(57)【要約】【課題】  小型化した場合であっても、密着強度等に関する膜の信頼性を維持しつつ、波面精度等の光学部品として必要な性能を得ることができる光学部品、この光学部品を有する光ヘッド及びこの光ヘッドを用いて光ディスク等の光記録媒体にデータの記録又は再生を行う光記録再生装置を提供する。【解決手段】  開示される光学部品は、光学基板２上に、１８０〜２２０ＭＰａの引張応力を有する高屈折率膜４と、−２２０〜−２６０ＭＰａの圧縮応力を有する低屈折率膜５との対を複数積層した多層膜３が成膜されて構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基板上に、１８０〜２２０ＭＰａの引張応力を有するＴｉＯ２膜と、−２２０〜−２６０ＭＰａの圧縮応力を有するＳｉＯ２膜との対を複数積層した多層膜を成膜したことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記ＴｉＯ２膜の引張応力の絶対値と、前記ＳｉＯ２膜の圧縮応力の絶対値との差が５０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項３】
前記多層膜は、反射膜、透過膜又は反射防止膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学部品。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光学部品を備えることを特徴とする光ヘッド。
【請求項５】
請求項４記載の光ヘッドを備えることを特徴とする光記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定波長帯の光を反射又は透過し、あるいはその反射を防止する光学部品、この光学部品を有する光ヘッド及びこの光ヘッドを用いて光ディスク等の光記録媒体にデータの記録又は再生を行う光記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光学部品を製造するために、ガラスやシリコン等の低熱膨張係数を有する光学基板上に、低屈折率材料である二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜と高屈折率材料である二酸化チタン（ＴｉＯ２）膜からなる多層膜を成膜した場合、ＳｉＯ２膜の内部応力は圧縮応力になり易く、ＴｉＯ２膜の内部応力は引張応力になり易い。しかし、従来から、内部応力が圧縮応力である層と引張応力である層とを交互に積み重ねて積層構造とし、多層膜全体の内部応力がほぼ０になるように構成することにより、膜剥離が生じにくい多層膜を成膜できることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。以下、この技術を第１の従来例と呼ぶ。
【０００３】
また、従来の光学部品には、クラックや内部欠陥を防止するとともに、機械的強度や耐環境性等も充分である多層膜を得るために、ガラス基板からなる光学基板上に、イオンアシスト蒸着法により、高屈折率を有し、内部応力が圧縮応力であるＴｉＯ２膜と、低屈折率を有し、内部応力が引張応力であるフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）膜とを交互に積層したものもある（例えば、特許文献２参照。）。以下、この技術を第２の従来例と呼ぶ。
【特許文献１】特開平１１−３０７０７号公報（［０００７］〜［０００９］、図２）
【特許文献２】特開平８−２５４６１２号公報（請求項２，［００２０］〜［００３２］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光学部品を小型化する場合、光学基板を薄くすることが最も効果的である。しかし、光学基板を薄くした場合、上記した多層膜を構成する各膜の内部応力により、光学基板が反ってしまうおそれがある。光学基板が反ると、上記光学部品の反射波面精度が劣化するので、このような光学部品を例えば、光ヘッドの反射ミラー等に用いた場合、半導体レーザから出射された光ビームのビームスポットの形状自体が変形してしまう。このことがこの光学部品を用いた光記録再生装置において、光ディスクから読み取られたデータのエラーレートを悪化させる原因となり、必要な性能を得ることができない。光学基板を薄型化すればするほど、この影響は甚大である。
【０００５】
この点、上記した第１及び第２の従来例では、光学部品を小型化することに関しては何ら考慮されていない。従って、上記した第１及び第２の従来例では、膜の剥離やクラック等の防止を図ることができても、光学基板の反りを防止することができず、上記した課題に対処することができない。
上記した不都合は、反射膜が成膜された光学部品及びこの光学部品を用いた光記録再生装置だけでなく、反射防止膜や透過膜あるいは、入射光の一部を透過するとともに、残りの一部を反射する膜が成膜された光学部品及びこの光学部品を用いた光記録再生装置についても、同様に当てはまる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光学基板を薄くした場合であっても、密着強度や波長シフト等に関する膜の信頼性を維持しつつ、波面精度等の光学部品として必要な性能を得ることができる光学部品、光ヘッド及び光記録再生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る光学部品は、光学基板上に、１８０〜２２０ＭＰａの引張応力を有するＴｉＯ２膜と、−２２０〜−２６０ＭＰａの圧縮応力を有するＳｉＯ２膜との対を複数積層した多層膜を成膜したことを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光学部品に係り、前記ＴｉＯ２膜の引張応力の絶対値と、前記ＳｉＯ２膜の圧縮応力の絶対値との差が５０ＭＰａ以下であることを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学部品に係り、前記多層膜は、反射膜、透過膜又は反射防止膜であることを特徴としている。
また、請求項４記載の発明に係る光ヘッドは、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学部品を備えることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明に係る光記録再生装置は、請求項４記載の光ヘッドを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、請求項１記載の発明に係る光学部品は、光学基板上に、１８０〜２２０ＭＰａの引張応力を有するＴｉＯ２膜と、−２２０〜−２６０ＭＰａの圧縮応力を有するＳｉＯ２膜との対を複数積層した多層膜が成膜されて構成されている。従って、光学基板を薄くした場合であっても、密着強度や波長シフト等に関する膜の信頼性を維持しつつ、波面精度等の光学部品として必要な性能を得ることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、請求項４記載の発明に係る光ヘッドは、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学部品を備えている。従って、光ヘッドを小型化するために、光学部品を小型化した場合であっても、光学部品の反りや膜剥離に起因して、光記録媒体から読み取られたデータのエラーレートが悪化することはない。
また、本発明によれば、請求項５記載の発明に係る光記録再生装置は、請求項４記載の光ヘッドを備えている。従って、光記録再生装置を小型化するために、光ヘッド及び光学部品を小型化した場合であっても、光学部品の反りや膜剥離に起因して、光記録媒体から読み取られたデータのエラーレートが悪化することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学部品の１つである反射ミラー１の外観構成を示す概略図である。この例の反射ミラー１は、光学基板２上に、多層膜３が成膜されて構成されている。多層膜３は、高屈折率膜４と、低屈折率膜５とが交互に積層されて構成されている。図１の例では、３０層積層されている。光学基板２は、例えば、ホウケイ酸クラウン光学ガラスやシリコン等からなり、低熱膨張係数（例えば、７．５×１０−６／℃）を有する。光学基板２は、略直方体状を呈している。
【００１１】
高屈折率膜４は、例えば、ＴｉＯ２、一酸化チタン（ＴｉＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる。高屈折率膜４の屈折率は、光の波長や成膜条件によって異なるが、例えば、２．００〜２．６０である。高屈折率膜４は、反射ミラー１が所定波長帯の光を反射するための設計波長をλ０とした場合、その光学膜厚は、λ０／４である。
【００１２】
低屈折率膜５は、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等からなる。低屈折率膜５の屈折率は、光の波長や成膜条件によって異なるが、例えば、１．４０〜１．５０である。低屈折率膜５の光学膜厚は、λ０／４である。
【００１３】
次に、高屈折率膜４の材料としてＴｉＯ２を用いるとともに、低屈折率膜５の材料としてＳｉＯ２を用いた場合の具体的特性について、比較例と比較しつつ説明する。まず、膜構成としては、図１に示すように、３０層積層する。成膜方法は、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ：Ion Assisted Deposition）法を用いる。この成膜方法の詳細については、例えば、上記した特許文献２に開示されている。
【００１４】
図２には、本発明の具体例１及び２と、これと比較するための比較例１及び２の成膜条件、成膜された各膜の膜応力、光学基板の反り及び膜剥離についての評価結果を示す。多層膜３を成膜した光学基板２は、ホウケイ酸クラウン光学ガラスからなり、縦及び横の長さがともに３４ｍｍ、厚さが２ｍｍである。図２において、加速電圧及び加速電流とは、ＩＡＤ法において、イオン源が発生するイオンのエネルギーを制御するための電圧及び電流である。また、光学基板２の基板温度は、いずれの場合も３００度程度に加熱・保持する。
【００１５】
また、膜の応力σｍは、式（１）で表される。
σｍ＝Ｅ・ｂ２・（ｒ０−ｒ）／｛６・（１−ν）・ｄ・ｒ０・ｒ｝  …（１）
式（１）において、Ｅは、光学基板のヤング率、ｂは、光学基板の厚さ、νは、光学基板のポアソン比、ｄは、膜の厚さ、ｒ０は、成膜前の光学基板の曲率半径、ｒは、成膜後の光学基板の曲率半径をそれぞれ示している。今の場合、例えば、膜の応力σｍを測定するときの光学基板のヤング率Ｅは、８０［Ｇ・Ｐａ］、光学基板の厚さｂは、１［ｍｍ］、光学基板のポアソン比νは、０．２１０であるとする。
【００１６】
次に、反りについては、上記した縦及び横の長さがともに３４ｍｍ、厚さが２ｍｍである光学基板２上に多層膜３が成膜された資料から、図３（ａ）に示す、縦６．０ｍｍ、横６．５ｍｍの小片を切り出し、測定波長λを６３２ｎｍ、測定範囲を直径５．８ｍｍとして、干渉計を用いて反射波面精度として評価した。ここで、図３（ｂ）に示すように、多層膜が成膜されている側が凸状になる場合が圧縮応力（符号が＋）による反りであり、図３（ｃ）に示すように、多層膜が成膜されている側が凹状になる場合が引張応力（符号が−）による反りである。反射波面精度をＲｍｓ値で表し、０．０３λ（ｎｍ）以下を合格と評価した。
【００１７】
また、信頼性試験（膜密着性）については、以下に示す方法で評価した。
（１）まず、成膜後、ダイヤペンやかみそりの刃等で約１ｍｍピッチで格子状に膜を切断する。
（２）次に、周囲温度６０℃、湿度９５％の環境下に９６時間保存した後、常温、常湿度下に２４時間放置する。
（３）接着強度７５０ｇ／２５ｍｍの接着テープを膜表面に貼付した後、この接着テープを剥がす。このとき、膜剥離が５％以下を合格と評価した。
以上説明した反射波面精度及び膜密着性の合格基準の根拠については、後述する。
【００１８】
図２に示す具体例１及び２と、比較例１及び２とを比較して分かるように、本発明の実施の形態１によれば、高屈折率膜４として、その内部応力が１８０〜２２０ＭＰａの引張応力であるＴｉＯ２膜を用いるとともに、低屈折率膜５として、その内部応力が−２２０〜−２６０ＭＰａの圧縮応力であるＳｉＯ２膜を用いた場合には、反射波面精度の判定及び膜信頼性の判定がともに合格となっている。
【００１９】
以下のことから、ＴｉＯ２膜の引張応力が１８０〜２２０ＭＰａの範囲にあるとともに、ＳｉＯ２膜の圧縮応力が−２２０〜−２６０ＭＰａの範囲にあり、かつ、ＴｉＯ２膜の引張応力の絶対値とＳｉＯ２膜の圧縮応力の絶対値との差が５０ＭＰａ以下であれば、光学基板の反射波面精度と膜の密着性の両方について、光学部品として必要な性能を得ることができる。即ち、光学基板を薄くして光学部品を小型化した場合であっても、密着強度等に関する膜の信頼性を維持しつつ、波面精度等の光学部品として必要な性能を得ることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る光ヘッドの光学系１１の構成を示す概略図である。光ヘッドの光学系１１は、上記した実施の形態１に係る反射ミラー１と、光源１２と、回折格子１３と、ビームスプリッタ１４と、対物レンズ１５と、レンズ１６と、光検出器１７及び１８とから概略構成されている。なお、ビームスプリッタ１４と反射ミラー１との間に、コリメータレンズを設けても良い。
【００２１】
半導体レーザ等の光源１２から出射された光ビームは、回折格子１３で３ビームに分離された後、ビームスプリッタ１４で直進する光ビームと反射する光ビームに分離される。次に、ビームスプリッタ１４を直進する光ビームは、反射ミラー１で上方に立ち上げられる。反射ミラー１は、図１に示すように、光学基板２上に高屈折率膜４と低屈折率膜５とが交互に積層された構成されているため、光学基板２が１〜２ｍｍと薄い場合であっても、光学基板２が反ることはなく、また膜が剥離していない。従って、ビームスプリッタ１４を直進した光ビームは、反射ミラー１で上方に立ち上げられる際、ビームスポットの形状が変形することはない。
【００２２】
次に、反射ミラー１で上方に立ち上げられた光ビームは、ビームスポットが所定形状を維持したまま対物レンズ１５で収束され、光ディスク１９上に集光する。その後、光ディスク１９上で反射された光ビームは、対物レンズ１５を透過して反射ミラー１に到達する。この場合、上記したように、光学基板２が反らず、膜剥離も生じていないので、対物レンズ１５を透過した光ビームは、反射ミラー１において、そのビームスポットの形状が変形することなく、ビームスプリッタ１４に入射される。ビームスプリッタ１４に入射された光ビームは、ビームスプリッタ１４で反射され、レンズ１６を透過した後に光検出器１７に達し、電気信号に変換される。光検出器１７から出力された電気信号は、音楽データ等を再生するために用いられる。この再生の際、少なくとも反射ミラー１の反りや膜剥離に起因して、データのエラーレートが悪化することはない。
【００２３】
一方、半導体レーザ等の光源１２から出射され、回折格子１３で３ビームに分離された後、ビームスプリッタ１４で反射された光は、ビームスプリッタ１４の近傍に配置された光検出器１８に達し、電気信号に変換される。光検出器１８から出力された電気信号は、光源１２の出力を一定値に保持するフィードバック回路（図示略）によって光源１２に供給される電流を制御するために用いられる。
【００２４】
このように、本発明の実施の形態２によれば、光ヘッドの光学系１１を構成する反射ミラーとして、上記した実施の形態１に係る反射波面精度及び膜密着性の合格基準を満たした反射ミラー１を用いている。従って、光ヘッドを小型化するために、反射ミラーを小型化した場合であっても、反射ミラーの反りや膜剥離に起因して、光ディスクから読み取られたデータのエラーレートが悪化することはない。即ち、上記実施の形態１で説明した反射波面精度及び膜密着性の合格基準は、本発明による光学部品を光学ヘッドの光学系を構成する反射ミラーとして用いる場合を想定したものである。
【００２５】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る光記録再生装置の構成を示す概略図である。この光記録再生装置は、上記した実施の形態２に係る光ヘッドの光学系１１と、スピンドルモータ３１と、コントローラ３２と、レーザ駆動回路３３と、レンズ駆動回路３４とから概略構成されている。
【００２６】
スピンドルモータ３１は、コントローラ３２の制御の下、光ディスク１９を回転駆動する。コントローラ３２は、光ヘッドの光学系１１から供給されるフォトディテクタ検出信号に基づいて、スピンドルモータ３１、レーザ駆動回路３３及びレンズ駆動回路３４を制御する。レーザ駆動回路３３は、コントローラ３２の制御の下、光ヘッドの光学系１１を構成する光源１２（図４参照）である半導体レーザを駆動するためのレーザ駆動信号を生成し、光ヘッドの光学系１１に供給する。レンズ駆動回路３４は、コントローラ３２の制御の下、光ヘッドの光学系１１を構成する対物レンズ１５（図４参照）のフォーカシング及びトラッキングを制御するためのレンズ駆動信号を生成し、光ヘッドの光学系１１に供給する。
【００２７】
コントローラ３２は、フォーカスサーボ追従回路３５と、トラッキングサーボ追従回路３６と、レーザコントロール回路３７とを有している。フォーカスサーボ追従回路３５は、光ヘッドの光学系１１から供給されるフォトディテクタ検出信号に基づいて、回転している光ディスク１９の情報記録面に光ヘッドの光学系１１から出射された光ビームのフォーカスをかけるためのフォーカスサーボ信号を生成し、レンズ駆動回路３４に供給する。
【００２８】
トラッキングサーボ追従回路３６は、光ヘッドの光学系１１から供給されるフォトディテクタ検出信号に基づいて、光ディスク１９の偏芯している信号トラックに対して、光ヘッドの光学系１１から出射された光ビームのビームスポットを追従させるためのトラッキングサーボ信号を生成し、レンズ駆動回路３４に供給する。レーザコントロール回路３７は、光ヘッドの光学系１１から供給されるフォトディテクタ検出信号から抽出された光ディスク１９に記録されている記録条件設定情報に基づいて、適切なレーザ駆動信号の生成を行う。
【００２９】
このように、本発明の実施の形態３によれば、上記した実施の形態１に係る反射ミラー１を用いた光ヘッドの光学系１１を用いて光記録再生装置を構成している。従って、光記録再生装置を小型化するために、光ヘッドの光学系及びその構成部品である反射ミラーを小型化した場合であっても、反射ミラーの反りや膜剥離に起因して、光ディスクから読み取られたデータのエラーレートが悪化することはない。
【００３０】
実施の形態４．
上述の各実施の形態では、本発明を反射ミラーに適用する例を示したが、これに限定されない。本発明は、例えば、入射光の一部を透過するとともに、残りの一部を反射するハーフミラー、透過膜又は反射防止膜が成膜された各種光学部品、ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズムに適用することができる。何故なら、透過膜又は反射防止膜は、反射膜と同一の成膜方法において、高屈折率膜と低屈折率膜との各膜厚を変更することにより成膜することができるからである。
【００３１】
実施の形態５．
上述の各実施の形態では、光源が１個だけ設けられている光ヘッドや光ヘッドが１個だけ設けられている光記録再生装置の例を示したが、これに限定されない。本発明は、光源が複数個設けられている光ヘッドや光ヘッドが複数個設けられている光記録再生装置にも適用することができる。このような光ヘッド及び光記録再生装置は、例えば、特開２００４−２９５９８２号公報に開示されている。
【００３２】
以下、この実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述した各実施の形態では、光記録媒体が円盤状の光ディスクである例を示したが、これに限定されず、光記録媒体は、矩形状であっても良い。例えば、上述した各実施の形態では、反射ミラー１は、１波長の光を反射する例を示したが、これに限定されるものではない。即ち、この発明は、２波長以上の光を反射する反射ミラーその他の光学部品に適用することができる。この場合、例えば、２波長の光を反射する反射ミラーでは、中間層としてλ０／４以外の膜厚を成膜すれば良い。一例を挙げると、高屈折率膜では、λ０／２の層、低屈折率膜では、λ０／４よりやや薄い層を設ければ良い。
また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用することができる。例えば、上述した実施の形態２及び３では、本発明を光ヘッドの光学系１１の反射ミラー１だけに適用する例を示したが、これに限定されない。例えば、本発明は、図４に示すビームスプリッタ１４、対物レンズ１５あるいはレンズ１６にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る反射ミラーの外観構成を示す断面図である。
【図２】本発明の具体例１及び２並びに比較例１及び２の成膜条件、成膜された各膜の膜応力、光学基板の反り及び膜剥離についての評価結果を示す図である。
【図３】（ａ）は、反射ミラーの外観構成を示す上面図、（ｂ）は、膜の内部応力が圧縮応力である反射ミラーの断面図、（ｃ）は、膜の内部応力が引張応力である反射ミラーの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光ヘッドの光学系の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る光記録再生装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  反射ミラー
２  光学基板
３  多層膜
４  高屈折率膜
５  低屈折率膜
１１  光ヘッドの光学系
１２  光源
１３  回折格子
１４  ビームスプリッタ
１５  対物レンズ
１６  レンズ
１７，１８  光検出器
１９  光ディスク
３１  スピンドルモータ
３２  コントローラ
３３  レーザ駆動回路
３４  レンズ駆動回路
３５  フォーカスサーボ追従回路
３６  トラッキングサーボ追従回路
３７  レーザコントロール回路
【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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