JP2007220235A

JP2007220235A - 光学素子、光ヘッドおよび光ディスク記録再生装置

Info

Publication number: JP2007220235A
Application number: JP2006040985A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Ito; 充伊藤
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】表面にゴミ等が付着することを防止するともに、表面に付着したゴミ等を分解除去することができる光学素子を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる光学素子は、レーザーを用いて光学記録を読み書きする装置の光ヘッドまたは光ヘッド以外のレーザーの光路に備えられた光学素子であって、レーザーが出射または入射する最表面に、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む膜４ａおよびこれに隣接した酸化タングステン（ＷＯ_３）を含む膜４ｂを有するものである。レーザーを照射すると、酸化タングステン（ＷＯ_３）が活性化するにより、最表面に備えられた酸化チタン（ＴｉＯ_２）も活性化され、表面に付着したゴミ等を効果的に分解除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子、光ヘッドおよび光ディスク記録再生装置に関する。

ＣＤプレイヤー、ＤＶＤプレイヤー等の光ディスク記録再生装置では、使用環境により、空気中のゴミ、カビ等が光ヘッドの光学素子の表面に付着し得る。そのため、半導体レーザーからのレーザーやディスクからの戻り光が遮られ、ディスクへの情報の書き込みおよびディスクからの情報の読み込みに不具合を生じるおそれがある。

また、波長４０５ｎｍの青紫色レーザーを用いた最新の光ディスク記録再生装置では、この短波長のレーザーによりゴミ等が活性化されるため、光密度の高い光学素子の表面にゴミ等が付着しやすく、上記の不具合を生じやすい。

対物レンズ表面については、ブラシ等により物理的にこのゴミ等を除去することができるが、レンズに傷を付ける恐れがある。また、それ以外の内蔵されている光学素子については、物理的に除去することはできない。すなわち、非接触の手段によらなければならない。

上記不具合を解消するための従来技術として、特許文献１には、光学素子の外表面に光触媒としての酸化チタン（ＴｉＯ_２）を備えた光学素子が開示されている。また、特許文献２には、反射防止膜として酸化チタン（ＴｉＯ_２）を有するピックアップ用対物レンズが開示されている。
特開２００３−５９０８７号公報特開２００４−２９４５２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている酸化チタン（ＴｉＯ_２）では、光触媒作用が弱いため、上記不具合を解消するための十分な効果が得られないという問題点あった。また、特許文献２に記載されている酸化チタン（ＴｉＯ_２）では、そのレンズの最表面が酸化シリコン（ＳｉＯ_２）であるため、上記不具合を解消するための十分な効果が得られないという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、表面にゴミ等が付着することを防止するとともに、表面に付着したゴミ等を分解除去することができる光学素子を提供することを目的とする。

本発明にかかる光学素子は、レーザーを用いて光学記録を読み書きする装置内のレーザーの光路に備えられた光学素子であって、レーザーが出射または入射する最表面に、酸化チタンを含む膜およびこれに隣接した酸化タングステンを含む膜を有するものである。

本発明にかかる他の光学素子は、レーザーを用いて光学記録を読み書きする装置内の光路に備えられた光学素子であって、レーザーが出射または入射する最表面に、酸化チタンと、酸化タングステンとを含む複合膜を有するものである。

本発明によれば、表面にゴミ等が付着することを防止するとともに、表面に付着したゴミ等を分解除去することができる光学素子を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、省略および簡略化されている。

発明の実施の形態１．
図１を用いて、本発明の実施の形態１に係る光学素子の構成について説明する。図１は実施の形態１に係る光学素子の断面図である。この光学素子は、光ディスク記録再生装置内のレーザーの光路に設置され、例えば、光ヘッド用対物レンズ、コリメータレンズ、波長板等である。この光学素子には、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ〜４１０ｎｍ、さらに好ましくは、４０５ｎｍの波長を有するレーザーが照射される。実施の形態１にかかる光学素子は、透明体１、中間層２、反射防止膜３、酸化タングステン（ＷＯ_３）膜４ａ、アナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜４ｂを備えている。このような積層構造を光学素子におけるレーザーの入射面、出射面のいずれか一方または両方に備えることができる。

透明体１としては、ガラスやプラスチックなどを用いるが、酸化チタン（ＴｉＯ_２）層４ａを活性化させる方法として高温を必要とする場合は、耐熱温度の高いガラスを用いることもできる。この透明体１が光学素子の本体である。

透明体１上には、中間層２が形成されている。中間層２としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を用いることができる。透明体１としてナトリウム（Ｎａ）を含むガラスを用いた場合、ナトリウム（Ｎａ）が酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜４ｂまで拡散し、酸化チタン（ＴｉＯ_２）の光触媒作用を弱めるおそれがある。しかし、中間層２を備えることにより、ナトリウム（Ｎａ）の酸化チタン（ＴｉＯ_２）への拡散を防止することができる。また、透明体１としてプラスチックのような有機物を用いた場合、レーザーや紫外線を照射することにより、酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜４ｂから発生した活性酸素が有機物からなる透明体１へ拡散し、透明体１を劣化させるおそれがある。しかし、中間層２を備えることにより、活性酸素の有機物からなる透明体１への拡散を防止することができる。なお、中間層２は必須構成要素ではない。

中間層２上には、反射防止膜３が形成されている。反射防止膜３としては、高屈折率膜と低屈折率膜を順番に積層した構造のものを用いることができる。高屈折率膜の材料としては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ニオブ（ＮｂＯ）、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の酸化物、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化ゲルマニウム（Ｇｅ_３Ｎ_４）等の窒化物、炭化シリコン（ＳｉＣ）等の炭化物、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の硫化物、およびこれらの複合材から選ばれる少なくとも１種が、低屈折率膜の材料としては酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ_２）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ_２）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）、チオライト（Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４）、クライオライト(氷晶石：Ｎａ_３ＡｌＦ_６)などのフッ化物、およびこれらの複合材から選ばれる少なくとも１種がある。高温高湿環境下での保存特性向上のためには、酸化物、窒化物、炭化物、フッ化物を用いることが好ましい。また少なくとも４０５ｎｍ近傍と６５５ｎｍ近傍と７９０ｎｍ近傍の３波長を使用する場合、高屈折率層の屈折率をｎ_Ｈ、光学膜厚をｎ_Ｈｄ_Ｈ、前記高屈折率層上に形成される低屈折率層の屈折率をｎ_Ｌ、光学膜厚をｎ_Ｌｄ_Ｌとすると、以下の条件を満たすことが好ましい。
０．９≦ｎ_Ｈ／Ａ≦１．１
０．１≦ｎ_Ｈ−ｎ_Ｓ
２２５ｎｍ≦ｎ_Ｈｄ_Ｈ≦２７５ｎｍ
１００ｎｍ≦ｎ_Ｌｄ_Ｌ≦１５０ｎｍ
ここで、Ａ＝（１．２１×ｎ_Ｓ＋０．８４×ｎ_Ｌ×ｎ_Ｌ）／２
さらに、ｎ_Ｈ−ｎ_Ｓ≦０．４及び／又は１．３≦ｎ_Ｌ≦１．５５の条件を満たすことが好ましい。反射防止膜３は、光の反射率を低減し、透過率を増加させるための膜である。なお、反射防止膜３は上記高屈折率膜または低屈折率膜いずれか一方の単層膜であってもよい。また、反射防止膜３は必須構成要素ではない。さらに、中間層２と反射防止膜３の位置関係は反対であってもよい。

反射防止膜３上には、酸化タングステン（ＷＯ_３）膜４ａが形成されている。酸化タングステン（ＷＯ_３）も酸化チタン（ＴｉＯ_２）と同様に光触媒作用を有し、波長４０５ｎｍの青紫色レーザーを照射することにより活性化する。膜の厚さは０．５〜５ｎｍであることが好ましい。０．５ｎｍより薄い場合は、光触媒としての機能が十分に得られない。一方、５ｎｍより厚い場合は、それ以上膜を厚くしても光触媒としての機能はもはや向上しない上、膜が厚くなるほど光透過率も低下するからである。なお、酸化タングステン（ＷＯ_３）膜４ａが反射防止膜３の最上部となり、反射防止膜３の一部となる構造であってもよい。

酸化タングステン（ＷＯ_３）膜４ｂ上には、アナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜４ｂが形成されている。アナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、非常に強い光触媒作用を有する。このアナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、３８８ｎｍ以下の波長の光の照射により活性化するため、単独では波長４０５ｎｍの青紫色レーザーの照射によっては活性化しない。しかし、隣接する酸化タングステン（ＷＯ_３）が活性化することにより、アナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）も活性化する。このため、光学素子の表面にゴミ等が付着することを防止することができるとともに、表面に付着したゴミ等を分解除去することができる。アナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜４ｂの厚さは０．５〜５ｎｍであることが好ましい。０．５ｎｍより薄い場合は、光触媒としての機能が十分に得られない。一方、５ｎｍより厚い場合は、それ以上膜を厚くしても光触媒としての機能はもはや向上しない上、膜が厚くなるほど光透過率も低下するからである。なお、酸化チタン（ＴｉＯ_２）はルチル型またはブルッカイト型であってもよい。

次に、図１を用いて、実施の形態１にかかる光学素子の製造方法について説明する。図１に示すように、透明体１上に、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により酸化シリコン（ＳｉＯ_２）の中間層２および金属酸化物等の反射防止膜３を堆積する。その上には、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により酸化タングステン（ＷＯ_３）膜４ａを堆積する。酸化タングステン（ＷＯ_３）膜４ａ上には、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜４ｂを堆積する。真空蒸着法を用いる場合、膜質を改善するために、蒸気流の一部をイオン化するとともに基板側にバイアスを印加するイオンプレーティング法、クラスタイオンビーム法、別イオン銃を用いて基板にイオンを照射するイオンアシスト蒸着法を用いると有効である。スパッタ法としては、ＤＣ反応性スパッタ法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法などがある。また、ＣＶＤ法としては、プラズマ重合法、光アシスト気相法、熱分解法、有機金属化学気相法などがある。なお、形成される膜の厚さは蒸着時間等により変えることができる。

発明の実施の形態２．
図２を用いて、本発明の実施の形態２に係る光学素子の構成について説明する。図２は実施の形態２に係る光学素子の断面図である。この光学素子は、光ディスク記録再生装置の光ヘッドまたは光ヘッド以外のレーザーの光路に備えられるものとして用いられる。図２においては、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。実施の形態１との相違点は、実施の形態１が、最表面のアナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜４ｂとこれに隣接する酸化タングステン（ＷＯ_３）膜４ａを備えているのに対し、実施の形態２は、最表面にアナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）と酸化タングステン（ＷＯ_３）の複合膜４のみを備えている点である。このような積層構造を光学素子におけるレーザーの入射面、出射面のいずれか一方または両方に備えることができる。

反射防止膜３上には、アナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）と酸化タングステン（ＷＯ_３）の複合膜４が形成されている。複合膜４中のアナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、非常に強い光触媒作用を有する。このアナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、３８８ｎｍ以下の波長の光の照射により活性化するため、単独では波長４０５ｎｍの青紫色レーザーの照射によっては活性化しない。しかし、複合膜４中の酸化タングステン（ＷＯ_３）が活性化することにより、アナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ_２）も活性化する。このため、光学素子の表面にゴミ等が付着することを防止することができるとともに、表面に付着したゴミ等を分解除去することができる。アナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）と酸化タングステン（ＷＯ_３）の複合膜４の厚さは０．５〜５ｎｍであることが好ましい。０．５ｎｍより薄い場合は、光触媒としての機能が十分に得られない。一方、５ｎｍより厚い場合は、それ以上膜を厚くしても光触媒としての機能はもはや向上しない上、膜が厚くなるほど光透過率も低下するからである。なお、酸化チタン（ＴｉＯ_２）はルチル型またはブルッカイト型であってもよい。

次に、図２を用いて、実施の形態２にかかる光学素子の製造方法について説明する。図２に示すように、透明体１上に、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により酸化シリコン（ＳｉＯ_２）の中間層２および金属酸化物等の反射防止膜３を堆積する。その上には、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により酸化タングステン（ＷＯ_３）と酸化チタン（ＴｉＯ_２）の複合膜４を堆積する。真空蒸着法を用いる場合、膜質を改善するために、蒸気流の一部をイオン化するとともに基板側にバイアスを印加するイオンプレーティング法、クラスタイオンビーム法、別イオン銃を用いて基板にイオンを照射するイオンアシスト蒸着法を用いると有効である。スパッタ法としては、ＤＣ反応性スパッタ法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法などがある。また、ＣＶＤ法としては、プラズマ重合法、光アシスト気相法、熱分解法、有機金属化学気相法などがある。なお、形成される膜の厚さは蒸着時間等により変えることができる。

本発明の実施の形態１に係る光学素子の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る光学素子の構成を示す断面図である。

符号の説明

１透明体
２中間層
３反射防止膜
４アナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）と酸化タングステン（ＷＯ_３）の複合膜
４ａアナターゼ型を主構造とする酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜
４ｂ酸化タングステン（ＷＯ_３）膜

Claims

レーザーを用いて光学記録を読み書きする装置内のレーザーの光路に備えられた光学素子であって、
レーザーが出射または入射する最表面に、酸化チタンを含む膜およびこれに隣接した酸化タングステンを含む膜を有する光学素子。
前記酸化チタンがアナターゼ型を主構造とすることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
前記酸化タングステンを含む膜の厚さが０．５ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
前記酸化チタンを含む膜の厚さが０．５ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の光学素子。
レーザーを用いて光学記録を読み書きする装置内のレーザーの光路に備えられた光学素子であって、
レーザーが出射または入射する最表面に、酸化チタンと、酸化タングステンとを含む複合膜を有する光学素子。
前記酸化チタンがアナターゼ型を主構造とすることを特徴とする請求項５記載の光学素子。
前記酸化チタンと酸化タングステンとを含む複合膜の厚さが０．５ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
前記レーザーの波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学素子。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学素子を備えた光ヘッド。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学素子を備えた光ディスク記録再生装置。