JP5313725B2 - 1/4波長板 - Google Patents
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Description
このようにCDやDVDに共通して使用可能な光ピックアップ装置において、対物レンズ等を共用して装置をコンパクト化することが行なわれるが、光ディスクからの戻り光の検出に必要な1/4波長板を「異なる光ディスク用に共用する」ことにより、装置のコンパクト性を一段と高めることができる。
(2) 22.6>St/So> 5
を満足する。
「光学的断面積」の定義は後述する。
なお、光学的断面積:StとSoとの比:St/Soが、条件:
(1) 41>St/So>2.9
を満足すると、位相差隔差は0.02以下となる。
「サブ波長周期構造」は、従来からSWSとして知られたものである。この発明の「1/4波長板」におけるサブ波長周期構造は、「光学素子としての1/4波長板」の入射面もしくは射出面として形成され、その形状は「1次元格子状」即ち、微小な凸部と凹部とが、1方向に交互に繰り返して形成されたものである。
勿論、実際に使用される状態において、1/4波長板に入射する光は、785±15nmあるいは660nm±15nm程度の公差を持っており、基準波長から若干ずれることはあり得るが、1/4波長板として付与する位相差は「波長に対して急激には変化しない」から、この発明の1/4波長板は、実際の使用条件において、入射する光の波長が基準波長から少々ずれたとしても、所望の1/4波長板としての機能を果たすことができる。 また、後述するように、この発明の1/4波長板は、基準波長の光に与える位相差が、入射角:0〜35度程度の範囲では、入射角に殆ど依存しない。
即ち、サブ波長周期構造は「基板とは異なるサブ波長構造形成層」に形成することもできる。即ち、基板上に「基板と異なる屈折率を持つ層」を形成した構成とすることができる。
n層の各層の屈折率をNi(i=1〜n)とする。屈折率:Niには、同じ値が2以上含まれていても良い。また基板の屈折率をN0とすれば、屈折率:Niは「N0に等しいもの」を含んでも良い。
ΣNi・Si(和はiについて1からnまでとる。)
で定義される量であり、屈折率と距離の積を「光学的距離」というのと類似的に光学的断面積というのである。
凹部は一般的には「空気や、保護層をなす透明材料」で満たされており、凹部の断面形状が例えば「面積:Sの矩形形状」で、空気で満たされているならば、凹部の光学的断面積は、空気の屈折率が1であるから、断面積:Sそのものが光学的断面積になる。
また、断面積:Sの凹部が空気以外の屈折率:Ndの材質で充填されている場合であれば、その光学的断面積は「S・Nd」である。凹部を充填する物質が、複数種類で層を成す場合には、上記凸部の光学的断面積と同様にして定義される。
即ち、具体的には「入射角に対する依存性(斜入射)が小さいので、取り付け角度や取り付け回転精度(入射角:θ方向における回転)」に対する許容公差が大きくなる。
図1には、1/4波長板のサブ波長周期構造の「ピッチ方向の断面形状」の例を7種類示している。混同の恐れはないと思われるので、繁雑を避けるため図1(a)〜(g)において「同じ部分には同一の符号」を付する。
図1(b)に示す例で、凸部12は「台形形状」、凹部14は「逆台形形状」を断面形状として有し、同図の(c)に示す例では、凸部12は「逆台形形状」、凹部14は「台形形状」の断面形状を持つ。
図1(e)に示す例では、サブ波長周期構造は、凹部14の断面形状において高さ方向の中間部がピッチ方向に凸部12側へ楕円弧形状に張り出し、凸部12が「ピッチ方向において、高さ方向の中間部で細くなる断面形状」を有する。
図1(g)に示す例では、サブ波長周期構造は、凹部14の断面形状において高さ方向の中間部がピッチ方向に凸部12側へ、屈曲して張り出し、凸部12が「ピッチ方向において、高さ方向の中間部が細くなる断面形状」を有する。
図2(a)は、基板1の平坦な面に、中間反射防止膜3を介して薄膜状の材料層10Aを設け、材料層の上に反射防止膜となる層16Aを積層した状態を示している。
図2(c)は、樹脂層20Aに対して、周知の「ナノインプリント法」により1次元格子20を形成した状態である。
図2(c)の状態において、1次元格子20をマスクとしてエッチングを行い、マスク層18Aに1次元格子を転写する。マスク層18Aはクロム(Cr)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)等の薄膜である。
以下に説明する例は、材料層10Aの材料として上述のTa2O5、層16Aの材料としてSiO2を用いた場合の例である。サブ波長周期構造におけるピッチ方向の断面形状としては図1(a)〜(c)のものを調べた。
従って「サブ波長周期構造の凸部12」の光学的断面積:Stは
(S0×N12)+(S1×N16)
である。凹部14は空気で満たされているものとする。
そうすると、凹部の面積は[{A×(E+D)}−(S0+S1)]であり、凹部14の屈折率は「1」であるから、この面積が凹部14の光学的断面積:Soである。
図5の結果から「St/So」が条件(1)を満足するとき、2つの基準波長に対する位相差隔差:0.02以下、さらに条件(2)を満足するとき位相差隔差:0.01以下を実現できることが判る。
A B C D E 660nm 785nm 隔差 660nm 785nm 隔差
300 172 168 122 486 0.258 0.238 0.020 0.256 0.235 0.023
300 169 160 122 469 0.257 0.232 0.025 0.225 0.229 0.026
300 188 175 123 449 0.228 0.209 0.019 0.228 0.206 0.022 。
図7は、図6のシミュレーションの数値データである。
図6に示されているように、シミュレーション結果では、入射角:45度までは「入射角の影響を受けない」ことがわかる。入射角:50度以上では、入射角の影響が現れる。
この1/4波長板は「光を入射させる入射面と射出させる射出面とを有する基板100の入射面もしくは射出面の一方(図の上方の面)に、上に説明した如きサブ波長周期構造110が形成され、他方(図の下方の面)に、基準波長:405nmの光に対して実質的に1/4波長分の位相差を付与するフォトニック結晶構造層120が形成された構成」である。
14 サブ波長周期構造の凹部
16 凸部12の頂部に凸部12の一部として形成された反射防止膜
Claims (7)
- 入射面もしくは射出面に、1次元格子状のサブ波長周期構造を有し、該サブ波長周期構造が、2つの基準波長:785nmおよび660nmの入射光に対して、実質的に1/4波長分の位相差を付与する1/4波長板であって、
サブ波長周期構造のピッチ方向の断面形状における凸部の光学的断面積:Stと、凹部の光学的断面積:Soとの比:St/Soが、条件:
(2) 22.6 >St/So> 5
を満足し、
上記2つの基準波長に対して与える位相差の差が0.01以下であることを特徴とする1/4波長板。 - 請求項1記載の1/4波長板において、
基準波長の光を透過させる基板の、入射側もしくは射出側の平坦な面に、互いに異なる屈折率を有する材質による層が積層形成されてサブ波長構造形成層をなし、サブ波長周期構造が、上記サブ波長構造形成層に形成されていることを特徴とする1/4波長板。 - 請求項1または2記載の1/4波長板において、
サブ波長周期構造のピッチ方向の断面形状における凸部の断面形状が、底部から離れるに従い幅が狭くなる台形形状であることを特徴とする1/4波長板。 - 請求項1または2記載の1/4波長板において、
サブ波長周期構造のピッチ方向の断面形状における凸部の断面形状が、底部から離れるに従い幅が広くなる逆台形形状であることを特徴とする1/4波長板。 - 請求項1〜4の任意の1に記載の1/4波長板において、
サブ波長周期構造の凸部の最頂面部として反射防止膜が、上記凸部の一部として形成されていることを特徴とする1/4波長板。 - 請求項5記載の1/4波長板において、
サブ波長周期構造が、Ta 2 O 5 の凸状部分とSiO 2 による反射防止膜により構成されていることを特徴とする1/4波長板。 - 光を入射させる入射面と射出させる射出面とを有し、
入射面もしくは射出面の一方に、請求項1〜6の任意の1に記載のサブ波長周期構造が形成され、他方には、基準波長:405nmの光に対して実質的に1/4波長分の位相差を付与するフォトニック結晶構造層が形成されていることを特長とする1/4波長板。
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