JP2601505B2

JP2601505B2 - 情報記録再生光学系

Info

Publication number: JP2601505B2
Application number: JP63069858A
Authority: JP
Inventors: 文朗川口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH01245439A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、情報を光学的に記録、再生及び／または消
去する光学的情報再生装置とその記録媒体を含めた情報
記録再生光学系に関するものである。

［従来の技術］近年、半導体レーザ光により記録再生を行う光情報処
理装置において、高密度記録メモリとして実用化へ向け
て盛んに研究、開発が行われている。

第11図は光ディスク装置に用いられている光ヘッドの
構成を説明する概略図である。第11図において、１は半
導体レーザ、1₁は半導体レーザ１のレーザチップ、1₂は
半導体レーダ１の光束出射窓の平行平面板、２はコリメ
ータレンズ、３はビームスプリッタ、４は対物レンズ、
５は光ディスク、5₁は光ディスク５の透明基板、5₂は光
ディスク５の情報記録面、5₃は光ディスク５の支持基
板、６は集光レンズ、７は光検出器である。

半導体レーザチップ1₁から出射した光束は、光束出射
窓の平行平面板1₂を通り、コリメータレンズ２によって
平行光束とされ、ビームスプリッタ３を通過し対物レン
ズ４で光ディスク５の情報記録面5₂上に微小なスポット
として結像される。尚、一般にはコリメータレンズ２と
対物レンズ４の焦点距離は４〜6mmのものが多い。

また、光ディスク５の情報記録面5₂からの反射光は、
再び対物レンズ４によって平行光束となり、そしてビー
ムスプリッタ３で反射され、集光レンズ６を経て、光検
出器７に達する。これにより、公知の方法を用いて、RF
信号の検出，フォーカス制御，トラッキング制御などが
行われる。また、この系によって同様に情報の記録・消
去も行われる装置もある。

［発明が解決しようとする問題点］このような従来の装置に用いられている光ヘッドに
は、以下のような欠点がある。

光ディスク装置では、情報記録媒体5₂上に半導体レー
ザ１から出射されるレーザー光を直径１μｍ程度に絞る
必要がある。従って、前記対物レンズ４のNA（開口数）
は0.5程度が要求される。光ディスク５においては、前
記透明基板5₁にはポリカーボネートやポリメチルメタク
リレートやガラスが使用され、その厚さは1.2mmと規格
化されている。また、前記平行平面板1₂の厚さは一般に
0.3〜0.4mmの厚さである。従って、前記コリメータレン
ズ２と前記対物レンズ４に同一のレンズを使用する場
合、そのレンズは0.3〜0.4mmの厚さの平行平面板と1.2m
mの平行平面板を介した時に諸収差が充分に補正されて
いなければならない。しかし実際は、上述した条件を満
足し、且つ、NAが0.5程度のレンズは存在せず、前記コ
リメータレンズ２と前記対物レンズ４を同一のレンズで
実現することは不可能であった。従って、従来例におい
ては、前記コリメータレンズ２と前記対物レンズ４は各
々異なるレンズを用いていた。この為に、部品の種類が
増えたコスト高を招く欠点があった。

しかし、敢えて、前記コリメータレンズ２と前記対物
レンズ４に同一のレンズを用いるならば、以下に述べる
手段が考えられる。通常、前記透明基板5₁の厚さは、前
記平行平面板1₂の厚さよりも厚いので、レンズは前記透
明基板5₁の厚さに合わせて設計し、そのレンズを前記対
物レンズ４に用いる。他方、前記コリメータレンズ２に
は、前記半導体レーザ１と前記コリメータレンズ２との
間に、前記透明基板5₁と前記平行平面板1₂の厚さの差を
補正するような肉厚補正板を配置することにより、前記
対物レンズ４を用いる。

ところが、このような方法を用いても現実には前記肉
厚補正板の厚みが非常に薄いため製造が困難である上
に、部品の種類を増加し製造においてのコスト高を招く
欠点があった。

又、上記問題点は光ディスクのみならず、光カードに
おいても同様に生じていた。即ち、光カードの外径寸
法，厚さ，構造等はまだ規格化されてはいないが、キャ
ッシュカードやクレジットカード等に使用されている磁
気カードのサイズに合わせて、前記外径寸法を85.6mm×
54.0mm程度、前記厚さを0.8mm程度としたものが多い。
また、光カードの基本構造は、第２図に示すように、透
明基板8₁,情報記録媒体8₂,支持基板8₃からなるサンドイ
ッチ構造のものが多い。前記支持基板8₃の厚さは、光カ
ードの構造上の安定性から少なくとも0.2mm以上は必要
である。他方、前記透明基板8₁の厚さは、情報の記録再
生時におけるゴミやキズの影響を考えると0.3mm以上が
必要であり事情は同様である。また特に、光カードはそ
の使用用途から光ディスクに比べて装置自体も安価であ
ることが要求されるので、上記問題点の解決が望まれて
いた。

［問題点を解決するための手段］本発明の目的は、前述した問題点を解決し、コストの
安い光学的情報記録再生装置を提供することの可能な情
報記録再生光学系を提供することにある。

以上のような目的は光源と、該光源の光束出射窓とし
て機能する光学部材と、前記光源から出射された光束を
平行光束にする第１の光学手段と、前記平行光束を所定
面上に集光する第２の光学手段と、前記所定面上に設け
られた透明基板と、前記所定面からの反射光束を検出す
る手段とを有する光学系であって、前記第１の光学手段と前記第２の光学手段とが同一の
光学素子により構成され、かつ前記光源光束出射窓用光
学部材の厚さT₁と前記所定面上に設けられた透明基板の
厚さT₂の関係がである情報記録再生光学系により達成される。

［作用］上記関係を有するように前記光学部材の厚さと前記透
明基板の厚さを構成することにより、同一のレンズを用
いることができ、かつ収差補正の問題を解決することが
できる。

［実施例］以下、本発明に係る情報記録再生光学系について図面
に基づき詳細に説明する。なお、以下の実施例として
は、記録媒体として光カードを採用した場合の実施例に
ついて説明する。

第１図は、本発明の情報記録再生光学系を使用した光
カード記録再生装置の光ヘッドの実施例を示す概略図で
ある。第１図において、１は半導体レーザ、1₁は半導体
レーザ１のレーザチップ、1₂は半導体レーザ１の光束出
射窓の平行平面板、２はコリメータレンズ、３はビーム
スプリッタ、４は対物レンズ、８は光カード、8₁は光カ
ード８の透明基板、8₂は光カード８の情報記録面、8₃は
光カード５の支持基板、６は集光レンズ、７は光検出器
である。

半導体レーザチップ1₁から出射した光束は、光束出射
窓の平行平面板1₂を通り、コリメータレンズ２によって
平行光束とされ、ビームスプリッタ３を通過し、対物レ
ンズ４で光カード８の情報記録媒体8₂上に微小なスポッ
トとして結像される。光カード８の情報記録媒体8₂から
の反射光は、再び対物レンズ４によって平行光束とな
り、ビームスプリッタ３で反射され、集光レンズ６を経
て、光検出器７に達する。これにより、公知の方法を用
いてRF信号の検出、フォーカス制御、トラッキング制御
などが行われる。また、この系によって同様に情報の記
録・消去も行なうことができる。

なお、本実施例に係る光カード８の構成は前述の第２
図に示した構成と同様である。

第３図は、本実施例により達成され得る光学系の効果
を説明するための図で、100は片側の面が平面の非球面
単レンズ、101は平行平面板である。以下、前記非球面
単レンズ100で前記平行平面板101の厚さによる諸収差が
どれくらいまで補正可能か、２つの例（例１、例２）を
挙げて説明する。

ここで、前記例１、例２において、ｆは非球面単レン
ズ100の焦点距離、r₁は前記レンズ100の第１面の光軸近
傍の曲率半径、r₂は前記レンズ100の第２面の曲率半
径、ｄは前記レンズ100の軸上肉厚、n₁は波長830nmにお
ける前記レンズ100の屈折率、ｔは平行平面板101の肉
厚、n₂は前記平行平面板101のの屈折率を示す。また、
前記レンズ100の第１面の非球面形状は、面の頂点を原
点とし、光軸をＸ軸、光軸からの高さをH₁とするとき、
回転対称２次曲面をベースとして、H₁の10乗までの項を
含んだ次式で表わされる（下式参照）が、この次数の制
限は便宜的なものでありこれに限られるものではない。
なおk₁は円錐定数である。

尚、以下に示す図においては、物体距離は無限遠に設
定されている。

第４図から第９図は、前記２つの例の球面収差図、非
点収差図及び横収差図であり、Ｍはメリディオナル像
図、Ｓはサジタル像面を示す。

第４図は、例１に示した非球面単レンズ100と平行平
面板101との光学系による収差図である。

第５図は例１に示した前記光学系において、前記平行
平面板101の肉厚ｔを0.7倍すなわちｔ＝0.06521mmとし
た場合の収差図である。

第６図は例１に示した前記光学系において、前記平行
平面板101の肉厚ｔを1.5倍すなわちｔ＝0.13973mmとし
た場合の収差図である。

ここで前記平行平面板101を光カードの透明基板8₁と
し、例１の焦点距離ｆを4.5mmとすると、前記平行平面
板101の肉厚は、第４図では0.42mm、第５図では0.29m
m、第６図では0.62mmとなる。

第７図は例２に示した非球面単レンズ100と平行平面
板101との光学系による収差図である。

第８図は例２に示した前記光学系において、前記平行
平面板101の肉厚ｔを0.7倍すなわちｔ＝0.0525mmとした
場合の収差図である。

第９図は例２に示した前記光学系において、前記平行
平面板101の肉厚ｔを1.5倍すなわちｔ＝0.1125mmとした
場合の収差図である。

ここで前記平行平面板101を半導体レーザの光束出射
窓の平行平面板1₂とし、例２の焦点距離ｆを4.5mmとす
ると、前記平行平面板101の肉厚は、第７図では0.34m
m、第８図では0.24mm、第９図では0.51mmとなる。

以上、第４図から第９図に示した収差図から、同一の
レンズで半導体レーザの光束出射窓の平行平面板と光カ
ードの透明基板に対しても充分に収差補正が可能である
ことが分かる。

ここで、収差補正可能な前記平行平面板と前記透明基
板の厚さの関係について考えてみると、前記平行平面板
の厚さをT₁、前記透明基板の厚さをT₂とすると、第４図から第６図に示した例からは、第７図から第９図に示した例からは、となる。

ここで、上記（イ）式の導き方を以下に示す。

（１）半導体レーザの窓の厚みは通常0.3〜0.4mmであ
る。（p4,p15参照）（２）光カードの透明保護膜層・光カード全体の厚みが0.8mm程度で、支持基盤に少
なくとも0.2mmは必要な事・保ゴ層表面のキズ・ゴミを考えると0.3mm以上が欲し
い（p15参照）（３）通常コリメータ、対物はｆ＝４〜６で使う（p3参
照）ここで例1,例２（p10,11参照）はｆ＝１の場合であ
り、ｆ＝4.5mmとすれば、ｔはp13〜p14に示す値になる。

第４図，第５図，第６図にて、ｔ＝0.42,0.29,0.63が
示される。この３つの値のどの場合でも、収差が良好で
あるので、コリメータとして、この３つのどれを用いて
も良いが、上記（１）を鑑みてT₁＝0.42とする。

他方この３つのどれを対物としても良いのだから、 0.29≦T₂≦0.63 の上記（イ）式になる。

一般に前記半導体レーザの光束出射窓の平行平板の厚
さは、前述したように0.3〜0.4mmの厚さであり、情報の
記録、再生時における前記透明基板上に付着したゴミや
キズの影響を考慮すると、前記透明基板の厚さは、0.3m
m以上は必要である。

この為に、前記平行平板の厚さT₁と前記透明基板の厚
さT₂の関係は、 T₂≧T₁ であることが、必要である。従って、なる条件が、結局その関係として好適である。

なお、前記実施例においては、非球面単レンズと平行
平面板からなる光学系の場合の例を示したが、本発明は
この構成にのみ限定されるものではなく、前記非球面単
レンズの代わりに、例えば、複数枚の単レンズから成る
レンズの構成など種々の応用が可能である。

又、第10図は本発明の他の実施例である光カード８の
構成を示す概略図（断面図）である。

第10図において、8₄はエアーギャップであり、このよ
うなエアーギャップ8₄を有する光カードにおいても同様
に本発明を実施することが可能である。尚、第10図にお
いては、第２図と同一の部材には、共通の符号を付し
た。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の情報記録再生光学系に
よれば、光学的記録媒体の透明基板（透明保護層）の厚
さと光源（半導体レーザ）の光束出射窓の平行平板の厚
さを前述したような関係となるように構成することによ
り、光ヘッドの光源から出射した光束をコリメートする
為のコリメータレンズとそのコリメートされた光束を光
カードの情報記録媒体上に微小なスポットとして結像す
る為の対物レンズに同一のレンズを使用することが可能
になり、光ヘッドを構成する部品の種類の削減が可能と
なった。又、同一部品を従来の２倍の量製造することと
なるため、量産によるコストの削減も可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により達成され得る光カード記録再生装
置用光ヘッドを示す概略図である。第２図は本発明の実施例である光カードの構成を示す概
略図である。第３図は本発明により達成し得る光学系を説明するため
の図である。第４図から第９図は本発明を説明するための収差図であ
る。第10図は本発明の他の実施例である光カードの構成を示
す概略図である。第11図は従来の光ディスク記録再生装置の光ヘッドを示
す概略図である。１……半導体レーザ２……コリメータレンズ３……ビームスプリッタ４……対物レンズ６……集光レンズ７……光検出器８……光カード 100……光球面単レンズ 101……平行平面板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源の光束出射窓として機能す
る光学部材と、前記光源から出射された光束を平行光束
にする第１の光学手段と、前記平行光束を所定面上に集
光する第２の光学手段と、前記所定面上に設けられた透
明基板と、前記所定面からの反射光束を検出する手段と
を有する光学系であって、前記第１の光学手段と前記第２の光学手段とが同一の光
学素子により構成され、かつ前記出射窓用の光学部材の
厚さT₁と前記所定面上に設けられた透明基板の厚さT₂がの関係にあることを特徴とする情報記録再生光学系。
【請求項２】前記所定面が光カードまたは光ディスクの
情報記録面であり、前記透明基板が前記情報記録面の光
束が入射する側に設けられた透明保護層であることを特
徴とする請求項第１項記載の情報記録再生光学系。