专利名称：衍射元件、光拾取器及光盘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种衍射元件、光拾取器及光盘装置，适合应用于例如对应多个波长的衍射元件。
背景技术：
以往，在光盘装置的光拾取器中，为了补正光束的像差等而采用衍射元件。衍射元件是在透明的板状的元件基板的表面上形成细微的沟状衍射光栅，由通过该衍射光栅的峰部及谷部时的光路差来使光束发生衍射(例如，参照专利文献1)。
在此，衍射元件的衍射效率根据形成衍射光栅的衍射图案的沟的深度及光束的波长而进行变化，并且衍射角度根据衍射图案的周期(或沟的宽度)而进行变化。
日本特开2005-339762号公报作为衍射元件的制造方法，广泛采用在模具内填充光学树脂而制作成型品的注塑成型。但是，在通过注塑成型制造具有沟又深又窄的衍射图案的衍射元件的情况下，在为了提高衍射图案的再现精度而优先考虑向模具填充树脂的树脂填充率(即优先考虑模具复制性)时，需要将注塑时的树脂温度及模具温度设定得较高，并且由于成型品的起模阻力较大，因此也需要将成型品从模具进行起模时的树脂温度设定得较高。
但是，在以上述那样的较高树脂温度进行注塑成型时会存在这样的问题成型品在起模时发生变形，像这样制造出来的衍射元件会产生不需要的像差。于是，为了防止这样的成型品发生变形，需要将树脂温度及模具温度设定得较低，但此时会存在降低了向模具填充树脂的填充率而导致模具复制性变差，像这样制造出来的衍射元件会产生像差这样的问题。
发明内容
本发明是考虑到以上问题点而做成的，提出了一种可以呈现出良好特性的衍射元件、光拾取器及光盘装置。
为了解决本课题，在本发明的衍射元件中设置有第1构件和第2构件；该第1构件具有两个光学面，是透明的注塑成型品；该第2构件由第1紫外线固化树脂形成，使该第2构件紧贴在第1构件的一光学面上地设置该第2构件，并且在表面上形成有第1衍射图案，该第2构件的折射率相对于第1构件的折射率的差在±0.013以内。
由此，通过第2构件降低了由第1构件的变形引起的像差，从而可以将在第1构件与第2构件之间产生的像差抑制到实际应用上没有问题的水平。
另外，在本发明的光拾取器中，具有光源、衍射元件和物镜单元；上述光源射出第1波长的光束、第2波长的光束及第3波长的光束，上述衍射元件使第1及第2波长的光束发生衍射，并且使第3波长的光束不发生衍射地透射，上述物镜单元与会聚从该衍射元件入射的第1、第2或第3波长的光束的物镜形成为一体，衍射元件具有第1构件和第2构件；该第1构件具有两个光学面，是透明的注塑成型品，该第2构件由第1紫外线固化树脂形成，紧贴在第1构件的一光学面上地设置该第2构件，并且在该第2构件的表面上形成有第1衍射图案，该第2构件的折射率相对于第1构件的折射率的差在±0.013以内。
由此，通过第2构件降低了由第1构件的变形引起的像差，从而可以将在第1构件与第2构件之间产生的像差抑制到实际应用上没有问题的水平。
并且，在本发明的光盘装置中，通过光拾取器向光盘照射第1、第2或第3波长的光束，该光拾取器具有光源、衍射元件和物镜单元；上述光源射出第1波长的光束、第2波长的光束及第3波长的光束，上述衍射元件使第1及第2波长的光束发生衍射，并且使第3波长的光束不发生衍射地透射，上述物镜单元与会聚从该衍射元件入射的第1、第2或第3波长的光束的物镜形成为一体，衍射元件具有第1构件和第2构件；该第1构件具有两个光学面，是透明的注塑成型品，该第2构件由第1紫外线固化树脂形成，紧贴在第1构件的一光学面上地设置该第2构件，并且在该第2构件的表面上形成有第1衍射图案，该第2构件的折射率相对于第1构件的折射率的差在±0.013以内。
由此，通过第2构件降低了由第1构件的变形引起的像差，从而可以将在第1构件与第2构件之间产生的像差抑制到实际应用上没有问题的水平。
另外，在本发明的衍射元件中，设置有第1构件、第2构件和第3构件；第1构件具有形成有第1衍射图案的一面及平坦的另一面，是透明的注塑成型品，第2构件紧贴地设置在第1构件的平坦的另一面上，由在表面上形成有第2衍射图案、并具有与第1构件大致相同的折射率的第1紫外线固化树脂形成；第3构件紧贴地设置在第1构件的第1衍射图案上，由具有与第1构件不同的折射率的第2紫外线固化树脂形成。
而且，相对于涂敷在第1构件的平坦的另一面上的第1紫外线固化树脂，按压具有与第2衍射图案相反的模形状的模具，并且照射紫外线使其固化，从而形成了第2衍射图案，相对于涂敷在第1衍射图案上的第2紫外线固化树脂，按压平板状的模具，并且照射紫外线使其固化，从而形成了平坦的第3衍射图案。
由此，可以无变形地形成第2衍射图案，并且可以通过第3构件抵消第1衍射图案的变形，从而可以降低衍射元件的像差。
采用本发明，通过设置后述的第1构件和第2构件，可以无变形地形成第2衍射图案，并且可以通过第3构件抵消第1衍射图案的变形，从而可以降低衍射元件的像差，于是能够实现可以呈现出像差较小的良好光学特性的衍射元件、光拾取器及光盘装置。前述的第1构件具有两个光学面，是透明的注塑成型品，前述的第2构件由第1紫外线固化树脂形成，紧贴在上述第1构件的一光学面上地设置该第2构件，并且在表面上形成有第1衍射图案，该第2构件的折射率相对于第1构件的折射率在其±0.013以内。
另外，采用本发明，通过在衍射元件上设置后述的第1构件、第2构件和第3构件，可以无变形地形成第2衍射图案，并且可以通过第3构件抵消第1衍射图案的变形，于是能够实现可以呈现出像差较少的良好的光学特性的衍射元件、光拾取器及光盘装置。前述的第1构件具有形成有第1衍射图案的一面及平坦的另一面，是透明的注塑成型品，使前述的第2构件紧贴在第1构件的平坦的另一面上地设置该第2构件，由在表面上形成有第2衍射图案、并具有与第1构件大致相同的折射率的第1紫外线固化树脂形成，使前述的第3构件紧贴在第1构件的第1衍射图案上地设置该第3构件，由具有与第1构件不同的折射率的第2紫外线固化树脂形成。
图1是表示光盘装置的整体构造的框图。
图2是表示光拾取器的构造的简图。
图3是表示物镜单元的构造的立体简图。
图4是表示物镜单元内的光路的简图。
图5是表示衍射元件的构造的简图。
图6是表示衍射元件的制造方法的简图。
图7是用于说明DVD侧像差的简图。
图8是表示基体层的像差的简图。
图9是表示基体层的弯曲的简图。
图10是表示基体层的像差的简图。
图11是表示其他的实施方式的衍射元件的构造的简图。
图12是表示其他的实施方式的衍射元件的构造的简图。
具体实施例方式
下面，依据附图详细说明本发明的一实施方式。
(1)光盘装置的构造(1-1)光盘装置的整体构造在图1中，1表示采用了本发明的衍射元件的光盘装置，可以再现CD(Compact Disc光盘)格式、DVD(DigitalVersatile Disc数字视盘)格式或BD(Blu-ray Disc蓝光光盘、注册商标)格式这3种格式中任一种的光盘100。
该光盘装置1通过控制部2总括地控制整个装置，在填装了光盘100的状态下接受来自未图示的外部设备的再现指示等时，通过该控制部2对驱动部3及信号处理部4进行控制来读出记录在该光盘100上的信息。
实际上，驱动部3根据控制部2的控制，通过主轴电动机5使光盘100以所期望的旋转速度进行旋转，通过螺纹电动机6使光拾取器7向作为光盘100径向的循迹方向进行大幅度的移动，并且通过2轴驱动器8使物镜单元9分别向靠近或远离光盘100的方向、即调焦方向及循迹方向这两个方向进行细微的移动。
与此同时，信号处理部4通过光拾取器7使规定的光束从物镜单元9照射在光盘100的所期望的轨迹上，基于该反射光的检测结果生成再现信号，并通过控制部2将该再现信号向未图示的外部设备送出。
光拾取器7形成为所谓的3波长对应型，从物镜单元9对CD格式的光盘100(以下将其称作CD格式光盘100c)照射波长约为780[nm]的光束，另外从物镜单元9对DVD格式的光盘100(以下将其称作DVD格式光盘100d)照射波长约为650[nm]的光束，并且从物镜单元9对BD格式的光盘100(以下将其称作BD格式光盘100b)照射波长约为405[nm]的光束。
如上面所述，光盘装置1对CD格式、DVD格式或BD格式的光盘100照射出适合各自格式的光束，从而可以再现该光盘100。
(1-2)光拾取器的构造如图2所示，光拾取器7具有激光二极管11和激光二极管12作为光束的光源，该激光二极管11可以射出CD格式用的波长约为780[nm]的光束(以下称作CD用光束Lc)及DVD格式用的波长约为650[nm]的光束(以下称作DVD用光束Ld)，激光二极管12可以射出BD格式用的波长约为405[nm]的光束(以下称作BD用光束Lb)。
耦合透镜13对从激光二极管11射出的光束的光学倍率进行变换。
光束分离器14根据光束的波长使光束在反射透射面14A处进行反射或透射，在该反射透射面14A处使波长约为780[nm]的CD用光束Lc及波长约为650[nm]的DVD用光束Ld进行反射，另外使波长约为405[nm]的BD用光束Lb进行透射。
偏振光光束分离器15根据光束的偏振光方向使光束在偏振光面15A处进行反射或透射，使从光束分离器14侧入射的光束透射，另外在调整了偏振光方向的基础上使从准直透镜16侧入射的光束反射。
准直透镜16将从偏振光光束分离器15入射的、成为发散光的光束变换为平行光，另外将从上升反射镜17入射的、成为平行光的光束变换为会聚光。
上升反射镜17反射从准直透镜16入射的水平方向的光束并使该光束向垂直方向、即与光盘100大致垂直地入射的方向上升，另外对从1/4波阻板18大致垂直入射的光束进行反射使该光束在水平方向上放平。
1/4波阻板18使光束的一部分成分的相位延迟1/4波长量而将从上升反射镜17入射的光束从直线偏振光变换为圆偏振光，或将从物镜单元9入射的光束从圆偏振光变换为直线偏振光。
如图3的立体图所示，物镜单元9中，其大致筒状的镜筒部19(在图3中表示为局部截面)的下部安装有扁平的圆盘状的衍射元件20，并且从该镜筒部19的上部到中央部，安装有物镜21，该物镜21具有与该衍射元件20的大小大致相同的扁平的圆盘状部，在该圆盘状部的下表面一体形成有直径比该圆盘小一些的纺锤形部。
物镜单元9通过衍射元件20及物镜21将从1/4波阻板18入射的成为平行光的光束变换为会聚光，从而使该会聚光与光盘100的信号记录面对焦。
另外，在光拾取器7通过物镜单元9的物镜21及衍射元件20将在光盘100的信号记录面处被反射而成为发散光的光束变换为平行光，通过1/4波阻板18将其从圆偏振光变换为直线偏振光，通过上升反射镜17使其在水平方向、即设有偏振光光束分离器15的方向上放平，通过准直透镜16将其从平行光变换为会聚光，然后，使该光束入射到偏振光光束分离器15。
此时，偏振光光束分离器15根据光束的偏振光方向在偏振光面15A处反射该光束，并使其入射到转换透镜22。
转换透镜22对CD用光束Lc及DVD用光束Ld和BD用光束Lb的光学倍率进行变换。另外，光轴合成元件23使从激光二极管11射出的CD用光束Lc及DVD用光束Ld的光轴与从激光二极管12射出的BD用光束Lb的光轴重合。
在光电检测器24的上表面(即通过转换透镜22及光轴合成元件23的光束所照射的面)，分别成为规定形状的多个检测区域分别形成于规定的位置，通过分别测定所照射的光束的光量并进行光电变换而生成多个检测信号，并将该信号供给到信号处理部4(图1)。
由此，信号处理部4通过采用来自光电检测器24(图2)的检测信号进行规定的运算处理等而生成再现RF信号，基于该再现RF信号，经过规定的译码处理和解调处理等生成了重现信号。
另外，信号处理部4(图1)通过采用来自光电检测器24(图2)的检测信号进行规定的运算处理等而生成了循迹错误信号和调焦错误信号等驱动控制用信号，并将这些信号供给到控制部2。由此，控制部2通过驱动部3进行循迹控制和调焦控制等，从而可以调整光束对光盘100的照射状态而可正常地生成再现信号。
(1-2-1)CD格式光盘的情况实际上，在控制部2(图1)通过规定的光盘种类判定方法识别出光盘100为CD格式光盘100c时，使从光拾取器7(图2)的激光二极管11的发光点11A射出作为发散光的CD用光束Lc，并使该光束通过耦合透镜13入射到光束分离器14。
光拾取器7通过光束分离器14使CD用光束Lc在反射透射面14A处反射并使其透射偏振光光束分离器15，通过准直透镜16将其从发散光变换为平行光，通过上升反射镜17使其由水平方向向垂直方向上升，通过1/4波阻板18将其从直线偏振光变换为圆偏振光，然后，使该CD用光束Lc入射到物镜单元9。
物镜单元9通过物镜21及衍射元件20将从1/4波阻板18入射的CD用光束Lc变换为会聚光，从而使其与CD格式光盘100c的信号记录面对焦。
另外，物镜单元9通过物镜21及衍射元件20将在CD格式光盘100c的信息记录面处被反射而成为发散光的CD用光束Lc变换为平行光，并使其入射到1/4波阻板18。
之后，光拾取器7将入射到1/4波阻板18的CD用光束Lc从圆偏振光变换为直线偏振光，通过上升反射镜17将该光束在水平方向上放平，通过准直透镜16将其从平行光变换为会聚光之后，通过偏振光光束分离器15使其在偏振光面15A处反射，并使其依次通过转换透镜22及光轴合成元件23而向光电检测器24照射。
光电检测器24通过多个检测区域分别对被照射的CD用光束Lc的光量进行检测而生成多个检测信号，并将其供给到信号处理部4(图1)。
据此，信号处理部4在基于多个检测信号生成了再现RF信号的基础上生成再现信号，另外生成循迹错误信号和调焦错误信号等驱动控制用信号。
(1-2-2)DVD格式光盘的情况在控制部2(图1)通过规定的光盘种类判定方法识别出光盘100为DVD格式光盘100d时，从光拾取器7(图2)的激光二极管11的发光点11B射出作为发散光的DVD用光束Ld，并使该光束通过耦合透镜13向光束分离器14入射。
之后，与CD格式光盘100c的情况相同，光拾取器7使DVD用光束Ld依次在耦合透镜13、光束分离器14、偏振光光束分离器15、准直透镜16、上升反射镜17及1/4波阻板18透射或反射，在物镜单元9处通过衍射元件20及物镜21将该DVD用光束Ld变换为会聚光，从而使该光束与DVD格式光盘100d的信号记录面对焦。
另外，与CD格式光盘100c的情况相同，物镜单元9通过物镜21、衍射元件20将在DVD格式光盘100d的信息记录面处被反射而成为发散光的DVD用光束Ld变换为平行光之后，使依次在1/4波阻板18、上升反射镜17、准直透镜16、偏振光光束分离器15、转换透镜22及光轴合成元件23透射或反射，从而使其照射到光电检测器24。
与CD格式光盘100c的情况相同，光电检测器24利用多个检测区域对被照射的DVD用光束Ld的光量进行检测而生成多个检测信号，并将其供给到信号处理部4(图1)。
由此，信号处理部4在生成了再现RF信号后生成再现信号，另外生成循迹错误信号和调焦错误信号等驱动控制用信号。
(1-2-3)BD格式光盘的情况在控制部2(图1)通过规定的光盘种类判定方法识别出光盘100为BD格式光盘100b时，从光拾取器7(图2)的激光二极管12的发光点12A射出作为发散光的BD用光束Lb，并使其入射到光束分离器14。
此时，光束分离器14使BD用光束Lb透射反射透射面14A，从而使该光束入射到偏振光光束分离器15。
之后，与CD格式光盘100c的情况相同，光拾取器7使BD用光束Ld依次在偏振光光束分离器15、准直透镜16、上升反射镜17及1/4波阻板18透射或反射，在物镜单元9处利用物镜21将该BD用光束Lb变换为会聚光，从而使其与BD格式光盘100b的信号记录面对焦。
并且，物镜单元9的衍射元件20使BD用光束Lb不发生衍射而原样地透射(详情见后述)。
另外，与CD格式光盘100c的情况相同，在物镜单元9通过物镜21将在B D格式光盘100b的信息记录面处被反射而成为发散光的BD用光束Lb变换为平行光之后，使其依次在1/4波阻板18、上升反射镜17、准直透镜16、偏振光光束分离器15、转换透镜22及光轴合成元件23透射或反射，从而使其照射到光电检测器24。
与CD格式光盘100c的情况相同，光电检测器24通过多个检测区域对被照射的BD用光束Lb的光量进行检测而生成多个检测信号，并将其供给到信号处理部4(图1)。
据此，信号处理部4在生成了再现RF信号的基础上生成再现信号，另外生成循迹错误信号和调焦错误信号等驱动控制用信号。
像这样，无论光盘100为CD格式光盘100c、DVD格式光盘100d或BD格式光盘100b的任一种，光拾取器7都可以通过物镜单元9使CD用光束Lc、DVD用光束Ld或BD用光束Lb与该光盘100的信号记录面对焦，并且可以通过光电检测器24检测其反射光。
(1-3)物镜单元的构造接着，在图4中表示了CD格式光盘100c、DVD格式光盘100d及BD格式光盘100b与物镜单元9的放大剖视图。
并且，在物镜单元9中安装有2轴驱动器8(图1)，但在图4中将其省略。
通常，在CD格式、DVD格式及BD格式中，从互换性等方面考虑，分别依据标准规定了用于读出信息的光束的波长、会聚该光束时的数值孔径、及各光盘100的从下表面到信号记录面的部分(所谓的保护层)的厚度。
具体地说，在CD格式中规定波长约为780[nm]、数值孔径约为0.45、保护层的厚度约为1.2[mm]，另外在DVD格式中规定波长约为650[nm]、数值孔径约为0.65、保护层的厚度约为0.6[mm]，并且在BD格式中规定成波长约为405[nm]、数值孔径约为0.85、保护层的厚度约为0.1[mm]。
另外，在物镜单元9中，根据物镜21的特性，从该物镜21分别照射出CD用光束Lc、DVD用光束Ld及BD用光束Lb时的焦距各不相同。
因此，在光盘装置1中，实际是在将光盘100的高度固定的状态下通过2轴驱动器8(图1)调整物镜单元9的高度(即与光盘100的间隔)，从而使各光束与各光盘的信号记录面对焦。
另外，在图4中为了便于说明，是将物镜单元9固定而改变光盘100的高度。结果，在图4中，各光盘的下表面的高度各不相同。另外，在图4中，均只表示了CD格式光盘100c、DVD格式光盘100d及BD格式光盘100b的保护层。
但是，从BD用光束Lb的相对强度和BD格式所规定的数值孔径等方面考虑，与CD用光束Lc和DVD用光束Ld相比，物镜21优先形成为最适合该BD用光束Lb的设计。
因此，在BD用光束Lb作为平行光从该物镜21的下侧入射时，物镜单元9的物镜21可以将该BD用光束Lb变换为会聚光而使其与BD格式光盘100b的信号记录面对焦。
但是，由于物镜21最适合BD用光束Lb，假如CD用光束Lc或DVD用光束Ld作为平行光从物镜21的下侧入射的话，虽然可以变换为会聚光，但会产生像差，因此不能准确地与光盘100的信号记录层对焦。
所以，物镜单元9通过衍射元件20选择性地只使CD用光束Lc或DVD用光束Ld发生衍射而作为非平行光入射到物镜21，并且使BD用光束Lb以平行光的状态直接入射到该物镜21。
如图4所示，具体地说，作为使CD用光束Lc发生衍射并且使DVD用光束Ld及BD用光束Lb不发生衍射的这样的全息的CD用衍射光栅DGc形成于衍射元件20的上层部20A，衍射元件20通过该CD用衍射光栅DGc使CD用光束Lc稍稍向外方向发生衍射。
即，衍射元件20的上层部20A可以使DVD用光束Ld及BD用光束Lb原样地透射并选择性地只使CD用光束Lc发生衍射，换言之，发挥只对CD用光束Lc的像差进行补正的物镜的功能。
如图4所示，由此，物镜21使从衍射元件20入射的CD用光束Lc分别在其下表面及上表面上进行折射而变换为会聚光。结果，物镜单元9可以补正CD用光束Lc的像差，从而可以使从物镜21照射来的CD用光束Lc与CD格式光盘100c的信号记录面对焦。
另外，作为使DVD用光束Ld发生衍射并且使CD用光束Lc及BD用光束Lb不发生衍射的这样的全息的DVD用衍射光栅DGd形成于衍射元件20的下层部20B，如图4所示，衍射元件20通过该DVD用衍射光栅DGd使DVD用光束Ld稍稍向外方向发生衍射。
即，衍射元件20的下层部20B可以使CD用光束Lc及BD用光束Lb原样地透射并选择性地只使DVD用光束Ld发生衍射，换言之，发挥只对DVD用光束Ld的像差进行补正的物镜的功能。
如图4所示，由此，物镜21使从衍射元件20入射的DVD用光束Ld分别在其下表面及上表面上进行折射而变换为会聚光。结果，物镜单元9可以补正DVD用光束Ld的像差，从而可以使从物镜21照射来的DVD用光束Ld与DVD格式光盘100d的信号记录面对焦。
像这样，物镜单元9通过衍射元件20的上层部20A只使CD用光束Lc发生衍射而补正了其像差，另外通过衍射元件20的下层部20B只使DVD用光束Ld发生衍射而补正了其像差，从而可以使从最适合BD用光束Lb的物镜21照射来的CD用光束Lc、DVD用光束Ld及BD用光束Lb分别与CD格式光盘100c、DVD格式光盘100d及BD格式光盘100b的信号记录面对焦。
(1-4)衍射元件的构造如图5(A)所示，衍射元件20以整体形成为扁平的圆盘状的基体层20C为中心而构成，如上述那样，在上层部20A上形成有CD用衍射光栅DGc，另外在下层部20B上形成有DVD用衍射光栅DGd。
基体层20C为具有规定折射率的透明的合成树脂，在与折射率不同的其他的物质或空气的边界面上使光束折射。
如图5(B)的局部放大剖视图所示，在上层部20A的基体层20C的上表面20Ca上周期性地形成有成为台阶状的CD用衍射图案PTc，其上侧与作为透明的固化树脂的保护层20D相接合。
作为第1衍射图案的CD用衍射图案PTc形成为3级台阶状，并使其整体的高度、即第1级与第3级的距离为12[μm]，另外使每个CD用衍射图案PTc的周期为18[μm]。如图3所示，另外，CD用衍射图案PTc在衍射元件20的上表面的、从中心到外径的一半左右的范围上形成为同心圆状。
作为第3构件的保护层20D由具有与作为第1构件的基体层20C不同的折射率的材料构成，其下表面形成为与作为第1衍射图案的CD用衍射图案PTc无间隙地接合，并且其上表面形成为平面状。
像这样，在衍射元件20的上层部20A的基体层20C的上表面20Ca上周期性地形成有成为台阶状的CD用衍射图案PTc，其上侧与具有与该基体层20C不同的折射率的保护层20D相接合，由此，根据光束的波长使光束发生衍射或透射，结果，发挥只使作为第1波长的光束的CD用光束Lc发生衍射的CD用衍射光栅DGc的功能。
如图5(C)的局部放大剖视图所示，在下层部20B的形成为平面状的基体层20C的下表面20Cb上接合形成有衍射图案层20E。在该衍射图案层20E上形成有DVD用衍射光栅DGd。
作为第2构件的衍射图案层20E为具有与作为第1构件的基体层20C大致相同的折射率(详情见后述)的透明树脂，在其下表面侧周期性地形成有成为台阶状的DVD用衍射图案PTd。另外，由于衍射图案层20E的下表面未覆盖其他的物质，因此可以直接与空气接触。
作为第2衍射图案的DVD用衍射图案PTd形成为5级台阶状，并使其整体的高度、即第1级与第5级的距离为6[μm]，另外使每个DVD用衍射图案PTd的周期为170[μm]。如图3所示，另外，DVD用衍射图案PTd在衍射元件20的下表面的、从中心到外径的2/3左右的范围内形成为同心圆状。
像这样，在衍射元件20的下层部20B的、与基体层20C的下侧接合的衍射图案层20E上周期性地形成有成为台阶状的作为第2衍射图案的DVD用衍射图案PTd，由此，根据光束的波长使光束发生衍射或透射，结果，发挥只使作为第2波长的光束DVD用光束Ld发生衍射的DVD用衍射光栅DGd的功能。
(2)衍射元件的制造方法接着，说明衍射元件20的制造方法。如上述那样，通过对基体层20C的上侧及下侧分别接合保护层20D及衍射图案层20E而构成了衍射元件20。
该基体层20C为通过在模具中填充具有规定折射率的透明树脂(例如聚烯烃系树脂)而制造出的注塑成型品。而且如图5(B)所示，在基体层20C的上表面20Ca上形成有CD用衍射图案PTc，该CD用衍射图案PTc的沟形成为作为其深度d与宽度w之比的纵横比R＝12[μm]/6[μm]＝2。
像这样，在基体层20C上形成了纵横比较大(即沟又深又窄)的衍射图案。因此，为了在对该基体层20C进行注塑成型时提高衍射图案的再现精度，优先考虑向模具填充树脂的树脂填充率并需要将注塑时的树脂温度及模具温度设定得较高，并且由于成型品的起模阻力较大，因此也需要将成型品从模具起模时的树脂温度设定得较高。但是，在以较高的树脂温度进行注塑成型时，在起模时无法避免在基体层20C上产生变形的状况，存在由该变形产生像差的问题因此，在本发明的衍射元件20中，以紫外线固化树脂(以下称作UV(Ultra Violet ray)固化树脂)形成了保护层20D及衍射图案层20E(所谓的UV复制法)，从而凭借该保护层20D及衍射图案层20E在光学上抵消了基体层20C所具有的变形，并将衍射元件20的光学特性保持为良好。上述的保护层20D及衍射图案层20E分别设置在成为注塑成型品的基体层20C的上表面及下表面上。
即如图6(A)所示，在制造衍射元件20时，首先，在通过注塑成型制成的基体层20C的下表面20Cb上涂敷第1UV固化树脂100A。该1UV固化树脂具有与形成该基体层20C的注塑成型树脂大致相同的折射率。
接着，如图6(B)所示，相对于涂敷在下表面20Cb上的UV固化树脂100A按压具有将DVD用衍射图案PTd(图5(C))翻转而成的模形状的、作为按压构件的DVD用衍射光栅用模具101A，并且采用未图示的紫外线光源从基体层20C的上表面侧照射树脂固化用紫外线，从而在复制了该DVD用衍射光栅用模具101A的模形状的状态下使第1UV固化树脂100A固化，于是如图6(C)所示，紧贴基体层20C的下表面20Cb地形成了准确地再现了DVD用衍射图案PTd的衍射图案层20E。
在此，如上述那样，基体层20C具有由注塑成型引起的变形，因此在本应成为平坦的下表面20Cb上也产生了变形。但是，由于形成衍射图案层20E的UV固化树脂100A具有与基体层20C大致相同的折射率，因此该衍射图案层20E及基体层20C在光学上形成为一体，由此成为两者的分界面的下表面20Cb处的变形在光学上不会造成影响。
如图6(D)所示，在像这样地形成了衍射图案层20E之后，在基体层20C的上表面20Ca上涂敷第2UV固化树脂100B。该第2UV固化树脂具有与形成该基体层20C的注塑成型树脂不同的折射率(例如，相对于注塑成型树脂的折射率nBASE＝1.5，第2UV固化树脂100B的折射率nUV2＝1.6)。
接着，如图6(E)所示，通过相对于第2UV固化树脂100B按压具有平坦的模具面的、作为按压构件的平板模具101B，使该第2UV固化树脂100B紧贴在形成于基体层20C的上表面20Ca上的CD用衍射图案PTc(图5(C))上，并且从基体层20C的下表面侧照射紫外线而使第2UV固化树脂100B固化，从而形成了平坦地覆盖该CD用衍射图案PTc的保护层20D(图6(F))。
在此，在形成于基体层20C的上表面20Ca上的CD用衍射图案PTc上产生了由注塑成型引起的变形，并由该变形产生了像差。而且，由于由衍射光栅产生的光的衍射是由通过衍射图案相接触的两个层的折射率差产生的，因此该折射率的差越大，由衍射图案的变形所引起的像差也越大。
在以往的衍射元件中，衍射图案形成为直接与空气接触的形态，形成该衍射元件的材料的折射率与空气的折射率(nAIR＝1)之间的折射率差较大，相对于此，在本发明的衍射元件20中形成为以保护层20D覆盖CD用衍射图案PTc的形态，从而可以将通过该CD用衍射图案PTc相接触的基体层20C与保护层20D的折射率差设定的比以往的衍射元件小，由此可以减小由CD用衍射图案PTc的变形所引起的像差。
例如，基体层20C(折射率nBASE＝1.5)直接与空气接触时的折射率差Δn1＝nBASE-nAIR＝1.5-1＝0.5，相对于此，如本发明的衍射元件20那样地以保护层20D(折射率nUV2＝1.6)覆盖基体层20C时的折射率差Δn2变小为Δn2＝nBASE-nUV2＝1.5-1.6＝-0.1，通过该折射率的减小将由衍射图案的变形引起的像差减小至约17％。而且，由于以平板模具101B按压第2UV固化树脂100B而形成了与空气的折射率差较大的保护层20D的表面，因此可以提高其平坦性，由此可以将在保护层20D的表面上产生的像差抑制得极小。
(3)衍射图案层的材料的选定在衍射元件20中，为了将像差抑制在实际应用没有问题的水平，需要使在具有DVD用衍射图案PTd的衍射图案层20E上产生的像差(以下将其称作DVD侧像差)降低至0.025[λrms]。
如图7所示，该DVD侧像差由像差ASd和像差AId构成。像差ASd(以下将其称作DVD侧表面像差)是由DVD用衍射图案PTd的表面(以下将其称作图案表面20Ea)所具有的变形引起的；像差AId(以下将其称作DVD侧基体像差)是基体层20C所具有的变形引起并在衍射图案层20E与基体层20C的分界面上产生的。
在衍射元件20中，虽然通过上述的UV复制法形成了衍射图案层20E，但却由图案表面20Ea所具有的微小的变形而产生了约0.007[λrms]的DVD侧表面像差ASd。
从而，在衍射元件20中，为了使DVD侧像差在0.025[λrms]以下，需要将DVD侧基体像差AId抑制在0.018[λrms]以下。
但是，在通过注塑成型制作基体层20C时，在基体层20C上产生了较大的变形。
在图8中表示了在模具温度为135[℃]、树脂温度为270[℃]、成型时的压力为650[kg/cm2]的注塑条件下制作基体层20C(折射率nBASE＝1.525)时在基体层20C上产生的变形引起、且是在该基体层20C直接与空气接触时相对于透射光的像差，可知基体层20C的整体产生了0.12[λrms]的像差(Total)。另外，该像差(Total)的值是各像差(球面像差、非点像差、彗形像差及5次以上的像差)的平方值的和的1/2。
另外，如图9所示，在注塑成型时，在基体层20C上产生的变形是弯曲，其表面成为凹曲面的下表面20Cb的曲率(变形)大于上表面20Ca的曲率。由直接与空气接触时的基体层20C相对于透射光的像差(Total)计算出相对于下表面20Cb和上表面20Ca的反射光的像差分别为0.20[λrms]及0.08[λrms]，基于此，计算出相对于透射光在下表面20Cb上产生的像差为0.80[λrms]。
另外，在图9中，为了使弯曲的曲线易于理解而省略了设置在上表面20Ca上的CD用衍射图案PTc。另外，如图10所示，可知由于显示透射过基体层20C的光束的波阵面的等高线的条纹较为混乱，因此直接与空气接触时的基体层20C对透射光产生的像差较大，在这种状态下实际应用上会产生问题。
在基体层20C上产生的像差由基体层20C和与该基体层20C相接触的物质之间的折射率差Δn及变形的大小决定。因此，在基体层20C(折射率nBASE＝1.525)与空气(折射率nAIR＝1.0)接触时，其折射率差Δn3变大为1.525-1.0＝0.525，在下表面20Cb上产生的像差随之变大至0.80[λrms]。
因此，在衍射元件20中，将与该基体层20C相接触的衍射图案层20E和该基体层20C之间的折射率差Δn4设定得非常小(即大致相同)，从而将DVD侧基体像差Aid抑制在目标值(0.018[λrms])以下。
即，由于在下表面20Cb与空气相接触时的下表面20Cb上产生的像差为0.80[λrms]，且DVD侧基体像差AId的目标值为0.018[λrms]，因此只要可以将衍射图案层20E与基体层20C之间的折射率差Δn4设定为相对于空气与基体层20C之间的折射率差Δn3为0.018/0.80＝0.025倍以下，即可以将DVD侧基体像差AId设定在目标值以下。
在此，空气与基体层20C之间的折射率差Δn3＝0.525，且Δn3×0.025＝0.013。
因此，选定衍射图案层20E的材料(第1UV固化树脂100A)，使得衍射图案层20E的折射率nUV1处于1.525±0.013的范围内，从而可以将DVD侧像差设定为所期望的0.025[λrms]。
具体地说，在衍射元件20中，使衍射图案层20E的折射率nUV1为1.537，从而将衍射图案层20E与基体层20C的折射率差Δn4设定为+0.012。
由此，在衍射元件20中，可以使DVD侧基体像差降低为0.018[λrms]以下，从而可以将DVD侧像差抑制为0.018+0.007＝0.025[λrms]。
另外，由于衍射元件20对于像差较大的下表面20Cb而形成有补正像差的效果比保护层20D高的衍射图案层20E，因此抑制了整个衍射元件20的像差。
(4)动作及效果在以上构造中，采用UV复制法在该衍射元件20的成为注塑成型品的基体层20C的下表面20Cb上形成了具有正确的DVD用衍射图案PTd的衍射图案层20E，并且通过使基体层20C及衍射图案层20E的折射率大致一致而降低了由下表面20Cb的变形引起的像差。
并且，在衍射元件20中，采用UV复制法以具有平坦的表面的保护层20D覆盖形成在基体层20C的上表面20Ca上的CD用衍射图案PTc，从而减小了经过CD用衍射图案PTc的折射率差，降低了由该CD用衍射图案PTc的变形引起的像差。
并且，由于选定了衍射元件20的衍射图案层20E的材料而使得基体层20C与衍射图案层20E之间的折射率差Δn4处于±0.013以内，因此可以将DVD侧像差设定在实际应用上没有问题的0.025[λrms]以下，从而可以呈现出良好的光学特性。
另外，由于在衍射元件20中形成了补正像差的效果比作为像差较大的弯曲凹面的下表面20Cb高的衍射图案层20E，因此抑制了整个衍射元件20的像差。
采用以上的构造，通过以UV复制法所形成的衍射图案层20E及保护层20D在光学上补正了作为注塑成型品的基体层20C所具有的变形，可以实现具有良好的光学特性的、应对3波长的衍射元件20。
(5)其他的实施方式另外，在上述的实施方式中，以UV复制法在基体层20C的平坦的下表面20Cb上形成了在表面上具有DVD用衍射图案PTd的衍射图案层20E，并且以表面平坦的保护层20D覆盖形成在该基体层20C上的CD用衍射图案PTc，但本发明并不限定于此，也可以在该保护层20D的表面上也形成衍射图案层。
即，在图11所示的衍射元件120中，与图6所示的衍射元件20相同，如果在成为注塑成型品的基体层20C的平坦的一面上以UV复制法形成了表面具有衍射图案的衍射图案层20E，并且基体层20C的形成有衍射图案的另一面上也以UV复制法形成了其表面具有衍射图案的衍射保护层20F，则可以实现对于4个波长具有良好的光学特性的应对4波长的衍射元件120。
另外，也可以像图12所示的衍射元件121那样，在成为注塑成型品的两表面的平坦的基体层121C的一面上以UV复制法形成了表面具有DVD用衍射图案PTd的衍射图案层121E，并且在基体层121C的另一面上以UV复制法形成了其表面具有CD用衍射图案PTc的衍射图案层121D。
在这种情况下，由于在作为弯曲凸面的上表面20Ca与空气接触时对透射光的像差为0.32[λrms]，因此选定衍射图案层121D的材料，使得基体层121C与衍射图案层121D之间的折射率差Δn2a处于±0.013以内，从而可以使在上表面20Ca上产生的像差减小至0.007[λrms]。结果，由于在衍射图案表面120Da上产生的像差为0.007[λrms]，因此可以使在衍射图案层121D上产生的像差减小至0.007+0.007＝0.014[λrms]。因此可以将整个衍射元件121的像差设定为0.014+0.025＝0.039[λrms]，从而可以将其抑制到实际应用上没有问题的0.040[λrms]以下。
另外，在衍射图案层121D及121E所使用的材料的折射率nUV1及nUV2不同的情况下，在下表面20Cb上形成了采用一种与基体层121C之间的折射率差较小的材料的衍射图案层121D或121E。由此，对于产生了较大的像差的下表面20Cb，可以形成相对于基体层121C的折射率差较小、降低像差的效果较大的衍射图案层121D或121E，从而可以进一步抑制整个衍射元件121的像差。
产业可利用性本发明也可以用于使用了多个波长的光束的各种光学元件。
权利要求
1.一种衍射元件，其特征在于，具有第1构件和第2构件；该第1构件具有两个光学面，是透明的注塑成型品；该第2构件由第1紫外线固化树脂形成，使该第2构件紧贴在上述第1构件的一光学面上地设置该第2构件，并且在表面上形成有第1衍射图案，该第2构件的折射率相对于上述第1构件的折射率的差在±0.013以内。
2.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，具有第3构件，该第3构件由第2紫外线固化树脂形成，使该第3构件紧贴在上述第1构件的另一光学面上地设置该第3构件，并且在表面上形成有第2衍射图案，该第3构件的折射率相对于上述第1构件的折射率的差在±0.013以内。
3.根据权利要求2所述的衍射元件，其特征在于，上述第2构件的折射率与上述第1构件的折射率的折射率差小于上述第3构件与上述第1构件的折射率差，使该第2构件紧贴在作为上述的一光学面的曲率较大的弯曲凹面上地设置该第2构件。
4.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，相对于涂敷在上述平坦的一光学面上的上述第1紫外线固化树脂，按压具有将该第1衍射图案翻转而成的模形状的按压构件，并且照射紫外线使其固化，从而形成了第1衍射图案。
5.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，相对于涂敷在上述第2衍射图案上的上述第2紫外线固化树脂，按压具有将该第2衍射图案翻转而成的模形状的按压构件，并且照射紫外线使其固化，从而形成了第3构件。
6.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，使第2构件紧贴在上述第1构件的平坦的一光学面上地设置该第2构件，上述衍射元件具有第3构件，使该第3构件紧贴在形成于上述第1构件的另一光学面上的第2衍射图案上地设置该第3构件，该第3构件由具有与上述第1构件不同的折射率的第2紫外线固化树脂形成。
7.根据权利要求6所述的衍射元件，其特征在于，相对于涂敷在上述第2衍射图案上的上述第2紫外线固化树脂，按压平板状的按压构件，并且照射紫外线使上述第2紫外线固化树脂固化，从而形成了表面平坦的第3构件。
8.根据权利要求6所述的衍射元件，其特征在于，相对于涂敷在上述第2衍射图案上的上述第2紫外线固化树脂，按压具有将该第3衍射图案翻转而成的模形状的按压构件，并且照射紫外线使上述第2紫外线固化树脂固化，从而在第3构件的表面上形成了上述第3衍射图案。
9.一种光拾取器，具有光源、衍射元件和物镜单元；上述光源射出第1波长的光束、第2波长的光束及第3波长的光束，上述衍射元件使上述第1及第2波长的光束发生衍射，并且使上述第3波长的光束不发生衍射地透射，上述物镜单元与会聚从该衍射元件入射的上述第1、第2或第3波长的光束的物镜形成为一体，其特征在于，上述衍射元件具有第1构件和第2构件；该第1构件具有两个光学面，是透明的注塑成型品，该第2构件由第1紫外线固化树脂形成，紧贴在上述第1构件的一光学面上地设置该第2构件，并且在该第2构件的表面上形成有第1衍射图案，该第2构件的折射率相对于上述第1构件的折射率的差在±0.013以内。
10.根据权利要求9所述的光拾取器，其特征在于，上述衍射元件具有第3构件，使该第3构件紧贴在形成于上述第1构件的另一光学面上的第2衍射图案上地设置该第3构件，该第3构件由具有与上述第1构件不同的折射率的第2紫外线固化树脂形成，使上述第2构件紧贴在上述第1构件的平坦的一光学面上地设置该第2构件。
11.根据权利要求9所述的光拾取器，其特征在于，上述第1衍射图案只使上述第1波长的光束发生衍射，上述第2衍射图案只使上述第2波长的光束发生衍射。
12.一种光盘装置，通过光拾取器对光盘照射第1、第2或第3波长的光束，该光拾取器具有光源、衍射元件和物镜单元；上述光源射出上述第1波长的光束、第2波长的光束及第3波长的光束，上述衍射元件使上述第1及第2波长的光束发生衍射，并且使上述第3波长的光束不发生衍射地透射，上述物镜单元与会聚从该衍射元件入射的上述第1、第2或第3波长的光束的物镜形成为一体，其特征在于，上述衍射元件具有第1构件和第2构件；第1构件具有两个光学面，是透明的注塑成型品，第2构件由第1紫外线固化树脂形成，紧贴在上述第1构件的一光学面上地设置该第2构件，并且在该第2构件的表面上形成有第1衍射图案，该第2构件的折射率相对于上述第1构件的折射率的差在±0.013以内。
13.根据权利要求12所述的光盘装置，其特征在于，上述衍射元件具有第3构件，使该第3构件紧贴在形成于上述第1构件的另一光学面上的第2衍射图案上地设置该第3构件，该第3构件由具有与上述第1构件不同的折射率的第2紫外线固化树脂形成，使上述第2构件紧贴在上述第1构件的平坦的一光学面上地设置该第2构件。
全文摘要
本发明提供一种衍射元件、光拾取器及光盘装置，实现了呈现出良好特性的应对多个波长的衍射元件。在衍射元件(20)上设置有成为透明的注塑成型品的基体层(20C)和紧贴地设置在基体层(20C)的平坦的下表面(20Cb)上的、表面形成有DVD用衍射图案(PTd)的、由第1UV固化树脂(100A)形成的衍射图案层(20E)，并且选定了作为衍射图案层(20E)的材料的第1UV固化树脂(100A)，使得基体层(20C)与衍射图案层(20E)之间的折射率差Δn4处于±0.013范围以内。
文档编号G11B7/1392GK101047001SQ20071008758
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月30日 优先权日2006年3月31日
发明者佐藤仁, 山田隆俊, 川北聪, 菅野丘, 相叶基夫 申请人:索尼株式会社