JPH02106709A - 非球面対物レンズ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、光デイスク再生光学系用の対物レンズ、特に
フォーカシングやトラッキングのために直接駆動される
に適した非球面対物レンズに関する。

（従来の技術） 光デイスク用の光ヘッドは、レーザ光を光ディスクに照
射し、ディスクからの反射光を信号光としてこれを光電
変換し、信号電流を得ている。

光ディスクにはピット（凹み）が設けられており、ピッ
トがある場合とない場合とでの光ディスクからの反射回
折率の差異による反射光量の差異（およそ１：１０）を
利用して、信号を判別している。

そのため、光ヘツド用の対物レンズとしては、明るく（
開口数が犬）で、なおかつフォーカシングやトラッキン
グのために小型・軽量であることが要求される。

このような要求を満足するために、対物レンズを球面ガ
ラスレンズで構成しようとすれば、多数枚の組合せレン
ズきなり、小型・軽量化を実現することは不可能である
。

そこで、このようなガラスレンズの欠点を克服するため
に、例えば特開昭５７−７６５１２号公報に開示されて
いるように、対物レンズをプラスチック非球面単レンズ
で構成することが行われている。

古ころで、近時、光ディスクには従来の再生専用型の光
ティスフに加えて、追記型光ディスク及び書き換え型光
ティスフが普及している。これら後者二つの記録用の光
ヘットは、高密度で記録するために高エネルギーのレー
ザ光を微小スポットに絞り込まなければならない。その
ため対物レンズの開口数は、０．５〜０．６と高く、ま
た２０ｍＷ〜３０ｍＷの高出力半導体レーザ装置の楕円
ビームを円形に整形して使う必要がある。これに対し、
再生専用の光ヘッドの対物レンズは、開口数は０．４０
〜０．５０で、かつ、半導体レーザ装置の出力は５　ｍ
　ｗで十分である。

しかしながら、従来のプラスチック製の非球面単レンズ
は、再生専用の対物レンズとして設計されたものが多く
、追記型又は書き換え型用の対物レンズとしては適合し
ない難点をもっている。しかも、プラスチック製のレン
ズは、ガラスレンズに比べて種類が少ないため選択でき
る屈折率の範囲に制約を受けることはもとより、温度・
湿度の変化により光学的性質とくに屈折率が敏感に変化
する欠点をもっている。

（発明が解決しよう吉する課題） 本発明は、上記事情を顧慮してなされたもので、再生専
用型光ディスクはもとより追記型及び書き換え型の光デ
イスク用の光ヘツド用に適用できる汎用性を有する非球
面対物レンズを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用） 第１面が正の屈折力かつ第２面が負の屈折力を有する非
球面によって構成される単レンズであって、後述する三
つの光学的条件を満足することにより、耐熱性・耐湿性
を有し、光デイスク用の光ヘッドに用いられる対物レン
ズとして最適なものを得るようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図は、この実施例の非球面対物レンズを示している
。このレンズは、成形型にてレンズ素材を熱間成形した
ものである。そうして、このレンズの側屈折面である第
１及び第２面（１）、　（２）は、それぞれ正と負の屈
折力を有す正メニスカス単レンズをなしている。ところ
で、一般に、非球面形状は、第１及び第２面（ＩＬ　（
２）の頂点（３Ｌ　（４）を頂点とするＸ、　Ｙ、　Ｚ
直交座標系において、次式■で表わされる。

タタシ、ｈ：光軸（５）カラノ高す（−ｖＸ２＋ｙ２）
Ｃ：非球面頂点の曲率（−ｒ、ｌ’：曲率半径）ｋ：円
錐定数 ｄｅ、ｆ、ｇ：それぞれ４次、６次、８次。

１０次の非球面係数 このような非球面対物レンズは、次の条件■。

■、■式を満すことを特徴とする。

１．８０　＜　ｎ　＜　１．９６　　・・・・・・・■
５．０＜Ｃ１／Ｃ２〈２１０　　・・・・・・・・■０
．３０　＜　Ｄ／ｆ　＜　、０．７８　　・・・・・・
・・・■ただし、ｎ：レンズガラス材の屈折率 Ｃ１：第１面の曲率 Ｃ２：第２面の曲率 Ｄ：レンズの厚さ ｒ：焦点距離 ここで、条件０式は、収差補正特性レンズ製造誤差（屈
折率、レンズ厚み、軸ずれ２面傾き等）に対する許容性
とからレンズ材料に要求される条件である。この条件を
満すガラス材料としては、５ＦＳＬ、５ＦＳＯＩ、５Ｆ
ＳＯ２等の重フリント系ガラスがある。この範囲内にあ
れば、所望の収差補正特性とレンズ製造誤差特性を得る
ことができる。

つぎに、条件０式は、条件０式のもとて、光デイスフ装
置用対物レンズに要求される古ころの一定視野内での良
好な収差補正と正弦条件を満足させるためのレンズ球面
系を指定する条件であって、この範囲を逸脱してしまう
と、オーバーな球面収差が残ってしまい、高次の非球面
係数を便って補正しよう古しても効果は少なく、要求さ
れる視野内での収差限界値を満足させることができない
。

さらに、条件０式は、条件０式の材料のもとての条件で
あり、この条件０式の上限を越えてしまうと、光ティス
フ装置用対物レンズに要求される作動距離（Ｗｌ））を
満足できなくなる。逆に、条件０式の下限を越えてしま
うと、レンズ製造誤差特性が低下することになる。

さらに、軸上及び軸外に対しても、波面収差を良好に補
正するには、レンズの第１及び第２面（ｊ）。

（２）が非球面であることが望ましく、また、第１面（
１）は凸面をなす楕円面（−１＜ｋ＜Ｏ）で近似され、
第２面（２）は凹面をなす双曲面（ｋ＜−１）で近似さ
れる非球面であることが望ましい。

以下に具体例を示す。

具体例１　（第２図及び第３図参照） 波長λ＝＝　７８０ｎｍ、　　（＝４．５．開口数Ｎ八
−〇、４５Ｃ，＝０．２８０１４０．　　ｎ＝２．０Ｏ
ｎ＝１．８５９０Ｃ２＝０．０２８９３１．　　ＣＬ／
Ｃ２＝９．６８．　　Ｄ／ｆ＝０．４４カバーガラス（
６）厚ｔ＝１．２（屈折率ＩＪ５）、作動距離Ｗ、Ｄ＝
２．４９８〔第１面〕　　　　　　〔第２面〕 ｋ＝−０，５１０３５５ｋ＝−１８１，１９４８９２ｄ
　＝　−８，９６５８２Ｘ　１０’−’！　＝　−８，
３２４４５Ｘ　１０’−’ｔ　−−１，８９６７０ｘｌ
Ｏ’ 具体例２　（第４図及び第５図参照） 波長λ＝　７８０ｎｍ、　ｆ　＝　４．５．開口数ＮＡ
＝０．４５Ｃ，＝　０．２７３３２２．　　Ｄ　＝　２
．４２．　　ｎ　＝　１．８９００゜”ｔ　”’　０．
０３４３２６　、Ｃｔ／Ｃ，＝７．９６　、Ｄ／　ｆ　
”　０．５４　。

カバーガラス（６）厚ｔ＝１２（屈折率１５５）、作動
距離ＷＤ、＝ｚ、ｚｓ。

〔第１面〕　　　　　〔第２面〕 ｋ＝−０，４８１２６２ｋ＝−１８，８１４９５１ｄ　
＝　　８．２６４１６Ｘ１０　　ｄ　＝　　２．６７０
００Ｘ１０−’ｅ＝　　６．４２９６２Ｘ１０−’　ｅ
−＝−５，８７３６３ｘｌＯ−’ｔ　＝　−３，６７５
９３ｘｌＯ−１１ｔ　＝　−２，３９７８６ｘｌＯ−’
”　””　　３．６１１３０ｘｌＯ−７ｇ　＝　　１．
７８９９５Ｘ１０−６具体例３　（第６図及び第７図参
照） 波長λ＝　８３０ｎｍ、　　ｆ　＝　４．２．　　開口
数Ｎ　Ａ　＝　０．５５Ｃ，＝０．２７９４５４．　　
ｎ＝３．０５．　　ｎ＝１．９５００゜Ｃ２＝　Ｏ，Ｑ
４９２９９．Ｃ＋／Ｃ２＝　５．６７、　　Ｄ／（＝　
０．７３カバーカラス（６）Ｊｉ　ｇ＝　１．２０　（
ＪｒＥ折率１．５７）　、　作動距離Ｗ　］）、＝　１
５１０〔第１面〕　　　　　　〔第２面〕 ｋ　＝−０，６９４３２０ｋ　＝　−１０，７１，１９
６０＝４ ｄ　＝　　８．４９９５７Ｘ１０　　　ｄ　＝　　８．
６８８７８ｘｌＯ−’ｅ　＝　　４．７２１．７９Ｘ１
０　　　ｅ　＝　　７．２６９９１Ｘ１０−５ｇ＝−２
，７８０４７ｘ１．Ｏｔ　＝　−１，，３３８９４ｘｌ
Ｏ−’ｇ＝−８，１８５３７Ｘ１０　　　ｇ’＝　　１
．９４５１３Ｘ１０−３具体例４　（第８図及び第９図
参照） 波長λ＝８３０ｎｍ、　　ｇ＝４．２．　　開口数ＮＡ
＝０．５５Ｃ＋　＝　０．２８７４５４．　　Ｄ　＝　
２．９５．　　ｎ　＝　１．．８９００゜Ｃ２＝０．０
３３１８１２．　Ｃ＋／Ｃ２＝８．６６、　　Ｄ／ｆ＝
０．７０カバーガラス（６）厚７＝１．２０（屈折率１
．５７）、作動距離ＷＤ、＝１．６４２〔第１面〕　　
　　　　〔第２面〕 ｋ　＝−０，６９０８８１ｋ　＝−１２，３９８３０１
ｄ　＝　　８．６９３０１Ｘ１０　　　　ｄ　＝　　　
１．１６４２８Ｘ１０””３ｅ＝　　４．０４１０８Ｘ
１．Ｏｅ−−８，４２２５６Ｘ１０−５ｔ　＝−１，７
６３７９ｘ１．Ｏｔ−−７，９６０６７ｘｌＯ−５ｇ＝
−２，５８６６４Ｘ１０　　　　ｇ＝　　　１．１６３
９８Ｘ］、Ｏ−５具体例５　（第１０図及び第１１図参
照）波長λ＝　８３０ｎｍ、　　ｆ　＝　４．１２．　
　開口数ＮＡ＝０．５５Ｃ，＝０．２９８９６３．　　
Ｄ　＝　３．１２．　　ｎ　＝　１．８３５０゜Ｃ２−
０，０１４３９０，Ｃ１／Ｃ２−２０７８，Ｄ／ｆ−０
７６カバーガラス（６）厚ｔ＝１．２０（屈折率１．５
７）　、作動距離ＷＤ、−１，，５７０〔第１面〕　　
　　　　〔第２面〕 ｋ＝−０．６８３２５６　　　　ｋ＝　　７５９．８３
４４．１−８ｄ　＝　　９．２６７８４Ｘ１０　　　ｄ
　＝　　１．４０４２９Ｘ１０　”ｅ＝　　５．４０８
８８Ｘ１０　　　ｅ＝−２，２００１７Ｘ１０’ｔ　＝
　　８．２６４０５Ｘ１０　　　ｇ＝　−１，，０９８
６０Ｘ１０−５ｇ＝−９，６４５１０ｘｌＯｇ＝−２，
８８３９９ｘｌＯ’上記実施例のうち、具体例１，２は
、再生専用型の光ティスフ用対物レンズであり、また、
具体例３、４．５は、追記型又は書き換え型の光デイス
ク用対物レンズである。ここで、第２図乃至第５図は、
それぞれ本発明の具体例１．２における収差性能を示す
特性図であり、球面収差、正弦条件、非点収差について
示している。これらはλ＝７８０ｎｍを基本波長として
いる。また、第６図乃至第１１図はそれぞれ本発明の具
体例３．４．５における収差性能を示す特性図であり、
同じく球面収差、正弦条件。

非点収差について示している。これらはλ−８３０ｎｍ
を基本波長さしている。非点収差の図（第３図。

第５図、第７図、第９図２第１１図）中で、実線はザジ
クル（球欠的）像面彎曲を、点線はメリジオナル（子午
的）像面彎曲を示す。そして、第２図、第４図、第６図
、第８図及び第１０図が示すように、実施例のレンズは
各ＮＡの範囲において、各収差の絶対量が小さく、また
、第３図、第５図第７図、第９図及び第１１図が示すよ
うに、軸上及び軸外の収差も良好に補正されており、光
デイスク装置用光・＼ノドへの使用に適したレンズであ
ることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明の非球面対物レンズは、以下のような顕著な効果
を奏する。すなわち、■単レンズ構成であり、全長を短
かくできるので、光ティスフ用の光ヘッドの鏡筒を含め
た重量を大幅に小さくできる。■焦点距離ｆに比べて比
較的長い作動距離が得られる（ＷＤ／ｆ　＞　０．３５
）。したかって、ティスフ面振れ及び、スピンドル取付
面誤差か生じても、ティスフとレンズとの衝突によるテ
ィスフまたはレンズの破損を防ぐに十分な距離が保てる
。■軸」二及び軸外（±１°）の収差も良好に補正され
る。■製作誤差（屈折率誤差、レンズ厚み誤差、軸すれ
。

面傾き）に対して強く、製作が容易である。■プラスチ
ックレンズに比べて耐熱性、耐湿性にすぐれ、光学的特
性が安定しているので、商品質かつ高信頼性を要求され
る光デイスク用の対物レンズに最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の非球面対物レンズを示す図
、第２図乃至第１１図は同じく光学特性の説明図である
。 （１）・・第１面。 （２）・・第２面。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　松　　山　　光　　之 ＮＡ０．４５ 第　２　図 第　１　図 第　３　図 ＮＡｏ、＋５ 半 田 第 凶 Ｎ△０５５ 第 閤 第 閃 ｉ１／Ａ０．５５ す 田 第 目 Ｎ△０５５ Φ 目 口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　第１面が正の屈折力を有し曲率Ｃ＿１の凸面をなす楕
   円面で近似される非球面によって構成されかつ第２面が
   負の屈折力を有し曲率Ｃ＿２の凹面をなす双曲面で近似
   される非球面によって構成される正メニスカス単レンズ
   であって、 １．８０＜ｎ＜１．９６ ５．０＜Ｃ＿１／Ｃ＿１＜２１．０ ０．３０＜Ｄ／ｆ＜０．７８ 但し、ｎ：レンズの屈折率 Ｃ＿１：第１面の曲率 Ｃ＿２：第２面の曲率 Ｄ：レンズの厚さ ｆ：レンズの焦点距離 の各条件を満足することを特徴とする非球面対物レンズ
   。