JP2000249831A - Optical device and optical head device - Google Patents

Optical device and optical head device

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JP2000249831A
JP2000249831A JP11050998A JP5099899A JP2000249831A JP 2000249831 A JP2000249831 A JP 2000249831A JP 11050998 A JP11050998 A JP 11050998A JP 5099899 A JP5099899 A JP 5099899A JP 2000249831 A JP2000249831 A JP 2000249831A
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polarizing
light
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polarizing plate
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Yuzuru Tanabe
譲 田辺
Naomitsu Umemura
尚充 梅村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical device which can always read information with specified quantity of light even from an optical recording medium having double refraction, by stacking a polarizing diffraction device, wavelength plate and polarizing plate in this order. SOLUTION: This optical device 4 is produced by successively stacking a polarizing diffraction device 1 showing different diffraction efficiencies depending on the polarization direction of the incident light, a phase difference plate 2 and a polarizing plate 3 made of an org. polymer material, and the phase difference plate 2 and the polarizing plate 3 are laminated with an adhesive layer 5 to form one body. The surfaces of the polarizing diffraction device 1 and the polarizing plate 3 are laminated with adhesive layers 5 to transparent substrates 6, 7, respectively. As for the polarizing diffraction device 1, diffraction device using a birefringent org. substance such as a liquid crystal or a polymer liquid crystal prepared by aligning and polymerizing a liquid crystal material is used. The phase difference plate 2 showing birefringence and comprising an org. polymer material is a 1/4 wavelength plate or a 5/4 wavelength plate which converts linearly polarized light into circularly polarized light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク及び光
磁気ディスク等の光記録媒体に光学的情報を書き込んだ
り、光学的情報を読み取るための光学素子及び光ヘッド
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element and an optical head device for writing optical information on and reading optical information from an optical recording medium such as an optical disk and a magneto-optical disk.

【0002】[0002]

【従来の技術】CD(コンパクトディスク)やDVD
(デジタルビデオディスク)などの光ディスク及び光磁
気ディスクなどの光記録媒体に光学的情報を書き込んだ
り、光記録媒体から光学的情報を読み取ったりするの
に、回折素子などの光束制御素子を備えた光ヘッド装置
が用いられる。
2. Description of the Related Art CD (Compact Disk) and DVD
A light with a light flux controlling element such as a diffractive element for writing optical information on an optical recording medium such as an optical disc such as a (digital video disc) and a magneto-optical disc and reading optical information from the optical recording medium. A head device is used.

【0003】図6は上記光ヘッド装置の概略的な構成を
示す側面図であり、光ヘッド装置では、半導体レーザな
どの光源11からの出射光が、光束制御素子の一種であ
るホログラムビームスプリッタなどの光学素子60を透
過し、対物レンズ14で光記録媒体である光ディスク1
2の上に集光される。光ディスク12からの反射光は、
再び対物レンズ14を透過し、ホログラムビームスプリ
ッタなどの光学素子60により回折されて光検出器を構
成する受光素子5に到達する。受光素子5は、受光した
反射光を電気信号に変換し、変換された電気信号はアン
プで増幅され、さらに自動ゲイン補正回路でゲインが掛
けられて信号レベルを一定範囲に調整される。
FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration of the optical head device. In the optical head device, light emitted from a light source 11 such as a semiconductor laser emits light such as a hologram beam splitter which is a kind of light flux controlling element. The optical disc 1 as an optical recording medium is transmitted through the optical element 60 of FIG.
It is focused on 2. The reflected light from the optical disk 12 is
The light passes through the objective lens 14 again, is diffracted by an optical element 60 such as a hologram beam splitter, and reaches the light receiving element 5 which constitutes a photodetector. The light receiving element 5 converts the received reflected light into an electric signal, the converted electric signal is amplified by an amplifier, and the gain is multiplied by an automatic gain correction circuit to adjust the signal level to a certain range.

【0004】上記光学素子60などの光束制御素子とし
ては、従来、無偏光系のホログラムビームスプリッタが
使われていた。図7に無偏光系のホログラムビームスプ
リッタ61の側方断面図を示した。無偏光系のホログラ
ムビームスプリッタ61は、たとえば、ガラス基板62
の上面に、等方性の光学材料からなる等方性回折格子6
3を形成したものである。なお、図中、64はホログラ
ムビームスプリッタの両面に施された低反射コートであ
る。無偏光系のホログラムビームスプリッタの場合、往
路の0次透過効率が50%、復路の1次回折効率が20
%であるので、理論往復効率が、50%×20%=10
%となる。しかし、実際には、往復効率が10%のホロ
グラムビームスプリッタを作製するのは困難であり、6
〜7%程度の往復効率が得られればよい方なので、無偏
光系のホログラムビームスプリッタは往復効率が低いと
いう問題があった。
As a light flux controlling element such as the optical element 60, a non-polarizing hologram beam splitter has been conventionally used. FIG. 7 shows a side sectional view of the non-polarizing hologram beam splitter 61. The non-polarization hologram beam splitter 61 is, for example, a glass substrate 62
An isotropic diffraction grating 6 made of an isotropic optical material
3 is formed. In the drawing, reference numeral 64 denotes a low-reflection coat applied to both surfaces of the hologram beam splitter. In the case of a non-polarizing hologram beam splitter, the 0th-order transmission efficiency on the outward path is 50%, and the 1st-order diffraction efficiency on the return path is 20%.
%, The theoretical reciprocating efficiency is 50% × 20% = 10
%. However, actually, it is difficult to manufacture a hologram beam splitter having a reciprocating efficiency of 10%.
Since it is only necessary to obtain a reciprocating efficiency of about 7%, the non-polarizing hologram beam splitter has a problem that the reciprocating efficiency is low.

【0005】そこで、光の往復効率を10%よりも上げ
るために、光の偏光方向によって回折効率が変わるホロ
グラムビームスプリッタを用いることが提案されてい
る。さらには、複屈折性を持つ光ディスクに対しても情
報を読み取るように改善した偏光性回折素子を備えた光
学素子が提案されている。偏光性回折素子は、これに入
射する光の偏光方向により回折効率の異なる素子であ
る。通常、複屈折性光学材料に断面が凹凸状の格子を形
成し、この凹凸部に複屈折性光学材料の常光屈折率また
は異常光屈折率に等しい光学的等方性媒体を充填する。
図8に偏光系のホログラムビームスプリッタ65を示す
側方断面図を示した。偏光系のホログラムビームスプリ
ッタ65は、ガラス基板66の上に、高分子液晶などの
複屈折性光学材料によって偏光性回折格子67を形成
し、複屈折性光学材料の常光屈折率no または異常光屈
折率neと等しい屈折率nsを有する等方性媒体68が、
偏光性回折格子67とガラス基板69との間に充填され
ている。
In order to increase the reciprocating efficiency of light to more than 10%, it has been proposed to use a hologram beam splitter whose diffraction efficiency changes depending on the polarization direction of light. Further, there has been proposed an optical element having a polarization diffractive element improved so that information can be read from an optical disc having birefringence. A polarizing diffractive element is an element having a different diffraction efficiency depending on the polarization direction of light incident thereon. Usually, a lattice having a concave-convex section is formed in the birefringent optical material, and the concave-convex portion is filled with an optically isotropic medium having an ordinary refractive index or an extraordinary refractive index of the birefringent optical material.
FIG. 8 is a side sectional view showing a hologram beam splitter 65 of a polarization system. Hologram beam splitter 65 of the polarization system, on a glass substrate 66, the birefringent optical material such as a polymer liquid crystal to form a polarizing diffraction grating 67, the ordinary refractive index of the birefringent optical material n o or abnormal light isotropic medium 68 having the same refractive index n e index of refraction n s is,
The space between the polarizing diffraction grating 67 and the glass substrate 69 is filled.

【0006】なお、偏光系のホログラムビームスプリッ
タ65を用いる場合には、このホログラムビームスプリ
ッタ65と光ディスク12との間に、1/4波長板を挿
入することにより、ホログラムビームスプリッタ65を
通過するときの光の偏光方向を往路と復路で90゜回転
させる。
When a hologram beam splitter 65 of a polarization system is used, a 波長 wavelength plate is inserted between the hologram beam splitter 65 and the optical disk 12 so that the light passes through the hologram beam splitter 65. Is rotated by 90 ° in the forward path and the return path.

【0007】偏光系のホログラムビームスプリッタ65
では、たとえば、複屈折性光学材料68の常光屈折率n
oと等方性媒体8の屈折率nSを等しくした場合(no
S)、光源11からの出射光の往路における偏光方向
を複屈折性光学材料68の常光屈折率no方向に一致さ
せると、ホログラムビームスプリッタ65は機能しない
ため、0次透過効率を高くすることができる。一方、復
路では、1/4波長板によって反射光の偏光方向が複屈
折性光学材料68の異常光屈折率ne方向と等しくなる
ため、ホログラムビームスプリッタ65が機能し、1次
回折効率を高くすることができる。その結果として、無
偏光系のホログラムビームスプリッタ61の理論往復効
率である10%よりも高い往復効率が得られる
A hologram beam splitter 65 of a polarization system
For example, the ordinary refractive index n of the birefringent optical material 68
If equal the refractive index n S of o and isotropic medium 8 (n o =
n S), when the polarization direction in the forward path of the light emitted from the light source 11 is matched to the ordinary refractive index n o direction of the birefringent optical material 68, since the hologram beam splitter 65 does not work, to increase the zero-order transmission efficiency be able to. On the other hand, in the return path, the polarization direction of the reflected light by the / 4 wavelength plate becomes equal to the extraordinary refractive index n e direction of the birefringent optical material 68, the hologram beam splitter 65 functions, high primary diffraction efficiency can do. As a result, a reciprocating efficiency higher than 10%, which is the theoretical reciprocating efficiency of the non-polarizing hologram beam splitter 61, can be obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した偏光
系のホログラムビームスプリッタ65を用いた光ヘッド
装置には、以下のような問題があった。すなわち、光記
録媒体である光ディスク12は、一般に樹脂成形品であ
り、可能な限り均質に成形することが要請されている
が、実際の光ディスクには、型に樹脂を注入する時など
に樹脂の流動に片寄りが生じるなどして歪を生じ、部分
的な複屈折性を1箇所以上持つものが含まれることがあ
る。一般に光ディスク基板の成形方式は、中心にダイレ
クトゲート(注入口)を持つラジアルフロー型の円盤成
形方式である。ラジアルフロー型の円盤形成方式におい
ては、基板の内周方向では半径方向の配向が残り、ま
た、外周に近づくほど周方向の配向が残り、部分的に複
屈折を有するような流動パターンを示す。
However, the optical head device using the above-mentioned polarizing hologram beam splitter 65 has the following problems. In other words, the optical disk 12 as an optical recording medium is generally a resin molded product, and is required to be molded as homogeneously as possible. In some cases, the flow may be distorted due to, for example, a bias in the flow, and may have partial birefringence at one or more locations. Generally, an optical disk substrate is formed by a radial flow disk forming method having a direct gate (injection port) at the center. In the radial flow type disk forming method, a radial orientation remains in the inner circumferential direction of the substrate, and a circumferential orientation remains as approaching the outer circumference, and the flow pattern shows a partial birefringence.

【0009】すると、光ディスク12は、高速回転され
るので、1箇所以上の部分的な複屈折性を持った光ディ
スク12からの反射光は、偏光方向が一定とならずに時
々刻々変動し、往路の光の偏光方向に対して復路の偏光
方向が90゜からずれる。しかも、どの程度偏光方向が
ずれているかがまったく不明な反射光が戻ってくること
になる。偏光系のホログラムビームスプリッタは所定の
偏光成分のみを回折するので反射光の偏光方向の変動に
伴って戻り光量が変動し、最悪の場合には、光ディスク
12からの反射光が往路と同じ偏光方向で戻ることも起
こる。このような場合には、偏光系のホログラムビーム
スプリッタ65は、ほとんど反射光を回折できず、光デ
ィスク12からの情報を受光素子5で読み取ることがで
きない。
Then, since the optical disk 12 is rotated at a high speed, the reflected light from the optical disk 12 having one or more partial birefringences is not constant in the polarization direction but fluctuates from time to time. The polarization direction of the return path deviates from 90 ° with respect to the polarization direction of the light. In addition, reflected light from which it is completely unknown how much the polarization direction has shifted is returned. Since the hologram beam splitter of the polarization system diffracts only a predetermined polarization component, the amount of return light fluctuates in accordance with the fluctuation of the polarization direction of the reflected light. It also happens to return. In such a case, the hologram beam splitter 65 of the polarization system can hardly diffract the reflected light, and the information from the optical disc 12 cannot be read by the light receiving element 5.

【0010】本発明は、上述の実情に鑑み、複屈折性を
有する光記録媒体に対しても、常に一定の光量で情報を
読み取ることができる光学素子および光ヘッド装置を提
供することを目的とする。
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an optical element and an optical head device that can always read information with a constant light amount even on an optical recording medium having birefringence. I do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、入射する光の
偏光方向により回折効率の異なる偏光性回折素子と、1
/4または5/4波長板と、有機高分子材料からなる偏
光板とが、この順に重ねられていることを特徴とする光
学素子を提供する。
According to the present invention, there is provided a polarizing diffraction element having different diffraction efficiencies depending on the polarization direction of incident light;
An optical element characterized in that a こ と or 4 wavelength plate and a polarizing plate made of an organic polymer material are stacked in this order.

【0012】この光学素子では、特定方向に偏光された
光が偏光性回折素子側から入射すると、その往路におい
て、偏光性回折素子は特定の偏光成分だけを透過させ
る。ここでは、特定の偏光成分とは、図2の半導体レー
ザ11の光が前後方向に振動している方向をいう。1/
4波長板または5/4波長板は直線偏光を円偏光の光に
変換し、偏光板は円偏光された光のうち、前記特定の偏
光成分とは直交する偏光成分だけを透過させる。一方、
復路においては、偏光板は前記直交する偏光成分だけを
透過させ、1/4波長板または5/4波長板は直線偏光
から円偏光の光に変換する。偏光性回折素子は円偏光と
された光のうち、前記直交する偏光成分だけを回折させ
る。このような光学素子を光ヘッド装置に用いた場合
に、光記録媒体の複屈折性による影響を軽減し、良好に
光記録媒体に光学的情報を書き込んだり読み込むここと
が可能となる。
In this optical element, when light polarized in a specific direction enters from the side of the polarizing diffraction element, the polarizing diffraction element transmits only a specific polarization component on the outward path. Here, the specific polarization component refers to a direction in which the light of the semiconductor laser 11 in FIG. 1 /
The four-wavelength plate or the 波長 wavelength plate converts linearly polarized light into circularly polarized light, and the polarizing plate transmits only the polarized light component of the circularly polarized light that is orthogonal to the specific polarized light component. on the other hand,
On the return path, the polarizing plate transmits only the orthogonal polarization component, and the quarter-wave plate or the 5 / 4-wave plate converts linearly polarized light into circularly polarized light. The polarizing diffractive element diffracts only the orthogonal polarization component of the circularly polarized light. When such an optical element is used in an optical head device, the influence of the birefringence of the optical recording medium is reduced, and it becomes possible to write and read optical information on the optical recording medium satisfactorily.

【0013】また、前記偏光板として偏光性回折素子を
用いることを特徴とする光学素子を提供する。
Further, the present invention provides an optical element characterized by using a polarizing diffraction element as the polarizing plate.

【0014】この光学素子では、偏光板として偏光性回
折素子を用いることで、偏光板の耐水性を大きく向上さ
せることができる。以て、設定された偏光特性を長期に
亘り安定して得ることができ、光学素子の信頼性を向上
できる。
In this optical element, by using a polarizing diffraction element as the polarizing plate, the water resistance of the polarizing plate can be greatly improved. Thus, the set polarization characteristics can be stably obtained over a long period of time, and the reliability of the optical element can be improved.

【0015】また、半導体レーザからの出射光を光記録
媒体へ導き、光記録媒体からの反射光を光検出器で検出
する光ヘッド装置において、光記録媒体と光検出器の間
に前記いずれかの光学素子が、偏光板を光記録媒体側に
向けて配されていることを特徴とする光ヘッド装置を提
供する。
Also, in an optical head device for guiding light emitted from a semiconductor laser to an optical recording medium and detecting reflected light from the optical recording medium with a photodetector, any one of the above-described optical recording devices is provided between the optical recording medium and the photodetector. Wherein the optical element is disposed with the polarizing plate facing the optical recording medium.

【0016】この光ヘッド装置では、半導体レーザ光の
出射光が偏光性回折素子、1/4波長板または5/4波
長板、偏光板の順に通過して光記録媒体に照射され、光
記録媒体からの反射光がこの逆の順で通過し、偏光性回
折素子により回折された光が光検出器により検出され
る。このように、特定の偏光方向のレーザ光が光記録媒
体に照射されることで、光記録媒体が複屈折性を有して
いても、複屈折性による影響が低減されるため、一定の
光量の戻り光を得ることができる。以て、複屈折性を有
する光記録媒体に対して光学的情報を書き込んだり、読
み込むことが可能となる。
In this optical head device, the outgoing light of the semiconductor laser light passes through the polarizing diffraction element, the quarter-wave plate or the 5 / 4-wave plate, and the polarizing plate in order, and is irradiated on the optical recording medium. Is reflected in the reverse order, and the light diffracted by the polarizing diffraction element is detected by the photodetector. In this way, by irradiating the optical recording medium with the laser beam having a specific polarization direction, even if the optical recording medium has birefringence, the influence of the birefringence is reduced. Return light can be obtained. Thus, it becomes possible to write and read optical information on the optical recording medium having birefringence.

【0017】また、前記光学素子を構成する偏光板の偏
光方向が、前記光記録媒体上での出射光の照射位置にお
ける半径方向またはこれに垂直な方向であることを特徴
とする光ヘッド装置を提供する。
Further, an optical head device is characterized in that the polarization direction of the polarizing plate constituting the optical element is a radial direction or a direction perpendicular to the irradiation position of the emitted light on the optical recording medium. provide.

【0018】この光ヘッド装置では、複屈折性の影響を
受けない複屈折中性軸に偏光方向を一致させたレーザ光
が光記録媒体に照射されるため、反射レーザ光は光記録
媒体の複屈折性がキャンセルされる。これにより、常に
最大で且つ一定の光量の戻り光が得られることになり、
光記録媒体に対して安定して光学的情報を書き込んだ
り、読み込むことができる。
In this optical head device, a laser beam whose polarization direction coincides with the birefringent neutral axis which is not affected by birefringence is applied to the optical recording medium. Refractivity is canceled. As a result, a maximum and constant amount of return light is always obtained,
Optical information can be stably written to or read from an optical recording medium.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例とともに説明する。図1は本発明に係る第1実施形
態の偏光性回折素子1、位相差板2、偏光板3を一体化
した光学素子4の側方断面図、図2は光学素子4を光ヘ
ッド装置10に使用した場合の光学素子の作用を説明す
る図である。また、光ヘッド装置10の基本的な構成に
ついては、図6と同様であるため、必要に応じて図6を
参照する。本実施形態の光学素子4は、偏光性回折素子
1、位相差板2、偏光板3が順次積層され、位相差板2
と偏光板3とは接着層5を介して一体化されている。偏
光性回折素子1及び偏光板3の表面を透明基板6、7に
接着層5を介して貼り合わせることで、光学素子4の剛
性を増し、保持しやすく使いやすい光学素子にできる。
なお、透明基板6、7としては、表面平坦な光学ガラス
板以外にアクリル系などのプラスチック板も使用でき
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view of an optical element 4 in which a polarizing diffractive element 1, a retardation plate 2, and a polarizing plate 3 of a first embodiment according to the present invention are integrated, and FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the optical element when used in the first embodiment. The basic configuration of the optical head device 10 is the same as that of FIG. 6, and therefore, FIG. 6 will be referred to as necessary. The optical element 4 of the present embodiment includes a polarizing diffractive element 1, a retardation plate 2, and a polarizing plate 3, which are sequentially laminated.
And the polarizing plate 3 are integrated via an adhesive layer 5. By bonding the surfaces of the polarizing diffraction element 1 and the polarizing plate 3 to the transparent substrates 6 and 7 via the adhesive layer 5, the rigidity of the optical element 4 is increased, and the optical element 4 can be easily held and used.
As the transparent substrates 6 and 7, an acrylic plastic plate or the like can be used in addition to an optical glass plate having a flat surface.

【0020】本発明においては、上記のように透明基板
6、偏光性回折素子1、位相差板2偏光板3、透明基板
7の順序に積層することが好ましい。積層する際の接着
剤としては、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系、あ
るいはそれらの混合系などの接着剤を使用でき、作業性
向上の観点からUV硬化型や熱硬化型の接着剤を使用す
ることが好ましい。また、接着剤は平滑に一定厚みで薄
く塗布することが波面収差を良好にするために必要とな
り、そのため塗布方法としては、例えばスピンコートや
ロールコートなどの方法が使用される。これらの方法
は、作業性に優れ、また厚み制御が容易であるため好ま
しい。さらに、透明基板6、7の表面に無反射膜を形成
することにより、光反射損を低減させることが好まし
い。この無反射コートは、光学素子4を単体で使用する
場合も、後述する光ヘッド装置10に組み込んで使用す
る場合にも有効である。
In the present invention, as described above, it is preferable to stack the transparent substrate 6, the polarizing diffraction element 1, the retardation plate 2, the polarizing plate 3, and the transparent substrate 7 in this order. As the adhesive at the time of lamination, an acrylic, epoxy, urethane, or a mixture thereof can be used. From the viewpoint of improving workability, a UV-curable or thermosetting adhesive is used. Is preferred. Further, it is necessary to apply the adhesive smoothly and thinly with a constant thickness in order to improve the wavefront aberration. For this reason, for example, a method such as spin coating or roll coating is used. These methods are preferable because they are excellent in workability and easy to control the thickness. Further, it is preferable to form a non-reflection film on the surfaces of the transparent substrates 6 and 7 to reduce light reflection loss. This anti-reflection coating is effective both when the optical element 4 is used alone and when it is used by incorporating it into the optical head device 10 described later.

【0021】上記光学素子4に使用される偏光性回折素
子1としては、液晶や、液晶材料を配向させ重合して高
分子化した高分子液晶などの複屈折性有機物質を用いた
回折素子や、LiNbO3のような複屈折性無機単結晶
やポリカーボネートのような1軸伸延した高分子のフィ
ルムを用いた回折素子などが挙げられる。複屈折有機物
質を用いた回折素子の具体的な構造としては、たとえ
ば、ガラスなどの透明基板上にフォトリソグラフィやエ
ッチングなどにより断面矩形波状の複屈折性回折格子を
形成し、複屈折性回折格子の少なくとも凸部間に等方性
充填材を充填したものがある。なお、液晶を液状のまま
使用するには、対向配置させた基板との間にシール材を
設けて液晶を封入する構造とすればよい。
Examples of the polarizing diffractive element 1 used in the optical element 4 include a diffractive element using a birefringent organic substance such as a liquid crystal or a polymer liquid crystal in which a liquid crystal material is oriented and polymerized to polymerize. And a diffraction element using a birefringent inorganic single crystal such as LiNbO 3 or a uniaxially elongated polymer film such as polycarbonate. As a specific structure of a diffraction element using a birefringent organic substance, for example, a birefringent diffraction grating having a rectangular cross-section in a cross-sectional shape is formed on a transparent substrate such as glass by photolithography or etching. Is filled with an isotropic filler at least between the convex portions. Note that in order to use the liquid crystal in a liquid state, a structure may be employed in which a sealing material is provided between the substrate and the substrate which is opposed to the liquid crystal and the liquid crystal is sealed.

【0022】等方性充填剤を構成する等方性光学材料と
しては、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂などが使用で
き、特に、光硬化型のポリマー、熱硬化型のポリマーな
どが好ましい。例えばアクリル系紫外線硬化型接着剤な
どが好適に使用できる。なお、偏光性回折格子1は、上
記構成以外にも、透明基板に直接的に格子を形成したも
のでもよく、回折格子の形成されたフィルムを透明基板
に貼り付けたものであってもよい。
As the isotropic optical material constituting the isotropic filler, an acrylic resin or an epoxy resin can be used. In particular, a photocurable polymer and a thermosetting polymer are preferable. For example, an acrylic ultraviolet curable adhesive can be suitably used. The polarizing diffraction grating 1 may have a structure in which a grating is directly formed on a transparent substrate, or a structure in which a film on which a diffraction grating is formed is attached to the transparent substrate, in addition to the above-described configuration.

【0023】次に、この偏光性回折素子1の概略的な作
製方法を説明する。まず、ガラス基板などの透明基板上
に、一様に配向した光硬化性を有する高分子液晶からな
る複屈折性膜を形成する。この複屈折性膜を構成する高
分子液晶の配向方向としては、透明基板に対して水平
で、かつ、入射直線偏光に対して垂直/平行のいずれで
もよく、どちらの場合でも高透過にできる。次に、成膜
して配向した高分子液晶による複屈折性膜に、断面が凹
凸状の格子を形成する。格子を形成する手段としては、
フォトリソグラフィ、エッチングによる方式や、格子形
状を有する金型プレス方式などが挙げられる。
Next, a schematic method for manufacturing the polarizing diffraction element 1 will be described. First, on a transparent substrate such as a glass substrate, a birefringent film composed of uniformly oriented photocurable polymer liquid crystal is formed. The orientation direction of the polymer liquid crystal constituting the birefringent film may be either horizontal to the transparent substrate and perpendicular / parallel to the incident linearly polarized light. In either case, high transmission can be achieved. Next, a lattice having a concave-convex section is formed on the birefringent film of the polymer liquid crystal that has been formed and oriented. Means for forming a grid include:
Examples thereof include a method using photolithography and etching, and a mold pressing method having a lattice shape.

【0024】そして、形成された格子の凹凸部に等方性
媒体を充填する。等方性媒体の屈折率は、入射直線偏光
方向と複屈折性膜を構成する高分子液晶の配向方向との
関係によって決定される。例えば、入射直線偏光方向と
高分子液晶の配向方向とを垂直にした場合には、高分子
液晶の常光屈折率とほぼ等しい屈折率を有する等方性媒
体により凹部を充填し、また、入射直線偏光方向と高分
子液晶の配向方向とを平行にした場合には、高分子液晶
の異常光屈折率とほぼ等しい屈折率を有する等方性媒体
により凹部を充填する。なお、等方性材料の充填時に
は、回折素子全体の透過波面歪みを抑制するために、低
反射コートを施したカバーガラスなどで挟み込んで硬化
させる方法が容易であるが、回折素子の薄型化、軽量化
のために、カバーガラスなしで硬化させる方が好まし
い。
Then, an isotropic medium is filled in the uneven portions of the formed lattice. The refractive index of the isotropic medium is determined by the relationship between the direction of the incident linear polarization and the orientation direction of the polymer liquid crystal constituting the birefringent film. For example, when the incident linear polarization direction is perpendicular to the alignment direction of the polymer liquid crystal, the concave portion is filled with an isotropic medium having a refractive index substantially equal to the ordinary light refractive index of the polymer liquid crystal, and When the polarization direction and the orientation direction of the polymer liquid crystal are parallel, the concave portion is filled with an isotropic medium having a refractive index substantially equal to the extraordinary light refractive index of the polymer liquid crystal. When filling the isotropic material, in order to suppress the transmitted wavefront distortion of the entire diffraction element, a method of sandwiching and curing with a cover glass or the like coated with a low reflection coating is easy. For weight reduction, it is preferable to cure without a cover glass.

【0025】次に、位相差板2について説明する。有機
高分子材料からなり複屈折性を有する位相差板2は、た
とえば、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、高
分子液晶などの材料を使用できる。この位相差板2は、
光源となる半導体レーザの波長λ、例えば650nmに
対してλ/4となる波長板を用いる。これにより、半導
体レーザから出射した直線偏光は円偏光となり、往路と
復路で偏光方向が90゜回転する。また、1/4波長板
の代わりに5/4波長板を使用してもよい。
Next, the phase difference plate 2 will be described. For the retardation plate 2 made of an organic polymer material and having birefringence, for example, a material such as polycarbonate, polyvinyl alcohol, and polymer liquid crystal can be used. This phase difference plate 2
A wavelength plate having a wavelength λ of a semiconductor laser serving as a light source, for example, λ / 4 with respect to 650 nm is used. As a result, the linearly polarized light emitted from the semiconductor laser becomes circularly polarized light, and the polarization direction is rotated by 90 ° between the forward path and the return path. Further, a / wavelength plate may be used instead of the 波長 wavelength plate.

【0026】そして、有機高分子材料からなる偏光板3
は、たとえば、ポリビニルアルコール、高分子液晶など
の材料が使用でき、フォトリソグラフィ、エッチングに
より直線格子等が形成される。
The polarizing plate 3 made of an organic polymer material
For example, a material such as polyvinyl alcohol and polymer liquid crystal can be used, and a linear lattice or the like is formed by photolithography and etching.

【0027】ここで、偏光性回折素子1は光学的には次
のように作用する。すなわち、光源から出射され偏光性
回折素子1を通過するレーザ光は、偏光性回折素子1の
常光線の偏光方向となる直線偏光成分に対しては何の変
化も受けず理論的には100%透過する。一方、この偏
光成分に対して90゜回転した直線偏光成分に対しては
偏光性回折素子1が回折格子として機能し、理論上は1
次光として最大40%程度、−1次光として最大40%
程度の回折光が得られる。また、位相差板2は1/4波
長板または5/4波長板であり直線偏光を円偏光に変換
する。偏光板3は偏光方向に一致する方向の偏光成分だ
けを透過させる。
Here, the polarizing diffraction element 1 acts optically as follows. In other words, the laser beam emitted from the light source and passing through the polarizing diffraction element 1 does not undergo any change with respect to the linearly polarized light component of the polarization direction of the ordinary ray of the polarizing diffraction element 1 and is theoretically 100%. To Penetrate. On the other hand, the polarizing diffraction element 1 functions as a diffraction grating for a linearly polarized light component rotated by 90 ° with respect to this polarized light component.
Up to about 40% as primary light, up to 40% as -1st light
A degree of diffracted light is obtained. The retardation plate 2 is a 波長 wavelength plate or a / wavelength plate, and converts linearly polarized light into circularly polarized light. The polarizing plate 3 transmits only a polarized light component in a direction corresponding to the polarization direction.

【0028】次に、この光学素子4の作用を、図6に示
すような光ディスクなどの光記録媒体への光学的情報の
書き込み、読み取りを行う光ヘッド装置に搭載した一実
例に基づいて説明する。図2は本実施形態の光学素子4
を光ヘッド装置10に使用した一構成例であり、半導体
レーザ11からのレーザ光に対する、偏光性回折素子
1、位相差板2、偏光板3の偏光方向及び透過効率をそ
れぞれ示している。偏光板3の偏光方向は光ディスク1
2の半径方向またはこれに垂直な方向に設定し、偏光性
回折素子1の偏光方向を偏光板3の透過光の偏光方向に
一致させる。また、1/4波長板2の透過偏光方向は、
偏光板3の偏光方向に対して0゜〜90゜の間に設定し
たものであっても光透過機能を果たすことができるが、
35゜〜50゜の間に設定すれば偏光性回折素子1の回
折機能が利用でき、特に45゜の角度に設定することが
最も好ましい。偏光性回折素子1の透過光の偏光方向と
1/4波長板2の偏光方向に対しても、往路に関して
は、これと同様の角度関係が成り立ち、35゜〜50゜
の間であれば偏光性回折素子1の回折機能が利用でき、
特に45゜の角度に設定することが最も好ましい。光源
11は、レーザ光の直線偏光軸を偏光性回折素子1の透
過偏光方向に一致させて配置する。なお、復路に関して
はいずれの角度であってもよい。
Next, the operation of the optical element 4 will be described based on an actual example mounted on an optical head device for writing and reading optical information on an optical recording medium such as an optical disk as shown in FIG. . FIG. 2 shows an optical element 4 of the present embodiment.
Is a configuration example in which the optical head device 10 is used, and shows the polarization direction and the transmission efficiency of the polarizing diffraction element 1, the phase difference plate 2, and the polarizing plate 3 with respect to the laser light from the semiconductor laser 11. The polarization direction of the polarizing plate 3 is
2 is set in the radial direction or a direction perpendicular thereto, so that the polarization direction of the polarizing diffraction element 1 matches the polarization direction of the transmitted light of the polarizing plate 3. Also, the transmission polarization direction of the 波長 wavelength plate 2 is
The light transmission function can be achieved even if the polarization direction of the polarizing plate 3 is set between 0 ° and 90 °,
If the angle is set between 35 ° and 50 °, the diffraction function of the polarizing diffraction element 1 can be used, and it is most preferable to set the angle to 45 °. With respect to the polarization direction of the transmitted light of the polarization diffractive element 1 and the polarization direction of the quarter-wave plate 2, the same angular relationship holds for the outward path. The diffraction function of the diffractive diffractive element 1 can be used,
Particularly, it is most preferable to set the angle to 45 °. The light source 11 is arranged such that the linear polarization axis of the laser light coincides with the transmission polarization direction of the polarizing diffraction element 1. Note that the return path may be at any angle.

【0029】図2によれば、光の往路において、偏光性
回折素子1に対する常光の偏光方向(複屈折性光学材料
と光学的等方性媒体の間に屈折率差がない方向)に直線
偏光された光源11からのレーザ光が偏光性回折素子1
に入射すると、何も変化を受けずに通過し、そのまま1
/4波長板2に入射して円偏光の光となる。そして、偏
光板3により光ディスク12の半径方向に平行な、異常
光の偏光方向となり、レーザ光が光ディスク12面上に
到達する。原理的には、偏光性回折素子1に対する常光
の偏光方向に対する出射レーザ光強度のほぼ50%の光
が到達することになる。前述のように光ディスク12の
複屈折中性軸はディスクの半径方向に平行もしくは垂直
方向にあるため、ディスク面上に到達したディスクの半
径方向に平行な直線偏光の光は、光ディスク12の複屈
折特性の影響を受けずにそのまま反射する。
According to FIG. 2, on the outward path of light, linearly polarized light in the polarization direction of ordinary light with respect to the polarizing diffraction element 1 (direction in which there is no difference in refractive index between the birefringent optical material and the optically isotropic medium). The laser light from the light source 11 is polarized
When incident on, it passes through without any change,
The light enters the wavelength plate 2 and becomes circularly polarized light. Then, the polarization direction of the extraordinary light becomes parallel to the radial direction of the optical disk 12 by the polarizing plate 3, and the laser light reaches the surface of the optical disk 12. In principle, light of approximately 50% of the intensity of the emitted laser light with respect to the polarization direction of ordinary light to the polarizing diffraction element 1 arrives. As described above, the neutral axis of the birefringence of the optical disk 12 is parallel or perpendicular to the radial direction of the disk, so that linearly polarized light parallel to the radial direction of the disk that has reached the disk surface is birefringent of the optical disk 12. The light is reflected without being affected by the characteristics.

【0030】次に、光の復路において、戻り光は偏光方
向が偏光板3の透過偏光軸と一致した異常光の偏光方向
であるため偏光板3をそのまま透過し、再び1/4波長
板2に入射して円偏光の光に変化する。円偏光で偏光性
回折素子1に入射した光は、常光と異常光に分離し、異
常光の偏光成分については回折し、+1次回折光として
10%程度(最大12.5%程度)が光検出器であるホ
トディテクタ13に到達する。
Next, on the return path of the light, the return light passes through the polarizing plate 3 as it is because the polarization direction is the polarization direction of the extraordinary light whose polarization direction coincides with the transmission polarization axis of the polarizing plate 3. And changes into circularly polarized light. Light incident on the polarizing diffractive element 1 as circularly polarized light is separated into ordinary light and extraordinary light, and the polarized component of the extraordinary light is diffracted, and about 10% (up to about 12.5%) of + 1st-order diffracted light is detected. It reaches the photodetector 13 which is a container.

【0031】このような構成とすることにより、光ディ
スク12が複屈折性を有していても、複屈折性の影響を
受けない複屈折中性軸に偏光方向が一致したレーザ光を
光ディスク12に照射することで、反射レーザ光は光デ
ィスク12の複屈折性がキャンセルされたものとなる。
これにより、常に最大で且つ一定の戻り光が得られるこ
とになり、安定して光学的情報を書き込んだり、読み込
むことができる。また、光ディスク12に照射されるレ
ーザ光の偏光方向が光ディスクの複屈折中性軸に完全に
一致していなくても、光検出器13の出力信号強度が低
下するものの、十分に書き込みや読み込み動作を行うこ
とができる。
With this configuration, even if the optical disc 12 has birefringence, a laser beam whose polarization direction matches the birefringent neutral axis, which is not affected by the birefringence, is applied to the optical disc 12. By irradiating, the reflected laser light has the birefringence of the optical disc 12 canceled.
As a result, a maximum and constant return light is always obtained, so that optical information can be stably written or read. Even if the polarization direction of the laser beam applied to the optical disc 12 does not completely coincide with the neutral axis of the birefringence of the optical disc, the output signal intensity of the photodetector 13 is reduced, but the writing and reading operations are sufficiently performed. It can be performed.

【0032】さらに、1/4波長板2の偏光方向を偏光
板3の偏光方向に対して45゜の角度に設定することに
より光検出器13の出力信号強度を最大にできる。ま
た、1/4波長板2の偏光方向と偏光性回折素子1の透
過光の偏光方向に対してもこれと同様で、45゜の角度
に設定することにより光検出器13の出力信号強度を最
大にできる。なお、偏光性回折素子1により回折された
0次光、+1次光、−1次光の少なくとも2つの光を光
検出器で検出する構成としてもよい。この場合には、よ
り高い出力信号強度が得られることになる。そして、偏
光性回折素子1、位相差板2、偏光板3を積層して一体
化することで、光ヘッド装置10の部品点数を減らすこ
とができるとともに、装置を小型軽量化できる。また、
光学素子4を組み付ける際の光学調整が容易となり組立
作業を大幅に簡略化できる。なお、上記の光学素子は光
ヘッド装置に用いて好適な光学素子であるが、他の光学
装置に対しても適用することが可能であり、同様な効果
を奏する。
Further, by setting the polarization direction of the quarter-wave plate 2 at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the polarizing plate 3, the output signal intensity of the photodetector 13 can be maximized. The same applies to the polarization direction of the quarter-wave plate 2 and the polarization direction of the transmitted light of the polarizing diffractive element 1, and the output signal intensity of the photodetector 13 is set by setting the angle to 45 °. Can be maximized. Note that a configuration may be adopted in which at least two lights of the 0th-order light, the + 1st-order light, and the -1st-order light diffracted by the polarizing diffraction element 1 are detected by a photodetector. In this case, a higher output signal strength is obtained. Then, by laminating and integrating the polarizing diffraction element 1, the retardation plate 2, and the polarizing plate 3, the number of components of the optical head device 10 can be reduced, and the device can be reduced in size and weight. Also,
The optical adjustment at the time of assembling the optical element 4 becomes easy, and the assembling work can be greatly simplified. Although the above-described optical element is an optical element suitable for use in an optical head device, it can be applied to other optical devices, and has the same effect.

【0033】ここで、半導体レーザ11は出射波長65
0nmのものを使用しているが、例えば出射波長790
nmのものを使用してもよく、あるいはこれらを図3に
示すようにハーフミラー31を介して同一光軸に出射さ
せる構成としてもよい。このように、異なる波長の半導
体レーザを複数組み合わせて用いる場合は、1/4波長
板の代わりに5/4波長板を使用することで、一方の半
導体レーザの波長を他方の半導体レーザの波長に近づけ
ることもできる。これにより、CDやDVDなどの光デ
ィスク及び光磁気ディスクなどの光記録媒体の種類によ
らずに光情報の書き込みや読み込みを共通化することが
可能となる。
Here, the semiconductor laser 11 has an emission wavelength of 65.
Although a wavelength of 0 nm is used, for example, an emission wavelength of 790
nm, or may be configured to emit them to the same optical axis via a half mirror 31 as shown in FIG. As described above, when a plurality of semiconductor lasers having different wavelengths are used in combination, the wavelength of one semiconductor laser is changed to the wavelength of the other semiconductor laser by using a 5 wavelength plate instead of the 1 / wavelength plate. You can get closer. This makes it possible to write and read optical information in common regardless of the type of optical recording medium such as an optical disk such as a CD or DVD and a magneto-optical disk.

【0034】次に、偏光板として偏光性回折素子を用い
て構成した本発明に係る第2実施形態を説明する。前述
の第1実施形態における断面矩形波状の偏光性回折素子
を偏光板としても用い、他の構成は第1実施形態と同様
にして光学素子9を作製した。図4に本実施形態の光学
素子9の側方断面図を示した。光学素子9は、偏光性回
折素子1、位相差板2,偏光板としての偏光性回折素子
8を順次積層し、位相差板2は、接着層5を介して偏光
性回折素子1、8と一体化している。偏光性回折素子
1,8と位相差板2の積層体表面には、ガラスなどの透
明基板6、7が貼り付けてある。
Next, a description will be given of a second embodiment according to the present invention in which a polarizing diffraction element is used as a polarizing plate. An optical element 9 was manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the polarizing diffractive element having a rectangular cross section in the above-described first embodiment was also used as a polarizing plate. FIG. 4 shows a side sectional view of the optical element 9 of the present embodiment. The optical element 9 sequentially laminates the polarizing diffraction element 1, the retardation plate 2, and the polarizing diffraction element 8 as a polarizing plate. The retardation plate 2 is connected to the polarizing diffraction elements 1 and 8 via an adhesive layer 5. It is integrated. Transparent substrates 6 and 7 made of glass or the like are attached to the surface of the laminate of the polarizing diffraction elements 1 and 8 and the retardation plate 2.

【0035】偏光板として機能する偏光性回折素子8
は、偏光性回折素子1と同様にガラス基板上に直線格子
をフォトリソグラフィ、エッチングにより作成したもの
で、透明基板上の回折格子が位相差板2側となるよう
に、すなわち、偏光性回折素子1を上下反転させた状態
で積層して一体化する。なお、接着層5は、偏光性回折
素子1、8の充填材により位相差板2を接着する場合は
必要ない。
A polarizing diffraction element 8 functioning as a polarizing plate
Is a linear grating formed on a glass substrate by photolithography and etching in the same manner as the polarizing diffractive element 1, so that the diffractive grating on the transparent substrate is on the retardation plate 2 side. 1 are stacked and integrated in a state of being turned upside down. Note that the adhesive layer 5 is not necessary when the retardation plate 2 is bonded with the filler of the polarizing diffraction elements 1 and 8.

【0036】この光学素子9によれば、半導体レーザか
ら特定方向に偏光されたレーザ光が入射した場合、高分
子液晶からなる凸部の屈折率と等方性媒体からなる凹部
の屈折率との差はなく(共に1.5程度の屈折率)、レ
ーザ光は回折せずに透過する。一方、特定方向に対し直
交方向に偏光されたレーザ光が入射した場合、凸部の屈
折率は1.6(異常光屈折率)程度となり、凹部の屈折
率はほぼ1.5(常光屈折率)となるため、光学素子9
は回折格子として機能する。このように、偏光性回折素
子8は特定の偏光方向の光を回折する良好な偏光板とし
て機能する。なお、偏光回折素子の格子ピッチをファイ
ン化しておけば、回折角がより大きくなり、漏れ光を無
くすことができる。
According to the optical element 9, when a laser beam polarized in a specific direction is incident from a semiconductor laser, the refractive index of the convex portion made of the polymer liquid crystal and the refractive index of the concave portion made of the isotropic medium are different. There is no difference (both have a refractive index of about 1.5), and the laser light is transmitted without diffraction. On the other hand, when a laser beam polarized in a direction orthogonal to the specific direction is incident, the refractive index of the convex portion is about 1.6 (an extraordinary refractive index), and the refractive index of the concave portion is approximately 1.5 (the ordinary refractive index). ), The optical element 9
Functions as a diffraction grating. Thus, the polarizing diffractive element 8 functions as a good polarizing plate that diffracts light in a specific polarization direction. If the grating pitch of the polarization diffraction element is made finer, the diffraction angle becomes larger, and light leakage can be eliminated.

【0037】上述の通り、偏光板として高分子液晶から
なる偏光性回折素子8を用いることで、ポリビニルアル
コールを用いた場合と比較して偏光板の耐水性を大きく
向上させることができる。以て、安価な構成のまま設定
された偏光特性を長期に亘り安定して得ることができ、
光学素子及び光ヘッド装置の信頼性を向上できる。ま
た、格子ピッチのファイン化を含め格子パターンの設計
自由度が高い上に、様々な用途の光学部品を積層一体化
できるので、軽量化、かつ薄型化に適した偏光板とする
ことができる。さらに、上記偏光性回折素子8以外に
も、偏光板としてLiNbO3のような複屈折性無機単
結晶を用いることができ、図4に示す位相差板の上方に
積層することで同様な効果を奏する光学素子を得ること
ができる。
As described above, by using the polarizing diffractive element 8 made of a polymer liquid crystal as the polarizing plate, the water resistance of the polarizing plate can be greatly improved as compared with the case where polyvinyl alcohol is used. Thus, it is possible to stably obtain the polarization characteristic set as an inexpensive configuration over a long period of time,
The reliability of the optical element and the optical head device can be improved. In addition, since the degree of freedom in designing the grid pattern including the finer grid pitch is high, and optical components for various uses can be laminated and integrated, a polarizing plate suitable for weight reduction and thinning can be obtained. In addition to the polarizing diffractive element 8, a birefringent inorganic single crystal such as LiNbO 3 can be used as a polarizing plate, and a similar effect can be obtained by stacking it above the retardation plate shown in FIG. An optical element that performs can be obtained.

【0038】[0038]

【実施例】[実施例1]図1に示す、偏光性回折素子
1、位相差板2、偏光板3とを一体化した偏光性回折型
の光学素子4を作製した。以下に偏光性回折素子1の作
製方法を図5を参照しつつ説明する。まず、図5(a)に
示すように、低反射コートが施された透明ガラス基板6
の片面にポリイミド配向膜51を形成した。本実施例で
は、直径5インチ、厚さ0.5mmの透明ガラスの基材
を用いた。次に、図5(b)に示すように、形成されたポ
リイミド配向膜51にラビングを施した後、光硬化性を
有する高分子液晶の未重合の液体をポリイミド配向膜5
1上に滴下した。
[Example 1] A polarizing diffraction type optical element 4 shown in Fig. 1 was manufactured by integrating a polarizing diffraction element 1, a retardation plate 2, and a polarizing plate 3. Hereinafter, a method for manufacturing the polarizing diffraction element 1 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, a transparent glass substrate 6 provided with a low reflection coat
A polyimide alignment film 51 was formed on one surface of the substrate. In this example, a transparent glass substrate having a diameter of 5 inches and a thickness of 0.5 mm was used. Next, as shown in FIG. 5B, after the formed polyimide alignment film 51 is rubbed, an unpolymerized liquid of a photo-curable polymer liquid crystal is applied to the polyimide alignment film 5.
1 was dropped.

【0039】さらに、別の透明ガラス基板52の表面に
ポリイミドを塗布し、透明基板6のラビング方向と18
0゜のラビングを施した後に離型化処理を施した対向ガ
ラス基板52を図5(c)に示すように重ね合わせ、未重
合の高分子液晶を水平配向状態にした。そして、図5
(d)に示すように、光量600mJの紫外光を照射して
重合を行った後、上記の対向ガラス基板52を離型除去
して、図5(e)に示すように、厚さ3.0μmの水平配
向された高分子液晶による複屈折性膜53を形成した。
次いで、図5(f)に示すように、光量3000mJの紫
外光を照射して追加重合を行った後に、140℃で30
分間アニール(焼鈍)を実施して複屈折性膜53を完全
に固化させた。
Further, polyimide is applied to the surface of another transparent glass substrate 52, and the rubbing direction of the transparent
The opposing glass substrate 52 that had been subjected to a mold release treatment after being subjected to 0 ° rubbing was overlaid as shown in FIG. 5C, so that the unpolymerized polymer liquid crystal was in a horizontal alignment state. And FIG.
As shown in FIG. 5D, polymerization is performed by irradiating 600 mJ of ultraviolet light, and then the above-mentioned opposite glass substrate 52 is release-removed, and as shown in FIG. A birefringent film 53 of 0 μm horizontally oriented polymer liquid crystal was formed.
Next, as shown in FIG. 5 (f), after irradiating 3000 mJ of ultraviolet light to perform additional polymerization, 30 ° C. at 140 ° C.
The birefringent film 53 was completely solidified by annealing (annealing) for one minute.

【0040】この高分子液晶による複屈折性膜53上
に、図5(g)に示すように、スパッタ法により保護膜と
してSiO2膜54を約50nm成膜した。さらに、S
iO2膜55の上に、フォトリソグラフィにより格子の
ストライプ方向がラビング方向に対して90゜の角度を
なし、ピッチ4μmの格子状のフォトレジストマスクを
形成した。この格子状のフォトレジストマスクを利用し
て、流量100SCCMのCF4ガスなどのフッ化炭素
ガスを用い、圧力0.2Torr、出力300Wの条件
下で5分間の反応性イオンエッチングを実施して、Si
2膜54にフォトレジストマスクの格子パターンを転
写した。これにより、図5(h)に示すようなSiO2の選
択マスク55を形成した。
As shown in FIG. 5 (g), an SiO 2 film 54 having a thickness of about 50 nm was formed as a protective film on the birefringent film 53 of the polymer liquid crystal by a sputtering method. Furthermore, S
On the iO 2 film 55, a grid-like photoresist mask having a pitch of 4 μm was formed by photolithography in which the stripe direction of the grid was at an angle of 90 ° to the rubbing direction. Using this lattice-shaped photoresist mask, reactive ion etching was performed for 5 minutes under conditions of a pressure of 0.2 Torr and an output of 300 W using a fluorocarbon gas such as CF 4 gas at a flow rate of 100 SCCM. Si
The lattice pattern of the photoresist mask was transferred to the O 2 film 54. Thus, a selection mask 55 of SiO 2 as shown in FIG. 5H was formed.

【0041】次に、このSiO2の選択マスク55を利
用して、流量100SCCMのO2ガスを用いて、圧力
0.2Torr、出力300Wの条件下で20分間のア
ッシング(灰化処理)を行った。これにより、図5(i)
に示すように、反応性イオンエッチングで残存したフォ
トレジストマスクを除去すると同時に、深さ3μm、ピ
ッチ4μmの格子体56を高分子液晶による複屈折性膜
53に形成した。
Next, using the SiO 2 selection mask 55, ashing (ashing treatment) is performed for 20 minutes under the conditions of a pressure of 0.2 Torr and an output of 300 W using O 2 gas at a flow rate of 100 SCCM. Was. As a result, FIG.
As shown in (1), at the same time as removing the remaining photoresist mask by reactive ion etching, a lattice body 56 having a depth of 3 μm and a pitch of 4 μm was formed on the birefringent film 53 made of a polymer liquid crystal.

【0042】その後、図5(j)に示すように、複屈折性
膜53に用いた高分子液晶(常光屈折率no=1.5、
異常光屈折率ne=1.6)の常光屈折率noと等しい屈
折率(n=1.5)を有する紫外線硬化型の等方性材料
57を、重ね合わせて一体化した離型化処理された対向
ガラス基板58との間に充填した。そして、光量500
0mJの紫外光照射により硬化重合させ、対向ガラス基
板58を離型除去して回折素子を形成した。最後に、ダ
イシングにより切断することで、外径4mm×4mm、
厚さ約1mmの偏光性回折素子の形状に仕上げた。
Thereafter, as shown in FIG. 5 (j), the polymer liquid crystal (ordinary refractive index n o = 1.5,
Ordinary refractive index n o equal to the refractive index (the n = 1.5) isotropic material 57 of ultraviolet curing type having, release of which is integrally overlapped the extraordinary refractive index n e = 1.6) Filling was performed between the treated opposite glass substrate 58. Then, the light amount 500
Curing polymerization was performed by irradiation with ultraviolet light of 0 mJ, and the opposite glass substrate 58 was released from the mold to form a diffraction element. Finally, by dicing, the outer diameter is 4mm x 4mm,
The polarizing diffraction element having a thickness of about 1 mm was finished.

【0043】このようにして作製した偏光性回折素子の
特性を調べたところ、透過光の波面収差は、偏光性回折
素子1の光入射面の中心部(直径3mmの円形の範囲)
で、0.020λrms(自乗平均)以下であった。ま
た、位相差板2は一軸延伸で作成したポリカーボネート
で作製し、その位相差は163nm、厚みは45μmで
あった。そして、偏光板3は、ガラス基板上に複屈折性
をもつ高分子液晶薄膜を形成し、4μmピッチの直線格
子をフォトリソグラフィ、エッチングにより形成した。
この直線格子により、半導体レーザの波長650nmに
おいて常光の0次光透過率97%、異常光0次透過率が1
%となり、偏光板として良好に機能することが確認でき
た。
When the characteristics of the polarizing diffractive element thus manufactured were examined, the wavefront aberration of the transmitted light was found to be at the center of the light incident surface of the polarizing diffractive element 1 (circular range having a diameter of 3 mm).
Was 0.020λ rms (root mean square) or less. The retardation plate 2 was made of polycarbonate produced by uniaxial stretching, and had a retardation of 163 nm and a thickness of 45 μm. The polarizing plate 3 was formed by forming a polymer liquid crystal thin film having birefringence on a glass substrate, and forming a 4 μm pitch linear lattice by photolithography and etching.
With this linear grating, at the wavelength of 650 nm of the semiconductor laser, the 0th-order light transmittance of ordinary light is 97% and the 0th-order light transmittance of extraordinary light is 1
%, Which confirmed that the film functions well as a polarizing plate.

【0044】上記位相差板2を偏光性回折素子1に接着
剤により貼り合わせ、さらに偏光板3を同様に貼り合わ
せることで光学素子4を完成させた。そして、得られた
光学素子4を、図6に示すような半導体レーザ11、光
学素子4、対物レンズ14、光検出器13を有する光ヘ
ッド装置10に搭載し、波長650nmの半導体レーザ
11からのレーザ光を光ディスク12に照射した。その
結果、良好な光ディスク12の再生信号が得られた。
The optical element 4 was completed by bonding the retardation plate 2 to the polarizing diffractive element 1 with an adhesive, and further bonding the polarizing plate 3 in the same manner. Then, the obtained optical element 4 is mounted on an optical head device 10 having a semiconductor laser 11, an optical element 4, an objective lens 14, and a photodetector 13 as shown in FIG. The optical disk 12 was irradiated with laser light. As a result, a good reproduction signal of the optical disk 12 was obtained.

【0045】[実施例2]前述した高分子液晶からなる
断面矩形波状の偏光性回折素子を偏光板として用い、他
の構成を実施例1と同様にして光学素子9を作製した。
しかし、実施例1との相違点は、偏光板が偏光性回折素
子に変更されている点にある。偏光板として機能する偏
光性回折素子8は、実施例1の偏光性回折素子1と同様
な作製方法により得たもので、特性を調べたところ、常
光透過率96%、異常光透過率2%であった。この偏光
性回折素子8を、透明基板上の回折格子が位相差板2側
となるように、すなわち、偏光性回折素子1に対して上
下反転させた状態で積層して一体化した。本実施例で
は、位相差板2を接着剤により偏光性回折素子1、8に
接着しているが、偏光性回折素子1、8の充填材により
位相差板2を接着してもよい。
Example 2 An optical element 9 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the above-described polarizing diffractive element made of a polymer liquid crystal and having a rectangular cross section was used as a polarizing plate.
However, the difference from Example 1 is that the polarizing plate is changed to a polarizing diffraction element. The polarizing diffractive element 8 functioning as a polarizing plate was obtained by the same manufacturing method as the polarizing diffractive element 1 of Example 1, and its characteristics were examined. The transmittance was 96% for ordinary light and 2% for extraordinary light. Met. The polarizing diffraction element 8 was laminated and integrated such that the diffraction grating on the transparent substrate was on the retardation plate 2 side, that is, in a state where the diffraction grating was turned upside down with respect to the polarizing diffraction element 1. In this embodiment, the retardation plate 2 is bonded to the polarizing diffraction elements 1 and 8 with an adhesive, but the retardation plate 2 may be bonded with a filler for the polarizing diffraction elements 1 and 8.

【0046】この光学素子9を、図6に示すような光ヘ
ッド装置10に搭載し、波長650nmの半導体レーザ
11からのレーザ光を光ディスク12に照射した。その
結果、良好な光ディスク12の再生信号が得られた。
The optical element 9 was mounted on an optical head device 10 as shown in FIG. 6, and a laser beam from a semiconductor laser 11 having a wavelength of 650 nm was irradiated on the optical disk 12. As a result, a good reproduction signal of the optical disk 12 was obtained.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、偏光性回折素子
と、1/4または5/4波長板と、有機偏光板とを、こ
の順に重ねて構成した本発明の光学素子を用いることに
より、光ディスクの複屈折性をキャンセルして、常に最
大で一定の光量の戻り光を得ることができる。さらに、
光学素子を光ヘッド装置に用いることにより、良好な光
記録媒体の再生信号が得られる。また、偏光板として偏
光性回折素子を用いることで、耐久性に優れた光学素子
及び光ヘッド装置を提供することができる。
As described above, by using the optical element of the present invention in which a polarizing diffraction element, a 1/4 or 5/4 wavelength plate, and an organic polarizing plate are stacked in this order, By canceling the birefringence of the optical disc, it is possible to always obtain a maximum and constant amount of return light. further,
By using the optical element in the optical head device, a good reproduction signal of the optical recording medium can be obtained. Further, by using a polarizing diffraction element as a polarizing plate, an optical element and an optical head device having excellent durability can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る第1実施形態の偏光性回折素子、
位相差板、偏光板を一体化した光学素子の側方断面図で
ある。
FIG. 1 is a polarizing diffraction element according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a side sectional view of an optical element in which a retardation plate and a polarizing plate are integrated.

【図2】光学素子を光ヘッド装置に使用した場合の光学
素子の作用を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of the optical element when the optical element is used in an optical head device.

【図3】異なる波長の半導体レーザを複数組み合わせて
光源を構成した例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which a light source is configured by combining a plurality of semiconductor lasers having different wavelengths.

【図4】第2実施形態の光学素子の側方断面図である。FIG. 4 is a side sectional view of an optical element according to a second embodiment.

【図5】偏光性回折素子を作製する工程を示す図であ
る。
FIG. 5 is a view showing a step of producing a polarizing diffraction element.

【図6】光ヘッド装置の概略的な構成を示す側面図であ
る。
FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration of the optical head device.

【図7】従来の無偏光系のホログラムビームスプリッタ
の側方断面図である。
FIG. 7 is a side sectional view of a conventional non-polarizing hologram beam splitter.

【図8】従来の偏光系のホログラムビームスプリッタの
側方断面図である。
FIG. 8 is a side sectional view of a conventional hologram beam splitter of a polarization system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:偏光性回折素子 2:1/4波長板 3、8:偏光板 4、9:光学素子 5:接着層 6、7:透明基板 10:光ヘッド装置 11:半導体レーザ 12:光ディスク(光記録媒体) 13:ホトディテクタ(光検出器) 1: Polarizing diffractive element 2: 1/4 wavelength plate 3, 8: Polarizing plate 4, 9: Optical element 5: Adhesive layer 6, 7: Transparent substrate 10: Optical head device 11: Semiconductor laser 12: Optical disk (optical recording 13) Photodetector (photodetector)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H049 AA25 AA43 AA44 AA53 AA57 BA02 BA06 BA07 BA42 BA45 BA47 BB03 BB43 BC21 5D119 AA43 BA01 DA01 DA05 EA02 EA03 EC48 FA05 JA23 JA25 JA30 JA32 JA33  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 2H049 AA25 AA43 AA44 AA53 AA57 BA02 BA06 BA07 BA42 BA45 BA47 BB03 BB43 BC21 5D119 AA43 BA01 DA01 DA05 EA02 EA03 EC48 FA05 JA23 JA25 JA30 JA32 JA33

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入射する光の偏光方向により回折効率の異
なる偏光性回折素子と、1/4または5/4波長板と、
有機高分子材料からなる偏光板とが、この順に重ねられ
ていることを特徴とする光学素子。
1. A polarizing diffraction element having a different diffraction efficiency depending on a polarization direction of incident light, a 1/4 or 5/4 wavelength plate,
An optical element, wherein a polarizing plate made of an organic polymer material is stacked in this order.
【請求項2】前記偏光板として偏光性回折素子を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
2. The optical element according to claim 1, wherein a polarizing diffraction element is used as the polarizing plate.
【請求項3】半導体レーザからの出射光を光記録媒体へ
導き、光記録媒体からの反射光を光検出器で検出する光
ヘッド装置において、光記録媒体と光検出器の間に請求
項1または請求項2に記載の光学素子が、偏光板を光記
録媒体側に向けて配されていることを特徴とする光ヘッ
ド装置。
3. An optical head device for guiding light emitted from a semiconductor laser to an optical recording medium and detecting reflected light from the optical recording medium with a photodetector, between the optical recording medium and the photodetector. 3. An optical head device, wherein the optical element according to claim 2 is arranged with the polarizing plate facing the optical recording medium.
【請求項4】前記光学素子を構成する偏光板の偏光方向
が、前記光記録媒体上での出射光の照射位置における半
径方向またはこれに垂直な方向であることを特徴とする
請求項3に記載の光ヘッド装置。
4. The optical system according to claim 3, wherein the polarization direction of the polarizing plate constituting the optical element is a radial direction at a position of irradiation of the emitted light on the optical recording medium or a direction perpendicular thereto. The optical head device as described in the above.
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