JP4654500B2

JP4654500B2 - 光学レンズ並びにこれを使用した光学ピックアップ装置及び光ディスク装置

Info

Publication number: JP4654500B2
Application number: JP2000292145A
Authority: JP
Inventors: 啓行榊原; 博之上田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: US6862259B2; US20020036974A1; JP2002098890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学レンズ並びにこれを使用した光学ピックアップ装置及び光ディスク装置、特に、光磁気ディスク（ＭＯ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクに光ビームを集束させる対物レンズ並びにこれを使用した光学ピックアップ装置及び光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ディスクに情報を記録したり、或いは、光ディスクに記録された情報を再生するものとして光ディスク装置が知られている。該光ディスク装置は、一般に、光ディスクを回転させる光ディスク駆動装置と、光源から出射された光ビームをフォーカシング方向とトラッキング方向との二軸方向に制御駆動される対物レンズを介して光ディスクに集束させる共に該光ディスクからの戻り光を受け取る光学ピックアップ装置とを備えている。
【０００３】
図８は前記光学ピックアップ装置の一例を示しており、この例では、光学ピックアップ装置１は、光ディスク２の下方に挿入される前記対物レンズ３の下方に位置し、光軸４に対して４５°傾斜して設けられたビームスプリッタ５と、該ビームスプリッタ５の下方に配設された光検出器６と、前記ビームスプリッタ５の反射面７側側方に順次配設されたグレーティング素子８、半導体レーザ９とで概略構成されている。
【０００４】
また、図９は、前記対物レンズを２軸方向に駆動する駆動部の一例を示しており、この例では、対物レンズ駆動部１０は、水平に延出する弾性体製のサスペンション１１と、該サスペンション１１にそれぞれ支持された対物レンズホルダ１２、フォーカシングコイル１３、トラッキングコイル１４と、前記対物レンズホルダ１２に水平に保持された前記対物レンズ３と、磁性体製のヨーク１５と、該ヨーク１５に固着されたマグネット１６とで概略構成されている。
【０００５】
このような構成において、前記光ディスク駆動装置（図示せず）により前記光ディスク２が回転され、前記対物レンズ駆動部１０により前記対物レンズ３が光路中に挿入される。そして、前記半導体レーザ９から水平方向に出射された光ビーム１７は、前記グレーティング素子８によりメインビームとサブビームに分割され、前記ビームスプリッタ５の前記反射面７で上向きに反射する。該反射した光ビーム１７は、前記対物レンズ３で屈折し、前記光ディスク２の信号記録面１８に集束すると共に下向きに反射し、戻り光ビーム１７となる。該戻り光ビーム１７は、再び前記対物レンズ３で屈折し、前記ビームスプリッタ５を透過した後、前記光検出器６に入射する。
【０００６】
その後、該光検出器６により光電変換が行われ、出力された検出信号に基づいて、前記光ディスク２の信号記録面１８に記録された情報の再生が行われる。また、その時、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号が検出され、該各信号に基づいて、前記フォーカシングコイル１３及びトラッキングコイル１４の駆動電流がそれぞれサーボ制御される。そして、前記フォーカシングコイル１３及びトラッキングコイル１４を流れる電流が前記ヨーク１５及びマグネット１６により形成された磁界とそれぞれ作用し合うことにより、前記対物レンズ３はフォーカシング方向及びトラッキング方向へ駆動制御される。
【０００７】
また、図１０は前記対物レンズ３を示しており、該対物レンズ３は、凸曲面状の光学面１９と、凸曲面状の別の光学面２１と、前記光学面１９と前記別の光学面２１の間に形成されたフランジ状のコバ部２３とを備えている。前記光学面１９の曲率半径は比較的大きく、前記光学面１９の先端から前記コバ部２３迄の光軸４方向の長さ（以下「サグ量」と称す）をＺとし、前記光学面１９の光学的に有効な部分の光軸４に直交する方向の長さ（以下「光学有効径」と称す）をＤとすると、Ｚ／Ｄの値は、通常、０．１５〜０．３の範囲に入る。
【０００８】
前記対物レンズ３は、通常、図１１に示すようなプレス成形機２４を使用して製造される。該プレス成形機２４は上金型２５と下金型２６とを備え、前記上金型２５は昇降可能で、前記下金型２６に対向して設けられている。前記上金型２５は上断熱継手２７の下面に上ダイプレート２８が固定され、該上ダイプレート２８の下面に上キャビティ２９を内蔵した超硬合金製の上ダイ３０が固定された構成となっており、前記上キャビティ２９には前記別の光学面２１の形状と一致する凹曲面状の凹部３１が形成されている。また、前記下金型２６には、前記上金型２５と同様に、下断熱継手３２、下ダイプレート３３、下キャビティ３４、下ダイ３５が構成され、前記下キャビティ３４には前記光学面１９の形状と一致する凹曲面状の凹部３６が前記凹部３１に対向するように形成されている。すなわち、前記上金型２５が前記下金型２６と重合すると、前記各凹部３１，３６と前記下ダイ３５の内周壁面により前記対物レンズ３の形状をした空間３７が形成されるようになっている。
【０００９】
前記プレス成形機２４により、前記対物レンズ３を製造するには、先ず、図１１（ａ）に示すように、前記上金型２５を上昇させ、予め所定体積に計量されると共に球形状に成形されたガラス製のプリフォーム材３８を前記凹部３６上に投入し、前記プリフォーム材３８を所定温度になる迄加熱する。そして、図１１（ｂ）に示すように、前記上金型２５を降下させ、前記プリフォーム材３８を加圧し、前記対物レンズ３の形状に成形する。その後、図１１（ｃ）に示すように、前記上金型２５を上昇させ、前記成形された対物レンズ３を冷却し、前記凹部３６より取り出す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、前記対物レンズ３を製造する場合、前記プリフォーム材３８を前記凹部３６に投入した時に、前記プリフォーム材３８がその自重により前記凹部３６上を転動し、前記プリフォーム材３８と前記凹部３６との間で中心出しが行われるようになっている必要がある。しかしながら、前記光学面１９、すなわち、前記凹部３６は曲率半径が大きいため、図１２に示すように、前記プリフォーム材３８が前記凹部３６上をうまく転動せず、両者間での中心出しが不完全な状態のまま成形が行なわれることがあった。その場合には、図１３に示すように、前記キャビティ２９，３４と前記ダイ３０，３５との隙間に前記プリフォーム材３８が流れ込み、前記キャビティ２９，３４、ダイ３０，３５を破損するオーバーパック現象３９を発生させたり、或いは、前記プリフォーム材３８が前記空間３７内に完全に充填されず、偏肉４０が生じ、コマ収差等、収差の非対称成分が発生したりするおそれがあった。
【００１１】
そこで、本発明は、以上の点に鑑み、成形時の中心出しが確実に行え、高精度の成形が可能で、製造装置の耐久性の向上が図れる光学レンズ並びにこれを使用した光学ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学レンズは、凸曲面状の第１の光学面の光軸方向の長さをサグ量（Ｚ）とし、前記光学面の光学的に有効な部分の光軸に直交する方向の長さを光学有効径（Ｄ）としたとき、０．４≦Ｚ／Ｄ≦０．５を満たすように形成されている。
【００１４】
また、本発明に係る光学ピックアップ装置は、光ビームを出射する光源と、該光源から出射された光ビームを光ディスクに集束させる対物レンズと、前記光ディスクからの戻り光ビームを受け取る光検出器とを備え、前記対物レンズが、光源側に凸曲面状の第１の光学面の光軸方向の長さをサグ量（Ｚ）とし、前記光学面の光学的に有効な部分の光軸に直交する方向の長さを光学有効径（Ｄ）としたとき、０．４≦Ｚ／Ｄ≦０．５を満たすように形成されている。
【００１５】
さらに、本発明に係る光ディスク装置は、光ディスクを回転させる光ディスク駆動装置と、光源から出射された光ビームを少なくともフォーカシング方向に制御駆動される対物レンズを介して光ディスクに集束させると共に該光ディスクからの戻り光を受け取る光学ピックアップ装置とを備え、前記対物レンズが、光源側に凸曲面状の第１の光学面の光軸方向の長さをサグ量（Ｚ）とし、前記光学面の光学的に有効な部分の光軸に直交する方向の長さを光学有効径（Ｄ）としたとき、０．４≦Ｚ／Ｄ≦０．５を満たすように形成されている。
【００１６】
このような構成において、前記光学面の曲率半径が小さく、光学レンズ製造時の中心出しを確実に行うことができ、高精度の成形が可能となるため、レンズの収差を減少させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。なお、図１〜図６中、図９〜図１３中の構成と同等のものについては同符号を付し、それらの構成及び作用に関する詳細な説明は省略する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態に係る対物レンズ４１を示しており、該対物レンズ４１は、例えば、ガラス製であり、凸曲面状の光学面４２と、該光学面４２の基端側に形成されたフランジ状のコバ部４４とを備えている。該コバ部４４の該光学面４２側にはさらに別の光学面４５が形成され、該別の光学面４５は、例えば、凹曲面状を成し、負の屈折力を有しており、前記対物レンズ４１はメニスカスレンズとなっている。前記光学面４２のサグ量Ｚと光学有効径Ｄとの割合、すなわち、Ｚ／Ｄの値は０．３以上となっている。したがって、前記光学面４２は曲率半径が小さく、屈折力を大きくとれるので、前記別の光学面４５の屈折力を変えることにより、前記対物レンズ４１の開口数を広範囲に変えることができるようになっている。また、前記光学面４２、前記別の光学面４５は非球面状を成している。
【００１９】
前記対物レンズ４１を製造するためのプレス成形機２４の構成は従来と同様であるので、その構成の詳細な説明は省略するが、本実施の形態の場合、図２及び図３に示すように、下キャビティ４７、上キャビティ４８の形状が従来の場合と異なっている。すなわち、前記下キャビティ４７には前記光学面４２の形状に一致するように従来より曲率半径が小さく深い凹部４９が形成され、前記上キャビティ４８には前記別の光学面４５の形状に一致するように、例えば、従来より曲率半径が大きく浅い凹部５０（図２参照）、或いは凸部５１（図３参照）が形成されている。この場合、前記凹部４９には、図４に示すように、炭化珪素等のセラミックス又は超硬合金等に砥石５２により研削加工を行ない凹曲面を形成させるのが一般的であり、半球面より小さい曲率半径の凹曲面を形成させようとすると、図５（ｃ）に示すように前記砥石５２が前記キャビティ４７と干渉してしまうので、前記光学面４２に半球面より小さい曲率半径の湾曲面を形成させることはできない。すなわち、加工上の理由から、前記光学面４２のサグ量Ｚと光学有効径Ｄとの割合、Ｚ／Ｄが０．５を超えることはない。
【００２０】
また、前記プレス成形機２４により前記対物レンズ４１を成形する手順も従来と同様であるので、その手順の詳細な説明は省略するが、前記下キャビティ４７の凹部４９は曲率半径が小さく深いので、球状のプリフォーム材３８を前記凹部４９に投入した時に、図２及び図３に示すように、前記プリフォーム材３８の芯と前記凹部４９の芯とが確実に一致する。そのため、前記プリフォーム材３８の加圧時にオーバーパック現象により前記キャビティ４７，４８等が破損したり、偏肉が生じ、コマ収差等、収差の非対称成分が発生したりすることがなくなる。また、前記プリフォーム材３８は、図６に示すように、前記対物レンズ４１にできるだけ近似した形状、特に、前記光学面４２の曲率半径と近似した曲率半径を有しているものを使用するのが好ましい。この場合には、容易且つ均一の圧力で成形できるので、レンズの形状精度が一層向上すると共に前記キャビティ４７，４８等へのダメージも一層軽減される。そして、前述した手順により、Ｚ＝１．５３ｍｍ、Ｄ＝３．８ｍｍで、Ｚ／Ｄが約０．４のメニスカスレンズを成形したところ、良好な収差を得ることができた。
【００２１】
なお、上記実施の形態においては、光学ピックアップ装置及び光ディスク装置で使用される対物レンズ４１について説明しているが、本発明に係る光学レンズは、これに限定されるものではなく、他の機器等に使用される他の光学レンズに対しても適用可能である。
【００２２】
また、上記実施の形態における前記各光学面４２，４５は非球面状を成しているが、球面状を成していてもよく、さらに、前記凹部の凹曲面はガラス離型膜で被覆してもよい。さらにまた、前記対物レンズ４１の材質は、前述したガラスに限らず、プラスティック、又は、プラスティックとガラスを複合したレプリカレンズ等２種類以上の材料を研磨し、或いは成形仕上げし貼り合せたもの、或いはインサート成形したもの等であってもよい。そして、前記対物レンズ４１がプラスティック製の場合、図７に示すように、プラスティックペレットをホッパ５３に投入し、スクリュー５４内で加熱溶融し、先端ノズル５５から溶融したプラスティックを型５６内に射出させるインジェクションモールドにより成形させてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、深く曲率半径の小さい型を用いることによりプリフォーム材の中心合わせの精度を向上させることができるため、高精度の成形が可能となる。また、凸曲面状光学面の有効径が小さくて済むので、成形時に大圧力をかける必要がなく、プリフォーム材の充填率を下げることができる。それにより、圧力を中心部と外周部間で均一にしやすいので、加圧時にプリフォーム材の中心部と外周部間で生じていた内部応力差が軽減され、加圧後の冷却過程でその内部圧力差により一端成形された形状が崩れたりすることがない。そのため、所定の形状に確実に成形することができ、レンズの収差を減少させることができる。
【００２４】
さらに、充填率を低減することができるので、光学レンズの成形時に製造装置に過大な圧力が掛かることがなく、製造装置の耐久性の向上を図ることができる等種々の優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る対物レンズを示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る対物レンズを製造する方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る対物レンズを製造する方法を示す断面図である。
【図４】（ａ）本発明の実施の形態におけるキャビティ凹部を形成する方法を示す概略図である。
（ｂ）本発明の実施の形態における凹部を形成する方法を示す概略図である。
（ｃ）本発明の実施の形態における凹部を形成する方法を示す概略図である。
【図５】（ａ）Ｚ／Ｄが０．５を超える凹部を形成する方法を示す概略図である。
（ｂ）Ｚ／Ｄが０．５を超える凹部を形成する方法を示す概略図である。
（ｃ）Ｚ／Ｄが０．５を超える凹部を形成する方法を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る対物レンズを製造する方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る対物レンズを製造する別の方法を示す断面図である。
【図８】光学ピックアップ装置を示す概略構成図である。
【図９】従来の対物レンズ駆動部を示す断面図である。
【図１０】従来例の対物レンズを示す側面図である。
【図１１】（ａ）従来の対物レンズを製造する方法を示す断面図である。
（ｂ）従来の対物レンズを製造する方法を示す断面図である。
（ｃ）従来の対物レンズを製造する方法を示す断面図である。
【図１２】従来の対物レンズを製造する方法を示す断面図である。
【図１３】従来の対物レンズを製造する方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１光学ピックアップ装置
２光ディスク
６光検出器
９半導体レーザ
１０対物レンズ駆動部
１７光ビーム
４１対物レンズ
４２光学面
４５別の光学面

Claims

凸曲面状の第１の光学面の光軸方向の長さをサグ量（Ｚ）とし、
前記光学面の光学的に有効な部分の光軸に直交する方向の長さを光学有効径（Ｄ）としたとき、
０．４≦Ｚ／Ｄ≦０．５を満たすように形成されている光学レンズ。
前記第１の光学面が非球面である請求項１に記載の光学レンズ。
前記凸曲面状の第１の光学面の反対面が、第２の光学面を成している請求項１に記載の光学レンズ。
前記第２の光学面が、凸曲面状光学面を成している請求項３に記載の光学レンズ。
前記第２の光学面が、凹曲面状光学面を成している請求項３に記載の光学レンズ。
前記凸曲面状の第１の光学面と、その反対面の前記第２の光学面との間に、光学面でないフランジ状のコバ部が形成されている請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の光学レンズ。
前記サグ量（Ｚ）が、前記凸曲面状の第１の光学面の先端から、前記コバ部までの光軸方向の長さに相当する請求項６に記載の光学レンズ。
光ビームを出射する光源と、
該光源から出射された光ビームを光ディスクに集束させる対物レンズと、
前記光ディスクからの戻り光ビームを受け取る光検出器と、
を備え、
前記対物レンズが、光源側に凸曲面状の第１の光学面の光軸方向の長さをサグ量（Ｚ）とし、
前記光学面の光学的に有効な部分の光軸に直交する方向の長さを光学有効径（Ｄ）としたとき、
０．４≦Ｚ／Ｄ≦０．５を満たすように形成されている光学ピックアップ装置。
前記対物レンズの前記第１の光学面が非球面である請求項８に記載の光学ピックアップ装置。
前記対物レンズの前記凸曲面状の第１の光学面の反対面が、第２の光学面を成している請求項８に記載の光学ピックアップ装置。
前記対物レンズの前記第２の光学面が、凸曲面状光学面を成している請求項１０に記載の光学ピックアップ装置。
前記対物レンズの前記第２の光学面が、凹曲面状光学面を成している請求項１０に記載の光学ピックアップ装置。
前記対物レンズの前記凸曲面状の第１の光学面と、その反対面の前記第２の光学面との間に、光学面でないフランジ状のコバ部が形成されている請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の光学ピックアップ装置。
前記対物レンズの前記サグ量（Ｚ）が、前記凸曲面状の第１の光学面の先端から、前記コバ部までの光軸方向の長さに相当する請求項１３に記載の光学ピックアップ装置。
光ディスクを回転させる光ディスク駆動装置と、
光源から出射された光ビームを少なくともフォーカシング方向に制御駆動される対物レンズを介して光ディスクに集束させると共に該光ディスクからの戻り光を受け取る光学ピックアップ装置と、
を備え、
前記対物レンズが、光源側に凸曲面状の第１の光学面の光軸方向の長さをサグ量（Ｚ）とし、
前記光学面の光学的に有効な部分の光軸に直交する方向の長さを光学有効径（Ｄ）としたとき、
０．４≦Ｚ／Ｄ≦０．５を満たすように形成されている光ディスク装置。
前記対物レンズの前記第１の光学面が非球面である請求項１５に記載の光ディスク装置。
前記対物レンズの前記凸曲面状の第１の光学面の反対面が、第２の光学面を成している請求項１５に記載の光ディスク装置。
前記対物レンズの前記第２の光学面が、凸曲面状光学面を成している請求項１７に記載の光ディスク装置。
前記対物レンズの前記第２の光学面が、凹曲面状光学面を成している請求項１７に記載の光ディスク装置。
前記対物レンズの前記凸曲面状の第１の光学面と、その反対面の前記第２の光学面との間に、光学面でないフランジ状のコバ部が形成されている請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
前記対物レンズの前記サグ量（Ｚ）が、前記凸曲面状の第１の光学面の先端から、前記コバ部までの光軸方向の長さに相当する請求項２０に記載の光ディスク装置。