JPH073505B2

JPH073505B2 - 光デイスク用レンズ

Info

Publication number: JPH073505B2
Application number: JP60167092A
Authority: JP
Inventors: 晃一丸山
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1985-07-27
Filing date: 1985-07-27
Publication date: 1995-01-18
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPS6227711A

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るものである。

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5
8−219511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面との非球面のレン
ズの場合、球面レンズと異なり、面の平行移動や倒れに
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造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。

また、２枚のレンズ構成としたものについても、特開58
−219511号などのように、入射高さの６乗以上に比例す
る項を有するために、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。

c.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、し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。

d.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、その第１レンズの入射側面
（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、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である。

（３）0.0＜d₂/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 f₁:第１レンズの焦点距離 r₁: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 e.作用光ディクス用レンズは、明るく（NA0.5）、しかも球
面収差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、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有利であ
る。

一般に、回転双曲面，回転放物面，回転楕円面，球面，
平面の回転二次曲面といわれる曲面と、それらの面から
たかだか数λ（ラムダ：測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Ｋの関係は、Ｋ＜−1:回転双曲面Ｋ＝−1:回転放物面１＜Ｋ＜0:回転楕円面（焦点が光軸上に並ぶ）Ｋ＝0:球面０＜K: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、球面収差は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＜
０、第４面に非球面を持つ場合はｋ＞０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。

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Ｋ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、Ｋ＝−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。

それは、例えば実施例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図の干渉計は、入射光が平
行光であるため、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がある。

従って、本発明のレンズでは第１面の被球面係数を条件
（４）すなわち −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。ここで、NA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,kは第１面の被球面係数である。

〔実施例１〕 NA＝0.47 ｆ＝4.5 画角±1.0゜ r d ｎ（波長780nm） 6.800 1.10 1.78565 23.205 0.10 3.177 1.10 1.78565 6.367 2.48（WD） ∞ 1.20 1.50000 ∞ 非球面係数Ｋ＝0.560 〔実施例２〕 NA＝0.47 ｆ＝4.5 画角±1.0゜ r ｄｎ（波長780nm） 4.445 1.60 1.48479 −174.866 .10 2.798 1.10 1.48479 8.154 2.25（WD） ∞ 1.20 1.50000 ∞ 非球面係数Ｋ＝−0.70 〔実施例３〕 NA＝0.47 ｆ＝4.5 画角±1.0゜ r d ｎ（波長780nm） 6.442 1.80 1.48479 −57.638 0.10 3.021 1.10 1.78565 5.838 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、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う
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Ｋ＝−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。 M1:ハーフミラー M2:球面反射ミラー M3:薄膜ハーフミラーまたはミラー M4:球面反射ミラー O₁:被検非球面Ｋ＝−0.560 O₂:被検非球面Ｋ＝−1.000 R₁:参照平面 R₂:参照平面 L₁:レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光束入射側の面が凸面である正レンズの第
１レンズと、同じく光束入射側の面が凸面である正レン
ズの第２レンズとの２群２枚からなり、上記第１レンズの上記光束入射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）＝（h²/r）／｛１＋［１ −（１＋Ｋ）（h²/r²）］^1/2｝かつ、次の（１）、（２）、（３）及び（４）の条件式
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/f₁＜0.55 （２）0.25＜（n₁−１）・f/r₁＜0.66 （３）0.0＜d₂/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、 f₁:第１レンズの焦点距離、 r₁:第１レンズの光束入射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。