JPWO2011093165A1 - 対物レンズ及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

高ＮＡのレンズにおいて成形時の不具合を抑制できる対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供するために、ＭＦＲが１０（ｇ／１０ｍｉｎ）以上、７０（ｇ／１０ｍｉｎ）以下の樹脂ＰＬを用いているので、図２（ａ）に示す初期状態から図２（ｂ）に示す最終状態まで、ゲート部ＧＴ付近の樹脂ＰＬが固化することが抑制され、ランナＬＮ側の圧力がキャビティ内の樹脂ＰＬに伝達され、これにより曲率半径が小さい第１の型１０の転写面１０ａの最大肉厚部付近まで樹脂ＰＬが密着して、高精度な光学面を得ることができる。

Description

本発明は、対物レンズに関し、特に光ピックアップ装置に用いられると好適なＮＡ０．７５以上の対物レンズ及び光ピックアップ装置に関する。

波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムが既に市販されている。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２３〜２７ＧＢの情報の記録が可能である。

ところで、光ピックアップ装置に用いる対物レンズを成形によって形成すれば大量生産が可能であり、低コスト化を図ることができる。特許文献１には、金型によりレンズに対応するキャビティを形成し、かかるキャビティ内にゲートと呼ばれる樹脂流入口から溶融した樹脂を流し込んでレンズを形成する、いわゆる射出成形により樹脂レンズを製造する技術が開示されている。

特開２００５−８４０８０号公報

ここで、従来のＤＶＤ用の光ピックアップ装置に用いる対物レンズの場合、ＮＡ０．６程度であるためフランジ厚に対して軸上レンズ厚が比較的薄く、特許文献１に開示された射出成形技術で製造が可能である。ところが、ＢＤ用の光ピックアップ装置に用いる対物レンズの場合、ＮＡ０．７５以上であるためフランジ厚に対して軸上レンズ厚が比較的厚くなって半球形に近くなり、キャビティ内に射出する樹脂総量が増大する。樹脂総量が増大すると、狭いゲートから樹脂を注入する際にキャビティ内の最大肉厚部まで圧力が十分伝わる前にゲートがシールしてしまい、キャビティ内のエアを押し出すことができず、その結果空気溜まりができてしまい、温度低下に伴う樹脂の収縮も相まって、所望の光学面を得ることができないという不具合が生じる。これに対し、フランジ厚を全体的に厚くすれば、ゲートも厚くすることができる為圧力を十分に伝えることができるが、対物レンズのトラッキング・フォーカシング制御に不利となる質量増を招くという問題が生じる。また、フランジ厚を全体的に厚くするのに伴い、軸上レンズ厚を厚くすると、光ディスクとの干渉を回避するためのワーキングディスタンスの減少を招くという問題が生じる。

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、高ＮＡのレンズにおいて成形時の不具合を抑制できる対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の対物レンズは、５００ｎｍ以下の波長の光束を光ディスクの情報記録面に集光することによって、情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において用いられる対物レンズにおいて、
前記対物レンズのＮＡは０．７５以上、０．９以下であり、以下の式を満たし、且つＭＦＲが１０（ｇ／１０ｍｉｎ）以上、７０（ｇ／１０ｍｉｎ）以下の樹脂から形成されていることを特徴とする。
０．９≦ｄ／ｆ≦１．２ （１）
但し、ｄ（ｍｍ）は、前記対物レンズの軸上レンズ厚を表し、ｆ（ｍｍ）は、前記５００ｎｍ以下の波長の光束における前記対物レンズの焦点距離を表す。

本発明の対物レンズは、ＭＦＲが１０（ｇ／１０ｍｉｎ）以上７０（ｇ／１０ｍｉｎ）以下の樹脂から形成されているので、例えば前記対物レンズのＮＡが０．７５以上であり、且つ（１）式を満たすような形状を有していても、成形時にゲートから流入した樹脂が、金型における最大肉厚部（通常は対物レンズの光軸付近）まで充填される前にゲートが固化してしまうようなことを抑制できる。これにより最大肉厚部まで樹脂が有効に充填され、かつ十分に圧力が伝わることで収縮を補うことができ、高精度な光学面を転写成形することが可能となる。

尚、ＭＦＲとは、メルトフローレート（Ｍｅｌｔ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）を意味し、ヒータで加熱された円筒容器内で一定量の合成樹脂を、定められた温度（例えば２６０℃）で加熱・加圧し、容器底部に設けられた開口部（ノズル）から、所定の圧力（例えば２１．１８Ｎ）で１０分間あたりに押出された樹脂量を測定して得られる値であって、単位（ｇ／１０ｍｉｎ）で表示される。試験機械はＪＩＳ Ｋ６７６０で定められた押出し形プラストメータを用い、測定方法はＪＩＳＫ７２１０で規定されている。

請求項２に記載の対物レンズは、請求項１に記載の発明において、以下の式、
０．９≦ｄ／ｆ＜１．１ （１′）
を満たすことを特徴とする。

請求項３に記載の対物レンズは、請求項１又は２に記載の発明において、前記樹脂はシクロオレフィン系の樹脂であることを特徴とする。

このような樹脂としては、日本ゼオン社製のＺＥＯＮＥＸ、三井化学社製のＡＰＥＬ、ＴＯＰＡＳ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＰＯＬＹＭＥＲＳ社製のＴＯＰＡＳ、ＪＳＲ社製のＡＲＴＯＮなどが好ましい例として挙げられる。尚、樹脂のＭＦＲは、好ましくは２０以上５５以下であり、より好ましくは３０以上５０以下である。

請求項４に記載の対物レンズは、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズは光学面の周囲にフランジ部を有し、前記フランジ部の最小肉厚をｔ（ｍｍ）としたときに、以下の式、
５．０＜ｄ／ｔ≦８．０ （２）
を満たすことを特徴とする。このような形状を有する対物レンズに、本発明は特に効果がある。

請求項５に記載の光ピックアップ装置は、少なくとも５００ｎｍ以下の波長の光束を射出する光源と、請求項１から４のいずれかに記載の対物レンズを含む集光光学系と、光検出器と、を有し、前記対物レンズは、曲率半径の小さい方の光学面が光源側に向けて配置されていることを特徴とする。

集光光学系は、対物レンズのみで構成されていてもよいし、対物レンズの他に、コリメータ等のカップリングレンズを有していてもよい。

本明細書において、対物レンズとは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。対物レンズは、単玉のレンズであることが好ましい。また、対物レンズに一体的に光路差付与構造を形成しても良い。また、対物レンズは、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物レンズは、光路差付与構造が設けられるベース面が非球面であることが好ましい。光ピックアップ装置は、少なくとも５００ｎｍ以下（好ましくは、３５０ｎｍ以上、４５０ｎｍ以下）の波長の光源（例えば、半導体レーザ等）を用いるものである。また、対物レンズは、像側の開口数が０．７５以上、０．９以下である。対物レンズは、光学面とフランジ部とを有すると好ましい。フランジ部とは、光学面の周囲で略光軸直交方向に延在した輪帯部を有し、対物レンズを保持するために用いられる部位をいう。

また、対物レンズは、以下の条件式（１）を満たす。
０．９≦ｄ／ｆ≦１．２ （１）
但し、ｄ（ｍｍ）は、対物レンズの軸上レンズ厚を表し、ｆ（ｍｍ）は、５００ｎｍ以下の波長の光束における対物レンズの焦点距離を表す。

以下の式、
０．９≦ｄ／ｆ＜１．１ （１′）
を満たすと更に好ましい。

ＢＤのような短波長、高ＮＡの光ディスクに対応させる場合、対物レンズにおいて、非点収差が発生しやすくなり、偏心コマ収差も発生しやすくなるという課題が生じる。当該課題を解決する構成の一つとして、ｄ／ｆの値を大きくするということが挙げられる。しかしながら、ｄ／ｆの値を大きくし過ぎてしまうと、ワーキングディスタンスが小さくなりすぎ、光ディスクに対して対物レンズが接触する危険性が増えてしまう。そこで、条件式（１）を満たすことにより非点収差や偏心コマ収差の発生を抑制しつつ、ワーキングディスタンスを長めに確保することが可能となる。より長いワーキングディスタンスを確保したい場合は、条件式（１′）を満たすことが好ましい。

対物レンズのフランジ部の最小肉厚をｔ（ｍｍ）としたときに、以下の式、
５．０＜ｄ／ｔ≦８．０ （２）
を満たすと好ましい。

本発明によれば、高ＮＡのレンズにおいて成形時の不具合を抑制できる対物レンズを提供することができる。

本実施の形態にかかる対物レンズを、成形金型を用いて成形する工程を示す図である。 本実施の形態にかかる対物レンズを成形する成形金型の拡大図である。 比較例にかかる対物レンズを成形する成形金型の拡大図である。 本実施の形態にかかる対物レンズＯＢＪを光軸方向から見た図である。 本実施の形態にかかる対物レンズＯＢＪを光軸直交方向に見た図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、ＢＤ用光ピックアップ装置に用いるＮＡ０．８５のレンズを、成形金型を用いて成形する工程を示す図である。図２は、本実施の形態にかかる成形金型の拡大図であり、成形時の状態を示す。図３は、比較例にかかる成形金型の拡大図であり、同様に成形時の状態を示す。

成形金型は、第１の型１０と第２の型２０とを含み、両者が型締めされた状態で複数のキャビティを形成するようになっている。尚、図１におけるキャビティ形状は概略的である。光ピックアップ装置は一般的なもので足りるため、ここでは省略する。

図１、図２に示すように、第１の型１０は、対物レンズの第１の光学面（光ピックアップ装置に取り付けた状態で光源側となる）を転写形成するための第１の光学転写面１１ａと、その周囲に続くフランジ部の光源側面（輪帯部）を転写形成するための第１のフランジ部転写面１１ｂを有する。更に第１の型１０には、第１のフランジ部転写面１１ｂに接続するようにしてゲート部（入口流路）ＧＴが形成されている。

一方、第２の型２０は、対物レンズの第２の光学面（光ピックアップ装置に取り付けた状態で光ディスク側となる）を転写形成するための第２の光学転写面２１ａと、その周囲に続くフランジ部の光ディスク側側面を転写形成するための第２のフランジ部転写面２１ｂを有する。

尚、図３に示す比較例において、第１の型１０、第２の型２０の形状は本実施の形態と同様の形状を有するものとする。

次に、本実施の形態にかかる対物レンズの成形方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、第２の型２０に対向するようにして第１の型１０をセットする。更に第１の型１０と第２の型２０とを不図示のヒータなどにより加熱することにより、光学転写面１１ａ、２１ａを所定温度まで加熱する。

その後、図１（ｂ）に示すように、第２の型２０に対して第１の型１０を相対的に接近させ密着させて、所定の保圧にて型締めを行った後、不図示のノズルからランナＬＮ及びゲート部ＧＴを介して任意の圧力に加圧された状態で型温度よりも更に高温に加熱された樹脂を供給する（図１（ｃ）参照）。

このとき、ＭＦＲが１０未満の樹脂ＰＬ′を用いた場合、樹脂ＰＬ′の流動性はＭＦＲが１０以上７０以下の樹脂ＰＬよりも悪い。このため、図３（ａ）に示す初期状態のようにキャビティ内に樹脂が充填され始めてゆくが、図３（ｂ）に示す中期状態では、十分な量の樹脂ＰＬ′がキャビティ内に充填される前に、開口面積が比較的小さいゲート部ＧＴ付近で樹脂が冷えるに連れて流動性が悪化し、一部が固化を開始することでゲート部ＧＴを介した圧力の伝達が徐々にされなくなる。図３（ｃ）に示す最終状態では、ランナＬＮ側の圧力がキャビティ内の樹脂ＰＬ′に有効に伝達されず、これにより曲率半径が小さい第１の型１０の転写面１０ａの最大肉厚部付近に樹脂ＰＬ′が密着せず、成形不良が生じ、高精度な光学面を得られない恐れがある。

また、ＭＦＲが７０を超える樹脂ＰＬ″を用いた場合、樹脂ＰＬ″の流動性はＭＦＲが１０以上７０以下の樹脂ＰＬよりも良好である。しかし、流動性が良すぎるためゲートＧＴを通り過ぎた直後にキャビティ内に飛び散り、そのまま曲率半径が小さい第１の型１０の転写面１０ａに当って固化してしまい、成形品である対物レンズＯＢＪの表面にムラが生じ、外観不良が生じてしまうという問題がある。

これに対し本実施の形態では、ＭＦＲが１０（ｇ／１０ｍｉｎ）以上７０（ｇ／１０ｍｉｎ）以下の樹脂ＰＬを用いているので、温度が低下しても樹脂ＰＬの流動性が或る程度維持される。従って、図２（ａ）に示す初期状態から、図２（ｂ）に示す中期状態を経て、図２（ｃ）に示す最終状態まで、十分な量の樹脂ＰＬがキャビティ内に充填されるまでゲート部ＧＴ付近の固化を抑制できるため、ランナＬＮ側の圧力がキャビティ内の樹脂ＰＬに有効に伝達され、これにより曲率半径が小さい第１の型１０の転写面１０ａの最大肉厚部付近まで樹脂ＰＬが密着する。また、流動性が良すぎるために生じる外観不良も防止されるので、高精度な光学面を得ることができる。

このように、溶融した樹脂が転写面１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂの形状が転写した状態で固化するまで所定の時間待機して樹脂を冷却させる。

その後、図１（ｄ）に示すように、第１の型１０と第２の型２０とを相対的に移動させて型開きを行うと、対物レンズＯＢＪを含む成形品が第１の型１０に貼り付いた状態で露出する。かかる成形品から対物レンズＯＢＪを分離することで、単体の対物レンズＯＢＪが形成される。

図４は、図１、図２に示す成形金型により成形された対物レンズＯＢＪを光軸方向から見た図であり、図５は、対物レンズＯＢＪを光軸直交方向から見た図である。本実施の形態の対物レンズＯＢＪにおいては、第１の光学転写面１１ａにより転写成形された第１の光学面Ｓ１と、第１の光学面Ｓ１より曲率半径が大きく第２の光学転写面２１ａにより転写成形された第２の光学面Ｓ２と、第１のフランジ部転写面１１ｂ及び第２のフランジ部転写面２１ｂにより転写成形されたフランジ部ＦＬとを有している。

ここで、対物レンズＯＢＪの軸上レンズ厚をｄ（ｍｍ）、５００ｎｍ以下の波長の光束における前記対物レンズＯＢＪの焦点距離をｆ（ｍｍ）、対物レンズＯＢＪのフランジ部ＦＬ（厚肉フランジ部ＦＴ以外）の肉厚をｔ（ｍｍ）としたときに、以下の式、
０．９≦ｄ／ｆ≦１．２ （１）
５．０＜ｄ／ｔ≦８．０ （２）
を満たしている。

波長４０５ｎｍの平行光束を入射させた際に、ＢＤの透明基板厚０．０８７５ｍｍにおいて、球面収差がマレシャル限界よりも小さくなるような対物レンズを設計した。また、ＮＡ＝０．８５、ｄ／ｆ＝１．０５、ｄ／ｆ＝６である。

当該対物レンズの金型を用いて、以下の５種類の樹脂材料で、対物レンズを射出成形し、成形された各対物レンズについて以下の評価基準で評価を行った。
（樹脂材料）
１）ポリカーボネート：ＭＦＲ＝７（ｇ／１０ｍｉｎ）（比較例１）
２）シクロオレフィン：ＭＦＲ＝７（ｇ／１０ｍｉｎ）（比較例２）
３）シクロオレフィン：ＭＦＲ＝２０（ｇ／１０ｍｉｎ）（実施例１）
４）シクロオレフィン：ＭＦＲ＝５０（ｇ／１０ｍｉｎ）（実施例２）
５）メチルペンテンポリマー：ＭＦＲ＝８０（ｇ／１０ｍｉｎ）（比較例３）
（評価基準）
成形不良：金型の形状を正確に転写できている場合は○
金型の形状を正確に転写できていない場合は×
外観不良：白点、シミ等の外観不良が見られない場合は○
白点、シミ等の外観不良が見られる場合は×
その結果を以下の表１に示す。

表１に示すように、本発明の範囲内の対物レンズは成形、外観の観点で良好な結果を示していることがわかる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

１０ 第１の型
２０ 第２の型
ＯＢＪ 対物レンズ
ＦＬ フランジ部
Ｓ１ 第１の光学面
Ｓ２ 第２の光学面

Claims (5)

1. ５００ｎｍ以下の波長の光束を光ディスクの情報記録面に集光することによって、情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において用いられる対物レンズにおいて、
   前記対物レンズのＮＡは０．７５以上、０．９以下であり、以下の式を満たし、且つＭＦＲが１０（ｇ／１０ｍｉｎ）以上、７０（ｇ／１０ｍｉｎ）以下の樹脂から形成されていることを特徴とする対物レンズ。
   ０．９≦ｄ／ｆ≦１．２ （１）
   但し、ｄ（ｍｍ）は、前記対物レンズの軸上レンズ厚を表し、ｆ（ｍｍ）は、前記５００ｎｍ以下の波長の光束における前記対物レンズの焦点距離を表す。
2. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
   ０．９≦ｄ／ｆ＜１．１ （１′）
3. 前記樹脂はシクロオレフィン系の樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の対物レンズ。
4. 前記対物レンズは光学面の周囲にフランジ部を有し、前記フランジ部の最小肉厚をｔ（ｍｍ）としたときに、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の対物レンズ。
   ５．０＜ｄ／ｔ≦８．０ （２）
5. 少なくとも５００ｎｍ以下の波長の光束を射出する光源と、請求項１から４のいずれか一項に記載の対物レンズを含む集光光学系と、光検出器と、を有し、前記対物レンズは、曲率半径の小さい方の光学面が光源側に向けて配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。