JPH01145615A - 大口径結像レンズ - 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、記録用光学系、再生用光学系、あるいはその
双方を兼ねる光学系において、回折限界の結像性能を有
する大口径結像レンズに関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］半導体
レーザーを光源とする光情報記録媒体の再生用光学系で
は、対物レンズの開口数（ＮＡ）が、コンパクトディス
クでは０．４５〜０．４７、ビデオディスクでは０．５
〜０，５３、また、記録用では０．５３〜０．６が必要
とされ、しかも回折限界の性能を有しなければならない
。この目的のためには、球面収差は勿論、正弦条件も良
好とする必要がある。

特開昭６１−２００５１８号公報ではＮＡ＝０．４５〜
０．６の両面非球面の単レンズの実施例が開示されＣい
るが、ＮＡ＝０．６において良好な収差を得るには高屈
折率のガラス材料を用いなければならず、モールド成形
による実用化には困難を伴うと考えられる。

また、特開昭６０−１２６６１６号公報には凸の単レン
ズまたは光源側の凸面に非球面のプラスチック層を接合
した両凸または白墨の複合レンズが開示されており、実
施例はないがベンディングを決める方法は記載されてい
る。これによれば、像側の面が凸面か平面であるため、
大口径化する時は正弦条件を良好となし冑ず、ＮＡは０
．４〜０゜５に止まっている。

特開昭６２−１３５８０２号公報には光源側の凸面に非
球面の透明材料を接合した両凸レンズが開示されている
が、像側の凸面の屈折力が強く、正弦条件の補正が不十
分と考えられる。

したがって、本発明の目的は、製作が容易で、ＮＡ＝０
．４５〜０．６と明るく、回折限界の性能を有し、正弦
条件も良好な大口径結像レンズを提供することにおる。

［問題点を解決覆るための手段］ 第１図に示すように、球面カラスレンズの光源側の凸面
に、透明材料製の非球１７ｉ７層を接合して形成した複
合レンズにおいて ｆ　：仝系の合成焦点距離 ｒｌ　：非球面の頂点曲率半径 ｒ２：接合球面の曲率半径 ｒ３：球面ガラスレンズの像側の面の曲率半径ｄ２二球
面ガラスレンズの軸上厚み ｎ２二球面ガラスレンズの材質の屈折率とするとき ０＜　−＜０．２５　　　　・・・（１）０、８＜　−
＜１　、１５　　　　・・・（２）１．７＜　　ｎ２　
　　　　　−−０（４）の各条件を満足することを特徴
とする。　　・副次的には、全開口域における非球面層
の光軸方向の最大厚さをｄ　　　とするとき １　１１１８Ｘ の条件を満足することが望ましい。

［作用］ 条件（１）は、球面ガラスレンズを光源側に向かって凸
メニスカス状とし、正弦条件を良好にするものである。

球面収差を除去するには、球面ガラスレンズの光源側前
面に接合する透明材料の表面のみ（すなわち１面のみ）
を非球面化すれば可能であるが、正弦条件をレンズ開口
全域に亘り良好にすることはできない。しかし球面ガラ
スレンズの材質の屈折率の選択と球面のベンディングに
より、正弦条件不満足量の大小や、オーバー、アンダー
のｍを制御することはできる。条件（１）の下限を越え
るときは、球面ガラスレンズが平凸または両凸となり、
正弦条件がオーバーで過大となる。

この現象を球面ガラスレンズの材質の屈折率を低くして
補正するときは、球面収差も変化し、大口径化ができな
くなる。条件（１）の上限を越えるときは、正弦条件が
アンダーで大きくなると共に、光源側の屈折力分担が過
大となるので好ましくない。

条件（２）は、非球面の頂点曲率半径と接合面の曲率半
径との比に関するもので、透明材料層の軸上の厚みと周
縁部の厚みを均等化し、接合非球面層の成形歪および変
形を防止する。条件（２）の下限を越えるときは、接合
層が凸メニスカス状になりすぎ、軸上付近に気泡も残り
易くなる。上限を越えると、接合面が凹メニスカス状に
なり過ぎ、大口径化づるときはこの傾向も増大するので
好ましくない。

条件（３）は球面ガラスレンズの軸上の厚みに関するも
ので、下限を越えるときは、レンズの軽量化には有利で
あるが該球面レンズのコバ厚が不足し加工も難しくなる
。上限を越えるときは、作動距離が短くなるほか、レン
ズ質量が増加するので好ましくない。

条件（４）は球面ガラスレンズの材質の屈折率に関する
ものである。既に述べたように、非球面を１面だけ導入
するだけで球面収差を良好とすることはできる。しかし
、正弦条件をレンズ開口全域に亘り良好と覆ることは不
可能で、輪帯または周縁部のどちらかに僅少ではあるが
正弦条件の不満足な箇所を生じることは避けられず、こ
の傾向はＮＡが大きくなるほど増加する。球面ガラスレ
ンズの屈折率を高くするときはこの弊害も減少し、実用
可能となる。条件（４）の下限を越えるときばＮＡが０
．４５以上で正弦条件を良好とすることが困難となる。

条件（５）は、球面ガラスレンズの光源側に接合する透
明材料製の非球面層の最大厚みに関するものである。条
件（２）の下で、軸上の厚みと周縁部の厚みを均等化す
ることは、成形歪および変形を防止する上で有効である
が、非球面層が厚くなると、成形時の収縮等による変形
を受ｃノ易く、高い制度を確保することが困難となる。

したがって、条件（５）の範囲内で最大厚みを定めるこ
とが望ましい。

■実施例］ 次に、本発明による大口径結像レンズの実施例を図面を
参照して説明する。

第１図は本発明のレンズの実施状態における断面図であ
る。Ｌは本発明のレンズで、球面ガラスレンズ１と非球
面層２とからなる。Ｃはカバーガラスである。本発明の
第１実施例から第１２実施例までを以下の第１表から第
１２表までに示す。

これらの表における記号の意味は次の通りである。

ｆ　：全系の合成焦点距離 ｒｌ　：非球面の頂点曲率半径 （ｒ１＝１／ＣＩ） Ｃ２：接合球面の曲率半径 Ｃ３：像側の球面の曲率半径 ｄｌ　：非球面と接合球面間の軸上厚みｄ２：接合球面
と像側の面間の軸上厚みｄ　　　：非球面と接合球面間
の光軸方向の　　ｍａＸ 最大厚み ｎｌ　：非球面層の材質の屈折率 Ｃ２：球面ガラスレンズの材質の屈折率ｔ　：カバーガ
ラス（像側）の軸上の厚みｎＣ：カバーガラス（像側）
の材質の屈折率ＷＤ：作動距離 ω　：軸外へ射光線が光軸となす角 非球面の形状の式は Ｘ　：非球面上の点のレンズ面頂点におｔプる接平面か
らの距離 ｈ　：光軸からの高さ Ｃ１：非球面頂点の曲率 Ｋ　：円錐定数 Ａ２１：非球面係数 とするとき で表わされる。

匪■Ｕ■１ね餅仄 ｆ”３．６５　　　　ＮＡ−０，７１５ＷＤ−２，００ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３−０．０７６６　　　　　ｒｌ　／ｒ２−
１．　Ｏｄ２／ｆ　−０，４１１０ｄ、、、Ｘ／ｆ−０
，０１２５λ−７８０ｎｍにお１ノる　軸上の　ＲＭＳ
−０，０００１ω−１″のＲＭＳ−０，０２８２ 匹むＵ１Ｚ島則広 ｆ−３，６５ＮＡ＝Ｏｉ５ ＷＤ−２，００ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３−０．０７３Ｏｒ”１　／ｒ２＝１．０８
４６ｄ２／ｆ−０，４１１０ｄｌ、、Ｘ／ｆ＝ｏ、０２
６７λ−７８０ｎｍにおける　軸上の　ＲＭＳ＝０．０
ω−１°のＲＭＳ＝０．０２７１ ■刀υ」主鋤観山 ｆ−３，６５ＮＡ−０，４５ ＷＤ−１，９７ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３　＝０．０６６７　　　　　ｒｌ　／ｒ２
　＝０．９２７６ｄ、／ｆ−０，４２４７ｄｌｌＩｌ、
ｘ／ｆ−０，００５５λ−７ｆ３　Ｑ　ｎｍｋ：おりる
　軸上の　ＲＭＳ−０，０ω−１°のＲＭＳ−０，０２
７８ 凪生に５屯り遊回１ ｆ−３，６５ＮＡ−０，４５ ＷＤ−２，００ 非球面係数（第１面） ｒ２／ｒ３−０．０１４５　　　　　ｒｌ　／ｒ２＝０
．９２９１ｄ２／ｆ＝ｏ、４１１０　　　　ｄ１ｍａｘ
／ｆ＝ｏ、ｏ０６０λ＝７８０ｎｍにおける　軸上の　
ＲＭＳ−０，０００１ω＝１６の　ＲＭＳ＝０．０２８
８ 瓜ばＣ１ル崩訛仄 ｆ−３，６５ＮＡ＝０．４５ ＷＤ−２，１７ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３　＝０．００２８　　　　　ｒｌ　／ｒ、
、　””０．９３２６ｄ２／ｆ−０，３２８８ｄｌ、、
ｘ／ｆ−０，００７３λ−７８０ｎｒｒ＋ｋＪＧｔル　
　軸上（７）ＲＭＳ−０，０００１ω−１°のＲＭＳ−
０，０２９９ 匹りは辺庄喝餅山 ｆ−４，３５ＮＡ−０，５３ ＷＤ−１，８９ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３−０．０８４０　　　　　ｒｌ　／ｒ２−
０．９１５１ｄ２／ｆ−０，６５５２ｄ１１１１ａｘ／
ｆ−０，００５７λ−７８５ｎｍｌ、ＪｊＧフル　　軸
上（７）ＲＭＳ−０，０００１ω−１″のＲＭＳ−０，
０４８８ 策ＵＵ１Ｌ勘訛ｍ ｆ−４，３５ＮＡ−０，５３ ＷＤ−１，８３ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３　ｘＱ、０１８２５　　　　　ｒｌ　／ｒ
２−０．９５４２ｄ２／ｆ−０，６８９７ｄ１１１Ｉａ
ｘ／ｆ−０，０１６５λ＝７８５ｎｒｎにおける　軸上
の　ＲＭＳ−０，０００２ω−１°のＲＭＳ−０，０５
００ 凪雄牝１狼讃固Ｌ ｆ−４，３５ＮＡ−０，５３ ＷＤ−２，１６ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３−０．００３４５　　　　ｒｌ　／ｒ２　
＝０．９４４７ｄ２／ｆ−０，５４０２ｄｌ、、ａｘ／
ｆ＝０．０１７８λ−７８５ｎｍにおける　軸上の　Ｒ
ＭＳ−０，０００１ω＝１°のＲＭＳ＝０．０５５４ 瓜宏Ｕ１影局訛仄 ｆ＝４．５　　　　　ＮＡ−０，５７ ＷＤ−１，７４ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３−０．１２０３　　　　　ｒｌ　／ｒ２−
０．９１４０ｄ２／ｆ　＝０．７５５６　　　　ｄ１ｍ
ａｘ／ｆ−０，００８９λ＝　７８５　ｎ　ｒｒｌｔ、
Ｊｃプる　軸上の　ＲＭＳ−’０．０００１ω−１°の
ＲＭＳ−０，０５７０ 第１０７責第１０実施例） ｆ＝４．５　　　　ＮＡ＝０．５７ ＷＤ＝　　１．７５ 非球面係ｖｉ（第１面） ｒ２　／ｒ３ｘＱ、　０６５０　　　　　ｒｌ　／ｒ２
　＝Ｑ、　９’ｌ　１９ｄ２／ｆ　＝Ｏ１７５５６ｄ１
１１１ｉ１ｘ／ｆ＝０．０１７７λ−７８５ｎｍにお【
プる　軸上の　ＲＭＳ＝０．０００２ω−１°のＲＭＳ
＝０．０５９３ １１−慎・１１１′？メ　例） ｆ−４，５ＮＡ−０，６ ＷＤ−１，７５ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３−０．１２７５　　　　　ｒｌ　／ｒ２−
０．８８８９ｄ２／ｆ　−０，７４４４ｄ１ｍａｘ／ｆ
＝ｏ、　０１１１λ−７８５ｎｍｋ：ｃ１５ｔプる　軸
」二の　ＲＭＳ＝０．０００２ω−０，８°のＲＭＳ＝
Ｏ，、０５４５第１２表（第１２実施例〉 ｆ＝４．５　　　　　ＮＡ＝０．６ ＷＤ＝　　１．７４ 非球面係数（第１面） ｒ２　／ｒ３−０．７７０　　　　　　ｒｌ　／ｒ、、
　＝０．９５０９ｄ２／ｆ−０゜７５５６　　　　ｄ、
　ｍａｘ　／ｆ＝ｏ、　０２７７λ−７８５ｎｍにお（
ブる　軸上の　ＲＭＳ＝０．０００１ω−０，８°のＲ
ＭＳ＝０．０５７４ 第１実施例の球面収差、正弦条件、非点収差を第２図に
、以下第２実施例から第１２実施例までの各収差を第３
図から第１３図までに示覆。

正弦条件は、波面収差のバランスも良好となるように輪
帯部と周縁部に撮り分けである。各実施例に記載のＲＭ
Ｓ　（波面収差の２乗平均の平方根）および第２図から
第１３図までの収差曲線が示すように、これ等の実施例
ではＮＡ＝０．４５〜０．６において、球面収差は全開
口域に亘って現れす”、軸上および軸外の波面収差も良
好であることが分かる。

［発明の効果］ 本発明のレンズは、球面単レンズの光源側に透明（Ａ料
の非球面層を接合して得られるという製造上の容易さと
精度確保の利点を持ち、ＮＡは０．４５〜０．６と大き
く、光情報記録媒体の再生および記録用として良好な性
能を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大口径結像レンズの実施状態を示す断
面図、 第２図から第１３図までは、それぞれ、第１実施例から
第１２実施例までの収差曲線図である。 １・・・球面ガラスレンズ ２・・・非球面層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 球面ガラスレンズの光源側の凸面に、透明材料製の非球
   面層を接合して形成した複合レンズにおいて ｆ：全系の合成焦点距離 ｒ＿１：非球面の頂点曲率半径 ｒ＿２：接合球面の曲率半径 ｒ＿３：球面ガラスレンズの像側の面の曲率半径ｄ＿２
   ：球面ガラスレンズの軸上厚み ｎ＿２：球面ガラスレンズの材質の屈折率 とするとき ▲数式、化学式、表等があります▼…（１） ▲数式、化学式、表等があります▼…（２） ▲数式、化学式、表等があります▼…（３） ▲数式、化学式、表等があります▼…（４） の各条件を満足することを特徴とする大口径結像レンズ
   。