JP2004344994A

JP2004344994A - 段差形成方法、レンズ成形用金型、およびレンズ

Info

Publication number: JP2004344994A
Application number: JP2003141600A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Hayashi; 賢一林; Yuji Fujita; 雄二藤田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09
Also published as: US20050008889A1

Abstract

【課題】回折格子を構成する段差をレンズ表面に付すのに適した段差形成方法、この段差形成方法を用いて製作したレンズ成形用金型、およびレンズを提供すること。
【解決手段】レンズ屈折面の内周側および外周側に、同心円上の段差によって回折格子が形成された対物レンズを製造するための金型２を製作する際、平坦な刃先４１の両端に曲率半径が０．１μｍ未満の角４２、４３をもつ平バイト４を用い、この平バイト４に対して金型素材２０を回転送りしながら、平バイト４の刃先４１の角４２を金型素材２０の表面に対して押し付けて、所定高さの成形用段差３３ａ、３４ａを備えた屈折面成形面３を形成する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折面に回折格子が形成されたレンズを製造するにあたって、回折格子を構成する段差を形成するための段差形成方法、この段差形成方法を用いて製作したレンズ成形用金型、およびレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
屈折面に同心円状の微細な段差からなる回折格子を形成したレンズは、異なる２つの波長のレーザ光と回折格子による回折を利用して、記録面を覆う透明保護層の厚さや記録密度が異なるＣＤおよびＤＶＤ上に高効率で収差が抑えられた焦点を結ぶことができるので、ＣＤおよびＤＶＤの再生、記録を行う光ヘッド装置への使用が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなレンズを成形するにあたっては、レンズ成形用金型の素材に切削加工を施して、多数の段差を備えた回折格子形成部分を形成するが、従来は、図６に示すように、円弧形状の刃先９１の片側の角９２を尖らせたバイト９、いわゆる特殊Ｒバイトが用いられている。ここで、特殊Ｒバイトは、刃先９１に角９２を持つが、角９２の曲率半径は０．５μｍ程度であるため、１μｍ程度の段差高さのとき、段差の半分程度が丸まってしまう。また、高勾配で狭ピッチの段差を形成するとき、段差の丸みの影響が非常に大きくなる。このため、レンズの中心側屈折面領域に形成される中心側回折格子については段差の高さを１〜１．５μｍ程度にする一方、中心側回折格子に比べ幅が狭く、段差の傾きが急になる外周側屈折面領域に形成される外周側回折格子では、段差ピッチを長くするために、高次回折光を利用して段差を高くして２μｍ以上にしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−８１５６６号公報（第４−６頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズの成形の際、外周側回折格子の段差を高くすると、この部分が金型から抜け難くなり、成形されたレンズに欠け、傷、変形、汚れを発生し、歩留まりが低下するという問題点がある。
【０００６】
また、中心側回折格子については段差の高さを１〜１．５μｍ程度にする一方、外周側回折格子で段差を高くすると、中心側回折格子による１次回折光を用いることができるが、外周側回折格子では１次回折光よりも効率が低くなる可能性がある２次以上の回折光を使用することになる。ここで、回折光の効率は、幾何光学的には１次回折光を使っても、２次以上の高次回折光を使っても理論値は１００パーセントである。しかし、実際には、高次回折光を使うほど不要回折光が発生しやすいため、外周側回折格子において２次以上の回折光を使うと、回折光の効率は１次回折光を使うよりも低下する可能性がある。また、外周側回折格子ではピッチが長くなるため、格子の本数が少なくなり、効率低下の原因となる。このため、外周側回折格子による回折光の効率が低下するという問題点がある。
【０００７】
さらに、外周側回折格子のピッチが長いために格子本数が少なくなると、トラッキングサーボによるレンズシフトの時、外周側回折格子の格子本数にかたよりが生じ、コマ収差強度分布が発生する。すると、フォーカスサーボが外れやすくなるという問題点がある。特に、ディスクに指紋が付いたフィンガープリントディスクの再生に対して所望の性能が得られなくなる。
【０００８】
そこで、外周側回折格子の格子本数を多くして中心側回折格子の格子本数を減らすと、ＣＤ側の開口数（ＮＡ）を大きくできないため、中心側回折格子による回折光をＣＤの再生に使用できても、記録用には使用できないという問題点もある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、回折格子を構成する段差をレンズ表面に付すのに適した段差形成方法、この段差形成方法を用いて製作したレンズ成形用金型、およびレンズを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る段差形成方法では、レンズを製造するために素材をバイトにより切削加工して同心円状の多数の段差を備えた曲面を形成するにあたって、前記バイトとして、平坦な刃先の両端に曲率半径が０．１μｍ未満の角をもつ平バイトを用い、前記平バイトと前記素材とを相対的に回転送りしながら前記平バイトの刃先を前記素材表面に対して押し付けて所望形状に切削加工する際に、前記平バイトの刃先平坦部でレンズ面の曲面を直線補完した形状に切削し、かつ、前記平バイトの前記刃先の角で前記段差を形成していくことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、段差を形成するためのバイトとして、平坦な刃先の両端に角をもつ平バイトを用い、このような平バイトであれば、従来の回折付き曲面の加工に使われてきた特殊Ｒバイトと違って、角の曲率半径が０．１μｍ未満のものを製造できる。このため、狭いピッチで段差を形成する場合でも、角が尖った段差を形成することができるので、レンズの外周側領域などにおいて段差の高さを必要以上に高くする必要がない。従って、＋１次回折光あるいは−１次回折光を用いることができ、１次回折光よりも効率の低い２次以上の回折光を使用する必要がない。それ故、回折光の利用効率を向上することができる。また、本発明によれば、段差を必要以上に高くする必要がないので、本発明に係る段差形成方法で回折格子形成部分を形成した金型でレンズを成形した場合、金型からレンズが抜け難いということがない。それ故、レンズに欠け、傷、変形、汚れが発生せず、収差が安定しやすく、歩留まりが向上する。
【００１２】
本発明に係る段差形成方法は、レンズ形成面に前記多数の段差が形成されてなるレンズ成形用金型を製作するのに用いられる。この場合、前記素材としてレンズ成形用金型素材を用い、前記多数の段差は、レンズの屈折面に回折格子を形成するための回折格子形成部分である。
【００１３】
また、本発明に係る段差方法は、前記段差をレンズに直接、形成する場合にも用いることができる。この場合、前記素材としてレンズ素材を用い、前記多数の段差によって、屈折面に回折格子が形成される。
【００１４】
本発明に係るレンズにおいては、屈折面が少なくとも中心側屈折面領域と外周側屈折面領域とに同心円状に分割されているとともに、前記中心側屈折面領域および前記外周側屈折面領域の各々は非球面係数および光路差関数は異なるが、前記多数の段差がすべて同じ高さの中心側回折格子、および外周側回折格子を備えていることが好ましい。ここで、屈折面については３以上の領域に分割されてもよいが、２分割であれば、設計などが容易である。
【００１５】
本発明に係るレンズを、第１のレーザ光を第１の光記録媒体の記録面に対して集光させ、かつ、前記第１のレーザ光と波長の異なる第２のレーザ光を、記録面を覆う透明保護層の厚さが前記第１の光記録媒体と相違する第２の光記録媒体の記録面に対して集光させる共通の対物レンズとして用いた光ヘッド装置では、前記第１のレーザ光源を用いて行う前記第１の光記録媒体の記録再生には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束が用いられ、前記第２のレーザ光源を用いて行う前記第２の光記録媒体の記録再生には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束と、前記外周側屈折面領域を介して得られる回折光束とが用いられる。
【００１６】
このような場合には、従来は、例えば、中心側屈折面領域において中心側回折格子を構成する段差は、第１のレーザ光の位相の２πに相当する高さと第２のレーザ光の位相の２πに相当する高さの間とし、外周側屈折面領域において外周側回折格子を構成する段差は、第２のレーザ光の位相の２πに相当する高さに設定された。ここでは、中心側屈折面領域における中心側回折格子を構成する段差と外周側回折格子の段差はすべて等しく、第１のレーザ光の波長の位相２πに相当する高さと、第２のレーザ光の波長の位相２πに相当する高さの間の高さ、さらに好ましくは、第１のレーザ光の波長の位相２πに相当する高さと、第２のレーザ光の波長の位相２πに相当する高さの間のうち、第２のレーザ光の波長の位相２πに相当する高さに近い高さとすることが好ましい。このようにすると、中心側回折格子と外周側回折格子では、従来、段差高さが異なっていたため、中心側と外周側で位相ずれが発生し、収差が発生したが、同じ段差高さとすることにより、中心側と外周側で位相ずれが無く、収差が抑制される。
【００１７】
本発明において、屈折面が少なくとも中心側屈折面領域と外周側屈折面領域とに同心円状に分割されているとともに、前記中心側屈折面領域および前記外周側屈折面領域の各々に対して、前記段差形状の向きが逆で極性が異なる回折光を出射する中心側回折格子、および外周側回折格子を備えていることが好ましい。このように構成すると、温度変化によって、レンズを構成する材料に屈折率変化や線膨張が発生しても、また、レーザ光に温度変化に起因する波長変動が発生しても、中心側回折格子と外周側回折格子とでは、このような温度変化による位相ずれの影響を抑えることができる。このため、光ヘッド装置において、中心側回折格子の回折光および外周側回折格子の回折光を用いる光記録媒体の記録再生を行う際、周囲温度の変化による収差増加、効率低下を抑えることができるので、良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００１８】
本発明に係るレンズにおいて、前記段差は、いずれの高さも２μｍ以下であることが好ましい。また、本発明に係るレンズにおいて、出射される回折光は、＋１次回折光あるいは−１次回折光であることが好ましい。このように構成すると、±２次回折光を用いる場合と比較して光の利用効率を向上することができる。
【００１９】
また、レンズの中心側屈折面領域と外周側屈折面領域との境界位置は、第１のレーザ光の開口数に相当する位置であることが好ましい。このように構成すると、中心側屈折面領域については、第１のレーザ光および第２のレーザ光の双方において収差が小さく、外周側屈折面領域については、第２のレーザ光において収差が小さくなるように構成し、第１のレーザ光が外周側屈折面領域を通っても、第１のレーザ光が中心側屈折面領域によって結ぶ焦点位置に集光しないように構成できる。従って、中心側屈折面領域あるいは外周側屈折面領域に第１のレーザ光の開口数に相当する位置が含まれる場合と比べると、中心側回折格子と外周側回折格子の設計が容易である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、屈折面に回折格子が形成されたレンズ、およびこの回折格子を構成する段差を形成するための段差形成方法を説明する。
【００２１】
［実施の形態１］
（対物レンズの構成）
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明が適用される対物レンズを示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、およびこの中心側屈折面領域を取り囲む外周側屈折面領域の部分拡大断面図である。
【００２２】
図１に示す対物レンズ１は、光ヘッド装置に用いられるものであり、記録面を保護する透明保護層の厚さや記録密度が異なる光記録媒体であるＣＤ−ＲおよびＤＶＤの記録面に対してレーザ光をそれぞれ収束させるのに用いられる。ここで、レーザ光は、ＣＤ−Ｒ再生・記録用の波長が７８５ｎｍの第１のレーザ光と、ＤＶＤ再生用の波長６５５ｎｍの第２のレーザ光Ｌ２とが用いられる。
【００２３】
対物レンズ１は、第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２が入射する正のパワーを備えた入射側屈折面１１と、光記録媒体に向けてレーザ光束を出射する出射側屈折面１２を備えた凸レンズである。入射側屈折面１１は、光軸Ｌを中心にして同心円状に光軸Ｌを含む円形の中心側屈折面領域１３と、この中心側屈折面領域１３の外周を環状に囲んでいる外周側屈折面領域１４とに同心円状に２分割されており、中心側屈折面領域１３と外周側屈折面領域１４との境界部分は、ＣＤ−Ｒ（第１のレーザ光Ｌ１）の開口数ＮＡ＝０．４５〜０．５５に相当する位置である。また、中心側屈折面領域１３および外周側屈折面領域１４は、各々の非球面係数および光路差関数が異なっている。
【００２４】
中心側屈折面領域１３の全域に亘っては、同心円状の複数の微細な段差１５ａによって中心側回折格子１５が形成されている。また、外周側屈折面領域１４にも、この領域全体に亘って同心円状の微細な段差１６ａからなる外周側回折格子１６が形成されている。
【００２５】
この対物レンズ１は、中心側屈折面領域１３に形成された中心側回折格子１５により、当該領域を通過する第１のレーザ光Ｌ１の回折光によるビームスポットをＣＤの記録面上に形成する回折特性を備えている。また、中心側屈折面領域１３に形成された中心側回折格子１５は、当該領域を通過する第２のレーザ光Ｌ２の回折光によるビームスポットをＤＶＤの記録面上に形成する回折特性を備えている。
【００２６】
これに対して、外周側屈折面領域１４に形成された外周側回折格子１６は、当該領域を通過する第２のレーザ光Ｌ２の回折光によるビームスポットをＤＶＤの記録面上に形成する回折特性を備えている。
【００２７】
なお、第１のレーザ光Ｌ１のうち、外周側屈折面領域１４を通る光束成分は、記録あるいは再生に寄与しない不要光成分であり、本例では、当該外周側屈折面領域１４に形成されている外周側回折格子１６による回折作用を受けて、ＣＤの記録面上におけるビームスポット形成位置に集光しないように回折される。
【００２８】
このような対物レンズ１を備えた光ヘッド装置では、ＣＤの情報再生時には、第１のレーザ光Ｌ１における対物レンズ１の中心側屈折面領域１３を通過した光成分のうち、中心側回折格子１５により生成された回折光成分によってビームスポットがＣＤの記録面上に形成される。この際、中心側屈折面領域１３を通過した光成分の９０％以上は１次回折光としてＣＤの記録面上に集光する。
【００２９】
これに対して、ＤＶＤの情報再生時には、第２のレーザ光Ｌ２における対物レンズ１の中心側屈折面領域１３を通過する光成分のうち、そこに形成されている中心側回折格子１５によって回折されて発生した回折光成分と、第２のレーザ光Ｌ２における対物レンズ１の外周側屈折面領域１４を通過する光成分のうち、そこに形成されている外周側回折格子１６によって回折されて発生した回折光成分とによって、ＤＶＤの記録面上にビームスポットが形成される。この際、ＣＤの情報再生時と同様に、中心側屈折面領域１３および外周側屈折面領域１４ともに通過した光成分の９０％以上は１次回折光としてＤＶＤの記録面に集光する。
【００３０】
このように構成した対物レンズ１において、本形態では、中心側回折格子１５を構成する段差１５ａ、および外周側回折格子１６を構成する段差１６ａはいずれも、同じ向きに傾いた鋸歯形状の断面形状を有している。
【００３１】
また、中心側回折格子１５を構成する段差１５ａは、ＤＶＤ再生用の第２のレーザ光Ｌ２の波長の位相２πに相当する高さと、ＣＤ−Ｒ再生記録用の第１のレーザ光Ｌ１の波長の位相２πに相当する高さとの間の高さであり、ここから出射される回折光は、−１次回折光である。すなわち、中心側回折格子１５の段差１５ａの高さ、中心側屈折面領域における屈折率（例えば、１．５３）、第１のレーザ光Ｌ１の波長（７８５ｎｍ）、および第２のレーザ光Ｌ２の波長（６５５ｎｍ）をそれぞれ、Ｈａ、ｎ、λ_１、およびλ_２としたとき、中心側回折格子１５の段差の高さＨａは、下式

を満たすように、例えば、１．２３μｍ〜１．４８μｍに設定されている。
【００３２】
ここで、中心側回折格子１５の段差の高さＨａは、ＤＶＤ用の第２のレーザ光Ｌ２を優先して、
ｈ_２＜Ｈａ＜（ｈ_１＋ｈ_２）／２
を満たすように、例えば、１．２３μｍ〜１．３６μｍ設定することが好ましい。
【００３３】
一方、外周側回折格子１６を構成する段差１６ａも中心側屈折面領域１３に形成された中心側回折格子１５と同じ段差高さであり、ここから出射される回折光は、−１次回折光である。すなわち、外周側回折格子１６の段差１６ａの高さＨｂは、下式
Ｈｂ＝Ｈａ
を満たすように、例えば、１．２３〜１．３６μｍに設定されている。
【００３４】
（レンズの成形用金型の製作方法）
図２ないし図４を参照して、図１を参照して説明した対物レンズ１を成形するための金型を説明する。
【００３５】
図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、図１に示す対物レンズの成形用金型におけるレンズ面成形面を示す部分平面図、その部分断面図、およびその拡大部分断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、図２に示す金型を製作する際、切削加工で微細な成形用段差を形成するのに用いたバイトの刃先形状を示す説明図、およびこのバイトを用いて非球面形状および段差を形成する切削加工動作（非球面形成および段差形成動作）を示す説明図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図２に示すバイトで金型素材に段差を形成する様子を拡大して示す説明図である。
【００３６】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す金型２は、型本体２１と、この型本体２１の上面２２の中央に形成された屈折面成形面３によって規定されるキャビティとを備えており、この屈折面形成面３によって対物レンズ１の入射側屈折面１１が形成される。この屈折面形成面３は、対物レンズ１の光軸に一致する中心軸Ｌを含む中心側領域３１とその外側の外周側領域３２に分割されている。
【００３７】
中心側領域３１には、対物レンズ１における中心側回折格子１５を構成する段差１５ａを形成するために、後述する切削加工方法（段差形成方法）で形成された同心円状の微細な成形用段差３３ａからなる中心側回折格子形成部３３が形成されている。また、外周側領域３２は、対物レンズ１における外周側回折格子１６を構成する段差１６ａを形成するために、後述する切削加工で形成された同心円状の微細な成形用段差３４ａからなる外周側回折格子形成部３４が形成されている。
【００３８】
このような構成の金型２を製作するために、その中心側領域３１、および外周側領域３２に対して成形用段差３３ａ、３４ａを形成して、中心側回折格子形成部３３、および外周側回折格子形成部３４を形成する工程として、本形態では、図３（ａ）に示すように、バイトすくい面４０の側から見た場合の刃先４１の形状が、両端に角４２、４３を持つ平坦形状となっている平バイト４を用いる。この平バイト４は、バイト切り込み方向４４に直交する方向に直線状に延びる一定幅の主切れ刃４５と、この主切れ刃４５の両端から左右に同一角度θで傾斜して延びる左右の副切れ刃４６、４７とを備えている。本例における角４２、４３の角度θは９０度から１２０度までの範囲内の値とされている。また、平バイト４において、刃先４１の幅Ｗは、２μｍ〜２０μｍであり、レンズ形状の曲率半径から選択される。幅Ｗが広い場合、より短時間で加工できる利点があり、狭い場合、より滑らかな曲線が形成される利点がある。
【００３９】
このような平バイト４は、Ｒバイトと違って、角４２、４３を鋭く尖った形状とすることができ、その曲率半径は、０．１μｍ未満である。
【００４０】
図３（ａ）に示す平バイト４を用いた切削加工としては旋盤加工により行う。すなわち、図３（ｂ）に示すように、不図示の旋盤に、加工対象の金型素材２０と平バイト４を取り付け、回転軸にチャッキングした金型素材２０をその中心軸線Ｌ０を中心に回転させながら、平バイト４の切り込み、および送り動作を行って金型素材２０の表面に切削加工を施し、成形用段差３３ａ、３４ａを同心円状に形成していく。
【００４１】
それには、図４（ａ）に示すように、平バイト４を所定の姿勢に傾けた後、この姿勢を保持したままで、バイト４の刃先４１の主切れ刃４５を金型素材２０の表面に押し付け、金属素材２０に対して切り込みを行う。ここで、金型素材２０はその中心軸線Ｌ０を中心に回転しているので、平バイト４の刃先４０は円周方向に送られていることになるため、１回の切り込み動作によって、刃先４０の幅Ｗと同一幅の１本の輪帯状切削加工面３２（Ｎ）が形成される。結果的に、段差部分では、一方の角４２あるいは角４３で切削された角が曲率半径０．１μｍ以内で形成される。図示の例では、屈折面成形面３における最も外周側の部分から切削を開始している。
【００４２】
そして、１本の輪帯状切削加工面３２（Ｎ）を形成した後は、バイト４の刃先４１を金型素材２０の表面から一旦離し、当該切削加工面３２（Ｎ）に対して、平バイト４のすくい面４０の垂線に直交する方向（本例では半径方向の内側）に向けて、刃先４１の幅Ｗよりも少ない距離だけ平バイト４を移動させる。その後は、バイト刃先４０の角４２を金型素材２０の表面に押し付けて、金型素材２０を切り込んで非球面形状あるいは輪帯状切削加工面３２（Ｎ＋１）を隣接部分に形成する。
【００４３】
かかる切削動作を繰り返すことにより、図２に示すような成形用段差３３ａ、３４ａが同心状に形成された屈折面成形面３が形成される。ここで、成形用段差３３ａ、３４ａは、平面部分３５の両端のうち、金型素材２０を加工する時のワークの回転軸となる中心軸線Ｌ０に対して内側の端部３６が立ち上がっている。すなわち、バイト４における主切れ刃４５により平面部分３５が切削され、副切れ刃４６により、端部３６が切削され、平面部分３５と端部３６との角は、バイト４の角４２により切削される。
【００４４】
その際、本形態では、角４２の曲率半径が０．１μｍ未満の平バイト４を用いたため、狭いピッチで成形用段差３３ａ、３４ａを形成する場合でも、成形用段差３３ａ、３４ａを尖った形状に形成することができるので、外周側の成形用段差３４ａについても、段差の高さを必要以上に高くする必要がない。従って、本形態の金型２を用いて、図１を参照して説明した対物レンズ１を容易に成形でき、この対物レンズ１では、中心側回折格子１５、および外周側回折格子１６から出射される光は、いずれも−１次回折光である。従って、本形態の対物レンズ１を用いた光ヘッド装置では、不要回折光が発生しやすく、効率が低くなりやすい２次以上の回折光を使用する必要がないので、回折光の効率を向上することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、外周側の成形用段差３４ａにおいても、段差の高さを必要以上に高くする必要がないので、金型２で対物レンズ１を成形した場合、金型２から対物レンズ１が抜け難いということもがない。それ故、対物レンズ１に欠け、傷、変形、汚れが発生せず、歩留まりが向上する。
【００４６】
［実施の形態２］
実施の形態１では、バイト４の刃先４０の角４２で成形用段差３３ａ、３４ａを形成したが、図４（ｂ）に示すように、平バイト４の刃先４０の角４３で成形用段差３３ａ、３４ａを形成してもよい。この場合には、平面部分３５の両端のうち、金型素材２０を加工する時のワークの回転軸となる中心軸線Ｌ０に対して外側の端部３７が立ち上がっている。従って、このような構成の金型２を用いて対物レンズ１を成形した場合には、中心側回折格子１５、および外周側回折格子１６から出射される光は、いずれも＋１次回折光である。
【００４７】
この形態の場合、図３および図４のような加工方法で形成された段差３３ａ、３４ａは、平面部分３５の両端のうち、中心軸線Ｌ０に対して外側から立ち上がる端部３７を中心軸線Ｌ０とほぼ平行に切削することができる利点がある。すなわち、図４（ｃ）にその様子を示すように、平バイト４を金型素材２０から離す際に端部３７を削る。このようにして、端部３７を中心軸線Ｌ０（光軸）と平行に形成した金型２を用いて対物レンズ１を成形した場合は、中心側回折格子１５を構成する段差１５ａおよび外周側回折格子１６を構成する段差１６ａは光軸と平行に立ち上がる段差になるので、中心側回折格子１５および外周側回折格子１６から出射される回折光については、より効率を上げることができる。
【００４８】
なお、実施の形態１のように、平面部分３５の両端のうち、中心軸線Ｌ０に対して内側から立ち上がる端部３６は、図４（ｃ）に示すような切削によって中心軸線Ｌ０と平行にすることができない。特に、中心軸線Ｌ０から離れて平面部分３５の傾斜が大きくなった場合には、端部３６は中心軸線Ｌ０と平行にならない。これに対して、端部３７は、中心軸線Ｌ０と平行にすることができる。
【００４９】
［実施の形態３］
本発明では、金型２を製作する際、２つの角４２、４３をもつ平バイト４で成形用段差３３ａ、３４ａを形成する。従って、図４（ａ）に示すように、平バイト４の刃先４０の角４２で成形用段差３３ａを形成し、図４（ｂ）に示すように、平バイト４の刃先４０の角４３で成形用段差３４ａを形成してもよい。
【００５０】
このような構成の金型２を用いて対物レンズ１を成形した場合には、図５（ａ）〜（ｄ）に示す対物レンズ１Ａを製造することができる。ここで、対物レンズ１Ａは、基本的な構成が、実施の形態１に係る対物レンズ１と共通しているので、共通する部分の説明を省略するが、中心側回折格子１５を構成する段差１５ａと、外周側回折格子１６を構成する段差１６ａとでは段差の向きが逆である。このため、中心側回折格子１５からは−１次回折光が出射され、外周側回折格子１６からは＋１次回折光が出射される。
【００５１】
従って、このような対物レンズ１Ａであれば、温度変化によって、対物レンズ１Ａを構成する材料に屈折率変化や線膨張が発生しても、また、第２のレーザ光Ｌ２に温度変化に起因する波長変動が発生しても、中心側回折格子１５と外周側回折格子１６とでは、このような温度変化による収差発生を抑制することができる。このため、光ヘッド装置において、中心側回折格子１５の回折光、および外周側回折格子１６の回折光を用いるＤＶＤの記録再生を行う際、周囲温度の変化による収差の増加を抑えることができるので、良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００５２】
また、このような対物レンズ１Ａを製造する場合でも、２つの角４２、４３をもつ平バイト４で成形用段差３３ａ、３４ａを形成するため、２つの角４２、４３を使い分ければよい。従って、成形用段差３３ａを形成する工程と、成形用段差３４ａを形成する工程でバイトを付け替える必要がないので、作業効率が高いという利点がある。
【００５３】
［その他の実施の形態］
なお、上記の各例は、対物レンズ１、１Ａを成形する金型２に段差を形成する例を示すものである。しかしながら、本発明は、平バイト４で対物レンズ１、１Ａを構成するレンズ素材のレンズ面を直接に切削加工して段差を形成する場合にも適用可能である。また、対物レンズ以外のレンズ、例えば、コリメートレンズやセンサーレンズに同心円状の段差を形成するのに本発明を適用してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、段差を形成するためのバイトとして、平坦な刃先の両端に角をもつ平バイトを用い、このような平バイトであれば、従来の回折付き曲面の加工に使われてきた特殊Ｒバイトと違って、角の曲率半径が０．１μｍ未満のものを製造できる。このため、狭いピッチで段差を形成する場合でも、角が尖った段差を形成することができるので、レンズの外周側領域などにおいて段差の高さを必要以上に高くする必要がない。従って、＋１次回折光あるいは−１次回折光を用いることができ、１次回折光よりも効率の低い２次以上の回折光を使用する必要がないので、回折光の効率を向上することができる。また、本発明によれば、段差を必要以上に高くする必要がないので、本発明に係る段差形成方法で回折格子形成部分を形成した金型でレンズを成形した場合、金型からレンズが抜け難いということもがない。それ故、レンズに欠け、傷、変形、汚れが発生せず、収差が安定しやすく、歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明に係る段差加工方法を適用して形成される対物レンズを示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、およびこの中心側屈折面領域を取り囲む外周側屈折面領域の部分拡大断面図である。
【図２】図１に示す対物レンズの成形用金型におけるレンズ面成形面を示す部分平面図、その部分断面図、およびその拡大部分断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、図２に示す金型を製作する際、切削加工で微細な成形用段差を切削加工により形成するのに用いたバイトの刃先形状を示す説明図、およびこのバイトを用いて非球面形状および段差を形成する切削加工動作（非球面および段差形成動作）を示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図２に示すバイトで金型素材に段差を形成する様子を拡大して示す説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明に係る段差加工方法を適用して形成される別の対物レンズを示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、およびこの中心側屈折面領域を取り囲む外周側屈折面領域の部分拡大断面図である。
【図６】円弧形状の刃先の片側の角を尖らせたバイトの説明図である。
【符号の説明】
１対物レンズ
２金型
３屈折面成形面
４平バイト
１１入射側屈折面
１３中心側屈折面領域
１４外周側屈折面領域
１５中心側回折格子
１５ａ段差
１６外周側回折格子
１６ａ段差
２０金型素材
２１型本体
３１中心側領域
３２外周側領域
３３中心側回折格子形成部
３３ａ成形用段差
３４外周側回折格子形成部
３４ａ成形用段差
４１刃先
４２、４３角

Claims

レンズを製造するために素材をバイトにより切削加工して同心円状の多数の段差を備えた曲面を形成するにあたって、
前記バイトとして、平坦な刃先の両端に曲率半径が０．１μｍ未満の角をもつ平バイトを用い、
前記平バイトと前記素材とを相対的に回転送りしながら前記平バイトの刃先を前記素材表面に対して押し付けて所望形状に切削加工する際に、前記平バイトの刃先平坦部でレンズ面の曲面を直線補完した形状に切削し、かつ、前記平バイトの前記刃先の角で前記段差を形成していくことを特徴とする段差形成方法。
請求項１に規定する段差形成方法を用いてレンズ形成面に前記多数の段差が形成されてなるレンズ成形用金型であって、
前記素材としてレンズ成形用金型素材を用い、
前記多数の段差は、レンズの屈折面に回折格子を形成するための回折格子形成部分であることを特徴とするレンズ成形用金型。
請求項２に規定するレンズ成形用金型を用いて成形してなることを特徴とするレンズ。
請求項１に規定する段差形成方法を用いて製造されたレンズであって、
前記素材としてレンズ素材を用い、
前記多数の段差によって、屈折面に回折格子が形成されていることを特徴とするレンズ。
請求項３または４において、屈折面が少なくとも中心側屈折面領域と外周側屈折面領域とに同心円状に分割されているとともに、前記中心側屈折面領域および前記外周側屈折面領域の各々は非球面係数および光路差関数は異なるが、前記多数の段差がすべて同じ高さに形成された中心側回折格子、および外周側回折格子を備えていることを特徴とするレンズ。
請求項３ないし５のいずれかにおいて、屈折面が少なくとも中心側屈折面領域と外周側屈折面領域とに同心円状に分割されているとともに、前記中心側屈折面領域および前記外周側屈折面領域の各々に対して、前記多数の段差が異なる向きに形成されて回折次数の極性が異なる回折光が出射される中心側回折格子、および外周側回折格子を備えていることを特徴とするレンズ。
請求項３ないし６のいずれかにおいて、前記段差は、いずれの高さも２μｍ以下であることを特徴とするレンズ。
請求項３ないし７のいずれかにおいて、出射される回折光は、＋１次回折光あるいは−１次回折光であることを特徴とするレンズ。