JPS61109011A - 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】 く技術分野〉 本発明は、オーディオ又はビデオ・ディスク等の光学デ
ィスク再生装置に用いて有用な集光レンズに関するもの
である。

〈発明の背景及び従来技術〉 光学式ディスク用集光レンズは、通常、光源としてレー
ザ光を用いておシ、色収差に対しては問題とならないが
、レーザから発せられた光が、回転中の光ディスクに記
録された高密度の情報を読み取るために、１μｍ程度の
分解能を要求され大きな開口数（Ｎ、Ａ、＝０．４〜０
．５）を必要とする。さらにこの種の再生装置において
は、レンズ自体を、ディスクの上下動、芯ぶれ１回転ム
ラ等に追従して、トラッキングサーボ、自動焦点を行な
い、入射光束を常に信号であるビット上に最良の状態で
集光させる必要から、し〉ズの重量が軽量であることが
望まれる。そしてまた、回転中のディスクのふれに対し
てレンズを追随させる際の衝突をさけるため、ディスク
と集光レンズの間に比較的大きな作動距離を必要とする
。

通常、光学式ディ、スフ再生装置のトラッキングサーボ
の方式としては、ガルバノミラ−を回動させてディスク
め偏心等に追随する方法と、直接集光レンズを駆動する
方法がある。後者の場合は、原理上、軸外収差の補正を
行なう必要はなく、球面収差だけを補正しておけばよい
。しかし、実用上は光学系の組立て精度等の問題もあり
、−足取上の有効視野を確保する必要がある。

従来の光学式ディスク用集光レンズは、高分解能を得る
ために複数枚の組みレンズであり、小型。

軽量化することは困難であり、組み立てによる各構成レ
ンズ間の偏心等も問題となる。

〈発明の目的〉 本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであシ、比
較的大きな作動距離、十分な開口数を確保しながら、軸
上収差をほぼ完全に取り除くと同時に、軸外性能も良好
な単レンズを提供するもの以下に本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

第１図に木兄明釦よる集光レンズの断面形状とその使用
例を示す。

レンズｌの断面形状は、面頂ておける接平面に関して、
光軸からの距離ＲＫ対する接平面からの距離Ｚは次式で
表わされる。

Ｚ＝ＣＲ２／（１＋メπｉ河エテｉ）＋！ＡｉＲ２（ｉ
＋１）ｉ＝ま ただし、 Ｃ：頂点付近の曲率 に：円錐定数 Ａｉ：光軸からの距離Ｒの２（ｉ＋１）乗（ｌは正の整
数）に比例する項の非球面系数 である。

本発明は、上記の式によシ形状が決定されるレンズにお
いて、次の条件を満足するものである。

（１）　　−１（Ｋｌ≦０ （３）　　　−１＜Ａｏｆ３≦ｏ、　　−１＜Ａｉ２ｆ
５≦０．　　　Ｉ（Ａ１３ｆ７≦０上記条件中において
、 Ｋド第１面Ｓｌの円錐定数 ｎ：レンズの屈折率 Ｃド第１面Ｓｌの頂点付近の曲率 ｆ：レンズの焦点距離 Ａ＋＋　、Ａｉ２　、Ａｉａ　：第１面Ｓｌの４次、６
次。

８次の非球面系数 である。

接平面からの距離Ｚの式において、円錐定数には、一般
に、レンズｌの非球面形状の基本的なおよその形状を与
えるもので、光軸からの距離Ｒに２（ｉ＋１　） 比例する高次の項ＡｉＲを考えないとすると、Ｋ＜−１
で双曲面、Ｋ＝−１で放物面、−１（Ｋ（Ｏで長軸に回
転対称な楕円面、Ｋ＝０で球面、Ｋ＞０で短軸に回転対
称な楕円面となる。

条件（１）は、レンズｌの第１面Ｓｌの形状を、長軸に
回転対称な楕円面と規定することにより、正弦条件の不
満足量および球面収差を小さくすることを容易にする。

条件の下限または上限を超えると、正弦条件および球面
収差の補正が困難なものとなる。

条件（２）および（３）は、レンズＩの第１面Ｓ１の形
状を決定するもので、下限を超えると、第】面Ｓｌによ
る屈折力が大きくなシ、比較的大きな作動距離が得られ
ないとともに、レンズｌの中心部と周辺部の厚みの差が
大きくなり、作りづらいレンズとなる。逆に上限を超え
ると、第２面Ｓ２による屈折力が大きくなることにより
生じる球面収差を補正しきれなくなる。

以上の条件（１）　、　（２）および（３）を満足する
ことによシ、両凸の単レンズ九より構成される光学式デ
ィスク用集光レンズにおいて、要求される諸条件を有す
る集光レンズを提供することが可能となる。

更に、下記の条件（４）を満足させることにより、集光
レンズの性能の改善が可能である。

上記条件中において、 ｎ：レンズの屈折率 ｆ：レンズの焦点距離 ＣＩ、Ｃ２：レンズの第１面Ｓ１および第２面Ｓ２の頂
点付近の曲率 である。

条件（４）は、レンズ１の第１面Ｓ１　と第２面Ｓ２の
曲率の差を規定する。集光レンズを実際に製作する場合
、条件（４）の上限を超えると、レンズｌの中心部と周
辺部の厚さの差が大きくなり、加工上の問題が生じると
ともに、周辺温度の変化による熱膨張の影響が大きくな
り、設計通りの性能が得られない。逆に下限を超えると
、レンズとしての性能が劣化し、球面収差の補正が不十
分となるばかシでなく、正弦条件も補正しにくくなる。

条件（４）を満足することにより、周辺温度の変化に対
し影響されにくい集光レンズを実現できる。

さらに、本発明のレンズを、プラスチック材料で構成す
ると、プラスチックはガラスに比べ比重が小さく、レン
ズの軽量化が可能となシ、トラッキングの性能向上が実
現される。実際に光学式ディスク再生装置に適用した場
合、ピックアップ可動部の軽量化が可能となり、ピック
アップのサーボ機能の向上、低コスト化が実現できる０
次に本発明の具体例を示す。

具体例において、ｆはレンズｌの焦点距離。

Ｎ、　Ａ、は開口数、ｄはレンズｌの厚さ、　Ｗ、　Ｄ
、は作動距離を示し、レンズｌの屈折率ｎ＝１．４８６
０゜ディスク２の厚さｔ＝１．２．ディスク２の屈折率
ｎＱ＝１．５とした。

いずれの具体例においても、球面収差、正弦条件ともに
十分に補正されており、光デイスク用集光レンズとして
十分な性能を有している。

（具体例１） ｆ＝４．５５０１　　　　　Ｎ、Ａ、＝０．４５ｄ　＝
　３．００００　　　　　Ｗ、Ｄ、＝　２．１０５４条
件（１）　　Ｋｌ＝−０，１０３１８条件（３）　　Ａ
１１ｆ８＝０．２４５１Ａ１２ｆ５＝０．４７１２ Ａ＋ａｆ７＝　０．４２９１ ＝＝　４．６７３０ （具体例２） ｆ＝４．５５０２　　　　　　Ｎ、Ａ、＝０．４５ｄ＝
　３．５７８１　　　　　　Ｗ、Ｄ、＝２．００００条
件（１）　　Ｋｌ　＝−０，１５６０９条件（３）　　
Ａ１１ｆ３＝０．２４２３Ａｔ２ｆ５＝Ｑ、５１１９ Ａ＋５ｆ７＝ｏ、ａｓ２１ ＝３．６２８７ （具体例３） ｆ　＝　４．９９８２　　　　　　Ｎ、Ａ、＝０．４５
ｄ　＝　４．５３８５　　　　　　Ｗ、Ｄ、＝２．４１
２２条件（１）　　Ｋｌ＝−０，３５８６９条件（３）
　　Ａ１１ｆ８＝０．２７５３Ａ１２ｆ５＝　０．４９
０２ Ａ１３ｆ７＝Ｑ、５４３０ ＝３．２５８４ 第２図乃至第４図に各具体例１．２．３の収差曲線図（
球面収差、正弦条件、非点収差）を示す。

上記した如く、光学式ディスク用集光レンズに要求され
る高い開口数Ｎ、Ａ、＝　０．４５を満足しながら、Ｗ
、Ｄ、＝２ｍｇ＋以上という比較的大きな作動距離を有
している集光レンズを提供できる。

またレンズの性能は、収差を示す第２図乃至第４図に明
らかなように、正弦条件０．０００６箇以下という集光
レンズとして十分な軸上性能を示すとともに、軸外性能
についても図中の非点収差に見られるとおり、光学系の
組立て精度等を考慮したＩｏの入射角をもつ軸外光線に
対する集光ビームの形状に、くずれは見られない。

さらに各具体例において、レンズ！をプラスチック材料
で構成すれば、材料費が安く多量生産も容易で低コスト
化が図れるとともに、レンズの軽量化が可能であり、光
学式ディスク再生°装置等に最適なものが提供できる。

〈発明の効果〉 以上のように本発明によれば、十分な開口数と比較的大
きな作動距離を確保して、かつ軸上収差をほぼ完全に取
り除き軸外性能も良好な、特に光学式ディスク用の単レ
ンズとして非常に有用な集光レンズが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による集光レンズの断面形状とその使用
例を示す図、第２図乃至第４図は具体例１．２．Ｓのそ
れぞれにおける収差曲線図であるＯｌ・・・集光レンズ
、Ｓｌ・・・第１面、Ｓ２・・・第２面、ｎ・・・屈折
率、Ｗ、Ｄ、・・・作動距離。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１面、第２面が凸の単レンズにおいて、レンズ両
   面の形状が、 Ｚ：面頂における接平面に関して、光軸からの距離Ｒに
   対する接平面からの距離 Ｒ：光軸からの距離 Ｃ：頂点付近の曲率 Ｋ：円錐定数 Ａｉ：第２（ｉ＋１）次（ｉは正の整数）の非球面系数 として、 Ｚ＝ＣＲ＾２／（１＋√［１−（Ｋ＋１）Ｃ＾２Ｒ＾２
   ）］＋Σ＾ｎ＿ｉ＿＝＿１ＡｉＲ＾２＾（＾ｉ＾＋＾１
   ＾）で表わされるとき、 Ｋ＿１：第１面の円錐定数 Ｃ＿１：第１面の頂点付近の曲率 ｆ：レンズの焦点距離 ｎ：レンズの屈折率 Ａ＿１＿１、Ａ＿１＿２、Ａ＿１＿３：第１面の４次、
   ６次、８次の非球面系数 としたとき、 −１＜Ｋ＿１≦０ １．１＜１／［（ｎ−１）Ｃ＿１ｆ］＜１．８−１＜Ａ
   ＿１＿１ｆ＾３≦０、−１＜Ａ＿１＿２ｆ＾５≦０、−
   １＜Ａ＿１＿３ｆ＾７≦０を満足する構成としてなるこ
   とを特徴とする集光レンズ。 ２、特許請求の範囲第１項記載において、 Ｃ＿２：第２面の頂点付近の曲率 としたとき、 ３＜１／［（ｎ−１）Ｃ＿１ｆ］−１／［（ｎ−１）Ｃ
   ＿１ｆ］＜５を合わせ満足する構成としてなることを特
   徴とする集光レンズ。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項記載において、レ
   ンズをプラスチック材料で構成してなることを特徴とす
   る集光レンズ。