(57)【要約】【課題】光ディスクの記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において複数機能を発揮できる光学素子、対物レンズ、カップリングレンズ及びそれらの製造方法を提供する。かかる光学素子、対物レンズ、及びカップリングレンズの少なくとも１つを用いた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】この複合機能光学素子１３は、光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置に適用可能であり、複数のビームを発生させる構造と、非点収差を発生させる構造とを備え、１つの光学素子が複数の機能を併せ持つ。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置に適用可能な光学素子であって、
複数のビームを発生させる構造と、非点収差を発生させる構造と、を備えることを特徴とする複合機能光学素子。
【請求項２】
光学面が複数の領域に分割されることで前記複数のビームを発生させることを特徴とする請求項１に記載の複合機能光学素子。
【請求項３】
前記各領域において前記光学面の曲率半径または傾きが異なることを特徴とする請求項２に記載の複合機能光学素子。
【請求項４】
光学面が複数の領域に分割されることで前記非点収差を発生させることを特徴とする請求項１，２または３に記載の複合機能光学素子。
【請求項５】
前記各領域において前記光学面の屈折力が異なることを特徴とする請求項４に記載の複合機能光学素子。
【請求項６】
前記光学面の一の直径方向と他の直径方向とで屈折力が異なることを特徴とする請求項５または６に記載の複合機能光学素子。
【請求項７】
前記光学面は点対称でないことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の複合機能光学素子。
【請求項８】
電子ビーム描画法により製造され得ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合機能光学素子。
【請求項９】
基材の凸状面に形成したレジスト膜に対し電子ビームを照射してから前記レジスト膜を現像し前記凸状面の位置に応じて所定の膜厚とすることで、前記基材に基づいて前記各構造を備える前記光学素子の成形金型の母型を得て、前記母型から得られた成形金型で製造され得ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の複合機能光学素子。
【請求項１０】
前記凸状面が球面または非球面であることを特徴とする請求項９に記載の複合機能光学素子。
【請求項１１】
光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための対物レンズであって、
複数のビームを発生させる構造を備えることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１２】
光学面が複数の領域に分割されることで前記複数のビームを発生させることを特徴とする請求項１１に記載の対物レンズ。
【請求項１３】
前記各領域において前記光学面の曲率半径または傾きが異なることを特徴とする請求項１２に記載の対物レンズ。
【請求項１４】
光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための対物レンズであって、
非点収差を発生させる構造を備えることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１５】
光学面が複数の領域に分割されることで前記非点収差を発生させることを特徴とする請求項１４に記載の対物レンズ。
【請求項１６】
前記各領域において前記光学面の屈折力が異なることを特徴とする請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項１７】
前記光学面の一の直径方向と他の直径方向とで屈折力が異なることを特徴とする請求項１５または１６に記載の対物レンズ。
【請求項１８】
前記光学面は点対称でないことを特徴とする請求項１２，１３，１５，１６または１７に記載の対物レンズ。
【請求項１９】
電子ビーム描画法により製造され得ることを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項２０】
基材の凸状面に形成したレジスト膜に対し電子ビームを照射してから前記レジスト膜を現像し前記凸状面の位置に応じて所定の膜厚とすることで、前記基材に基づいて前記各構造を備える前記対物レンズの成形金型の母型を得て、前記母型から得られた成形金型で製造され得ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項２１】
前記凸状面が球面または非球面であることを特徴とする請求項２０に記載の対物レンズ。
【請求項２２】
光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための光学系に配置されるカップリングレンズであって、
複数のビームを発生させる構造を備えることを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項２３】
光学面が複数の領域に分割されることで前記複数のビームを発生させることを特徴とする請求項２２に記載のカップリングレンズ。
【請求項２４】
前記各領域において前記光学面の曲率半径または傾きが異なることを特徴とする請求項２３に記載のカップリングレンズ。
【請求項２５】
光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための光学系に配置されるカップリングレンズであって、
非点収差を発生させる構造を備えることを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項２６】
光学面が複数の領域に分割されることで前記非点収差を発生させることを特徴とする請求項２５に記載のカップリングレンズ。
【請求項２７】
前記各領域において前記光学面の屈折力が異なることを特徴とする請求項２６に記載のカップリングレンズ。
【請求項２８】
前記光学面の一の直径方向と他の直径方向とで屈折力が異なることを特徴とする請求項２６または２７に記載のカップリングレンズ。
【請求項２９】
前記光学面は点対称でないことを特徴とする請求項２３，２４，２６，２７または２８に記載のカップリングレンズ。
【請求項３０】
電子ビーム描画法により製造され得ることを特徴とする請求項２２乃至２９のいずれか１項に記載のカップリングレンズ。
【請求項３１】
基材の凸状面に形成したレジスト膜に対し電子ビームを照射してから前記レジスト膜を現像し前記凸状面の位置に応じて所定の膜厚とすることで、前記基材に基づいて前記各構造を備える前記カップリングレンズの成形金型の母型を得て、前記母型から得られた成形金型で製造され得ることを特徴とする請求項２２乃至３０のいずれか１項に記載のカップリングレンズ。
【請求項３２】
前記凸状面が球面または非球面であることを特徴とする請求項３１に記載のカップリングレンズ。
【請求項３３】
光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための光学系に配置される光学素子であって、
光学面が複数の領域に分割され、前記各領域が特定の構造を備えることを特徴とする複合機能光学素子。
【請求項３４】
前記特定の構造は、前記光ピックアップ装置におけるトラッキング制御のための複数のビームを発生させる構造及びフォーカシング制御のための非点収差を発生させる構造であることを特徴とする請求項３３に記載の複合機能光学素子。
【請求項３５】
請求項１乃至１０、３３及び３４のいずれか１項に記載の複合機能光学素子、請求項１１乃至２１のいずれか１項に記載の対物レンズ及び請求項２２乃至３２のいずれか１項に記載のカップリングレンズの内のいずれかの光学素子を電子ビーム描画法により製造することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３６】
基材の凸状面に形成したレジスト膜に対し電子ビームを照射してから前記レジスト膜を現像し前記凸状面の位置に応じて所定の膜厚とすることで、前記基材に基づいて前記各構造を備える光学素子の成形金型の母型を得ることを特徴とする請求項３５に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３７】
前記凸状面は球面または非球面であることを特徴とする請求項３６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３８】
光源と、前記光源からの光束を光ディスクの情報記録面に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置されるカップリングレンズと、を備え、前記光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズまたは前記カップリングレンズが複数のビームを発生させる構造及び非点収差を発生させる構造の少なくとも一方を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３９】
前記カップリングレンズ及び前記対物レンズの一方が前記複数のビームを発生させる構造及び前記非点収差を発生させる構造の一方の構造を備え、前記カップリングレンズ及び前記対物レンズの他方が他方の構造を備えることを特徴とする請求項３８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４０】
光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うために光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するように構成された光学系を備える光ピックアップ装置であって、
前記光学系が複数のビームを発生させる構造と非点収差を発生させる構造とを備える光学素子を含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４１】
前記対物レンズ、前記カップリングレンズまたは前記光学素子の光学面が複数の領域に分割されることで前記複数のビームを発生させることを特徴とする請求項３８，３９または４０に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４２】
前記各領域において前記光学面の曲率半径または傾きが異なることを特徴とする請求項４１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４３】
前記対物レンズ、前記カップリングレンズまたは前記光学素子の光学面が複数の領域に分割されることで前記非点収差を発生させることを特徴とする請求項３８乃至４２のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４４】
前記各領域において前記光学面の屈折力が異なることを特徴とする請求項４３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４５】
前記光学面の一の直径方向と他の直径方向とで屈折力が異なることを特徴とする請求項４３または４４に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４６】
前記情報記録面で反射した光束が入射して信号を生成する光検出器と、前記光検出器からの信号に基づいてトラッキング制御及びフォーカシング制御を行うために対物レンズを駆動する駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記複数のビームの前記光検出器への入射による信号に基づいて前記トラッキング制御を行うとともに前記非点収差のあるビームの前記光検出器への入射による信号に基づいて前記フォーカシング制御を行うことを特徴とする請求項３８乃至４５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置に適用可能で複数の機能を有する複合機能光学素子、それらの機能の少なくとも一方を有する対物レンズ及びカップリングレンズ、それらの光学素子の製造方法、並びにそれらの光学素子を含む光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンパクトディスク（ＣＤ）等の光ディスクについて再生等を行う光ピックアップ装置を図１８により説明する。レーザダイオード５０１からのレーザ光を回折格子５０２で主ビームと２本の副ビーム（±１次回折光）とに分けてから（図では主ビームのみを表している）、各ビームがそれぞれビームスプリッタ５０３で反射し、コリメータレンズ５０４で平行にされ、１／４波長板５０５を通り対物レンズ５０６で光ディスク５００の記録面５００ａに焦点を結ぶ。記録面５００ａ上のピット等で変調された反射光が逆の経路をたどりビームスプリッタ５０３を透過しシリンドリカルレンズ５０８を介して光検出器５０９に入射し、光検出器５０９からの電気信号に基づいて再生を行う。かかる再生動作においてトラッキング制御は、主ビームと２本の副ビームによる３ビーム法で対物レンズ５０６を２軸アクチュエータ５０７によりトラッキング方向に駆動することで行う。また、フォーカシング制御は主ビームのシリンドリカルレンズ５０８による縦方向と横方向の光量差に基づいて対物レンズ５０６を２軸アクチュエータ５０７によりフォーカシング方向に駆動することで行う。
【０００３】
以上のように、図１８の従来の光ピックアップ装置によれば、トラッキング及びフォーカシング制御のためにそれぞれ回折格子５０２及びシリンドリカルレンズ５０８が必要であるために、部品点数が多くなりまたそれらの調整等が必要になり組み立て工数も多くなり、製造コストがかさむ結果となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、光ディスクの記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において複数機能を発揮できる光学素子、対物レンズ、カップリングレンズ及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。また、かかる光学素子、対物レンズ、及びカップリングレンズの少なくとも１つを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による複合機能光学素子は、光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置に適用可能な光学素子であって、複数のビームを発生させる構造と、非点収差を発生させる構造と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この複合機能光学素子によれば、両構造により複数のビームを発生させる機能と非点収差を発生させる機能とを併せ持つことができるので、光ピックアップ装置において部品点数を少なくできる。例えば、光ピックアップ装置において複数のビームから得られる信号情報に基づいてトラッキング制御を行うことができ、非点収差のあるビームから得られる信号情報に基づいてフォーカシング制御を行うことができるので、１つの光学素子で両制御を行うことが可能となる。
【０００７】
上記複合機能光学素子において光学面が複数の領域に分割されることで前記複数のビームを発生させるようにできる。この場合、前記各領域において前記光学面の曲率半径または傾きが異なるように構成することで複数のビームを発生させる構造にできる。
【０００８】
また、光学面が複数の領域に分割されることで前記非点収差を発生させるようにできる。この場合、前記各領域において前記光学面の屈折力が異なるように構成することで非点収差を発生させる構造にできる。また、前記光学面の一の直径方向と他の直径方向とで屈折力が異なるように構成することで非点収差を発生させる構造にできる。
【０００９】
本発明による対物レンズは、光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための対物レンズであって、複数のビームを発生させる構造を備えることを特徴とする。
【００１０】
この対物レンズによれば、対物レンズとしての本来の光学機能に加えて複数のビームを発生させる機能を併せ持つので、光ピックアップ装置において部品点数を少なくできる。例えば、光ピックアップ装置において複数のビームから得られる信号情報に基づいてトラッキング制御を行うことができ、１つの対物レンズが本来の光学機能を含む複数の機能を兼ね備えることが可能となる。
【００１１】
上記対物レンズにおいて光学面が複数の領域に分割されることで前記複数のビームを発生させるようにできる。この場合、前記各領域において前記光学面の曲率半径または傾きが異なるように構成することで複数のビームを発生させる構造にできる。
【００１２】
また、本発明による別の対物レンズは、光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための対物レンズであって、非点収差を発生させる構造を備えることを特徴とする。
【００１３】
この対物レンズによれば、対物レンズとしての本来の光学機能に加えて非点収差を発生させる機能を併せ持つので、光ピックアップ装置において部品点数を少なくできる。例えば、光ピックアップ装置において非点収差のあるビームから得られる信号情報に基づいてフォーカシング制御を行うことができ、１つの対物レンズが本来の光学機能を含む複数の機能を兼ね備えることが可能となる。
【００１４】
上記対物レンズにおいて光学面が複数の領域に分割されることで前記非点収差を発生させるようにできる。この場合、前記各領域において前記光学面の屈折力が異なるように構成することで非点収差を発生させる構造にできる。また、前記光学面の一の直径方向と他の直径方向とで屈折力が異なるように構成することで非点収差を発生させる構造にできる。
【００１５】
本発明によるカップリングレンズは、光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための光学系に配置されるカップリングレンズであって、複数のビームを発生させる構造を備えることを特徴とする。
【００１６】
このカップリングレンズによれば、カップリングレンズとしての本来の光学機能に加えて複数のビームを発生させる機能を併せ持つので、光ピックアップ装置において部品点数を少なくできる。例えば、光ピックアップ装置において複数のビームから得られる信号情報に基づいてトラッキング制御を行うことができ、１つのカップリングレンズが本来の光学機能を含む複数の機能を兼ね備えることが可能となる。
【００１７】
上記カップリングレンズにおいて光学面が複数の領域に分割されることで前記複数のビームを発生させるようにできる。この場合、前記各領域において前記光学面の曲率半径または傾きが異なるように構成することで複数のビームを発生させる構造にできる。
【００１８】
また、本発明による別のカップリングレンズは、光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための光学系に配置されるカップリングレンズであって、非点収差を発生させる構造を備えることを特徴とする。
【００１９】
このカップリングレンズによれば、カップリングレンズとしての本来の光学機能に加えて非点収差を発生させる機能を併せ持つので、光ピックアップ装置において部品点数を少なくできる。例えば、光ピックアップ装置において非点収差のあるビームから得られる信号情報に基づいてフォーカシング制御を行うことができ、１つのカップリングレンズが本来の光学機能を含む複数の機能を兼ね備えることが可能となる。
【００２０】
上記カップリングレンズにおいて光学面が複数の領域に分割されることで前記非点収差を発生させるようにできる。この場合、前記各領域において前記光学面の屈折力が異なるように構成することで非点収差を発生させる構造にできる。また、前記光学面の一の直径方向と他の直径方向とで屈折力が異なるように構成することで非点収差を発生させる構造にできる。
【００２１】
また、本発明による別の複合機能光学素子は、光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置において光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するための光学系に配置される光学素子であって、光学面が複数の領域に分割され、前記各領域が特定の構造を備えることを特徴とする。
【００２２】
この複合機能光学素子によれば、光学面が分割された複数の領域が特定の構造を有することで複数の機能を兼ね備えることができるので、光ピックアップ装置において部品点数を少なくできる。
【００２３】
前記特定の構造は、前記光ピックアップ装置におけるトラッキング制御のための複数のビームを発生させる構造及びフォーカシング制御のための非点収差を発生させる構造であることにより、光ピックアップ装置におけるトラッキング制御のための複数のビームを得ることができかつフォーカシング制御のための非点収差を得ることができる。複数のビームから得られる信号情報に基づいてトラッキング制御を行うことができ、非点収差のあるビームから得られる信号情報に基づいてフォーカシング制御を行うことができるので、１つの光学素子で両制御を行うことが可能となる。
【００２４】
上述の複合機能光学素子、対物レンズ及びカップリングレンズにおける光学面は点対称でないように構成できる。ここで、点対称でないとは、光軸を含む光学素子の縦断面の形状が断面位置によって相違することを意味する。
【００２５】
また、上述の複合機能光学素子、対物レンズ及びカップリングレンズは、電子ビーム描画法により製造され得るものであって、具体的には、基材の凸状面に形成したレジスト膜に対し電子ビームを照射してから前記レジスト膜を現像し前記凸状面の位置に応じて所定の膜厚とすることで、前記基材に基づいて前記各構造を備える光学素子、対物レンズまたはカップリングレンズの成形金型の母型を得て、前記母型から得られた成形金型で製造され得る。この場合、前記凸状面を球面または非球面にできる。
【００２６】
本発明による光学素子の製造方法は、上述の複合機能光学素子、対物レンズ及びカップリングレンズの内のいずれかの光学素子を電子ビーム描画法により製造することを特徴とする。具体的には、基材の凸状面に形成したレジスト膜に対し電子ビームを照射してから前記レジスト膜を現像し前記凸状面の位置に応じて所定の膜厚とすることで、前記基材に基づいて前記各機能を備える光学素子の成形金型の母型を得ることで製造できる。電子ビーム描画法により、上述の各機能を得るための所望の形状を有する母型を高精度でかつ安定して容易に加工することができる。
【００２７】
上記基材の前記凸状面は球面または非球面であることが好ましい。これにより、光学素子の球面または非球面上に上記各構造のための所望の形状を形成することができる。
【００２８】
本発明による光ピックアップ装置は、光源と、前記光源からの光束を光ディスクの情報記録面に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置されるカップリングレンズと、を備え、前記光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うことができる光ピックアップ装置であって、前記対物レンズまたは前記カップリングレンズが複数のビームを発生させる構造及び非点収差を発生させる構造の少なくとも一方を備えることを特徴とする。
【００２９】
この光ピックアップ装置によれば、対物レンズまたはカップリングレンズがそれらの本来の光学機能に加えて複数のビームを得る機能及び非点収差を得る機能の少なくとも一方を併せ持つので、光ピックアップ装置において部品点数を少なくできる。例えば、光ピックアップ装置において複数のビームから得られる信号情報に基づいてトラッキング制御を行うことができ、また非点収差のあるビームから得られる信号情報に基づいてフォーカシング制御を行うことができるので、従来必要であった回折格子及びシリンドリカルレンズの少なくとも一方を省略でき、装置における光学素子の点数を削減できる。また、機能が一体となっているので、組み立て時等におけるアライメント等の調整が簡単になる。このため、装置全体の小型化及びコスト低減に寄与できる。
【００３０】
この場合、前記カップリングレンズまたは前記対物レンズが上記両構造を有していてもよいが、前記カップリングレンズ及び前記対物レンズの一方が前記複数のビームを発生させる構造及び前記非点収差を発生させる構造の一方の構造を備え、他方が前記複数のビームを発生させる構造及び前記非点収差を発生させる構造の他方の機能を備えるように構成してもよい。
【００３１】
また、本発明による別の光ピックアップ装置は、光ディスクについて記録及び再生の少なくとも一方を行うために光源からの光束を前記光ディスクの情報記録面に集光するように構成された光学系を備える光ピックアップ装置であって、前記光学系が複数のビームを発生させる構造と非点収差を発生させる構造とを備える光学素子を含むことを特徴とする。
【００３２】
この光ピックアップ装置によれば、光学系の光学素子が複数のビームを得る機能及び非点収差を得る機能を兼ね備えるので、光ピックアップ装置において部品点数を少なくできる。例えば、光ピックアップ装置において複数のビームから得られる信号情報に基づいてトラッキング制御を行うことができ、また非点収差のあるビームから得られる信号情報に基づいてフォーカシング制御を行うことができるので、従来必要であった回折格子及びシリンドリカルレンズの両方を省略でき、装置における光学素子の点数を削減できる。また、機能が一体となっているので、組み立て時等におけるアライメント等の調整が簡単になる。このため、装置全体の小型化及びコスト低減に寄与できる。
【００３３】
上記光ピックアップ装置の対物レンズ、カップリングレンズまたは光学素子において光学面が複数の領域に分割されることで前記複数のビームを発生させるようにできる。この場合、前記各領域において前記光学面の曲率半径または傾きが異なるように構成することで複数のビームを発生させる構造にできる。
【００３４】
また、光学面が複数の領域に分割されることで前記非点収差を発生させるようにできる。この場合、前記各領域において前記光学面の屈折力が異なるように構成することで非点収差を発生させる構造にできる。また、前記光学面の一の直径方向と他の直径方向とで屈折力が異なるように構成することで非点収差を発生させる構造にできる。
【００３５】
また、上記光ピックアップ装置において、前記情報記録面で反射した光束が入射して信号を生成する光検出器と、前記光検出器からの信号に基づいてトラッキング制御及びフォーカシング制御を行うために対物レンズを駆動する駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、前記複数のビームの前記光検出器への入射による信号に基づいて前記トラッキング制御を行うとともに前記非点収差のあるビームの前記光検出器への入射による信号に基づいて前記フォーカシング制御を行うように構成できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明するが、複合機能を有するカップリングレンズ、光ピックアップ装置及び複合機能光学素子の製造方法の順に説明する。
【００３７】
〈複合機能光学素子〉
【００３８】
図１は本実施の形態による複合機能を有するコリメータレンズを説明するための図であり、図１（ａ）は複合機能を有するコリメータレンズの円形光学面を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のコリメータレンズのＸ−Ｘ’方向における縦断面図、図１（ｃ）は同じくＹ−Ｙ’方向における縦断面図、図１（ｄ）は同じくＷ−Ｗ’方向における縦断面図である。図２は、図１の複合機能を有するコリメータレンズにおいて基準面上に形成した屈折部分の厚さと半径方向位置ｒとの関係を示し、半径方向における厚さの変化を模式的に示す図であり、図３は同じく屈折部分の厚さの同心円上における変化を模式的に示す図である。
【００３９】
図１に示すようなカップリングレンズとしてのコリメータレンズ１３は、光ピックアップ装置の光源と対物レンズとの間の光路中に配置され光源からの発散光を平行化する光学機能に加えてトラッキング制御のための複数のビームを発生させる特定構造とフォーカシング制御のための非点収差を発生させる別の特定構造とを備えている。
【００４０】
即ち、コリメータレンズ１３は、光学面全体がコリメータ機能を有するようにに形成されるとともに、図１（ａ）のように、ハッチングで示す半径ａｃと半径ｃｂと円弧ｂａとで画定される領域１と、同じくハッチングで示す半径ａ’ｃと半径ｃｂ’と円弧ｂ’ａ’とで画定される領域２とがトラッキング制御のための複数のビームを得るための領域を構成し、半径ａｃと半径ｃｂ’と円弧ｂ’ａとで画定される領域３と、同じく半径ａ’ｃと半径ｃｂと円弧ｂａ’とで画定される領域４とがフォーカシング制御のための非点収差を得るための領域を構成している。
【００４１】
なお、図１（ａ）において、各点ａ，Ｗ，ｂ，Ｘ，Ｙ’，ａ’，Ｗ’，ｂ’，Ｘ’，Ｙは、それぞれ半径Ｒの円形光学面外周上にあり、ｃは光軸中心であり、各線ａ−ａ’、Ｗ−Ｗ’，ｂ−ｂ’，Ｘ−Ｘ’，Ｙ−Ｙ’は、光軸中心ｃを通る直径である。
【００４２】
このように、コリメータレンズ１３の光学面は、複数の領域１〜４に分割され、領域１と２が同じ形状になり特定構造を形成し、領域３と４が同じ形状になり別の特定構造を形成している。また、領域３，４は中心角がそれぞれ９０度を超えるように設けられており、領域３，４内に互いに直交する線Ｘ−Ｘ’と線Ｙ−Ｙ’とが存在できる。また、領域１，２は中心角がそれぞれ９０度未満になっている。
【００４３】
コリメータレンズ１３の図１（ｂ）に示す領域３，４のＸ−Ｘ’における屈折部分６は、図２、図３のように中心ｃから半径Ｒまで厚さ（破線で示す基準面５からの厚さ）が減少し、また、図１（ｃ）に示す領域３，４のＹ−Ｙ’における屈折部分７は、図２，図３のように、図１（ｂ）とは反対に中心ｃから半径Ｒまで厚さ（破線で示す基準面５からの厚さ）が増加している。これにより、屈折部分６は屈折部分７よりも屈折力が大きくなっている。
【００４４】
また、図１（ｄ）に示す領域１，２のＷ−Ｗ’における屈折部分８ａ，８ｂは、図２、図３のように中心ｃから半径Ｒまで厚さが減少している。また、領域１の屈折部分８ａと領域２の屈折部分８ｂとは同じ曲率半径であるが、その中心が異なっている。これにより、光束が領域１と２とを通過することで２つのビームを得ることができる。なお、屈折部分８ａと屈折部分８ｂの傾きを変えることで複数のビームを得るようにしてもよい。
【００４５】
コリメータレンズ１３は、上述のように構成されるため、光学面が点対称でなく、図１（ａ）〜（ｄ）、図２，図３から分かるように、光軸を含む光学素子の縦断面の形状が断面位置によって相違する。
【００４６】
次に、上述のコリメータレンズの各機能について図４，図５を参照して説明する。図４は図１（ｂ）、（ｃ）に示す領域３，４のＸ−Ｘ’における屈折部分６及びＹ−Ｙ’における屈折部分７を通過した光の各焦点位置を示す光路図であり、図５は領域１，領域２及び領域３，４を通過した光の同一平面上における各焦点位置を示す図である。
【００４７】
図４に示すように、領域３，４の屈折部分６の焦点位置と屈折部分６と直交する屈折部分７を通過した光の焦点位置とが光軸ｐ方向に変化しており、これにより、領域３，４を通過したビームに非点収差を与えることができる。
【００４８】
また、図５に示すように、領域１、領域２、及び領域３，４を通過した光の各焦点位置が同一平面Ｔ上において変化しており、領域１、領域２を通過することで複数のビームを副ビームとして得ることができる。
【００４９】
なお、上述のコリメータレンズ１３と同様に複数のビームを発生させる構造及び非点収差を発生させる構造を備えるようにして対物レンズを構成できる。また、両構造を備えた光学素子１３ａ（図９に示す）としてもよい。また、コリメータレンズに複数のビームを得る機能及び非点収差を得る機能の一方を備えさせ、対物レンズに他方の機能を備えさせるようにしてもよい。また、コリメータレンズに限定されずにカップリングレンズが各構造を備えるようにしてもよい。
【００５０】
〈光ピックアップ装置〉
【００５１】
図６は本実施の形態による光ピックアップ装置の概略的構成を示す図であり、この光ピックアップ装置は図１〜図５に示す複合機能を有するコリメータレンズを用いている。
【００５２】
図６の光ピックアップ装置は、所定の波長のレーザ光を発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１からの光束を光ディスク１０に向け反射しかつ光ディスク１０からの反射光を透過させるビームスプリッタ１２と、上述の図１〜図５に示す複合機能を有するコリメータレンズ１３と、１／４波長板１４と、レーザ光源からの光束を光ディスク１０の情報記録面１０ａに集光する対物レンズ１５と、光ディスク１０からの反射光が検出面１７ａに入射することで検出信号を得る光検出器１７と、を備える。
【００５３】
また、図６の光ピックアップ装置は、対物レンズ１５をトラッキング方向及びフォーカシング方向にそれぞれ駆動するための２軸アクチュエータ１６と、光検出器１７からの検出信号に基づいて２軸アクチュエータ１６の駆動部２０を制御することでトラッキング制御及びフォーカシング制御を行う制御部１９と、を更に備える。
【００５４】
図６の光ピックアップ装置は、光ディスク１０の情報記録面１０ａ上に形成されたピット及びランドから記録情報を得てそれを再生するものであるが、記録情報の記録のためにピットを形成するものであってもよく、また、再生及び記録の両方を行うものであってもよい。
【００５５】
なお、光ディスク１０としては、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ，ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＭＤ等の光情報記録媒体であってよく、また高密度ＤＶＤのような次世代の高密度記録媒体であってもよい。
【００５６】
図６の光ピックアップ装置の動作を図１〜図５、更に図７及び図８を参照しながら説明する。図７はトラッキング制御のときの主ビームと２本の副ビームの情報記録面上のピット列に対する各位置を示す図であり、図８はフォーカシング制御のための光検出器の分割検出面を示す平面図である。
【００５７】
トラッキング制御は次のようにして行われる。レーザ光源１１からの光束がビームスプリッタ１２で反射し、コリメータレンズ１３を通過すると、上述のように図１の領域１，２を通過することで、２本の副ビームを得るとともに主ビームが副ビームとともに平行化され、次に１／４波長板１４を介して対物レンズ１５により光ディスク１０の情報記録面１０ａに集光される。ここで、図７に示すように、主ビームは、情報記録面１０ａ上に情報記録のために多数形成されたピット１０ｃからなるピット列１０ｂの中心にスポット１０ｄを形成し、２本の副ビームはピット列１０ｂを挟むようにしてその両側のランド１０ｇ，１０ｈにスポット１０ｅ、１０ｆをそれぞれ形成する。そして、これらの反射光が逆の経路をたどり、ビームスプリッタ１２を透過し光検出器１７の検出面１７ａに入射し、３本のビームによる各検出信号に基づいて制御部１９が駆動部２０を介して２軸アクチュエータ１６を駆動し、対物レンズ１５を主ビームが常にピット列１０ｂの中心にあるようにトラッキング方向に移動させることでトラッキング制御を行う。
【００５８】
また、フォーカシング制御は次のようにして行われる。光ディスク１０の情報記録面１０ａからの反射光がコリメータレンズ１３を通過すると、上述のように図１の領域３，４を通過することで、非点収差の生じたビームが光検出器１７の検出面１７ａに入射する。そして、図８に示すように、検出面１７ａに設けられた４分割された分割検出面９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの中心にスポット９ｅを形成し、分割検出面９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄからの各検出信号に基づいて制御部１９が駆動部２０を介して２軸アクチュエータ１６を駆動し対物レンズ１５を主ビームの焦点が常に合うようにフォーカシング方向に移動させることでフォーカシング制御を行う。
【００５９】
以上のように、図６の光ピックアップ装置によれば、図１８のような従来の光ピックアップ装置における回折格子及びシリンドリカルレンズの両方を省略することができ、装置の構成部品を少なくできるので、コスト低減の効果を得ることができる。また、トラッキング制御及びフォーカシング制御のための複合機能をコリメータレンズ１３が一体に備えるので、装置の組み立て時等における調整が容易となり、製造コストの低減に寄与できる。
【００６０】
なお、図６の光ピックアップ装置において、コリメータレンズ１３の代わりに対物レンズ１５に上述の両特定構造を備えさせてもよく、また、コリメータレンズ１３に両特定構造の一方を備えさせ、対物レンズ１５に他方の特定構造を備えさせてもよい。これらにより、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
次に、図９により、図６の変形例について説明する。図９は本実施の形態による別の光ピックアップ装置の概略的構成を示す図である。
【００６２】
図９の光ピックアップ装置は、コリメータレンズ１３ａ及び対物レンズ１５とは別に、複数のビームを発生させる構造及び非点収差を発生させる構造の両方を備える複合機能光学素子１８を、ビームスプリッタ１２と、通常のコリメート機能を有するコリメータレンズ１３ａとの間の共通光路に配置したものであり、これ以外は図６と同様の構成である。図９の光ピックアップ装置によれば、図６と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
〈複合機能光学素子の製造方法〉
【００６４】
次に、図１に示すような複合機能を有する光学素子（コリメータレンズ）の製造工程について図１０，図１１を参照して説明する。図１０は、図１〜図３に示すような複合機能を有する光学素子（コリメータレンズ）を成形するための光学素子成形用金型を母型の形状から電鋳により転写し形成する工程を示すフローチャートであり、図１１（ａ）〜（ｄ）は、図１０のレジスト現像工程の前後における基材上のレジスト膜の断面形状を示す図であり、図１１（ａ）は基材上に形成したレジスト膜を示し、図１１（ｂ）〜（ｄ）は現像後のレジスト膜を示し図１（ｂ）〜（ｄ）とそれぞれ対応する。
【００６５】
図１０のように、まず、母型の素材をＳＰＤＴ加工機にセットして、光学素子の光学面に相当する非球面形状を形成し（Ｓ１０１）、図１１（ａ）のような凸状の非球面２２を有する基材２１を得る。この非球面２２は図１の基準面５に対応する。続いて、非球面形状を形成した基材をＳＰＤＴ加工機より取り外し、かかる基材２１の非球面２２上にレジスト溶液をスピンコート法により塗布し、図１１（ａ）のようにレジスト膜２３を形成する（Ｓ１０２）。その後、ベーキング熱処理を行ってから（Ｓ１０３）、図１〜図３のような光学面を得るために基材２１上のレジスト膜２３に対し後述のような電子ビーム描画装置を用いて電子ビーム描画を行う（Ｓ１０４）。
【００６６】
更に、露光処理を行い（Ｓ１０５）、次に、レジスト現像処理を行い（Ｓ１０６）、図１１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように破線で示す部分のレジスト膜は除去されハッチングで示すレジスト膜２３の形状を得る。ここで、図１１（ｂ）〜（ｄ）の各レジスト膜の断面形状は図１（ｂ）〜（ｄ）に対応し、現像後のレジスト膜の形状は図１〜図３と同一形状である。
【００６７】
その後、エッチング処理を行って（Ｓ１０７）、母型の素材に彫り込みを行うことで母型を得る。かかる母型に電鋳処理を施してから脱型し、裏打ち部材と組み合わせることで（Ｓ１０８）、光学素子成形用金型を得る。この成形用金型を用いた射出成形により図１〜図３に示す複合機能光学素子を製造することができる。
【００６８】
次に、上述の電子ビーム描画法を実行できる電子ビーム描画装置について図１２乃至図１７を参照して説明する。図１２は電子ビーム描画装置の全体構成を概略的に示す説明図であり、図１３は図１２の電子ビーム描画装置に含まれる測定装置の要部を示す図である。
【００６９】
最初に、測定装置について説明する。図１２の電子ビーム描画装置９０は、基材２１の表面の基準点及び基材の３次元形状を測定するための測定手段である測定装置８０を備える。測定装置８０は、３次元的に変化する形状を有する基材に、電子ビーム描画を行う際に、基材の３次元形状を測定できる。この測定装置は、３次元電子ビーム描画を行う一連の工程にて利用されるが、図１２では電子ビーム描画装置と一体的に構成しているが、独立して単独で形成してもよい。ここで、基材２１は、図１３に示すように、一面が曲面形状を有する曲面部２ａと、曲面部２ａの周囲に形成された周囲面部である平坦部２ｂと、裏面側の底部２ｃとを有する。
【００７０】
測定装置８０は、図１３に示すように、基材２１に対してレーザ光を照射することで基材２１を測定する第１のレーザ光照射部８２と、第１のレーザ光照射部８２にて発光されたレーザ光（第１の照射光）が基材２１で反射しその反射光を受光する第１の受光部８４と、第１のレーザ光照射部８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレーザ光照射部８６と、第２のレーザ光照射部８６にて発光されたレーザ光（第２の照射光）が基材２１を透過しその透過光を受光する第２の受光部８８と、を含む。ここで、「透過」とは基材の一部をレーザ光等の一部が通過する状態を指し、「透過光」とは後述するようにレーザ光等の光の一部が散乱した残りの光を指すものとする。
【００７１】
第１のレーザ光照射部８２により電子ビームと交差する方向から基材２１に対して第１の光ビームＳ１を照射し、平坦部２ｂ上で反射する第１の光ビームＳ１の受光によって第１の光強度分布が検出される。この際に、図１３に示すように、第１の光ビームＳ１は、基材２１の底部２ｃにて反射されるため、第１の強度分布に基づいて基材２１の平坦部２ｂ上の平面位置が測定算出できる。
【００７２】
また、第２のレーザ光照射部８６によって、第１の光ビームＳ１と異なる電子ビームとほぼ直交する方向、即ち基材２１の水平方向から基材２１に対して第２の光ビームＳ２を照射し、基材２１を透過する第２の光ビームＳ２が第２の受光部８８に含まれるピンホール８９を介して受光されて第２の光強度分布が検出される。
【００７３】
この場合、図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第２の光ビームＳ２が曲面部２ａ上を透過するので、第２の強度分布に基づいて基材２１の平坦部２ｂより突出する曲面部２ａ上の高さ位置を測定算出できる。
【００７４】
具体的には、第２の光ビームＳ２がＸＹ基準座標系における曲面部２ａ上のある位置（ｘ、ｙ）の特定の高さを透過すると、この位置（ｘ、ｙ）において、図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第２の光ビームＳ２が曲面部２ａの曲面にて当たることにより散乱光ＳＳ１、ＳＳ２が生じ、この散乱光分の光強度が弱まる。このため、第２の受光部８８にて検出された第２の光強度分布に基づいて高さ位置が測定算出される。
【００７５】
この算出の際には、第２の受光部８８の信号出力Ｏｐは、図１７に示す特性図のような、信号出力Ｏｐと基材の高さとの相関関係を有するので、第２の受光部８８での信号出力Ｏｐに基づき、基材の高さ位置を算出することができる。そして、この基材の高さ位置を、例えば描画位置として、電子ビームの焦点位置の調整が行われ描画が行われることとなる。従って、後述のように、測定装置８０において精度良い高さ検出を行うことは、曲面部２ａを有する基材２１に対して電子ビームにより描画パターンを描画する際の描画精度をも向上させることにもなる。
【００７６】
次に、電子ビーム描画装置全体について説明する。図１２に示すように、電子ビーム描画装置９０は、大電流で高解像度の電子線プローブを形成して高速に描画対象の基材２１上を走査するものであり、高解像度の電子線プローブを形成し、電子ビームを生成してターゲットに対してビーム照射を行う電子ビーム生成手段である電子銃１２１と、この電子銃１２１からの電子ビームを通過させるスリット１４１と、スリット１４１を通過する電子ビームの基材２１に対する焦点位置を制御するための電子レンズ１６１と、電子ビームが出射される経路上に配設され開口により電子ビームを所望の形状とするためのアパーチャー１８１と、電子ビームを偏向させることでターゲットである基材２１上の走査位置等を制御する偏向器２００と、偏向を補正する補正用コイル２２１と、を含む。なお、これらの各部は、鏡筒１０１内に配設されて電子ビーム出射時には真空状態に維持される。
【００７７】
さらに、電子ビーム描画装置９０は、描画対象となる基材２１を載置するための載置台であるＸＹＺステージ３０と、このＸＹＺステージ３０上の載置位置に基材２１を搬送するための搬送手段であるローダ４０と、ＸＹＺステージ３０を駆動するための駆動手段であるステージ駆動手段５０と、ローダを駆動するためのローダ駆動装置６０と、鏡筒１０１内及びＸＹＺステージ３０を含む筐体２１０内を真空となるように排気を行う真空排気装置７０と、これらの制御を司る制御手段である制御回路１００と、を含む。測定装置８０は、ＸＹＺステージ３０上の基材２１の表面の基準点及び上述のように基材の３次元形状を測定する。
【００７８】
電子レンズ１６１は、高さ方向に沿って複数箇所に離間して設置される各コイル１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃの各々の電流値によって電子的なレンズが複数生成されることで各々制御され、電子ビームの焦点位置が制御される。
【００７９】
ステージ駆動手段５０は、ＸＹＺステージ３０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構５２と、ＸＹＺステージ３０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動機構５４と、ＸＹＺステージ３０をＺ方向に駆動するＺ方向駆動機構５６と、ＸＹＺステージ３０をθ方向に駆動するθ方向駆動機構５８と、を含む。これによって、ＸＹＺステージ３０を３次元的に動作させたり、アライメントを行うことができる。
【００８０】
制御回路１００は、電子銃１２１に電源を供給するための電子銃電源部１０２と、この電子銃電源部１０２での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部１０４と、電子レンズ１６１（複数の各電子的なレンズを各々）を動作させるためのレンズ電源部１０６と、このレンズ電源部１０６での各電子レンズに対応する各電流を調整制御するレンズ制御部１０８と、を含む。
【００８１】
さらに、制御回路１００は、補正用コイル２２１を制御するためのコイル制御部１１０と、偏向器２００にて成形方向の偏向を行う成形偏向部１１２ａと、偏向器２００にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部１１２ｂと、偏向器２００にて主走査方向の偏向を行うための主偏向部１１２ｃと、成形偏向部１１２ａを制御するためにデジタル信号をアナログ信号に変換制御する高速Ｄ／Ａ変換器１１４ａと、副偏向部１１２ｂを制御するためにデジタル信号をアナログ信号に変換制御する高速Ｄ／Ａ変換器１１４ｂと、主偏向部１１２ｃを制御するためにデジタル信号をアナログ信号に変換制御する高精度Ｄ／Ａ変換器１１４ｃと、を含む。
【００８２】
さらに、制御回路１００は、偏向器２００における位置誤差を補正する、乃ち、位置誤差補正信号などを各高速Ｄ／Ａ変換器１１４ａ、１１４ｂ、及び高精度Ｄ／Ａ変換器１１４ｃに対して供給して位置誤差補正を促すあるいはコイル制御部１１０に対してその信号を供給することで補正用コイル２２１にて位置誤差補正を行う位置誤差補正回路１１６と、これら位置誤差補正回路１１６並びに各高速Ｄ／Ａ変換器１１４ａ、１１４ｂ及び高精度Ｄ／Ａ変換器１１４ｃを制御して電子ビームの電界を制御する電界制御手段である電界制御回路１１８と、描画パターンなどを基材２１に対して生成するためのパターン発生回路１２０と、を含む。
【００８３】
さらに、制御回路１００は、レーザ制御系を含み、このレーザ制御系は、第１のレーザ光照射部８２及び第１の受光部８４の制御を行う第１のレーザ駆動制御回路１３０と、第２のレーザ光照射部８６及び第２の受光部８８の制御を行う第２のレーザ駆動制御回路１３２と、を有する。これらの制御系には、図示しないが、レーザ照射光の出力（レーザの光強度）を調整制御するための各種制御回路が含まれている。
【００８４】
また、制御回路１００は、第１の受光部８４での受光結果に基づき、測定結果を算出するための第１の測定算出部１４０と、第２の受光部８８での受光結果に基づき、測定結果を算出するための第２の測定算出部１４２と、を含む。
【００８５】
さらに、制御回路１００は、ステージ駆動手段５０を制御するためのステージ制御回路１５０と、ローダ駆動装置６０を制御するローダ制御回路１５２と、上述の第１、第２のレーザ駆動制御回路１３０、１３２・第１、第２のレーザ出力制御回路１３４、１３６・第１、第２の測定算出部１４０、１４２・ステージ制御回路１５０・ローダ制御回路１５２を制御する機構制御回路１５４と、真空排気装置７０の真空排気を制御する真空排気制御回路１５６と、測定情報を入力するための測定情報入力部１５８と、入力された情報や他の複数の情報を記憶するための記憶手段であるメモリ１６０と、各種制御を行うための制御プログラムを記憶したプログラムメモリ１６２と、各種描画ラインの制御を行うための制御系３００と、これらの各部の制御を司る例えばＣＰＵなどにて形成された制御部１７０と、を含む。
【００８６】
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置９０において、ローダ４０によって搬送された基材２１がＸＹＺステージ３０上に載置されると、真空排気装置７０によって鏡筒１０１及び筐体２１０内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃１２１から電子ビームが照射される。
【００８７】
電子銃１２１から照射された電子ビームは、電子レンズ１６１を介して偏向器２００により偏向され、偏向された電子ビームＢ（以下、この電子レンズ１６１を通過後の偏向制御された電子ビームに関してのみ「電子ビームＢ」と符号を付与することがある）は、ＸＹＺステージ３０上の基材２１の表面、例えば曲面部（曲面）２ａ上の描画位置に対して照射されることで描画が行われる。
【００８８】
この際に、測定装置８０によって、基材２１上の描画位置（描画位置のうち少なくとも高さ位置）、もしくは後述するような基準点の位置が測定され、制御回路１００は、その測定結果に基づき、電子レンズ１６１のコイル１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃなどに流れる各電流値などを調整制御して、電子ビームＢの焦点深度の位置、すなわち焦点位置を制御し、その焦点位置が描画位置となるように移動制御される。
【００８９】
あるいは、測定結果に基づき、制御回路１００は、ステージ駆動手段５０を制御することにより、電子ビームＢの焦点位置が描画位置となるようにＸＹＺステージ３０を移動させる。
【００９０】
また、電子ビームの制御、ＸＹＺステージ３０の制御のいずれか一方の制御によって行っても、双方を利用して行ってもよい。
【００９１】
さらに、電子ビーム描画装置９０に測定装置８０を搭載する場合に、第２のレーザ光照射部８６と第２の受光部８８との離間距離を、載置台たるＸＹＺステージ３０のＸＹ平面方向（載置面方向）での移動ストローク以上にした状態で配設されている。このような構成とすることにより、筐体２１０の一部を穿設することにより、測定装置８０を搭載でき、特に、筐体２１０を大幅に改造することを要しない。
【００９２】
次に、電子ビーム描画装置９０における、描画を行う場合の原理の概要について、説明する。
【００９３】
先ず、基材２１は、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、例えば樹脂等による光学素子例えば光レンズ等にて形成されることが好ましく、断面略平板状の平坦部２ｂと、この平坦部２ｂより突出形成された曲面をなす曲面部２ａと、を含む。この曲面部２ａの曲面は、球面に限らず、非球面などの他のあらゆる高さ方向に変化を有する自由曲面であってよい。
【００９４】
このような基材２１において、予め基材２１をＸＹＺステージ３０上に載置する前に、基材２１上の複数例えば３個の基準点Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２を決定してこの位置を測定しておく（第１の測定）。これによって、例えば、基準点Ｐ００とＰ０１によりＸ軸、基準点Ｐ００とＰ０２によりＹ軸が定義され、３次元座標系における第１の基準座標系が算出される。ここで、第１の基準座標系における高さ位置をＨｏ（ｘ、ｙ）（第１の高さ位置）とする。これによって、基材２１の厚み分布の算出を行うことができる。
【００９５】
一方、基材２１をＸＹＺステージ３０上に載置した後も、同様の処理を行う。すなわち、図１５（Ａ）に示すように、基材２１上の複数例えば３個の基準点Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２を決定してこの位置を測定しておく（第２の測定）。これによって、例えば、基準点Ｐ１０とＰ１１によりＸ軸、基準点Ｐ１０とＰ１２によりＹ軸が定義され、３次元座標系における第２の基準座標系が算出される。
【００９６】
さらに、これらの基準点Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２により第１の基準座標系を第２の基準座標系に変換するための座標変換行列などを算出して、この座標変換行列を利用して、第２の基準座標系におけるＨｏ（ｘ、ｙ）に対応する高さ位置Ｈｐ（ｘ、ｙ）（第２の高さ位置）を算出して、この位置を最適フォーカス位置、すなわち描画位置として電子ビームの焦点位置が合わされるべき位置とすることとなる。これにより、上述の基材２１の厚み分布の補正を行うことができる。
【００９７】
なお、上述の第２の測定は、電子ビーム描画装置９０の測定装置８０を用いて測定することができる。そして、第１の測定は、予め別の場所において他の測定装置を用いて測定しておく必要がある。このような、基材２１をＸＹＺステージ３０上に載置する前に予め基準点を測定するための測定装置としては、上述の測定装置８０と全く同様の構成の測定装置（第２の測定手段）を採用することができる。
【００９８】
この場合、測定装置からの測定結果は、例えば図１２に示す測定情報入力部１５８にて入力されたり、制御回路１００と接続される不図示のネットワークを介してデータ転送されて、メモリ１６０などに格納されることとなる。もちろん、この測定装置が不要となる場合も考えられる。
【００９９】
上記のようにして、描画位置が算出されて、電子ビームの焦点位置が制御されて描画が行われることとなる。
【０１００】
具体的には、図１５（Ｃ）に示すように、電子ビームの焦点深度ＦＺ（ビームウエストＢＷ）の焦点位置を、３次元基準座標系における単位空間の１フィールド（ｍ＝１）内の描画位置に調整制御する（この制御は、上述したように、電子レンズ１６１による電流値の調整もしくはＸＹＺステージ３０の駆動制御のいずれか一方又は双方によって行われる。）。なお、本例においては、１フィールドの高さ分を焦点深度ＦＺより長くなるように、フィールドを設定してあるがこれに限定されるものではない。ここで、焦点深度ＦＺとは、図１６に示すように、電子レンズ１６１を介して照射される電子ビームＢにおいて、ビームウエストＢＷが有効な範囲の高さを示す。なお、電子ビームＢの場合、図１６に示すように、電子レンズ１６１の幅Ｄ、電子レンズ１６１よりビームウエスト（ビーム径の最も細い所）ＢＷまでの深さｆとすると、Ｄ／ｆは、０．０１程度であり、例えば５０ｎｍ程度の解像度を有し、焦点深度は例えば数十μ程度ある。
【０１０１】
そして、図１５（Ｃ）に示すように、例えば１フィールド内をＹ方向にシフトしつつ順次Ｘ方向に走査することにより、１フィールド内の描画が行われることとなる。さらに、１フィールド内において、描画されていない領域があれば、その領域についても、上述の焦点位置の制御を行いつつＺ方向に移動し、同様の走査による描画処理を行うこととなる。
【０１０２】
次に、１フィールド内の描画が行われた後、他のフィールド、例えばｍ＝２のフィールド、ｍ＝３のフィールドにおいても、上述同様に、測定や描画位置の算出を行いつつ描画処理がリアルタイムで行われることとなる。このようにして、描画されるべき描画領域について全ての描画が終了すると、基材２１の表面における描画処理が終了することとなる。
【０１０３】
なお、本例では、この描画領域を被描画層とし、この被描画層における曲面部２ａの表面の曲面に該当する部分を被描画面としている。
【０１０４】
さらに、上述のような各種演算処理、測定処理、制御処理などの処理を行う処理プログラムは、プログラムメモリ１６２に予め制御プログラムとして格納されることとなる。
【０１０５】
なお、電子ビーム描画装置９０のメモリ１６０には、不図示の形状記憶テーブルを有し、この形状記憶テーブルには、例えば基材２１の曲面部２ａに回折格子を傾けて各ピッチ毎に形成する際の走査位置に対するドーズ量分布を予め定義したドーズ分布の特性などに関するドーズ分布情報、その他の情報が格納されている。
【０１０６】
また、プログラムメモリ１６２には、これらの処理を行う処理プログラム、ドーズ分布情報などの情報をもとに、曲面部２ａ上の所定の傾斜角度におけるドーズ分布特性など演算により算出するためのドーズ分布演算プログラム、その他の処理プログラムなどを有している。
【０１０７】
このため、制御部１７０は、測定装置８０にて測定された描画位置に基づき、電子レンズの電流値を調整して電子ビームの焦点位置を描画位置に応じて可変制御するとともに、焦点位置における焦点深度内について、ドーズ分布の特性に基づいて、そのドーズ量を算出しつつ基材の描画を行うように制御する。
【０１０８】
あるいは、制御部１７０は、測定装置８０にて測定された描画位置に基づき、駆動手段によりＸＹＺステージ３０を昇降させて、電子銃１２１にて照射された電子ビームの焦点位置を描画位置に応じて可変制御するとともに、焦点位置における焦点深度内について、メモリ１６０のドーズ分布の特性に基づいて、そのドーズ量を算出しつつ基材の描画を行うように制御する。
【０１０９】
さらに、制御系３００は、例えば円描画時に正多角形（不定多角形を含む）に近似するのに必要な（円の半径に応じた）種々のデータ（例えば、ある一つの半径ｋｍｍの円について、その多角形による分割数ｎ、各辺の位置各点位置の座標情報並びにクロック数の倍数値、さらにはＺ方向の位置などの各円に応じた情報等）、さらには円描画に限らず種々の曲線を描画する際に直線近似するのに必要な種々のデータ、各種描画パターン（矩形、三角形、多角形、縦線、横線、斜線、円板、円周、三角周、円弧、扇形、楕円等）に関するデータを含む。
【０１１０】
そして、ある一の円について、正多角形に近似され、各辺が算出されると、ある一つの辺、奇数番目の辺が描画されると、次の辺、偶数番目の辺が描画され、さらに次ぎの辺、奇数番目の辺が描画される、という具合に交互に各辺が直線的に描画（走査）されることとなる。そして、ある一の円について描画が終了すると、他の次の円を描画するように促す処理を行なう。このようにして、各円について多角形で近似した描画を行うことができる。
【０１１１】
以上のような電子ビーム描画装置による電子ビーム描画法を用いることで、図１〜図３のような光学面が同心円形状ではなく縦断面形状が半径位置によって異なる複合機能光学素子を製造するための成形金型の母型を作製することができるのであるが、通常、射出成形用の成形金型を作製するには、ＳＰＤＴ加工に代表される、ワークを回転させバイトを移動させることで機械加工を行う方式で行われる。この場合、図１〜図３のように光学面が同心円状の加工形状でない場合、極めて制約が多くなる。また、特開２００１−３１１８１１公報に開示されたような、多軸間接機構を用いた加工法も考えられるが、この場合はＳＰＤＴ法などが適用出来ないので加工精度または加工安定性がどうしても劣化してしまう。更に、レーザビーム描画法も提案されているが、光の場合、解像力を高めようとすると原理的に焦点深度が少なくなり、結果的に機械加工法に対し、精度向上が望めない。これに対し、本実施の形態における電子ビーム描画法によれば、高解像度でかつ焦点深度が大きいため高精度の描画が可能であり、目的の３次元形状に対応させた加工を容易に行うことができ、上述の従来方法の制約が解消され、図１〜図５のような複合機能光学素子における各機能を得るための所望の形状を有する母型を高精度でかつ安定して容易に加工することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、光ディスクの記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に適用し複数機能を発揮できる光学素子、対物レンズ、及びカップリングレンズを提供できる。また、かかる光学素子、対物レンズ、及びカップリングレンズを容易にかつ高精度に製造できる製造方法を提供できる。また、かかる光学素子、対物レンズ、及びカップリングレンズの少なくとも１つを用いることで光学部品点数を少なくできる光ピックアップ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による複合機能を有するコリメータレンズを説明するための図であり、図１（ａ）は複合機能を有するコリメータレンズの円形光学面を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のコリメータレンズのＸ−Ｘ’方向における縦断面図、図１（ｃ）は同じくＹ−Ｙ’方向における縦断面図、図１（ｄ）は同じくＷ−Ｗ’方向における縦断面図である。
【図２】図１のコリメータレンズにおいて基準面上に形成した屈折部分の厚さの半径方向における変化を模式的に示す図である。
【図３】図１のコリメータレンズにおいて屈折部分の厚さの同心円上における変化を模式的に示す図である。
【図４】図１（ｂ）、（ｃ）に示す領域３，４のＸ−Ｘ’における屈折部分６及びＹ−Ｙ’における屈折部分７を通過した光の各焦点位置を示す光路図である。
【図５】図１における領域１，領域２及び領域３，４を通過した光の同一平面上における各焦点位置を示す光路図である。
【図６】本実施の形態による光ピックアップ装置の概略的構成を示す図である。
【図７】図６の光ピックアップ装置におけるトラッキング制御のときの主ビームと２本の副ビームの情報記録面上のピット列に対する各位置を示す図である。
【図８】図６の光ピックアップ装置におけるフォーカシング制御のための光検出器の分割検出面を示す平面図である。
【図９】本実施の形態による別の光ピックアップ装置の概略的構成を示す図である。
【図１０】図１〜図３に示すような複合機能を有するコリメータレンズを成形するための光学素子成形用金型を母型の形状から電鋳により転写し形成する工程を示すフローチャートである。
【図１１】図１０のレジスト現像工程の前後における基材上のレジスト膜の断面形状を示す図であり、図１１（ａ）は基材上に形成したレジスト膜を示し、図１１（ｂ）〜（ｄ）は現像後のレジスト膜を示し、図１（ｂ）〜（ｄ）とそれぞれ対応する図である。
【図１２】図１０の電子ビーム描法を実行可能な電子ビーム描画装置の全体の概略構成を示す説明図である。
【図１３】図１２の電子ビーム描画装置に含まれる測定装置の概略構成を示す説明図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、図１３の測定装置による基材の面高さの測定について説明するための説明図である。
【図１５】図１５（Ａ）（Ｂ）は、図１２の電子ビーム描画装置にて描画される基材を示す説明図であり、同図（Ｃ）は、描画原理を説明するための説明図である。
【図１６】図１２の電子ビーム描画装置におけるビームウエストを説明するための説明図である。
【図１７】図１２，図１３の測定装置の信号出力と基材の高さとの関係を示す特性図である。
【図１８】従来の光ピックアップ装置の概略的構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２　　　　　　　　　分割領域
３，４　　　　　　　　　分割領域
５　　　　　　　　　　　基準面
６，７　　　　　　　　　屈折部
８ａ，８ｂ　　　　　　　屈折部
１１　　　　　　　　　　光源
１３　　　　　　　　　　複合機能を有するコリメータレンズ
１５　　　　　　　　　　対物レンズ
１６　　　　　　　　　　２軸アクチュエータ
１７　　　　　　　　　　光検出器
１７ａ　　　　　　　　　光検出面
１８　　　　　　　　　　複合機能光学素子
９ａ〜９ｄ　　　　　　　分割検出面
１０　　　　　　　　　　光ディスク
１０ａ　　　　　　　　　情報記録面
１０ｂ　　　　　　　　　ピット列
１０ｃ　　　　　　　　　ピット
１０ｄ　　　　　　　　　主ビームによるスポット
１０ｅ，１０ｆ　　　　　副ビームによるスポット
１０ｇ，１０ｈ　　　　　ランド
２１　　　　　　　　　　基材
２ａ　　　　　　　　　　曲面部
２３　　　　　　　　　　レジスト膜
９０　　　　　　　　　　電子ビーム描画装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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