JP2006185562A - Optical element for optical pickup - Google Patents
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この発明は、光ディスクに情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ部に用いられる光学部品に関するものであり、特にこれらに用いられる回折格子に関するものである。 The present invention relates to an optical component used in an optical pickup section that records and / or reproduces information on an optical disc, and more particularly to a diffraction grating used in these.
光ピックアップ用の光学部品として、トラッキング制御用にレーザービームを3ビームに分割するために回折格子が使われている。 As an optical component for an optical pickup, a diffraction grating is used to divide a laser beam into three beams for tracking control.
従来より、ガラス、プラスチック等からなる光学素子においては、表面反射による光を減少させるために、反射防止のための表面処理が行われている。その表面処理方法は、光学素子表面上に薄膜の誘電体膜を複数層、真空蒸着等により成膜する方法が行われている。上記した回折格子においても、反射防止のための反射防止コーティングを施し、光の透過率をアップする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、回折格子などの光学素子に反射防止コーティングを施すために、真空蒸着を行った場合、膜厚がばらつき、性能が安定しないという問題がある。更に、基板成型後に、別工程で基板表面に真空蒸着などで反射防止コーティングとしての薄膜を形成しなければならないため、歩留まりが悪く、コストアップの要因になっていた。 However, when vacuum deposition is performed to apply an antireflection coating to an optical element such as a diffraction grating, there is a problem that the film thickness varies and the performance is not stable. Furthermore, after forming the substrate, a thin film as an antireflection coating must be formed on the substrate surface by vacuum deposition or the like in a separate process, resulting in poor yield and increased costs.
また、薄膜形成の場合、分光特性は膜材の物性、特に屈折率に影響される。成膜条件によって屈折率がばらつくという問題もある。更に、薄膜材料も限られており、理想的な分光特性を得ることは難しいという難点があった。 In the case of thin film formation, the spectral characteristics are affected by the physical properties of the film material, particularly the refractive index. There is also a problem that the refractive index varies depending on the film forming conditions. Furthermore, the thin film material is also limited, and it has been difficult to obtain ideal spectral characteristics.
この発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、安定且つ低反射率の表面処理を施した光学素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an optical element that has been subjected to a stable and low-reflectance surface treatment.
この発明は、山部と谷部とを有する回折格子部を備えた光ピックアップ用の光学素子であって、前記山部と谷部はミクロンピッチの周期で形成され、前記山部及び谷部の表面にサブミクロンピッチの微細な凹凸からなる反射防止構造が形成されるとともに、前記回折格子部を構成する山部と谷部とで前記反射防止構造の凹凸の高さが相違するように形成することを特徴とする。 The present invention is an optical element for an optical pickup provided with a diffraction grating portion having a crest and a trough, wherein the crest and trough are formed with a period of a micron pitch, and the crest and trough An antireflection structure consisting of fine irregularities with a submicron pitch is formed on the surface, and the heights of the irregularities of the antireflection structure are different between the peaks and valleys constituting the diffraction grating portion. It is characterized by that.
また、この発明は、ベースとなる回折格子部に段差を有し、前記回折格子部に作製されている前記反射防止構造の凹凸の高さが前記山部と谷部とで差があるように構成することができる。 Further, according to the present invention, the diffraction grating portion serving as a base has a step, and the height of the unevenness of the antireflection structure produced in the diffraction grating portion is different between the peak portion and the valley portion. Can be configured.
さらに、この発明は、谷部の方が山部より反射防止構造の凹凸の高さが高いように構成できる。 Furthermore, this invention can be comprised so that the height of the unevenness | corrugation of an antireflection structure may be higher in a trough part than a peak part.
また、この発明は、ベースとなる回折格子部に段差がなく、前記回折格子部に作製されているサブミクロンピッチの反射防止構造の高さが前記山部と谷部とで相違するように構成できる。 Further, the present invention is configured such that there is no step in the base diffraction grating portion, and the height of the submicron pitch antireflection structure produced in the diffraction grating portion is different between the peak portion and the valley portion. it can.
この発明の光学素子は、回折格子部の表面に反射防止構造が作製されているため、低反射なしかも性能が安定した光学特性が得られる。 In the optical element according to the present invention, since the antireflection structure is formed on the surface of the diffraction grating portion, optical characteristics with low reflection and stable performance can be obtained.
また、この発明により、基板表面に反射防止構造を一体的に形成することで、歩留まりのよい、しかも従来の誘電体薄膜より反射防止効果の高い反射防止機能付き光学素子を提供するこができる。 In addition, according to the present invention, by forming the antireflection structure integrally on the substrate surface, it is possible to provide an optical element with an antireflection function that has a high yield and has an antireflection effect higher than that of a conventional dielectric thin film.
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、この発明の光学素子の一実施形態の回折格子を用いた光学記録/再生装置のピックアップ部を光学系を示す構成図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an optical system of a pickup unit of an optical recording / reproducing apparatus using a diffraction grating according to an embodiment of the optical element of the present invention.
図1に示すように、このピックアップ部の構成は、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この発明にかかる回折格子部2を形成した光学素子3と1/4波長板4を通し、レーザー光を3ビームに分割すると共に直線偏光を円偏光に変換する。この実施形態における1/4波長板4は、光透過性板の一方の面には反射防止構造が反対の面には構造複屈折を示す微細構造で構成されている。
As shown in FIG. 1, the structure of this pick-up unit is such that light emitted from a
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、その透過した光をフォトディテクタ7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。
The divided light is given to the objective lens 6 by the
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み出しデータとして使用される。 The output signal of the photodetector 8 is used as a tracking adjustment signal or read data.
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、1/4波長板4、光学素子3側へ戻り光が与えられ、光学素子3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波長板4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、ノイズの発生は起こらない。
Further, of the reflected light reflected by the optical recording medium 7, returning light is given to the ¼ wavelength plate 4 and the
この発明の特徴とする光学素子3は、回折格子部2の表面に反射防止構造31が形成されている。図2は、この発明の第1の実施形態にかかる光学素子の回折格子部2の表面に反射防止構造を作製した状態を示す模式的斜視図、図3は、同要部の模式的断面図である。
In the
図2及び図3に示すように、回折格子部2の山部21と谷部22の双方にサブミクロンピッチ(ピッチB)の微細な凹凸からなる反射防止構造23が形成されている。すなわち、図に示すように、回折格子部2の表面全体にはサブミクロンピッチの微細な凹凸からなる反射防止構造23が形成される。そして、回折格子部2としての山部21と谷部22とはミクロンピッチ(ピッチA)の周期で形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, an
なお、この図2及び図3に示す実施形態は、ベースとなる回折格子部2に段差がある例を示しており、格子の山部21より谷部22の反射防止構造23の方が突起の高さが高く
なっている。谷部22の反射防止構造23を高くすることで、ベースとなる回折格子の高さを低く設定することができる。この図2及び図3に示す回折格子部2も基本的には、矩形形状溝の回折格子である。
The embodiment shown in FIGS. 2 and 3 shows an example in which there is a step in the
矩形形状溝の回折格子は、図9に示すように、溝深さ(h)とデューティ比f(溝周期(ピッチA)に対する溝幅)で回折効率が決まる。溝周期(ピッチA)により回折角度が決まる。使用するレーザの波長、回折効率及び分割する3ビームの回折角により、溝深さ、溝周期、デューティ比が決められる。そして、この実施形態のように、表面全体に微細な凹凸からなる反射防止構造23を設ける場合、上記した溝深さは、光学素子2の屈折率、空気の屈折率と微細な凹凸の深さにより換算された実質的な深さにより決定される。
As shown in FIG. 9, the diffraction efficiency of the diffraction grating having a rectangular groove is determined by the groove depth (h) and the duty ratio f (groove width with respect to the groove period (pitch A)). The diffraction angle is determined by the groove period (pitch A). The groove depth, groove period, and duty ratio are determined by the wavelength of the laser used, the diffraction efficiency, and the diffraction angles of the three beams to be divided. And when providing the
反射防止構造23は、2次元配列構造でも1次元配列構造のどちらでもよいが、反射防止構造23はのパターンピッチは0次回折格子を構成するようなピッチに設定するのがよい。たとえば、図2に示すように、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による反射防止構造を形成すればよい。この突起のパターン形状は、四角錐形状、六角錐形状、円錐形状など種々の形状が適用できる。パターンピッチ(ピッチB)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(ピッチB)は使用する光の波長を反射防止構造23の材料の屈折率で割った値より、小さくすればよく、アスペクト比が1以上であれば高い効果が得られる。よって、回折格子部2の山部21と谷部22との高さの差は段差の狙いに応じて適宜選択すればよい。
The
図2、図3に示すような山部21と谷部22段差は、通常200〜400nmであり、その精度は±10nm以下が要求される。また、周期(ピッチA)は、20μm〜30μmである。上記のように、段差の精度からベースとなる回折格子部の作製もかなり難易度が高いが、この発明では、格子面の前面に反射防止構造23を作製することで、段差の誤差を補正する効果もある。
2 and 3 is usually 200 to 400 nm, and the accuracy is required to be ± 10 nm or less. The period (pitch A) is 20 μm to 30 μm. As described above, the production of the diffraction grating portion as a base is very difficult due to the accuracy of the step, but in the present invention, the error of the step is corrected by producing the
図4及び図5は、ベースとなる回折格子部に段差をなくし、反射防止構造のみで回折格子を形成したこの発明の第2の実施形態を示し、図4は、回折格子部2の表面に反射防止構造を作製した状態を示す模式的斜視図、図5は、同要部の模式的断面図である。図4及び図5に示すように、この実施形態は、回折格子部2の山部21に当たる部分の凹凸からなる反射防止構造23の突起部分を谷22の突起より高くしている。高い突起からなる山部21と低い突起からなる谷部22とのピッチAが回折格子部2の溝周期となり、各突起のピッチBが反射防止構造23のピッチBとなる。この実施形態では、ピッチBは200〜400nmである。
4 and 5 show a second embodiment of the present invention in which a step is not formed in the base diffraction grating portion and the diffraction grating is formed only by the antireflection structure, and FIG. 4 shows the surface of the
なお、図4及び図5に示す反射防止構造23は、1次元配列構造となっているが、図2及び図3に示すような2次元配列構造にすることもできる。
Although the
図6は、この発明の第3の実施形態にかかる回折格子部の表面に反射防止構造を作製した状態を示す模式的断面図である。この第3の実施形態は、回折格子部2の山部21に当たる部分を反射防止構造23のパターンで構成したものである。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a state in which an antireflection structure is produced on the surface of the diffraction grating portion according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a portion corresponding to the
図7は、この発明の第4の実施形態にかかる回折格子部の表面に反射防止構造を作製した状態を示す模式的断面図である。この第4の実施形態は、第3の実施形態とは逆に回折格子部2の谷部22に当たる部分を反射防止構造23のパターンで構成したものである。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an antireflection structure is produced on the surface of the diffraction grating portion according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the portion corresponding to the
図6及び図7に示す第3又は第4の実施形態の場合、谷部22又は山部21が鏡面部になるため、この鏡面部がある分反射防止効果は、第1又は第2の実施形態に比べ落ちるが、作製が比較的容易であるという利点がある。
In the case of the third or fourth embodiment shown in FIGS. 6 and 7, since the
次に、この発明にかかる反射防止構造を有した光学素子の作製方法の一例につき、図8に従い説明する。図8は、この発明にかかる反射防止構造を有した光学素子の作製方法を工程別に示す模式的断面図である。この図8に示す例は第1の実施形態にかかる光学素子の製造方法である。 Next, an example of a method for producing an optical element having an antireflection structure according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing an optical element having an antireflection structure according to the present invention, by process. The example shown in FIG. 8 is a method for manufacturing an optical element according to the first embodiment.
まず、図8(a)で示すように、ベースとなる谷部22、山部21を有する回折格子部2を作製する。続いて、図8(b)に示すように、この回折格子部2の表面にレジスト21をスピンコートする。
First, as shown in FIG. 8A, a diffraction
その後、図8(c)に示すように、EB露光、もしくはレーザー干渉露光を行った後、現像し、所定のパターン31を作製する。
Thereafter, as shown in FIG. 8C, EB exposure or laser interference exposure is performed, followed by development to produce a
次に、図8(d)に示すように、所定のパターン31が形成されたレジストをマスクとして、エッチングを行い、ナノ構造の反射防止構造23を作製する。
Next, as shown in FIG. 8D, etching is performed using the resist on which the
なお、上記の例では、(d)の工程で、レジストマスクを使いエッチングを行っているが、レジストマスク上にクロム(Cr)等を蒸着し、リフトオフ工程を経て、Crマスクでエッチングを行ってもよい。 In the above example, etching is performed using a resist mask in the step (d). However, chromium (Cr) or the like is vapor-deposited on the resist mask, and after a lift-off step, etching is performed with the Cr mask. Also good.
また、図6、図7に示すような構造は、回折格子を作製する工程で使用するフォトマスクを使い露光を行えば、鏡面部が作製できる。 In the structure shown in FIGS. 6 and 7, a mirror surface portion can be manufactured by performing exposure using a photomask used in the process of manufacturing a diffraction grating.
2 回折格子部
3 光学素子
21 山部
22 谷部
23 反射防止構造
2
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