(57)【要約】【課題】  所定の光学機能を有する光学ガラス板の平面部をレンズ面とする上で光学装置の大型化、重量化という問題点を解消し、耐環境性に優れ、安価に製造できるレンズ複合光学素子を形成できるようにする。【解決手段】  偏光プリズム８の平坦面にレンズ部９を積層させてレンズ複合光学素子を形成するために、成形型１０を用い、この成形型１０の転写面１０ａに透明樹脂からなる樹脂塊１１を供給して加熱し、偏光プリズム８を構成するガラス板１２のレンズ形成面１２ａを溶融乃至軟化した樹脂に押圧して、転写面１０ａを転写させ、紫外線照射装置１３により紫外線を樹脂に照射してレンズ部９を形成する。【選択図】  図２
2005077552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光学素子として機能するガラス板の平面部表面に、外表面が曲面形状となったレンズ部を透明な合成樹脂膜を成形手段により積層させたことを特徴とするレンズ複合光学素子。
【請求項２】
前記ガラス板は、プリズム、ハーフミラー、反射ミラーのいずれかであることを特徴とする請求項１記載のレンズ複合光学素子。
【請求項３】
前記レンズ部は、収差補正またはビーム整形を行うためのものであることを特徴とする請求項１記載のレンズ複合光学素子。
【請求項４】
前記透明な合成樹脂は紫外線硬化樹脂であり、この紫外線硬化樹脂は、曲面形状の転写面を有する成形型でこの紫外線硬化樹脂からなるレンズ部を成形する構成としたことを特徴とする請求項１記載のレンズ複合光学素子。
【請求項５】
所定の光学素子として機能するガラス板の平面部表面にレンズ部を成形手段により形成する方法であって、
前記レンズ部の曲面形状の転写面を有する成形型に紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂からなる樹脂塊を載置して、この樹脂塊を加熱することにより軟化乃至溶融させ、
この成形型の転写面における樹脂に前記ガラス板を当接させて、前記樹脂に成形型の転写面形状を転写させることによって、このガラス板に合成樹脂膜を形成し、
この合成樹脂膜を硬化させて、成形型を離型させる
ことを特徴とするレンズ複合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、プリズム、ハーフミラー、反射ミラーといった所定の光学機能を有するガラス板に、その光の入射面側または出射面側の少なくともいずれか一方が平面形状の表面部に曲面形状のレンズ部を積層させたレンズ複合光学素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光ディスクからなる情報記録媒体から情報を読み取ったり、また情報を書き込んだりするために光ピックアップ装置が用いられる。ここで、現在、情報記録媒体としてＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）とＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｃ）とが並存しており、ＣＤからの情報の読み取りと、ＤＶＤへの情報の書き込み及び情報の読み取りとを単一の装置により行えるようにした装置が実用化されている。これらＣＤ及びＤＶＤはディスクの厚みが異なると共に、照射される光の波長もＣＤ系では７８０ｎｍであり、またＤＶＤ系では６５０ｎｍというように異なり、さらに開口数（ＮＡ）も異なる。従って、光ピックアップは、ＣＤから情報を読み取る際と、ＤＶＤに情報を書き込んだり、読み出したりする際とでは、このレーザ光源の切り換えを行う必要がある。この光源を切り換えるために、例えば偏光プリズムが用いられる。そして、この偏光プリズムにおいて、ＣＤ用のレーザ光源である７８０ｎｍの波長光を透過させ、ＤＶＤ用のレーザ光源である６５０ｎｍの波長光を反射させることによって、ＣＤ用とＤＶＤ用との光路をこの偏光プリズムから情報記録媒体までの間を共用することができ、もって光ピックアップの小型化、コンパクト化を図るようにしている。
【０００３】
この場合、レーザ光が偏光プリズムを透過する際に生じる非点収差，球面収差，コマ収差等の収差を単独で、若しくは複合的に補正するために、球面，非球面のレンズ等の光学素子を介在させる必要がある。また、光ピックアップを含む各種の光学装置において、光路中において、光束を絞ったり、ビームパターンを所望の形状となるように整形したりするためにも、凸球面レンズや凹球面レンズ、さらにシリンドリカル面やトロイダル面その他の非球面からなる曲面形状となったレンズが設けられることもある。
【０００４】
偏光プリズム等の光学機能を有する光学素子と、前述したような各種のレンズを組み合わせて用いる場合、機器に組み込まれるレンズに自立性を持たせる必要があり、このためにレンズの厚みが大きくなり、全体としての光学装置が大型化、重量化することになる。透明基板にレンズ面を付与するために、透明樹脂を射出成形手段等によって一体成形品とすることも可能であり、このように一体成形を行うと、光学装置の小型化、コンパクト化を図ることができる。しかしながら、温度や湿度といった耐環境性に劣るという問題点がある。また、ガラスを射出成形することによって、プリズム等にレンズ機能を持たせる方法も考えられるが、非常に高価なものとなってしまう。
【特許文献１】特開平１０−２７３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明においては、所定の光学機能を有する光学ガラス板の平面部をレンズ面とするために生じる種々の課題である光学装置の大型化、重量化という問題点を解消し、耐環境性に優れ、安価に製造できるレンズ複合光学素子を形成できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するために、本発明は、所定の光学素子として機能するガラス板の平面部表面に、外表面が曲面形状となったレンズ部を透明な合成樹脂膜を成形手段により積層させることによって、レンズ複合光学素子を形成する構成としたことをその特徴としている。
【０００７】
ここで、本発明に用いられるガラス板は、何らかの光学機能を有するものであり、かつ光の入射面若しくは反射面の少なくとも一方が平面部を有している。このガラス板の例としては、プリズム、反射ミラー、ハーフミラーがあり、プリズムとしては一側面を偏光面とした偏光プリズム等として形成される。
【０００８】
ガラス板の平面部表面に形成されるレンズ部としては、凸レンズ、凹レンズ、若しくは回転方向には対称面となった非球面レンズ、さらにはシリンドリカル面、トロイダル面等の回転方向に非対称な曲面を含む。従って、このレンズ部としては、収差補正、ビームパターンの整形等、目的に応じた曲面形状とする。
【０００９】
レンズ部は、従って、透明の合成樹脂で形成され、転写面を有する成形型を用いてガラス板表面に積層するが、転写面の形状を転写するために、合成樹脂を加熱して、軟化乃至溶融させる。そして、転写が完了した後には合成樹脂を硬化させるが、迅速に硬化させるためには紫外線硬化樹脂を用いるか、または熱硬化樹脂を用いることができる。そして、このレンズ部としては、所望の機能を発揮させることを条件として、その曲率の小さいもの、例えば最大厚みが１ｍｍ以下というように、厚みの薄いほぼ膜状に形成するのが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
このように、ガラス板への転写面を有する成形型を用いて、レンズ部をこのガラス板の平面部表面に合成樹脂膜として形成することによって、小型でコンパクトなレンズ複合光学素子が安価に製造できる。しかも、目的とする曲面が得られれば良く、レンズとしての自立性が要求されないことから、実質的に膜状とすることができ、その軽量化が図られる。そして、このようにレンズ部を薄膜で形成し、ガラス板の表面に強固に固着することによって、全体としての線膨張率が実質的にガラス板の係数に置き換えられることになり、温度や湿度の変化によるレンズ曲面の曲率変動を抑制できる等、耐環境性に優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
従って、本発明のレンズ複合光学素子の構成としては、所定の光学素子として機能するガラス板の平面部表面に、外表面が曲面形状となったレンズ部を透明な合成樹脂膜を成形手段により積層させたものから構成され、もって光学的に複合した機能を有する素子を光学装置にコンパクトに組み込むことができる。
【００１２】
また、所定の光学素子として機能するガラス板の平面部表面にレンズ部を成形手段により形成するレンズ複合光学素子の製造方法としては、前記レンズ部の曲面形状の転写面を有する成形型に紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂からなる樹脂塊を載置して、この樹脂塊を加熱することにより軟化乃至溶融させ、この成形型に前記ガラス板を当接させて、必要に応じて押圧することによって、前記樹脂に成形型の転写面を転写させることによって、このガラス板に合成樹脂膜を形成し、この合成樹脂膜を硬化させて、成形型を離型させることをその特徴としている。
【実施例１】
【００１３】
次に、本発明の実施例１を示す。この実施例１では、レンズ複合光学素子を光ピックアップ装置に組み込まれる構成としたものである。そこで、図１にこの光ピックアップ装置の要部の概略構成を示す。図中において、１は第１のレーザ光源、２は第２のレーザ光源である。第１のレーザ光源１からは７８０ｎｍの波長を有するレーザ光が出射されて、ＣＤ３から情報が読み取られるようになっている。また、第２のレーザ光源２からは６５０ｎｍの波長のレーザ光が出射されて、ＤＶＤ４に対して情報の書き込み及び読み出しが行われる。そして、これら第１，第２のレーザ光源１，２からのレーザ光は、それぞれコリメータレンズ５，６を透過させて、平行光束とし、対物レンズ７によって、レーザ光はＣＤ３またはＤＶＤ４からなる情報記録媒体に向けて収束されるようになっている。
【００１４】
図中において、８は偏光プリズムであり、この偏光プリズム８によって、第１のレーザ光源１からのレーザ光と、第２のレーザ光源２からのレーザ光とが同じ光路を取るようになる。偏光プリズム８には偏光分離膜８ａを形成されており、この偏光分離膜８ａは、入射光のうち、Ｐ偏光成分は全て透過させ、Ｓ偏光成分は全て反射させる機能を有するものである。従って、第１のレーザ光源１からのレーザ光をＰ偏光の光とすることによって、この第１のレーザ光源１からのレーザ光が偏光プリズム８を透過することになり、また第２のレーザ光源２からのレーザ光をＳ偏光の光とすることによって偏光プリズム８の偏光分離膜８ａに反射する。これによって、第１，第２のレーザ光源１，２からのレーザ光が偏光プリズム８から情報記録媒体に照射されるまでの間は同一の光路を取るようになる。
【００１５】
第１のレーザ光源１からのレーザ光は偏光プリズム８を透過するが、この偏光プリズム８は厚みが不均一であることから、非点収差が発生することになる。また、光学装置の構成によっては、非点収差以外にも、球面収差等他の収差が発生する可能性もある。これらの収差補正を行うために、偏光プリズム８における第１のレーザ光源１からのレーザ光の入射面に収差補正用のレンズ部９を設ける。このレンズ部９は透明樹脂からなる薄膜状の凹レンズで構成され、偏光プリズム８の平面形状となった表面に積層されるようになっている。この偏光プリズム８とレンズ部９とは、単一の光学素子として、レンズ複合光学素子として構成される。
【００１６】
そこで、レンズ部９を偏光プリズム８に積層したレンズ複合光学素子を形成する方法を図２に基づいて説明する。このために、レンズ部９の曲面形状を転写する転写面１０ａを形成した成形型１０を用いる。この成形型１０は、図２（ａ）に示したように、転写面１０ａを上に向けた状態し、この転写面１０ａに成形されるレンズ部９の素材となる透明な合成樹脂の塊、つまり樹脂塊１１を供給する。そして、この樹脂塊１１を軟化乃至溶融状態となるまで加熱する。例えば、成形型１０にヒータを装着して、この成形型１０の全体を加熱することによって、樹脂塊１１を加熱することができる。
【００１７】
成形型１０の転写面１０ａに載置した樹脂塊１１が軟化乃至溶融すると、図２（ｂ）に示したように、偏光プリズム８として構成されるガラス板１２において、偏光分離膜８ａが形成される面とは反対面となるレンズ積層面１２ａを成形型１０の転写面１０ａにおける軟化乃至溶融した樹脂に当接させることによってレンズ部９が形成される。ここで、レンズ部９は予め偏光分離膜８ａを形成した後であっても良いが、ガラス板１２に偏光分離膜８ａを形成する前の段階する方が以後の工程等の関係で望ましい。また、レンズ部８の形成時に気泡が混入しないようにするために、成形型１０の上端部とガラス板１２とは接触させないようにする。樹脂を溶融させても、かなり高い粘度を有し、表面張力で転写面１０ａからある程度盛り上がるようになり、ガラス板１２を成形型１０に対して接触させなくても、この樹脂に対してある程度の加圧力を作用させることができ、十分な転写精度が得られる。そして、この加圧力により気泡はレンズ積層面１２ａの表面及び転写面１０ａの表面に沿って外周側に押し出されることになり、レンズ部９において、少なくともその有効領域内に気泡が残存することはない。
【００１８】
ここで、樹脂を溶融させるにしても、かなり高い粘度状態を保持しているので、図３に仮想線で示したように、成形型１０に供給される樹脂塊１１の量を正確に制御することによって、転写面１０ａ上に盛り上がった樹脂はガラス板１２側に付着するようになり、成形型１０の周胴部に沿って流下するようなことはない。そして、転写面１０ａの外周部に外方に向けて概略４５°程度のテーパ形状の面取り部１０ｂを形成しておくことによって、転写面１０ａ側における余剰の樹脂がその外側にはみ出したとしても、この面取り部１０ｂに付着することになる。その結果、余剰樹脂が成形型１０の周胴部にまで流下して、ガラス板１２から成形型１０の離型性が悪くなることはない。そして、この面取り部１０ｂに回り込んだ樹脂は離型時にはガラス板１２側に残存することになるが、この部位は有効領域の外側に位置することから、光学的な機能としては何等の影響も与えない。
【００１９】
以上のようにしてガラス板１２のレンズ積層面１２ａに樹脂が積層されると、この樹脂を硬化する。このために、図２（ｃ）に示したように、ガラス板１２の上部側から紫外線照射装置１３の紫外線を樹脂に照射する。ここで、ガラス板１２は、偏光プリズム８としての偏光分離膜８ａが形成される前の段階であるから、紫外線照射装置１３からの紫外線はガラス板１２を透過して、確実かつ効率的に樹脂に照射される。そして、紫外線の照射によって樹脂が硬化すると、図２（ｄ）に示したように、成形型１０をガラス板１２から離間させることによって、そのレンズ積層面１２ａにレンズ部９が積層される。従って、成形型１０による樹脂の離型性を良好にするために、成形型１０の転写面１０ａには予め離型膜を形成しておく。
【００２０】
ガラス板１２のレンズ積層面１２ａにレンズ部９が形成された後に、その反対側の面に真空蒸着やフィルムの貼着等の手段によって偏光分離膜８ａを積層する。これによって、偏光プリズム８と収差補正用のレンズ部９との積層体からなるレンズ複合光学素子が形成される。
【００２１】
ここで、偏光プリズム８に形成されるレンズ部９としては、非点収差等の収差を補正するためのものであるから、凹球面レンズとするか、若しくは凹面レンズにおいて、回転対称とした非球面レンズで構成されるが、その曲率は極めて小さいもの、つまり平面形状に近いものとして形成することができる。そして、レンズとしての自立性を必要としないので、例えば、最も厚みの大きい部位であっても、厚みが０．７ｍｍ程度とし、最小厚みが０．１ｍｍ以下となった薄膜状に形成することができる。従って、小型でコンパクトかつ軽量のレンズ複合光学素子を安価で、しかも高精度に形成できる。しかも、このように薄膜で偏光プリズム８に強固に固着したレンズ部９は、その線膨張率が偏光プリズム８を構成するガラスの線膨張係数に実質的に置き換えられることになる。その結果、屈折率の温度依存性が殆どなくなるので、耐環境性に優れたものとなる。
【実施例２】
【００２２】
実施例２においては、図４に示したように、レーザ光源２０から照射されるレーザ光をビームスプリッタ２１のハーフミラー面２１ａで反射させるようにした光学構成において、このビームスプリッタ２１における入射面２１ｂに入射されるレーザ光の光束の発散度合いを制御するための凸球面形状となったレンズ部２２をビームスプリッタ２１と一体に形成する構成としている。このレンズ部２２はビームスプリッタ２１の入射面２１ｂに直接積層されている。これによって、本来であれば、図４に点線で示したように拡開する光束を、レンズ部２２の作用によって、同図に実線で示したように、小径のビームパターンとなるように制御される。
【００２３】
以上のように、ビームスプリッタ２１にレンズ部２２を一体的に成形することによって、凸レンズの外周部は厚みを持たせないように、つまり光束の入射面２１ｂにおけるスポット径より僅かに大きい外径のレンズ部２２を形成することによって、薄膜状のレンズをビームスプリッタ２１と一体的に設けたレンズ複合光学素子が形成される。ここで、ビームスプリッタ２１は、三角柱のガラス板を２枚接合させ、この接合面にハーフミラー面が形成されるが、この２枚のガラス板の一方にハーフミラー面２１ａを形成し、他方のガラス板にレンズ部２２を形成して、接着等の手段によって相互に接合固着されることになる。従って、ハーフミラー面が形成されないガラス板２３において、ビームスプリッタ２１としたときにおける入射面２１ｂとなる平坦面２３ａに、図５に示した手順でレンズ部２２が積層される。
【００２４】
即ち、図５（ａ）に示したように、凸レンズの転写面２４ａを有する成形型２４にレンズ部２２を構成する樹脂塊２５を載置して、この樹脂塊２５を加熱することにより、転写面２４ａ上で樹脂を軟化乃至溶融させる。この状態で、図５（ｂ）に示したように、転写面２４ａ内の樹脂にガラス板２３を当接させる。このときに、気泡を排除するために、ガラス板２３の平坦面２３ａは成形型２４とは非接触状態にして型の転写を行わせる。さらに、ガラス板２３表面に積層された樹脂にレンズ部２２となる凸面形状が正確に転写されると、図５（ｃ）に示したように、紫外線照射装置２６により樹脂に紫外線を照射させることによって、この樹脂を硬化させる。樹脂が完全に硬化すると、図５（ｄ）に示したように、成形型２４を樹脂から離間させることによって、ガラス板２３にレンズ部２２が積層される。その後に、この三角柱形状のガラス板２３を、ハーフミラー面が形成されたもう一つの三角形状のガラス板と接着することによって、レンズ部２２を一体に設けたビームスプリッタ２１となる。
【００２５】
なお、成形型の転写面は、例えばシリンドリカル面とする等、ガラス板に形成されるレンズ部は必ずしも球面乃至近似球面形状ではない曲面形状とすることができる。これによって、ガラス板にはシリンドリカルレンズ等が形成されることになり、断面が円形となった入射ビームを楕円形状のパターンとなるように整形することができる。また、レンズ部を形成する樹脂は紫外線により硬化するものではなく、熱で硬化するものを使用する場合には、成形型を樹脂の硬化温度以上にまで加熱すれば良い。さらに、膜付けによるレンズの形成は、ガラス板の１面だけでなく、複数の面（例えば図４の光の出射側面）にも形成することができ、また同一面において、異なる部位にも形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１におけるレンズ複合光学素子として、レンズ付き偏光プリズムとして構成して、光ピックアップ装置に組み込んだ状態を示す概略構成図である。
【図２】図１の偏光プリズムを構成するガラス板にレンズ部を形成する方法を示す説明図である。
【図３】図２の方法を実施するために用いられる成形型の他の形態を示す要部拡大図である。
【図４】本発明の実施例２におけるレンズ複合光学素子として、レンズ付きビームスプリッタの構成説明図である。
【図５】図４のビームスプリッタを構成するガラス板にレンズ部を形成する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
８  偏光プリズム
８ａ  偏光分離膜
９，２２  レンズ部
１０，２４  成形型
１０ａ，２４ａ  転写面
１１，２５  樹脂塊
１２，２３  ガラス板
１３，２６  紫外線照射装置
【図１】
2005077552.tif 000003
【図２】
2005077552.tif 000004
【図３】
2005077552.tif 000005
【図４】
2005077552.tif 000006
【図５】
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