(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量かつ小型で、複数の光ディスクに応じた最適な硝子材料からなる複合光学素子を提供する。【解決手段】複合光学素子１０は、第１光束１７を集光する第１光学素子１１と、第２光束１８を集光する第２光学素子１２とが、それぞれの光軸が平行に配置され一体成形された複合光学素子１０であって、前記第１光学素子１１は、樹脂材料からなり、前記第２光学素子１２は、前記樹脂材料の硝子転移点よりも高い硝子転移点を有する硝子材料からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光束を集光する第１光学素子と、第２光束を集光する第２光学素子とが、それぞれの光軸が平行に配置され一体成形された複合光学素子であって、
前記第１光学素子は、樹脂材料からなり、
前記第２光学素子は、前記樹脂材料の硝子転移点よりも高い硝子転移点を有する硝子材料からなる、
複合光学素子。
【請求項２】
前記第１光学素子の光学有効面の曲率は、前記第２光学素子の光学有効面の曲率より大きい、請求項１に記載の複合光学素子。
【請求項３】
前記第１光学素子は、前記第１光学素子の光学有効面に第１回折格子部を備える、
請求項１または２に記載の複合光学素子。
【請求項４】
前記第２光学素子は、前記第２光学素子の光学有効面に第２回折格子部を備える、
請求項１から３のいずれかに記載の複合光学素子。
【請求項５】
請求項１に記載の複合光学素子を備える、光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合光学素子および複合光学素子を備えた光ピックアップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、光ディスク系記録再生媒体として、ＣＤやＤＶＤが一般に広く普及し、更により高密度な光ディスク系記録再生媒体として、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（以下、単にＢＤと称す）等が普及しつつある。そして、これら複数の媒体に対して情報の記録再生を行うことのできる光ピックアップ装置があり、この装置にはそれぞれの媒体に適応した複数の種類の対物レンズが複合化した複合光学素子が内蔵されている。
【０００３】
例えば特許文献１は、複数の対物レンズが一枚の基板に固定された複合光学素子を開示している。
【０００４】
また、特許文献２は、複数の対物レンズがモールド成形により一体成形された複合光学素子を開示している。
【特許文献１】特開平１０−１８８３２３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９３６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１が開示する複合光学素子では、複数の対物レンズを固定するために基板が使用されるため部品点数が増加する。その結果、複合光学素子や光ピックアップの軽量化、小型化の妨げとなっている。
【０００６】
また、対物レンズの形状や材料は、光ディスクの種類に応じて異なってくる。光学設計の自由度、成形のしやすさ、コスト等の観点から、ＤＶＤ／ＣＤ用に用いられるレンズ材料が、必ずしもＢＤ用のレンズ材料として適しているとは限らない。そこで、それぞれの光ディスクに応じた最適なレンズ材料を選ぶことが必要となってくる。しかしながら、特許文献２は、対物レンズの材料に関してはなんら開示していない。
【０００７】
本発明の目的は、軽量かつ小型で、それぞれの光ディスクに応じた最適な硝子材料からなる複合光学素子を提供することである。また、本発明の目的は、光ピックアップの軽量小型化及び低コスト化を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明に係る複合光学素子は、第１光束を集光する第１光学素子と、第２光束を集光する第２光学素子とが、それぞれの光軸が平行に配置され一体成形された複合光学素子であって、前記第１光学素子は、樹脂材料からなり、前記第２光学素子は、前記樹脂材料の硝子転移点よりも高い硝子転移点を有する硝子材料からなる構成を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軽量かつ小型で、それぞれの光ディスクに応じた最適な硝子材料からなる複合光学素子を提供することができる。また、ピックアップ装置の軽量小型化及び低コスト化を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態において同様の動作を行う構成要素に同じ符号を付し、再度の説明を省略する場合がある。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）は、実施の形態１に係る複合光学素子１０の概略断面図であり、図１（ｂ）は、実施の形態１に係る複合光学素子１０を光軸方向から見たときの概略図である。
【００１２】
図１に示すように、この複合光学素子１０は、第１光学素子１１と第２光学素子１２とが、接続コバ部１５で接合し一体化した構成となっている。第１光学素子１１と第２光学素子１２とは、それぞれの光軸１６が略平行となる位置関係となっている。第１光学素子１１および第２光学素子１２の形状や大きさは、求められる光学設計に応じて適宜設定される。
【００１３】
本実施の形態では、第１光学素子１１は、ＢＤ用に光学設計されたものであり、ＢＤ用の対物レンズとして用いられる。また、第２光学素子１２は、ＤＶＤ／ＣＤ用に光学設計されたものであり、ＤＶＤ／ＣＤ用の対物レンズとして用いられる。
【００１４】
図１に示す光束１７は第１光束の一例であり、光束１８は第２光束の一例であり、光束１９は、第３光束の一例である。光束１７は、第１レーザ素子（図示せず）から出射されたレーザ光であり、ＢＤに対応した波長４００〜４１０ｎｍのレーザ光である。光束１８および１９は、例えば第２レーザ素子（図示せず）からから出射されたレーザ光であり、ＤＶＤに対応した波長６５０〜６５０ｎｍのレーザ光およびＣＤに対応した波長７７０〜８３０ｎｍのレーザ光である。
【００１５】
本実施形態における第１光学素子１１のレンズ材料は、日本ゼオン製のＺＥＯＮＥＸ３４０Ｒ（硝子転移点１２３度）であり、樹脂材料の一例である。また、第２光学素子１２のレンズ材料は、住田光学ガラス製のＰＳＫ２００（硝子転移点３８６度、屈伏点４１２度）であり、硝子材料の一例である。本実施形態では、第１光学素子を形成する樹脂材料の硝子転移点は、第２光学素子を形成する硝子材料の硝子転移点よりも低い。
【００１６】
図１に示すような複合光学素子を成形する場合、本実施形態のように異なる硝子転移点を有するレンズ材料を用いることは、以下の点で有利である。
【００１７】
例えば、ＢＤ用対物レンズは、ＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズに比べて、開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ａｐｅｒｔｕｒｅ。以下単にＮＡと称する。）が大きく、焦点距離は短くなる。そのため、ＢＤ用の対物レンズは、ＤＶＤ／ＣＤ用の対物レンズに比べて、レンズ径等が小さくなるので、対物レンズ自体の形状が小さくなる。また、ＢＤ用の対物レンズは、光学有効面２５の曲率が小さく、偏肉比が大きくなる。ここで、「偏肉比」とは、対物レンズの光軸方向の厚みにおける、最厚部と最薄部との比率とする。
【００１８】
形状の小さなレンズは、形状の大きなレンズに比べて、金型による成形が難しい。また、偏肉比が大きいレンズも、偏肉比が小さいレンズに比べて、金型による成形転写性が一般的に難しい。
【００１９】
一方、硝子転移点が低い硝子材料は、硝子転移点が高い硝子材料に比べて成形時の収縮量が小さくて済むため成形しやすい。本実施の形態では、ＢＤ用対物レンズとしての第１光学素子は、ＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズとしての第２光学素子よりも硝子転移点が低い樹脂材料で成形されている。したがって、ＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズよりも成形が難しいＢＤ用対物レンズであっても、以下に示す工法により、容易に成形することができる。したがって、ＢＤ用、ＤＶＤ／ＣＤ用それぞれに適したレンズ材料を用いて、図１に示すようなそれぞれのレンズ材料が異なる複合光学素子を提供することができる。
【００２０】
以下、図２および図３を参照しながら、複合光学素子１０の製造方法について説明する。本実施形態に係る複合光学素子１０は、硝子転移点が高い第２光学素子１２が先に成形され、その後、第２光学素子１２と接合するよう第１光学素子１１が成形される。
【００２１】
図２は、第２光学素子１２の製造工程を示す概略断面図であり、第２光学素子用金型２０は、上型２１、下型２２、胴型２３からなる。図２（ａ）は、第２光学素子を成形するための準備段階を示す図であり、図２（ｂ）は第２光学素子の成形が完了した段階を示す図である。
【００２２】
まず、第２光学素子用硝子材料１４を用意する。次に、胴型２３に下型２２を挿入し、下型２２の上に第２光学素子用硝子材料１４を置く。その後、上型２１を胴型２３に挿入し、第２光学素子用硝子材料１４の上に置く。
【００２３】
次に、第２光学素子用硝子材料１４が入れられた第２光学素子用金型２０を成形装置（図省略）に入れる。成形装置に入れられた第２光学素子用金型２０は、予備加熱工程、プレス工程、冷却工程を、順次アーム等で順送りされる。本実施形態では、第２光学素子を成形するためのプレス工程の金型温度は５７０度とした。これにより、図２（ｂ）に示すように、第２光学素子１２が成形される。
【００２４】
第２光学素子用金型２０は、冷却工程終了後に冷却板でさらに冷却される。金型温度が２００度以下になったところで、第２光学素子用金型２０は、成形機から取り出される。そして、上型２１が外され、第２光学素子１２が取り出される。
【００２５】
次に、第１光学素子１１の成形について説明する。図３は、第１光学素子１１の製造工程を示す概略断面図であり、第１光学素子用金型３０は、上型３１、下型３２、胴型３３、第２光学素子用金型３４からなる。
【００２６】
図４は、胴型３３を押圧方向から見たときの概略断面図である。図４に示すように、胴型３３は、上型３１、下型３２、および第２光学素子用金型３４の外周部を囲む形状となっており、接続コバ部１５を形成するための切り欠き部３５を有している。切り欠き部３５は、胴型３３の上端から下型３２に達する位置まで設けられている。
【００２７】
まず、先に成形して得られた第２光学素子１２と、第１光学素子用樹脂材料１３を用意する。次に、胴型３３に下型３２と第２光学素子用金型３４を挿入する。本実施形態において、第２光学素子用金型３４は、先に成形した第２光学素子１２を載せるための金型であり、第２光学素子１２に対して押圧等は行わない。下型３２と第２光学素子用金型３４とは、第１光学素子用金型３０の押圧方向に対して垂直な方向に配置されている。
【００２８】
次に、第２光学素子１２を第２光学素子用金型３４上に置き、さらに第１光学素子用樹脂材料１３を下型３２の上に置く。その後、上型３１を胴型３３に挿入し、第１光学素子用樹脂材料１３の上に置く。
【００２９】
次に、第１光学素子用樹脂材料１３および第２光学素子１２が入れられた第１光学素子用金型３０を成形装置（図省略）に入れる。成形装置に入れられた第１光学素子用金型３０は、上述の第２光学素子１２の製造工程と同様に、予備加熱工程、プレス工程、冷却工程を、順次アーム等で順送りされる。本実施形態では、第１光学素子のプレス工程の金型温度は２６０度とした。第１光学素子のプレス工程において、第１光学素子用樹脂材料１３は上型３１および下型３２により押圧され、金型の形状に合わせて変形する。このとき、第１光学素子用樹脂材料１３は、押圧方向に対して垂直な方向に向かって延びるように変形し、切り欠き部３５を介して第２光学素子１２と接合される。
【００３０】
本実施形態では、第２光学素子１２の硝子転移点は４３０度であり、第１光学素子１１の金型温度である２６０度よりも十分に高い。そのため、第１光学素子の成形中に、第２光学素子１２の形状が変化することは無い。
【００３１】
第１光学素子用金型３０は、冷却工程終了後に冷却板でさらに冷却され、金型温度が２００度以下になったところで取り出される。切り欠き部３５の上端が開放されているので、成形された複合光学素子１０は、容易に第１光学素子用金型３０から取り出される。
【００３２】
上述したように、本実施の形態に係る複合光学素子は、先に第２光学素子を成形し、その後、第１光学素子を成形しながら第２光学素子に接合させるという工程を採用している。そのため、性質の異なるレンズ材料であっても、複雑なプロセス制御をすることなく、図１に示すような２種類の光学素子が一体化された複合光学素子を得ることができる。
【００３３】
＜実施の形態２＞
図５（ａ）は、実施の形態２に係る複合光学素子４０の概略断面図であり、図５（ｂ）は、実施の形態２に係る複合光学素子４０を光軸方向から見たときの概略図である。
【００３４】
実施の形態２に係る複合光学素子４０は、実施の形態１に係る複合光学素子１０と同様に、第１光学素子と第２光学素子とが一体化されている。実施の形態２に係る複合光学素子４０は、第１光学素子の光学有効面２５に第１回折格子部４３を有し、第２光学素子の光学有効面２５上に、第２回折格子部４４を有している点で、上述した実施の形態１に係る複合光学素子１０と異なる。
【００３５】
第１回折格子部４３および第２回折格子部４４は、図５に示すようなレリーフ形状を有しており、光軸１６を中心とする同心円状に形成されている。光軸１６から外周部にいくに従って格子ピッチを序々に変化させることで、回折格子部４３は、レンズ作用を有する。
【００３６】
実施の形態２に係る複合光学素子４０は、上述したような第１回折格子部４３および第２回折格子部４４を有することにより以下のような効果を備える。
【００３７】
例えば、ＢＤ用対物レンズとしての第１光学素子に第１回折格子部４３を形成することにより、光学素子を通過した光の波長の違いにより発生する色収差を補正することができる。
【００３８】
また、例えば、ＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズとしての第２光学素子に第２回折格子部４４を形成することにより、ＤＶＤ用のレーザ光やＣＤ用のレーザ光の焦点位置を自在に変更・調整することが可能となる。
【００３９】
第１回折格子部４３および第２回折格子部４４は、転写面に回折格子形状を反転させた形状が形成された金型により成形される。光学素子に回折格子を形成する場合、光学有効面の曲率が大きいほど、金型による回折格子形状の転写や、転写された形状の維持が難しい。しかし、実施の形態２に係る第１光学素子４１は、実施の形態１と同様に第２光学素子４２よりも硝子転移点が低いレンズ材料で成形されているため、成形しやすい。そのため、第１光学素子のような光学有効面の曲率が小さい光学素子であっても、比較的容易に回折格子形状を形成することができる。このように、ＢＤ用、ＤＶＤ／ＣＤ用それぞれに適したレンズ材料を用いることにより、図５に示すような複合光学素子を提供することができる。
【００４０】
＜実施の形態３＞
実施の形態３は、実施の形態１および２で説明した複合光学素子を用いた光ピックアップに関するものである。図６は、前述の実施の形態１で開示した形式の複合光学素子１０を搭載した光ピックアップ５０を示す概略斜視図である。
【００４１】
実施の形態２に係る光ピックアップ５０は、複合光学素子１０と、複合光学素子１０を保持する保持部材５２と、光学系５１とを備えている。
【００４２】
複合光学素子１０は、第１光学素子１１と第２光学素子１２とを備えている。本実施形態では、第１光学素子１１は、ＣＤ／ＤＶＤ用に光学設計された対物レンズであり、第２光学素子１２は、ＢＤ用に光学設計された対物レンズである。
【００４３】
保持部材５２は、駆動機構を有している。保持部材５２が光ディスクに対して駆動することで、第１光学素子または第２光学素子のいずれか選択される。たとえば、第１光学素子が選択された場合、光ピックアップ５０の光学系５１に、第１光学素子が組み込まれる。第２光学素子が選択された場合は、第２光学素子が光ピックアップ５０の光学系５１に組み込まれる。
【００４４】
光学系５１は、レーザ素子５３、受光素子５４、立ち上げミラー５５、光学シャーシ５６等を備えている。光学シャーシ５６の内部には、図示しないコリメートレンズやプリズムビームスプリッタ等の光学部材が搭載されている。
【００４５】
レーザ素子５３から出射されたレーザ光は、光学シャーシ５６の内部を通過し、立ち上げミラー５５により反射され、複合光学素子１０に入射し、集光され、光ディスク（図示なし）の情報記録面に照射される。光ディスクに照射されたレーザ光は、光ディスクにより反射され、立ち上げミラー５５、光学シャーシ５６を介し、受光素子５４に入射する。受光素子５４に入射したレーザ光は、電気信号に変換されることで、光ディスクの情報が読み取られる。
【００４６】
本実施形態では、複合光学素子１０は、第１光学素子１１と第２光学素子１２とが一体に成形されているため、第１光学素子１１と第２光学素子１２とを固定するための基板等の部材が不要となり、保持部材５２に直接保持される。そのため、部品点数が少なくなるので、光ピックアップを小型化、軽量化することができる。
【００４７】
＜その他の実施の形態＞
実施の形態１〜３では、第１光学素子と第２光学素子とは、接続コバ部１５を介して接合されているが、第１光学素子と第２光学素子とがそれぞれの外周部で直接接合された形状であってもよい。このような形状は、第１光学素子用金型３０と、第２光学素子用金型３４との間の距離を狭くすることで実現することができる。
【００４８】
また、実施の形態１〜３では、第１光学素子１１の光軸と第２光学素子１２の光軸とが略平行に配置されているが、これに限られるものではない。例えば、第１光学素子の光軸が第２光学素子の光軸に対して所定の角度を有するように配置されてもよい。第１光学素子と第２光学素子との位置関係は、求められる光学設計や光ピックアップの仕様に応じて適宜設定されるため、複合光学素子１０の設計の自由度が高くなる。
【００４９】
また、実施の形態１および２では、第１光学素子用樹脂材料１３を日本ゼオン製のＺＥＯＮＥＸ３４０Ｒとし、第２光学素子用硝子材料１４を住田光学ガラス製のＰＳＫ２００としたがこれに限られるものではない。例えば、所望の光学特性を有する硝子材料であれば、いずれも適応できる。
【００５０】
また、実施の形態１〜３では、二つの光学素子が一体化された形状としたが、光学素子の数はこれに限られるものではない。必要に応じて、第３光学素子や第４光学素子を適宜追加することができる。例えば、実施の形態１に係る複合光学素子１０に第３光学素子を追加する場合、第３光学素子用のレンズ材料として第１および第２光学素子のレンズ材料よりも硝子転移点が小さいものを選択すれば、第３光学素子の成形中に第１および第２光学素子の形状が変化することはない。
【００５１】
また、実施の形態２では、回折格子部４３、４４の形状をレリーフ形状としたがこれに限られるものではなく、例えば、正弦波形状や、矩形状など、回折格子として作用する形状であればよい。
【００５２】
また、実施の形態１および２では、プレス成形を用いて複合光学素子１０を作製したが、これに限られるものではない。例えば、硝子転移点が小さいレンズ材料であれば、射出成形等を採用することで、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）実施の形態１に係る複合光学素子の概略断面図、（ｂ）実施の形態１に係る複合光学素子を光軸方向から見たときの概略図
【図２】実施の形態１に係る第２光学素子の製造工程を示す概略断面図
【図３】実施の形態１に係る第１光学素子の製造工程を示す概略断面図
【図４】実施の形態１に係る第１光学素子用成形金型の胴型を押圧方向から見たときの概略断面図
【図５】（ａ）実施の形態２に係る複合光学素子の概略断面図、（ｂ）実施の形態２に係る複合光学素子を光軸方向から見たときの概略図
【図６】実施の形態３に係る光ピックアップの概略斜視図
【符号の説明】
【００５４】
１０  複合光学素子
１１  第１光学素子
１２  第２光学素子
１３  第１光学素子用樹脂材料
１４  第２光学素子用硝子材料
１５  接続コバ部
１６  光軸
１７  第１光束
１８  第２光束
１９  第３光束
２０  第２光学素子用金型
２１  上型
２２  下型
２３  胴型
２５  光学有効面
３０  第１光学素子用金型
３１  上型
３２  下型
３３  胴型
３４  第２光学素子用金型
３５  切り欠き部
４０  複合光学素子
４１  第１光学素子
４２  第２光学素子
４３  第１回折格子部
４４  第２回折格子部
５０  光ピックアップ
５１  光学系
５２  レンズ保持部材
５３  レーザ素子
５４  受光素子
５５  立ち上げミラー
５６  光学シャーシ
【図１】
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【図２】
2010160860.tif 000004
【図３】
2010160860.tif 000005
【図４】
2010160860.tif 000006
【図５】
2010160860.tif 000007
【図６】
2010160860.tif 000008