JPWO2008111380A1 - 光ピックアップ装置用の光学素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、異なる種類の光ディスクを使用可能であるにもかかわらず、簡素且つ低コストである光ピックアップ装置用の光学素子ユニット並びにそれを用いた光ピックアップ装置を提供する。成形時には、キャビティUM1の軸線UX1と、キャビティLM1の軸線LX1とが一致するように、上型UMと下型LMとを位置決めする。すると、上型UMと下型LMとの製造誤差に従い、キャビティUM2の軸線UX2と、キャビティLM2の軸線LX2とは、シフト量δのレンズ面シフトが生じる。これに対し、第2の対物レンズ部OBJ2の面S2を、平面もしくは曲率半径の大きな曲面とすることで、レンズ面シフトの影響を抑制して、CDの情報記録面RL2に対してコマ収差を抑えた適切な集光スポットを形成できるようにしている。

Description

本発明は、異なる種類の光情報記録媒体(光ディスクともいう)に対して情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置用の枠体及び光学素子ユニット並びにそれを用いた光ピックアップ装置に関する。
現在において、多種多様な情報を記録したDVDやCD(コンパクトディスク)が販売されている現実をふまえると、一台のプレーヤーで可能な限り様々なタイプの光ディスクに対して適切に情報の記録/再生ができるようにすることが望まれている。
ここで、光ピックアップ装置において、単一の対物レンズを用いて異なる光ディスクの互換使用が可能になれば、コンパクト化を実現する上で好ましいと言える。ところが、単一の対物レンズを用いて複数の波長の光束を、異なる基板厚を有する光ディスクの情報記録面に集光させようとすると、光学面に回折構造等を設ける必要があり、コスト高を招く。一方、屈折面からなる対物レンズを光ピックアップ装置に複数個搭載し、使用する波長の光束に応じて切り換えることも考えられるが、対物レンズのコストは下がるものの、組付時における対物レンズ相互の調整の手間が増え、対物レンズの支持構成等が複雑化し光ピックアップ装置の大型化を招くという問題がある。
これに対し、対物レンズの「共通化」と「コンパクト化」を両立させ、更に好ましい光学性能を得るために、レンズを並列に並べて一体成形した複合光学素子を用いることが考えられる。このような複合光学素子は、個々に成形した2つのレンズを用いる場合に比べて、フランジ部を共通化できるため、レンズ間の間隔を狭められるというメリットがある。また、組み立て調整の簡易化や低コスト化を図ることができるというメリットもある。このような複合光学素子の例としては、特許文献1に記載されたものがある。
特表2005−512253号公報
ところで、一般的に単一レンズを成形する際に、一方の光学面を転写成形する金型と、光軸に沿ってそれに対向する他方の光学面を転写成形する金型とが、光軸と直交方向にずれてしまうという、いわゆるレンズ面シフトが発生する。かかるレンズ面シフトは、金型の位置合わせ誤差等によって生じるものであるが、それにより単一レンズに3次コマ収差が発生する恐れがある。しかるに、レンズ面シフトは、金型の位置合わせを高精度に行うことで、ある程度解消することができる。
ところが、対物レンズ部を並列に並べて一体的に成形された複合光学素子の場合、金型の製造誤差により、一方の対物レンズ部の面シフトを解消すべく金型の調整を最適に行うと、他方の対物レンズ部の面シフトが残存あるいは発生してしまうという問題がある。レンズ面シフトを解消するために、金型の製造誤差及び位置決め精度を高くしようとすると、製造コストが顕著に増大する。同様な問題は、軸線が傾いて一対の金型が取り付けられてしまう、いわゆるレンズ面チルトでも生じる。
そこでレンズ面シフト及びレンズ面チルトを低減させるため、一体的に成形された対物レンズの少なくとも一方の片面を平面あるいは平面に近づけることが考えられる。このようにすることにより、レンズ面チルトの調整さえ許容量以下に行えば、レンズ面シフトが発生することがないか、あるいはその発生を低減することができる。
また、光ディスク用対物レンズは、フォーカシングのために光軸方向に駆動され、トラッキングのために光軸垂直方向に駆動される。これらのうちトラッキングの場合、対物レンズに対して光束が斜入射することとなり、像高が生じるため、これがコマ収差となって集光スポット形成に悪影響を生じる。この場合、上述のレンズ面シフト及びレンズ面チルトが大きいほど、生じるコマ収差も増大してしまう。
一方、このような像高特性は、レンズ面の形状を工夫することによってある程度解決できることが知られている。すなわち、2面ある光学面のうち、両面を非球面形状にすることにより、斜入射に対してもコマ収差の発生を抑制することが可能になる(本明細書において、このような形状を両面非球面ということがある。また両面ともに凸面であるものを両凸と略称する場合がある)。
しかし、これを、片面を平面に近づけ、他方の面の曲率を大きくするにしたがい、像高特性が悪化し、斜入射にともなうコマ収差の発生が顕著になる(本明細書において、このような形状を片面非球面ということがある。また片面が平面で、他方の面が凸面であるものを平凸と略称する場合がある。この場合、完全な平面でなくとも、平面に近い、大変ゆるいカーブの面も、平面扱いにするものとする)。
したがって、レンズ面を両凸形状にすることが製造上誤差が生じにくいが、そのための金型調整がコスト増要因であり、一方そのコストを低減するために全てのレンズ面を平凸形状とすることは、ピックアップ性能上問題がある。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、異なる種類の光ディスクを使用可能であるにもかかわらず、簡素且つ低コストである光ピックアップ装置用の光学素子及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
本明細書においては、DVDとは、DVD−ROM、DVD−Video、DVD−Audio、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+R、DVD+RW等のDVD系列光ディスクの総称であり、CDとは、CD−ROM、CD−Audio、CD−Video、CD−R、CD−RW等のCD系列光ディスクの総称である。更に、情報の記録/再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色SHGレーザを使用する光ディスク(光情報記録媒体ともいう)を用いることもできる。このような光ディスクを総称して「高密度光ディスク」といい、NA0.85の対物光学系により情報の記録/再生を行い、保護層の厚さが0.1mm程度である規格の光ディスク(例えば、BD:ブルーレイディスク)の他に、NA0.65乃至0.67の対物光学系により情報の記録/再生を行い、保護層の厚さが0.6mm程度である規格の光ディスク(例えば、HD DVD:単にHDともいう)も含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十nm程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜が形成されていない光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録/再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色SHGレーザを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。 記録密度は、高密度光ディスクが最も高く、次いでDVD、CDの順に低くなる。
請求の範囲第1項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子は、単一又は複数の光源と、第1の対物レンズ部と第2の対物レンズ部とが一体的に成形された光学素子とを有し、前記光源からの光束を、前記第1の対物レンズ部を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることにより、その情報記録面に対して情報の記録及び/又は再生が可能となっており、また前記第2の対物レンズ部を介して前記第1光情報記録媒体よりも記録密度が小さい第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることにより、その情報記録面に対して情報の記録及び/又は再生が可能となっている光ピックアップ装置用の光学素子であって、
前記第1の対物レンズ部と前記第2の対物レンズ部とは共に単玉であり、
前記第1の対物レンズ部は共に非球面である互いに対向する第1光学面と第2光学面を有し、
前記第2の対物レンズ部は互いに対向する第1光学面と第2光学面を有し、
いずれの対物レンズ部においても、前記第1光学面の曲率の方が前記第2光学面の曲率より大きく、
前記第2の対物レンズ部の前記第2光学面において、光軸上の点と、前記第2の対物レンズ部の有効径Deに相当する光軸高さにおける点との光軸方向の距離をΔsagとしたときに、以下の式を満たすことを特徴とする。
0 ≦ Δsag/De < 0.15 (1)
好ましくは、以下の式を満たすことを特徴とする。
0 ≦ Δsag/De < 0.09 (2)
本発明者らは、第1の対物レンズ部と第2の対物レンズ部とが一体的に成形された光学素子の低コスト化を図るために、ある程度の金型の製造誤差や位置合わせ誤差を許容して、所定のレンズ面シフトやレンズ面チルトが生じることを前提としながらも、収差を少なくする技術を見出した。尚、本明細書でいう第1の対物レンズ部と第2の対物レンズ部とが一体的に成形された光学素子とは、第1の対物レンズ部と第2の対物レンズ部とが一体成形により製造され、互いに癒合しているような光学素子をいい、第1の対物レンズ部と第2の対物レンズ部とを別々に製造し、後で嵌合などにより一体化した光学素子は、本発明の光学素子には含まれないものとする。より具体的には、第1の対物レンズ部を基準として金型の位置決めを行うことで、第1の対物レンズ部については、光軸ズレを抑えてコマ収差の少ない集光スポットを、記録密度が高い第1光情報記録媒体の情報記録面に形成する。一方、第2の対物レンズ部については、レンズ面シフトやレンズ面チルトによる光軸ズレが残存してしまう可能性が高いが、前記第2のレンズ部の第2光情報記録媒体側の光学面を平面に近づけることで、例えレンズ面シフトやレンズ面チルトによる光軸ズレが生じても、コマ収差の少ない集光スポットを、第2光情報記録媒体の情報記録面に形成することができる。一体的に成形された光学素子について、両方の対物レンズが平凸形状であると、ともに像高特性の発生が顕著になり、ピックアップとしての性能が悪化するか、あるいは使用に耐えないものとなる。しかし精度を要求される側である第1の対物レンズ部については両凸形状とすることにより良好な像高特性の設計とすることができ、また調整を厳しく行って製造することによって、必要な精度を確保できる。そして、第1の対物レンズ部について調整を厳しく行うことから、第2の対物レンズ側に不可避的に発生するレンズ面シフト及びレンズ面チルトについては、平凸形状とすることにより、その影響を皆無に近く抑え込む事に成功しているのである。特に第2光情報記録媒体は、第1の光情報記録媒体に対して情報記録密度が低いので、第2の対物レンズ部に要求される設計上の制限が比較的緩やかであり、光学面を平面に近づけやすいという実情もある。尚、Δsag/Deが(1)式の上限を超えると、レンズ面シフトやレンズ面チルトに応じて発生するコマ収差が大きくなりすぎるので、なるべくゼロに近づけることが望ましい。
第1光情報記録媒体としてはDVDが好ましく、第2光情報記録媒体としてはCDが好ましい。第1の対物レンズ部と第2の対物レンズ部の光学面は、それぞれ屈折面のみから形成することで、成形を容易にできる。第1の対物レンズ部と第2の対物レンズ部の有効径又はワーキングディスタンスを等しくすると、光ピックアップ装置において使い勝手がよいので好ましい。光学素子の光源側において、光学面以外の部位にも反射防止コートを施したり、面粗度を悪くしたりすることで、光学素子からの反射光が光検出器に迷光として入射することを抑制できる。
請求の範囲第2項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子は、前記第1の対物レンズ部の前記第2光学面の曲率が、前記第2の対物レンズ部の前記第2光学面の曲率より大きいことを特徴とする。従って、第1の対物レンズ部が、設計上の制限が多いより高密度の第1の光情報記録媒体に対して記録/再生を行うために、十分な光学性能を得ることができる。
請求の範囲第3項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子は、請求の範囲第1項又は第2項に記載の発明において、前記第2のレンズ部の前記第2光学面における曲率半径の絶対値は、2mm以上であることを特徴とする。好ましくは、2.3mm以上であり、より好ましくは3mm以上である。
請求の範囲第4項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子は、請求の範囲第1項又は第2項に記載の発明において、前記第2のレンズ部の前記第2光学面は平面であることを特徴とする。
請求の範囲第5項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子は、請求の範囲第1項乃至第4項のいずれかに記載の発明において、前記光学素子はプラスチック製であることを特徴とする。
請求の範囲第6項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第1項乃至第5項のいずれかに記載の光学素子を有することを特徴とする。
本発明によれば、異なる種類の光ディスクを使用可能であるにもかかわらず、簡素且つ低コストである光ピックアップ装置用の枠体及び光学素子ユニット並びにそれを用いた光ピックアップ装置を提供することができる。
光ピックアップ装置PU1の構成を概略的に示す図である。 本実施の形態にかかる光学素子OUの断面図である。 光学素子OUを成形する金型の断面図である。
符号の説明
AC1 2軸アクチュエータ
COL コリメータ
DS1 第1の受光部
DS2 第2の受光部
EP1 第1の発光点
EP2 第2の発光点
FL フランジ部
LM レーザモジュール
LM 下型
OBJ1 第1の対物レンズ部
OBJ2 第2の対物レンズ部
OU 光学素子ユニット
PL1 保護基板
PL2 保護基板
PU1 光ピックアップ装置
RL1 情報記録面
RL2 情報記録面
S1 光学面
S2 光学面
UM 上型
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。尚、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置PU1は、光ディスクドライブ装置に組み込むことが可能である。図1は、光ピックアップ装置PU1の概略構成を示す図である。
光ピックアップ装置PU1は、第1光情報記録媒体であるDVDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され波長λ2=655nmの赤色レーザ光束(第1光束)を射出する第1の発光点EP1(第1光源)と、第2光情報記録媒体であるCDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され波長λ3=785nmのレーザ光束(第2光束)を射出する第2の発光点EP2(第2光源)と、DVDの情報記録面RL1からの反射光束を受光する第1の受光部DS1と、CDの情報記録面RL2からの反射光束を受光する第2の受光部DS2と、光学素子OUとを有している。光学素子OUは、アクチュエータAC1により直接駆動される。
本実施の形態においては、光ディスクに対向して光学素子OUが配置されている。図2は、光学素子OUの断面図である。光学素子OUは、第1の対物レンズ部OBJ1と第2の対物レンズ部OBJ2とをフランジ部FLで連結した構成を有し、プラスチックから一体的に成形されてなる。ここでは、光源側の光学面をS1,光ディスク側の面をS2とすると、第2の対物レンズ部OBJ2の面S2は、平面もしくは、それに近い曲率半径の大きな曲面(例えば2mm以上)となっており、第2の対物レンズ部OBJ2の面S1は、それより小さな曲率半径の曲面となっている。また、第1の対物レンズ部OBJ1の面S2も、対2の対物レンズ部OBJ2の面S2よりも小さな曲率半径の曲面である。第2の対物レンズ部OBJ2の有効径をDeとしたときに、面S2において、光軸上の点P1と、有効径Deに相当する光軸高さにおける点P2との光軸方向の距離をΔsagとしたとき
に、以下の式を満たすようになっている。
0 ≦ Δsag/De < 0.15 (1)
好ましくは、以下の式を満たすことを特徴とする。
0 ≦ Δsag/De < 0.09 (2)
図3は、光学素子OUを成形する金型の断面図である。図3において、上型UMは、第1の対物レンズ部の面S1に対応するキャビティUM1と、第2の対物レンズ部の面S1に対応するキャビティUM2とを有している。一方、下型LMは、第1の対物レンズ部の面S2に対応するキャビティLM1と、第2の対物レンズ部の面S2に対応するキャビティLM2とを有している。
成形時には、キャビティUM1の軸線UX1と、キャビティLM1の軸線LX1とが一致するように、上型UMと下型LMとを位置決めする。すると、キャビティUM1,LM1により成形される第1の対物レンズ部OBJ1は、それに対応して面S1,S2の光軸が互いに一致し、所望の光学特性を発揮できる。一方、上型UMと下型LMとの製造誤差に従うことにより、図3に示すように、キャビティUM2の軸線UX2と、キャビティLM2の軸線LX2とは、シフト量δのレンズ面シフトによるズレが生じる恐れがある。かかる場合、キャビティUM2,LM2により成形される第2の対物レンズ部OBJ2は、それに対応して面S1,S2との間にズレ量δの光軸ズレが生じる。しかしながら、本実施の形態においては、第2の対物レンズ部OBJ2の面S2を、平面もしくは、(1)式を満たすように曲率半径の大きな曲面とすることで、レンズ面シフトの影響を抑制して、CDの情報記録面RL2に対してコマ収差を抑えた適切な集光スポットを形成できるようにしている。
又、上型UMと下型LMとの製造誤差によっては、キャビティUM2の軸線UX2と、キャビティLM2の軸線LX2とが傾くことで、レンズ面チルトによる軸線の傾きが生じる恐れがある。かかる場合、キャビティUM2,LM2により成形される第2の対物レンズ部OBJ2は、それに対応して面S1,S2との間の光軸の傾きが生じる。しかしながら、第2の対物レンズ部OBJ2の面S2を、平面もしくは、(1)式を満たすように曲率半径の大きな曲面とすることで、レンズ面チルトの影響を抑制して、CDの情報記録面RL2に対してコマ収差を抑えた適切な集光スポットを形成できるようにしている。
図1に示す光ピックアップ装置PU1において、DVDに対して情報の記録/再生を行う場合には、図1に示す位置に光学素子OUを移動させ、第1の対物レンズ部OBJ1を光路内に挿入し、第1の発光点EP1を発光させる。第1の発光点EP1から射出された発散光束は、図1において実線でその光線経路を描いたように、コリメータCOLにより平行光束に変換され、第1の対物レンズ部OBJ1に入射した後、DVDの保護基板PL1を介して情報記録面RL1上に形成されるスポットとなる。第1の対物レンズ部OBJ1は、2軸アクチュエータAC1によって光学素子OUごと駆動されフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面RL1で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第1の対物レンズ部OBJ1及びコリメータCOLを透過した後、レーザモジュールLMに入射し、その後、プリズム内で2回反射された後、第1の受光部DS1に収束する。そして、第1の受光部DS1の出力信号を用いてDVDに記録された情報を読み取ることができる。
光ピックアップ装置PU1において、CDに対して情報の記録/再生を行う場合には、図1に示す位置から光学素子OUを移動させ、第2の対物レンズ部OBJ2を光路内に挿入し、第2の発光点EP2を発光させる。第2の発光点EP2から射出された発散光束は、図1において点線でその光線経路を描いたように、コリメータCOLにより平行光束に変換され、第2の対物レンズ部OBJ2に入射した後、CDの保護基板PL2を介して情報記録面RL2上に形成されるスポットとなる。第2の対物レンズ部OBJ2は、2軸アクチュエータAC1によって光学素子OUごと駆動されフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面RL2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第2の対物レンズ部OBJ2及びコリメータCOLを透過した後、レーザモジュールLMに入射し、その後、プリズム内で2回反射された後、第2の受光部DS2に収束する。そして、第2の受光部DS2の出力信号を用いてCDに記録された情報を読み取ることができる。
(実施例)
表1に、上述した実施の形態で用いることができる光学素子のレンズデータを示す。表中で用いる符号は、例えば「3CM」は3次コマ収差を意味し、「5SA」は5次球面収差を意味し、「f」は焦点距離であり、「WD」はワーキングディスタンスである。実施例1の第2の対物レンズ部(CD用)は、光ディスク側の面S2の曲率半径が3.0116mmであり、Δsag/Deは0.0804である。一方、実施例2の第2の対物レンズ部(CD用)は、光ディスク側の面S2の曲率半径が無限大であり、Δsag/Deは0である。第1の対物レンズ部(DVD用)は共通である。
表1に示すように、実施例1,2の第2の対物レンズ部によれば、5μmのレンズ面シフトが生じた場合でも、3次コマ収差を0.004λrms以下に抑えることができ、角度5分のレンズ面チルトが生じても、3次コマ収差を0.029λrms以下に抑えることができる。

Claims (6)

  1. 単一又は複数の光源と、第1の対物レンズ部と第2の対物レンズ部とが一体的に成形された光学素子とを有し、前記光源からの光束を、前記第1の対物レンズ部を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることにより、その情報記録面に対して情報の記録及び/又は再生が可能となっており、また前記第2の対物レンズ部を介して前記第1光情報記録媒体よりも記録密度が小さい第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることにより、その情報記録面に対して情報の記録及び/又は再生が可能となっている光ピックアップ装置用の光学素子であって、
    前記第1の対物レンズ部と前記第2の対物レンズ部とは共に単玉であり、
    前記第1の対物レンズ部は共に非球面である互いに対向する第1光学面と第2光学面を有し、
    前記第2の対物レンズ部は互いに対向する第1光学面と第2光学面を有し、
    いずれの対物レンズ部においても、前記第1光学面の曲率の方が前記第2光学面の曲率より大きく、
    前記第2の対物レンズ部の前記第2光学面において、光軸上の点と、前記第2の対物レンズ部の有効径Deに相当する光軸高さにおける点との光軸方向の距離をΔsagとしたときに、以下の式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用の光学素子。
    0 ≦ Δsag/De < 0.15 (1)
  2. 前記第1の対物レンズ部の前記第2光学面の曲率が、前記第2の対物レンズ部の前記第2光学面の曲率より大きいことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  3. 前記第2のレンズ部の前記第2光学面における曲率半径の絶対値は、2mm以上であることを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  4. 前記第2のレンズ部の前記第2光学面は平面であることを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  5. 前記光学素子はプラスチック製であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第4項のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  6. 請求の範囲第1項乃至第5項のいずれかに記載の光学素子を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
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