JP4986148B2 - Optical element molding die, molding die processing method, optical element, optical device, optical scanning device, image display device, and optical pickup device - Google Patents
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本発明は、回折面の表面に微細な階段状パターンを有する回折光学素子等の光学素子を成形するための成形金型と、その成形金型の加工方法、その成形金型で成形された光学素子、その光学素子を用いた光学装置、光学装置、光走査装置、画像表示装置、光ピックアップ装置に関するものである。
また、光学素子としては回折光学素子のみならず、被検面が不連続な変化をするため、計測ラインの位置決めをミクロン精度で正確に要求されるものについても活用でき、例えば補間による座標推定が困難でかつ光学面のようにサブミクロンレベルの形状精度が要求されるものがこれに相当する。
The present invention relates to a molding die for molding an optical element such as a diffractive optical element having a fine stepped pattern on the surface of the diffraction surface, a method for processing the molding die, and an optical molded with the molding die. The present invention relates to an element, an optical device using the optical element, an optical device, an optical scanning device, an image display device, and an optical pickup device.
In addition, not only diffractive optical elements but also the surface to be measured changes discontinuously as optical elements, so it can be used for those that require accurate measurement line positioning with micron accuracy. For example, coordinate estimation by interpolation is possible. This is difficult and requires a submicron shape accuracy such as an optical surface.
従来より、回折光学素子等の光学素子や、その光学素子を成形するための加工方法、成形金型、光学素子の製造方法、製造装置等、種々の提案が成されている。
例えば特許文献1(特開2003−251552公報)には、回転対称性のない自由曲面の加工に好適な加工方法、この方法を用いた光学素子及び金型の製造方法、光学素子及びこの光学素子を備えた光学装置に関し、目的の面形状が対称性のない自由曲面であっても、加工誤差が極めて小さい面形状を得ることができる加工方法等を提供することを目的として、「被加工物の所望領域に目的の曲面形状を形成する加工方法において、前記被加工物の前記所望領域を有する面と同一面上にアライメントマークを形成するマーキング工程と、前記アライメントマークを基準にして、前記所望領域に前記面形状を形成する、ことを特徴とする加工方法」等が開示されている。また、解決手段の要約として、「被加工物である石英ブロックの加工領域を目的の自由曲面形状に近づくよう加工する研削工程(ステップ1,2)及び研磨工程(ステップ4)と、以上の工程(ステップ1,2,4)で加工された加工領域に修正加工を施す修正工程(ステップ5)と、この修正工程の前に、加工領域を除く領域にアライメントマークを加工するマーキング工程(ステップ3)と、を実行する。修正工程(ステップ5)では、アライメントマークを基準にして、加工領域の形状を測定し(ステップ6)、この測定結果に基づいて修正加工を施す(ステップ8)。」ことが記載されている。
Conventionally, various proposals such as an optical element such as a diffractive optical element, a processing method for molding the optical element, a molding die, a manufacturing method of an optical element, a manufacturing apparatus, and the like have been made.
For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-251552) discloses a processing method suitable for processing a free-form surface having no rotational symmetry, an optical element and a mold manufacturing method using the method, an optical element, and the optical element In order to provide a processing method and the like that can obtain a surface shape with extremely small processing error even if the target surface shape is a free-form surface with no symmetry, In a processing method for forming a desired curved surface shape in a desired region, a marking step for forming an alignment mark on the same surface as the surface having the desired region of the workpiece, and the desired mark on the basis of the alignment mark A processing method characterized by forming the surface shape in a region "is disclosed. Further, as a summary of the solution means, “the grinding process (steps 1 and 2) and the polishing process (step 4) for processing the processing area of the quartz block that is the workpiece so as to approach the desired free-form surface shape, and the above processes A correction step (step 5) for performing correction processing on the processing region processed in (steps 1, 2, 4), and a marking step (step 3) for processing the alignment mark in the region excluding the processing region before this correction step. In the correction step (step 5), the shape of the processing region is measured with reference to the alignment mark (step 6), and correction processing is performed based on the measurement result (step 8). " It is described.
特許文献2(特開2000−56114公報)には、半導体露光装置、カメラ、望遠鏡、顕微鏡等の光学系に使用する回折光学素子の製造方法及び製造装置に関し、接合面に気泡等が残存することなく他の部材を接着して高剛性及び高精度の回折光学素子を製造することを目的として、「単体では自重及び/又は保持部材の圧力及び/又は気圧によって変形する回折格子を他の部材に1つの接触点において接触する工程と、前記接触点から全体に接触面を拡げるこれにより両者を接合する工程とを有することを特徴とする回折光学素子の製造方法」等が開示されている。また、解決手段の要約として、「回折光学素子をチャック12に載せ、排気口17から空気を排出して固定する。治具11を所定角度回転してマーク位置をマークスコープ18で計測し、回折光学素子16と治具11の偏心を除去して回転中心を一致させる。屈折レンズ19をレンズホルダ13に載せ、異なる2点においてレーザー測長機20により表裏2面までの距離を計測し、屈折レンズ19の光軸と治具11の偏心を除去して回転中心を一致させる。レンズホルダ13を下降して回折光学素子16を屈折レンズ19に中心位置から接触させ、吸着している排気口17の負圧を大気圧に戻すことにより、中心位置から徐々に周辺部へ接合部を拡げて両者を直接接合する。」ことが記載されている。
Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-56114) relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a diffractive optical element used in an optical system such as a semiconductor exposure apparatus, a camera, a telescope, and a microscope. In order to manufacture a highly rigid and highly accurate diffractive optical element by adhering other members, the “diffractive grating that is deformed by its own weight and / or the pressure and / or pressure of the holding member alone is used as another member. A method of manufacturing a diffractive optical element characterized by having a step of contacting at one contact point and a step of joining both of them by expanding the contact surface from the contact point to the whole is disclosed. Further, as a summary of the means for solving the problem, “a diffractive optical element is placed on the
特許文献3(特開2002−52576公報)には、光学結像素子成形用金型及びその組立装置に関し、光学結像素子成形用金型におけるレンズ成形用金型とプリズム成形用金型との位置合わせを、レンズ鏡面駒の位置とプリズム鏡面駒の位置を正確に把握して行えるようにすることを目的として、「入射側に位置する入射側レンズと、該入射側レンズと光学的に等価に形成され、かつ、前記入射側レンズの光軸と直交する光軸を有して結像側に位置する結像側レンズと、前記入射側レンズと結像側レンズ間でこれらのレンズの光軸で形成される平面内に前記入射側レンズ、結像側レンズの光軸のいずれとも直交しないように配設された稜線を有するルーフプリズムとからなる光学結像素子を形成するための成形用金型であって、前記入射側レンズを形成するための入射側レンズ用鏡面駒と前記ルーフプリズムを形成するための結像側レンズ用鏡面駒とを有する光学結像素子成形用金型において、レンズ成形用金型11にレンズ鏡面駒の光軸位置を知るためのマークを有するレンズ金型用ブロック13を設け、プリズム成形用金型12にプリズム鏡面駒の位置を知るためのマークを有するプリズム金型用ブロック14を設けた光学結像素子成形用金型」が開示されている。
Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-52576) relates to an optical imaging element molding die and its assembly apparatus, and relates to a lens molding die and a prism molding die in an optical imaging element molding die. In order to perform alignment by accurately grasping the position of the lens mirror piece and the position of the prism mirror piece, the “incident side lens located on the incident side and the incident side lens are optically equivalent to each other”. An imaging side lens having an optical axis perpendicular to the optical axis of the incident side lens and positioned on the imaging side, and an optical axis of these lenses between the incident side lens and the imaging side lens. A molding die for forming an optical imaging element comprising a roof prism having a ridge line disposed so as not to be orthogonal to any of the optical axes of the incident side lens and the imaging side lens in a plane to be formed The incident side In an optical imaging element molding die having a mirror piece for incident side lenses for forming a lens and a mirror piece for imaging side lenses for forming the roof prism, a lens mirror surface is provided on the lens molding die 11. An optical imaging element provided with a
特許文献4(特開2001−6203公報)には、光ヘツド装置に関し、対物レンズと位相制御素子とに形成した中心軸合わせ用の位置決めマークで位置決めして1つのホルダ−に固定することにより、光デイスク情報を簡単な構成で安定して記録再生できるようにすることを目的として、「光源からの光を対物レンズと位相制御素子とを備えた光学系により光記録媒体に集光し、情報の記録又は再生を行う光ヘッド装置において、対物レンズと位相制御素子とは中心軸合わせ用の位置決めマークが形成されており、かつこのマークによって位置決めされて一つのホルダーに固定されていることを特徴とする光ヘッド装置」等が開示されており、より具体的には、「光ヘツドの光軸上で位相制御素子1と対物レンズ2とが向き合う各面に偏心調整用として、位相制御素子の輪帯中心軸に凹型クボミの位置決めマーク11を、また対物レンズの対称中心軸に同様な位置決めマーク21を形成する。組立時、対物レンズ中心の位置決めマーク21と位相制御素子の輪帯中心の位置決めマーク11が一致するように偏心調整してホルダ−3に固定する。これにより、光ヘツド装置の位相制御素子と対物レンズとが偏心することなく一体化され、DVD系の光デイスクの再生性能を維持したまま、設計値通りのCD系光デイスクの再生性能が安定して得られる。」ことなどが記載されている。
Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-6203) relates to an optical head device by positioning with a positioning mark for center axis alignment formed on an objective lens and a phase control element and fixing it to one holder, In order to enable stable recording and reproduction of optical disc information with a simple configuration, the information is collected by focusing the light from the light source on the optical recording medium using an optical system equipped with an objective lens and a phase control element. In the optical head device for recording or reproducing the above, the objective lens and the phase control element are formed with a positioning mark for center axis alignment, and are positioned by this mark and fixed to one holder. More specifically, “the optical head device” is disclosed, and more specifically, “the optical head device is decentered on each surface where the phase control element 1 and the objective lens 2 face each other on the optical axis of the optical head”. For the purpose of adjustment, a concave
特許文献5(特開2006−235069公報)には、光走査装置および画像形成装置に関し、パワー回折面を用いた光走査装置において、温度変動によるビームスポット径変動のみならず、モードホップによる発振波長の変化によるビームスポット径変動をも低減し、より安定したビームスポット径で光走査を行い得る光走査装置の実現、さらには、かかる光走査装置を用いる画像形成装置の実現を課題として、「半導体レーザからの光ビームをカップリングレンズにより所望のビーム形態の光ビームに変換した後、アナモフィック光学素子を介して光偏向器に導光し、上記光偏向器により偏向された光ビームを、走査光学系により被走査面上に集光させて光スポットを形成し、上記被走査面を光走査する光走査装置であって、上記走査光学系は1以上の樹脂製レンズを含み、上記アナモフィック光学素子は、片面が同心円状のパワー回折面を有する回転対称形状な面で、他方の面が主走査方向に平行で副走査方向にのみ集光作用を有するパワー回折面を有する面である樹脂製レンズであり、半導体レーザにおけるモードホップや温度変化に起因する、主走査方向および/または副走査方向のビームウエスト位置の変動を略0とするように、上記各パワー回折面のパワーを設定したことを特徴とする光走査装置」等が開示されている。 Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-235069) relates to an optical scanning device and an image forming apparatus. In an optical scanning device using a power diffraction surface, not only a beam spot diameter variation due to temperature variation but also an oscillation wavelength due to mode hopping. The challenges of realizing an optical scanning device that can reduce beam spot diameter fluctuations due to changes in the light beam and performing optical scanning with a more stable beam spot diameter, and also to realize an image forming apparatus using such an optical scanning device, After the light beam from the laser is converted into a light beam having a desired beam shape by a coupling lens, the light beam is guided to an optical deflector through an anamorphic optical element, and the optical beam deflected by the optical deflector is scanned optically. An optical scanning device that forms a light spot by condensing on a scanned surface by a system and optically scans the scanned surface, the scanning light The system includes one or more resin lenses, and the anamorphic optical element is a rotationally symmetric surface having a concentric power diffractive surface on one side, and the other surface is parallel to the main scanning direction and concentrated only in the sub-scanning direction. This is a resin lens that is a surface having a power diffractive surface having an optical action, and fluctuations in the beam waist position in the main scanning direction and / or sub-scanning direction due to mode hopping and temperature change in the semiconductor laser are made substantially zero. Thus, an optical scanning device characterized by setting the power of each of the power diffractive surfaces is disclosed.
光源波長に対する分散特性が屈折素子と回折素子で逆の特性を持つことから、屈折面と回折面を組み合わせ、光源波長の変動が生じた場合でもその焦点位置を安定化させる光学系が多数実施されている。その一つとして、環境温度変化による屈折面の焦点位置ズレを回折面で補正する光学素子が、例えば前述の特許文献5に開示のように光プリンタやデジタル複写機用の光走査装置のコリメート光学素子で実施されている。同開示例においては、光源波長が基準波長を保っている間は、パワー(集光能力)をもたず、温度外乱によって波長がずれたときのみパワーをもつ、階段状の同心円回折面が適用されている。一方、光走査装置で用いる場合、画質確保のため厳しい焦点深度が要求され、光学素子に求めら曲率誤差は深さ換算で数十nm以下とされている。階段状回折素子の曲率とは、図11に示すような各ステップ部頂点の回帰曲線から求められるが、これを保証するためには、各ステップ部の輪帯径、および段差を数十nmの精度で生産することが必要とされている。
Since the diffractive element and the diffractive element have opposite dispersion characteristics with respect to the light source wavelength, many optical systems that combine the refractive surface and the diffractive surface to stabilize the focal position even when the light source wavelength fluctuates have been implemented. ing. For example, an optical element that corrects a focal position shift of a refracting surface due to a change in environmental temperature with a diffractive surface is, for example, collimating optics of an optical printer or an optical scanning device for a digital copying machine as disclosed in
従来の球面および非球面レンズにおける曲率評価は断面曲線の取得によって行われてきた。断面曲線の取得は原子間力ブローブも含め、接触式のプローブを球面あるいは非球面の頂点を通過するように走査し、そのプローブ変位を取得する方法がとられてきた。連続的な曲面においては、頂点探索は容易で、接触式プローブを断面曲線取得時の走査方向と直交する方向に走査しプローブ変位の最高点(凹面では最低点)を探す方法である。
しかしながら、上記のような階段状の同心円回折面においては、従来の頂点探索が用いることが出来ず、頂点に相当する回折面回転中心への一致精度が足りず曲率評価に対して充分な形状測定精度を得ることが困難とされてきた。
Curvature evaluation in conventional spherical and aspherical lenses has been performed by obtaining cross-sectional curves. In order to obtain the cross-sectional curve, a method has been used in which the probe displacement is obtained by scanning a contact-type probe including an atomic force probe so as to pass through a vertex of a spherical surface or an aspherical surface. In a continuous curved surface, the vertex search is easy, and the contact probe is scanned in the direction perpendicular to the scanning direction when the cross-section curve is acquired to find the highest point of probe displacement (the lowest point on the concave surface).
However, the conventional vertex search cannot be used for the step-like concentric diffractive surfaces as described above, and the accuracy of matching with the diffractive surface rotation center corresponding to the vertices is insufficient. It has been difficult to obtain accuracy.
前述の従来技術の場合、階段上の回折面の中心にマーキングを行い、それを組み立て時の基準とすることが特許文献4に開示されている。同事例においては光学面中心に直接光学的に機能しないマークを形成してもその光学特性が確保される構成となっているが、通常の光学素子においてはその中心部を通過する光強度が最も高く、その近傍に形状誤差としての外乱となるパターンを形成することは困難である場合がほとんどである。 In the case of the above-described prior art, Patent Document 4 discloses that marking is performed at the center of a diffractive surface on a staircase and that is used as a reference for assembly. In this case, even if a mark that does not function directly optically is formed at the center of the optical surface, the optical characteristics are ensured. However, in an ordinary optical element, the light intensity that passes through the center is the highest. In most cases, it is difficult to form a pattern that is a disturbance as a shape error in the vicinity thereof.
自由曲面の光学素子加工において、光学的に不要域に研削工具による加工痕を形成してそれを加工基準として用いることが特許文献1において開示されている。ここでの研削痕とはトーリック(またはトーラス)型の船型の凹みであり、これを頂点探査して加工原点として用いている。
しかしながら、この従来技術では、加工痕自体の頂点探査が必要で手間がかかること、また、頂点探査が可能なように比較的大きな加工痕が必要なため、充分な大きさの光学的不用域が必要で、光ピックアップや光走査装置のコリメート光学素子への適用が困難であることなどの不具合がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228667 discloses that a free-form optical element is processed by forming a processing mark by a grinding tool in an optically unnecessary area and using it as a processing reference. Here, the grinding mark is a toric (or torus) type ship-shaped dent, which is used as a processing origin by searching for the apex.
However, in this conventional technique, it is necessary to search for the apex of the machining trace itself, which is troublesome, and since a relatively large machining trace is necessary so that the apex search is possible, there is a sufficiently large optically unused area. There is a problem that it is necessary and is difficult to apply to a collimating optical element of an optical pickup or an optical scanning device.
回折面外周に設けた十字線を用いてアライメントする工法が特許文献2に開示されており、同文献の実施例においては、回折面をリソグラフィーによって形成し、その描画装置で十字マークをも形成するものである。
しかしながら、この従来技術では、レジスト上への形成であり、深さ10μm程度の回折素子には適用可能であるが、曲面上に回折面を形成した素子などには適用することが出来ない。また、同分権の実施例では、回折素子を屈折光学素子に貼り付ける工程を開示しているが、曲面上への貼り付けといった変形を伴うと、完成した素子に残るマークには位置ずれが生ずる可能性があり、完成検査などには用いることが出来ない。
A method of alignment using a crosshair provided on the outer periphery of the diffractive surface is disclosed in Patent Document 2, and in the embodiment of this document, the diffractive surface is formed by lithography, and a cross mark is also formed by the drawing apparatus. Is.
However, this conventional technique is formed on a resist and can be applied to a diffractive element having a depth of about 10 μm, but cannot be applied to an element having a diffractive surface formed on a curved surface. In the embodiment of the same decentralization, the step of attaching the diffractive element to the refractive optical element is disclosed. However, when a modification such as attaching to the curved surface is accompanied, the mark remaining on the completed element is displaced. There is a possibility, it can not be used for final inspection.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、階段状となる回折パターンの形状評価を正確に行うことができる測定基準としてのマークを有する成形金型と、その成形金型の加工方法、その成形金型で成形された光学素子、その光学素子を用いた光学装置、光学装置、光走査装置、画像表示装置、光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、階段状となる回折パターンの形状評価を正確に行うことができる測定基準としてのマークの形成法を提供するものであり、該マークは、わずかな領域の光学的不用域に形成できるため、光学性能を損なうことなく形成でき、光ピックアップや光走査装置のコリメート光学素子等の小径レンズへの適用が可能である。そして、本発明では、成形金型の回折面切削工程において、一連の加工動作の中で実施可能とし、特別な位置の割り出しや専用工具を不要とし、納期、コストを犠牲にすることなく、階段状となる回折パターンの高精度化を実現することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, a molding die having a mark as a measurement standard that can accurately perform the shape evaluation of a diffraction pattern that is stepped, and a method for processing the molding die, An object is to provide an optical element molded with the molding die, an optical device using the optical element, an optical device, an optical scanning device, an image display device, and an optical pickup device.
The present invention also provides a method of forming a mark as a measurement standard capable of accurately evaluating the shape of a diffraction pattern having a staircase shape, and the mark is formed in a small optically unused area. Since it can be formed, it can be formed without impairing the optical performance, and can be applied to a small-diameter lens such as an optical pickup or a collimating optical element of an optical scanning device. In the present invention, the diffractive surface cutting process of the molding die can be carried out in a series of processing operations, eliminating the need for special position indexing and dedicated tools, and without sacrificing delivery time and cost. It is an object of the present invention to realize a high-precision diffraction pattern.
前記課題を解決するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第1の手段は、回折面の断面が階段状のパターンをなし、階段部の稜線を光軸方向からみた形状が、直線、円または楕円形状となる回折パターンの光学素子の成形金型において、前記回折面の外周の光学的に不要な領域にV溝を少なくとも2本以上交差させたパターンを形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention employs the following solutions.
The first means of the present invention is a metal mold for an optical element having a diffraction pattern in which the cross section of the diffraction surface forms a stepped pattern, and the shape of the ridge line of the stepped portion viewed from the optical axis direction is a straight line, circle or ellipse. In the mold, a pattern in which at least two V grooves intersect each other in an optically unnecessary area on the outer periphery of the diffractive surface is formed, and the intersection is used as a base point for measurement and mold processing.
本発明の第2の手段は、回折面の断面が階段状のパターンをなし、階段部の稜線を光軸方向からみた形状が、直線となる回折パターンの光学素子の成形金型において、前記回折面の外周の光学的に不要な領域に前記稜線と平行なV溝を有し、これと直交する直線のV溝を少なくとも2つ以上形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることを特徴とする。
また、本発明の第3の手段は、第2の手段の成形金型において、略直交する複数のV溝は前記回折面を挟んで対向する2本1組の対であり、この対は一つの直線上に配置され、またその直線は回折面を形成する階段状の稜線と直交することを特徴とする。
According to a second means of the present invention, there is provided a diffraction pattern for an optical element having a diffraction pattern in which the cross section of the diffraction surface forms a stepped pattern, and the shape of the ridge line of the stepped portion viewed from the optical axis direction is a straight line. An optically unnecessary area on the outer periphery of the surface has a V-groove parallel to the ridgeline, and at least two straight V-grooves orthogonal to the ridgeline are formed, and the intersection is used as a base point for measurement and mold processing. It is characterized by using.
Further, according to a third means of the present invention, in the molding die of the second means, the plurality of substantially perpendicular V grooves are a pair of two pairs facing each other across the diffraction surface. The straight lines are arranged on two straight lines, and the straight lines are orthogonal to the stepped ridge lines forming the diffraction surface.
本発明の第4の手段は、回折面の断面が階段状のパターンをなし、階段部の稜線を光軸方向からみた形状が、円となる回折パターンの光学素子の成形金型において、前記回折面の外周の光学的に不要な領域に前記稜線と相似形状でかつ中心を共通とする円形状のV溝を有し、これと略直交する直線のV溝を少なくとも2つ以上形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることを特徴とする。
また、本発明の第5の手段は、第4の手段の成形金型において、略直交する複数のV溝は円となる回折面を挟んで対向する2本1組の対であり、この対となる溝は互いに平行であることを特徴とする。
According to a fourth means of the present invention, there is provided a diffraction pattern for an optical element having a diffraction pattern in which the cross section of the diffraction surface forms a stepped pattern, and the shape of the ridge line of the stepped portion viewed from the optical axis direction is a circle. A circular V-groove having a shape similar to the ridgeline and having a common center in an optically unnecessary region on the outer periphery of the surface, and forming at least two linear V-grooves substantially perpendicular to the circular V-groove; The intersection point is used as a base point for measurement and mold processing.
Further, the fifth means of the present invention is a pair of two pairs, each having a plurality of substantially perpendicular V grooves facing each other across a circular diffraction surface, in the molding die of the fourth means. The grooves are parallel to each other.
本発明の第6の手段は、回折面の断面が階段状のパターンをなし、階段部の稜線を光軸方向からみた形状が、楕円となる回折パターンの光学素子の成形金型において、前記回折面の外周の光学的に不要な領域に前記稜線と相似形状でかつ中心を共通とする楕円形状のV溝を有し、これと略直交する直線のV溝を少なくとも2つ以上形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることを特徴とする。
また、本発明の第7の手段は、第6の手段の成形金型において、略直交する複数のV溝は楕円となる回折面を挟んで対向する4本1組の対であり、この対となる溝は互いに平行であることを特徴とする。
According to a sixth means of the present invention, in the optical element molding die having a diffraction pattern in which the cross section of the diffraction surface forms a stepped pattern and the shape of the ridge line of the stepped portion viewed from the optical axis direction is an ellipse. An elliptical V-shaped groove having a shape similar to the ridgeline and having a common center in an optically unnecessary area on the outer periphery of the surface, and forming at least two linear V-shaped grooves substantially orthogonal to the V-shaped groove, The intersection point is used as a base point for measurement and mold processing.
According to a seventh means of the present invention, in the molding die of the sixth means, a plurality of substantially perpendicular V-grooves are a pair of four opposing each other across an elliptical diffraction surface. The grooves are parallel to each other.
本発明の第8の手段は、第1〜第7のいずれか1つの手段の成形金型において、前記V溝形状は二つの斜面のなす角度が、前記回折面を形成する階段形状部の立ち壁根元の開き角θと同一で、該開き角θは92〜110度の鈍角であることを特徴とする。 According to an eighth means of the present invention, in the molding die of any one of the first to seventh means, the angle between the two inclined surfaces of the V-groove shape is the standing shape of the step-shaped portion forming the diffraction surface. The opening angle θ is the same as the opening angle θ of the wall base, and the opening angle θ is an obtuse angle of 92 to 110 degrees.
本発明の第9の手段は、第3、第5、第7のいずれか1つの手段の成形金型の加工方法であって、複数の略直交するV溝は、回折面加工時の被加工物把持状態から、着脱無き状態で、回折面中央部と直交する軸周りの回転ステージを用い、90°単位での回転割り出しして刻印することを特徴とする。 A ninth means of the present invention is a method for processing a molding die according to any one of the third, fifth and seventh means, and the plurality of substantially orthogonal V grooves are processed at the time of diffraction surface processing. From the object gripping state to the attaching / detaching state, using a rotating stage around an axis orthogonal to the central portion of the diffractive surface, the rotation is indexed in units of 90 ° and engraved.
本発明の第10の手段は、光学素子であって、第1〜第8のいずれか1つの手段の成形金型を用いて成形されたことを特徴とする。
また、本発明の第11の手段は、光学装置であって、第10の手段の光学素子を用いたことを特徴とする。
The tenth means of the present invention is an optical element, characterized in that it is molded using the molding die of any one of the first to eighth means.
The eleventh means of the present invention is an optical apparatus, characterized in that the optical element of the tenth means is used.
本発明の第12の手段は、光源と、該光源からの光束をコリメートし所望のビーム形態に変換する第1光学系と、該第1光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段で偏向走査された光束を被走査面に結像する第2光学系を備えた光走査装置において、前記第1光学系あるいは前記第2光学系に、第10の手段の光学素子を用いたことを特徴とする。 The twelfth means of the present invention comprises a light source, a first optical system that collimates the light beam from the light source and converts it into a desired beam form, a deflection means that deflects and scans the light beam from the first optical system, In an optical scanning apparatus having a second optical system that forms an image of a light beam deflected and scanned by a deflecting unit on a surface to be scanned, the optical element of the tenth unit is used for the first optical system or the second optical system. It is characterized by that.
本発明の第13の手段は、光源と、照明光学系と、画像表示素子と、投射レンズを備えた画像表示装置において、前記照明光学系を構成する光学素子、あるいは前記投射レンズに、第10の手段の光学素子を用いたことを特徴とする。 According to a thirteenth means of the present invention, in an image display device including a light source, an illumination optical system, an image display element, and a projection lens, the optical element constituting the illumination optical system or the projection lens is arranged in the tenth aspect. The optical element of the means is used.
本発明の第14の手段は、光源と、該光源からの光束をコリメートする光学系と、コリメートされた光束を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光束を集光する集光レンズと、集光された光束を受光する受光素子を備えた光ピックアップ装置において、前記コリメート光学系、対物レンズ、集光レンズの少なくとも1つに、第10の手段の光学素子を用いたことを特徴とする。 The fourteenth means of the present invention includes a light source, an optical system for collimating the light beam from the light source, an objective lens for condensing the collimated light beam on the optical recording medium, and a reflected light beam from the optical recording medium. In an optical pickup device including a condensing lens that emits light and a light receiving element that receives the collected light beam, an optical element of a tenth means is provided in at least one of the collimating optical system, the objective lens, and the condensing lens. It is used.
本発明の成形金型においては、回折面の外周の光学的に不要な領域にV溝を少なくとも2本以上交差させたパターン(マーク)を形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることにより、中心が平面となる階段状回折面をもつ光学素子またはその金型の形状計測を正確に行うことができ、より高い精度の回折光学素子を実現できる。また、生産時の検査に用いることが出来るため、検査時間の短縮によりその製造コストを低減することが可能である。 In the molding die of the present invention, a pattern (mark) is formed by crossing at least two V grooves in an optically unnecessary area on the outer periphery of the diffractive surface, and the intersection point is a base point for measurement and die processing As a result, it is possible to accurately measure the shape of an optical element having a stepped diffractive surface whose center is a flat surface or its mold, and to realize a diffractive optical element with higher accuracy. Moreover, since it can be used for the inspection at the time of production, it is possible to reduce the manufacturing cost by shortening the inspection time.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図示の実施例に基いて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
図1は外周部に測定基準マークを形成した光学素子の一例を示す回折レンズの成形品の斜視図である。この回折レンズ1の材質は流動性と耐湿性に優れるオレフィン系ポリマーである。回折レンズ1の同心円状解説面5より外周部の光学的不用領域7には、回折パターンと中心を同じくする帯状突起の円周方向マーク3と、該円周方向マーク3に直交し半径方向に延びる4つのマーク2a,2b,2c,2dが形成されている。これらのマークは、図示しない成形用金型にV溝を刻印することで形成されたものである。
FIG. 1 is a perspective view of a molded product of a diffractive lens showing an example of an optical element in which measurement reference marks are formed on the outer periphery. The material of the diffractive lens 1 is an olefin polymer having excellent fluidity and moisture resistance. In the optically
図2は、図1に示す回折レンズのような光学素子を成形するための成形金型の回折面および基準用V溝の金型加工に用いる5軸制御加工機の一例を示すものである。この加工機は、X,Y,Zの直線3軸スライドと、B,Cの回転2軸による5軸構成である。直線3軸の位置決め分解能は1nm、B,C軸の角度分解能は10万分の1度である。金型部材は母材がステンレスで、回折パターンの形成面には厚さ300μmの無電解Niメッキを付与している。金型部材30は、X軸テーブル11上に回転自在に設置されたB軸テーブル13に被加工面を上方に向けてクランプする。回折面とV溝の加工を兼用する単結晶ダイヤバイト16はC軸スピンドル14に連結されたバイトホルダー17に固定されている。単結晶ダイヤバイト16の刃先先端をXZ平面内で所定の位置へ位置決めしたのち、Z軸スライド及びY軸スライド12が下降し金型部材30のメッキ面に切り込みを行う。切り込みと同期してB軸テーブル13が半時計方向に回転し円弧上の溝加工が行われる。
FIG. 2 shows an example of a 5-axis control processing machine used for processing a diffractive surface of a molding die and a reference V-groove for molding an optical element such as the diffractive lens shown in FIG. This processing machine has a five-axis configuration with a linear three-axis slide of X, Y, and Z and two rotation axes of B and C. The linear triaxial positioning resolution is 1 nm, and the B and C axis angular resolution is 1 / 100,000 degrees. The base material of the mold member is stainless steel, and the electroless Ni plating having a thickness of 300 μm is applied to the surface on which the diffraction pattern is formed. The
図3は非回転工具による階段状回折面と基準用V溝の加工形態を示している。単結晶ダイヤバイト16は、ダイヤチップ16aとシャンク16bからなり、ダイヤチップ16aの先端の切れ刃はフラットな形状で矩形の溝を削るのに適した平バイトと呼ばれる形状である。階段状回折面では回転軸と直交するステップ部に厳密な直角度が求めらるため、ダミーワークの加工結果にもとづき、C軸の傾きを微調整し、切れ刃の回転軸との直交性を確保している。また、ダイヤチップ16aの切れ刃の角部Kで階段パターンを転写するのであるが、成形品の離型性と加工後のV溝の視認性を考慮し、その角部の開き角は96度とわずかに鈍角としている。
FIG. 3 shows how the stepped diffraction surface and the reference V-groove are processed by a non-rotating tool. The single
金型部材30に、同心円状の回折パターンを加工後に、その外周の光学的不用部(金型上の回折領域35の外周の光学的不用領域)37にV溝加工を行う。切れ刃は水平状態にあるため、この位置からバイト角部の開き角の1/2である48度をC軸によって半時計方向に回転させる。
After processing the concentric diffraction pattern on the
この姿勢において、階段部の加工と同様に切り込みと同期させてB軸テーブル13を回転させることで回折面と回転軸が一致るする基準用V溝を容易に加工することができる。この半時計方向へバイト16を傾けた際に、C軸スピンドル14の回転中心とバイト角部Kを厳密に一致させておくことは困難であるため、回転と同時に角部KはXY方向にズレを生ずることとなる。このズレが生じた状態においても以下の手順によれば正確な頂点探査用マークを得ることができる。
In this posture, the reference V-groove in which the diffraction surface and the rotation axis coincide with each other can be easily machined by rotating the B-axis table 13 in synchronism with the notch similarly to the machining of the staircase portion. When the
図4は同心円状の回折パターンの回折面を成形するための金型部材30への基準用V溝の形成手順を説明するものである。ここでは、金型部材30へ円周方向V溝33を加工した後、半径方向V溝32a〜32dの加工を行う。
始めに工具(バイト)16の角部KがC軸スピンドル14の回転中心と一致する座標まで移動する。これは階段形状加工の座標系を用いるため、C軸スピンドル14の回転を付与した後はK点と回転中心は厳密には一致してない状態である。金型部材30は円柱形状であり、その外側からZ軸スライドによって中心に向かってV溝の加工を行なう。B軸テーブル13の回転角度を0°、90°、180°、270°と変化させて4本の半径方向V溝32a〜32dの加工(刻印)を行なう。この際、金型部材30においては、光学的不用領域37よりも回折面35が突出しているため、回折面35に接触しないようにバイト16の移動量をコントロールする必要がある。
FIG. 4 illustrates a procedure for forming a reference V-groove on the
First, the corner K of the tool (bite) 16 is moved to a coordinate that coincides with the rotation center of the C-
図5は、図4に示す金型部材30の対向する2つのV溝の交点を結ぶラインをプローブ走査ラインとすることを説明したものである。δはC軸スピンドル14の回転によって生じた、バイトの角部(K点)の回転中心36からのズレ量である。上記手順によって加工することで、図示するように対向する半径方向V溝の交点OとQが対称関係で共にδのズレを生ずるため、点Oと点Qを結ぶ線分は正確に頂点を通過することとなる。点Pと点Rについても同様であり、これらの線分を測定時のプローブ軌跡とすれば、正確な断面曲線が取得可能となる。このような階段状回折面の測定においては、角部およびスミ部のデータの鈍化が少ないことから、レーザープローブ式の非接触三次元測定装置を用いている。これは、被検面上にレーザービームをオートフォーカスし、その状態で走査することでオートフォーカスで生ずるレンズ変位をモニターし、被検面の座標取得を行うものである。この測定装置では、レーザー光路と同軸に配置されたCCDカメラによって、レーザースポットの披検面上での位置を画像で正確に確認することが出来る。この画像に2値化、重心演算等を行うことで、披検面に形成したマーカーにレーザースポットを正確に一致させることが可能となっている。
FIG. 5 explains that a line connecting the intersections of two opposing V grooves of the
図6はV溝の交点をより正確に特定するための手段を説明するものである。図6はV溝の交点PをCCDカメラで拡大観察したものである。溝深さ2μmで溝幅は4μmである。この幅をもったラインからその交点を正確に特定するために、画像処理を用いている。CCDカメラと同軸での照明を用いると、V溝部は未加工の平面に比べ反射光量が少ないため、視野内では黒色の十字線と認識される。V溝の開き角を90°では無く鈍角にしているため、反射光の低減が顕著となっている。この十字線を、交点特定のための画像処理領域45内で2値化し、その重心を求めることで、サブミクロンの分解能で交点を特定することが可能である。図5の点O〜Rは同処理によって求められたものである。
FIG. 6 illustrates a means for more accurately specifying the intersection of the V grooves. FIG. 6 is an enlarged view of the intersection P of the V-grooves with a CCD camera. The groove depth is 2 μm and the groove width is 4 μm. Image processing is used to accurately identify the intersection from the line having this width. When illumination coaxial with the CCD camera is used, the V-groove portion is recognized as a black crosshair in the field of view because the amount of reflected light is smaller than that of an unprocessed plane. Since the opening angle of the V groove is not 90 ° but an obtuse angle, the reduction of reflected light is remarkable. By binarizing the cross line in the
次に図7は同心楕円回折面を成形するための金型部材59と基準用V溝の形成手順を説明するものである。楕円回折パターンの最外周50の内側のハッチング部が光学的有効域であり、その外側は平面の光学的不用域である。この実施例では金型部材59は直方体となっている。
まず、同心円の金型部材のときと同様に金型部材59に階段状回折パターンを形成したのち、加工機から被加工物である金型部材59を着脱せずに同一の加工原点で楕円回折パターンと相似な円周方向V溝51を加工する。楕円の形状評価においては、計測用プローブ軌跡として楕円の中心を通過するだけではなく、長軸および短軸と平行であることが必要となる。そのため楕円回折パターン50と相似な円周方向V溝51と交差するV溝は、前後左右で各2本づつ形成している。
Next, FIG. 7 illustrates a procedure for forming a
First, after forming a step-like diffraction pattern on the
次に円の基準用V溝形成時と同様に工具(バイト16)の角部Kが楕円中心と一致するX座標に工具を移動させる。B軸の回転座標で、楕円短軸がZ軸と平行となる状態をB=0°に設定し、B軸0°で楕円短軸と平行なV溝52a,52cを刻印する、同様にB=90°でV溝52b,52d、B=180°でV溝53a,53c、B=270°でV溝53b,53dを刻印する。このときC軸スピンドル14による工具の姿勢変化によって生じた楕円中心からのズレ量がX1であり、この実施例においてはX1=Z1となっている。
次にV溝交点の中点である点Sおよび点Tを求め、それを結ぶことによって、楕円中心を通過しかつ短軸と平行な測定ラインを得ることができる。長軸方向についても同様に点Uと点Vを求め、それを結ぶことで測定ラインを得ることができる。
Next, the tool is moved to the X coordinate where the corner portion K of the tool (bite 16) coincides with the center of the ellipse in the same way as when the circular reference V groove is formed. In the rotational coordinates of the B axis, the state where the elliptical minor axis is parallel to the Z axis is set to B = 0 °, and the
Next, by obtaining a point S and a point T, which are the midpoints of the V-groove intersection, and connecting them, a measurement line passing through the center of the ellipse and parallel to the minor axis can be obtained. Similarly, the point U and the point V are obtained in the long axis direction, and a measurement line can be obtained by connecting the points.
なお、図8は、図7の他の実施例を示したものであり、図7で用いた円周方向のV溝51に代えて、楕円短軸や楕円長軸に平行な直線状のV溝61a,61b,61c,61dを形成したものである。
FIG. 8 shows another embodiment of FIG. 7. Instead of the
次に図9は直線回折面を有する光学素子の成形品79で基準用マークを形成した例である。上記の例と同様に回折パターン加工時と同じ加工基準と工具を用いて、回折パターン70と平行な外周部マーク71a,71b、回折パターン70と直交する外周部マーク72a,72b、73a,73b、74a,74bを形成している。回折部を挟んで対向する72a,72bを結んだ直線が測定ラインとなる。また、この実施例では3断面の取得を想定している。
Next, FIG. 9 shows an example in which a reference mark is formed by a molded
なお、図10は、図9に示した光学素子の成形品の基準用マークと直線回折面を成形するための金型部材89の一例を示したものであり、この金型は、前述の加工機のX軸テーブル11とZ軸スライド及びY軸スライド12を用いたX,Y,Z直線3軸スライドにより容易に加工することができる。
FIG. 10 shows an example of a mold member 89 for molding the reference mark and the linear diffraction surface of the molded product of the optical element shown in FIG. It can be easily processed by X, Y, Z linear three-axis slide using the X-axis table 11 and the Z-axis slide and Y-
以上説明したように、本発明の成形金型においては、回折面の外周の光学的に不要な領域にV溝を少なくとも2本以上交差させたパターン(マーク)を形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることにより、中心が平面となる階段状回折面をもつ光学素子またはその金型の形状計測を正確に行うことができ、より高い精度の回折光学素子を実現できる。また、生産時の検査に用いることが出来るため、検査時間の短縮によりその製造コストを低減することが可能である。 As described above, in the molding die of the present invention, a pattern (mark) in which at least two V grooves intersect each other in an optically unnecessary region on the outer periphery of the diffraction surface is formed, and the intersection is measured and By using it as a base point when processing a mold, it is possible to accurately measure the shape of an optical element having a stepped diffractive surface whose center is a flat surface or its mold, and to realize a diffractive optical element with higher accuracy. Moreover, since it can be used for the inspection at the time of production, it is possible to reduce the manufacturing cost by shortening the inspection time.
また、本発明の成形金型においては、回折面の外周の光学的に不要な領域に、稜線と平行なV溝、あるいは前記稜線と相似形状でかつ中心を共通とする円形状または楕円形状のV溝を有し、これと直交する直線のV溝を少なくとも2つ以上形成し、そのV溝の交点を計測および金型加工時の基点(マーク)として用いるので、光学面である回折パターンと平行または相似形状のマークとすることで、加工が容易、マークに必要な領域が小さく済む等のメリットがあり、マーク形成に関わるコストアップを極力小さくすること可能となる。 Further, in the molding die of the present invention, in the optically unnecessary area on the outer periphery of the diffraction surface, a V-groove parallel to the ridge line, or a circular or elliptical shape having a shape similar to the ridge line and having a common center. Since there are at least two straight V-grooves having V-grooves and perpendicular to the V-grooves, and the intersection of the V-grooves is used as a base point (mark) at the time of measurement and mold processing, a diffraction pattern as an optical surface By using parallel or similar marks, there are advantages such as easy processing and a small area required for the marks, and it is possible to minimize the cost increase associated with mark formation.
さらに本発明の成形金型においては、マークをV溝で作成することにより、回折部の加工に用いた工具(例えば単結晶ダイヤバイト16)がそのまま活用でき、作業時間の短縮ができ、工具付け替えによる位置決め誤差が出ないため、精度確保の面でも有利となる。また、マーク形成用の専用工具を準備する必要が無く、コスト面でも有利となる。さらには、2つのV溝の交点を画像処理することでV溝幅の1/10程度の位置決め分解能を得ることができる。 Furthermore, in the molding die of the present invention, by forming the mark with a V-groove, the tool (for example, single crystal diamond tool 16) used for processing the diffraction part can be used as it is, the working time can be shortened, and the tool can be changed This is advantageous in terms of ensuring accuracy. Further, it is not necessary to prepare a dedicated tool for forming a mark, which is advantageous in terms of cost. Furthermore, positioning resolution of about 1/10 of the V groove width can be obtained by image processing of the intersection of two V grooves.
さらにまた、本発明の成形金型においては、上記の構成に加えて、V溝形状は二つの斜面のなす角度が、回折面を形成する階段形状部の立ち壁根元の開き角θと同一で、該開き角θは92〜110度の鈍角であることにより、階段形状部の成形において光軸方向に成形品をイジェクトする場合、抜き勾配として作用し、離型時の変形を抑制することが出来る。またCCDカメラ画像によるV溝交点の特定において、V溝面での反射光量が90°の場合に比べて2面反射での戻り光がないため、より高いコントラストで溝形状を認識できる。 Furthermore, in the molding die of the present invention, in addition to the above-described configuration, the V-groove shape has the same angle between the two inclined surfaces as the opening angle θ of the standing wall root of the stepped portion that forms the diffraction surface. The opening angle θ is an obtuse angle of 92 to 110 degrees, so that when the molded product is ejected in the direction of the optical axis in forming the stepped portion, it acts as a draft and suppresses deformation at the time of mold release. I can do it. Further, in specifying the V-groove intersection point by the CCD camera image, since there is no return light due to two-surface reflection compared to the case where the amount of light reflected on the V-groove surface is 90 °, the groove shape can be recognized with higher contrast.
本発明では、以上に説明したような成形金型を用いて光学素子を成形するので、表面に微細な階段状パターンを有する回折光学素子等の光学素子を容易にかつ精度良く形成することができる。また、光学素子としては回折光学素子のみならず、被検面が不連続な変化をするため、計測ラインの位置決めをミクロン精度で正確に要求されるものについても活用することができる。例えば補間による座標推定が困難でかつ光学面のようにサブミクロンレベルの形状精度が要求されるものにも適用できる。 In the present invention, since the optical element is molded using the molding die as described above, an optical element such as a diffractive optical element having a fine stepped pattern on the surface can be easily and accurately formed. . Moreover, since not only a diffractive optical element but also a test surface changes discontinuously as an optical element, it is possible to use an optical element that requires accurate measurement line positioning with micron accuracy. For example, the present invention can also be applied to a case where coordinate estimation by interpolation is difficult and submicron level shape accuracy is required such as an optical surface.
以上の実施例に示したような回折パターンを有する回折光学素子は種々の光学装置に応用でき、スチールカメラ、ビデオカメラ、光学顕微鏡、望遠鏡等の種々の光学装置に利用することが可能である。また、本発明の光学素子は、光走査装置、画像表示装置、光ピックアップ装置等の光学系に用いるのに特に最適である。以下にその一例を示す。 The diffractive optical element having the diffraction pattern as shown in the above embodiments can be applied to various optical devices, and can be used for various optical devices such as a still camera, a video camera, an optical microscope, and a telescope. The optical element of the present invention is particularly suitable for use in an optical system such as an optical scanning device, an image display device, and an optical pickup device. An example is shown below.
図12は、本発明の光学素子を用いた光走査装置の一例を示す概略構成図である。図12において、半導体レーザ101から発射された光束104は、第1光学系のコリメートレンズ102とアパーチャ103を通過してビーム整形され、シリンドリカルレンズ105の作用により偏向手段であるポリゴンミラー106の偏向反射面上に(副走査方向に結像し、主走査方向に長い)線像として結像されたのち、ポリゴンミラー106で偏向走査される。ポリゴンミラー106で偏向走査された光束は、第2光学系107(第一走査レンズ107−1,第二走査レンズ107−2)により、像担持体である感光体ドラム108の被走査面上をビームスポットとして走査される。また、被走査面となる感光体ドラム108の表面と光学的に等価な位置に、同期検知用のビーム検出センサ109が配備されており、主走査方向のビーム走査の開始位置が検知される。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an example of an optical scanning device using the optical element of the present invention. In FIG. 12, a
このような構成の光走査装置100では、第1光学系のコリメートレンズ102やシリンドリカルレンズ105、あるいは第2光学系107の第一走査レンズ107−1や第二走査レンズ107−2に、前述の本発明の回折光学素子を用いることができ、鮮明な画像書き込みを行うことが可能となる。
In the
次に図13は、本発明の光学素子を用いた画像表示装置(プロジェクター)の一例を示す概略構成図である。この画像表示装置200は、図13に示すように、少なくとも、光を放出する光源(ランプ)201と、画素を形成させる空間光変調器(例えば液晶ライトバルブ)203と、前記光を空間光変調器203に均一照明させる照明光学系202と、空間光変調器203からの画像光をスクリーン206に投影するための投射レンズ205と、空間光変調器203と投射レンズ205の間に配置されて光路を偏向する光路偏向素子204とを配置した構成となっている。
Next, FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing an example of an image display device (projector) using the optical element of the present invention. As shown in FIG. 13, the
この画像表示装置200では、空間光変調器(液晶ライトバルブ)203に光路偏向素子(画素ずらし素子、ウォブリング素子、光路シフト素子などとも言う)204を組み合わせた構成であり、このように、空間光変調器203からの画像の光の光路を偏向させる(画素ずらし)ことが可能な光路偏向素子204を用いることにより、空間光変調器203の整数倍の解像度の画像をスクリーン206上に表示することができる。
なお、空間光変調器(液晶ライトバルブ)203としては、1つの液晶ライトバルブ上にR(赤),G(緑),B(青)の3色の画素を配置した単板式のものや、R,G,Bの各色の画像を個別に表示する液晶ライトバルブを重ね合わせた3板式のものなどが用いられ、カラー画像を表示することができる。
This
As the spatial light modulator (liquid crystal light valve) 203, a single plate type in which pixels of three colors R (red), G (green), and B (blue) are arranged on one liquid crystal light valve, A three-plate type in which liquid crystal light valves that individually display R, G, and B color images are superimposed is used, and a color image can be displayed.
このような構成の画像表示装置200では、照明光学系202に用いるレンズや回折光学素子、投射レンズ205等に、前述の本発明の回折光学素子を用いることができ、鮮明な画像表示を行うことが可能となる。
In the
次に図14は、本発明の光学素子を用いた光ピックアップ装置の一例を示す概略構成図である。図14において、光源(例えば半導体レーザー)301からの出射光はコリメートレンズ302により略平行光となり、偏光ビームスプリッタ303、1/4波長板304を通って対物レンズ305により記録媒体(例えば光ディスク)306に集光する。この光ディスク306からの反射光は対物レンズ305、1/4波長板304を通って光束分離手段である偏光ビームスプリッタ303により反射され、集光レンズ307により集束されて光検出器(受光素子)308上に照射される。
Next, FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing an example of an optical pickup device using the optical element of the present invention. In FIG. 14, light emitted from a light source (for example, a semiconductor laser) 301 becomes substantially parallel light by a
図14の構成では、対物レンズ305は光ディスク306に対して、その光軸方向及び光軸に直交する方向に可動する機構(集光スポットの位置制御機構(図示せず))を有する構成となっており、光ディスク306に対する集光スポットの相対位置を調節することにより、光ディスク306中の記録層に光源301からの光を変調して照射し、情報の記録を行い、また、光源301からの光を光ディスク306中の記録層に照射して、その反射光を光検出器308で検知することで情報を読み出すことができる。
In the configuration of FIG. 14, the
このような構成の光ピックアップ装置においては、コリメートレンズ302、対物レンズ305、集光レンズ307などに、前述の本発明の光学素子を用いることができ、高精度に情報の記録、再生を行うことが可能となる。
In the optical pickup device having such a configuration, the above-described optical element of the present invention can be used for the
1:外周部に測定基準マーカを形成した回折レンズ成形品
2a:半径方向マーカ(0°)
2b:半径方向マーカ(90°)
2c:半径方向マーカ(180°)
2d:半径方向マーカ(270°)
3:円周方向マーカ
5:同心円状回折面
7:回折領域外周の光学的不用領域
11:X軸テーブル
12::Z軸スライド及びY軸スライド
13:B軸テーブル
14:C軸スピンドル
16:単結晶ダイヤバイト(加工工具)
16a:ダイヤチップ
16b:シャンク
17:バイトホルダー
30:被加工物(金型部材)
32a:半径方向V溝(0°)
32b:半径方向V溝(90°)
32c:半径方向V溝(180°)
32d:半径方向V溝(270°)
33:円周方向V溝
35:回折パターン領域
36:回折パターンの中心
37:金型上の回折領域外周の光学的不用領域
42:回折パターンを通過し半径方向V溝に平行なライン
45:交点特定のための画像処理領域
50:楕円回折パターンの最外周
51:楕円回折パターンと相似な円周方向V溝
52a,52c:B軸0°で刻印した楕円短軸と平行なV溝
52b,52d:B軸90°で刻印した楕円長軸と平行なV溝
53a,53c:B軸180°で刻印した楕円短軸と平行なV溝
53b,53d::B軸270°で刻印した楕円短軸と平行なV溝
59:楕円パターンの回折レンズ成形用金型部材
61a,61c:長軸と平行な外周部V溝
61b,61d:長軸と平行な外周部V溝
70:直線パターンとなる階段状回折面
71a,71b:回折パターンと平行な外周部マーク
72a,72b,73a,73b,74a,74b:回折パターンと直交する外周部マーク
79:外周部に測定基準マークを形成した直線パターンの回折レンズ成形品
81a:回折パターンと平行な外周部V溝
82a,83a,84a:回折パターンと直交する外周部V溝
89:直線パターンの回折レンズ成形用金型部材
100:光走査装置
101:光源
102:コリメートレンズ
105:シリンドリカルレンズ
106:ポリゴンミラー(偏向手段)
107:第2光学系
107−1,107−2:走査レンズ
200:画像表示装置
202:照明光学系
203:空間光変調器
204:光路偏向素子
205:投射レンズ
300:光ピックアップ装置
301:光源
302:コリメートレンズ
303:偏光ビームスプリッタ
304:1/4波長板
305:対物レンズ
306:光ディスク
307:集光レンズ
308:光ディスク(光記録媒体)
1: Diffraction lens molded product with a measurement reference marker formed on the
2b: radial marker (90 °)
2c: radial marker (180 °)
2d: radial marker (270 °)
3: Circumferential marker 5: Concentric diffractive surface 7: Optically unnecessary area on the outer periphery of the diffraction area 11: X-axis table 12 :: Z-axis slide and Y-axis slide 13: B-axis table 14: C-axis spindle 16: Single Crystal diamond tool (machining tool)
16a:
32a: Radial V groove (0 °)
32b: Radial V groove (90 °)
32c: Radial direction V-groove (180 °)
32d: V-groove in the radial direction (270 °)
33: Circumferential V-groove 35: Diffraction pattern area 36: Center of diffraction pattern 37: Optically unnecessary area on the outer periphery of the diffraction area on the mold 42: Line passing through the diffraction pattern and parallel to the radial V-groove 45: Intersection Image processing area for identification 50: Outermost circumference of elliptical diffraction pattern 51: Circumferential V-groove 52a, 52c similar to elliptical diffraction pattern: V-groove 52b, 52d parallel to elliptical short axis imprinted at B-axis 0 ° : V-shaped groove 53a, 53c parallel to the elliptical long axis imprinted at B axis 90 ° 53: V-shaped groove 53b, 53d parallel to the elliptical short axis imprinted at 180 ° B-axis: Ellipse minor axis imprinted at 270 ° B-axis 59: Ellipse pattern diffractive lens molding die members 61a, 61c: Peripheral V-grooves parallel to the major axis 61b, 61d: Peripheral V-grooves parallel to the major axis 70: Stairs forming a linear pattern Diffractive surfaces 71a, 7 b: Peripheral part mark parallel to the diffraction pattern 72a, 72b, 73a, 73b, 74a, 74b: Peripheral part mark orthogonal to the diffraction pattern 79: Diffraction lens molded article with a linear pattern in which the measurement reference mark is formed on the outer peripheral part 81a: Peripheral V-grooves 82a, 83a, 84a parallel to the diffraction pattern: Peripheral V-grooves orthogonal to the diffraction pattern 89: Diffraction lens molding die member having a linear pattern 100: Optical scanning device 101: Light source 102: Collimating lens 105: Cylindrical lens 106: Polygon mirror (deflection means)
107: second optical system 107-1, 107-2: scanning lens 200: image display device 202: illumination optical system 203: spatial light modulator 204: optical path deflecting element 205: projection lens 300: optical pickup device 301: light source 302 : Collimating lens 303: Polarizing beam splitter 304: 1/4 wavelength plate 305: Objective lens 306: Optical disk 307: Condensing lens 308: Optical disk (optical recording medium)
Claims (14)
前記回折面の外周の光学的に不要な領域にV溝を少なくとも2本以上交差させたパターンを形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることを特徴とする成形金型。 In the molding die of the optical element of the diffraction pattern in which the cross section of the diffraction surface forms a stepped pattern, and the shape of the ridge line of the stepped portion viewed from the optical axis direction is a straight line, a circle or an ellipse,
A molding die characterized by forming a pattern in which at least two V-grooves intersect in an optically unnecessary region on the outer periphery of the diffraction surface, and using the intersection as a base point for measurement and mold processing.
前記回折面の外周の光学的に不要な領域に前記稜線と平行なV溝を有し、これと直交する直線のV溝を少なくとも2つ以上形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることを特徴とする成形金型。 In the molding die of the optical element of the diffraction pattern in which the cross section of the diffractive surface forms a stepped pattern, and the shape of the ridgeline of the stepped portion viewed from the optical axis direction is a straight line
An optically unnecessary region on the outer periphery of the diffractive surface has a V-groove parallel to the ridgeline, and at least two straight V-grooves orthogonal to the ridgeline are formed. A molding die characterized by being used as a base point.
略直交する複数のV溝は前記回折面を挟んで対向する2本1組の対であり、この対は一つの直線上に配置され、またその直線は回折面を形成する階段状の稜線と直交することを特徴とする成形金型。 The molding die according to claim 2,
A plurality of substantially perpendicular V-grooves are a pair of two pairs facing each other across the diffraction surface, and the pair is arranged on one straight line, and the straight line is a stepped ridge line forming the diffraction surface. Molding die characterized by being orthogonal.
前記回折面の外周の光学的に不要な領域に前記稜線と相似形状でかつ中心を共通とする円形状のV溝を有し、これと略直交する直線のV溝を少なくとも2つ以上形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることを特徴とする成形金型。 In the mold of the optical element of the diffraction pattern in which the cross section of the diffractive surface forms a stepped pattern, and the shape of the ridge line of the stepped portion viewed from the optical axis direction is a circle,
An optically unnecessary region on the outer periphery of the diffractive surface has a circular V-shaped groove that is similar to the ridgeline and has a common center, and at least two linear V-shaped grooves that are substantially orthogonal to the circular V-shaped groove are formed. A molding die characterized in that its intersection is used as a base point for measurement and die processing.
略直交する複数のV溝は円となる回折面を挟んで対向する2本1組の対であり、この対となる溝は互いに平行であることを特徴とする成形金型。 In the molding die according to claim 4,
A plurality of V-grooves which are substantially orthogonal to each other are a pair of two pairs facing each other across a circular diffraction surface, and the grooves forming the pair are parallel to each other.
前記回折面の外周の光学的に不要な領域に前記稜線と相似形状でかつ中心を共通とする楕円形状のV溝を有し、これと略直交する直線のV溝を少なくとも2つ以上形成し、その交点を計測および金型加工時の基点として用いることを特徴とする成形金型。 In the molding die of the optical element of the diffraction pattern in which the cross section of the diffractive surface forms a stepped pattern, and the shape of the ridge line of the stepped portion viewed from the optical axis direction is an ellipse,
An optically unnecessary region on the outer periphery of the diffractive surface has an elliptical V-shaped groove that is similar to the ridgeline and has a common center, and at least two linear V-shaped grooves that are substantially perpendicular to the elliptical V-shaped groove are formed. A molding die characterized in that its intersection is used as a base point for measurement and die processing.
略直交する複数のV溝は楕円となる回折面を挟んで対向する4本1組の対であり、この対となる溝は互いに平行であることを特徴とする成形金型。 In the molding die according to claim 6,
A plurality of V-grooves substantially orthogonal to each other are a pair of four pairs facing each other across an elliptical diffraction surface, and the pair of grooves are parallel to each other.
前記V溝形状は二つの斜面のなす角度が、前記回折面を形成する階段形状部の立ち壁根元の開き角θと同一で、該開き角θは92〜110度の鈍角であることを特徴とする成形金型。 In the molding die according to any one of claims 1 to 7,
In the V-groove shape, the angle formed by the two slopes is the same as the opening angle θ of the standing wall root of the stepped portion forming the diffraction surface, and the opening angle θ is an obtuse angle of 92 to 110 degrees. Molding mold.
複数の略直交するV溝は、回折面加工時の被加工物把持状態から、着脱無き状態で、回折面中央部と直交する軸周りの回転ステージを用い、90°単位での回転割り出しして刻印することを特徴とする成形金型の加工方法。 A method for processing a molding die according to any one of claims 3, 5, and 7,
A plurality of substantially perpendicular V-grooves are indexed in 90 ° increments using a rotary stage around the axis perpendicular to the center of the diffraction surface, without attaching / detaching, from the workpiece gripping state during diffraction surface processing. A method of processing a molding die characterized by engraving.
前記第1光学系あるいは前記第2光学系に、請求項10記載の光学素子を用いたことを特徴とする光走査装置。 A light source, a first optical system that collimates the light beam from the light source and converts it into a desired beam form, deflection means that deflects and scans the light beam from the first optical system, and a light beam deflected and scanned by the deflection means. In an optical scanning device including a second optical system that forms an image on a surface to be scanned,
An optical scanning device using the optical element according to claim 10 in the first optical system or the second optical system.
前記照明光学系を構成する光学素子、あるいは前記投射レンズに、請求項10記載の光学素子を用いたことを特徴とする画像表示装置。 In an image display device comprising a light source, an illumination optical system, an image display element, and a projection lens,
An image display device using the optical element according to claim 10 for an optical element constituting the illumination optical system or the projection lens.
前記コリメート光学系、対物レンズ、集光レンズの少なくとも1つに、請求項10記載の光学素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。 A light source, an optical system for collimating a light beam from the light source, an objective lens for condensing the collimated light beam on an optical recording medium, a condensing lens for condensing a reflected light beam from the optical recording medium, In an optical pickup device provided with a light receiving element that receives received light flux,
An optical pickup device using the optical element according to claim 10 for at least one of the collimating optical system, the objective lens, and the condenser lens.
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