【手続補正書】
【提出日】平成20年12月15日(2008.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に対して垂直方向の面を持ち、光束が通過する光線有効径内において前記光軸と同軸の同心円状で２つ以上の領域に分割し、前記分割した領域の少なくとも１つに前記垂直方向の面上で断面が凹凸形状となる回折構造を有する光学素子であって、
樹脂材料により構成するとともに、前記光軸と同軸の円形に近似した多角形状の外形形状とし、かつ前記回折構造を表裏の両面に形成し、前記光軸と同軸の同心円状で２つ以上に分割した領域の前記同心円の半径がそれぞれの面で異なることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記外形形状を円形の板状としたことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記回折構造を光軸と同軸の同心円状に複数形成したことを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【請求項４】
前記回折構造の断面を矩形形状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記回折構造の断面を階段形状としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
基板厚の異なる２種類以上の光記録媒体に情報の記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップにおいて、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子と、波長の異なる第１，第２の光源と、第１の光記録媒体の記録面上に光束を集光する前記第１の光源波長で最適化した対物レンズとを備え、前記光学素子に有する回折構造からの回折光により前記第２の光源からの光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を補正することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】
基板厚の異なる３種類以上の光記録媒体に情報の記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップにおいて、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子と、波長の異なる第１，第２，第３の光源と、第１の光記録媒体の記録面上に光束を集光する前記第１の光源波長で最適化した対物レンズとを備え、前記光学素子の両面に形成した前記回折構造からのそれぞれの回折光により、前記第２の光源からの光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差、および前記第３の光源からの光束が第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差のそれぞれを補正することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
光記録媒体の記録面に光束を照射して情報の記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光情報処理装置において、
請求項６または７記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した光学素子は、光軸に対して垂直方向の面を持ち、光束が通過する光線有効径内において前記光軸と同軸の同心円状で２つ以上の領域に分割し、分割した領域の少なくとも１つに垂直方向の面上で断面が凹凸形状となる回折構造を有する光学素子であって、樹脂材料により構成するとともに、光軸と同軸の円形に近似した多角形状の外形形状とし、かつ回折構造を表裏の両面に形成し、光軸と同軸の同心円状で２つ以上に分割した領域の同心円の半径がそれぞれの面で異なることによって、樹脂の吸湿による形状の変化を均一化でき、環境湿度が変化しても、うねり等の変形を低減した波面精度の良い光学素子を提供できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、請求項２〜５に記載した光学素子は、請求項１の光学素子の外形形状を円形の板状としたこと、また回折構造を光軸と同軸の同心円状に複数形成したこと、回折構造の断面を矩形形状としたこと、回折構造の断面を階段形状としたことによって、小型，軽量化して球面収差を補正でき、環境湿度が変化しても、うねり等の変形を低減した波面精度の良い光学素子を得ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、請求項６に記載した光ピックアップは、基板厚の異なる２種類以上の光記録媒体に情報の記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップにおいて、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子と、波長の異なる第１，第２の光源と、第１の光記録媒体の記録面上に光束を集光する第１の光源波長で最適化した対物レンズとを備え、光学素子に有する回折構造からの回折光により第２の光源からの光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差を補正することによって、２種類の異なる基板厚、異なる光源で発生する波面収差を補正でき、小型で軽量化した高精度な光ピックアップを提供できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、請求項７に記載した光ピックアップは、基板厚の異なる３種類以上の光記録媒体に情報の記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップにおいて、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子と、波長の異なる第１，第２，第３の光源と、第１の光記録媒体の記録面上に光束を集光する第１の光源波長で最適化した対物レンズとを備え、光学素子の両面に形成した回折構造からのそれぞれの回折光により、第２の光源からの光束が第２の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差、および第３の光源からの光束が第３の光記録媒体の基板を透過する際に生じる収差のそれぞれを補正することによって、３種類の異なる基板厚、異なる光源で発生する波面収差を補正でき、小型で軽量化された高精度な光ピックアップを提供できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、請求項８に記載した光情報処理装置は、光記録媒体の記録面に光束を照射して情報の記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光情報処理装置において、請求項６または７に記載の光ピックアップを備えたことによって、３種類の異なる基板厚、光源で発生する波面収差を補正でき、高精度な光情報処理装置を提供できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図１は本発明の実施の形態１の参考例における光ピックアップの概略構成を示した図である。図１に示すように、単一の対物レンズ１０６で、異なる波長の複数の光源を用いて、基板厚の異なる光記憶媒体を異なる有効瞳半径で情報の記録または再生を行う互換型の光ピックアップである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本参考例では、２種類の異なる基板厚を有する光記録媒体に情報の記録あるいは再生を行う場合を例としている。第１，第２の光記録媒体１０７，１３７の基板厚は、それぞれ０．１ｍｍ，０．６ｍｍ、第１，第２の開口数は、それぞれＮＡ０．８５，ＮＡ０．６５、第１，第２の光源波長は、それぞれ４０５ｎｍ（青紫色領域）、６６０ｎｍ（赤色領域）である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本参考例における光ピックアップは、図１に示すように第１の光記録媒体１０７に対して、半導体レーザー１０１，コリメートレンズ１０２，プリズム１０４，１／４波長板１０５，対物レンズ１０６，偏光ビームスプリッタ１０３，検出レンズ１０８，開口制限素子１０９，収差補正素子５０１，受光素子１１０より構成される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図２は本参考例における収差補正素子を説明するための断面図、図３は上面図、図４は４段の階段状回折構造の拡大図である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
さらに、収差補正素子５０１の回折構造の溝深さおよび各段の高さについて図４を用いて説明する。回折光学系では、入射光すべてのエネルギーが出射光に変換されるのではなく、回折効率と呼ばれる効率でしか変換されない。図４の点線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状は、ある波長でブレーズ化されると、その波長での回折効率は薄型近似の場合、理論的には１００％である。本参考例では、２波長のうち、波長４０５ｎｍの光束に対しては透過光、波長６６０ｎｍの光束に対しては回折光として使用し、図４に示すような階段近似した形状とする。また、階段形状にすることで、理想的なキノフォーム形状を製作するよりも容易となる。なお、回折構造は図４の点線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状でも良い。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、収差補正素子５０１の材料としては樹脂を用いている。樹脂はガラスと比べて軽く成型加工が容易であるため大量生産がしやすい。図２に示すように、本参考例の収差補正素子５０１は対物レンズ１０６の可動部１２０に搭載され、対物レンズ１０６と一体駆動するため、軽い方が望ましい。樹脂として例えばポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡという）を用いる。ＰＭＭＡは、高い透明性、耐候性を有し、特に射出成形に適合する強みがあるため光学部品に最も広く使用されている樹脂の１つである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図５にＰＭＭＡの分散特性を示す。図５の分散特性から、波長４０５ｎｍの０次光と波長６６０ｎｍの１次光の回折効率をスカラー計算させたものが図６の透過率−溝深さの関係を示す図である。階段形状の回折構造の溝深さＤが、４．８μｍ辺りで、波長４０５ｎｍの０次光、波長６６０ｎｍの１次光の効率が高く、それぞれ１００％と７０％となる。このことから本参考例では収差補正素子５０１の回折構造の溝深さＤを４．８μｍに設定した。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
また、図２に示す平坦部５０２ｂの高さは、溝の最下段に対して波長の整数倍になるように設定する。本参考例では、波長の２倍の位相差に相当する３．２μｍに設定した。この平坦部５０２ｂの領域を透過した光束は、波長６６０ｎｍの光束に対しては有効径外となるため、スポット形成には不要光となる。そのため図１に示したように波長選択性の開口制限素子１０９により、波長６６０ｎｍの光束は遮断し、波長４０５ｎｍの光束のみ透過する誘電体多層膜を用いる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
次に、本参考例における収差補正素子の外形形状について、詳細に説明する。図３に示すように、収差補正素子５０１の外形の形状は、回折領域５０２ａと平坦部５０２ｂとの境界と同様の円形状とする。なお、円形状とは、円形に近似した多角形を含み、例えば図７に示すような６角形においても、同様の効果が得られる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
本参考例で用いているＰＭＭＡ等の樹脂は、射出成形ができる等の強みがあるため光学部品に最も広く使用され、大量生産しやすいという特徴があるが、一方で吸湿性が弱点として挙げられる。これによる影響は屈折率や透過率といった光学特性を変動させるだけでなく、形状変形としても現れる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
図１０（ａ）〜（ｄ）に本参考例の収差補正素子５０１の波長４０５ｎｍの透過波面形状を示す図である。図１０（ａ）は光線有効径５０２ｃ内における透過波面を測定した結果の波面形状を示す図である。図１０（ｂ），（ｃ）は図１０（ａ）の波面形状を領域に分割して波面測定した結果を示す図である。図１０（ｂ）は回折領域の透過波面５０２ｇの形状、図１０（ｃ）は光線有効径５０２ｃ内と回折領域５０２ａの間である平坦部の透過波面５０２ｆの形状を示す図である。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
以上のことから、本参考例の収差補正素子５０１は、吸湿性を有する樹脂を材料として用いた場合でも、そりやうねりを低減した収差補正素子５０１の構造であるため、１つの対物レンズで、２種類の異なる基板厚，光源で発生する波面収差を補正することができ、高精度な光ピックアップを提供することができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図１１は本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示した図である。ここで、前記参考例を示す図１において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示す。図１１に示すように異なる波長の第１，第２，第３の光源を有し、３種類の異なる光記録媒体を、収差補正素子５２１を用いて記録または再生を行う互換型の光ピックアップである。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
本実施の形態１における第１，第２の光源に対する光ピックアップの構成は、参考例と同様であるため、その重複する説明は省略する。赤外領域の第３の光源において、中心波長λ３が７８０ｎｍの半導体レーザー１４０ａから出射した光束は、発散角変換レンズ１４２，波長選択性ビームスプリッタ１４３を経て、プリズム１０４より偏向される。そして、１／４波長板１０５，収差補正素子５２１，対物レンズ１０６を介して、第３の光記録媒体１４７に集光される。第３の光記録媒体１４７の基板厚は１．２ｍｍであり、対物レンズ１０６の開口数ＮＡは０．４である。第３の光記録媒体１４７からの反射光は対物レンズ１０６，収差補正素子５２１，１／４波長板１０５を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ１４３により入射光と分離して偏向され、ホログラム素子１４０ｂにより受光素子１４０ｃ上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図１２は本実施の形態１における収差補正素子を説明するための断面図、図１３は下面図、図１４は２段の階段状回折構造の拡大図である。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図１２に示すように、収差補正素子５２１は、表面と裏面に回折構造が形成されている。この表面に形成された回折構造は参考例で説明した収差補正素子５０１と同様の構造が形成されており、上面図は図３で示した。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
次に、収差補正素子５２１の表面の溝深さについて説明する。溝深さは参考例の収差補正素子５０１と同じである。図１５に、ＰＭＭＡを用いた場合の波長４０５ｎｍの０次光、波長６６０ｎｍの１次光、波長７８０ｎｍの０次光の回折効率をスカラー計算した結果を示す。参考例と同様、回折構造の溝深さＤが、４．８μｍ辺りで、波長４０５ｎｍの０次光，波長６６０ｎｍの１次光，波長７８０ｎｍの０次光の効率が高く、それぞれ１００％，７０％，１００％となる。本実施の形態１の収差補正素子５２１表面の回折構造の溝深さＤは、４．８μｍに設定した。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
ＰＭＭＡを用いた場合の波長４０５ｎｍの０次光，波長６６０ｎｍの０次光，波長７８０ｎｍの１次光の回折効率をスカラー計算させたのが図１６である。回折構造の溝深さＤが、４．０μｍ辺りで、波長４０５ｎｍの０次光，波長６６０ｎｍの１次光，波長７８０ｎｍの０次光の効率が高く、それぞれ１００％，１００％，４０％となる。本実施の形態１の収差補正素子５２１の回折構造の溝深さＤは、４．０μｍに設定した。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
また、収差補正素子５２１の表面の平坦部５０２ｂの高さは、参考例と同様３．２μｍに設定した。そして、収差補正素子５２１の裏面の平坦部５２２ｂの高さは、回折構造の溝深さＤと同様４μｍに設定した。平坦部５２２ｂを透過した波長６６０ｎｍ，波長４０５ｎｍの光束に対しては、回折領域と同位相を有する透過光となる。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
次に、本実施の形態１における収差補正素子の外形形状について、詳細に説明する。ここでは、収差補正素子５２１の裏面側であるが図１３に示すように、収差補正素子５２１の外形の形状は、回折領域と平坦部との境界と同様の円形状とする。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図１９（ａ）〜（ｄ）に本実施の形態１の収差補正素子５２１の波長４０５ｎｍの透過波面形状を示す図である。図１９（ａ）は光線有効径５２２ｃ内における透過波面を測定した結果の波面形状を示す図である。図１９（ｂ），（ｃ）は図１９（ａ）の波面形状を領域に分割して波面測定した結果を示す図である。図１９（ｂ）は回折領域の透過波面５２２ｇの形状、図１９（ｃ）は光線有効径５２２ｃ内と回折領域５２２ａの間である平坦部の透過波面５２２ｆの形状を示す図である。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
以上のことから、本実施の形態１の収差補正素子５２１は、吸湿性を有する樹脂を材料として用いた場合でも、そりやうねりを低減した収差補正素子５２１の構造であるため、１つの対物レンズで、３種類の異なる基板厚、光源で発生する波面収差を補正することができ、高精度な光ピックアップを提供することができる。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
図２０は本発明の実施の形態２における光情報処理装置の１形態を示すブロック図であり、前述の参考例や実施の形態１で説明したいずれかの光ピックアップを用いて、光記録媒体に対する情報の再生，記録，消去のいずれか１以上を行う装置である。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１の参考例における光ピックアップの概略構成を示した図
【図２】本参考例における収差補正素子を説明するための断面図
【図３】本参考例における収差補正素子を説明するための上面図
【図４】本参考例における収差補正素子を説明するための４段の階段状回折構造の拡大図
【図５】ＰＭＭＡの分散特性を示す図
【図６】回折効率をスカラー計算した透過率−溝深さ（４段）の関係を示す図
【図７】本参考例における収差補正素子の外形形状の例を示す図
【図８】従来例の収差補正素子を示す上面図
【図９】（ａ）〜（ｄ）は従来の収差補正素子の透過波面を説明するための図
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は本参考例の収差補正素子の透過波面を説明するための図
【図１１】本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示した図
【図１２】本実施の形態１における収差補正素子を説明するための断面図
【図１３】本実施の形態１における収差補正素子を説明するための下面図
【図１４】本実施の形態１における収差補正素子を説明するための２段の階段状回折構造の拡大図
【図１５】回折効率をスカラー計算した透過率−溝深さ（４段）の関係を示す図
【図１６】回折効率をスカラー計算した透過率−溝深さ（２段）の関係を示す図
【図１７】従来例の収差補正素子を示す上面図
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は従来の収差補正素子の透過波面を説明するための図
【図１９】（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態１の収差補正素子の透過波面を説明するための図
【図２０】本発明の実施の形態２における光情報処理装置の１形態を示すブロック図