JP3493855B2 - 光ヘッド装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクの情報
の再生装置や記録装置等に使用できる光ヘッド装置の製
造方法及びその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ディスク及び光磁気ディスク等
に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み取る光
ヘッド装置としては、ガラスやプラスチックの基板上に
体積ホログラム、又は体積ホログラムと光位相差素子を
積層したものを接着した構成のものが提案されている。

【０００３】しかし、この体積ホログラムを従来知られ
ている２本の平行光を用いた方法で露光し製造すると、
体積ホログラムの特徴である回折効率の入射角度依存性
のために、半導体レーザからの出射光のようにある角度
の拡がりを持った光に対しては、平行光光源で期待され
るような高い効率が得られない。

【０００４】図６に従来の光ヘッド装置用の体積ホログ
ラムの製造方法の基本概念を示す。従来は図６に示すよ
うに、例えばアルゴンイオンレーザ装置からの光をＡと
Ｂの２つに分岐し、さらにそれをレンズ等により平行光
にしたものを、互いにある相対的な角度をもたせて、体
積ホログラム１１に直接又は反射防止ガラス１２を通し
て照射することによって露光していた。

【０００５】このとき例えばΔｎ（屈折率の最も高い部
分と最も低い部分の差の半分）が０．０５、厚さが２７
μｍの体積ホログラムフィルムを用いて、半導体レーザ
からのＳ波を体積ホログラムに垂直入射し、光ディスク
からの反射光を非球面レンズ（対物レンズ）を通して体
積ホログラムにＰ波として再入射するときに、体積ホロ
グラムによる回折角が３０°であるとすれば、コーゲル
ニック（Ｋｏｇｅｌｎｉｋ）の理論によれば、往復効率
約７３％が理論的に得られる。

【０００６】なお、Ｓ波とは偏光方向が入射光と回折光
を含む平面に直交する光であり、Ｐ波とは偏光方向が入
射光と回折光を含む平面に含まれる光のことである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の体
積ホログラムは実際の往復効率は前述の理論値に比べか
なり小さい。これについて、図７及び図８を参照して説
明する。図７は回折効率の角度依存性を示すグラフであ
り、図８は体積ホログラムに対する光路を示す。図７に
おいて、横軸は角度のずれを示し、縦軸は回折効率を示
す。回折効率＝１が１００％である。

【０００８】図７から分かるように、中心部では高い往
復効率が得られるが、実際に用いられる半導体レーザ
（光源）の光、及び非球面レンズを通過した光ディスク
からの戻り光のように、ある拡がり角を持った光に対し
ては、角度全体に関して平均した値しか期待できない。
強度の平均した角度分布を仮定して、往復効率を計算す
ると、たかだか約３２％程度の効率しか得られないこと
が理論的に推定される。

【０００９】このことは本質的には、本来半導体レーザ
１３からの光、及び光ディスクから非球面レンズを通過
して戻り検出器１４で検出される光は、図８のように基
本的には収束光及び発散光であって平行光ではない。そ
れにもかかわらず、体積ホログラム形成の際には平行光
を用いて露光することに効率低下の原因がある。ここで
１１は体積ホログラム、１２は反射防止ガラスである。

【００１０】このような角度依存性は、厚さが約２０μ
ｍというレリーフ型（表面凹凸型）のホログラムに比べ
てかなり厚い体積ホログラムに顕著な問題であると考え
られる。

【００１１】本発明の目的は、従来技術の前述のような
欠点を解決する新規な光ヘッド装置の製造方法及び製造
装置の提供にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源からの光
を体積ホログラムを備えた回折素子を通して光記録媒体
に照射することにより、光学的情報の書き込み及び／又
は読み取りを行う光ヘッド装置の製造方法において、各
々異なる位相変換関数に基づいて決定された２つの格子
領域を有する露光用回折格子部材を実質的に平行な光で
照射して、前記それぞれの格子領域で発生した回折光を
感光材料よりなる基板中で干渉させ露光することにより
回折素子に体積ホログラムを形成する光ヘッド装置の製
造方法であって、前記格子領域の一方をさらに複数個に
分割して体積ホログラムを形成することにより、形成さ
れた体積ホログラムによって回折された複数の回折光を
それぞれ別の位置で収束させて、前記回折光を各々検出
器で検出し、回折素子にフォーカスエラー検出機能を付
与し得るようにしたことを特徴とする光ヘッド装置の製
造方法を提供する。

【００１３】また本発明は、実質的に平行な光を得るた
めの光源と、体積ホログラムを形成すべき感光材料より
なる基板と、各々異なる位相変換関数に基づいて決定さ
れた複数の格子領域を有する露光用回折格子部材とを備
え、前記格子領域により発生した複数の回折光が前記基
板中で干渉するように、前記露光用回折格子部材を前記
光源と基板間に設けたことを特徴とする光ヘッド装置の
製造装置を提供する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明により製造される光ヘッド
装置は、情報記録媒体である光ディスクに対して光を照
射するための光源と、前記光ディスクで反射した光を検
出するための検出器と、前記光源と光ディスクの間に体
積ホログラム又は体積ホログラムと光位相差素子とを積
層してなる回折素子とを有する。

【００１５】前記体積ホログラムは、各々独立の位相変
換関数に基づいて決定された格子パターンを持った複数
のレリーフ（表面凹凸）型回折格子領域（格子領域）又
は電子ビーム露光機等によって直接形成された回折格子
領域を有する露光用回折格子部材を、実質的に平行な光
で照射することによって発生する、各々の格子領域から
の複数の収束光（回折光）を感光材料よりなる基板中で
干渉させ露光することによって製造する。

【００１６】前記感光材料としては、フォトポリマー、
重クロム酸ゼラチン、銀塩フィルム等が好ましく使用で
きる。これにより、半導体レーザのようなある拡がり角
を有する光源に対しても、高い光の往復効率を有する光
ヘッド装置を提供できる。

【００１７】本発明の好ましい実施態様では、前記露光
用回折格子部材は、格子領域が所定の格子パターンを有
する表面凹凸型回折格子であり、又は前記表面凹凸型回
折格子を作製するためのフォトマスクであってもよい。

【００１８】参考として、実質的に平行な光自身による
体積ホログラムの露光を防ぐために、前記露光用回折格
子部材の格子領域間に遮蔽マスクを設ける。前記遮蔽マ
スクとしては、Ｃｒ、Ａｌ等の金属反射膜、ＴｉＯ_２、
ＳｉＯ_２等の誘電体多層反射膜、カーボン、黒色染料も
しくは黒色顔料等を含む黒色有機膜、又は前記黒色有機
膜を焼成した膜が好ましく使用できる。

【００１９】さらに本発明は、前記格子領域が２つであ
り、そのうちの一方をさらに複数個に分割して体積ホロ
グラムを形成して、体積ホログラムの回折光がそれぞれ
別の位置で収束するようにし、各々検出器で検出するこ
とにより、回折素子にフォーカスエラー検出機能を付与
する。

【００２０】さらに別の好ましい実施態様では、体積ホ
ログラムによる２つの回折光の一方は光源に対応した位
置に収束し、他の一方は検出器に対応した位置に収束す
るように、露光用回折格子部材の２つの格子領域の位相
変換関数を設定し、前記２つの格子領域のうち検出器に
収束する回折光に対応する格子領域を２分割し、体積ホ
ログラムを露光することにより、回折素子にフォーカス
エラー検出機能を付与する。

【００２１】別の参考例として、露光用回折格子部材を
複数個並列して、１回の露光により複数の体積ホログラ
ムを同時に作製する。

【００２２】さらに別の参考例として、前記格子領域に
より発生した所望の回折次数以外の回折光を遮断するた
めの遮蔽マスクを露光用回折格子部材に設ける。この遮
蔽マスクは、前記の格子領域間に設ける遮蔽マスクと同
じ材料から形成される。

【００２３】

【実施例】図１は本発明の実施例を示し、光ヘッド装置
用体積ホログラムを製造するための露光用回折格子部材
及び体積ホログラムの部分側面図である。体積ホログラ
ムは、感光材料よりなる基板１中に形成される。基板の
両面には、反射防止膜をコーティングしたカバーガラス
２が積層して貼り合わされる。

【００２４】露光用回折格子部材としての上層のカバー
ガラス２の上面にはＡ、Ｂ２つの格子領域を有する。２
つの格子領域Ａ、Ｂはレリーフ型（表面凹凸型）の回折
格子４Ａ、４Ｂからなり、２つの格子領域Ａ、Ｂが複数
個並列して形成される。回折格子４Ａ、４Ｂはそれぞれ
所望の回折次数の回折光を得るために、それぞれ異なる
位相変換関数に基づいて決定された格子パターンを有す
る。

【００２５】両回折格子４Ａ、４Ｂ間には、回折格子４
Ａ、４Ｂを分離するとともに回折格子４Ａ、４Ｂ以外の
領域に入射する光を遮断するための、黒色有機膜からな
る遮蔽マスク５が設けられる。また、上層のカバーガラ
ス２の基板中の中間部には、隣接する格子領域の組７間
で隣同士の回折光が干渉し合わないように、黒色有機膜
からなる中間遮蔽マスク３が設けられる。中間遮蔽マス
ク３は、例えば上層のカバーガラス２を２つのガラス基
板を積層して構成し、２つのガラス基板間に設けること
により形成する。

【００２６】前記の構成において、図示しない光源より
上層のカバーガラス２の格子領域Ａ、Ｂに実質的に平行
な光を照射して、各格子領域Ａ、Ｂで回折させて収束光
を得、これらを基板１で干渉させて干渉縞を形成し体積
ホログラムを作製する。

【００２７】図１のようにカバーガラス２を積層し、そ
の最上部に例えばレリーフ型の回折格子４Ａ、４Ｂをフ
ォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法で形成する。
前記レリーフ型の回折格子４Ａ、４Ｂは異なる２つの格
子領域Ａ、Ｂを形成しており、各々独立した位相変換関
数を基に格子パターンが形成されている。

【００２８】上部から入射した実質的に平行な光のう
ち、格子領域Ａに達した光と格子領域Ｂに達した光は所
定の割合で回折され、それぞれ収束光となって基板１に
入射し、基板１中で重畳し干渉する。

【００２９】前記のような２つの格子領域Ａ、Ｂからの
収束光による露光は、図８のような半導体レーザから出
た光と検出器から出た光が干渉して露光したと仮定した
ものと実質的に同等なので、平行光による露光に比べよ
り高い往復効率が得られる。

【００３０】また、格子領域Ａ、Ｂの間の位置からの光
が基板１に入射すると、不要な干渉縞を形成する可能性
があるので、この領域には光の吸収剤、又は不透明材に
よる遮蔽マスク５によって遮断することが好ましい。

【００３１】さらに光の散乱等による所望の回折次数以
外の回折光による擾乱を防ぐために、格子領域Ａ、Ｂと
基板１の間に光の吸収、反射等の機能を持つ中間遮蔽マ
スク３を挿入することが好ましい。この場合、２つの格
子領域Ａ、Ｂの組７を図１のように複数個並列に並べ、
多数の体積ホログラムを１回の露光で得ようとしたとき
に発生する、所望の次数以外の回折光による隣接するパ
ターン間の干渉も防止できる。

【００３２】図２は本発明の具体的実施例を示す。露光
光源として光波長５１４．５ｎｍのアルゴンイオンレー
ザ光を用い、露光角度設定は露光光源の光波長と再生波
長の違い、熱処理等による格子傾角の変化を考慮して行
った。

【００３３】またアルゴンイオンレーザ光の入射角θ
は、レリーフ型の回折格子４Ａ、４Ｂの作りやすさも考
慮して決定した。すなわち、入射角θに対する回折角を
大きくしようとすると、回折格子４Ａ、４Ｂの格子ピッ
チを微細にする必要があり、フォトリソグラフィ法によ
る回折格子４Ａ、４Ｂの作製が困難になるからである。

【００３４】本実施例では、入射角θは約２３°であ
り、この入射角θに対するＡ領域の回折角は約３３°と
し、Ｂ領域の回折角は約１３°とした。基板１の上側の
カバーガラス２は３層構造とし、厚さは最上層が２．３
ｍｍでその下の２層は２層で３ｍｍとした。各カバーガ
ラス２間にはこれらのガラスと屈折率の等しいマッチン
グ液６を充填した。

【００３５】体積ホログラムを形成する基板１の材料は
フォトポリマーであり、Δｎが０．０５、厚さが２７μ
ｍのものを用いた。前記体積ホログラムを用いた回折素
子と、光源としての光波長７８０ｎｍの半導体レーザと
を備えた光ヘッド装置を作製した場合、光の往復効率約
５０％を得た。

【００３６】次に、本発明に係る光ヘッド装置にフォー
カスエラー検出機能を付与した例について説明する。ま
ず、図３は前述のフォーカスエラー検出機能を付与しな
い例を示す。すなわち、２つの各々異なる回折特性を有
する回折格子４Ａ、４Ｂからなる格子領域Ａ、Ｂからの
回折光を、基板１中で干渉させている。この例では、格
子領域Ａからの光は検出器の位置Ｄに収束し、格子領域
Ｂからの光は半導体レーザの位置Ｓに収束するように、
各格子領域Ａ、Ｂの位置及びその他の回折条件が設定さ
れる。

【００３７】前記のような基本構成に対し、図４及び図
５はフォーカスエラー検出機能を付与した例を示す。図
４においては、半導体レーザの位置Ｓに光を収束させる
格子領域Ｃに対し、検出器に光を収束させる格子領域を
２分割して、検出器Ｄ１に収束させる格子領域Ａと、検
出器Ｄ２に光を収束させる格子領域Ｂの２つの領域を設
ける。４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、それぞれ位相変換関数が異
なる回折格子である。

【００３８】格子領域Ａ、Ｂからの回折光は基板１の下
側で交差し、基板１中の異なる位置で格子領域Ｃからの
回折光と干渉する。格子領域Ａからの回折光と格子領域
Ｂからの回折光は各々焦点距離が異なり、またその検出
器の位置Ｄ１、Ｄ２で空間的に分離されている。したが
って、このように検出器に向かう光を複数に分割して、
各検出器で検出信号強度等を比較することにより、ＳＳ
Ｄ（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式に
よるフォーカスエラー検出等が可能となる。

【００３９】図５の例では２つの検出器Ｄ１、Ｄ２に光
を収束させるための格子領域Ａ、Ｂからの回折光が基板
１の上側で交差して、その後各々別の位置で格子領域Ｃ
からの回折光と干渉している。その他の構成及び作用効
果は図４の例と同様である。

【００４０】なお、図３〜５において、簡単のため回折
光の回折の状態は省略しほぼ直線状の光として描いた。
また、図２〜５において、格子領域Ａ〜Ｃはレリーフ型
回折格子（表面凹凸型回折格子）とは限らず体積型回折
格子等であってもよいので、凹凸として描いていない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、少な
くとも２つの収束光を干渉させることにより体積ホログ
ラムを形成するため、光ヘッド装置で用いられる半導体
レーザ等の拡散光又は収束光に対しても高い光の効率が
得られ、高精度で高品質の情報の記録及び再生が可能に
なる。また、露光用の格子領域の組を複数個並べて設け
ることにより、容易に複数の体積ホログラムを同時に作
製できる。さらに、本発明は空間露光でなく、露光用回
折格子部材を通しての露光であるため、露光の安定性及
び再現性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示し、露光用回折格子部材及
び体積ホログラム用の基板の部分側面図である。

【図２】本発明の具体的実施例を示し、露光用回折格子
部材及び体積ホログラム用の基板の部分側面図である。

【図３】本発明の実施例を示し、露光用回折格子部材に
よる光路を説明する側面図である。

【図４】本発明の実施例を示し、体積ホログラムにフォ
ーカスエラー検出機能を付与する場合の、露光用回折格
子部材による光路を説明する側面図である。

【図５】本発明の他の実施例を示し、体積ホログラムに
フォーカスエラー検出機能を付与する場合の、露光用回
折格子部材による光路を説明する側面図である。

【図６】従来例を示し、体積ホログラムを形成する場合
の側面図である。

【図７】従来の体積ホログラム回折効率の角度依存性の
グラフである。

【図８】従来例を示し、拡散光源と体積ホログラムを用
いた場合の光ヘッド装置の光路を説明する部分側面図で
ある。

【符号の説明】

１：基板 ２：カバーガラス ３：中間遮蔽マスク ４Ａ：回折格子 ４Ｂ：回折格子 ４Ｃ：回折格子 ５：遮蔽マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−220291（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−53004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−80684（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/135

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を体積ホログラムを備えた回
   折素子を通して光記録媒体に照射することにより、光学
   的情報の書き込み及び／又は読み取りを行う光ヘッド装
   置の製造方法において、各々異なる位相変換関数に基づ
   いて決定された２つの格子領域を有する露光用回折格子
   部材を実質的に平行な光で照射して、前記それぞれの格
   子領域で発生した回折光を感光材料よりなる基板中で干
   渉させ露光することにより回折素子に体積ホログラムを
   形成する光ヘッド装置の製造方法であって、前記格子領
   域の一方をさらに複数個に分割して体積ホログラムを形
   成することにより、形成された体積ホログラムによって
   回折された複数の回折光をそれぞれ別の位置で収束させ
   て、前記回折光を各々検出器で検出し、回折素子にフォ
   ーカスエラー検出機能を付与し得るようにしたことを特
   徴とする光ヘッド装置の製造方法。
2. 【請求項２】形成された体積ホログラムによる２つの回
   折光の一方は光源に対応した位置に収束し、他の一方は
   検出器に対応した位置に収束するように、露光用回折格
   子部材の２つの格子領域の位相変換関数を設定するとと
   もに、前記２つの格子領域のうち検出器に収束する回折
   光に対応する格子領域を２分割して、体積ホログラムを
   形成することにより、回折素子にフォーカスエラー検出
   機能を付与し得るようにした請求項１記載の光ヘッド装
   置の製造方法。
3. 【請求項３】実質的に平行な光を得るための光源と、体
   積ホログラムを形成すべき感光材料よりなる基板と、各
   々異なる位相変換関数に基づいて決定された複数の格子
   領域を有する露光用回折格子部材とを備え、前記格子領
   域により発生した複数の回折光が前記基板中で干渉する
   ように、前記露光用回折格子部材を前記光源と基板間に
   設けたことを特徴とする光ヘッド装置の製造装置。