JP5218050B2 - 四分の一波長板及び光ピックアップ装置 - Google Patents
四分の一波長板及び光ピックアップ装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、凹凸周期構造を基材の片面に有する構造性複屈折四分の一波長板及び該四分の一波長板を有した光ピックアップ装置に関する。
下記特許文献１は、構造性複屈折を用いて波長の異なる２つの光に対して共用できる波長板を提案している。この波長板は、対象となる光の波長の１／２以下の微細周期構造で形成され、２つの異なる波長の光に対してその偏光状態を変化させる構造複屈折を有し、これにより例えば４０５ｎｍと６６０ｎｍのような２波長対応の波長板が実現できるとし、実施例には、構造周期２００ｎｍ、デューティ比０．６４、構造高さ６０００ｎｍの微細周期構造が記載されている。
特開２００３−２０７６３６
構造性複屈折波長板は、凹凸周期構造の寸法により、発現する光学性能を制御できるという特徴を有するが、構造周期が使用する光の波長より大きいと構造性複屈折は発現せず、また、波長に近い構造周期では構造性複屈折は発現するものの、凹凸周期構造により回折が生じてしまい、高い０次光透過率を得ることが困難となる。このため、これまでは、特許文献１のような光の波長の１／２以下の微細周期構造の構造性複屈折波長板が多く提案されてきた。しかし、例えば、上述の特許文献１の実施例のような構造周期寸法を持つ波長板は加工が非常に困難である。
また、特許文献１では、４０５ｎｍと６６０ｎｍのような２波長対応の波長板を実現するが、近年、３種の光ディスクに対応した光ディスク装置として必要とされる、例えば波長が、高密度光ディスクに用いられる４０５ｎｍ、ＤＶＤに用いられる６５０ｎｍ、ＣＤに用いられる７８０ｎｍのようなさらに広い波長帯域内で一様な位相差特性を持たせることは容易ではない。
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、凹凸周期構造の構造周期が比較的大きく加工が容易であり、広い波長帯域で一様な位相差特性を発現しかつ高い透過率を得ることが可能な構造性複屈折四分の一波長板を提供することを目的とし、更に、該四分の一波長板を備えることにより、使用波長が複数の大きく異なる波長であっても、各々の波長の光の損失が少なく、光利用効率の高い光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明による四分の一波長板は、
複数の異なる波長の光を透過させる四分の一波長板であって、
前記複数の異なる光の波長は、各々３８０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲内であり、
該複数の異なる波長の中で最も短い波長をλminとしたとき、構造周期Ｐが３１０ｎｍ≦Ｐ＜λminの凹凸周期構造を基材の片面に有し、
前記波長λminにおける前記凹凸周期構造の凸部の屈折率ｎ min が１．５＜ｎmin＜１．６を満足し、前記波長λminにおける光透過率が８５％以上であって、かつ前記凹凸周期構造が次式（１）を満足するように構成されたことを特徴とする。
Ｈ＝３．５×ｆ−５．６５×ｎmin＋８．５５＋α （１）
（−０．３５≦α≦＋０．３５）
但し、
Ｐ：凹凸周期構造の構造周期
Ｈ：凸部構造高さ［μｍ］
Ｌ：凸部構造幅
ｆ：フィリングファクタ（＝Ｌ／Ｐ）
本発明の四分の一波長板によれば、凹凸周期構造の構造周期Ｐが３１０ｎｍ≦Ｐ＜λminの範囲内であるので、従来のような波長の１／２以下の微細周期構造を有するものと比較して大きいため、波長板の加工が容易となる。また、光透過率が高くなるように上記の式（１）を満たす凹凸周期構造の寸法を選択することで、比較的広い波長帯域で一様な位相差特性を発現でき、広帯域性を有しかつ高い光透過率の四分の一波長板を実現できる。これにより、３８０ｎｍ〜８２０ｎｍのような広い波長帯域で一様な位相差特性及び高い光透過率特性をもつ四分の一波長板を得ることができ、例えば、位相差９０±３ｄｅｇ以内（波長４０５ｎｍ）、９０±１０ｄｅｇ以内（波長６５０ｎｍ）、９０±１５ｄｅｇ以内（波長７８０ｎｍ）、０次光透過率８５％以上（すべての波長）の性能を実現できる。
複数の異なる波長の光を透過させる四分の一波長板であって、
前記複数の異なる光の波長は、各々３８０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲内であり、
該複数の異なる波長の中で最も短い波長をλminとしたとき、構造周期Ｐが３１０ｎｍ≦Ｐ＜λminの凹凸周期構造を基材の片面に有し、
前記波長λminにおける前記凹凸周期構造の凸部の屈折率ｎ min が１．５＜ｎmin＜１．６を満足し、前記波長λminにおける光透過率が８５％以上であって、かつ前記凹凸周期構造が次式（１）を満足するように構成されたことを特徴とする。
Ｈ＝３．５×ｆ−５．６５×ｎmin＋８．５５＋α （１）
（−０．３５≦α≦＋０．３５）
但し、
Ｐ：凹凸周期構造の構造周期
Ｈ：凸部構造高さ［μｍ］
Ｌ：凸部構造幅
ｆ：フィリングファクタ（＝Ｌ／Ｐ）
本発明の四分の一波長板によれば、凹凸周期構造の構造周期Ｐが３１０ｎｍ≦Ｐ＜λminの範囲内であるので、従来のような波長の１／２以下の微細周期構造を有するものと比較して大きいため、波長板の加工が容易となる。また、光透過率が高くなるように上記の式（１）を満たす凹凸周期構造の寸法を選択することで、比較的広い波長帯域で一様な位相差特性を発現でき、広帯域性を有しかつ高い光透過率の四分の一波長板を実現できる。これにより、３８０ｎｍ〜８２０ｎｍのような広い波長帯域で一様な位相差特性及び高い光透過率特性をもつ四分の一波長板を得ることができ、例えば、位相差９０±３ｄｅｇ以内（波長４０５ｎｍ）、９０±１０ｄｅｇ以内（波長６５０ｎｍ）、９０±１５ｄｅｇ以内（波長７８０ｎｍ）、０次光透過率８５％以上（すべての波長）の性能を実現できる。
また、前記フィリングファクタ（ｆ）が０．６以上０．７５以下であることが好ましく、これにより、凹凸周期構造の形成が一層容易となる。
また、前記凹凸周期構造の凸部が樹脂であることが好ましい。これにより、四分の一波長板を金型成形により形成することが可能となり、量産が容易で低コスト化できる。更に、前記凹凸周期構造の凹部が空気（屈折率ｎ＝１）であることが好ましい。これにより、凸部構造高さ（Ｈ）を低くすることができ凹凸周期構造の形成が一層容易となる。
また、前記凹凸周期構造の上部が前記基材とは屈折率の異なる材料で覆われていることで、凹凸周期構造の上部での反射防止効果及び凹凸周期構造の防汚効果を期待できる。また、前記基材の裏面に反射防止のための凹凸構造またはコーティング層を有していてもよい。反射防止効果により０次光透過率が向上するので、好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置は、
複数の異なる波長の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体の記録面で反射した光を受光する受光素子と、前記対物レンズと前記受光素子との間に配置された四分の一波長板と、を有する光ピックアップ装置であって、
前記複数の異なる光の波長は、各々３８０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲内であり、
前記四分の一波長板は、前記複数の異なる波長の光の中で最も短い波長をλminとしたとき、構造周期Ｐが３１０ｎｍ≦Ｐ＜λminの凹凸周期構造を基材の片面に有し、前記波長λminにおける前記凹凸周期構造の凸部の屈折率ｎ min が１．５＜ｎmin＜１．６を満足し、
前記波長λminにおける光透過率が８５％以上であって、かつ前記凹凸周期構造が次式（１）を満足するように構成されていることを特徴とする。
Ｈ＝３．５×ｆ−５．６５×ｎmin＋８．５５＋α （１）
（−０．３５≦α≦＋０．３５）
但し、
Ｐ：凹凸周期構造の構造周期
Ｈ：凸部構造高さ［μｍ］
Ｌ：凸部構造幅
ｆ：フィリングファクタ（＝Ｌ／Ｐ）
また、前記複数の異なる光の波長は各々、４００ｎｍ±２０ｎｍ、６５０ｎｍ±２０ｎｍ、７９０ｎｍ±３０ｎｍであることが好ましい。
複数の異なる波長の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体の記録面で反射した光を受光する受光素子と、前記対物レンズと前記受光素子との間に配置された四分の一波長板と、を有する光ピックアップ装置であって、
前記複数の異なる光の波長は、各々３８０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲内であり、
前記四分の一波長板は、前記複数の異なる波長の光の中で最も短い波長をλminとしたとき、構造周期Ｐが３１０ｎｍ≦Ｐ＜λminの凹凸周期構造を基材の片面に有し、前記波長λminにおける前記凹凸周期構造の凸部の屈折率ｎ min が１．５＜ｎmin＜１．６を満足し、
前記波長λminにおける光透過率が８５％以上であって、かつ前記凹凸周期構造が次式（１）を満足するように構成されていることを特徴とする。
Ｈ＝３．５×ｆ−５．６５×ｎmin＋８．５５＋α （１）
（−０．３５≦α≦＋０．３５）
但し、
Ｐ：凹凸周期構造の構造周期
Ｈ：凸部構造高さ［μｍ］
Ｌ：凸部構造幅
ｆ：フィリングファクタ（＝Ｌ／Ｐ）
また、前記複数の異なる光の波長は各々、４００ｎｍ±２０ｎｍ、６５０ｎｍ±２０ｎｍ、７９０ｎｍ±３０ｎｍであることが好ましい。
また、前記フィリングファクタ（ｆ）が０．６以上０．７５以下であることが好ましい。これにより、使用する四分の一波長板の凹凸周期構造の形成が一層容易となる。
また、前記凹凸周期構造の凸部が樹脂であることが好ましい。これにより、四分の一波長板を金型成形等により形成することが可能となり、量産が容易で低コスト化できる。更に、前記凹凸周期構造の凹部が空気（屈折率ｎ＝１）であることが好ましい。これにより、凸部構造高さ（Ｈ）を低くすることができ凹凸周期構造の形成が一層容易となる。
また、前記凹凸周期構造の上部が前記基材とは屈折率の異なる材料で覆われていることで、凹凸周期構造の上部での反射防止効果及び凹凸周期構造の防汚効果を期待できる。また、前記基材の裏面に反射防止のための凹凸構造またはコーティング層を有していてもよい。反射防止効果により、更に０次光透過率が向上するので、好ましい。
本発明の四分の一波長板によれば、凹凸周期構造の構造周期が比較的大きく加工が容易であり、広い波長帯域で一様な位相差特性を発現しかつ高い透過率を得ることができる。
また、本発明の光ピックアップ装置によれば、複数種の使用波長が大きく異なる波長であっても、広い波長帯域で一様な位相差特性を発現し各々の波長における透過率が高い四分の一波長板を有しているので、光の損失の少ない光利用効率の高い光ピックアップ装置を得ることができる。
１０，１０’ 四分の一波長板
１１ 凸部
１２ 凹部
１３ 凹凸周期構造部
１４ 基材
１５ 覆い部材
１６ コーティング層
Ｈ 凸部の構造高さ
Ｌ 凸部の構造幅
Ｐ 凹凸周期構造の構造周期
ＰＵ 光ピックアップ装置
ＣＬ コリメート光学系
ＣＳ 偏光ビームスプリッタ
ＤＰ 光路合成プリズム
ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３ レーザ光源
ＯＬ 対物光学系
ＰＤ 受光素子
ＱＷＰ 構造性複屈折四分の一波長板
ＳＬ センサー光学系
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Ｈ 凸部の構造高さ
Ｌ 凸部の構造幅
Ｐ 凹凸周期構造の構造周期
ＰＵ 光ピックアップ装置
ＣＬ コリメート光学系
ＣＳ 偏光ビームスプリッタ
ＤＰ 光路合成プリズム
ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３ レーザ光源
ＯＬ 対物光学系
ＰＤ 受光素子
ＱＷＰ 構造性複屈折四分の一波長板
ＳＬ センサー光学系
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による構造性複屈折四分の一波長板を模式的に示す要部斜視図である。図２は図１の四分の一波長板においてＰ＝０．３９μｍ、フィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ）＝０．６３の凹凸周期構造を有する場合の波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの各光におけるこの波長板の０次光透過率及び位相差と構造高さＨとの関係を示す図である。
図１に示す構造性複屈折四分の一波長板１０は、樹脂からなる複数の凸部１１と、空気（屈折率ｎ＝１）の充満する複数の凹部１２とが基材１４の片面側に周期的に形成されてなる凹凸周期構造部１３を備え、凹凸周期構造部１３は構造周期Ｐ、凸部１１の構造高さＨ及び凸部１１の構造幅Ｌを有する。
凸部１１を構成する樹脂は、ポリオレフィン樹脂やノルボルネン系樹脂等の光学用樹脂材料が好ましく、具体的には、例えば、三井化学（株）製のアペル、ＪＳＲ（株）製のアートン、日本ゼオン（株）製のゼオノア、ゼオネックスなどを使用できる。これらの樹脂の波長４０５ｎｍにおける屈折率は、１．５〜１．６の範囲内である。なお、基材１４も同じ樹脂で構成されてよい。
図１の四分の一波長板１０がＰ＝０．３９μｍ、フィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ）＝０．６３の凹凸周期構造を有し、樹脂として例えばゼオネックス（日本ゼオン（株））を用いた場合、波長４０５ｎｍの光におけるこの波長板１０の０次光透過率は、構造高さＨに対して図２のように周期的に変化することが分かる。このため、波長４０５ｎｍの光に対し高い０次光透過率を得ることができる凹凸周期構造の寸法は限られる。
また、この波長板１０が広帯域波長板として機能するためには、使用波長帯域内で所望の位相差を満たす必要があるが、位相差も同様に凹凸周期構造の各寸法Ｐ、ｆ、Ｈに依存するので、広い波長帯域内で所望の位相差と高い０次光透過率の両方を満たす凹凸周期構造の寸法はさらに限定される。
そこで、本実施の形態の構造性複屈折広帯域四分の一波長板１０は、使用波長帯域内で最も短波長の波長λｍｉｎにおいて、凹凸周期構造の構造周期Ｐはλｍｉｎ／２＜Ｐ＜λｍｉｎの範囲内であり、所望の位相差と高い０次光透過率が得られるように凹凸周期構造の各寸法を決定している。なお、前記０次光透過率は例えば８５％である。
ここで、０次光透過率が高く（例えば、８５％以上）なるように下記式（１）を満たす凹凸周期構造の各寸法を選択すれば、位相差９０±３ｄｅｇ以内（波長４０５ｎｍ）、９０±１０ｄｅｇ以内（波長６５０ｎｍ）、９０±１５ｄｅｇ以内（波長７８０ｎｍ）、０次光透過率８５％以上（すべての波長）の性能をもち、３８０ｎｍ〜８２０ｎｍのような広い波長帯域で一様な位相差特性（広帯域特性）を有しかつ高い光透過率の四分の一波長板を得ることができる。
Ｈ＝３．５×ｆ−５．６５×ｎｍｉｎ＋８．５５＋α （１）
（−０．３５≦α≦＋０．３５）
但し、ｎｍｉｎ：使用波長帯域内で最も短波長における基材の屈折率
本実施の形態において、凹凸周期構造の構造周期Ｐはλｍｉｎ／２＜Ｐ＜λｍｉｎに制限される。また、フィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ）は、所望の位相差が得られるように選択することが可能であるが、加工実現可能な範囲として、０．６≦ｆ≦０．７５の範囲内が好ましい。
（−０．３５≦α≦＋０．３５）
但し、ｎｍｉｎ：使用波長帯域内で最も短波長における基材の屈折率
本実施の形態において、凹凸周期構造の構造周期Ｐはλｍｉｎ／２＜Ｐ＜λｍｉｎに制限される。また、フィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ）は、所望の位相差が得られるように選択することが可能であるが、加工実現可能な範囲として、０．６≦ｆ≦０．７５の範囲内が好ましい。
本実施の形態の変形例について図３を参照して説明する。図３は図１に示す四分の一波長板の凹凸周期構造の上部に覆い部材を配置した例を示す要部斜視図である。
図３に示す構造性複屈折四分の一波長板１０’は、図１のものと基本的な形状は同一であるが、凹凸周期構造部１３の上部に基材１４とは屈折率の異なる材料からなる覆い部材１５を配置し、覆い部材１５により凹凸周期構造部１３全体を覆うように構成したものである。これにより、凹凸周期構造部１３の上部での反射防止効果や凹凸周期構造部１３の防汚効果が期待できる。
覆い部材１５は、例えば、０次光透過率向上のために反射防止効果を期待する場合、ＳｉＯ２を適当な厚さになるように蒸着させることで作製でき、また、異なる材料を何層も重ねたマルチコートとしてもよい。この他にも、覆い部材１５の材料に応じた適当な方法により作製できる。なお、ＳｉＯ２の屈折率は、１．４７０（波長４０５ｎｍ）、１．４５２（波長６５０ｎｍ）、１．４４９（波長７８０ｎｍ）である。
また、本実施の形態の四分の一波長板には、図１の破線で示すように、基材１４の裏面に反射防止として機能するコーティング層１６を設けてもよい。コーティング層１６は例えば上述のように蒸着によりＳｉＯ２から適当な厚さに形成できる。また、反射防止のために凹凸構造を設けてもよく、かかる反射防止効果を有する凹凸構造としては、例えば波長以下の周期で円錐または四角錐構造が並ぶサブ波長反射防止回折格子がある。反射防止により０次光透過率を向上できる。なお、上記コーティング層１６または凹凸構造を図３の四分の一波長板１０’の基材１４の裏面に設けてもよい。
以上のように、本実施の形態の四分の一波長板によれば、構造周期Ｐがλｍｉｎ／２＜Ｐ＜λｍｉｎの範囲内である凹凸周期構造を用いて、３８０ｎｍ〜８２０ｎｍの広い波長帯域で一様な位相差特性を発現しかつ高い透過率が得られる凹凸周期構造の各寸法を定式化することで、従来の波長板と比べて構造周期Ｐが大きくかつ構造高さＨが低い凹凸周期構造を得ることができる。これにより、従来よりも製造が容易になり、例えば射出成形やナノインプリント法を利用して凹凸周期構造を効率的に作製することが可能となる。
例えば、上記特許文献１では、構造周期を光の波長の１／２以下とし、実施例に構造周期２００ｎｍ，デューティ比０．６４，構造高さ６０００ｎｍの構造があげられているが、特にアスペクト比が大きいためその加工は非常に困難であるのに対し、本実施の形態における凹凸周期構造の寸法範囲は、この構造周期よりも大きくかつ構造高さも低くなっているためアスペクト比が大きくならず、凹凸周期構造の加工が容易である。
また、上記特許文献１では、上記構造周期寸法で２波長対応の波長板を実現するが、例えば近年、光ディスク装置として必要とされている４０５ｎｍ，６５０ｎｍ，７８０ｎｍ（高密度光ディスク，ＤＶＤ，ＣＤの３波長互換）のようなさらに広い波長帯域内で一様な位相差特性を持たせることは困難であるのに対し、本実施の形態では３８０ｎｍ〜８２０ｎｍの広い波長帯域で一様な位相差特性を発現可能である。これにより、従来それぞれの波長ごとに必要だった波長板を１枚の波長板素子で提供できるため光ディスク装置の部品点数を削減できる。
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
下記の表１に示すような構造周期Ｐ、フィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ）及び構造高さＨの各構造寸法（図１参照）を有する波長板を実施例１乃至５及び比較例１乃至５とし、それぞれについて０次光透過率及び位相差を評価した。
各実施例１乃至５及び各比較例１乃至５の波長板の樹脂材料にはゼオネックス（日本ゼオン（株）製）を用い、その屈折率は次のとおりである。
ｎ４０５＝１．５２５（波長４０５ｎｍ）
ｎ６５０＝１．５０６（波長６５０ｎｍ）
ｎ７８０＝１．５０５（波長７８０ｎｍ）
ｎ４０５＝１．５２５（波長４０５ｎｍ）
ｎ６５０＝１．５０６（波長６５０ｎｍ）
ｎ７８０＝１．５０５（波長７８０ｎｍ）
上記表１において、＊１の○は上記式（１）を満たす、×は満たさないことを表す。また、総合評価＊２はつぎのようにして行った。
（１）λ＝４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍにおける各０次光透過率Ｔ４０５，Ｔ６５０，Ｔ７８０が８５％以上、
（２）λ＝４０５ｎｍにおける位相差Φ４０５＝９０±３［ｄｅｇ］以内、
（３）λ＝６５０ｎｍにおける位相差Φ６５０＝９０±１０［ｄｅｇ］以内、
（４）λ＝７８０ｎｍにおける位相差Φ７８０＝９０±１５［ｄｅｇ］以内、
をすべて満たすものを○とし、どれか１つでも満たさない場合は×とする。
（１）λ＝４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍにおける各０次光透過率Ｔ４０５，Ｔ６５０，Ｔ７８０が８５％以上、
（２）λ＝４０５ｎｍにおける位相差Φ４０５＝９０±３［ｄｅｇ］以内、
（３）λ＝６５０ｎｍにおける位相差Φ６５０＝９０±１０［ｄｅｇ］以内、
（４）λ＝７８０ｎｍにおける位相差Φ７８０＝９０±１５［ｄｅｇ］以内、
をすべて満たすものを○とし、どれか１つでも満たさない場合は×とする。
上記表１から、実施例１乃至５及び比較例１乃至５の構造周期Ｐは、λｍｉｎ＝４０５ｎｍとして、すべてλｍｉｎ／２＜Ｐ＜λｍｉｎの範囲内であるが、式（１）を満たさない比較例１乃至５は、０次光透過率または位相差が上記範囲を満たさないのに対し、式（１）を満たす実施例１乃至５は、上記範囲を満たすことが分かる。
次に、下記の表２に示すような構造周期Ｐ、フィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ）及び構造高さＨの各構造寸法（図１参照）を有する波長板を実施例６乃至１０及び比較例６乃至１０とし、それぞれについて０次光透過率及び位相差を評価した。なお、各実施例６乃至１０及び各比較例６乃至１０の波長板の樹脂材料にはアペル（三井化学（株）製）を用い、その屈折率は次のとおりである。
ｎ４０５＝１．５６０（波長４０５ｎｍ）
ｎ６５０＝１．５４１（波長６５０ｎｍ）
ｎ７８０＝１．５３７（波長７８０ｎｍ）
ｎ４０５＝１．５６０（波長４０５ｎｍ）
ｎ６５０＝１．５４１（波長６５０ｎｍ）
ｎ７８０＝１．５３７（波長７８０ｎｍ）
上記表２において、＊１の○は上記式（１）を満たす、×は満たさないことを表し、総合評価＊２は表１と同様にして行った。
上記表２から、実施例６乃至１０及び比較例６乃至１０の構造周期Ｐは、λｍｉｎ＝４０５ｎｍとして、すべてλｍｉｎ／２＜Ｐ＜λｍｉｎの範囲内であるが、式（１）を満たさない比較例６乃至１０は、０次光透過率または位相差が上記範囲を満たさないのに対し、式（１）を満たす実施例６乃至１０は、上記範囲を満たすことが分かる。
以上、本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１の四分の一波長板１０は、図１の上下いずれからでも光が入射するように使用でき、図１の破線のようにコーティング層１６を配置することで、反射防止の効果を得ることができる。
同様に、図３の四分の一波長板１０’は、図３の上下いずれからでも光が入射するように使用でき、覆い部材１５により反射防止の効果を得ることができる。
図４は、本実施の形態に係る構造性複屈折四分の一波長板を備えた光ピックアップ装置の構成の一例を概略的に示す図である。同図は、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録、再生を行うことができる、所謂３波長互換の光ピックアップ装置を示している。なお、本例においては、高密度光ディスクの一例としてＢＤ（ブルーレイディスク）を用いて説明するが、これに限るものでなくＨＤ ＤＶＤ（ハイ ディフィニション ＤＶＤ）でもよい。
図４に示す光ピックアップ装置ＰＵは、ＢＤ用の青紫色レーザ光源ＬＤ１、ＤＶＤ用の赤色レーザ光源ＬＤ２、ＣＤ用の赤外レーザ光源ＬＤ３、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の光検出器である受光素子ＰＤ、対物光学系ＯＬ、コリメート光学系ＣＬ、偏光ビームスプリッタＣＳ、光路合成プリズムＤＰ、上記で説明した本発明に係る構造性複屈折四分の一波長板ＱＷＰ、各光ディスクの情報記録面からの反射光に対して非点収差を付加するためのセンサー光学系ＳＬ等から構成されている。
また、ＢＤの仕様は、保護基板ＰＬ１の厚さｔ＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ＝０．８５、使用波長が４００ｎｍ±２０ｎｍ（例えば、４０５ｎｍ）であり、ＤＶＤの仕様は、保護基板ＰＬ２の厚さｔ＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ＝０．６５、使用波長が６５０ｎｍ±２０ｎｍ（例えば、６５０ｎｍ）であり、ＣＤの仕様は、保護基板ＰＬ３の厚さｔ＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ＝０．５１、使用波長が７９０ｎｍ±３０ｎｍ（例えば、７８０ｎｍ）である。但し、波長、保護基板の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
図４に示す、３つのレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３のうち、赤色レーザ光源ＬＤ２と赤外レーザ光源ＬＤ３とは近接して共通のパッケージ内に収められている。なお、３つのレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３は、２つ以上が同時に発光することがないよう制御される。
ＢＤ用の光源である、青紫色レーザ光源ＬＤ１から楕円状の光強度分布で発散するように出射した光ビームＬ１は、ビーム整形素子ＢＬで記録／再生のための特性上好ましい光強度分布に整形される。
ビーム整形素子ＢＬで整形された光ビームＬ１は、ＤＰＰ法若しくは３ビーム法によるトラッキングを行うために回折格子ＧＲに入射して、光ディスクＤＫに対する記録／再生を行うためのメインビーム（０次光）と、トラッキングエラーを検出するための２つのサブビーム（±１次光、図４中では省略する）と、に分割される。そして回折格子ＧＲから出射した光ビーム（メインビーム）Ｌ１は、光路合成プリズムＤＰに入射する。
一方、ＤＶＤ用の光源である赤色レーザ光源ＬＤ２或いはＤＶＤ用の光源である赤外レーザ光源ＬＤ３から楕円状の光強度分布で発散するように出射するそれぞれの光ビームＬ２、Ｌ３は、ＤＰＰ法若しくは３ビーム法によるトラッキングを行うために回折格子ＧＴに入射して、光ディスクＤＫに対する記録／再生を行うためのメインビーム（０次光）と、トラッキングエラーを検出するための２つのサブビーム（±１次光、図４中では省略する）と、に分割される。そして、回折格子ＧＴから出射した光ビーム（メインビーム）Ｌ２、Ｌ３はカップリングレンズＣＰに入射する。光ビーム（メインビーム）Ｌ２、Ｌ３はカップリングレンズＣＰで、発散角が変換された後、光路合成プリズムＤＰに入射する。なお、光ビームＬ１と光ビームＬ２，Ｌ３の偏光方向が直交している場合には、いずれかの光路に二分の一波長板が配置される。
光路合成プリズムＤＰは、多層光学薄膜から成るダイクロイック膜ＤＣを介して２つのガラスプリズムが貼り合わされた構成になっている。ダイクロイック膜ＤＣは、波長４０５ｎｍ帯の光ビームＬ１を反射させ、波長６５０ｎｍ帯の光ビームＬ２と波長７８０ｎｍ帯の光ビームＬ３を透過させる波長選択性を有している。したがって３本の光ビームＬ１〜Ｌ３は、光路合成プリズムＤＰでの光路合成により、共通経路で偏光ビームスプリッタＣＳに入射することになる。
光路合成プリズムＤＰに設けられているダイクロイック膜ＤＣは、波長４０５ｎｍ帯のレーザビームＬ１を透過させ、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームＬ２と波長７８０ｎｍ帯のレーザビームＬ３を反射させる波長選択性を有するものでもよい。その場合、青色レーザ光源ＬＤ１側の光路と赤色，赤外レーザ光源ＬＤ２，ＬＤ３の光路とを入れ替えればよい。
なお、光路合成プリズムＤＰから偏光ビームスプリッタＣＳに入射する３本の光ビームＬ１〜Ｌ３は、Ｐ偏光となされているものとする。
なお、光路合成プリズムＤＰから偏光ビームスプリッタＣＳに入射する３本の光ビームＬ１〜Ｌ３は、Ｐ偏光となされているものとする。
偏光ビームスプリッタＣＳは、基板となる２つの透明な三角プリズム間に多層光学薄膜から成る偏光分離膜ＰＣを有する光路分岐手段である。偏光分離膜ＰＣは、入射光束のＰ偏光成分をほとんど透過させ、かつ、Ｓ偏光成分をほとんど反射させる偏光分離特性を有するものであり、このときの偏光分離膜ＰＣに対する光ビームＬ１〜Ｌ３の偏光方向はＰ偏光である。したがって光ビームＬ１〜Ｌ３は、偏光分離膜ＰＣに対し大部分が透過し、これにより各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３から光ディスクＤＫへの光路が形成される。
偏光ビームスプリッタＣＳを透過した光ビームＬ１〜Ｌ３は、コリメータ光学系ＣＬに入射する。コリメータ光学系ＣＬは、入射してきた光ビームＬ１〜Ｌ３を略平行ビームに変換する。このコリメータ光学系ＣＬは、空気間隔を挟んで凸レンズと凹レンズとの２群２枚構成になっており、その空気間隔は１次元アクチュエータ（不図示）により可変になっている。空気間隔を変化させることにより、出射する光ビームＬ１〜Ｌ３の発散角度を変えて、光ディスクＤＫの基板厚誤差により発生する波面収差を調整することができる。コリメータ光学系ＣＬで略平行ビームに変換された光ビームＬ１〜Ｌ３は、前述の（図１の１０又は、図３の１０’に相当する）構造性複屈折四分の一波長板ＱＷＰで円偏光に変換され、開口絞りＡＰを通過した後、上記３波長について良好な結像性能を有する波長互換タイプの対物光学系ＯＬに入射して、光ディスクＤＫの情報記録面ＳＫ上で光スポットとして結像する。
対物光学系ＯＬは、２次元アクチュエータ（不図示）により各光ディスクに対して、フォーカシング及び、トラッキングのための移動が可能となされている。また、対物光学系ＯＬは、図４では単レンズで示したが、これに限るものでなく、例えば、２枚以上の光学素子を組み合わせてもよい。また、対象光ディスクごとに、複数のレンズを用意し機械的に切り替えて使用する、いわゆる複数レンズ方式でもよい。
対物光学系ＯＬは、２次元アクチュエータ（不図示）により各光ディスクに対して、フォーカシング及び、トラッキングのための移動が可能となされている。また、対物光学系ＯＬは、図４では単レンズで示したが、これに限るものでなく、例えば、２枚以上の光学素子を組み合わせてもよい。また、対象光ディスクごとに、複数のレンズを用意し機械的に切り替えて使用する、いわゆる複数レンズ方式でもよい。
情報記録面ＳＫ上で結像した光ビームＬ１〜Ｌ３は、情報記録面ＳＫで反射されて戻りの反射光となり、対物レンズＯＬ，開口絞りＡＰ，構造性複屈折四分の一波長板ＱＷＰ，コリメータ光学系ＣＬを順に通過して、偏光ビームスプリッタＣＳに戻る。光ビームＬ１〜Ｌ３は、偏光ビームスプリッタＣＳに戻ってくる途中、構造性複屈折四分の一波長板ＱＷＰを通過するため、偏光分離膜ＰＣへはＳ偏光として入射することになる。このＳ偏光成分の反射により光ディスクＤＫから受光素子ＰＤへの光路が形成される。したがって、偏光ビームスプリッタＣＳで反射した光ビームＬ１〜Ｌ３は、シリンドリカルレンズ等で構成されたセンサー光学系ＳＬと光学フィルターＣＦを通過した後、信号系の受光素子ＰＤ上に集光される。そして、光ビームＬ１〜Ｌ３に含まれている光情報が受光素子ＰＤで検出される。
偏光ビームスプリッタＣＳと受光素子ＰＤとの間に配置されている光学フィルターＣＦは、波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯及び波長７８０ｎｍ帯の透過光量を調整するフィルターであり、波長６５０ｎｍ帯及び波長７８０ｎｍ帯の透過光量を波長４０５ｎｍ帯の透過光量に近づけるように、各光ビームＬ１〜Ｌ３の透過光量を波長選択的に変化させるものである。その透過光量の調整により、すべての光ビームＬ１〜Ｌ３の光量を受光素子ＰＤのダイナミックレンジ内に収めている。
このように、３波長互換の光ピックアップ装置に、使用波長が大きく異なる波長であっても広い波長帯域で一様な位相差特性を発現し各々の波長における透過率が高い上記の構造性複屈折四分の一波長板を適用することにより、光の損失の少ない光利用効率の高い光ピックアップ装置を得ることができる。
なお、図４を用いて本実施の形態に係る構造性複屈折四分の一波長板を適用した３波長に対し互換性を有する光ピックアップ装置の一例を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものでない。例えば、波長選択性を有する２つの光路合成プリズムとそれぞれの波長に対応した３つのレーザ光源を配置し、それぞれの偏光状態が偏光ビームスプリッタに入射する際には揃えられたものであればよいし、光ビームを合成する光学部材の配置についても種々の変形が可能であるのは勿論である。また、例えば、青紫色レーザ光源と、赤外レーザ光源の組み合わせ、青紫色レーザ光源と、赤色レーザ光源の組み合わせ等の２波長に対し互換性を有する光ピックアップ装置であってもよいのは勿論である。
Claims (13)
- 複数の異なる波長の光を透過させる四分の一波長板であって、
前記複数の異なる光の波長は、各々３８０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲内であり、
該複数の異なる波長の中で最も短い波長をλminとしたとき、構造周期Ｐが３１０ｎｍ≦Ｐ＜λminの凹凸周期構造を基材の片面に有し、
前記波長λminにおける前記凹凸周期構造の凸部の屈折率ｎ min が１．５＜ｎmin＜１．６を満足し、前記波長λminにおける光透過率が８５％以上であって、かつ前記凹凸周期構造が次式（１）を満足するように構成されたことを特徴とする四分の一波長板。
Ｈ＝３．５×ｆ−５．６５×ｎmin＋８．５５＋α （１）
（−０．３５≦α≦＋０．３５）
但し、
Ｐ：凹凸周期構造の構造周期
Ｈ：凸部構造高さ［μｍ］
Ｌ：凸部構造幅
ｆ：フィリングファクタ（＝Ｌ／Ｐ） - 前記フィリングファクタ（ｆ）が０．６以上０．７５以下であることを特徴とする請求項１に記載の四分の一波長板。
- 前記凹凸周期構造の凸部が樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の四分の一波長板。
- 前記凹凸周期構造の凹部が空気であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の四分の一波長板。
- 前記凹凸周期構造の上部に前記凹凸周期構造の凸部とは屈折率の異なる覆い部材を有することを特徴とする請求項１乃至４に記載の四分の一波長板。
- 前記基材の裏面に反射防止のための凹凸構造またはコーティング層を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の四分の一波長板。
- 複数の異なる波長の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体の記録面で反射した光を受光する受光素子と、前記対物レンズと前記受光素子との間に配置された四分の一波長板と、を有する光ピックアップ装置であって、
前記複数の異なる光の波長は、各々３８０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲内であり、
前記四分の一波長板は、前記複数の異なる波長の光の中で最も短い波長をλminとしたとき、構造周期Ｐが３１０ｎｍ≦Ｐ＜λminの凹凸周期構造を基材の片面に有し、前記波長λminにおける前記凹凸周期構造の凸部の屈折率ｎ min が１．５＜ｎmin＜１．６を満足し、
前記波長λminにおける光透過率が８５％以上であって、かつ前記凹凸周期構造が次式（１）を満足するように構成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
Ｈ＝３．５×ｆ−５．６５×ｎmin＋８．５５＋α （１）
（−０．３５≦α≦＋０．３５）
但し、
Ｐ：凹凸周期構造の構造周期
Ｈ：凸部構造高さ［μｍ］
Ｌ：凸部構造幅
ｆ：フィリングファクタ（＝Ｌ／Ｐ） - 前記複数の異なる光の波長は各々、４００ｎｍ±２０ｎｍ、６５０ｎｍ±２０ｎｍ、７９０ｎｍ±３０ｎｍであることを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
- 前記フィリングファクタ（ｆ）が０．６以上０．７５以下であることを特徴とする請求の範囲項７または８に記載の光ピックアップ装置。
- 前記凹凸周期構造の凸部が樹脂であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記凹凸周期構造の凹部が空気であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記凹凸周期構造の上部に前記凹凸周期構造の凸部とは屈折率の異なる覆い部材を有することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記基材の裏面に反射防止のための凹凸構造またはコーティング層を有することを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
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