JPH0217085B2

JPH0217085B2 -

Info

Publication number: JPH0217085B2
Application number: JP59260410A
Authority: JP
Inventors: Hisami Nishi; Minoru Tooyama
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1984-12-10
Publication date: 1990-04-19
Also published as: US4668055A; JPS61138223A

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や光磁気デイス
クシステム等の光学式記録再生装置に用いられる
レンズに関するものである。

従来の技術例えば第４図に示す様な光デイスクシステムで
は、光源１から射出されたビーム２は、ビームス
プリツタ３を透過し、コリメータレンズ４によつ
て平行ビームとされ、対物レンズ５によつて光デ
イスク６の記録面６Ａ上に集光される。

記録面６Ａで反射されたビーム２は、対物レン
ズ５によつて平行ビームとされ、コリメータレン
ズ４及びビームスプリツタ３を介して光検出器７
に入射する。

この様な光デイスクシステムにおけるトラツキ
ング制御を３スポツト法によつて行う場合は、光
源１から射出されたビーム２を回折格子８によつ
て３本のビームに分離し、分離した３本のビーム
を記録面６Ａ上に集光させる。

従つてこの様な場合は、分離された３本のビー
ムのうちの両側の２本の補助ビームが対物レンズ
５に軸外入射するので、球面収差のみならずコマ
収差等をも含めた単色収差が十分に補正されてい
なければ、高密度の記録再生を行うことができな
い。

また１本のビーム２しか使用しない場合でも、
対物レンズ５のコマ収差等が十分に補正されてい
なければ、装置の組立に際して極めて高い精度を
要求されるために、コスト増を招来する。

しかもフオーカス制御やトラツキング制御に対
する光ピツクアツプの追従性を良好にするために
は、対物レンズ５が小型且つ軽量であることが必
要である。

ところでこの様な対物レンズ５としては、例え
ば特開昭55−4068号に見られる様に、屈折率が一
様な通常の光学ガラスを媒質とした２群３枚構成
の組合せレンズが広く用いられて実用化されてい
る。

しかしこの種のレンズは、研磨面数が６面と多
く且つ各レンズ間の張合せや心出し等が必要なた
めに、多くの工程を必要として低コスト化が困難
である。またこの様にレンズ群が複数であると、
レンズ枠が必要なために、小型化及び軽量化にも
限界がある。

そこで、小型化及び軽量化の要求を満たすため
に、特開昭50−156945号等に見られる様に、均一
な屈折率を有するプラスチツクを用いた単一の非
球面レンズが堤案されている。

この種のレンズは、モールド技術を用いること
によつて低コスト化も可能であるが、媒質がプラ
スチツクであるために、耐湿性及び耐熱性に問題
があり且つ傷も付き易く信頼性に難点がある。な
おガラスによる非球面レンズは、研磨コストが著
しく高いために未だ実用化されていない。

以上の様な均質な媒質から成るレンズの欠点を
解決するものとして、屈折率分布型レンズが提案
されている。例えば米国特許第3729253号には、
半径方向に屈折率勾配を有して３次の球面収差、
コマ収差及び非点収差を減少させた単一の球面レ
ンズが記載されている。

しかしこのレンズでは、５次以上の高次の球面
収差が考慮されておらず、しかもその量が多い。
このために、レンズの光軸上における結像特性が
悪く、光デイスクシステム等の高開口数が必要な
レンズとしては実用的ではない。

なお光デイスクシステム等に用いられるレンズ
は、各次の球面収差が略ゼロであり、軸上での回
折スポツトが回折限界と同等程度にまで絞れるこ
と、つまり波面収差のrms値が0.07λ程度以下で
あることが必要である。

また特開昭55−6354号には、ビデオデイスクに
用いるために球面収差を減少させたレンズの設計
が記載されている。

しかしこのレンズは、球面収差の補正のみしか
行われておらず、コマ収差を表す正弦条件を満足
していない。そしてこのレンズの実施例では、第
２面の曲率半径R₂が負の凸面形状であるために、
｜R₂｜の減少に伴つて正弦条件不満足量が顕著
に増大してコマ収差のために視野狭小となる。従
つてこの様なレンズも、既述の理由により実用的
ではない。

球面収差とコマ収差との双方が補正された屈折
率分布型レンズとして、特開昭58−122512号の例
がある。しかしこのレンズは、第２面の曲率C₁
が0.09≦C₁≦0.14の凹面を成すメニスカス形状で
あり２つの球面を心出しして研磨することが容易
でないために、低コスト化が困難である。またレ
ンズの中心厚が８≦ｔ≦15mmと大型であり、既述
の２群３枚組合せレンズよりも重くなつて、小型
且つ軽量という単一レンズの利点がなくなつてい
る。

発明が解決しようとする問題点この様に、従来から提案されているレンズは、
少なくとも球面収差とコマ収差とが高次まで十分
に補正されており且つ小型、軽量でしかも安価で
あるという光学式記録再生装置用としての条件を
総て満足することはできなかつた。

問題点を解決するための手段本発明による光学式記録再生装置用レンズ９
は、光軸から半径方向への距離がｒである位置に
おける屈折率ｎ（ｒ）が n²(r)＝n₀ ²｛１−(g・r)²＋h₄(g・r)⁴ ＋h₆(g・r)⁶＋h₈(g・r)⁸＋……｝と表わされ、且つ R₂＝∞ 3.0≧R₁／（１＋0.75S）≧0.8 1.40≦n₀≦1.87−0.6g・Ｓ 0.75≧ｇ・ｆ≧0.45 但しn₀：光軸上の屈折率ｇ、h₄、h₆、h₈：係数 R₁：第１面の曲率半径 R₂：第２面の曲率半径Ｓ：作動距離ｆ：全系の像側焦点距離の条件を満足している。

作用本発明による光学式記録再生装置用レンズ９で
は、第１面９Ａが凸面で第２面９Ｂが平面であり
しかも屈折率が所定の分布を有しているために、
少なくとも球面収差とコマ収差とが十分に補正さ
れており、残留波面収差のrms値が視野内で
0.07λ以内に納まつている。

実施例以下、光デイスクシステムに適用した本発明の
一実施例並びに第１及び第２具体例を第１図〜第
３図を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示している。本
実施例による対物レンズ９は、曲率半径がR₁で
ある第１面９Ａと曲率半径がR₂である第２面９
Ｂとを有しており且つ中心厚がｄである。またこ
の対物レンズ９は、光軸から半径方向への距離が
ｒである位置における屈折率ｎ（ｒ）が n²(r)＝n₀ ²｛１−(g・r)²＋h₄(g・r)⁴ ＋h₆（ｇ・ｒ）⁶＋h₈（ｇ・ｒ）⁸＋……｝のべき級数で表現される屈折率勾配を有してい
る。ここで、n₀は光軸上の屈折率であり、ｇ、
h₄、h₆及びh₈は係数である。また実施例において
は、厚さｔの透光性の媒質を有する光デイスク６
に対して作動距離Ｓの位置に対物レンズ９が配置
されている。

そして、本実施例においては、光デイスク６の
透光性の媒質をも含めた全系の像側焦点距離をｆ
とした場合に、対物レンズ９が、 R₂＝∞ 3.0≧R₁／（１＋0.75S）≧0.8 1.40≦n₀≦1.87−0.6g・Ｓ 0.75≧ｇ・ｆ≧0.45 の条件を満足している。

条件は、対物レンズ９を平凸形状として研磨
を容易にし、コストを低減させるために必須の条
件である。

条件は、対物レンズ９の大きさを制限するた
めの条件である。この条件の下限値を下回つた
状態で正弦条件を満足させようとすると、対物レ
ンズ９のコバ厚t_sつまり対物レンズ９の周辺部に
おける厚さが薄くなり過ぎて、研磨が著しく困難
になる。そしてコバ厚t_sが薄くなり過ぎない様に
すると、正弦条件不満足量がプラス側に増加す
る。

また条件の上限値を上回つた状態で正弦条件
を満足させようとすると、対物レンズ９の直径及
び中心厚ｄが共に増加して、この対物レンズ９が
大型化及び重量化する。この結果、フオーカス制
御及びトラツキング制御等に対する良好な追従性
を得ることができなくなる。

条件は、正弦条件を満足させるための条件で
ある。この条件が満たされないと、正弦条件不
満足量がプラス側へ増加してコマ収差が増大し、
対物レンズ９の視野が狭くなる。

条件は、球面収差を補正するための条件であ
る。光デイスクシステムに用いられる対物レンズ
９は、一般に開口数が大きいために、高次の収差
まで補正する必要がある。しかしこの条件の下
限を下回ると、第１面９Ａで発生する７次以上の
高次の収差のために、周辺光の収差補正が不足す
る。そして対物レンズ９の周辺部の収差を補正す
ると今度は周辺部と光軸との間の中間部における
収差が増加し、何れにしても条件の下限を下回
ると収差を補正することができない。

また条件の上限を越えると、対物レンズ９の
光軸と周辺部とにおける屈折率差が増大して、や
はり７次以上の高次の収差が発生し、球面収差の
rms値が0.07λ以内に納まらない。

従つて、条件から適当なR₁を選択すると共
にそのR₁に対して条件及びを満足するn₀と
ｇとの適当な組合せを選択すれば、研磨が困難に
ならない程度に対物レンズ９を小型化及び軽量化
することができると共に正弦条件を満足すること
ができ、更に７次以上の高次の収差をも抑制して
球面収差を補正することができる。

この結果、残留波面収差が軸上で0.05λ以内、
視野内のrms値で0.07λ以内と回折限界程度であ
り、しかも中心厚ｄが0.5≦ｄ≦７mmと小型、軽
量で且つ安価な対物レンズ９を得ることができ
る。

なお条件〜を満足すれば、係数h₄は 1.5≧h₄≧−２の範囲に納まる。そして条件〜の代わりに、 2.0≧R₁／（１＋0.75S）≧0.9 ′ 1.40≦n₀≦1.83−0.6g・Ｓ ′ 0.61≧ｇ・ｆ≧0.51 ′ の条件を満足すれば、収差は更に良好に補正され
る。

第２図及び第３図は、光デイスク６の透光性媒
質の屈折率が1.57である場合の、下記の様な数値
を有する具体例１及び２の夫々の収差曲線を示し
ている。第２Ａ図及び第３Ａ図の実線は球面収差
（S.A.）、破線は正弦条件不満足量（S.C.）を夫々
示しており、第２Ｂ図及び第３Ｂ図の実線は非点
収差のサジタル平面内における量（ΔS）、破線は
メリジオナル平面内における量（Δm）を夫々示
しており、第２Ｃ図及び第３Ｃ図は歪曲収差を示
している。なお、第２Ｂ図、第２Ｃ図、第３Ｂ図
及び第３Ｃ図のＹは、像高つまり光デイスク６の
記録面６Ａにおける像の高さを示している。

具体例１ R₁＝2.586mm、ｄ＝1.687mm、 n₀＝1.58、ｇ＝0.16mm^-1、 h₄＝−0.8、h₆＝−2.5、h₈＝０、 R₂＝∞、Ｓ＝1.8mm、ｆ＝3.526mm、ｔ＝1.2mm、像側のNA＝0.45 これらの数値を上記の条件〜に代入する
と、 3.0≧2.586／１＋0.75×1.8＝1.100≧0.8 1.40≦1.58≦1.87−0.6×0.16×1.8＝1.697 0.75≧0.16×3.526＝0.564≧0.45 となり、条件〜の総てを満足している。

具体例２ R₁＝3.075mm、ｄ＝1.654mm、 n₀＝1.59、ｇ＝0.13mm^-1、 h₄＝−0.64、h₆＝−４、h₈＝０、 R₂＝∞、Ｓ＝2.6mm、ｆ＝4.319mm、ｔ＝1.2mm、像側のNA＝0.45 これらの数値を上記の条件〜に代入する
と、 3.0≧3.075／１＋0.75×2.6＝1.042≧0.8 1.40≦1.59≦1.87−0.6×0.13×2.6＝1.667 0.75≧0.13×4.319＝0.561≧0.45 となり、条件〜の総てを満足している。

これらの具体例１及び２によれば、直径が５mm
以内、厚さが1.7mm以内、重さが0.1ｇ以内と小型
且つ軽量でしかも作動距離が長い光デイスクシス
テム用の対物レンズ９を実現することができる。
また第２図及び第３図から明らかな様に、各種の
収差が良好に補正されている。

発明の効果上述の如く、本発明による光学式記録再生装置
用レンズでは、残留波面収差が極めて小さいの
で、高密度の記録再生が可能であると共に、装置
の組立に際して極端に高い精度が要求されること
はない。

また本発明によるレンズは、第１面が凸球面で
あるために、開口数が大きく、しかも非球面に比
べて研磨が容易で安価である。また第２面が研磨
の更に容易な平面であるために、更に安価であ
る。

また本発明によるレンズは、単一レンズであり
しかも直径及び中心厚が小さくても収差が十分に
補正されているので、小型且つ軽量である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側面図、第２
図及び第３図は本発明の夫々具体例１及び２にお
ける収差曲線を示すグラフである。第４図は本発
明の一従来例を示す側面図である。なお図面に用いた符号において、６……光デイ
スク、９……対物レンズ、９Ａ……第１面、９Ｂ
……第２面である。

Claims

【特許請求の範囲】１光軸から半径方向への距離がｒである位置に
おける屈折率ｎ（ｒ）が n²(r)＝n₀ ²｛１−(g・r)²＋h₄(g・r)⁴ ＋h₆(g・r)⁶＋h₈(g・r)⁸＋……｝と表わされ、且つ R₂＝∞ 3.0≧R₁／（１＋0.75S）≧0.8 1.40≦n₀≦1.87−0.6g・Ｓ 0.75≧ｇ・ｆ≧0.45 但しn₀：光軸上の屈折率ｇ、h₄、h₆、h₈：係数 R₁：第１面の曲率半径 R₂：第２面の曲率半径Ｓ：作動距離ｆ：全系の像側焦点距離の条件を満足する光学式記録再生装置用レンズ。