JPS5962816A - 屈折率分布型レンズ系 - Google Patents
屈折率分布型レンズ系Info
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- JPS5962816A JPS5962816A JP17327782A JP17327782A JPS5962816A JP S5962816 A JPS5962816 A JP S5962816A JP 17327782 A JP17327782 A JP 17327782A JP 17327782 A JP17327782 A JP 17327782A JP S5962816 A JPS5962816 A JP S5962816A
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- JP
- Japan
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- lens
- refractive index
- gradient
- aberration
- index distribution
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0087—Simple or compound lenses with index gradient
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は屈折率分布型レンズを二つ以上組み合せた光学
系に関する。
系に関する。
近年、光学式ビデオディスク、ディジタルオーディオデ
ィスクのように記録媒体上に高密度で記録されている情
報を、レーザー光を微小スポットに集光して読取る装置
が開発されている。レーザー光を微小スポットに集光す
る光学系としては現在では、通常の球面レンズを数枚組
み合せた顕微鏡対物レンズと類似のレンズ系が用いられ
ている。しかし、最近レンズの組立調整の容易性、小型
軽量化を目的として集束性屈折率分布ロンドレンズいわ
ゆるセルフォックレンズを用いたピックアップレンズが
報告でれている。(例えば特開昭54−109456号
公報、l特開昭55−6354号公報)しかしながらこ
れらの報告は球面収差だけを補正する手段を提供するの
みで軸外収差、f、’llちコマ収差、像面湾曲等につ
いては全く触れられていない。後述するように平面端面
をもつ集束性屈折率分布型レンズ単体では屈折率分布の
高次項の係数を適当に選択することにより極めて高精度
に球面収差を補正することが可能で°・あるが、その時
、同時に正弦条件を満足することができないため、大き
なコマ収差が発生し、光軸かられずかにずれた点に微小
スポットを集光させることが不可能になる。特開昭55
−6354号公報に開示されているように、マルフオツ
クレンズの両端面を球面加工する方法は通常のレンズの
ように球面研摩した後芯取りをするという加工工程が取
れず、研摩時のレンズの位置設定の公差がきびt、 <
t;f産性の点で難がある。
ィスクのように記録媒体上に高密度で記録されている情
報を、レーザー光を微小スポットに集光して読取る装置
が開発されている。レーザー光を微小スポットに集光す
る光学系としては現在では、通常の球面レンズを数枚組
み合せた顕微鏡対物レンズと類似のレンズ系が用いられ
ている。しかし、最近レンズの組立調整の容易性、小型
軽量化を目的として集束性屈折率分布ロンドレンズいわ
ゆるセルフォックレンズを用いたピックアップレンズが
報告でれている。(例えば特開昭54−109456号
公報、l特開昭55−6354号公報)しかしながらこ
れらの報告は球面収差だけを補正する手段を提供するの
みで軸外収差、f、’llちコマ収差、像面湾曲等につ
いては全く触れられていない。後述するように平面端面
をもつ集束性屈折率分布型レンズ単体では屈折率分布の
高次項の係数を適当に選択することにより極めて高精度
に球面収差を補正することが可能で°・あるが、その時
、同時に正弦条件を満足することができないため、大き
なコマ収差が発生し、光軸かられずかにずれた点に微小
スポットを集光させることが不可能になる。特開昭55
−6354号公報に開示されているように、マルフオツ
クレンズの両端面を球面加工する方法は通常のレンズの
ように球面研摩した後芯取りをするという加工工程が取
れず、研摩時のレンズの位置設定の公差がきびt、 <
t;f産性の点で難がある。
本発明の目的は球面収差、コマ収差のいずれも良好に補
正烙れ、ζらに像面湾曲も補正づねた、極めて窩性能な
JII(折率分布型レンズ系を提供することにある。
正烙れ、ζらに像面湾曲も補正づねた、極めて窩性能な
JII(折率分布型レンズ系を提供することにある。
本発明によるレンズ系は、屈折率分布が互いに異なる複
数の屈折率分布型レンズを組み合せろとともに、少なく
とも1つを発散性油接率分布型レンズで構成したもので
ある。
数の屈折率分布型レンズを組み合せろとともに、少なく
とも1つを発散性油接率分布型レンズで構成したもので
ある。
集束性分布屈折率レンズ及び発散性分布屈折率レンズの
屈折率分布は光軸に関して回転対称な分布をもち、各々
、以下の式により表現される。
屈折率分布は光軸に関して回転対称な分布をもち、各々
、以下の式により表現される。
n2=noz (1(g r)” ”h4 (g r)
”hsp(gprl’l (11ppp pp ”n””on (1”(gnr)” +h4n(gnr
)’ ”h4n(gnr)’+(2)ここで添字pは集
束性屈折率分布型レンズ、添字のnは発散性屈折率分布
型レンズに関する”41であることを意味する。n6
は中心屈折率、rは光軸からの径方向の距離、gは屈
折率勾配の程度を示すパラメータ、h4、h@は屈折率
分布の高次項としての4次項及び6次項の係数である。
”hsp(gprl’l (11ppp pp ”n””on (1”(gnr)” +h4n(gnr
)’ ”h4n(gnr)’+(2)ここで添字pは集
束性屈折率分布型レンズ、添字のnは発散性屈折率分布
型レンズに関する”41であることを意味する。n6
は中心屈折率、rは光軸からの径方向の距離、gは屈
折率勾配の程度を示すパラメータ、h4、h@は屈折率
分布の高次項としての4次項及び6次項の係数である。
一般に媒71の屈折率分布が座aγの関数としてn(X
)で表わされるとき、媒/li中の光線のふる捷いは という微分方程式によって記述される。ここでれは光線
の径路に沿って・測った艮嘔である。
)で表わされるとき、媒/li中の光線のふる捷いは という微分方程式によって記述される。ここでれは光線
の径路に沿って・測った艮嘔である。
(3)式は1A尚な変数変換を箔すことにより、Ilu
nge−Kutta法のようなよく知られた微分方程式
の数値解法によって解くことができる。
nge−Kutta法のようなよく知られた微分方程式
の数値解法によって解くことができる。
(ンき考文献Applied 0ptics Vol、
21.166、p984)。(1)式、(2)式によ
ってl11(折率分布が表現される屈折率分布型レンズ
に入射する任意の光線は(3〕式を数値解法で1′Jγ
くことにより、光線追跡が可能であり、追跡後の収差計
算は通常の均質媒質光学系の場合と全く同様に行うこと
ができる。
21.166、p984)。(1)式、(2)式によ
ってl11(折率分布が表現される屈折率分布型レンズ
に入射する任意の光線は(3〕式を数値解法で1′Jγ
くことにより、光線追跡が可能であり、追跡後の収差計
算は通常の均質媒質光学系の場合と全く同様に行うこと
ができる。
1°た近軸領域に限定するならば(:3)式は解析的に
解くことができて、以下の近IIII光線追跡式を得る
。
解くことができて、以下の近IIII光線追跡式を得る
。
(4)式は集光性、(5)式は発散1−トの屈折率分布
型レンズに関する。
型レンズに関する。
ここで、h6、h は第1図に示すように、一般的J+
1折率分布型レンズ1の入射面1a及び射出rMi 1
bにおける近軸光線の便」さを表わし、α0′は入射
面1aへ入射する近軸光線の屈折直後における換算傾角
、αは射出面1bへ達する近軸光線の屈折直前・におけ
る換算傾角を表わす。同、第1しI中に示した入射面1
aの入射光線の傾角α0及び射出面1bから射出する光
線の傾角α′はそれぞれα0′及びαとの間で1113
常の屈折法則による幻J心関係にあることはいう寸でも
ない。
1折率分布型レンズ1の入射面1a及び射出rMi 1
bにおける近軸光線の便」さを表わし、α0′は入射
面1aへ入射する近軸光線の屈折直後における換算傾角
、αは射出面1bへ達する近軸光線の屈折直前・におけ
る換算傾角を表わす。同、第1しI中に示した入射面1
aの入射光線の傾角α0及び射出面1bから射出する光
線の傾角α′はそれぞれα0′及びαとの間で1113
常の屈折法則による幻J心関係にあることはいう寸でも
ない。
以下に、本発明を光デイスク用ピックアップレンズに用
いた例に基づいて説明する。
いた例に基づいて説明する。
光デイスク用ピックアップ1メンズの最モ爪要なファク
ターは開1コ数(以下NAと記す)と作Pl+J Ir
1−1. Fil「(μ下V、/ Dと8己す)である
。
ターは開1コ数(以下NAと記す)と作Pl+J Ir
1−1. Fil「(μ下V、/ Dと8己す)である
。
まず、最初に物体側より順に発故性屈折率分イfi 9
レンズLn、 集束性屈折率分布型レンズLpが密η
イし−C配置され°たレンズ系の構成を仮定する。2つ
の屈折率分布レンズの分布特性nosg 及び有効半
径r6 が与えられたとき、ピックアップレンズ系の
仕様NA、WDを満足するように2つのレンズ長ZnX
Zpを決めることを考えよう。入射するレーザー光束は
平行光であるから近軸入射換算傾向α0ば0となるので
近n1(1結像式は (6) と表わされる。レンズ系の焦点距離をfとすれば り。
レンズLn、 集束性屈折率分布型レンズLpが密η
イし−C配置され°たレンズ系の構成を仮定する。2つ
の屈折率分布レンズの分布特性nosg 及び有効半
径r6 が与えられたとき、ピックアップレンズ系の
仕様NA、WDを満足するように2つのレンズ長ZnX
Zpを決めることを考えよう。入射するレーザー光束は
平行光であるから近軸入射換算傾向α0ば0となるので
近n1(1結像式は (6) と表わされる。レンズ系の焦点距離をfとすれば り。
t = −(7)
α
また
WD=−(8)
α
となる。
さらにコマ収差が補正でれ、正弦条件が満足されるもの
とすれば 0 NA=−(9) が成り立つ。
とすれば 0 NA=−(9) が成り立つ。
以−ヒの(6)弐〜(9)式より屈折率分布11寸性と
仕様NA、WDの間に2つの関係式; %式% ) を得る。01式、00式よりzrlZpfc9“てM〈
と、 /(nongnl” ”(nop gp)” l )
0JZn)〕 (至) となる。つまりビックアラ・ブレンズ系の仕様NA、I
WDと2つのレンズの屈折率分布特性”OnXgns
nops gps rOが与えられると二つのレンズ長
z1Z は一義的に定せる。しp ンズLとL が貼り合せではなく適肖な間隔p zoだけ分1rit して配信きれた場合も同様な考え
方で屈折率分布特性と仕様から2n、2. を−意に
定めることができる。
仕様NA、WDの間に2つの関係式; %式% ) を得る。01式、00式よりzrlZpfc9“てM〈
と、 /(nongnl” ”(nop gp)” l )
0JZn)〕 (至) となる。つまりビックアラ・ブレンズ系の仕様NA、I
WDと2つのレンズの屈折率分布特性”OnXgns
nops gps rOが与えられると二つのレンズ長
z1Z は一義的に定せる。しp ンズLとL が貼り合せではなく適肖な間隔p zoだけ分1rit して配信きれた場合も同様な考え
方で屈折率分布特性と仕様から2n、2. を−意に
定めることができる。
他方、像面湾曲の度合を示す重要なパラメータであるペ
ッツバール和Pの屈折率分布が存在することによる寄与
はレンズIi nN Lp 各々について となる(参考文献JO8A Vol 601611、p
1436)。各端面は平面であるとすると、端面での屈
折による寄与成分は零であり、結局全系のペッツバール
和Pは p=p+p。
ッツバール和Pの屈折率分布が存在することによる寄与
はレンズIi nN Lp 各々について となる(参考文献JO8A Vol 601611、p
1436)。各端面は平面であるとすると、端面での屈
折による寄与成分は零であり、結局全系のペッツバール
和Pは p=p+p。
となる。明らかにP〉0、Pn〈0 であるから、発散
性分布屈折率レンズを用いることにより、ペッツバール
和を減少略せ、像面の平坦性を実現することができる。
性分布屈折率レンズを用いることにより、ペッツバール
和を減少略せ、像面の平坦性を実現することができる。
つオり像面湾曲の程度は屈折率分布の高次項には無関係
であり、レンズの中心付近での分布を支配する係数gと
中心屈折率n。及びレンズ長Zという基本的なパラメー
タの選択によって決定される。
であり、レンズの中心付近での分布を支配する係数gと
中心屈折率n。及びレンズ長Zという基本的なパラメー
タの選択によって決定される。
光デイスク用ピックアップレンズは、一般にレーザー光
を1.5μ程度乃至それ以下の微小スポットに集光させ
る必要があるのでNAは0.45以上の値が吸求をれる
。また厚さ1、1 mm程度のプラスチック類のディス
クの裏面に記録された情報を表面からレーザー光を当て
て読み取るため、空気換算の作動距離(バックフォーカ
ス)は2.6問以−ヒ゛が要求される。さらに2本の光
束(twin beam法)によるトラツキジグ方式の
光デイスク用ピックアップではイメージサーク゛′ルが
03〜0.4胴以内で像面の平坦性が要求される。ノ1
1(折率分布レンズはイオン交換法等によって作られる
が有効半径r6 があまり大きすぎると製作が困難と
なり、捷だ、小型軽量化ができなくなる。従ってrO=
1〜2燗程度と考えて良い。
を1.5μ程度乃至それ以下の微小スポットに集光させ
る必要があるのでNAは0.45以上の値が吸求をれる
。また厚さ1、1 mm程度のプラスチック類のディス
クの裏面に記録された情報を表面からレーザー光を当て
て読み取るため、空気換算の作動距離(バックフォーカ
ス)は2.6問以−ヒ゛が要求される。さらに2本の光
束(twin beam法)によるトラツキジグ方式の
光デイスク用ピックアップではイメージサーク゛′ルが
03〜0.4胴以内で像面の平坦性が要求される。ノ1
1(折率分布レンズはイオン交換法等によって作られる
が有効半径r6 があまり大きすぎると製作が困難と
なり、捷だ、小型軽量化ができなくなる。従ってrO=
1〜2燗程度と考えて良い。
中心屈折率はレンズの素材によって決まってしまう量で
あり1.5〜1.7程度でそれほど大きな自由度はない
。したがって比較的自由に選択できるパラメータはgs
g 及びZ。
あり1.5〜1.7程度でそれほど大きな自由度はない
。したがって比較的自由に選択できるパラメータはgs
g 及びZ。
n p
の3つの量である。
しかしながら、以下に述べる理由からglg p 、z
Oは次の条件を満足することが望ましい。
Oは次の条件を満足することが望ましい。
0、1 < g < 0.3 (lカ
0、1 < g < 0.3 NO≦
Zo<3.0 H すなわちg、の値が条件θ滲の下限を越えると、0’l
r、0.1式によって与えられる集束性屈折率分布型レ
ンズLpの長さ2.が大きくなりすぎ、重量及び形状が
大きくなり不都合であるとともに、また同時に球面収差
及びコマ収差が補正これるように2つのレンズの高次の
屈折率分布を定めたとき、非点収差が悪化して、メリデ
イオナル像面湾曲が正の方向に大きく曲ってし寸う。g
の値が条件04)の上限を越えるとレンズL、の中心
と周辺の屈折率差が犬きくなりすぎ製作が極めて困難と
なる。またペッツバール和か正になりすぎるため、像面
が負の方向に大きく曲がりすぎ、像面の平坦性を保つこ
とができなくなる。
0、1 < g < 0.3 NO≦
Zo<3.0 H すなわちg、の値が条件θ滲の下限を越えると、0’l
r、0.1式によって与えられる集束性屈折率分布型レ
ンズLpの長さ2.が大きくなりすぎ、重量及び形状が
大きくなり不都合であるとともに、また同時に球面収差
及びコマ収差が補正これるように2つのレンズの高次の
屈折率分布を定めたとき、非点収差が悪化して、メリデ
イオナル像面湾曲が正の方向に大きく曲ってし寸う。g
の値が条件04)の上限を越えるとレンズL、の中心
と周辺の屈折率差が犬きくなりすぎ製作が極めて困難と
なる。またペッツバール和か正になりすぎるため、像面
が負の方向に大きく曲がりすぎ、像面の平坦性を保つこ
とができなくなる。
またgnO値が条件OQの下限を越えると04式によっ
て与えられるレンズL の長芒zが大きくなりすぎ小型
軽量化を達成することができなくなる。また球面収差、
コマ収差が補正でれるように2つのレンズのH1次の屈
折率分布を定めたとき、非点収差が悪化し、メリデイオ
ナル1象面湾曲が正の方向に著しくなってし1う。gn
の値が条件OQの上限を越えるとレンズLnの中心と周
辺の屈折率収差が大きくなりすぎて製作が極°めて困難
となる。
て与えられるレンズL の長芒zが大きくなりすぎ小型
軽量化を達成することができなくなる。また球面収差、
コマ収差が補正でれるように2つのレンズのH1次の屈
折率分布を定めたとき、非点収差が悪化し、メリデイオ
ナル1象面湾曲が正の方向に著しくなってし1う。gn
の値が条件OQの上限を越えるとレンズLnの中心と周
辺の屈折率収差が大きくなりすぎて製作が極°めて困難
となる。
また非点収差が悪化してメリディオナル像面湾曲が負の
方向に大きくなってしまう。Z。
方向に大きくなってしまう。Z。
が条件(ト)の上限を越えると非点収差が悪化してメリ
デイオナル像面が大きく正の方向に曲ってしまい、像面
の平坦性を保つことができない。
デイオナル像面が大きく正の方向に曲ってしまい、像面
の平坦性を保つことができない。
次に球面収差及びコマ収差の補正圧ついて説明する。文
献(JO8A Vol 60 A 11、p1436
)によれば、分布屈折率媒質中を光線が通過することに
起因する3次の収差係数は以下の式で表わ感れる。
献(JO8A Vol 60 A 11、p1436
)によれば、分布屈折率媒質中を光線が通過することに
起因する3次の収差係数は以下の式で表わ感れる。
ここでσ1は球面収差係数、σ2はコマ収差係数、σ3
は非点収差係数である。゛またh1αは近軸軸上光線の
高さと換算傾角を表わし、hl αは近軸主光線の高智
と換算傾角を表わす。7 (q)はある址qの積分の上
限値における値と下限値における値の差を表わす。岡、
ff7f折率分布は n=no +nl r +12 r’で表現されてい
る。屈折率分布型レンズの入射面及び射出面の両端面で
の屈折に起因する収差係数は均質媒質系の収差係数と全
く同様である。071〜09式において、屈折率分布の
4次項の係数n2以外はずべて2次項以下で定寸る内、
即ち近軸諸量である。1つの屈折率分布レンズについて
考えると任への一つの収差に関してレンズ端面及び光デ
ィスク而での屈折によって発生する収差を打ち消すよう
なσI を与えるn2の値が必ず存在する。この時、同
時に他の収差を打ち鞘すこと(」°一般にできない。p
ill t、 ulJ折率分布の収差籍j正−Fの自由
度は1である。この事情は高次収差についても同様であ
る。したがって球面収差とコマ収差を同時に補正するた
めには少なくとも2つの独立の屈折率分布が必要とさJ
しる。また球面収差、コマ収差、非点収差の3つを同時
に補正するためには少なくとも3つの独立の屈折率分布
が必要とされる。言えかえると複数の屈折率分布レンズ
を組み合わせて、各レンズの屈折率−分布の高次項を適
当に選ぶことにより、必ず2つ以、1:、の収差を同時
に補正することが可能である。屈折率分布が(]八(2
2式で表わされるとき球面収差とコマ収差が同時に補正
されるような係数h4.、h6.、h4nzh6n
を解析的圧解く事は困難であるが、通常のレンズ設計の
手法、たとえば減衰最小自乗法等による最適化手法によ
り、数値的に求めることができる。
は非点収差係数である。゛またh1αは近軸軸上光線の
高さと換算傾角を表わし、hl αは近軸主光線の高智
と換算傾角を表わす。7 (q)はある址qの積分の上
限値における値と下限値における値の差を表わす。岡、
ff7f折率分布は n=no +nl r +12 r’で表現されてい
る。屈折率分布型レンズの入射面及び射出面の両端面で
の屈折に起因する収差係数は均質媒質系の収差係数と全
く同様である。071〜09式において、屈折率分布の
4次項の係数n2以外はずべて2次項以下で定寸る内、
即ち近軸諸量である。1つの屈折率分布レンズについて
考えると任への一つの収差に関してレンズ端面及び光デ
ィスク而での屈折によって発生する収差を打ち消すよう
なσI を与えるn2の値が必ず存在する。この時、同
時に他の収差を打ち鞘すこと(」°一般にできない。p
ill t、 ulJ折率分布の収差籍j正−Fの自由
度は1である。この事情は高次収差についても同様であ
る。したがって球面収差とコマ収差を同時に補正するた
めには少なくとも2つの独立の屈折率分布が必要とさJ
しる。また球面収差、コマ収差、非点収差の3つを同時
に補正するためには少なくとも3つの独立の屈折率分布
が必要とされる。言えかえると複数の屈折率分布レンズ
を組み合わせて、各レンズの屈折率−分布の高次項を適
当に選ぶことにより、必ず2つ以、1:、の収差を同時
に補正することが可能である。屈折率分布が(]八(2
2式で表わされるとき球面収差とコマ収差が同時に補正
されるような係数h4.、h6.、h4nzh6n
を解析的圧解く事は困難であるが、通常のレンズ設計の
手法、たとえば減衰最小自乗法等による最適化手法によ
り、数値的に求めることができる。
光デイスク用ピックアップレンズは直径0.16〜0.
4咽の大きさの像面内の全域において波面収差が少なく
とも一以下に補正されることか望まれる。かような厳し
い収差補正条件を満たすためには球面収差、コマ収差共
に良好に補正される必要があり、高次の屈折率分布常数
は以下の条件を満足することが望ましい。
4咽の大きさの像面内の全域において波面収差が少なく
とも一以下に補正されることか望まれる。かような厳し
い収差補正条件を満たすためには球面収差、コマ収差共
に良好に補正される必要があり、高次の屈折率分布常数
は以下の条件を満足することが望ましい。
0 < 114P < 1.0
1−0 < h、p< 1.5
o、o < h4n< i o、。
−1,0< h6n< 15.0
上記条件の上限、下限いずれを越えても球面収差、コマ
収差を同時に補正することが不可能になる。
収差を同時に補正することが不可能になる。
以下、本発明の実施例について説明する。
いずれの実施例においても光ディスクDの厚さは1.1
mmとし、材料はプラスチックで屈折率を1.485
46とした。また収差は半導体レーザーの発掘波長λ−
780口の光線に関して補正されている。
mmとし、材料はプラスチックで屈折率を1.485
46とした。また収差は半導体レーザーの発掘波長λ−
780口の光線に関して補正されている。
実施例1は第2図に示す・ごとく発散性屈折率分布型レ
ンズLn と集束性屈折率分布型レンズL、を密着して
構成した設計例で、構成六に)には以下の通りである。
ンズLn と集束性屈折率分布型レンズL、を密着して
構成した設計例で、構成六に)には以下の通りである。
NA=0.464、WD=2.(ig、r6−1.53
mm最大像高0.185箇 焦点距離3.:3喘NA−
0,464の軸上辺縁光線の入射高はro=1.53で
あるが、発散レンズにより光束が一旦拡げられるので各
レンズの実質的な有効半径は約2−である。第2図は光
路図であり、軸上物点と最大画角の物点からの光線をそ
れぞれ示した。第3図に発散性レンズLnの屈折率分布
、第4図に集束性レンズL、の屈折率分布を示す。各屈
折率分布図において、実線は実際の分布、点線は高次項
の度合を示すために2次項のみの屈折率分布を表わして
いる。第5図は光線収差図であり、丑だ第6図は波面収
差図である。光線収差図には、以下も同様であるが、球
面収差(s、h) 、非点収差(Agt)及びコマ収差
(Comalを示し、球面収差図中には点線で正弦条件
違反量も併記した。
mm最大像高0.185箇 焦点距離3.:3喘NA−
0,464の軸上辺縁光線の入射高はro=1.53で
あるが、発散レンズにより光束が一旦拡げられるので各
レンズの実質的な有効半径は約2−である。第2図は光
路図であり、軸上物点と最大画角の物点からの光線をそ
れぞれ示した。第3図に発散性レンズLnの屈折率分布
、第4図に集束性レンズL、の屈折率分布を示す。各屈
折率分布図において、実線は実際の分布、点線は高次項
の度合を示すために2次項のみの屈折率分布を表わして
いる。第5図は光線収差図であり、丑だ第6図は波面収
差図である。光線収差図には、以下も同様であるが、球
面収差(s、h) 、非点収差(Agt)及びコマ収差
(Comalを示し、球面収差図中には点線で正弦条件
違反量も併記した。
実施例2も発散性屈折率分布型レンズLnと集束性屈折
率分布型レンズL、との接合からなり、その構成諸元を
以下に示す。仕様は実施例1と全< riljじである
。
率分布型レンズL、との接合からなり、その構成諸元を
以下に示す。仕様は実施例1と全< riljじである
。
第7図に光路図、第8図に発散性レンズLnの屈折率分
布、第9図に集束性レンズL、の屈折率分布を示す。第
10図は光線収差図、2811図は波面収差図である。
布、第9図に集束性レンズL、の屈折率分布を示す。第
10図は光線収差図、2811図は波面収差図である。
実施例3も上記と同様に発散性と集束性との屈折率分布
型レンズの接合からなり、その構成諸元は以下のとおり
である。
型レンズの接合からなり、その構成諸元は以下のとおり
である。
NA’−0,4WD =2.6mm ro=1..1
5m最大像高0.185mm f=2.5m+*第1
2図に光路図、第13.14図にそれぞれ発散性レンズ
Ln1集束性レンズL、の屈折率分布を示す。第15図
は光線収差図、2g16図は波面収差図である。
5m最大像高0.185mm f=2.5m+*第1
2図に光路図、第13.14図にそれぞれ発散性レンズ
Ln1集束性レンズL、の屈折率分布を示す。第15図
は光線収差図、2g16図は波面収差図である。
実施例4の構成諸元を以下に示す。仕様は51+<流側
3と全く同じである。
3と全く同じである。
第17図は光路図、第18.19図はそれぞれ発散性レ
ンズ■、n集束性レンズLp の屈折率分布を示す。第
20図は−)で4線収差図、第21図は波面収差図であ
る。
ンズ■、n集束性レンズLp の屈折率分布を示す。第
20図は−)で4線収差図、第21図は波面収差図であ
る。
実施例5の構成諸元を以下に示す。
NA−0,464WD=2.6mm r6=1.53
m+++最大像高0.185陥 f −3,3闘ZO=
1.811II+ 本実施例では第゛22図のごとく発散性屈折率分布型レ
ンズLnと、集束性屈折率分布型レンズL とはZo=
1.8mmだけ分離して配置されている。発散性レンズ
Lnの厚さが小ζいため、ペッツバール和の負の成分が
小さく、全系のペッツバール和はやや大きいが、二つの
レンズ間隔を広く取ることに裏ってわざと非点収差を発
生させ、メリデイオナル像面湾曲とサジタル像面湾曲と
のバランスを取っている。第22図に光路図、第23.
24同に屈折率分布、第25図に光線収差図、第26図
に波面収差図を示す。
m+++最大像高0.185陥 f −3,3闘ZO=
1.811II+ 本実施例では第゛22図のごとく発散性屈折率分布型レ
ンズLnと、集束性屈折率分布型レンズL とはZo=
1.8mmだけ分離して配置されている。発散性レンズ
Lnの厚さが小ζいため、ペッツバール和の負の成分が
小さく、全系のペッツバール和はやや大きいが、二つの
レンズ間隔を広く取ることに裏ってわざと非点収差を発
生させ、メリデイオナル像面湾曲とサジタル像面湾曲と
のバランスを取っている。第22図に光路図、第23.
24同に屈折率分布、第25図に光線収差図、第26図
に波面収差図を示す。
実施例6の構成諸元を以下に示す。
本実施例は第27図の如く発散性レンズLnに第1と第
2の集束性レンズL p t N L p * カ接合
され、合d(3個の屈折率分布型レンズより構成きれて
いる。r6 が大きいにもがかわらず、gの値も大きい
ため、比較的レンズ長は小さく構成できる。第1と第2
の集束性レンズLp1、Lplを一体として同じ屈折率
分布にした場合、ペッツバール和がやや大きくなり、し
かも球面収差、コマ収差の補正をすると非点収差も比較
的小さくなり、メリディオナル及びサジッタル像面がペ
ッツバール像面に一致して像面の平坦性が失なわれる。
2の集束性レンズL p t N L p * カ接合
され、合d(3個の屈折率分布型レンズより構成きれて
いる。r6 が大きいにもがかわらず、gの値も大きい
ため、比較的レンズ長は小さく構成できる。第1と第2
の集束性レンズLp1、Lplを一体として同じ屈折率
分布にした場合、ペッツバール和がやや大きくなり、し
かも球面収差、コマ収差の補正をすると非点収差も比較
的小さくなり、メリディオナル及びサジッタル像面がペ
ッツバール像面に一致して像面の平坦性が失なわれる。
゛そこで、本実施例のごとく集束性レンズを二つに
分割して構成することにより収差補正の自由度をふやし
、非点収差を故意に発生させてメリディオナル像面とザ
ジタル像面のバランスをとっている。第27図に光路図
、第28〜30図に各レンズの屈折率分布、第31図に
光線収差図、tifJ32図に波mi収差図を示す。
分割して構成することにより収差補正の自由度をふやし
、非点収差を故意に発生させてメリディオナル像面とザ
ジタル像面のバランスをとっている。第27図に光路図
、第28〜30図に各レンズの屈折率分布、第31図に
光線収差図、tifJ32図に波mi収差図を示す。
実施例7の構成諸元を以下に示す。
本実施例も上記実施例6と同様に3つの屈折率分布型レ
ンズより構成されている。
ンズより構成されている。
収差補正の自由度が3であるため、球面収差、コマ収差
、非点収差(・)すべてが良好に補正され、ペッツバー
ル和もO,U 529と十分率でくなるように屈折率分
布が選択源れている。第33図に光路図、第34〜36
図に屈折率分布、&↓37図に光線収差図、第38図に
波面収差図を示す。
、非点収差(・)すべてが良好に補正され、ペッツバー
ル和もO,U 529と十分率でくなるように屈折率分
布が選択源れている。第33図に光路図、第34〜36
図に屈折率分布、&↓37図に光線収差図、第38図に
波面収差図を示す。
上記の各収差図から本発明によるいずれの実施例も光デ
イスク用ピックアップレンズとして優れた性能を有して
おり、特に各波面収3+、−図に示されるとおり、波面
収差は最大像高においても実用上の基準とネれるλ/4
工りもかなり小さく、コマ収差及び像面湾曲が良好に
補正されているため波面の対称性にも優れていることが
明らかである。
イスク用ピックアップレンズとして優れた性能を有して
おり、特に各波面収3+、−図に示されるとおり、波面
収差は最大像高においても実用上の基準とネれるλ/4
工りもかなり小さく、コマ収差及び像面湾曲が良好に
補正されているため波面の対称性にも優れていることが
明らかである。
以上のごとく、本発明によれば球面収差のみならずコマ
収差も良好に補正され、さらに像面の平坦性にも優れた
屈折率分布型レンズ系が達成される。しかも、各端面を
平面として構成できるため、製造、組立が容易で量産性
に富んだレンズ系を提供することができる。
収差も良好に補正され、さらに像面の平坦性にも優れた
屈折率分布型レンズ系が達成される。しかも、各端面を
平面として構成できるため、製造、組立が容易で量産性
に富んだレンズ系を提供することができる。
第1図は一般的屈折率分布ス(リレンズの入射面及び射
出面における近軸光線の様子を示す。 第2図は実施例1の光路図、第3図は実施例1の発散性
レンズの屈折率分布、第4図は実施例1の集束性レンズ
の屈折率分布、第5図は実施例1の光線収差図、第6図
は実施例1の波面収差図、第7図は実施例2の光路図、
第8図は実施例2の発散性レンズの屈折率分布、第9図
は実施例2の集束性レンズの屈折率分布、第10図は実
施例2の光線収差図A第11図は実施例20波面収差図
、第12図は実施例30光路図、第13図は実施例3の
発散性レンズの屈折率分布、第14図は実施例3の集束
性レンズの屈折率分布、gls図は実施例3の光線収差
図、第・・16図は実施例3の波面収差図、第17図は
実施例4の光路図、@18図は実施例4の発散性レンズ
の屈折率分布、第19図は実施例4の集束性レンズのJ
i′ff折率分布、第2()図は実施例4の光線収差図
、第21図は実施例4の波面収差図、第22図は実施例
5の光路ト1z2Pr23図は実施例5の発散性レンズ
の屈折率分布、第24図は実施例5の集束性レンズの屈
折率分布、第25図は実施例5の光線収差図、第26図
は実施例5の波面収差図、第27図は実施例6の光路図
、第28図に−1−実hirj例6の5Iij散性レン
ズの屈折率−分布、第29図は実施例6の集束性レンズ
のJiil折率分布、第30図は実施例6の第2集宋性
レンズのJiil 4月率分布、第31図は実施例6の
光線状〆=図、第32図は実施例6の波面収差図、第3
3図は実施例7の光路図、第34図は実施例7の発散性
レンズの屈折率分布、第35図は実施例7の第1集束性
レンズの屈折率分布、第36図は実施例7の第2集束性
レンズの屈折率分布、第37図は実施例7の光線収差図
、第38図は実施例7の波面収差図を示す。 〔主要部分の符号の説明〕 1i 11 ・・・・・・発散性屈折率分布型レンズ
L、、L、、 、L□ ・・・・・・集束性屈折率分布
型レンズD ・・・・・・光ディスク 出願人 日本光学工業株式会社 4矛1図 1 第2区 矛7区 オ?図 rs5Lで11111 θρθθHθ3196707/ IQs、 1.L4
T、331.J21.71 IqO(則−10図 第15区 δビ11 Asti
(、Oqyメ;1〒材プル 立゛
ンクル矛口図 矛1d区 藤 1、69 +6’7 、/1.
65/’ 7′ +、56 、/’161
/’+sq 1、.5−7 、fll 才20図 5rh Ast c、、。 矛21図 才22区 矛2’711ffl /123A 第31区 3ph ASt/Go?71a 矛3Z図 メ“)テにオフ11/ フユジ5+
1し矛33図
出面における近軸光線の様子を示す。 第2図は実施例1の光路図、第3図は実施例1の発散性
レンズの屈折率分布、第4図は実施例1の集束性レンズ
の屈折率分布、第5図は実施例1の光線収差図、第6図
は実施例1の波面収差図、第7図は実施例2の光路図、
第8図は実施例2の発散性レンズの屈折率分布、第9図
は実施例2の集束性レンズの屈折率分布、第10図は実
施例2の光線収差図A第11図は実施例20波面収差図
、第12図は実施例30光路図、第13図は実施例3の
発散性レンズの屈折率分布、第14図は実施例3の集束
性レンズの屈折率分布、gls図は実施例3の光線収差
図、第・・16図は実施例3の波面収差図、第17図は
実施例4の光路図、@18図は実施例4の発散性レンズ
の屈折率分布、第19図は実施例4の集束性レンズのJ
i′ff折率分布、第2()図は実施例4の光線収差図
、第21図は実施例4の波面収差図、第22図は実施例
5の光路ト1z2Pr23図は実施例5の発散性レンズ
の屈折率分布、第24図は実施例5の集束性レンズの屈
折率分布、第25図は実施例5の光線収差図、第26図
は実施例5の波面収差図、第27図は実施例6の光路図
、第28図に−1−実hirj例6の5Iij散性レン
ズの屈折率−分布、第29図は実施例6の集束性レンズ
のJiil折率分布、第30図は実施例6の第2集宋性
レンズのJiil 4月率分布、第31図は実施例6の
光線状〆=図、第32図は実施例6の波面収差図、第3
3図は実施例7の光路図、第34図は実施例7の発散性
レンズの屈折率分布、第35図は実施例7の第1集束性
レンズの屈折率分布、第36図は実施例7の第2集束性
レンズの屈折率分布、第37図は実施例7の光線収差図
、第38図は実施例7の波面収差図を示す。 〔主要部分の符号の説明〕 1i 11 ・・・・・・発散性屈折率分布型レンズ
L、、L、、 、L□ ・・・・・・集束性屈折率分布
型レンズD ・・・・・・光ディスク 出願人 日本光学工業株式会社 4矛1図 1 第2区 矛7区 オ?図 rs5Lで11111 θρθθHθ3196707/ IQs、 1.L4
T、331.J21.71 IqO(則−10図 第15区 δビ11 Asti
(、Oqyメ;1〒材プル 立゛
ンクル矛口図 矛1d区 藤 1、69 +6’7 、/1.
65/’ 7′ +、56 、/’161
/’+sq 1、.5−7 、fll 才20図 5rh Ast c、、。 矛21図 才22区 矛2’711ffl /123A 第31区 3ph ASt/Go?71a 矛3Z図 メ“)テにオフ11/ フユジ5+
1し矛33図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ■ 屈折率分布型レンズを二つ以上組み合せた光学系に
おいて、少なくとも一つの屈折率分布型レンズは発散性
屈折率分布型レンズであることを特徴とする屈折率分布
型レンズ系。 2 前記発散性屈折率分布型レンズの屈折率n 1及び
前記集束性屈折率分布型レンズの屈折率n をそれぞれ
、 n2n=no 、” (1+ (gnr)2+h4n(
gnr)’ +)16n(gnrl’ 1と表現し、該
両レンズが間隔Zoで分離はれ又は接合されるとすると
き、 0.1<g、<0.3 0.1<4 <0.3・・ 0≦zO<3.0 0<h4. <1.0 −1.0<h、、 <1.5 0<h4n <10.0 −1.0<h、n <15.0 なる条件を満足することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の屈折率分布型レンズ系: 但し、noは中心屈折率、rは光軸からの半径方向の距
離、gは屈折率勾配の程度を示すパラメータ、h4、h
6はそれぞれ屈折率分布の高次項としての4次項及び6
次項の係数であり、添字のnは前記発散性屈折率分布型
レンズにまた添字pは前記集束性屈折率分布型レンズに
関する量であることを意味する。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17327782A JPS5962816A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 屈折率分布型レンズ系 |
| US06/536,371 US4639094A (en) | 1982-10-04 | 1983-09-27 | Gradient index lens system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17327782A JPS5962816A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 屈折率分布型レンズ系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5962816A true JPS5962816A (ja) | 1984-04-10 |
| JPH0127402B2 JPH0127402B2 (ja) | 1989-05-29 |
Family
ID=15957462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17327782A Granted JPS5962816A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 屈折率分布型レンズ系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5962816A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61249015A (ja) * | 1985-04-26 | 1986-11-06 | Canon Inc | 可変焦点距離レンズ |
| JPH04121716U (ja) * | 1991-04-18 | 1992-10-30 | 富士電気化学株式会社 | ロータリトランス用コア |
| US6034825A (en) * | 1995-12-04 | 2000-03-07 | Olympus Optical Co., Ltd. | Objective lens system |
| US6130787A (en) * | 1997-10-02 | 2000-10-10 | Olympus Optical Co., Ltd. | Optical system and optical module |
-
1982
- 1982-10-04 JP JP17327782A patent/JPS5962816A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61249015A (ja) * | 1985-04-26 | 1986-11-06 | Canon Inc | 可変焦点距離レンズ |
| JPH04121716U (ja) * | 1991-04-18 | 1992-10-30 | 富士電気化学株式会社 | ロータリトランス用コア |
| US6034825A (en) * | 1995-12-04 | 2000-03-07 | Olympus Optical Co., Ltd. | Objective lens system |
| US6130787A (en) * | 1997-10-02 | 2000-10-10 | Olympus Optical Co., Ltd. | Optical system and optical module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0127402B2 (ja) | 1989-05-29 |
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