JPWO2008069031A1 - 光学素子および光ピックアップ装置 - Google Patents

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Abstract

対物レンズ（ＯＬ）には複屈折が生じ、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。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）を有する。

Description

本発明は、レンズ表面にコーティングを施した光学素子に関するものである。また、その光学素子を搭載する光ピックアップ装置に関するものである。
従来から光ピックアップ装置には、レーザダイオードからの光を集光させて光ディスクに導く対物レンズ（光学素子）が搭載されている。そして、かかるような対物レンズは、プラスチック材料やガラス材料等で成形されている。
成形された対物レンズは、様々な要因、例えばレンズ面の公差やレンズ内の屈折率分布の不均一化に起因して、出射光に諸収差（波面収差）を生じさせる。そして、この諸収差は、光ディスクに集光するスポット径の形状を、所望形状に対して異ならせる。そのため、このように変形したスポット径と所望形状のスポット径との間に形状誤差が生じてしまい、光ディスクに安定してデータを記録できない現象や、光ディスクから読み取られるデータを正確に再生できない現象等が起きる。なお、高精度を要求される青色レーザ（波長４０５ｎｍ近傍）に対応する対物レンズは、例えば波面収差を１０ｍλｒｍｓ以下にすることが要求されている。
レンズ内の屈折率分布を不均一にする原因の一つにガラス成形が挙げられる。ガラス成形によって対物レンズＯＬが作製される場合、図４に示すように、溶融されたガラス母材ＧＭが所定の曲面を有する金型ＭＭ（ＭＭ１・ＭＭ２）に押圧成形される。そのために、対物レンズＯＬの外縁に、比較的に大きな圧力がかかり、その圧力に起因して、対物レンズＯＬの内部に応力歪みが生じ、その結果、複屈折が発生する（なお、図４の矢印の個数が圧力分布を示す）。このような複屈折は、レンズの中心部と外縁部との肉厚差の大きな、開口数の大きいレンズ（例えば開口数０．６以上）ほど発生しやすい。
以上のような現象を防止する一方策として、例えば特許文献１に開示される方法がある。この方法によると、まず、内部の屈折率分布が均一であることを前提とし、光学素子の初期設計値が求められる。次に、この初期設定値に基づいて光学素子が成形され、その成形品（イニシャル品）の屈折率分布が実測される。
続いて、実測の屈折率分布（すなわち不均一な屈折率分布データ）に起因する諸収差がシミュレーションにより求められる。そして、このシミュレーションでの収差を補正できる非球面形状データが求められ、かかる非球面形状データに合致するように金型が補正加工される。すると、補正加工後の金型を使用して成形を行うことにより、光学素子の収差を低減することができる。
特開２００５−２８３７８３号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている光学素子は、極めて難しくかつ煩わしい金型の補正加工を要する。その上、かかる光学素子は、煩わしい不均一な屈折率分布データの測定までも要する。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものである。そして、その目的は、簡易に、出射光の諸収差（例えば、波面収差の非点収差成分）を抑制できる光学素子を提供すること、および、この光学素子を搭載した光ピックアップを提供することにある。
本発明は、レンズ表面に光学多層膜を有する光学素子である。そして、かかる光学素子では、レンズは複屈折を有し、そのレンズによる波面収差の非点収差成分は１０ｍλｒｍｓ以上であり、光学多層膜が、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差を発生させ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５ｍλｒｍｓ以下に低減させる。
なお、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と望ましい。
また、光学多層膜に入射する波長４０５ｎｍの光の入射角をδ［°］、光学多層膜を透過する光の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と望ましい。
なお、単調変化の一例としては、線形変化が挙げられる。
また、光学多層膜は反射防止膜であり、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。
また、光学多層膜は反射防止膜であり、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。
また、光学多層膜は反射防止膜であり、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。
また、光学多層膜は反射防止膜であり、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。
また、レンズが成形により形成されていると望ましい。
また、レンズの開口数が０．６以上であると望ましい。
また、複屈折が、レンズのレンズ軸中心を基準に放射状に生じており、複屈折の量が、レンズ軸中心からレンズの外縁にむかうにつれて増加していると望ましい。
また、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と望ましい。
なお、以上の光学素子を備える光ピックアップ装置も本発明といえる。
また、レンズ表面に光学多層膜を有する光学素子であって、レンズは複屈折を有し、光学多層膜が、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差を発生させ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半分以下に低減させる光学素子も本発明といえる。
なお、かかる光学素子では、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以下に低減させると望ましい。
本発明によれば、光学素子に成膜されている光学多層膜によって、簡易に、出射光の諸収差（例えば、波面収差の非点収差成分）を抑制できる。
後述の図２での対物レンズの拡大図である。 光ピックアップ装置の構成図である。 複屈折を確認する確認装置の斜視図である。 確認装置によってみえるレンズ面の平面図である。 対物レンズを回転させた場合でのレンズ面の平面図である。 確認装置内の偏光板を回転させた場合でのレンズ面の平面図である。 対物レンズの成形金型と、ガラス母材とを示す構成図である。 実施例１の誘電体多層膜が有する反射特性を示す反射特性図である。 波長４０５ｎｍにおける、実施例１の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長６６０ｎｍにおける、実施例１の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長７８５ｎｍにおける、実施例１の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 実施例２の誘電体多層膜が有する反射特性を示す反射特性図である。 波長４０５ｎｍにおける、実施例２の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長６６０ｎｍにおける、実施例２の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長７８５ｎｍにおける、実施例２の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 実施例３の誘電体多層膜が有する反射特性を示す反射特性図である。 波長４０５ｎｍにおける、実施例３の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長６６０ｎｍにおける、実施例３の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長７８５ｎｍにおける、実施例３の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 実施例４の誘電体多層膜が有する反射特性を示す反射特性図である。 波長４０５ｎｍにおける、実施例４の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長６６０ｎｍにおける、実施例４の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長７８５ｎｍにおける、実施例４の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 実施例５の誘電体多層膜が有する反射特性を示す反射特性図である。 波長４０５ｎｍにおける、実施例５の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長６６０ｎｍにおける、実施例５の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長７８５ｎｍにおける、実施例５の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 実施例６の誘電体多層膜が有する反射特性を示す反射特性図である。 波長４０５ｎｍにおける、実施例６の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長６６０ｎｍにおける、実施例６の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長７８５ｎｍにおける、実施例６の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 比較例の誘電体多層膜が有する反射特性を示す反射特性図である。 波長４０５ｎｍにおける、比較例の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長６６０ｎｍにおける、比較例の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 波長７８５ｎｍにおける、比較例の誘電体多層膜が有する位相差特性を示す位相差特性図である。 トワイマングリーン干渉計の構成図である。
符号の説明
ＣＯＬ コーティング対物レンズ
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
［実施の形態１］
［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）。
まず、第１レーザユニット２１について説明する。かかる第１レーザユニット２１は、第１レーザダイオード（ＬＤ；Laser Diode）２２、第１偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarizing Beam Splitter）２３、第１コリメータレンズ２４、および第１フォトダイオード（ＰＤ；Photo Diode）２５を有している。
第１ＬＤ２２は、第１ＰＢＳ２３に向けて、波長４０５ｎｍのレーザ光（青色レーザ）を出射する。すなわち、第１ＬＤ２２は、次世代ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の１つであるブルーレイディスク（ＢＤ；Blu-ray Disc）に対応している。
第１ＰＢＳ２３は、第１ＬＤ２２から出射された直線偏光のレーザ光（例えばＰ偏光）を透過させ、第１コリメータレンズ２４に導く。一方で、第１ＰＢＳ２３は、第１コリメータレンズ２４を介して進行してくる信号光（例えばＳ偏光）を反射させて第１ＰＤ２５に導く。
第１コリメータレンズ２４は、第１ＰＢＳ２３を介して入射してくるレーザ光を平行光にして、ダイクロイックプリズム４１に導く。一方で、第１コリメータレンズ２４は、ダイクロイックプリズム４１を介して進行してくる信号光を第１ＰＢＳ２３に導く。
第１ＰＤ２５は、第１ＰＢＳ２３を介して入射してくる信号光を受光する。そして、かかる第１ＰＤ２５による受光によって、ブルーレイディスクへの記録再生時のサーボ信号（フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号）、情報信号、収差信号等が検出される。
次に、第２レーザユニット３１について説明する。かかる第２レーザユニット３１は、第２ＬＤ３２、第２ＰＢＳ３３、第２コリメータレンズ３４、および第２ＰＤ３５を有している。
第２ＬＤ３２は、第２ＰＢＳ３３に向けて、波長６６０ｎｍのレーザ光と、波長７８５ｎｍのレーザ光とを出射する。すなわち、第２ＬＤ３２は、２波長のレーザ光を出射する光源であり、ＤＶＤとＣＤ（Compact Disc）とに対応している。
第２ＰＢＳ３３は、第２ＬＤ３２から出射された直線偏光のレーザ光（例えばＰ偏光）を透過させ、第２コリメータレンズ３４に導く。一方で、第２ＰＢＳ３３は、第２コリメータレンズ３４を介して進行してくる信号光（例えばＳ偏光）を反射させて第２ＰＤ３５に導く。
第２コリメータレンズ３４は、第２ＰＢＳ３３を介して入射してくるレーザ光を平行光にして、ダイクロイックプリズム４１に導く。一方で、第２コリメータレンズ３４は、ダイクロイックプリズム４１を介して進行してくる信号光を第２ＰＢＳ３３に導く。
第２ＰＤ３５は、第２ＰＢＳ３３を介して入射してくる信号光を受光する。そして、かかる第１ＰＤ２５による受光によって、ＤＶＤまたはＣＤへの記録再生時のサーボ信号（フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号）、情報信号、収差信号等が検出される。
次に、ダイクロイックプリズム４１について説明する。かかるダイクロイックプリズム４１は、第１レーザユニット２１から供給されるレーザ光を反射させて立ち上げミラー４２に導くとともに、第２レーザユニット３１から供給されるレーザ光を透過させて立ち上げミラー４２に導く。つまり、ダイクロイックプリズム４１は、異なる方向から入射する各レーザ光の進行方向を同一方向にして出射する光路変換素子である。
一方で、ダイクロイックプリズム４１は、立ち上げミラー４２を介して進行してくる信号光を第１レーザユニット２１または第２レーザユニット３１に導く。具体的には、第１ＬＤ２２から出射されたレーザ光の信号光は、ダイクロイックプリズム４１に入射した後に反射され、第１レーザユニット２１の第１コリメータレンズ２４に導かれる。また、第２ＬＤ３２から出射されたレーザ光の信号光は、ダイクロイックプリズム４１に入射した後に透過され、第２レーザユニット３１の第２コリメータレンズ３４に導かれる。
次に、立ち上げミラー４２について説明する。立ち上げミラー４２は、ダイクロイックプリズム４１から出射され光ディスク４４に向かうレーザ光の光路を折り曲げ、コーティング対物レンズＣＯＬに導く。そのために、かかる立ち上げミラー４２は、第１ＬＤ２２・第２ＬＤ３２と光ディスク４４との間、より詳細にはダイクロイックプリズム４１とコーティング対物レンズＣＯＬとの間の光路中に配置されている。
一方で、立ち上げミラー４２は、コーティング対物レンズＣＯＬを介して進行してくる信号光の光路を折り曲げ、ダイクロイックプリズム４１に導く。
次に、１／４波長板４３について説明する。１／４波長板４３は、立ち上げミラー４２にて反射された直線偏光（例えばＰ偏光）を円偏光に変換する。一方で、１／４波長板４３は、光ディスク４４からの信号光（円偏光）を直線偏光（例えばＳ偏光）に変換する。
次に、コーティング対物レンズＣＯＬ（光学素子）について説明する。コーティング対物レンズＣＯＬは、立ち上げミラー４２にて反射され、１／４波長板４３を介して得られる光（照射光）を光ディスク４４上に集光させる。一方で、コーティング対物レンズＣＯＬは、光ディスク４４から反射してくる光（信号光）を１／４波長板４３に導く。なお、かかるコーティング対物レンズＣＯＬには、反射防止膜｛ＡＲ(Anti Reflection)膜｝である誘電多層膜ＭＬＲが設けられている（詳細については後述）。
また、コーティング対物レンズＣＯＬにおける対物レンズＯＬの材料は、特に限定されない。ただし、紫外光に対する耐候性の高いガラスが望ましいといえる。例えば、以下のようなガラス成形レンズが一例として挙げられる。
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。
ところで、ガラス成形により形成された対物レンズＯＬにはレンズ軸を中心とした放射状の複屈折が生じており、その複屈折量が対物レンズＯＬの外縁に近づくほど増加している。そして、対物レンズＯＬの持つ複屈折はレンズ軸から放射状に分布、すなわち軸対称に分布しているので、複屈折の光学軸（進相軸あるいは遅相軸）はレンズの半径方向と円周方向とに存在するといえる。その結果、対物レンズＯＬの外縁に入射する光（マージナルレイ）は、複屈折の影響を多大にうけ波面収差が発生する。
一方、図１（図２でのコーティング対物レンズＣＯＬの拡大図）に示すように、コーティング対物レンズＣＯＬは、反射防止処理（ＡＲ処理）のために複数の誘電体膜Ｌｉを含んでいる。すると、図１に示すように、例えば平行光が誘電体膜Ｌｉに入射した場合、コーティング対物レンズＣＯＬの外縁に近づくにつれて入射角δは徐々に大きくなる（なお、図１での点線は、誘電体膜Ｌｉにおける入射点での法線を示す）。
一般的に、入射角δが変化することで、誘電体膜Ｌｉにて進行する光のＰ偏光（入射面に対して平行に振動する偏光）とＳ偏光（入射面に対して垂直に振動する偏光）との間の位相差が変化する。
すると、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差｛詳説すると、複数の誘電体膜Ｌｉ（誘電体多層膜ＭＬＲ）を通過する透過光の位相差；透過位相差Ｄ｝と、複屈折によるＰ偏光とＳ偏光との位相差（複屈折位相差）とが、相反する極性を有することが望ましい。このようになっていると、誘電体膜Ｌｉによる透過位相差Ｄによって、複屈折位相差が打ち消されるためである。そして、かかるように複屈折位相差が打ち消されることに起因して、波面収差における非点収差の成分が減少する。その結果、レンズが発生する波面収差の非点収差成分を半分以下、さらには１/５以下に容易に低減させることが可能となる。
また、誘電体膜Ｌｉによる透過位相差Ｄは、レンズ中心から外縁部にむかうにつれ実質的に単調増加することが望ましい。対物レンズＯＬの複屈折は外縁部に向かうにつれ大きくなるため、透過位相差Ｄにより打ち消すことができるためである。なお、実質的に単調増加するとは、透過位相差Ｄが外縁部に向かうにつれ全体として大きくなっていることであり、最外縁部近傍でわずかに透過位相差Ｄが減少したとしても実質的に単調増加しているといえる。
上記のように、誘電体膜Ｌｉの透過位相差Ｄによって対物レンズＯＬの複屈折を補償することにより、光ピックアップとしての動作安定性も向上させることもできる。また、対物レンズＯＬが複屈折を持っていると射出光の偏光状態を変えることになる。すなわち、信号光が第１ＰＢＳ２３および第２ＰＢＳ３３に向かう際にＳ偏光以外の成分を含み、その結果、ＰＢＳ２３、３３を透過しＬＤに達する、いわゆる戻り光が生ずる。戻り光はＬＤの発振を不安定にするため極力なくさねばならない。誘電体膜Ｌｉの透過位相差Ｄによって対物レンズＯＬの複屈折を打ち消すことにより、この戻り光による影響をきわめて少なくすることができる。
［２．反射防止膜の詳細について］
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。
そして、誘電体多層膜ＭＬＲにおける反射率は、“各誘電体膜Ｌｉの膜厚”、“各誘電体膜Ｌｉの屈折率”を下記のフレネルの式に各境界面（“誘電体膜Ｌｉの膜数（層数）”）で適用することで求められる。
Ｒ＝［（ｎ2−ｎ1）／（ｎ2＋ｎ1）］2 … フレネルの式
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。
ただし、後に示す実施例１〜６の誘電体多層膜ＭＬＲは、反射防止のためだけでなく、透過位相差Ｄ（Ｐ偏光とＳ偏光との位相差）を発生させるように設計されている。なお、透過位相差Ｄの調整原理は、以下のとおりである。
通常、光が屈折率の異なる媒質を通過する場合（屈折率ｎH＞屈折率ｎL）、屈折率ｎHの媒質を通過する光の位相θH（Ｐ偏光の位相θHP・Ｓ偏光の位相θHS）は、屈折率ｎLの媒質を通過する光の位相θL（Ｐ偏光の位相θLP・Ｓ偏光の位相θLS）に対して遅れる。そのため、かかる遅れに起因し、屈折率ｎHの媒質を通過する場合に生じるＰ偏光とＳ偏光との位相差（位相θHP−位相θHP）と、屈折率ｎLの媒質を通過する場合に生じるＰ偏光とＳ偏光との位相差（位相θLP−位相θLP）とが異なってくる。すると、媒質間の屈折率の差（屈折率差）および媒質中の距離（膜厚）をパラメータとして、透過位相差Ｄが適切に設定できる。
そこで、透過位相差Ｄを考慮した６種類（実施例１〜６）の誘電体多層膜ＭＬＲのコンストラクションデータを表１〜６に示す。また、透過位相差Ｄを考慮しない１種類の誘電体多層膜ＭＬＲのコンストラクションデータを比較例として表７に示す。ただし、実施例１〜６のコンストラクションデータは、反射防止特性と所望の位相差を目標値として、市販の膜構成設計ソフトから導きだされた値である。また、比較例のコンストラクションデータは従来一般的に使用されている反射防止膜の値である。なお、屈折率（ｎｄ）はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対応しており、ｄ線に対応するガラスのアッベ数（υｄ）は５
６．８８になっている。
また、誘電体膜Ｌｉの材質は、単一化合物の場合では化合式で示し、混合物の場合では製品名で示している（下記参照）。
・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
なお、材質の屈折率に応じて、誘電体膜（層）Ｌｉは以下のように定義される。
・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
また、実施例１〜６および比較例に対応する反射特性図（波長［ｎｍ］と反射率［％］との関係を示す関係図）および、位相差特性図（誘電体多層膜ＭＬＲに対する入射角［°］と位相差［°］との関係図；ただし、位相差は透過位相差Ｄ）は、図５〜図３２に示される。そこで、実施例・比較例と図との対応を表８に記す。
なお、位相差特性図の縦軸は、Ｐ偏光の位相からＳ偏光の位相を差し引いて求められる差分を示している。そして、位相差特性図の縦軸の“＋”は、Ｐ偏光の位相に対してＳ偏光の位相が遅れていることを示す一方、縦軸の“−”は、Ｐ偏光の位相に対してＳ偏光の位相が進んでいることを示す。そして、複屈折位相差を相殺する透過位相差Ｄは、図中の“＋”で示される値とする。
［実施例１］
Figure 2008069031
［実施例２］
Figure 2008069031
［実施例３］
Figure 2008069031
［実施例４］
Figure 2008069031
［実施例５］
Figure 2008069031
［実施例６］
Figure 2008069031
［比較例］
Figure 2008069031
［実施例・比較例と図との対応関係］
Figure 2008069031
［２−１．コンストラクションデータについて］
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。
また、実施例１〜６の誘電体多層膜ＭＬＲは、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。なお、１層の低屈折率層Ｌと１層の高屈折率層Ｈとが密着して成る複層を１つの組と解釈すると、実施例１〜６に対する各組数は、それぞれ５組、４組、３組、３組、２組、２組である。
また、実施例１〜６での高屈折率層Ｈの屈折率ＮHと低屈折率層Ｌの屈折率ＮLとの屈折率差（ＮH−ＮL）の関係は、それぞれ０．７３、１．０４、０．７３、０．７３、０．７３、０．７３である。
なお、比較例のコンストラクションデータからは、以下のことがいえる。比較例の誘電体多層膜ＭＬＲは、実施例１〜６と同様に、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。しかし、誘電体多層膜ＭＬＲに含まれる合計の層数は３層である。
また、比較例の誘電体多層膜ＭＬＲは、実施例１〜６と同様に、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。しかし、組数は１組である。
また、比較例では、高屈折率層Ｈの屈折率ＮHと低屈折率層Ｌの屈折率ＮLとの屈折率差は、１．０４である。
［２−２．反射特性図および位相差特性図について］
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。
また、実施例１〜６では、入射角δ［°］が特定された場合、透過位相差Ｄ［°］がある範囲内に特定される。例えば、使用波長４０５ｎｍの場合、以下のようになる。
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）
さらに、使用波長４０５ｎｍの場合、３０°≦δ≦６０°の範囲での入射角δの増加につれて、透過位相差Ｄが単調に増加している。これは、位相差特性図中のグラフラインから明らかである。なお、単調変化とは単調増加または単調減少のいずれか一方の現象を意味し、単調変化の一例としては線形変化が挙げられる。
また、位相差特性図の横軸に示される入射角δは、コーティング対物レンズＣＯＬの半径方向に関係している。それは、誘電体多層膜ＭＬＲが対物レンズＯＬに設けられている場合を示す図１から明らかである。
すると、対物レンズＯＬがレンズ軸を中心とした放射状の複屈折を持ち、その複屈折量が対物レンズＯＬの外縁に近づくほど増加している場合、かかる対物レンズＯＬに実施例１〜６の誘電体多層膜ＭＬＲが成膜されていると望ましい。なぜなら、対物レンズＯＬに成膜された誘電体多層膜ＭＬＲでは（すなわちコーティング対物レンズＣＯＬでは）、対物レンズＯＬの複屈折に対応するように、透過位相差Ｄがレンズ軸を中心として放射状に生じ、その位相差量が対物レンズＯＬの外縁に近づくほど増加しているためである。
つまり、誘電体多層膜ＭＬＲに起因する透過位相差Ｄが、対物レンズＯＬに起因する複屈折位相差に対応する。したがって、実施例１〜６の誘電体多層膜ＭＬＲが成膜されているコーティング対物レンズＣＯＬにおいて、波長４０５ｎｍの光がコーティング対物レンズＣＯＬに入射した場合、誘電体多層膜ＭＬＲに起因する透過位相差Ｄが、対物レンズＯＬに起因する複屈折位相差を十分に打ち消すことができる。その結果、波面収差における非点収差の成分が減少することになる。
なお、複屈折位相差は使用波長に反比例する。すると、実施例１〜６の位相差特性図では、使用波長６６０、７８５ｎｍの場合での透過位相差Ｄの値が、使用波長４０５ｎｍの場合での透過位相差Ｄの値に比べて小さかったとしても問題は生じない。なぜなら、使用波長に反比例して比較的小さくしか生じない複屈折位相差は、使用波長６６０、７８５ｎｍの場合での比較的小さな透過位相差Ｄでも十分に打ち消すことができるためである。したがって、使用波長４０５ｎｍの場合で、透過位相差Ｄと複屈折位相差とが相殺するようになっていれば、使用波長６６０、７８５ｎｍの場合であっても、透過位相差Ｄと複屈折位相差とが相殺する。
また、使用波長６６０ｎｍのＤＶＤ、７８５ｎｍのＣＤの場合、対応するレンズの開口数は、それぞれ０．６５、０．５である。つまり、コーティング対物レンズＣＯＬに入射する光束径は、波長４０５ｎｍの光が入射する場合と比較して小さい。波長６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光は、レンズの外縁部には入射しないので、複屈折の影響は小さく、大きな位相差を発生させなくても問題はない。
なお、比較例の反射特性図・位相差特性図から、以下のことがいえる。比較例では、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの波長（４０５、６６０、７８５ｎｍ）に対応する反射率が、５．５％未満になる。したがって、比較例の誘電体多層膜ＭＬＲが対物レンズＯＬに成膜された場合と、実施例１〜６の誘電体多層膜ＭＬＲが対物レンズＯＬに成膜された場合とが比較されると、実施例１〜６に対応するコーティング対物レンズＣＯＬのほうが、比較例に対応するコーティング対物レンズＣＯＬよりも、反射光を効果的に抑制できることがわかる。
また、比較例の誘電体多層膜ＭＬＲは透過位相差Ｄが考慮されていない。そのため、全ての使用波長において、“＋”の透過位相差Ｄが発生しにくく、むしろ、“−”の透過位相差Ｄが発生しやすくなっている。
［３．測定について］
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。
波面収差は、図３３に示すようなトワイマングリーン干渉計にて測定される。トワイマングリーン干渉計は、直線偏光の光を放射するレーザ光源１４と、ビームスプリッタ１５と、球面原器１６と、平面原器１７と、干渉縞画像を取り込み波面収差の計算処理を行う画像処理装置１８とを含んでいる。光源からの光束はビームスプリッタ１５で分離され、一方は平面原器１７で反射され、他方は被検レンズ１９で集光された後、球面原器１６で反射される。平面原器１７で反射された参照光と、再び被検レンズ１９を透過した測定光とはビームスプリッタ１５で合成され干渉縞を生成する。干渉縞は画像処理装置１８に入力され、処理されて被検レンズ１９の波面収差が測定される。なお、被検レンズ１９に入射する光束の平行度（発散度）は、被検レンズ１９の実使用状態に応じて適宜調整される。
波面収差の非点収差成分の測定は以下のステップを踏む。最初のステップでは、球面原器１６の球心と被検レンズ１９（コーティング対物レンズＣＯＬ等）の焦点位置とが一致するように、被検レンズ１９が配置され、球面原器１６からの反射光および平面原器１７からの反射光による干渉縞から波面収差が側定される（１回目の測定；レンズ位置０°での測定）。続いて、被検レンズ１９が、１回目の測定位置から光軸周りに９０°回転され、その後、１回目の測定と同様に、波面収差が測定される（２回目の測定；レンズ位置９０°での測定）。
そして、以上のようにして得られた波面収差（レンズ位置０°・９０°での波面収差）を用いて、波面収差の非点収差成分が求められる。具体的には、まず、各波面収差がツェルニケ（Zernike）の多項式で展開され、かかる多項式でのＺ４項およびＺ５項の係数が求められる。その後、以下の式から、波面収差の非点収差成分［ｍλｒｍｓ］が求められる。
ＡＳ＝√[｛〔Z4(0゜)+Z4(90゜)〕／2√6｝2＋｛〔Z5(0゜)+Z5(90゜)〕／2√6｝2]
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。
以上のような方法に基づく測定では、反射防止膜を備えない２種類の対物レンズＯＬ（第１対物レンズＯＬ１・第２対物レンズＯＬ２）を用いたので、対物レンズＯＬの種類に場合分けして、以降に説明する。なお、第１対物レンズＯＬ１、第２対物レンズＯＬ２ともにガラス成形で作製されたものであり、いずれも開口数は０．８５である。
［３−１．第１対物レンズの波面収差の測定］
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。
次に、比較例の誘電体多層膜ＭＬＲを成膜した第１対物レンズＯＬ１の波面収差の非点収差成分を求めたところ、１８．８ｍλｒｍｓであった（約１ｍλｒｍｓの低減）。なお、比較例の誘電体多層膜ＭＬＲにおいて、ある入射角δでの透過位相差Ｄの値は下記のようになっている。
δ＝３０°のとき、Ｄ≦３°
δ＝６０°のとき、Ｄ≦３°
さらに、第１対物レンズＯＬ１に実施例１の誘電体多層膜ＭＬＲを成膜した第１コーティング対物レンズＣＯＬの波面収差の非点収差成分を求めたところ、１．７ｍλｒｍｓであった（約１８ｍλｒｍｓの低減）。なお、実施例１の誘電体多層膜ＭＬＲにおいて、ある入射角δでの透過位相差Ｄの値は下記のようになっている。
δ＝３０°のとき、Ｄ＝８°
δ＝６０°のとき、Ｄ＝１８°
以上の測定データから、比較例の誘電体多層膜ＭＬＲは第１対物レンズＯＬ１に起因する波面収差の非点収差成分を十分に低減できないものの、実施例１の誘電体多層膜ＭＬＲは第１対物レンズＯＬ１に起因する波面収差の非点収差成分を十分に低減できることがわかる。
［３−２．第２対物レンズの波面収差の測定］
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。
次に、第２対物レンズＯＬ２に実施例２の誘電体多層膜ＭＬＲを成膜した第２コーティング対物レンズＣＯＬの波面収差の非点収差成分を求めたところ、１．１ｍλｒｍｓであった（約１７ｍλｒｍｓの低減）。なお、実施例２の誘電体多層膜ＭＬＲにおいて、ある入射角δでの透過位相差Ｄの値は下記のようになっている。
δ＝３０°のとき、Ｄは４°
δ＝６０°のとき、Ｄは１２°
以上の実測データから、実施例２の誘電体多層膜ＭＬＲは第２対物レンズＯＬ２に起因する波面収差の非点収差成分を十分に低減できることがわかる。
［３−３．レンズの複屈折の確認］
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。
図３Ａに示すように、対物レンズＯＬを、透過軸ＰＡを有する偏光板１２と平面ミラー１３との間に配置し、干渉縞を観察した。偏光板１２を通過した光（透過軸ＰＡと同一方向に振動する光）は、対物レンズＯＬを透過した後に平面ミラー１３により反射され、再び対物レンズＯＬを透過し、偏光板１２に向かって進行する。つまり対物レンズＯＬは平行ニコル間に配置されていることと等価である。
図３Ｂは、偏光板１２を介して観察される対物レンズＯＬを示している。具体的には、透過軸ＰＡと同一方向（平行方向）および垂直方向では白く観察され、一方、透過軸ＰＡと４５°（１３５°）をなす方向では黒い干渉縞が確認された。
また、干渉縞の濃度は、対物レンズＯＬのレンズ軸中心から外縁に向かうにつれて濃くなっていた。
図３Ｃは、対物レンズＯＬを回転させた場合でのレンズ面を示している。対物レンズＯＬを回転させても干渉縞は回転しなかった。図３Ｄは、偏光板１２を回転させた場合でのレンズ面を示している。偏光板１２を回転させると、干渉縞は偏光板１２と同様に回転した。
以上の結果から、対物レンズＯＬは一軸結晶状の複屈折を有し、その光学軸は半径方向と円周方向であることが分かる。つまり、対物レンズＯＬは放射状の複屈折を有している。また、複屈折の大きさは対物レンズＯＬの外縁に向かうにつれ大きくなっていることが確認された。
［３−４．測定の検証］
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。
第１対物レンズＯＬ１の波面収差の非点収差成分は２０ｍλｒｍｓを越える値であり、実施例１の透過位相差Ｄは、入射角δが６０°のとき１８°である。実施例３および４の透過位相差Ｄは実施例１と同様であるので、第１対物レンズＯＬ１と同様の複屈折を相殺することができる。また、実施例５の透過位相差Ｄは実施例２と同様なので、第２対物レンズＯＬ２と同様の複屈折を相殺することができる。波面収差の非点収差成分の大きさは、複屈折の大きさと相関関係があるので、実施例６は第２対物レンズＯＬ２よりも小さな複屈折を持つ対物レンズに用いることで、効果的に波面収差の非点収差成分を低減することができる。逆に、第１対物レンズＯＬ１よりも大きな複屈折を持つ対物レンズに対しては、より大きな位相差を発生させる誘電体多層膜を用いればよい。
対物レンズＯＬの波面収差の非点収差成分が、２０ｍλｒｍｓ以上の場合には、比較的大きな位相差を発生させることが望ましい。大きな位相差を発生させるとともに反射防止を実現する誘電体多層膜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層以上で構成するとよい（実施例１〜３が対応）。あるいは、誘電体多層膜ＭＬＲ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み、高屈折率層Ｈの屈折率ＮHと低屈折率層Ｌの屈折率ＮLとの差が、０．５以上であるとよい（実施例１〜５が対応）。上記の条件より少ない層数でも反射防止は実現できるが、複屈折を補償することのできる位相差を発生させることが困難である。いずれの場合も誘電体多層膜ＭＬＲの層数は２０層以下であることがさらに望ましい。上限を超えると、製造時のばらつきによりリップルが発生し、反射防止特性を安定的に確保することが困難になる。
対物レンズＯＬの波面収差の非点収差成分が、１０ｍλｒｍｓ以上２０ｍλｒｍｓ未満の場合には、比較的小さな位相差を発生させることが望ましい。比較的小さな位相差を発生させるとともに反射防止を実現する誘電体多層膜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７層以上であるとよい（実施例１〜５が対応）。あるいは、誘電体多層膜ＭＬＲは、合計で５層以上の誘電体膜を含むとともに、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み、高屈折率層Ｈの屈折率ＮHと低屈折率層Ｌの屈折率ＮLとの差が、０．５以上であるとよい（実施例１〜６が対応）。上記の条件より少ない層数でも反射防止は実現できるが、複屈折を補償することのできる位相差を発生させることが困難である。いずれの場合も誘電体多層膜ＭＬＲの層数は２０層以下であることがさらに望ましい。上限を超えると、製造時のばらつきによりリップルが発生し、反射防止特性を安定的に確保することが困難になる。
［４．総括］
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。
なお、波面収差の非点収差成分を低減させる原理は、非点収差成分の発生原因の１つである複屈折位相差と、誘電体多層膜ＭＬＲにおける透過位相差Ｄとを相殺させることである。そのために、効果的に透過位相差Ｄを発生させられる誘電体多層膜ＭＬＲを有するコーティング対物レンズＣＯＬが望ましい。また、誘電体多層膜ＭＬＲが発生させる位相差はレンズ中心から外縁部にむかうにつれ実質的に単調増加していることが望ましい。
かかるようなコーティング対物レンズＣＯＬの一例としては以下のようなものが挙げられる。例えば、誘電体多層膜ＭＬＲに入射する波長４０５ｎｍの光の入射角をδ、誘電体多層膜ＭＬＲを透過する光のＰ偏光とＳ偏光との位相差（透過位相差）をＤ、とした場合でのδとＤとの関係で、
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）。
さらに、かかるようなコーティング対物レンズＣＯＬは、以下の条件を満たしていると効果的に波面収差の非点収差成分を低減できるとともに、反射防止を実現できる（実施例１〜３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。
また、別途に、以下の条件を満たしていても、コーティング対物レンズＣＯＬは、効果的に波面収差の非点収差成分を低減できるとともに、反射防止を実現できる（実施例１〜５が対応）。
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。
さらに、別途、以下の条件を満たしていても、コーティング対物レンズＣＯＬは、効果的に波面収差の非点収差成分を低減できるとともに、反射防止を実現できる（実施例１〜５が対応）。
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。
さらに、別途、以下の条件を満たしていても、コーティング対物レンズＣＯＬは、効果的に波面収差の非点収差成分を低減できるとともに、反射防止を実現できる（実施例１〜６が対応）。
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、ガラス成形で作製される対物レンズＯＬには、複屈折が発生しやすい。その上、開口数の値が大きいほど、例えば０．６以上であれば、特に複屈折が発生しやすい。また、かかるようにして発生した複屈折はレンズ軸を中心として放射状に生じ、その複屈折量は対物レンズＯＬの外縁に近づくほど増加する。
ただし、かかるような対物レンズＯＬに成膜される誘電体多層膜ＭＬＲも、対物レンズＯＬに起因する複屈折に対応するように、レンズ軸を中心とした放射状に透過位相差Ｄを生じさせ、その位相差量が対物レンズＯＬの外縁に近づくほど増加させる。したがって、このような対物レンズＯＬに誘電体多層膜ＭＬＲが設けられれば、かかる誘電体多層膜ＭＬＲは問題なく透過位相差Ｄで複屈折位相差を打ち消し、波面収差の非点収差成分を低減できる。
［その他の実施の形態］
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。
例えば、上記実施形態では、ガラス成形により作製された対物レンズの複屈折を誘電体多層膜により補償しているが、樹脂製のレンズであっても補償可能であり、レンズの材質には限定されない。また、光ピックアップ用の対物レンズに限らず、撮像レンズ系や投影レンズ系あるいは測定用に使用されるレンズであってもよく、使用用途には限定されない。いずれの光学系に使用されるレンズであっても、誘電体多層膜ＭＬＲで透過位相差を発生させることで、レンズの複屈折による性能低下を低減することができる。
また、上記実施形態では、Ｐ偏光の位相に対してＳ偏光の位相が遅れている場合に複屈折位相差を相殺できる例を示したが、これに限らずレンズの複屈折に応じて位相差を発生させればよい。複屈折の分布も軸対称でなくても構わない。要は、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差を用いることでレンズの持つ複屈折を低減させるものは本発明に含まれるものである。
また、例えば、コーティング対物レンズＣＯＬに含まれる光学多層膜としては、誘電体多層膜ＭＬＲを例に挙げて説明してきた。しかし、これに限定されるものではない。すなわち、誘電体材料以外の材料で光学薄膜、ひいては光学多層膜が形成されていてもよい。また、誘電体多層膜ＭＬＲも反射防止膜に限定されないし、対物レンズＯＬに対する誘電体多層膜ＭＬＲの成膜方法も限定されるものではない。
本発明は、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る。そして、かかる光学素子では、レンズはレンズ軸中心を基準に放射状の複屈折を有し、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１０ｍλｒｍ以上であり、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。
また、波長４０５ｎｍの光に対する、光学多層膜への光の入射角をδ［°］、光学多層膜を透過する光の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と望ましい。
なお、以上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も本発明といえる。
また、レンズ表面に光学多層膜を有する光学素子であって、レンズはレンズ軸中心を基準に放射状の複屈折を有し、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、光学素子に使用される所定の波長に対して、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所定の波長において半分以下に低減させる光学素子も本発明といえる。
通常、光が屈折率の異なる媒質を通過する場合（屈折率ｎH＞屈折率ｎL）、屈折率ｎHの媒質を通過する光の位相θH（Ｐ偏光の位相θHP・Ｓ偏光の位相θHS）は、屈折率ｎLの媒質を通過する光の位相θL（Ｐ偏光の位相θLP・Ｓ偏光の位相θLS）に対して遅れる。そのため、かかる遅れに起因し、屈折率ｎHの媒質を通過する場合に生じるＰ偏光とＳ偏光との位相差（位相θHP−位相θ HS ）と、屈折率ｎLの媒質を通過する場合に生じるＰ偏光とＳ偏光との位相差（位相θLP−位相θ LS ）とが異なってくる。すると、媒質間の屈折率の差（屈折率差）および媒質中の距離（膜厚）をパラメータとして、透過位相差Ｄが適切に設定できる。
また、レンズ表面に光学多層膜を有する光学素子であって、レンズはレンズ軸中心を基準に放射状の複屈折を有し、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、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も本発明といえる。

Claims (18)

  1. レンズ表面に光学多層膜を有する光学素子であって、
    上記レンズは複屈折を有し、そのレンズによる波面収差の非点収差成分は１０ｍλｒｍｓ以上であり、
    上記光学多層膜が、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差を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５ｍλｒｍｓ以下に低減させる光学素子。
  2. 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１に記載の光学素子。
  3. 上記光学多層膜に入射する波長４０５ｎｍの光の入射角を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２に記載の光学素子。
  4. 上記の単調変化は、線形変化である請求項３に記載の光学素子。
  5. 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１〜４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。
  6. 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１〜４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。
  7. 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１〜４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。
  8. 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１〜４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。
  9. 上記レンズが成形により形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学素子。
  10. 上記レンズの開口数が０．６以上である請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学素子。
  11. 上記複屈折が、上記レンズのレンズ軸中心を基準に放射状に生じており、上記複屈折の量が、レンズ軸中心からレンズの外縁にむかうにつれて増加している請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子。
  12. 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１〜４、９〜１１のいずれか１項に記載の光学素子。
  13. 請求項１〜１２のいずれか１項の光学素子を備える光ピックアップ装置。

  14. レンズ表面に光学多層膜を有する光学素子であって、
    上記レンズは複屈折を有し、
    上記光学多層膜が、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差を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半分以下に低減させる光学素子。
  15. 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１４に記載の光学素子。
  16. 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１４または１５に記載の光学素子。
  17. 上記複屈折が、上記レンズのレンズ軸中心を基準に放射状に生じており、上記複屈折の量が、レンズ軸中心からレンズの外縁にむかうにつれて増加している請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の光学素子。
  18. 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１４〜１７のいずれか１項に記載の光学素子。
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