JP3835997B2 - 回折格子部材 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明樹脂体からなり、入射面及び射出面の両面を備えた回折格子部材に係り、特に入射光を3方向に分ける光分割用の回折格子を備えた回折格子部材関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、CD装置等の信号読み取り用の光ヘッド装置にあっては、信号の読み取りを行なうため光ヘッド装置のトラッキング制御を行なっている。このような光ヘッド装置では、レーザダイオードから出力されたレーザ光を3つの光、即ち1本の主ビームと2本のサブビームとに分割し、主ビームでディスクに記録された情報を読み取ると共に、2本のサブビームでヘッドの位置検出しヘッド装置の位置アクチュエータで駆動するサーボ制御するものとしている。
【0003】
上述した回折格子部材は、レーザ光を3つのビームに分割するために用いられており、極めて高い光透過率が求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した回折格子部材に在っては、透明な光学樹脂の光入射面又は光射出面に光分割用の回折格子を成型形成することが一般的である。しかし、このような回折格子部材の表面に何も反射防止処理を行なわないとすると、レーザ光がこの回折格子部材に入射し射出するときに、その境界面で反射が起こり、レーザ光のエネルギーが損失してしまう。
【0005】
反射防止処理としては、回折格子部材の表面に多層の反射防止膜を形成することが一般的である。しかし、光学樹脂に反射防止膜を形成するためには、低温で密着性の高い誘電体多層膜を蒸着しなければならず、有効に反射防止を行なうためには反射防止膜の屈折率、膜厚を厳密にコントロールしなければならない。そのため、部品が大巾にコストアップとなってしまう。
【0006】
このような反射防止膜に変わる反射防止処理として、光学素子の入射出面に格子間隔が入射光の波長より小さい特定条件とした反射防止回折格子を設け、反射防止を図ったものがある。
【0007】
このような反射防止回折格子によれば、入射光の回折光は生じず、表面で屈折率が徐々に下がるのと同じ効果となり、光学素子の反射防止が図れる。
【0008】
しかしながら、この提案は特定の光学素子、特に本願が対象とするような回折格子部材を対象として検討されたものではなく、反射防止回折格子を本願のような入射光を3方向に分ける光分割用の回折格子を備えた回折格子部材に適用する場合については充分な検討はなされていない。
【0009】
そこで、本発明は、入射光である直線偏光の偏光方向と略同一方向に形成され入射光を3方向に分ける光分割用の回折格子を備えた回折格子部材の光の透過率を最大にすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光の透過率が光の偏光方向と反射防止回折格子の方向に関係しており、光の透過率が反射防止回折格子の向きが光の偏光方向と直行するとき最大となるという新たな知見に基づいて成されたものである。
【0011】
本発明に係る回折格子部材は、透明樹脂体からなり、入射面及び射出面の両面を備えた回折格子部材であって、前記両面のうち一方の面には、入射光である直線偏光の偏光方向と略同一方向に形成され、入射光を3方向に分ける光分割用の回折格子が形成されると共に、前記両面のうち他方の面には、格子周期が入射される光の波長より小さく、かつ格子方向が前記光分割用の回折格子の方向と略直行する反射防止用の回折格子が形成されていることを特徴とするものである。
【0012】
本発明に係る回折格子部材は、反射防止用の回折格子はその格子周期が入射される光の波長より小さく、光分割用の回折格子に対して略直行する方向に設けられている。このため、入射される偏光の偏光方向は光分割用の回折格子と同一であるから、反射防止用の回折格子の方向は、入射される偏光の偏光方向に対して略直角となり、光の透過率を最大限とすることができる。
【0013】
また、本発明に係る回折格子部材は、回折格子部材において光分割用の回折格子が形成された面には、格子周期が入射される光の波長より小さい反射防止用の回折格子が重ねて形成されていることを特徴とするものである。
【0014】
前記回折格子部材によれば、光分割用の回折格子が形成された面にも反射防止用の回折格子が形成されているので、光が分割される側での反射も低減して透過率が向上する。
【0015】
この場合、反射防止用の回折格子の向きは光分割用の回折格子の方向と任意の方向とすることができる。即ち、工作技術上光分割用の回折格子と垂直に形成することが困難である場合には、光分割用の回折格子と同じ方向に設けてもよい。この場合にも光の透過率を向上させることができる。
【0016】
さらに、本発明に係る回折格子部材は、回折格子部材において周囲に光軸を軸とする回転方向の位置調整治具の係合凹部が形成されていることを特徴とするものである。
【0017】
これにより、位置調整部材を係合凹部に取り付けることができ、回折格子部材の光軸方向の位置調整を正確且つ容易におこなうことができる。
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る回折格子部材の実施の形態を図1乃至図4に基づいて説明する。本例に係る回折格子部材はDVD(Digital Versatile Disk)とCD(Compact Disk)の再生を行なえる光ヘッド装置に使用されるものである。
【0018】
本例に係る回折格子部材10は、図1に示すように、屈折率n=1.54の透明な光学樹脂で形成した円盤状の部材11の中央部に回折格子部12を形成したものである。そしてその周囲は枠部13として形成し、その一部に切り欠き部14を設け、光軸を軸とする回転方向の位置調整治具の係合凹部としている。この切り欠き部14の形状は使用する工具により適宜変更することができる。
【0019】
回折格子部材10は、光学樹脂を型で熱プレス成型して形成したものであり、図1(2)及び図2に示すように、その射出面15には入射光である直線偏光の偏光方向(S偏光)と略同一方向に形成され、入射光を3方向に分ける光分割用の回折格子20が形成される。この回折格子20の凸部21及び凹部22の幅寸法及び深さ寸法は、使用する光ヘッド装置の仕様により適宜選択される。
【0020】
この例では回折格子部材は、DVDとCDの再生を行なえるものであり、DVDの再生に使用する波長λ1(0.658μm)、及びCDの再生に使用する波長λ2(0.785μm)の波長の直線偏光である入射光に対応している。なお両光は同一方向に偏光されている。そして、本例では、図4に示すように波長λ1の光はそのまま透過させ、波長λ2の光は0次透過光、±1次回折光の3方向に分割して射出するように構成されている。
【0021】
このため、本例では回折格子20は矩形の凹凸を備えた回折格子とし、格子の深さdが、回折格子部材の屈折率をnとしたとき、
d(n−1)=λ1
を満たすように構成される。
【0022】
この条件により、波長λ1の入射光は図4に示すように分割されることなく透過し、波長λ2の光は0次透過光(主ビーム)と±1次回折光(サブビーム)に分割される。
【0023】
なお、格子の周期Pは、分割される波長λ2の光をどの方向に分割するか等の条件により適宜定められる。この実施例では格子深さdを約1.2μm、ピッチPを約30μmとしている。
【0024】
また、本例では入射面16には、格子周期(p)が入射される光の波長より小さく、かつ格子方向が前記光分割用の回折格子20の方向と略直行する方向に反射防止用の回折格子30が形成されている。
【0025】
この反射防止用の回折格子30は、図3(2)に示すように、周期pが0.6λ1以下である0.35μmであり、その稜及び谷の角度θを約40°とした格子31が並列するものとして形成されている。この回折格子30も型で熱プレス成型して形成されたものである。
【0026】
また、本例では、図2に示すように、光分割用の回折格子20の凸部21表面及び凹部22底面にも反射防止用の回折格子25が形成されている。この例では反射防止用の回折格子25の構成は上述した入射面16に形成した反射防止用の回折格子30と同一であり、その格子方向は、型製造の容易性に鑑み、光分割用の回折格子20と同一としている。なお、反射防止用の回折格子の格子方向を射出面に形成した回折格子30と同様に、光分割用の回折格子20と直交する方向にすることもできる。
【0027】
なお上記例では、透明体として光学樹脂を使用したものを例として説明したが、透明体の材料は光学ガラスであっても良い。
【0028】
【実施例】
次に本発明に係る回折格子部材の反射防止用の回折格子と入射光の反射と関係を実施例に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、反射防止用の回折格子に着目して説明しているため、反射防止回折格子の格子方向の偏光をS偏光、格子方向に直行する偏光をP偏光として説明している。上述した回折格子部材10は光分割用の回折格子20と反射防止用の回折格子30とは直交関係にあるため、上記回折格子20の説明中のS偏光は以下の説明ではP偏光に相当し、P偏光はS偏光に相当することになる。
【0029】
これらの実施例は、回折格子成型用の型材を先端角40°のバイトを使用して一定間隔(周期)で複数の溝部を平行に多数切削形成し回折格子の型枠を作り、この型枠で屈折率1.54の光学樹脂を成型して回折格子を作製したものとして、回折格子と同方向の偏光(S偏光)と垂直方向の偏光(P偏光)の光の各波長での透過率を計算したものである。なお、屈折率n=1.54の物質において、反射防止処理を行なわなかった場合の透過率は95〜96%程度となる。
【0030】
〔実施例1〕
型枠作製条件は、バイト先端半径:R=0.05μm、切削周期(間隔):p=0.3μmである。この結果を図5に示す。図5においては、縦軸には光の透過率(%)を横軸には光の波長(μm)を示している。
【0031】
図5に示すように、0.5μm以上で、P偏光の透過率がS偏光の透過率より良好なことが分かる。また、CDの光ヘッド装置に使用する波長0.785μmのP偏光の透過率は99.7%以上となり大きな反射防止効果を得ることができることが分かる。また、DVDに使用する0.658μmのS偏光(上記実施例の入射側の反射防止回折格子に相当)の透過率も98.8%以上となり反射防止効果を得ることができることが分かる。
【0032】
〔実施例2〕
型枠作製条件は、バイト先端半径:R=0.05μm、切削周期:p=0.35μmである。この結果を図6に示す。
【0033】
図6に示すように、0.6μm以上で、P偏光の透過率がS偏光の透過率より良好なことが分かる。また、波長0.785μmのときP偏光の透過率は99.5%以上となり大きな反射防止効果を得ることができることが分かる。また0.658μmのS偏光の透過率も99.1%以上となり反射防止効果を得ることができることが分かる。
【0034】
〔実施例3〕
型枠作製条件は、バイト先端半径:R=0.1μm、切削周期:p=0.3μmである。この結果を図7に示す。
【0035】
図7に示すように、0.5μm以上で、P偏光の透過率がS偏光の透過率より良好なことが分かる。また、波長0.785μmのときP偏光の透過率は99.5%以上となり大きな反射防止効果を得ることができることが分かる。また0.658μmのS偏光も透過率も98.0%以上となり反射防止効果を得ることができることが分かる。大きな透過率を得ることができることが分かる。
【0036】
〔実施例4〕
型枠作製条件は、バイト先端半径:R=0.1μm、切削周期:p=0.35μmである。この結果を図8に示す。。
【0037】
図8に示すように、0.55μm以上で、P偏光の透過率がS偏光の透過率より良好なことが分かる。また、波長0.785μmのときP偏光の透過率は99.5%以上となり大きな反射防止効果を得ることができることが分かる。また0.658μmのS偏光も透過率も97.7%以上となり反射防止効果を得ることができることが分かる。大きな透過率を得ることができることが分かる。
【0038】
以上のように、反射防止用回折格子を設けることにより、P偏光に対して、極めて高い透過率を得ることができることが分かる。
また、S偏光に対してもP偏光ほどではないが、高い透過率を得ることができることが分かる。
【0039】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係る回折格子部材によれば、入射光である直線偏光の偏光方向と略同一方向に形成され、入射光を3方向に分ける光分割用の回折格子を備えた回折格子部材の光の透過率を、高いものとすることができるという優れた効果を奏する。
【0040】
即ち、本発明によれば、反射防止用の回折格子はその格子周期が入射される光の波長より小さく、光分割用の回折格子に対して略直行する方向に設けられている。入射される偏光の偏光方向は光分割用の回折格子と同一であるから、反射防止用の回折格子の方向は、入射される偏光の偏光方向に対して略直角となり、光の透過率を最大限とすることができる。
【0041】
また、本発明によれば、光分割用の回折格子が形成された面にも反射防止用の回折格子が形成されているので、光が分割される側での反射も低減して透過率を向上させることができる。
【0042】
さらに、本発明によれば、回折格子部材の光軸方向の位置調整を位置調整部材を係合凹部に取り付けることができ正確且つ容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る回折格子部材を示す図であり(1)は正面図、(2)は左側面図、(3)は右側面図である。
【図2】本発明に係る回折格子部材の光分割用の回折格子の構成を示す図1中のII-II線に相当する拡大断面図である。
【図3】本発明に係る回折格子部材の反射防止用の回折格子の構成を示す図であり、(1)は図1中のIII-III線に相当する拡大断面図、(2)は(1)中の円部iiに相当する拡大図である。
【図4】本発明に係る回折格子部材における光の分割状態を示す模式図である。
【図5】本発明の第1の実施例の入射光の波長と透過率の関係を示すグラフである。
【図6】本発明の第2の実施例の入射光の波長と透過率の関係を示すグラフである
【図7】本発明の第3の実施例の入射光の波長と透過率の関係を示すグラフである
【図8】本発明の第4の実施例の入射光の波長と透過率の関係を示すグラフである
【符号の説明】
10 回折格子部材
11 部材
12 回折格子部
13 枠部
14 部
15 射出面
16 入射面
20 回折格子
21 凸部
22 凹部
25 回折格子
30 回折格子
31 格子

Claims (3)

  1. 透明樹脂体からなり、入射面及び射出面の両面を備えた回折格子部材であって、
    前記両面のうち一方の面には、入射光である直線偏光の偏光方向と略同一方向に形成され、入射光を3方向に分ける光分割用の回折格子が形成されると共に、
    前記両面のうち他方の面には、格子周期が入射される光の波長より小さく、かつ格子方向が前記光分割用の回折格子の方向と略直行する反射防止用の回折格子が形成されていることを特徴とする回折格子部材。
  2. 前記光分割用の回折格子が形成された面には、格子周期が入射される光の波長より小さい反射防止用の回折格子が重ねて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の回折格子部材。
  3. 周囲に光軸を軸とする回転方向の位置調整治具の係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回折格子部材。
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