JPH02223906A - 有限系大口径非球面レンズ - 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、光学的情報読み取りや光通信の伝送系等に適
した有限系大口径非球面レンズに関する。

〈従来の技術〉 大口径非球面レンズは従来はＣＤ（コンパクトディスク
）、ＬＤ（レーザディスク）等のレーザピックアップに
用いられている。また、最近ではコンピュータの光磁気
メモリや、光通信伝送系の微細な光学系に広く用いられ
ている。

一般的にはコリメータレンズと対物レンズを使用した無
限系の光学系が用いられることが多い。

しかし、この方法は、部品数が多くなることや、組立工
程に時間がかかることなどから、コストが高くなる。

また、レンズ重量も増すために焦点制御時の高速の動作
が困難となり、実用的な解決方法とは言えない。

現在、両非球面のプラスチック単レンズがＣＤプレイヤ
などに広く普及している。

しかし、プラスチック単レンズは温度特性に問題があり
、熱耐性も十分でないので光学鏡筒とレンズを粉末ガラ
ス等の接着材料を用いて固定する場合などの高温による
この種の接合処理に耐えられない。

〈発明が解決しようとする課題〉 最近、レンズ製造において超精密モールドプレス技術を
用いる加工方法が確立し、非球面レンズの製造を極めて
高い精度で行うことが可能となった。

光通信用コネクタレンズにおいて、半導体レーザ光をフ
ァイバ端面に伝送し、高度な結合効率を得ようとする場
合、無限系の光学系では２枚以上のレンズが必要となる
。

同様の光学系を有限系で構成すると単レンズによって実
現できる可能性がある。

本発明の目的は、高屈折率ガラスを超精密モールドプレ
スにより成形し、光軸上において像側ビームウェスト部
分のスポット径が非常に小さい範囲が長くとれ、物像間
の結合効率を高くすることができ、かつ光学系を簡素化
でき、コンパクト化を実現することができる有限径大口
径非球面レンズを提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成するために、本発明による有限系大口径
非球面レンズは、第１面と第２面が０式によって表現さ
れる非球面であり、（２）ないし（３）式の条件を満た
して構成されている。

■Ｚ−［ＣｉＹ’／　［１＋　（１−（１＋にｉ）　Ｃ
ｉ”Ｙ’　）　”　］　］十口ｉＹ’＋ＦｉＹ’＋Ｇｉ
Ｙ”＋ＨｉＹ”■２．０　＜　（Ｎ＾口／Ｎ＾Ｉ）＜７
．０■１．２　＜ｒ＋／　（（ｎ　　１）　ｆ　）　＜
２．まただし Ｚ：頂点を通る光軸と垂直な平面から非球面までの距離 Ｙ：光軸から半径方向への高さ Ｃｉ：第１面の非球面頂点の曲率（１／ｒ＊）ｒｉ　：
第１面の非球面頂点の曲率半径Ｋｉ：第ｉ面の円錐定数 Ｂｉ〜旧：第１面の第４次から第１０次の非球面係数Ｎ
Ａロ：物体側の開口数（ＮＡ） ＮＡＩ　：像側の開口数（ＮＡ） ｆ：焦点距離　　　　　ｄ：レンズの中心肉厚ｎニガラ
スの屈折率 く作用〉 有限系大口径非球面レンズの条件■のＮＡＯは物体側の
ＮＡ（光通信においてはＬＤの放射角）に対応し、ＮＡ
Ｉは像側のＮＡ（ファイバの入射角）に対応する量であ
る。

ＮＡ０が決定されたときに、ＮＡＩがとり得る範囲を示
している。ＮＡ０は光学系の効率を考えた場合、一般的
に広い放射角が必要となるので、必然的に大きな値とな
る。

この発明においては、レンズ設計の面から見ると、ＮＡ
Ｏが小さくなると収差補正が容易となり、設計の難易度
も軽減される。

しかし、物像間におけるレンズの周辺光量が不足し、高
効率化という目的が達成できなくなるので、ここではＮ
Ａは０．５５以上のものを対象とする。

ＮＡ０　／ＮＡＩが２．０より小さくなると、像側への
入射角度が大きくなり１作動距離（レンズ後面から像ま
での距離）を短くすることができ全体の光路長は短くな
るが、焦点周辺のスポットが小さく絞られている範囲は
狭くなり、像側においてファイバ等で受光した場合、結
合効率が極端に悪くなる。

また、曲率半径が小さくなりレンズ周辺部での非球面量
も増加する傾向がでてくるので、収差補正が困難となり
、特に軸外の波面収差を悪くしてしまう。一方、ＮＡＯ
／Ｎ＾■が７．０より大きくなるとスポットが小さ（絞
られている範囲は広くとれ、見かけ上の効率は良くなる
が光路長が長くなるため、その間の光量の損失もまた太
き（なる。

また、作動距離が長くなるためコンパクト化が計れなく
なる。

前記構成において■の条件のｒｌ／　（（ｎ　　１　）
ｆ〕が１．２より小さくなると第１面の曲率半径が相対
的に小さくなり、レンズの屈折力が第１面に偏ってくる
。これにより２球面収差を悪化させるとともに希望する
ＮＡＩを得ることが困難となる。

また、ｒｔ　／　［（ｎ−１）　ｆ　）が２．１より大
きくなると非点収差が次第に増大ｊ、補正しきれなくな
る。

〈実施例〉 以下、本発明によるレンズの実施例について詳しく説明
する。

第１図から第２図は、本発明による有限系大口径非球面
レンズの第１および第２の実施例の断面図である。

本発明によるレンズの素材である高屈折率ガラス（ｎ＝
１．７３）は、適切な成形条件を得るためのガラスの転
移点（Ｔｇ）が５００°を超えるものを用いる。これに
よりレンズの耐熱性対吸湿性および温度特性を向上させ
、過酷な高温度下においての使用を可能ならしめている
。

次に本発明によるレンズの第１および第２の実施例の数
値データを示す。

実施例】 ｎ　　　　１．７０６９０３ ｒ２．３ ｄ２．５ Ｗロ　　　　　　１４゜１ ｒｌ　　　　２．３２１９３ に、　　　　−５，８４９４２２ Ｂ、０．１７６２０３ｘｌＯ−２ ＦＩＯ，１８２９２１ｘｌＯ−’ ｒ＝　　　　−３，００５２５ に、　　　　−１，７４３２５７ Ｂ、　　　　０１２６３２３７ｘｌＯ−’Ｆ、　　　　
０゜５４４８０５ｘｌＯ−’波面収差（ＲＭＳ） 軸上　　　０．００２λ 軸外　　　ｏ、　ｏｏａλ ＮＡＯ０１５５９７３１ θ、　　　　３４．０３７１７ ＮＡＩ　　　　　Ｏ，１１８９３５ θ、　　　　　６．８３０６５ ＮＡＯ／ＮＡＩ　　　４．７０６１９２実施例２ １．７０６９０３ ２．０ ２．５ ７．１ １、７７８１８ −４．０３３５５０ ０．２８２６３１Ｘ１０−２ ０．２５６７９８Ｘ１０−’ ２、８８２２１ −２．１５８８４９ ０．２０９４７８Ｘ１０−２ ０．６８０９３９Ｘ１０−’ ０、００３　　λ ０．０１０　　λ ０、５５９７３１ ３４、０３７１７ ０、２２３１３２ １２、８９３０８ ２、５０８５２０ 前記実施例においてｎは１３１０．ｎｍの屈折率である
。

また前記実施例において波面収差・軸上は光軸上の値、
波面収差・軸外は光軸から５μｍにふける値を示す。

なおりバーガラスの屈折率はｎ＝１．４７で、厚さはｄ
＝０．２５である。

第３図および第４図は前記第１および第２の実施例のレ
ンズの収差特性を示すグラフである。

〈発明の効果〉 無限系で従来用いられていたレンズ系に対して有限系の
非球面単レンズを使用することにより、光学系を簡素化
することができる。そして全体のシステムを小形にする
ことができ、物像間における結合効率を向上させること
ができた。

物体側から極めて広角度に入ってくる光線を損失なく入
射させることができ、さらに収差の劣化を招くことなく
像側に大きな自由度を持った角度で射出できる高性能な
レンズを提供できる。

ガラス材のため耐熱、耐湿特性に優れ、過酷な条件のも
とにおいても高性能を保つことができる。

高屈折率ガラス（ＴＩ＝１．７３）を使用するため短波
長領域においても比較的大きな屈折率を保つことができ
、適応範囲を大きく広げることができる。

高屈折率ガラスを使用することにより、微小曲率半径範
囲においても比較的大きな曲率半径をとることができ設
計および金型加工上の自由度が大きくて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は本発明による有限系大口径非球面
レンズの第１および第２の実施例を示す光路図である。 第３図および第４図は、それぞれ第１および第２の実施
例の収差特性を示すグラフである。 ｆ・・・焦点距離 ｄ・・・レンズの中心肉厚 ｒ、・・・第１面の非球面頂点の曲率半径ｎ・・・ガラ
スの屈折率 特許出願人　ホ　−　ヤ　株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１面と第２面が（１）式によって表現される非球面で
   あり、（２）ないし（３）式の条件を満たして構成され
   た有限系大口径非球面レンズ。 記 （１）▲数式、化学式、表等があります▼ （２）２．０＜（ＮＡＯ／ＮＡＩ）＜７．０ （３）１．２＜ｒ＿１／〔（ｎ−１）ｆ〕＜２．１ ただし Ｚ：頂点を通る光軸と垂直な平面から非球面までの距離 Ｙ：光軸から半径方向への高さ Ｃｉ：第ｉ面の非球面頂点の曲率（１／ｒ＿ｉ） ｒ＿ｉ：第ｉ面の非球面頂点の曲率半径 Ｋｉ：第ｉ面の円錐定数 Ｂｉ〜Ｈｉ：第ｉ面の第４次から第１０次の非球面係数 ＮＡＯ：物体側の開口数（ＮＡ） ＮＡＩ：像側の開口数（ＮＡ） ｆ：焦点距離 ｄ：レンズの中心肉厚 ｎ：ガラスの屈折率