JPH0576606B2 - - Google Patents
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- JPH0576606B2 JPH0576606B2 JP59029183A JP2918384A JPH0576606B2 JP H0576606 B2 JPH0576606 B2 JP H0576606B2 JP 59029183 A JP59029183 A JP 59029183A JP 2918384 A JP2918384 A JP 2918384A JP H0576606 B2 JPH0576606 B2 JP H0576606B2
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- JP
- Japan
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- lens
- refractive
- aberration
- value
- refractive index
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、光ピツクアツプの対物レンズとして
使用される屈折率分布型レンズに関するものであ
る。
使用される屈折率分布型レンズに関するものであ
る。
背景技術とその問題点
光デイスク装置の光ピツクアツプに使用される
対物レンズは、光軸上のスポツトサイズが実質的
には回折のみによつて制限される様に、回折限界
の性能を有している必要がある。そしてこの為に
は、球面収差のrms値がλ／14以下と非常に小さ
な値である必要がある。
対物レンズは、光軸上のスポツトサイズが実質的
には回折のみによつて制限される様に、回折限界
の性能を有している必要がある。そしてこの為に
は、球面収差のrms値がλ／14以下と非常に小さ
な値である必要がある。
第１図Ａ〜Ｃは、半画角Ｗ＝1°、Ｆナンバー
Ｆ／Ｎ＝１（開口数NA＝0.5に相当）及び焦点距
離FL＝５mmで且つ屈折率Ｎが夫々1.5、1.6及び
1.7である３種の球面単レンズにおける、第１の
屈折表面の曲率C1と３次収差の量との関係を示
している。
Ｆ／Ｎ＝１（開口数NA＝0.5に相当）及び焦点距
離FL＝５mmで且つ屈折率Ｎが夫々1.5、1.6及び
1.7である３種の球面単レンズにおける、第１の
屈折表面の曲率C1と３次収差の量との関係を示
している。
曲線１１Ａ〜１４Ａ、１１Ｂ〜１４Ｂ及び１１
Ｃ〜１４Ｃは、上記の球面単レンズの厚さｔを１
mm、２mm、３mm及び４mmとした場合の球面収差の
量を示している。また曲線２１Ａ〜２４Ａ、２１
Ｂ〜２４Ｂ及び２１Ｃ〜２４Ｃは、上記の様な厚
さｔにおけるコマ（タンジエンシヤル）収差の量
を10倍のスケールで示している。
Ｃ〜１４Ｃは、上記の球面単レンズの厚さｔを１
mm、２mm、３mm及び４mmとした場合の球面収差の
量を示している。また曲線２１Ａ〜２４Ａ、２１
Ｂ〜２４Ｂ及び２１Ｃ〜２４Ｃは、上記の様な厚
さｔにおけるコマ（タンジエンシヤル）収差の量
を10倍のスケールで示している。
これらの第１図Ａ〜Ｃから明らかな様に、屈折
率Ｎにも依存するが曲率C1が概ね0.2mm-1≦C1≦
0.4mm-1でコマ収差がゼロ点を有し、このゼロ点
の近傍で球面収差の絶対値も極小となつている。
率Ｎにも依存するが曲率C1が概ね0.2mm-1≦C1≦
0.4mm-1でコマ収差がゼロ点を有し、このゼロ点
の近傍で球面収差の絶対値も極小となつている。
しかしこの球面収差の極小値は−0.3mm〜−0.7
mm程度もあり、回折限界の性能は到底得ることが
できない。回折限界の性能を得る為には球面収差
を数μm以下に補正する必要があり、単レンズで
これを実現する一つの方法として、レンズの一方
若しくは両方の屈折表面を非球面化することが考
えられている。
mm程度もあり、回折限界の性能は到底得ることが
できない。回折限界の性能を得る為には球面収差
を数μm以下に補正する必要があり、単レンズで
これを実現する一つの方法として、レンズの一方
若しくは両方の屈折表面を非球面化することが考
えられている。
ところが屈折表面の非球面化によつて球面収差
とコマ収差とを高次収差をも含めて良好に補正す
る為には、両方の屈折表面を10次程度の多項式で
表わされる一般的な非球面とする必要があり、し
かも屈折表面の精度を最大でも0.1μm程度に保つ
必要がある。
とコマ収差とを高次収差をも含めて良好に補正す
る為には、両方の屈折表面を10次程度の多項式で
表わされる一般的な非球面とする必要があり、し
かも屈折表面の精度を最大でも0.1μm程度に保つ
必要がある。
そしてこの様な超高精度の成型技術が現実に達
成されつつあるが、金型制作や検査等に多大の設
備及び労力を要して、低廉なレンズを得ることが
できないのは明らかである。
成されつつあるが、金型制作や検査等に多大の設
備及び労力を要して、低廉なレンズを得ることが
できないのは明らかである。
一方、近年、光軸から半径方向へ屈折率勾配を
有している屈折率分布型レンズが商品化されてい
る。この様な屈折率分布型レンズは、屈折率が光
軸からの距離によつて変化しているので、屈折表
面を球面に加工しても非球面の性質を得ることが
できるという特徴を有している。
有している屈折率分布型レンズが商品化されてい
る。この様な屈折率分布型レンズは、屈折率が光
軸からの距離によつて変化しているので、屈折表
面を球面に加工しても非球面の性質を得ることが
できるという特徴を有している。
そして、光軸から半径方向への距離ｒの点にお
ける屈折率Ｎ(r)が Ｎ(r)＝N00＋N10r2＋N20r4 で表わされる屈折率分布型レンズを光ピツクアツ
プの対物レンズとして使用することが既に知られ
ている。
ける屈折率Ｎ(r)が Ｎ(r)＝N00＋N10r2＋N20r4 で表わされる屈折率分布型レンズを光ピツクアツ
プの対物レンズとして使用することが既に知られ
ている。
ところが、半径方向への屈折率勾配を有してい
る屈折率分布型レンズでは、両方の屈折表面の曲
率中心が屈折率分布の対称軸上に正確に位置する
必要があるが、両方の屈折表面の球面加工をこの
様に行うことは容易ではない。そして、この位置
合わせが正確に行われないと、いわゆる偏心コマ
収差が発生する。しかも、屈折表面の一方若しく
は両方が平面では、所望の収差補正を行うことは
困難である。
る屈折率分布型レンズでは、両方の屈折表面の曲
率中心が屈折率分布の対称軸上に正確に位置する
必要があるが、両方の屈折表面の球面加工をこの
様に行うことは容易ではない。そして、この位置
合わせが正確に行われないと、いわゆる偏心コマ
収差が発生する。しかも、屈折表面の一方若しく
は両方が平面では、所望の収差補正を行うことは
困難である。
発明の目的
本発明は、上述の問題点に鑑み、収差が良好に
補正されているにも拘らず製作が容易なピツクア
ツプ用屈折率分布型レンズを提供することを目的
としている。
補正されているにも拘らず製作が容易なピツクア
ツプ用屈折率分布型レンズを提供することを目的
としている。
発明の概要
本発明は、曲率が夫々C1及びC2である第１及
び第２の屈折表面と、前記夫々の曲率の中心を通
る軸上における前記第１及び第２の屈折表面間の
距離がｔである厚さと、前記軸をｘ軸としたとき
に Ｎ（ｘ）＝N00＋N01ｘ なる値を有する屈折率とを夫々具備し、前記C1、
C2、ｔ、N00及びN01の値が 0.2mm-1≦C1≦0.4mm-1｜C2｜≦0.1mm-1 1.5mm≦ｔ≦４mm 1.35≦N00≦1.9 −0.3mm-1≦N01≦−0.05mm-1 の範囲に存すると共に、焦点距離を所定の値に保
ちつつ前記C1の値を調整することによつて３次
のコマ収差を補正し、且つ前記N01の値を調整す
ることによつて３次の球面収差を補正する様にし
たことを特徴とする光ピツクアツプ用屈折率分布
型レンズに係るものである。
び第２の屈折表面と、前記夫々の曲率の中心を通
る軸上における前記第１及び第２の屈折表面間の
距離がｔである厚さと、前記軸をｘ軸としたとき
に Ｎ（ｘ）＝N00＋N01ｘ なる値を有する屈折率とを夫々具備し、前記C1、
C2、ｔ、N00及びN01の値が 0.2mm-1≦C1≦0.4mm-1｜C2｜≦0.1mm-1 1.5mm≦ｔ≦４mm 1.35≦N00≦1.9 −0.3mm-1≦N01≦−0.05mm-1 の範囲に存すると共に、焦点距離を所定の値に保
ちつつ前記C1の値を調整することによつて３次
のコマ収差を補正し、且つ前記N01の値を調整す
ることによつて３次の球面収差を補正する様にし
たことを特徴とする光ピツクアツプ用屈折率分布
型レンズに係るものである。
実施例
以下、本発明の一実施例を第２図及び第３図を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
第２図Ａは、反射層３１とデイスク基板３２と
から成る光デイスク３３に対して記録や再生を行
う為の光ピツクアツプ（図示せず）に使用されて
いる本実施例による屈折率分布型レンズ３４を示
している。
から成る光デイスク３３に対して記録や再生を行
う為の光ピツクアツプ（図示せず）に使用されて
いる本実施例による屈折率分布型レンズ３４を示
している。
デイスク基板３２は1.2mmの厚さと均一な屈折
率（ここでは、デイスク基板３２の材料と略同じ
屈折率を有している光学ガラスBK７の屈折率
1.510722で代用する）とを有しているが、屈折率
分布型レンズ３４は、第２図Ｂに示す様に一方向
にｘ軸をとつたとき、 Ｎ(x)＝N00＋N01ｘ …… で表わされる屈折率Ｎ(x)を有している。
率（ここでは、デイスク基板３２の材料と略同じ
屈折率を有している光学ガラスBK７の屈折率
1.510722で代用する）とを有しているが、屈折率
分布型レンズ３４は、第２図Ｂに示す様に一方向
にｘ軸をとつたとき、 Ｎ(x)＝N00＋N01ｘ …… で表わされる屈折率Ｎ(x)を有している。
そしてこのレンズ３４は、半画角Ｗ＝1°、Ｆナ
ンバーＦ／Ｎ＝1.111（開口数NA＝0.45に相当）、
焦点距離FL＝５mm、作動距離WD＝3.113mm及び
入射瞳径EPD＝4.5mmなる一次性能を満足してい
る。
ンバーＦ／Ｎ＝1.111（開口数NA＝0.45に相当）、
焦点距離FL＝５mm、作動距離WD＝3.113mm及び
入射瞳径EPD＝4.5mmなる一次性能を満足してい
る。
式の様に屈折率勾配を有する単レンズも、３
次のコマ収差及び３次の球面収差については、第
１図に類似する特性を有している。従つて、レン
ズ３４の第１の屈折表面３５の曲率C1を調整す
れば、３次のコマ収差を補正することができる。
このとき、焦点距離FLを上記の値に保つ為には、
レンズ３４の第２の屈折表面３６の曲率C2をも
調整する必要がある。
次のコマ収差及び３次の球面収差については、第
１図に類似する特性を有している。従つて、レン
ズ３４の第１の屈折表面３５の曲率C1を調整す
れば、３次のコマ収差を補正することができる。
このとき、焦点距離FLを上記の値に保つ為には、
レンズ３４の第２の屈折表面３６の曲率C2をも
調整する必要がある。
この結果、レンズ３４の厚さｔ＝1.8mmで且つ
式の係数N00＝1.733958の場合、 曲率C1＝0.26873043mm-1 曲率C2＝−0.00680098mm-1 の値が得られる。従つて、曲率C2の絶対値は非
常に小さくてよく、第２図Ａからも明らかな様
に、第２の屈折表面３６は平面に近い。
式の係数N00＝1.733958の場合、 曲率C1＝0.26873043mm-1 曲率C2＝−0.00680098mm-1 の値が得られる。従つて、曲率C2の絶対値は非
常に小さくてよく、第２図Ａからも明らかな様
に、第２の屈折表面３６は平面に近い。
ところで、曲率C1を調整することによつて３
次のコマ収差を補正しただけでは、第１図からも
明らかな様に、値が負である３次の球面収差がま
だ残留している。
次のコマ収差を補正しただけでは、第１図からも
明らかな様に、値が負である３次の球面収差がま
だ残留している。
一方、式の係数N01の球面収差への寄与SA
は、屈折表面の曲率Ｃ、レンズへの入射高さｙ
（入射瞳径EPDの1/2に相当）、開口数NA 及び焦点距離ｆによつて、 SA＝−１／２N01C2y4／NA ＝−１／２N01C2f4NA3 …… と表わされる。
は、屈折表面の曲率Ｃ、レンズへの入射高さｙ
（入射瞳径EPDの1/2に相当）、開口数NA 及び焦点距離ｆによつて、 SA＝−１／２N01C2y4／NA ＝−１／２N01C2f4NA3 …… と表わされる。
従つて、係数N01を調整することによつて式
の値を適当な正の値に設定すれば、負の残留球面
収差を相殺することができる。なお、レンズ３４
の第２の屈折表面３６の曲率C2は、既述の如く
非常に小さいので、式に対する寄与が非常に小
さく、式の曲率Ｃとして曲率C1のみを使用す
ることができる。この結果、 係数N01＝−0.1189 の値が得られる。
の値を適当な正の値に設定すれば、負の残留球面
収差を相殺することができる。なお、レンズ３４
の第２の屈折表面３６の曲率C2は、既述の如く
非常に小さいので、式に対する寄与が非常に小
さく、式の曲率Ｃとして曲率C1のみを使用す
ることができる。この結果、 係数N01＝−0.1189 の値が得られる。
以上の様な各値を有するレンズ３４の球面収差
を求めると、780nmの波長λを有するビームに対
して、ｐ−ｐ値ではλ／４、rms値ではλ／100
なる値が得られ、このレンズ３４は回折限界の性
能を十分に有している。
を求めると、780nmの波長λを有するビームに対
して、ｐ−ｐ値ではλ／４、rms値ではλ／100
なる値が得られ、このレンズ３４は回折限界の性
能を十分に有している。
また、レンズ３４の第１及び第２の屈折表面３
５，３６の球面加工に際して0.5mmの偏心を与え
ても、なお回折限界の性能を有しており、偏心に
対する許容限度が大きい。
５，３６の球面加工に際して0.5mmの偏心を与え
ても、なお回折限界の性能を有しており、偏心に
対する許容限度が大きい。
更にまた、4.5mmの入射瞳径EPDに対して３mm
以上の作動距離WDを得ることができるのは、通
常のガラス組レンズにはない利点である。
以上の作動距離WDを得ることができるのは、通
常のガラス組レンズにはない利点である。
第３図は入射ビームに対するタンジエンシヤル
方向及びこれに垂直なサジタル方向におけるレン
ズ３４の横収差を示しており、第３図Ａ及びＢは
ビームが半画角Ｗ＝0.00°で入射した場合、第３
図Ｃ及びＤはビームが半画角Ｗ＝1.00°で入射し
た場合のものである。なお、サジタル方向の横収
差は左右対称に現われるので、第３図Ｂ及びＤで
はその右半分のみを示している。
方向及びこれに垂直なサジタル方向におけるレン
ズ３４の横収差を示しており、第３図Ａ及びＢは
ビームが半画角Ｗ＝0.00°で入射した場合、第３
図Ｃ及びＤはビームが半画角Ｗ＝1.00°で入射し
た場合のものである。なお、サジタル方向の横収
差は左右対称に現われるので、第３図Ｂ及びＤで
はその右半分のみを示している。
この第３図から明らかな様に、レンズ３４の収
差は略ゼロであり、高次収差までも良好に補正さ
れている。また半画角Ｗ＝1.00°の場合でも収差
がrms値でλ／30であり、回折限界の性能を十分
に有している。
差は略ゼロであり、高次収差までも良好に補正さ
れている。また半画角Ｗ＝1.00°の場合でも収差
がrms値でλ／30であり、回折限界の性能を十分
に有している。
なお、高次の球面収差を更に良好に補正する為
には、屈折率Ｎ(x)が Ｎ(x)＝N00＋N01 x＋N02x2 で示される様にx2の屈折率分布の項がある方が良
い。しかし、半画角Ｗ＝1.00°で入射した場合の
収差等の軸外特性は余り変化がなく、１次勾配と
いう単純性の利点には及ばない。
には、屈折率Ｎ(x)が Ｎ(x)＝N00＋N01 x＋N02x2 で示される様にx2の屈折率分布の項がある方が良
い。しかし、半画角Ｗ＝1.00°で入射した場合の
収差等の軸外特性は余り変化がなく、１次勾配と
いう単純性の利点には及ばない。
また、第１及び第２の屈折表面３５，３６の曲
率C1、C2、レンズ３４の厚さｔ及び屈折率Ｎ(x)
の分布係数N00、N01は、上記の値に限定される
ものではなく、 0.2mm-1≦C1≦0.4mm-1｜C2｜≦0.1mm-1 1.5mm≦ｔ≦４mm 1.35≦N00≦1.9 −0.3mm-1≦N01≦−0.05mm-1 の範囲にあればよい。
率C1、C2、レンズ３４の厚さｔ及び屈折率Ｎ(x)
の分布係数N00、N01は、上記の値に限定される
ものではなく、 0.2mm-1≦C1≦0.4mm-1｜C2｜≦0.1mm-1 1.5mm≦ｔ≦４mm 1.35≦N00≦1.9 −0.3mm-1≦N01≦−0.05mm-1 の範囲にあればよい。
発明の効果
以上の様に本発明による光ピツクアツプ用屈折
率分布型レンズは、レンズの一方向に一定の屈折
率勾配を持たせこの屈折率勾配に沿つて光軸を形
成すると共に、屈折表面の曲率を調整することに
よつてコマ収差を補正し且つ屈折率勾配を調整す
ることによつて球面収差を補正する様にしたもの
である。
率分布型レンズは、レンズの一方向に一定の屈折
率勾配を持たせこの屈折率勾配に沿つて光軸を形
成すると共に、屈折表面の曲率を調整することに
よつてコマ収差を補正し且つ屈折率勾配を調整す
ることによつて球面収差を補正する様にしたもの
である。
従つて、屈折表面を球面に加工するだけで非球
面の性質を得ることができるので、収差が良好に
補正されているにも拘らずレンズの製作が非常に
容易である。
面の性質を得ることができるので、収差が良好に
補正されているにも拘らずレンズの製作が非常に
容易である。
また、第１の屈折表面の曲率中心を通り屈折率
勾配に沿つて延びる軸が自動的に光軸となるの
で、偏心を生じない様にする為には第２の屈折表
面の球面加工にのみ注意を払えばよく、このこと
によつてもレンズの製作が非常に容易である。
勾配に沿つて延びる軸が自動的に光軸となるの
で、偏心を生じない様にする為には第２の屈折表
面の球面加工にのみ注意を払えばよく、このこと
によつてもレンズの製作が非常に容易である。
第１図は球面単レンズの３次のコマ収差と３次
の球面収差とを示すグラフ、第２図は本発明の一
実施例を示す概略的な側面図、第３図は第２図に
示した一実施例の横収差を示すグラフである。 なお図面に用いられた符号において、３４……
屈折率分布型レンズ、３５……第１の屈折表面、
３６……第２の屈折表面、ｔ……厚さである。
の球面収差とを示すグラフ、第２図は本発明の一
実施例を示す概略的な側面図、第３図は第２図に
示した一実施例の横収差を示すグラフである。 なお図面に用いられた符号において、３４……
屈折率分布型レンズ、３５……第１の屈折表面、
３６……第２の屈折表面、ｔ……厚さである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 曲率が夫々C1及びC2である第１及び第２の
屈折表面と、前記夫々の曲率の中心を通る軸上に
おける前記第１及び第２の屈折表面間の距離がｔ
である厚さと、前記軸をｘ軸としたときに Ｎ（ｘ）＝N00＋N01ｘ なる値を有する屈折率とを夫々具備し、前記C1、
C2、ｔ、N00及びN01の値が 0.2mm-1≦C1≦0.4mm-1｜C2｜≦0.1mm-1 1.5mm≦ｔ≦４mm 1.35≦N00≦1.9 −0.3mm-1≦N01≦−0.05mm-1 の範囲に存すると共に、焦点距離を所定の値に保
ちつつ前記C1の値を調整することによつて３次
のコマ収差を補正し、且つ前記N01の値を調整す
ることによつて３次の球面収差を補正する様にし
たことを特徴とする光ピツクアツプ用屈折率分布
型レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2918384A JPS60172010A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 光ピツクアツプ用屈折率分布型レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2918384A JPS60172010A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 光ピツクアツプ用屈折率分布型レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60172010A JPS60172010A (ja) | 1985-09-05 |
| JPH0576606B2 true JPH0576606B2 (ja) | 1993-10-25 |
Family
ID=12269092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2918384A Granted JPS60172010A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 光ピツクアツプ用屈折率分布型レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60172010A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2601802B2 (ja) * | 1985-09-17 | 1997-04-16 | 日本板硝子株式会社 | 屈折率分布型コリメータレンズ |
| JPS62123419A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-04 | Canon Inc | 結像レンズ |
| JPH081491B2 (ja) * | 1985-11-28 | 1996-01-10 | ソニー株式会社 | 光ディスク用対物レンズ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3729253A (en) * | 1971-05-28 | 1973-04-24 | Western Electric Co | Optical system comprising a single element having a continuously varying index of refraction |
-
1984
- 1984-02-17 JP JP2918384A patent/JPS60172010A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60172010A (ja) | 1985-09-05 |
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