JPH06242373A - 色収差補正単レンズ - Google Patents
色収差補正単レンズInfo
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- JPH06242373A JPH06242373A JP13830193A JP13830193A JPH06242373A JP H06242373 A JPH06242373 A JP H06242373A JP 13830193 A JP13830193 A JP 13830193A JP 13830193 A JP13830193 A JP 13830193A JP H06242373 A JPH06242373 A JP H06242373A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回折効果を利用することにより、構成枚数を
増やさずに色収差を補正することができるレンズを提供
することを目的とする。 【構成】 光軸から周辺に向かって曲率半径が大きくな
る非球面を少なくとも１面に有し、少なくともいずれか
の面を、光軸から離れるに従ってレンズ厚が厚くなる方
向へ離散的にシフトする輪帯として階段状に形成された
回折レンズ面として構成したことを特徴とする。
増やさずに色収差を補正することができるレンズを提供
することを目的とする。 【構成】 光軸から周辺に向かって曲率半径が大きくな
る非球面を少なくとも１面に有し、少なくともいずれか
の面を、光軸から離れるに従ってレンズ厚が厚くなる方
向へ離散的にシフトする輪帯として階段状に形成された
回折レンズ面として構成したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、単独で色収差が補正
されたレンズに関する。
されたレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスク用の対物レンズには、
軽量化のために両面非球面の単レンズが使われるように
なっている。しかし、従来の単レンズは色収差を補正で
きなかった。
軽量化のために両面非球面の単レンズが使われるように
なっている。しかし、従来の単レンズは色収差を補正で
きなかった。
【０００３】光ディスク装置の光源として用いられてい
る半導体レーザーは、出力パワーの変化、あるいは温度
の変化により発光波長がシフトする。このため、対物レ
ンズの色収差が補正されていない場合には、光束の集光
位置が波長のシフトにより変化し、情報の読取、書込み
に誤りを生じる可能性がある。
る半導体レーザーは、出力パワーの変化、あるいは温度
の変化により発光波長がシフトする。このため、対物レ
ンズの色収差が補正されていない場合には、光束の集光
位置が波長のシフトにより変化し、情報の読取、書込み
に誤りを生じる可能性がある。
【０００４】この問題を解決するため、本発明者らは、
ガラスレンズを２枚、あるいは３枚貼り合わせた色収差
補正素子を発明した(特開平3-155514号公報、特開平3-1
55515公報参照)。この色収差補正素子を非球面単レンズ
と組み合せて使用することにより、従来の色収差が補正
されたレンズより少ない枚数で波長変動による影響を受
けないレンズを提供できた。
ガラスレンズを２枚、あるいは３枚貼り合わせた色収差
補正素子を発明した(特開平3-155514号公報、特開平3-1
55515公報参照)。この色収差補正素子を非球面単レンズ
と組み合せて使用することにより、従来の色収差が補正
されたレンズより少ない枚数で波長変動による影響を受
けないレンズを提供できた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
公報に開示される手段によっても、色収差を補正するた
めに対物レンズが本来持つべき収束作用には直接関与し
ない素子を設けなければならない。したがって、色収差
を補正した光学系は、これを補正していない光学系より
も重量、部品点数が共に増加するという問題がある。
公報に開示される手段によっても、色収差を補正するた
めに対物レンズが本来持つべき収束作用には直接関与し
ない素子を設けなければならない。したがって、色収差
を補正した光学系は、これを補正していない光学系より
も重量、部品点数が共に増加するという問題がある。
【０００６】
【発明の目的】この発明は 上記の課題に鑑み、回折効
果を利用することにより、構成枚数を増やさずに色収差
を補正することができるレンズを提供することを目的と
する。
果を利用することにより、構成枚数を増やさずに色収差
を補正することができるレンズを提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成させる
ため、この発明にかかる色収差補正単レンズは、光軸か
ら周辺に向かって曲率半径が大きくなる非球面を少なく
とも１面に有し、少なくともいずれかの面を、光軸から
離れるに従ってレンズ厚が厚くなる方向へ離散的にシフ
トする輪帯として階段状に形成された回折レンズ面とし
て構成したことを特徴とする。
ため、この発明にかかる色収差補正単レンズは、光軸か
ら周辺に向かって曲率半径が大きくなる非球面を少なく
とも１面に有し、少なくともいずれかの面を、光軸から
離れるに従ってレンズ厚が厚くなる方向へ離散的にシフ
トする輪帯として階段状に形成された回折レンズ面とし
て構成したことを特徴とする。
【０００８】
【実施例】以下、この発明にかかる色収差補正単レンズ
の実施例を説明する。まず、この発明の原理を説明す
る。
の実施例を説明する。まず、この発明の原理を説明す
る。
【０００９】屈折率ｎ、屈折率の波長変化に対する変化
Δｎの材料を用いて作った焦点距離ｆの薄肉レンズの波
長変化に対するパワーの変化ΔＲは、以下の式(１)で表
される。
Δｎの材料を用いて作った焦点距離ｆの薄肉レンズの波
長変化に対するパワーの変化ΔＲは、以下の式(１)で表
される。
【００１０】
【数１】ΔＲ＝Δｎ ／ (ｆ (ｎ−１)) …(１)
【００１１】レンズを構成するのに十分な屈折率ｎを有
し、かつ、屈折率変化Δｎが小さい物質は存在しないた
め、パワーを持った通常の単レンズでは、波長の変化に
よるパワーの変動ΔＲを抑えることはできない。
し、かつ、屈折率変化Δｎが小さい物質は存在しないた
め、パワーを持った通常の単レンズでは、波長の変化に
よるパワーの変動ΔＲを抑えることはできない。
【００１２】そこで、この発明の色収差補正単レンズ
は、単レンズの何れかの表面を回折レンズ面とし、その
回折効果を利用して単レンズの屈折作用で発生する色収
差をキャンセルするよう構成している。
は、単レンズの何れかの表面を回折レンズ面とし、その
回折効果を利用して単レンズの屈折作用で発生する色収
差をキャンセルするよう構成している。
【００１３】回折レンズには、回折のタイプにより振幅
型回折レンズ及び位相型の回折レンズが考えられるが、
光の利用効率の点から位相型の回折レンズとすることが
望ましい。位相型の回折レンズは、光軸に対して垂直な
平面を光軸に対して同心円状の輪帯として階段状に形成
して構成される。
型回折レンズ及び位相型の回折レンズが考えられるが、
光の利用効率の点から位相型の回折レンズとすることが
望ましい。位相型の回折レンズは、光軸に対して垂直な
平面を光軸に対して同心円状の輪帯として階段状に形成
して構成される。
【００１４】レンズの屈折によるパワーをφR、レンズ
の１面に形成された回折レンズ面によるパワーをφDと
すると、これらを合成したパワーφTは以下の(２)式に
より表される。
の１面に形成された回折レンズ面によるパワーをφDと
すると、これらを合成したパワーφTは以下の(２)式に
より表される。
【００１５】
【数２】φT＝(HR／H1)φR＋(HD／H1)φD …(２) ただし H1：レンズ系への近軸光線の入射高さ、 HR：H1で入射した近軸光線の屈折レンズの前側主点への
入射高さ、 HD：H1で入射した近軸光線の回折レンズの前側主点への
入射高さである。
入射高さ、 HD：H1で入射した近軸光線の回折レンズの前側主点への
入射高さである。
【００１６】説明を簡単にするためにレンズを薄レンズ
であるとみなすと、(２)式は下の(３)式のように変形で
きる。
であるとみなすと、(２)式は下の(３)式のように変形で
きる。
【００１７】
【数３】φT＝φR＋φD …(３)
【００１８】通常の屈折系のレンズにおいて、波長変動
に伴う屈折率の変化Δｎにより発生するレンズパワーの
変化量ΔRは、屈折によるパワーをφRとして(４)式で表
される。
に伴う屈折率の変化Δｎにより発生するレンズパワーの
変化量ΔRは、屈折によるパワーをφRとして(４)式で表
される。
【００１９】
【数４】ΔR ＝ φR(Δｎ／(ｎ-１)) …(４)
【００２０】一方、回折レンズ面の持つパワーφDは、
回折によって発生する光路長差を光軸からの距離により
２階微分して得られる。また、光路長差は波長に比例す
るため、設計基準波長λ0に対し波長がΔλシフトした
際の回折によるパワーの変化量ΔDは、以下の(５)式で
表される。
回折によって発生する光路長差を光軸からの距離により
２階微分して得られる。また、光路長差は波長に比例す
るため、設計基準波長λ0に対し波長がΔλシフトした
際の回折によるパワーの変化量ΔDは、以下の(５)式で
表される。
【００２１】
【数５】ΔD ＝ (Δλ／λ0)φD …(５)
【００２２】例えば、基準波長λ0＝780nm、シフトΔλ
＝±10nmの半導体レーザーを光源として用いる焦点距離
10mmのレンズを株式会社オハラのＬＡＬ１３(商品名：
ｎ780＝1.68468，Δｎ＝-0.000032)を用いて製作する場
合、上記の(４)，(５)式から、以下の値が得られる。
＝±10nmの半導体レーザーを光源として用いる焦点距離
10mmのレンズを株式会社オハラのＬＡＬ１３(商品名：
ｎ780＝1.68468，Δｎ＝-0.000032)を用いて製作する場
合、上記の(４)，(５)式から、以下の値が得られる。
【００２３】
【数６】 ΔR＝φR (Δｎ／(ｎ-１))＝ -4.67×10-4・φR ΔD＝φD(Δλ／λ0)＝ 1.28×10-2・φD
【００２４】波長の違いによる合成パワーの変化量を抑
えるためには、ΔR＋ΔD＝０となるよう設定すればよ
い。すなわち、以下の(７)式を満たすことにより、基準
波長780nmの近傍において色収差を持たないレンズを得
ることができる。
えるためには、ΔR＋ΔD＝０となるよう設定すればよ
い。すなわち、以下の(７)式を満たすことにより、基準
波長780nmの近傍において色収差を持たないレンズを得
ることができる。
【００２５】
【数７】φR ： φD ＝ １：0.0364 …(７)
【００２６】また、焦点距離を10mmとするためには、次
の(８)式を満たす必要があり、かつ、上記の(７)式と以
下の(８)式とから、屈折、回折による各パワーは、(９)
(１０)式に示すとおりとなる。
の(８)式を満たす必要があり、かつ、上記の(７)式と以
下の(８)式とから、屈折、回折による各パワーは、(９)
(１０)式に示すとおりとなる。
【００２７】φR＋φD＝ 0.100 …(８) φR＝ 0.09649 …(９) φD＝ 0.00351 …(１０)
【００２８】(１０)式を光軸からの距離で２階積分する
ことにより、回折レンズ面上で光軸からの高さｈの点に
おける光路長差OPD(ｈ)が次の(１１)式のように定ま
る。
ことにより、回折レンズ面上で光軸からの高さｈの点に
おける光路長差OPD(ｈ)が次の(１１)式のように定ま
る。
【００２９】OPD(ｈ)＝ 0.5＊φD＊ｈ2 ＝ 0.5＊0.00351＊ｈ2 ＝ 1.755×10-3＊ｈ2 …(１１)
【００３０】ただし、回折を生じさせるためには、光路
長差を連続的でなく、断続的、離散的に変化させて階段
状に形成する必要がある。すなわち、光路に沿った厚さ
ｔの媒質を通った光と空気中を通る光との間に発生する
光路長差は(ｎ−１)ｔで与えられるため、回折レンズの
階段の段差は、以下の(１２)式で得られるｔ、もしくは
その整数倍とする必要がある。
長差を連続的でなく、断続的、離散的に変化させて階段
状に形成する必要がある。すなわち、光路に沿った厚さ
ｔの媒質を通った光と空気中を通る光との間に発生する
光路長差は(ｎ−１)ｔで与えられるため、回折レンズの
階段の段差は、以下の(１２)式で得られるｔ、もしくは
その整数倍とする必要がある。
【００３１】 ｔ(ｈ)＝0.78O×10-3／(ｎ−１) ＝ 0.78O×10-3/0.68468 ＝ 1.14×10-3＊ｈ2 …(１２)
【００３２】したがって、回折レンズは、巨視的には凹
レンズのように光軸からの距離の２乗に比例するように
レンズ厚が厚くなるような形状を持ち、微視的には前述
したように光軸に対して同心円状に、階段状に配列して
構成することにより、所望のパワーを得ることができ
る。
レンズのように光軸からの距離の２乗に比例するように
レンズ厚が厚くなるような形状を持ち、微視的には前述
したように光軸に対して同心円状に、階段状に配列して
構成することにより、所望のパワーを得ることができ
る。
【００３３】なお、以上の説明は色収差補正単レンズを
薄肉レンズと仮定しているため、光線の入射高さはレン
ズの２つの面で変化しないものとして扱っているが、実
際にはレンズ面へ入射する高さが前面後面で異なるた
め、ｈの変化をも考慮しなければならない。
薄肉レンズと仮定しているため、光線の入射高さはレン
ズの２つの面で変化しないものとして扱っているが、実
際にはレンズ面へ入射する高さが前面後面で異なるた
め、ｈの変化をも考慮しなければならない。
【００３４】また、光路長差ｔ(ｎ−１)と波長との比率
は、以下の条件(Ａ)を満たすことが望ましい。
は、以下の条件(Ａ)を満たすことが望ましい。
【００３５】
【数８】０．８ ≦ ｔ(ｎ−１)／λ ≦ １０ …(Ａ)
【００３６】一般に、回折レンズ面は、階段の段差が一
波長分となるよう形成すれば、１次の回折光を用いるこ
ととなり、波長の変化による波面収差の劣化を抑えるこ
とができるため、波長変化による回折効率および結像性
能の低下を防ぐことができる。
波長分となるよう形成すれば、１次の回折光を用いるこ
ととなり、波長の変化による波面収差の劣化を抑えるこ
とができるため、波長変化による回折効率および結像性
能の低下を防ぐことができる。
【００３７】そして、使用波長幅が狭い場合、あるいは
輪帯幅が狭く製造が困難な場合等には、階段の段差を波
長の２倍、あるいは３倍以上の整数倍としても色収差補
正は可能である。ただし、条件(Ａ)の上限を越えて段差
を１０波長分以上とすると、従来のフレネルレンズと同
等の構成となり、段差量の製作上の誤差による位相整合
のズレが大きくなり易く、かつ、設計波長から離れた波
長の入射光に対して回折レンズの効率が低下する。
輪帯幅が狭く製造が困難な場合等には、階段の段差を波
長の２倍、あるいは３倍以上の整数倍としても色収差補
正は可能である。ただし、条件(Ａ)の上限を越えて段差
を１０波長分以上とすると、従来のフレネルレンズと同
等の構成となり、段差量の製作上の誤差による位相整合
のズレが大きくなり易く、かつ、設計波長から離れた波
長の入射光に対して回折レンズの効率が低下する。
【００３８】条件(Ａ)の下限を下回る場合には、回折レ
ンズの位相整合をとることができず実質的に回折レンズ
としての機能を果たさない。
ンズの位相整合をとることができず実質的に回折レンズ
としての機能を果たさない。
【００３９】回折レンズと屈折レンズとを色収差補正の
ために一体化する場合、(７)式に示すようにパワーのほ
とんどは屈折レンズが分担するため、屈折レンズはほぼ
単独で収差が補正されている必要がある。また、回折レ
ンズは屈折レンズの色収差を補正する機能のみを有する
ため、ほぼパワーを持たない。したがって、一体化され
た色収差補正単レンズは、巨視的な形状としては従来の
非球面単レンズと際だった差はない。
ために一体化する場合、(７)式に示すようにパワーのほ
とんどは屈折レンズが分担するため、屈折レンズはほぼ
単独で収差が補正されている必要がある。また、回折レ
ンズは屈折レンズの色収差を補正する機能のみを有する
ため、ほぼパワーを持たない。したがって、一体化され
た色収差補正単レンズは、巨視的な形状としては従来の
非球面単レンズと際だった差はない。
【００４０】
【実施例１】図１は、この発明の実施例１にかかる色収
差補正単レンズを用いた光学系を示す。この例では、色
収差補正単レンズを光ディスク装置の対物レンズとして
用いている。図中左側から入射した平行光束は、巨視的
な形状が両凸である対物レンズ１により、光ディスクの
カバーガラスＤの内側(図中右側)に位置する記録面に収
束される。
差補正単レンズを用いた光学系を示す。この例では、色
収差補正単レンズを光ディスク装置の対物レンズとして
用いている。図中左側から入射した平行光束は、巨視的
な形状が両凸である対物レンズ１により、光ディスクの
カバーガラスＤの内側(図中右側)に位置する記録面に収
束される。
【００４１】図２(ａ)(ｂ)は、それぞれ対物レンズ１を
輪帯の形状が解るよう誇張して示した断面図、平面図で
ある。対物レンズ１の図２(ａ)の左側となる平行光束入
射側の面は、屈折レンズとしての非球面に回折レンズ面
として作用する輪帯を形成した不連続面であり、光軸か
ら離れるに従ってレンズ厚が厚くなる方向へ離散的にシ
フトする同心円状の輪帯として階段状に形成されてい
る。また、カバーガラスＤ側の面は通常の連続した非球
面である。
輪帯の形状が解るよう誇張して示した断面図、平面図で
ある。対物レンズ１の図２(ａ)の左側となる平行光束入
射側の面は、屈折レンズとしての非球面に回折レンズ面
として作用する輪帯を形成した不連続面であり、光軸か
ら離れるに従ってレンズ厚が厚くなる方向へ離散的にシ
フトする同心円状の輪帯として階段状に形成されてい
る。また、カバーガラスＤ側の面は通常の連続した非球
面である。
【００４２】光ディスク装置の対物レンズのような高Ｎ
Ａのレンズを単レンズで構成する場合、球面収差とコマ
収差とを同時に補正するためには、平行光束が入射する
側、すなわち、遠い共役点側の面を、光軸から周辺に向
かって曲率半径が大きくなるような凸の非球面とする必
要がある。
Ａのレンズを単レンズで構成する場合、球面収差とコマ
収差とを同時に補正するためには、平行光束が入射する
側、すなわち、遠い共役点側の面を、光軸から周辺に向
かって曲率半径が大きくなるような凸の非球面とする必
要がある。
【００４３】また、明るいレンズはコマ収差の補正のた
め正弦条件をほぼ満足する必要があるため、このような
レンズに回折レンズを一体化する場合には、回折レンズ
が持つべき光路長は光線の入射高さｈの２乗には比例せ
ず、入射角、射出角の正弦の２乗に比例する。したがっ
て、平行光束が入射、射出する側の面を回折レンズ面と
する場合を除き、回折レンズ面の形状は光軸からの距離
ｈの２乗比例より周辺で緩やかになるように変化させる
必要がある。また、回折レンズへの光線の入射角度が斜
めになる場合には、実効的厚さが増加するため、高ＮＡ
のレンズの射出側面に回折レンズを配置する場合には、
シフト量もｈの関数として考慮しなければならない。
め正弦条件をほぼ満足する必要があるため、このような
レンズに回折レンズを一体化する場合には、回折レンズ
が持つべき光路長は光線の入射高さｈの２乗には比例せ
ず、入射角、射出角の正弦の２乗に比例する。したがっ
て、平行光束が入射、射出する側の面を回折レンズ面と
する場合を除き、回折レンズ面の形状は光軸からの距離
ｈの２乗比例より周辺で緩やかになるように変化させる
必要がある。また、回折レンズへの光線の入射角度が斜
めになる場合には、実効的厚さが増加するため、高ＮＡ
のレンズの射出側面に回折レンズを配置する場合には、
シフト量もｈの関数として考慮しなければならない。
【００４４】実施例１のように遠い共役点側に回折レン
ズを一体化した場合は、光線はこの回折レンズ面で光軸
方向に変角作用を受けるため、回折レンズ面の輪帯の段
差は光軸から周辺に向かうに従って増加する。ただし、
面を光線に沿ってシフトさせる構造は製造上困難である
ため、実際の製造時には光軸方向にシフトした形をとれ
ばよい。
ズを一体化した場合は、光線はこの回折レンズ面で光軸
方向に変角作用を受けるため、回折レンズ面の輪帯の段
差は光軸から周辺に向かうに従って増加する。ただし、
面を光線に沿ってシフトさせる構造は製造上困難である
ため、実際の製造時には光軸方向にシフトした形をとれ
ばよい。
【００４５】実施例１の具体的な数値構成は、表１−３
に示される。また、図３は、この構成によるコマ収差、
770nm,780nm,790nmの球面収差により示される色収差、
非点収差(S:サジタル、M:メリディオナル)を示す。
に示される。また、図３は、この構成によるコマ収差、
770nm,780nm,790nmの球面収差により示される色収差、
非点収差(S:サジタル、M:メリディオナル)を示す。
【００４６】
【表１】 基準波長 λ0 780nm 焦点距離 ｆ 3.30mm 開口数 NA 0.55 レンズ材質 ｎ780 1.53677 Δｎ 0.000025／nm レンズ厚 ｔ 2.21mm ディスク厚 ｔD 1.20mm ディスク屈折率 ｎD 1.57346
【００４７】色収差補正単レンズ１の第１面の形状は、
光軸からの距離ｈの点の非球面のサグ量Ｘ(h)を以下の
(１３)式で定義したとき、表２に示した各係数により与
えられる。(１３)式は、普通の非球面表現形式にΔNの
項が追加されたものである。INT(x)は、ｘの整数部分を
取り出す関数である。
光軸からの距離ｈの点の非球面のサグ量Ｘ(h)を以下の
(１３)式で定義したとき、表２に示した各係数により与
えられる。(１３)式は、普通の非球面表現形式にΔNの
項が追加されたものである。INT(x)は、ｘの整数部分を
取り出す関数である。
【００４８】
【数９】 Ｘ(h)＝h2/(ｒN*(1+√(1-(1+ＫN)*h2/ｒN2))) +A4N*h4+A6N*h6+A8N*h8+A10N*h10+ΔN …(１３) ただし、ｒは非球面頂点の曲率半径、Ｎは高さｈの点の
属す輪帯番号、Ｋは円錐係数、A4,A6,A8,A10はそれぞれ
４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
属す輪帯番号、Ｋは円錐係数、A4,A6,A8,A10はそれぞれ
４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００４９】
【表２】 N ＝ INT(4.71*h2 + 0.5 ) ｒN ＝ 2.126 + 5.09×10-4 * N ＫN ＝ -0.3689 A4N ＝ -1.470×10-3 + 1.45×10-6 * N A6N ＝ -2.180×10-4 + 8.72×10-8 * N A8N ＝ -1.000×10-5 + 4.36×10-8 * N A10N ＝ -1.400×10-5 + 3.49×10-8 * N ΔN ＝ -0.001453 * N
【００５０】また、色収差補正単レンズ１の第２面の形
状は、非球面を(１４)式で定義したとき、表３に示した
各係数により与えられる。
状は、非球面を(１４)式で定義したとき、表３に示した
各係数により与えられる。
【００５１】
【数１０】Ｘ(h)＝h2/(ｒ*(1+√(1-(1+Ｋ)*h2/r2))) +A4*h4+A6*h6+A8*h8+A10*h10 …(１４)
【００５２】
【表３】 r ＝ -6.763 K ＝ 0.000 A4 ＝ 1.777×10-2 A6 ＝ -3.950×10-3 A8 ＝ 5.770×10-4 A10 ＝ -2.960×10-5
【００５３】
【実施例２】図４は、この発明の実施例２にかかる色収
差補正単レンズを半導体レーザーからの発散光を平行光
束とするコリメートレンズとして用いた例を示してい
る。コリメートレンズ２は、巨視的な形状が平行光束の
射出側となる図中左側に凸となるメニスカス形状であ
る。
差補正単レンズを半導体レーザーからの発散光を平行光
束とするコリメートレンズとして用いた例を示してい
る。コリメートレンズ２は、巨視的な形状が平行光束の
射出側となる図中左側に凸となるメニスカス形状であ
る。
【００５４】図５(ａ)(ｂ)は、それぞれコリメートレン
ズ２を輪帯の形状が解るよう誇張して示した断面図、平
面図である。コリメートレンズ２の図５(ａ)の右側とな
る半導体レーザーのカバーガラス３に対向する面は、ほ
ぼパワーを持たない回折レンズ面として作用する輪帯を
形成した不連続面であり、光軸から離れるに従ってレン
ズ厚が厚くなる方向へ離散的にシフトする同心円状の輪
帯として階段状に形成されている。また、平行光束の射
出側となる図中左側の面は、通常の連続した非球面であ
る。
ズ２を輪帯の形状が解るよう誇張して示した断面図、平
面図である。コリメートレンズ２の図５(ａ)の右側とな
る半導体レーザーのカバーガラス３に対向する面は、ほ
ぼパワーを持たない回折レンズ面として作用する輪帯を
形成した不連続面であり、光軸から離れるに従ってレン
ズ厚が厚くなる方向へ離散的にシフトする同心円状の輪
帯として階段状に形成されている。また、平行光束の射
出側となる図中左側の面は、通常の連続した非球面であ
る。
【００５５】実施例２のように短い共役点側の面に回折
レンズ面を形成する場合には、屈折率1.65から1.80の材
質を用いれば、一方の面を非球面とするのみで球面収差
とコマ収差とを同時に補正できるため、他方の面をパワ
ーを持たない面とすることができる。したがって、回折
レンズ面は平面を基礎として形成することができるた
め、成形用の型の加工が容易になる。
レンズ面を形成する場合には、屈折率1.65から1.80の材
質を用いれば、一方の面を非球面とするのみで球面収差
とコマ収差とを同時に補正できるため、他方の面をパワ
ーを持たない面とすることができる。したがって、回折
レンズ面は平面を基礎として形成することができるた
め、成形用の型の加工が容易になる。
【００５６】屈折率が1.65から1.80の範囲に入らない場
合には、回折レンズ面を平面化すると球面収差とコマ収
差の同時補正が困難になり、コマ収差が残るために高Ｎ
Ａのレンズとしては不適当である。
合には、回折レンズ面を平面化すると球面収差とコマ収
差の同時補正が困難になり、コマ収差が残るために高Ｎ
Ａのレンズとしては不適当である。
【００５７】実施例２の具体的な数値構成は、表４、５
に示される。コリメートレンズ２の図４中左側となる第
１面の形状は、前述した実施例１の(１４)式により、表
５の数値によって与えられる。また、図６は、この構成
によるコマ収差、球面収差により示される色収差、非点
収差を示す。
に示される。コリメートレンズ２の図４中左側となる第
１面の形状は、前述した実施例１の(１４)式により、表
５の数値によって与えられる。また、図６は、この構成
によるコマ収差、球面収差により示される色収差、非点
収差を示す。
【００５８】
【表４】 基準波長 λ0 780nm 焦点距離 ｆ 10.8mm 開口数 NA 0.20 レンズ材質 ｎ780 1.66959 Δｎ 0.000030／nm レンズ厚 ｔ 2.50mm カバーガラス厚 ｔC 0.25mm カバーガラス屈折率 ｎC 1.51072
【００５９】
【表５】 r ＝ 7.231 K ＝ -0.5933 A4 ＝ 0.000 A6 ＝ -3.440×10-7 A8 ＝ -4.370×10-9 A10 ＝ 0.000
【００６０】色収差補正単レンズの第２面形状は、光軸
からの距離hの点のサグ量Ｘ(h)として、以下の(１５)式
で与えられる。
からの距離hの点のサグ量Ｘ(h)として、以下の(１５)式
で与えられる。
【００６１】
【数１１】Ｘ(h)＝ΔN …(１５) ただし、Ｎは高さｈの点の属す輪帯番号であり、非球面
を記述する係数は以下に示すＮの関数である。
を記述する係数は以下に示すＮの関数である。
【００６２】
【数１２】N ＝ INT(2.70*h2 - 0.0318*h4 + 0.5 ) ΔN ＝ 0.001165 * N
【００６３】
【実施例３】図７は、この発明の実施例３にかかる色収
差補正単レンズを有限系の光ディスク用対物レンズとし
て用いた光学系を示す。図示せぬレーザー光源からのレ
ーザー光が図中左側から基板４を介して発散光として対
物レンズ５に入射し、この対物レンズ５により光ディス
クのカバーガラスＤの裏面に収束される。基板３は、光
分岐用のホログラム等が形成されるものである。
差補正単レンズを有限系の光ディスク用対物レンズとし
て用いた光学系を示す。図示せぬレーザー光源からのレ
ーザー光が図中左側から基板４を介して発散光として対
物レンズ５に入射し、この対物レンズ５により光ディス
クのカバーガラスＤの裏面に収束される。基板３は、光
分岐用のホログラム等が形成されるものである。
【００６４】対物レンズ５の図中左側面は、非球面上に
回折レンズ面が形成されて階段状に形成されており、右
側面は、連続する非球面とされている。
回折レンズ面が形成されて階段状に形成されており、右
側面は、連続する非球面とされている。
【００６５】この実施例に示した有限系の明るい対物レ
ンズのように、レンズのパワーが強い場合や波長が近接
していない場合には、屈折系のレンズ単独で波長ごとに
焦点位置のみではなく球面収差量も変化するが、回折レ
ンズによりその球面収差の変化を相殺するような球面収
差を発生させることも可能である。
ンズのように、レンズのパワーが強い場合や波長が近接
していない場合には、屈折系のレンズ単独で波長ごとに
焦点位置のみではなく球面収差量も変化するが、回折レ
ンズによりその球面収差の変化を相殺するような球面収
差を発生させることも可能である。
【００６６】一般に可視光近傍の波長範囲では、基準波
長において補正されている正レンズの球面収差は、屈折
率が高くなる短波長光に対してはアンダーとなり、屈折
率が低くなる長波長光に対してはオーバーとなる。
長において補正されている正レンズの球面収差は、屈折
率が高くなる短波長光に対してはアンダーとなり、屈折
率が低くなる長波長光に対してはオーバーとなる。
【００６７】したがって、この波長変動による球面収差
の変化を打ち消すためには、レンズの周辺に向けて回折
レンズのパワーが漸次増加するよう設定すればよい。低
次の球面収差の変化は、波面収差として４次関数になる
ため、回折レンズの形状をｈの２乗比例部とｈの４乗比
例部との関数で定義することにより、球面収差の波長変
化による変動をも抑えることができる。
の変化を打ち消すためには、レンズの周辺に向けて回折
レンズのパワーが漸次増加するよう設定すればよい。低
次の球面収差の変化は、波面収差として４次関数になる
ため、回折レンズの形状をｈの２乗比例部とｈの４乗比
例部との関数で定義することにより、球面収差の波長変
化による変動をも抑えることができる。
【００６８】実施例３の具体的な数値構成は、表６−８
に示される。対物レンズ４の図中左側の第１面の形状
は、実施例１で示した(１３)式により表７の数値によっ
て与えられ、第２面の形状は同じく(１４)式により表８
の数値によって与えられる。また、図８は、この構成に
よるコマ収差、球面収差により示される色収差、非点収
差を示す。
に示される。対物レンズ４の図中左側の第１面の形状
は、実施例１で示した(１３)式により表７の数値によっ
て与えられ、第２面の形状は同じく(１４)式により表８
の数値によって与えられる。また、図８は、この構成に
よるコマ収差、球面収差により示される色収差、非点収
差を示す。
【００６９】
【表６】 基準波長 λ0 780nm 倍率 ｍ -0.250 焦点距離 ｆ 2.64mm 物像間距離 ＩＯ 17.76mm 開口数 ＮＡ 0.55 レンズ材質 ｎ780 1.53677 Δｎ 0.000025／nm レンズ厚 ｔ 2.00mm カバーガラス厚 ｔC 1.00mm カバーガラス屈折率 ｎC 1.51072 ディスク厚 ｔD 1.20mm ディスク屈折率 ｎD 1.57346
【００７０】
【表７】 N ＝ INT( 7.54*h2 + 0.161*h4 + 0.5 ) rN ＝ 1.939 + 1.95×10-4 * N KN ＝ -0.4290 + 6.90×10-5 * N A4N ＝ -8.120×10-3 + 6.90×10-7 * N A6N ＝ -3.900×10-4 - 2.07×10-7 * N A8N ＝ -8.260×10-5 + 1.45×10-7 * N A10N ＝ -1.910×10-5 - 1.03×10-8 * N ΔN ＝ -0.001453 * N
【００７１】
【表８】 r ＝ -3.377 K ＝ 0.000 A4 ＝ 2.768×10-2 A6 ＝ -4.261×10-3 A8 ＝ 5.157×10-4 A10 ＝ -1.940×10-5
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、非球面の単レンズ１枚で球面収差、コマ収差等を抑
えつつ、色収差を補正することができる。したがって、
このレンズを対物レンズとして用いる場合には、従来の
非球面対物レンズとほぼ同じ大きさ重さを保ちつつ、色
収差を補正して光源の波長変動によるピント位置のズレ
等を抑えることができる。
ば、非球面の単レンズ１枚で球面収差、コマ収差等を抑
えつつ、色収差を補正することができる。したがって、
このレンズを対物レンズとして用いる場合には、従来の
非球面対物レンズとほぼ同じ大きさ重さを保ちつつ、色
収差を補正して光源の波長変動によるピント位置のズレ
等を抑えることができる。
【００７３】また、長い共役点側、すなわち平行光束が
入射する側に回折レンズ面を形成した場合には、光ディ
スクの回転に伴って発生する気流によるゴミの付着を避
けることができる。
入射する側に回折レンズ面を形成した場合には、光ディ
スクの回転に伴って発生する気流によるゴミの付着を避
けることができる。
【００７４】逆に、コリメートレンズ等としての利用時
に短い共役点側面に回折レンズ面を配置する場合は、材
質の屈折率を適宜選択することにより、ほぼパワーを持
たない面に回折レンズ面を形成することができる。この
場合には、回折レンズ面が平面をシフトした単純な形状
となるため、製造が容易になる。
に短い共役点側面に回折レンズ面を配置する場合は、材
質の屈折率を適宜選択することにより、ほぼパワーを持
たない面に回折レンズ面を形成することができる。この
場合には、回折レンズ面が平面をシフトした単純な形状
となるため、製造が容易になる。
【図１】 この発明の実施例１にかかる色収差補正単レ
ンズを光ディスク装置の無限系の対物レンズとして用い
た例を示す光学系の構成図である。
ンズを光ディスク装置の無限系の対物レンズとして用い
た例を示す光学系の構成図である。
【図２】 図１に示した対物レンズの形状を誇張して示
した(ａ)断面図、(ｂ)平面図である。
した(ａ)断面図、(ｂ)平面図である。
【図３】 図１に示した光学系の諸収差図である。
【図４】 この発明の実施例２にかかる色収差補正単レ
ンズをコリメートレンズとして用いた場合の光学系の構
成図である。
ンズをコリメートレンズとして用いた場合の光学系の構
成図である。
【図５】 図４に示したコリメートレンズの形状を誇張
して示した(ａ)断面図、(ｂ)平面図である。
して示した(ａ)断面図、(ｂ)平面図である。
【図６】 図４に示した光学系の諸収差図である。
【図７】 この発明の実施例３にかかる色収差補正単レ
ンズを光ディスク装置の有限系の対物レンズとして用い
た例を示す光学系の構成図である。
ンズを光ディスク装置の有限系の対物レンズとして用い
た例を示す光学系の構成図である。
【図８】 図７に示した光学系の諸収差図である。
Claims (7)
- 【請求項１】光軸から周辺に向かって曲率半径が大きく
なる非球面を少なくとも１面有する単レンズであって、
少なくともいずれかの面が、光軸から離れるに従ってレ
ンズ厚が厚くなる方向へ離散的にシフトする輪帯として
階段状に形成された回折レンズ面として構成されたこと
を特徴とする色収差補正単レンズ。 - 【請求項２】以下の条件を満足することを特徴とする請
求項１に記載の色収差補正単レンズ。 ０．８ ≦ ｔ(ｎ−１)／ λ≦ １０ ただし、 λ ：使用波長、 ｔ ：光軸方向への１輪帯ごとのシフト量(段差)、 ｎ ：レンズを構成する媒質の屈折率である。 - 【請求項３】遠い共役点側の面が前記回折レンズ面とさ
れ、近い共役点側の面が連続的な非球面とされ、前記回
折レンズ面は、光軸からの高さの２乗にほぼ反比例する
ピッチ毎に離散的にシフトする輪帯として階段状に形成
されていることを特徴とする請求項１および２に記載の
色収差補正単レンズ。 - 【請求項４】光情報記録再生装置の光学系中に設けら
れ、前記遠い共役点の側から入射した平行光束を光記録
媒体上に収束させる対物レンズとして機能することを特
徴とする請求項３に記載の色収査補正単レンズ。 - 【請求項５】近い共役点側の面が前記回折レンズ面とさ
れ、遠い共役点側の面が連続的な非球面とされ、前記回
折レンズ面は、光軸からの高さの２乗にほぼ反比例する
ピッチ毎に離散的にシフトする輪帯として階段状に形成
されていることを特徴とする請求項１および２に記載の
色収差補正単レンズ。 - 【請求項６】近い共役点側の面は、光軸に対して垂直な
平面を基礎に前記回折レンズ面を形成したことを特徴と
する請求項４に記載の色収差補正単レンズ。 - 【請求項７】光情報記録再生装置の光学系中に設けら
れ、近い共役点側に半導体レーザーが設けられ、該半導
体レーザーからの発散光を平行光束とするコリメートレ
ンズとして機能することを特徴とする請求項６に記載の
色収差補正単レンズ。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13830193A JP3563747B2 (ja) | 1992-12-21 | 1993-06-10 | 対物レンズ |
| DE4323971A DE4323971C2 (de) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | Schreib-/Lesegerät für eine optische Speicherplatte |
| US08/091,983 US5629799A (en) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | Chromatic aberration correcting element and its application |
| US08/386,091 US5914822A (en) | 1992-07-16 | 1995-02-09 | Chromatic aberration correcting element and its application |
| US08/630,597 US5796520A (en) | 1992-07-16 | 1996-04-10 | Chromatic aberration correcting element and its application |
| US08/802,404 US5883744A (en) | 1992-07-16 | 1997-02-18 | Chromatic aberration correcting element and its application |
| US08/802,386 US5969862A (en) | 1992-07-16 | 1997-02-18 | Chromatic aberration correcting element and its application |
| US08/801,459 US5838497A (en) | 1992-07-16 | 1997-02-18 | Chromatic aberration correction element and its application |
| US09/190,365 US6118597A (en) | 1992-07-16 | 1998-11-12 | Chromatic aberration correcting element and its application |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-340562 | 1992-12-21 | ||
| JP34056292 | 1992-12-21 | ||
| JP13830193A JP3563747B2 (ja) | 1992-12-21 | 1993-06-10 | 対物レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06242373A true JPH06242373A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3563747B2 JP3563747B2 (ja) | 2004-09-08 |
Family
ID=26471374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13830193A Expired - Lifetime JP3563747B2 (ja) | 1992-07-16 | 1993-06-10 | 対物レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3563747B2 (ja) |
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-
1993
- 1993-06-10 JP JP13830193A patent/JP3563747B2/ja not_active Expired - Lifetime
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