JPH02153310A - 光学式記録再生装置用レンズ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光デイスクシステム、光磁気システム、光カ
ードシステム等の光学式記録再生装置に用いられるレン
ズに関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザなどの光源から出射された発散光を数枚の
レンズによってディスク等の記録面上に集光させる光学
系が一般に使用されている。

この様な光学式記録再生装置用レンズでは、球面収差及
びコマ収差がともに補正されていて更に小型、軽量、安
価であることが要求されている。

従来提案あるいは市販されてきた光学系としては、光源
からの発散光線をコリメートレンズにより平行光とした
うえで、均質光学ガラス３枚組、非球面プラスチック単
レンズ、屈折率分布型ガラス平凸単レンズ、非球面ガラ
ス単レンズ等により記録面上に集光させるものなどが知
られており、なかにはコリメートレンズを一体化したも
のもある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に光学式情報記録システムにおいては、大量の情報
を限られた面積に記録するため、情報記録用の溝やピッ
ト及びそれらの間隔はできるだけ小さくする必要がある
。従って、そこに用いられるレンズ、特に記録媒体側の
レンズは大きなＮＡ（開口数）が必要とされる。ところ
が、前記の光学系でＮＡを０．５以上にしようとすると
、レンズ枚数が多くなる、収差補正が困難となる、製作
公差が厳しくなる、といった問題が生しる。また、追記
式光デイスクシステム等においては、情報書き込み時と
読み出し時に半導体レーザの出力が大きく異なるため、
数ｎｍ程度の波長変動を生じる。

そのため、波長の変動に対する焦点位置の変化を抑えた
、色収差の少ないレンズであることが望まれている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、光学系の屈折力を２枚のレンズに分担させ
ることによって高いＮＡを実現し、さらに片方のレンズ
材として光軸方向屈折率分布型媒質を用いることによっ
て収差を良好に補正する。

屈折率分布型レンズは、通常のレンズにおける曲率、厚
み、屈折率のほかに、屈折率分布という収差補正のため
の自由度を持っており、収差補正のための非常に有力な
手段となる。更に、像側レンズの媒質として、アツベ数
の大きい低分散材料を用いることにより、色収差を低減
させる。

〔作　用］ 本発明の各条件と作用について説明する。

本発明の光学系は２枚の単レンズにより構成され、物体
側のレンズは、物体側が凸球面、像側か平面より成る単
レンズであり、光軸方向に屈折率分布を有する。屈折率
分布形状は、凸球面と光軸の交点を原点とし、光軸上の
厚さ方向の長さ２に対してたとえば、 ｎ　（ｚ）＝ｆｉ０−ｋｚ （ｋは正の定数）　　　　　　　　　・・・（１）式と
することにより、ｋの値によって凸球面で発生する球面
収差を補正することができる。ｎ　（ｚ）の関数形とし
ては、最も単純な（１）弐とすることにより収差補正の
効果は著しく発揮される。しかしながら、ｎ　（ｚ）の
値が（１）式より±０．００５程度揺れ動いている場合
であっても収差補正の効果は充分に有る。そこで、本発
明ではｎ　（ｚ）の範囲を、（ｎｏ　−ｋ　ｚ　）−０
，００５≦ｎ　（ｚ）≦（ｎ、　−ｋ　ｚ　）　＋０．
００５　　　　　　　＝・（２）式（２）弐で表される
光軸方向屈折率分布は、レンズの全厚さにわたって形成
させる必要は無い。第１９図に示す様に、光軸上の物点
から出て光学系の入射ひとみの最周辺部分を通る光線と
、物体側レンズの凸面が交わる点の２の値を２０１．と
すると、 ０≦２≦ｚｍｔｔ　　　　　　　　　　　”’（３）式
の範囲に屈折率分布がついていれば収差補正の目的は達
成される。したがって、（２）式の成立が必要な範囲は
、（３）式であられされる。

光軸方向に必要な屈折率差は、ｋ　’　Ｚａｆｆで表わ
される。ｋ’ＺＱｆｆの値が０．０１未満であると収差
補正の効果が著しく小さくなる。また、ｋ・Ｚａｆｆの
値が０．０８を越える屈折率分布媒体は製作が困難であ
る。したがって、ｋ　’　Ｚａｆｆの値は、０、Ｏ１≦
に−Ｚｍｔｔ≦０．０８　　　　　　　・（４）式に限
定する。

ｎｏの値は、 １．５０≦ｎｏ≦１　、８５　　　　　　　　　　・（
５）式とする。（５）式の範囲外の屈折率分布材は、製
作が困難である。

物体側レンズの像側表面を適当な曲率を持つ球面とする
と設計上の自由度が増大する。しかしその場合はレンズ
加工特に両球面の光軸と屈折率分布の方向を鍵数させる
必要があり、製作コストが高（なる。よって、物体側レ
ンズの像側表面は平面とする。像側表面が平面であると
Ｚａｔｔ＜Ｚ≦ｄ１の範囲における光軸方向屈折率分布
は収差補正にほとんど寄与しない。そのためｚ、ｆｆ＜
ｚ≦ｄ、の範囲における屈折率は一定であっても良いし
、屈折率分布材を製作する際の都合により光軸方向屈折
率分布がついていてもかまわない。屈折率分布媒体の製
作上Ｚｓｒｒ＜ｚ≦ｄ、の範囲における屈折率は、 １．４０≦ｎ　（ｚ）≦１．８５　　　　　　　　・（
６）式が適当である。

像側レンズは均一な屈折率を有する媒体より成る、正の
屈折力を持つレンズであり、全レンズ系の屈折力を大き
くしてＮＡを増大させる働きをする。球面収差、コマ収
差を良好に補正するため、物体側が凸球面、像側か凹球
面のメニスカス状レンズとする。レンズ材としては、コ
ストと耐久性の点から一般的な光学ガラス、あるいは光
学プラスチック等が適しているので屈折率ｎ３の範囲を
、１．４０≦ｎ３　　　　　　　　　　　　・・・（７
）式とする。さらに、全光学系の色収差を低減させるた
め、ｄ線に対するアツベ数νｄを、 ４０≦ν４　　　　　　　　　　　　・・・（８）式像
側レンズは全レンズ系のＮＡを増大させるために大きい
屈折力を有する必要がある。そのため、像側レンズの近
軸焦点距離ｆ２は、全レンズ系の近軸焦点距離ｆに対し
て ｆｚ／ｆ≦３　　　　　　　　　　　・・・（９）式の
関係を満たすものとする。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図は、本発明における一実施例を示す断面図である
。光源１からの光線は、開口絞り２、物体側レンズ３、
像側レンズ４を通り、光ディスク等の情報記録媒体５の
記録面５Ａに焦点を結ぶ。

以下の実施例では、光源ｌと物体側レンズ３の距離は無
限大とした。

第１図〜第１９図および第１表において、Ｒｏは開口絞
り２の半径、ｒ＋　、ｒｚ＋　　ｒ：ｌ＋　　ｒ４はレ
ンズ各面の曲率半径、ａｌ、　　ｄ、、ａ：ｌ、ｄ４＋
ｄ、は各レンズの光軸上肉眼、空気間隔、および情報記
録媒体の厚さをそれぞれ表わす。ｎ３＋ｎｓは像側レン
ズ４と情報記録媒体５の屈折率をそれぞれ表わす。ＮＡ
は像側開口数、Ｚ　ａｒｔは前述の定数で、それぞれＲ
ｏの値に対応している。

ｋは屈折率分布の傾きを表す定数、ｆは全レンズ系の近
軸焦点距離、ｆ２は像側レンズの近軸焦点距離をそれぞ
れ表す。また、以下の実施例において、設計波長λは８
３０ｎｍ、ｚの単位は鵬とした。

実施例１ 全レンズ系の断面図を第１図に示す。

物体側レンズ３の屈折率分布ｎ（ｚ）は、ｎｏ　＝ｔ、
ｓｓｏ。

Ｏ≦２≦０．６０の範囲では、 ｎ　（ｚ　）　＝１．５８００−０．０８６８３２２０
．６０＜　ｚ≦１．１０の範囲では、ｎ　（ｚ　）　＝
１．５２７９０ の各式によって表わされる。

像側レンズ４の材質は、ｄ線に対する屈折率とアツベ数
がそれぞれ ｎ−＝１．５１６３３　　νｄ　＝６４．１の光学ガラ
ス（通称ＢＫ７）とした。その他の設計値は第１表に示
す。

本例の球面収差（ＳＡ）、および正弦条件不満足量（Ｏ
３Ｃ）を第２図に、子午的像面湾曲（Ｍ）と球欠的像面
湾曲（Ｓ）を第３図にそれぞれ示す。

実施例２ 全レンズ系の断面図を第４図に示す。

物体側レンズ３の屈折率分布ｎ　（ｚ）は、ｎ　＋１　
＝　１　、５７５５９ ０≦２≦０．４２の範囲では、 ｎ　（ｚ　）　＝１．５７５５９−０．０８４７３５２
０．４２＜　ｚ≦０．７２の範囲では、ｎ　（ｚ　）　
＝１．５４０００ の各式によって表わされる。

像側レンズ４の材質は、ｄ線に対する屈折率とアツベ数
がそれぞれ ｎ　ａ　−１，５６８８３ｖ　ｄ＝５６．３の光学ガラ
ス（通称ＢａＫ４）とした。その他の設計値は第１表に
示す。

本例の球面収差（ＳＡ）、および正弦条件不満足量（Ｏ
３Ｃ）を第５図に、子午的像面湾曲（Ｍ）と球欠的像面
湾曲（Ｓ）を第６図にそれぞれ示す。

実施例３・ 全レンズ系の断面図を第７図に示す。

物体側レンズ３の屈折率分布ｎ　（ｚ）は、ｎ　ｏ　＝
　１　、６４０００ ０≦２≦０．７０の範囲では、 ｎ　（ｚ　）　＝１．６４０００−０．０７４９７７ｚ
０．７０＜　ｚ≦１．３０の範囲では、ｎ　（ｚ　）　
−１，５８７５２ の各式によって表わされる。

像側レンズ４の材質は、ｄ線に対する屈折率とアツベ数
がそれぞれ ｎａ　＝１．４３４２５　　ｖｄ＝９５．０の光学ガラ
ス（通称ＣａＦＫ９５）とした。その他の設計値は第１
表に示す。

本例の球面収差（ＳＡ）　、および正弦条件不満足１ｔ
（Ｏ３Ｃ）を第８図に、子午的像面湾曲（Ｍ）と球欠的
像面湾曲（Ｓ）を第９図にそれぞれ示す。

実施例４ 全レンズ系の断面図を第１Ｏ図に示す。

物体側レンズ３の屈折率分布ｎ　（ｚ）は、ｎ０＝１．
７２０００ ０≦２≦０．４００の範囲では、 ｎ　　（ｚ　）　　＝１．７２０００　−０．０９０７
５５ｚ０．４００　＜　ｚ≦０．９００の範囲では、ｎ
　　（ｚ　）　　＝１．６８３７０ の各式によって表わされる。

像側レンズ４の材質は、ｄ線に対する屈折率とアラへ数
がそれぞれ ｎａ　＝１．７１３００　　ｖ、　−５３，９の光学ガ
ラス（通称ＬａＫ８）とした。その他の設計値は第１表
に示す。

本例の球面収差（ＳＡ）　、および正弦条件不満足１（
Ｏ３Ｃ）を第１１図に、子午的像面湾曲（Ｍ）と球欠的
像面湾曲（Ｓ）を第１２図にそれぞれ示す。

実施例５ 全レンズ系の断面図を第１３図に示す。

物体側レンズ３の屈折率分布ｎ　（ｚ）は、ｎｏ　＝１
．５８８４７ ０≦２≦０．５１の範囲では、 ｎ　（ｚ　）　＝１．５８８４７−０．０８８３０　ｚ
　−０，１９０４１ｚ　”十〇、４２４５４　ｚ　３−
０．０８９８２　ｚ　’０．５１＜　ｚ≦０．８１の範
囲では、ｎ　　（ｚ　）　　＝１．５４４１５ ０．８１＜　ｚ≦０．９５の範囲では、ｎ　（ｚ　）　
−１，５４４１５−０，００１０９・（ｚ　−０，８１
）十０．３１８９５　・（ｚ　−０，８１）２！−０，
２４１３０−（ｚ　−０，８１）３−０．０８９８２・
（ｚ　−０，８１）’の各式によって表わされる。

像側レンズ４の材質は、ｄ線に対する屈折率とアツベ数
がそれぞれ ｎ　ａ　＝　１．７１３００　　ｖ　ａ　−５３，９の
光学ガラス（通称ＬａＫ８）とした。その他の設計値は
第１表に示す。

本例の球面収差（ＳＡ）　、および正弦条件不満足！（
Ｏ３Ｃ）を第１４図に、子午的像面湾曲（Ｍ）と球欠的
像面湾曲（Ｓ）を第１５図にそれぞれ示す。

実施例６ 全レンズ系の断面図を第１６図に示す。

物体側レンズ３の屈折率分布ｎ’（ｚ）は、ｎｏ　　＝
１．８００００ ０≦２≦０．４０の範囲では、 ｎ　（ｚ　）　＝１．８００００−０．１１６７２９ｚ
０．４０＜　ｚ≦０．９０の範囲では、ｎ　（ｚ　）　
＝１．７５３３１ の各式によって表わされる。

像側レンズ４の材質は、ｄ線に対する屈折率とアツベ数
がそれぞれ ｎ　ａ　＝１．８８３００　　ｖ　ａ　＝４０．８の光
学ガラス（通称Ｌａ５ＦＯ８）とした。その他の設計値
は第１表に示す。

本例の球面収差（ＳＡ）、および正弦条件不満足１（Ｏ
３Ｃ）を第１７図に、子午的像面湾曲（Ｍ）と球欠的像
面湾曲（Ｓ）を第１８図にそれぞれ示す。

なお、第１、第４、第７、第１０、第１３、第１６図に
示す開口絞り２の位置は一例であって、他の場所に設値
しても差し支えない。

第 表 第 表（続き） 〔発明の効果〕 本発明によれば、球面もしくは平面から成るレンズ２枚
によって、ＮＡが０．５０以上の明るい光学系を構成す
ることができる。こうして得られた光学系は、従来一般
的であった均質媒質を用いた光学系に比べて、レンズ枚
数が少ないため、光学部品の低価格化、小型軽量化に大
きく貢献するも第１、第４、第７、第１０．第１３、第
１６図はそれぞれ本発明の第１実施例〜第６実施例に対
応する光学系の断面図、第２、第５、第８、第１１、第
１４、第１７図はそれぞれ本発明の第１実施例〜第６実
施例の球面収差（ＳＡ）および正弦条件不満足量（Ｏ３
Ｃ）を示す線図、第３、第６、第９、第１２、第１５、
第１８図はそれぞれ本発明の第１実施例〜第６実施例の
像面湾曲を示す線図、第１９図は物体側レンズにおいて
屈折率分布の必要な最小の厚さＺ　ｔａｆｔを説明する
図である。

ｌ・・・光源、 ２・・・開口絞り、 ３・・・物体側レンズ、 ４・・・像側レンズ、 ５・・・情報記録媒体、 ５Ａ・・・情報 記録面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２群２枚より構成され、物体側のレンズは光軸方向に屈
   折率分布を有する媒体よりつくられていて、物体側の面
   を凸球面、像側の面を平面とする平凸レンズであり、像
   側のレンズは屈折率均一な媒体により作られていて、物
   体側の面を凸球面、像側の面を凹球面とし、全体として
   正の屈折力を有するレンズであって、以下の条件を満足
   することを特徴とする光学式記録再生装置用レンズ。 （１）１．５０≦ｎ＿ｏ≦１．８５ （２）０≦ｚ≦ｚ＿ｅ＿ｆ＿ｆの範囲において、（ｎ＿
   ｏ−ｋ＿ｚ）−０．００５≦ｎ（ｚ）≦（ｎ＿ｏ−ｋ＿
   ｚ）＋０．００５ （３）０．０１≦ｋ・ｚ＿ｅ＿ｆ＿ｆ≦０．０８（４）
   ｚ＿ｅ＿ｆ＿ｆ＜ｚ≦ｄ＿１の範囲において、１．４０
   ≦ｎ（ｚ）≦１．８５ （５）１．４０≦ｎ＿３ （６）４０≦ν＿ｄ （７）ｆ＿２／ｆ≦３ ただし、ｚは物体側レンズの凸面と光軸との交点を原点
   とし、光軸に沿った媒体の厚さ方向の長さを表わし、ま
   た、 ｎ＿ｏ：ｚ＝０における物体側レンズの屈折率 ｎ（ｚ）：ｚにおける物体側レンズの屈折率Ｚ＿ｅ＿ｆ
   ＿ｆ：光軸上の物点から出て、光学系の入射ひとみの最
   周辺部分を通る光線と、 物体側レンズの凸面が交わる点にお けるｚの値 ｋ：正の定数 ｄ＿１：物体側レンズの光軸上の厚さ ｎ＿３：像側レンズの屈折率 ν＿ｄ：像側レンズのｄ線に対するアッベ数ｆ：全レン
   ズ系の近軸焦点距離 ｆ＿２：像側レンズの近軸焦点距離 をそれぞれ表わす。