(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面から入射された光を集光させるための幾何光学部と、前記幾何光学部の入射面と出射面に形成されていて、入射された光を集光させるための回折光学部とを有するレンズを製造するためのレンズ製造方法において、
前記幾何光学部の材料を前記幾何光学部の形状を有する金型内に挿入し、この金型に圧力を加えてプレス成形して幾何光学部を形成し、
前記回折光学部の形状が形成されている金型内に前記回折光学部の材料を流入し、
前記金型をレンズの光軸を中心に回転し、
前記金型内に前記幾何光学部を挿入して、前記幾何光学部の入射面と出射面に回折光学部を形成する
ことを特徴とするレンズ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレンズ製造方法の改良、特に、正確かつ効率的に製造することができるレンズ製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）に代表されるように、光ディスクの高密度化が進んでおり、この高密度化を実現するためには、レーザの短波長化、ビームスポットサイズの小型化が要求される。このビームスポットを小さくするためには、高い開口数（以下「ＮＡ」）のレンズが必要となる。ここで、レンズの開口数を上げるためには、レンズの径を大きくすれば良いが、光学ピックアップ等の小型のメカデッキに組み込む場合には、レンズの大きさは制限されてしまう。特に、径が小さいレンズでその曲率半径を大きくすると、製造上困難になってくる。そこで、高いＮＡのレンズを得るために、非球面レンズである幾何光学部の入射面と出射面にブレーズホログラムである回折光学部を形成したいわゆるホログラム一体成形レンズが使用されている。尚、ホログラム一体成形レンズは、１つのレンズで２つの焦点が得られるようにするための対物レンズにも使用されている。
【０００３】
ここで、従来のホログラム一体成形レンズを製造するためのレンズ製造装置を図６に示す。図６（Ａ）のレンズ製造装置１は、上金型２、下金型３、胴型４等を有している。上金型２と下金型３にはレンズの形状を有する中空部が形成されていて、この中空部にレンズの材料であるガラスが供給される。上金型２は胴型４に沿って矢印Ｙ方向に移動可能に設けられており、ガラスに圧力を加えることができる。
ホログラム一体成形レンズを製造する際には、図６（Ａ）に示すように、中空部にガラスが供給された後、成形可能な温度になるまで上金型２と下金型３が加熱される。そして、図６（Ｂ）に示すように、上金型２が矢印Ｙ２方向に移動して加圧成形すると、ガラスに金型形状が転写される。その後、ガラスが冷却されて、ホログラム一体成形レンズが完成する。
【０００４】
ここで、上金型２と下金型３とにはレンズ形状が正確に形成されていることが要求され、図７には金型を成形する様子を示している。尚、上金型２と下金型３との成形プロセスは同一であるため、図７には下金型３の成形のみ言及し上金型２の成形プロセスについてはその説明を省略する。図７（Ａ）において、下金型３は加工層３ａ、母材３ｂからなっており、加工層３ａの材料は例えば白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）等の貴金属膜からなっている。この加工層３ａに対してダイヤモンド等からなるバイト５が回折光学部の形状を切削していく。そして、例えば図７（Ｂ）に示すように、加工層３ａの表面に保護層６を形成して、回折光学部の形状が崩れないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したように切削加工により回折光学部の形状を金型に形成すると、バイトの摩耗が激しいという問題がある。すなわち、上述したように加工層３ａの材料は、例えば白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）等の貴金属膜を使用しているため、これらの材料に回折光学部の形状を正確に形成できなくなるという問題がある。一方、この問題を解消するために金型の材料を切削性の良い材料、例えば、無電解ニッケルメッキに変更することが考えられる。しかし、上述した材料は、金型としての寿命が短くなり、レンズ製造の作業効率が悪く、結果的にレンズのコストが上がってしまうという問題がある。
【０００６】
また、上述した加工層３ａの材料が切削加工される際、バイトとのマッチングの関係で、回折光学部以外の溝（引き目）が形成されてしまう場合がある。回折光学部の形状は非常に微細なものであるため、この引き目により回折光学部の形状が正確に転写することができないという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は上記課題を解消し、高い開口数を備えるレンズを正確に形成し、効率的かつ安価に製造することができるレンズ製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入射面から入射された光を集光させるための幾何光学部と、幾何光学部の入射面と出射面に形成されていて、入射された光を集光させるための回折光学部とを有するレンズを製造するためのレンズ製造方法において、前記幾何光学部の材料を前記幾何光学部の形状を有する金型内に挿入し、この金型に圧力を加えてプレス成形して幾何光学部を形成し、前記回折光学部の形状が象られている金型内に前記回折光学部の材料を流入し、前記金型をレンズの光軸を中心に回転し、その金型内に前記幾何光学部を挿入して、前記幾何光学部の入射面と出射面に回折光学部を形成するものである。
【００１１】
本発明において、幾何光学部の入射面と出射面に、幾何光学部とは別材料の樹脂からなる回折光学部が接合されている。これにより、幾何光学部に容易に回折光学部を形成することができ、効率的であって安価に高開口数で球面収差の少ないレンズを提供することができる。また、回折光学部は樹脂からなっているので、回折光学部を形成するための金型の材料も切削しやすい材料を選択でき、金型に対して正確に回折光学部の形状を形成することができる。更に、回折光学部を形成するための金型を、光軸を中心に回転することにより、金型における回折光学部の部位のみ樹脂を残すことができ、ここに幾何光学部を挿入してレンズを形成することにより、幾何光学部と回折光学部とを別々に形成することができ、回折光学部の形状を正確に転写することができるとともに、安価に製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１５】
図１は光学ピックアップの参考例を示す構成図であり、図１を参照して光学ピックアップ１０について詳しく説明する。図１の光学ピックアップ１０は光源１１、光分離手段としてのビームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３、対物レンズ１４、光検出器１５等を有している。光源１１は光ディスクＤに対して情報を記録及び／又は再生を行うためのレーザ光（波長λ＝６５０ｎｍ）を出射するものであり、半導体レーザ素子により構成されている。光源１１から出射されたレーザ光はビームスプリッタ１２に入射される。ビームスプリッタ１２にはビームスプリッタ膜１２ａが形成されていて、ビームスプリッタ膜１２ａは光軸に対して略４５度傾いている。このビームスプリッタ１２は入射したレーザ光をコリメータレンズ１３に出射する。
【００１６】
コリメータレンズ１３は入射されたレーザ光を平行光にして対物レンズ１４に出射し、対物レンズ１４はレーザ光を光ディスクＤの信号記録面Ｄ１に集光させる。光ディスクＤの信号記録面で反射された戻り光は対物レンズ１４、コリメータレンズ１３、ビームスプリッタ１２に入射し、ビームスプリッタ膜１２ａで反射されて、光検出器１５に入射される。光検出器１５は戻り光を電気信号に変換して、読み取り信号等を出力する。
【００１７】
図２には本発明のレンズ製造方法により製造したレンズの参考例を示す断面図を示しており、図２を参照してレンズについて詳しく説明する。尚、このレンズは例えば図１の光学ピックアップ１０における対物レンズ１４として使用されている。図２の対物レンズ１４は、幾何光学部２０と回折光学部２１からなっている。幾何光学部２０は非球面レンズであって例えばガラスからなっている。幾何光学部２０は凸レンズであって、入射面２０ａから入射されたレーザ光を集光するものである。幾何光学部２０における入射面２０ａと出射面２０ｂの表面にはそれぞれ入射面側回折光学部２１ａと出射面側回折光学部２１ｂが形成されている。この入射面側回折光学部２１ａと出射面側回折光学部２１ｂからなる回折光学部２１は例えばＣＲ３９（熱硬化性樹脂）や、光硬化性樹脂（紫外線硬化樹脂など）等の樹脂からなっている。さらに回折光学部２１はブレーズ状（鋸波状）に形成されていて、幾何光学部２０からのレーザ光の略すべてを回折することにより集光するものである。
【００１８】
具体的には、対物レンズ１４の入射面２０ａから入射されたレーザ光は、入射側回折光学部２１ａでその略全てのレーザ光が回折されて集光され幾何光学部２０に入射する。幾何光学部２０は入射した光を凸レンズの作用により集光し、出射面側回折光学部２１ｂに入射させる。出射側回折光学部２１ｂでは入射光の略全ての光量を回折することによりさらに集光する。よって、対物レンズ１４は高いＮＡを得ることができ、例えば図２の幅Ｌ＝３．０３５（ｍｍ）、直径φ＝５．７６（ｍｍ）に形成された対物レンズ１４はＮＡ＝０．８５にすることができる。
ここで、このように入射光の略全ての光量を回折するためには、回折光学部２１を例えば深さが６００ｎｍ〜７００ｎｍ、ピッチが０．０２０ｍｍ〜０．３４０ｍｍになるように形成されており、深さとピッチが径方向に変化するように、具体的には、対物レンズ１４の中央から外周側に向かってピッチが小さく、また深さが浅くなるように形成されている。
【００１９】
図３と図４は本発明のレンズ製造方法の好ましい実施形態例を示す工程図であり、図３と図４を参照して対物レンズ１４の製造プロセス（レプリカ法）について詳しく説明する。対物レンズ１４の製造プロセスは主に幾何光学部２０の製造プロセスと、回折光学部２１の製造プロセスとに分けられる。まず、図３を参照して幾何光学部２０の製造プロセスについて説明する。
図３（Ａ）に示すように、幾何光学部２０とほぼ同一の形状に形成された空間を有する上金型３１と下金型３２からなる金型３０を用意して、その空間内にガラスが挿入される。このとき、挿入されるガラスは予め定められた量であって球面状に形成されている。そして、金型３０とガラスとの融着性を回避するため、金型３０内に不活性ガスを注入して、その後ガラスが成形可能な温度になるまで加熱される。
ガラスが所定の粘性を有するまで加熱された後、図３（Ｂ）に示すように、例えば上金型３１が矢印Ｙ２方向に移動してガラスに圧力を加えプレス成形する。その後、ガラスが徐冷及び急冷されて、図３（Ｃ）に示すような幾何光学部２０が完成する。
【００２０】
次に図４を参照して回折光学部２１の製造プロセスについて説明する。尚、図４において、下金型４０により図２の幾何光学部２０の出射面２０ｂに回折光学部２１を形成する場合のみ言及しているが、入射面２０ａについても図示しない上金型により回折光学部２１が形成される。
まず、図４（Ａ）に示すように、回折光学部２１の形状を形成している下金型４０を用意する。この下金型４０はステンレス系材料や超硬合金（タングステンカーバイト）等に無電解ニッケルメッキを施したものからなっている。下金型４０にはこの無電解ニッケルメッキ層をダイヤモンド等からなるバイトでシングルポイントターニングにて切削加工して、回折光学部２１の形状が形成されている。この材料を用いることで、下金型４０の切削性が向上し、回折光学部２１の形状を容易に作成することができる。また、回折光学部２１は比較的柔らかい材料である樹脂により形成されるため、上述したような切削性の良い材料で作っても、下金型４０の寿命が短くなることはない。よって、いわゆる引き目が生じることによる形状の転写不良を防止し、正確に回折光学部２１を形成することができる。
【００２１】
上述した下金型４０に回折光学部２１の材料となる樹脂が供給される。その後、樹脂に対して真空脱泡を行い、金型が軸ＣＬを中心に矢印Ｒ１１方向に高速回転する。これにより、図４（Ｂ）に示すように、下金型４０における回折光学部２１の部位のみ樹脂を残すことができる。
次に、図４（Ｃ）に示すように、塗布されている樹脂の上に図３で製造された幾何光学部２０が載せられる。これにより、幾何光学部２０の出射面２０ｂ上に回折光学部２１ｂが接合する。
そして、図４（Ｄ）に示すように、樹脂の材料として紫外線硬化樹脂を使用した場合には、樹脂に紫外線を照射し、あるいは熱硬化樹脂を使用した場合には、金型に熱を加えることによって、樹脂を硬化させる。これにより、図４（Ｅ）に示すように幾何光学部２０の出射面２０ｂに回折光学部２１を形成することができる。
【００２２】
上記実施の形態によると、図５に示すように、高開口数であって透過波面収差が良好なレンズ１４を製造することができる。また、幾何光学部２０と回折光学部２１とを有するレンズ１４を製造する際に、幾何光学部２０と回折光学部２１とを別々に形成することによって、回折光学部２１の形状を正確に転写することができるとともに、安価に製造することができる。また、この回折光学部２１を形成するための金型４０の加工が容易になり、効率的にレンズ１４を製造することができる。さらに、効率的に安価に製造されたレンズ１４を対物レンズに使用することで、光学ピックアップ１０全体のコストを下げることができる。
【００２３】
ところで、本発明は、上記実施の形態に限定されない。
図３と図４において、対物レンズ１４をいわゆるレプリカ法で製造した場合について説明したが、ガラスからなる幾何光学部２０を回折光学部２１の射出成形型の中に挿入して、その周辺に樹脂を射出成形するいわゆるインサート成形法により製造しても良い。
また、図３と図４のレンズ１４は高開口数の対物レンズ１４について説明しているが、例えば２焦点レンズなどの幾何光学部２０と回折光学部２１を組み合わせたレンズにも適用することができる。
さらに、図１においてこのレンズを光学ピックアップ１０の対物レンズ１４として使用しているが、光を集光するレンズ、例えば撮像系のレンズにも適用することができる。尚、図２の対物レンズ１４は２つのプロセスにより製造されるが、この２つのプロセスは金型を変更するだけで同一の機械により製造することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、正確に形状を形成し、効率よく安価に製造することができるレンズの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光学ピックアップの参考例を示す構成図。
【図２】  レンズの参考例を示す断面図。
【図３】  本発明のレンズ製造方法の好ましい実施の形態を示す工程図。
【図４】  本発明のレンズ製造方法の好ましい実施の形態を示す工程図。
【図５】  図２のレンズにおける開口数及び球面収差の様子を示す写真図。
【図６】  従来のブレーズホログラム一体成形レンズの製造装置の一例を示す構成図。
【図７】  図６における金型を製造する様子を示す構成図。
【符号の説明】
１０・・・光学ピックアップ、１１・・・光源、１４・・・対物レンズ、２０・・・幾何光学部、２０ａ・・・入射面、２０ｂ・・・出射面、２１・・・回折光学部、Ｄ・・・光ディスク。
【図１】
0003900693.tif 000002
【図２】
0003900693.tif 000003
【図３】
0003900693.tif 000004
【図４】
0003900693.tif 000005
【図５】
0003900693.tif 000006
【図６】
0003900693.tif 000007
【図７】
0003900693.tif 000008