JPH01154013A - 集光レンズ - 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】 く技術分野〉 本発明は集光レンズに関し、特に光ディスク、ビデオデ
ィスク、コンパクトディスク等の光メモリ装置における
記録・再生用の対物レンズとして好適な集光レンズに関
する。

〈従来技術〉 この種のレンズは通常ガラス又はプラスチック材料で作
られる。そして、光メモリ装置等において、トラッキン
グやフオーカツレンズの高速化や装置の小型化が望まれ
るに当り、集光レンズの小型軽量化を図る必要がある。

又、この種のレンズの製作に関して、加工時の面と面の
平行偏心及び傾き偏心による軸ずれ、或は組立て時に発
生する偏心等か、レンズ性能をかなり低下させる。

しかしながら、従来の集光レンズは十分に小型軽量であ
るとは言えず、又、上述の平行偏心や傾き偏心、又は組
立て時の偏心を考慮して設計したレンズは殆どない。

特に、ガラスレンズか、耐熱性、耐湿性、耐久性の点で
プラスチックレンズより有利であるにも係らず、ガラス
の比重かプラスチックの比重に比べて２〜５倍ある為に
ガラスレンズは小型・軽量化には不向きとされていた。

従って、上記長所を生かし、且つ軽量化されたガラス対
物レンズも望まれている。

〈発明の概要〉 本発明の目的は、上記従来の欠点を解消し、小型軽量で
且つ収差が良好に補正された集光レンズを提供すること
にある。

又、本発明の更なる目的は、゛レンズ加工時に生じる面
と面の軸ずれ及びレンズ自身の偏心による性能劣化を設
計上極めて小さくした集光レンズを提供することにある
。

上記目的を達成する為に、本発明の集光レンズは、両面
非球面の単レンズであって、第１面の頂点近傍の曲率半
径をＲ１、第２面の頂点近傍の曲率半径をＲ２、レンズ
の軸上肉厚をＤ、レンズの屈折率をＮ、レンズの焦点距
離をＦ、とする時、 （１）　　０．６０≦Ｒ１／Ｆ≦０．７２（２）−４，
１０≦Ｒ２／Ｆ≦−２，２０（３）　　０．４２≦　Ｄ
／Ｆ≦０．５５（４）　　　１．４７≦　　Ｎ　≦１．
５８を満たすことを特徴としている。

特に本集光レンズを光メモリ装置の対物レンズとして用
いる場合、第１面を光源側（例えば半導体レーザ側）、
第２面を光ディスク等の記録担体側に配する。

又、第１面（シ＝１，２）における有効径の１０割、７
割、５．割での第ν面非球面とＲν（シ＝１，２）で決
められる球面との光軸方向の差を、各々△ν（１０）、
△ν（７）、△ν（５）とする時、 （５）０．００８０≦Δ１（１０） ≦０．０２６０ （６）０．０００２≦Δ１（７） ≦０．００７０ （７）−０，０００４≦Δ１（５） ≦０．００２４ （Ｓ）０．０≦Δ２（１０）≦０．００９０（９）−０
，００３３≦Δ２（７） ≦０．００３７ （１０）−０，００１９≦Δ２（５） ≦０．００１６ を満たすことにより、更に軸上及び軸外の収差を良好に
補正できる。

但し、上記△１　（１０）、△２（１０）。

△１（７）、△２（７）、△１（５）、△２（５）の値
はいずれも、光軸からレンズの径（軸外）周辺方向へ遠
ざかるに従って非球面の曲率か弱くなる方向を正として
いる。

又、レンズ加工時に生じる面と面の軸ずれ及びレンズ自
身の偏心等による性能劣化が小さい集光レンズを設計可
能とした。

又、本発明によれば、硝材にガラスを使用したガラスレ
ンズとしても、非常に軽量な集光レンズとなる。

本発明の更なる特徴は後述する実施例に記載されている
。

〈実施例〉 本発明の集光レンズは、第１面及び第２面が共に非球面
で構成されるものであり、本発明ては、この非球面を便
宜上 なる式で表わすことにする。ここで、Ｈνは集光レンズ
の第ν面での光軸からの高さであり。

Ｘは光軸から高さＨνの非球面上の点の非球面頂点を通
る接平面からの光軸方向の距離を、Ｒνは第ν面での非
球面頂点近傍の曲率半径を、Ｋνは第ν面での円錐定数
、Ａｌ１は第ν面の非球面係数を示す。

第１図には本発明の集光レンズの一例を示すレンズ断面
図が描かれている。

同図において、１は両面非球面の集光レンズで、２は光
ディスクである。不図示の半導体レーザは集光レンズｌ
の左側の所定位鐙にあり、半導体レーザからのレーザ光
が集光レンズｌにより光ディスク２に集光される。即ち
、ここで本集光レンズｌは光デイスク間の対物レンズと
して作用する。

この集光レンズ１は、ガラスを硝材として設計加工され
たものであるが、レンズ単体の重量かわずかｏ、０６ｇ
と極めて軽量化されている。通常のプラスチックレンズ
の重量が約０．１ｇであるから、いかにこの集光レンズ
か軽いかが理解できるであろう。

又、本発明の集光レンズをプラスチックで構成すれば更
に効果的であり、用途に従い材料の選択が必要である。

第１図の集光レンズは回折限界に近い光学性能を有して
おり、軸上及び軸外の収差を良好に補正したものである
。又、加工時の面と面の軸ずれ及びレンズ単体の偏心に
よる性能劣化の敏感度を小さく抑えている。

以上の効果を享受する為、第１図に示す集光レンズは、
前記（１）〜（ｌＯ）式を満たしている。

以下１本発明の集光レンズの特徴を成す、前記（１）〜
（ｌＯ）式に関して説明を行なう。

第１面に関する条件式（１）の下限値をこえると、球面
収差が補正不足となる。また、曲率がきつくなるので周
辺部の非球面加工もむすかしくなる。一方、上限値をこ
えると球面収差の補正過剰として残る。第２面に関する
条件式（２）の下限値をこえるとコマ収差が悪化する。

一方、上限値をこえた場合は、軸外性能の悪化にともな
い、偏心コマ収差（１９６２年応理学講演会松居による
）が大きく発生し加工時１組立時において性能劣化が著
しくなる。条件式（３）はレンズの肉厚りに関するもの
で、下限をこえるとレンズ周辺部でのコバがとれなくを
Ｄ、逆に上限値をこえると、ＷＤ（作動圧Ｍ）の確保が
むずかしくなりレンズ単体の重量も重くなる。従って、
トラッキング及フオーカシグの駆動に対して不利となる
。条件式（４）はレンズの屈折率Ｎに関するものであり
、下限値をこえると、球面収差が補正過剰とをＤ、偏心
コマ収差か発生しやすくなる。一方、上限値をこえると
、十分な作！ｌＪ”ｉ離を確保できなくなる。また（５
）〜（７）式は、第１面の有効径１０割、７割、５割で
の非球面量を示す条件式であり、下限値をこえると、外
向性のコマ収差の補正が困難にをＤ、逆に上限値をこえ
ると。

球面収差が補正過剰となる。（８）〜（１０）式は第２
面における有効径１０割、７割、５割での非球面量を示
す条件式であり、下限値をこえると内向性のコマ収差が
発生し、偏心非点収差（１９６２年応用物理学講演会松
居による）が発生しやすくなる。一方、上限値をこえる
と、球面収差が補正過剰となる。

次に、本発明の集光レンズの数値実施例を表１、表２に
示す。

表１及表２において、Ｆは本集光レンズの焦点距離、Ｎ
Ａは本集光レンズの像側（第１図の光デイスク側）の開
口数、βは近軸横倍率、Ｒ１とＲ２は夫々第１面と第２
面のベース曲面の曲率半径、Ｄは本集光レンズの軸上肉
厚、ＷＤは作動距離、Ａはディスク厚（第１図参照）、
Ｎ、ｎは使用波長（入＝７８０ｎｍ）における本集光レ
ンズとディスクの屈折率である。

又、先に（１１）式で示した非球面の式により各面の非
球面を表わしており、非球面係数Ａνｉ及円錨定数にν
か記載されている。

そして、前記（１）〜（ｌＯ）の条件式の値も参考の為
に記載している。

（以下′余；白） し」 表１ （第１実施例） Ｆ、＝　　ｌ　　　　ＮＡ＝０．４５　　　　２ＷＲ１
＝０．６７９　　　　　ｎ＝０．５０　　　　　Ｎ＝Ｉ
Ｒ２＝−２，７８７ＷＤ＝０．５２ ｔ　　＝０．３３　　　　　　ｎ＝Ｉ Ａ、３＝２．１０５８９Ｄｘ１０　　Ａ、５シ１．４２
１２２Ｄｘ１０　　Ａ１．＝−に２コ−５，１４ｊ２５
Ｄ　　　Ａ２４＝　１．４０４７２き１０Ａ２６＝Ａ２
５　＝５．７０３３８Ｄｘ１０　　Ａ２５　＝７．５６
２８８Ｄｘ１０　＝　Ａ２７＝（１１Ｒｙ’１’＝　０
．６７９　　　１５）Δ１（１ｏ）、ｎ＝　０．０１３
５（２１Ｒ２／′Ｆ＝−２，７８７（６）へ、　（７）
／Ｆ＋＝　０．００２１（５１ＶＦ＝　ｏ、　ｓｏ　　
　　（ｙ）△’　（”）／Ｆ＝０．０００４ｒ４１　Ｎ
　＝　１．５７６４５　　１８）△２　（１０）、／Ｆ
＝　０．００４７（９）△２　（７）／Ｆ＝０．００１
７（１０）Δ２（５）／Ｆ＝　０．０００６＝２゜ 、５７６４５ ．５５０００ ６９４ＤｘＩ　Ｄ　　Ａ、ａ　＝６−５す３４Ｄｘ１０
　　Ａ、、。シ５．６１１０５Ｄ−６，５３８９９Ｄｘ
１０　　Ａ１．＝−１，４５４０５Ｄ９．６５８０４Ｄ
ｘ１０　　　Ａ２８＝　８．９０４７３Ｄ　　　　Ａ２
．。＝−５，６８５０８ＤｘｌＯ−９，６１０４９Ｄ　
　　　Ａ２９＝２　、４５９４２Ｄｘ１０表２ （第２実施例） Ｆ　　＝　　Ｉ　　　　　　ＮＡ＝０．４５　　　　　
２Ｗ＝２゜Ｒ１＝０．６９３　　　　　　ｎ＝０．５１
　　　　　Ｎ＝１．５７６４５Ｒ２＝　−２，５０７Ｗ
Ｄ＝０．５２ ｔ＝０．３５　　　　　ｎ＝１．５５０００に１＝　１
．４９９９９Ｄｘ１０−’　Ａ、４＝−１７９６４０Ｄ
ｘ１０−１Ａ１６＝−２，７９２５８Ｄｘ１０−’Ａ４
．＝８．３６５０５］）ｘｌｏ　　Ａ１５＝−１，０９
０９７Ｄｘ１０　　Ａ１．＝−１，０２９８３ＤＫ２＝
９．０４７８０Ｄ　　　Ａ２４＝４．８９０９８ＤＸ１
０　　Ａ２６＝１．７５４７１ＤＡ２５＝　２．４７４
５５Ｄｘ１０−’　ａ２５＝　６．６２４２２Ｄｘ１０
−’　Ａ２７＝−９，０７７２０Ｄｍ　ｐｔ１／ｙ＝　
０．６９３　　１５）Ａ１　（１０）／Ｆ　＝　０．０
１１２＋２１　Ｒ２／Ｆ　＝　−２，５０７（６）Ａ１
（７）／Ｆ　＝　０．００１２１３１Ｄ／Ｆ＝０．５１
　　　（７）Ａ１（５）／ｐ＝０．０（４）　　Ｎ　　
＝　１．５ｙ６ａｓ　　（８１△２　（１０）／Ｆ　＝
　０．００６７（９）Ａ２　（７）／Ｆ＋＝　０．００
２７（１０）Ａ２　（５）／Ｆ　＝　ｏ、ｏｏｌｌＡ、
８＝　４．０５８５５Ｄ　　　　Ａ１１ｏ＝−４，４６
３１６ＤＡ１．＝−５，０７０２９Ｄ Ａ２Ｂ＝　７．９１６４３Ｄ　　　　Ａ２１０　＝−５
、４８６２７ＤＸ１０Ａ２９＝　３．０９１６２ＤＸ１
０ 第２図及び第３図は、夫々上記表１と表２の数値実施例
が示す集光レンズの収差図である。

ここでは１球面収差と非点収差、及び歪曲収差を示して
おり１図中、Ｓはサジタル方向における収差、Ｍはメリ
ジオナル方向における収差を示す。

第２図及び第３図から明らかな通り、本発明の集光レン
ズは、軸上及び軸外の収差を極めて良好に補正できる。

その上、本発明では前述の条件を満足させたことにより
、小型軽量なレンズを提供し、ガラスレンズであっても
ｏ、０６ｇと、非常に軽い集光レンズを作ることが可能
になった。

〈発明の効果〉 以上１本発明によれば諸収差を良好に補正し、ガラスを
硝材とした時でさえレンズ単体重量が０．０６ｇと非常
に榔い集光レンズを提供した。これにより、従来、重量
てはプラスチックを使用する方が有利であったが１本発
明によりガラス対物レンズのメリットであった耐熱性、
耐久性、耐湿性の長所を持ち、かつ軽量な光デイスク用
対物レンズの実現ができた。又、言うまでもなく本発明
の集光レンズにプラスチックを使用すればさらに軽量化
がはかれる。

′　　更にレンズ加工時に生じる面と面の軸ずれ及びレ
ンズ単体の偏心による性能劣化の敏感度を小さくしたの
で、レンズ加工及び調整を容易にした。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による集光レンズの一例を示す断面図、 第２図は表１で示す第１実施例の集光レンズの収差図、 第３図は表２で示す第２実施例の集光レンズの収差図で
ある。 １−・・本集光レンズ ２・・・光ディスク Ｒｌ　−・・光源側の曲率半径 Ｒ２・・・ディスク側の曲率半径 Ｄ・・・対物レンズの肉厚 Ｎ・・・ｄｖｊ、ての屈折率 ＷＤ・・・作動距離 ｔ・・・ディスクの肉厚 ｎ・・・ディスクのｄｉでの屈折率

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）両面非球面の単レンズであって、第１面の頂点近
   傍の曲率半径をＲ１、第２面の頂点近傍の曲率半径をＲ
   ２、該レンズの軸上肉厚をＤ、該レンズの屈折率をＮ、
   該レンズの焦点距離をＦとする時、以下の条件を満たす
   ことを特徴とする集光レンズ。 （１）０．６０≦Ｒ１／Ｆ≦０．７２ （２）−４．１０≦Ｒ２／Ｆ≦−２．２０ （３）０．４２≦Ｄ／Ｆ≦０．５５ （４）１．４７≦Ｎ≦１．５８ （２）第ν面における有効径第１０割、７割、５割での
   非球面とＲνで決められる球面との光軸方向の差を各々
   △ν（１０）、△ν（７）、△ν（５）とする時、以下
   の条件を満たすことを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の集光レンズ。 （５）０．００８０≦Δ１（１０） ≦０．０２６０ （６）０．０００２≦Δ１（７） ≦０．００７０ （７）−０．０００４≦Δ１（５） ≦０．００２４ （８）０．０≦Δ２（１０）≦０．００９０（９）−０
   ．００３３≦Δ２（７） ≦０．００３７ （１０）−０．００１９≦Δ２（５） ≦０．００１６ 但し、Δν（１０）、Δν（７）、Δν（５）の値は、
   いずれも光軸から径周辺方向に遠ざかるにつれて非球面
   の曲率が弱くなる方向を正とする。