(57)【要約】【課題】  小型化および低コスト化の要求を満足することができ、あわせて光学性能を向上することができる光学素子およびこれを用いた光ピックアップ装置を提供すること。【解決手段】  光透過性基板１６に、少なくとも、微細周期構造１７からなる１／４波長板相当の機能を有する面１８と、微細周期構造２０からなる偏光分離素子相当の機能を有する面２１とを備えたこと。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性基板に、少なくとも、微細周期構造からなる１／４波長板相当の機能を有する面と、微細周期構造からなる偏光分離素子相当の機能を有する面とを備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記１／４波長板相当の機能を有する面と、前記偏光分離素子相当の機能を有する面とは、前記光透過性基板の互いに異なる面に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
光透過性基板に、少なくとも、微細周期構造からなる１／４波長板相当の機能を有する面と、微細周期構造からなる偏光分離素子相当の機能を有する面とを備えた光学素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記光学素子の前記１／４波長板相当の機能を有する面と、前記偏光分離素子相当の機能を有する面とは、前記光透過性基板の互いに異なる面に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の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、光学素子およびこれを用いた光ピックアップ装置に係り、特に、偏光分離素子としての機能と、１／４波長板としての機能とを備えた光学素子およびこれを備えた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用の光学素子としては、対物レンズ、コリメータレンズ、シリンドリカルレンズ、１／４波長板（ＱＷＰ）および偏光分離素子としての偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）等がある。
【０００３】
図６は、このような光学素子によって構成された従来の光ピックアップ装置の一例を示したものである。
【０００４】
この光ピックアップ装置１は、レーザダイオード等の光源２から出射した光を、それぞれ別体に配設された回折格子３、偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板５、コリメータレンズ６および対物レンズ７を順次透過させて光記録媒体９に照射し、その反射光を、前記対物レンズ７、前記１／４波長板５を透過させた後、前記偏光ビームスプリッタ４において透過方向に対し直交する方向に反射させるようになっている。
【０００５】
偏光ビームスプリッタ４において光が反射するのは、光の偏光が１／４波長板５を２回透過する際に変化したためである。例えば、光源２の光がｓ偏光であれば、１／４波長板５を２回透過した光はｐ偏光となる。
【０００６】
偏光ビームスプリッタ４において反射した光は、シリンドカルレンズ１０によって集光された後に、フォトディテクタ１１によって受光されて、読み出しデータ等として用いられるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１８２２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、このような光学素子およびこれを用いた光ピックアップ装置に対する小型化、低コスト化の要求がさらに強まりつつあるが、このような要求を満足するには、部品点数を削減し、組み立て工程を簡略化することが有効である。
【０００９】
しかしながら、ガラス製の光学素子として用いられていた１／４波長板５は、２枚のガラス基板の間に位相フィルムと称される液晶シートを挟持した構造であったため、部品点数が多くなり、その上、光学性能においても、透過波面収差が発生し易いといった欠点を有していた。
【００１０】
さらに、もう一つのガラス製の光学素子としての偏光ビームスプリッタ４は、ブロック状のガラスを接合した構造であったため、接合時に高精度の接合を要求され、この結果、組み立て工程が複雑になることによってコスト上昇の要因となっていた。
【００１１】
そこで、本発明者は鋭意研究した結果、近年のナノ加工技術等の微細加工技術を用いて１／４波長板と偏光分離素子とが統合された光学素子を実現することによって、部品点数の削減および組み立て工程の簡略化ならびに光学性能の向上を実現すべく本発明をなすに至った。
【００１２】
本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、小型化および低コスト化の要求を満足することができ、あわせて光学性能を向上することができる光学素子およびこれを用いた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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光学素子の特徴は、光透過性基板に、少なくとも、微細周期構造からなる１／４波長板相当の機能を有する面と、微細周期構造からなる偏光分離素子相当の機能を有する面とを備えた点にある。
【００１４】
そして、このような構成によれば、１／４波長板と偏光分離素子とが一体化された光学素子を実現することができ、この結果、部品点数を削減し、組み立て工程を簡略化し、さらに、光学素子の光の透過に寄与する光透過界面の面数を削減することによって透過波面収差を低減することが可能となる。
【００１５】
請求項２に係る光学素子の特徴は、請求項１において、前記１／４波長板相当の機能を有する面と、前記偏光分離素子相当の機能を有する面とが、前記光透過性基板の互いに異なる面に配設されている点にある。
【００１６】
そして、このような構成によれば、１／４波長板相当の機能を有する面と、偏光分離素子相当の機能を有する面とをさらに簡便に形成することによって、より製造工程が簡略化された光学素子を実現することが可能となる。
【００１７】
請求項３に係る光ピックアップ装置の特徴は、光透過性基板に、少なくとも、微細周期構造からなる１／４波長板相当の機能を有する面と、微細周期構造からなる偏光分離素子相当の機能を有する面とを備えた光学素子を用いた点にある。
【００１８】
そして、このような構成によれば、１／４波長板と偏光分離素子とが一体化された光学素子を用いた光ピックアップ装置を実現することができ、この結果、部品点数を削減し、組み立て工程を簡略化し、さらに、光学素子の光透過界面の面数を削減することによって透過波面収差を低減することが可能となる。
【００１９】
請求項４に係る光ピックアップ装置の特徴は、請求項３において、前記光学素子の前記１／４波長板相当の機能を有する面と、前記偏光分離素子相当の機能を有する面とが、前記光透過性基板の互いに異なる面に配設されている点にある。
【００２０】
そして、このような構成によれば、１／４波長板相当の機能を有する面と、偏光分離素子相当の機能を有する面とをさらに簡便に形成することによって、より製造工程が簡略化された光学素子を用いた光ピックアップ装置を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る光学素子によれば、小型化および低コスト化の要求を満足することができ、あわせて透過波面収差を低減して光学性能を向上することのできる光学素子を実現することができる。
【００２２】
請求項２に係る光学素子によれば、請求項１に係る光学素子の効果に加えて、さらに安価な光学素子を実現することができる。
【００２３】
請求項３に係る光学装置によれば、小型化および低コスト化の要求を満足することができ、あわせて透過波面収差を低減して光学性能を向上することのできる光ピックアップ装置を実現することができる。
【００２４】
請求項４に係る光学装置によれば、請求項３に係る光ピックアップ装置の効果に加えて、さらに安価な光ピックアップ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る光学素子およびこれを備えた光ピックアップ装置の実施形態について、図１を参照して説明する。
【００２６】
なお、従来と基本的構成の同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態における光学素子１５は、ガラス等からなる光透過性基板１６の一方の面（図１における下面）に、微細周期構造としてのサブ波長構造体１７からなる１／４波長板相当の機能を有する面１８を備えている。
【００２８】
この面１８を構成するサブ波長構造体１７は、ナノ加工技術等の微細加工技術を用いて形成ピッチ（凹凸ピッチ）が使用する光の波長よりも小さい大きさに形成された構造体である。なお、図１に示す構造体は、断面矩形の格子状に形成されているが、これ以外の断面形状を選択することも可能である。
【００２９】
また、サブ波長構造体１７を構成する材料としては、ＳｉＮＸ やＳｉ（好ましくは、屈折率が２．０以上のもの）等の材料を適宜選択することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態における光学素子１５は、光透過性基板１６の他方の面（図１における上面）に、微細周期構造としてのサブ波長構造体２０からなる偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）相当の機能を有する面２１を備えている。
【００３１】
このサブ波長構造体２０も、前述したサブ波長構造体１７と同様にナノ加工技術等の微細加工技術を用いて形成ピッチが使用する光の波長よりも小さい大きさに形成された構造体である。
【００３２】
また、図１において、面２１を構成するサブ波長構造体２０は、Ａｕ等の金属を格子状に整列させたいわゆるワイヤグリッド型のサブ波長構造体である。
【００３３】
このサブ波長構造体２０の構成材料としては、Ａｕの他にも、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌ等の材料を選択することができる。
【００３４】
なお、ワイヤグリッドに限らず、例えば、ＳｉやＳｉＯ２ からなる多層構造を光透過性基板１６の表面に配設するようにしてもよい。
【００３５】
このように、本実施形態においては、サブ波長構造体１７からなる１／４波長板相当の機能を有する面１８と、サブ波長構造体２０からなる偏光分離素子相当の機能を有する面２１とを同一の光透過性基板１６に備えたことによって、１／４波長板と偏光分離素子とが一体化された光学素子１５を実現することができる。
【００３６】
この結果、光学素子１５の部品点数を削減し、組み立て工程を簡略化し、さらに、光学素子１５の光透過界面の面数を削減することによって、透過波面収差を低減することができる（図２参照）。
【００３７】
また、現状と同程度の透過波面収差が許容されるのであれば、透過波面精度の公差を緩くすることが可能となり、歩留まり向上により更なる低コスト化を実現することができる。
【００３８】
また、図１のように、１／４波長板相当の機能を有する面１８（以下、「１／４波長板側機能面１８」と称する）と、偏光分離素子相当の機能を有する面２１（以下、「偏光分離素子側機能面２１」と称する）とを、光透過性基板１６の異なる面に配設すれば、各機能面１８，２１をさらに簡便に形成することができ、この結果、より製造工程が簡略化された光学素子１５を実現することができる。
【００３９】
なお、１／４波長板側機能面１８と偏光分離素子側機能面２１とを光透過性基板１６の一方の面側に積層形成してもよい。この場合であっても、双方の機能面１８，２１によってそれぞれ１／４波長板相当の機能と偏光分離素子相当の機能を確保することができ、前述した光学素子１５と同様に、部品点数の削減および組み立て工程の簡略化ならびに透過波面収差の低減を図ることができる。
【００４０】
さらに、上記の構成に加えて、偏光分離素子側機能面２１の外側表面あるいは、光透過性基板１６と偏光分離素子側機能面２１との間に反射防止膜としてのＡＲ膜を配設するようにしてもよい。これによって、さらに光学性能の向上された光学素子を実現することができる。
【００４１】
以上のような構成を有する光学素子は、図２に示すように、他の光学素子とともに光ピックアップ装置２３を構成することができる。
【００４２】
この光ピックアップ装置２３は、レーザダイオード等の光源２から出射される光源光の進行方向に、光源光の光軸に対して直交配置された回折格子３を有している。回折格子３の光の透過方向には、本発明の光学素子１５が、回折格子３側に偏光分離素子側機能面１８を向けるようにして光源光の光軸に対して所定の傾斜角度（例えば４５°）を有した状態に配置されている。
【００４３】
また、光学素子１５の光の透過方向には、コリメータレンズ６および対物レンズ７ならびに光記録媒体９が、光源光の光軸に対して直交するように順次配置されており、これらの光学素子６，７，９に対しては、１／４波長板側機能面１８が所定の傾斜角度（例えば４５°）を有した状態で臨んでいる。
【００４４】
さらに、光学素子１５における光記録媒体９から反射された光の反射方向には、シリンドリカルレンズ１０および受光素子としてのフォトディテクタ１１が、光学素子１５からの反射光の光軸に直交するように順次配置されている。
【００４５】
この光ピックアップ装置２３は、１／４波長板と偏光ビームスプリッタとを別体に配設していた従来のものと異なり、１／４波長板と偏光ビームスプリッタとの機能が１個の光学素子１５に統合されている。これによって、光ピックアップ装置２３の部品点数（光学素子数）が削減され、これにともなって、光ピックアップ装置２３の小型化、低コスト化が実現されている。さらに、光学素子の光透過界面の面数が削減されて透過波面収差が低減されていることによって、エラーレートが低減され、光ピックアップ装置２３自体の性能も向上されている。このような光ピックアップ装置２３であれば、ＤＶＤや青色レーザ等のように、さらに短波長の光を用いる場合においても、良好な性能を得ることが期待される。
【００４６】
そして、このような光ピックアップ装置２３によって光記録媒体９のデータを読み出すには、まず、光源２から出射された光源光が、回折格子を経て光学素子を透過する。このとき、光源光の透過界面は、偏光分離素子側機能面２１の空気との界面、光透過性基板１６の空気との界面（２面）、１／４波長板側機能面１８の空気との界面の計４面であり、従来の構成よりも光透過界面の面数が低減されている。なお、従来の構成においては、１／４波長板５の透過界面だけでも４面を要し、これに偏光ビームスプリッタ４の透過界面を加えれば、本発明のものよりも多くの透過界面を要していた。
【００４７】
光学素子１５を透過した透過光は、コリメータレンズ６を経た後、対物レンズ７によって光記録媒体９の記録面に集光照射される。
【００４８】
そして、光記録媒体９に照射した照射光は、記録面によって反射されるとともに、この反射された反射光は、照射光の進行方向と逆方向に進行し、対物レンズ７、コリメータレンズ６を経て光学素子１５の１／４波長板側機能面１８に入射し、この１／４波長板側機能面１８によって反射される。
【００４９】
次いで、１／４波長板側機能面１８によって反射された反射光は、シリンドリカルレンズを経た後にフォトディテクタによって受光される。これによって、反射光に含まれる光記録媒体の記録データの読み出しが行われる。
【００５０】
なお、光ピックアップ装置としては、図２に示したもの以外にも、例えば、図３に示すような光学素子の配置構成のものを採用してもよい。
【００５１】
図３に示す光ピックアップ装置２４は、図２に示したものとは異なり、光学素子１５が、光源２側に１／４波長板側機能面１８を向けた状態で配置されており、この１／４波長板側機能面１８によって反射した光源光を反射ミラー２５を介して光記録媒体９側に反射させることによって、光源光を光記録媒体９の記録面に入射させるようになっている。
【００５２】
そして、光記録媒体９に入射して反射された反射光は、反射ミラー２５を介して光学素子１５側に反射された後、光学素子１５を透過することによってフォトディテクタ１１に受光されるようになっている。なお、図３において、光学素子１５の１／４波長板側機能面１８は、反射ミラー２５からの反射光が光源２側に反射しないように機能するようになっている。
【００５３】
このような光ピックアップ装置２４においても、図２に示したものと同様に光ピックアップ装置２４の小型化、低コスト化および光学性能の向上を実現することができる。
【実施例】
【００５４】
本実施例においては、具体的に図４に示すような寸法に構成された偏光分離素子側機能面２１を備えた試料と、図５に示すような寸法に構成された１／４波長板側機能面１８を備えた試料について、ＲＣＷＡ法を用いて光学特性を試験した。
【００５５】
その結果を以下の表１および表２に示す。
【表１】
2005077659.tif 000003
【００５６】
表１は、ガラス基板（ＢＫ７）に設置した光量比（消光比、反射比）を求めたものであり、この表１は、図４に示した偏光分離素子側機能面の偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）としての性能を示す指標となる。
【００５７】
表１に示すように、ＣＤの使用波長である７８５ｎｍでの反射比が−２０ｄＢとなり、十分使用可能な値となった。
【表２】
2005077659.tif 000004
【００５８】
表２は、１／４波長板側機能面の特性を示すレタデーション（位相遅れ量δφ）のデータである。
【００５９】
表２に示すように、１／４波長板で必要とされる９０°に対して使用波長７８５ｎｍではレタデーションの値はδφ＝８７．６°となった。
【００６０】
この値は、現状の１／４波長板の公差が９０±４°程度であることに鑑みて、十分使用可能な値である。
【００６１】
このように、本発明における光学素子は、従来別体とされていた１／４波長板と偏光分離素子とを十分に代替しうる光学性能を発揮できることが分かる。
【００６２】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る光学素子の実施形態を模式的に示す断面図
【図２】本発明に係る光ピックアップ装置の実施形態を示す構成図
【図３】本発明に係る光ピックアップ装置の実施形態において、図２と異なる他の実施形態を示す構成図
【図４】本発明に係る光学素子の実施形態において、特性試験に用いられる偏光分離素子側機能面の具体的寸法を示した説明図
【図５】本発明に係る光学素子の実施形態において、特性試験に用いられる１／４波長板側機能面の具体的寸法を示した説明図
【図６】従来採用されていた光学素子およびこれを用いた光ピックアップ装置を示す構成図
【符号の説明】
【００６４】
１５  光学素子
１６  光透過性基板
１７  サブ波長構造体
１８  １／４波長板側機能面
２０  サブ波長構造体
２１  偏光分離素子側機能面
２３，２４  光ピックアップ装置
【図１】
2005077659.tif 000005
【図２】
2005077659.tif 000006
【図３】
2005077659.tif 000007
【図４】
2005077659.tif 000008
【図５】
2005077659.tif 000009
【図６】
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