JP4385600B2

JP4385600B2 - 開口制限素子および光ヘッド装置

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Publication number: JP4385600B2
Application number: JP2002372298A
Authority: JP
Inventors: 賢郎宮村; 好晴大井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP2004205641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開口制限素子および光ヘッド装置に関し、特に光ヘッド装置については光記録媒体の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一つの光ヘッド装置を用いて、規格の異なる光ディスクであるＣＤまたはＤＶＤの記録および再生を行うことのできる、ＣＤ／ＤＶＤ互換型光ヘッド装置が製品化されている。ＣＤとＤＶＤのそれぞれの光ディスクでは、記録および再生に用いる光の波長、光ディスクの厚さ、記録密度などの規格が異なるため、ＣＤの記録または再生時とＤＶＤの記録または再生時とでそれぞれ光学系の開口数を変える必要がある。
【０００３】
波長６５５ｎｍのＤＶＤ用に設計された開口数０.６程度の対物レンズを用いて、ＣＤの記録および再生を実行するための従来の開口制限素子の例を図６に示す。開口制限素子２０１は、透明基板２１上に、たとえばＴｉＯ_２などからなる高屈折率誘電体膜（Ｈ層）とＳｉＯ_２などからなる低屈折率誘電体膜（Ｌ層）とが交互に積層された波長選択性の誘電体多層フィルタ膜（以下、フィルタ膜という。）２６が形成された周辺領域Ｄと、ＳｉＯ_２などの単一材料からなる位相調整膜２２が形成された中央領域Ｃとから構成されている。
【０００４】
周辺領域Ｄのフィルタ膜２６は、ＤＶＤの波長λ_１（６５５ｎｍ）の光束Ｌ_１を透過させるが、ＣＤ用の波長λ_２（７８５ｎｍ）の光束Ｌ_２は反射させる。中央領域Ｃの位相調整膜２２は、λ_１、λ_２の両方の波長の光束を透過させる。それと同時に、中央領域Ｃと周辺領域Ｄとを透過した波長λ_１の２つの光束の位相差が生じないように位相調整膜２２は設計される。
【０００５】
従来、位相調整膜としてＳｉＯ_２膜などが用いられている。しかし、例えばＳｉＯ_２膜を用いる場合には、(１)式で求められる、フィルタ膜２６の平均屈折率ｎ_ｆと位相調整膜２２の屈折率ｎ_Ｐとの差が大きいために、２つの異なる領域を透過した光束間の位相差の波長依存性が大きい。このため、用いるレーザ光の波長が変動すると、２つの異なる領域を透過した光束が光ディスク表面に収束する際の収差が大きくなり、実用上ＣＤまたはＤＶＤの性能を劣化させる問題があった。
【０００６】
上記のフィルタ膜と位相調整膜とを透過する光束の位相差の波長依存性を最小にする例が、特許文献１に提示されている。図７に示す開口制限素子３０１は、透明基板３１上に位相差調整用の誘電体多層膜３２が形成された中央領域Ｃと波長選択用のフィルタ膜３３が形成された周辺領域Ｄを有している。
【０００７】
フィルタ膜３３は、図６に示す開口制限素子２０１と同じく、Ｈ層とＬ層が交互に積層されて、ＤＶＤ用の波長λ_１の光束Ｌ_１を透過させるが、ＣＤ用の波長λ_２の光束Ｌ_２は透過させないフィルタとして機能する。一方、位相差調整用の誘電体多層膜３２は、開口制限素子２０１とは異なり、周辺領域のフィルタ膜３３と同様、Ｈ層とＬ層とが交互に積層されて形成され、ＤＶＤ用の波長λ_１とＣＤ用の波長λ_２の両方の光束をともに透過させるとともに、中央領域Ｃと周辺領域Ｄとを透過した波長λ_１の２つの光束の位相を揃える機能とを持っている。
【０００８】
さらに、フィルタ膜３６および位相調整膜３２のどちらもそれぞれの最上層および最下層に中間屈折率を持つ第３の材料からなる調整層を導入して位相差の波長依存性を少なくしている。開口制限素子３０１では、フィルタ膜および位相調整膜がともに、ほぼ同じ材料からなる多層膜によって形成されるので、可変開口制限素子２０１で問題であった位相差の波長依存性は小さく抑えられている。
【０００９】
しかしながら、開口制限素子３０１は、中央領域Ｃと周辺領域Ｄとにそれぞれの多層膜を形成する製造工程において、すべての層の膜厚を精密に制御する必要のある１５層前後の誘電体多層膜の形成を２回、リフトオフ用のマスクの形成を２回、リフトオフを２回繰り返す多数の工程が必要となる。これらの複雑で高度の制御精度を要求する工程は、歩留まり低下の原因となり、より簡単な工程による開口制限素子の製造が望まれていた。また位相差の波長依存性を小さくするために、Ｌ層、Ｈ層とは異なる中間屈折率を有する第３の材料を用いており、このため１台の膜形成装置の内部に、蒸着装置では３種類の蒸着源またはスパッタ装置では３種類のスパッタターゲットが必要であり、膜形成装置の大型化を要するために使用できる装置に制約があった。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−３２８７１５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を克服して、波長選択性フィルタ膜と位相調整膜との位相差の波長依存性が小さく、かつ製造工程数が少なくて作製が容易で、生産歩留まりが高い開口制限素子、およびそれを用いた光ヘッド装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光透過性基板上に、波長λ_１の光束Ｌ_１と、波長λ_２（λ_１≠λ_２）の光束Ｌ_２のうち、波長λ_１の光束Ｌ_１のみを透過する波長選択性を有するフィルタ域と、両方の光束を透過する透明域とを形成した開口制限素子であって、前記フィルタ域は開口制限素子表面の周辺領域にあって、相対的に屈折率の低い誘電体膜と相対的に屈折率の高い誘電体膜とが交互に積層された波長選択性を有する誘電体多層膜から構成され、かつ前記透明域は開口制限素子表面の中央領域にあって、前記透明域には前記低屈折率誘電体および前記高屈折率誘電体の混合物からなるとともに前記誘電体多層膜の平均屈折率ｎ_ｆに等しい屈折率ｎ_Ｍを有する単層の中間屈折率誘電体によって位相調整膜が形成されており、前記位相調整膜の屈折率と膜厚は、入射する光束Ｌ_１に対して中央領域と周辺領域とでその透過光の位相差が生じないように調整されていることを特徴とする開口制限素子を提供する。
【００１３】
また、前記開口制限素子の少なくとも一方の面に反射防止膜が形成され、この反射防止膜を含めて、入射する光束Ｌ _１に対して中央領域と周辺領域とで透過光の位相差が生じないように調整されている上記の開口制限素子を提供する。
【００１４】
また、前記誘電体多層膜の全膜厚と、前記位相調整膜の膜厚とが、等しくなるように設計されて平坦化された上記の開口制限素子を提供する。また、前記位相調整膜の上層または下層、あるいはその両方に反射防止膜が形成され、前記誘電体多層膜の全膜厚と、前記位相調整膜と前記反射防止膜との合計膜厚とが、等しくなるように設計されて平坦化された上記の開口制限素子を提供する。
【００１５】
また、光源と、前記光源から出射された光を光ディスクの表面に集光させる対物レンズと、前記光ディスクで反射された光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に上記の開口制限素子が配置された光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
また、光源と、前記光源から出射された光を光ディスクの表面に集光させる対物レンズと、前記光ディスクで反射された光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に上記の開口制限素子が配置され、さらに、上記の開口制限素子の表面上に波長板が積層されている上記の光ヘッド装置を提供する。さらに、前記波長板が高分子液晶から構成される上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明における開口制限素子は、波長λ_１の光束Ｌ_１と波長λ_２（λ_１≠λ_２）の光束Ｌ_２のうち、波長λ_１の光束Ｌ_１のみを透過する波長選択性のフィルタ域と、両方の光束Ｌ_１およびＬ_２を透過する透明域とからなる開口制限素子である。そして開口制限素子は、その表面の周辺領域にフィルタ域として高屈折率誘電体膜（Ｈ層）と低屈折率誘電体膜（Ｌ層）とが交互に積層された波長選択性の誘電体多層膜（以下、フィルタ膜ともいう。）が形成され、かつ透明域は、開口制限素子表面の中央領域にあって、フィルタ域に用いられるものと同一の低屈折率誘電体および高屈折率誘電体の混合物または化合物からなる誘電体によって構成されている。さらにこの位相調整膜の屈折率と膜厚は、入射する光束Ｌ_１に対して中央領域と周辺領域とで透過光の位相差が生じないように、すなわち位相差がほぼゼロになるように調整されている。
【００１８】
さらに、中央領域の位相調整膜は、周辺領域のフィルタ膜に使用される低屈折率誘電体膜の屈折率ｎ_Ｌと高屈折率誘電体膜の屈折率ｎ_Ｈとするとき、（１）式で定義される平均屈折率ｎ_ｆにほぼ等しい屈折率を有する誘電体膜から構成されることが好ましい。ここで、波長選択性誘電体多層膜の総膜厚ｄ_ｆ、ｉ番目の層のＬ層の膜厚をｄ_Ｌｉ、ｊ番目の層のＨ層の膜厚をｄ_Ｈｊとし、Σ_ｉまたはΣ_ｊは同じ材料の層すべてを加えることとを意味する。
【００１９】
【数１】

【００２０】
また、開口制限素子を透過すべき光束の光量を最大にするために、開口制限素子の少なくとも一方の面、すなわち位相調整膜の空気側（上層）または透明基板側（下層）、あるいはその両側に単数または複数層からなる反射防止膜が形成され、この反射防止層を含めて位相調整を行うように構成されることが好ましい。また、位相調整膜は、その両側または片側に形成される複数層からなる反射防止膜を除けば単層膜である。
【００２１】
具体的には、フィルタ膜の平均屈折率ｎ_ｆと等しい屈折率を持つ、Ｌ層およびＨ層材料の混合物からなる誘電体膜の形成は、Ｌ層およびＨ層の両材料を同時にその両者の放電パワー比を制御して組成比を調整する、いわゆる、コスパッタ法により、組成および膜厚の制御を精度よく行う。
【００２２】
従来の蒸着法では、２つの屈折率ｎ_Ｌとｎ_Ｈの中間の任意の屈折率を持つ誘電体膜を、制御性よく形成することはほとんど不可能であった。スパッタ法では酸化物誘電体薄膜の作製技術および制御精度が向上し、コスパッタ法によりこのような中間屈折率を持つ誘電体膜を形成することが、比較的容易に行うことができるようになった。
【００２３】
なお、２つのターゲットを同時に放電させて誘電体膜を成膜するコスパッタ法では、通常は２つの誘電体材料の混合物の薄膜が形成され、特別な条件を用いない限り、新たな化合物を生成することはほとんどないので、コスパッタ法によって得られる薄膜の屈折率は、ほとんどの場合両者の中間の値が得られる。
【００２４】
このように本発明においては、周辺領域に形成されるフィルタ膜を構成する膜材料として、例えばＨ層にＴｉＯ_２膜、Ｌ層にＳｉＯ_２膜を用いる場合には、コスパッタ法により中央領域に形成される位相調整膜としてＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２の混合膜を用いることができる。さらにこの位相調整膜の片側または両側に形成される反射防止膜も同じＴｉＯ_２膜（Ｈ層）とＳｉＯ_２膜（Ｌ層）を用いて構成できるので、開口制限素子全体の膜を同じ２つの材料系から構成できる。
【００２５】
また、２つの異なる領域を通過した波長λ_１の光束Ｌ_１の位相差をほぼゼロに保った上で、膜厚をほぼ同じ厚さにでき、しかも、フィルタ膜の平均屈折率と位相調整膜の屈折率とはほぼ等しいため、２つの領域において屈折率の波長分散もほぼ等しくなり、使用するレーザ光源の波長の変動があっても、２つの異なる領域を通過した光束の位相差をほぼゼロに保つことができる。
【００２６】
さらに、前記のように開口制限素子の各層が限られた材料から構成される（通常、ターゲット材料としては、Ｌ層材料とＨ層材料の２種類のみでよい）ので、生産の材料コストを最小に押さえることができる。
【００２７】
また一般に、フィルタ膜中の適当な位置に、Ｌ層とＨ層の中間の屈折率を持つ誘電体膜（Ｎ層）を挿入すると、多層膜の全膜厚や層数を減らしたり、光学特性を改善できることが知られている。本発明においては、このようなＮ層を利用する場合でも、Ｌ層、Ｈ層とは異なる第３の材料である必要はなく、前記コスパッタ法により中間の屈折率を有するＮ層が簡便に形成できる。
【００２８】
Ｎ層の屈折率は、コスパッタ時のＬ膜ターゲットとＨ膜ターゲットに供給するパワー比を変えて容易に制御できるので、位相調整膜の屈折率ｎ_Ｍとは同じである必要はなく、波長選択膜に必要な所望の分光曲線を得るのに都合の良い値を選択できる。
さらに、本発明の開口制限素子は周辺領域にある波長選択性の誘電体多層膜の全膜厚と、中央領域にある位相調整膜または位相調整膜と反射防止膜との合計膜厚とがほぼ等しい厚さに設計され形成されて、開口制限素子全面が平坦になっており、この平坦な開口制限素子の表面上に、さらに他の光学機能素子、たとえば波長板を積層する。この積層は本来の波長板の機能を何ら損うことなく、平坦な基板面に直接単独の波長板を形成するのと同一のプロセスによって積層し一体に集積することができる。このように、開口制限素子と他の光学機能を有する波長板などの薄膜素子が集積されている光学素子を光ヘッド装置に搭載することは、多機能でありながら装置を小型化でき好ましい。
【００２９】
また、波長板が高分子液晶を用いている光ヘッド装置とすることは、入射角の違いに対して位相差の変動が少ないことや波長板の厚さを１０μｍ以下と薄くできることなどの理由により好ましい。しかし、開口制限素子上に高分子液晶により波長板を積層しても位相差に悪い影響を与えないためには、基板面が平坦であることが不可欠であり、本発明により開口制限素子に対しても高分子液晶が利用できるようになる。
【００３０】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置の構成例を示している。ＤＶＤ用ディスク６およびＣＤ用ディスク７に記録および再生を行う光ヘッド装置であり、光源として、ＤＶＤ用の波長λ_１の光束Ｌ_１を出射する半導体レーザ１ＡとＣＤ用の波長λ_２の光束Ｌ_２を出射する半導体レーザ１Ｂとを備えている。
【００３１】
半導体レーザ１Ａおよび１Ｂを出射した光束Ｌ_１、Ｌ_２はそれぞれ、ビームスプリッタ２および３で反射され、コリメートレンズ４を透過後、開口制限素子１０１を透過して、対物レンズ５によって、ＤＶＤ用ディスク６またはＣＤ用ディスク７上に集光される。ＤＶＤ用ディスク６またはＣＤ用ディスク７で反射した光は、最終的に光検出器８上に集光する。また、９は位相板であり、４分の１波長板を用いることで、ＣＤ７への情報記録時に半導体レーザ１Ｂへの同一偏光方向の戻り光を防ぎ、半導体レーザ１Ｂの発振特性を安定させることができる。
【００３２】
図２に本発明の第１実施態様である開口制限素子１０１の（ａ）断面図と、（ｂ）平面図を示す。透明基板１１の下面の中央領域Ａには膜厚がｄ_Ｍである位相調整膜１２とその上下両面に反射防止膜１３、１３’が、周辺領域Ｂには全膜厚がｄ_ｆである波長選択性の誘電体多層膜（フィルタ膜）１６が形成されている。また、透明基板１１の上面にも、反射防止膜１４が形成されている。透明基板１１としては、ガラス、石英ガラスなどの光学的に等方的な材料を用いることができる。
【００３３】
また、フィルタ膜１６としては、ＤＶＤ用の波長λ_１の光束Ｌ_１に対し９５％以上の透過率、ＣＤ用の波長λ_２の光束Ｌ_２に対し１０％以下の透過率を有する１０層から２０層程度の誘電体多層膜を形成する。ただし、ＣＤ用の光束Ｌ_２の透過率としては、ＣＤ用ディスクの情報記録面上への不要な光の集光を防ぐため、５％以下が好ましい。したがって、フィルタ膜１６を周辺領域Ｂに成膜することで、開口制限素子１０１はＣＤ用の光束Ｌ_２の径を中央領域Ａの径に制限できる。
【００３４】
中央領域の位相調整膜としては、ＤＶＤ用の波長λ_１およびＣＤ用の波長λ_２の両方の波長の光に対して透明な誘電体膜を使用する。特にフィルタ膜１６を構成する相対的に低い屈折率を持つ材料Ｌおよび高い屈折率を持つ材料Ｈの混合物からなる誘電体膜材料Ｍを用いて中央領域と周辺領域を通過する波長λ_１の光束の位相差を最小にする。この位相調整膜の上層または下層、あるいはその両方に反射防止膜を形成することで、中央領域の位相調整膜を透過するＤＶＤ用の波長λ_１およびＣＤ用の波長λ_２の両方に対して９５％以上の透過率を得ることができる。反射防止膜１４としては、ＤＶＤ用の光束Ｌ_１とＣＤ用の光束Ｌ_２が、ともに９８％以上透過し、容易に作製できる３、４層程度の誘電体多層膜を使用する。
【００３５】
図１の本発明の開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置では、開口制限素子１０１によって、ＤＶＤ用の光束Ｌ_１の径を制限することなく開口数０．６の光束をＤＶＤ用ディスク６上に集光できる。一方、ＣＤ用の光束Ｌ_２に対しては、その径を制限し、開口数０．４５から０．５程度までの光束をＣＤ用ディスク７上に集光できるので、ＤＶＤ用ディスク６やＣＤ用ディスク７のように厚さの異なる光ディスク上に単一の対物レンズを用いて、安定に記録および再生ができる。
【００３６】
次に、図３を用いて、本発明の開口制限素子１０１の製造方法について説明する。まず、図３の（ａ）に示すように、透明基板１１の下面に反射防止膜１３をスパッタ法または蒸着法にて作製し、さらに位相調整膜１２をコスパッタ法または同時蒸着法によって成膜した後、この位相調整膜１２の上層および透明基板１１の上面に、反射防止膜１３’、１４を真空蒸着法、またはスパッタ法にて成膜する。つぎに図３の（ｂ）のように反射防止膜１３’の上にフォトレジスト１５を積層し、フォトリソグラフィによりパターニングして、図３の（ｃ）のように、反射防止膜１３’、１３と位相調整膜１２をドライエッチング法にて連続してエッチングを行う。さらに、図３の（ｄ）のように、残ったフォトレジスト１５を、そのままリフトオフ用のマスクとして用い、フィルタ膜１６を、スパッタ法、または真空蒸着法にて成膜したのち、フォトレジスト１５を剥離液などで剥離して、図３の（ｅ）の開口制限素子１０１が作製される。
【００３７】
ここで、位相調整膜１２の膜厚ｄ_ｐは、ＤＶＤ用の光束Ｌ_１に対して、図２の（ｂ）に示す開口制限素子１０１の、中央領域Ａを透過する光の光路長と、周辺領域Ｂを透過する光の光路長が等しくなるように決定される。すなわち、反射防止膜１３、１３’の合計の厚さｄ_ａ、フィルタ膜１６の厚さｄ_ｆ、および反射防止膜１３、１３’の平均屈折率ｎ_ａ、フィルタ膜１６の平均屈折率ｎ_ｆとすると、（２）式から決められる。
【００３８】
【数２】

【００３９】
ここで平均屈折率ｎ_ｆは、前記（１）式の定義の通り、多層膜を構成する各層の屈折率と厚さの積の総和を、多層膜の厚さで除算したものを意味する。なお、ｎ_ａについても、同様である。
【００４０】
実用上はこの位相調整膜の上層側または下層側、あるいは両側に反射防止層を形成する必要があるが、（１）、（２）式で得られた屈折率および膜厚を初期値として与え、これに適当な反射防止膜を加えて計算機で各膜厚の最適化を行えばよく、本質的な問題ではない。実際、通常は反射防止膜１３、１３’の合計膜厚は、位相調整膜１２に比べるとはるかに薄い。
【００４１】
なお、中央領域Ａと周辺領域Ｂとで、必ずしも厚さを同じにする必要がない場合には、例えば、中央領域Ａの位相調整膜と反射防止膜との合計厚さ（ｄ_a＋ｄ_Ｐ）の方が、周辺領域Ｂの波長選択性の誘電体多層膜の膜厚ｄ_ｆよりも小さい場合には、その厚さの差をｄ_０とすると、位相調整膜の厚さｄ_Ｐは、
ｄ_Ｐ＝｛（ｎ_ｆ−１）・ｄ_ｆ−（ｎ_ａ−１）・ｄ_ａ｝／（ｎ_Ｐ−１）から決められる。
両者の厚さの関係が反対の場合でも、同様の考えにより位相調整膜１２の厚さｄ_Ｐを求めることができる。
【００４２】
本発明の開口制限素子１０１の製造方法によると、１５層前後の誘電体多層膜と数層の誘電体膜の成膜工程が各１回、ドライエッチング工程が１回、リフトオフ工程が１回といった簡単な工程で、生産性が高くかつ歩留まりよく、開口制限素子を作製できる。
【００４３】
【実施例】
「例１」
本例は、ＤＶＤおよびＣＤの情報の記録および再生を行う光ヘッド装置の例であり、図１を用いて説明する。光源として、ＤＶＤ用の波長λ_１（６５５ｎｍ）の光束Ｌ_１を出射する半導体レーザ１ＡとＣＤ用の波長λ_２（７８０ｎｍ）の光束Ｌ_２を出射する半導体レーザ１Ｂとの２種の光源を備えており、コリメートレンズ４と対物レンズ５との間に開口制限素子１０１を設置する。
【００４４】
また、ビームスプリッタ２として、光束Ｌ_１に対して、ハーフミラーとなり、光束Ｌ_２に対して全透過するビームスプリッタを用いる。ビームスプリッタ３として、光束Ｌ_１に対して全透過し、光束Ｌ_２に対して、ハーフミラーとなるビームスプリッタを用いる。また、ＣＤ用ディスク７への情報記録時に半導体レーザ１Ｂへの戻り光を防ぎ、半導体レーザ１Ｂの発振を安定させるため位相板９である４分の１波長板を搭載する。
【００４５】
図２に示す開口制限素子１０１の周辺領域Ｂに形成する波長選択性の誘電体多層膜(フィルタ膜)の構成を表１（ａ）に、また、中央領域Ａに形成する反射防止膜１３、１３’を含めた位相調整膜１２の構成を表２（ａ）に示す。この設計に基づいて、図３に示した製造方法にしたがって以下の製作手順で、開口制限素子１０１を作製する。
【００４６】
【表１】

【００４７】
図３（ａ）に示すように、透明基板１１の上面に反射防止膜１４をスパッタによって成膜したのち、この透明基板１１の下面に反射防止膜１３、位相調整膜１２、反射防止膜１３’をこの順序でスパッタ法により成膜する。反射防止膜１４は光束Ｌ_１および光束Ｌ_２に対し反射率が０．５％以下である。位相調整膜１２は、ＳｉＯ_２（ｎ_Ｌ＝１．４６１）とＴｉＯ_２（ｎ_Ｈ＝２．３１１）の混合酸化物（ｎ_Ｐ＝１．８２７、ｄ_Ｐ＝１．２７μｍ）をコスパッタ法によって成膜する。ここで、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の放電パワー比を膜の混合比が５５：４５になるように調整して、位相調整膜の屈折率ｎ_Ｐが、表１（ｂ）に示すように、フィルタ膜１６の平均屈折率ｎ_ｆ＝１．８２７と等しくする。
【００４８】
【表２】

【００４９】
また、上下層の反射防止膜１３、１３’を形成することより、図４に示すように光束Ｌ_１および光束Ｌ_２を含む広い波長範囲にわたって、位相調整膜の反射率は１％以下となっている。特に、波長λ_１（６５５ｎｍ）の光束Ｌ_１および波長λ₂（７８０ｎｍ）の光束Ｌ_２に対しては、反射率は０．５％以下である。反射防止膜１３、１３’、１４はいずれも、ＳｉＯ_２およびＴｉＯ_２からなる多層膜を用いる。表２（ｂ）に示すように、位相調整膜単体の屈折率は、フィルタ膜１６の平均屈折率と等しいが、反射防止膜１３、１３’が加わったために、全体としては若干屈折率値がフィルタ膜１６の値よりも小さくなっている。
【００５０】
つぎに図３の（ｂ）に示すように反射防止膜１３’の上にフォトレジスト１５を塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングして、図３の（ｃ）に示すように、ドライエッチング法にて位相調整膜１２および反射防止膜１３、１３’を同一バッチで連続してエッチングする。さらに、図３の（ｄ）に示すように、前記図３の（Ｃ）で残ったフォトレジスト１５を、そのまま次のリフトオフ用のマスクとして用い、フィルタ膜１６をスパッタリング法にて形成する。
【００５１】
このフィルタ膜１６は、ＳｉＯ_２（Ｌ層）およびＴｉＯ_２（Ｈ層）を表１（ａ）の構成で１３層を交互に積層して、全膜厚ｄ_ｆ＝１．５３７μｍとなるように形成する。この膜構成により図５に示すように、ＤＶＤ用の波長λ_１（６５５ｎｍ）の光束Ｌ_１に対して反射率は約０．１%であり、ＣＤ用の波長λ₂（７８０ｎｍ）の光束Ｌ_２に対して透過率は約１．５％である。
【００５２】
続いて、フォトレジスト１５を専用の剥離液で、その上のフィルタ膜とともに剥離（リフトオフ）して、図３の（ｅ）に示す開口制限素子１０１を作製する。この結果、中央領域Ａの厚さは１．５０１μｍ、周辺領域Ｂの厚さは、１．５３７μｍであり、両者はほぼ等しい膜厚になり、両者の膜厚差は、約３６ｎｍである。この時のＤＶＤ用の波長λ_１の光束Ｌ_１に対して、中央領域Ａの位相調整膜１２を透過した光束と周辺領域Ｂのフィルタ膜１６を透過した光束との位相差は、１°以下で、しかも波長が１０ｎｍ程度ずれても位相差は５°程度のズレに収まっており、フィルタ膜の平均屈折率とほぼ等しい屈折率の位相調整膜を用いる有利さが示されている。
【００５３】
「例２」
例１よりも最終の平坦性が良い素子形状、すなわち、中央領域Ａと周辺領域Ｂとの幾何学的な膜厚差をなくするために、位相調整膜１２の屈折率をフィルタ膜１６の平均屈折率からわずかにシフトさせ、さらにその膜厚を変化させて厚さの最適化を試みた（図２参照）。すなわち、中央領域Ａの位相調整膜１２と反射防止膜１３、１３’との合計膜厚と周辺領域Ｂのフィルタ膜１６の全膜厚との膜厚差が、ほぼ０ｎｍとなり、しかも波長λ_１の光束Ｌ_１に対し２つの領域を透過した光束の位相差が０となるように、位相調整膜１２のＬ、Ｈ材料の混合比をわずかに調整して、ｎ_Ｐを変化させる。設計結果を表３（ａ）、（ｂ）に示す。
【００５４】
【表３】

【００５５】
この位相調整膜１２を持つ開口制限素子１０１の作製プロセスは、例１と同様で、コスパッタ法によるＳｉＯ_２とＴｉＯ_２混合膜作製時の両者の放電パワーを調整し混合酸化物膜の屈折率をｎ_Ｐ＝１．８０２、膜厚を１.３０７μｍとなるように成膜する。このとき、本開口制限素子の中央領域Ａも周辺領域Ｂもともに全膜厚は１.５３７μｍとなり、しかもＤＶＤ用の波長λ_１の光束Ｌ_１に対して、中央領域Ａの位相調整膜１２を透過した光束と周辺領域Ｂのフィルタ膜１６を透過した光束との位相差は、ほぼ３°程度になる。
【００５６】
このように、位相調整膜１２におけるＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の混合比を変えてその屈折率を調整することにより、位相差の波長依存性が少なく、しかも素子表面上に段差のない平坦性の良い開口制限素子が実現できるので、例２では、引き続き高分子液晶の波長板薄膜を、通常の平坦なガラス基板に形成するのと同様の手順で作製し集積することができ、小型で信頼性の高いヘッド装置とできる。
【００５７】
上記のように、１５層程度の誘電体多層膜膜（フィルタ膜）および誘電体単層厚膜（位相調整膜）の成膜工程が各１つ、ドライエッチング工程が１つ、リフトオフ工程が１つという、リソグラフィの工程が１回で済む比較的単純で、しかも制御性の良い工程で開口制限素子１０１を作製できる。この開口制限素子を搭載した光ヘッド装置は、ＤＶＤおよびＣＤの厚さの異なる光ディスクに対し、１つの光学系で高い集光性能を実現でき、良好な記録および再生特性を示す。
【００５８】
【発明の効果】
上記において説明したように本発明によると、開口制限素子の中央領域を通過する光束と周辺領域を通過する光束の間の位相差の波長依存性が非常に小さくて、収差の少ない集光特性を得ることができる。しかも、波長板など他の機能を有する光学素子を集積統合することが容易にでき、さらに製造工程が比較的容易で、各層の膜厚の制御精度が高いために品質性能のバラツキが少なくて、生産歩留まりのよい開口制限素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施態様の開口制限素子を搭載した光ヘッド装置の光学配置図。
【図２】本発明の第１実施態様の開口制限素子の構成を示す図で、（ａ）断面図、（ｂ）平面図。
【図３】本発明の開口制限素子の製造プロセスを示す概念図。
【図４】本発明の位相調整膜（反射防止膜つき）の反射分光曲線。
【図５】本発明のフィルタ膜の透過と反射分光曲線。
【図６】位相調整膜がＳｉＯ_２膜からなる従来の開口制限素子の構成例を示す図。
（ａ）断面図、（ｂ）平面図。
【図７】位相調整膜が誘電体多層膜からなる従来の開口制限素子の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１：開口制限素子
１Ａ、１Ｂ：半導体レーザ
２、３：ビームスプリッタ
４：コリメートレンズ
５：対物レンズ
６：ＤＶＤ用ディスク
７：ＣＤ用ディスク
８、８Ａ、８Ｂ：光検出器
９：位相板
１１、１７、２１、３１：透明基板
１２、２２、３２：位相調整膜
１３、１３’、１４：反射防止膜
１５：フォトレジスト
１６、２６、３６：誘電体多層膜（フィルタ膜）
Ａ、Ｃ：中央領域
Ｂ、Ｄ：周辺領域

Claims

光透過性基板上に、波長λ_１の光束Ｌ_１と、波長λ_２（λ_１≠λ_２）の光束Ｌ_２のうち、波長λ_１の光束Ｌ_１のみを透過する波長選択性を有するフィルタ域と、両方の光束を透過する透明域とを形成した開口制限素子であって、
前記フィルタ域は開口制限素子表面の周辺領域にあって、相対的に屈折率の低い誘電体膜と相対的に屈折率の高い誘電体膜とが交互に積層された波長選択性を有する誘電体多層膜から構成され、
かつ前記透明域は開口制限素子表面の中央領域にあって、前記透明域には前記低屈折率誘電体および前記高屈折率誘電体の混合物からなるとともに前記誘電体多層膜の平均屈折率ｎ_ｆに等しい屈折率ｎ_Ｍを有する単層の中間屈折率誘電体によって位相調整膜が形成されており、
前記位相調整膜の屈折率と膜厚は、入射する光束Ｌ_１に対して中央領域と周辺領域とでその透過光の位相差が生じないように調整されていることを特徴とする開口制限素子。
前記開口制限素子の少なくとも一方の面に反射防止膜が形成され、この反射防止膜を含めて、入射する光束Ｌ_１に対して中央領域と周辺領域とで透過光の位相差が生じないように調整されている請求項１に記載の開口制限素子。
前記誘電体多層膜の全膜厚と、前記位相調整膜の膜厚とが、等しくなるように設計されて平坦化された請求項１または２に記載の開口制限素子。
前記位相調整膜の上層または下層、あるいはその両方に反射防止膜が形成され、
前記誘電体多層膜の全膜厚と、前記位相調整膜と前記反射防止膜との合計膜厚とが、等しくなるように設計されて平坦化された請求項１または２に記載の開口制限素子。
光源と、前記光源から出射された光を光ディスクの表面に集光させる対物レンズと、前記光ディスクで反射された光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に請求項１〜４いずれか１項に記載の開口制限素子が配置された光ヘッド装置。
光源と、前記光源から出射された光を光ディスクの表面に集光させる対物レンズと、前記光ディスクで反射された光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に請求項３または請求項４に記載の開口制限素子が配置され、さらに、請求項３または請求項４に記載の開口制限素子の表面上に波長板が積層されている請求項５に記載の光ヘッド装置。
前記波長板が高分子液晶から構成される請求項６に記載の光ヘッド装置。