CN101553744A - 光学元件及光拾取装置 - Google Patents

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CN101553744A CNA2007800454962A CN200780045496A CN101553744A CN 101553744 A CN101553744 A CN 101553744A CN A2007800454962 A CNA2007800454962 A CN A2007800454962A CN 200780045496 A CN200780045496 A CN 200780045496A CN 101553744 A CN101553744 A CN 101553744A
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Abstract

在物镜(OL)产生双折射，会引起来自物镜(OL)的射出光产生波像差。而且，在该产生的波像差的像散分量为10mλrms以上时，镀膜物镜(COL)具有使其像散分量降低至5mλrms以下的多层介质膜(MLR)。

Description

光学元件及光拾取装置
技术领域
本发明涉及在透镜表面施加镀膜的光学元件。另外，涉及安装该光学元件的光拾取装置。
背景技术
在以往的光拾取装置中，安装有使来自激光二极管的光聚焦、引导向光盘的物镜(光学元件)。而且，该物镜由塑料材料或玻璃材料等制成。
成型的物镜由于各种原因，例如透镜面的公差或透镜内的折射率分布的不均匀，使射出光会产生各种像差(波像差)。而且，该各种像差使聚焦在光盘的点径形状与期望形状不同。因此，这样在变形的点径与期望形状的点径之间会产生形状误差，导致无法对光盘稳定记录数据的现象、或不能准确再现从光盘读取的数据的现象等。另外，对于与要求高精度的蓝色激光(波长405nm附近)对应的物镜，例如要求使其波像差为10mλrms以下。
作为使透镜内的折射率分布不均匀的原因之一，可以举出有玻璃成型工艺。在通过玻璃成型工艺制作物镜OL时，如图4所示，熔融的玻璃母材GM在具有规定曲面的金属模MM(MM1、MM2)内被按压成型。因此，对物镜OL的外缘会施加比较大的压力，因该压力将导致在物镜OL的内部产生应力形变，其结果是会产生双折射(另外，图4的箭头的个数表示压力分布)。这样的双折射在透镜的中心部与外缘部的壁厚差越大的、数值孔径越大的透镜(例如数值孔径为0.6以上)中越容易产生。
作为防止上述现象的一个措施，例如有专利文献1所披露的方法。根据该方法，首先，以内部的折射率分布是均匀的为前提，求出光学元件的初始设计值。接下来，基于该初始设定值将光学元件成型，实测该成型品(原始品)的折射率分布。
接下来，通过仿真求出因实测的折射率分布(即不均匀的折射率分布数据)引起的各种像差。然后，求出可以校正该仿真中的像差的非球面形数据，校正加工金属模，使其与该非球面形数据一致。这样，通过使用校正加工后的金属模进行成型，可以降低光学元件的像差。
专利文献1：日本专利特开2005-283783号公报
发明内容
然而，专利文献1所披露的光学元件需要对金属模进行极为困难且繁琐的校正加工。而且，该光学元件还需要繁琐的、不均匀的折射率分布数据的测定。
本发明是为了解决上述的问题而完成的。并且其目的在于提供一种可以简便地抑制射出光的各种像差(例如波像差的像散分量)的光学元件，以及提供一种安装该光学元件的光拾取器。
本发明是在透镜表面具有多层光学膜的光学元件。而且，在该光学元件中，透镜具有双折射性，该透镜所引起的波像差的像散分量是10mλrms以上，多层光学膜通过使P偏振光与S偏振光产生相位差，使双折射抵消，从而使光学元件所引起的波像差的像散分量降低至5mλrms以下。
另外，理想的是多层光学膜的相位差随着从透镜中心向外缘部而实际上单调增加。
另外，理想的是，设入射至多层光学膜的波长为405nm的光的入射角为δ[°]，透过多层光学膜的光的P偏振光与S偏振光的相位差为D[°]，这时δ与D的关系满足：
δ＝30°时，D为2°以上且20°以下；
δ＝60°时，D为4°以上且40°以下，
D在30°≤δ≤60°的范围内的变化是单调变化。
另外，作为单调变化的一个例子，可以举出有线性变化。
另外，多层光学膜是防反射膜，多层光学膜所包含的光学薄膜中，
在设
具有不到1.6的折射率的光学薄膜为低折射率层，
具有1.6以上且1.9以下的折射率的光学薄膜为中间折射率层，
具有超过1.9的折射率的光学薄膜为高折射率层时，
满足下面的条件(1)及条件(2)时较为理想：
条件(1)：透镜的波像差的像散分量是20mλrms以上。
条件(2)：多层光学膜具有低折射率层、中间折射率层、以及高折射率层，总计为九层以上。
另外，多层光学膜是防反射膜，多层光学膜所包含的光学薄膜中，
在设
具有不到1.6的折射率的光学薄膜为低折射率层，
具有1.6以上且1.9以下的折射率的光学薄膜为中间折射率层，
具有超过1.9的折射率的光学薄膜为高折射率层时，
满足下面的条件(3)及条件(4)时较为理想：
条件(3)：透镜的波像差的像散分量是10mλrms以上且不到20mλrms。
条件(4)：多层光学膜具有低折射率层、中间折射率层、以及高折射率层，总计为7层以上。
另外，多层光学膜是防反射膜，多层光学膜所包含的光学薄膜中，
在设
具有不到1.6的折射率的光学薄膜为低折射率层，
具有超过1.9的折射率的光学薄膜为高折射率层时，
满足下面的条件(5)～条件(7)时较为理想：
条件(5)：透镜的波像差的像散分量是20mλrms以上。
条件(6)：多层光学膜包含总计为7层以上的光学薄膜，并且具有使低折射率层与高折射率层交替层叠而成的重复结构。
条件(7)：高折射率层的折射率减去低折射率层的折射率而求出的折射率之差是0.5以上。
另外，多层光学膜是防反射膜，多层光学膜所包含的光学薄膜中，
在设
具有不到1.6的折射率的光学薄膜为低折射率层，
具有超过1.9的折射率的光学薄膜为高折射率层时，
满足下面的条件(8)～条件(10)时较为理想：
条件(8)：透镜的波像差的像散分量是10mλrms以上且不到20mλrms。
条件(9)：多层光学膜包含总计为五层以上的光学薄膜，并且具有使低折射率层与高折射率层交替层叠而成的重复结构。
条件(10)：高折射率层的折射率减去低折射率层的折射率而求出的折射率之差是0.5以上。
另外，理想的是透镜通过成型工艺形成。
另外，理想的是透镜的数值孔径是0.6以上。
另外，理想的是双折射是以透镜的透镜轴中心为基准生成为放射状，双折射的量随着从透镜轴中心向透镜的外缘而增加。
另外，理想的是多层光学膜是使防反射用的介质膜层叠的多层介质膜。
另外，包括以上的光学元件的光拾取装置也属于本发明。
另外，是在透镜表面具有多层光学膜的光学元件，透镜具有双折射性，多层光学膜通过使P偏振光与S偏振光产生相位差，而使双折射抵消，使在透镜产生的波像差的像散分量降低至一半以下，这样的光学元件也属于本发明。
另外，理想的是在该光学元件中，多层光学膜使在透镜产生的波像差的像散分量降低至1/5以下。
根据本发明，利用对光学元件形成的多层光学膜，可以简便地抑制射出光的各种像差(例如波像差的像散分量)。
附图说明
图1是后述的图2中的物镜的放大图。
图2是光拾取装置的结构图。
图3A是确认双折射的确认装置的立体图。
图3B是可以用确认装置观察的透镜面的俯视图。
图3C是在使物镜旋转时的透镜面的俯视图。
图3D是在使确认装置内的偏振板旋转时的透镜面的俯视图。
图4是表示物镜的成型金属模与玻璃母材的结构图。
图5是表示实施例1的多层介质膜具有的反射特性的反射特性图。
图6是表示在波长405nm时的、实施例1的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图7是表示在波长660nm时的、实施例1的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图8是表示在波长785nm时的、实施例1的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图9是表示实施例2的多层介质膜具有的反射特性的反射特性图。
图10是表示在波长405nm时的、实施例2的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图11是表示在波长660nm时的、实施例2的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图12是表示在波长785nm时的、实施例2的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图13是表示实施例3的多层介质膜具有的反射特性的反射特性图。
图14是表示在波长405nm时的、实施例3的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图15是表示在波长660nm时的、实施例3的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图16是表示在波长785nm时的、实施例3的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图17是表示实施例4的多层介质膜具有的反射特性的反射特性图。
图18是表示在波长405nm时的、实施例4的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图19是表示在波长660nm时的、实施例4的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图20是表示在波长785nm时的、实施例4的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图21是表示实施例5的多层介质膜具有的反射特性的反射特性图。
图22是表示在波长405nm时的、实施例5的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图23是表示在波长660nm时的、实施例5的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图24是表示在波长785nm时的、实施例5的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图25是表示实施例6的多层介质膜具有的反射特性的反射特性图。
图26是表示在波长405nm时的、实施例6的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图27是表示在波长660nm时的、实施例6的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图28是表示在波长785nm时的、实施例6的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图29是表示比较例的多层介质膜具有的反射特性的反射特性图。
图30是表示在波长405nm时的、比较例的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图31是表示在波长660nm时的、比较例的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图32是表示在波长785nm时的、比较例的多层介质膜具有的相位差特性的相位差特性图。
图33是泰曼-格林干涉仪的结构图。
标号说明
COL  镀膜物镜
OL   物镜
MLR  多层介质膜(多层光学膜)
Li   介质膜(光学薄膜)
12   偏振板
13   平面反射镜
14   激光源
15   分束器
16   球面标准原器
17   平面标准原器
18 图像处理装置
19 被检测透镜
21 第一激光单元
22 第一激光二极管
23 第一偏振光分束器
24 第一准直透镜
25 第一光电二极管
31 第二激光单元
32 第二激光二极管
33 第二偏振光分束器
34 第二准直透镜
35 第二光电二极管
41 分光棱镜
42 直立反射镜
43 1/4波长板
44 光盘
45 光拾取装置
具体实施方式
实施方式1
1.关于光拾取装置
图2是表示光拾取装置59的简要结构的结构图。而且，该光拾取装置59具有：第一激光单元21、第二激光单元31、分光棱镜41、直立反射镜42、1/4波长板43、以及镀膜物镜COL。另外，在图2中，为便于理解，还图示出光盘44。而且，将入射至该光盘44的光称为“照射光”，将从光盘44反射的光称为“信号光”(另外，光由虚线图示)。
首先，说明第一激光单元21。该第一激光单元21具有：第一激光二极管(LD；Laser Diode)22、第一偏振光分束器(PBS；Polarizing Beam Splitter)23、第一准直透镜24、以及第一光电二极管(PD；Photo Diode)25。
第一LD22向第一PBS23射出波长为405nm的激光(蓝色激光)。即，第一LD22对应下一代DVD(Digital Versatile Disc)之一的蓝光光盘(BD；Blu-ray Disc)。
第一PBS23使从第一LD22射出的线偏振光的激光(例如P偏振光)透过，引导向第一准直透镜24。另一方面，第一PBS23使通过第一准直透镜24前进来的信号光(例如S偏振光)反射，引导向第一PD25。
第一准直透镜24使通过第一PBS23入射来的激光成为平行光，引导向分光棱镜41。另一方面，第一准直透镜24将通过分光棱镜41前进来的信号光引导向第一PBS23。
第一PD25接收通过第一PBS23入射来的信号光。然后，通过该第一PD25所进行的光接收，检测向蓝光光盘进行记录再现时的伺服信号(聚焦误差信号、跟踪误差信号)、信息信号、像差信号等。
接下来说明第二激光单元31。该第二激光单元31具有：第二LD32、第二PBS33、第二准直透镜34、以及第二PD35。
第二LD32向第二PBS33射出波长660nm的激光与波长785nm的激光。即，第二LD32是射出双波长的激光的光源，对应DVD与CD(Compact Disc)。
第二PBS33使从第二LD32射出的线偏振光的激光(例如P偏振光)透过，引导向第二准直透镜34。另一方面，第二PBS33使通过第二准直透镜34前进来的信号光(例如S偏振光)反射，引导向第二PD35。
第二准直透镜34使通过第二PBS33入射来的激光成为平行光，引导向分光棱镜41。另一方面，第二准直透镜34将通过分光棱镜41前进来的信号光引导向第二PBS33。
第二PD35接收通过第二PBS33入射来的信号光。然后，通过该第一PD25所进行的光接收，检测向DVD或者CD进行记录再现时的伺服信号(聚焦误差信号、跟踪误差信号)、信息信号、像差信号等。
接下来说明分光棱镜41。该分光棱镜41使从第一激光单元21提供的激光反射，引导向直立反射镜42，并且，使从第二激光单元31提供的激光透过，引导向直立反射镜42。即，分光棱镜41是使从不同的方向入射的各激光的前进方向向同一方向射出的光路转换元件。
另一方面，分光棱镜41将通过直立反射镜42前进来的信号光引导向第一激光单元21或者第二激光单元31。具体而言，从第一LD22射出的激光的信号光入射至分光棱镜41后被反射，被引导向第一激光单元21的第一准直透镜24。另外，从第二LD32射出的激光的信号光入射至分光棱镜41后透过，被引导向第二激光单元31的第二准直透镜34。
接下来说明直立反射镜42。直立反射镜42将从分光棱镜41射出的、朝向光盘44的激光的光路改变，引导向镀膜物镜COL。因此，该直立反射镜42配置在第一LD22、第二LD32与光盘44之间，更详细而言配置在分光棱镜41与镀膜物镜COL之间的光路中。
另一方面，直立反射镜42将通过镀膜物镜COL前进来的信号光的光路改变，引导向分光棱镜41。
接下来说明1/4波长板43。1/4波长板43将被直立反射镜42反射的线偏振光(例如P偏振光)转换为圆偏振光。另一方面，1/4波长板43将来自光盘44的信号光(圆偏振光)转换为线偏振光(例如S偏振光)。
接下来说明镀膜物镜COL(光学元件)。镀膜物镜COL使被直立反射镜42反射的、通过1/4波长板43得到的光(照射光)聚焦在光盘44上。另一方面，镀膜物镜COL将从光盘44反射来的光(信号光)引导向1/4波长板43。另外，对该镀膜物镜COL设置防反射膜(AR膜，Anti-Reflection膜)的多层介质膜MLR(细节后述)。
另外，对于镀膜物镜COL的物镜OL的材料，没有特别的限制。但对于紫外光等环境的耐气候性较高的玻璃较为理想。例如，可以举出有以下的玻璃成型透镜作为一个例子。
数值孔径(NA；Numerical Aperture)：0.85
透镜外形(直径)：5mm
中心厚：2.6mm
另外，对BD、DVD、CD使用的镀膜物镜COL的数值孔径的标准值分别是0.85、0.65、0.5。
然而，在由玻璃成型工艺形成的物镜OL中会产生以透镜轴为中心的放射状的双折射，其双折射量是越靠近物镜OL的外缘增加得越多。而且，由于物镜OL具有的双折射从透镜轴呈放射状分布，即呈轴对称分布，因此可以认为双折射的光轴(超前轴或者滞后轴)存在于透镜的径向与圆周方向。其结果是，入射至物镜OL的外缘的光(边缘光线)受到双折射很大的影响，产生波像差。
另一方面，如图1(图2的镀膜物镜COL的放大图)所示，镀膜物镜COL为了进行防反射处理(AR处理)而包含多个介质膜Li。这样，如图1所示，例如平行光入射至介质膜Li时，越靠近镀膜物镜COL的外缘，入射角δ会渐渐增大(另外，图1中的点线表示在介质膜Li的入射点的法线)。
一般而言，通过入射角δ的变化，通过介质膜Li前进的光的P偏振光(与入射面平行振动的偏振光)和S偏振光(与入射面垂直振动的偏振光)之间的相位差会变化。
这样，P偏振光与S偏振光的相位差(若详细说明，则是通过多个介质膜Li(多层介质膜MLR)的透过光的相位差；透过相位差D)、和双折射导致的P偏振光与S偏振光的相位差(双折射相位差)具有相反的极性时较为理想。这是由于若这样，利用介质膜Li导致的透过相位差D，双折射相位差将被抵消。而且，因这样的双折射相位差被抵消，会引起波像差的像散的分量减少。其结果是，可以易于使透镜产生的波像差的像散分量降至一半以下，进一步降至1/5以下。
另外，介质膜Li导致的透过相位差D随着从透镜中心向外缘部而实际上单调增加时较为理想。这是由于物镜OL的双折射越靠近外缘部越大，所以利用透过相位差D可以将其抵消。另外，所谓实际上单调增加，是指透过相位差D越靠近外缘部整体上越大，即使在最外缘部附近透过相位差D减少一点，但也可以认为是实际上单调增加。
如上所述，通过利用介质膜Li的透过相位差D来补偿物镜OL的双折射，也可以使作为光拾取装置的动作稳定性提高。另外，若物镜OL具有双折射，则可以改变射出光的偏振状态。即，信号光在面向第一PBS23及第二PBS33时包含S偏振光之外的分量，其结果是，产生透过PBS23、33而到达LD的所谓返回光。由于返回光会使LD的振荡不稳定，因此必须尽可能避免。通过利用介质膜Li的透过相位差D来抵消物镜OL的双折射，可以将该返回光所引起的影响大幅减小。
2.关于防反射膜的细节
此处，详细说明构成防反射膜的多层介质膜(多层光学膜)MLR。如图1所示，对镀膜物镜COL形成多个介质膜Li。具体而言，在接收从1/4波长板43前进来的光的镀膜物镜COL的一面，层叠多个介质膜Li(i＝1、2、3...)。另外，i＝1表示最靠近镀膜物镜COL的介质膜。
然后，多层介质膜MLR的反射率通过在各边界面(“介质膜Li的膜数(层数)”)对下述的菲涅耳公式采用“各介质膜Li的膜厚”、“各介质膜Li的折射率”来求出。
R＝[(n2-n1)/(n2+n1)]2...菲涅耳公式
其中，
反射率R是光从折射率n1的介质1向折射率n2的介质2垂直入射时的值。
但是，如后所示的实施例1～6的多层介质膜MLR的设计不仅是为了防反射，还可以产生透过相位差D(P偏振光与S偏振光的相位差)。另外，透过相位差D的调整原理如下。
通常，光通过折射率不同的介质时(折射率nH＞折射率nL)，通过折射率nH的介质的光的相位θH(P偏振光的相位θHP·S偏振光的相位θHS)相对于通过折射率nL的介质的光的相位θL(P偏振光的相位θLP·S偏振光的相位θLS)会产生滞后。因此，该滞后会引起通过折射率nH的介质时产生的P偏振光与S偏振光的相位差(相位θHP-相位θHP)、和通过折射率nL的介质时产生的P偏振光与S偏振光的相位差(相位θLP-相位θLP)不同。这样，将介质间的折射率之差(折射率差)以及介质中的距离(膜厚)作为参数，可以适当设定透过相位差D。
因此，考虑透过相位差D的六种(实施例1～6)的多层介质膜MLR的结构数据如表1～6所示。另外，作为比较例，是不考虑透过相位差D的一种多层介质膜MLR的结构数据如表7所示。但是，实施例1～6的结构数据是将防反射特性与期望的相位差作为目标值、而根据市面上出售的膜结构设计软件导出的值。另外，比较例的结构数据是以往一般使用的防反射膜的值。另外，折射率(nd)与d线(波长587.6nm)对应，与d线对应的玻璃的阿贝数(vd)为56.88。
另外，关于介质膜Li的材质，在是单独的化合物时由化学式表示，在是混合物时由产品名表示(参照下述)。
·氟化镁：MgF2
·氧化铝(铝氧土)：Al2O3
·氧化钛：TiO2
·默克日本株式会社制造“物质H4”：H4
其中，H4是TiO2与La2O3(氧化镧)的混合物
·默克日本株式会社制造“物质M3”：M3
其中，M3是Al2O3与La2O3的混合物
另外，根据材质的折射率，介质膜(层)Li定义如下。
·低折射率层L：折射率不到1.6的介质膜Li
·中间折射率层M：折射率在1.6以上且1.9以下的介质膜Li
·高折射率层H：折射率超过1.9的介质膜Li
另外，与实施例1～6及比较例对应的反射特性图(表示波长[nm]与反射率[％]的关系的关系图)以及相位差特性图(对于多层介质膜MLR的入射角[°]与相位差[°]的关系图；其中，相位差是透过相位差D)如图5～图32所示。因此，实施例、比较例与图的对应如表8所示。
另外，相位差特性图的纵轴表示从P偏振光的相位减去S偏振光的相位所求出的差值。而且，相位差特性图的纵轴的“+”表示S偏振光的相位相对于P偏振光的相位滞后；另一方面，纵轴的“-”表示S偏振光的相位相对于P偏振光的相位超前。而且，抵消双折射相位差的透过相位差D是图中的“+”所示的值。
实施例1
表1
Figure A20078004549600171
Figure A20078004549600181
实施例2
表2
Figure A20078004549600182
实施例3
表3
Figure A20078004549600183
Figure A20078004549600191
实施例4
表4
Figure A20078004549600192
实施例5
表5
Figure A20078004549600193
实施例6
表6
Figure A20078004549600202
比较例
表7
Figure A20078004549600203
实施例、比较例与图的对应关系
表8
Figure A20078004549600204
2-1.关于结构数据
从以上的实施例1～6的结构数据，可知如下情况。
实施例1～6的多层介质膜MLR具有低折射率层L、中间折射率层M、以及高折射率层H这三种层。另外，多层介质膜MLR所包含的总计的层数(介质膜Li的总数)在实施例1～6中，分别是12层、9层、9层、7层、7层、5层。
另外，实施例1～6的多层介质膜MLR具有使低折射率层L与高折射率层H交替层叠而成的重复结构。另外，若将一层低折射率层L与一层高折射率层H紧贴而成的多层看作一组，则实施例1～6的各组数量分别是5组、4组、3组、3组、2组、2组。
另外，在实施例1～6中的高折射率层H的折射率NH与低折射率层L的折射率NL的折射率差(NH-NL)的关系分别是0.73、1.04、0.73、0.73、0.73、0.73。
另外，从比较例的结构数据，可知如下情况。比较例的多层介质膜MLR与实施例1～6一样，具有低折射率层L、中间折射率层M、以及高折射率层H这三种层。但是，多层介质膜MLR所包含的总计层数是三层。
另外，比较例的多层介质膜MLR与实施例1～6一样，具有使低折射率层L与高折射率层H交替层叠而成的重复结构。但组数是一组。
另外，在比较例中，高折射率层H的折射率NH与低折射率层L的折射率NL的折射率差是1.04。
2-2.关于反射特性图及相位差特性图
进一步从实施例1～6的反射特性图及相位差特性图，可知如下情况。
在实施例1～6中，与BD、DVD、CD的波长(405、660、785nm)对应的反射率不到3％。所以，若实施例1～6的多层介质膜MLR是对物镜OL形成的，则可以有效抑制来自镀膜物镜COL的反射光。
另外，在实施例1～6中，在指定入射角δ[°]时，透过相位差D[°]被指定在某一范围内。例如，在使用的波长为405nm的情况下，如下所示。
在δ＝30°时，D为2°以上且20°以下(2≤D≤20)
在δ＝60°时，D为4°以上且40°以下(4≤D≤40)
并且，在使用的波长为405nm的情况下，在30°≤δ≤60°的范围内随着入射角δ的增加，透过相位差D单调增加。这可以从相位差特性图中的曲线图的线条得知。另外，单调变化是表示单调增加或者单调减少的任意一个现象，可以举出有线性变化作为单调变化的一个例子。
另外，相位差特性图的横轴所示的入射角δ与镀膜物镜COL的半径方向相关。这可以从表示多层介质膜MLR设置在物镜OL时的图1得知。
这样，物镜OL具有以透镜轴为中心的放射状的双折射性，在其双折射量越靠近物镜OL的外缘越增加时，对该物镜OL形成实施例1～6的多层介质膜MLR是较为理想。这是因为，在形成于物镜OL的多层介质膜MLR中(即在镀膜物镜COL中)，与物镜OL的双折射对应那样，透过相位差D以透镜轴为中心产生为放射状，其相位差量越靠近物镜OL的外缘越增加。
即，多层介质膜MLR引起的透过相位差D与物镜OL引起的双折射相位差对应。所以，在形成实施例1～6的多层介质膜MLR的镀膜物镜COL中，在波长为405nm的光入射至镀膜物镜COL时，多层介质膜MLR引起的透过相位差D可以充分抵消物镜OL引起的双折射相位差。其结果是，减小波像差的像散的分量。
另外，双折射相位差与使用波长呈反比例。这样，在实施例1～6的相位差特性图中，即使在使用波长660、785nm时的透过相位差D的值与在使用波长405nm时的透过相位差D的值相比较小，也不会产生问题。这是因为，与使用波长呈反比例的、仅产生比较小的双折射相位差也可以被在使用波长为660、785nm时的比较小的透过相位差D充分抵消。所以，如果在使用波长为405nm时，透过相位差D与双折射相位差抵消，那么即使在使用波长为660、785nm时，透过相位差D与双折射相位差也抵消。
另外，在使用波长为660nm的DVD、785nm的CD的情况下，对应的透镜的数值孔径分别是0.65、0.5。即，入射至镀膜物镜COL的光束直径与波长为405nm的光入射时相比较小。由于波长为660nm和785nm的光不会入射至透镜的外缘部，因此双折射的影响较小，即使不产生较大的相位差，也不会带来问题。
另外，从比较例的反射特性图、相位差特性图可知如下情况。在比较例中，与BD、DVD、CD的波长(405、660、785nm)对应的反射率不到5.5％。所以可知，若将比较例的多层介质膜MLR对物镜OL形成时、与实施例1～6的多层介质膜MLR对物镜OL形成时进行比较，则与实施例1～6对应的镀膜物镜COL和与比较例对应的镀膜物镜COL相比，更能有效抑制反射光。
另外，比较例的多层介质膜MLR没有考虑透过相位差D。因此，在所有的使用波长中，难以产生“+”的透过相位差D，反而容易产生“-”的透过相位差D。
3.关于测定
此处用实测数据表示来自镀膜物镜COL的射出光产生的波像差、特别是像散的分量通过使用多层介质膜MLR而减少的情况。因此，首先说明波像差的测定方法。
波像差由图33所示的泰曼-格林干涉仪进行测定。泰曼-格林干涉仪包括：发射线偏振光的激光源14；分束器15；球面标准原器16；平面标准原器17；以及读入干涉条纹图像、进行波像差的计算处理的图像处理装置18。来自光源的光束被分束器15分离，一束被平面标准原器17反射，另一束用被检测透镜19聚焦后，被球面标准原器16反射。被平面标准原器17反射的参照光、以及再次透过被检测透镜19的测定光用分束器15合成，生成干涉条纹。干涉条纹被输入图像处理装置18进行处理，测定被检测透镜19的波像差。另外，入射至被检测透镜19的光束的平行度(发散度)可以根据被检测透镜19的实际使用状态进行适当调整。
波像差的像散分量的测定要经过以下的步骤。在最初的步骤中，配置被检测透镜19，使球面标准原器16的球心与被检测透镜19(镀膜物镜COL等)的焦点位置一致，根据来自球面标准原器16的反射光及来自平面标准原器17的反射光所引起的干涉条纹侧定波像差(第一次测定；透镜位置为0°的测定)。接下来，使被检测透镜19从第一次的测定位置绕光轴旋转90°，之后与第一次的测定一样，测定波像差(第二次测定；透镜位置为90°的测定)。
然后，使用如上所述得到的波像差(透镜位置为0°、90°的波像差)，求出波像差的像散分量。具体而言，首先用泽尔尼克(Zernike)多项式将各波像差展开，求出该多项式的Z4项及Z5项的系数。之后，根据下式，求出波像差的像散分量[mλrms]。
AS＝√[{[Z4(0°)+Z4(90°)]/2√6}2+{[Z5(0°)+Z5(90°)]/2√6}2]
其中，
AS：波像差的像散分量。
Z4(0°)：透镜位置为0°的泽尔尼克多项式的Z4项。
Z4(90°)：透镜位置为90°的泽尔尼克多项式的Z4项。
Z5(0°)：透镜位置为0°的泽尔尼克多项式的Z5项。
Z5(90°)：透镜位置为90°的泽尔尼克多项式的Z5项。
另外，泽尔尼克多项式采用所谓的Arizona格式的展开式，具体而言是使用佳能销售株式会社研制的分析软件即Metropro Zernike Application进行计算。另外，波像差的测定是使用线偏振光进行的。一般而言，使用干涉仪测定波像差时使用圆偏振光，但上述的双折射所引起的波像差的像散分量在使用圆偏振光的方法中无法被检测到。
由于在基于以上这样的方法的测定中，使用没有防反射膜的两种物镜OL(第一物镜OL1、第二物镜OL2)，所以分别按照物镜OL的种类分为不同情况在以后说明。另外，第一物镜OL1、第二物镜OL2都是由玻璃成型工艺制作的，数值孔径都是0.85。
3-1.第一物镜的波像差的测定
首先，用上述的测定方法求出第一物镜OL1引起的波像差的像散分量，为20.1mλrms。
接下来，求出形成比较例的多层介质膜MLR的第一物镜OL1的波像差的像散分量，为18.8mλrms(降低约1mλrms)。另外，在比较例的多层介质膜MLR中，以某一入射角δ的透过相位差D的值如下所述。
在δ＝30°时，D≤3°
在δ＝60°时，D≤3°
并且，求出对第一物镜OL1形成实施例1的多层介质膜MLR的第一镀膜物镜COL的波像差的像散分量，为1.7mλrms(降低约18mλrms)。另外，在实施例1的多层介质膜MLR中，以某一入射角δ的透过相位差D的值如下所述。
在δ＝30°时，D＝8°，
在δ＝60°时，D＝18°。
根据以上的测定数据可知，尽管比较例的多层介质膜MLR无法充分降低第一物镜OL1引起的波像差的像散分量，但实施例1的多层介质膜MLR可以充分降低第一物镜OL1引起的波像差的像散分量。
3-2.第二物镜的波像差的测定
接下来，测定与第一物镜OL1不同的第二物镜OL2的波像差，像散分量是18.5mλrms。
接下来，求出对第二物镜OL2形成实施例2的多层介质膜MLR的第二镀膜物镜COL的波像差的像散分量，为1.1mλrms(降低约17mλrms)。另外，在实施例2的多层介质膜MLR中，以某一入射角δ的透过相位差D的值如下所述。
在δ＝30°时，D＝4°，
在δ＝60°时，D＝12°。
根据以上的实测数据可知，实施例2的多层介质膜MLR可以充分降低第二物镜OL2引起的波像差的像散分量。
3-3.确认透镜的双折射
另外，通过以下的方法确认了物镜OL1、OL2具有以透镜轴为中心的放射状的双折射性。
如图3A所示，将物镜OL配置在具有透过轴PA的偏振板12与平面反射镜13之间，观察干涉条纹。通过偏振板12的光(在与透过轴PA相同方向振动的光)透过物镜OL后，被平面反射镜13反射，再次透过物镜OL，向偏振板12前进。即与物镜OL配置在平行尼科耳棱镜间的情况是等效的。
图3B表示通过偏振板12观察的物镜OL。具体而言，确认了在与透过轴PA相同方向(平行方向)及垂直方向观察到白色的干涉条纹，另一方面，在与透过轴PA形成45°(135°)的方向观察到黑色的干涉条纹。
另外，干涉条纹的浓度从物镜OL的透镜轴中心越向外缘越浓。
图3C表示在使物镜OL旋转时的透镜面。即便使物镜OL旋转，但干涉条纹也不会旋转。图3D表示在使偏振板12旋转时的透镜面。若使偏振板12旋转，则干涉条纹与偏振板12同样地旋转。
从以上的结果可知，物镜OL具有单轴结晶状的双折射性，其光轴是径向和圆周方向。即，物镜OL具有放射状的双折射性。另外，确认了双折射的大小是越向物镜OL的外缘越大。
3-4.验证测定
镀膜物镜COL的波像差的测定只对形成实施例1、2的多层介质膜MLR的物镜进行。但是，即使是具有与实施例1、2同样的相位差的其他实施例的多层介质膜MLR，也可以容易推测出其可以降低物镜OL引起的波像差的像散分量。
第一物镜OL1的波像差的像散分量是超过20mλrms的值，实施例1的透过相位差D在入射角δ为60°时是18°。由于实施例3和4的透过相位差D与实施例1相同，因此，可以抵消与第一物镜OL1同样的双折射。另外，由于实施例5的透过相位差D与实施例2相同，所以可以抵消与第二物镜OL2同样的双折射。由于波像差的像散分量的大小与双折射的大小有相关关系，因此，实施例6通过使用具有比第二物镜OL2小的双折射的物镜，可以有效降低波像差的像散分量。反之，对于具有比第一物镜OL1大的双折射的物镜，使用可以产生更大相位差的多层介质膜即可。
较为理想的是，物镜OL的波像差的像散分量在20mλrms以上时，使其产生比较大的相位差。可以产生较大的相位差并可以实现防反射的多层介质膜MLR具有低折射率层L、中间折射率层M、以及高折射率层H，总计由9层以上构成时较好(对应实施例1～3)。或者，多层介质膜MLR包含总计7层以上的光学薄膜，并且具有使低折射率层L与高折射率层H交替层叠而成的重复结构，高折射率层H的折射率NH与低折射率层L的折射率NL之差是0.5以上时较好(对应实施例1～5)。虽然用少于上述条件的层数也可以实现防反射，但难以产生可以补偿双折射的相位差。无论哪种情况下，多层介质膜MLR的层数是20层以下时更为理想。若超过上限，则由于制造时的偏差会产生波动，难以稳定确保防反射特性。
较为理想的是，物镜OL的波像差的像散分量在10mλrms以上不到20mλrms时，可以产生比较小的相位差。可以产生比较小的相位差并实现防反射的多层介质膜MLR具有低折射率层L、中间折射率层M、以及高折射率层H，总计是7层以上时较好(对应实施例1～5)。或者，多层介质膜MLR包含总计5层以上的介质膜，并且具有使低折射率层L与高折射率层H交替层叠而成的重复结构，高折射率层H的折射率NH与低折射率层L的折射率NL之差是0.5以上时较好(对应实施例1～6)。虽然用少于上述条件的层数也可以实现防反射，但难以产生可以补偿双折射的相位差。无论哪种情况下，多层介质膜MLR的层数是20层以下时更为理想。若超过上限，则由于制造时的偏差会产生波动，难以稳定确保防反射特性。
4.总结
总结镀膜物镜COL如下。即，在物镜OL产生双折射，有时会引起来自物镜OL的射出光产生波像差。而且，在该产生的波像差的像散分量为10mλrms以上时，镀膜物镜COL具有使其像散分量降低至5mλrms以下的多层介质膜MLR。
另外，关于使波像差的像散分量降低的原理，是使像散分量的产生原因之一的双折射相位差、和多层介质膜MLR的透过相位差D抵消。因此，镀膜物镜COL具有可以有效产生透过相位差D的多层介质膜MLR时较为理想。另外，多层介质膜MLR产生的相位差随着从透镜中心向外缘部而实际上单调增加时较为理想。
可以举出有以下这样的物镜作为这样的镀膜物镜COL的一个例子。例如，设入射至多层介质膜MLR的波长405nm的光的入射角为δ，透过多层介质膜MLR的光的P偏振光与S偏振光的相位差(透过相位差)为D，这时δ与D的关系满足：
在δ＝30°时，D为2°以上且20°以下，
在δ＝60°时，D为4°以上且40°以下。
D在30°≤δ≤60°的范围内的变化是单调变化(例如线性变化)，是上述这样的镀膜物镜COL(对应实施例1～6)。
并且，若这样的镀膜物镜COL满足以下的条件，则可以有效降低波像差的像散分量，并且可以实现防反射(对应实施例1～3)。
条件(1)：由没有介质膜Li的物镜OL产生的波像差的像散分量是20mλrms以上。
条件(2)：对镀膜物镜COL形成的多层介质膜MLR具有低折射率层L、中间折射率层M、以及高折射率层H，总计为9层以上。
另外，另行满足以下的条件时，镀膜物镜COL也可以有效降低波像差的像散分量，并且可以实现防反射(对应实施例1～5)。
条件(3)：由没有介质膜Li的物镜OL产生的波像差的像散分量是10mλrms以上且不到20mλrms。
条件(4)：多层介质膜MLR具有低折射率层L、中间折射率层M、以及高折射率层H，总计为7层以上。
并且，另行满足以下的条件时，镀膜物镜COL也可以有效降低波像差的像散分量，并且可以实现防反射(对应实施例1～5)。
条件(5)：由没有介质膜Li的镀膜物镜COL产生的波像差的像散分量是20mλrms以上。
条件(6)：多层介质膜MLR包含总计为7层以上的介质膜Li，并且具有使低折射率层与高折射率层交替层叠而成的重复结构。
条件(7)：从高折射率层H的折射率NH减去低折射率层L的折射率NL而求出的折射率之差是0.5以上。
并且，另行满足以下的条件时，镀膜物镜COL也可以有效降低波像差的像散分量，并且可以实现防反射(对应实施例1～6)。
条件(8)：由没有介质膜Li的物镜OL产生的波像差的像散分量是10mλrms以上且不到20mλrms。
条件(9)：多层介质膜MLR包含总计为5层以上的介质膜Li，并且具有使低折射率层与高折射率层交替层叠而成的重复结构。
条件(10)：从高折射率层H的折射率NH减去低折射率层L的折射率NL而求出的折射率之差是0.5以上。
另外，在通过玻璃成型工艺制作的物镜OL中容易产生双折射。并且，数值孔径的值越大，例如在0.6以上，越特别容易产生双折射。另外，这样产生的双折射是以透镜轴为中心呈放射状产生的，其双折射量越靠近物镜OL的外缘越增加。
但是，对这样的物镜OL形成的多层介质膜MLR也产生以透镜轴为中心的放射状的透过相位差D，使其与物镜OL引起的双折射对应，其相位差量越靠近物镜OL的外缘越增加。所以，若对这样的物镜OL设置多层介质膜MLR，则该多层介质膜MLR会没有问题地用透过相位差D抵消双折射相位差，可以降低波像差的像散分量。
其他实施方式
另外，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明内容的范围内可以进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，由玻璃成型工艺制作的物镜的双折射是通过多层介质膜补偿的，但也可以对树脂制的透镜进行补偿，对于透镜的材质没有限制。另外，不限于光拾取装置用的物镜，也可以是用于拍摄透镜系统或投影透镜系统或者测定用的透镜，对于使用用途没有限制。无论是用于哪种光学系统的透镜，通过用多层介质膜MLR产生透过相位差，可以降低透镜的双折射所引起的性能下降。
另外，在上述实施方式中，表示了S偏振光的相位相对于P偏振光的相位滞后时可以抵消双折射相位差的例子，但不限于此，只要根据透镜的双折射产生相位差即可。双折射的分布也可以不是轴对称。重要的是，通过使用P偏振光与S偏振光的相位差，降低透镜具有的双折射，这都包含在本发明中。
另外，例如，举出有多层介质膜MLR为例作为镀膜物镜COL所包含的多层光学膜，进行了说明。但不限于此。即，也可以用介质材料之外的材料形成光学薄膜，进而形成多层光学膜。另外，多层介质膜MLR也不限于防反射膜，对于物镜OL的多层介质膜MLR的成膜方法也没有限制。

Claims (18)

1.一种光学元件，在透镜表面具有多层光学膜，其特征在于，
所述透镜具有双折射性，该透镜引起的波像差的像散分量在10mλrms以上，
所述多层光学膜通过使P偏振光与S偏振光产生相位差，使所述双折射抵消，从而使光学元件所引起的波像差的像散分量降低至5mλrms以下。
2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述多层光学膜的相位差实际上随着从透镜中心向外缘部而单调增加。
3.如权利要求2所述的光学元件，其特征在于，
在设入射至所述多层光学膜的波长为405nm的光的入射角为δ[°]，且透过所述多层光学膜的所述光的P偏振光与S偏振光的相位差为D[°]的情况下，δ与D的关系满足：
在δ＝30°时，D在2°以上且20°以下，
在δ＝60°时，D在4°以上且40°以下，
D在30°≤δ≤60°的范围内的变化是单调变化。
4.如权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所述的单调变化是线性变化。
5.如权利要求1至4中任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述多层光学膜是防反射膜，
在所述多层光学膜所包含的光学薄膜中，
在设
具有不到1.6的折射率的光学薄膜为低折射率层，
具有1.6以上且1.9以下的折射率的光学薄膜为中间折射率层，
具有超过1.9的折射率的光学薄膜为高折射率层的情况下，
满足下面的条件(1)及条件(2)：
条件(1)：所述透镜的波像差的像散分量在20mλrms以上，
条件(2)：多层光学膜具有低折射率层、中间折射率层、以及高折射率层，总计为9层以上。
6.如权利要求1至4中任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述多层光学膜是防反射膜，
在所述多层光学膜所包含的光学薄膜中，
在设
具有不到1.6的折射率的光学薄膜为低折射率层，
具有1.6以上且1.9以下的折射率的光学薄膜为中间折射率层，
具有超过1.9的折射率的光学薄膜为高折射率层情况下，
满足下面的条件(3)及条件(4)：
条件(3)：所述透镜的波像差的像散分量在10mλrms以上且不到20mλrms，
条件(4)：多层光学膜具有低折射率层、中间折射率层、以及高折射率层，总计为7层以上。
7.如权利要求1至4中任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述多层光学膜是防反射膜，
在所述多层光学膜所包含的光学薄膜中，
在设
具有不到1.6的折射率的光学薄膜为低折射率层，
具有超过1.9的折射率的光学薄膜为高折射率层的情况下，
满足下面的条件(5)至条件(7)：
条件(5)：所述透镜的波像差的像散分量在20mλrms以上，
条件(6)：多层光学膜包含总计为7层以上的光学薄膜，并且具有使低折射率层与高折射率层交替层叠而成的重复结构，
条件(7)：高折射率层的折射率减去低折射率层的折射率而求出的折射率之差在0.5以上。
8.如权利要求1至4中任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述多层光学膜是防反射膜，
在所述多层光学膜所包含的光学薄膜中，
在设
具有不到1.6的折射率的光学薄膜为低折射率层，
具有超过1.9的折射率的光学薄膜为高折射率层的情况下，
满足下面的条件(8)至条件(10)：
条件(8)：所述透镜的波像差的像散分量在10mλrms以上且不到20mλrms，
条件(9)：多层光学膜包含总计为五层以上的光学薄膜，并且具有使低折射率层与高折射率层交替层叠而成的重复结构，
条件(10)：高折射率层的折射率减去低折射率层的折射率而求出的折射率之差在0.5以上。
9.如权利要求1至8中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述透镜由成型工艺形成。
10.如权利要求1至9中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述透镜的数值孔径是0.6以上。
11.如权利要求1至10中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述双折射以所述透镜的透镜轴中心为基准呈放射状产生，所述双折射的量随着从透镜轴中心向透镜的外缘而增加。
12.如权利要求1至4、9至11中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述多层光学膜是层叠防反射用的介质膜而成的多层介质膜。
13.一种光拾取装置，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项的光学元件。
14.一种光学元件，在透镜表面具有多层光学膜，其特征在于，
所述透镜具有双折射性，
所述多层光学膜通过使P偏振光与S偏振光产生相位差，使所述双折射抵消，使在透镜产生的波像差的像散分量降低至一半以下。
15.如权利要求14所述的光学元件，其特征在于，所述多层光学膜使在透镜产生的波像差的像散分量降低至1/5以下。
16.如权利要求14或15所述的光学元件，其特征在于，所述多层光学膜的相位差实际上随着从透镜中心向外缘部而单调增加。
17.如权利要求14至16中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述双折射以所述透镜的透镜轴中心为基准呈放射状产生，所述双折射的量随着从透镜轴中心向透镜的外缘而增加。
18.如权利要求14至17中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述多层光学膜是层叠防反射用的介质膜而成的多层介质膜。
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