JP4338558B2

JP4338558B2 - 光ピックアップ

Info

Publication number: JP4338558B2
Application number: JP2004068309A
Authority: JP
Inventors: 博司山下; 悦司清水; 道明佐藤; 徹能瀬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: JP2005259235A

Description

この発明は、光学記録及び／または再生装置の光ピックアップに関し、特に偏光分離素子の構成に関するものである。

光学記録／再生装置の光学系は、光源（半導体レーザ）から出射されるレーザー光を回折格子で主ビームと２つの副ビームの３本の回折光に分離し、ハーフミラーを透過し対物レンズで集光して光ディスク等の光学式情報記録媒体の記録面に照射し、その反射光をハーフミラーで反射し、検出レンズで集光し、受光手段で受光するように構成されている。受光手段の受光信号に基づき、情報再生、フォーカスサーボ、トラッキングサーボ等が行われる。

上記した光学記録／再生装置の光学系は、トラッキング補正用レーザービームを３ビームに分割するための回折格子、また、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するための位相差板、直線偏光を円偏光に変換するための１／４波長板等の光学部品が使われている。

従来、これら光学部品は、独立して配置されている。ところで、回折格子と１／４波長板を複合体にした光ピックアップが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２５０４８８号公報（図９）

上記した特許文献１では、回折格子と１／４波長板との複合体は提案されているが、その構造については明らかにされていない。回折格子と１／４波長板とを別々に作成した後、これら両部品を貼り合わせて一体化する方法が考えられる。しかし、両部品を別々に作成した後に一体化させるには、位置あわせ精度が難しく、更には、部品コストを削減することは難しい。

また、波長板を水晶等の複屈折材料を使う場合には、量産コストが高いという難点がある。

この発明は、上記した従来の問題点を解決するためになされたものにして、回折格子と１／４波長板等の位相差板を一体成形で作成し、高性能で安価な光学素子を提供することを目的とする。

この発明の光ピックアップは、レーザー光源から出射された光を少なくともハーフミラーまたは偏光分離素子及び対物レンズを介して光記録媒体の記録面に照射し、光記録媒体で反射した反射光をハーフミラーまたは偏光分離素子で光源とは別の方向に導いて受光手段に与える光ピックアップにおいて、前記光源とハーフミラーまたは偏光分離素子との光路の間に、片面に回折格子部と位相差部とがハイブリットに形成された平板状の光学素子が配置され、前記回折格子部はミクロンピッチの格子で、前記位相差部はサブミクロンピッチの格子で形成され、お互いの格子の溝方向は所定の角度を持って配置されていることを特徴とする。

更に、前記ミクロンピッチの格子上にサブミクロンピッチの格子からなる位相差制御部を設けると良い。

前記サブミクロンピッチの格子は断面錐形状にすることができる。

上記したように、この発明は、光源とハーフミラーとの光路との間に配置する光学素子として、片面にミクロンピッチの回折格子部とサブミクロンピッチの格子からなる位相差部とをハイブリットに形成した平板状の光学素子を用いることにより、高性能で安価な光ピックアップが得られる。

以下、この発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態である光学記録／再生装置の光ピックアップの光学系を示す構成図である。

図１に示すように、この光ピックアップの構成は、直線偏光特性を有するレーザー光源1から出射された光を回析格子部２と１／４波長部３を同じ面に一体にした光学素子４を通し、光を３ビームに分割するとともに直線偏光を円偏光に変換する。この分割された光は無偏光ビームスプリッタを構成するハーフミラー５によってその反射率に応じた光が対物レンズ６に与えられ、この対物レンズ６でスポット光にして光記録媒体７の記録面に照射される。そして、光記録媒体７で反射した反射光は対物レンズ６、ハーフミラー５を透過し、その透過光をフォトディテクタ８で受け、フォトディテクタ８から光量に応じた信号が出力される。

このフォトディテクタ８の出力信号は、トラッキング調整信号または読出しデータとして使用される。

また、光記録媒体７で反射された反射光のうちハーフミラー５の反射率に応じて光学素子４側へ戻り光が与えられる。光学素子１を経た光がレーザー光源１に帰還する。この戻り光は１／４波長部３により、出射レーザー光に対して偏光面が９０°回転しているため、出射レーザー光とは干渉せず、ノイズの発生を起こさない。

この発明の特徴とする光学素子４は、光透過性基板の一方の面に回析格子部２と構造複屈折を示す微細構造の矩形格子で構成された１／４波長部３とがハイブリットに一体に形成されている。また、光学素子４の他方の面には、反射防止構造３’が形成されている。この反射防止構造は、２次元構造でも１次元構造でも良いが、反射防止構造のパターンピッチは０次回析格子を構成するようなピッチに設定するのが良い。例えば、表面に微細な錐形状の突起が連続して形成された凹凸パターンを設けて反射防止構造を構成すればよい。この突起のパターン形状は、四角錐形状、六角錐形状、円錐形状でも良い。パターンピッチに対するパターン高さの比をアスペクト比とすると、パターンピッチは使用する光の波長を反射防止構造３’の材料樹脂の屈折率より割った値より小さくすれば良く、又、アスペクト比は１以上がよい。

尚、この実施形態の構成とは異なるが、反射防止構造３’が設けられる面にサブミクロンピッチの格子パターンにより偏光分離機能を持たせてハーフミラー５の代わり用いるような構成も実現できる。また、反射防止構造３’が設けられる面には、反対面に形成された位相差部の位相差を補うために矩形格子を設けても良い。

図２に光学素子４に形成する矩形格子パターンの断面概略図を示す。回析格子の場合には、図２（ａ）に示すようなピッチｐが１０〜５０μｍの矩形格子パターンが用いられる。また、１／４波長部に関しては、図２（ａ）〜（ｄ）に示すような、三角形、台形など様々な断面形状のものが用いられるが、構造としては構造複屈折を示す０次回析格子となっている。特に、図２（ｃ）のような断面が錐形構造の場合には、反射防止効果もあるので、透過率をアップさせることができる。また、断面錐形状の方が成形時離型しやすい。

ここで、０次回析格子とは、入射光に対して高次の回析光が発生しない回析格子である。使用する波長、基板の屈折率によりパターンピッチは適宜最適化されるが、およそ２５０〜３５０ｎｍ程度のピッチ（ｐ）となる。

０次回析格子の場合には、位相差は格子の高さ（Ｄ）に比例する。１／４波長板のように位相差を９０°つけるような０次回析格子の場合１μｍ以上の高さの矩形格子を作成しなければならない。

そこで、図３に示すように、成形後に波長板用の０次回析格子３上に高屈折率の薄膜９をつけた構造にすることでベースの０次回析格子の高さを低くすることもできる。同図（ａ）は、回折格子３の山部にのみ薄膜９を設けたもの、（ｂ）は山部及び谷部の双方に薄膜９０を設けたものを示している。

また、光学素子４の面に形成する回折格子の溝の配置方向であるが、入射偏光方向に対して、所定の方向に配置される。例えば、直線偏光を円偏光に変換したい場合には、１／４波長板３の０次回析格子の格子溝方向の入射偏光方向は４５°になるように設定すると良い。即ち、格子の溝方向は所定の角度を持って配置され、入射偏光方向が４５°になるように設定すると良い。

図４は回析格子２の表面に位相差板として機能する位相差制御部３１を配置した例である。位相差制御部３１は２次元構造でも１次元構造でも良い。２次元構造の場合、位相制御を行うためその底面は回転対称形でなく１軸対称形、例えば長方形もしくは楕円とする。位相差制御部３１のパターンピッチは０次回析格子を構成するようなピッチに設定するのが良い。例えば、回折格子２の表面に微細な錐形状の突起が連続して形成されたサブミクロンピッチの凹凸パターンを設けて位相差制御部３１を構成すればよい。パターンピッチに対するパターン高さの比をアスペクト比とすると、パターンピッチは使用する光の波長を反射防止構造２１の材料樹脂の屈折率より割った値より小さくすれば良く、又、アスペクト比は１以上がよい。このような位相差制御部３１は、反射防止機能をも有し、透過率を向上させることができ、回析効率もアップできる。

図５は、回析格子２の表面に微細構造の矩形格子で構成された位相差板として機能する位相差制御部をハイブリット化した他の例を示している。図４に示した位相差制御部３１は、底辺が長方形の四角錐の突起を多数設けた構造であるが、突起に限らず断面が三角形、長方形などでそのピッチを使用する光の波長を材料樹脂の屈折率より割った値より小さいサブミクロンピッチにすれば良い。図５（ａ）は、断面が三角形の三角柱が格子のピッチと平行に延びた形状、図５（ｂ）は、断面が矩形の四角柱が格子のピッチと平行に延びたものである。また、図５（ｃ）は、先端部が傾いている矩形格子を多数設けて位相差制御部３１を構成している。このように、位相差制御部３１の形状は種々の形状で構成することができ、突起以外にも図５（ａ）〜（ｃ）に示すような、断面が三角や長方形で畝状に設けてることもできる。

尚、上記した光学ピックアップは、ハーフミラー５により、レーザー光源１から出射された光を対物レンズ６を介して光記録媒体７の記録面に照射し、光記録媒体７で反射した反射光をハーフミラー５でレーザー光源１とは別の方向に導いている。このハーフミラー５の代わりに偏光分離素子を用いて構成することもできる。

次に、この発明にかかる光学素子４を製造する方法につき説明する。図６は、この発明にかかる光学素子の製造方法の一例を工程別に示す概略断面図である。

図６（ａ）に示す例では、上型１０をミクロンピッチの回析格子パターンとサブミクロンピッチの位相差制御部のハイブリットパターン、下型１１をサブミクロンピッチの反射防止構造のパターンとしているが、反対でも良い。また、この例では分かりやすくするために、格子の溝方向は上型と下型は同じになっているが、ある角度をもって配置されている。

一般的な射出成形により光学素子４を作成することも可能であるが、サブミクロンピッチの０次回析格子を成形する場合、射出成形では転写率が低くなる。そのため紫外線（UV）硬化樹脂を使用した２P法や熱硬化性樹脂を使用したヒートプレス法、あるいはホットエンボス法等を使うことで、転写率をアップさせることができる。

２P法の場合、上型１０と下型１１のどちらかは石英等の透明な金型とする必要がある。UV硬化樹脂４０を充填した後、上型１０と下型１１を合わせ一定の圧力のもと金型を通して透明金型側から紫外線（UV）を照射させる（図６（ｂ）（ｃ）参照）。

この実施形態では、ＵＶ樹脂そのものを成型品とする例であるが、中間に平板状の基板を配置してその両面にＵＶ樹脂によりパターンを転写するように構成しても良い。

ヒートプレス法（あるいはホットエンボス法）の場合は透明な金型は必要ない。熱硬化樹脂を充填後一定の圧力のもとで熱を加えて成形を行う。

２P法でも、ヒートプレス法でも課題は成型物の離型である。サブミクロンピッチの構造は成形の際、金型に密着を起こす。そのため金型にあらかじめ離型剤を塗布しておく。また、UV樹脂や熱硬化性樹脂に離型剤が練りこまれる。金型１０、１１から離型させると、図６（ｄ）に示すように、光透過性板の一方の面に回析格子２と構造複屈折を示す微細構造の矩形格子で構成された１／４波長板３が、反対の面にはサブミクロンピッチの反射防止構造が、それぞれ形成された光学素子４が得られる。

図７は成形の離型工程を示したものである。（ａ）は離型の際、金型１０、１１と成形品の離型を良好にするため金型１０、１１に振動装置１２が設置されている。振動方向は金型に配置している矩形格子の溝方向にさせる。溝方向に振動を与えることで微細なパターンを破壊することなく良好に離型することができる。

また、図７（ｂ）は下型を離型時に格子の溝方向に傾けながら、離型を行うようにしたものである。図中の垂線方向Ｉから溝方向に傾けることで、スムーズに離型が行われる。（ａ）と（ｂ）を組み合わせるとなお効果が上がる。

この発明の一実施形態である光学記録／再生装置の光ピックアップの光学系を示す構成図である。この発明に用いられる光学素子に形成する矩形格子パターンを示す断面概略図である。この発明に用いられる光学素子に形成する矩形格子パターンの他の例を示す断面概略図である。この発明に用いられる光学素子に形成する回析格子の表面に位相差板として機能する位相差制御部を配置した例を示す斜視図である。この発明に用いられる光学素子に形成する回析格子の表面に位相差板として機能する位相差制御部を配置した他の例を示す斜視図である。この発明にかかる光学素子の製造方法の一例を工程別に示す概略断面図である。この発明にかかる光学素子の製造方法における離型工程を示す概略断面図である。

符号の説明

１レーザー光源
２回析格子部
３１／４波長部
４光学素子
５ハーフミラー
６対物レンズ
７光記録媒体
８フォトディテクタ
３１位相差制御部

Claims

レーザー光源から出射された光を少なくともハーフミラーまたは偏光分離素子及び対物レンズを介して光記録媒体の記録面に照射し、光記録媒体で反射した反射光をハーフミラーまたは偏光分離素子で光源とは別の方向に導いて受光手段に与える光ピックアップにおいて、前記光源とハーフミラーまたは偏光分離素子との光路の間に、片面に回折格子部と位相差部とがハイブリットに形成された平板状の光学素子が配置され、前記回折格子部はミクロンピッチの格子で、前記位相差部はサブミクロンピッチの格子で形成され、お互いの格子の溝方向は所定の角度を持って配置されていることを特徴とする光ピックアップ。
前記ミクロンピッチの格子上にサブミクロンピッチの格子からなる位相差制御部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
前記サブミクロンピッチの格子は断面錐形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ。