JP3077156B2 - 光学素子およびそれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

光学素子およびそれを用いた光ピックアップ装置

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JP3077156B2 JP02061299A JP6129990A JP3077156B2 JP 3077156 B2 JP3077156 B2 JP 3077156B2 JP 02061299 A JP02061299 A JP 02061299A JP 6129990 A JP6129990 A JP 6129990A JP 3077156 B2 JP3077156 B2 JP 3077156B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は，光学素子およびそれを用いた光ピックア
ップ層に関する。
従来技術 光磁気ディスク等の光学的記録媒体に記録されている
データまたは情報を読取るための光ピックアップ装置
は，光源としての半導体レーザ，半導体レーザからの出
射光をコリメートするためのレンズ，コリメートされた
光を直線偏光の光に変換する偏光子，光学的記録媒体上
に光スポットを形成するための対物レンズ，対物レンズ
を通して得られる記録媒体からの反射光を検知する受光
素子等に加えて，使用するフォーカシング・エラー検出
法およびトラッキング・エラー検出法に応じて，グレー
ティング，偏光ビーム・スプリッタ，シリンドリカル・
レンズ等の多くの光学素子を備えている。光ピックアッ
プ・ディバイスはこれらの多くの光学素子を組合せて構
成されるので，光軸調整等を含む組立作業がかなり煩雑
である。
発明の開示 この発明は，レンズ機能，偏向機能等の光学的機能と
偏光ビーム・スプリッタの機能をもつ光学素子を提供す
ることを目的とする。
この発明はまた,2つの光学的機能をもつ光学的素子を
用い，組立作業の簡略化と小型化を図ることのできる光
ピックアップ装置を提供することを目的とする。
この発明による光学素子は，入射光の波長の1/2以下
の周期をもちかつ互いに直交する２種類の超高密度グレ
ーティングを備えている。これら２種類の超高密度グレ
ーティングの厚さは等しく設定されている。第１の種類
の超高密度グレーティングは，その包絡線パターンが，
入射光の１波長以上の間隔の第３のグレーティング形状
を表わすように配置されている。第２の種類の超高密度
グレーティングは第３のグレーティングの溝に相当する
部分に設けられている。
周期が入射光の波長の1/2以下の周期をもつ超高密度
グレーティングは複屈折率特性をもつ。したがって，第
１の種類の超高密度グレーティングにおけるグレーティ
ングに直交する方向の屈折率と，第２の種類の超高密度
グレーティングにおけるグレーティングに平行な方向の
屈折率とが等しくなるように，これら２種類の超高密度
グレーティングのデューティ比を決定しておくと，第３
のグレーティングによって，第３のグレーティングに平
行な方向に偏光された光のみが回折され，他の方向の偏
光成分をもつ光は透過する。このようにして，偏光ビー
ム・スプリッタ機能が達成される。
第３のグレーティングを不等間隔グレーティングとす
ることにより，シリンドリカル・レンズの機能が達成さ
れる。
この発明による上述した光学素子は光ピックアップ装
置に利用することができる。これらの光学素子は２種類
の光学的機能をもつので，光ピックアップ装置の小型化
を図ることができるとともに，組立てが容易となる。
この発明による光学素子は次のように規定することも
できる。すなわち，この光学素子は，互いに異なる２種
類のグレーティング・パターンが重畳された合成グレー
ティングを含み，第１のグレーティング・パターンは，
入射光の波長の1/2以下の周期をもち，かつ互いに周期
の異なる２種類の超高密度グレーティングから構成さ
れ，これらの超高密度グレーティングがそれらの周期配
列方向が直交するように，かつ交互に配列され，入射光
の所定の偏光方向に対して上記２種類の超高密度グレー
ティングの屈折率がほぼ等しくなるように上記超高密度
グレーティングのデューティ比が決定されており，第２
のグレーティング・パターンは，上記の互いに周期の異
なる２種類の超高密度グレーティングの交互の配列構造
によって規定されるものである。
実施例 第１図および第２図はこの発明の実施例の光学素子を
示している。
この光学素子４では，入射光の波長λの1/2以下の周
期をもつ２種類の超高密度等間隔直線状グレーティング
41および42が基板40上に形成されている。第１の超高密
度グレーティング41は適当な間隔をあけて設けられてお
り，その包絡線は鎖線43で示すように第３の不等間隔直
線状グレーティングを表わしている。第３のグレーティ
ング43は不等間隔グレーティングであり，その最小間隔
（周期）は入射光の波長λ以上である。第３のグレーテ
ィング43の凹溝に相当する部分に第２の超高密度グレー
ティング42が設けられており，この第２の超高密度グレ
ーティング42は第１の超高密度グレーティング41に直交
している。両超高密度グレーティング41と42の厚さ（深
さ）は等しい。
周期が入射光の波長λの1/2以下の超高密度グレーテ
ィングは入射光を回折することはなく（入射光はそのま
ま透過する），入射光に対して複屈折特性を示す。すな
わち，入射光の偏光方向に応じて異なる屈折率を示す。
第１の超高密度グレーティング41の周期を∧1,凸条の幅
をa1とする。第２の超高密度グレーティング42の周期を
∧2,凸条の幅をa2とする。これらの超高密度グレーティ
ング41,42のデューティ比ｋはそれぞれa1/Λ1,a2/Λ２
で表わされる。超高密度グレーティング41,42は複屈折
特性を示すから，これらのグレーティングに平行な（グ
レーティングの凸条の長手方向に平行な）方向の偏光を
もつ光に対する屈折率ｎ とグレーティングに垂直な方
向の偏光の光に対する屈折率ｎ⊥とは異なる値を示し，
しかもこれらの屈折率ｎ ,n⊥は第４図に示すようにデ
ューティ比ｋに応じて変化する。第４図において,n0は
グレーティング媒質の屈折率,1は空気の屈折率である。
デューティ比がｌの場合のグレーティングに平行な方向
の屈折率ｎ （ｌ）とデューティ比がｍの場合のグレー
ティングに垂直な方向の屈折率ｎ⊥（ｍ）とは等しい値
nbを示す。
超高密度グレーティング41における屈折率ｎ ,n⊥に
下添字１を付し，超高密度グレーティング42における屈
折率ｎ ,n⊥に下添字２を付して表わす。ｎ１⊥＝ｎ
２＝nbとなるようにこれらの超高密度グレーティング
41,42のデューティ比（グレーティング41のデューティ
比がm,グレーティング42のデューティ比がｌ）を定める
と，第3a図に示すように，グレーティング41の方向に垂
直な（グレーティング42の方向に平行な）偏光をもつ入
射光に対しては，この光学素子４は一様な屈折率をもつ
板状体となるから，この入射光は光学素子４を通過し，
回折現象は生じない。上記のようにグレーティングのデ
ューティ比を定めると，第４図から,n１＝na,n２⊥＝
nc（na≠nc）となり，グレーティング41の方向に平行な
（グレーティング42の方向に垂直な）偏光をもつ入射光
に対しては，光学素子４は第３のグレーティング43の周
期で屈折率が変化したグレーティングとなる。したがっ
て，第3b図に示すように，このような入射光はグレーテ
ィング43によって回折される。このようにして，光学素
子４は偏光ビーム・スプリッタの機能をもつことにな
る。しかもグレーティング43の周期はその幅方向に変化
しているから光学素子４はシリンドリカル・グレーティ
ング・レンズと同等の機能をもつことになる。
グレーティング43の凸条と凹溝の屈折率差はna−ncで
あるから，最大の回折効率（１次光の回折効率）が得ら
れるグレーティングの厚さｄ（第２図参照）はｄ＝λ/2
（na−nc）で与えられる。第５図は入射光の偏光角に対
する１次回折光の回折効率（実線で示す）および０次光
の透過効率（破線で示す）を示している。第3a図に示す
入射光の偏光角を０としている。
一例を示すと,n＝1.57の紫外線硬化樹脂を用いてグレ
ーティング41,42を作製した場合,l＝0.41,m＝0.67のと
きnb＝1.27となる。またna＝1.41,nc＝1.15となり，こ
のときの厚さはｄ＝1.52μｍとなる。入射光の波長はλ
＝0.78μｍである。
このような光学素子４は，第６図に示すように，光磁
気ディスクの光ピックアップ装置として利用することが
できる。
半導体レーザ８の出射光はコリメータ・レンズ33でコ
リメートされ，偏光ビーム・スプリッタ34を経て直線偏
光となり，対物レンズ７によって光磁気ディスク9A上に
集光する。光磁気ディスク9Aに投射された直線偏光の光
はディスク9A面上の磁気記録によってその偏光面が回転
する（Kerr効果,Farady効果）。光磁気ディスク9Aから
の反射光は対物レンズ７でコリメートされ，偏光ビーム
・スプリッタ34によって受光光学系に導かれる。受光光
学系は1/2波長板35,光学素子4,集光レンズ47,48,および
２つの受光素子37,38を含む。受光素子37は４個の独立
した受光部を含んでいる。光学素子４のシリンドリカル
・レンズ（第３のグレーティング43）と集光レンズ47と
によって非点収差が生じ，その光が受光素子37によって
受光される。したがって，受光素子37の出力信号に基づ
いて，非点収差法によるフォーカシング・エラー信号お
よびプッシュプル法によるトラッキング・エラー信号が
生成される。
光磁気ディスク9Aからの反射光のうち光学素子４で回
折された光が集光レンズ47を経て受光素子37に入射し，
この受光素子37の出力に基づいてフォーカシング・エラ
ー信号およびトラッキング・エラー信号が生成される。
光学素子４を透過した光は集光レンズ48を経て受光素子
38に入射する。受光素子37と38の出力信号の差に基づい
て，偏光面の回転，すなわち磁気記録データを表わす信
号が得られる。符号39は光磁気ディスク9Aへのデータの
記録時に用いられる磁石（または電磁石）を示す。
第7a図から第7c図は光学素子４の作製方法を示すもの
である。基板40上に反応性イオン・エッチング（または
イオン・ビーム・エッチング）によるエッチング・レー
トの高いレジストまたは他の媒質44を厚く塗布し，その
上にエッチング・レートの低い電子ビーム・レジスト45
を薄く塗布する（第7a図）。電子ビーム・リソグラフィ
により電子ビーム・レジスト45上に，グレーティング4
1,42に対応する超高密度グレーティングを形成する（第
7b図）。最後に，電子ビーム・レジストによる超高密度
グレーティングをマスクとして反応性イオン・エッチン
グによって媒質44をエッチングする（第7c図）。グレー
ティングの厚さｄはレジスト45および媒質44の厚さによ
って制御される。
このようにして作製された光学素子を原型としてスタ
ンパを作製し，このスタンパを用いて光学素子４を複製
することもできる。
上記実施例では，第３のグレーティングとしてシリン
トリカル・グレーティング・レンズが示されているが，
他のタイプのグレーティング，たとえば等間隔グレーテ
ィング，円弧状グレーティング等任意の形のものを採用
しうる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の実施例の光学素子を示す斜視図であ
る。 第２図は第１図の一部を拡大して示すものである。 第3a図および第3b図は第１図に示す光学素子の機能を説
明するためのものである。 第４図はデューティ比と屈折率との関係を示すグラフで
ある。 第５図は入射偏光角と回折効率との関係を示すグラフで
ある。 第６図は第１図に示す光学素子を用いた光ピックアップ
装置の光学的構成を示すものである。 第7a図から第7c図は第１図に示す光学素子の製造方法を
示すものである。 ４……光学素子， 9A……光磁気ディスク， 40……基板， 41,42……超高密度グレーティング， 43……第３のグレーティング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−137908（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−213802（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−250905（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−96103（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 5/18 G11B 7/135 G11B 11/105 551

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入射光の波長の1/2以下の周期をもちかつ
    互いに直交する２種類の超高密度グレーティングを有
    し， 第１の種類の超高密度グレーティングが，入射光の１波
    長以上の間隔の第３のグレーティングを表わす包絡線パ
    ターンを形成するように配置され， 第２の種類の超高密度グレーティングが，第３のグレー
    ティングの溝に相当する部分に設けられ， 第１の種類の超高密度グレーティングと第２の種類の超
    高密度グレーティングの厚さが等しく設定されている， 光学素子。
  2. 【請求項２】第１の種類の超高密度グレーティングにお
    けるグレーティングに直交する方向の屈折率と，第２の
    種類の超高密度グレーティングにおけるグレーティング
    に平行な方向の屈折率とが等しくなるように，これら２
    種類の超高密度グレーティングのデューティ比が決定さ
    れている，請求項（１）に記載の光学素子。
  3. 【請求項３】上記包絡線パターンによって表わされる第
    ３のグレーティングが不等間隔グレーティングである，
    請求項（１）に記載の光学素子。
  4. 【請求項４】光磁気記録媒体からの反射光を受光素子に
    導くための光学素子の１つとして， 入射光の波長の1/2以下の周期をもちかつ互いに直交す
    る２種類の超高密度グレーティングを有し， 第１の種類の超高密度グレーティングが，入射光の１波
    長以上の間隔の第３のグレーティングを表わす包絡線パ
    ターンを形成するように配置され， 第２の種類の超高密度グレーティングが，第３のグレー
    ティングの溝に相当する部分に設けられ， 第１の種類の超高密度グレーティングと第２の種類の超
    高密度グレーティングの厚さが等しく設定されており， 第１の種類の超高密度グレーティングにおけるグレーテ
    ィングに直交する方向の屈折率と，第２の種類の超高密
    度グレーティングにおけるグレーティングに平行な方向
    の屈折率とが等しくなるように，これら２種類の超高密
    度グレーティングのデューティ比が決定されており， 上記包絡線パターンによって表わされる第３のグレーテ
    ィングが不等間隔グレーティングである， そのような光学素子が用いられている光ピックアップ装
    置。
  5. 【請求項５】互いに異なる２種類のグレーティング・パ
    ターンが重畳された合成グレーティングを含み， 第１のグレーティング・パターンは， 入射光の波長の1/2以下の周期をもち，かつ互いに周期
    の異なる２種類の超高密度グレーティングから構成さ
    れ， これらの超高密度グレーティングがそれらの周期配列方
    向が直交するように，かつ交互に配列され， 入射光の所定の偏光方向に対して上記２種類の超高密度
    グレーティングの屈折率がほぼ等しくなるように上記超
    高密度グレーティングのデューティ比が決定されてお
    り， 第２のグレーティング・パターンは， 上記の互いに周期の異なる２種類の超高密度グレーティ
    ングの交互の配列構造によって規定される， 光学素子。
  6. 【請求項６】上記第２のグレーティング・パターンがシ
    リンドリカル・レンズ機能を生じさせる周期配列であ
    る，請求項（５）に記載の光学素子。
  7. 【請求項７】請求項（５）または（６）に記載の光学素
    子を備えた光ピックアップ装置。
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