WO2008072461A1

WO2008072461A1 - 対物レンズ及び光ピックアップ装置

Info

Publication number: WO2008072461A1
Application number: PCT/JP2007/072742
Authority: WO
Inventors: Mika Wachi
Original assignee: Konica Minolta Opto, Inc.
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2008-06-19
Also published as: JPWO2008072461A1

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

明細書

対物レンズ及び光ピックアップ装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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ょうとすると、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ぐ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レ、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!/、る。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。 [0006] 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°C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レ、とレ、う問題を誘発する。

[0007] 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。

特許文献 1 :特開平 11— 337818号公報

特許文献 2：特開 2001— 283459号公報

特許文献 3 :国際公開第 02/41307号パンフレット

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 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ょうとした場合に、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。

[0009] 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。

[0010] また、従来の DVD規格用の対物レンズにお!/、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力 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（半導体レ一ザ）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°C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。

[0011] 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。課題を解決するための手段

[0012] 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。

[0013] 1. 6≤nh≤l . 72 · · · (A)

上記第 1の発明に係る対物レンズにお!/、ては、

下記式 (B)の条件を満たすのが好まし!/、。

[0014] (D X m X Rn) / (f X 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) /え」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。

[0015] 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。発明の効果

[0016] 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。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]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 2]対物レンズ 7の構造を示す断面図である。

[図 3]図 2の変形例を示す図面である。

[図 4]回折のブレーズ形状を説明するための図面である。

[図 5]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

[0018] 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次元ァクチユエータ

D 光ディスク

D 保護基板

D 情報記録面発明を実施するための最良の形態

[0019] 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力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。

[0020] 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。

[0021] 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。

[0022] 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!/、る。

[0023] 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

〇

[0024] 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次元ァクチユエータ 10が具備されており、当該 2次元ァクチユエータ 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。

[0025] 続いて、光ピックアップ装置 1の作用について説明する。

[0026] 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を介して情報記録面 Dに集光ス

1 2 ポットを形成する。 [0027] 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で情報ピットによ

2

つて変調され、情報記録面 Dによって反射される。そして、この反射光は、対物レン

2

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。

[0028] 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。

[0029] 続いて、本発明に係る対物レンズ 7について説明する。

[0030] 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

[0031] 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!/、る。

[0032] 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構造であつてもよい。

[0033] 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!/、る。

[0034] 1. 6≤nh≤l . 72 · · · (A)

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

[0035] 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!/、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レ、。

[0036] 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。

[0037] 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レ、。

[0038] 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力 Sでさる。

[0039] 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レ、。

[0040] 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ぐ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!/、。

[0041] 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。

[0042] 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、ポリチォール化合物とポリイソシァネート化合物の反応により得られるチォ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、ェピスルフイド系樹脂などが挙げられる。

[0043] 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。

[0044] 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、酸化アルミニゥム、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、酸化マグネシゥム、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、を挙げること力 Sできる。

[0045] 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、ケィ素、ゲルマユゥム、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、炭化ケィ素（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 )、硫化錫 (11、 IV) (Sn (II) Sn

2

(IV) S )、硫化錫（IV) (SnS )、硫化錫（II) (SnS)、セレン化錫（II) (SnSe)、テル

3 2

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（A1N)、リン化アルミユウム（A1P)、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（GaS b)、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 S )、セレン化アルミニウム

2 3

(Al Se )、硫化ガリウム（Ga S )、セレン化ガリウム（Ga Se )、テルル化ガリウム（G

2 3 2 3 2 3

a Te )、酸化インジウム（In O )、硫化インジウム（In S )、セレン化インジウム（In S

2 3 2 3 2 3 2 e )、テルル化インジウム (In Te )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) (T1C1)、臭化タリウム（I) (TlBr)、ヨウ化タリウム（I) (T1I)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 S )、セレン化砒素（III) (As Se )、テルル化砒素（III) (As Te )、硫化ァ

2 3 2 3 2 3

I) (Sb Te )、硫化ビスマス（III) (Bi S )、セレン化ビスマス（III) (Bi Se )、テルル化

2 3 2 3 2 3 ビスマス (III) (Bi Te )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

2 3

化銅 (I) (Cu 0)、セレン化銅 (I) (Cu Se)等の周期表第 11族元素と周期表第 16族

2 2

元素との化合物、塩化銅 (I) (CuCl)、臭化銅 (I) (CuBr)、ヨウ化銅 (I) (Cul)、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 (Π) (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 O )、硫化鉄 (II) (FeS)等の周期表第

3 4

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 )、酸化タン

2

ダステン (IV) (WO )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

2

バナジウム（II) (VO)、酸化バナジウム（IV) (VO )、酸化タンタル (V) (Ta O )等の

2 2 5 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、Ti O 、Ti

2 2 5 2

O 、Ti509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

3

ネシゥム（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 O )、セレン化カドミウム

2 4

(II)クロム（III) (CdCr Se )、硫化銅（II)クロム（III) (CuCr S )、セレン化水銀（II)

2 4 2 4 クロム（III) (HgCr Se )等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート（BaTiO )等

2 4 3 が挙げられる。

G. Schmidら； Adv. Mater. , 4巻， 494頁（1991)に幸告されている（BN) (BF ) F や、 D. Fenskeら； Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , 29巻， 1452頁（199

2 15 15

0)に報告されている Cu Se (トリェチルホスフィン）のように構造の確定されてい

146 73 22

る半導体クラスターも同様に例示される。

[0047] 続いて、対物レンズ 7の製造方法について説明する。

[0048] 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。

[0049] 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。

[0050] 樹脂材料を有機無機複合体で構成する場合にお!/、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等の不活性ガス雰囲気下で操作

2

する事が好ましい。

[0051] 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、又はミキサーゃプレンダー等で均一に混合し、その後にニーダーゃ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プレンダー等で均一に混合し、その後にニーダーゃ口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力 Sでさる。

[0052] 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力低複屈折性、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。

[0053] 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°C〜400°Cの範囲が好ましぐ 200°C〜350°Cの範囲が更に好ましぐ 200°C〜330°C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。

[0054] 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ぐ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。

[0055] 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!/、る。

[0056] 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。

[0057] 1. 6≤nh≤l . 72 · · · (A)

第 2の特性として、下記式 (B)の条件を満たしている。

[0058] (D X m X Rn) / (f X 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) /え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。

[0059] 上記「m= d (n— 1) /え」中、「d」は輪帯段差量であり（図 2中拡大図参照）、「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。

[0060] 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)。

実施例

[0061] 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、エタノーノレ 560cc、アンモニア水（25⁰/_O) 30ccの混合溶 ί夜 ίこァノレミナ (日本ァエロジル社製 Aluminium Oxide C)を 10g加えて作製した懸濁液を、ゥノレトラァペックスミル (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 (信越ィ匕学社製 LS— 2430) 76cc、水 16cc、エタノーノレ 56ccの混合溶 ί夜を 8日寺間力、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 ρΗを 10. 4まで上げ、室温で 15時間攪拌を行った。

[0062] 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°C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 °C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ェチルに懸濁させ、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。

[0063] 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°Cと、混練回転数を 3 Orpm (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。

[0064] なお、カルニユー光学工業 (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= l . 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。

[0065] 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、基準波長力 S405nmである。

[0066] [表 1]

[0067] 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。 [0068] 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。

[0069] [数 1]

[0070] 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、「_K」は円錐係数を表し、「Α 」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。

2i

[0071] 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。か力、る光路差は、「H (mm)」を光軸に垂直な方向の高さと、「B 」を光路差関数係数と

2i

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。

[0072] [数 2]

[0073] [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。

[0074] なお、カルニユー光学工業 (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= l . 66であつに。

(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。

[0075] 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。

[表 2]

[0077] [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。

[0078] 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。

[0079] [表 3]

[0080] [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 7] は数式 3,数式 4で表現される。

m

[0081] [数 3]

[0082] ほ女 4]

[0083] 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

[0084] [数 5]

φ(Η)={2π/λ)φ(Η)

Φ ( Η )は数式 2に示した光路差関数

[0085] 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。

[0086] [数 6]

Λ— r

2πτηχΛ 1 2πτηχ^ j exp(? )ex 一レ dx+— f exp( 0)exp i

A A ノ Λ A丄—r Λ

[0087] 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。

[0088] 位相 B = d，/( /lOOO/(n— 1)) ··· (X)

上記式 (X)中、「d'」は位相付与に寄与する段差量 m)であり、「え」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。

[0089] このとき、回折効率 7] は数式 7,数式 8により計算される。

m

[0090] [数 7]

[0091] [数 8]

77_m= ^|jcos(2^(A-^)) + sin( ^-B)) [0092] 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。

[0093] 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 X 10— °⁷であり、実施例 1の対物レンズの分光透過率は 87. l % (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。

[0094] [表 4]

[0095] 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) /え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 ) / え」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、「え」は使用波長である。

[0096] 表 4中、「A T= + 30°C」は温度が 30°C上昇したという意味であり、「Δ λ = 1. 5n m」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。

[0097] 「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。

[0098] 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、 Δ T= + 30°C、 Δ λ = 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。

[0099] 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。）が少なぐ光利用効率が 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力 Sわ力、る。

[0100] 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。

[0101] 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= l . 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!/、ること力 Sわ力、る。

Claims

請求の範囲 [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≤l. 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

(DXmXRn)/(f Xnh)<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) /え」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、「え」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。