(57)【要約】【課題】  湿度変化による球面収差の変動を抑えた光学素子及びこれを用い安定した情報の記録／再生を行うことが可能である光学式記録再生装置を提供すること。【解決手段】  本発明にかかる対物レンズ１０は、光ディスクなどを媒体とした光学式記録再生装置に使用される対物レンズ１０であって、対物レンズ１０のレンズ基体１１は樹脂から形成されており、レンズ基体１１の全体が耐湿性を有するコート層Ａ１６及びコート層Ｂ１７で覆われていることを特徴とするものである。また、コート層Ａ１６及びＢ１７は、光学素子の少なくとも光線透過領域を含む範囲において、透過光線の反射率が３％以下となるような反射防止機能を有することを特徴とするものである。【選択図】図２
2006119485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光情報記録媒体を用いて情報を記録及び／又は再生する光学式記録再生装置に使用される光学素子であって、
前記光学素子は樹脂から形成されており、
前記光学式記録再生装置によって保持される部分を含む前記光学素子全体が耐湿性を有するコート層で覆われていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記コート層は、前記光学素子の少なくとも光線透過領域を含む範囲において、透過光線の反射率が３％以下となるような反射防止機能を有することを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記光学素子は、所定の開口数が設定されており、
少なくとも４０５ｎｍ程度の光ビームを光情報記録媒体の情報記録面上にＲＭＳ波面収差が０．０４５λＲＭＳ以下に集光させるレンズ機能を有していることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【請求項４】
前記コート層は、少なくとも光線透過領域を含む範囲に形成された第１のコート層と、
前記第１のコート層の形成領域外に形成された第２のコート層とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１のコート層は、前記第２のコート層よりも反射率が低いことを特徴とする請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
前記光学素子の入射面又は出射面の全部又は一部は、蒸着物質を蒸着することにより形成され、
前記光学素子の外周部は、前記蒸着物質の廻り込みにより形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
光源と、
前記光源から出射された光を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系と、
前記光情報記録媒体からの反射光を受光するための光検出器と、
を有する光学式記録再生装置であって、
前記対物レンズは、対物レンズ基体全体が耐湿性を有するコート層で覆われていることを特徴とする
光学記録再生装置。
【請求項８】
前記コート層は、前記対物レンズの少なくとも光線透過領域を含む範囲において、透過光線の反射率が３％以下となるような反射防止機能を有することを特徴とする請求項７記載の光学式記録再生装置。
【請求項９】
前記対物レンズは、所定の開口数が設定されており、少なくとも４０５ｎｍ程度の光ビームを光ディスクの情報記録面上にＲＭＳ波面収差が０．０４５λＲＭＳ以下に集光させるレンズ機能を有していることを特徴とする請求項７または８記載の光学式記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び光学式記録再生装置に関し、特に、主として樹脂からなる光学素子及びこれを用いた光学式記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、赤色半導体レーザの実用化に伴い、従来の光ディスクすなわち光情報記録媒体であるＣＤ（Compact Disk）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光ディスクであるＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の開発が進んでいる。近い将来には、青色半導体レーザを用いた、より高密度な次世代の光ディスクが実用化されることが予想される。
【０００３】
このような光ディスクなどを媒体とした光学式記録再生装置においては、記録情報信号の高密度化を図るため、あるいは高密度な記録情報信号を再生するために、対物レンズが記録媒体上に集光するスポット径を小さくすることが要求されている。このスポット径は、周知のようにλ／ＮＡ（ただし、λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）に比例する。このために、光学式記録再生装置で使用される光源の短波長化及び、光ディスクに対向して配置される対物レンズの高ＮＡ化が検討されている。
【０００４】
光学式記録再生装置においては、一般的に情報の再生時のレーザパワーよりも記録時のレーザパワーの方が大きいため、再生から記録に切り替える際に出力変化により中心波長がずれてしまう場合がある。このような現象に起因して発生するフォーカス位置ずれは、対物レンズをフォーカシングすることで除去できるが、対物レンズがフォーカシングするまでの間は、フォーカス位置ずれによる記録不良等の不具合が生じる。このフォーカス位置ずれは、光源波長が短くなるほど大きくなる。以上の理由から青色半導体レーザを光源として使用する光学式記録再生装置では、波長変化に対する集光スポットのフォーカス位置ずれの補正が必要とされる。
【０００５】
このような問題の解決のため、例えば、特許文献１には、光学面上に輪帯状の回折パターンを形成し、かかる回折パターンの回折作用により軸上色収差を補正することによって、波長変化に対するフォーカス位置ずれを小さく抑えた、青紫色半導体レーザを光源として使用する光ピックアップ装置用の対物レンズが記載されている。
【特許文献１】特開平９−３１１２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、対物レンズの高ＮＡ化やレーザの短波長化が図られてくると、ＣＤやＤＶＤなどの従来の光ディスクに対して情報の記録又は再生を行うような比較的長波長のレーザと低ＮＡの対物レンズとの組み合わせからなる光学式記録再生装置ではほとんど無視できる問題でも、より顕在化されることが予想される。その一つが、湿度変化による対物レンズの球面収差の問題である。
【０００７】
一般に、レンズに用いられる材料の屈折率は、水分含有率が高いほど高くなる。したがって、例えば、湿度が上昇した場合には、空気中の水分がレンズの表面から徐々にレンズ内部に吸収され、吸収が進行している間は表面に近い側の屈折率は相対的に高くなり、中心に近い側の屈折率は周辺より遅れて高くなる。このように、レンズ内部で屈折率分布が発生するため、球面収差が発生する。
【０００８】
現在、ＣＤやＤＶＤの対物レンズには、生産性、コストの観点からポリオレフィン系、アクリル系などの樹脂レンズが使用されている。しかし、樹脂は吸湿性が高いため、湿度変化時の変形、屈折率変化が大きい。かかる屈折率変化による球面収差の変動も、レーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化の組み合わせにおいては、無視できない量となり、安定した記録再生が行えない恐れがある。
【０００９】
本発明は上記のような事情を背景としてなされたものであって、光学式記録再生装置用の樹脂製レンズで問題になる、湿度変化による球面収差の変動を抑えた光学素子及びこれを用い安定した情報の記録／再生を行うことが可能である光学式記録再生装置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】
【００１０】
本発明の第１の態様にかかる光学素子は、光情報記録媒体を用いて情報を記録及び／又は再生する光学式記録再生装置に使用される光学素子であって、前記光学素子は樹脂から形成されており、前記光学式記録再生装置によって保持される部分を含む前記光学素子全体が耐湿性を有するコート層で覆われていることを特徴とするものである。これによって、光学素子内部への吸湿が妨げられ、吸湿による球面収差の変動を抑制することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様にかかる光学素子は、上記の光学素子において、前記コート層は、前記光学素子の少なくとも光線透過領域を含む範囲において、透過光線の反射率が３％以下となるような反射防止機能を有することを特徴とするものである。これによって、光学素子の光学的性質を向上させることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様にかかる光学素子は、上記の光学素子において、前記光学素子は、所定の開口数が設定されており、少なくとも４０５ｎｍ程度の光ビームを光情報記録媒体の情報記録面上にＲＭＳ波面収差が０．０４５λＲＭＳ以下に集光させるレンズ機能を有していることを特徴とするものである。これによって、光ディスク装置の信号レベルの低下、ジッター特性の劣化を許容範囲とすることができる。
【００１３】
本発明の第４の態様にかかる光学素子は、上記の光学素子において、前記コート層は、少なくとも光線透過領域を含む範囲に形成された第１のコート層と、前記第１のコート層の形成領域外に形成された第２のコート層とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第５の態様にかかる光学素子は、上記の光学素子において、前記第１のコート層は、前記第２のコート層よりも反射率が低いことを特徴とするものである。これによって、光学素子の光学的性質を向上させることができる。
【００１５】
本発明の第６の態様にかかる光学素子は、上記の光学素子において、前記光学素子の入射面又は出射面の全部又は一部は、蒸着物質を蒸着することにより形成され、前記光学素子の外周部は、前記蒸着物質の廻り込みにより形成されたことを特徴とするものである。これによって、光学素子の製造プロセスの増加を抑制することができる。
【００１６】
本発明の第７の態様にかかる光学式記録再生装置は、光源と、前記光源から出射された光ビームを光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系と、前記光情報記録媒体からの反射光を受光するための光検出器と、を有する光学式記録再生装置であって、前記対物レンズは、対物レンズ基体全体が耐湿性を有するコート層で覆われていることを特徴とするものである。これによって、レンズ基体内部への吸湿が妨げられ、吸湿による球面収差の変動が抑えられることにより、安定した記録／再生を行うことができる。
【００１７】
本発明の第８の態様にかかる光学式記録再生装置は、上記の光学式記録再生装置において、前記コート層は、前記光学素子の少なくとも光線透過領域を含む範囲において、透過光線の反射率が３％以下となるような反射防止機能を有することを特徴とするものである。これによって、さらに安定した記録／再生を行うことができる。
【００１８】
本発明の第９の態様にかかる光学式記録再生装置は、上記の光学式記録再生装置において、前記対物レンズは、所定の開口数が設定されており、少なくとも４０５ｎｍ程度の光ビームを光ディスクの情報記録面上にＲＭＳ波面収差が０．０４５λＲＭＳ以下に集光させるレンズ機能を有していることを特徴とするものである。これによって、光ディスク装置の信号レベルの低下、ジッター特性の劣化は許容範囲とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、湿度変化による球面収差の変動を抑制した光学素子及びこれを用い安定した記録／再生を行うことが可能である光学式記録再生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、これらの図および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明に合致する限り、他の実施の形態も本発明の範疇に属しえることは言うまでもない。
【００２１】
図１及び図２を参照して、本実施の形態にかかる光ディスク用対物レンズ１０について説明する。図１は、本実施の形態が適用される光ディスク用対物レンズ１０の正面図であり、図２は断面図である。これらの図面に示す対物レンズ１０のレンズ基体１１は、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などを射出成形などすることにより形成されている。図１に示すように、このレンズ基体１１の中央部は、少なくとも光線透過領域（図２中、矢印で示す。）を含み、凸レンズとして機能するレンズ面１２が設けられており、光線を光ディスクの情報記録面上へ良好に集光する。好ましくは、安定した記録再生を行うためにＲＭＳ波面収差で０．０４５λＲＭＳ以下がよい。
【００２２】
レンズ面１２の周囲には、光学式記録再生装置に設けられたレンズホルダ部（不図示）に対物レンズ１０を装着するフランジ部１３が形成されている。図１に示すように、フランジ部１３の外周面１４は円柱面として形成されているが、その一部は、平面状のゲート除去部１５として形成される。このゲート除去部１５は、射出成形の際に形成されて外周面１４から突出するゲートを除去することにより作り出される。すなわち、レンズ基体１１の外周面１４からいわゆるバリを突出させないために、レンズ基体１１のフランジ部１３の一部をＮＣ加工装置などによって、ゲートと共に平面状に切断し、ゲート除去部１５を形成している。なお、図１では、説明のために、コート層Ａ１６及びコート層Ｂ１７の図示を省略している。
【００２３】
図２に示すように、この対物レンズ１０には、レンズ基体１１を外気から遮断するべく、レンズ基体１１の全面を覆うように、耐湿性を有するコート層Ａ１６及び、コート層Ｂ１７が設けられている。ここで、コート層Ａ１６は少なくとも光線透過領域（図２中、矢印で示す。）を含む範囲に形成され、コート層Ｂ１７はコート層Ａ１６の形成領域外に形成されている。これにより、レンズ基体１１の吸湿が妨げられ、湿度変化時にレンズの変形、屈折率変化が生じないため、球面収差の変動が起こらない。
【００２４】
特に、近年、波長４０５ｎｍの程度の、いわゆる青色半導体レーザが用いられるようになった。このような短波長領域では多くの場合、光の吸収が増大してしまうため、光学部品として使用可能な樹脂材料に限りがある。そのため、アクリル系樹脂などが吸収の少なく、光学特性のよい材料として使用される場合が多い。しかし、このような材料は、吸湿性が高いため、それに伴う屈折率の変化、ひいては光学特性の変化が大きくなる。このため、それを防ぐ手段が必要となる。本実施の形態にかかる対物レンズ１は、ＮＡ＝０．６５以上であり、光源の波長４０５ｎｍ程度の高密度光学式記録再生装置において安定した記録再生を可能とする。
【００２５】
また、このコート層Ａ１６は光線を効率よく透過させるため、透過する光線波長付近の光線反射率が３％以下となるような、反射防止機能を有している。一般に、対物レンズは光ディスク装置の信号レベルの低下を防ぐべく、光線を効率よく透過させるため、反射防止膜をレンズ基体表面に施す必要がある。そこで、本実施形態においてコート層Ａ１６は、少なくとも光線透過領域を含む範囲において、透過光線の反射率が３％以下となるような反射防止機能を有し、かつ、耐湿性を有するよう所定の条件を満足するような膜構成から形成される。
【００２６】
透過光線の反射率が３％以下であれば、光ディスク装置の信号レベルの低下、ジッター特性の劣化は許容範囲である。また、光線透過領域外においては、コート層Ａ１６及びコート層Ｂ１７の光線反射率は制限されず、耐湿性を有した膜構造であればよい。したがって、本実施形態において、コート層Ａ１６とコート層Ｂ１７の構成は光線透過領域、光線透過領域外で同じであっても、異なっていてもよい。
【００２７】
例えば、光源として波長４０５ｎｍ青色半導体レーザを用いる場合、屈折率が１．３〜１．５程度の膜を単層とした構成とすればよい。あるいは、屈折率が１．３〜１．５程度の膜と屈折率が１．８〜２．３程度の膜を交互に積層した構成にすればよいが、この場合、最外層は低屈折率材料であることが好ましい。
【００２８】
本実施の形態において、コート層Ａ１６、及びコート層Ｂ１７の形成方法、材料などは、特に制限されない。形成方法としては、例えば、乾式プロセスである真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、湿式プロセスであるディッピング法、スピンナー法、スプレー法、フロー法などの公知の方法が使用可能である。これらの方法を用いて、屈折率が１．３〜１．５程度の膜を単層、あるいは屈折率が１．３〜１．５程度の膜と屈折率が１．８〜２．３程度の膜を交互に積層することで形成すればよい。
【００２９】
しかしながら、コート層Ａ１６及びコート層Ｂ１７の耐湿性には、コート層を構成する膜中に柱状構造、粒塊などがない緻密性が要求される。このため、これらのコート層はイオンアシスト蒸着、イオンビームスパッタ法で形成されてなることが好ましい。この場合、コート層Ａ１６、コート層Ｂ１７は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＦ２、ＳｉＮなどの材料群から屈折率の大きな材料と、屈折率の小さな材料を交互に積層することで形成され、少なくとも一層がイオンアシストを用いて形成されてなることが望ましい。この際、イオン化ガスはアルゴン（Ａｒ）を用いるのが好ましい。
【００３０】
イオンアシスト条件で好ましい範囲は、イオンビーム電圧が２００〜６００Ｖ、イオンビーム電流が５０ｍＡ〜４００ｍＡ、加速電圧８００Ｖ以下である。イオンビーム電圧２００Ｖ未満または、イオンビーム電流５０ｍＡ未満である場合、レンズ基体とコート層との密着性向上効果が十分でない可能性がある。また、イオンビーム電圧６００Ｖ超または、イオンビーム電流４００ｍＡ超または、加速電圧８００Ｖ以上であると、レンズ基体１１が黄変する可能性がある。
【００３１】
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などをレンズ基体１１の材料として用いる場合、高温高湿の条件下では、コート層とレンズ基体１１との密着性が低下してしまうことがある。そこで、レンズ基体１１とコート層Ａ１６、コート層Ｂ１７との密着性を向上させるために、レンズ基体１１とコート層との間に、ＳｉＯ２からなる下地層（不図示）を形成してもよい。下地層は、反射防止機能にほとんど影響しない程度の膜厚（１．０〜５．０ｎｍ）で形成することが好ましい。
【００３２】
また、下地層とレンズ基体１１あるいはコート層との密着性を一層向上させるため、及び、蒸着物質の初期膜形成状態の均一化を図るために、下地層あるいはコート層を形成する前にレンズ基体１１に対して、イオン照射処理を行うことが好ましい。イオン照射処理におけるイオン化ガスは、酸素、Ａｒなどを用いることができる。また、出力で好ましい範囲は、イオンビーム電圧が１００〜６００Ｖ、イオンビーム電流が５０ｍＡ〜４００ｍＡ、加速電圧８００Ｖ以下、照射時間は３〜５分程度とすることが好ましい。
【００３３】
イオン照射処理では、イオンビーム電圧１００Ｖ未満、またはイオンビーム電流５０ｍＡ未満であると、密着性向上効果が十分でない可能性があり、イオンビーム電圧６００Ｖ超、イオンビーム電流４００ｍＡ超、加速電圧８００Ｖ以上、照射時間が５分を超えると、レンズ基体１１が黄変する可能性がある。また、この表面の改質処理は、イオン照射処理に限定されるものではない。例えば、一般的に知られている、コロナ放電処理、電子線照射処理、紫外線照射処理などを行ってもよい。
【００３４】
コート層Ｂ１７の外周面１４への形成は、蒸着物質の廻り込みを利用する、または、外周面１４にのみ再度成膜を行うことで可能である。しかし、対物レンズ１０の製造にかかるプロセスの増加を招かないように、蒸着物質の廻り込みを利用して、外周面１４へコート層Ｂ１７を形成することが好ましい。
【００３５】
実施例．
次に、上述した実施の形態の実施例について説明する。なお、後述する実施例は、本発明を制限するものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で実施の変更をすることは、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３６】
アクリル系樹脂を射出成形することによって、光源の波長が４０５ｎｍ用の、ＮＡが０．６５である、ディスク基板厚０．６ｍｍの光ディスク、いわゆるＨＤ−ＤＶＤ用の対物レンズを得た。対物レンズのレンズデータを表１に、非球面係数を表２に示す。
【表１】
2006119485.tif 000003
【表２】
2006119485.tif 000004
【００３７】
また、光線透過領域径φ＝４．０ｍｍｍ、レンズ中心厚は２．２ｍｍ、焦点距離は３．１ｍｍ、波長４０５ｎｍの平行光束に対するＲＭＳ波面収差は、０．３３λＲＭＳであった。
【００３８】
このレンズ基体全面にイオンアシスト蒸着装置にて、光線透過領域を含む、中心からφ＝４．５ｍｍ程度の範囲にコート層Ａ１６、コート層Ａ１６の形成領域外にコート層Ｂ１７を形成した。光屈折率材料として、Ｔａ２Ｏ５（ｎ＝２．２３）、低屈折率材料としてＳｉＯ２（屈折率＝１．４８）を用いた。まず、下地層の密着性を確保するべく、レンズ基体に酸素、Ａｒガスによりイオンビーム電圧６００Ｖ、イオンビーム電流４００ｍＡ、加速電圧４００ｖの条件で、イオン照射を３分間行った。そして、下地層としてＳｉＯ２を膜厚５．０ｎｍ形成した後、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２とを交互に計４層形成した。
【００３９】
膜の緻密性を向上させるため、最外層のＳｉＯ２のみイオンアシストを用いて形成した。イオン化ガスとしてＡｒを用い、アシスト条件はイオンビーム電圧６００Ｖ、イオンビーム電流４００ｍＡ、加速電圧６００Ｖとした。形成したコート層Ａ１６の構成材質及び各層の屈折率、膜厚を図３に示す。図３に示すように、コート層Ａ１６は、レンズ基体である樹脂上に、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２を順次積層した５層の積層構造を有している。
【００４０】
また、図４に、コート層Ａ１６の波長に対する反射率変化を示す。図４において、横軸は光線波長を示しており、縦軸は反射率を示している。図４に示すように、波長４０５ｎｍにおける反射率は０．１％以下であり、本実施例にかかるコート層Ａ１６は、反射防止機能を有していることがわかる。
【００４１】
コート層Ｂ１７の形成は、コート層Ａ１６の形成プロセスと同時に行った。本実施例においては、コート層Ｂ１７の構成材料はコート層Ａ１６と同じとした。コート層Ｂ１７の外周面１４への形成は、蒸着物質の廻り込みを利用して行った。レンズ基体１１をコート層形成面の裏面で粘着性のテープを用いて保持し、成膜を行うことで外周面１４にもコート層Ｂ１７を形成した。片面にコート層を形成した後、これら操作をレンズ基体１１の先に成膜した面の裏面にも行い、レンズ基体１１全面にコート層Ａ１６、コート層Ｂ１７が形成された対物レンズ１０を得た。
【００４２】
比較例１．
上記実施例と比較するための比較例１として、コート層が形成されていない対物レンズを準備した。
【００４３】
比較例２．
上記実施例と比較するための比較例２として、コート層Ａ１６のみを実施例と同様な方法で形成した対物レンズを準備した。
【００４４】
以上の実施例及び比較例１、２について、次のような試験を行った。
（耐湿性試験）作成したサンプルを温度６０℃、湿度８５%に設定された恒温槽に１６８時間放置した後、波面収差を測定し、試験前後での状態変化を調べた。試験結果を表３に示す。
【表３】
2006119485.tif 000005
【００４５】
表３に示されるように、コート層をレンズ基体１１の全面に施すことでレンズ基体１１の吸湿が妨げられ、球面収差の変動が抑制されていることがわかる。なお、本発明の実施例においては、対物レンズを例として説明したが、例えば回折格子など樹脂で形成された光学部品全般に適用することが可能であることはいうまでもない。
【００４６】
以上説明したように、本発明では、耐湿性を有するコート層を光学素子全面に施すため、光学素子基体の湿度変化による光学特性の変動を抑制することができる。また、本発明の光学素子を光学記録再生装置に用いることで、安定した情報の記録／再生を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施の形態にかかる対物レンズの構成の一例を示した概略正面図である。
【図２】同図１の概略断面図である。
【図３】本実施例にかかるコート層の構成材質及び各層の屈折率、膜厚を示す図である。
【図４】本実施例にかかるコート層の反射率を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  対物レンズ
１１  レンズ基体
１２  レンズ面
１３  フランジ部
１４  外周部
１５  ゲート除去部
１６  コート層Ａ
１７  コート層Ｂ
【図１】
2006119485.tif 000006
【図２】
2006119485.tif 000007
【図３】
2006119485.tif 000008
【図４】
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