JPWO2013039241A1 - 光学素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

製造治具等に関する情報を簡易に読み取ることができるように記録した光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。フランジ部12に文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2を設けているので、レンズ10を製造した際の製造治具等に関する情報を、文字マーキングM1等によって読み替え表等を用いることなく直接的に識別することが可能となる。これにより、その後のレンズ10の管理に際して識別性や作業性を高めることができる。また、光情報記録媒体である光ディスク側の最上面TP1に文字マーキングM1等を設けることで、文字マーキングM1等の検出や認識が比較的容易になる。

Description

本発明は、光ピックアップ装置に組み込まれる光学素子及びその製造方法等に関し、特に射出成形によって形成される樹脂製の光学素子及びその製造方法に関する。
従来から、光ピックアップ装置等に組み込まれる光学素子において、光学素子のフランジ部にマーキングを施し、そのマーキングにより、製造器具に関する履歴的な情報(具体的には、どの金型で製造したか、一度に複数のレンズを成形する場合、金型中のどのキャビティで成形したかという情報)を識別する手法が知られている(例えば特許文献1参照)。
上記特許文献1には、段差を有するフランジ部の低い面に半球状のマーキングを形成することが記載されている。
しかしながら、このような半球状の凸マーキング単独で製造治具等に関する履歴的な情報を識別することは容易でなく、マーキングの数を増やしたり、マーキング同士の相対位置及び角度を変えたりすることで、必要な情報を識別することが考えられる。この場合、個々の光学素子において、マーキングの個数や、マーキング同士の相対位置や角度を調べる必要があり、識別に手間がかかってしまう。つまり、識別に読み替え表等が必要で、識別の作業が煩雑となって、識別の作業性が低下する。
特開平11−16197号公報
本発明は、製造治具等に関する情報を簡易に読み取ることができるように記録した光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するため、本発明に係る光学素子は、光ピックアップ装置に組み込まれる光学素子であって、樹脂で形成され、光学機能部と、当該光学機能部の周囲に形成されたフランジ部とを有し、フランジ部の光情報記録媒体側の最上面に凸状の文字マーキングを設けている。ここで、文字マーキングとは、文字を構成要素とする識別情報であり、図形や記号も含めることができる。
上記光学素子によれば、フランジ部に文字マーキングを設けているので、光学素子を製造した際の製造治具等に関する情報を、文字マーキングによって読み替え表等を用いることなく直接的に識別することが可能となり、その後の管理に際して識別性や作業性を高めることができる。なお、文字マーキングを凸状とすることにより、金型の転写面に文字マーキングに対応する窪みを形成することで転写面を設けることができ、転写面の加工が容易である。また、光情報記録媒体側の最上面に文字マーキングを設けることで、文字マーキングの検出や認識が比較的容易になる。
本発明の具体的な態様又は側面では、上記光学素子において、凸状の文字マーキングの高さhが、0.003mm≦h≦0.020mmである。文字マーキングの高さを上記下限以上とすることにより、文字マーキングの視認性を確保しており、文字マーキングの高さを上記上限以下とすることにより、文字マーキングと光情報記録媒体等の他の部材が衝突しやすくなることを回避している。なお、光学素子が複数種類の光情報記録媒体に対して互換性を持たせた対物レンズである場合、全種類の光情報記録媒体に対してWD(ワーキングディスタンス)の確保が必要となり、例えばCD(Compact Disc)(基板厚1.2mm)のように基板厚が厚いものについてもWDを確保するために、上記のように文字マーキングの高さhを0.020mm以下とすることが望ましい。また、文字マーキングの高さhが0.010mm以下とすると、より確実にWDを確保できるため好ましい。
本発明の別の側面では、凸状の文字マーキングの構成要素が、1辺の長さがDの正方形領域内に収まる大きさであり、長さDが、0.05mm≦D≦0.30mmである。文字マーキングの構成要素を収める正方形領域を上記下限以上とすることにより、転写性を確保できる程度に文字のサイズを大きくして、文字等がきれいに転写されずに埋もれてしまう又はつぶれてしまうことを防止することができる。一方、文字マーキングの構成要素を収める正方形領域を上記上限以下とすることにより、フランジ部におけるスペース確保を容易にしている。
本発明のさらに別の側面では、フランジ部が、樹脂の導入跡であるゲート部の反対側に、ゲート識別用マーキングをさらに有する。この場合、成形時のゲートの位置を確実に識別することが可能となる。
本発明のさらに別の側面では、光学機能部が、第1光学面と、第1光学面の光情報記録媒体側に配置される第2光学面とを有し、フランジ部の光情報記録媒体側の最上面の方が、第2光学面の最上面よりも突出している。光学素子をトレー等の載置部材上に載置する際に、第2光学面を下向きにして置いても、フランジ部がガードとなって第2光学面が載置部材に接しないようにできるため、第2光学面に傷がつかない。これにより、第2光学面を下向きにして搬送又は保管することが可能となる。
本発明のさらに別の側面では、光学機能部が、第1光学面と、第1光学面の光情報記録媒体側に配置される第2光学面とを有し、第2光学面の最上面の方が、フランジ部の光情報記録媒体側の最上面よりも突出している。この場合、光学素子の光情報記録媒体側の突出量を機能的に必要な最小限に抑えることができ、光学素子が対物レンズである場合に、フランジ部についてWDを確保しやすくなる。
本発明のさらに別の側面では、第1光学面が、第2光学面よりも大きな曲率を有する。この場合、光学素子を装置へ取り付ける際に、基準面となる第1光学面側ではなく、第2光学面側に文字マーキングを形成できるので、光学素子の装置への取り付け精度を向上させることができる。
本発明のさらに別の側面では、ゲート識別用マーキングと、文字マーキングの最初の一文字目との相対位置が、90°である。この場合、金型へ文字マーキングに対応する溝加工を行う際に、加工の再現性や精度を高めることができ、文字マーキングの検出の信頼性も高めることができる。
本発明のさらに別の側面では、光学機能部の傾きを測定可能とする反射光を生じさせる鏡面部を有し、フランジ部の光情報記録媒体側の最上面は、鏡面部の外周にある。鏡面部によって光学機能部の傾きを測定する際に、測定用の反射光の低下を防止することができる。なお、鏡面部に半球状のマーキングをつけることは従来から知られているが、この場合、傾き測定時に反射光の強度が若干低下することが考えられる。まして、識別性を高めるために、文字マーキングにした場合には、さらなる強度の低下が考えられる。そこで、傾き測定用の鏡面部には、文字マーキングを設けずに、その外周に文字マーキングを設けることにより、反射光の低下を防止することを可能としている。また、レンズ設計の観点からは、光学機能部から離れるほど、文字マーキングをつけるためのスペースを確保しやすい。さらに、光学面からより離れたところにマーキングを設ける場合、金型へ文字マーキングに対応する溝を加工する際、光学面(光学機能部)への影響をより少なくすることができる。
本発明のさらに別の側面では、光学素子が光情報記録媒体に対向して配置される対物レンズである。
本発明のさらに別の側面では、光学素子が光源と対物レンズとの間に配置されるカップリングレンズである。
本発明のさらに別の側面では、光学素子がブルーレイディスク用の光ピックアップ装置に組み込まれる。
上記目的を達成するため、本発明に係る光学素子の製造方法は、光ピックアップ装置に組み込まれる光学素子を可動型及び固定型を有する射出成型装置を用いて成形する樹脂製の光学素子の製造方法であって、光学素子の光学機能部の周囲に形成されたフランジ部の光情報記録媒体側の最上面に文字状のマーキングを形成する工程を有し、文字状のマーキングが、可動型及び固定型のうちいずれか一方の転写によって形成される。ここで、文字状のマーキングは、文字、図形、記号等を構成要素とする識別情報であり、文字のみ以外にも図形や記号のみを構成要素とする場合も含む。
上記の製造方法によれば、フランジ部に文字状のマーキングを転写によって形成するので、光学素子を製造した際の型部品やその配置等に関する情報を、文字状のマーキングによって読み替え表等を用いることなく直接的に識別することが可能となり、その後の管理に際して識別性や作業性を高めることができる。なお、光情報記録媒体側の最上面に文字マーキングを設けることで、文字状のマーキングの検出や認識が比較的容易になる。
本発明の具体的な側面では、上記光学素子の製造方法において、文字状のマーキングが、可動型によって形成される。第1光学面が第2光学面に比較して大きな曲率で深い場合、例えば第1光学面を固定型側で形成すると、固定型から光学素子を離型する型開きの際、マーキングがなく第1光学面等に関して離型抵抗を小さくすることができる。また、可動型から光学素子を突き出し、光学素子を取り出す際に、離型抵抗の小さい第2光学面を突き出すことができるため、光学素子の変形が起こり難い。
本発明の別の側面では、可動型が、コア部と、コア部を周囲から保持する保持部とを有し、保持部の転写によって文字状のマーキングを形成する。この場合、文字状のマーキングを保持部で形成することになり、文字状のマーキングに対応する形状を可動型に形成する際に、光学機能部に対応するコア部への影響を少なくすることができる。なお、コア部と保持部との分割構造にすることにより、コア部を回転させて光学機能部の光学面を微調整することができる。
本発明のさらに別の側面では、固定型が、コア部と、コア部を周囲から保持する保持部とを有する。コア部と保持部との分割構造にすることにより、コア部を回転させて光学機能部の光学面を微調整することができる。
第1実施形態に係る光学素子の製造方法を実施するための成形金型を説明する側方断面図である。 図2Aは、光学素子を成形するための型空間を説明するための断面図であり、図2Bは、図2Aの第2金型側の転写面を見た平面図である。 図3Aは、光学素子であるレンズの断面図であり、図3Bは、文字マーキングの側方から見た拡大概念図である。 図4Aは、レンズの第1光学面からみた平面図であり、図4Bは、レンズの第2光学面からみた平面図である。 第1光路差付与構造の概念図である。 図1に示す成形金型を用いた成形方法を説明するフローチャートである。 光ピックアップ装置の構成の概念図である。 レンズの第1、第2、及び第3光路差付与構造を平板状素子に設けた場合の概念断面図である。 第2実施形態に係る光学素子を説明する図である。 第3実施形態に係る光学素子の製造方法で用いられる型空間及び光学素子を説明する図である。 第4実施形態に係る光学素子を説明する図である。 第5実施形態に係る光学素子を説明する図である。 図13A及び13Bは、図3A等に示す光学素子の変形例を説明する図である。
〔第1実施形態〕
A)金型及びレンズ
以下、本発明の第1実施形態に係る光学素子及び光学素子の製造方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の製造方法を実施するための射出成形装置100は、成形金型40を備え、成形金型40は、固定型である第1金型41と可動型である第2金型42とを備える。ここで、第2金型42は、開閉駆動装置79に駆動されてAB方向に往復移動可能になっている。第2金型42を第1金型41に向けて移動させ、両金型41,42をパーティング面PS1,PS2で型合わせして型締めすることにより、図2に部分的に拡大して示すように、光学素子としてのレンズ10を成形するための型空間CVと、これに樹脂を供給するための流路空間FCとが形成される。なお、型空間CVや流路空間FCは成形金型40内に複数個形成される場合もある。
図2Aに示すように、型空間CVは、第1及び第2転写面S1,S2に挟まれた本体空間CV1と、第3、第4、第5、及び第6転写面S3,S4,S5,S6に囲まれたフランジ空間CV2とを備える。ここで、本体空間CV1に臨む一対の対向する第1及び第2転写面S1,S2は、図3A、4A、及び4Bに拡大して示すレンズ10のうち中央の光学機能部11の第1及び第2光学面OS1,OS2を形成するための部分である。この場合、一方の第1転写面S1は、他方の第2転写面S2よりも深く曲率が大きくなっており、第1光学面OS1の微細構造FS又は微細形状を転写するための微細な凹凸パターンFPが設けられている。一方、フランジ空間CV2を囲む第3、第4、第5、及び第6転写面S3,S4,S5,S6は、レンズ10のうちフランジ部12を形成するための部分である。ここで、フランジ空間CV2に臨む第3、第4、及び第6転写面S3,S4,S6は、図3A等に拡大して示すレンズ10のうち第1、第2、及び第3フランジ面12a,12b,12cを形成するための部分である。また、フランジ空間CV2に臨む第5転写面S5は、レンズ10の外周側面SSを形成するための部分である。詳細は後述するが、図3A等に示すフランジ部12の第2フランジ面12bには、その最上面2bに凸状の文字マーキングM1とゲート識別用マーキングM2とが設けられている。この文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2を形成するために、第6転写面S6には、凹部MS1,MS2がそれぞれ設けられている。なお、流路空間FCは、図2A、3A等に示す成形品MPのうちランナー部RPを形成する空間として、ランナー部分RSを有しており、このランナー部分RSは、ゲート部分GSを介して型空間CVに連通している。このゲート部分GSの空間により、成形品MPにおいてレンズ10とランナー部RPとをつなぐゲート部GPが形成される。
図3A、4A、及び4B等に示す成形品MPのうち、本体であるレンズ10は、上述のように、光学的機能を有する光学機能部11と、光学機能部11の外縁から半径方向外側に設けられた略環状のフランジ部12とを備える。レンズ10は、第1光学面OS1側の突起が大きな肉厚型の光ピックアップ装置用の対物レンズである。また、レンズ10はプラスチックレンズである。本実施形態におけるプラスチック材料は、例えばシクロオレフィン樹脂であり、三井化学株式会社製の商品名APEL、日本ゼオン株式会社製の商品名ZEONEXを用いることができる。また、レンズ10は、レンズ10の軸上レンズ厚をd(mm)とし、500nm以下の波長の光束におけるレンズ10の焦点距離をf(mm)としたときに、0.8≦d/f≦2.0を満たすものとなっている。
光学機能部11において、第1光学面OS1は、多波長互換のため、回折構造の段差を有する微細構造FS(複数の段差からなる光路差付与構造)を有している。つまり、レンズ10は、短波長で高開口数の規格と、中波長で中程度の開口数の規格と、長波長で低開口数の規格とに対応する3波長互換光学素子であり、第1光学面OS1に設けた微細構造FSは、各波長に適合して集光を可能にする形状を有している。単玉のレンズ10において、図示の例では、光源側の非球面光学面に光軸OAを含む中央領域CNと、その周囲に配置された中間領域MDと、更にその周囲に配置された周辺領域OTとが、光軸OAを中心とする同心円状に形成されている。図示していないが、中央領域CNには第1光路差付与構造が形成され、中間領域MDには第2光路差付与構造が形成されている。また、周辺領域OTには、第3光路差付与構造が形成されている。本実施の形態では、第3光路差付与構造はブレーズ型の回折構造である。レンズ10の中央領域CNに形成された第1光路差付与構造は、図5に示すように、第1基礎構造と第2基礎構造とを重ね合わせた構造である。第1基礎構造は、第1基礎構造を通過した第1光束(第1の波長;例えば405nm)の1次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第1基礎構造を通過した第2光束(第2の波長;例えば658nm)の1次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第1基礎構造を通過した第3光束(第3の波長;例えば785nm)の1次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする。少なくとも中央領域CNの光軸OA付近に設けられる第1基礎構造は、その段差が光軸OAとは逆の方向を向いている。第2基礎構造は、第2基礎構造を通過した第1光束の2次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第2基礎構造を通過した第2光束の1次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第2基礎構造を通過した第3光束の1次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする。少なくとも中央領域CNの光軸OA付近に設けられる第2基礎構造は、その段差が光軸OAの方向を向いており、第1基礎構造と第2基礎構造において、入射する光束の波長がより長くなるよう変化した場合には球面収差が補正不足方向に変化する。なお、レンズ10は、例えば波長405nmで開口数(NA)0.85のBD(Blu-ray Disc)にのみ対応するレンズとしてもよい。
光学機能部11において、一方の第1光学面OS1は、レーザー光源側に配置されるものであり、光情報記録媒体である光ディスク側に配置される他方の第2光学面OS2よりも大きく突出し曲率が大きくなっている。さらに、第1光学面OS1の曲率が極めて大きいため、レンズ10は、中心部で肉厚が極めて大きく、偏肉比p(最厚部の厚み÷最薄部の厚み)が大きくなっている。
図示を省略するが、レンズ10の光源側の第1光学面OS1には、3層の反射防止膜が設けられている。この反射防止膜は、真空蒸着法を用いて設ける。第1光学面OS1上の反射防止膜の材料は、例えばSiO、ZrO等を用いる。また、レンズ10の光ディスク側の第2光学面OS2には、7層の反射防止膜が設けられている。反射防止膜は、この真空蒸着法を用いて設ける。第2光学面OS2上の反射防止膜の材料は、例えばSiO、ZrO、SiOとAlとの混合材料等を用いる。
フランジ部12は、第1光学面OS1側に光軸OAに垂直な方向に延びる第1フランジ面12aと、第2光学面OS2側に光軸OAに垂直な方向に延びる第2フランジ面12b、第3フランジ面12cとを有する。第3フランジ面12cは、第2光学面OS2に隣接して延びており、アライメント用の端面としての鏡面となっている。第2フランジ面12bは、第3フランジ面12cの外周に設けられている。フランジ部12は、第2フランジ面12b側に段差構造b2を有する。段差構造b2は、レンズ10の外側の段差がレンズ10の中心側の段差よりも情報記録媒体側に向かって高くなっている。第2金型42の保持部74bの内側には、段差構造b2を形成するための段差状の凸転写面S22が設けられている。レンズ10が段差構造b2を有することにより、第2フランジ面12b側に第2コア部74aと保持部74bとの境界によるバリが生じても、バリを段差構造b2で形成される空間に収めることができる。これにより、成形時にバリの長さがばらつくことにより情報記録媒体とレンズ10との間の距離(WD:ワーキングディスタンス)が変化することを防止することができる。レンズ10の成形時には、フランジ部12の外周側面SSの一部にゲート部GPが形成されるが、成形金型40から取り出した後の仕上げ処理によって除去される。本実施形態の場合、ゲート部GPに延びるレンズ10の半径方向に垂直な方向に、フランジ部12の一部を含んでゲート部GPが直線状に切断されている。なお、この切断形状は、通常Dカット形状と呼ばれる。
第2光学面OS2の最上面TP2は、フランジ部12のうち光ディスク側の第2フランジ面12bの段差構造b2の最上面TP1よりも突出している。これにより、レンズ10の光ディスク側の突出量を機能的に必要な最小限に抑えることができ、レンズ10が対物レンズである場合に、フランジ部12についてWDを確保しやすくなる。
既に説明したように、第2フランジ面12bの段差構造b2の最上面TP1には、凸状の文字マーキングM1と半球状のゲート識別用マーキングM2とが設けられている。文字マーキングM1は、レンズ10を製造した際の製造治具等に関する情報を識別するためのものである。一方、ゲート識別用マーキングM2は、成形時のゲート部GPの位置を識別するためのものである。文字マーキングM1は、ゲート部GPを基準に反時計まわりに90°の位置に設けられている。ゲート識別用マーキングM2は、ゲート部GPの反対側の位置に設けられている。ゲート識別用マーキングM2と、文字マーキングM1の最初の一文字目との相対位置は、90°となっている。これは、第2金型42へ文字マーキングM1に対応する溝加工を行う際に、加工の再現性や精度を高め、文字マーキングM1の検出の信頼性を高めるためである。
図3A及び3Bに示すように、文字マーキングM1の高さh1及びゲート識別用マーキングM2の高さh2は、それぞれ0.003mm以上0.020mm以下となっている。文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2の高さh1,h2を上記下限以上とすることにより、文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2の視認性を確保している。また、文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2の高さh1,h2を上記上限以下とすることにより、文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2と光ディスク等の他の部材が衝突しやすくなることを回避している。なお、レンズ10が複数種類の光情報記録媒体に対して互換性を持たせた対物レンズである場合、全種類の光情報記録媒体に対してWD(ワーキングディスタンス)の確保が必要となり、例えばCD(基板厚1.2mm)のように基板厚が厚いものについてもWDを確保するために、上記のように文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2の高さh1,h2を0.020mm以下とすることが望ましい。より確実にWDを確保するためには、文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2の高さh1,h2を0.010mm以下とすることがより望ましい。
図4Bに示すように、文字マーキングM1は、例えば4つの文字部J1,J2,J3,J4の構成要素を有する。文字部J1,J2,J3,J4は、ゲート部GPから反時計回りに90°の位置を起点として、最初の一文字目である文字部J1から順に第2フランジ面12bの円弧上に並んでいる。文字部J1,J2,J3,J4は、1辺の長さDの正方形領域内に収まる大きさとなっている。具体的には、長さDは、0.05mm以上0.30mm以下となっている。文字部J1,J2,J3,J4を収める正方形領域を上記下限以上とすることにより、転写性を確保できる程度に文字部J1,J2,J3,J4のサイズを大きくして、文字部J1,J2,J3,J4がきれいに転写されずに埋もれてしまう又はつぶれてしまうことを防止することができる。一方、文字部J1,J2,J3,J4を収める正方形領域を上記上限以下とすることにより、フランジ部12におけるスペース確保を容易にしている。また、各文字ごとの間隔は密集している方が視認性がよくなるため好ましいが、それぞれの文字の間隔が大きく開いていてもよい。
図1に戻って、固定側の第1金型41は、図2に示す型空間CVを第1金型41から形成する中心部としての第1コア部64aと、第1コア部64aの周囲に設けられる周辺部としての保持部64bと、第1コア部64aや保持部64bを背後から支持する受板64cとを備える。ここで、第1コア部64aは、保持部64bに形成された貫通孔64g中に組み込まれて不図示のボルトで固定されている。第1コア部64aの先端面は、主要な部分がレンズ10の第1光学面OS1を形成するための第1転写面S1となっている。そのため、第1転写面S1を有する第1コア部64aの周りに第3転写面S3を有する保持部64bが配置されることで、第1コア部64aの外縁部が、本体空間CV1とフランジ空間CV2との境界に食い込んだ状態となっている。なお、保持部64bの端面64eには、図3に示す成形品MPのランナー部RP等となるべき凹部が形成されている。
可動側の第2金型42は、図2Aに示す型空間CVを第2金型42から形成する中心部としての第2コア部74aと、第2コア部74aの周囲に設けられる周辺部としての保持部74bと、第2コア部74aや保持部74bを背後から支持する受板74cと、成形品MPのランナー部RP等を突き出して離型するための突出部材74pと、第2コア部74a及び突出部材74pを背後から押す可動ロッド75,76と、可動ロッド75,76を軸AX方向に進退移動させる進退機構部78とを備える。
第2コア部74aは、保持部74bに形成された貫通孔74g中に軸AX方向に沿って進退移動可能に組み込まれている。突出部材74pも、保持部74bに形成された貫通孔74h中に軸AX方向に沿って進退移動可能に組み込まれている。ここで、第2コア部74aは、バネ74sによって一定以上の力で後方に付勢されている。つまり、第2コア部74aは、前進する可動ロッド75に駆動されて第1金型41側に前進し、可動ロッド75の後退に伴って伸張するバネ74sに従って自動的に後退して元の位置に復帰する。また、突出部材74pは、可動ロッド76に駆動されて第1金型41側に前進し、型閉じの際に後述する第1金型41側の保持部64bによる外力や、樹脂流入時の樹脂圧力により後退して元の位置に復帰する。また、第2コア部74aと同様に、突出部材74pにもバネを用いることで自動的に後退して元の位置に復帰するようにしてもよい。なお、保持部74bの端面74eには、図3Aに示す成形品MPのランナー部RP等となるべき凹部が形成されている。
なお、曲率の比較的大きい第1光学面OS1を固定側の金型で成形する場合、第1及び第2金型41,42の型開きの際に軸ずれによる光学面の変形が生じやすくなる可能性があるが、例えば実開平7−9945号公報に開示されるように型板にテーパーピンやテーパーブロックを使用することで解決可能である。
B)レンズの製造方法
図6は、図1に示す成形金型40を用いた光学素子の製造方法を概念的に説明するフローチャートである。
まず、第1及び第2金型41,42を作製する(ステップS11)。第2金型42の保持部74bの凸転写面S22に文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2を形成するための凹部MS1,MS2を形成する。つまり、文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2は、可動型である第2金型42によって形成される。凹部MS1,MS2の加工は、例えばレーザーマーカー、放電加工等によって行われる。なお、レーザーマーカーで加工した方が、マーキングの凸量が小さく認識しやすい。
次に、第1及び第2金型41,42を射出成形装置100に取り付け、開閉駆動装置79を動作させ、第2金型42を第1金型41に向けて相対的に前進させることで型閉じを開始させる(ステップS12)。なお、両金型41,42の表面は、成形に適する温度まで加熱されている。
開閉駆動装置79の閉動作を継続することにより、第1金型41と第2金型42とが接触する型当たり位置まで移動して型閉じが完了し、開閉駆動装置79の閉動作をさらに継続することにより、第1金型41と第2金型42とを必要な圧力で締め付ける型締めが行われる(ステップS13)。
次に、不図示の真空装置を動作させて、型締めされた第1金型41と第2金型42との間の型空間CV内を真空引きする(ステップS14)。これにより、型空間CVは適度に減圧された状態となり、比較的曲率の大きい第1転写面S1にも溶融樹脂が確実に充填される。
次に、不図示の射出装置を動作させて、型空間CV中に、必要な圧力で溶融樹脂を注入する射出を行わせる(ステップS15)。そして、射出装置は、型空間CV中の樹脂圧を保つ。
溶融樹脂を型空間CVに導入した後、型空間CV中の溶融樹脂が放熱によって徐々に冷却されるので、かかる冷却にともなって溶融樹脂が固化し成形が完了するのを待つ(ステップS16)。
次に、開閉駆動装置79を動作させて、第2金型42を相対的に後退させる型開きが行われる(ステップS17)。第2金型42の後退に伴って第1金型41と第2金型42とが離間する。この結果、成形品MPすなわちレンズ10は、第2金型42側に残る。つまり、レンズ10は、可動側の第2金型42に埋め込むように保持された状態で第1金型41から離型される。
次に、進退機構部78を動作させて、可動ロッド75,76により、第2金型42に残った成形品MPを第1金型41側に突き出す(ステップS18)。これにより、成形品MPの離型が行われる。この際、レンズ10は保持部74bから完全に押し出された状態となっている。
この状態で、不図示の取出装置を動作させて、成形品MPを第2金型42から離間させるとともに外部に搬出する(ステップS19)。成形品MPを搬送する際には、成形品MPのうち本体のレンズ10を除いた部分を把持する。この際、レンズ10の第2光学面OS2の曲率が小さく面深さが比較的浅いため、第2コア部74aの第2転写面S2への第2光学面OS2の張り付き力は比較的小さい。よって成形品MPを第2コア部74aから外しやすいので、レンズ10外周の一部に偏った力が加えられることを防止できる。
C)光ピックアップ装置
以下、図7を参照しつつ、レンズ10を組み込んだ光ピックアップ装置PU1の構成について説明する。かかる光ピックアップ装置PU1は、光情報記録再生装置に搭載できる。ここで、レンズ10は、例えば異なる光ディスクであるBDとDVD(Digital Versatile Disc)とCDに対して適切に情報の記録及び/又は再生を行うことができる対物レンズである。
光ピックアップ装置PU1は、レンズ10と、λ/4波長板QWPと、コリメートレンズCOLと、偏光ビームスプリッタBSと、ダイクロイックプリズムDPと,BDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され波長λ1=405nmのレーザー光束(第1光束)を射出する第1半導体レーザーLD1(第1光源)、DVDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され波長λ2=660nmのレーザー光束(第2光束)を射出する第2半導体レーザーLD2(第2光源)、及びCDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され波長λ3=785nmのレーザー光束(第3光束)を射出する第3半導体レーザーLD3を一体化したレーザーユニットLDPと、センサーレンズSENと、光検出器としての受光素子PD等を有する。
青紫色半導体レーザーLD1から射出された第1光束(λ1=405nm)の発散光束は、実線で示すように、ダイクロイックプリズムDPを通過し、偏光ビームスプリッタBSを通過した後、コリメートレンズCOLを通過して平行光となり、λ/4波長板QWPにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、レンズ10に入射する。ここで、レンズ10の中央領域と中間領域と周辺領域により集光された光束は、保護基板PL1を介して、BDの情報記録面RL1上に形成されるスポットとなる。
情報記録面RL1上で情報ピットにより変調された反射光束は、再びレンズ10、不図示の絞りを透過した後、λ/4波長板QWPにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズCOLにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタBSで反射され、センサーレンズSENを介して受光素子PDの受光面上に収束する。そして、受光素子PDの出力信号を用いて、2軸アクチュエーターAC1によりレンズ10をフォーカシングやトラッキングさせることで、BDに記録された情報を読み取ることができる。ここで、第1光束に波長変動が生じた場合や、複数の情報記録層を有するBDの記録/再生を行う場合、波長変動や異なる情報記録層に起因して発生する球面収差を、倍率変更手段としてのコリメートレンズCOLを光軸OA方向に変化させて、レンズ10に入射する光束の発散角又は収束角を変更することで補正できるようになっている。
レーザーユニットLDPの半導体レーザーLD2から射出された第2光束(λ2=660nm)の発散光束は、点線で示すように、ダイクロイックプリズムDPで反射され、偏光ビームスプリッタBS、コリメートレンズCOLを通過し、λ/4波長板QWPにより直線偏光から円偏光に変換され、レンズ10に入射する。ここで、レンズ10の中央領域と中間領域により集光された(周辺領域を通過した光束はフレアー化され、スポット周辺部を形成する)光束は、保護基板PL2を介して、DVDの情報記録面RL2に形成されるスポットとなり、スポット中心部を形成する。
情報記録面RL2上で情報ピットにより変調された反射光束は、再びレンズ10を透過した後、λ/4波長板QWPにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズCOLにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタBSで反射され、センサーレンズSENを介して受光素子PDの受光面上に収束する。そして、受光素子PDの出力信号を用いてDVDに記録された情報を読み取ることができる。
レーザーユニットLDPの半導体レーザーLD3から射出された第3光束(λ3=785nm)の発散光束は、一点鎖線で示すように、ダイクロイックプリズムDPで反射され、偏光ビームスプリッタBS、コリメートレンズCOLを通過し、λ/4波長板QWPにより直線偏光から円偏光に変換され、レンズ10に入射する。ここで、レンズ10の中央領域により集光された(中間領域及び周辺領域を通過した光束はフレアー化され、スポット周辺部を形成する)光束は、保護基板PL3を介して、CDの情報記録面RL3上に形成されるスポットとなる。
情報記録面RL3上で情報ピットにより変調された反射光束は、再びレンズ10を透過した後、λ/4波長板QWPにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズCOLにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタBSで反射され、センサーレンズSENを介して受光素子PDの受光面上に収束する。そして、受光素子PDの出力信号を用いてCDに記録された情報を読み取ることができる。
以上説明した本実施形態の光学素子及び光学素子の製造方法によれば、フランジ部12に文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2を設けているので、レンズ10を製造した際の製造治具等に関する情報を、文字マーキングM1等によって読み替え表等を用いることなく直接的に識別することが可能となる。これにより、その後のレンズ10の管理に際して識別性や作業性を高めることができる。なお、文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2を凸状とすることにより、第2金型42の凸転写面S22に文字マーキングM1等に対応する窪み(凹部MS1,MS2)を形成することで転写面を設けることができ、転写面の加工が容易である。また、光情報記録媒体である光ディスク側の最上面TP1に文字マーキングM1等を設けることで、文字マーキングM1等の検出や認識が比較的容易になる。
また、光学機能部11の傾きをフランジ部12の最上面TP1が鏡面部である第3フランジ面12cの外周に設けられていることにより、鏡面部によって光学機能部11の傾きを測定する際に、測定用の反射光の低下を防止することができる。また、傾き測定用の第3フランジ面12cには、文字マーキングM1等を設けずに、その外周に文字マーキングM1等を設けることにより、反射光の低下を防止することを可能としている。また、レンズ設計の観点からは、光学機能部11から離れるほど、文字マーキングM1等をつけるためのスペースを確保しやすい。さらに、第2光学面OS2からより離れたところに文字マーキングM1等を設ける場合、第2金型42へ文字マーキングM1等に対応する溝を加工する際、第2光学面OS2(光学機能部11)への影響をより少なくすることができる。
〔実施例1〕
以下、上述した実施形態のレンズ10の光学面の実施例について説明する。なお、これ以降(表のレンズデータ含む)において、10のべき乗数(例えば、2.5×10-3)を、E(例えば、2.5×E−3)を用いて表す場合がある。また、対物レンズの光学面は、それぞれ数1式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸OAの周りに軸対称な非球面に形成されている。
〔数1〕
Figure 2013039241
ここで、X(h)は光軸方向の軸(光の進行方向を正とする)、κは円錐係数、Aiは非球面係数、hは光軸からの高さ、rは近軸曲率半径である。
また、回折構造を用いた実施例の場合、その回折構造により各波長の光束に対して与えられる光路差は、数2式の光路差関数に、表に示す係数を代入した数式で規定される。
〔数2〕
Figure 2013039241
なお、hは光軸からの高さ、λは入射光束の波長、mは回折次数、B2iは光路差関数の係数である。
実施例1のレンズ10の第1光路差付与構造を、図5を参照して説明する(図5は実施例1の実際の形状とは異なり、あくまでも概念図である)。実施例1の第1光路差付与構造は、中央領域の全領域において、(2/1/1)のブレーズ型の回折構造である第2基礎構造BS2に、(1/1/1)のブレーズ型の回折構造である第1基礎構造BS1が重ね合わされた光路差付与構造となっている。また、第2基礎構造BS2の段差は光軸OAの方向を向いており、第1基礎構造BS1の段差は光軸OAとは逆の方向を向いている。さらに、第1基礎構造BS1の平均ピッチが、第2基礎構造BS2の平均ピッチに比べて小さく、第1基礎構造の光軸OAとは逆の方向を向いている段差の数が、第2基礎構造の光軸OAの方向を向いている段差の数に比べて多い。第1基礎構造BS1と第2基礎構造BS2において、入射する光束の波長がより長くなるよう変化した場合には球面収差が補正不足方向に変化する。
また、実施例1の第2光路差付与構造は、中間領域の全領域において、第1基礎構造と同じ第3基礎構造と、第2基礎構造と同じ第4基礎構造とを重ねあわせた構造となっている。第3基礎構造の段差は光軸OAと逆の方を向いており、第4基礎構造の段差は光軸OAの方を向いている。第3基礎構造と第4基礎構造において、第3基礎構造は、入射する光束の波長がより長くなるよう変化した場合には球面収差が補正過剰方向に変化し、第4基礎構造は、入射する光束の波長がより長くなるように変化した場合に球面収差が補正不足に変化する。
実施例1の第3光路差付与構造は、第5基礎構造のみからなっている。第5基礎構造は、第5基礎構造を通過した第1光束の2次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第5基礎構造を通過した第2光束の1次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第5基礎構造を通過した第3光束の1次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくするブレーズ型の回折構造である。
表1に実施例1のレンズデータを示す。表1において、「ri」は、曲率半径を示し、「di」は、次の面との間隔を表している。また、「ni」は、レンズ材料の屈折率を示す。
〔表1〕
Figure 2013039241
更に、実施例1のレンズデータに基づいて、実際の対物レンズの形状を設計した。当該実形状データを表2、表3に示す。表2、3に示されるデータを、数3式で示される数式に代入することにより、各輪帯の実形状データが得られる。
〔数3〕
Figure 2013039241
hは、光軸直交方向の光軸からの高さを表す。Aiは、非球面係数を示す。
〔表2〕
Figure 2013039241
〔表3〕
Figure 2013039241
表2、3からわかるように、本実施例において、第1輪帯から第104輪帯までが中央領域であり、第105輪帯から第160輪帯までが中間領域であり、第161輪帯から第181輪帯までが周辺領域である。
さらに、実施例1の第1光路差付与構造、第2光路差付与構造、第3光路差付与構造を、平板状素子に設けた場合の概念断面図を、図8として示す。なお、実際は、光路差付与構造の段差面は光軸OAに対して斜めとなっているが、図8においては便宜上光軸OAに平行な方向として配置されている。第1光路差付与構造が設けられた中央領域がCNで示された領域であり、第2光路差付与構造が設けられた中間領域がMDで示された領域であり、第3光路差付与構造が設けられた周辺領域がOTで示された領域である。
次に、実施例1の反射防止膜について説明する。レンズ10のレーザー光源側の第1光学面OS1には、以下の表4に示す3層の反射防止膜が設けられている。反射防止膜は、真空蒸着法を用いて設ける。
〔表4〕
Figure 2013039241
また、レンズ10の光ディスク側の第2光学面OS2には、以下の表3に示す7層の反射防止膜が設けられている。反射防止膜は、真空蒸着法を用いて設ける。なお、表5中のL5とは、SiOとAlの混合材料であり、SiO:Al=90〜99:1〜10の混合比となっている。
〔表5〕
Figure 2013039241
以下、上述した実施形態のレンズ10の寸法等の実施例について説明する。
図3Aに示すレンズ10の外径の直径g1は5mmであり、光学機能部11の軸上厚さg2は2.67mmとなっている。また、レンズ10の第1光学面OS1の面深さg3は1.930mmであり、第1光学面OS1の面径g4は4.015mmであり、第1光学面OS1の有効径g5は3.850mmとなっている。また、レンズ10の第2光学面OS2の面深さg6は0.087mmであり、第2光学面OS2の面径g7は3.033mmであり、第2光学面OS2の有効径g8は2.851mmとなっている。ここで、面径とは、光学面の直径のことをいい、有効径とは、光学面において光束が通過する部分の直径のことをいう。また、レンズ10のフランジ部12の光軸OA方向に平行な厚さg9は0.77mmであり、第1フランジ面12aのレンズ半径方向の幅g10は0.985mmであり、第2フランジ面12bのレンズ半径方向の幅g11は1.967mmとなっている。また、フランジ部12の最も薄い部分の厚さg12はで0.653mmあり、第2フランジ面12bの最上面TP1から第2光学面OS2の最上面TP2までの距離g13は0.03mmとなっている。また、アライメント用の端面12cの幅g14は0.082mmとなっている。また、文字マーキングM1及びゲート識別用マーキングM2の高さh1,h2は、0.010mmとなっている。図4Bに示すように、文字マーキングM1の構成要素である文字部J1,J2,J3,J4の正方形領域の1辺の長さDは、0.15mmとなっている。また、ゲートカット量d1は0.14mmとなっている。なお、ゲートカット量d1は、フランジ部12の一部を光軸OA方向から見たゲート部GPに延びるゲート軸方向に垂直に切除した部分のゲート軸方向の長さである。
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係る光学素子及び光学素子の製造方法について説明する。なお、第2実施形態に係る光学素子及び光学素子の製造方法は、第1実施形態を変形したものであり、特に説明しない部分については、第1実施形態と同様であるものとする。
図9に示すように、フランジ部12のうち光ディスク側の第2フランジ面12bの段差構造b2の最上面TP1は、第2光学面OS2の最上面TP2よりも突出している。第2フランジ面12bが第2光学面OS2の最上面TP2よりも突出していることにより、レンズ10をトレー等の載置部材上に載置する際に、第2光学面OS2を下向きにして置いても、フランジ部12がガードとなって第2光学面OS2が載置部材に接しないようにでき、第2光学面OS2に傷がつかない。
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態に係る光学素子及び光学素子の製造方法について説明する。なお、第3実施形態に係る光学素子及び光学素子の製造方法は、第1実施形態を変形したものであり、特に説明しない部分については、第1実施形態と同様であるものとする。
図10に示すように、本実施形態において、第1実施形態における第1及び第2金型41,42が逆に配置されている。つまり、第1金型41が可動型となっており、第2金型42が固定型となっている。
〔第4実施形態〕
以下、第4実施形態に係る光学素子について説明する。なお、第4実施形態に係る光学素子は、第1実施形態を変形したものであり、特に説明しない部分については、第1実施形態と同様であるものとする。
図11に示すように、レンズ10において、フランジ部12の局所部分をえぐるようにゲート部GPが切断されている。なお、この切断形状は、通常Uカット形状と呼ばれる。
〔第5実施形態〕
以下、第5実施形態に係る光学素子について説明する。なお、第5実施形態に係る光学素子は、第4実施形態を変形したものであり、特に説明しない部分については、第4実施形態と同様であるものとする。
図12に示すように、レンズ10において、ゲート部GP付近のフランジ部12の一部をその外周に沿って切断されている。さらに、フランジ部12の局所部分をえぐるようにゲート部GPが切断されている。
以下、図12に示すレンズ10の寸法等について説明する。レンズ10において、例えばゲートカット量d1は0.2mmであり、円弧カット量d2は0.08mm以下であり、全カット範囲d3は1.2mm以上2mm以下となっている。なお、ゲートカット量d1は、レンズ10の外径からフランジ部12の局所部分をえぐった最も深い部分までの光軸OA方向から見たゲート部GPに延びるゲート軸方向の長さである。また、円弧カット量d2は、フランジ部12をその外周に沿って切除した部分のゲート軸方向の長さである。また、全カット範囲d3は、フランジ部12の一部をその外周に沿って切除した部分のゲート軸方向に垂直な方向の長さである。
以上、実施形態に即して本発明を説明したが本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば第1金型41と第2金型42とを水平に配置する必要はなく、第1金型41と第2金型42とを上下に配置する竪型の成形金型とすることもできる。
上記実施形態では、コア部64aの戻し力をバネによって与えているが、バネ以外の手段でコア部64aを戻すこともできる。
上記実施形態において、レンズ10の外周側面SSが円筒面であるとしたが、外周側面SSは光軸OAに対称な形状で無くてもよい。すなわち、外周側面SSは略角柱面であってもよいし、円筒面と角柱面を組み合せた面であってもよい。また、外周側面SSに僅かなテーパーを形成することができ、保持部74bの第5転写面S5にも僅かなテーパーを形成することができる。
上記実施形態において、レンズ10の光学面は、光学面に微細構造FS等を設けずに、平滑なものであってもよい。
上記実施形態において、レンズ10がレーザー光源と対物レンズとの間に配置されるカップリングレンズであってもよい。
上記実施形態において、文字マーキングM1を文字のみで構成されるとしたが、文字、図形、記号等の組み合わせとしてもよい。また、文字状マーキングとして、図形や記号のみを構成要素としてもよい。
上記実施形態において、文字マーキングM1の構成要素を4つの文字部J1,J2,J3,J4としたが、構成要素の数を適宜変更してもよい。また、文字マーキングM1やゲート識別用マーキングM2の形状も適宜変更することもできる。例えば、ゲート識別用マーキングM2は半球状に限らず、凸状の線形状であってもよい。具体的には、図13A及び13Bに示すように凸状の3本線形状とすることもできる。

Claims (16)

  1. 光ピックアップ装置に組み込まれる光学素子であって、
    樹脂で形成され、
    光学機能部と、当該光学機能部の周囲に形成されたフランジ部とを有し、
    前記フランジ部の光情報記録媒体側の最上面に凸状の文字マーキングを設けた、光学素子。
  2. 前記凸状の文字マーキングの高さhは、0.003mm≦h≦0.020mmである、請求項1に記載の光学素子。
  3. 前記凸状の文字マーキングの構成要素は、1辺の長さがDの正方形領域内に収まる大きさであり、
    長さDは、0.05mm≦D≦0.30mmである、請求項1に記載の光学素子。
  4. 前記フランジ部は、樹脂の導入跡であるゲート部の反対側に、ゲート識別用マーキングをさらに有する、請求項1に記載の光学素子。
  5. 前記光学機能部は、第1光学面と、前記第1光学面の光情報記録媒体側に配置される第2光学面とを有し、
    前記フランジ部の光情報記録媒体側の最上面の方が、前記第2光学面の最上面よりも突出している、請求項1に記載の光学素子。
  6. 前記光学機能部は、第1光学面と、前記第1光学面の光情報記録媒体側に配置される第2光学面とを有し、
    前記第2光学面の最上面の方が、前記フランジ部の光情報記録媒体側の最上面よりも突出している、請求項1に記載の光学素子。
  7. 前記第1光学面は、前記第2光学面よりも大きな曲率を有する、請求項5に記載の光学素子。
  8. 前記ゲート識別用マーキングと、前記文字マーキングの最初の一文字目との相対位置が、90°である、請求項1に記載の光学素子。
  9. 前記光学機能部の傾きを測定可能とする反射光を生じさせる鏡面部を有し、
    前記フランジ部の光情報記録媒体側の最上面は、前記鏡面部の外周にある、請求項1に記載の光学素子。
  10. 光情報記録媒体に対向して配置される対物レンズである、請求項1に記載の光学素子。
  11. 光源と対物レンズとの間に配置されるカップリングレンズである、請求項1に記載の光学素子。
  12. ブルーレイディスク用の光ピックアップ装置に組み込まれる、請求項1に記載の光学素子。
  13. 光ピックアップ装置に組み込まれる光学素子を可動型及び固定型を有する射出成型装置を用いて成形する樹脂製の光学素子の製造方法であって、
    前記光学素子の光学機能部の周囲に形成されたフランジ部の光情報記録媒体側の最上面に文字状のマーキングを形成する工程を有し、
    前記文字状のマーキングは、前記可動型及び前記固定型のうちいずれか一方の転写によって形成される、光学素子の製造方法。
  14. 前記文字状のマーキングは、前記可動型によって形成される、請求項13に記載の光学素子の製造方法。
  15. 前記可動型は、コア部と、前記コア部を周囲から保持する保持部とを有し、
    前記保持部の転写によって前記文字状のマーキングを形成する、請求項13に記載の光学素子の光学素子の製造方法。
  16. 前記固定型は、コア部と、前記コア部を周囲から保持する保持部とを有する、請求項13に記載の光学素子の製造方法。
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