JPS6267740A - 光情報記録媒体の記録・再生光学系用集光光学系 - 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】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は、光源側の開口数の大きい、構成の簡略な光
情報記録・再生用集光光学系に関する。

（従来技術） 光ディスク等の光情報記録媒体への記録・再生装ｆｌｌ
Ｋ用いられる集光光学系で最も一般的なものは、第３図
に示すように、光源４を出た光をコリメータレンズ６で
モ行光にし、対物レンズ２によって情報記録面ｌに集光
させるようにし友ものである。この光学系では、光ディ
スクの面振れ等による焦点ずれに対して対物レンズ２を
光軸方向に動かすことによってフォーカシングを行なっ
ている。

コンパクトディスク再生光学系における対物レンズの代
表的なものは、焦点距離が４．５　ｗ　。

ＮＡが０．４５程度で、特開昭５５−４０６８号公報に
代表されるような２群３枚構成のものである。一方、コ
リメータレンズは、焦点距離が１．７ｗ％ＮＡが０．１
４で１詳２枚構成のものが代表的である。これらの合成
系の結像倍率は−０，２６４７と小さい。

近年、非球面を利用して対物レンズを曝レンズにするこ
とに成功し、広く利用され始めている（光学技術］ンタ
クトＶＯ１，２３、隘７　　Ｐ。

４６５〜）、これによって対物レンズのコストは大幅に
低下したが、さらに一層のコストダウンのためにコリメ
ータヲ曝レンズとすることが要求されてきた。

（この発明が解決しようとする間粗点）コリメータレン
ズを上記仕様のまま単レンズとするため、屈折率１．８
６８８８の硝材で最適設計したものの諸収差図を第４図
に示す０軸上波面収差は０．０７７λｎｍ５（λ＝　７
８　Ｏｎ１ｌｌ）とマレシャル許容＠程度となり、光学
性能として゛は不十分である。

コリメータの焦点距離を長＜　ＬＮＡを小さくすること
によってコリメータヲ曝レンズとしたものは知られてい
るが、この場合、光源光の利用効率の低下を補償するた
め、大出力の光源が必要となってしまう口 この発明は、尋レンズ対物レンズと球面レンズ１枚とい
う簡略な構成で、結像倍率が小さく、光源側の開口数の
大きい光情報記録・再生用集光光学系を得ようとするも
のである。

発明の構成 （問題を解決するための手段） この発明の集光光学系は、光源側から、球面頃レンズで
ある第１レンズ、対物屯レンズである第２レンズからな
り、第２レンズ単独では結像倍率が＝。のとき軸上波面
収差が最も小さくて回折限界性ｌｉ′！ｆｔ存しており
、第１レンズ、第２レンズの合成光学系における第２レ
ンズの結像倍率をｍｏ　　としたときに ｏ、ｏｏ２＜ｍｏ−ｍ、＜ｏ、ｘ２　−・・−（１）を
満足するように第１レンズの屈折力と配置とが選択され
る口 また２ｍ０　　は −０，１（町＜：０．１５　　　　　　・・・・・・セ
）第１レンズの光源と反対側の面の曲率半匝をｒ２、屈
折率をｎｌ、焦点距離を１１として−０，７（ｒ２／ｎ
、１．（−ｇ、４　　　　・・・・・・（３）を満足す
ることが望ましい。

（作用） 周知のように光情報媒体の記録・再生光学系用の集光光
学系は回折限界性能を有する必要がある。すなわち、軸
上物点から発する光束に関して球面収差は十分に補正さ
れていなければならない。従来の光学系においては、コ
リメータ、対物レンズのそれぞれが回折限界性能を有し
ていた。

これに対してこの発明の光学系においては、第１レンズ
暎独では球面収差はアンダーであり、第２レンズでオー
バーな球面収差を発生させ、光学系全体で球面収差を良
好に補正する必要がある。

このような集光系を考える際の通常の設計法は、第２レ
ンズを非球面レンズとする場合は、第２レンズの非球面
係数を変数として自動設計によるｌ！ｋ１１化を行うこ
とが考えられる。この場合、第２レンズ単独では収差が
発生しているため、拳独の検査は非球面を直接測定する
か、波面収差を測定しその収差成分を調べることが必要
であるため、量童には向かない。

現在重版されている非球面対物レンズは平行入射光に関
して回折限界性能を有］７ている（結は倍率富。＝０）
。このような対物レンズを発散光もしくは収斂光で使用
する場合の球面収差変化量は、３次の球面収差に関して
も、池の収差（コマ収差、非点収差、ペラパール和、歪
曲収差、瞳の球面収差）の補正状態に依存しており、直
ち忙その量を推定することは出来ない。平行入射光に対
して収差補正された焦点距離４．５ｆｉ、ＮＡｏ、４５
の両面非球面拳レンズに関して、結像倍率ｍ０　　の変
化と波面収差の変化との関係を第５図に示す口このレン
ズは収斂光に対して球面収差がオーバーになっており、
結像倍率００３でマレシャルの許容１ｍ（０，０７λ）
のオーバーな球面収差を発生していることがわかる。

対物第２レンズを収斂光入射で使用するには、第１レン
ズで光源からの光束を収斂光束にする必要がある。発散
光を千行光にするよりも発散光を収斂光にするほうが球
面収差量は大となる。

この発明の光学系では第１レンズは結像倍率によってあ
″！、シ収差が変化しないものであることが必要である
。この関係全第６図に示す。

横軸に第２レンズの結は倍率ｍ。を、縦軸に波面収差の
自乗平均モ方根ＷＦＥｒｍｓｆとる。ｍｏと第２レンズ
の残留波面収差との関係を曲線１１に、対応する第１レ
ンズの残留波面収差を曲線１２．１３とする。曲線１２
のように第１レンズの収差が結像倍率によってあまり変
化しない場合、曲＠１１と１２の交点近傍では両レンズ
の収差が互に相殺され全系の波面収差が非常に小さくな
る。一方、曲線１３のように第１レンズの収差が結像倍
率によって大きく変化する場合は、曲線１１との交点が
生じないか、生じたとしてもその＠率が設計＠車上非常
に離れている場合は、光学系として成立しなくなる。

第１レンズに関しても同様に、曲線１２．１３がどのよ
うな傾きになるかは、定置的には推定できない。そのた
め、具体的にどのような範囲でこの発明の光学系を実現
できるかを検討の結果、第２レンズ獣独で最も軸上波面
収差が小さいときの結像培率ｍ。と、第１レンズおよび
第２レンズからなる光学系における范２レンズの結＠＠
率ｍ０の間に（１）式を満足する必要があることが明ら
かＫなつ友。

この条件式の上限をこえると球面収差は良好であるが、
正弦条件が著しくオーバーとなシ、回折限界性能を有す
る像高範囲が小さくなる念め、光学系を高精度で組み立
てなければならなくなる。下限をこえると、＠ルンズで
発生する球面収差を補正することが困難となる。

条件（りの上限をこえると第１レンズでの球面収差発生
量が大きくなり、これを無理に第２レンスで補正しよう
とすると条＃　（１）の上限をこえてしまう結果となる
。第２レンズが回折限界性能を有する限り、ｍｏ　　に
関して下限はない。

しかし、条件（２）の下＠をこえると第２レンズの設計
、製？ｒＸが困難になる。また、軸外性能を良好にする
には、第２レンズは両面非球面レンズであることが望ま
しい口 また、第１レンズ単独でも球面収差の発生が少ない形状
であることが望ましく、その友め条件（３）を満足する
ものが良い。

（実施例） 以下、この発明の実施例ｆｔ示す。

表中の記号は、以下のものを示す。

ｒ；：光源側からａｔ番目のレンズ面の頂点曲率生色 ｄｉ：光源側から第ｉ番目のレンズ面間隔ｎ、：光源側
から第ｉ番目のレンズ材料の屈折率シミ：光源側から第
ｉ番目のレンズ材料のｄ線に対するアツベ数 ｆｉ：第ｉレンズの焦点距離 ｆ：第１レンズ、第２レンズの合成系の焦点距離 非球面形状は面の頂点全原点とし、光軸方向をＸ軸とし
た直交座標系において、頂点曲率生色を０１円錐係数を
に１非球面係数をＡｉ、非球面のべき数をＰｉ（Ｐｉ）
０）　とするときで表わす・ なお、表中にはディスクＧに関する直も示しである。

実施例１ ｍ。＝００２４６　　　ｍｏ＝Ｏ ｆ、＝１５．９５　　　　　　　ｆ＝６．３３０６　　
　　　ω 非球面係数・べき数 ｎ１！１ 実施例２ ｍ。＝０．０１３８　　ｍｏ＝Ｏ ｆ、＝１９．３３　　　　　　ｆ＝５．８９３ｒ　ｉｄ
　ｉｎ　ｉｖ　ｉ 非球面係数・べき数 ｎ１！１ 実施例３ ｍｏ＝００】ｏ２　　ｎ′ｉ０；。

ｆ、　＝２１．６３　　　　　　ｆ＝５．６９５非球面
係数・べき数 一＝−０５６２ ｎ１ｆ。

実施例４ ｍ、＝０．０８７２　　　ｍ０＝Ｏ ｆ１＝１５．９２　　　　　　　　ｆ＝２１．７３非球
面係数・べき数 ｎ、、ｙ１ 実施例５ ｍｏ＝００３０１　　　ｍ０＝＝Ｑ ｆ、　＝１４．９４　　　　　　　　ｆ＝３．６９８非
球面係数・べき数 実施例６ ｍ。＝０．００８９　　　ｒｎｏ二〇 ｆ、　＝２１．４　Ｏｆ＝３．８７１ ｒｉｄｉｎｉνｌ 非球面係数・べき数 ｎ、ｊ。

発明の効果 実施例工ないし３は第１図示のように第１レンズと第２
レンズの間隔が８．Ｏｆｆである場合の例で、それぞれ
全系の結＠倍率ｍＴは−０，２６４７、−０，２２２２
、−〇、２である。

実・施例４は第１レンズと第２レンズの間隔が１６ｍと
実施例１ないし３に比して大きい場合で、ｍＴニー０．
２６４７である。

さらに、実施例５．６は第２図示のように写ルンズと第
２レンズの間隔が０．２ｔｍの場合で、四社それぞれ−
０，２６４７、−０２である。

実施例１ないし４は、第２レンズｆｔ勢独で光軸方向に
移動させてフォーカシングさせる光学系に最適でちゃ、
実施例５．６は第１レンズと第２レンズを１体で鏡胴に
組込み、これ全光軸方向に動かしてフォーカシングさせ
る光学系にＦ＆ｉである口 これらの各実施例の諸収差図を第７図ないし第１２図に
示す。同図中ＷＦＥｒｍｓは光源波長全λ−７８０ｎｍ
　として波長単位で表わしである。これらの図から明ら
かなように、軸上球面収差は波面収差が０．０１λｒｍ
ｓ以下と良好である。

また、軸外収差も実施例４が実用上の限界であると考え
られるａは良好である。

更に、実施例１ないし４の築２レンズを光軸に垂直な方
向に移動させたときの波面収差の変化を第１３図に示す
。図中ｔは対物レンズの移動量を表わす。実施例１ない
し３においては、十〇、３１ＤＩないし＋０．５ｍのト
ラッキング全行なっても、波面収差ｔｉ０．０７λ以下
と回折限界性能が医たれており、対物レンズをディスク
にモ行に駆動することによってトラッキング全行つ光学
系に用いても、トラッキングによる集光性能劣化が非常
に少ないことがわかる。

上記の実施例は、すべて乎行光入射を基準に設計した同
一の対物レンズを第２レンズとして用いており、−ａ類
の第２レンズによって様々な結潅倍率、物潅間距離の光
学系を容易に得ることが出来るので、種々の要求に対し
ても第２レンズを共通化して第１レンズだけを設計すれ
ばよいので、製作が困難な非球面レンズを何種類も作る
必要がないという効果も生じる口対物レンズとしての第
２レンズは、上記実施例のような通常の非球面レンズだ
けでなく、特開昭６０−１２６６１６号公報記軟のよう
な非球面外側プロフィルを有する透明プラスチック層を
被着したガラス拳レンズ、不均質媒質レンズ、ホロレン
ズや従来用いられている例えば２群３枚構成のもの等を
用いることも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の集光光学系の構成を示す断
面図、第３図は従来の集光光学系の構成図、第４図は薬
玉コリメータの諸収差図、第５図は非球面レンズの結像
倍率と軸上波面収差の関係図、第６図はこの発明の集光
光学系の説明図、第７図、第８図、第９図、第１０図、
第１１図、第１２図はそれぞれ実施例１ないし６の諸収
差図、第１３図は実施例１ないし４の第２レンズを光軸
と垂直方向に移動させ次ときの波面収差図である。 １：光ディスク（光情報記録媒体） ２：対物レンズ ３：カップリングレンズ ４：光源 ５：絞り ６：コリメータレンズ 特許出願人　　小西六写真工業株式会社出願人代理人　
弁理士　佐　　藤　　文　　男（ほか１名ン 第１図 第２図 第４図 球面収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　非点収差
第　　　５　　　図 肩。 第６図 第　　　７　　　図 球面収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　非点収差
第　　　８　　　図 球面収差　　　　　　正弦条件　　　　　　非点収差Ｗ
ｔ９図 球面収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　非点収差
第１０図 球面収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　非点収差
第１１図 球面収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　非点収差
第１２図 球面収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　非点収差
第　　　１３　　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源側から、球面単レンズである第１レンズ、対物単レ
   ンズである第２レンズからなり、第２レンズ単独では結
   像倍率が＠ｍ＠＿０のとき軸上波面収差が最も小さくて
   回折限界性能を有しており、第１レンズ、第２レンズの
   合成光学系における第２レンズの結像倍率をｍ＿０とし
   たときに０．００２＜ｍ＿０−＠ｍ＠＿０＜０．１２を
   満足することを特徴とする光情報記録・再生光学系用集
   光光学系