(57)【要約】【課題】光ピックアップの小型化を図る上で、単結晶基板の波長板を利用した光学素子では基板を薄くすることが量産上難しいため、単結晶基板の波長板に比べ薄い位相差フィルムの波長板を利用して小型で安価な光学素子を供給すること。【解決手段】高い複屈折を有する単結晶基板の片面に波長選択性開口制限素子を形成し、かつその反対面に前記素子とパターンが重なるように偏光ホログラム素子を形成することにより、１枚の基板に波長選択性開口制限と偏光ホログラムの機能を持たせ、薄い位相差フィルム波長板と貼り合わせることで３つの機能を併せ持つ２枚基板構成の光学素子ができる。【選択図】図１
2005310236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い複屈折を有する単結晶基板の片面に波長選択性開口制限素子を形成し、かつその反対面に前記素子とパターンが重なるように偏光ホログラム素子を形成し、位相差フィルム波長板とを接着剤で貼り合わせた構成を特徴とする波長選択性偏光ホログラム素子。
【請求項２】
前記位相差フィルムが、ポリカーボネイト、ポリイミド、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリエーテルイミドおよび高分子液晶よりなる群の少なくとも１つを含む請求項１に記載の波長選択性偏光ホログラム素子。
【請求項３】
半導体レーザー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光検出器へ導く光ヘッド装置において、請求項１の光学素子が前記半導体レーザーから前記光記録媒体へ至る光路中、または前記光記録媒体から前記光検出器へ至る光路中に設置されている光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録媒体に対して光を照射して情報の記録や再生を行う光ヘッド装置に搭載されるに適した波長選択性開口素子、位相差素子、回折素子及び光ヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（コンパクトディスク）とＤＶＤ（デジタルビデオディスク）などの光ディスクに記録・再生を行うため光ヘッド装置が用いられる。光ヘッド装置には、レーザー光源から光検出器に至る光路の途中に、偏光を利用した光利用効率の高い偏光ホログラムや、異なる波長の光をその波長に応じて透過もしくは回折させたりする波長選択性開口制限素子や、１／４λもしくは５／４λ波長板などの光学素子で構成されている光ピックアップがある。前記波長板としては、水晶やＬｉＮｂＯ３（以降ＬＮ基板と省略）などの単結晶基板の他に図４のように合成樹脂シートを延伸した位相差フィルム４０２を光学的な平坦性や形状維持のため２枚の透明基板４０１で挟んだ波長板がある。（例えば特許文献１参照）
複屈折を有する単結晶基板を用いて波長選択性開口制限機能を合わせ持つ回折素子、例えば図５のように、水晶の波長板５０８に波長選択性の開口膜５０６を形成したものと偏光性ホログラム層５０５を構成したＬＮ基板５０８とを貼り合わせた波長選択性ホログラム素子が発表されているが（例えば非特許文献１参照）、光ピックアップの小型化や薄型化対応のため前記水晶５０８や前記ＬＮ基板５０８の厚みを薄くすれば研磨等の加工歩留まりが低下しコスト的に不利であった。
【０００３】
一方、一機能一素子型の光ピックアップでは部品点数も多くなり調整も複雑になるため、光ピックアップの小型化や簡略化を行うためには、機能の複合化が必要となる。薄型化と機能の複合化のため、図６のように位相差フィルムの波長板を利用した波長選択性開口制限素子も紹介されているが（例えば特許文献２参照）、位相差フィルムは熱や溶剤により変形や溶解し易いため開口制限素子や偏光性回折素子を前記位相差フィルム上に直接構成することが難しく、開口制限素子と偏光ホログラム素子を各々異なる基板に形成して、どちらか１つの基板を位相差フィルムと貼り合わせて他方の光学素子基板を光軸が一致するよう配置した構成（例えば図７のように、偏光ホログラム層７０５と波長板７０４を貼り合わせて開口制限素子７１４をその手前に配置）の光ピックアップが紹介されている。（例えば特許文献３参照）
また、図８のように開口制限素子８０７を形成した基板と偏光ホログラム層８０３を形成した基板と波長板８０２で一体化された光学素子も紹介されている。（例えば特許文献３参照）
しかしながら、従来の光学素子構成では少なくとも２つ以上の基板と位相差フィルムが必要であり、光学素子の小型化・薄型化が難しかった。
【特許文献１】特開２０００−３１０７８号公報（第６頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−１２６２９４号公報（第６項、図２）
【特許文献３】特開２００２−４０２５７号公報（第７項、図４、図７）
【非特許文献１】Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  Ｖｏｌ．４３  Ｎｏ．３  Ｊｕｎ．１９９７  ５９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように単結晶基板の波長板を利用した光学素子では基板厚みを薄くすることが量産上難しく、また単結晶基板の波長板に比べ薄い位相差フィルムの波長板を利用した光学素子も少なくとも２枚以上の基板と構成されるため、薄型化とコストダウンに課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、光ピックアップの小型化に適した薄型の波長選択性開口機能と偏光ホログラム素子を有する波長板を安価に供給することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複屈折を有する単結晶基板の片面に偏光ホログラム素子を作製しその反対の面に波長選択性開口制限素子を両面のパターンが重なるように形成して、位相差フィルムの波長板と接着剤で貼り合わせることにより、薄型で２つの部材で構成された波長選択性偏光ホログラム機能を有する波長板を供給する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の位相差フィルムの波長板を用いた波長選択性偏光ホログラム素子は、従来の波長選択性開口制限機能と偏光ホログラム機能を有した波長板に比べ、機能の複合化と構成部材の削減により薄くかつ安く作製できる。
【０００８】
波長板として単結晶基板より薄く安い位相差フィルムの波長板を用い、複屈折を有する単結晶基板の両面にそれぞれ波長選択性開口制限素子と偏光ホログラム素子を構成することで従来に比べ構成基板の削減ができ、両者を貼り合わせることで小型・薄型の波長選択性偏光ホログラム機能を有する波長板が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、第１の実施形態における位相差フィルムを用いた波長選択性偏光ホログラム素子を示したもので、（ａ）は光学素子を図中上側から見た平面図、（ｂ）は光学素子の一構成例を示す断面図、（ｃ）は光学素子の他の構成例を示す断面図である。図１に示すように、片方の面に波長選択性多層膜開口制限層１０６を構成した複屈折を有する単結晶基板１０８の反対面に偏光ホログラム層１０７が構成して、位相差フィルム１０５と接着剤１０４で貼り合わせる。波長選択性開口制限機能を有する単結晶基板１０８は、中央部を構成する第１領域１０１と、中央部を囲む第２領域１０２とを有し、前記第２領域１０２に断面が凹凸形状の同心円を多層膜で形成することにより、特定の波長の光を透過、または回折させることができる。この波長選択性開口制限機能は、第１図（ｃ）のように前記第２領域１０２に多層膜開口制限層１０９を成膜することでも可能になる。この波長選択性開口制限機能には、平坦型多層膜開口制限層１０９も回折原理を利用した凹凸型（格子型）１０６でも機能的には問題ないが、透過率の高い凹凸型（格子型）１０６が望ましい。
【００１１】
前記複屈折を有する単結晶基板１０８の波長選択性開口制限機能を構成した面と反対面にフォトリソグラフィ技術を利用しプロトン交換と位相補償溝エッチングにより格子状に偏光ホログラム層１０７をパターンで形成する。この時、前記波長選択性開口制限機能を有する素子と前記偏光ホログラム素子とのパターンが同じ位置に重なるよう形成する。前記位相差フィルムの波長板１０５と複屈折を有する単結晶基板１０８の波長選択性開口制限素子側とを接着剤で貼り合わせる。接着剤１０４と位相差フィルム１０５との接着界面での反射損失を防ぐため、前記接着剤１０４は前記位相差フィルム１０５の屈折率とほぼ同じ屈折率のものを使用することが望ましい。また、空気層と接する前記位相差フィルム１０５の表面には、反射損失を防ぐため反射防止膜１０３を施すことが望ましい。また、接着界面での反射損失を防ぐため、波長選択性開口制限素子の多層膜１０６もしくは１０８の最終層と前記接着剤の屈折率が同じなるよう膜設計をすることが望ましい。
【００１２】
先述前記第２領域１０２にのみ多層膜１０６があると第１領域１０１との間に段差が生じ、第１領域１０１と第２領域１０２の境界付近の位相差フィルム１０５が平坦でなく歪んだ状態で貼り合わされてしまい透過波面収差が悪化するため、第１領域１０１にも所定の透過率が得られるような多層膜を形成して接着面側の凹凸をできるだけ緩和することが望ましい。波長板としては、ポリオレフィン、ポリカーボネイト、ポリイミド、ポリアリレートなどの高分子樹脂を延伸により複屈折を持たせて位相差を有する位相差フィルムを用いることができる。
【００１３】
接着剤の材料としては、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリイミド系などのものが使用できるが、硬化時に位相差フィルムの膨張・収縮による内部応力を緩和・抑制するため熱硬化型よりもＵＶ硬化型の方が望ましい。
【００１４】
上記のような光学素子を形成することにより、波長選択性開口制限機能と偏光ホログラム機能と位相差発生の３つの機能を併せ持つ薄型の光学素子を構成できる。本実施形態では、複屈折を有する単結晶基板と位相差フィルムと合計２枚の部品構成により、光学素子の部品点数を削減でき小型化が図れる。
【００１５】
（実施の形態２）
図２は、第２の実施形態２における位相差フィルムを用いた波長選択性偏光ホログラム素子を示したもので、（ａ）は光学素子を図中上側から見た平面図、（ｂ）は光学素子の一構成例を示す断面図、（ｃ）は光学素子の他の構成例を示す断面図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図２では、複屈折を有する単結晶基板の接着面を図１とは反対になる偏光ホログラム素子層１０７として位相差フィルム１０５と接着剤１０４で貼り合せている。このような複屈折を有する単結晶基板１０８と位相差フィルム１０５との２つの部品構成により、第１の実施形態と同様に、光学素子の部品点数を削減でき小型化が図れる。
【００１６】
図３に示すヘッド装置は、図１の実施形態１の光学素子を光学系に組み込んだものである。図３の光ヘッド装置において、ＤＶＤ系ディスク用の波長６５０ｎｍの半導体レーザー３０９とＣＤ系光ディスク用の波長７８０ｎｍの半導体レーザー３０８から各々波長選択性プリズム３０６に光が出射される。ＤＶＤ用半導体レーザー３０９からの出射光は波長選択性プリズム３０６を透過して、集光レンズ３０５により平行光になり、偏光ホログラム層１０７を透過し、波長選択性多層膜開口制限層１０６を全面透過し、位相差フィルム１０５で直線偏光を円偏光に変わる。さらに、対物レンズ３０３で基材厚０．６ｍｍのＤＶＤディスク３０２の再生に適した光スポットを形成し、入射した円偏光の逆回転の円偏光でＤＶＤディスク３０２より反射する。反射光は再度対物レンズ３０３を通り、位相差フィルム１０５で円偏光を直線偏光に変わり、波長選択性多層膜開口制限層１０６を全面透過し、偏光ホログラム層１０７で回折光となり、集光レンズ３０５で収束光になり、波長選択性プリズム３０６を透過してＤＶＤ用光検出器３１０に集光される。
【００１７】
ＣＤ用半導体レーザー３０８からの出射光は波長選択性プリズム３０６で反射して、集光レンズ３０５により多少発散光になり、偏光ホログラム層１０７を透過し、波長選択性多層膜開口制限層１０６で開口制限を受け、位相差フィルム１０５を透過する。さらに、対物レンズ３０３で基材厚１．２ｍｍのＣＤディスク３０１の再生に適した光スポットを形成し、ＤＶＤディスク３０１で反射する。反射光は再度対物レンズ３０３を通り、位相差フィルムと波長選択性多層膜開口制限層１０６を透過し、偏光ホログラム層１０７で回折光となり、集光レンズ３０５で収束光になり、波長選択性プリズム３０６を透過してＣＤ用光検出器３０８に集光される。
【００１８】
本例は第１の実施の形態における位相差フィルム１０５の波長板を用いた波長選択性偏光ホログラム素子（図１）の具体例である。前記光学素子を構成する部材、材料及び作成方法を以下に説明する。高い複屈折を有する単結晶基板１０８として両面を光学研磨した厚さ０．３ｍｍのＬＮ基板を使用した。ＬＮ基板の片面に、フォトリソグラフィ技術を利用して所定の形状にパターニングした後、プロトン交換と位相補償溝エッチングにより格子状に偏光ホログラム層１０７を形成し、最終面に反射防止膜１０３を形成した。偏光ホログラム層１０７のパターンは、光ヘッド装置の光学系と光検出器３０８と３１０の位置関係（配置）により決めた。前記ＬＮ基板上の偏光ホログラム層１０７のパターンに重なるように、フォトリソグラフィ技術を利用して波長選択性多層膜開口制限素子のパターニングを行い、第２領域１０２に断面が凹凸形状の同心円を多層膜１０６で形成する。前記多層膜の厚みは、波長６５０ｎｍの光が透過し、波長の７８０ｎｍの光が回折するように、また、前記多層膜１０６の最終層と接着剤１０４の屈折率が同じなるように設計した。位相差フィルムには、樹脂シートを延伸したポリオレフィンのフィルムの片面に反射防止膜１０３を施した厚み０．１２ｍｍの位相差フィルムを１０５使用した。前記フィルムは、半導体レーザー光など、透過する光に対するλ／４、５／４λ、λ／２のいずれかの波長の位相差を発生するように形成されている。前記位相差フィルム１０５と前記ＬＮ基板を反射防止膜のない面同士（ＬＮ基板は波長選択性開口制限素子側）が接着面になるように接着剤１０４で貼り合わせた。接着剤にはアクリル系のＵＶ硬化タイプを使用し、接着剤１０４による位相差フィルム表面の浸食を抑制するため、接着剤を塗布して両基板の光軸合わせ調整後直ぐにＵＶ照射した。最後に、前記接着後の基板をダイサーにより所定の寸法になるよう四角に切断した。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明にかかる位相差フィルムの波長板を用いた波長選択性偏光分離素子は、光記録媒体に対して光を照射して情報の記録や再生を行う光ヘッド装置などに用いられる光学素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における位相差フィルムを用いた波長選択性偏光ホログラム素子を示したもので、（ａ）は光学素子を図中上側から見た平面図、（ｂ）は光学素子の一構成例を示す断面図、（ｃ）は光学素子の他の構成例を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態２における位相差フィルムを用いた波長選択性偏光ホログラム素子を示したもので、（ａ）は光学素子を図中上側から見た平面図、（ｂ）は光学素子の一構成例を示す断面図、（ｃ）は光学素子の他の構成例を示す断面図
【図３】本発明の光学素子の一構成例を光ヘッド装置に組み込んだ例を示す図
【図４】位相差フィルムの一構成例を示す断面図
【図５】従来の水晶波長板を用いた波長選択性偏光ホログラム素子を示したもので、（ａ）は光学素子を図中上側から見た平面図、（ｂ）は光学素子の一構成例を示す断面図
【図６】従来の位相差フィルムを用いた波長選択性開口制限素子を示したもので、（ａ）は光学素子の一構成例を示す断面図、（ｂ）は光学素子の他の構成例を示す断面図
【図７】従来の位相差フィルムを用いた光学素子を光ヘッド装置に組み込んだ一例を示す図
【図８】従来の位相差フィルムを用いた光学素子の一構成例を示す断面図
【符号の説明】
【００２１】
１０１    第１領域
１０２    第２領域
１０３、５０３，６０４    反射防止膜
１０４、４０３、５０４、６０２、８０５    接着剤
１０５、４０２，６０３、７０４、８０２    位相差フィルム
１０６、５０６    格子型多層膜開口制限層
１０７、５０５、７０５、８０３    偏光ホログラム層
１０８    複屈折を有する単結晶基板
１０９    平坦型多層膜開口制限層
３０１    ＣＤディスク
３０２    ＤＶＤディスク
３０３、７０２    対物レンズ
３０４    本発明の位相差フィルムを用いた波長選択性偏光ホログラム素子
３０５    集光レンズ
３０６    波長選択性プリズム
３０７    ＣＤ用半導体レーザー
３０８    ＣＤ用光検出器
３０９    ＤＶＤ用半導体レーザー
３１０    ＤＶＤ用光検出器
４０１    固定透明基板
５０７    ＬｉＮｂＯ３基板
５０８    水晶基板
６０１    開口制限機能を有する透明基板
６０５、７０３、７０７、７０９、７１０、８０１、８０６    透明基板
７０１    光ディスク
７０８    偏光回折格子層
７１１、８０４    位相子層
７１２    等方性媒質
７１３    偏光ホログラム素子
７１４、８０７    開口制限素子
【図１】
2005310236.tif 000003
【図２】
2005310236.tif 000004
【図３】
2005310236.tif 000005
【図４】
2005310236.tif 000006
【図５】
2005310236.tif 000007
【図６】
2005310236.tif 000008
【図７】
2005310236.tif 000009
【図８】
2005310236.tif 000010