JPS61252518A - 単玉集光レンズ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンパクトディスクプレーヤまたはビデオデ
ィスクプレーヤ等の光学式高密度記録円盤に記録されて
いる信号を再生する装置の再生用レンズに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

コンパクトディスクプレーヤまたはビデオディスクプレ
ーヤの再生等に用いるレンズは、記録円盤上に高密度に
記録された信号を読み取らなければならないので、分解
能１μｍ程度の高分解能が要求される。さらに、記録円
盤上の情報信号を±０．１μｍ程度の正確さをもって±
０．５日程度追跡した場合（オートトラッキング）でも
、また記録円盤の動揺により再生用レンズとの間隔が変
動した場合でも光ビームは常に記録円盤上に集光（オー
トフォーカス）されており、上記高分解能が保持されて
いなければならない。

上記オートトラッキング、オートフォーカスを実現する
方式の一つとして従来再生用レンズの対物レンズ自体を
振らせる方式のものがある。第４図に従来の再生用レン
ズの構成を示す、第４図において、（１）は点光源、セ
）は偏光ビームスプリンタ等の平行平板、（４）は記録
円盤、（５）は集光点、（６）は発散光、（ηは集光束
光、（８）は光軸、（９）はコリメータレンズ、α呻は
対物レンズ、ａｒＪは平行光である。

次に、動作について説明する。光源（１１からの発散光
（６）は、コリメータレンズ（９）により光軸（８）に
平行な平行光ａｌｌに変換され、対物レンズα・に入射
したのちに収束光（７１となり、記録円盤（４）上の集
光点（５）に集光する。このような構成において、対物
レンズａ・自体を上記記録円盤（４）上の情報信号トラ
ンクに対して直角、たとえば第４図においてＹ軸方向に
平行移動させて対物レンズｍの光束集光点（５）を移動
させるようにしオートトラッキングを実現している。ま
た、オートフォーカスに対しては対物レンズαのを光軸
（８）に平行、すなわち第４図においてＺ軸方向に平行
移動させて記録円盤（４）が対物レンズαｌに対して遠
ざかるかもしくは近づいた場合でも常に対物レンズ０１
と記録円盤（４）との間隔が一定になるようにしている
。この場合、原理的には対物レンズ０１の軸外収差の補
正は不要であるが、対物レンズＱｌ自体を動かすので小
型軽量のものが要求される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

対物レンズとして単玉の非球面レンズを用いたものが、
特開昭５７−２０１２１０号公報に示されているが、非
球面を用いているにもかかわらず、平行光束に対してし
か良好な集光スポットが得られず、例えば半導体レーザ
を点光源として用いる場合には発散光（６）を平行光Ｑ
ｌ）に変換するコリメータレンズ（９）が必要であり、
装置の小型化を図るための困難さがあり、また部品点数
が減らないという欠点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、コリメータレンズと対物レンズの作用を単玉
のレンズで可能ならしめるようにしたもので、しかもＮ
Ａにューメリ力ルアパーチャ）が０．４５〜０．５、作
動距離が２目以上あり、収差の補正された小型軽量の単
玉集光レンズを提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る単玉集光レンズでは、面形状をそれぞれ
一般非球面とし、第１面の基準形状を楕円面、第２面の
基準形状を双曲面とし、さらに非球面補正項の展開係数
を後述の条件式（２）および条件式（３）のごとく選択
するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における単玉集光レンズは、上記のような形状
になっており、また条件式（２）および条件式（３）の
ように選択されているので、近軸領域で発生する３次収
差のうちの球面収差とコマ収差とを補正でき、点光源に
対してレンズの相対位置関係がオートトラッキング、オ
ートフォーカスの追従範囲で変化しても記録円盤上で集
光スポットは回折限界の値になっている。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、光軸（８）を２軸とし、発散光（６）の入
射する第１面（３ａ）および第２面（３ｂ）の頂点（３
ｃ）および（３ｄ）を原点とするｘ、ｙ、ｚ直角座標系
において、 ・・・・・（１） ただし、 ｈ”＝ｘ”＋ｙ” Ｃ：頂点における内接球面の曲率 に：円錐定数 ＾、Ｂ、　Ｃ，Ｄ：それ、ぞれ４次、６次、８次、１０
次の展開係数 で表される軸対称一般非球面形状の第１面（３ａ）およ
び第２面（３ｂ）からなる単玉レンズ（３）で構成し、
上記第１面（３ａ）の頂点（３ｃ）での内接球面の曲率
ｃ。

と上記第２面（３ｂ）の頂点（３ｄ）での内接球面の曲
率ｃ８とレンズ厚ｄを焦点路１１ｆと横倍率βとレンズ
媒質の屈折率ｎｅと上記点光源（１）と第１面（３ａ）
までの換算面間隔ｌおよび第２面（３ｂ）と像点までの
換算面間隔Ｗとによって近軸結像関係により定まる値と
し、かつ第１面（３ａ）の円錐定数に１を−１〈Ｋ１く
０、第２面（３ｂ）の円錐定数に露をＫｇ＜−１のどと
（選定し、さらに第１面（３ａ）の４次の展開係数＾。

と第２面（３ｂ）の４次の展開係数Ａｔとをそれぞれた
だし、 ｃｃｓ＝　　　　　　　　　　　　　　　（ｃｃｌ　＋
ｃｃｚ）ｄｂｌａｔ”（ｎｅ−１） ５ｃｓａ　−（ｓｃ、　＋ｓｃｚ　＋ａｚ’（ｎｅ−１
）ｃｃｓ）ｎｅ−１ １ｎｅ ｂ、−□ ｉβ ｊ＝ａ＋ｂ／ｎｐ＋ｃ　％　ｎｐ：入射光の波長におけ
る平行平板（２）の屈折率 ｗ叶ｄ＋ｔ／ｎｄ、、ｎｄ：入射光の波長における記録
円盤（４の屈折率 のごとく選定するものである。

例えば、上述の対物レンズを動かしてオートトラッキン
グと、オートフォーカスを行うコンパクトディスクプレ
ーヤもしくはビデオディスクプレーヤに本発明を適用す
る場合、コリメータレンズの作用も同時に行うので、点
光源に対してレンズの相対位置関係がオートトラッキン
グ、オートフォーカスの追従範囲で変化しても集光スポ
ットが回折限界となるため軸外収差を補正することが必
要となる。この領域で発生する収差は大部分球面収差と
コマ収差である。

条件式伐）は、オ発明の単玉集光レンズ（３）の第１面
（３ａ）および第２面（３ｂ）を球面としたときに発生
する球面収差を、第１面（３ａ）と第２面（３ｂ）を非
球面とすることにより補正するために設けた条件である
。

条件式（３）は正弦条件を良好に保つために設けたもの
であって、第１面（３ａ）を球面としたときに発生ずる
コマ収差を第２面（３ｂ）を非球面とすることにより良
好に補正するためのものである。

なお、第１面（３ａ）の頂点（３Ｇ）における内接球面
の曲率ｃ１、第２面（３ｂ）の頂点（３ｄ）における内
接球面の曲率ｃ８およびレンズ厚ｄは、光源（１１と集
光点（５）の位置、焦点距離ｒと横倍率β等が与えられ
れば決定されるものである。

第１図において、光源（１）からの発散光（６）は、平
行平板（２）を通過した後に単玉集光レンズ（萄の第１
面（３ａ）に入射して屈折し、同レンズ（３）中を伝搬
した後に第２面（３ｂ）で再び屈折し、収束光（ηに変
換されて集光点（５）に集光する。

次に、表に第１の実施例、第２の実施例の数値例を示す
、ここで、表の文字の添字はレンズ（３）の第１面（３
ａ）および第２面（３ｂ）の別を示す、第１の実ｓ例で
は、Ａｌｆ”−−ｏ、２ａａａ、Ａｔｆ”−−０，２４
５２Ｊ！：、ｆｌっており、第２式をｆで規格化した値
−０，４２８８＜＾Ｉｆ”＜−０，２１２９の範囲およ
び第３式をｆで規格化した値＾ｔｆ’＜０．０１９８８
の範囲内に入っている。また、第２１７）実ｍ例テハＡ
Ｉｆ”−−０，２１８５、Ａｄ”−一０．０７１１とな
っており、第２式をｆで規格化した値−０，３７３８＜
＾Ｉｆ’＜Ｑ、０２５４Ｂの範囲および第３式をｆで規
格化した値＾！ｆ”＜０．７８０４の範囲内に入ってい
る。

第２図および第３図にそれぞれ第１の実施例と第２の実
施例に対応する球面収差と正弦条件とをグラフで示す。

表 なお、上記実施例では、この発明の単玉集光レンズを再
生専用の光学式高密度記録装置に適用した場合について
述べたが、光メモリ等の書込み可能な光デイスク装置の
集光レンズとして使用してもよいことはいうまでもない
。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば単玉レンズの面形状を
それぞれ一般非球面形状とし、かつ第１面の基準形状を
楕円面とし、第２面の基準形状を双曲面とし、さらにそ
れぞれの面の非球面補正項展開係数を条件式（２）およ
び条件式（３）のように選択しているので、コリメータ
レンズと対物レンズの作用を単玉レンズで可能とし、し
かも近軸領域で発生する収差の補正された、小型軽量で
量産効果の大きい集光レンズを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による単玉集光レンズの構
成を示す図、第２図はこの発明の一実施例の収差を表す
グラフ、第３図はこの発明の他の実施例の収差を表すグ
ラフ、第４図は従来の集光レンズの構成を示す図である
。 図において、（１）は点光源、（２）は平行平板、（３
）は単玉集光レンズ、（３ａ）は第１面、（３ｂ）は第
２面、（３Ｇ）および（３ｄ）は頂点、（４）は記録円
盤、（５）は集光点、（６）は発散光、（７）は集束光
、（８）は光軸、（９）はコリメータレンズ、（至）は
対物レンズ、ａＤは平行光である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 点光源からの発散光を所定の像点位置に集光する単玉集
   光レンズにおいて、光軸をＺ軸とし、上記発散光の入射
   する第１面および第２面の頂点を原点とするｘ、ｙ、ｚ
   直角座標系において、Ｚ＝ｃｈ＾２／（１＋√（１−（
   １＋Ｋ）ｃ＾２ｈ＾２）＋Ａｈ＾４＋Ｂｈ＾６＋Ｃｈ＾
   ５＋Ｄｈ＾１＾６ただし、 ｈ＾２＝ｘ＾２＋ｙ＾２ ｃ：頂点における内接球面の曲率 Ｋ：円錐定数 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：それぞれ４次、６次、８次、１０次の
   展開係数 で表される軸対称一般非球面形状の第１面および第２面
   からなる単玉レンズで構成し、上記第１面の頂点での内
   接球面の曲率ｃ＿１と上記第２面の頂点での内接球面の
   曲率ｃ＿２とレンズ厚ｄを焦点距離ｆと横倍率βとレン
   ズ媒質の屈折率ｎｅと上記点光源と第１面までの換算面
   間隔ｌおよび第２面と像点までの換算面間隔ｗとによっ
   て近軸結像関係により定まる値とし、かつ第１面の円錐
   定数Ｋ＿１を−１＜Ｋ＿１＜０、第２面の円錐定数Ｋ＿
   ２をＫ＿２＜−１のごとく選定し、さらに第１面の４次
   の展開係数Ａ＿１と第２面の４次の展開係数Ａ＿２とを
   それぞれ （ｓｃｓ）／８＜Ａ＿１＜（ｓｃｓ＋Ｃ＿１＾３）／８
   Ａ＿２＜（ｃｃｓ＋ｃ＿２＾３）／８ ただし、 ｃｃｓ＝（ｎｅ）／（ｄｂ＿１ａ＿２（ｎｅ−１））（
   ｃｃ＿１＋ｃｃ＿２）ｓｃｓ＝１／（ｎｅ−１）（ｓｃ
   ＿１＋ｓｃ＿２＋ａ＿２＾４（ｎｅ−１）ｃｃｓ）ｃｃ
   ＿１（１／ｌ＋ｃ＿１）（（ａ＿１）／（ｎｅ＾２）−
   １／ｌ）ｃｃ＿２＝−ｂ＿１（１＋ｃ＿２ｄ）（ａ＿１
   ＋ａ＿２ｃ＿２ｎｅ）・（ａ＿１（１−１／（ｎｅ＾２
   ））＋ａ＿２ｃ＿２（ｎｅ−１））ｓｃ＿１＝（１／ｌ
   ＋ｃ＿１）＾２（（ａ＿１）／（ｎｅ＾２）−１／ｌ）
   ｓｃ＿２＝ａ＿２（ａ＿１＋ａ＿２ｃ＿２ｎｅ）＾２・
   （ａ＿１（１−１／（ｎｅ＾２））＋ａ＿２ｃ＿２（ｎ
   ｅ−１）ａ＿１＝１／ｌ＋（１−ｎｅ）ｃ＿１、ａ＿２
   ＝１＋ｄ／（ｎｅ）ａ＿１、ｂ＿１＝１／ｌβ のごとく選定したことを特徴とする単玉集光レンズ。