JPS62238502A - グレ−テイングレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ；ざと明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、例えば光学的情報連理装置の対物レンズや
コリメータレンズ°として用いられるグレーティングレ
ンズに関する。

（従来の技術） 一般に、情報記録媒体例えば光ディスクから情報を読み
取る光学式ピックアップヘッドは、半導体レーザ等の光
源からの光ビームをコリメータレンズにより平行ビーム
に変換し、対物レンズにより光ディスクの情報記録面に
収束させ、微細なビット列を走査し、そこからの反射光
ビームを光検出器により検出するように構成されている
。このような光学式ピックアップヘッドにおいて最も重
要な部品は、光ビームを光ディスクの情報記録面上で直
径１〜２μｍ程度に絞り込むための対物レンズである。

従来、この対物レンズとしては、球面単レンズを複数枚
組合わけた複合レンズが用いられていた。

これはヒームスボッ１〜をレーリーの限界近くまで微小
に絞るために、球面収差ヤ）コマ収差、像面湾曲、歪曲
等の各種レンズ収差を極力無くすることが必要だからで
ある。しかしながら、複合レンズにＪ、つてもレンズ収
差を完全に零にすることは、不可能である。また、高性
能の複合レンズは、研磨、組立てＵＡ整が困難であり、
更に複数枚のガラスレンズを用いるために、その重四が
大きくなるという欠点があった。

このような問題を解決するために、対物レンズとして、
グレーティングレンズを用いることか提案されている。

このグレーティングレンズは回折格子の一種であって、
この回折格子は例えばガラス基板上に形成された、同心
円状をなしかつ周辺に行くに従ってピッチが徐々に狭く
なる不等間隔回折格子であるために、各部の回折角が少
しずつ異なる結果、格子ピッチを適当に設定することに
より、平行光ビームを一点に収束するレンズ作用を持つ
。グレーティングレンズの格子間隔は、使用する光ビー
ムの波長オーダであることが必要であるから、例えばガ
ラスＭ板上にレジストを塗布し、これを電子ヒーム描画
にＪ、ってパターニングすることか行なわれる。

ところで、このような電子ビーム描画によるグレーティ
ングレンズは、レジストによる不透明部分と透明部分と
を交互に配列して、光の回折現象のみを使用するため、
その回折効率が２０〜３０％と低い。このため、１次回
折光を光ビームスポットとして収束させようとする場合
、零次回折光がビーム収束点とその周辺を照らし、情報
の読取りに悪影響を与える。この理由により、実際のグ
レーティングレンズには回折効率を１００％に近くする
ため、その断面を鋸歯状に加工したブレーズを有するブ
レーズドグレーティングレンズか、あるいは１次回折光
ビームと大割光ビームとの光軸をずらせたオフアクシス
をのグレーティングレンズが考えられる。ところが、オ
フアクシス型のグレーティングレンズは、光学系の光軸
合せが非常に難しいにめ、ブレーズドグレーティングレ
ンズが実用としては最°し有用である。

第１０図はこのようなブレーズドグレーティングレンズ
の一例を示しＩ：ものである。このブレーズドグレーテ
ィングレンズは、例えばアクリル樹脂のような光学的に
透明な物質からなる基板１の一力の面に、断面が鋸歯状
をなす同心円状の不等間隔回折格子パターン（以下ブレ
ーズパターンと称する）Ｐを形成し、他方の面は平面１
ａを形成したもので、例えばプラスチック射出成形法に
より大郡に作成することが可能である。

（発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら光学的にサブミクロンオーダーの形状精度
（ブレーズの高さ、ピッチ、平面度など）が要求される
ブレーズドグレーティングレンズを射出成形法により作
成するためには種々の成形条件、例えば溶融プラスチッ
クの割出圧、射出速度、温度、さらには金型温度等を十
分にコントロールしなければならず、またロット毎にバ
ラツキ等もあるため検査工程に時間を必要とし、このた
めコスト高を招く原因となっていた。

さらに、射出成形においては、金型内に溶融プラスチッ
クを充填した後論ムＩｌ硬化づる過程において成形歪、
すなわち、ひけを伴うため、成形品の断面形状としては
前記不等間隔回折格子パターンが形成された面およびこ
の面に対向する面のいずれか一方、あるいはいずれも中
央部が凹んだ第１１図に示すような曲ｆｆ１１　ｂ、！
：なってしまうという問題もある。

この曲面の曲率の大小、つまり、ひげの量の大小はブレ
ーズパターンが形成される基板１の厚さＴによってほぼ
支配される。つまり、厚さを減少させれば基板自体の体
積も減少するので、ひけ量の絶対値は減少することにな
る。しかしながら、厚さを減少させることはレンズの機
能的強度不足、耐環境性等の信頼性低下を招くため好ま
しくない。

そしてこのようなひげが発生した状態で、レンズとして
機能させた場合、第１１図に矢印で示すように焦点が一
点に結ばなくなるため、設計に見合った焦点距離が得ら
れないばかりでなく、前記曲面の曲率が大となればなる
程焦点面において球面収ＸかＲ１し、ランス１１能を大
幅（こ劣化さＵる。

以上はひ（〕か曲面として発生する単紬な場合であるか
実際には祐１２図に示づようにレンズ中心Ｃに対して夛
１スー１象に歪む場合もあり、この場合は、焦点面にお
いて、前記球面収差に加え非点収差、コマ収に等も加わ
ることになり、レンズとしての機能を失うことになる。

この発明は上記事情に対処してなされたもので、同心円
状不等間隔回折格子が形成される基板のひけを光学的に
無視能とすることにより、ひけによるレンズ性能の劣化
が無いグレーテインクレンズを提供することを目的とす
る。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） アクリル樹脂のような光学的に透明なプラスチックによ
り形成された基板の第１の面および第２の面の少なくと
もいずれか一方の面上に硬化性樹脂からなる不等間隔回
折格子あるいは平面が形成されてなる事を１テ１１ｉ５
！とするグレーラ”イングレンズである。

（１′１用） 本弁明にａ３（１（は、４〕１ミクロン４ｃいしミク［
１ンΔ−ターのひ（〕か光佳しくいる光学的に透明なプ
ラスザック丼仮の曲面を、硬化後の屈折率かプラスブッ
ク基板の屈折率とほぼｒｉ５１胃な光硬化・ＩＩ　ｔｌ
ｊｊ脂により埋めるとともに、同心固状不等間隔回折、
＋８子あるいは平面化層の少なくともい覆れか一１ｙを
形成したので、プラスブック基板のひけによる光学的・
［１能の劣化を無く覆ることができる。

（〕ｉ、’　ｂｉρ１９す） 第１図おＪ、び第２図は、本発明の実廁例に係るグレー
ティングレンズの断面図あろうＱ＋１以下の実ｈ’ｒ例
にＪｊいＣ１第１０図ないし第１２図と共通する部分に
は同一符号を付して手抜する説明は省略する。第１図に
おいて、プラスブック割出成形）人（こＪ、り作成され
、リフミクロンないし、ミクロンオーターのひけかレン
ズ中心軸Ｃにλ１し大小の曲面として光１している光学
的に透明なプラスチック（例えばアクリル樹脂）基板１
の第１の主面２上には、硬化後の屈折率が基板１の屈折
率とほぼ等しい光硬化↑３６１脂からなる同心円状不等
間隔回折格子Ｐか形成されている。ここで、この不等間
隔回折格子Ｐの包絡線ｔユ直線となっている。

また第２の主面３上には、前記光硬化性樹脂による平面
化層により平面Ｆか形成されている。

第２図に示した例は、レンズセンターＣに対し前記ひ【
プが非対象に発生している光学的に透明なプラスチック
基板］を用いた場合であり、第１図に示した例と同様に
第１の主面２および第２の主面３上には、それぞれ光硬
化性樹脂４からなる前記不等間隔回折格子Ｐおよび平面
化層が形成されている。

以上の実り色例において使用される光硬化性樹脂の硬化
後の屈折率は例えばプラスチック基板の屈折率と少なく
とも１０−２オーダーで一致することが望ましい。

ここで、本発明の不等間隔回折格子Ｐ及び平面Ｆの形成
プロセスを第３図ないし第６図を用いて概説する。この
プロセスにおいては、まず第３図に示ηように、断面か
鋸歯状をな覆囲心円状の不等間隔回折格・〒パターンを
形成したスタンパ１０とプラスチック割出成形法により
作成されたプラスチック基板１及びオプチカルフラット
１１を用意覆る。次に第４図に示す様に、プラスチック
基板１とスタンパ１０及びオプチカルフラット１１の間
に液体状の光硬化性樹脂４をし充填する。続いて第５図
に示すように１１及びオプチカルフラット１１の間に液
体状の光硬化性樹脂４を充填する。続いて第５図に示す
ようにオプチカルフラット１１およびプラスデック基板
１を通して紫外線光源１２から紫外線１３を照射する。

光硬化性樹脂４が光架橋反応により硬化した後、第６図
に示すようにスタンパ１０およびオブチ・カルフラット
１１をプラスチック基板１から剥離する事により、プラ
スチック基板１に密着した不等間隔回折格子ＰＪｊよび
平面化層による平面Ｆが得られる。

これよりひ（）をｈ覆るプラスチック基板の１の凹部は
屈折率がほぼ等しい光硬化性樹脂４により埋められるた
め、光学的に見て、いり゛れの実施例も平行平面上に同
心円不等間隔回折格子Ｐが形成されていることと等価に
なり、ひ（）（こよる光学性能の劣化を無くしたグレー
ティングレンズを実現覆ることが可能となる。

第７図に示した実施例は、不等間隔回折格子か形成され
た面に対向した第２の主面３のみにひ（すが発生してい
る基板に適用した場合であり、第２の主面３上にのみ光
硬化性樹脂４からなる平面化図により平面Ｆが形成され
ている。また図示しないが、第１の主面が平面であり、
第２の主面にのみひけが発生している基板の場合には、
第２の主面上にのみ光硬化性樹脂による不等間隔回折格
子を形成すればよい。

第８図（ａ）、（ｂ）に示した実施例は、その外周に突
縁５を設けたプラスチック基板１を用いたものであり、
例えば光ピツクアップヘッドの光学部品として装置への
組立てを容易にしたものである。

第９図（ａ＞、（ｂ）に示した実施例は、プラスデック
基板１の第２の主面である平凸レンズ６を固着したもの
であり、＾い開口数を有するグレーティングレンズを実
現する際に好適な例である。

これらの実施例においても、プラスチック基板の屈折率
とほぼ同等となるよう、硬化後の屈折率か選定された光
硬化性樹脂４かひけによる凹部を埋めるため、ひけによ
る光学的性能の劣化が無いグレーティングレンズを実現
することができる。

３発明の効果］ プラスチック割出成形法により作成され、サブミクロン
オーダーのひけが発生している光学的に透明なプラスチ
ック基板の曲面を、硬化後の屈折率かプラスチック基板
の屈折率とほぼ同等な光硬化性樹脂により埋めることに
より同心円状不等間隔回折格子か形成され、プラスチッ
ク基板のひけによる光学的性能の劣化を無くしたグレー
ティングレンズを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第
７図、第８図（ａ）、くｂ）、第９図（ａ）、（ｂ）は
それぞれ本発明の実施例を示す断面図、第１０図はブレ
ーズドグレーティングレンズの一例を示す断面図、第１
１図および第１２図は従来の射出成形法によるグレーテ
ィングレンズの断面図である。 １・・・・・・・・・・・・プラスチック基板１ｂ・・
・・・・・・・曲　面 ２・・・・・・・・・・・・第１の主面３・・・・・・
・・・・・・第２の主 ４・・・・・・・・・・・・光硬化性樹脂５・・・・・
・・・・・・・突　縁 ６・・・・・・・・・・・・平凸レンズＰ・・・・・・
・・・・・・同心円状不等間隔回折格子出願人　　　　
　　　株式会社　東芝 代理人　　弁理士　　須　山　佐　− 第１図 Ｃ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 １７図 （ａ） Ｉｓ図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学的に透明な物質により形成された同心円状不
   等間隔回折格子を有するグレーティングレンズであって
   、グレーティングレンズは、光学的に透明な物質により
   形成された少なくとも第１の主面が非平面である基板と
   、前記非平面である主面上に形成された硬化性樹脂から
   なる同心円状不等間隔回折格子または平面化層の少なく
   ともいずれかひとつを有することを特徴とするグレーテ
   ィングレンズ。
2. （２）前記硬化性樹脂が紫外線硬化性樹脂である特許請
   求の範囲第１項記載のグレーティングレンズ。
3. （３）前記基板の外周に突縁が設けられている特許請求
   の範囲第１項または第２項記載のグレーティングレンズ
   。
4. （４）前記基板の第２の主面上に、硬化性樹脂を介して
   平凸レンズが固着されている特許請求の範囲囲第１項な
   いし第３項のいずれか１項記載のグレーティングレンズ
   。
5. （５）前記硬化性樹脂は硬化後の屈折率が前記基板の屈
   折率とほぼ同一とされている特許請求の範囲第１項ない
   し第４項のいずれか１項記載のグレーティングレンズ。
6. （６）前記基板は第１の主面および第２の主面がともに
   非平面であり、前記第１の主面上に硬化性樹脂からなる
   同心円状不等間隔回折格子が、また前記第２の主面上に
   硬化性樹脂からなる平面化層を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のグレーティングレンズ。
7. （７）前記同心円上状不等間隔回折格子は前記基板自身
   に形成され、前記基板の同心円状不等間隔回折格子が形
   成されていない方の主面上に硬化性樹脂からなる平面化
   層を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のグレーティングレンズ。
8. （８）前記基板の第１の主面が非平面であり、前記第１
   の主面上に硬化性樹脂からなる同心円状不等間隔回折格
   子を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項のグ
   レーティングレンズ。