JPH0442650B2 - - Google Patents
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- JPH0442650B2 JPH0442650B2 JP55152158A JP15215880A JPH0442650B2 JP H0442650 B2 JPH0442650 B2 JP H0442650B2 JP 55152158 A JP55152158 A JP 55152158A JP 15215880 A JP15215880 A JP 15215880A JP H0442650 B2 JPH0442650 B2 JP H0442650B2
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- Japan
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- lens
- aspherical
- coefficient
- condition
- aberrations
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- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 28
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 4
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 3
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/24—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for reproducing or copying at short object distances
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、錯乱円の形がほぼ光の回折限界で
決定される程度に収差が補正されたアプラナテイ
ツク単レンズ、特に、両面が正の屈折力を持つ非
球面からなる光デイスク用対物レンズに関する。
決定される程度に収差が補正されたアプラナテイ
ツク単レンズ、特に、両面が正の屈折力を持つ非
球面からなる光デイスク用対物レンズに関する。
この種のレンズは、各種の集光レンズとして広
い用途を持つが、最近は特に光学式のビデオデイ
スク再生用対物レンズとして注目されている。ビ
デオデイスクに使用される場合、解像力として
1000本／mm程度が必要とされるため、Ｎ，Ａ、は
0.4〜0.5で軸上の残存収差も回折限界内に収まる
程度に収差補正がなされている必要がある。
い用途を持つが、最近は特に光学式のビデオデイ
スク再生用対物レンズとして注目されている。ビ
デオデイスクに使用される場合、解像力として
1000本／mm程度が必要とされるため、Ｎ，Ａ、は
0.4〜0.5で軸上の残存収差も回折限界内に収まる
程度に収差補正がなされている必要がある。
このようなレンズ系を球面ガラスレンズで構成
しようとすれば、顕微鏡対物レンズのように、多
数枚の組合せレンズとなり、レンズ全長も大とな
つて、小型・軽量のレンズとすることは困難であ
る。また、多数のレンズの偏心等の調整が複雑と
なり、鏡筒も高精度加工が不可欠となる。これら
の原因によつてレンズのコストを切り下げること
が出来なくなる。また、構成レンズ枚数が増加す
るため、内面反射や吸収による光量のロスが大き
く、またフレアのため再生出力のＳ，Ｎ比に悪影
響を与える等の問題があつた。
しようとすれば、顕微鏡対物レンズのように、多
数枚の組合せレンズとなり、レンズ全長も大とな
つて、小型・軽量のレンズとすることは困難であ
る。また、多数のレンズの偏心等の調整が複雑と
なり、鏡筒も高精度加工が不可欠となる。これら
の原因によつてレンズのコストを切り下げること
が出来なくなる。また、構成レンズ枚数が増加す
るため、内面反射や吸収による光量のロスが大き
く、またフレアのため再生出力のＳ，Ｎ比に悪影
響を与える等の問題があつた。
最近では、ビデオデイスクのトラツキング方法
として、ガルバノメータ様の鏡を振ることによる
のでなく、対物レンズを直接に駆動する方法がと
られ、このためにはレンズを小型・軽量に構成す
る必要がある。しかし、この場合は常に光学系の
軸上の結像点を利用することになり、軸外収差は
それ程考慮しなくてもよいこととなる。このよう
な要求に応えるものとして、非球面単レンズを用
いることが提案されている。（例えば特開昭50−
156945号公報）このような単レンズは、プラスチ
ツク材料で製作することによつて極めて軽量なも
のとすることが出来る。しかし、この公知のもの
は、焦点距離を7.5mm程度として設計されており、
小型化のため焦点距離を４〜５mm程度とすると十
分な作動距離が得られなくなる。特に第２面が像
面に向つて凹面となつているため、焦点距離に比
してこの面の側での作動距離が短くなるという欠
点を生じる。
として、ガルバノメータ様の鏡を振ることによる
のでなく、対物レンズを直接に駆動する方法がと
られ、このためにはレンズを小型・軽量に構成す
る必要がある。しかし、この場合は常に光学系の
軸上の結像点を利用することになり、軸外収差は
それ程考慮しなくてもよいこととなる。このよう
な要求に応えるものとして、非球面単レンズを用
いることが提案されている。（例えば特開昭50−
156945号公報）このような単レンズは、プラスチ
ツク材料で製作することによつて極めて軽量なも
のとすることが出来る。しかし、この公知のもの
は、焦点距離を7.5mm程度として設計されており、
小型化のため焦点距離を４〜５mm程度とすると十
分な作動距離が得られなくなる。特に第２面が像
面に向つて凹面となつているため、焦点距離に比
してこの面の側での作動距離が短くなるという欠
点を生じる。
この発明は、両面とも正の屈折力を有する非球
面単レンズとすることによつて上述の欠点を有せ
ず、しかも、像点表面の1.2mm程度の保護層によ
るものまでを含めて軸上像点の収差補正を行い、
その上、取りつけ誤差による偏心等の影響を考慮
し、必要な範囲で正弦条件までを補正したもので
ある。以下図面を参照して詳細に説明する。
面単レンズとすることによつて上述の欠点を有せ
ず、しかも、像点表面の1.2mm程度の保護層によ
るものまでを含めて軸上像点の収差補正を行い、
その上、取りつけ誤差による偏心等の影響を考慮
し、必要な範囲で正弦条件までを補正したもので
ある。以下図面を参照して詳細に説明する。
この発明の非球面単レンズは第１図に示す断面
形状を有し、両屈折面とも正の屈折力を有する。
非球面形状は一般に ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球
面頂点の接平面からの距離 ｈ：光軸からの高さ ｃ：非球面頂点の曲率（＝１／Ｒ） ｋ：円錐定数 A2i：第2i次（ｉは２以上の整数）の非球面係
数 としたとき、 で表わされるが、この発明の単レンズの回転非球
面は次の条件を満すことを特徴とする。
形状を有し、両屈折面とも正の屈折力を有する。
非球面形状は一般に ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球
面頂点の接平面からの距離 ｈ：光軸からの高さ ｃ：非球面頂点の曲率（＝１／Ｒ） ｋ：円錐定数 A2i：第2i次（ｉは２以上の整数）の非球面係
数 としたとき、 で表わされるが、この発明の単レンズの回転非球
面は次の条件を満すことを特徴とする。
R1：第１面の曲率半径（＝１／C1）
R2：第２面の曲率半径（＝１／C2）
K1K2：第１面、第２面の円錐係数
ｆ：レンズの焦点距離
ｎ：レンズの屈折率
としたとき
１＜R1／（ｎ−１）ｆ＜1.7 …(1)
−３＜k1＜０ …(2)
条件(1)の下限を超えると屈折力配分が第１面に
偏りバツクフオーカスが短くなり、所望の作動距
離が得られない。逆に上限を超えると、第２面で
発生する大きな球面収差を補正しようとしても、
軸上附近の球面収差を補正すると輪帯収差が大き
くなり、最大輪帯部分で許容出来ないアンダーな
球面収差が残留する。この最大輪帯での球面収差
を補正しようとすれば、中間輪帯で許容出来ない
大きさの球面収差が残り、これらの残留収差を高
次の係数を使つて補正しようとしても効果は薄
く、その上、高次の係数の絶対値が大きくなり、
作りづらいレンズとなつてしまう。
偏りバツクフオーカスが短くなり、所望の作動距
離が得られない。逆に上限を超えると、第２面で
発生する大きな球面収差を補正しようとしても、
軸上附近の球面収差を補正すると輪帯収差が大き
くなり、最大輪帯部分で許容出来ないアンダーな
球面収差が残留する。この最大輪帯での球面収差
を補正しようとすれば、中間輪帯で許容出来ない
大きさの球面収差が残り、これらの残留収差を高
次の係数を使つて補正しようとしても効果は薄
く、その上、高次の係数の絶対値が大きくなり、
作りづらいレンズとなつてしまう。
条件(2)は高次球面収差を良好に補正するための
条件で、下限を超えるとオーバーな高次球面収差
が発生し、軸上付近の球面収差を補正すると、最
大輪帯収差が許容出来ない大きさのオーバーな球
面収差となる。またこれを高次の非球面係数を使
つて補正しようとしてもあまり効果はなく、高次
の係数の絶対値が大きくない作りづらりレンズと
なつてしまう。逆に上限を超えるとアンダーな高
次収差が発生し、下限を超えた場合と逆の理由で
収差を補正し切れなくなる。
条件で、下限を超えるとオーバーな高次球面収差
が発生し、軸上付近の球面収差を補正すると、最
大輪帯収差が許容出来ない大きさのオーバーな球
面収差となる。またこれを高次の非球面係数を使
つて補正しようとしてもあまり効果はなく、高次
の係数の絶対値が大きくない作りづらりレンズと
なつてしまう。逆に上限を超えるとアンダーな高
次収差が発生し、下限を超えた場合と逆の理由で
収差を補正し切れなくなる。
実用上は更に以下の条件を満すことが望まし
い。
い。
k2＜−１ …(3)
これはコマ収差を補正する条件で、限界を超え
て大となれば高次のコマ収差が発生し、最大輪帯
もしくは中間輪帯で正弦条件と球面収差の離れが
大きくなる。その結果、球面収差を補正したとき
コマ収差が残留し、取付け誤差の影響が強く出て
実用に適しないレンズとなる。
て大となれば高次のコマ収差が発生し、最大輪帯
もしくは中間輪帯で正弦条件と球面収差の離れが
大きくなる。その結果、球面収差を補正したとき
コマ収差が残留し、取付け誤差の影響が強く出て
実用に適しないレンズとなる。
研磨、面形状の測定の容易さ、取付けの芯出し
の容易さの点から、第２面を２次曲面とすること
が望ましく、k2＜−１の条件から、この２次曲面
は双曲面となる。この場合は上記の条件の他に更
に以下の条件を満すことが必要となる。
の容易さの点から、第２面を２次曲面とすること
が望ましく、k2＜−１の条件から、この２次曲面
は双曲面となる。この場合は上記の条件の他に更
に以下の条件を満すことが必要となる。
R1／（ｎ−１）ｆ＜1.5 …（1′）
0.5＜k2｛ｆ（ｎ−１）／R2｝3＜1.5 (4)
条件（1′）は条件(1)と同じであるが、第２面を
双曲面としたことに伴い、上限が更に厳しくなつ
たものである。
双曲面としたことに伴い、上限が更に厳しくなつ
たものである。
条件(4)はコマ収差補正の条件で、下限以下では
アンダーのコマ収差が残留し、上限以上ではオー
バーのコマ収差が残留するため、取付け誤差の影
響の大きいレンズとなる。
アンダーのコマ収差が残留し、上限以上ではオー
バーのコマ収差が残留するため、取付け誤差の影
響の大きいレンズとなる。
さらに、レンズの厚さをｄとしたとき
1.45＜ｄ／（ｎ−１）ｆ＜1.65 …(5)
を満すことによつてアプラナチツクな条件に加え
て非点収差も補正することが出来る。下限を超え
ると非点収差はアンダーとなり、上限を超えると
オーバーとなる。ガルバノミラーを振ることでビ
デオデイスクのトラツキングを行う場合は、レン
ズを直接振る場合に比べて広い画角で限界解像力
を得る必要があるが、条件(6)を満すことによつて
この要求に応えることが出来る。
て非点収差も補正することが出来る。下限を超え
ると非点収差はアンダーとなり、上限を超えると
オーバーとなる。ガルバノミラーを振ることでビ
デオデイスクのトラツキングを行う場合は、レン
ズを直接振る場合に比べて広い画角で限界解像力
を得る必要があるが、条件(6)を満すことによつて
この要求に応えることが出来る。
これらの条件を満す実施例を以下に示す。表中
R1R2：それぞれ第１面、第２面の曲率半径
ｄ：レンズの厚み
K1．K2：それぞれ第１面、第２面の円錐定数
A(1)2i：第１面の2i次の非球面係数
A(2)2i：第２面の2i次の非球面係数
：カバーガラス又は保護層の厚み
波長0.78μmに対する屈折率1.51072とした
W.D：作動距離
を示し、波長0.78μmに対しｆ＝4.3mmのもとして
ある。
ある。
実施例 １
R1＝2.724904 ｄ＝3.18473 ｎ＝1.58
R2＝−16.80452
＝1.2 W.D＝1.66083 （R1／（ｎ−１）ｆ≒
1.093）
以下（非球面係数）
第１面 K1＝−0.249555 第２
面 A4(1)＝−0.94191×10-3 K2＝−28.7292 A6(1)＝−0.56808×10-5 A4(2)＝0.89328
×10-2 A8(1)＝−0.25926×10-5 実施例 ２ R1＝3.192124 ｄ＝3.8795 ｎ＝1.486012 R2＝−3.646483 ＝1.2 W.D＝1.79649 （R1／（ｎ−１）ｆ＝ 1.527） 以下（非球面係数） 第１面 K1 −1.13264 第２
面 A4(1) 0.40055×10-3 K2 −7.29327 A6(1) 0.11040×10-4 A4(2) −0.61172
×10-2 A8(1) −0.82616×10-4 A10(1) −0.15760×10-5 実施例 ３ R1＝2.646254 ｄ＝3.2 ｎ＝1.486012 R2＝−6.008379 ＝1.2 W.D＝1.80504 （R1／（ｎ−１）ｆ＝ 1.266） 以下（非球面係数） 第１面 K1＝−1.12282 第２面 K2＝−
21.4983 A4(1)＝0.38773×10-2 （双曲線） A6(1)＝0.71444×10-4 A8(1)＝−0.71505×10-4 実施例 ４ R1＝3.371032 ｄ＝4.0 ｎ＝1.70214 R2＝−14.76876 ＝1.2 W.D＝1.40096 （R1／（ｎ−１）ｆ＝ 1.117） 以下（非球面係数） 第１面 K1＝−2.41688 第２面 K2＝−
149.999 A4(1)＝0.62875×10-2 （双曲線） A6(1)＝−0.21838×10-3 A8(1)＝0.67164×10-5 この発明の大口径レンズによつて得られる効果
は次のようである。
面 A4(1)＝−0.94191×10-3 K2＝−28.7292 A6(1)＝−0.56808×10-5 A4(2)＝0.89328
×10-2 A8(1)＝−0.25926×10-5 実施例 ２ R1＝3.192124 ｄ＝3.8795 ｎ＝1.486012 R2＝−3.646483 ＝1.2 W.D＝1.79649 （R1／（ｎ−１）ｆ＝ 1.527） 以下（非球面係数） 第１面 K1 −1.13264 第２
面 A4(1) 0.40055×10-3 K2 −7.29327 A6(1) 0.11040×10-4 A4(2) −0.61172
×10-2 A8(1) −0.82616×10-4 A10(1) −0.15760×10-5 実施例 ３ R1＝2.646254 ｄ＝3.2 ｎ＝1.486012 R2＝−6.008379 ＝1.2 W.D＝1.80504 （R1／（ｎ−１）ｆ＝ 1.266） 以下（非球面係数） 第１面 K1＝−1.12282 第２面 K2＝−
21.4983 A4(1)＝0.38773×10-2 （双曲線） A6(1)＝0.71444×10-4 A8(1)＝−0.71505×10-4 実施例 ４ R1＝3.371032 ｄ＝4.0 ｎ＝1.70214 R2＝−14.76876 ＝1.2 W.D＝1.40096 （R1／（ｎ−１）ｆ＝ 1.117） 以下（非球面係数） 第１面 K1＝−2.41688 第２面 K2＝−
149.999 A4(1)＝0.62875×10-2 （双曲線） A6(1)＝−0.21838×10-3 A8(1)＝0.67164×10-5 この発明の大口径レンズによつて得られる効果
は次のようである。
１ 単レンズ構成であるにも拘らず、回折限界の
アプラナートが得られ、特定の条件を満せば非
点収差の補正もある程度可能である。
アプラナートが得られ、特定の条件を満せば非
点収差の補正もある程度可能である。
２ 焦点距離に比べて比較的長いバツクフオーカ
ス、作動距離が得られ、鏡筒を含めてレンズ全
長を短くすることが出来る。
ス、作動距離が得られ、鏡筒を含めてレンズ全
長を短くすることが出来る。
３ 単レンズ構成であり、重量を小に出来る。レ
ンズ材料にプラスチツクを使用すれば、重量は
さらに小となる。
ンズ材料にプラスチツクを使用すれば、重量は
さらに小となる。
４ 単レンズであるので、レンズ間の偏心を考慮
する必要がない。特に第２面を双曲線とした場
合には芯取りも容易となる。
する必要がない。特に第２面を双曲線とした場
合には芯取りも容易となる。
５ 鏡筒構造が簡単になり、高精度加工を行う個
所が少なく、鏡筒を含めた重量・容積を小に出
来る。
所が少なく、鏡筒を含めた重量・容積を小に出
来る。
６ プラスチツクレンズを用いれば材料費が安く
なるのみならず、射出成形法等を利用すれば、
大量生産により極めて低コストとなる。
なるのみならず、射出成形法等を利用すれば、
大量生産により極めて低コストとなる。
７ 内面反射、吸収等による光量損失が少なく、
フレアの発生も少い。
フレアの発生も少い。
第１図はこの発明の光学系の実施例４の形状配
置を示す断面図、第２図ないし第５図はこの発明
の大口径レンズの実施例１ないし４のそれぞれの
収差曲線図である。
置を示す断面図、第２図ないし第５図はこの発明
の大口径レンズの実施例１ないし４のそれぞれの
収差曲線図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１面、第２面が共に正の屈折力を有する非
球面によつて構成される単レンズで、非球面が ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球面
頂点の接平面からの距離 ｈ：光軸からの高さ ｃ：非球面頂点の曲率（＝１／Ｒ） ｋ：円錐定数 A2i：第2i次（ｉは２以上の整数）の非球面係数 として で表わされるとき、 R1：第１面の曲率半径（＝１／c1） K1：第１面の円錐係数 K2：第２面の円錐係数 ｆ：レンズの焦点距離 ｎ：レンズの屈折率 としたとき １＜R1／（ｎ−１）ｆ＜1.7 −３＜k1＜０ k2＜−１ を満足することを特徴とする光デイスク用対物レ
ンズ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55152158A JPS5776512A (en) | 1980-10-31 | 1980-10-31 | Large-aperture aspheric single lens |
| US06/316,863 US4449792A (en) | 1980-10-31 | 1981-10-30 | Large-aperture single lens with aspherical surfaces |
| US07/277,469 USRE34455E (en) | 1980-10-31 | 1988-11-23 | Large-aperture single lens with aspherical surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55152158A JPS5776512A (en) | 1980-10-31 | 1980-10-31 | Large-aperture aspheric single lens |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5776512A JPS5776512A (en) | 1982-05-13 |
| JPH0442650B2 true JPH0442650B2 (ja) | 1992-07-14 |
Family
ID=15534283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55152158A Granted JPS5776512A (en) | 1980-10-31 | 1980-10-31 | Large-aperture aspheric single lens |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4449792A (ja) |
| JP (1) | JPS5776512A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9316834B2 (en) | 2011-11-24 | 2016-04-19 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-mounted display device with foveated pixels |
Families Citing this family (50)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5926714A (ja) * | 1982-08-05 | 1984-02-13 | Olympus Optical Co Ltd | 光デイスク用レンズ |
| JPS5987425A (ja) * | 1982-11-10 | 1984-05-21 | Hitachi Ltd | レンズ光走査器 |
| JPS60120310A (ja) * | 1983-12-05 | 1985-06-27 | Canon Inc | 非球面単レンズ |
| NL8304213A (nl) * | 1983-12-07 | 1985-07-01 | Philips Nv | Enkelvoudige lens met een asferisch oppervlak. |
| JPS60140308A (ja) * | 1983-12-28 | 1985-07-25 | Canon Inc | 屈折率分布型単レンズ |
| JPS60181714A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-17 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 光デイスク用対物レンズ |
| JPS612117A (ja) | 1984-06-15 | 1986-01-08 | Olympus Optical Co Ltd | 光デイスク用レンズ |
| JPS6156314A (ja) * | 1984-08-28 | 1986-03-22 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 光情報記録媒体の記録再生用対物レンズ |
| JPS61116314A (ja) * | 1984-10-15 | 1986-06-03 | Canon Inc | 結像単レンズ |
| JPS61118708A (ja) * | 1984-11-14 | 1986-06-06 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 光デイスク用レンズ |
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