JPS60120310A - 非球面単レンズ - Google Patents

非球面単レンズ

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JPS60120310A
JPS60120310A JP58229540A JP22954083A JPS60120310A JP S60120310 A JPS60120310 A JP S60120310A JP 58229540 A JP58229540 A JP 58229540A JP 22954083 A JP22954083 A JP 22954083A JP S60120310 A JPS60120310 A JP S60120310A
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JP
Japan
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lens
radius
curvature
optical axis
thickness
Prior art date
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Application number
JP58229540A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
Masayuki Suzuki
雅之 鈴木
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/04Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

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】 本発明はビデオ及びオーディオディスク、光メモリ装置
等に用いる対物レンズに関するものであり特にNAが0
.5程度で軸上近傍の収差補正を行なった非球面を有す
る単一レンズに関するものである。
光メモリ等に用いられる対物レンズは、特公昭52−4
4209号公報、特開昭52−148143号公報等で
提案される様な3枚ないし5枚構成の球面レンズ群より
成立している。この用途に用いる対物レンズとしては結
像性能だけでなく高速に自動焦点及びトラッキング制御
に追従させるために、更に小型軽量であることが望まれ
る。また組み合わせレンズであるため、光軸及び間隔の
組み立て調整等の要因がコスト高の原因ともなっている
。この様な問題を解決する為に、従来光メモリ装置用対
物レンズとして非球面単レンズを用いることが特開昭5
7−64714号公報、特開昭57−201210号公
輻、特開昭58−17409号公報、特開昭58−68
711号公報に提案されている。しかしながらこれらの
提案は実際の光メモリ用対物レンズとして適用した場合
に、大さぎ、結像性能の点に於いて、いまだ充分とは言
えない。
本発明の目的は、コンパクトで、結像性能の良好な単レ
ンズを提供することにある。
本発明に係る非球面単レンズに於いては、レンズの焦点
距離をf、レンズ肉厚なd、光源側より第1面の光軸近
傍の曲率半径をrl、第2面の光軸近傍の曲率半径をr
lとし、第1面の面形状が中心より周辺にかけて次第に
曲率半径が長くなる様な非球面形状を有し、r+/r2
=Qとすると (a)0.42<q<1.3 (b) 0 、5 (f−1) <d<1 、2fを満
足することにより、上記目的を達成せんとするものであ
る。
本発明に係るレンズは、主として軸−ト近傍の収差を補
正したレンズであり、例えばそれ自身を移動させてトラ
ッキングを行なう様にした光メモリ装置様対物レンズに
適するものである。
具体的には記録密度、読み取り性能、ディスク傾き等の
関係よりNAが0.45〜0.55程度、光学的記録情
報媒体をキズ・ゴミ等の影響を緩和する為に通常その肉
厚が1.1−1.5mm程度の透明基板を通して0.1
〜0.2mmφ程度の範囲で回折限界に近い結像性能を
有するレンズである。この収差補正範囲は原則的には光
軸上の一点のみの補正で良いが、入射光束の方向誤差及
び加工、セツティング誤差等をある程度許容するために
もこの程度の範囲が適切である。また前記透明基板の肉
厚tは通常2++unから8mm程度が寸法条件、残存
収差量、作動距離W、D、の関係より選択される。光源
には波長入が0.78〜0.84gm程度の半導体レー
ザが用いられる。以下、本発明に関して詳述する。尚、
本願では、焦点距離をf、レンズ肉厚をd、第1面の光
軸近傍の曲率半径をrl、第2面の光軸近傍の曲率半径
をrl、レンズの屈折率をn、記録媒体保護用の透明基
板の厚みをt、動作距離をW、D、、レンズ開口数をN
A、光源波長を入とし、レンズ面形状を表わす形式は光
軸との交点に於ける曲率半径をrl、光軸上に光の進行
方向に一致してy軸、それと垂直方向で且つ面の頂点を
通る様にy軸を取った時、y座標のHに於ける変量が x = ()12/r) / (1+H買不T)(H/
r)’ )+BH4+O1e +[l le 十E H
l・Aiu13”B′ku15+clo17+o”lu
l 9で表わされるものとして以下詳述する。
本発明に係るレンズに於いては、記録媒体保護の為の透
明基板を含めた状態で、主として球面収差とコマ収差と
を補正する必要がある。本発明に係る非球面単レンズで
は、第1面の面形状を中心から周辺に対して曲率半径が
次第に長くなる様な非球面形状とし くa)0.42<q<1.3 (b)0.5 (f−1)<d<1.2fイRL q 
−r1/r2 なる条件を満足している。
即ち、非球面を導入することを前提として非球面レンズ
を設計するには、保護層である透明基板の収差を含めて
、球面形のベンディングによりコマ収差を補正し、残存
する球面収差を非球面の収差補正効果で除去することが
可能である。即ち、共立出版「レンズ設計法」松井吉哉
著等に開示される3次収差を計算することにより条件を
見い出せる。この時、レンズの瞳位置はレンズ自身の存
在範囲で、換言すれば実質的な瞳がレンズ自身である範
囲でコマ収差を補正することが望ましく、特に計算上は
、入射瞳をレンズの第1面に選定すると計算が容易にな
る。尚、レンズ設計法の96頁には、球面収差が存在す
るレンズに対しては、レンズ自身が瞳とならなくても、
レンズとは別に虹彩絞りを設け、この絞りを移動させ入
射瞳の位置を移動させることによりコマ収差を除去可能
なことが開示されている。しかしながら斯様な手法では
、レンズとは別に虹彩絞りを設ける必要があるし、単レ
ンズ自身も有効径を大きくする必要があり、コンパクト
化の為には望ましくないのである。
この時、一般的なレンズ材料の範囲である屈折率を1.
45から1,85程度に選び、NAを0.5程度に、必
要なコバ厚を確保するための最小レンズ厚を0.5(f
−1)程度とし、(b)式の下限値とすると、−r、/
r2で定義するベンディングファクターqは一般に正の
値、即ち凸形状となる。その中でqの値が0.42より
小さな値、即ち第1面の屈折力を大きくした場合にはW
Dが短かくなりすぎ、特に焦点を短かくした小型タイプ
には適さなくなる。ちなみに、上述した従来例に於いて
は、qの値は0.42より小さな値である。又、qの値
が1.3を越えた形状とするとコマ収差を補正できる範
囲を逸脱してしまい、結像性能を劣化させ収差補正のさ
れた範囲が著しく小さくなってしまう。
特に、この傾向は屈折率を大きくした場合に著しくなる
。以上が条件式(a)を選定する理由である。またDは
1.2fをこえると同様にコマ収差の補正可能な範囲か
ら逸脱してしまい、同様の結果を生じる。この傾向も屈
折率が高くなる程著しくなる。以上の理由が(b)式の
上限値を選定する理由である。以上の条件のもとて第1
面を中心より周辺にかけて曲率半径を次第に長くなる様
な非球面形状とすることで、NAが大きくなる位置につ
れてアンダーとなる球面収差を補正することが可能であ
り、同時にコマ収差も補正された高性能な光メモリ装置
用の対物レンズが得られる。以上は第1面が非球面、第
2面が球面よりなる単レンズであり、偏心誤差の点で両
非球面単レンズに比べ加工上すぐれたタイプである。し
かしガルバノミラ−を回動させ入射光束をレンズに傾け
てトラッキングする方式等では、収差補正の範囲が更に
広く要求される。この場合は上述の条件に加え、更に第
2面も中心より周辺にかけて曲率半径が長くなる様な面
形状の非球面化を行なうことにより実現される。
以下に本発明のレンズの実施例を示す。
ただし、rl、r2は第1図に示す様にレンズの各面の
光軸近傍の曲率半径、dはレンズの肉厚、nはレンズの
波長800 n+sにおける屈折率、智。
D、は作動距離、fはレンズの焦点距離である。また、
本実施例に於いては使用波長入=800nm、開ロ数N
A=0.5.ディスク厚t=1.1=腸、ディスクの屈
折率no (入−80Or++w)=1.48550 
、物体距離51=−閃は一定に保った。
非球面の形状はレンズの各面の頂点を原点とし、光軸を
X軸、入射高をHとするとき、回転対称2次曲面ベース
で入射高の10乗までの項を含んだ次式で表わすが、こ
の次数の制限は便宜的なものでありこれに限られるもの
ではない、には円錐定数である。
+Bν・H4JI+Cν・H”v+fiν・Hへ+Eν
・Hν+A )I−H3v +By ・ H’y+Gy
 ・Hy+口1zHy(ν=1.2) 実施例1(本印の面は非球面) f =2.4 r 1’= 1.72141 r 2 = −2,48
084d = 1.87312 n = 1.4855
0W、D =0.89713 q = 0.70 +3 K 、 = 0.OA 、 = +7.93719X 
10B 、= −5,017131X 1O−2B 1
” = −5,51441X 10″3C、= +9.
53794X 10 C、” = +1.21890X
 1(1”D 1= −2,11482X 10 D 
、′= −8,48145X 10E、=÷8.135
07X lo= 実施例2 f =2.4 r 、本= 2.15!315 r 22= −1,7
0741d = 2.15000 n = 1.485
50W、D =0.87845 q = 1.28 K 、 = −1,79B22 A 、 = 44.2
898’3X 10”B 1= −1,01885X 
1O−2B +’ = −2,50875X 1O−3
CI= −4,204?5X 1O−3Cr′= 44
.02273X 1O−3D 、== −3,0454
2X 10−3 D 、′ = +8.30548X 
10″′4E 、 = −3,35934X 10K 
2 = −2,42438A 2 = +9.3858
4X 10B 2 = +7.288?OX 10 B
 2′= −1,21158X 10C2−−2,7?
920X 10 − C2′= +1.43088X 
1O−3D 2= +1.02380X 1O−2D 
2′= +8.48?41X 10″E 2 = −2
,83884X 10−31 実施例3 f =2.4 r l家= 1.87584 r 24= −2,29
518d = 2.0500On = 1.48550
W、D =O,?0000 q= 0.73 K 、= −6,03338X 10 A 、′=+2
.94928X 10B 、= −2,7B730X 
10−2 B 1′ = +1.2280111X l
d″2C、−−1,276?5X 10〜2C1′= 
−4,72811X 10D 、= +2.37084
X 1O−3D 、′= −8,88883X 103 E 1= −1,B4225X 10 K 2 = −14,11211A 2′= +2.4
0838X 10B 2 = −8,13952X 1
0 B 2 =÷3.60514X 10C2= +2
.34122X 10 C2′ = +3.37148
X 10D2=−3,89974X10 D2′=−8
,51281X10”E 2 = +5.45358X
 10−22 実施例4 f =2.4 r 、*= +2.8B555 r 2*= −3,2
3303d = 2.50000 n = 1.742
88W、[l =0.70000 q = 0.82 K 、= −0,7828!113 A 1 = −1
,89394X 10−’B s = −2,0?88
0X 1O−3B 1′= −7,08210X 10
C(=+4.80317X 10 Ct′= −3,0
1317X 10D 、= 十?、?1?52X 10
 D 、′ = −5,48900X 10E 、= 
−7,89415X 10”5K 2 = −25,8
774A2= +2.5058θX1O−3B 、、=
 −9,30271]X to−2B 2′= +5.
088?5X to2C2= −1,88878X 1
0 C2= +5.2?048X 10D 2= −1
,80731X to−2D 2′= −5,9847
8216”’E 2= +3.774i110X 10
実施例5 f =5.4 r1本= +5.61?88 r2= −8,0728
4d =5.8000On = 1.742HW、D 
=、2.36480 q = 0.70 K 1= 0.OA (= +8.84299X 1O
B 、= −1,07H8X IC3B 、′= 48
.1f1323X 1O−6C1= −4,48446
X 1(1’ C、” = −3,2031]3X 1
0’−’n 、= −1,78?48X 10−6 D
 、′ = +2.33931X 1(18E 、 =
 −1,55248X 1’0”実施例6 f =4.77351 r r’= 3.00000 r 2 = −7,02
852d = 2.84837 n = 1.4855
0誓、D =2.55280 q = 0.43 K + = 0.OA + = +f1.30198X
 10B 1= −4,I33?45X 10 B 1
′=÷2.44?53X 1O−5C、= −2,48
54?X 10 C、′= −1,13451?X 1
O−5D 、= −2,28207X 10 D 、′
= +1.48882X 10=E 1= −5、57
383X 10−6
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る非球面単レンズのレンズ断面を示
す図、第2図、第3図、第4図、第5図、第6図及び第
7図は、本発明に係る非球面単レンズの各実施例に於け
る横収差を示す図。 1・・・非球面単レンズ、2・・・透明基板、d・・・
レンズ肉厚、W、D、・・・作動距離、t・・・透明基
板の肉厚、5 rl 、r2・・・光軸近傍の曲率半径、nI+nO・
・・屈折率。 6

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レンズの焦点距離をf、レンズ肉厚なd、光源側
    より第1面の光軸近傍の曲率半径をrl、第2面の光軸
    近傍の曲率半径をr2とし、第1面の面形状が中心より
    周辺にかけて次第に曲率半径が長くなる様な非球面形状
    を有し、以下の条件を満足することを特徴とする非球面
    単レンズ(a)0.42<q<1.3 (b)0.5 (f−1)<d<1.2f但し Q=r
    l/r2゜
  2. (2)第2面の面形状が中心より周辺にかけて次第に曲
    率半径が長くなる様な非球面形状を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第(1)項記載の非球面単レンズ。
JP58229540A 1983-12-05 1983-12-05 非球面単レンズ Pending JPS60120310A (ja)

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