JPH0411846B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の用分野］ この発明は、光デイスクの記録、再生用レンズ
であつて、特に波長変動のある半導体レーザー等
の光源を用いる場合に適した色収差補正レンズに
関するものである。 ［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 半導体レーザーは、使用温度や出力によつて発
振波長が変化するため、対物レンズに色収差補正
の対策がなされていない場合には、これによつて
光束の集光位置が変化することとなる。集光位置
がデイスクの信号面に一致していない場合には、
データの読み出し、書き込みに誤りが生じる可能
性が高くなる。 但し、光デイスク装置には、対物レンズをデイ
スクの上下動に追随させるためのオートフオーカ
ス機構が設けられているため、コリメートレンズ
が色収差補正されている場合には、温度変化に起
因する比較的緩やかな波長の変化に対しては補正
をかけることができる。 しかしながら、光デイスク装置においてデータ
の書き込みを行う場合には、温度上昇させる領域
とさせない領域とで半導体レーザーの出力が大き
く変化するため、かなり短いサイクルで発振波長
が数nmシフトする。 ここで対物レンズに色収差が存在すると、波長
のシフトに伴つて集光点がデイスク面からズレて
しまう。しかも、このような急激なズレに対して
は上記のオートフオーカス機構が追随できないた
め、レーザー光がデイスクの記録面に十分に集光
されず、誤つたデータの書き込み、読み出しが行
なわれる可能性が高くなつてしまう。 このようなデータの記録再生時のエラー発生率
を低下させるためには対物レンズの色収差を補正
する必要がある。特開昭51−18557号公報、特開
昭58−72114号公報、特開昭60−232519号公報、
特開昭62−35310号公報には、色収差補正された
対物レンズが記載されている。 ところで、光デイスク装置の対物レンズはオー
トフオーカス機構、あるいはオートトラツキング
機構等により高速で移動されるため、軽量である
ほど機構にかかる負担も少なく、追従性も高くな
る。また、レンズの駆動を容易とするため、レン
ズの最もデイスク側の面とデイスクとの間隔（ワ
ーキングデイスタンス）は長い方が望ましい。 そのため、光デイスク用の対物レンズには、焦
点距離の短縮による軽量化と、その際のワーキン
グデイスタンスの確保とが共に要求されている。 特に、データの記録再生を行う光デイスク装置
では、読み出し専用のコンパクトデイスク等を対
象とした装置よりもデータのランダムアクセス性
が要求されるため、より軽量化が望まれる。 このような観点に立つてみると、特開昭51−
18557号公報のレンズはワーキングデイスタンス
が小さく、色収差の除去も不十分である。 特開昭58−72114号公報のレンズは、貼合わせ
た３枚のレンズの第２面、第３面で色収差を補正
しているため、負レンズを両凹としている。そし
て、コマ収差、球面収差の補正バランスをとるた
めに貼合わせレンズの第２レンズの屈折率を第３
レンズの屈折率より小さくしている。 しかし、この条件が、第３レンズの硝材として
低分散材料の選択を困難としている。従つて、色
収差を補正するためには、全系の焦点距離をほぼ
第３レンズの射出側の面により決定するよう設定
せずるを得なくなつており、これがレンズの全長
を長くする原因となつている。 また、３枚貼合わせのレンズは製造上偏心が発
生する可能性が高いという難点を本質的に有して
いる。偏心は収差を大きく変動させるため、３枚
貼合わせの構成は収差変動の感度の高い項目とな
る。 特開昭60−232519号公報に記載されたレンズ
は、強い負レンズと正レンズとの貼合わせを２組
用いて構成されており、それぞれの組の正レンズ
の屈折率を負レンズの屈折率より低くして貼合わ
せ面で球面収差の補正を行つている。従つて、正
レンズの曲率半径が小さくなり、有効径を大きく
とるとコバ厚を十分に確保できないため、このタ
イプでNA＝0.50より明るいレンズを作ることは
困難である。 更に、特開昭62−35310号公報に記載されたレ
ンズは、色収差補正のみならず、像面湾曲、非点
隔差補正の軸外性能をも重視して設計されてお
り、負メニスカスの第２レンズ群の厚さと、第２
レンズ群から第３レンズ群までの間隔とが大き
く、レンズ全長が非常に長く、重量が嵩むという
難点がある。 特公昭62−16410号公報には、軽量小型で長い
ワーキングデイスタンスの確保を目的とするレン
ズが開示されている。しかし、このレンズは第２
レンズと第３レンズとの間隔を0.55f以上確保す
ることによつてコマ収差を補正しているため、レ
ンズ全長とバツクフオーカスとの和が2.8f以上と
なり、十分に軽量化されたものとはいい難いもの
となつている。 他方、色収差補正がなされていない対物レンズ
としては、軽量でワーキングデイスタンスが長
く、NA＝0.47程度の読み取り専用の性能を有す
る２群３枚のレンズが特開昭61−91612号公報に
開示されている。 このレンズは、色収差補正を考慮していないた
め、第３レンズの硝材の選択を屈折率のみに依拠
して行つており、高屈折率で高分散の安価な硝材
を使用している。但し、この設計では、第３レン
ズを上記と同程度の屈折率を有する硝材の中で最
も分散の小さなもので構成したとしても、色収差
の補正は不十分である。 また、このタイプのレンズで書き込み用対物レ
ンズに要求されるNA＝0.55程度を満たした場合
には、高次の球面収差による球面収差の中間部の
ふくらみが大きくなる。 ［発明の目的］ この発明は、上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、軽量化、ワーキングデイスタンス確保を
満たした上で、量産上の問題となる収差変動の感
度が高い項目を持たず、しかも、十分に色収差が
補正された対物レンズを提供することを目的とす
る。 ［問題を解決するための手段］ 特開昭61−91612号公報に記載された２群３枚
の構成を崩さずに色収差補正を行うためには、第
１レンズと第３レンズとに低分散ガラス、第２レ
ンズに高分散ガラスを用いる構成が考えられる。
この構成を採る場合、色収差の補正を他の項目よ
り優先させると、貼合わせ面の曲率半径を小さく
するか、若しくは第３レンズに低屈折率のガラス
を用いる必要がある。 しかし、貼合わせ面の曲率半径を小さくする場
合には、貼合わせ面で発生する高次収差の影響に
よりNAを0.45以上とすることは困難であり、書
き込み用対物レンズとしての性能を確保すること
ができない。 また、第３レンズに低屈折率のガラスを用いる
場合には、球面収差が発生する上にコマ収差、非
点収差の発生が顕著となり、レンズの軸外性能が
劣化する。 そこで、この発明に係る光デイスク用色収差補
正レンズは、物体側から両凸の第１レンズと負の
第２レンズとの貼合わせで構成される貼合わせレ
ンズと、両凸の第３レンズと、物体側に凸となる
正のメニスカスレンズである第４レンズとを順に
配列して構成することにより、第３レンズに低分
散ガラスを用いることによる正レンズの屈折率の
低下と、それに伴う高次球面収差の低減を可能に
した。 また、第１レンズの屈折率をn₁、第２レンズの
屈折率をn₂、貼合わせレンズの焦点距離をf₁₂、
全系の焦点距離をf₀、第２レンズの射出側面の曲
率半径をr₃、レンズの使用中心波長をλ、第ｉレ
ンズの屈折率の波長変化に対する勾配をΔni／
Δλ、第２レンズと第３レンズとの間隔をd₃とし
て、 （n₂−n₁）＞0.17 …… （Δn₁／Δλ−Δn₂／Δλ）×λ²＞20nm …… ｜Δn₃／Δλ×λ²｜＜30nm（但し、Δn₃／Δλ＜０
） …… −0.15＜f₀／f₁₂＜0.03 …… −0.15＜f₀×（１／r₃−１／f₁₂）＜0.35 …… d₃／f₀＜0.3 …… の各条件を満たすことを特徴とする。 条件は、貼合わせ面で球面収差補正を行うた
めの条件である。第１、第３、第４レンズは正レ
ンズであるため、第２レンズで十分な球面収差補
正を行わなければアンダーの球面収差が残存す
る。この条件の下限を下回る場合には、第２レン
ズの射出側面（第３面）を球面収差補正のために
強い発散面とせざるを得ず、第３レンズへのマー
ジナル光線の入射高さが高くなり、レンズの大径
化と重量増を招く。 条件は、貼合わせ面で色収差補正を十分に行
わせるための条件である。単レンズの色収差の変
化は、可視光から赤外光の範囲ではおよそ波長の
−２乗に比例する。従つて、狭い波長範囲で使用
する光デイスク用レンズの色収差を考える場合、
ｄ線近傍の屈折率の変化を示すνを用いることは
適当でない。そこで、本明細書では、Δn／Δλ×λ²を 色収差補正効果を示す値として用いている。 条件を満足しない場合には、色収差の補正が
不足する。 条件は、第３レンズの硝材を低分散として色
収差発生を抑える条件である。この条件を満たさ
ない場合には、全系で色収差が補正不足となる。 ところで、第３レンズは、色収差を考慮しなけ
れば高屈折率の硝材を用いることが望ましいが、
第４レンズを低屈折率とすること、あるいは第３
レンズの分散を大きくするとと比較すれば、第３
レンズを低屈折率とすることの方が全系に与える
性能劣化が少ない。そこで、第４レンズの屈折率
を第３レンズの屈折率より大きく設定すると共
に、波長変化による屈折率の変化勾配｜Δn／Δλ
｜を第４レンズの方が大きくなるよう設定するこ
とが望ましい。 条件は、貼合わせレンズ群のパワーを規定す
るものであり、下限を下回ると第３レンズの径の
増大による重量増加を招き、上限を超える場合に
はワーキングデイスタンスの確保が困難となる。 条件は、条件と併せて貼合わせレンズ群の
角倍率と第３面での収差発生とを規定している。
この条件を満たさない場合には、貼合わせレンズ
群が角倍率を持ち、第３レンズの径の増大、ワー
キングデイスタンスの減少を招く。 条件は、レンズ全長の短縮化のための条件で
あり、上限を超える場合には、条件を満たすよ
うなほぼパワーを持たない第２、第３レンズ間に
空気間隔を設けることとなり、レンズ軽量化に反
する。 ［実施例］ 以下、この発明を図面に基づいて説明する。第
１図〜第１０図は、この発明の実施例を示したも
のである。 《第１実施例》 第１図は、第１実施例に係るレンズ断面図であ
り、図中左側となる光入射側から、貼合わせレン
ズ群を構成する第１、第２レンズＬ１，Ｌ２、第
３、第４レンズＬ３，Ｌ４が順に配列して構成さ
れている。 第１図中の符号Ｄはデイスクの記録面がカバー
するカバーガラスを表わしており、厚さ1.20mmの
ガラス（Bk7）である。 レンズの数値構成は第１表に示した通りであ
る。 表中の記号は、NAが開口数、ｆは波長830nm
における焦点距離、ωは半画角、d₀はレンズ最終
面からデイスクまでの距離、λは使用中心波長、
riは光源側から第ｉ番目の面の曲率半径、diは第
ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ厚若しくは空気
間隔、ndiは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ
のｄライン（588nm）における屈折率、νdiはｄ
ライン近傍の分散（アツベ数）、n₈₃₀iは波長
830nmにおける屈折率である。 第２図は、上記第１実施例のレンズの収差を示
したものである。

【表】 また、各条件式との関係は、以下の通りであ
る。 式 n₂−n₁ ：0.21126 式 （Δn₁／Δλ−Δn₂／Δλ） ：27.2nm 式 Δn₃／Δλ×λ² ：−14.2nm 式 f₀／f₁₂ ：−0.079 式 f₀×（１／r₃−１／f₁₂） ：−0.044 式 d₃／f₀ ：0.024 《第２実施例》 第３図は、第２実施例のレンズ断面図、第４図
はその収差図であり、レンズの数値構成は第２表
に示される通りである。

【表】

【表】 また、各条件式との関係は、以下の通りであ
る。 式 n₂−n₁ ：0.23067 式 （Δn₁／Δλ−Δn₂／Δλ） ：28.9nm 式 Δn₃／Δλ×λ² ：−11.3nm 式 f₀／f₁₂ ：−0.039 式 f₀×（１／r₃−１／f₁₂） ：−0.092 式 d₃／f₀ ：0.015 《第３実施例》 第５図は、第３実施例のレンズ断面図、第６図
はその収差図であり、レンズの数値構成は第３表
に示される通りである。

【表】 また、各条件式との関係は、以下の通りであ
る。 式 n₂−n₁ ：0.21126 式 （Δn₁／Δλ−Δn₂／Δλ） ：27.2nm 式 Δn₃／Δλ×λ² ：−11.3nm 式 f₀／f₁₂ ：0.009 式 f₀×（１／r₃−１／f₁₂） ：−0.038 式 d₃／f₀ ：0.019 《第４実施例》 第７図は、第４実施例のレンズ断面図、第８図
はその収差図であり、レンズの数値構成は第４表
に示される通りである。

【表】 また、各条件式との関係は、以下の通りであ
る。 式 n₂−n₁ ：0.21126 式 （Δn₁／Δλ−Δn₂／Δλ） ：27.2nm 式 Δn₃／Δλ×λ² ：−14.2nm 式 f₀／f₁₂ ：−0.051 式 f₀×（１／r₃−１／f₁₂） ：−0.107 式 d₃／f₀ ：0.020 《第５実施例》 第９図は、第５実施例のレンズ断面図、第１０
図はその収差図であり、レンズの数値構成は第５
表に示される通りである。

【表】 また、各条件式との関係は、以下の通りであ
る。 式 n₂−n₁ ：0.21126 式 （Δn₁／Δλ−Δn₂／Δλ） ：27.2nm 式 Δn₃／Δλ×λ² ：−22.3nm 式 f₀／f₁₂ ：−0.094 式 f₀×（１／r₃−１／f₁₂） ：−0.249 式 d₃／f₀ ：0.010 ［効果］ 以上説明したように、この発明によれば、小型
軽量でワーキングデイスタンスを確保すると共
に、量産上の問題となる収差変動の感度が高い項
目を持たず、しかも、NAが高く、球面収差、正
弦条件、色収差が良好に補正された波長変動によ
る集光位置の変化が少ない対物レンズを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１０図はこの発明に係る光デイスク
用色収差補正レンズの第１〜第５実施例を示した
ものであり、第１，３，７，９図はレンズ断面
図、第２，４，６，８，１０図は収差図である。 Ｌ１……第１レンズ、Ｌ２……第２レンズ、Ｌ
３……第３レンズ、Ｌ４……第４レンズ、Ｄ……
カバーガラス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体側から、両凸の第１レンズと負の第２レ
   ンズとの貼合わせで構成される貼合わせレンズ
   と、両凸の第３レンズと、物体側に凸となる正の
   メニスカスレンズである第４レンズとが順に配列
   して構成され、第１レンズの屈折率をn₁、第２レ
   ンズの屈折率をn₂、貼合わせレンズの焦点距離を
   f₁₂、全系の焦点距離をf₀、第２レンズの射出側面
   の曲率半径をr₃、レンズの使用中心波長をλ、第
   ｉレンズの屈折率の波長変化に対する勾配を
   Δni／Δλ、第２レンズと第３レンズとの間隔をd₃
   として、 （n₂−n₁）＞0.17 （Δn₁／Δλ−Δn₂／Δλ）×λ²＞20nm ｜Δn₃／Δλ×λ²｜＜30nm（但し、Δn₃／Δλ＜０
   ） −0.15＜f₀／f₁₂＜0.03 −0.15＜f₀×（１／r₃−１／f₁₂）＜0.35 d₃／f₀＜0.3 の各条件を満たすことを特徴とする光デイスク用
   色収差補正レンズ。