JPH0243503A

JPH0243503A - 複合光学素子

Info

Publication number: JPH0243503A
Application number: JP63194250A
Authority: JP
Inventors: Hayami Hosokawa; 速美細川; Maki Yamashita; 山下　牧
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1990-02-14

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】（イ）産業上の利用分野この発明は、グレーティング素子を積層した複合光学素
子に関する。

（ロ）従来の技術従来の複合光学素子、例えば複合グレーティング素子は
、ガラス基板の表裏面にそれぞれグレーティング層を形
成したもの、或いは表面にグレーティング層を施した二
つのガラス基板の裏面を接着した構造のものが知られて
いる。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記、従来の複合グレーティング素子では、複合できる
グレーティング数が２層に限られている。

このため、応用分野が制限される不利がある。

また、この複合グレーティング素子では平坦面部分がな
いため、他の光学素子との集積化を実行し得ない不利が
あった。

ところで、近年、光ピツクアップ用対物レンズや、ＬＤ
コリメート用レンズとして、高ＮＡのフレネルレンズが
求められている。しかし、フレネルレンズにおいては、
ＮＡ（レンズの絞り角）を高くすればする程、グレーテ
ィング最小周期が小さくなる。ＮＡと最小周期の関係は
、次式で表される。

λ Δ＝ＮＡここで、Δは最小周期、λは波長である。

ピックアップの対物レンズとしては、０．４５以上のＮ
Ａが求められ、よって最小周期は１．７μｍ程度である
。従って、作製精度が非常に難しく、且つ作製誤差によ
る効率低下や、軸上収差の発生等の問題点がある。また
、周期が小さくなる程、位相シフト関数からのずれ（理
論的な誤差）が大きくなり、効率の低下を招く。このよ
うに、フレネルレンズにおいては高効率で低収差の高Ｎ
Ａレンズを得る事が、非常に困難であった。また、フレ
ネルレンズは軸外収差が大きいため、光軸合わせが非常
に難しく、ＮＡｏ、４５のレンズで軸外収差を０．０１
以下にするためには、角度ずれを０．０１６　（ｄｅｇ
）以内におさえなければならない困難性がある（第３図
参照）。

このため、従来、例えば主に書き込み型光ディスクの光
源に使用されるビーム整形機能付きＬＤコリメータでは
、第４図に示すように、高ＮＡコリメータレンズ４１と
ビーム整形プリズム４２とを組合わせて構成していた。

焦点付近に位置する半導体レーザ光源４３からの光を、
コリメータレンズ４１で平行光線とし、この平行光線を
ビーム整形プリズム４２によってビームを円形に整形し
て射出している。ところが、この組合わせ構造では、高
ＮＡコリメータレンズ及びビーム整形プリズムが高価な
許かりでなく、コリメータ自体が大型化する等の不利が
あった。

この発明は、以上のような課題を解消させ、高ＮＡで、
しかも他の光学素子との集積化が達成できる複合光学素
子を提供することを目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この目的を達
成させるために、この発明の複合光学素子では、次のよ
うな構成としている。

複合光学素子は、透明基板の上面にグレーティング層を
備え、このグレーティング層の上面に保護層を設けて成
るグレーティング素子に、１乃至複数のグレーティング
素子を積層して構成している。

このような構成を有する複合光学素子では、基となるグ
レーティング素子が、透明基板の上面にグレーティング
層を形成し、このグレーティング層の上面に保護層（例
えばＵＶ硬化樹脂）を形成して構成されている。この保
護層の上面に、グレーティング素子を積層形成すること
で、少なくとも一面が集積用（他の光学素子との集積用
）平坦面であって、２層のグレーティング素子を積層し
た複合光学素子が得られる。また、この２層の上側に位
置するグレーティング素子上に上面が平坦な保護層を形
成した場合、更にこの保護層上に３層目のグレーティン
グ素子を積層し得る。つまり、３層以上のグレーティン
グ素子を積層した複合光学素子を得ることができる。従
って、種々な種す１の光学素子体（例えば複合フレネル
レンズ）を、個数の制限なしに複合化できるため、応用
分野を７１１Ｚ躍的に拡大し得る。また、この複合光学
素子は平坦面（基板側の平ｔｔ３面）を有するため、他
の光学素子との集積度を向上し得る。

このような複合光学素子（例えば複合フレネルレンズ）
を用いた場合、ＮＡｏ、４５のレンズを得るためには、
例えば２層型（レンズ層が２層の積層体）では、ＮＡｏ
、２４、また３層型（レンズ層が３層の積層体）ではＮ
Ａｏ、１６で良いこととなる。従って、このようなフレ
ネルレンズは、最小周期も大きく、位相シフト関数から
のずれも小さいため、高効率で軸上収差の小さい高ＮＡ
レンズとなる。

また、軸外収差も小さくなるから、角度ずれの許容度が
大きくなり、光軸合わせが容易となる。

（ホ）実施例第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）は、この発明に係る複合
光学素子の具体的な一実施例を示す説明図である□。実
施例では、高ＮＡの複合フレネルレンズを例示している
。

第１図（Ａ）は、レンズ層を２層積層した複合フレネル
レンズを示している。

この複合フレネルレンズｌは、ガラス（透明）基板１１
の上面にフレネルレンズ層１２を形成し、このレンズ層
１２の上面に保護層１３を形成して光学素子体１ａを構
成し、この光学素子体１ａの保護層１３上にフレネルレ
ンズ層１４を形成して構成している。例えば、光学素子
のＡ１！（スクンバ）に、無機材料であるＺｎＳを真空
薄膜成形法（例えば真空蒸着技術）により堆積させてレ
ンズ層１２を形成し、このレンズ層１２にＵＶ硬化樹脂
を塗布してガラス基板１１を一体に接着し、紫外線を照
射してＵＶ硬化樹脂を硬化させることで、スタンパから
剥がして基板１１に接着したレンズ層１″２を得る。こ
のレンズ層１２上に、ＵＶ硬化樹脂を一定厚み塗布し、
樹脂膜上を平坦面に設定して、紫外線を照射し、樹脂を
硬化させて保護膜１３を形成する。そして、この保護膜
１３上に前記と同様にして得たレンズ層１２を接着する
。

第１図（Ｂ）は、レンズ層を３層積層したフレネルレン
ズを示している。

このフレネルレンズは、第１図（Ａ）で得た２層型フレ
ネルレンズの２層目のレンズ［１４上に、更に保護層１
５を設け、この保護層１５上にレンズ層１６を形成した
ものである。

第１図（Ａ）の２層型フレネルレンズ及び第１図（Ｂ）
の３層型フレネルレンズのいずれにおいても、ガラス基
板１１側Ｏｓ板１１の裏面）が、平坦面となっており、
他の光学素子との集積が可能に設定されている。

このような複合フレネルレンズを用いた場合、ＮＡ０．
４５のレンズを得るためには、２層型フし・ネルレンズ
〔第１図（Ａ）〕では、ＮＡ０．２４．３層型フレネル
レンズ（第１図（Ｂ））では、ＮＡＯ０１６で良い。従
って、最小周期も大きく、位相シフト関数からのずれも
小さいため、高効率で軸上収差の小さい高ＮＡレンズと
なる。また、軸外収差も小さくなり、角度ずれの許容度
が大きくなるため、光軸合わせが容易となる。

また、通常の非球面レンズ等では、レンズに曲率がある
ためＮＡが０．５乃至０．６程度以内に制］製される。

しかし、フレネルレンズは平板であるため、ＮＡが制限
されず、多層化するごとにより無制限に大きくできる。

例えば、ＮＡ０．２４のフレネルレンズを４層積層する
と、ＮＡ０．７程度のレンズを得ることが出来、ピンク
アップの対物レンズとして用いた場合、スポット径が従
来（Ｎ　Ａｏ、４５）の１／２になり、光ディスクの記
録密度が４倍に向上する。

第２図は、実施例複合フレネルレンズを使用したビーム
成形機能付°きＬＤコリメータを示す説明図である。

この応用例では、第１図（Δ）で示す２層型の高ＮＡフ
レネルレンズをＬＤチップ３に対向配置し、フレネルレ
ンズの基板側（平坦面）にビ・−ム成形用グレーティン
グ２を接着した集積例を示している。ＬＤチップ３から
の発散光を実施例の高ＮＡフレネルレンズ成形用グレーティング２により円形にビームを成形して
出射する。この集積例のビーム成形機能付きＬ　Ｄコリ
メータでは、従来例（第４図）に比し、小型軽頃化と安
定化及び低画格が達成できる。特に、光ディスクの最大
の課題であるアクセスタイムの短縮が軽量化ににり達成
できる効果がある。

、（へ）発明の効果この発明では、以上のように、透明基板の上面にグレー
ティング層を備え、このグレーティング層の上面に保護
層を設けて成るグレーティング素子の保３！層上に、１
乃至複数のレンズ層を積層することとしたから、少なく
とも一面は他の光学素子との集積を図る平坦面を有し、
且つ複数のレンズ層を備えた高ＮＡ光学素子を提供し得
る。

この発明の複合光学素子では、様々な種類の光学素子（
グレーティング素子）を個数の制限なしで積層し１する
から、応用分野が飛躍的に拡大する。

また、複合フレネルレンズの場合、高効率で軸上収差の
小さい高ＮＡレンズが得られる。また、軸外収差も小さ
くなり、角度ずれの許容度が大きくなるため、光軸合わ
せが容易となる。更に、レンズ層を多層化した複合レン
ズであって、月、つ他の光学素子との集積性があるから
、集積度が向トし応用例において小型軽晴化を達成し１
ゴる等、発明目的を達成した優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、実施例２層型フレネルレンズを示す説
明図、第１図（Ｂ）は、実施例３層型フレネルレンズを
示す説明図、第２図は、実施例フレネルレンズを使用し
たビーム整形機能イ」きＬ　Ｄコリメータを示す説明図
、第３図は、フレネルレンズのＮＡと角度すれと波長と
の関係を示す説明図、第４図は、従来のビーム整形機能
付きＬ　Ｄコリメータを示す説明図である。１：複合フレネルレンズ、１１ニガラス基板、ｌ２・１
４・１６：フレネルレンズ層、１３・１５：保：！！層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基板の上面にグレーティング層を備え、この
グレーティング層の上面に保護層を設けて成るグレーテ
ィング素子に、１乃至複数のグレーティング素子を積層
したことを特徴とする複合光学素子。