JP2003294914A - 接合レンズ及びこれを用いた光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 量産性に優れ、低コスト化を実現でき、半導
体レーザの波長シフトや、スペクトル幅による収差を防
ぐことのできる接合レンズ及び光ヘッド装置を提供す
る。 【解決手段】 接合レンズ１１は、球レンズである第２
レンズ２の両側に片面が平面のレンズ３及びレンズ４が
接合されている。第２レンズ２の凸面の曲率半径をＲ
１、レンズ厚をＴとすると、Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足
している。Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足するレンズは、球
レンズ又は球レンズ形状を含むレンズであるので、製造
が容易である上、高い面精度が得られ量産性に優れてい
る。このため、半導体レーザの波長シフトや、スペクト
ル幅による収差を防ぐことのできる接合レンズを容易に
製造でき、低コスト化も実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置、
コンピュータ等の光記録装置の光ヘッドに用いられる接
合レンズ及びこれを用いた光ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ディスク等の光学記録媒体は、
ＣＤ（コンパクトディスク）又はＤＶＤ（デジタル多用
途ディスク）で知られているように、音楽情報、映像情
報の蓄積又はコンピュータデータの保存といったデジタ
ルデータの保存に広く使われている。近年、情報化社会
の到来とともに、これらの記録媒体の大容量化は強く求
められている。

【０００３】光学記録媒体において、単位面積当たりの
記録容量（記録密度）を向上させるためには、光ヘッド
が光学記録媒体の情報記録面上に形成するスポットの径
を小さくすればよい。このスポットの最小径は、光の回
折のために、使用波長をλ、光学系の開口数をＮＡとす
ると、一般にはλ／ＮＡに比例する。したがって、記録
密度を上げ、大容量化を達成するには、使用する光源の
波長λを短くするか、又は光ヘッドの光学系の開口数Ｎ
Ａを大きくすればよいことになる。実際に、ＣＤからＤ
ＶＤに大容量化を達成する際には、レンズ開口数ＮＡが
高開口化され、使用波長λも８００ｎｍから６６０ｎｍ
へと短波長化されている。

【０００４】ここで、短波長領域ではレンズ材料の分散
が非常に大きく、わずかな波長の違いにより硝材の屈折
率が大きく変化する。そのため、従来の対物レンズを用
いて更に使用波長の短波長化を実現しようとすると、色
収差が大きくなってしまう。

【０００５】例えば、現在普及している相変化型のＤＶ
Ｄレコーダ等では、記録時のパワーと再生時のパワーと
が異なり、記録と再生の切り替え時に大きなパワー変動
が起こるために波長がシフトする。

【０００６】その際、光学系に色収差があると、急激な
焦点位置変動が発生し、フォーカス制御が効かなくなる
可能性がある。また半導体レーザのスペクトル幅が比較
的大きい場合は無視できない収差が発生し、使用不可能
となる。この色収差を防ぐためには一般に接合レンズが
知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来の接合レンズの場合、接合レンズを構成する
凸レンズを加工するには、板状材料の両面を加工する必
要があり、製造が容易であるといえなかった。特に、大
きな色収差を防ぐためには接合面に小さな曲率半径のレ
ンズが求められることになるが、小さな曲率半径を持っ
た凸レンズは加工が困難であることに加えて量産性が悪
く、高価でもあるという問題があった。

【０００８】本発明は、前記のような従来の問題を解決
するものであり、量産性に優れ、低コスト化を実現で
き、半導体レーザの波長シフトや、スペクトル幅による
収差を防ぐことのできる接合レンズ及び光ヘッド装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の接合レンズは、凸面の曲率半径をＲ１、レ
ンズ厚をＴとすると、 Ｒ１＝Ｔ／２ の関係を満足するレンズを含んでいることを特徴とす
る。

【００１０】前記のような接合レンズによれば、Ｒ１＝
Ｔ／２の関係を満足するレンズは、球レンズ又は球レン
ズ形状を含むレンズであるので、製造が容易である上、
高い面精度が得られ量産性に優れている。このため、半
導体レーザの波長シフトや、スペクトル幅による収差を
防ぐことのできる接合レンズを容易に製造でき、低コス
ト化も実現できる。また、球レンズは、半径１ｍｍ程度
のものも製造可能であり、小さな曲率半径を有し、色収
差の補正能力の高い接合レンズを容易に製造できる。

【００１１】前記接合レンズにおいては、前記Ｒ１＝Ｔ
／２の関係を満足するレンズは球レンズであることが好
ましい。前記のような接合レンズによれば、球レンズを
そのままの形状で用いるので、芯取りなどをする必要が
なく、工程が簡素化されるため、量産性をより高めるこ
とができ、さらに低コスト化が可能になる。

【００１２】また、前記Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足する
レンズは、球面と、互いに対向する平面とを備えてお
り、前記球面に、凹面を有するレンズの前記凹面が接合
されていることが好ましい。前記のような接合レンズに
よれば、平面を備えたことにより、接合レンズの固定が
容易となり、例えば光ヘッド装置内に精度良く固定でき
る。

【００１３】また、前記Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足する
レンズの凸面に、凹面を有するレンズの前記凹面が接合
されており、前記凹面の曲率半径をＲ２とすると、Ｒ１
＝Ｒ２の関係を満足することが好ましい。前記のような
接合レンズによれば、接合面同士を密着させることがで
きる。

【００１４】また、前記接合レンズを構成する各レンズ
の使用波長における屈折率がほぼ同一であることが好ま
しい。前記のような接合レンズによれば、アフォーカル
レンズとすることができ、光学系組立の際の製造公差が
大きくとれ、光学系設計の自由度が高まり、小型化、薄
型化に寄与するだけでなく、光学系の量産性も高まり、
安価に製造できることになる。

【００１５】また、光束の入射側及び射出側の両端面の
うち少なくとも一方の面が、平面であることが好まし
い。前記のような接合レンズによれば、片面が平面のレ
ンズは、球面研磨は接合面側の１面のみで良く、他方の
面は平面研磨でよいので、製造が容易である。また、張
り合わせの際に、平面を観察することで張り合わせられ
るので、レンズ接合が容易になり、精度の高い接合レン
ズを実現できる。

【００１６】また、前記接合レンズのレンズ枚数が２枚
であることが好ましい。前記のような接合レンズによれ
ば、Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足するレンズを含むことに
より、製造が容易である上、高い面精度が得られること
に加えて、レンズ枚数が２枚で構造が簡単であるので、
量産性により優れている。

【００１７】また、前記接合レンズのレンズ枚数が３枚
であり、中央のレンズが前記Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足
するレンズであり、前記中央のレンズの両側の凸面に、
それぞれ凹面を有するレンズの前記凹面が接合されてい
ることが好ましい。前記のような接合レンズによれば、
２枚構成の接合レンズに比べ、色収差補正能力をより高
めることができる。

【００１８】次に、本発明の光ヘッド装置は、前記各接
合レンズを備えた光ヘッド装置であって、少なくとも１
つの波長の光束を出射する光源と、前記光源から出射さ
れた光束を光ディスクの情報記録面上に集光する集光手
段と、前記光ディスクの情報記録面で変調された光束を
分離する光束分離手段と、前記光ディスクの情報記録面
で変調された光束を受光する受光手段とを備えたことを
特徴とする。前記のような光ヘッド装置によれば、光源
の波長変動時においても、スポット位置の大きな変動が
防げるために、記録・再生の劣化を防止することができ
る。

【００１９】前記光ヘッド装置においては、前記光源の
波長は３９０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲であること
が好ましい。光源の波長が３９０ｎｍ以上であれば、硝
材の吸収などによるロスが小さくなり、４２０ｎｍ以下
であれば、高密度記録が可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しながら具体的に説明する。

【００２１】（実施の形態１）図１は、本発明の一実施
形態に係る接合レンズの構成図を示している。本図に示
した接合レンズ１１は、３枚のレンズを接合したもので
あり、球レンズである第２レンズ３の両側に片面が平面
のレンズ２及びレンズ４が接合されている。Ｒ１１、Ｒ
１２はレンズ２の曲率半径、Ｒ２１、Ｒ２２はレンズ３
の曲率半径、Ｒ３１、Ｒ３２はレンズ４の曲率半径であ
る。また、ｄ１、ｄ２、ｄ３は、それぞれレンズ２、
３、４の板厚を示している。

【００２２】本実施形態では、球レンズを用いており、
球レンズはボール研磨機を用いて多数個一括研磨がで
き、製造が容易である上、高い面精度が得られ量産性に
優れている。また、本実施形態のように球レンズをその
ままの形状で用いた場合は、芯取りなどをする必要がな
く、工程が簡素化されるため、量産性をより高めること
ができ、さらに低コスト化が可能になる。

【００２３】一方、同等の曲率半径を有するレンズを球
レンズ以外で得ようとすると、板状の材料の両面を加工
する必要があり、球レンズに比べ製造が困難になる。ま
た、曲率半径についても所定の限界があり、２ｍｍ程度
までが限度である。球レンズの場合は、半径１ｍｍ程度
のものも製造可能である。

【００２４】また、両端のレンズ２、４の片面は平面で
あるため、球面研磨は接合面側の１面のみで良く、他方
の面は平面研磨でよいので、製造が容易である。また、
張り合わせの際に、平面を観察することで張り合わせら
れるので、レンズ接合が容易になり、精度の高い接合レ
ンズが実現する。すなわち、レンズ単体としても、接合
レンズとしても量産性に優れ、低コスト化も実現でき
る。

【００２５】ここで、レンズ凸面の曲率半径の絶対値を
Ｒ１、レンズ厚をＴとすると、球レンズの場合は、レン
ズ厚Ｔは球レンズの直径に相当するので、下記の式
（１）の関係を満足することになる。

【００２６】式（１） Ｒ１＝Ｔ／２ 図１に示した例では、下記の式（２）、及び式（３）の
関係を満足することになる。

【００２７】式（２） Ｒ２１＝ｄ２／２ 式（３） Ｒ２２＝ｄ２／２ また、図１の例のように、球レンズ３に密着するよう
に、レンズ２及びレンズ４を接合させた場合は、下記の
式（４）、及び式（５）の関係を満足することになる。

【００２８】式（４） Ｒ１２＝Ｒ２１ 式（５） Ｒ２２＝Ｒ３１ 図１に示した接合レンズ１１は、アフォーカルレンズの
例である。使用波長においては、入射光束である平行光
束１は、光源側である面５から入射し、平行光束のまま
第１レンズ２、面６、第２レンズ３、面７、第３レンズ
４を通過した後、例えば集光手段側である面８から符号
９で示したように平行光束として出射する。

【００２９】アフォーカルレンズとするために、３枚の
レンズの使用波長における屈折率を略同一としている。
アフォーカルレンズとすることにより、光学系組立の際
の製造公差が大きくとれ、光学系設計の自由度が高ま
り、小型化、薄型化に寄与するだけでなく、量産性も高
まり、安価に製造できることになる。

【００３０】また、波長が使用波長から変動すると、光
学系の色収差により、焦点位置が変動することになる
が、接合レンズ１１の各レンズの屈折率も変動し、この
状態では接合レンズはアフォーカルレンズではなくな
り、接合レンズの収束作用により、焦点位置の変動が補
正されることになる。すなわち、本実施形態に係る接合
レンズは、色消し効果を持つため、例えば光ヘッド装置
に用いると、良好な記録・再生が可能となる。また、前
記のように、球レンズは半径１ｍｍ程度のものも製造可
能であり、小さな曲率半径を有し、色収差の補正能力の
高い接合レンズを容易に製造できる。

【００３１】以下、本実施形態の実施例を以下の表１に
示す。本実施例は図１に示したような３枚構成の接合レ
ンズであり、表１におけるＲ１１等の曲率半径（ｍｍ）
の符号、ｄ１等のレンズ厚（ｍｍ）の符号は、図１に用
いた符号と対応している。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示した接合レンズを、色消しレンズ
として光学系の一部として用いた。使用波長を４０５ｎ
ｍとし、この使用波長から変動させたシフト波長４０６
ｎｍとした。この波長変動前後における各レンズの屈折
率の変化を以下の表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】本実施例に係る接合レンズを用いた光学系
の集光手段の焦点距離は１．５ｍｍである。波長変動時
の色補正量ＣＡは、ＣＡ＝−０．３１２μｍ／ｎｍであ
った。

【００３６】このＣＡの値は、色消しレンズを用いない
場合、波長シフトにより、焦点が光源側に対して遠ざか
ることになるが、色消しレンズである接合レンズを用い
たことにより、焦点を光源側に戻すように補正され、こ
の補正量が０．３１２μｍであることを意味する。

【００３７】本実施例のように、接合レンズを構成する
レンズに、球レンズを用いたことにより、色収差の補正
能力を有するレンズを容易かつ精度良く作成することが
でき、量産性に優れ、低コスト化を実現できる。

【００３８】（実施の形態２）図２は、実施形態２に係
る接合レンズの構成図を示している。図１に示した接合
レンズ１１が、中央のレンズに球レンズをそのままを用
いているのに対して、図２に示した接合レンズ１３は、
中央のレンズ１２は、球レンズを芯取りしたものであ
る。すなわち、レンズ１２には光軸１０と直交する方向
において互いに対向する平面１２ａと１２ｂとが形成さ
れている。

【００３９】平面１２ａ及び１２ｂを備えたことによ
り、接合レンズ１３の固定が容易となり、例えば光ヘッ
ド装置内に精度良く固定できる。また、光束の透過に影
響のない球レンズの端部近傍を加工しているので、光学
性能が劣化することはない。

【００４０】レンズ１１は、球レンズに比べ、加工工程
が増加するが、平面１１ａ、１１ｂは、球レンズを作成
した後に加工すればよく、しかも平面加工は容易かつ精
度良く行うことができる。このため、球レンズと同様
に、容易かつ精度良く作成することができ、量産性に優
れ、低コスト化を実現できる。

【００４１】レンズ１２は、接合面においては、球レン
ズ形状を維持しており、かつ第１レンズ２及び第３レン
ズ４は、第２レンズ１２に密着するように接合している
ので、接合レンズ１１と同様に、前記式（１）〜（５）
の関係を満足している。

【００４２】（実施の形態３）図３は、実施形態３に係
る接合レンズの構成図を示している。図１に示した接合
レンズ１１が３枚構成であるのに対して、図３に示した
接合レンズ１４は、２枚構成であり、図１に示した接合
レンズ１１から第３レンズ４を取り外したものに相当す
る。

【００４３】接合レンズ１４においても、第２レンズと
して球レンズをそのままの形状で用いているのは、接合
レンズ１１と同様であり、量産性に優れ、低コスト化が
可能になる。また、３枚構成の接合レンズと比べると、
色収差の補正能力は小さくなるが、色消しレンズとして
用いることができる。

【００４４】また、固定を容易かつ精度良くするため
に、図２に示した接合レンズ１３のように、平面部を設
けてもよい。

【００４５】また、第２レンズとして球レンズをそのま
まの形状で用いており、かつ第１レンズ２は第２レンズ
３に密着するように接合しているので、図１に示した接
合レンズ１１と同様に、前記式（１）〜（５）の関係を
満足している。

【００４６】なお、前記各実施形態において球レンズ又
は球レンズに平面加工したレンズの球面は、完全球面に
限るものではなく、真球度は、０．５％以内であること
が好ましい。この範囲内であれば、接合レンズを例えば
光ヘッド装置に用いた場合、光ディスクの記録再生性能
の劣化を防止でできる。したがって、前記式（１）〜
（３）は両辺が完全一致する場合だけでなく、略一致す
る場合も含んでいる。

【００４７】また、前記各実施形態において接合面の曲
率半径は、完全一致する構成に限るものではなく、曲率
半径の誤差は、０．５％以内であることが好ましい。こ
の範囲内であれば、収差の発生量を抑えることができ、
光ディスクの記録再生性能の劣化を防止でできる。した
がって、前記式（４）〜（５）は両辺が完全一致する場
合だけでなく、略一致する場合も含んでいる。

【００４８】また、前記各実施形態において、接合レン
ズのレンズ枚数が２枚又は３枚の例で説明したが、４枚
以上であってもよい。

【００４９】（実施の形態４）図４は、本発明の一実施
形態に係る光ヘッド装置５０の構成図を示している。図
４中、接合レンズ６１は、前記実施形態１で説明した接
合レンズに相当する。本図において、半導体レーザ５１
から出射した発散光束は、ビームスプリッタ５２で折り
曲げられ、コリメートレンズ５３により略平行光とな
る。この略平行光は、接合レンズ６１を透過し、折り曲
げ（立ち上げ）ミラー５４により光路の向きが変えられ
る。向きを変えられた光束は、鏡筒６０に取り付けられ
た対物レンズ５５を透過して、光ディスク５６の情報記
録面５７上に集光される。

【００５０】情報記録面５７に形成された反射率の違う
信号により集光スポットの反射光強度は変調を受ける。
情報記録面５７で反射されたレーザ光は、もとの光路を
辿ってビームスプリッタ５２を透過して、シリンドリカ
ルレンズ５８を透過し、受光部５９に戻る。

【００５１】本図に示したような光ヘッド装置５０によ
れば、接合レンズ６１は波長シフトに対して、対物レン
ズ５５及びコリメートレンズ５３で発生する色収差を低
減する役割を果たすため、レーザパワーの変化などによ
り波長が変動した場合にも、良好に記録・再生が可能で
ある。

【００５２】半導体レーザ５１の波長は３９０ｎｍ以上
４２０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。光源の波
長が３９０ｎｍ以上であれば、硝材の吸収などによるロ
スが小さくなり、４２０ｎｍ以下であれば、高密度記録
が可能となる。

【００５３】なお、本実施形態では、接合レンズ６１と
して実施形態１で説明した３枚構成の接合レンズを用い
たが、略平行光を略平行光で透過するアフォーカルレン
ズである必要はない。また、実施形態２、３で説明した
接合レンズを用いてもよい。

【００５４】また、本実施形態では、レーザ光源５１
と、光束分離手段５２と、受光素子５９とが分離されて
いる光学系を用いたが、それらが集積化された半導体モ
ジュールを用いてもよい。

【００５５】また、本実施形態では光ヘッド装置を、光
ディスクに直接記録・再生する方式を例に説明している
が、例えばＤＶＤなどの原盤を記録するためのレーザビ
ームレコーダとして用いてもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明の接合レンズによれ
ば、球レンズ又は球レンズ形状を含むレンズを備えてい
るので、製造が容易である上、高い面精度が得られ量産
性に優れている。このため、半導体レーザの波長シフト
や、スペクトル幅による収差を防ぐことのできる接合レ
ンズを容易に製造でき、低コスト化も実現できる。ま
た、球レンズは、半径１ｍｍ程度のものも製造可能であ
り、小さな曲率半径を有し、色収差の補正能力の高い接
合レンズを容易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る３枚構成の接合レン
ズを示す構成図

【図２】本発明の別の実施形態に係る３枚構成の接合レ
ンズを示す構成図

【図３】本発明の一実施形態に係る２枚構成の接合レン
ズを示す構成図

【図４】本発明の一実施形態に係る光ヘッド装置を示す
構成図

【符号の説明】 １ 入射光束 ２ 第１レンズ ３ 第２レンズ ４ 第３レンズ ９ 射出光束 １０ 光軸 １１，１３，１４，６１ 接合レンズ ５０ 光ヘッド装置 ５１ 半導体レーザ ５２ ビームスプリッタ ５３ コリメートレンズ ５４ 立ち上げミラー ５５ 対物レンズ ５６ 光ディスク ５７ 情報記録面 ５８ シリンドリカルレンズ ５９ 受光部

フロントページの続き (72)発明者 山形 道弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 林 克彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 LA25 NA04 PA01 PA03 PA17 PA18 PB01 PB05 QA01 QA02 QA07 QA13 QA14 QA22 QA25 QA34 QA42 QA45 RA41 RA44 RA45 TA03 5D119 AA02 AA11 AA22 AA38 BA01 BB01 BB02 BB03 BB09 DA01 DA05 EB02 EC03 FA05 JA09 JB01 JB03 JB06 NA05 5D789 AA02 AA11 AA22 AA38 BA01 BB01 BB02 BB03 BB09 DA01 DA05 EB02 EC03 FA05 JA09 JB01 JB03 JB06 NA05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凸面の曲率半径をＲ１、レンズ厚をＴと
   すると、 Ｒ１＝Ｔ／２ の関係を満足するレンズを含んでいることを特徴とする
   接合レンズ。
2. 【請求項２】 前記Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足するレン
   ズは球レンズである請求項１に記載の接合レンズ。
3. 【請求項３】 前記Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足するレン
   ズは、球面と、互いに対向する平面とを備えており、前
   記球面に、凹面を有するレンズの前記凹面が接合されて
   いる請求項１に記載の接合レンズ。
4. 【請求項４】 前記Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足するレン
   ズの凸面に、凹面を有するレンズの前記凹面が接合され
   ており、前記凹面の曲率半径をＲ２とすると、Ｒ１＝Ｒ
   ２の関係を満足する請求項１から３のいずれかに記載の
   接合レンズ。
5. 【請求項５】 前記接合レンズを構成する各レンズの使
   用波長における屈折率がほぼ同一である請求項１から４
   のいずれかに記載の接合レンズ。
6. 【請求項６】 光束の入射側及び射出側の両端面のうち
   少なくとも一方の面が、平面である請求項１から５のい
   ずれかに記載の接合レンズ。
7. 【請求項７】 前記接合レンズのレンズ枚数が２枚であ
   る請求項１から６のいずれかに記載の接合レンズ。
8. 【請求項８】 前記接合レンズのレンズ枚数が３枚であ
   り、中央のレンズが前記Ｒ１＝Ｔ／２の関係を満足する
   レンズであり、前記中央のレンズの両側の凸面に、それ
   ぞれ凹面を有するレンズの前記凹面が接合されている請
   求項１から６のいずれかに記載の接合レンズ。
9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれかに記載の接合
   レンズを備えた光ヘッド装置であって、 少なくとも１つの波長の光束を出射する光源と、 前記光源から出射された光束を光ディスクの情報記録面
   上に集光する集光手段と、 前記光ディスクの情報記録面で変調された光束を分離す
   る光束分離手段と、 前記光ディスクの情報記録面で変調された光束を受光す
   る受光手段とを備えたことを特徴とする光ヘッド装置。
10. 【請求項１０】 前記光源の波長は３９０ｎｍ以上４２
    ０ｎｍ以下の範囲である請求項９に記載の光ヘッド装
    置。