JPS5923313A

JPS5923313A - 大口径集光レンズ

Info

Publication number: JPS5923313A
Application number: JP13310082A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Saito; 満斎藤
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1982-07-29
Filing date: 1982-07-29
Publication date: 1984-02-06

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。

近年、マイクロオプティックス分野の技術が急速に進歩
しており、上記の集光レンズは、仁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・オーディオディスク
では、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。

この光デイスク用集光レンズは、解像力としてＯＴ　Ｆ
Ｏカットオフ周波数がｉ、ｏｏｏ本／闘以上であること
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χ／４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枚以上用いた菰のが使用されているが、この場合に
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）。

上記特開昭５０−１５６９４５号公報や特開昭５５−４
５０８４号公報に開示された集光レンズは、プラスチッ
ク材料を用いて製作することができ、レンズの大幅な軽
量化を図かることかできるが、特開昭５５−４５０８４
号公報において開示されている集光レンズは、ＮＡｏ、
４５で倍率を有限物点に列して１／２０として、ｆ＝　
８．４　ｍｍといったように焦点装置が長く、前述のデ
ジタル・オーディオディスクに好適な焦点距離［＝４〜
５朋まで短かくして小型化を図ると、十分な作動距離（
Ｗ、Ｉ）、ワーキングディスタンス）が得られないとい
った難点がある。

かかる難点を解消するため、特開昭５７−７６５１２号
公報には、レンズの厚さとして、１．４５＜ｄ／（（ｎ
−１）・ｆ　）＜ｘ、６５なる条件により、非点収差の
補正を良好にした非球面集光レンズが提案されている。

しかしながら、上記の条件にしたがってレンズの厚さを
厚くすると、第１面と第２面の光軸が製作誤差により平
行にずれる所謂）ド行偏芯に対する感度が著しく大きく
なる問題がある。

より具体的に、上記公報の実施例３についてこの問題を
説明すると、±０．０２　ｍｍのｑ１行偏芯が生じた場
合、その軸」二コマ収差は０．７　ｐ、、さらに非点収
差は０．７４μとなって、本来の設計値０．２μを大き
く上回わり、性能が著しく悪化する。この平行偏芯値±
ｏ、　０２　ｍｍは、プラスチック成形を行なう場合に
、上下の金型の光軸合わせの再現性のＩＪ　ミツトであ
り、したかつて、実際には・ｙ・要な性能を有するプラ
スチックレンズの製作が著シく困難となる。また、プラ
スチック成形の場合には、成形時の温度変化等によって
プラスチック固有のひずみ、所謂１ひけ“が生じ、厚さ
が厚い場合には、この１ひけ“が大きくなって形状誤差
をも発生する。

即ち、上記提案の集光レンズは、設計性能としては必要
な性能を満足することができるが、製作上はきわめて困
難で、プラスチック成形の場合、上下金型の光軸合わせ
誤差を上記リミットよシはるかに小さい±０．００５ｍ
ｍ以下に管理しなければならない。

さらに、上記の公報に開示された集光レンズでは、焦点
距離を３間程度に設定すると、十分な作動距離が得られ
なくなる欠点もあった。

この発明は、上記の諸欠点を解消すべくなされたもので
あって、プラスチックレンズとして容易に製作でき、第
１面、第２面の非球面の光軸ずれがある程度生じたとし
ても、必要な性能を確保することができ、成形時の１ひ
け“に対してもその影響を十分に抑制することができる
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。

さらに、この発明は、焦点距離を３　ｍＩｎ程度とした
超小型集光レンズとして構成する場合にも必要十分な作
動距離が得られる集光レンズを提供することを目的とし
ている。

かかる目的を達成するため、この発明の要旨とするとこ
ろは、第１面、第２面が共に正の屈折力を有する非球面
によって構成され、下記の条件を満足する大ロイ集光レ
ンズ；（１）　　０．３　＜−＜　０．６５（ただし、ｄはレンズの厚さ、ｆはレンズの焦点距離。

にある。

（１）の条件の上限を越えると、前述した従来例の如く
、第１而非球而と第２而非理而の光軸間の横ずれ、所謂
化性偏芯誤差に対する感度が大きくなって、レンズの製
作が困難となる。即ち、プラスチック成形時における上
下金型の光軸合わせのリミットである平行偏芯誤差±０
．０２に対し、上記条件（１）の上限近傍では、軸上コ
マ収差を０．３μ程度と従来の半分以下とすることがで
きるが、上限を越えると、上記平行偏芯誤差による軸上
コマ収差が大きくなりすぎる。

一方、ｄ／ｆの籠が条件（１）の下限近傍の０．３（［
＝　４．５ｍ＋５　、屈折）Ｊｎ＝１．４８６のとき、
ｄ＝１．５問）のときには、平行偏芯誤差を±０．０２
　ｍｍとして、軸上コマ収差は大幅に低下して０．０６
Ｐとなり、金型の上下光軸合わせの精度を０．０５　朋
としても、軸上コマ収差は０．１５μ程度であって、プ
ラスチックレンズの製作上極めて有利である。

しかしながら、条件（１）の下限を越えると、レンズの
端の肉厚、所謂コバ厚がなくなって、実用に供すること
ができなくなる。

上記のように、レンズの厚さを薄くすることは、コマ収
差の評価尺度である正弦条件や非点収差が若干悪化する
が、実用上は以下の実施例に示す通シ何んら問題はなく
、この発明にしだがって、製作精度に影響されない形状
を採用することによって、実際に得られる性能をはるか
に向上できるのである。

次にこの発明の実施にあたっての一般的なレンズ形状の
決め方について説明する。

（２）　　０．６＜（Ｃ□＋２Ｃ１）　・（ｎ　１）　
ｆ＜　まただし、ｎ；波長ｓ　ｏ　ｏ−ｎｍでのレンズ
の屈折率ｃｍ　　、非球面の基準曲率Ｃ１；第２次の非球面係数。

とこで、非球面形状について説明しておくと、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
の距離をＸとすると、という一般公式で表わされ、εは２次曲面係数、Ｃｉは
第２１次の非球面係数である。

さて、一般的なレンズ形状の決め方であるが、上記条件
（２）を満足するよう第１面と第２面の間の屈折力比を
決める。条件（２）の範囲外になると、コマ収差が発生
ずる。捷だ、条件（１）を満足するよう第１面と第２而
の間隔を決める。これらによって、基本的なレンズ形状
が決まる。

この発明の実施例１〜９を以下に示し、第２図〜第１０
図に各々の収差図を示す。

なお、第１図を参照して、以下の実施例に必要な諸量を
定義する。

Ｒ１，Ｒ２；集光レンズ１の第１而非＃、ｉｌａ、第２
而非球而１ｂの曲率半径ｄ　　　；集光レンズの厚みＣ１，Ｃ２；第１而１ａ、第２面１ｂの２次曲面係Ｃ１
，ｃｌ、第１面１ａ、第２面ｌｂの第２１次の、（１）
　　　、（２）２次曲面係数［＋光ディスク２の保護層の厚み（１，２ｍｍ）（ただ
し、保護層の波長８００ｎｍに対する屈折率を１．５１とした。）Ｗ、Ｉ）　　
　、作動距離〔実施例１　］　　　ＮＡ　Ｏ，４５ｆ　＝４．５ｍｍ
町＝２．７０９４ｄ＝２．８　　　　ｎ＝１．４８６艮２＝−７，５１０１Ｌ　＝１．２　　　　Ｗ、Ｉ）　、　＝２．１８５非球
面係数〔第１面〕 ε、＝１．０Ｃ，１”　＝Ｏ１Ｑ　　　　　　Ｃ２（１）−＝−０３
６７４６Ｘ１０−”Ｃ３（１）”’−０，３７３２５刈
０−３０４（１）シ０．４７０５６刈０−４Ｃ５（１）
−０，８８９３５Ｘ１０−６０６”＝　０．２２５６５
ＸＩＣｒ”０７（１）＝０．３９７２’７Ｘ１０−６Ｃ
Ｂ（１）＝０．０〔第２面〕Ｃ２−ＯＣＩ（２）＝Ｑ、Ｑ　　　　　　　　　　Ｃ２２’＝０
．６３０４−７Ｘ　１０−２Ｃ３（２）＝−０，９９２
９６Ｘ１０−３Ｃ４（２’−＝０．］−４７７０Ｘ１０
−３ｃｃ！２）＝ｏ、１ｘ３４９ｘ１ｏ−’　ｃ（７２
）＝ｏ、。

ｃ７１２）−、ｏｃｄ２）＝ｏ、。

平行偏芯誤差感度（軸上コマ収差増加分い）／平行偏芯
量（朋）　（０，１７１Ｌ１０．０１朋））〔実施例２
］　　　ＮＡ＝０．４５　　　［、＝４．５間Ｒ１＝２
．７ｄ＝２．５　　　　　　０＝１．４８６１（２ニー８．
０２１ｔ＝１．２　　　　Ｗ、Ｉ）、＝２．３４非球面係数〔第１面〕 ε１＝１．２０ＣＩ（Ｉ）−０，００２（１）＝−０，５１８０７Ｘ’
Ｉ　Ｏ−２Ｃ３”””　０２２９８４Ｘ１０−”　Ｃ４
！１）＝−Ｑ。５２０３１Ｘ１０−３ｃＪ１）＝ｏ２７
ｃ＋５６ｘ１ｏ−”　　ｃｄｌ）＝−０，９８０７７Ｘ
１０−４Ｃ７”＝０．１６７３７Ｘ１０−４Ｃｓ（＋＞
ゴー０．１２２１７刈０−５〔第２而〕Ｃ２＝ｉ、。

ＣＩ（２）＝Ｏ，ＯＣＥ２（２）＝０．５１２３４Ｘ１
０″″２ｑ３（２）−０，６２２０８Ｘ１０−３Ｃ！２
）＝０．４９９３８Ｘ１０−’Ｃ３（２）−０，１７４
５９Ｘ１０−７Ｃ６（２）＝０．１６４０５Ｘ１０−”
Ｃ７（２）−〇、。　　　　　Ｃ８（２）二〇、。

平行偏芯誤差感度　　０．１５μ／　０．０１　ｍｍ〔
実施例３　］　　　ＮＡ　＝、０．４５　　　ｆ　＝　
４．５ｍｍＲ１＝２．６４２ｄ＝２．Ｏｎ＝１．４８６Ｒ２＝−９，５６０ｔ＝１．２　　　　Ｗ、Ｄ、＝２．５９非球面係数〔第１而〕 ε１＝１．０５ＣＩ（１）＝０．ＯＣｄ”−０，４７２１５Ｘ１０−２
Ｃ３（１）シ０．１８４６３Ｘ１０−”　　ｃ！’Ｌ−
０，４１６６７Ｘ１０−３Ｃｃｊ１）＝ｏ２ｏ４ｓ６ｘ
１ｏ”’　　Ｃ６１’１）＝−０，６５３２０Ｘ１０−
’ｃ、（υ＝０．１０１６７Ｘ１０−’　　ＣＢ”）−
０，６７６４２Ｘ１０−６〔第２而〕 ε２＝１．０ＣＩ（２）−Ｑ、Ｑ　　　　　　　Ｃ２（２）＝０３０
７７８Ｘ１０−２（２）− Ｃ３−−０３２３９１Ｘ１０−３Ｃ４””＝０．４０５
１２Ｘ１０−’（２）Ｃ５−−０，４０９３９Ｘ１０−５Ｃ６（２）＝０２１
３９３Ｘ１０−６ｃ７（２）−〇、ｏ（２）ＣＢ　＝０．０平行偏芯誤差感度　　０．０３μ１０．０１問〔実施例
４）　　　ＮＡ　＝０．４５　　　［＝４．５ｍｍＲ１
−２゜６０９ｄ＝１．５　　　１１＝１．４８６に２ニー１０．９８１Ｌ＝１．２−　　　　Ｗ、ｌ）、２．８６非球面係数〔第１而〕 ε１＝１．１Ｃ１（１）＝０．□　　　　　　Ｃ２”）＝−０−５３
７６６Ｘ１０−２Ｃ３”　　０３１８５８Ｘ１０−３Ｃ
ｉ１）＝−０，４１７３５Ｘ１０−３Ｃ５”−０２１５
８９Ｘ１０−”　　ｃｄｌ）＝−０，７６５４９ＸＩＯ
−’Ｃ７”’＝０．１３０８３Ｘ１０−’　　ｃｄｌ）
＝−０，９６５７６ＸＩＯ−６〔第２而〕 ε２＝ｉ、。

Ｃ１（２）＝ＯＪ］　　　　　　Ｃ２””＝０．２０３
８１ＸＩＯ−２Ｃ，３””＝−０，１６４７２Ｘ１０−
”　Ｃ４（２）＝０，１６６６８Ｘ１０−４Ｃ５シ０．
１５０２２Ｘ１０−５Ｃ６”＝０．７６４８０Ｘ１０−
７（２）（２）　　　　　　　　　　　　　　　（２）Ｃ７＝０
．０　　　　　　　　ＣＢ　＝０．０平行偏芯誤差感度
　　０．０３　Ｐｌｏ、０１闘〔実施例５：］　　　Ｎ
Ａ＝０．４５　　　ｔ＝４．５間Ｒ１＝３．３１０ｄ＝２．４７３　　　ｎ＝１．７０１２Ｒ２＝−４６，
６２７ｔ＝１．２　　　　ｗ、Ｄ、２．２非球面係数〔第１而〕 ε１＝１．１０ら（１）−〇、０Ｃｄ１）−一０２３３８５×１Ｏ−２
Ｃ３−−０，１９８００刈０−”　Ｃ，”’＝−０．１
４２８８Ｘ１０−’Ｃｇ１）＝０．１３６７２Ｘ１０−
６（、ｄｌ）＝−０３４６４０Ｘ１０−６Ｃ７０，４２
９８７Ｘ１０””　　ＣＢ（１）＝　０．４０８５７Ｘ
１０−８（１）− 〔第２而〕 ε２＝１．０ＣＩ（２）＝０．０　　　　　　Ｃ２’２）＝０２６６
９９Ｘ１０−　’Ｃ３！””−−０，１３９９９Ｘ１０
−６０！２）＝０．１３５５８刈０−７ｃＪ’＝−０３
３１８９Ｘ１０−８ｃＪ２）＝ｏ２９２ｓ４ｘ１ｏ　−
９ＣＪ？’−ｏ、ｏ　　　　　　　ＣＦＩ２’−ｏ、。

平行偏芯誤差感度　　０．０３　’ｔｔ　／　０．０１
　ｍｍ〔実施例６］　　　ＮＡ＝０．４５　　　ｔ＝ｔ
５朋Ｒ１＝３．１７４ｄ＝＝１．５　　　　１１＝］、、７０１２Ｉζ２＝−
４４２，１２６Ｌ＝１．２　　　　　Ｗ、Ｄ、２．８非球面舵数〔第１而〕 εｌ＝１．３Ｃ７１）＝ｏ、ｏ　　　　　　Ｃ２（ｔ）＝−０３３７
６６Ｘ１０−２Ｃｊ”−０，３０１５４Ｘ１０−３Ｃ４
”＝−０，４０８２２Ｘ１０−４（１）　　　　　　−
ｓ　　（１）Ｃ５＝０．６１２２１ＸＩＯＣ６＝−０３２１５２ＸＩ
Ｏ−５Ｃ７１）＝０．５２６９８Ｘ１０−６Ｃ８”＝−
０，４６１８５Ｘ１０−７〔第２而〕Ｃ２−１，０（２）　　　　　　　　　（２）ｃ５＝ｏ、ｏ　　　　　　ｃ６＝　ｏ、。

Ｃ７（２）＝ｏ、ＯＣ５（２’＝　Ｑ、Ｑ平行偏芯誤差
感度　　０．０１μ／　Ｑ、　Ｑ　ｌ　１）ｍｒ〔実施
例７　］　　　ＮＡ　ｏ、４５　　　　Ｅ−３ｍｙｎＲ
１−１，７７４ｄ＝１．Ｏｎ＝１．４８６Ｒ２＝−６，６７３ｔ＝１．２　　　　　Ｗ、Ｄ、１．６５非球面係数〔第１而〕 ε１　＝１．２ＣＩ（１）＝ｏ、ＯＣＩ１）＝−０，１８４９２Ｘ１０
−１Ｃ３（１）＝０３７５９２Ｘ１０−２Ｃｉ１）＝−
０，４８８９０刈ｏ−２Ｃｄ１）＝０．５４４８２刈Ｑ
−２Ｃ６（１）Ｆ”−０，５０１７９Ｘ１０−２Ｃニア
”’＝　０．２１３７５刈０−２（：８（１）−０，４
０５８４Ｘ１０−３〔第２而〕 ε２　＝１．０Ｃ１（２）−０，ＯＣ２（”’＝０．９０８１７Ｘ１０
−２Ｃ３””＝−０，１９８３８Ｘ１０−２Ｃ！２）＝
０５３６６５Ｘ１０−３Ｃ５２）＝−０，１２６４８Ｘ
１０−”　ｃ（７２）＝ｏ、ｘ６ｓ３２ｘ１ｏ−４ｃ７
（”）＝　ｏ、ｏ　　　　　　ｃＢ（２）−ｏ、。

平行偏芯誤差感度　　０．０７　ｐ　／　０．０１間〔
実施例Ｂ　］　　　ＮＡ　　Ｏ，５Ｅ−４，５ｍｍＲ１
＝２．６５０ｄ＝２．３　　　　　　ｎ＝１．４８６Ｒ２＝−８，９
６９Ｌ＝１．２　　　　　Ｗ、Ｄ、２．４２非球面係数〔第１而〕 εｌ　＝−０，１２Ｃ１（１）−〇、ＯＣ，、（１）＝０３３７９３Ｘ１０
−２Ｃ３”’＝０３４３６８Ｘ１０−’　　Ｃ！”−０
３６３５８Ｘ１０−”Ｃ，ｇｔ）−〇、ｏ　　　　　　
　ｑｌ）　＝０．０Ｃヅ１１−６．ｏ　　　　　　　Ｃ
３（１）　＝　０．０〔第２］笛〕 ε２＝−２０，５９Ｃ１（２）＝０．Ｏ０ｉ２）＝０．９７１２３Ｘ１０−
５Ｃ：３（２）−〇、ＯＣｉ”’　＝　０．０Ｃ５（２
）−〇、ｏＣ６（２）−ｏ、。

Ｃ７ｆ２）＝＝　ｏ、ＯＣ，、（２）−０，０千行偏芯
誤差感度　　０．０５μ１０．０１朋［：実７１０９　
）　　　ＮＡ　Ｏ，４５ｔ＝４．５ｍｍＲ１＝２．６１
９ｄ＝１．８　　　　　ｎ＝１．４８６Ｒ２＝−１０，２８３（＝１．２　　　　　Ｗ、Ｄ、＝２．７非球而係数〔第１而〕 εｌ　＝−０，１２ＣＩ（１）＝０．０　　　　　Ｃ２（”＝　０３３７８
８Ｘ１０−２Ｃｉ１）＝　０２５８６１刈０−’　Ｃ４
”）＝−０３２５７３刈０−５ｃｄ’）＝　ｏ、ｏ　　
　　　　ｃｄｌＬ　ｏ、。

ｃ、Ｊｌ）−０，０ＣＢ”’−０，０〔第２而〕 ε２＝−２０，５９ＣＩ（２）−０，０Ｃ２（２）−０３９３０７Ｘ１０−
　’Ｃ３（２）＝　０．ＯＣｉ２’−０，Ｏｃｇ２）−
ｏ、ＯＣｄ２）＝＝　ｏ、Ｏｃ、（２）＝　０．０　　
　　　　に５（２）＝　０．０平行偏芯誤差感度　　０
．０１　ｐ、７０．０１１１Ｍ次に装置へのレンズを保
持する構成について述べる。Ｉ）　Ａ　Ｄ装置の光学系
においてはＯ１Ｊ述したように平行光束を集光する方式
なので第１１図、第１２図のようにレンズ、特にプラス
チックレンズを形造るのがよい。即ち第１１図において
は、プラスチックレンズ１の第２而２０両端２′に平面
部を設けることによりホルダー３とレンズとの嵌合にず
れが生じても、′平行移動するだけで収差性能上は全く
影響ないものである。又第１２図においてはプラスチッ
クレンズ４の第１而５０両端５′に平面部を１投けるこ
とにより同様の効果を奏するものである。又それぞれの
レンズ固定力法としては、第１１図のように、バネ６を
ホルダーテーパ部３によりレンズ１を押さえるか、又は
第１２図のように接着剤７によりレンズ４を固定するこ
とによって実現できる。

この発明は、以上のように構成されるので、次のような
諸効果を奏する。

（１゜）作動距離が長く焦点距離が３　ｍｍ程度の超小
型の集光レンズとした場合も作Ｕノ距離が十分とれる。

（２，）従来のレンズよりも製作時の誤差特に第１面第
２而非球面の光軸の平行ずれによる性能劣化の割合が非
常に小さくなるので現実の製作上非常に有利である。

（３，）従来のレンズより薄形なのでプラスチック成形
や水和ガラス成形時のひけを小さくできひけによる性能
劣化を小さくできる。

（４，）薄形にしだ分だけ鏡胴長を短かくでき軽量化で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る大口径集光レンズの一例を示す
側面説明図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図
、第７図、第８図、第９図、第１０図は各々第１〜第９
実施例の収差図、第１１図、第１２図は、それぞれこの
発明に係るレンズのレンズホルダーへの取付を示す実施
例である。１・・・集光レンズ１ａ・・・第１而非球面、１ｂ・・・第２而非球而２・
・・光ディスク特　許　出　願　人　　ミノルタカメラ株式会社第９図〜Δ 第１１図第１２図

Claims

【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
によって構成され、下記の条件を満足する大口径集光レ
ンズ；０．３〈　　〒　（０，６５ただし、ｄはレンズの厚さ、ｆはレンズの焦点距離。
（２）　　レンズホルダーに当たる側の非球面の有効径
外周縁に平担部を設けたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の大口径集光レンズ。