(57)【要約】  【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
2006023621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】特開２００２−２２０２４１号公報
【特許文献２】実開昭６１−１５５８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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＝（ｔｎ１２＋（１−ｔ）ｎ２２）１／２                  （１）
ｎｖ＝１／（ｔ／ｎ１２＋（１−ｔ）／ｎ２２）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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
「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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【発明の効果】
【００２７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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）。
【００３１】
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）。
【００３２】
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。
【００３３】
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）。
【００３４】
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）。
【００３５】
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）。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】アスペクト比を説明するための図である。
【図２】本実施の形態にかかる成形方法を実施できる光学素子の成形工程を示す図である。
【図３】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４】本実施の形態にかかる光学素子の変形例を示す図である。
【図５】本実施の形態にかかる光学素子の変形例を示す図である。
【図６】本実施の形態にかかる光学素子の変形例を示す図である。
【図７】本実施の形態にかかる光学素子の変形例を示す図である。
【図８】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。
【図９】本実施の形態における構造性複屈折を利用した波長板の特性を示すグラフ（横軸：通過光束の波長、縦軸：付与する位相差）である。
【図１０】本実施の形態にかかる偏光ビームスプリッタの部分斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  下型
２  上型
２ａ  型円板
４  ヒータ
【図１】
2006023621.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006023621.tif 000007
【図６】
2006023621.tif 000008
【図７】
2006023621.tif 000009
【図８】
2006023621.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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