JP2004271658A

JP2004271658A - 光ピックアップ装置用対物レンズ及び光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2004271658A
Application number: JP2003059342A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Araki; 清荒木; Naoto Sasaki; 直人佐々木; Masaru Otaki; 賢大滝
Original assignee: Pentax Corp; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pentax Corp; Pioneer Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】レンズ曲率の大きい対物レンズ周辺部における光線の反射量を減少させることにより、対物レンズを透過する光量の増大した光ピックアップ用対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】光源からの光により光記録媒体の情報の書込み及び／又は読出しを行う光ピックアップ装置の対物レンズ１において、光源側の表面に一層以上の反射防止膜２ａが形成されており、対物レンズ１の周辺部１１における反射防止膜２ａの膜厚が対物レンズ１の中央部１２における膜厚に対して０．６倍以上である対物レンズ１及び光ピックアップ装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体への情報の記録及び／又は光記録媒体からの情報の再生を行う光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置用の対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクに代表される光記録媒体には記録容量の大容量化が強く要請されている。しかし光記録媒体自体の大きさは決まっているため、記録容量を増大させるためには、光記録媒体の記録密度を向上させる必要がある。記録密度の大きい媒体への書込み及び／又は読取りを行うには、情報の書込み及び／又は読取り時における光記録媒体上の光スポット径を小さくする必要がある。光スポット径は光源の波長に比例し、対物レンズの開口数（ＮＡ）に反比例する。このため光ピックアップ装置用対物レンズには、高ＮＡ化が要求されている。
【０００３】
対物レンズの開口数を大きくするとレンズ曲率が大きくなるため、レンズ周辺部における光線入射角度が大きくなる。このためレンズ周辺部における反射光量が多くなり、透過光量が減少する。対物レンズを透過する光量が減少すると光記録媒体に照射される光量が減少するため、信号の再生における信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低下する。
【０００４】
特開２００１−６２０４号（特許文献１参照）は、光源側の面に反射防止膜を有する２つのレンズからなる対物レンズを使用し、この面における光線の最大入射角度を制御することにより、対物レンズの周辺部への入射光の強度が対物レンズの中心への入射光の強度に対して、４０％以上８０％以下である光ピックアップ装置を開示している。この光ピックアップ装置は、対物レンズの表面への光線の入射角を制御することにより、対物レンズの周辺部への入射光の強度の低下を軽減し、透過光量が大きくなっているものの、光線の最大入射角度を制御するために２つのレンズを組み合わせた対物レンズを使用しているため、両レンズをミクロンオーダーの高い精度で組み立てる工程が不可欠であり、製造コストが高くつくという問題がある。また２つのレンズを組み合わせた対物レンズは、小型化が要求される光ピックアップ装置においては不利である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−６２０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、レンズ曲率の大きい対物レンズ周辺部における光線の反射量を減少させることにより、対物レンズを透過する光量の増大した光ピックアップ用対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは光ピックアップ装置の光源側の表面に反射防止膜が形成された対物レンズにおいて、対物レンズ周辺部における反射防止膜の膜厚を中央部の膜厚に対して０．６倍以上とすることにより対物レンズ周辺部における光線の反射量が減少し、対物レンズを透過する光量が増大することを発見し、本発明に想到した。
【０００８】
すなわち本発明の対物レンズは、光源からの光により光記録媒体の情報の書込み及び／又は読出しを行う光ピックアップ装置用のレンズであって、光源側の表面に一層以上の反射防止膜が形成されており、対物レンズの周辺部における反射防止膜の膜厚が対物レンズの中央部における膜厚に対して０．６倍以上であることを特徴とする。
【０００９】
対物レンズの開口数は０．６以上であるのが好ましい。対物レンズは一枚のレンズからなり、対物レンズの波長４０５ｎｍにおける屈折率が１．７０以上であるのが好ましい。反射防止膜が単層の場合、屈折率１．４０以下の物質からなる膜であるのが好ましい。
【００１０】
光記録媒体側の表面に一層以上の光記録媒体側反射防止膜が形成されているのが好ましく、光記録媒体側の反射防止膜が三層以上からなるのがより好ましい。
【００１１】
本発明の光ピックアップ装置は、本発明の光ピックアップ装置用対物レンズを具備し、対物レンズの周辺部における光源からの光の入射角が６０度以上であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［１］光ピックアップ用対物レンズ
（１）対物レンズ
図１は、本発明の光ピックアップ用対物レンズの一例を示す。本明細書の図中においては、反射防止膜を実際より厚く示してある。なお平凸レンズを例として本発明の対物レンズを説明するが、本発明はこれに限定されない。図１（ａ）に示すように、対物レンズ１は光源（図示せず）側の第一面１ａが凸面であり、第一面１ａの反対側の第二面１ｂが平面となっている。対物レンズ１は、単レンズであるのが好ましい。単レンズとすることにより、高精度を要するレンズの組立工程が不要となる。対物レンズ１は、波長４０５ｎｍにおける屈折率が１．７０以上の物質からなるのが好ましい。波長４０５ｎｍにおける屈折率が１．７０以上の物質としては、ＳＦＬ１４等が挙げられる。
【００１３】
（２）反射防止膜
対物レンズ１の光源（図示せず）側の第一面１ａには、第一の反射防止膜２ａが形成されている。図２に、図１のＡ部の拡大断面を示す。対物レンズ１の周辺部１１における第一の反射防止膜２ａの物理膜厚ｄ１は、中央部１２における物理膜厚ｄ２に対して０．６倍以上となっている。「対物レンズ１の周辺部１１」とは、対物レンズ１のレンズ半径ｒを有効径Ｒ／２とすると、対物レンズ１の中心からレンズ半径ｒの９０〜１００％の部分（図１（ｂ）参照）及び／又は光線入射角が６０〜７０度となる部分をいう。物理膜厚比ｄ１／ｄ２を０．６以上とすることにより、対物レンズ１の透過光量の減少を防止することができる。物理膜厚比ｄ１／ｄ２の上限は特に限定されないが、実用的には１．５程度である。
【００１４】
反射防止膜２ａは単層であるのが好ましく、対物レンズ１の中央部１２における物理膜厚ｄ２は、設計中心波長をλ_０、反射防止膜の屈折率をｎとするとλ_０／４ｎ〜λ_０／２ｎであるのが好ましい。レンズ周辺部１１における物理膜厚ｄ１は、ｄ２の０．６倍以上とする。
【００１５】
第一面１ａの反対側の第二面１ｂには、第二の反射防止膜２ｂ（光記録媒体側反射防止膜）が形成されている。反射防止膜２ｂは単層であっても良いが、３層以上の積層構造を有するのが好ましい。積層構造とすることにより、広い波長範囲の光の反射を防止できる。すなわち、単一波長の光に対しては広い入射角度範囲で反射防止効果を発揮する。対物レンズ１の第二面１ｂのレンズ曲率は第一面１ａより遥かに小さいので、第二の反射防止膜２ｂの物理膜厚比（周辺部／中央部）は、特に問題とならないが、実用的には第二面１ｂが平面である場合の物理膜厚比は０．９〜１．０程度である。
【００１６】
反射防止膜２ａ，２ｂがそれぞれ単層の場合、屈折率１．４０以下の物質からなる膜であるのが好ましい。屈折率が１．４０超であると、有効な反射防止特性を示さない。屈折率１．４０以下の物質の例としては、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等が挙げられる。
【００１７】
（３）反射防止膜の製造方法
スパッタリング法を例として、対物レンズ１の第一面１ａに本発明の反射防止膜２ａを作製する方法を説明するが、本発明はこの方法によって製造した物に限定されない。
【００１８】
（ａ）反射防止被膜の成膜
図３に、対物レンズ１の第一面１ａに反射防止被膜を成膜するための装置の概要を示す。図３に示すように、スパッタリング装置３０は真空チャンバ３１内にレンズホルダ３２とターゲットホルダ３３を具備している。ターゲットホルダ３３は高周波電源３４の一端に接続されており、高周波電源３４の他端及びレンズホルダ３２は接地されている。真空チャンバ３１には真空ポンプ接続口３５及び不活性ガス導入口３６が設けられている。
【００１９】
第一面１ａがターゲットホルダ３３側になるように、対物レンズ１をレンズホルダ３２に設置し、ターゲット３７をターゲットホルダ３３上に載置する。真空ポンプにより真空チャンバ３１内を減圧にした後で、不活性ガス導入口３６から不活性ガスを導入して真空チャンバ３１内を１×１０^−３Ｔｏｒｒ程度の不活性ガス雰囲気とする。次いでレンズホルダ３２とターゲットホルダ３３の間に電圧を印加し、対物レンズ１の第一面１ａにスパッタリングを行う。供給する電力は、１００〜１０００Ｗとするのが好ましい。スパッタリングによりターゲット３７を形成する膜材料物質が対物レンズ１の第一面１ａに堆積して反射防止被膜２０となり、対物レンズ１の周辺部１１における反射防止被膜２０の物理膜厚Ｄ１が、λ_０／４ｎ以上となるまでスパッタリングを行えば良い。
【００２０】
図４に示すように、反射防止被膜２０の周辺部２１／中央部２２の物理膜厚比Ｄ１／Ｄ２は０．４〜０．５程度となっている。
【００２１】
（ｂ）エッチング
反射防止被膜２０をエッチングする。図５に示すエッチング装置３００は、逆スパッタ用電極３８及びマスク３９を有している以外、図３に示すスパッタリング装置とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。逆スパッタ用電極３８はレンズホルダ３２と対向するように、ターゲットホルダ３３の上方に設けられている。マスク３９は開口部３９ａを有しており、開口部３９ａから反射防止被膜２０の中央が露出するようにレンズホルダ３２と逆スパッタ用電極３８との間に設けられている。またマスク３９は、レンズホルダ３２に電気的に接続されている。レンズホルダ３２は高周波電源３４に接続されており、高周波電源３４及び逆スパッタ用電極３８は、接地されている。
【００２２】
逆スパッタ用電極３８とレンズホルダ３２の間に電圧を印加し、反射防止被膜２０をエッチングする。供給する電力は、３０〜１００Ｗとするのが好ましい。マスク３９は開口部３９ａを有しているので、周辺部２１と比較して中央部２２が多くエッチングされる。マスク３９とレンズホルダ３２との距離Ｌは、対物レンズ１の有効径Ｒに対して１〜３倍程度とする。マスク３９とレンズホルダ３２との距離Ｌをこの範囲としてエッチングすることにより、周辺部２１から中央部２２に渡って物理膜厚が滑らかに変化する反射防止膜２ａが得られる。
【００２３】
開口部３９ａの内径は、対物レンズ１の有効径Ｒに対して０．５〜０．８倍程度であるのが好ましい。例えば内径／有効径Ｒの比が０．７のマスク３９を使用し、中央部１１における物理膜厚がλ_０／４ｎ程度となるまでエッチングを行うと、物理膜厚比（ｄ１／ｄ２）が０．６程度の反射防止膜２ａが得られる。なお膜の厚さの制御は、実験的に求めた単位時間あたりの成膜レート（エッチングレート）から、必要成膜時間（必要エッチング時間）を決定することにより可能となる。
【００２４】
［２］光ピックアップ装置
図６に、本発明の光ピックアップ装置の一例を示す。光ピックアップ装置は、光源部４０、ビーム整形・分離プリズム５０、対物レンズ１、及び信号検出系６０で構成されている。光源部４０は半導体レーザー４１と、コリメートレンズ４２とを具備し、コリメートレンズ４２は半導体レーザー４１からのレーザー光を平行光とするように設定されている。
【００２５】
ビーム整形・分離プリズム５０は、一対のプリズム５１，５２が貼り合わされており、光源部４０が発したレーザー光の断面形状を整形すると共に、光記録媒体７０からの反射光をプリズム５１，５２の貼り合わせ面で反射して信号検出系６０に導くようになっている。
【００２６】
対物レンズ１は、１群１枚構成の両面非球面レンズである。光源部４０側の第一面１ａは光記録媒体７０側の第二面１ｂより曲率半径が小さくなっている。光源部４０からのレーザー光は、平行光として対物レンズ１に入射する。対物レンズ１を透過したレーザー光は、光記録媒体７０の記録面上に集光する。
【００２７】
信号検出系６０は、ビーム整形・分離プリズム５０からの反射光を集光する集光レンズ６１と、シリンドリカルレンズ６２と、センサ６３とを具備する。半導体レーザー４１が発したレーザー光は、光記録媒体７０によって反射された後、シリンドリカルレンズ６２を介してセンサ６３に入射する。センサ６３からの信号は、適宜演算されて光記録媒体７０に記録された情報の再生に利用される。
【００２８】
図６に示す光ピックアップ装置の対物レンズ１は、開口数０．６以上であって１群１枚構成のレンズであるので曲率半径が小さい。このため対物レンズ１の周辺部におけるレーザー光の第一面１ａへの入射角は６０度以上となっている。
【００２９】
図７に示すように、光源部４０が発したレーザー光は対物レンズ１の第一面１ａの中央部１２に対して垂直に入射し、中央部１２から周辺部１１に近づくに従って入射角は増大し、周辺部１１におけるレーザー光の第一面１ａへの入射角は７０°程度となる。
【００３０】
従来の反射防止膜は、レンズ中心における反射率が最小となるように設計されている上、レンズ周辺部における物理膜厚が中心部に比して小さいため、レンズ周辺部において反射特性の短波長シフトが生じ、反射防止特性を大きく損なっている。これに対し本発明の反射防止膜は、レンズ周辺部／レンズ中心部の物理膜厚比を０．６以上とすることにより、物理膜厚比の減少に伴う反射特性の短波長シフトを少なくし、反射防止特性の劣化を抑えている。このため本発明の反射防止膜を形成することにより、対物レンズの透過光量を増加することができる。
【００３１】
【実施例】
本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００３２】
実施例１
真空チャンバ３１内を減圧にした後でアルゴンガスを入れ、約１０^−３Ｔｏｒｒとした。図３に示すように、レンズホルダ３２に光学ガラスＳＦ５からなる対物レンズ１（両面非球面レンズ、屈折率ｎ＝１．７１）を設置し、レンズホルダ３２側がアノードとなるように高周波電源を接続した。フッ化マグネシウムをターゲット３７として電力５００Ｗでスパッタリングを行うことにより、対物レンズ１の表面１ａにフッ化マグネシウムからなる反射防止被膜２０を形成させた。スパッタリング時間は６分程度であった。反射防止被膜２０の中央部２２におけるの物理膜厚Ｄ２は、１２０ｎｍであり、物理膜厚比Ｄ１／Ｄ２は０．４であった。
【００３３】
図５に示すように、レンズホルダ３２にマスク３９を接続し、開口部３９ａから反射防止被膜２０の中央部２２が露出するようにマスク３９を設置し、逆スパッタ用電極３８側がアノードとなるように電極の接続を切り替え、電力５０Ｗで反射防止被膜２０をエッチングした。エッチング時間を２．５分としたところ、中央部２２における物理膜厚ｄ２が７３ｎｍ、物理膜厚比ｄ１／ｄ２が０．６の反射防止膜２ａが得られた。設計中心波長は、４０５ｎｍとした。
【００３４】
実施例２〜５
スパッタリングの電圧印加時間以外実施例１と同様にして、対物レンズ１の第一面１ａに反射防止被膜２０を成膜した。次いでエッチングの電力及び電圧印加時間以外実施例１と同様にして、反射防止被膜２０をエッチングし、反射防止膜２ａを作製した。得られた反射防止膜２ａの物理膜厚ｄ２及び物理膜厚比ｄ１／ｄ２を表１に示した。
【００３５】
【表１】

【００３６】
比較例１
反射防止膜２ａを成膜していない対物レンズ１の全面平均透過率、中央部透過率及び周辺部透過率を測定した。
【００３７】
比較例２
スパッタリングの電圧印加時間を表２のとおりとした以外実施例１と同様にして、対物レンズ１の表面１ａに反射防止被膜２０を形成させた。反射防止被膜２０の中央部２２における物理膜厚Ｄ２、及び物理膜厚比Ｄ１／Ｄ２を表２に示した。
【表２】

【００３８】
実施例１〜５で作製した反射防止膜２ａを有する対物レンズ１の全面平均透過率、中央部透過率及び周辺部透過率を測定した。また比較例１の対物レンズ、比較例２及び３の反射防止被膜２０を成膜した対物レンズ１の全面平均透過率、中央部透過率及び周辺部透過率を測定した。なお周辺部透過率は、対物レンズへの光線入射角が７０度となる部分で測定した。結果を表３に示した。
【００３９】
【表３】

【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の対物レンズは、物理膜厚比（周辺部／中央部）０．６以上の反射防止膜を具備することにより、開口数が大きくレンズ曲率の大きいレンズでありながら対物レンズ周辺部における光線の反射量が少なく、レンズの透過光量が多くなっている。このため本発明の光ピックアップ装置用対物レンズを具備することにより、対物レンズの透過光量が多く、信号の再生における信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が小さい光ピックアップ装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ピックアップ用対物レンズの一例を示し、（ａ）は対物レンズの断面図であり、（ｂ）は対物レンズの周辺部を示す断面図である。
【図２】図１（ａ）のＡ部を示す拡大断面図である。
【図３】反射防止被膜を成膜する装置の一例を示す概略図である。
【図４】反射防止被膜を成膜した対物レンズの一例を示す断面図である。
【図５】反射防止被膜をエッチングし、反射防止膜を作製する装置の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図７】光ピックアップ用対物レンズへの光線入射角を示す図であり、反射防止膜を形成していない対物レンズへの光線入射角を示す。
【符号の説明】
１・・・対物レンズ
１１・・・周辺部
１２・・・中央部
２ａ・・・反射防止膜
２ｂ・・・反射防止膜
２０・・・反射防止被膜
３０・・・スパッタリング装置
３００・・・エッチング装置
３１・・・真空チャンバ
３２・・・レンズホルダ
３３・・・ターゲットホルダ
３４・・・高周波電源
３５・・・真空ポンプ接続口
３６・・・不活性ガス導入口
３７・・・ターゲット
３８・・・逆スパッタ用電極
３９・・・マスク
３９ａ・・・開口部
４０・・・光源部
４１・・・半導体レーザー
４２・・・コリメートレンズ
５０・・・ビーム整形・分離プリズム
５１、５２・・・プリズム
６０・・・信号検出系
６１・・・集光レンズ
６２・・・シリンドリカルレンズ
６３・・・センサ
７０・・・光記録媒体

Claims

光源からの光により光記録媒体の情報の書込み及び／又は読出しを行う光ピックアップ装置の対物レンズにおいて、光源側の表面に一層以上の反射防止膜が形成されており、前記対物レンズの周辺部における前記反射防止膜の膜厚が前記対物レンズの中央部における膜厚に対して０．６倍以上であることを特徴とする対物レンズ。
請求項１に記載の光ピックアップ装置用対物レンズにおいて、前記対物レンズの開口数が０．６以上であることを特徴とする対物レンズ。
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用対物レンズにおいて、前記対物レンズが一枚のレンズからなり、前記対物レンズの波長４０５ｎｍにおける屈折率が１．７０以上であることを特徴とする対物レンズ。
請求項１〜３のいずれかに記載の光ピックアップ装置用対物レンズにおいて、前記反射防止膜が屈折率１．４０以下の物質からなることを特徴とする対物レンズ。
請求項１〜４のいずれかに記載の光ピックアップ装置用対物レンズにおいて、さらに光記録媒体側の表面に一層以上の光記録媒体側反射防止膜が形成されていることを特徴とする対物レンズ。
請求項５に記載の光ピックアップ装置用対物レンズにおいて、光記録媒体側の反射防止膜が三層以上からなることを特徴とする対物レンズ。
請求項１〜６のいずれかに記載の光ピックアップ装置用対物レンズを具備する光ピックアップ装置において、前記対物レンズの周辺部における前記光源からの光の入射角が６０度以上であることを特徴とする光ピックアップ装置。