JP2006023621A - 光学素子の成形方法及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】
より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細構造を有する取り扱い性に優れた光学素子を成形する成形方法及び光学素子を提供する。
【解決手段】
1/4波長板に用いるのに必要なアスペクト比の半分のアスペクト比の微細構造MSを形成すればよいため、光学素子の成形が容易になり、成形不良が減って収率が向上する。更に、第1の部材Mと前記第2の部材Mとを、第1の微細構造MSと第2の微細構造MSとが向き合うようにして接合することで、外部の異物が付着しにくく、更に外力に対して折損しにくい光学素子を提供できる。
【選択図】 図1
より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細構造を有する取り扱い性に優れた光学素子を成形する成形方法及び光学素子を提供する。
【解決手段】
1/4波長板に用いるのに必要なアスペクト比の半分のアスペクト比の微細構造MSを形成すればよいため、光学素子の成形が容易になり、成形不良が減って収率が向上する。更に、第1の部材Mと前記第2の部材Mとを、第1の微細構造MSと第2の微細構造MSとが向き合うようにして接合することで、外部の異物が付着しにくく、更に外力に対して折損しにくい光学素子を提供できる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光学素子の成形方法及び光学素子に関し、特に高アスペクト比の微細形状を有する光学素子及びそれを成形するのに好適な成形方法に関する。
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。
更に、近年の光ピックアップ装置は、より短波長の半導体レーザからの光束を用いて、HD DVD(High Definition DVD),BD(Blu-ray Disc)などの記録媒体に対して高密度な情報の記録及び/又は再生を行えるものが開発されており、その光学系の収差特性改善のため、種々の工夫を施した光学素子が設けられている。しかるに、そのような高密度な情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置であっても、従来から大量に供給されたCD、DVDに対しても情報の記録及び/又は再生を確保する必要があるが、そのような互換可能に情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置において、光学系を共通化するために位相差を与える波長板が用いられることがある。一般的な波長板は、水晶など高価な素材を用いているが、微細構造を有するものも開発されている(例えば、特許文献2参照)。
上述したタイプの波長板では、例えば透過する光の波長1/2以下のピッチで並んだラインアンドスペース構造を有するため、通常の射出成形において、溶融した樹脂を型内に射出するのみでは、型に形成された微細形状の段差の奥深くに素材が入り込みにくく、そのため微細形状の転写が精度良くなされないという問題がある。転写不良(素材のダレ)により設計通りの微細構造が形成されないと、その光学特性が劣化してしまい、かかる光学素子を用いた光ピックアップ装置において書き込みエラーなどが生じる恐れがある。このため、素材の選定や、溶融した樹脂の温度や圧力を調整するなど、種々の工夫がなされているが、従来の方法では、ダレを完全になくすのは困難である。
一方、以下の特許文献1には、加熱軟化状態にあるガラス素材をプレスすることによって、表面に微細パターンを有する光学素子を成形する方法が開示されている。
特開2002−220241号公報
実開昭61−155801号公報
ところが、特許文献1に記載の技術では、ガラス素材の表面に、幅約100〜50μm、高さが約20〜10μmという、アスペクト比が0.2程度の微細構造を成形するのが限界である。これは、無機ガラスの常温での弾性率が70GPa程度と高いため、その表面に3000Nという非常に大きな力で加熱した型を押しつけても、微細形状の奥にガラス素材がスムーズに流れ込まず、その結果アスペクト比が0.2程度の微細構造しか成形できなかったのである。従って、例えばアスペクト比が1以上という微細構造を有する成形物は、試作品としては存在するかもしれないが、形状の揃った工業製品としては未だ存在していないといえる。
尚、特許文献2には、微細構造を入射面と出射面に形成した光学素子が開示されているが、微細構造は、スタンパーを用いアクリル板の両面に加熱プレスで型押しして形成した旨の記載があるのみであり、具体的に高アスペクト比の微細構造をどのようにして形成したか明らかでない。
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細構造を有する取り扱い性に優れた光学素子を成形する成形方法及び光学素子を提供することを目的とする。
第1の本発明の光学素子の成形方法は、
常温での弾性率が1〜4(GPa)である第1の部材を、保持部に取り付けるステップと、
微細形状を有する型の温度を、前記第1の部材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記第1の部材に向かって押圧して、前記微細形状を前記第1の部材に転写することによって第1の微細構造を形成するステップと、
前記型を前記前記第1の部材より離型させるステップと、
常温での弾性率が1〜4(GPa)である第2の部材を、保持部に取り付けるステップと、
微細形状を有する型の温度を、前記第2の部材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記第2の部材に向かって押圧して、前記微細形状を前記第2の部材に転写することによって第2の微細構造を形成するステップと、
前記型を前記前記第2の部材より離型させるステップと、
前記第1の部材と、前記第2の部材とを接合するステップと、を有することを特徴とする。
常温での弾性率が1〜4(GPa)である第1の部材を、保持部に取り付けるステップと、
微細形状を有する型の温度を、前記第1の部材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記第1の部材に向かって押圧して、前記微細形状を前記第1の部材に転写することによって第1の微細構造を形成するステップと、
前記型を前記前記第1の部材より離型させるステップと、
常温での弾性率が1〜4(GPa)である第2の部材を、保持部に取り付けるステップと、
微細形状を有する型の温度を、前記第2の部材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記第2の部材に向かって押圧して、前記微細形状を前記第2の部材に転写することによって第2の微細構造を形成するステップと、
前記型を前記前記第2の部材より離型させるステップと、
前記第1の部材と、前記第2の部材とを接合するステップと、を有することを特徴とする。
上述の問題点に鑑みて、本発明者らは鋭意研究の結果、従来と全く異なる視点から、微細構造を有する光学素子を成形できる成形方法を創案した。すなわち、常温での弾性率が1〜4(GPa)であるような樹脂素材の場合、微細形状を有する型を加熱して、その型表面に押しつけると、押しつけた表面が溶融して微細形状に倣い、その結果、例えばアスペクト比が1以上であっても精密に型の微細形状を転写した成形物を得られることを見出したのである。かかる場合、特許文献1に記載されているように3000Nもの型押圧力は不要であり、従来の射出成形機を改良するだけで足り、製造設備が低コスト化され、また短時間で大量な成形物を製造することが可能となる。
ちなみに、常温での弾性率が1〜4(GPa)であるような素材とは、例えばPMMA(弾性率1.5〜3.3GPa)、ポリカーボネイト(弾性率3.1GPa)、ポリオレフィン(弾性率2.5〜3.1GPa)などの弾性率が1〜4の範囲の樹脂を組成成分として含有することが好ましい。ここで、常温とは25℃のことをいう。これらの樹脂は、ガラス転移点が50〜160℃であることが好ましい。弾性率は、JIS−K7161、7162などに従い求めることができる。ガラス転移点温度は、JIS R3102−3:2001に従い求めることができる。
ここで、構造性複屈折について説明する。構造性複屈折とは、微細構造の方向性によって発生する複屈折をいい、例えば複屈折特性を持たない屈折率の異なる平板を光の波長より十分小さい(<λ/2)周期で平行に並べた微細周期構造(いわゆるラインアンドスペース構造)は、複屈折特性を発生することが知られている(Principle of Optics, Max Born and Emil Wolf, PERGAMON PRESS LTD.参照)。偏光方向が溝に平行な光の屈折率npと、垂直な光の屈折率nvとは、それぞれ、
np=(tn1 2+(1−t)n2 2)1/2 (1)
nv=1/(t/n1 2+(1−t)/n2 2)1/2 (2)
となる。n1,n2はそれぞれ微細周期構造が形成された物質(ライン)の屈折率と、溝を埋める物質(スペース)の屈折率であり、また、tは微細周期構造のduty比であり、
t=w1/(w1+w2) (3)
である。
np=(tn1 2+(1−t)n2 2)1/2 (1)
nv=1/(t/n1 2+(1−t)/n2 2)1/2 (2)
となる。n1,n2はそれぞれ微細周期構造が形成された物質(ライン)の屈折率と、溝を埋める物質(スペース)の屈折率であり、また、tは微細周期構造のduty比であり、
t=w1/(w1+w2) (3)
である。
水晶や方解石などの持つ複屈折特性は、その物質固有のものであり、変えることがほとんどできないものであるのに対して、微細周期構造の複屈折は、材料や形状を変えることで複屈折特性を容易に制御することが可能である。また、偏光方向が溝に平行な光と垂直な光との位相差(遅延量)Reは、微細周期構造の複屈折の高さ(溝の深さ)をdとすると、
Re=(np−nv)d (4)
となる。これらの式より、微細周期構造の複屈折のduty比tおよび微細周期構造の複屈折の高さ(溝の深さ)dを可変にすれば位相差(遅延量)Reを変化させることができることが分かる。
Re=(np−nv)d (4)
となる。これらの式より、微細周期構造の複屈折のduty比tおよび微細周期構造の複屈折の高さ(溝の深さ)dを可変にすれば位相差(遅延量)Reを変化させることができることが分かる。
しかるに、例えば光学素子として、400nmのレーザ光用の1/4波長板を形成しようとしたときに、常温での屈折率が1.5程度の樹脂素材を用いて、ラインの幅を100nm、スペースの幅を90nmとすると、微細構造の高さd=1200nmとする必要がある。かかる場合、アスペクト比は12程度となることから、このような高アスペクト比を有する微細構造を形成するのは困難である。
これに対し、特許文献2に記載された光学素子のように、アスペクト比が半分の微細構造を入射面と出射面とに形成し、2つの微細構造を通過させることで、1/4の位相差を与えることが考えられる。ところが、特許文献2の記載によれば、単一のバルク材に対して加熱プレスすることで、微細構造を入射面と出射面とに形成しているが、いかなる方法で光学素子を形成できるか明らかでない。特に、単一のバルク材に対して二方向に微細構造を形成することは、かなり困難である。
そこで、本発明の成形方法においては、微細形状を有する第1の部材と、微細形状を有する第2の部材とを成形した後に、互いに接合するようにしている。それにより、上述のごとく精度良く微細形状を転写した第1の部材と第2の部材とから、例えば1/4波長板のごとき高精度な光学素子を成形することができるのである。
更に、前記第1の部材と前記第2の部材とを、前記第1の微細構造と前記第2の微細構造とが向き合うようにして接合すると好ましい。特許文献2に記載された光学素子は、入射面と出射面とに微細構造を形成しているため、かかる微細構造にゴミや水、油などの異物が付着しやすく、特に液体は毛管現象で奥まで入り込みやすく除去しにくいという問題がある。又、高アスペクト比の微細構造は外力を受けて損傷しやすいという問題もある。これに対し、本発明によれば、前記第1の部材と前記第2の部材とを、前記第1の微細構造と前記第2の微細構造とが向き合うようにして接合することで、外部の異物が付着しにくく、更に外力に対して折損しにくい光学素子を提供できる。
更に、前記第1の微細構造と前記第2の微細構造とは、透過する光の波長以下のピッチで、アスペクト比が1以上であると好ましい。
「アスペクト比」とは、図1(a)、(b)に示すように、微細構造の凹部又は凸部の幅をA、深さ又は高さをBとしたときに、B/Aで表される値をいう。「微細形状」とは、Aの値が10μm以下の形状をいう。第1の部材及び第2の部材の厚みは、好ましくは0.1〜20mmであり、より好ましくは1〜5mmである。
第2の本発明の光学素子は、少なくとも透過する光の波長以下のピッチで、アスペクト比が1以上の第1の微細構造を有する第1の部材と、少なくとも透過する光の波長以下のピッチで、アスペクト比が1以上の第2の微細構造を有する第2の部材とを、前記第1の微細構造と前記第2の微細構造とが向き合うようにして接合してなることを特徴とする。
本発明によれば、前記第1の部材と前記第2の部材とを、前記第1の微細構造と前記第2の微細構造とが向き合うようにして接合することで、外部の異物が付着しにくく、更に外力に対して折損しにくい光学素子を提供できる。
更に、前記第1の部材と、前記第2の部材とは同一形状であると、同じ工程で形成した部材同士を接合すればよいので、製造が容易になる。
更に、前記第1の部材と前記第2の部材とは異なる形状であっても良い。この場合、前記第1の部材と前記第2の部材の一方はシート状部材であっても良い。
更に、前記第1の部材と、前記第2の部材とは、第3の部材を介して接合されても良い。
前記第1の微細構造及び前記第2の微細構造が設けられた空間は密閉されていると、凝結などが発生しないので好ましいが、開放状態においてもよい。
前記光学素子に対して光が入射する入射面と、通過した光が出射する出射面の少なくとも一方は曲面(たとえば球面もしくは非球面)であると、高付加価値の光学素子を提供できるが、平面であっても勿論良い。
本発明によれば、より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細構造を有する光学素子を成形できる光学素子の成形方法及び光学素子を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図2は、本実施の形態にかかる光学素子の成形工程を示す概略図である。図2において、SUS304により形成され不図示のフレームに固定された下型1の上方に、SUS304により形成された上型2が相対移動可能に配置されている。保持部である下型1は、第1の部材又は第2の部材Mを上面に保持固定することができる。
上型2の下面には、シリコン性の型円板2aが固定されており、その下面には、例えば波長板に用いるため電子ビーム描画などによってアスペクト比が1以上の微細形状2bが形成されている。本実施の形態では、第1の部材と第2の部材Mの素材は、PMMA(分子量7万、ガラス転移点温度Tg100℃、縦弾性率3.3GPa)であると好ましい、それに限られずアクリルやポリカーボネート等も用いることができる。上型2と型円板2aとで、型を構成する。尚、図示していないが、上型2を下型1に対して接近・離隔方向に相対移動させる駆動部が設けられている。
図3は、本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。図3を参照して、かかる成形方法について説明する。まず、ステップS101で、図2(a)に示すように、型開きした下型1の上面に、第1の部材M(常温での弾性率が1〜4(GPa)であると好ましい)を固定する(第1の部材を保持部に取り付けるステップ)。更に、ステップS102で、ヒータ4を発熱させて、上型2をガラス転移点温度Tgより高い温度(以下、転写温度と称する)に加熱する(型の温度を第1の部材のガラス転移点温度より高く設定するステップ)。
更に、型円板2aの下面がガラス転移点温度Tg以上に加熱された段階で、図2(b)に示すように、不図示の駆動部を駆動して上型2により第1の部材Mを押圧する(ステップS103)。すると、第1の部材Mの上面は急速にガラス転移点温度以上に加熱され溶融されて、その表面に型円板2aの微細形状2bを転写して第1の微細構造MSを形成する(型を第1の部材に向かって押圧して、第1の微細構造を転写するステップ)。
続いて、ステップS104で、ヒータ4の発熱を停止し、上型2を自然冷却(強制冷却でも良い)させ、それにより第1の部材Mの表面温度を上記転写温度を下回るように下げる。
その後、ステップS105で、上型2を離して、第1の部材Mを下型1から取り外すことで離型を行う(離型するステップ)。
続いて、ステップS106で、図2(a)に示すように、型開きした下型1の上面に、第2の部材M(常温での弾性率が1〜4(GPa)であると好ましい)を固定する(第2の部材を保持部に取り付けるステップ)。更に、ステップS107で、ヒータ4を発熱させて、上型2をガラス転移点温度Tgより高い温度(以下、転写温度と称する)に加熱する(型の温度を第2の部材のガラス転移点温度より高く設定するステップ)。
更に、型円板2aの下面がガラス転移点温度Tg以上に加熱された段階で、図2(b)に示すように、不図示の駆動部を駆動して上型2により第2の部材Mを押圧する(ステップS108)。すると、第2の部材Mの上面は急速にガラス転移点温度以上に加熱され溶融されて、その表面に型円板2aの微細形状2bを転写して第2の微細構造MSを形成する(型を第2の部材に向かって押圧して、第2の微細構造を転写するステップ)。
続いて、ステップS109で、ヒータ4の発熱を停止し、上型2を自然冷却(強制冷却でも良い)させ、それにより第2の部材Mの表面温度を上記転写温度を下回るように下げる。
その後、ステップS110で、上型2を離して、第2の部材Mを下型1から取り外すことで離型を行う(離型するステップ)。更に、ステップS111において、図2(c)に示すように、成形された第1の部材Mと第2の部材Mとを、微細構造MSを取り巻くリング状部材(第3の部材)Rを介在させつつ、微細構造MSを対向させるようにして接合する(接合するステップ)。それにより、微細形状を含む空間は密閉されることとなる。接合は、第1の部材M及び第2の部材Mと、リング状部材Rとの間に接着剤を塗布することで行っても良く、溶着でも良い。このとき、第1の部材Mの微細構造MSと、第2の部材Mの微細構造MSとは接触していても良いし、離隔していても良い。尚、上述の実施の形態では、ステップS101〜S105と、ステップS106〜S110を連続的としているが、図2に示す成形装置が2つ以上あれば、これらの工程を並行して行っても良い。
また、上記のステップS102及び上型2をガラス転移点温度Tgより高い温度に加熱する際の温度(転写温度)は、ガラス転移点温度Tgより高くかつTg+300℃以下に設定するのが好ましい。常温での弾性率が1〜4(GPa)であるような樹脂素材などを上記第1の部材M、第2の部材Mに使用する場合、Tg+300℃を超える温度に設定すると、部材Mの表面が過剰に加熱されて全体が溶けだし、部材Mの全体形状が崩れたり、表面がケロイド状の変形を起こしたりする不具合を生じる。また、樹脂素材の種類によっては、炭化して性状が変化する恐れがある。さらに、上記転写温度としては、ガラス転移点温度Tgより高くかつTg+150℃以下程度に設定するとさらに好ましく、後のステップ(ステップS104、S109)での、冷却を比較的短時間で済ませることができるとともに、上型2からの充分な離型性を保つことができる。
本実施の形態によれば、1/4波長板に用いるのに必要なアスペクト比の半分のアスペクト比の微細構造MSを形成すればよいため、光学素子の成形が容易になり、成形不良が減って収率が向上する。更に、第1の部材Mと前記第2の部材Mとを、第1の微細構造MSと第2の微細構造MSとが向き合うようにして接合することで、外部の異物が付着しにくく、更に外力に対して折損しにくい光学素子を提供できる。
図4は、光学素子の変形例を示す概略断面図である。図2(c)に示す光学素子は、第3の部材としてのリング状部材Rを含んでいるが、図4に示す変形例においては、リング状部材Rを設ける代わりに、第1の部材Mと第2の部材Mの外周にそれぞれフランジ部MFを形成している。互いに同一形状の第1の部材Mと前記第2の部材Mとを、第1の微細構造MSと第2の微細構造MSとが向き合うようにして、フランジ部MFの対向面を接合することで、光学素子が得られる。従って、微細構造MSの高さBは、フランジ部MFの高さA以下であることが望ましい。
図5は、光学素子の別な変形例を示す概略断面図である。図4に示す光学素子は、第1の部材Mと第2の部材Mが互いに同一形状であるが、図5に示す変形例においては、第1の部材M1と第2の部材M2とが異なっている。第1の部材M1はフランジ部を有しておらず、第2の部材M2のみが、外周にフランジ部MFを形成している。第1の部材M1と前記第2の部材M2とを、第1の微細構造MSと第2の微細構造MSとが向き合うようにして、第2の部材M2のフランジ部MFを第1の部材M1に接合することで、光学素子が得られる。
図6は、光学素子の別な変形例を示す概略断面図である。図4,5に示す光学素子は、第1の部材M1と第2の部材M2が板状であるが、図6に示す変形例においては、第1の部材M1をフィルム状(すなわちシート状部材)にしている。第1の部材M1をフィルム状とすることで、可撓性を与えることができるので、第2の部材M2の微細構造MSが設けられた面を曲面とすることもできる。第1の部材M1と前記第2の部材M2とを、第1の微細構造MSと第2の微細構造MSとが向き合うようにして、第2の部材M2を変形させながら第1の部材M1に接合することで、光学素子が得られる。
図7は、光学素子の別な変形例を示す概略断面図である。図4、5に示す光学素子は、第1の部材M1の入射面(図で上側の面)が平面状であるが、図7に示す変形例においては、かかる入射面を球面もしくは非球面MPとしているので、それにより屈折力を与えることができる。第1の部材M1と前記第2の部材M2とを、第1の微細構造MSと第2の微細構造MSとが向き合うようにして接合することで、より高い付加価値の光学素子が得られる。尚、第2の部材M2の出射面(図で下側の面)を球面もしくは非球面とすることもできる。
図8は、高密度DVD(BD又はHD DVD)、DVD及びCDの全てに対して情報の記録/再生を行える、本実施の形態の光学素子である1/4波長板を用いた光ピックアップ装置の概略断面図である。尚、本実施の形態おいては、高光度DVDに対しては第1の対物レンズOBJ1でレーザ光を集光し、DVD及びCDに対しては第2の対物レンズOBJ2でレーザ光を集光するようになっている。
第1の光ディスクOD1に対して情報の記録及び/又は再生を行う場合、レンズホルダHDを図8に示す位置へと回転移動させる。図8において、第1の光源としての第1半導体レーザLD1(波長λ1=380nm〜450nm)から出射された光束は、ビームシェイパBSを通過することで光束の形状を補正された上で、第1コリメートレンズCL1に入射して平行光束となる。第1コリメートレンズCL1から出射した光束は、光源から出射した光束を記録再生用のメインビームとトラッキングエラー信号検出用のサブビームに分離するための光学手段である回折格子Gを通過し、更に第1偏光ビームスプリッタPBS1及びエキスパンダーレンズEXPを通過する。エキスパンダーレンズEXPは、少なくとも一つの光学素子が光軸方向に可動となっていて、平行光束の光束径を変更(ここでは拡大)する機能を有する。尚、ここにエキスパンダーレンズEXPを設けたのは、球面収差補正機能を持たせるほか、例えば高密度DVDが情報記録面を2層に有しているタイプの場合、その光学素子を光軸方向に移動させることで、情報記録面の選択を行えるようにするためでもある。
エキスパンダーレンズEXPを通過した光束は、第1ダイクロイックプリズムDP1を通過し、更に1/4波長板QWPを通過して、平行光束の状態で第1の対物レンズOBJ1により集光されて、第1の光ディスクOD1の保護層(厚さt1=0.1〜0.7mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び第1の対物レンズOBJ1、1/4波長板QWP、第1ダイクロイックプリズムDP1、エキスパンダーレンズEXPを通過して、第1偏光ビームスプリッタPBS1で反射され、更に第1センサレンズSL1を介して第1光検出器PD1の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第1の光ディスクOD1に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
また、第1光検出器PD1上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータACTが第1半導体レーザLD1からの光束を第1の光ディスクOD1の情報記録面上に結像するように、第1の対物レンズOBJ1をレンズホルダHDごと移動させるようになっている。
第2の光ディスクOD2に対して情報の記録及び/又は再生を行う場合、レンズホルダHDを図8に示す位置から回転移動させる。第2半導体レーザLD2(波長λ2=600nm〜700nm)から出射された光束は、第2ダイクロイックプリズムDP2を通過し、第2コリメートレンズCL2に入射して平行光束となり、更に第2偏光ビームスプリッタPBS2を通過して、ミラーMで反射され、第1ダイクロイックプリズムDP1を通過し、1/4波長板QWPを通過して、平行光束の状態で第2の対物レンズOBJ2により集光されて、第2の光ディスクOD2の保護層(厚さt2=0.5〜0.7mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び第2の対物レンズOBJ2、1/4波長板QWP、第1ダイクロイックプリズムDP1とミラーMと第2偏光ビームスプリッタPBS2で反射され、更に第2センサレンズSL2と第3ダイクロイックプリズムを透過して第2光検出器PD2の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第2の光ディスクOD2に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
また、第2光検出器PD2上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータACTが第2半導体レーザLD2からの光束を第2の光ディスクOD2の情報記録面上に結像するように、第2の対物レンズOBJ2をレンズホルダHDごと移動させるようになっている。
第3の光ディスクOD3に対して情報の記録及び/又は再生を行う場合も、レンズホルダHDを図8に示す位置から回転移動させる。第3半導体レーザLD3(波長λ3=700nm〜800nm)から出射された光束は、第2ダイクロイックプリズムDP2で反射され、第2コリメートレンズCL2に入射して平行光束となり、更に第2偏光ビームスプリッタPBS2を通過して、ミラーMで反射され、第1ダイクロイックプリズムDP1を通過し、1/4波長板QWPを通過して、平行光束の状態で第2の対物レンズOBJ2により集光されて、第3の光ディスクOD3の保護層(厚さt3=1.1〜1.3mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び第2の対物レンズOBJ2、1/4波長板QWPを通過し、第1ダイクロイックプリズムDP1とミラーMと第2偏光ビームスプリッタPBS2で反射され、更に第2センサレンズSL2を透過し、第3ダイクロイックプリズムで反射されて第3光検出器PD3の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第3の光ディスクOD3に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
また、第3光検出器PD3上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータACTが第3半導体レーザLD3からの光束を第3の光ディスクOD3の情報記録面上に結像するように、第2の対物レンズOBJ2をレンズホルダHDごと移動させるようになっている。
上記図8のピック光ピックアップ装置に用いる1/4波長板は、上述の図2および図3のフローチャートに示す成形方法によって作成したものである。部材Mとしては、分子量70000、ガラス転移点温度100℃、JIS K7162,K7171の測定法による常温における弾性率3.3GPaのPMMA樹脂を用い、ステップS102及びステップS107における加熱温度(転写温度)140℃、ステップS104及びステップS109における冷却した部材Mの表面温度120℃であって、S111における接合は、接合基準面ではない円筒側方部を接着剤により接着することで行い、図4に示す形状であって、ラインの幅C=275nm、微細構造のピッチD=400nm、微細構造の高さB=1200nm(上下の微細構造を合せた高さとしては2400nm)という仕様の1/4波長板を得た。
図9は、図8の光ピックアップ装置に用いた1/4波長板の光学特性を示す図である。図9に示すように波長400〜800nmという広い範囲で、通過する光束のTM波、TE波に対して0.25±0.05の位相差を与えることができる。従来から光ピックアップ装置に1/4波長板として用いられている樹脂フィルム製の位相差フィルムによる1/4波長板に比して、広い波長域で位相差を与えることができるだけでなく、位相差フィルムでは剛性が不足するのでガラスなどの支持体に張り合わせる必要があり、重量が増すことによるピックアップ駆動系への負荷が大きいが、本発明の1/4波長板ではそのような不都合を解消できる利点がある。
なお、ここでは、図4に示す形状の1/4波長板を用いたが、図5などの形状であっても同様の性能と効果を得ることができる。
尚、本発明に係る光学素子は、1/4波長板に限らない。例えば、図10に示すように、第1の部材Mに形成された第1の方向に周期的に並んだラインアンドスペースの微細構造MSvと、第2の部材Mに形成された第2の方向に周期的に並んだラインアンドスペースの微細構造MShとが、互いに内向きであって、第1の方向と第2の方向とが直交するように張り合わせて形成された偏向ビームスプリッタであってもよい。
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
1 下型
2 上型
2a 型円板
4 ヒータ
2 上型
2a 型円板
4 ヒータ
Claims (10)
- 常温での弾性率が1〜4(GPa)である第1の部材を、保持部に取り付けるステップと、
微細形状を有する型の温度を、前記第1の部材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記第1の部材に向かって押圧して、前記微細形状を前記第1の部材に転写することによって第1の微細構造を形成するステップと、
前記型を前記前記第1の部材より離型させるステップと、
常温での弾性率が1〜4(GPa)である第2の部材を、保持部に取り付けるステップと、
微細形状を有する型の温度を、前記第2の部材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記第2の部材に向かって押圧して、前記微細形状を前記第2の部材に転写することによって第2の微細構造を形成するステップと、
前記型を前記前記第2の部材より離型させるステップと、
前記第1の部材と、前記第2の部材とを接合するステップと、を有することを特徴とする光学素子の成形方法。 - 前記第1の部材と前記第2の部材とを、前記第1の微細構造と前記第2の微細構造とが向き合うようにして接合することを特徴とする請求項1に記載の光学素子の成形方法。
- 前記第1の微細構造と前記第2の微細構造とは、透過する光の波長以下のピッチで、アスペクト比が1以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子の成形方法。
- 少なくとも透過する光の波長以下のピッチで、アスペクト比が1以上の第1の微細構造を有する第1の部材と、少なくとも透過する光の波長以下のピッチで、アスペクト比が1以上の第2の微細構造を有する第2の部材とを、前記第1の微細構造と前記第2の微細構造とが向き合うようにして接合してなることを特徴とする光学素子。
- 前記第1の部材と前記第2の部材とは同一形状であることを特徴とする請求項4に記載の光学素子。
- 前記第1の部材と前記第2の部材とは異なる形状であることを特徴とする請求項4に記載の光学素子。
- 前記第1の部材と前記第2の部材の一方はシート状部材であることを特徴とする請求項6に記載の光学素子。
- 前記第1の部材と、前記第2の部材とは、第3の部材を介して接合されることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載の光学素子。
- 前記第1の微細構造及び前記第2の微細構造が設けられた空間は密閉されていることを特徴とする請求項4乃至8のいずれかに記載の光学素子。
- 前記光学素子に対して光が入射する入射面と、通過した光が出射する出射面の少なくとも一方は曲面であることを特徴とする請求項4乃至9のいずれかに記載の光学素子。
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