JPS61177408A - 光情報記録媒体の記録再生用対物レンズ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特に光源光を直接光ディスク等の光情報記
録媒体の情報記録面に集光するのに適した２枚のレンズ
構成から成る記録再生層対物レンズに関する。

〔従来の技術〕

光ディスク等の情報記録媒体への記録再生装置に用いら
れる光学系で、近年最も一般的なものは、第１３図に示
すように、光源４を出た光をフリメータレンズ３で平行
光にし、対物レンズ２によって情報記録面１に集光させ
るものである。この光学系では、光ディスク等の面振れ
に対しては対物レンズ２を光軸方向に動かすことによっ
て７オーカシングな行っている。

この方式は、対物レンズ２を動かしても光学系の性能が
不変であるという長所を持っている反面、対物レンズ２
とコリメータレンズ３と２つのレンズを必要とするため
光学系が高価になるという問題がある。

このことから光学系のコストダウンのため、第１４図、
第１５図に示すようにコリメータレンズを用いず、光源
４からの光を対物レンズ２で直接に情報記録面１に集光
する方式が精力的に研究されつつある。

第１４図に示すものは、７オーカシングは対物しンズ２
のみの移動で行うが、移動によって対物レンズ２の開口
数、性能が変化するため、あまり結像倍率を大きくする
ことが出来ず、基準結像倍率は−１７４０〜−１７８程
度であった。

近年コンパクト・ディスク再生用光学系においては、 （１）光学系のコンパクト化が要求されること。

（２）コンパクト・ディスクの品質向上によって、７オ
ーカシングの可能範囲が狭くても実用上問題がなくなっ
て米た。

などの理由によって光学系を見直した結果、第１４図に
示す光学系を基準結像倍率−１７４程度で使用すること
が可能であることが明らかになってきた。

一方、第１５図に示すものは、光源４と対物レンズ２を
含む光学系全体のユニット５を動かして７オーカシング
を行うものであり、７オーカシングのための間口数の変
化や性能劣化がないが、ユニット５をできるだけ軽量に
するために、必要な作動距離を確保しつつ光源４と情報
記録３面１との距離を小さくすることが重要となる。こ
のため結像倍率は−１７６〜−１７２と、第１４図に示
す光学系と比較して大きくとる必要がある。

第１３図の光学系の対物レンズとして使用されている対
物レンズの代表的なものとしては、特開昭５５−４０４
８号公報、特開昭５８−８７５２１号公報、特開昭５９
−１７４８１０号公報に記載されている２群３枚構成の
ものがある。

また、これらの目的で考案され提案された対物レンズは
非常に多種類にわたっている。

一方、第１４図ないし第１５図の光学系の対物レンズと
して使用するために考案された対物レンズとしては、特
開昭５９−８６０１８号公報に記載のものがある。これ
は、結像倍率−１７４でＮＡ０．４５の仕様で３群４枚
構成となっているが、３群構成であり、鏡枠構造が複雑
となり、非常に作りづらいレンズであるといえる。また
ＮＡが０．４５であるためコンパクトディスクの再生用
対物レンズには使用可能であるが、ビデオディスクの再
生用対物レンズのように開口数が０．５〜０．５３程度
必要なものには性能が不十分である。

さらにＤＲＡ−用対物レンズや光ディスクの記録用対物
レンズは光源光のエネルギーを有効に活用するため、第
１３図の光学系においては開口数０．２５ないし０．３
のコリメーターを使用し、コリメータレンズと対物レン
ズをあわせた光学系の結像倍率を一１７２程度にする必
要がある。すなわち、ＤＲＡＨや尤ディスクの記録用光
学系でコリメータレンズを省略するためには、結像倍率
−１７２でＮＡ　Ｏ，５と非常に大口径な対物レンズを
必要とすることになり、レンズの構成枚数もさらに多く
しなければならな−１。

近年レンズの屈折面を非球面化することで、球面レンズ
に固有の球面収差を補正することで、レンズの構成枚数
を減らしコストダウンを達成しようという試みがなされ
ている。これらのうち２枚構成のものは、特開昭５５−
４５０８４号公報、特開昭５８−２１９５１１号公報、
特開昭５９−７９１７号公報、特開昭５９−９６１９号
公報、特開昭５９−４８７２４号公報、特開昭５９−４
９５１２号公報、特開昭５９−４９５１３号公報に記載
のものがある。

これらのレンズは第１３図の光学系の対物レンズとして
使用するために考案されたレンズであり、光源と情報記
録面との距離が小さい場合に用いることはできない。

先に、球面レンズについて述べた事実から、これらの対
物レンズの光源側に正の屈折力を有するレンズを追加す
れば結像倍率が−１７４でＮＡ０．４５程度のレンズを
構成することは容易であることは明らかである。

しかし、レンズが３群構成となり前述のような問題点が
あり、２群構成の虫まで光源と情報記録面との距離が小
さい場合に最適に使用できる明るい光デイスク用対物レ
ンズが望まれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、前述の状況からなされたもので、光源と情
報記録面との相離が短い場合に最適に用いられる明るい
２枚構成の光デイスク用対物レンズを提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、対物レンズの構成を、光源側から順に、正
の屈折力を有する第ルンズと、正の屈折力を有し、光源
側および像側の両方の面が非球面である第２レンズより
構成され、下記の条件ｏ　　＜　−＜ｏ、ｓ　　（ｉ） 但し　ｆ：全系の合成焦点距離 ｆ、：第ルンズの焦点距離 を満足することを特徴とする大口径の光情報記録媒体の
記録再生用対物レンズを提供するものである。

〔作用〕

像側の開口数および焦点距離が一定の場合には、光源と
情報記録面との距離が短くなるほどレンズの有効径が大
きくなり、収差補正が困難になる。

光ディスダ用対物レンズでは、球面収差および正弦条件
を良好に補正する必要があるが、上述のような大口径の
対物レンズの場合には、１面の非球面だけでは収差補正
が不十分となる。

そこで、２枚構成レンズの屈折面４面のうち２面を非球
面化するが、２枚のうち１枚のレンズは球面レンズとす
ることが可能であればレンズのコストアップはほとんど
ない。この発明では光源側の第２レンズの両面を非球面
化することで球面収差および正弦条件の補正を行ってい
る。

条件（１）はこの第ルンズの屈折力配分を決める条件で
レンズの非球面化によって効果的に収差を補正できる範
囲を示す。

一般によく知られているように、球面収差は非球面を導
入することで補正が可能である。３次収差論によると非
球面化による３次の球面収差の補正効果は、非球面量を
一定にすると光線高の４乗に比例する。同様の条件でｎ
次の球面収差（ｎ≧３、ｎは奇数）の補正効果は、光線
高の（ｎ＋１）乗に比例する。よって光線高が小さい面
で球面収差を補正しようとすると非球面量が大きくなる
。

条件（１）の上限を超えて第ルンズの屈折力が大きくな
ると第ルンズがその焦点距離にくらべて着しく大７ロ径
となること、および第２レンズの屈折面における光線高
の減少という２つの理由で、球面収差の補正をするのに
、先に説明したように非球面量が大きくなり加工上不利
である。さらに第２レンズの屈折力が小となることから
、第２レンズの両面を非球面化しても正弦条件を良好に
補正することが困難となる。

逆に下限を題えて負となると、第ルンズでは正の球面収
差を発生するが、第２レンズでは、それ以上の負の球面
収差が発生し、レンズを非球面化したとしても、大口径
でしかも物像間距離が短い場合は、球面収差、正弦条件
の凹凸が大となり、球面収差の最大値を小さくおさえて
も波面収差の値は大きくなってしまう、また第２レンズ
が大きくなってしまうという欠点もある。

さらにこの発明のレンズは第２レンズの光源側の面の頂
点曲率半径をｒ５、ｎ２を第２レンズの屈折率として を満足することが望ましい。

条件（２）は非球面レンズである第２レンズの光源側の
面の頂点曲率半径に関するもので、第２レンズはそれ自
体球面収差、コマ収差の発生が少ない形状にしておくこ
とが望ましく、特に球面収差より補正が困難なコマ収差
に注目して条件を定めた。

上限を超えて大となると正弦条件がオーバーと゛なり逆
に下限を超えると正弦条件がアンダーとなり、いずれも
必要な像高内での収差が劣化する。

さらに第２レンズの軸上厚ｄ、に関して次の条件を満足
することが望ましい。

なる、一方、屈折率の低いレンズでは、レンズの地厚を
確保するためレンズの軸上厚を大きくしなければならず
、（ｎｓ−１）ｄｉがある値より大で、ある必要がある
。

条件（３）はこのための条件で、下限を超えて小さくな
ると非点収差が大きく、またレンズの地厚。

が小さくなり、特に非球面レンズである第２レンズをプ
ラスチックの射出成形などで製造することは大きな困難
をともなう。

さらにこの発明の対物レンズにおいては、２枚の単レン
ズだけで、開口数の大きい発散光を収れん光に変換して
いる。第ルンズは発散光を収れん光に変換する作用を持
つ球面レンズであるが、このとき発生する負の球面収差
を出来るだけ小さくしなければならず第ルンズの光源と
反対側の面の曲率半径ｒ４が条件（４）を満足すること
が望ましい。

上限を超えて第ルンズの光源と反対側の面が凹できつく
なると、必要な屈折力を保つため第ルンズの光源側の面
が凸にきつくなる。このため軸上物点に対する最外側光
線の入射角が第ルンズの各面において大きくなり、負の
高次収差が大きく発生する。逆に第ルンズの光源側と反
対側の面が凸できつくなると、この面での屈折角が大と
なり、同様に負の高次収差が大きく発生する。

これを第２レンズの非球面化により補正するには非球面
の変形量が大きくなり、非球面を精度良く加工・製造す
ることが困難になる。

また条件（１）の下限をはずれて第ルンズの屈折力を０
もしくは負にすれば、条件（４）の範囲外であっても、
負の高次収差の発生はなくなるが、条件（１）のところ
で述べたような問題が発生し、大口径で物像間距離の短
いレンズとすることが困難となる。

〔実施例〕

以下この発明の対物レンズの実施例を示す。

表中の記号は、 「ｉ：光源側から第１番目のレンズ面の頂点曲率半径 ｄｉ：光源側から第１番目のレンズ面間隔ｎｉ：光源側
から第１番目のレンズ材料の屈折率 シミ：光源側から第１番目のレンズ材料のｄ線に対する
アツベ数 また、非球面形状は面の頂点を原点とし、光軸方向をＸ
紬とした直交座標系において、頂点曲率をＣ１円錐定数
をＫ、非球面係数をＡｉ、Ｐｉを非球面のべき数（Ｐ　
ｉ　＞　２．０）とするときで表わされる。

なお、表中にはカバーガラスＧの値も示しである。

実施例１ 「＝ＩＮ＾０．５３　　ｒａ＝−１／４ｒｉ　　　　　
ｄｉ　　　　ｎｉ　　　　Ｖ　ｉ３　　０．７４００６
　０，８４２１　１，４８５９５　５５．０４　−１．
６５１６６　０．５３６６ 非球面係数・べき数 第３面 Ｋ　＝　−７，６１５６９０−０１ ＾１＝　　６．６３６４６０−０２　　Ｐ１＝　　４．
００００＾２＝−６，６３０２８Ｄ−０２Ｐ２＝　　６
．００００＾３＝　　６．８０６４００−０２　　Ｐ３
＝　　８．００００＾４＝−１，２４５３９Ｄ−０１Ｐ
４＝１０．００００第４面 Ｋ　＝　−２，５５９３４０＋　０１ ＾１＝−１，３４７９３０−０１Ｐｌ＝　　４．０００
０＾２；３．０１６１９０−０１　　Ｐ２＝　　６．０
０００Ａ３＝−３，４０９０２０−０１Ｐ３＝　　８．
０’００６＾４＝　　１．１７２５２０−０２　　Ｐ３
＝　１０．００００一−＝、−０，２４６１ 実施例２ ｆ＝Ｉ　　　　ＮＡ　　Ｏ，５３ｍ＝−１７４非球面係
数・べき数 第３面 −＝　　　０．２４８９ ｆ。

−＝　　１．４５７１ −　　＝　　０．３１６７ 実施例３ ｆ＝Ｉ　　　ＮＡ０，５３　　ｔａ＝−１／４３　　０
．７６３８１　０．７８９５　１，６１５７２　５８．
２４　　１．７５１３０　０．４０７９ 非球面係数・べき数 第３面 Ｋ　　＝−９，０００５０ロー０２ Ａ１＝−７，６９０５２Ｄ−０３Ｐ１＝　　４，０００
０＾２＝　　６．２２５４３０−０３　　Ｐ２＝　　６
．００００＾３＝−８，０６８５５０−０３Ｐ３＝　　
８．００００＾４＝　　３．８５８３２０−０２　　Ｐ
４＝　１０．００００第４面 Ｋ　＝　−２，３１５２０Ｄ＋　００ ＾１＝　　５．２８９２２Ｄ−０１Ｐ１＝　　４．００
００＾２＝　　３．９４２２７０−０１　　Ｐ２＝　　
６．００００＾３＝−３，３６１４４０−０１Ｐ３＝　
　８．００００＾４＝　　９．７９５４３Ｄ−０３Ｐ３
＝　１０．００００−　＝−０，２０９４ 実施例４ ｆ＝Ｉ　　　Ｎへ〇、５３　　ｍ＝　−１／４ｒｉ　　
　　　ｄｉ　　　　ｎｉ　　　　ｙ　ｉ非球面係数・べ
き数 第３面 Ｋ　＝−７，２３０４７０−０１ ＾１＝　　４．９０８７０Ｄ−０２Ｐ１＝　　４．００
００＾２＝−４，５９４４３０−０２Ｐ２＝　　６．０
０００＾３＝　　１．２７８３５Ｄ−Ｏｆ　　Ｐ３＝　
　８，００００＾４＝　　１．３６３９８０−０２　　
Ｐ４＝　１０．００００第４面 Ｋ　＝　−２，５９１３２Ｄ＋　０１ ＾１＝−５，１０９８５Ｄ−０２Ｐ１＝　　４．０００
０＾２＝　　２．４６２８３０−Ｏｆ　　Ｐ２＝　　６
．００００＾３＝−３，１７１５５０−０１Ｐ３＝　　
８．００００＾４＝　　１．６４９６００−０１　　Ｐ
３＝　１０，００００−　＝−０，２６６５ ｒう 実施例５ ｆ　＝Ｉ　　　ＮＡ　Ｏ，５ｔａ＝−１／２非球面係数
・べき数 第３面 ］７＝０・３８９７ −　　＝　　１．７８２９ −　　＝−０，２８６１ 実施例６ ｆ＝Ｉ　　　　Ｎ＾　０．５３　　　輪＝−１１５ｒｉ
　　　　　ｄｉ　　　　ｎｉ　　　　ｊ／　ｉｌ　　　
１．２２５９４　０，３５２９　１．８２４８４　２３
．８２　　４．４０６７６　０．０２９４ ３　　１．１７１５５　０．５８８２　１，８２４８４
　２３．８４　　３．６６０１６　０．４４９１ 非球面係数・べき数 第３面 Ｋ　＝　−１，６９３５１Ｄ＋　００ ＾１＝　　３．１９５３１０−０２　　Ｐ１＝　　４．
００００＾２＝−６，５３４５７Ｄ−０２Ｐ２＝　　８
．００００＾３＝−３，０１３３８Ｄ−０２Ｐ３＝　　
８，００００＾４＝−１，２０３７９０−０２Ｐ４＝１
０．００００第４面 Ｋ　＝−１，１３２９５０＋　０１ ＾１＝−１，７６１７９Ｄ−０２Ｐ１＝　　４．０００
０＾２＝　　１．０７５９１０−Ｏｆ　　Ｐ２＝　　６
．００００＾３＝−１，７５１３３０−０１Ｐ３＝　　
８．００００＾４＝　　３．２３９２００−０４　　Ｐ
３＝　１０．００００−　＝　０．２２６９ 〔発明の効果〕 第２図、第４図、第６図、第８図、第１０図および第１
２図はそれぞれ実施例１ないし６の諸収差図である。こ
れらの図をみれば明らかなとおり、光デイスク用対物レ
ンズとしては十分な収差補正がなされている。

実施例１ないし４は結像倍率を一１７４倍として収差補
正を行ったものであるが、これらの実施例は第１４図、
第１５図に示す双方の光デイスク光学系の対物レンズと
して使用が可能であり、またＮ＾が０．５３と公知の対
物レンズと比較して明るいことから、ビデオディスクの
再生用光学系にも適用が可能である。

実施例５は結像倍率を一１７２倍としたもので、像側の
Ｎ＾が０．５、光源側のＮ＾が０．２５とＤＲＡＭや光
ディスクの記録用対物レンズとして最適である。また物
像間距離が非常に短く、光学系をコンパクトとすること
が可能であるため、今後要求されるであろう仕様に十分
対応できる。さらにレンズの構成材料には収差補正上の
制限がないため、プラスチックの射出成形技術等により
更にコストダウンが可能になる。

光デイスク用光学系においては、対物レンズの光源側に
偏光ビームスプリフタ等の光学素子を配置することが多
いが、上記の実施例の若干の設計変更によって対応が可
能である。

またｍ＝０のときも（１）ないしく３）の条件を満足し
ておけばこの発明は有効で第１３図に示す光学系の対物
レンズとして使用することができる明るいレンズを設計
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は第１の実施例の断面図と諸収差図。 第３図、第４図は第２の実施例の断面図と諸収差図。 第５図、第６図は第３の実施例の断面図と諸収差図。 第７図、第８図は第４の実施例の断面図と諸収差図。 第９図、第１０図は第５の実施例の断面図と諸収差図。 第１１図、第１２図は第６の実施例の断面図と諸収差図
。 第１３図は従来の光デイスク光学系の配置図。 第１４図、第１５図はこの発明の対物レンズを用いる光
学系の配置図。 １：光ディスク（光情報記録媒体） ２：対物レンズ ３：コリメータレンズ　　４：光源 ５：光源ユニット 出願人　小西六写真工業株式会社 第１図 珪＃刃又亙　　　　　　正弦粂イ牛　　　　　　　１．
依収差。 第２図 第３図 録゛面取蓬　　　　正焦千件　　　　非、弧取藁第−４
図 第５図 法面収差　　　　止５Ｌ泉伴　　　りょ、収五第６図 第７図 ｆ表面板爪　　　　Ｌ５東条件　　　　−１！点収瓜第
８図 第９図 抹゛面収ム　　　正５Ｌ条件　　　Ｍｌ’九収基第１０
図 第１１　図 球面本良　　　正菰免書　　　押ゑ、収見第１２図 第１３図　　　第１４図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと、正
   の屈折力を有し、光源側および像側の両方の面が非球面
   である第２レンズより構成され、下記の条件 ０＜ｆ／ｆ＿１＜０．８（１） 但しｆ：全系の合成焦点距離 ｆ＿１：第１レンズの焦点距離 を満足することを特徴とする大口径の光情報記録媒体の
   記録再生用対物レンズ。