JPS62215222A - 光メモリ用集光レンズ - 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、集光レンズ、特にビデオ及びオーディオディ
スク、ディスク状又はカード状の光メモリ装置等の記録
及び再生に用いられる集光レンズに関するものである。

〈従来技術〉 従来、この種のレンズは３枚ないし５枚構成の球面レン
ズ群で構成されていた。光メモリ用、特に光デイスク用
集光レンズとしては結像性能のみならず高速に自動焦点
及びトラッキング制御に追従させる必要がある為にでき
るだけ小型軽量であることが望まれるが、複数のレンズ
で構成する場合、この要求に答えるのに限界か生じる。

又、組み合せレンズの場合は、光軸及び各面の組立て調
整が不可欠であることからコスト高の原因ともなってい
た。

この様な問題点を解決する為に従来光デイスク用対物レ
ンズとして非球面単レンズを用いた例が幾つか提案され
ている。

しかしながら、これらの提案は実際に光デイスク用対物
レンズとして用いるにはコリメータレンズが必要であっ
たり、大きＳ、重量及び結像性能の点に於いても十分と
は言えなかった。

〈発明の概要〉 本発明の目的は、」−記従来の欠点を除去し、コンパク
トで結像性能の良好な、光メモリ用集光レンズを提供す
ることにある。

Ｆ記目的を達成する為に、本発明に係る光メモリ用集光
レンズは、光源側より第１面、第２面が共に非球面で構
成され、該非球面が、Ｘを光軸からの高さがＨの非球面
上の点の非球面の頂点の接平面からの距離、Ｈを光軸か
らの高さ、Ｒを非球面の光軸近傍の曲率半径、Ｋを円錐
定数、ＡＩを非球面係数、として１ 、／ で表わされ、 （１）−０，６３＜Ｒ１／Ｒ２＜−０，４５（２）　０
．８　Ｆ＜Ｄ＜１．６　Ｆ （３）　−１，０＜Ｋ　１＜１．０ （４）　−７，０＜　Ｋ　２　＜　７．０なる条ヂ１を
満足することを特徴どするものである。ここで、Ｒ１は
第１面の光軸近傍の曲率半径を、Ｒ２は第２面の光軸近
傍の曲率半径を、Ｄはレンズの肉厚を、Ｆはレンズの焦
点距離を、Ｋｌは第１面の円錐定数を、Ｒ２は第２面の
円錐定数を示す。

〈実施例〉 本発明に係る集光レンズｔ」、主に軸ト近傍の収差を補
止したレンズであり例えばレンズ自身を移動させてｉ・
ラッキングやフォーカシングを行う光デイスク用集光レ
ンズに適するものである。又、置体的には高布度記録及
び読取りに要求される性能からＮ、Ａ、が０４〜０．６
程度で通富その肉厚が１．１〜１．５ｍｍ程度の透明基
板（ディスク）を通して０．１〜０．４　ｍ　ｍφ程度
の範囲で回折限界に近い結像に１能を有するレンズであ
り、透明基板（ディスク）を含めて主に球面収差とコマ
収差を補止する必要性から前記（１）〜（４）式を満足
する様に設立１される。

ここで、説明を容易にする為再度（１）〜（４）の条件
式を記す。

（１）−０，６３＜Ｒ１／Ｒ２＜−０，４５（２）　０
．８　Ｆ＜Ｄ＜１．６　Ｆ （３）　−１，０＜Ｋ　ｌ＜１．０ （４）　−７，０＜Ｋ　２＜７．０ ここで、条件式（１）、（２）は軸り及び軸外両収差を
バランス良く補１１ニするために要求されるものである
。条件式（１）において、この範囲を外れると正弦条ヂ
１を満足することがむずかしくなるだけでなく１−限値
を越えると、第２面からディスクまでの距離、即ち作動
距離が十分取れず、実用上問題となり、下限値をド回る
とＲ１に比へてＲ２が小さすぎ、第２面で発生する負の
球面収差が大きすぎて補ｉ１Ｅ困難となる。

条件式（２）において、ド限餉を下回ると第２面に入用
する光線の高さが高くなりすぎ、従って第２面で発生す
る負の球面収差が大きすぎて補ｉＴＥ　ｒｉ８Ｉ難とな
る。

又、上限値を越えるとレンズ全長が長くなりすぎ、全系
を軽量コンパクトにする−１−での制約となる。

条ヂ１式（３）は高次球面収差を良好に補正するための
条件であり、上限値を越えると、正の高次球面収差の発
生量が大きすぎ、高次の非球面係数で補ＩＦすることが
困難となる。

逆に、下限値を下回ると負の高次球面収差の発生が大き
すぎて、補正困難となる。

条件式（４）は、主にコマ収差を補正するための条ぞ１
で、上限値及び下限値を越えると、内向又は外向性のコ
マ収差が発生し、軸外収差が劣化する。即ち球面収差を
補正したときにコマ収差が残存し、取伺は誤差やディス
クのゆらぎによる影響が強く出て実用性の乏しいレンズ
となる。

前記（１）〜（４）式の条ヂＩに更に以ドの条件をイ（
］け加えることにより、より＋１能のすぐれた光メモリ
用集光レンズを実現することができる。ここで、Ｎをレ
ンズの屈折−Ｖとすれば、を満足することが好ましい。

条ヂ１式（５）は主に全系の球面及びコマ収差係数Ｉ　
、　ＩＩの値を共に小さくするための条件である。

松居吉故著「レンズ設計法」　（共立出版株式会社発行
）によれば第２面に関する３次の球面及びコマ収差係数
Ｉ　２　、　ＩＩ　２は入射瞳を第１面に一致させた場
合、次の様に表わされる。

へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　へここで、
ψ２は第２面の３次の非球面項である。

値によって第２面の球面及びコマ収差係数Ｉ２゜ＩＩ　
２の値が大きく左右される。又全系の球面収差及びコマ
収差係数Ｉ　、　ＩＩは第１面Ｉ　、　、　ＩＩ　１及
び第２面Ｉ　２　、　ＩＩ　２の各収差係数の和；Ｉ＝
１１＋Ｉ２ Ｈ＝　ＩＩ　１　＋　ＩＩ　２ で与えられ、Ｉ　、　ＴＩの値が小さくなることが望ま
しい。

従って、前記条件式（５）の−Ｌ限値を越えると第２面
での球面及びコマ収差係数の値が大きくなりすぎ、非球
面項及び第１面での各収差係数の値で補正することが困
難となる。

逆に、下限値を下回ると、Ｒ１が著しく小さくなったり
、Ｄが相当厚くなることから製作コスト上、又は軽量コ
ンパクト化を計る上での制約となり実用的でない。

条件式（６）は、ペッツバール和を表わし像面の平坦性
を保つためのものである。上限値を越えると像面のわん
曲が著しく軸外性能が劣化する。ペッツバール和は全系
の屈折力とレンズの屈折率によりほぼ決定されてしまう
ことから、十分な作動距離を取りながら０．４〜０．６
程度のＮ、Ａ、を有するようなレンズ各面の屈折力配置
を屈折率が１．４５〜１．８５程度の範囲の硝材を選ぶ
と前記条件式の下限値を下回ることは実質的に不可能と
なる。

第１図（Ａ）、（Ｂ）〜第３図（Ａ）。

（Ｂ）は本発明に係る光メモリ用集光レンズの−・実施
例で、（Ａ）はレンズ断面図を、（Ｂ）は収差図を示す
。ここで、ｌは本集光レンズ、２はカバーガラス、Ｒ１
及びＲ２は夫々本集光レンズｌの第１面及び第２面、Ｄ
は軸上肉厚、ＷＤは作動距離、ｔはカバーガラス２の厚
さを表わす。又、収差図は夫々球面収差、非点収差、歪
曲収差を示しており、Ｓ、Ａは球面収差、Ｓ、Ｃは正弦
条件、Ｍはメリジオナル像面、Ｓはサジタル像面を表わ
す。

各実施例に係る光メモリ用集光レンズは、第１面Ｒ□、
第２而Ｒ２共非球面形状を有しており、前記条件式（１
）〜（６）を満足する様に設計されている。従って、各
図（Ｂ）の収差図から解る様に単レンズにも拘らず球面
収差を十分に補正し、正弦条件も大略溝たすことが出来
る上、非点収差や歪曲収差をも小さく抑えることが可能
となった。

尚、本発明に於いては、条件式（１）〜（４）を満足さ
せる様にすれば十分な結像性能を得ることが可能であり
、必ずしも条件式（５）及び（６）を満足させる必要は
ない。しかしながら、より高性能の集光レンズや厳しい
仕様を求められる場合は、当然条件式（５）及び（６）
を満足させることが好ましい。

従って１本発明の思想の下、種々の仕様や性能に併せて
適宜設計すれば良く、ここで示す実施例以外に多くの形
態が存することは言うまでもない。

以下、第１図〜第３図に示した実施例のレンステータ及
び非］よ面係数の飴を表１〜表３に記す。

ここで、Ｒ１，Ｒ２はレンズ各面の光軸近傍の曲率半径
、Ｄはレンズ肉厚、Ｎはレンズの波長７８０ｎｍにおけ
る屈折・ト、Ｗ　Ｄ、は作動距離、Ｌはディスク等のカ
バーガラス厚、Ｆはレンズの焦点ν１１離、Ｎ、Ａ　　
は開［１数、βは近軸横倍率である。又、カバーカラス
の屈折率Ｎｏ（入−７８０ｎｍ）−１，５７１は一定に
保った。

、１１−球面形状はレンズ各面の頂点を原点とし、光軸
をＸ軸入射高をＨとして前述の如く次式でｋ　　　　　
″′ 表１ Ｆ＝ｉ、ＯＮ、Ａ、＝０．４５　　　β＝−０，２２６
Ｒ１＝０．９０２３　　　　　　Ｄ＝１．２４　　　　
Ｎ二　１．７４４１１Ｒ２＝−１，７６３２Ｗ、Ｄ、＝
０．４８ｔ　　＝０．２５　　Ｎｏ＝　　１．５７１Ｋ
ｌ　　＝　　７．７６４７ＸｌＯ−２Ｋ２　　＝　５．
９５８２Ａ１３　＝−７，９９７５Ｘ１０−３　　　　
Ａ２３　＝−１，９９９７ＸｌＯ−２Ａ１４　＝−１，
１９１５Ｘ１０−］　　　　Ａ２４　＝　８．０４０２
ＸＩＯ−ＩＡ１５−−２．５９１２ＸｌＯ−２Ａ２５　
＝　２．４７９７Ｘ１０−ＩＡ１５−−１．１９４６Ｘ
ｌｏ−］　　　　Ａ２５　＝−２，８６３８ＡＩ７　＝
−５，１３６２ＸｌＯ−２Ａ２７　＝　３．６３８２Ｘ
ＩＯ−ＩＡ１８−２．００３６ＸｌＯ−２Ａ２８　＝　
９．８８８０Ａ１９　＝　　１．１６３６Ｘ１０−Ｉ　
　　　Ａ２９　＝−８，７３６２ＸｌＯ−ＩＡ、、ｏ＝
　３．４０８３ＸｌＯ−Ｉ　　　Ａ２１ｏ＝−１，６９
９１Ｘ１０１表２ Ｆ＝　　１．ＯＮ、Ａ、＝０．４　　　　β＝−０，２
０Ｒ１＝０．８９１０　　　　Ｄ＝１．２５　　　Ｎ＝
１．７４４１１Ｒ２＝−１，８１７６Ｗ、Ｄ、＝０．４
６ｔ　　＝０．２５　　Ｎｏ＝　　１．５７１に１＝１
．１３５９Ｘ１０−Ｉ　　　　Ｋ２＝６．５６８１Ａ１
３　　＝−５，８８５１ＸＩＯ−３Ａ２３　＝−１，５
９２８Ｘ１０−２Ａ１４　　ニー１．２３７５Ｘｌｏ−
Ｉ　　　　　Ａ２４　　＝　　８．８０２９ＸＩＯ−Ｉ
Ａ１５−−３．１７８５ＸｌＯ−２Ａ２５　＝　　９．
６７３０ＸＩＯ−２Ａ１６　　＝−１，３１００Ｘ１０
−Ｉ　　　　Ａ２６　＝−２，７３９５Ａ１７　　＝−
４，１２１３Ｘ１０−２　　　　Ａ２７　＝　　２．４
１０４Ｘ１０−ＩＡＩＥ＋　＝−４，９０３２Ｘ１叶２
　　　　Ａ２Ｂ　＝　１．０４５９ＸｌｏｌＡ１９　　
＝　　１．１６１０Ｘ１０−Ｉ　　　　Ａ２９　＝−５
，１８２９Ａ　　＝−３，０１７３Ｘ１０−Ｉ　　　　
Ａ２．ｏ＝−７，１６６１表３ Ｆ＝　　ｔ、ｏ　　　　　Ｎ、Ａ、＝０．５０　　　β
＝−０，２２６Ｒ１＝０．９６５０　　　　Ｄ＝１．３
８　　　Ｎ＝１．７８５６５Ｒ２＝（，５６１８Ｗ、Ｄ
、＝０．４３ｔ　　＝０．２６　　Ｎｏ＝　　１．５７
１に１　＝　　１．０５１３Ｘ１０−Ｉ　　　　Ｋ２　
　＝　４．５５３８ＸｌＯ−ＩＡ１３　　＝−２，４５
８１Ｘ１０−３　　　　Ａ２３　＝−８，２３０４Ｘｌ
Ｏ−３Ａ１４　＝−１，２５８２ＸｌＯ−Ｉ　　　　Ａ
２４　＝　　７．４７５８ＸｌＯ−ＩＡ１５　＝−１，
２３４５ＸｌＯ−２Ａ２５　＝−６，０６２５Ｘ１０−
２Ａ１ｓ　　＝−８，４４０７Ｘ１０−２　　　　Ａ２
６　＝−２，４７２８Ａ１７　＝−２，６２８２ＸＩＯ
−２Ａ２７　＝　　７．９９２８Ｘ１０−ＩＡ１８　　
＝−３，７４９８ＸｌＯ−２Ａ２Ｂ　＝　６．３２０８
Ａ１９　　＝　　１．１２８７ＸＩＯ−２Ａ２９　＝−
２，２９０８Ａ　　、＝１．６７９５Ｘｌ叶Ｉ　　　　
Ａ２．ｏ＝−９，５２１０＋１０ 〈発明の効果〉 以上、本発明に係る光メモリ用集光レンズは、軸」ニ、
軸外収差ともに良好に補１Ｆされた軽良コンパクトな集
光レンズである。

（Ｂ）は本発明に係る光メモリ用集光レンズの−・実施
例を示す（Ａ）レンズ断面図及び（Ｂ）収差図。

１　−−−−−一木光メモリ用集光レンズ２　−−−−
−一光ディスクのカバーガラスＲ、−−−−一第１面 Ｒ２−−−−一第２面 Ｓ、Ａ−−一球面収差 Ｓ、Ｃ−−一止弦条件 Ｍ−−−−−−メリジオナル像面 Ｓ　　−−−−−−サジタル像面 〃Ａθ、４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光源側より第１面、第２面が共に非球面で構成さ
   れる単レンズであり、該非球面が Ｘ；光軸からの高さがＨの非球面上の点 の非球面頂点の接平面からの距離 Ｈ；光軸からの高さ Ｒ；非球面の光軸近傍の曲率半径 Ｋ；円錐定数 Ａｉ；各非球面係数 として、 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表され、 Ｒ１；第１面の光軸近傍の曲率半径 Ｒ２；第２面の光軸近傍の曲率半径 Ｋ１；第１面の円錐定数 Ｋ２；第２面の円錐定数 Ｆ；レンズの焦点距離 Ｄ；レンズの肉厚 としたとき、 （１）−０．６３＜Ｒ１／Ｒ２＜−０．４５ （２）０．８Ｆ＜Ｄ＜１．６Ｆ （３）−１．０＜Ｋ１＜１．０ （４）−７．０＜Ｋ２＜７．０ を満足することを特徴とする光メモリ用集光レンズ （２）レンズの屈折率をＮとするとき、 （５）０＜１−Ｐ／Ｎ　（Ｎ−１）／（Ｒ１）＜０．５
   ５ （６）０．５＜Ｆ／Ｎ　（（Ｎ−１）／（Ｒ１）−（Ｎ
   −１）／（Ｒ２））＜０．７５を満足することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光メモリ用集光レンズ
   。