(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
理想的な性能を有するマスタを用いて補正対象の光学素子を補正することによって、理想的な性能を有する光学素子を複製する光学素子の製造方法であって、
上記マスタを透過又は反射した光を第１の物体光とし、この第１の物体光と所定の参照光とをホログラム記録媒体中で干渉させて、上記ホログラム記録媒体に第１のホログラムを記録する第１の工程と、
補正対象の光学素子を透過又は反射した光を第２の物体光とし、この第２の物体光と上記第１の工程において用いた参照光と同一の参照光とを上記ホログラム記録媒体中で干渉させて、上記第１のホログラムが記録されたホログラム記録媒体に第２のホログラムを多重記録する第２の工程と、
上記第１の工程及び第２の工程において用いた参照光の位相共役光を上記ホログラム記録媒体に入射して、上記ホログラム記録媒体に多重記録された第１のホログラムと第２のホログラムとを同時に位相共役再生する第３の工程と、
上記位相共役再生された第１のホログラムの再生光と第２のホログラムの再生光とを、上記補正対象の光学素子上或いはその近傍に設けられたホログラム記録層中で干渉させて、上記ホログラム記録層に第３のホログラムを記録する第４の工程とを経ること
を特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
開口数が０．７以上の対物レンズをマスタとして用いて、この対物レンズと同様の性能を有する光学素子を製造することを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
複数の焦点を有する対物レンズをマスタとして用いて、この対物レンズと同様の性能を有する光学素子を製造することを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム記録技術を利用して高性能の光学素子を製造する光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、加工技術と製造技術の進歩により、回折型光学素子の実用化が進んできている。回折型光学素子は、当該光学素子を透過する光に生じる回折を積極的に利用するための光学素子であって、例えば、特開平９−１５９８０８号公報にて開示されるように、光ディスク装置の対物レンズと組み合わせることによって、複数の焦点を有するレンズ系を構成することができる。この複数の焦点を有するレンズ系を光ディスク装置に適用すれば、基板厚の異なる複数種の光ディスクに対して互換性を有する光ディスク装置や、厚み方向に分離した複数の記録層を有する、いわゆる三次元型光ディスクに対応した光ディスク装置を実現することができる。
【０００３】
また、回折型光学素子は、例えば、特開平９−３１１２７１号公報にて開示されるように、非球面レンズに一体的につくり込まれることによって、これまでの単玉レンズでは限界とされていた０．７以上の開口数を有する単玉レンズを構成することができる。この単玉レンズを光ディスク装置の対物レンズとして適用すれば、情報記録密度の高い光ディスクに対応した光ディスク装置を実現することができる。
【０００４】
さらに、回折型光学素子を非球面レンズに一体的につくり込むことで、上述した複数の焦点を有するレンズ系と同様の効果を発揮する単玉の対物レンズを製造することも可能となる。
【０００５】
以上のことから、回折型光学素子は、光ディスクの分野をはじめ、様々な分野での応用が期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回折型光学素子は、非常に微細な形状を有する光学素子であるので、その性能は、依然として加工技術による制約を受けており、高性能の回折型光学素子を再現性良く且つ安価に製造する技術が確立されるに至っていないのが現状である。
【０００７】
例えば、上述した０．７以上の開口数を有する単玉レンズや複数の焦点を有する単玉レンズを、通常の非球面レンズと同様に、ガラスモールドやプラスチックモールドで製造する場合には、モールディング金型に微細加工を施して微細な転写パターンを形成する必要があるが、あまりに微細な形状をモールディング金型に形成するのは非常に困難である。また、微細な転写パターンが形成されたモールディング金型を繰り返し使用していると、このモールディング金型の転写パターンの精度が次第に劣化していき、再現性が損なわれることもある。
【０００８】
ところで、近年、ホログラム記録材料の進歩が著しく、例えば、「第４６回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集  ３０ａ−Ｂ−２３」にて報告されているアゾ色素ドープフォトポリマーや、「ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３７４０  Optical Engineering for Sensing and Nanotechnology(ICOSN'99)  ｐ２４０〜２４３，ｐ２５８〜ｐ２６１」にて報告されている拡散増幅を用いたフォトポリマー等のような新しいホログラム記録材料においては、回折効率が９０％を超え、屈折率変化が１０-2台に達するものも珍しくない。このようなホログラム記録材料は、熱や経時変化、散乱等の問題が解決されれば、光学素子を構成する材料として非常に有用であり、光学設計に大きな進歩をもたらすものと思われる。
【０００９】
しかしながら、これらのホログラム記録材料が十分実用的な特性を有するとしても、これらのホログラム記録材料に記録したホログラムのみで、上述した０．７以上の開口数を有する単玉レンズや複数の焦点を有する単玉レンズと同様の性能を発揮させようとすると、ホログラムとして非常に短い周期の干渉縞をホログラム記録材料に記録しなければならない。例えば、ホログラム記録材料に記録したホログラムのみで０．７以上の開口数を有する単玉レンズと同様の性能を発揮させる場合、干渉縞の周期は、１万本／ｍｍ近くにまで達してしまう。このように、干渉縞の周期があまりに短くなると、ホログラム記録材料の解像度としても限界を超えてしまう上に、たとえ変調度が十分にとれるようなホログラムの記録が可能であるとしても、干渉縞の周期が使用する光の波長よりも短くなるために、回折効率が著しく低下することが予想される。
【００１０】
本発明は、以上のような実情に鑑みて創案されたものであって、ホログラム記録技術を利用して、高性能の光学素子を再現性良く且つ安価に製造することができる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、補正対象の光学素子上或いはその近傍にホログラム記録層を設け、このホログラム記録層に、光学素子の性能を補正するためのホログラムを記録することによって、理想的な性能を有する光学素子を再現性良く且つ安価に製造できること見出すに至った。
【００１２】
本発明に係る光学素子の製造方法は、以上のような知見に基づいて創案されたものである。すなわち、この光学素子の製造方法では、理想的な性能を有するマスタを用いて補正対象の光学素子を補正することによって、理想的な性能を有する光学素子を複製するようにしており、先ず、第１の工程で、理想的な性能を有するマスタを透過又は反射した光を第１の物体光とし、この第１の物体光と所定の参照光とをホログラム記録媒体中で干渉させる。第１の物体光は、理想的な波面を有する光である。この第１の物体光と参照光とをホログラム記録媒体中で干渉させることにより、その干渉縞が、第１のホログラムとしてホログラム記録媒体に記録されることになる。
【００１３】
そして、第２の工程で、補正対象の光学素子を透過又は反射した光を第２の物体光とし、この第２の物体光と第１の工程において用いた参照光と同一の参照光とを上記ホログラム記録媒体中で干渉させる。第２の物体光は、補正対象の光学素子を透過又は反射した光であり、理想的な波面とは異なる波面を有する光である。この第２の物体光と参照光とをホログラム記録媒体中で干渉させることにより、その干渉縞が、第２のホログラムとして、第１のホログラムが記録されたホログラム記録媒体に多重記録されることになる。
【００１４】
なお、本発明に係る光学素子の製造方法においては、上記第１の工程と第２の工程の順序は逆であっても構わない。すなわち、ホログラム記録媒体に第２のホログラムを記録した後に、第２のホログラムが記録されたホログラム記録媒体に第１のホログラムを記録するようにしてもよい。
【００１５】
次に、第３の工程において、第１の工程及び第２の工程において用いた参照光の位相共役光を上記ホログラム記録媒体に入射する。これにより、ホログラム記録媒体に多重記録された第１のホログラムと第２のホログラムとが同時に位相共役再生されることになる。
【００１６】
そして、第４の工程において、位相共役再生された第１のホログラムの再生光と第２のホログラムの再生光とを、補正対象の光学素子上或いはその近傍に設けられたホログラム記録層中で干渉させる。位相共役再生された第１のホログラムの再生光は、第１の物体光と同じ波面を有し、第１の物体光と反対方向に伝播する光である。また、位相共役再生された第２のホログラムの再生光は、第２の物体光と同じ波面を有し、第２の物体光とは反対方向に伝播する光である。これら位相共役再生された第１のホログラムの再生光と第２のホログラムの再生光とを上記ホログラム記録層中で干渉させることにより、その干渉縞が、第３のホログラムとしてホログラム記録層に記録されることになる。
【００１７】
このホログラム記録層に記録された第３のホログラムは、補正対象の光学素子のマスタに対する補正分である。したがって、ホログラム記録層が設けられた補正対象の光学素子に、第２のホログラム記録時と同じ光を入射させれば、マスタが生成する理想的な波面と同じ波面を有する光を再生することができる。
【００１８】
以上のように、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、補正対象の光学素子上或いはその近傍に設けたホログラム記録層に、補正対象の光学素子のマスタに対する補正分のホログラムを記録することで、理想的な性能を有する光学素子を製造することができるので、高性能の光学素子を再現性良く且つ安価に製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
本発明に係る光学素子の製造方法は、理想的な性能を有する光学素子をマスタとして用いて、補正対象の光学素子を補正することで、理想的な性能を有する光学素子を複製するようにしたものである。
【００２１】
この製造方法により光学素子を製造する場合は、先ず、図１に示すように、理想的な性能を有する光学素子（以下、マスタ１という。）を用意し、所定の位置に配設する。また、このマスタ１と所定の間隔を存して並ぶようにホログラム記録媒体２を配設する。ここで、ホログラム記録媒体２の材料としては、各種のフォトポリマーを用いることができる。特に、アゾ色素ドープフォトポリマー等を用いた場合には、偏光状態についても記録することができるので、これを積極的に活用するようにしてもよい。また、フォトリフラクティブ結晶等の書き換え可能な材料を用いるようにしてもよい。
【００２２】
そして、マスタ１とホログラム記録媒体２とが並ぶ方向に沿って光を出射して、この光をマスタ１に入射させる。この光がマスタ１を透過する際に、マスタ１は、理想的な波面を生成することになる。この理想的な波面を有する透過光を第１の物体光Ｌ１として、ホログラム記録媒体２に入射させる。
【００２３】
これと同時に、ホログラム記録媒体２に所定の参照光Ｌ２を入射させ、ホログラム記録媒体２中で、第１の物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とを干渉させる。これにより、ホログラム記録媒体２には、理想的な波面を有する光である第１の物体光Ｌ１と参照光Ｌ２との干渉縞が第１のホログラムとして記録されることになる。ここで、第１の物体光Ｌ１と参照光Ｌ２との干渉縞は、体積ホログラムとして記録されてもよいし、平面ホログラムとして記録されてもよい。
【００２４】
次に、図２に示すように、マスタ１が配設されていた位置に、マスタ１に変えて、補正対象の光学素子３を配設する。この光学素子３は、理想的な波面とは異なる波面を生成する光学素子である。
【００２５】
そして、光学素子３とホログラム記録媒体２とが並ぶ方向に沿って光を出射して、この光を光学素子３に入射させる。この光が光学素子３を透過する際に、光学素子３は、理想的な波面とは異なる波面を生成することになる。この理想的な波面とは異なる波面を有する透過光を第２の物体光Ｌ３として、第１のホログラムが記録されたホログラム記録媒体２に入射させる。
【００２６】
これと同時に、第１のホログラムが記録されたホログラム記録媒体２に、第１のホログラム記録時に用いた参照光と同じ参照光Ｌ２を入射させ、ホログラム記録媒体２中で、第２の物体光Ｌ３と参照光Ｌ２とを干渉させる。これにより、第１のホログラムが記録されたホログラム記録媒体２に、理想的な波面とは異なる波面を有する光である第２の物体光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉縞が、第２のホログラムとして多重記録されることになる。
【００２７】
次に、図３に示すように、補正対象の光学素子３の表面に、ホログラム記録材料を塗布して、ホログラム記録層４を形成する。ここで、ホログラム記録層４を構成するホログラム記録材料としては、各種のフォトポリマーを用いることができる。そして、ホログラム記録層４が形成された光学素子３を、マスタ１が配設されていた位置に再度配設する。
【００２８】
次に、第１のホログラムと第２のホログラムとが多重記録されたホログラム記録媒体２に、第１のホログラム記録時及び第２のホログラム記録時に用いた参照光Ｌ２の位相共役光Ｌ４を入射させる。この位相共役光Ｌ４は、参照光Ｌ２と同じ波面を有し、参照光Ｌ２とは反対方向に伝播する光である。これにより、ホログラム記録媒体２に多重記録された第１のホログラムと第２のホログラムとが同時に位相共役再生されることになる。
【００２９】
位相共役再生された第１のホログラムの再生光Ｌ５は、第１の物体光Ｌ１と同じ波面を有し、第１の物体光Ｌ１とは反対方向に伝播する光である。また、位相共役再生された第２のホログラムの再生光Ｌ６は、第２の物体光Ｌ３と同じ波面を有し、第２の物体光Ｌ３とは反対方向に伝播する光である。したがって、これら第１のホログラムの再生光Ｌ５と第２のホログラムの再生光Ｌ６とは、記録時とは反対方向に伝播して、補正対象の光学素子３に向かい、補正対象の光学素子３の表面に形成されたホログラム記録層４に入射することになる。
【００３０】
ホログラム記録層４に入射した第１のホログラムの再生光Ｌ５と第２のホログラムの再生光Ｌ６とは、ホログラム記録層４中で干渉する。これにより、第１のホログラムの再生光Ｌ５と第２のホログラムの再生光Ｌ６との干渉縞が、第３のホログラムとしてホログラム記録層４に記録されることになる。このホログラム記録層４に記録された第３のホログラムは、補正対象の光学素子３のマスタ１に対する補正分である。すなわち、補正対象の光学素子３が生成する波面のマスタ１が生成する理想的な波面に対する補正分の波面が、第３のホログラムとしてホログラム記録層４に記録されることになる。
【００３１】
したがって、光学素子３は、その表面に形成されたホログラム記録層４に第３のホログラムが記録されることによって、理想的な性能を発揮するようになる。すなわち、図４に示すように、この光学素子３に、第２のホログラム記録時に入射させた光と同じ光Ｌ７を入射させると、第２の物体光Ｌ３と同じ光によりホログラム記録層４に記録された第３のホログラムが位相共役再生され、マスタ１が生成する波面と同様の理想的な波面が生成されることになる。
【００３２】
以上のように、本発明に係る製造方法により製造された光学素子４は、ホログラム記録層４に記録された第３のホログラムが再生されることにより、当該光学素子４が本来生成する波面が補正されて、理想的な波面を生成するようになる。ここで、ホログラム記録層４に記録された第３のホログラムは、上述したように、光学素子４が本来生成する波面の理想的な波面に対する補正分の波面なので、その干渉縞の空間周波数を、ホログラム記録層４を構成するホログラム記録材料のカットオフ周波数以下にすることができる。また、ホログラム記録層４に記録された第３のホログラムは、レンズとしてみたときのパワーが小さいので、トレランスを広くとることができる。したがって、本発明に係る製造方法によれば、高性能の光学素子を適切に製造することができる。
【００３３】
また、高性能の光学素子をガラスモールドやプラスチックモールドで製造する場合には、モールディング金型に微細加工を施して微細な転写パターンを形成する必要があるが、あまりに微細な形状をモールディング金型に形成するのは非常に困難である。また、微細な転写パターンが形成されたモールディング金型を繰り返し使用していると、このモールディング金型の転写パターンの精度が次第に劣化していき、再現性が損なわれることもある。これに対して、本発明に係る製造方法では、マスタとなる光学素子が１つあれば、高性能の光学素子を、その性能の劣化を生じさせることなく、再現性良く且つ安価に製造することができる。
【００３４】
また、本発明に係る製造方法では、ホログラム記録材料にホログラムを記録することで高性能の光学素子を製造することができるので、光学素子をガラスモールドやプラスチックモールドで製造する場合のような加熱処理や加圧処理が不要であり、これらの処理において懸念される変形等の問題が生じない。なお、本発明に係る製造方法において、ホログラム記録材料として用いるフォトポリマーの中には、ホログラムを記録した後にこれを定着させるために加熱処理が必要とされるものもあり、このようなフォトポリマーをホログラム記録材料として用いた場合には熱膨張に対して注意が必要であるが、この加熱処理はホログラムを記録した後の処理であるので、通常の温度範囲で使用する場合には特に問題は生じない。
【００３５】
以上説明した本発明に係る光学素子の製造方法によれば、様々な光学素子の製造が可能である。すなわち、本発明に係る光学素子の製造方法では、マスタとなる光学素子が１つあれば、このマスタを用いて、例えば、加工時の不良により或いは取り付け誤差等により収差が生じた光学素子を補正して、良好な性能を発揮する光学素子を製造することができる。
【００３６】
また、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、ガラスモールドやプラスチックモールドで製造することが困難な光学素子であっても、マスタとなる光学素子が１つあれば、このマスタを用いて光学素子を再現性良く且つ安価に複製することができる。例えば、特開平９−３１１２７１号公報にて開示されるような開口数が０．７以上の対物レンズをマスタとして用いれば、開口数が０．７以上の対物レンズを再現性良く且つ安価に製造することができる。また、例えば、特開平９−１５９８０８号公報にて開示されるような複数の焦点を有する対物レンズをマスタとして用いれば、複数の焦点を有する対物レンズを再現製良く勝つ安価に製造することができる。
【００３７】
なお、以上の説明では、本発明の要旨を分かり易く説明するために、マスタ１と補正対象の光学素子３とがそれぞれ単体の光学素子である場合を例に挙げて説明したが、本発明に係る光学素子の製造方法は、以上の例に限定されるものではなく、マスタ１や補正対象の光学素子３は、複数の光学素子が組み合わされてなるものであってもよい。
【００３８】
また、以上の説明では、補正対象の光学素子４の表面にホログラム記録材料を塗布してホログラム記録層４を形成するようにした例について説明したが、光学素子３の表面にホログラム記録材料を塗布することが困難な場合には、図５及び図６に示すように、光学素子３の近傍に平板状の光学部材５を配置し、この平板状の光学部材５と光学素子３とが鏡筒６によって一体に保持されるようにして、平板状の光学部材５の表面にホログラム記録材料を塗布してホログラム記録層４を形成するようにしてもよい。この場合でも、上述した例と同様の効果を発揮することができる。
【００３９】
なお、図５は、補正対象の光学素子３に入射させる光Ｌ７の出射側に光学部材５を配置した例であり、図６は、補正対象の光学素子３に入射させる光Ｌ７の入射側に光学部材５を配置した例である。このように、光学部材５は、補正対象の光学素子３の入射側に配置するようにしても出射側に配置するようにしてもよいが、補正対象の光学素子３の出射側に光学部材５を配置する場合には、良好な再現性を維持するために、第２のホログラムをホログラム記録媒体２に記録する前に、予め、光学部材５と光学素子３とを鏡筒６によって一体的に保持させておき、この状態で、第２のホログラムの記録を行うようにすることが望ましい。
【００４０】
補正対象の光学素子３の入射側に光学部材５を配置する場合には、第２のホログラムを記録する際に光学素子３に入射させる光が平面波であれば、光学部材５があってもなくてもその波面に何ら変化が生じないので、第２のホログラム記録時には、光学部材５はなくても構わない。したがって、この場合には、第２のホログラムの記録後に、光学部材５の表面にホログラム記録材料を塗布してホログラム記録層４を形成し、第３のホログラム記録時に、この光学部材５と補正対象の光学素子３とを鏡筒６によって一体的に保持させればよい。この場合には、第２のホログラム記録時にホログラム層４が感光するといった問題が生じることがないので、好都合である。しかも、この場合には、光学部材５の鏡筒６に対する取り付けに厳しい精度が要求されないので、作業が簡便である。
【００４１】
また、以上の説明では、１つのマスタ１を用い、このマスタ１が生成する波面に応じた第１のホログラムと、補正対象の光学素子３の生成する波面に応じた第２のホログラムとを、ホログラム記録媒体２に二重に記録する例について説明したが、本発明に係る光学素子の製造方法は、以上の例に限定されるものではなく、複数のマスタを用いて、３つ以上のホログラムをホログラム記録媒体２に多重記録するようにしてもよい。この場合には、複数のマスタの性能を併せ持つ光学素子を製造することが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、補正対象の光学素子上或いはその近傍に設けたホログラム記録層に、補正対象の光学素子のマスタに対する補正分のホログラムを記録することで、理想的な性能を有する光学素子を製造することができるので、高性能の光学素子を再現性良く且つ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図であり、ホログラム記録媒体に第１のホログラムを記録する様子を示す模式図である。
【図２】本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図であり、ホログラム記録媒体に第２のホログラムを記録する様子を示す模式図である。
【図３】本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図であり、補正対象の光学素子の表面に形成されたホログラム記録層に第３のホログラムを記録する様子を示す模式図である。
【図４】本発明に係る光学素子の製造方法により製造された光学素子が理想的な波面を生成する様子を示す模式図である。
【図５】本発明の他の例を説明するための図であり、補正対象の光学素子の出射側に、ホログラム記録層が形成された光学部材を配置した様子を示す模式図である。
【図６】本発明の更に他の例を説明するための図であり、補正対象の光学素子の入射側に、ホログラム記録層が形成された光学部材を配置した様子を示す模式図である。
【符号の説明】
１  マスタ、２  ホログラム記録媒体、３  光学素子、４  ホログラム記録層、５  光学部材、６  鏡筒
【図１】
0004320876.tif 000002
【図２】
0004320876.tif 000003
【図３】
0004320876.tif 000004
【図４】
0004320876.tif 000005
【図５】
0004320876.tif 000006
【図６】
0004320876.tif 000007