JPH06242315A - 光偏光素子および光ピックアップ - Google Patents
光偏光素子および光ピックアップInfo
- Publication number
- JPH06242315A JPH06242315A JP5026705A JP2670593A JPH06242315A JP H06242315 A JPH06242315 A JP H06242315A JP 5026705 A JP5026705 A JP 5026705A JP 2670593 A JP2670593 A JP 2670593A JP H06242315 A JPH06242315 A JP H06242315A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- refractive index
- grating
- optically anisotropic
- ray
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 格子溝を浅くして光偏光素子の加工性を向上
し、これを用いて光ディスク用光ヘッドを薄型化する。 【構成】 複屈折度の絶対値が０．１〜０．４の光学的
異方性結晶基板上に、ｎｇ＝上記結晶基板の屈折率、ｎ
ｔ＝格子溝材の屈折率、λ＝光の波長、ｍ1＝整数とし
て、常光線もしくは異常光線のどちらか一方について、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π
（１） または、ｍ2＝奇数として、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−πｍ2｜＜０．２π
（２） なる関係式を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設ける。また、上記式（１）又は（２）を
満たす回折格子を基板の両面に設ける。
し、これを用いて光ディスク用光ヘッドを薄型化する。 【構成】 複屈折度の絶対値が０．１〜０．４の光学的
異方性結晶基板上に、ｎｇ＝上記結晶基板の屈折率、ｎ
ｔ＝格子溝材の屈折率、λ＝光の波長、ｍ1＝整数とし
て、常光線もしくは異常光線のどちらか一方について、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π
（１） または、ｍ2＝奇数として、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−πｍ2｜＜０．２π
（２） なる関係式を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設ける。また、上記式（１）又は（２）を
満たす回折格子を基板の両面に設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を利用する各
種光学装置、とくに光ディスク装置用の光ピックアップ
に用いる光偏光板にかかわり、とくににその精密加工性
を向上した光偏光素子に関する。
種光学装置、とくに光ディスク装置用の光ピックアップ
に用いる光偏光板にかかわり、とくににその精密加工性
を向上した光偏光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のグラントムソンプリズムやロッシ
ョンプリズムの等の偏光分離素子を１／４波長板と組み
合わせたり、全反射プリズムの反射面に誘電体多層膜を
形成するようにした光ディスク装置用光ヘッドは、光軸
に対して４５度以上の反射面を必要とするため、容積が
嵩み、光学系が複数という問題を抱えていた。
ョンプリズムの等の偏光分離素子を１／４波長板と組み
合わせたり、全反射プリズムの反射面に誘電体多層膜を
形成するようにした光ディスク装置用光ヘッドは、光軸
に対して４５度以上の反射面を必要とするため、容積が
嵩み、光学系が複数という問題を抱えていた。
【０００３】このため、ニオブ酸リチウム結晶やニオブ
酸タンタル結晶等の光学的異方性結晶を用いた薄型の回
折格子型光偏光素子が検討されている。特開平３−７７
５６７号公報には回折格子型の光偏光素子を用いた図７
に示すような光ディスク装置用光ピックアップが開示さ
れている。
酸タンタル結晶等の光学的異方性結晶を用いた薄型の回
折格子型光偏光素子が検討されている。特開平３−７７
５６７号公報には回折格子型の光偏光素子を用いた図７
に示すような光ディスク装置用光ピックアップが開示さ
れている。
【０００４】図７において、下側からのレ−ザ光は直線
的に光ディスク２０に向かう必要があるので、光偏光素
子１７は１次光を発生せず０次光のみを出射する。ま
た、光ディスク２０からの反射光をフォトダイオ−ド２
１が受光する必要上、光偏光素子１７は反射光にたいし
て１次光のみを出射する。したがって、半導体レーザ１
４の異常光を入射する場合には、回折格子１６により異
常光のみを透過するようにしてこれを１／４波長板１８
を介して光ディスク２０に照射する。光ディスク２０か
らの反射光は再び１／４波長板を通過して常光線に変換
され、光偏光素子１７により回折されて二つのホトダイ
オード２１に導かれる。
的に光ディスク２０に向かう必要があるので、光偏光素
子１７は１次光を発生せず０次光のみを出射する。ま
た、光ディスク２０からの反射光をフォトダイオ−ド２
１が受光する必要上、光偏光素子１７は反射光にたいし
て１次光のみを出射する。したがって、半導体レーザ１
４の異常光を入射する場合には、回折格子１６により異
常光のみを透過するようにしてこれを１／４波長板１８
を介して光ディスク２０に照射する。光ディスク２０か
らの反射光は再び１／４波長板を通過して常光線に変換
され、光偏光素子１７により回折されて二つのホトダイ
オード２１に導かれる。
【０００５】図８は上記光偏光素子１７の一例を示す斜
視図である。複屈折性を有する光学的異方性結晶板１の
片面に格子溝２が設けられ、格子溝の凸部と凹部を透過
した常光線または異常光線の位相差が２πの整数倍にな
るようにして何れか一方を回折し偏光分離する。なお、
常光線とは光学的異方性結晶板１の結晶軸に直交する方
向に振動する偏光光であり、異常光線は結晶軸方向に振
動する偏光光のことである。
視図である。複屈折性を有する光学的異方性結晶板１の
片面に格子溝２が設けられ、格子溝の凸部と凹部を透過
した常光線または異常光線の位相差が２πの整数倍にな
るようにして何れか一方を回折し偏光分離する。なお、
常光線とは光学的異方性結晶板１の結晶軸に直交する方
向に振動する偏光光であり、異常光線は結晶軸方向に振
動する偏光光のことである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の回折格子に
はＬｉＮｂＯ3結晶やＴａＮｂＯ3結晶が用いられてい
た。これらの結晶は複屈折性が小さいため、回折角を大
きくするには格子間隔を狭め、溝を深くする必要があ
り、溝の加工が極めて困難という問題があった。例え
ば、ＬｉＮｂＯ3結晶を用いると、溝をピッチ、深さは
ともに５μｍ程度になり、現状のフォトリソグラフィ技
術の加工速度は１μｍ／ｈｒ程度なので加工時間がかか
りすぎ、また、溝の深さが４μｍを超えると形状がだ
れ、所要の回折効果が得られないという問題があった。
はＬｉＮｂＯ3結晶やＴａＮｂＯ3結晶が用いられてい
た。これらの結晶は複屈折性が小さいため、回折角を大
きくするには格子間隔を狭め、溝を深くする必要があ
り、溝の加工が極めて困難という問題があった。例え
ば、ＬｉＮｂＯ3結晶を用いると、溝をピッチ、深さは
ともに５μｍ程度になり、現状のフォトリソグラフィ技
術の加工速度は１μｍ／ｈｒ程度なので加工時間がかか
りすぎ、また、溝の深さが４μｍを超えると形状がだ
れ、所要の回折効果が得られないという問題があった。
【０００７】また、屈折率の波長依存性が大きいため光
ピックアップの特性変動が大きくなることも問題であっ
た。本発明の目的は、上記格子間隔や溝深さ等の加工条
件を緩和して製作を容易化することのできる回折格子型
の光偏光素子を提供することにある。
ピックアップの特性変動が大きくなることも問題であっ
た。本発明の目的は、上記格子間隔や溝深さ等の加工条
件を緩和して製作を容易化することのできる回折格子型
の光偏光素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、複屈折度の絶対値が０．１〜０．４の光学的異方性
結晶基板上に、ｎｇ＝上記結晶基板の屈折率、ｎｔ＝格
子溝材の屈折率、λ＝光の波長、ｍ1＝整数として、常
光線もしくは異常光線のどちらか一方について 、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π （１） なる関係式を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにする。
に、複屈折度の絶対値が０．１〜０．４の光学的異方性
結晶基板上に、ｎｇ＝上記結晶基板の屈折率、ｎｔ＝格
子溝材の屈折率、λ＝光の波長、ｍ1＝整数として、常
光線もしくは異常光線のどちらか一方について 、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π （１） なる関係式を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにする。
【０００９】また、上記光学的異方性結晶基板上に、ｍ
2＝奇数として、常光線もしくは異常光線のどちらか一
方について、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−πｍ2｜＜０．２π （２） なる関係式を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにする。
2＝奇数として、常光線もしくは異常光線のどちらか一
方について、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−πｍ2｜＜０．２π （２） なる関係式を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにする。
【００１０】また、上記光学的異方性結晶基板の片面上
に、ｍ1＝整数として、常光線もしくは異常光線の一方
について、式（１）を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下
の回折格子を周期的に設け、さらに上記光学的異方性結
晶基板の他の面上に、ｍ2＝奇数として、常光線もしく
は異常光線の他方について、式（２）を満たす格子溝深
さｄが３μｍ以下の回折格子を周期的に設けるようにす
る。
に、ｍ1＝整数として、常光線もしくは異常光線の一方
について、式（１）を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下
の回折格子を周期的に設け、さらに上記光学的異方性結
晶基板の他の面上に、ｍ2＝奇数として、常光線もしく
は異常光線の他方について、式（２）を満たす格子溝深
さｄが３μｍ以下の回折格子を周期的に設けるようにす
る。
【００１１】また、上記光学的異方性結晶基板の一方の
面に常光線について式（１）を満たし、また、他方の面
に異常光線について式（２）を満たす格子溝深さｄが３
μｍ以下の回折格子をそれぞれ周期的に設けるようにす
る。さらに、上記光学的異方性結晶基板の両面に設けた
回折格子の方向を互いに直交するようにする。また、上
記光学的異方性結晶基板面の一方の回折格子を不等間隔
直線形状または楕円形とする。また、上記野光偏光素子
を光ディスク装置用の光ピックアップに用いるようにす
る。
面に常光線について式（１）を満たし、また、他方の面
に異常光線について式（２）を満たす格子溝深さｄが３
μｍ以下の回折格子をそれぞれ周期的に設けるようにす
る。さらに、上記光学的異方性結晶基板の両面に設けた
回折格子の方向を互いに直交するようにする。また、上
記光学的異方性結晶基板面の一方の回折格子を不等間隔
直線形状または楕円形とする。また、上記野光偏光素子
を光ディスク装置用の光ピックアップに用いるようにす
る。
【００１２】
【作用】上記式（１）に従う光偏光素子は、入射光の０
次光を透過し１次光以上の不要光に対して１０ｄＢ以上
の消光比を与え、また、３μｍ以下の格子溝深さｄを与
える。また、上記式（２）に従う光偏光素子は、入射光
の０次光を消光比１０ｄＢ以上で遮断して１次光を出射
し、また、３μｍ以下の格子溝深さｄを与える。
次光を透過し１次光以上の不要光に対して１０ｄＢ以上
の消光比を与え、また、３μｍ以下の格子溝深さｄを与
える。また、上記式（２）に従う光偏光素子は、入射光
の０次光を消光比１０ｄＢ以上で遮断して１次光を出射
し、また、３μｍ以下の格子溝深さｄを与える。
【００１３】また、片面に式（１）を満たす回折格子を
備え、他面に式（２）を満たす回折格子を備えた上記光
偏光素子は、常光線／異常光線の０次光を透過し、反対
面から入射される異常光線／常光線の０次光を遮断して
１次光を透過し、光ディスク装置用の光ピックアップに
好適な光偏光素子を与える。また、上記光学的異方性結
晶基板の一方の面に常光線について、また、他方の面に
異常光線についてそれぞれ式（１）を満たすようにした
光偏光素子はそれぞれの面に入射される光の０次光を透
過し、光ディスク装置用の光ピックアップに好適な光偏
光素子を与える。
備え、他面に式（２）を満たす回折格子を備えた上記光
偏光素子は、常光線／異常光線の０次光を透過し、反対
面から入射される異常光線／常光線の０次光を遮断して
１次光を透過し、光ディスク装置用の光ピックアップに
好適な光偏光素子を与える。また、上記光学的異方性結
晶基板の一方の面に常光線について、また、他方の面に
異常光線についてそれぞれ式（１）を満たすようにした
光偏光素子はそれぞれの面に入射される光の０次光を透
過し、光ディスク装置用の光ピックアップに好適な光偏
光素子を与える。
【００１４】さらに、上記光学的異方性結晶基板の両面
に設けた回折格子の方向を互いに直交させた光偏光素子
は、一方の面から入射される常光線／異常光線を透過
し、また、他方の面から入射される異常光線／常光線を
透過し、光ディスク装置用の光ピックアップに好適な光
偏光素子を与える。また、上記格子間隔を不等直線形状
または楕円形とした光偏光素子は、出射光を所定の位置
に集光する。
に設けた回折格子の方向を互いに直交させた光偏光素子
は、一方の面から入射される常光線／異常光線を透過
し、また、他方の面から入射される異常光線／常光線を
透過し、光ディスク装置用の光ピックアップに好適な光
偏光素子を与える。また、上記格子間隔を不等直線形状
または楕円形とした光偏光素子は、出射光を所定の位置
に集光する。
【００１５】
【実施例】まず、回折格子の動作原理の概要を説明し、
次いで本発明に好適なTiO2結晶と従来のLiNbO3結晶の回
折格子溝の寸法を比較してその加工性の優劣について説
明する。図１は光学的異方性結晶板１に格子溝２を設け
た光偏光素子の断面図である。格子溝２の溝方向が光学
的異方性結晶板１の結晶軸方向に一致し、下側から入射
された入射光は０次光と正負の１次光に別れて出射す
る。
次いで本発明に好適なTiO2結晶と従来のLiNbO3結晶の回
折格子溝の寸法を比較してその加工性の優劣について説
明する。図１は光学的異方性結晶板１に格子溝２を設け
た光偏光素子の断面図である。格子溝２の溝方向が光学
的異方性結晶板１の結晶軸方向に一致し、下側から入射
された入射光は０次光と正負の１次光に別れて出射す
る。
【００１６】この光偏光素子の回折光強度は定性的に式
（３）のように表される。 Ｉ＝１−ｃｏｓ（ｋＷ） （３） ｋ：伝搬定数、ｋ＝２π／λ λ：波長 Ｗ＝ΔＮ・Ｌ ΔＮ：回折格子を形成している結晶の屈折率と空気の屈
折率の差 Ｌ：回折格子の溝深さ
（３）のように表される。 Ｉ＝１−ｃｏｓ（ｋＷ） （３） ｋ：伝搬定数、ｋ＝２π／λ λ：波長 Ｗ＝ΔＮ・Ｌ ΔＮ：回折格子を形成している結晶の屈折率と空気の屈
折率の差 Ｌ：回折格子の溝深さ
【００１７】式（３）においてＭ1、Ｍ2を整数として、 ｋＷ＝（２Ｍ1＋１）π （４） のとき０次光はほぼゼロとなって強い１次光のみが現
れ、また、 ｋＷ＝２πＭ2 （５） のときはＩ＝０となって０次光のみが得られる。
れ、また、 ｋＷ＝２πＭ2 （５） のときはＩ＝０となって０次光のみが得られる。
【００１８】したがって、常光線を回折し異常光線を透
過する場合は、常光線に対しては式（６）、異常光線に
対しては式（７）を満たす必要がある。 ｋＷ＝ｋ（Ｎｏ−１）・Ｌ＝π（２Ｍｏ＋１） （６） ｋＷ＝ｋ（Ｎｅ−１）・Ｌ＝２πＭｅ （７） ただし、Ｎｏ、Ｎｅはそれぞれ常光線と異常光線に対す
る光学的異方性結晶の屈折率、ＭｏとＭｅはそれぞれ光
学的異方性結晶内の常光線と異常光線の波長数に比例す
る数値であり共に整数、または整数に近い値とする必要
がある。また、空気の屈折率は１としている。
過する場合は、常光線に対しては式（６）、異常光線に
対しては式（７）を満たす必要がある。 ｋＷ＝ｋ（Ｎｏ−１）・Ｌ＝π（２Ｍｏ＋１） （６） ｋＷ＝ｋ（Ｎｅ−１）・Ｌ＝２πＭｅ （７） ただし、Ｎｏ、Ｎｅはそれぞれ常光線と異常光線に対す
る光学的異方性結晶の屈折率、ＭｏとＭｅはそれぞれ光
学的異方性結晶内の常光線と異常光線の波長数に比例す
る数値であり共に整数、または整数に近い値とする必要
がある。また、空気の屈折率は１としている。
【００１９】光学的異方性結晶は偏光方向により屈折率
が異なるので、上記の式に従って偏光方向の異なる入射
光を分離することができる。このためには、上記Ｌの値
が式（６）と（７）を同時に満たすようにする必要があ
る。実際にはこのようなＬの値が得られないことが多い
が、少なくとも式（６）と（７）より得られるたＬの値
をできるだけ近付けるようにする。また、格子溝２には
ガラス、樹脂等の充填材２１を充填しても良い。
が異なるので、上記の式に従って偏光方向の異なる入射
光を分離することができる。このためには、上記Ｌの値
が式（６）と（７）を同時に満たすようにする必要があ
る。実際にはこのようなＬの値が得られないことが多い
が、少なくとも式（６）と（７）より得られるたＬの値
をできるだけ近付けるようにする。また、格子溝２には
ガラス、樹脂等の充填材２１を充填しても良い。
【００２０】また、±１次光の強度の和に対する０次光
強度の比（消光比）が１０ｄＢ以上であれば偏光素子と
して実際に使用することができる。消光比を１０ｄＢと
すると、理想的な場合の位相差に対して略０．２πのず
れが許容できる。上記位相ずれの許容幅を満たす条件は
式（１）または（２）のようになる。
強度の比（消光比）が１０ｄＢ以上であれば偏光素子と
して実際に使用することができる。消光比を１０ｄＢと
すると、理想的な場合の位相差に対して略０．２πのず
れが許容できる。上記位相ずれの許容幅を満たす条件は
式（１）または（２）のようになる。
【００２１】すなわち、光学的異方性結晶基板上に、ｎ
ｇ＝上記結晶基板の屈折率、ｎｔ＝格子溝材の屈折率、
λ＝光の波長、ｍ1＝整数、ｍ2＝奇数として、常光線も
しくは異常光線のどちらか一方について、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π （１） または、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−πｍ2｜＜０．２π （２） なる関係式を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにする。
ｇ＝上記結晶基板の屈折率、ｎｔ＝格子溝材の屈折率、
λ＝光の波長、ｍ1＝整数、ｍ2＝奇数として、常光線も
しくは異常光線のどちらか一方について、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π （１） または、 ｜ｄ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−πｍ2｜＜０．２π （２） なる関係式を満たす格子溝深さｄが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにする。
【００２２】図２は上記式（１）又は（２）を満たす範
囲を計算した図である。常屈折率と異常屈折率の差を複
屈折度という。これより、格子溝深さＬ＜０．３μｍ以
下に対して複屈折度の絶対値を０．１〜０．４の範囲内
に納めれば良いことがわかる。以下に説明するように、
このような条件は例えば酸化チタン（TiO2）を用いると
満たすことができる。図４、５はそれぞれ、酸化チタン
（TiO2）を用いて上記の条件満たすようにした光偏光素
子の常光線に対する消光比と異常光線に対する消光比の
計算結果である。
囲を計算した図である。常屈折率と異常屈折率の差を複
屈折度という。これより、格子溝深さＬ＜０．３μｍ以
下に対して複屈折度の絶対値を０．１〜０．４の範囲内
に納めれば良いことがわかる。以下に説明するように、
このような条件は例えば酸化チタン（TiO2）を用いると
満たすことができる。図４、５はそれぞれ、酸化チタン
（TiO2）を用いて上記の条件満たすようにした光偏光素
子の常光線に対する消光比と異常光線に対する消光比の
計算結果である。
【００２３】また、上記回折格子の方向を互いに直交し
てするようにし光学的異方性結晶基板の両面に設けた
り、また、その一方を不等間隔直線形状、または楕円形
にすることもできる。表１は酸化チタン（TiO2）につい
て、Ｍｏ≒Ｍｅを満たす条件下で最適なＭｏとこれに対
応するＬを求めた結果である。
てするようにし光学的異方性結晶基板の両面に設けた
り、また、その一方を不等間隔直線形状、または楕円形
にすることもできる。表１は酸化チタン（TiO2）につい
て、Ｍｏ≒Ｍｅを満たす条件下で最適なＭｏとこれに対
応するＬを求めた結果である。
【表１】
【００２４】これより、Ｍｏ＝３を選定すると、５１．
９％の異常光線に対する０次回折効率がえられる。ま
た、１次回折効率は０．００５％である。したがって、
図５においてレ−ザ１４からの異常光の５１．９％を０
次光として透過し、その際の１次光は０．００５％しか
発生しないことになる。これは、異常光線の位相差がほ
ぼ６πとなって回折光を発生しないことを意味してい
る。なお、Ｍｏの値が小さいほど溝深さＬを浅くするこ
とができるので、最適なＭｏとは式（６）、（７）より
得られるＭｏの最小値に該当し、このときのＬの値は
１．３０１７μｍとなる。
９％の異常光線に対する０次回折効率がえられる。ま
た、１次回折効率は０．００５％である。したがって、
図５においてレ−ザ１４からの異常光の５１．９％を０
次光として透過し、その際の１次光は０．００５％しか
発生しないことになる。これは、異常光線の位相差がほ
ぼ６πとなって回折光を発生しないことを意味してい
る。なお、Ｍｏの値が小さいほど溝深さＬを浅くするこ
とができるので、最適なＭｏとは式（６）、（７）より
得られるＭｏの最小値に該当し、このときのＬの値は
１．３０１７μｍとなる。
【００２５】一方、常光線の０次回折効率は１．７％と
低く、１次回折効率は２６．１％なので、レ−ザ１４か
らの常光線はほとんど透過せずに、１次光として回折さ
れることになる。これは常光線に対する位相差が５．０
８π≒５πとなるためである。以上より、図７に示した
光偏向素子１７の出射側にλ／４波長板１８を挿入する
と、光偏向素子１７の出射異常光はλ／４波長板１７を
往復して常光線となって戻ってくるので、光偏向素子１
７により回折されてフォトダイオ−ド２１に導かれるこ
とになる。すなわち、レ−ザ１４からの異常光は光ディ
スク２０に向かって直進し、反射光は二つのフォトダイ
オ−ド２１側に分岐される。
低く、１次回折効率は２６．１％なので、レ−ザ１４か
らの常光線はほとんど透過せずに、１次光として回折さ
れることになる。これは常光線に対する位相差が５．０
８π≒５πとなるためである。以上より、図７に示した
光偏向素子１７の出射側にλ／４波長板１８を挿入する
と、光偏向素子１７の出射異常光はλ／４波長板１７を
往復して常光線となって戻ってくるので、光偏向素子１
７により回折されてフォトダイオ−ド２１に導かれるこ
とになる。すなわち、レ−ザ１４からの異常光は光ディ
スク２０に向かって直進し、反射光は二つのフォトダイ
オ−ド２１側に分岐される。
【００２６】レ−ザ１４の向きを９０度変えると光偏向
素子１７の入射光を異常光線から常光線に変えることが
できる。表２は入射光を常光線とした場合に用いる光偏
向素子１７の設計値計算結果である。
素子１７の入射光を異常光線から常光線に変えることが
できる。表２は入射光を常光線とした場合に用いる光偏
向素子１７の設計値計算結果である。
【表２】 表１と同様に酸化チタン（TiO2）を用い、最適なＭｏを
選定するとその値は３となり、常光線に対する０次回折
効率は５７．３％、１次回折効率は０．００４％であ
る。したがって、レ−ザ１４からの常光の５７．３％を
０次光として透過し、その際の１次光は０．００４％し
か発生しないことになる。
選定するとその値は３となり、常光線に対する０次回折
効率は５７．３％、１次回折効率は０．００４％であ
る。したがって、レ−ザ１４からの常光の５７．３％を
０次光として透過し、その際の１次光は０．００４％し
か発生しないことになる。
【００２７】また、Ｍｏ＝３に対するＬの値は１．５３
７２μｍである。一方、異常光線の０次回折効率は２．
０％と低く、１次回折効率は２３．９％なので、レ−ザ
１４からの異常光線はほとんど透過されずに１次光とし
て回折されることになる。したがって、表２の光偏向素
子１７を図７に用いると、レ−ザ１４からの常光は光デ
ィスク２０に向かって直進し、光ディスク２０からの反
射光は異常光となって二つのフォトダイオ−ド２１側に
分岐されることになる。
７２μｍである。一方、異常光線の０次回折効率は２．
０％と低く、１次回折効率は２３．９％なので、レ−ザ
１４からの異常光線はほとんど透過されずに１次光とし
て回折されることになる。したがって、表２の光偏向素
子１７を図７に用いると、レ−ザ１４からの常光は光デ
ィスク２０に向かって直進し、光ディスク２０からの反
射光は異常光となって二つのフォトダイオ−ド２１側に
分岐されることになる。
【００２８】また図３に示すように、光偏向素子１７の
回折格子を両面に設け、結晶軸方向に振動する光（異常
光線）を回折し、結晶軸と垂直方向に振動する光（常光
線）は回折しないようにすることもできる。この光偏向
素子に酸化チタン（TiO2）を用いると、第１の回折格子
の溝深さＬは０．５１２４μｍ、格子ピッチは６０μｍ
となり、第２の回折格子の溝深さＬは１．３０１７μ
ｍ、格子ピッチは９μｍとなり、同様に光ディスク用の
ピックアップに好適な光偏光素子を得ることができる。
回折格子を両面に設け、結晶軸方向に振動する光（異常
光線）を回折し、結晶軸と垂直方向に振動する光（常光
線）は回折しないようにすることもできる。この光偏向
素子に酸化チタン（TiO2）を用いると、第１の回折格子
の溝深さＬは０．５１２４μｍ、格子ピッチは６０μｍ
となり、第２の回折格子の溝深さＬは１．３０１７μ
ｍ、格子ピッチは９μｍとなり、同様に光ディスク用の
ピックアップに好適な光偏光素子を得ることができる。
【００２９】表３は従来のＬｉＮｂＯ3単結晶ウエハ
（Ｘカット）を用いた光偏光素子における常光に対する
設計値計算結果であり、上記表１の左欄に対応する。
（Ｘカット）を用いた光偏光素子における常光に対する
設計値計算結果であり、上記表１の左欄に対応する。
【表３】 Ｍｏ＝７にて、０次回折効率は１．０％、１次回折効率
は３１．１％となり、表１の左欄のＭｏ＝３における値
より若干良い値が得られる。なお、回折格子のピッチは
９μｍ、回折角は約５゜である。しかし、Ｌの値は４．
６３４２μｍと表１の値の３．６倍となるので、作製容
易性が格段に悪くなることがわかる。
は３１．１％となり、表１の左欄のＭｏ＝３における値
より若干良い値が得られる。なお、回折格子のピッチは
９μｍ、回折角は約５゜である。しかし、Ｌの値は４．
６３４２μｍと表１の値の３．６倍となるので、作製容
易性が格段に悪くなることがわかる。
【００３０】また、表４は同様のＬｉＮｂＯ3単結晶光
偏光素子の異常光に対する設計値計算結果であり、上記
表２の左欄に対応する。
偏光素子の異常光に対する設計値計算結果であり、上記
表２の左欄に対応する。
【表４】 Ｍｏ＝９にて、０次回折効率は０．３６％、１次回折効
率は３３．２％となり、表２の左欄のＭｏ＝３における
値より若干良い値が得られる。しかし、Ｌの値は５．５
８０８μｍと表２の値の３．６倍となるので、作製容易
性が同様に格段に悪いことがわかる。
率は３３．２％となり、表２の左欄のＭｏ＝３における
値より若干良い値が得られる。しかし、Ｌの値は５．５
８０８μｍと表２の値の３．６倍となるので、作製容易
性が同様に格段に悪いことがわかる。
【００３１】上記溝深さＬの相違は、単結晶ウエハ（Ｘ
カット）の半導体レーザ光（波長０．７８μｍ）に対す
る屈折率の相違に基づいている。すなわち、従来のLiNb
O3では常屈折率Ｎｏ＝２．２５７８９５、異常屈折率Ｎ
ｅ＝２．１７８２００であるのに対し、酸化チタン（Ti
O2）では常屈折率Ｎｏ＝２．５２２２２９、異常屈折率
Ｎｅ＝２．７９７６７９となり、いずれもＬｉＮｂＯ3
より大きな値が得られるためである。
カット）の半導体レーザ光（波長０．７８μｍ）に対す
る屈折率の相違に基づいている。すなわち、従来のLiNb
O3では常屈折率Ｎｏ＝２．２５７８９５、異常屈折率Ｎ
ｅ＝２．１７８２００であるのに対し、酸化チタン（Ti
O2）では常屈折率Ｎｏ＝２．５２２２２９、異常屈折率
Ｎｅ＝２．７９７６７９となり、いずれもＬｉＮｂＯ3
より大きな値が得られるためである。
【００３２】現在のエッチング技術ではイオンミリング
ガスとしてＣＨＦ3用いる事が多く、そのフォトレジス
ト材に対するLiNbO3、TiO2等のエッチングレ−トの比、
即ち選択比の値は１．５〜１．７である。したがって、
高粘度のレジストを用いてスピンコ−トできるレジスト
厚は高々２．５μｍであるから、選択比１．７でもミリ
ング量（溝深さ）は４．２４μｍが限度である。
ガスとしてＣＨＦ3用いる事が多く、そのフォトレジス
ト材に対するLiNbO3、TiO2等のエッチングレ−トの比、
即ち選択比の値は１．５〜１．７である。したがって、
高粘度のレジストを用いてスピンコ−トできるレジスト
厚は高々２．５μｍであるから、選択比１．７でもミリ
ング量（溝深さ）は４．２４μｍが限度である。
【００３３】また、レジスト厚が厚くなるとその断面形
状が台形になり、これによりミリングされる光学材料も
台形状にミリングされるので、高次光が発生しやすくな
る。とくに、本発明が対象とする格子ピッチの狭い偏光
素子（回折各５度以上が必要なため、１０μｍ以下の格
子ピッチが必要）ではレジストを４μｍ以上加工すると
その形状が台形から三角形になってミリング中にレジス
トがなくなってしまうので、実際の加工限度は３μｍ程
度になる。
状が台形になり、これによりミリングされる光学材料も
台形状にミリングされるので、高次光が発生しやすくな
る。とくに、本発明が対象とする格子ピッチの狭い偏光
素子（回折各５度以上が必要なため、１０μｍ以下の格
子ピッチが必要）ではレジストを４μｍ以上加工すると
その形状が台形から三角形になってミリング中にレジス
トがなくなってしまうので、実際の加工限度は３μｍ程
度になる。
【００３４】したがって、上記のように４．６３μｍと
か５．５８μｍの溝深さＬを必要とする従来のLiNbO3材
では本発明の偏光素子が得られないのである。これに対
しTiO2材では、上記のように溝深さＬは０．５〜１．５
μｍのオ−ダ−になるので、十分な性能の偏光素子を加
工することができる。
か５．５８μｍの溝深さＬを必要とする従来のLiNbO3材
では本発明の偏光素子が得られないのである。これに対
しTiO2材では、上記のように溝深さＬは０．５〜１．５
μｍのオ−ダ−になるので、十分な性能の偏光素子を加
工することができる。
【００３５】図６は上記酸化チタン（TiO2）を用いた回
折格子の製造工程図である。図６（ａ）に示すTiO2結晶
板１上にホトレジストを塗布して（ｂ）のようにホトリ
ソグラフィによりホトレジストを紫外線露光、現像して
所定の回折格子パターンを形成する。次いで、ホトレジ
ストパターン８をマスクにしてイオンミリングあるいは
反応性イオンミリングによりTiO2表面をエッチングして
（ｃ）のエッチング溝を形成し、レジストを除去して
（ｄ）の回折格子型光偏光素子を得る。
折格子の製造工程図である。図６（ａ）に示すTiO2結晶
板１上にホトレジストを塗布して（ｂ）のようにホトリ
ソグラフィによりホトレジストを紫外線露光、現像して
所定の回折格子パターンを形成する。次いで、ホトレジ
ストパターン８をマスクにしてイオンミリングあるいは
反応性イオンミリングによりTiO2表面をエッチングして
（ｃ）のエッチング溝を形成し、レジストを除去して
（ｄ）の回折格子型光偏光素子を得る。
【００３６】
【発明の効果】本発明により、各種光学装置、とくに光
ディスク装置用の光ピックアップに好適な薄くて小型な
光偏光素子を提供することができる。また、本発明によ
り光偏光素子の回折溝の深さを３μｍ以下に薄くできる
ので、半導体プロセス技術により容易に加工することが
でき、これにより光偏光素子のを低価格化することがで
きる。
ディスク装置用の光ピックアップに好適な薄くて小型な
光偏光素子を提供することができる。また、本発明によ
り光偏光素子の回折溝の深さを３μｍ以下に薄くできる
ので、半導体プロセス技術により容易に加工することが
でき、これにより光偏光素子のを低価格化することがで
きる。
【図１】回折格子型光偏光素子の断面図である。
【図２】本発明により計算された光偏光素子の複屈折度
の許容範囲を示す図である。
の許容範囲を示す図である。
【図３】両面に回折格子を有する光偏光素子の斜視図で
ある。
ある。
【図４】酸化チタン（TiO2）を用いた本発明による光偏
光素子の常光線に対する消光比特性である。
光素子の常光線に対する消光比特性である。
【図５】酸化チタン（TiO2）を用いた本発明による光偏
光素子の異常光線に対する消光比特性である。
光素子の異常光線に対する消光比特性である。
【図６】光偏光素子の製造プロセス図である。
【図７】光ディスク装置用光ヘッドの構成図である。
【図８】片面に回折格子を有する光偏光素子の斜視図で
ある。
ある。
１…TiO2結晶板、２…格子溝、１４…半導体レーザ、１
５…コリメータレンズ、１６…回折格子、１７…光偏光
素子、１８…λ／４波長板、１９…対物レンズ、２０…
光ディスク、２１…ホトダイオード ２２…不均一溝深さ光偏光素子 ２３…両面光偏光素子
５…コリメータレンズ、１６…回折格子、１７…光偏光
素子、１８…λ／４波長板、１９…対物レンズ、２０…
光ディスク、２１…ホトダイオード ２２…不均一溝深さ光偏光素子 ２３…両面光偏光素子
フロントページの続き (72)発明者 中村 滋 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 複屈折度の絶対値が０．１〜０．４の光
学的異方性結晶基板上に、ｎｇ＝上記結晶基板の屈折
率、ｎｔ＝格子溝材の屈折率、λ＝光の波長、ｍ1＝整
数として、常光線もしくは異常光線のどちらか一方につ
いて、 ｜Ｌ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π なる関係式を満たす格子溝深さＬが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにしたことを特徴とする光偏光
素子。 - 【請求項２】 複屈折度の絶対値が０．１〜０．４の光
学的異方性結晶基板上に、ｎｇ＝上記結晶基板の屈折
率、ｎｔ＝格子溝材の屈折率、λ＝光の波長、ｍ2＝奇
数として、常光線もしくは異常光線の何れかについて、 ｜Ｌ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−πｍ2｜＜０．２π なる関係式を満たす格子溝深さＬが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにしたことを特徴とする光偏光
素子。 - 【請求項３】 複屈折度の絶対値が０．１〜０．４の光
学的異方性結晶基板の片面上に、ｎｇ＝上記結晶基板の
屈折率、ｎｔ＝格子溝材の屈折率、λ＝光の波長、ｍ1
＝整数として、常光線もしくは異常光線の一方につい
て、 ｜Ｌ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π なる関係式を満たす格子溝深さＬが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設け、さらに上記光学的異方性結晶基板の
他の面上に、ｍ2＝奇数として常光線もしくは異常光線
の他方について、 ｜Ｌ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−πｍ2｜＜０．２π なる関係式を満たす格子溝深さＬが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けるようにしたことを特徴とする光偏光
素子。 - 【請求項４】 複屈折度の絶対値が０．１〜０．４の光
学的異方性結晶基板の一方の面に常光線について、ま
た、他方の面に異常光線について、ｎｇ＝上記結晶基板
の屈折率、ｎｔ＝格子溝材の屈折率、λ＝光の波長、ｍ
1＝整数として、 ｜Ｌ（ｎｇ−ｎｔ）２π／λ−２πｍ1｜＜０．２π なる関係式を満たす格子溝深さＬが３μｍ以下の回折格
子を周期的に設けたことを特徴とする光偏光素子。 - 【請求項５】 請求項３または４において、上記光学的
異方性結晶基板の両面に設けた回折格子の方向を互いに
直交するようにしたことを特徴とする光偏光素子。 - 【請求項６】 請求項３ないし５のいずれかにおいて、
上記光学的異方性結晶基板面の一方の回折格子を不等間
隔直線形状としたことを特徴とする光偏光素子。 - 【請求項７】 請求項３ないし５のいずれかにおいて一
方の面の格子形状を楕円形としたことを特徴とする光偏
光素子。 - 【請求項８】 請求項１ないし７に記載の光偏光素子を
用いたことを特徴とする光ディスク装置用の光ピックア
ップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5026705A JPH06242315A (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 光偏光素子および光ピックアップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5026705A JPH06242315A (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 光偏光素子および光ピックアップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06242315A true JPH06242315A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=12200806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5026705A Pending JPH06242315A (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 光偏光素子および光ピックアップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06242315A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999018459A1 (fr) * | 1997-10-02 | 1999-04-15 | Asahi Glass Company Ltd. | Tete optique et element de diffraction conçu pour cette tete optique, et procede de fabrication de l'element de diffraction et de la tete optique |
| US6385158B1 (en) | 1997-10-29 | 2002-05-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Optical pickup device having compatibility with tracking system, and optical disk recording/reproduction apparatus using the same |
-
1993
- 1993-02-16 JP JP5026705A patent/JPH06242315A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999018459A1 (fr) * | 1997-10-02 | 1999-04-15 | Asahi Glass Company Ltd. | Tete optique et element de diffraction conçu pour cette tete optique, et procede de fabrication de l'element de diffraction et de la tete optique |
| US6618116B1 (en) | 1997-10-02 | 2003-09-09 | Asahi Glass Company, Limited | Optical head device and a diffraction element suitable for the device, and a method of manufacturing the diffraction element and the optical head device |
| US6385158B1 (en) | 1997-10-29 | 2002-05-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Optical pickup device having compatibility with tracking system, and optical disk recording/reproduction apparatus using the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8320226B2 (en) | Optical element having three or more sub-wavelength convexo-concave structures | |
| KR100569633B1 (ko) | 위상자 및 이것을 탑재한 광헤드 장치 | |
| JP4341332B2 (ja) | 光ヘッド装置 | |
| US7075722B2 (en) | Diffractive optical element and optical system having the same | |
| US20030231395A1 (en) | Diffractive optical element, and optical system and optical apparatus provided with the same | |
| JP2006259132A (ja) | 階段状回折素子および光ヘッド装置 | |
| JP4300784B2 (ja) | 光ヘッド装置 | |
| JP5417815B2 (ja) | 回折素子、光ヘッド装置および投射型表示装置 | |
| JPH06242315A (ja) | 光偏光素子および光ピックアップ | |
| KR101097078B1 (ko) | 회절 소자 및 광헤드 장치 | |
| JP2003288733A (ja) | 開口制限素子および光ヘッド装置 | |
| JP2000137109A (ja) | 回折格子を利用した反射防止デバイス | |
| JP2687451B2 (ja) | 偏光素子 | |
| JPH0611616A (ja) | 光偏光素子 | |
| JP2004077806A (ja) | 位相板光学素子 | |
| JP3711652B2 (ja) | 偏光回折素子及びそれを用いた光ヘッド装置 | |
| JP3711680B2 (ja) | ビーム整形装置 | |
| JP2000193812A (ja) | 回折素子および光ヘッド装置 | |
| JPH11328713A (ja) | 方向性回折格子 | |
| JP2010164752A (ja) | 光学素子、光ピックアップ、光情報処理装置、光減衰器、偏光変換素子、プロジェクタ光学系、光学機器 | |
| JP4660666B2 (ja) | 偏光素子および偏光素子を含む光学系 | |
| JP2003207613A (ja) | 光学素子およびホログラムレーザユニット | |
| JPH11237508A (ja) | 偏光性ホログラム素子の製造方法 | |
| JPS61193106A (ja) | 機能光学素子 | |
| JPH09127333A (ja) | 回折格子型偏光板 |