JP4561586B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の波長の光を反射させる光学素子の製造方法に関するものである。

近年、波長４００ｎｍ程度の青色レーザ光を用いることにより記録密度を高め、記憶容量を大きくした光ディスクに対する情報の記録・再生に用いられる光ピックアップ装置において、従来のＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）やＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）の赤色、近赤外のレーザ光にも対応可能なメディア互換が強く要望されている。しかし、光ディスクに対する情報の記録・再生、光ディスクからの戻り光による信号の検出のために、レーザ光の光路の合成、分岐を行うプリズムなどの光学素子が用いられるが、メディアに対応するレーザ光の波長ごとにプリズムなどの光学素子を備えることになり、装置が大型化することになる。

この問題を解決するために、従来より様々なプリズムが提案されている。例えば、特許文献１、２には、複数の波長の光を分岐、合成するために、４個の同一形状の三角プリズムを相互に貼り合わせるダイクロイックプリズムが示されている。
特開平８−１８４７９８号公報 特開平１０−３１１９０７号公報

ところが、特許文献１、２に記載されているダイクロイックプリズムは、４個のプリズムを貼り合わせて、反射面を構成するため、反射面に段差や傾きが発生し、光を分岐、合成する反射面を同一平面にすることが難しく、光ピックアップ装置などで要求される精度で製造することができない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、反射面の精度が高く、簡単に製造することができ、安価で、小型の光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題は次の構成により解決される。

（１） 光を透過または反射させる第１の多層膜が一方の面に形成された複数の透光媒質からなる平行平板を準備する工程と、
前記第１の多層膜が平行となる方向に前記平行平板を積層して、透光性を有する第１の接着剤にて前記平行平板を接着して積層体を形成する工程と、
前記積層体を前記第１の多層膜と直交する方向において所定のピッチで平行な方向に沿って切断し複数の積層分割体に形成する工程と、
前記積層分割体の切断面の片面に前記第１の多層膜と直交する方向において所定のピッチで平行な複数の溝を形成する工程と、
前記溝に光を透過または反射させる第２の多層膜を挿入し、前記溝に前記第２の多層膜を挿入した際に生じた前記溝と前記第２の多層膜との空隙に透光性を有する第２の接着剤を充填し、前記第１の多層膜と前記第２の多層膜が十字状に交差するクロス膜形成体を形成する工程と、
前記クロス膜形成体を第１の切断方向として第１の多層膜および第２の多層膜が十字状に交差する交点から所定のピッチで、第１の多層膜に対して４５度傾斜させて切断し複数の長尺体を形成する工程と、
前記長尺体を第１の切断方向と直交する方向に所定のピッチで切断して個々の光学素子に分離する工程と、
を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。
（２） 前記溝の幅をａ、単位をｍｍで表すとき、
０．０５＜ａ＜０．２
であることを特徴とする（１）に記載の光学素子の製造方法。
（３） 前記第２の接着剤が紫外線硬化樹脂であることを特徴とする（１）または（２）に記載の光学素子の製造方法。

本発明は、透光媒質からなる基体の間に光を透過または反射させる第１の多層膜を形成し、第１の多層膜に対して略直交する方向において基体に溝を形成し、溝に光を透過または反射させる第２の多層膜をはめ込み、第２の多層膜と溝との空隙に接着剤を充填することにより、反射面の精度を高く、簡単に製造することができ、安価で、小型の光学素子の製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る光学素子を搭載した光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。光ピックアップ装置１は、青色レーザ対応（波長４０５ｎｍ）の第１のディスク媒体（Ｂｌｕ−ｒａｙディスク）と赤色レーザ対応（波長６５０ｎｍ）の第２のディスク媒体（ＤＶＤ）または赤外レーザ対応（波長７８０ｎｍ）の第３のディスク媒体（ＣＤ）のいずれかに対して光情報の記録／再生を行うことが可能な２波長対応の光ピックアップ装置である。

光ピックアップ装置１は、半導体レーザ光源として、波長４０５ｎｍのレーザ光を出射する第１光源１０Ｘと、波長６５０ｎｍのレーザ光または波長７８０ｎｍのレーザ光を出射する第２光源１０Ｙとを備えている。ディスク媒体の基板厚の違いなどに応じて、２つのレーザ光源１０Ｘ、１０Ｙのいずれか１つが点灯させ、光学記録面に対する光情報の記録又は再生が行われることになる。

各レーザ光の光路に沿って説明する。まず、第１光源１０Ｘから出射した波長４０５ｎｍのレーザ光ＬＸは、図示はしないが、ビーム整形されコリメートされた後、プリズム２０に入射する。

プリズム２０の第１の多層膜２２ａは、３９５ｎｍから４１５ｎｍまでの波長の青色光を透過させ、６４０ｎｍから８００ｎｍまでの波長の赤色または赤外光を偏光分離させる構成であり、第１光源１０Ｘから出射するレーザ光ＬＸを透過させる機能を有している。

プリズム２０の第２の多層膜２２ｂは、第１の多層膜２２ａと直交する方向に配置され、３９５ｎｍから４１５ｎｍまでの波長の青色光を偏光分離させ、６４０ｎｍから８００ｎｍまでの波長の赤色または赤外光を透過させる構成であり、第１光源１０Ｘから出射する偏光方向のレーザ光ＬＸを反射させ、それに対して偏光方向が垂直なレーザ光ＬＸを透過させる偏光分離機能を有している。

したがって、第１光源１０Ｘから出射したレーザ光ＬＸは、第１の多層膜２２ａを透過し、第２の多層膜２２ｂで反射する。

プリズム２０を射出したレーザ光ＬＸは、１／４波長板３０で位相を変換され円偏光になり、対物レンズ４０を通ってディスク基板５０に入射する。対物レンズ４０は、レーザ光ＬＸをディスク基板５０の光学記録面に結像させて、ディスク媒体へ情報の書き込み（記録），読み出し（再生），消去等を行う。

ディスク基板５０からの戻り光は、対物レンズ４０、１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０では、レーザ光ＬＸの偏光方向が第１光源１０Ｘから出射したレーザ光ＬＸに対し垂直方向に変換される。偏光方向が変換されたレーザ光ＬＸは、プリズム２０に入射し、第１の多層膜２２ａ、第２の多層膜２２ｂを透過する。プリズム２０から射出したレーザ光ＬＸは集光されてフォトダイオードである光検出器６０に入射する。光検出器６０では、ディスク媒体の光学記録面からの信号検出が行われる。

次に、レーザ光源が波長６５０ｎｍまたは７８０ｎｍのレーザ光を出射する場合について説明する。まず、第２光源１０Ｙから出射した波長６５０ｎｍまたは７８０ｎｍのレーザ光ＬＹは、図示はしないが、ビーム整形されコリメートされた後、プリズム２０に入射する。

プリズム２０の第１の多層膜２２ａは、第２光源１０Ｙから出射する偏光方向のレーザ光ＬＹを反射させ、それに対して偏光方向が垂直なレーザ光ＬＸを透過させる偏光分離機能を有している。

プリズム２０の第２の多層膜２２ｂは、第２光源１０Ｙから出射するレーザ光ＬＸを透過させる機能を有している。

したがって、第２光源１０Ｙから出射したレーザ光ＬＹは、第２の多層膜２２ｂを透過し、第１の多層膜２２ａで反射する。

プリズム２０を射出したレーザ光ＬＹは、１／４波長板３０で位相を変換され円偏光になり、対物レンズ４０を通ってディスク基板５０に入射する。対物レンズ４０は、レーザ光ＬＹをディスク基板５０の光学記録面に結像させて、ディスク媒体へ情報の書き込み（記録），読み出し（再生），消去等を行う。

ディスク基板５０からの戻り光は、対物レンズ４０、１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０では、レーザ光ＬＹの偏光方向が第２光源１０Ｙから出射したレーザ光ＬＹに対し垂直方向に変換される。偏光方向が変換されたレーザ光ＬＹは、プリズム２０に入射し、第１の多層膜２２ａ、第２の多層膜２２ｂを透過する。プリズム２０から射出したレーザ光ＬＹは集光されてフォトダイオードである光検出器６０に入射する。光検出器６０では、ディスク媒体の光学記録面からの信号検出が行われる。

以上のように、複数のレーザ光源に対応させる光ピックアップ装置において、レーザ光源の波長を選択して偏光分離させる２つの膜２２ａ、２２ｂをプリズム２０に形成したことにより、レーザ光源ごとにプリズムなどの光学素子を配置する必要がなく、光ピックアップ装置を小型にすることができる。

次に、図２についてプリズム２０の構成を説明する。図２（ａ）はプリズム２０の平面図であり、図２（ｂ）は側面図である。プリズム２０は、正方形の面を有する直方体形状である。

第１の基体２１ａは、直角二等辺三角柱形状であり、透光媒質からなるガラスであり、第１の多層膜２２ａが直角二等辺三角形の斜辺の面に成膜され、第２の基体２１ｂは、第１の基体２１ａと同じ大きさの直角二等辺三角柱形状であり、第１の基体２１ａと同じ屈折率、分散の透光媒質からなるガラスであり、第１の多層膜２２ａを介して第１の基体２１ａに接着されている。

溝２３は、第１の基体２１ａと第２の基体２１ｂが接着された状態で、図２（ａ）に示すように、プリズム２０の正方形の面に第１の多層膜２２ａと直交する方向で、図２（ｂ）の波線で示す位置まで、ダイシング加工により設けられている。第１の基体２１ａと第２の基体２１ｂの結合状態において、第２の多層膜２２ｂを挿入するために設けられている。

溝２３の幅ａは、０．０５ｍｍ＜ａ＜０．２ｍｍが適正な範囲であり、溝幅ａの範囲は、溝を平坦に加工するとともに溝に挿入する膜の光学特性を確保するものである。

溝幅ａの値が下限値を超えると、ダイシング加工が困難となり、溝の平面性が低下し、また第２の多層膜２２ｂを挿入することが難しくなる。逆に、溝幅ａの値が上限値を超えると、第２の多層膜２２ｂと溝２３との空隙が大きくなり、膜２２ａ、２２ｂにおいて反射、透過するレーザ光量が低下し、また、ディスク媒体の光学記録面の結像性能が乱れる。

第１の多層膜２２ａ、第２の多層膜２２ｂの構成を図３（ａ）、（ｂ）により説明する。図３（ａ）は第１の多層膜２２ａの分光特性であり、図３（ｂ）は第２の多層膜２２ｂの分光特性である。図３（ａ）、（ｂ）の縦軸は反射率（Ｒ）を示し、横軸は波長（λ）を示し、横軸において、第１光源１０Ｘの波長４０５ｎｍはＸで示し、第２の光源１０Ｙの波長６５０ｎｍはＹ１で、波長７８０ｎｍはＹ２で示す。実線はＳ波の分光特性を示し、破線はＳ波に対して偏光方向が垂直であるＰ波の特性を示す。

第１の多層膜２２ａは、図３（ａ）に示すように、第１光源１０Ｘを含む３９５ｎｍから４１５ｎｍまでの波長の青色光を透過させ、第２の光源１０Ｙを含む６４０ｎｍから８００ｎｍまでの波長の赤色または赤外光を偏光分離させる構成である。

第２の多層膜２２ｂは、図３（ｂ）に示すように、第１光源１０Ｘを含む３９５ｎｍから４１５ｎｍまでの波長の青色光を偏光分離させ、第２の光源１０Ｙを含む６４０ｎｍから８００ｎｍまでの波長の赤色または赤外光を透過させる構成である。

また、第２の多層膜２２ｂは、基体２１ａ、２１ｂと同じ屈折率、分散の透光基板２５上に成膜される。基板２５に成膜する替わりに、第２の多層膜２２ｂは、銀を蒸着したガラス基板上に成膜して、その後ガラス基板上の銀を溶解して、ガラス基板から分離する構成にすると、光の反射、透過において光量の低下、結像の乱れを一層抑えるこことができる。

以上のように、本発明のプリズム２０に用いる光学素子は、第１の多層膜２２ａを基体２１ｂの三角柱の傾斜面に形成し、レーザ光を分岐、合成する反射面にする構成とし、また、接着した基体２１ａ、２１ｂに溝加工により設けた溝２３に第２の多層膜２２ｂを挿入し、レーザ光を分岐、合成する反射面にする構成としたため、反射面に段差や傾斜が発生することなく、精度の高い反射面が得られる。

また、プリズム２０の第２の多層膜２２ｂが第１光源１０ｘを含む短波長の光を偏光分離させ、ディスク基板５０の光学記録面に結像させる構成であるため、より精度の高い結像性能が得られる。

次に、図２に示したプリズム２０の製造方法を図４乃至６に示す工程により説明する。

まず、図４（Ａ）の工程では、複数のガラス製平行平板２１０を準備し、平行平板２１０の一方の面に偏光分離機能を有する第１の多層膜２２２ａを成膜する。

図４（Ｂ）の工程では、第１の多層膜２２２ａを上向きを揃えて、複数の平行平板２１０を平行に積層し、保持具２２０の平面２２１に平行平板２１０の側面を押し当てて整列させた状態で第１の多層膜２２２ａを成膜した面を第１の接着剤にて接着して積層体２１１を形成する。第１の接着剤は平行平板２１０とほぼ同じ屈折率を有する光硬化型接着剤である。さらに、第１の接着剤としては、溶剤に非溶性で、紫外線硬化型接着剤であることが好ましい。

図４（Ｃ）の工程では、積層体２１１を第１の多層膜２２２ａと直交する方向において所定のピッチで複数の平行な第１の切断方向（一点鎖線ａを参照）に沿って切断し、複数の積層分割体２１２（図４（Ｃ’）を参照）を形成する。

次に、図５（Ａ）の工程では、積層分割体２１２の切断面と平行に第１の多層膜２２２ａと直交する方向に沿って第１の多層膜２２２ａのピッチと同じピッチで複数の平行な溝２２３を左図の波線で示す深さまで形成する。溝２２３を形成するには、ダイシング加工、エッチング加工が好ましい。

図５（Ｂ）の工程では、前記図５（Ａ）の工程で形成された溝２２３に偏光分離機能を有する第２の多層膜２２２ｂを挿入し、溝２２３と第２の多層膜２２２ｂとの空隙に第２の接着剤を封入して、クロス膜形成体２１３を形成する。

第２の多層膜２２２ｂは、平行平板２１０とほぼ同じ屈折率、分散を有する基板に成膜したものである。基板に成膜する替わりに、第２の多層膜２２２ｂは、銀を蒸着したガラス基板上に成膜して、その後ガラス基板上の銀を溶解して、ガラス基板から分離する構成であってもよい。

第２の接着剤は平行平板２１０とほぼ同じ屈折率を有する紫外線硬化型接着剤である。さらに、第２の接着剤としては、嫌気性の紫外線硬化型接着剤であることが好ましい。嫌気性の紫外線硬化型接着剤では溝２２３からはみでる接着剤が硬化せず、取り除く作業がし易い。第２の接着剤は第１の接着剤と同じでも良い。

次に、図６（Ａ）の工程では、クロス膜形成体２１３を第１の多層膜２２２ａおよび第２の多層膜２２２ｂが十字状に交差する交点から所定のピッチで、第１の多層膜２２２ａに対して４５度傾斜させた第２の切断方向（一点鎖線ｂを参照）に沿って切断し、複数の長尺体２１４（図６（Ａ’）を参照）を形成する。

さらに、長尺体２１４の切断面を両面研磨する。ここでの研磨は例えばラッピング研磨である。両面を同時に研磨せずに片面ずつ研磨してもよいが、両面研磨のほうが効率的で好ましい。

図６（Ｂ）の工程では、長尺体２１４を第２の切断方向と直交する方向（一点鎖線ｃを参照）に沿って所定のピッチで切断して、第１の膜２２２ａと第２の膜２２ｂが十字に交差するように、個々のエレメントに分離する。さらに、エレメントの切断面を両面研磨する。ここでの研磨は例えばラッピング研磨である。両面を同時に研磨せずに片面ずつ研磨してもよいが、両面研磨のほうが効率的で好ましい。

図６（Ｃ）の工程では、プリズム２０が完成する。
以上の工程を経ることで、目的とするプリズム２０が得られる。

なお、図１の第１の実施形態の光ピックアップ装置に替えて、第２の実施形態の光ピックアップ装置に本発明のプリズム２０を搭載することができる。図７は、第２の実施形態を示し、ひとつのレーザ光源が波長の異なる光を出射し、各波長に対応する光を受光する複数の光検出器を有する光ピックアップ装置である。なお、第１の実施形態と同じ機能の部材には同じ番号を付し、重複する説明は省略する。

光ピックアップ装置は、半導体レーザ光源として、波長４０５ｎｍのレーザ光と波長６５０ｎｍのレーザ光または波長７８０ｎｍのレーザ光を選択的に出射する光源１０を備えている。ディスク媒体の基板厚の違いなどに応じて、２つの波長のいずれか１つが出射して、光学記録面に対する光情報の記録又は再生が行われることになる。

光源１０は第１の実施形態に対して９０度回転させて配置され、各波長のレーザ光は、振動方向が９０度変換され、光源１０からＰ波が出射されることになる。

まず、光源１０から出射した波長４０５ｎｍのレーザ光は、図示はしないが、ビーム整形されコリメートされた後、プリズム２０に入射する。プリズム２０に入射したレーザ光は、第１の多層膜２２ａを透過し、第２の多層膜２２ｂがＰ波を透過させるため、第２の多層膜２２ｂを透過する。

プリズム２０を射出したレーザ光は、１／４波長板３０で位相を変換され円偏光になり、対物レンズ４０を通ってディスク基板５０に入射し、情報の書き込み（記録），読み出し（再生），消去等を行う。

ディスク基板５０からの戻り光は、対物レンズ４０、１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０では、レーザ光の偏光方向がＳ波に変換される。Ｓ波に変換されたレーザ光は、プリズム２０に入射し、第１の多層膜２２ａを透過し、第２の多層膜２２ｂで反射する。プリズム２０から射出したレーザ光は集光されて波長４０５ｎｍの光を検出する光検出器６０Ｘに入射する。光検出器６０Ｘでは、ディスク媒体の光学記録面からの信号検出が行われる。

レーザ光源が波長６５０ｎｍまたは７８０ｎｍのレーザ光を出射する場合については、図示はしないが、ビーム整形されコリメートされた後、プリズム２０に入射し、プリズム２０に入射したレーザ光は、第１の多層膜２２ａがＰ波を透過させるため、第１の多層膜２２ａを透過し、第２の多層膜２２ｂを透過する。

プリズム２０を射出したレーザ光は、１／４波長板３０で位相を変換され円偏光になり、対物レンズ４０を通ってディスク基板５０に入射し、情報の書き込み（記録），読み出し（再生），消去等を行う。

ディスク基板５０からの戻り光は、対物レンズ４０、１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０では、レーザ光の偏光方向がＳ波に変換される。Ｓ波に変換されたレーザ光は、プリズム２０に入射し、第２の多層膜２２ｂを透過し、第１の多層膜２２ａで反射する。プリズム２０から射出したレーザ光は集光されて波長６５０ｎｍまたは７８０ｎｍの光を検出する光検出器６０Ｙに入射する。光検出器６０Ｙでは、ディスク媒体の光学記録面からの信号検出が行われる。

また、第１の多層膜２２ａと第２の多層膜２２ｂの分光特性を置き換えることができる。つまり、第１の多層膜２２ａは、３９５ｎｍから４１５ｎｍまでの波長の青色光を偏光分離させ、６４０ｎｍから８００ｎｍまでの波長の赤色または赤外光を透過させ、前記第２の多層膜は、３９５ｎｍから４１５ｎｍまでの波長の青色光を透過させ、６４０ｎｍから８００ｎｍまでの波長の赤色または赤外光を偏光分離させる構成としても良い。

本発明係わるプリズムを用いた光ピックアップ装置の構成を示す図。 本発明に係わるプリズムの構成を示す図。 本発明の第１の多層膜、第２の多層膜の分光特性を示す図。 本発明に係わる光学素子の製造方法の前工程を示す図。 本発明に係わる光学素子の製造方法の中間工程を示す図。 本発明に係わる光学素子の製造方法の後工程を示す図。 本発明係わるプリズムを用いた第２の実施形態の光ピックアップ装置の構成を示す図。

符号の説明

１ 光ピックアップ装置
１０ 光源
１０Ｘ 第１の光源
１０Ｙ 第２の光源
２０ プリズム
２１ａ 第１の基体
２１ｂ 第２の基体
２２ａ 第１の多層膜
２２ｂ 第２の多層膜
２３ 溝
２５ 基板
３０ 波長板
４０ 対物レンズ
５０ ディスク基板
６０、６０Ｘ、６０Ｙ 光検出器
２１０ 平行平板
２１１ 積層体
２１２ 積層分割体
２１３ クロス膜形成体
２１４ 長尺体
２２２ 膜

Claims (3)

1. 光を透過または反射させる第１の多層膜が一方の面に形成された複数の透光媒質からなる平行平板を準備する工程と、
   前記第１の多層膜が平行となる方向に前記平行平板を積層して、透光性を有する第１の接着剤にて前記平行平板を接着して積層体を形成する工程と、
   前記積層体を前記第１の多層膜と直交する方向において所定のピッチで平行な方向に沿って切断し複数の積層分割体に形成する工程と、
   前記積層分割体の切断面の片面に前記第１の多層膜と直交する方向において所定のピッチで平行な複数の溝を形成する工程と、
   前記溝に光を透過または反射させる第２の多層膜を挿入し、前記溝に前記第２の多層膜を挿入した際に生じた前記溝と前記第２の多層膜との空隙に透光性を有する第２の接着剤を充填し、前記第１の多層膜と前記第２の多層膜が十字状に交差するクロス膜形成体を形成する工程と、
   前記クロス膜形成体を第１の切断方向として第１の多層膜および第２の多層膜が十字状に交差する交点から所定のピッチで、第１の多層膜に対して４５度傾斜させて切断し複数の長尺体を形成する工程と、
   前記長尺体を第１の切断方向と直交する方向に所定のピッチで切断して個々の光学素子に分離する工程と、
   を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記溝の幅をａ、単位をｍｍで表すとき、
   ０．０５＜ａ＜０．２
   であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記第２の接着剤が紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。

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