JPH02235010A - ガラスモールド非球面単レンズ - 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〕 本発明は、ガラスモールド非球面単レンズに関し、より
詳細には、例えばレーザディスク，コンピュータメモリ
ー用追記型ディスク、光磁気ディスク等の光ディスク装
置に使用される非球面コリメータレンズ等のガラスモー
ルド非球面単レンズに関する。

〔従来の技術〕 例えば，光ディスク装置に用いられる光ピックアップ装
置においては．半導体レーザから放射された光束をコリ
メータレンズによって大径の平行光束に変換し、この平
行光束を対物レンズによって光ディスク上に結像させる
ようにしている。

この平行光束の平行度は、光ディスク装置の作動精度に
直接影響するものであるため、高い精度が要求される， しかし、半導体レーザから放射される光束の波長は、半
導体レーザへの入力電流の変動に伴って変化するため、
入力電流が変動すると色収差の収差量に変化が生じて、
コリメータレンズから出射する平行光束の平行度が崩れ
ることになる。

また、書き換え型光ディスクの光ピックアップ装置のよ
うに、データの書込み時と読出し時とで半導体レーザの
波長が異なる場合にも、同じコリメータレンズを使用す
る限りは当然このような現象が生じる。

そのため、従来の光ディスク装置では、負メニスカスレ
ンズと両凸レンズとを貼り合せ接合した１群２枚構成の
色消しレンズや、２個の単レンズを空気間隔を隔てて配
置した２群２枚構成の色消しレンズを使用することによ
り、この種コリメータレンズの色収差を補正するように
していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した接合された色消しレンズの場合
にあっては、その製作に際して、例えばバルサム貼り合
せ作業や心出し調整作業等が必要となり、また、上記し
た２群２枚構成の色消しレンズでは、レンズ間の空気間
隔や偏心に対する感度が極めて敏感であるために、その
調整作業が難しくなるという問題が生じる． その結果、レンズや鏡胴を加工する際には高精度の加工
が必要となり、また、組立て工程も複雑化して、コリメ
ータレンズの製作コストを上昇させる原因となっていた
． 一方、コリメータレンズとして、射出成形によって製造
されたプラスチック非球面レンズも市場に出回ってはい
るが、耐熱性、耐吸湿性、温度特性という耐環境性ある
いは均一性の面でガラスレンズに比べて著しく劣ってお
り，光ディスク装置用のコリメータレンズとしては到底
満足し得るものは得られなかった。また、上記コリメー
タレンズの場合、コンパクト化、低価格化という構造的
・商品的な要望も満たす必要があるため、これらの諸条
件を充分に満足し得るコリメータレンズの出現が待たれ
ていた。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、従来の色消し構成のコリメータレン
ズが持つ欠点を排除し、低コストで、しかもプラスチッ
クレンズでは到底実現し得ない高性能なガラスモールド
非球面単レンズを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明のガラスモールド
非球面単レンズは、ともに非球面である第１面および第
２面がそれぞれ ＋Ｆ１Ｙ”＋０１Ｙ”＋Ｈ１Ｙ１ｃ′ ＋Ｆ，Ｙ”＋Ｇ，Ｙ”＋Ｈ，Ｙ” ただし、 Ｚ，：光軸ＯからＹの高さにある第１面の非球？上の点
に対する第１面の非球面頂点の接平面からの距離 ｚ．：光軸０からＹの高さにある第２面の非球面上の点
に対する第２面の非球面頂点の接平面からの距離 Ｃ１　第１面の非球面頂点の曲率（１／ｒ■）Ｃ２　．
第２面の非球面頂点の曲率（１／ｒａ）ｒユ　・第１面
の非球面頂点の曲率半径ｒ２　　第２面の非球面頂点の
曲率半径ｋ０：第１面の円錐定数 ｋ８　　第２面の円錐定数 Ｅエ〜Ｈエ　：第１面の第４次から第１０次の非球面係
数 Ｅ２〜Ｈ２：第２面の第４次から第１０次の非球面係数 の式によって表現される凸面であって、■　２．０＜ｆ
／Ｄ＜４．０ ■　−０．５＜ｒ，　／−ｒ，　＜　　０．１■　−２
＜ｋ，　＜１ ■　−８０＜ｋ，＜−１０ ■　１　．　４　５　＜　ｎ　ｄ　＜　１　．　５　５
■　７５くνｄく９０ ■　Ｔｇ＞４３０℃ ただし、 ｆ：焦点距離 Ｄ：第１面と第２面との軸上間隔 （レンズの中心肉厚） Ｔｇ：使用硝子の転位温度（”Ｃ） ｎｄ：使用硝子のｄ線での屈折率 νｄ：使用硝子のアッペ数（分散率） の各条件を満たすことを特徴としたものである．〔作　
用〕 上記のように構成されたガラスモールド非球面単レンズ
は，第１面および第２面を、ともに非球面で構成するこ
とにより諸収差を良好に補正すると共に、そのガラス材
料の分散率を、使用波長領域の特性に合わせて選択する
ことにより，使用波長の変動に起因する焦点距離の変動
等の光学性能の劣化を最小限に抑え、また、ガラスモー
ルドの成形レンズとすることにより量産性を向上させる
と共に耐環境性や均一性を良好なものとしている．〔実
施例〕 以下、図示の実施例に基づいて本発明を詳細に説明する
。

第１図は、本発明に係るガラスモールド非球面単レンズ
の一実施例としての非球面コリメータレンズの構成図で
ある。

本実施例に係る非球面コリメータレンズＬは、主として
半導体レーザＳからの放射光を平行先に変換するコリメ
ータレンズとして使用される。

但し、本発明では、高精度の平行光束を得る必要がある
ため、収差計算に係る光束を、半導体レーザＳの入射方
向とは逆の方向から入射する平行光束と仮定して、その
軸上および軸外の収差が回折限界内に収まるように補正
している。

このような前提に立って提供された非球面コリメータレ
ンズＬは、第１面Ｒｉおよび第２面Ｒ２が、それぞれ光
軸○上の半導体レーザＳおよび平行光束の出射側卯に向
って凸形の軸対称非球面で形成された両凸単レンズとし
て構成される。

？の場合、両方の軸対称非球面をなす第１面Ｒ■および
第２面Ｒ２　は、 Ｚエ　：光軸０からＹの高さにある第１面Ｒ１の非球面
上の点に対する第１面Ｒ．の非球面頂点の接平面からの
距離 ｚ２：光軸ＯからＹの高さにある第２面Ｒ２の非球面上
の点に対する第２面Ｒ２の非球面頂点の接平面からの距
離 Ｃエ　．第１面Ｒエの非球面頂点の曲率（１／ｒエ）Ｃ
２　第２面Ｒ２の非球面頂点の曲率（１／ｒｚ）Ｐ、＋
第１面Ｒエの非球面頂点の曲率半径ｒ２　　第２面Ｒ２
の非球面頂点の曲率半径ｋ１　　第１面Ｒ１の円錐定数 ｋ２　　第２面Ｒ２の円錐定数 Ｅエ〜Ｈエ　：第１面Ｒ１の第４次から第１０次の非球
面係数 Ｅ２〜Ｈ２＝第２面Ｒ２の第４次から第１０次の非球面
係数 としたとき、 ＋ＦＩＹ’＋ＧエＹ’＋ＨエＹ” ＋Ｆ，Ｙ’＋Ｇ，Ｙ”＋Ｈ．Ｙ” ？式によって表現される凸面であって、次の■項ないし
■項の条件を満足するような形状に形成される． ■　２．０＜ｆ／Ｄ＜４．０ ■　−０．５＜ｒ．　／ｒ．　＜−０．１■　−２＜ｋ
いく１ ■　−８０＜ｋ２＜−１０ ■　１　．　４　５　＜　ｎ　ｄ　＜　１　．　５　５
■　７５くνｄく９０ ■　Ｔｇ＞４３０℃ ただし、 ｆ：焦点距離 Ｄ：第１面Ｒ■と第２面Ｒ２の軸上間隔（レンズの中心
肉厚） Ｔｇ：使用硝子の転位温度 ｎｄ：使用硝子のｄ線での屈折率 ９ｄ：使用硝子のアッペ数（分散率） を表わす。

なお、半導体レーザＳの前方に配置されているカバーガ
ラスＰは、精度のよい平行平面ガラスから構成されてい
る。

このような条件の下で設計された非球面コリメータレン
ズＬでは、■項に示すｆ／Ｄの値が、その下限を超える
と、焦点距離に対してレンズＬの中心肉厚Ｄが大きくな
り過ぎて、コンパクト化しようとする目的から外れてし
まい、一方、上限を超えると、軸外でのコマ収差および
非点収差が許容できない程度に劣化してしまう。

また、■項に示すｒエ／　ｒ２の条件は、第１面Ｒ１お
よび第２面Ｒ２の軸ずれに対する加工誤差範囲（公差）
を、非球面レンズの製作上において問題の生じない範囲
内に抑えるためのもので、ｒエ／ｒ２　の値がこの下限
および上限を超えると実用性能が劣化してしまう。

さらに、■項に示す第１面Ｒエの円錐定数ｋ、の条件は
，この第１面Ｒエにおける球面収差を良好に補正するた
めの条件で、その値が下限および上限を超えた場合には
この目的を達することが出来なくなる． また、■項に示す第２面Ｒ２の円錐定数ｋ２の条件は、
この面Ｒ２　におけるコマ収差を良好に補正するための
条件で、前項の場合と同様、その値が下限および゜上限
を超えた場合にはこの目的を達することが出来なくなる
。

■項および■項にそれぞれ示すｒ．ｄおよびνｄの条件
は，このコリメータレンズ乙に用いる光学材料がガラス
材料で，しかも、低分散ガラス材料であることを規定す
る条件である． これは、一方において、低分散ガラス材料を用いること
によって、使用波長の変動に伴う焦点面のシフトや各収
差の発生を最小限に抑えるためのもので、書き換え型光
ディスクのピックアップ装置にも充分に対応することが
出来る。

また、他方では、コリメータレンズＬにガラス材料を使
用したので、プラスチックレンズでは欠けている耐熱性
・耐吸湿性・温度特性という耐環境性および均一性を付
与することが出来た。

なお、これらの値が、それぞれの下限および上限を超え
た場合には，光ディスク装置に用いる非球面コリメータ
レンズとして・の条件を満たすことが出来なくなる． 最後の■項に示すのは、使用するガラス材料の転位点に
対する条件である。

これは、前述の■項および■項の条件を満足する低分散
ガラス材料が、この■項の条件を満たすことで，良好な
成型金型の転写性を得ることが出来ることを示す条件で
ある。そのため、この■項の条件は、非球面コリメータ
レンズＬをガラスモールドで実現するための基本的な条
件ということになり、この条件が崩れると量産性が劣化
することになる． 以上に記したような条件の下で設計された具体的実施例
は，次に掲げる表１に示す通りである．表１ 第２図（Ａ）〜第４図（Ａ）は、上記第１実施例〜第３
実施例の各球面収差をそれぞれ表わす収差曲線図，第２
図（Ｂ）〜第４図（Ｂ）は、第１実施例〜第３実施例の
各非点収差をそれぞれ表わす収差曲線図，第２図（Ｃ）
〜第４図（Ｃ）は、第１実施例〜第３実施例の各歪曲収
差をそれぞれ表わす収差曲線図，第２図（Ｄ）〜第４図
（Ｄ）および第２図（Ｄ′）〜第４図（Ｄ′）は、第１
実施例〜第３実施例の１００％画角の光束に対するタン
ジェンシャルおよびサジタルの各コマ収差をそれぞれ表
わす収差曲線図、第２図（Ｅ）〜第４図（Ｅ）および第
２図（Ｅ′）〜第４図（Ｅ′）は、第１実施例〜第３実
施例の５０％画角の光束に対するタンジェンシャルおよ
びサジタルの各コマ収差をそれぞれ表わす収差曲線図、
第２図（Ｆ）〜第４図（Ｆ）および第２図（Ｆ′）〜第
４図（Ｆ′）は、第１実施例〜第３実施例の軸上光束に
対するタンジェンシャルおよびサジタルの各コマ収差を
それぞれ表わす収差曲線図であるが、上記の収差曲線図
に示す通り、いずれも従来の色消しレンズに匹敵する程
の良好な性能を有するものとなっている。

以上の説明でも明らかなように、本発明の非球面コリメ
ータレンズＬは，第１面Ｒ１および第２面Ｒ２が共に非
球面であるため、たとえ単レンズであっても、光ビック
アップ装置のコリメータレンズとして充分に使用するこ
とができる程に高い性能を得ることが可能になる。

しかも、単レンズでは原理的に色消しが不可能であるが
，本発明の非球面コリメータレンズＬでは、使用硝子の
分散率を使用波長領域の特性に合せて適当に選択（低分
散率化）することにより、使用波長の変動に起因する焦
点距離の変動等の光学性能の劣化を最小限に抑えること
が可能になった． また、製作面においては、ガラスモールドの単レンズと
して構成してあるため、プレス成形工法による大量生産
が可能となって目的とする低コストを実現することが容
易となる． 以上複数の実施例について説明したが、本発明は，これ
に限定されるものではなく，その要旨を変更しない範囲
内で種々に変形実施することが出来る。

また、本発明に係るガラスモールド非球面単レンズは、
コリメータ用に限られるものではなく、例えば、対物レ
ンズとして、さらには光伝送用のレンズ等としても使用
することが出来る。

〔発明の効果〕

以上述べたところから明らかな通り、本発明によれば、
非球面プラスチックレンズのような難点がなく、接合レ
ンズにおけるバルサム貼り合せ作業や心出し調整作業、
また、空気間隔で隔てられた複数枚構成のレンズにおけ
るレンズ間の空気間隔の設定作業や偏心調整作業等を要
せず、また使用波長の変動に伴う焦点面のシフトや各収
差が極めて小さく、しかも低コストのガラスモールド非
球面単レンズを提供することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るガラスモールド非球面単レンズ
の一実施例としての罪球面コリメータレンズの構成図、
第２図（Ａ）〜第４図（八））は、上記第１実施例〜第
３実施例の各球面収茨をそれぞれ表わす収差曲線図、第
２図（Ｂ）一第４図（Ｂ）は、第１実施例〜第３実施例
の４非点収差をそれぞれ表わす収差曲線図、第２Ｗ（Ｃ
）〜第４図（Ｃ）は、第１実施例〜第３夾施例｝の各歪
曲収差をそれぞれ表わす収差曲線図、．第２図（Ｄ）〜
第４図（Ｄ）および第２図（Ｄ′）〜第４図（Ｄ′）は
、第１実施例〜第３実施例の１００％画角の光束に対す
るタンジェンシャルおよびサジタルの各コマ収差をそれ
ぞれ表わす収差曲線図、第２図（Ｅ）〜第４図（Ｅ）お
よび第２図（Ｅ′）〜第４図（Ｅ′）は、第１実施例〜
第３実施例の５０％画角の光束に対するタンジェンシャ
ルおよびサジタルの各コマ収差をそれぞれ表わす収差曲
線図、第２図（Ｆ）〜第４図（Ｆ）および第２図（Ｆ′
）〜第４図（Ｆ′）は、第１実施例〜第３実施例の軸上
光束に対するタンジェンシャルおよびサジタルの各コマ
収差をそれぞれ表わす収差曲線図である。 Ｌ・・・・・・非球面コリメータ Ｒ１・・・・・・第１面， Ｒ２・・・・・・第２面， Ｐ・・・・・・カバーガラス、 Ｓ・一・・・半導体レーザ。 レンズ、 【Ｄ冫 第 （Ｄ′） 第　　１ 図 （Ｅ） ．（Ｆ） （Ｆ′） 第 図 （Ｄ） （Ｄ′） （Ｅ） （Ｅ′） ＣＦ） （Ｆ′） 第 図 （Ｏ′） （Ｅ） （Ｅ′） ＣＦ） （戸′） 平成　１年　６月２９日 特許庁長官　吉　田　文　毅　殿 １．事件の表示 平成１年特許願第５５０５２号 ２．発明の名称 ガラスモールド非球面単レンズ ３．補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京都新宿区中落合２丁目７番５号名　称　
　ホーヤ　株式会社 代者者鈴木哲夫 ４．代理人 住　所　　東京都港区赤坂６丁目４番１７号赤坂コーポ
３０６号 平成１年５月１５日（発送日：同年５月３０日）６．補
正により増加する請求項の数　　なし７．補正の対象 ８．補正の内容 （１）明細書第１６頁第１行目〜第１９行目に「第２図
（Ａ）〜・・・・・・収差曲線図」とある記載を、「第
２図〜第４図の（Ａ）は、上記第１実施例〜第３実施例
の各球面収差をそれぞれ表わす収差曲線図、第２図〜第
４図の（Ｂ）は、第１実施例〜第３実施例の各非点収差
をそれぞれ表わす収差曲線図，第２図〜第４図の（Ｃ）
は、第１実施例〜第３実施例の各歪曲収差をそれぞれ表
わす収差曲線図、第２図〜第４図の（Ｄ）および（Ｇ）
は、第１実施例〜第３実施例の１００％画角の光束に対
するタンジェンシャルおよびサジタルの各コマ収差をそ
れぞれ表わす収差曲線図，第２図〜第４図の（Ｅ）およ
び（Ｈ）は、第１実施例〜第３実施例の５０％画角の光
束に対するタンジェンシャルおよびサジタルの各コマ収
差をそれぞれ表わす収差曲線図、第２図〜第４図の（Ｆ
）および（Ｉ）は、第１実施例〜第３実施例の軸上光束
に対するタンジェンシャルおよびサジタルの各コマ収差
をそれぞれ表わす収差曲線図」と補正する。 （２）同第１８頁第１９行目〜第１９頁第２０行目に「
第１図は、・・・・・・収差曲線図である。」とある記
載を、 「第１図は、本発明に係るガラスモールド非球面単レン
ズの一実施例としての非球面コリメータレンズの構成図
、第２図〜第４図の（Ａ）は，上記第１実施例〜第３実
施例の各球面収差をそれぞれ表わす収差曲線図、第２図
〜第４図の（Ｂ．）は，第１実施例〜第３実施例の各非
点収差をそれぞれ表わす収差曲線図、第２図〜第４図の
（Ｃ）は、第１実施例〜第３実施例の各歪曲収差をそれ
ぞれ表わす収差曲線図、第２図〜第４図の（Ｄ）および
（Ｇ）は、第１実施例〜第３実施例の１００％画角の光
束に対するタンジェンシャルおよびサジタルの各コマ収
差をそれぞれ表わす収差曲線図、第２図〜第４図の（Ｅ
）および（Ｈ）は、第１実施例〜第３実施例の５０％画
角の光束に対するタンジエンシャルおよびサジタルの各
コマ収差をそれぞれ表わす収差曲線図，第２図〜第４図
の（Ｆ）および（Ｉ）は、第１実施例〜第３実施例の軸
上光束に対するタンジェンシャルおよびサジタルの各コ
マ収差をそれぞれ表わす収差曲線図である。」と補正す
る。 （３）　図面のうち、第２図の分図番号（Ｄ’　），（
Ｅ′）および（Ｆ′）を，それぞれ（Ｇ），（Ｈ）およ
び（Ｉ）と補正し、第２図の（Ｄ）〜（Ｉ）を、「別紙
のとおり」補正する。 （４）図面のうち、第３図の分図番号（Ｄ’　），（Ｅ
′）および（Ｆ′）を，それぞれ（Ｇ），（■｛）およ
び（Ｉ）と補正し、第３図の（Ｄ）〜（Ｉ）を、『別紙
のとおり』補正する。 （５）図面のうち、第４図の分図番号（Ｄ”），（Ｅ′
）および（Ｆ′）を、それぞれ（Ｇ），（Ｈ）およびＣ
Ｉ）と補正し、第４図の（Ｄ）〜（Ｉ）を、「別紙のと
おり」補正する。 第 区 （Ｇ） （Ｅ） （Ｈ） （Ｆ） 第 （Ｄ） （Ｅ） ＣＦ） 第 図 （Ｇ） （Ｅ） （Ｈ） （Ｆ） （Ｇ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ともに非球面である第１面および第２面がそれぞ
   れ Ｚ＿１＝［Ｃ＿１Ｙ＾２］／［１＋｛１−（１＋ｋ＿１
   ）Ｃ＿１＾２Ｙ＾２｝＾１＾／＾２］＋Ｅ＿１Ｙ＾４＋
   Ｆ＿１Ｙ＾６＋Ｇ＿１Ｙ＾８＋Ｈ＿１Ｙ＾１＾０Ｚ＿２
   ＝［Ｃ＿２Ｙ＾２］／［１＋｛１−（１＋ｋ＿２）Ｃ＿
   ２＾２Ｙ＾２｝＾１＾／＾２］＋Ｅ＿２Ｙ＾４＋Ｆ＿２
   Ｙ＾６＋Ｇ＿２Ｙ＾９＋Ｈ＿２Ｙ＾１＾０ただし、 Ｚ＿１：光軸ＯからＹの高さにある第１面の非球面上の
   点に対する第１面の非球面頂点の 接平面からの距離 Ｚ＿２：光軸ＯからＹの高さにある第２面の非球面上の
   点に対する第２面の非球面頂点の 接平面からの距離 Ｃ＿１：第１面の非球面頂点の曲率（１／ｒ＿１）Ｃ＿
   ２：第２面の非球面頂点の曲率（１／ｒ＿２）ｒ＿１：
   第１面の非球面頂点の曲率半径 ｒ＿２：第２面の非球面頂点の曲率半径 ｋ＿１：第１面の円錐定数 ｋ＿２：第２面の円錐定数 Ｅ＿１〜Ｈ＿１：第１面の第４次から第１０次の非球面
   係数 Ｅ＿２〜Ｈ＿２：第２面の第４次から第１０次の非球面
   係数 の式によって表現される凸面であって、 ［１］２．０＜ｆ／Ｄ＜４．０ ［２］−０．５＜ｒ＿１／ｒ＿２＜−０．１［３］−２
   ＜ｋ＿１＜１ ［４］−８０＜ｋ＿２＜−１０ ［５］１．４５＜ｎｄ＜１．５５ ［６］７５＜νｄ＜９０ ［７］Ｔｇ＞４３０℃ ただし、 ｆ：焦点距離 Ｄ：第１面と第２面との軸上間隔 （レンズの中心肉厚） Ｔｇ：使用硝子の転位温度 ｎｄ：使用硝子のｄ線での屈折率 νｄ：使用硝子のアッベ数（分散率） の各条件を満たすことを特徴とするガラスモールド非球
   面単レンズ。