(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の光束Ｌ１と、波長λ２（λ１≠λ２）の光束Ｌ２のうち、いずれか一方の光束のみを透過する波長選択性のフィルタ域と、両方の光束を透過する透明域とからなる開口制限素子であって、
前記開口制限素子は、その表面の中央領域に前記透明域となる凸部を備え、かつ凸部の周辺領域または凸部形成面とは反対側の面の周辺領域に前記フィルタ域として波長選択性の誘電体多層膜が積層された透明基板を備え、
前記凸部の高さが、入射する光束Ｌ１に対して中央領域と周辺領域とで位相が揃うように調整されていることを特徴とする開口制限素子。
【請求項２】
前記透明基板の凸部加工面とは反対側の面に、有機物薄膜からなる波長板および／または回折格子が積層されている請求項１記載の開口制限素子。
【請求項３】
波長λ１の光束Ｌ１と波長λ２（λ１≠λ２）の光束Ｌ２とをそれぞれ出射する光源と、光束Ｌ１および光束Ｌ２を光記録媒体に集光するための対物レンズと、集光し光記録媒体で反射した光束Ｌ１および光束Ｌ２を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、２つの光源と対物レンズとの間の共通する光路中に請求項１または２記載の開口制限素子が配設されることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開口制限素子および光ヘッド装置に関し、とくに光ヘッド装置に関しては光記録媒体の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同一の光ヘッド装置を用いて、規格の異なる光ディスクであるＣＤまたはＤＶＤの記録および再生を行う、ＣＤ／ＤＶＤ互換型光ヘッド装置が製品化されている。ＣＤとＤＶＤのそれぞれの光ディスクでは、記録および再生に用いる光の波長帯、光ディスクの厚さ、記録密度などの規格が異なるため、ＣＤの記録および再生時とＤＶＤの記録および再生時とでそれぞれ光学系の開口数を変える必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
波長６５０ｎｍのＤＶＤ用に設計された開口数０．６程度の対物レンズを用いて、ＣＤの記録および再生を実行するために、図７に示す開口制限素子５０１を用いて、ＣＤ用の波長７８０ｎｍに対し、開口数を切り替える方法が提案されている。開口制限素子５０１は、透明基板５１上に位相差調整用の誘電体多層膜５２が形成された中央領域Ｃと波長選択性の誘電体多層膜５３が形成された周辺領域Ｄを有している。また、５４は反射防止膜である。
【０００４】
波長選択性の誘電体多層膜５３は、ＤＶＤ用の光束を透過させるが、ＣＤ用の光束は透過させない機能を有する。一方、位相差調整用の誘電体多層膜５２は、ＤＶＤ用の光束とＣＤ用の光束をともに透過させるとともに、中央領域Ｃと周辺領域ＤにおけるＤＶＤ用の光束の位相を揃える機能を有している。
【０００５】
しかしながら、開口制限素子５０１は、中央領域Ｃと周辺領域Ｄを形成する製造工程において、２０層前後の誘電体多層膜の形成を２回、リフトオフ用のマスクの形成を２回、リフトオフを２回繰り返す複雑な工程が必要となり、複雑な工程が原因で歩留まり向上の妨げとなっており、工程の簡略化された開口制限素子が望まれていた。
【０００６】
本発明は、製造工程数が少なく容易に作製でき、かつ生産歩留まりのよい開口制限素子、およびそれを用いた光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長λ１の光束Ｌ１と、波長λ２（λ１≠λ２）の光束Ｌ２のうち、いずれか一方の光束のみを透過する波長選択性のフィルタ域と、両方の光束を透過する透明域とからなる開口制限素子であって、前記開口制限素子は、その表面の中央領域に前記透明域となる凸部を備え、かつ凸部の周辺領域または凸部形成面とは反対側の面の周辺領域に前記フィルタ域として波長選択性の誘電体多層膜が積層された透明基板を備え、前記凸部の高さが、入射する光束Ｌ１に対して中央領域と周辺領域とで位相が揃うように調整されていることを特徴とする開口制限素子を提供する。
【０００８】
また、前記透明基板の凸部加工面とは反対側の面に、有機物薄膜からなる波長板および／または回折格子が積層されている上記の開口制限素子を提供する。
【０００９】
さらに、波長λ１の光束Ｌ１と波長λ２（λ１≠λ２）の光束Ｌ２とをそれぞれ出射する光源と、光束Ｌ１および光束Ｌ２を光記録媒体に集光するための対物レンズと、集光し光記録媒体で反射した光束Ｌ１および光束Ｌ２を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、２つの光源と対物レンズとの間の共通する光路中に上記の開口制限素子が配設されることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置の構成例を示している。光記録媒体として、ＤＶＤ６およびＣＤ７の記録および再生を行う光ヘッド装置であり、光源として、ＤＶＤ用の波長λ１の光束Ｌ１を出射する半導体レーザ１ＡとＣＤ用の波長λ２の光束Ｌ２を出射する半導体レーザ１Ｂとを備えている。
【００１１】
半導体レーザ１Ａおよび１Ｂを出射した光束Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ、ビームスプリッタ２および３で反射され、コリメートレンズ４を透過後、開口制限素子１０１を透過して、対物レンズ５によって、ＤＶＤ６またはＣＤ７上に集光される。ＤＶＤ６またはＣＤ７で反射した光は、最終的に光検出器８上に集光する。また、９は位相板であり、４分の１波長板を用いることで、ＣＤ７への情報記録時に半導体レーザ１Ｂへの同一偏光方向の戻り光を防ぎ、半導体レーザ１Ｂの発振特性を安定させることができる。
【００１２】
図２に本発明の第１実施態様である開口制限素子１０１の（ａ）断面図と、（ｂ）平面図を示す。透明基板１１の下面には、段差がｄの凸部が直接加工されており、凸部が中央領域Ａ、中央領域Ａよりｄだけ低い部分（引っ込んだ部分）が周辺領域Ｂとなっている。また、中央領域Ａには膜厚がｄａである反射防止膜１３が、周辺領域Ｂには膜厚がｄｆである波長選択性の誘電体多層膜１２が形成されている。また、透明基板１１の上面にも、反射防止膜１４が形成されている。透明基板１１としては、ガラス、石英ガラスなどの光学的に等方的な材料を用いることができる。
【００１３】
また、反射防止膜１３および１４としては、ＤＶＤ用の光束Ｌ１とＣＤ用の光束Ｌ２が、ともに９８％以上透過し、容易に作製できる４層程度の誘電体多層膜を使用でき、波長選択性の誘電体多層膜１２としては、ＤＶＤ用の波長λ１の光束Ｌ１に対し９０％以上の透過率、ＣＤ用の波長λ２の光束Ｌ２に対し２０％以下の透過率を有する２０層前後の誘電体多層膜を使用できる。ただし、ＣＤ用の光束Ｌ２の透過率としては、ＣＤの情報記録面上への不要な光の集光を防ぐため、１０％以下が好ましい。したがって、波長選択性の誘電体多層膜１２を周辺領域Ｂに成膜することで、開口制限素子１０１はＣＤ用の光束Ｌ２の径を中央領域Ａの径に制限できる。
【００１４】
図１の本発明の開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置では、開口制限素子１０１によって、ＤＶＤ用の光束Ｌ１の径を制限することなく開口数０．６の光束をＤＶＤ６上に集光でき、一方、ＣＤ用の光束Ｌ２の径を制限し、開口数０．４５から０．５程度までの光束をＣＤ７上に集光できるので、ＤＶＤ６やＣＤ７のように厚さの異なる光ディスクでも単一の対物レンズを用いて、記録および再生を安定に実現できる。
【００１５】
次に、図３を用いて、本発明の開口制限素子１０１の製造方法について説明する。まず、図３の（ａ）のように、透明基板１１の両面に、反射防止膜１３、１４を真空蒸着法、またはスパッタリング法にて成膜したのち、図３の（ｂ）のように反射防止膜１３の上にフォトレジスト１５を積層し、フォトリソグラフィの技術を用いてパターニングして、図３の（ｃ）のように、反射防止膜１３と透明基板１１をドライエッチング法にて食刻する。
【００１６】
さらに、図３の（ｄ）のように、残ったフォトレジスト１５を、そのままリフトオフ用のマスクとして用い、波長選択性の誘電体多層膜１２を、真空蒸着法、またはスパッタリング法にて成膜したのち、フォトレジスト１５を剥離液などで剥離して、図３の（ｅ）の開口制限素子１０１が作製される。
【００１７】
ここで、図２の（ａ）の開口制限素子１０１の食刻する段差ｄは、ＤＶＤ用の光束Ｌ１のうち、中央領域Ａを通る光に対する光路長と、周辺領域Ｂを通る光に対する光路長が等しくなるように決定される。すなわち、反射防止膜１３の厚さｄａ、波長選択性の誘電体多層膜１２の厚さｄｆ、および開口制限を受けるＣＤ用の光束の波長における透明基板１１の屈折率ｎ、反射防止膜１３の平均屈折率ｎａ、波長選択性の誘電体多層膜１２の平均屈折率ｎｆを用いて、ｄ＝｛（ｎｆ−１）・ｄｆ−（ｎａ−１）・ｄａ｝／（ｎ−１）のように決められる。
【００１８】
ここで、平均屈折率とは、多層膜を構成する各層の屈折率と各層の厚さの積の総和を、多層膜の厚さで除算したものを意味する。
【００１９】
本発明の開口制限素子１０１の製造方法によると、２０層前後の誘電体多層膜の成膜工程が１つ、ドライエッチング工程が１つ、リフトオフ工程が１つといった簡単な工程で生産性が高く、かつ歩留まりよく、開口制限素子を作製できる。
【００２０】
図４は、本発明の第２実施態様である開口制限素子２０１の断面図である。開口制限素子２０１は、図２の第１実施態様の開口制限素子１０１における反射防止膜１４の代わりに、位相板や回折格子などの光の状態を制御する素子１６を、反射防止膜１８が施された透明基板１７で挟み込んだ構成である。図４の他の符号で図２と同じものは、同じ要素を示す。
【００２１】
第２実施態様の開口制限素子１０２を、光ヘッド装置に搭載する場合、光ヘッド装置を構成する素子の数を減らすこともでき、光ヘッド装置の小型化が実現できて好ましい。
【００２２】
図５は、本発明の第３実施態様の開口制限素子３０１を搭載した光ヘッド装置を示す光学配置図であり、ＤＶＤ６およびＣＤ７の記録および再生を行う光ヘッド装置である。４１Ａは、ＤＶＤ用の半導体レーザ１Ａと光検出器８Ａを集積したユニットであり、４１Ｂは、ＣＤ用の半導体レーザ１Ｂと光検出器８Ｂ、偏光依存性のないホログラム素子１０を集積し一体化したホログラムユニットである。光ヘッド装置にユニットを用いると、光ヘッド装置を小型化できる。なお、図５中の符号で説明のない図１中と同符号のものは、図１中と同じ要素を意味する。
【００２３】
開口制限素子３０１は、例えば図６に示すように、図２の第１実施態様の開口制限素子１０１における反射防止膜１４の代わりに、偏光ホログラム格子１９、位相板２０、反射防止膜２２を施した透明基板２１をこの順に積層して構成される。図６中の符号１１、１２および１３は、図２中の符号の要素と同じものを意味する。
【００２４】
位相板２０により発生するリタデーション値を、ＤＶＤ用の光束Ｌ１に対し４分の５波長、さらにＣＤ用の光束Ｌ２に対し１波長になるように選択する。この選択によって、光束Ｌ１は偏光ホログラム格子１９の機能により、往路では開口制限素子３０１にて回折せずに直進透過するが、ＤＶＤ６反射後の復路では開口制限素子３０１にて回折され、光検出器８Ａに集光される。一方、光束Ｌ２は往路、復路ともに偏光ホログラム格子１９では回折せずに開口制限素子３０１を透過できる。
【００２５】
偏光ホログラム格子１９としては、例えば高分子液晶に、フォトリソグラフィとエッチングの技術を用いて、断面形状が凹凸型のホログラム格子を加工した後、高分子液晶の常光屈折率または異常光屈折率に等しい光学的に等方的な材料をホログラム格子の凹部に充填したものを用いることができる。
【００２６】
図５に示した本発明の第３実施態様の開口制限素子３０１を搭載した光ヘッド装置では、開口制限素子３０１を用いることにより、図１に示した開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置と同様に、単一の対物レンズを用いてＣＤおよびＤＶＤの記録および再生を安定に実現できる。さらに、開口制限素子３０１は、偏光ホログラム格子１９、位相板２０を積層すること（図６）で、開口制限機能とビームスプリッタ機能、偏光制御機能をひとつの素子に持たせており、図１に示した光ヘッド装置に比べ、小型の光ヘッド装置を実現できる。
【００２７】
【実施例】
本実施例は、ＤＶＤおよびＣＤの情報の記録および再生を行う光ヘッド装置の例であり、図１を用いて説明する。光源として、ＤＶＤ用の波長λ１（＝６６０ｎｍ）の光束Ｌ１を出射する半導体レーザ１ＡとＣＤ用の波長λ２（＝７８０ｎｍ）の光束Ｌ２を出射する半導体レーザ１Ｂとの２種の光源を備えており、コリメートレンズ４と対物レンズ５との間に開口制限素子１０１を設置した。
【００２８】
また、ビームスプリッタ２として、光束Ｌ１に対して、ハーフミラーとなり、光束Ｌ２に対して全透過するビームスプリッタを用いた。ビームスプリッタ３として、光束Ｌ１に対して全透過し、光束Ｌ２に対して、ハーフミラーとなるビームスプリッタを用いた。また、ＣＤ７への情報記録時に半導体レーザ１Ｂへの戻り光を防ぎ、半導体レーザ１Ｂの発振を安定させるため位相板９である４分の１波長板も搭載した。
【００２９】
開口制限素子１０１（図２）を、図３に示した製造方法で作製した。まず、図３の（ａ）のように、透明基板１１の両面に、光束Ｌ１および光束Ｌ２に対し反射率が０．５％以下である反射防止膜１３、１４を真空蒸着法にて形成したのち、図３の（ｂ）のように反射防止膜１３の上にフォトレジスト１５を積層し、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングして、図３の（ｃ）のように、反射防止膜１３と透明基板１１をドライエッチング法にて食刻した。
【００３０】
さらに、図３の（ｄ）のように、残ったフォトレジスト１５を、そのままリフトオフ用のマスクとして用い、表１に示す構成の波長選択性の誘電体多層膜１２を、イオンアシスト蒸着法で形成したのち、フォトレジスト１５を剥離液で剥離して、図３の（ｅ）の開口制限素子１０１を作製した。
【００３１】
【表１】
0003915527.tif 000002
【００３２】
ここで、図２の（ａ）の開口制限素子１０１の食刻する段差ｄは、反射防止膜１３の厚さｄａ＝０．３μｍ、波長選択性の誘電体多層膜１２の厚さｄｆ＝１．８μｍおよび、開口制限を受けるＣＤ用の光束の波長における透明基板１１の屈折率ｎ＝１．４５、反射防止膜１３の平均屈折率ｎａ＝１．８７、波長選択性の誘電体多層膜１０１の平均屈折率ｎｆ＝１．７７を用いて次式のように決めた。ｄ＝｛（ｎｆ−１）・ｄｆ−（ｎａ−１）・ｄａ｝／（ｎ−１）＝２．５μｍ上記のように、２０層前後の誘電体多層膜の成膜工程が１つ、ドライエッチング工程が１つ、リフトオフ工程が１つの単純な工程で作製した開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置において、ＤＶＤおよびＣＤの厚さの異なる光ディスクに対し、１つの光学系で高い集光性能を実現でき、良好な記録再生特性を示した。
【００３３】
【発明の効果】
上記において説明したように本発明によると、２０層前後の誘電体多層膜の成膜工程が１つ、ドライエッチング工程が１つ、リフトオフ工程が１つの製造工程数が少なく容易に作製でき、かつ生産歩留まりのよい開口制限素子を得ることがさらに、この開口制限素子を光ヘッド装置に搭載することで、異なる２種の波長に応じて光束の開口の実効的な制限を行うことができ、厚さの異なるＤＶＤとＣＤとに対して、それぞれの光束を集光でき、情報の記録および再生を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施態様の開口制限素子を搭載した光ヘッド装置の光学配置図。
【図２】本発明の第１実施態様の開口制限素子の構成を示す図で、（ａ）断面図、（ｂ）平面図。
【図３】本発明の第１実施態様の開口制限素子の製造方法を示す概念図。
【図４】本発明の第２実施態様の開口制限素子の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第３実施態様の開口制限素子を搭載した光ヘッド装置の光学配置図。
【図６】本発明の第３実施態様の開口制限素子の構成を示す断面図。
【図７】従来の開口制限素子の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、５０１：開口制限素子
１Ａ、１Ｂ：半導体レーザ
２、３：ビームスプリッタ
４：コリメートレンズ
５：対物レンズ
６：ＤＶＤ
７：ＣＤ
８、８Ａ、８Ｂ：光検出器
９：位相板
１０：偏光依存性のないホログラム素子
４１Ａ：ユニット
４１Ｂ：ホログラムユニット
１１、１７、２１、５１：透明基板
１２：波長選択性の誘電体多層膜
１３、１４、１８、２２、５４：反射防止膜
１５：フォトレジスト
１６：光の状態を制御する素子
１９：偏光ホログラム格子
２０：位相板
５２：位相調整用の誘電体多層膜
５３：波長選択性の誘電体多層膜
Ａ、Ｃ：中央領域
Ｂ、Ｄ：周辺領域
【図１】
0003915527.tif 000003
【図２】
0003915527.tif 000004
【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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