(57)【要約】【課題】作製が容易で小型化・低コスト化に寄与でき、且つ、膜劣化等の問題も解消できる光学素子を提供する。【解決手段】基板に光源の波長より十分小さい周期構造を形成した後、該基板の屈折率を変える。例えば、石英ガラス製の基板３上にＥＢレジスト５を塗布する（ａ）。ＥＢ描画装置でパターンを描画し、現像する（ｂ）。Ｃｒなどの金属膜６を真空蒸着で成膜し、レジスト剥離液によるリフトオフ法で金属膜パターンを形成する（ｃ）。金属膜パターンを形成した基板３をＣＦ４やＣ４Ｆ８、ＣＨＦ３などのフロロカーボンガスを用いてドライエッチングを行い（ｄ）、微細な周期構造４を形成し、金属膜を除去する（ｅ）。最後に、周期構造４にボロンＢをドープして１／４波長板が完成する（ｆ）。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光源の波長より十分小さい周期構造を形成して複屈折特性を付与してなる光学素子において、
上記基板に上記周期構造を形成した後、該基板の屈折率を変えることを特徴とする光学素子の作製方法。
【請求項２】
基板に光源の波長より十分小さい周期構造を形成して複屈折特性を付与してなる光学素子において、
上記基板に上記周期構造を形成した後、該基板の屈折率を変えて作製したことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１記載の光学素子の作製方法において、
上記基板の屈折率を変えることが、該基板に不純物を与えることであることを特徴とする光学素子の作製方法。
【請求項４】
請求項２記載の光学素子において、
上記基板の屈折率を変えることが、該基板に不純物を与えることであることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１又は３記載の光学素子の作製方法において、
上記基板が石英ガラスであることを特徴とする光学素子の作製方法。
【請求項６】
請求項２又は４記載の光学素子において、
上記基板が石英ガラスであることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項２、４又は６記載の光学素子において、
同一形状の周期構造が一様に形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項２、４又は６記載の光学素子において、
上記周期構造の形状の異なる領域が少なくとも２つ以上あることを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項２、４又は６記載の光学素子において、
同一形状の周期構造が一様に形成されている部分と、周期構造の形状の異なる領域が少なくとも２つ以上ある部分の両方が一体的に形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
光学素子を有する光ピックアップにおいて、
上記光学素子が、請求項２、４、６、７、８又は９記載の光学素子であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
請求項１０記載の光ピックアップを有することを特徴とする光ディスク装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の光ディスク装置において、
追記又は書き換えが可能であることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の作製方法に関するものであり、特に光記録媒体に対して情報の記録・再生を行う光ピックアップに用いられる光学素子、該光学素子の作製法、該光学素子を用いて構成される光ピックアップ、該光ピックアップを有する光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光光学素子は光の偏光状態を変化させる素子であり、レンズやプリズム、ミラーと同様に光学システムを構成する素子として必要不可欠なもので、光通信デバイスや光ピックアップ、液晶表示デバイスなどに使われている。
偏光光学素子には、水晶や方解石などの複屈折結晶を用いたものや、高分子フィルムに二色性分子を入れたものなどが良く用いられている。
本来複屈折特性を持たない屈折率の異なる平板を光の波長より十分小さい周期で並べた微細な周期構造（凹凸状の回折構造）は、複屈折特性を発現することが知られており（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｍａｘ　Ｂｏｒｎ　ａｎｄ　Ｅｍｉｌ　Ｗｏｌｆ，ＰＥＲＧＡＭＯＮ　ＰＲＥＳＳ　ＬＴＤ．）、この構造複屈折を用いた偏光光学素子が提案されている。
【０００３】
一方、近年、音楽・画像の記録再生装置や情報技術装置のモバイル化が進み、これらの記録再生装置や情報技術装置に搭載される光ディスク装置の小型軽量化及び低コスト化が要求されている。
さらに、光ディスク装置の大容量化（高記録密度化）も要求され、青紫ＬＤ（波長４０５ｎｍ）を光源とした光ディスク装置の開発も盛んに行われている。
これまでの光ディスク装置に搭載される光ピックアップには、偏光分離素子として偏光ビームスプリッタなど比較的大きな光学素子を使うことが多かったが、現在では、図７に示すような偏光ホログラム（偏光ホログラム素子）１００（特開２０００−１１４４３号公報）や、図８に示すような偏光ホログラム１１１（特開２０００−１５５９７４号公報）が用いられるようになり、小型軽量化や低コスト化が図られている。図７において、符号１０１は１／４波長板を、１０２はカバーを、１０３は半導体レーザチップを、１０４はヒートシンクを、１０５は入射面を、１０６は筐体を、１０７は受光素子を、１０８は受光面を、１０９は底面を、１１０は開口部をそれぞれ示す。
図８において、符号１１２は光記録媒体を、１１３は対物レンズを、１１４は１／４波長板を、１１５はプリズムミラーを、１１６、１２１は検出器を、１１７、１２０は半導体レーザを、１１８、１１９はコリメートレンズをそれぞれ示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−１１４４３号公報に記載のものでは、ニオブ酸リチウム基板にプロトン交換によってホログラムパターンを形成して偏光ホログラムを作製しているが、回折パターンのピッチが比較的大きいために回折角が小さくて分割フォトダイオードまでの距離を長く取らなくてはならないため、さらなる小型化は困難である。また、ニオブ酸リチウム基板は高価であり、低コスト化にも不利である。
特開２０００−１５５９７４号公報に記載のものでは、複屈折性の有機薄膜を用いて偏光ホログラムを構成しているので、回折パターンのピッチを狭くすることができ、回折角を大きくできるので、分割フォトダイードまでの距離を短くでき、さらなる小型化が容易である。また、安価に作製することができるので、低コスト化も行うことができる。
しかしながら、有機薄膜は短波長の光に対しては、透過率が低下したり、膜が劣化してしまうなどの問題があり、青紫ＬＤを光源とした光ディスク装置の構成部品としては使用できないといった問題があった。
【０００５】
特許第３１０６０４７号公報には、図９に示すように、構造複屈折と呼ばれる波長より小さい微細な周期構造をガラス基板上に形成することで偏光ホログラムを構成する技術が記載されている。図９において、符号Ａは格子ピッチを示し、符号Ｂは波長よりも短い周期を示している。
これによれば、回折パターンのピッチを狭くして回折角を大きくし、光ピックアップの小型化が可能であり、高価な複屈折結晶を用いることがなく、また、４００ｎｍ程度の短波長の光に対しても使用することができる。
しかしながら、特許第３１０６０４７号公報においては特にガラスの種類は明示されていないが、ドライエッチングで比較的加工しやすい石英ガラスを用いた場合、周期を波長以下で高さが１．２μｍ程度の微細周期構造を形成する必要があり、非常に作製が困難である。すなわち、このような微細周期構造を作製する場合、その深さ（高さ）が大きくなるほど作製難易度は高くなる。
使用するガラスに石英ガラスより屈折率の大きい例えばＢＫ７を用いれば、微細周期構造の高さを小さくすることが可能であるが、ＢＫ７は石英ガラスよりもエッチングレートが遅く加工性が悪いため、やはり作製が難しいという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、作製が容易で小型化・低コスト化に寄与でき、且つ、膜劣化等の問題も解消できる光学素子の作製方法、光学素子、該光学素子を用いた光ピックアップ、該光ピックアップを有する光ディスク装置の提供を、その主な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
波長板や偏光ホログラムなどの偏光光学素子を複屈折構造で構成し、その作製方法においては、基板に微細周期構造を形成したのち、基板自体の屈折率を変える、というのが本発明の趣旨である。すなわち、ガラス等の基板の屈折率をそのまま使用した構造複屈折とはせずに、ドープ等の手法により基板の屈折率を変えることを条件に、これに応じた周期構造の深さの調整により作製の容易化を図ろうというものである。
【０００８】
具体的には、請求項１記載の発明では、基板に光源の波長より十分小さい周期構造を形成して複屈折特性を付与してなる光学素子において、上記基板に上記周期構造を形成した後、該基板の屈折率を変えることとした。
【０００９】
請求項２記載の発明では、基板に光源の波長より十分小さい周期構造を形成して複屈折特性を付与してなる光学素子において、上記基板に上記周期構造を形成した後、該基板の屈折率を変えて作製することとした。
【００１０】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の光学素子の作製方法において、上記基板の屈折率を変えることが、該基板に不純物を与えることであることとした。
【００１１】
請求項４記載の発明では、請求項２記載の光学素子において、上記基板の屈折率を変えることが、該基板に不純物を与えることであることとした。
【００１２】
請求項５記載の発明では、請求項１又は３記載の光学素子の作製方法において、上記基板が石英ガラスであることとした。
【００１３】
請求項６記載の発明では、請求項２又は４記載の光学素子において、上記基板が石英ガラスであることとした。
【００１４】
請求項７記載の発明では、請求項２、４又は６記載の光学素子において、同一形状の周期構造が一様に形成されていることとした。
【００１５】
請求項８記載の発明では、請求項２、４又は６記載の光学素子において、上記周期構造の形状の異なる領域が少なくとも２つ以上あることとした。
【００１６】
請求項９記載の発明では、請求項２、４又は６記載の光学素子において、同一形状の周期構造が一様に形成されている部分と、周期構造の形状の異なる領域が少なくとも２つ以上ある部分の両方が一体的に形成されていることとした。
【００１７】
請求項１０記載の発明では、光学素子を有する光ピックアップにおいて、上記光学素子が、請求項２、４、６、７、８又は９記載の光学素子であることとした。
【００１８】
請求項１１記載の発明では、光ディスク装置において、請求項１０記載の光ピックアップを有することとした。
【００１９】
請求項１２記載の発明では、請求項１１記載の光ディスク装置において、追記又は書き換えが可能であることとした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における光学素子としての１／４波長板（λ／４板）の斜視図である。１／４波長板１のハッチングで示した領域２が波長板として機能する部分である。図２は、図１においてＡ−Ａ´ラインで切断した断面の波長板として機能する領域２の拡大図である。図２に示すように、石英ガラスの基板３に微細な周期構造４が形成されており、周期構造４を含む部位にはハッチングで示すように不純物であるボロンＢがドープ（拡散）されている。
【００２１】
本実施形態における１／４波長板１の製造方法を図３に基づいて説明する。まず、（ａ）に示すように基板３上にＥＢレジスト５を塗布する。その後、（ｂ）に示すように、ＥＢ描画装置でパターンを描画し、現像する。次に、（ｃ）に示すように、Ｃｒなどの金属膜６を真空蒸着で成膜し、レジスト剥離液によるリフトオフ法で金属膜パターンを形成する。
次に、（ｄ）に示すように、金属膜パターンを形成した基板３をＣＦ４やＣ４Ｆ８、ＣＨＦ３などのフロロカーボンガスを用いてドライエッチングを行い、微細な周期構造４を形成し、金属膜を除去する（ｅ）。最後に、周期構造４にボロンＢをドープして１／４波長板が完成する（ｆ）。
【００２２】
ドライエッチング装置はＥＣＲエッチング装置を用いているが、ＩＣＰエッチング装置など他のエッチング装置でも構わない。ボロンＢのドープには液体ソースＢＢｒ３を用いたが、気体ソースＢ２Ｈ６や固体ソースＢ２Ｏ３でもよく、又はイオン注入でドープしてもよい。
レジストでのパターン形成もＥＢ描画だけでなく、ステッパーも使った方法でもよい。
波長４０５ｎｍの光に対して１／４波長板として機能させるためには、石英ガラスのままで構成する場合には、構造複屈折の高さを１．１μｍ程度にしなくてはならないのに対し、ボロンＢをドープして屈折率を１．５３にすると、構造複屈折の高さは０．９μｍと約８割の高さでよく、微細な周期構造４の形成が容易となる。
ドープする材料はボロン以外のものでもよい。屈折率を１．６にすると構造複屈折の高さは０．７μｍと約６割の高さでよくなり、さらに微細な周期構造４の形成が容易となる。
【００２３】
次に、図４に基づいて第２の実施形態を説明する。図４は、光学素子としての偏光ホログラムの一部を拡大したものである。
基板３上の領域Ｉには微細な周期構造４Ａが形成されており、領域ＩＩには方向が９０°異なる微細な周期構造４Ｂが形成されている。すなわち、周期構造の形状の異なる領域が少なくとも２つ以上存在している。
領域Ｉの周期構造４のデューティー比０．４４、領域ＩＩのデューティー比を０．６７となるように形成し、ガラスの屈折率が１．６になるようにボロンをドープすると、ｘの偏光方向の光（波長４０５ｎｍ）に対しては、どちらの領域の屈折率も１．３０となり、光はそのまま透過するが、偏光の向きが９０°変わりｙの偏光方向の光に対しては、領域Ｉでの屈折率が１．１７、領域ＩＩでの屈折率が１．４３となるため、領域Ｉと領域ＩＩとでホログラムパターンが形成され、光は回折する。
【００２４】
石英ガラスの屈折率のままで最大の回折効率を得ようとした場合、周期構造４の高さは１．２μｍ必要であるのに対し、本実施形態における偏光ホログラムでは周期構造４の高さは０．７８μｍで最大回折効率が得られ、周期構造４の形成が容易となる。
本実施形態における偏光ホログラムの製造は、上記実施形態における１／４波長板と全く同じ方法で作製することができ、ＥＢ描画時の描画パターンを変更するだけでよい。
なお、第１の実施形態における１／４波長板と、第２の実施形態における偏光ホログラムは、１つのガラス基板に一体に容易に作製可能（一方の面に１／４波長板を、もう一方の面に偏光ホログラムをそれぞれ形成する）であるので、光ピックアップの構成部品点数を減らすことができ、さらに、光ピックアップの小型軽量化及び低コスト化を実現できる。
【００２５】
次に、図５及び図６に基づいて第３の実施形態を説明する。本実施形態では安価で小型軽量の光ピックアップモジュールを提供することを目的としている。図５は、本実施形態における光ピックアップモジュールの構成図である。光ピックアップモジュール７は、ＧａＮレーザを光源とした光源ユニット８と、対物レンズ９と、レンズホルダ１０を介して対物レンズ９を移動させる移動手段としてのアクチュエータ１１を有している。図５において、符号１２は光記録媒体としての光ディスクを示す。
【００２６】
光源ユニット８は光源からの光を対物レンズ９に導く照明光学系を含んでおり、図６に示すように、光源としての半導体レーザ１３と、信号検出手段としての分割フォトダイオード１４と、ヒートシンク１５と、第２の実施形態で説明した１／４波長板・偏光ホログラム一体型の光学素子１６を有している。
半導体レーザ１３から出射したレーザ光は偏光面に対して光学軸が４５°をなすように配置された１／４波長板で直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ９によって光ディスク１２の記録面に集光する。集光したレーザ光は記録面で反射し、再び対物レンズ９を経て１／４波長板で円偏光から直線偏光に変換され、偏光ホログラムに形成された回折格子によって分割フォトダイオード１４上に回折パターンが形成されるので、光ディスク１２の記録面に記録された信号を検出することができる。
【００２７】
次に、第４の実施形態を説明する。本実施形態では、安価で小型軽量で且つ大容量の光ディスク装置を提供することを目的としている。
図示しないが、構成としては、第３の実施形態で示した光ピックアップモジュール７と、ＬＤを駆動する駆動部と、光記録媒体を回転させる回転機構と、検出系で検出したフォーカス信号をもとにフォーカスアクチュエータを駆動するフォーカス制御部と、検出系で検出したトラック信号をもとにトラックアクチュエータを駆動するトラック制御部と、光記録媒体に記録されたデータを再生する信号再生部を有する。
第４の実施形態において、外部から入力されたデータをもとに追記型光記録媒体又は書換型光記録媒体に記録する信号に変換する信号処理部を有する構成とすれば、安価で小型軽量で且つ大容量の追記型又は書換型の光ディスク装置を実現できる（第５の実施形態）。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、基板に光源の波長より十分小さい周期構造を形成して複屈折特性を付与してなる光学素子において、上記基板に上記周期構造を形成した後、該基板の屈折率を変えることとしたので、比較的加工しやすい状態で微細周期構造を形成することができ、光学素子を容易に作製することができる。
【００２９】
請求項２記載の発明によれば、基板に光源の波長より十分小さい周期構造を形成して複屈折特性を付与してなる光学素子において、上記基板に上記周期構造を形成した後、該基板の屈折率を変えて作製することとしたので、比較的加工しやすい状態で微細周期構造を形成することができ、光学素子を容易に作製することができる。
【００３０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の光学素子の作製方法において、上記基板の屈折率を変えることが、該基板に不純物を与える（例えば拡散）ことであることとしたので、屈折率を容易に変えることができる。
【００３１】
請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の光学素子において、上記基板の屈折率を変えることが、該基板に不純物を与える（例えば拡散）ことであることとしたので、屈折率を容易に変えることができる。
【００３２】
請求項５記載の発明によれば、請求項１又は３記載の光学素子の作製方法において、上記基板が石英ガラスであることとしたので、安価で良加工性を得ることができる。
【００３３】
請求項６記載の発明によれば、請求項２又は４記載の光学素子において、上記基板が石英ガラスであることとしたので、安価で良加工性を得ることができる。
【００３４】
請求項７記載の発明によれば、請求項２、４又は６記載の光学素子において、同一形状の周期構造が一様に形成されていることとしたので、光の偏光状態を変換できる光学素子（波長板）を容易に作製することができる。
【００３５】
請求項８記載の発明によれば、請求項２、４又は６記載の光学素子において、上記周期構造の形状の異なる領域が少なくとも２つ以上あることとしたので、光の偏光状態によって回折させたり回折させなかったりをできる光学素子（偏光ホログラム）を容易に作製することができる。
【００３６】
請求項９記載の発明によれば、請求項２、４又は６記載の光学素子において、同一形状の周期構造が一様に形成されている部分と、周期構造の形状の異なる領域が少なくとも２つ以上ある部分の両方が一体的に形成されていることとしたので、光学素子の小型軽量化・低コスト化を実現できる。
【００３７】
請求項１０記載の発明によれば、光学素子を有する光ピックアップにおいて、上記光学素子が、請求項２、４、６、７、８又は９記載の光学素子であることとしたので、小型軽量で低コストの光ピックアップ（装置）を容易に実現することができる。
【００３８】
請求項１１記載の発明によれば、光ディスク装置において、請求項１０記載の光ピックアップを有することとしたので、小型軽量で低コストの光ディスク装置を容易に実現することができる。
【００３９】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１１記載の光ディスク装置において、追記又は書き換えが可能であることとしたので、小型軽量で低コストの追記型又は書換型の光ディスク装置を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光学素子としての１／４波長板の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´ラインでの断面における拡大図である。
【図３】１／４波長板の製造工程を示す図である。
【図４】第２の実施形態における光学素子としての偏光ホログラムの一部を拡大した斜視図である。
【図５】第３の実施形態における光ピックアップの概要構成図である。
【図６】光ピックアップにおける光源ユニットの詳細図である。
【図７】従来例における光ピックアップの概要図である。
【図８】他の従来例における光ピックアップの概要図である。
【図９】さらに他の従来例における構造複屈折の斜視図である。
【符号の説明】
１　光学素子としての１／４波長板
３　基板
４　周期構造
７　光ピックアップ
１３　光源としての半導体レーザ
Ｂ　不純物としてのボロン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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