(57)【要約】【課題】  高い開口数を有し、色収差を減少させたハイブリッドレンズを提供すること。【解決手段】  球面からなる第１面と、平面からなる第２面とを含む屈折レンズ５１と、この屈折レンズ５１の第１面に接合された球面収差を補正する屈折部分を含む回折レンズ５２と、この屈折レンズ５１の第１面の外周部に付着したレンズホルダと５３を含むハイブリッドレンズ。このハイブリッドレンズにおいて、レンズホルダ５３は、屈折レンズ５１の第１面および第２面の境界の近傍に付着してもよく、屈折レンズ５１は、ハーフボールレンズを用いることもできる。【選択図】      図９Ａ
2005227785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面からなる第１面と、平面からなる第２面とを含む屈折レンズと、
前記屈折レンズの第１面に接合された球面収差を補正する屈折部分を含む回折レンズと、
前記屈折レンズの第１面の外周部に付着したレンズホルダと、
を含むことを特徴とするハイブリッドレンズ。
【請求項２】
前記レンズホルダは、前記屈折レンズの第１面および第２面の境界の近傍に付着すること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。
【請求項３】
前記屈折レンズは、ハーフボールレンズであること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。
【請求項４】
前記屈折レンズは、ガラスからなること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。
【請求項５】
前記回折レンズは、ＵＶ（Ultra Violet）により硬化する特性を有するポリマーまたはゾル−ゲル無機物からなること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。
【請求項６】
前記レンズホルダは、ＵＶ硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーからなること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。
【請求項７】
前記屈折レンズの第２面および前記レンズホルダの下部に形成された基板ホルダをさらに含むこと、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。
【請求項８】
（ア）１以上の回折レンズのパターンが形成されたキャビティを含む金型の前記キャビティ内に第１物質を塗布して、前記第１物質の上面にボールレンズを設置する段階と、
（イ）前記ボールレンズを透明板で加圧して前記第１物質を硬化させる段階と、
（ウ）前記金型および前記ボールレンズの上部に第２物質を塗布し、透明板で加圧してこの第２物質を硬化させる段階と、
（エ）前記金型を離型し、前記第２物質および前記ボールレンズの一部を研磨する段階と、
を含むことを特徴とするハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項９】
前記第１物質は、ＵＶにより硬化する特性を有するポリマーまたはゾル−ゲル無機物からなること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項１０】
前記（イ）段階は、
前記透明板側からＵＶを照射して、前記第１物質を硬化させること、
を特徴とする請求項９に記載のハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項１１】
前記第２物質は、ＵＶ硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーからなること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項１２】
前記（ウ）段階は、
前記ボールレンズおよび前記第２物質を前記透明板で加圧し、前記透明板側からＵＶを照射または加熱することで第２物質を硬化させること、
を特徴とする請求項１１に記載のハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項１３】
（ア）１以上の回折レンズのパターンが形成されたキャビティを含む金型の前記キャビティ内に第１物質を塗布して、前記第１物質の上面にハーフボールレンズを設置する段階と、
（イ）前記金型および前記ハーフボールレンズの上部に第２物質を塗布し、透明板で加圧して、この第２物質を硬化させる段階と、
（ウ）前記金型を離型する段階と、
を含むことを特徴とするハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項１４】
前記第１物質は、ＵＶにより硬化する特性を有するポリマーまたはゾル−ゲル無機物からなること、
を特徴とする請求項１３に記載のハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項１５】
前記第２物質は、ＵＶ硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーからなること、
を特徴とする請求項１３に記載のハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項１６】
前記（イ）段階は、
前記ハーフボールレンズおよび前記第２物質を前記透明板で加圧し、前記透明板側からＵＶを照射して第２物質を硬化させること、
を特徴とする請求項１３に記載のハイブリッドレンズの製造方法。
【請求項１７】
ハイブリッドレンズを製造するために用いる金型を製造する方法であって、
（ア）基板上にフォトレジストを塗布し、所定部位のフォトレジストを除去して溝部を形成する段階と、
（イ）前記溝部を通じて、前記基板表面の一部を等方性エッチングにより除去し、前記フォトレジストを除去して前記基板上に半球状のキャビティを形成する段階と、
（ウ）前記キャビティの内部を、回折レンズの形状を有するモールドで加圧して、前記キャビティ内に回折レンズのパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とするハイブリッドレンズ製造用の金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドレンズ、その製造方法、および、このハイブリッドレンズ製造用の金型の製造方法に係り、さらに詳細には、光情報記録装置の光ピックアップに用いられる収差が補正されたハイブリッドレンズ、その製造方法、および、このハイブリッドレンズ製造用の金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光情報記録装置は、光ピックアップに用いられる対物レンズにより、光源として用いられる半導体レーザーから出射されたレーザービームを集光して、ディスクの記録面に焦点を結ばせることで情報を記録し、ディスクで反射された光を再集光して光検出器に向わせることで、記録された情報を再生する機能を有する。光情報記録媒体の直径は約１２ｃｍであり、その記録容量は、６５０ＭＢであるＣＤ（Compact Disc）から４．７ＧＢであるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）に発展し、現在、記録容量が２５ＧＢであり、ＤＶＤよりさらに大きな記録容量を有する規格であるブルーレイディスクに発展しつつある。
【０００３】
同じ大きさを有する情報記録媒体である光ディスクの情報記録容量を増加させるためには、光エネルギーをより小さいスポットに集束して、記録密度を高める必要がある。集束されるスポットの大きさは、用いられる光の波長に比例し、レンズの開口数（Numerical Aperture：以下、ＮＡ）に反比例するため、これを目的としてレンズの開発が進められてきた。例えば、ＣＤでは、７８０ｎｍの光源と、ＮＡ＝０．４５を有するレンズとを用いており、ＤＶＤでは、６５０ｎｍの光源と、ＮＡ＝０．６を有するレンズとを用いている。そして、ブルーレイディスクでは、４０５ｎｍの光源とＮＡ＝０．８５を有するレンズが用いられる予定である。
【０００４】
ブルーレイディスクの４０５ｎｍの波長領域では、対物レンズの屈折率が波長の変化によって非常に大きく変化する。これにより、レーザーダイオード（ＬＤ）のモードホッピングによる波長の瞬時的な変化によって、光ディスク上に結ばれる対物レンズの焦点距離が変わる現象が起こる。これを、色収差（chromatic aberration）といい、色収差を減少させるために屈折レンズと回折レンズとが結合されたハイブリッドレンズが提案された。
【０００５】
光情報記録装置では、それより少ない記録容量を有する規格の光ディスクも再生できる、いわゆる下位互換性を有することが好ましい。例えば、ＤＶＤ再生装置は、ＣＤも再生でき、ブルーレイ再生装置は、ＤＶＤおよびＣＤも再生できることが好ましい。一つの装置でＤＶＤおよびＣＤを再生できるようにするために、焦点距離を変化できるホログラム一体型のデュアルフォーカスレンズが開発された。これは、屈折レンズと回折レンズとが一つのレンズに結合されたハイブリッドレンズの一種である。
【０００６】
従来技術によるホログラム一体型の対物レンズの構造を図１に示した。図１に示した対物レンズは、ＣＤおよびＤＶＤを再生できるデュアルフォーカスレンズである。図１を参照して、ＤＶＤを再生するときは、実線で示した入射ビーム１１ａを利用して、厚さ０．６ｍｍの光ディスク記録面１３ａに焦点を結ばせ、ＣＤを再生するときは、点線で示された入射ビーム１１ｂを利用して、厚さ１．２ｍｍの光ディスク記録面１３ｂに焦点を結ばせる。すなわち、ＮＡ＝０．６であるＤＶＤでは、レンズ１２の外周部１２ａでの光の屈折と、内周部１２ｂの回折レンズの０次回折光とを利用し、ＮＡ＝０．４５であるＣＤでは、レンズ１２の内周部１２ｂの回折レンズの＋１次回折光を利用して、情報の記録および再生を行う。
【０００７】
従来技術による対物レンズの製作方法は、ガラスまたはプラスチック材料を直接研磨する方法、または切削して加工する方法であった。そして、対物レンズの量産技術としては、切削または研削などの機械加工で製作された金型を利用して、溶融状態または半溶融状態のプラスチックまたはガラスによりレンズを成形する射出成形または圧縮成形を行う方法がある。このような機械加工法による従来の単一レンズの製造装置を、図２に概略的に示す。
【０００８】
図２を参照して、従来の圧縮成形によりガラス製の単一レンズを製作する方法を説明する。まず、超硬合金材料などからなる上部金型２１および下部金型２２をレンズの表面に対応する形状に超精密研削加工し、ボール（ＢＬ）状または塊（gob：Ｇ）状のガラスプレフォーム（予備形成品）を上部金型２１および下部金型２２の間に挿入し、５００〜６００℃の高温で加熱しつつ圧縮してレンズを成形する。
【０００９】
このような超精密金型を利用した成形方法は、非常に精密な面加工が可能であるという長所がある。しかし、レンズの大きさが小さくなるほど、加工ツールの曲率半径の限界により、高いＮＡを有するレンズ、すなわち曲率の大きい非球面に対する金型の製作が困難となる。また、このようなガラス成形方法は、予備成形（preform）された材料を内部まで均一に加熱するためには長時間を要し、工程のサイクルタイムが非常に長いため、生産性が低くなるという短所がある。
【００１０】
ホログラム一体型のガラス成形レンズを製作するためには、図２に示した方法とほぼ同様の方法を使用するが、ホログラムが形成される曲面に対応する金型を製作する方法に差がある。すなわち、レンズの非球面に対応する曲面を加工するには、ダイアモンドホイールによる研削加工で超硬合金製金型の非球面を加工し、再びホログラム形状に対応する同心円状の形状を、バイトにより切削加工して形成する。しかし、その場合にバイトの摩耗が激しいという大きな問題点がある。これを解決するためのホログラム一体型の対物レンズのための金型の製作方法、図２の上部金型２１を製作する方法を図３Ａおよび図３Ｂに示した。
【００１１】
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、まず母材３１にレンズの曲面に対応する非球面を大略加工し、切削性の良い金属、例えば、無電解Ｎｉメッキ膜３２を形成する。そして、ダイアモンドバイト３３で、この無電解Ｎｉメッキ膜３２を切削加工して非球面の曲面およびホログラム形状を加工し、保護膜３４をコーティングする。このように、ホログラム形状が彫られた金型を用いてガラスレンズを成形する場合、ガラス材料の流動性が高くないため、形状の転写を良好にするには、高温および圧力を加えなければならない。したがって、金型の寿命は非常に短くなり、レンズの製作効率が低いため、コストが増加するという問題点がある。これにより、ガラス成形レンズの場合、ホログラムのピッチは少なくとも約数十μｍに制限され、ガラスの低い流動性による形状転写の限界によって光学収差を改善することが難しいという問題点がある。
【００１２】
一方、プラスチック材料でホログラム一体型のレンズを製作する場合には、切削性の良いＮｉなどの金属製金型を切削加工して金型を製作でき、精密なホログラム状を容易に製作できる。また、プラスチック成形は、成形温度が３００℃以下であり、プラスチック材料の高い流動性によって、低い最小ピッチを有するホログラム一体型の対物レンズも容易に精密加工できるという長所がある。また、プラスチックレンズは、軽くて加工性が良く、安価で製作できるため、ＣＤおよびＤＶＤのピックアップレンズに有用である。
【００１３】
しかし、プラスチック材料は、約１．５の低い屈折率により光の屈折が十分でないため、ブルーレイディスクのＮＡ＝０．８５を有するレンズを製作するには、二つのレンズを重ねて使用しなければならない。二つのレンズの位置を調整して組立てることは、単レンズで使用することに比べてコストが高くなる。また、プラスチックは、熱に弱い材料であるため、温度変化による光学特性（屈折率、熱膨張率等）の変化が激しく、長時間の使用により、特に青色波長の光が吸収される黄変現象が起こり、材料特性が変わるという問題点がある。
【００１４】
このような問題点を解決するために、図４に示したホログラム一体型の対物レンズが提案された。この対物レンズは、入射面４０ａおよび出射面４０ｂの両面非球面のガラス成形レンズ４０に、ホログラムを形成する入射側の回折光学部４１ａおよび、出射側の回折光学部４１ｂなどの回折光学部４１を有するプラスチックレンズが接合された構造である。このガラス／プラスチック接合レンズの製作方法は次の通りである。まず、図２に示した一般的な圧縮成形で両面非球面のガラス成形レンズを製作し、ホログラム形状が彫られている金属製金型内にＵＶ（Ultra Violet）硬化性樹脂を塗布し、このガラス成形レンズを挿入する。そして、他の金型で加圧しつつＵＶを照射して、ガラス曲面上にプラスチックホログラム形状を接合する。このような製作方法では、従来のガラスレンズの成形方法をそのまま用い、それに付加して光硬化（Photo-polymerization：２Ｐ）法によってプラスチックホログラム形状を接合する。
【００１５】
しかし、この方法は、ガラスレンズとホログラム形状との間の偏心（decenter）およびレンズの偏向が発生しないように、金型とガラスレンズとの相対的な位置および平行度を精密に調整しなければならないため、製作が非常に難しい。また、数ｍｍの直径を有する対物レンズを、この方法で製作することは比較的に容易であるが、直径１ｍｍ以下の超小型の対物レンズを製作する場合、ガラス成形用の金型および２Ｐ法用の金型をそれぞれ超精密製作することは困難であり、２Ｐ法のためにガラスレンズを整列および位置を調整することが難しいという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、前記した従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、高い開口数を有し、色収差を減少させたハイブリッドレンズおよび、それを簡単な工程で、かつ低コストで製造できるハイブリッドレンズの製造方法を提供することであり、さらに、このハイブリッドレンズを製造するために用いられる金型の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記の技術的課題を達成するために本発明は、球面からなる第１面と、平面からなる第２面とを含む屈折レンズと、この屈折レンズの第１面に接合された球面収差を補正する屈折部分を含む回折レンズと、この屈折レンズの第１面の外周部に付着したレンズホルダとを含むハイブリッドレンズを提供する。
【００１８】
このハイブリッドレンズにおいて、レンズホルダは、屈折レンズの第１面および第２面の境界の近傍に付着してもよく、また、屈折レンズは、ハーフボールレンズであってもよい。
また、このハイブリッドレンズにおいて、屈折レンズは、ガラスであってもよく、回折レンズは、ＵＶにより硬化する特性を有するポリマーまたはゾル−ゲル無機物であってもよく、レンズホルダは、ＵＶ硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーであってもよい。
さらに、このハイブリッドレンズにおいて、屈折レンズの第２面およびレンズホルダの下部に形成された基板ホルダをさらに含むこともできる。
【００１９】
また、前記の技術的課題を達成するために本発明は、（ア）１以上の回折レンズのパターンが形成されたキャビティを含む金型のこのキャビティ内に第１物質を塗布して、この第１物質の上面にボールレンズを設置する段階と、（イ）ボールレンズを透明板で加圧して第１物質を硬化させる段階と、（ウ）金型およびボールレンズの上部に第２物質を塗布し、透明板で加圧してこの第２物質を硬化させる段階と、（エ）金型を離型し、第２物質およびボールレンズの一部を研磨する段階とを含むハイブリッドレンズの製造方法を提供する。
【００２０】
このハイブリッドレンズの製造方法において、第１物質は、ＵＶにより硬化する特性を有するポリマーまたはゾル−ゲル無機物であってもよく、このとき、（イ）段階は、透明板側からＵＶを照射して第１物質を硬化させることもできる。
また、第２物質は、ＵＶ硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーであってもよく、このとき、（ウ）段階は、ボールレンズおよび第２物質を透明板で加圧し、この透明板側からＵＶを照射または加熱することで第２物質を硬化させることもできる。
【００２１】
また、前記の技術的課題を達成するために本発明は、（ア）１以上の回折レンズのパターンが形成されたキャビティを含む金型のこのキャビティ内に第１物質を塗布して、この第１物質の上面にハーフボールレンズを設置する段階と、（イ）金型およびハーフボールレンズの上部に第２物質を塗布し、透明板で加圧して、この第２物質を硬化させる段階と、（ウ）金型を離型する段階とを含むハイブリッドレンズの製造方法を提供する。
【００２２】
さらに、前記の技術的課題を達成するために本発明は、ハイブリッドレンズを製造するために用いる金型を製造する方法であって、（ア）基板上にフォトレジストを塗布し、所定部位のフォトレジストを除去して溝部を形成する段階と、（イ）この溝部を通じて、基板表面の一部を等方性エッチングにより除去し、フォトレジストを除去して基板上に半球状のキャビティを形成する段階と、（ウ）キャビティの内部を、回折レンズの形状を有するモールドで加圧して、このキャビティ内に回折レンズのパターンを形成する段階とを含むハイブリッドレンズ製造用の金型の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のハイブリッドレンズ、ハイブリッドレンズの製造方法、およびハイブリッドレンズ製造用の金型の製造方法は、次のような効果を奏する。
【００２４】
第一に、屈折レンズと回折レンズとを組み合わせたハイブリッドレンズを製作する方法であって、屈折レンズの製作時にガラス成形のように、高温に加熱した後で、冷却をする工程、または高圧を加える工程が不要であり、製造工程を、常温および低圧で行えるため、工程時間が短く、かつ工程が容易であり、量産に有利である。
第二に、ガラス単レンズの成形に比べて、ウエハーレベルで容易な工程によりアレイ形状のレンズが製作できるため、量産に有利である。
第三に、屈折レンズの製造工程は、常温および低圧の工程であって、金型の熱膨張／収縮による変形、疲労現象または高圧による摩耗がほとんどないため、金型の寿命を大幅に延長することができる。
【００２５】
第四に、熱的特性が安定しているハーフボールレンズがレンズの体積のほとんどを占め、回折レンズの材料は、レンズの球面収差の補正および回折レンズを形成する要素として、最小の体積しか用いられないため、プラスチックレンズに比べて、特に、青色波長領域における熱的安定性および耐久性が優秀である。
第五に、ハーフボールレンズは、高い屈折率（１．７＜ｎ＜２．２）の材料を選択できるため、プラスチックのように２枚のレンズを光学的に整列させて組み立てることなく、高い開口数（ＮＡ＝０．８５）が得られるため、薄型化も可能である。
第六に、屈折レンズの製作時に、ボールレンズまたはハーフボールレンズを用いるため、ボールレンズまたはハーフボールレンズの球面の特性により、レンズの偏心および偏向が小さくなり、波面収差が低減されて、高い光学性能を有するレンズを製作できる。
【００２６】
第七に、本発明に係るハイブリッドレンズのアレイは、ダイシングして各単レンズとして用いることができ、この単レンズは、レンズホルダが付着されているため取り扱いやすく、ホルダ基板に組み付けが容易である。
第八に、本発明に係るハイブリッドレンズのアレイは、ウエハー状態そのままに取り扱うことができるため、光モジュールアレイとの位置合わせおよび組み立てが容易である。
第九に、本発明に係るハイブリッドレンズの製造用の金型の製造方法は、非球面および回折レンズのキャビティを切削または研削などの機械的な加工方法により、一つずつ個別的に製作する必要のある従来の金型製造工程とは違い、半導体工程によりほぼ半球状であるキャビティアレイを一括して製作した後、非球面であり回折レンズのパターンを有する凸状（convex Type）のモールドにより各キャビティを圧縮することで、極めて小さな体積を有する非球面のキャビティおよび回折レンズを形成することができ、ハイブリッドレンズの金型を短時間に最低限の温度および圧力で製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明に係るハイブリッドレンズ、その製造方法およびハイブリッドレンズ製造用の金型の製造方法を詳細に説明する。
【００２８】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の実施の形態に係るハイブリッドレンズの構造を示した図面である。図５Ａを参照して、本実施の形態に係るハイブリッドレンズは、球面からなる第１面と平面からなる第２面とを有する球面レンズ５１と、この球面レンズ５１の第１面に接合された回折レンズ５２と、球面レンズ５１の下端の外周部に付着したレンズホルダ５３とを含む。ここで、回折レンズ５２は、球面レンズ５１の球面収差を補正するための非球面曲面と、非球面曲面の表面に形成された回折レンズのパターンとを含んでいる。
また、この球面レンズ５１は、ガラスで形成され、回折レンズ５２は、ＵＶ硬化性ポリマーで形成することができる。そして、球面レンズ５１に付着したレンズホルダ５３は、ドーナッツ状またはそれと類似した形状を有し、プラスチック材料で形成されることが好ましい。このとき、このプラスチック材料は、ＵＶ硬化性ポリマーを用いることもでき、回折レンズ５２を構成するＵＶ硬化性ポリマーと異なる材料で形成してもよい。また、図５Ｂに示すように、球面レンズ５１、回折レンズ５２およびレンズホルダ５３を、ホルダ基板５４上に形成することもできる。
【００２９】
次に、図５Ａに示した本実施の形態に係るハイブリッドレンズの製造方法の実施例を、図６Ａないし図６Ｇと、図７Ａないし図７Ｇとに示した。これらの図面を参照して本実施の形態に係るハイブリッドレンズの製造方法について説明する。
【００３０】
以下、図６Ａないし図６Ｇを参照して、本実施の形態に係るハイブリッドレンズの製造方法の第１実施例を説明する。
【００３１】
まず、図６Ａに示したように、製造しようとするレンズパターンが形成された金型６１を設置する。金型６１の表面には、図５Ａの回折レンズ５２に対応する形状のパターンを有するキャビティ６１ａが形成されている。このとき、金型６１は、単一レンズだけでなく、複数のレンズをアレイ状に製作できるように、所望の個数のキャビティ６１ａが所定間隔をおいて形成されていることが好ましい。次に、図６Ｂを参照して、キャビティ６１ａ内にＵＶの照射により硬化する特性を有する液状の第１ポリマー６２を、スピンコートまたは注入（dispensed）して塗布する。
【００３２】
その後、図６Ｃのように、キャビティ６１ａ（図６Ａ参照）内にボールレンズ６３ａを配置し、ガラスプレート６４で水平に加圧する。これと同時に、透光性を有するガラスプレート６４の上部から、ＵＶを照射して、第１ポリマー６２を硬化する。この第１ポリマー６２は、ＵＶ照射により硬化する性質を有し、これにより、ボールレンズ６３ａには、キャビティ６１ａ内で第１ポリマー６２が固着される。
【００３３】
そして、図６Ｄに示したように、金型６１およびボールレンズ６３ａの上部に、ＵＶ硬化性を有する液状の第２ポリマー６５を塗布する。このとき、ボールレンズ６３ａの上部に塗布する第２ポリマー６５は、第１ポリマー６２と他の材質のものを使用してもよい。そして、図６Ｅに示したように、第２ポリマー６５上にガラスプレート６６を配置して水平にした後、第２ポリマー６５およびボールレンズ６３ａを加圧する。このとき、同時にガラスプレート６６の上部からＵＶを照射すれば、第２ポリマー６５は硬化されつつボールレンズ６３ａに固着する。これにより、ボールレンズ６３ａは、球面収差を補正し、回折レンズとして機能する第１ポリマー６２と、レンズホルダの役割を行う第２ポリマー６５と完全に接合された状態となる。
【００３４】
次いで、図６Ｆに示したように、ボールレンズ６３ａとＵＶ照射で硬化した第１ポリマー６２を、金型６１から離型（demolding）すれば、非球面曲面および回折レンズのパターンを有する第１ポリマー６２が接合されたボールレンズ６３ａおよびボールレンズ６３ａのアレイ構造を囲んで付着した第２ポリマー６５が得られる。
【００３５】
最後に、図６Ｇに示したような第２ポリマー６５とボールレンズ６３ａの一部とを所定の厚さだけ研磨すれば、図５Ａに示したようなハイブリッドレンズのアレイが得られる。すなわち、図６Ｇに示したように、球面レンズ５１と球面レンズ５１の第１面に接合された回折レンズ５２と、前記球面レンズ５１の外周部に付着されたレンズホルダ５３とを含む構造となる。
【００３６】
次に、本実施の形態に係るハイブリッドレンズの製造方法の第２実施例を、図７Ａないし図７Ｇを参照して説明する。
【００３７】
まず、図７Ａに示したように、製造しようとするレンズパターンが形成された金型６１を設置する。金型６１の表面には、図５Ａの回折レンズ５２に対応する形状のレンズパターンを有するキャビティ６１ａが形成されている。このとき、金型６１は、単一レンズだけでなく、複数のレンズをアレイ状に製作できるように、所望の個数のキャビティ６１ａが、所定の間隔をおいて形成されていることが好ましい。次に、図７Ｂを参照して、キャビティ６１ａ内にＵＶの照射により硬化する特性を有する液状の第１ポリマー６２を、スピンコートまたは注入して塗布する。
【００３８】
その後、図７Ｃのように、キャビティ６１ａ内にハーフボールレンズ６３ｂを配置する。そして、図７Ｄに示したように、金型６１およびハーフボールレンズ６３ｂの上部に、ＵＶ硬化性を有する液状の第２ポリマー６５を塗布する。このとき、ハーフボールレンズ６３ｂの上部に塗布される第２ポリマー６５は、第１ポリマー６２とは異なる材質を使用することもできる。そして、図７Ｅに示したように、第２ポリマー６５上にガラスプレート６４を配置して水平にした後、第２ポリマー６５およびハーフボールレンズ６３ｂを加圧する。このとき、同時に、ガラスプレート６４の上部からＵＶを照射すれば、第２ポリマー６５は硬化されつつハーフボールレンズ６３ｂに固着する。これにより、ハーフボールレンズ６３ｂは、球面収差を補正し、回折レンズとして機能する第１ポリマー６２と、レンズホルダの役割を行う第２ポリマー６５とが完全に接合された状態となる。
【００３９】
次に、図７Ｆに示したように、ハーフボールレンズ６３ｂと、ＵＶ照射で硬化した第１ポリマー６２とを金型６１から離型すれば、非球面曲面および回折レンズのパターンを有する第１ポリマー６２が接合されたハーフボールレンズ６３ｂ、およびハーフボールレンズ６３ｂのアレイ構造を取囲んで付着した第２ポリマー６５が得られる。このガラスプレート６４が付着した状態でハイブリッドレンズを使用することもできるが（図５Ｂ参照のこと）、好ましくは、ガラスプレート６４を除去する。すなわち、図７Ｇに示したような第２ポリマー６５とハーフボールレンズと６３ａに付着されたガラスプレート６４を除去すれば、図５Ａに示したハイブリッドレンズアレイが得られる。すなわち、図７Ｇに示したように、球面レンズ５１と、球面レンズ５１の第１面に接合された回折レンズ５２と、前記球面レンズ５１の外周部に付着したレンズホルダ５３とを含む構造となる。
【００４０】
ここで、図６Ａないし図６Ｇと、図７Ａないし図７Ｇとに示したハイブリッドレンズの製作過程で、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂは、高い屈折率（好ましくは１．７以上）を有し、約４０５ｎｍの波長帯の光をほとんど吸収しない高い透過率（好ましくは９０％以上）を有する材料で形成されることが好ましい。
【００４１】
また、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂに接合される、球面収差の補正および回折レンズ形成用のＵＶ硬化物質である第１ポリマー６２は、高い折率を有する物質であり、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂとの屈折率の差が小さく、約４０５ｎｍの波長帯の光の吸収率が低く、かつ、高い透過率を有する材料であることが好ましい。第１ポリマー６２としては、ＵＶを照射により硬化する性質を有する液状のポリマーまたはゾル−ゲル無機物を用いることができる。そして、各ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂを付着および連結する役割を行うレンズホルダ５３は、ＵＶ硬化性ポリマーの以外に熱硬化性ポリマーなどを用いることも可能であり、その場合、ＵＶを照射する工程のかわりに加熱工程でポリマーを硬化させる。
【００４２】
第１ポリマー６２に用いられるＵＶ硬化物質は、非常に精密な非球面レンズを具現できるように、高い流動性を有する液体状であることが好ましい。このような物質は、レンズの偏向（tilt）を減少させてコマ収差を減少させることができ、ボールレンズの厚さの偏差を補償できるという長所がある。そして、ＵＶ硬化物質は、金型６１との固着性が低く、一方、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂとは固着性が高いことが好ましい。ここで、ＵＶ硬化物質は、水平加圧用のガラスプレート６４とは固着性が低いことが好ましいが、図７Ｆのように、ガラスプレート６４がハーフボールレンズ６３ｂに付着した形態で使用される場合には、逆に固着性が高いことが好ましい。ＵＶ硬化物質の物性が、各製作工程で前記した条件を満足できない場合、金型６１、ボールレンズ６３ａ、ハーフボールレンズ６３ｂまたはガラスプレート６４は、ＵＶ硬化物質とそれぞれ固着性が抑制または促進されるように、ＵＶを照射する前に適切な表面処理（界面活性処理）をあらかじめ行う必要がある。
【００４３】
以上の工程により、球面レンズ５１および回折レンズ５２を組み合わせて製作したハイブリッドレンズアレイは、その用途により、ハイブリッドレンズアレイの単位レンズの間をダイシングして単レンズとして使用したり、アレイ状のままで光モジュールのアレイと組み合わせて使用することもできる。
【００４４】
次に、本実施の形態に係るハイブリッドレンズの製造工程で使用する非球面、および回折レンズ状のパターンを含むキャビティアレイを有する金型６１の製造方法を図８Ａおないし図８Ｆに示す。図８Ａないし図８Ｆを参照して、本実施の形態に係るハイブリッドレンズ製造用の金型の製造方法を詳細に説明する。
【００４５】
まず、図８Ａに示したように、キャビティアレイが形成される基板８１の材料を準備し、フォトレジスト８２をスピンコートなどにより塗布する。ここで、基板８１の材料は、非球面および回折レンズ状のパターンが形成可能なものを用いることができ、例えば、ガラスまたはポリマーを使用することができる。
【００４６】
次に、図８Ｂに示したように、一般的に半導体工程で使用されるフォトリソグラフィー工程により、キャビティが形成される位置に溝部８３を形成するためのパターニングを行なう。そして、図８Ｃに示したように、フォトレジスト８２をエッチングマスク層として用いて、溝部８３を中心に等方性乾式エッチングまたは等方性湿式エッチングを行う。これにより、基板８１の表面には、ほぼ半球状の断面を有するキャビティ８４のアレイが形成される。そして、図８Ｄに示したように、フォトレジスト８２を除去する。これにより、基板８１の表面に所定の間隔を有する半球状のキャビティ８４のアレイが形成される。
【００４７】
その後、図８Ｅに示したように、あらかじめ切削バイト８７でダイアモンドターニングのような超精密切削加工を行って、非球面および回折レンズに対応する回折レンズパターン８８を有するように製作された金属製のモールド８６を利用して、それぞれのキャビティ８４に、圧縮成形を連続的に行う。このとき、各キャビティ８４を局所的に加熱するか、基板８１を全体的に加熱して、圧縮成形が効果的に行われるように制御する。このような工程により、図８Ｆに示したように、基板８１の表面に、非球面および回折レンズに対応する回折レンズパターン８５を有する回折レンズ製造用の金型８１ｂが完成する。
【００４８】
次に、本実施の形態に係るハイブリッドレンズの作動原理の説明を図９Ａおよび図９Ｂに示した。図９Ａおよび図９Ｂを参照して、本実施の形態に係るハイブリッドレンズの作動原理について詳細に説明する。図９Ａおよび図９Ｂは、ダイシングによりハイブリッドレンズアレイから１つのハイブリッドレンズを分離した後、レンズホルダ５３の形状に対応するように、あらかじめ製作されたホルダ基板５４に配置した状態を示す。ここで、ホルダ基板５４は、その用途によって数インチの直径のウエハー状態であっても、ダイシングで分離された状態であってもよい。１枚のハイブリッドレンズを、あらかじめレンズホルダ５３の外周部の直径に適合するように加工された部位を有するホルダ基板５４に配置し、ＵＶ硬化性接着剤を用いて接着することで組み立てられる。
【００４９】
図９Ａおよび図９Ｂを参照すれば、光源から出射された光は、図示しないビーム整形器、ビームスプリッタ、ミラーなどの光学要素を経てハイブリッドレンズの回折レンズ５２の方向から入射し、回折および屈折を経て記録媒体の記録膜５６上に集光される。ハイブリッドレンズにより集光された光は、光ディスク５７の記録膜５６に回折限界に近い微細な光スポットを形成して、情報を記録または再生する。図９Ａのように、入射される光５５ａは平行光を用いないことも可能であるが、平行光を用いることがより好ましい。すなわち、図９Ｂのように、回折レンズ５２に入射する光５５ｂを平行光にするために、ホルダ基板５４上にコリメータレンズ５８を形成することがのぞましい。
【００５０】
本実施の形態に係るハイブリッドレンズは、球面レンズ５１と回折レンズ５２とを含んで形成されることで、理論的には２枚のレンズを組立てることと同じ組み立て上の精度が必要である。しかし、前記したハイブリッドレンズの製造工程では、一般的な２枚のレンズの組立工程とは異なり、ハイブリッドレンズの各表面の光軸の偏心と表面の偏向を低減できる。この理由を、以下に詳細に説明する。
【００５１】
第一に、液状の第１ポリマー６２は、高い流動性を有するため、キャビティ６１ａの曲面と、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂの球表面との間隙を精密に埋め込むことにより、非常に精密な非球面および回折レンズの表面を具現できる。
【００５２】
第二に、金型６１の製作時に、各キャビティ６１ａの水平位置が一旦精密に製作されれば、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂを各キャビティ６１ａ内にそのまま配置すれば良いため、ハイブリッドレンズの光軸誤差を最小化できる。すなわち、キャビティ６１ａの境界によって、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂの水平位置が拘束されるだけでなく、液状の第１ポリマー６２の表面張力によってボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂは、キャビティ６１ａの中心部に位置することで最小エネルギーの状態となるため、自動的にセンタリングが可能である。また、第１ポリマー６２の流動性が維持された状態で、ガラスプレート６４によって水平にしつつ徐々に加圧すれば、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂはキャビティ６１ａの最底面に定着する。したがって、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂの直径の偏差があっても、第１ポリマー６２が緩衝層としての役割を行なうことで、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂの基板垂直方向の位置を自動的に調節することができ、直径偏差（高さ偏差）を補償できる。
【００５３】
第三に、図６Ａないし図６Ｇに示した製造方法では、ボールレンズ６３ａを用いて所定の厚さだけ研磨するため、レンズ面の偏向が低減される。図６Ａないし図６Ｇと、図７Ａおよび図７Ｇとに示した製造方法において、第１ポリマー６２の流動性が保持された状態で、ガラスプレート６４でレンズを水平にしつつ加圧するため、あらかじめキャビティ６１ａの深さをボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂの直径（厚さ）の偏差に対応するように、十分な許容値を与えて製造できるため、ボールレンズ６３ａまたはハーフボールレンズ６３ｂの偏向を低減できる。
【００５４】
以上の説明で、多くの事項が具体的に記載されているが、これらは、本発明の範囲を限定するものでなく、好ましい実施の形態の例示にすぎない。本発明の範囲は、説明した実施の形態によって定められるのではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来技術によるホログラム一体型の対物レンズの構造を示した図面である。
【図２】従来技術による機械加工法による単一マイクロレンズの製造方法を説明する図面である。
【図３Ａ】従来技術によるホログラム一体型の対物レンズのための金型の製作方法を説明する図面である。
【図３Ｂ】従来技術によるホログラム一体型の対物レンズのための金型の製作方法を説明する図面である。
【図４】従来技術によるホログラム一体型の対物レンズの構造を示した図面である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態に係るハイブリッドレンズを示した図面である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態に係るハイブリッドレンズを示した図面である。
【図６Ａ】第１実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図６Ｂ】第１実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図６Ｃ】第１実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図６Ｄ】第１実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図６Ｅ】第１実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図６Ｆ】第１実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図６Ｇ】第１実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図７Ａ】第２実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図７Ｂ】第２実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図７Ｃ】第２実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図７Ｄ】第２実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図７Ｅ】第２実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図７Ｆ】第２実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図７Ｇ】第２実施例によるハイブリッドレンズの製造方法の手順を説明する図面である。
【図８Ａ】ハイブリッドレンズの製造用の金型の製造方法の手順を説明する図面である。
【図８Ｂ】ハイブリッドレンズの製造用の金型の製造方法の手順を説明する図面である。
【図８Ｃ】ハイブリッドレンズの製造用の金型の製造方法の手順を説明する図面である。
【図８Ｄ】ハイブリッドレンズの製造用の金型の製造方法の手順を説明する図面である。
【図８Ｅ】ハイブリッドレンズの製造用の金型の製造方法の手順を説明する図面である。
【図８Ｆ】ハイブリッドレンズの製造用の金型の製造方法の手順を説明する図面である。
【図９Ａ】ハイブリッドレンズの作動状態を説明する図面である。
【図９Ｂ】ハイブリッドレンズの作動状態を説明する図面である。
【符号の説明】
【００５６】
５１    球面レンズ
５２    回折レンズ
５３    レンズホルダ
６１    金型
６１ａ  キャビティ
６２    第１ポリマー
６３ａ  ボールレンズ
６３ｂ  ハーフボールレンズ
６４、６６  ガラスプレート
６５    第２ポリマー
８１    基板
８１ｂ  金型
８２    フォトレジスト
８３    溝部
８４    キャビティ
８５、８８  回折レンズパターン
８６    モールド
【図１】
2005227785.tif 000003
【図２】
2005227785.tif 000004
【図３Ａ】
2005227785.tif 000005
【図３Ｂ】
2005227785.tif 000006
【図４】
2005227785.tif 000007
【図５Ａ】
2005227785.tif 000008
【図５Ｂ】
2005227785.tif 000009
【図６Ａ】
2005227785.tif 000010
【図６Ｂ】
2005227785.tif 000011
【図６Ｃ】
2005227785.tif 000012
【図６Ｄ】
2005227785.tif 000013
【図６Ｅ】
2005227785.tif 000014
【図６Ｆ】
2005227785.tif 000015
【図６Ｇ】
2005227785.tif 000016
【図７Ａ】
2005227785.tif 000017
【図７Ｂ】
2005227785.tif 000018
【図７Ｃ】
2005227785.tif 000019
【図７Ｄ】
2005227785.tif 000020
【図７Ｅ】
2005227785.tif 000021
【図７Ｆ】
2005227785.tif 000022
【図７Ｇ】
2005227785.tif 000023
【図８Ａ】
2005227785.tif 000024
【図８Ｂ】
2005227785.tif 000025
【図８Ｃ】
2005227785.tif 000026
【図８Ｄ】
2005227785.tif 000027
【図８Ｅ】
2005227785.tif 000028
【図８Ｆ】
2005227785.tif 000029
【図９Ａ】
2005227785.tif 000030
【図９Ｂ】
2005227785.tif 000031