(57)【要約】【課題】ガラス材料あるいは樹脂材料から成形される光学素子は、成形時の条件によって収差性能にばらつきが生じ、非点収差の角度が安定しないという課題がある。【解決手段】光学素子の外径Ｇ（ｍｍ）と最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の関係が６≦Ｇ／Ｔ≦２１に該当する光学素子は、非点収差がでる方向（角度）に合わせて光学素子の外径部にマーキングを施し、ピックアップ装置に組み込む際にそのマークに合わせて最適角度の位置に組み込むようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス材料あるいは樹脂材料を成形金型で成形して得られた光学素子であって、その光学素子の外径Ｇ（ｍｍ）と最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の関係が、６≦Ｇ／Ｔ≦２１の範囲に該当する光学素子に、非点収差の方向を示すためのマークを施したことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
ポリオレフィン系の樹脂材料あるいはノルボルネン系の樹脂材料、またはフルオレン系の樹脂材料で成形したことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学素子を、その光学素子に施したマークにより該光学素子の回転方向を調整し位置決めして組み込んだことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
ガラス材料あるいは樹脂材料を成形金型で成形して光学素子を得る工程と、前記光学素子の外径Ｇ（ｍｍ）と最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の関係が、６≦Ｇ／Ｔ≦２１の範囲にある光学素子の非点収差を測定し、前記非点収差の方向を示すためのマークを光学素子に施す工程を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルビデオディスク装置、コンピューター用の光記録装置等に用いられる光学素子及びその光学素子の製造方法ならびに光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光記録再生装置に用いられる光学素子の非点収差には、複屈折により生ずる非点収差と、光学素子面の形状の非対称性により生ずる非点収差とがある。光学素子の非点収差が例えばピックアップの光学系に影響する状態で組み込まれると、ピックアップ装置の光学特性が悪くなり、充分な光学性能が得られない。
【０００３】
従来、特許文献１に開示されているように、成形金型によって成形される対物レンズの非点収差の方向を示すためのマークを対物レンズの光学有効径外に転写されるように、成形金型そのものにマーキング形状を予め付加したものがある。
【０００４】
しかしながら、成形金型の摺動部のクリアランスに起因するばらつきや、成形金型表面の酸化の具合に起因する熱伝導の不均一による温度分布のばらつき、また、樹脂ペレット材料の乾燥状態、表面状態のばらつき等により、射出成形装置の射出機構内への樹脂ペレット材の供給、その後の圧縮、計量工程の不均一の発生に起因して、樹脂溶融温度むらや密度の不均一等が生じ、その結果、対物レンズの光学有効部（光学機能面）形状に軸非対称のばらつきが生じ、これが非点収差量のばらつきとなってしまう。したがって成形金型にマーキング形状を予め付加しておいても成形時の諸条件のばらつきにより、非点収差が依然としてばらつくという課題があった。
【特許文献１】特許第３２０４０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような従来の課題、すなわち、光学素子成形時のばらつきによって収差性能にばらつきが生じ、非点収差の角度が安定しないという課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ガラス材料あるいは樹脂材料を成形金型で成形して得られた光学素子であって、その光学素子の外径Ｇ（ｍｍ）と最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の関係が、６≦Ｇ／Ｔ≦２１の範囲に該当する光学素子に、非点収差の方向を示すためのマークを施したことを特徴とする光学素子であり、またその光学素子の製造方法として、ガラス材料あるいは樹脂材料を成形金型で成形して光学素子を得る工程と、前記光学素子の外径Ｇ（ｍｍ）と最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の関係が、６≦Ｇ／Ｔ≦２１の範囲にある光学素子の非点収差を測定し、前記非点収差の方向を示すためのマークを光学素子に施す工程を備えることを主要な要旨とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
上記の本発明によれば、光学素子をピックアップ装置に組み込む際に、マークに合わせて最適角度の位置に組み込むことによって、光学性能が良好で、品質の安定したピックアップ光学系を簡単に得ることができるものである。そしてマーキングは光学素子の成形後に施すため、その成形時の光学性能の各種ばらつきを踏まえたものとなるために、性能が極めて安定したものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について説明する。図１（ａ）、図１（ｂ）は実施の形態１における光学素子の断面図と上面図であり、図２は同実施の形態１における光学素子を成形する成形金型の断面図、図３は同実施の形態１における光学素子を成形するための成形装置の概略断面図である。
【０００９】
１は光学素子であり、２はその光学素子１の光学有効部の外側に一体に形成された外径部１ａに施されたマークである。
【００１０】
前記光学素子１をガラス材料から成形する成形金型３は、図２に示すように略円筒状の胴型４と、この胴型４に上下から嵌挿された上型５及び下型６から構成され、前記上型５と下型６の対向面には各々光学素子の光学有効部を成形する光学成形面７、８が形成されている。９は前記胴型４と上型５及び下型６によって囲まれる空間に配されたガラス材料である。
【００１１】
上記のような構成からなる光学素子の成形金型３を、図３に示す成形装置４０のガラス材料の投入ステージ４１にロボット（図示せず）によって搬送し、ここで前記ガラス材料９が成形金型３内に投入される。前記ガラス材料９が投入された成形金型３はチャンバー室の扉（図示せず）を開けて予熱ステージ４０ａに搬送され、そして前記扉が閉じられる。なお、この扉は次の成形金型が搬入されるまで閉じた状態が維持される。
【００１２】
前記成形金型３は、成形ステージ４０ｂ、第１冷却ステージ４０ｃ、第２冷却ステージ４０ｄを経て取り出しステージ４２に移送され、ロボットによって分解されて光学素子が取り出される。成形装置４０内の搬送は搬送アームにより行われる。
【００１３】
以下に、光学素子１の成形について詳細に説明する。光学素子１を構成するガラス材料９はあらかじめ略ボール状に予備加工され、その後研磨加工により所望の寸法まで仕上げられる。
【００１４】
前記成形金型３の上型５及び下型６は超硬材料を所望の形状に加工したものであり、胴型４はステンレス鋼からなる。図１に示すように、ここで成形される光学素子１の外径寸法φＧは４．１５ｍｍ、そして光学有効部よりも肉薄の外径部１ａにおける最小肉厚Ｔは２．２３ｍｍであり、Ｇ／Ｔ＝１．８６である。
【００１５】
上記各ステージ４０ａ〜４０ｄにおいて、下型６と接するプレスステージ４３及び上型５を加圧するプレスヘッド４４にはそれぞれヒータが内蔵されており、温度を自由に設定できるようになっている。各ステージはあらかじめ所望の温度に昇温されており、成形金型３が所定の時間経過したのち次のステージに搬送されるシステムとなっている。この実施の形態１では５０ｓｅｃタクトで成形を行った。
【００１６】
各ステージの設定温度を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
成形装置４０では、成形金型３を予熱ステージ４０ａに搬送したのち、プレスヘッド４４を上型５に当接させ、ガラス材料９を変形可能な温度まで加熱する。
【００１９】
そして、所定の時間が経過後、搬送アームによって成形金型３を次の成形ステージ４０ｂへ搬送する。この成形ステージ４０ｂでは予熱ステージ４０ａと同様にプレスヘッドを上型に当接して加熱し、約２９．４Ｎ（３ｋｇｆ）以下の加圧力で光学素子を成形する。この時、ガラス材料９には上型５及び下型６の光学成形面７、８によりボール状のガラス材料９は変形する。
【００２０】
次に、成形金型３を第１冷却ステージ４０ｃに搬送し、予熱ステージ４０ａと同様にプレスヘッド４４を下降させて上型に当接し、約９８０Ｎ（約１００ｋｇｆ）の加圧力で加圧する。この第１冷却ステージ４０ｃはタクト終了時点において、成形された光学素子が荷重たわみ温度以下となるような温度に設定している。
【００２１】
そして、成形金型３を第２冷却ステージ４０ｄに搬送し、第１冷却ステージ４０ｃと同様にプレスヘッドを上型に当接して冷却を行う。この時の加圧力は第１冷却ステージ４０ｃと同等の加圧力である。そして、ロボットで取り出すことが可能な温度まで光学素子を冷却したのち、成形金型３を成形装置４０の取り出してステージ４２に搬送する。その後、ロボットで成形金型３を分解組立ステージ（図示せず）に移送して分解し、光学素子１を取り出す。
【００２２】
上記のようにして成形した光学素子１を干渉計で評価したところ、非点収差は５ｍλ、コマ収差は１０ｍλであった。
【００２３】
上記の成形装置にて同様の方法により、レンズ外径φＧ（ｍｍ）と最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の異なる光学素子Ａ〜Ｋのサンプルについて成形を行い、波面収差測定を行った。その測定結果を表２に示す。
【００２４】
そして、前記Ａ〜Ｋの各々の光学素子を光ピックアップ検証装置に組み込んで光学性能を評価した。図４は光ピックアップ検証装置の一例を示す概略光学図であり、光ピックアップ検証装置は、光情報記録媒体としての光ディスク１６への情報の記録及び／又は光ディスク１６からの情報の再生に用いられ、光源を含む半導体レーザモジュール１１とその半導体レーザモジュール１１の光源から出射された発散光束１２を略平行光１４に変換するコリメートレンズ１３と略平行光１４を集光させて光ディスク１６の情報記録面１７上に結像させる集光手段としての対物レンズ（光学素子）１とを備えている。
【００２５】
前記光ピックアップ検証装置の対物レンズを上記の成形で得た光学素子Ａ〜Ｋと置き換え、ピックアップ特性を評価した。すなわちジッター評価、集光性能評価、信号再生評価、温度特性等の光学性能を評価した。なお、コリメートレンズ１３は各々光学素子１に対応したものに変更した。
【００２６】
表２に示すように、Ａ〜Ｄの光学素子１はいずれの回転角度にセットしても光学性能がそれぞれにおいて変わらないことが分かった。また、Ｅ〜Ｋの光学素子１は各々最適な回転角度に位置決めしてセットすることにより、良好な光学性能が得られることが分かった。また、同一形状の光学素子１においても、最適な非点収差の方向（角度）にばらつきがあることが分かった。表３に光学素子Ｅを複数個成形し、そのうちの５個についての非点収差角度を示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【００２９】
上記の表３で明らかなように、同一の光学素子においても、非点収差の方向（角度）にばらつきがあるため、光ピックアップ装置に組み込む際においても、各々最適な回転角度にセットする必要がある。
【００３０】
上記の検討により、光学素子１の外径Ｇ（ｍｍ）と最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の関係が６≦Ｇ／Ｔ≦２１の範囲にある光学素子１は、非点収差が大きく、かつその角度にばらつきがあることが判明した。このためこれらについて図１（ｂ）に示すように光学有効部の外周に一体に形成されている外径部１ａに非点収差の角度に合わせてマーク２を施した。
【００３１】
前記マーキングを行う方法の例を図５、図６を参照して説明する。まず、図５に示すＳＰＯＴ測定装置で非点収差の方向の確認を行う。図５において、レーザー光源２０からのレーザー光をレンズ２１により平行光にし、この平行光を反射ミラー２２によって垂直方向に立ち上げて、光学素子１の光学有効部を通過させ、カバーガラス２３を経由して対物レンズ２４で集光した像をＣＣＤカメラ２５でとらえる。
【００３２】
前記ＣＣＤカメラ２５で受光したＳＰＯＴ像を図６に示す。図６（ｂ）はＣＣＤカメラ２５の受光部に焦点位置が合致した状態の図であり、像は円形をなしている。図６（ａ）ならびに（ｃ）は図５に示す光学素子１を上下方向にわずかに動かした時のＳＰＯＴ像を示しており、本検討では光学素子１を上方向に動かした時に得られた楕円像の長径の角度θを非点収差の角度とした。そして角度θがなす外径部１ａにマーク２を施した。
【００３３】
上記のようにしてマーク２が施された光学素子１をピックアップ装置に組み込む際に、そのマーク２に合わせて角度調整し最適角度の位置に組み込むことによって、光学性能の良いピックアップ装置を得ることができる。
【００３４】
なお、最適角度とは、たとえば、ピックアップ光学系の半導体レーザー、プリズム、その他の光学素子等の光学部品のもつ非点収差を打ち消す角度である。
【００３５】
ピックアップ装置は図４に示すピックアップ検証装置と同じ構成であり、マーク２が施された光学素子１を組み込んで該ピックアップ特性を評価したところ、所望の特性が得られた。
【００３６】
なお、マーキングの方法は、例えばレーザマーキング、インクジェット方式のマーキング、マジックによるマーキング等いずれでもよい。
【００３７】
この実施の形態１では、対物レンズの収差を測定し、マーキングを行い最適な位置でピックアップ装置に組み込みを行うようにしたが、これはコリメートレンズあるいはその他の光学部品についても同様のマーキングを施し、最適な組み合わせとすることも可能である。
【００３８】
（実施の形態２）
この実施の形態２は光学素子を樹脂材料によって成形したものである。図７は本発明の実施の形態２における樹脂材料から成形した光学素子の断面図であり、図８はその光学素子を成形する射出成形装置の概略断面図である。
【００３９】
この光学素子１の外径部１ａは肉薄部とその外側に肉厚部の２つ部位から構成されている。
【００４０】
光学素子１の成形は、図８に示すように、まず、あらかじめ乾燥された非晶質ポリオレフィン樹脂のペレット材料５０をホッパー５１に供給し、射出シリンダー５２内のスクリュー５３によりペレット材料５０を移動させながら可塑化する。そして、可塑化された樹脂材料をノズル５４から成形金型５５内のスプルー５６、ランナー５７を経由してレンズ成形部であるキャビティ５８に射出充填し、加熱加圧された成形金型５５により成形加工する。キャビティ５８は複数個の光学素子（ここでは対物レンズ）の形状に加工されたピースが組み込まれている。その後、キャビティ５８に充填された樹脂材料を冷却後、成形金型５５を開いて成形品を取り出す。その後、ゲートカットを行うことにより光学素子１が得られる。
【００４１】
上記の光学素子１の成形条件を表４に示す。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
上記の射出成形により成形したＡ〜Ｋの１１個の光学素子１を実施の形態１と同様に、図４に示す光ピックアップ装置における光学素子（対物レンズ）１と置き換えて光学性能を評価した。その評価結果を表５に示す。なお、この光学性能の評価はコリメートレンズを各々の光学素子１に対応したものに変更した。
【００４４】
【表５】
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【００４５】
表５に示すように、Ａ〜Ｄの光学素子１はいずれの回転角度にセットしても光学性能がそれぞれにおいて変わらないことが分かった。また、Ｅ〜Ｋの光学素子１は各々最適な回転角度に位置決めしてセットすることにより、良好な光学性能が得られることが分かった。また、同一形状の光学素子１においても、実施の形態１のものと同様に、最適な非点収差の方向（角度）にばらつきがあることが分かった。
【００４６】
同一の光学素子においても、非点収差の方向（角度）にばらつきがあるため、光ピックアップ装置に組み込む際には、各々最適な回転角度に調整しセットする必要がある。
【００４７】
上記の検討により、この実施の形態２においても、光学素子１の外径Ｇ（ｍｍ）と外径部１ａの肉薄部である最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の関係が６≦Ｇ／Ｔ≦２１の範囲にある光学素子１は、非点収差が大きく、かつその角度にばらつきがあることが判明した。このため前記条件に該当する光学素子１については、実施の形態１の図１（ｂ）と同様に光学有効部の外周に形成されている外径部１ａに非点収差の角度に合わせてマークを施した。
【００４８】
なお、前記マークを施した光学素子１をピックアップ装置に組み込む際に、そのマーキングに合わせて最適角度の位置に調整して組み込むことによって、光学性能の良いピックアップ装置を得ることができる。
【００４９】
なお、上記の実施の形態では非点収差について説明したが、コマ収差についても評価したところ、光学素子１の外径Ｇ（ｍｍ）と最小肉厚Ｔ（ｍｍ）の関係が６≦Ｇ／Ｔ≦２１の範囲にある光学素子はコマ収差のでる方向（角度）に合わせて、その光学素子の外径部にマーキングを施し、ピックアップ装置に組み込む際に、そのマークに合わせて最適角度の位置に組み込むことによって同様に光学性能の良いピックアップ光学系を得ることができる。
【００５０】
なお、上記の実施の形態２では、光学素子の樹脂材料として非晶質ポリオレフィン系樹脂を例に説明したが、これに限らず、ノルボルネン系、フルオレン系の材料でも同様の結果が得られた。一方、ポリカーボネート、スチレン等の材料で成形した光学素子は内部の複屈折量が大きく、このためにピックアップ装置に組み込んで回転角度を変更してもジッター、集光性能、信号再生性能、温度特性等について満足する光学性能を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、光学素子の成形時の成形条件によって非点収差等にばらつきが生じても、これをピックアップ装置等に組み込むに際して、最適角度の位置に合わせることができるため、光学性能の良好な光学装置が得られるもので、これは各種光学部品と光学装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１における光学素子を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図
【図２】本発明の実施の形態１における光学素子の成形金型の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における光学素子の成形装置の概略断面図
【図４】光ピックアップ検証装置の例を示す概略光学図
【図５】ＳＰＯＴ測定装置の例を示す概略光学図
【図６】ＳＰＯＴ像の例を示す図
【図７】本発明の実施の形態２における光学素子の断面図
【図８】本発明の実施の形態２における光学素子の射出成形装置の概略断面図
【符号の説明】
【００５３】
１  光学素子
１ａ  外径部
２  マーク
３  成形金型
４  胴型
５  上型
６  下型
７  光学成形面
８  光学成形面
９  ガラス材料
４０  成形装置
５０  樹脂材料
５８  キャビティ
【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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【図８】
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