JP3900693B2 - レンズ製造方法 - Google Patents

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    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S425/00Plastic article or earthenware shaping or treating: apparatus
    • Y10S425/808Lens mold

Description

【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】
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】 学ピックアップの参考例を示す構成図。
【図2】 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。

Claims (1)

  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。
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