(57)【要約】【課題】位相シフト構造の加工誤差によって発生する不必要な位相変化の影響を低下させ、加工誤差の許容量を広げ、金駒作成コストの低下と位相構造の高精度化、光学特性の向上が実現可能な光学素子、及び該光学素子を搭載した光ピックアップ装置を提供すること。【解決手段】少なくとも第１の位相シフト素子９１と第２の位相シフト素子９２とが接合されて一体となり、前記第１の位相シフト素子９１と前記第２の位相シフト素子９２との接合面が位相シフト面であり、前記第１の位相シフト素子９１は、透明樹脂材料が射出成形されてなり、前記第２の位相シフト素子９２は、紫外線硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする。ｎ２×｜ｎ１−ｎ０｜＞ｎ０×｜ｎ１−ｎ２｜…式（Ｉ）  但し、上記式（Ｉ）中、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は前記第１の位相シフト素子９１の屈折率、ｎ２は前記第２の位相シフト素子９２の屈折率を表す。【選択図】図９
2011044197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の位相シフト素子と第２の位相シフト素子とが接合されて一体となり、
前記第１の位相シフト素子と前記第２の位相シフト素子との接合面が位相シフト面であり、
前記第１の位相シフト素子は、透明樹脂材料が射出成形されてなり、
前記第２の位相シフト素子は、紫外線硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、
下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする光学素子。
ｎ２  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ２｜      ・・・式（Ｉ）
（但し、上記式（Ｉ）中、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は前記第１の位相シフト素子の屈折率、ｎ２は前記第２の位相シフト素子の屈折率を表す。）
【請求項２】
少なくとも第１の位相シフト素子と第３の位相シフト素子とが接合されて一体となり、
前記第１の位相シフト素子と前記第３の位相シフト素子との接合面が位相シフト面であり、
前記第１の位相シフト素子は、透明樹脂材料が射出成形されてなり、
前記第３の位相シフト素子は、熱硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、
下記式（II）を満たすことを特徴とする光学素子。
ｎ３  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ３｜      ・・・式（II）
（但し、上記式（II）中、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は前記第１の位相シフト素子の屈折率、ｎ３は前記第３の位相シフト素子の屈折率を表す。）
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学素子を搭載することを特徴とする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、加工誤差によって発生する位相変化量も小さくすることが出来る光学素子、及び該光学素子を搭載した光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル技術の進歩及びデータ圧縮技術の向上に伴い、音楽、映画、写真及びコンピュータソフトなどの情報（以下「コンテンツ」ともいう）を記録するための情報記録媒体（メディア）として、ＣＤ（compact  disc）やＤＶＤ（digital  versatile  disc）などの光ディスクが注目されるようになり、その低価格化とともに、光ディスクを情報記録の対象媒体とする光ディスク装置が普及するようになった。
【０００３】
光ディスク装置では、光ディスクのスパイラル状又は同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光の微小スポットを形成することにより情報の記録を行い、記録面からの反射光に基づいて情報の再生などを行っている。この光ディスク装置には、光ディスクの記録面にレーザ光を照射するとともに、記録面からの反射光を受光するために、光ピックアップ装置が設けられている。
【０００４】
通常、光ピックアップ装置は、レーザ光を所定の発光パワー（出力）で出射する光源、その光源から出射されるレーザ光を情報記録媒体の記録面に導くとともに、記録面で反射されたレーザ光を所定の受光位置まで導く光学系、及びその受光位置に配置された受光素子などを備えている。
【０００５】
ＣＤは、光束の入射面と記録面との間隔である基板厚が１．２ｍｍであり、発振波長が７８０ｎｍの光源、及び開口数が０．４の対物レンズを用いることとされている。ＤＶＤは、基板厚が０．６ｍｍであり、発振波長が６６０ｎｍの光源、及び開口数が０．６の対物レンズを用いることとされている。
【０００６】
また、コンテンツの情報量は、年々増加する傾向にあり、光ディスクの記録容量の更なる増加が期待されている。そこで、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ（以下「ＢＤ」と略述する）やＨＤ−ＤＶＤ（High  Definition  DVD、以下「ＨＤ」と略述する）の規格が提唱された。ＢＤは基板厚が０．１ｍｍであり、発振波長が４０５ｎｍの光源、及び開口数が０．８５の対物レンズを用いることとされている。一方、ＨＤは基板厚が０．６ｍｍであり、発振波長が４０５ｎｍの光源、及び開口数が０．６５の対物レンズを用いることとされている。
【０００７】
光ピックアップ装置を作るうえで大きなコストウェイトを占める部品が対物レンズである。そのため、ＣＤ、ＤＶＤといった光ディスクのピックアップでは、コスト面で有利な樹脂材料で成形された対物レンズを採用した光ピックアップ装置が市場の大半を占める。この傾向はＢＤといった高密度光ピックアップ装置でも起こると予想され、事実ガラス材料で成形された対物レンズを用いずに、樹脂材料で成形された対物レンズを用いている高密度光ピックアップ装置が増えはじめている。
【０００８】
しかしながら、樹脂材料で成形された対物レンズはガラス材料で成形された対物レンズに比べ、光源に使われる半導体レーザの、製造ばらつきによる波長変動や、あるいはモードホッピングなどの波長変化により発生する色収差、特に球面収差の変動量が大きいという欠点がある。特に高密度光ピックアップ装置に用いるような高ＮＡ（＞０．８）の対物レンズの場合、球面収差の変化量はＮＡの４乗に比例して大きくなるため、その影響はより顕著となる。したがって光ピックアップ装置の光源の変化によって、良好なスポットが得られず信号品質の劣化が起こる可能性がある。
【０００９】
一例として、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、焦点距離１．７６５ｍｍである１群１枚構成のプラスチック対物レンズ（以下ＢＤ用対物レンズと呼ぶ）の、波長変化に対する球面収差変化の様子を図１に示す。また、図２に、前記ＢＤ用対物レンズのレンズデータを示す。なお前記ＢＤ用対物レンズの材料は硝材としてシクロオレフィン系樹脂が用いられ、波長が４０５ｎｍの光束の屈折率は１．５２４、アッベ数は５６．０である。
【００１０】
図３は前記ＢＤ用対物レンズに入射する光源の波長が４０１ｎｍ、４０５ｎｍ、４０９ｎｍのときの、集光したスポット付近の径方向に対する波面収差を表したグラフである。前記ＢＤ用対物レンズの設計基準波長である４０５ｎｍのとき波面収差量が最小となっており、設計基準波長から波長がずれると、波面収差が向きを持って発生することが分かる。（波面２１、波面２２を参照）
【００１１】
波長変化による信号品質の劣化を防ぐ手段の１つとして、対物レンズの温度変化によって発生する球面収差を打ち消すような収差を発生させる、収差補正用の光学素子を搭載する技術がある。
【００１２】
特許文献１（特表２００３−５１８６３７号公報）では、位相差を付与するような段差構造（以下、このような構造を位相シフト構造と呼び、このような構造を持つ面を位相シフト面、このような構造を持つ素子を位相シフタ素子と呼ぶ）を持つことで球面収差を補正している。特許文献１に記載の実施例では、凸形状の位相シフタ素子にて波長変化補正を行っているが、位相シフト構造は対物レンズで発生する色収差の方向で決まり、凸形状の位相シフト構造である場合もあれば、凹形状の位相シフト構造である場合もある。
【００１３】
位相シフタ素子を用いた波長補正素子の簡単な原理を、図４を用いて説明する。高さｄの凹形状段差を持つ、屈折率ｎＡの材料からなる位相シフタ素子４１に、屈折率ｎ０を持つ空間（空気）から、収差を持たない光線４２及び光線４３が入射する。簡単のため、前記位相シフタ素子４１を構成する材料や空気の波長による色収差は無視できるほど小さい、すなわち波長が変わっても屈折率は変化しないとする。ただし、実際の位相シフタ素子の設計では波長変化による屈折率変動も考慮にいれていることは断っておく。図４のように光線４２は前記位相シフタ素子４１の厚みが厚い部分を透過し、光線４３は前記位相シフタ素子４１の厚みが薄い部分を透過するとする。前記位相シフタ素子４１に入射する前の、前記光線４２及び前記光線４３上の同一波面４４は、透過する位相シフタ素子４１の厚さが異なるため、その厚さに応じた位相差変調を受ける。前記位相シフト面の透過前における前記光線４２及び前記光線４３上の同一波面４４は、透過後前記光線４２上の波面４５と前記光線４３上の波面４６に不連続に分割され、前記位相シフタ素子４１が凹形状の場合、前記波面４５は前記波面４６より遅れて出射され、凸形状であれば、前記波面４５は前記波面４６より進んで出射される。
その位相差変調量Δφは下記式（１）で表される。ここでλ０は入射する光の波長であり、ここでは設計基準波長とする。
【００１４】
Δφ＝ｄ×（ｎＡ−ｎ０）／（ｎ０×λ０）  ・・・（１）
【００１５】
入射する光の波長が、対物レンズ設計基準波長λ０の場合、対物レンズはこの波長に最適化されているため、補正の必要はない。この場合、Δφを２πの整数倍ｍとすることで、補正を回避することが可能である。
すなわち、高さｄは下記式（２）で表される。
【００１６】
ｄ＝２π×ｍ×ｎ０×λ０／（ｎＡ−ｎ０）  ・・・（２）
【００１７】
ｄの符号は位相シフト構造の凹凸で決まり、この場合凹ならば正、凸ならば負である。よってｎＡ＞ｎ０なので、整数ｍの符号もｄと一致する。
【００１８】
ここで、上記式（２）で決めた高さｄを持つ位相シフタ素子４１にλ１（≠λ０）となる波長を持った、光線３２及び３３が入射した場合を考える。上記式（１）のときと同様に、位相シフタ素子４１を透過した後の光線３２と光線３３の間には位相差が発生するが、その位相差Δψは下記式（３）で表される。
【００１９】
Δψ＝２π×ｍ×（λ０／λ１−１）  ・・・（３）
【００２０】
すなわち、ｍの符号及び波長λ０と波長λ１間の大小関係で発生する位相差の符合が変わる。
【００２１】
図１、図２及び図３に示された、対物レンズの波長補正素子を位相シフト構造で補正することを考えると、設計基準波長より短い波長である４０１ｎｍの波面収差を打ち消す時は対物レンズで発生する負の位相差２１を打ち消すために、正の位相差を発生させる必要が、また、設計基準波長より短い波長である４０９ｎｍの波面収差を打ち消す時は対物レンズで発生する正の位相差２２を打ち消すために、負の位相差を発生させる必要がある。すなわち上記式（３）から凹形状の位相シフト構造が必要となる。
【００２２】
位相シフタ素子は対物レンズで発生する球面収差を補正することを目的としているので、位相シフト構造にて発生する位相差は、球面収差と同じ形状をしていることが望ましい。すなわち、光軸を中心とし、有効径の０．７１倍に対応する径の内側において、光軸から遠くなるにつれて各輪帯状領域の光軸方向の厚さが薄くなるように段差が形成され、光軸を中心とし、有効径の０．７１倍に対応する径の外側において、光軸から遠くなるにつれて各輪帯状領域の光軸方向の厚さが厚くなるように段差が形成された、図５のような凹形状が必要となる。０．７１とは、３次の球面収差を現すゼルニケ多項式６ρ４−６ρ２＋１の極値点である。（ただし、ρは正規化された半径）
【００２３】
図６は図１及び図２で示したＢＤ用対物レンズの色補正を目的とした、位相シフタ素子単体の輪帯半径及び高さを表した図である。なお設計基準波長は４０５ｎｍとしている。図７はこの位相シフタ素子単体で、波長変化に対して発生する球面収差変化を表したグラフである。図１で示したＢＤ用対物レンズの波長変化に対する球面収差変化を表したグラフに対し、傾きは逆ながら、傾きの絶対値はほぼ同等の大きさとなっていることが分かる。この２つを組み合わせて使用することで、光源の波長変化に対し球面収差の発生量が少ない対物レンズ群を作ることが出来る。
【００２４】
このような構造を持つ位相シフタ素子を透明樹脂材料で作る場合、大量生産に有利な射出成形によって製造する場合が多い。そのため、位相シフタ素子の位相シフト構造を転写するために必要な形状を反転した金駒を作成する必要がある。多くの場合、この金駒は切削により加工作成される。加工方法や加工機械、加工者の習熟度にもよるが、金駒に加工された位相シフト構造には、数十ｎｍ程度の加工誤差が発生してしまう。また成形時の転写過程においても、樹脂の収縮率ばらつきといった要因により、転写過程における誤差も発生する。
【００２５】
図８は位相シフト構造に誤差が生じた場合の、設計基準波長４０５ｎｍにおける球面収差発生量、及び波面収差発生量を表したグラフである。ここでは簡単のため、各輪帯の高さが一様に同じ量だけ加工誤差が発生したと仮定する。２５ｎｍの加工誤差で約０．０１λｒｍｓ、５０ｎｍでの加工誤差で約０．０２５λｒｍｓの波面収差が発生してしまう。
【００２６】
一般にＢＤピックアップの光学系において、許容される波面収差量は０．０７λｒｍｓとされている。これは、コリメートレンズや対物レンズ等、諸々の光学系全体で発生する波面収差量であるため、波長補正素子で発生する不要な波面収差量は、無論小さいことが望ましい。
【００２７】
そのため、成形した位相シフタ素子の位相シフト構造の加工誤差が大きかった場合には、不必要な波面収差の影響を防ぐために、金駒の修正加工、場合によっては設計の見直しを行う必要があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、位相シフト構造の加工誤差によって発生する不必要な位相変化の影響を低下させ、加工誤差の許容量を広げ、金駒作成コストの低下と位相構造の高精度化、光学特性の向上が実現可能な光学素子、及び該光学素子を搭載した光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記課題を解決するために本発明に係る光学素子および光ピックアップ装置は、具体的には下記（１）〜（３）に記載の技術的特徴を有する。
（１）：少なくとも第１の位相シフト素子と第２の位相シフト素子とが接合されて一体となり、前記第１の位相シフト素子と前記第２の位相シフト素子との接合面が位相シフト面であり、前記第１の位相シフト素子は、透明樹脂材料が射出成形されてなり、前記第２の位相シフト素子は、紫外線硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする光学素子である。
【００３０】
ｎ２  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ２｜      ・・・式（Ｉ）
【００３１】
（但し、上記式（Ｉ）中、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は前記第１の位相シフト素子の屈折率、ｎ２は前記第２の位相シフト素子の屈折率を表す。）
【００３２】
上記（１）に記載の構成によれば、射出成形によって成形された第１の位相シフト素子の位相シフト面に、紫外線硬化型の樹脂材料を流し込み硬化させることにより、第１の位相シフト素子の高さあたりの位相変化量を変化させることが可能となる。上記式（Ｉ）を満たす各樹脂材料で構成した場合、光学素子における位相シフタ構造の高さあたりの位相変化量が小さくなる。そのため、加工誤差によって発生する位相変化量も小さくすることが出来る。
【００３３】
（２）：少なくとも第１の位相シフト素子と第３の位相シフト素子とが接合されて一体となり、前記第１の位相シフト素子と前記第３の位相シフト素子との接合面が位相シフト面であり、前記第１の位相シフト素子は、透明樹脂材料が射出成形されてなり、前記第３の位相シフト素子は、熱硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、下記式（II）を満たすことを特徴とする光学素子である。
【００３４】
ｎ３  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ３｜      ・・・式（II）
【００３５】
（但し、上記式（II）中、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は前記第１の位相シフト素子の屈折率、ｎ３は前記第３の位相シフト素子の屈折率を表す。）
【００３６】
上記（２）に記載の構成によれば、射出成形によって成形された第１の位相シフト素子の位相シフト面に、熱硬化型の樹脂材料を流し込み硬化させることにより、第１の位相シフト素子の高さあたりの位相変化量を変化させることが可能となる。上記式（II）を満たす各樹脂材料で構成した場合、光学素子における位相シフタ構造の高さあたりの位相変化量が小さくなる。そのため、加工誤差によって発生する位相変化量も小さくすることが出来る。
【００３７】
（３）：上記（１）または（２）に記載の光学素子を搭載することを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００３８】
上記（３）に記載の構成によれば、上記（１）または（２）に記載の対物レンズ群（光学素子）を備えているため、従来方式より低コストで良好な信号特性を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、位相シフト構造の加工誤差によって発生する不必要な位相変化の影響を低下させ、加工誤差の許容量を広げ、金駒作成コストの低下と位相構造の高精度化、光学特性の向上が実現可能な光学素子、及び該光学素子を搭載した光ピックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ＢＤ用対物レンズの波長変動による球面収差の変化を表すグラフである。
【図２】ＢＤ用対物レンズの非球面式を表す表である。
【図３】ＢＤ用対物レンズの４０１ｎｍ、４０５ｎｍ、４０９ｎｍにおける波面収差を表す図である。
【図４】簡単な位相シフト構造による位相差付与原理を説明する図である。
【図５】ＢＤ用対物レンズの波長変動を補正するために必要な、凹形状の位相シフタ素子の断面図である。
【図６】ＢＤ用対物レンズの波面変動を補正するために必要な、凹形状の位相シフタ素子の各輪帯の径及び高さを表した表である。
【図７】ＢＤ用対物レンズの波面変動を補正するために必要な、凹形状の位相シフタ素子の波長変化に対し発生する球面収差を表したグラフである。
【図８】ＢＤ用対物レンズの波面変動を補正するために必要な、凹形状の位相シフタ素子の輪帯高さ誤差に対し発生する球面収差及び波面収差を表したグラフである。
【図９】光学素子（位相シフタ素子）及びＢＤ用対物レンズの断面図である。
【図１０】第１の位相シフト素子９１及び第２の位相シフト素子９２の、ＢＤ用対物レンズの波面変動を補正するために必要な、各輪帯の径及び高さを表した表である。
【図１１】本発明における光学素子の機能を表す断面図である。
【図１２】本発明における、ＢＤ用対物レンズの波面変動を補正するために必要な第１の位相シフト素子９１及び第２の位相シフト素子９２の、凹形状の位相シフタ素子の輪帯高さ誤差に対し発生する球面収差及び波面収差を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
＜光学素子＞
《第１の発明》
本発明に係る光学素子は、少なくとも第１の位相シフト素子９１と第２の位相シフト素子９２とが接合されて一体となり、前記第１の位相シフト素子９１と前記第２の位相シフト素子９２との接合面が位相シフト面であり、前記第１の位相シフト素子９１は、透明樹脂材料が射出成形されてなり、前記第２の位相シフト素子９２は、紫外線硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする。
【００４２】
ｎ２  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ２｜      ・・・式（Ｉ）
【００４３】
（但し、上記式（Ｉ）中、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は前記第１の位相シフト素子９１の屈折率、ｎ２は前記第２の位相シフト素子９２の屈折率を表す。）
【００４４】
《第２の発明》
また、本発明に係る光学素子は、少なくとも第１の位相シフト素子と第３の位相シフト素子とが接合されて一体となり、前記第１の位相シフト素子と前記第３の位相シフト素子との接合面が位相シフト面であり、前記第１の位相シフト素子は、透明樹脂材料が射出成形されてなり、前記第３の位相シフト素子は、熱硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、下記式（II）を満たすことを特徴とする。
【００４５】
ｎ３  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ３｜      ・・・式（II）
【００４６】
（但し、上記式（II）中、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は前記第１の位相シフト素子の屈折率、ｎ３は前記第３の位相シフト素子の屈折率を表す。）
【００４７】
尚、本発明における位相シフト面とは、射出成形により作られた樹脂材料と、紫外線硬化樹脂材料あるいは熱硬化樹脂材料との接合面に設けられた、凸あるいは凹の段差形状によって、その段差形状に応じた位相差を付与する構造を持つ光学面のことである。
【００４８】
次に、本発明に係る光学素子について図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な実施形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００４９】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。図９は本発明による位相シフタ素子であり、図１０は各輪帯の径と高さを記した図である。なお本実施形態として図１及び図２で記載したＢＤ用対物レンズの色収差補正を目的とする位相シフタ素子としての光学素子を記述するため、ＢＤ用対物レンズと組み合わせ、対物レンズ群として記載する。しかしながら本発明の光学素子は、色収差以外の収差補正目的の位相シフタ素子でも良いし、位相シフタ素子単体で機能を持つ素子でも良い。
尚、上述のとおり前記ＢＤ用対物レンズは、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、焦点距離１．７６５ｍｍである１群１枚構成のプラスチック対物レンズであり、図２に、このＢＤ用対物レンズのレンズデータを示す。また、前記ＢＤ用対物レンズの材料は硝材としてシクロオレフィン系樹脂が用いられ、波長が４０５ｎｍの光束の屈折率は１．５２４、アッベ数は５６．０である。
【００５０】
前記対物レンズ群は、光源側から順に射出成形により成形された第１の位相シフト素子９１、及び紫外線硬化樹脂により作られた第２の位相シフト素子９２、及びＢＤ用対物レンズ９３の３つからなる。射出成形により成形された第１の位相シフト素子９１、及び紫外線硬化樹脂により作られた第２の位相シフト素子９２は、位相シフト面９４において密着して一体化されている。図９の下側からコリメートされた平面波光束が入光する。前記位相シフト面９４により位相差付与を受けた光束を、前記対物レンズ９３にて集光する。この対物レンズ９３は、開口数が０．８５であり、一例として、設計上、ＢＤに対して最適化されている。すなわち、対物レンズ９３の設計波長は４０５ｎｍであり、一例として図２に示されるように、入射光束の波長が４０５ｎｍのときに波面収差が０．０１λｒｍｓ以下となるように設計されている。
【００５１】
ここで、前記第１の位相シフタ素子９１および第２の位相シフタ素子９２の位相シフト面９４について、図１１に基づいて説明する。
【００５２】
本実施形態で用いられる射出成形されて第１の位相シフト素子９１を構成する透明樹脂材料としては、従来公知のものを適用できる。例えば、ポリカーボネート、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマーが挙げられ、これらの中でもシクロオレフィンポリマーである日本ゼオン製Zeonexシリーズが好ましい。
射出成形されてなる透明樹脂材料を用いることで、大量生産に向き、コストを低下させることが可能である。
【００５３】
本実施形態で用いられる（第２の位相シフト素子９２に用いられる）紫外線硬化型の透明樹脂材料としては、従来公知のものを適用できる。例えば、日東電工社製NTシリーズ、DIC社製ディフェンサOPシリーズなどが挙げられ、これらの中でも粘度の小さい日東電工社製NT-01UVシリーズが好ましい。
紫外線硬化型の透明樹脂材料を用いることで、位相シフト面に透明樹脂材料を隙間無く樹脂材料を満たし硬化させることが可能となると共に、硬化させる時間も短く、大量生産することが可能である。
【００５４】
また、本発明の光学素子は、ｎ０を空気の屈折率、ｎ１を第１の位相シフト素子９１の屈折率、ｎ２を第２の位相シフト素子９２の屈折率としたときに、下記式（Ｉ）を満たす。
【００５５】
ｎ２  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ２｜      ・・・式（Ｉ）
【００５６】
上記式（Ｉ）を満たすことで、射出成形品の位相シフト面の単位長さあたりの位相付与量が小さくなるため、加工誤差量が同じであれば、本実施形態における射出成形された透明樹脂材料と紫外線硬化型の透明樹脂材料面との接合面に設けられた位相シフタ面のほうが、従来技術よりも加工誤差により光束に与えられる不要な位相付与量が小さくなる。逆に言えば許容される位相付与量が同じならば、本実施形態においては、従来技術よりも許容される金駒の加工誤差を大きくすることが可能となる。
【００５７】
本実施形態では、一例として、第１の位相シフタ素子９１には硝材としてシクロオレフィン系樹脂が用いられ、射出成形によって成形され、波長が４０５ｎｍの光束の屈折率は１．５２４、アッベ数は５６．０であるとする。また、第２の位相シフト素子９２として、アクリル系の紫外線硬化樹脂が用いられ、波長が４０５ｎｍの光束の屈折率１．３６３、アッベ数は７９．３であるとする。射出成形後の第１の位相シフタ素子９１の位相シフト面９４に紫外線硬化樹脂を流し込み、硬化させることで、第１の位相シフタ素子９１及び第２の位相シフタ素子９２は密着一体化する。
【００５８】
ここで、前記第１の位相シフタ素子９１および第２の位相シフタ素子９２について説明する。前記第１の位相シフタ素子９１及び第２の位相シフタ素子９２の断面構造は図９に示すようになっており、光軸の回りで回転対称的な４段の位相シフト構造である。ただし、図９中の領域の高さ、素子の厚さ及び半径方向の広がりに関しては、誇張して示されていることを断っておく。それぞれの位相シフト構造の高さと位置については図１０に示す。
【００５９】
前記第１位相シフタ素子９１に満たされた状態の紫外線硬化樹脂で作られた第２位相シフタ素子９２は、位相シフト構造に密着一体化された状態で硬化される。この場合の位相シフト構造の働きがどのように変わるかを図１１にて説明する。尚、既に述べた従来技術の説明と比較しやすいように、位相シフタ素子の位相シフト構造は凹形状とする。図１１のように第１の位相シフタ素子９１および第２の位相シフタ素子９２が密着された場合に、位相シフタ素子の段差高さがｄ’により発生する位相差Δφ’及びｄ’は、式（１）及び式（２）におけるｎ０をｎ２へ、ｎＡをｎ１へ変数変換した形となり、それぞれ下記式（４），（５）となる。
【００６０】
Δφ’＝ｄ’×（ｎ１−ｎ２）／（ｎ２×λ０）  ・・・（４）
ｄ’＝２π×ｍ×ｎ２×λ０／（ｎ１−ｎ２）  ・・・（５）
となる。
【００６１】
本実施形態では、第１の位相シフタ素子９１を構成する、樹脂材料の屈折率ｎ１＝１．５２４であり、第２の位相シフタ素子９２を構成する、樹脂材料の屈折率ｎ２＝１．３６３である。空気の屈折率ｎ０＝１．０００とした場合、式（１）及び式（５）のΔφ、Δφ’はそれぞれ、下記式（６），（７）となる。
【００６２】
Δφ＝０．５２４（ｄ／λ０）  ・・・（６）
Δφ’＝０．１１８（ｄ’／λ０）  ・・・（７）
【００６３】
上記式（６）及び（７）から、仮に位相シフタの高さｄ及びｄ’が等しい（ｄ＝ｄ’）場合、Δφ＞Δφ’となることは自明である。
【００６４】
すなわち、位相シフト構造の単位段差高さあたりで発生する位相変動量が減るために、加工誤差に対して発生する不必要な波面収差量も減ることとなる。
【００６５】
図９、図１０及び図１１で示した第１の位相シフタ素子９１及び第２の位相シフタ素子９２を用いた際の効果を図１２に示す。本実施形態によれば、図５及び図６で示した位相シフタ素子とまったく同じ性能を持つが、加工誤差に対する各収差の傾きの大きさは１／４程度となっており、加工誤差にて発生する収差量が小さくなっていることが分かる。
【００６６】
このように、加工誤差に対して発生する不必要な波面収差の発生量を抑えつつ、光学的な性能は維持する位相シフタ素子の作成が可能となった。
このため、本発明により、加工誤差の許容量を広げることが出来、金駒作成コストの低下や、光学的性能の向上といった効果が得られる。
【００６７】
また、紫外線硬化型の透明樹脂材料を用いる本実施の形態では、熱硬化樹脂の硬化過程中における成形品の熱変形を引き起こす可能性がないため、特に好ましい。
【００６８】
（第２の実施形態）
本発明に係る光学素子の第２の実施形態について以下に述べる。
本実施形態の光学素子は、少なくとも第１の位相シフト素子と第３の位相シフト素子とが接合されて一体となり、前記第１の位相シフト素子と前記第３の位相シフト素子との接合面が位相シフト面であり、前記第１の位相シフト素子は、透明樹脂材料が射出成形されてなり、前記第３の位相シフト素子は、熱硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、下記式（II）を満たすことを特徴とする。
【００６９】
ｎ３  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ３｜      ・・・式（II）
【００７０】
（但し、上記式（II）中、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は前記第１の位相シフト素子の屈折率、ｎ３は前記第３の位相シフト素子の屈折率を表す。）
【００７１】
即ち、本実施形態では、上述した第１の実施形態における第２の位相シフト素子に換えて、熱硬化型の透明樹脂材料が硬化されてなり、屈折率がｎ３である第３の位相シフト素子を用いる点で相違し、かかる点以外については同一である。
【００７２】
本実施形態で用いられる（第３の位相シフト素子９２に用いられる）熱硬化型の透明樹脂材料としては、従来公知のものを適用できる。例えば大阪ガスケミカル社製オグソールシリーズなどがある。
紫外線硬化型の透明樹脂材料を用いることで、位相シフト面に透明樹脂材料を隙間無く樹脂材料を満たすことが可能である。
【００７３】
また、本発明の光学素子は、ｎ０を空気の屈折率、ｎ１を第１の位相シフト素子９１の屈折率、ｎ３を第３の位相シフト素子の屈折率としたときに、下記式（II）を満たす。
【００７４】
ｎ３  ×  ｜ｎ１−ｎ０｜  ＞  ｎ０  ×  ｜ｎ１−ｎ３｜      ・・・式（II）
【００７５】
上記式（II）を満たすことで、射出成形品の位相シフト面の単位長さあたりの位相付与量が小さくなるため、加工誤差量が同じであれば、本実施形態における射出成形された透明樹脂材料と熱硬化型の透明樹脂材料面との接合面に設けられた位相シフタ面のほうが、従来技術よりも加工誤差により光束に与えられる不要な位相付与量が小さくなる。逆に言えば許容される位相付与量が同じならば、本実施形態においては、従来技術よりも許容される金駒の加工誤差を大きくすることが可能となる。
【００７６】
本実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、加工誤差に対して発生する不必要な波面収差の発生量を抑えつつ、光学的な性能は維持する位相シフタ素子の作成が可能となった。
このため、本発明により、加工誤差の許容量を広げることが出来、金駒作成コストの低下や、光学的性能の向上といった効果が得られる。
【００７７】
＜光ピックアップ装置＞
本発明に係る光ピックアップ装置は、上述した本発明の光学素子を搭載することを特徴とする。即ち、本発明の光ピックアップ装置は、本発明の光学素子を搭載することを除き特に制限はなく、従来公知の光ピックアップの構成をそのまま適用することができる。
本発明の光ピックアップ装置によれば、従来方式より低コストで良好な信号特性を得ることができる。
【符号の説明】
【００７８】
２１  波長４０１ｎｍの波面収差
２２  波長４０９ｎｍの波面収差
４１  簡略化した凹形状の位相シフタ素子
４２  位相シフタ素子４１の厚さが厚い部分を透過する光線
４３  位相シフタ素子４１の厚さが薄い部分を透過する光線
４４  光線４２、及び４３上の同一の位相を持つ波面
４５  光線４２上のある波面
４６  光線４３上の、位相シフト素子４１の入射前は、波面４５と同一の位相を持っていた波面
９１  射出成形によって成形された樹脂材料による第１の位相シフタ素子の断面図
９２  紫外線硬化樹脂により硬化成形された樹脂材料による第２の位相シフタ素子の断面図
９３  ＢＤ用対物レンズ
９４  密着一体化した第１の位相シフタ素子９１及び第２の位相シフタ素子９２の接合面
１１１  位相シフト面９４に設けられた位相シフト構造により発生する位相差Δφ’
１１２  第１の位相シフタ素子９１の厚さが厚い部分を透過する光線
１１３  第１の位相シフタ素子９１の厚さが薄い部分を透過する光線
１１４  光線１１２、及び１１３上の同一の位相を持つ波面
１１５  光線１１２上の、位相シフト面９４を透過後のある波面
１１６  光線１１３上の、位相シフト面９４の入射前は、波面１１５と同一の位相を持っていた波面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特表２００３−５１８６３７号公報
【図１】
2011044197.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011044197.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図９】
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【図１１】
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