JP2008008945A

JP2008008945A - 光学素子、光学素子フォルダ、及び光学素子モジュール

Info

Publication number: JP2008008945A
Application number: JP2006176330A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Kondo; 隆久近藤; Yoshiyuki Shimizu; 義之清水; Katsuhiko Hayashi; 克彦林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】重量軽減を図りつつ、正確且つ高速にアクチュエートする上で有利となる光学素子を提供する。
【解決手段】一端周縁が光入射面１２の周縁に、他端周縁が光出射面１３の周縁にそれぞれ連接され、且つ光入射面１２と光出射面１３とを光学的に結ぶ光学有効路１５に沿ってテーパー面１４を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子、光学素子フォルダ、及び光学素子モジュールに関する。

集光作用を有する光学素子（以下、レンズと称する）は、例えばＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）装置のピックアップ光学系の対物レンズとして多用されている。さらに今後は、青色レーザー光を用いたＢＤ（Blu-ray disk）装置の普及が考えられる。

このような対物レンズでは、レンズの収差低減はもちろんのこと、ピックアップ系として要求される仕様も考慮する必要がある。具体的に、ディスク面の信号を正確且つ高速に読み取るために、対物レンズを高速にアクチュエートする必要があり、レンズ自身の重量を軽くすることが好ましい。

特許文献１には、レンズ自身の重量を軽くする手段として、レンズ素材を加熱押圧成形する際に上下金型に温度差を設け、レンズの有効光路の外周部近傍に概略頭をきった円錐状の成形自由面又は該自由面と成形基準外径面とが共有されたレンズの成形方法が開示されている。この成型方法によれば、供給するレンズ素材の重量バラツキを大きな範囲で許容することで、レンズ成形後の芯取り作業を不要にし且つ重量軽減した成形レンズを得ることができる、と記載されている。
特開昭６２−４１７３１号公報

しかしながら、上述した光学素子では、供給されたレンズ素材の重量バラツキに応じて成形レンズの重量にもバラツキが生じることとなり、製造ロット毎に異なる製品が製造されてしまう。また、レンズ外周が成形自由面であるために、レンズ全体としての軸対称性が得られないことから、成形レンズの重心にもバラツキが生じることとなる。

このように、製造した成形レンズに重量バラツキ、形状バラツキ、さらに重心にバラツキが生じていると、フォーカシングやトラッキング制御をしながら正確且つ高速にアクチュエートすることが困難であるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、重量軽減を図りつつ、正確且つ高速にアクチュエートする上で有利となる光学素子を提供することにある。

すなわち、本発明の光学素子は、光入射面と、光入射面の反対面に形成された光出射面とを有し、光入射面と光出射面とを光学的に結ぶ光学有効路が設けられた素子本体で構成され、素子本体は、光学有効路に沿って形成され且つ一端周縁が光入射面の周縁に、他端周縁が光出射面の周縁にそれぞれ連接されたテーパー面を有することを特徴とするものである。

また、本発明の光学素子フォルダは、光入射面と、光入射面の反対面に形成された光出射面とを有し、光入射面と光出射面とを光学的に結ぶ光学有効路に沿ってテーパー面が形成された光学素子を保持するためのものであって、筒状に形成されたフォルダ本体と、フォルダ本体の筒内部に形成され、光学素子のテーパー面に当接する当接部とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の光学素子モジュールは、光入射面と光入射面の反対面に形成された光出射面とを有し、光入射面と光出射面とを光学的に結ぶ光学有効路に沿ってテーパー面が形成された光学素子と、筒状に形成されたフォルダ本体とフォルダ本体内部に形成され光学素子のテーパー面に当接する当接部とを有する光学素子フォルダとを備え、光学素子のテーパー面と光学素子フォルダの当接部とが当接した状態で、光学素子の光出射面の最頂部とフォルダ本体の端面との間に隙間が設けられていることを特徴とするものである。

以上のように、本発明によれば、重量軽減を図りつつ、正確且つ高速にアクチュエートする上で有利となる光学素子を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る光学素子の構成を示す側面図である。図１に示すように、光学素子１０は、実質的にガラス又は樹脂で構成された素子本体１１からなり、素子本体１１には、光入射面１２と、光出射面１３と、テーパー面１４とが形成されている。

光入射面１２は、屈折作用のみを有する凸状の非球面形状の屈折面で形成されている。また、光入射面１２の反対面には、光出射面１３が形成されており、この光出射面１３も同様に、屈折作用のみを有する凸状の非球面形状の屈折面で形成されている。

そして、光入射面１２と光出射面１３との間には、両面を光学的に結ぶ光学有効路１５（図２参照）が設けられており、この光学有効路１５に沿ってテーパー面１４が形成されている。具体的に、テーパー面１４は、一端周縁が光入射面１２の周縁に、他端周縁が光出射面１３の周縁にそれぞれ連接されて形成されている。なお、図２において、Ｐはレーザー発光源等から出射された光、Ｏは光軸を示している。

また、テーパー面１４の表面粗さは、光入射面１２及び光出射面１３の表面粗さよりも粗くなっている。このようにすれば、後述する光学素子フォルダ３０に光学素子１０を取り付ける際に、テーパー面１４と当接部３２との当接状態が良好となりガタつきを抑える上で有利となり好ましい。

なお、図３に示すように、光入射面１２及び光出射面１３の少なくとも一方に、レリーフパターン等の微細な回折構造を形成するようにすれば、所望の光学性能を確保する上で有利となる。例えば、光入射面１２の中央部に滑面部を設け、この滑面部に隣接するように断面鋸歯状の回折面により構成された凹凸面部を設けておけば、滑面部が設けられている中央領域における光入射面１２の光学的パワーと、凹凸面部が設けられている周辺領域における光入射面１２の光学的パワーとを異ならしめることができる。従って、例えば、ある波長の光を中央領域を使用して集光させるとともに、異なる波長の光を周辺領域を使用して集光させることにより、相互に波長の異なる光を同じ焦点距離で合焦することができる。

なお、本実施形態では、光入射面１２及び光出射面１３が非球面形状により構成されている例について説明したが、この形態に限定するものではなく、例えば、平面、球面、円筒面、楕球面、トーリック面等であってもよい。また、光入射面１２や光出射面１３に回折構造を形成する場合には、断面鋸歯状の回折面の他にも、例えば、断面矩形状や断面正弦波状の回折面、不連続屈折面、複数の凸状又は凹状レンズ面からなるレンズアレイ面、位相段差面、若しくは光反射防止構造（例えば、反射を抑制しようとする光の波長以下のピッチで配列された複数の錐体状突起部又は錐体状凹部からなる構造）が形成された光反射防止面であってもよい。

次に、図４を参照しながら、本実施形態に係る光学素子１０の製造方法について説明する。なお、ここでは、実質的にガラスで構成された光学素子１０の製造方法を例に挙げて説明する。

図４（ａ）に示すように、光学素子１０の作製は、一対の成形型（下型４１，上型４５）を用いて行う。下型４１は頂面に光学素子１０の光入射面１２の形状に対応した凹状の成形面４２が形成されている。一方、上型４５は下型４１に対向位置する成形面４６を頂面とする柱状体により構成されている。成形面４６は光出射面１３の形状に対応して凹状に形成されている。下型４１及び上型４５は、胴型４３内に摺動可能に挿入されている。

そして、これら下型４１及び上型４５を用いてボール状や光学素子１０とほぼ近似の形状寸法に加工されたガラスプリフォーム４０を加熱押圧（ヒートプレス）する。具体的には、下型４１と上型４５との間にガラスプリフォーム４０を配置する。

次に、ガラスプリフォーム４０をその軟化温度近傍にまで加熱して軟化させ、上型４５を下型４１に対して下型４１方向に相対的に変位させることにより軟化したガラスプリフォーム４０を下型４１の成形面４２と上型４５の成形面４６とでもってプレスし、素子本体１１を得る（図４（ｂ）参照）。そして、光学素子１０を所定の温度（例えば、ガラス転移温度−１５０℃〜室温）にまで冷却させることにより完成させる。

次に、図５を参照しながら、上述したプレス成形手順で得られた光学素子１０にテーパー面１４を形成する手順について説明する。

図５に示すように、まず、光学素子１０の光入射面１２及び光出射面１３に対してそれぞれベルクランプ軸２１，２１の先端部を押圧して挟持する。このとき、ベルクランプ作用により、ベルクランプ軸２１，２１と光学素子１０との中心軸が同軸となるように調整される。

そして、ベルクランプ軸２１，２１で光学素子１０を挟持した状態で、ベルクランプ軸２１，２１を回転軸周りに回転させる。一方、光学素子１０に形成すべきテーパー面１４の形状に対応した外周円錐面を有する研削砥石２２を、ベルクランプ軸２１，２１で回転させている光学素子１０の外周部に押圧してプランジカットし、光学素子１０の光学有効路よりも外周位置にテーパー面１４を形成する。

このように、光学素子１０にテーパー面１４を形成することで、光学的に使用されない光学有効路範囲外の不要部分が除去されるので、レンズ重量を大幅に軽減しつつ光学的作用を保証することができる。また、機械加工を施すため、レンズ全体の寸法精度が高く、レンズ重量にバラツキが生じない。

ここで、ピックアップ光学系においては、光学素子１０を高速で駆動させるために考慮すべき要件として、光学素子１０の重心位置が挙げられる。以下、光学素子１０の重心位置を調整するための具体例について説明する。

図６は光学素子１０のテーパー面１４に鍔部１６を設けた構成を示す側面図、図７はテーパー面１４に凸部１７を設けた構成を示す側面図、図８はテーパー面１４に凹部１８を設けた構成を示す側面図である。

図６〜図８に示す鍔部１６、凸部１７、又は凹部１８をそれぞれ形成するためには、研削面に形成すべき形状に対応した反対形状の研削面を有する研削砥石２２をそれぞれ用いて行うことができる。

図９は、光学素子１０のテーパー面１４に図６〜図８に示す鍔部１６、凸部１７、凹部１８を設けた場合の重心位置の変化を説明するための側面図である。

図９に示すように、鍔部１６を設けた光学素子２５と、凸部１７を設けた光学素子２６とは、光出射面１３側寄りに鍔部１６又は凸部１７が形成されているため、光出射面１３側の重量が基準となる光学素子１０と比べて重くなり、重心位置が光出射面１３側に移動している。一方、凹部１８を設けた光学素子２７の重心位置は、基準となる光学素子１０の重心位置と比べて、光入射面１２側に移動している。

このように、テーパー面１４に任意の形状を付与することで、光学素子の重心位置を自由に調整することができ、ピックアップ光学系において光学素子を高速で駆動させる上で有利となる。

図１０は、光学素子１０が光学素子フォルダ３０内に保持された光学素子モジュールの構成を示す側面断面図である。図１０に示すように、この光学素子モジュールは、光学素子１０と光学素子フォルダ３０とを備えている。

光学素子フォルダ３０は、光学素子１０を保持するためのものであり、筒状に形成されたフォルダ本体３１と、フォルダ本体３１の先端の筒内部に形成され、光学素子１０のテーパー面１４に当接する当接部３２とを備えている。また、光学素子フォルダ３０は、実質的に樹脂で構成されている。

光学素子１０は、テーパー面１４が光学素子フォルダ３０の当接部３２に当接した状態で光学素子フォルダ３０内部に保持されている。これにより、光学素子１０及び光学素子フォルダ３０の中心軸の合致精度や傾き精度を高精度に保つことができ、光学素子モジュールとして、安定した光学作用機能を得ることができる。

また、光学素子１０のテーパー面１４と光学素子フォルダ３０の当接部３２とが当接した状態で、光学素子１０の出射面１３の最頂部と光学素子フォルダ３０の端面との間に設けられた隙間の寸法Ｈは、ピックアップ光学系の作動距離（ワーキング・ディスタンス）の範囲内となるように設定されている。具体的に、その寸法Ｈは、作動距離の１５〜２０％程度であることが好ましい。

このような構成にすれば、回転中のディスクと光学素子１０とが衝突してしまうといった不具合を防止することができ、光学素子１０の出射面１３が機器の誤動作により破損することを防止する上で有利となる。

＜変形例＞
図１１は、テーパー面に係合部を設けた光学素子の構成を示す側面断面図である。図１１に示す光学素子３５は、樹脂材料を成形して構成したものである。そのため、テーパー面１４を樹脂モールド成形して直接形成することができるようになっている。そして、テーパー面１４には、樹脂成形時に樹脂の流入口（ゲート）付近に生成される樹脂流入痕で構成された係合部２３が形成されている。

図１２は、光学素子３５が光学素子フォルダ３０内に保持された光学素子モジュールの構成を示す側面断面図である。図１２に示すように、光学素子フォルダ３０の当接部３２には、光学素子３５のテーパー面１４に形成された係合部２３と嵌合可能な位置決め部３３が設けられており、係合部２３と位置決め部３３とを嵌合することで、光学素子３５の光軸回転方向及び光学素子フォルダ３０内における位置決めを確実に行うことができるようになっている。

なお、図１３に示すように、光入射面１２及び光出射面１３の少なくとも一方に、レリーフパターン等の微細な回折構造を形成するようにすれば、所望の光学性能を確保する上で有利となる。例えば、光入射面１２の中央部に滑面部を設け、この滑面部に隣接するように断面鋸歯状の回折面により構成された凹凸面部を設けておけば、滑面部が設けられている中央領域における光入射面１２の光学的パワーと、凹凸面部が設けられている周辺領域における光入射面１２の光学的パワーとを異ならしめることができる。従って、例えば、ある波長の光を中央領域を使用して集光させるとともに、異なる波長の光を周辺領域を使用して集光させることにより、相互に波長の異なる光を同じ焦点距離で合焦することができる。

以上説明したように、本発明の光学素子は、重量軽減を図りつつ、正確且つ高速にアクチュエートする上で有利であるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。特に、光ディスク装置等のピックアップ光学系に用いられ、高速応答性が必要な集光対物レンズとして利用可能である。

本発明の実施形態に係る光学素子の構成を示す側面図である。本実施形態の光学素子の集光光学系の原理を説明するための断面図である。本実施形態の光学素子に回折構造を形成した構成を示す側面断面図である。プレス成形による光学素子の製造方法を説明するための断面図である。プレス成形で得られた光学素子にテーパー面を形成する手順を説明する断面図である。光学素子のテーパー面に鍔部を設けた構成を示す側面図である。光学素子のテーパー面に凸部を設けた構成を示す側面図である。光学素子のテーパー面に凹部を設けた構成を示す側面図である。光学素子のテーパー面に鍔部、凸部、凹部を設けた場合の重心位置の変化を説明するための側面図である。光学素子が光学素子フォルダ内に保持された光学素子モジュールの構成を示す側面断面図である。本発明の変形例に係る光学素子の構成を示す側面図である。光学素子が光学素子フォルダ内に保持された光学素子モジュールの構成を示す側面断面図である。本変形例の光学素子に回折構造を形成した構成を示す側面断面図である。

符号の説明

１０光学素子
１１素子本体
１２光入射面
１３光出射面
１４テーパー面
１５光学有効路
１６鍔部
１７凸部
１８凹部
２３係合部
３０光学素子フォルダ
３１フォルダ本体
３２当接部
３３位置決め部

Claims

光入射面と、該光入射面の反対面に形成された光出射面とを有し、該光入射面と該光出射面とを光学的に結ぶ光学有効路が設けられた素子本体で構成された光学素子であって、
前記素子本体は、前記光学有効路に沿って形成され且つ一端周縁が前記光入射面の周縁に、他端周縁が前記光出射面の周縁にそれぞれ連接されたテーパー面を有することを特徴とする光学素子。
請求項１において、
前記テーパー面の表面粗さは、前記光入射面及び前記光出射面の表面粗さよりも粗くなっていることを特徴とする光学素子。
請求項１において、
前記テーパー面には、鍔部、凸部、又は凹部が設けられていることを特徴とする光学素子。
請求項１において、
前記テーパー面に形成された係合部を備え、
前記係合部は、前記素子本体を樹脂成形する際の樹脂流入痕で構成されていることを特徴とする光学素子。
請求項１において、
前記素子本体は、実質的にガラス又は樹脂で構成されていることを特徴とする光学素子。
請求項１において、
前記光入射面及び前記光出射面の少なくとも一方は、非球面形状又は球面形状に形成されていることを特徴とする光学素子。
請求項１において、
前記光入射面及び前記光出射面の少なくとも一方は、回折面、不連続屈折面、又はアレイ状のマイクロレンズ面に形成されていることを特徴とする光学素子。
光入射面と、該光入射面の反対面に形成された光出射面とを有し、該光入射面と該光出射面とを光学的に結ぶ光学有効路に沿ってテーパー面が形成された光学素子を保持するための光学素子フォルダであって、
筒状に形成されたフォルダ本体と、
前記フォルダ本体の筒内部に形成され、前記光学素子のテーパー面に当接する当接部とを備えたことを特徴とする光学素子フォルダ。
請求項８において、
前記当接部には、前記光学素子のテーパー面に形成された係合部と係合する位置決め部が形成されていることを特徴とする光学素子フォルダ。
請求項９において、
前記フォルダ本体は、実質的に樹脂で構成されていることを特徴とする光学素子フォルダ。
光入射面と、該光入射面の反対面に形成された光出射面とを有し、該光入射面と該光出射面とを光学的に結ぶ光学有効路に沿ってテーパー面が形成された光学素子と、
筒状に形成されたフォルダ本体と、該フォルダ本体内部に形成され前記光学素子のテーパー面に当接する当接部とを有する光学素子フォルダとを備え、
前記光学素子のテーパー面と前記光学素子フォルダの当接部とが当接した状態で、該光学素子の光出射面の最頂部と前記フォルダ本体の端面との間に隙間が設けられていることを特徴とする光学素子モジュール。
請求項１１において、
前記隙間の寸法は、ピックアップ光学系の作動距離の範囲内となるように設定されていることを特徴とする光学素子モジュール。