(57)【要約】【課題】製造が容易であり、材料コストの廉価な対物レンズを提供することを目的とする。【解決手段】図１（ａ）は、レーザ光を入射する正面図を示し、図１（ｂ）は、上面図を示し、図１（ｃ）は、Ａ−Ａ’における断面図を示す。本発明に係わる対物レンズ７は１／４楕円球の如きパラボラ形状の反射型対物レンズであり、１／４楕円球状の空洞８を設け、空洞８の１／４楕円球状の表面には、集光面９を形成している。従って、図１（ｃ）に示す如く、対物レンズ７の正面より入射するレーザ光は、１／４楕円球状の集光面９において反射し、所定の位置に集光点を設ける。対物レンズ７の材料としては透過性を必要としていないので樹脂が使用可能である。【選択図】    図１
2006040358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面状の凹部を有する樹脂構造体の前記凹部が楕円球を短軸と長軸に沿って切断した１／４楕円球の如きパラボラ形状を呈すると共に、凹部表面が凹部に入射した光束を所定の位置に集光するための反射面であることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記樹脂構造体は、樹脂を射出成形したものであることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記凹部表面に反射膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項４】
光記憶媒体の記録面に集光するための対物レンズとして請求項１乃至３の何れかに記載の対物レンズを用いたことを特徴とする光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対物レンズとそれを用いた光ピックアップに関し、特に光ピックアップに使用される薄型化に適したミラーと対物レンズの機能が一体化された対物レンズにおいて、光量の低下を低減すると共に、安価を実現した対物レンズとそれを用いた光ピックアップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップは、ノートパソコン内蔵用ディスクドライブ等への適用のため、より薄型化と低価格化が求められている。近年、ブルーレイディスクレコーダの開発と規格化が進められており、従来からあるＣＤ及びＤＶＤに加えてブルーレイディスクに対応したノートパソコン内蔵用ディスクドライブ等の開発が望まれている。そこで、このような要求を満足するドライブの光ピックアップでは、ＣＤ、ＤＶＤ、及びブルーレイディスク用の互いに異なる三つの波長のレーザ光出力を一つの対物レンズで光ディスクに集光することが必要である。
【０００３】
従来から使用されている対物レンズとしては、光路を９０°反射させるミラーと組み合わせ、レーザダイオードが出射するレーザ光を光ディスクに集光させる１枚、又は２枚から構成されるレンズがある。又、一方、光ピックアップの薄型化に対応するものとして、楕円回転体（以下、楕円球と称す）を短軸と長軸に沿って４等分した如き形状（以下、１／４楕円球と称す）のガラス体により、ミラーの機能と集光の機能を一体化した１／４楕円球状レンズ（Ｓｏｌｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓ  以下ＳＩＬと称す）が提案され、特開平１１−２３８２３８号公報により開示されている。
【０００４】
前述したミラーと組み合わせた１枚、又は２枚から構成される対物レンズは、光ピックアップを構成する際にミラーと光ディスクとの間に１枚、又は２枚の対物レンズを挟むため光ピックアップの薄型化を阻むものであり、ノートパソコン内蔵用ディスクドライブ等への適用には不利である。又、このような対物レンズでは、記憶層が０．６ｍｍと深い位置にあるブルーレイディスク用の光ディスクに対し大容量化が困難である。
一方、前述したＳＩＬは、ミラーと対物レンズが一体化しているため、光ピックアップの薄型化に有利である。
【０００５】
図５は、従来のＳＩＬを使用した光ピックアップの構成例である。図５に示す光ピックアップ１は、所定の波長のレーザ光を出射するレーザダイオード２と、該レーザダイオード２が出射するレーザ光を平行光とするコリメートレンズ３と、該コリメートレンズ３を透過するレーザ光を光ディスク４に形成したピット５に集光するＳＩＬ６とにより構成する。ＳＩＬ６は、ＣＤに用いられる７８０ｎｍの波長のレーザ光、ＤＶＤに用いられる６３３ｎｍの波長のレーザ光、及びブルーレイディスクに用いられる４０８ｎｍの波長のレーザ光の何れの波長に対しても透明であること、構造的変形の無いことなどの特性が要求され、ＳＩＬの材料として光学ガラスが用いられていた。
【０００６】
図５に示すように、ＳＩＬ６は入射面６ａと反射面６ｂと出射面６ｃとを有し、入射面６ａより入射したレーザ光は、ＳＩＬ６内を直進し反射面６ｂにおいて所定の方向に反射し、更に、レーザ光は、ＳＩＬ６内を透過して出射面６ｃより出射し、光ディスクの所定の位置に集光する。
【０００７】
一方、高価な材料で、製造が困難なためコスト高となるガラス製ＳＩＬの代わりに、樹脂を材料として射出成形機等を用い、製造コストの安い樹脂製のＳＩＬを提供することが検討されているが、樹脂は、高い透過特性を得難い事や、吸水性や熱膨張などの要因から寸法の変化や歪が生じ易く、ＳＩＬに必要となる光学特性を安定的に確保することが困難であった。
そこで、近年、ＳＩＬの材料として、耐吸水性や耐熱変形性の観点からＰＣ（ユーピロン）や非晶質ポリオレフィンが提案され、実用化が進められている。
【特許文献１】特開平１１−２３８２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したＰＣや非晶質ポリオレフィンを用いてＳＩＬを製作し、該ＳＩＬを光ピックアップに使用した場合、吸水性や熱変形の問題は解決するものの、ＣＤ、ＤＶＤ、及びブルーレイディスクに対応したレーザ光の波長を含む４００〜８００ｎｍ程度の波長帯域において、ＳＩＬを透過したレーザ光の透過率が９０％程度しか確保出来ず、透過するレーザ光の光量が約１０％低下してしまうという問題が生じていた。そのため、製造が困難であり高価であるがガラスを材料としてＳＩＬを作らざるを得ないという状況になっていた。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、製造が容易であり、材料コストの廉価な対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係わる対物レンズとそれを用いた光ピックアップは、以下の構成をとる。
請求項１に記載の対物レンズは、曲面状の凹部を有する樹脂構造体の前記凹部が楕円球を短軸と長軸に沿って切断した１／４楕円球の如きパラボラ形状を呈すると共に、凹部表面が凹部に入射した光束を所定の位置に集光するための反射面であるよう構成する。
【００１０】
請求項２に記載の対物レンズは、前記樹脂構造体が、樹脂を射出成形したものであるよう構成する。
【００１１】
請求項３に記載の対物レンズは、前記凹部表面に反射膜を備えるよう構成する。
【００１２】
請求項４に記載の光ピックアップは、光記憶媒体の記録面に集光するための対物レンズとして請求項１乃至３の何れかに記載の対物レンズを用いるよう構成する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１乃至３に記載の発明は、対物レンズを１／４楕円球の如きパラボラ形状の反射型の構造としたので、レーザ光は集光面に至るまで空気媒体を進行し、ＳＩＬの材料として必要であった透過特性が不用となるので、樹脂を使用した射出形成により安価な対物レンズを提供でき、光ピックアップに使用する上で大きな効果を発揮する。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、薄型化された対物レンズを用いて光ピックアップが構成出来ると共に、安価な対物レンズを使用しており、光ピックアップを構成する上で大きな効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明における対物レンズは、１／４楕円球状のガラス体或いは樹脂体のＳＩＬの構造を改良したものであり、曲面状の凹部を有する樹脂構造体の前記凹部が楕円球を短軸と長軸に沿って切断した１／４楕円球の如きパラボラ形状を呈すると共に、凹部表面が凹部に入射した光束を所定の位置に集光するための反射面を有するものである。従って、本発明における対物レンズを使用すると、レーザ光は、空気媒体のみを進行するので、前述した従来のＳＩＬが有していたレーザ光の透過率が９０％程度しか確保出来ないという問題を回避できる。そこで、対物レンズの材料として、ＰＣや非晶質ポリオレフィンのみならず、これらよりも耐吸水性に優れ、且つ、熱可塑性であって、スパッタ蒸着に耐え得る樹脂であれば、光の透過率を気にすることなくいかなる樹脂でも当該レンズとして使用することが可能である。
【００１６】
図１は、本発明に係る対物レンズの実施例を示す構造図である。図１（ａ）は、レーザ光を入射する正面図を示し、図１（ｂ）は、上面図を示し、図１（ｃ）は、Ａ−Ａ’における断面図を示す。本発明に係わる対物レンズ７は１／４楕円球の如きパラボラ形状の反射型対物レンズであり、１／４楕円球状の空洞８を設け、空洞８の１／４楕円球状の表面には、集光面９を形成している。従って、図１（ｃ）に示す如く、対物レンズ７の正面より入射するレーザ光は、１／４楕円球状の集光面９において反射し、所定の位置に集光点を設ける。対物レンズ７の材料としては前述したように透過性を必要としていないので樹脂が使用可能である。樹脂の特性には、熱硬化性と熱可塑性があり、熱硬化性のものは耐熱性や機械特性などに優れるが、対物レンズ７を加工する際に加工コストの安価な射出形成法を採用可能とするため、対物レンズ７の材料としては加工が容易な熱可塑性の樹脂を用いることが望ましい。
【００１７】
一方、対物レンズ７の材料として屈折率１．５程度のものを採用した場合、前記集光面９が鏡面であっても、反射面に垂直な直線と入射光のなす角が４５°程度より大きくなると、反射率が急速に低下する。そこで、集光面９での反射率が十分でない場合、１／４楕円球状の集光面９に反射コートを形成する。その際、蒸着法では加工対象を高温に加熱するため、１００°Ｃ以下の低温で成膜が可能なスパッタリング法を使用するのが有効である。従って、対物レンズ７の材料として樹脂を選択する際は、熱変形温度が１００°Ｃ以上の熱可塑性樹脂の中から熱膨張係数や吸水率に優れたものを選ぶことが望ましい。
【００１８】
次に、本発明に係わる対物レンズの具体的な設計方法について説明する。
先ず、必要な対物レンズの寸法を求めるための計算条件を次のように設定する。
１．対物レンズと光ディスク書き込み層との間のギャップをｇとする。ｇは、見かけ上の焦点距離であり、作動距離は、光ディスク透過層の屈折率を考慮し、且つ、光ディスク透過層厚をｇより差し引いた値となる。
２．レーザビーム光は、径がｔであり、ｙ≧ｇ、且つ、ｙ≦ｔ＋ｇ  の領域をｘ軸と平行にｘの一方向に通過する。
３．対物レンズの開口率をＮＡとし、焦点がｘ軸上に結ばれるとする。
４．ビーム底辺がｙ軸上で放物線と交わるとする。
５．対物レンズの反射面がｘ軸を軸とする下記放物線の回転体であるとする。
ｙ２＝４ｐ（ｘ−ａ）  但し、ｙ≧０、ａ＜０  ・・・（１）
【００１９】
次に、焦点の座標を求めると、上記１、２の設計条件を満足する関係式は、（２）式で表され、（２）式に示した直線とｘ軸とが交わる点が焦点の座標となる。その座標を、（３）式に示す。
【００２０】
【数１】
2006040358.tif 000003
【００２１】
【数２】
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【００２２】
次に、求める放物線の方程式を求めると、（１）式の焦点は、（ｘ、ｙ）＝（ｐ＋ａ、０）であるから、（３）式より
ｐ＋ａ＝ｋ  ・・・（４）
であり、放物線は、点（０、ｇ）を通るので（５）式が得られる。
【００２３】
【数３】
2006040358.tif 000005
【００２４】
そこで、ｐ、ａは（６）式の通りとなる。
【００２５】
【数４】
2006040358.tif 000006
【００２６】
次に、ビーム径ｔの関係式を求めると、焦点を通り（２）式と傾きが±逆な直線は、（７）式となり、
【００２７】
【数５】
2006040358.tif 000007
(７)式と放物線（１）式との交点の座標は、（８）式により表すことが出来る。
【００２８】
【数６】
2006040358.tif 000008
【００２９】
そこで、ｔは、（８）式のｙ座標からｇを引いた値であるので、ｔの関係式は、（９）式により表すことが出来る。
【００３０】
【数７】
2006040358.tif 000009
【００３１】
次に、対物レンズの反射面のサイズを求める。対物レンズ反射面の幅Ｗｘ(図２に示す)は、（７）式と放物線（１）式の交点のｘ座標の値であるので、（１０）式で表すことが出来る。
【００３２】
【数８】
2006040358.tif 000010
【００３３】
一方、対物レンズの反射面の幅Ｗｚ(図２に示す)は、放物線（１）式は回転体であることから、（１１）式で表すことが出来る。
【００３４】
【数９】
2006040358.tif 000011
【００３５】
次に、以上求めた各式を用いて具体的な数値を算出する。
ここで、設計条件として、ｇ＝０．９０ｍｍ、ＮＡ＝０．６０とする。
反射面断面の方程式は、（１）式、（６）式より（１２）式となる。
【００３６】
【数１０】
2006040358.tif 000012
【００３７】
対物レンズの焦点のｘ座標ｋは、（３）式より（１３）式となる。
【００３８】
【数１１】
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【００３９】
必要なビーム径ｔは、（９）式により求めると（１４）式となる。
ｔ＝５．４（ｍｍ）  ・・・（１４）
【００４０】
そこで、対物レンズの反射面のサイズである幅Ｗｘ、Ｗｚは、（１０）式、（１１）式により求めると（１５）式となる。
Ｗｘ＝５．４（ｍｍ）、Ｗｚ＝１２．４７１（ｍｍ）  ・・・（１５）
以上、計算により求めた対物レンズの外形図を図２に示す。
図２は、本発明に係わる対物レンズについて、計算により具体例を求めその対物レンズの外形図を示す。
【００４１】
次に、本発明に係わる対物レンズを用いた光ピックアップの実施例について説明する。
図３は、本発明に係わる対物レンズを用いた光ピックアップの第一の実施例を示す構成図である。図３に示す光ピックアップ１０は、所定の波長のレーザ光を出射するレーザダイオード２と、該レーザダイオード２が出射するレーザ光を平行光とするコリメートレンズ３と、該コリメートレンズ３を透過するレーザ光を光ディスク４に形成したピット５に集光する対物レンズ７とにより構成する。ＣＤ、ＤＶＤ、及びブルーレイディスク等に対応したレーザダイオード２より出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３によりビーム径ｄ１の平行光とされ、対物レンズ７に入射する。対物レンズ７は、１／４楕円球状の集光面を有し、平行光となったレーザ光を反射して光ディスク４に形成したピット５を焦点として集光する。本実施例によれば、レーザ光は、対物レンズ７において空気媒体のみを進行するので、レーザ光の光量が劣化することを防止する。
【００４２】
次に、本発明に係わる対物レンズを用いた光ピックアップの第二の実施例について説明する。一般に、光ピックアップを構成する際、詳細には、その構造によりコリメートレンズや対物レンズの他、プリズム等の光学素子を使用する。第一の実施例においては、コリメートレンズを出射する平行光はビーム径ｄ１であり、ビーム径の大きなレーザ光となっているが、光学系の全てにこのような大きなビーム径のレーザ光を使用すると、各光学素子の外形が大きくなり、装置の構造が大きくなると共にコスト高を招き不都合である場合がある。
【００４３】
本第二の実施例はこのような問題を解決する手段を提供するもので、対物レンズに至るまでの光学系で使用するレーザ光のビーム径ｄ２を小さくし、対物レンズ直前に凹レンズ、及びコリメートレンズからなるビーム径拡大レンズを配置することにより、レーザ光のビーム径を大きくして対物レンズの反射面へ照射する。対物レンズに照射するレーザ光は、ビーム径を大きくし、対物レンズの開口径を大きくする程、焦点のスポット系を小さく出来るので、高密度なＤＶＤ等のピット径の小さいディスクのピットへ確実に焦点をあわせることが出来、光ピックアップの性能を向上させるために有利である。
又、ビーム径拡大レンズとしては、他にシリンドリカルレンズ、プリズムアナモフィック、或いは楕円体の反射レンズ等が使用可能である。
【００４４】
図４は、本発明に係わる対物レンズを用いた光ピックアップの第二の実施例を示す構成図である。図４に示す光ピックアップ１１は、説明に必要な部分についてのみ記載しており、入射する平行光は、ビーム径ｄ２の小さなビーム径のレーザ光である。そこで、この小さなビーム径のレーザ光を、ビーム径拡大レンズ１２を構成する凹レンズ１３に入力し、レーザ光を所定の大きさに発散させてコリメートレンズ１４に入射し、大きなビーム径の平行光となったレーザ光に変換し、対物レンズ７に入射する。対物レンズ７は、第一の実施例と同様の構造を有しており、１／４楕円球状の集光面において、平行光となったレーザ光を反射して光ディスク４に形成したピット５を焦点として集光する。本実施例によれば、レーザ光は、対物レンズ７において空気媒体のみを進行するので、レーザ光の光量が劣化することを防止する。
【００４５】
以上説明したように、本発明に係わる対物レンズを使用したことにより光ピックアップを薄型化できると共に、レーザ光が対物レンズの媒質中を透過しないので、対物レンズの材料として使用できる範囲が拡大し、樹脂による射出形成により安価な対物レンズを製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係わる対物レンズの実施例を示す構造図である。
【図２】本発明に係わる対物レンズについて、計算により具体例を求めその対物レンズの外形図を示す。
【図３】本発明に係わる対物レンズを用いた光ピックアップの第一の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明に係わる対物レンズを用いた光ピックアップの第二の実施例を示す構成図である。
【図５】従来のＳＩＬを使用した光ピックアップの構成例である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・光ピックアップ、                ２・・レーザダイオード、
３・・コリメートレンズ、              ４・・光ディスク、
５・・ピット、                        ６・・ＳＩＬ、
７・・対物レンズ、                    ８・・空洞、
９・・集光面、                      １０・・光ピックアップ、
１１・・光ピックアップ、              １２・・ビーム径拡大レンズ、
１３・・凹レンズ、                    １４・・コリメートレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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