JP2008159140A - Diffraction element and manufacturing method of diffraction element - Google Patents

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隆俊 山田
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丘 菅野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prepare a diffraction element having a fine and accurate diffraction pattern. <P>SOLUTION: When a diffraction pattern layer 20D wherein the diffraction pattern PTc in a step shape of a plurality of steps is formed is provided by pressurizing a metal mold to a photosetting resin 100A applied on one surface of a base member 20C and irradiating the photosetting resin with UV to cure the resin, each diffraction pattern layer 20D is formed into a plurality of layers for every step of a part of the diffraction patterns. Thereby, the depth of the shape of the metal mold is reduced to enhance accuracy thereof and the diffraction element 20 having satisfactory shape accuracy and high diffraction efficiency is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は回折素子及び回折素子の製造方法に関し、例えば光ピックアップに用いられる回折素子に適用して好適なものである。   The present invention relates to a diffractive element and a method for manufacturing the diffractive element, and is suitable for application to, for example, a diffractive element used in an optical pickup.

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)。   Conventionally, in an optical pickup of an optical disc apparatus, a diffraction element is used for the purpose of correcting an aberration of a light beam. A diffraction element forms a fine groove-shaped diffraction grating on the surface of a transparent plate-shaped element substrate, and diffracts a light beam by an optical path difference when passing through the peaks and valleys of the diffraction grating (for example, , See Patent Document 1).

ここで回折素子は、回折格子を形成する回折パターンの溝の深さ及び光ビームの波長に応じて回折効率が変化するとともに、回折パターンの周期(あるいは溝の幅)に応じて回折角度が変化する。
特開2005−339762公報
Here, the diffraction efficiency of the diffractive element changes according to the groove depth of the diffraction pattern forming the diffraction grating and the wavelength of the light beam, and the diffraction angle changes according to the period of the diffraction pattern (or the groove width). To do.
JP 2005-339762 A

このような回折素子の製造方法として、例えば透明樹脂の射出成型品でなるベース部材に対し、紫外線硬化樹脂(以下UV(Ultra Violet ray)硬化樹脂と呼ぶ)を塗布した後、当該塗布されたUV硬化樹脂に対し、回折パターンを反転させた型形状を有する金型を押圧しながら紫外線を照射することにより、金型の型形状を転写した状態でUV硬化樹脂を硬化させて、ベース部材上にUV硬化樹脂による回折パターンを形成する、いわゆるUVレプリカ法がある。かかるUVレプリカ法は、従来の射出成型による回折素子に比べ、変形が少なく精密な回折パターンを形成し得るという利点を有している。   As a method for manufacturing such a diffraction element, for example, an ultraviolet curable resin (hereinafter referred to as UV (Ultra Violet ray) curable resin) is applied to a base member made of an injection molded product of a transparent resin, and then the applied UV is applied. By irradiating ultraviolet light while pressing a mold having a mold shape with an inverted diffraction pattern against the cured resin, the UV cured resin is cured in a state where the mold shape of the mold is transferred to the base member. There is a so-called UV replica method for forming a diffraction pattern using a UV curable resin. Such a UV replica method has an advantage that a precise diffraction pattern can be formed with less deformation compared to a conventional diffraction element by injection molding.

かかるUVレプリカ法で用いられる金型を作製する技術として、機械加工法やウェハープロセスなどがある。   As a technique for producing a mold used in the UV replica method, there are a machining method and a wafer process.

機械加工法は、金型の基材に対し切削加工によって型形状を作成するものであるが、ピッチが小さく深さが深い(すなわちアスペクト比が大きい)回折パターンでは(例えばピッチ10[μm]以下、深さ10[μm]以上)、金型を加工するためのバイトが小さくなって寸法精度や剛性が低下し、このため精密な型形状を作成し得えず、これにより微細で精度の良い回折パターンを形成できないという問題がある。   The machining method is to create a die shape by cutting a mold base material, but in a diffraction pattern with a small pitch and a deep depth (that is, a large aspect ratio) (for example, a pitch of 10 [μm] or less) , Depth of 10 [μm] or more), the tool for processing the mold becomes smaller and the dimensional accuracy and rigidity are lowered, so that it is impossible to create a precise mold shape. There is a problem that a diffraction pattern cannot be formed.

これに対してウェハープロセスは、基材をエッチング加工することにより型形状を作成するものであり、上述した機械加工法に比べて精密な型形状を作成することができる。図1はウェハープロセスを用いた金型の作成手順を示し、まず図1(A)に示すように、例えばシリコンでなる基材51の表面にレジスト52を塗布する。   On the other hand, the wafer process creates a mold shape by etching the base material, and can create a more precise mold shape than the above-described machining method. FIG. 1 shows a procedure for producing a mold using a wafer process. First, as shown in FIG. 1A, a resist 52 is applied to the surface of a base material 51 made of, for example, silicon.

次に図1(B)に示すように、型形状に応じたマスクパターンを有するマスク53をレジスト52上に位置決めして所定波長の光で露光させた後、当該レジスト52を現像することにより、図1(C)に示すように、マスクパターンに応じた露光パターンがレジスト52の表面に形成される。   Next, as shown in FIG. 1B, after a mask 53 having a mask pattern corresponding to the mold shape is positioned on the resist 52 and exposed with light of a predetermined wavelength, the resist 52 is developed, As shown in FIG. 1C, an exposure pattern corresponding to the mask pattern is formed on the surface of the resist 52.

そして、露光パターンが形成されたレジスト52を介して、基材51に対し例えば反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching、以下RIEとも呼ぶ)処理及びレジストの洗浄処理を施すことにより、図1(D)に示すように、マスク53のマスクパターンに応じた金型としての型形状が基材51の表面に形成される。   Then, the substrate 51 is subjected to, for example, reactive ion etching (hereinafter also referred to as RIE) processing and resist cleaning processing through the resist 52 on which the exposure pattern is formed, so that FIG. As shown in FIG. 2, a mold shape as a mold corresponding to the mask pattern of the mask 53 is formed on the surface of the base material 51.

ところがかかるウェハープロセスは、加工するパターンのピッチ方向については例えば100[nm]以下の高精度な加工を行い得るものの、加工深さの増大に応じて加工精度が低下するという問題があるため、アスペクト比が大きい型形状を精度良く作成し得ず、これによりウェハープロセスで作成された金型ではアスペクト比が大きな回折パターンを精度良く形成し得ないという問題があった。   However, although such a wafer process can perform high-precision processing of, for example, 100 [nm] or less in the pitch direction of the pattern to be processed, there is a problem that processing accuracy decreases as the processing depth increases. A mold shape having a large ratio cannot be produced with high accuracy, and a mold produced by the wafer process has a problem that a diffraction pattern having a large aspect ratio cannot be formed with high accuracy.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、微細かつ精度の良い回折パターンを有する回折素子及びその製造方法を提案しようとするものである。   The present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose a diffraction element having a fine and accurate diffraction pattern and a method for manufacturing the same.

かかる課題を解決するため本発明の回折素子においては、ベース部材の一面に塗布された光硬化性樹脂に金型を押圧して硬化させることにより、当該ベース部材に接する面の反対面に複数段の階段状でなる回折パターンを形成してなる回折パターン層を設け、当該回折パターン層を、回折パターンの一部の段ごとに複数層に分けて形成するようにした。   In order to solve this problem, in the diffractive element of the present invention, a plurality of steps are formed on the surface opposite to the surface in contact with the base member by pressing the mold against the photocurable resin applied to one surface of the base member and curing it. A diffraction pattern layer formed by forming a diffraction pattern having a stepped shape is provided, and the diffraction pattern layer is divided into a plurality of layers for each step of the diffraction pattern.

これにより、回折パターン層を形成するための金型を複数層に分割して各金型の型深さを低減することができ、各金型を精度良く作成して、精度の良い回折パターンを有する回折素子を得ることができる。   As a result, the mold for forming the diffraction pattern layer can be divided into a plurality of layers to reduce the mold depth of each mold. The diffraction element which has can be obtained.

また本発明の回折素子の製造方法においては、ベース部材の一面に、光硬化性樹脂で形成された複数段の階段状でなる回折パターンを有する回折パターン層が設けられた回折素子の製造方法であって、ベース部材の一面に塗布した光硬化性樹脂に対し、回折パターンの最下段を含む一部の段の形状を反転した型形状を有する金型を押圧して硬化させることにより、回折パターン層の一部の層を形成するステップと、形成済みの回折パターン層の一部の層の表面に塗布した光硬化性樹脂に対し、回折パターンにおける未形成の段の全て又は一部の段の形状を反転した型形状を有する金型を押圧して硬化させることにより、回折パターン層における残りの全て又は一部の層を形成するステップとを設けるようにした。   Further, in the method for manufacturing a diffraction element according to the present invention, a method for manufacturing a diffraction element in which a diffraction pattern layer having a plurality of stepped diffraction patterns formed of a photocurable resin is provided on one surface of a base member. In addition, by pressing and curing a mold having a mold shape obtained by inverting the shape of some steps including the lowest step of the diffraction pattern against the photocurable resin applied to one surface of the base member, the diffraction pattern The step of forming a part of the layer, and the photocurable resin applied to the surface of the part of the formed diffraction pattern layer, all or some of the unformed stages of the diffraction pattern A step of forming all or a part of the remaining layers in the diffraction pattern layer by pressing and curing a mold having a mold shape that is inverted in shape.

これにより、回折パターン層を形成するための金型を複数層に分割して各金型の型深さを低減することができ、各金型を精度良く作成して、精度の良い回折パターンを有する回折素子を得ることができる。   As a result, the mold for forming the diffraction pattern layer can be divided into a plurality of layers to reduce the mold depth of each mold. The diffraction element which has can be obtained.

本発明によれば、ベース部材の一面に塗布された光硬化性樹脂に金型を押圧して硬化させることにより、当該ベース部材に接する面の反対面に複数段の階段状でなる回折パターンを形成してなる回折パターン層を設ける際、当該回折パターン層を、回折パターンの一部の段ごとに複数層に分けて形成するようにしたことにより、回折パターン層を形成するための金型を複数層に分割して各金型の型深さを低減することができ、各金型を精度良く作成して、微細かつ精度の良い回折パターンを有する回折素子及びその製造方法を実現することができる。   According to the present invention, a diffraction pattern consisting of a plurality of steps is formed on the opposite surface of the surface in contact with the base member by pressing and curing the mold to the photo-curable resin applied to one surface of the base member. When the formed diffraction pattern layer is provided, the diffraction pattern layer is divided into a plurality of layers for each part of the diffraction pattern, thereby providing a mold for forming the diffraction pattern layer. The mold depth of each mold can be reduced by dividing into multiple layers, each mold can be created with high accuracy, and a diffraction element having a fine and accurate diffraction pattern and a method for manufacturing the same can be realized. it can.

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(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2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。
(1) Configuration of Optical Disc Device (1-1) Overall Configuration of Optical Disc Device In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an optical disc device using a diffraction element according to the present invention, which is a CD (Compact Disc) system and a DVD (Digital Versatile Disc) system. Alternatively, the optical disc 100 can be played back by any one of three methods such as a BD (Blu-ray Disc, registered trademark) method.

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。   The optical disc device 1 is configured to be controlled in an integrated manner by the control unit 2. When a reproduction instruction or the like from an external device (not shown) is received in a state where the optical disc 100 is loaded, a drive unit is received from the control unit 2. 3 and the signal processing unit 4 are controlled to read information recorded on the optical disc 100.

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。   In practice, the drive unit 3 rotates the optical disc 100 at a desired rotational speed by the spindle motor 5 based on the control of the control unit 2, and the sled motor 6 increases the optical pickup 7 in the tracking direction which is the radial direction of the optical disc 100. Further, the biaxial actuator 8 finely moves the objective lens unit 9 in two directions, ie, a focus direction and a tracking direction, which are directions in which the objective lens unit 9 approaches or separates from the optical disc 100.

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。   In parallel with this, the signal processing unit 4 irradiates the desired track of the optical disc 100 with a predetermined light beam from the objective lens unit 9 by the optical pickup 7, and generates a reproduction signal based on the detection result of the reflected light. The reproduction signal is sent to an external device (not shown) via the control unit 2.

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。   The optical pickup 7 is a so-called three-wavelength compatible type, and light having a wavelength of about 780 [nm] from the objective lens unit 9 to the optical disk 100 of the CD system (hereinafter referred to as the CD system disk 100c). The optical disc 100 is irradiated with a beam, and an optical beam 100 having a wavelength of about 650 [nm] is irradiated onto an optical disc 100 made of DVD (hereinafter referred to as a DVD disc 100d). This is called a BD type disc 100b) and is irradiated with a light beam having a wavelength of about 405 [nm].

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。   As described above, the optical disc apparatus 1 can reproduce the optical disc 100 by irradiating the optical disc 100 of the CD format, DVD format, or BD format with a light beam suitable for each format. .

(1−2)光ピックアップの構成
図3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方式に対応する波長約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方式に対応する波長約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方式に対応する波長約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。
(1-2) Configuration of Optical Pickup As shown in FIG. 3, the optical pickup 7 uses a light beam having a wavelength of about 780 [nm] corresponding to the CD system (hereinafter referred to as CD light) as a light beam light source. A laser diode 11 capable of emitting a light beam having a wavelength of about 650 [nm] corresponding to the DVD system (hereinafter referred to as a DVD light beam Ld) and a wavelength of about BD. And a laser diode 12 capable of emitting a light beam having a wavelength of 405 [nm] (hereinafter referred to as a BD light beam Lb).

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。   The coupling lens 13 converts the optical magnification of the light beam emitted from the laser diode 11.

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。   The beam splitter 14 reflects or transmits the light beam according to the wavelength at the reflection / transmission surface 14A. The light beam for CD Lc having a wavelength of about 780 [nm] is reflected on the reflection / transmission surface 14A. The DVD light beam Ld having a wavelength of about 650 [nm] is reflected, and the BD light beam Lb having a wavelength of about 405 [nm] is transmitted.

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。   The polarization beam splitter 15 reflects or transmits the light beam according to the polarization direction on the polarization plane 15A, transmits the light beam incident from the beam splitter 14 side, and adjusts the polarization direction. Thus, the light beam incident from the collimator lens 16 side is reflected.

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。   The collimator lens 16 converts the light beam incident from the polarization beam splitter 15 and made of divergent light into parallel light, and converts the light beam made incident from the rising mirror 17 and made of parallel light into convergent light. .

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反射して水平方向に寝かせるようになされている。   The rising mirror 17 reflects the horizontal light beam incident from the collimator lens 16 and raises it in the vertical direction, that is, the direction in which the light beam is incident substantially perpendicularly to the optical disc 100. The vertically incident light beam is reflected and laid in the horizontal direction.

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。   The ¼ wavelength plate 18 converts the light beam incident from the rising mirror 17 from linearly polarized light to circularly polarized light by delaying the phase of a part of the component in the light beam by ¼ wavelength, or an objective lens. The light beam incident from the unit 9 is converted from circularly polarized light to linearly polarized light.

対物レンズユニット9は、図4に斜視図を示すように、略筒状でなる鏡筒部19(図4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。   As shown in the perspective view of FIG. 4, the objective lens unit 9 has a flat disk-shaped diffraction element 20 attached to the lower part of a substantially cylindrical lens barrel portion 19 (partially cut surface is shown in FIG. 4). In addition, a spindle-shaped part having a slightly smaller diameter than that of the disk is integrally formed on the lower surface of a flat disk-like part having the same size as that of the diffraction element 20 from the upper part to the center part of the lens barrel part 19. The objective lens 21 having the shape as described above is attached.

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。   The objective lens unit 9 converts the light beam incident from the quarter-wave plate 18 and made of parallel light into convergent light by the diffraction element 20 and the objective lens 21, and focuses it on the signal recording surface of the optical disc 100. Has been made.

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寝かせ、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。   The optical pickup 7 converts the light beam reflected and diverged from the signal recording surface of the optical disc 100 into parallel light by the objective lens 21 and the diffraction element 20 of the objective lens unit 9, and is converted by the quarter wavelength plate 18. The light is converted from circularly polarized light to linearly polarized light, is laid down in the horizontal direction by the raising mirror 17, that is, in the direction in which the polarizing beam splitter 15 is provided, and is converted from parallel light to convergent light by the collimator lens 16, and then to the polarizing beam splitter 15. Make it incident.

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。   In this case, the polarization beam splitter 15 reflects the light beam on the polarization plane 15A in accordance with the polarization direction of the light beam and makes it incident on the conversion lens 22.

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。   The conversion lens 22 converts the optical magnification of the CD light beam Lc, the DVD light beam Ld, and the BD light beam Lb. The optical axis synthesizing element 23 matches the optical axes of the CD light beam Lc and DVD light beam Ld emitted from the laser diode 11 with the optical axis of the BD light beam Lb emitted from the laser diode 12. Has been made.

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2)へ供給するようになされている。   A plurality of detection regions each having a predetermined shape are formed at predetermined positions on the upper surface of the photodetector 24 (that is, the surface irradiated with the light beam that has passed through the conversion lens 22 and the optical axis combining element 23). A plurality of detection signals are generated by detecting and photoelectrically converting the light amounts of the emitted light beams, and supplying the detection signals to the signal processing unit 4 (FIG. 2).

これに応じて信号処理部4は、フォトディテクタ24(図3)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。   In response to this, the signal processing unit 4 generates a reproduction RF signal by performing predetermined arithmetic processing using the detection signal from the photodetector 24 (FIG. 3), and performs predetermined decoding based on the reproduction RF signal. A reproduction signal is generated through processing, demodulation processing, and the like.

また信号処理部4は、フォトディテクタ24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。   Further, the signal processing unit 4 performs predetermined arithmetic processing using the detection signal from the photodetector 24 to generate a drive control signal such as a tracking error signal and a focus error signal, and sends these signals to the control unit 2. It is made to supply. In response to this, the control unit 2 performs tracking control, focus control, and the like via the drive unit 3 and can adjust the irradiation state of the light beam to the optical disc 100 to normally generate a reproduction signal.

(1−2−1)CD方式ディスクの場合
実際上、制御部2(図2)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3)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。
(1-2-1) In the case of a CD-type disc In practice, when the control unit 2 (FIG. 2) recognizes that the optical disc 100 is a CD-type disc 100c by a predetermined disc type determination method, the optical pickup 7 ( A CD light beam Lc made of divergent light is emitted from the light emitting point 11 A of the laser diode 11 in FIG. 3) and is incident on the beam splitter 14 through the coupling lens 13.

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。   The optical pickup 7 reflects the CD light beam Lc at the reflection / transmission surface 14 A by the beam splitter 14, transmits the polarization beam splitter 15, converts the divergent light into parallel light by the collimator lens 16, and After rising from the horizontal direction to the vertical direction and converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the quarter wavelength plate 18, the CD light beam Lc is incident on the objective lens unit 9.

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。   The objective lens unit 9 converts the CD light beam Lc incident from the quarter-wave plate 18 into convergent light by the diffraction element 20 and the objective lens 21, and focuses this on the signal recording surface of the CD disc 100c. .

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。   The objective lens unit 9 converts the CD light beam Lc reflected on the signal recording surface of the CD disc 100c into divergent light into parallel light by the objective lens 21 and the diffractive element 20, and the quarter-wave plate 18 is converted. To enter.

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により水平方向へ寝かせ、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。   Thereafter, the optical pickup 7 converts the CD light beam Lc incident on the quarter-wave plate 18 from circularly polarized light to linearly polarized light, lays it horizontally by the rising mirror 18, and converges light from parallel light by the collimator lens 16. Then, the light is reflected on the polarization plane 15A by the polarization beam splitter 15, and sequentially passes through the conversion lens 22 and the optical axis synthesizing element 23 to irradiate the photodetector 24.

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2)へ供給する。   The photodetector 24 detects the light amount of the irradiated CD light beam Lc by a plurality of detection regions, generates a plurality of detection signals, and supplies the detection signals to the signal processing unit 4 (FIG. 2).

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。   In response to this, the signal processing unit 4 generates a reproduction RF signal based on a plurality of detection signals, generates a reproduction signal, and generates a drive control signal such as a tracking error signal and a focus error signal. Has been made.

(1−2−2)DVD方式ディスクの場合
制御部2(図2)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3)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。
(1-2-2) In the case of a DVD type disc When the controller 2 (FIG. 2) recognizes that the optical disc 100 is a DVD type disc 100d by a predetermined disc type determination method, the optical pickup 7 (FIG. 3) The DVD light beam Ld made of divergent light is emitted from the light emitting point 11B of the laser diode 11 and is incident on the beam splitter 14 via the coupling lens 13.

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。   Thereafter, as in the case of the CD system disc 100c, the optical pickup 7 converts the DVD light beam Ld into the coupling lens 13, the beam splitter 14, the polarization beam splitter 15, the collimator lens 16, the rising mirror 17 and the quarter wavelength plate. Then, the light beam Ld for DVD is converted into convergent light by the diffraction element 20 and the objective lens 21 in the objective lens unit 9, and is focused on the signal recording surface of the DVD type disc 100d.

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。   Similarly to the case of the CD disc 100c, the objective lens unit 9 converts the DVD light beam Ld, which has been reflected and diverged from the signal recording surface of the DVD disc 100d, into parallel light by the objective lens 21 and the diffraction element 20. After the conversion, the ¼ wavelength plate 18, the rising mirror 17, the collimator lens 16, the polarization beam splitter 15, the conversion lens 22, and the optical axis synthesizing element 23 are passed or reflected in this order to irradiate the photodetector 24.

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2)へ供給する。   As in the case of the CD system disc 100c, the photodetector 24 generates a plurality of detection signals by detecting the amount of light of the irradiated DVD light beam Ld using a plurality of detection areas, and generates these signals as a signal processing unit 4 (FIG. 2). ).

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。   In response to this, the signal processing unit 4 generates a reproduction RF signal, generates a reproduction signal, and generates a drive control signal such as a tracking error signal and a focus error signal.

(1−2−3)BD方式ディスクの場合
制御部2(図2)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3)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。
(1-2-3) In the case of a BD disc When the control unit 2 (FIG. 2) recognizes that the optical disc 100 is a BD disc 100b by a predetermined disc type determination method, the optical pickup 7 (FIG. 3) A BD light beam Lb made of divergent light is emitted from the light emitting point 12 A of the laser diode 12 and is incident on the beam splitter 14.

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。   In this case, the beam splitter 14 transmits the BD light beam Lb through the reflection / transmission surface 13 </ b> A and makes it incident on the polarization beam splitter 15.

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。   Thereafter, the optical pickup 7 passes or reflects the BD light beam Lb in the order of the polarizing beam splitter 15, the collimator lens 16, the rising mirror 17 and the quarter wavelength plate 18 in the same manner as in the case of the CD disc 100c, and the objective lens. In the unit 9, the BD light beam Lb is converted into convergent light by the objective lens 21, and this is focused on the signal recording surface of the BD disc 100b.

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)。   Incidentally, the diffractive element 20 of the objective lens unit 9 transmits the BD light beam Lb as it is without being diffracted (details will be described later).

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。   Similarly to the case of the CD disc 100c, the objective lens unit 9 converts the BD light beam Lb, which is reflected from the signal recording surface of the BD disc 100b and becomes divergent light, into parallel light by the objective lens 21. The quarter-wave plate 18, the rising mirror 17, the collimator lens 16, the polarization beam splitter 15, the conversion lens 22, and the optical axis synthesizing element 23 are passed or reflected in this order, and are irradiated to the photodetector 24.

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2)へ供給する。   As in the case of the CD system disc 100c, the photodetector 24 generates a plurality of detection signals by detecting the amount of light of the irradiated BD light beam Lb by using a plurality of detection areas, and generates these signals as a signal processing unit 4 (FIG. 2). ).

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。   In response to this, the signal processing unit 4 generates a reproduction RF signal, generates a reproduction signal, and generates a drive control signal such as a tracking error signal and a focus error signal.

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。   As described above, the optical pickup 7 has a CD light beam Lc, a DVD light beam Ld, or a DVD light beam Ld by the objective lens unit 9 regardless of whether the optical disk 100 is a CD disk 100c, a DVD disk 100d, or a BD disk 100b. The BD light beam Lb can be focused on the signal recording surface of the optical disc 100, and the reflected light can be detected by the photodetector 24.

(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5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2)が取り付けられているものの、図5では省略している。
(1-3) Configuration of Objective Lens Unit Next, FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional view of the objective lens unit 9 and the CD disc 100c, DVD disc 100d and BD disc 100b. Incidentally, although the biaxial actuator 8 (FIG. 2) is attached to the objective lens unit 9, it is omitted in FIG.

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。   In general, in the CD system, DVD system, and BD system, from the viewpoint of compatibility and the like, the wavelength of the light beam for reading information, the numerical aperture for condensing the light beam, and signal recording from the lower surface of each optical disc 100 The thickness of the portion up to the surface (so-called cover layer) is defined by the standards.

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0.65、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。   Specifically, in the CD system, the wavelength is specified to be about 780 [nm], the numerical aperture is about 0.45, and the thickness of the cover layer is 1.2 [mm]. In the DVD system, the wavelength is about 650 [nm]. nm], a numerical aperture of about 0.65, and a cover layer thickness of 0.6 [mm]. In the BD method, the wavelength is about 405 [nm], the numerical aperture is about 0.85, and the cover The thickness of the layer is defined as 0.1 [mm].

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。   In the objective lens unit 9, due to the characteristics of the objective lens 21, the focal lengths when the CD light beam Lc, the DVD light beam Ld, and the BD light beam Lb are respectively irradiated from the objective lens 21 are different. .

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2)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。   For this reason, in the optical disk apparatus 1, by actually adjusting the height of the objective lens unit 9 (that is, the distance from the optical disk 100) via the biaxial actuator 8 (FIG. 2) while the height of the optical disk 100 is fixed. Each light beam is focused on the signal recording surface of each optical disk.

因みに図5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5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。   Incidentally, in FIG. 5, for the convenience of explanation, the objective lens unit 9 is fixed and the height of the optical disc 100 is changed. As a result, in FIG. 5, the height of the lower surface of each optical disk is different. In FIG. 4, only the cover layer is shown for the CD disc 100c, DVD disc 100d, and BD disc 100b.

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。   By the way, the objective lens 21 has priority over the CD light beam Lc and the DVD light beam Ld from the viewpoint of the relative intensity of the BD light beam Lb and the numerical aperture defined by the BD method. The design is optimized for the light beam Lb.

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。   For this reason, the objective lens 21 of the objective lens unit 9 converts the BD light beam Lb into convergent light when the BD light beam Lb is incident as parallel light from the lower side of the objective lens 21, and converts the BD light beam Lb into convergent light. It is possible to focus on the signal recording surface of 100b.

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、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。   However, since the objective lens 21 is optimized for the BD light beam Lb, if the CD light beam Lc or the DVD light beam Ld is incident as parallel light from the lower side of the objective lens 21, it is converted into convergent light. Although it can be converted, aberration is generated and the signal recording layer of the optical disc 100 cannot be correctly focused.

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。   Therefore, the objective lens unit 9 selectively diffracts only the CD light beam Lc or the DVD light beam Ld by the diffraction element 20 and makes it enter the objective lens 21 as non-parallel light, and the BD light beam Lb is converted into parallel light. The light is incident on the objective lens 21 as it is.

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5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。   Specifically, the diffraction element 20 has a CD diffraction grating DGc formed on the upper layer portion 20A, which is a hologram that diffracts the CD light beam Lc and does not diffract the DVD light beam Ld and the BD light beam Lb. As shown in FIG. 5, the CD light beam Lc is diffracted slightly outward by the CD diffraction grating DGc.

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の収差のみを補正するレンズとして機能することになる。   That is, the upper layer portion 20A of the diffraction element 20 can transmit the DVD light beam Ld and the BD light beam Lb as they are, and can selectively diffract only the CD light beam Lc, in other words, the CD light beam. It functions as a lens that corrects only the aberration of Lc.

これに応じて対物レンズ21は、図5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。   In response to this, the objective lens 21 refracts the CD light beam Lc incident from the diffraction element 20 on the lower surface and the upper surface, respectively, and converts it into convergent light, as shown in FIG. As a result, the objective lens unit 9 can correct the aberration of the CD light beam Lc, and can focus the CD light beam Lc irradiated from the objective lens 21 on the signal recording surface of the CD system disc 100c. .

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が下層部20Bに形成されており、図5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。   In the diffraction element 20, a DVD diffraction grating DGd is formed in the lower layer portion 20B, which is a hologram that diffracts the DVD light beam Ld and does not diffract the CD light beam Lc and the BD light beam Lb. As shown in FIG. 5, the DVD light beam Ld is slightly diffracted outward by the DVD diffraction grating DGd.

すなわち回折素子20の下層部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の収差のみを補正するレンズとして機能することになる。   That is, the lower layer portion 20B of the diffraction element 20 can transmit the CD light beam Lc and the BD light beam Lb as they are, and can selectively diffract only the DVD light beam Ld, in other words, the DVD light beam. It functions as a lens that corrects only the Ld aberration.

これに応じて対物レンズ21は、図5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。   In response to this, the objective lens 21 refracts the DVD light beam Ld incident from the diffraction element 20 on the lower surface and the upper surface, respectively, and converts it into convergent light, as shown in FIG. As a result, the objective lens unit 9 can correct the aberration of the DVD light beam Ld, and can focus the DVD light beam Ld irradiated from the objective lens 21 on the signal recording surface of the DVD disc 100d. .

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のみを回折させて収差を補正し、また回折素子20の下層部20BによりDVD用光ビームLdのみを回折させて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。   In this way, the objective lens unit 9 corrects the aberration by diffracting only the CD light beam Lc by the upper layer portion 20A of the diffractive element 20, and diffracts only the DVD light beam Ld by the lower layer portion 20B of the diffractive element 20. By correcting the aberration, the CD light beam Lc, the DVD light beam Ld, and the BD light beam Lb irradiated from the objective lens 21 optimized for the BD light beam Lb are converted into the CD disk 100c and the DVD disk. Each of the signal recording surfaces of the disc 100d and the BD disc 100b can be focused.

(1−4)回折素子の構成
回折素子20は、図6(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、また下層部20BにDVD用回折格子DGdが形成されている。
(1-4) Configuration of Diffraction Element As shown in FIG. 6A, the diffraction element 20 is configured around a base layer 20C formed in a generally flat disk shape, as described above. A CD diffraction grating DGc is formed in the upper layer portion 20A, and a DVD diffraction grating DGd is formed in the lower layer portion 20B.

ベース層20Cは、平面状の上下面を有する円板でなり、所定の屈折率を有する透明な合成樹脂を射出成型して形成されたものである。   The base layer 20C is a disk having a flat upper and lower surface, and is formed by injection molding a transparent synthetic resin having a predetermined refractive index.

一方上層部20Aは、図6(B)に部分拡大断面図を示すように、平面状に形成されたベース層20Cの上面20CaにCD用回折パターン層20Dが接合され、さらにその上側にカバー層20Eが接合されて形成されている。   On the other hand, as shown in FIG. 6B, the upper layer portion 20A has a CD diffraction pattern layer 20D joined to the upper surface 20Ca of the base layer 20C formed in a planar shape, and a cover layer on the upper side. 20E is joined and formed.

CD用回折パターン層20Dは、ベース層20Cと略同等の屈折率を有する透明な樹脂でなり、階段状でなるCD用回折パターンPTcが上面側に周期的に形成されている。このCD用回折パターンPTcは2段(3ステップ)の階段状に形成されており、1段あたりの深さは、CD用回折パターン層20D及びカバー層20Eの屈折率分散および透過・回折すべき波長と次数に基づいて定められる。またCD用回折パターンPTcの繰り返し周期(すなわちピッチ)は、ホログラムによって補正すべき波長の位相に基づいて定められる。   The CD diffraction pattern layer 20D is made of a transparent resin having a refractive index substantially equal to that of the base layer 20C, and stepwise CD diffraction patterns PTc are periodically formed on the upper surface side. This CD diffraction pattern PTc is formed in two steps (three steps), and the depth per step should be the refractive index dispersion and transmission / diffraction of the CD diffraction pattern layer 20D and the cover layer 20E. Determined based on wavelength and order. The repetition period (that is, pitch) of the CD diffraction pattern PTc is determined based on the phase of the wavelength to be corrected by the hologram.

実際上CD用回折パターンPTcの全深さは12[μm]とされ、またCD用回折パターンPTcのピッチは10[μm]とされている。またCD用回折パターンPTcは、図4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。   Actually, the total depth of the CD diffraction pattern PTc is 12 [μm], and the pitch of the CD diffraction pattern PTc is 10 [μm]. Further, as shown in FIG. 4, the CD diffraction pattern PTc is concentrically formed in a range from the center to about half of the outer diameter on the upper surface of the diffraction element 20.

またカバー層20Eは、CD用回折パターン層20Dとは異なる屈折率を有する材料によって構成されており、その下面が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。   The cover layer 20E is made of a material having a refractive index different from that of the CD diffraction pattern layer 20D, and its lower surface is formed so as to be joined to the CD diffraction pattern PTc without a gap, and its upper surface is planar. It is formed in a shape.

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たベース層20Cと略同等の屈折率を有するCD用回折パターン層20Dが接合され、その上側に当該回折パターン層20Dと異なる屈折率を有するカバー層20E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。   As described above, the upper layer portion 20A of the diffraction element 20 has a refractive index substantially equal to that of the base layer 20C in which the stepped CD diffraction pattern PTc is periodically formed on the upper surface 20Ca of the base layer 20C. The pattern layer 20D is bonded, and the cover layer 20E having a refractive index different from that of the diffraction pattern layer 20D is bonded to the upper side of the pattern layer 20D, thereby diffracting or transmitting the light beam according to the wavelength. It functions as a CD diffraction grating DGc that diffracts only the CD light beam Lc as the light beam of one wavelength.

一方、下層部20Bは、図6(C)に部分拡大断面図を示すように、平面状に形成されたベース層20Cの下面20Cbに、DVD用回折格子DGdが形成されたDVD用回折パターン層20Fが接合されて形成されている。   On the other hand, as shown in FIG. 6C, the lower layer portion 20B is a DVD diffraction pattern layer in which a DVD diffraction grating DGd is formed on the lower surface 20Cb of the planar base layer 20C. 20F is joined and formed.

このDVD用回折パターン層20Fも、ベース層20Cと略同等の屈折率を有する透明な樹脂でなり、階段状でなるDVD用回折パターンPTdが下面側に周期的に形成されている。なおDVD用回折パターン層20Fの下面は、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。   The DVD diffraction pattern layer 20F is also made of a transparent resin having a refractive index substantially equal to that of the base layer 20C, and stepwise DVD diffraction patterns PTd are periodically formed on the lower surface side. The lower surface of the diffraction pattern layer 20F for DVD is directly covered with air because it is not covered with other substances.

DVD用回折パターンPTdは4段(5ステップ)の階段状に形成されており、全深さは6[μm]となされ、またピッチは170[μm]となされている。またDVD用回折パターンPTdは、図4に示したように、回折素子20の下面における、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。   The DVD diffraction pattern PTd is formed in four steps (five steps), the total depth is 6 [μm], and the pitch is 170 [μm]. Further, as shown in FIG. 4, the DVD diffraction pattern PTd is formed concentrically in a range from the center to about 2/3 of the outer diameter on the lower surface of the diffraction element 20.

このように回折素子20の下層部20Bは、ベース層20Cの下側に接合されたDVD用回折パターン層20Fに階段状でなる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。   In this way, in the lower layer portion 20B of the diffraction element 20, the DVD diffraction pattern PTd having a stepped shape is periodically formed on the DVD diffraction pattern layer 20F joined to the lower side of the base layer 20C. The beam is diffracted or transmitted according to the wavelength, and as a result, functions as a DVD diffraction grating DGd that diffracts only the DVD light beam Ld as the light beam of the second wavelength.

(2)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。図6(A)に示したように回折素子20は、ベース層20Cの上側及び下側に対し、それぞれCD用回折パターン層20D及びDVD用回折パターン層20Fが接合されている。
(2) Method for Manufacturing Diffraction Element Next, a method for manufacturing the diffraction element 20 will be described. As shown in FIG. 6A, in the diffraction element 20, a CD diffraction pattern layer 20D and a DVD diffraction pattern layer 20F are bonded to the upper side and the lower side of the base layer 20C, respectively.

上述したようにベース層20Cは、所定の屈折率を有する透明な合成樹脂(例えばポリオレフィン系樹脂)を金型に充填することにより製造される射出成型品であり、樹脂が冷却する際の収縮等に伴う歪が生じることを避け得ない。このためこの回折素子20では、当該ベース層20Cの上面20Ca及び下面20Cbに、それぞれCD用回折パターン層20D及びDVD用回折パターン層20FをUVレプリカ法で形成することにより、ベース層20Cが有する歪を当該CD用回折パターン層20D及びDVD用回折パターン層20Fで光学的に相殺して、回折素子20の光学的特性を良好に保つようになされている。   As described above, the base layer 20C is an injection-molded product manufactured by filling a mold with a transparent synthetic resin (for example, a polyolefin-based resin) having a predetermined refractive index, such as shrinkage when the resin cools. It is unavoidable that the distortion caused by. For this reason, in this diffraction element 20, by forming the diffraction pattern layer for CD 20D and the diffraction pattern layer for DVD 20F on the upper surface 20Ca and the lower surface 20Cb of the base layer 20C, respectively, the distortion of the base layer 20C is obtained. Are optically offset by the diffraction pattern layer for CD 20D and the diffraction pattern layer for DVD 20F, and the optical characteristics of the diffraction element 20 are kept good.

すなわち、上述したようにベース層20Cは射出成型に起因する歪を有しており、このため本来は平坦であるべき上面20Ca及び下面20Cbにも歪が生じている。しかしながら、CD用回折パターン層20D及びDVD用回折パターン層20Fを形成するUV硬化樹脂はベース層20Cとほぼ同等の屈折率を有していることから、CD用回折パターン層20D及びDVD用回折パターン層20Fとベース層20Cとは光学的に一体となり、これにより、上面20Ca及び下面20Cbの歪は光学的な影響を及ぼさなくなる。   That is, as described above, the base layer 20C has a distortion caused by injection molding, and therefore, the upper surface 20Ca and the lower surface 20Cb that should originally be flat also have a distortion. However, since the UV curable resin forming the CD diffraction pattern layer 20D and the DVD diffraction pattern layer 20F has a refractive index substantially equal to that of the base layer 20C, the CD diffraction pattern layer 20D and the DVD diffraction pattern are provided. The layer 20F and the base layer 20C are optically integrated so that the distortion of the upper surface 20Ca and the lower surface 20Cb does not have an optical effect.

(2−1)DVD用回折パターン層の形成
回折素子20を製造する際には、まずDVD用回折パターン層20Fを形成する。すなわち図7(A)に示すように、射出成型によるベース層20Cの下面20Cbに、当該ベース層20Cを形成する射出成型樹脂とほぼ同等の屈折率を有する光硬化性樹脂としての第1のUV硬化樹脂100Aを塗布する。
(2-1) Formation of DVD Diffraction Pattern Layer When the diffraction element 20 is manufactured, first, the DVD diffraction pattern layer 20F is formed. That is, as shown in FIG. 7A, the first UV as a photocurable resin having a refractive index substantially equal to the injection molding resin for forming the base layer 20C on the lower surface 20Cb of the base layer 20C by injection molding. A cured resin 100A is applied.

続いて図7(B)に示すように、DVD用回折パターンPTd(図6(C))を反転した型形状を有するDVD回折格子用金型101を、下面20Cbに塗布されたUV硬化樹脂100Aに対して押圧するとともに、図示しない紫外線光源を用いてベース層20Cの上面側から樹脂硬化用の紫外線を照射することにより、当該DVD回折格子用金型101Aの型形状を転写した状態で第1のUV硬化樹脂100Aを硬化させ、かくして図7(C)に示すように、DVD用回折パターンPTdを正確に再現したDVD用回折パターン層20Fをベース層20Cの下面20Cbに密着して形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7B, a UV curable resin 100A in which a DVD diffraction grating mold 101 having a mold shape obtained by inverting the DVD diffraction pattern PTd (FIG. 6C) is applied to the lower surface 20Cb. In addition, the ultraviolet light source (not shown) is used to irradiate UV light for resin curing from the upper surface side of the base layer 20C to transfer the first shape of the DVD diffraction grating mold 101A. As shown in FIG. 7C, the DVD diffraction pattern layer 20F accurately reproducing the DVD diffraction pattern PTd is formed in close contact with the lower surface 20Cb of the base layer 20C.

(2−2)CD用回折パターン層の形成
このようにしてDVD用回折パターン層20FをUVレプリカ法を用いて形成した後、CD用回折パターン層20Dを形成するのであるが、当該CD用回折パターン層20DのCD用回折パターンPTcは、DVD用回折パターン層20FのDVD用回折パターンPTdに比べて微細かつアスペクト比が大きいという差異がある。
(2-2) Formation of CD diffraction pattern layer After the DVD diffraction pattern layer 20F is formed using the UV replica method, the CD diffraction pattern layer 20D is formed. The CD diffraction pattern PTc of the pattern layer 20D is different from the DVD diffraction pattern PTd of the DVD diffraction pattern layer 20F in that it is finer and has a larger aspect ratio.

すなわちDVD用回折パターンPTdは、図6(C)に示したように全深さ6[μm]、ピッチ170[μm]でなり、ピッチに対して全深さが浅いとともにピッチ自体も広く、これにより、DVD用回折パターン層20Fを形成するためのDVD回折格子用金型101Aを、RIE処理を用いるウェハープロセスによって容易に精度良く作成することができる。   That is, as shown in FIG. 6C, the DVD diffraction pattern PTd has a total depth of 6 [μm] and a pitch of 170 [μm]. The total depth is shallow with respect to the pitch and the pitch itself is wide. Thus, the DVD diffraction grating mold 101A for forming the DVD diffraction pattern layer 20F can be easily and accurately produced by a wafer process using RIE processing.

これに対してCD用回折パターンPTcは、図6(B)に示したように全深さ12[μm]、ピッチ10[μm](ステップ幅3.3[μm])でなり、DVD用回折パターンPTdに比べてピッチが極めて狭いとともに全深さも2倍あり、全体として細く深いパターン形状を有している。   On the other hand, the CD diffraction pattern PTc has a total depth of 12 [μm] and a pitch of 10 [μm] (step width of 3.3 [μm]) as shown in FIG. Compared with the pattern PTd, the pitch is extremely narrow and the total depth is twice as large, and the entire pattern has a thin and deep pattern shape.

ここで、回折パターンのアスペクト比を「ステップに近接する2つの壁のうち大きい方の深さ÷ステップ幅」と定義すると、CD用回折パターンPTcにおける最も深いステップについてのアスペクト比は、12[μm]÷3.3[μm]=3.6と、大きな値になる。また、CD用回折パターンPTcの全深さは12[μm]もあり、上述したRIE処理を用いるウェハープロセスでは、当該CD用回折パターンPTcを形成するための金型を精度良く作成することができないという問題がある。   Here, if the aspect ratio of the diffraction pattern is defined as “the larger of the two walls adjacent to the step / the step width”, the aspect ratio of the deepest step in the CD diffraction pattern PTc is 12 [μm. ] ÷ 3.3 [μm] = 3.6, which is a large value. Further, the total depth of the CD diffraction pattern PTc is 12 [μm], and in the wafer process using the RIE process described above, a mold for forming the CD diffraction pattern PTc cannot be formed with high accuracy. There is a problem.

具体的には、RIE処理による加工深さが増大すると、型形状における壁部の垂直性、底部の平坦性、深さの寸法精度、エッジ部のシャープさなどといった形状精度が悪化し、これにより、当該金型を用いてUVレプリカ法で形成される回折パターンも、形状精度が悪化して光学的性能が低下してしまう。   Specifically, as the processing depth by RIE increases, the shape accuracy such as wall verticality, bottom flatness, depth dimensional accuracy, edge sharpness, etc. in the mold shape deteriorates. The diffraction pattern formed by the UV replica method using the mold also deteriorates the shape accuracy and reduces the optical performance.

このような問題に対処するため本発明の回折素子20では、CD用回折パターン層20Dを、階段状を成しているCD用回折パターンPTcの1段分ずつ分割して形成するようにした。これにより金型の型形状深さを浅くして、RIE処理を用いて当該金型を精度良く作成することができる。   In order to deal with such a problem, in the diffraction element 20 of the present invention, the CD diffraction pattern layer 20D is formed by dividing the CD diffraction pattern layer PTc by one step. Thereby, the mold shape depth of the mold can be reduced, and the mold can be accurately produced by using the RIE process.

すなわちCD用回折パターン層20Dを形成する際には、まず図8(A)に示すように、ベース層20Cの上面20Caに第1のUV硬化樹脂100Aを塗布する。   That is, when the CD diffraction pattern layer 20D is formed, first, as shown in FIG. 8A, the first UV curable resin 100A is applied to the upper surface 20Ca of the base layer 20C.

続いて図8(B)に示すように、CD用回折パターンPTcの第1段目を反転した型形状を有するCD回折格子用金型第1段102Aを、上面20Caに塗布されたUV硬化樹脂100Aに対して押圧するとともに、図示しない紫外線光源を用いてベース層20Cの下面側から樹脂硬化用の紫外線を照射することにより、当該CD回折格子用金型第1段102Aの型形状を転写した状態で第1のUV硬化樹脂100Aを硬化させ、かくして図8(C)に示すように、CD用回折パターンPTcの第1段目を正確に再現したCD用回折パターン層第1段20D1をベース層20Cの上面20Caに密着して形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 8B, a UV curable resin in which a CD diffraction grating mold first stage 102A having a mold shape obtained by inverting the first stage of the CD diffraction pattern PTc is applied to the upper surface 20Ca. While pressing against 100A, the mold shape of the first stage 102A of the CD diffraction grating mold was transferred by irradiating ultraviolet rays for resin curing from the lower surface side of the base layer 20C using an ultraviolet light source (not shown). In this state, the first UV curable resin 100A is cured, and as shown in FIG. 8C, the CD diffraction pattern layer first stage 20D1 accurately reproducing the first stage of the CD diffraction pattern PTc is used as a base. It is formed in close contact with the upper surface 20Ca of the layer 20C.

ここで、上述したようにCD回折格子用金型第1段102AはCD用回折パターンPTcの第1段目を反転したものであるから、その型形状は図8(B)に示すように幅6.7[μm]、深さ幅6[μm]となり、RIE処理を用いるウェハープロセスによって当該CD回折格子用金型第1段102Aを精度良く作成することができ、これによりCD用回折パターン層第1段20D1を良好な形状精度で形成することができる。   Here, as described above, the first stage 102A of the CD diffraction grating mold 102A is obtained by inverting the first stage of the CD diffraction pattern PTc, so that the mold shape has a width as shown in FIG. 8B. 6.7 [μm] and depth width 6 [μm], and the CD diffraction grating mold first stage 102A can be accurately produced by a wafer process using RIE processing. The first stage 20D1 can be formed with good shape accuracy.

このようにしてCD用回折パターン層第1段20D1を形成した後、その溝部に、カバー層20E(図6(B))を構成する光硬化性樹脂としての第2のUV硬化樹脂100Bを充填する。   After the CD diffraction pattern layer first step 20D1 is formed in this way, the groove portion is filled with the second UV curable resin 100B as the photocurable resin constituting the cover layer 20E (FIG. 6B). To do.

すなわち図8(C)に示すように、CD用回折パターン層第1段20D1に第2のUV硬化樹脂100Bを塗布した後、図8(D)に示すように、例えば離型処理を施した合成石英平板でなる透明平板金型101Bを第2のUV硬化樹脂100Bに押圧することにより、当該第2のUV硬化樹脂100BをCD用回折パターン層第1段20D1の溝部に密着させ、さらに、当該透明平板金型101Bを介して紫外線を照射することにより、第2のUV硬化樹脂100BをCD用回折パターン層第1段20D1の溝部に充填した状態で硬化させる(図8(E))。   That is, as shown in FIG. 8C, after applying the second UV curable resin 100B to the first diffraction pattern layer 20D1 for CD, for example, as shown in FIG. By pressing a transparent flat plate mold 101B made of a synthetic quartz flat plate against the second UV curable resin 100B, the second UV curable resin 100B is brought into close contact with the groove portion of the first diffraction pattern layer for CD 20D1, By irradiating ultraviolet rays through the transparent flat plate mold 101B, the second UV curable resin 100B is cured in a state where the groove portion of the first diffraction pattern layer 20D1 for CD is filled (FIG. 8E).

続いて、CD用回折パターン層20Dの2段目を形成する。すなわち図9(A)に示すように、溝部に第2のUV硬化樹脂100Bが充填されたCD用回折パターン層第1段20D1に対し、第1のUV硬化樹脂100Aを塗布した後、図9(B)に示すように、CD用回折パターンPTcの第2段目を反転した型形状を有するCD回折格子用金型第2段102Bを押圧し、ベース層20Cの下面側から紫外線を照射することにより、当該CD回折格子用金型第2段102Bの型形状を転写した状態で第1のUV硬化樹脂100Aを硬化させる。   Subsequently, the second stage of the diffraction pattern layer for CD 20D is formed. That is, as shown in FIG. 9A, after applying the first UV curable resin 100A to the first diffraction pattern layer 20D1 for CD in which the groove portion is filled with the second UV curable resin 100B, As shown in (B), the second stage 102B of the CD diffraction grating mold having the shape reversed from the second stage of the CD diffraction pattern PTc is pressed, and ultraviolet rays are irradiated from the lower surface side of the base layer 20C. Thus, the first UV curable resin 100A is cured in a state where the mold shape of the second stage 102B of the CD diffraction grating mold is transferred.

かくして図9(C)に示すように、CD用回折パターンPTcの第2段目を正確に再現したCD用回折パターン層第2段20D2をCD用回折パターン層第1段20D1に積層して形成し、当該CD用回折パターン層第1段20D1及び第2段20D2からなるCD用回折パターン層20Dが完成する。   Thus, as shown in FIG. 9C, the CD diffraction pattern layer second step 20D2 accurately reproducing the second step of the CD diffraction pattern PTc is laminated on the CD diffraction pattern layer first step 20D1. Thus, the CD diffraction pattern layer 20D including the first stage 20D1 and the second stage 20D2 is completed.

上述したようにCD回折格子用金型第2段102BはCD用回折パターンPTcの第2段目を反転したものであるから、その型形状は図9(B)に示すように幅3.3[μm]、深さ幅6[μm]となり、RIE処理を用いるウェハープロセスによって当該CD回折格子用金型第2段102Bを精度良く作成することができ、これによりCD用回折パターン層第2段20D2を良好な形状精度で形成することができる。   As described above, since the second stage 102B of the CD diffraction grating mold is an inverted version of the second stage of the CD diffraction pattern PTc, the mold shape has a width of 3.3 as shown in FIG. 9B. [μm] and depth width 6 [μm], and the CD diffraction grating mold second stage 102B can be accurately produced by a wafer process using RIE processing. 20D2 can be formed with good shape accuracy.

ここで、上述したCD回折格子用金型第2段102Bを押圧してCD用回折パターン層第2段20D2を形成する際、先に形成されているCD用回折パターン層第1段20D1に対し、当該CD回折格子用金型第2段102Bを正確に位置決めする必要がある。   Here, when the CD diffraction pattern layer second stage 20D2 is formed by pressing the CD diffraction grating mold second stage 102B described above, the CD diffraction pattern layer first stage 20D1 is formed. The CD diffraction grating mold second stage 102B needs to be accurately positioned.

かかる位置決め方法としては、例えばCD回折格子用金型第1段102A及び第2段102Bの双方に対し適切な位置にマーキングを施しておき、顕微鏡観察下で双方のマーキングを合致させるようにすれば良い。   As such a positioning method, for example, markings are made at appropriate positions on both the first stage 102A and the second stage 102B of the CD diffraction grating mold, and both the markings are matched with each other under a microscope. good.

このようにしてCD用回折パターン層20Dを形成した後、図9(C)に示すように当該CD用回折パターン層20Dの上面に第2のUV硬化樹脂100Bを塗布する。   After the CD diffraction pattern layer 20D is formed in this way, the second UV curable resin 100B is applied to the upper surface of the CD diffraction pattern layer 20D as shown in FIG. 9C.

そして図9(D)に示すように、透明平板金型101BをCD用回折パターン層20Dの上面から所定間隔(例えば3[μm]程度)離して押圧し、さらに、当該透明平板金型101Bを介して紫外線を照射することにより、CD用回折パターン層20D全体(すなわちCD用回折パターンPTc(図6(B))全体)を平坦に覆うカバー層20Eを形成する(図9(E))。   Then, as shown in FIG. 9D, the transparent flat plate mold 101B is pressed away from the upper surface of the CD diffraction pattern layer 20D by a predetermined distance (for example, about 3 [μm]), and the transparent flat plate mold 101B is further pressed. Then, the cover layer 20E that covers the entire CD diffraction pattern layer 20D (that is, the entire CD diffraction pattern PTc (FIG. 6B)) flatly is formed (FIG. 9E).

ここでCD用回折パターン層20Dには、CD用回折パターン層第1段20D1の溝部に第2のUV硬化樹脂100Bを充填する際において(図8(D))、CD用回折パターン層第1段20D1に対して透明平板金型101Bを完全には密着させ得ないことから、図10に示すように、CD用回折パターン層第1段20D1の頂部とCD用回折パターン層第2段20D2との間に、第2のUV硬化樹脂の薄膜100B1が形成されてしまい、この薄膜100B1の介在によってCD用回折パターン層第1段20D1とCD用回折パターン層第2段20D2とが不連続となる。   Here, when filling the CD diffraction pattern layer 20D with the second UV curable resin 100B in the groove portion of the CD diffraction pattern layer first step 20D1 (FIG. 8D), the CD diffraction pattern layer first Since the transparent flat plate mold 101B cannot be completely brought into close contact with the step 20D1, as shown in FIG. 10, the top of the CD diffraction pattern layer first step 20D1 and the CD diffraction pattern layer second step 20D2 In the meantime, the second UV curable resin thin film 100B1 is formed, and the CD diffraction pattern layer first stage 20D1 and the CD diffraction pattern layer second stage 20D2 become discontinuous by the thin film 100B1. .

同様に、CD用回折パターン層第2段20D2を形成する際においても(図9(B))、CD回折格子用金型第2段102Bを完全には密着させ得ないことから、図10に示すように、CD用回折パターン層第1段20D1の溝部に充填された第2のUV硬化樹脂100Bと、CD用回折パターン層第2段20D2の溝部に充填された第2のUV硬化樹脂100Bとの間に、第1のUV硬化樹脂の薄膜100A1が形成されてしまい、この薄膜100A1の介在によってカバー層20Eも不連続となる。   Similarly, when forming the CD diffraction pattern layer second stage 20D2 (FIG. 9B), the CD diffraction grating mold second stage 102B cannot be completely brought into close contact. As shown, the second UV curable resin 100B filled in the groove portion of the first diffraction pattern layer 20D1 for CD and the second UV curable resin 100B filled in the groove portion of the second diffraction pattern layer 20D2 for CD. In between, the thin film 100A1 of the first UV curable resin is formed, and the cover layer 20E also becomes discontinuous due to the interposition of the thin film 100A1.

このような薄膜100A1及び100B1の介在は、CD用回折パターンPTcの回折効率低下の要因となり得るが、実際上当該薄膜100A1及びB1の膜厚を2[μm]以下に抑えることができるため、各波長での回折効率変動を±0.5%内に収めることができるとともに、収差への影響も生じない。   Such interposition of the thin films 100A1 and 100B1 can cause a reduction in the diffraction efficiency of the diffraction pattern PTc for CD. However, since the film thickness of the thin films 100A1 and B1 can actually be suppressed to 2 [μm] or less, The diffraction efficiency fluctuation at the wavelength can be kept within ± 0.5%, and the aberration is not affected.

(3)動作及び効果
以上の構成において、この回折素子20では、UVレプリカ法を用いてCD用回折パターン層20Dを形成する際、当該CD用回折パターン層20DをCD用回折パターンPTcの1段ごとに工程を分けて形成するようにした。
(3) Operation and Effect In the above-described configuration, in the diffraction element 20, when the CD diffraction pattern layer 20D is formed using the UV replica method, the CD diffraction pattern layer 20D is formed as one stage of the CD diffraction pattern PTc. Each process was formed separately.

このため、CD用回折パターンPTcの形状を転写するための金型をCD回折格子用金型第1段102AとCD回折格子用金型第2段102Bとに分割して、それぞれの型形状深さを削減することができ、これにより、RIE処理によって金型を作成した場合の壁部の垂直性、底部の平坦性、深さの寸法精度、エッジ部のシャープさといった形状精度を向上することができる。   For this reason, a mold for transferring the shape of the CD diffraction pattern PTc is divided into a CD diffraction grating mold first stage 102A and a CD diffraction grating mold second stage 102B. This improves the shape accuracy such as the verticality of the wall, flatness of the bottom, dimensional accuracy of the depth, and sharpness of the edge when a mold is created by RIE processing. Can do.

そして、このようにして作成されたCD回折格子用金型第1段102A及びCD回折格子用金型第2段102Bを用いてCD用回折パターン層20Dを形成することで、CD用回折パターンPTcの形状精度を高めることができ、これにより、CD用光ビームLcに対して高い回折効率を有する回折素子20を製造することができる。   Then, the CD diffraction pattern layer 20D is formed by using the CD diffraction grating mold first stage 102A and the CD diffraction grating mold second stage 102B created in this manner, whereby the CD diffraction pattern PTc. The diffractive element 20 having a high diffraction efficiency with respect to the CD light beam Lc can be manufactured.

実際上、本発明のCD回折格子用金型第1段102A及びCD回折格子用金型第2段102Bを用いて製造した回折素子20は、従来の一体型の型形状を有する金型を用いて製造した回折素子と比べて回折効率が約3%向上した。   In practice, the diffraction element 20 manufactured using the first stage 102A for CD diffraction grating and the second stage 102B for CD diffraction grating according to the present invention uses a mold having a conventional integral mold shape. Compared with the diffractive element manufactured in this way, the diffraction efficiency improved by about 3%.

以上の構成によれば、CD用回折パターンPTcの形状を転写するための金型をCD回折格子用金型第1段102AとCD回折格子用金型第2段102Bとに分割して作成することによって型形状精度を向上し、これらの金型を用いて、CD用回折パターンPTcの1段ごとにCD用回折パターン層20Dを形成することにより、形状精度が良く高い回折効率を有する回折素子20を得ることができる。   According to the above configuration, the mold for transferring the shape of the CD diffraction pattern PTc is divided into the CD diffraction grating mold first stage 102A and the CD diffraction grating mold second stage 102B. Thus, the shape accuracy of the mold is improved, and by using these molds, the diffraction pattern layer for CD 20D is formed for each stage of the diffraction pattern for CD PTc, so that the diffraction accuracy is high and the diffraction efficiency is high. 20 can be obtained.

(4)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、回折パターンの段数が2段でなる回折格子に本発明を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、3段以上の回折パターンを有する回折格子を製造する際にも本発明を適用することができる。
(4) Other Embodiments In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a diffraction grating having two diffraction pattern stages has been described. The present invention can also be applied when manufacturing a diffraction grating having the above diffraction pattern.

例えば図11(A)は、CD用光ビームLcに対してさらに高い回折効率を得るために段数を3段(4ステップ)に増加したCD用回折パターン層20Dを示し、そのCD用回折パターンPTc3は全深さ18[μm]、ピッチ10[μm]、ステップ幅2.5[μm]でなり、図6(B)に示した2段のCD用回折パターン層20Dに比べてステップ幅が狭いとともに全深さが深く、アスペクト比は18[μm]÷2.5[μm]=7.2となる。   For example, FIG. 11A shows a CD diffraction pattern layer 20D in which the number of steps is increased to three (four steps) in order to obtain higher diffraction efficiency for the CD light beam Lc, and the CD diffraction pattern PTc3. Has a total depth of 18 [μm], a pitch of 10 [μm], and a step width of 2.5 [μm], and the step width is narrower than that of the two-stage CD diffraction pattern layer 20D shown in FIG. In addition, the total depth is deep, and the aspect ratio is 18 [μm] ÷ 2.5 [μm] = 7.2.

このような狭く深いCD用回折パターンPTc3を有するCD用回折パターン層20Dを形成する際にも、金型を段ごとに分割して作成し、図11(B)に示すようにCD用回折パターンPTc3の段ごとにCD用回折パターン層20Dを形成するようにすれば、各段の金型それぞれの型形状深さを削減して精度の良い金型を作成でき、これを用いて形状精度が良く高い回折効率を有する回折格子を作成することができる。   Also when forming the CD diffraction pattern layer 20D having such a narrow and deep CD diffraction pattern PTc3, the mold is divided and prepared, and the CD diffraction pattern is formed as shown in FIG. If the CD diffraction pattern layer 20D is formed for each stage of PTc3, it is possible to reduce the mold shape depth of each stage of the mold and create a highly accurate mold, and this can be used to improve the shape accuracy. A diffraction grating having a good and high diffraction efficiency can be produced.

また図12(A)は、段数を4段(5ステップ)に増加したCD用回折パターン層20Dを示し、そのCD用回折パターンPTc4は全深さ24[μm]、ピッチ10[μm]、ステップ幅2[μm]でなり、さらにステップ幅が狭いとともに全深さが深く、アスペクト比は24[μm]÷2[μm]=12にもなる。   FIG. 12A shows the CD diffraction pattern layer 20D with the number of steps increased to four (5 steps). The CD diffraction pattern PTc4 has a total depth of 24 [μm], a pitch of 10 [μm], and steps. The width is 2 [μm], the step width is narrower and the total depth is deep, and the aspect ratio is 24 [μm] / 2 [μm] = 12.

このようなCD用回折パターンPTc4を有するCD用回折パターン層20Dを形成する際にも、段ごとに分割すれば精度の良い金型を作成できる。なお、このような段数の多い回折パターン層の場合、中間段における見かけのアスペクトが減少することから、当該中間段を複数段まとめて1つの金型で形成することもできる。   Even when the CD diffraction pattern layer 20D having such a CD diffraction pattern PTc4 is formed, it is possible to create a highly accurate mold by dividing each stage. In the case of such a diffraction pattern layer having a large number of steps, the apparent aspect at the intermediate step is reduced, so that a plurality of intermediate steps can be formed together with a single mold.

すなわち図12(B)に示すCD用回折パターン層20Dのように、最上段及び最下段(CD用回折パターン層第1段20D1及び第4段20D1)をそれぞれ1段ずつ形成するとともに、中間段のCD用回折パターン層第2及び3段20D23については2段まとめて形成するようにしても、当該CD用回折パターン層第2及び3段20D23の底部幅及び頂部幅はステップ幅2[μm]の2倍となることから、そのアスペクト比はCD用回折パターン層第1段20D1と同一になり、これにより形状精度が良い金型を作成することができる。   That is, like the CD diffraction pattern layer 20D shown in FIG. 12B, the uppermost stage and the lowermost stage (CD diffraction pattern layer first stage 20D1 and fourth stage 20D1) are formed one by one, and the intermediate stage. Even though the CD diffraction pattern layer second and third steps 20D23 of the CD are formed in two steps, the bottom width and the top width of the second and third steps 20D23 for CD diffraction pattern layer are step widths 2 [μm]. Therefore, the aspect ratio becomes the same as that of the first diffraction pattern layer 20D1 for CD, thereby making it possible to create a mold having good shape accuracy.

さらには、回折パターンのパターン形状によっては、まず当該回折パターンの最下段から複数段を形成した後、残りの段を形成するようにしても良く、要は十分な精度で作成できるよう、適宜金型を段ごとに分割すればよい。   Furthermore, depending on the pattern shape of the diffraction pattern, first, a plurality of steps may be formed from the lowest step of the diffraction pattern, and then the remaining steps may be formed. The mold may be divided into stages.

さらに上述の実施の形態においては、カバー層20Eを形成する第2のUV硬化樹脂100Bを、透明平板金型101Bを用いて回折パターン層の溝部に1段分ずつ充填していくようにしたが、本発明はこれに限らず、カバー層20Eについても回折パターンに応じた型形状の金型を用いて段状に形成するようにすれば、全体の工程数を削減することができる。   Furthermore, in the above-described embodiment, the second UV curable resin 100B that forms the cover layer 20E is filled into the grooves of the diffraction pattern layer one step at a time using the transparent flat plate mold 101B. The present invention is not limited to this, and if the cover layer 20E is also formed in a step shape using a mold having a shape corresponding to the diffraction pattern, the total number of steps can be reduced.

すなわち図13(A)に示すように、まずベース層20Cの表面に第1のUV硬化樹脂100Aを塗布した後、回折パターンの第1段目を反転した型形状を有する回折層金型第1段201Aを押圧し、さらにベース層20Cの下面側から樹脂硬化用の紫外線を照射することにより、当該回折層金型第1段201Aの型形状を転写した状態で第1のUV硬化樹脂100Aを硬化させて、回折パターン層第1段20D1をベース層20Cの上面に密着して形成する(図13(B))。   That is, as shown in FIG. 13 (A), the first UV curable resin 100A is first applied to the surface of the base layer 20C, and then the diffraction layer mold first having a mold shape in which the first stage of the diffraction pattern is reversed. The first UV curable resin 100A is transferred in a state where the mold shape of the first stage 201A of the diffraction layer mold is transferred by pressing the step 201A and irradiating ultraviolet rays for resin curing from the lower surface side of the base layer 20C. Curing is performed to form the first diffraction pattern layer 20D1 in close contact with the upper surface of the base layer 20C (FIG. 13B).

続いて、回折パターン層第1段20D1の上面に第2のUV硬化樹脂100Bを塗布した後、カバー層の第2段目を反転した型形状(すなわち回折パターン層の第2段目と同形状)を有するカバー層金型第1段201Aを押圧し、さらにベース層20Cの下面側から樹脂硬化用の紫外線を照射することにより、当該カバー層金型第1段201Aの型形状を転写した状態で第2のUV硬化樹脂100Aを硬化させて、カバー層第1及び第2段20E12を回折パターン層第1段20D1の上面に密着して形成する(図13(C))。   Subsequently, after the second UV curable resin 100B is applied to the upper surface of the diffraction pattern layer first step 20D1, the shape of the cover layer is reversed (that is, the same shape as the second step of the diffraction pattern layer). The first layer 201A of the cover layer mold 201A is pressed, and the mold shape of the first layer 201A of the cover layer mold is transferred by irradiating ultraviolet rays for resin curing from the lower surface side of the base layer 20C. Then, the second UV curable resin 100A is cured to form the cover layer first and second steps 20E12 in close contact with the upper surface of the diffraction pattern layer first step 20D1 (FIG. 13C).

そして、カバー層第1及び第2段20E12並びに回折パターン層第1段20D1の上面に第1のUV硬化樹脂100Aを塗布した後、回折パターンの第3段目を反転した型形状を有する回折層金型第2段201Bを押圧し、さらにベース層20Cの下面側から樹脂硬化用の紫外線を照射することにより、当該回折層金型第2段201Bの型形状を転写した状態で第1のUV硬化樹脂100Aを硬化させて、回折パターン層第2及び第3段20D23を回折パターン層第1段20D1の上面に密着して形成する(図13(D))。   Then, after the first UV curable resin 100A is applied to the upper surfaces of the cover layer first and second steps 20E12 and the diffraction pattern layer first step 20D1, the diffraction layer has a mold shape in which the third step of the diffraction pattern is reversed. By pressing the mold second stage 201B and further irradiating the resin curing ultraviolet rays from the lower surface side of the base layer 20C, the first UV is transferred in a state where the mold shape of the diffraction layer mold second stage 201B is transferred. The cured resin 100A is cured to form the second and third diffraction pattern layers 20D23 in close contact with the upper surface of the first diffraction pattern layer 20D1 (FIG. 13D).

さらに、カバー層第1及び第2段20E12並びに回折パターン層第2及び3段20D23の上面に第2のUV硬化樹脂100Bを塗布した後、平板状でなるカバー層金型第2段202Bを押圧し、さらにベース層20Cの下面側から樹脂硬化用の紫外線を照射することにより、カバー層第1及び第2段20E12並びに回折パターン層第2及び3段20D23を平坦に覆った状態で第2のUV硬化樹脂100Bを硬化させて、カバー層第3段20E3を形成する(図13(E))。   Further, after the second UV curable resin 100B is applied to the upper surfaces of the cover layer first and second steps 20E12 and the diffraction pattern layers second and third steps 20D23, the cover layer mold second step 202B having a flat plate shape is pressed. Further, the cover layer first and second steps 20E12 and the diffraction pattern layer second and third steps 20D23 are covered in a flat state by irradiating ultraviolet rays for resin curing from the lower surface side of the base layer 20C. The UV curable resin 100B is cured to form the cover layer third stage 20E3 (FIG. 13E).

かくして、4回のレプリカ工程を行うことにより、回折パターン層第1段20D1、カバー層第1及び第2段20E12、回折パターン層第2及び第3段20D23、カバー層第3段20E3を順次形成し、回折パターン層第1段20D1と回折パターン層第2及び第3段20D23とでなる回折パターン層20Dと、カバー層第1及び第2段20E12とカバー層第3段20E3とでなるカバー層20Eが形成される。   Thus, the diffraction pattern layer first step 20D1, the cover layer first and second steps 20E12, the diffraction pattern layer second and third steps 20D23, and the cover layer third step 20E3 are sequentially formed by performing the replica process four times. The diffraction pattern layer 20D is composed of the first diffraction pattern layer 20D1 and the second and third diffraction pattern layers 20D23, and the cover layer is composed of the first and second cover layers 20E12 and the third cover layer 20E3. 20E is formed.

このような工程で回折格子を形成した場合、図12に示したような回折パターン層20D及びカバー層20Eそれぞれの段間には、図10に示したようなUV硬化樹脂の薄膜が形成されることがないという利点も生じる。   When the diffraction grating is formed by such a process, a thin film of UV curable resin as shown in FIG. 10 is formed between the respective steps of the diffraction pattern layer 20D and the cover layer 20E as shown in FIG. There is also an advantage that there is nothing.

本発明は、複数の波長でなる光ビームを利用する種々の光学素子でも利用できる。   The present invention can also be used in various optical elements that use light beams having a plurality of wavelengths.

ウェハープロセスによる金型作成の説明に供する略線図である。It is an approximate line figure used for explanation of metallic mold creation by a wafer process. 光ディスク装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of an optical disk device. 光ピックアップの構成を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the structure of an optical pick-up. 対物レンズユニットの構成を示す略線的斜視図である。It is a rough-line perspective view which shows the structure of an objective lens unit. 対物レンズユニット内の光路を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the optical path in an objective lens unit. 回折素子の構成を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the structure of a diffraction element. DVD用回折パターン層の形成方法を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the formation method of the diffraction pattern layer for DVD. CD用回折パターン層の形成方法を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the formation method of the diffraction pattern layer for CD. CD用回折パターン層の形成方法を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the formation method of the diffraction pattern layer for CD. CD用回折パターン層及びカバー層に形成される薄膜の説明に供する略線図である。It is a basic diagram with which it uses for description of the thin film formed in the diffraction pattern layer for CD, and a cover layer. 他の実施の形態の回折素子の構成を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the structure of the diffraction element of other embodiment. 他の実施の形態の回折素子の構成を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the structure of the diffraction element of other embodiment. 他の実施の形態の回折素子の構成を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the structure of the diffraction element of other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1……光ディスク装置、7……光ピックアップ、9……対物レンズユニット、20……回折素子、20A……上層部、20B……下層部、20C……ベース層、20D……カバー層、20E……CD用回折パターン層、20F……DVD用回折パターン層、21……対物レンズ、DGc……CD用回折格子、DGd……DVD用回折格子、DG……回折格子、PTc……CD用回折パターン、PTd……DVD用回折パターン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical disk apparatus, 7 ... Optical pick-up, 9 ... Objective lens unit, 20 ... Diffraction element, 20A ... Upper layer part, 20B ... Lower layer part, 20C ... Base layer, 20D ... Cover layer, 20E ... Diffraction pattern layer for CD, 20F ... Diffraction pattern layer for DVD, 21 ... Objective lens, DGc ... Diffraction grating for CD, DGd ... Diffraction grating for DVD, DG ... Diffraction grating, PTc ... For CD Diffraction pattern, PTd: diffraction pattern for DVD.

Claims (10)

ベース部材の一面に塗布された光硬化性樹脂に金型を押圧して硬化させることにより、当該ベース部材に接する面の反対面に複数段の階段状でなる回折パターンを形成してなる回折パターン層
を具え、
上記回折パターン層は、上記回折パターンの一部の段ごとに複数層に分けて形成される
ことを特徴とする回折素子。
A diffraction pattern formed by pressing a mold against a photocurable resin applied to one surface of a base member and curing it to form a multi-step diffraction pattern on the opposite surface of the surface in contact with the base member With layers,
The diffraction pattern layer is formed by being divided into a plurality of layers for each step of the diffraction pattern.
上記回折パターン層の上記回折パターンに密着して設けられ、上記光硬化性樹脂と異なる屈折率を有する第2の光硬化性樹脂で形成されたカバー層を具える
ことを特徴とする請求項1に記載の回折素子。
2. A cover layer provided in close contact with the diffraction pattern of the diffraction pattern layer and formed of a second photocurable resin having a refractive index different from that of the photocurable resin. The diffraction element described in 1.
上記カバー層は、
上記回折パターン層の一部の層が形成された都度、当該形成された一部の層の表面に上記第2の光硬化性樹脂を塗布した後、平板状の金型を押圧して硬化させることにより、当該形成された層の溝部に当該第2の光硬化性樹脂を充填して順次形成される
ことを特徴とする請求項2に記載の回折素子。
The cover layer is
Each time a part of the diffraction pattern layer is formed, the second photo-curable resin is applied to the surface of the part of the formed layer, and then a flat metal mold is pressed and cured. The diffraction element according to claim 2, wherein the second photocurable resin is sequentially filled by filling the groove portion of the formed layer.
上記カバー層は、
上記回折パターン層の一部の層が形成された都度、当該形成された一部の層の表面に上記第2の光硬化性樹脂を塗布した後、次に形成される上記回折パターン層の一部の層の溝形状と同じ型形状を有する金型を押圧して硬化させることにより、上記第2の光硬化性樹脂を、当該形成された層の溝部に充填するととともに次に形成される一部の層の溝部に対応する形状で硬化させて順次形成される
ことを特徴とする請求項2に記載の回折素子。
The cover layer is
Each time a part of the diffraction pattern layer is formed, the second photocurable resin is applied to the surface of the part of the formed layer, and then one of the diffraction pattern layers to be formed next. By pressing and curing a mold having the same mold shape as the groove shape of the part layer, the second photo-curing resin is filled in the groove part of the formed layer and then formed next. The diffraction element according to claim 2, wherein the diffraction element is sequentially formed by curing in a shape corresponding to the groove portion of the layer of the portion.
上記金型はシリコンを基材として形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の回折素子。
The diffraction element according to claim 1, wherein the mold is formed using silicon as a base material.
ベース部材の一面に、光硬化性樹脂で形成された複数段の階段状でなる回折パターンを有する回折パターン層が設けられた回折素子の製造方法において、
上記ベース部材の一面に塗布した上記光硬化性樹脂に対し、上記回折パターンの最下段を含む一部の段の形状を反転した型形状を有する金型を押圧して硬化させることにより、上記回折パターン層の一部の層を形成するステップと、
形成済みの上記回折パターン層の一部の層の表面に塗布した上記光硬化性樹脂に対し、上記回折パターンにおける未形成の段の全て又は一部の段の形状を反転した型形状を有する金型を押圧して硬化させることにより、上記回折パターン層における残りの全て又は一部の層を形成するステップと
を具えることを特徴とする回折素子の製造方法。
In the method for manufacturing a diffraction element, on one surface of the base member, a diffraction pattern layer having a diffraction pattern having a plurality of steps formed of a photocurable resin is provided.
By pressing and curing a mold having a mold shape obtained by inverting the shape of some steps including the lowest step of the diffraction pattern against the photocurable resin applied to one surface of the base member, the diffraction is performed. Forming a part of the pattern layer;
A gold mold having a shape obtained by inverting the shape of all or some of the unformed steps in the diffraction pattern with respect to the photocurable resin applied to the surface of a part of the formed diffraction pattern layer. Forming a remaining all or a part of the diffraction pattern layer by pressing the mold and curing the mold.
上記回折パターン層の上記回折パターンに、上記光硬化性樹脂と異なる屈折率を有する第2の光硬化性樹脂を密着させて硬化させカバー層を形成する
ことを特徴とする請求項6に記載の回折素子の製造方法。
The cover layer is formed by adhering and curing a second photocurable resin having a refractive index different from that of the photocurable resin to the diffraction pattern of the diffraction pattern layer. A method for manufacturing a diffraction element.
上記回折パターン層の一部の層を形成した都度、当該形成した一部の層の表面に上記第2の光硬化性樹脂を塗布した後、平板状の金型を押圧して硬化させることにより、当該形成された層の溝部に当該第2の光硬化性樹脂を充填して、上記カバー層を順次形成する
ことを特徴とする請求項7に記載の回折素子の製造方法。
Each time the partial layer of the diffraction pattern layer is formed, the second photo-curable resin is applied to the surface of the formed partial layer, and then the flat mold is pressed and cured. The method for manufacturing a diffraction element according to claim 7, wherein the groove layer of the formed layer is filled with the second photocurable resin to sequentially form the cover layer.
上記回折パターン層の一部の層を形成した都度、当該形成した一部の層の表面に上記第2の光硬化性樹脂を塗布した後、次に形成する上記回折パターン層の一部の層の溝形状と同じ型形状を有する金型を押圧して硬化させることにより、上記第2の光硬化性樹脂を、当該形成された層の溝部に充填するととともに次に形成される一部の層の溝部に対応する形状で硬化させて、上記カバー層を順次形成する
ことを特徴とする請求項7に記載の回折素子の製造方法。
Each time the partial layer of the diffraction pattern layer is formed, the second photocurable resin is applied to the surface of the formed partial layer, and then the partial layer of the diffraction pattern layer to be formed next. The mold having the same shape as the groove shape is pressed and cured to fill the groove portion of the formed layer with the second photocurable resin, and to form a part of the next layer The method of manufacturing a diffraction element according to claim 7, wherein the cover layer is sequentially formed by curing in a shape corresponding to the groove portion.
上記金型はシリコンを基材として形成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の回折素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffraction element according to claim 6, wherein the mold is formed using silicon as a base material.
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