JP2008165908A - 対物レンズおよび光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズおよび対物レンズを搭載する装置の薄型化ができ、製造過程において対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になることを防ぎ、若しくは回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術を必要としない対物レンズおよび光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光源から出射されるレーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズであって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズ部７ａで形成され、内周面がフレネルレンズ部７ｂで形成されることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、光ディスクあるいは光カードなどに情報の記録または再生の少なくとも一方を行う対物レンズおよび光ピックアップ装置に関するものである。

図８、図９は、従来の光ピックアップ装置の光学構成図であり、図９は図８に示す光学構成を側面から見たものである。

図８、図９において、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光線１０２ａは、平板ビームスプリッタ１０３で反射され光線１０２ｂとなりコリメータレンズ１０４を通過することにより、平行光線１０２ｃになる。また、レーザ光線１０２ａの一部１０２ｄは、平板ビームスプリッタ１０３を透過し、レーザ発光モニタセンサ１０５に受光される。平板ビームスプリッタ１０３は、入射してきた光を反射させる反射光と透過させる透過光に分離し、その反射光と透過の比率を例えば８：２とするような設計が広く行われている。平行光線１０２ｃは、直角ミラー１０６で反射されて平行光線１０２ｅとなり、対物レンズ１０７に入射する。平行光線１０２ｅは対物レンズ１０７によって収束光線１０２ｆとなり、光ディスク１０８上にスポット１０２ｇになる。このスポット１０２ｇにより光ディスク１０８上への情報の記録、情報の再生を行うことが出来る。

光ディスク１０８によって反射されたスポット１０２ｇからの反射光線は、前記光路とは逆方向１０２ｆ→１０２ｅ→１０２ｃ→１０２ｂと進行する。前記のように例えば、平板ビームスプリッタ１０３は反射光と透過光の比率が８：２とすると、光ディスク１０８からの反射光のうち２０％の光が平行ビームスプリッタ１０３を透過し（図８，図９中の光線１０２ｈ）シリンドリカルレンズ１０９に入射する。シリンドリカルレンズ１０９は図８の紙面内光線に対しては凹レンズ作用を発揮するが、図９の紙面内光線に対してはレンズ作用を持たないレンズであり、光線１０２ｈに対して非点収差が与えられた光線１０２ｉとなる。この非点収差を有する光線１０２ｉと受光センサ１１０との組み合わせを用いることによって、光ディスク用光ヘッド分野では非点収差法としてよく知られているように、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、ＲＦ信号を得ることができる。この非点収差法によるフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、ＲＦ信号等の生成原理は（特許文献１）に開示されているので、ここでは詳細な記述を省略する。
特開２００１−１６０２２３号公報

本発明の適用分野の一つである光ディスク装置において、光ディスク装置の厚さに着目して分類すると、厚さ４２ｍｍのハーフハイトドライブ、厚さ１２．７ｍｍのスリムドライブ、厚さ９．５ｍｍのウルトラスリムドライブに分けられる。また機能に着目して分類すると、ＣＤ系、ＤＶＤ系、ＢＤ（ブルーレイディスク対応）系に分けられる。

本発明は、特にスリムドライブ、ウルトラスリムドライブにおいて、容易に装置を薄くする事を可能にするものである。装置を薄くするためには反射ミラー１０６や対物レンズ１０７などの部品を薄くする必要があるが、今後普及が期待されているＢＤドライブ（ブルーレイディスク対応ドライブ）においては、その規格において開口数０．８５の対物レンズを使用することが決められているため、必然的に対物レンズの中心厚みもＣＤ系やＤＶＤ系よりも厚くなってしまい、装置の厚さを薄くする事が非常に困難であるという大きな課題があった。例えば、市販レンズのレンズ厚みを同じ焦点距離２ｍｍで比較すると、ＣＤ、ＤＶＤ用では１．１４７ｍｍ、ＢＤ用で３．２６２ｍｍと約３倍の厚みである。そのため、ブルーレイディスク対応の光ディスク装置においては、対物レンズの厚みが大きくなる分、光ディスク装置全体の厚みを大きくしなければならないという問題があった。

図１０、図１１は、上記の課題を解決するために従来提案されている光ピックアップ装置の構成例である。図１０、図１１は、従来の光ピックアップ装置の光学構成図であり、図１１は図１０に示す光学構成を側面から見たものである。図１０、図１１に示す従来の光ピックアップ装置は、装置の薄型化を目指すために、図８、図９で用いられていた対物レンズ１０７を平面フレネルレンズ１１１に置き換えるというものである。

図１３は、フレネルレンズにおける開口数と回折格子ピッチの関係を示す図であり、横軸が開口数（ＮＡ）、縦軸が回折格子ピッチである。また、図１０、図１１で用いられる開口数０．８５、光線の波長４０５ｎｍの場合の平面フレネルレンズの回折格子ピッチを計算したものである。また、図１３は、計算を簡便化するために屈折レンズをフレネルレンズに置き換えた場合のものであるが、実際用いられる屈折レンズにおいても大差はない。

図１３からわかるようにレンズ中心部（開口数ＮＡの小さい領域）に比べてレンズ外周部（開口数ＮＡの大きい領域）ではピッチが急激に小さくなり、開口数ＮＡ０．８５近傍では数ミクロン程度のピッチとなる。そのため、図１２の従来の光ピックアップ装置における平面フレネルレンズの拡大図に示すフレネルレンズ１１１は、その製造が困難であるか、若しくは回折格子のピッチを極小とするための高度な精密加工技術を必要とするという問題が生じる。現時点での技術では、上述のフレネルレンズ１１１の製造は不可能に近い。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、対物レンズおよび対物レンズを搭載する装置の薄型化ができ、製造過程において対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になることを防ぎ、若しくは回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術を必要としない対物レンズおよび光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、光源から出射されるレーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズであって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることを特徴とする対物レンズである。

また本発明は、レーザ光を出射する光源と、レーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズと、を具備し、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面はフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることを特徴とする光ピックアップ装置である。

本発明は上記構成により、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることによって、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくするために対物レンズの内周面と外周面の全てをフレネルレンズ化すると、対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になる若しくは回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術が必要になり、対物レンズをフレネルレンズ化しないと、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくできないという２つの相反する問題を解決するので、製造可能な範囲で対物レンズを最大限に薄型化できる。その結果、対物レンズの光軸方向における製造可能な範囲で最大寸法を小さくするので、対物レンズを搭載する装置全体を容易に薄型化できる。

また、対物レンズのレーザ光を入光する側の面における外周面と内周面との境界は、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、ブルーレイディスク対応の光ピックアップ装置であっても、本発明の対物レンズを通過するレーザ光の回折効率を極端に落とさないので、本発明の対物レンズを通過するレーザ光のロス分を低減できる。その結果、本発明の対物レンズを通過する際のロス分を考慮して予め光源の発光強度を上げる必要が無いので、光源の発光強度を上げることによる光源の短寿命化を防止できる。

さらに、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、開口数０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面をフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを大きくできる内周面のみをフレネルレンズ化し、回折格子のピッチが大きくできない外周面を屈折レンズにするので、回折格子のピッチが極小となりその加工が難しくなる領域を含むフレネルレンズを必要としない。その結果、回折格子のピッチが極小となる領域を含むフレネルレンズを必要としないので、対物レンズをフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを極小とするための高度な精密加工技術を必要としないと共に膨大な加工時間を必要としない。

請求項１記載の発明は、光源から出射されるレーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズであって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることを特徴とするものである。これにより、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることによって、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくするために対物レンズの外周面と内周面の全てをフレネルレンズ化すると、対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になる若しくは回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術が必要になり、対物レンズをフレネルレンズ化しないと、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくできないという２つの相反する問題を解決するので、製造可能な範囲で対物レンズを最大限に薄型化できる。その結果、対物レンズの光軸方向における製造可能な範囲で最大寸法を小さくするので、対物レンズを搭載する装置全体を容易に薄型化できる。

請求項２記載の発明は、光源から出射されるレーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズであって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、フレネルレンズのピッチがレーザ光の波長の３倍となる位置であることを特徴とするものである。これにより、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることによって、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくするために対物レンズの外周面と内周面の全てをフレネルレンズ化すると、対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になる若しくは回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術が必要となり、対物レンズをフレネルレンズ化しないと、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくできないという２つの相反する問題を解決するので、製造可能な範囲で対物レンズを最大限に薄型化できる。その結果、対物レンズの光軸方向における製造可能な範囲で最大寸法を小さくするので、対物レンズを搭載する装置全体を容易に薄型化できる。また、フレネルレンズが、レーザ光の波長の３倍以上のピッチで形成された回折格子で構成されることによって、フレネルレンズを通過するレーザ光の回折効率を極端に落とさないので、フレネルレンズを通過するレーザ光の減衰率を低減できる。その結果、光源から出射されるレーザ光の減衰率を低減できるので、光源の発光強度を減らすことができ、光源の長寿命を実現できる。

請求項３記載の発明は、光源から出射されるレーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズであって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることを特徴とするものである。これにより、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることによって、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくするために対物レンズの外周面と内周面の全てをフレネルレンズ化すると、対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になる若しくは回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術が必要になり、対物レンズをフレネルレンズ化しないと、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくできないという２つの相反する問題を解決するので、製造可能な範囲で対物レンズを最大限に薄型化できる。その結果、対物レンズの光軸方向における製造可能な範囲で最大寸法を小さくするので、対物レンズを搭載する装置全体を容易に薄型化できる。また、対物レンズのレーザ光を入光する側の面における外周面と内周面との境界は、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、ブルーレイディスク対応の対物レンズであっても、本発明の対物レンズを通過するレーザ光の回折効率を極端に落とさないので、本発明の対物レンズを通過するレーザ光のロス分を低減できる。その結果、本発明の対物レンズを通過する際のロス分を考慮して予め光源の発光強度を上げる必要が無いので、光源の発光強度を上げることによる光源の短寿命化を防止できる。さらに、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、開口数０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面をフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを大きくできる内周面のみをフレネルレンズ化し、回折格子のピッチが大きくできない外周面を屈折レンズにするので、回折格子のピッチが極小となりその加工が難しくなる領域を含むフレネルレンズを必要としない。その結果、回折格子のピッチが極小となる領域を含むフレネルレンズを必要としないので、対物レンズをフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを極小とするための高度な精密加工技術を必要としないと共に膨大な加工時間を必要としない。

請求項４記載の発明は、レーザ光を出射する光源と、レーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズと、を具備し、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることを特徴とするものである。これにより、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることによって、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくするために対物レンズの内周面と外周面の全てをフレネルレンズ化すると、対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になる若しくは回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術が必要となり、対物レンズをフレネルレンズ化しないと、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくできないという２つの相反する問題を解決するので、製造可能な範囲で対物レンズを最大限に薄型化できる。その結果、対物レンズの光軸方向における製造可能な範囲で最大寸法を小さくするので、対物レンズを搭載する装置全体を容易に薄型化できる。また、対物レンズのレーザ光を入光する側の面における外周面と内周面との境界は、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、ブルーレイディスク対応の光ピックアップ装置であっても、本発明の対物レンズを通過するレーザ光の回折効率を極端に落とさないので、本発明の対物レンズを通過するレーザ光のロス分を低減できる。その結果、本発明の対物レンズを通過する際のロス分を考慮して予め光源の発光強度を上げる必要が無いので、光源の発光強度を上げることによる光源の短寿命化を防止できる。さらに、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、開口数０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面をフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを大きくできる内周面のみをフレネルレンズ化し、回折格子のピッチが大きくできない外周面を屈折レンズにするので、回折格子のピッチが極小となりその加工が難しくなる領域を含むフレネルレンズを必要としない。その結果、回折格子のピッチが極小となる領域を含むフレネルレンズを必要としないので、対物レンズをフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを極小とするための高度な精密加工技術を必要としないと共に膨大な加工時間を必要としない。

請求項５記載の発明は、開口数が０．８５とは、対物レンズを通過したレーザ光が光ディスクに焦点を結ぶ際の、対物レンズのレーザ光が通過する領域の中心部と前記焦点とを結ぶ第１の仮想線と、対物レンズのレーザ光が通過する領域の端部と焦点とを結ぶ第２の仮想線とからなる角度θを約５８°とした場合、ｓｉｎθが０．８５であることを意味することを特徴とするものである。これにより、対物レンズを通過したレーザ光が光ディスクに焦点を結ぶ際の、対物レンズのレーザ光が通過する領域の中心部と焦点とを結ぶ第１の仮想線と、対物レンズのレーザ光が通過する領域の端部と焦点とを結ぶ第２の仮想線とからなる角度θを約５８°とした場合のｓｉｎθが０．８５であることを意味することによって、ブルーレイディスク対応用の対物レンズに用いることができるので、ブルーレイディスク対応用の光ピックアップ装置および光ディスク装置の薄型化を容易に実現することができる。

請求項６記載の発明は、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍とは、１２００ｎｍから１２３０ｎｍの範囲であることを意味することを特徴とするものである。これにより、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍とは、１２００ｎｍから１２３０ｎｍまでの範囲であることを意味することによって、光源から出射されるレーザ光の波長が４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲に対応できるので、光源から出射されるレーザ光の波長の実力値が４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲であるブルーレイディスク対応用の対物レンズに用いることができる。

請求項７記載の発明は、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍とは、１２００ｎｍから１２３０ｎｍの範囲であることを意味することを特徴とするものである。これにより、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍とは、１２００ｎｍから１２３０ｎｍまでの範囲であることを意味することによって、光源から出射されるレーザ光の波長が４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲に対応できるので、光源から出射されるレーザ光の波長の実力値が４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲であるブルーレイディスク対応用の対物レンズに用いることができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置を示す図であり、記録媒体側から対物レンズの光軸方向を見た図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置を示す図であり、図１に示した光ピックアップ装置を側面方向から見た図である。

図１、図２において、半導体レーザ１から出射されたレーザ光線２ａは、平板ビームスプリッタ３で反射され光線２ｂとなりコリメータレンズ４を通過することにより、平行光線２ｃになる。また、レーザ光線２ａの一部２ｄは、平板ビームスプリッタ３を透過し、レーザ発光モニタセンサ５に受光される。平板ビームスプリッタ３は、入射してきた光を反射させる反射光と透過させる透過光に分離し、その反射光と透過の比率を例えば８：２とするような設計が広く行われている。平行光線２ｃは直角ミラー６で反射されて平行光線２ｅとなり、対物レンズ７に入射する。平行光線２ｅは対物レンズ７によって収束光線２ｆとなり、光ディスク８上にスポット２ｇになる。このスポット２ｇにより光ディスク８上への情報の記録、情報の再生を行うことが出来る。

光ディスク８によって反射されたスポット２ｇからの反射光線は前記光路とは逆方向２ｆ→２ｅ→２ｃ→２ｂと進行する。前記のように例えば、平板ビームスプリッタ３は反射光と透過光の比率が８：２とすると、光ディスク８からの反射光のうち２０％の光が平行ビームスプリッタ３を透過し（図１，図２中の光線２ｈ）シリンドリカルレンズ９に入射する。シリンドリカルレンズ９は図１の紙面内光線に対しては凹レンズ作用を発揮するが、図２の紙面内光線に対してはレンズ作用を持たないレンズであり、光線２ｈに対して非点収差が与えられた光線２ｉとなる。この非点収差を有する光線２ｉと受光センサ１０との組み合わせを用いることによって、光ディスク用光ヘッド分野では非点収差法としてよく知られているように、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、ＲＦ信号を得ることができる。

図３は、本発明の実施の形態１における対物レンズと光ディスクと直角ミラーの関係を示す図であり、図２に示す直角ミラー６、対物レンズ７近傍の拡大図であり、対物レンズ７に入射して光ディスク８にスポット２ｇを結像する光線を示したものである。対物レンズ７のレーザ光を入光する側の面は、外周部に屈折レンズ部７ａと、内周部にフレネルレンズ部７ｂが形成されている。屈折レンズ部７ａを通過する光線は屈折作用によりスポット２ｇに到達し、フレネルレンズ部７ｂを通過する光線は回折作用によりスポット２ｇに到達する。このように、屈折レンズ部７ａを通過する光線とフレネルレンズ部７ｂを通過する光線のいずれも同一のスポット２ｇに到達させることができる。

ここで、対物レンズ７を通過したレーザ光が光ディスク８に焦点を結ぶ際の、対物レンズ７のレーザ光が通過する領域の中心部２ｊと焦点であるスポット２ｇとを結ぶ第１の仮想線２ｋと、対物レンズ７のレーザ光が通過する領域の端部２ｌと焦点であるスポット２ｇとを結ぶ第２の仮想線２ｍとからなる角度θとしたとき、角度θが約５８°であると開口数＝ｓｉｎθの式から開口数は０．８５となるので、ブルーレイディスク対応用の対物レンズに用いることができる。

図４は、本発明の実施の形態１における対物レンズの拡大図である。図４において、従来の屈折作用のみの対物レンズで構成した場合のレンズ厚さをＬ０とすると、中心部の厚さＬ２の部分を、回折作用を有するフレネルレンズ部７ｂにすることで、レンズ全体の厚さをＬ１で構成することができ、Ｌ０−Ｌ２だけ薄型化が可能である。

このように、対物レンズ７のレーザ光を入光する側の面の外周面を屈折レンズで形成し、内周面をフレネルレンズで形成されることによって、対物レンズ７のレーザ光を入光する側の面の中で、光軸方向の厚さが最も厚くなる内周面のみを部分的に薄くするので、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくできる。

また、前述の角度θが約５８°の場合、本発明の対物レンズをブルーレイディスク対応用の対物レンズとして用いることができるので、ブルーレイディスク用の光ピックアップ装置および光ディスク装置の薄型化を容易に実現することができる。

次に、屈折レンズ部７ａとフレネルレンズ部７ｂの境界半径ｒの決定方法について述べる。

図５は回折格子ピッチと回折効率の関係を示す図であり、回折格子ピッチと回折効率の関係を計算で算出したものである。ここで、横軸は回折格子ピッチ、縦軸は回折効率であり、横軸は一般性を持たせるために回折格子ピッチを光線の波長で正規化している。光線の偏光状態は光ディスク装置で一般的な円偏光状態である。ＢＤ（ブルーレイディスク対応、以下単に「ＢＤ」と呼ぶ）規格によれば、対物レンズ中心の光強度に対して開口数ＮＡ０．８５に相当するレンズ外周部での光強度は、光ディスク半径方向で６５％、周方向で６０％以上が必要である。回折レンズは回転対称であるから厳しい方の数値６５％を満足する必要がある。

図５において、回折効率６５％のラインｐ（二点鎖線）が回折効率曲線Ｒと交わる点を横軸（回折格子ピッチ）まで下ろす線ｑは回折格子の値が３近傍である。さらに回折効率の変化量を示す曲線Ｍ（破線）も回折格子ピッチ３近傍より小さい領域では激しい変化を示しており、効率の絶対値と効率の変化量の双方の観点から境界半径ｒは回折効率ピッチが対物レンズ７を透過する波長の略３倍より大きいことが望ましい。

ここで、図４に示す対物レンズ７をＢＤ規格に対応させる場合、対物レンズ７の開口数を０．８５とし、用いるレーザ光の波長を４０５ｎｍ程度とするため、この場合の外周面と内周面との境界は、フレネルレンズのピッチがレーザ光の波長４０５ｎｍの３倍である１２１５ｎｍとなる。用いられるレーザ光の波長は４０５ｎｍが理想値であるが、実際は４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲でバラツキを生じているため、外周面と内周面との境界はフレネルレンズのピッチが１２００ｎｍから１２３０ｎｍの範囲に設定することが好ましい。このようにすることで、光源から出射されるレーザ光の波長の実力値が４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲であるＢＤ対応用の対物レンズに用いることができる。

このように、対物レンズ７のレーザ光を入光する側の面における外周面と内周面との境界は、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、ＢＤ対応の対物レンズ７であっても、本発明の対物レンズ７を通過するレーザ光の回折効率を極端に落とさないので、本発明の対物レンズ７を通過するレーザ光のロス分を低減できる。その結果、本発明の対物レンズ７を通過する際のロス分を考慮して予め光源の発光強度を上げる必要が無いので、光源の発光強度を上げることによる光源の短寿命化を防止できる。

また、対物レンズ７のレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、開口数０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、対物レンズ７のレーザ光を入光する側の面をフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを大きくできる内周面のみをフレネルレンズ化し、回折格子のピッチが大きくできない外周面を屈折レンズにするので、回折格子のピッチが極小となりその加工が難しくなる領域を含むフレネルレンズを必要としない。その結果、回折格子のピッチが極小となる領域を含むフレネルレンズを必要としないので、対物レンズをフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを極小とするための高度な精密加工技術を必要とせず、併せて膨大な加工時間を必要としない。

次に、本発明の対物レンズの製造方法について述べる。

図６、図７は、本発明の実施の形態１におけるフレネルレンズの製造方法を示す図ある。図６においては屈折レンズ部７ａを形成したベースレンズ部７ｄにフォトポリマーなどを用いて２Ｐ法でフレネルレンズ部７ｅを形成した金型により転写、ＵＶ硬化をさせて形成する。図７ではベースレンズ部７ｆに、図６に示す製造方法と同様な２Ｐ法を用いて屈折レンズ部７ａとフレネルレンズ部７ｂを同一金型で同時に転写形成する。図６の方法では、ベースレンズ部７ｄに形成された屈折レンズ部７ａのレンズ中心と、２Ｐ法で形成されるフレネルレンズ部１０７ｂのレンズ中心を正確に合わせるための精度確保が重要であるが、図７の方法は屈折レンズ部７ａとフレネルレンズ部７ｂを同一金型で同時に２Ｐ法を用いて転写して形成するため、レンズ中心精度が確保しやすいメリットがある。ここで、２Ｐ法とは、Ｐｈｏｔｏ Ｐｏｌｙｍｅｒの略であり、金型の形状を精密に転写する技術である。

以上の内容により、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることによって、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくするために対物レンズの外周面と内周面の全てをフレネルレンズ化すると、対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になる若しくは回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術が必要となり、対物レンズをフレネルレンズ化しないと、対物レンズの光軸方向における最大寸法を小さくできないという２つの相反する問題を解決するので、製造可能な範囲で対物レンズを最大限に薄型化できる。その結果、対物レンズの光軸方向における製造可能な範囲で最大寸法を小さくするので、対物レンズを搭載する装置全体を容易に薄型化できる。

また、対物レンズのレーザ光を入光する側の面における外周面と内周面との境界は、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、ＢＤ対応の対物レンズであっても、本発明の対物レンズを通過するレーザ光の回折効率を極端に落とさないので、本発明の対物レンズを通過するレーザ光のロス分を低減できる。その結果、本発明の対物レンズを通過する際のロス分を考慮して予め光源の発光強度を上げる必要が無いので、光源の発光強度を上げることによる光源の短寿命化を防止できる。

さらに、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、外周面と内周面との境界が、開口数０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることによって、対物レンズのレーザ光を入光する側の面をフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを大きくできる内周面のみをフレネルレンズ化し、回折格子のピッチが大きくできない外周面を屈折レンズにするので、回折格子のピッチが極小となりその加工が難しくなる領域を含むフレネルレンズを必要としない。その結果、回折格子のピッチが極小となる領域を含むフレネルレンズを必要としないので、対物レンズをフレネルレンズ化する際に、回折格子のピッチを極小とするための高度な精密加工技術を必要とせず、併せて膨大な加工時間を必要としない。

そのため、対物レンズおよび対物レンズを搭載する装置の薄型化ができ、製造段階において回折格子のピッチを極小とするための高度な精密加工技術を必要としない対物レンズおよび光ピックアップ装置を実現することができる。

なお、本実施の形態１においては、対物レンズのレーザ光を入光する側の面の外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることについて、光ピックアップ装置に搭載する対物レンズを例として説明したが、これに限定されるものではなく、プロジェクター用のレンズ、写真撮影用のレンズであっても良い。

本発明は、対物レンズおよび対物レンズを搭載する装置の薄型化ができ、対物レンズの外周面における回折格子のピッチが小さくなりすぎてフレネルレンズの製造が困難になることを防ぐ若しくは製造段階において回折格子のピッチを極小にするための高度な精密加工技術を必要としないため、光ディスクあるいは光カードなどに情報の記録または再生の少なくとも一方を行う対物レンズおよび光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置を示す図 本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置を示す図 本発明の実施の形態１における対物レンズと光ディスクと直角ミラーの関係を示す図 本発明の実施の形態１における対物レンズの拡大図 回折格子ピッチと回折効率の関係を示す図 本発明の実施の形態１におけるフレネルレンズの製造方法を示す図 本発明の実施の形態１におけるフレネルレンズの製造方法を示す図 従来の光ピックアップ装置の光学構成図 従来の光ピックアップ装置の光学構成図 従来の光ピックアップ装置の光学構成図 従来の光ピックアップ装置の光学構成図 従来の光ピックアップ装置における平面フレネルレンズの拡大図 フレネルレンズにおける開口数と回折格子ピッチの関係を示す図

符号の説明

１ 半導体レーザ
２ａ レーザ光線
２ｂ 光線
２ｃ 平行光線
２ｄ 平行光線
２ｅ 平行光線
２ｆ 収束光線
２ｇ スポット
２ｈ 光線
２ｉ 光線
２ｊ 中心
２ｋ 第１の仮想線
２ｌ 端部
２ｍ 第２の仮想線
３ 平板ビームスプリッタ
４ コリメータレンズ
５ レーザ発光モニタセンサ
６ 直角ミラー
７ 対物レンズ
７ａ 屈折レンズ部
７ｂ フレネルレンズ部
７ｄ ベースレンズ部
７ｅ フレネルレンズ部
７ｆ ベースレンズ部
８ 光ディスク
９ シリンドリカルレンズ
１０ 受光センサ
１０１ 半導体レーザ
１０２ａ レーザ光線
１０２ｂ 光線
１０２ｃ 平行光線
１０２ｄ 一部
１０２ｅ 平行光線
１０２ｆ 収束光線
１０２ｇ スポット
１０２ｈ 光線
１０２ｉ 光線
１０３ 平板ビームスプリッタ
１０４ コリメータレンズ
１０５ レーザ発光モニタセンサ
１０６ 直角ミラー
１０７ 対物レンズ
１０８ 光ディスク
１０９ シリンドリカルレンズ
１１０ 受光センサ
１１１ 平面フレネルレンズ
１１１ａ フレネルレンズ部

Claims (7)

1. 光源から出射されるレーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズであって、
   前記対物レンズの前記レーザ光を入光する側の面は、外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成されることを特徴とする対物レンズ。
2. 光源から出射されるレーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズであって、
   前記対物レンズの前記レーザ光を入光する側の面は、外周面が屈折レンズで形成され、内周面はフレネルレンズで形成され、
   前記外周面と前記内周面との境界は、前記フレネルレンズのピッチが前記レーザ光の波長の３倍となる位置であることを特徴とする対物レンズ。
3. 光源から出射されるレーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズであって、
   前記対物レンズの前記レーザ光を入光する側の面は、外周面が屈折レンズで形成され、内周面がフレネルレンズで形成され、
   前記外周面と前記内周面との境界は、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることを特徴とする対物レンズ。
4. レーザ光を出射する光源と、
   前記レーザ光を集光して光ディスクに照射する対物レンズと、を具備し、
   前記対物レンズの前記レーザ光を入光する側の面は、外周面が屈折レンズで形成され、内周面はフレネルレンズで形成され、
   前記外周面と前記内周面との境界は、開口数が０．８５の場合、フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍となる位置であることを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 前記開口数が０．８５とは、前記対物レンズを通過したレーザ光が前記光ディスクに焦点を結ぶ際の、前記対物レンズのレーザ光が通過する領域の中心部と前記焦点とを結ぶ第１の仮想線と、前記対物レンズのレーザ光が通過する領域の端部と前記焦点とを結ぶ第２の仮想線とからなる角度θを約５８°とした場合、ｓｉｎθが０．８５であることを意味することを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ装置。
6. 前記フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍とは、１２００ｎｍから１２３０ｎｍの範囲であることを意味することを特徴とする請求項３に記載の対物レンズ。
7. 前記フレネルレンズのピッチが１２１５ｎｍ近傍とは、１２００ｎｍから１２３０ｎｍの範囲であることを意味することを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。

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