JP2000040247A - レンズとその製造方法及び光学ピックアップ - Google Patents

レンズとその製造方法及び光学ピックアップ

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    • Y10S425/808—Lens mold

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確に形状を形成し、効率的かつ安価に製造
することができるレンズとその製造方法及び光学ピック
アップを提供すること。 【解決手段】 入射面２０ａから入射された光を集光さ
せるための幾何光学部２０と、幾何光学部２０の入射面
２０ａと出射面に形成されていて、幾何光学部２０から
の光をさらに集光させるための回折光学部２１とを有
し、前記回折光学部２１は、前記幾何光学部２０の入射
面２０ａと出射面２０ｂに樹脂を接合させて形成したレ
ンズ１４により、達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレンズとその製造方
法及び光学ピックアップの改良、特に、正確かつ効率的
に製造することができるレンズとその製造方法及び光学
ピックアップ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２ａの表面に保護層６と形成して、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２ａ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とその製造方法及び光学ピ
ックアップを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１の
発明にあっては、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、幾何光学部からの光をさらに集光させる
ための回折光学部とを有し、前記回折光学部は、前記幾
何光学部の入射面と出射面に樹脂を接合させて形成した
レンズにより、達成される。
【０００９】請求項１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。
【００１０】上記目的は、請求項４の発明にあっては、
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、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レンズ製造方法により、
達成される。
【００１１】請求項４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。
【００１２】上記目的は、請求項６の発明にあっては、
光ビームを出力する光源と、前記光源から出射された光
ビームを光学記録媒体の信号記録面に集束させる対物レ
ンズと、信号記録面にて反射された光ビームの戻り光を
検出する光検出部と、が配置されている光学ピックアッ
プにおいて、前記対物レンズは、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、幾何光学部からの光をさ
らに集光させるための回折光学部とを有し、前記回折光
学部は、前記幾何光学部の入射面と出射面に樹脂を接合
させて形成した光学ピックアップにより、達成される。
【００１３】請求項６において、対物レンズが幾何光学
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に
よる光学ピックアップの高性能化、低コスト化を図るこ
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には本発明の光学ピックアップの好ま
しい実施の形態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の好ましい実施の
形態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２１
ａ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２０
ａ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０．０２０ｍ
ｍ〜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は対物レンズ１４を製造する様
子を示す構成図であり、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２
０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２
１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２
１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２０
ｂ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１
４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
きるレンズとこの製造方法及び光学ピックアップを提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学ピックアップの好ましい実施の形
態を示すシステム図。
【図２】本発明のレンズの好ましい実施の形態を示す断
面図。
【図３】図２のレンズにおける幾何光学部を製造する様
子を示す構成図。
【図４】図２のレンズにおける回折光学部を製造する様
子を示す構成図。
【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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川北 聡 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 榊原 啓行 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5D119 AA38 BB03 DA01 DA05 JA12 JA25 JA44 JA46 NA05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、前記幾何光学部からの光をさらに集光
    させるための回折光学部とを有し、 前記回折光学部は、前記幾何光学部の入射面と出射面に
    樹脂を接合させて形成したことを特徴とするレンズ。
  2. 【請求項２】 前記回折光学部は、ブレーズ状に形成さ
    れている請求項１に記載のレンズ。
  3. 【請求項３】 前記幾何光学部は非球面レンズであっ
    て、ガラスからなっている請求項１に記載のレンズ。
  4. 【請求項４】 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、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
    学部を形成することを特徴とするレンズ製造方法。
  5. 【請求項５】 前記幾何光学部の入射面と出射面に回折
    光学部を形成する際に、前記金型がレンズの光軸を中心
    に回転する請求項５に記載のレンズ製造方法。
  6. 【請求項６】 光ビームを出力する光源と、この光源か
    らの光ビームを分離する光分離手段と、この光分離手段
    からの光ビームを光学記録媒体の信号記録面に集光させ
    る対物レンズと、前記信号記録面にて反射された光ビー
    ムの戻り光を検出する光検出部とを備える光学ピックア
    ップにおいて、 前記対物レンズは、 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、前記幾何光学部の入射面と出射面に形成されてい
    て、前記幾何光学部からの光をさらに集光させるための
    回折光学部とを有し、 前記回折光学部は、前記幾何光学部の入射面と出射面に
    樹脂を接合させて形成したことを特徴とする光学ピック
    アップ。
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