JPH0212621A - 光ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はコンパクトディスクや、ビデオディスク、光デ
ィスク（以下光ディスクと総称する）の信号再生や、信
号記録に用いられる光ヘッドに関し、特に、信号の記録
再生が、光ディスクからの反射光強度を検出して行なわ
れる形態の光ディスクに対して用いられる光ヘッドに関
する。

（従来の技術） 光ヘッドは、光ディスクシステムの中で、光ディスクへ
の情報の記録再生を行なうもっとも重要な構成要素であ
る。光ディスクへの信号の記録方法は大きく分けて、光
ディスクからの反射光強度を変化させるものと、反射光
の偏光状態を変化させるものとに分けられ、それにとも
ない、光ヘッドの構成も異なる。本発明は、前者の、光
ディスクの反射光の強弱により情報の記録、あるいは再
生を行なうシステムに用いられる光ヘッドを対象として
いる。以下、このタイプの光ヘッドについて、図面を参
照しながら従来技術を説明する。

第２図は、従来の光ヘッドを説明するための模式図であ
る。図中、直線偏光の偏光方向を電気ベクトル２５の向
きで表わす。光源である半導体レーザ１から出射した直
線偏光の光はコリメートレンズ２、偏光ビームスプリッ
タ３を経て）Ｊ４板４により円偏光となり、収束レンズ
５により光ディスク６上に集光される。光ディスク６か
らの反射光は行きとは逆回りの円偏光となりＶ４板４に
よりレーザ出射光とは直交する直線偏光に変換される。

Ｍ４板４を通過した光は偏光ビームスプリッタ３により
光路を曲げられ、焦点誤差検出系、トラック誤差検出系
、信号検出系７へと導かれ、誤差検出動作、信号検出動
作が行なわれる。Ａ７４板と偏光ビームスプリッタによ
りアイソレータを形成しているため、レーザ出射光は効
率よく光検出器へ導かれ、また、半導体レーザへの戻り
光が抑制されるため、戻り光によるノイズも軽減される
という利点を持っている。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べた従来技術による光ヘッドに用いられている偏
光ビームスプリッタは、作成に大きな工数を必要とし、
また、高価な材料が必要であった。たとえば、透明体の
反射を用いるタイプの偏光ビームスプリッタであれば光
学研磨したガラスに必要な誘電体薄膜を必要厚さ複数回
蒸着し、さらにそれらを張りつける工数が必要となる。

また複屈折物質を用いるタイプの偏光ビームスプリッタ
の場合には、複屈折結晶を光学軸に注意しながら研磨し
て張り合わせるため、工数とともに、材料費が価格に占
める割合が大きかった。つまり、いずれの場合も偏光ビ
ームスプリッタは高価なものとなり、光ヘッドの価格上
昇を招いていた。また、バルク型の光学素子のために、
高速アクセス動作のために軽量化が望まれる光ヘッドに
おいて重量増加を招くという欠点を有していた。更に、
単機能の光学素子のために、機能の複合化が不可能であ
るという欠点を有していた。

本発明の目的は、上記課題を解決し、安価で、量産性に
富む光ヘッドを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明が提供する手段は、
光源と、光源から出射した光を光ディスク上に集光させ
る結像光学系と、光ディスクからの反射光を受光する光
検出器と、Ｍ４板と、格子光学素子を少なくとも有し、
前記格子光学素子は、光源の波長λに対して、ピッチが
略波長に等しく、格子深さｄが、 ０．７５λ＜ｄ＜λ なる関係を有する金属表面レリーフ格子で、該格子への
入射光に対して、略格子のブラッグ角となるよう配置し
たことを特徴とする。

（作用） 以下図面を参照しながら、本発明の詳細な説明する。

本発明では、光ヘッドの光路中に用いる偏光ビームスプ
リッタとして、回折効率に偏光依存性を有す金属表面レ
リーフ格子を用いる。

一般に表面レリーフ格子は、その格子ピッチΔや格子深
さｄ、入射角θ、格子形状等により回折特性を制御する
ことができる。特に、金属で表面をおおった金属表面レ
リーフ格子は回折効率に大きな偏光依存性を有し、偏光
ビームスプリッタへ適用することができる。

第３図は、１９８６年１１月発行のジャーナルオブジオ
ブテイカルソサイエテイオブアメリカＡ（Ｊｏｕｒｎａ
ｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　０ｐｔｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　
ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ　Ａ）誌第１７８０ページから第
１７８７ページに掲載されているエム・シイ・モハラム
（Ｍ、Ｇ、Ｍｏｈａｒａｍ）とティ・ケイ・ゲイロード
（Ｔ、に、Ｇａｙｌｏｒｄ）著の論文「リガラスカップ
ルドーウエーブアナリシスオブメタリックサーフェイス
ーレリーフグレーティングズＪ　（Ｒｉｇｏｒｏｕｓｃ
ｏｕｐｌｅｄ　−ｗａｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　
ｍｅｔａｌｌｉｃ　５ｕｒｆａｃｅ　−ｒｅｌｉｅｆｇ
ｒａｔｈｉｎｇｓ）から引用したもので、回折効率の格
子溝深さ依存性の一例を示すための計算結果である。

格子ピッチＡ＝１．０１１ｍの金の矩形断面表面レリー
フ格子にブラッグ角で波長Δ＝　１．０ｐｍの光が入射
した場合について示している。縦軸は回折効率、横軸は
格子溝深さを波長で規格化した規格化格子溝深さを示し
ている。参考のために、完全導体の場合をｐ、ｃ、とじ
て示す。格子溝に平行な電気ベクトルを持つ偏光をＴＥ
偏光と呼び、格子溝に平行な磁気ベクトルを持つ偏光を
ＴＭ偏光と呼ぶことにする。

（ａ）（ｄ）は入射光量から０次回折効率と１次回折効
率を引いたもので、格子の損失を示しており、（ｂＸｅ
）は１次回折効率を、（ｃＸｆ）はＯ次回折効率を示し
ている。この図で、規格化格子深さ０．８付近に注目す
る。ＴＥ偏光に関しては０次回折効率がほぼ０％であり
、１次回折効率が９０％程度であるのに対し、ＴＭ偏光
に関してはＴＥ偏光の場合と全く逆の特性を示し０次回
折効率がほぼ１００％であるのに対し１次回折効率はほ
ぼ０％となる。したがって、１次回折光からＴＥ偏光を
、Ｏ次回折光からＴＭ偏光を検出すればこの格子は偏光
ビームスプリッタとして機能する。

従って、このような特性を持つ金属表面レリーフ格子と
Ｖ４板格子を組み合わせることによりアイソレータを構
成することができる。

実際に作成可能な格子は、作製条件、作成方法等により
完全な矩形からは幾分誤差を含んだ形状になるため、上
記のような特性は格子溝深さに対して０．７５＜ｄ／λ
く１の範囲で達成される。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を説明するための模式図
である。図中、光の偏光方向を電気ベクトル２５の方向
で示している。

通常の半導体レーザは接合に平行な直線偏光を発振する
。本実施例では、半導体レーザの出射直線偏光の偏光方
向が、上述の条件を満足する形状、配置の金属表面レリ
ーフ格子のＴＭ偏光に相当するように配置されている。

本実施例では光源として、光ディスクシステムに一般的
に用いられている波長０．８３￥Ｌｍの半導体レーザを
用いた。これにより、本実施例で用いた金属表面レリー
フ格子の格子ピッチは０．８３１１ｍとした。また格子
深さは０．６６１１ｍとした。これは、使用する波長で
規格化した場合、０．７９５に相当する。

半導体レーザ８を出射した直線偏光はコリメートレンズ
９により平行光に変換され金属表面レリーフ格子１０に
入射する。レーザ光は格子に対してＴＭ偏光で入射する
ので、入射光はほぼ１００％フレネル反射される。フレ
ネル反射された光はＡ／４板１１により円偏光となって
収束レンズ１２に入射し、光ディスク１３上に集光する
。光ディスクからの反射光は、行きとは逆回りの円偏光
となって収束レンズ１２に入射し、コリメート光に再変
換されＭ４板１１に入射する。この）Ｌ１２板により、
レーザ出射光と直交する直線偏光、すなわち格子からみ
た場合、ＴＥ偏光に変換される。この光が再び金属表面
レリーフ格子に入射すると、ＴＥ偏先の回折効率はほぼ
１００％であるので、Ｖ４板の近傍に配置された、誤差
、情報検出系１４に導かれる。ここで、半導体レーザ８
の出射光は金属表面レリーフ格子１０のブラッグ角から
れずかにずれて配置される。これは、格子への入射光と
回折光を分離するためである。このずれの角度は、入射
光と回折光の分離ができれば良いために、わずかですみ
、従って、格子の回折特性にはほとんど影響を与えない
。

本実施例では、回折光は入射光とフレネル反射光の間に
はさまれるように配置したが、図中で、対物レンズの左
側になるように配置することももちろん可能である。

第４図は本発明の第２の実施例を説明するための図であ
る。本実施例では金属表面レリーフ格子の替わりに、金
属表面レリーフホログラムを用いている。この金属表面
レリーフホログラム１５は、上述の偏光ビームスプリッ
タの機能と共に焦点誤差検出、トラック誤差検出の機能
をも有している。

本ホログラムは４つの異なる領域からなり、ホログラム
第１領域１６、ホログラム第２領域１７は焦点誤差検出
を、ホログラム第３領域１８、ホログラム第４領域１９
はトラック誤差検出のために設けられている。ホログラ
ム１５全体で偏光ビームスプリッタとして作用する。こ
のホログラムに記録されている干渉縞は、第１の実施例
で示した格子の表面形状、つまり直線にほとんど等しい
ため、第１の実施例で示した金属表面レリーフ格子とほ
とんど等しい回折特性を有する。本ホログラムの領域分
割の方法は、例えば、１９８７年発行のジャパニーズジ
ャーナルオブアプライドフィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ
　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ）誌第２６巻すブルメント２６−４（Ｖｏｌ、２６Ｓ
ｕｐｐ１．２６−４）の第１３１ページから第１３４ペ
ージに掲載されている、ヤスオキムラ、セイジンスガマ
、ユウゾウオノ（Ｙａｓｕｏ　ｋｉｍｕｒａ、　５ｅｚ
ｉｎ　ｓｕｇａｍａ、　Ｙｕｚ。

０ｎｏ）著の論文［ハイパフォーマンスオプティ力ルヘ
ッドユージングオプティマイズドホログラフィックオプ
ティカルエレメントＪ　（ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎ
ｃｅ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｈｅａｄ　ｕｓｉｎｇ　Ｈｏｒ
ｏｇｒａｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）に
記載されているものと同じでよい。本実施例では、焦点
誤差検出、トラック誤差検出の機能が、金属表面レリー
フホログラムにさらに集約されているので、上述の光学
部品に加えて６分割光検出器のみで光ヘッドとしての動
作を得ることができるため、部品点数を大幅に削減する
ことが可能である。

第５図は格子の作成方法を説明するための図である。（
ａ）は、基板２１に適当な厚さの金２２を蒸着し、フォ
トプロセスにより格子パターンを形成後、フォトレジス
トをマスクとして金に湿式、あるいは乾式エツチング法
によるエツチングを施して金の表面レリーフ格子２３を
得る方法である。（ｂ）は、ガラス、あるいはプラスチ
ックなどの誘電体基板２３を用いて、誘電体基板にたい
して（ａ）と同様のフォトプロセス、及びエツチングを
施して表面レノーフを形成したのち、金２２を蒸着する
方法である。（Ｃ）は、あらかじめ必要な格子ピッチ、
及び格子深さを持つ金型を作成しておき、この金型から
フォトポリマー法（２Ｐ法）により２Ｐ樹脂２４に金型
のレプリカを成形し、このレプリカの表面に金２２を蒸
着する方法である。このうち特に（ｃ）で述べた方法は
量産性に富み、かつ製造ロフト間のばらつきも小さく、
工業生産に適した方法である。

以上の説明においては、金属として金を取り上げたが、
もちろん他の金属材料、例えば銀やアルミニウム等を用
いることも可能である。これらの金属材料を用いた場合
、金を用いた場合に比べてさらに製造原価を減らすこと
ができる。

（発明の効果） 本発明による光ヘッドでは、従来の光ヘッドにおいて、
そのコスト的に大きな割合を占めていた偏光ビームスプ
リッタを、製造が容易で、低価格の回折型の素子で代替
することが可能となるため、光ヘッドのコストダウンに
大きく寄与する。

また、格子光学素子を用いているためバルク型の光学素
子に比べて軽量化できるという効果がある。更に、回折
型素子を複数機能を有するホログラムとすることにより
それらの機能に必要とされていた光学部品、例えばシリ
ンドリカルレンズ、ナイフェツジ等が不要になり、光ヘ
ッドの小型、軽量化にも大きく役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するための図、第
２図は従来の技術を説明するための図、第３図は本発明
の詳細な説明するための図、第４図は本発明の第２の実
施例を説明するための図、第５図は本発明に用いる回折
形光学素子の作成方法を説明するための図である。 図において、 １．８．　　　　　半導体レーザ ２．９．　　　　　コリメートレンズ ３、　　　　　偏光ビームスプリッタ ４．１１．　　　　Ｖ４反 ５、１２．　　　　収束レンズ ６、１３．　　　　光ディスク ？、　１４．　　　　誤差、信号検出系１０、　　　　
　金属表面レリーフ格子金属表面レリーフホログラム ホログラム第１領域 ホログラム第２領域 ホログラム第３領域 ホログラム第４領域 ６分割光検出器 基板 金 誘電体基板 ２Ｐ樹脂 電気ベクトル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　光源と、光源から出射した光を光ディスク上に集光さ
   せる結像光学系と、光ディスクからの反射光を受光する
   光検出器と、λ／４板と、格子光学素子を少なくとも有
   し、前記格子光学素子は、光源の波長λに対して、ピッ
   チが略波長に等しく、格子深さｄが、 ０．７５λ＜ｄ＜λ なる関係を有する金属表面レリーフ格子で、該格子への
   入射光に対して、略格子のブラッグ角となるよう配置し
   たことを特徴とする光ヘッド。