JPWO2008072461A1 - 対物レンズ及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

低コストの樹脂材料を用いながら、温度変化による球面収差変化を低減し、且つ、既存の構成を変えずに光利用効率の向上を図るために、本発明に係る対物レンズ７は、樹脂材料からなる光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、当該対物レンズの温度が変化した際の収差変化を補正する機能を有する光路差付与構造を有し、かつ、当該対物レンズの像側開口数が０．８以上であり、ｈ線４０４．７ｎｍの光束に対する前記樹脂材料の屈折率をｎｈとしたとき、当該屈折率ｎｈが下記式（Ａ）の条件を満たす。１．６≦ｎｈ≦１．７２ … （Ａ）

Description

本発明は、樹脂材料からなる光ピックアップ装置用の対物レンズ及びその対物レンズを用いた光ピックアップ装置に関する。

従来から、光ピックアップ装置用の対物レンズの構成材料として、ガラスや樹脂の材料開発が進められているが、ガラスで対物レンズを製造しようとすると、素材そのものが高価である上に、ガラスは樹脂に比較して融点が高いので成形用金型の劣化が早く、製造コストが増加する。そのため、安価に製造可能でかつ製造コストも低減可能という理由で、対物レンズの構成材料として樹脂を用いることが強く望まれている。

しかしながら、樹脂はガラスに比べ温度変化による光学性能の変化が大きい。すなわち、樹脂材料は一般的に温度変化（温度上昇）に伴い屈折率が変動（低下）する為、球面収差が変化することとなる。このような収差変化は、トラッキングやフォーカシングのようなレンズ駆動によっては補償できない為、改善が望まれていた。

このような問題を解決するため、特許文献１に開示された技術では、対物レンズの光学面に回折構造を設け、温度変化による光源波長の変化を利用することで、対物レンズの温度が変化した際の屈折率変動による球面収差の変化を補償している。具体的には、光源の周辺温度が変化（上昇）する場合に発生する光源の波長変動（長波長側へのシフト）に伴う回折作用の変化による球面収差変化で、対物レンズの温度が変化（上昇）した際の屈折率変動による球面収差変化を相殺し、その結果として光学系における温度変化に伴う球面収差の発生を抑えている。

ところで、近年では、デジタル画像の高画素化や地上波デジタル放送の普及に伴い、Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｋ（ＢＤ）と呼ばれる規格の高記録容量光ディスク（光情報記録媒体）が提案されている。それに伴い光ピックアップ装置では、３８０〜４２０ｎｍという短波長の青紫色光を出射する光源と、像側開口数が０．８以上という高開口数の対物レンズとが、要求されている。

このような状況下において、ＢＤ規格の光ディスクの適用を想定すると、温度変化があってもその光源波長の変動が小さく（＋３０℃の温度変動で１．５ｎｍ程度の波長変動がある。）、特許文献１に開示された技術のように温度変化に伴う屈折率変動による球面収差変化を、波長変動に伴う回折作用の変化による球面収差変化で相殺するということができなくなり、光学系として温度変化に伴う球面収差の発生を十分に抑えきれないという問題を誘発する。

これに対し、対物レンズの光学面に特殊な回折構造を設けたり（特許文献２参照）、非周期位相構造（Ｎｏｎ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｐｈａｓｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，以下「ＮＰＳ」という。）と呼ばれる位相構造を設けたりして（特許文献３参照）、光源の波長変動に依存させずに、対物レンズにおける屈折率変動による球面収差変化自体の発生を抑制する技術も提案されている。
特開平１１−３３７８１８号公報 特開２００１−２８３４５９号公報 国際公開第０２／４１３０７号パンフレット

しかしながら、ＢＤ規格の光ディスクの適用を想定した場合に、特許文献２，３に開示された技術を適用したときでも、像側開口数が０．８以上の対物レンズにおける球面収差変化を十分に抑制する為には、輪帯数を増やす必要がある。そのため、対物レンズの製造時において金型から輪帯形状を樹脂に転写してその転写体を金型から離型しようとした場合に、輪帯形状が微細である故に樹脂材料が金型の輪帯形状の端部まで入り込まず、輪帯形状が設計通りに転写されなかったり、樹脂成型品の各輪帯同士で形状にバラツキ（いわゆる転写ダレ）が生じ、結果的に製造後の対物レンズにおいて設計通りの精度が保持されず、光利用効率が低下してしまう問題が発生した。

更に、像側開口数が０．８以上の対物レンズ（特にレンズの周辺部分）においては、従来の対物レンズと比較して入射面の曲率半径が小さくなる（曲率が大きくなる）為、入射光束が輪帯形状で遮られることで陰となる部分が生じ、光利用効率が低下してしまうことが判明した。

また、従来のＤＶＤ規格用の対物レンズにおいては光利用効率の波長依存性が問題となるレベルではなかったが、ＢＤ規格用の対物レンズでは光源波長の短波長化に伴い波長変化における光利用効率低下が無視できない。図５は、光源（半導体レーザ）の波長のばらつきも考慮した回折効率の温度依存性を示す図であり、同図に示すように±３０℃以内で１０％程度の回折効率の低下が観測されている。そのため、設計波長で光利用効率を７０％以上に設定することが技術的な課題となっている。

本発明の目的は、ＢＤ規格の光ディスクの適用を想定した場合でも、低コストの樹脂材料を用いながら、温度変化による球面収差変化を低減でき、且つ、既存の構成を変えずに光利用効率の向上を図ることができる対物レンズを提供することである。

上記課題を解決するため第１の発明は、
樹脂材料からなる光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
当該対物レンズの温度が変化した際の収差変化を補正する機能を有する光路差付与構造を有し、かつ、当該対物レンズの像側開口数が０．８以上であり、
ｈ線４０４．７ｎｍの光束に対する前記樹脂材料の屈折率をｎｈとしたとき、当該屈折率ｎｈが下記式（Ａ）の条件を満たすことを特徴としている。

１．６≦ｎｈ≦１．７２ … （Ａ）
上記第１の発明に係る対物レンズにおいては、
下記式（Ｂ）の条件を満たすのが好ましい。

（Ｄ×ｍ×Ｒｎ）／（ｆ×ｎｈ）＜１００ … （Ｂ）
上記式（Ｂ）中、「Ｄ」は当該対物レンズの光軸上の厚さであり、「ｍ」はｍ＝ｄ（ｎ−１）／λで表される回折次数であり、「Ｒｎ」は光線が透過する面の有効径内における光路差付与構造の輪帯数であり、「ｆ」は使用波長（λ）における当該対物レンズの焦点距離である。上記「ｍ＝ｄ（ｎ−１）／λ」中、「ｄ」は輪帯段差量であり、「ｎ」は使用波長（λ）における媒質（当該対物レンズ）の屈折率であり、「λ」は使用波長である。

第２の発明は、
第１の発明に係る対物レンズを有する光ピックアップ装置である。

本発明によれば、ＢＤ規格の光ディスクの適用を想定した場合でも、低コストの樹脂材
料を用いながら、温度変化による球面収差変化を低減でき、且つ、既存の構成を変えずに光利用効率の向上を図ることができる。

光ピックアップ装置１の内部構造を示す模式図である。 対物レンズ７の構造を示す断面図である。 図２の変形例を示す図面である。 回折のブレーズ形状を説明するための図面である。 回折効率の温度依存性について説明する図面である。

符号の説明

１ 光ピックアップ装置
２ 半導体レーザ発振器
３ コリメータ
４ ビームスプリッタ
５ １／４波長板
６ 絞り
７ 対物レンズ
７１ 入射面
７２ 出射面
７３ 光路差付与構造
８ センサーレンズ群
９ センサー
１０ ２次元アクチュエータ
Ｄ 光ディスク
Ｄ_１ 保護基板
Ｄ_２ 情報記録面

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲は以下の実施形態及び図示例に限定されるものではない。

はじめに、本発明に係る光ピックアップ装置１について説明する。

図１は、光ピックアップ装置１の内部構造を示す模式図である。

図１に示す通り、光ピックアップ装置１には、光源としての半導体レーザ発振器２が具備されている。半導体レーザ発振器２は、ＢＤ用として波長３８０〜４２０ｎｍの特定波長（例えば４０４．７ｎｍ）の青紫色レーザを出射するようになっている。半導体レーザ発振器２から出射される青紫色光の光軸上には、半導体レーザ発振器２から離間する方向に向かって、コリメータ３、ビームスプリッタ４、１／４波長板５、絞り６、対物レンズ７が順次配設されている。

ビームスプリッタ４と近接した位置であって、上述した青紫色光の光軸と直交する方向には、２組のレンズからなるセンサーレンズ群８、センサー９が順次配設されている。

対物レンズ７は、高密度な光ディスクＤ（ＢＤ用光ディスク）に対向した位置に配置されており、半導体レーザ発振器２から出射された青紫色光を光ディスクＤの一面上に集光するようになっている。対物レンズ７には、２次元アクチュエータ１０が具備されており、当該２次元アクチュエータ１０の動作により、対物レンズ７は所定の範囲を移動自在となっている。

続いて、光ピックアップ装置１の作用について説明する。

光ピックアップ装置１は、光ディスクＤへの情報の記録動作時や光ディスクＤに記録された情報の再生動作時に、半導体レーザ発振器２から青紫色光を出射する。出射された青紫色光は、コリメータ３を透過して平行光にコリメートされた後、ビームスプリッタ４を透過して、１／４波長板５を透過する。さらに、当該青紫色光は絞り６及び対物レンズ７を透過した後、光ディスクＤの保護基板Ｄ_１を介して情報記録面Ｄ_２に集光スポットを形成する。

集光スポットを形成した青紫色光は、光ディスクＤの情報記録面Ｄ_２で情報ピットによって変調され、情報記録面Ｄ_２によって反射される。そして、この反射光は、対物レンズ７及び絞り６を順次透過した後、１／４波長板５によって偏光方向が変更され、ビームスプリッタ４で反射する。その後、当該反射光は、センサーレンズ群８を透過して非点収差が与えられ、センサー９で受光されて、最終的には、センサー９によって光電変換されることによって電気的な信号となる。

以後、このような動作が繰り返し行われ、光ディスクＤに対する情報の記録動作や、光ディスクＤに記録された情報の再生動作が完了する。

続いて、本発明に係る対物レンズ７について説明する。

図２は対物レンズ７の構造を示す断面図であり、図３はその変形例を示す図面である。

図２に示す通り、対物レンズ７は光の入射面７１（半導体レーザ発振器２に対向する光学面）と出射面７２（光ディスクＤに対向する光学面）とが共に非球面で構成された単レ
ンズであって、像側開口数が０．８以上となっている。入射面７１には光軸を中心として輪帯状を呈した光路差付与構造７３（図２中拡大図参照）が形成されている。光路差付与構造７３は温度変化時の対物レンズ７の収差変化を補正する機能を有するもので、対物レンズ７の入射面７１では光路差付与構造７３として断面形状が鋸歯状を呈した回折構造が形成されている。

なお、光路差付与構造７３は図２の回折構造に限らず、図３に示すＮＰＳ構造であってもよい。

対物レンズ７は下記式（Ａ）の条件を満たす樹脂材料で構成されている。

１．６≦ｎｈ≦１．７２ … （Ａ）
上記式（Ａ）中、「ｎｈ」はｈ線４０４．７ｎｍの光束に対する屈折率である。

対物レンズ７はそのような樹脂材料で構成されている限り、その種類が特には制限されない。ここでいう「樹脂材料」とは、少なくとも樹脂を主成分とした材料を意味しており、「樹脂を主成分とした材料」とは、具体的には材料全体に対する樹脂の割合が５０重量％より大きい材料を意味する。そのような樹脂材料としては、成形が容易であるという特性を鑑みて、射出成形が可能な材料であることが好ましい。

当該樹脂材料は、光ピックアップ装置用の対物レンズ７に求められる性能を向上させる目的で、特に制限なく添加剤を含有してもよいが、従来から短波長の光を受光するためのものであるため、耐光安定剤を含有することが好ましい。

また、当該樹脂材料は、樹脂を主成分とする限り、１種類の樹脂のみで構成するか又は複数種類の樹脂を混合して構成した樹脂単体であってもよいし、樹脂に無機粒子を分散させた有機無機複合体であってもよい。

樹脂に無機粒子を分散させる場合において、光ピックアップ装置用の対物レンズ７としての透明性を損なわせないためには、当該無機粒子は使用波長に対して粒径が十分に小さい必要があり、具体的には体積平均粒径が３０ｎｍ以下であることが好ましい。十分に粒径の小さい無機粒子を樹脂に添加することで、透明性を保ちながら樹脂材料としての屈折率を調整したり、樹脂材料としての特性を所望の特性に調整することができる。

当該樹脂材料を構成するのに適用可能な樹脂としては、対物レンズ７を構成する樹脂材料として上記式（Ａ）の条件を満たす限り制限はないが、樹脂単体で上記式（Ａ）の条件を満たすことが困難である場合は、屈折率の高い無機粒子を樹脂に分散させることで、屈折率を所望の値に調整してもよい。

当該樹脂材料を構成するのに適用可能な樹脂としては、光学材料として一般的に用いられる透明樹脂であれば特に制限はない。上記式（Ａ）の条件を満たす樹脂材料であれば、その樹脂材料は樹脂単体で構成されてもよいし、樹脂と公知の無機粒子との有機無機複合体で構成されてもよく、当該樹脂としては熱可塑性樹脂、硬化性樹脂の何れの樹脂を用いてもよい。

当該熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、あるいは熱可塑性ポリイミド系樹脂等が好適である。

当該硬化性樹脂としては、紫外線及び電子線照射、あるいは加熱処理の何れかの操作によって硬化し得るものが適用可能であり、例えば、原子の屈折率が高い硫黄原子を含有する樹脂を用いることができる。硬化性樹脂の一例としては、ポリチオール化合物とポリイソシアネート化合物の反応により得られるチオウレタン構造を有する硬化型樹脂があり、硬化組成物成分であるモノマーのポリチオール化合物として１分子中に４個の硫黄原子を有する分岐型ポリチオール化合物や１分子中に５個の硫黄原子を有する分岐型ポリチオール化合物、あるいは分子中にジチアン環構造を有するポリチオール化合物等を用いた樹脂や、エピスルフィド系樹脂などが挙げられる。

当該樹脂材料を樹脂と無機粒子との有機無機複合体で構成する場合には、当該無機粒子として酸化物粒子や半導体結晶組成の粒子等が適用可能である。

当該酸化物微粒子としては、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム等、あるいは、リン酸塩、硫酸塩等、を挙げることができる。

当該半導体結晶組成の微粒子の組成例としては、例えば、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表第１４族元素の単体、リン（黒リン）等の周期表第１５族元素の単体、セレン、テルル等の周期表第１６族元素の単体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の複数の周期表第１４族元素からなる化合物、酸化錫（ＩＶ）（ＳｎＯ_２）、硫化錫（ＩＩ、ＩＶ）（Ｓｎ（ＩＩ）Ｓｎ（ＩＶ）Ｓ_３）、硫化錫（ＩＶ）（ＳｎＳ_２）、硫化錫（ＩＩ）（ＳｎＳ）、セレン化錫（ＩＩ）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（ＩＩ）（ＳｎＴｅ）、硫化鉛（ＩＩ）（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＩＩ）（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（ＩＩ）（ＰｂＴｅ）等の周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等の周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物（あるいはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）、硫化アルミニウム（Ａｌ_２Ｓ_３）、セレン化アルミニウム（Ａｌ_２Ｓｅ_３）、硫化ガリウム（Ｇａ_２Ｓ_３）、セレン化ガリウム（Ｇａ_２Ｓｅ_３）、テルル化ガリウム（Ｇａ_２Ｔｅ_３）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、硫化インジウム（Ｉｎ_２Ｓ_３）、セレン化インジウム（Ｉｎ_２Ｓｅ_３）、テルル化インジウム（Ｉｎ_２Ｔｅ_３）等の周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化タリウム（Ｉ）（ＴｌＣｌ）、臭化タリウム（Ｉ）（ＴｌＢｒ）、ヨウ化タリウム（Ｉ）（ＴｌＩ）等の周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）等の周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物（あるいはＩＩ〜ＶＩ族化合物半導体）、硫化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ_２Ｓ_３）、セレン化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ_２Ｓｅ_３）、テルル化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ_２Ｔｅ_３）、硫化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ_２Ｓ_３）、セレン化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ_２Ｓｅ_３）、テルル化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ_２Ｔｅ_３）、硫化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ_２Ｓ_３）、セレン化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ_２Ｓｅ_３）、テルル化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ_２Ｔｅ_３）等の周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ_２Ｏ）、セレン化銅（Ｉ）（Ｃｕ_２Ｓｅ）等の周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）等の周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＯ）等の周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）等の周期表第９族元素と周期表第１６族元素との化合物、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）、硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ）等の周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＯ）等の周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化モリブデン（ＩＶ）（ＭｏＳ_２）、酸化タングステン（ＩＶ）（ＷＯ_２）等の周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化バナジウム（ＩＩ）（ＶＯ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ_２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ_２Ｏ_５）等の周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化チタン（ＴｉＯ_２、Ｔｉ_２Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、Ｔｉ５Ｏ９等）等の周期表第４族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）等の周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化カドミウム（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｄＣｒ_２Ｏ_４）、セレン化カドミウム（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｄＣｒ_２Ｓｅ_４）、硫化銅（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｕＣｒ_２Ｓ_４）、セレン化水銀（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＨｇＣｒ_２Ｓｅ_４）等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート（ＢａＴｉＯ_３）等が挙げられる。

Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄら；Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，４巻，４９４頁（１９９１）に報告されている（ＢＮ）_７５（ＢＦ_２）_１５Ｆ_１５や、Ｄ．Ｆｅｎｓｋｅら；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，２９巻，１４５２頁（１９９０）に報告されているＣｕ_１４６Ｓｅ_７３（トリエチルホスフィン）_２２のように構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示される。

続いて、対物レンズ７の製造方法について説明する。

対物レンズ７の製造方法としては、従来の樹脂材料の成形に用いられる方法を特に制限なく用いることができる。

樹脂材料を樹脂単体で構成する場合にはそのまま成形工程の処理を実行すればよい（下記参照）が、樹脂材料を有機無機複合体で構成する場合には成形前に樹脂と無機粒子とを混合する。

樹脂材料を有機無機複合体で構成する場合において、樹脂として熱可塑性樹脂を適用してその熱可塑性樹脂に無機粒子を混合するときには、溶融混練装置でせん断力を与えながら熱可塑性樹脂と無機粒子とを混合するのがよい。このとき、熱可塑性樹脂の酸化による機能低下を防ぐため、Ａｒ、Ｎ_２等の不活性ガス雰囲気下で操作する事が好ましい。

他方、樹脂として硬化性樹脂を適用してその硬化性樹脂に無機粒子を混合する場合には、例えば有機無機複合体の構成成分の性状が液体状であるときには、硬化性樹脂と無機粒子との各成分を所定量配合し、その後に溶解混合するか、又はミキサーやブレンダー等で均一に混合し、その後にニーダーやロール等で適当な温度で加熱混練して液体状の有機無機複合体を得ることができる。有機無機複合体の構成成分の性状が固体状であるときには、硬化性樹脂と無機粒子との各成分を所定量配合し、その後にミキサーやブレンダー等で均一に混合し、その後にニーダーやロール等で加熱混練したものを冷却固化した後粉砕して、固体状の有機無機複合体を得ることができる。

熱可塑性樹脂の樹脂単体を用いて、又は熱可塑性樹脂と無機粒子との有機無機複合体を用いて対物レンズ７を成形する方法としては、特に制限されるものではないが、低複屈折性、機械強度、寸法精度等の特性に優れた成形物を得る為には溶融成形が好ましい。溶融成形法としては、例えば、市販のプレス成形、市販の押し出し成形、市販の射出成形等が挙げられるが、射出成形が成形性、生産性の観点から好ましい。

成形条件は使用目的又は成形方法により適宜選択されるが、例えば、射出成形における樹脂材料（熱可塑性樹脂の樹脂単体又は熱可塑性樹脂と無機粒子との有機無機複合体）の温度は、１５０℃〜４００℃の範囲が好ましく、２００℃〜３５０℃の範囲が更に好ましく、２００℃〜３３０℃の範囲が特に好ましい。このような温度範囲で成形を行えば、成形時に適度な流動性を当該樹脂材料に付与して成形品のヒケやひずみを防止したり、樹脂材料の熱分解によるシルバーストリークの発生を防止したり、更には成形物の黄変を効果的に防止することができる。

一方、硬化性樹脂の樹脂単体を用いて、又は硬化性樹脂と無機粒子との有機無機複合体を用いて対物レンズ７を硬化・成形する方法についても特に制限されるものではなく、硬化性樹脂が紫外線及び電子線硬化性の場合は、透光性の所定形状の金型等に樹脂材料を充填し、その後に紫外線及び電子線を照射して硬化・成形させればよい。硬化性樹脂が熱硬化性の場合は、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等により硬化・成形することができる。

以上の構成を具備する対物レンズ７は下記の特性を有しており、その特性が対物レンズ７の特徴部分となっている。

第１の特性として、ｈ線４０４．７ｎｍの光束に対する屈折率であって対物レンズ７を構成する樹脂材料の屈折率をｎｈとしたとき、当該屈折率ｎｈが下記式（Ａ）の条件を満たしている。

１．６≦ｎｈ≦１．７２ … （Ａ）
第２の特性として、下記式（Ｂ）の条件を満たしている。

（Ｄ×ｍ×Ｒｎ）／（ｆ×ｎｈ）＜１００ … （Ｂ）
上記式（Ｂ）中、「Ｄ」は対物レンズ７の光軸上の厚さであり（図２参照）、「ｍ」はｍ＝ｄ（ｎ−１）／λで表される回折次数であり、「Ｒｎ」は光線が透過する面の有効径内における光路差付与構造７３の輪帯数であり、「ｆ」は使用波長（λ）における対物レンズ７の焦点距離である。

上記「ｍ＝ｄ（ｎ−１）／λ」中、「ｄ」は輪帯段差量であり（図２中拡大図参照）、「ｎ」は使用波長（λ）における媒質（対物レンズ７）の屈折率であり、「λ」は使用波長である。「輪帯段差量（単に段差量ともいう）」とは、図２中の拡大図に示されるように、隣り合う輪帯の間の段差部における光軸方向の距離を意味する。

以上の本実施形態に係る対物レンズ７によれば、ＢＤ規格の光ディスクの適用を想定した場合でも、低コストの樹脂材料を用いながら、温度変化による球面収差変化を低減でき、且つ、既存の構成を変えずに光利用効率の向上を図ることができる（下記実施例参照）。

本実施例では、複数のＢＤ専用対物レンズを作製し（下記実施例１，２及び比較例参照）、各対物レンズの光利用効率を算出した。
［実施例１］
（１）製造方法
純水１６０ｃｃ、エタノール５６０ｃｃ、アンモニア水（２５％）３０ｃｃの混合溶液にアルミナ（日本アエロジル社製Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ Ｃ）を１０ｇ加えて作製した懸濁液を、ウルトラアペックスミル（壽工業株式会社）を用いて分散し、アルミナ粒子の分散液を得た。その後、この分散液を撹拌しながら、その分散液に対し、テトラエトキシシラン（信越化学社製ＬＳ−２４３０）７６ｃｃ、水１６ｃｃ、エタノール５６ｃｃの混合溶液を８時間かけて滴下した。さらに、滴下終了後の分散液を１時間攪拌し続けたところで、アンモニア水を用いてその分散液のｐＨを１０．４まで上げ、室温で１５時間攪拌を行った。

その後、遠心分離を用いて上記分散液中からアルミナ粒子を分離し、１９０℃で５時間加熱して乾燥を行い、白色粉末状の無機粒子を得た。得られた無機粒子５質量部に対し、メタノール３００質量部と１モル％の硝酸水溶液とを添加し、この混合液を５０℃で撹拌しながら、その混合液に対しメタノール１００質量部とシクロペンチルトリメトキシシラン６質量部との混合液を６０分かけて滴下し、その後さらに当該分散液を２４時間撹拌した。得られた透明な分散液を酢酸エチルに懸濁させ、その懸濁液に対し遠心分離を行い、表面改質した白色の無機粒子を得た。

次に、上記無機粒子を、溶融した３６質量部のポリカーボネート樹脂（帝人化成社製パンライトＡＤ５５０３）に添加し、溶融混練によりポリカーボネート樹脂に上記無機粒子を分散させ、樹脂と無機粒子との有機無機複合体を作製した。混練条件は、混練装置としてＨＡＡＫＥ社製混練装置を用い、混練温度を２００℃と、混練回転数を３０ｒｐｍ（ｒｏｕｎｄ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）と、混練時間を無機粒子の添加終了後の５分間とした。得られた樹脂と無機粒子との有機無機複合体を溶融させて加熱成型し、厚さ３ｍｍの試験用プレートを作製した。当該試験用プレートを「実施例１」とした。

なお、カルニュー光学工業（株）製の自動屈折計ＫＰＲ−２００を用いて、実施例１の樹脂材料（有機無機複合体）のｈ線４０４．７ｎｍの屈折率ｎｈを測定したところ、ｎｈ＝１．６１であった。
（２）レンズデータ
実施例１の対物レンズのレンズデータを表１に示す。

なお、実施例１では、焦点距離が１．７６４ｍｍで、像側開口数が０．８５で、基準波長が４０５ｎｍである。

表１上段中、面番号「２，３」が対物レンズの面を示し、面番号「４」が光ディスクの面を示す。「ｒｉ」は第ｉ面の曲率半径を表し、「ｄｉ」は第ｉ面から第（ｉ＋１）面までの変位を表し、「ｎｉ」は第ｉ面の波長４０４．７ｎｍの光に対する屈折率を表す。

対物レンズの入射面（光源側光学面，第２面）及び出射面（光ディスク側の光学面，第３面）は、数式１に対し表１に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。

数式１中、「ｘ」は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）を表し、「κ」は円錐係数を表し、「Ａ_２ｉ」は非球面係数を表し、「ｈ」は光軸に垂直な方向の高さを表す。

第２面の回折構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、「Ｈ（ｍｍ）」を光軸に垂直な方向の高さと、「Ｂ_２ｉ」を光路差関数係数とするとき、数式２に表１に示す係数を代入して定義される「光路差関数Φ（Ｈ）（ｍｍ）」で表される。

［実施例２］
（１）製造方法
実施例１の樹脂をフルオレン系樹脂（大阪ガスケミカル社製ＯＫＰ４）に変更した。それ以外は、実施例１の製造方法と同様にして厚さ３ｍｍの試験用プレートを作製し、これを「実施例２」とした。

なお、カルニュー光学工業（株）製の自動屈折計ＫＰＲ−２００を用いて、実施例２の樹脂材料（有機無機複合体）のｈ線４０４．７ｎｍの屈折率ｎｈを測定したところ、ｎｈ＝１．６６であった。
（２）レンズデータ
実施例２の対物レンズのレンズデータを表２に示す。

なお、実施例２では、焦点距離，開口数，基準波長がすべて実施例１のそれと同様であり、当該対物レンズの入射面や出射面，第２面の回折構造は実施例１で説明したのと同様の意味を有しており、当該対物レンズを特徴付ける文字等も実施例１と同様の意味を有している。

［比較例］
比較例の対物レンズのレンズデータを表３に示す。

なお、比較例では、焦点距離，開口数，基準波長がすべて実施例１のそれと同様であり、当該対物レンズの入射面や出射面，第２面の回折構造は実施例１で説明したのと同様の意味を有しており、当該対物レンズを特徴付ける文字等も実施例１と同様の意味を有している。

［回折効率，光利用効率の算出］
上記実施例１，２及び比較例の各対物レンズの光利用効率を下記の通り算出し、その算出結果を各対物レンズの特性等と併せて表４に示す。
（１）成形時の転写不足を考慮した回折効率（％）の算出
反射による損失を無視したｍ次の回折効率η_ｍは数式３，数式４で表現される。

数式３，数式４中、「φ」は回折格子の持つ位相関数であり、数式５で表現される。

ここで、図４に示す通り、回折のブレーズ形状の先端が「ｒ」という転写不良をもっている場合には、数式３は数式６で表される。

段差形状によって付与される設計時の位相をＡとしたとき、転写不足を考慮した場合の位相Ｂは下記式で計算される。

位相Ｂ＝ｄ’／（λ／１０００／（ｎ−１）） … （Ｘ）
上記式（Ｘ）中、「ｄ’」は位相付与に寄与する段差量（μｍ）であり、「λ」は使用波長（ｎｍ）であり、「ｎ」は使用波長λにおける媒質屈折率である。

このとき、回折効率η_ｍは数式７，数式８により計算される。

すなわち、転写不良部分の形状を測定により求め、形状誤差量を理想形状より差し引いた際の位相寄与の積分を計算すると、成形時の転写不足を考慮した回折効率が算出できる。
（２）レンズ透過後の光利用効率（％）の算出
実施例１、実施例２及び比較例の各対物レンズの分光透過率に上記回折効率を積算し、その値を光利用効率とした。

なお、実施例１、実施例２、比較例の樹脂材料は消衰係数（ｋ）が６．０８６×１０^−０７であり、実施例１の対物レンズの分光透過率は８７．１％（ｈ線）であり反射防止コート成膜後は９０％（ｈ線）であった。実施例２の対物レンズの分光透過率は８５．９％（ｈ線）であり反射防止コート成膜後は８９％（ｈ線）であった。比較例の対物レンズの分光透過率は８８．３％（ｈ線）であり反射防止コート成膜後は９１％（ｈ線）であった。

表４中、「Ｄ」は各対物レンズの光軸上の厚さであり、「ｍ」はｍ＝ｄ（ｎ−１）／λで表される回折次数であり、「Ｒｎ」は光線が透過する面の有効径内における光路差付与構造の輪帯数であり、「ｎｈ」はｈ線４０４．７ｎｍの屈折率であり、上記「ｍ＝ｄ（ｎ−１）／λ」中、「ｄ」は輪帯段差量であり、「ｎ」は使用波長（λ）における媒質（各対物レンズ）の屈折率であり、「λ」は使用波長である。

表４中、「ΔＴ＝＋３０℃」は温度が３０℃上昇したという意味であり、「Δλ＝１．５ｎｍ」は使用波長が１．５ｎｍ変動したという意味であり、「ＷＦＥ（Ｗａｖｅ Ｆｒｏｎｔ Ｅｒｒｏｒ）」は波面収差（λ）である。

「最大段差量」は光路差付与構造の各輪帯の段差量のなかで最大のものであり、「最小輪帯幅」は光路差付与構造の各輪帯の幅のなかで最小のものであり、「形状誤差」は金型と樹脂成型品（対物レンズ）との形状のズレ量を意味するものである。

表４に示す通り、実施例１，２の対物レンズと比較例の対物レンズとを比較すると、ΔＴ＝＋３０℃、Δλ＝１．５ｎｍのＷＦＥの欄に示される通り、温度変化による波面収差の変化は実施例１，２及び比較例の各対物レンズでともに十分に補正されているが、比較例の対物レンズは、ｎｈが上記式（Ａ）の条件から外れていることで、波面収差の変化を抑えるのに必要な輪帯数（「Ｒｎ」に相当する。）が大きくなり、結果として、光利用効率が７０％を下回っている。光ピックアップ装置用の対物レンズとしては、光利用効率は少なくとも７０％よりも大きい必要があり、比較例の対物レンズは用いることができない。

これに対し、実施例１，２の対物レンズはｎｈが上記式（Ａ）の条件を満たしており、その結果、比較例の対物レンズより輪帯数（「Ｒｎ」に相当する。）が少なく、光利用効率が７０％を上回っている（表４中太字参照）。また、対物レンズの既存の構成を変えずに光利用効率の向上を図る上では、更に、上記式（Ｂ）の条件を満たすのが有用であることがわかる。

また、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）測定から、対物レンズの見込み角が大きくなると光路差付与構造中の輪帯の段差量（表４中「ｄ」に相当する。）の形状誤差が大きくなることがわかった。

これに着目して実施例１，２の対物レンズと比較例の対物レンズとを比較すると、表４に示す通り、ｎｈが１．６以上である実施例１，２の対物レンズは比較例の対物レンズより形状誤差が低減している。形状誤差が低減している理由には、有効径周辺部分での面形状が大きく関係し、有効径周辺部分で面形状の傾きが緩やか、すなわち見込み角が小さいほうが形状誤差は小さくなる。「見込み角」とは、光線が光学面の有効径の端部で当該光学面と交わる点における法線と光軸とが交わる角度である（図２参照）。実施例１，２、比較例共に、光軸からの高さｈ＝１．５ｍｍでの見込み角は、実施例１が６３．３°、実施例２が６２．１°、比較例が６５．２°である。以上から、上記式（Ａ）の条件を満たすことは、形状誤差の低減に有用であり、結果的に光利用効率の向上につながっていることがわかる。

Claims (3)

1. 樹脂材料からなる光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
   当該対物レンズの温度が変化した際の収差変化を補正する機能を有する光路差付与構造を有し、かつ、当該対物レンズの像側開口数が０．８以上であり、
   ｈ線４０４．７ｎｍの光束に対する前記樹脂材料の屈折率をｎｈとしたとき、当該屈折率ｎｈが下記式（Ａ）の条件を満たすことを特徴とする対物レンズ。
   １．６≦ｎｈ≦１．７２ … （Ａ）
2. 下記式（Ｂ）の条件を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の対物レンズ。
   （Ｄ×ｍ×Ｒｎ）／（ｆ×ｎｈ）＜１００ … （Ｂ）
   （上記式（Ｂ）中、「Ｄ」は当該対物レンズの光軸上の厚さであり、「ｍ」はｍ＝ｄ（ｎ−１）／λで表される回折次数であり、「Ｒｎ」は光線が透過する面の有効径内における光路差付与構造の輪帯数であり、「ｆ」は使用波長（λ）における当該対物レンズの焦点距離である。上記「ｍ＝ｄ（ｎ−１）／λ」中、「ｄ」は輪帯段差量であり、「ｎ」は使用波長（λ）における媒質（当該対物レンズ）の屈折率であり、「λ」は使用波長である。）
3. 請求の範囲第１項又は第２項に記載の対物レンズを有することを特徴とする光ピックアップ装置。