JPH0534642A - コリメートレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス４枚構成より安価に、かつ、色収差を
補正したコリメートレンズを提供することを目的とす
る。 【構成】 光源側から順に、発散光束を平行光束とする
非球面レンズと、非球面レンズの色収差を補正するパワ
ーを持たない色収差補正群とが配列して構成され、色収
差補正群がほぼ屈折率が等しく分散の異なる硝材から成
る平凸レンズと平凹レンズとが曲面側で接合されて構成
されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザー等の
波長変動のある光源を用いる光ディスク装置の光学系に
適したコリメートレンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置等の光情報記録再生装置
の光学系は、一般的に半導体レーザーとコリメートレン
ズとを有する光源部と、光源部からの光束をディスク上
に収束させる対物レンズと、ディスクで反射された光束
を受光して記録情報及びエラー信号を読み取る信号検出
光学系とから構成されている。

【０００３】また、対物レンズは、アクチュエータに取
り付けられており、ディスクのそりなどに起因するピン
トズレを補正するように、少なくともその光軸方向に微
動（フォーカシングサーボ）できるよう構成されてい
る。

【０００４】対物レンズには、軽量化を目的として両面
非球面のプラスチックレンズが用いられる傾向にある。

【０００５】一方、コリメートレンズには、フォーカシ
ングサーボに利用される信号がコリメートレンズを射出
する光束の集光、発散の度合いの変化によって影響を受
けるため、温度、湿度の変化によって焦点距離の変化が
大きい樹脂レンズの使用は不適当である。

【０００６】このため、コリメートレンズを１枚の非球
面レンズで構成する場合、温度、湿度に対する焦点距離
変動が小さいガラスモールドのレンズが利用されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガラス
モールドの非球面レンズ１枚でコリメートレンズを構成
する場合にも色収差の補正は困難であるため、半導体レ
ーザーの発振波長が変化するとコリメートレンズを射出
する光束の集光、発散の度合が変化し、対物レンズのピ
ント位置が変化するという問題は残る。

【０００８】このため、読み書き可能な光ディスク装置
の光学系に利用されるコリメートレンズは、ガラスレン
ズ４枚で色収差を補正するよう構成されている。

【０００９】しかしながら、ガラスレンズ４枚では構成
枚数が多く、配置スペースが大きくなると共に、コスト
が高くなるという問題がある。

【００１０】

【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、ガラス４枚構成より安価に
製造でき、かつ、色収差を補正することができるコリメ
ートレンズを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるコリメ
ートレンズは、上記の目的を達成させるため、光源側か
ら順に、発散光束を平行光束とする非球面レンズと、非
球面レンズの色収差を補正するパワーを持たない色収差
補正群とが配列して構成され、色収差補正群がほぼ屈折
率が等しく分散の異なる硝材から成る平凸レンズと平凹
レンズとが曲面側で接合されて構成されることを特徴と
する。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。

【００１３】実施例のコリメートレンズは、色収差を除
いて単独でほぼコリメートレンズとしての性能を満足す
る非球面レンズと、凸平レンズと平凸レンズとが曲面側
で接合されたほぼパワーを持たない色収差補正群とから
構成されている。

【００１４】非球面レンズの焦点距離をｆｃ、屈折率を
ｎｃ、屈折率の波長変化に対する変化率Δｎｃとした場
合、薄肉系と仮定すると、レンズのパワーの波長変化に
対する変化は、 Δｎｃ／（ｆｃ×（ｎｃ−１）） となる。

【００１５】レンズ厚を大きくするとパワーの変化を小
さく抑えることができるが、完全に０にするためには焦
点距離よりレンズ厚を大きくする、あるいは非常に強い
曲率を持ったメニスカスレンズとして構成する必要があ
り、実使用に耐えるコリメートレンズを非球面レンズで
１枚で作る場合には色収差を０にすることは困難であ
る。このため、色収差補正群が必要となる。

【００１６】平行平面板状の色収差補正群のパワーの波
長変化に対する変化は、 ｜ｒｃ｜×（Δｎｐ−Δｎｎ） ただし、 ｒｃ ： 平凸レンズと平凹レンズの貼り合わせ面の曲
率 Δｎｎ： 平凹レンズの屈折率の波長変化に対する変化
率 Δｎｐ： 平凸レンズの屈折率の波長変化に対する変化
率 となる。

【００１７】したがって、非球面レンズの波長変化に対
するパワーの変化を色収差補正群のパワーの変化でキャ
ンセルすることができれば、トータルの色収差を０にす
ることができる。

【００１８】このような条件を満たすため、実施例のコ
リメートレンズは、 ０．５０＜｜ｆｃ×ｒｃ×（Δｎｎ−Δｎｐ）（ｎｃ−
１）／Δｎｃ｜＜１．００ …（１） を満足する。条件（１）の上限を越える場合には色収差
が補正過剰となり、下限を下回ると色収差が補正不足と
なる。

【００１９】平凸レンズと平凹レンズに用いる硝材は、
これらの貼り合わせ面で発生する収差を小さく抑えるた
め、 ｜ｎｐ−ｎｎ｜＜０．０３ …（２） ただし、 ｎｎ： 平凹レンズの屈折率 ｎｐ： 平凸レンズの屈折率 を満足することが望ましい

【００２０】条件（２）を満足しない場合、色収差補正
群がパワーを持つため、非球面レンズからの射出光を発
散光あるいは集束光として色収差補正群に入射させなけ
れば最終的な射出光が平行光とならない。したがって、
非球面レンズ中で収差が発生して非球面レンズの単独の
性能目標が無収差で無くなると共に、コリメートレンズ
全体の焦点距離が非球面レンズ単独の場合と色収差補正
群を取り付けた場合とで変化するために非球面レンズの
汎用性が低くなる。

【００２１】次に、色収差補正群の平凸レンズと平凹レ
ンズとの波長変化に対する屈折率変化の差Δｎｐ−Δｎ
ｎについて考える。一般にガラスの分散を示すのに使わ
れているアッベ数ν_ｄは、ｄ，Ｆ，Ｃ線に対する屈折率
をそれぞれｎｄ，ｎＦ，ｎＣとして、 ν_ｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ） で与えられるが これを変形すると、 （ｎＦ−ｎＣ）＝（ｎｄ−１）／ν_ｄ となる。

【００２２】屈折率の波長変化に対する変化率Δｎと
（ｎＦ−ｎＣ）はほぼ比例すると考えられるため、 Δｎ＝α×（ｎｄ−１）／ν_ｄ Δｎｐ−Δｎｎ＝α×（（ｎｄｐ−１）／ν_ｄｐ
−（ｎｄｎ−１）／ν_ｄｎ））となり、ｎｄｐ≒ｎｄｎ
より Δｎｐ−Δｎｎ＝α×（ｎｄｐ−１）（１／ν_ｄｐ−１
／ν_ｄｎ） Δｎｐ−Δｎｎ＝α×（ｎｄｐ−１）（Δν_ｄ／（ν_ｄ
ｐ＋ν_ｄｎ）） となる。

【００２３】この変形からΔｎｐ−Δｎｎを大きくする
ためには、アッベ数が同一であれば屈折率が大きい方が
有利であり、アッベ数の差が同一であればアッベ数が小
さい方が有利であることが理解できる。また、通常の光
学ガラスの分布からアッベ数の小さい硝材は高屈折率側
に存在しているため、 ｎｄｎ＞１．７０…（３） ν_ｄｎ＜３０ …（４） を満足する材質を平凹レンズに用いることが貼り合わせ
レンズの曲率半径を大きくするために望ましい。

【００２４】条件（３），（４）式の条件を満たさない
場合には、貼合わせ曲率半径を小さくしなければならず
収差が過大となり、あるいは凸平レンズのコバ厚を確保
することができなくなる。

【００２５】実施例では、非球面レンズの硝材として、
ＣａＦＫ９５（住田光学ガラス製造所）、ＦＫ０１（株
式会社オハラ），ＢＫ７（株式会社オハラ）、ＳＫ５
（株式会社オハラ），ＬａＦ８（株式会社オハラ）等を
使用している。また、補正素子の負レンズの硝材として
は、ＳＦ１３（株式会社オハラ）、ＳＦＳ５３（ミノル
タカメラ株式会社）、ＳＦＳ５４（ミノルタカメラ株式
会社）、ＳＦＬ１４（株式会社オハラ）を使用し、同正
レンズの硝材としては、ＬａＫ０９（株式会社オハ
ラ）、ＬａＫ０１１（株式会社オハラ）、ＬａＳＫ０２
（株式会社オハラ）、ＬａＦ０４（株式会社オハラ）、
ＬａＳＫ０１（株式会社オハラ）を使用している。

【００２６】非球面レンズの硝材をＦＫ０１とした場
合、補正素子の硝材は例えば表１、表２に示したように
組み合せる。表中の記号λは使用中心波長、ｎλはこの
使用中心波長における屈折率である。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】また、色収差補正群を表１の（Ｂ）に示し
た硝材の組み合せとした場合、非球面レンズの硝材の選
択に応じて非球面レンズ、色収差補正群の構成は表３に
示した通りに変化する。

【００３０】

【表３】

【００３１】次に、具体的な数値構成例を説明する。

【００３２】

【実施例１】図１は、この発明にかかるコリメートレン
ズの実施例１を示したものである。具体的な数値構成は
表４に示されている。図２は、この構成による諸収差を
示している。表中、ＮＡは開口数、ｆは焦点距離、ωは
半画角、ｆｂはバックフォーカス、ｒは曲率半径（非球
面の場合には非球面頂点の曲率半径），ｄは面間隔、ｎ
ｄはｄ−ｌｉｎｅ（５８８ｎｍ）における屈折率、ν_ｄ
はアッベ数、ｎｉは波長７８０ｎｍにおける屈折率であ
る。

【００３３】なお、レンズの第４面，第５面は非球面で
ある。非球面は、光軸からの高さがＹとなる非球面上の
座標点の非球面頂点の接平面からの距離をＸ， 非球面
頂点の曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をＫ，４次〜１０
次の非球面係数をＡ４〜Ａ１０として、式１のように表
される。これらの係数は、表５に示す通りである。

【００３４】

【式１】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】図３は、実施例１に示された非球面レンズ
単独での収差を示したものである。図２と図３とを比較
することにより、色収差補正群により非球面レンズの色
収差が補正されることが理解できる。

【００３８】

【実施例２】図４は、この発明にかかるコリメートレン
ズの実施例２を示したものである。具体的な数値構成は
表６に示されている。この例では、実施例１の色収差補
正群の平凸レンズと平凹レンズとの配列を逆にしたもの
であり、非球面レンズの構成は同一であるため、非球面
係数の記載は省略する。図５は、この構成による諸収差
を示している。

【００３９】

【表６】

【００４０】

【実施例３】図６は、この発明にかかるコリメートレン
ズの実施例３を示したものである。具体的な数値構成は
表７、非球面係数は表８に示されている。図７は、この
構成による諸収差を示している。

【００４１】

【表７】

【００４２】

【表８】

【００４３】

【実施例４】図８は、この発明にかかるコリメートレン
ズの実施例４を示したものである。具体的な数値構成は
表９に示されている。この例では、実施例３の色収差補
正群の平凸レンズと平凹レンズとの配列を逆にしたもの
であり、非球面レンズの構成は同一であるため、非球面
係数の記載は省略する。図９は、この構成による諸収差
を示している。

【００４４】

【表９】

【００４５】

【実施例５】図１０は、この発明にかかるコリメートレ
ンズの実施例５を示したものである。具体的な数値構成
は表１０、非球面係数は表１１に示されている。図１１
は、この構成による諸収差を示している。

【００４６】

【表１０】

【００４７】

【表１１】

【００４８】

【実施例６】図１２は、この発明にかかるコリメートレ
ンズの実施例６を示したものである。具体的な数値構成
は表１２に示されている。この例では、実施例５の色収
差補正群の平凸レンズと平凹レンズとの配列を逆にした
ものであり、非球面レンズの構成は同一であるため、非
球面係数の記載は省略する。図１３は、この構成による
諸収差を示している。

【００４９】

【表１２】

【００５０】

【実施例７】図１４は、この発明にかかるコリメートレ
ンズの実施例７を示したものである。具体的な数値構成
は表１３、非球面係数は表１４に示されている。図１５
は、この構成による諸収差を示している。

【００５１】

【表１３】

【００５２】

【表１４】

【００５３】

【実施例８】図１６は、この発明にかかるコリメートレ
ンズの実施例８を示したものである。具体的な数値構成
は表１５に示されている。この例では、実施例７の色収
差補正群の平凸レンズと平凹レンズとの配列を逆にした
ものであり、非球面レンズの構成は同一であるため、非
球面係数の記載は省略する。図１７は、この構成による
諸収差を示している。

【００５４】

【表１５】

【００５５】

【実施例９】図１８は、この発明にかかるコリメートレ
ンズの実施例９を示したものである。具体的な数値構成
は表１６、非球面係数は表１７に示されている。図１９
は、この構成による諸収差を示している。

【００５６】

【表１６】

【００５７】

【表１７】

【００５８】

【実施例１０】図２０は、この発明にかかるコリメート
レンズの実施例１０を示したものである。具体的な数値
構成は表１８に示されている。この例では、実施例９の
色収差補正群の平凸レンズと平凹レンズとの配列を逆に
したものであり、非球面レンズの構成は同一であるた
め、非球面係数の記載は省略する。図２１は、この構成
による諸収差を示している。

【００５９】

【表１８】

【００６０】図２２は、コリメートレンズを鏡筒に収納
する場合の一構成例を示している。色収差補正群１は鏡
筒２に図中左側から挿入され、非球面レンズ３は鏡筒２
に図中右側から挿入され、共に鏡筒２の光軸方向の中央
部に設けられた内方フランジに付き当てられて位置決め
されると共に、接着剤４により鏡筒２に固定されてい
る。

【００６１】なお、色収差補正群１はほぼパワーを持た
ないため、色収差補正群１と非球面レンズ３との偏心に
対する収差変化は小さく、これらを鏡筒２に組み付ける
際にも高い精度が要求されず、組立が容易である。

【００６２】図２３は、上記のようにユニット化された
コリメートレンズを半導体レーザー５を保持するホルダ
ー６に取り付けた構成を示している。コリメートレンズ
と半導体レーザーとの間隔は、半導体レーザーの製品毎
の発光点のバラツキに応じて調整する必要があるため、
コリメートレンズの鏡筒２は、板バネ７によって光軸方
向にスライド可能に固定されている。

【００６３】

【効果】以上説明したように、この発明によれば、非球
面レンズ単品で色収差を除くコリメートレンズとしての
性能を満たすため、加工条件、型補正等のための性能測
定が容易にであると共に、色補正が重要でない使用条件
の場合、非球面レンズ単独で使用でき、非球面レンズの
量産効果を向上させることができる

【００６４】また、色補正の中心波長を色収差補正群の
貼り合わせ面の曲率半径の設定によりコントロールでき
るため、異なった使用波長に対して非球面レンズを共用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１のレンズ断面図である。

【図２】 実施例１のレンズの諸収差図である。

【図３】 実施例１の非球面レンズのみの諸収差図であ
る。

【図４】 実施例２のレンズ断面図である。

【図５】 実施例２のレンズの諸収差図である。

【図６】 実施例３のレンズ断面図である。

【図７】 実施例３のレンズの諸収差図である。

【図８】 実施例４のレンズ断面図である。

【図９】 実施例４のレンズの諸収差図である。

【図１０】 実施例５のレンズ断面図である。

【図１１】 実施例５のレンズの諸収差図である。

【図１２】 実施例６のレンズ断面図である。

【図１３】 実施例６のレンズの諸収差図である。

【図１４】 実施例７のレンズ断面図である。

【図１５】 実施例７のレンズの諸収差図である。

【図１６】 実施例８のレンズ断面図である。

【図１７】 実施例８のレンズの諸収差図である。

【図１８】 実施例９のレンズ断面図である。

【図１９】 実施例９のレンズの諸収差図である。

【図２０】 実施例１０のレンズ断面図である。

【図２１】 実施例１０のレンズの諸収差図である。

【図２２】 色収差補正群と非球面レンズとの鏡筒へ
の組み付け例を示す破断断面図である。

【図２３】 コリメートレンズと半導体レーザーとの
組み付け例を示す破断断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源側から順に、発散光束を平行光束とす
   る非球面レンズと、該非球面レンズの色収差を補正する
   パワーを持たない色収差補正群とが配列して構成され、
   前記色収差補正群は、ほぼ屈折率が等しく分散の異なる
   硝材から成る平凸レンズと平凹レンズとが曲面側で接合
   されて構成されることを特徴とするコリメートレンズ。
2. 【請求項２】前記非球面レンズは両面が光軸から離れる
   に従って近軸の球面よりコバが厚くなるような非球面性
   を持つ凸面であることを特徴とする請求項１に記載のコ
   リメートレンズ。
3. 【請求項３】以下の条件を満たすことを特徴とする請求
   項１に記載のコリメートレンズ。０．５０＜｜ｆｃ×ｒ
   ｃ×（Δｎｎ−Δｎｐ）（ｎｃ−１）／Δｎｃ｜＜１．
   ００ ｜ｎｐ−ｎｎ｜＜０．０３ ｎｄｎ＞１．７０ ν_ｄｎ＜３０ ただし、 ｆｃ ： 非球面レンズの焦点距誰 ｒｃ ： 平凸レンズと平凹レンズの貼り合わせ面の曲
   率 Δｎｎ： 平凹レンズの屈折率の波長変化に対する変化
   率 Δｎｐ： 平凸レンズの屈折率の波長変化に対する変化
   率 ｎｃ ： 非球面レンズの屈折率 Δｎｃ： 非球面レンズの屈折率の波長変化に対する変
   化率 ｎｐ ： 使用中心波長における平凸レンズの屈折率 ｎｎ ： 使用中心波長における平凹レンズの屈折率 ｎｄｎ ：ｄ線における平凹レンズの屈折率 ν_ｄｎ ： 平凹レンズのアッベ数