JP2000030283A5 - - Google Patents
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Description
【書類名】明細書
【発明の名称】開口制御素子およびこれを用いた光ヘッド装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる２つ以上の光が入射する集光レンズの表面の周辺部または前記集光レンズの近くにあって光軸が一致している透明基板の表面の周辺部に、開口部がほぼ円形であって少なくとも１つの波長の光を吸収する、金属吸収膜を備えた吸収型多層薄膜が形成され、かつ前記集光レンズの表面の開口部または前記透明基板の表面の開口部に、前記吸収型多層薄膜との光学膜厚差を低減する光学膜厚調整用膜が形成されていることを特徴とする開口制御素子。
【請求項２】
前記吸収型多層薄膜は、銀および／または金を主成分とする少なくとも１層の金属吸収膜と少なくとも１層の誘電体膜が隣合わせて重なっていることを特徴とする請求項１記載の開口制御素子。
【請求項３】
光源からの出射光を、集光部材を通して光記録媒体上に導き、前記光記録媒体からの反射光を光検出器へ導く光ヘッド装置において、出射光波長の異なる前記光源を少なくとも２つ備え、前記集光部材として請求項１または２記載の開口制御素子を備えていることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体である光ディスクの情報の記録・再生に用いられる光学部品である開口制御素子およびこれを用いた光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報の記録・再生を行う光ヘッド装置で使用される光記録媒体である光ディスクのなかで、ＣＤ特にＣＤ−Ｒ（レコーダブル）の記録・再生には、波長が７８０ｎｍの半導体レーザが必要であり、一方ＤＶＤの記録・再生には波長が６５０ｎｍの半導体レーザが必要である。このため、ＣＤとＤＶＤ両方の記録・再生を１台の光ヘッド装置で行う場合、おのおの波長の半導体レーザを搭載する必要がある。
【０００３】
複数個の半導体レーザが搭載された光ヘッド装置をコンパクトにするため、できるだけ共通の光学系にこれらの異なる波長の２つの光を通すことが考えられている。例えば図２（詳しい図の説明は後程行う）に示すように第１の半導体レーザ３、第２の半導体レーザ４からの出射光を波長選択性ミラー６で合成し同一の対物レンズ８を使用する構成が考えられている。
【０００４】
この場合必要な対物レンズのＮＡ（開口数）が、ＣＤ用では０．４５でＤＶＤ用では０．６と異なるため、ＣＤとＤＶＤを同一の対物レンズで集光する場合、波長の違いに応じてＮＡを変える必要がある。通常は、より微小な集光スポットサイズが要求されるＤＶＤ用の対物レンズを波長６５０ｎｍの光に対して使用しているため、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの光に対しては対物レンズのＮＡの変更、すなわち開口制御（制限）が必要となる。
【０００５】
また開口制御素子は、光ディスクの再生時において対物レンズと一体に移動させた方が光ディスク上の収差を低減できるため、対物レンズと一体化してアクチュエータに搭載されてる。
【０００６】
従来前述の開口制御素子には、使用する２つの波長の光のうち１つが反射するように対物レンズの表面の周辺部に誘電体光学多層膜が施されていた。光の透過特性としては、開口部では波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍの両光に対して高透過率で、開口の周辺部（ほぼドーナツ状の領域）では波長６５０ｎｍの光に対してのみ高透過率で、波長７８０ｎｍの光には低透過率である。
【０００７】
上記の光の透過性能を得るために開口の周辺部では、波長７８０ｎｍの光は反射するように通常２０層程度の誘電体光学多層膜が必要で、３〜４μｍの光学膜厚ｎｄ（ｎ屈折率、ｄ膜厚）となっていた。この場合、波長７８０ｎｍの光に対しては、開口制御（制限）される。しかし、波長６５０ｎｍの光に対しては、開口部での光学膜厚（無コートの場合、空気層厚１〜２μｍ）と開口の周辺部での光学膜厚との差が大きく光学的波面に位相差を生じ、光ディスク上への効率のよい集光ができない。
【０００８】
これを解決するために、開口部にも光学膜厚が開口の周辺部とほぼ同じになるよう光学多層膜（波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍとの光に対して高透過率）を施している。
【０００９】
良好な集光特性を得るのに、開口制御素子の光透過部全体（開口部と開口の周辺部）で必要とされる光学膜厚差（Δｎｄ）としては、光学的波面の位相差からの要求により３０ｎｍ以下であるため、成膜時に精度良く開口部と開口の周辺部の光学膜厚を制御しなければならない。
【００１０】
しかし、開口制御つまり開口の周辺部での反射を従来の誘電体光学多層膜で行う方式では、光学膜厚が厚い（３〜４μｍ）ため、０．５％以下の光学膜厚精度で成膜する必要があった。
【００１１】
この開口部と開口の周辺部で要求される成膜精度は、光学膜形成の歩留まりを著しく低下させ、開口制御素子をコスト高とする大きな原因であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術が有していた前述のような欠点を解決しようとするものであり、従来知られていなかった開口制御素子およびこれを用いた光ヘッド装置を新規に提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり、波長の異なる２つ以上の光が入射する集光レンズの表面の周辺部または前記集光レンズの近くにあって光軸が一致している透明基板の表面の周辺部に、開口部がほぼ円形であって少なくとも１つの波長の光を吸収する、金属吸収膜を備えた吸収型多層薄膜が形成され、かつ前記集光レンズの表面の開口部または前記透明基板の表面の開口部に、前記吸収型多層薄膜との光学膜厚差を低減する光学膜厚調整用膜が形成されていることを特徴とする開口制御素子を提供する。
【００１４】
また、前記吸収型多層薄膜は、銀および／または金を主成分とする少なくとも１層の金属吸収膜と少なくとも１層の誘電体膜が隣合わせて重なっていることを特徴とする上記の開口制御素子を提供する。
【００１５】
さらに、光源からの出射光を、集光部材を通して光記録媒体上に導き、前記光記録媒体からの反射光を光検出器へ導く光ヘッド装置において、出射光波長の異なる前記光源を少なくとも２つ備え、前記集光部材として上記の開口制御素子を備えていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、波長の異なる２つ以上の光が入射する集光レンズの表面の周辺部に、開口部がほぼ円形であり金属吸収膜を備えた吸収型多層薄膜が形成されている。または上記の集光レンズの近くにあり、集光レンズと光軸が一致している透明基板の表面の周辺部に、上記の吸収型多層薄膜が形成されていてもよい。そしてこの吸収型多層薄膜は、少なくとも１つの波長光を吸収する特性を有する。集光レンズの近くとは、集光レンズに隣接していてもよいし、集光レンズとの間に位相差板などの光学部品が１、２個あってもよく、開口制御に効果のある近さの範囲を意味する。以下では集光レンズの近くとは、集光レンズに隣接しているとする。
【００１７】
開口部の形状は、完全な円形であってもよいし、多少歪んだ円形であってもよく、使用の状況に合わせて設計すればよい。
さらに、集光レンズの表面の開口部または前記光学部品の表面の開口部には、光学膜厚調整用膜が形成されており、上記の吸収型多層薄膜とこの光学膜厚調整用膜との光学膜厚差を小さくする役目を果たしている。
【００１８】
吸収型多層薄膜は、特定の波長の光を吸収するために金属吸収膜を備えたものとなっている。この金属としては、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗなどが例示できる。さらに、所望の波長の光を吸収するものであれば、これ以外の金属であってもよい。
【００１９】
また、吸収型多層薄膜は、誘電体膜などの光学的膜からも構成されている。この光学的膜は光の干渉のために使用されており、干渉効果が得られれば、誘電体に限らず他の材料も使用できる。
【００２０】
吸収型多層薄膜の透過率特性は、膜構成、膜総数などを最適化することにより、ある波長光では低吸収で高い透過率に、他の波長光では、高吸収で低い透過率にすることができる。
【００２１】
光ヘッド装置においては通常、光記録媒体である光ディスクはＣＤとＤＶＤの２種が使用され、これらの光ディスクに対応させて情報の記録・再生用の波長も２種のものが使用される。したがって、この場合吸収すべき波長は通常１種類であるので、今後は開口制御素子を透過する波長は２種とし、開口の周辺部で吸収する波長は１種として説明する。
【００２２】
上記の吸収型多層薄膜は、少なくとも１層の金属吸収膜と少なくとも１層の誘電体膜が隣合わせて重なっていることが、光の吸収と光の干渉の光学的な効果を高める上で好ましい。すなわち、使用する金属としては、上記金属中、Ａｇ、Ａｕを使用することが、透過したい波長光と吸収したい波長光の有効比が大きくとれて好ましい。これは、ＡｇとＡｕを単独で使用してもよいし、ＡｇとＡｕを併用してもよい。ＡｇとＡｕの場合、吸収する特定の波長としてほぼ７８０ｎｍ、透過する特定の波長としてほぼ６５０ｎｍが特に好ましい。
【００２３】
また、吸収型多層薄膜の密着力や耐環境性向上のため、金属吸収膜として主成分であるＡｇやＡｕにＰｄやＣｒなどを微量添加した混合系を使用することが好ましい。
【００２４】
吸収型多層薄膜に金属とともに誘電体膜を使用する場合、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＺｎＯとＳｎＯ２の混合系などが例示できるが、この他の誘電体膜であってもよい。
吸収型多層薄膜の形成は、スッパタリング法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法などの方法で行われ、これらはいずれも厚みの制御が容易で作業性に優れている。
【００２５】
この開口制御素子を、光源を少なくとも２つ備えた、それらの光源からの出射光を集光レンズを通して光記録媒体上に導く光ヘッド装置において使用することが好ましい。光ヘッド装置において２つの半導体レーザを使用する場合、通常使用される２つの半導体レーザのそれぞれの出射光波長は、上述のように６５０ｎｍと７８０ｎｍであり、これらはＤＶＤとＣＤとにそれぞれ使用される。
【００２６】
出射光波長の異なる２つの半導体レーザを有する光ヘッド装置で用いられる集光レンズである対物レンズとしては、通常波長６５０ｎｍの光用の高ＮＡレンズが用いられるため、開口制御が必要となるのは波長７８０ｎｍの光に対してである。したがって、開口制御素子の開口の周辺部の吸収型多層薄膜の透過率特性としては、波長６５０ｎｍの光では低吸収で高い透過率に、波長７８０ｎｍの光では高吸収で低い透過率にするのが好ましい。透過率としては、波長６５０ｎｍの光では８５％以上、波長７８０ｎｍの光では４０％以下が光ディスクの安定な再生・記録ためには好ましい。
【００２７】
吸収型多層薄膜は、上述のように誘電体膜／金属吸収膜／誘電体膜が基本構成であり、その構成を繰り返し重ねることにより、より理想的な透過率特性などを得ることができるが、６５０ｎｍにおいて、対物レンズ全面にわたって、一様で良好な集光特性を得るためには、開口の周辺部と開口部の光学膜厚差Δ（ｎｄ）を３０ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００２８】
つまり、吸収型多層薄膜の開口部に光学膜厚調整用膜などを形成して、開口の周辺部と開口部の光学膜厚差を調整することが好ましい。光学膜厚調整用膜としては、波長６５０ｎｍと７８０ｎｍの光を透過するように構成する必要があり、使用材料としてはＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３などが例示できる。この光学膜厚調整用膜も吸収型多層薄膜と同様な方法で成膜される。
【００２９】
成膜プロセスの膜厚の制御性・再現性を考慮すると、吸収型多層薄膜に対する全光学膜厚（ｎｄ）としては、６５０ｎｍ以下がより好ましい。吸収型多層薄膜を形成する光学部品などの表面は、光学部品のレーザ光源側または光ディスク側のいずれでもよいが、レーザ光源側にあるほうが光学特性上好ましい。
【００３０】
吸収型多層薄膜は、前述のようにアクチュエータにより駆動する対物レンズの表面、またはアクチュエータにより一体化され光軸が一致した（共有した）対物レンズ近くの透明基板の表面に設けられ、波長７８０ｎｍの光に対してのみ開口制御（制限）を行って、機械的・電気的な外的開口制御を別途設けることなく、一個の対物レンズでＤＶＤとＣＤの両光ディスクの記録・再生を行う光ヘッド装置を構成することができる。
【００３１】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図２は、本発明の光ヘッド装置の構成を示す概念図である。３は第１の半導体レーザ（波長６５０ｎｍ）、４は第２の半導体レーザ（波長７８０ｎｍ）、５はコリメートレンズ、６は波長選択ミラー（ビームスプリッタ）、７は開口制御素子、８は対物レンズ、９は光ディスクである。ここで、開口制御素子７は対物レンズ８に隣接して配置され、対物レンズ８と一体化されアクチュエータ（図示せず）で駆動するように構成されている。この図では、簡単化のため光ディスク９からの信号を含んだ反射光の受光部については省略したが当然受光部も必要である。
【００３３】
第１の半導体レーザ３と第２の半導体レーザ４からの出射光は、コリメートレンズ５で平行化され、波長選択ミラー６により合成された後、対物レンズ８により光ディスク９に集光する。この光ヘッド装置の対物レンズ８と波長選択ミラー６の間に吸収型多層薄膜を形成した開口制御素子７を用いる。
【００３４】
図１は本実施例における吸収型多層薄膜が形成された開口制御素子を示す図。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。１は吸収型多層薄膜、２は光学膜厚調整用膜、１０は開口制御素子基板である。
【００３５】
開口制御素子７は図１に示したように、１枚の平滑な透明基板である開口制御素子基板１０の表面に蒸着法などにより吸収型多層薄膜が形成してある。
この開口制御素子７は、波長７８０ｎｍの光に対してはＮＡが０．４５、波長６５０ｎｍの光に対してはＮＡが０．６となるよう、吸収型多層薄膜１を図１に示すような開口部が円形のドーナツ形状に形成したものである。
【００３６】
次に、吸収型多層薄膜１を形成した開口制御素子７の作製方法の一例を説明する。
開口制御素子用基板１０（ここではガラス板を使用）の開口部となるべき部分にフォトレジストを形成後、開口部と周辺部に一様に電子ビーム蒸着法により、ＴｉＯ２とＡｇを交互に蒸着して合計５層の吸収型多層薄膜１とした。ここでガラス板（透明基板）を開口制御素子用基板の材料としているが、プラスチック板などでもよい。
【００３７】
成膜温度は室温であり、各層における膜厚は、光学膜厚制御法と機械膜厚制御法とを併用して制御した。開口の周辺部の吸収型多層薄膜１の全光学膜厚は、約５２９ｎｍであった。
【００３８】
表１に本実施例の吸収型多層薄膜の３層の膜構成を示す。
【００３９】
ここで、吸収膜とは金属吸収膜であり、屈折率と吸収係数は波長８００ｎｍの光に対するものであり、５層の膜の全光学膜厚は５２９．３４ｎｍである。また、媒質が空気とは、誘電体膜５であるＴｉＯ２が空気と接しているということである。
【００４０】
【表１】
【００４１】
次に、リフトオフ法により開口部の吸収型多層薄膜を取り除いた後、開口の周辺部にフォトレジストを施し、波長６５０ｎｍと７８０ｎｍの両光に対して低反射となるような、光学膜厚調整用膜２を電子ビーム蒸着法により成膜した後、さらにリフトオフ法により開口の周辺部の光学膜厚調整用膜２を取り除いた。ここで、光学膜厚調整用膜を形成するために使用した材料は、ＺｒＯ２、ＭｇＦ２およびＡｌ２Ｏ３である。
【００４２】
成膜温度と膜厚制御は、吸収型多層薄膜１の成膜と同様の条件・方法で行った。このとき、開口部の光学膜厚調整用膜２の全光学膜厚は、約５２０ｎｍであり、吸収型多層薄膜の全光学膜厚５２９．３４ｎｍとの差は１０ｎｍ以下とすることができた。
【００４３】
このようにして作製した開口制御素子７の開口の周辺部、すなわち吸収型多層薄膜１の透過率の波長依存性を図３に示す。開口の周辺部に銀の金属吸収膜を含む吸収型多層薄膜１を用いることにより、波長６５０ｎｍの光では９３％の透過率が得られ、波長７８０ｎｍの光では、３３％まで透過率を減少させることができた。このとき、開口部すなわち光学膜厚調整用膜２は、波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍの両光とも約９８％の透過率であった。また、開口の周辺部で透過率が４０％以下となる波長域は、７６０ｎｍ以上とすることができた。
【００４４】
この開口制御素子７を用いて、図２に示す光ヘッド装置を構成しＣＤ、ＤＶＤの記録・再生特性を評価したところ、ＣＤ（７８０ｎｍ）では開口の周辺部の吸収型多層薄膜１の波長選択吸収により周辺部の透過光量が抑制された結果、ＮＡが縮小され良好な信号再生記録特性が得られた。また、ＤＶＤ（６５０ｎｍ）では開口部と周辺部の全光学膜厚差を低く抑えられたことにより、ディスク上への集光特性がよく良好な記録・再生特性が得られた。
【００４５】
このような吸収型多層薄膜１を用いることにより、波長選択性のよい開口制御素子７を作製することができ、さらにＣＤ、ＤＶＤともに再生することができる光ヘッド装置を得ることができた。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の開口制御素子は、開口の周辺部を構成膜数が少ない吸収型多層薄膜で構成しているため、開口の周辺部の全光学膜厚を低く抑えることができる。このため、光学膜厚を精度良くコントロールすることが可能となり、集光特性上厳しく製造管理される開口部との全光学膜厚差が約３０ｎｍ以下に抑えられ、再現性良く作製できるようになった。この結果、歩留りが向上し、低コストのＣＤおよびＤＶＤ用の光ヘッド装置が得られる。
【００４７】
さらに、光学膜厚が低く抑えられているため、光の斜め入射に対する影響も少なくなり、従来の反射型開口制御素子ではきわめて困難であった、対物レンズに直接吸収型多層薄膜を形成することが可能となり、さらに小型で低コストのＣＤおよびＤＶＤ用光ヘッド装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における吸収型多層薄膜が形成された開口制御素子を示す図。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図２】本発明の光ヘッド装置の構成を示す概念図。
【図３】本発明における吸収型多層薄膜の透過率の波長依存性。
【符号の説明】
１：吸収型多層薄膜
２：光学膜厚調整用膜
３：第１の半導体レーザ
４：第２の半導体レーザ
５：コリメートレンズ
６：波長選択性ミラー（ビームスプリッタ）
７：開口制御素子
８：対物レンズ
９：光ディスク
１０：開口制御素子基板
【発明の名称】開口制御素子およびこれを用いた光ヘッド装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる２つ以上の光が入射する集光レンズの表面の周辺部または前記集光レンズの近くにあって光軸が一致している透明基板の表面の周辺部に、開口部がほぼ円形であって少なくとも１つの波長の光を吸収する、金属吸収膜を備えた吸収型多層薄膜が形成され、かつ前記集光レンズの表面の開口部または前記透明基板の表面の開口部に、前記吸収型多層薄膜との光学膜厚差を低減する光学膜厚調整用膜が形成されていることを特徴とする開口制御素子。
【請求項２】
前記吸収型多層薄膜は、銀および／または金を主成分とする少なくとも１層の金属吸収膜と少なくとも１層の誘電体膜が隣合わせて重なっていることを特徴とする請求項１記載の開口制御素子。
【請求項３】
光源からの出射光を、集光部材を通して光記録媒体上に導き、前記光記録媒体からの反射光を光検出器へ導く光ヘッド装置において、出射光波長の異なる前記光源を少なくとも２つ備え、前記集光部材として請求項１または２記載の開口制御素子を備えていることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体である光ディスクの情報の記録・再生に用いられる光学部品である開口制御素子およびこれを用いた光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報の記録・再生を行う光ヘッド装置で使用される光記録媒体である光ディスクのなかで、ＣＤ特にＣＤ−Ｒ（レコーダブル）の記録・再生には、波長が７８０ｎｍの半導体レーザが必要であり、一方ＤＶＤの記録・再生には波長が６５０ｎｍの半導体レーザが必要である。このため、ＣＤとＤＶＤ両方の記録・再生を１台の光ヘッド装置で行う場合、おのおの波長の半導体レーザを搭載する必要がある。
【０００３】
複数個の半導体レーザが搭載された光ヘッド装置をコンパクトにするため、できるだけ共通の光学系にこれらの異なる波長の２つの光を通すことが考えられている。例えば図２（詳しい図の説明は後程行う）に示すように第１の半導体レーザ３、第２の半導体レーザ４からの出射光を波長選択性ミラー６で合成し同一の対物レンズ８を使用する構成が考えられている。
【０００４】
この場合必要な対物レンズのＮＡ（開口数）が、ＣＤ用では０．４５でＤＶＤ用では０．６と異なるため、ＣＤとＤＶＤを同一の対物レンズで集光する場合、波長の違いに応じてＮＡを変える必要がある。通常は、より微小な集光スポットサイズが要求されるＤＶＤ用の対物レンズを波長６５０ｎｍの光に対して使用しているため、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの光に対しては対物レンズのＮＡの変更、すなわち開口制御（制限）が必要となる。
【０００５】
また開口制御素子は、光ディスクの再生時において対物レンズと一体に移動させた方が光ディスク上の収差を低減できるため、対物レンズと一体化してアクチュエータに搭載されてる。
【０００６】
従来前述の開口制御素子には、使用する２つの波長の光のうち１つが反射するように対物レンズの表面の周辺部に誘電体光学多層膜が施されていた。光の透過特性としては、開口部では波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍの両光に対して高透過率で、開口の周辺部（ほぼドーナツ状の領域）では波長６５０ｎｍの光に対してのみ高透過率で、波長７８０ｎｍの光には低透過率である。
【０００７】
上記の光の透過性能を得るために開口の周辺部では、波長７８０ｎｍの光は反射するように通常２０層程度の誘電体光学多層膜が必要で、３〜４μｍの光学膜厚ｎｄ（ｎ屈折率、ｄ膜厚）となっていた。この場合、波長７８０ｎｍの光に対しては、開口制御（制限）される。しかし、波長６５０ｎｍの光に対しては、開口部での光学膜厚（無コートの場合、空気層厚１〜２μｍ）と開口の周辺部での光学膜厚との差が大きく光学的波面に位相差を生じ、光ディスク上への効率のよい集光ができない。
【０００８】
これを解決するために、開口部にも光学膜厚が開口の周辺部とほぼ同じになるよう光学多層膜（波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍとの光に対して高透過率）を施している。
【０００９】
良好な集光特性を得るのに、開口制御素子の光透過部全体（開口部と開口の周辺部）で必要とされる光学膜厚差（Δｎｄ）としては、光学的波面の位相差からの要求により３０ｎｍ以下であるため、成膜時に精度良く開口部と開口の周辺部の光学膜厚を制御しなければならない。
【００１０】
しかし、開口制御つまり開口の周辺部での反射を従来の誘電体光学多層膜で行う方式では、光学膜厚が厚い（３〜４μｍ）ため、０．５％以下の光学膜厚精度で成膜する必要があった。
【００１１】
この開口部と開口の周辺部で要求される成膜精度は、光学膜形成の歩留まりを著しく低下させ、開口制御素子をコスト高とする大きな原因であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術が有していた前述のような欠点を解決しようとするものであり、従来知られていなかった開口制御素子およびこれを用いた光ヘッド装置を新規に提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり、波長の異なる２つ以上の光が入射する集光レンズの表面の周辺部または前記集光レンズの近くにあって光軸が一致している透明基板の表面の周辺部に、開口部がほぼ円形であって少なくとも１つの波長の光を吸収する、金属吸収膜を備えた吸収型多層薄膜が形成され、かつ前記集光レンズの表面の開口部または前記透明基板の表面の開口部に、前記吸収型多層薄膜との光学膜厚差を低減する光学膜厚調整用膜が形成されていることを特徴とする開口制御素子を提供する。
【００１４】
また、前記吸収型多層薄膜は、銀および／または金を主成分とする少なくとも１層の金属吸収膜と少なくとも１層の誘電体膜が隣合わせて重なっていることを特徴とする上記の開口制御素子を提供する。
【００１５】
さらに、光源からの出射光を、集光部材を通して光記録媒体上に導き、前記光記録媒体からの反射光を光検出器へ導く光ヘッド装置において、出射光波長の異なる前記光源を少なくとも２つ備え、前記集光部材として上記の開口制御素子を備えていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、波長の異なる２つ以上の光が入射する集光レンズの表面の周辺部に、開口部がほぼ円形であり金属吸収膜を備えた吸収型多層薄膜が形成されている。または上記の集光レンズの近くにあり、集光レンズと光軸が一致している透明基板の表面の周辺部に、上記の吸収型多層薄膜が形成されていてもよい。そしてこの吸収型多層薄膜は、少なくとも１つの波長光を吸収する特性を有する。集光レンズの近くとは、集光レンズに隣接していてもよいし、集光レンズとの間に位相差板などの光学部品が１、２個あってもよく、開口制御に効果のある近さの範囲を意味する。以下では集光レンズの近くとは、集光レンズに隣接しているとする。
【００１７】
開口部の形状は、完全な円形であってもよいし、多少歪んだ円形であってもよく、使用の状況に合わせて設計すればよい。
さらに、集光レンズの表面の開口部または前記光学部品の表面の開口部には、光学膜厚調整用膜が形成されており、上記の吸収型多層薄膜とこの光学膜厚調整用膜との光学膜厚差を小さくする役目を果たしている。
【００１８】
吸収型多層薄膜は、特定の波長の光を吸収するために金属吸収膜を備えたものとなっている。この金属としては、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗなどが例示できる。さらに、所望の波長の光を吸収するものであれば、これ以外の金属であってもよい。
【００１９】
また、吸収型多層薄膜は、誘電体膜などの光学的膜からも構成されている。この光学的膜は光の干渉のために使用されており、干渉効果が得られれば、誘電体に限らず他の材料も使用できる。
【００２０】
吸収型多層薄膜の透過率特性は、膜構成、膜総数などを最適化することにより、ある波長光では低吸収で高い透過率に、他の波長光では、高吸収で低い透過率にすることができる。
【００２１】
光ヘッド装置においては通常、光記録媒体である光ディスクはＣＤとＤＶＤの２種が使用され、これらの光ディスクに対応させて情報の記録・再生用の波長も２種のものが使用される。したがって、この場合吸収すべき波長は通常１種類であるので、今後は開口制御素子を透過する波長は２種とし、開口の周辺部で吸収する波長は１種として説明する。
【００２２】
上記の吸収型多層薄膜は、少なくとも１層の金属吸収膜と少なくとも１層の誘電体膜が隣合わせて重なっていることが、光の吸収と光の干渉の光学的な効果を高める上で好ましい。すなわち、使用する金属としては、上記金属中、Ａｇ、Ａｕを使用することが、透過したい波長光と吸収したい波長光の有効比が大きくとれて好ましい。これは、ＡｇとＡｕを単独で使用してもよいし、ＡｇとＡｕを併用してもよい。ＡｇとＡｕの場合、吸収する特定の波長としてほぼ７８０ｎｍ、透過する特定の波長としてほぼ６５０ｎｍが特に好ましい。
【００２３】
また、吸収型多層薄膜の密着力や耐環境性向上のため、金属吸収膜として主成分であるＡｇやＡｕにＰｄやＣｒなどを微量添加した混合系を使用することが好ましい。
【００２４】
吸収型多層薄膜に金属とともに誘電体膜を使用する場合、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＺｎＯとＳｎＯ２の混合系などが例示できるが、この他の誘電体膜であってもよい。
吸収型多層薄膜の形成は、スッパタリング法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法などの方法で行われ、これらはいずれも厚みの制御が容易で作業性に優れている。
【００２５】
この開口制御素子を、光源を少なくとも２つ備えた、それらの光源からの出射光を集光レンズを通して光記録媒体上に導く光ヘッド装置において使用することが好ましい。光ヘッド装置において２つの半導体レーザを使用する場合、通常使用される２つの半導体レーザのそれぞれの出射光波長は、上述のように６５０ｎｍと７８０ｎｍであり、これらはＤＶＤとＣＤとにそれぞれ使用される。
【００２６】
出射光波長の異なる２つの半導体レーザを有する光ヘッド装置で用いられる集光レンズである対物レンズとしては、通常波長６５０ｎｍの光用の高ＮＡレンズが用いられるため、開口制御が必要となるのは波長７８０ｎｍの光に対してである。したがって、開口制御素子の開口の周辺部の吸収型多層薄膜の透過率特性としては、波長６５０ｎｍの光では低吸収で高い透過率に、波長７８０ｎｍの光では高吸収で低い透過率にするのが好ましい。透過率としては、波長６５０ｎｍの光では８５％以上、波長７８０ｎｍの光では４０％以下が光ディスクの安定な再生・記録ためには好ましい。
【００２７】
吸収型多層薄膜は、上述のように誘電体膜／金属吸収膜／誘電体膜が基本構成であり、その構成を繰り返し重ねることにより、より理想的な透過率特性などを得ることができるが、６５０ｎｍにおいて、対物レンズ全面にわたって、一様で良好な集光特性を得るためには、開口の周辺部と開口部の光学膜厚差Δ（ｎｄ）を３０ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００２８】
つまり、吸収型多層薄膜の開口部に光学膜厚調整用膜などを形成して、開口の周辺部と開口部の光学膜厚差を調整することが好ましい。光学膜厚調整用膜としては、波長６５０ｎｍと７８０ｎｍの光を透過するように構成する必要があり、使用材料としてはＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３などが例示できる。この光学膜厚調整用膜も吸収型多層薄膜と同様な方法で成膜される。
【００２９】
成膜プロセスの膜厚の制御性・再現性を考慮すると、吸収型多層薄膜に対する全光学膜厚（ｎｄ）としては、６５０ｎｍ以下がより好ましい。吸収型多層薄膜を形成する光学部品などの表面は、光学部品のレーザ光源側または光ディスク側のいずれでもよいが、レーザ光源側にあるほうが光学特性上好ましい。
【００３０】
吸収型多層薄膜は、前述のようにアクチュエータにより駆動する対物レンズの表面、またはアクチュエータにより一体化され光軸が一致した（共有した）対物レンズ近くの透明基板の表面に設けられ、波長７８０ｎｍの光に対してのみ開口制御（制限）を行って、機械的・電気的な外的開口制御を別途設けることなく、一個の対物レンズでＤＶＤとＣＤの両光ディスクの記録・再生を行う光ヘッド装置を構成することができる。
【００３１】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図２は、本発明の光ヘッド装置の構成を示す概念図である。３は第１の半導体レーザ（波長６５０ｎｍ）、４は第２の半導体レーザ（波長７８０ｎｍ）、５はコリメートレンズ、６は波長選択ミラー（ビームスプリッタ）、７は開口制御素子、８は対物レンズ、９は光ディスクである。ここで、開口制御素子７は対物レンズ８に隣接して配置され、対物レンズ８と一体化されアクチュエータ（図示せず）で駆動するように構成されている。この図では、簡単化のため光ディスク９からの信号を含んだ反射光の受光部については省略したが当然受光部も必要である。
【００３３】
第１の半導体レーザ３と第２の半導体レーザ４からの出射光は、コリメートレンズ５で平行化され、波長選択ミラー６により合成された後、対物レンズ８により光ディスク９に集光する。この光ヘッド装置の対物レンズ８と波長選択ミラー６の間に吸収型多層薄膜を形成した開口制御素子７を用いる。
【００３４】
図１は本実施例における吸収型多層薄膜が形成された開口制御素子を示す図。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。１は吸収型多層薄膜、２は光学膜厚調整用膜、１０は開口制御素子基板である。
【００３５】
開口制御素子７は図１に示したように、１枚の平滑な透明基板である開口制御素子基板１０の表面に蒸着法などにより吸収型多層薄膜が形成してある。
この開口制御素子７は、波長７８０ｎｍの光に対してはＮＡが０．４５、波長６５０ｎｍの光に対してはＮＡが０．６となるよう、吸収型多層薄膜１を図１に示すような開口部が円形のドーナツ形状に形成したものである。
【００３６】
次に、吸収型多層薄膜１を形成した開口制御素子７の作製方法の一例を説明する。
開口制御素子用基板１０（ここではガラス板を使用）の開口部となるべき部分にフォトレジストを形成後、開口部と周辺部に一様に電子ビーム蒸着法により、ＴｉＯ２とＡｇを交互に蒸着して合計５層の吸収型多層薄膜１とした。ここでガラス板（透明基板）を開口制御素子用基板の材料としているが、プラスチック板などでもよい。
【００３７】
成膜温度は室温であり、各層における膜厚は、光学膜厚制御法と機械膜厚制御法とを併用して制御した。開口の周辺部の吸収型多層薄膜１の全光学膜厚は、約５２９ｎｍであった。
【００３８】
表１に本実施例の吸収型多層薄膜の３層の膜構成を示す。
【００３９】
ここで、吸収膜とは金属吸収膜であり、屈折率と吸収係数は波長８００ｎｍの光に対するものであり、５層の膜の全光学膜厚は５２９．３４ｎｍである。また、媒質が空気とは、誘電体膜５であるＴｉＯ２が空気と接しているということである。
【００４０】
【表１】
次に、リフトオフ法により開口部の吸収型多層薄膜を取り除いた後、開口の周辺部にフォトレジストを施し、波長６５０ｎｍと７８０ｎｍの両光に対して低反射となるような、光学膜厚調整用膜２を電子ビーム蒸着法により成膜した後、さらにリフトオフ法により開口の周辺部の光学膜厚調整用膜２を取り除いた。ここで、光学膜厚調整用膜を形成するために使用した材料は、ＺｒＯ２、ＭｇＦ２およびＡｌ２Ｏ３である。
【００４２】
成膜温度と膜厚制御は、吸収型多層薄膜１の成膜と同様の条件・方法で行った。このとき、開口部の光学膜厚調整用膜２の全光学膜厚は、約５２０ｎｍであり、吸収型多層薄膜の全光学膜厚５２９．３４ｎｍとの差は１０ｎｍ以下とすることができた。
【００４３】
このようにして作製した開口制御素子７の開口の周辺部、すなわち吸収型多層薄膜１の透過率の波長依存性を図３に示す。開口の周辺部に銀の金属吸収膜を含む吸収型多層薄膜１を用いることにより、波長６５０ｎｍの光では９３％の透過率が得られ、波長７８０ｎｍの光では、３３％まで透過率を減少させることができた。このとき、開口部すなわち光学膜厚調整用膜２は、波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍの両光とも約９８％の透過率であった。また、開口の周辺部で透過率が４０％以下となる波長域は、７６０ｎｍ以上とすることができた。
【００４４】
この開口制御素子７を用いて、図２に示す光ヘッド装置を構成しＣＤ、ＤＶＤの記録・再生特性を評価したところ、ＣＤ（７８０ｎｍ）では開口の周辺部の吸収型多層薄膜１の波長選択吸収により周辺部の透過光量が抑制された結果、ＮＡが縮小され良好な信号再生記録特性が得られた。また、ＤＶＤ（６５０ｎｍ）では開口部と周辺部の全光学膜厚差を低く抑えられたことにより、ディスク上への集光特性がよく良好な記録・再生特性が得られた。
【００４５】
このような吸収型多層薄膜１を用いることにより、波長選択性のよい開口制御素子７を作製することができ、さらにＣＤ、ＤＶＤともに再生することができる光ヘッド装置を得ることができた。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の開口制御素子は、開口の周辺部を構成膜数が少ない吸収型多層薄膜で構成しているため、開口の周辺部の全光学膜厚を低く抑えることができる。このため、光学膜厚を精度良くコントロールすることが可能となり、集光特性上厳しく製造管理される開口部との全光学膜厚差が約３０ｎｍ以下に抑えられ、再現性良く作製できるようになった。この結果、歩留りが向上し、低コストのＣＤおよびＤＶＤ用の光ヘッド装置が得られる。
【００４７】
さらに、光学膜厚が低く抑えられているため、光の斜め入射に対する影響も少なくなり、従来の反射型開口制御素子ではきわめて困難であった、対物レンズに直接吸収型多層薄膜を形成することが可能となり、さらに小型で低コストのＣＤおよびＤＶＤ用光ヘッド装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における吸収型多層薄膜が形成された開口制御素子を示す図。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図２】本発明の光ヘッド装置の構成を示す概念図。
【図３】本発明における吸収型多層薄膜の透過率の波長依存性。
【符号の説明】
１：吸収型多層薄膜
２：光学膜厚調整用膜
３：第１の半導体レーザ
４：第２の半導体レーザ
５：コリメートレンズ
６：波長選択性ミラー（ビームスプリッタ）
７：開口制御素子
８：対物レンズ
９：光ディスク
１０：開口制御素子基板
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