JPH0429048B2 - - Google Patents
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- JPH0429048B2 JPH0429048B2 JP1112514A JP11251489A JPH0429048B2 JP H0429048 B2 JPH0429048 B2 JP H0429048B2 JP 1112514 A JP1112514 A JP 1112514A JP 11251489 A JP11251489 A JP 11251489A JP H0429048 B2 JPH0429048 B2 JP H0429048B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/24—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for reproducing or copying at short object distances
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Head (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、光デイスク用レンズ、詳しくは半
導体レーザーを光源とし、該半導体レーザーから
放射された放射光をコリメートレンズ系を介する
ことなくそのまま対物レンズに入射させることを
可能とした光デイスク用レンズに関する。
〔従来の技術〕
光デイスク用レンズシステムとしては、レンズ
系を通過した半導体レーザーからのレーザー光が
情報記録媒体たるデイスク上のピツト面に収束
し、その反射光が再びレンズ系を通つてその戻り
光の一部がビームスプリツタで偏向されたのち、
デイテクターに入り、合焦信号やトラツキング信
号が得られるように構成されているもの、あるい
はデイスクからの反射光を、レンズ及び平板を介
して光源たる半導体レーザーに帰還させ、半導体
レーザーの出力光の変化をデイテクターで検出す
るように構成されたスクープ方式のものが知られ
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
光デイスク用レンズシステムは、その合焦やト
ラツキング動作の際、半導体レーザー及び対物レ
ンズが一体となつて作動するので、制御信号に対
する応動性をよくするために、光デイスク用レン
ズシステムの構成要素は、これをできるだけ小型
軽量化することが望ましい。また、一般にこのシ
ステムのレンズ系は光源からのレーザー光をコリ
メートレンズで一たん平行光束にしたのち、この
平行光束を対物レンズでほぼ回折限界内に納まる
ように収差補正が行われるので、このようなレン
ズ系では、一般にコリメートレンズと対物レン
ズ、その他複数の調整部品が必要であり、そのた
めシステムの性能劣化を起し易く、またコスト高
の要因となる。さらに、光デイスク用レンズは、
高密度に記録されたデイスク上の信号を読み取る
のに少なくとも1μ程度の分解能を必要とし、そ
の上、調整によるばらつきを考慮した必要な範囲
の光学特性を補正するために正弦条件の補正が重
要となり、また、レンズ系とデイスクとの接触を
防止するために作動距離を長くすることが要求さ
れる。
これに加えて、第２図及び第３図を用いて後述
するように、半導体レーザーの放射光はその放射
角のスライスレベルを１／e2で設定したとき、一
般的に、放射角は接合面に垂直な方向には約30゜
前後、接合面に平行な方向には約10゜前後の楕円
状の発光放射パターンを持つたのとなる。このた
め、半導体レーザーからの放射光の使用域を適切
に規定する必要がある。
〔課題を解決するための手段〕
この発明は、コリメートレンズと対物レンズの
作用を有し、前記の諸問題を解決した非球面レン
ズを提供するものである。
この発明の光デイスク用レンズは、半導体レー
ザーと光デイスクとの間に配置され、半導体レー
ザー側の面及びデイスク側の面が共に正の屈折力
を有する非球面からなる光デイスク用レンズであ
り、上記非球面は、下式で示す少なくとも入射高
の10乗に比例する項を含む非球面であつて、上記
半導体レーザー側のNAを0.12〜0.2とし、デイス
ク側のNAが0.4以上になるように構成され、下記
の条件(1)〜(4)を満たすことを特徴とする。
(1) 0.1＜ｆ／I.0＜0.25
(2) −1.0＜K3＜０
(3) 0.5＜（n3−１）／r3・ｆ＜1.0
(4) K4＜−1.0
ただし、
Ｘ：光軸からＨの高さの点に於ける非球面頂点
の接平面からの距離
Ｈ：光軸からの高さ
Ｃ：非球面の頂点の曲率（１／Ｒ）
Ｋ：円錐係数
ｆ：デイスク用レンズの焦点距離
I.0：半導体レーザー発振面からのデイスクの
ピツト面までの距離
r3：単レンズの光源側頂点近傍の曲率半径
n3：単レンズの屈折率
Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：各々の入射高に対する４乗，
６乗，８乗，10乗に比例する項の係数
第１図は、本発明の光デイスク用レンズを用い
たレンズシステムの一例を示しており、このシス
テムは半導体レーザー１、ビームスプリツタ２、
光デイスク用レンズ３及びデイテクター５で構成
されている。尚、符号４はデイスクのカバーガラ
スを示す。光源１からの光はビームスプリツタ
２、レンズ３及びカバーガラス４を通過してデイ
スク上のピツト面に収束し、その反射光の一部が
ビームスプリツタ２で偏向されてデイテクター５
に入射する。
半導体レーザーの発光放射パターンとエネルギ
ーの強度分布を２次元的に表示した第２図及び半
導体レーザーの発光放射パターンのうち、発光軸
上のNA＝0.15に対応するエネルギー強度分布の
３次元図である第３図から推察できるように、半
導体レーザーの発光放射パターンからエネルギー
分布に歪を生ぜしめることなく最大の効率を得る
ためには、半導体レーザー側のNAは0.12〜0.2に
設定することが好ましく、本発明における半導体
レーザー側のNAは理想的数値である0.15程度に
なるように構成される。
ところで、従来この種の光学系は、一般的に、
コリメートレンズ系、対物レンズ系で夫々独自の
補正が行われており、従つて、対物レンズに入射
する光束の条件は、通常I.0＝∞であるため無収
差光として扱われていた。これに対し、第１図に
示すように光学系を構成した場合には、本発明の
対物レンズでは、I.0が0.1＜（ｆ／I.0）＜0.25程度
の有限であり、同時にビームスプリツタ若しくは
透明平板が介在するために、入射光束に予め収差
が存在する。したがつて、後述の実施例ではこの
収差を含めた収差補正を行つている。尚、前記条
件(1)は、特に装置の大きさと正弦条件の補正を示
すものであり、また作動距離WDを大きく保つた
めの条件でもある。
以下、前記の各条件(1)〜(4)について説明する。
(1) 0.1＜（ｆ／I.0）＜0.25
この条件のうち、ｆ／I.0が下限0.1をこえると
装置が大型化してしまい、所期の目的を達成でき
なくなる。また、上限0.25をこえると必要な良像
範囲で正弦条件の補正が困難となる。
(2) −１＜K3＜０
この条件は対物レンズの光源側の非球面の形状
を規定するもので、K3が上限０をこえると必要
な範囲での正弦条件の補正が困難となり、下限−
１をこえると球面収差が増大して中心部の補正が
困難となる。
(3) 0.5＜（n3−１）／r3・ｆ＜1.0
この条件はレンズ形状と対物レンズの光源側の
非球面にかかるパワーを規定するものであり、
（n3−１）／r3・ｆ
が上限1.0をこえると球面収差と軸外収差のバラ
ンスが取れなくなり、また非点収差も増大する。
下限0.5をこえると、球面収差の補正が困難とな
る。
(4) K4＜−1.0
この条件は対物レンズのデイスク側非球面の形
状を規定し、また残存収差のバランスに関するも
のである。この条件を外れると正弦条件が増大
し、軸外のコマ収差が大きくなり、球面収差との
バランスが取れなくなる。
〔実施例〕
焦点距離ｆ＝4.0mm，I.0＝24.15mm
作動距離＝3.0mm，使用波長＝780nm
デイスク側のNA＝0.45、レーザー側のNA＝
0.15
ｆ／I.0＝0.1656，［（n3−１）／r3］・ｆ＝
0.6968
[Industrial Application Field] This invention uses an optical disk lens, more specifically, a semiconductor laser as a light source, and makes it possible to directly direct the synchrotron radiation emitted from the semiconductor laser to an objective lens without passing through a collimating lens system. This invention relates to lenses for optical discs. [Prior art] In a lens system for an optical disk, laser light from a semiconductor laser passes through a lens system and converges on a pit surface on the disk, which is an information recording medium, and the reflected light passes through the lens system again and returns. After part of the light is deflected by a beam splitter,
The light that enters the detector and is configured to obtain a focusing signal or tracking signal, or the reflected light from the disk, is returned to the semiconductor laser that is the light source via a lens and a flat plate, and the output light of the semiconductor laser is changed. A scoop-type device configured to detect this with a detector is known. [Problems to be Solved by the Invention] In an optical disk lens system, the semiconductor laser and objective lens work together during focusing and tracking operations, so in order to improve responsiveness to control signals, It is desirable that the components of an optical disk lens system be made as small and lightweight as possible. Additionally, in general, the lens system of this system uses a collimating lens to collimate the laser beam from the light source, and then corrects aberrations using the objective lens to bring the parallel beam within the diffraction limit. In general, a lens system requires a collimating lens, an objective lens, and a plurality of other adjustment parts, which tends to deteriorate the performance of the system and also causes high costs. Furthermore, lenses for optical discs are
A resolution of at least 1μ is required to read the signals recorded on a disk with high density, and in addition, it is important to correct the sine condition in order to correct the optical characteristics within the necessary range, taking into account variations due to adjustment. Furthermore, it is required to increase the working distance to prevent contact between the lens system and the disk. In addition, as will be described later with reference to FIGS. 2 and 3, when the radiation angle of a semiconductor laser is set at a slice level of 1/e 2 , the radiation angle is generally It has an elliptical emission radiation pattern of about 30 degrees in the direction perpendicular to the surface and about 10 degrees in the direction parallel to the joint surface. Therefore, it is necessary to appropriately define the usage range of the emitted light from the semiconductor laser. [Means for Solving the Problems] The present invention provides an aspherical lens that has the functions of a collimating lens and an objective lens, and solves the above-mentioned problems. The optical disk lens of the present invention is arranged between a semiconductor laser and an optical disk, and the surface on the semiconductor laser side and the surface on the disk side are both aspherical surfaces having positive refractive power. The aspherical surface is an aspherical surface including a term proportional to at least the 10th power of the incident height as shown in the following formula, and the NA on the semiconductor laser side is set to 0.12 to 0.2, and the NA on the disk side is set to be 0.4 or more. It is characterized by satisfying the following conditions (1) to (4). (1) 0.1＜f／I.0＜0.25 (2) −1.0＜K3＜0 (3) 0.5＜(n3−1)／r3・f＜1.0 (4) K4＜−1.0 However, X: Optical axis Distance of the aspherical apex from the tangent plane at a height of H from H: Height from the optical axis C: Curvature of the aspherical apex (1/R) K: Conic coefficient f: Disc lens Focal length I.0: Distance from the semiconductor laser oscillation surface to the pit surface of the disk r3: Radius of curvature near the apex on the light source side of the single lens n3: Refractive index of the single lens D, E, F, G: Each incident height 4th power for
Coefficients of terms proportional to the 6th power, 8th power, and 10th power Figure 1 shows an example of a lens system using the optical disk lens of the present invention, and this system includes a semiconductor laser 1, a beam splitter 2,
It is composed of an optical disc lens 3 and a detector 5. Incidentally, the reference numeral 4 indicates a cover glass of the disk. The light from the light source 1 passes through the beam splitter 2, the lens 3, and the cover glass 4, and converges on the pit surface on the disk, and a part of the reflected light is deflected by the beam splitter 2 and sent to the detector 5.
incident on . Figure 2 is a two-dimensional representation of the emission radiation pattern and energy intensity distribution of the semiconductor laser, and a three-dimensional diagram of the energy intensity distribution corresponding to NA=0.15 on the emission axis of the emission radiation pattern of the semiconductor laser. As can be inferred from Fig. 3, in order to obtain the maximum efficiency without causing distortion in the energy distribution from the emission radiation pattern of the semiconductor laser, it is preferable to set the NA on the semiconductor laser side to 0.12 to 0.2. In the present invention, the NA on the semiconductor laser side is configured to be approximately 0.15, which is an ideal value. By the way, conventional optical systems of this type generally have the following characteristics:
Each of the collimating lens system and objective lens system performs its own correction, and therefore, the condition of the light beam incident on the objective lens is usually I.0 = ∞, so it is treated as aberration-free light. On the other hand, when the optical system is configured as shown in FIG. Due to the presence of a pritter or a transparent flat plate, an aberration already exists in the incident light beam. Therefore, in the embodiments described later, aberration correction including this aberration is performed. Note that the above condition (1) particularly indicates the correction of the size of the device and the sine condition, and is also a condition for keeping the working distance WD large. Each of the above conditions (1) to (4) will be explained below. (1) 0.1<(f/I.0)<0.25 Among these conditions, if f/I.0 exceeds the lower limit of 0.1, the device will become larger and the intended purpose will not be achieved. Moreover, if the upper limit of 0.25 is exceeded, it becomes difficult to correct the sine condition within the necessary good image range. (2) -1<K3<0 This condition defines the shape of the aspheric surface on the light source side of the objective lens. If K3 exceeds the upper limit of 0, it will be difficult to correct the sine condition within the necessary range, and the lower limit -
When the value exceeds 1, spherical aberration increases and correction at the center becomes difficult. (3) 0.5<(n3-1)/r3・f<1.0 This condition defines the lens shape and the power applied to the aspheric surface on the light source side of the objective lens, and (n3-1)/r3・f is When the upper limit of 1.0 is exceeded, spherical aberration and off-axis aberration cannot be balanced, and astigmatism also increases.
If the lower limit of 0.5 is exceeded, it becomes difficult to correct spherical aberration. (4) K4<-1.0 This condition defines the shape of the disk-side aspheric surface of the objective lens and also concerns the balance of residual aberrations. If this condition is exceeded, the sine condition increases, and off-axis coma aberration increases, making it impossible to balance it with spherical aberration. [Example] Focal length f = 4.0mm, I.0 = 24.15mm Working distance = 3.0mm, wavelength used = 780nm NA on the disk side = 0.45, NA on the laser side =
0.15 f/I.0=0.1656, [(n3-1)/r3]・f=
0.6968
K3＝−8.5853866×10-1，K4＝−6.2110075
D3＝−8.3327857×10-4，D4＝−3.1014688×10-4
E3＝−6.9448723×10-5，E4＝−1.9061671×10-7
F3＝−9.7069511×10-8，F4＝−4.4747167×10-7
G3＝−1.4450908×10-9，G4＝5.3610090×10-8
〔発明の効果〕
この発明によれば、光デイスク用レンズシステ
ムを、その性能劣下を招くことなく小型軽量化す
ることができ、従来の諸問題を解消することがで
きる。また、半導体レーザーの発光放射パターン
からエネルギー分布に歪を生ぜしめることなく最
大の効率を得ることができる。 K3=-8.5853866×10 -1 , K4=-6.2110075 D3=-8.3327857× 10-4 , D4=-3.1014688× 10-4 E3=-6.9448723× 10-5 , E4=-1.9061671× 10-7 F3=- 9.7069511 × 10 -8 , F4 = -4.4747167 It is possible to reduce the size and weight without causing deterioration, and it is possible to solve the various problems of the conventional technology. Also, maximum efficiency can be obtained from the emission radiation pattern of the semiconductor laser without causing distortion in the energy distribution.
第１図は本発明のレンズを用いた光デイスク用
レンズシステムの一例を示す断面図、第２図は半
導体レーザーの発光放射パターンとエネルギーの
強度分布を２次元的に表示した強度分布図、第３
図は半導体レーザーの発光放射パターンのうち、
発光軸上のNA＝0.15に対応するエネルギー強度
分布の３次元図、第４図は実施例の収差曲線図で
ある。
１…半導体レーザー、２…ビームスプリツタ
ー、３…非球面レンズ、r3…非球面レンズの光源
側非球面、r4…非球面レンズのデイスク側非球
面。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an optical disk lens system using the lens of the present invention, FIG. 2 is an intensity distribution diagram two-dimensionally displaying the emission radiation pattern and energy intensity distribution of a semiconductor laser, and FIG. 3
The figure shows the emission radiation pattern of a semiconductor laser.
A three-dimensional diagram of the energy intensity distribution corresponding to NA=0.15 on the emission axis, and FIG. 4 is an aberration curve diagram of the example. 1...Semiconductor laser, 2...Beam splitter, 3...Aspherical lens, r3...Aspherical surface on the light source side of the aspherical lens, r4...Aspherical surface on the disk side of the aspherical lens.
Claims (1)
れ、半導体レーザー側の面及びデイスク側の面が
共に正の屈折力を有する非球面からなる光デイス
ク用レンズであり、上記非球面は、下式で示す少
なくとも入射高の10乗に比例する項を含む非球面
であつて、上記半導体レーザー側のNAを0.12〜
0.2とし、デイスク側のNAが0.4以上になるよう
に構成され、下記の条件(1)〜(4)を満たすことを特
徴とする光デイスク用レンズ。 (1) 0.1＜ｆ／I.0＜0.25 (2) −1.0＜K3＜０ (3) 0.5＜（n3−１）／r3・ｆ＜1.0 (4) K4＜−1.0 ただし、 Ｘ：光軸からＨの高さの点に於ける非球面頂点
の接平面からの距離 Ｈ：光軸からの高さ Ｃ：非球面の頂点の曲率（１／Ｒ） Ｋ：円錐係数 ｆ：デイスク用レンズの焦点距離 I.0：半導体レーザー発振面からのデイスクの
ピツト面までの距離 r3：単レンズの光源側頂点近傍の曲率半径 n3：単レンズの屈折率 Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：各々の入射高に対する４乗，
６乗，８乗，10乗に比例する項の係数[Scope of Claims] 1. An optical disk lens disposed between a semiconductor laser and an optical disk, the surface on the semiconductor laser side and the surface on the disk side both being an aspherical surface having positive refractive power; The spherical surface is an aspherical surface including at least a term proportional to the 10th power of the incident height as shown in the formula below, and the NA on the semiconductor laser side is 0.12 to 0.12.
0.2, and is configured so that the NA on the disk side is 0.4 or more, and satisfies the following conditions (1) to (4). (1) 0.1＜f／I.0＜0.25 (2) −1.0＜K3＜0 (3) 0.5＜(n3−1)／r3・f＜1.0 (4) K4＜−1.0 However, X: Optical axis Distance of the aspherical apex from the tangent plane at a height of H from H: Height from the optical axis C: Curvature of the aspherical apex (1/R) K: Conic coefficient f: Disc lens Focal length I.0: Distance from the semiconductor laser oscillation surface to the pit surface of the disk r3: Radius of curvature near the apex on the light source side of the single lens n3: Refractive index of the single lens D, E, F, G: Each incident height 4th power for
Coefficients of terms proportional to the 6th, 8th, and 10th powers
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1112514A JPH02118508A (en) | 1989-05-01 | 1989-05-01 | Lens for optical disk |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1112514A JPH02118508A (en) | 1989-05-01 | 1989-05-01 | Lens for optical disk |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24028084A Division JPS61118708A (en) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | Lens for optical disk |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02118508A JPH02118508A (en) | 1990-05-02 |
| JPH0429048B2 true JPH0429048B2 (en) | 1992-05-15 |
Family
ID=14588556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1112514A Granted JPH02118508A (en) | 1989-05-01 | 1989-05-01 | Lens for optical disk |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH02118508A (en) |
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| US6639889B1 (en) | 1997-02-13 | 2003-10-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Recording/reproducing apparatus including an optical pickup having an objective lens compatible with a plurality of optical disk formats |
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|---|---|---|---|---|
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-
1989
- 1989-05-01 JP JP1112514A patent/JPH02118508A/en active Granted
Also Published As
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