(57)【要約】【課題】光学系で使用された場合に入射角度による性能低下を低減可能な光学素子を提供する。【解決手段】この光学素子１０は、少なくとも表面または内部に波長板機能を有する微細周期構造１１が形成されている板状またはシート状の光学素子であって、進相軸ｍと遅相軸ｐがなす平面を進相軸方向に湾曲させたものである。【選択図】図６
2008151834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面または内部に波長板機能を有する微細周期構造が形成されている板状またはシート状の光学素子であって、
進相軸と遅相軸がなす平面を進相軸方向に湾曲させたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記進相軸方向と直交する方向では湾曲していない請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記光学素子への光の入射方向が前記進相軸方向において垂直となるような曲率半径を有する請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
樹脂材料からなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記樹脂材料の光弾性係数が１０×１０-13Ｐａ-1以下である請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記湾曲した状態を維持するように前記光学素子を保持するための保持部材を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子を搭載し、前記光学素子に入射する光束が発散光または収束光であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項８】
請求項３に記載の光学素子を搭載し、前記光学素子に入射する光束が発散光または収束光であり、
前記発散光または収束光が前記進相軸方向において垂直に入射するように前記光学素子を位置決めることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも表面または内部に波長板機能を有する微細周期構造が形成されている板状またはシート状の光学素子及びこの光学素子を用いたピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造性複屈折を利用した波長板は、その凹凸周期構造の寸法選択により、広い波長帯域で一定の位相差性能を持つ広帯域波長板を実現できることが知られている。例えば、光ピックアップの重要な部品の一つとして使われる１／４波長板においては、次世代光ディスクの登場により、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの広い波長帯域で一定の位相差性能を発現できる広帯域波長板が求められている。
【０００３】
下記特許文献１は、迷光防止のため、広帯域位相差板を所定の角度傾けて配置し、楕円率特性を劣化させないように水晶波長板と複屈折性フィルムとの進相軸の貼り合せ角度を決めた光ヘッド装置を開示する。
【特許文献１】特開２００５−１４１８３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
波長板に入射する光は平行光束とは限らず、光学系によっては収束または発散した光となる場合がある。このような場合、波長板は入射角度依存性を示すことがあり、特に、入射角度が大きくなる有効径の外周エリアにおいて透過率低下等の性能低下の問題が生じてしまう。このような波長板への入射光が収束光または発散光の場合、波長板における透過率低下等の性能低下に関する入射角度依存性について図１乃至図５を参照して説明する。
【０００５】
構造性複屈折波長板５０は、通常、図１のような凹凸周期構造により構成され、溝部の屈折率ｎ1と柱部の屈折率ｎ2は異なる。図１では柱先端部５１と溝底部５２が平らな矩形の柱となっているが、柱先端部５１及び／又は溝底部５２が平らでない形状でもよい。この凹凸周期構造の構造周期Ｐ、フィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ）、構造高さＨの寸法選択により、発現する透過率や位相差性能を制御することができる。例えば、波長λ４００ｎｍ〜８００ｎｍで一定の位相差性能を発現させるには、最短波長λｍｉｎに対し、λｍｉｎ／２＜Ｐ＜λｍｉｎの範囲内で寸法を選択する。
【０００６】
ここで、図２（ａ）のようにｙｚ面内で光束が入射角度θｙで入射した場合、及び、図２（ｂ）のようにｘｚ面内で光束が入射角度θｘで入射した場合について、構造性複屈折波長板５０における波長λ４０５ｎｍの各入射角依存性を図３（ａ）、（ｂ）に示す。なお、構造性複屈折波長板５０の凹凸周期構造は次のとおりである。
構造周期Ｐ：３４０ｎｍ
フィリングファクタｆ：０．７５
構造高さＨ：２３８０ｎｍ
【０００７】
図２（ａ）の場合、図３（ａ）のように、透過率と位相差性能ともにθｙ＝０度のときの性能に比べ、入射角度θｙが変わってもほとんど性能が変化しないことが分かる。一方、図２（ｂ）の場合、図３（ｂ）のように、入射角度θｘが大きくなるに従い、特に透過率が低下し、大きく性能が変化する。図３（ａ）、（ｂ）の結果から、構造性複屈折波長板５０は、大きな入射角度依存性を示すことがあり、また、その入射角度依存性は構造方向と関係を持つことが分かる。
【０００８】
また、図４，図５に、図３と同じ凹凸周期構造について入射角度θｘに関する波長λ６５０ｎｍ，７８０ｎｍの場合の入射角度依存性を示す。図４，図５から、波長λ６５０ｎｍ，７８０ｎｍの場合には入射角度θｘに関してもほとんど性能の変化がないことが分かる。これは、この凹凸周期構造の構造周期Ｐが入射する波長λに対して十分に小さいためであると考えられる。
【０００９】
なお、波長板のような複屈折素子において、光の進む速度が速い（位相が進む）方位をその素子の進相軸といい、反対に遅い（位相が遅れる）方位を遅相軸といい、進相軸と遅相軸とを総称して主軸という。
【００１０】
以上のように、波長板に求められる高い透過率と所望の位相差性能を発現する構造寸法を最適に設計しても、この波長板を収束光または発散光が入射する光学系で使用し、凹凸周期構造の構造周期Ｐが入射する波長λに対して大きくなる場合には、入射角度による特性の変化が大きくなって性能が低下してしまうことがある。
【００１１】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、光学系で使用された場合に入射角度による性能低下を低減可能な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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明による光学素子は、少なくとも表面または内部に波長板機能を有する微細周期構造が形成されている板状またはシート状の光学素子であって、進相軸と遅相軸がなす平面を進相軸方向に湾曲させたことを特徴とする。
【００１３】
この光学素子によれば、進相軸と遅相軸がなす平面を進相軸方向に湾曲させることで、入射角度の影響を抑え、光学系で使用された場合に入射角度による性能低下を低減できる。
【００１４】
上記光学素子において前記進相軸方向と直交する方向では湾曲しない構造となる。また、前記光学素子への光の入射方向が前記進相軸方向において垂直となるような曲率半径を有する。
【００１５】
また、上記光学素子は樹脂材料からなることが好ましく、湾曲が容易となる。この場合、前記樹脂材料の光弾性係数が１０×１０-13Ｐａ-1以下であることが好ましく、湾曲による悪影響を避けることができる。
【００１６】
また、前記湾曲した状態を維持するように前記光学素子を保持するための保持部材を備えることが好ましく、光学素子を所定の湾曲形状を維持したまま光学系に容易に搭載可能となる。
【００１７】
本発明による光ピックアップ装置は、上述の光学素子を搭載し、前記光学素子に入射する光束が発散光または収束光であることを特徴とする。
【００１８】
この光ピックアップ装置によれば、光学素子に発散光または収束光が入射しても、入射角度による性能低下を低減できるので、光情報記録媒体に対する情報の記録・再生の光ピックアップ性能を維持できる。
【００１９】
また、光の入射方向が進相軸方向において垂直となるような曲率半径を有する光学素子を搭載した光ピックアップ装置において、前記光学素子に入射する光束が発散光または収束光であり、前記発散光または収束光が前記進相軸方向において垂直に入射するように前記光学素子を位置決めることが好ましい。上記光学素子を発散光または収束光が進相軸方向において垂直に入射するように位置決めることで、入射角度による性能低下の低減効果が最も得られるように調整できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光学素子によれば、光学系で使用された場合に入射角度による性能低下を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
〈第１の実施の形態〉
【００２３】
図６は第１の実施の形態による光学素子を概略的に示す斜視図である。図７は図６の光学素子を湾曲する前の状態を概略的に示す斜視図（ａ）及び湾曲した後の状態を概略的に示す斜視図（ｂ）である。図８は図６の光学素子のＡ−Ａ線方向に切断してみた断面図（ａ）及びＢ−Ｂ線方向に切断してみた断面図（ｂ）である。図９は図８（ａ）の断面を更に拡大して模式的に示す断面図である。図１０は図６の光学素子の湾曲した部分に光が入射する様子を示す図（ａ）及び湾曲していない部分に光が入射する様子を示す図（ｂ）である。
【００２４】
図６に示すように、光学素子１０は、平面が矩形状であり、シート状の樹脂材料から構成され、中央の円形部分に微細な凹凸周期構造部１１を有する。凹凸周期構造部１１は光学素子１０の表面に形成され、図６，図９のように、柱部１２と溝部１３が周期的に形成されており（図１参照）、凹凸周期構造部１１により光学素子１０は構造性複屈折波長板機能を有する。
【００２５】
図１において、溝部１３の延びる方向ｐに略直交する方向が進相軸ｍ（図６のＡ−Ａ線方向）であり、溝部１３の延びる方向ｐが遅相軸（図６のＢ−Ｂ線方向）である。
【００２６】
光学素子１０は、図７（ａ）のような従来の光学素子１０’における進相軸ｍと遅相軸ｐとがなす平面を図７（ｂ）のように進相軸ｍ方向に湾曲させたものである。この湾曲により、光学素子１０は、図６のＡ−Ａ線（進相軸ｍ）方向に切断してみた断面では図８（ａ）のように湾曲し、図６のＢ−Ｂ線（遅相軸ｐ）方向に切断してみた断面では図８（ｂ）のように湾曲していない。
【００２７】
図６の進相軸方向ｍにおける湾曲部分の曲率半径Ｒに関し、光学素子１０に収束した光が入射する場合を例にすると、図１０（ａ）のように、収束光ａが垂直に入射するような曲率半径とされる。すなわち、収束光が入射した点の接線方向の法線方向に収束光ａが収束し、収束光ａが収束する点ｃから光学素子１０の面までの距離Ｒがその曲率半径となる。
【００２８】
なお、発散した光が入射する場合も上記収束光の場合と同様に考えることができ、図６の進相軸方向ｍにおける湾曲部分の曲率半径は、発散光が垂直に入射するような曲率半径とされる。すなわち、発散光が発散する点から光学素子１０の面までの距離がその曲率半径となる。
【００２９】
また、図６のＢ−Ｂ線方向における湾曲していない部分では、図１０（ｂ）のように、光学素子１０からの反射光ｂが空間的に入射光ａとは別の方向に分離されるため、他の部分への戻りが非常に少なくなり、好ましい。
【００３０】
また、光学素子１０は、樹脂材料からなりシート状であるから、図７（ａ）のような従来の光学素子１０’を進相軸ｍ方向に容易に湾曲させて構成可能である。この湾曲は、光学素子１０の成形時、成形後、及び光学系へのセッティング時のいずれの時期にでも容易に行うことができる。
【００３１】
すなわち、光学素子１０は、例えば、インプリント法により、微細な凹凸周期構造及び図６，図７（ｂ）の湾曲させた後の形状に対応した金型を用いて、樹脂材料を加圧成形した後に、成形品を金型から剥離することで製造することができる。また、図７（ａ）のような平板状の光学素子を同様にインプリント法で成形してから、湾曲させるようにしてもよい。
【００３２】
また、光弾性係数の高い材料では、湾曲させるたときの内部応力により位相差の性能が変化してしまうことが予測されるが、構造性複屈折波長板の場合、光弾性係数の低い材料を選ぶことができ、湾曲させたときの影響（位相差性能の変化）を無視できる。このような材料として、光弾性係数１０×１０-13Ｐａ-1以下の光学樹脂材料が好ましく、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ／光弾性係数が６×１０-13Ｐａ-1程度）や環状ポリオレフィン樹脂のような光学樹脂材料が好ましい。後者の具体例として、ＪＳＲ株式会社が販売する商品名「ＡＲＴＯＮ」や日本ゼオン株式会社が販売する商品名「Ｚｅｏｎｅｘ（登録商標）」などがあり、これらの光学樹脂材料の光弾性係数は３×１０-13Ｐａ-1程度である。
【００３３】
図７（ａ）のような従来の平板の構造性複屈折波長板は構造周期が使用波長に近い場合、特に、構造周期がλ/ｎ（λ：使用波長、ｎ：屈折率）以上の場合、入射光の入射角度による特性の変化が大きくなるが、第１の実施の形態の光学素子１０によれば、光学素子１０を構成する材料を樹脂としかつ進相軸方向に湾曲させることで、入射角度の影響を抑え、入射角に対する影響をほとんど無くすことができる。更に、湾曲の時期も成形時、成形後、及び光学系へのセッティング時のいずれの時期でもよいので、入射角度の影響を簡単に抑えることができる。
【００３４】
次に、図６の光学素子を保持する保持部材について図１１（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。図１１は図７（ａ）と同様の光学素子を湾曲する前の状態を概略的に示す斜視図（ａ）、湾曲した後の状態を概略的に示す斜視図（ｂ）及び湾曲した光学素子を保持するための保持部材を概略的に示す斜視図（ｃ）である。
【００３５】
図１１（ａ）の平板状の光学素子１０’を図１１（ｂ）のように進相軸ｍ方向に湾曲させた光学素子１０を図１１（ｃ）の保持部材１５内に収めて保持することができる。保持部材１５は、孔１７と、孔１７の内周に形成されて光学素子１０の外周端部１４が当接する肩部１６と、を有する。保持部材１５の肩部１６は、図１１（ｂ）のように進相軸ｍ方向に湾曲させた光学素子１０の外周端部１４が有する曲面と対応した曲面に形成されている。
【００３６】
光学素子１０は、外周端部１４を保持部材１５の肩部１６に接着剤や両面テープ等で貼り合わせて固定することで保持し、図１１（ｂ）のように進相軸ｍ方向に湾曲させた状態を維持できる。
【００３７】
なお、光学素子１０は、図１１（ｂ）のように湾曲させてから、図１１（ｃ）の保持部材１５内に保持可能であるが、これに限らず、例えば、図１１（ａ）の状態から外周端部１４を保持部材１５の肩部１６に沿わせるようにして保持させてもよく、これによれば、上述のように図１１（ａ）のような平板の光学素子をインプリント法等で製造してから光学素子を所定の湾曲形状に湾曲させることができる。
【００３８】
〈第２の実施の形態〉
【００３９】
図１２は第２の実施の形態による光ピックアップ装置の概略図である。図１２の光ピックアップ装置１００は、図６の光学素子１０を用いた光学系を含むものである。
【００４０】
図１２の光ピックアップ装置１００は、所定波長の光束を出射する半導体レーザ１１０と、光情報記録媒体である光ディスク２００の情報記録面２００ａ上に集光させる対物レンズ１２０と、光ディスク２００の情報記録面２００ａからの光信号を電気信号に変換する光検出器１４０と、を有し、光学素子１０が偏光ビームスプリッタ１３０と対物レンズ１２０との間に配置されている。
【００４１】
光ピックアップ装置１００は光ディスク２００に対し情報の記録・再生が可能であるが、光ディスク２００を再生する場合を例にして説明する。半導体レーザ１１０から光束を出射し、出射した光束は、レンズ１５０を透過し、偏光ビームスプリッタ１３０で反射し、光学素子１０を透過して直線偏光から円偏光の光束となる。この光束は対物レンズ１２０により図の実線のように光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２００ａに集光される。
【００４２】
そして、情報記録面２００ａで情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１２０、光学素子１０、偏光ビームスプリッタ１３０、レンズ１６０を透過して、光検出器１４０に入射し、その出力信号を用いて、光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。また、光検出器１４０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（図示省略）が半導体レーザ１１０からの光束を光ディスク２００の情報記録面２００ａ上に結像するように対物レンズ１２０を移動させるとともに、半導体レーザ１１０からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１２０を移動させる。
【００４３】
上述のような光ピックアップ装置１００の光学系において半導体レーザ１１０からの光束は、光学素子１０に入射するとき、収束光であるが、このため、図１０（ａ）のように収束光が進相軸方向において垂直に入射するように光学素子１０の相対的な回転位置を調整し光学素子１０を位置決める。従来の平板の波長板であると、上述のような入射角度による性能低下が生じてしまうが、光学素子１０は、進相軸方向に湾曲し、収束光が進相軸方向の湾曲部分に垂直に入射するので、入射角度による性能低下を低減することができる。
【００４４】
また、図１０（ｂ）のように、光学素子１０からの反射光ｂが空間的に入射光ａとは別の方向に分離されるため、半導体レーザ１１０や光検出器１４０への戻りが非常に少なくなり、迷光による読み取り信号の劣化も低減できる。
【００４５】
以上のように本発明を実施するための最良の形態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、光学素子に形成される微細周期構造としては、凹凸周期構造に限定されず、例えば、ポリカーボネイトフィルムを延伸した波長板や紫外線硬化型高分子液晶などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の凹凸周期構造が形成された構造性複屈折波長板を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１の構造性複屈折波長板にｙｚ面内で光束が入射角度θｙで入射した場合をを概略的に示す斜視図（ａ）、同じくｘｚ面内で光束が入射角度θｘで入射した場合を概略的に示す斜視図（ｂ）である。
【図３】図１のような従来の構造性複屈折波長板の波長４０５ｎｍにおける入射角依存性を示すグラフであり、図２（ａ）のようなθｙ方向の場合のグラフ（ａ）、及び図２（ｂ）のようなθｘ方向の場合のグラフ（ｂ）である。
【図４】図３の構造性複屈折波長板の波長６５０ｎｍにおける入射角依存性（θｘ方向）を示すグラフである。
【図５】図３の構造性複屈折波長板の波長７８０ｎｍにおける入射角依存性（θｘ方向）を示すグラフである。
【図６】第１の実施の形態による光学素子を概略的に示す斜視図である。
【図７】図６の光学素子を湾曲する前の状態を概略的に示す斜視図（ａ）及び湾曲した後の状態を概略的に示す斜視図（ｂ）である。
【図８】図６の光学素子のＡ−Ａ線方向に切断してみた断面図（ａ）及びＢ−Ｂ線方向に切断してみた断面図（ｂ）である。
【図９】図８（ａ）の断面を更に拡大して模式的に示す断面図である。
【図１０】図６の光学素子の湾曲した部分に光が入射する様子を示す図（ａ）及び湾曲していない部分に光が入射する様子を示す図（ｂ）である。
【図１１】図７（ａ）と同様の光学素子を湾曲する前の状態を概略的に示す斜視図（ａ）、湾曲した後の状態を概略的に示す斜視図（ｂ）及び湾曲した光学素子を保持するための保持部材を概略的に示す斜視図（ｃ）である。
【図１２】第２の実施の形態による光ピックアップ装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 光学素子
１１ 凹凸周期構造部（微細周期構造）
１２ 柱部
１３ 溝部
１６ 保持部材
１６ 肩部
１００ 光ピックアップ装置
１１０ 半導体レーザ
１２０ 対物レンズ
１４０ 光検出器
２００ 光ディスク、光情報記録媒体
２００ａ 情報記録面
Ｒ 曲率半径、距離
ａ 入射光、収束光
ｂ 反射光
ｍ 進相軸
ｐ 遅相軸
【図１】
2008151834.tif 000003
【図２】
2008151834.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008151834.tif 000011
【図１０】
2008151834.tif 000012
【図１１】
2008151834.tif 000013
【図１２】
2008151834.tif 000014