JPS6188213A - 結像光学系 - Google Patents

結像光学系

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JPS6188213A
JPS6188213A JP59209992A JP20999284A JPS6188213A JP S6188213 A JPS6188213 A JP S6188213A JP 59209992 A JP59209992 A JP 59209992A JP 20999284 A JP20999284 A JP 20999284A JP S6188213 A JPS6188213 A JP S6188213A
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JP
Japan
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lens
optical system
thickness
aspherical
image forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP59209992A
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English (en)
Inventor
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
Masayuki Suzuki
雅之 鈴木
Toshinori Ando
利典 安藤
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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
    • 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
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/08Anamorphotic objectives
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/24Optical objectives specially designed for the purposes specified below for reproducing or copying at short object distances

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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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〕 本発明はビデオ及びオーディオディスク、光メモリ装置
等に用いられる対物レンズ及びコリメータレンズの41
毛な結像光学系に関するものであり1時にHAが0.5
5程度までで軸上近彷の収差補正を行なった結像光学系
に関するものである。
〔従来技術〕
光メモリ等に用いられる対物レンズは特公昭52−44
209号公報、特開昭52−148143号公報等で提
案される様な6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向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、元軸及び間隔の組
み立て山整等の要因がコスト高の原因ともなっている。
仁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57
−64714号公報、h¥bi1昭57−201210
号公報、特洲昭58−17409号公報、 41、H開
閉58−68711号公報に提案されている。し〃・し
ながらこれらの提案を・よいずれも両面とも非球面ない
し、1面が非球面もう1111iが球面?用いた夕1プ
でりシ。
一般に光mの11゛f答平行偏心城が1〜2μm程度と
極めて高1.゛j度を必要とし、欽■F値に対し、実際
に裏作されたレンズの性能として充分なものを得ること
が1(1・ご(でめった。
〔発明のセミを砒〕
本丸明の目的は、製造が得易で且つ結像性能が良好な結
像光学系を提供することにある。
本う6萌に係るに5怪光学系に於いては、光軸から高れ
なに従って次第に曲率半径が大きくなる非球面形状の第
1面と、平曲状の第2面とを有する非球面単レンズと、
心太に応じて前記非球面単レンズの第2而1’!+1に
配された平行10・ピ(とから成る。そ〔て、この非球
面単レンズの焦点距Ii9をf、軸上の内厚をd、屈折
率(rn、開口数をNA、該単レンズの第1面の光軸近
傍の曲率半径ir1、そして前記平行平板の厚もをtと
すると・ 1.2 (q (1,5 1,68(n O≦t を満足することにより、上記目的を達成するものである
ここで必要に応じて配される平行平面板とは。
例えば元ディスクDADに用いられる記録媒体の基板ガ
ラス、或いは半導体レーサーの光束出射′ 窓の様なも
のを想定している。即ち、光ディスクでは記録媒体に集
光される光束な基板ガラスを介して照射されるし、 、
半導体レーザーからの光束をコリメートする場合には、
半導体レーザーからの光束で非球面単レンズによジコリ
メートされる光束は、半導体レーザーの保心用に設けら
れた出射窓を」1過した光束だからである。従って、こ
の様な秋用状想では、結像光学系は非球面単レンズの他
に平行平面板が配された光学系となるか、異なる使用状
た11としては。
非球面単レンズ年独で使用しても艮いことは言うまでも
ない、この場合は、前記榮件弐のtの値は零となるもの
である。
本発明iC係る結像光学系は主として軸上近傍の収差を
÷in正したレンズであり、特に上述した如くレンズ自
身をイ☆吻させてトラッキングを行なう椋にした光メモ
リ (ディスク)装置用対物レンズ及び、同様の装置に
用いられゐコリメータレンズVこ適するものである。
具体的には記録密度s FLR,み取シ性i+目、ディ
スク傾き等の関係よりNAが0.55程度で、光学的記
録情報をキズ、ゴミ等の影響を緩和する為に通常その厚
みが1.1〜1.5面程度の透明基板を通して0.1〜
0.2uφ程度の範囲で回折限界に近い結像性能を有す
るレンズ、及び半導体レーザ光を保す用の0.1〜1.
0面程度の逍#4琴板金介してコリメートし同レンズに
結合するレンズでらる。これらの目的で用いられるレン
ズの収差補正範西は原則的には光軸の一点のみの補正で
良いが入射光束の方向R’+差及び加工、セツティング
誤差等fある程度許容フる為にも0 、1−0 、2U
φ程度の範囲が適切である。焦点距離では寸法条件、9
!4存収差、動作距離のし1係より1通常ビーム径t−
2〜6fiφの範囲に設定した後lJAよυ決定される
光源には波長λが0.78〜0.84μm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4では、焦点距離をf、レンズ肉厚を4%第1而
の光・紬近傍の曲率半径をrl、レンズの屈折率をn1
記@媒体あるいはレーデ保錘用の透明基板の厚みをt1
動作距p3をW、D 、レンズ開口数をNA、光源波長
をλとし、レンズ面形状を表わす形式は元軸との交点に
於ける曲率半径をr1%光情上に元の進行方向に一致し
てX軸、それと手直方向で且つ而の頂点f1.lTiる
様にY・柚を取った時、y座標のHに於ける変量が X+=(H?/r+)/(1+J1(1+に1)(H+
/r+)”)+B、叶+C!、 H,’ +D、 H,
’+E、 H,1G+AI’l I(l 1’ +B、
’I H,l’ +C!、’l H,j7+D、’l 
II、 l’・・・・・・ (1) で炎わされるものとして以下詳述する。
〔実施例〕
本発明に係る結像光学系に於いては、一方の而が平面で
ある製造の容易な非球面触レンズを・flいるにも拘わ
らず、球面収差及びコマ収差を良好に補正するものであ
る。この為く、本発明に用いられる非球面単レンズは、
第1面の面形状が、光軸から離れるにつれて曲率半径が
次第に長くなる様な非球面形状及び第1而と反対側の第
2面が平面状なる形状を有する非球面レンズであり、平
行平面板を配する場合は、前記第2而側に平行平面板が
配される。そして、非球面単レンズの焦点距離をf、@
上肉厚をd1屈折率をn、開口数をNA%第1面の光・
紬近傍の曲率半径をrIsそして平行平面板の厚みをt
とすると、 1.2<q< 1.5    、+、z (2)1.8
(n        −・−−−(3)0≦t なる条件を満足している。即ち、第2面を平面で構成す
る為には、上述の条件の下では尤輻近傍の曲率半径r、
 Fi r、= (n −1)/f で表わされる。レンズ材料、及び焦点距離を決定した後
はレンズ肉厚、保■用平行平板、及び非球面形状により
球面収差とコマ収差を除去しなければならない。式の導
出に関しては省略するが一般にコマ収吃を除去する目的
で正弦条件を満足させるにはレンズの非球面形状は(1
)式で表わされるするとXとhの陰関数として局所的な
曲も半径が表現される。ここでhはレンズのNAに対応
して、通常瞳半径の0.8以上1.a以下の点で正弦条
件不満足量が0となる様に設定する。ここでレンズのJ
…折率#i<5)式を満足しないと正弦条件不満足qが
負の値で大きくなりh\0の点以外で0とすることが困
難であり、ま之1面でパワーを1得るためr、が小さく
なり大口径とすることができず特に対物レンズには適さ
ない。更にこれは(2)式で示す肉厚条件が小さくなる
ことによ秒相乗される。
一方、レンズの肉厚及び保濤用平行平板は正弦条件に影
響せず、主として球面収差に影響を与える。その寺はN
AK対して、&激忙増大し、肉厚には1次に比例する。
しかし、屈折率の依存度は4潜光学材料の範囲では少な
い、上記条件をふまえると、レンズ肉厚dと平行平板l
の厚みtの皿は、(2)式に設定するのが最適となる。
即ち(2)式の下限値を下まわると正弦条件不満足量を
0とする高さhが低くなりすぎ、逆に上限値を越えると
盤内でOとできなくなる。
以上より設計にあたってはこの条件内にレンズ肉厚及び
平行平板の厚みを設定した後球面収差を除去する様に非
球面面形状を決定することにより片側が平面の非球面項
レンズが得られる。
この非球面形状は井守出版「レンズ設計法」松居著等に
開示される3、5次収差係数や光4収差自体を最適化技
術により数値計算により求まる。
以下江本発明のレンズの実施例を示す。
ただし、”S、は第1図、・官2図に示す様にレンズ1
の第1面の光軸近傍の曲率半径、r、は第2面の曲率半
径、dはレンズ1の肉厚、nはレンズ1の波長FS S
 Onmにおける屈折率、W、Dけ作や距離、fはレン
ズ1の焦点距離である。noは平行平板2の屈折率、t
は同じく肉厚を示す。
・[1<Ic示す図は薄い平行平板を含んだ場合の結像
光学系を、42霞は非球面単レンズのみから成る場合の
結像光学系を示している。又、本実施し1に於いては、
物体距離は無限遠に設定されている。
JIE球面の形状はレンズの各面の頂点を原点とし、光
軸をX@、入射高をHlとするとき、回転対称2次曲面
ペースで入射高の10乗までの項を含んだ次式で表わす
が、この次数の制限は伊宜的なものでありこれに限られ
るものではない。
k、は円錐定数である。
H+t/r+ +B、・H,4+C,・H1@+DI・H−+ E、・
H,1G+A、′・H−+ B、’・H−+O,’・H
,’ +D、’・Hl。
以下に示す実施例1〜11の内、実施例1〜10は7g
1図に示す様に、結像光学系が非球面厖レンズ1と平行
平面板2より成る場合、実施例11は、第2図に示す様
に結像光学系が非球面足レンズより成る場合の実施例で
ある。431〜第13(9)は各実#4Mlの収差を示
す図で、第3□□□が実施例1の、第4陶が実施9’l
J 2の、第5南が実施例3の、第6図が実施例4の、
j187図が実施例5の、第8図が実施例6の、第9図
が実施例7の、第10囚が実M171J8の、第11図
が実施例9の、第12図が実施例10の、第15図が実
施例11の、各収差を示す。収差図に於いて、sp’m
は球面収差を、5Old正弦条件を、mはメリデイオナ
ル像面を、Sはサジタル像面を示す。
実施例 1(第3図) !=4.55      WD=2.59335r1=
L22522   r−居 d=2.On=1.74143 t=1,2       n、=1.4F!484に、
=−ta3q4s<1a   hI′=−1,1355
3y、to−’B1=−71,25506’(10B、
’=−1,96024X10Q、=−へay2sx1o
    c;=−s、aa736×1o−7D、=−4
,84449X10   D、’= 1,171S67
X10’″7E1=−1,15975X10 ”−’N
A=0.5 q = 145 実施例 2(@4図) f=4.55       VD=2.59355r、
 =!i、22522   r!=閃a=2.On=1
.74145 t=1.2        n、=1.48484に1
=  OAt =O B、=−2.OS 105X10  B、′=。
a、=−1,65683X10  c7=。
D1=−9,25843X10  D、′=。
J=−1,61926X10 NA=(15 q=135 実施例 5(第5図) f=7.OWD=4.4226 r1=5.19001     rl=閃+1=4.2
        n=1.7414 !1t=o、25
       nI、=1.50974に、=OA、′
=ワ B、=−5,04254×10   13.’=QO,
=−1,56112X10    C,’=QD、=−
5,757d5X10    D、’=OE、 =−1
,87514X10 NA=Oj 1 07 q、=1.41 実施例 4(第6図) f=6.6          WD =5.4484
r1=6j765      rt =OO(1=5.
2           n=1.74143t=o、
25         n6 =1.50974に、=
(]           A、’=0B1 =−2,
72105X10       ’B富′ = 00、
=−5,58056X10   0.’=OD、ミー9
,14688X10    D、’ =OK、 =−2
,69755KI Q” NA繭0.287 B q=1.t5 実施例 5(i基7図) f=8.7        WD=5.6058rl 
 =6.45044    r2 =閃a=5.1  
       n=1,74143t=o、25   
    n、 =1.50974に、=o      
   Ai’=OB1=−2,64679X10  B
 =。
v、 =−8,27118×10  D、/ =OE、
=−2.92641X1O NA=0.25 q=1.42 実施例 6(¥!、8区1) f=I S、OV/D=8.499 r、 =9.65859    rl =閲(1=7.
55        n=1,741 A 5t=o、
25       n、=1,50974x、=o  
       A、’=。
B、 ==−7,9763AXjn   B、 =0c
、 =−7,154j9”<10−’   0.’−Q
])、=−5,11056X1G’   D、’=OB
、=−9.tS7598X10 ” NA=0.1675 q=1.45 μ施例 7(第9園) f=3,955      vD=t、5275r、=
5.24994     rfiミ■d=2.95  
      n=1,82175t=1.2     
   n6 =1.48484に1=OA1′=。
131=−1,53y2s<ta−’  B1′=。
C+ ” C53942X10−’  Of+’ = 
ODl =−8,10898X10   DI′==0
ル、 =−1,70511Xl 0−’NA=0.55 +1=1j2 実施例 8(410図) !=4.55          WD=1.5 !S
 3rl  =5.76984     rfi  =
=OO(1=3.75           n=1.
86665t=1.2         n6 =1.
48484に、 =OA、’ =O B、=−1.1641X10     B’ =0c1
=−7,44oo1x1o    c1′=。
D、=−456875×10   D、′;OE、=−
人5554X10−’ q=1.31 HA−0,5 実施例 9(第11図) f=4.854        WD=5.1 599
rl  =138288     r! +=OOd=
1.472          n=1.69981t
 = 1.2          no  冨1,48
484に1=OA、’=O B1=−1,82181に10   B、’=001=
−1.29765’IO−’   O,’ =□D1社
−6.535tSIX1ff−’   D1’聴OE1
 ミー1.056F18X10−6NA=0.45 q = 1.29 実施例 10(第12図) f胃5,04          WD=5.4761
r@  =L48513     rl  =o6d=
L3 j            n−1,68876
t=1.2           no =1.484
84に、==Q            A1’==Q
B、=−1,68536X10−3  B、’=00、
 =−1,12084X10−4  C1’=OD1 
=−5,34706Xl 0−6  D、’ = OE
!、=−7,65183X10−7 NA=0.45 q=1.24 実施例 11(4113図) f=1 5.OWD=f1.5 21 r1  =9.65859     r! =cカcl
=7.8             n=1.741 
45no =1゜50974 に、=OA、’=O B、−−7.97654X10    B、’=00、
=−7,15419X10    C,’=QD、=−
5.11056×10    D、’=QE!、 =−
9,47598X10−11NA=0.1 675 q=1.45
【図面の簡単な説明】
第10及び@2図は各々、不発QI」に係る結像光学系
の概略を示す図、第5図、;1r、4肉1,715図、
46肉、17圀1.■8図、第9図、第10(2)、第
11図、第12図及び第13図は各々、本発明に係る結
1で光学系の各実施1−11に於ける諸収差を示す図。 1、・・・弁球m1単レンズ 2・・・・平行平面板 n、nす・・・・屈折率 a、t・・・・東11上肉厚 rr  ・・・・曲率半径 T   2 wn・・・・作動距雅 NA 、、、、開口数 SPH,、、、球面収差 Sa・・・・正弦条件 m、−1,メリデイオナル+1面 8・・・・ サジタル像面。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光軸から離れる従って次第に曲率半径が大きくな
    る形状を有する第1面と、平面状の第2面とを有する非
    球面単レンズと、必要に応じて前記非球面単レンズの第
    2面側に配された厚さをの平行板より成り、前記単レン
    ズの焦点距離をf、肉厚をd、屈折率をn、開口数をN
    A、前記第1面の光軸近傍の曲折半径をr_1とすると
    、 1.2<q<1.5 1.68<n 0≦5 但しq≡[(d+t)(1−NA^2)]/[f(n−
    1)^3]を満足する事を特徴とする結像光学系。
JP59209992A 1984-10-05 1984-10-05 結像光学系 Pending JPS6188213A (ja)

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