JP4200463B2 - 受光素子及びそれを用いた光ヘッド並びにそれを用いた光記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光記録媒体で反射した光を受光する受光素子及びそれを用いた光ヘッド並びにそれを用いた光記録再生装置に関する。

光ヘッドに用いられる受光素子は、受光部が形成されたシリコン基板と、当該シリコン基板を配置する回路基板とを有している。また、受光素子は、シリコン基板上に形成された電極パッドと、回路基板上に形成された電極端子と、電極パッドと電極端子とを接続する配線とで構成されたボンディング部を有している。さらに受光素子は、受光部及びボンディング部上を覆うように両基板に跨って配置されたカバー層を有している。カバー層は、水分による腐食や空気中の塵及び埃等による短絡不良がボンディング部で発生するのを防止する保護部材として機能する。

カバー層は透明樹脂で形成されており、受光部が光記録媒体で反射した反射光を受光できるようになっている。受光素子は、受光部で受光した受光光を光電変換して、ボンディング部から電気信号を出力するようになっている。当該電気信号に基づいて、光記録媒体に記録された情報を含む再生信号や光ヘッドの焦点誤差又はトラッキング誤差の調整に用いられる誤差検出信号が生成される。

ところで、光ヘッドが長期間使用環境下に置かれると、受光素子のカバー層に空気中に存在する埃や塵が堆積することがある。
特開２００５−５３６３号公報 特開２００６−４１４５６号公報

空気中の埃や塵が受光素子のカバー層に堆積されると、光記録媒体で反射した光は当該塵や埃に遮られて受光部に到達し難くなる。これにより、受光素子で受光される受光光の光量は低下する。そうすると、受光光を光電変換して得られる電気信号の品質は劣化するので、高品質な再生信号や誤差検出信号が得られなくなる。

本発明の目的は、受光光を光電変換して得られる電気信号の品質劣化を防止できる受光素子及びそれを用いた光ヘッド並びにそれを用いた光記録再生装置を提供することにある。

上記目的は、実使用時に基板面がほぼ鉛直方向に配置される受光素子であって、前記基板上に形成された受光部と、前記基板上を覆うように配置され、前記基板面法線方向に見て、前記受光部上の光入射領域より前記受光部周囲の非光入射領域の厚さが厚く形成されたカバー層とを有することを特徴とする受光素子によって達成される。

上記本発明の受光素子であって、前記非光入射領域の外表面は、前記光入射領域側が低くなるように傾斜していることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記外表面は、前記光入射領域の近傍が曲面状に傾斜していることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記外表面は、前記光入射領域側が低くなるように２段階に傾斜していることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記非光入射領域は、厚さがほぼ一定であることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記外表面は、前記光入射領域の近傍が前記基板面に対してほぼ垂直に形成されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記基板を実装する回路基板をさらに有し、前記カバー層は、前記基板及び前記回路基板に跨って形成されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記カバー層は、前記光入射領域を開口して前記受光部が露出する開口部を有することを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記カバー層は、透明材料で形成されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記カバー層は、不透明材料で形成されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記カバー層は、樹脂材料で形成されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記樹脂材料は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂であることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする。

また、上記目的は、光源から射出した光を光記録媒体に集光させる対物レンズと、実使用時に基板面がほぼ鉛直方向に配置されて前記光記録媒体で反射した前記光を受光する受光素子とを有する光ヘッドであって、前記受光素子は、上記本発明の受光素子であることを特徴とする光ヘッドによって達成される。

さらに、上記目的は、上記本発明の光ヘッドを有することを特徴とする光記録再生装置によって達成される。

本発明によれば、受光素子の受光部上の塵や埃の堆積が防止され、受光光を光電変換して得られる電気信号の品質劣化を防止できる。

本発明の一実施の形態による受光素子及びそれを用いた光ヘッド並びにそれを用いた光記録再生装置について図１乃至図１２を用いて説明する。まず、本実施の形態による受光素子の概略の構成について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施の形態による受光素子１の外観斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の図中に示す矢印Ａの方向に見た受光素子１の平面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）の図中に示す仮想線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。理解を容易にするため、図１（ａ）ではカバー層３で覆われて本来視認できないシリコン基板９が示され、図１（ｂ）ではカバー層３で覆われて本来視認できないシリコン基板９及びその他の内部構造が示されている。

図１（ａ）乃至図１（ｃ）に示すように、受光素子１は、薄板形状の回路基板７と、受光部１１上の光入射領域２がへこんだ形状のカバー層３とを有し、全体として直方体形状を有している。回路基板７のほぼ中央には、薄板形状のシリコン基板９が実装されている。受光素子１は、シリコン基板９の基板面のほぼ中央に形成された受光部１１を有している。カバー層３はシリコン基板９及び回路基板７に跨って形成されている。カバー層３は、シリコン基板９の基板面法線方向に見て、受光部１１上の光入射領域２より受光部１１周囲の非光入射領域５の厚さが厚く形成されている。

カバー層３は光入射領域２を開口して受光部１１が露出する開口部４を有している。図１（ｃ）に示すように、非光入射領域５の光入射側の外表面５ａ、５ｂは、光入射領域２側が低くなるように傾斜している。非光入射領域５は、断面において、回路基板７の端部側より光入射領域２側が低くなるように直線状に傾斜する外表面５ｂと、光入射領域２近傍が曲線状に傾斜する外表面５ａとを有している。外表面５ａは光入射側に凸状の曲面状に傾斜している。カバー層３は回路基板７の端部側が最も厚く、光入射領域２側が最も薄い形状を有している。

図１（ｃ）において、外表面５ａがシリコン基板９と交わる点における外表面５ａの接線（不図示）は、シリコン基板９の基板面に対して例えば約４５°の傾斜角を有し、外表面５ｂはシリコン基板９の基板面に対して例えば約１０°の傾斜角を有している。また、図１（ｃ）において、開口部４の半径と、外表面５ａと、外表面５ｂとのシリコン基板９の基板面内方向の長さの比は、例えば１：１．４：３．６に形成されている。

カバー層３は、例えばエポキシ樹脂材料又はシリコーン樹脂材料等の不透明絶縁性材料で形成されている。カバー層３は開口部４を有しているので、カバー層３の形成材料は不透明材料を用いることができるが、透明材料を用いてももちろんよい。例えばカバー層３は、透明エポキシ樹脂材料又はガラス材料等の透明絶縁性材料で形成されていてもよい。一般に、透明樹脂材料の価格は不透明樹脂材料の価格に比べて１．５倍から２倍程度高い。このため、光入射領域２に開口部４を形成して不透明エポキシ樹脂材料でカバー層３を形成することにより、カバー層３の材料費を低減できる。これにより、受光素子１の低コスト化を図ることができる。

図１（ｂ）に示すように、シリコン基板９は、シリコン基板９の対向する一対の端辺に沿ってそれぞれ形成された複数の電極パッド１３を有している。シリコン基板９の当該端辺に沿って、回路基板７の対向する一対の端辺には、例えば電極パッド１３と同数の電極端子１５が形成されている。受光素子１は、電極端子１５を用いて受光素子１を実装する実装基板（不図示）と電気的に接続される。複数の電極パッド１３は複数の配線１７により複数の電極端子１５にそれぞれ電気的に接続されている。受光素子１は受光した光を受光部１１で光電変換して電極パッド１３から電気信号を出力する。当該電気信号は配線１７及び電極端子１５を介して受光素子１が実装された実装基板上の所定の回路に入力される。なお、シリコン基板９及び回路基板７により、ＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）基板が構成されている。

カバー層３は、電極パッド１３、配線１７及び電極端子１５によって構成されるボンディング部を覆って形成されている。カバー層３は水分によるボンディング部の腐食や埃等によるボンディング部の短絡を防止する保護部材としても機能する。

次に、受光素子１の効果について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本実施の形態による受光素子１の断面を示し、図２（ｂ）は、比較例としての従来の受光素子３１の断面を示している。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、受光素子１、３１は、実使用時にシリコン基板９の基板面が鉛直方向αにほぼ平行に配置される。空気中に存在する埃２０は重力によりほぼ鉛直下方に落下する。

図２（ｂ）に示すように、従来の受光素子３１は、シリコン基板９の基板面法線方向に見て、受光部１１上の光入射領域３２及びその周囲の非光入射領域３５の厚さがほぼ一定のカバー層３３を有している。カバー層３３は鉛直方向αとほぼ平行であって平坦な外表面３３ａを有している。カバー層３３近傍を落下する埃２０は外表面３３ａに接触したり衝突したりする。そうすると、埃２０と外表面３３ａとの摩擦により埃２０及び外表面３３ａは帯電して静電気が発生する。カバー層３３は不図示の実装基板を介して接地されている。しかし、カバー層３３は絶縁材料で形成されているので、埃２０及び外表面３３ａに発生した静電気は実装基板側にほとんど逃げない。このため、埃２０及び外表面３３ａは帯電した状態を維持する。外表面３３ａの鉛直方向αの長さは比較的長いので、外表面３３ａの下方に達した埃２０の帯電量は大きくなる。このため、埃２０は鉛直下方の外表面３３ａ上に付着する。空気中の埃２０は、外表面３３ａに付着した埃２０を核として外表面３３ａ上に徐々に堆積され、その結果、埃２０は受光部１１上の外表面３３ａにも堆積される。受光部１１上に堆積された埃２０はほぼ水平方向に入射する光が受光部１１で受光されるのを妨げるので、従来の受光素子３１は長期間使用環境下に置かれると埃や塵によって受光光の光量が低下してしまう。

これに対し、図２（ａ）に示すように、本実施の形態の受光素子１は、非光入射領域５の外表面５ａ、５ｂは光入射領域２側が低くなるように傾斜している。このため、外表面５ａ、５ｂが鉛直方向αとほぼ平行と看做せる長さは従来の受光素子３１と比べて非常に短くなる。従って、カバー層３近傍を落下する埃２０が外表面５ｂに接触したり衝突したりしたとしても、埃２０はほとんど帯電されずに外表面５ｂ上を所定距離進んだ後に、外表面５ｂから離れて鉛直下方に落下する。このように、受光素子１は非受光領域５の外表面５ａ、５ｂへの埃２０の堆積を防止できる。これにより、受光素子１は、埃２０が受光部１１上に堆積するのを防止できるので、受光光の光量の低下を防止できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、受光素子１は、長期間使用環境下に置かれたとしてもカバー層３によって空気中の塵や埃が受光部１１に堆積するのを防止できる。これにより、受光素子１は受光光の光量の低下を防止できるので、受光光の光量が光電変換された電気信号の品質は維持される。従って、受光素子１は、当該電気信号に基づいて生成される再生信号や光ヘッドの焦点誤差又はトラッキング誤差調整用の誤差検出信号の品質劣化を防止できる。

次に、本実施の形態の第１乃至第６の変形例による受光素子の概略構成について図３乃至図８を用いて説明する。第１乃至第６の変形例による受光素子は、図２（ａ）に示す受光素子１と同様に、実使用時にシリコン基板９の基板面が鉛直方向にほぼ平行に配置される。まず、本実施の形態の第１の変形例による受光素子の概略構成について図３を用いて説明する。図２に示す受光素子１は、断面において非光入射領域５が直線状に傾斜する外表面５ｂと、曲線状に傾斜する外表面５ａとを有している。これに対し、本変形例による受光素子は、断面において光入射領域側が低くなるように２段階に直線状に傾斜した外表面を備えた点に特徴を有している。なお、本変形例及び以下に示す変形例において、図２に示した受光素子１の構成要素と同一の作用・機能を奏する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

図３は、本変形例による受光素子１の断面図である。図３に示すように、本変形例による受光素子１は、図２に示す受光素子１と同様に、光入射領域２を開口して受光部１１が露出する開口部４を備えたカバー層３を有している。カバー層３の非光入射領域５は、断面において、回路基板７の端部側より光入射領域２側が低くなるように直線状に傾斜する外表面５ｂと、外表面５ｂ側より光入射領域２側が低くなるように直線状に傾斜する外表面５ａとを有している。外表面５ａは、例えばすり鉢のような曲面状に形成されている。カバー層３は回路基板７の端部側が最も厚く、光入射領域２側が最も薄い形状を有している。

外表面５ａ、５ｂはシリコン基板９の基板面に対して異なる傾斜角を有している。このため、非光入射領域５は２段階に傾斜している。図３において、外表面５ａはシリコン基板９の基板面に対して例えば約４５°の傾斜角を有し、外表面５ｂはシリコン基板９の基板面に対して例えば約１０°の傾斜角を有している。また、図３において、開口部４の半径と、外表面５ａと、外表面５ｂとのシリコン基板９の基板面内方向の長さの比は、例えば１：１．４：３．６に形成されている。

本変形例による受光素子１は、断面において、２段階に直線状に傾斜する外表面５ａ、５ｂを備えた非光入射領域５を有している。これにより、本変形例の受光素子１は図２に示す受光素子１と同様の効果が得られる。

次に、本実施の形態の第２の変形例による受光素子の概略構成について図４を用いて説明する。上記第１の変形例による受光素子１は、光入射領域２近傍の外表面５ａが傾斜したカバー層３を有している。これに対し、本変形例による受光素子は光入射領域近傍の外表面がシリコン基板の基板面に対してほぼ垂直に形成されたカバー層を備えた点に特徴を有している。

図４は、本変形例による受光素子１の断面図である。図４に示すように、本変形例による受光素子１は、図２に示す受光素子１と同様に、光入射領域２を開口して受光部１１が露出する開口部４を備えたカバー層３を有している。カバー層３の非光入射領域５は、断面において、回路基板７の端部側より光入射領域２側が低くなるように直線状に傾斜する外表面５ｂと、光入射領域２近傍がシリコン基板９の基板面に対してほぼ垂直に形成された外表面５ａとを有している。外表面５ａは、例えば円筒のような曲面状に形成されている。図４において、外表面５ｂはシリコン基板９の基板面に対して例えば約１０°の傾斜角を有している。カバー層３は回路基板７の端部側が最も厚く、光入射領域２側が最も薄い形状を有している。

本変形例による受光素子１は、光入射領域２側が低くなるように傾斜する外表面５ｂを備えた非光入射領域５を有している。これにより、本変形例の受光素子１は図２及び図３に示す受光素子１と同様の効果が得られる。

次に、本実施の形態の第３の変形例による受光素子の概略構成について図５を用いて説明する。上記第１の変形例による受光素子１は外表面５ａ、５ｂがシリコン基板９の基板面に対して２段階に傾斜したカバー層３を有している。これに対し、本変形例による受光素子は、断面において、外表面の光入射領域側が低くなるように一直線状に傾斜するカバー層を備えた点に特徴を有している。

図５は、本変形例による受光素子１の断面図である。図５に示すように、本変形例による受光素子１は、図２に示す受光素子１と同様に、光入射領域２を開口して受光部１１が露出する開口部４を備えたカバー層３を有している。カバー層３の非光入射領域５の外表面５ａは、断面において、回路基板７の端部側より光入射領域２側が低くなるように一直線状に傾斜している。外表面５ａは、例えばすり鉢のような曲面状に形成されている。図５において、外表面５ａはシリコン基板９の基板面に対して例えば約１０°の傾斜角を有している。カバー層３は回路基板７の端部側が最も厚く、光入射領域２側が最も薄い形状を有している。

本変形例による受光素子１は、光入射領域２側が低くなるように傾斜する外表面５ａを備えた非光入射領域５を有している。これにより、本変形例の受光素子１は図２乃至図４に示す受光素子１と同様の効果が得られる。

次に、本実施の形態の第４の変形例による受光素子の概略構成について図６を用いて説明する。図２乃至図５に示す受光素子１は、光入射領域２側が低くなるように傾斜した外表面を備えたカバー層３を有している。これに対し、本変形例による受光素子は、外表面がシリコン基板の基板面に対してほぼ平行なカバー層を備えた点に特徴を有している。

図６は、本変形例による受光素子１の断面図である。図６に示すように、本変形例による受光素子１は、図２に示す受光素子１と同様に、光入射領域２を開口して受光部１１が露出する開口部４を備えたカバー層３を有している。カバー層３の非光入射領域５は、シリコン基板９の基板面に対してほぼ一定の厚さを有している。非光入射領域５は、光入射側がシリコン基板９の基板面にほぼ平行に形成された外表面５ｂと、断面において光入射領域２近傍がシリコン基板９の基板面に対してほぼ垂直に形成された外表面５ａとを有している。外表面５ａは、例えば円筒のような曲面状に形成されている。

本変形例による受光素子１は、光入射領域２側が低くなるように傾斜する外表面を有していない。しかし、受光素子１は、図２（ｂ）に示す従来の受光素子３１に比べて外表面５ｂの鉛直方向の長さが短いので、受光部１１上に埃等が堆積されるのを防止できる。これにより、本変形例の受光素子１は図２乃至図５に示す受光素子１と同様の効果が得られる。

次に、本実施の形態の第５の変形例による受光素子の概略構成について図７を用いて説明する。第４の変形例による受光素子１は、光入射領域２近傍がシリコン基板９の基板面に対してほぼ垂直に形成された外表面５ａを備えたカバー層３を有している。これに対し、本変形例による受光素子は、受光素子の断面において光入射領域近傍が直線状に傾斜する外表面を備えた点に特徴を有している。

図７は、本変形例による受光素子１の断面図である。図７に示すように、本変形例による受光素子１は、図６に示す受光素子１と同様に、光入射領域２を開口して受光部１１が露出する開口部４を備えたカバー層３を有している。非光入射領域５は、光入射側がシリコン基板９の基板面にほぼ平行に形成された外表面５ｂと、受光素子１の断面において光入射領域２近傍が直線状に傾斜するように形成された外表面５ａとを有している。外表面５ａは、例えばすり鉢のような曲面状に形成されている。

図７において、外表面５ａはシリコン基板９の基板面に対して例えば約４５°の傾斜角を有している。また、図７において、開口部４の半径と、外表面５ａと、外表面５ｂとのシリコン基板９の基板面内方向の長さの比は、例えば１：１．４：３．６に形成されている。

本変形例による受光素子１は、光入射領域２側が低くなるように傾斜する外表面５ａを備えた非光入射領域５を有している。さらに、受光素子１は、図２（ｂ）に示す従来の受光素子３１に比べて外表面５ｂの鉛直方向の長さが短いので、受光部１１上に埃等の粉塵が堆積されるのを防止できる。これにより、本変形例の受光素子１は、図２乃至図６に示す受光素子１と同様の効果が得られる。

次に、本実施の形態の第６の変形例による受光素子の概略構成について図８を用いて説明する。本変形例による受光素子１は、受光素子１の断面において光入射領域２近傍が直線状に傾斜する外表面５ａを備えたカバー層３を有している。これに対し、本変形例による受光素子は、受光素子の断面において光入射領域近傍が曲線状に傾斜する外表面を備えた点に特徴を有している。

図８は、本変形例による受光素子１の断面図である。図８に示すように、本変形例による受光素子１は、図７に示す受光素子１と同様に、光入射領域２を開口して受光部１１が露出する開口部４を備えたカバー層３を有している。非光入射領域５は、光入射側がシリコン基板９の基板面にほぼ平行に形成された外表面５ｂと、図８において光入射領域２近傍が曲線状に傾斜するように形成された外表面５ａとを有している。外表面５ａは、例えば半径が開口部４の直径にほぼ等しい円の円弧状に形成されている。外表面５ａは、例えば光入射側に凸状の曲面状に傾斜している。

図８において、外表面５ａがシリコン基板９と交わる点における外表面５ａの接線（不図示）は、シリコン基板９の基板面に対して例えば約９０°の角度を有している。また、図８において、開口部４の半径と、外表面５ａと、外表面５ｂとのシリコン基板９の基板面内方向の長さの比は、例えば１：１．４：３．６に形成されている。

本変形例による受光素子１は、光入射領域２側が低くなるように傾斜する外表面５ａと、光入射側がシリコン基板９の基板面にほぼ平行に形成された外表面５ｂとを備えた非光入射領域５を有している。これにより、本変形例の受光素子１は、図２乃至図７に示す受光素子１と同様の効果が得られる。

次に、本実施の形態による受光素子の粉塵残留試験について図９及び図１０を用いて説明する。まず、受光素子の粉塵残留試験方法について説明する。受光素子の粉塵残留試験は、粉塵試験機の試験槽内に受光素子を配置し、受光素子を実使用環境下に所定期間置いた状態が再現されるように、多数の試験粉体を鉛直上方から落下させて受光素子に付着させ、受光素子のカバー層上に残留した試験粉体の残留量を測定することにより行われる。

次に、受光素子の粉塵残留試験に用いる評価サンプルについて説明する。評価サンプルには、図６乃至図８に示す形状の受光素子が用いられる。以下では、図６の形状の評価サンプルを受光素子Ａと呼び、図７の形状の評価サンプルを受光素子Ｂと呼び、図８の形状の評価サンプルを受光素子Ｃと呼ぶことにする。カバー層３の高さ及び開口部４の大きさを異ならせた５種類の評価サンプルが受光素子Ａ乃至Ｃのそれぞれについて準備されている。カバー層３の高さ及び開口部４の大きさは、カバー層３の高さ／開口部４の大きさ＝５００μｍ／５００μｍ、５００μｍ／１０００μｍ、７５０μｍ／７５０μｍ、１０００μｍ／５００μｍ及び１０００μｍ／１０００μｍとなるように形成されている。ここで、カバー層３の高さとは、図６乃至図８において、外表面５ｂからシリコン基板９の基板面までのカバー層３の厚さをいう。また、開口部４の大きさとは、図６乃至図８において、シリコン基板９の基板面上で対向する外表面５ａ間の距離をいう。

受光素子Ａの外表面５ａは、カバー層３の高さ及び開口部４の大きさによらず、図６に示す断面においてシリコン基板９の基板面に対してほぼ９０°に形成されている。受光素子Ｂの外表面５ａは、カバー層３の高さ及び開口部４の大きさによらず、図７に示す断面においてシリコン基板９の基板面に対してほぼ４５°の傾斜角を有している。受光素子Ｃの外表面５ａは、図８に示す断面においてカバー層３の高さ及び開口部４の大きさによって曲線形状が異なっている。受光素子Ｃの外表面５ａは、カバー層３の高さ／開口部４の大きさ＝５００μｍ／５００μｍでは、半径８００μｍの円の円弧状に形成され、カバー層３の高さ／開口部４の大きさ＝５００μｍ／１０００μｍでは、半径１３００μｍの円の円弧状に形成され、カバー層３の高さ／開口部４の大きさ＝７５０μｍ／７５０μｍでは、半径１１００μｍの円の円弧状に形成され、カバー層３の高さ／開口部４の大きさ＝１０００μｍ／５００μｍでは、半径８００μｍの円の円弧状に形成され、カバー層３の高さ／開口部４の大きさ＝１０００μｍ／１０００μｍでは、半径１３００μｍの円の円弧状に形成されている。

次に、受光素子の粉塵残留試験について具体的に説明する。砂塵試験機の試験槽内に、シリコン基板９の基板面を鉛直方向にほぼ平行にして受光素子Ａ乃至Ｃを配置する。次に、試験槽を密閉空間として、例えば多数の試験粉体を受光素子Ａ乃至Ｃの鉛直上方から噴射して落下させる。試験粉体として、ＪＩＳ規格Ｚ８９０１で定められた試験用粉体８種（関東ローム）が用いられる。また、ＩＥＣ６０７２１−３−３の分類３Ｓ１規格に基づいて、受光素子Ａ乃至Ｃが実使用環境下に１８年間置かれた状態を再現できるだけの付着粉塵量の試験粉体が試験槽内に噴射されて落下される。次に、受光素子Ａ乃至Ｃを砂塵試験機から取り出して、デジタルマイクロスコープを用いて試験粉体の侵入距離を測定する。さらに、受光素子Ａ乃至Ｃに付着した試験粉体の付着状態（試験粉体の残留量、残留位置及び残留粒径等）を目視にて評価する。ここで、侵入距離とは、図６乃至図８に示す断面において、外表面５ｂ側からシリコン基板９側に向かって外表面５ａに残留した試験粉体のシリコン基板９の基板面法線方向の長さをいう。

図９は、試験粉体の侵入距離の測定結果を示している。図９の最左欄は受光素子Ａ乃至Ｃのカバー層３の高さ及び開口部４の大きさを示している。最左欄の右隣から順に、受光素子Ａ、Ｂ、Ｃにおける試験粉体の侵入距離をそれぞれ示している。図９に示すように、試験粉体の侵入距離には、カバー層３の外表面５ａの形状やカバー層３の高さ及び開口部４の大きさによる顕著な差異はない。測定された全評価サンプルにおいて、試験粉体の侵入距離は２５０μｍ〜４５０μｍの範囲に含まれている。

図１０は、試験粉体の付着状態の目視評価結果を示している。図１０の最左欄は受光素子Ａ乃至Ｃのカバー層３の高さ及び開口部４の大きさを示している。最左欄の右隣から順に、受光素子Ａ、Ｂ、Ｃにおける試験粉体の目視評価結果を示している。図中の◎印は試験粉体がほとんど付着していないことを示し、○印は試験粉体が若干付着していることを示し、△印は試験粉体が相対的に多く付着しているが実使用上問題ない程度であることを示している。

図１０に示すように、試験粉体は、受光素子Ｃに最も残留し難く、次いで受光素子Ｂに残留し難く、受光素子Ａに最も残留し易いという結果が得られた。従って、外表面５ａが曲面状に傾斜するカバー層３を備えた受光素子Ｃは、受光素子Ａ、Ｂと比較して、空気中に存在する粉塵のカバー層３への付着防止効果が高い。

また、受光素子Ｂに付着した試験粉体は、外表面５ａ、５ｂの境界である段差部に多く残留する傾向がある。従って、受光素子Ｂの粉塵付着防止効果を向上させるためには、当該段差部の端面処理が必要である。例えば、当該段差部を曲面形状に端面処理すると、受光素子Ｂは、受光素子Ｃと同様の効果が得られるので、空気中に存在する粉塵のカバー層３への付着防止効果の向上を図ることできる。

また、受光素子Ａは、受光素子Ｂ、Ｃと比較すると多くの試験粉体が残留してしまう。ところが、図２（ｂ）に示す従来の受光素子３１を同条件下で粉塵残留試験を行うと、試験粉体は受光部が目視で見えなくなるほど付着する。受光素子Ａは、従来の受光素子３１と比較すると試験粉体の付着量は極めて少なく、さらに試験粉体が受光部１１上に付着するのを防止できる。従って、シリコン基板９の基板面に対してほぼ９０°の外表面５ａを備えたカバー層３を有する受光素子Ａは、受光素子Ｂ、Ｃと同様に空気中に存在する粉塵のカバー層３への付着防止効果を発揮することができ、実使用上の問題は発生しない。

次に、カバー層３の高さと開口部４の大きさとの関係について説明する。図１０に示すように、カバー層３の高さが１０００μｍ、開口部４の大きさが５００μｍの場合に、受光素子Ａ乃至Ｃの全てにおいて、試験粉体が最も残留し難い。カバー層３の高さは開口部４の大きさに関連付けられ、粉塵の付着し難いカバー層３の高さは、開口部４の大きさの１／３以上であることが望ましい。

以上説明したように、開口部４が形成された光入射領域２より非光入射領域５の厚さが厚く形成されていれば、非光入射領域５の外表面５ａの形状が異なっていても、受光素子は、空気中の塵や埃が受光部１１に堆積するのを防止できる。

ところで、従来の受光素子３１は、受光部１１上を覆い、外表面３３ａがほぼ平坦な形状のカバー層３３を有している。このため、例えば受光素子３１の搬送作業や取り付け作業時に受光素子３１を素手で触っても、受光部１１の光入射面に直接触れてしまうことはないが、受光部１１上の外表面３３ａには触れてしまう可能性がある。従って、カバー層３３を備えていたとしても、従来の受光素子３１は素手では取り扱い難い。これに対し、本実施の形態による受光素子１は、受光部１１上の光入射領域２より受光部１１周囲の非光入射領域５の厚さが厚く形成されたカバー層３を有している。このため、受光素子１は非光入射領域５の外表面５ｂから受光部１１まで所定の距離（段差）を有している。従って、受光素子１は、受光部１１を露出する開口部４を有していても、例えば搬送作業や取り付け作業時に素手で取り扱われることにより受光部１１の光入射面に人の指先が触れてしまうことを防止できる。従って、受光素子１を容易に素手で取り扱うことができる。

ここで、受光素子１が開口部４を備えていることによる特有の効果について説明する。光ヘッドにおいては、記録密度を上げるために光源波長を短くする必要がある。例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）装置で用いられる光源波長は７８０ｎｍ付近であるが、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）装置で用いられる光源波長は６５０ｎｍである。また、現在では、４００ｎｍ付近まで光源波長が短くなっている。一般に、光源波長が短くなると、光学部品の色収差、透過率及び耐久性などの特性が変化し、４００ｎｍ付近を境にこれらの特性の変化が大きくなる。従って、ＣＤ装置やＤＶＤ装置で使用される光源波長帯において使用可能な光学部品でも、４００ｎｍ付近の光源を用いる場合には使用できない可能性がある。

具体的には、樹脂を材料に用いる光学部品や接着剤などに、高出力な短波長光を長時間にわたって照射すると樹脂に化学変化が起こり、樹脂の透過率が変化したり樹脂が変形したりするなどの損傷を引き起こす場合がある。また、樹脂を使用せずにガラス材をレーザ光の光路に配置することも考えられるが、部品の加工コストや組み立てコストが高価になってしまうという問題がある。

本実施の形態による受光素子１はカバー層３に開口部４を有している。このため、受光素子１は、カバー層３の形成材料である樹脂を受光部１１近傍に設けない構成とすることが可能である。これにより、高出力な短波長光は樹脂に照射されることがなくなるので、受光素子１は樹脂の化学的変化による透過率変化や変形などを防止することができる。また、樹脂を塗布するための実装技術の難易度が低いので、高価な塗布装置を必要せず、受光素子１の製造設備の低コスト化を図ることができる。例えば、自動の塗布装置ではなく手作業によっても樹脂を塗布することができる。

次に、本実施の形態による光ヘッドの概略の構成について図１１を用いて説明する。光ヘッド５１は、レーザ光を射出するレーザ発光素子として、例えばレーザダイオード５３を有している。レーザダイオード５３は、コントローラ（図１１では不図示）からの制御電圧に基づいて記録／再生毎に異なる光強度のレーザ光を射出できるようになっている。

レーザダイオード５３の光射出側の所定位置には、偏光ビームスプリッタ５５が配置されている。レーザダイオード５３から見て偏光ビームスプリッタ５５の光透過側には、１／４波長板５７、コリメータレンズ５９及び対物レンズ６３がこの順に並んで配置されている。また、レーザダイオード５３から見て偏光ビームスプリッタ５５の光反射側には、レーザダイオード５３から射出されたレーザ光の光強度を計測するためのパワーモニタ用フォトダイオード６１が配置されている。コリメータレンズ５９は、レーザダイオード５３からの発散光線束を平行光線束に変換して対物レンズ６３に導くと共に、対物レンズ６３からの平行光線束を収束光線束に変換して受光素子１に導くために設けられている。対物レンズ６３はコリメータレンズ５９からの平行光線束を光記録媒体６５の情報記録面に集光して読み取りスポットを形成すると共に、光記録媒体６５からの反射光を平行光線束に変換してコリメータレンズ５９に導くために設けられている。

１／４波長板５７から見て偏光ビームスプリッタ５５の光反射側には、センサレンズ６７、シリンドリカルレンズ７１がこの順に並んで配置されている。シリンドリカルレンズ７１の光透過側には、光記録媒体６５からの反射光を受光する受光素子１が配置されている。受光素子１は、実使用時に受光部１１が形成されたシリコン基板９（図１１では共に不図示）の基板面がほぼ鉛直方向に配置されている。

センサレンズ６７は、光記録媒体６５で反射された光の合焦位置を光学的に調整するための反射光合焦位置調整部として機能する。また、センサレンズ６７は、光記録媒体６５からの反射光に非点収差を発生させるとともに、反射光を所定の光学系倍率で拡大させて受光素子１の受光部１１上に結像させるようになっている。受光素子１で光電変換された電気信号は不図示の光記録再生装置に備えられた所定の回路で処理されて、光記録媒体６５に記録された情報を含む再生信号が抽出されたり、光ヘッド５１の焦点誤差又はトラッキング誤差調整用の誤差検出信号が生成されたりする。受光素子１は長期間使用環境下に置かれても受光部１１上に埃等がほとんど堆積されないので、受光光の光量の低下を防止できる。このため、受光素子１は十分な光量の光を光電変換して高品質な電気信号を出力できる。これにより、当該電気信号に基づいて生成される再生信号や誤差検出信号は経時劣化せずに初期の品質が維持される。

次に、光ヘッド５１の動作について説明する。レーザダイオード５３から出射された発散光のレーザ光は偏光ビームスプリッタ５５に入射する。偏光ビームスプリッタ５５において、所定の偏光方位の直線偏光成分は透過して１／４波長板５７に入射する。一方、当該偏光方位に直交する直線偏光成分は反射してパワーモニタ用フォトダイオード６１に入射し、レーザ光強度が計測される。

１／４波長板５７に入射した直線偏光の光は、１／４波長板５７を透過して円偏光の光となる。この円偏光の光は、コリメータレンズ５９で平行光に変換され、コリメータレンズ５９を透過して対物レンズ６３により収束されて光記録媒体６５の記録層へ入射する。光記録媒体６５の記録層で反射した円偏光の光は、対物レンズ６３で平行光にされてからコリメータレンズ５９を透過して１／４波長板５７に入射する。１／４波長板５７を透過することにより、円偏光の光は当初の直線偏光から偏光方位が９０°回転した直線偏光になって偏光ビームスプリッタ５５に入射する。この直線偏光の光は偏光ビームスプリッタ５５で反射させられてセンサレンズ６７に入射する。

センサレンズ６７を透過した光はシリンドリカルレンズ７１に入射する。シリンドリカルレンズ７１に入射した光は受光素子１の受光部１１上に集光する。受光素子１は受光部１１上への埃等の堆積が防止されるので、長期間使用環境下に置かれても受光光の光量の低下を防止できる。受光素子１での受光光が光電変換された電気信号は再生信号や誤差検出信号を生成するために、光記録再生装置に備えられた所定の回路に出力される。

従来の受光素子３１はアルミニウムで形成されたアルミ板に取り付けられ、当該アルミ板を密封用のカバー部材として用いることにより、光ヘッドのフレームに密封構造として取り付けられている。これにより、従来の光ヘッドは、受光素子３１に空気中の粉塵が付着し難いようにしている。これに対し、本実施の形態による受光素子１は、空気中の粉塵の付着を防止できるので、光ヘッドに密封構造として取り付けられなくてもよい。従って、受光素子１を密封するための部材が削減されるので、光ヘッドに用いる部材が削減されて、光ヘッドの低コスト化を図ることができる。さらに、受光素子１は光ヘッドに比較的自由に取り付けることが可能になるので、光ヘッドの形状設計の自由度を向上させることができる。

次に、本実施の形態による光記録再生装置について図１２を用いて説明する。光記録再生装置は、例えば円板状の光記録媒体の円周方向に沿って形成され且つ光記録媒体の半径方向に複数形成されたトラックの所定領域に情報を記録し、又は当該トラックの所定領域に記録された情報を再生する光ヘッドを備えている。光ヘッドには、光記録媒体に対して情報を記録するだけに用いられる記録専用型と、情報を再生するだけに用いられる再生専用型、及び記録再生の双方に使用可能な記録再生型とがある。従って、これらを搭載した装置はそれぞれ光記録装置、光再生装置、光記録再生装置となるが、以下、それら全てを包含して光記録再生装置と総称する。

図１２は、本実施の形態による光ヘッド５１を搭載した光記録再生装置１５０の概略構成を示している。光記録再生装置１５０は、図１２に示すように光記録媒体６５を回転させるためのスピンドルモータ１５２と、光記録媒体６５にレーザビームを照射するとともにその反射光を受光する光ヘッド５１と、スピンドルモータ１５２及び光ヘッド５１の動作を制御するコントローラ１５４と、光ヘッド５１にレーザ駆動信号を供給するレーザ駆動回路１５５と、光ヘッド５１にレンズ駆動信号を供給するレンズ駆動回路１５６とを備えている。光ヘッド５１に備えられた受光素子１（図１２では不図示）は、実使用時に受光部１１が形成されたシリコン基板９（図１２では共に不図示）の基板面がほぼ鉛直方向に配置されている。

コントローラ１５４にはフォーカスサーボ追従回路１５７、トラッキングサーボ追従回路１５８及びレーザコントロール回路１５９が含まれている。フォーカスサーボ追従回路１５７が作動すると、回転している光記録媒体６５の情報記録面にフォーカスがかかった状態となり、トラッキングサーボ追従回路１５８が作動すると、光記録媒体６５の偏芯している信号トラックに対して、レーザビームのスポットが自動追従状態となる。フォーカスサーボ追従回路１５７及びトラッキングサーボ追従回路１５８には、フォーカスゲインを自動調整するためのオートゲインコントロール機能及びトラッキングゲインを自動調整するためのオートゲインコントロール機能がそれぞれ備えられている。また、レーザコントロール回路１５９は、レーザ駆動回路１５５により供給されるレーザ駆動信号を生成する回路であり、光記録媒体６５に記録されている記録条件設定情報に基づいて、適切なレーザ駆動信号の生成を行う。

これらフォーカスサーボ追従回路１５７、トラッキングサーボ追従回路１５８及びレーザコントロール回路１５９については、コントローラ１５４内に組み込まれた回路である必要はなく、コントローラ１５４と別個の部品であっても構わない。さらに、これらは物理的な回路である必要はなく、コントローラ１５４内で実行されるソフトウェアであっても構わない。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態の受光素子１では、受光部１１は光入射領域２を開口した開口部４に露出しているが、本発明はこれに限られない。例えば、受光部はカバー層で覆われて光入射領域に露出していなくてもよい。受光素子は、シリコン基板の基板面法線方向に見て、受光部上の光入射領域より受光部周囲の非光入射領域の厚さが厚く形成されたカバー層を有していれば受光部が露出していなくても、上記実施の形態の受光素子１と同様の効果が得られる。

上記実施の形態の受光素子１は、光入射領域２の周囲に非光入射領域５を有しているが本発明はこれに限られない。例えば、受光素子は、実使用時にシリコン基板の基板面がほぼ鉛直方向に配置された際に、非光入射領域５が少なくとも光入射領域２の鉛直上方に配置されていればよい。この場合も、受光素子は、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

上記実施の形態の受光素子１は、受光部１１の形成基板にシリコン基板９が用いられているが本発明はこれに限られない。例えば、受光素子は、受光部の形成基板にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が用いられても同様の効果が得られる。

上記実施の形態の図１及び図３乃至図５に示す受光素子１は、光入射領域２近傍の外表面５ａが曲面状に形成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、光入射領域２近傍の外表面は光入射領域の周囲を囲むように複数の平面が組み合わされた形状を有していてもよい。この場合も、カバー層は、シリコン基板の基板面法線方向に見て、受光部上の光入射領域より受光部周囲の非光入射領域の厚さが厚くなるので、当該カバー層を有する受光素子は、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

本発明の一実施の形態による受光素子１の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による受光素子１の効果を示す図であって、図２（ａ）は、本実施の形態による受光素子１の断面図であり、図２（ｂ）は、比較例としての従来の受光素子３１の断面図である。 本発明の一実施の形態の第１の変形例による受光素子１の断面図である。 本発明の一実施の形態の第２の変形例による受光素子１の断面図である。 本発明の一実施の形態の第３の変形例による受光素子１の断面図である。 本発明の一実施の形態の第４の変形例による受光素子１の断面図である。 本発明の一実施の形態の第５の変形例による受光素子１の断面図である。 本発明の一実施の形態の第６の変形例による受光素子１の断面図である。 本発明の一実施の形態による受光素子であって、試験粉体の侵入距離の測定結果を示す図である。 本発明の一実施の形態による受光素子であって、試験粉体の付着状態の目視評価結果を示す図である。 本発明の一実施の形態による光ヘッド５１の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による光記録再生装置１５０の概略構成を示す図である。

符号の説明

１、３１ 受光素子
２、３２ 光入射領域
３、３３ カバー層
４ 開口部
５、３５ 非光入射領域
５ａ、５ｂ、３３ａ 外表面
７ 回路基板
９ シリコン基板
１１ 受光部
１３ 電極パッド
１５ 電極端子
１７ 配線
２０ 埃
５１ 光ヘッド
５３ レーザダイオード
５５、偏光ビームスプリッタ
５７ １／４波長板
５９ コリメータレンズ
６１ パワーモニタ用フォトダイオード
６３ 対物レンズ
６５ 光記録媒体
６７ センサレンズ
６９ ビームスプリッタ
７１ シリンドリカルレンズ
１５０ 光記録再生装置
１５２ スピンドルモータ
１５４ コントローラ
１５５ レーザ駆動回路
１５６ レンズ駆動回路
１５７ フォーカスサーボ追従回路
１５８ トラッキングサーボ追従回路
１５９ レーザコントロール回路

Claims (10)

1. 実使用時に基板面がほぼ鉛直方向に配置される受光素子であって、
   前記基板上に形成された受光部と、
   光が入射する光入射領域を開口して前記受光部が露出する開口部と、前記開口部の大きさの１／３倍以上の高さとを備えて前記基板上を覆うように配置され、前記基板面法線方向に見て、前記受光部上の前記光入射領域より前記受光部周囲の非光入射領域の厚さが厚く形成され、前記非光入射領域の少なくとも一部がほぼ一定の厚さを備えたカバー層とを有し、
   前記非光入射領域の外表面は、前記光入射領域側が低くなるように傾斜している場所を有し、前記光入射領域の近傍が曲面状に傾斜していること
   を特徴とする受光素子。
2. 請求項１記載の受光素子であって、
   前記カバー層の前記高さは、前記開口部の大きさの１倍以上であること
   を特徴とする受光素子。
3. 請求項１又は２に記載の受光素子であって、
   前記基板を実装する回路基板をさらに有し、
   前記カバー層は、前記基板及び前記回路基板に跨って形成されていること
   を特徴とする受光素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受光素子であって、
   前記カバー層は、透明材料で形成されていること
   を特徴とする受光素子。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受光素子であって、
   前記カバー層は、不透明材料で形成されていること
   を特徴とする受光素子。
6. 請求項４又は５に記載の受光素子であって、
   前記カバー層は、樹脂材料で形成されていること
   を特徴とする受光素子。
7. 請求項６記載の受光素子であって、
   前記樹脂材料は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂であること
   を特徴とする受光素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の受光素子であって、
   前記基板は、シリコン基板であること
   を特徴とする受光素子。
9. 光源から射出した光を光記録媒体に集光させる対物レンズと、実使用時に基板面がほぼ鉛直方向に配置されて前記光記録媒体で反射した前記光を受光する受光素子とを有する光ヘッドであって、
   前記受光素子は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の受光素子であること
   を特徴とする光ヘッド。
10. 請求項９記載の光ヘッドを有することを特徴とする光記録再生装置。

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