JP2863185B2 - 大口径非球面レンズ - Google Patents
大口径非球面レンズInfo
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- JP2863185B2 JP2863185B2 JP4439889A JP4439889A JP2863185B2 JP 2863185 B2 JP2863185 B2 JP 2863185B2 JP 4439889 A JP4439889 A JP 4439889A JP 4439889 A JP4439889 A JP 4439889A JP 2863185 B2 JP2863185 B2 JP 2863185B2
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- lens
- aspherical
- curvature
- vertex
- focal length
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光学的情報読み取りや光通信の伝送系等に
適した大口径非球面レンズに関する。
適した大口径非球面レンズに関する。
〈従来の技術〉 大口径非球面レンズは従来はCD（コンパクトディス
ク）,LD（レーザディスク）等のレーザピックアップに
用いられている。また、最近ではコンピュータの光磁気
メモリや，光通信伝送系の微細な光学系に広く用いられ
ている。
ク）,LD（レーザディスク）等のレーザピックアップに
用いられている。また、最近ではコンピュータの光磁気
メモリや，光通信伝送系の微細な光学系に広く用いられ
ている。
このような大口径非球面レンズの用途は多岐に渡る
が、一般的には開口数NAが0.45から0.55であり、焦点距
離ｆは3.5mmないし10.0mm程度である。
が、一般的には開口数NAが0.45から0.55であり、焦点距
離ｆは3.5mmないし10.0mm程度である。
また、材料についてもプラスチックが安価であり，加
工性が良くしかも軽量であるという理由から多用されて
いる。
工性が良くしかも軽量であるという理由から多用されて
いる。
そして、両非球面のプラスチック単レンズがCDプレイ
ヤなどに広く普及している。
ヤなどに広く普及している。
しかし、プラスチックは耐熱性，吸湿性，複屈折（均
質性）に問題がある。
質性）に問題がある。
耐熱性が十分でないので光学鏡筒などに接合するため
の高温処理により変質させられる恐れがある。レンズの
固定時に封着ガラスを使用する場合にレンズの外周は金
メッキの際に400°ないし500°の温度に晒される。
の高温処理により変質させられる恐れがある。レンズの
固定時に封着ガラスを使用する場合にレンズの外周は金
メッキの際に400°ないし500°の温度に晒される。
そのため、このような条件下でプラスチックレンズを
使用することができない。
使用することができない。
また光ファイバ用コネクタに使用されるレンズとして
従来より屈折率分布形レンズがある。このようなレンズ
はイオン交換法に見られるように屈折率分布特性が不安
定であり、ロットごとの品質においてもバラツキが大き
い。これが球面収差等に悪い影響を与えている。
従来より屈折率分布形レンズがある。このようなレンズ
はイオン交換法に見られるように屈折率分布特性が不安
定であり、ロットごとの品質においてもバラツキが大き
い。これが球面収差等に悪い影響を与えている。
そして高NAへの対応も困難であり、半導体レーザ光源
などを用いる高精度の光学系に安定して使用することが
できない。
などを用いる高精度の光学系に安定して使用することが
できない。
〈発明が解決しようとする課題〉 最近，レンズ製造において超精密モールドプレス技術
を用いる加工方法が確立し非球面レンズの製造を極めて
高い精度で行うことが可能となった。例えば，光通信用
コネクタレンズにおいて、半導体レーザ光をファイバ端
面に伝送し，高度な結合効率を得ようとする場合、無限
系での光学系では２枚以上のレンズを用いることが必要
となる。
を用いる加工方法が確立し非球面レンズの製造を極めて
高い精度で行うことが可能となった。例えば，光通信用
コネクタレンズにおいて、半導体レーザ光をファイバ端
面に伝送し，高度な結合効率を得ようとする場合、無限
系での光学系では２枚以上のレンズを用いることが必要
となる。
本発明の目的は、高屈折率ガラスを用いて超精密モー
ルドプレス技術を用いて非球面レンズを製造し、非常に
小さな焦点距離であるにもかかわらず、大きな口径を持
った大口径非球面レンズを提供することにある。
ルドプレス技術を用いて非球面レンズを製造し、非常に
小さな焦点距離であるにもかかわらず、大きな口径を持
った大口径非球面レンズを提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉 前記目的を達成するために、本発明による大口径非球
面レンズは、第１面と第２面が式によって表現される
非球面であり、ないし式の条件を満たして構成され
ている。
面レンズは、第１面と第２面が式によって表現される
非球面であり、ないし式の条件を満たして構成され
ている。
Ｚ＝［CiY2／〔１＋（１−（１＋Ki）Ci2Y2）1/2〕］
＋EiY4＋FiY6＋GiY8＋HiY10 1.0＜（f/NA）＜3.0 1.7＜r1／〔（ｎ−１）ｆ〕＜2.3 ｎ＞1.70 ただし Z:頂点を通る光軸と垂直な平面から非球面までの距離 Y:光軸から半径方向への高さ Ci:第ｉ面の非球面頂点の曲率（1/ri） Ki:第ｉ面の円錐定数 Ei〜Hi:第ｉ面の第４次から第10次の非球面係数 NA:開口数 f:焦点距離 d:レンズの中心肉厚 ri：第ｉ面の非球面頂点の曲率半径 n:ガラスの屈折率 ν：ガラスのアッベ数 〈作用〉 前記構成の大口径非球面レンズにおいて式のｆはレ
ンズの焦点距離,NAは開口数を示しており、この式はNA
が決定されたときにｆが取り得る範囲を示している。
＋EiY4＋FiY6＋GiY8＋HiY10 1.0＜（f/NA）＜3.0 1.7＜r1／〔（ｎ−１）ｆ〕＜2.3 ｎ＞1.70 ただし Z:頂点を通る光軸と垂直な平面から非球面までの距離 Y:光軸から半径方向への高さ Ci:第ｉ面の非球面頂点の曲率（1/ri） Ki:第ｉ面の円錐定数 Ei〜Hi:第ｉ面の第４次から第10次の非球面係数 NA:開口数 f:焦点距離 d:レンズの中心肉厚 ri：第ｉ面の非球面頂点の曲率半径 n:ガラスの屈折率 ν：ガラスのアッベ数 〈作用〉 前記構成の大口径非球面レンズにおいて式のｆはレ
ンズの焦点距離,NAは開口数を示しており、この式はNA
が決定されたときにｆが取り得る範囲を示している。
式を満足させるためには高NAであれば絶対焦点距離値
は大きくなり得ない。
は大きくなり得ない。
f/NAが1.0より小さくなると広角化を意味し、パワー
を満足するために曲率半径が両面または片面において極
端に小さくなり、軸外波面収差の補正が困難になる。
を満足するために曲率半径が両面または片面において極
端に小さくなり、軸外波面収差の補正が困難になる。
すなわち、３次収差量で示せば球面収差はゾーナル
（Zonal）光束近傍では補正不足を示し、輪帯光束にお
いては補正過剰となり球面収差量が増大し、非点収差に
ついてもタンゼンシャル（Tangen−tial）方向はサジタ
ル（Sagittal）方向との間に大きな格差を生じ、本目的
に沿わない。
（Zonal）光束近傍では補正不足を示し、輪帯光束にお
いては補正過剰となり球面収差量が増大し、非点収差に
ついてもタンゼンシャル（Tangen−tial）方向はサジタ
ル（Sagittal）方向との間に大きな格差を生じ、本目的
に沿わない。
しかも、この条件でNAを高くすれば短焦点化するので
NAを満足する画角を得るのは非常に困難になり、加工上
可能な曲率半径値とはなりにくい。
NAを満足する画角を得るのは非常に困難になり、加工上
可能な曲率半径値とはなりにくい。
逆にf/NAが3.0よりも大きくなると高NAであっても絶
対焦点距離が大きく絶対曲率半径も大きくなるので、設
計製造が比較的容易になる。
対焦点距離が大きく絶対曲率半径も大きくなるので、設
計製造が比較的容易になる。
また、球面収差は光軸より輪帯光束に至るまで補正不
足を示すものの収差改善は図ることができるが、高NA
化，短焦点距離化の目的は果たし得ない。
足を示すものの収差改善は図ることができるが、高NA
化，短焦点距離化の目的は果たし得ない。
すなわち、軽量化，コンパクト化の条件に対し、相反
する状況を生じることになり本発明の制限外となる。
する状況を生じることになり本発明の制限外となる。
式においてri／〔ｎ−１）ｆ〕が1.4より小さくなる
と、焦点距離に対して第１面の曲率半径が相対的に小さ
くなり、非点収差を大きくし軸外波面収差を悪くする。
と、焦点距離に対して第１面の曲率半径が相対的に小さ
くなり、非点収差を大きくし軸外波面収差を悪くする。
また、ri／〔（ｎ−１）ｆ〕が2.3より大きくなる
と、球面収差を補正しきれなくなる。
と、球面収差を補正しきれなくなる。
ｎ＞1.70,ν＞30.0 の条件においてｆが1.0mm前後（0.5ないし1.5mm）の
極めて小さな焦点距離の非球面レンズを作る場合、第１
面，第２面の曲率半径の大きさがレンズの収差および製
造上の問題に大きく関与する。一般に焦点距離が小さく
なるにつれて、第１面，第２面の曲率半径もそれにつれ
て小さくなるため、設計も製造も困難になる。屈折率の
小さい材料プラスチック（ｎ＝1.49）や,FCD1（ｎ＝1.4
9）等を使用すると曲率半径をさらに小さくとらざるを
得なくなる。これにより、非点収差，コマ収差，球面収
差などのレンズ収差の補正の条件がさらに悪くなる。ま
た、設計後実際の製造に移った場合、レンズをモールド
プレスで作るにしても、直接研削するにしても曲率半径
の大きさが加工精度の難易度に大きく影響を与える。こ
れがレンズ性能へは勿論のこと、生産コストにも著しく
関係する。光通信用として1300〜1550nmの環境化におい
て、使用される場合はｎと比較して相対的なｎの値はさ
らに小さくなるので、どうしてもｎ＞1.70の高い屈折率
を持ったレンズ材料が必要となる。
極めて小さな焦点距離の非球面レンズを作る場合、第１
面，第２面の曲率半径の大きさがレンズの収差および製
造上の問題に大きく関与する。一般に焦点距離が小さく
なるにつれて、第１面，第２面の曲率半径もそれにつれ
て小さくなるため、設計も製造も困難になる。屈折率の
小さい材料プラスチック（ｎ＝1.49）や,FCD1（ｎ＝1.4
9）等を使用すると曲率半径をさらに小さくとらざるを
得なくなる。これにより、非点収差，コマ収差，球面収
差などのレンズ収差の補正の条件がさらに悪くなる。ま
た、設計後実際の製造に移った場合、レンズをモールド
プレスで作るにしても、直接研削するにしても曲率半径
の大きさが加工精度の難易度に大きく影響を与える。こ
れがレンズ性能へは勿論のこと、生産コストにも著しく
関係する。光通信用として1300〜1550nmの環境化におい
て、使用される場合はｎと比較して相対的なｎの値はさ
らに小さくなるので、どうしてもｎ＞1.70の高い屈折率
を持ったレンズ材料が必要となる。
〈実施例〉 以下、本発明による大口径非球面レンズの実施例につ
いて詳しく説明する。
いて詳しく説明する。
第１図は、本発明による大口径非球面レンズの実施例
の光路図である。
の光路図である。
本発明によるレンズの素材である高屈折率ガラスは、
適切な成形条件を得るためのガラスの転移点（Tg）が58
0°を超えるものを用いる。
適切な成形条件を得るためのガラスの転移点（Tg）が58
0°を超えるものを用いる。
これによりレンズの耐熱性対吸湿性および温度特性を
向上させている。
向上させている。
以下、２つの実施例のデータを示す。
実施例 ｎ 1.782999 ｆ 0.7 ｄ 1.2 WD 0.4 r1 1.22961 K1 −4.047151 E1 −0.152374x100 F1 −0.100630x101 r2 −0.56509 K2 −3.914536 E2 −0.241193x100 F2 −0.496479x10-1 波面収差（RNS） 軸上 0.001λ 軸外 0.002λ 前記実施例において波面収差・軸上は光軸上の数値、
波面収差・軸外は光軸から５μｍでの数値を示す。
波面収差・軸外は光軸から５μｍでの数値を示す。
WDは作動距離を示す。
第２図は、実施例レンズの収差特性を示すグラフであ
る。
る。
〈発明の効果〉 以上詳しく説明したように、本発明によるレンズは非
球面加工により大口径で前述のような良好な収差特性が
得られるので光ファイバ伝送路等に好適に利用できる。
球面加工により大口径で前述のような良好な収差特性が
得られるので光ファイバ伝送路等に好適に利用できる。
また、組立工程も簡単である。
第１図は本発明による大口径非球面レンズの実施例の光
路図である。第２図は前記実施例の収差特性を示すグラ
フである。 ｄ…レンズの中心肉厚 ri…第ｉ面の非球面頂点の曲率 ｎ…ガラスの屈折率
路図である。第２図は前記実施例の収差特性を示すグラ
フである。 ｄ…レンズの中心肉厚 ri…第ｉ面の非球面頂点の曲率 ｎ…ガラスの屈折率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04
Claims (1)
- 【請求項１】第１面と第２面が式によって表現される
非球面であり、ないし式の条件を満たして構成され
た大口径非球面レンズ。 記 Ｚ＝〔CiY2／〔１＋（１−（１＋Ki）Ci2Y2）1/2〕〕
＋EiY4＋FiY6＋GiY8＋HiY10 1.0＜（f/NA）＜3.0 1.7＜r1／〔（ｎ−１）ｆ〕＜2.3 ｎ＞1.70 ただし Z:頂点を通る光軸と垂直な平面から非球面までの距離 Y:光軸から半径方向への高さ Ci:第ｉ面の非球面頂点の曲率（1/ri） Ki:第ｉ面の円錐定数 Ei〜Hi:第ｉ面の第４次から第10次の非球面係数 NA:開口数 f:焦点距離 d:レンズの中心肉厚 ri：第ｉ面の非球面頂点の曲率半径 n:ガラスの屈折率
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4439889A JP2863185B2 (ja) | 1989-02-24 | 1989-02-24 | 大口径非球面レンズ |
| US07/793,272 US5204781A (en) | 1989-02-24 | 1991-11-04 | Infinite large-aperture lens system with aspherical surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4439889A JP2863185B2 (ja) | 1989-02-24 | 1989-02-24 | 大口径非球面レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02223907A JPH02223907A (ja) | 1990-09-06 |
| JP2863185B2 true JP2863185B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=12690409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4439889A Expired - Lifetime JP2863185B2 (ja) | 1989-02-24 | 1989-02-24 | 大口径非球面レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2863185B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04163510A (ja) * | 1990-10-29 | 1992-06-09 | Konica Corp | 光ディスク用対物レンズ |
| TW504582B (en) * | 1999-09-01 | 2002-10-01 | Konishiroku Photo Ind | Objective lens for pickup and light pickup apparatus |
-
1989
- 1989-02-24 JP JP4439889A patent/JP2863185B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02223907A (ja) | 1990-09-06 |
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Legal Events
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