JP3505114B2

JP3505114B2 - 単レンズ、金型、金型の加工方法、及び単レンズを用いた光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP3505114B2
Application number: JP25668699A
Authority: JP
Inventors: 道弘山形; 康弘田中; 智彦笹埜
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2004-03-08
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: JP2001083415A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置に
用いる対物レンズ、特に、厚みの異なる情報記録媒体の
再生を行う光ヘッド用に適した対物レンズ、及び前記対
物レンズを成形するための金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディス
ク）は高密度記録を達成するためにディスク媒体の厚み
が０．６ｍｍと、従来のＣＤ（コンパクトディスク）が
１．２ｍｍであるのに比べて薄い規格となっている。そ
の為、ＤＶＤ用に最適設計したレンズでＣＤを再生しよ
うとした場合には、ディスク厚みの違いにより球面収差
が発生し、結果として情報の読み出しができなくなる。
１台のドライブ装置で厚みの異なる光ディスクを読みと
るためには、１．２ｍｍ厚用と０．６ｍｍ厚用の対物レ
ンズの両方を取り付けた光ピックアップとすればよい
が、レンズの切り替え機構が必要となるため、光ピック
アップの構成が複雑となり小型化、低コスト化が困難と
なる。

【０００３】１つのレンズで厚みの異なる光ディスクを
再生する方法として、レンズを光軸を中心とした同心円
状の領域に分割する方法が提案されている。中でも、レ
ンズ面を２つに分割し、内周部をＣＤに適した設計と
し、外周部をＤＶＤに適した設計とし、その２つの領域
の接続部を段差を設けて接続するいわゆる２ゾーン分割
型のレンズが提案されている（例えば特開平９−１８４
９７５号公報、特開平１０−５５５６４号公報）。

【０００４】また、そういった段差のあるレンズを成形
するための金型は、段差部を精度よく加工するためにダ
イヤモンドバイトを用いた切削加工によって製造されて
いた。

【０００５】また、加工した金型を計測評価するための
表面形状計測装置は、測定値を評価する基準となる設計
形状データとして回転対称非球面を用いている。２ゾー
ン分割型のレンズを計測する場合には、内周部と外周部
を分けてそれぞれ別に計測したり、内周部と外周部の形
状を２０次程度の高次の非球面係数を用いてフィッテン
グして形状を表現し、測定値をこれと比較したりしてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の２ゾーン型対物
レンズは内周非球面と外周非球面との接続部に段差を与
えてあり、この段差は設計上では光軸と略平行に設ける
ことが理想とされる。しかしながら、実際の加工では段
差を加工可能な程度になまらせる必要がある。特開平９
−１８４９７５号公報では、段差部分を滑らかに接続す
る形状が開示されているが、内周非球面と外周非球面を
ほぼ均等になまらせた形状であって、バイトを用いた切
削加工でないと加工できない形状である。ここで、バイ
ト切削加工においては加工できる金属材料に制約があ
り、切削性に優れた比較的柔らかい金属でないと満足な
加工精度が得られない。一方で、ガラス材料を用いてレ
ンズをプレス成形するためには高温高圧成形が必要であ
り、金型としては超硬合金（ＷＣを主成分とする焼結
体）などのような高硬度の金属材料を用いることが好ま
しい。しかしながら、超硬合金はバイト切削加工で加工
できない。つまり、これまでに提案されてきた２ゾーン
型の対物レンズは実質上樹脂成形を前提とした形状であ
り、ガラス材料を用いて成形する場合には金型の加工が
困難となるものばかりであった。

【０００７】また、樹脂材料を用いたレンズは温度変化
による屈折率変化が大きい。そのため、たとえば車載用
などのような広い温度範囲での動作を保証する必要があ
るような光ピックアップでは一般にガラス製のレンズを
用いていた。ところが上述のように、２ゾーン型のＤＶ
Ｄ／ＣＤ互換レンズは樹脂成形を前提とした設計がなさ
れており、温度特性が著しく悪くなってしまうという課
題があった。

【０００８】また、レンズ成型用の金型を計測評価する
形状計測装置は、計測した形状とあらかじめ保存した設
計形状とを比較して加工誤差を計算するが、設計形状と
しては、回転対称非球面などのような形状しか入力する
ことが出来なかった。２ゾーン型のレンズを内周部と外
周部とに分けて計測する方法は、レンズ全域を一度に計
測する方法ではないため形状誤差を正確に知ることが出
来ないという課題があった。また、レンズ全体の形状を
高次の非球面係数を用いてフィッテングして１つの非球
面として表現して、この非球面形状を設計形状として計
測する方法では、段差の前後でフィッテング誤差が発生
するため、十分な計測精度が得られないという課題があ
った。

【０００９】本発明は上記課題に鑑みてなされてもの
で、本発明の目的は、ガラス材料を用いた生産性に優れ
る２ゾーン分割型の対物レンズを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ガラス材料の成形に耐える
超硬合金を用いた２ゾーンレンズ用の金型及びその加工
方法を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、温度特性に優れたＤＶＤとＣＤの互換再生光ピック
アップ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために以下の構成とする。

【００１１】本発明に係る単レンズは、ガラス製の単レ
ンズであって、前記単レンズの少なくとも１つの面が、
光軸を中心とする同心円により少なくとも３つの領域に
分割され、前記３つの領域のうち、光軸を含む第１の領
域と、レンズの最も外部にある第２の領域が回転対称非
球面であって、前記第１及び第２の領域に挟まれる第３
の領域が光軸を回転中心軸とするトーリック面であるこ
とを特徴とする。

【００１２】上記の構成において、前記トーリック面で
ある第３の領域は、前記第２の領域と接し、前記第１の
領域とは交わることが好ましい。

【００１３】また、上記の構成において、前記第１及び
第２の領域の非球面係数が異なることが好ましい。

【００１４】また、上記の構成において、レンズの中心
曲率半径の大きい側に前記トーリック面を設けることが
好ましい。

【００１５】また、上記の構成において、前記第３の領
域が、下記式を満たす半径Ｒの円弧を光軸を中心に回転
させてできるトーリック面であることが好ましい。

【００１６】

【数８】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・・（１）

【００１７】更に、前記半径Ｒが下記式を満足すること
がより好ましい。

【００１８】

【数９】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（２）

【００１９】また、上記の構成において、前記第３の領
域の幅ｗが下記を満たすことが好ましい。

【００２０】

【数１０】０．０２ｍｍ＜ｗ＜０．０４ｍｍ・・・（３）

【００２１】また、本発明に係るレンズ成型用金型は、
超硬合金を研削加工して製造したレンズ成型用の金型で
あって、レンズ面が光軸を中心とする同心円により少な
くとも３つの領域に分割され、前記３つの領域のうち光
軸を含む第１の領域と最も外側の第３の領域は回転対称
非球面であって、前記第１及び第２の領域に挟まれる第
３の領域が光軸を回転中心軸とするトーリック面である
ことを特徴とする。

【００２２】上記の構成において、前記光軸を回転中心
とするトーリック面の曲率半径Ｒが下記式を満足するこ
とが好ましい。

【００２３】

【数１１】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・・（４）

【００２４】更に、前記曲率半径Ｒが下記式を満足する
ことがより好ましい。

【００２５】

【数１２】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（５）

【００２６】また、本発明に係るレンズ成型用金型の加
工方法は、レンズ面が光軸を中心とする同心円により少
なくとも３つの領域に分割され、前記３つの領域のうち
光軸を含む第１の領域と最も外側の第３の領域は回転対
称非球面であって、前記第１及び第２の領域に挟まれる
第３の領域が光軸を回転中心軸とするトーリック面であ
るレンズ成型用金型をダイヤモンド砥石を用いて研削加
工によって加工する加工方法であって、加工に用いるダ
イヤモンド砥石の半径は前記トーリック面の曲率半径と
同一かこれより小さいことを特徴とする。

【００２７】上記の構成において、記ダイヤモンド砥石
の半径Ｒが下記式を満足することが好ましい。

【００２８】

【数１３】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・・（６）

【００２９】更に、前記半径Ｒが下記式を満足すること
がより好ましい。

【００３０】

【数１４】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（７）

【００３１】

【００３２】また、本発明に係る光ピックアップ装置
は、少なくとも、第１の波長の光を射出する第１のレー
ザ光源と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を
射出する第２のレーザ光源と、前記第１及び第２の光源
からの射出光束を情報記録媒体に集光する集光手段と、
前記情報記録媒体からの反射光のうち、第１の波長の光
を受光するための第１の受光手段と、第２の波長の光を
受光するための第２の受光手段とを有する光ピックアッ
プ装置であって、前記集光手段として前記本発明の単レ
ンズを用いたことを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して具体的に説明する。

【００３４】なお、本発明において非球面とは、半径が
近軸曲率半径である球面に偏差を与えた形状をいうもの
とする。つまり、下記式（８）にて表現出来る形状を指
す。なお、光学設計上必要十分な精度（１０ｎｍ未満の
形状誤差）で下記式（８）にて表現することが可能なレ
ンズ形状は、異なる式を用いて設計されていたとしても
本発明の非球面に含むものとする。

【００３５】

【数１５】

【００３６】（第１の実施形態）図１は本発明の単レン
ズの概略光路図である。

【００３７】光源からの入射光１０３は本発明の単レン
ズ１０１によって光ディスク媒体１０２に集光される。

【００３８】レンズ１０１の光ディスク媒体１０２側の
面は、光軸１０７を含む第１の非球面領域１０４と、第
２の非球面領域１０５と、第１及び第２の非球面領域１
０４，１０５に挟まれた、光軸１０７を回転対称中心軸
とするトーリック面領域１０６とにより構成される。

【００３９】レンズ１０１の第１及び第２の非球面領域
１０４，１０５はＣＤとＤＶＤを１つのレンズで良好に
再生するように設計されている。具体的には、光軸を含
む第１の非球面１０４は波長７８０ｎｍの光を射出する
光源を用いてＣＤを再生したときに良好に再生できるよ
うに設計されており、第２の非球面１０５は、波長６６
０ｎｍの光を射出する光源を用いてＤＶＤを再生すると
きに良好に再生できるように設計されている。この第１
及び第２の非球面１０４，１０５を後述する不連続の段
差を持たせて接続することにより、ＣＤやＤＶＤをそれ
ぞれの波長の光源を用いてレンズ全域で良好に再生でき
る。

【００４０】図ではレンズ曲率半径の大きい側の面をト
ーリック面で３領域に分割しているが、これは金型加工
用の砥石径の選択の自由度を増やす効果がある。この詳
細については次の実施の形態にて説明する。

【００４１】図２は、図１のＡ部のトーリック面１０６
近傍部分を拡大した半径方向断面図である。

【００４２】トーリック面１０６は半径Ｒの円弧を光軸
を中心に回転させて得られるトーリック面である。この
トーリック面１０６は、外周部の第２の非球面１０５と
接し、内周部の第１の非球面１０４と交差するように形
成されている。ここで、トーリック面１０６が第２の非
球面１０５と「接する」とは、半径方向断面においてト
ーリック面１０６の表面曲線と第２の非球面１０５の表
面曲線との接続点におけるそれぞれの接線の傾きが一致
することをいう。また、トーリック面１０６が第１の非
球面１０４と「交差する」とは、半径方向断面において
トーリック面１０６の表面曲線と第１の非球面１０４の
表面曲線との接続点におけるそれぞれの接線の傾きが一
致せず、所定の角度で交差することをいう。

【００４３】最終的な設計形状は図の実線のようにな
る。

【００４４】トーリック面の半径方向の幅（円弧の幅）
ｗは、

【００４５】

【数１６】０．０２ｍｍ＜ｗ＜０．０４ｍｍ・・・（３）

【００４６】であるのが好ましい。ここで、幅ｗは、図
２に示すように、第１の非球面１０４とトーリック面１
０６との接続点の光軸からの高さと、第２の非球面１０
５とトーリック面１０６との接続点の光軸からの高さと
の差で定義される。ｗが式（３）の下限を超えた場合に
は、砥石で加工できない形状となり、製造が困難なレン
ズとなる。また、ｗが上限を超えた場合には、実際に得
られるレンズ形状と理想的な設計形状との差が大きくな
りすぎて、レンズの性能が満足に発揮できない。

【００４７】また、トーリック面１０６を形成する円弧
の半径Ｒは、

【００４８】

【数１７】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・（１）

【００４９】であるのが好ましい。上式の下限を超えて
Ｒが小さくなると研削加工で金型を加工できなくなるた
め、製造が困難なレンズとなる。逆に、Ｒが上式の上限
を超えた場合には円弧部の幅が広くなりすぎてレンズ性
能を悪化させてしまう。好ましくは、

【００５０】

【数１８】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（２）

【００５１】であることが望ましい。

【００５２】（数値実施例１）図３は実際にレンズ形状
を計算して得た本発明の単レンズの一例のトーリック面
近傍の半径方向の拡大断面図である。図３において、横
軸は光軸からの高さｈ（mm）、縦軸は内周部の第１の非
球面１０４と光軸との交点を原点とするサグ量ｚであ
る。

【００５３】内周部の第１の非球面１０４の非球面デー
タは以下の通りである。

【００５４】

【表１】ｒ＝−１．６８２×１０¹ ｋ＝−７．９０８０７×１０¹ Ａ₃＝２．６０５９４７６５４×１０^-3 Ａ₄＝１．０５４０７３９６７×１０^-4 Ａ₆＝６．６０５２１６３７９×１０^-4 Ａ₈＝−４．９６６１５１６８０×１０^-4 Ａ₁₀＝８．３６２１７８００８×１０^-5

【００５５】また、外周部の第２の非球面１０５の非球
面データは以下の通りである。

【００５６】

【表２】ｒ＝−１．６８２×１０¹ ｋ＝−４．１０７８２×１０¹ Ａ₃＝−２．０８３１１９３９２×１０^-3 Ａ₄＝７．５８３７６０７６１×１０^-3 Ａ₆＝−２．１４５３９８３２５×１０^-2 Ａ₈＝３．２３３４６３２５×１０^-4 Ａ₁₀＝−２．１２５９１６６９４×１０^-5

【００５７】図３において、第１の非球面１０４の非球
面曲線と、第２の非球面１０５の非球面曲線とをそれぞ
れ相手方方向に２点鎖線で示したように延長したとき、
光軸からの高さｈ＝１．０７mmの地点での両曲線の光軸
方向の距離Ｄは０．３０３μｍである。なお、本発明に
おいて、第１の非球面と第２の非球面との接続部におけ
る両面のこのような光軸方向距離を「接続部の段差」と
いう。また、第１の非球面と第２の非球面とを光軸方向
に所定の距離（すなわち段差）を設けて接続することを
「段差を介して接続する」という。トーリック面１０６
を形成する円弧の半径Ｒは２ｍｍであり、該円弧の中心
点の座標は（ｈ，ｚ）＝（１．００６４６９，−２．０
２６８９８）である。また、内外周の非球面１０４，１
０５を接続するトーリック面１０６の幅ｗは約３４μｍ
である。

【００５８】このレンズを用いたときの、ＤＶＤ及びＣ
Ｄ再生時の収差（光路長差曲線：ＯＰＤ）は図４のよう
になる。図４（ａ）はＤＶＤ再生時の収差曲線であり、
図４（ｂ）はＣＤ再生時の収差曲線である。

【００５９】ここで、破線で示した曲線は、内外周の非
球面１０４，１０５を本実施の形態のようなトーリック
面１０６で接続せずに、図３の２点鎖線で示したような
段差を設けて接続した理想的な条件における収差曲線を
示す。実線で示した本実施の形態では破線と比較してト
ーリック面の部分で収差曲線が変形するが、ＤＶＤ及び
ＣＤそれぞれの再生には殆ど影響しない。

【００６０】（第２の実施形態）図５は本発明のレンズ
成型用金型の半径方向断面図である。本発明の金型５０
１の成形面は、回転対称中心軸を中心とする同心円によ
り３つの領域に分割されている。具体的には、回転対称
中心軸を含む第１の非球面領域５０４と最も外側の第３
の非球面領域５０５と、第１の非球面領域５０４と第２
の非球面領域５０５に挟まれた、回転中心軸を回転中心
とするトーリック面領域５０６とを有している。トーリ
ック面５０６の半径方向断面における曲率半径Ｒは、

【００６１】

【数１９】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・・（４）

【００６２】である。好ましくは、

【００６３】

【数２０】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（５）

【００６４】である。従って、上記の半径Ｒと同一又は
これより小さい半径の砥石を用いて研削加工することが
可能である。従って、本発明の金型は、高融点のガラス
材料を高圧成形することが可能な超硬合金（たとえばＷ
Ｃを主成分とする焼結体）を材料として用いることがで
きる。

【００６５】また、加工した金型の形状は形状計測装置
によって計測される。触針式の計測器を用いる場合に
は、計測器の触針（プローブ）の先端形状は計測される
形状が有する最小の曲率半径未満の曲率半径を有する必
要がある。すなわち、被計測形状がプローブ先端径より
も小さな曲面形状を有する場合には、その部分の計測結
果がずれてしまい正しく計測できない。これを防ぐため
には小径のプローブを用いればよいが、一般に小径のプ
ローブは真円度が悪くなるため、特に傾斜面での形状計
測精度が悪くなり好ましくない。上述の範囲のトーリッ
ク面を有する金型の場合には、先端曲率半径が５００μ
ｍ程度のプローブで良好に計測できる。

【００６６】また、光学式の計測器を用いた場合には、
内外周の非球面を図３の２点鎖線で示したように段差を
形成させて接続した場合に比べて、トーリック面部分の
形状の変化が波長オーダーで十分に滑らかなので、計測
光の波面が連続的につながるため、この場合にも精度よ
く計測できる。

【００６７】（第３の実施形態）ガラス材料を成形する
ための金型には、ガラスの融点以上の高温状態で加圧し
ても変形しないような耐熱性に優れた高硬度の材料（超
硬合金）を用いる。超硬合金の加工はダイヤモンド砥石
を用いた研削加工によって行われる。

【００６８】図６は本発明の第３の実施の形態にかかる
金型加工法の概略図であり、図６（ａ）は正面方向断面
図、図６（ｂ）側面方向断面図である。

【００６９】被加工金型６０１は被加工金型の回転軸６
０２を軸として回転し、砥石６０３は砥石の回転軸６０
４を軸として回転する。砥石６０３は加工面形状を砥石
の半径Ｒだけオフセットした曲線６０５に沿って移動
し、金型表面にレンズ形状６０６を加工する。

【００７０】砥石６０３の半径Ｒを加工しようとするト
ーリック面の曲率半径と同一かこれより小さくすること
により、実施の形態２で説明した金型を加工することが
できる。特に、砥石６０３の半径Ｒを加工しようとする
トーリック面の曲率半径の８０％以上、更に９０％以
上、特に９５％以上とすると、金型を効率よく加工でき
るので好ましい。

【００７１】砥石の軸６０７の径は図６（ｂ）より明ら
かなように、加工するレンズのサグ、砥石の半径Ｒ、金
型と砥石軸とのクリアランスによって制約を受け、Ｒが
小径であったり、レンズのサグが大きい場合には軸径を
細くする必要がある。砥石の軸が細くなると、たわみな
どを起こす恐れがあり、加工精度を悪化させる。十分満
足な軸径を確保するためには、サグ量の小さい面に段差
加工を行いかつ、Ｒをレンズのサグに比べて十分大きく
とる必要がある。

【００７２】

【数２１】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・・（６）

【００７３】は良好にゾーン分割型のレンズ成型用金型
を加工するための砥石半径Ｒの範囲であり、上式の下限
を超えてＲが小さくなると、砥石の軸径が細くなりすぎ
るため、加工面の形状精度が悪くなる。また、上式の上
限を超えてＲが大きくなると、トーリック面の接続領域
が広くなり、成形されたレンズの収差が設計から大きく
ずれてしまう。砥石半径Ｒは、

【００７４】

【数２２】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（７）

【００７５】であることがより好ましい。この範囲内の
ときにトーリック面の幅を小さくすることと、砥石の軸
径を強度が十分な太さに保つこととを良好に両立させる
ことができる。

【００７６】（第４の実施形態）図７は本発明の第４の
実施の形態にかかる形状計測装置の構成図である。

【００７７】被検金型７０１はステージ７０２上に配置
される。ステージ７０２はステージ制御装置７０３によ
って水平方向に移動する。触針７０４は被検金型７０１
の表面に接触しながら垂直方向に移動するように触針制
御装置７０５によって制御・保持される。

【００７８】ステージ制御装置７０３及び触針制御装置
７０５はステージの水平座標Ｙとそれに対応する触針の
垂直座標Ｚを演算装置７０６に転送する。ＹとＺの組で
構成される座標データ列が被検金型７０１の形状データ
（測定データ）情報となる。ハードディスクドライブ装
置（ＨＤＤ）７０７には被検金型７０１の設計形状デー
タが保存されており、演算装置７０６は、測定データと
設計形状データとを比較して得られる加工誤差をディス
プレイ７０８に表示する。また、キーボード７０９は、
データの入力や、計測装置の操作に用いられる。

【００７９】本発明の計測装置においては、設計形状デ
ータとして内外周の回転対称非球面と、その接続面に相
当する光軸を回転軸とするトーリック面を用いることが
できる。その為、加工されたレンズの形状を誤差なく計
測することができる。

【００８０】具体的には、実施形態１にて示した単レン
ズ用の金型形状を計測する場合には、内周部の第１の非
球面とトーリック面との境界部の光軸からの高さｈ₁＝
１．０６，外周部の第２の非球面とトーリック面との境
界部の光軸からの高さｈ₂＝１．０９４であるから、０
＜ｈ＜１．０６の範囲は前記式（８）の非球面多項式に
前記［表１］の係数を用いて形状を表現し、１．０９４
＜ｈの領域は下記式

【００８１】

【数２３】

【００８２】の非球面多項式に前記［表２］の係数を用
いて表現する。ここで、式（９）のＡ ₀係数は外周部の
非球面を段差が適切となるようにｚ軸方向に平行移動さ
せる係数であり、この場合には０．３０３となる。ま
た、１．０６＜ｈ＜１．０９４の範囲は、中心の座標が
（ｈ，ｚ）＝（１．００６４６９，−２．０２６８９
８）で半径が２ｍｍの円弧の方程式を用いて形状を表現
する。このとき円弧形状は下記式（１０）で表現され
る。

【００８３】

【数２４】

【００８４】ここで、ｈ₀＝１．００６４６９ｚ₀＝−２．０２６８９８である。

【００８５】なお、本実施の形態においては、触針式の
形状計測装置を用いて説明したが、これが、光学式の非
接触の形状計測装置や、原子間力を利用した形状計測装
置であっても同様の効果を有することはいうまでもな
い。

【００８６】（第５の実施形態）次に、本発明の第５の
実施形態にかかる光ピックアップ装置を説明する。

【００８７】図８は本発明の光ピックアップ装置の構成
図である。

【００８８】８０１及び８０２はそれぞれＤＶＤ用及び
ＣＤ用のレーザモジュールである。ＤＶＤ用のレーザモ
ジュール８０１は波長６６０ｎｍのレーザ光を、ＣＤ用
のレーザモジュール８０２は波長７８０ｎｍのレーザ光
をそれぞれ射出する半導体レーザと、それぞれのディス
クからの反射光を受光する受光素子とからなっている。

【００８９】ＤＶＤの再生時には、ＤＶＤモジュール８
０１からの射出光束はビームスプリッタ８０３を透過
し、コリメートレンズ８０４によって略平行光束に変換
され、本発明の対物レンズ８０５に入射する。本発明の
対物レンズ８０５はＤＶＤ８０６の情報記録面に集光ス
ポットを結像する。ＤＶＤ８０６からの反射光は本発明
の対物レンズ８０５によって略平行光束となった後、コ
リメートレンズ８０４によって収束光束に変換される。
その後、ビームスプリッタ８０３を透過しＤＶＤモジュ
ール８０１の受光部分に集光される。

【００９０】次にＣＤの再生時の動作を説明する。ＣＤ
用モジュール８０２からの射出光束はビームスプリッタ
８０３により反射された後にコリメートレンズ８０４に
より略平行光束に変換され、本発明の対物レンズ８０５
に入射する。本発明の対物レンズ８０５はＣＤ８０７の
情報記録面に集光スポットを結像する。ＣＤ８０７から
の反射光は本発明の対物レンズ８０５によって略平行光
束となった後、コリメートレンズ８０４によって収束光
束に変換され、ビームスプリッタ８０３によって反射さ
れＣＤモジュール８０２の受光部分に集光される。

【００９１】ここで、対物レンズ８０５には本発明のガ
ラス製単レンズを用いるため温度変化による対物レンズ
の収差の変動が十分に小さい。そのため、車載用などの
ように広い温度範囲で動作を保証する必要がある場合に
も良好な性能を発揮できる。

【００９２】

【発明の効果】本発明の単レンズは鋭利な段差を有する
従来のゾーン分割型対物レンズに比べて各種の利点を有
する、すなわち、従来の単レンズは鋭利な段差を有して
いたため、ダイヤモンドバイトを用いて金型を加工せね
ばならず、結果として、成形できる材料が限定されてい
たが、本発明の単レンズは段差部分を光軸を回転中心軸
とするトーリック面にて構成しているため、金型を砥石
で加工することが可能で、高温高圧成形が必用なガラス
材料を用いてレンズを構成することができる。

【００９３】また、本発明のレンズ成型用金型は、段差
部分を光軸を回転中心軸とするトーリック面で構成して
いるため、従来のゾーン分割レンズ用金型に比べて各種
の利点を有する。すなわち、砥石を用いた研削加工によ
る製造が可能であり、ガラス材料の成形により適した超
硬素材を型材料として用いることができる。また、有効
径内に頂点曲率半径の小さな起伏を有さないため、形状
計測時にも５００μｍ程度の先端曲率半径のプローブで
計測することが可能で、高精度に計測できる。

【００９４】また、本発明の金型の加工方法は、ダイヤ
モンド砥石を用いた研削加工であるため、超硬合金を材
料としたゾーン分割型のレンズ用金型を製造することが
可能である。

【００９５】また、本発明の形状計測装置は、レンズ形
状の設計式として内周部非球面と、外周部非球面と、そ
の中間領域の光軸を回転中心軸とするトーリック面との
３つを用いて１つの面形状を表現することが可能である
ため、従来の形状評価装置に比べて各種の利点を有す
る。すなわち、面形状を高次の多項式を用いてフィッテ
ィングした場合には必ずフィッテング誤差が発生し、特
に段差形状を有する場合には段差の前後でフィッテング
結果が振動する為誤差が大きくなり測定精度が低下する
が、本発明の形状計測装置によれば、設計形状に忠実に
計測することが可能で結果として測定精度を大きく向上
させることができる。

【００９６】また、本発明の光ピックアップ装置は、本
発明の単レンズを用いているため従来のゾーン分割型レ
ンズを用いた光ピックアップ装置に比べて下記の利点を
有する。すなわち、本発明の単レンズは、温度変化によ
る収差劣化が少ないガラス材料を用いたレンズであるた
め、例えば車載環境のような広い温度条件で動作保証が
必用なピックアップ装置を構成することが可能である。
また、上述のように、本発明の単レンズは従来のレンズ
に比べて金型の生産コストを低くすることが可能な上
に、金型の寿命も長くなることが予想され、結果として
レンズの生産コストを低下させることが可能である。こ
れは、ピックアップ装置の生産コストを低減できること
となる。

【００９７】なお、本明細においては、ＤＶＤ／ＣＤ互
換レンズとして、内周非球面と外周非球面の２つのゾー
ンに分割設計する形式の単レンズを対象としたが、単レ
ンズを３つ以上のゾーンに分割する設計であっても、各
ゾーン間の段差部を光軸を回転対称軸とするトーリック
面で接続することによって上記と同様の本発明の効果が
得られることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単レンズの概略航路図

【図２】図１の単レンズのＡ部の半径方向拡大断面図

【図３】数値実施例１にかかる単レンズのトーリック
面近傍の形状を示した拡大断面図

【図４】数値実施例１の単レンズの収差曲線

【図５】本発明のレンズ成型用金型の概略断面図

【図６】本発明のレンズ成型用金型の研削加工方法を
示した概略図

【図７】本発明の形状計測装置の概略構成図

【図８】本発明の光ピックアップ装置の概略構成図

【符号の説明】

１０１単レンズ１０２光ディスク媒体１０３光束１０４、５０４内周非球面領域（第１の領域）１０５、５０５外周非球面領域（第２の領域）１０６、５０６トーリック面領域（第３の領域）１０７光軸５０１レンズ成型用金型６０１被加工金型６０２被加工金型の回転軸６０３砥石６０４砥石の回転軸６０５砥石の移動する曲線６０６加工されたレンズ面６０７砥石の軸７０１被検金型７０２ステージ７０３ステージ制御装置７０４触針７０５触針制御装置７０６演算装置７０７ハードディスクドライブ装置７０８ディスプレイ装置７０９キーボード８０１ＤＶＤ用レーザモジュール８０２ＣＤ用レーザモジュール８０３ビームスプリッタ８０４コリメートレンズ８０５対物レンズ８０６ＤＶＤ８０７ＣＤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平11−183160（ＪＰ，Ａ) 特開平６−147886（ＪＰ，Ａ) 特開平10−228667（ＪＰ，Ａ) 特開平９−145995（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−74006（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 13/00 G02B 9/00 G11B 7/135

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス製の単レンズであって、前記単レ
ンズの少なくとも１つの面が、光軸を中心とする同心円
により少なくとも３つの領域に分割され、前記３つの領
域のうち、光軸を含む第１の領域と、レンズの最も外部
にある第２の領域が回転対称非球面であって、前記第１
及び第２の領域に挟まれる第３の領域が光軸を回転中心
軸とするトーリック面であることを特徴とする単レン
ズ。
【請求項２】前記トーリック面である第３の領域は、
前記第２の領域と接し、前記第１の領域とは交わること
を特徴とする請求項１に記載の単レンズ。
【請求項３】前記第１及び第２の領域の非球面係数が
異なることを特徴とする請求項１に記載の単レンズ。
【請求項４】レンズの中心曲率半径の大きい側に前記
トーリック面を設けたことを特徴とする請求項１に記載
の単レンズ。
【請求項５】前記第３の領域が、下記式を満たす半径
Ｒの円弧を光軸を中心に回転させてできるトーリック面
であることを特徴とする請求項１に記載の単レンズ。【数１】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・・（１）
【請求項６】前記第３の領域が、下記式を満たす半径
Ｒの円弧を光軸を中心に回転させてできるトーリック面
であることを特徴とする請求項１に記載の単レンズ。【数２】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（２）
【請求項７】前記第３の領域の幅ｗが下記を満たすこ
とを特徴とする請求項１に記載の単レンズ。【数３】０．０２ｍｍ＜ｗ＜０．０４ｍｍ・・・（３）
【請求項８】超硬合金を研削加工して製造したレンズ
成型用の金型であって、レンズ面が光軸を中心とする同
心円により少なくとも３つの領域に分割され、前記３つ
の領域のうち光軸を含む第１の領域と最も外側の第３の
領域は回転対称非球面であって、前記第１及び第２の領
域に挟まれる第３の領域が光軸を回転中心軸とするトー
リック面であることを特徴とするレンズ成型用金型。
【請求項９】前記光軸を回転中心とするトーリック面
の曲率半径Ｒが下記式を満足することを特徴とする請求
項８に記載のレンズ成型用金型。【数４】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・・（４）
【請求項１０】前記光軸を回転中心とするトーリック
面の曲率半径Ｒが下記式を満足することを特徴とする請
求項８に記載のレンズ成型用金型。【数５】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（５）
【請求項１１】レンズ面が光軸を中心とする同心円に
より少なくとも３つの領域に分割され、前記３つの領域
のうち光軸を含む第１の領域と最も外側の第３の領域は
回転対称非球面であって、前記第１及び第２の領域に挟
まれる第３の領域が光軸を回転中心軸とするトーリック
面であるレンズ成型用金型をダイヤモンド砥石を用いて
研削加工によって加工する加工方法であって、加工に用
いるダイヤモンド砥石の半径は前記トーリック面の曲率
半径と同一かこれより小さいことを特徴とするレンズ成
型用金型の加工方法。
【請求項１２】前記ダイヤモンド砥石の半径Ｒが下記
式を満足することを特徴とする請求項１１に記載のレン
ズ成型用金型の加工方法。【数６】０．７ｍｍ＜Ｒ＜２．５ｍｍ・・・（６）
【請求項１３】前記ダイヤモンド砥石の半径Ｒが下記
式を満足することを特徴とする請求項１１に記載のレン
ズ成型用金型の加工方法。【数７】１．６ｍｍ＜Ｒ＜２．１ｍｍ・・・（７）
【請求項１４】少なくとも、第１の波長の光を射出す
る第１のレーザ光源と、前記第１の波長とは異なる第２
の波長の光を射出する第２のレーザ光源と、前記第１及
び第２の光源からの射出光束を情報記録媒体に集光する
集光手段と、前記情報記録媒体からの反射光のうち、第
１の波長の光を受光するための第１の受光手段と、第２
の波長の光を受光するための第２の受光手段とを有する
光ピックアップ装置であって、前記集光手段として請求
項１から請求項７のいずれかに記載の単レンズを用いた
ことを特徴とする光ピックアップ装置。