(57)【要約】【課題】  ミラーの表面形状の不均一さにより発生する収差を補正することによって所望の性能を得ることができ、精密なミラーの表面形状を必要とする場合に、かかる精密なミラーと同じ光学性能を得ると共にミラー製造に要する時間及びコストを低減することが可能な光学系を提供する。【解決手段】  光学系は、光を発生する光源１０と、光源１０により発生された光の光路を変換するミラー２０と、ミラー２０の表面形状の不均一さによってミラー２０により反射された光に発生する収差を補正する収差補正素子であるホログラフィック光学素子６０と、を備えている。【選択図】      図６Ｃ
2006079815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する光源と、
前記光源により発生された光の光路を変換するミラーと、
前記ミラーの表面形状の不均一さによって前記ミラーにより反射された光に発生する収差を補正する収差補正素子と、
を備えることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記収差補正素子は、前記ミラーにより反射された光の光路上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記収差補正素子は、下記式（１）により表される前記ミラーの収差補正パターンが表面に形成されたホログラフィック光学素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学系。
【数１】
2006079815.tif 000015
（ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は収差補正パターン、ｘ，ｙは収差補正パターンの分布する平面の座標、ａ０，ｂ０，ａ１，ｂ１，…は各項の係数である。）
【請求項４】
前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンは、前記ミラーの収差値とは反対符号の収差値を有することを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）におけるｙ，ｘ２ｎ，ｙ２ｎ項（ｎ＝１，２，３，…）の係数からなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光学系。
【請求項６】
前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）におけるｘ，ｙ，ｘ２ｎ＋１，ｙ２ｎ＋１項（ｎ＝１，２，３，…）の係数からなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光学系。
【請求項７】
前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンの最小ピッチは、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項８】
光を発生する光源と、
前記光源により発生された光の光路を変換するミラーと、
前記ミラーの表面形状の不均一さによって前記ミラーにより反射された光に発生する収差を補正する収差補正素子と、
前記ミラーにより反射された光を、光ディスクに集束する対物レンズ光学系と、
前記光ディスクにより反射された光を受光して情報を検出する光検出器と、
前記対物レンズ光学系と前記光検出器との間の光路上に配置されており、前記光ディスクにより反射された光を前記光検出器に向かわせる光路分離部材と、
を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記収差補正素子は、下記式（１）により表される前記ミラーの収差補正パターンが表面に形成されたホログラフィック光学素子であることを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
【数２】
2006079815.tif 000016
（ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は収差補正パターン、ｘ，ｙは収差補正パターンの分布する平面の座標、ａ０，ｂ０，ａ１，ｂ１，…は各項の係数である。）
【請求項１０】
前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンは、前記ミラーの収差値とは反対符号の収差値を有することを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）の非対称係数からなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンの最小ピッチは、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
前記対物レンズ光学系は、
前記光源により発生された光の波長の変化による色収差を補正する回折レンズと、
入射光を前記光ディスクに集束する非球面−平面屈折レンズと、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
前記ミラーの収差を補正するための前記ホログラフィック光学素子は、前記非球面−平面屈折レンズに結合されていることを特徴とする請求項１３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１５】
前記ミラーの収差を補正するための前記ホログラフィック光学素子は、前記回折レンズに結合されていることを特徴とする請求項１３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１６】
前記ミラーの収差を補正するための前記ホログラフィック光学素子用の第１補正パターンと、色収差を補正するための前記回折レンズ用の第２補正パターンとが、前記回折レンズの表面に同時に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１７】
前記第１補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）の非対称係数からなり、
前記第２補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）の対称係数からなる
ことを特徴とする請求項１６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１８】
前記光路分離部材は、
入射光を偏光の状態に応じて選択的に直進透過または回折透過させる偏光回折素子と、
入射光の偏光の状態を変える４分の１波長板と、
前記偏光回折素子及び前記４分の１波長板の入出射面に形成されたコーティング層と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１９】
前記ミラーの収差を補正するための前記ホログラフィック光学素子は、前記光路分離部材に結合されていることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系及び光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の一般的な光ピックアップ装置の構造を説明するための模式図である。図１に示すように、光ピックアップ装置（optical pickup apparatus）１００は、光源１１０と、光路変換器（optical path changer）であるミラー１２０と、光路分離部材（optical path separation member）１３０と、対物レンズ１４０と、光検出器１５０と、を備えている。光源１１０により発生された光は、ミラー１２０により反射されて光路分離部材１３０に入射する。光路分離部材１３０は、入射光を偏光の状態に応じて選択的に直進透過または回折透過させる偏光回折素子（polarization diffraction element）１３２と、入射光の偏光状態を変える４分の１波長板（Quarter Wave Plate：ＱＷＰ）１３４と、偏光回折素子１３２及び４分の１波長板１３４を保護するためのコーティング層１３１，１３３，１３５と、を備えている。前記した構成によれば、ミラー１２０により反射された光は、光路分離部材１３０をそのまま透過して進む。それに対し、光ディスクＤにより反射された光は、光路分離部材１３０により所定の角度で回折する。したがって、ミラー１２０により反射された光は、光源１１０に向かって進まずに、光検出器１５０によって受光される。
【０００３】
従来、光ピックアップ装置を製造する場合には、各光学部品を個別に製造した後、それらを組み立てて一つの光ピックアップ装置を製造していた。しかし、最近、小型光ピックアップ装置の大量生産に対する要求が高まるにつれ、組立工程の難しさを取り除くための一手法として、集積型光ピックアップ装置が開発されるようになった。集積型光ピックアップ装置は、一般的に集光部である対物レンズを除いた部位である発光部、受光部及び光路分離部をそれぞれ光学ベンチに加工して集積化することによって製造されている。この結果、組立工程が単純化され、光ピックアップ装置の大量生産が容易になる。
【０００４】
図２は、前記した集積型光ピックアップ装置を説明するための模式断面図である。図２に示すように、集積型光ピックアップ装置（integrated optical pickup apparatus）２００は、ミラーベンチ（mirror bench）２１０と、受光ベンチ（light receiving bench）２２０と、光路分離部（optical path separation portion）２３０と、対物レンズ２４０と、を備えている。ミラーベンチ２１０の上面には、溝２１１が形成されており、この溝２１１の底面２１３の両側には、それぞれ第１傾斜ミラー２１２と第２傾斜ミラー２１５とが形成されている。受光ベンチ２２０の下面２２５には、第２傾斜ミラー２１５に向けて光を発生・放出する光源２２２と、第１傾斜ミラー２１２により反射された光を受光する光検出器２２１とがそれぞれ設置されている。また、第２傾斜ミラー２１５と対向する位置には、光路分離部２３０と対物レンズ２４０とがそれぞれ設置されている。光路分離部２３０は、前記した光路分離部材１３０と同等の機能を有しており、入射光を偏光の状態に応じて選択的に直進透過または回折透過させる偏光回折素子２３１と、入射光の偏光状態を変える４分の１波長板２３３と、を備えている。
【０００５】
ミラーベンチ２１０は、一般的な半導体製造工程に従ってシリコンをウェットエッチングすることにより製造される。しかし、一般的にウェットエッチング法でミラーを製造する場合には、図３に示すように、エッチングの進行程度が均一にならないので、ミラーの表面が不均一になり、非点収差などの収差を発生させてしまうという問題がある。特にこの問題は、記憶媒体の高容量化に応じて短い波長を利用する開口数（Numerical Aperture：ＮＡ）の大きい光ピックアップ装置の場合に深刻である。光ピックアップ装置で使用されるミラーには、ＰＶ（Peak-to-Valley）値が波長の１／６以下となることが要求される。この条件をブルーレイディスクの基準波長である４０７ｎｍに対して適用する場合には、ＰＶ値を６７.８ｎｍ以下としなければならない。しかし、ウェットエッチング法で製造されたミラーの場合には、ＰＶ値（またはwaviness）が約１５０ｎｍ〜２５０ｎｍであるため、前記した条件を満たすことは非常に困難である。一方、成形（モールディング：molding）後に研磨する従来の手法で製造されたミラーは、前記した条件を満たすことはできるが、かかる従来の手法は集積型光ピックアップ装置の大量生産に適しておらず、高コストであるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記問題点を解決するため、ミラーの表面形状の不均一さにより発生する収差を補正することによって所望の性能を得ることができ、精密なミラーの表面形状を必要とする場合に、かかる精密なミラーと同じ光学性能を得ると共にミラー製造に要する時間及びコストを低減することが可能な光学系及び光ピックアップ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために創案されたものであり、本発明の光学系は、光を発生する光源と、前記光源により発生された光の光路を変換するミラーと、前記ミラーの表面形状の不均一さによって前記ミラーにより反射された光に発生する収差を補正する収差補正素子と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の光学系において、前記収差補正素子は、前記ミラーにより反射された光の光路上に配置されている構成であってもよい。
【０００９】
また、本発明の光学系において、前記収差補正素子は、下記式（１）により表される前記ミラーの収差補正パターンが表面に形成されたホログラフィック光学素子であってもよい。
【数３】
2006079815.tif 000003
（ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は収差補正パターン、ｘ，ｙは収差補正パターンの分布する平面の座標、ａ０，ｂ０，ａ１，ｂ１，…は各項の係数である。）
この場合において、前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンは、前記ミラーの収差値とは反対符号の収差値を有する構成であってもよい。
ここで、前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）におけるｙ，ｘ２ｎ，ｙ２ｎ項（ｎ＝１，２，３，…）の係数からなる構成であってもよく、前記式（１）におけるｘ，ｙ，ｘ２ｎ＋１，ｙ２ｎ＋１項（ｎ＝１，２，３，…）の係数からなる構成であってもよい。
また、前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンの最小ピッチは、１０μｍ以上であることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の光ピックアップ装置は、光を発生する光源と、前記光源により発生された光の光路を変換するミラーと、前記ミラーの表面形状の不均一さによって前記ミラーにより反射された光に発生する収差を補正する収差補正素子と、前記ミラーにより反射された光を、光ディスクに集束する対物レンズ光学系と、前記光ディスクにより反射された光を受光して情報を検出する光検出器と、前記対物レンズ光学系と前記光検出器との間の光路上に配置されており、前記光ディスクにより反射された光を前記光検出器に向かわせる光路分離部材と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光ピックアップ装置において、前記収差補正素子は、下記式（１）により表される前記ミラーの収差補正パターンが表面に形成されたホログラフィック光学素子であってもよい。
【数４】
2006079815.tif 000004
（ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は収差補正パターン、ｘ，ｙは収差補正パターンの分布する平面の座標、ａ０，ｂ０，ａ１，ｂ１，…は各項の係数である。）
前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンは、前記ミラーの収差値とは反対符号の収差値を有する構成であってもよく、前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）の非対称係数からなる構成であってもよい。
また、前記ホログラフィック光学素子の収差補正パターンの最小ピッチは、１０μｍ以上であることが望ましい。
【００１２】
また、前記対物レンズ光学系は、前記光源により発生された光の波長の変化による色収差を補正する回折レンズと、入射光を前記光ディスクに集束する非球面−平面屈折レンズと、を備える構成であってもよい。
ここで、前記ミラーの収差を補正するための前記ホログラフィック光学素子は、前記非球面−平面屈折レンズに結合されている構成であってもよく、前記回折レンズに結合されている構成であってもよい。
また、前記ホログラフィック光学素子が前記回折レンズに結合されている場合には、前記ミラーの収差を補正するための前記ホログラフィック光学素子用の第１補正パターンと、色収差を補正するための前記回折レンズ用の第２補正パターンとが、前記回折レンズの表面に同時に形成されている構成であってもよい。
この場合において、前記第１補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）の非対称係数からなり、前記第２補正パターンを決定するパターン係数は、前記式（１）の対称係数からなる構成であってもよい。
【００１３】
また、前記光路分離部材は、入射光を偏光の状態に応じて選択的に直進透過または回折透過させる偏光回折素子と、入射光の偏光の状態を変える４分の１波長板と、前記偏光回折素子及び前記４分の１波長板の入出射面に形成されたコーティング層と、を備える構成であってもよい。
【００１４】
また、前記ミラーの収差を補正するための前記ホログラフィック光学素子は、前記光路分離部材に結合されている構成であってもよい。
ここで、前記光路分離部材が前記偏光回折素子、前記４分の１波長板及び前記コーティング層を備えている場合には、前記ホログラフィック光学素子は、前記偏光回折素子、前記４分の１波長板及び前記コーティング層のいずれかに結合されている構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、収差補正素子を使用することにより、ミラーの表面形状の不均一さ（凹凸、表面粗さ）により発生する収差を簡単に補正することができる。したがって、高価なミラーを使用しなくても高性能なミラーと同等の機能を得ることができる。特に、集積型光ピックアップ装置に適用した場合には、ウェットエッチング法で製造されたミラーによる光学的な性能の低下を改善することができる。さらに、収差補正素子の一例であるホログラフィック光学素子は、その構造が簡単であるため、製作が非常に容易であり、最小ピッチが比較的大きいため、効率低下を考慮する必要がない。したがって、本発明は、光ピックアップ装置だけでなく、高性能なミラーを必要とするあらゆる光学製品に容易に適用可能であり、製品の製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係るミラーの収差を補正する素子を備える光学系及びそれを利用した光ピックアップ装置の構成及び動作について、収差補正素子の一例としてホログラフィック光学素子を使用した場合を例にとり、詳細に説明する。
【００１７】
図４Ａないし図４Ｄは、ウェットエッチング法で製造されたミラーの不均一な表面形状の例を示す図である。ミラーの表面は、エッチング環境によって多様な形状を呈するが、基本的には、図４Ａ及び図４Ｂに示すようなコサイン型の形状を呈するか、または図４Ｃ及び図４Ｄに示すようなサイン型の形状を呈する。このようなミラーの表面形状の不均一さ（凹凸、表面粗さ）は、非点収差、デフォーカス（defocus）などの収差の原因となる。例えば、図３に示すように、コサイン型の不均一な表面形状を呈し、かつＰＶ値が２００ｎｍ（すなわち、waviness値が２００ｎｍ）であるミラーの場合には、表１に示すように、非点収差の値が＋０.１４３０λであり、デフォーカスの値が−０.２１４８λである。
ここで、λは使用波長であり、＋０．１４３０λは、使用波長の＋０．１４３０倍の意味である。すなわち、非点収差及びデフォーカスは使用された光の波長に対する比率で表現される。
【００１８】
【表１】
2006079815.tif 000005
【００１９】
したがって、このようなミラーにより発生した収差値とは反対符号の（正負逆の）収差値を有する補正素子を、ミラーにより反射された光の光路上に配置すれば、ミラーにより発生した収差を補正（オフセット）することが可能である。このような場合には、ミラーと補正素子の組み合わせが、表面がほぼ平面（均一な面）であるミラーとほぼ同等の機能を有することになる。
【００２０】
図５は、本発明の原理によって表面に形成された所定の補正パターンを有するホログラフィック光学素子の例を説明するための図である。図５に示すホログラフィック光学素子（Holographic Optical Element：ＨＯＥ）の補正パターンで使用されているパターン係数（pattern coefficient）は、下記式（１）におけるｙ，ｘ２，ｙ２項の係数である非対称係数（asymmetrical coefficient）からなる。しかし、ミラー製造における表面形状の不均一さに応じて、使用される係数を適宜変更することができる。
【００２１】
一般的に、ＨＯＥの補正パターンの形状は、下記式（１）のような関数を用いて表すことができる。
【００２２】
【数５】
2006079815.tif 000006
【００２３】
ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は収差補正パターン、ｘ，ｙは収差補正パターンの分布する平面の座標、ａ０，ｂ０，ａ１，ｂ１，…は各項の係数である。
【００２４】
また、コサイン関数及びサイン関数は、それぞれ下記式（２）（３）のように展開可能である。
【００２５】
【数６】
2006079815.tif 000007
【００２６】
したがって、ミラー表面の形状がコサイン型を呈する場合には、ミラーの収差を補正するための補正パターンは、補正しようとするミラーの収差値に応じて、式（１）におけるｙ，ｘ２，ｙ２項の係数ｂ１，ａ２，ｂ２として適切な値を選択することによって得られる。この場合、それ以外の項の係数の値を０とすることにより、所望の補正パターンを表す関数が得られる。
また、ミラー表面の形状がサイン型を呈する場合には、ミラーの収差を補正するための補正パターンは、補正しようとするミラーの収差値に応じて、式（１）におけるｘ，ｙ，ｘ３，ｙ３項の係数ａ１，ｂ１，ａ３，ｂ３として適切な値を選択することによって得られる。この場合、それ以外の項の係数の値を０とすることにより、所望の補正パターンを表す関数が得られる。
【００２７】
例えば、補正パターンの係数値がｂ１＝０.００１７、ａ２＝０.００１３、ｂ２＝０.００２４である場合には、表１に示すように、このような補正パターンを有するＨＯＥの非点収差の値が−０.１１９４λであり、デフォーカスの値が＋０.１９９７λである。コサイン型の不均一な表面形状を有し、ＰＶ値が２００ｎｍであるミラーと、前記した係数値を有するＨＯＥとを共に使用する場合には、光学系全体の収差は、表１に示すように、非点収差の値が＋０.０２５５λであり、デフォーカスの値が−０.０１６８λになる。すなわち、全体の収差が著しく減少することが分かる。もちろん、式（１）におけるさらに高次の項の係数（すなわち、ｘ２ｎ，ｙ２ｎ，ｘ２ｎ＋１，ｙ２ｎ＋１  ｎ＝１，２，３，…）を決定することで収差をさらに減らすことも可能である。すなわち、ＨＯＥの収差補正パターンを決定するパターン係数は、式（１）におけるｙ，ｘ２ｎ，ｙ２ｎ項（ｎ＝１，２，３，…）の係数からなる構成であってもよく、式（１）におけるｘ，ｙ，ｘ２ｎ＋１，ｙ２ｎ＋１項（ｎ＝１，２，３，…）の係数からなる構成であってもよい。しかし、０次から２次の項までの係数を決定するのみでも、収差が十分に減少する。このように、ＨＯＥのパターンを決定する係数が少ないため、ミラーの収差を補正するためのＨＯＥの製造は非常に容易である。また、この場合において、ＨＯＥの補正パターン間の最小ピッチは１０μｍ以上になるため、ＨＯＥによる光学系の光学的効率低下を心配する必要がない。
【００２８】
図６Ａないし図６Ｃは、本発明に係る補正パターンが形成されたＨＯＥを光ピックアップ装置に適用した場合における、光ピックアップ装置の性能向上の結果を説明するための図である。図６Ａないし図６Ｃに示すように、光源１０により発生・放出された光は、ミラー２０、光路分離部材（optical path separation member）３０、並びに、対物レンズ光学系を構成する回折レンズ４０及び屈折レンズ５０を経て、光ディスクＤに集束する。また、光ディスクＤにより反射された光は、対物レンズ光学系、光路分離部材３０及びミラー２０を経て、図示しない光検出器により受光され、情報が検出される。すなわち、光路分離部材３０は、対物レンズ光学系と光検出器との間の光路上に配置されており、光ディスクＤにより反射された光を光検出器に向かわせる部材である。ここで、光路分離部材３０は、入射光を偏光の状態に応じて選択的に直進透過または回折透過させる偏光回折素子（polarization diffractive element）３２と、入射光の偏光状態を変える４分の１波長板（Quarter Wave Plate：ＱＷＰ）３４と、偏光回折素子３２及び４分の１波長板３４を保護するためのコーティング層３１，３３，３５と、を備えている。また、対物レンズの一部である回折レンズ４０は、光源１０により発生された光の波長の変化による色収差を補正し、屈折レンズ５０を用いて光を集束するためのものであって、例えばフレネルレンズなどが回折レンズ４０として使用される。一方、対物レンズの他部である屈折レンズ５０は、表面屈折を利用したレンズであり、非球面−平面レンズ（aspheric-plano lens）である。この屈折レンズ５０が、特許請求の範囲における「非球面−平面屈折レンズ」の一例である。
【００２９】
ここで、図６Ａは、光ピックアップ装置のミラー２０が完全な平面である場合を示す図である。また、図６Ｂは、光ピックアップ装置のミラー２０がコサイン型の不均一な表面形状を呈し、そのＰＶ値が２００ｎｍである場合を示す図である。また、図６Ｃは、本発明に係るＨＯＥ６０を図６Ｂの光ピックアップ装置に適用した場合を示す図である。前記した各場合に関して、光軸及び光軸から逸脱した地点での波面のずれ（Wave Front Error：ＷＦＥ）の値を表２に示す。
【００３０】
【表２】
2006079815.tif 000008
【００３１】
非点収差及びデフォーカスと同様に、ＷＦＥも使用波長λに対する比率で表される。したがって、最大ＷＦＥ値は、各ＷＦＥ値のうち、使用波長λに対する比率が最大となる値である。
【００３２】
表２に示すように、ミラー２０が完全な平面である場合（すなわち、wavinessが０ｎｍである場合）には、基準波長４０７ｎｍに対する光軸上でのＷＦＥ値が０.００１４λであり、収差がほとんど無いことが分かる。一般的に、光ピックアップ装置で許容されるＷＦＥ値（以下、許容値と称する。）は、０.０４λ以下である。それに対し、図６Ｂに示すように、ミラー２０の表面が不均一な場合には、基準波長４０７ｎｍに対する光軸上でのＷＦＥ値が０.０５８８λであり、許容値をはるかに超えていることが分かる。このような場合には、光ピックアップ装置は、ほとんど使い物にならない。一方、本発明に係るミラー２０の収差補正のためのＨＯＥ６０を使用した場合には、基準波長４０７ｎｍに対する光軸上でのＷＦＥ値が、０.００５６λに著しく減少した。この場合において、ＨＯＥ６０の補正パターン係数は、ｂ１＝０.００１７、ａ２＝０.００１３、ｂ２＝０.００２４であった。図６Ｂの場合と比較すると、性能が約１０倍に改善されている。したがって、図６Ｃに示すように、ＨＯＥ６０を使用した場合には、ミラー２０の表面が不均一であっても、非常に良好な光学特性を示す光ピックアップ装置を提供することができる。
【００３３】
一方、シリコンウェハーをウェットエッチングすることによって大量に製造されるミラーの場合には、ミラーのＰＶ値がそれぞれのウェハーごとに異なってしまうことがある。また、光源の波長はある程度のスペクトル幅を有しており、ミラーが光源に対して常に正確に配置されるとは限らない。このように、ＨＯＥの補正パターンを各ミラーのＰＶ値や光源の波長に合わせて設計する必要がある場合には、大量生産に不向きである。したがって、ＨＯＥは、ある程度の公差（許容範囲）を許す必要がある。以下では、このことについて説明する。
【００３４】
表３は、ミラーのＰＶ値が２００ｎｍである場合に対応して設計されたＨＯＥの公差の範囲が２００ｎｍ（±１００ｎｍ）である場合を示す表である。表３には、ミラーのＰＶ値（すなわち、waviness値）が１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲にある場合における、光軸及び光軸から逸脱した地点でのＷＦＥ値が示されている。表３に示すように、基準波長４０７ｎｍに対する光軸上の最大ＷＦＥ値は０.０３０６λであり、許容値の０.０４λ以下であることが分かる。また、４０２ｎｍ及び４１２ｎｍを含む波長領域全体においても、光軸上の最大ＷＦＥ値は０.０３４４λであり、許容値の０.０４λ以下である。したがって、ＰＶ値が２００ｎｍである場合に対応して設計されたＨＯＥは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内のＰＶ値を有するミラーに対しても非常に安定した収差補正能力を有していることが分かる。
【００３５】
【表３】
2006079815.tif 000009
【００３６】
表４及び表５は、ミラーの傾斜に対する公差の分析結果を示す表である。表４は、ＹＺ平面方向への傾斜エラーに対するＷＦＥ値を示し、表５は、ＸＺ平面方向への傾斜エラーに対するＷＦＥ値を示す。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の定義を図７に示す。ＨＯＥは、ＰＶ値が２００ｎｍであり、光軸に対する基準角が４５゜であるミラーの収差を補正するように設計されている。
表４に示すように、ＹＺ平面方向にミラーの傾斜エラーが±０.３゜が存在する場合には、基準波長での光軸上のＷＦＥ値が０.０２５３λであり、波長領域全体での光軸上の最大ＷＦＥ値が０.０３０１λである。したがって、ＹＺ平面方向に所定の傾斜エラーが存在する場合であっても、十分に安定した光学性能が得られる。
また、表５に示すように、ＸＺ平面方向に＋０.３゜の傾斜エラーが存在する場合には、基準波長での光軸上のＷＦＥ値が０.０３２０λであり、波長領域全体での光軸上の最大ＷＦＥ値が０.０３７４λである。そして、ＸＺ平面方向に−０.３゜の傾斜エラーが存在する場合には、基準波長での光軸上のＷＦＥ値が０.０２６１λであり、波長領域全体での光軸上の最大ＷＦＥ値が０.０３０２λである。したがって、ＸＺ平面方向に所定の傾斜エラーが存在する場合であっても、十分に安定した光学性能が得られる。
【００３７】
【表４】
2006079815.tif 000010
【００３８】
【表５】
2006079815.tif 000011
【００３９】
表６、表７及び表８は、ミラーの偏心に対する公差の分析結果を示す表である。表６は、Ｘ軸方向への偏心に対するＷＦＥ値を示し、表７は、Ｙ軸方向への偏心に対するＷＦＥ値を示す表である。また、表８は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方への偏心に対するＷＦＥ値を示す表である。表６に示すように、Ｘ軸方向に±２０μｍの偏心が存在する場合であっても、基準波長での光軸上のＷＦＥ値が０.０１７４λであり、波長領域全体での光軸上の最大ＷＦＥ値が０.０２３５λであるため、十分に安定した光学性能が得られる。また、表７に示すように、Ｙ軸方向にそれぞれ＋２０μｍ、−２０μｍの偏心度が存在する場合であっても、基準波長での光軸上のＷＦＥ値がそれぞれ０.０２０１λ、０.０１４２λであり、波長領域全体での光軸上の最大ＷＦＥ値がそれぞれ０.０２６０λ、０.０２０７λであるため、十分に安定した光学性能が得られる。一方、表８に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに同時に＋２０μｍの偏心がある場合や、Ｘ軸方向に＋２０μｍ、Ｙ軸方向に−２０μｍの偏心がある場合であっても、十分に安定した光学性能が得られる。
【００４０】
【表６】
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【００４１】
【表７】
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【００４２】
【表８】
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【００４３】
これまでの説明から分かるように、ＨＯＥの補正パターンを所定のＰＶ値を有するミラーに対応して設計した場合であっても、ある程度の範囲内で、ミラーの表面形状の不均一さによる収差を十分補正することができる。したがって、複数のミラーのＰＶ値に合わせて、複数のＨＯＥの補正パターンを個別に設計する必要がない。例えば、シリコンウェハーをウェットエッチングすることによって形成されたミラーの場合には、ウェハー上に形成されたミラーの標準的な形状に対応する補正素子を設計することにより、残りのミラーの収差は公差範囲内に補正される。したがって、多様な種類のＨＯＥを製造する必要がないため、大量生産にも非常に適していることが分かる。
【００４４】
ミラーの収差補正のためのＨＯＥは、個別の光学部品として製造して使用してもよいし、光ピックアップ装置の小型化のために、他の光学部品と一体形成することもできる。例えば、図６Ｃに示すように、本発明に係るＨＯＥ６０を光路分離部材３０の一表面（ミラー２０側の面、光ディスクＤ側の面のどちらでも可）に結合してもよい。さらに、ＨＯＥの補正パターンを光路分離部材３０の一表面（ミラー２０側の面、光ディスクＤ側の面のどちらでも可）上に直接形成してもよい。また、ＨＯＥの補正パターンを光路分離部材３０の内部に形成してもよい。すなわち、ＨＯＥ６０を偏光回折素子３２、４分の１波長板３４及びコーティング層３１，３３，３５のいずれかに結合してもよく、ＨＯＥの補正パターンを偏光回折素子３２、４分の１波長板３４及びコーティング層３１，３３，３５のいずれかの面に直接形成してもよい。
また、図８Ａに示すように、ＨＯＥ６０を屈折レンズ５０の平面に結合しても（取り付けても）よく、ＨＯＥの補正パターンを屈折レンズ５０の平面上に直接形成してもよい。また、図８Ｂに示すように、ＨＯＥ６０を色収差補正のための回折レンズ４０の一表面（ミラー２０側の面、光ディスクＤ側の面のどちらでも可）に結合しても（取り付けても）よい。
特に、色収差を補正するための回折パターンとミラーの収差を補正するためのホログラフィックパターンとを、回折レンズ４０の一表面（ミラー２０側の面、光ディスクＤ側の面のどちらでも可）に同時に形成することも可能である。色収差を補正するためのパターンを決定するパターン係数は、式（１）の対称係数（symmetric coefficient）からなり、ミラーの収差を補正するためのパターンを決定するパターン係数は、式（１）の非対称係数（asymmetric coefficient）からなるので、光学素子の一表面を同時に２つの機能を果たすように設計及び製造することができる。
対称係数により決定された補正パターンは、原点を中心とする回転対称となり、非対称係数により決定された補正パターンは、回転対称とはならない。したがって、対称係数は、非点収差、コマ収差などを補正する係数として使用可能であり、非対称係数は、球面収差、デフォーカスなどを補正する係数として使用可能である。
【００４５】
以上、本発明に係るミラー収差補正用のＨＯＥを光ピックアップ装置に適用した場合を例にとって説明した。しかし、本発明に係るミラー収差補正用のＨＯＥは、光ピックアップ装置のみに限定されず、高性能なミラーを必要とするあらゆる光学装置に適用できる。例えば、ＰＶ値が波長の約１／２０である非常に高価な平面ミラーを使用する代わりに、比較的安価なミラーと共に本発明に係るミラー収差補正用のＨＯＥを使用することにより、高性能な光学装置をより安価で提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、光ピックアップ装置に関連した技術分野の光学系及び光学装置に好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の一般的な光ピックアップ装置の構造を説明するための模式図である。
【図２】従来の集積型光ピックアップ装置を説明するための模式断面図である。
【図３】ウェットエッチング法によって製造されたミラーの不均一な表面の例を示す図である。
【図４Ａ】ウェットエッチング法で製造されたミラーの不均一な表面形状の例を示す図である。
【図４Ｂ】ウェットエッチング法で製造されたミラーの不均一な表面形状の例を示す図である。
【図４Ｃ】ウェットエッチング法で製造されたミラーの不均一な表面形状の例を示す図である。
【図４Ｄ】ウェットエッチング法で製造されたミラーの不均一な表面形状の例を示す図である。
【図５】本発明の原理によって表面に形成された所定の補正パターンを有するホログラフィック光学素子の例を説明するための図である。
【図６Ａ】本発明に係る補正パターンが形成されたＨＯＥを光ピックアップ装置に適用した場合における、光ピックアップ装置の性能向上の結果を説明するための図である。
【図６Ｂ】本発明に係る補正パターンが形成されたＨＯＥを光ピックアップ装置に適用した場合における、光ピックアップ装置の性能向上の結果を説明するための図である。
【図６Ｃ】本発明に係る補正パターンが形成されたＨＯＥを光ピックアップ装置に適用した場合における、光ピックアップ装置の性能向上の結果を説明するための図である。
【図７】ミラーを基準にしたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の定義を説明するための図である。
【図８Ａ】本発明に係るホログラフィック光学素子と他の光学素子との位置関係を示す図である。
【図８Ｂ】本発明に係るホログラフィック光学素子と他の光学素子との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    光源
２０    ミラー
３０    光路分離部材
３１，３３，３５  コーティング層
３２    偏光回折素子
３４    ４分の１波長板
４０    回折レンズ
５０    屈折レンズ
６０    ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）
【図１】
2006079815.tif 000017
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2006079815.tif 000026
【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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