JP2005106879A - 表面に多層膜を有するプリズムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 それぞれ多層膜が設けられた互いに略平行な表面と、これらの表面に対して傾斜し、４００ｎｍ程度以下の光に対するＰＢＳ膜が設けられた表面を有するプリズムを、ＰＢＳ膜の特性を損なうことなく製造する方法を提供する。
【解決手段】 互いに平行な表面に多層膜(21,22a)を形成した平板(16)を接合し、これを接合面に対して斜めの面(A)で切断して、内部に多層膜(21,22a)を有する平板(18)とする。平板(18)を接合面で分離してバー(19)とし、これを面(B,C)で切断して、斜面(13)以外の表面に多層膜(22b,24,25)を形成する。その後、斜面(13)にＰＢＳ膜を形成し、面(D)で切断して、プリズムとする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、Ｐ偏光成分を選択的に透過させてＳ偏光成分を選択的に反射するＰＢＳ膜を傾斜した表面に有するプリズムの製造方法に関し、特に、４２０ｎｍ以下の短波長の光に対するＰＢＳ膜を有するプリズムの製造方法に関する。

コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の光記録媒体の入出力を行う光ピックアップでは、光を選択的に透過させたり反射したりするために、多層膜を設けたプリズムが用いられている。プリズムに設けられる多層膜には、光を全て反射する反射膜、光を全て透過させる反射防止膜、Ｐ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する偏光分離（ＰＢＳ）膜等がある。また、多層膜は、プリズムの内部に設けられることもあれば、プリズムの表面に設けられることもある。

プリズムの内部に設けられる多層膜は、光路の分岐や屈曲を目的とするものであり、一般に、表面に対して傾斜して設けられる。プリズムの表面に設けられる多層膜のうち、光路の分岐を目的とするものは、他の表面に対して傾斜した表面に設けられる。

互いに平行で表面に対して傾斜した２つの多層膜を内部に有するプリズムや、他の表面に対して傾斜した表面に多層膜を有し、かつその表面に平行な多層膜を内部に有するプリズムを、効率よく製造する方法が特開平７−４３５０８号に提案されている。この方法によって製造されるプリズムを図４に示し、その製造方法を図５に示す。

図４のプリズム５０は、断面が平行四辺形の第１の部分５０ａと、断面が三角形の第２の部分５０ｂとを接合して構成されている。第２の部分５０ｂから遠い第１の部分５０ａの表面には第１の多層膜５１が設けられ、この表面に平行な第１の部分５０ａと第２の部分５０ｂとの接合面には第２の多層膜５２が設けられている。

プリズム５０の製造は次のように行われる。まず、図５（ａ）に示すように、対向する表面の一方に多層膜５１が設けられ他方に多層膜５２が設けられた平板５３と、表面に何も設けられていない平板５４とを交互に接合して、ブロックとする。そして、このブロックを、接合面に対して傾斜する面Ｅで切断して平板とし、得られた平板の両面を研磨する。この平板は、図５（ｂ）に示すように、表面に対して傾斜した状態の多層膜５１、５２を内部に有する。

次いで、この平板５５を、表面に対して垂直な面Ｆで切断して、断面が長方形のバーとする。切断に際しては、１つのバーに多層膜５１と多層膜５２が含まれるようにする。このバーを、中央の平行四辺形の部分とこれに接する三角形の部分とに分離して、断面が台形のバーとし、さらに、互いに平行な表面および多層膜５１、５２に対して垂直な面Ｇで切断することで、プリズム５０を得る。なお、平行四辺形の部分と三角形の部分との分離を行わなければ、互いに平行な多層膜５１、５２を内部に有し、断面が長方形のプリズムが得られる。

この方法では、プリズム５０の互いに平行な表面を、バーの状態で一括して研磨することができる上、多層膜５１、５２もプリズム５０ごとに個別に設ける必要がないため、製造効率に優れている。このため、他の表面に対して傾斜した表面に多層膜を有するプリズムは、内部に多層膜を有しないものであっても、この方法によって製造されることが多い。
特開平７−４３５０８号公報

ＣＤやＤＶＤの入出力に用いられる光の波長は６５０ｎｍ程度以上である。近年では、より記録密度の高い光記録媒体の開発が進められており、その入出力に用いる光の波長は、４００ｎｍ程度と短い。

多層膜は屈折率の高い膜と低い膜を交互に積層したものである。多層膜のうち、反射膜や反射防止膜は、長波長の光に対するものでも短波長の光に対するものでも、積層する膜の数を２０程度とすれば、反射率や透過率が１００％に近い良好な特性のものが得られる。ＰＢＳ膜も、６００ｎｍ程度以上の長波長の光に対して用いるものであれば、積層する膜の数を２０程度とすることで、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを良好に分離し得るものが得られる。

ところが、４００ｎｍ程度以下の短波長の光に対して用いるＰＢＳ膜は、積層する膜の数を５０程度またはそれ以上としなければ、反射すべきＳ偏光成分の一部が透過して、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の分離が不十分になる。このように多数の膜で構成されるＰＢＳ膜の厚さは、４μｍ近くに達する。

このような厚さのＰＢＳ膜を形成した後に他の多層膜を形成すると、膜形成に際しての加熱と室温への冷却により、ＰＢＳ膜が膨張したり収縮したりして特性が損なわれ、著しい場合はひびや割れが生じてしまう。プリズムの傾斜した表面にＰＢＳ膜を設ける場合、前述の特開平７−４３５０８号の方法を採用すれば効率がよいが、この方法では最初にＰＢＳ膜を形成しておくことになるため、４００ｎｍ程度以下の短波長の光を対象とするＰＢＳ膜では、劣化が生じ易くなる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、それぞれ多層膜が設けられた互いに略平行な表面と、これらの表面に対して傾斜し、４００ｎｍ程度以下の光に対するＰＢＳ膜が設けられた表面を有するプリズムを、ＰＢＳ膜の特性を損なうことなく製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、多層膜が設けられた第１の表面と、第１の表面に略平行で、多層膜が設けられた第２の表面と、第１の表面と第２の表面に対して傾斜し、４２０ｎｍ以下の波長の光のＰ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する多層膜が設けられた第３の表面を有するプリズムの製造方法において、第１の表面および第２の表面にそれぞれ多層膜を設けた後に、第３の表面に多層膜を設けるようにする。

第３の表面に設けられる多層膜はＰＢＳ膜であり、４２０ｎｍ以下の短波長の光を対象とするため厚いが、この方法では、第１の表面や第２の表面に多層膜を形成する段階では第３の表面のＰＢＳ膜は形成されていないから、第１の表面や第２の表面に多層膜を形成することによりＰＢＳ膜が損なわれることがない。また、第１の表面や第２の表面に形成する多層膜をＰＢＳ膜以外とすれば、これらは比較的薄くできるので、その後に第３の表面にＰＢＳ膜を形成しても、特性が損なわれ難い。なお、他の表面にも多層膜を設ける場合は、第３の表面のＰＢＳ膜を最後に形成するのが望ましい。

ここで、プリズムの第２の表面が第１の表面と第３の表面に対向しており、第３の表面に多層膜を設ける前に、第１の表面に４２０ｎｍ以下の波長の光を反射する多層膜を設けるとともに、第２の表面のうちの第３の表面に対向する領域側の第１の部位に、４２０ｎｍ以下の波長の光を部分的に透過させて部分的に反射する多層膜を設け、第２の表面のうちの第１の表面に対向する領域側の第２の部位に、４２０ｎｍ以下の波長の光を透過させる多層膜を設けておくとよい。

この方法で製造されたプリズムは、第３の表面からＰ偏光のみを内部に導き入れ、その一部を第２の表面の第１の部位から射出し、残りを第２の表面の第１の部位で反射し、さらに第１の表面で反射して、第２の表面の第２の部位から射出させることができる。したがって、光ピックアップに備えれば、記録媒体からの光を検出する２つの受光素子を同一基板上に配置することができるようになる。

本発明によれば、互いに略平行な表面に多層膜を有し、これらに対して傾斜した表面に短波長の光を対象としたＰＢＳ膜を有するプリズムを、ＰＢＳ膜の特性を損なうことなく提供することができる。得られたプリズムを光ピックアップに採用すれば、高密度で記録された情報の再生において、信頼性が大きく向上する。

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。本実施形態で製造するプリズム１０を図１に示す。プリズム１０は、図１の紙面に垂直な第１の表面１１、第２の表面１２、第３の表面１３、第４の表面１４、および第５の表面１５、ならびに、紙面に平行な２つの表面（不図示）を有する。

第１の表面１１および第２の表面１２は互いに平行である。第３の表面１３は、第１の表面１１および第２の表面１２に対して４５゜の角度を成しており、第１の表面１１と交差する。第４の表面１４は、第１の表面１１および第２の表面１２に対して垂直であり、第２の表面１２および第３の表面１３と交差する。第５の表面１５は、第１の表面１１および第２の表面１２に対して垂直であり、第１の表面１１および第２の表面１２と交差する。したがって、第２の表面１２は第１の表面１１と第３の表面１３に対向している。

第１〜第５の表面１１〜１５には、それぞれ多層膜が設けられている。これらの多層膜はいずれも、４２０ｎｍ以下の短波長の光を対象として設計されている。

第１の表面１１に設けられた多層膜２１は、光を全て反射する反射膜である。第２の表面１２は、その全面に設けられた多層膜２２ａと、多層膜２２ａの上に設けられた多層膜２２ｂを有する。多層膜２２ａは、光を全て透過させる反射防止膜であり、多層膜２２ｂは光を部分的に透過させて部分的に反射する半透過（ハーフミラー）膜である。多層膜２２ｂの透過率は約５０％に設定されている。多層膜２２ｂは、第２の表面１２のうち、第３の表面１３に対向する領域の全体と、第１の表面１１に対向する領域の一部を含む部位に設けられている。

第３の表面１３に設けられた多層膜２３は、Ｐ偏光成分を全て透過させてＳ偏光成分を全て反射することにより、両偏光成分を分離するＰＢＳ膜である。偏光分離の対象とする光の波長が４２０ｎｍ以下と短いため、多層膜２３は、高屈折率の膜と低屈折率の膜を５０程度、またはそれ以上積層することにより形成される。第４の表面１４に設けられた多層膜２４は反射膜であり、第５の表面１５に設けられた多層膜２５は反射防止膜である。

上記のように構成されたプリズム１０は、波長が４００ｎｍ程度の光を用いて光記録媒体の入出力を行う光ピックアップに用いることができる。その光ピックアップの光学構成を図２に示す。

光ピックアップは、プリズム１０のほか、レーザダイオード３１、対物レンズ３２、１／４波長位相板３３、および、２つのフォトダイオード３４、３５を有する。レーザダイオード３１は、発するレーザ光の主光線がプリズム１０の第３の表面１３と４５゜の角度を成すように、かつ、発するレーザ光が第３の表面１３に対してＳ偏光となる向きに配置されている。なお、レーザダイオード３１が発するレーザ光の波長は４０７ｎｍ±１０ｎｍである。

対物レンズ３２は、その光軸が、レーザダイオード３１が発するレーザ光の主光線と第３の表面１３との交点を通り、かつ、第３の表面１３と４５゜の角度を成すように配置されている。対物レンズ３２は、第３の表面１３で反射されたレーザダイオード３１からのレーザ光を、光記録媒体Ｍの記録層上に収束させる。

１／４波長位相板３３は、第３の表面１３と対物レンズ３２との間に、対物レンズ３２の光軸と直交するように配置されている。２つのフォトダイオード３４、３５は同一の基板３６上に並べて設けられており、第２の表面１２に対して平行に配置されている。一方のフォトダイオード３４は、第２の表面１２のうちの多層膜２２ｂが設けられている部位に対向し、他方のフォトダイオード３５は、第２の表面１２のうちの多層膜２２ｂが設けられていない部位に対向している。なお、フォトダイオード３４、３５はいずれも、独立して光を検出する複数の領域を有しており、領域間の受光量の差に基づいて、記録媒体Ｍに記録されている情報が検出される。

レーザダイオード３１が発した光は、第３の表面１３のＰＢＳ膜２３に入射し、ＰＢＳ膜２３に対してＳ偏光の直線偏光であるため、全て反射される。ＰＢＳ膜２３によって反射された光は１／４波長位相板３３を透過して円偏光となり、対物レンズ３２を透過して記録媒体Ｍの記録層上に収束し、反射される。

記録媒体Ｍによって反射された光は、対物レンズ３２を透過し、さらに１／４波長位相板３３を透過して直線偏光となる。この直線偏光は、第３の表面１３のＰＢＳ膜２３に対してＰ偏光となるため、全てＰＢＳ膜２３および第３の表面１３を透過して、プリズム１０の内部に入る。

この透過に際しては屈折が生じ、プリズム１０の内部に入った光は、第２の表面１２に対して傾く。ただし、この光は第２の表面１２のうち半透過膜２２ｂが設けられている部位に入射する。第２の表面１２に入射した光はこれを透過し、反射防止膜２２ａも透過して、半透過膜２２ｂに入射する。半透過膜２２ｂに入射した光の半分はこれを透過して、フォトダイオード３４に達する。残りの半分は半透過膜２２ｂで反射され、反射防止膜２２ａおよび第２の表面１２を再度透過して、第１の表面１１に入射する。

第１の表面１１に入射した光は反射膜２１によって反射されて、第２の表面１２のうち半透過膜２２ｂが設けられていない部位、すなわち反射防止膜２２ａのみが設けられている部位に入射する。この光は、第２の表面１２を透過し、全て反射防止膜２２ａも透過して、フォトダイオード３５に達する。

フォトダイオード３４、３５の出力信号は不図示の信号処理回路に与えられる。信号処理回路は、フォトダイオード３４、３５の出力信号に基づいて、記録媒体Ｍからの光に担持されていた信号、すなわち、記録媒体Ｍに記録されていた情報を検出する。

なお、第４の表面１４に反射膜２４を設けているのは、レーザダイオード３１が発する発散光のうち周辺部の微弱な光がプリズム１０内に入って、フォトダイオード３４、３５に入射するのを防止するためである。また、第５の表面１５に反射防止膜２５を設けているのは、記録媒体Ｍによる反射の際に散乱が生じたときに、散乱光が本来の光とは異なる角度でプリズム１０の内部に入って、半透過膜２２ｂや反射膜２１で反射され、さらに第５の表面１５で反射されて、フォトダイオード３４、３５の入射すべきではない領域に入射するのを防止するためである。

プリズム１０の製造方法について説明する。プリズム１０の製造工程の一部を図３に示す。まず、対向する２つの表面が平滑で、波長が４２０ｎｍ以下の光に対して透明な平行平板１６を複数用意し、各平板１６の一方の表面に反射膜２１を形成し、他方の表面に反射防止膜２２ａを形成する。そして、図３（ａ）に示すように、これらの平板１６を、反射膜２１と反射防止膜２２ａが向かい合い、かつ、一方向に平板１６の厚さ程度ずれる形態で、接着剤により接合して、ブロック１７とする。なお、接合した平板１６は後に分離するため、接着剤としては分離が可能なもの、例えば所定の溶媒に溶解するものを用いる。

次いで、このブロック１７を、平板１６の接合面に対して４５゜の傾きを成す面Ａで切断して、図３（ｂ）に示すように、複数の平板１８とする。この平板１８は、反射膜２１と反射防止膜２２ａを、表面に対して４５゜の角度を成す状態で、内部に有するものとなる。

その後、平板１８を接合面で分離して、図３（ｃ）に示すように、断面が平行四辺形の複数のバー１９とする。各バー１９は、対向する２つの表面に反射膜２１と反射防止膜２２ａを有しており、これらを有する表面がプリズム１０の第１の表面１１および第２の表面１２となる。また、残りの２つの表面のうちの一方が第３の表面１３となる。

次いで、第３の表面１３とするバー１９の表面とこれに対向する表面を研磨する。この研磨には両面ラップ盤を用い、複数のバー１９を同時に処理する。なお、第３の表面１３としない方の表面は研磨する必要がないが、複数のバー１９を同時に処理して能率を高めるために、両面ラップ盤を用いるのが好ましい。

表面の研磨後、反射膜２１を有する表面および反射防止膜２２ａを有する表面に対して垂直で、第３の表面１３とする表面と交差する面Ｂでバーを切断して、第４の表面１４となる表面を現出する。また、反射膜２１を有する表面および反射防止膜２２ａを有する表面に対して垂直で、これらの表面と交差する面Ｃでバーを切断して、第５の表面１５となる表面を現出する。なお、面Ｂでの切断と面Ｃでの切断は、どちらを先に行ってもかまわない。また、面Ｂおよび面Ｃでの切断は、複数のバー１９を端部が揃うように束ねておいて、複数のバー１９について一度に行う。面Ｂ、Ｃでの切断後、現出した２つの表面を研磨する。

次いで、図３（ｄ）に示すように、反射防止膜２２ａ上に半透過膜２２ｂを形成し、第４の表面１４となる表面に反射膜２４を形成し、第５の表面１５となる表面に反射防止膜２５を形成する。これらの多層膜２２ｂ、２４、２５の形成は任意の順序で行ってかまわない。

多層膜２２ｂ、２４、２５の形成後、第３の表面１３とする表面にＰＢＳ膜２３を形成する。すなわち、プリズム１０が有する全ての多層膜２１、２２ａ、２２ｂ、２３、２４、２５のうち、ＰＢＳ膜２３を最後に形成する。最後に、第１の表面１１、第２の表面１２、および第３の表面１３となる表面に垂直な面Ｄでバー１９を切断して、分割する。これで、プリズム１０が得られる。

４２０ｎｍ以下の短波長の光を偏光分離するためのＰＢＳ膜２３は、積層する膜の数が多いため厚い。しかし、ＰＢＳ膜２３は、他の全ての多層膜２１、２２ａ、２２ｂ、２４、２５を形成した後に形成するため、他の多層膜を形成する際の熱の影響を受けることがなく、良好な特性を有し、ひびや割れが生じるおそれもない。

なお、本実施形態では、ＰＢＳ膜を１つのみ有するプリズムの例を掲げたが、ＰＢＳ膜を複数有するプリズムの場合は、それらのＰＢＳ膜を、ＰＢＳ膜以外の多層膜を形成した後に、形成するのが好ましい。また、本発明は、互いに略平行な表面のそれぞれに多層膜を有し、これらの表面に対して傾斜した表面にＰＢＳ膜を有するプリズムであれば、ここに示したプリズム１０とは形状が異なるものであっても、適用することができる。

本発明の一実施形態の方法で製造するプリズムの構成を模式的に示す断面図。 上記プリズムを備えた光ピックアップの光学構成を模式的に示す図。 上記プリズムの製造工程の一部を模式的に示す断面図。 従来の方法で製造されるプリズムの構成を模式的に示す断面図。 図４のプリズムの製造工程の一部を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０ プリズム
１１ 第１の表面
１２ 第２の表面
１３ 第３の表面
１４ 第４の表面
１５ 第５の表面
１６ 透明平板
１７ ブロック
１８ 平板
１９ バー
２０ バー
２１ 反射膜
２２ａ 反射防止膜
２２ｂ 半透過膜
２３ ＰＢＳ膜
２４ 反射膜
２５ 反射防止膜
３１ レーザダイオード
３２ 対物レンズ
３３ １／４波長位相板
３４、３５ フォトダイオード
３６ 基板
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 切断面

Claims (2)

1. 多層膜が設けられた第１の表面と、第１の表面に略平行で、多層膜が設けられた第２の表面と、第１の表面と第２の表面に対して傾斜し、４２０ｎｍ以下の波長の光のＰ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する多層膜が設けられた第３の表面を有するプリズムの製造方法において、
   第１の表面および第２の表面にそれぞれ多層膜を設けた後に、第３の表面に多層膜を設けることを特徴とするプリズムの製造方法。
2. プリズムの第２の表面が第１の表面と第３の表面に対向しており、
   第３の表面に多層膜を設ける前に、第１の表面に４２０ｎｍ以下の波長の光を反射する多層膜を設けるとともに、第２の表面のうちの第３の表面に対向する領域側の第１の部位に、４２０ｎｍ以下の波長の光を部分的に透過させて部分的に反射する多層膜を設け、第２の表面のうちの第１の表面に対向する領域側の第２の部位に、４２０ｎｍ以下の波長の光を透過させる多層膜を設けておくことを特徴とする請求項１に記載のプリズムの製造方法。

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