JP2007293954A - 回折素子、対物レンズユニット、光ピックアップ及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、良好な特性を呈し得る回折素子を実現することができる。
【解決手段】本発明は、以上の構成によれば、回折素子２０は、第１空気界面ＩＦａで発生する波面収差を相殺するようにカバー層２０Ｄの表面形状を形成するようにする。
【選択図】図８

Description

本発明は回折素子に関し、例えば複数波長に対応した回折素子に適用して好適なものである。

従来、光ディスク装置の光ピックアップにおいて、光ビームの収差を補正するなどの目的で回折素子が用いられている。回折素子は、透明な板状の素子基板の表面に微細な溝状の回折格子を形成し、当該回折格子の山及び谷を通過する際の光路差によって光ビームを回折させるものである（例えば、特許文献１参照）。

この回折素子として、階段状の回折パターンを有するベース層を射出成型で形成すると共に、当該回折パターンを覆うカバー層を形成するようになされたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０２２７０公報

ところで、一般的に、射出成型で扁平な形状の成型品を形成する場合、射出時や冷却時の樹脂の温度ムラなどにより、成型品の長手方向がカーブするように歪む、いわゆる反りが発生する。

このように反りを有するベース層に対して平坦なカバー層を接合させて回折素子を形成する場合、例えば入射される入射面は反りによる表面歪を有する一方、出射面は表面歪を有さない状態となる。この結果回折素子では、光ビームが入射されると、入射面の表面歪によって波面収差を発生し、出射面からこの光ビームをそのまま出射するため、通過する光ビームに波面収差を発生させてしまい、回折素子としての特性が悪化するという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、良好な特性を呈する回折素子、並びに当該回折素子を備えた対物レンズユニット、光ピックアップ及び光ディスク装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、入射された光ビームを当該光ビームの波長に応じて回折させる回折素子であって、空気との第１の界面となる一面に表面歪を有する第１の部材と、第１の部材の他面を覆って空気との第２の界面を形成し、一面で発生する波面収差を相殺するように形成された第２の部材とを設けるようにした。

これにより、第１の界面で発生した波面収差を第２の部材で相殺して回折素子総体として波面収差を発生させることを防止できる。

本発明によれば、第１の界面で発生した波面収差を第２の部材で相殺して回折素子総体として波面収差を発生させることを防止でき、かくして良好な特性を呈する回折素子、対物レンズユニット、光ピックアップ及び光ディスク装置を実現できる。

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）光ディスク装置の構成
（１−１）光ディスク装置の全体構成
図１において、１は本発明による回折素子を用いた光ディスク装置を示し、ＣＤ（Compact Disc）方式、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）方式又はＢＤ（Blu-ray Disc、登録商標）方式といった３方式のいずれかでなる光ディスク１００を再生し得るようになされている。

この光ディスク装置１は、制御部２によって全体を統括制御するようになされており、光ディスク１００が装填された状態で、図示しない外部機器からの再生指示等を受け付けると、当該制御部２から駆動部３及び信号処理部４を制御することにより当該光ディスク１００に記録された情報を読み出すようになされている。

実際上、駆動部３は、制御部２の制御に基づき、スピンドルモータ５により光ディスク１００を所望の回転速度で回転させ、スレッドモータ６により光ピックアップ７を光ディスク１００の径方向であるトラッキング方向へ大きく移動させ、さらに２軸アクチュエータ８により対物レンズユニット９を光ディスク１００に対して近接又は離隔させる方向であるフォーカス方向及びトラッキング方向の２方向へそれぞれ細かく移動させる。

これと並行して信号処理部４は、光ピックアップ７により対物レンズユニット９から所定の光ビームを光ディスク１００の所望トラックに対して照射させ、その反射光の検出結果を基に再生信号を生成し、制御部２を介してこの再生信号を図示しない外部機器へ送出させる。

光ピックアップ７は、いわゆる３波長対応型となっており、対物レンズユニット９から、ＣＤ方式でなる光ディスク１００（以下、これをＣＤ方式ディスク１００ｃと呼ぶ）に対して波長約７８０［ｎｍ］の光ビームを照射し、またＤＶＤ方式でなる光ディスク１００（以下、これをＤＶＤ方式ディスク１００ｄと呼ぶ）に対して波長約６５０［ｎｍ］の光ビームを照射し、さらにＢＤ方式でなる光ディスク１００（以下、これをＢＤ方式ディスク１００ｂと呼ぶ）に対して波長約４０５［ｎｍ］の光ビームを照射するようになされている。

このように光ディスク装置１は、ＣＤ方式、ＤＶＤ方式、又はＢＤ方式でなる光ディスク１００に対してそれぞれの方式に適した光ビームを照射することにより、当該光ディスク１００を再生し得るようになされている。

（１−２）光ピックアップの構成
図２に示すように、光ピックアップ７は、光ビームの光源として、ＣＤ方式用の波長約７８０［ｎｍ］でなる光ビーム（以下、これをＣＤ用光ビームＬｃと呼ぶ）及びＤＶＤ方式用の波長約６５０［ｎｍ］でなる光ビーム（以下、これをＤＶＤ用光ビームＬｄと呼ぶ）を出射し得るレーザダイオード１１と、ＢＤ方式用の波長約４０５［ｎｍ］でなる光ビーム（以下、これをＢＤ用光ビームＬｂと呼ぶ）を出射し得るレーザダイオード１２とを有している。

カップリングレンズ１３は、レーザダイオード１１から出射された光ビームの光学倍率を変換するようになされている。

ビームスプリッタ１４は、反射透過面１４Ａにおいて、光ビームをその波長に応じて反射又は透過させるようになされており、当該反射透過面１４Ａにおいて、波長約７８０［ｎｍ］でなるＣＤ用光ビームＬｃ及び波長約６５０［ｎｍ］でなるＤＶＤ用光ビームＬｄを反射させ、また波長約４０５［ｎｍ］でなるＢＤ用光ビームＬｂを透過させるようになされている。

偏光ビームスプリッタ１５は、偏光面１５Ａにおいて、光ビームをその偏光方向により反射又は透過させるようになされており、ビームスプリッタ１４側から入射された光ビームを透過させ、また偏光方向が調整された上でコリメータレンズ１６側から入射された光ビームを反射させるようになされている。

コリメータレンズ１６は、偏光ビームスプリッタ１５から入射され発散光でなる光ビームを平行光に変換し、また立ち上げミラー１７から入射され平行光でなる光ビームを収束光に変換するようになされている。

立ち上げミラー１７は、コリメータレンズ１６から入射される水平方向の光ビームを反射して垂直方向、すなわち光ディスク１００に対してほぼ垂直に入射させる方向に立ち上げ、また１／４波長板１８からほぼ垂直に入射された光ビームを水平方向に反射するようになされている。

１／４波長板１８は、光ビームにおける一部成分の位相を１／４波長分遅延させることにより、立ち上げミラー１７から入射される光ビームを直線偏光から円偏光へ変換し、或いは対物レンズユニット９から入射される光ビームを円偏光から直線偏光に変換するようになされている。

対物レンズユニット９は、図３に斜視図を示すように、略筒状でなる鏡筒部１９（図３では一部切断面を示す）の下部に扁平な円盤状でなる回折素子２０が取り付けられていると共に、当該鏡筒部１９の上部から中央部にかけて、当該回折素子２０とほぼ同様の大きさでなる扁平な円盤状部の下面に当該円盤よりも若干小径の紡錘形部が一体に形成されたような形状でなる対物レンズ２１が取り付けられている。

対物レンズユニット９は、１／４波長板１８から入射され平行光でなる光ビームを回折素子２０及び対物レンズ２１により収束光に変換し、これを光ディスク１００の信号記録面に合焦させるようになされている。

また光ピックアップ７は、光ディスク１００の信号記録面において反射され発散光となった光ビームを、対物レンズユニット９の対物レンズ２１及び回折素子２０により平行光に変換し、１／４波長板１８により円偏光から直線偏光に変換し、立ち上げミラー１７により水平方向、すなわち偏光ビームスプリッタ１５が設けられている方向へ反射し、コリメータレンズ１６により平行光から収束光に変換した後、偏光ビームスプリッタ１５へ入射させる。

この場合、偏光ビームスプリッタ１５は、光ビームの偏光方向に応じて偏光面１５Ａにおいて当該光ビームを反射し、これをコンバージョンレンズ２２へ入射させる。

コンバージョンレンズ２２は、ＣＤ用光ビームＬｃ及びＤＶＤ用光ビームＬｄとＢＤ用光ビームＬｂとの光学倍率の変換を行うようになされている。また光軸合成素子２３は、レーザダイオード１１から出射されたＣＤ用光ビームＬｃ及びＤＶＤ用光ビームＬｄの光軸とレーザダイオード１２から出射されたＢＤ用光ビームＬｂの光軸とを一致させるようになされている。

フォトディテクタ２４は、その上面（すなわちコンバージョンレンズ２２及び光軸合成素子２３を通過した光ビームが照射される面）においてそれぞれ所定形状でなる複数の検出領域がそれぞれ所定の位置に形成されており、照射された光ビームの光量をそれぞれ検出して光電変換することにより複数の検出信号を生成し、これを信号処理部４（図１）へ供給するようになされている。

これに応じて信号処理部４は、フォトディテクタ２４（図２）からの検出信号を用いた所定の演算処理等を行うことにより再生ＲＦ信号を生成し、当該再生ＲＦ信号を基に所定の復号化処理や復調処理等を経て再生信号を生成するようになされている。

また信号処理部４（図１）は、フォトディテクタ２４（図２）からの検出信号を用いた所定の演算処理等を行うことにより、トラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等といった駆動制御用の信号を生成し、これらを制御部２へ供給するようになされている。これに応じて制御部２は、駆動部３を介してトラッキング制御やフォーカス制御等を行い、光ディスク１００に対する光ビームの照射状態を調整して再生信号を正常に生成し得るようになされている。

（１−２−１）ＣＤ方式ディスクの場合
実際上、制御部２（図１）は、所定のディスク種別判定手法により光ディスク１００がＣＤ方式ディスク１００ｃであることを認識した場合、光ピックアップ７（図２）におけるレーザダイオード１１の発光点１１Ａから発散光でなるＣＤ用光ビームＬｃを発射させ、カップリングレンズ１３を介してビームスプリッタ１４へ入射させる。

光ピックアップ７は、ビームスプリッタ１４によりＣＤ用光ビームＬｃを反射透過面１４Ａにおいて反射させ、偏光ビームスプリッタ１５を透過させて、コリメータレンズ１６により発散光から平行光に変換し、立ち上げミラー１７により水平方向から垂直方向に立ち上げ、１／４波長板１８により直線偏光から円偏光に変換した後、当該ＣＤ用光ビームＬｃを対物レンズユニット９へ入射させる。

対物レンズユニット９は、１／４波長板１８から入射されたＣＤ用光ビームＬｃを回折素子２０及び対物レンズ２１により収束光に変換し、これをＣＤ方式ディスク１００ｃの信号記録面に合焦させる。

また対物レンズユニット９は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの信号記録面において反射され発散光となったＣＤ用光ビームＬｃを、対物レンズ２１及び回折素子２０により平行光に変換し、１／４波長板１８へ入射させる。

その後光ピックアップ７は、１／４波長板１８に入射されたＣＤ用光ビームＬｃを円偏光から直線偏光に変換させ、立ち上げミラー１８により水平方向へ反射し、コリメータレンズ１６により平行光から収束光に変換させた後、偏光ビームスプリッタ１５により偏光面１５Ａにおいて反射させ、コンバージョンレンズ２２及び光軸合成素子２３を順次通過させてフォトディテクタ２４へ照射させる。

フォトディテクタ２４は、照射されたＣＤ用光ビームＬｃの光量を複数の検出領域によりそれぞれ検出して複数の検出信号を生成し、これを信号処理部４（図１）へ供給する。

これに応じて信号処理部４は、複数の検出信号を基に再生ＲＦ信号を生成した上で再生信号を生成し、またトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等といった駆動制御用の信号を生成するようになされている。

（１−２−２）ＤＶＤ方式ディスクの場合
制御部２（図１）は、所定のディスク種別判定手法により光ディスク１００がＤＶＤ方式ディスク１００ｄであることを認識した場合、光ピックアップ７（図２）におけるレーザダイオード１１の発光点１１Ｂから発散光でなるＤＶＤ用光ビームＬｄを発射させ、カップリングレンズ１３を介してビームスプリッタ１４へ入射させる。

その後、光ピックアップ７は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、ＤＶＤ用光ビームＬｄをカップリングレンズ１３、ビームスプリッタ１４、偏光ビームスプリッタ１５、コリメータレンズ１６、立ち上げミラー１７及び１／４波長板１８の順に通過又は反射させ、対物レンズユニット９において当該ＤＶＤ用光ビームＬｄを回折素子２０及び対物レンズ２１により収束光に変換し、これをＤＶＤ方式ディスク１００ｄの信号記録面に合焦させる。

また対物レンズユニット９は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄの信号記録面において反射され発散光となったＤＶＤ用光ビームＬｄを、対物レンズ２１、回折素子２０により平行光に変換した後、１／４波長板１８、立ち上げミラー１７、コリメータレンズ１６、偏光ビームスプリッタ１５、コンバージョンレンズ２２及び光軸合成素子２３の順に通過又は反射させ、フォトディテクタ２４へ照射させる。

フォトディテクタ２４は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、照射されたＤＶＤ用光ビームＬｄの光量を複数の検出領域によって検出することにより複数の検出信号を生成し、これらを信号処理部４（図１）へ供給する。

これに応じて信号処理部４は、再生ＲＦ信号を生成した上で再生信号を生成し、またトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等といった駆動制御用の信号を生成するようになされている。

（１−２−３）ＢＤ方式ディスクの場合
制御部２（図１）は、所定のディスク種別判定手法により光ディスク１００がＢＤ方式ディスク１００ｂであることを認識した場合、光ピックアップ７（図２）におけるレーザダイオード１２の発光点１２Ａから発散光でなるＢＤ用光ビームＬｂを発射させ、ビームスプリッタ１４へ入射させる。

この場合、ビームスプリッタ１４は、ＢＤ用光ビームＬｂを反射透過面１３Ａにおいて透過させ、これを偏光ビームスプリッタ１５へ入射させる。

その後光ピックアップ７は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、ＢＤ用光ビームＬｂを偏光ビームスプリッタ１５、コリメータレンズ１６、立ち上げミラー１７及び１／４波長板１８の順に通過又は反射させ、対物レンズユニット９において当該ＢＤ用光ビームＬｂを対物レンズ２１により収束光に変換し、これをＢＤ方式ディスク１００ｂの信号記録面に合焦させる。

因みに対物レンズユニット９の回折素子２０は、ＢＤ用光ビームＬｂを回折せずそのまま透過させるようになされている（詳しくは後述する）。

また対物レンズユニット９は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、ＢＤ方式ディスク１００ｂの信号記録面において反射され発散光となったＢＤ用光ビームＬｂを、対物レンズ２１により平行光に変換した後、１／４波長板１８、立ち上げミラー１７、コリメータレンズ１６、偏光ビームスプリッタ１５、コンバージョンレンズ２２及び光軸合成素子２３の順に通過又は反射させ、フォトディテクタ２４へ照射させる。

フォトディテクタ２４は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、照射されたＢＤ用光ビームＬｂの光量を複数の検出領域によって検出することにより複数の検出信号を生成し、これらを信号処理部４（図１）へ供給する。

これに応じて信号処理部４は、再生ＲＦ信号を生成した上で再生信号を生成し、またトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等といった駆動制御用の信号を生成するようになされている。

このように光ピックアップ７は、光ディスク１００がＣＤ方式ディスク１００ｃ、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄ或いはＢＤ方式ディスク１００ｂのいずれであっても、対物レンズユニット９により、ＣＤ用光ビームＬｃ、ＤＶＤ用光ビームＬｄ又はＢＤ用光ビームＬｂを当該光ディスク１００の信号記録面に合焦させ得ると共に、その反射光をフォトディテクタ２４により検出し得るようになされている。

（１−３）対物レンズユニットの構成
次に、ＣＤ方式ディスク１００ｃ、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄ及びＢＤ方式ディスク１００ｂと、対物レンズユニット９との拡大断面図を図４に示す。

因みに、対物レンズユニット９には２軸アクチュエータ８（図１）が取り付けられているものの、図４では省略している。

一般に、ＣＤ方式、ＤＶＤ方式及びＢＤ方式では、互換性等の観点から、情報を読み出すための光ビームの波長、当該光ビームを集光する際の開口数、及び各光ディスク１００における下面から信号記録面までの部分（いわゆるカバー層）の厚みがそれぞれ規格により規定されている。

具体的にＣＤ方式では、波長が約７８０［ｎｍ］、開口数が約０．４５、カバー層の厚みが１．２［ｍｍ］と規定されており、またＤＶＤ方式では、波長が約６５０［ｎｍ］、開口数が約０．６、カバー層の厚みが０．６［ｍｍ］と規定されており、さらにＢＤ方式では、波長が約４０５［ｎｍ］、開口数が約０．８５、カバー層の厚みが０．１［ｍｍ］と規定されている。

また対物レンズユニット９では、対物レンズ２１の特性上、当該対物レンズ２１からＣＤ用光ビームＬｃ、ＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＢＤ用光ビームＬｂがそれぞれ照射される場合の焦点距離がそれぞれ異なっている。

このため光ディスク装置１では、実際には光ディスク１００の高さを固定したまま２軸アクチュエータ８（図１）を介して対物レンズユニット９の高さ（すなわち光ディスク１００との間隔）を調整することにより、各光ビームを各光ディスクの信号記録面に合焦させるようになされている。

因みに図４では、説明の都合上、対物レンズユニット９を固定し光ディスク１００の高さを変化させている。この結果、図４では、各光ディスクの下面の高さが異なっている。また図４では、ＣＤ方式ディスク１００ｃ、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄ及びＢＤ方式ディスク１００ｂについて、いずれもカバー層のみを表している。

ところで対物レンズ２１は、ＢＤ用光ビームＬｂの相対的な強度やＢＤ方式で規定されている開口数等の観点から、ＣＤ用光ビームＬｃやＤＶＤ用光ビームＬｄよりも優先して当該ＢＤ用光ビームＬｂに最適化された設計となっている。

このため対物レンズユニット９の対物レンズ２１は、当該対物レンズ２１の下側からＢＤ用光ビームＬｂが平行光として入射されると、当該ＢＤ用光ビームＬｂを収束光に変換し、ＢＤ方式ディスク１００ｂの信号記録面に合焦させることができる。

しかしながら対物レンズ２１は、ＢＤ用光ビームＬｂに最適化されているため、仮にＣＤ用光ビームＬｃ又はＤＶＤ用光ビームＬｄが対物レンズ２１の下側から平行光として入射された場合、収束光に変換することはできるものの、光線収差が発生してしまうため光ディスク１００の信号記録層に正しく合焦させることができない。

そこで対物レンズユニット９は、回折素子２０によりＣＤ用光ビームＬｃ又はＤＶＤ用光ビームＬｄのみを選択的に回折させ非平行光として対物レンズ２１に入射させると共に、ＢＤ用光ビームＬｂを平行光のまま当該対物レンズ２１に入射させるようになされている。

具体的に回折素子２０は、ＣＤ用光ビームＬｃを回折すると共にＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＢＤ用光ビームＬｂを回折しないようなホログラムでなる、ＣＤ用回折格子ＤＧｃが上層部２０Ａに形成されており、図４に示したように、当該ＣＤ用回折格子ＤＧｃによってＣＤ用光ビームＬｃをやや外方へ回折させるようになされている。

すなわち回折素子２０の上層部２０Ａは、ＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＢＤ用光ビームＬｂをそのまま透過させてＣＤ用光ビームＬｃのみを選択的に回折させることができ、換言すれば、ＣＤ用光ビームＬｃの光線収差のみを補正するレンズとして機能することになる。

これに応じて対物レンズ２１は、図４に示したように、回折素子２０から入射されるＣＤ用光ビームＬｃをその下面及び上面においてそれぞれ屈折させ、収束光に変換する。この結果、対物レンズユニット９は、ＣＤ用光ビームＬｃの光線収差を補正することができ、対物レンズ２１から照射するＣＤ用光ビームＬｃをＣＤ方式ディスク１００ｃの信号記録面に合焦させることができる。

また回折素子２０は、ＤＶＤ用光ビームＬｄを回折すると共にＣＤ用光ビームＬｃ及びＢＤ用光ビームＬｂを回折しないようなホログラムでなるＤＶＤ用回折格子ＤＧｄが下面２０Ｂに形成されており、図４に示したように、当該ＤＶＤ用回折格子ＤＧｄによってＤＶＤ用光ビームＬｄをわずかに外方へ回折させるようになされている。

すなわち回折素子２０の下面２０Ｂは、ＣＤ用光ビームＬｃ及びＢＤ用光ビームＬｂをそのまま透過させ、ＤＶＤ用光ビームＬｄのみを選択的に回折させることができ、換言すれば、ＤＶＤ用光ビームＬｄの光線収差のみを補正するレンズとして機能することになる。

これに応じて対物レンズ２１は、図４に示したように、回折素子２０から入射されるＤＶＤ用光ビームＬｄをその下面及び上面においてそれぞれ屈折させ、収束光に変換する。この結果、対物レンズユニット９は、ＤＶＤ用光ビームＬｄの光線収差を補正することができ、対物レンズ２１から照射するＤＶＤ用光ビームＬｄをＤＶＤ方式ディスク１００ｄの信号記録面に合焦させることができる。

このように対物レンズユニット９は、回折素子２０の上層部２０ＡによりＣＤ用光ビームＬｃのみを回折させて光線収差を補正し、また回折素子２０の下面２０ＢによりＤＶＤ用光ビームＬｄのみを回折させて光線収差を補正することにより、ＢＤ用光ビームＬｂに最適化された対物レンズ２１から照射するＣＤ用光ビームＬｃ、ＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＢＤ用光ビームＬｂを、ＣＤ方式ディスク１００ｃ、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄ、及びＢＤ方式ディスク１００ｂの信号記録面にそれぞれ合焦させ得るようになされている。

（１−４）回折素子の構成
回折素子２０は、図５（Ａ）に示すように、全体的に扁平な円盤状に形成されたベース層２０Ｃを中心に構成されており、上述したように上層部２０ＡにＣＤ用回折格子ＤＧｃが形成され、また下面２０ＢにＤＶＤ用回折格子ＤＧｄが形成されている。

ベース層２０Ｃは、屈折率（ｎ_ＢＡＳＥ＝１．５１）を有する透明な合成樹脂でなり、屈折率の異なる他の物質や空気との境界面において、光ビームを屈折させるようになされている。

一方上層部２０Ａは、図５（Ｂ）に部分拡大断面図を示すように、ベース層２０Ｃの上面２０Ｃａに階段状でなるＣＤ用回折パターンＰＴｃが周期的に形成されており、その上側に透明な硬化樹脂でなるカバー層２０Ｄが接合されている。

第１の回折パターンとしてのＣＤ用回折パターンＰＴｃは、３段の階段状に形成されており、全体の高さ、すなわち１段目と３段目との距離は約１２［μｍ］とされ、またＣＤ用回折パターンＰＴｃごとの周期は最短部で約１８［μｍ］とされている。またＣＤ用回折パターンＰＴｃは、図３に示したように、回折素子２０の上面における、中心から外径の半分程度までの範囲に同心円状に形成されている。

カバー層２０Ｄは、ベース層２０Ｃと異なる屈折率（ｎ_{ＣＯＶＥＲ}＝１．６１）を有する材料によって構成されており、その下面が第１の回折パターンとしてのＣＤ用回折パターンＰＴｃと隙間無く接合するように形成されると共に、その上面が平面状に形成されている。

このように回折素子２０の上層部２０Ａは、ベース層２０Ｃの上面２０Ｃａに階段状でなるＣＤ用回折パターンＰＴｃが周期的に形成され、その上側に当該ベース層２０Ｃと異なる屈折率を有するカバー層２０Ｄが接合されており、これにより光ビームをその波長に応じて回折又は透過させ、結果的に、第１の波長の光ビームとしてのＣＤ用光ビームＬｃのみを回折させるＣＤ用回折格子ＤＧｃとして機能するようになされている。

ここで、回折素子２０は、空気とベース層２０Ｃとの第１空気界面ＩＦａ（図５（ｃ））、ベース層２０Ｃとカバー層２０Ｄとの接合界面ＩＦｂ及びカバー層２０Ｄと空気との第２空気界面ＩＦｃとを有している。

ベース層２０Ｃの上面２０Ｃａに形成されたＣＤ用回折パターンＰＴｃに歪が生じた場合、この歪によって波面収差が発生する。そして、回折格子による光の回折は回折パターンを介して接する２つの層の屈折率差によって生じるものであるから、この屈折率の差が大きいほど、回折パターンの歪による波面収差も大きくなる。

上述したように、ベース層２０Ｃの屈折率ｎ_ＢＡＳＥが１．５１であり、カバー層２０Ｄの屈折率ｎ_{ＣＯＶＥＲ}が１．６１であることから、空気の屈折率ｎ_ＡＩＲを１としたとき、第１空気界面ＩＦａの屈折率差Δｎ_ＩＦａは約０．５、接合界面ＩＦｂの屈折率差Δｎ_ＩＦｂは０．１、界面ＩＦｃの屈折率差Δｎ_ＩＦｃは約−０．６となり、同程度の値を示す第１空気界面ＩＦａの屈折率差Δｎ_ＩＦａ及び第２空気界面ＩＦｃの屈折率差Δｎ_ＩＦｃと比較して、接合界面ＩＦｂの屈折率差Δｎ_ＩＦｂは約１／５程度の小さい値となる。

本発明の回折素子２０では、接合界面ＩＦｂの屈折率差Δｎ_ＩＦｂが小さいことから、回折パターンが空気と界面を形成する従来の回折素子と比較して、ＣＤ用回折パターンＰＴｃの歪に起因する波面収差を低減することができる。

一方、下面２０Ｂは、図５（Ｃ）に部分拡大断面図を示すように、ＤＶＤ用回折格子ＤＧｄが形成されている。この下面２０Ｂは、他の物質に覆われていないため、直接空気に触れるようになされている。

第２の回折パターンとしてのＤＶＤ用回折パターンＰＴｄは、５段の階段状に形成されており、全体の高さ、すなわち１段目と５段目との距離は約６［μｍ］となされ、またＤＶＤ用回折パターンＰＴｄごとの周期は約１７０［μｍ］となされている。またＤＶＤ用回折パターンＰＴｄは、図３に示したように、回折素子２０の下面２０Ｂにおける、中心から外径の２／３程度までの範囲に同心円状に形成されている。

このように回折素子２０の下面２０Ｂは、ベース層２０Ｃの下側に階段状でなる第２の回折パターンとしてのＤＶＤ用回折パターンＰＴｄが周期的に形成されており、これにより光ビームをその波長に応じて回折又は透過させ、結果的に、第２の波長の光ビームとしてのＤＶＤ用光ビームＬｄのみを回折させるＤＶＤ用回折格子ＤＧｄとして機能するようになされている。

このようにして、回折素子２０は、ＢＤ用光ビームＬｂを透過させる一方、ＣＤ用光ビームＬｃを上層部２０Ａによって回折させ、ＤＶＤ用光ビームＬｄを下面２０Ｂによって回折させるようになされている。

ところで、回折素子２０の製造方法としては、金型内に光学樹脂を充填して成型品を作製する射出成型が用いられている（詳しくは後述する）。ベース層２０Ｃが扁平な円盤状でなることから、この射出成型でベース層２０Ｃを形成した場合、射出時や冷却時の樹脂の温度ムラなどによってベース層２０Ｃの上面及び下面がカーブする、いわゆる反りが発生することを避け得ない。

ここで、図６（Ａ）に示すように、射出成型で形成された反りを有するベース層１２０Ｃ（回折パターンＰＴを省略して表す）の上面にＵＶ（UltraViolet ray）レプリカ法（詳しくは後述する）で平坦なカバー層１２０Ｄを設けた従来の回折素子１２０において生じる波面収差について着目する。

図６（Ｂ）に示すように、この回折素子１２０は光ビームを第１空気界面ＩＦａに入射する際、当該回折素子１２０の中心付近を通過する光ビームＬ１を位置Ｏで入射する一方、回折素子１２０の周縁部分を通過する光ビームＬ２を位置Ｏよりも進行方向側にある位置Ｐで入射するため、当該光ビームに波面収差を発生させる。

次いで、回折素子１２０は、接合界面ＩＦｂの屈折率差Δｎ_ＩＦｂが小さいため、この接合界面ＩＦｂにおいて新たな波面収差を殆ど発生させることなく、波面収差を有する光ビームをそのまま通過させる。

さらに、回折素子１２０は、一平面である第２空気界面ＩＦｃ上の位置Ｑから光ビームＬ１及び光ビームＬ２を共に出射させるため、この第２空気界面ＩＦｃにおいて新たな波面収差を殆ど発生させることなく、光ビームをそのまま出射する。

従って、回折素子１２０では、光ビームを入射する際、第１空気界面ＩＦａで波面収差を発生すると共に、この光ビームをそのまま出射するため、出射された光ビームは波面収差を有したままとなってしまう。

そこで、本発明の回折素子２０では、第１空気界面ＩＦａで発生する波面収差を相殺するように、カバー層２０Ｄを形成するようにした。

具体的には、図７に示すように回折素子２０は、第２空気界面ＩＦｃが第１空気界面ＩＦａに有する表面歪とほぼ同一の曲率を有すると共に、第１空気界面ＩＦａの凸状のカーブとは逆の凹状のカーブを有するようにカバー層２０Ｄを形成した。

これにより、図８に示すように回折素子２０（回折パターンＰＴを省略して表す）は、光ビームを第１空気界面ＩＦａに入射する際、当該回折素子２０の中心付近を通過する光ビームＬ１を位置Ｏで入射する一方、回折素子２０の周縁部分を通過する光ビームＬ２を位置Ｏよりも進行方向側にある位置Ｐで入射するため、当該光ビームに第１の波面収差を発生させる。

次いで、回折素子２０は、接合界面ＩＦｂの屈折率差Δｎ_ＩＦｂが小さいため、この接合界面ＩＦｂにおいて新たな波面収差を殆ど発生させることなく、波面収差を有する光ビームをそのまま通過させる。

そして、回折素子２０は、当該回折素子２０の中心付近を通過する光ビームＬ１を位置Ｒから出射する一方、回折素子２０の周縁部分を通過する光ビームＬ２を位置Ｒよりも進行方向側にある位置Ｓから出射する。このとき回折素子２０は、第１空気界面ＩＦａにおいて発生した第１の波面収差とは逆の特性を有する第２の波面収差を新たに発生し、この第２の波面収差によって第１の波面収差を相殺する。

これにより、回折素子２０は、波面収差を殆ど有さない光ビームを第２空気界面ＩＦｃから出射し得るようになされている。

（１−５）回折素子の製造方法
次に、回折素子２０の製造方法について説明する。上述したように回折素子２０は、ベース層２０Ｃの上側に対し、カバー層２０Ｄが接合されて構成されている。この回折素子２０は、射出成型によって形成されたベース層２０Ｃに対し、紫外線硬化樹脂（以下ＵＶ（UltraViolet ray）硬化樹脂と呼ぶ）を使用するＵＶレプリカ法によってカバー層２０Ｄを接合することにより形成される。

すなわち回折素子２０を製造する際には、図９（Ａ）に示すように、射出金型１０１に射出成型用樹脂を注入し、冷却して固化させることにより、上面２０ＣａにＣＤ用回折パターンＰＴｃ、下面２０ＣｂにＤＶＤ用回折パターンＰＴｄを有するベース層２０Ｃを形成する。このとき、射出成型用樹脂の温度ムラなどによってベース層２０Ｃ(図９（Ｂ）)に反りが生じる。

次いで、図１０（Ａ）に示すように、このベース層２０Ｃの上面２０Ｃａに、紫外線硬化樹脂（以下、ＵＶ硬化樹脂と呼ぶ）１００を塗布し、図９（Ｂ）に示すように、カーブ面転写金型１０２をＵＶ硬化樹脂１００に対して押圧することにより、当該ＵＶ硬化樹脂１００をベース層２０Ｃの上面２０Ｃａに形成されているＣＤ用回折パターンＰＴｃ（図５（Ｃ））に密着させる。さらに、ベース層２０Ｃの下面側から紫外線を照射してＵＶ硬化樹脂１００を硬化させることにより、当該ＣＤ用回折パターンＰＴｃを覆うカバー層２０Ｄを形成する（図１０（Ｃ））。

このとき、カーブ転写金型１０２には、ベース層２０Ｃに有する表面歪により発生する表面収差を相殺するような曲率になるカーブ面をカバー層２０Ｄに転写できるよう、当該表面歪みとほぼ同じ曲率になるベース層２０Ｃの反りを模した凸状のカーブ面が予め形成されている。

これにより、カーブ転写金型１０２の型が転写されたカバー層２０Ｄの表面には、ベース層２０Ｃの反りとほぼ同じ曲率を有し、逆方向にカーブした凹状のカーブ面が形成されるようになされている。

（１−６）動作及び効果
以上の構成において、回折素子２０は、空気とベース層２０Ｃとの第１の界面となる第１空気界面ＩＦａが発生する第１の波面収差とほぼ逆の第２の波面収差を発生させるように、カバー層２０Ｄと空気との第２の界面となる第２空気界面ＩＦｃを第１空気界面ＩＦａとほぼ平行になるような表面歪を有した状態で形成するようにした。

これにより、回折素子２０は、従来のカバー層１２０Ｄ（図６（Ｂ））のように中心の厚さＴｄ１と周縁部分の厚さＴｄ２とが異なることがなく、カバー層２０Ｄの厚さを中心と周縁部分とで同一となるＴｄ３（図８（Ｂ））にすることができる。これにより、第１空気界面ＩＦａで生じる波面収差を第２空気界面ＩＦｃで相殺でき、入射される平行波面を有する光ビームに波面収差を発生させることなく出射することができる。

さらに回折素子２０は、ベース層２０Ｃ及びカバー層２０Ｄの屈折率差を小さく設定したため、接合界面ＩＦｂで殆ど波面収差を発生させない。

以上の構成によれば、回折素子２０は、第１空気界面ＩＦａで発生する波面収差を相殺するようにカバー層２０Ｄの表面形状を形成することにより、回折素子２０総体として波面収差を発生させず、かくして良好な特性を呈し得る回折素子、並びに当該回折素子を備えた対物レンズユニット、光ピックアップ及び光ディスク装置を実現できる。

（２）第２の実施の形態
（２−１）回折素子の構成
図１１〜１３は、第２の実施の形態を示すもので、図１〜１０に示す第１の実施の形態に対応する部分を同一符号で示している。本実施の形態における光ディスク装置１の光ピックアップ７は、図１１に示す回折素子２５を有している。

この回折素子２５は、図７に示す回折素子２０と同様に射出成型によって形成されたベース層２０Ｃに対し、当該回折素子２０とは異なりその表面が平坦なカバー層２５Ｄが接合されることによって形成されている。

この回折素子２５では、カバー層２５Ｄにおける屈折率を調整することにより、第１空気界面ＩＦａで発生する第１の波面収差を相殺するようにカバー層２５Ｄを形成している。

（２−２）回折素子の製造方法
次に、この回折素子２５の製造方法について説明する。

この回折素子２５は、図９及び図１０を用いて説明した回折素子２０と同様に、射出金型１０１を用いてベース層２０Ｃを形成する。この後、カーブ面転写金型１０２の代わりに表面が平坦な平板金型１０３を用いて、カバー層２０Ｄのときと同様の手順でカバー層２５Ｄを形成する。

具体的に、ベース層２０Ｃの上面２０Ｃａに、ＵＶ硬化樹脂１００を塗布（図１０（Ａ））し、さらに平板金型１０３をＵＶ硬化樹脂１００に対して押圧することにより、当該ＵＶ硬化樹脂１００をベース層２０Ｃの上面２０Ｃａに形成されているＣＤ用回折パターンＰＴｃ（図５（Ｃ））に密着させる。

この状態で、ベース層２０Ｃの下面側から紫外線を照射してＵＶ硬化樹脂１００を硬化させることにより、当該ＣＤ用回折パターンＰＴｃを平坦に覆うカバー層２５Ｄを形成する。

このとき、本実施の形態における回折素子２５では、照射する紫外線の強度分布を調整することによりカバー層２５Ｄの屈折率を光ビームに対して直角方向に調整し、上述した第１空気界面ＩＦａで発生する第１の波面収差をカバー層２５Ｄで相殺するようになされている。

すなわち、カバー層２５Ｄの厚さが小さい周縁部分の紫外線を殆ど透過させ、カバー層２５Ｄの厚さが大きい中心へ向かうに従って紫外線の透過率が減少するような強度分布を有するフィルターを作製し、紫外線を発射する図示しないＵＶ照射光源に対してこのフィルターを取り付ける。

これにより、図１２に示すように、カバー層２５Ｄの周縁部分では、大きなエネルギー量を有する紫外線が照射されるため、ＵＶ硬化樹脂を十分に硬化させて密度を上昇させ、かくして屈折率を上昇させることができる。

一方、カバー層２５Ｄの中心では、紫外線のエネルギー量が不足するためＵＶ硬化樹脂が十分に硬化することができず、密度が上昇しないためその屈折率を上昇させきることができない。

この結果、その周縁部分で屈折率が高く、中心へ行くに従って屈折率が低くなるようにカバー層２５Ｄを形成することができる。

これにより、図１３に示すように、回折素子２５（回折パターンＰＴを省略して表す）は、光ビームを第１空気界面ＩＦａに入射する際、当該回折素子２０の中心付近を通過する光ビームＬ１を位置Ｏで入射する一方、回折素子２５の周縁部分を通過する光ビームＬ２を位置Ｏよりも進行方向側にある位置Ｐで入射するため、当該光ビームに第１の波面収差を発生させる。

次いで、回折素子２５は、接合界面ＩＦｂの屈折率差Δｎ_ＩＦｂが小さいため、この接合界面ＩＦｂにおいて新たな波面収差を殆ど発生させることなく、第１の波面収差を有する光ビームをそのまま通過させる。

そして、回折素子２５は、カバー層２５Ｄの中心付近の屈折率が周縁部分の屈折率より低いため、カバー層２５Ｄ内で光ビームＬ１を光ビームＬ２よりもゆっくり進行させることにより、第１空気界面ＩＦａで発生した第１の波面収差を相殺し、第２空気界面ＩＦｃとなる位置Ｔから光ビームＬ１及び光ビームＬ２を波面収差なく出射する。

これにより回折素子２５は、平行波面を有する光ビームを入射すると、第１空気界面ＩＦａで第１の波面収差を発生するが、この第１の波面収差を平行方向に屈折率が調整されたカバー層２５Ｄで相殺して平行波面を有する光ビームとして出射し得るようになされている。

（２−３）動作及び効果
以上の構成によれば、回折素子２５は、空気とベース層２０Ｃとの第１の界面となる第１空気界面ＩＦａが発生する第１の波面収差を相殺するように、カバー層２５Ｄの厚さが小さくなる部分では屈折率が大きくなり、カバー層２５Ｄの厚さが大きくなる部分では屈折率が小さくなるように屈折率を調整した。

これにより、光ビームがカバー層２５Ｄを通過するのに要する時間を均一にして第１空気界面ＩＦａで生じる波面収差をカバー層２５Ｄで相殺でき、平行波面を有する光ビームに波面収差を発生させることなく、平行波面を有する光ビームとして第２の界面である第２空気界面ＩＦｃから出射することができる。

さらに、回折素子２５は、紫外線の照射量を調整してＵＶ硬化樹脂１００の硬化状態を変化させることにより、カバー層２５Ｄの屈折率を調整し、光ビームに対して直角方向に屈折率分布を形成するようにした。これにより、回折素子２５は、工程数を増やすことなく簡易な作業で屈折率の調整を行うことができる。

以上の構成によれば、回折素子２０は、第１空気界面ＩＦａで発生する波面収差を相殺するように第１空気界面ＩＦａが有する表面歪に応じて屈折率を調整してカバー層２０Ｄを形成することにより、回折素子２０総体として波面収差を発生させず、かくして良好な特性を呈し得る回折素子、並びに当該回折素子を備えた対物レンズユニット、光ピックアップ及び光ディスク装置を実現できる。

（３）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、ベース層２０Ｃが上面２０Ｃａ側に収縮してカーブするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、下面２０Ｃｂ側に収縮してカーブするようにしても良い。この場合、図１０で用いた凸状のカーブ面転写金型１０２とは逆となる凹状のカーブを有するカーブ面転写金型１０２を用いてカバー層２０Ｄを作製する。

さらに上述の実施の形態においては、カバー層２０ＤとしてＵＶ硬化樹脂を使用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、ベース層２０Ｃが樹脂の温度ムラなどに起因する反りによって第１空気界面ＩＦａに表面歪を有するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の原因によって生じた第１空気界面ＩＦａの表面歪が発生する第１の波面収差を相殺するようにカバー層２０Ｄを形成することができる。

さらに上述の実施の形態においては、ベース層２０Ｃが弧を描くようなカーブでなる表面歪を有するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば波線状などの様々な表面歪が発生する第１の波面収差を相殺するようにカバー層２０Ｄを形成することができる。

また上述の実施の形態においては、ベース層２５ＣがＣＤ用回折パターンＰＴｃ側に収縮してカーブするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＤＶＤ用回折パターンＰＴｄ側にカーブするようにしても良い。この場合、中心付近で強く、周縁部分へ行くに従って弱くなるように紫外線を照射することにより、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに上述の実施の形態においては、紫外線の照射量を調整することによってカバー層２５Ｄの屈折率を調整するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の方法を用いて屈折率の調整を行うようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、紫外線の光源にフィルターを取り付けることにより紫外線照射量を調整するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば光源自体が有する紫外線の強度分布をそのまま利用するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、ベース層２０Ｃ及びカバー層２０Ｄの屈折率差を小さくして接合界面ＩＦｂで波面収差を発生させないようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この屈折率差が大きい場合であっても、ベース層２０Ｃの厚さが均一であれば接合界面ＩＦｂで波面収差を発生させないようにできる。

さらに上述の実施の形態においては、第１の空気界面ＩＦａで生じる波面収差を第２の空気界面ＩＦｃの表面形状又はカバー層２５Ｄの屈折率の調整によって相殺するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第２の空気界面ＩＦｃの表面形状及びカバー層２５Ｄの屈折率の調整を適宜組み合わせるようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、第１の部材としてのベース層２０Ｃと、第２の部材としてのカバー層２０Ｄとによって本発明の回折素子としての回折素子２０を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる第１の部材と、第２の部材ととによって本発明の回折素子を構成するようにしても良い。

本発明は、例えば各種電子機器に搭載される光ディスク装置に利用することができる。

光ディスク装置の全体構成を示す略線図である。 光ピックアップの構成を示す略線図である。 対物レンズユニットの構成を示す略線図である。 対物レンズユニット内の光路を示す略線図である。 回折素子の構成を示す略線図である。 平坦なカバー層の波面収差の説明に供する略線図である。 カバー層の製造方法の説明に供する略線図である。 第１の実施の形態におけるカバー層の波面収差の説明に供する略線図である。 ベース層の作製の説明に供する略線図である。 カバー層の作製の説明に供する略線図である。 第２の実施の形態における回折素子の界面を示す略線図である。 第２の実施の形態における紫外線の照射の説明に供する略線図である。 第２の実施の形態におけるカバー層の波面収差の説明に供する略線図である。

符号の説明

１……光ディスク装置、２……制御部、３……駆動部、４……信号処理部、７……光ピックアップ、９……対物レンズユニット、１１……レーザダイオード、１９……鏡筒部、２０……回折素子、２０Ａ……上層部、２０Ｂ……下層部、２０Ｃ……ベース層、２０Ｄ……カバー層、２０Ｄｕ……カバー上層、２０Ｄｏ……カバー下層、２０Ｅ……回折パターン層、２１……対物レンズ、ＤＧｃ……ＣＤ用回折素子、ＤＧｄ……ＤＶＤ用回折素子、Ｌｂ……ＢＤ用光ビーム、Ｌｄ……ＤＶＤ用光ビーム、Ｌｃ……ＣＤ用光ビーム、１００……ＵＶ硬化樹脂、１０２……カーブ面転写金型、ＩＦａ……第１空気界面、ＩＦｂ……接合界面、ＩＦｃ……第２空気界面。

Claims (8)

1. 入射された光ビームを当該光ビームの波長に応じて回折させる回折素子であって、
   空気との第１の界面となる一面に表面歪を有する第１の部材と、
   上記第１の部材の他面を覆って空気との第２の界面を形成し、上記一面で発生する波面収差を相殺するように形成された第２の部材と
   を具えることを特徴とする回折素子。
2. 上記第２の界面は、
   上記一面が発生する波面収差とほぼ逆の波面収差を発生させるよう、表面形状が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回折素子。
3. 上記第１の部材及び上記第２の部材の屈折率差が、
   上記第１の部材及び空気の屈折率差、並びに上記第２の部材及び空気の屈折率差より小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の回折素子。
4. 上記第２の部材は、
   上記一面で発生する波面収差を相殺するよう、上記光ビームに対して直角方向に屈折率分布が形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の回折素子。
5. 上記第２の部材は、
   紫外線硬化樹脂によって形成され、硬化時に照射される紫外線量を調整することにより、上記屈折率分布が形成された
   ことを特徴とする請求項４に記載の回折素子。
6. 光源から発射される光ビームを光ディスクに照射する対物レンズユニットであって、
   空気との第１の界面となる一面に表面歪を有する第１の部材と、上記第１の部材の他面を覆って空気との第２の界面を形成し、上記一面で発生する波面収差を相殺するように形成された第２の部材とを有し、入射される光ビームを当該光ビームの波長に応じて回折する回折素子と、
   上記回折素子と一体に構成され、上記回折素子から入射される上記光ビームを集光して光ディスクに照射する対物レンズと
   を具えることを特徴とする対物レンズユニット。
7. 光ビームを発射する光源と、
   上記光ビームを集光して光ディスクに照射する対物レンズと、
   空気との第１の界面となる一面に表面歪を有する第１の部材と、上記第１の部材の他面を覆って空気との第２の界面を形成し、上記一面で発生する波面収差を相殺するように形成された第２の部材とを有し、入射される光ビームを当該光ビームの波長に応じて回折する回折素子と、
   を具えることを特徴とする光ピックアップ。
8. 光ビームを発射する光源と、
   上記光ビームを集光して光ディスクに照射する対物レンズと、
   空気との第１の界面となる一面に表面歪を有する第１の部材と、上記第１の部材の他面を覆って空気との第２の界面を形成し、上記一面で発生する波面収差を相殺するように形成された第２の部材とを有し、入射される光ビームを当該光ビームの波長に応じて回折する回折素子と、
   上記対物レンズを上記光ディスクの所望のトラックに追従させるよう駆動する駆動部と
   を具えることを特徴とする光ディスク装置。

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