JPS63163318A - 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に係わり、特に光ディスクや光カー
ド等の光メモリ装置のピックアップ用レンズに好適な、
軽量で且つ結像性能に優れた集光レンズに関する。

〈従来技術〉 この種の集光レンズは上述の如きコンパクトディスク、
ビデオディスク、光カード等の光メモリ装置に用いられ
、ディスク若しくはカード上に記録された微細な信号を
レーザ等で光学的に読み取ったり、新たに信号を記録し
たり、記録されている信号を消去したりするために用い
られるものである。

この様な装置に使用する集光レンズに於いては、記録さ
れている信号のピッチが１μｍ以下で非常に微細なもの
であるため高解像力が必要とされる。

従ってこの様な像性能を得るためには波動光学的な限界
解像力からＮＡをほぼ０．４以上必要とし、又収差も波
面収差でＭａｒｅｃｈｅｌ　　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎを満
たすべく高度の収差補正が要求される。

一方、加工や組立誤差及びディスクの傾き等を許容する
ためには、イメージサークルが０．１ｍｍから０．４ｍ
ｍ程度必要であり、球面収差のみならずコマ収差及び非
点収差も小さく補正しなければならない。更に、この様
に高度な収差補正を必要とするため、製作にあたっても
偏心、レンズ間隔誤差を厳しく押さえる必要がある。

又、光ディスクでは、高速回転するディスクに記録され
ている信号を正確に読み取るために、フォーカスサーボ
、トラッキングサーボによりディスクの信号トラックに
追従している。フォーカスやトラッキングはヴオイスコ
イル等のアクチュエーターで集光レンズを駆動すること
により行われるが、その負担を軽減し全体を小型化し、
且つ応答速度を速めるためには集光レンズを単純な構成
にして軽量にすることが望まれる。

更に、高速回転するディスクのゆらぎや外部からショッ
クが生じてもレンズがディスクに当たらぬ様充分な作動
距離が必要となる。

、この種集光レンズとして従来から特公昭５２−４４２
０９号公報、特公昭５２−１４８１４３号公報に示され
るレンズ系の様に３枚〜５枚構成の集光レンズが知られ
ている。しかしながら、これらのレンズ系は構成枚数が
多いため、重量が嵩ぼり、各レンズを厳しく調整しなけ
ればならなかったためにコスト高となるという欠点があ
った。

一方、上述の３枚〜５枚構成の集光レンズの問題点を改
良したレンズ系が、特開昭５５−４５０８４号公報や特
開昭５９−９６１９号公報に記載されている。

これらの公報に示された集光レンズは、２枚構成のレン
ズ系であって、小型軽量で且つ光メモリ用レンズとして
の仕様を満たすものである。

しかしながら、上記公報の集光レンズは一面のみを非球
面としたものである為、球面収差及び正弦条件は十分満
足することが出来るものの、他の軸外収差の補正に関し
ては十分とは言えなかった。

〈発明の概要〉 本発明の目的は、上記従来の集光レンズの問題点に鑑み
、小型軽量で且つ軸外収差を良好に補正した高性能の集
光レンズを提供することにある。

上記目的を達成する為に、本発明に係る集光レンズは、
光源側から順に正の屈折力を有する第１レンズと正の屈
折力を有する第２レンズとから成り、該第１レンズと第
２レンズの光源側の面が夫々非球面で構成され、次の条
件式（１）、　　（２）を満足することを特徴としてい
る。

（１）　０．５＜Ｒ、／ｆ’＜２ （２）　１．１＜ｄ　、　＋ｄ　２＋ｄ　３＜２ここで
、Ｒ１は第１レンズの第１面の光軸近傍に於ける曲率半
径、ｆは全系の焦点距離、ｄ＋（ｉ＝１゜２．３）は光
源側から数えて第１番目の軸上面間隔で、焦点距離ｆで
規格化した値を示している。

本発明によれば、上記構成を有することにより比較的薄
い２枚の正レンズで高性能の集光レンズを得ることが出
来る。

即ち、本集光レンズを介して存する２つの共役点までの
距離を共役長と定義すれば、上記２枚の正レンズの共役
長が大きい方の面、即ち縮小倍率で使用する際の光源側
の面を非球面形状として、上記（＋、）、　　（２）式
を満足させる様に構成すれば良い。

本集光レンズは光源側の共役点が無限遠に存する場合（
平行光束が入射する場合）にも当然良好な性能を示すが
、特に結像倍率が一１／８〜−１／３の有限系で使用さ
れる場合やイメージサークルが太き（なる程、従来タイ
プの集光レンズに比して結像性能、小型化の点で非常に
有利となる。

以下、本発明の特徴を実施例にもとづき詳細に説明する
。

〈実施例〉 本発明に係る集光レンズの具体的実施例を述べる前に、
上記条件式（１）、　　（２）に関して説明する。

条件式（１）は第１レンズの光源側の面の光軸近傍に於
ける曲率半径Ｒ６を規定する条件である。

この条件は本集光レンズに於けるコマ収差の補正と作動
距離に関係する。

即ち、Ｒ，の値が条件式（１）の上限値を越える様に太
き（なると、コマ収差がオーバ方向に発生して補正が困
難となる。逆にＲ，の値が条件式（１）の下限値を越え
る様に小さくなると、作動距離を十分とることが出来ず
実用不可能になる。

又、条件式（２）は本集光レンズの全量Ｌ（＝ｄ。

十ａ　２　＋ａ　３　）を規定する条件である。この条
件は本集光レンズに於ける非点収差の補正と作動距離に
関する。

即ち、Ｌの値が条件式（２）の下限値を越える様に短く
なると、非点収差がアンダ一方向に発生して非球面を用
いたとしても補正が困難となる。逆に、Ｌの値が条件式
（２）の上限値を越えて長（なると、作動距離を十分と
ることが出来ず実用不可能となる。

本発明では、上記条件式（１）、　　（２）を満足させ
、球面収差と軸外収差を２つの非球面形状を適宜設定す
ることにより、バランス良く補正してやることにより高
い性能の集光レンズを設計出来る。

とりわけ、球面収差と軸外収差を良好に補正する為には
下記条件式（３）〜（８）を満足することが望ましい。

（３）−０，０１２＜Δ＋ｏ　／　ｆ　＜　−０，００
５（４）−０，００３＜Δ７／ｆ＜−０，００１（５）
−０，０００７＜Δ５　／　ｆ　＜　−０，０００２（
６）−０，００６＜Δ、。’　／ｆ＜−０，００２５（
７）−０，００２＜Δ７’　／ｆ＜−０，０００７（８
）−０，０００５＜Δ５’　／ｆ＜−０，０００１ここ
で、ΔＩＯ＋　Δ７．Δ５は第１レンズの非球面の該非
球面の光軸近傍に於ける曲率を有する球面からの、有効
径に対する比率１，０．０．７．０．５の高さに於ける
光軸方向のずれ量を示す。又、同様にΔ１０′、Δ７′
、Δ、′　は第２レンズの非球面の該非球面の光軸近傍
に於ける曲率を有する球面からの、有効径に対する比率
１．０．０．７．０．５の高さに於ける光軸方向のずれ
量を示す。

上記条件式（３）、　　（４）、　　（５）は第１レン
ズの非球面形状に係わるもので、主として本集光レンズ
の球面収差補正に関する。

ここで、Δ、。、Δ７．Δ５の値が各条件式（３）。

（４）、　　（５）の上限値又は下限値を越える様な形
状になると、夫々の形状に応じて球面収差がオーバ方向
若しくはアンダ一方向に発生し、補正するのが困難とな
る。

特に、Δ５が上限値を越え、Δ７が下限値を越え、Δ、
。が上限値を越え、うねる様な非球面形状となる場合に
は波面収差への影響が太き（なり、更に収差補正は不可
能に近い。

一方、条件式（６）、　　（７）、　　（８）は第２レ
ンズの非球面形状に係わるもので、主として本集光レン
ズの軸外収差補正に関する。

ここで、Δ１０′、Δ７′、Δ、′　の値が各条件式（
６）、　　（７）、　　（８）の上限値又は下限値の範
囲を越えると、コマ収差及び非点収差が悪化し、軸外で
の良好な結像特性を得ることが出来ない。

以上示した各条件式（１）〜（８）を満足すれば、光メ
モリ装置のピックアップとして十分な性能を有する集光
レンズを提供出来る。

その上、下記の条件式（９）、　　（１０）を満足する
様に構成することにより、主としてコマ収差及び非点収
差を更に補正することが可能である。

（９）　０．９＜　Ｒ３／ｆ＜　１．８（１０）　１．
０＜ｆ　、　／ｆ　２＜１．７ここで、Ｒ３は第２レン
ズの非球面（光源側の面）の光軸近傍の曲率半径、ｆｌ
及びｆ２は各々第１レンズと第２レンズの焦点距離を示
す。

上記条件式（９）は第２レンズの非球面の光軸近傍の曲
率半径を規定する条件で、本集光レンズに於けるコマ収
差補正に関する。

ここで、Ｒ３の値が条件式（９）の下限値を越える様な
値となり、曲率半径が小さくなるとコマ収差がアンダー
に発生し易くなる。逆に、Ｒ３の値が条件式（９）の上
限値を越える様な値となり、曲率半径が太き（なるとコ
マ収差がオーバに発生し易くなる。

一方、条件式（１０）は第１レンズと第２レンズのパワ
ー配分に係わり、主としてコマ収差、非点収差の補正と
作動距離に関する条件である。

ここで、第２レンズのパワーが条件式（１０）の上限値
を越える様に強くなると、コマ収差及び非点収差がアン
ダーに発生し易（なる。逆に第２レンズのパワーが条件
式（１０）の下限値を越える様に弱くなると、作動距離
を十分とることが出来ず実用不可能となる。

以下、本発明に係わる集光レンズの具体的実施例を示す
。

下記表１〜表４は本集光レンズの実施例１〜実施例４に
於けるレンズデータと非球面係数を示している。

尚、本集光レンズに於ける非球面の非球面形状は便宜的
に次の式で表わすことにする。

ここて、Ｘは光軸からの高さｈに於ける、非球面頂点の
接平面からの非球面までの距離、ｈは光軸からの高さ、
Ｒは非球面の光軸近傍に於ける曲率半径（ベース曲面の
曲率半径）、Ｋは円錐定数、Ａ、　　Ｂ。

Ｃ２・・・・・・ｌ　Ａ’　ｌ　Ｂ’　Ｉ　・・・・・
・は非球面係数を示す。

又、表中、ｆは焦点距離、ＮＡは開口数、２Ｗは画角、
βは結像倍率を示し、ＲＨ（ｉ＝１．　２．　３゜・・
・）は光源側から数えて第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄ：
　（ｉ＝１．２．３．・・・）は光源側から数えて第１
番面と第ｉ＋１番目の面間の軸上肉厚又は軸上空気間隔
、Ｎ＋　（ｉ＝１．２．３）は光源側から数えて第ｉ番
目のレンズ又は透明部材の波長７８０ｎｍに対する屈折
率を示す。

尚、非球面に対応するＲ、、Ｒ３に＊印を符している。

又、Ｒ１及びＤｉの値は焦点距離で規格化された値であ
り、実際のレンズデータとは異なる。

上記実施例１〜実施例４に対応する集光レンズのレンズ
断面図とその収差図を第１図〜第８図に示す。

ここで、第１図及び第２図は実施例１に、第３図及び第
４図は実施例２に、第５図及び第６図は実施例３に、第
７図及び第８図は実施例４に夫々対応している。

図中、ｌは第１レンズ、２は第２レンズで、夫々の屈折
力は正である。又、図の第１レンズより左方が共役長が
長い側（光源側）で、第２レンズより右方が共役長が短
い側（記録面側）である。又、３は光ディスク等の記録
面を保護する為に通常設けられている透明保護層で、例
えばガラスプレート等から成る。

記録面からレーザ等により情報を読み出す際には、透明
保護層３を介して光束を集光する為、この種のピックア
ップの光学設計は透明保護層３で生じる収差（特に球面
収差）をも考慮して行うのが一般的である。

収差図は、各実施例に於ける球面収差、非点収差、歪曲
収差を示しており、Ｍはメジオナル面、Ｓはサジタル面
での収差を示す。

収差図から解る通り、球面収差はもちろんのこと非点収
差及び歪曲収差が非常に良く補正されている。正弦条件
に関しての収差図は図示されていないが、正弦条件の不
満足量も無視し得る程小さくなる様補正出来、軸上近傍
のコマ収差も実用上問題にならない。

特に、この種の集光レンズは、オートフォーカスサーボ
によりアクチュエータを介してフオーカツシングが成さ
れる為、非点収差が小さければ像面湾曲は許容される。

従って、本集光レンズの軸外性能を有していれば、有限
系で使用した場合にも高い結像性能を維持することが可
能である。

又、上述の如く像面湾曲の補正に関して余裕が生じる為
、上記各実施例で使用した材料より更に低屈折率の材料
、例えば屈折率１．４７程度の材料でも使用出来る。従
って、材料の選択に関する自由度も自ずから太き（なる
。

又、上記各実施例は第１レンズ及び第２レンズの光源側
の面のみを非球面とした場合を示しているが、第２レン
ズの共役長が短い側（ディスク側）の面をも非球面とす
ることにより、軸外収差を更に良好に補正可能である。

これによりイメージサークルを大きくすることが出来る
。

本集光レンズの非球面は、研削及び研磨加工により製作
しても良いし、ガラスモールドやプラスチックモールド
等のモールド成形によって製作しても良い。

とりわけ、モールド成形により製作すれば安価に大量生
産を行うことが出来る。

〈発明の効果〉 以上、本発明に係る集光レンズは、２枚構成という簡単
な構成である為に小型且つ軽量であり、光メモリ装置の
ピックアップ用レンズとして好適なレンズである。

その上、非球面を少な（とも２面に導入することにより
軸上並びに軸外に於ける諸収差を極めて良好に補正し、
高い結像性能を得ることが出来た。

特に、本集光レンズを構成する個々のレンズの肉厚が極
めて薄く出来る為、アクチュエータの負荷を大幅に軽減
出来る。従って、ピックアップの小型化、応答性の向上
を図ることが可能となり、ＣＤ。

ＣＤ−ＲＯＭ、光ファイル等に於けるアクセス速度の向
上にも寄与する。

又、構成枚数が少ない為に、組立調整や軸合わせが容易
となり、量産性の向上やコストの低減化という利点が生
じることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１のレンズ断面図、第２図はその収差図
である。 第３図は実施例２のレンズ断面図、第４図はその収差図
である。 第５図は実施例３のレンズ断面図、第６図はその収差図
である。 第７図は実施例４のレンズ断面図、第８図はその収差図
である。 １・・・・・・第１レンズ ２・・・・・・第２レンズ ３・・・・・・透明保護層 Ｓ・・・・・・サジタル面 Ｍ・・・・・・メリジオナル面 冨　１　圏 ■　Ｚ　日 ａａｏｕｘ差　　　　１酎２１　　　　歪曲クス差冨　
；５　口 １ｆ　ｑ　口 褌ｔＪｕｌ差　　　ｑｖＢａ篇　　　シー荒冨　わ回

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ
   と正の屈折力を有する第２レンズとから成り、該第１レ
   ンズと第２レンズの光源側の面が夫々非球面で構成され
   、次の条件式を満足することを特徴とする集光レンズ。 （１）０．５＜Ｒ＿１／ｆ＜２
2. （２）１．１＜ｄ＿１＋ｄ＿２＋ｄ＿３＜２ここで、Ｒ
   ＿１は第１レンズの第１面の光軸近傍に於ける曲率半径
   、ｆは全系の焦点距離、ｄ＿ｉ（ｉ＝１、２、３）は光
   源側から数えて第ｉ番目の軸上面間隔で、焦点距離ｆで
   規格化された値を示す。 （２）前記第１レンズ及び第２レンズの夫々の有効径に
   対する比率１、０．７、０．５の高さに於ける非球面の
   、球面に対する光軸方向へのずれ量を夫々Δ＿１＿０、
   Δ＿１＿７、Δ＿５及びΔ＿１＿０′、Δ＿７′、Δ＿
   ５′とした時、
3. （３）−０．０１２＜Δ＿１＿０／ｆ＜−０．００５（
   ４）−０．００３＜Δ＿７／ｆ＜−０．００１（５）−
   ０．０００７＜Δ＿５／ｆ＜−０．０００２（６）−０
   ．００６＜Δ＿１＿０′／ｆ＜−０．００２５（７）−
   ０．００２＜Δ＿７′／ｆ＜−０．０００７（８）−０
   ．０００５＜Δ＿５′／ｆ＜−０．０００１を満足する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の集光
   レンズ。