光学素子及び光ヘッド装置
【課題】レンズシフトによる収差の影響が小さく、小型で、安価で、信頼性の高い光学素子を提供する。
【解決手段】光を透過する基板と、前記基板の表面に形成された凹凸部と、を有する光学素子において、前記光学素子における波面収差をフリンジゼルニケ多項式で展開した場合におけるフリンジゼルニケ多項式の第８の項の係数をｑとし、第１１の項の係数をｐとした場合に、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１となるものであ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。
【解決手段】光を透過する基板と、前記基板の表面に形成された凹凸部と、を有する光学素子において、前記光学素子における波面収差をフリンジゼルニケ多項式で展開した場合におけるフリンジゼルニケ多項式の第８の項の係数をｑとし、第１１の項の係数をｐとした場合に、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１となるものであ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。
【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。
【背景技術】
【０００２】
光ヘッド装置では、光ディスクの記録再生を行なうために、各波長の光を回折限界近くまで絞って集光している。回折限界に近い集光スポットを得るためには、光学系の収差を小さな値とすることが求められる。このため、光ヘッド装置に用いられる各光学部品においては、収差に対して高い精度が求められるとともに、各光学部品が配置される位置や組立工程においても高い精度が求められている。
【０００３】
光ディスクの収差には、光学部品の精度や組立の際における配置される位置の誤差に起因した光学系の光軸のずれや、光ディスクに対するチルト（傾き）によって発生する非点収差やコマ収差がある。これらの収差は、同一の光学設計がなされた光ヘッド装置であっても、製造工程において発生する様々な要因等により異なる場合がある。よって、このような収差の違いを抑制するためには、光学部品の精度の向上や組立工程においてより精密な組立を行なう必要がある。
【０００４】
ところで、光ディスクの規格としては、波長が７８５ｎｍ、開口数（ＮＡ）が０．４５のＣＤ（Compact Disc）や、波長が６６０ｎｍ、開口数（ＮＡ）が０．６のＤＶＤ（Digital Versatile Disc）や、波長が４０５ｎｍ、開口数（ＮＡ）が０．８５の「Ｂｌｕ−ｒａｙ」（登録商標：以下ＢＤ）といった複数の種類の規格が存在している。このような光ディスクに対応した光ヘッド装置において、ＢＤ用等の高いＮＡの対物レンズを用いる場合には、ＤＶＤ用やＣＤ用等の低いＮＡの対物レンズを用いる場合よりも、より高い精度で光学部品の製造や組立を行なう必要がある。
【０００５】
また、１つの光ヘッド装置において、異なる規格の複数の光ディスクに対応して記録再生を行なうために、複数の対物レンズを１つのレンズホルダに設置したものを用いる場合がある。このような場合においては、一方の光学系を調整すると対物レンズのレンズホルダの位置がほぼ固定されてしまうため、他方の光学系の調整の際に、他の光学系の対物レンズにおける位置の調整を十分に行なうことができずに、光ヘッド装置の組立が行なわれている。
【０００６】
この場合、他方の光学系において光軸のずれが生じ、光ディスクにレーザ光を集光する際に収差が発生する場合がある。このような光ヘッド装置の組立工程において発生した収差を補正する方法としては、光ヘッド装置に収差補正素子として液晶パネルを備え、液晶パネルに電圧を印加して入射する光の位相を変化させる方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００７】
ところで、光ヘッド装置においては、光ディスクにおける情報記録面の情報ピット列に追従させるためトラッキングサーボがかけられているが、この際、光ヘッド装置の対物レンズが情報ピット列の配列方向と垂直方向に移動するレンズシフトが発生する。一般に収差は、ある座標を中心としたものであり、その座標の中心に変化が生じた場合、別の収差が発生する。従って、収差補正素子によって特定の収差が発生している場合には、対物レンズのレンズシフトによって光軸が変化すると、特定の収差の発生量が変化し、また、意図しない収差が発生してしまう。特許文献１に記載されている収差補正素子では、このような収差の変化を抑制するために、収差補正素子を５つの領域に分割し、各々の領域において発生する位相差が所定の値となるようにしている。尚、上述した、収差の変化は、収差補正素子を設置する際、収差補正素子の中心と光ヘッドの光学系の光軸とがずれることによっても生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−４８７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されている収差補正素子においては、収差補正をする液晶パネルを含む光ヘッド装置の位置を固定して一定量の収差を補正する場合に、常に特定の電圧を印加して液晶の配向を保つ必要がある。このため、光学部品に液晶素子を駆動するための電気的な配線や駆動回路を組み込まなければならず、光学系が大型化してしまう。また、収差補正量を一定に保つために常に安定した電圧を供給しなければならず、このための駆動回路が複雑になる等の問題点を有している。更に、収差補正素子として液晶を用いた場合、液晶は温度変化による屈折率変動が大きいため、信頼性に欠けるという問題もある。よって、温度変化を補償する回路等を組み込むことにより対応する方法が考えられるが、この場合には、外部に温度センサが必要になるため、コストが増大し回路が複雑化するといった問題点を有していた。
【００１０】
また、特許文献１に記載されている収差補正素子は、特定の方向にレンズシフトが発生した場合についてのみレンズシフトの影響を低減することが可能であるが、特定の方向以外の方向におけるレンズシフトに関しては、レンズシフトの影響を低減することができるか否か定かではない。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑みたものであり、液晶を含む素子を使用することなく、また、レンズシフトによる収差の影響が小さく、小型で、安価で、信頼性の高い収差補正素子としての機能を有する光学素子及び光ヘッド装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、光を透過する基板と、前記基板の表面に形成された凹凸部と、を有する光学素子において、前記光学素子における波面収差をフリンジゼルニケ多項式で展開した場合におけるフリンジゼルニケ多項式の第８の項の係数をｑとし、第１１の項の係数をｐとした場合に、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１となるものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記凹凸部は、３段以上の凹凸を有するものであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記凹凸部は、透明部材の表面に凹凸形状が形成されているものであって、前記基板の上に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記凹凸部の表面には媒質部が形成されており、前記凹凸部を形成している材料の屈折率と、前記媒質部を形成している材料の屈折率とは、第１の波長においては等しく、第２の波長においては異なっているものであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記基板又は凹凸部の表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、光源と、前記光源より出射された光を集光し光ディスクに照射する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光を検出する光検出器と、前記光源から出射された光の光路に設置された前記記載の光学素子と、を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記光源は複数であり、複数の前記光源は相互に異なる波長の光を出射するものであって、複数の前記光源の波長に対応し、複数の対物レンズを有しており、複数の前記対物レンズは、共通のレンズホルダに固定されているものであって、前記光源からの光路の一方または双方に前記光学素子が設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明における光学素子では、液晶を含む素子が使用されておらず、また、レンズシフトによる収差の影響を小さくすることができるため、光学素子及びこの光学素子を用いた光ヘッド装置を小型で、安価で、信頼性の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態における光学素子の説明図
【図２】第１の実施の形態における他の光学素子の構造図（１）
【図３】第１の実施の形態における他の光学素子の構造図（２）
【図４】第１の実施の形態における光学素子の凹凸部の説明図
【図５】第１の実施の形態における光学素子に照射される光束の光軸の説明図
【図６】第２の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図７】第３の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図８】第４の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図９】実施例１における光学素子の構造の説明図
【図１０】実施例１における光学素子の波面収差の説明図
【図１１】実施例２における光学素子の構造の説明図
【図１２】実施例２における光学素子の波面収差の説明図
【図１３】実施例３における光学素子の構造の説明図
【図１４】実施例３における光学素子の波面収差の説明図
【図１５】実施例４における光学素子の構造の説明図
【図１６】実施例４における光学素子の波面収差の説明図
【図１７】実施例５における光学素子の構造の説明図
【図１８】実施例５における光学素子の波面収差の説明図
【図１９】実施例６における光学素子の構造の説明図
【図２０】実施例６における光学素子の波面収差の説明図
【図２１】実施例７における光学素子の構造の説明図
【図２２】実施例７における光学素子の波面収差の説明図
【図２３】実施例８における光学素子の構造の説明図
【図２４】実施例８における光学素子の波面収差の説明図
【図２５】比較例１における光学素子の説明図
【図２６】比較例１における光学素子の波面収差の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
図１に基づき、本実施の形態における光学素子について説明する。図１（ａ）は本実施の形態における光学素子の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における一点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した断面図である。本実施の形態における光学素子１０は、収差を補正するための収差補正素子であり、光を透過する基板１１の表面に凹凸部１２が形成されているものである。凹凸部１２には、表面に３段以上の凹凸が階段状に形成されており、例えば、図１に示す場合では、７段の凹凸の階段状に形成されている。本実施の形態における光学素子には、光束が照射され光学素子において光スポット２１が形成されるが、レンズシフトが生じていない場合には、図１（ａ）に示されるように、本実施の形態における光学素子の略中心となる点Ｏに、照射される光束の光軸（光スポット２１の中心）が位置するように照射される。尚、レンズシフトが生じた場合には、光束の光軸は光学素子の面内において移動する。本実施の形態における光学素子では、光スポット２１となる光束を照射することにより、凹凸部１２における凹凸形状により生じた光路差により所定の収差が発生する。この発生した収差により、例えば、光スポット２１の光軸が点Ｏより移動することにより生じた収差を補正することができるものである。
【００２３】
図１においては、本実施の形態における光学素子１０は、凹凸部１２が７段の階段状に形成されている場合について示しているが、３段以上の段数であればよく、また、階段状ではなく、なめらかな曲線状に形成したものであってもよい。凹凸部１２は、基板１１と同様に光を透過する材料により形成されており、基板１１を形成している材料と同一の材料により形成したものであってもよく、また、基板１１を形成している材料と異なる材料により形成したものであってもよい。また、凹凸部１２は、有機物、無機物、有機無機の混合材料のいずれを用いてもよく、多層膜を積層形成することにより形成したものであってもよい。具体的に、凹凸部１２の形成方法としては、射出成形による方法、インプリント法、フォトリソグラフィとエッチングを交互に繰り返し行なうことによる加工方法等が挙げられる。
【００２４】
また、図２に示されるように、本実施の形態における光学素子１０ａは、２枚の基板１１、１４の間に、凹凸部１２と凹凸部１２の形状に対応した形状の媒質部１３を設けた構造のもの、即ち、２枚の基板１１、１４の間に、凹凸部１２と凹凸部１２における凹凸を埋め込むように形成した媒質部１３とにより形成された構造のものであってもよい。この場合、凹凸部１２を形成している材料の屈折率と媒質部１３を形成している材料の屈折率とが、ある波長（第１の波長）では一致し、他のある波長（第２の波長）では異なるような材料を用いることにより、波長選択性を有する光学素子とすることができる。このような光学素子では、ある波長（第１の波長）では収差補正素子として機能する透明板となるが、他のある波長（第２の波長）では収差補正素子として機能する。
【００２５】
また、図３に示されるように、本実施の形態における光学素子１０ｂは、基板１１に凹凸部１２が形成されているもののいずれか一方の面、又は、両面に、反射防止膜１５、１６を形成したものであってもよい。尚、光学素子は、基板１１は単一の基板の場合を示しているが、同様の収差補正機能を有するものであれば、複数の基板に凹凸部を有するものであってもよい。
【００２６】
次に、本実施の形態における光学素子によって発生する収差について説明する。光学素子１０に入射する光束の光軸を原点とした場合、光学素子１０に形成された凹凸部１２により、座標（ｘ、ｙ）において、Ｌ（ｘ、ｙ）となる光路差が生じる。尚、ｘｙ座標は図１（ａ）に示されるように設定されているものとする。図４に示すように、凹凸部１２の高さの最大値をｈとし、点Ｏ（０、０）における高さをｄ０、点（ｘ、ｙ）における高さをｄ１とし、凹凸部１２における屈折率をｎ１、凹凸部１２の周りの媒質、例えば、空気の屈折率をｎ０とすると、点（ｘ、ｙ）における点Ｏに対する光路差Ｌ（ｘ、ｙ）は、数１に示す式で表わされる。
【００２７】
【数１】
数１に示す式は、光路差分布を示す式であり、数１に示される光路差Ｌ（ｘ、ｙ）に対して、２π／λを乗じることにより、点（ｘ、ｙ）における光束の位相差を得ることができる。尚、λは入射する光（光束）の波長である。また、光路差Ｌ（ｘ、ｙ）を波長λで規格化したＷ（ｘ、ｙ）＝Ｌ（ｘ、ｙ）／λを波面収差Ｗ（ｘ、ｙ）と記載する。ここで、光学素子に入射する光束の半径をｒ０とし、ξ＝ｘ／ｒ０、η＝ｙ／ｒ０とすると、波面収差Ｗ（ξ、η）は直交関数系であるゼルニケ（Zernike）多項式によって展開することができ、ゼルニケ多項式における係数が球面収差、非点収差、コマ収差等の各収差成分の値に対応する。尚、本実施の形態においては、ゼルニケ多項式とは、フリンジゼルニケ多項式を意味するものとする。
【００２８】
ここで、図５に示すように、入射する光束の光軸が、点Ｏに対してｘ方向にΔｘ移動した点Ｏ１となった場合について考える。この場合、点Ｏ１を原点として、ｘ１、ｙ１座標をとると、光学素子によって発生する位相差分布はＷ（ｘ１＋Δｘ、ｙ１）となる。δｘ＝Ｘ１／ｒ０、ξ１＝ｘ１／ｒ０、η１＝ｙ１／ｒ０とするとＷ（ξ１＋δｘ、η１）となり、これをゼルニケ多項式によって展開することにより各収差成分を算出することができる。
【００２９】
ｙ方向における３次コマ収差を発生させる光学素子を例として、前述した光軸のシフトの影響について説明する。ｙ軸方向における３次コマ収差Ｚ８は、数２に示す式で表わすことができる。尚、ρ２＝ξ２＋η２、θ＝ａｔａｎ（η／ξ）である。
【００３０】
【数２】
点Ｏに光軸がある場合、光学素子によって生じる波面収差ｅ（ξ、η）によりｙ方向の３次コマ収差Ｚ８が生じているとすると、光軸が点Ｏ１にシフトした場合の波面収差ｅ（ξ１、η１）は、数３で示す式により表わされる。尚、Ａは点Ｏにおいて発生するｙ軸方向の３次コマ収差成分の量を表わす係数である。また、数３におけるＺ６、Ｚ３は、数４に示す式で表わされるものであり、Ｚ６は４５°方向の３次非点収差、Ｚ３はｙ方向のチルト成分である。
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
従って、点Ｏにおいてｙ方向の３次コマ収差が発生する光学素子に対して、光軸が点Ｏ１となる光束が入射した場合には、３次の非点収差成分とチルト成分が発生する。数３に示す式より、チルト成分は光軸の変動量δｘに対する２次の量となっているためチルト成分の発生量は小さく、一般にチルト成分は光学系の集光特性に対する影響が小さいことを考えると、Ｚ３の項が集光特性に対する影響は小さいが、非点収差成分は集光特性への影響が大きい。また、図１に示されるように、光学素子１０において発生する光路差の分布が離散的なものである場合、光軸のシフトによって光軸が点Ｏにある場合に発生するコマ収差の量に対して、光軸が点Ｏ１にある場合に発生するコマ収差の量が変化する場合がある。このような光軸のシフトによる収差量の変動は、光学素子の設置マージンが狭くなる等の影響があり、また、光軸が可動であるような光学系に用いる場合には収差特性が変動するため好ましくない。
【００３３】
このような収差特性の変動を抑制するため、本実施の形態における光学素子１０では、ｙ軸方向の３次コマ収差成分とは別に、光軸がシフトすることにより非点収差が発生するような波面収差となるように形成されている。このような波面収差の例としては、数５に示されるｆ（ξ、η）が挙げられる。数５に示される式において、α１、β１、Ｂは定数である。光軸が点Ｏの存在している場合には、波面収差ｆ（ξ、η）となり、点Ｏから点Ｏ１へと光軸がシフトし、点Ｏ１に光軸が存在している場合には、数６に示される式の波面収差が発生する。数６に示される式では、４５°方向において３次非点収差成分が発生しているので、光学素子に、このような波面収差ｆ（ξ、η）を付与することにより、コマ収差がある場合において、光軸のシフトにより発生する非点収差を打ち消すことができる。尚、数６に示される式のようなチルト成分や波面収差のオフセットとなるピストン成分も発生しているが、これらの集光特性に対する影響は小さい。
【００３４】
【数５】
【００３５】
【数６】
数５に示される波面収差ｆ（ξ、η）は、数７に示す式に書き直すこともできる。ここで、Ｚ１１は、数８に示されるものであり、Trefoil収差と呼ばれることがあるものである。従って、本実施の形態における光学素子は、コマ収差成分の他にTrefoil収差を含むものである。
【００３６】
【数７】
【００３７】
【数８】
ここで、本実施の形態における光学素子に付与されるTrefoil収差は、光学系の集光特性に影響を与えるものであり、光学素子によって発生するコマ収差よりも小さな値であることが好ましい。即ち、本実施の形態における光学素子において、波面収差を測定した場合に、Ｚ１１の収差量ｐとＺ８の収差量ｑとの比の絶対値｜ｐ／ｑ｜が、０よりも大きく、１以下であることが好ましい。
【００３８】
次に、点Ｏからｙ方向にΔｙずれた点Ｏ２の場合について説明する。δｙ＝Δｙ／ｒ０、点Ｏ２を原点としてｘ２ｙ２軸をとり、ｒ０で規格化された座標（ξ２、η２）、光軸が点Ｏに存在している場合に、ｙ方向の３次コマ収差が発生しているとして、光軸が点Ｏ２にシフトした場合における波面収差Ｗ（ξ２、η２）は数９に示す式で表わされる。但し、数９に示す式では、δｙにおける２次以上の項や波面収差のピストン成分は無視している。尚、Ｚ４、Ｚ５は数１０に示す式で表わされるものであり、Ｚ４はデフォーカス成分であり集光位置の変化があるが、集光特性への影響は小さい。Ｚ５はｘｙ軸方向の非点収差成分であり、集光特性への影響が大きい。
【００３９】
【数９】
【００４０】
【数１０】
従って、光軸がｙ方向にシフトする場合には、ｘｙ軸方向における非点収差成分が発生する。これを打ち消すための波面収差として、数１１に示すｇ（ξ、η）を用いる。尚、数５に示される式において、α２、β２、Ｃは定数である。光軸が点Ｏに存在している場合には、波面収差ｇ（ξ、η）が付与され、点Ｏから点Ｏ２に光軸がシフトし、点Ｏ２に光軸が存在している場合には、数１２に示される波面収差ｇ（ξ２、η２）が発生する。数１２では、ｘｙ軸方向において、３次非点収差成分が発生しているため、このような波面収差ｇ（ξ、η）を付与することにより、コマ収差がある場合において、光軸のシフトにより発生する非点収差を打ち消すことができる。
【００４１】
【数１１】
【００４２】
【数１２】
数１２に示される波面収差ｇ（ξ、η）は、数１３に示す式に書き直すこともできる。ここで、Ｚ１１は、数８に示されるものであり、Trefoil収差と呼ばれることがあるものである。従って、本実施の形態における光学素子は、コマ収差成分の他にTrefoil収差を含むものである。
【００４３】
【数１３】
ここで、本実施の形態における光学素子に付与されるTrefoil収差は、光学系の集光特性に影響を与えるものであり、光学素子によって発生するコマ収差の量よりも小さいことが好ましい。即ち、本実施の形態における光学素子において、波面収差を測定した場合に、Ｚ８の収差量ｑ（第８の項の係数）に対するＺ１１の収差量ｐ（第１１の項の係数）の比の絶対値｜ｐ／ｑ｜が、０よりも大きく、１以下であることが好ましい。
【００４４】
以上より、本実施の形態における光学素子により、コマ収差を補正する場合、Trefoil成分を加えることにより、光軸のシフトに対する変動の影響を低減することができる。本実施の形態における光学素子によって発生させる波面収差としては、数１４に示す式により表わすことができる。数１４に示す式において、Ｗ０（ξ、η）はＺ８やＺ１１以外の成分を含む波面収差である。Ｗ０（ξ、η）をゼルニケ多項式で展開したときの各々の係数の絶対値は、｜ｑ｜よりも小さく、また、｜ｐ｜よりも小さいことが好ましい。表１においては、ゼルニケ多項式（フリンジゼルニケ多項式）における第１項から第３７項までを示しているが、Ｚ１がピストン成分、Ｚ２がξ方向チルト成分、Ｚ３がη方向チルト成分、Ｚ４がデフォーカス成分に各々対応している。
【００４５】
【数１４】
【００４６】
【表１】
また、上記説明においては、ｙ方向におけるコマ収差について説明したが、ｘ方向におけるコマ収差については、前述のＺ８成分をＺ７成分に置き換え、Ｚ１１成分をＺ１０成分に置き換えることにより、同様の特性を得ることができる。
【００４７】
尚、本実施の形態における光学素子は、後述する光ヘッド装置以外にも、レーザ顕微鏡、レーザアニール装置、レーザ加工装置等、レーザ光を集光する様々な装置に適用することが可能である。
【００４８】
〔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用いた光ヘッド装置である。図６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。
【００４９】
本実施の形態における光ヘッド装置１００は、所定の波長の光を出射する光源１１０と、光源１１０からの光を平行光に変換するコリメータレンズ１２１と、コリメータレンズ１２１を出射した光を光ディスク１５０の方向に透過させるとともに、光ディスク１５０の情報記録面１５０ａにおいて反射された信号光を偏向分離して光検出器１４０が設置されている方向に導くためのビームスプリッタ１２２と、光源１１０からの光を光ディスク１５０の情報記録面１５０ａに集光するための対物レンズ１２３と、信号光を光検出器１４０に集光するための集光レンズ１２４と、光ディスク１５０の情報記録面１５０ａにおいて反射された信号光を検出するための光検出器１４０と、収差補正素子１３０とを有している。尚、収差補正素子１３０は、第１の実施の形態における光学素子であり、本実施の形態において光学素子と記載する場合がある。
【００５０】
光検出器１４０は、光ディスク１５０の情報記録面１５０ａに記録されている情報の再生信号、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を検出するものである。尚、本実施の形態における光ヘッド装置では、検出されたフォーカスエラー信号に基づいて、対物レンズ１２３を光軸方向に制御し移動させるための不図示のフォーカスサーボと、検出されたトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ１２３を光軸に対し垂直方向に制御し移動させるための不図示のトラッキングサーボとを有している。
【００５１】
光源１１０は、例えば、４０５ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光を出射する半導体レーザにより形成されている。尚、本実施の形態における光ヘッド装置においては、光源１１０は、４０５ｎｍ波長帯の光に限定されるものではなく、例えば、６６０ｎｍ波長帯の光や、７８０ｎｍ波長帯の光、その他の波長帯の光であってもよい。また、本実施の形態においては、４０５ｎｍ波長帯の光とは波長が３８５ｎｍ〜４３０ｎｍにおける光であり、６６０ｎｍ波長帯の光とは波長が６３０ｎｍ〜６９０ｎｍにおける光であり、７８０ｎｍ波長帯の光とは波長が７６０ｎｍ〜８００ｎｍにおける光であるものとする。
【００５２】
本実施の形態における光ヘッド装置では、第１の実施の形態における光学素子である収差補正素子１３０をコリメータレンズ１２１とビームスプリッタ１２２との間における光路に設置することにより、容易に、かつ、的確に光学系の収差の補正を行なうことができる。尚、本実施の形態における光ヘッド装置において、収差補正素子１３０が設置される位置は、コリメータレンズ１２１とビームスプリッタ１２２との間における光路に限定されるものではなく、光源１１０と対物レンズ１２３との間における光路であれば、いずれの場所においても設置することが可能である。
【００５３】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第２の実施の形態とは異なる光ヘッド装置であって、第１の実施の形態における光学素子を用いた光ヘッド装置である。図７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２００は、複数の規格の光ディスクにおいて情報の記録及び再生を行なうことが可能なものであり、第１の光ディスク２５１に対応した第１の光学系２１０と、第２の光ディスク２５２に対応した第２の光学系２２０とを有している。本実施の形態においては、例えば、第１の光ディスク２５１はＢＤであり、第２の光ディスク２５２はＤＶＤ又はＣＤである。
【００５４】
第１の光学系２１０は、所定の波長、即ち、ＢＤに対応した波長の光を出射する光源２１１と、第１の光ディスク２５１の情報記録面２５１ａからの反射光を検出するための光検出器２１６と、光源２１１から出射された光を平行光にするコリメータレンズ２１２と、コリメータレンズ２１２を出射した光を光ディスク２５１の方向に透過させるとともに、光ディスク２５１の情報記録面２５１ａにおいて反射された信号光を偏向分離して光検出器２１６が設置されている方向に導くためのビームスプリッタ２１３と、光源２１１からの光を光ディスク２５１の情報記録面２５１ａに集光するための第１の対物レンズ２１４と、信号光を光検出器２１６に集光するための集光レンズ２１５とを有している。
【００５５】
また、第２の光学系２２０は、所定の波長、即ち、ＣＶＤまたはＣＤに対応した波長の光を出射する光源２２１と、第２の光ディスク２５２の情報記録面２５２ａからの反射光を検出するための光検出器２２６と、光源２２１から出射された光を平行光にするコリメータレンズ２２２と、コリメータレンズ２２２を出射した光を光ディスク２５２の方向に透過させるとともに、光ディスク２５２の情報記録面２５２ａにおいて反射された信号光を偏向分離して光検出器２２６が設置されている方向に導くためのビームスプリッタ２２３と、光源２２１からの光を光ディスク２５２の情報記録面２５２ａに集光するための第２の対物レンズ２２４と、信号光を光検出器２２６に集光するための集光レンズ２２５とを有している。尚、第２の光学系２２０においては、コリメータレンズ２２２とビームスプリッタ２２３との間には、収差補正素子２３０が設置されている。収差補正素子２３０は、第１の実施の形態における光学素子であり、本実施の形態において光学素子と記載する場合がある。また、本実施の形態における光ヘッド装置は、収差補正素子は第２の光学系２２０のみならず、第１の光学系２１０にも設置した構造のものであってもよい。
【００５６】
また、本実施の形態における光ヘッド装置では、第１の光学系２１０における第１の対物レンズ２１４と第２の光学系２２０における第２の対物レンズ２２４とは、共通のレンズホルダ２４０により固定されている。
【００５７】
本実施の形態における光ヘッド装置においては、例えば、光ディスクにおける情報の記録再生を行う際に、第１の光ディスク２５１であるか第２の光ディスク２５２であるかの検知を行ない、検知された光ディスクの種類に対応して、用いる光学系を切換えて使用するものである。
【００５８】
このような光ヘッド装置を製造する際には、最初に、一方の光学系（例えば、第１の光学系２１０）の組立を行なう。この際、一方の光学系を形成している各光学部品に光軸ずれや傾きが生じないように調整しながら精密に組立を行なう。この一方の光学系の組み立てを行うことにより、第１の対物レンズ２１４の位置が定まり、レンズホルダ２４０の位置が固定される。次に、他方の光学系（例えば、第２の光学系２２０）の組立を行なうが、この際、レンズホルダ２４０の位置は固定されているため、このレンズホルダ２４０に設置されている第２の対物レンズ２２４は、第２の光学系２２０における光軸に対し傾いている（角度ずれしている）場合がある。このように、第２の対物レンズ２２４が第２の光学系２２０における光軸に対し傾いている場合には、この傾きに起因してコマ収差が発生する。本実施の形態における光ヘッド装置では、第２の光学系２２０において収差補正素子２３０を設置することにより、この傾きに起因して発生したコマ収差を打ち消し、発生するコマ収差の値を低くすることができる。尚、上記以外の内容については、第２の実施の形態と同様である。
【００５９】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第３の実施の形態とは異なる光ヘッド装置であって、第１の実施の形態における光学素子を用いた光ヘッド装置である。図８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、複数の規格の光ディスクにおいて情報の記録及び再生を行なうことが可能なものであり、第１の光ディスク３５１及び第２の光ディスク３５２に対応したものである。本実施の形態においては、例えば、第１の光ディスク３５１はＢＤであり、第２の光ディスク３５２はＤＶＤ又はＣＤである。
【００６０】
本実施の形態における光ヘッド装置３００は、第１の光源３１１、第２の光源３１２、ダイクロイックプリズム３２１、ビームスプリッタ３２２、コリメートレンズ３２３、ダイクロイックプリズム３２４、ミラー３２５、第１の対物レンズ３２６、第２の対物レンズ３２７、収差補正素子３３０、光検出器３４０を有している。
【００６１】
第１の光源３１１は、４０５ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光を出射する半導体レーザであり、第２の光源３１２は、６６０ｎｍ波長帯及び７８０ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光を出射するハイブリッドタイプの半導体レーザである。また、ダイクロイックプリズム３２１は、４０５ｎｍ波長帯の光を反射し、６６０ｎｍ波長帯の光及び７８０ｎｍ波長帯の光を透過する機能を有しており、ダイクロイックプリズム３２４は、４０５ｎｍ波長帯の光を透過し、６６０ｎｍ波長帯の光及び７８０ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有している。また、第１の対物レンズ３２６及び第２の対物レンズ３２７は、共通のレンズホルダ３２８により固定されている。
【００６２】
第１の光源３１１より出射された光は、ダイクロイックプリズム３２１において偏向された後、更に、ビームスプリッタ３２２において偏向され、コリメートレンズ３２３により平行光とされた後、収差補正素子３３０に入射する。この後、収差補正素子３３０より出射された光は、ダイクロイックプリズム３２４を透過し、ミラー３２５において反射され、レンズホルダ３２８に固定されている第１の対物レンズ３２６により、第１の光ディスク３５１の情報記録面３５１ａに集光される。第１の光ディスク３５１の情報記録面３５１ａに集光された光は、情報記録面３５１ａにおいて反射され、第１の対物レンズ３２６、ミラー３２５を介し、ダイクロイックプリズム３２４を透過し、収差補正素子３３０、コリメータレンズ３２３、ビームスプリッタ３２２を介し、光検出器３４０に入射する。
【００６３】
また、第２の光源３１２より出射された光は、ダイクロイックプリズム３２１を透過し、ビームスプリッタ３２２において偏向され、コリメートレンズ３２３により平行光とされた後、収差補正素子３３０に入射する。この後、収差補正素子３３０より出射された光は、ダイクロイックプリズム３２４において反射され、レンズホルダ３２８に固定されている第２の対物レンズ３２７により、第２の光ディスク３５２の情報記録面３５２ａに集光される。第２の光ディスク３５２の情報記録面３５２ａに集光された光は、情報記録面３５２ａにおいて反射され、第２の対物レンズ３２７を介し、ダイクロイックプリズム３２４において反射され、収差補正素子３３０、コリメータレンズ３２３、ビームスプリッタ３２２を介し、光検出器３４０に入射する。
【００６４】
本実施の形態における光ヘッド装置においては、収差補正素子３３０は、３つの波長における共通の光路、即ち、コリメートレンズ３２３とダイクロイックプリズム３２４との間の光路に設置されている。
【００６５】
収差補正素子３３０は、第１の実施の形態における光学素子であり、具体的には、図２に示される構造のものであって、波長選択性を有するものである。具体的には、図２に示す光学素子において、４０５ｎｍ波長帯（第１の波長）においては、凹凸部１２と媒質部１３との屈折率が一致しており、６６０ｎｍ波長帯及び７８５ｎｍ波長帯（第２の波長）においては、凹凸部１２と媒質部１３との屈折率が異なっているものである。これにより、収差補正素子３３０は、４０５ｎｍ波長帯においては収差補正素子として機能することなく透明板となり、６６０ｎｍ波長帯及び７８５ｎｍ波長帯においては収差補正素子として機能する。
【００６６】
このような光ヘッド装置を製造する際には、最初に、一方の対物レンズ（例えば、第１の対物レンズ３２６）を通る光に対応した光学系の組立を行なう。この際、光学系を形成している各光学部品に光軸ずれや傾きが生じないように調整しながら精密に組立を行なう。この光学系を組み立てることにより、一方の対物レンズの位置が定まり、レンズホルダ３２８の位置が固定される。次に、他方の対物レンズ（例えば、第２の対物レンズ３２７）を通る光に対応した光学系の組立を行なうが、この際、レンズホルダ３２８の位置は固定されているため、このレンズホルダ３２８に設置されている第２の対物レンズ３２７は、光学系における光軸に対し傾いている（角度ずれしている）場合がある。このように、第２の対物レンズ３２７が光学系における光軸に対し傾いている場合には、この傾きに起因してコマ収差が発生する。本実施の形態における光ヘッド装置では、収差補正素子３３０を設置することにより、この傾きに起因して発生したコマ収差を打ち消し、発生するコマ収差の値を低くすることができる。尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【実施例】
【００６７】
次に、第１の実施の形態における光学素子の実施例について説明する。
【００６８】
（実施例１）
実施例１における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２３５ｙ＋０．０００２３５ｘ２ｙ＋０．０００３５２５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１０５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００７５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００４５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１５（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１５（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００４５（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００７５（ｍｍ）となるように形成する。図９（ａ）は、このような凹凸部１２において、ｘ＝０における断面の関数形状と実際の断面形状とを示すものである。また、図９（ｂ）は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００６９】
図１０（ａ）は、実施例１における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１０（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．００８λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．２６であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１０（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１０（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７０】
（実施例２）
実施例２における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２３５ｙ＋０．０００１７６２５ｘ２ｙ＋０．０００３５２５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１２２５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００８７５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００５２５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１７５（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１７５（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００５２５（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００８７５（ｍｍ）となるように形成する。図１１は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７１】
図１２（ａ）は、実施例２における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１２（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０１２λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．４であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１２（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１２（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７２】
（実施例３）
実施例３における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２５ｙ＋０．０００１２５ｘ２ｙ＋０．０００３７５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１２６（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００９（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００５４（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１８（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１８（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００５４（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００９（ｍｍ）となるように形成する。図１３は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７３】
図１４（ａ）は、実施例３における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１４（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０１８λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．６であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１４（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１４（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７４】
（実施例４）
実施例４における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２９７ｙ＋０．０００４４５５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１４（ｍｍ）、ｈ２＝−０．０００１（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００６（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００２（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００２（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００６（ｍｍ）、ｈ７＝０．０００１（ｍｍ）となるように形成する。図１５は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７５】
図１６（ａ）は、実施例４における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１６（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３１λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０３１λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝１であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１６（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１６（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７６】
（実施例５）
実施例５における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００３８ｙ＋０．００００９５ｘ２ｙ＋０．０００３８ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００８０５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．０００５７５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．０００３４５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．０００１１５（ｍｍ）、ｈ５＝０．０００１１５（ｍｍ）、ｈ６＝０．０００３４５（ｍｍ）、ｈ７＝０．０００５７５（ｍｍ）となるように形成する。図１７は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７７】
図１８（ａ）は、実施例５における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１８（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３１λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０２１λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．６８であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１８（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１８（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７８】
（実施例６）
実施例６における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００１８ｙ＋０．０００４５ｘ２ｙ＋０．０００２７ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１７５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．０００１２５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００７５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００２５（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００２５（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００７５（ｍｍ）、ｈ７＝０．０００１２５（ｍｍ）となるように形成する。図１９は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７９】
図２０（ａ）は、実施例６における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図２０（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３０λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝０．０１３λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．４３であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図２０（ｂ）は、ｙ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図２０（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００８０】
（実施例７）
実施例７における光学素子は、基板１１となる屈折率１．４５６の石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィとエッチングを交互に繰り返すことにより、基板１１の表面に凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２９ｙ＋０．０００２１７５ｘ２ｙ＋０．０００４３５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１３３（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００９５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００５７（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１９（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１９（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００５７（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００９５（ｍｍ）となるように形成する。図２１は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００８１】
図２２（ａ）は、実施例７における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図２２（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３０λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０１３λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．４３であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図２２（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図２２（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００８２】
（実施例８）
実施例８における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１の表面に真空蒸着により屈折率が１．４５６のＳｉＯ２膜を成膜し、成膜されたＳｉＯ２膜において、フォトリソグラフィとエッチングを交互に繰り返すことにより、ＳｉＯ２膜に凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２９ｙ＋０．０００２１７５ｘ２ｙ＋０．０００４３５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１３３（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００９５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００５７（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１９（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１９（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００５７（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００９５（ｍｍ）となるように形成する。図２３は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００８３】
図２４（ａ）は、実施例８における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図２４（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３０λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０１３λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．４３であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図２４（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図２４（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００８４】
（比較例１）
比較例１における光学素子は、基板となるガラス基板を洗浄し、基板上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部を形成したものである。凹凸部に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２１ｙ＋０．０００３１５ｘ２ｙ＋０．０００３１５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１０５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００７５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００４５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１５（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１５（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００４５（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００７５（ｍｍ）となるように形成する。図２５（ａ）は、凹凸部における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００８５】
図２５（ｂ）は、比較例１における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図２５（ｂ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝０λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０である。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図２６（ａ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものであり、図２６（ｂ）は、ｙ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図２６（ａ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は実施例１〜５、７、８における光学素子よりも大きく、図２６（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は実施例６における光学素子よりも大きい。
【００８６】
尚、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】
【００８７】
１０ 光学素子
１１ 基板
１２ 凹凸部
１３ 媒質部
１４ 基板
１５ 反射防止膜
１６ 反射防止膜
２１ 光スポット
１００ 光ヘッド装置
１１０ 光源
１２１ コリメータレンズ
１２２ ビームスプリッタ
１２３ 対物レンズ
１２４ 集光レンズ
１３０ 収差補正素子（光学素子）
１４０ 光検出器
１５０ 光ディスク
１５０ａ 情報記録面
【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。
【背景技術】
【０００２】
光ヘッド装置では、光ディスクの記録再生を行なうために、各波長の光を回折限界近くまで絞って集光している。回折限界に近い集光スポットを得るためには、光学系の収差を小さな値とすることが求められる。このため、光ヘッド装置に用いられる各光学部品においては、収差に対して高い精度が求められるとともに、各光学部品が配置される位置や組立工程においても高い精度が求められている。
【０００３】
光ディスクの収差には、光学部品の精度や組立の際における配置される位置の誤差に起因した光学系の光軸のずれや、光ディスクに対するチルト（傾き）によって発生する非点収差やコマ収差がある。これらの収差は、同一の光学設計がなされた光ヘッド装置であっても、製造工程において発生する様々な要因等により異なる場合がある。よって、このような収差の違いを抑制するためには、光学部品の精度の向上や組立工程においてより精密な組立を行なう必要がある。
【０００４】
ところで、光ディスクの規格としては、波長が７８５ｎｍ、開口数（ＮＡ）が０．４５のＣＤ（Compact Disc）や、波長が６６０ｎｍ、開口数（ＮＡ）が０．６のＤＶＤ（Digital Versatile Disc）や、波長が４０５ｎｍ、開口数（ＮＡ）が０．８５の「Ｂｌｕ−ｒａｙ」（登録商標：以下ＢＤ）といった複数の種類の規格が存在している。このような光ディスクに対応した光ヘッド装置において、ＢＤ用等の高いＮＡの対物レンズを用いる場合には、ＤＶＤ用やＣＤ用等の低いＮＡの対物レンズを用いる場合よりも、より高い精度で光学部品の製造や組立を行なう必要がある。
【０００５】
また、１つの光ヘッド装置において、異なる規格の複数の光ディスクに対応して記録再生を行なうために、複数の対物レンズを１つのレンズホルダに設置したものを用いる場合がある。このような場合においては、一方の光学系を調整すると対物レンズのレンズホルダの位置がほぼ固定されてしまうため、他方の光学系の調整の際に、他の光学系の対物レンズにおける位置の調整を十分に行なうことができずに、光ヘッド装置の組立が行なわれている。
【０００６】
この場合、他方の光学系において光軸のずれが生じ、光ディスクにレーザ光を集光する際に収差が発生する場合がある。このような光ヘッド装置の組立工程において発生した収差を補正する方法としては、光ヘッド装置に収差補正素子として液晶パネルを備え、液晶パネルに電圧を印加して入射する光の位相を変化させる方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００７】
ところで、光ヘッド装置においては、光ディスクにおける情報記録面の情報ピット列に追従させるためトラッキングサーボがかけられているが、この際、光ヘッド装置の対物レンズが情報ピット列の配列方向と垂直方向に移動するレンズシフトが発生する。一般に収差は、ある座標を中心としたものであり、その座標の中心に変化が生じた場合、別の収差が発生する。従って、収差補正素子によって特定の収差が発生している場合には、対物レンズのレンズシフトによって光軸が変化すると、特定の収差の発生量が変化し、また、意図しない収差が発生してしまう。特許文献１に記載されている収差補正素子では、このような収差の変化を抑制するために、収差補正素子を５つの領域に分割し、各々の領域において発生する位相差が所定の値となるようにしている。尚、上述した、収差の変化は、収差補正素子を設置する際、収差補正素子の中心と光ヘッドの光学系の光軸とがずれることによっても生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−４８７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されている収差補正素子においては、収差補正をする液晶パネルを含む光ヘッド装置の位置を固定して一定量の収差を補正する場合に、常に特定の電圧を印加して液晶の配向を保つ必要がある。このため、光学部品に液晶素子を駆動するための電気的な配線や駆動回路を組み込まなければならず、光学系が大型化してしまう。また、収差補正量を一定に保つために常に安定した電圧を供給しなければならず、このための駆動回路が複雑になる等の問題点を有している。更に、収差補正素子として液晶を用いた場合、液晶は温度変化による屈折率変動が大きいため、信頼性に欠けるという問題もある。よって、温度変化を補償する回路等を組み込むことにより対応する方法が考えられるが、この場合には、外部に温度センサが必要になるため、コストが増大し回路が複雑化するといった問題点を有していた。
【００１０】
また、特許文献１に記載されている収差補正素子は、特定の方向にレンズシフトが発生した場合についてのみレンズシフトの影響を低減することが可能であるが、特定の方向以外の方向におけるレンズシフトに関しては、レンズシフトの影響を低減することができるか否か定かではない。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑みたものであり、液晶を含む素子を使用することなく、また、レンズシフトによる収差の影響が小さく、小型で、安価で、信頼性の高い収差補正素子としての機能を有する光学素子及び光ヘッド装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、光を透過する基板と、前記基板の表面に形成された凹凸部と、を有する光学素子において、前記光学素子における波面収差をフリンジゼルニケ多項式で展開した場合におけるフリンジゼルニケ多項式の第８の項の係数をｑとし、第１１の項の係数をｐとした場合に、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１となるものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記凹凸部は、３段以上の凹凸を有するものであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記凹凸部は、透明部材の表面に凹凸形状が形成されているものであって、前記基板の上に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記凹凸部の表面には媒質部が形成されており、前記凹凸部を形成している材料の屈折率と、前記媒質部を形成している材料の屈折率とは、第１の波長においては等しく、第２の波長においては異なっているものであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記基板又は凹凸部の表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、光源と、前記光源より出射された光を集光し光ディスクに照射する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光を検出する光検出器と、前記光源から出射された光の光路に設置された前記記載の光学素子と、を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記光源は複数であり、複数の前記光源は相互に異なる波長の光を出射するものであって、複数の前記光源の波長に対応し、複数の対物レンズを有しており、複数の前記対物レンズは、共通のレンズホルダに固定されているものであって、前記光源からの光路の一方または双方に前記光学素子が設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明における光学素子では、液晶を含む素子が使用されておらず、また、レンズシフトによる収差の影響を小さくすることができるため、光学素子及びこの光学素子を用いた光ヘッド装置を小型で、安価で、信頼性の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態における光学素子の説明図
【図２】第１の実施の形態における他の光学素子の構造図（１）
【図３】第１の実施の形態における他の光学素子の構造図（２）
【図４】第１の実施の形態における光学素子の凹凸部の説明図
【図５】第１の実施の形態における光学素子に照射される光束の光軸の説明図
【図６】第２の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図７】第３の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図８】第４の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図９】実施例１における光学素子の構造の説明図
【図１０】実施例１における光学素子の波面収差の説明図
【図１１】実施例２における光学素子の構造の説明図
【図１２】実施例２における光学素子の波面収差の説明図
【図１３】実施例３における光学素子の構造の説明図
【図１４】実施例３における光学素子の波面収差の説明図
【図１５】実施例４における光学素子の構造の説明図
【図１６】実施例４における光学素子の波面収差の説明図
【図１７】実施例５における光学素子の構造の説明図
【図１８】実施例５における光学素子の波面収差の説明図
【図１９】実施例６における光学素子の構造の説明図
【図２０】実施例６における光学素子の波面収差の説明図
【図２１】実施例７における光学素子の構造の説明図
【図２２】実施例７における光学素子の波面収差の説明図
【図２３】実施例８における光学素子の構造の説明図
【図２４】実施例８における光学素子の波面収差の説明図
【図２５】比較例１における光学素子の説明図
【図２６】比較例１における光学素子の波面収差の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
図１に基づき、本実施の形態における光学素子について説明する。図１（ａ）は本実施の形態における光学素子の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における一点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した断面図である。本実施の形態における光学素子１０は、収差を補正するための収差補正素子であり、光を透過する基板１１の表面に凹凸部１２が形成されているものである。凹凸部１２には、表面に３段以上の凹凸が階段状に形成されており、例えば、図１に示す場合では、７段の凹凸の階段状に形成されている。本実施の形態における光学素子には、光束が照射され光学素子において光スポット２１が形成されるが、レンズシフトが生じていない場合には、図１（ａ）に示されるように、本実施の形態における光学素子の略中心となる点Ｏに、照射される光束の光軸（光スポット２１の中心）が位置するように照射される。尚、レンズシフトが生じた場合には、光束の光軸は光学素子の面内において移動する。本実施の形態における光学素子では、光スポット２１となる光束を照射することにより、凹凸部１２における凹凸形状により生じた光路差により所定の収差が発生する。この発生した収差により、例えば、光スポット２１の光軸が点Ｏより移動することにより生じた収差を補正することができるものである。
【００２３】
図１においては、本実施の形態における光学素子１０は、凹凸部１２が７段の階段状に形成されている場合について示しているが、３段以上の段数であればよく、また、階段状ではなく、なめらかな曲線状に形成したものであってもよい。凹凸部１２は、基板１１と同様に光を透過する材料により形成されており、基板１１を形成している材料と同一の材料により形成したものであってもよく、また、基板１１を形成している材料と異なる材料により形成したものであってもよい。また、凹凸部１２は、有機物、無機物、有機無機の混合材料のいずれを用いてもよく、多層膜を積層形成することにより形成したものであってもよい。具体的に、凹凸部１２の形成方法としては、射出成形による方法、インプリント法、フォトリソグラフィとエッチングを交互に繰り返し行なうことによる加工方法等が挙げられる。
【００２４】
また、図２に示されるように、本実施の形態における光学素子１０ａは、２枚の基板１１、１４の間に、凹凸部１２と凹凸部１２の形状に対応した形状の媒質部１３を設けた構造のもの、即ち、２枚の基板１１、１４の間に、凹凸部１２と凹凸部１２における凹凸を埋め込むように形成した媒質部１３とにより形成された構造のものであってもよい。この場合、凹凸部１２を形成している材料の屈折率と媒質部１３を形成している材料の屈折率とが、ある波長（第１の波長）では一致し、他のある波長（第２の波長）では異なるような材料を用いることにより、波長選択性を有する光学素子とすることができる。このような光学素子では、ある波長（第１の波長）では収差補正素子として機能する透明板となるが、他のある波長（第２の波長）では収差補正素子として機能する。
【００２５】
また、図３に示されるように、本実施の形態における光学素子１０ｂは、基板１１に凹凸部１２が形成されているもののいずれか一方の面、又は、両面に、反射防止膜１５、１６を形成したものであってもよい。尚、光学素子は、基板１１は単一の基板の場合を示しているが、同様の収差補正機能を有するものであれば、複数の基板に凹凸部を有するものであってもよい。
【００２６】
次に、本実施の形態における光学素子によって発生する収差について説明する。光学素子１０に入射する光束の光軸を原点とした場合、光学素子１０に形成された凹凸部１２により、座標（ｘ、ｙ）において、Ｌ（ｘ、ｙ）となる光路差が生じる。尚、ｘｙ座標は図１（ａ）に示されるように設定されているものとする。図４に示すように、凹凸部１２の高さの最大値をｈとし、点Ｏ（０、０）における高さをｄ０、点（ｘ、ｙ）における高さをｄ１とし、凹凸部１２における屈折率をｎ１、凹凸部１２の周りの媒質、例えば、空気の屈折率をｎ０とすると、点（ｘ、ｙ）における点Ｏに対する光路差Ｌ（ｘ、ｙ）は、数１に示す式で表わされる。
【００２７】
【数１】
数１に示す式は、光路差分布を示す式であり、数１に示される光路差Ｌ（ｘ、ｙ）に対して、２π／λを乗じることにより、点（ｘ、ｙ）における光束の位相差を得ることができる。尚、λは入射する光（光束）の波長である。また、光路差Ｌ（ｘ、ｙ）を波長λで規格化したＷ（ｘ、ｙ）＝Ｌ（ｘ、ｙ）／λを波面収差Ｗ（ｘ、ｙ）と記載する。ここで、光学素子に入射する光束の半径をｒ０とし、ξ＝ｘ／ｒ０、η＝ｙ／ｒ０とすると、波面収差Ｗ（ξ、η）は直交関数系であるゼルニケ（Zernike）多項式によって展開することができ、ゼルニケ多項式における係数が球面収差、非点収差、コマ収差等の各収差成分の値に対応する。尚、本実施の形態においては、ゼルニケ多項式とは、フリンジゼルニケ多項式を意味するものとする。
【００２８】
ここで、図５に示すように、入射する光束の光軸が、点Ｏに対してｘ方向にΔｘ移動した点Ｏ１となった場合について考える。この場合、点Ｏ１を原点として、ｘ１、ｙ１座標をとると、光学素子によって発生する位相差分布はＷ（ｘ１＋Δｘ、ｙ１）となる。δｘ＝Ｘ１／ｒ０、ξ１＝ｘ１／ｒ０、η１＝ｙ１／ｒ０とするとＷ（ξ１＋δｘ、η１）となり、これをゼルニケ多項式によって展開することにより各収差成分を算出することができる。
【００２９】
ｙ方向における３次コマ収差を発生させる光学素子を例として、前述した光軸のシフトの影響について説明する。ｙ軸方向における３次コマ収差Ｚ８は、数２に示す式で表わすことができる。尚、ρ２＝ξ２＋η２、θ＝ａｔａｎ（η／ξ）である。
【００３０】
【数２】
点Ｏに光軸がある場合、光学素子によって生じる波面収差ｅ（ξ、η）によりｙ方向の３次コマ収差Ｚ８が生じているとすると、光軸が点Ｏ１にシフトした場合の波面収差ｅ（ξ１、η１）は、数３で示す式により表わされる。尚、Ａは点Ｏにおいて発生するｙ軸方向の３次コマ収差成分の量を表わす係数である。また、数３におけるＺ６、Ｚ３は、数４に示す式で表わされるものであり、Ｚ６は４５°方向の３次非点収差、Ｚ３はｙ方向のチルト成分である。
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
従って、点Ｏにおいてｙ方向の３次コマ収差が発生する光学素子に対して、光軸が点Ｏ１となる光束が入射した場合には、３次の非点収差成分とチルト成分が発生する。数３に示す式より、チルト成分は光軸の変動量δｘに対する２次の量となっているためチルト成分の発生量は小さく、一般にチルト成分は光学系の集光特性に対する影響が小さいことを考えると、Ｚ３の項が集光特性に対する影響は小さいが、非点収差成分は集光特性への影響が大きい。また、図１に示されるように、光学素子１０において発生する光路差の分布が離散的なものである場合、光軸のシフトによって光軸が点Ｏにある場合に発生するコマ収差の量に対して、光軸が点Ｏ１にある場合に発生するコマ収差の量が変化する場合がある。このような光軸のシフトによる収差量の変動は、光学素子の設置マージンが狭くなる等の影響があり、また、光軸が可動であるような光学系に用いる場合には収差特性が変動するため好ましくない。
【００３３】
このような収差特性の変動を抑制するため、本実施の形態における光学素子１０では、ｙ軸方向の３次コマ収差成分とは別に、光軸がシフトすることにより非点収差が発生するような波面収差となるように形成されている。このような波面収差の例としては、数５に示されるｆ（ξ、η）が挙げられる。数５に示される式において、α１、β１、Ｂは定数である。光軸が点Ｏの存在している場合には、波面収差ｆ（ξ、η）となり、点Ｏから点Ｏ１へと光軸がシフトし、点Ｏ１に光軸が存在している場合には、数６に示される式の波面収差が発生する。数６に示される式では、４５°方向において３次非点収差成分が発生しているので、光学素子に、このような波面収差ｆ（ξ、η）を付与することにより、コマ収差がある場合において、光軸のシフトにより発生する非点収差を打ち消すことができる。尚、数６に示される式のようなチルト成分や波面収差のオフセットとなるピストン成分も発生しているが、これらの集光特性に対する影響は小さい。
【００３４】
【数５】
【００３５】
【数６】
数５に示される波面収差ｆ（ξ、η）は、数７に示す式に書き直すこともできる。ここで、Ｚ１１は、数８に示されるものであり、Trefoil収差と呼ばれることがあるものである。従って、本実施の形態における光学素子は、コマ収差成分の他にTrefoil収差を含むものである。
【００３６】
【数７】
【００３７】
【数８】
ここで、本実施の形態における光学素子に付与されるTrefoil収差は、光学系の集光特性に影響を与えるものであり、光学素子によって発生するコマ収差よりも小さな値であることが好ましい。即ち、本実施の形態における光学素子において、波面収差を測定した場合に、Ｚ１１の収差量ｐとＺ８の収差量ｑとの比の絶対値｜ｐ／ｑ｜が、０よりも大きく、１以下であることが好ましい。
【００３８】
次に、点Ｏからｙ方向にΔｙずれた点Ｏ２の場合について説明する。δｙ＝Δｙ／ｒ０、点Ｏ２を原点としてｘ２ｙ２軸をとり、ｒ０で規格化された座標（ξ２、η２）、光軸が点Ｏに存在している場合に、ｙ方向の３次コマ収差が発生しているとして、光軸が点Ｏ２にシフトした場合における波面収差Ｗ（ξ２、η２）は数９に示す式で表わされる。但し、数９に示す式では、δｙにおける２次以上の項や波面収差のピストン成分は無視している。尚、Ｚ４、Ｚ５は数１０に示す式で表わされるものであり、Ｚ４はデフォーカス成分であり集光位置の変化があるが、集光特性への影響は小さい。Ｚ５はｘｙ軸方向の非点収差成分であり、集光特性への影響が大きい。
【００３９】
【数９】
【００４０】
【数１０】
従って、光軸がｙ方向にシフトする場合には、ｘｙ軸方向における非点収差成分が発生する。これを打ち消すための波面収差として、数１１に示すｇ（ξ、η）を用いる。尚、数５に示される式において、α２、β２、Ｃは定数である。光軸が点Ｏに存在している場合には、波面収差ｇ（ξ、η）が付与され、点Ｏから点Ｏ２に光軸がシフトし、点Ｏ２に光軸が存在している場合には、数１２に示される波面収差ｇ（ξ２、η２）が発生する。数１２では、ｘｙ軸方向において、３次非点収差成分が発生しているため、このような波面収差ｇ（ξ、η）を付与することにより、コマ収差がある場合において、光軸のシフトにより発生する非点収差を打ち消すことができる。
【００４１】
【数１１】
【００４２】
【数１２】
数１２に示される波面収差ｇ（ξ、η）は、数１３に示す式に書き直すこともできる。ここで、Ｚ１１は、数８に示されるものであり、Trefoil収差と呼ばれることがあるものである。従って、本実施の形態における光学素子は、コマ収差成分の他にTrefoil収差を含むものである。
【００４３】
【数１３】
ここで、本実施の形態における光学素子に付与されるTrefoil収差は、光学系の集光特性に影響を与えるものであり、光学素子によって発生するコマ収差の量よりも小さいことが好ましい。即ち、本実施の形態における光学素子において、波面収差を測定した場合に、Ｚ８の収差量ｑ（第８の項の係数）に対するＺ１１の収差量ｐ（第１１の項の係数）の比の絶対値｜ｐ／ｑ｜が、０よりも大きく、１以下であることが好ましい。
【００４４】
以上より、本実施の形態における光学素子により、コマ収差を補正する場合、Trefoil成分を加えることにより、光軸のシフトに対する変動の影響を低減することができる。本実施の形態における光学素子によって発生させる波面収差としては、数１４に示す式により表わすことができる。数１４に示す式において、Ｗ０（ξ、η）はＺ８やＺ１１以外の成分を含む波面収差である。Ｗ０（ξ、η）をゼルニケ多項式で展開したときの各々の係数の絶対値は、｜ｑ｜よりも小さく、また、｜ｐ｜よりも小さいことが好ましい。表１においては、ゼルニケ多項式（フリンジゼルニケ多項式）における第１項から第３７項までを示しているが、Ｚ１がピストン成分、Ｚ２がξ方向チルト成分、Ｚ３がη方向チルト成分、Ｚ４がデフォーカス成分に各々対応している。
【００４５】
【数１４】
【００４６】
【表１】
また、上記説明においては、ｙ方向におけるコマ収差について説明したが、ｘ方向におけるコマ収差については、前述のＺ８成分をＺ７成分に置き換え、Ｚ１１成分をＺ１０成分に置き換えることにより、同様の特性を得ることができる。
【００４７】
尚、本実施の形態における光学素子は、後述する光ヘッド装置以外にも、レーザ顕微鏡、レーザアニール装置、レーザ加工装置等、レーザ光を集光する様々な装置に適用することが可能である。
【００４８】
〔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用いた光ヘッド装置である。図６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。
【００４９】
本実施の形態における光ヘッド装置１００は、所定の波長の光を出射する光源１１０と、光源１１０からの光を平行光に変換するコリメータレンズ１２１と、コリメータレンズ１２１を出射した光を光ディスク１５０の方向に透過させるとともに、光ディスク１５０の情報記録面１５０ａにおいて反射された信号光を偏向分離して光検出器１４０が設置されている方向に導くためのビームスプリッタ１２２と、光源１１０からの光を光ディスク１５０の情報記録面１５０ａに集光するための対物レンズ１２３と、信号光を光検出器１４０に集光するための集光レンズ１２４と、光ディスク１５０の情報記録面１５０ａにおいて反射された信号光を検出するための光検出器１４０と、収差補正素子１３０とを有している。尚、収差補正素子１３０は、第１の実施の形態における光学素子であり、本実施の形態において光学素子と記載する場合がある。
【００５０】
光検出器１４０は、光ディスク１５０の情報記録面１５０ａに記録されている情報の再生信号、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を検出するものである。尚、本実施の形態における光ヘッド装置では、検出されたフォーカスエラー信号に基づいて、対物レンズ１２３を光軸方向に制御し移動させるための不図示のフォーカスサーボと、検出されたトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ１２３を光軸に対し垂直方向に制御し移動させるための不図示のトラッキングサーボとを有している。
【００５１】
光源１１０は、例えば、４０５ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光を出射する半導体レーザにより形成されている。尚、本実施の形態における光ヘッド装置においては、光源１１０は、４０５ｎｍ波長帯の光に限定されるものではなく、例えば、６６０ｎｍ波長帯の光や、７８０ｎｍ波長帯の光、その他の波長帯の光であってもよい。また、本実施の形態においては、４０５ｎｍ波長帯の光とは波長が３８５ｎｍ〜４３０ｎｍにおける光であり、６６０ｎｍ波長帯の光とは波長が６３０ｎｍ〜６９０ｎｍにおける光であり、７８０ｎｍ波長帯の光とは波長が７６０ｎｍ〜８００ｎｍにおける光であるものとする。
【００５２】
本実施の形態における光ヘッド装置では、第１の実施の形態における光学素子である収差補正素子１３０をコリメータレンズ１２１とビームスプリッタ１２２との間における光路に設置することにより、容易に、かつ、的確に光学系の収差の補正を行なうことができる。尚、本実施の形態における光ヘッド装置において、収差補正素子１３０が設置される位置は、コリメータレンズ１２１とビームスプリッタ１２２との間における光路に限定されるものではなく、光源１１０と対物レンズ１２３との間における光路であれば、いずれの場所においても設置することが可能である。
【００５３】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第２の実施の形態とは異なる光ヘッド装置であって、第１の実施の形態における光学素子を用いた光ヘッド装置である。図７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２００は、複数の規格の光ディスクにおいて情報の記録及び再生を行なうことが可能なものであり、第１の光ディスク２５１に対応した第１の光学系２１０と、第２の光ディスク２５２に対応した第２の光学系２２０とを有している。本実施の形態においては、例えば、第１の光ディスク２５１はＢＤであり、第２の光ディスク２５２はＤＶＤ又はＣＤである。
【００５４】
第１の光学系２１０は、所定の波長、即ち、ＢＤに対応した波長の光を出射する光源２１１と、第１の光ディスク２５１の情報記録面２５１ａからの反射光を検出するための光検出器２１６と、光源２１１から出射された光を平行光にするコリメータレンズ２１２と、コリメータレンズ２１２を出射した光を光ディスク２５１の方向に透過させるとともに、光ディスク２５１の情報記録面２５１ａにおいて反射された信号光を偏向分離して光検出器２１６が設置されている方向に導くためのビームスプリッタ２１３と、光源２１１からの光を光ディスク２５１の情報記録面２５１ａに集光するための第１の対物レンズ２１４と、信号光を光検出器２１６に集光するための集光レンズ２１５とを有している。
【００５５】
また、第２の光学系２２０は、所定の波長、即ち、ＣＶＤまたはＣＤに対応した波長の光を出射する光源２２１と、第２の光ディスク２５２の情報記録面２５２ａからの反射光を検出するための光検出器２２６と、光源２２１から出射された光を平行光にするコリメータレンズ２２２と、コリメータレンズ２２２を出射した光を光ディスク２５２の方向に透過させるとともに、光ディスク２５２の情報記録面２５２ａにおいて反射された信号光を偏向分離して光検出器２２６が設置されている方向に導くためのビームスプリッタ２２３と、光源２２１からの光を光ディスク２５２の情報記録面２５２ａに集光するための第２の対物レンズ２２４と、信号光を光検出器２２６に集光するための集光レンズ２２５とを有している。尚、第２の光学系２２０においては、コリメータレンズ２２２とビームスプリッタ２２３との間には、収差補正素子２３０が設置されている。収差補正素子２３０は、第１の実施の形態における光学素子であり、本実施の形態において光学素子と記載する場合がある。また、本実施の形態における光ヘッド装置は、収差補正素子は第２の光学系２２０のみならず、第１の光学系２１０にも設置した構造のものであってもよい。
【００５６】
また、本実施の形態における光ヘッド装置では、第１の光学系２１０における第１の対物レンズ２１４と第２の光学系２２０における第２の対物レンズ２２４とは、共通のレンズホルダ２４０により固定されている。
【００５７】
本実施の形態における光ヘッド装置においては、例えば、光ディスクにおける情報の記録再生を行う際に、第１の光ディスク２５１であるか第２の光ディスク２５２であるかの検知を行ない、検知された光ディスクの種類に対応して、用いる光学系を切換えて使用するものである。
【００５８】
このような光ヘッド装置を製造する際には、最初に、一方の光学系（例えば、第１の光学系２１０）の組立を行なう。この際、一方の光学系を形成している各光学部品に光軸ずれや傾きが生じないように調整しながら精密に組立を行なう。この一方の光学系の組み立てを行うことにより、第１の対物レンズ２１４の位置が定まり、レンズホルダ２４０の位置が固定される。次に、他方の光学系（例えば、第２の光学系２２０）の組立を行なうが、この際、レンズホルダ２４０の位置は固定されているため、このレンズホルダ２４０に設置されている第２の対物レンズ２２４は、第２の光学系２２０における光軸に対し傾いている（角度ずれしている）場合がある。このように、第２の対物レンズ２２４が第２の光学系２２０における光軸に対し傾いている場合には、この傾きに起因してコマ収差が発生する。本実施の形態における光ヘッド装置では、第２の光学系２２０において収差補正素子２３０を設置することにより、この傾きに起因して発生したコマ収差を打ち消し、発生するコマ収差の値を低くすることができる。尚、上記以外の内容については、第２の実施の形態と同様である。
【００５９】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第３の実施の形態とは異なる光ヘッド装置であって、第１の実施の形態における光学素子を用いた光ヘッド装置である。図８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、複数の規格の光ディスクにおいて情報の記録及び再生を行なうことが可能なものであり、第１の光ディスク３５１及び第２の光ディスク３５２に対応したものである。本実施の形態においては、例えば、第１の光ディスク３５１はＢＤであり、第２の光ディスク３５２はＤＶＤ又はＣＤである。
【００６０】
本実施の形態における光ヘッド装置３００は、第１の光源３１１、第２の光源３１２、ダイクロイックプリズム３２１、ビームスプリッタ３２２、コリメートレンズ３２３、ダイクロイックプリズム３２４、ミラー３２５、第１の対物レンズ３２６、第２の対物レンズ３２７、収差補正素子３３０、光検出器３４０を有している。
【００６１】
第１の光源３１１は、４０５ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光を出射する半導体レーザであり、第２の光源３１２は、６６０ｎｍ波長帯及び７８０ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光を出射するハイブリッドタイプの半導体レーザである。また、ダイクロイックプリズム３２１は、４０５ｎｍ波長帯の光を反射し、６６０ｎｍ波長帯の光及び７８０ｎｍ波長帯の光を透過する機能を有しており、ダイクロイックプリズム３２４は、４０５ｎｍ波長帯の光を透過し、６６０ｎｍ波長帯の光及び７８０ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有している。また、第１の対物レンズ３２６及び第２の対物レンズ３２７は、共通のレンズホルダ３２８により固定されている。
【００６２】
第１の光源３１１より出射された光は、ダイクロイックプリズム３２１において偏向された後、更に、ビームスプリッタ３２２において偏向され、コリメートレンズ３２３により平行光とされた後、収差補正素子３３０に入射する。この後、収差補正素子３３０より出射された光は、ダイクロイックプリズム３２４を透過し、ミラー３２５において反射され、レンズホルダ３２８に固定されている第１の対物レンズ３２６により、第１の光ディスク３５１の情報記録面３５１ａに集光される。第１の光ディスク３５１の情報記録面３５１ａに集光された光は、情報記録面３５１ａにおいて反射され、第１の対物レンズ３２６、ミラー３２５を介し、ダイクロイックプリズム３２４を透過し、収差補正素子３３０、コリメータレンズ３２３、ビームスプリッタ３２２を介し、光検出器３４０に入射する。
【００６３】
また、第２の光源３１２より出射された光は、ダイクロイックプリズム３２１を透過し、ビームスプリッタ３２２において偏向され、コリメートレンズ３２３により平行光とされた後、収差補正素子３３０に入射する。この後、収差補正素子３３０より出射された光は、ダイクロイックプリズム３２４において反射され、レンズホルダ３２８に固定されている第２の対物レンズ３２７により、第２の光ディスク３５２の情報記録面３５２ａに集光される。第２の光ディスク３５２の情報記録面３５２ａに集光された光は、情報記録面３５２ａにおいて反射され、第２の対物レンズ３２７を介し、ダイクロイックプリズム３２４において反射され、収差補正素子３３０、コリメータレンズ３２３、ビームスプリッタ３２２を介し、光検出器３４０に入射する。
【００６４】
本実施の形態における光ヘッド装置においては、収差補正素子３３０は、３つの波長における共通の光路、即ち、コリメートレンズ３２３とダイクロイックプリズム３２４との間の光路に設置されている。
【００６５】
収差補正素子３３０は、第１の実施の形態における光学素子であり、具体的には、図２に示される構造のものであって、波長選択性を有するものである。具体的には、図２に示す光学素子において、４０５ｎｍ波長帯（第１の波長）においては、凹凸部１２と媒質部１３との屈折率が一致しており、６６０ｎｍ波長帯及び７８５ｎｍ波長帯（第２の波長）においては、凹凸部１２と媒質部１３との屈折率が異なっているものである。これにより、収差補正素子３３０は、４０５ｎｍ波長帯においては収差補正素子として機能することなく透明板となり、６６０ｎｍ波長帯及び７８５ｎｍ波長帯においては収差補正素子として機能する。
【００６６】
このような光ヘッド装置を製造する際には、最初に、一方の対物レンズ（例えば、第１の対物レンズ３２６）を通る光に対応した光学系の組立を行なう。この際、光学系を形成している各光学部品に光軸ずれや傾きが生じないように調整しながら精密に組立を行なう。この光学系を組み立てることにより、一方の対物レンズの位置が定まり、レンズホルダ３２８の位置が固定される。次に、他方の対物レンズ（例えば、第２の対物レンズ３２７）を通る光に対応した光学系の組立を行なうが、この際、レンズホルダ３２８の位置は固定されているため、このレンズホルダ３２８に設置されている第２の対物レンズ３２７は、光学系における光軸に対し傾いている（角度ずれしている）場合がある。このように、第２の対物レンズ３２７が光学系における光軸に対し傾いている場合には、この傾きに起因してコマ収差が発生する。本実施の形態における光ヘッド装置では、収差補正素子３３０を設置することにより、この傾きに起因して発生したコマ収差を打ち消し、発生するコマ収差の値を低くすることができる。尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【実施例】
【００６７】
次に、第１の実施の形態における光学素子の実施例について説明する。
【００６８】
（実施例１）
実施例１における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２３５ｙ＋０．０００２３５ｘ２ｙ＋０．０００３５２５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１０５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００７５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００４５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１５（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１５（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００４５（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００７５（ｍｍ）となるように形成する。図９（ａ）は、このような凹凸部１２において、ｘ＝０における断面の関数形状と実際の断面形状とを示すものである。また、図９（ｂ）は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００６９】
図１０（ａ）は、実施例１における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１０（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．００８λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．２６であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１０（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１０（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７０】
（実施例２）
実施例２における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２３５ｙ＋０．０００１７６２５ｘ２ｙ＋０．０００３５２５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１２２５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００８７５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００５２５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１７５（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１７５（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００５２５（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００８７５（ｍｍ）となるように形成する。図１１は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７１】
図１２（ａ）は、実施例２における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１２（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０１２λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．４であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１２（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１２（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７２】
（実施例３）
実施例３における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２５ｙ＋０．０００１２５ｘ２ｙ＋０．０００３７５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１２６（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００９（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００５４（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１８（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１８（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００５４（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００９（ｍｍ）となるように形成する。図１３は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７３】
図１４（ａ）は、実施例３における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１４（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０１８λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．６であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１４（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１４（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７４】
（実施例４）
実施例４における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２９７ｙ＋０．０００４４５５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１４（ｍｍ）、ｈ２＝−０．０００１（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００６（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００２（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００２（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００６（ｍｍ）、ｈ７＝０．０００１（ｍｍ）となるように形成する。図１５は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７５】
図１６（ａ）は、実施例４における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１６（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３１λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０３１λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝１であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１６（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１６（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７６】
（実施例５）
実施例５における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００３８ｙ＋０．００００９５ｘ２ｙ＋０．０００３８ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００８０５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．０００５７５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．０００３４５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．０００１１５（ｍｍ）、ｈ５＝０．０００１１５（ｍｍ）、ｈ６＝０．０００３４５（ｍｍ）、ｈ７＝０．０００５７５（ｍｍ）となるように形成する。図１７は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７７】
図１８（ａ）は、実施例５における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図１８（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３１λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０２１λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．６８であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図１８（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図１８（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００７８】
（実施例６）
実施例６における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００１８ｙ＋０．０００４５ｘ２ｙ＋０．０００２７ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１７５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．０００１２５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００７５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００２５（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００２５（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００７５（ｍｍ）、ｈ７＝０．０００１２５（ｍｍ）となるように形成する。図１９は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００７９】
図２０（ａ）は、実施例６における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図２０（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３０λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝０．０１３λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．４３であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図２０（ｂ）は、ｙ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図２０（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００８０】
（実施例７）
実施例７における光学素子は、基板１１となる屈折率１．４５６の石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィとエッチングを交互に繰り返すことにより、基板１１の表面に凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２９ｙ＋０．０００２１７５ｘ２ｙ＋０．０００４３５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１３３（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００９５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００５７（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１９（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１９（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００５７（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００９５（ｍｍ）となるように形成する。図２１は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００８１】
図２２（ａ）は、実施例７における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図２２（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３０λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０１３λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．４３であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図２２（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図２２（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００８２】
（実施例８）
実施例８における光学素子は、基板１１となるガラス基板を洗浄し、基板１１の表面に真空蒸着により屈折率が１．４５６のＳｉＯ２膜を成膜し、成膜されたＳｉＯ２膜において、フォトリソグラフィとエッチングを交互に繰り返すことにより、ＳｉＯ２膜に凹凸部１２を形成したものである。凹凸部１２に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２９ｙ＋０．０００２１７５ｘ２ｙ＋０．０００４３５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１３３（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００９５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００５７（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１９（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１９（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００５７（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００９５（ｍｍ）となるように形成する。図２３は、凹凸部１２における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００８３】
図２４（ａ）は、実施例８における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図２４（ａ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３０λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝−０．０１３λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０．４３であるため、０＜｜ｐ／ｑ｜≦１の条件を満たしている。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図２４（ｂ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図２４（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は抑えられている。
【００８４】
（比較例１）
比較例１における光学素子は、基板となるガラス基板を洗浄し、基板上にインプリント法により屈折率１．５３の光を透過する樹脂を凹凸形状に加工して凹凸部を形成したものである。凹凸部に形成される凹凸形状は、相対的な高さの分布の稜線が、関数ｈｉ＝−０．０００２１ｙ＋０．０００３１５ｘ２ｙ＋０．０００３１５ｙ３となるように７段の凹凸形状を形成する。具体的には、ｉを１〜７とした場合、ｈ１＝−０．０００１０５（ｍｍ）、ｈ２＝−０．００００７５（ｍｍ）、ｈ３＝−０．００００４５（ｍｍ）、ｈ４＝−０．００００１５（ｍｍ）、ｈ５＝０．００００１５（ｍｍ）、ｈ６＝０．００００４５（ｍｍ）、ｈ７＝０．００００７５（ｍｍ）となるように形成する。図２５（ａ）は、凹凸部における凹凸形状の等高となる領域を示す平面図であり、φ３ｍｍの範囲において、凸から凹となるに伴い黒色から白色となるように示されている。
【００８５】
図２５（ｂ）は、比較例１における光学素子において、φ２ｍｍ、即ち、ｒ０＝１（ｍｍ）の光束が入射した場合におけるゼルニケ多項式の係数を計算したものを示す。図２５（ｂ）において、Ｚ８の係数はｑ＝０．０３λｒｍｓであり、Ｚ１１の係数はｐ＝０λｒｍｓであり、｜ｐ／ｑ｜＝０である。また、Ｚ５〜Ｚ３７の係数の絶対値は、｜ｐ｜または｜ｑ｜よりも小さい。図２６（ａ）は、ｘ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものであり、図２６（ｂ）は、ｙ軸方向に、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で光軸のシフトが生じた場合の収差を算出したものである。図２６（ａ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は実施例１〜５、７、８における光学素子よりも大きく、図２６（ｂ）に示されるように、Ｚ８成分とＺ６成分における変動は実施例６における光学素子よりも大きい。
【００８６】
尚、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】
【００８７】
１０ 光学素子
１１ 基板
１２ 凹凸部
１３ 媒質部
１４ 基板
１５ 反射防止膜
１６ 反射防止膜
２１ 光スポット
１００ 光ヘッド装置
１１０ 光源
１２１ コリメータレンズ
１２２ ビームスプリッタ
１２３ 対物レンズ
１２４ 集光レンズ
１３０ 収差補正素子（光学素子）
１４０ 光検出器
１５０ 光ディスク
１５０ａ 情報記録面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する基板と、
前記基板の表面に形成された凹凸部と、
を有する光学素子において、
前記光学素子における波面収差をフリンジゼルニケ多項式で展開した場合におけるフリンジゼルニケ多項式の第８の項の係数をｑとし、第１１の項の係数をｐとした場合に、
０＜｜ｐ／ｑ｜≦１
となるものであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記凹凸部は３段以上の凹凸を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記凹凸部は、透明部材の表面に凹凸形状が形成されているものであって、前記基板の上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記凹凸部の表面には媒質部が形成されており、前記凹凸部を形成している材料の屈折率と、前記媒質部を形成している材料の屈折率とは、第１の波長においては等しく、第２の波長においては異なっているものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記基板又は凹凸部の表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
光源と、
前記光源より出射された光を集光し光ディスクに照射する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を検出する光検出器と、
前記光源から出射された光の光路に設置された請求項１から５のいずれかに記載の光学素子と、
を有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項７】
前記光源は複数であり、複数の前記光源は相互に異なる波長の光を出射するものであって、
複数の前記光源の波長に対応し、複数の対物レンズを有しており、
複数の前記対物レンズは、共通のレンズホルダに固定されているものであって、
前記光源からの光路の一方または双方に前記光学素子が設置されていることを特徴とする請求項６に記載の光ヘッド装置。
【請求項１】
光を透過する基板と、
前記基板の表面に形成された凹凸部と、
を有する光学素子において、
前記光学素子における波面収差をフリンジゼルニケ多項式で展開した場合におけるフリンジゼルニケ多項式の第８の項の係数をｑとし、第１１の項の係数をｐとした場合に、
０＜｜ｐ／ｑ｜≦１
となるものであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記凹凸部は３段以上の凹凸を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記凹凸部は、透明部材の表面に凹凸形状が形成されているものであって、前記基板の上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記凹凸部の表面には媒質部が形成されており、前記凹凸部を形成している材料の屈折率と、前記媒質部を形成している材料の屈折率とは、第１の波長においては等しく、第２の波長においては異なっているものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記基板又は凹凸部の表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
光源と、
前記光源より出射された光を集光し光ディスクに照射する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を検出する光検出器と、
前記光源から出射された光の光路に設置された請求項１から５のいずれかに記載の光学素子と、
を有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項７】
前記光源は複数であり、複数の前記光源は相互に異なる波長の光を出射するものであって、
複数の前記光源の波長に対応し、複数の対物レンズを有しており、
複数の前記対物レンズは、共通のレンズホルダに固定されているものであって、
前記光源からの光路の一方または双方に前記光学素子が設置されていることを特徴とする請求項６に記載の光ヘッド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１６】
【図１８】
【図２０】
【図２２】
【図２４】
【図２６】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図１５】
【図１７】
【図１９】
【図２１】
【図２３】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１６】
【図１８】
【図２０】
【図２２】
【図２４】
【図２６】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図１５】
【図１７】
【図１９】
【図２１】
【図２３】
【図２５】
【公開番号】特開２０１３−９３０８０（Ｐ２０１３−９３０８０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５２１５（Ｐ２０１１−２３５２１５）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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