JPH073502B2 - 光デイスク用レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ディスク、光磁気ディスク等の光学式記録再
生装置に用いられるレンズに関する。

〔従来の技術〕

上記のような光学式記録再生装置では情報の読み取りあ
るいは書き込みのために極めて微小な集光スポットが必
要とされ、集光スポット径がほぼ光の回折限界で決定さ
れる程度に小さくなるように収差が補正されたアプライ
ナティックレンズが対物レンズとして使用される。

またこの種のレンズは収差が十分に補正されていること
以外に、小型・軽量であることも重要である。

従来、この種の光学式再生記録用対物レンズとしては、
例えば屈折率が一様な光学ガラスを媒質とした２群３枚
構成あるいはそれ以上の枚数で構成されたレンズが広く
用いられている。

また最近では均一な屈折率を有するプラスチックを用い
た単一の非球面レンズも出現している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の組み合せレンズでは研磨面数が６面以上と多く、
且つ各レンズ間の貼り合せや芯出し作業に多くの工数を
必要とし、レンズの低コスト化が困難であった。またレ
ンズ枚数が多いために小型化及び軽量化にも限界があ
る。またプラスチック非球面レンズは本質的に耐湿性及
び耐熱性に問題があり、且つ傷も付き易く信頼性に難点
がある。

以上の様な均質な媒質から成るレンズの欠点を解決する
ものとして屈折率分布型媒質を用いた単レンズが提案さ
れているが、屈折率分布の精密な制御が必要であり、現
在の製造技術では量産性に問題がある。

本発明の目的は上記従来の問題点を解決し、光ディスク
用レンズとして要求されている （１） 小型軽量であること （２） 耐湿性、耐熱性等に優れて信頼性があること （３） 量産性に優れていること の総ての条件を満足するレンズを提供することにある。

〔問題点を解決する手段〕

本発明による光ディスク用レンズは、１群２枚で構成さ
れ、うち１枚のレンズ媒質は、光軸から半径方向へｒの
距離における屈折率ｎ（ｒ）が、n₀を中心軸上の屈折率
とし、g,h₄,h₆,h₈を分布定数として n²（ｒ）＝▲ｎ² ₀▼〔１−（gr）^２＋h₄（gr）^４ ＋h₆（gr）^６＋h₈（gr）^８＋……〕 で表わされる半径方向屈折率分布を有し、残りのレンズ
媒質として一様な屈折率を有する透明均質媒体を使用
し、 さらに、物体側レンズ媒質として上記の屈折率分布を有
するレンズを使用し、全系の焦点距離をｆ、物体側レン
ズの焦点距離をf₁とすると 0.2＜ｆ・ｇ＜1.0 0.7＜f₁/f＜1.7 の条件を満たすことにより、より良好な収差補正が可能
となる。

〔作 用〕

本発明による光ディスク用レンズは、１群２枚で構成に
なっていて１枚のレンズ媒質が中心から外周に向けて漸
減する屈折率勾配を有しているために、少なくも球面収
差とコマ収差とが十分に補正されており残留波面収差の
標準偏差が十分に小さくなっている。

〔実 施 例〕

以下本発明を光ディスクの記録・再生装置に適用した例
を第１図に基づいて説明する。

対物レンズ１は二つのレンズ媒質２及び３の１群２枚構
成になっており、光ディスク４との間に作動距離WDをお
いて配置される。

対物レンズ１を構成するレンズ2,3のうち物体側レンズ
媒質２は光軸５から半径方向へｒの距離における屈折率
ｎ（ｒ）が、 n²（ｒ）＝▲ｎ² ₀▼〔１−（gr）^２＋h₄（gr）^４ ＋h₆（gr）^６＋h₈（gr）^８＋……〕 のべき級数で表わされる屈折率勾配を有している。

ここでn₀は光軸上の屈折率であり、g,h₄,h₆,h₈は分布定
数である。

また像側レンズ媒質３は屈折率ｎが一定の均質媒質から
成る。物体側媒質２の物体側屈折面2Aは曲率半径r₁の、
同レンズの像側屈折面2Bは曲率半径r₂の球面であり、像
側媒質３の物体側屈折面3Aは曲率半径r₂の球面、同媒質
３の像側屈折面3Bは曲率半径r₃の球面である。

また光ディスク４は厚さｔの透光性媒質から成り、対物
レンズ１に対向する面4Aとは反対側の面4Bが記録面とな
っている対物レンズ１に入射する光は記録面4B上に集光
される。

ここで全系の焦点距離をｆ、物体側媒質２の焦点距離を
f₁としたとき対物レンズ１が、 0.2＜ｆ・ｇ＜1.0 ……（１） 0.7＜f₁/f＜1.7 ……（２） の条件を満たしているとき、特に良好な収差補正が可能
になる。

光ディスク用対物レンズは非常に高い光学性能が要求さ
れ、これを屈折率分布型媒質を用いて実現するには精密
な屈折率分布の制御が不可欠となる。

そこで本発明では屈折率分布の製造上の許容値を広げる
ことと、高次収差の発生を抑えるために、均質媒質を屈
折率分布媒質に組み合せている。

前述した２条件のうち、条件（１）は媒質２の屈折率分
布定数に関するものであり、条件（１）の下限値以下で
は屈折率分布媒質のパワーが小さくなり、対物レンズ１
のパワーを一定に保とうとすると曲率でパワーを得る必
要があり、そうすると球面で高次の収差が発生し対物レ
ンズの収差を補正できなくなってしまう。

また条件（１）の上限を越えると、媒質の中心と周辺と
の屈折率差が大きくなり、屈折率分布の制御が困難にな
る。

条件（２）は屈折率分布媒質２の焦点距離に関するもの
であり、条件（２）の下限値以下では媒質２側で大きな
パワーを有し、また条件（２）の上限を越えると媒質３
側で大きなパワーを有し、どちらの場合も高次の収差が
発生し光ディスク用対物レンズとして使用できなくな
る。

以上に説明した実施例では、対物レンズ１を構成する２
枚のレンズ媒質2,3のうち物体側レンズ媒質２の方を屈
折率分布型としたが、反対に像側媒質３を屈折率分布型
レンズとし、物体側媒質２の方を屈折率一様なレンズと
してもよい。

また本発明で使用する屈折率分布型レンズは、四次項分
布定数h₄が−２ないし２の範囲内にあることが望まし
く、この範囲外では高次収差が出やすくなる。さらに、
物体側に屈折率分布型レンズを配し且つ無限系で使用す
る場合は、 r₁/f＝0.7〜1.20, r₂絶対値/r₁＝２〜50, r₃絶対値/r₁＝２〜20 の範囲内とすることが望ましい。

以下に、光ディスク４の透光性媒質の屈折率が1.49であ
る場合の具体的数値例を示す。

ただしr₁,r₂,r₃は物体側から像側に向けて順に位置する
各レンズ面の曲率半径、d₁,d₂はそれぞれ物体側レンズ
２、像側レンズ３の中心肉厚、ｎは均質媒質レンズの屈
折率、n₀は屈折率分布媒質の中心軸上屈折率、g,h₄,h₆,
h₈は分布定数、ｆは全系の焦点距離、WDは作動距離、ｔ
はディスク４の厚み、NA′は像側の開口数である。

なお物体と対物レンズの物体側頂点との距離は、具体例
１〜４ついては無限大、具体例５では20mmである。

また、具体例１〜５の各収差曲線を第２図ないし第６図
に示す。図中の実線は球面収差（SA）を、破線は正弦条
件不満足量（SC）をそれぞれ示している。

具体例１ 物体側レンズ２が屈折率分布媒質、像側レンズ３が均質
媒質であり、 r₁＝3.403mm d₁＝1.700mm n₀＝1.6500 ｇ＝0.120mm^-1 h₄＝−0.734 h₆＝0.117 h₈＝0.101 r₂＝−113.284mm d₂＝1.443mm ｎ＝1.5112 r₃＝−40.078mm ｆ＝4.25mm WD＝1.600mm ｔ＝1.2mm NA′＝0.50 具体例２ 物体側レンズ２が屈折率分布媒質、像側レンズ３が均質
媒質であり、 r₁＝3.547mm d₁＝1.700mm n₀＝1.8000 ｇ＝0.110mm^-1 h₄＝−0.562 h₆＝0.031 h₈＝0.024 r₂＝28.902mm d₂＝1.235mm ｎ＝1.5112 r₃＝18.764mm ｆ＝4.25mm WD＝1.600mm ｔ＝1.2mm NA′＝0.50 具体例３ 物体側レンズ２が屈折率分布媒質、像側レンズ３が均質
媒質であり、 r₁＝3.568mm d₁＝1.500mm n₀＝1.6000 ｇ＝0.140mm^-1 h₄＝−0.854 h₆＝0.177 h₈＝0.164 r₂＝22.359mm d₂＝1.857mm ｎ＝1.5112 r₃＝−10.566mm ｆ＝4.25mm WD＝1.600mm ｔ＝1.2mm NA′＝0.500 具体例４ 物体側レンズ２が均質媒質、像側レンズ３が屈折率分布
媒質であり、 r₁＝3.468mm d₁＝0.253mm ｎ＝1.5112 r₂＝2.923mm d₂＝3.047mm n₀＝1.637 ｇ＝0.12mm^-1 h₄＝−0.882 h₆＝0.441 h₈＝0.305 r₃＝35.591mm ｆ＝4.25mm WD＝1.600mm ｔ＝1.2mm NA′＝0.500 具体例５ 物体側レンズ２が屈折率分布媒質、像側レンズ３が均質
媒質であり、 r₁＝4.367mm d₁＝3.555mm n₀＝1.637 ｇ＝0.12mm^-1 h₄＝0.762 h₆＝0.149 h₈＝−5.319 r₂＝−4.223mm d₂＝1.566mm ｎ＝1.5112 r₃＝−11.308mm ｆ＝4.025mm WD＝1.600mm ｔ＝1.2mm NA′＝0.45 〔発明の効果〕 本発明による光ディスク用レンズは残留波面収差が極め
て小さく、開口数も大きくとれるので高密度の記録再生
が可能となる。また１群２枚の構成になっているので、
装置の小型化、軽量化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図ないし
第６図は本発明の具体例における収差曲線を示す図であ
る。 １……対物レンズ、２……物体側レンズ媒質 ３……像側レンズ媒質、４……光ディスク 4B……記録面、５……中心軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１群２枚で構成され、うち１枚のレンズ媒
   質は光軸から半径方向への距離ｒの位置での屈折率ｎ
   （ｒ）が、n₀を中心軸上屈折率とし、g,h₄,h₆,h₈を分布
   定数とすると、 n²（ｒ）＝n₀ ²［１−（gr）^２＋h₄（gr）^４ ＋h₆（gr）^６＋h₈（gr）^８＋……］ で表わされる半径方向屈折率分布を有し、残りのレンズ
   媒質は一様な屈折率を有する光ディスク用レンズにおい
   て、 物体側レンズ媒質が、前記半径方向屈折率分布を有し、
   全系の焦点距離をｆ、物体側レンズの焦点距離をf₁とす
   るときに、 0.2＜ｆ・ｇ＜1.0 0.7＜f₁/f＜1.7 なる関係であり、かつ分布定数h₄が、 −２≦h₄≦２ であることを特徴とする光ディスク用レンズ。