WO2012133531A1 - 金型の加工方法、金型及び光ピックアップ装置用の光学素子 - Google Patents

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長内直樹
秋山貢治
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Konica Minolta Advanced Layers Inc
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    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Definitions

  • the present invention relates to a mold processing method, a mold, and an optical element for an optical pickup device, and in particular, an optical pickup device capable of recording and / or reproducing (recording / reproducing) information in a compatible manner with different types of optical disks.
  • the present invention relates to a mold suitable for molding an optical element for use, a processing method for the mold, and an optical element.
  • a laser light source used as a light source for reproducing information recorded on an optical disc and recording information on the optical disc has been shortened.
  • a wavelength 390 such as a blue-violet semiconductor laser is used.
  • a laser light source of ⁇ 420 nm has been put into practical use.
  • these blue-violet laser light sources are used, it is possible to record 15 to 20 GB of information on an optical disk having a diameter of 12 cm when an objective lens having the same numerical aperture (NA) as that of a DVD (digital versatile disk) is used.
  • NA of the objective optical element is increased to 0.85, 23 to 25 GB of information can be recorded on an optical disk having a diameter of 12 cm.
  • BD Blu-ray Disc
  • the BD is an example of an optical disc that uses an NA 0.85 objective lens as described above. Since the coma generated due to the tilt (skew) of the optical disk increases, the BD has a thinner protective substrate (0.1 mm with respect to 0.6 mm of DVD) than the case of the DVD cage, and is caused by skew. The amount of coma is reduced.
  • the optical system for BD and the optical system for DVD or CD can be shared. It is preferable to reduce the number of optical components constituting the pickup device as much as possible. And, it is most advantageous to simplify the configuration of the optical pickup device and to reduce the cost to make the objective lens arranged facing the optical disc in common.
  • an optical path difference providing structure such as a diffraction structure having a wavelength dependency of spherical aberration in the objective lens. is there.
  • Patent Document 1 discloses a technique of cutting a fine groove corresponding to a so-called blazed diffraction grating having a sawtooth cross section using a diamond tool.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems, and is a mold for molding an optical element such as an objective lens compatible with three types of optical discs of BD / DVD / CD, for example, It is an object of the present invention to provide a mold processing method, a processed mold, and an optical element transferred from the mold that can suppress a decrease in efficiency of the mold as much as possible.
  • a material of a mold for molding an optical element includes a first edge and a second edge extending in a direction intersecting the first edge.
  • a machining method of a mold for cutting with a tool having a rake face that is at least partially contoured from The axis of the tool is rotated so that the first edge is farther from the rotation axis of the mold material than the second edge, and the tip of the rake face is separated from the rotation axis.
  • Cutting with the first peripheral surface cut by the first edge and the second edge by cutting while rotating the material of the mold with the tool set to be inclined with respect to the axis. And at least a part of a concave annular zone structure having a second peripheral surface.
  • FIG. 1 is an enlarged view of an optical surface S1 of an objective lens molded from a mold processed by a conventional technique.
  • This objective lens has a diffractive structure D having a plurality of annular projections having an inner wall IW and an outer wall OW, and the inner wall IW and the outer wall OW extend in a direction facing each other. ing.
  • the parallel light beam L is incident on the objective lens
  • the light beam incident on the optical surface other than the inner wall IW and the outer wall OW is used for condensing the optical disk, but is incident on the inner wall IW and the outer wall OW.
  • the luminous flux (indicated by hatching) is rarely used for light collection. This is called the shadow effect, and is a factor in reducing efficiency.
  • the decrease in efficiency due to the shadow effect is generally negligible with DVD and CD objective lenses, but with a BD / DVD / CD compatible objective lens, etc. It can be said that it is necessary to increase the actual efficiency.
  • the inventors focused on the outer wall OW. If the outer wall OW is formed parallel to the optical axis as indicated by the dotted line, it is possible to suppress the parallel light beam from entering the outer wall OW, and accordingly, it is possible to suppress the efficiency reduction of the objective lens.
  • the mold is processed so that the outer wall OW is inclined.
  • a mold capable of forming an objective lens close to the design state by rotating ( ⁇ ) the axis BX of the rake face of the tool BT within a plane orthogonal to the rotation axis RO.
  • a tool having a rake face BT3 that is at least partially contoured from a first edge BT1 and a second edge BT2 extending in a direction intersecting the first edge BT1.
  • the BT is formed so that the first edge BT1 is farther from the rotation axis RO of the mold material WK than the second edge BT2, and the tip of the rake face BT3 is separated from the rotation axis RO. Since the material WK is set while being inclined with respect to the rotation axis of the mold material WK, the first peripheral surface OW ′ cut by the first edge portion BT1 can be made substantially parallel to the rotation axis. If the optical element is transferred using such a mold, the outer OIW (see FIG. 1) of the annular groove transferred by the first peripheral surface can be made parallel to the optical axis. Thereby, the efficiency of the optical element can be increased.
  • the die machining method according to the first aspect of the invention, wherein the tool axis is set to be inclined with respect to the rotation axis from the outer periphery to the center of the workpiece in the workpiece. It is characterized by cutting with. This saves the labor of setting the tool.
  • the mold machining method according to claim 3 is characterized in that an inclination angle of the axis line of the tool with respect to the rotation axis line is changed during cutting of the workpiece portion of the material.
  • an inclination angle of the axis line of the tool with respect to the rotation axis line is changed during cutting of the workpiece portion of the material.
  • a die machining method according to the third aspect of the invention, wherein the axis of the tool is set in parallel to the rotation axis from the outer periphery to the intermediate portion of the workpiece in the workpiece. Cutting is performed in a state in which the axis of the tool is set to be inclined with respect to the rotation axis from the intermediate portion to the center.
  • the effect of the present invention can be expected.
  • a die processing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein at least a part of the peripheral wall of the concave annular zone structure is at least far from the optical axis of the annular zone structure.
  • the peripheral wall on the side is parallel to the optical axis. Since this structure can reduce the effect of shadows due to the outer wall of the annular groove as described above, it is preferable because the efficiency of the optical element can be increased.
  • a peripheral wall near the optical axis of the annular structure is inclined with respect to the optical axis.
  • the peripheral wall close to the optical axis for example, the inner wall IW in FIG. 1, even if the inner wall is made parallel to the optical axis, the effect of shadow is inevitable. Therefore, the necessity of making the inner wall IW parallel to the optical axis is lower than that of the outer wall OW. Therefore, it is preferable that the inner wall IW is kept inclined with respect to the optical axis, so that a greater degree of freedom can be secured for setting the inclination angle of the tool axis with respect to the rotation axis.
  • the tilt angle of the tool axis with respect to the rotation axis is set so that the outer wall is parallel to the optical axis, and it is possible to cut all steps with the tilt angle. Operation becomes easier.
  • the mold processing method according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the rake face of the tool includes the first edge end and the second edge end.
  • a third edge portion having an arc shape connecting the first and second portions, and a radius of the third edge portion is 0.1 to 0.5 ⁇ m.
  • the mold machining method according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein an inclination angle of the axis of the tool with respect to the rotation axis is the first edge and the second. It is characterized in that it is about half the apex angle formed by the edge of each other. With this configuration, since the first edge is parallel to the rotation axis, the step cut at the first edge is easily parallel to the rotation axis.
  • an apex angle formed by the first edge portion and the second edge portion is 20-30. It is characterized by °. As a result, interference with the fine shape is reduced, and processing closer to the design shape becomes possible.
  • a method for machining a mold according to a tenth aspect is the invention according to the ninth aspect, wherein an inclination angle of the axis of the tool with respect to the rotation axis is 8 to 18 °.
  • the mold according to claim 11 is processed by the processing method according to any one of claims 1 to 5.
  • the optical element according to claim 12 emits a first light source that emits a first light beam with a first wavelength ⁇ 1 (390 nm ⁇ ⁇ 1 ⁇ 415 nm) and a second light beam with a second wavelength ⁇ 2 (630 nm ⁇ ⁇ 2 ⁇ 670 nm). And a third light source that emits a third light beam having a third wavelength ⁇ 3 (760 nm ⁇ ⁇ 3 ⁇ 820 nm), and a protective substrate having a thickness t1 using the first light beam.
  • the third light beam is condensed so that the second light flux passing through the central region is condensed so that information can be recorded and / or reproduced on the information recording surface of the DVD, and the third light beam passing through the central region.
  • the light beam is condensed so that information can be recorded and / or reproduced on the information recording surface of the CD, and the first light beam passing through the intermediate area is recorded and / or recorded on the information recording surface of the BD.
  • the second light flux that is condensed so that it can be reproduced and passes through the intermediate area is condensed so that information can be recorded and / or reproduced on the information recording surface of the DVD, and the second light flux that passes through the intermediate area
  • the third beam is recorded on the information recording surface of the CD.
  • the first luminous flux that passes through the peripheral area without being condensed so that it can be reproduced is condensed so that information can be recorded and / or reproduced on the information recording surface of the BD, and the peripheral area
  • the second light flux that passes through the peripheral area is not condensed so that information can be recorded and / or reproduced on the information recording surface of the DVD, and the third light flux that passes through the peripheral area is focused on the information recording surface of the CD.
  • the central region includes a first optical path difference providing structure, and the first optical path difference providing structure includes a first basic structure having a blazed structure.
  • the second foundation structure having a blazed structure is superimposed on each other in the opposite direction, the step of the first foundation structure is directed in the direction opposite to the optical axis, and the step of the second foundation structure is a light Facing the direction of the axis and passing through the first foundation structure
  • the first order diffracted light amount of the first light beam is larger than any other order diffracted light amount
  • the first order diffracted light amount of the second light beam that has passed through the first basic structure is larger than any other order diffracted light amount.
  • the first-order diffracted light amount of the third light beam that has passed through the first basic structure is larger than any other order of diffracted light amount
  • the second-order diffracted light amount of the first light beam that has passed through the second basic structure is larger than any other order of diffracted light amount
  • the diffracted light quantity is larger than any other order diffracted light quantity
  • the first order diffracted light quantity of the second light flux that has passed through the second basic structure is larger than any other order diffracted light quantity
  • the first-order diffracted light amount of the third light flux that has passed through the structure is larger than any other order diffracted light amount
  • the first optical path difference providing structure has peripheral walls that extend substantially in the optical axis direction and face each other. Has an annular ridge, and at least The peripheral wall on the side farther from the optical axis of the annular convex part is parallel to the optical axis, and the peripheral wall on the side close to the optical axis of the annular convex part is on the annular convex part with respect to the optical axis. It is characterized by tilting away from the optical axis toward the tip.
  • the first optical path difference providing structure is a structure in which a first basic structure having a blazed structure and a second basic structure having a blazed structure are overlapped in opposite directions, and the first basic structure is The first-order diffracted light amount of the first light beam that has passed through one basic structure is made larger than any other order of diffracted light amount, and the first-order diffracted light amount of the second light beam that has passed through the first basic structure is set to any other order The first order diffracted light amount of the third light flux that has passed through the first basic structure is made larger than any other order diffracted light amount (hereinafter also referred to as “1/1/1”).
  • the second basic structure has a second-order diffracted light amount of the first light beam that has passed through the second basic structure larger than any other order of diffracted light amount, and has passed through the second basic structure.
  • Diffraction of any other order for the first-order diffracted light quantity of the light beam A diffractive structure that is larger than the amount of light and that makes the first-order diffracted light amount of the third light beam that has passed through the second basic structure larger than any other order diffracted light amount (hereinafter also referred to as “2/1/1”). It is.
  • the first optical path difference is given.
  • the step of the structure can be lowered. If the level difference of the optical path difference providing structure can be reduced, the loss of efficiency due to manufacturing errors can be reduced, so that it is possible to obtain an optical element with even higher light utilization efficiency.
  • the level difference between the first basic structure having the diffraction structure of “1/1/1” is light.
  • the step of the second foundation structure having the diffractive structure of “2/1/1” is directed in the direction opposite to the axis, and is directed in the direction of the optical axis.
  • the step of the first basic structure having the diffraction structure of “1/1/1” is directed in the direction of the optical axis
  • the step of the second basic structure having the diffraction structure of “2/1/1” is
  • the number of peripheral walls on the side farther from the optical axis of the annular zone convex portion of the first optical path difference providing structure is larger than when facing in the direction opposite to the optical axis. Therefore, by making the peripheral wall far from the optical axis of the annular convex part parallel to the optical axis, the loss of efficiency due to the shadow effect is greatly reduced, and ideal light utilization efficiency close to the design value is obtained.
  • the present invention becomes more useful.
  • the optical element according to claim 13 is the optical element according to claim 12, wherein the annular groove has an optical path difference providing structure.
  • the optical element according to claim 14 is characterized in that, in the invention according to claim 12 or 13, the optical element is an objective lens.
  • the optical pickup device using the optical element according to the present invention has at least three light sources: a first light source, a second light source, and a third light source. Furthermore, the optical pickup device of the present invention condenses the first light beam on the information recording surface of the BD, condenses the second light beam on the information recording surface of the DVD, and focuses the third light beam on the information recording surface of the CD. A condensing optical system for condensing the light.
  • the optical pickup device of the present invention includes a light receiving element that receives a reflected light beam from an information recording surface of a BD, DVD, or CD.
  • the BD has a protective substrate having a thickness t1 and an information recording surface.
  • the DVD has a protective substrate having a thickness t2 (t1 ⁇ t2) and an information recording surface.
  • the CD has a protective substrate having a thickness of t3 (t2 ⁇ t3) and an information recording surface.
  • the BD, DVD, or CD may be a multi-layer optical disc having a plurality of information recording surfaces.
  • BD means that information is recorded / reproduced by a light beam having a wavelength of about 390 to 415 nm and an objective lens having an NA of about 0.8 to 0.9, and the thickness of the protective substrate is 0.05 to 0.00 mm.
  • It is a generic term for a BD series optical disc of about 125 mm, and includes a BD having only a single information recording layer, a BD having two or more information recording layers, and the like.
  • DVD is a general term for DVD series optical discs in which information is recorded / reproduced by an objective lens having an NA of about 0.60 to 0.67 and the thickness of the protective substrate is about 0.6 mm.
  • CD is a general term for CD series optical discs in which information is recorded / reproduced by an objective lens having an NA of about 0.45 to 0.51 and the thickness of the protective substrate is about 1.2 mm.
  • the recording density the recording density of BD is the highest, followed by the order of DVD and CD.
  • the thickness of the protective substrate referred to here is the thickness of the protective substrate provided on the surface of the optical disk. That is, the thickness of the protective substrate from the optical disc surface to the information recording surface closest to the surface. 0.050 mm ⁇ t1 ⁇ 0.125 mm (1) 0.5mm ⁇ t2 ⁇ 0.7mm (2) 1.0mm ⁇ t3 ⁇ 1.3mm (3)
  • a first light source for BD that emits a light beam with a first wavelength ⁇ 1
  • a second light source for DVD that emits a light beam with a second wavelength ⁇ 2
  • a first light source for CD that emits a light beam with a third wavelength ⁇ 3.
  • the three light sources are preferably laser light sources.
  • the laser light source a semiconductor laser, a silicon laser, or the like can be preferably used.
  • the wavelength ⁇ 3 ( ⁇ 3> ⁇ 2) preferably satisfies the following conditional expressions (4) and (5). 1.5 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 1.7 ⁇ ⁇ 1 (4) 1.8 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 3 ⁇ 2.0 ⁇ ⁇ 1 (5)
  • the first wavelength ⁇ 1 of the first light source is preferably 350 nm to 440 nm, more preferably 390 nm to 415 nm
  • the second wavelength ⁇ 2 of the second light source is preferably 570 nm to 680 nm, more preferably.
  • the third wavelength ⁇ 3 of the third light source is preferably 750 nm or more and 880 nm or less, more preferably 760 nm or more and 820 nm or less.
  • the condensing optical system of the optical pickup device has an objective lens.
  • the condensing optical system preferably has a coupling lens such as a collimator in addition to the objective lens.
  • the coupling lens is a single lens or a lens group that is disposed between the objective lens and the light source and changes the divergence angle of the light beam.
  • the collimator is a type of coupling lens, and is a lens that emits light incident on the collimator as parallel light. These are all optical elements.
  • the objective lens refers to an optical system that is disposed at a position facing the optical disk in the optical pickup device and has a function of condensing the light beam emitted from the light source onto the information recording surface of the optical disk.
  • the objective lens is preferably a single lens or a plurality of plastic or glass lenses.
  • a convex lens is preferable.
  • the objective lens preferably has a refractive surface that is aspheric.
  • the base surface on which the optical path difference providing structure is provided is preferably an aspherical surface.
  • a resin is used as the material of the optical element
  • a cycloolefin resin is preferably used.
  • ZEONEX manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.
  • APEL manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
  • ARTON A preferred example is ARTON.
  • the Abbe number of the material constituting the objective lens is preferably 50 or more.
  • At least one optical surface of the three-compatible objective lens has at least a central region, an intermediate region around the central region, and a peripheral region around the intermediate region.
  • the central region is preferably a region including the optical axis of the three-compatible objective lens.
  • a minute region including the optical axis is used as an unused region or a special purpose region, and the surrounding region is a central region (also referred to as a central region).
  • the central region, the intermediate region, and the peripheral region are preferably provided on the same optical surface. As shown in FIG. 3, it is preferable that the central region CN, the intermediate region MD, and the peripheral region OT are provided concentrically around the optical axis on the same optical surface.
  • a three-wavelength shared first optical path difference providing structure is provided in the central area of the 3-compatible objective lens, and a two-wavelength shared second optical path difference providing structure is provided in the intermediate area.
  • the peripheral region may be a refracting surface, or a third optical path difference providing structure may be provided in the peripheral region.
  • the central region, the intermediate region, and the peripheral region are preferably adjacent to each other, but there may be a slight gap between them.
  • the central area of the 3 compatible objective lens can be said to be a preferred BD / DVD / CD shared area when used for recording / reproducing BD, DVD and CD. That is, the 3-compatible objective lens condenses the first light flux that passes through the central area so that information can be recorded / reproduced on the information recording surface of the BD, and the second light flux that passes through the central area becomes the DVD. It is preferable that the light is condensed on the information recording surface so that information can be recorded / reproduced, and the third light flux passing through the central region is condensed so that information can be recorded / reproduced on the information recording surface of the CD.
  • the first optical path difference providing structure provided in the central region has the BD protective substrate thickness t1 and the DVD protective substrate thickness with respect to the first and second light fluxes passing through the first optical path difference providing structure. It is preferable to correct spherical aberration generated due to the difference in thickness t2 / spherical aberration generated due to the difference in wavelength between the first light beam and the second light beam. Further, the first optical path difference providing structure is different from the thickness t1 of the BD protective substrate and the thickness t3 of the CD protective substrate with respect to the first and third light fluxes that have passed through the first optical path difference providing structure. It is preferable to correct the spherical aberration caused by the difference in the wavelength of the first light beam and the third light beam.
  • the intermediate area of the 3 compatible objective lens is used for BD and DVD recording / reproduction, and can be said to be a preferable BD / DVD common area when not used for CD recording / reproduction. That is, the 3-compatible objective lens condenses the first light flux passing through the intermediate area so that information can be recorded / reproduced on the information recording surface of the BD, and the second light flux passing through the intermediate area is converted into the DVD. It is preferable to collect light so that information can be recorded / reproduced on the information recording surface. On the other hand, it is preferable that the third light flux passing through the intermediate region is not condensed so that information can be recorded / reproduced on the information recording surface of the CD.
  • the third light flux that passes through the intermediate region of the three-compatible objective lens preferably forms a flare on the information recording surface of the CD.
  • the light amount density is changed in the order from the optical axis side (or the center of the spot) to the outside. It is preferable to have a high spot central portion SCN, a spot intermediate portion SMD whose light intensity density is lower than that of the spot central portion, and a spot peripheral portion SOT whose light intensity density is higher than that of the spot intermediate portion and lower than that of the spot central portion.
  • the center portion of the spot is used for recording / reproducing information on the optical disc, and the middle portion of the spot and the peripheral portion of the spot are not used for recording / reproducing information on the optical disc.
  • this spot peripheral part is called flare.
  • the spot peripheral part may be called a flare. Good.
  • the third light flux that has passed through the intermediate region of the three-compatible objective lens preferably forms a spot peripheral portion on the information recording surface of the CD.
  • the peripheral area of the 3 compatible objective lens is used for BD recording / reproduction, and can be said to be a preferable BD-dedicated area when not used for DVD / CD recording / reproduction. That is, it is preferable that the three-compatible objective lens condenses the first light beam passing through the peripheral region so that information can be recorded / reproduced on the information recording surface of the BD. On the other hand, the second light flux that passes through the peripheral area is not condensed so that information can be recorded / reproduced on the information recording surface of the DVD, and the third light flux that passes through the peripheral area does not converge. It is preferable not to collect light so that information can be recorded / reproduced.
  • the second light flux and the third light flux that pass through the peripheral area of the 3-compatible objective lens preferably form a flare on the information recording surface of DVD and CD. That is, it is preferable that the second light flux and the third light flux that have passed through the peripheral area of the three-compatible objective lens form a spot peripheral portion on the information recording surface of the DVD and CD.
  • the first optical path difference providing structure is preferably provided in a region of 70% or more of the area of the central region of the three-compatible objective lens, and more preferably 90% or more. More preferably, the first optical path difference providing structure is provided on the entire surface of the central region.
  • the second optical path difference providing structure is preferably provided in a region of 70% or more of the area of the intermediate region of the three-compatible objective lens, and more preferably 90% or more. More preferably, the second optical path difference providing structure is provided on the entire surface of the intermediate region.
  • the third optical path difference providing structure is preferably provided in an area of 70% or more of the area of the peripheral area of the 3-compatible objective lens, and 90% or more is provided. More preferred. More preferably, the third optical path difference providing structure is provided on the entire surface of the peripheral region.
  • the optical path difference providing structure referred to in this specification is a general term for a structure that adds an optical path difference to an incident light beam, and has an annular groove.
  • the optical path difference providing structure also includes a phase difference providing structure for providing a phase difference.
  • the phase difference providing structure includes a diffractive structure.
  • the optical path difference providing structure of the present invention is preferably a diffractive structure.
  • the optical path difference providing structure has a step, preferably a plurality of steps. This step adds an optical path difference and / or phase difference to the incident light flux.
  • the optical path difference added by the optical path difference providing structure may be an integer multiple of the wavelength of the incident light beam or a non-integer multiple of the wavelength of the incident light beam.
  • the steps may be arranged with a periodic interval in the direction perpendicular to the optical axis, or may be arranged with a non-periodic interval in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the objective lens provided with the optical path difference providing structure is a single aspherical lens
  • the incident angle of the light flux to the objective lens differs depending on the height from the optical axis.
  • Each will be slightly different.
  • the objective lens is a single-lens aspherical convex lens, even if it is an optical path difference providing structure that provides the same optical path difference, generally the distance from the optical axis tends to increase.
  • the diffractive structure referred to in this specification is a general term for structures that have a step and have a function of converging or diverging a light beam by diffraction.
  • a plurality of unit shapes are arranged around the optical axis, and a light beam is incident on each unit shape, and the wavefront of the transmitted light is shifted between adjacent annular zones, resulting in new It includes a structure that converges or diverges light by forming a simple wavefront.
  • the diffractive structure preferably has a plurality of steps, and the steps may be arranged with a periodic interval in the direction perpendicular to the optical axis, or may be arranged with a non-periodic interval in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the objective lens provided with the diffractive structure is a single aspherical lens
  • the incident angle of the light beam to the objective lens differs depending on the height from the optical axis, so the step amount of the diffractive structure is slightly different for each annular zone. It will be.
  • the objective lens is a single aspherical convex lens, even if it is a diffractive structure that generates diffracted light of the same diffraction order, generally, the distance from the optical axis tends to increase.
  • the optical path difference providing structure has a plurality of concentric annular zones with the optical axis as the center.
  • the optical path difference providing structure can generally have various cross-sectional shapes (cross-sectional shapes on the plane including the optical axis), and the cross-sectional shapes including the optical axis are roughly classified into a blazed structure and a staircase structure.
  • the blaze-type structure means that the cross-sectional shape including the optical axis of the optical element having the optical path difference providing structure is a sawtooth shape.
  • the upper side is the light source side and the lower side is the optical disk side, and the optical path difference providing structure is formed on a plane as a mother aspherical surface.
  • the length in the direction perpendicular to the optical axis of one blaze unit is called a pitch P.
  • the length of the step in the direction parallel to the optical axis of the blaze is referred to as a step amount B.
  • FIG. 5A In such a single blazed structure, there are no peripheral walls facing each other.
  • the staircase structure has a cross-sectional shape including an optical axis of an optical element having an optical path difference providing structure (referred to as a staircase unit). ).
  • V level means a ring-shaped surface (hereinafter also referred to as a terrace surface) corresponding to (or facing) the vertical direction of the optical axis in one step unit of the step structure. In other words, it is divided by V steps and divided into V ring zones.
  • a three-level or higher staircase structure has a small step and a large step.
  • the optical path difference providing structure illustrated in FIG. 5C is referred to as a five-level step structure
  • the optical path difference providing structure illustrated in FIG. 5D is referred to as a two-level step structure (also referred to as a binary structure). .
  • the optical path difference providing structure is preferably a structure in which a certain unit shape is periodically repeated.
  • the unit shape is periodically repeated here naturally includes shapes in which the same shape is repeated in the same cycle.
  • the unit shape that is one unit of the cycle has regularity, and the shape in which the cycle gradually increases or decreases gradually is also included in the “unit shape is periodically repeated”.
  • first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure may be provided on different optical surfaces of the objective lens, but are preferably provided on the same optical surface.
  • the first optical path difference providing structure, the second optical path difference providing structure, and the third optical path difference providing structure are preferably provided on the light source side surface of the objective lens rather than the surface of the objective lens on the optical disk side.
  • the first optical path difference providing structure, the second optical path difference providing structure, and the third optical path difference providing structure are preferably provided on the optical surface having the smaller absolute value of the radius of curvature of the objective lens. It is also conceivable to provide the first basic structure and the second basic structure on different optical surfaces without overlapping. Similarly, the third basic structure and the fourth basic structure may be provided on different optical surfaces without overlapping.
  • the optical path difference providing structure may be a structure in which a plurality of basic structures (for example, the first basic structure and the second basic structure in FIG. 6D) are overlapped.
  • FIG. 6 shows the first optical path difference providing structure ODS1 as a flat plate for convenience, it may be provided on a single aspherical convex lens.
  • the second-order diffracted light quantity of the first light beam that has passed through the second basic structure is made larger than any other order of diffracted light quantity, and the first-order diffracted light quantity of the second light beam that has passed through the second basic structure is set to any other order.
  • the first-order diffracted light amount of the third light beam that has passed through the second basic structure is larger than any other order diffracted light amount (“2/1/1”).
  • the first-order diffracted light quantity of the first light beam that has passed through the first basic structure is made larger than the diffracted light quantity of any other order in the two basic structure BS2, and the first-order diffraction of the second light beam that has passed through the first basic structure.
  • the light quantity is made larger than any other order diffracted light quantity
  • the first order diffracted light quantity of the third light flux that has passed through the first basic structure is made larger than any other order diffracted light quantity (“1/1/1”). )
  • An example in which the first basic structure BS1 that is a diffractive structure is overlaid. . In FIG.
  • the step of the second foundation structure BS2 faces the direction of the optical axis OA
  • the step of the first foundation structure BS1 faces the direction opposite to the optical axis OA. Furthermore, it can be seen that the positions of all the steps of the second foundation structure BS2 are aligned with the positions of the steps of the first foundation structure BS1.
  • the step of the second foundation structure BS2 faces the direction of the optical axis OA
  • the step of the first foundation structure BS1 also faces the direction of the optical axis OA. Furthermore, it can be seen that the positions of all the steps of the second foundation structure BS2 are aligned with the positions of the steps of the first foundation structure BS1.
  • step difference of 1st foundation structure BS1 has faced the direction opposite to optical axis OA
  • step difference of 2nd foundation structure BS2 has also faced the direction opposite to optical axis OA.
  • the positions of all the steps of the second foundation structure BS2 are aligned with the positions of the steps of the first foundation structure BS1.
  • FIGS. 5 (c), (d) This refers to the structure shown in FIG.
  • NA1 is preferably 0.75 or more and 0.9 or less, and more preferably 0.8 or more and 0.9 or less.
  • NA1 is preferably 0.85.
  • NA2 is preferably 0.55 or more and 0.7 or less.
  • NA2 is preferably 0.60 or 0.65.
  • NA3 is preferably 0.4 or more and 0.55 or less.
  • NA3 is preferably 0.45 or 0.53.
  • the boundary between the central region and the intermediate region of the objective lens is 0.9 ⁇ NA 3 or more and 1.2 ⁇ NA 3 or less (more preferably 0.95 ⁇ NA 3 or more, 1.15 ⁇ NA 3) when the third light beam is used. It is preferably formed in a portion corresponding to the following range. More preferably, the boundary between the central region and the intermediate region of the objective lens is formed in a portion corresponding to NA3. Further, the boundary between the intermediate region and the peripheral region of the objective lens is 0.9 ⁇ NA 2 or more and 1.2 ⁇ NA 2 or less (more preferably 0.95 ⁇ NA 2 or more, 1.15) when the second light flux is used. -It is preferably formed in a portion corresponding to the range of NA2 or less. More preferably, the boundary between the intermediate region and the peripheral region of the objective lens is formed in a portion corresponding to NA2.
  • the spherical aberration has at least one discontinuous portion.
  • the discontinuous portion has a range of 0.9 ⁇ NA 3 or more and 1.2 ⁇ NA 3 or less (more preferably 0.95 ⁇ NA 3 or more and 1.15 ⁇ NA 3 or less) when the third light flux is used. It is preferable that it exists in.
  • the present invention is particularly suitable for an objective lens used in a thin slim type optical pickup device. Since the objective lens used in the slim type optical pickup device inevitably has a small diameter, the pitch of the annular zone is also reduced, making it difficult to process. For this reason, the effects of the present invention are more conspicuous, and the effect of the present invention with less loss of light utilization efficiency becomes more remarkable.
  • the objective lens used in the slim type optical pickup device preferably has a diameter in the direction perpendicular to the optical axis of the entire objective lens including the flange and the optical surface in the range of 1.45 mm to 4.05 mm. More preferably, it is 2.95 mm or more and 4.05 mm or less. Moreover, it is preferable that the minimum value of the pitch of the optical path difference providing structure in the direction perpendicular to the optical axis is 2.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. The maximum pitch value is preferably 110 ⁇ m or less. Furthermore, it is preferable that the total number of zones of the optical path difference providing structure in the entire objective lens is 150 or more and 250 or less.
  • the tool used in the present invention includes a rake face that is at least partially contoured from a first edge and a second edge extending in a direction intersecting the first edge.
  • the first edge is farther from the rotation axis of the mold material than the second edge.
  • the first edge and the second edge may be directly connected with the tool axis as a boundary, or may be connected via a third edge that crosses the tool axis.
  • the first edge and the second edge are each preferably straight, but a part of the first edge may be arcuate.
  • a mold for molding an optical element such as an objective lens compatible with three types of optical disks of BD / DVD / CD, which can suppress a decrease in efficiency of the optical element as much as possible.
  • Methods, processed molds, and optical elements transferred from the molds can be provided.
  • FIG. 1 It is a figure which shows a diamond tool
  • (a) is a perspective view which shows the cutting edge of the diamond tool used with the processing method of the metal mold
  • (b) is an enlarged view which shows the front-end
  • a BD / DVD / CD compatible objective lens is designed using optical design software such as codeV. Then, the mold is processed based on the design result.
  • FIG.7 (a) is a perspective view which shows the cutting edge of the diamond tool used with the processing method of the metal mold
  • FIG.7 (b) is an enlarged view which shows the front-end
  • the cutting edge 3 of the diamond tool is brazed to the shank S as shown in the figure, and has a rake face 3a that faces the rotational direction of the mold to be cut.
  • the tip of the rake face 3a connects the edge 3b as the first edge and the edge 3c as the second edge with the end A of the edge 3b and the end B of the edge 3c. It is contoured from the arc part 3d which is the third edge.
  • the scissor angle (vertical angle) between the first edge 3b and the second edge 3c is preferably 20 to 30 ° (preferably 29 ° or less).
  • the bisector of the first edge 3b and the second edge 3c is defined as the axis BX of the tool 3.
  • FIG. 8 is a perspective view of an XZB-axis ultra-precision lathe used for mold machining.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view when cutting a mold using a diamond tool.
  • a rotation drive mechanism 9 is provided on a Z-axis stage 5 that is movable in the Z-axis direction with respect to the surface plate 10, and the rotation drive mechanism 9 rotates the mold material 1 to be cut. It is designed to rotate around the axis AX.
  • a B-axis stage 11 that can rotate about the B-axis is provided on the surface plate 10, and an X-axis stage 6 that is movable in the X direction is provided on the B-axis stage 11.
  • the optical transfer surface can be processed by moving it relative to the material 1.
  • the mold material 1 uses an iron-based base material, and after roughing the required shape with respect to the cutting surface, electroless nickel plating is applied as a processing layer to a thickness of about 50 ⁇ m. .
  • the shape required for the optical surface (surface to be processed) 1a of the mold material 1 is the diffractive optical surface shape of the BD / DVD / CD compatible plastic objective lens.
  • the mold material 1 is rotated at, for example, 1000 revolutions per minute, and the X-axis stage 6 and the Z-axis stage 5 are controlled by program control so that the tip of the diamond tool 3 is indicated by the arrow in FIG.
  • the translational movement is performed from the outer peripheral side toward the central portion at a moving speed of 0.1 mm per minute so as to obtain a desired diffractive optical surface shape.
  • the bisector BX (see FIG. 7B) of the apex angle of the diamond tool 3 is tilted with respect to the rotation axis AX of the mold material 1 and the outer periphery. Cutting from center to center.
  • the inclination angle of the bisector BX of the apex angle with respect to the rotation axis is about half of the apex angle. In this case, the angle is 8 ° to 18 °.
  • the first edge 3b (however, depending on the tilt angle, cutting may be performed at the third edge 3d, but in this case, cutting is performed on the side far from the rotation axis across the tool axis.
  • the peripheral surface (first peripheral surface) closer to the optical axis in the ring-shaped convex portion 1d (first peripheral surface) (in the concave portion, the peripheral surface away from the optical axis) 1b can be formed parallel to the rotation axis AX.
  • the objective lens when the objective lens is molded using a die cut by such processing, the objective lens whose peripheral wall (corresponding to the outer wall OW in FIG. 1) on the side far from the optical axis of the annular convex portion is parallel to the optical axis. Can be formed.
  • the second edge 3c forms a circumferential surface (second circumferential surface) 1c far from the optical axis in the annular projection 1d (a circumferential surface closer to the optical axis in the concave portion) 1c. it can. That is, when the objective lens is formed using a die cut by such processing, the peripheral wall (corresponding to the inner wall IW in FIG. 1) on the side closer to the optical axis of the annular convex portion is annular convex with respect to the optical axis. It is possible to form an objective lens that is inclined away from the optical axis toward the tip of the part.
  • the first edge 3b does not have to be strictly parallel to the rotation axis AX.
  • the diamond tool 3 is closer to the optical axis by relative movement in the Z direction. This is because the peripheral surface 1b on the side can be formed parallel to the rotation axis AX.
  • the bisector BX of the apex angle of the diamond tool 3 is set to the rotational axis AX of the mold material 1 from the outer periphery to the middle part of the machining surface 1a of the mold material 1. Cutting is performed in a parallel state, and then the diamond tool 3 is rotated about the B axis in FIG. 8. From the middle part to the center, the bisector BX of the apex angle of the diamond tool 3 is set as a mold. Cutting can also be performed by changing the angle to a state in which the material 1 is tilted with respect to the rotation axis AX.
  • the first edge 3b can form the circumferential surface 1b on the side close to the optical axis of the ring-shaped convex portion 1d in a range from the intermediate portion to the center in parallel to the rotation axis AX. That is, when an objective lens is molded using a die cut by such processing, an objective lens in which the peripheral wall near the optical axis of the annular groove is parallel to the optical axis in the range from the intermediate portion to the center can be formed. .
  • FIGS. 10 and 11 show an enlarged cross-sectional shape of a part of a mold to be processed, and the shape of the mold is indicated by hatching.
  • the inventors divided the bisector of the apex angle of the diamond tool 3 into the bisector of the apex angle of the diamond tool 3 and the comparative mold that does not incline with respect to the rotation axis AX of the mold material 1.
  • Each of the molds of the example in which the line BX was inclined with respect to the rotation axis AX of the mold material 1 was manufactured, and an objective lens having a compatible diffraction structure was molded by both molds.
  • diffraction efficiency of the objective lens molded from the comparative mold was measured, diffraction efficiency when using BD: 74.1%, diffraction efficiency when using DVD: 56.4%, diffraction efficiency when using CD: 52 It was 1%.
  • the optical element is not limited to an objective lens.

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Abstract

　例えばＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスク互換用の対物レンズ等の光学素子を成形する金型であって、光学素子の効率低下を極力抑えることができる金型の加工方法、加工された金型、及び金型から転写された光学素子を提供する。直線状の第１の縁部と該第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部とから少なくとも一部が輪郭づけられるすくい面を備えた工具にて、前記第１の縁部を回転軸線に対して傾けてセットした工具により前記素材を切削することにより、前記第１の縁部により切削された第１の周面が回転軸線と平行になるので、かかる金型を用いて光学素子を転写すれば、前記第１の周面が光軸と平行にできる。

Description

金型の加工方法、金型及び光ピックアップ装置用の光学素子
　本発明は、金型の加工方法、金型及び光ピックアップ装置用の光学素子に関し、特に異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生（記録／再生）を行える光ピックアップ装置用の光学素子を成形するのに好適な金型、その金型の加工方法及び光学素子に関する。
　近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザ等、波長３９０～４２０ｎｍのレーザ光源が実用化されている。これら青紫色レーザ光源を使用すると、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）と同じ開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する場合で、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５～２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物光学素子のＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３～２５ＧＢの情報の記録が可能となる。
　上述のようなＮＡ０．８５の対物レンズを使用する光ディスクの例として、ＢＤ（ブルーレイディスク）が挙げられる。光ディスクの傾き（スキュー）に起因して発生するコマ収差が増大するため、ＢＤでは、ＤＶＤ における場合よりも保護基板を薄く設計し（ＤＶＤの０．６ｍｍに対して、０．１ｍｍ）、スキューによるコマ収差量を低減している。
　ところで、ＢＤに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダ（光情報記録再生装置）の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、ＢＤに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、ＢＤ用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、ＢＤ用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、ＢＤとＤＶＤ、更にはＣＤの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。
　ＢＤとＤＶＤ、更にはＣＤの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、ＢＤ用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。
　従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、ＢＤ用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物レンズを共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。尚、記録／再生波長が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して共通な対物レンズを得るためには、球面収差の波長依存性を有する回折構造等の光路差付与構造を対物レンズに形成する必要がある。
　ところで、このような対物レンズの光路差付与構造は、一般的に微細な構造であるため、金型の加工が難しいという問題がある。これに対し特許文献１には、ダイヤモンド工具を用いて断面が鋸歯状の、いわゆるブレーズ形状の回折格子に対応する微細溝を切削加工する技術が開示されている。
特開２００３－６２７０７号公報
　ところで、本発明者らの研究によれば、上述した特許文献１の技術にて微細溝を加工した場合、例えばＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物レンズにおける設計上の効率に対し、実際に加工した金型により転写成形された対物レンズの実効率の低下が大きいことが判明した。特に、単なるブレーズ形状ではなく、略光軸方向に延在し互いに向かい合う周壁を備えた構造において特に実効率の低下が著しいことも見出した。例えば、ＤＶＤやＣＤ等においても、光路差付与構造を有する対物レンズは用いられているが、特許文献１の技術にて微細溝の加工を行っても、設計効率に対して実効率は、特に著しい低下は見られないという実情がある。
　本発明は、上述の課題を解決することを目的としたものであり、例えばＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスク互換用の対物レンズ等の光学素子を成形する金型であって、光学素子の効率低下を極力抑えることができる金型の加工方法、加工された金型、及び金型から転写された光学素子を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の金型の加工方法は、光学素子を成形する金型の素材を、第１の縁部と該第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部とから少なくとも一部が輪郭づけられるすくい面を備えた工具にて切削する金型の加工方法において、
　前記第１の縁部が、前記第２の縁部よりも金型の素材の回転軸線より遠い位置になり、且つ前記すくい面の先端が回転軸線より離れるように、前記工具の軸線を前記回転軸線に対して傾けてセットした前記工具により、金型の素材を回転させながら切削することにより、前記第１の縁部により切削された第１の周面と、前記第２の縁部により切削された第２の周面とを有する凹状の輪帯構造を少なくとも一部形成することを特徴とする。
　本発明者は、鋭意研究により、実際の対物レンズにて効率が低下する理由を解析した。その結果、以下のことが判明した。図１は、従来の技術により加工した金型より成形した対物レンズの光学面Ｓ１の拡大図である。この対物レンズは、内側壁ＩＷと外側壁ＯＷとを有する輪帯凸部を複数個備えた回折構造Ｄを有しており、内側壁ＩＷと外側壁ＯＷとは対向し合う方向に延在している。ここで、対物レンズに平行光束Ｌを入射させたとき、内側壁ＩＷと外側壁ＯＷ以外の光学面に入射した光束は、光ディスクの集光に用いられるが、内側壁ＩＷと外側壁ＯＷに入射した光束（ハッチングで示す）は、集光に用いられることはほとんどない。これを影の効果といい、効率低下の要因となっている。しかるに、影の効果による効率低下は、ＤＶＤやＣＤ用の対物レンズでは一般的に無視できるが、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物レンズなどでは、各波長の光束で効率を取り合いになるため、より実効率を高める必要があるといえる。
　ここで、本発明者らは、外側壁ＯＷに着目した。点線で示すように外側壁ＯＷを光軸に対して平行に形成すれば、平行光束が外側壁ＯＷに入射することが抑制され、その分、対物レンズの効率低下を抑制できる。ところが、従来技術によれば、図１に示すように外側壁ＯＷが傾くような金型の加工が行われていたのである。
　より具体的に説明すると、模式図である図２（ａ）において、金型の素材ＷＫに対して、工具の軸線ＢＸを回転軸線と平行とした状態で切削する従来技術の例である。従来技術では、切削用のダイヤモンド工具ＢＴの軸線ＢＸを、素材ＷＫの回転軸線ＲＯと平行に設定していたので、輪帯状の凹部ＰＪの外側壁ＯＷ’が、ダイヤモンド工具ＢＴのすくい面の縁部に沿って、工具先端に向かうに連れて回転軸線に近づくように傾いてしまっていた。このような切削加工により形成された金型を用いて対物レンズを転写成形すると、図１に示すように外側壁ＯＷが光軸に対して傾いた輪帯溝が形成されるのである。
　そこで本発明者らは、以上の知見に基づいて、工具ＢＴのすくい面を回転させて、回折効率を向上させることを思いついたのである。つまり、図２（ｂ）に示すように、回転軸線ＲＯに直交する面内で、工具ＢＴのすくい面の軸線ＢＸを回転（θ）させれば、設計状態に近い対物レンズを成形できる金型を加工できるのである。より具体的には、第１の縁部ＢＴ１と該第１の縁部ＢＴ１に交差する方向に延在する第２の縁部ＢＴ２とから少なくとも一部が輪郭づけられるすくい面ＢＴ３を備えた工具ＢＴを、第１の縁部ＢＴ１が、第２の縁部ＢＴ２よりも金型の素材ＷＫの回転軸線ＲＯより遠い位置になり、且つすくい面ＢＴ３の先端が回転軸線ＲＯより離れるように、金型の素材ＷＫの回転軸線に対して傾けてセットして、素材ＷＫを切削することにより、第１の縁部ＢＴ１により切削された第１の周面ＯＷ’を回転軸線と略平行にできるので、かかる金型を用いて光学素子を転写すれば、その第１の周面により転写された輪帯溝の外側ＯＩＷ（図１参照）を光軸と平行にできる。これにより光学素子の効率を高めることができるのである。
　請求項２に記載の金型の加工方法は、請求項１に記載の発明において、前記素材の被加工部における外周から中央まで、前記工具の軸線を前記回転軸線に対して傾けてセットした状態で切削することを特徴とする。これにより、前記工具の設定の手間が省ける。
　請求項３に記載の金型の加工方法は、前記工具の軸線の前記回転軸線に対する傾き角を、前記素材の被加工部の切削途中で変更することを特徴とする。このような構成にすることによって、例えばブレーズ型構造しかない領域は、工具の軸線を回転軸線に平行にし、互いに向かい合う周壁を有する凹部を有する領域では、工具の軸線を回転軸線に対して傾ける等、構造に応じて最も好ましい工具の軸線の角度で切削でき、より設計形状に近い金型を得ることが可能となり、光の利用効率をさらに向上できるため好ましい。
　請求項４に記載の金型の加工方法は、請求項３に記載の発明において、前記素材の被加工部における外周から中間部まで、前記工具の軸線を前記回転軸線に平行にセットした状態で切削し、前記中間部から中央まで、前記工具の軸線を前記回転軸線に対して傾けてセットした状態で切削することを特徴とする。特に光学素子の中央付近は、互換用の光路差付与構造を有していることが多いので、本発明の効果が期待できる。
　請求項５に記載の金型の加工方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、少なくとも一部の凹状の輪帯構造の周壁において、少なくとも前記輪帯構造の光軸から遠い側の周壁は、光軸に対して平行であることを特徴とする。本構成によって上述のように輪帯溝の外側壁による影の効果を低減できるため、光学素子の効率を高めることができ好ましい。
　請求項６に記載の金型の加工方法は、請求項５に記載の発明において、少なくとも前記輪帯構造の光軸に近い側の周壁は、光軸に対して傾いていることを特徴とする。光軸に近い側の周壁、例えば、図１でいうところの内側壁ＩＷにおいては、例え、内側壁を光軸と平行にしたとしても、影の効果は避けられない。従って、内側壁ＩＷを光軸に対して平行にする必要性は、外側壁ＯＷに比して低い。そのため、内側壁ＩＷは、光軸に対して傾いたままとすることにより、工具の軸線の回転軸線に対する傾け角の設定についてより多くの自由度を確保することができ、好ましい。例えば、工具の軸線の回転軸線に対する傾け角を、外側壁が光軸に平行になるように設定し、その傾け角のまま、全段差を切削することも可能となるため、切削中の工具の操作がより容易となる。
　請求項７に記載の金型の加工方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記工具のすくい面は、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部とを結ぶ円弧状の第３の縁部を有し、前記第３の縁部の半径は、０．１～０．５μｍであることを特徴とする。これにより、加工のダレが減少し、微細な構造を精度良く加工できる。
　請求項８に記載の金型の加工方法は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記工具の軸線の前記回転軸線に対する傾け角が、前記第１の縁部と前記第２の縁部とがなす頂角の約半分であることを特徴とする。本構成によって、第１の縁部が回転軸線に対して平行となるため、第１の縁部で切削した段差を回転軸線に対して平行にしやすくなる。
　請求項９に記載の金型の加工方法は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記第１の縁部と前記第２の縁部とがなす頂角は、２０～３０°であることを特徴とする。これにより、微細形状への干渉が減少し、より設計形状に近い加工が可能になる。
　請求項１０に記載の金型の加工方法は、請求項９に記載の発明であって、前記工具の軸線の前記回転軸線に対する傾け角が、８～１８°であることを特徴とする。
　請求項１１に記載の金型は、請求項１乃至５のいずれかに記載の加工方法により加工されたことを特徴とする。
　請求項１２に記載の光学素子は、第１波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４１５ｎｍ）の第１光束を射出する第１光源と、第２波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６７０ｎｍ）の第２光束を射出する第２光源と、第３波長λ３（７６０ｎｍ≦λ３≦８２０ｎｍ）の第３光束を射出する第３光源とを有し、前記第１光束を用いて厚さがｔ１の保護基板を有するＢＤの情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光束を用いて厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板を有するＤＶＤの情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３光束を用いて厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有するＣＤの情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において用いられる光学素子であって、前記光学素子の少なくとも一つの光学面は、中央領域と、中央領域の周りの中間領域と、中間領域の周りの周辺領域とを少なくとも有し、前記光学素子は、前記中央領域を通過する前記第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中央領域を通過する前記第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中央領域を通過する前記第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中間領域を通過する前記第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中間領域を通過する前記第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中間領域を通過する前記第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光せず、前記周辺領域を通過する前記第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記周辺領域を通過する前記第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光せず、前記周辺領域を通過する前記第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光せず、前記中央領域は、第１光路差付与構造を備え、前記第１光路差付与構造は、ブレーズ型構造を有する第１基礎構造とブレーズ型構造を有する第２基礎構造を互いに逆向きに重ね合わせた構造であり、前記第１基礎構造の段差は光軸とは逆の方向を向いており、前記第２基礎構造の段差は光軸の方向を向いており、前記第１基礎構造を通過した前記第１光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第１基礎構造を通過した前記第２光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第１基礎構造を通過した前記第３光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第２基礎構造を通過した前記第１光束の２次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第２基礎構造を通過した前記第２光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第１基礎構造を通過した前記第３光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第１光路差付与構造は、略光軸方向に延在し互いに向かい合う周壁を備えた輪帯凸部を有し、少なくとも前記輪帯凸部の光軸から遠い側の周壁は、光軸に対して平行であり、前記輪帯凸部の光軸に近い側の周壁は、光軸に対して前記輪帯凸部の先端に向かうにつれて光軸から離れるように傾いていることを特徴とする。
　光軸に近い側の周壁は、理想形状であっても、影の効果による効率ロスを免れないため、理想形状にしなくても光量のロスはあまり変化がない。つまり、光軸に近い側の傾きによる効率の寄与度は、光軸から遠い側の周壁の傾きによる効率の寄与度より小さい。そのため、輪帯凸部の光軸に近い側の周壁を傾けていることにより、工具の角度をあまりに細かく制御する必要がなく、製造しやすく、それでいて、影の効果による光利用効率のロスを大きくすることはない。また、輪帯凸部の光軸に近い側の周壁を、光軸に対して輪帯凸部の先端に向かうにつれて光軸から離れるように傾けていることにより、射出成形の際、金型から光学素子をスムーズに離型できため成形性を良くできる。更に、輪帯凸部の光軸から遠い側の周壁を光軸に平行にすることにより、影の効果による効率のロスを大幅に低減でき、設計値に近い理想的な光利用効率を得ることが可能となる。即ち、製造及び成形しやすく、それでいて、光利用効率の高い光学素子を得ることが可能となるのである。
　また、第１光路差付与構造は、ブレーズ型構造を有する第１基礎構造とブレーズ型構造を有する第２基礎構造を互いに逆向きに重ね合わせた構造であり、かつ、第１基礎構造は、第１基礎構造を通過した第１光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第１基礎構造を通過した第２光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第１基礎構造を通過した第３光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする（以下、「１／１／１」とも記載する。）回折構造であり、前記第２基礎構造は、第２基礎構造を通過した第１光束の２次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第２基礎構造を通過した第２光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第２基礎構造を通過した第３光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする（以下、「２／１／１」とも記載する）回折構造である。このように、ブレーズ型構造を有する「１／１／１」の回折構造とブレーズ型構造を有する「２／１／１」の回折構造を互いに逆向きに重ね合わせた場合、第１光路差付与構造の段差を低くすることできる。光路差付与構造の段差を低くできると、製造誤差による効率のロスを低減できるため、よりいっそう光利用効率の高い光学素子を得ることが可能となる。
　また、ブレーズ型構造を有する第１基礎構造とブレーズ型構造を有する第２基礎構造を互いに逆向きに重ね合わせる際、「１／１／１」の回折構造を有する第１基礎構造の段差は光軸とは逆の方向を向いていて、「２／１／１」の回折構造を有する第２基礎構造の段差は光軸の方向を向いている。この場合、「１／１／１」の回折構造を有する第１基礎構造の段差が光軸の方向を向いていて、「２／１／１」の回折構造を有する第２基礎構造の段差が光軸とは逆の方向を向いている場合に比べて、第１光路差付与構造が有する輪帯凸部の光軸から遠い側の周壁の数が多くなる。そのため、輪帯凸部の光軸から遠い側の周壁を光軸に平行にすることにより、影の効果による効率のロスを大幅に低減し、設計値に近い理想的な光利用効率を得るという本発明がより有用となる。
　請求項１３に記載の光学素子は、請求項１２に記載の発明において、前記輪帯溝は光路差付与構造であることを特徴とする。
　請求項１４に記載の光学素子は、請求項１２又は１３に記載の発明において、前記光学素子は対物レンズであることを特徴とする。
　本発明に係る光学素子が用いられる光ピックアップ装置は、第１光源、第２光源、第３光源の少なくとも３つの光源を有する。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、第１光束をＢＤの情報記録面上に集光させ、第２光束をＤＶＤの情報記録面上に集光させ、第３光束をＣＤの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有する。また、本発明の光ピックアップ装置は、ＢＤ、ＤＶＤ又はＣＤの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有する。
　ＢＤは、厚さがｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。ＤＶＤは厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有する。ＣＤは、厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。なお、ＢＤ、ＤＶＤ又はＣＤは、複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよい。
　本明細書において、ＢＤとは、波長３９０～４１５ｎｍ程度の光束、ＮＡ０．８～０．９程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．０５～０．１２５ｍｍ程度であるＢＤ系列光ディスクの総称であり、単一の情報記録層のみ有するＢＤや、２層又はそれ以上の情報記録層を有するＢＤ等を含むものである。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０～０．６７程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ－ Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＶＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５～０．５１程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ 程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ａｕｄｉｏ、ＣＤ－Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、ＢＤの記録密度が最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。
　なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満たすことが好ましいが、これに限られない。尚、ここで言う、保護基板の厚さとは、光ディスク表面に設けられた保護基板の厚さのことである。即ち、光ディスク表面から、表面に最も近い情報記録面までの保護基板の厚さのことをいう。
　　０．０５０ｍｍ　≦　ｔ１　≦　０．１２５ｍｍ　　　（１）
　　０．５ｍｍ ≦ ｔ２ ≦ ０．７ｍｍ 　　　　　（２）
　　１．０ｍｍ ≦ ｔ３ ≦ １．３ｍｍ 　　　　　（３）
　本明細書において、第１波長λ１の光束を出射するＢＤ用の第１光源、第２波長λ２の光束を出射するＤＶＤ用の第２光源、第３波長λ３の光束を出射するＣＤ用の第３光源は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。第１光源から出射される第１光束の第１波長λ１、第２光源から出射される第２光束の第２波長λ２（λ２＞λ１）、第３光源から出射される第３光束の第３波長λ３（λ３＞λ２）は以下の条件式（４）、（５） を満たすことが好ましい。
　　１．５・λ１ ＜ λ２ ＜ １．７・λ１ 　　　（４）
　　１．８・λ１ ＜ λ３ ＜ ２．０・λ１ 　　　（５）
　第１光源の第１波長λ１は好ましくは、３５０ｎｍ 以上、４４０ｎｍ以下、より好ましくは、３９０ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、第２光源の第２波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下、より好ましくは、６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、第３光源の第３波長λ３は好ましくは、７５０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である。
　光ピックアップ装置の集光光学系は、対物レンズを有する。集光光学系は、対物レンズの他にコリメータ等のカップリングレンズを有していることが好ましい。カップリングレンズとは、対物レンズと光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。コリメータは、カップリングレンズの一種で、コリメータに入射した光を平行光にして出射するレンズである。これらはいずれも光学素子である。本明細書において、対物レンズとは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。また、対物レンズは、単玉又は複数枚からなるプラスチック又はガラス製のレンズであることが好ましい。好ましくは、凸レンズである。また、対物レンズは、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物レンズは、光路差付与構造が設けられるベース面が非球面であることが好ましい。
　光学素子の素材に樹脂を用いる場合、シクロオレフィン樹脂が好適に用いられ、具体的には、日本ゼオン社製のＺＥＯＮＥＸや、三井化学社製のＡＰＥＬ、ＴＯＰＡＳ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＰＯＬＹＭＥＲＳ社製のＴＯＰＡＳ、ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮなどが好ましい例として挙げられる。
　また、対物レンズを構成する材料のアッベ数は、５０以上であることが好ましい。
　３互換用対物レンズについて、以下に記載する。３互換用対物レンズの少なくとも一つの光学面が、中央領域と、中央領域の周りの中間領域と、中間領域の周りの周辺領域とを少なくとも有する。中央領域は、３互換用対物レンズの光軸を含む領域であることが好ましいが、光軸を含む微小な領域を未使用領域や特殊な用途の領域とし、その周りを中心領域（中央領域ともいう）としてもよい。中央領域、中間領域、及び周辺領域は同一の光学面上に設けられていることが好ましい。図３に示されるように、中央領域ＣＮ、中間領域ＭＤ、周辺領域ＯＴは、同一の光学面上に、光軸を中心とする同心円状に設けられていることが好ましい。また、３互換用対物レンズの中央領域には３波長共用の第一光路差付与構造が設けられ、中間領域には２波長共用の第二光路差付与構造が設けられている。周辺領域は屈折面であってもよいし、周辺領域に第三光路差付与構造が設けられていてもよい。中央領域、中間領域、周辺領域はそれぞれ隣接していることが好ましいが、間に僅かに隙間があっても良い。
　３互換用対物レンズの中央領域は、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録／再生に用いられると好ましいＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用領域と言える。即ち、３互換用対物レンズは、中央領域を通過する第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光し、中央領域を通過する第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光し、中央領域を通過する第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光すると好ましい。また、中央領域に設けられた第１光路差付与構造は、第１光路差付与構造を通過する第１光束及び第２光束に対して、ＢＤの保護基板の厚さｔ１とＤＶＤの保護基板の厚さｔ２の違いにより発生する球面収差／第１光束と第２光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。さらに、第１光路差付与構造は、第１光路差付与構造を通過した第１光束及び第３光束に対して、ＢＤの保護基板の厚さｔ１とＣＤの保護基板の厚さｔ３との違いにより発生する球面収差／第１光束と第３光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。
　３互換用対物レンズの中間領域は、ＢＤ、ＤＶＤの記録／再生に用いられ、ＣＤの記録／再生に用いられないと好ましいＢＤ／ＤＶＤ共用領域と言える。即ち、３互換用対物レンズは、中間領域を通過する第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光し、中間領域を通過する第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光すると好ましい。その一方で、中間領域を通過する第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光しないと好ましい。３互換用対物レンズの中間領域を通過する第３光束は、ＣＤの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。図４に示すように、３互換用対物レンズを通過した第３光束がＣＤの情報記録面上で形成するスポットにおいて、光軸側（又はスポット中心部）から外側へ向かう順番で、光量密度が高いスポット中心部ＳＣＮ、光量密度がスポット中心部より低いスポット中間部ＳＭＤ、光量密度がスポット中間部よりも高くスポット中心部よりも低いスポット周辺部ＳＯＴを有することが好ましい。スポット中心部が、光ディスクの情報の記録／再生に用いられ、スポット中間部及びスポット周辺部は、光ディスクの情報の記録／再生には用いられない。上記において、このスポット周辺部をフレアと言っている。但し、スポット中心部の周りにスポット中間部が存在せずスポット周辺部があるタイプ、即ち、集光スポットの周りに薄く光が大きなスポットを形成する場合も、そのスポット周辺部をフレアと呼んでもよい。つまり、３互換用対物レンズの中間領域を通過した第３光束は、ＣＤの情報記録面上でスポット周辺部を形成することが好ましいとも言える。
　３互換用対物レンズの周辺領域は、ＢＤの記録／再生に用いられ、ＤＶＤ及びＣＤの記録／再生に用いられないと好ましいＢＤ専用領域と言える。即ち、３互換用対物レンズは、周辺領域を通過する第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光すると好ましい。その一方で、周辺領域を通過する第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光せず、周辺領域を通過する第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光しないと好ましい。３互換用対物レンズの周辺領域を通過する第２光束及び第３光束は、ＤＶＤ及びＣＤの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。つまり、３互換用対物レンズの周辺領域を通過した第２光束及び第３光束は、ＤＶＤ及びＣＤの情報記録面上でスポット周辺部を形成することが好ましい。
　第１光路差付与構造は、３互換用対物レンズの中央領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、第１光路差付与構造が、中央領域の全面に設けられていることである。第２光路差付与構造は、３互換用対物レンズの中間領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、第２光路差付与構造が、中間領域の全面に設けられていることである。周辺領域が第３光路差付与構造を有する場合、第３光路差付与構造は、３互換用対物レンズの周辺領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、第３光路差付与構造が、周辺領域の全面に設けられていることである。
　なお、本明細書でいう光路差付与構造とは、入射光束に対して光路差を付加する構造の総称であって、輪帯溝を有するものをいう。光路差付与構造には、位相差を付与する位相差付与構造も含まれる。また、位相差付与構造には回折構造が含まれる。本発明の光路差付与構造は回折構造であることが好ましい。光路差付与構造は、段差を有し、好ましくは段差を複数有する。この段差により入射光束に光路差及び／又は位相差が付加される。光路差付与構造により付加される光路差は、入射光束の波長の整数倍であっても良いし、入射光束の波長の非整数倍であっても良い。段差は、光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。また、光路差付与構造を設けた対物レンズが単玉非球面レンズの場合、光軸からの高さによって光束の対物レンズへの入射角が異なるため、光路差付与構造の段差量は各輪帯毎に若干異なることとなる。例えば、対物レンズが単玉非球面の凸レンズである場合、同じ光路差を付与させる光路差付与構造であっても、一般的に光軸から離れる程、段差量が大きくなる傾向となる。
　また、本明細書でいう回折構造とは、段差を有し、回折によって光束を収束あるいは発散させる作用を持たせる構造の総称である。例えば、単位形状が光軸を中心として複数並ぶことによって構成されており、それぞれの単位形状に光束が入射し、透過した光の波面が、隣り合う輪帯毎にズレを起こし、その結果、新たな波面を形成することによって光を収束あるいは発散させるような構造を含むものである。回折構造は、好ましくは段差を複数有し、段差は光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。また、回折構造を設けた対物レンズが単玉非球面レンズの場合、光軸からの高さによって光束の対物レンズへの入射角が異なるため、回折構造の段差量は各輪帯毎に若干異なることとなる。例えば、対物レンズが単玉非球面の凸レンズである場合、同じ回折次数の回折光を発生させる回折構造であっても、一般的に光軸から離れる程、段差量が大きくなる傾向となる。
　ところで、光路差付与構造は、光軸を中心とする同心円状の複数の輪帯を有することが好ましい。また、光路差付与構造は、一般に、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状） をとり得、光軸を含む断面形状がブレーズ型構造と階段型構造とに大別される。
　ブレーズ型構造とは、図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、光路差付与構造を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、鋸歯状の形状ということである。尚、図５の例においては、上方が光源側、下方が光ディスク側であって、母非球面としての平面に光路差付与構造が形成されているものとする。ブレーズ型構造において、１つのブレーズ単位の光軸垂直方向の長さをピッチＰという。（図５（ａ）、（ｂ）参照）また、ブレーズの光軸に平行方向の段差の長さを段差量Ｂという。（図５（ａ）参照）このような単一のブレーズ型構造では互いに向かい合う周壁は存在しない。
　また、階段型構造とは、図５（ｃ）、（ｄ）に示されるように、光路差付与構造を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、小階段状のもの（階段単位と称する）を複数有するということである。尚、本明細書中、「Ｖレベル」とは、階段型構造の１つの階段単位において光軸垂直方向に対応する（向いた）輪帯状の面（以下、テラス面と称することもある）が、段差によって区分けされＶ個の輪帯面毎に分割されていることをいい、特に３レベル以上の階段型構造は、小さい段差と大きい段差を有することになる。例えば、図５（ｃ）に示す光路差付与構造を、５レベルの階段型構造といい、図５（ｄ）に示す光路差付与構造を、２レベルの階段型構造(バイナリ構造ともいう)という。
　尚、光路差付与構造は、ある単位形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。 ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の１単位となる単位形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「単位形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。
　また、第１光路差付与構造及び第２光路差付与構造を設ける場合は、それぞれ対物レンズの異なる光学面に設けてもよいが、同一の光学面に設けることが好ましい。更に、第３光路差付与構造を設ける場合も、第１光路差付与構造及び第２光路差付与構造と同じ光学面に設けることが好ましい。同一の光学面に設けることにより、製造時の偏芯誤差を少なくすることが可能となるため好ましい。また、第１光路差付与構造、第２光路差付与構造及び第３光路差付与構造は、対物レンズの光ディスク側の面よりも、対物レンズの光源側の面に設けられることが好ましい。別の言い方では、第１光路差付与構造、第２光路差付与構造及び第３光路差付与構造は、対物レンズの曲率半径の絶対値が小さい方の光学面に設けることが好ましい。尚、第１基礎構造と第２基礎構造を重畳せずに、それぞれ異なる光学面に設けることも考えられる。第３基礎構造と第４基礎構造も、同様に重畳せずにそれぞれ異なる光学面に設けることも考えられる。
　光路差付与構造は、複数の基礎構造（例えば図６（ｄ）の第１基礎構造と第２基礎構造）を重ね合わせた構造としても良い。
　光路差付与構造の重畳例をいくつか図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）として示す。これらは２種類のブレーズ型構造を重畳した例である。尚、図６は、便宜上、第１光路差付与構造ＯＤＳ１が平板状に設けられたものとして示されているが、単玉非球面の凸レンズ上に設けられていてもよい。第２基礎構造を通過した第１光束の２次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第２基礎構造を通過した第２光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第２基礎構造を通過した第３光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする（「２／１／１」）回折構造である第２基礎構造ＢＳ２に、第１基礎構造を通過した第１光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第１基礎構造を通過した第２光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第１基礎構造を通過した第３光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする（「１／１／１」）回折構造である第１基礎構造ＢＳ１が重ねあわされた例である。図６（ａ）においては、第２基礎構造ＢＳ２の段差は光軸ＯＡの方向を向いており、第１基礎構造ＢＳ１の段差は光軸ＯＡとは逆の方向を向いている。更に、第２基礎構造ＢＳ２の全ての段差の位置と、第１基礎構造ＢＳ１の段差の位置が合っていることがわかる。次に、図６（ｂ）においては、第２基礎構造ＢＳ２の段差は光軸ＯＡの方向を向いており、第１基礎構造ＢＳ１の段差も光軸ＯＡの方向を向いている。更に、第２基礎構造ＢＳ２の全ての段差の位置と、第１基礎構造ＢＳ１の段差の位置が合っていることがわかる。次に、図６（ｃ）においては、第１基礎構造ＢＳ１の段差は光軸ＯＡと逆の方向を向いており、第２基礎構造ＢＳ２の段差も光軸ＯＡと逆の方向を向いている。更に、第２基礎構造ＢＳ２の全ての段差の位置と、第１基礎構造ＢＳ１の段差の位置が合っていることがわかる。
　光路差付与構造の種々の例を述べてきたが、本明細書において、「向かい合う周壁を備えた輪帯溝を有する光路差付与構造」というときは、特に図５（ｃ）、（ｄ）、図６（ａ）に示す構造をいう。
　ＢＤに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ１とし、ＤＶＤに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）とし、ＣＤに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）とする。ＮＡ１は、０．７５以上、０．９以下であることが好ましく、より好ましくは、０．８以上、０．９以下である。特にＮＡ１は０．８５であることが好ましい。ＮＡ２は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。特にＮＡ２は０．６０又は０．６５であることが好ましい。また、ＮＡ３は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。特にＮＡ３は０．４５又は０．５３であることが好ましい。
　対物レンズの中央領域と中間領域の境界は、第３光束の使用時において、０．９・ＮＡ３以上、１．２・ＮＡ３以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ３以上、１．１５・ＮＡ３以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物レンズの中央領域と中間領域の境界が、ＮＡ３に相当する部分に形成されていることである。また、対物レンズの中間領域と周辺領域の境界は、第２光束の使用時において、０．９・ＮＡ２以上、１．２・ＮＡ２以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ２以上、１．１５・ＮＡ２以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物レンズの中間領域と周辺領域の境界が、ＮＡ２に相当する部分に形成されていることである。
　対物レンズを通過した第３光束をＣＤの情報記録面上に集光する場合に、球面収差が少なくとも１箇所の不連続部を有することが好ましい。その場合、不連続部は、第３光束の使用時において、０．９・ＮＡ３以上、１．２・ＮＡ３以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ３以上、１．１５・ＮＡ３以下）の範囲に存在することが好ましい。
　また、本発明は、薄いスリム型の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズにおいて特に好適である。スリム型の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズは、必然的に小径になるため、輪帯のピッチも小さくなり、加工が困難となる。そのため、加工しやすく、それでいて、光利用効率のロスが少ない本発明の効果がより顕著となるのである。
　尚、スリム型の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズは、フランジ及び光学面すべて含めた対物レンズ全体の光軸直交方向の直径が、１．４５ｍｍ以上、４．０５ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、２．９５ｍｍ以上、４．０５ｍｍ以下である。また、光路差付与構造の光軸直交方向のピッチの最小値が、２．５μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。また、ピッチの最大値が、１１０μｍ以下であることが好ましい。更に、対物レンズ全体における光路差付与構造の全輪帯数が、１５０以上、２５０以下であることが好ましい。
　本発明で用いる工具は、第１の縁部と該第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部とから少なくとも一部が輪郭づけられるすくい面を備えている。取り付けた状態で、第１の縁部が、第２の縁部よりも金型の素材の回転軸線より遠い位置になる。第１の縁部と第２の縁部とは工具軸線を境界として直接接続していても良いし、工具軸線をまたぐ第３の縁部を介して接続していても良い。第１の縁部と第２の縁部は、それぞれストレート形状であると好ましいが、一部が円弧状であっても良い。
　本発明によれば、例えばＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスク互換用の対物レンズ等の光学素子を成形する金型であって、光学素子の効率低下を極力抑えることができる金型の加工方法、加工された金型、及び金型から転写された光学素子を提供することができる。
従来の技術により加工した金型より成形した対物レンズの光学面Ｓ１の拡大図である。 本発明の切削加工と従来技術の切削加工との差を説明するための模式図で、（ａ）が従来技術の例を示し、（ｂ）が本発明の例を示し、矢印で工具の軌跡を示している。 単玉の対物レンズＯＬを光軸方向に見た図（ａ）及び光軸直交方向に見た図（ｂ）である。 対物レンズを通過した第３光束が第３光ディスクの情報記録面上で形成するスポットを形成する状態を示す図である。 光路差付与構造の例を示す軸線方向断面図で、（ａ）、（ｂ）はブレーズ型構造の例を示し、（ｃ）、（ｄ）は階段型構造の例を示す。 基礎構造を重畳した第１光路差付与構造の概念図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は光路差付与構造の重畳例を示し、（ｄ）は第１基礎構造と第２基礎構造との重畳例を示す。 ダイヤモンド工具を示す図で、（ａ）は本実施の形態にかかる金型の加工方法で用いるダイヤモンド工具の切れ刃を示す斜視図、（ｂ）はすくい面３ａの先端部形状を示す拡大図である。 実施の形態にかかるＸＺＢ軸超精密旋盤の斜視図である。 金型と工具のセッティング位置関係を示す図である。 加工したい金型の一部にかかる拡大断面形状を示す図である。 加工したい金型の一部にかかる拡大断面形状を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。先ず、ｃｏｄｅＶ等の光学設計ソフトウェアを用いて、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズの設計を行う。そして、当該設計結果に基づいて、金型の加工を行っていく。図７（ａ）は、本実施の形態にかかる金型の加工方法で用いるダイヤモンド工具の切れ刃を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、すくい面３ａの先端部形状を示す拡大図である。ダイヤモンド工具の切れ刃３は、図に示すようにシャンクＳに対してろう付けされており、切削されるべき型の回転方向に正対するすくい面３ａを有している。かかるすくい面３ａの先端部は、第１の縁部である縁部３ｂ及び第２の縁部である縁部３ｃと、縁部３ｂの端部Ａと縁部３ｃの端部Ｂとを結ぶ第３の縁部である円弧部３ｄとから輪郭づけられている。
　すくい面３ａの円弧部３ｄの半径ｒを０．１～０．５μｍ（好ましくは０．１～０．３、μｍ）とすることで、刃先を鋭利にして高精度な微細形状を切削できる。第１の縁部３ｂと、第２の縁部３ｃとのはさみ角（頂角）は２０～３０°（好ましくは２９°以下）とするのがよい。尚、第１の縁部３ｂと第２の縁部３ｃの二等分線を、工具３の軸線ＢＸとする。
　図８は、型の加工に用いるＸＺＢ軸超精密旋盤の斜視図である。図９は、ダイヤモンド工具を用いて金型を切削する際の拡大断面図である。図８において、定盤１０に対して、Ｚ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ５上には、回転駆動機構９が設けられ、回転駆動機構９は、切削すべき金型素材１を、回転軸線ＡＸ回りで回転駆動するようになっている。一方、定盤１０に対して、Ｂ軸回りに回転可能なＢ軸ステージ１１が設けられ、Ｂ軸ステージ１１上にはＸ方向に移動自在なＸ軸ステージ６が設けられ、Ｘ軸ステージ６上には工具取付部７が設けられて、ダイヤモンド工具３を把持している。Ｂ軸ステージ１１により、ダイヤモンド工具３の工具軸線を傾けた状態に維持し、回転駆動機構９により金型素材１を回転させながら、Ｚ軸ステージ５，Ｘ軸ステージ６によりダイヤモンド工具３を金型素材１に対して相対的に移動させることで、光学転写面の加工を行えるようになっている。
　本実施の形態では、金型素材１は鉄系の母材を使用し、切削面に対して要求形状を粗取りした後、加工層として無電解ニッケルメッキを約５０μｍの厚さで施している。
　金型素材１の光学面（被加工面）１ａに要求される形状は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用プラスチック対物レンズの回折光学面形状である。
　金型素材１を例えば１０００回転毎分で回転させると共に、Ｘ軸ステージ６及びＺ軸ステージ５をプログラム制御により、ダイヤモンド工具３の先端部が、図９の矢印で示すように、金型素材１の外周側から中心部に向かって、毎分０．１ｍｍの移動速度で並進移動して、所望の回折光学面形状が得られるように移動させる。
　ここで、第１の加工態様によれば、ダイヤモンド工具３の頂角の２等分線ＢＸ（図７（ｂ）参照）を、金型素材１の回転軸線ＡＸに対して傾けたまま、外周から中央まで切削加工を行う。この時、頂角の２等分線ＢＸの回転軸線に対する傾け角度は、頂角の約半分であることが好ましい。この場合、８°～１８°である。かかる場合、図９において、第１の縁部３ｂ（但し、傾け角によっては第３の縁部３ｄにて切削する場合もあるが、この場合、工具軸線を挟んで回転軸線から遠い側で切削する縁部を第１の縁部と定義する）により、輪帯状の凸部１ｄにおける光軸に近い側の周面（第１の周面）（凹部においては光軸から離れた側の周面となる）１ｂを回転軸線ＡＸに対して平行に形成できる。つまり、かかる加工により切削された金型を用いて対物レンズを成形すると、輪帯凸部の光軸から遠い側の周壁（図１の外側壁ＯＷに相当）が光軸と平行になる対物レンズを形成できる。一方、第２の縁部３ｃにより、輪帯状の凸部１ｄにおける光軸から遠い側の周面（第２の周面）（凹部においては光軸に近い側の周面となる）１ｃを形成できる。つまり、かかる加工により切削された金型を用いて対物レンズを形成すると、輪帯凸部の光軸から近い側の周壁（図１の内側壁ＩＷに相当）が光軸に対して輪帯凸部の先端に向かうにつれて光軸から離れるように傾いている対物レンズを形成できる。尚、第１の縁部３ｂを回転軸線ＡＸとを、厳密に平行とする必要はない。第１の縁部３ｂが回転軸線ＡＸと平行になる位置よりも、すくい面の先端が回転軸線ＡＸに近づく方向に傾けなければ、ダイヤモンド工具３のＺ方向への相対移動によって、光軸に近い側の周面１ｂを回転軸線ＡＸに対して平行に形成できるからである。
　更に、第２の加工態様によれば、金型素材１の加工面１ａの外周から中間部までは、ダイヤモンド工具３の頂角の２等分線ＢＸを、金型素材１の回転軸線ＡＸに平行においた状態で切削加工を行い、次いで、図８におけるＢ軸を中心にダイヤモンド工具３を回転させ、中間部から中央までは、ダイヤモンド工具３の頂角の２等分線ＢＸを、金型素材１の回転軸線ＡＸに対して傾けた状態に角度を変更して切削加工を行うこともできる。かかる場合、第１の縁部３ｂにより、中間部から中央までの範囲で、輪帯状の凸部１ｄにおける光軸に近い側の周面１ｂを回転軸線ＡＸに対して平行に形成できる。つまり、かかる加工により切削された金型を用いて対物レンズを成形すると、中間部から中央までの範囲で輪帯溝の光軸に近い側の周壁が光軸と平行になる対物レンズを形成できる。
　図１０，１１は、加工したい金型の一部にかかる拡大断面形状を示しており、金型の形状をハッチングで示す。
　本発明者らは、ダイヤモンド工具３の頂角の２等分線ＢＸを、金型素材１の回転軸線ＡＸに対して傾けない比較例の金型と、ダイヤモンド工具３の頂角の２等分線ＢＸを、金型素材１の回転軸線ＡＸに対して傾けた実施例の金型とをそれぞれ製造し、両金型にて互換用の回折構造を有する対物レンズを成形した。比較例の金型から成形した対物レンズの回折効率を測定したところ、ＢＤ使用時の回折効率：７４．１％、ＤＶＤ使用時の回折効率：５６．４％、ＣＤ使用時の回折効率：５２．１％であった。一方、実施例の金型から成形した対物レンズの回折効率を測定したところ、ＢＤ使用時の回折効率：７６．２％（＋２．１％）、ＤＶＤ使用時の回折効率：６２．８％（＋６．４％）、ＣＤ使用時の回折効率：５８．３％（＋６．２％）であり、いずれの波長域でも回折効率が増大し、本発明の効果が確認された。
　本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば光学素子とは対物レンズに限られない。
  １ 金型素材
  １ａ 加工面
  １ｂ 周面
  ３ ダイヤモンド工具
  ３ａ すくい面
  ３ｂ 第１の縁部
  ３ｃ 第２の縁部
  ３ｄ 円弧部（第３の縁部）
  ４ 光学面
  ５ Ｚ軸ステージ
  ６ Ｘ軸ステージ
  ７ 工具取付部
  ９ 回転駆動機構
 １０ 定盤
 １１ Ｂ軸ステージ
Ａ 端部
ＡＸ 回転軸線
Ｂ 端部
ＢＸ ２等分線

Claims (14)

  1. 　光学素子を成形する金型の素材を、第１の縁部と該第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部とから少なくとも一部が輪郭づけられるすくい面を備えた工具にて切削する金型の加工方法において、
    　前記第１の縁部が、前記第２の縁部よりも金型の素材の回転軸線より遠い位置になり、且つ前記すくい面の先端が回転軸線より離れるように、前記工具の軸線を前記回転軸線に対して傾けてセットした前記工具により、金型の素材を回転させながら切削することにより、前記第１の縁部により切削された第１の周面と、前記第２の縁部により切削された第２の周面とを有する凹状の輪帯構造を少なくとも一部形成することを特徴とする金型の加工方法。
  2. 　前記素材の被加工部における外周から中央まで、前記工具の軸線を前記回転軸線に対して傾けてセットした状態で切削することを特徴とする請求項１に記載の金型の加工方法。
  3. 　前記工具の軸線の前記回転軸線に対する傾き角を、前記素材の被加工部の切削途中で変更することを特徴とする請求項１に記載の金型の加工方法。
  4. 　前記素材の被加工部における外周から中間部まで、前記工具の軸線を前記回転軸線に平行にセットした状態で切削し、前記中間部から中央まで、前記工具の軸線を前記回転軸線に対して傾けてセットした状態で切削することを特徴とする請求項３に記載の金型の加工方法。
  5. 　少なくとも一部の凹状の輪帯構造の周壁において、少なくとも前記輪帯構造の光軸から遠い側の周壁は、光軸に対して平行であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金型の加工方法。
  6. 　前記凹状の輪帯構造の周壁において、少なくとも前記輪帯構造の光軸に近い側の周壁は、光軸に対して傾いていることを特徴とする請求項５に記載の金型の加工方法。
  7. 　前記工具のすくい面は、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部とを結ぶ円弧状の第３の縁部を有し、前記第３の縁部の半径は、０．１～０．５μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の金型の加工方法。
  8. 　前記工具の軸線の前記回転軸線に対する傾け角が、前記第１の縁部と前記第２の縁部とがなす頂角の約半分であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の金型の加工方法。
  9. 　前記第１の縁部と前記第２の縁部とがなす頂角は、２０～３０°であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の金型の加工方法。
  10. 　前記工具の軸線の前記回転軸線に対する傾け角が、８～１８°であることを特徴とする請求項９に記載の金型加工方法。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の加工方法により加工されたことを特徴とする金型。
  12. 　第１波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４１５ｎｍ）の第１光束を射出する第１光源と、第２波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６７０ｎｍ）の第２光束を射出する第２光源と、第３波長λ３（７６０ｎｍ≦λ３≦８２０ｎｍ）の第３光束を射出する第３光源とを有し、前記第１光束を用いて厚さがｔ１の保護基板を有するＢＤの情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光束を用いて厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板を有するＤＶＤの情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３光束を用いて厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有するＣＤの情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において用いられる光学素子であって、
    　前記光学素子の少なくとも一つの光学面は、中央領域と、中央領域の周りの中間領域と、中間領域の周りの周辺領域とを少なくとも有し、
    　前記光学素子は、前記中央領域を通過する前記第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中央領域を通過する前記第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中央領域を通過する前記第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、
    　前記中間領域を通過する前記第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中間領域を通過する前記第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記中間領域を通過する前記第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光せず、
    　前記周辺領域を通過する前記第１光束を、ＢＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光し、前記周辺領域を通過する前記第２光束を、ＤＶＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光せず、前記周辺領域を通過する前記第３光束を、ＣＤの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光せず、
    　前記中央領域は、第１光路差付与構造を備え、
    　前記第１光路差付与構造は、ブレーズ型構造を有する第１基礎構造とブレーズ型構造を有する第２基礎構造を互いに逆向きに重ね合わせた構造であり、
    　前記第１基礎構造の段差は光軸とは逆の方向を向いており、前記第２基礎構造の段差は光軸の方向を向いており、
    　前記第１基礎構造を通過した前記第１光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第１基礎構造を通過した前記第２光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第１基礎構造を通過した前記第３光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、
    　前記第２基礎構造を通過した前記第１光束の２次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第２基礎構造を通過した前記第２光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、前記第１基礎構造を通過した前記第３光束の１次の回折光量は他のいかなる次数の回折光量よりも大きくなり、
    　前記第１光路差付与構造は、略光軸方向に延在し互いに向かい合う周壁を備えた輪帯凸部を有し、少なくとも前記輪帯凸部の光軸から遠い側の周壁は、光軸に対して平行であり、前記輪帯凸部の光軸に近い側の周壁は、光軸に対して前記輪帯凸部の先端に向かうにつれて光軸から離れるように傾いていることを特徴とする光学素子。
  13. 　前記輪帯凸部は光路差付与構造であることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子。
  14. 　前記光学素子は対物レンズであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光学素子。
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