(57)【要約】【課題】短波長を使用する高記憶容量をめざしたディスクの記録及び再生のための光学ユニットとして、より製造の容易な構成で、且つ短波長化による誤差感度の増大に対し高精度な組み付けが可能な光学ユニットを得る。【解決手段】複数の光学素子を固着して一体化した光学ユニットにおいて、光学有効面以外の位置で少なくとも２カ所の位置決めのための形状により位置決めし、更に光学素子を超音波溶着により固着することで一体化する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学素子を固着して一体化した光学ユニットにおいて、
該複数の光学素子は、光学有効面以外の位置で少なくとも２カ所の位置決めのための形状を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記位置決めのための形状は、凸部と凹部で構成され、１カ所はピン形状とそれに嵌合する穴形状であり、他はピン形状と該ピンと２点で接する形状であることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記複数の光学素子は、超音波溶着により固着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記光学ユニットは、少なくともその片面に、光軸から離れるに従い厚みが階段状に変化する輪帯群を有する光学素子を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の光情報記録媒体に対し、情報の記録又は読み出しをおこなう光ピックアップに用いられる光学ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＤをはじめＤＶＤの記録、又は再生用の光ピックアップ用の光学ユニットとして、樹脂モールド単玉レンズ、ガラスモールド単玉レンズや樹脂モールドレンズ２枚で構成したものが使用されている。
【０００３】
樹脂モールドレンズはガラスモールドレンズに比べ、比重が小さくこのため軽量化が可能である。このため、レンズを駆動するアクチュエータへの負荷を軽減でき、且つ慣性モーメントが小さいため、その応答性を向上させることが容易である利点を有している。
【０００４】
本出願人は、光ピックアップ用の光学ユニットを複数の光学素子で構成したものに関し、少なくとも２枚以上の光学素子から構成し、それぞれの光学機能部より周辺側の部分に当接部を設けて位置決めするものを提案した（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、近年では、従来のＤＶＤよりさらに高密度のピットで、４００ｎｍ近傍の青紫色レーザを使用する高記憶容量をめざしたディスクの提案がされており、この波長に対しても回折効率を向上させるための輪帯状のパターンを設けた回折レンズ構造の、光ピックアップ用対物レンズが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
また、回折素子構造により色収差を補正する色収差補正素子を他の光学系と組み合わせて使用することも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２６９７９４号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−２９８４２２号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平６−８２７２５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の青紫色レーザを使用する高記憶容量ディスクに要求される光学ユニットは、従来のＣＤやＤＶＤより大きい開口数が必要であり、波長変化に対しその結像性能や結像位置の変化は非常に敏感になる。このため光学素子間の相対的なシフトやチルトに対して許容される組み付け誤差は厳しくなり、従来よりも高精度な組み付け方法が必要とされる。
【００１１】
これに対し、当接部を設けて位置決めする特許文献１の方法を適用しようとすると、その当接する部位である円周部の寸法精度、即ち真円度、直径、光軸との芯ズレ等の許容量が非常に厳しいものになり、且つそのうち１つでも満足しないものがあると、総合的な組み立て精度が維持できなくなるという問題がある。
【００１２】
一方、光源波長の短波長化に対し、１枚の回折レンズ構成で対応しようとする特許文献２に記載の光ピックアップ用対物レンズは、短波長化による誤差感度の増大のため、金型製作や成形時の技術的難易度が高くなり、克服には多大な時間を要するという問題がある。
【００１３】
また、回折素子構造により色収差を補正する色収差補正素子と結像系を組み合わせた場合には、結像系と高精度に組み付けをおこなう必要がある。
【００１４】
本発明は、上記問題を鑑み、４００ｎｍ近傍の青紫色レーザを使用する高記憶容量をめざしたディスクの記録及び再生のための光学ユニットとして、より製造の容易な構成で、且つ短波長化による誤差感度の増大に対し高精度な組み付けが可能な光学ユニットを得ることを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、
１）  複数の光学素子を固着して一体化した光学ユニットにおいて、該複数の光学素子は、光学有効面以外の位置で少なくとも２カ所の位置決めのための形状を有することを特徴とする光学ユニット、
とすることで達成され、より簡単な形状で高精度の組み付けが可能となり、総合的な誤差を極小にすることができる。また、
２）  位置決めのための形状は、凸部と凹部で構成され、１カ所はピン形状とそれに嵌合する穴形状であり、他はピン形状と該ピンと２点で接する形状である１）の光学ユニット、
とすることで、具体的には金型のピンの位置を調整することのみで複数の光学素子のアライメント調整が可能となる。
【００１６】
３）  複数の光学素子は、超音波溶着により固着されている１）又は２）の光学ユニット、
とすることで、接着剤に関わる問題、即ち接着剤の過多又は過少や、固化のために要する時間等を無くすことができ、工程滞留時間の短縮により仕掛かり品の数量を減少でき生産数量の変化に敏感に対応可能となる。
【００１７】
４）  光学ユニットは、少なくともその片面に、光軸から離れるに従い厚みが階段状に変化する輪帯群を有する光学素子を含む１）〜３）のいずれかの光学ユニット、
とすることで、光源波長の変化を補正する光学素子と結像に関わる光学素子に、機能分離することで個々の金型製作や成形を容易にでき、ひいては安定的製造が可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明に係る光学ユニットの要部構成を示す側面断面図と背面図である。図１（ａ）は側面断面図であり、図１（ｂ）は背面図である。図１（ｂ）のＰ−Ｐ断面が図１（ａ）である。
【００２０】
図示しないレーザ光源からの光束は、ビームスプリッタ透過後、コリメートレンズを介して平行光束にされ１／４波長板を透過し、図１（ａ）に示す光学素子の一つである色収差補正素子１１に入射するよう構成されている。
【００２１】
この色収差補正素子１１は、特開平６−８２７２５号公報に記載と同様の回折素子構造のものであり、光入射側端面に複数の階段状の平面が形成され、光軸を中心とした同心円上の輪帯として形成されている。なおこの図を含む以降の図も理解を容易にするため、輪帯の幅、段差を誇張して示している。
【００２２】
色収差補正素子の巨視的な形状が凹平レンズとなる場合は、一般の屈折を利用した正レンズの色収差を打ち消すことができ、光ディスク用の対物レンズと組み合わせて使用することにより、色収差を補正することができる。
【００２３】
１２は光学素子であり正のパワーを持ち、この光学素子１２で結像機能を受け持ち、色収差補正素子１１と光学素子１２の２枚が一体となって光学ユニットが構成されている。このように、機能により色収差補正と結像に関わる部分を分離した構成とすることで個々の金型製作や成形を容易にでき、ひいては安定的製造が可能になる。なお１５は光ディスクであり、１５ａは透明保護層である。
【００２４】
色収差補正素子１１はその光学有効面以外の部位が円筒状に延長され光学素子１２と結合される。この２つの光学素子の光軸合わせは、色収差補正素子１１に一体成型されたピン１１ｐとピン１１ｓ、光学素子１２に設けられた嵌合穴１２ｐと長穴１２ｓでおこなわれる。
【００２５】
長穴１２ｓは図１（ｂ）に示すように、ピン１１ｓと円周方向でのみ接した長穴となっている。即ち色収差補正素子１１と光学素子１２は、ピン１１ｐと嵌合穴１２ｐで１点が決められ、このピン１１ｐを中心とした回動方向をピン１１ｓと長穴１２ｓで規制されることにより位置決めされ、光軸合わせが成され、２つの光学素子間のシフトを許容範囲内に収める。
【００２６】
図２は、この色収差補正素子１１の、光学素子１２との結合部の形状を示した斜視図である。なお説明の簡略化のため同一部材には同じ符号を付与して以下説明する。図２において、ピン１１ｐとピン１１ｓはボス２１、２２上に設けらている。更にボス２３、２４がボス２１に対し略１２０度間隔で設けられている。また円弧状凸部２５、２６が設けられ、この円弧状凸部２５、２６上には断面が三角形の突起部２７、２８が設けられている。
【００２７】
図３は、上述のボス２１、２２、２３、２４、円弧状凸部２５、２６及び突起部２７、２８の高さ関係を示した図である。ボス２１の段付き部とボス２３、２４の高さは同じに設定してあり、この３つの面に光学素子１２のフランジ部が当接し光軸方向の色収差補正素子１１と光学素子１２の間隔が決められる。一方円弧状凸部２５、２６とボス２２の段付き部はボス２１の段付き部より低く、光学素子１２のフランジ部とは当接しない設定となっている。即ち、略１２０度間隔で配置された、ボス２１、２３、２４の高さでチルトを許容範囲内に収めることができる。更に円弧状凸部２５、２６上の突起部２７、２８は以下に説明する超音波溶着に使用される部位である。
【００２８】
図４は、突起部の超音波溶着の状態を示した断面図である。図４（ａ）は、超音波溶着前の形状であり、図４（ｂ）は、超音波溶着後を示している。突起部は２７、２８の２カ所にあるが同様のため突起部２７で説明する。
【００２９】
色収差補正素子１１のピン１１ｐと１１ｓに対し光学素子１２の嵌合穴１２ｐと長穴１２ｓを挿入すると、図４（ａ）の状態となる。この後、超音波溶着のためのホーン３１を光学素子１２のフランジ面の、突起部に対向する位置に当て付ける。これにより突起部２７は溶け、図４（ｂ）に示すように色収差補正素子１１と光学素子１２は、溶着される。既に図３で説明したように、光学素子１２はボス２１、２３、２４に当接した位置で止まり、三角形の突起部２７の先端のみが溶着代として使用される。
【００３０】
なお、この溶着部は２カ所で説明したが、これに限るものでなく、任意に設けてよい。ただし、この溶着部は、光学素子１２のフランジ面が当接するボス２１、２３、２４の近傍が望ましい。これは、光学有効面に応力が掛かるのをできるだけ回避し、面精度を維持するためである。
【００３１】
次に、ピン１１ｐとピン１１ｓでの光軸合わせについて説明する。図５は、本発明の光軸合わせの方法を説明する図である。図５において、最初に製作した金型で成形後に組み合わせると、色収差補正素子１１の光軸がＡ、光学素子１２の光軸がＢのようにずれてできあがったとする。この場合、色収差補正素子１１のピン１１ｐ及びピン１１ｓに対応する金型の穴を測定値に応じ、それぞれ図示矢印方向に位置を修正することにより、組み立て後の光学素子双方の光軸を許容範囲内に収めることが可能である。即ち、色収差補正素子１１、光学素子１２の双方またはいずれかの金型の位置決め部材に微少な誤差があっても、この２カ所のピンの位置のみを修正することで、容易に光軸が合うように金型で微調整を行うことができる。なお、ピンや溶着部は色収差補正素子１１側に設けて説明したが、光学素子１２側に設けてもよいのは勿論である。
【００３２】
図６は、長穴をＵ字の長溝形状とした場合の図である。ピン１１ｐとピン１１ｓは、その距離が大きいほど、調整の刻みは細かくなる。このためピンの間隔をできるだけ大きく取り、相対する光学素子１２の長穴１２ｓをＵ字の長溝４１にした例である。図１に示した長穴でなく、このような長溝であっても同様の効果が得られる。
【００３３】
図７は、本発明を３枚構成の光学ユニットに適用した例の図である。図７は、色収差補正素子５０と結像系を２枚の光学素子５１、５３で構成した３枚構成の光学ユニットである。
【００３４】
図７に示すように、光学素子５１は色収差補正素子５０側に位置決めのためのピン５１ｐ、５１ｓが設けられ、且つ光学素子５３側に位置決めのためのピン５２ｐ、５２ｓが設けられている。色収差補正素子５０側には、ピン５１ｐと５１ｓに対応して嵌合穴５０ｐと長穴５０ｓ、光学素子５３側には、ピン５２ｐ、５２ｓに対応して嵌合穴５３ｐと長穴５３ｓがそれぞれ設けられている。
【００３５】
また図示しないが、光学素子５１のフランジ部両面には、図２と同様にボスが略１２０度間隔で設けられている。さらに同様に円弧状凸部が設けられ、この円弧状凸部上には断面が三角形の突起部が設けられ、その高さ関係も図３に示したものと同様に設定されている。
【００３６】
光学素子５１と光学素子５３はピン５２ｐと嵌合穴５３ｐ、ピン５２ｓと長穴５３ｓで光軸合わせがなされ、シフト量を許容範囲内に収め、略１２０度間隔のボスにより光学素子間の間隔が確保されてチルトを許容範囲内に収め、円弧状凸部上の三角形の突起部で超音波溶着により固着される。光学素子５１と色収差補正素子５０はピン５１ｐと嵌合穴５０ｐ、ピン５１ｓと長穴５０ｓで光軸合わせがなされ、シフト量を許容範囲内に収め、略１２０度間隔のボスにより光学素子間の間隔が確保されてチルトを許容範囲内に収め、円弧状凸部上の三角形の突起部で超音波溶着により固着される。これにより、３枚構成の光学ユニットが超音波溶着により固着されて一体化される。
【００３７】
この３枚構成の光学ユニットは、光軸合わせについては、上述と同様に光学素子５１に設けられたピン５１ｐと５１ｓの位置の金型を微調整することで色収差補正素子５０との光軸合わせがなされ、ピン５２ｐと５２ｓの位置の金型を微調整することで光学素子５３との光軸合わせがおこなえるようになる。
【００３８】
即ち、３枚構成にもかかわらず、光学素子５１に設けられた４カ所のピンの位置の金型の微調整のみで光学ユニット全体の光軸合わせが可能になる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、光学素子の金型のピンの位置を調整することのみで複数の光学素子で構成された光学ユニットのアライメント調整が可能となり、簡単な形状で高精度の組み付けが可能となり、総合的な誤差を極小にすることができるようになった。
【００４０】
また同時に、超音波溶着することで、接着剤に関わる問題、即ち接着剤の過多又は過少や、固化のために要する時間等の問題を無くすことができ、工程滞留時間の短縮により仕掛かり品の数量を減少でき生産数量の変化に即座に対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学ユニットの要部構成を示す側面断面図と背面図である。
【図２】色収差補正素子の、光学素子との結合部の形状を示した斜視図である。
【図３】ボス、円弧状凸部、及び突起部の高さ関係を示した図である。
【図４】突起部の超音波溶着の状態を示した断面図である。
【図５】本発明の光軸合わせの方法を説明する図である。
【図６】長穴をＵ字の長溝形状とした場合の図である。
【図７】本発明を３枚構成の光学ユニットに適用した例の図である。
【符号の説明】
１１  色収差補正素子
１１ｐ  ピン
１１ｓ  ピン
１２  光学素子
１２ｐ  嵌合穴
１２ｓ  長穴
１５  光ディスク
１５ａ  透明保護層
２３  ボス
２４  ボス
２５  円弧状凸部
２６  円弧状凸部
２７  突起部
２８  突起部
【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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【図６】
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【図７】
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