JP2002096332A - レンズの成形金型の設計方法及びこれにより成形したレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 レンズの不確定要素である材料収縮や屈折率
の変化などに影響されることなく、所望の光学特性を精
度良く有するレンズを提供する。 【解決手段】 レンズ成形における基準となる基準金型
を作成し、該基準金型で成形した基準レンズの光学評価
を行うとともに、上記基準金型の成形面の形状測定を行
い、該基準金型の成形面と同一の形状のレンズ面をもっ
た基準仮想レンズを想定して、該基準仮想レンズの光学
シュミレーションによる光学評価を行い、次に、暫定量
産金型を上記基準金型の形状とほぼ同じ形状で作成し、
該暫定量産金型の成形面の形状測定を行い、暫定量産仮
想レンズを想定して、該暫定量産仮想レンズの光学シュ
ミレーションによる光学評価を行い、レンズが本来の光
学評価における許容範囲内になるまで、上記暫定量産金
型の設計／作成を繰り返すようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規なレンズの成形
金型の設計方法及びこれにより成形したレンズに関す
る。詳しくは、成形されたレンズの光学特性の向上を図
る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ
（ディジタルビデオディスク）などの光学ディスクを記
録媒体とする光学ディスクドライブ装置にあっては、そ
の光学ピックアップ装置に対物レンズが使用され、該対
物レンズはガラス、プラスチックなどの成形品が用いら
れる。

【０００３】かかる対物レンズは予め所望の光学特性を
得るように光学的設計に基づきその形状設計が為され
（以下、この形状設計値を「理想形状設計値」とい
う。）、該理想形状設計値と凹凸逆の同一形状設計値で
成形金型が設計される。

【０００４】ところが、成形品は成形後、収縮するため
に所望の形状（理想形状設計値の形状）を維持すること
ができず、成形された対物レンズはその光学特性が所望
のものと異なってしまうことがある。

【０００５】そこで、理想形状設計値の形状をしたレン
ズを得るために、特開平５−９６５７２号に示す成形金
型の設計方法がある。

【０００６】この特開平５−９６５７２号に示された成
形金型の設計方法によれば、暫定的に作成された成形金
型で暫定的なレンズを成形し、上記暫定的な成形金型の
形状寸法値とレンズの形状測定値との差分から形状回帰
曲線を求め、これを成形金型設計のフィードバックする
ことにより、新たな成形金型を作成しようとするもので
ある。

【０００７】これにより、理想形状設計値の形状に近似
したレンズを成形することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
成形されたレンズであっても、材料の屈折率やレンズの
厚みなどの微小な相違により、光学干渉測定であられる
透過波面収差にて評価を行うと、所望の光学特性（球面
収差）を得ることができないのが現状である。

【０００９】特に近年、ＤＶＤなどの記録密度の高密度
化に伴い、従来、許容されていた公差の幅が狭くなって
きており、成形レンズの歩留まりが悪化することが懸念
されている。

【００１０】そこで、本発明は、成形されるレンズの成
形金型の設計方法及びこれにより成形されたレンズに関
し、レンズの不確定要素である材料収縮や屈折率の変化
などに影響されることなく、所望の光学特性を精度良く
有するレンズを提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明レンズの成形金型
の設計方法は、上記した課題を解決するために、レンズ
成形における基準となる基準金型を作成し、該基準金型
で成形した基準レンズの光学評価を行うとともに、上記
基準金型の成形面の形状測定を行い、該基準金型の成形
面と同一の形状のレンズ面をもった基準仮想レンズを想
定して、該基準仮想レンズの光学シュミレーションによ
る光学評価を行い、次に、量産レンズを成形するための
暫定量産金型を上記基準金型の形状とほぼ同じ形状で作
成し、該暫定量産金型の成形面の形状測定を行い、該暫
定量産金型の成形面と同一の形状のレンズ面をもった暫
定量産仮想レンズを想定して、該暫定量産仮想レンズの
光学シュミレーションによる光学評価を行い、上記基準
仮想レンズの光学評価と暫定量産仮想レンズの光学評価
との差分を求めるとともに、その差分を上記基準レンズ
の光学評価値に加算して、求める推定レンズの光学評価
値の推定を行い、該推定レンズが本来の光学評価におけ
る許容範囲内になるまで、上記暫定量産金型の設計／作
成を繰り返すようにしたものである。

【００１２】また、本発明レンズは、レンズ成形におけ
る基準となる基準金型を作成し、該基準金型で成形した
基準レンズの光学評価を行うとともに、上記基準金型の
成形面の形状測定を行い、該基準金型の成形面と同一の
形状のレンズ面をもった基準仮想レンズを想定して、該
基準仮想レンズの光学シュミレーションによる光学評価
を行い、次に、量産レンズを成形するための暫定量産金
型を上記基準金型の形状とほぼ同じ形状で作成し、該暫
定量産金型の成形面の形状測定を行い、該暫定量産金型
の成形面と同一の形状のレンズ面をもった暫定量産仮想
レンズを想定して、該暫定量産仮想レンズの光学シュミ
レーションによる光学評価を行い、上記基準仮想レンズ
の光学評価と暫定量産仮想レンズの光学評価との差分を
求めるとともに、その差分を上記基準レンズの光学評価
値に加算して、求める推定レンズの光学評価値の推定を
行い、該推定レンズが本来の光学評価における許容範囲
内になるまで、上記暫定量産金型の設計／作成を繰り返
すようにして作成した最終的な量産金型で成形したもの
である。

【００１３】従って、本発明レンズの成形金型の設計方
法及びこれにより成形したレンズにあっては、量産金型
を光学評価することにより、これまで経験的に知られて
いた金型形状と成形レンズの光学特性との関係を数値化
することができ、これにより、量産金型で実際にレンズ
を成形しなくても、その量産金型の良否（適否）を判断
することができる。

【００１４】また、基準金型を量産金型の測定の基準と
することより、レンズの成形において発生する成形品の
熱収縮などを考慮することなく量産金型の形状を評価、
すなわち、量産金型の良否（適否）を判断することがで
き、これによって成形されたレンズの光学評価を推定す
ることができる。

【００１５】さらに、１つの基準金型を作成しておけ
ば、後は、作成された量産金型の表面（成形面）形状測
定／評価を行うだけで、即座にその量産金型の良否（適
否）を判断できるため、容易に量産金型の作成を行うこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明レンズの成形金型
の設計方法及びこれにより成形したレンズの実施の形態
について添付図面を参照して説明する。

【００１７】図１は、ＣＤ用の対物レンズ１の成形に用
いる成形金型を模式的に示したものである。

【００１８】成形金型２は、所望の形状に作成された上
側成形金型３と所望の形状に作成された下側成形金型４
とこれらを左右から挟むように配設されたヒーター５、
５とから成る。

【００１９】上側成形金型３と下側成形金型４との間に
はキャビティ６が形成され、該キャビティ６に成形材料
７が胴体８、８をガイドとして位置され、上記ヒーター
５、５によって成形材料７が加熱されプレスされる。

【００２０】これにより、上側成形金型３と下側成形金
型４との形状が転写された対物レンズ１が成形される。

【００２１】そして、所望の光学特性を有する対物レン
ズ１を得るため、図２のフローチャート図に従って、成
形金型の設計方法について説明する。

【００２２】先ず、最終的な量産金型を作成する前に、
基準となる基準金型を作成する。この基準金型の設計／
作成方法をステップ１（Ｓ１）乃至ステップ４（Ｓ４）
で説明する。

【００２３】・ステップ１（Ｓ１） 基準金型を作成するための暫定的な暫定金型２を作成す
る。暫定金型２とは、取り敢えず、既知の方法により、
だいたいの表面形状を有する成形金型である。

【００２４】・ステップ２（Ｓ２） 該暫定金型２で実際に対物レンズ１を成形し、その対物
レンズ１の光学評価を行う。かかる対物レンズ１は暫定
的なものなので暫定対物レンズ１と称する。暫定対物レ
ンズ１の光学評価が悪い場合には、暫定金型２の設計／
作成をステップ１（Ｓ１）に戻ってやり直す。暫定対物
レンズ１の光学評価が良い場合にステップ３に進む。こ
れにより、上記暫定金型２は基準金型２となり、また、
これにより成形された暫定対物レンズ１は基準レンズ１
となる。なお、光学評価は、例えば、レーザ干渉測定
（透過波面収差測定：Zygo社製）を用い、球面収差値及
び干渉縞の観察を行う（図３（ａ）（ｂ）参照）。球面
収差値はいずれの次数においても「０」であることが良
く、また干渉縞は上下方向にまっすぐで揺らぎがないこ
とがよい。

【００２５】また、このとき基準レンズ１の表面形状測
定（例えば、テーラーホブソン社製の表面形状測定装置
を用いて）を行い基準となるレンズの表面形状について
確認をしておく（図４参照）。このグラフ図は横軸（Ｘ
軸）がレンズの径方向値（中央部が０点である。）を示
し、縦軸（Ｙ軸）が透過波面収差値を示す。従って、理
想のグラフは縦軸「０点」すなわち「ｙ＝０」の直線を
示すものがよい。図４を観察すると、ほぼ「ｙ＝０」近
辺で僅かに幅（±０．０３μｍ）をもったジグザグ線と
なっていることが解る。

【００２６】なお、この明細書では説明を簡単にするた
め、光学評価及び表面形状評価はいずれも成形金型の下
側の成形面／対物レンズの下側のレンズ面に関するもの
とする。もちろん、金型の上側の成形面／対物レンズの
上側のレンズ面についての設計も同様に行うことができ
る。

【００２７】・ステップ３（Ｓ３） 該基準金型２の表面（成形面）形状測定を行う。かかる
基準金型２はこれにより成形した基準レンズ１の光学特
性については良い評価が得られているので、かかる基準
金型２は成形金型２として所望の性能を有するものと判
断できる。そこで、かかる基準金型２の形状測定を行
い、この形状を後述する量産金型２の基準とする。かか
る表面形状測定は上記形状測定装置により行う。この結
果は図５に示すが、図５と図４とから解るように、所望
の光学特性を得た基準レンズ１の表面（レンズ面）形状
（図４）と、これを成形した基準金型２の表面（成形
面）形状（図５）とは一致していない。

【００２８】・ステップ４（Ｓ４） 基準金型２の表面形状（成形面形状）と凹凸逆の同じ面
を有する基準仮想レンズ１を仮想して、該基準仮想レン
ズ１の光学シュミレーションを行う。かかる光学シュミ
レーションには、レンズ設計に用いられるソフトである
CodeＶ（Optical Research Associates社製）などを
使用する。そして、非球面を規定する以下の「数１」を
使用し、パラメータとして「数１」に示された非球面定
数Ａiを代入し、高次項を含む収差展開を行う。その結
果を図６に示す。

【００２９】

【数１】

【００３０】・ステップ５（Ｓ５） 一方、量産レンズ１を成形するための暫定的な暫定量産
金型２を上記基準金型２の形状とほぼ同じ形状で作成す
る。すなわち、上記ステップ３（Ｓ３）により評価され
た基準金型２の成形面を基準に作成される。

【００３１】・ステップ６（Ｓ６） 該暫定量産金型２の成形面の形状測定を行う。その結果
を図７に示す。このように、上記基準金型２の表面形状
を参考に形成した暫定量産金型２であっても、基準金型
２の表面形状とは若干のズレが生じている。

【００３２】・ステップ７（Ｓ７） 該暫定量産金型２の表面形状（成形面形状）と凹凸逆の
同じ面を有する仮想の暫定量産仮想レンズ１を想定し
て、該暫定量産仮想レンズ１の光学シュミレーションに
よる光学評価を行う。かかる光学評価も上記ステップ４
（Ｓ４）で行ったものと同様に行い、非球面を規定する
「数１」を使用し、パラメータとして「数１」に示され
た非球面定数を代入し、高次項を含む収差展開を行う。
その結果を図８に示す。

【００３３】・ステップ８（Ｓ８） 上記基準仮想レンズ１の光学評価と暫定量産仮想レンズ
１の光学評価との差分（球面収差値）を求めるととも
に、その差分を上記基準レンズ１の光学評価で得られた
球面収差値に加算して、推定レンズの球面収差値の推定
を行う。以下に示す式が、推定レンズの球面収差値の推
定を行うための式である推定レンズの球面収差値＝基準
レンズの球面収差値＋（量産金型による暫定量産仮想レ
ンズの球面収差値−基準金型による基準仮想レンズの球
面収差値） により表される。その推定の結果を図９に
示す。

【００３４】・ステップ９（Ｓ９） ステップ８（Ｓ８）で求めた推定レンズの光学評価（球
面収差値）を求めるレンズ光学性能仕様の許容範囲に入
っているかを判断する。

【００３５】対物レンズには、ＣＤ用、ＤＶＤ用などそ
の使用目的により種々の仕様があり、それぞれにその光
学特性についての許容範囲を有する。

【００３６】そこで、上記推定レンズの仕様に照らし
て、上記推定レンズの光学評価（球面収差値）がその許
容範囲内か否かを判断する。上記推定レンズの光学評価
（球面収差値）がその仕様の許容範囲内である場合に
は、上記暫定量産金型２を量産金型として判断して、こ
れを対物レンズの量産に用いる。また、上記推定レンズ
の光学評価（球面収差値）がその仕様の許容範囲内でな
い場合には、上記ステップ５（Ｓ５）に戻り、暫定量産
金型２の設計／作成を行い、ステップ５（Ｓ５）乃至ス
テップ８（Ｓ８）を繰り返して、量産金型２と判断でき
る成形金型を作成する。

【００３７】ステップ５（Ｓ５）において暫定量産金型
２の設計／作成を行う際には、上記暫定量産仮想レンズ
１の光学評価（球面収差値）が既に得られているので
（図８参照）、これと上記基準仮想レンズ１の光学評価
（球面収差値）とを勘案して設計／作成を行うと良い。

【００３８】しかして、以上のように量産金型を設計／
作成することにより、この量産金型２で実際に対物レン
ズを成形しなくても、その量産金型の良否（適否）を判
断することができる。

【００３９】また、１つの基準金型を作成しておけば、
後は、作成された量産金型の表面（成形面）形状測定／
評価を行うだけで、即座にその量産金型の良否（適否）
を判断できるため、容易に量産金型の作成を行うことが
できる。

【００４０】なお、上記実施の形態において本発明を光
学ピックアップ装置の対物レンズに適用したが、本発明
はこれに限らず、プラスチック、ガラスなどのように成
形されるレンズ一般に適用することができる。

【００４１】また、上記実施の形態においては、プレス
による成形方法について説明したが、本発明はこれに限
らず、成形金型を用いる成形方法、例えば、射出成形な
どにも適用することができる。

【００４２】この他、上記した実施の形態において示し
た各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当
たっての具体化のほんの一例を示したものにすぎず、こ
れらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈される
ことがあってはならないものである。

【００４３】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明レンズの成形金型の設計方法は、レンズ成形
における基準となる基準金型を作成し、該基準金型で成
形した基準レンズの光学評価を行うとともに、上記基準
金型の成形面の形状測定を行い、該基準金型の成形面と
同一の形状のレンズ面をもった基準仮想レンズを想定し
て、該基準仮想レンズの光学シュミレーションによる光
学評価を行い、次に、量産レンズを成形するための暫定
量産金型を上記基準金型の形状とほぼ同じ形状で作成
し、該暫定量産金型の成形面の形状測定を行い、該暫定
量産金型の成形面と同一の形状のレンズ面をもった暫定
量産仮想レンズを想定して、該暫定量産仮想レンズの光
学シュミレーションによる光学評価を行い、上記基準仮
想レンズの光学評価と暫定量産仮想レンズの光学評価と
の差分を求めるとともに、その差分を上記基準レンズの
光学評価値に加算して、求める推定レンズの光学評価値
の推定を行い、該推定レンズが本来の光学評価における
許容範囲内になるまで、上記暫定量産金型の設計／作成
を繰り返すようにしたことを特徴とする。

【００４４】また、本発明レンズは、レンズ成形におけ
る基準となる基準金型を作成し、該基準金型で成形した
基準レンズの光学評価を行うとともに、上記基準金型の
成形面の形状測定を行い、該基準金型の成形面と同一の
形状のレンズ面をもった基準仮想レンズを想定して、該
基準仮想レンズの光学シュミレーションによる光学評価
を行い、次に、量産レンズを成形するための暫定量産金
型を上記基準金型の形状とほぼ同じ形状で作成し、該暫
定量産金型の成形面の形状測定を行い、該暫定量産金型
の成形面と同一の形状のレンズ面をもった暫定量産仮想
レンズを想定して、該暫定量産仮想レンズの光学シュミ
レーションによる光学評価を行い、上記基準仮想レンズ
の光学評価と暫定量産仮想レンズの光学評価との差分を
求めるとともに、その差分を上記基準レンズの光学評価
値に加算して、求める推定レンズの光学評価値の推定を
行い、該推定レンズが本来の光学評価における許容範囲
内になるまで、上記暫定量産金型の設計／作成を繰り返
すようにして作成した最終的な量産金型で成形したこと
を特徴とする。

【００４５】従って、本発明レンズの成形金型の設計方
法及びこれにより成形したレンズにあっては、量産金型
を光学評価することにより、これまで経験的に知られて
いた金型形状と成形レンズの光学特性との関係を数値化
することができ、これにより、量産金型で実際にレンズ
を成形しなくても、その量産金型の良否（適否）を判断
することができる。

【００４６】また、基準金型を量産金型の測定の基準と
することより、レンズの成形において発生する成形品の
熱収縮などを考慮することなく量産金型の形状を評価、
すなわち、量産金型の良否（適否）を判断することがで
き、これによって成形されたレンズの光学評価を推定す
ることができる。

【００４７】さらに、１つの基準金型を作成しておけ
ば、後は、作成された量産金型の表面（成形面）形状測
定／評価を行うだけで、即座にその量産金型の良否（適
否）を判断できるため、容易に量産金型の作成を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンズの成形に用いる成形金型を示す模式図で
ある。

【図２】本発明にかかる成形金型の設計方法のフローチ
ャート図である。

【図３】基準レンズの光学評価を示すもので、（ａ）は
干渉縞、（ｂ）はｉ次の球面収差値の図である。

【図４】基準レンズの形状評価を示すグラフ図である。

【図５】基準金型の形状評価を示すグラフ図である。

【図６】基準仮想レンズの光学評価を示す図である。

【図７】暫定量産金型の形状評価を示すグラフ図であ
る。

【図８】暫定量産仮想レンズの光学評価を示す図であ
る。

【図９】推定レンズの光学評価を示す図である。

【符号の説明】 １…レンズ、２…成形金型

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズ成形における基準となる成形金型
   （以下「基準金型」という。）を作成し、 該基準金型で成形したレンズ（以下「基準レンズ」とい
   う。）の光学評価を行うとともに、 上記基準金型の成形面の形状測定を行い、 該基準金型の成形面と同一の形状のレンズ面をもった仮
   想のレンズ（以下「基準仮想レンズ」という。）を想定
   して、該基準仮想レンズの光学シュミレーションによる
   光学評価を行い、 次に、量産レンズを成形するための暫定的な成形金型
   （以下「暫定量産金型」という。）を上記基準金型の形
   状とほぼ同じ形状で作成し、 該暫定量産金型の成形面の形状測定を行い、 該暫定量産金型の成形面と同一の形状のレンズ面をもっ
   た仮想のレンズ（以下「暫定量産仮想レンズ」とい
   う。）を想定して、該暫定量産仮想レンズの光学シュミ
   レーションによる光学評価を行い、 上記基準仮想レンズの光学評価と暫定量産仮想レンズの
   光学評価との差分を求めるとともに、その差分を上記基
   準レンズの光学評価値に加算して、求めるレンズ（以下
   「推定レンズ」という。）の光学評価値の推定を行い、 該推定レンズが本来の光学評価における許容範囲内にな
   るまで、上記暫定量産金型の設計／作成を繰り返すよう
   にしたことを特徴とするレンズの成形金型の設計方法。
2. 【請求項２】 レンズ成形における基準となる成形金型
   （以下「基準金型」という。）を作成し、 該基準金型で成形したレンズ（以下「基準レンズ」とい
   う。）の光学評価を行うとともに、 上記基準金型の成形面の形状測定を行い、 該基準金型の成形面と同一の形状のレンズ面をもった仮
   想のレンズ（以下「基準仮想レンズ」という。）を想定
   して、該基準仮想レンズの光学シュミレーションによる
   光学評価を行い、 次に、量産レンズを成形するための暫定的な成形金型
   （以下「暫定量産金型」という。）を上記基準金型の形
   状とほぼ同じ形状で作成し、 該暫定量産金型の成形面の形状測定を行い、 該暫定量産金型の成形面と同一の形状のレンズ面をもっ
   た仮想のレンズ（以下「暫定量産仮想レンズ」とい
   う。）を想定して、該暫定量産仮想レンズの光学シュミ
   レーションによる光学評価を行い、 上記基準仮想レンズの光学評価と暫定量産仮想レンズの
   光学評価との差分を求めるとともに、その差分を上記基
   準レンズの光学評価値に加算して、求めるレンズ（以下
   「推定レンズ」という。）の光学評価値の推定を行い、 該推定レンズが本来の光学評価における許容範囲内にな
   るまで、上記暫定量産金型の設計／作成を繰り返すよう
   にして作成した最終的な量産金型で成形したことを特徴
   とするレンズ。