JPS6265008A - 屈折率分布型単レンズ - Google Patents

屈折率分布型単レンズ

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JPS6265008A
JPS6265008A JP60206052A JP20605285A JPS6265008A JP S6265008 A JPS6265008 A JP S6265008A JP 60206052 A JP60206052 A JP 60206052A JP 20605285 A JP20605285 A JP 20605285A JP S6265008 A JPS6265008 A JP S6265008A
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JP
Japan
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lens
single lens
refractive index
object side
image side
Prior art date
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Pending
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JP60206052A
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English (en)
Inventor
Jun Hattori
純 服部
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
Rohara Aruna
アルナ・ロハラ
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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
    • G02B3/0087Simple or compound lenses with index gradient

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

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】 (1)技術分野 本発明は光ディスクのピックアップ用対物レンズや半導
体レーザ用コリメーターレンズ等に好適な屈折率分布型
単レンズに関する。
(2)従来技術 従来から周知のように、屈折率分布型レンズにはラディ
アル型、アキシャル型、スフエリカル型の3つの基本的
な屈折率分布を備えたタイ型とは、光軸方向に屈折率分
布が存するタイプであり、これに対しスフエリカル型メ
は、屈折率分布が光軸上の1点を中心に球対称になって
おり1等屈折率面が同心球面状である様なタイプである
近年、屈折率分布型レンズを光ディスクのピックアップ
用対物レンズとして用いる提案が数多くなされているが
、これらの大部分はラディアル型及びアキシャル型の屈
折率分布型レンズに関するものである。一方、スフエリ
カル型の屈折率分布型レンズに関しては例えば特開昭5
7−181516号公報等が提案されているが、これは
スフエリカル型の屈折率分布を宥するコアに均質媒質を
クラッドとして被せるという特殊な構成のものであり、
製作の容易性という点から好ましいとはいえない、又、
スフエリカル型屈折率分布を有する球レンズを光結合器
等に使用する試みもなされている。しかしながら、ピッ
クアップ用対物レンズに於いては、球面収差と正弦条件
とを同時に良好に補正する必要があり、上述の球レンズ
ではこの様な収差補正は困難であった。
(3)発明の概要 本発明の目的は、上記従来の欠点に鑑み、球面収差を良
好に補正し且正弦条件をも満足するスフエリカル型の屈
折率分布型レンズを提供することにある。
本発明に係る屈折率分布型単レンズは、光軸上のある点
を中心に球対称な屈折率分布を有する単レンズであって
、該単レンズを縮小倍率で使用する際の物体側の面が物
体側に凸、像側の面が像側に凹であることにより上記目
的を達成せんとするものである。
斯様な構成を採る事により光ディスクのピックアップ用
レンズや半導体レーザのコリメート少ない屈折率分布型
レンズが得られる。又、球面収差を更に良好に補正し且
つ又正弦条件を十分に満たす為には以下の条件を満たす
ことが好ましい。
1.0≦f / r 1≦1.8 −−−−−−(1)
0<f/r2≦1.9 −−−−−−(2)0.2≦d
/f   ≦1.5  −−−−−−(3)ここで、r
lは本屈折率分布型単レンズの物体側の面の曲率半径を
、r2は像側の面の曲率半径を、dは軸上肉厚を、fは
焦点距離を示す。
尚、上述の如く本発明では縮小倍率で使用する場合の物
体側の面を第1面、像側の面を第2面と定義する為、本
屈折率分布型単レンズをピックアップ用対物レンズとし
て用いる場合は光デイスク側の面が第2面、コリメート
用レンズとして用いる場合は光源側の面が第2面となる
以五、実施例により本発明を詳述する。
(4)I雄側 第1図は本発明に係る屈折率分布型単レンズの略形状を
示し、図中、0は曲率半径r1の第1面の面頂点、Cは
屈折率分布の中心点で、他の符号r1、r2、dは上述
したレンズ形状を表わすパラメータ、ρは屈折率分布中
心Cからの距離、Rは屈折率分布中心Cの面頂点0がら
の距離を示す。
ここで、更に第1面の面頂点Oから光軸に沿った距離を
X、光軸から径方向に向う距離をrとすれば、本発明に
適用されるスフエリカル型の屈折率分布は次の(4)、
(5)式により便宜的に表わすことが出来る。
N (ρ)=n□+n1ρ+n2p2+n3ρ3+r1
4ρ4+    −−−−−−(4)ρ=   X −
+r  −−−−(5)尚、n□、nl、n2.n3.
n4.−−−−は屈折率分布係数で、noは分布中心に
於る屈折率を表わす、屈折率分布係数n0tnl+−−
−−の中で、近軸量、3次収差係数に主に寄4するのは
n、)、n)である為、以下便宜上この2つの係数のみ
を用いて説明する。この種の屈折率分布を有する単レン
ズに於て、近軸量及び3次収差係数に寄与するパラメー
ターは、r1、r2.d、no、n2.R(7)6個で
ある。−を 方、球面収差も正弦条件とを良好に補正する為には、3
次の球面収差係数工、コマ収差係数11の値を同時に小
さくしなければならない、従って、近軸量、3次収差係
数に関して要求される条件は、 の3つである0以上の事から6つのパラメーターのうち
nQ、Rを固定したとしても7条件(6)を満たすr 
1 、 r2 、 n2 、 dc7)解が多してrl
、r2.n2の解の組が存在する。これらの解の内、高
次収差が小さい事、動作距離が適切な値である事などを
考慮すると、実用的な解は前記(1)、(2)、(3)
式を満足しなければならない、説明の便宜上再度前記(
1)、(2)、(3)式を記す。
i、o≦f / r 1≦1.a  −−−−−一(1
)Off/r2≦1.9 −−−−−−(2)0.2≦
d/f  ≦1.5 −−−−−−(3)焦点距離と第
1面の曲率半径との比f / r 1が条件式(1)の
上限を越えると、第1面で発生する球面収差が大きくな
り、全系での収差補正が困難となる。又、(1)の下限
を越えると第1面の屈折力が小さくなり、レンズ内部の
屈折率分布による屈折力の分担が大きくなる。即ち屈折
率分布の勾配が強くなる事から、製造が困難になると共
に収差の発生も大きくなる。
又、焦点距離と第2面の曲率半径との比f/r2が条件
式(2)の上限を越えるとやはり屈折率分布の勾配が強
くなり、同時に第2面の負の屈折力が強くなることから
動作距離が充分とれなくなる。尚、(2)の下限は、第
2面の球状により自ずと定まる値である。更にレンズの
軸上肉厚と焦点距離fとの比d/fが条件式(3)の上
限を越えると、必然的に最大屈折率差Δnが大きくなり
、製造困難となる。同時に動作距離も充分とれなくなる
。又、(2)の下限を越えるとコバ厚が充分とれない等
の問題から製造加工上に問題が生じる。
一方、良好な収差補正を行なう為には更に次の条件を満
たすことが望ましい。
1f2 2、0≦(7了+r2)]「≦6.5−−−−(7)条
件式(7)は、面の曲率rl、r2とレンズ厚dとの関
係を表わす式で、上限、下限のいずれを越えても、第1
面及び第2面での屈折により発生する収差の大きさと、
レンズ内部で光が曲進する事により発生する収差の大き
さとがアンバランスとなり、全系での球面収差、正弦条
件の補正が困難となる。
本発明に於て、屈折率分布の中心Cは後述する位置に存
しても本発明は成し得る。但し、望ましくはレンズの頂
点を含むレンズ内部又はレンズ近傍が良い。
又、本発明に係る単レンズが有するようなスフエリカル
型の屈折率分布は、母材を球面加工した後にイオン交換
法を用いることにより形成する事が出来る。更に、母材
表面を微小な孔を設けたマスクで覆った後、電界移入法
等で屈折率分布を形成するといった、所謂平板マイクロ
レンズと同様の製造法をとることも可能であるし、第3
2回応用物理学関係連合講演会(1985年春季)にお
いてはサスペンション重合によるスフエリカル分布球レ
ンズの作製に関して、小泡、墨、大塊によって報告され
ている。
以下、本発明の実施例を示す、下記の表1は本屈折率分
布型単レンズのW41実施例から第5実施例までのレン
ズデータを示し、表中の符号は先に説明した各パラメー
タを表わす、尚、各レンズデータは焦点距離fを111
に規格化した値であり、NAは開口数を表わす。
第2図から第6図は、上記表1に示した第1り 実施例から第桑実施例までの屈折率分布型単レンズに於
る物体距離無限遠時の諸収差を丞す。
ここでは球面収差と正弦条件不満足量、及び像面湾曲に
関して示しており、図中、SAは球面収差、SCは正弦
条件不満足量、Sはサジタル方向での像面湾曲2Mはメ
リジオナル方向での像面湾曲を表わす。
表1に示す実施例中、第1.2.3実施例は、分布中心
Cが第1面頂点にある例、第4実施例は媒質中にある例
、そして第5実施例は第2面頂点にある例であるが、前
述の様に分布中心がレンズ外に存する例も、もちろん可
能である。又、第4.5実施例に於ては、4次の屈折率
分布係数n4を導入しており、この様に高次収差図から
解る様に本屈折率分布型単レンズは、球面収差及び正弦
条件の両方共ピックアップ用対物レンズやコリメート用
レンズとして用いる十分な性能を有している。更に、屈
折率分布型レンズが持つ固有の性質の為、ペッツバール
和の減少が図られ像面湾曲を補正出来た。
次に、下記の表2に本発明に係る屈折率分布型単レンズ
の第6実施例と第7実施例のレンズデータを示す0表の
記載形式は前記実施例とはぼ同様であるが、光ディスク
の対物レンズとして用いる場合の動作距離WDも記載し
ている。
又、焦点圧@fは規格化されずf = 4.5であり、
各レンズデータは真の値を示している。
、i 表2の実施例に於る屈折率分布型単レンズは、光ディス
クのピックアップ用対物レンズに本発明を応用した例で
あり、第7図にその断面図を示す0図中、■は本発明に
よる屈折率分布型単レンズ、2は光ディスクのカバーガ
ラスであり、rl、r2.dは全て第1図と同様の意味
を有する0本実施例に於ては、カバーガラス2の厚さt
=1.7mm、カバーガラス2の屈折、率NG=1.4
855である。又、WDとは動作距離を示す、第8 、
9rgJに第6.7実施例の物体距離無限遠時の諸収差
を示すが、この種の用途のレンズとして良好な性能を有
しており、特に球面収差は完全に補正出来た。
尚、第8図及び第9図の収差図も第2図〜第6図同様球
面収差と正弦条件及び像面湾曲を示し、図中の符号は前
述の通りである。
以上示した実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の思
想に基づいて多種多様な屈折率分布型単レンズが作成出
来ることは言うまでもない。
(5)発明の詳細 な説明した様に、本発明に係る屈折率分布型単レンズは
、単レンズという極めて簡単な構成で球面収差、正弦条
件を共に良好に補正する享が可能で、ピックアップ用対
物レンズやコリメータレンズ等として非常に有用なレン
ズである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る屈折率分布型単レンズの形状を示
す図。 第2図〜第6図は第1実施例から第5実施例に於る屈折
率分布型単レンズの収差図。 第7図は本発明に係る屈折率分布型単レンズを光ディス
クのピックアップ用対物レンズとして用いた時の断面図
。 第8図及び第9図は第6実施例及び第7実施例に於る屈
折率分布型単レンズの収差図。 0−−−−−一第1面の頂点 C−−−−−一屈折率分布の分布中心 1−−−−−一本屈折率分布型単レンズ2−−−−−一
カバーガラス NA               すα用W抹面収暮
    像面湾曲 裸面以鹿    &面鷹曲 A/ A          f4n IiJ珪面以差
     イ象面湾曲 NA          taitA)珪面以差   
 了象面腐曲 NA                 を藺U練面社
艦   イ蝕哨曲 NA− 球面J4人先    儂蜀鷹歯 NA           ’を回W 珪市収差   像通嘴曲 手糸売ネ由正書(自発)    回 昭和61年 5月28日 特ml、庁長官  宇 賀 道 部  殿1、事件の表
示 昭和60年特許願第206052号 事件との関係     特許出願人 住所 東京都大田区下丸子3−30−2名称 (100
)  キャノン株式会社代表者 賀  来  龍 三 
部 4代理人 居所 〒146東京都大田区下丸子3−30−2キャノ
ン株式会社内(電話758−2111)5、補正の対象 明  細  書 6、補正の内容 (1)明細書第2頁第12行目の「ブである。」を「ブ
〆ある。」と補正する。 (2)同第6頁第5行目の「(x−R2)」をr (X
−R)’ Jと補正する。 (3)同第8頁第to−tt行目の「第2面の球状」を
「第2面の形状」と補正する。 (4)同第1O頁第10行目の’I 11Jを「1」と
補正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)光軸上のある点を中心に球対称な屈折率分布を有
    する単レンズであって、該単レンズを縮小倍率で使用す
    る際の物体側の面が物体側に凸、像側の面が像側に凹で
    ある事を特徴とする屈折率分布型単レンズ。 (2)レンズの物体側の面の曲率半径をr1、像側の面
    の曲率半径をr2、軸上肉厚をd、焦点距離をfとする
    時、 1.0≦f/r1≦1.8 0<f/r2≦1.9 0.2≦d/f≦1.5 なる条件を満たす事を特徴とする特許請求の範囲第(1
    )項記載の屈折率分布型単レンズ。 (3)以下の条件を満たす事を特徴とする特許請求の範
    囲第(2)項記載の屈折率分布型単レンズ。 2.0≦(1/r1+1/r2)f2/d≦6.5
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US4721369A (en) 1988-01-26

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