後開発される光学ヘッドには、益々プラス
チックレンズが多用されるものと予想される。ところが
、従来のガラス組合せレンズから成る集光レンズではレ
ンズの光軸を中心とする回転方向に対して、どのような
方向に取り付けても原理的に収差性能に差がなかったの
に対し、成形によって作成されたプラスチックレンズに
おいては、光軸を中心とする回転により、集光される直
線偏光に発生する非点収差が変化することが実験的に明
らかになった。
により、光学ヘッドの低価格化１組立て工数の減少に寄
与する為、今後開発される光学ヘッドには、益々プラス
チックレンズが多用されるものと予想される。ところが
、従来のガラス組合せレンズから成る集光レンズではレ
ンズの光軸を中心とする回転方向に対して、どのような
方向に取り付けても原理的に収差性能に差がなかったの
に対し、成形によって作成されたプラスチックレンズに
おいては、光軸を中心とする回転により、集光される直
線偏光に発生する非点収差が変化することが実験的に明
らかになった。
次に、プラスチック集光レンズが発生する非点収差につ
いて、第４図によってより詳細に説明する。第４図（ａ
ｌに示したのは、第４図（ｂ）に示すように、射出成形
により作製したプラスチックレンズ１０に直線偏光の平
行光束１１が入射し、ディスク１２の基板を通過して集
光された場合の非点収差の測定結果である。なお、プラ
スチックレンズ１０には、射出成形時に、材料であるプ
ラスチック（ここではＰＭＭＡ）が成型金型に注入され
た跡であるゲート１００があり、これとレンズ中心を結
ぶ方向Ｇが、入射光の偏光方向Ｅとなす角をθとする。
いて、第４図によってより詳細に説明する。第４図（ａ
ｌに示したのは、第４図（ｂ）に示すように、射出成形
により作製したプラスチックレンズ１０に直線偏光の平
行光束１１が入射し、ディスク１２の基板を通過して集
光された場合の非点収差の測定結果である。なお、プラ
スチックレンズ１０には、射出成形時に、材料であるプ
ラスチック（ここではＰＭＭＡ）が成型金型に注入され
た跡であるゲート１００があり、これとレンズ中心を結
ぶ方向Ｇが、入射光の偏光方向Ｅとなす角をθとする。
測定結果を第４図（ａ）に示す。図において横軸は、上
記の角度θであり、縦軸Ｗ心は、非点収差の標準偏差値
（以後ｒｍｓ値と称する）を光束の波長λの単位で表わ
した値である。なお本測定は、光学ヘッドの光学部品の
収差測定では、非常に一般的なフィゾー干渉計により行
なった。
記の角度θであり、縦軸Ｗ心は、非点収差の標準偏差値
（以後ｒｍｓ値と称する）を光束の波長λの単位で表わ
した値である。なお本測定は、光学ヘッドの光学部品の
収差測定では、非常に一般的なフィゾー干渉計により行
なった。
図かられかるように、偏光とゲートの各方向が一致した
時、すなわちＯ’ 、１８０°の場合にはＷＡＳは最小
（この場合、約０．０１λｒｍｓ ）となり、これと直
交する方向で最大（約０．０４５λｒｍｓ ）となった
、このような測定を１０個の試料について行なったとこ
ろ、ここで示した結果とほぼ同じ結果が得られた。文献
（ｅ）によれば、成形によって得られたプラスチックレ
ンズは内部の残留応力に起因するひずみによって生じる
複屈折を有しており、これが回転に対する非点収差変化
の原因と推定される。
時、すなわちＯ’ 、１８０°の場合にはＷＡＳは最小
（この場合、約０．０１λｒｍｓ ）となり、これと直
交する方向で最大（約０．０４５λｒｍｓ ）となった
、このような測定を１０個の試料について行なったとこ
ろ、ここで示した結果とほぼ同じ結果が得られた。文献
（ｅ）によれば、成形によって得られたプラスチックレ
ンズは内部の残留応力に起因するひずみによって生じる
複屈折を有しており、これが回転に対する非点収差変化
の原因と推定される。
上に述べたプラスチックレンズの発生する非点収差の外
にも従来の光学ヘッド装置において前述した集光系が非
点収差を生じ無収差系から外れる要因が３つ存在した。
にも従来の光学ヘッド装置において前述した集光系が非
点収差を生じ無収差系から外れる要因が３つ存在した。
１つ目は回折格子３及びハーフミラ−４といった平行平
面光学部品の光束透過面が出射光束２の光軸に対して傾
いていて垂直でない場合に非点収差が発生する場合、２
つ目は半導体レーザの発光点がコリメートレンズの光軸
から偏芯することにより像高が生じ、コリメート光８に
非点収差が発生し、同時にコリメート光が半導体レーザ
の偏芯によって対物レンズ１０に斜め入射して像高が生
じ、非点収差を生ずる場合。
面光学部品の光束透過面が出射光束２の光軸に対して傾
いていて垂直でない場合に非点収差が発生する場合、２
つ目は半導体レーザの発光点がコリメートレンズの光軸
から偏芯することにより像高が生じ、コリメート光８に
非点収差が発生し、同時にコリメート光が半導体レーザ
の偏芯によって対物レンズ１０に斜め入射して像高が生
じ、非点収差を生ずる場合。
３つ目は半導体レーザ４０の出射光束自体に非点収差が
ある場合である。
ある場合である。
以下上記３つの非点収差の生ずる原因についてより詳細
に説明する。
に説明する。
（ｉ）回折格子またはハーフプリズムの傾き半導体レー
ザから出射する光束２は発散光束であり、このような場
合でも同様であるが、例えば第５図に図示するように、
収束状にある光束の光路（開口数ＮＡ＝ｓｉｎ ｕ）中
に平行平板ガラス３０を光軸３１に対してＵｐ’だけ傾
けて配置するとする。このとき発生する非点隔差量（非
点収差）は文Ｍ（ｂｌによれば（１）式のように表わさ
れる。
ザから出射する光束２は発散光束であり、このような場
合でも同様であるが、例えば第５図に図示するように、
収束状にある光束の光路（開口数ＮＡ＝ｓｉｎ ｕ）中
に平行平板ガラス３０を光軸３１に対してＵｐ’だけ傾
けて配置するとする。このとき発生する非点隔差量（非
点収差）は文Ｍ（ｂｌによれば（１）式のように表わさ
れる。
Ａｓｘｍ１ｓ’−１ｔ’
・・・（１）
なお７！ｔ′はガラス板３０の平行平面の法線及び光軸
を含む面（メリジオナル面）内での収束点までの距離、
ｉｓ’はこれと直交する面（サジツタル面）での収束点
までの距離である。今、従来例を示す第３図において平
行平面部品である回折格子３又はハーフプリズム４が傾
いた場合には（１）式に従って非点収差が発生する。そ
の量の具体例として屈折率Ｎ−１，５でｔ ’ −１，
５ｔｍの回折格子及びｔ’−５鶴のハーフプリズムが１
．０°傾いた場合の発生非点隔差は各々０．１７μｍ、
０．５６μｍとなる。
を含む面（メリジオナル面）内での収束点までの距離、
ｉｓ’はこれと直交する面（サジツタル面）での収束点
までの距離である。今、従来例を示す第３図において平
行平面部品である回折格子３又はハーフプリズム４が傾
いた場合には（１）式に従って非点収差が発生する。そ
の量の具体例として屈折率Ｎ−１，５でｔ ’ −１，
５ｔｍの回折格子及びｔ’−５鶴のハーフプリズムが１
．０°傾いた場合の発生非点隔差は各々０．１７μｍ、
０．５６μｍとなる。
（ｉｉ ）半導体レーザの偏芯による像高一般にレンズ
系において物点く本例では半導体レーザの出射点）が光
軸からずれて、像高をもつと、非点収差が発生する。第
６図に文献（Ｃ１による非点収差発生の計算例を示す。
系において物点く本例では半導体レーザの出射点）が光
軸からずれて、像高をもつと、非点収差が発生する。第
６図に文献（Ｃ１による非点収差発生の計算例を示す。
図の右側に示したグラフのように入射角、すなわち像高
に対して子午光線と球欠光線の結像位置が分離していき
、非点収差が増加する様子がわかる。光学ヘッド装置用
のレンズとして、入射角１°に相当する像高に対し、コ
リメートレンズでは例えば１０μｍ、対物レンズでは５
μｍの非点収差を生じのちのがある。
に対して子午光線と球欠光線の結像位置が分離していき
、非点収差が増加する様子がわかる。光学ヘッド装置用
のレンズとして、入射角１°に相当する像高に対し、コ
リメートレンズでは例えば１０μｍ、対物レンズでは５
μｍの非点収差を生じのちのがある。
（ｉｉｉ ）半導体レーザの非点収差
半導体レーザの発光点の面積は通常２μｍＸＱ、１μｍ
程度であり、はぼ点光源と見なしてよい微小面積より光
が出射される。
程度であり、はぼ点光源と見なしてよい微小面積より光
が出射される。
第７図にダブルへテロ接合半導体レーザの構造の一例を
示す。このような半導体レーザにおいては、第７図（ａ
）、 （ｂ）に示す如く、半導体レーザチンプ４０の出
射光束のビームウェストは、半導体接合面（Ｘ−Ｙ軸面
）内とこれに垂直な面（Ｘ−Ｚ軸面）内とでは異なって
いることがあり、とりわけこの図に示したようなゲイン
・ガイディング型の半導体レーザにおいてこの差異が大
きいことが知られている。垂直面（Ｘ−Ｚ軸面）内では
鏡面４１に一致するＡ点がモードウェストとなっている
のに対し接合面（Ｘ−Ｙ軸面）内では若干半導体レーザ
チフブ４０の活性層４２、つまり鏡面４１より奥の共振
器内に入ったＢ点がモードウェストとなっているのであ
る。この差異は光学上非点収差となり、上記ゲイン・ガ
イディング型のものはとくにこの差異が大きく、約２５
μｍも存在するものがある。
示す。このような半導体レーザにおいては、第７図（ａ
）、 （ｂ）に示す如く、半導体レーザチンプ４０の出
射光束のビームウェストは、半導体接合面（Ｘ−Ｙ軸面
）内とこれに垂直な面（Ｘ−Ｚ軸面）内とでは異なって
いることがあり、とりわけこの図に示したようなゲイン
・ガイディング型の半導体レーザにおいてこの差異が大
きいことが知られている。垂直面（Ｘ−Ｚ軸面）内では
鏡面４１に一致するＡ点がモードウェストとなっている
のに対し接合面（Ｘ−Ｙ軸面）内では若干半導体レーザ
チフブ４０の活性層４２、つまり鏡面４１より奥の共振
器内に入ったＢ点がモードウェストとなっているのであ
る。この差異は光学上非点収差となり、上記ゲイン・ガ
イディング型のものはとくにこの差異が大きく、約２５
μｍも存在するものがある。
さて、回折限界光学系として許容される光学系の許容と
して従来よりＭａｒ≦ｃｈａｌの規範が用いられている
。これによると波面収差のＲＭＳ値（Ｗｒｍｓ ）がＷ
ｒｍｓ−≦−〇、０７λでなければならない（λ；光の
波長）上記３つの場合について分類して論じた非点隔差
量と、波面収差の関係について第８図のノーチージョン
で以下に説明する０図中Ｅが半径ａの射出ひとみを示し
ており、ひとみ座標を（ｘ ｔテ）で表わす。球欠像面
ＰｓでのＸ方向横収差Ｘ′は波面収差Ｗを用いて（２）
式で表わされる（文献（ｄ）参照）。
して従来よりＭａｒ≦ｃｈａｌの規範が用いられている
。これによると波面収差のＲＭＳ値（Ｗｒｍｓ ）がＷ
ｒｍｓ−≦−〇、０７λでなければならない（λ；光の
波長）上記３つの場合について分類して論じた非点隔差
量と、波面収差の関係について第８図のノーチージョン
で以下に説明する０図中Ｅが半径ａの射出ひとみを示し
ており、ひとみ座標を（ｘ ｔテ）で表わす。球欠像面
ＰｓでのＸ方向横収差Ｘ′は波面収差Ｗを用いて（２）
式で表わされる（文献（ｄ）参照）。
又、図よりＲ）Δすなわち非点隔差が非常に小さい場合
には（３）式が成り立つ。
には（３）式が成り立つ。
Ｘ′電□・Δ ・・・（３）（２１
，＋３１式よりＸ′を消去し、波面収差を求めると（４
）式が得られる。但し空気中としてｎ′＝１とす（４）
式はザイデル形式の非点収差係数を表わし、これを最良
集光点である最小錯乱円点での波面収差の標準偏差Ｗｒ
ｍｓに換算すると、（５）式のようになる。
，＋３１式よりＸ′を消去し、波面収差を求めると（４
）式が得られる。但し空気中としてｎ′＝１とす（４）
式はザイデル形式の非点収差係数を表わし、これを最良
集光点である最小錯乱円点での波面収差の標準偏差Ｗｒ
ｍｓに換算すると、（５）式のようになる。
Ｗｒｔａｓ −−Ｎ ａ ２Δ −（５）４Ｆ
「 但しく５）式において Ｎａ工□ であり、ａは第８図に示すように射出ひとみの半径であ
る。
「 但しく５）式において Ｎａ工□ であり、ａは第８図に示すように射出ひとみの半径であ
る。
よって、系の開口数Ｎａを与えれば（５）式よりＷｒｍ
ｓ −≦−〇、０７λを満たす非点隔差Δがわかる。
ｓ −≦−〇、０７λを満たす非点隔差Δがわかる。
例えば光学式ビデオディスク用光学へラドではコリメー
トレンズのＮａとして０．２．半導体レーザの波長０．
８μｍ程度が用いられるが、このとき、Ｗｒｍｓ ＜Ｏ
，Ｑ７λによる非点隔差の許容量は、ΔＳ１３．７μｍ
となる。よってこの非点隔差許容に対し、とりわけ前記
（ｉ） 、 （ｉｉ） 、 （ｉｉｉ）項の要因の
複合で出する非点収差が全集光系の回折限界光学系とし
ての機能を阻害し、ＯＴＦの劣化を通じて書込み／読出
し特性を劣化させる要因となっていることがわかる。
トレンズのＮａとして０．２．半導体レーザの波長０．
８μｍ程度が用いられるが、このとき、Ｗｒｍｓ ＜Ｏ
，Ｑ７λによる非点隔差の許容量は、ΔＳ１３．７μｍ
となる。よってこの非点隔差許容に対し、とりわけ前記
（ｉ） 、 （ｉｉ） 、 （ｉｉｉ）項の要因の
複合で出する非点収差が全集光系の回折限界光学系とし
ての機能を阻害し、ＯＴＦの劣化を通じて書込み／読出
し特性を劣化させる要因となっていることがわかる。
なお、第７図において、Ｒ＞Δの関係にある。
又、先に説明したように、光学ヘッド装置に集光レンズ
としてプラスチックレンズを用いる場合には、プラスチ
ックレンズ自身の成形歪により非点収差をもち、その値
が実験によると０．０４５λにも及び、これだけでも収
差許容０．０７λの６０％以上に達する場合があること
になり、これも光学ヘッドの良好な書込み／続出し特性
を確保する上での大きな問題となっていた。
としてプラスチックレンズを用いる場合には、プラスチ
ックレンズ自身の成形歪により非点収差をもち、その値
が実験によると０．０４５λにも及び、これだけでも収
差許容０．０７λの６０％以上に達する場合があること
になり、これも光学ヘッドの良好な書込み／続出し特性
を確保する上での大きな問題となっていた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、集光レンズとして成形によって作られたプラ
スチックレンズを使用した光学へラド装置において、プ
ラスチックの歪による非点収差及びその他の光学系の不
備による非点収差を最小の状態とし、レーザからディス
クに至る集光光学系が回折限界光学系として最適に作用
しうるようにすることのできる光学ヘッド装置を提供す
るものである。
たもので、集光レンズとして成形によって作られたプラ
スチックレンズを使用した光学へラド装置において、プ
ラスチックの歪による非点収差及びその他の光学系の不
備による非点収差を最小の状態とし、レーザからディス
クに至る集光光学系が回折限界光学系として最適に作用
しうるようにすることのできる光学ヘッド装置を提供す
るものである。
本発明の光学ヘッド装置は、集光レンズの光軸に直交す
る面内でのそのゲート方向からの回転角によって変化す
る集光レンズ自身の発生する非点収差と、その他の集光
光学系の有する非点収差が互いに打ち消しあうようにし
て、全体としてレーザからディスクに至る集光光学系の
もつ非点収差を最小にするようにしたものである。
る面内でのそのゲート方向からの回転角によって変化す
る集光レンズ自身の発生する非点収差と、その他の集光
光学系の有する非点収差が互いに打ち消しあうようにし
て、全体としてレーザからディスクに至る集光光学系の
もつ非点収差を最小にするようにしたものである。
本発明においては、ディスク照射光の偏光方向と対物レ
ンズのゲート方向のなす角の設定により、集光光学系全
体の非点収差が最小となるようにし、もって光学ヘッド
の回折限界光学系としての性能を最良に発揮させるもの
である。
ンズのゲート方向のなす角の設定により、集光光学系全
体の非点収差が最小となるようにし、もって光学ヘッド
の回折限界光学系としての性能を最良に発揮させるもの
である。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例を示し、この第１図では第３
図の従来例の構成より、本発明の説明に不要な、ビーム
スプリンタ４によって反射されて光検知器１９に向かう
光路を便宜上省略しである。
図の従来例の構成より、本発明の説明に不要な、ビーム
スプリンタ４によって反射されて光検知器１９に向かう
光路を便宜上省略しである。
又、本発明においては、集光レンズｌＯとして成形によ
って作成されたプラスチックレンズを使用している。１
００はプラスチックレンズ１０の成形時のゲート位置（
以後ゲートと呼ぶ）を示している。
って作成されたプラスチックレンズを使用している。１
００はプラスチックレンズ１０の成形時のゲート位置（
以後ゲートと呼ぶ）を示している。
次に本発明の動作について述べる。まず半導体レーザ４
０から集光レンズ１０の直前に至る光路において問題点
の項の（ｉ） 、 （ｉｉ） 、 （ｉｉｉ）で述
べたような原因で生じている非点収差が比較的小さく、
かつ集光レンズ１０に入射する光線が集光レンズ１０の
光軸に対してあまり傾かず、レンズの有効視野に比して
十分小さな像高で集光される場合について述べる。この
ような条件により発生している非点収差が、集光レンズ
１０自身の内部歪によって発生する最小非点収差と同じ
程度以下である場合、すなわち第４図に例として示した
レンズでは０．０１λｒｗｓ以下であるような場合には
、ゲート方向とＬＤ出射光の直線偏光方向を一致させて
おくことにより、はぼ最小の非点収差が得られる。この
様子を第２図（ａｌに示す。図中、Ｅの矢印は偏光方向
を示し、Ｇの矢印はゲート方向を示す。
０から集光レンズ１０の直前に至る光路において問題点
の項の（ｉ） 、 （ｉｉ） 、 （ｉｉｉ）で述
べたような原因で生じている非点収差が比較的小さく、
かつ集光レンズ１０に入射する光線が集光レンズ１０の
光軸に対してあまり傾かず、レンズの有効視野に比して
十分小さな像高で集光される場合について述べる。この
ような条件により発生している非点収差が、集光レンズ
１０自身の内部歪によって発生する最小非点収差と同じ
程度以下である場合、すなわち第４図に例として示した
レンズでは０．０１λｒｗｓ以下であるような場合には
、ゲート方向とＬＤ出射光の直線偏光方向を一致させて
おくことにより、はぼ最小の非点収差が得られる。この
様子を第２図（ａｌに示す。図中、Ｅの矢印は偏光方向
を示し、Ｇの矢印はゲート方向を示す。
次に、上に述べたよりも、（ｉ）、 （ｉｉ）、
（ｉｉｉ ）の要因もしくは集光レンズ１０の像高によ
り発生する非点収差が大きい場合、すなわちこの非点収
差がＥとＧを平行にした場合（第４図（ａ）における０
°又は１８０°の場合）の非点収差よりも大きい場合に
は、第２図山）のようにＥとＧの角度θを調整し、集光
レンズの内部歪に起因し、直線偏光入射の際に発生する
非点収差と、これ以外の要因による非点収差が打ち消し
合うようにθを決めてやることにより、集光系の持つ非
点収差を最小に出来る。
（ｉｉｉ ）の要因もしくは集光レンズ１０の像高によ
り発生する非点収差が大きい場合、すなわちこの非点収
差がＥとＧを平行にした場合（第４図（ａ）における０
°又は１８０°の場合）の非点収差よりも大きい場合に
は、第２図山）のようにＥとＧの角度θを調整し、集光
レンズの内部歪に起因し、直線偏光入射の際に発生する
非点収差と、これ以外の要因による非点収差が打ち消し
合うようにθを決めてやることにより、集光系の持つ非
点収差を最小に出来る。
なお、以上では対物（集光）レンズの内部歪以外の要因
による非点収差が小さい場合は、ＥとＧを平行にすれば
よいと述べたが、こればあ（まで近似的にθ〜Ｏ° （
又は１８０°）付近に全集光系としての非点収差最小の
点があるという意味であり、厳密に言えばこのような場
合にもθを適当に設定してやることにより、最小の非点
収差にもっていくことができる。
による非点収差が小さい場合は、ＥとＧを平行にすれば
よいと述べたが、こればあ（まで近似的にθ〜Ｏ° （
又は１８０°）付近に全集光系としての非点収差最小の
点があるという意味であり、厳密に言えばこのような場
合にもθを適当に設定してやることにより、最小の非点
収差にもっていくことができる。
なお上に述べた実施例では、偏光の方向Ｅと情報トラッ
クの走っている方向の相対位置関係には言及しなかった
が、文献（ｆ）によれば、直線偏光の方向Ｅ（これは半
導体レーザの場合には接合面４２に平行な方向を向いて
いる）がトラック１３の方向と直交している場合の方が
、良好な再生特性を有する光ヘッドを構成できる。これ
は、接合面に垂直な方向の光束出射角の方が、平行な方
向よりも大きいためである。
クの走っている方向の相対位置関係には言及しなかった
が、文献（ｆ）によれば、直線偏光の方向Ｅ（これは半
導体レーザの場合には接合面４２に平行な方向を向いて
いる）がトラック１３の方向と直交している場合の方が
、良好な再生特性を有する光ヘッドを構成できる。これ
は、接合面に垂直な方向の光束出射角の方が、平行な方
向よりも大きいためである。
このことを本発明に当てはめると、Ｅ、Ｇとトラック１
３の方向の相対関係は模式的に第９図に示した如くとな
る。すなわち、偏光方向Ｅを、トラック１３と直角な方
向に設定した場合には、対物（集光）レンズの内部歪に
起因する収差以外の非点収差量が小さい場合（典型的に
は先の実施例と同様に０．０１λｒｍｓ以下）にはゲー
ト方向Ｇを第９図（ａ）に示すようにＥと略平行に設定
するこノ伐り、最良の集光特性が得られる。又、上記非
点収差が、これよりも大きな場合には、第９図山）の如
く、ＥとＧのなす角θを適当に設定して全集光系のもつ
非点収差が最小になるようにすることができ、もって最
良の集光特性が得られる。
３の方向の相対関係は模式的に第９図に示した如くとな
る。すなわち、偏光方向Ｅを、トラック１３と直角な方
向に設定した場合には、対物（集光）レンズの内部歪に
起因する収差以外の非点収差量が小さい場合（典型的に
は先の実施例と同様に０．０１λｒｍｓ以下）にはゲー
ト方向Ｇを第９図（ａ）に示すようにＥと略平行に設定
するこノ伐り、最良の集光特性が得られる。又、上記非
点収差が、これよりも大きな場合には、第９図山）の如
く、ＥとＧのなす角θを適当に設定して全集光系のもつ
非点収差が最小になるようにすることができ、もって最
良の集光特性が得られる。
又、以上の実施例は、集光レンズ１０として、無限共役
形（平行入射型）のレンズを使用した場合について説明
したが、第１０図に示したように、ＬＤ４０の出射光を
、集光レンズ１０で直接集光する、有限共役型の成形プ
ラスチックレンズを使用した光学ヘッド装置においても
、これまでに説明したゲート方向と偏光方向の相対位置
関係を適当に設定することにより、集光系の非点収差を
最小にできる。
形（平行入射型）のレンズを使用した場合について説明
したが、第１０図に示したように、ＬＤ４０の出射光を
、集光レンズ１０で直接集光する、有限共役型の成形プ
ラスチックレンズを使用した光学ヘッド装置においても
、これまでに説明したゲート方向と偏光方向の相対位置
関係を適当に設定することにより、集光系の非点収差を
最小にできる。
又、近年ガラスの精密プレス技術の進歩により、光ヘツ
ド装置用の集光レンズが発表されているが、これらに関
してもプラスチックと程度の差はあれ、内部残留応力に
よる複屈折が存在することが知られている。従って、こ
れらプレス成型ガラスモールドレンズにおいても、レン
ズの光軸に垂直な面内での回転位置を適当に設定し、集
光系の非点収差を最小の状態にした場合に最良の集光性
能を有する光学ヘッド装置が実現できることに変りはな
い。
ド装置用の集光レンズが発表されているが、これらに関
してもプラスチックと程度の差はあれ、内部残留応力に
よる複屈折が存在することが知られている。従って、こ
れらプレス成型ガラスモールドレンズにおいても、レン
ズの光軸に垂直な面内での回転位置を適当に設定し、集
光系の非点収差を最小の状態にした場合に最良の集光性
能を有する光学ヘッド装置が実現できることに変りはな
い。
以上のように、本発明によれば、集光レンズとして成形
によって作製されたレンズを使用した光学ヘッド装置に
おいて、直線偏光の偏光方向とレンズ光軸に垂直な面内
での集光レンズの回転位置を、光源からディスクに至る
集光系の有する非点収差が最小となるように設定するよ
うにしたので、最良の集光性能を得ることができ、これ
により、成形集光レンズを採用した光学ヘッド装置の書
込み／再生性能を従来のヘッドの製造法による場合に比
べて大幅に改善できる効果がある。
によって作製されたレンズを使用した光学ヘッド装置に
おいて、直線偏光の偏光方向とレンズ光軸に垂直な面内
での集光レンズの回転位置を、光源からディスクに至る
集光系の有する非点収差が最小となるように設定するよ
うにしたので、最良の集光性能を得ることができ、これ
により、成形集光レンズを採用した光学ヘッド装置の書
込み／再生性能を従来のヘッドの製造法による場合に比
べて大幅に改善できる効果がある。
第１図は本発明の一実施例による光学ヘッド装置の構成
図、第２図は本発明によるレンズの設定法の説明図、第
３図は従来の光学ヘッド装置の構成図、第４図は成形レ
ンズの回転による非点収差変化の実験データを示す図、
第５図は平行平板による非点収差発生の様子を示す説明
図、第６図はレンズの像高による非点収差発生の様子を
示す説明図、第７図は半導体レーザの非点収差を示す説
明図、第８図は非点隔差と非点収差の対応関係を示す説
明図、第９図はトラック方向と偏光方向とゲート方向の
３者を考慮する場合の３者の相対関係を示す説明図であ
る。 ４０・・・半導体レーザ（レーザ光源装置）、１゜・・
・集光レンズ、１２・・・光ディスク（記録担体）、４
・・・ビームスプリッタ。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
図、第２図は本発明によるレンズの設定法の説明図、第
３図は従来の光学ヘッド装置の構成図、第４図は成形レ
ンズの回転による非点収差変化の実験データを示す図、
第５図は平行平板による非点収差発生の様子を示す説明
図、第６図はレンズの像高による非点収差発生の様子を
示す説明図、第７図は半導体レーザの非点収差を示す説
明図、第８図は非点隔差と非点収差の対応関係を示す説
明図、第９図はトラック方向と偏光方向とゲート方向の
３者を考慮する場合の３者の相対関係を示す説明図であ
る。 ４０・・・半導体レーザ（レーザ光源装置）、１゜・・
・集光レンズ、１２・・・光ディスク（記録担体）、４
・・・ビームスプリッタ。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (10)
- （１）直線偏光光を発射するレーザ光源装置と、上記レ
ーザ光源装置の出射光束を記録担体の情報記録トラック
に照射する集光レンズと、 上記記録担体に集光した後反射されて来た光束を前記レ
ーザ光源装置の出射光束より分離して光電変換器側に向
わしめるビームスプリッタ手段よりなる光学系とを備え
た光学ヘッド装置において、前記集光レンズが成形によ
って製造されたレンズであり、 該集光レンズの光軸に直交する面内での回転位置が前記
レーザ光源装置から前記記録担体に至る光学系の非点収
差を最小にするように設定されてなることを特徴とする
光学ヘッド装置。 - （２）前記集光レンズが、プラスチックの射出成形によ
って製造されたものであり、該集光レンズの成形時のゲ
ートの方向が前記レーザ光源装置の偏光方向と略同一方
向になるよう設定されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光学ヘッド装置。 - （３）前記集光レンズがプラスチックの射出成形によっ
て製造されたものであり、該集光レンズの成形時のゲー
トの方向が前記レーザ光源装置から該プラスチックレン
ズの直前までの光学系の有する非点収差を打ち消すよう
な回転方向に設定されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光学ヘッド装置。 - （４）プラスチック材料がＰＭＭＡであることを特徴と
する特許請求の範囲第２項又は第３項記載の光学ヘッド
装置。 - （５）集光レンズが無限共役系の非球面レンズであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光学ヘッド
装置。 - （６）集光レンズが有限共役系の非球面レンズであり、
上記レーザ光源装置が半導体レーザからなり、該半導体
レーザから出射する光束を直接前記記録担体に集光する
ように構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
第４項記載の光学ヘッド装置。 - （７）前記集光レンズがガラスの成形により製造された
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光学ヘッド装置。 - （８）集光レンズが無限共役系のものであることを特徴
とする特許請求の範囲第７項記載の光学ヘッド装置。 - （９）集光レンズが有限共役系のものであることを特徴
とする特許請求の範囲第８項記載の光学ヘッド装置。 - （１０）前記レーザ光源装置の偏光方向が、前記トラッ
クと直交する方向になるように配置されていることを特
徴とする特許請求の範囲第４項又は第７項記載の光学ヘ
ッド装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60274024A JPH0648543B2 (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 光学ヘツド装置 |
| KR1019860008834A KR900006954B1 (ko) | 1985-12-04 | 1986-10-22 | 광학헤드장치 |
| US06/933,805 US4789978A (en) | 1985-12-04 | 1986-11-24 | System and method of astigmatism correction in an optical head apparatus |
| EP86309463A EP0226403B1 (en) | 1985-12-04 | 1986-12-04 | Optical head apparatus |
| DE8686309463T DE3679519D1 (de) | 1985-12-04 | 1986-12-04 | Optische kopfeinrichtungen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60274024A JPH0648543B2 (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 光学ヘツド装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62132247A true JPS62132247A (ja) | 1987-06-15 |
| JPH0648543B2 JPH0648543B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=17535894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60274024A Expired - Lifetime JPH0648543B2 (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 光学ヘツド装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4789978A (ja) |
| EP (1) | EP0226403B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0648543B2 (ja) |
| KR (1) | KR900006954B1 (ja) |
| DE (1) | DE3679519D1 (ja) |
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