JPH02252135A - 焦点検出機能を有する光ディスク用検出光学系 - 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】 この発明は光ディスクや光磁気ディスク（以下光ディス
クと称する）において焦点検出を行い、自動的にディス
クに対するピックアップのフォーカシングを行うだめの
焦点検出機能を有する検出光学系に関する。

光ディスクのピット面における半導体レーザーの焦点ず
れを検出する手段の１つに非点収差法かある。これは受
光部をなす４分割フォトダイオド素子の前方にシリンド
リカルレンズ等を設けてこれにより発生する非点収差を
利用したものである。この方式を説明するための概略図
を第２８図に示す。光ディスク（１）が対物レンズ（２
）より還すざると受光部（３）と光ディスクの光学的に
共役な関係において受光部に対する物点（Ｓ′）が光デ
ィスクのピット面より外側に位置し、正常なスポット形
状が検出器より手前にできて検出器上のスポット形状は
第２９図（Ｃ）図の様になる。これはシリンドリカルレ
ンズ（４）によって発生する非点収差のためである。逆
に、光ディスクが対物レンズに近づきすぎると、検出器
に対する物点が光ディスクのピット面より手前にでき、
検出器上では（ａ）図のスポット形状になる。従って４
分割フォートダイオードを検出器として用い■、■、■
、■に照射される光量から減算器（５）により〔（■＋
■）−（■十■）〕を検知することにより検出器上のス
ポット形状を常に第２９図（ｂ）図に保ち、光ディスク
と対物レンズの間隔を常に最適にしておくことかできる
。この状態で加算器（６）より再特開昭５１３−２２４
４４３、特開昭５９−１４１３６等において、シリンド
リカルレンズのかわりに受光部への光束の光軸に対しレ
ンズを傾けて配置することにより非点収差を発生させる
ものが知られている。しかしながら、その具体的な構成
は明らかにされていない。

この発明の目的は、レンズを受光部への光束の光軸に対
して傾けて配置することによって焦点検出のための非点
収差を発生させる光ディスク用検出光学系において、こ
れを改良し、焦点検出精度を向上させることにある。具
体的には、非点収差発生に伴うコマ等の焦点検出に有害
な収差の発生を押え、所望の非点収差を発生させて焦点
検出精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明の光ディスク用検出
光学系は、第１図に示すように光ディスク（１）からの
反射光を受光する検出用光学部（３）と、この受光部へ
の光束中にその光軸（ｌ　ｌ）に対し傾けて配置された
正単レンズ（７）を有し、この正単レンズ（７）が下記
の条件を満足することを特徴とする特 ｎ≧１．５　　　　　　　　　・　・　・　・　・　（
１）但し、ｎは正単レンズの屈折率である。

上記正単レンズは焦点検出に必要な光点収差を発生させ
るとともに、平行光束中に配置して集光レンズとしても
機能させることができる。第１図において（８）は半導
体レーザー光源、（９）はコリメータレンズ、（１０）
はビームスプリッタである。

上記の条件（１）は、光軸に対して単レンズを傾けた際
に発生するコマ収差と非点収差の発生量に関係し、コマ
収差の発生を押さえつつ必要な非点収差を発生させるた
めのものである。下限を超えると所望量の非点収差を発
生するためには、コマ収差の発生量か多くなり過ぎる。

再に、性能が良好な単レンズを得るためには、次の条件
を満足することが望ましい。

３．０〈ｒ１／ｒ２〈３．Ｏ・・・　（２）但し＋　ｒ
ｌは正単レンズの受光部から遠い側の面の近軸曲率半径
、ｒ２は近い側の面の近軸曲率半径である。この場合、
正単レンズは受光部に凹面を向けた正メニスカスレンズ
、受光部に平面を向けた平凸レンズ、−３，０＜ｒ、／
ｒ２＜　Ｏを満足する両凸レンズ、又は、１．０＜ｒ１
／ｒ２＜３．０を満足する受光部に凸面を向けた正メニ
スカスレンズとなる。条件（２）は、正弦条件を補正す
るための範囲で、上限を超えると正弦条件がアンダー側
に倒れ、下限を超えるとオーバー側に倒れて単レンズを
傾けて用いた際、著しいコマ収差が発生し、検出器面内
で正常なスポットを得られない。

さらに良好なスポットを得るには、次の条件を満足する
ことが望ましい。

−１〈ｒ１／ｒ２〈ｌ・・・（３） この場合、レンズ形状は受光部に凹面を向けた正メニス
カスレンズ、受光部に平面を向けた平凸レンズ、又は両
凸レンズである。条件（３）の範囲を満足することによ
り、十分良好に補正された球面収差に対して、正弦条件
を満足することができる。上限を超えると、十分小さな
球面収差に対して正弦条件がアンダー側に倒れ下限を超
えるとオバー側に倒れる。

以上の正単レンズとしては、非球面を有するしンズを用
いる事も可能だが、非球面のない両凸又はメニスカスの
球面のみの単レンズあるいは球面と平面から成る平凸レ
ンズを用いることもできる。

この場合、非球面単レンズに比べて、低コストで製造す
ることができる。

非球面を用いない球面レンズあるいは平凸レンズにおい
ては、性能を良好にするためにさらに次の条件を満たす
ことが望ましい。

ｎ　＞　１　、７　　　　　　　　・・・・・　（４）
単レンズのインデックスが条件（４）の下限を超えると
、球面収差が大量に発生し、検出器面上でスポット径が
広がって、光を感知する部分をオーバーしてしまい正確
な情報を得ることができない。

以下、本発明にかかる具体的な実施例を１〜８に示す。

実施例１〜５は非球面レンズ、実施例６〜８は球面レン
ズである。ただし、＊は非球面を表し、非球面形状は非
球面の頂点における接平面から入射高Ｙにおける非球面
までの距離をＸとすると で表され、εは２次曲面係数、Ａ、は第１次の非球面係
数、ｃｏは非球面の近軸曲率半径である。

また、実施例１〜８における単レンズを傾けて、７００
μｍの非点収差を生じるためのレンズの傾は角度（θ）
と、その時発生するコマ収差の量を表１に示す。第２．
４．６．８、ｌ０１１２．１４．１６図は、それぞれ実
施例１〜８の正単レンズの断面図、第３．５．７．９．
１１．１３．１５．１７図はその収差図である。

〈実施例１〉 ｆ＝２３．０．　　　ＮＡ＝Ｏ，１１７４Ｉ −＝−０，１３ 〈実施例２〉 ｆ＝２３．０゜ ＮＡ＝Ｏ，１１７４ ＝０．１２ 〈実施例３〉 ｆ＝２３．０゜ ＮＡ＝０．１１７４ 非球面係数 ε−０，６７０ Ｃｏ＝ 一〇 ｌ −〇、３４ 〈実施例４〉 ｆ＝２３．０゜ ＮＡ＝Ｏ，ｌ　１７４ ■ 非球面係数　ε−５，２３７９３３，Ｃｏ＝Ｉ Ａ、　−−０，１２１５０１３Ｘ１０−３Ａ６＝０．１
２６３１４８Ｘ］０−’Ａ、　−一〇、１１４６７８６
Ｘ１０−５Ａ、、＝０．６１３３４０５ＸｌＯ−’Ａ１
．Ａ２＋　Ａ３．Ａｓ、Ａｙ＋　Ａｓ−〇ｌ −１，４ 〈実施例５〉 ｆ＝２３．０゜ ＮＡ＝０．１１７４ ｍ−０，２２ 〈実施例６〉 ｆ＝２３．０゜ ＮＡ＝０．１　１７４ 〈実施例７〉 ｆ＝２３．０ ＮＡ＝Ｏ，１，１７４ 〈実施例８〉 ｆ＝２３．０゜ ＮＡ＝Ｏ，］　　１７４ 一〇、０６３ 非球面係数　ε−１，００，Ｃｏ− Ａ、　＝０．２４８９４６５Ｘ］Ｏ”　　　Ａ６＝０．
２２０５０６４ＸｌＯ−７Ａ８＝０．２０５１８５７Ｘ
ｌＯ−’　　　Ａ、、＝０．４５８９３３２Ｘ１０−８
Ａ＋、Ａ２．Ａ！、Ａｓ、Ａ？、Ａ９＝０卆 あるいは、本発明は受光部の光束中にその光軸に対し全
体として傾けて配される、全体として正の２枚の球面レ
ンズで構成される集光レンズにより、非点収差を発生さ
せるよう構成してもよい。

この集光レンズにおいて、性能を良好にするためには、
次の条件を満足することが望ましい。

５．０＜ｒ１／ｒ２＜５．０　　　　・・・　（５）但
し、ｒ＋、ｒ２はそれぞれ受光部から遠い方のレンズに
おける受光部より遠い側の面及び近い側の面の近軸曲率
半径である。条件（５）は、球面収差を補正するために
示された範囲で、上限を超えると、球面収差がアンダー
側に倒れ、下限を超えるとオーバー側に倒れる。

あるいは、本発明の集光レンズは、２枚の球面で構成さ
れ互いの光軸が相対的に傾くよう配置することにより、
非点収差を発生させるよう構成してもよい。この集光レ
ンズにおいても、その性能を良好にするためには、上記
条件（５）を満足することが望ましい。この場合、具体
的には一方のレンズを傾けず、他方のレンズのみを光軸
に対し傾けることで目的を達成することができる。

以下、本発明にかかる具体的な実施例を９〜１３に示す
。実施例９及びＩＯは、レンズ系全体を光軸に対し傾け
ている。また、実施例１１及び１３は、受光素子に遠い
方のレンズを、実施例１２は受光素子に近い方のレンズ
をそれぞれ光軸に対して、傾き偏心させる場合である。

また、実施例イ仁コ１） ９〜１３においてφけるレンズを士で表し、７００μｍ
の非点収差を生じるためのレンズの傾は角度（０）と、
その時発生するコマ収差の量を表２に示す。

〈実施例９〉 ｆ＝２３．０゜ ＮＡ＝０．１１７４ 〈実施例１２〉 ｆ＝２３．０ ＮＡ＝Ｏ，１１７４ 〈実施例ＩＱ＞ ｆ＝２３．０゜ ＮＡ＝Ｏ，１１７４ 〈実施例１３〉 ｆ＝１３．ｌｌ。

ＮＡ＝０．２０６０ 〈実施例１１＞ ｆ＝２４．ｌＯ。

ＮＡ＝０．ｌ　ｌ　２０ 表２ 一＝０．１５０ 実施例９は、両凸の第ルンズ（ｒｌ　　ｒ２）、受光素
子側に凸面を向けた負のメニスカスの第２レンズ（ｒ３
ｒ＋）から成り互いの光軸は一致させたままレンズ系全
体を傾斜させている。実施例１Ｏは、ともに受光素子側
に凹面を向けた正の第１１第２メニスカスレンズからな
り互いの光軸は一致させたままレンズ系全体を傾斜させ
ている。実施例１１は、受光素子側に凹面を向けた正メ
ニスカスの第ルンズ（ｒ＋　　ｒ２）、両凹の第２レン
ズ（ｒ３ｒｉ）からなり、第ルンズのみを傾斜させてい
る。実施例１２は、受光素子側に凸面を向けた負のメニ
スカスの第ルンズ、両凸の第２レンズからなり、第２レ
ンズのみを傾斜させている。実施例Ｉ３は、受光素子側
に凹面を向けた正のメニスカスの第ルンズ、両凸の第２
レンズからなり、第ルンズのみを傾斜させている。第１
８．２０．２２．２４．２６図はそれぞれ実施例９〜１
３の集光レンズ系の断面図、第１９．２１，２３．２５
．２７図はその収差図である。

第９〜■３実施例のように集光レンズを２枚の＝１６ 球面レンズで構成すると、そのパワー配置によりレンズ
バックを単レンズに比べて短くすることができる利点が
ある。また、前述の実施例の集光レンズを通過したレー
ザー光束の主光線はもとの光軸に対して平行でない。従
って、スポットの重心位置がスポット形状によって、検
出器上でずれてしまい、好ましくない。このために、集
光レンズからの通過光束の主光線に垂直に、検出器を設
置する必要がある。しかしながら、２枚の球面レンズ中
、どちらか一方のレンズを傾ける場合、他方のレンズを
微少に光軸より平行偏心することにより、主光線をもと
の光軸に対して平行にすることができる。

なお、本発明に係わる集光レンズは、その傾き角（θ）
について再に次の条件を満たすことが望ましい。

１０〈１θ１〈１５°　　　　　・　・　・　（６）こ
こで、光軸との傾き角θとは、傾きをおこすレンズ（系
）の最も受光素子に遠い面頂点を中心にする、その頂点
における接平面の回転角度で、時計と反対方向を正とす
る。

条件（６）の下限を超えると、集光レンズを鏡胴に挿入
する際、傾き角θを精度よくだすのが難しい。また、必
要な非点収差量を生じることができない。スポット径が
広がって、光を感知する素子部分をオーバーしてしまい
正確な情報を得ることができなくなる。条件（６）を満
たすことにより、容易に鏡胴内に集光レンズを組みこむ
ことができる。

以上のように、本発明による光検出系の集光レンズは、
性能に重点を置いており、検出器上で、非常に良好なス
ポット形状を得ることができる。

なお、上記各実施例における半導体レーザ光源の波長は
すべて８２５ｍｍである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光ディスク装置の光ピツクアップ
の概略図、第２．４．６．８、ｌ０１１２、Ｉ４．１６
．１８．２０，２２．２４．２６図はこの発明の第１〜
１３実施例要部の断面図、第３．５．７．９．１１，１
３．１５．１７．１９．２１．２３．２５．２７図はそ
の収差図、第２８図は従来技術の斜視図、第２９図は、
従来技術及びこの発明に共通の受光部の構成図である。 受光部　・・・３ 正単レンズ　　・・・　７（ｒｌ、Ｉ’２）２枚の単レ
ンズ　・・　ｒｌ、Ｉ２、Ｉ３、ｒ。 出願人　ミノルタカメラ株式会社 −ｏ、ｏｓ　　ｏ、ｏｓ 」ま亘収差

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光ディスクからの反射光を受光する検出用受光部
   と、この受光部への光束中に、その光軸に対し傾けて配
   置されるとともに下記条件を満足する正単レンズとを有
   することを特徴とする焦点検出機能を有する光ディスク
   用検出光学系： ｎ≧１．５ 但し、ｎは正単レンズの屈折率。 （２）上記正単レンズが下記の条件を満足することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ディスク用検出
   光学系： −３．０＜ｒ＿１／ｒ＿２＜３．０ 但し、ｒ＿１は正単レンズの受光部から遠い側の面の近
   軸曲率半径。 ｒ＿２は正単レンズの受光部に近い側の面の近軸曲率半
   径。 （３）上記正単レンズは受光部に凹面を向けた正メニス
   カスレンズであることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の光ディスク用検出光学系。 （４）上記正単レンズは受光部に平面を向けた平凸レン
   ズであることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   光ディスク用検出光学系。 （５）上記正単レンズは下記条件を満足する両凸レンズ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光
   ディスク用検出光学系： −３．０＜ｒ＿１／ｒ＿２＜０ （６）上記正単レンズが下記条件を満足することを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の光ディスク用検出光
   学系： −１．０＜ｒ＿１／ｒ＿２＜０ （７）上記正単レンズは受光部に凸面を向けるとともに
   下記条件を満足する正メニスカスレンズであることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の光ディスク用検出
   光学系： １．０＜ｒ＿１／ｒ＿２＜３．０ （８）光ディスクからの反射光を受光する検出用受光部
   と、この受光部への光束中にその光軸に対し傾けて配さ
   れる全体として正の２枚の単レンズとを有することを特
   徴とする焦点検出機能を有する光ディスク用焦点検出光
   学系。 （９）上記２枚の単レンズのうち受光部から遠い方の単
   レンズが下記の条件を満足することを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載の光ディスク用検出光学系： −５．０＜ｒ＿１／ｒ＿２＜５．０ 但し、ｒ＿１は上記単レンズの受光部から遠い側の面の
   近軸曲率半径、 ｒ＿２は上記単レンズの受光部に近い側の面の近軸曲率
   半径。 （１０）光ディスクからの反射光を受光する検出用受光
   部と、この受光部への光束中に互いの光軸が相対的に傾
   くよう配される全体として正の２枚の単レンズとを有す
   ることを特徴とする焦点検出機能を有する光ディスク用
   焦点検出光学系。 （１１）上記２枚の単レンズのうち受光部から遠い方の
   単レンズが下記の条件を満足することを特徴とする特許
   請求の範囲第１０項記載の光ディスク用検出光学系： −５．０＜ｒ＿１／ｒ＿２＜５．０ 但し、ｒ＿１は上記単レンズの受光部から遠い側の面の
   近軸曲率半径、 ｒ＿２は上記単レンズの受光部に近い側の面の近軸曲率
   半径。