JP2005141849A - Diffraction element and optical head device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を回折する回折素子を用いて、光ディスクなどの光記録媒体への記録または光記録媒体からの再生を行う光ヘッド装置に関する。 The present invention relates to an optical head device that uses a diffraction element that diffracts light to perform recording on or reproduction from an optical recording medium such as an optical disk.
近年、いわゆるツインビームLDを用いて、CDやDVD等の光記録媒体への情報の記録、または、これらの光記録媒体からの情報の再生(以下、「光記録媒体への記録・再生」という。同様に、CD(DVD)を対象とする場合は、「CD(DVD)への記録・再生」という。)を行う技術が開示された(例えば、特許文献1参照。)。 In recent years, information is recorded on an optical recording medium such as a CD or a DVD using a so-called twin beam LD, or information is reproduced from the optical recording medium (hereinafter referred to as “recording / reproducing on an optical recording medium”). Similarly, a technique for performing “recording / reproduction on CD (DVD)” when a CD (DVD) is a target is disclosed (for example, refer to Patent Document 1).
また、光記録媒体への記録・再生を行うためのトラッキングサーボには、精度等の観点からレーザ光を3ビームにして記録・再生の制御を行う技術(以下、「3ビームトラッキングサーボ技術」という。)が用いられ、3ビームトラッキングサーボ技術を実現するために回折素子が用いられていた。ここで、回折素子は、周期的な位相段差(段状の位相差を意味する)を面内に持ち、その位相段差と入射する光の波長との関係により回折効率が異なることが知られている。 In addition, tracking servo for recording / reproducing on / from an optical recording medium is a technique for controlling recording / reproduction with three beams of laser light from the viewpoint of accuracy (hereinafter referred to as “three-beam tracking servo technique”). )) And a diffractive element was used to realize the three-beam tracking servo technology. Here, it is known that the diffractive element has a periodic phase step (meaning a stepped phase difference) in the plane, and the diffraction efficiency varies depending on the relationship between the phase step and the wavelength of incident light. Yes.
CDへの記録・再生を行うためのレーザ光の波長は780nm帯であり、DVDへの記録・再生を行うためのレーザ光の波長は650nm帯である。また、CDとDVDとでは、トラック間のピッチが異なる。トラック間のピッチの相違に対応して記録・再生を可能とする方法としては、回折素子を記録媒体毎に1つずつ設けることが容易に想起されるが、部品点数を削減することが信頼性の向上や光ヘッド装置の小型化等の観点から求められている。 The wavelength of the laser beam for recording / reproducing on the CD is the 780 nm band, and the wavelength of the laser beam for recording / reproducing on the DVD is the 650 nm band. Also, the pitch between tracks differs between CD and DVD. As a method for enabling recording / reproduction corresponding to the difference in pitch between tracks, it is easily conceived to provide one diffraction element for each recording medium, but it is reliable to reduce the number of parts. There is a demand from the viewpoints of improvement of the optical head device and miniaturization of the optical head device.
ひとつのパッケージから、上記の2つの波長の光を発振するいわゆるツインビームLDなどでは、2つの波長がほぼ同じ光路となる。前述のようにCD用とDVD用の3ビーム用回折素子では最適な格子ピッチや格子方向が異なるため、CD用の780nm帯の光では回折せず、DVD用の光でのみ回折する回折素子や、CD用の光で回折し、DVD用の光で回折しない波長選択性の回折素子が必要となる。 In a so-called twin beam LD that oscillates light of the above two wavelengths from one package, the two wavelengths have substantially the same optical path. As described above, since the optimum grating pitch and grating direction are different between the CD and DVD three-beam diffractive elements, the diffraction element that diffracts only with the DVD light without being diffracted with the 780 nm band light for CD, Therefore, a wavelength-selective diffraction element that diffracts with light for CD and does not diffract with light for DVD is required.
しかし、このような従来の光ヘッド装置では、ツインビームLDからの光を周期的な位相段差を有する回折素子を用いて回折させようとすると、その位相段差と入射する光の波長により回折効率が異なるため、どれか1つの波長で最適な回折効率を発生するように位相段差を設定すると、他の波長では必ずしも所望の回折効率を得ることができないという問題があった。例えば、回折素子を、DVD用の光に対して回折せず、CD用の光に対して所望の回折効率で回折するように設定した場合に、設計によりCD用の光に対しては回折効率が低すぎたり高すぎたりして実用上の困難があった。 However, in such a conventional optical head device, when the light from the twin beam LD is diffracted by using a diffraction element having a periodic phase step, the diffraction efficiency depends on the phase step and the wavelength of the incident light. Due to the difference, when the phase step is set so as to generate the optimum diffraction efficiency at any one wavelength, there is a problem that the desired diffraction efficiency cannot always be obtained at other wavelengths. For example, when the diffractive element is set so as not to diffract the DVD light and to diffract the CD light with a desired diffraction efficiency, the diffraction efficiency for the CD light is designed by design. However, it was too low or too high, causing practical difficulties.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保することが可能な光ヘッド装置を提供する。 The present invention has been made to solve such a problem, and an optical head device capable of ensuring appropriate diffraction efficiency for light beams having different wavelengths even when a plurality of light sources having different wavelengths is used. provide.
本発明の光ヘッド装置は、少なくとも2つの異なる波長λ1、λ2の光を出射する光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、少なくとも前記波長λ2の光を回折せず、前記波長λ1の光を回折する第1の回折格子を有する回折素子を備えた光ヘッド装置において、前記第1の回折格子は、前記第1の回折格子の面に垂直な方向に、回折にかかわる厚さd1を有する前記光学異方性媒質部分に屈折率nsの前記光学等方性媒質が周期的に交互に配列され、前記光学異方性媒質の常光屈折率noと異常光屈折率neとの差Δnと前記厚さd1との積が波長λ2の概ね整数倍であり、前記光学等方性媒質の屈折率nsが前記常光屈折率noまたは前記異常光屈折率neのいずれかと等しいように構成され、前記波長λ2の光の偏光方向は、前記異常光屈折率neを有する方向と前記常光屈折率noを有する方向との間にある構成を有している。 An optical head device of the present invention includes a light source that emits light of at least two different wavelengths λ 1 and λ 2 , an objective lens that condenses the emitted light from the light source on an optical recording medium, and the light source. provided between the objective lens does not diffract at least the wavelength lambda 2 of light, the optical head device provided with a diffraction element having a first diffraction grating for diffracting the wavelength lambda 1 of the light, the first The diffraction grating 1 has a period of the optically isotropic medium having a refractive index n s in the optical anisotropic medium portion having a thickness d 1 related to diffraction in a direction perpendicular to the plane of the first diffraction grating. manner are alternately arranged, is generally an integral multiple product is the wavelength lambda 2 and the difference Δn said the thickness d 1 of the ordinary refractive index n o and extraordinary refractive index n e of the optically anisotropic medium, the refractive index n s of the optical isotropic medium ordinary refractive index n o or the extraordinary light Is configured equal to one of the refractive index n e, the polarization direction of the wavelength lambda 2 of the light is between the direction having the extraordinary refractive index n e the ordinary refractive index n o and the direction having the structure have.
この構成により、波長λ1の光を回折させる回折格子を設け、回折対象でない波長λ2の光を透過するようにし、光学異方性媒質が異常光屈折率を有する方向と、入射光の偏光方向とがなす角を調節して回折比を設定できるようにしたため、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保することが可能な光ヘッド装置を実現できる。 With this configuration, a diffraction grating that diffracts light of wavelength λ 1 is provided so that light of wavelength λ 2 that is not the object of diffraction is transmitted, the direction in which the optically anisotropic medium has an extraordinary refractive index, and polarization of incident light Since the diffraction ratio can be set by adjusting the angle formed by the direction, an optical head device capable of ensuring appropriate diffraction efficiency for light beams of different wavelengths even when using a plurality of light sources having different wavelengths Can be realized.
また、本発明の回折素子は、請求項1において、前記光ヘッド装置が、前記第1の回折格子と、前記波長λ1光を回折せず、前記波長λ2の光を回折する第2の回折格子とを備え、前記第2の回折格子は、前記第2の回折格子の面に垂直な方向に、回折にかかわる厚さd2を有する前記光学異方性媒質部分に屈折率nsの前記光学等方性媒質が周期的に交互に配列され、前記光学異方性媒質の常光屈折率noと異常光屈折率neとの差Δnと前記厚さd2との積が波長λ1の概ね整数倍であり、前記光学等方性媒質の屈折率nsが前記常光屈折率noまたは前記異常光屈折率neのいずれかと等しいように構成され、前記波長λ1の光の偏光方向は、前記異常光屈折率neを有する方向と前記常光屈折率noを有する方向との間にある構成を有している。
The diffractive element of the present invention is the diffractive element according to
異なる波長λ1、λ2の光を別個に回折させる2つの回折格子を設け、回折対象でない波長の光を透過するようにし、光学異方性媒質が異常光屈折率を有する方向と、入射光の偏光方向とがなす角を調節して回折比を設定できるようにしたため、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保することが可能な光ヘッド装置を実現できる。 Two diffraction gratings for separately diffracting light of different wavelengths λ 1 and λ 2 are provided so as to transmit light having a wavelength that is not a diffraction target, the direction in which the optical anisotropic medium has an extraordinary refractive index, and incident light. Since the diffraction ratio can be set by adjusting the angle formed by the polarization direction of light, even when using multiple light sources with different wavelengths, light that can ensure appropriate diffraction efficiency for light beams of different wavelengths A head device can be realized.
また、本発明の光ヘッド装置は、前記第1の回折格子と前記第2の回折格子とが1つの回折素子として一体化されている構成を有している。 The optical head device of the present invention has a configuration in which the first diffraction grating and the second diffraction grating are integrated as one diffraction element.
この構成により、請求項2の効果に加え、第1の回折格子と第2の回折格子とが一体化されているため、部品点数を削減できることに加え、簡易に製造することが可能な光ヘッド装置を実現できる。 With this configuration, in addition to the effect of the second aspect, since the first diffraction grating and the second diffraction grating are integrated, the number of parts can be reduced and the optical head can be easily manufactured. A device can be realized.
また、本発明の光ヘッド装置は、請求項1から4のいずれか1項において、前記常光屈折率noおよび前記異常光屈折率neを有する前記光学異方性媒質は、液晶を高分子化した高分子液晶を含む材料からなる構成を有している。
Further, the optical head device of the present invention, in any one of
この構成により、請求項1から3のいずれか1項の効果に加え、光学異方性媒質を、液晶を高分子化した高分子液晶を含む材料で構成するため、記録・再生用の光の波長を容易に切り替えることができ、簡易に製造することが可能な光ヘッド装置を実現できる。
According to this configuration, in addition to the effect of any one of
また、本発明の光ヘッド装置は、請求項1から4のいずれか1項において、前記回折素子を透過する透過光の偏光状態を変える位相板を、前記回折素子と一体にした構成を有している。
The optical head device according to any one of
この構成により、請求項1から4のいずれか1項の効果に加え、位相板と回折素子とを一体として構成するため、部品点数を削減することが可能な光ヘッド装置を実現できる。 With this configuration, in addition to the effect of any one of the first to fourth aspects, the phase plate and the diffraction element are integrally configured, so that an optical head device capable of reducing the number of components can be realized.
また、本発明の光ヘッド装置は、請求項1から5のいずれか1項において、偏光方向によって回折効率の異なる第2の偏光回折素子を、前記回折素子と一体にした構成を有している。
The optical head device of the present invention has a configuration in which the second polarization diffraction element having different diffraction efficiency depending on the polarization direction is integrated with the diffraction element according to any one of
この構成により、請求項1から5のいずれか1項の効果に加え、偏光回折素子を回折素子と一体として構成するため、部品点数を削減することが可能な光ヘッド装置を実現できる。
With this configuration, in addition to the effect of any one of
本発明は、異なる波長λ1、λ2の光を別個に回折させる2つの回折格子を設け、回折対象でない波長の光を透過するようにし、光学異方性媒質が異常光屈折率を有する方向と、入射光の偏光方向とがなす角を調節して回折比を設定できるようにしたため、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保することが可能な回折素子および光ヘッド装置を実現できる。 The present invention provides two diffraction gratings for separately diffracting light of different wavelengths λ 1 and λ 2 so as to transmit light of wavelengths that are not diffracted, and the direction in which the optically anisotropic medium has an extraordinary light refractive index. And the angle formed by the polarization direction of incident light can be adjusted to set the diffraction ratio, so even when multiple light sources with different wavelengths are used, appropriate diffraction efficiency is ensured for each wavelength. Therefore, it is possible to realize a diffraction element and an optical head device that can be used.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図である。光ヘッド装置100は、光源101、102からの出射光を光記録媒体である光ディスク400上に集光させ、光ディスク400に情報を記録したり、光ディスク400に記録された情報を再生したりする装置であり、光源として例えば半導体レーザを使用する。
FIG. 1 is a diagram showing a conceptual configuration of an optical head device according to an embodiment of the present invention. The
図1に示す構成では、1つのパッケージに光源101、102として2つの半導体レーザを設け、2つの異なる波長(λ1=780nm帯とλ2=650nm帯)の光を発振するようになっている。2つの半導体レーザが発した光は、回折素子200を透過してトラッキング用の3ビームの光となり(図1には、簡単のため0次光のみ記載。)、順次、コリメータレンズ103、ビームスプリッタ104、対物レンズ105を透過し、光ディスク400に集光される。光ディスク400から反射された光は、対物レンズ105を透過し、ビームスプリッタ104で反射され、光検出系106に導かれる。
In the configuration shown in FIG. 1, two semiconductor lasers are provided as
図2は、本発明の実施の形態に係る回折素子の断面構造を概念的に示す図である。CDとDVDとでは、ディスクのトラックピッチが異なるため、一般に、異なる格子ピッチと格子方向のものが好ましい。そのため、本発明の実施の形態に係る回折素子を構成する回折格子は、2種類となっており、1つはDVD用の光を透過し、CD用の光を回折する第1の回折格子201と、CD用の光を透過し、DVD用の光を回折する第2の回折格子202とを含むように構成される。 FIG. 2 is a diagram conceptually showing a cross-sectional structure of the diffraction element according to the embodiment of the present invention. Since CD and DVD have different track pitches, discs with different lattice pitches and lattice directions are generally preferred. Therefore, there are two types of diffraction gratings constituting the diffraction element according to the embodiment of the present invention. One is a first diffraction grating 201 that transmits light for DVD and diffracts light for CD. And a second diffraction grating 202 that transmits light for CD and diffracts light for DVD.
図2において、回折素子200は、780nm帯の光(以下、「CD用光」ともいう。)を回折する第1の回折格子201と650nm帯の光(以下、「DVD用光」ともいう。)を回折する第2の回折格子202と、からなり、回折格子201、202は、それぞれ光学異方性媒質211、221と屈折率nsを有する光学等方性媒質212、222とを繰り返し配置した周期的構造を有する。ただし、将来の技術の進展に適合すべく、例えば、405nm帯の青紫レーザ光を回折するようになっていてもよい。
In FIG. 2, a
また、光学等方性媒質212の屈折率と光学等方性媒質222の屈折率とは、必ずしも同じである必要はなく、光学異方性媒質211の常光屈折率と異常光屈折率とについても、それぞれ光学異方性媒質211の常光屈折率と異常光屈折率と必ずしも同じである必要はない。以下では、説明の便宜上、これらの対応する各屈折率は、同一として説明する。 In addition, the refractive index of the optical isotropic medium 212 and the refractive index of the optical isotropic medium 222 are not necessarily the same, and the ordinary light refractive index and the extraordinary light refractive index of the optical anisotropic medium 211 are also determined. The ordinary refractive index and the extraordinary light refractive index of the optically anisotropic medium 211 are not necessarily the same. Hereinafter, for convenience of explanation, these corresponding refractive indexes will be described as being the same.
また、図2において、回折素子200は、回折格子201、202が基板203〜205によって挟持される構成を有するが、図3に示すように基板204を除いた構成としてもよい。図3に示す素子構成は、図2に示す素子構成に比して素子を薄くできるので好ましく、基板204は、構成上、必ずしも必要ではない。図3において、302は、光学等方性媒質であり、他の符号で図2の符号と同じものは同じ要素を示す。
In FIG. 2, the
一般に、光ヘッド装置100に用いる回折素子200では、0次透過効率と1次回折効率の比(0次透過効率/1次回折効率。以下、効率比という。)が10から25程度の範囲の値をとるようになっている。多くの場合は15から20ぐらいが必要とされる。ここでCDとDVDに用いる回折素子200の回折効率が各光で大きく異なると、光検出系106のゲイン調整が難しいこと、サイドビームの光量が少なすぎてノイズが多くなり記録・再生特性が劣化することなどが起こる。また、サイドビーム強度が高すぎるとサイドビームでディスクに記録してしまうことも生じ、記録特性が劣化することにもなる。このため、好ましくはCD用とDVD用の各光の波長に対して回折効率が等しいことが求められる。
In general, in the
回折素子200を構成する回折格子201、202は、回折格子の面に垂直な方向にそれぞれ、厚さd1、d2を有する略直方体の光学異方性媒質211、221が回折格子の面に一定の間隔で平行に分離して形成され、各光学異方性媒質211、221の間の領域が光学等方性媒質212、222で形成され、それぞれ、基板203、204と基板204、205によって挟持される構造を有する(図2)。
The
ここでは説明を簡単にするため、前述のように光学異方性媒質は直方体で分離されて配置された例で説明するが、±1次の回折効率の比を変えるためにブレーズ形状や階段形状の擬似ブレーズにしてもよい。また、光学異方性媒質を格子状に分離するのではなく、厚さ方向の一部のみに格子を作成してもよい。この場合回折にかかわる光学異方性媒質の厚さdは、光学異方性媒質の総厚ではなく、実質的に格子を作成している部分の厚さである。光学異方性媒質211、221は、屈折率が異方性を有し、そのため複屈折を生じさせる媒質であり、図2に示す光の入射(進行)方向230に対して概ね垂直な面内に常光屈折率noを有する方向(no方向)と異常光屈折率neを有する方向(ne方向)とが配置されるように形成されている。 In order to simplify the explanation, the optically anisotropic medium is described as being separated by a rectangular parallelepiped as described above. However, in order to change the ratio of ± 1st-order diffraction efficiency, a blaze shape or a staircase shape is used. The pseudo blaze may be used. Further, the optical anisotropic medium may not be separated into a lattice shape, but a lattice may be created only in a part in the thickness direction. In this case, the thickness d of the optically anisotropic medium involved in diffraction is not the total thickness of the optically anisotropic medium, but the thickness of the portion that substantially forms the grating. The optically anisotropic media 211 and 221 are media that have anisotropy in refractive index and thus generate birefringence, and are in a plane substantially perpendicular to the incident (traveling) direction 230 of light shown in FIG. ordinary and direction having a refractive index n o (n o direction) to the direction (n e direction) with extraordinary refractive index n e is formed to be placed.
ここで、no方向およびne方向は、必ずしも光の入射(進行)方向(光軸)230と直交する必要はないが、光軸方向に進行する光の偏光方向によって屈折率が異なるようになっている必要がある。光学異方性媒質211、221は、低分子の液晶を重合した高分子液晶を用いて作成できるが、その他に、複屈折を有する有機膜、LiNbO3、水晶等の複屈折を有する単結晶なども用いることができる。図4にno方向とne方向と入射光の偏光方向(以下、「入射偏光方向」という。)との関係を図示する。図4に、no方向とne方向とは直交するが、入射偏光方向とne方向とのなす角度がθになっている様子を示す。 Here, n o direction and n e direction, need not necessarily be perpendicular to the incident (traveling) direction (optical axis) 230 of the light, so that the refractive index by the polarization direction of the light traveling in the optical axis direction are different It needs to be. The optically anisotropic media 211 and 221 can be formed using a polymer liquid crystal obtained by polymerizing a low-molecular liquid crystal, but in addition, an organic film having birefringence, LiNbO 3 , a single crystal having birefringence such as quartz, etc. Can also be used. 4 to n o direction and n e direction as the polarization direction of the incident light (hereinafter, referred to as. "Incident polarizing direction") illustrates the relationship between. 4, the orthogonal to the n o direction and n e direction, showing how the angle between the incident polarization direction and n e the orientation is theta.
次に、DVD用光を透過し、CD用光を透過する第1の回折格子201を例にとり、詳細に説明する。
Next, the
DVD用光を透過させるには、図5に示すように、常光屈折率noと異常光屈折率neとの差Δnおよび厚さd1の積Δnd1が、概ね波長λ2(DVD用光の波長:650nm)の整数倍であることが好ましい。ただし、CD用の光の透過の場合には概ね波長λ1(DVD用光の波長:780nm)の整数倍であることが好ましい。ここで概ね整数倍とは、その整数から±0.05のずれの範囲内であることをいう。例えば、その整数が2であるとき、概ね整数倍であるためには1.95〜2.05倍であればよい。また、光学等方性媒質の屈折率nsが常光屈折率noまたは異常光屈折率neのいずれか一方と概ね等しいことが好ましい。本発明の実施の形態では、簡単のため、光学等方性媒質の屈折率nsが常光屈折率noと等しい場合について説明する。 To transmit the DVD light, as shown in FIG. 5, the ordinary refractive index n o and the product [Delta] nd 1 difference Δn and the thickness d 1 of the extraordinary refractive index n e is approximately the wavelength lambda 2 (for DVD It is preferably an integer multiple of the wavelength of light (650 nm). However, in the case of transmitting light for CD, it is preferably approximately an integral multiple of wavelength λ 1 (wavelength of DVD light: 780 nm). Here, the term “integer multiple” means that it is within a range of ± 0.05 from the integer. For example, when the integer is 2, in order to be approximately an integral multiple, it may be 1.95 to 2.05. Further, it is preferable that the refractive index n s of the optical isotropic medium is approximately equal to either the ordinary refractive index n o or the extraordinary refractive index n e. In the embodiment of the present invention, for simplicity, the refractive index n s of the optical isotropic medium is described equal to the ordinary refractive index n o.
図5には、入射偏光方向がne方向と等しく(θ=0度)、no=nsとしたときの、回折素子の0次透過率および1次回折効率を2つの波長λ1(=780nm)と波長λ2(=650nm)について示した。図5から明らかなように、Δnd1/λ2が整数倍のとき、波長λ2の光の回折効率は小さくほとんど透過する。これに対して波長λ1の光は、回折する。
Figure 5, the incident polarization direction equal to n e direction (theta = 0 degrees), n o = when the
しかし、Δnd1/λ2=1では、波長λ1の回折効率が10%程度あり、波長λ1の回折比(0次透過率/1次回折効率)が7.4と、上記の値(10から25程度)に比してかなり小さい(1次回折効率が大きい)ことがわかる。このままでは、光ヘッド用としては使いにくい。同様に、Δnd1/λ2=2でも、波長λ1の回折効率が高すぎる。このように波長λ2の光が透過する条件を満たす回折素子の回折効率は離散的で、光ヘッド装置に応用する場合、回折効率が高すぎたり、低すぎたりして所望の特性を得られない場合が多い。 However, the [Delta] nd 1 / lambda 2 = 1, there about 10% diffraction efficiency of the wavelength lambda 1 is the diffraction ratio of the wavelength lambda 1 (0-order transmission / first-order diffraction efficiency) is 7.4, the above values ( It can be seen that it is considerably smaller than that (about 10 to 25) (the first-order diffraction efficiency is large). This is difficult to use for an optical head. Similarly, even when Δnd 1 / λ 2 = 2, the diffraction efficiency of the wavelength λ 1 is too high. Thus the diffraction efficiency of satisfying diffraction element light of the wavelength lambda 2 is transmitted is discrete and, when applied to an optical head apparatus, the diffraction efficiency is too high, then too low to obtain the desired properties Often not.
本発明の回折素子は、上記の入射偏光方向がne方向となす角度θを調節することによって、所望の回折比を得るものである。図6は、入射偏光方向がne方向となす角度θを変えた場合の回折効率と回折比のグラフを示す図である。図6では、Δnd1/λ2=1の関係が成り立つ場合について示した。ここで、波長λ2の光に対して、1次回折効率がほぼ0であり、0次透過率がほぼ100%であったため、図6には、これらのグラフを省略して表した。
Diffraction element of the present invention, by the incident polarization direction of the to adjust the angle θ formed between the n e direction, thereby obtaining a desired diffraction ratio. Figure 6 is a graph of diffraction efficiency and the diffraction ratio when the incident polarization direction different angles θ formed between the n e direction. FIG. 6 shows the case where the relationship Δnd 1 / λ 2 = 1 holds. Here, with respect to the wavelength lambda 2 of light is substantially the first-
このように波長λ2の光はほぼ透過し、波長λ1(780nm)の光に対しては角θを0度から大きくすることにより、1次回折効率を小さくすることができるため、角θを適切な値に設定することによって所望の回折比を得ることができる。例えば、角θが45度付近で、1次回折効率が約5%、回折比が17.3となり、光ヘッド用の3ビーム回折素子として好ましい回折効率を得ることができる。 In this way, light of wavelength λ 2 is almost transmitted, and for light of wavelength λ 1 (780 nm), the first-order diffraction efficiency can be reduced by increasing the angle θ from 0 degree. A desired diffraction ratio can be obtained by setting to an appropriate value. For example, when the angle θ is around 45 degrees, the first-order diffraction efficiency is about 5% and the diffraction ratio is 17.3, so that a preferable diffraction efficiency can be obtained as a three-beam diffraction element for an optical head.
また、同様にΔnd2/λ1が整数倍のときは、波長λ1の光は透過し、波長λ2に対して所望の回折効率を得ることができる。また、角θは第1の回折格子と第2の回折格子とで同じとするのでもよいし、第1の回折格子と第2回折格子とでne方向を変え、θを異なるようにするのでもよい。これらの回折格子を図2に示すように、第1の回折格子および第2の回折格子として用いることでそれぞれの波長専用の回折格子を有する回折素子を実現できる。 Similarly, when Δnd 2 / λ 1 is an integral multiple, light of wavelength λ 1 is transmitted, and a desired diffraction efficiency can be obtained for wavelength λ 2 . Further, the angle θ may be the same for the first diffraction grating and the second diffraction grating, or the ne direction is changed between the first diffraction grating and the second diffraction grating so that θ is different. It's okay. As shown in FIG. 2, by using these diffraction gratings as the first diffraction grating and the second diffraction grating, a diffraction element having a diffraction grating dedicated to each wavelength can be realized.
第1の回折格子と第2の回折格子とを別部品として作成し、光ヘッド装置に別々に備え付けることも考えられるが、一体化することで光ヘッド装置の部品点数が削減でき好ましい。また、CD、DVDのそれぞれに専用の回折格子を備えた場合の例であるが、例えば、CDについては3ビーム方式ではなく1ビーム方式を用いる場合には、第2の回折格子(DVD回折効率)のみでもよい。また、図2等に示す格子のデューティ(格子の1周期に占める光学異方性媒質幅)を変えることでも調整が可能である。 It is conceivable that the first diffraction grating and the second diffraction grating are prepared as separate parts and separately provided in the optical head device. However, the integration is preferable because the number of parts of the optical head device can be reduced. Further, in this example, a dedicated diffraction grating is provided for each of the CD and DVD. For example, when the CD uses a 1-beam system instead of the 3-beam system, the second diffraction grating (DVD diffraction efficiency) ) Only. The adjustment can also be made by changing the duty of the grating shown in FIG. 2 and the like (the width of the optically anisotropic medium in one period of the grating).
以上の説明では、光学等方性媒質の屈折率nsが光学異方性媒質の常光屈折率noに等しいとして説明したが、異常光屈折率neに等しいとしてもよい。また、no<neであってもne<noであっても、角θを調整して所望の効率比を得ることができる点は変わりない。 In the above description, the refractive index n s of the optical isotropic medium has been described as equal to the ordinary refractive index n o of the optically anisotropic medium, it may be equal to the extraordinary refractive index n e. Further, even n o <be a n e n e <n o, it is not changed that it can adjust the angle θ obtain the desired efficiency ratio.
ここで、光学異方性媒質としては、低分子の液晶を重合した高分子液晶を用いることで作成できる。他にも複屈折を有する有機膜や、LiNbO3や水晶等の複屈折を有する単結晶などを用いることができる。有機物質を光学異方性媒質211、221とする場合(以下、この媒質を「有機光学異方性媒質」という。)、例えば、基板上に成膜した有機光学異方性媒質をエッチング技術によってパターニングし格子状の凹凸を作成し、格子の凹部に光学等方性媒質212、222を充填することによって図2に示す回折素子200を作成できる。
Here, the optically anisotropic medium can be prepared by using a polymer liquid crystal obtained by polymerizing a low molecular liquid crystal. In addition, an organic film having birefringence, a single crystal having birefringence such as LiNbO 3 or quartz can be used. When the organic material is used as the optically anisotropic medium 211 or 221 (hereinafter, this medium is referred to as “organic optically anisotropic medium”), for example, the organic optically anisotropic medium formed on the substrate is etched. The
基板203〜205は、例えば、ガラス、アクリル樹脂やポリカーボネート等のプラスティック材料、その他の透明な材質を用いて実現できる。
The
また、回折素子200を、偏光状態を変化させる位相板(例えば、1/4波長板や1/2波長板など。)と組み合わせて使用することで、回折素子200を透過した光の偏光状態を変化させることができ、調整の自由度を広げることができて好ましい。また、本発明の回折素子を透過した光の偏光状態は、光学異方性媒質211、221の影響で入射した光の偏光状態と異なることがある。この偏光状態の変化が問題となる光ヘッド装置の場合には、この偏光状態の変化をキャンセルするような位相板を積層することが好ましい。また、出射した光を円偏光としたり、直線偏光の偏光方向を変換したりするような位相板を用いることもできる。
Further, by using the
また、入射光の偏光方向が、素子構成のばらつきや、回折素子が温度特性を有することなどで大きく変化する場合には、偏光方向によって回折効率が大きく異なる偏光回折素子を用いて、本発明の回折素子200に入射すべき光の偏光方向と偏光回折素子の0次透過率が高い偏光方向とを一致させ、入射光の偏光方向を調整することによって、回折効率のばらつきなどを抑えることができ好ましい。このとき用いる偏光回折素子としては、0次透過率の最も高い偏光方向と最も低い偏光方向の0次透過率の比(消光比)は5対1以上が好ましく、さらに消光比が10対1以上とすることで、本発明の回折格子に入射する偏光方向がより安定し好ましい。また、この偏光回折素子は偏光方向を安定化させるために用いるものであって、同様の機能があれば偏光ビームスプリッタや、偏光板を用いてもよい。
In addition, when the polarization direction of incident light changes greatly due to variations in the element configuration or due to the temperature characteristics of the diffraction element, a polarization diffraction element whose diffraction efficiency differs greatly depending on the polarization direction is used. By aligning the polarization direction of light to be incident on the
なお、これらの位相板や偏光回折素子は、本発明の回折素子200と回転方向を合わせて使用することで特性を安定させることができるために、位相板や偏光回折素子と回折素子200とを別部品として使用するよりも一体化して使用する方が、取り扱いが容易になる等、好ましい。また、一体化することで部品点数も削減でき好ましい。
In addition, since these phase plates and polarization diffraction elements can stabilize the characteristics by using the
図1に、本発明の光ヘッド装置の概念的な構成図を示す。この実施例では、1つのパッケージに光源101、102である2つの半導体レーザを設け、各光源101、102は、異なる波長(780nm帯と650nm帯)で発振するようになっている。光源101、102から出た光は、回折素子200を透過し、トラッキング用の3ビームとなり(図には簡単のため0次光のみ記載)、コリメータレンズ103、対物レンズ105を透過し、光ディスク400に集光される。光ディスク400から反射された光は、対物レンズ105を透過し、ビームスプリッタ104で反射されて光検出系106に導かれる。
FIG. 1 shows a conceptual configuration diagram of an optical head device of the present invention. In this embodiment, two semiconductor lasers which are
図3に、本発明の回折格子の構造の一例を概念的に示す。本発明の回折素子300では、基板203上の第1の回折格子と、ガラス基板204上の第2回折格子を有する。まず、基板203上に配向させた低分子の液晶を重合して高分子液晶としたものを光学異方性媒質211として用いる。この高分子液晶からなる光学異方性媒質211の厚さd1は、約3.25μm、異常光屈折率neは1.72、常光屈折率noは1.52である。フォトリソエッチング法を用いてこの高分子液晶をエッチングし、凹凸を有する回折格子パターンを作成する。なお、この回折格子パターンを、CD用の3ビーム発生用の格子ピッチと回折方向となるように形成する。
FIG. 3 conceptually shows an example of the structure of the diffraction grating of the present invention. The
同様に、基板203の場合と同様に、ガラス基板204上に配向させた高分子液晶を光学異方性媒質221として形成する。この光学異方性媒質221の厚さd1は、約3.9μm、異常光屈折率neは1.72、常光屈折率noは1.52である。フォトリソエッチング法を用いてこの高分子液晶をエッチングし、凹凸を有する回折格子パターンを作成する。そして、この回折格子パターンを、DVD用の3ビーム発生用の格子ピッチと回折方向となるように形成する。
Similarly, as in the case of the
最後に、基板203とガラス基板204とを対向させて、この凹凸に屈折率nsが1.52(常光屈折率noと同じ)の樹脂を光学等方性媒質302として充填する。その際、対向させる面は、図3に示すように、光学異方性媒質211、221を有する面とした。
Finally, the
ここで、第1の回折格子については、Δnd1/λ2=3.25×(1.72−1.52)/0.65=1の条件が満たされている。この回折素子に、ne方向と入射偏光方向のなす角θを45度として上記2つの波長で回折効率を測定した。その結果、波長650nmに対してはほとんど透過し、波長780nmに対してはθ=45度付近で1次回折効率が約5%で回折比が17.3となった。 Here, with respect to the first diffraction grating, the condition of Δnd 1 / λ 2 = 3.25 × (1.72−1.52) /0.65=1 is satisfied. This diffraction element, the diffraction efficiency was measured by the two wavelengths of n angle between the direction e to the incident polarizing direction θ as 45 degrees. As a result, it was almost transmitted for the wavelength of 650 nm, and for the wavelength of 780 nm, the first-order diffraction efficiency was about 5% and the diffraction ratio was 17.3 near θ = 45 degrees.
また、第2の回折格子については、Δnd2/λ1=3.9×(1.72−1.52)/0.78=1の条件が満たされている。この回折素子に、ne方向と入射偏光方向のなす角θを53度として上記2つの波長で回折効率を測定した。その結果、波長780nmに対してはほとんど透過し、波長650nmに対しては1次回折効率が約5%で回折比が17.3となった。 For the second diffraction grating, the condition of Δnd 2 / λ 1 = 3.9 × (1.72−1.52) /0.78=1 is satisfied. This diffraction element, the diffraction efficiency was measured by the two wavelengths of n angle between the direction e to the incident polarization direction θ as 53 degrees. As a result, the wavelength of 780 nm was almost transmitted, and the wavelength of 650 nm had a first-order diffraction efficiency of about 5% and a diffraction ratio of 17.3.
このように、第1の回折格子はCD用光(波長λ1:780nm)のみを、第2の回折素子はDVD用光(波長λ2:650nm)のみを、それぞれ所望の回折効率で回折し、回折格子パターンの方向・ピッチを、それぞれのディスクに適したものとすることができる。そして、この光ヘッド装置を用いてDVDおよびCDとも良好な再生特性を得られた。また、このときDVDもCDもほぼ同じトラッキング信号レベルを得ることができる。 Thus, the first diffraction grating diffracts only the light for CD (wavelength λ 1 : 780 nm), and the second diffractive element diffracts only the light for DVD (wavelength λ 2 : 650 nm) with a desired diffraction efficiency. The direction and pitch of the diffraction grating pattern can be made suitable for each disk. Good reproduction characteristics were obtained for both DVD and CD using this optical head device. At this time, the DVD and the CD can obtain substantially the same tracking signal level.
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置は、異なる波長λ1、λ2の光を別個に回折させる2つの回折格子を設け、回折対象でない波長の光を透過するようにし、光学異方性媒質が異常光屈折率を有する方向と、入射光の偏光方向とがなす角を調節して回折比を設定できるようにするため、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保できる。なお、回折格子を1つとした場合も同様の効果を得ることができる。 As described above, the optical head device according to the embodiment of the present invention is provided with two diffraction gratings for separately diffracting light of different wavelengths λ 1 and λ 2 so as to transmit light of wavelengths that are not diffraction targets. Even when a plurality of light sources having different wavelengths are used, the diffraction ratio can be set by adjusting the angle between the direction in which the optically anisotropic medium has an extraordinary refractive index and the polarization direction of incident light. It is possible to ensure appropriate diffraction efficiency with respect to light beams having different wavelengths. The same effect can be obtained when only one diffraction grating is used.
また、光学異方性媒質を、液晶を高分子化した高分子液晶を含む材料で構成するため、記録・再生用の光の波長を容易に切り替えることができ、簡易に製造できる。 In addition, since the optically anisotropic medium is made of a material including a polymer liquid crystal obtained by polymerizing liquid crystal, the wavelength of recording / reproducing light can be easily switched, and the manufacturing can be easily performed.
さらに、複数の回折格子を1つの回折素子内に一体として設けたり、位相板と回折素子とを一体として構成したり、偏光回折素子と回折素子とを一体としたりするため、部品点数を削減できる。 Furthermore, since a plurality of diffraction gratings are integrally provided in one diffraction element, the phase plate and the diffraction element are integrally formed, or the polarization diffraction element and the diffraction element are integrated, the number of parts can be reduced. .
本発明にかかる回折素子および光ヘッド装置は、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保できるという効果を有し、複数種類の光記録媒体への記録・再生を行うための回折素子および光ヘッド装置等として有用である。 The diffraction element and the optical head device according to the present invention have an effect of ensuring appropriate diffraction efficiency for light beams of different wavelengths even when a plurality of light sources having different wavelengths are used. It is useful as a diffractive element and an optical head device for recording / reproducing data.
100 光ヘッド装置
101、102 光源
103 コリメータレンズ
104 ビームスプリッタ
105 対物レンズ
106 光検出系
200、300 回折素子
201、202 回折格子
203、204、205 基板
211、221 光学異方性媒質
212、222、302 光学等方性媒質
230 光の入射方向
400 光ディスク
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の回折格子は、前記第1の回折格子の面に垂直な方向に、回折にかかわる厚さd1を有する前記光学異方性媒質部分に屈折率nsの前記光学等方性媒質が周期的に交互に配列され、
前記光学異方性媒質の常光屈折率noと異常光屈折率neとの差Δnと前記厚さd1との積が波長λ2の概ね整数倍であり、前記光学等方性媒質の屈折率nsが前記常光屈折率noまたは前記異常光屈折率neのいずれかと等しいように構成され、
前記波長λ2の光の偏光方向は、前記異常光屈折率neを有する方向と前記常光屈折率noを有する方向との間にある光ヘッド装置。 A light source that emits light of at least two different wavelengths λ 1 and λ 2 , an objective lens for condensing the emitted light from the light source on an optical recording medium, and provided between the light source and the objective lens In an optical head device comprising a diffraction element having a first diffraction grating that does not diffract light having the wavelength λ 2 and diffracts light having the wavelength λ 1 ,
The first diffraction grating has the refractive index n s in the optical anisotropic medium portion having a thickness d 1 related to diffraction in a direction perpendicular to the plane of the first diffraction grating. Are alternately arranged periodically,
The it is generally an integral multiple product is the wavelength lambda 2 and the difference Δn said the thickness d 1 of the ordinary refractive index n o and extraordinary refractive index n e of the optical anisotropic medium, the optical isotropic medium is configured so that the refractive index n s is equal to one of the ordinary refractive index n o or the extraordinary refractive index n e,
The polarization direction of the wavelength lambda 2 of the light, the optical head device is between the direction having the extraordinary refractive index n the ordinary refractive index n o and the direction having e.
前記第2の回折格子は、前記第2の回折格子の面に垂直な方向に、回折にかかわる厚さd2を有する前記光学異方性媒質部分に屈折率nsの前記光学等方性媒質が周期的に交互に配列され、
前記光学異方性媒質の常光屈折率noと異常光屈折率neとの差Δnと前記厚さd2との積が波長λ1の概ね整数倍であり、前記光学等方性媒質の屈折率nsが前記常光屈折率noまたは前記異常光屈折率neのいずれかと等しいように構成され、
前記波長λ1の光の偏光方向は、前記異常光屈折率neを有する方向と前記常光屈折率noを有する方向との間にある請求項1に記載の光ヘッド装置。 The optical head device includes the first diffraction grating and a second diffraction grating that does not diffract the light having the wavelength λ 1 but diffracts the light having the wavelength λ 2 .
The second diffraction grating, said the second direction perpendicular to the plane of the diffraction grating, the optical isotropic medium of index n s in the optically anisotropic medium portion having a thickness d 2 relating to diffraction Are alternately arranged periodically,
The is generally an integral multiple product is the wavelength lambda 1 of the the thickness d 2 and a difference Δn between the ordinary refractive index n o and extraordinary refractive index n e of the optical anisotropic medium, the optical isotropic medium is configured so that the refractive index n s is equal to one of the ordinary refractive index n o or the extraordinary refractive index n e,
The polarization direction of the wavelength lambda 1 of the light, the optical head apparatus according to claim 1 that is between the direction having a direction having extraordinary refractive index n e the ordinary refractive index n o.
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