JPS61189512A - 非球面単レンズ - 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】 〔技術分野〕 本発明はレーザあるいはＬＥＤ等はぼ単色なる光を集光
あるいはコリメートする為に用いられるレンズ特にＮＡ
が０．３５程度までで比較的広視野にわたって収差補正
を行なった非球面単レンズに関するものである。

〔従来例〕

従来、非球面単レンズとしては特開昭５７−６４７１４
号公報、特開昭５７−２０１２１０号公報、特開昭５８
−１７４０９号公報、特開昭５８−６８７１１号公報等
に提案されている。しかしこれらの提案はいずれも主と
して光ヘツド用対物レンズとして設計されたものであり
、従って軸上近傍の極く僅かな範囲でしか収差補正が行
なわれておらず例えばこれＩらコリメータとして用いた
場合レンズ光軸上の焦点位置の極く限られた位置に光源
を配置しないかぎり収差が発生してしまい、調整等に苦
慮することが少なくなかった。

〔発明の要旨〕

本発明の目的は、従来の非球面単レンズに比して、遥か
に広い視野にわたって収差補正することにより、組み立
て調整上の精度を緩和した非球面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ては、単しンズを縮小
倍率で使用する場合、光束が単レンズに入射する物界側
より像界側にかけての第１の面が非球面、第２の面が像
界側に凸なる面を向けた曲率半径ｒの球面であり、前記
非球面は光軸近傍での曲率がほぼ零であり、光軸から離
れるに従って物界側へ面が傾むく非球面形状である。即
ち、非球面の形状は、全体としては物界側へ凹なる面を
向けた形状であり、光軸に垂直な面からの非球面量は、
光軸から離れるに従って増加するものである。更に、レ
ンズの軸上肉厚をｄとすると、 −１１ｄ＜ｒ＜−０，９ｄ なる値を満足することにより上記目的を達成せる非球面
単レンズが得られたものである。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る非球面単レンズの一実施例のレン
ズ断面を示す図で、コンパクトディスク、光ディスク等
の装置に集光レンズとして使用される場合の光路図が示
されている。従って、非球面単レンズは縮小倍率で使用
される場合の図で、光束入射側を一般的に物界と表わす
と、物界側の面２が非球面、像界側の面３が球面となる
。尚、第１図に示す使用法と逆の使用法、即ち半導体レ
ーザ等のコリメーターとして拡大倍率で使用する場合に
は、物界側に球面３、像界側に非球面２が来ることにな
る。以下、適宜第１図を参照して本発明を詳述する。

本発明に係る非球面単レンズは、例えば光ヘツド用対物
レンズの様に軸上近傍の収差のみの補正を目的とし主と
して球面収差とコマ収差を除去すれば良いレンズとは異
なり、比較的広視野にわたって結像性能を維持させるた
め、更に非点゛収差も除去しなければならない。

以下「レンズ設計法」　（松居著；共立出版）に詳述さ
れた表記法を用いて本発明を詳述する。

同書の８７頁から８８頁にかけての記載によると、１つ
の球面に対する３次の収差係数Ｉ。

ｎ、ｍ、ｒｖ、ｖは Ｉ＝ｈ　（ｈＱ）　２　（ｈΔ（青））　　　　　−−
−（１）ｒｒ＝ｈ　（ｈＱ）　（ｈＱ）　（ｈΔ（鰺）
−−−（２）［［Ｉ＝　ｈ　（ｈＱ）　（ｈΔ（Ｍ）　
）　　　　　−＝−（３）ｒｖ＝ｍ＋ｐ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　−＝−（４）Ｖ＝　’Ｅ　（
ｈＱ）　２（ｈΔ（ＴＫ）　）　”（ｈＱ）　（ｈΔ（
Ｍ）　）−（５）と表わせる。ここに示されるΔ（Ａ）
　　は近軸結像公式 ％式％（６） 特にこれを単レンズの第１面に当てはめるならばｎ−１
１１ Δ１　（■）　＝７百十（、Ｔ−１）六　　−−−−（
９）となる、従って、第１図に示す如く単レンズ１に対
してほぼ平行な光束が入射する場合には、ｓ１＝■とな
るので、第１面の曲率半径をｒ１＝（１）とすることに
より、Δ１（’Ａ）　＝０とすることが出来る。即ち、
第１面の曲率を零とする時に、第１面に平行光束が入射
すると、第１面で発生する球面収差１１．コマ収差■１
、及び非点収差ｍ１の値は、 工１−■１＝ｍ１＝。

となる。

又、レンズの瞳の位置を第１面２の位置と一致させ、更
に像界側に凸なる面を向ける第２面３の曲率半径ｒＶｌ
ｔ−レンズの肉厚ｄと等しく設定すると、瞳の中心を通
過する瞳近軸光線は、第２面の自車中心から第２面へ入
射する場合に相当するので、この瞳近軸光線は第２面で
屈折されることなく、第２面から像界側へ出射する。

即ち第２面と瞳との距離ｔを、１ｔｌ＝ｄとするこ゛と
により、 Ｃ１＝Ｎ’（上−１ ｒ　　　Ｔ）−−（１０） であるから、１ｔｌ＝ｄの時、−ｒ＝ｄとすることによ
り（１０）式に示すＱ＝Ｏとなる。

尚、ｒは符号を含んだ値であり、その曲率中心位置が第
１面に示す如く面３より物界側に存するので、ｒは負の
値としている。この時、（２）、（３）式より明らかに
、第２面での軸外収差である。

コマ収差■２及び非点収差ｍ２は ｎ２＝ｍ２＝。

となる、然しながら、第２面３では、球面収差■２を零
とすることが出来ないので、第１面２に非球面を導入し
、第１面で球面収差１１を発生させ、ｚｌ＝−ｒ２とす
ることにより球面収差を補正する。尚、第１面に非球面
を導入しても、瞳近軸光線の入射高ＦＬ、は、Ｈ１＝Ｏ
である為に、第１面で発生するコマ収差■１、及び非点
収差■１を、ｎｌ＝ｍｌ＝ｏの値のままとすること、が
出来る。

第１面での非球面の形状を表わす形式として、便宜上、
光軸上に光の、進行方向に一致してＸ軸、それと直交方
向で且つ第１面の面の頂点を通る様にｙ軸を取った時、
ｙ座標のＨに於ける球面からの変位量ΔＸが Δｘ＝ＢＨ４＋ＣＨ６＋ＤＨ８＋ＥＨ１０で表わされる
ものとする。第１面での球面収差で第２面での球面収差
を打ち消す為には、第１面の非球面の係数値Ｂ１を、 Ｂ１−１−Ｉ２／８　（ｎ−１）　ｆ３と設定する。こ
こで、工２は一般に正の値である為に、Ｂｌは負の値と
なり１、このことにより、第１面の非球面の形状は、物
界側へ変位する形状を取らねばならないことが分る。同
様にして残存する球面収差を除去する様に非球面係数Ｃ
，Ｄ、Ｅ等を決定することにより球面収差、コマ収差。

非点収差を補正したレンズを具体化できる。

上述した記述では、第２面の曲率半径の値ｒを。

レンズの肉厚ｄと合致させれば、球面収差、コマ収差及
び非点収差を完全に除去出来るとしたが、必ずしも、こ
れ等の収差を完全に除去する必要はなく、ｄとｒの関係
が −１，ｌｄ　＜　ｒ　＜　−〇、９ｄ の値の範囲内にあれば、実用上の使用に際して収差を充
分に補正したレンズが得られる。尚。

ｒとｄの関係がこの関係式を逸脱する収差″補正、特に
コマ収差の補正が困難になり、広画角で使用可能な単レ
ンズを得ることが困難となる。

以下に本発明に係る非球面単レンズの三つの実施例を示
す、尚、ｆはレンズの焦点距離、　Ｎ、Ａは開口数、ｒ
ｌは第１面の光軸近傍での曲率半径、ｒ２は第２面の曲
率半径、ｄはレンズの軸上肉厚、ｎは屈折率である。更
に、Ｂ、Ｃ，Ｄ。

Ｅは第１面の非球面係数、工は球面収差、■は＊ コマ収差、■は非点収差、■は輪帯球面＊ 収差、　ＩＩ　は輪帯コマ収差、Ｐはペツツヴアール和
である。又、実施例１の縦収差を第２図（Ａ）に、同じ
く横収差を第２図（Ｂ）に、実施例２の縦収差を第３図
（Ａ）に、同じく横収差を第３図ＣＢ）に、実施例３の
縦収差を第４図（Ａ）に、同じく横収差を第４１Ｊ！Ｊ
（Ｂ）に示す。

実施例１ ｆ　＝　１０　　　　　　　ＮＡ＝　０．２５ｒ１　＝
　ｏｏ　　　　　　　ｒ２＝−８，０５９３ｄ　　＝　
　８．０５９３　　　　　　　　　ｎ　　＝　　１８０
５９３Ｂ　　＝−７，７８７８９Ｘ１０−４ Ｃ＝−１，４７２０６Ｘ１０’−５ Ｄ　　＝−３，１７４３９Ｘ１０−７ Ｅ　　＝−１，７７５１７Ｘ１０−１１Ｐ　　＝　　０
．５５３７３ 実施例２ ｆ　＝　１０　　　　　　　ＮＡ＝　０．３２５ｒ１．
、　ａｏ　　　　　　　ｒ２＝−８，０５９３ｄ　＝　
８．０５９３　　　　　ｎ　＝　１．８０５９３Ｂ　＝
−７，７８７８９ＸｌＯ−４ Ｃ＝−１，４７２０６Ｘ１０−５ Ｄ　＝−２，４２８４１Ｘ１０−７ Ｅ　＝−２，５７９７６Ｘ１０−８ ＊　　　　＊ ■＝■＝ｍ＝　Ｉ　＝■＝Ｏ Ｆ　＝０．５５３７３ 実施例３ ｆ　＝　１０　　　　　　　ＮＡ＝　０．３５ｒ１工ｏ
ｏ　　　　　　　ｒ２　＝−８，０５９３ｄ　　＝　　
８．０５９３　　　　　　　　　ｎ　　＝　　１．８０
５９３Ｂ　　＝−７，７８７８９ＸｌＯ−４ Ｃ＝−１，４７２０６Ｘ１０−５ Ｄ　　＝−１，７３０８２ＸｌＯ−７ Ｅ　　＝−３，１６６０２Ｘ１０−８ Ｐ　冨　０．５５３７３

【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一実施例のレン
ズ断面図、第２因（Ａ）、ＣＢ）、第３図（Ａ）、（Ｂ
）及び第４図（Ａ）、（Ｂ）は各々、本発明に係る非球
面単レンズの各実施例の諸収差を示す図。 ｌ−一非球面単レンズ、 ２−一第１面（非球面）、 ３−一第２面（球面）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レンズを縮小倍率で使用する場合、物界側の第１
   の面が非球面、像界側の第２の面が像界側に凸なる面を
   向けた曲率半径ｒの球面であり、前記非球面はその光軸
   近傍の曲率がほぼ零であり、光軸から離れるに従って漸
   次物界側へ面が傾むく非球面形状であり、レンズ肉厚を
   ｄとすると、 −１．１ｄ＜ｒ＜−０．９ｄ なる条件を満足する事を特徴とする非球面単レンズ。