JP2008135127A - 光学素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】透過率を高く維持しつつビームスポットの形状を良好に保つ。
【解決手段】 情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置１に備えられ、少なくとも波長λ１のレーザー光を情報記録媒体Ｒに集光させる対物レンズ１５は、１つ以上のレンズ本体１５０と、レンズ本体１５０の両面に設けられて光学機能面１５２を形成した反射防止膜１５１とを備える。光学機能面１５２の垂線と波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差は、対物レンズ１５の透過前後で実質的に等しい。
【選択図】図４

Description

本発明は、反射防止膜を備える光学素子と、当該光学素子を備える光ピックアップ装置とに関する。
従来、光ピックアップ装置が高密度化されるのに伴い、レーザー光の波長は短く、対物レンズ等の光学素子の開口数は大きくなってきている。例えば、４０５nmの波長のレーザー光を用いる光ピックアップ装置においては、一般に、対物レンズの開口数は０．６〜０．９と大きくなっており、この対物レンズに対するレーザー光の最大入射角度は６０〜７０°となっている。
ところで、情報の正確な記録再生を行うためには、ビームスポットを良好な形状に保つ必要がある。そして、ビームのスポット形状を良好に保つためには、対物レンズにおいて、入射角が大きく反射率の高い外周部の透過率と、反射率の低い中心部の透過率とを、高く維持したまま等しくする必要がある。そのため、近年の対物レンズには、多層構成の反射防止膜が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１６０９０６号公報
しかしながら、単純に多層構成の反射防止膜を対物レンズに設けても、偏光したレーザー光が対物レンズに入射する場合には、入射角度の大きな周辺部ではＰ偏光の位相とＳ偏光の位相との位相差が反射防止膜の透過前後で変化する結果、理想的な偏光状態が得られず、依然としてビームスポットの形状が劣悪になってしまう。一方、反射防止膜を設けない場合には、対物レンズにおけるレーザー光の透過率が低くなってしまう。
本発明の課題は、透過率を高く維持しつつビームスポットの形状を良好に保つことのできる光学素子と、この光学素子を備える光ピックアップ装置とを提供することである。
請求項１記載の発明は、
情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置に備えられ、少なくとも波長λ１のレーザー光を情報記録媒体に集光させる光学素子であって、
１つ以上の光学素子本体と、
前記光学素子本体の少なくとも一方の面に設けられて光学機能面を形成した反射防止膜とを備え、
前記光学機能面の垂線と前記波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差が当該光学素子の透過前後で実質的に等しいことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光学素子において、
前記光学機能面の垂線と前記波長λ１のレーザー光とのなす前記最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差が前記反射防止膜の透過前後で実質的に等しいことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光学素子において、
前記波長λ１は、３９０≦λ１≦４３０［ｎｍ］を満たすことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の光学素子において、
波長λ２（６３０≦λ２≦６７０［ｎｍ］）のレーザー光と、
波長λ３（７６０≦λ３≦８２０［ｎｍ］）のレーザー光とをそれぞれ情報記録媒体に集光させ、
前記波長λ１は、３９０≦λ１≦４３０［ｎｍ］を満たすことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の光学素子において、
前記光学機能面の垂線と前記波長λ２のレーザー光とのなす最大角度θ２が４０°≦θ２≦６０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp2とＳ偏光の位相Ps2との位相差が当該光学素子の透過前後で実質的に等しく、
前記光学機能面の垂線と前記波長λ３のレーザー光とのなす最大角度θ３が４０°≦θ３≦５０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp3とＳ偏光の位相Ps3との位相差が当該光学素子の透過前後で実質的に等しいことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の光学素子において、
前記光学機能面の垂線と前記波長λ２のレーザー光とのなす最大角度θ２が４０°≦θ２≦６０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp2とＳ偏光の位相Ps2との位相差が前記反射防止膜の透過前後で実質的に等しく、
前記光学機能面の垂線と前記波長λ３のレーザー光とのなす最大角度θ３が４０°≦θ３≦５０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp3とＳ偏光の位相Ps3との位相差が前記反射防止膜の透過前後で実質的に等しいことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の光学素子において、
当該光学素子の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ４は、｜Δ４｜≦６°であることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の光学素子において、
当該光学素子の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ４は、｜Δ４｜≦４°であることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項８記載の光学素子において、
当該光学素子の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ４は、｜Δ４｜≦１°であることを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の何れか一項に記載の光学素子において、
前記反射防止膜の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ１は、｜Δ１｜≦６°であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の光学素子において、
前記反射防止膜の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ１は、｜Δ１｜≦４°であることを特徴とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の光学素子において、
前記反射防止膜の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ１は、｜Δ１｜≦１°であることを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２の何れか一項に記載の光学素子において、
前記反射防止膜は、各光学素子本体の両面に設けられていることを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３の何れか一項に記載の光学素子において、
前記反射防止膜は、
波長５００ｎｍの光に対する屈折率ｎが１．３≦ｎ＜１．５５である各低屈折率材料と、１．８≦ｎ＜２．５である各高屈折率材料とのうち、少なくとも２種類の材料から形成されていることを特徴とする。
請求項１５記載の発明は、請求項１４に記載の光学素子において、
前記反射防止膜は、５〜１１層で形成されており、隣り合う層の間で波長５００ｎｍの光に対する屈折率差δが0.4≦δ≦0.55であることを特徴とする。
請求項１６記載の発明は、請求項１４または１５記載の光学素子において、
前記低屈折率材料は、ＭｇＦ2またはＳｉＯ2を主成分とする材料であり、
前記高屈折率材料は、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2またはＣｅＦ3を主成分とする材料であることを特徴とする。
請求項１７記載の発明は、請求項１５または１６記載の光学素子において、
前記低屈折率材料は、ＳｉＯ2を主成分とする材料であり、
前記高屈折率材料は、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2主成分とする材料であることを特徴とする。
請求項１８記載の発明は、請求項１〜１３の何れか一項に記載の光学素子において、
前記反射防止膜は、
波長５００ｎｍの光に対する屈折率ｎが１．３≦ｎ＜１．５５である各低屈折率材料と、１．５５≦ｎ＜１．８である各中屈折率材料と、１．８≦ｎ＜２．５である各高屈折率材料とのうち、少なくとも３種類の材料から形成されていることを特徴とする。
請求項１９記載の発明は、請求項１８記載の光学素子において、
前記低屈折率材料は、ＭｇＦ2またはＳｉＯ2を主成分とする材料であり、
前記中屈折率材料は、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする材料であり、
前記高屈折率材料は、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2またはＣｅＦ3を主成分とする材料であることを特徴とする。
請求項２０記載の発明は、請求項１〜１９の何れか一項に記載の光学素子において、
前記光学素子本体は、プラスチック成形されていることを特徴とする。
請求項２１記載の発明は、光ピックアップ装置であって、
請求項１〜２０の何れか一項に記載の光学素子と、
前記波長λ１のレーザー光を出射するレーザー光源とを備え、
前記最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°となるよう、前記レーザー光源から出射されたレーザー光を前記光学素子によって情報記録媒体に集光させることにより、この情報記録媒体への情報の記録と、前記情報記録媒体に記録された情報の再生との少なくとも一方を実行することを特徴とする。
本発明によれば、透過率を高く維持しつつビームスポットの形状を良好に保つことができる。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図１は、本発明に係る光ピックアップ装置１の概略構成を示す概念図である。
この図に示すように、光ピックアップ装置１は、情報記録媒体Ｒの情報記録面Ａへの情報の記録や、情報記録面Ａに記録された情報の読み出し・再生を行うものであり、レーザーダイオード１１を有している。なお、情報記録媒体ＲとしてはＢＤ（ブルーレイディスク）やＨＤ−ＤＶＤを用いることができ、本実施の形態においては、情報記録媒体ＲはＢＤとなっている。また、この情報記録媒体Ｒの保護層の厚さは０．１ｍｍとなっている。
レーザーダイオード１１は、本発明におけるレーザー光源であり、情報記録媒体Ｒを情報記録媒体として情報の記録／再生を行う際に、波長λ１（３９０≦λ１≦４３０［ｎｍ］）のレーザー光を出射するようになっている。なお、本実施の形態においては、波長λ１は４０５ｎｍとなっている。
レーザーダイオード１１から出射されるレーザー光の光軸Ｌの方向には、図１中の下側から上側に向けてコリメータレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１３、１／４波長板１４、対物レンズ１５が順に並んで配設されている。対物レンズ１５には、当該対物レンズ１５を図１中の上下方向に移動させる２次元アクチュエータ（図示せず）が配されている。対物レンズ１５との対向位置には、情報記録媒体Ｒが配されるようになっている。
また、偏光ビームスプリッタ１３に対し、図１中の右側には凸レンズ１６及び光検出器１７が順に並んで配されている。
続いて、光ピックアップ装置１における動作・作用を簡単に説明する。
情報記録媒体Ｒへの情報の記録時や情報記録媒体Ｒ中の情報の再生時には、レーザーダイオード１１が波長λ１のレーザー光を出射する。このレーザー光は、始めにコリメータレンズ１２により平行光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１３によってＰ偏光成分の光のみが透過され、直線偏光（Ｐ偏光）に変換される。
次に、このＰ偏光のレーザー光は、図２に示すように、１／４波長板１４で右回りの円偏光に変換された後、対物レンズ１５で集光され、様々な入射角度で情報記録媒体Ｒの情報記録面Ａに入射し、集光スポットを形成する。このとき、図３に示すように、対物レンズ１５の光学機能面１５２の垂線と、波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１は、４０°≦θ１≦７０°を満たす。また、対物レンズ１５は、その周辺に配置された前記２次元アクチュエータによってフォーカシングやトラッキングを行う。
次に、集光スポットを形成した円偏光のレーザー光は、情報記録媒体Ｒの情報記録面Ａで反射されて左回りの円偏光に変換され、再び対物レンズ１５を通過した後、１／４波長板１４によりＳ偏光成分のみの直線偏光（Ｓ偏光）に変換される。次に、このＳ偏光のレーザー光は、偏光ビームスプリッタ１３により全反射され、凸レンズ１６により光検出器１７に集光される。そして、光検出器１７の出力信号を用いることにより、情報記録媒体Ｒ内の情報が再生される。
続いて、上記のような動作中でのレーザー光の位相と光量損失との関係について説明する。
まず、偏光ビームスプリッタ１３を透過して１／４波長板１４に入射する直線偏光（Ｐ偏光）のレーザー光（電界）Ｅinは、図２に示したｘｙｚ座標系において、一般に下記の数式（１）で表すことができる。なお、この式中、「ａ」は係数、「ω」はω＝２πν（ν：光の振動数）で表される係数、「ｔ」は時間を表す変数である。
Figure 2008135127
この数式（１）は、図２のｘ軸、ｙ軸をそれぞれ４５°傾けたＸＹ座標系においては、下記の数式（２）で表される。
Figure 2008135127
次に、直線偏光（Ｐ偏光）のレーザー光は、１／４波長板１４を透過して円偏光に変換される。このとき、Ｙ方向成分の位相は１／４波長相当のπ／２だけ遅れるので、この透過光は下記の数式（３）で表される。
Figure 2008135127
この数式（３）は、ｘｙ座標系においては、下記の数式（４）で表される。
Figure 2008135127
次に、円偏光のレーザー光は、対物レンズ１５を透過する。このとき、対物レンズ１５の透過前後でｙ方向の位相がΔδだけ遅れるとすると、この透過光は下記の数式（５）で表される。
Figure 2008135127
次に、このレーザー光が情報記録媒体Ｒで反射して再び対物レンズ１５を透過すると、その透過前後でｙ方向の位相が更にΔδ遅れるため、透過光は下記の数式（６）で表される。
Figure 2008135127
この数式（６）は、ＸＹ座標系においては、下記の数式（７）で表される。
Figure 2008135127
次に、対物レンズ１５の透過光は、１／４波長板１４を透過して、直線偏光（Ｓ偏光）となる。このとき、Ｙ方向成分の位相は、更にπ／２だけ遅れるので、この透過光は下記の数式（８）で表される。
Figure 2008135127
ここで、数式（８）で表されるレーザー光の強度Ioutは、各成分の振幅を２乗することにより、下記の数式（９）で表される。
Figure 2008135127
そして、このレーザー光（Ｓ偏光）は偏光ビームスプリッタ１３により反射され、光検出器１７に集光される。但し、このとき、位相の遅れによって１／４波長板１４でＳ偏光に変換されなかった成分のレーザー光は、偏光ビームスプリッタ１３を透過してしまう。この透過光の強度ILD、即ち光量損失は、下記の数式（１０）で表される。
Figure 2008135127
以上から、対物レンズ１５の全体を透過した際の位相遅れΔδ、つまり位相差の変化量によって、光量の損失量が変化することが分かる。参考に具体的な数値を挙げて説明すると、例えば対物レンズ１５の全体を透過した際の位相遅れΔδが仮に２０°であるとすると、光ピックアップ装置１の全体において１１．６％もの光をロスしてしまう。また、対物レンズ１５に設けられた一方の反射防止膜１５１を透過した際の位相遅れが４°以内であるとすると、光量のロスは２％以内となり、位相遅れが１°以内であるとすると、光量のロスは０．１％以内となる。
続いて、対物レンズ１５の構成について詳細に説明する。
対物レンズ１５は本発明に係る光学素子であり、図４に示すように、本実施の形態においてはレンズ本体１５０を１つ備えた単レンズとなっている。
レンズ本体１５０は、本実施の形態においては、２つの光学面がともに非球面となっている。なお、各光学面には、従来より公知の回折構造が設けられていても良い。
このレンズ本体１５０は、短波長の青紫色レーザー光に対する耐光性及び耐熱性に優れるプラスチック材料によって成型されている。このようなプラスチック材料としては、α-オレフィン及び環状オレフィンの共重合体からなる樹脂と、耐光安定剤とを有する樹脂組成物等がある。
レンズ本体１５０の少なくとも一方の面、本実施の形態においては両方の面には、反射防止膜１５１が設けられ、光学機能面１５２を形成している。
反射防止膜１５１は、当該反射防止膜１５１で形成される光学機能面１５２の垂線と、波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差を当該反射防止膜１５１の透過前後で実質的に等しくするようになっている。これにより、本実施の形態における対物レンズ１５は、反射防止膜１５１で形成される光学機能面１５２の垂線と、波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、位相Pp1と位相Ps1との位相差を当該対物レンズ１５の透過前後で実質的に等しくするようになっている。
ここで、位相Pp1と位相Ps1との位相差を透過前後で実質的に等しくするとは、具体的には、反射防止膜１５１の透過前後での位相差の変化量Δ１については、｜Δ１｜≦６°とすることであり、好ましくは｜Δ１｜≦４°とすることであり、より好ましくは｜Δ１｜≦１°とすることである。同様に、対物レンズ１５の透過前後での位相差の変化量Δ４については、｜Δ４｜≦６°とすることであり、好ましくは｜Δ４｜≦４°とすることであり、より好ましくは｜Δ４｜≦１°とすることである。
以上の反射防止膜１５１は、波長５００ｎｍの光に対する屈折率を「ｎ」とした場合に、１．３≦ｎ＜１．５５の各低屈折率材料と、１．８≦ｎ＜２．５の各高屈折率材料とのうち、少なくとも２種類の材料から形成されているか、或いは、各低屈折率材料と、各高屈折率材料と、１．５５≦ｎ＜１．８の各中屈折率材料とのうち、少なくとも３種類の材料から形成されている。
これらの場合のうち、反射防止膜１５１が各低屈折率材料と、各高屈折率材料とのうち、少なくとも２種類の材料から形成されている場合には、当該反射防止膜１５１は、５〜１１層で形成され、隣り合う層の間で波長５００ｎｍの光に対する屈折率差δが0.4≦δ≦0.55であることが好ましい。また、より好ましくは、反射防止膜１５１は、低屈折率材料からなる低屈折率層と、高屈折率材料からなる高屈折率層とが交互に積層されて形成される。
一方、反射防止膜１５１が各低屈折率材料と、各高屈折率材料と、各中屈折率材料とのうち、少なくとも３種類の材料から形成されている場合には、当該反射防止膜１５１は、複数の層で形成されることが好ましい。
ここで、低屈折率材料としては、ＭｇＦ2またはＳｉＯ2を主成分とする材料が好ましく、ＳｉＯ2を主成分とする材料が特に好ましい。
また、中屈折率材料としては、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする材料が好ましい。
また、高屈折率材料としては、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2またはＣｅＦ3を主成分とする材料が好ましく、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2主成分とする材料が特に好ましい。
なお、このような反射防止膜１５１を形成するには、蒸着やスパッタリング、CVD、塗布などの方法を用いることができる。
また、レンズ本体１５０と反射防止膜１５１との間には、レンズ本体１５０に対する反射防止膜１５１の密着性を向上させるため、従来より公知の下地層を介在させても良い。また、反射防止膜１５１は表面側に防汚層や撥水層を備えても良いし、静電気による塵、埃等の付着を防止するための帯電防止層を備えても良い。
以上の対物レンズ１５によれば、反射防止膜１５１によって形成される光学機能面１５２の垂線と波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差が対物レンズ１５や反射防止膜１５１の透過前後で実質的に等しく、具体的には、対物レンズ１５の透過前後での位相差の変化量Δ４が｜Δ４｜≦６°であり、好ましくは｜Δ４｜≦４°であり、より好ましくは｜Δ４｜≦１°であり、また、反射防止膜１５１の透過前後での位相差の変化量Δ１が｜Δ１｜≦６°であり、好ましくは｜Δ１｜≦４°であり、より好ましくは｜Δ１｜≦１°であるので、ビームスポットの形状を良好に保つことができる。つまり、情報記録媒体に記録される信号や、情報記録媒体から再生される信号の歪みを低減することができる。
また、レンズ本体１５０の少なくとも一方の面に反射防止膜１５１が設けられているので、透過率を高く維持することができる。更に、上述のように対物レンズ１５の位相遅れを防止することができるため、情報記録媒体Ｒからの戻り光が偏光ビームスプリッタ１３を透過してしまうことによる光量損失を低減することができる。従って、信号強度の低下を防止することができる。
以上により、従来と比較して、情報の正確な記録及び／再生を行うことができる。
なお、上記の実施の形態においては、光ピックアップ装置１が対物レンズ１５によって波長λ１のレーザー光をＢＤやＨＤ−ＤＶＤ等の情報記録媒体Ｒに集光することとして説明したが、従来より公知の技術により、更に波長λ２（６３０≦λ２≦６７０［ｎｍ］），波長λ３（７６０≦λ３≦８２０［ｎｍ］）のレーザー光をＣＤやＤＶＤに集光することとしても良い。この場合には、波長λ２のレーザー光と、反射防止膜１５１で形成される光学機能面１５２の垂線とのなす最大角度θ２は４０°≦θ２≦６０°となり、波長λ３のレーザー光と、光学機能面１５２の垂線とのなす最大角度θ３は４０°≦θ３≦５０°となることが好ましい。また、反射防止膜１５１は、最大角度θ２が４０°≦θ２≦６０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp2とＳ偏光の位相Ps2との位相差を当該反射防止膜１５１の透過前後で実質的に等しくすることが好ましく、また最大角度θ３が４０°≦θ３≦５０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp3とＳ偏光の位相Ps3との位相差を当該反射防止膜１５１の透過前後で実質的に等しくすることが好ましい。また、これにより、対物レンズ１５は、最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、位相Pp1と位相Ps1との位相差を当該対物レンズ１５の透過前後で実質的に等しくし、最大角度θ２が４０°≦θ２≦６０°である場合に、位相Pp2と位相Ps2との位相差を当該対物レンズ１５の透過前後で実質的に等しくし、最大角度θ３が４０°≦θ３≦５０°である場合に、位相Pp3と位相Ps3との位相差を当該対物レンズ１５の透過前後で実質的に等しくすることが好ましい。ここで、位相Pp2と位相Ps2との位相差を透過前後で実質的に等しくするとは、具体的には、反射防止膜１５１の透過前後での位相差の変化量Δ２については、｜Δ２｜≦６°とすることであり、好ましくは｜Δ２｜≦４°とすることであり、より好ましくは｜Δ２｜≦１°とすることである。同様に、対物レンズ１５の透過前後での位相差の変化量Δ５については、｜Δ５｜≦６°とすることであり、好ましくは｜Δ５｜≦４°とすることであり、より好ましくは｜Δ５｜≦１°とすることである。また、位相Pp3と位相Ps3との位相差を透過前後で実質的に等しくするとは、具体的には、反射防止膜１５１の透過前後での位相差の変化量Δ３については、｜Δ３｜≦６°とすることであり、好ましくは｜Δ３｜≦４°とすることであり、より好ましくは｜Δ３｜≦１°とすることである。同様に、対物レンズ１５の透過前後での位相差の変化量Δ６については、｜Δ６｜≦６°とすることであり、好ましくは｜Δ６｜≦４°とすることであり、より好ましくは｜Δ６｜≦１°とすることである。
また、本発明に係る光学素子を対物レンズ１５として説明したが、コリメートレンズやビームエキスパンダ等としても良い。
また、対物レンズ１５はレンズ本体１５０を１つのみ備えることとして説明したが、２つ以上備えることとしても良い。
以下に、実施例および比較例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。
＜対物レンズの構成＞
上記実施の形態における対物レンズ１５の実施例（１）〜（１６）として、下記表１〜表１６に示す構成の対物レンズを形成した。
なお、本実施例における対物レンズ１５は、前記波長λ１のレーザー光をＢＤやＨＤ−ＤＶＤ等の情報記録媒体Ｒに集光させるようになっている。
また、レンズ本体１５０の形状としては、従来より公知の形状を用いた。また、下記の表中、「Layer」（層）の欄の「レンズ」とはレンズ本体１５０のことであり、「１」，「２」，…とは反射防止膜１５１の各層のことである。また、「Material」（材料）の欄の「Ｌ５」，「Ｍ３」とは、それぞれメルク（株）製の蒸着材料「サブスタンスＭ３」，「サブスタンスＬ５」（商品名）であり、「ＯＡ６００」とは、（株）オプトロン製の蒸着材料（商品名）である。また、材料名に「Ａ」，「Ｂ」の文字が付記されている場合には、屈折率を変化させるために蒸着条件を変えていることを示す。また、「refractive index」（屈折率）の値は、波長５００ｎｍのレーザー光に対する屈折率である。
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＜反射率特性の評価＞
上記のように形成された実施例（１）〜（１６）の対物レンズ１５の反射率特性を測定したところ、図５（ａ），図６（ａ），…図２０（ａ）のような結果が得られた。これにより、何れの対物レンズ１５においても、３９０〜４３０ｎｍの波長域の光に対して良好な透過率を得られることが分かった。
＜位相差の変化量の評価＞
上記実施例（１）〜（１６）の対物レンズ１５における反射防止膜１５１の透過前後における波長λ１のレーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差の変化量Δ１をシミュレーションによって算出したところ、図５（ｂ），図６（ｂ），…図２０（ｂ）のような結果が得られた。なお、シミュレーションにはシグマ光機株式会社製の薄膜設計ソフト「Essential Macleod」を用いている。また、反射防止膜１５１の透過前後における位相差の変化量Δ１は、対物レンズ１５の透過前後における位相差の変化量Δ４と等しくなっている。
これにより、何れの対物レンズ１５においても、反射防止膜１５１によって形成される光学機能面１５２の垂線と前記波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、位相差の変化量Δ１は｜Δ１｜≦６°となり、変化量Δ４は｜Δ４｜≦６°となることが分かった。
また、特に、反射防止膜１５１が各低屈折率材料及び各高屈折率材のうち、少なくとも２種類の材料によって５〜１１層で形成されており、隣り合う層の間で波長５００ｎｍの光に対する屈折率差δが0.4≦δ≦0.55となっている実施例（９）〜（１６）では、最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、位相差の変化量Δ１は｜Δ１｜≦１°となり、変化量Δ４は｜Δ４｜≦１°となることが分かった。
以下に、実施例および比較例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。
＜対物レンズの構成＞
上記実施の形態における対物レンズ１５の実施例（１７）〜（２２）として、下記表１７〜表２２に示す構成の対物レンズを形成した。
なお、本実施例における対物レンズ１５は、前記波長λ１のレーザー光をＢＤやＨＤ−ＤＶＤ等の情報記録媒体Ｒに集光させるとともに、前記波長λ２のレーザー光をＤＶＤに、前記波長λ３のレーザー光をＣＤに集光させるようになっている。また、レンズ本体１５の形状としては、従来より公知の形状を用いた。
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＜反射率特性の評価＞
上記のように形成された実施例（１７）〜（２２）の対物レンズ１５の反射率特性を測定したところ、図２１（ａ），図２２（ａ），…図２６（ａ）のような結果が得られた。これにより、何れの対物レンズ１５においても、３９０〜４３０ｎｍ、６３０〜６７０ｎｍ及び７６０〜８２０ｎｍの各波長域の光に対して良好な透過率を得られることが分かった。
＜位相差の変化量の評価＞
上記実施例（１７）〜（２２）の対物レンズ１５における反射防止膜１５１の透過前後における波長λ１のレーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差の変化量Δ１を、上述の実施例１と同様にシミュレーションによって算出したところ、図２１（ｂ），図２２（ｂ），…図２６（ｂ）のような結果が得られた。なお、反射防止膜１５１の透過前後における位相差の変化量Δ１は、対物レンズ１５の透過前後における位相差の変化量Δ４と等しくなっている。
同様に、実施例（１７）〜（２２）の対物レンズ１５における反射防止膜１５１の透過前後における波長λ２のレーザー光のＰ偏光の位相Pp2とＳ偏光の位相Ps2との位相差の変化量Δ２をシミュレーションによって算出したところ、図２１（ｃ），図２２（ｃ），…図２６（ｃ）のような結果が得られた。なお、反射防止膜１５１の透過前後における位相差の変化量Δ２は、対物レンズ１５の透過前後における位相差の変化量Δ５と等しくなっている。
また、実施例（１７）〜（２２）の対物レンズ１５における反射防止膜１５１の透過前後における波長λ３のレーザー光のＰ偏光の位相Pp3とＳ偏光の位相Ps3との位相差の変化量Δ３をシミュレーションによって算出したところ、図２１（ｄ），図２２（ｄ），…図２６（ｄ）のような結果が得られた。なお、反射防止膜１５１の透過前後における位相差の変化量Δ３は、対物レンズ１５の透過前後における位相差の変化量Δ６と等しくなっている。
以上により、何れの対物レンズ１５においても、反射防止膜１５１によって形成される光学機能面１５２の垂線と前記波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、位相差の変化量Δ１は｜Δ１｜≦６°となり、変化量Δ４は｜Δ１｜≦６°となることが分かった。
また、何れの対物レンズ１５においても、反射防止膜１５１によって形成される光学機能面１５２の垂線と前記波長λ２のレーザー光とのなす最大角度θ２が４０°≦θ２≦６０°である場合に、位相差の変化量Δ２は｜Δ２｜≦６°となり、変化量Δ５は｜Δ５｜≦６°となることが分かった。
また、何れの対物レンズ１５においても、反射防止膜１５１によって形成される光学機能面１５２の垂線と前記波長λ３のレーザー光とのなす最大角度θ３が４０°≦θ３≦５０°である場合に、位相差の変化量Δ３は｜Δ３｜≦６°となり、変化量Δ６は｜Δ６｜≦６°となることが分かった。
本発明に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す概念図である。 本発明に係る光ピックアップ装置の動作を説明するための概念図である。 レーザー光と光学機能面とのなす最大角度を説明するための概念図である。 本発明に係る対物レンズを示す側面図である。 実施例（１）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（２）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（３）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（４）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（５）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（６）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（７）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（８）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（９）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１０）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１１）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１２）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１３）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１４）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１５）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１６）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）は波長λ１のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１７）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は波長λ１〜λ３のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１８）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は波長λ１〜λ３のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（１９）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は波長λ１〜λ３のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（２０）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は波長λ１〜λ３のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（２１）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は波長λ１〜λ３のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。 実施例（２２）の評価結果を示す図であり、（ａ）は反射率特性を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は波長λ１〜λ３のレーザー光が反射防止膜を透過する前後での位相差の変化量を示す図である。
符号の説明
１ 光ピックアップ装置
１５ 対物レンズ
１５０ レンズ本体
１５１ 反射防止膜
１５２ 光学機能面
Ｒ 情報記録媒体

Claims (21)

  1. 情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置に備えられ、少なくとも波長λ１のレーザー光を情報記録媒体に集光させる光学素子であって、
    １つ以上の光学素子本体と、
    前記光学素子本体の少なくとも一方の面に設けられて光学機能面を形成した反射防止膜とを備え、
    前記光学機能面の垂線と前記波長λ１のレーザー光とのなす最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差が当該光学素子の透過前後で実質的に等しいことを特徴とする光学素子。
  2. 請求項１記載の光学素子において、
    前記光学機能面の垂線と前記波長λ１のレーザー光とのなす前記最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp1とＳ偏光の位相Ps1との位相差が前記反射防止膜の透過前後で実質的に等しいことを特徴とする光学素子。
  3. 請求項１または２記載の光学素子において、
    前記波長λ１は、３９０≦λ１≦４３０［ｎｍ］を満たすことを特徴とする光学素子。
  4. 請求項１または２記載の光学素子において、
    波長λ２（６３０≦λ２≦６７０［ｎｍ］）のレーザー光と、
    波長λ３（７６０≦λ３≦８２０［ｎｍ］）のレーザー光とをそれぞれ情報記録媒体に集光させ、
    前記波長λ１は、３９０≦λ１≦４３０［ｎｍ］を満たすことを特徴とする光学素子。
  5. 請求項４記載の光学素子において、
    前記光学機能面の垂線と前記波長λ２のレーザー光とのなす最大角度θ２が４０°≦θ２≦６０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp2とＳ偏光の位相Ps2との位相差が当該光学素子の透過前後で実質的に等しく、
    前記光学機能面の垂線と前記波長λ３のレーザー光とのなす最大角度θ３が４０°≦θ３≦５０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp3とＳ偏光の位相Ps3との位相差が当該光学素子の透過前後で実質的に等しいことを特徴とする光学素子。
  6. 請求項４または５記載の光学素子において、
    前記光学機能面の垂線と前記波長λ２のレーザー光とのなす最大角度θ２が４０°≦θ２≦６０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp2とＳ偏光の位相Ps2との位相差が前記反射防止膜の透過前後で実質的に等しく、
    前記光学機能面の垂線と前記波長λ３のレーザー光とのなす最大角度θ３が４０°≦θ３≦５０°である場合に、当該レーザー光のＰ偏光の位相Pp3とＳ偏光の位相Ps3との位相差が前記反射防止膜の透過前後で実質的に等しいことを特徴とする光学素子。
  7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の光学素子において、
    当該光学素子の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ４は、｜Δ４｜≦６°であることを特徴とする光学素子。
  8. 請求項７記載の光学素子において、
    当該光学素子の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ４は、｜Δ４｜≦４°であることを特徴とする光学素子。
  9. 請求項８記載の光学素子において、
    当該光学素子の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ４は、｜Δ４｜≦１°であることを特徴とする光学素子。
  10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の光学素子において、
    前記反射防止膜の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ１は、｜Δ１｜≦６°であることを特徴とする光学素子。
  11. 請求項１０記載の光学素子において、
    前記反射防止膜の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ１は、｜Δ１｜≦４°であることを特徴とする光学素子。
  12. 請求項１１記載の光学素子において、
    前記反射防止膜の透過前後での前記位相Pp1と前記位相Ps1との位相差の変化量Δ１は、｜Δ１｜≦１°であることを特徴とする光学素子。
  13. 請求項１〜１２の何れか一項に記載の光学素子において、
    前記反射防止膜は、各光学素子本体の両面に設けられていることを特徴とする光学素子。
  14. 請求項１〜１３の何れか一項に記載の光学素子において、
    前記反射防止膜は、
    波長５００ｎｍの光に対する屈折率ｎが１．３≦ｎ＜１．５５である各低屈折率材料と、１．８≦ｎ＜２．５である各高屈折率材料とのうち、少なくとも２種類の材料から形成されていることを特徴とする光学素子。
  15. 請求項１４記載の光学素子において、
    前記反射防止膜は、５〜１１層で形成されており、隣り合う層の間で波長５００ｎｍの光に対する屈折率差δが0.4≦δ≦0.55であることを特徴とする光学素子。
  16. 請求項１４または１５記載の光学素子において、
    前記低屈折率材料は、ＭｇＦ2またはＳｉＯ2を主成分とする材料であり、
    前記高屈折率材料は、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2またはＣｅＦ3を主成分とする材料であることを特徴とする光学素子。
  17. 請求項１５または１６記載の光学素子において、
    前記低屈折率材料は、ＳｉＯ2を主成分とする材料であり、
    前記高屈折率材料は、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2主成分とする材料であることを特徴とする光学素子。
  18. 請求項１〜１３の何れか一項に記載の光学素子において、
    前記反射防止膜は、
    波長５００ｎｍの光に対する屈折率ｎが１．３≦ｎ＜１．５５である各低屈折率材料と、１．５５≦ｎ＜１．８である各中屈折率材料と、１．８≦ｎ＜２．５である各高屈折率材料とのうち、少なくとも３種類の材料から形成されていることを特徴とする光学素子。
  19. 請求項１８記載の光学素子において、
    前記低屈折率材料は、ＭｇＦ2またはＳｉＯ2を主成分とする材料であり、
    前記中屈折率材料は、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする材料であり、
    前記高屈折率材料は、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2またはＣｅＦ3を主成分とする材料であることを特徴とする光学素子。
  20. 請求項１〜１９の何れか一項に記載の光学素子において、
    前記光学素子本体は、プラスチック成形されていることを特徴とする光学素子。
  21. 請求項１〜２０の何れか一項に記載の光学素子と、
    前記波長λ１のレーザー光を出射するレーザー光源とを備え、
    前記最大角度θ１が４０°≦θ１≦７０°となるよう、前記レーザー光源から出射されたレーザー光を前記光学素子によって情報記録媒体に集光させることにより、この情報記録媒体への情報の記録と、前記情報記録媒体に記録された情報の再生との少なくとも一方を実行することを特徴とする光ピックアップ装置。
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