JP4433086B2 - 光学素子および光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
δ=30°のとき、Dは2°以上かつ20°以下、
δ=60°のとき、Dは4°以上かつ40°以下、
の関係を満たし、
30°≦δ≦60°の範囲におけるDの変化は、単調に変化していると望ましい。
1.6未満の屈折率を有する光学薄膜を低屈折率層、
1.6以上かつ1.9以下の屈折率を有する光学薄膜を中間屈折率層、
1.9を超える屈折率を有する光学薄膜を高屈折率層、
とした場合に、
以下の条件(1)および条件(2)を満たしていると望ましい。
条件(1):レンズの波面収差における非点収差成分が20mλrms 以上である。
条件(2):光学多層膜は、低屈折率層、中間屈折率層、および高屈折率層を有し
、
合計で9層以上である。
1.6未満の屈折率を有する光学薄膜を低屈折率層、
1.6以上かつ1.9以下の屈折率を有する光学薄膜を中間屈折率層、
1.9を超える屈折率を有する光学薄膜を高屈折率層、
とした場合に、
以下の条件(3)および条件(4)を満たしていると望ましい。
条件(3):レンズの波面収差における非点収差成分が10mλrms以上かつ
20mλrms未満である。
条件(4):光学多層膜は、低屈折率層、中間屈折率層、および高屈折率層を有し
、
合計で7層以上である。
1.6未満の屈折率を有する光学薄膜を低屈折率層、
1.9を超える屈折率を有する光学薄膜を高屈折率層、
とした場合に、
以下の条件(5)〜条件(7)を満たしていると望ましい。
条件(5):レンズの波面収差における非点収差成分が 20mλrms以上である。
条件(6):光学多層膜は、合計で7層以上の光学薄膜を含むとともに、低屈折率
層と高屈折率層とを交互に積層させて成る繰り返し構造を含んでいる。
条件(7):高屈折率層の屈折率と低屈折率層の屈折率を差し引いて求められる屈
折率の差が、0.5以上である。
1.6未満の屈折率を有する光学薄膜を低屈折率層、
1.9を超える屈折率を有する光学薄膜を高屈折率層、
とした場合に、
以下の条件(8)〜条件(10)を満たしていると望ましい。
条件(8) :レンズの波面収差における非点収差成分が10mλrms以上かつ
20mλrms 未満である。
条件(9) :光学多層膜は、合計で5層以上の光学漠膜を含むとともに、低屈折率
層と高屈折率層とを交互に積層させて成る繰り返し構造を含んでいる。
条件(10):高屈折率層の屈折率と低屈折率層の屈折率を差し引いて求められる
屈折率の差が、0.5以上である。
OL 対物レンズ
MLR 誘電体多層膜(光学多層膜)
Li 誘電体膜(光学薄膜)
12 偏光板
13 平面ミラー
14 レーザ光源
15 ビームスプリッタ
16 球面原器
17 平面原器
18 画像処理装置
19 被検レンズ
21 第1レーザユニット
22 第1レーザダイオード
23 第1偏光ビームスプリッタ
24 第1コリメータレンズ
25 第1フォトダイオード
31 第2レーザユニット
32 第2レーザダイオード
33 第2偏光ビームスプリッタ
34 第2コリメータレンズ
35 第2フォトダイオード
41 ダイクロイックプリズム
42 立ち上げミラー
43 1/4波長板
44 光ディスク
59 光ピックアップ装置
[1.光ピックアップ装置について]
図2は、光ピックアップ装置59の概略の構成を示す構成図である。そして、この光ピックアップ装置59は、第1レーザユニット21、第2レーザユニット31、ダイクロイックプリズム41、立ち上げミラー42、1/4波長板43、およびコーティング対物レンズCOLを有している。なお、図2では、便宜上、光ディスク44も図示されている。そして、かかる光ディスク44に入射する光を“照射光”、光ディスク44から反射する光を“信号光”と称する(なお、光は破線にて図示)。
開口数(NA;Numerical Aperture):0.85
レンズ外形(直径) :5mm
芯厚 :2.6mm
なお、BD、DVD、CDに使用するコーティング対物レンズCOLの開口数の規格値は、それぞれ、0.85、0.65、0.5である。
ここで、反射防止膜を構成する誘電体多層膜(光学多層膜)MLRについて詳説する。図1に示すように、コーティング対物レンズCOLには、誘電体膜Liが複数で成膜されている。具体的には、1/4波長板43から進行してくる光を受光するコーティング対物レンズCOLの一面に、複数の誘電体膜Li(i=1、2、3…)が積層されている。なお、i=1は最もコーティング対物レンズCOLに近い誘電体膜を意味する。
なお、
屈折率n1の媒体1から屈折率n2の媒体2に光が垂直入射する場合での反射率R
である。
6.88になっている。
・フッ化マグネシウム :MgF2
・酸化アルミニウム(アルミナ) :Al2O3
・酸化チタン :TiO2
・メルクジャパン社製“サブスタンスH4”:H4
なお、H4はTiO2とLa2O3(酸化ランタン)との混合物
・メルクジャパン社製“サブスタンスM3”:M3
なお、M3はAl2O3とLa2O3との混合物
・低屈折率層L :屈折率が1.6未満の誘電体膜Li
・中間屈折率層M:屈折率が1.6以上かつ1.9以下である誘電体膜Li
・高屈折率層H :屈折率が1.9を超える誘電体膜Li
以上のような実施例1〜6のコンストラクションデータから、以下のことがいえる。
実施例1〜6の誘電体多層膜MLRは、低屈折率層L、中間屈折率層M、および高屈折率層Hの3種類の層を有している。なお、誘電体多層膜MLRに含まれる合計の層数(誘電体膜Liの総数)は、実施例1〜6に対して、それぞれ12層、9層、9層、7層、7層、5層である。
さらに、実施例1〜6の反射特性図および位相差特性図から、以下のことがいえる。実施例1〜6では、BD、DVD、CDの波長(405、660、785nm)に対応する反射率が、3%未満になる。したがって、実施例1〜6の誘電体多層膜MLRが対物レンズOLに成膜されると、コーティング対物レンズCOLからの反射光が効果的に抑制される。
δ=30°のとき、Dは2°以上かつ20°以下(2≦D≦20)
δ=60°のとき、Dは4°以上かつ40°以下(4≦D≦40)
ここで、コーティング対物レンズCOLからの出射光に生じる波面収差、特に非点収差の成分が、誘電体多層膜MLRによって減少していることを実測データで示す。そこで、まず、波面収差の測定方法について説明する。
ただし、
AS :波面収差の非点収差成分
Z4(0゜) :レンズ位置0°でのツェルニケの多項式のZ4項
Z4(90゜) : レンズ位置90°でのツェルニケの多項式のZ4項
Z5(0゜) :レンズ位置0°でのツェルニケの多項式のZ5項
Z5(90゜) : レンズ位置90°でのツェルニケの多項式のZ5項
である。
なお、ツェルニケの多項式は、いわゆるArizonaスタイルの展開式を採用しており、具体的には(株)キヤノン販売社製の解析ソフトであるMetropro Zernike Applicationを使用して計算した。また、波面収差の測定は直線偏光を用いて行われる。一般的に干渉計を用いて波面収差測定する場合は円偏光が用いられるが、上記の複屈折による波面収差の非点収差成分は、円偏光を用いた方法では検出されない。
まず、第1対物レンズOL1に起因する波面収差の非点収差成分を、上記の測定方法にて求めたところ、20.1mλrmsであった。
δ=30°のとき、D≦3°
δ=60°のとき、D≦3°
δ=30°のとき、D=8°
δ=60°のとき、D=18°
続いて、第1対物レンズOL1とは異なる第2対物レンズOL2の波面収差を測定したところ、非点収差成分は18.5mλrmsであった。
δ=30°のとき、Dは4°
δ=60°のとき、Dは12°
なお、対物レンズOL1、OL2がレンズ軸を中心として放射状に複屈折を有することを以下の方法で確認した。
コーティング対物レンズCOLの波面収差の測定は、実施例1、2の誘電体多層膜MLRを成膜したものでしか行わなかった。しかし、実施例1・2と同様の位相差を有する他の実施例の誘電体多層膜MLRであっても、対物レンズOLに起因する波面収差の非点収差成分を低減できることは容易に推測できる。
総括として、コーティング対物レンズCOLには以下のことがいえる。すなわち、対物レンズOLに複屈折が生じ、それに起因して、対物レンズOLからの出射光に波面収差が生じる場合がある。そして、かかる波面収差の非点収差成分が10mλrms以上生じる場合に、コーティング対物レンズCOLは、その非点収差成分を5mλrms以下にまで低減させる誘電体多層膜MLRを有している。
δ=30°のとき、Dは2°以上かつ20°以下となり、
δ=60°のとき、Dは4°以上かつ40°以下となり、
の関係を満たし、
30°≦δ≦60°の範囲におけるDの変化は、単調変化(例えば、線形変化)しているコーティング対物レンズCOLである(実施例1〜6が対応)。
条件(1) :誘電体膜Liを有さない対物レンズOLによって生じる波面収差での非
点収差成分が20mλrms以上である。
条件(2) :コーティング対物レンズCOLに成膜されている誘電体多層膜MLRは
、低屈折率層L、中間屈折率層M、および高屈折率層Hを有し、合計で
9層以上になっている。
条件(3) :誘電体膜Liを有さない対物レンズOLによって生じる波面収差での非
点収差成分が10mλrms以上かつ20mλrms未満である。
条件(4) :誘電体多層膜MLRは、低屈折率層L、中間屈折率層M、および高屈
折率層Hを有し、合計で7層以上になっている。
条件(5) :誘電体膜Liを有さないコーティング対物レンズCOLによって生じる
波面収差での非点収差成分が20mλrms以上である。
条件(6) :誘電体多層膜MLRは、合計で7層以上の誘電体膜Liを含むとともに
、低屈折率層Lと高屈折率層Hとを交互に積層させて成る繰り返し構造
を含んでいる。
条件(7) :高屈折率層Hの屈折率NHから低屈折率層Lの屈折率NLを差し引いて
求められる屈折率の差が、0.5以上である。
条件(8) :誘電体膜Liを有さない対物レンズOLによって生じる波面収差での非
点収差成分が10mλrms以上かつ20mλrms未満である。
条件(9) :誘電体多層膜MLRは、合計で5層以上の誘電体膜Liを含むとともに
、低屈折率層Lと高屈折率層Hとを交互に積層させて成る繰り返し構造
を含んでいる。
条件(10):高屈折率層Hの屈折率NHから低屈折率層Lの屈折率NLを差し引いて
求められる屈折率の差が、0.5以上である。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
Claims (15)
- レンズ表面に光学多層膜を有する、青色レーザーを使用する光ピックアップ用の光学素子であって、
上記レンズはレンズ軸中心を基準に放射状の複屈折を有し、上記複屈折の量が、レンズ軸中心からレンズの外縁に向かうにつれて増加しており、そのレンズによる波面収差の非点収差成分は波長405nmの光に対して10mλrms以上であり、
上記光学多層膜が、波長405nmの光に対するP偏光とS偏光との位相差を、レンズ中心から外縁部に向かうにつれ実質的に単調に増加するように発生させ上記複屈折を相殺させることにより、光学素子による波面収差の非点収差成分を波長405nmの光に対して5mλrms以下に低減させる光学素子。 - 波長405nmの光に対する、上記光学多層膜への入射角をδ[°]、上記光学多層膜を透過する上記光のP偏光とS偏光との位相差をD[°]とした場合、δとDとの関係では、
δ=30°のとき、Dは2°以上かつ20°以下、
δ=60°のとき、Dは4°以上かつ40°以下、
の関係を満たし、
30°≦δ≦60°の範囲におけるDの変化は、単調に変化している請求項1に記載の光学素子。 - 上記の単調変化は、線形変化である請求項2に記載の光学素子。
- 上記光学多層膜は反射防止膜であり、
上記光学多層膜に含まれる光学薄膜において、
1.6未満の屈折率を有する光学薄膜を低屈折率層、
1.6以上かつ1.9以下の屈折率を有する光学薄膜を中間屈折率層、
1.9を超える屈折率を有する光学薄膜を高屈折率層、
とした場合に、
以下の条件(1)および条件(2)を満たしている請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子;
条件(1):上記レンズの波面収差における非点収差成分が20mλrms 以上であ
る。
条件(2):光学多層膜は、低屈折率層、中間屈折率層、および高屈折率層を有し
、
合計で9層以上である。 - 上記光学多層膜は反射防止膜であり、
上記光学多層膜に含まれる光学薄膜において、
1.6未満の屈折率を有する光学薄膜を低屈折率層、
1.6以上かつ1.9以下の屈折率を有する光学薄膜を中間屈折率層、
1.9を超える屈折率を有する光学薄膜を高屈折率層、
とした場合に、
以下の条件(3)および条件(4)を満たしている請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子;
条件(3):上記レンズの波面収差における非点収差成分が10mλrms以上かつ
20mλrms未満である。
条件(4):光学多層膜は、低屈折率層、中間屈折率層、および高屈折率層を有し
、
合計で7層以上である。 - 上記光学多層膜は反射防止膜であり、
上記光学多層膜に含まれる光学薄膜において、
1.6未満の屈折率を有する光学薄膜を低屈折率層、
1.9を超える屈折率を有する光学薄膜を高屈折率層、
とした場合に、
以下の条件(5)〜条件(7)を満たしている請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子;
条件(5):上記レンズの波面収差における非点収差成分が 20mλrms 以上で
ある。
条件(6):光学多層膜は、合計で7層以上の光学薄膜を含むとともに、低屈折率
層と高屈折率層とを交互に積層させて成る繰り返し構造を含んでいる。
条件(7):高屈折率層の屈折率と低屈折率層の屈折率を差し引いて求められる屈
折率の差が、0.5以上である。 - 上記光学多層膜は反射防止膜であり、
上記光学多層膜に含まれる光学薄膜において、
1.6未満の屈折率を有する光学薄膜を低屈折率層、
1.9を超える屈折率を有する光学薄膜を高屈折率層、
とした場合に、
以下の条件(8)〜条件(10)を満たしている請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子;
条件(8) :上記レンズの波面収差における非点収差成分が10mλrms以上かつ
20mλrms 未満である。
条件(9) :光学多層膜は、合計で5層以上の光学漠膜を含むとともに、低屈折率
層と高屈折率層とを交互に積層させて成る繰り返し構造を含んでいる。
条件(10):高屈折率層の屈折率と低屈折率層の屈折率を差し引いて求められる
屈折率の差が、0.5以上である。 - 上記レンズが成形により形成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学素子。
- 上記レンズの開口数が0.6以上である請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学素子。
- 上記光学多層膜は、反射防止用の誘電体膜を積層させた誘電体多層膜である請求項1〜3、8、9のいずれか1項に記載の光学素子。
- 請求項1〜10のいずれか1項の光学素子を青色レーザー光源からの光を光ディスクに集光させるための対物レンズとして備える光ピックアップ装置。
- レンズ表面に光学多層膜を有する光学素子であって、
上記レンズはレンズ軸中心を基準に放射状の複屈折を有し、上記複屈折の量がレンズ軸中心からレンズの外縁に向かうにつれて増加しており、
波長405nmの光に対して、上記光学多層膜が、P偏光とS偏光との位相差を、レンズ中心から外縁部に向かうにつれ実質的に単調に変化させるように発生させ上記複屈折を相殺させることにより、レンズに発生する波面収差の非点収差成分を波長405nmの光において半分以下に低減させる光学素子。 - 上記光学多層膜が、レンズに発生する波面収差の非点収差成分を1/5以下に低減させる請求項12に記載の光学素子。
- 上記光学多層膜の位相差はレンズ中心から外縁部に向かうにつれ実質的に単調増加している請求項12または13に記載の光学素子。
- 上記光学多層膜は、反射防止用の誘電体膜を積層させた誘電体多層膜である請求項12〜14のいずれか1項に記載の光学素子。
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