JPS6227711A - 光デイスク用レンズ - 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】 ａ、技術分野 本発明は、小型で高性能の光ディスク用レンズに関する
もので、詳しくは回転二次曲面である非球面を用いた２
枚構成の光ディスク用レンズに関すうものである。

ｂ、従来技術及びその問題点 光ディスクに使用されるレンズは、開口数ＮＡは０．４
以上と大口径比でなければならず、しかも残存収差も回
折限界内になるように補正がなされていなければならな
い、また、レンズの実際の使用状況では、画角±１°程
度まで良好な性能を持つ必要がある。

従来、この用途のレンズは３枚以上の球面系のガラスレ
ンズで構成されていたが、レンズの低価格化、小型軽量
化の要求から、この種のレンズとして、単レンズよりな
り、その両面を非球面で構成したものや、２枚のレンズ
で構成し、そのうち１つの面のみを高次の非球面とした
ものなどが提案されている。（特開昭５７−７６５１２
号、同５８−２１９５１１号、同５９−９６１９号） しかしながら、非球面単レンズによるものは、必ず２面
とも非球面化しなければ、実用上充分な収差量に収差補
正を行うことができない、そして２面とも非球面のレン
ズの場合１球面レンズと異イ なり、面の平行移動Ｗ倒れに対する公差が厳しくなり、
設計性能がすぐれていても、設計性能を保った製品を作
ることはむずかしいと言う問題があった。

加えて、両面非球面の単レンズの場合は、少なくとも片
側の面は高次の非球面係数を持った非７球面としなけれ
ば、レンズ性能は満足できないものであった。そして、
そのような高次の非球面係数を持った面は一般に、干渉
法などの高精度な非接触測定によって面形状を測定する
ことが困難であった・ 上に比例する項を有するために０面形状測定のための有
利な形状は意識されていなかった。

Ｃ０目的 本発明は上記の点に鑑み、非球面の偏心による性能低下
が少なく、シかも非球面形状の超精密測定が容易に行え
る、量産性の良い、コンパクトな光ディスク用レンズを
提供することを目的としている。

ｄ０問題点の解決手段 レンズ１枚の両面非球面レンズで構成している限り、前
記レンズの傾れの許容や面形状測定の容易性は根本的に
は解決されないため、本発明の光ディスク用レンズは、
共に、入射側の面が凸面である正レンズの第１レンズと
第２レンズの２枚よりなり、その入射側の第１面が次式
によってその表面形状が表わされる回転二次曲面であり
、且つ、Ｘ（ｈ）〜（４）の条件を満足することを特徴
とする光ディスク用レンズで”Ｊ３゜（ ３）　０．０＜　ｄ　２　／　ｆ　＜０．２２（４）−
１≦Ｋ＜−０，３ ただし Ｘ（ｈ）：光軸から高さｈの非球面上の１点から非球面
頂点の接平面におろした垂線の 長さ ｈ：光軸からの高さ ｈの非球面上の１点から非球面頂点付近（近軸）の曲率
半径に：非球面係数 ｆ：レンズ全系の焦点距離 ｆｌ：第１レンズの焦点距離 ｒｌ：第１面の近軸の曲率半径 ｎ１＝第１レンズの屈折率 ｄ２：第１レンズと第２レンズの間の空気間隔８０作用 光ディスク用レンズは、明る＜　（Ｎ　Ａ＝０．５）、
しかも球面が非常に小さいことが要求されるため。

球面レンズのみで構成する場合には、３枚以上のレンズ
の組み合せが必要となっている。これを小型化するため
に非球面を導入するわけであるが、レンズ１枚では、非
球面を用いない場合、球面収差は必ずアンダーになって
しまう。従って、球面収差補正のためには大きな非球面
量が必要となる。

そしてこの非球面量を１つの面に分担させた場合。

コマ収差の発生は避けられないので、結局、１枚構成で
は両面非球面にならざるを得ない、また。

パワーの分散が２つの面だけで行れるため、おのずから
各面の曲率半径は小さくなり、面の偏心、倒れによる収
差悪化が大きくなりやすい。

これに対し本発明のようにレンズを２枚構成にした場合
、パワーを２つのレンズに分散させ、レンズの球面成分
のみによって収差をかなり低減させることができるので
、付加的に用いる非球面量は小さいものですみ、レンズ
面が４面ある中で、どこか１つの面を非球面化するのみ
で良好な性能を得ることができる。

条件（１）は２枚のパワーレンズのパワー配分を示すも
のであり１条件式（２）は第１レンズ内のパワー成分を
示すものである。この条件（１）。

（２）を満足することによって各面毎に発生する球面収
差量を小さくすることが可能になり、非球面量を少なく
でき、同時に偏心に対する収差変化も小さくできる。

条件式（３）は第１レンズと第２レンズの空気間隔を定
める条件であり、この条件（３）を満足することにより
、２枚レンズの横ずれに対する収差変化の感度とレンズ
系のコンパクト性への要望が達成できる。

高精度な非球面形状測定技術について考えた場合、主と
して接触式測定、干渉法測定がある。非接触で測定する
ためには干渉法が望ましいが、現状では、非球面量の多
い一般の非球面においては表面の反射が干渉計に戻らな
いため、接触式測定が採られることが多い、しかし、非
球面成形の型あるいはプラスチックによる非球面レンズ
等では。

接触式によるとキズが付くことがあり、接触式で測定で
きれば良いというものではない。従って。

光ディスク用対物レンズでは、高精度に面形状を成形す
る必要があるため、非接触式の干渉法の使用可能な非球
面形状を採用し、高速な面精度測定。

ヘテロダイン干渉法等による超高精度測定を可能にする
事は作製上４有利である。

一般に１回転双曲面９回転放物面１回転楕円面。

れらの面からたかだか数な（ラムダ：３１！ｌ定時に用
いる光線の波長）以内の非球面性を持った面については
、干渉法により非球面形状を測定することが可能である
。

このため本発明にかかるレンズは、非球面を回転二次曲
面で構成したものである。

回転二次曲面と前記非球面係数にの関係は。

Ｋ＜−１：回転双曲面 に＝−１：回転放物面 １＜Ｋ＜Ｏ：回転楕円面（焦点が光軸上に並ぶ）Ｋ＝０
：球面 ０くに：回転楕円面（焦点が光軸に垂直な方向に並ぶ楕
円を光軸を中心に回転したもと）となっており、Ｋ〉０
の回転楕円面は干渉法による面精度測定について有利な
特性を持っていない。

次にレンズの収差上から要求される非球面性について考
えた場合、２枚の正レンズのうち１つの面のみを非球面
とするときは、球面収差をオーバーにするような非球面
とする必要がある。これは、球面レンズと比較してレン
ズのコバが厚くなる方向の非球面性を持つことを意味し
ており、非球面を回転二次曲面とすると、レンズの入射
側面（第１面または第３面）に非球面を持つ場合はＫ＜
Ｏ。

レンズのディスク側面（第２面または第４面）に非球面
を持つ場合はＫ＞Ｏとならなければならない。

従って本発明の目的から非球面となる面は第１面または
第３面に限られる。さらに、非球面測定系の作り易さは
、非測定面へ入射あるいは反射する光束の拡がり角に依
存するため、レンズの有効径と比べて面の曲りのゆるい
第１面の方が有利である。

このように非球面を第１面の回転２次曲面とした場合、
レンズの偏心、特に非球面となる第１面。

第２面間の偏心による収差発生を小さくするようにレン
ズを構成するとき、非球面係数にの範囲として −０，９＜　Ｋ　＜−０，３ 程度が望ましく、これ以上でも以下でも偏心による性能
低下が大きくなる。

しかし干渉法による測定を考えた場合。

に＝−１ として非球面を回転放物面とすることは非常に有利であ
る。

１＄″ それは１例えＩ実施例１の非球面（Ｋ　＝　−０，５６
）と実施例３の非球面（Ｋ＝−１，００）を測定する場
合の干渉計を組む場合、それぞれ第７図、第８図のよう
な型が考えられるが、放物面に対する第８図あ の干渉計は、入射光が平行光でするため、入射光と被測
定面の位置合せが面のかたむきのみで使用できる。中間
に入るミラーによる光のケラレが無い等の利点！ある。

従って１本発明のレンズでは第１面の非球面係数を条件
（４）すなわち 一１≦Ｋ＜−０，３ とすることが望ましい。

ｆ、実施例 以下、本発明の実施例（カバーガラスを含む）を記載す
るにこで、ＮＡ七は開口数、ｆは焦点距離、ｒは各面の
曲率半径、ｄは面の間隔、ｎは屈折率、ＷＤはワーキン
グディスタンス、には第１面の非球面係数である。

〔実施例　１〕 Ｎ　Ａ　＝０．４７　　　　ｆ　＝４．５　　　・画角
：ｔ：　１．０’ｒ　　　　　　ｄ　　　　　ｎ（波長
７８０ｎｍ）６．８００　　　１．１０　　　　１．７
８５６５２３．２０５　　　０．１０ ３．１７７　　　１．１０　　　　１．７８５６５６．
３６７　　　２．４８（ＷＤ） ”　　　　　１．２０　　　　１．５００００非球面係
数　Ｋ　ニー０．５６０ 〔実施例　２〕 Ｎ　Ａ　：０．４７　　　　ｆ　：４．５　　　　画角
±１．０”ｒ　　　　　　ｄ　　　　　ｎ（波長７８０
ｎｍ）４．４４５　　　１．６０　　　　１．４８４７
９−１７４．８６６　　　０．１０ ２．７９８　　　１．１０　　　　１．４８４７９８．
１５４　　　２．２５（ＷＤ） ００　　　　１．２０　　　　１．５００００非球面係
数　Ｋ　＝　−０，７０ 〔実施例　３〕 Ｎ　Ａ　＝０．４７　　　　ｆ　＝４．５　　　　画角
±１．０”ｒ　　　　　　ｄ　　　　　Ｈ（波長７８０
ｎｍ）６．４４２　　　１．８０　　　　１．４ＪＩ４
７９−５７．６３８　　　０．１０ ３．０２１　　　１．１０　　　　１．７８５６５５．
８３８　　　２．３７（ＷＤ） ”　　　　　１．２０　　　　１．５００００非球面係
数　Ｋ＝−１，０００ ｇ、効果 以上説明したように１本発明による非球面形状を持った
光ディスク用レンズは、その非球面形状を第７図、第８
図に示すような光路を持った干渉計により、一般の非球
面レンズよりはるかに容易に測定することが可能な弓え
、非球面の偏心に対する収差変動が第９図に示すように
非常に小さいため、これまでにある非球面使用の光ディ
スク用レンズと比較し量産性の高いものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１のレンズ構成図、第２図は実
施例１の収差図、第３図は本発明の実施例２のレンズ構
成図、第４図は実施例２の収差図、第５図は本発明の実
施例３のレンズ構成図、第６図は実施例３の収差図、第
７図は実施例１のに＝−０，５６０の非球面を測定する
ための干渉計概形図、第８図は実施例３のＫ　＝−１，
０００の非球面を測定するための干渉計概形図、第９図
は実施例１の第１面の偏心に対する収差量変化を示すグ
ラフである。 Ｍｌ：ハーフミラ− Ｍ２：球面反射ミラー Ｍ３：薄膜ハーフミラ−またはミラー Ｍ４：球面反射ミラー ０、：被検非球面　Ｋ＝−０，５６０ ｏ２：被検非球面に＝−１，０００ Ｒ１：参照平面 Ｒ２：参照平面 Ｌｌ：レンズ 第１図 第２図 正弦条件 第３図 第４図 正弧条件 第５図 第６図 正弦条件 第７図 第８　図 皇９ＵｉＵ １市の１ト４ティ龜＋ｗｔ’ｌｖｔ　　　　（Ａ乍ｔ）
手続補正書 ／、事件の表示 特願昭６０−１６７０９２号 、２６発明の名称 光ディスク用レンズ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号名称　（０
５２）　　旭光学工業株式会社代表者　松本　撤 ダ０代理人 居所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号乙、補正の
内容 （１）明細書の「特許請求の範囲」の欄を別紙のとおり
補正する。 （２）明細書の「発明の詳細な説明」の欄中、第５頁第
４行目の 「その入射側の第１面」を 「その第１レンズの入射側面（第１面）」と補正する。 （３）同第１０頁第３行目〜第５行目の「レンズの・・
・・・・ならない。」を「第４面に非球面を持つ場合は
ｋ＞Ｏとならなければならない。また曲率半径の大きい
面となる第２面を非球面化する場合は、回転二次曲面の
非球面では非球面量を充分にとることができない。」と
補正する。 特許請求の範囲 共に入射側の面が凸面である正レンズの第１レンズと第
２レンズの２枚よりなり、（ゴ々ｌ上」仁ンーズの入浄
・０財」Ｌ工？辷負り一が次式によってその表面形状が
表わされる回転二次曲面であり、且つ１Ｘ（ｈ）〜（４
）の条件を満足することを特徴とする光ディスク用レン
ズ。 （３）　０．０＜　ｄ　２　／　ｆ　＜０．２２（４）
−１≦Ｋ＜−０，３ ただし ｘ（ｈ）：光軸から高さｈの非球面上の１点から非球面
頂点の接平面におろした垂線の 長さ ｈ：光軸からの高さ ｈの非球面上の１点から非球面頂点付近（近軸）の曲率
半径に：非球面係数 ｆ：レンズ全系の焦点距離 ｆ！：第１レンズの焦点距離 ｒｌ：第１面の近軸の曲率半径 ｎｌ：第１レンズの屈折率

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 共に入射側の面が凸面である正レンズの第１レンズと第
   ２レンズの２枚よりなり、その入射側の第１面が次式に
   よってその表面形状が表わされる回転二次曲面であり、 Ｘ（ｈ）＝（ｈ＾２／ｒ）／｛１＋√［１−（１＋Ｋ）
   （ｈ＾２／ｒ＾２）］｝且つ、次の（１）〜（４）の条
   件を満足することを特徴とする光ディスク用レンズ。 （１）０．３３＜ｆ／ｆ＿１＜０．５５ （２）０．２５＜［（ｎ＿１−１）／ｒ＿１］・ｆ＜０
   ．６６ （３）０．０＜ｄ＿２／ｆ＜０．２２ （４）−１≦Ｋ＜−０．３ ただし Ｘ（ｈ）：光軸から高さｈの非球面上の１点から非球面
   頂点の接平面におろした垂線の長さ ｈ：光軸からの高さ ｒ：非球面頂点付近（近軸）の曲率半径 Ｋ：非球面係数 ｆ：レンズ全系の焦点距離 ｆ＿１：第１レンズの焦点距離 ｒ＿１：第１面の近軸の曲率半径 ｎ＿１：第１レンズの屈折率 ｄ＿２：第１レンズと第２レンズの間の空気間隔