JPS63309910A

JPS63309910A - 対物レンズ

Info

Publication number: JPS63309910A
Application number: JP14631987A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Yamazaki; 章市山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1988-12-19

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）本発明は対物レンズに関し、特にビデオ及びオーディオ
ディスク、光メモリ装置等の記録再生に用いられる、両
面非球面の対物レンズに関する。

そして、本発明の対物レンズは、該対物レンズ自身で有
限結像系を構成出来る為、非常に小型軽量の記録再生系
を提供出来る。

〔従来技術〕

従来、半導体レーザからの光をコリメータレンズで平行
光にし、この平行光を対物レンズにより光ディスク等の
記録面に集光し、該対物レンズを用いて自動焦点やトラ
ッキング制御を行う方式が良く知られている。

この方式で使用される対物レンズは、所謂無限（結像）
系を成すものであり、上述の通りコリメータレンズが必
要な為に、光学系の小型化を図ることは困難であった。

又、少なくとも２枚のレンズが必要な為にコストもかか
る。

一方、コリメータレンズを用いず、半導体レーザからの
光を直接記録面上に集光する、所謂有限系の対物レンズ
が幾つか提案されている。

しかしながら、従来提案された有限系の対物レンズは、
光学系を小さくする為に有限系の倍率を上げると、収差
がかなり悪化するという欠点を有していた。

又、この種の有限系対物レンズは、加工時における各面
間の平行偏心及び傾き偏心による軸ずれ、或いは組立時
の偏心によりレンズ性能がかなり低下する。

しかしながら、この様な問題を設計に際し考慮した、対
物レンズの設計例はあまり一知られていない。

〔発明の概要〕

本発明は、上記従来の対物レンズの問題点に鑑みなされ
たものであり、高倍率であって且つ軸上及び軸外の収差
補正が良好になされた対物レンズの提供を目的としてい
る。

又、本発明の他の目的は、レンズ加工時に生ずる各面間
の軸ずれやレンズ車体の偏心による性能劣化を、設計上
、極めて小さくした、大口径の有限系対物レンズを提供
することにある。

上記目的を達成する為に、本発明に係る対物レンズは、
両面非球面の対物レンズであって、該対物レンズを使用
する際、長焦点側に存し、正の屈折力を有する第１面の
光軸近傍の曲率半径をＲ１、短焦点側に存し、正の屈折
力を有する第２面の光軸近傍の曲率半径をＲ２、該対物
レンズの、軸上肉厚をＤ、使用波長での屈折率をＮ、焦
点距離をＦ、該第ν面（υ＝１．２）での有効径１０割
及び７割及び５割における非球面と該曲率半径Ｒυ（ν
＝１．２）を有する球面との光軸方向の差を、夫々Δν
（１０）及びΔν（７）及びΔν（５）（ν＝１．２）
とし、該Δυ（１０）及びΔν（７）及びΔν（５）の
値を光軸から該対物レンズの径周辺方向にいくに従って
非球面の曲率か弱くなる方向を正とする時、（１）　　
０．７２≦Ｒ１／Ｆ≦０．８５（２）−１，２５≦Ｒ２
７Ｆ≦−０，９５（３）　　０．９５≦Ｄ／Ｆ≦１．３
０（４）　　１．４５≦Ｎ≦１．６５（５）　　０．０２５０≦Δ＋Ｎｏ）≦０．０３５０（
６）　　０．００４０≦Δ１（７）≦Ｏ，ＯＯ８０（７
）　　０．００１０≦Δ１（５）≦０．００１８（８）
　　０．０１３０≦Δ２（１０）≦０．０１８０（９）
　　０．００３５≦Δ２（７）≦Ｏ，ＯＯ５５（１０）
０．００１０≦Δ２（５）≦０．００１６なる条件を満
足することを特徴としている。

本発明の対物レンズは、特に光ディスク等の記録再生系
に好適である。この種の記録再生系に使用する場合、該
対物レンズの長焦点側に半導体レーザ等の光源が、該対
物レンズの短焦点側に光ディスクの記録面が位置するこ
とになる。

後述する本発明の一形態を示す実施例では、光デイスク
用の有限系対物レンズを提示している。この対物レンズ
は倍率β＝　−０，２３１、ディスク側Ｎ　Ａ　＝　０
．４５で、高倍率且つ大口径のレンズとなっている。そ
して、φ０．３〜０．４程度の範囲内で回折限界に近い
光学性能を有する優れたレンズである。

〔実施例〕

本発明の具体的な実施例を述べる前に、本発明の特徴を
成す前記条件式（１）〜（１０）に関して説明する。

条件式（１）は本対物レンズの第１面の形状を規定する
ものである。条件式（１）の下限値を越えると球面収差
が補正不足となり、又、第１面の非球面加工が困難にな
る。一方、条件式（１）の上限値を越えると球面収差が
補正過剰となる。

条件式（２）は本対物レンズの第２面の形状を規定する
ものである。条件式（２）の下限値を越えると非点収差
が悪化し補正出来ない。一方、条件式（２）の上限値を
越えるとコマ収差が残る。

条件式（３）は本対物レンズの軸上肉厚を規定するもの
である。条件式（３）の下限値を越えると軸外性能が悪
化し、特に偏心コマ（１９６２年応用物理学会講演会、
松属による）が発生し易くなり、加工時及び組立時に於
ける性能劣化が著しい。一方、条件式（３）の上限値を
越えるとレンズ単体の重量が重くなり、トラッキングや
フォーカシングの際のレンズ駆動に対し不利である。

条件式（４）は本対物レンズの屈折率（材料）を規定す
るものである。条件式（４）の下限値を越えると球面収
差が補正過剰となり、偏心コマ収差が発生し易くなる。

一方、条件式（４）の上限値を越えると十分な作動距離
を確保出来なくなる。

条件式（５）〜（７）は、本対物レンズの第１面の有効
径１０割、７割、５割での非球面量を示すものである。

夫々の条件式（５）〜（７）の下限値をこえると、非点
収差が悪化し、逆に上限値をこえると、球面収差が補正
過剰となる。

条件式（８）〜（１０）は本対物レンズの第２面におけ
る有効径１０割、７割、５割での非球面量を示すもので
ある。夫々の条件式（８）〜（１０）の下限値をこえる
と内向性のコマ収差が発生し偏心非点収差（１９６２年
応用物理学講演松居に松属）が発生しやすくなる。逆に
上限値をこえると球面収差が補正過剰となる。

次に、本発明の具体的実施例に関して述べる。

表１乃至表４は本発明に係る対物レンズの数値実施例１
〜４を示す。

表中、Ｆは本対物レンズの焦点距離、ＮＡは本対物レン
ズを光ディスクのピックアップとして用いた場合の、デ
ィスク側の開口数、βは本対物レンズが成す有限系の近
軸横倍率、Ｒ１，Ｒ２は本対物レンズの第１面及び第２
面のベース曲面の曲率半径（光軸近傍の曲率半径）、Ｄ
は本対物レンズの軸上肉厚、ＷＤは作動距離、ｔは光デ
ィスクのディスク厚、Ｎは本対物レンズの波長λ＝７８
０ｎｍに対する屈折率、ｎは同様に光ディスクの波長λ
＝７８０ｎｍに対する屈折率である。

本対物レンズの非球面形状は、第ν面（ν＝１．２）の
頂点を原点とし、光軸方向へのベース曲面からの偏差を
Ｘν、入射高をＨνとして次の式で表わすことが出来る
。

（ν＝１．２）尚、Ａν、Ａｒ１．・・・は非球面係数、Ｋνは円錐定
数を示しており、光軸から経用辺方向へ還ざかるに従っ
て非球面の曲率が小さくなる方向を正と考える。

表１乃至表４には、前記条件式（５）乃至（１０）に示
されるΔｌ　　（１０）、　Δ１　　（７）。

Δ１　（ｓ）、　　Δ２　　（１０）、　　Δ２　　（
７）、　　Δ２（５）の値と上記円錐定数にνと非球面
係数Ａｖｉ（ｉ＝１〜１０）を示している。

表１　（実施例１）Ｆ＝　Ｉ　　　　　　　　　　　　ＮＡＲ１＝０．７７
９８５　　　　　　　ＤＲ２＝−０，９７１６３Ｗ、Ｄに１＝　　１．５２０２６ｘｌＯ”” Ａ、２＝　　０ＡＩ３＝−４，２９１１６Ｘ　１０−３ＡＩ４＝−２，
２５６６４ｘｔＯ−’ Ａ　＋５＝−２、６０４４７Ｘ　１０−’Ａ＋ｓ＝　　
８．２４９２４Ｘ１０−２ＡＩ７＝−１，５１９７３Ｘ
１０−’ Ａ＋ａ＝−５，９５４７９Ｘ　１０−’Ａｌ９＝　　１
．２８６７９Ａ１□。＝−２，７５９６３Ａ１　（１０）＝　　０．０２８７５ Δ＋　　（７）　＝　Ｏ、ＯＯ５６６ Δ１（５）　＝　Ｏ、ＯＯ１３６＝０．　　４５　　　　　　　　　　　　　　　　β　
＝−０，２３１＝１．　　１９５０７　　　　　　　　
　　Ｎ＝１．　　５７６４４＝０．　　５１３０２＝０．　２４７６３　　　　　　　　　　ｎ　　＝１．
　５７１００に２＝−９，９６２９７ｘｌＯ−’ Ａ　　２２＝　　　　ＯＡ　　２３＝−５，５１７０８ｘ　　１　０−３Ａ２４
＝　　　　１．１２７９２Ａ　　２．＝　　−１、３２３２２Ａ　　２６＝　　−７、５９５３５Ｘ　　１　０　−３
Ａ２７＝　　　　１．３２０８３Ａ２８＝−５，５６１２６Ａ２９＝　　　　８．９０２０３Ａ２１０　　＝　　　　３．　　３６３８６Δ　２　　
　（１０）　　＝　　０　　、　０　１　６　４　３Δ
　２　　　（７）　　＝　　Ｏ、ＯＯ４６１Δ　２　　
　（５）　　＝　　Ｏ、ＯＯ１３２表２　（実施例２）Ｆ＝ＩＮＡＲ１＝’０．７７４８１　　　　　　　ＤＲ２＝−０，
９６７２７Ｗ、ＤＫ１＝　　１．５０４１２ｘｌＯ−’ Ａ１□＝　０Ａｓｓ”−１、１９５５２Ｘ　１０−２ＡＩ４＝−１，
６２５６７Ｘ１０−’ Ａ＋ｓ＝　　３．９１３４３ｘｌＯ−’Ａ、、＝　　１
．６３４８５ｘｌＯ−２ＡＩ７＝　　８．５６３１７Ｘ
１０−３Ａ＋ａ＝　　２．７９３７０ｘｌＯ−’Ａｌ９
＝　　９．７４７６５Ｘ１０−２Ａ＋１ｏ　＝−２，５
５４３３ Δ１　（１０）＝　　０．０２８８２ Δｌ　　（７）＝０．００５６６ Δｌ　　（５）＝０．００１３５＝０．　４５　　　　　　　　　　　　　　　β　＝　
−〇　、　２３１＝１．　２０８６３　　　　　　　　
　Ｎ＝１．　５７６４４＝０．　　５０３０６＝０．　２４７５０　　　　　　　　　ｎ＝１．　５７
１００に２＝−７，５９５３７ｘｌＯ−’ Ａ　　２２＝　　　　０Ａ２３＝　　　７．　６８６．０３Ｘ１０−３Ａ２４＝
　　　　１．１１６６４Ａ２Ｓ＝　　　　１　　、　１０９７６Ａ２６＝−１，
９０７７０Ｘ１０−’ Ａ　　２．＝　　　　１．２４２３２Ａ２８＝　　　　５．８９８２１Ａ２９＝　　　　８．８６５５３Ａ２１０　　＝　　　　２．　１　４２６２Δ　２　　
　（１０）　　＝　　０　　、　０　１　６　４　１Δ
　２　　　（７）＝ｏ、　　００４６０Δ　２　　　（
５）＝ｏ、　　００１３２表３　（実施例３）Ｆ＝　Ｉ　　　　　　　　　　　　ＮＡＲ１＝０．７８
９９５　　　　　　　ＤＲ２＝−１，００９９０Ｗ、ＤＫｆ＝　　１．５０８３０ｘｌＯ−’ Ａ、２＝　　０ＡＩ３＝　　３．８８９１３Ｘ　１０−’Ａ＋４＝　　
２．２２４９０Ｘ　１０−’Ａ＋ｓ＝　　２．４６５９
１Ｘ１０−’Ａｌ６＝　　２．７５７２９Ｘ１０−２Ａ
１７＝　　１．６６０４５Ｘ１０−’Ａ＋ａ＝　　５．
２３０８２Ｘ１０−’Ａｌ９＝　　１．６６９９６Ａｕｔｏ　＝　　３．　１４９２６ Δｌ　　（１０）＝　　０．０２９６７Δ１（７）　＝
　０　、０　Ｏ５８２ Δ、（５）＝０．００１３８＝０．　　４５　　　　　　　　　　　　　　　　　β
　＝−Ｑ、　　　２３１＝１．　　１３７３７　　　　
　　　　　　　Ｎ＝１．　　５７６４４＝０．　　５４
６５７ ±　０．　　２４８１５　　　　　　　　　　　　ｎ＝
ｆ、　　　５７１Ｋ　２＝　　　　３．９０９９７ｘｌ
Ｏ−’Ａ　　２２＝　　　　ＯＡ　　２３＝　　　　６．　４０２３２ｘｌＯ−’Ａ　
　２４＝　　　　１．０７７８６Ａ２５＝−９，６４８０１ｘ　　１　０−’Ａ　　２６
＝−１，３０６１５ｘｌＯ−’Ａ２７＝　　９．７２９
５１Ｘ１に１Ａ２６＝　　　　４．　　００　１　７９Ａ　　２９＝
　　　　９．６０７６７Ａ２１゜　＝−７，５４７７７ Δ　２　　（１０）＝０．　０１６５０Δ　２　　（７
）＝０．　００４６８ Δ　２　　　（５）　　＝０．　００　１　３５表４　
（実施例４）Ｆ冨Ｉ　　　　　　　　　　　　ＮＡＲ１＝０．７５４６２　　　　　　　ＤＲ２＝−１，１
５３７８Ｗ、ＤＫ１＝　　１．４９９０７ｘｌＯ−’ Ａ　Ｉ２＝　　ＯＡ、３＝−１，３８１１１ｘｌＯ−” Ａ＋４＝　１．６９３４４Ｘ１０−’ Ａ　＋ｓ＝　　３　、６８４９８　Ｘ　１０−’Ａ＋ｅ
＝　　１．３３５４４ｘｌＯ−２ＡＩ７＝　　１．４８
３７１Ｘ１０−’Ａ＋ａ＝　　４．３０１０５ｘｌＯ−
’Ａｌ９＝　　１．５３２４１Ａｕｔｏ　＝　　４．３８２６８ ΔＩ　（１０）＝　　０．０３２７３ Δ、（７）＝０．００６３２ Δ、（５）＝０．００１５３＝Ｏ：　　４５　　　　　　　　　　　　　　　Ｎ＝１
．　５７６４４＝１．　　０８８４０＝０．　　５４５２５＝０．　２４８７８　　　　　　　　　　ｎ＝１．　５
７１に２＝　　　　１．０２２５５Ａ　２□＝　　　０Ａ２３＝　　　２．　９４６１８Ｘ１０−’Ａ　　２４
＝　　　　１．２３３５９Ａ　　２５＝　　−１，１２７１２Ａ２６＝　　　８．　２９８８５Ｘ１０−’Ａ２７＝　
　　　１．２５５６９Ａ２８＝　　　　２．９５９０７Ａ２９＝　　　　５．８１２４３Ａ　２□。　＝　　　　３．２６６３０Δ　２　　　（
１０）　　＝　　０　　、　０　１　５　７　４Δ　２
　　（７）＝０．　００４３１ Δ　２　　（５）＝０．　００１１８第１図に本発明に係る対物レンズの概略断面図を示す。

図面において、１は本対物レンズ、２は光ディスクを示
しており、他の符号Ｒ１，Ｒ２，Ｄ。

Ｎ、ＷＤ、ｔ、ｎは先に述べたパラメータに対応してい
る。

前記表１乃至表４で示される対物レンズは、第１図に示
す様な形状を大略有する。そして、第１図において、不
図示の半導体レーザからの発散光は、紙面左方より対物
レンズ１に入射し、対物レンズ１により吸飲光に変換さ
れる。この吸飲光は光ディスク２に入射し、光ディスク
２の図中右側の面に集光する。

ここで、光ディスク２と呼称しているものは、実際には
光ディスクの透明基板又は透明保護層に対応する。従っ
て、第１図に於いて光ディスク２の右側の面は記録面が
存在する位置を示す。

第２図乃至第５図は表１乃至表４で示された実施例１〜
４の対物レンズの収差図を示す。

ここでは、球面収差及び非点収差及び歪曲収差を示して
おり、非点収差の収差図において、Ｍはメリジオナル方
向、Ｓはサジタル方−向の収、差曲線を表わす。

第２図乃至第５図の収差図から明らかな様に、本実施例
によれば、単一の非球面対物レンズで有限系を構成し、
しかもＮ　Ａ　＝　０．４５という大口径の光学系であ
るにも係わらず、釉上及び軸外の収差が良好に補正され
、光ディスクの対物レンズとして有用なレンズとなフた
。

その上、前述の各条件を適宜満たす如く設計されている
為、レンズ加工時及び組立時に生ずる偏心に対する敏感
度が小さく、極めて実用的なレンズとなっている。

以上水した実施例は本発明の一例を示したのみに過ぎず
、前述の条件をみたす両面非球面レンズは本発明の思想
の下で種々の形態のレンズとして設計出来るものである
。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、高倍率で使用出来、且つ軸上及
び軸外の収差補正が良好な対物レンズを提供出来る。

この為、高倍率の有限系を構成して、光学系のコンパク
ト化を図ることが出来る。

又、レンズ加工時や組立時に生ずる各面間の偏心やレン
ズ単体の偏心に対する敏感度を小さく抑え、常時極めて
良好に収差補正効果を享受出来る両面非球面の対物レン
ズを提供出来る。

特に、本発明の対物レンズは、上記効果を有することか
ら実用的なレンズ系と成り得、有限系として用いる場合
に非常に好適である。

又、有限系として用いた場合でも、大口径で且つ軸上及
び軸外の収差補正を良好に行った対物レンズとすること
が出来、光ディスク等の対物レンズとして極めて有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る対物レンズ断面図。第２図は表１の実施例の対物レンズの諸政差を示す収差
図。第３図は表２の実施例の対物レンズの諸政差を示す収差
図。第４図は表３の実施例の対物レンズの諸政差を示す収差
図。第５図は表４の実施例の対物レンズの諸政差を示す収差
図。１・・・本対物レンズ２・・・光ディスク

Claims

【特許請求の範囲】両面非球面の対物レンズであって、該対物レンズを使用
する際、長焦点側に存する第１面の光軸近傍の曲率半径
をＲ１、短焦点側に存する第２面の光軸近傍の曲率半径
をＲ２、該対物レンズの軸上肉厚をＤ、使用波長での屈
折率をＮ、焦点距離をＦ、該第ν面（ν＝１、２）での
有効径１０割及び７割及び５割における非球面と該曲率
半径Ｒν（ν＝１、２）を有する球面との光軸方向の差
を、夫々Δν（１０）及びΔν（７）及びΔν（５）（
ν＝１、２）とし、該Δν（１０）及びΔν（７）及び
Δν（５）の値を光軸から該対物レンズの径周辺方向に
いくに従って非球面の曲率が弱くなる方向を正とする時
、以下の条件を満足することを特徴とする対物レンズ。（１）０．７２≦Ｒ１／Ｆ≦０．８５（２）−１．２５≦Ｒ２／Ｆ≦−０．９５（３）０．９５≦Ｄ／Ｆ≦１．３０（４）１．４５≦Ｎ≦１．６５（５）０．０２５０≦Δ＿１（１０）≦０．０３５０（
６）０．００４０≦Δ＿１（７）≦０．００８０（７）
０．００１０≦Δ＿１（５）≦０．００１８（８）０．
０１３０≦Δ＿２（１０）≦０．０１８０（９）０．０
０３５≦Δ＿２（７）≦０．００５５（１０）０．００
１０≦Δ＿２（５）≦０．００１６