(57)【要約】【課題】入射面と反射膜面と出射面とを有する反射プリズムの反射膜によって生じる収差の抑制を図ることを目的とする。【解決手段】光が入射する入射面２と、反射膜Ｒが形成された反射膜面４と、入射面２から入射した光を反射膜面４に向けて反射させ且つ反射膜面４で反射した光を出射させる面である出射面３と、を有している。出射面３と反射膜面４とは光学的平面であり、出射面３の凹又は凸の傾向を、反射膜面４の凹又は凸の傾向と反対方向にした。これにより、反射膜Ｒの膜応力の作用により反射膜面４で生じた収差を抑制することができる。また、入射面２を、出射面３と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とすることにより、さらに収差の抑制を図ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射する入射面と、反射膜が形成された反射膜面と、前記入射面から入射した光を前記反射膜面に向けて反射させ且つ前記反射膜面で反射した光を出射させる面である出射面と、を有する反射プリズムであって、
前記出射面と前記反射膜面とは光学的平面であり、
前記出射面の凹又は凸の傾向を、前記反射膜面の凹又は凸の傾向と反対方向にした、ことを特徴とする反射プリズム。
【請求項２】
前記入射面を、前記出射面と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とした、ことを特徴とする請求項１記載の反射プリズム。
【請求項３】
前記反射膜面と前記入射面とのなす角度が鈍角である、ことを特徴とする請求項１記載の反射プリズム。
【請求項４】
請求項１乃至３何れか１項に記載の反射プリズムを有する光ピックアップ。
【請求項５】
光が入射する入射面と、反射膜が形成された反射膜面と、前記入射面から入射した光を前記反射膜面に向けて反射させ且つ前記反射膜面で反射した光を出射させる面である出射面と、を有する反射プリズムの製造方法であって、
透明部材の一面に前記反射膜を成膜して、凹又は凸の傾向を持つ光学的平面となるような前記反射膜面を形成した後に、
前記反射膜面が凹の傾向を持つ光学的平面のときには、凸の傾向を持つ光学的平面となるような出射面を形成し、前記反射膜面が凸の傾向を持つ光学的平面のときには、凹の傾向を持つ光学的平面となるような出射面を形成する、ことを特徴とする反射プリズムの製造方法。
【請求項６】
前記出射面と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面となるような入射面を形成する、ことを特徴とする請求項５記載の反射プリズムの製造方法。
【請求項７】
光が入射する入射面と、反射膜が形成された反射膜面と、前記入射面から入射した光を前記反射膜面に向けて反射させ且つ前記反射膜面で反射した光を出射させる面である出射面と、を有し、前記入射面と前記反射膜面とのなす角度が鈍角である三角柱状の反射プリズムを製造する反射プリズムの製造方法であって、
平板状の透明部材の一面に、凹又は凸の方向に作用する膜応力を有する前記反射膜を成膜する成膜工程と、
前記反射膜が成膜された透明部材を短冊状に切断して短冊部材を生成する切断工程と、
前記切断工程で切断された短冊部材の研磨を行って、この研磨を行った面と前記反射膜面とのなす角度が鋭角となるように研磨を行う第１の研磨工程と、
前記第１の研磨工程を経た短冊部材の研磨を行って、この研磨を行った面と前記反射膜面とのなす角度が鈍角となるように研磨を行う第２の研磨工程と、を有し、
前記第１の研磨工程では、研磨を行った面が、前記反射膜の膜応力とは反対方向の凹又は凸の傾向を持つような光学的平面となるように研磨した、ことを特徴とする反射プリズムの製造方法。
【請求項８】
前記第２の研磨工程では、研磨を行った面が、前記第１の研磨工程の凹又は凸の傾向と同じ傾向を持つ光学的平面となるように研磨する、ことを特徴とする請求項７記載の反射プリズムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路を変えるための反射プリズム、この反射プリズムを適用した光ピックアップ及び前記の反射プリズムを製造する反射プリズムの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップや液晶プロジェクタ等の光学システムは種々の光学部品から構成され、その構成部品の１つとして、光路を変えるための反射プリズムがある。反射プリズムとしては、一般的には、断面が直角二等辺三角形の三角プリズムが用いられ、三角プリズムの斜面を反射面として用いている。反射面には反射膜を形成しているものが多く、反射膜に入射した光を反射させている。
【０００３】
このとき、反射膜はプリズムの面に対して凹又は凸に反らせる膜応力を作用するため、反射面で反射した光には、非点収差やパワー（焦点がずれて、スポット像が劣化するような収差）が発生する。非点収差やパワー（これらの収差を、以下、単に収差という）は面の平面度に起因して発生するものである。反射膜は、膜の種類によっても変わるが、内部応力を有しており、この内部応力により反射膜面の平面度に影響を与えてしまう。よって、反射膜面において収差が不可避的に発生してしまう。
【０００４】
特に、近年の光学システムのコンパクト化の要請から、より薄型の反射プリズムが要求されるようになっている。薄型の反射プリズムとして、光が入射する入射面と、反射膜が成膜された反射膜面と、入射面から入射した光を反射膜面に向かって反射させ、反射膜面で反射した光を出射させる出射面と、を有して構成される反射プリズムがある。この反射プリズムは、入射面と反射膜面とのなす角度が鈍角となり、反射膜面と出射面とのなす角度及び入射面と出射面とのなす角度は鋭角となっている。反射膜面と出射面とのなす角度が鈍角であるため、反射プリズム全体として薄型の形状とすることができる。従って、この薄型の反射プリズムにおいても、反射膜面が形成されているため、反射膜の膜応力により、反射膜面で反射した光に収差が生じてしまう。
【０００５】
反射膜による膜応力の影響を改善している光学多層膜フィルタが特許文献１に開示されている。特許文献１は、ガラス基板に形成した誘電体多層膜の膜応力によって基板に生じた反りを、ガラス基板の誘電体多層膜の反対面に誘電体単層膜を形成することによって、反りを戻している。
【特許文献１】特開２００５−４３７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の光学多層膜フィルタは、平板状の基板に生じた膜応力による変形を是正するために、誘電体単層膜を用いている。この誘電体単層膜は、基板の変形を是正するために用いられており、光学素子の機能を発揮するためには、本来的には不要な膜である。例えば、反射プリズムの反射面以外の面である出射面（又は入射面）に基板の変形を是正するための誘電体単層膜を成膜した場合、この誘電体単層膜は反射プリズムの反射機能には本来的には不要である。このとき、誘電体単層膜を光が透過することになるが、誘電体単層膜を光が透過することにより、光に対して影響を及ぼすことになる。この影響の１つとして、特許文献１にも記載されているように、光が誘電体単層膜を透過することにより透過率にリップルが生じ、良好な光学特性を得ることができなくなるという問題がある。特許文献１ではリップルを微小な範囲に収めてはいるが、やはり本来的に光学素子の機能を発揮するために不要な膜を形成することにより、光に対して何らかの作用を及ぼし、結果として光学特性に影響を与えている。
【０００７】
また、形状を是正するための誘電体単層膜を成膜すると、本来的には不要な膜を必要としてしまい、その分のコストが増加してしまうという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、膜を使用することなく、反射プリズムの反射膜によって生じる収差の抑制を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、本発明の請求項１の反射プリズムは、光が入射する入射面と、反射膜が形成された反射膜面と、前記入射面から入射した光を前記反射膜面に向けて反射させ且つ前記反射膜面で反射した光を出射させる面である出射面と、を有する反射プリズムであって、前記出射面と前記反射膜面とは光学的平面であり、前記出射面の凹又は凸の傾向を、前記反射膜面の凹又は凸の傾向と反対方向にした、ことを特徴とする。
【００１０】
反射膜面は主に反射膜の膜応力の影響により、凹又は凸の何れかの傾向を持つ光学的平面となり、反射膜面で反射した光には収差が発生する。そこで、出射面を反射膜面の凹又は凸の傾向と反対方向の凹凸の傾向を持つ光学的平面とすることにより、収差の抑制を図ることができる。つまり、出射面を凹又は凸の傾向を持つ光学的平面にすることにより、基板の形状を是正するための膜を用いることなく、収差を抑制することができる。なお、光学的平面は理想的な平面（平面度が０の理想平面）ではないが、微小に凹又は凸の傾向を持つ平面である。また、ここでいう収差とは、非点収差やパワー等をいい、球面収差は含まない。
【００１１】
透明部材の一面を研磨したときに、理想平面とすることはできず、研磨精度を高めたとしても、微小に凹又は凸の傾向を持つことになる。そこで、この微小凹凸の傾向を積極的に利用して、反射膜の膜応力の反対方向の傾向を持つ光学的平面となるような出射面を形成する。光学的平面を形成するためには、ポリッシュ研磨やラッピング研磨等の平面研磨を適用することができる。例えば、ラップ等の研磨治具を用いて透明部材の面を研磨することにより、光学的平面を形成することができる。そして、光学的平面の凹凸を積極的にコントロールするために、ラップに凹凸を持たせる。凹の傾向を持つ光学的平面を形成するためには、ラップには凸のものを用い、凸の傾向を持つ光学的平面を形成するためには、ラップには凹のものを用いる。これにより、光学的平面の凹凸の傾向を積極的にコントロールできる。
【００１２】
本発明の請求項２の反射プリズムは、請求項１記載の反射プリズムにおいて、前記入射面を、前記出射面と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とした、ことを特徴とする。
【００１３】
反射膜の膜応力によって生じた収差は、出射面を凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とすることにより抑制することができるが、入射面を出射面と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とすることにより、さらに収差の抑制を図ることができる。
【００１４】
本発明の請求項３の反射プリズムは、請求項１記載の反射プリズムにおいて、前記反射膜面と前記入射面とのなす角度が鈍角である、ことを特徴とする。
【００１５】
反射膜面と入射面とのなす角度を大きくすると、反射プリズムを薄型にすることができ、光学システム全体のコンパクト化の要求を満たすことができる。そこで、反射膜面と入射面とのなす角度を鈍角にすることにより、反射プリズムをより薄型化することができる。
【００１６】
本発明の請求項４の光ピックアップは、請求項１乃至３何れか１項に記載の反射プリズムを有している。光ピックアップの他にも、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置やデジタルカメラ等の撮像装置等にも前述した反射プリズムを適用することができる。
【００１７】
本発明の請求項５の反射プリズムの製造方法は、光が入射する入射面と、反射膜が形成された反射膜面と、前記入射面から入射した光を前記反射膜面に向けて反射させ且つ前記反射膜面で反射した光を出射させる面である出射面と、を有する反射プリズムの製造方法であって、透明部材の一面に前記反射膜を成膜して、凹又は凸の傾向を持つ光学的平面となるような前記反射膜面を形成した後に、前記反射膜面が凹の傾向を持つ光学的平面のときには、凸の傾向を持つ光学的平面となるような出射面を形成し、前記反射膜面が凸の傾向を持つ光学的平面のときには、凹の傾向を持つ光学的平面となるような出射面を形成する、ことを特徴とする。
【００１８】
反射膜の膜応力により反射膜面に大きな収差が生じるため、まず反射膜面を形成して、その後、反射膜面の膜応力に対応して、出射面を凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とすることにより、収差の抑制を効率的に行うことができる。このとき、出射面は反射膜の膜応力とは反対方向の凹又は凸の傾向を持つ光学的平面に形成する。
【００１９】
本発明の請求項６記載の反射プリズムの製造方法は、請求項５記載の反射プリズムの製造方法において、前記出射面と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面となるような入射面を形成する、ことを特徴とする、ことを特徴とする。
【００２０】
前述したように、入射面を出射面と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とすることによりさらに収差の抑制を図った反射プリズムを製造することができる。
【００２１】
本発明の請求項７の反射プリズムの製造方法は、光が入射する入射面と、反射膜が形成された反射膜面と、前記入射面から入射した光を前記反射膜面に向けて反射させ且つ前記反射膜面で反射した光を出射させる面である出射面と、を有し、前記入射面と前記反射膜面とのなす角度が鈍角である三角柱状の反射プリズムを製造する反射プリズムの製造方法であって、平板状の透明部材の一面に、凹又は凸の方向に作用する膜応力を有する前記反射膜を成膜する成膜工程と、前記反射膜が成膜された透明部材を短冊状に切断して短冊部材を生成する切断工程と、前記切断工程で切断された短冊部材の研磨を行って、この研磨を行った面と前記反射膜面とのなす角度が鋭角となるように研磨を行う第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程を経た短冊部材の研磨を行って、この研磨を行った面と前記反射膜面とのなす角度が鈍角となるように研磨を行う第２の研磨工程と、を有し、前記第１の研磨工程では、研磨を行った面が、前記反射膜の膜応力とは反対方向の凹又は凸の傾向を持つような光学的平面となるように研磨した、ことを特徴とする。
【００２２】
反射プリズムを製造する具体的な製造方法としては、例えば請求項７のような製造方法を適用することができる。請求項７の製造方法は一度に大量的に反射プリズムを製造する方法であり、平板状の透明部材から複数の反射プリズムが製造される。このとき、反射膜成膜工程で、複数の反射プリズムを構成する透明部材に対して反射膜の成膜を行っている。反射プリズムの形状をしたものに対して個別的に反射膜を成膜しても、本発明の反射プリズムを製造することはできる。この場合、反射膜を成膜する蒸着装置の内部において、複数の反射プリズムを配置して、蒸着物質を蒸着させる。このとき、反射膜面だけではなく、入射面や出射面の一部に反射膜が付着することがある。本発明では、複数の反射プリズムを構成する透明部材に対して反射膜の成膜を行っているため、前記の問題は招来しない。
【００２３】
本発明の請求項８の反射プリズムの製造方法は、請求項７記載の反射プリズムの製造方法において、前記第２の研磨工程では、研磨を行った面が、前記第１の研磨工程の凹又は凸の傾向と同じ傾向を持つ光学的平面となるように研磨する、ことを特徴とする。
【００２４】
前述したように、入射面を出射面と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とすることが好ましい。そこで、第２の研磨工程において、第１の研磨工程と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面となるように研磨を行う。
【００２５】
前述した反射プリズムにおいて、光が反射すると、１回の反射であっても位相差に変化が生じ、さらに２回の反射が行われているため、許容できない位相差の変化が生じる。そこで、出射面に位相調整部材を形成することもできる。位相差調整部材としては、例えば位相差膜や所定の厚みを有する複屈折部材等を適用することができる。位相差調整部材を形成することにより、反射プリズムから出射するときの位相差に変化が生じたとしても、その位相差を調整することができる。なお、位相差調整部材として位相差膜を用いた場合には、膜応力が少ない膜を用いるようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、収差を抑制するための膜を用いることなく、入射面と出射面と反射膜面とを有する薄型の反射プリズムの出射面を、反射膜面の膜応力とは反対方向の凹又は凸の傾向を持つ光学的平面とすることにより、反射膜面で生じる収差を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図示はしていないが、例えば光ピックアップの場合には、反射プリズム１の後段（反射プリズム１から出射した光の光路上）に対物レンズが配置されている。反射プリズム１で収差が発生すると、対物レンズのピントがずれたり、ぼけが生じたりして、スポット像の劣化といった問題を招来する。以下、反射プリズム１で発生した収差の抑制について説明していく。
【００２８】
図１に示すように、本発明の反射プリズム１は、入射面２と出射面３と反射膜面４とを有している。反射膜面４には反射膜Ｒが形成されている。反射膜Ｒには、例えば酸化チタンを使用した誘電体多層膜や酸化タンタルを使用した誘電体多層膜を適用することができる。そして、入射面２と反射膜面４とのなす角度は鈍角となっており、入射面２と出射面３とのなす角度及び出射面３と反射膜面４とのなす角度は鋭角となっている。
【００２９】
入射面２は、光が入射する面である。また、光の進行方向に対して入射面２は傾斜している。従って、入射面２から入射した光は屈折して出射面３に向かって進行する。
【００３０】
出射面３は、入射面２から入射した光を反射して、且つ反射膜面４で反射した光を出射させる面である。入射面２から入射した光は、出射面３で１回目の反射をする。出射面３には反射膜は形成されておらず、光の入射角と屈折率差（反射プリズム１の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率差）とにより光を反射させている。そして、光ピックアップに反射プリズム１を適用する場合には、反射プリズム１で光路が９０度変えられている必要があり、図１に示されるように、入射面２に入射するときの光路と出射面３から出射するときの光路とは直交している。
【００３１】
反射膜面４は、出射面３で１回目の反射をした光に対して、さらに２回目の反射をさせる面である。反射膜面４では、反射膜Ｒの作用によって光を出射面３に向けて反射させている。
【００３２】
前述の入射面２、出射面３及び反射膜面４は、全て光学的平面にする。反射膜面４は反射膜Ｒが成膜された面であるが、理想平面とすることはできず、主に反射膜Ｒの膜応力により凹又は凸の何れかの傾向を持つ光学的平面となる。反射膜面４が凹又は凸の傾向を持つ光学的平面となるため、反射膜面４で反射した光には収差が発生する。そこで、出射面３を、反射膜面４の凹凸の傾向とは反対の傾向を持つ光学的平面とすることによって、収差を抑制することができる。
【００３３】
ここで、出射面３を凹凸の傾向を持つ光学的平面にするために、出射面３の平面研磨を行う。この平面研磨を行うときには、反射膜面４の凹凸の傾向に対応して、出射面３の研磨を行う。例えば、反射膜Ｒに酸化チタンを使用した誘電体多層膜を適用すると、膜応力は凹に作用するため、反射膜面４は凹の傾向を持つ光学的平面となる。この場合は、出射面３を凸の傾向を持つ光学的平面となるように平面研磨を行う。一方、反射膜Ｒに酸化タンタルを主成分とした膜を用いると、膜応力は凸に作用するため、反射膜面４は凸の傾向を持つ光学的平面となる。この場合は、出射面３を凹の傾向を持つ光学的平面となるように平面研磨を行う。
【００３４】
基本的には、出射面３の光学的平面に前記のような凹又は凸の傾向を持たせれば光の収差を改善することができるが、入射面２も出射面３と同じ凹又は凸の傾向を持つ光学的平面にすることにより、さらに収差の改善を図ることができる。
【００３５】
また、図１に示すように、出射面３に位相差調整部材としての位相差膜６を成膜する。出射面３から出射する光は、位相差にずれを生じているため、この位相差を是正すべく位相差膜６を出射面３に成膜する。位相差膜６は、位相差機能を持つ反射防止膜として成膜される。これにより、位相差のずれをなくすることができる。なお、位相差膜６には膜応力の少ない材料を用いることにより、この膜の影響によって生じる収差の影響を回避することができる。
【００３６】
次に、反射プリズム１の製造方法について、図２のフローチャートに基づいて説明をする。図３に示すように、平板状の透明部材１０の一面１０Ｒに対して反射膜Ｒを成膜する（ステップＳ１：成膜工程）。反射膜Ｒを成膜するために、図示しない蒸着装置の上部に透明部材１０を配置し、下部に配置された蒸着源２０から蒸着物質を蒸発させて、透明部材１０の一面１０Ｒに反射膜Ｒを成膜する。ここでは、反射膜Ｒの材料として酸化チタンを使用した誘電体多層膜を適用する。このため、反射膜Ｒの膜応力は凹の方向に作用し、透明部材１０の一面１０Ｒに対して凹の応力を作用する。
【００３７】
次に、反射膜Ｒが成膜された透明部材１０を図中の破線で示す切断面に沿って短冊状に切断を行って、図４（ａ）に示す短冊部材１１を複数個得る（ステップＳ２：切断工程）。この切断工程では、短冊部材１１の断面が長方形となるように透明部材１０の切断を行う。このとき、短冊部材１１の反射膜成膜面１１Ｒは、膜応力の作用により凹の傾向を持つ光学的平面となる。
【００３８】
図４（ｂ）に示すように、固定平面２２に第１の固定治具２３を配置して、短冊部材１１を接着剤等で貼り付けて第１の固定治具２３に固定する。第１の固定治具２３には第１の傾斜面２３Ｓが設けられ、第１の傾斜面２３Ｓと水平方向とのなす角度は鋭角となっている。短冊部材１１を第１の固定治具２３に固定するときには、反射膜成膜面１１Ｒと第１の傾斜面２３Ｓとを固定して行う。そして、この状態で、凹研磨治具（微小に凸の傾向を持つ光学的平面を得るために凹面を有するラップ等の研磨治具）２４を用いて、短冊部材１１の平面研磨を行う（ステップＳ３：第１の研磨工程）。この第１の研磨工程における研磨では、図中の一点鎖線の位置まで研磨を行い、この研磨を行った第１の研磨面１１Ａと反射膜成膜面１１Ｒとが鋭角となるように研磨を行う。このとき、凹研磨治具２４を用いて平面研磨を行っているため、第１の研磨面１１Ａは、凸の傾向を持つ光学的平面となる。つまり、第１の研磨面１１Ａは、反射膜Ｒが作用する膜応力の凹方向とは反対の凸の傾向を持つことになる。
【００３９】
次に、図５（ａ）に示すように、固定平面２２に第２の固定治具２６を配置して、第１の研磨工程を経た短冊部材１１を第２の固定治具２６に固定する。第２の固定治具２６には第２の傾斜面２６Ｓが設けられ、第２の傾斜面２６Ｓと水平方向とのなす角度は鋭角となっている。短冊部材１１を第２の固定治具２６に固定するときには、第１の研磨面１１Ａを第２の傾斜面２６Ｓに固定して行う。そして、この状態で、同じく凹研磨治具２４を用いて、短冊部材１１の平面研磨を行う（ステップＳ４：第２の研磨工程）。この第２の研磨工程における研磨では、図中の一点鎖線の位置まで研磨を行い、この研磨を行った第２の研磨面１１Ｂと反射膜成膜面１１Ｒとが鈍角となるように研磨を行う。このとき、凹研磨治具２４を用いて平面研磨を行っているため、第２の研磨面１１Ｂは凸の傾向を持つ光学的平面となっている。つまり、第２の研磨面１１Ｂは、反射膜Ｒが作用する膜応力の凹方向とは反対の凸の傾向を持つことになる。
【００４０】
そして、第２の研磨工程を経て得られたものが、図５（ｂ）に示すような短冊部材１１となる。第２の研磨工程後の短冊部材１１が、最終的に反射プリズム１となる。短冊部材１１のうち、反射膜成膜面１１Ｒが反射膜面４を構成し、第１の研磨面１１Ａが出射面３を構成し、第２の研磨面１１Ｂが入射面２を構成する。なお、図５（ｂ）の短冊部材１１は細長の部材であるため、これを切断して、複数のコンパクトな反射プリズム１を得るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】反射プリズムを説明する図である。
【図２】反射プリズムの製造方法の流れを説明するフローチャートである。
【図３】反射プリズムの製造方法のうち成膜工程を説明する図である。
【図４】反射プリズムの製造方法のうち切断工程及び第１の研磨工程を説明する図である。
【図５】反射プリズムの製造方法のうち第２の研磨工程及び最終的に得られる反射プリズムを説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    反射プリズム            ２    入射面
３    出射面                ４    反射膜面
６    位相差膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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