JP2004212553A - Polarizing diffractive optical element, optical pickup device, and optical disk drive system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光回折光学素子、及びその偏光回折光学素子を用いた光ピックアップ装置、及びその光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、回折光学素子を用いた光ピックアップ装置が種々提案されている。例えば、特許文献1には、図12に示すような構成のホログラムを用いた光ピックアップが開示されている。この光ピックアップは、所定の光を発光する半導体レーザチップ116を有しており、この半導体レーザチップ116から出射された光は、ホログラム素子の裏面に形成されたトラッキングビーム生成用回折格子115により、トラッキング用の2つの副ビームと情報信号読み出し用の1つの主ビームの3つに分離される。この3つのビーム光は、ホログラム素子の上面に設けられたホログラム114を0次光として透過し、コリメートレンズ113により平行光に変換された後、対物レンズ112によって記録媒体であるディスク111上に集光される。ディスク111上に集光された光は、ディスク111上に形成されたピットによる変調を受けた後に反射され、ディスク111から反射された反射光は、対物レンズ112、コリメートレンズ113を順次透過した後、ホログラム114によって回折され、1次回折光として5分割フォトダイオード117上に導かれる。
【0003】
図12に示すような構成の光ピックアップ装置において、ホログラム114は複数の領域に分割されている。この複数の領域間で格子周期が異なると、ホログラムの加工時にエッチングレートの違いから溝深さ、格子角度に違いが生じる。その違いからホログラムの領域間で回折効率の違いを生じ、トラッキング信号にオフセットが生じてしまう。そこで特許文献1記載の発明では、ホログラムは複数の領域間で格子周期が異ならないようにして、領域間の分割線を対称軸とするように互いに対称に形成することを特徴としている。この構成により加工時に生じる溝深さ、格子角度の違いが低減され、回折効率の違いを抑制することができる。特にトラッキング信号におけるバランス特性を向上させることができる。
【0004】
また、別の例として特許文献2には、図13に示すような構成の回折素子を用いた光ピックアップ装置が開示されている。この光ピックアップ装置では、半導体レーザ201からの出射光は回折素子202により回折され、そのうち0次回折光が偏光ビームスプリッタ203、コリメートレンズ204、対物レンズ205を介して記録媒体206上に集光される。記録媒体206からの戻り光は対物レンズ205、コリメートレンズ204を通過し、偏光ビームスプリッタ203に入射する。そして偏光成分に応じて、一方は図示しない直角に反射されて、情報信号検出光学系に導かれる。他方、透過した戻り光は回折素子202にて回折され、その1次光が受光素子207に導かれる。
【0005】
図13に示すような構成の光ピックアップ装置において、回折素子は複数の領域に分割されている。この場合、回折素子202に格子周期(ピッチ)の大きい所と格子周期の小さい所があると、エッチング時に格子周期の大きい所は溝が深く、格子周期の小さい所は溝が浅く加工されてしまう。その溝深さの違いから回折素子の回折効率に違いを生じ、トラッキング信号にオフセットが生じてしまう。そこで特許文献2に記載の発明では、回折素子202の受光素子から最も遠い領域と、最も近い領域の格子のピッチが略等しくなるようにして、回折効率に差が出ないようにしている。これによりトラッキング信号におけるバランス特性を向上させることができる。
【0006】
ところで、書換え型の光ピックアップ装置の高速化のためには光利用効率の高い素子を用いることが有効な手段である。一例としては、偏光方向により回折効率が異なる偏光分離素子を使えば光利用効率を高くすることができる。この偏光分離素子を実現するため、本出願人は先に、図14に示すような構成の偏光分離素子を提案している(特許文献3参照)。この偏光分離素子は、透明基板302上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜303が周期的凹凸格子として装荷され、さらにその上に等方性オーバーコート層304が被覆あるいは装荷されている構成であり、前記複屈折膜303が高分子複屈折膜(例えば延伸された有機高分子膜)からなることを特徴としている。特に、延伸された有機高分子膜(以下、有機延伸膜と言う)は、LiNbO3のような結晶材料に比べて大面積化が容易なので低コスト化しやすいという特徴を持っている。また、屈折率も1.6前後なので、屈折率が同程度の透明性の高い等方性接着剤が入手しやすく、素子作製が容易であるといったメリットも持っている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−288856号公報
【特許文献2】
特開平11−265515号公報
【特許文献3】
特開2000−75130号公報
【非特許文献1】
小山、西原著「光波電子光学」コロナ社、P117〜P132
【非特許文献2】
J.Appl.Phys.,vol.72,No.3,P.938(1992)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、回折光学素子の回折効率を高効率かつ均等にするための発明である。ここで回折効率とは、凹凸形状の格子を形成する光学材料の複屈折率と、格子の溝の深さを掛けたものである(回折効率=複屈折率×格子の溝深さ)。
図8にBK7ガラス上に凹凸形状の格子を形成した時の無偏光回折光学素子の格子の溝深さと回折効率の関係を示す。格子のピッチが1.6〜2.0μmと異なる場合において、溝深さを変えていくと、深さが0.6〜0.65μm近辺で回折効率は40%程度となり最大になる。しかしながら、格子のピッチごとに最大回折効率は異なっている。1.6μmでは39%、2.0μmでは41%と、最大回折効率は格子のピッチにより僅かに異なる。
【0009】
前述の従来例(特許文献1,2)では無偏光ホログラムのピッチを同一とし、受光素子を直列配置することで回折効率差を低減しているが、図8において、無偏光ホログラムの場合は対物レンズ出射光として往路で0次回折効率を80%程度確保する必要があり、復路において、溝深さが0.2μm近傍で回折効率が8%程度の領域を使用することになる。しかしながら、図8のように深さ0.2μm近傍で加工精度の問題により深さがばらつくと、回折効率もバラツキが大きくなる。すなわち、図8において、溝深さが10%ばらつくとすると、ピッチ1.6μmの場合は、回折効率最大付近と深さ0.2μmとの回折効率のバラツキを比較すると、Δη1>Δη2となる。深さのバラツキはプロセス上10%程度であるため、上記のように受光素子へ回折される光の回折効率のバラツキも大きくなり、出力信号のバラツキの原因となる。また、回折効率のバラツキが大きいと、信号検出系のゲインアンプの高帯域化が困難となる。さらに、バラツキだけでなく、無偏光では、回折効率の向上も困難である。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、回折格子の深さ加工バラツキにより生じる回折効率のバラツキを低減する構成を備え、単に回折効率を等しくするだけではなく、より高い回折効率になるようにした偏光回折光学素子を提供することを目的とする。また、本発明では、回折効率を等しくし、より高い回折効率になるようにした偏光回折光学素子を光学系に用いて信号のオフセットを小さくし、信頼性を向上した光ピックアップ装置を提供することを目的し、さらには、その光ピックアップ装置を搭載することにより安定した信号検出が可能な光ディスクドライブ装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項1に係る発明は、光ピックアップ装置に用いられる光学素子であって、入射光束の偏光方向に応じて光束を回折し分岐する偏光回折光学素子において、基板上に複屈折性を有する材料からなる凹凸形状の回折格子(偏光ホログラム)を形成して成り、該回折格子の溝深さをT、格子を透過する光の波長をλ、複屈折率差Δn(x軸とy軸の屈折率の差)をΔn=|nx−ny|としたとき、前記回折格子の溝深さTが、略λ/(2Δn)であることを特徴とする。すなわち、請求項1記載の偏光回折光学素子では、基板上に複屈折性を有する材料からなる凹凸形状の回折格子(偏光ホログラム)を形成し、該回折格子の溝深さTを略λ/(2Δn)に限定することにより、回折格子の溝深さのバラツキによる回折効率のバラツキを低減でき、回折効率の向上を図ることが可能となる。
【0012】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の偏光回折光学素子において、前記回折格子のQ値を、
Q=(2πλT)/(n0・Λ2)
(λ:波長、T:格子の溝深さ、n0:平均屈折率、Λ:格子周期)
としたとき、前記Q値が1≦Q<4であることを特徴とする。すなわち、請求項2記載の偏光回折光学素子では、Q値を限定することにより入射角依存性を低減することが可能となる。また、この偏光回折光学素子を光ピックアップ装置の光学系に用いたときに、偏光回折光学素子をラジアル方向へシフトして組付け調整することで回折効率差を低減でき、回折効率を向上することが可能となる。
【0013】
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載の偏光回折光学素子において、基板上に設けた光学的異方性材料に凹凸形状の回折格子を形成し、少なくともその凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項3記載の偏光回折光学素子では、基板上に設けた光学的異方性材料に凹凸形状の回折格子を形成し、少なくともその凹部に等方性物質を充填したものであり、ピッチと深さの関係は請求項1または2に記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率のバラツキの低減を図ることが可能となる。
また、請求項4に係る発明は、請求項3記載の偏光回折光学素子において、前記光学的異方性材料は、高分子配向膜あるいは有機延伸膜であることを特徴とする。
【0014】
請求項5に係る発明は、請求項1または2記載の偏光回折光学素子において、基板上に設けた光学的等方性材料、あるいは光学的等方性材料からなる基板上に、凹凸形状の回折格子を形成し、少なくともその凹部に光学的異方性材料を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項5記載の偏光回折光学素子では、基板上に設けた光学的等方性材料、あるいは光学的等方性材料からなる基板上に、凹凸形状の回折格子を形成し、少なくともその凹部に光学的異方性材料を充填したものであり、ピッチと深さの関係は請求項1または2に記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率のバラツキ低減を図ることが可能となる。
また、請求項6に係る発明は、請求項5記載の偏光回折光学素子において、充填される光学的異方性材料は液晶であることを特徴とする。
【0015】
請求項7に係る発明は、光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光して記録または再生を行う光ピックアップ装置において、前記光源から集光レンズに至る光路中に回折光学素子を配置し、前記記録媒体からの反射光を回折光学素子により分岐して光検出器で受光する光学系を備え、該光学系に配置する回折光学素子として、請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光回折光学素子を用いたことを特徴とする。
また、請求項8に係る発明は、請求項7記載の光ピックアップ装置において、前記光学系は、光源と、該光源からの光を記録媒体上に集光させる集光レンズと、前記記録媒体からの反射光を回折し分岐する請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光回折光学素子と、該偏光回折光学素子で回折され分岐された反射光を検出し少なくともフォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号の検出を行う光検出器とを有することを特徴とする。
請求項7,8記載の光ピックアップ装置では、光学系に配置する回折光学素子として、請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光回折光学素子を用いたことにより、領域ごとの回折効率バラツキが小さく、高効率の回折光学素子を使うことができ、信号のオフセットを小さくし、S/N比を向上することができ、光ピックアップ装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【0016】
請求項9に係る発明は、請求項7または8記載の光ピックアップ装置において、前記光源と光検出器と偏光回折光学素子を一体に構成したユニットを用いたことを特徴とする。
すなわち、請求項9記載の光ピックアップ装置では、光源と光検出器と偏光回折光学素子を一体に構成したユニットを用いたことにより、小型で低コストな光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
【0017】
請求項10に係る発明は、記録媒体に対して光ピックアップ装置を用いて情報の記録または再生を行う光ディスクドライブ装置において、前記光ピックアップ装置として、請求項7〜9のいずれか一つに記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。
すなわち、請求項10記載の光ディスクドライブ装置では、請求項7〜9のいずれか一つに記載の光ピックアップ装置を使うことにより、信号のバラツキやノイズによるオフセットが小さく、安定した信号検出が可能な光ディスクドライブ装置を実現することが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【0019】
(実施例1)
図1は本発明の一実施例を示す偏光回折光学素子の構成及び動作の説明図であり、図2は本発明の一実施例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。図1の構成は、図2に示す光ピックアップ装置のホログラム光源ユニット11の部分の構成例を示している。すなわち、図2に示す光ピックアップ装置のホログラム光源ユニット11のケース内には、図1に示す光源1及び光検出器(複数の受光素子あるいは多分割受光素子)8が配設されており、そのケースの光出・入射用の開口部に偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)7が一体に設置されている。この偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)7は、透明な第1の基板2上に複屈折性を有する光学的異方性材料3を設け、この光学的異方性材料3にエッチング処理などにより凹凸形状の回折格子(偏光ホログラム)4を形成し、少なくとも格子の凹部に等方性材料5を充填し、さらにその上に透明な第2の基板6を装荷したものである。図1における第1、第2の基板1,6は石英やBK7のような透明なガラス基板であるが、ガラスでなくてもよく、透明な樹脂でも構わない。また、図2において、符号12はカップリングレンズ、13は立上げミラー、14は1/4波長板、15は集光レンズである対物レンズ、16は記録媒体である光ディスクである。尚、図2の構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。
【0020】
図1,2において、ホログラム光源ユニット11内の光源(例えば半導体レーザ)1から出射された直線偏光の光は、偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)7を透過し、カップリングレンズ12で略平行光になり、立上げミラー13で光路を略直角方向に偏向され、1/4波長板14を透過して円偏光となり、対物レンズ15で集光されて光ディスク16の記録面に微小なスポット光として照射される。そして、光ディスク16の記録面上の信号を読み取った光は、記録面で反射されて往路とは反対回りの円偏光となり、対物レンズ15で略平行光とされ、1/4波長板14を透過して往路とは直交した直線偏光となり、立上げミラー13で光路を偏向され、カップリングレンズ12に戻り、偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)7の偏光ホログラム4で回折されて分岐され、分岐された光は光検出器8の複数の受光素子(あるいは多分割受光素子)で受光され、情報信号、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号等の信号が検出される。
【0021】
次に偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)7のホログラム4について説明する。ホログラム4は複屈折性を有する光学的異方性材料(以下、複屈折性材料と言う)3の表面に凹凸形状の周期的格子が形成されたもので、少なくとも凹部に等方性材料5が充填されている偏光ホログラムである。この偏光ホログラム4は、例えば図3に示すように2つの格子領域4a,4bに分割されており、領域4aと4bでは格子ピッチ(格子周期)が異なっている。そのため領域4aと領域4bからの回折光の回折角は異なり、それぞれ光検出器8の2つの受光素子8aと8bで受光される。ここで領域4aの方が回折角度が小さいので、格子のピッチは大きい。ここでは領域4aの格子のピッチを仮に2.0μmとする。領域4bの方は回折角度が大きいので格子のピッチは小さい。ここでは領域4bの格子のピッチを仮に1.6μmとする。
【0022】
このように偏光ホログラム4の格子のピッチが異なる場合、図8〜図10に示すように、格子のピッチが異なる部分では最大回折効率が異なる。ここで、図8は前述したように、BK7ガラス上に凹凸形状の格子を形成した時の無偏光回折光学素子の格子の溝深さと+1次回折効率の関係を示す図である。また、図9は複屈折率Δnが大きい場合の偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)の格子の溝深さと+1次回折効率の関係を示す図であり、図10は、複屈折率Δnが小さい場合の偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)の格子の溝深さと+1次回折効率の関係を示す図である。
【0023】
光ピックアップ装置で高速再生をするためには、偏光ホログラム4による回折効率を大きくして光検出器8の受光素子8a,8bに入る光量を大きくしなければならないが、回折効率を大きくすると格子のピッチの異なるホログラム領域4a,4bでは得られる最大効率が異なるので、受光素子8a,8bに入る光量が異なってしまい、信号出力がアンバランスになって正確な信号検出ができなくなる。そこで従来例(特許文献1,2)では、無偏光ホログラムのピッチを同一とし、図4に示すように、受光素子8a,8bを直列配置することで回折効率差を低減している。これに対して、本発明では少なくともフォーカシング誤差信号、トラッキング誤差信号検出用の受光素子を有する光学系に偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)を搭載するものである。
【0024】
図8はBK7ガラス上に格子を形成した時の格子の溝深さと回折効率の関係を示しているが、格子のピッチが1.6〜2.0μmと異なる場合において、溝深さを変えていくと、深さが0.6〜0.65μm近辺で回折効率は40%程度となり最大になる。しかしながら、格子のピッチごとに最大回折効率は異なっている。格子のピッチ1.6μmでは39%、2.0μmでは41%と、最大回折効率は格子のピッチによりわずかに異なる。従来例(特許文献1,2)では無偏光ホログラムの格子のピッチを同一とし、受光素子を直列配置することで回折効率差を低減しているが、無偏光ホログラムの場合は対物レンズ出射光として、往路で0次回折効率を80%程度確保する必要があり、復路では溝深さが0.2μm近傍で回折効率8%程度の領域を使用することとなる。図8のように深さ0.2μm近傍で加工精度の問題により深さがばらつくと、回折効率もバラツキが大きくなる。深さのバラツキはプロセス上10%程度あるため回折効率のバラツキも大きくなり、出力信号のバラツキ拡大の原因となる。
【0025】
そこで、本発明では、図1,2に示す光ピックアップ装置の光学系に偏光回折光学素子を設けることで、往路を90%以上確保でき、復路においては、図9に示すような偏光回折光学素子の回折効率より、溝深さを2μm付近(回折効率最大付近)に設定することで、深さに対する回折効率の変化量が低減するため、深さバラツキによる回折効率のバラツキを低減できる。これにより受光素子8a,8bに入る光量バラツキを低減でき、信号出力を安定化できるため正確な信号検出ができるようになる。また、偏光回折光学素子の回折効率のバラツキを低減し、かつ高効率化することにより、信号検出系のゲインアンプの高帯域化も容易になる。
【0026】
ここで、偏光回折光学素子7の偏光ホログラム4の格子の溝深さをT、格子を透過する光の波長をλ、複屈折率差Δn(x軸とy軸の屈折率の差(z軸を光軸とする))をΔn=|nx−ny|としたとき、格子の溝深さTが、
T=λ/(2Δn)
となるようにする。このようにすることで、各ピッチでの回折効率を最大にできる。
【0027】
尚、図8の無偏光ホログラムの場合は、溝深さのバラツキは一般的に加工工程において10%程度のバラツキが発生する。このため、図8でピッチ1.6μmの場合は回折効率最大付近と深さ0.2μmとの回折効率のバラツキを比較すると、Δη1>Δη2(0.2μmの深さの回折効率のバラツキに対して、最大効率の深さでの回折効率のバラツキは約1/3)となる。
本発明では、回折光学素子に図9(または図10)に示すような特性の偏光ホログラム素子を用い、格子の溝深さTが、T=λ/(2Δn)となるようにするので、各ピッチでの回折効率を最大にでき受光素子に入る光量バラツキを低減でき、信号出力を安定化できるため正確な信号検出ができるようになる。また、信号検出系のゲインアンプの高帯域化もさらに容易となる。
【0028】
(実施例2)
次に本発明の第2の実施例を図5に基づいて説明する。図5は偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)のQ値を0.1,1,2,4,7,10と変えたときの一次回折効率の光束入射角依存性を示す図である。ここでQ値とはホログラム素子が平面ホログラムか体積ホログラムかを判断する目安となるパラメータであり、光源波長をλ、回折格子の溝深さをT、平均屈折率をn0、回折格子のピッチ(格子周期)をΛとしたとき、Q値は、
Q=(2πλT)/(n0・Λ2)
で求められる。
【0029】
一般にQ≦0.5の場合は平面ホログラム、Q≧10の場合は体積ホログラムと言われている。0.5<Q<10の場合は、その中間領域である(非特許文献1参照)。図5に示すように、平面ホログラムでは光束入射角に関わらず回折効率は一定であるが、体積ホログラムでは光束入射角により回折効率は大きく変化し、特定の入射角(ブラッグ角)時に回折効率は最大になる。ここで図5におけるQ=0.1の場合とQ=2の場合を比較すると、回折効率に光束入射角依存性のあるQ=2の場合の方が、ブラッグ角をθBとすると、およそ±θBの範囲において回折効率が上回っている。
【0030】
従って、例えば図1に示すような光学系において、偏光ホログラム素子7に入射する光束入射角が±θB以内になるように設計すれば、記録媒体からの反射光(戻り光束)を受光手段である光検出器8に導く偏光ホログラム素子として、回折効率に光束入射角依存性のある偏光ホログラム素子を用いた方が、回折効率が光束入射角によらず一定である偏光ホログラム素子を用いるよりも回折効率を高くできる。また、Q=2の場合に限らず、図5によればQ値が2〜4の場合において、光束入射角が0、すなわち垂直入射時における回折効率がQ=0.1の平面ホログラムの場合よりも上回っているので、光束入射角0を中心とした或る入射角範囲での回折効率の平均値が平面ホログラムの回折効率より高くなる。従って、戻り光束を受光手段に導く偏光ホログラム素子として、回折効率に光束入射角依存性のある偏光ホログラム素子を用いる場合、Q値が2〜4になるように設計することが望ましい。
【0031】
以上によれば、偏光ホログラム4の各領域4a,4bのピッチが同一の偏光回折光学素子7を用い、図4に示すように光検出器8の受光素子8a,8bが直列配置された光学系において、さらなる回折効率の向上が可能となり、且つ、回折効率最大の領域を利用できる。また、光検出器8による信号検出においてS/N比を確保でき、高速化に対応できるようになる。ただし、入射角依存性によりトラックオフセットが発生するが、オフセット除去手段に関しては、例えば光源1の光軸に対し、偏光回折光学素子7を記録媒体(光ディスク)16のラジアル方向にシフトしてトラッキングオフセットを低減する方法があり、オフセット除去が可能となる。
【0032】
(実施例3)
次に実施例1,2に示した構成において、偏光回折光学素子7は図6に示すように、複屈折性を有する光学的異方性材料(以下、複屈折性材料と言う)3の表面に凹凸形状を有する回折格子(偏光ホログラム)4を形成した偏光回折光学素子であることについて説明する。図1でも示したように、図6に示す偏光回折光学素子の第1の基板1と第2の基板6は石英やBK7のような透明なガラス基板である。また、ガラス以外に、透明な樹脂でも構わない。ホログラム4は複屈折性材料3の表面にエッチング等により凹凸形状が形成されたものであり、少なくとも凹部に等方性材料5が充填されている偏光ホログラムである。複屈折性材料3の屈折率と等方性材料5の屈折率の差と、格子の溝深さにより回折効率が決まるが、屈折率差により特性が違うので、それに合わせて最適な深さを決めていく必要がある。図9に示すように、複屈折性材料3の複屈折率差Δnが大きい場合は、ピッチの違いによる最大回折効率の違いは小さい。逆に図10に示すように、複屈折性材料3の複屈折率差Δnが小さい場合は、ピッチの違いによる最大回折効率の違いは大きい。いずれの場合でも回折効率のバラツキを低減するために、前述したように格子の深さを最大回折効率付近に設定すれば、回折効率差を低減することができる。したがって、格子の深さを最大回折効率の付近に設定することによる回折効率バラツキの低減は、多用な複屈折材料に適用できる有効な手段と言える。
【0033】
ここで、図6に示すような構成の偏光回折光学素子に用いられる複屈折材料3の一例として、複屈折膜の例について説明する。複屈折膜としては有機の高分子配向膜がある。作製方法の一例としては、ガラスなどの透明基板上にSiOなどを斜め蒸着したり、あるいはポリエチレンテレフタレート(PET)などの有機膜を布で擦ってラビング処理した配向膜上に、ポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させ、この後、紫外線を照射してポリマー化して複屈折膜を作る方法がある(例えば、非特許文献2参照)。この方法により、有機材料の複屈折膜を安価に生産することができる。
また、複屈折膜を得る別の加工法として、スピンコートなどにより作製したポリイミドやポリカーボネート等の高分子フィルムを延伸により分子鎖を一軸方向に配向させ、面内複屈折を発生させる方法があり、このようにして作製された複屈折膜を有機延伸膜と言う。この有機延伸膜では、延伸の時の温度や加える力により複屈折Δnを変えることができ、安価で量産可能な方法である。尚、有機延伸膜に用いられる有機高分子材料としては、ポリイミドやポリカーボネートの他に、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォンなどを用いることができる。
このようにして得られた複屈折膜に、エッチング等により凹凸形状の格子を形成し、その表面を等方性の屈折率の物質で埋めて平坦化することにより、低コストで高効率な偏光ホログラムが形成される。
【0034】
(実施例4)
以上の実施例1〜3では、基板上に複屈折性材料(複屈折膜)3を形成し、その複屈折性材料に凹凸形状の格子からなるホログラム4を形成した構成の偏光回折光学素子について述べたが、ここでは、光学的等方性材料に凹凸形状の格子を設け、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性材料を充填した構成の偏光回折光学素子について説明する。
本実施例では図7に示すように、回折光学素子7’は等方性材料9の表面に凹凸形状を有し、少なくともその凹部に光学的異方性材料(複屈折性材料)10を充填した偏光回折光学素子である。第1の基板1、第2の基板6は石英やBK7のような透明なガラス基板であるが、ガラス以外にも透明な樹脂でも構わない。尚、等方性材料9は第1の基板2と共通でもよい。すなわち、等方性材料かなる基板に凹凸形状の格子を形成してもよい。
【0035】
より具体的に説明すると、図7に示す偏光回折光学素子7’では、ホログラム4は、等方性材料9の表面にエッチング等により凹凸形状の回折格子を形成したものであり、少なくとも凹部に光学的異方性材料(複屈折性材料)10が充填されている偏光ホログラムである。この場合にも、複屈折性材料10の複屈折率と溝深さにより回折効率が決まるが、複屈折率差に応じて深さの違いによる最大回折効率が異なってくる。すなわち、複屈折率差により特性が違うので、それに合わせて最適な深さを決めていく必要がある。例えば、図9のように複屈折性材料10の複屈折率差が大きい場合は、格子のピッチの違いによる最大回折効率の違いは小さい。逆に図10のように複屈折性材料10の複屈折率差が小さい場合は、格子のピッチの違いによる最大回折効率の違いは大きい。いずれの場合も回折効率のバラツキを低減するために、格子の深さを変えて最大回折効率付近に設定することで、回折効率のバラツキを低減することができる。このように複屈折性材料10の複屈折率差が幾つであっても、格子の深さを最大回折効率付近に設定することにより、回折効率のバラツキを低減することができる。したがって、格子の深さを最大回折効率の付近に設定することによる回折効率バラツキの低減は、光学的等方性材料に凹凸形状の格子を設け、少なくとも格子の凹部に複屈折性材料を充填した構成の偏光回折光学素子にも適用できる有効な手段と言える。
【0036】
ここで、図7に示すような構成の偏光回折光学素子に用いられる複屈折性材料10としては液晶が好適である。すなわち、等方性材料9の表面に凹凸形状の格子を設けた場合には、格子の凹部に液晶を充填することになる。液晶の複屈折率差は、配合によりある程度任意に変えることができる。等方性材料9の凹凸加工において溝深さを浅くしたい場合は液晶の複屈折率差を大きくし、深い溝加工が可能であれば液晶の複屈折率差を小さくすれば良い。また、体積ホログラムを作りたい場合は、液晶の複屈折率差を小さくして深い溝加工にすれば良い。このように多用なホログラムを作ることに対応できる液晶は、作るものにより複屈折率差も多用に変わることが予想される。また、複屈折率差に合わせて格子ピッチや格子の深さを最適にすることにより、均一、かつ高い回折効率を得ることができる。
【0037】
(実施例5)
本発明に係る光ピックアップ装置は、光源1からの光を集光レンズ(対物レンズ)15で記録媒体(光ディスク)16に集光して記録または再生を行う光ピックアップ装置であり、光源1から対物レンズ15に至る光路中に回折光学素子7を配置し、光ディスク16からの反射光を回折光学素子7により分岐して光検出器8で受光する光学系を備え、該光学系に配置する回折光学素子7として、実施例1〜4で説明した構成の偏光回折光学素子を用いたものである。より具体的には、図2に示したように、光学系は、ホログラム光源ユニット11と、カップリングレンズ12、立上げミラー13、1/4波長板14、対物レンズ15などで構成されており、ホログラム光源ユニット11のケース内には、図1に示す光源1及び受光素子8が配設されており、そのケースの光出・入射用の開口部に偏光回折光学素子7が一体に設置されている。そして、偏光回折光学素子7としては、実施例1〜4で説明した偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)が用いられているので、以下のような利点がある。
(1)回折効率自体も高いので、高速記録・再生に対応できる。
(2)格子の深さバラツキによる回折効率差を低減できるので、低コストに偏光ホログラム素子を作製でき、光ピックアップ装置を低コストに作製することができる。
(3)領域ごとの回折効率バラツキが小さく、高効率の偏光ホログラム素子を使うことができ、信号のオフセットを小さくし、S/N比を向上することができ、光ピックアップ装置の信頼性の向上を図ることができる。
(4)光源1と光検出器8と偏光ホログラム素子7を一体に構成したホログラム光源ユニット11を用いることにより、小型で低コストな光ピックアップ装置を実現することができる。
【0038】
(実施例6)
実施例1,5に示した光ピックアップ装置は、回折効率が高く、均一な回折効率の偏光ホログラム素子を用いるので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られる。また、回折効率が高いと信号検出系の光集積回路(OPIC)のゲインを小さくでき、OPICの高速応答化に貢献できる。したがって、この光ピックアップ装置を光ディスクドライブ装置に搭載することによって、記録・再生速度の高速化を達成することができる。
また、本発明に係る光ピックアップ装置は、偏光分離に偏光ホログラム素子7を用い、光源1と光検出器8を配設した光源ユニット11と一体化しているので、光ピックアップ装置の小型化、薄型化が可能であり、ノート型パーソナルコンピュータ等に搭載される光ディスクドライブ装置の光ピックアップ装置として好適に用いることができる。
【0039】
次に光ディスクドライブ装置の構成例を図11に示す。図11は光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。この光ディスクドライブ装置20は、情報記録媒体としての光ディスク16を回転駆動するためのスピンドルモータ22、光ピックアップ装置23、レーザコントロール回路24、エンコーダ25、モータドライバ27、再生信号処理回路28、サーボコントローラ33、バッファRAM34、バッファマネージャ37、インターフェース38、リード・オンリー・メモリ(ROM)39、中央演算処理装置(CPU)40、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)41などを備えている。尚、図11における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表わすものではない。また、光ディスク16としては、CD(コンパクト・ディスク)系の光ディスク(CD,CD−R,CD−RW)や、DVD(デジタル・バーサタイル・ディスク)系の光ディスク(DVD,DVD−R,DVD−RW)等があり、光ピックアップ装置23内に波長の異なる光源を複数備えることにより、互換性を持たせることができる。
【0040】
光ピックアップ装置23は、光ディスク16のスパイラル状または同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光を照射すると共に、記録面からの反射光を受光し、情報の記録または再生を行うための装置であり、例えば実施例1,5で説明した図2のような構成となっている。
再生信号処理回路28は、光ピックアップ装置23の出力信号である電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいてウォブル信号、再生情報を含むRF信号及びサーボ信号(フォーカスエラー信号、トラックエラー信号)などを検出する。そして、再生信号処理回路28では、ウォブル信号からアドレス情報及び同期信号等を抽出する。ここで抽出されたアドレス情報はCPU40に出力され、同期信号はエンコーダ25に出力される。さらに、再生信号処理回路28では、RF信号に対して誤り訂正処理等を行なった後、バッファマネージャ37を介してバッファRAM34に格納する。また、サーボ信号は再生信号処理回路28からサーボコントローラ33に出力される。サーボコントローラ33では、サーボ信号に基づいて光ピックアップ装置23を制御する制御信号を生成し、モータドライバ27に出力する。
【0041】
前記バッファマネージャ37では、バッファRAM34へのデータの入出力を管理し、蓄積されたデータ量が所定の値になると、CPU40に通知する。前記モータドライバ27では、サーボコントローラ33からの制御信号及びCPU40の指示に基づいて、光ピックアップ装置23及びスピンドルモータ22を制御する。前記エンコーダ25では、CPU40の指示に基づいて、バッファRAM34に蓄積されているデータをバッファマネージャ37を介して取り出し、エラー訂正コードの付加などを行い、光ディスク16への書き込みデータを作成するとともに、再生信号処理回路28からの同期信号に同期して、書き込みデータをレーザコントロール回路24に出力する。前記レーザコントロール回路24では、エンコーダ25からの書き込みデータに基づいて、光ピックアップ装置23からのレーザ光出力を制御する。
【0042】
前記インターフェース38は、ホスト(例えば、パーソナルコンピュータ)との双方向の通信インターフェースであり、ATAPI(AT Attachment Packet Interface)及びSCSI(Small Computer System Interface)等の標準インターフェースに準拠している。
前記ROM39には、CPU40にて解読可能なコードで記述された制御用のプログラム等が格納されている。CPU40は、ROM39に格納されている前記プログラムに従って上記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にRAM41に保持する。
【0043】
以上、光ディスクドライブ装置の一構成例を説明したが、本発明では光ピックアップ装置23として、実施例1〜4で説明した偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)を用いた光ピックアップ装置(例えば図1,2の構成)を搭載しているので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られ、かつ記録・再生速度の高速化を達成することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の偏光回折光学素子では、基板上に複屈折性を有する材料からなる凹凸形状の回折格子(偏光ホログラム)を形成し、該回折格子の溝深さTを略λ/(2Δn)に限定することにより、回折格子の溝深さのバラツキによる回折効率のバラツキを低減でき、回折効率の向上を図ることができる。
請求項2記載の偏光回折光学素子では、回折格子のQ値を限定することにより入射角依存性を低減することができる。また、この偏光回折光学素子を光ピックアップ装置の光学系に用いたときに、偏光回折光学素子をラジアル方向へシフトして組付け調整することで回折効率差を低減でき、回折効率を向上し回折効率バラツキを低減して高速化に対応できる。
【0045】
請求項3記載の偏光回折光学素子では、基板上に設けた光学的異方性材料に凹凸形状の回折格子を形成し、少なくともその凹部に等方性物質を充填したものであり、ピッチと深さの関係は請求項1または2に記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率のバラツキの低減を図ることができる。また、光学的異方性材料に直接凹凸加工を施せるので、微小ピッチの格子を形成でき、等方性材料が充填物質と接着剤を兼ねることができ、工程が簡素化できる。
請求項4記載の偏光回折光学素子では、前記光学的異方性材料に高分子配向膜あるいは有機延伸膜を用いるので材料費が安価であり、特に、有機延伸膜を使うことにより、大面積に加工でき、より低コスト化を実現できる。
【0046】
請求項5記載の偏光回折光学素子では、基板上に設けた光学的等方性材料、あるいは光学的等方性材料からなる基板上に、凹凸形状の回折格子を形成し、少なくともその凹部に光学的異方性材料を充填したものであり、ピッチと深さの関係は請求項1または2に記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率のバラツキ低減を図ることができる。また、光学的等方性材料、すなわち加工が容易なガラス材等に直接凹凸加工を施せるので、微小ピッチの格子を安定して形成でき、信頼性が高い。
請求項6記載の偏光回折光学素子では、光学的等方性材料に形成した凹凸形状の回折格子に充填される光学的異方性材料に液晶を用いることにより、低コスト化を実現することができる。また、充填物質が液晶なので、複屈折率を大きくすることができ、溝加工が浅くても良く、加工時間を短縮でき、量産性が良い。
【0047】
請求項7,8記載の光ピックアップ装置では、光学系に配置する回折光学素子として、請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光回折光学素子を用いたことにより、領域ごとの回折効率バラツキが小さく、高効率の回折光学素子を使うことができ、信号のオフセットを小さくしてS/N比を向上することができ、信頼性の高い高速記録・再生を行うことができる。
また、請求項9記載の光ピックアップ装置では、光源と光検出器と偏光回折光学素子を一体に構成したユニットを用いたことにより、小型で低コストで、信頼性の高い光ピックアップ装置を実現することができる。
【0048】
請求項10記載の光ディスクドライブ装置では、請求項7〜9のいずれか一つに記載の光ピックアップ装置を搭載することにより、信号のバラツキやノイズによるオフセットが小さく、安定した信号検出を行うことができ、記録・再生速度の高速化を達成することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す偏光回折光学素子の構成及び動作の説明図である。
【図2】本発明の一実施例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図3】偏光回折光学素子の2分割されたホログラム領域と、各領域からの回折光を受光する受光素子の配置の一例を示す図である。
【図4】偏光回折光学素子の2分割されたホログラム領域と、各領域からの回折光を受光する受光素子の配置の別の例を示す図である。
【図5】偏光回折光学素子のQ値を変えたときの回折効率の光束入射角依存性を示す図である。
【図6】本発明に係る偏光回折光学素子の構成例を示す概略要部断面図である。
【図7】本発明に係る偏光回折光学素子の別の構成例を示す概略要部断面図である。
【図8】BK7ガラス上に凹凸形状の格子を形成した時の無偏光回折光学素子の格子の溝深さと+1次回折効率の関係を示す図である。
【図9】複屈折率Δnが大きい場合の偏光回折光学素子の格子の溝深さと+1次回折効率の関係を示す図である。
【図10】複屈折率Δnが小さい場合の偏光回折光学素子の格子の溝深さと+1次回折効率の関係を示す図である。
【図11】光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図12】従来技術の一例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図13】従来技術の別の例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図14】回折格子を用いた偏光分離素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1:光源(半導体レーザ)
2:第1の基板
3:光学的異方性材料(複屈折性材料)
4:偏光ホログラム(回折格子)
4a,4b:格子領域
5:等方性材料
6:第2の基板
7,7’:偏光回折光学素子(偏光ホログラム素子)
8:光検出器
8a,8b:受光素子
9:光学的等方性材料
10:光学的異方性材料(複屈折性材料)
11:ホログラム光源ユニット
12:カップリングレンズ
13:立上げミラー
14:1/4波長板
15:対物レンズ
16:光ディスク(記録媒体)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization diffraction optical element, an optical pickup device using the polarization diffraction optical element, and an optical disk drive device equipped with the optical pickup device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various optical pickup devices using a diffractive optical element have been proposed. For example,
[0003]
In the optical pickup device having the configuration shown in FIG. 12, the
[0004]
As another example,
[0005]
In the optical pickup device configured as shown in FIG. 13, the diffraction element is divided into a plurality of regions. In this case, if the
[0006]
By the way, in order to increase the speed of the rewritable optical pickup device, it is effective to use an element having high light use efficiency. As an example, the use efficiency of light can be increased by using a polarization separation element having a different diffraction efficiency depending on the polarization direction. In order to realize this polarization separation element, the present applicant has previously proposed a polarization separation element having a configuration as shown in FIG. 14 (see Patent Document 3). In this polarization separation element, a
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-288856
[Patent Document 2]
JP-A-11-265515
[Patent Document 3]
JP 2000-75130 A
[Non-patent document 1]
Koyama, Nishihara, "Lightwave Electron Optics," Corona, P117-P132
[Non-patent document 2]
J. Appl. Phys. , Vol. 72, no. 3, p. 938 (1992)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is an invention for making the diffraction efficiency of a diffractive optical element high and uniform. Here, the diffraction efficiency is obtained by multiplying the birefringence of the optical material forming the concave-convex lattice by the depth of the groove of the lattice (diffraction efficiency = birefringence × groove depth of lattice).
FIG. 8 shows the relationship between the groove depth of the grating of the non-polarized diffractive optical element and the diffraction efficiency when the uneven grating is formed on the BK7 glass. In the case where the pitch of the grating is different from 1.6 to 2.0 μm, when the groove depth is changed, the diffraction efficiency becomes about 40% when the depth is around 0.6 to 0.65 μm and becomes the maximum. However, the maximum diffraction efficiency differs for each grating pitch. The maximum diffraction efficiency is slightly different depending on the grating pitch, with 39% at 1.6 μm and 41% at 2.0 μm.
[0009]
In the above-described conventional examples (
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a configuration for reducing variations in diffraction efficiency caused by variations in depth processing of a diffraction grating, and not only equalizes diffraction efficiencies, but also achieves higher diffraction efficiencies. It is an object of the present invention to provide a polarized light diffractive optical element. Further, the present invention provides an optical pickup device in which the diffraction efficiency is made equal and the offset of a signal is reduced by using a polarization diffraction optical element having a higher diffraction efficiency in an optical system, thereby improving reliability. Another object of the present invention is to provide an optical disk drive device capable of performing stable signal detection by mounting the optical pickup device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As means for achieving the above object, the invention according to
[0012]
The invention according to
Q = (2πλT) / (n0 · Λ 2 )
(Λ: wavelength, T: grating groove depth, n0: average refractive index, Λ: grating period)
Wherein the Q value satisfies 1 ≦ Q <4. That is, in the polarization diffraction optical element according to the second aspect, it is possible to reduce the incident angle dependency by limiting the Q value. Further, when the polarization diffraction optical element is used in an optical system of an optical pickup device, the diffraction efficiency difference can be reduced by shifting the polarization diffraction optical element in the radial direction and adjusting the assembly to improve the diffraction efficiency. Becomes possible.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the polarization diffractive optical element according to the first or second aspect, an uneven diffraction grating is formed on the optically anisotropic material provided on the substrate, and an isotropic substance is formed at least in the concave portion. Is filled. That is, in the polarization diffractive optical element according to the third aspect, an uneven diffraction grating is formed on an optically anisotropic material provided on a substrate, and at least the concave portion is filled with an isotropic substance. By setting the relationship between the depth and the depth as described in
The invention according to
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the polarization diffraction optical element according to the first or second aspect, an optically isotropic material provided on the substrate or an uneven diffraction pattern is formed on the substrate made of the optically isotropic material. A grating is formed, and at least concave portions thereof are filled with an optically anisotropic material. That is, in the polarization diffractive optical element according to the fifth aspect, a diffraction grating having an uneven shape is formed on an optically isotropic material provided on the substrate or on a substrate made of the optically isotropic material, and at least the concave portion is formed. Is filled with an optically anisotropic material, and the relationship between the pitch and the depth is set as described in
The invention according to
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical pickup device for performing recording or reproduction by condensing light from a light source onto a recording medium with a condenser lens, a diffractive optical element is arranged in an optical path from the light source to the condenser lens. And an optical system that receives the light reflected from the recording medium by a diffractive optical element and receives the light by a photodetector. As a diffractive optical element arranged in the optical system, the optical system according to any one of
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical pickup device according to the seventh aspect, the optical system includes a light source, a condensing lens for condensing light from the light source on a recording medium, and 7. The polarized light diffractive optical element according to
In the optical pickup device according to the seventh or eighth aspect, by using the polarization diffraction optical element according to any one of the first to sixth aspects as the diffractive optical element arranged in the optical system, the diffraction efficiency for each region is obtained. A highly efficient diffractive optical element having small variations can be used, the signal offset can be reduced, the S / N ratio can be improved, and the reliability of the optical pickup device can be improved.
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, in the optical pickup device of the seventh or eighth aspect, a unit in which the light source, the photodetector, and the polarization diffraction optical element are integrally formed is used.
That is, in the optical pickup device according to the ninth aspect, by using a unit in which the light source, the photodetector, and the polarization diffraction optical element are integrally formed, it is possible to provide a small-sized and low-cost optical pickup device. .
[0017]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an optical disc drive device for recording or reproducing information on or from a recording medium using an optical pickup device, wherein the optical pickup device is any one of the seventh to ninth aspects. The optical pickup device is mounted.
That is, in the optical disk drive device according to the tenth aspect, by using the optical pickup device according to any one of the seventh to ninth aspects, the offset due to signal variation and noise is small, and stable signal detection is possible. An optical disk drive device can be realized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated examples.
[0019]
(Example 1)
FIG. 1 is an explanatory view of the configuration and operation of a polarization diffraction optical element showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic structural view of an optical pickup device showing one embodiment of the present invention. The configuration of FIG. 1 shows a configuration example of a portion of the hologram
[0020]
1 and 2, linearly polarized light emitted from a light source (for example, a semiconductor laser) 1 in a hologram
[0021]
Next, the
[0022]
When the pitch of the grating of the
[0023]
In order to perform high-speed reproduction by the optical pickup device, the diffraction efficiency of the
[0024]
FIG. 8 shows the relationship between the grating depth and the diffraction efficiency when a grating is formed on BK7 glass. When the grating pitch is different from 1.6 to 2.0 μm, the groove depth is changed. As the depth increases, the diffraction efficiency becomes about 40% at a depth of about 0.6 to 0.65 μm, which is the maximum. However, the maximum diffraction efficiency differs for each grating pitch. The maximum diffraction efficiency is slightly different depending on the grating pitch, with 39% at a grating pitch of 1.6 μm and 41% at 2.0 μm. In the conventional examples (
[0025]
Therefore, in the present invention, by providing a polarization diffraction optical element in the optical system of the optical pickup device shown in FIGS. 1 and 2, 90% or more of the forward path can be secured, and the polarization diffraction optical element as shown in FIG. By setting the groove depth to about 2 μm (near the maximum diffraction efficiency) from the diffraction efficiency described above, the variation in the diffraction efficiency with respect to the depth is reduced, so that the variation in the diffraction efficiency due to the depth variation can be reduced. As a result, variations in the amount of light entering the
[0026]
Here, the groove depth of the grating of the
T = λ / (2Δn)
So that By doing so, the diffraction efficiency at each pitch can be maximized.
[0027]
In the case of the non-polarized hologram shown in FIG. 8, variations in the groove depth generally vary by about 10% in the processing step. For this reason, in FIG. 8, when the pitch is 1.6 μm, when comparing the diffraction efficiency variation near the maximum diffraction efficiency with the depth 0.2 μm, Δη1> Δη2 (difference in diffraction efficiency at a depth of 0.2 μm Thus, the variation in the diffraction efficiency at the depth of the maximum efficiency is about 1/3).
In the present invention, a polarization hologram element having the characteristics shown in FIG. 9 (or FIG. 10) is used as the diffractive optical element, and the groove depth T of the grating is set to T = λ / (2Δn). The diffraction efficiency at the pitch can be maximized, the variation in the amount of light entering the light receiving element can be reduced, and the signal output can be stabilized, so that accurate signal detection can be performed. Also, it is easier to increase the bandwidth of the gain amplifier of the signal detection system.
[0028]
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the light beam incident angle dependence of the first-order diffraction efficiency when the Q value of the polarization diffraction optical element (polarization hologram element) is changed to 0.1, 1, 2, 4, 7, and 10. Here, the Q value is a parameter for determining whether the hologram element is a plane hologram or a volume hologram. The light source wavelength is λ, the groove depth of the diffraction grating is T, the average refractive index is n0, and the pitch of the diffraction grating ( When the lattice period) is Λ, the Q value is
Q = (2πλT) / (n0 · Λ 2 )
Is required.
[0029]
Generally, it is called a plane hologram when Q ≦ 0.5 and a volume hologram when Q ≧ 10. If 0.5 <Q <10, it is the intermediate region (see Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 5, the diffraction efficiency of a planar hologram is constant irrespective of the incident angle of a light beam, but the diffraction efficiency of a volume hologram changes greatly depending on the incident angle of a light beam. Be the largest. Comparing the case where Q = 0.1 and the case where Q = 2 in FIG. 5, the Bragg angle becomes θ in the case where Q = 2 in which the diffraction efficiency is dependent on the incident angle of the light beam. B Then, about ± θ B In the range, the diffraction efficiency exceeds.
[0030]
Therefore, for example, in an optical system as shown in FIG. B If the polarization hologram element is designed to be within the range described above, a polarization hologram element having a diffraction efficiency that is dependent on the incident angle of the light beam is used as a polarization hologram element for guiding the reflected light (return light beam) from the recording medium to the
[0031]
According to the above description, the optical system in which the polarization diffractive
[0032]
(Example 3)
Next, in the configuration shown in
[0033]
Here, an example of a birefringent film will be described as an example of the
As another processing method for obtaining a birefringent film, there is a method in which a polymer film such as polyimide or polycarbonate produced by spin coating or the like is oriented in a uniaxial direction by stretching a molecular chain to generate in-plane birefringence. The birefringent film thus produced is called an organic stretched film. With this organic stretched film, the birefringence Δn can be changed by the temperature and the applied force during stretching, and this is a method that can be mass-produced at low cost. In addition, as an organic polymer material used for the organic stretched film, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, and the like can be used in addition to polyimide and polycarbonate.
A low-cost, high-efficiency polarized light is formed by forming an uneven lattice on the birefringent film obtained as described above by etching or the like, and filling the surface with a material having an isotropic refractive index to flatten the surface. A hologram is formed.
[0034]
(Example 4)
In Examples 1 to 3 described above, a polarization diffraction optical element having a configuration in which a birefringent material (birefringent film) 3 is formed on a substrate, and a
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the diffractive
[0035]
More specifically, in the polarization diffraction
[0036]
Here, a liquid crystal is suitable as the
[0037]
(Example 5)
The optical pickup device according to the present invention is an optical pickup device that condenses light from a
(1) Since the diffraction efficiency itself is high, it can cope with high-speed recording / reproduction.
(2) Since the difference in diffraction efficiency due to variations in the depth of the grating can be reduced, the polarization hologram element can be manufactured at low cost, and the optical pickup device can be manufactured at low cost.
(3) Variation in diffraction efficiency for each region is small, a high-efficiency polarization hologram element can be used, signal offset can be reduced, the S / N ratio can be improved, and the reliability of the optical pickup device can be improved. Can be achieved.
(4) By using the hologram
[0038]
(Example 6)
The optical pickup devices shown in the first and fifth embodiments use a polarization hologram element having a high diffraction efficiency and a uniform diffraction efficiency, so that a signal with high light use efficiency and high reliability can be obtained. If the diffraction efficiency is high, the gain of the optical integrated circuit (OPIC) of the signal detection system can be reduced, which can contribute to the high-speed response of the OPIC. Therefore, by mounting this optical pickup device on an optical disk drive, it is possible to achieve a higher recording / reproducing speed.
Further, the optical pickup device according to the present invention uses the
[0039]
Next, FIG. 11 shows a configuration example of an optical disk drive device. FIG. 11 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the optical disk drive device. The optical
[0040]
The
The reproduction
[0041]
The
[0042]
The
The
[0043]
In the above, one configuration example of the optical disk drive device has been described. In the present invention, the optical pickup device using the polarization diffraction optical element (polarization hologram element) described in the first to fourth embodiments (for example, FIG. , 2), the light use efficiency is high, a highly reliable signal can be obtained, and the recording / reproducing speed can be increased.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, in the polarization diffractive optical element according to the first aspect, an uneven diffraction grating (polarization hologram) made of a birefringent material is formed on a substrate, and the groove depth T of the diffraction grating is determined. By limiting the value to approximately λ / (2Δn), variation in diffraction efficiency due to variation in groove depth of the diffraction grating can be reduced, and diffraction efficiency can be improved.
In the polarization diffraction optical element according to the second aspect, the incident angle dependency can be reduced by limiting the Q value of the diffraction grating. Also, when this polarization diffraction optical element is used in the optical system of an optical pickup device, the diffraction efficiency difference can be reduced by shifting the polarization diffraction optical element in the radial direction and adjusting the assembly to improve the diffraction efficiency. Efficiency variation can be reduced and high speed can be accommodated.
[0045]
In the polarization diffractive optical element according to the third aspect, a diffraction grating having an uneven shape is formed on the optically anisotropic material provided on the substrate, and at least the concave portion is filled with an isotropic substance, and the pitch and the depth are different. By setting the relationship as described in
In the polarization diffractive optical element according to
[0046]
In the polarization diffractive optical element according to the fifth aspect, an uneven diffraction grating is formed on an optically isotropic material provided on the substrate or on a substrate made of the optically isotropic material, and at least a concave portion is formed in the concave portion. A high-efficiency, low-cost, and at the same time, a reduction in variation in diffraction efficiency by setting the relationship between pitch and depth as described in
In the polarization diffractive optical element according to the sixth aspect, the cost can be reduced by using liquid crystal as the optically anisotropic material filled in the uneven diffraction grating formed in the optically isotropic material. it can. In addition, since the filling material is liquid crystal, the birefringence can be increased, the groove processing can be shallow, the processing time can be reduced, and mass productivity is good.
[0047]
In the optical pickup device according to the seventh or eighth aspect, by using the polarization diffraction optical element according to any one of the first to sixth aspects as the diffractive optical element arranged in the optical system, the diffraction efficiency for each region is obtained. A highly efficient diffractive optical element with small variations can be used, the S / N ratio can be improved by reducing the signal offset, and highly reliable high-speed recording / reproduction can be performed.
Further, in the optical pickup device according to the ninth aspect, a small, low-cost, and highly reliable optical pickup device is realized by using a unit in which the light source, the photodetector, and the polarization diffraction optical element are integrally formed. be able to.
[0048]
In the optical disk drive device according to the tenth aspect, by mounting the optical pickup device according to any one of the seventh to ninth aspects, it is possible to perform a stable signal detection with a small offset due to signal variation and noise. It is possible to realize an optical disk drive capable of achieving a higher recording / reproducing speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration and an operation of a polarization diffraction optical element showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device showing one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an arrangement of a hologram region divided into two of a polarization diffraction optical element and a light receiving element that receives diffracted light from each region.
FIG. 4 is a diagram showing another example of an arrangement of a hologram region divided into two of a polarization diffraction optical element and a light receiving element that receives diffracted light from each region.
FIG. 5 is a diagram illustrating the dependence of the diffraction efficiency on the incident angle of a light beam when the Q value of the polarization diffraction optical element is changed.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a principal part showing a configuration example of a polarization diffraction optical element according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a principal part showing another configuration example of the polarization diffraction optical element according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the groove depth of the grating of the non-polarization diffractive optical element and the + 1st-order diffraction efficiency when an uneven grating is formed on BK7 glass.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the groove depth of the grating of the polarization diffraction optical element and the + 1st-order diffraction efficiency when the birefringence Δn is large.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between the groove depth of the grating of the polarization diffraction optical element and the + 1st-order diffraction efficiency when the birefringence Δn is small.
FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of an optical disk drive device.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device showing an example of a conventional technique.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device showing another example of the prior art.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a polarization beam splitter using a diffraction grating.
[Explanation of symbols]
1: Light source (semiconductor laser)
2: First substrate
3: Optically anisotropic material (birefringent material)
4: Polarization hologram (diffraction grating)
4a, 4b: lattice area
5: Isotropic material
6: Second substrate
7, 7 ': polarization diffraction optical element (polarization hologram element)
8: Photodetector
8a, 8b: light receiving element
9: Optically isotropic material
10: Optically anisotropic material (birefringent material)
11: Hologram light source unit
12: Coupling lens
13: Start-up mirror
14: 1/4 wavelength plate
15: Objective lens
16: Optical disk (recording medium)
Claims (10)
基板上に複屈折性を有する材料からなる凹凸形状の回折格子(偏光ホログラム)を形成して成り、該回折格子の溝深さをT、格子を透過する光の波長をλ、複屈折率差Δn(x軸とy軸の屈折率の差)をΔn=|nx−ny|としたとき、前記回折格子の溝深さTが、略λ/(2Δn)であることを特徴とする偏光回折光学素子。An optical element used for an optical pickup device, wherein a polarization diffraction optical element that diffracts and branches a light beam according to the polarization direction of an incident light beam,
An uneven diffraction grating (polarization hologram) made of a birefringent material is formed on a substrate. The groove depth of the diffraction grating is T, the wavelength of light transmitted through the grating is λ, the birefringence index difference. When Δn (the difference between the refractive indices of the x-axis and the y-axis) is Δn = | nx−ny |, the groove depth T of the diffraction grating is approximately λ / (2Δn). Optical element.
前記回折格子のQ値を、
Q=(2πλT)/(n0・Λ2)
(λ:波長、T:格子の溝深さ、n0:平均屈折率、Λ:格子周期)
としたとき、前記Q値が1≦Q<4であることを特徴とする偏光回折光学素子。The polarization diffraction optical element according to claim 1,
Q value of the diffraction grating,
Q = (2πλT) / (n0 · Λ 2)
(Λ: wavelength, T: grating groove depth, n0: average refractive index, Λ: grating period)
Wherein the Q value satisfies 1 ≦ Q <4.
基板上に設けた光学的異方性材料に凹凸形状の回折格子を形成し、少なくともその凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする偏光回折光学素子。The polarization diffraction optical element according to claim 1 or 2,
A polarization diffraction optical element, wherein a diffraction grating having an uneven shape is formed on an optically anisotropic material provided on a substrate, and at least concave portions thereof are filled with an isotropic substance.
前記光学的異方性材料は、高分子配向膜あるいは有機延伸膜であることを特徴とする偏光回折光学素子。The polarization diffraction optical element according to claim 3,
A polarization diffraction optical element, wherein the optically anisotropic material is a polymer oriented film or an organic stretched film.
基板上に設けた光学的等方性材料、あるいは光学的等方性材料からなる基板上に、凹凸形状の回折格子を形成し、少なくともその凹部に光学的異方性材料を充填したことを特徴とする偏光回折光学素子。The polarization diffraction optical element according to claim 1 or 2,
An optically isotropic material provided on a substrate, or a diffraction grating having an uneven shape is formed on a substrate made of an optically isotropic material, and at least the concave portion is filled with an optically anisotropic material. Polarization diffraction optical element.
充填される光学的異方性材料は液晶であることを特徴とする偏光回折光学素子。The polarization diffraction optical element according to claim 5,
A polarization diffraction optical element, wherein the optically anisotropic material to be filled is a liquid crystal.
前記光源から集光レンズに至る光路中に回折光学素子を配置し、前記記録媒体からの反射光を回折光学素子により分岐して光検出器で受光する光学系を備え、該光学系に配置する回折光学素子として、請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光回折光学素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。In an optical pickup device that performs recording or reproduction by condensing light from a light source on a recording medium with a condenser lens,
A diffractive optical element is arranged in an optical path from the light source to the condenser lens, and an optical system is provided which receives reflected light from the recording medium by a diffractive optical element and receives the light by a photodetector. An optical pickup device using the polarization diffraction optical element according to claim 1 as a diffraction optical element.
前記光学系は、光源と、該光源からの光を記録媒体上に集光させる集光レンズと、前記記録媒体からの反射光を回折し分岐する請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光回折光学素子と、該偏光回折光学素子で回折され分岐された反射光を検出し少なくともフォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号の検出を行う光検出器とを有することを特徴とする光ピックアップ装置。The optical pickup device according to claim 7,
7. The optical system according to claim 1, wherein the optical system is a light source, a condenser lens for condensing light from the light source on a recording medium, and diffracts and branches reflected light from the recording medium. 8. An optical pickup device comprising: a polarization diffraction optical element, and a light detector that detects reflected light diffracted and branched by the polarization diffraction optical element and detects at least a focus error signal and a tracking error signal.
前記光源と光検出器と偏光回折光学素子を一体に構成したユニットを用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。The optical pickup device according to claim 7 or 8,
An optical pickup device using a unit in which the light source, the photodetector, and the polarization diffraction optical element are integrally formed.
前記光ピックアップ装置として、請求項7〜9のいずれか一つに記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする光ディスクドライブ装置。In an optical disc drive device that records or reproduces information on a recording medium using an optical pickup device,
An optical disk drive device comprising the optical pickup device according to claim 7, as the optical pickup device.
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JP2006189695A (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Ricoh Co Ltd | Liquid crystal diffraction optical element, optical head apparatus, and optical disk drive apparatus |
WO2010119735A1 (en) * | 2009-04-13 | 2010-10-21 | 日立マクセル株式会社 | Polarization split element and method for manufacturing the same |
CN104377141A (en) * | 2013-08-16 | 2015-02-25 | 无锡华润华晶微电子有限公司 | Method for detecting actual critical dimension and etching depth of deep groove structure in wafer |
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