JP3808348B2 - 回折格子部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は回折格子部材及びその製造方法に係り、特に凹部平面と凸部平面とを備えた矩形波状の回折格子部を有する回折格子部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、回折格子部材として図4に示すものがある。この回折格子部材100は、凹部平面101と凸部平面102とを備えた矩形波状の回折格子部103を有するものである。
【0003】
このような回折格子部材100は、発光素子であるレーザダイオードから発せられたDVD記録再生用の光と、CD再生用の光を光ディスクに照射し、あるいは光ディスクからの反射光をフォトダイオードに導き、光ディスクへの信号記録、再生、及びトラッキングを行なうようにする光ピックアップに使用される。
【0004】
前述したDVDとCDとの兼用光ピックアップでは、トラッキング検出として、DVDは1ビームですむ位相差法、CDは3ビーム法を採用するのが一般的である。従来、光ピックアップでは、波長の異なる2つのLDを使い、CD側LD(780nm帯)のみに3ビームを発生させるための回折格子を配置してきていた。しかし、近年、2つのLDチップを1つのパッケージに収めた2波長LDが提案されており、この2波長LDを使用する場合には、CD再生時のみ3ビーム法で制御し、DVD録再生時には位相差法で制御するため、CD側のみ3ビームを出射し、DVD側は1ビームで出射する波長選択性の回折格子部材が使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような回折をする回折格子部材は、格子の凹凸部の光学的位相差((屈折率n−1)×深さ)をDVD波長程度とすることで実現される。しかし、回折格子部材の凹部平面の深さは従来使用されていた1波長用の回折格子の5倍程度となることが計算上明らかである。
【0006】
通常このような回折格子部材100は、エッチング加工により回折溝を母材に直接エッチングする方法もあるが、図4に示すように、切削加工で凹部平面111(回折格子部材100の凸部平面102を成型)と凸部平面112(回折格子部材100の凹部平面101を成型)からなる矩形波状面113を成形した金型110を作成して、この金型110を使用して、光学樹脂を射出成形することにより作成する方法が量産には適している。
【0007】
しかし、いずれの場合も、格子深さd(図4に示した)が一般の回折格子に比べて深いことから、回折格子部材100の凸部平面102や凹部平面101が傾きやすいという問題がある。
【0008】
即ち、エッチングによる製造方法では、大面積の回折格子部材を作る際に、回折格子の場所によるエッチング量のばらつきが発生しやすいことにより前記傾きが発生する。また、金型110により回折格子を作成する場合には、金型110を切削加工する際には、図5に示すように、金型切削用バイト120の切削面121の傾きによる他、工作機械のバイトの保持精度やバイトの移動精度の変動により、金型110の凹部平面111および凸部平面112に傾きが発生する。
【0009】
このように、3ビーム用の回折格子部材100において、凹凸各部平面101,102が傾くと、3ビームのサブビームである+1次光と−1次光に強度差が生じ、ピックアップのトラックエラー信号にオフセットが生じ、安定したトラックサーボ制御ができなくなるという問題が発生する。
【0010】
即ち、図6に示すように、凹凸各面部101,102が傾き、格子の両端に深さのΔd=d2−d1(nm)の差が生じると、図8に示すように、+1次光と−1次光との間でΔdに略比例した差が生じることとなる。
【0011】
本例のようなトラッキングサーボ制御を行なうためには、±1次回折光の差は3%以下であることが求められており、これを実現するためには、図7より、Δdを10nmより小さくしなければならないこととなる。
【0012】
ここで、具体的には、図6に示すように、回折格子部材100の格子間ピッチを30μmとすると、各面101、102の傾斜角度は、0.019度以下という精度が要求されることになる。
【0013】
通常、金型の溝を切削成型する切削バイト120の先端121をこの精度で仕上げるのは、困難とされる。また、このような高精度の加工を実現するためには、テスト加工を行い、傾きの発生分、バイトの取り付け角度を機械的に補正することが必要となる。しかし、このようの補正は、理論的には可能であるが、ピッチ30μmという微細な加工において、切削バイト120の10nm程度の傾きを正しく測定することは極めて困難であり、また、できたとしても、テスト加工の分、手間がかかることになる。
【0014】
そこで、本発明は、射出成型用金型を作成する切削バイトの刃先角度や取付角度をそれほど精密に調整することなく所定の回折光を得ることができる回折格子部材を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するため、回折格子部材及びその製造方法を以下のように構成した。
【0016】
本発明に係る回折格子部材は、凹部平面と凸部平面とを備えた矩形波状の回折格子部を有する回折格子部材であって、前記凹部平面と凸部平面が反対方向に傾斜するものである。
【0017】
本発明によれば、格子の傾きによる深さの差を小さくすることができ、±1次の回折光のアンバランスを解消することができる。
【0018】
本発明に係る回折格子部材は、凹部平面及凸部平面は同一角度の傾斜を有するものである。
【0019】
本発明によれば、回折格子部材の凹部平面及び凸部平面は同一角度で傾斜しているから、格子の深さの平均値を回折格子部材の設計理論値と略同一とすることができ、作成される回折格子部材を設計された光学性能値と近い性能のものとできる。
【0020】
また、本発明に回折格子部材の製造方法は、凹部平面と凸部平面とを備えた矩形波状の回折格子部を有する回折格子部材の回折格子部を成型する成型金型の凸部平面と凹部平面を切削するに際して、前記成型金型の凸部平面と凹部平面とを同一のバイトの切削刃を反転させ移動させることにより切削し、前記金型で回折格子形成素材を射出成型する方法である。
【0021】
本発明によれば、回折格子部材を射出成型するための金型を作成するに際して、金型の凸面部を切削作成するときには、1つのバイトを反転して切削することにより、凸部平面と凹部平面とを切削形成する。このため、特別な切削用バイトを用意する必要や、バイトに特殊な調整をすることなく、凹部平面と凸部平面とを同一傾斜角度で反対方向に向いた面とでき、±1次の回折光の不整合性を少なくした回折格子を容易に得ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回折格子部材の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1乃至図3は本発明に係る回折格子部材10の実施の形態を示すものである。
【0023】
本実施の形態に係る回折格子部材10は、凹部平面11と凸部平面12とを備えた矩形波状の回折格子部13を有するものである。このような基本的な回折格子部材の構成は、従来例として示した回折格子部材100と同様である。
また、本例に係る回折格子部材10は、従来の例と同様の目的であるDVDとCDとの兼用光ピックアップに使用されるものである。
【0024】
また、本例では、図1に示すように、回折格子部材10の凹部平面11と凸部平面12とは並列方向に沿って逆方向に傾斜角度θ(図1)をなす。なお、本来ならばθの値は0であることが望ましいが、実際の加工では、θを0とすることには手間がかかることとなり、製品として回折格子部材を作成すると非常に高価なものとなってしまう。
【0025】
このような回折格子部材10によれば、回折格子部材10の格子の平均深さは設計に基づく値と略同一の値となって、各面からの回折光はその位相差が相殺され、設計された光学性能値と近い値が得られる。
【0026】
即ち、図3に示すように、成型金型20の凹凸各面部21、22を作成するときのバイト30の傾きによる、+1次光と−1次光と間でのアンバランスは、従来例で同様の傾きのバイトを使用した場合に比べると1/10程度に低減させることができる。
【0027】
次に本発明に係る回折格子部材の製造方法について説明する。本例では、回折格子部材10は、所定の矩形回折格子の凹凸が形成された成型金型20に光学樹脂を射出成型することにより形成される。
【0028】
即ち、本例では、成型金型20には、凸部平面21(射出された回折格子部材10の凹部平面11を形成)と凹部平面22(同凸部平面12を形成)とを備えた矩形波状の回折格子形成部23を切削加工して設ける。
【0029】
この成型金型20の回折格子形成部23は、図1及び図2に示すように、金属で形成された母材40をバイト30で切削して凸部平面21及び凹部平面22を形成する。
【0030】
本例では、図2に示すように、成型金型20の凸部平面21を切削形成する場合と、凹部平面22を切削加工する場合バイト30を180度回転させ切削するようにしている。
【0031】
このような切削加工により、成型金型20の凸部平面21と凹部平面とが反対方向で傾斜角度θをなすようにされた回折格子形成部23を形成する。
【0032】
なお、本例にかかる回折格子の製造方法にあっては、バイト30は、ダイヤモンド単結晶の切削チップを取り付けた通常の金型切削用バイトを使用することとしている。
【0033】
本例では、このように作成した後、光学樹脂を射出成型することにより、上述した回折格子の構成が得られる。この射出成型の方法は従来からの公知の方法が用いられる。
【0034】
本例によれば、特別な形状の金型切削用バイトを使用することや、バイトに特殊な調整をすることなく、±1次の回折光の違いを少なくした回折格子を容易に作成することができる。
【0035】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係る回折格子部材及び製造方法によれば、以下の優れた効果を奏し得る。
【0036】
本発明によれば、格子の傾きによる深さの差を小さくすることができ、±1次の回折光のアンバランスを解消することができる。
【0037】
また、本発明によれば、回折格子部材の凹部平面及び凸部平面は同一角度で傾斜しているから、格子の深さの平均値を回折格子部材の設計理論値と略同一とすることができ、作成される回折格子部材を設計された光学性能値と近い性能のものとできる。
【0038】
さらに、本発明によれば、回折格子部材を射出成型するための金型を作成するに際して、金型の凸面部を切削作成するときには、1つのバイトを反転して切削することにより、凸部平面と凹部平面とを切削形成する。このため、特別な切削用バイトを用意する必要や、バイトに特殊な調整をすることなく、凹部平面と凸部平面とを同一傾斜角度で反対方向に向いた面とでき、±1次の回折光の不整合性を少なくした回折格子を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る回折格子部材の製造方法における金型と回折格子の構成を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る回折格子部材の製造方法に置ける金型の切削の状態を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る回折格子部材の格子面の傾きと回折光のアンバランスの状態を示すグラフである。
【図4】従来例に係る回折格子部材を示す断面図である。
【図5】従来例に係る回折格子部材射出成型用金具の製造方法を示す断面図である。
【図6】従来例に係る回折格子部材の回折面の傾きを示す図である。
【図7】従来例に係る回折格子部材の格子面の傾きと回折光のアンバランスの状態を示すグラフである。
【符号の説明】
10 回折格子部材
11 凹部平面
12 凸部平面
13 回折格子部
20 成型金型
21 凸部平面
22 凹部平面
23 回折格子形成部
30 バイト
40 母材
【発明の属する技術分野】
本発明は回折格子部材及びその製造方法に係り、特に凹部平面と凸部平面とを備えた矩形波状の回折格子部を有する回折格子部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、回折格子部材として図4に示すものがある。この回折格子部材100は、凹部平面101と凸部平面102とを備えた矩形波状の回折格子部103を有するものである。
【0003】
このような回折格子部材100は、発光素子であるレーザダイオードから発せられたDVD記録再生用の光と、CD再生用の光を光ディスクに照射し、あるいは光ディスクからの反射光をフォトダイオードに導き、光ディスクへの信号記録、再生、及びトラッキングを行なうようにする光ピックアップに使用される。
【0004】
前述したDVDとCDとの兼用光ピックアップでは、トラッキング検出として、DVDは1ビームですむ位相差法、CDは3ビーム法を採用するのが一般的である。従来、光ピックアップでは、波長の異なる2つのLDを使い、CD側LD(780nm帯)のみに3ビームを発生させるための回折格子を配置してきていた。しかし、近年、2つのLDチップを1つのパッケージに収めた2波長LDが提案されており、この2波長LDを使用する場合には、CD再生時のみ3ビーム法で制御し、DVD録再生時には位相差法で制御するため、CD側のみ3ビームを出射し、DVD側は1ビームで出射する波長選択性の回折格子部材が使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような回折をする回折格子部材は、格子の凹凸部の光学的位相差((屈折率n−1)×深さ)をDVD波長程度とすることで実現される。しかし、回折格子部材の凹部平面の深さは従来使用されていた1波長用の回折格子の5倍程度となることが計算上明らかである。
【0006】
通常このような回折格子部材100は、エッチング加工により回折溝を母材に直接エッチングする方法もあるが、図4に示すように、切削加工で凹部平面111(回折格子部材100の凸部平面102を成型)と凸部平面112(回折格子部材100の凹部平面101を成型)からなる矩形波状面113を成形した金型110を作成して、この金型110を使用して、光学樹脂を射出成形することにより作成する方法が量産には適している。
【0007】
しかし、いずれの場合も、格子深さd(図4に示した)が一般の回折格子に比べて深いことから、回折格子部材100の凸部平面102や凹部平面101が傾きやすいという問題がある。
【0008】
即ち、エッチングによる製造方法では、大面積の回折格子部材を作る際に、回折格子の場所によるエッチング量のばらつきが発生しやすいことにより前記傾きが発生する。また、金型110により回折格子を作成する場合には、金型110を切削加工する際には、図5に示すように、金型切削用バイト120の切削面121の傾きによる他、工作機械のバイトの保持精度やバイトの移動精度の変動により、金型110の凹部平面111および凸部平面112に傾きが発生する。
【0009】
このように、3ビーム用の回折格子部材100において、凹凸各部平面101,102が傾くと、3ビームのサブビームである+1次光と−1次光に強度差が生じ、ピックアップのトラックエラー信号にオフセットが生じ、安定したトラックサーボ制御ができなくなるという問題が発生する。
【0010】
即ち、図6に示すように、凹凸各面部101,102が傾き、格子の両端に深さのΔd=d2−d1(nm)の差が生じると、図8に示すように、+1次光と−1次光との間でΔdに略比例した差が生じることとなる。
【0011】
本例のようなトラッキングサーボ制御を行なうためには、±1次回折光の差は3%以下であることが求められており、これを実現するためには、図7より、Δdを10nmより小さくしなければならないこととなる。
【0012】
ここで、具体的には、図6に示すように、回折格子部材100の格子間ピッチを30μmとすると、各面101、102の傾斜角度は、0.019度以下という精度が要求されることになる。
【0013】
通常、金型の溝を切削成型する切削バイト120の先端121をこの精度で仕上げるのは、困難とされる。また、このような高精度の加工を実現するためには、テスト加工を行い、傾きの発生分、バイトの取り付け角度を機械的に補正することが必要となる。しかし、このようの補正は、理論的には可能であるが、ピッチ30μmという微細な加工において、切削バイト120の10nm程度の傾きを正しく測定することは極めて困難であり、また、できたとしても、テスト加工の分、手間がかかることになる。
【0014】
そこで、本発明は、射出成型用金型を作成する切削バイトの刃先角度や取付角度をそれほど精密に調整することなく所定の回折光を得ることができる回折格子部材を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するため、回折格子部材及びその製造方法を以下のように構成した。
【0016】
本発明に係る回折格子部材は、凹部平面と凸部平面とを備えた矩形波状の回折格子部を有する回折格子部材であって、前記凹部平面と凸部平面が反対方向に傾斜するものである。
【0017】
本発明によれば、格子の傾きによる深さの差を小さくすることができ、±1次の回折光のアンバランスを解消することができる。
【0018】
本発明に係る回折格子部材は、凹部平面及凸部平面は同一角度の傾斜を有するものである。
【0019】
本発明によれば、回折格子部材の凹部平面及び凸部平面は同一角度で傾斜しているから、格子の深さの平均値を回折格子部材の設計理論値と略同一とすることができ、作成される回折格子部材を設計された光学性能値と近い性能のものとできる。
【0020】
また、本発明に回折格子部材の製造方法は、凹部平面と凸部平面とを備えた矩形波状の回折格子部を有する回折格子部材の回折格子部を成型する成型金型の凸部平面と凹部平面を切削するに際して、前記成型金型の凸部平面と凹部平面とを同一のバイトの切削刃を反転させ移動させることにより切削し、前記金型で回折格子形成素材を射出成型する方法である。
【0021】
本発明によれば、回折格子部材を射出成型するための金型を作成するに際して、金型の凸面部を切削作成するときには、1つのバイトを反転して切削することにより、凸部平面と凹部平面とを切削形成する。このため、特別な切削用バイトを用意する必要や、バイトに特殊な調整をすることなく、凹部平面と凸部平面とを同一傾斜角度で反対方向に向いた面とでき、±1次の回折光の不整合性を少なくした回折格子を容易に得ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回折格子部材の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1乃至図3は本発明に係る回折格子部材10の実施の形態を示すものである。
【0023】
本実施の形態に係る回折格子部材10は、凹部平面11と凸部平面12とを備えた矩形波状の回折格子部13を有するものである。このような基本的な回折格子部材の構成は、従来例として示した回折格子部材100と同様である。
また、本例に係る回折格子部材10は、従来の例と同様の目的であるDVDとCDとの兼用光ピックアップに使用されるものである。
【0024】
また、本例では、図1に示すように、回折格子部材10の凹部平面11と凸部平面12とは並列方向に沿って逆方向に傾斜角度θ(図1)をなす。なお、本来ならばθの値は0であることが望ましいが、実際の加工では、θを0とすることには手間がかかることとなり、製品として回折格子部材を作成すると非常に高価なものとなってしまう。
【0025】
このような回折格子部材10によれば、回折格子部材10の格子の平均深さは設計に基づく値と略同一の値となって、各面からの回折光はその位相差が相殺され、設計された光学性能値と近い値が得られる。
【0026】
即ち、図3に示すように、成型金型20の凹凸各面部21、22を作成するときのバイト30の傾きによる、+1次光と−1次光と間でのアンバランスは、従来例で同様の傾きのバイトを使用した場合に比べると1/10程度に低減させることができる。
【0027】
次に本発明に係る回折格子部材の製造方法について説明する。本例では、回折格子部材10は、所定の矩形回折格子の凹凸が形成された成型金型20に光学樹脂を射出成型することにより形成される。
【0028】
即ち、本例では、成型金型20には、凸部平面21(射出された回折格子部材10の凹部平面11を形成)と凹部平面22(同凸部平面12を形成)とを備えた矩形波状の回折格子形成部23を切削加工して設ける。
【0029】
この成型金型20の回折格子形成部23は、図1及び図2に示すように、金属で形成された母材40をバイト30で切削して凸部平面21及び凹部平面22を形成する。
【0030】
本例では、図2に示すように、成型金型20の凸部平面21を切削形成する場合と、凹部平面22を切削加工する場合バイト30を180度回転させ切削するようにしている。
【0031】
このような切削加工により、成型金型20の凸部平面21と凹部平面とが反対方向で傾斜角度θをなすようにされた回折格子形成部23を形成する。
【0032】
なお、本例にかかる回折格子の製造方法にあっては、バイト30は、ダイヤモンド単結晶の切削チップを取り付けた通常の金型切削用バイトを使用することとしている。
【0033】
本例では、このように作成した後、光学樹脂を射出成型することにより、上述した回折格子の構成が得られる。この射出成型の方法は従来からの公知の方法が用いられる。
【0034】
本例によれば、特別な形状の金型切削用バイトを使用することや、バイトに特殊な調整をすることなく、±1次の回折光の違いを少なくした回折格子を容易に作成することができる。
【0035】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係る回折格子部材及び製造方法によれば、以下の優れた効果を奏し得る。
【0036】
本発明によれば、格子の傾きによる深さの差を小さくすることができ、±1次の回折光のアンバランスを解消することができる。
【0037】
また、本発明によれば、回折格子部材の凹部平面及び凸部平面は同一角度で傾斜しているから、格子の深さの平均値を回折格子部材の設計理論値と略同一とすることができ、作成される回折格子部材を設計された光学性能値と近い性能のものとできる。
【0038】
さらに、本発明によれば、回折格子部材を射出成型するための金型を作成するに際して、金型の凸面部を切削作成するときには、1つのバイトを反転して切削することにより、凸部平面と凹部平面とを切削形成する。このため、特別な切削用バイトを用意する必要や、バイトに特殊な調整をすることなく、凹部平面と凸部平面とを同一傾斜角度で反対方向に向いた面とでき、±1次の回折光の不整合性を少なくした回折格子を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る回折格子部材の製造方法における金型と回折格子の構成を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る回折格子部材の製造方法に置ける金型の切削の状態を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る回折格子部材の格子面の傾きと回折光のアンバランスの状態を示すグラフである。
【図4】従来例に係る回折格子部材を示す断面図である。
【図5】従来例に係る回折格子部材射出成型用金具の製造方法を示す断面図である。
【図6】従来例に係る回折格子部材の回折面の傾きを示す図である。
【図7】従来例に係る回折格子部材の格子面の傾きと回折光のアンバランスの状態を示すグラフである。
【符号の説明】
10 回折格子部材
11 凹部平面
12 凸部平面
13 回折格子部
20 成型金型
21 凸部平面
22 凹部平面
23 回折格子形成部
30 バイト
40 母材
Claims (3)
- 凹部平面と凸部平面とを備えた矩形波状の回折格子部を有する回折格子部材であって、
前記凹部平面と凸部平面が反対方向に傾斜する回折格子部材。 - 前記凹部平面及凸部平面は同一角度の傾斜を有する請求項1に記載の回折格子部材。
- 凹部平面と凸部平面とを備えた矩形波状の回折格子部を有する回折格子部材の回折格子部を成型する成型金型の凸部平面と凹部平面を切削するに際して、
前記成型金型の凸部平面と凹部平面とを同一のバイトの切削刃を反転させ移動させることにより切削し、
前記金型で回折格子形成素材を射出成型する回折格子部材の製造方法。
Priority Applications (3)
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