【手続補正書】
【提出日】平成15年12月11日(2003.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】回折素子および光ヘッド装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】透明基板の表面に凹凸状の格子が形成されている回折素子において、前記回折素子が２枚の透明基板の貼り合わせ構造となっており、一方の透明基板は他方の透明基板よりも厚く、かつ貼り合わされた透明基板の両方の表面に凹凸状の格子が形成されていることを特徴とする回折素子。
【請求項２】前記透明基板として、鉄の含有量がＦｅ２Ｏ３に換算して０．０７重量％以下であるガラス基板を使用する請求項１記載の回折素子。
【請求項３】光源からの出射光を光記録媒体に導き、前記光記録媒体からの反射光を回折素子で回折させて受光素子により検出する光ヘッド装置において、前記回折素子として請求項１または２記載の回折素子が搭載されている光ヘッド装置。
【請求項４】前記光源と前記受光素子と前記回折素子とが一体に形成されている請求項３記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折素子および光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体に情報を書き込んだり、情報を読み取る光ヘッド装置において、光源である半導体レーザからの出射光が光ディスクの情報記録面によって反射され信号光となり、この信号光を分離して半導体レーザに隣接する受光素子へ導光するための光学部品としてプリズム式ビームスプリッタを用いたものと、回折格子またはホログラム素子を用いたものとが知られている。
【０００３】
また、信号光となる光ビームが光ディスクのトラックから外れているか否かを検出するためのトラッキングエラー信号を得るためには３ビーム法、プッシュプル法、位相差法などが使用される。さらに、半導体レーザからの出射光が光ディスクの表面で焦点を結んでいるか否かを検出するフォーカスエラー信号を得るためには、スポットサイズ検出法（ＳＳＤ法）、非点収差法、ナイフエッジ法などが使用される。
【０００４】
通常、半導体レーザからの出射光を分離して、この３ビーム法のための３ビームを発生させるためには回折格子が用いられ、信号光を分離するためにはホログラム素子が用いられる。ここでも、回折格子とホログラム素子の機能を上記のように使い分ける。
【０００５】
光ヘッド装置用の回折格子およびホログラム素子は、ガラスやプラスチックなどの１枚の透明基板の表面上に、矩形状断面またはブレーズ型断面を有する格子をドライエッチング法または射出成形法によって形成することによって得られる。これらの格子に対して、３ビームを発生する機能と信号光を分離する機能と独立に付与していた。
【０００６】
すなわち、従来は回折格子などの生産性を上げたりコストの低減を実現するために、１枚の透明基板を使用し、基板の一方の表面には３ビーム発生用として、通常は粗いピッチの格子（回折格子用の格子）を形成し、基板の他方の表面には信号光の分離用としての微細なピッチの格子（ホログラムの格子）を形成していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
回折素子の上面にあるホログラム素子によって回折された信号光が下面にある回折格子用の格子を避け、さらに半導体レーザに隣接している受光素子に回折光を到達させるためには、回折素子である基板は通常厚さが２ｍｍ程度は必要である。
【０００８】
微細な格子ピッチであるホログラム用の格子を形成するためにはフォトリソグラフィの技術が用いられるが、このフォトリソグラフィで使用されるフォトレジスト露光用のステッパは、厚さ１ｍｍ以下の基板にのみ対応している場合が多い。
【０００９】
したがって、厚さ２ｍｍ以上の基板に微細なピッチの格子を形成する場合、一般的には困難であり、この２ｍｍ以上の基板のためだけに特殊なステッパを製作する必要があり、回折素子のコスト高を招く問題があった。
また、従来のステッパを使用していると、回折素子の厚さが制限されて光ヘッド装置の設計の自由度が上がらない問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであり、透明基板の表面に凹凸状の格子が形成されている回折素子において、前記回折素子が２枚の透明基板の貼り合わせ構造となっており、一方の透明基板は他方の透明基板よりも厚く、かつ貼り合わされた透明基板の両方の表面に凹凸状の格子が形成されていることを特徴とする回折素子を提供する。
さらに、前記透明基板として、鉄の含有量がＦｅ２Ｏ３に換算して０．０７重量％以下であるガラス基板を使用する上記の回折素子を提供する。
さらに、光源からの出射光を光記録媒体に導き、前記光記録媒体からの反射光を回折素子で回折させて受光素子により検出する光ヘッド装置において、前記回折素子として上記の回折素子が搭載されている光ヘッド装置を提供する。
さらに、前記光源と前記受光素子と前記回折素子とが一体に形成されていることを特徴とする上記の光ヘッド装置を形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の回折素子は、２枚の透明基板が貼り合わせ構造となっており、一方の透明基板は他方の透明基板よりも厚く、貼り合わされた透明基板（合わせ基板）の両方の表面に凹凸状の格子が形成されている。両面の格子はいずれも非偏光型の格子となっている。以下、透明基板のことを単に基板ともいう。
【００１２】
透明基板の厚さを異ならせることによって、薄い方の透明基板（１ｍｍ以下）は露光装置のステッパが使用でき微細なピッチの格子が形成でき、厚い方の透明基板（１ｍｍ以上）は露光装置のマスクアライナでも露光可能で粗いピッチの格子が形成され好ましい。
【００１３】
合わせ基板の両面に格子が形成されているので、一方の基板は上述のホログラム素子となり、他方の基板は回折格子として機能し、入射光を３ビーム法が適用できるように３ビームに分離する。
【００１４】
ホログラム素子は、厚さ１ｍｍ以下のガラスやプラスチックなどの透明基板の表面にフォトレジストをコートし、フォトマスクを使用してステッパを用いる通常のフォトリソグラフィの手法と反応性イオンエッチングなどのドライエッチング法を組み合わせて作製される。ここで形成されている断面が凹凸状の回折格子は微細であり、そのピッチは通常１〜３μｍで深さは０．１〜１．０μｍである。
【００１５】
また、回折格子は、厚さ１ｍｍ以上のガラスやプラスチックなどの透明基板の表面に、ホログラム素子の場合と同様にフォトレジストをコートし、フォトマスクが使用されるが、基板が厚いためにステッパは使用できず、コンタクト方式、またはプロキシミティ方式のマスクアライナを用いて露光される。
【００１６】
その後、やはりドライエッチング法で格子が形成されるが、そのピッチは粗く通常１０〜３０μｍであるために、マスクアライナで充分その格子を形成できる。
ここで使用される透明基板は、光の透過性や耐久性の観点からガラスの基板を使用することが好ましい。
また、形成されるこれらの格子の深さは、通常０．１〜１．０μｍである。
【００１７】
上記のようにして作製されたホログラム素子と回折格子は、それぞれの基板の格子が形成されていない２つの面で、アクリル系やエポキシ系のＵＶ硬化型や熱硬化型など接着材を使用して貼り合わされる。また、接着層の好ましい厚さは１〜２０μｍであり、２０μｍより厚いと光学長の維持や信頼性に問題が生じる。１μｍ未満であると接着性に問題が生じる。
【００１８】
接着の場合、形成された２枚の基板のそれぞれの格子の長手方向が略直交するように基板方向が選ばれることが好ましい。その理由は、半導体レーザからの出射光が回折によって３ビームに分離する方向と、光記録媒体からの反射光である信号光の回折方向とが略直交して光受光素子などが都合よく配置できる。
【００１９】
さらには、ガラス基板として鉄の含有量が微小なガラス基板を使用することによって、長波長側特に波長が７８０ｎｍ以上の光の吸収が低減でき吸収熱が抑えられる。したがって、２枚のガラス基板間の接着層も吸収熱に基づく屈折率分布が抑えられ透過波面収差が低減できて好ましい。長波長光の吸収を低減するためには鉄の含有量をＦｅ２Ｏ３換算で０．０７重量％以下、特に０．０２重量％以下、とするのが好ましい。
【００２０】
本発明の回折素子は光ヘッド装置に装着されることが好ましい。光源からの出射光を光記録媒体に導き、光記録媒体からの反射光を回折素子で回折させて受光素子により検出する光ヘッド装置に本発明回折素子を光記録媒体と光源との間に配置して用いる。
【００２１】
本発明における合わせ基板の両面に格子が設けられている、すなわち回折素子の上面に微細な格子が形成され、下面に粗い格子が形成されている場合は、上方の基板はホログラム素子となり、下方の基板は回折格子として機能する。
【００２２】
すなわち、光源である半導体レーザからの出射光が下方の基板の回折格子によって３ビームに分離され、上方の基板を透過した３ビームは、光記録媒体に形成されているトラックからのビーム外れを補正するための３ビーム法に使用される。これらの３ビームは光記録媒体の表面で反射され、ホログラム素子で分離（回折）される。
【００２３】
また、３ビームのうち中心にある一本は、光記録媒体に記録された情報用の穴であるピット部で反射されることによりに信号光にもなり、上方の基板のホログラム素子はこの信号光の一部を分離（回折）し、回折素子が２ｍｍ程度の厚さを有することにより回折され信号光は回折素子の格子部分を避けて受光素子へ向かう。この回折素子の厚さは下面の基板厚を自由に採れるため、光ヘッド装置の設計に応じて例えば総厚さが２．５ｍｍや３ｍｍなども可能であり、設計の自由度が向上する。
【００２４】
さらに、本発明では光ヘッド装置の光源と受光素子と本発明の回折素子を一体に形成して、光ヘッド用の光送受信モジュール（ホログラムユニット）を形成することが好ましい。これらの構成部品は互いに近い距離にあり一体化することによって小型化され、さらに部品点数を低減させることができ、光ヘッド装置の生産性を向上させうる。これらの構成部品は基体となる筐体などにアクリル系やエポキシ系のＵＶ硬化型や熱硬化型など接着材を使用して貼り付けられる。
【００２５】
【実施例】
「例１」
図１に、本例の回折素子の側面図を示す。１はホログラム素子、２はホログラム用の格子、３は回折格子、４は回折格子用の格子、５は接着層である。この回折素子は次のように作製した。
【００２６】
直径が５インチで厚さ０．５ｍｍのガラス基板上にフォトレジストを塗布し、最小ピッチが１．５μｍのほぼ直線状の格子の繰り返しパターンを有するフォトマスクをフォトレジスト上に重ねステッパによって露光し、フォトレジストの不要部を除去して、フォトマスクと同じ格子のパターンを形成した。その後、反応性イオンエッチング法によって、ガラス基板にフォトマスクと同じ格子のパターンで深さ０．５μｍの信号光分離用の格子２を形成しホログラム素子１を作製した。
【００２７】
次に直径が５インチで厚さ１．５ｍｍのガラス基板上に上記と同様にフォトリソグラフィの技術を使用して回折格子のストライプ状の格子パターンを形成した。ここで使用したフォトマスクは直線状ピッチが１５μｍであり、露光装置はプロキシミティ方式のマスクアライナを使用した。その後やはり上記と同様にドライエッチング法によってこのガラス基板にこのフォトマスクと同じ格子のパターン深さが０．４μｍの格子４を形成し３ビーム用の回折格子３とした。
【００２８】
このように作製したホログラム素子と回折格子を、それぞれの格子２、４の長手方向が略直交するようにアクリル系ＵＶ硬化型接着材によって背中合わせに接着し、接着層５を有する総厚さ２ｍｍの基板とし、外寸４×４ｍｍに切断して回折素子とした。
【００２９】
「例２」
図２は光源と受光素子と例１の回折素子とを一体に組み込んだ、ホログラムユニットの側面図である。１はホログラム素子で３は回折格子であり、これらにより回折素子１０が構成されている。１１は光源である半導体レーザ、１２は受光素子であるフォトダイオードであり、これら回折素子１０、光源１１、受光素子１２はエポキシ樹脂製で寸法４．８×８．２ｍｍの筐体１３にアクリル系ＵＶ硬化型接着材によって固定されている。
【００３０】
このホログラムユニットを組み込んだ光ヘッド装置では、フォーカスエラー信号検出法としてスポットサイズ検出法、トラッキングエラー信号検出法として３ビーム法を採用した。
【００３１】
半導体レーザ１１からの波長７８０ｎｍの出射光は、回折格子３によって３ビームに回折され、回折素子１０を透過し、図示されていない対物レンズによって光ディスク上に集光された。光ディスクからの反射光は対物レンズを経てホログラム素子により回折されて、そのうちの±１次光が半導体レーザ１１の両側に配置され、それぞれ３分割されたフォトダイオード１２によって検出された。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によって、回折素子の厚さを自由に設計できる２枚の透明基板の重ねられた回折素子を得ることができ、この回折素子の一方の表面には微細なピッチの格子が形成でき、他方の表面には粗いピッチの格子が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回折素子の側面図。
【図２】本発明のホログラムユニットの側面図。
【符号の説明】
１：ホログラム素子
２：ホログラム用の格子
３：回折格子
４：回折格子用の格子
５：接着層
１０：回折素子
１１：光源（半導体レーザ）
１２：受光素子（フォトダイオード）
１３：筐体