JPS5912412A - 大口径集光レンズ - 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】 この発明は、光の回折限界で決定される程度の点像にな
るように収差が補正された大口径非球面レンズ、特に、
光デイスク用集光レンズに関するものである。

ス 近年、マイクロオプティック０野の技術が急速に進歩し
ており、上記の集光レンズは、この分野の光学素子とし
て広く用いられるに至っている。

特に、ビデオディスクやデジタル・オーディオデイスク
は、レーザーピックアップにこの種の集光レンズが用い
られている。

とが要求されているため、ＮＡは０．４〜０．５でなけ
ればならず、軸上及び軸外（±１〜２°〕の収差も回折
限界内（所謂レーレ−リミットでＶ４以内）となるよう
に補正がなされていなければならない。

従来より、この種の集光レンズとしては、ガラスレンズ
を３枚以上用いたものが使用されているが、その場合に
は、レンズそのもの並びにレンズ鏡胴の工作精度を極め
て高精度なものとしなければならない難点があった。

かかる難点を解消するため、非球面レンズを用い、レン
ズ枚数を減らした集光レンズが提案されている（特開昭
５０−１５６９４５号公報、特開昭５５−４５０８４号
公報、特開昭５７−７６５１２号公報参照）。

特開昭５０−１５６９４５号公報や特開昭５５−４５０
８４号公報において開示されている集光レンズは、プラ
スチックレンズとして製作できる利点があるがＮＡＱ、
４〜０．５で倍率を１／２０として、ｆ＝　７．５５　
ｍｍや８．４票といったように焦点距離が長く、前述の
デジタル・オーディオディスクに好適な焦点距離ｆ＝４
〜５＋＋＋ｍまで短かくシて小型化を図ると、十分な作
動距離（Ｗ、Ｄワーキングディスクタンス）が得られな
いといった難点がある。また特開昭５２−４５０８４号
公報では２枚の正レンズを用いている。

さらに、特開昭５０−１５６９４５号公報や特開昭５７
−７６５１２号公報に開示されている集光レンズでは、
２面の非球面を使用しているため、レンズ加工上の問題
が存在する。即ち、プラスチックや水和ガラスの非球面
の金型加工の問題として、非球面金型をＮＣ旋則する場
合においては、旋盤の゛送り機構が不可避的に有する“
ガタ”によって金型面にうねりが生じ、また研磨による
時間制御加工においても研磨量の１バラツキ”によりサ
ブミクロンのうねりが生じる。このようなうねりは、集
光レンズの光学性能、例えば波面収差≦λ／４（χ＝０
．８Ｐの場合、０．２Ｐ以下）に悪影響を与える。因み
に、球面金型の場合には、加工の特性上、かかるうねり
の発生の余地はない。

従って、非球面を使用する面は可能な限り少ない方がよ
い。

さらに、前記特開昭５０−１５６９４５号公報には、非
球面プロフィールを有する透明プラスチック接合層を基
体の光軸方向の前後に接合して、２つの非球面を形成し
てもよい旨記載されているが、数値データに裏づけられ
た実施例は提示されていないうえ、２枚の透明プラスチ
ック接合層の両方を高精度に接合することは、実際上極
めて困難であるといった問題がある。

この発明は、上記従来の欠点を解消すべくなされたもの
であって、非球面を１面のみ有する基本的には一群のレ
ンズよりなり、構造が簡単で製造が容易な大口径集光レ
ンズを提供することを基本的な目的としている。

即ち、この発明の要旨とするところは、球面ガラスレン
ズの光源側球面に非球面を有する透明プラスチック材が
接合されてなり、以下の４条件を満足する大口径集光レ
ンズにある。

即ち、 （１）　　ｎ２＞　１．５５ ｆｌｌ）　　　０．３＜＜：’３（’１　　”２）ｆ＜
０．２０ｖ）　　０．２５＜ｄ２／ｆ＜０．８上記条件
において、 Ｃ工、　Ｃ２、Ｃａ・・・光源側より順に第１面（非球
面〕、第２面（球面〕、第３面（球面） の曲率 ｎ２・・・・・・・・・　球面ガラスレンズのχ＝８０
０ｎｍにおける屈折率 ｆ　・・・・・・・・・　全系の焦点距離ｄ２・・・・
・・・・・　球面ガラスレンズの厚さＡ□・・・・・・
・・・　非球面の頂点の接平面から入射高Ｙにおける接
平面ま−（の距離をＸ としたときの非球面の展開式 におけるＹ２の展開係数である。

以下各条件について説明する。条件（１）はこの発明の
基本的構成に関するもので、所定以上の屈折率を有する
材料により集光レンズの屈折力の大半を負担する屈折面
を構成することを示すものである。この条件により、屈
折力の大半を負担する屈折面（第２．第３面）の曲率半
径を比較的大きくでき、これらの面によって発生する収
差を小さく抑えることができる。すなわち、屈折力の低
いプラスチック単レンズにより集光レンズを構成する場
合には、同じ屈折力を得るのに屈折面の曲率半径をより
小さくしなければならず、これによる収差の発生量も多
くなるので、両面を非球面としてこれを補正することは
避けられない。これに対し、この発明は屈折力の大半を
負担する屈折面による収差発生量を抑さえ、非球面１面
のみの導入で充分な収差補正を行うことを可能とし、か
つその非球面の形成を成型のしやすいプラスチック材の
接合により実現したものである。また、非球面は第３面
を基準として成型されるので、その光軸のセットも正確
に行える。

＄ｆｉ、ｐｆｈタ球面ガラスレンズのχ−８００面にお
ける屈折率が条件（１）の下限より小さくなると、正弦
条件が悪化し、軸外のコマ収差が発生し、波面収差が大
きくなって所望の性能外となる。

条件（１１）は、非球面を採用せずに空気と接している
第３面の曲率に関するものである。すなわち、第３面の
曲率を決めることにより、第１面を形成する非球面と、
球面ガラスレンズの第１面である第２面との合成近軸パ
ワーを決めるもので、下限を越えると球面収差と正弦条
件が満足されなくなる。

条件＋ＩＩ＋）は、透明プラスチック接合層の肉厚およ
び肉厚の変化（均一性）を決定するもので、条件＋１１
１）以外の範囲では、肉厚の変化が大きくなり過ぎ、成
形の際の凝固過程で所謂”ひけ”を生ずるといった問題
がある。

条件ａｖ）は、球面ガラスレンズの芯厚を決めるもので
、上限を越えると、所望の作動距離（Ｗ、Ｄワーキング
・ディスタンス〕を確保することができず、下限を越え
ると正弦条件を満足させることができず、また非球面の
偏心誤差感度が大きくなって好ましくない。

以下、第１図、第２図について、本発明にかかる大口径
集光レンズの構成を説明する。

第１図は本発明の実施例としての光デイスク用集光レン
ズを示すものであり、光デイスク用集光レンズ１は、球
面ガラスレンズ２の光源側り、Ｓの球面に、透明プラス
チック接合層３を射出成形によって接合したものであっ
て、透明プラスチック接合層３の表面を第１面ちとして
非球面とした基本構成を有する。

この光デイスク用集光レンズ１は、鏡胴４内に光源側り
、Ｓから挿入させるようにし、曲率が最も小さい第３面
ちを鏡胴４のレンズ当り面５に当接させた状態で、第１
面へ側から嵌装したリングバネ６により鏡胴４内に固定
することが好ましい。

この固定構造は、光ディスク７に対する取付は精度を向
上させるうえで好ましい。即ち、上記の固定構造と、逆
に第１面に０側を鏡胴４のレンズ当り面（図示せず）に
当接させて固定する構造とを比較すると、第３面の曲率
は第１面の曲率より小さいので、前者は後者に比して嵌
合誤差に起因するレンズ光軸の傾きをより小さくするこ
とができるからである。また、リングバネ６を光源側り
、Ｓとすることにより、光ディスク７に対する光デイス
ク用集光レンズ１（鏡胴４）の作動距離Ｗ、Ｄを大きく
することができる利点もある。

第２図は本発明の他の実施例を示すものである。

第１図と第２図とを比較すると明らかなように、第１図
の透明プラスチック接合層３は、その光軸中心部の肉厚
が厚く、周辺に向かって肉厚が単調減少する構造である
のに対し、第２図の透明プラスチック接合層３′は、光
軸中心部の肉厚が薄く、周辺に向って肉厚が単調増加す
る構造を有する。

上記のように、本発明では透明プラスチック接合層の形
状としては肉厚を単調減少或いは単調増加させる構造が
望ましい。これに対し中心部と周辺部の間の中間部を薄
くするか又は厚くするような設計も可能であるが、かか
る構造は、射出成形後のプラスチック接合層の擬固過程
において生じる１ひけ”が球面収差に悪影響を及ぼす状
態で生じ好ましくない。

なお、本発明において、球面ガラスレンズに非球面のプ
ラスチック層を接合するには、第３面に３の光軸を基準
光軸にとって、非球面成形用金型をこの基準光軸に光軸
を合致させてセットし、第２面へ側に透明プラスチック
材を接合する。本発明では、第３面が球面であるので、
第３面の光軸は必ず正確にセットされ、これを基準光軸
として非球面Ｒ１を形成することができる。

これに比べ、前述した特開昭５０−１５６９４５号公報
に開示されたものでは、一群のレンズの両面が非球面で
あり、いずれか一方の非球面の形成の際の基準光軸とし
て他方の非球面のものを用いなければならずこれをセッ
トすることは極めて困難となる。

以下に本発明にかかるレンズの具体的な実施例１から６
を示し、第２図〜第８図に、各設計例にかかるレンズの
収差図を夫々示す。

〔実施例１〕 Ｎ　Ａ　Ｏ，４５Ｗ、Ｄ　　２，６ Ｒ１３，Ｏ ｄ　　　Ｏ，０４ｎ、　　　１．５２ Ｒ２３，Ｏ ｄ２　’　　１．８６１　　　”２　　１．８１８５Ｒ
３３６，１７６ 非球面係数　ε−０，４２２３８Ａ１＝−０，３１９６
４Ｘ１貨１２ Ａ２−０．１７６１５刈ＯＡ３−０．１１０５８ｘｌＯ
−３Ａ４＝　０．５６７２３Ｘ１０　” 〔実施例２〕 Ｎ　Ａ　Ｏ，４５Ｗ、Ｄ　　２．６ Ｒ３，６ ■ ｄ１＝０．０４　　　ｎ１＝１．．５２Ｒ２３・６ ｄ２−１．８６２　　ｎ２＝１．８１８５Ｒ３３３，８
７ｉ １ 非球面係数　ε＝０．８６６８　　　ＡＩ＝０．１２８
０８Ｘ１０Ａ２＝−０，１２３８３Ｘ１０　　Ａ３＝−
０，９７３７８Ｘ１０’２ ５ Ａ４＝　０．５６７３９Ｘ１０ 〔実施例３〕 ＮＡ　　０．４５　　　　　　ＷＤ　　２．６Ｒ１２，
８ ｄｌ　　０．Ｉ　　　　　ｎｌ　　１．５２Ｒ２２，８ ｄ２　　］、、８６　　　　ｎ２　１．８１’８５１Ｒ
３６２，３２７ １ 非球面係数　ε−０，６３９０５Ａ１＝−０，５７０３
０Ｘ１０２−３ Ａ２−’　０．４２８３５Ｘ１０　　　　Ａ３＝　０．
１７８９７３Ｘ１０４ Ａ４＝−０，２７７５０Ｘ１０ 〔実施例４〕 ＮＡ　　０．４５　　　　　　ｗＤ２．７Ｒ１４，５ ｄｌ　　０．３　　　　　ｎ１］、、５２２４５ ｄ２　１．８６３　　　ｎ２　１８１８５１Ｒ３６２，
８６１ １ 非球面係数　ε＝１．２６０３１　　Ａ＝０．５００２
４Ｘ１０Ａ４＝−０，５６７３９ＸｌＯ′５ 〔実施例）〕 ＮＡ　　ｏ、４ｓＷ、ｏ　　２．６ Ｒ１１０，０ ｄｌｏ、６　　　　ｎｌ　　１．５２ Ｒ２１０，Ｏ ｄ２　１．８６３　　ｎ２　１．８１８５１Ｒ３７４０
，２９４ 非球面係数　ε＝１．３５１１９　　Ａ、＝０．１２３
０２２−５ Ａ２　　＝０．７３７８３Ｘ１０　　　Ａ３＝０．１８
５２５Ｘ１０５ Ａ４＝−０，５６７３９Ｘ１０ 〔実施例６〕 ＮＡ　　Ｏ，４５巽Ｄ２．９ Ｒ，３，５ ｄｌ　　Ｏ，０４ｎ１１．５２ ２２８ ｄ２　１．２　　　ｎ２１．６ Ｒ３−４２，７０６ 非球面係数　ε−０，６６２２２ＡＩ＝０．３２１６５
Ｘ１０１次に示す実施例７は本発明の条件（１）を満足
しない集光レンズの例を参考に示したもので、第９図は
その収差図である。第９図から明らかなように、正弦条
−件がきわめて悪く、軸外のコマ収差、波面収差のため
に所望の性能を得られない。

〔実施例７〕 ＮＡ　　Ｏ，４５ＷＤ　　２．３ Ｒ１３，５ ｄｌＯ，０４ｎ１１．５．？ ［２２，８ ｄ２　１−５　　　　　ｎ２１．５ Ｒ３−１４，１７５ 〔以　下　余　白〕 非球面係数　ε＝０．６６２１９　　Ａニー０．５０４
９１８０−１３ Ａ２＝　０．３７４３９ｘｌＯＡ３＝−０，４４３７６
ｘｌＯ−４Ａ　−−０，１５３１９Ｘ１０−４°゛−−

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明にかかる光デイスク用集光
レンズの構成を夫々示すレンズ構成図、第３図、第４図
、第５図、第６図、第７図及び第８図は、本発明の実施
例１．２．３．４．５．６゜に夫々対応した収差図、第
９図は本発明の条件外の実施例の収差図である。 ｌ・・・光デイスク用集光レンズ、２・・・球面ガラス
レンズ、３，３・・・透明プラスチック接合層、４・・
・鏡胴、５・・・レンズ当り面。 特　許　出　願　人　　　ミノルタカメラ株式会社代　
　理　　人　　弁理士　青　山　　葆はが２名第１図 笛　１　Ｍ ｊｌ＜ｌＮ１１％　０．００１　　　　　　　　　　−
０．００１　４７−Ｊ　Ｑ正倣栄牛１０．００５＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）球面ガラスレンズの光源側球面のみに、非球面を
   有する透明プラスチック材が接合され、かつ次の条件を
   満足する大口径集光レンズ；ｆｌ）　　ｎ２＞　１．５
   ５ ただし、Ｃ１□、　Ｃ２，Ｃｇは光源側より順に第１面
   （非球面〕、第２面（球面〕、第３面（球面〕の曲率半
   径の逆数、へは球面ガラスレンズのχ＝８００ｎｍにお
   ける屈折率、ｆは全系の焦点距離、ｄ２は球面ガラスレ
   ンズの厚さ、Ａ□は第１面の非球面の展開式； においてｉ＝１のときのＹ２の係数、 ただし、Ｘは非球面の頂点における接平面から入射高Ｙ
   における接平面までの距離。 （２、特許請求の範囲第１項記載の大口径集光レンズに
   おいて、 透明プ）スチック材の厚さがその中心より周縁に向かっ
   て単調増加あるいは単調減少するように設定されたこと
   を特徴とする大口径集光レンズ。 （３）特許請求の範囲第１項記載の大口径集光レンズに
   おいて、 該集光レンズの第３面を鏡胴に当接させて保持したこと
   を特徴とする大口径集光レンズ。