(57)【要約】【課題】複合光学素子において、２つの光学部の光軸の合致精度を高める。【解決手段】ベルクランプ軸４０で第１の光学部１０を押圧し、成形型３７の成形面３７ａの周縁部に形成された略Ｒ形状の当接部Ｒに第１の光学部１０の外周縁部を当接させてベルクランプ作用により調芯しながら、熱硬化樹脂３８及び第１の光学部１０をベルクランプ軸４０と成形型３７とによりプレスして複合光学素子１を成形する。【選択図】図６
2007333859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非球面形状の凸部で形成された光学機能表面と該光学機能表面の外周縁部から径方向に突出したコバ平面とを有する第１の光学部と、該第１の光学部の該光学機能表面に接合された第２の光学部とを備えた複合光学素子であって、
前記第２の光学部は、前記第１の光学部の光学機能表面の外周縁部及び前記コバ平面を除く領域に接合されていることを特徴とする複合光学素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の光学部の軟化温度は、前記第２の光学部の軟化温度よりも高いことを特徴とする複合光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１の光学部の熱膨張係数は、前記第２の光学部の熱膨張係数よりも低いか又は同じであることを特徴とする複合光学素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか１項において、
前記第１の光学部の光学機能表面には、回折面、不連続屈折面、若しくは位相段差面が形成されていることを特徴とする複合光学素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記第１の光学部は、実質的にガラスで構成され、
前記第２の光学部は、実質的にガラス又は樹脂で構成されていることを特徴とする複合光学素子。
【請求項６】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記第１の光学部は、実質的にガラスで構成され、
前記第２の光学部は、実質的にエネルギー硬化型樹脂で構成されていることを特徴とする複合光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記第１の光学部と前記第２の光学部とのそれぞれは、実質的に樹脂で構成されていることを特徴とする複合光学素子。
【請求項８】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記第１の光学部は、実質的に樹脂で構成され、
前記第２の光学部は、実質的にエネルギー硬化型樹脂で構成されていることを特徴とする複合光学素子。
【請求項９】
非球面形状の凸部で形成された光学機能表面と該光学機能表面の外周縁部から径方向に突出したコバ平面とを有する第１の光学部と、該第１の光学部の該光学機能表面に接合された第２の光学部とを備えた複合光学素子の製造方法であって、
前記第１の光学部を押圧する押圧手段と、該押圧手段に対向配置され且つ周縁部が前記第１の光学部の光学機能表面の外周縁部と当接してベルクランプにより調芯されるように形成された成形面となる非球面形状の凹部を有する成形型とを用意する手順と、
前記成形型の凹部内に、前記第２の光学部をなすレンズ素材を配置した後、前記第１の光学部を配置する手順と、
前記押圧手段で前記第１の光学部を押圧してベルクランプにより調芯しながら、前記レンズ素材及び該第１の光学部を該押圧手段と前記成形型とによりプレスして複合光学素子を成形する手順とを備えたことを特徴とする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、複合光学素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、相互に接合された２つの光学部からなり、それら２つの光学部の界面にレリーフパターン（回折面）が形成された複合光学素子が知られている（例えば、特許文献１，２及び非特許文献１参照）。この複合光学素子は、回折面の波長依存性を低減することができ、ブレーズ波長とは異なる波長の光に対しても高い回折効率が得られるものとして、例えば撮像光学系のように複数種類の波長帯域の光が用いられる光学系に特に有用であるとされている。
【特許文献１】特開２００１−２４９２０８号公報
【特許文献２】特開平７−３２５０１号公報
【非特許文献１】Binary Optics Technology;The Theory and Design of Multi-Level Diffractive Optical Element,Gary J.Swanson,Technical Report 854,MIT Lincoln Laboratory,August 1989.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、相互に接合された２つの光学部からなり、それら２つの光学部の界面の一部に回折面が形成された複合光学素子は、その製造時に互いの光軸を合致させることが困難であり、光軸精度の高い複合光学素子を得るのが困難であるという問題がある。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、２つの光学部の光軸の合致精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の複合光学素子は、非球面形状の凸部で形成された光学機能表面と光学機能表面の外周縁部から径方向に突出したコバ平面とを有する第１の光学部と、第１の光学部の光学機能表面に接合された第２の光学部とを備え、第２の光学部は、第１の光学部の光学機能表面の外周縁部及びコバ平面を除く領域に接合されていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の複合光学素子の製造方法は、第１の光学部を押圧する押圧手段と、押圧手段に対向配置され且つ周縁部が第１の光学部の光学機能表面の外周縁部と当接してベルクランプにより調芯されるように形成された成形面となる非球面形状の凹部を有する成形型とを用意する手順と、成形型の凹部内に、第２の光学部をなすレンズ素材を配置した後、第１の光学部を配置する手順と、押圧手段で第１の光学部を押圧してベルクランプにより調芯しながら、レンズ素材及び第１の光学部を押圧手段と成形型とによりプレスして複合光学素子を成形する手順とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本発明によれば、第１の光学部と第２の光学部とを接合する際に、ベルクランプで調芯するようにしたから、２つの光学部の光軸の合致精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係る複合光学素子の構成を示す断面図である。図１に示すように、この複合光学素子１は、第１の光学部１０と第２の光学部２０とを備えている。
【００１０】
第１の光学部１０は、凸状非球面の光学機能表面（レンズ面）１１とベルクランプで調芯するための凸状非球面の凸部１４とを有する両凸のレンズにより構成されている。さらに、第１の光学部１０の周縁部には、光学機能表面１１よりも周方向の外方に突出したコバ平面１５が設けられている。
【００１１】
光学機能表面１１は、その中央部に設けられた滑面部１３と、滑面部１３に隣接するように設けられた凹凸面部１２とを含む。具体的に、本実施形態１では、凹凸面部１２は断面鋸歯状の回折面により構成されている。
【００１２】
なお、「滑面」とは、段差や稜線がなく、滑らかな面のことをいう。それに対して、「凹凸面」とは、凹部と凸部とが周期的又は非周期的に複数配列された面をいう。また、凹凸面において、凹部と凸部との境界は稜線でなくてもよく、面取り状等の丸みを帯びた形状であってもよい。
【００１３】
第２の光学部２０は、光学機能表面１１上において第１の光学部１０に接合されたメニスカス状のレンズにより構成されている。第２の光学部２０の第１の光学部１０側の光学機能表面２１は光学機能表面１１に対応した形状をしており、具体的には、その中央部に位置する滑面と、その滑面に隣接して設けられた回折面とにより構成されている。一方、光学機能表面２１と対面する光学機能表面２２は全体が滑面により構成されている。
【００１４】
本実施形態では、上述したように光学機能表面１１が凹凸面部１２と滑面部１３とにより構成されているため、滑面部１３が設けられている中央領域Ｒ１（図１参照）における光学機能表面１１の光学的パワーと、凹凸面部１２が設けられている周辺領域Ｒ２における光学機能表面１１の光学的パワーとを異ならしめることができる。従って、例えば、ある波長の光を中央領域Ｒ１を使用して集光させるとともに、異なる波長の光を周辺領域Ｒ２を使用して集光させることができる。具体的には、このような複合光学素子１を対物レンズとして用いることによって、例えば、複合光学素子１の中央領域Ｒ１によって波長約６５５ｎｍの光をＤＶＤの情報記録面に集光させ、中央領域Ｒ１とともに周辺領域Ｒ２とによって波長約４０５ｎｍの光をＢＤの情報記録面に集光させることが可能となり、複数種類の情報記録媒体（例えば、光ディスク）に対して互換性を有する光ピックアップ装置を実現することが可能となる。なお、凹凸面部１２がさらに光学的パワーの異なる複数の回折面により構成されており、周辺領域Ｒ２が相互に光学的パワーの異なる複数の領域により構成されていてもよい。
【００１５】
また、本実施形態１に係る複合光学素子１では、凹凸面部１２が形成されている光学機能表面１１の上には第２の光学部２０が接合されている。このため、凹凸面部１２の波長依存性を低下させることができ、ブレーズ波長の光はもとよりブレーズ波長とは異なる波長の光に対しても高い回折効率を実現することができる。
【００１６】
次に、図２〜図６を参照しながら本実施形態に係る複合光学素子１の製造方法について説明する。なお、ここでは、実質的にガラスからなる第１の光学部１０と実質的に熱硬化樹脂からなる第２の光学部２０とからなる複合光学素子１の製造方法を例に挙げて説明する。
【００１７】
まず最初に、第１の光学部１０を作製する。具体的に、第１の光学部１０の作製は、図２に示す一対の成形型３１、３５を用いて行う。下型３１は頂面に成形面３２が形成された柱状体からなるものである。成形面３２は光学機能表面１１を成形するためのものであり、凹凸面部１２を成形するための凹凸成形面部３４と、滑面部１３を成形するための滑成形面部３３とを含む。一方、上型３５は下型３１に対向位置する成形面３６を頂面とする柱状体により構成されている。これら下型３１及び上型３５は、円筒状の胴型３９内に摺動自在に収容されている。
【００１８】
そして、これら下型３１及び上型３５を用いてボール状や第１の光学部１０とほぼ近似の形状寸法に加工されたガラスプリフォーム３０を加熱押圧（ヒートプレス）する。具体的には、下型３１と上型３５との間にガラスプリフォーム３０を配置する。次に、ガラスプリフォーム３０をその軟化温度近傍にまで加熱して軟化させ、上型３５を下型３１に対して下型３１方向に相対的に変位させることにより軟化したガラスプリフォーム３０を下型３１の成形面３２と上型３５の成形面３６とでもってプレスし、第１の光学部１０を得る（図３参照）。そして、第１の光学部１０を所定の温度（例えば、ガラス転移温度−１５０℃〜室温）にまで冷却した後、第１の光学部１０を下型３１及び上型３５から離型させることにより完成させる。
【００１９】
次に、図４に示すように、第２の光学部２０の光学機能表面２２の形状に対応した凹状の成形面３７ａを有する成形型３７の成形面３７ａ上に軟化状態にある熱硬化樹脂３８を配置する。そして、図５に示すように、その配置された熱硬化樹脂３８の上に上述のように成形された第１の光学部１０を配置する。
【００２０】
ここで、成形型３７の凹状の成形面３７ａの周縁部には、略Ｒ形状の当接部Ｒが形成されている。この当接部Ｒは、第１の光学部１０の光学有効径よりも外方に位置し、且つ第１の光学部１０の光学機能表面１１の光学有効径外である外周縁部分に当接するように形成されている。なお、当接部Ｒは、成形面３７ａとの同軸性を確保するために同時加工されているものとする。
【００２１】
そして、図６に示すように、第１の光学部１０の光学機能表面１１でもって所定の位置までプレスし、その状態で熱硬化樹脂３８に熱を付与することによって熱硬化樹脂３８を硬化させる。このとき、第１の光学部１０を加圧力Ｆでプレスするために、先端がベルクランプ形状で形成されたベルクランプ軸４０（押圧手段）を用いた。
【００２２】
具体的に、ベルクランプ軸４０の先端を第１の光学部１０の凸部１４に当接させ、ベルクランプ作用によって自動調芯しながらプレスする。このとき、成形型３７の成形面３７ａの周縁部に形成された当接部Ｒと第１の光学部１０の光学機能表面１１の外周縁部とが同じくベルクランプ作用により自動調芯されるようになっている。すなわち、ベルクランプ軸４０と第１の光学部１０との接点、及び第１の光学部１０と成形型３７との接点でそれぞれ滑りが発生し、その結果、第１の光学部１０の光軸と第２の光学部２０の光軸との合致精度を高めることができる。
【００２３】
また、成形型３７の当接部Ｒと第１の光学部１０の光学機能表面１１の外周部とが密着しているから、第２の光学部２０をなす熱硬化樹脂３８が、プレス時に第１の光学部１０のコバ平面１５に流出して付着することがない。すなわち、第１の光学部１０のコバ平面１５に、弾性体である第２の光学部２０（熱硬化樹脂）が介在すると、成形後の複合光学素子１をボビン（鏡筒）に取り付ける際に、ボビンに対して一定の姿勢精度（ボビン中心軸に対する複合光学素子１の傾き）が得られにくく、また、駆動時の温度上昇の影響が複合光学素子１の姿勢精度をさらに悪化させ、所望の性能が得られなくなるおそれがあるが、本発明では、この問題が解消できて好ましい。
【００２４】
さらに、第２の光学部２０をなす熱硬化樹脂３８のはみ出しを防止することで、光学有効範囲を満足する最小の樹脂量を確保することができ、微小重量であるが複合光学素子１全体としての重量を軽減して、フォーカシングやトラッキングといった高速アクチュエートへの応答性を高めることができるという付随的な効果が得られる。
【００２５】
この工程において、熱を付与する前の軟化状態にある熱硬化樹脂３８は第１の光学部１０と比較して非常に柔らかいため、熱硬化樹脂３８を第１の光学部１０の光学機能表面１１でもって押圧しても、光学機能表面１１の形状変化は実質的に起こらない。また、光学機能表面１１の形状に合わせて熱硬化樹脂３８が流動して凹凸面部１２の凹部に入り込み、光学機能表面１１の形状が好適に転写される。このような要領で第１の光学部１０と、光学機能表面１１上において第１の光学部１０に接合された第２の光学部２０とからなる複合光学素子１を得ることができる。
【００２６】
なお、本実施形態１のように、第１の光学部１０と第２の光学部２０との材質が異なるような場合は、第１の光学部１０の上に第２の光学部２０を形成するに先立って、光学機能表面１１に第１の光学部１０と第２の光学部２０との密着性を向上させる処理を施しておくことが好ましい。具体的に、第１の光学部１０が実質的にガラスからなるものであり、第２の光学部２０が実質的に樹脂からなるものである場合は、例えば、光学機能表面１１にシランカップリング剤等のカップリング剤を塗布しておくことが好ましい。
【００２７】
なお、一般的に、ガラスは樹脂よりも軟化温度が高く、硬度も高いため、例えばここで説明したように、第１の光学部１０が実質的にガラスからなるものであり、第２の光学部２０が実質的に樹脂（例えば、熱可塑性樹脂、エネルギー硬化樹脂）からなるものである場合は、上述のように所望の形状に成形したガラス製の第１の光学部１０を成形型として軟化状態にある樹脂を押圧するとともに硬化させて接合することによって容易且つ高い形状精度で複合光学素子１を得ることができる。
【００２８】
また、第２の光学部２０の材料として紫外線硬化樹脂や電子線硬化樹脂等のエネルギー硬化樹脂を使用した場合は、短時間で硬化処理できるため、生産性を向上することができる。それに対して、第２の光学部２０の材料として熱硬化樹脂を使用した場合は、紫外線や電子線を照射する大がかりな装置を要することなく、加熱によって容易且つ安価に複合光学素子１を得ることができる。
【００２９】
なお、本明細書において「エネルギー硬化樹脂」とは、所定のエネルギー（熱、紫外線、電子線（ＥＢ）等）を付与することにより硬化する樹脂をいう。エネルギー硬化樹脂の具体例としては、例えば、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線（ＥＢ）硬化樹脂等が挙げられる。
【００３０】
なお、第１の光学部１０が実質的に樹脂からなるものである場合は、第２の光学部２０を接合する際に光学機能表面１１の形状が崩れないようにする観点から、第２の光学部２０は軟化状態において第１の光学部１０と比べて柔らかいエネルギー硬化樹脂、又は成形温度において第１の光学部１０と比べて柔らかい熱可塑性樹脂等により形成することが好ましい。
【００３１】
第１の光学部１０と第２の光学部２０との両方が実質的に樹脂からなるものである場合は、それらどちらか一方がガラスである場合のように高温加熱装置といった高価で複雑な設備を使用することなく、容易且つ安価に製造することができる。さらに、第１の光学部１０と第２の光学部２０との材料組成が近く、且つ物理的性質（熱膨張係数等）も近いため、第１の光学部１０と第２の光学部２０との高い密着性が実現されるとともに、温度変化に強い等の高い耐環境性が実現される。
【００３２】
さらに、第２の光学部２０が実質的にエネルギー硬化樹脂からなるものである場合は、軟化状態にあるエネルギー硬化樹脂を予め成形された第１の光学部１０によって押圧成形するとともにエネルギーを付与して固化させることによって容易且つ高い形状精度で複合光学素子１を得ることができる。
【００３３】
また、第１の光学部１０と第２の光学部２０との両方が実質的にガラスからなるものであってもよい。そうすることによって、特に、光透過性及び耐候性に優れた複合光学素子１を実現することができる。なお、第１の光学部１０と第２の光学部２０との両方が実質的にガラスからなるものである場合、第１の光学部１０の方が第２の光学部２０よりも高いガラス転移温度及び軟化温度を示すものであることが好ましい。より好ましくは第２の光学部２０が低融点ガラスからなるものであることが好ましい。
【００３４】
なお、本実施形態では、滑面部１３が非球面により構成されており、凹凸面部１２が断面鋸歯状の回折面により構成されている例について説明したが、本発明において、滑面部は、例えば、平面、球面、円筒面、楕球面、トーリック面等であってもよい。また、凹凸面部は、例えば、断面矩形状や断面正弦波状の回折面、複数の凸状又は凹状レンズ面からなるレンズアレイ面、位相段差面、若しくは光反射防止構造（例えば、反射を抑制しようとする光の波長以下のピッチで配列された複数の錐体状突起部又は錐体状凹部からなる構造）が形成された光反射防止面であってもよい。
【００３５】
また、第１の光学部１０は、プレス成形されたものに限定されるものではなく、例えば、エッチングにより形成されたものであってもよい。また、第２の光学部２０は、スピンコーティング法やスクイージング法等の塗布法により光学機能表面１１の上に樹脂材料を塗布した後に硬化させることにより形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したように、本発明の複合光学素子は、２つの光学部の光軸の合致精度を高めることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。特に、光学機器に有用であり、光ピックアップ装置、撮像装置（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等）、表示装置（プロジェクタ等）等に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る複合光学素子の構成を示す断面図である。
【図２】第１の光学部の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】第１の光学部の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】複合光学素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】複合光学素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】複合光学素子の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    複合光学素子
１０    第１の光学部
１１    光学機能表面
１５    コバ平面
２０    第２の光学部
３７    成形型
４０    ベルクランプ軸（押圧手段）
【図１】
2007333859.tif 000003
【図２】
2007333859.tif 000004
【図３】
2007333859.tif 000005
【図４】
2007333859.tif 000006
【図５】
2007333859.tif 000007
【図６】
2007333859.tif 000008