(57)【要約】【課題】回折格子に樹脂層の形成された光学素子において良好な特性を得る。【解決手段】光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の樹脂層と、前記第１の樹脂層の上に形成された第２の樹脂層と、を有し、前記第１の樹脂層には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする光学素子を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する光学部材と、
前記光学部材の表面に形成された第１の樹脂層と、
前記第１の樹脂層の上に形成された第２の樹脂層と、を有し、
前記第１の樹脂層には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、
前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
光を透過する光学部材と、
前記光学部材の表面に形成された第１の樹脂層と、
前記第１の樹脂層の上に形成された第２の樹脂層と、を有し、
前記第１の樹脂層の所定の領域には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、
前記回折格子の形成されていない領域の第１の樹脂層の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
前記回折格子は、前記第１の樹脂層の所定の領域に形成されており、
前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
光を透過する光学部材と、
前記光学部材の表面に形成された樹脂層と、を有し、
前記光学部材の表面には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、
前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
光を透過する光学部材と、
前記光学部材の表面に形成された樹脂層と、を有し、
前記光学部材の表面の所定の領域には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、
前記回折格子の形成されていない領域の前記光学部材の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
前記回折格子は、前記光学部材の表面の所定の領域に形成されており、
前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記回折格子の中心部の高さｄ４は、前記回折格子の前記底部から前記高部までの高さをｄ３とした場合に、高さｄ３の４０％以上、８０％以下であることを特徴とする請求項１、３、４、６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
前記回折格子の形成されていない領域の前記第１の樹脂層または前記光学部材の高さｄ１は、前記回折格子の前記底部から前記高部までの高さをｄ３とした場合に、高さｄ３の３０％以上、７０％以下であることを特徴とする請求項２、３、５、６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項９】
前記樹脂層または前記第２の樹脂層は、紫外線硬化樹脂、または、熱硬化樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１０】
前記樹脂層または前記第２の樹脂層は、金型により前記樹脂層または前記第２の樹脂層を形成する樹脂材料を固定した後、硬化させることにより形成されるものであることを特徴とする請求項９に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記光学部材は、曲面形状を有し光学的に作用する単レンズであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１２】
前記光学部材は、光を透過するガラス基板または樹脂基板であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１３】
４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光を出射する光源と、
前記光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる請求項１から１１のいずれかに記載の光学素子と、
前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、を有する光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び光ヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクとして、Ｂｌｕ−ｒａｙ（商品名、以下、ＢＤ）、ＤＶＤ、ＣＤが幅広く普及している。これらＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤは、記録及び再生等に用いられる光の波長等が異なっている。具体的には、ＢＤは、基板の厚さ（カバー層の厚さ）が０．１ｍｍの情報記録媒体に、波長４０５ｎｍの光源から出射された光をＮＡ（開口数）が０．８５の対物レンズにより集光させることにより情報の記録及び再生を行う。ＤＶＤは、基板の厚さ（カバー層の厚さ）が０．６ｍｍの情報記録媒体に、波長６６０ｎｍの光源から出射された光をＮＡが０．６５の対物レンズにより集光させることにより情報の記録及び再生を行う。ＣＤは、基板の厚さ（カバー層の厚さ）が１．２ｍｍの情報記録媒体に、波長７８５ｎｍの光源から出射された光をＮＡが、０．４５の対物レンズにより集光し、情報の記録及び再生を行う。
【０００３】
上述したＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤにおける光ディスクにおいて、１つの対物レンズにより各々の光ディスクに使用する波長の光を集光することを考えた場合、各々の光ディスクのカバー層の厚さの違いに起因する球面収差を補正し、各光ディスクへの良好な集光特性が得られることが必要となる。また、各々の光の光軸方向に平行に移動する対物レンズが、光ディスクの表面と接触することを防ぐため、対物レンズと光ディスクとの間に一定の距離を確保しつつ、各光ディスクへの良好な集光特性が得られるようにする必要がある。
【０００４】
このような問題に対応するため、特許文献１及び２に示されるように、レンズ形状の部材のレンズ面表面に回折格子を形成することにより、複数の波長の光に対し異なる回折作用を生じさせる複合光学素子が開示されている。また、１つの光学素子を用いて３つの異なる規格の光ディスクにおける情報の記録及び再生を行う光ピックアップ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５２７８７号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１４５１２０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１及び２に記載されている複合光学素子を作製する際、ガラス等のレンズ形状の部材の表面に、樹脂材料等からなる第１の樹脂層を形成し、更に、第１の樹脂層の上に樹脂材料等からなる第２の樹脂層を形成する。第１の樹脂層及び第２の樹脂層は紫外線硬化材料又は熱硬化材料により形成されており、第１の樹脂層の表面の所定の領域には回折格子が形成されている。
【０００７】
回折格子は第１の樹脂層の表面に形成されているが、第１の樹脂層上に第２の樹脂層を形成する際、第１の樹脂層の表面形状に依存して第２の樹脂層の表面に凹凸が生じてしまう。このように第２の樹脂層の表面に凹凸が生じると、所望の光学的特性を得ることができない。
【０００８】
本発明は、上記点を鑑みてなされたものであり、表面に回折格子を有するものの上に樹脂層が形成された光学素子において、樹脂層の表面を滑らかな形状で形成することができ、良好な特性の光学素子を提供することを目的とし、更には、この光学素子を用いることにより良好な特性の光ヘッド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】
【０００９】
本発明は、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の樹脂層と、前記第１の樹脂層の上に形成された第２の樹脂層と、を有し、前記第１の樹脂層には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の樹脂層と、前記第１の樹脂層の上に形成された第２の樹脂層と、を有し、前記第１の樹脂層の所定の領域には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、前記回折格子の形成されていない領域の第１の樹脂層の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記回折格子は、前記第１の樹脂層の所定の領域に形成されており、前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された樹脂層と、を有し、前記光学部材の表面には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された樹脂層と、を有し、前記光学部材の表面の所定の領域には、フレネルレンズ形状となる回折格子が形成されており、前記回折格子の形成されていない領域の前記光学部材の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記回折格子は、前記光学部材の表面の所定の領域に形成されており、前記回折格子の中心部の高さは、前記回折格子の高部よりも低く、底部よりも高く形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記回折格子の中心部の高さｄ４は、前記回折格子の前記底部から前記高部までの高さをｄ３とした場合に、高さｄ３の４０％以上、８０％以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記回折格子の形成されていない領域の前記第１の樹脂層または前記光学部材の高さｄ１は、前記回折格子の前記底部から前記高部までの高さをｄ３とした場合に、高さｄ３の３０％以上、７０％以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記樹脂層または前記第２の樹脂層は、紫外線硬化樹脂、または、熱硬化樹脂により形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記樹脂層または前記第２の樹脂層は、金型により前記樹脂層または前記第２の樹脂層を形成する樹脂材料を固定した後、硬化させることにより形成されるものであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記光学部材は、曲面形状を有し光学的に作用する単レンズであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記光学部材は、光を透過するガラス基板または樹脂基板であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光を出射する光源と、前記光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる前記記載の光学素子と、前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、を有する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、回折格子上に形成された樹脂層の表面を滑らかな形状で形成することができ、良好な光学的特性が得られる光学素子を提供できる。また、この光学素子を用いることにより、特性の良好な光ヘッド装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】形成しようとする光学素子の説明図
【図２】実際に形成される光学素子の説明図
【図３】光学素子の表面形状の説明図
【図４】第１の実施の形態における光学素子の説明図
【図５】第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（１）
【図６】第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（２）
【図７】光学素子の周辺領域の高さの説明図
【図８】第１の樹脂層の高さと第２の樹脂層の高さの相関図
【図９】第１の実施の形態における中心部の高さを低くした光学素子の説明図
【図１０】中心部の高さを低くした光学素子の第１の樹脂層の表面の説明図
【図１１】中心部の高さを低くした光学素子の第２の樹脂層の表面の説明図
【図１２】図９に示す光学素子における第２の樹脂層の表面の形状図
【図１３】第１の実施の形態における中心部を凹とした光学素子の説明図
【図１４】図１３に示す光学素子における第２の樹脂層の表面の形状図
【図１５】第１の樹脂層の中心部の高さの比率（ｄ４／ｄ３）と発生収差との相関図
【図１６】第１の実施の形態における中心部の高さを低くした別の光学素子の説明図
【図１７】第１の実施の形態における光学素子の構造図
【図１８】第１の実施の形態における光学素子の中心部分の拡大図
【図１９】第１の実施の形態における光学素子の周辺部分の拡大図
【図２０】第１の実施の形態における他の光学素子の構造図
【図２１】第２の実施の形態における光ヘッド装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
最初に、回折格子が形成されているものの上に、更に樹脂層を形成した場合、樹脂層の表面に凹凸が発生することについて、図１及び図２に基づき説明する。図１に示すようなガラス等のレンズ形状の光学部材１０の上に、表面に所定の形状のフレネルレンズ形状となるブレーズ状の回折格子を有する第１の樹脂層２０を形成し、更に、第１の樹脂層２０上に第２の樹脂層３０を形成した光学素子を実際に作製した場合、図２に示すように第２の樹脂層３０の表面には凹凸が発生する。即ち、図１に示すような所望の表面形状とは異なり、図２に示すように第２の樹脂層３０の表面には凹凸が形成される。このような第２の樹脂層３０の表面に凹凸が形成されてしまうと、所望の光学的な特性を得ることができない。
【００２６】
図３は、図２に示す第２の樹脂層３０の表面における凹凸の状態を示すものであり、第２の樹脂層３０の理想の表面形状に対する実際の表面形状のズレ量を示すものである。図３においては、理想の形状と一致するラインを３Ａに示し、半径方向において理想の表面形状に対する高さのズレ量を３Ｂに示す。図２に示すように、第１の樹脂層２０の表面には、中心から半径１．２ｍｍまでの領域には回折格子が形成されており（この領域を回折格子が形成される領域２１とする）、半径が１．２ｍｍから１．５ｍｍまでの周辺となる周辺領域２２では回折格子は形成されておらず滑らかな形状となっている。第２の樹脂層３０の表面に発生する凹凸は、中心部分において生じる凸部３１と、回折格子と回折格子の形成されていない周辺となる領域との境界部分に生じる凸部３２が特に高く、このような高い凸部３１及び３２が発生すると、光学的特性が変化し所望の特性を得ることができない。
【００２７】
このように、第２の樹脂層３０の表面に発生する凸部３１及び３２の高さが高くなる理由としては、樹脂材料を硬化させる際の収縮が原因であるものと考えられる。即ち、第２の樹脂層３０を形成するために用いた樹脂材料は、紫外線照射により硬化する材料であり、硬化する際に所定の収縮率で収縮する。
【００２８】
このため、第１の樹脂層２０の表面における回折格子の中心部分のように格子高さの高い部分が広い領域に形成されている場合、第１の樹脂層２０上の硬化させる前の樹脂材料の表面の高さが均一であっても、回折格子の中心部分では他の回折格子の形成されている領域よりも樹脂材料は薄くなる。よって、同じ収縮率で樹脂材料が収縮した場合、厚さの薄い部分は収縮量が小さく、厚さの厚い部分は収縮量が大きい。従って、第１の樹脂層２０の表面に形成される回折格子において、比較的面積が広く高さの高い中心部分では、樹脂材料の収縮量が少なく、第２の樹脂層３０の表面に凸部３１が発生するものと考えられる。
【００２９】
また、第１の樹脂層２０において、回折格子が形成されない周辺領域２２の高さが、回折格子の高さの高い端部、即ち高部と同じ高さである場合、第１の樹脂層２０上において、硬化させる前の樹脂材料の表面の高さが均一であっても、樹脂材料は周辺領域２２よりも回折格子の形成される領域２１に多く入り込む。即ち、第２の樹脂層３０を形成する樹脂材料は、周辺領域２２上では薄く、回折格子の形成される領域２１上では厚くなる。よって、同じ収縮率で樹脂材料が収縮した場合、回折格子の形成される領域２１の収縮量は、回折格子の形成されない周辺領域２２よりも大きいため、回折格子が形成される領域２１と回折格子の形成されない周辺領域２２との間の第２の樹脂層３０の表面には凸部３２が発生するものと考えられる。
【００３０】
以上のように、第２の樹脂層３０の表面に生じる凸部３１及び３２は、第１の樹脂層２０における回折格子の形状に起因して生じるものと考えられる。
【００３１】
（光学素子）
次に、本実施の形態における光学素子について説明する。本実施の形態における光学素子では、図４に示すように、第１の樹脂層２０の表面に形成される回折格子１２０の中心部１２５の高さは、回折格子１２０の高部１２３と底部１２４との高さの平均と、同じか或いは、これに近い値となるように形成されている。また、第１の樹脂層２０の回折格子１２０の形成されない周辺領域１２７における高さは、回折格子１２０の高部１２３と底部１２４の高さの平均と、同じか或いは、これに近い値となるように形成されている。
【００３２】
尚、本実施の形態における光学素子では、第１の樹脂層２０の表面に形成される回折格子１２０は、フレネルレンズ形状となるブレーズ状のものであって輪体状に形成されている。また、回折格子１２０の高部１２３と底部１２４との高さの平均を回折格子１２０の平均高さと記載する場合がある。また、回折格子１２０の高部１２３とは、第１の樹脂層２０の表面に形成される回折格子１２０において、光学部材１０の表面から離れた端部、又は、これらの端部を結ぶ線を意味するものであり、回折格子１２０の底部１２４とは、第１の樹脂層２０の表面に形成される回折格子１２０において、光学部材１０の表面に近い端部、又は、これらの端部を結ぶ線を意味するものである。
【００３３】
また、本実施の形態における光学素子では、特に、説明のない限り光学部材１０はガラスまたはプラスチック等で形成されており、第１の樹脂層２０及び第２の樹脂層３０は、紫外線硬化材料、又は、熱硬化材料により形成されている。尚、本実施の形態における光学素子では、第２の樹脂層３０には硬化による収縮率が高さ方向に３．５％の紫外線硬化樹脂を用いている。また、本実施の形態における光学素子においては、光学部材１０、第１の樹脂層２０、第２の樹脂層３０の各々の波長における屈折率は、表１に示されるものを用いている。
【００３４】
【表１】
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次に、図５及び図６に基づき、本実施の形態における光学素子の作製方法について説明する。本実施の形態における光学素子は、最初に、光学部材１０をレンズ形状等の所定の形状に形成する。その後、図５（ａ）に示すように、第１の樹脂層２０を形成するための金型１５１の表面に、第１の樹脂層２０となる紫外線硬化樹脂からなる樹脂材料１５２を滴下する。次に、図５（ｂ）に示すように、金型１５１に滴下された樹脂材料１５２上に光学部材１０をのせる。次に、図５（ｃ）に示すように、石英型１５３と金型１５１により光学部材１０をプレスして、紫外線１５４を照射し樹脂材料１５２を硬化させ第１の樹脂層２０を形成する。この後、図５（ｄ）に示すように、石英型１５３及び金型１５１から外すことにより、光学部材１０の表面に第１の樹脂材料２０が形成されたものが作製される。
【００３５】
次に、図６（ａ）に示すように、第２の樹脂層３０を形成するための金型１５５の表面に、第２の樹脂層３０となる紫外線硬化樹脂からなる樹脂材料１５６を滴下する。次に、図６（ｂ）に示すように、金型１５５に滴下された樹脂材料１５６上に第１の樹脂層２０が形成されている光学部材１０を第１の樹脂層２０が樹脂材料１５６側となるようにのせる。次に、図６（ｃ）に示すように、石英型１５７と金型１５５により光学部材１０をプレスして、紫外線１５８を照射し樹脂材料１５６を硬化させ第２の樹脂層３０を形成する。この後、図６（ｄ）に示すように、石英型１５７及び金型１５５から外すことにより、本実施の形態における光学素子が作製される。
【００３６】
（周辺部の高さ）
次に、第１の樹脂層２０の回折格子の平均高さに対し周辺部の高さを変えた場合における第２の樹脂層３０の表面状態について説明する。尚、説明等の便宜上、光学部材１０として平板状のガラス基板２１０を用いた場合について説明するが、ガラス基板２１０以外の樹脂基板等であっても、光を透過する材料であれば同様である。
【００３７】
図７には、ガラス基板２１０上に、第１の樹脂層２２０及び第２の樹脂層２３０が形成されており、第１の樹脂層２２０の表面の所定の領域には回折格子２２１が形成されている光学素子が各々示されている。これらの光学素子は、回折格子２２１が形成されていない周辺領域２２７の高さを変えて第１の樹脂層２２０が形成されており、第１の樹脂層２２０上に形成される第２の樹脂層２３０の表面状態が示される。尚、図７においては、回折格子２２１の高部２２３と底部２２４との平均の高さの位置を破線７Ａで示し、破線７Ａで示される回折格子２２１の平均高さに対する第１の樹脂層２２０の周辺領域２２７の高さをｄ１とする。また、第２の樹脂層２３０の表面において対応する部分の高さをｄ２とする。尚、各樹脂層は図５、図６と同じ手順で硬化させている。
【００３８】
図７（ａ）は、第１の樹脂層２２０の表面において、周辺領域２２７の高さｄ１が−１２．２μｍとなるように、即ち、周辺領域２２７の高さが回折格子２２１の底部２２３と同じ高さとなるように形成したものであり、この場合では第２の樹脂層２３０の表面における高さｄ２は−０．４５μｍとなる。
【００３９】
また、図７（ｂ）は、第１の樹脂層２２０の表面において、周辺領域２２７の高さｄ１が５．０μｍとなるように形成したものであり、この場合では第２の樹脂層２３０の表面における高さｄ２は０．１５μｍとなる。
【００４０】
また、図７（ｃ）は、第１の樹脂層２２０の表面において、周辺領域２２７の高さｄ１が０．７μｍとなるように形成したものであり、この場合では第２の樹脂層２３０の表面における高さｄ２は０．０４μｍとなる。尚、図７（ｃ）は、高さｄ１及びｄ２は小さいため、図面においては記載が省略されている。
【００４１】
図８は、高さｄ１と高さｄ２との関係を示すものである。図７（ａ）における関係を点８Ａに、図７（ｂ）における関係を点８Ｂに、図７（ｃ）における関係を点８Ｃに示す。第２の樹脂層２３０を形成する樹脂材料は、前述のとおり硬化させた場合の収縮率が３．５％であり、高さ方向に収縮するものとして、対応する高さｄ１と高さｄ２の関係を破線８Ｄにより示すと、点８Ａ、点８Ｂ、点８Ｃは、破線８Ｄに近い位置に存在している。
【００４２】
このことから、第２の樹脂層２３０の表面に発生する凹凸は、第２の樹脂層２３０を形成する際の樹脂材料の硬化による収縮に起因して生じることが確認される。従って、第１の樹脂層２２０において形成される周辺領域２２７の高さを、回折格子２２１における平均高さと同じか或いは、これに近い値とすることにより、第２の樹脂層２３０における表面の凹凸をなくすこと又は、小さくすることが可能である。即ち、第１の樹脂層２２０において回折格子２２１が形成されていない周辺領域２２７における高さを回折格子２２１の高部２２３から底部２２４までの高さの範囲で形成することにより、第２の樹脂層２３０における表面の凹凸を小さくすることが可能であり、周辺領域２２７における高さを回折格子２２１における高部２２３と底部２２４の平均の高さに近づけることにより、第２の樹脂層２３０における表面の凹凸を殆どなくすことが可能である。尚、高さｄ１は、後述する理由により、高部２２３と底部２２４の平均の高さを中心として、回折格子２２１の高部２２３と底部２２４との高さの±２０％範囲で形成されていることが、より好ましい。
【００４３】
このことは、ガラス基板２１０をレンズ形状の光学部材１０に代えた場合においても同様であると考えられる。尚、上記説明においては、第１の樹脂層２２０は第１の樹脂層２０に、第２の樹脂層２３０は第２の樹脂層３０に相当する。
【００４４】
（中心部の高さ）
次に、第１の樹脂層２２０における回折格子２２１の中心部の高さを変えた場合の第２の樹脂層２３０の表面状態について説明する。具体的には、図９に示すように、第１の樹脂層２２０における回折格子２２１の底部２２４から高部２２３までの高さをｄ３とし、回折格子２２１の中心部２２５の高さ、即ち、回折格子２２１の底部２２４を結ぶ線から中心部分２２５の最も高いところの高さをｄ４とする。尚、高さｄ３を回折格子２２１の高さ等と記載する場合があり、高さｄ４を回折格子２２１の中心部２２５の高さ等と記載する場合がある。
【００４５】
図１０は、中心部２２５の高さｄ４を変えた場合における第１の樹脂層２２０の表面形状を示す。図１０に示すように、同一のレンズ面となる曲線の切断位置を変えることにより、中心部２２５の高さｄ４を変える場合では、中心部分２２５が形成される範囲の面積も変化する。即ち、中心部２２５の高さｄ４を低くすることにより、中心部分２２５が形成される領域の面積は狭くなる。また、このように曲線の切断位置を変えることにより、中心部２２５の高さｄ４を低くする場合には、曲線形状を変化させることなく中心部２２５の高さを変化させることができるため、回折効率をロスすることなく所望の光学特性を得ることができる。尚、図１０及び図１１においては、高さｄ４は高さｄ３に対する比率、即ち、ｄ４／ｄ３により表わされている。
【００４６】
図１１は、図１０に示されるように第１の樹脂層２２０が各々の形状で形成されているものについて、第２の樹脂層２３０を形成した場合における第２の樹脂層２２０の表面形状を示す。図に示されるように、中心部２２５の高さｄ４を低くするに伴い、第２の樹脂層２３０の表面における中心部分の高さは徐々に低くなり、中心部２２５の高さｄ４が６０％の場合に、第２の樹脂層２３０の中心部分における高さは０に近い値となる。
【００４７】
例えば、図９に示す光学素子において、中心部２２５の高さｄ４が回折格子２２１の高さｄ３の半分となるように形成した場合（中心部２２５の高さｄ４が５０％の場合、即ち、ｄ４／ｄ３が５０％の場合）には、図１２に示すように、第２の樹脂層２３０の中心部分の表面における凹凸の高さは０．１μｍ以下となり、目立った凹凸は形成されない。このように、高さｄ４を回折格子２２１の高部２２３よりも低く、底部２２４よりも高く形成することにより、第２の樹脂層２３０の中心部に形成される凹凸を小さくすることができ、滑らかな表面形状で形成することができる。
【００４８】
ところで、図１３に示すように、第１の樹脂層２２０の中心部２２５ａが凹形状となるように形成した構造の光学素子において、中心部２２５ａの最も低い位置の高さが回折格子２２１の底部２２４の高さと等しい場合には、図１４に示すように、第２の樹脂層２３０の中心部分の表面には、約０．４μｍの凹部が形成される。このことから、中心部２２５ａの形状を反転させ中心部２２５を凸形状となるように形成した場合には、第２の樹脂層２３０の中心部分の表面には、この凹部を反転させた形状に近似した凸部が形成されるものと推察される。このように中心部２２５の高さが、底部２２４の高さと同じである場合や、高部２２３の高さと同じである場合には、第２の樹脂層２３０の中心部分の表面には、大きな凹部や凸部が形成されるものと考えられる。尚、図１１は、シミュレーションの結果であり、図１２及び図１４は、実測した結果である。
【００４９】
また、図１５は、回折格子２２１の高さｄ３に対する中心部分２２５の高さｄ４と発生する収差との関係を計算した結果である。この結果に基づくならば、発生収差を２０ｍλ以下にしようとした場合、高さｄ４に対する高さｄ３の比率、即ち、ｄ４／ｄ３が４０％以上、８０％以下の範囲となるように形成することが好ましい。この範囲は、ｄ４／ｄ３の値が、６０％を中心として±２０％の範囲にある。この±２０％となる範囲の幅については、高さｄ１の範囲の場合についても同様に適用されるものと考えられる。尚、図１５に基づくならば、より好ましくは、発生収差は、１０ｍλ以下が好ましく、ｄ４／ｄ３を５５％以上、７５％以下の範囲となるように形成することが好ましい。
【００５０】
上記説明では、第１の樹脂層２２０のおける中心領域２２５の高さｄ４を低くすると、中心部分２２５となる範囲の面積が狭くなる場合について説明したが、図１６に示すように、中心領域２２５の高さｄ４を低くしても中心部分２２５となる範囲の面積が変化しない場合についても同様であると考えられる。
【００５１】
以上より、本実施の形態における光学素子では、表面の所定の領域に回折格子が形成されている第１の樹脂層２２０の上に第２の樹脂層２３０を形成しても、第２の樹脂層２３０の表面に凹凸が発生することなく、表面を滑らかな形状で形成することができる。このように第２の樹脂層２３０の表面を滑らかな形状で形成することにより、所望の良好な光学特性を得ることができる。
【００５２】
図１７は、レンズ形状の光学部材１０を用いた本実施の形態における光学素子をより詳細に示すものである。光学部材１０としては、球面レンズ、非球面レンズ等の形状が挙げられる。本実施の形態における光学素子は、前述したように、レンズ形状の光学部材１０の表面に第１の樹脂層２０及び第２の樹脂層３０が形成されているものであり、第１の樹脂層２０の表面には、フレネルレンズ形状となるブレーズ状の回折格子１２０が形成されている。回折格子１２０は、図１８に示すように、回折格子１２０の高さｄ３は２５μｍとなるように形成されており、回折格子１２０の中心部１２５における高さｄ４は１６μｍとなるように形成されており、ｄ４／ｄ３は６４％となるように形成されている。また、第１の樹脂層２０において回折格子１２０と回折格子１２０が形成されない周辺領域１２７との間では、図１９に示すように、回折格子１２０の高部１２３と底部１２４との高さの平均と同じ高さとなるように第１の樹脂層２０の周辺領域１２７が形成されている。尚、図１８は、図１７において一点鎖線１７Ａにより囲まれた領域の拡大図であり、図１９は、図１７において一点鎖線１７Ｂにより囲まれた領域の拡大図である。
【００５３】
本実施の形態では、第１の樹脂層３０等の表面にブレーズ形状の回折格子を形成した場合について説明したが、ブレーズ形状を複数の段数を有する階段状で形成した回折格子についても同様に適用することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、レンズ等の光学部材１０に表面に回折格子の形成された第１の樹脂層２０が形成されている場合について説明したが、表面に回折格子が形成された光学部材において、回折格子の形成されている面上に、第２の樹脂層３０に相当する樹脂層を形成した光学素子についても同様に適用することができる。
【００５５】
例えば、図２０に示すように、ガラスまたは樹脂材料の表面に回折格子が形成された光学部材２６０の回折格子が形成されている面に第２の樹脂層３０と同様の樹脂層２７０を形成したものであってもよい。
【００５６】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光学素子を有する光ヘッド装置である。
【００５７】
図２１に基づき本実施の形態における光ヘッド装置について説明する。本実施の形態における光ヘッド装置は、光ディスク３１０の記録及び再生を行うための光ヘッド装置であり、３種類の異なる波長の光に対応したものである。具体的には、光ディスク３１０として、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の光ディスクに対応するものであり、それぞれ、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光に対応したものである。
【００５８】
本実施の形態における光ヘッド装置は、４０５ｎｍ波長帯である波長λ１の光を発する第１のレーザ光源３１１、６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光を発する第２のレーザ光源３１２、７８５ｎｍ波長帯である波長λ３の光を発する第３のレーザ光源３１３、第１のビームスプリッタ３１４、第２のビームスプリッタ３１５、第３のビームスプリッタ３１６、コリメータレンズ３１７、光学素子３１８、第４のビームスプリッタ３１９、第５のビームスプリッタ３２０、第１のフォトディテクタ３２１、第２のフォトディテクタ３２２、第３のフォトディテクタ３２３、１／４波長板３３０を有している。尚、これらのビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズムなどが用いられる。
【００５９】
光学素子３１８は、対物レンズ機能を有する第１の実施の形態における光学素子が用いられる。また、コリメータレンズ３１７は、光軸に平行に移動することにより光学素子３１８に入射する各々の波長の光の発散角を調節することができるものが備えられてもよい。コリメータレンズ３１７の移動には不図示のステッピングモーター等が用いられる。具体的には、各々の光源からの位置とコリメータレンズ３１７までの物体側主点の距離をｓ１とし、コリメータレンズ３１７の像側主点とコリメータレンズ３１７の像側主点とコリメータレンズ３１７による結像位置の距離をｓ２とし、コリメータレンズ３１７の焦点距離をｆとした場合に、数１に記載された式が成立する。数１における式において、ｓ２の値によってコリメータレンズ３１７に入射する光の発散角が定まるため、所望の発散角となるように、ｓ１の値、ｆの値を定めることができる。
【００６０】
【数１】
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本実施の形態において、第１のレーザ光源３１１より発せられた波長λ１の光は、第１のビームスプリッタ３１４、第２のビームスプリッタ３１５及び第３のビームスプリッタ３１６を直進し、コリメータレンズ３１７を介し、対物レンズである光学素子３１８により集光され、光ディスク３１０の情報記録面に照射される。この際、再生される光ディスク３１０は、波長λ１の光に対応した第１の光ディスクであるＢＤである。この後、光ディスク３１０の情報記録面において反射された光は、光学素子３１８及びコリメータレンズ３１７を透過した後、第３のビームスプリッタ３１６により偏向され、更に、第４のビームスプリッタ３１９及び第５のビームスプリッタ３２０を直進した後、第１のフォトディテクタ３２１に入射し、光ディスク３１０の情報記録面に記録された信号が電気信号に変換され検出される。尚、コリメータレンズ３１７と光学素子３１８との間の光路中には、光の波長に対して１／４となる位相差を与える１／４波長板３３０が備えられている。更に光路中に光学素子３１８に入射する各波長の光の開口数を制御する不図示の開口制限素子が備えられていてもよい。
【００６１】
また、第２のレーザ光源３１２より発せられた波長λ２の光は、第１のビームスプリッタ３１４において偏向された後、第２のビームスプリッタ３１５及び第３のビームスプリッタ３１６を直進し、コリメータレンズ３１７を介し、対物レンズである光学素子３１８により集光され、光ディスク３１０の情報記録面に照射される。この際、再生される光ディスク３１０は、波長λ２の光に対応した第２の光ディスクであるＤＶＤである。この後、光ディスク３１０の情報記録面において反射された光は、光学素子３１８及びコリメータレンズ３１７を透過した後、第３のビームスプリッタ３１６により偏向され、更に、第４のビームスプリッタ３１９を直進した後、第５のビームスプリッタ３２０により偏向されて、第２のフォトディテクタ３２２に入射し、光ディスク３１０の情報記録面に記録された信号が電気信号に変換され検出される。
【００６２】
また、第３のレーザ光源３１３より発せられた波長λ３の光は、第２のビームスプリッタ３１５において偏向された後、第３のビームスプリッタ３１６を直進し、コリメータレンズ３１７を介し、対物レンズである光学素子３１８により集光され、光ディスク３１０の情報記録面に照射される。この際、再生される光ディスク３１０は、波長λ３の光に対応した第３の光ディスクであるＣＤである。この後、光ディスク３１０の情報記録面において反射された光は、光学素子３１８及びコリメータレンズ３１７を透過した後、第３のビームスプリッタ３１６により偏向され、更に、第４のビームスプリッタ３１９により偏向されて、第３のフォトディテクタ３２３に入射し、光ディスク３１０の情報記録面に記録された信号が電気信号に変換され検出される。
【００６３】
以上より、本実施の形態は、３つの異なる波長のレーザ光源、即ち、波長λ１の光を発する第１のレーザ光源３１１、波長λ２の光を発する第２のレーザ光源３１２、波長λ３の光を発する第３のレーザ光源３１３を有し、各々の光源から発射する光に対応した光ディスクの情報記録面に記録されている情報を検出することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０        光学部材
２０        第１の樹脂層
３０        第２の樹脂層
３１        凸部
３２        凸部
１２０      回折格子
１２３      高部（回折格子）
１２４      底部（回折格子）
１２５      中心部
１２７      周辺領域
２１０      透明基板
２２０      第１の樹脂層
２２１      回折格子
２２３      高部（回折格子）
２２４      底部（回折格子）
２２５      中心部
２２７      周辺領域
２３０      第２の樹脂層
３１０      光ディスク
３１１      第１のレーザ光源
３１２      第２のレーザ光源
３１３      第３のレーザ光源
３１４      第１のビームスプリッタ
３１５      第２のビームスプリッタ
３１６      第３のビームスプリッタ
３１７      コリメータレンズ
３１８      光学素子（対物レンズ）
３１９      第４のビームスプリッタ
３２０      第５のビームスプリッタ
３２１      第１のフォトディテクタ
３２２      第２のフォトディテクタ
３２３      第３のフォトディテクタ
３３０      １／４波長板
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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