CN102365563A - 透镜 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够抑制高NA透镜成型时的不良状态且安装性优异的透镜。所述透镜中，因为在第1光学面转印面(31a)与中间端面转印面(31c)之间形成了用来形成迁移面的迁移面转印面(31b)，所以，在成型横断面比大的透镜OE时，也能够抑制流动痕迹等的发生，进行高精度的成型。

Description

透镜
技术领域
本发明涉及NA 0.7以上的具有高精度形状的透镜。
背景技术
近年来，能够用波长400nm程度的蓝紫色半导体激光进行信息记录及/或再生(以下将“记录及/或再生”记为“记录/再生”)的高密度光盘系统的研究开发迅速进展。作为一例，用NA 0.85、光源波长405nm规格进行信息记录/再生的光盘、即所谓的Blu-ray Disc(以下称为BD)的情况，对大小与DVD(NA0.6、光源波长650nm、记忆容量4.7GB)相同的直径12cm的光盘每一层能够记录23～27GB的信息。本说明书中称该光盘为高密度光盘。
作为用于光拾取装置的物镜，例如专利文献1中公开了通过树脂成型来得到的技术。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：特开2003-15031号公报
发明内容
发明欲解决的课题
专利文献1中公开的透镜，其中，为了避免透镜成型的不良，从数值孔径NA最外光线相交的位置，设连接外侧透镜面的区域。但是，根据本发明者的研讨发现，设这种连接区域时，横断面比(后述)大的话也会产生流动痕迹等成型不良。而横断面比太小的话突缘厚变厚，不能增大有效径。因此，对于有效径大的高NA透镜来说，如果减小横断面比的话，则从光学角度来说透镜设计本身不成立。
本发明鉴于这种以往技术的问题点，目的在于提供一种能够抑制高NA透镜成形时的不良状态、容易操作使用的透镜。
用来解决课题的手段
第1项记载的透镜是以树脂为素材成型的外周备有突缘部的NA 0.7以上的透镜，其特征在于，
具有：含光轴的第1面；曲率小于所述第1面的被形成在所述第1面对面一侧的第2面；在光轴垂直方向上被形成在所述第1面与所述突缘部之间的中间端面；连接所述中间端面与所述第1面的迁移面；
所述第1面在与所述迁移面之交界处的法线与光轴的夹角θ1(锐角)，大于所述迁移面在与所述第1面之交界处的法线与光轴的夹角θ2，
当以光轴上的所述第1面与所述第2面之间的距离为d(mm)、所述中间端面上的光轴方向最小薄度为t(mm)时，满足下式：
4.1＞d/t＞2.8    (1)。
根据本发明者的研究结果发现，虽然设所述迁移面能够抑制成型不良，但d/t(称为横断面比)在4.1以上时，即使形成所述迁移面，也有可能出现流动痕迹等成型不良。而d/t在2.8以下时，突缘厚太薄，例如光拾取装置用物镜等情况时，不能精度良好地安装到装置中去。因此，通过满足(1)式，提供能够抑制成型不良且组装性优异的透镜。
第2项记载的透镜是第1项中记载的发明，其特征在于，满足下式，所以，能够更有效地抑制成型不良同时成型NA 0.7以上的透镜。
3.8＞d/t＞3.3    (1’)
第3项记载的透镜是第1或2项中记载的发明，其特征在于，当以所述突缘部的光轴方向厚度为Δ(mm)时，满足下式：
t＜Δ            (2)。
一般来说例如光拾取装置用的物镜上，与连接区域连接的突缘部具有相同厚度。如果是这种形状的话，可以通过设连接区域来较容易地抑制成型不良。而近年来要求既减薄轴上厚又加厚突缘部的透镜。这种透镜上必须使中间端面比第1面一侧的突缘部的面还要靠近第2面，但这样的话成型时向腔的树脂流动方向急剧变化，容易出现流动痕迹等成型不良。对此，通过使横断面比d/t满足(1)式，能够有效地抑制成型不良。即在满足(2)式的透镜上，可谓尤其优选横断面比d/t满足(1)式。
第4项记载的透镜是第1～3的任何一项中记载的发明，其特征在于，当以从光轴到所述迁移面内周边缘的径为D1、从光轴到所述中间端面内周边缘的径为D2时，满足下式：
0.88＜D1/D2＜0.98         (3)。
如果值D1/D2在(3)式的上限以上，则D1≈D2，因此难以形成成型所述透镜的模具。而如果值D1/D2在(3)式的下限以下，则所述迁移面太大，导致横断面比d/t降低，不优选。因此，优选满足(3)式的范围。
第5项记载的透镜是第4项中记载的发明，其特征在于，满足下式：
0.94＜D1/D2＜0.975        (3’)。
第6项记载的透镜是第1～5的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述中间端面的光轴垂直方向的宽在50μm以上，所以，具有容易形成成型所述透镜的模具之优点。
第7项记载的透镜是第1～6的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述第1面的至少一部分上形成了衍射构造。这种在所述第1面的至少一部分上具有衍射构造的透镜成型特别困难，因此，进一步在整个面上都具有衍射构造的BD用三互换透镜的成型更困难，所以，可以期待本发明的效果。
作为树脂，只要是一般被用作例如光学材料的透明热可塑性树脂材料等，没有特殊限制，但如果考虑光学元件的加工性，则优选丙烯酸树脂、环状烯烃树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、聚酰胺树脂或聚酰亚胺树脂。作为能够应用的热可塑性树脂，可以举出例如特开2003-73559中记载的化合物。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够抑制高NA透镜成型时的不良状态、安装性优异的透镜。
附图说明
图1：用成型模具成型本实施方式透镜的工序示意图。
图2：成型模具的放大图。
图3：由成型模具成型的本实施方式的透镜OE。
图4：(a)是图3透镜OE箭头所示部分II的放大图，(b)是比较例透镜OE’的相同示意图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明实施方式作说明。图1是用成型模具成型BD用光拾取装置中使用的NA 0.7以上的透镜的工序示意图。图2是成型模具的放大图。成型模具包括第1模具10、第2模具20、嵌件30，它们在关模状态下形成腔。图1中的腔形状是概略性的。
如图2所示，对着第2模具配置的第1模具10具有圆筒状开口11a，使圆筒状嵌件30嵌合在开口11a内。在向着第2模具突出的嵌件30的端面上，形成了用来转印形成透镜第1光学面的第1光学面转印面31a、接着第1光学面转印面31a的用来形成迁移面的迁移面转印面31b、接着迁移面转印面31b的用来形成中间端面的中间端面转印面31c、接着中间端面转印面31c的锥形面31d。中间端面转印面31c被形成在最靠近第2模具20的位置上，垂直于轴线X。第1光学面转印面31a上也可以形成与透镜上形成的衍射构造对应的环带等微小构造。
第1模具10上形成了与装入的嵌件30的锥形面31d连着的用来转印形成透镜突缘部第1端面的第1突缘端转印面11b、用来转印形成与透镜突缘部第1端面垂直的突缘部周面的第1突缘周转印面11c。第1突缘端转印面11b垂直于第1光学面转印面31a的轴线X(透镜光轴)。优选在第1突缘端转印面11b与第1突缘周转印面11c的相交部上设取角部。
第2模具20以轴线X为中心，备有用来转印形成透镜第2光学面的第2光学面转印面21a、连着第2光学面转印面21a的锥形面21b、连着锥形面21b的用来转印形成突缘部第2端面的第2突缘端转印面21c、用来转印形成与突缘部第2端面垂直的突缘部周面的第2突缘周转印面21d。第2突缘端转印面21c垂直于第2光学面转印面21a的中心轴X(透镜光轴)。优选在第2突缘端转印面21c与第2突缘周转印面21d的相交部上设取角部。
如图1所示，第1模具10上形成了浇口(入口流路)GT。
接下去对透镜的成型方法作说明。首先如图1(a)所示，将嵌件30插入第1模具10的开口11a中，并对着第2模具20设置第1模具10。然后如图1(b)所示，使第1模具10及嵌件30接近第20模具20贴紧，用所定压力锁模。此时，第1突缘周转印面11c与对面的第2突缘周转印面21d的相接端部分别一致。
由没有图示的加热器加热第1模具10、第2模具20，将锁模时的光学面转印面31a、21a加热到所定温度，然后从没有图示的喷嘴，经由流道22及浇口GT，以任意压力加压供给树脂(请参照图1(c))。
接下去熔融树脂在转印了转印面31a～31d、11b～11c、21a～21d形状的状态下固化，然后使模具温度降低，使树脂冷却固化。
接下去使第1模具10及嵌件30与第2模具20相对移动、开模，包括透镜OE的成型品以贴在第1模具10上的状态露出。从该成型品分离透镜OE，形成单体透镜OE。
根据本实施方式，因为在第1光学面转印面31a与中间端面转印面31c之间形成了用来形成迁移面的迁移面转印面31b，所以能够防止成型时向腔的树脂流动方向急剧变化，在形成例如横断面比大的透镜OE时，也能够抑制出现流动痕迹等，进行高精度成型。
图3是由图1、2所示模具成型的本实施方式透镜OE的截面图。图4(a)是图3透镜OE上箭头所示部分II的放大图，图4(b)是比较例透镜OE’的相同示意图。以下与比较例作比较，说明本实施方式透镜。
图3中，本实施方式透镜OE以光轴X为中心，具有含光轴X的球状第1光学面(第1面)OE 11a、接着第1光学面OE 11a的环带状的迁移面OE 11b、接着迁移面OE 11b的环带状中间端面OE 11c、接着中间端面OE 11c的锥形面OE 11d、接着锥形面OE 11d的环状突缘部OEF的第1端面OE 11e、与第1端面OE 11e垂直的突缘部OEF的周面OE 11f。也可以在第1光学面OE 11a上设衍射构造。透镜OE还具有同轴对着第1光学面OE 11a的球状第2光学面(第2面)OE 21a，接着第2光学面OE 21a的环带状锥形面OE 21b、接着锥形面OE 1b的突缘部第2端面OE 21c。装入没有图示的光拾取装置中时，第1光学面OE 11a为光源侧，第2光学面OE 21a为光盘侧。这里，以光轴X上第1光学面OE 11a与第2光学面OE 21a之间的距离为d(轴上厚)。以到迁移面OE 11b内周边缘的径为D1、到中间端面OE 11c内周边缘的径为D2。
图4(b)所示的比较例透镜OE’不存在迁移面，第1光学面OE 11a直接连着中间端面OE 11c。而图4(a)所示的本实施方式透镜OE上，第1光学面OE 11a与中間端面OE 11c通过迁移面OE 11b连接。其中，第1光学面11a在与迁移面OE 11b之交界B处的法线α与光轴X的夹角θ1(锐角)，大于迁移面OE 11b在与第1光学面OE 11a之交界B上的法线β与光轴X的夹角θ2。也就是说，在第1光学面OE 11a内，其法线与光轴X的夹角是随着在半径方向上离开光轴X而逐渐接近90度，一旦越过交界B到迁移面OE 11b上，则法线的角度变平坦。因此交界B为变曲点。另外因为迁移面OE 11b被设在有效径E外侧，所以不影响透镜OE的光学特性。
从嵌件30制造上来说，中间端面OE 11c在光轴垂直方向的宽度W一般必须在50μm以上，光拾取装置用物镜一般在50～150μm左右。因此，在最大外径相同的情况下，本实施方式透镜OE通过形成迁移面OE11b，其中间端面OE 11c的光轴方向最小薄度t，大于比较例透镜OE’中间端面OE 11c的光轴方向最小薄度t’。但是中间端面OE 11c的光轴方向最小薄度t，比突缘部OEF的光轴方向厚度Δ小。通过较大确保突缘部OEF的光轴方向厚度Δ，在将透镜OE载置在平面上时，第2光学面OE 21a与平面间存在空间，有不易碰伤等优点。为了实现小型透镜OE，优选交界B比突缘部OEF第1端面OE 11d靠第2光学面OE 21a、比中间端面OE 11c靠第1光学面OE 21a。
透镜的注射成型
接下去叙述本发明者所作实验的结果。本发明者对数值孔径0.85的Blu-ray Disc专用光拾取装置用物镜，改变横断面比及迁移面大小进行设计，准备相应的模具(参照图2)，用热风除湿干燥器以70～120℃干燥树脂材料5小时除去水分，然后通过选择安装好模具的注射成型机“s-2000i 50A”(产品名称，フアナツク公司制造)，用汽缸温度200～270℃、保压70～100MPa注射成型。此时用油媒等控制模具温度。具体如下，使树脂注射充填时的模具腔温度为120～150℃，在结束充填的同时冷却模具，打开模具由自动取出机取出透镜，评价外观不良的程度。
评价结果出示在表1、2。表1、2中的横断面比是d/t，表2中的分割比率是D1/D2×100。外观不良评价中，以流动痕迹等成型不良在2％以下时为◎，2％～5％时为○，5％～10％时为△，10％以上时为×。有关形状结构，评价横断面比在3.3以上为◎，在3.3～2.8为○，在2.8～2.5为△，在2.5未满为×。
[表1]
  横断面比   外观不良   形状结构
  4.1   △   ◎
  3.8   ○   ◎
  3.5   ◎   ◎
  3.3   ◎   ◎
  2.8   ◎   △
  2.5   ◎   △
  2.5未满   ◎   ×
[表2]
根据表1的评价结果知道，横断面比d/t在4.1以下、2.8以上的话能够进行实际使用上没有问题的成型，一般来说为了使有交换关系的外观不良和形状结构两立，优选使横断面比d/t在3.8以下3.3以上。
根据表2的评价结果知道，分割比率(D1/D2×100)在88％以上98％以下的话可以进行没有问题的成型，但为了形成形状结构良好的透镜，优选94％以上97.5％以下。
产业上的利用可能性
以上参照实施方式对本发明作了说明，但本发明并不局限于上述实施方式，当然可以有适当的变更和改良。本发明并不局限于例如光拾取装置用的物镜，可以应用于各种透镜。
符号说明
10  第1模具
11a     光学面
11a     开口
11b     突缘端转印面
11c     突缘周转印面
20      第2模具
21a     光学转印面
21b     锥形面
21c     突缘端转印面
21d     突缘周转印面
22      流道
30      嵌件
31a     光学面转印面
31b     迁移面转印面
31c     中间端面转印面
31d     锥形面
α      法线
β      法线
θ1     夹角
θ2     夹角
B       交界
GT      浇口
OE      透镜
OE 11   中间端面
OE 11a  第1光学面
OE 11b  迁移面
OE 11c  中间端面
OE 11d  锥形面
OE 11e  突缘部第1端面
OE 11f  突缘部周面
OE 21a  第2光学面
OE 21b  锥形面
OE 21c  突缘部第2端面
OEF     突缘部
X       光轴或轴线
注：本说明书中的“A以上”、“B以下”均包括A、B(A、B为任意数值及其单位等)。

Claims (7)

1.一种透镜，是以树脂为素材成型的外周备有突缘部的NA 0.7以上的透镜，其特征在于，
具有：含光轴的第1面；曲率小于所述第1面的被形成在所述第1面对面一侧的第2面；在光轴垂直方向上被形成在所述第1面与所述突缘部之间的中间端面；连接所述中间端面与所述第1面的迁移面；
所述第1面在与所述迁移面之交界处的法线与光轴的夹角θ1(锐角)，大于所述迁移面在与所述第1面之交界处的法线与光轴的夹角θ2，
当以光轴上的所述第1面与所述第2面之间的距离为d(mm)、所述中间端面上的光轴方向最小薄度为t(mm)时，满足下式：
4.1＞d/t＞2.8    (1)。
2.如权利要求1中记载的透镜，其特征在于，满足下式：
3.8＞d/t＞3.3    (1’)。
3.如权利要求1或2中记载的透镜，其特征在于，当以所述突缘部的光轴方向厚度为Δ(mm)时，满足下式：
t＜Δ            (2)。
4.如权利要求1至3的任何一项中记载的透镜，其特征在于，当以从光轴到所述迁移面内周边缘的径为D1、从光轴到所述中间端面内周边缘的径为D2时，满足下式：
0.88＜D1/D2＜0.98  (3)。
5.如权利要求4中记载的透镜，其特征在于，满足下式：
0.94＜D1/D2＜0.975 (3’)。
6.如权利要求1至5的任何一项中记载的透镜，其特征在于，所述中间端面的光轴垂直方向的宽在50μm以上。
7.如权利要求1至6的任何一项中记载的透镜，其特征在于，所述第1面的至少一部分上形成了衍射构造。
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