JP2006286109A - 光ピックアップ用コリメータレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単で安価なレンズを用いて、球面収差及び軸上色収差を有効に補正できるようにしたコリメータレンズを提供する。
【解決手段】 レーザ光源Ｄから情報記録媒体への光路に設けられ、このレーザ光源Ｄから出射されたレーザ光を平行光束化するために、両凸レンズＬ１とメニスカスレンズＬ２との２枚のガラスレンズを接合した接合ガラスレンズからなり、この接合ガラスレンズを、その両凸レンズＬ１を情報記録媒体側に向けて配置し、両凸レンズＬ１のレンズ面に、透明樹脂の薄膜からなる非球面プラスチックレンズＬ３を積層する構成となし、その合成焦点距離ｆ＝１０ｍｍ換算として、軸上色収差量をａ、開口数をＮＡとしたときに、（１）ａ＜２．２μｍ／ｎｍ、（２）０．４＞ＮＡ≧０．１２の条件を満たしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は光ディスク等の情報記録媒体に情報を記録したり、記録された情報を再生したりするために用いられる光ピックアップに設けられ、レーザ光源からの光を平行光束化するためのコリメータレンズに関するものである。

一般に、光ディスクを情報記録媒体として、それに記録された情報を再生したり、また情報を記録したりするための光ピックアップは、レーザダイオード等からなるレーザ光源と、このレーザ光源から出射されるレーザ光を光ディスクに微小スポットとなるように照射するための対物レンズと、光ディスクからの反射光を検出するフォトディテクタとを備えている。また、レーザ光源から出射されるレーザ光は発散光となることから、このレーザ光を平行光束化するためのコリメータレンズを備え、さらにレーザ光源からの出力光と、光ディスクから反射した信号光との光路を分岐させるためのビームスプリッタやホログラム光学素子等も設けられる。

ここで、光ピックアップの光学系において、情報の記録及び再生を行うに当って、例えばオートフォーカスの追従性の問題等を考慮して、収差を極力抑制する必要がある。特に、情報密度を高めるために、特に波長が４００ｎｍ程度の短波長のレーザダイオードを用いる場合にあっては、球面収差等だけでなく、温度変化によりレーザダイオードの波長が変動することから、軸上色収差の補正も十分補正しなければ、所謂波長飛びが生じる等といった問題点が生じる。

光ピックアップを構成する光学系において、対物レンズの軸上色収差を補正する構成としたものが特許文献１に示されている。この特許文献１では、それぞれガラス球面レンズである両凸レンズとメニスカスレンズとの接合レンズで対物レンズを構成し、この対物レンズを構成する両凸レンズの記録面側に向いた凸面に非球面プラスチックレンズを貼り付けるように構成している。

一方、特許文献２には、コリメータレンズにおいて、球面収差を補正する構成としたものが開示されている。この特許文献２では、平行光射出側の面が正の屈折力を有する回転楕円面で、その反対側の面が球面の非球面コリメータレンズで構成されるものであり、このコリメータレンズでは、ＮＡ＝０．１５〜０．３程度で球面収差及び正弦条件を良好に補正できるとしている。
特開平５−１２７０７８号公報 特開平６−３３１８８８号公報

前述した特許文献１においては、対物レンズとして使用される接合ガラスレンズにおいて、この対物レンズのＮＡは０．５３というように極めて明るいレンズを使用しなければならないことから、またレンズ設計が困難であることからも、その光学系が高価なものとなってしまうという問題点がある。また、接合ガラスレンズの表面に非球面レンズを構成する樹脂膜を積層することにより球面収差を補正することができるが、対物レンズを非球面化することにより球面収差を補正するためには、非球面形状が複雑になって、レンズの凹凸が大きくなってしまう。ガラスレンズへのプラスチックレンズの積層は、一般的に、型押しにより行われるが、厚みのある非球面レンズを形成するのは製造上での困難性を伴うという問題点がある。

一方、特許文献２では、コリメータレンズにおいて、ＮＡが０．１５〜０．３というように、低ＮＡで、球面収差及び正弦条件が共に良好に補正されるようにしている。しかしながら、例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の波長領域である６６０ｎｍ程度においてはそれほど問題視されていなかったが、光ピックアップの光源としてブルーの波長領域である４０８ｎｍといった短波長領域のレーザダイオードを使用する場合、情報の高密度化という点から、軸上色収差の補正という新たな課題の解決を必要とすることになる。前述した特許文献２の光学構成では、前述したような短波長のレーザ光源を使用したときに、軸上色収差を実用上で差し支えない程度に補正できないという問題点がある。また、特許文献２においては、レンズの材質は示されていないが、ガラスレンズで構成する場合には、非球面化する加工は困難であり、レンズが高価になるという問題点等もある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単で安価なレンズを用いて、球面収差及び軸上色収差を有効に補正できるようにしたコリメータレンズを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、レーザ光源から情報記録媒体への光路に設けられ、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を平行光束化する光ピックアップ用コリメータレンズであって、両凸レンズとメニスカスレンズとの２枚のガラスレンズを接合した接合ガラスレンズからなり、この接合ガラスレンズを、その両凸レンズを前記情報記録媒体側に向けて配置し、少なくともこの両凸レンズのレンズ面に、透明樹脂の薄膜からなる非球面プラスチックレンズを積層する構成となし、その合成焦点距離ｆ＝１０ｍｍ換算として、軸上色収差量をａ、開口数をＮＡとしたときに、（１）ａ<２．２μｍ／ｎｍ、（２）０．４>ＮＡ≧０．１２であることを特徴とするものである。

非球面プラスチックレンズは、少なくとも両凸レンズのレンズ面に積層するが、またこのレンズ面に加えて、メニスカスレンズのレンズ面にも非プラスチックレンズを積層する構成としても良い。そして、非プラスチックレンズの材質としては、ポリエステルを主成分としたものが望ましい。さらに、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長は概略３９５〜４１５ｎｍの範囲のものに好適に用いられる。

以上の構成により、本発明によるコリメータレンズは、簡単で安価なレンズによって、情報記録密度を高めるために、短波長のレーザ光源を用いる光ピックアップにおいて、球面収差及び軸上色収差を有効に補正できる。

本発明においては、光ピックアップを構成する光学系において、光源からのレーザ光を平行光束化するためのコリメータレンズによって、球面収差と軸上色収差とを補正するようにしている。ここで、レーザ光源として、ブルーの波長領域、即ち波長４０８ｎｍのレーザ光を出射したときにおいて、環境温度の変化により波長が±５ｎｍ程度変動する可能性がある。コリメータレンズとして、両凸レンズとメニスカスレンズとの接合ガラスレンズを用いており、この構成によって、軸上色収差量に関する条件（１）を満たすことができる。これによって、前述した温度変化に基づく波長の変動幅内では、軸上色収差を十分に補正することができる。

コリメータレンズの構成として、共にガラスレンズである両凸レンズとメニスカスレンズとの２枚のレンズが用いられるが、これらを透明な接着剤により接合・固着する。このようにして構成される接合ガラスレンズは、情報記録媒体側に両凸レンズが配置される。そして、少なくともこの両凸レンズの情報記録媒体側を向いたレンズ面に、また必要に応じてメニスカスレンズのレーザ光源側のレンズ面にも非球面プラスチックレンズを積層させる。これによって、球面収差を有効に補正できる。ここで、球面収差及び軸上色収差の補正をコリメータレンズで行っていることから、安価なレンズを使用することができる。ただし、ＮＡが０．４以上では対物レンズと同等となってしまい、ＮＡが０．１２未満になると、光ピックアップのコリメータレンズとして必要なパワーが得られにくくなり、特に記録媒体への情報の書き込み動作に支障を来たすことになる。

ここで、両凸レンズとメニスカスレンズとの接合ガラスレンズにおいて、両凸レンズのレンズ面に、透明樹脂の薄膜からなる非球面プラスチックレンズを積層させたコリメータレンズの外径形状は、円形とすることができるが、光学機器に組み込んだときに、その位置決め精度を高くし、組み付け方向を安定的に調整する等のために、小判型，Ｄカット付き、四角形以上の多角形とすることができる。

図１に本発明の第１の実施例におけるレンズ構成図を示す。図中において、Ｌ１は両凸レンズ、Ｌ２はメニスカスレンズ、Ｌ３は非球面プラスチックレンズであり、これらのレンズＬ１，Ｌ２及びＬ３によってコリメータレンズが構成される。また、図中において、Ｄは例えばレーザダイオードからなるレーザ光出射用の光源、Ｃはこの光源Ｄのカバー部材である。コリメータレンズはレンズＬ２が光源Ｄ側に配置されており、レンズＬ１の光源側とは反対側の面、つまり情報記録媒体側の面に非球面プラスチックレンズＬ３が積層されている。この非球面プラスチックレンズＬ３は、溶融した透明樹脂をレンズ面に型押し等により、金型の転写面形状を溶融した樹脂の表面に転写したものである。

非球面プラスチックレンズＬ３の情報記録媒体に向く側を第１面、レンズＬ１の非球面プラスチックレンズＬ３との接合面を第２面とし、レンズＬ１とレンズＬ２との接合面を第３面、レンズＬ２の光源Ｄ側の面を第４面とする。さらに、カバーガラスＣのコリメータレンズ側の表面を第５面、光源側の面を第６面である。そして、これら各面の曲率半径及び各部の厚み及び素材をそれぞれ下記表１に示したものとした。光源Ｄとしてレーザダイオードの出力波長は４０８ｎｍで、コリメータレンズ全体の焦点距離ｆは１０ｍｍであり、さらにＮＡは０．２であり、またこのコリメータレンズの色収差量ａは０．０８μｍ／ｎｍである。

そして、このように構成したときの縦収差図を図２に示した。この図には、波長が４０８ｎｍのときの収差、また温度変化の影響により光源Ｄのレーザ光の波長が変動して、波長が４０３ｎｍとなったときの収差、波長４１３ｎｍとなったときの収差をそれぞれ示してある。

次に、図３は本発明における第２の実施例のレンズ構成図である。この第２の実施例では、レンズＬ１の情報記録媒体側の面に非球面プラスチックレンズＬ３が積層されており、この点は第１の実施例と同様であるが、さらにレンズＬ２の光源側のレンズ面にももう一つの非球面プラスチックレンズＬ４が積層されている。そして、非球面プラスチックレンズＬ３の情報記録媒体に向く側を第１面、レンズＬ１の非球面プラスチックレンズＬ３との接合面を第２面、レンズＬ１とレンズＬ２との接合面を第３面とし、レンズＬ２と非球面プラスチックレンズＬ４との接合面を第４面、さらに非球面プラスチックレンズＬ４の光源側の面を第５面となし、またカバーガラスＣのコリメータレンズ側の表面を第６面、光源側の面を第７面としたときに、これら各面の曲率半径及び各部の厚み及び素材をそれぞれ下記表２のように構成した。光源Ｄとして、レーザダイオードの出力波長は４０８ｎｍで、コリメータレンズ全体の焦点距離ｆは６．５ｍｍであり、さらにＮＡは０．３となし、さらにこのコリメータレンズの色収差量aは、０．０３μｍ／ｎｍとした。

このときの縦収差図を図４に示す。この図には、波長が４０８ｎｍのときの収差、また温度変化の影響により光源Ｄのレーザ光の波長が変動して、波長が４０３ｎｍとなったときの収差、波長４１３ｎｍとなったときの収差をそれぞれ示してある。

この図４には、波長が４０８ｎｍのときの収差、また温度変化の影響により光源Ｄのレーザ光の波長が変動して、波長が４０３ｎｍとなったときの収差、波長４１３ｎｍとなったときの収差をそれぞれ示してある。

さらに、図５に波長４０８ｎｍのレーザ光を出力するレーザ光源と波長６６０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ光源との２つの光源からの光を平行光束化するように構成した光学系を示す。このように、２つの光源からの光をコリメータレンズで平行光束化するためにプリズムＰが用いられ、光源Ｄの出力波長は４０８ｎｍであり、プリズムＰで反射してコリメータレンズに入射される光源（図示せず）の出力波長は６６０ｎｍとする。コリメータレンズの構成としては、両凸レンズＬ１とメニスカスレンズＬ２とからなる接合ガラスレンズにおいて、その両凸レンズＬ１の情報記録媒体側のレンズ面に非球面プラスチックレンズＬ３が積層されている。

非球面プラスチックレンズＬ３の情報記録媒体に向く側を第１面、レンズＬ１の非球面プラスチックレンズＬ３との接合面を第２面とし、レンズＬ１とレンズＬ２との接合面を第３面、レンズＬ２の光源Ｄ側の面を第４面とする。さらに、プリズムＰのコリメータレンズ側の表面を第５面、光源側の面を第６面とする。これら各面の曲率半径及び各部の厚み及び素材をそれぞれ下記表３の構成とした。コリメータレンズ全体の焦点距離ｆは１５ｍｍであり、さらにＮＡは０．１５、またこのコリメータレンズの色収差量ａは０．３８μｍ／ｎｍである。なお、下記表３におけるプリズムＰの数値は、実際に光路中に配設されるプリズムＰだけでなく、カバーガラス等を考慮したものである。

このときの縦収差図を図６及び図７に示す。図６は、４０８ｎｍの波長のレーザ光を出射する光源の縦収差図であり、波長が４０８ｎｍのときの収差、また温度変化の影響により光源Ｄのレーザ光の波長が変動して、波長が４０３ｎｍとなったときの収差、波長４１３ｎｍとなったときの収差をそれぞれ示してある。また、図７は、６６０ｎｍの波長のレーザ光を光源として用いたときの縦収差図である。
<比較例１>

第１の実施例との比較のために、両凸レンズＬ１とメニスカスレンズＬ２との接合ガラスレンズを用い、非球面プラスチックレンズを積層しないレンズ構成を図８に示す。両凸レンズＬ１の情報記録媒体に向く側を第１面、レンズＬ１とレンズＬ２との接合面を第２面、レンズＬ２の光源Ｄ側の面を第３面、カバーガラスＣのコリメータレンズ側の表面を第４面、光源側の面を第５面とする。これら各面の曲率半径及び各部の厚み及び素材をそれぞれ下記表４に示したものとした。光源Ｄとしてレーザダイオードの出力波長は４０８ｎｍで、コリメータレンズ全体の焦点距離ｆは１０ｍｍ、ＮＡは０．２であり、このコリメータレンズの色収差量ａは０．６４μｍ／ｎｍである。

そして、このように構成したときの縦収差図を図９に示した。同図には波長が４０８ｎｍのとき、波長が４０３ｎｍの収差、波長４１３ｎｍとなったときの収差がそれぞれ示されている。図２の縦収差図と図９の縦収差図とを比較すると、本願発明のレンズ構成の方が明らかに収差補正が良好に行われていることが判る。
<比較例２>

図５に示したレンズ構成と比較するために、両凸レンズＬ１とメニスカスレンズＬ２とからなる接合ガラスレンズを用いるが、非球面プラスチックレンズを積層しない構成としたコリメータレンズの構成を図１０に示す。

レンズＬ１の情報記録媒体に向く側を第１面、レンズＬ１とレンズＬ２との接合面を第２面、レンズＬ２の光源Ｄ側の面を第３面、プリズムＰのコリメータレンズ側の表面を第４面、光源側の面を第５面とする。これら各面の曲率半径及び各部の厚み及び素材をそれぞれ下記表５の構成とした。コリメータレンズ全体の焦点距離ｆは１５ｍｍであり、ＮＡは０．１５であり、またこのコリメータレンズの色収差量ａは０．５２μｍ／ｎｍである。そして、前述と同様、下記表５におけるプリズムＰの数値は、実際に光路中に配設されるプリズムＰだけでなく、カバーガラス等を考慮したものである。

このレンズ構成において、４０８ｎｍの波長のレーザ光を出射する光源でのコリメータレンズにおいて、波長が４０８ｎｍ，４０３ｎｍ，４１３ｎｍのときの縦収差図が図１１に示され、また光源が６６０ｎｍの波長光を出射するときの縦収差図が図１２に示されている。

これら図１１，図１２と、実施例３における図６及び図７の縦収差図とを比較すると、収差の改善は顕著である。

なお、前述した各表において、非球面膜は非球面プラスチックレンズであって、この非球面プラスチックレンズの材質はポリエステルを主成分としたものを使用した。また、Ｓ−ＢＳＬ７、Ｓ−ＴＩＭ２７、Ｓ−ＬＡＨ６０，６５、Ｓ−ＴＩＨ６，１３、Ｓ−ＢＡＬ３５は硝材であって、ＯＨＡＲＡ社製のものである。さらに、接合レンズは２枚のレンズを接着剤で接合したものであり、接着剤は例えばポリエステル系のものを使用することができる。

本発明の第１の実施例における光学系の構成説明図である。 図１の光学系による縦収差図である。 本発明の第２の実施例における光学系の構成説明図である。 図３の光学系による縦収差図である。 本発明の第３の実施例における光学系の構成説明図である。 図５の実施例において、４０８ｎｍの波長のレーザ光を出射する光源での縦収差図である。 図５の実施例において、６６０ｎｍの波長のレーザ光を出射する光源での縦収差図である。 比較例１の光学系の構成説明図である。 図８の光学系による縦収差図である。 比較例２の光学系の構成説明図である。 図１０の光学系において、４０８ｎｍの波長のレーザ光を出射する光源での縦収差図である。 図１０の光学系において、６６０ｎｍの波長のレーザ光を出射する光源での縦収差図である。

符号の説明

Ｌ１ 両凸レンズ Ｌ２ メニスカスレンズ
Ｌ３，Ｌ４ 非球面プラスチックレンズ
Ｄ 光源 Ｃ カバーガラス
Ｐ プリズム

Claims (4)

1. レーザ光源から情報記録媒体への光路に設けられ、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を平行光束化する光ピックアップ用コリメータレンズにおいて、
   両凸レンズとメニスカスレンズとの２枚のガラスレンズを接合した接合ガラスレンズからなり、
   この接合ガラスレンズを、その両凸レンズを前記情報記録媒体側に向けて配置し、少なくともこの両凸レンズのレンズ面に、透明樹脂の薄膜からなる非球面プラスチックレンズを積層する構成となし、
   その合成焦点距離ｆ＝１０ｍｍ換算として、軸上色収差量をａ、開口数をＮＡとしたときに、（１）ａ＜２．２μｍ／ｎｍ、（２）０．４＞ＮＡ≧０．１２であることを特徴とする光ピックアップ用コリメータレンズ。
2. 前記非球面プラスチックレンズは、前記両凸レンズのレンズ面と前記メニスカスレンズのレンズ面とに積層する構成としたことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ用コリメータレンズ。
3. 前記非球面プラスチックレンズはポリエステルを主成分とするものからなることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ピックアップ用コリメータレンズ。
4. 前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長は概略３９５〜４１５ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ用コリメータレンズ。
   

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