JPS6156314A - 光情報記録媒体の記録再生用対物レンズ - 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】 （産業上の利用分野） この発明は光ティスフ用対物レンズ、特に光源と清報記
録面との距離か比較的小さい場合に用いるに適した晧レ
ンズで構成された対物レンズに関する。

（従来技術） 光ディスク等の情報記録媒体への記録再生装置に用いら
れる光学系で、近年最も一般的なものけ、第１１図に示
すように１光源４を出た光をコリメータレンズ３で子行
光にし、対物レンズ２によって情報記録面１に集光させ
るものである。この光学系では、光ディスク等の面振れ
に対しては対物レンズ２を光軸方向に動かすことによっ
て７オーカシングを行なっている。

この方式は、対物レンズ２を動かしても光学系の性能が
不変でおるという長所を持っている反面、対物レンズ２
とコリメータレンズ３と２つのレンズを必要とするため
光学系が高ｌＴｈ１Ｋなるという間蹟がある。

これに対して、第１２図、第１３図に示すより うにコリメータレンズを用いず、光源４からの光を対物
レンズ２で直接に情報記録面１に集光する方式も知られ
ている。

第１２図に示すものは、フォーカシングは対物レンズ２
の＋０移動で行なうが、移動によって対物レンズ２の開
口数、性能が変化するため、あまυ結像＠率を大きくす
ることが出来ず、基準結縁培率は一１／〜−１／８　　
梶度であった。

第１３図に示すものは、光源４と対物レンズ２を含む光
学系全体■ユニット５を動かしてフォーカシングを行な
うも０であり、フォーカシングのための開口数の変化や
性能劣化がないが、ユニット５をできるたけ軽ｋにする
ために、必要な作動１１１！躯をｊｌｌｌ医しつつ光源
４と情報記録面１とＯ距離ヲ小さくすることが電装とな
る。このため結鍬陪率は一１／〜−１／２と、第１２図
に示す光学系と比較して大きくとる必安がある。

これら０光学系でコストダウン全針るには、第１１図に
示すもＯでは対物レンズ２、コリメータレンズ３のそれ
ぞれを拳レンズで構成することによって限界にきている
。

Ｉ！１２図、第１３図の光学系において、対物レンズ２
が２枚構成になると、レンズの組込み、調整に工数がか
かシ、かえって第１１図示の光学系の方が低コストとな
るので、藝レンズで構成しなければならない。

このようなレンズとしては、特開１１５０−１５６９４
５号、％開昭５８−１７４０９号等が・−１ 知られているが、結縁倍率か　／２０と小さく、必安な
作動距離を６１１保するＫは焦点距離を長くしなければ
ならない。こ■ため、光源と情報記録面との距離が長く
なるので第１３図に示す光学系用の対物レンズとしては
匣用不可能である。

第１２図に示す光学系用の対物レンズとして用いるにし
ても、光学系全体を小匿化するためには光源と対物レン
ズと０間にミラーやプリズムを配置して光路を折シ曲け
なければならず、逆に光学系のコストアンプを招くとい
う問題があった。

（発明の目的） この発明は第１２白、第１３図のような光学系の対物レ
ンズとして用いるに適した結□□□＠率の大きい対３勿
レンズを等レンズとして実損しようとするものである。

（発明の構成） この発明においては、対物レンズの構成を、光源側に凸
面を向けた正の琳レンズでおり、光源側及び縁側の両方
０面が非球面とされ、０．０８　≦１ｍｌ　　＜１　　
　　　　　　−・・・・・、　（１またたし ｍ　：績は＠率 ｆ　：レンズの焦点距離 ｎ　：レンズの屈折率 ｒｌ：光源側の面の頂点曲率半匝 ｒ２：縁側の面の頂点曲率半玉 ＮＡ：縁側の開口数 今　：光源側の面の有効径最周辺（上記ＮＡの周縁光線
が入射する光源側の面上Ｏ位置ンにおける非球面と頂点
曲率半玉ｒ、を有する基準球面との光軸方向の差で、光
軸から遠ざかるほど該非球面が光源側へ変位している場
合を正とする口 匂　：隊９１１１■面の有効径＠周辺における非球面と
頂点曲率半玉ｒ２を有する基準球面との光軸方向の差で
、元軸から遠ざかる程該非球面が光源側へ変位している
場合を正とする。

ａ（ｍ）：佑鐵ＷＩ率ｍ■関数であシ ａ　　（ｎリ　＝２．５　１ｍ　１２＋０．１１で表わ
きれる。

の各条注ヲ満足するものとしている。

史には、 −４くΔ１／ム２＜−０，４・・・・・・　（４）０条
注七滴足することが望ましい。

（作用） 条件（１）はこの発明の対物レンズが囲周される結＠倍
率の範囲を示す。上限をこえると光源側の開口数が慮側
の開口数よシ大となシ、周縁光線■光源側の面への入射
角が大となシ、球面収差の補正が困難となる。下限をこ
えると、必要な作動距ｉ！１Ｉｉｔ−＠保するには焦点
距離を長くしなければならず、光学系をコンパクトに構
成することが不可能となる。

条件（２）は光源側の面■頂点曲率半玉ｒ、に関する。

こ■発明のレンズでは、両面を非球面としているので、
球面収と、正弦条件を良好に補正することは可能である
。しかし、ｒｌｔ−最適に選ぶことでできるだけ球面収
益、コマ収差の発生を少なくし、小さい非球面量でしか
も導線な非　　　”球面ｊし状で補正が可能となる。す
なわち、結縁＠率が零のときはレンズの屈折率が比較的
小さ１／−＋　ｊＪｊ　ｆ　ｔｌつ７０．、□、わ、１
−ゆえ　　（両凸レンズであシ、屈折率が高いときは同
様の凸メニスカスレンズであることはよく知られている
。一方、結縁＠率が−１０ときは対称な両凸レンズとな
る。条件（２）は結＠倍率が大きくなる稈元源側の面Ｏ
頂点曲率半玉ｒ１の最遠端がゆるくなるという上述の関
係を示している。上限をこえて大となると正弦条件がオ
ーバーとな）、下限をこえて小となると正弦条件がアン
ダーとなシ、河れ■場合も、正弦条件を良好に床って球
面収とを補正するには非球面形状が複雑になるＯ 条件（３）は球面収差を良好に補正するためＯ非球面量
に関する条件である。収差論から明らかなように、３次
の球面収差は波面収差で考えると開口の４乗に比的する
口こ■ため非球面量は開口数の４乗で正規化する必装が
ある。また、レンズ■屈折率が高い回、球面収差補正の
だめの非球面量は小さくてすむ０実際には、非球面には
結＠漬率を一定とすると、光源側の面と縁側の面の周縁
光線に対する非球面社命、偽をｌ／Φ−０３、（ＮＡ）
’、ｆで正規化した量をス１、ス２とすれば、Ｚｌが正
で大なほど、為が負で小なほど球面収差をオーバーにす
る効果が大となる　−〇で、球面収差を補正するには式
−為はある範囲内にあることが必要である。

次に＠率を変化させた場合、結飲階率■変化が波面収差
に及はず影響は、縁側の開口数を一定とすると光ｋ　Ｏ
１ｔ＋　ｖ開口数の自乗に比例する。

このため、補正すべき球［１［ｉ収＆駄は結縁渣率が零
のときの補正すべき球面収龜量と結鍬＠率０自乗に比的
した址の和と考えることが出来る。

従って、結諌＠率Ｏ変化を考慮して定数項と結諌陪率の
自乗に比レリする項の和からなる関数必要がある。

＃！件（３）はこの範囲を規定するもので、上限をこえ
ると球面収差が補正過剰となシ、下限をこえると球面収
差が補正不足となる。

条ＦＦ　（４）は正弦条件の補正に関し、この範囲を満
足しないと正弦条件の凹凸が大となシ、これを無理に補
正しようとすると非球面形状が複雑化する。

（実施例） 以下この発明Ｏ対物レンズ■実施列を示す０表中の記号
は前述の池、 ｄ　：レンズθ軸上厚 ν　：ｄ線におけるアツベ数 ｄｃ：１１２側に挿入されているカバーガラスの軸上厚
（７８０１ｍ光に対する屈折率は１゜ｗｉＪ　　：作動
距離 光源側、像側の面■非球面形状は、面の頂点を原点とし
、５を軸方向をＸＱｉＩとした直交座標系において、Ｋ
を円錐定数、Ａｉを非球面係数、Ｐｉを非球面のべき数
とするとき で表わされる。

Ｈｌ、Ｒ２はそれぞれ光源側０面、像側■面における周
縁元厭の高さでおる。

非球面量Δ１、Δ２は、非球面形状を上記のように表わ
した場合には、 Δｊ＝　Ｘｓｐ、ｊ　　　ＸＡｓ、ｊ　　　（コ＝１，
２）但し Ｃ・ニー 　　　ｒｊ Ｋユ　：５面の円錐定数 Ａｉ（ｊ）：ｊ面Ｏ非球面係数 （ｊ）、　　・ Ｐｌ、コ面の非球面Ｑべき数 である。

実施例１ ｆ：１・□　　　　　　　　　ＮＡ＝０．４５２３ｍ　
＝−１／８ｄ　ｃ　＝０．２６６７ＷＤ＝　　０．５８
５９ 非球面係数・べき敏 ヒ１＝０．５１３　　　　　　　ｈ２＝ｏ・４０２実施
列２ ｆ　　＝　　１．ＯＮＡ＝０．４５０３ｍ　＝−１／ｓ
　　　　　　　ｄｃ”（１２６６７ＷＤ＝　　０．５８
１８ 非球面係数・べき数 エラ、　＝０．５１１　　　　　　　ｋｉ２＝０．３８
８実施８にり３ ｆ　　　＝　　　１．ＯＮＡ＝０．４４２６ｍ　＝　　
”／ｓ　　　　　　　ｄ　Ｃ＝０．２６６７〜ＶＤ＝（
１，５２９１ 非球面係数２べき数 ）１１　＝０．５１２　　　　　　　　　　　　　上（
２二〇、３３３実施列４ ｆ　　＝　　１．０　　　　　　　　　ＮＡ＝０．４４
６０ｎ１　＝　　”／ｓ　　　　　　　ｄ　ｃ−０，２
６６７ＷＤ＝　　０．７７８８ 非球面係数・べき数 １−１１＝０．５１１　　　　　　Ｈ２＝０．４８４実
施列５ ｆ　＝　　１．０　　　　　　　　１’１Ａ＝０．４５
４２ｍ　　＝−０，２５ｕｃ＝ｔ）、３３３３ＷＬ）＝
　　０．８３６２ 非球面係数・べき該 ）１１＝０．５８８　　　　　　　）１２＝０．５６１
実ｈＶＡ例６ ｆ　　＝　　１．ＯＮＡ＝０．４４９３ｍ　　−−０，
２５ａｃ＝０．３３３３込’Ｄ＝　　０．８７７４ 非球面係数・べき以 １−１．　＝０．５８２　　　　　　　Ｈ２＝０．５５
４実施ｈ７ ．’　　＝　１．０　　　　　　　　　ＮＡ＝０．４６
５５７ｍ　　＝−０，２５ｃｌｃ＝ｏ、ａ：３：３ａｗ
ｐ＝＝　　０．７０８６ 非球面係数・べ＠数 。ｆ　（１＋ＩＩ。１）２＝０°２９９１　　偽／ｌ＜
＝−２，７４）ｉ、　＝０．５９０　　　　　　）１２
　＝０．５３６実施列８ ｆ　　＝　　１．ＯＮＡ＝０．４５１１ｍ　　＝−ｏ、
ｓ　　　　　　　　　　ｕｃ＝０．５０００ＷＤ＝　　
０．９２４０ 非球面係数・べき数 。、？”（１＋＋□１１ン２　　＝０°１５２２　　　
ｔ−、／ｅ陀＝−０°６１１１、　＝０．７２４　　　
　　　　）１２＝０．６４９実ｍ列９ ｆ　　＝　　１．ＯＮＡ＝０．４５２２ｍ　　＝−０，
５ｄｃ　＝０．５００２ＷＤ＝　　０．８１３８ 非球面係数・べき数 ）１．＝０．６９０　　　　　　鳩＝０．６７３実施列
１０ ｆ　　＝　　１．０　　　　　　　　　　　　　ＮＡ＝
０．４５ｍニー１／１２　　　　　　ｄＣ＝ ＷＤ＝ 非球面係数・べき数 ）１１＝０．４９１　　　　　　　Ｈ２＝０．３６３（
発明の効果） この発明の対″物しンズは、第２図ないし第１１図に示
すように、Ｆ５鐵培率が従来のものに比較して大きいに
も拘らず、曝玉レンズで良好な収走補正がなされている
。

このため、光デイスク用光学系を最も簡略な形式とする
ことがｏＴ能となり大幅なコストダウンが可能になった
。さらに、レンズの構成材料に制限がないため、プラス
チックの射出成形技術等によシ更にコストダウンと＠肚
化が可能になる。

光デイスク用光学系においては、対物レンズ■光源側に
偏光ビームスプリッタ等の光学素子を配置することが多
いが、上記実施列の若干の設計変丸によって対応が可能
である。

上記説明は、更用■態様を想定して結縁倍率の範囲に関
する制限をおいたが、結＠陪率がこの範囲をこえて小と
な９、零になったとしても池の条件の作用は変らず、こ
の条件を満足することＫよって性能の艮好なレンズを得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の対物レンズのカバーガラスを含む断
面図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第７
図、第８図、第９図、第１０図、第１１図はそれぞれ第
１ないし第１０実施例の収差曲線図、第１２図、第１３
図、第１４図はこＱ発明の対物レンズを用いる光学系の
光学配置図である。 １：光情報記録面、２：対物レンズ ３：コリメータレンズ　４：光源 特許出り人　　　小西六写真二気味式会仕出願人代理人
　弁理士　佐　　藤　　文　　男（ほか１名） 牟１図 第２図 βｙ面収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　　非点
酸度第：３図 球面収差　　　　　　　ＩＥ弦条件　　　　　　　Ｊ１
点収７τ−第　　　４　　　図 第　　　５　　　し１ 球［有］収廻　　　　　　　正弦条件　　　　　　非点
収差第　　　６　　　図 体ω収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　　Ｊｔ点
収差第　　７　　図 球面収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　　非点収
差軍　　　８　　　図 −し１１１収差　　　　　　　ｉＥ正弦条件　　　　　
　非点収差処　　９　　図 球面数；艷　　　　　　　ＩＥ正弦条件　　　　　　、
１１屯収差第１０図 Ｒ色収差　　　　　　　正弦条件　　　　　　　非へ収
差尤冒図 球面数、−５市弦条件　　　　　　非、屯収７仔第　　
　１２　　　図　　　　　第　　　１．）　　　　図＋
ｔ＋ａ　　　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源側に凸面を向けた正の単レンズであり、光源側及び
   像側の両方の面が非球面とされ、０．７５＜ｒ＿１／（
   ｎ−１）ｆ√（１＋｜ｍ｜）＜１．５０．７５＜■＿１
   −■＿２／ａ（ｍ）＜１．５■＿１＝（ｎ−１）＾３Δ
   ＿１／（ＮＡ）＾４ｆ■＿２＝（ｎ−１）＾３Δ＿２／
   （ＮＡ）＾４ｆただし ｆ：レンズの焦点距離 ｎ：レンズの屈折率 ｒ＿１：光源側の面の頂点曲率半径 ｒ＿２：像側の面の頂点曲率半径 ＮＡ：像側の開口数 Δ＿１：光源側の面の有効径最周辺（上記ＮＡの周縁光
   線が入射する光源側の面上の位置） における非球面と頂点曲率半径ｒ＿１を有する基準球面
   との光軸方向の差で、光軸か ら遠ざかるほど該非球面が光源側へ変位 している場合を正とする。 Δ＿２：像側の面の有効径最周辺における非球面と頂点
   曲率半径ｒ＿２を有する基準球面との光軸方向の差で、
   光軸から遠ざかる程該 非球面が光源側へ変位している場合を正 とする。 ａ（ｍ）：結像倍率ｍの関数であり ａ（ｍ）＝２．５｜ｍ｜＾２＋０．１１ で表わされる。 の各条件を満足することを特徴とする光情報記録媒体の
   記録再生用対物レンズ