JP2005326823A - 反射光学素子および光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏光状態を変化させることなく、少ない層数で高い反射率を有する反射光学素子を提供する。
【解決手段】 プリズム６１の斜面６１aに、所定の入射角において、所定の波長の光の偏光成分に位相差を生じさせないよう反射する位相差調整膜６２が成膜されている。入射面６１ｂに入射した偏光光束は、斜面６１aで反射され光路を９０°折り曲げられる。位相差調整膜６２によって、入射する光の偏光成分に位相差は生じないため、偏光状態が変化しない。プリズムの斜面６１aは、全反射条件を満たすことが望ましい。少ない層数で、高い反射率と位相差の制御が可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、反射光の偏光状態を制御することのできる位相差調整膜、特に、偏光の位相変化を生じさせないように光を反射する位相差調整膜、及び異なる偏光状態の複数の波長の光を偏光状態が一致するように反射する位相差調整膜を有する反射光学素子に関する。また、そのような反射光学素子を有する光ピックアップ装置に関する。

従来、反射光学素子としては、ガラス材料に、金属膜（例えばアルミ、銀）を蒸着した金属反射ミラーや、誘電体膜を多層に蒸着した誘電体反射ミラーが知られている。誘電体反射ミラーの一例として非特許文献１記載のミラーが開示されている。このミラーは、レーザ用の高反射率ミラーである。

小倉繁太郎監修「生産現場における光学薄膜の設計・作製・評価技術」技術情報協会ｐ.２４０

このような金属反射ミラーや誘電体反射ミラーに偏光光束が入射すると、Ｐ偏光とＳ偏光との間に位相差が発生し、偏光状態が変化してしまう。例えば、直線偏光がミラーに入射しても反射後は楕円偏光に変化してしまう。したがって、偏光を利用した光学装置にこのような反射ミラーを用いると、偏光状態の変化のために所望の特性が得られない。

誘電体反射ミラーの場合、ある特定の波長に対しては、膜厚や膜材料を工夫することで位相差を抑えることは可能であるが、非常に多くの層数が必要となる。また、複数の波長に対して位相差を起こさないようにすることは非常に困難である。

反射率に関しても、金属反射ミラーは、波長による反射率の変化は少ないが、高い反射率を得ることはできない。誘電体反射ミラーの場合には、複数の波長に対して高い反射率を得るためには、非常に多くの層数が必要となる。また高い反射率と位相補償とを両立することは非常に困難である。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであって、高い反射率を有し、位相差を発生さない反射膜を有する反射光学素子を容易に提供することを目的とする。また、高い反射率を有し、波長に対する位相差を制御できる反射膜を有する反射光学素子を容易に提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の発明の反射光学素子は、空気よりも光学的に密な媒質と空気との界面に形成され空気よりも光学的に密な媒質内で光を反射させる位相差調整膜を有し、位相差調整膜は、所定の波長を有する入射光に対して、互いに直交する偏光成分間の位相差を実質的に変化させないで反射することを特徴とする。

第２の発明の反射光学素子は、第１の発明の反射光学素子において、前記位相差調整膜での反射によって生じる位相差は±１０°以下であることを特徴とする。

第３の発明の反射光学素子は、互いに異なる偏光状態を有する２以上の波長の光を反射する反射光学素子であって、空気よりも光学的に密な媒質と空気との界面に形成され空気よりも光学的に密な媒質内で光を反射させる位相差調整膜を有し、位相差調整膜は入射する第１の波長の光をその偏光状態が実質的に変化しないように反射し、入射する第２の波長の光をその偏光状態が第１の波長の光の偏光状態と実質的に同じになるように反射することを特徴とする。

第４の発明の反射光学素子は、第３の発明の反射光学素子において、前記位相差調整膜での反射によって生じる第１の波長の位相差は±１０°以下であることを特徴とする。

第５の発明の反射光学素子は、第４の発明の反射光学素子において、前記位相差調整膜は、第２の波長の光の位相差を第１の波長の光の位相差に対して、±１０°以下に調整して反射することを特徴とする。

第６の発明の反射光学素子は、同じ偏光状態を有する２以上の波長の光を反射する反射光学素子であって、空気よりも光学的に密な媒質と空気との界面に形成され空気よりも光学的に密な媒質内で光を反射させる位相差調整膜を有し、位相差調整反射膜は入射する第１の波長の光に対して偏光状態を実質的に変化しないように反射し、残りの光に対してそれぞれ第１の波長の光の偏光状態とは異なる所定の偏光状態となるように反射することを特徴とする。

第７の発明の反射光学素子は、第６の発明の反射光学素子において、前記反射光学素子は、反射された前記２以上の波長の光が、第１の波長の光に対する位相板を透過した時、透過後の光の偏光状態が同一となるように反射することを特徴とする。

第８の発明の反射光学素子は、第１乃至７の発明のいずれかの反射光学素子において、前記位相差調整膜は以下の屈折率範囲を持つ３つのグループの媒質のうち少なくとも２つのグループから選ばれた媒質を組み合わせて、５層以上８０層以下で構成されることを特徴とする、
１．３０＜ｎ１＜１．５０、
１．５５＜ｎ２＜１．８５、
１．９０＜ｎ３＜２．６０、
ただし、
ｎ１は第１のグループの媒質の屈折率、
ｎ２は第２のグループの媒質の屈折率、
ｎ３は第３のグループの媒質の屈折率、
である。

第９の発明の反射光学素子は、第１乃至８の発明のいずれかの反射光学素子において、前記位相差調整膜は、光が入射する第１の面と、第１の面を透過した光が反射される第２の面と、第２の面で反射された光が射出する第３の面とを有するプリズムの第２の面に成膜されていることを特徴とする。

第１０の発明の反射光学素子は、第９の発明の反射光学素子において、前記プリズムの第２面は全反射条件を満たすことを特徴とする。

第１１の発明の反射光学素子は、第９又は第１０の発明の反射光学素子において、前記第１の面と前記第３の面にはそれぞれ反射防止膜が成膜されており、前記第１の面は入射光に対し垂直な面であり、前記第３の面は射出光に対し垂直な面であることを特徴とする。

第１２の発明の反射光学素子は、第９乃至第１１の発明のいずれかの反射光学素子において、前記プリズムは、断面が直角二等辺三角形の直角プリズムであることを特徴とする。

第１３の発明の光ピックアップ装置は、光源からの光を第１乃至１２のいずれかの反射光学素子により９０°折り曲げて、対物レンズへと導くことを特徴とする。

第１４の発明の光ピックアップ装置は、第１の波長の光を放射する第１の光源と、第２の波長の光を放射する第２の光源と、前記光源からの光の光路を折り曲げる反射光学素子とを有し、反射光学素子はプリズムとプリズムの反射面に成膜された位相差調整膜とを有し、位相差調整膜は、プリズムに入射する第１の波長の光をその偏光状態が実質的に変化しないように反射し、プリズムに入射する第２の波長の光をその偏光状態が第１の波長の光の偏光状態と実質的に同じになるように反射することを特徴とする。

第１５の発明の光ピックアップ装置は、第１４の発明の光ピックアップ装置において、直線偏光を放射する前記第１及び第２の光源と前記反射光学素子との間に１/４波長板を有し、１/４波長板は前記第１の光源からの直線偏光を円偏光に変換し、前記反射光学素子は前記第１及び第２の波長の光を円偏光として反射し射出することを特徴とする。

第１６の発明の光ピックアップ装置は、第１の波長λ１（３９５ｎｍ＜λ１＜４２５ｎｍ）の光を放射する第１の光源と、第２の波長λ２（６３０ｎｍ＜λ２＜６９０ｎｍ）の光を放射する第２の光源と、第３の波長λ３（７４０ｎｍ＜λ３＜８７０ｎｍ）の光を放射する第３の光源と、第１、第２及び第３の光源からの光の光路を折り曲げる反射光学素子とを有し、反射光学素子はプリズムとプリズムの反射面に成膜された位相差調整膜とを有し、位相差調整膜は、プリズムに入射する第１、第２、第３のいずれかの波長の光の偏光状態を実質的に変化しないように反射し、残りの２つの波長の光の偏光状態を、偏光状態が変化しないよう反射される光の偏光状態と実質的に同じになるように反射することを特徴とする。

第１７の発明の光ピックアップ装置は、第１６の発明の光ピックアップ装置において、直線偏光を放射する前記第１、第２及び第３の光源と前記反射光学素子との間に１/４波長板を有し、１/４波長板はいずれか一つの光源からの直線偏光を円偏光に変換し、前記反射光学素子は前記第１、第２及び第３の波長の光を円偏光として反射し射出することを特徴とする。

第１８の発明の反射光学素子は、第１４乃至１７の発明のいずれかの反射光学素子において、前記位相差調整膜は、前記プリズムの全反射面に成膜されていることを特徴とする。

光学的に透明な媒質と空気との界面に位相差調整膜が成膜され、媒質内で光を反射させることで、所定の入射角で入射する所定の波長の光の偏光成分に対して、位相差を生じないようすることができる。また、複数の波長の光に対して、波長変動、入射角変動があったとしても反射率をほぼ100%近く維持できる。さらに、複数の波長の光に対して波長変動、入射角変動があったとしても位相差を生じないようにすることができる。

また、異なる偏光状態を持つ複数の波長の光が入射しても、ほぼ100%の反射率で、偏光状態を略一致させて反射させることができる。特に界面が全反射面の場合には、少ない層数で容易に、高反射率と位相差の調整が可能である。

またこのような位相差調整膜を有する反射光学素子を、光ピックアップ装置に用いることで信号強度の低下、レーザへの戻り光を防止でき、信号の検出精度が向上する。また、光ピックアップ装置の薄型化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施の形態である光ピックアップ装置１の概略構成を示す図である。図１（ａ）は光ピックアップ装置１の上面図であり、図１（ｂ）は光ピックアップ装置１の側面図である。光ピックアップ装置１は、光情報記録媒体である光ディスクに情報を記録する、及び/または、光ディスクからの情報を再生する装置である。光ディスク２０は、透明基板の厚さｔ１の第１光ディスク(例えば青色レーザを使用する次世代高密度光ディスク）及び第２光ディスク（例えばＤＶＤ）と、ｔ１とは異なる透明基板の厚さｔ２を有する第３光ディスク（例えばＣＤ）の３種である。ここでは、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、ｔ２＝１．２ｍｍである。なお、青色光を利用する第１光ディスクとして、透明基板の厚さｔ１と異なる厚さｔ３（例えばｔ３＝0.1ｍｍ）のディスクでもよい。

光ピックアップ装置１は、光源として第１光源である第１半導体レーザ１１と、第２光源である第２半導体レーザ１２と、第３光源である第３半導体レーザ１３とを有している。第１半導体レーザ１１は第１の波長λ１（３９５ｎｍ≦λ１≦４２５ｎｍ）の直線偏光を放射し、第２半導体レーザ１２は第２の波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６９０ｎｍ）の直線偏光を放射し、第３半導体レーザ１３は第３の波長λ３（第３の波長λ３：７４０ｎｍ≦λ３≦８７０ｎｍ）の直線偏光を放射する。第１光源、第２光源及び第３光源は、情報を記録および/または再生する光ディスクの種類に応じて選択される。

光ピックアップ装置１の光源１１，１２，１３、コンバイナー３１、３２、偏光ビームスプリッタ８０、コリメータレンズ４０、１/４波長板５０、光検出器１４、トーリックレンズ９０及び反射光学素子６０は、光ディスク２０の情報記録面に平行な平面上に配置されており、それにより光ピックアップ装置１の薄型化が達成されている。

以下、光路順に、情報を再生する場合についての動作を簡略に説明する。第１半導体レーザ１１、第２半導体レーザ１２あるいは第３半導体レーザ１３から放射された直線偏光の発散光束は、ビームコンバイナー３１、３２及び偏光ビームスプリッタ８０を介してコリメータレンズ４０に入射し、平行光に変換される。ビームコンバイナー３１、３２は各光源１１，１２及び１３からの光路を同一光路に重ね合わせている。直線偏光である平行光は１/４波長板５０により円偏光に変換される。１/４波長板５０は、３つの波長λ１、λ２、λ３に対して１/４波長板として機能する。例えば、１/４波長板５０は、複数の位相板が、その光学軸を所定の角度をなすように互いに傾いた状態で積層されている。１/４波長板５０を透過した平行光は、反射光学素子６０により光路を９０°折り曲げられて対物レンズ７０に入射する。対物レンズ７０に入射した光は光ディスク２０の情報記録面上に集光され、スポットが形成される。対物レンズ７０のレンズ面には回折光学素子が設けられており、波長によって対物レンズ７０の光学的パワーが異なる。その結果、光ディスク２０の透明基板の厚さに応じたスポット位置（光軸方向）が得られる。

反射光学素子６０は、光ピックアップ装置１の、対物レンズ光軸方向の厚みを小さくするために用いられている。すなわち、反射光学素子６０で光路を直角に折り曲げることにより、光源１１，１２，１３、コンバイナー３１、３２、偏光ビームスプリッタ８０、コリメータレンズ４０、１/４波長板５０、光検出器１４及び反射光学素子６０等を、対物レンズ７０の光軸に垂直な平面上（光ディスク２０の記録面に平行な平面）に配置でき、薄型化が可能となる。

光源からの光ディスク２０への入射光は、情報記録面上の情報ピットによって変調された反射光となり、入射光とは逆の光路をたどる。反射光は、１/４波長板５０により、円偏光からレーザ放射光とは直交する直線偏光に変換される。そして、反射光は偏光ビームスプリッタ８０により反射され、トーリックレンズ９０を介して共通の光検出器１４に入射し、信号として検出される。

ここで、偏光ビームスプリッタ８０により信号光が反射されるとき、偏光状態が直線偏光から乱れていると、光検出器１４への信号光の強度が弱くなり検出精度が低下する。また、レーザへの戻り光が発生し、レーザの発振を不安定にする。光ディスク２０による偏光の乱れの影響を少なくするため、光ディスク２０上には円偏光によるスポットを形成している。また、光路を折り曲げるために、一般的な反射ミラーではなく、反射光学素子６０を用いている。図２に反射光学素子６０を示す。

光路を折り曲げる反射光学素子６０は、プリズム６１の反射面６１ａに位相差調整反射膜６２が成膜されている。一般に、光が異なる屈折率を持つ界面に入射した時、その入射面に対するＰ偏光とＳ偏光とに関し、反射率と位相差が変化し、その結果偏光状態が変化する。特に本実施の形態のように、入射角が４５°と大きい場合にはその影響が大きい。本実施の形態では、反射面６１ａに位相差調整反射膜６２が成膜されており、第１、第２及び第３の波長の光に対して、互いに直交する偏光成分間に位相差を生じないように構成されている。反射によって偏光状態が変化することがないため、光ディスク２０には円偏光が入射し、また、１/４波長板５０を透過した信号光（復路）は、直線偏光に変換される。その結果、光源側に信号光が漏れることはほとんどない。

従来の誘電体反射ミラーでは、３つの波長の光に対して反射率を高くすることは可能であるが、同時に位相差を生じないようにすることは、異なる２つの波長に対してさえ、非常に困難である。また、層数を増やしたからといって位相差を発生させないようにできるものではない。本実施の形態の位相差調整反射膜６２は、光学的に密な媒質（プリズム媒質、例えばガラス）と光学的に疎な媒質（空気）との界面に設けられ、プリズム媒質内で光は反射される。その結果、複数の波長の光に対して位相差を生じないようにすることができる。

プリズム６１の入射面６１ｂ、射出面６１ｃには３つの波長λ１、λ２及びλ３に対応した反射防止膜が成膜されており、光量のロスと反射光によるノイズが防止されている。また、入射面６１ｂ、射出面６１ｃは光軸に垂直な面であり、これにより非点収差の発生が防止されている。反射防止膜に光が垂直に入射するため、反射防止膜によって位相差は生じない。

図３は、本発明の第２の実施の形態である光ピックアップ装置１００の概略構成を示す図である。図３（ａ）は、光ピックアップ装置１００の上面図であり、図３（ｂ）は光ピックアップ装置１００の側面図である。

光ピックアップ装置１００は、光源として第１光源である第１半導体レーザ１１１と、第２光源である第２半導体レーザ１１２と、第３光源である第３半導体レーザ１１３とを有している。第1半導体レーザ１１１は第１の波長λ１＝４０５ｎｍの光を放射し、第２半導体レーザ１１２は第２の波長λ２＝６６０ｎｍの光を放射し、第３半導体レーザ１１３は第３の波長λ３＝７８０ｎｍの光を放射する。第１光源、第２光源および第３光源は、単一の光源ユニット１１０として一体化されて構成されており、第２光源の発光点と第３光源の発光点とは実質的に同一である。また、第１光源の発光点は第２、第３光源の発光点と位置がわずかに異なっている（例えば、０．５ｍｍ）。第１光源、第２光源及び第３光源は、情報を記録および/または再生する光ディスクの種類に応じて選択される。なお、図３においては、第１光源から放射される光束の光路が記載されており、第２、第３光源からの光束は、図面の煩雑さを避けるために、省略されている。

光源ユニット１１０、偏光ビームスプリッタ１８０、１/４波長板１５０、光検出器１１４、トーリックレンズ１９０、及び反射光学素子１６０は、光ディスク２０の情報記録面に平行な平面上に配置されており、光ピックアップ装置１００の高さを薄型化している。

以下、光路順に情報を再生する場合についての動作を説明する。第１半導体レーザ１１１、第２半導体レーザ１１２あるいは第３半導体レーザ１１３から放射された直線偏光の発散光束は、偏光ビームスプリッタ１８０を介してコリメータレンズ１４０に入射し、平行光に変換される。直線偏光である平行光は１/４波長板１５０により偏光状態が変換される。１/４波長板１５０は、第１の波長の光に対して、互いに直交する偏光成分に９０°の位相差を与え、第１の波長の光を直線偏光から円偏光に変換する。１/４波長板１５０を透過した平行光は、反射光学素子１６０により光路を９０°折り曲げられて対物レンズ１７０に入射し、光ディスク２０の情報記録面上に集光され、スポットが形成される。対物レンズ１７０のレンズ面には回折光学素子が設けられており、波長によって光学的パワーが異なり、光ディスク２０の透明基板の厚さに応じたスポット位置（光軸方向）が得られる。

光ディスク２０への入射光は、情報記録面上の情報ピットによって変調された反射光となり、入射光とは逆の光路をたどる。反射光は、１/４波長板１５０により直線偏光（レーザ放射光とは直交する偏光方向）に変換され、偏光ビームスプリッタ１８０により反射される。偏光ビームスプリッタ１８０は第１反射面１８１と第２反射面１８２とを有している。第１反射面１８１と第２反射面１８２については後述する。第１の波長λ１の光は第１反射面１８１で反射される。第２、第３の波長λ２、λ３の光は、第１反射面１８１を透過した後、第２反射面１８２で反射される。偏光ビームスプリッタ１８０で反射された光は、トーリックレンズ１９０を介して３つの波長の光に共通の光検出器１１４に入射し、信号として検出される。

ここで、１/４波長板１５０は、第１の波長の光に対して、互いに直交する偏光成分に９０°の位相差を与えるが、第２の波長の光に対しては５５．２°、第３の波長の光に対しては４６．７°の位相差を与えることとなる。一般的な１/４波長板（例えば複屈折を利用するもの）は特定の波長に対してのみ１/４波長板として作用する。したがって、たとえ光路を９０°折り曲げる反射光学素子が、偏光に位相変化を与えないとしても、第２、第３の波長の光を直線偏光から円偏光に変換することはできない。一方、信号光（復路）に関しても、１/４波長板１５０は第２、第３の波長の光に対して１/４波長板として機能しないため、１/４波長板１５０射出後の光は、直線偏光とはならない。その結果、光検出器１１４で検出される光量が損失する。また不要な戻り光が第２あるいは第３の半導体レーザに入射し、レーザの動作を不安定にする。

本実施の形態の反射光学素子１６０には、所定の入射角において、波長と位相差との関係を調節する、すなわち、所定の波長の光の偏光成分に所望の位相差を発生させる位相差調整反射膜１６２が成膜されている。具体的には、位相差調整反射膜１６２は、第１の波長の偏光に対しては位相差を発生させず、第２の波長の偏光に対しては３４．８°、第３の波長の偏光に対しては４３．３°の位相差を発生させる。したがって、反射光学素子１６０で反射された光は、いずれの波長においても円偏光に変換される。

一方、光ディスク２０で反射された信号光は、反射光学素子１６０によって反射され、第２、第３の波長の光に対して、上述の位相差が発生する。別の言い方をすれば、復路に関して、反射光学素子１６０は、同一の偏光状態（円偏光）で入射する異なる波長の光（第１、第２、第３の波長の光）に対して、第１の波長の光に対しては偏光の位相差を変えず、第２、第３の波長の光に対しては、それぞれ所定の位相差を発生させると言うこともできる。結果として、１/４波長板１５０を往復で透過した光は、いずれの波長においても、往路での直線偏光と直交する直線偏光に変換される。

第１の反射面１８１は、第１の波長λ１のＰ偏光と、第２の波長λ２及び第３の波長λ３の光を透過させ、第１の波長λ１のＳ偏光を反射する２色性（長波長透過型）の偏光分離特性を有している。また、第２の反射面１８２は、第１の波長λ１の光と、第２の波長λ２及び第３の波長λ３のＰ偏光を透過させ、第２の波長λ２及び第３の波長λ３のＳ偏光を反射する２色性（短波長透過型）の偏光分離特性を有している。第２の反射面１８２によって、第２、第３の波長λ２、λ３の光は、第１の波長λ１の光と異なる位置で反射されている。そして、第１の反射面と第２の反射面との間隔を、第１光源の発光位置と第２、第３光源の発光位置との間隔の1/√2倍にしている。この結果、第２、第３光源の発光位置が、第１光源の発光位置と異なっているが、トーリックレンズ１９０を介して光検出器１１４上の同一の位置に集光される。なお、第１の反射面１８１は、偏光ビームスプリッタ１８０を構成する直角プリズムのうち、光ディスク２０側の直角プリズムの斜面に形成されている。これは、第１の波長の光（青色光）は、他の２色の光に対して発光量が少なく、接着剤による吸収が大きいため、接着剤層を透過しないようにするためである。

位相差調整反射膜６２、１６２は、以下の屈折率範囲を持つ３つのグループの媒質のうち少なくとも２つのグループから選ばれた媒質を組み合わせて、５層以上８０層以下で構成されることが好ましい。

１．３０＜ｎ１＜１．５０
１．５５＜ｎ２＜１．８５
１．９０＜ｎ３＜２．６０
ただし、
ｎ１は第１のグループの媒質の屈折率、
ｎ２は第２のグループの媒質の屈折率、
ｎ３は第３のグループの媒質の屈折率、
である。

上記層数の下限値を下回れば、波長変動や入射角変動に対する許容量がなくなり、使用状態での波長変動や入射角変動に対応することができない。上限値を越えれば、生産性が劣り、また膜厚ばらつき等による性能劣化が生じ易くなる。

位相差調整反射膜６２への入射角θは、３０°以上８０°以下であることが好ましい。この条件を満たさない場合は、位相差の補正が困難になる。特に複数の波長に対しては、位相差の補正は非常に困難である。

また、プリズムの反射面６１ａは、位相差調整反射膜６２、１６２が無い場合に、全反射条件を満足することが好ましい。全反射条件を満たす界面に位相差調整反射膜６２、１６２を成膜して反射面とすると、ほぼ１００％の高い反射率を容易に得ることができる。反射率を全反射により確保することができるので、実質的に位相差調整反射膜は偏光の位相差を調整する役割のみを担えばよい。したがって、位相差調整反射膜の層数も少なくすることができる（例えば２０層以下）。具体的な構成については後述する。

位相差調整反射膜は、入射光の偏光状態を完全に変化させない特性、あるいは、ある光の偏光状態を他の光の偏光状態に完全に一致させる特性を有する必要はない。光学系全体として所望の特性が得られれば良い。光ピックアップ装置の場合には、光検出器１４、１１４の検出信号が弱くならない程度、あるいはレーザへの戻り光が悪影響を与えない程度であればよい。具体的には、位相差調整反射膜は、±１０°以内、さらに好ましくは±５°以内で位相差を揃えることが好ましい。より具体的には、第１の実施の形態の場合には、反射による位相差の発生を±１０°以内、さらに好ましくは±５°以内に抑えることが好ましい。第２の実施の形態の場合には、±１０°以内、さらに好ましくは±５°以内に、反射後の各波長の光の位相差を揃えることが好ましい。

±１０°以上の位相差が発生すると、光源側の光路に信号光成分が戻り、信号光の強度低下によるＳ/Ｎ比の低下や、光源（レーザーダイオード）の発振が不安定になる、という問題が発生する。位相差調整反射膜によって発生する反射位相差を±１０°以内に抑えることで、上記問題を解決することができる。反射位相差の発生を±５°以内にすることで、さらに効果が大きくなる。

以上、説明したように、光学的に透明な媒質と空気との界面に位相差調整反射膜が成膜され、位相差調整反射膜が媒質内で光を反射させることで、所定の入射角で入射する所定の波長の光の偏光成分に位相差を生じないようすることができる。また、複数の波長の光に対しても、波長変動、入射角変動に関わらず反射率をほぼ１００％近く維持できる。さらに、複数の波長の光において波長変動、入射角変動に関わらず、位相差を生じないようにすることができる。

また、複数の波長の光の偏光状態が異なっていても、ほぼ１００％の反射率で、偏光状態を略一致させて反射させることができる。

特に界面が全反射面の場合には、少ない層数で容易に、高反射率の達成と位相差の調整が可能である。

またこのような位相差調整反射膜を有する反射光学素子を、光ピックアップ装置に用いることで、信号強度の低下、レーザへの戻り光を防止でき、信号の検出精度が向上するとともに、光ピックアップ装置の薄型化が可能となる。

以下、本発明を実施した光ピックアップ装置に用いられる反射光学素子の構成を、膜構成データ等を挙げて、更に具体的に説明する。いずれの実施例も、図２に示すように、断面が直角２等辺三角形の形状を持つ直角プリズム６１の斜面６１ａに、位相差調整反射膜が成膜されている。入射光はプリズムに垂直に入射し、斜面６１ａで全反射され（入射角４５°）、９０°光路が折り曲げられてプリズム射出面に対して垂直に射出する。

《実施例１》
上記第１の実施の形態の位相差調整反射膜であり、所定の入射角において、所定の波長を持つ入射偏光の位相差を変化させない多層膜である。屈折率ｎｄ＝１．６２のプリズムの斜面にＴｉＯ_２の化合物（ｎｄ＝２．０５）とＳｉＯ_２（ｎｄ＝１．４６）とＡｌ_２Ｏ_３（ｎｄ＝１．６２）とからなる１７層の多層膜が成膜されている。なお、屈折率ｎｄは、ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率である。

図４、図５及び図６はそれぞれ入射角４３°、４５°及び４７°の場合の、位相差調整反射膜の反射特性を示している。横軸は波長(単位ｎｍ）、縦軸は反射率（単位％）である。実線はＳ偏光の反射率を、破線はＰ偏光の反射率を示している。いずれの角度においても反射率はほぼ１００％である。なお、作図の都合、４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲のみを記載しているが、３９５ｎｍにおいても、９５．５％以上の反射率を有している。

図７は、入射角４３°、４５°及び４７°の場合の、位相差調整反射膜の位相差特性を示している。横軸は波長(単位ｎｍ）、縦軸は位相差（単位°）である。いずれの角度においても、第１の波長λ１、第２の波長λ２及び第３の波長λ３に対して、位相差はほぼ０である。なお、作図の都合、４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲のみを記載しているが、３９０ｎｍにおいても２°以下の位相差に抑えられている。

位相差調整反射膜の膜構成を以下に示す。この膜構成は、市販の薄膜設計ソフトを使用し、４０５ｎｍ、６３０ｎｍおよび７８０ｎｍ近傍の光に対して、反射率１００％と、反射時のP偏光とS偏光間の位相差ゼロとをターゲットに設計されたものである。なお、層番号はプリズム側から順に記載している。
[層番号] [材料] [物理膜厚（ｎｍ）]
１ ＳｉＯ_２ ３０．８８
２ Ａｌ_２Ｏ_３ ４７．７７
３ ＳｉＯ_２ ８６．３１
４ Ａｌ_２Ｏ_３ ９．１１
５ ＳｉＯ_２ ４１４．７２
６ Ａｌ_２Ｏ_３ ２８．７９
７ ＳｉＯ_２ １５１．６３
８ Ａｌ_２Ｏ_３ １６９．３６
９ ＳｉＯ_２ ８５．０１
１０ Ａｌ_２Ｏ_３ １１０．５１
１１ ＳｉＯ_２ １２４．０
１２ Ａｌ_２Ｏ_３ ２０．１５
１３ ＴｉＯ_２の化合物 ８７．２７
１４ Ａｌ_２Ｏ_３ ２５．５５
１５ ＴｉＯ_２の化合物 １２．３２
１６ Ａｌ_２Ｏ_３ ５７．９６
１７ ＳｉＯ_２ １０９．９
《比較例》
比較例は、図１４に示す形状の表面反射ミラーである。屈折率ｎｄ＝１．５２のガラス平面上にＴｉＯ_２（ｎｄ＝２．３０）とＳｉＯ_２（ｎｄ＝１．４６）とからなる５７層の反射膜２６２が成膜されている。なお、屈折率ｎｄは、ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率である。

図１５は入射角４５°における反射膜の反射特性を示している。横軸は波長(単位ｎｍ）、縦軸は反射率（単位％）である。実線はＳ偏光の反射率を、破線はＰ偏光の反射率を示している。第１の光源の波長λ１、第2の光源の波長λ２および第３の光源の波長λ３の光に対して、反射率はほぼ１００％である。なお、作図の都合、４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲のみを記載しているが、３９５ｎｍにおいても、９６％以上の反射率を有している。

図１６は、入射角４５°における反射膜の位相差特性を示している。横軸は波長(単位ｎｍ）、縦軸は位相差（単位°）である。図１６に示すように、平面反射ミラーでは、５７層の多層膜を積層しても、第１の光源の波長λ１、第２の光源の波長λ２及び第３の光源の波長λ３に対して、位相差を０にできない。高反射率と同時には、せいぜい1波長の位相差をゼロにできる程度である。

比較例の膜構成を以下に示す。この膜構成は、市販の薄膜設計ソフトを使用し、４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍ近傍の光に対して、反射率１００％と、反射時のP偏光とS偏光間の位相差ゼロとをターゲットに設計されたものである。なお、層番号はプリズム側から順に記載している。
[層番号] [材料] [物理膜厚（ｎｍ）]
１ ＴｉＯ_２ ５３．１４
２ ＳｉＯ_２ ９４．２２
３ ＴｉＯ_２ ５４．６６
４ ＳｉＯ_２ １００．３９
５ ＴｉＯ_２ ５３．７３
６ ＳｉＯ_２ ６７．３６
７ ＴｉＯ_２ ５０．０８
８ ＳｉＯ_２ ９７．７９
９ ＴｉＯ_２ ５４．１３
１０ ＳｉＯ_２ ８７．２４
１１ ＴｉＯ_２ ４５．９８
１２ ＳｉＯ_２ ９４．７９
１３ ＴｉＯ_２ ５９．４１
１４ ＳｉＯ_２ １０８．４１
１５ ＴｉＯ_２ ６１．４３
１６ ＳｉＯ_２ １４６．３１
１７ ＴｉＯ_２ ６２．９９
１８ ＳｉＯ_２ １０２．１３
１９ ＴｉＯ_２ ５９．６５
２０ ＳｉＯ_２ １２２．３２
２１ ＴｉＯ_２ ７２．１９
２２ ＳｉＯ_２ １２４．１４
２３ ＴｉＯ_２ ７０．２２
２４ ＳｉＯ_２ １２０．１１
２５ ＴｉＯ_２ ８８．９
２６ ＳｉＯ_２ １２２．５６
２７ ＴｉＯ_２ １０３．０１
２８ ＳｉＯ_２ １２４．２２
２９ ＴｉＯ_２ ７２．４８
３０ ＳｉＯ_２ １４４．６７
３１ ＴｉＯ_２ ７８．６８
３２ ＳｉＯ_２ １２５．９５
３３ ＴｉＯ_２ １０１．４４
３４ ＳｉＯ_２ １２９．５４
３５ ＴｉＯ_２ １０４．２５
３６ ＳｉＯ_２ １１９．９５
３７ ＴｉＯ_２ １０１．５６
３８ ＳｉＯ_２ １６７．９４
３９ ＴｉＯ_２ １０６．１
４０ ＳｉＯ_２ １１３．７２
４１ ＴｉＯ_２ １１７．５１
４２ ＳｉＯ_２ ９０．０７
４３ ＴｉＯ_２ ３９．０７
４４ ＳｉＯ_２ ２４０．３８
４５ ＴｉＯ_２ １２３．５７
４６ ＳｉＯ_２ ２３５．９５
４７ ＴｉＯ_２ ４１．８７
４８ ＳｉＯ_２ ２３４．３
４９ ＴｉＯ_２ ４２．５５
５０ ＳｉＯ_２ ２３２．７３
５１ ＴｉＯ_２ １１９．２８
５２ ＳｉＯ_２ ８２．５５
５３ ＴｉＯ_２ １１７．２８
５４ ＳｉＯ_２ ２４３．２２
５５ ＴｉＯ_２ ５３．８８
５６ ＳｉＯ_２ ２４９．５２
５７ ＴｉＯ_２ ８０．５５
《実施例２》
上記第１の実施の形態の位相差調整反射膜であり、所定の入射角において、所定の波長を持つ入射偏光の位相差を変化させない多層膜である。屈折率ｎｄ＝１．７７のプリズムの斜面にＴａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とからなる１４層の多層膜が成膜されている。

図８、図９及び図１０はそれぞれ入射角４３°、４５°及び４７°の場合の、位相差調整反射膜の反射特性を示している。横軸は波長(単位ｎｍ）、縦軸は反射率（単位％）である。実線はＳ偏光の反射率を、破線はＰ偏光の反射率を示している。いずれの角度においても反射率はほぼ１００％である。なお、作図の都合、４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲のみを記載しているが、３９５ｎｍにおいても、９５．５％以上の反射率を有している。

図１１は、入射角４３°、４５°及び４７°の場合の、位相差調整反射膜の位相差特性を示している。横軸は波長(単位ｎｍ）、縦軸は位相差（単位°）である。いずれの角度においても、第１の波長λ１、第２の波長λ２及び第３の波長λ３に対して、位相差はほぼ０である。なお、作図の都合、４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲のみを記載しているが、３９０ｎｍにおいても２°以下の位相差に抑えられている。

位相差調整反射膜の膜構成を以下に示す。この膜構成は、市販の薄膜設計ソフトを使用し、４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍ近傍の光に対して、反射率１００％と、反射時のP偏光とS偏光間の位相差ゼロとをターゲットに設計されたものである。なお、層番号はプリズム側から順に記載している。
[層番号] [材料] [物理膜厚（ｎｍ）]
１ Ａｌ_２Ｏ_３ ６６．６８
２ Ｔａ_２Ｏ_５ １３．５７
３ Ａｌ_２Ｏ_３ １６５．５６
４ ＳｉＯ_２ １１９．５２
５ Ａｌ_２Ｏ_３ ３１．７２
６ ＳｉＯ_２ ２４５．２９
７ Ａｌ_２Ｏ_３ ２０５．３５
８ ＳｉＯ_２ ７５．０６
９ Ａｌ_２Ｏ_３ ７３．４４
１０ ＳｉＯ_２ １８９．５６
１１ Ａｌ_２Ｏ_３ ４８．９２
１２ Ｔａ_２Ｏ_５ １４７．７３
１３ Ａｌ_２Ｏ_３ ５６．１１
１４ ＳｉＯ_２ ９２．７３
《実施例３》
上記第２の実施の形態の位相差調整反射膜であり、所定の入射角において、所定の波長を持つ入射偏光の位相差を所望の値にする膜である。屈折率ｎｄ＝１．７７のプリズムの斜面にＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とからなる１２層の多層膜が成膜されている。
図１２は入射角４５°の場合の、位相差調整反射膜の反射特性を示している。横軸は波長(単位ｎｍ）、縦軸は反射率（単位％）である。実線はＳ偏光の反射率を、破線はＰ偏光の反射率を示している。反射率はほぼ１００％である。

図１３は、入射角４５°の場合の、位相差調整反射膜の位相差特性を示している。横軸は波長(単位ｎｍ）、縦軸は位相差（単位°）である。第１の波長λ１に対する位相差は０．１７°、第２の波長λ２に対する位相差は３４．３８°、第３の波長λ３に対する位相差は４３．３１°である。上述の１/４波長板１５０が発生させる位相差の不足分を、位相差調整反射膜が補償している。なお、作図の都合、４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲のみを記載しているが、３９０ｎｍにおいても１°以下の位相差に抑えられている。

位相差調整反射膜の膜構成を以下に示す。この膜構成は、市販の薄膜設計ソフトを使用し、反射率に関しては、４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍ近傍の光に対して１００％、位相差に関しては、４０５ｎｍ近傍の光に対してゼロ、６６０ｎｍ近傍の光に対して３４．８°、７８０ｎｍ近傍の光に対して４３．３°をターゲットに設計されたものである。なお、層番号はプリズム側から順に記載している。
[層番号] [材料] [物理膜厚（ｎｍ）]
１ ＳｉＯ_２ １６５．９７
２ Ａｌ_２Ｏ_３ ２３８．１５
３ ＳｉＯ_２ １６４．２７
４ Ａｌ_２Ｏ_３ ７７．３６
５ ＳｉＯ_２ １７６．５２
６ Ａｌ_２Ｏ_３ １７９．２７
７ ＳｉＯ_２ ９８．２６
８ Ａｌ_２Ｏ_３ ７１．９２
９ ＳｉＯ_２ ２５３．７７
１０ Ａｌ_２Ｏ_３ ４０．８６
１１ ＳｉＯ_２ ２８．４７
１２ Ａｌ_２Ｏ_３ １６４．１５
上記実施の形態で説明した反射光学素子は、折り曲げ角９０°の単一素子であったが、折り曲げ角は９０°に限るものではない。また、複数の光学素子（例えば、プリズム）と上記反射光学素子とを接合したものであっても構わない。さらに、上記反射光学素子は、光路を折り曲げる素子として、光ピックアップ装置に限らず偏光を利用する光学系や光学装置に用いても良い。

本発明の第１の実施の形態である光ピックアップ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）上面図と（ｂ）側面図である。 本発明の一実施形態である反射光学素子を示す図である。 本発明の第２の実施の形態である光ピックアップ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）上面図と（ｂ）側面図である。 実施例１の位相差調整膜の反射特性（入射角４３°）を示すグラフである。 実施例１の位相差調整膜の反射特性（入射角４５°）を示すグラフである。 実施例１の位相差調整膜の反射特性（入射角４７°）を示すグラフである。 実施例１の位相差調整膜の位相差特性を示すグラフである。 実施例２の位相差調整膜の反射特性（入射角４３°）を示すグラフである。 実施例２の位相差調整膜の反射特性（入射角４５°）を示すグラフである。 実施例２の位相差調整膜の反射特性（入射角４７°）を示すグラフである。 実施例２の位相差調整膜の位相差特性を示すグラフである。 実施例３の位相差調整膜の反射特性（入射角４５°）を示すグラフである。 実施例３の位相差調整膜の位相差特性（入射角４５°）を示すグラフである。 比較例の反射光学素子を示す図である。 比較例の反射膜の反射特性（入射角４５°）を示すグラフである。 比較例の反射膜の位相差特性（入射角４５°）を示すグラフである。

符号の説明

１，１００ 光ピックアップ装置
１１，１１１ 第１の半導体レーザ
１２，１１２ 第２の半導体レーザ
１３，１１３ 第３の半導体レーザ
１４，１１４ 光検出器
６０，１６０ 反射光学素子
６１ プリズム
６２ａ 反射面（斜面）
６１ｂ 入射面
６２ｃ 射出面
６２，１６２ 位相差調整膜
７０，１７０ 対物レンズ
５０，１５０ １/４波長板

Claims (18)

1. 空気よりも光学的に密な媒質と空気との界面に形成され空気よりも光学的に密な媒質内で光を反射させる位相差調整膜を有し、
   位相差調整膜は、所定の波長を有する入射光に対して、互いに直交する偏光成分間の位相差を実質的に変化させないで反射することを特徴とする反射光学素子。
2. 前記位相差調整膜での反射によって生じる位相差は±１０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射光学素子。
3. 互いに異なる偏光状態を有する２以上の波長の光を反射する反射光学素子であって、
   空気よりも光学的に密な媒質と空気との界面に形成され空気よりも光学的に密な媒質内で光を反射させる位相差調整膜を有し、
   位相差調整膜は入射する第１の波長の光をその偏光状態が実質的に変化しないように反射し、入射する第２の波長の光をその偏光状態が第１の波長の光の偏光状態と実質的に同じになるように反射することを特徴とする反射光学素子。
4. 前記位相差調整膜での反射によって生じる第１の波長の位相差は±１０°以下であることを特徴とする請求項３に記載の反射光学素子。
5. 前記位相差調整膜は、第２の波長の光の位相差を第１の波長の光の位相差に対して、±１０°以下に調整して反射することを特徴とする請求項４に記載の反射光学素子。
6. 同じ偏光状態を有する２以上の波長の光を反射する反射光学素子であって、
   空気よりも光学的に密な媒質と空気との界面に形成され空気よりも光学的に密な媒質内で光を反射させる位相差調整膜を有し、位相差調整反射膜は入射する第１の波長の光に対して偏光状態を実質的に変化しないように反射し、残りの光に対してそれぞれ第１の波長の光の偏光状態とは異なる所定の偏光状態となるように反射することを特徴とする反射光学素子。
7. 前記反射光学素子は、反射された前記２以上の波長の光が、第１の波長の光に対する位相板を透過した時、透過後の光の偏光状態が同一となるように反射することを特徴とする請求項６に記載の反射光学素子。
8. 前記位相差調整膜は以下の屈折率範囲を持つ３つのグループの媒質のうち少なくとも２つのグループから選ばれた媒質を組み合わせて、５層以上８０層以下で構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の反射光学素子、
   １．３０＜ｎ１＜１．５０
   １．５５＜ｎ２＜１．８５
   １．９０＜ｎ３＜２．６０
   ただし、
   ｎ１は第１のグループの媒質の屈折率、
   ｎ２は第２のグループの媒質の屈折率、
   ｎ３は第３のグループの媒質の屈折率、
   である。
9. 前記位相差調整膜は、光が入射する第１の面と、第１の面を透過した光が反射される第２の面と、第２の面で反射された光が射出する第３の面とを有するプリズムの第２の面に成膜されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の反射光学素子。
10. 前記プリズムの第２面は全反射条件を満たすことを特徴とする請求９に記載の反射光学素子。
11. 前記第１の面と前記第３の面にはそれぞれ反射防止膜が成膜されており、前記第１の面は入射光に対し垂直な面であり、前記第３の面は射出光に対し垂直な面であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の反射光学素子。
12. 前記プリズムは、断面が直角二等辺三角形の直角プリズムであることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の反射光学素子。
13. 光源からの光を請求項１乃至１２のいずれかに記載の反射光学素子により９０°折り曲げて、対物レンズへと導くことを特徴とする光ピックアップ装置。
14. 第１の波長の光を放射する第１の光源と、
    第２の波長の光を放射する第２の光源と、
    前記光源からの光の光路を折り曲げる反射光学素子とを有し、
    反射光学素子はプリズムとプリズムの反射面に成膜された位相差調整膜とを有し、
    位相差調整膜は、プリズムに入射する第１の波長の光をその偏光状態が実質的に変化しないように反射し、プリズムに入射する第２の波長の光をその偏光状態が第１の波長の光の偏光状態と実質的に同じになるように反射することを特徴とする光ピックアップ装置。
15. 直線偏光を放射する前記第１及び第２の光源と前記反射光学素子との間に１/４波長板を有し、１/４波長板は前記第１の光源からの直線偏光を円偏光に変換し、前記反射光学素子は前記第１及び第２の波長の光を円偏光として反射し射出することを特徴とする請求項１４に記載の光ピックアップ装置。
16. 第１の波長λ１（３９５ｎｍ＜λ１＜４２５ｎｍ）の光を放射する第１の光源と、
    第２の波長λ２（６３０ｎｍ＜λ２＜６９０ｎｍ）の光を放射する第２の光源と、
    第３の波長λ３（７４０ｎｍ＜λ３＜８７０ｎｍ）の光を放射する第３の光源と、
    第１、第２及び第３の光源からの光の光路を折り曲げる反射光学素子とを有し、
    反射光学素子はプリズムとプリズムの反射面に成膜された位相差調整膜とを有し、
    位相差調整膜は、プリズムに入射する第１、第２、第３のいずれかの波長の光の偏光状態を実質的に変化しないように反射し、残りの２つの波長の光の偏光状態を、偏光状態が変化しないよう反射される光の偏光状態と実質的に同じになるように反射することを特徴とする光ピックアップ装置。
17. 直線偏光を放射する前記第１、第２及び第３の光源と前記反射光学素子との間に１/４波長板を有し、１/４波長板はいずれか一つの光源からの直線偏光を円偏光に変換し、前記反射光学素子は前記第１、第２及び第３の波長の光を円偏光として反射し射出することを特徴とする請求項１６に記載の光ピックアップ装置。
18. 前記位相差調整膜は、前記プリズムの全反射面に成膜されていることを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
    

Images