JP2005221703A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プリズムに成膜される反射膜に形成される微小な透過部の位置がずれることを防止する。
【解決手段】 平板状の透明基板１にマスク部材４を使用してスリットパターンが一体的に形成されている反射膜２を成膜し、切断ライン２Ａに沿って透明基板１を切断することにより基板ブロック５を得る。基板ブロック５の反射膜２が成膜されていない面の両端部を夫々目盛り２Ｃの位置まで研磨した第１のプリズム構成片８を第２のプリズム構成片８Ｃと接合した後に、上記の切断方向とは垂直な方向に切断することにより最終的な正四角柱プリズム２０を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子の製造方法に関し、特に入射する光の一部のみを透過させる光学素子の製造方法に関するものである。

ガラス基板等の透明な基板上に所定の光学特性を持つ膜を成膜した光学素子は、様々な光学装置に適用することができる。このような光学素子は、一定以上の波長を持つ光を透過または反射させるものや、偏光成分によって透過または反射させるものや、入射する全ての光を反射させるものがある。また、入射光の一部のみを透過させ、残りの入射光を全て反射させるものもある。

このうち、例えば光ディスクのピックアップ装置に適用される光学素子のうち、入射する光の一部を透過させる光学素子としては、例えば、光源から射出された光の一部を透過させ、この透過した光をサンプリングして光源の発光強度を一定に保持するためのＡＰＣ（Auto Power Control）の受光素子に入射させて、フィードバック制御を行うことにより常に安定したエネルギーで光源から光が射出するように制御するものがある。

例えば、図７は光ディスクのピックアップ装置の一例を示すブロック図であるが、この図に示されるように、光源１０３から射出された光は、コリメータレンズ１０４により平行光にされる。そして平行光にされた光は、平板状の形状をした第１の光学素子１０１に入射され、第１の光学素子１０１において大半の光が第２の光学素子１０２に向かって反射し、一部の光がＡＰＣ用光検出器１０７に透過する。ここで、ＡＰＣ用光検出器１０７は、光源１０３から射出される光の強度を計測するものであり、この光の強度をサンプリング信号として、受光光量に応じた電流信号をＡＰＣ回路１０８に出力する。このＡＰＣ回路１０８によって適切なゲインをかけて光源駆動回路１０９にサンプリング信号をフィードバックすることにより、光源１０３は発光強度が一定になるように制御することができる。

次に、第１の光学素子１０１において反射された光は、第２の光学素子１０２を経由して対物レンズ１０５に入射され、光ディスク１１０の記録トラックに対して集光される。この光ディスク１１０からの反射光は、対物レンズ１０５から第２の光学素子１０２に入射し、この第２の光学素子１０２において反射した光が集光レンズ１０６を経由して光検出器１１１に照射され、電気信号に変換される。

このように、第１の光学素子１０１に入射する光の一部をＡＰＣ用光検出器１０７に透過させるための光学素子としては、ガラス基板の基板上に光の反射部と透過部とを形成する構成としたものを用いることができる。ここで、ガラス基板等の平板状の基板に反射膜を形成し、この反射膜に光の透過部となるスリットパターンを設ける方法については従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−６１１７号公報

上述した特許文献１のように平板状の基板にスリットパターンが形成された光学素子を用いる場合、光源からの光軸に対して、平板状の形状をした基板を所定角度傾斜させるように配設しなければならないが、この基板は極めて厳格な傾斜角をなしていなくてはならない。すなわち、基板上に成膜された光学素子の特性は入射光の入射角によって異なるため、入射光を正確に分岐させるためには、入射光に対する基板の角度は極めて厳格に設けられていなくてはならない。

そこで、平板状の形状をした基板に代えてプリズムを用いれば光軸合わせが容易になる。また、反射膜の耐候性という点からも、平板状の形状をした基板と比較して、正四角柱の形状をしたプリズムの方が安定しているため、優れている。

正四角柱の形状をしたプリズムは、端面が直角二等辺三角形の形状をした細長の三角柱プリズムを得て、この細長の三角柱プリズムの一面の一部に透過部をスリットとして形成した反射膜を成膜し、この細長の三角柱プリズムと同一形状をしており、且つ反射膜が成膜されていない細長の三角柱プリズムと、反射膜が成膜されている細長の三角柱プリズムとを反射膜が接合面となるように接合し、短手方向に切断することにより所望の正四角柱のプリズムを得ることができる。

このため、上述した細長の三角柱プリズムの一面に対してスリットパターンを有する反射膜を成膜しなくてはならないが、このとき細長の三角柱プリズムは端面を保持した状態で成膜を行わざるを得ない。このように端面が保持された状態で細長の三角柱プリズムの一面に成膜をすると、全体の形状に対して保持するための面積が非常に小さくなるために正確に位置決めをすることが難しいという問題がある。特に、スリットを有する反射膜を成膜するときに、短手方向にスリットの位置がずれてしまうと、例えばＡＰＣ用光検出器に適用した場合、測定するエネルギー分布にばらつきが生じる等の問題が発生し、正確なエネルギー測定を行うことができなくなる。また、近年の光ディスクは高密度化が進んでいるため、より正確な位置にスリットが形成されることが要求されている。

そこで、本発明は、細長の三角柱プリズムに所定形状のパターンを有する反射膜が成膜されるときに、この細長の三角柱プリズムの短手方向にスリットの位置がずれることを防止することにより、最終的に製造されるプリズムに形成される微小な透過部の位置を正確に設けることができる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光学素子の製造方法は、平板状の形状をした大板の透明基板の表面に金属膜を成膜する工程と、前記透明基板に、その１方向に沿って短冊状に切断して複数個の基板ブロックを得るときの基準となる切断ラインを形成するための切断ラインマスク部と、前記基板ブロックを研磨するときに研磨の境界となる目盛りを形成するための目盛りマスク部と、前記基板ブロックに透過部を形成するためのパターンマスク部とを有するマスク部材を用いて露光パターンを一体的に形成するマスクを転写する工程と、前記露光パターンが形成された部分以外の金属膜の剥離を行う工程と、前記透明基板の表面の全面に反射膜を成膜する工程と、前記透明基板の表面から露光パターン領域の金属膜および反射膜を剥離する工程と、前記切断ラインに沿って前記基板を切断して前記基板ブロックを得る工程と、前記基板ブロックの前記反射膜が成膜されている面とは反対面の２つの端部のうち１つの端部を前記目盛りまで研磨する工程と、前記基板ブロックの前記反対面の２つの端部のうち残りの１つの端部を前記目盛りまで研磨して細長の三角柱の形状をした第１のプリズム構成片を得る工程と、前記第１のプリズム構成片と同一形状をし、且つ反射膜が成膜されていない第２のプリズム構成片と前記第１のプリズム構成片とを接合してプリズム母材を得る工程と、前記プリズム母材を切断して、正四角柱のプリズムを得る工程と、を有することを特徴とする。

本発明の光学素子の製造方法は、微小な透過部の位置が正確に形成されたプリズムを得ることができる。

以下、本発明の実施形態について、図１のフローチャートに沿って説明する。最初に、平板状の形状をしたガラス板等の大板の透明基板１を用意し、この上に金属膜９を均一に成膜する（ステップＳ１）。ここで、本実施形態において透明基板１の形状は四角形のものとして説明するが、これに限られず透明基板１は円板の形状をしていてもよい。また、このとき、大板の透明基板１の金属膜９が成膜される面は予め研磨仕上げが行われている。

そして、図２（ｂ）に示されるような金属膜９が成膜された平板状の大板の透明基板１を安定した状態で保持して、表面にフォトレジスト等の感光剤を塗布して、図２（ａ）に示されるマスク部材４を使用して、マスク部材４の打ち抜かれている部分を露光することにより露光パターンが形成される。（ステップＳ２）。そして、エッチングにより露光パターンが形成された部分以外の金属膜９を除去し（ステップＳ３）、露光パターン形成部の下層に金属膜９が残存している状態で透明基板１の表面に反射膜２を成膜する（ステップＳ４）。その後、金属膜９とその上の反射膜２とを剥離する（ステップＳ５）。これにより、透明基板１の表面全面には、露光パターンが形成されている反射膜２が成膜される。

ここで、マスク部材４について説明する。本実施形態のマスク部材４は、図２（ａ）に示されるように、切断ラインマスク部４Ａ、透過部としてのスリットマスク部４Ｓおよび目盛りマスク部４Ｃを有して構成される。図２（ａ）に示されるように、これら切断ラインマスク部４Ａ、スリットマスク部４Ｓおよび目盛りマスク部４Ｃの部分（透過部パターン形成部）が遮光され、他の部分が露光された部分（露光パターン形成部）である。このマスク部材４により、大板の透明基板１には、反射膜２が成膜されない切断ライン２Ａ、スリット２Ｓおよび目盛り２Ｃの透過部パターンが一体的に形成される。ここで、大板の透明基板１に正確な透過部パターンを形成するためには、金属膜９の成膜時に均一な膜厚となし、且つエッチングも高精度に行われなければならない。そのため、大板の透明基板１を広い面積の平板状の部材とし、この大板の透明基板１の状態で金属膜９の成膜、露光パターンの形成およびエッチングを行うことにより、高精度な加工が可能になる。

切断ライン２Ａ、スリット２Ｓおよび目盛り２Ｃについて説明する。本実施形態では、平板状の形状をした大板の透明基板１を１方向に沿って短冊状に切断して、複数個の細長の四角柱の形状をした基板ブロック５を得るために、大板の透明基板１の切断時の基準となるための切断ライン２Ａが形成される。本実施形態では、この切断ライン２Ａに沿って、例えばカッター等の切断ライン材により大板の透明基板１を切断することにより、図３（ｂ）に示されるような細長の四角柱の形状をした基板ブロック５を得ることができる。

次に、図２（ａ）に示されるように、マスク部材４には目盛りマスク部４Ｃが設けられる。この目盛りマスク部４Ｃは、１つの基板ブロック５に対応して、基板ブロック５の短手方向の両端部に夫々目盛り２Ｃが形成されるように設けられるものであり、後述する研磨工程において、作業者が研磨する境界を視認するために設けられる。従って、目盛り２Ｃは基板ブロック５の研磨を行うときの目安として設けられるものであることから、作業者が視認することができる程度の形状を有していればよく、その形状は非常に小さいものである。これに対応して、目盛りマスク部４Ｃの形状も非常に小さく形成される。

次に、スリットマスク部４Ｓは、大板の透明基板１から切り出される細長の四角柱の基板ブロック５の中央にスリット２Ｓが形成されるために設けられるものである。従って、スリットマスク部４Ｓは、切断ラインマスク部４Ａと同様に、基板ブロック５の長手方向と平行に設けられる。すなわち、基板ブロック５に成膜される反射膜２は、その中央部分であるスリット２Ｓの部分のみ反射膜２が成膜されていない状態になる。このスリット２Ｓに入射する入射光は、反射膜２が成膜されていないため、反射せずに透過する。また、本実施形態のスリット２Ｓは、その幅が非常に狭く形成され、例えば切断ライン２Ａと比較して１０分の１程度の幅であるものとする。また、これに対応して、スリットマスク部４Ｓの幅も非常に狭く形成される。

次に、図３（ａ）に示されるように、上述したようなパターンの反射膜２が成膜された大板の透明基板１を切断ライン２Ａに沿って切断し、図３（ｂ）に示されるような細長の四角柱の基板ブロック５を切り出す第１の切断工程が行われる（ステップＳ６）。このとき、図３（ｂ）に示されるように、基板ブロック５には、中央部分にスリット２Ｓが形成され、このスリット２Ｓを挟んで端部付近に夫々目盛り２Ｃが形成されている。

次に、基板ブロック５の研磨について図４を用いて説明する。本実施形態では、図４（ａ）に示されるような研磨装置によって基板ブロック５の研磨が行われる。最初に、基板ブロック５の成膜面５Ａを治具６に接着剤等で貼り付けを行い、ラップ盤７で基板ブロック５の成膜面５Ａの反対面の両端部のうち１つの端部を研磨する第１の研磨工程が行われる（ステップＳ７）。これにより、第１の研磨面５Ｂが形成される。このとき、基板ブロック５は治具６に対して４５°の角度をなすように貼り付けられ、ラップ盤７は基板ブロック５の成膜面５Ａの反対面の端部に対して４５°の角度をなすように研磨を行っていく。ただし、一般に、加工効率上の観点から、ラップ盤７は基板ブロック５の成膜面５Ａの反対面の端部から研磨していくのではなく、ある程度まで切断した状態で、研磨を行っていく方が望ましい。そして、第１の研磨面５Ｂの研磨を目盛り２Ｃの位置まで行っていく。

そして基板ブロック５の成膜面５Ａの反対面の両端部のうち１つの端部の研磨が目盛り２Ｃの位置まで終了したら、治具６を９０°回転させて、図４（ｂ）のような状態にして第２の研磨工程を行う（ステップＳ８）。これにより、第２の研磨面５Ｃが形成される。このとき、同様に、ラップ盤７は基板ブロック５の成膜面５Ａの反対面の端部に対して４５°の角度をなすように研磨を行っていく。そして、第２の研磨面５Ｃの研磨を目盛り２Ｃの位置まで行っていく。このように目盛り２Ｃを目安として研磨すると、正確な加工が可能になり、研磨不足や過剰研磨の発生を防止することができる。

以上のように第１の研磨工程および第２の研磨工程を経ることにより、端面が直角二等辺三角形をした細長の三角柱の形状の第１のプリズム構成片８を得ることができる。ここで、端面が直角二等辺三角形をした第１のプリズム構成片８を得るために、スリット２Ｓの位置は２つの目盛り２Ｃの中間位置に設けられるようにする。

目盛り２Ｃおよびスリット２Ｓが以上のような関係を満たすことにより、端面が直角二等辺三角形の形状をした第１のプリズム構成片８を生成することができる。これに対応して、マスク部材４の目盛りマスク部４Ｃおよびスリットマスク部４Ｓが形成されなくてはならない。

次に、図５（ａ）に示されるように、第１のプリズム構成片８と同一形状をしており、且つ反射膜が成膜されていない第２のプリズム構成片８Ｃを用意し、この第２のプリズム構成片８Ｃと第１のプリズム構成片８とを、成膜面５Ａが接合面となるように接合して（ステップＳ９）、プリズム母材１９を得る。ここで、このプリズム母材１９の側面１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃおよび１９Ｄに対して反射防止膜を成膜することにより、より光学的な機能を発揮することができる。

そして、図５（ａ）に示されるように、プリズム母材１９を第１の切断工程とは垂直な方向に切断することにより（ステップＳ１０）、最終的な正四角柱のプリズム２０を得ることができる。

本実施の形態では、マスクパターンの形成およびそのエッチング処理に当たって、形状が大きい平板状の大板の透明基板１の状態で行うものであり、透明基板１の側面を保持することができ、この側面は比較的面積が大きいことから、安定した状態で保持することができる。従って、切断ライン２Ａ、目盛り２Ｃおよびスリット２Ｓのパターンを極めて正確に形成することができる。そして、この大板の透明基板１を切断ライン２Ａに沿って短冊状に切断することにより細長の正四角柱の基板ブロック５を生成し、この基板ブロック５の成膜面５Ａとは反対の面の両端部を目盛り２Ｃの位置まで研磨することにより、スリット２Ｓの位置は、基板ブロック５の長手方向と垂直な方向にずれることがなく、極めて正確な中心位置に形成された端面が直角二等辺三角形の第１のプリズム構成片８を得ることができる。

また、本実施形態において、マスクパターンを転写するときに、マスク部材４の額縁部分を保持するが、このとき、多少の誤差が発生したとしても、切断ラインマスク部４Ａ、目盛りマスク部４Ｃおよびスリットマスク部４Ｓが正しく形成されていれば、スリット２Ｓの位置は正確な位置に形成することができる。

ここで、本実施形態では、スリット２Ｓが必ず中央に位置する正四角柱のプリズム２０を製造するようにしたが、スリット２Ｓが中央に位置しないものも製造することができる。例えば、マスク部材４の１つの基板ブロック５に対応する２つの目盛り４Ｃの中央ではなく、１：２となるような箇所にスリットマスク部４Ｓを設けることにより、最終的に生成される正四角柱プリズム２０に形成されるスリット２Ｓの位置も、１：２となるように設けられる。このようにスリット２Ｓが中央ではない位置に設ける場合においても、２つの目盛りマスク部４Ｃの間の所定の位置にスリットマスク部４Ｓを設け、上述した第１および第２の研磨工程において、目盛り２Ｃの位置まで研磨することにより、スリット２Ｓの位置は目的とする位置から基板ブロック５の長手方向と垂直な方向にずれることはない。

また、本実施形態では、反射膜は金属で形成してもよいが、金属は劣化の問題等があるために誘電体多層膜からなるダイクロイック膜または偏光膜を使用する方が望ましい。このとき、誘電体多層膜の反射特性は、反射率が１００％に近いものを用いる。

また、図６（ａ）のように、１つの基板ブロック５に対応するような切断ラインマスク部４Ａと目盛りマスク部４Ｃとを有し、また、切断ラインマスク部４Ａとは垂直な方向に、夫々切断ラインマスク部４Ａおよび目盛りマスク部４Ｃに対応するような第２の切断ラインマスク部４Ｄを設け、これら切断ラインマスク部４Ａと第２の切断ラインマスク部４Ｄとに囲まれる位置に円形の透過マスク部４Ｔを有するマスク部材４を用いることにより、図６（ｂ）のような円形の透過部２Ｔを有する正四角柱プリズム２０を製造することができる。なお、この場合のマスク部材４は、例えば透明フィルムの表面に印刷手段によりマスクパターンを形成することができる。

また、本実施形態では、目盛り２Ｃが基板ブロック５の長手方向の両端部に１箇所ずつ設けられるようにしたが、これに限られず、基板ブロック５の長手方向の両端部に複数箇所設けてもよい。このように、目盛り２Ｃを複数箇所に設けることにより、研磨の境界の目安とすることができる。

また、本実施形態では、端面が概略直角二等辺三角形の三角柱プリズム８を生成したが、基板ブロック５を研磨する角度を変えることにより、端面が任意の二等辺三角形の形状をした三角柱プリズム８を生成することができる。

正四角柱のプリズムを製造する工程を示すフローチャートである。 マスク部材と大板の透明基板との外観図である。 大板の透明基板と基板ブロックとの外観図である。 第１および第２の研磨工程を示す説明である。 プリズム母材および正四角柱のプリズムの外観図である。 マスク部材および正四角柱のプリズムに成膜される反射膜の外観図である。 従来の光ディスクのピックアップ装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 基板 ２ 反射膜
２Ａ 切断ライン ２Ｃ 目盛り
２Ｓ スリット ４ マスク部材
４Ａ 切断ラインマスク部 ４Ｃ 目盛りマスク部
４Ｓ スリットマスク部 ５ 基板ブロック
６ 治具 ７ ラップ盤
９ 金属膜

Claims (2)

1. 平板状の形状をした大板の透明基板の表面に金属膜を成膜する工程と、
   前記透明基板に、その１方向に沿って短冊状に切断して複数個の基板ブロックを得るときの基準となる切断ラインを形成するための切断ラインマスク部と、前記基板ブロックを研磨するときに研磨の境界となる目盛りを形成するための目盛りマスク部と、前記基板ブロックに透過部を形成するためのパターンマスク部とを有するマスク部材を用いて露光パターンを一体的に形成するマスクを転写する工程と、
   前記露光パターンが形成された部分以外の金属膜を剥離する工程と、
   前記透明基板の表面の全面に反射膜を成膜する工程と、
   前記透明基板の表面から露光パターン領域の金属膜および反射膜を剥離する工程と、
   前記切断ラインに沿って前記基板を切断して前記基板ブロックを得る工程と、
   前記基板ブロックの前記反射膜が成膜されている面とは反対面の２つの端部のうち１つの端部を前記目盛りまで研磨する工程と、
   前記基板ブロックの前記反対面の２つの端部のうち残りの１つの端部を前記目盛りまで研磨して細長の三角柱の形状をした第１のプリズム構成片を得る工程と、
   前記第１のプリズム構成片と同一形状をし、且つ反射膜が成膜されていない第２のプリズム構成片と前記第１のプリズム構成片とを接合してプリズム母材を得る工程と、
   前記プリズム母材を切断して、正四角柱のプリズムを得る工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記基板ブロックの前記反射膜が成膜されている面と反対面の２つの端部は４５°の角度で研磨されることを特徴とする請求項１記載のプリズムの製造方法。
   

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