JPH07130022A - 光ヘッド装置および光学素子 - Google Patents

光ヘッド装置および光学素子

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JPH07130022A
JPH07130022A JP5278323A JP27832393A JPH07130022A JP H07130022 A JPH07130022 A JP H07130022A JP 5278323 A JP5278323 A JP 5278323A JP 27832393 A JP27832393 A JP 27832393A JP H07130022 A JPH07130022 A JP H07130022A
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JP
Japan
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light
optical
polarization
proton exchange
hologram
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Hiroaki Yamamoto
博昭 山本
Seiji Nishino
清治 西野
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号検出のためのヘッドアンプの数を減少さ
せ、光磁気信号ヘッドアンプのアンバランスを無くす。 【構成】 光磁気ディスクの情報を読みとった光は検出
レンズ１０４により集束されニオブ酸リチウムからなる
偏光ホログラム１２１および偏光ホログラム１２２に入
射する。これらの偏光ホログラムは結晶のｚ軸方向の偏
光成分とこれと直交した偏光成分を透過光と回折光に分
離する作用を有する。偏光分離ホログラム１２１のｚ軸
は入射光の主たる偏光方向に対して４５度の傾きを持つ
ように設置され、偏光分離ホログラム１２２のｚ軸はこ
れと直交する方向に設置されている。したがって各々の
偏光ホログラムは異なる偏光成分を異なった波面に変換
することとなる。このため光検出器１９６ではＴＥ信
号，ＴＭ信号を異なる偏光成分でとることが可能でヘッ
ドアンプのアンバランスが解消できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は偏光を用いた光学装置に
用いる光学素子および 光記録媒体の情報信号の再生を
行うための光ヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光磁気デイスク媒体に情報を記録、再生
する光情報処理装置に用いられている光ヘッド装置に
は、微細なスポットを光デスク上に形成するための焦点
検出機能、所望のトラックを正確にトレースするための
トラック検出機能を有することが求められる。さらに光
ヘッド装置は、光磁気ディスク媒体による偏光方向の回
転を検出するための機能も要求される。
【０００３】従来の光ヘッド装置としては、たとえば特
開平３−２９１３７号公報などがある。図１６は従来の
光ヘッド装置の構成図である。以下この図を基に従来の
光ヘッド装置について説明する。半導体レーザ１０１を
出た光はコリメーティングレンズ１０２により平行光に
変換されビームスプリッタ１０６、全反射プリズム１１
０を経て対物レンズ１０３により光ディスク１０５上に
集光される。光ディスク１０５からの反射光は対物レン
ズ１０３により再び平行光に変換され全反射プリズム１
１０を経てビームスプリッタ１０６に入射し、ビームス
プリッタ１０６により反射される。ビームスプリッタ１
０６により反射された光は検出レンズ１０４により集束
光に変換され、ニオブ酸リチウムからなる偏光分離ホロ
グラム１２０に入射する。この結晶のｚ軸は入射光の主
たる偏光方向に対して４５度の傾きを持つように設置さ
れる。偏光分離ホログラム１２０は結晶のｚ軸方向の偏
光成分とこれと直交した偏光成分を透過光と回折光に分
離する。この偏光分離ホログラム１２０からの−１次回
折光を光検出器１９３で、＋１次回折光を光検出器１９
４で、透過光は光検出器１９２でそれぞれ受光し光検出
器１９３と光検出器１９４の出力の和と光検出器１９２
の差より記録再生信号を得ることができる。
【０００４】図１７は偏光分離ホログラム１２０の格子
パターンと光検出器１９４のセグメント分割パターンの
対応関係を示すための図である。＋１次回折光を用いて
焦点誤差、トラッキング誤差検出を行うために、偏光分
離ホログラム１２０を４つの領域に分割し、光検出器１
９４を６つのセグメントに分割している。第１格子パタ
ーン部１８１には光スポットが光ディスク１０５上に正
しく形成されているときに、この領域への入射光を光検
出器１９４のＡ点に集束させるような格子が形成されて
いる。同様に第２格子パターン部１８２、第３格子パタ
ーン部１８３、第４格子パターン部１８４はそれぞれ各
々の領域の入射光を、光検出器１９４のＢ点、Ｃ点、Ｄ
点にそれぞれ集束されるような格子が形成されている。
フォーカスエラー信号はＳ１とＳ４の和およびＳ２とＳ
３の和の差信号から得られ、トラッキングエラー信号は
Ｓ５とＳ６の差信号から得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の光ヘッド装置で
は、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号を
１方の偏光のみで検出していた。このため信号検出のた
めのヘッドアンプが６個も必要という課題があった。さ
らに回折光と非回折光の作動により検出する光磁気信号
は、非回折光側のヘッドアンプが１個、回折光側のアン
プが５個と極端なアンバランスのため劣化が生じるとい
う課題があった。
【０００６】また、トラッキングエラー信号検出に３ビ
ーム法を用い且つプッシュプル法により溝のウォブリン
グ情報を読むミニディスクなどの光ヘッドはスポットが
複雑になり実現が難しという課題があった。
【０００７】そこで本発明は信号検出のためのヘッドア
ンプの数を減少させ、光磁気信号ヘッドアンプのアンバ
ランスを無くす光ヘッド装置および光学素子を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の発明の
光ヘッド装置は放射光源と、前記放射光源からの直線偏
光の光ビームを受け情報媒体上へ微小スポットに収束す
る集光光学系と、前記情報媒体で反射回折した光から情
報を読み出す光学系を有する光ヘッド装置において、前
記情報を読み出す光学系が前記前記情報媒体で反射回折
した光を、特定の方向の偏光成分を回折する第１の回折
素子と、前記特定の方向と直交する方向の偏光を回折す
る第２の回折素子を有することを特徴とする。
【０００９】第２の発明の光ヘッド装置は放射光源と、
前記放射光源からの直線偏光の光ビームを受け情報媒体
上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記情報媒
体で反射回折した光から情報を読み出す光学系を有する
光ヘッド装置において、前記情報を読み出す光学系が前
記前記情報媒体で反射回折した光に収差を与える光学系
と、特定の方向の偏光成分の一部を回折する第１の回折
素子と、前記特定の方向と直交する方向の偏光の一部を
回折する第２の回折素子を有することを特徴とする。
【００１０】第３の発明の光学素子は複屈折結晶の表面
に第１のプロトン交換領域を持ち、前記第１のプロトン
交換領域の表面が前記結晶表面に対して凹であり、前記
複屈折結晶の裏面に第２のプロトン交換領域を持ち、前
記第２のプロトン交換領域上部のみに誘電体を持つこと
を特徴とする。
【００１１】第４の光学素子は複屈折結晶の表面に第１
のプロトン交換領域を持ち、前記第１のプロトン交換領
域の表面が前記結晶表面に対して凹であり、複屈折結晶
の裏面に第２のプロトン交換領域を持ち、前記第２のプ
ロトン交換領域の表面が前記結晶表面に対して凹である
ことを特徴とする。
【００１２】第５の発明の光学素子は複屈折結晶の表面
に第１のプロトン交換領域を持ち、裏面に第２のプロト
ン交換領域を持ち前記第１のプロトン交換領域および第
２のプロトン交換の上部のみに誘電体を持つことを特徴
とする。
【００１３】第６の発明の光ヘッド装置は放射光源と、
前記放射光源からの直線偏光の光ビームを受け情報媒体
上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記情報媒
体で反射回折した光から情報を読み出す光学系を有する
光ヘッド装置において、前記情報を読み出す光学系が前
記前記情報媒体で反射回折した光を、特定の方向の偏光
成分を第１の方向に回折し前記特定の方向と直交する方
向の偏光を第２の方向へ回折する回折素子を有すること
を特徴とする。
【００１４】第７の発明の光ヘッド装置は放射光源と、
前記放射光源からの直線偏光の光ビームを受け情報媒体
上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記情報媒
体で反射回折した光から情報を読み出す光学系を有する
光ヘッド装置において、前記情報を読み出す光学系が前
記前記情報媒体で反射回折した光に収差を与える光学系
と、特定の方向の偏光成分を第１の方向に回折し前記特
定の方向と直交する方向の偏光を第２の方向へ回折する
回折素子を有することを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明の第１の発明によればフォーカス信号と
トラッキング信号を別々の偏光により得るため光磁気信
号の検出におけるヘッドアンプのアンバランスが解決で
きる。また第２の発明によれば光磁気信号と各サーボ信
号を分離して検出するため光磁気信号検出用ヘッドアン
プが１つでこれを実現できる。
【００１６】第３から第５の発明によれば基板の表面お
よび裏面に異なる偏光方向に作用するホログラム素子が
作製でき偏光方向により作用の異なるホログラム素子が
１つの基板で実現できる。本発明の第６、第７の発明に
よれば簡単な構成でひかりヘッドを実現できる。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）図１は第１の実施例の光ヘッド装置の構成
図である。以下この図を基に第１の実施例の光ヘッド装
置について説明する。
【００１８】半導体レーザ１０１を出た光はコリメーテ
ィングレンズ１０２により平行光に変換されビームスプ
リッタ１０６、全反射プリズム１１０を経て対物レンズ
１０３により光ディスク１０５上に集光される。光ディ
スク１０５からの反射光は対物レンズ１０３により再び
平行光に変換され全反射プリズム１１０を経てビームス
プリッタ１０６に入射し、ビームスプリッタ１０６によ
り反射される。ビームスプリッタ１０６により反射され
た光は検出レンズ１０４により集束光に変換され、ニオ
ブ酸リチウムからなる第１の偏光ホログラム１２１およ
び偏光分離ホログラム１２２に入射する。
【００１９】偏光分離ホログラム１２１および偏光分離
ホログラム１２２は結晶のｚ軸方向の偏光成分とこれと
直交した偏光成分を透過光と回折光に分離する作用を有
する。
【００２０】偏光分離ホログラム１２１のｚ軸は入射光
の主たる偏光方向に対して４５度の傾きを持つように設
置され、偏光分離ホログラム１２２のｚ軸は偏光分離ホ
ログラム１２１のｚ軸に直交する方向に設置されてい
る。
【００２１】偏光分離ホログラム１２１に入射した光は
透過光と回折光に偏光分離され、偏光分離ホログラム１
２２へ入射する。偏光分離ホログラム１２２は結晶軸方
向が偏光分離ホログラム１２１と直交しているため、偏
光分離ホログラム１２１での透過光は回折され、逆に回
折光は透過する。
【００２２】偏光分離ホログラム１２１および偏光分離
ホログラム１２２を通過した光は光検出器１９６へ入射
し記録再生信号よびサーボ信号を得ることができる。
【００２３】図２は第１の実施例の偏光分離ホログラム
１２１、偏光分離ホログラム１２２の格子パターンと光
検出器１９６のセグメント分割パターンの対応関係を示
すための図である。偏光分離ホログラム１２１には光ス
ポットが光ディスク１０５上に正しく形成されていると
きに、偏光分離ホログラム１２１の第１格子パターン部
で回折された光が点Ａ１，点Ａ１’に、第２格子パター
ン部で回折された光が点Ａ２，点Ａ２’にそれぞれ集束
させるような格子が形成されている。
【００２４】またこの時、偏光分離ホログラム１２２の
第１格子パターン部で回折された光が点Ｂ１，点Ｂ１’
に、第２格子パターン部で回折された光が点Ｂ２，点Ｂ
２’にそれぞれ集束させるように格子を形成している。
【００２５】光磁気信号は偏光分離ホログラム１２１の
回折光と偏光分離ホログラム１２２の回折光の差、つま
り（Ｓ１＋Ｓ２）−（Ｓ３＋Ｓ４）により検出する。
【００２６】フォーカスエラー信号はナイフエッジ法を
用い、偏光分離ホログラム１２１の第１格子パターン部
と第２格子パターン部のそれぞれで回折した光の差Ｓ１
−Ｓ２）で検出する。なおこの構成では溝横断信号によ
るフォーカスエラー信号の劣化は偏光分離ホログラム１
２１の領域分割線をディスクのラジアル方向と光学的に
一致させているため防止されている。また半導体レーザ
１０１の波長変動による回折位置のずれは回折方向と分
割線方向が一致しているためフォーカス信号に影響をお
よぼすことが無い。
【００２７】トラッキングエラー信号はプッシュプル法
を用い偏光分離ホログラム１２２の第１格子パターン部
と第２格子パターン部のそれぞれで回折した光のＳ３−
Ｓ４により検出する。この構成では偏光分離ホログラム
１２２で光を分割しているため半導体レーザ１０１の波
長変動による回折位置のずれはトラッキング信号に影響
をおよぼすことは無い。
【００２８】以上の様な構成により各種信号の検出がヘ
ッドアンプが４個で実現でき、かつ光磁気信号検出に関
するヘッドアンプの個数が２：２とバランスの良い検出
が可能となる。
【００２９】なお、偏光分離ホログラム１２１および偏
光分離ホログラム１２２としてｚ軸方向方向の偏光を透
過し、ｚ軸方向と垂直の偏光を回折する２つの偏光異方
性ホログラムを直交して使用する方法を例にとり説明し
たが、回折する偏光方向が異なる２つの偏光異方性ホロ
グラムであればこの限りではない。たとえばｚ軸方向の
偏光を回折する２つの偏光異方性ホログラムを直交して
使用する方法やｚ軸方向の偏光を回折する偏光異方性ホ
ログラムとｚ軸方向と垂直の偏光を回折する偏光異方性
ホログラムの組み合わせでも同様の効果が得られる。ま
たニオブ酸リチウムを用いた偏光異方性ホログラムに限
らず、たとえばタンタル酸リチウムやその他の複屈折材
料を用いた偏光異方性ホログラム、高密度回折素子など
も用いることができる。
【００３０】（実施例２）本実施例はトラッキングサー
ボとして３ビーム法を用いプッシュプル法で溝のウォブ
リング信号を検出する光ヘッド装置で、たとえばミニデ
ィスク等に用いられるものである。光学構成は図１で示
す構成の半導体レーザ１０１とビームスプリッタ１０６
の光路中に回折格子１１１を配置したものである。
【００３１】図３に本実施例の偏光分離ホログラム１２
１、偏光分離ホログラム１２２の格子パターンと光検出
器１９６のセグメント分割パターンの対応関係を示す。
フォーカスサーボ信号、プッシュプル信号および光磁気
信号の検出は第１の実施例と同様におこなう。本実施例
ではトラッキング信号は３ビーム法により検出する。
【００３２】回折格子１１１によりメインビームと２つ
のサブビームに分離された光は光ディスク１０５により
反射され最終的には光検出器１９６に入射する。光ヘッ
ドは２つのサブビームがメインビームがオントラック状
態のとき逆方向にわずかにオフトラックするように調整
されている。このためメインビームがオフトラックした
場合サブビーム間で光強度にアンバランスが生じ、トラ
ッキング信号が検出される。
【００３３】本構成によればサブビームもメインビーム
同様偏光分離ホログラム１２１と偏光分離ホログラム１
２２により回折分割されが、その位置はメインビームと
の位置関係を保つため図示のようにＳ５、Ｓ６の位置に
入射する。このためＳ５とＳ６の差（Ｓ５−Ｓ６）によ
りトラッキング信号が得られることとなる。なお本構成
では偏光分離ホログラム１２２の回折により生じたメイ
ンビームに対応したサブビームも発生するが簡単のため
図示するのは省略している。なおこれらのサブビームは
本実施例ではトラッキング信号の検出には用いてない
が、これらが入射する領域へ検出セグメントを形成する
ことにより検出が可能になる。
【００３４】以上のように本発明によればトラッキング
サーボとして３ビーム法を用いプッシュプル法で溝のウ
ォブリング信号を検出する光ヘッド装置を簡単に実現で
きる。
【００３５】（実施例３）本実施例は第１の実施例と同
様の光学系を用い光検出器１９６の分割方法を変えた光
ヘッド装置で、光検出器１９６の位置ずれ許容度が大き
いという特長を持つ。
【００３６】図４は第１の実施例の偏光分離ホログラム
１２１、偏光分離ホログラム１２２の格子パターンと光
検出器１９６のセグメント分割パターンの対応関係を示
すための図である。偏光分離ホログラム１２１には光ス
ポットが光ディスク１０５上に正しく形成されていると
きに、偏光分離ホログラム１２１で回折された光が点Ａ
１の後方および点Ａ１’の前方に集束させるようなレン
ズ作用を持った格子が形成されている。
【００３７】また、偏光分離ホログラム１２２は第１格
子パターン部で回折された光が点Ｂ１，点Ｂ１’に、第
２格子パターン部で回折された光が点Ｂ２，点Ｂ２’に
それぞれ入射するように格子を形成している。格子は偏
光分離ホログラム１２１と同様のレンズ作用を持たせて
おり光検出器１９６上の集光状態の違いによる光磁気信
号のアンバランスを防止している。
【００３８】光磁気信号は偏光分離ホログラム１２１の
回折光と偏光分離ホログラム１２２の回折光の差、つま
り（Ｓ１＋Ｓ２）−（Ｓ３＋Ｓ４）により検出する。
【００３９】フォーカスエラー信号はスポットサイズ法
を用い、Ｓ１−Ｓ２で検出する。なおこの構成では溝横
断信号によるフォーカスエラー信号の劣化は偏光分離ホ
ログラム１２１の領域分割線をディスクのラジアル方向
と光学的に一致させているため防止されている。また半
導体レーザ１０１の波長変動による回折位置のずれは回
折方向と分割線方向が一致しているためフォーカス信号
に影響をおよぼすことが無い。
【００４０】トラッキングエラー信号はプッシュプル法
を用い偏光分離ホログラム１２２の第１格子パターン部
と第２格子パターン部のそれぞれで回折した光のＳ３−
Ｓ４により検出する。この構成では偏光分離ホログラム
１２２で光を分割しているため半導体レーザ１０１の波
長変動による回折位置のずれはトラッキング信号に影響
をおよぼすことは無い。
【００４１】以上のような構成によれば図面左右方向の
光検出器１９６の位置ずれによるフォーカス信号の劣化
は第１の実施例に比べ十分に小さくなる。また図面上下
方向方向のずれは各セグメントの縦方向の幅を大きくと
ることにより任意の許容度を得ることができる。
【００４２】（実施例４）本実施例は第３の実施例の特
長を持ちかつ第２の実施例同様トラッキングサーボとし
て３ビーム法を用いプッシュプル法で溝のウォブリング
信号を検出する光ヘッド装置である。
【００４３】光学構成は第２の実施例同様図１で示す構
成の半導体レーザ１０１とビームスプリッタ１０６の光
路中に回折格子１１１を配置したものである。
【００４４】図５に本実施例の偏光分離ホログラム１２
１、偏光分離ホログラム１２２の格子パターンと光検出
器１９６のセグメント分割パターンの対応関係を示す。
フォーカスサーボ信号、プッシュプル信号および光磁気
信号の検出は第２の実施例と同様におこなう。またトラ
ッキング信号は３ビーム法によりＳ５−Ｓ６により検出
する。
【００４５】（実施例５）本実施例は光磁気信号を検出
するセグメントとトラッキング信号およびフォーカスサ
ーボ信号を検出するセグメントを分離することにより光
磁気信号検出のヘッドアンプの数をへらし、低コストな
光ヘッド装置である。
【００４６】図６は本実施例の光ヘッド装置の構成図で
ある。以下この図を基に本実施例の光ヘッド装置につい
て説明する。
【００４７】半導体レーザ１０１を出た光はコリメーテ
ィングレンズ１０２により平行光に変換されビームスプ
リッタ１０６、全反射プリズム１１０を経て対物レンズ
１０３により光ディスク１０５上に集光される。光ディ
スク１０５からの反射光は対物レンズ１０３により再び
平行光に変換され全反射プリズム１１０を経てビームス
プリッタ１０６に入射し、ビームスプリッタ１０６によ
り反射される。ビームスプリッタ１０６により反射され
た光は検出レンズ１０４により集束光に変換される。さ
らにこの光は円筒レンズ１０９を透過し非点収差が付加
され、第１の偏光ホログラム１２３および偏光分離ホロ
グラム１２４に入射する。
【００４８】偏光分離ホログラム１２３および偏光分離
ホログラム１２４は結晶のｚ軸方向の偏光成分を回折せ
ずこれと直交した偏光成分を一定の割合で透過光と回折
光に分離する作用を有するものを用いる。
【００４９】さらに偏光分離ホログラム１２３のｚ軸は
入射光の主たる偏光方向に対して４５度の傾きを持つよ
うに設置され、偏光分離ホログラム１２４のｚ軸はこれ
と直交する方向に配置する。
【００５０】第５の実施例の偏光分離ホログラム１２
３、偏光分離ホログラム１２４の格子パターンと光検出
器１９７のセグメント分割パターンの対応関係を図７に
示しその動作を説明する。
【００５１】偏光分離ホログラム１２３に入射した光は
透過光と回折光に偏光分離される。この時回折光は偏光
分離ホログラム１２３のｚ軸と直交した成分しか持たな
いが、透過光はｚ軸方向の成分と直交した成分を持つこ
ととなる。
【００５２】偏光分離ホログラム１２３を通過した光は
さらに偏光分離ホログラム１２４へ入射するが偏光分離
ホログラム１２３の回折光は偏光分離ホログラム１２３
のｚ軸と直交した成分しか持たないため偏光分離ホログ
ラム１２４による回折を受けずに透過し光検出器１９７
のｓ５へ入射する。一方偏光分離ホログラム１２３を透
過した光で偏光分離ホログラム１２４のｚ軸と垂直方向
の偏光は一部が回折されｓ６へ入射し、一部が透過し光
検出器１９３の中心部分へ入射する。一方偏光分離ホロ
グラム１２３を透過した光で偏光分離ホログラム１２４
のｚ軸方向の偏光は偏光分離ホログラム１２４では回折
されず１９３の中心部分へ入射する。
【００５３】光磁気信号は偏光分離ホログラム１２３の
回折光と偏光分離ホログラム１２４の回折光の差、つま
りＳ５−Ｓ６により検出する。
【００５４】またフォーカスエラー信号は円筒レンズ１
０９によって生じた非点収差により非点収差法により
（ｓ１＋ｓ４）−（ｓ２＋ｓ３）により検出する。
【００５５】トラッキング信号はプッシュプル法で（ｓ
１＋ｓ２）−（ｓ３＋ｓ４）で検出できる。
【００５６】以上のような構成ではヘッドアンプ２個で
光磁気信号検出が可能となる。なお、偏光分離ホログラ
ム１２３および偏光分離ホログラム１２４としてｚ軸方
向の偏光をすべて透過する偏光異方性ホログラムを直交
して使用する方法を例にとり説明したが、回折する偏光
方向が異なる２つの偏光異方性ホログラムであればこの
限りではない。たとえばｚ軸方向と直交する偏光をすべ
て透過する２つの偏光異方性ホログラムを直交して使用
する方法やｚ軸方向の偏光をすべて透過する偏光異方性
ホログラムとｚ軸方向と垂直の偏光をすべて透過する偏
光異方性ホログラムの組み合わせでも同様の効果が得ら
れる。またニオブ酸リチウムを用いた偏光異方性ホログ
ラムにかぎらず、たとえばタンタル酸リチウムやその他
の複屈折材料を用いた偏光異方性ホログラム、高密度回
折素子なども用いることができる。
【００５７】（実施例６）本実施例は第５の実施例の特
長を持ちかつ第２の実施例同様トラッキングサーボとし
て３ビーム法を用いプッシュプル法で溝のウォブリング
信号を検出する光ヘッド装置である。
【００５８】光学構成は第５の実施例同様図６で示す構
成の半導体レーザ１０１とビームスプリッタ１０６の光
路中に回折格子１１１を配置したものである。
【００５９】図８に本実施例の偏光分離ホログラム１２
３、偏光分離ホログラム１２４の格子パターンと光検出
器１９７のセグメント分割パターンの対応関係を示す。
フォーカスサーボ信号、プッシュプル信号および光磁気
信号の検出は第５の実施例と同様におこなう。またトラ
ッキング信号は３ビーム法によりＳ９−Ｓ１０により検
出する。
【００６０】（実施例７）本実施例は直交する２つの偏
光成分を各々異なった位置へ回折する偏光異方性ホログ
ラムである。この偏光異方性ホログラムを用いることに
より第１から第６の実施例の光ヘッド装置などが１つの
偏光異方性ホログラムによって構成可能となる。
【００６１】図９に本実施例の偏光異方性ホログラムの
斜視図をしめす。（ａ）が表面、（ｂ）が裏面からの斜
視図である。２０はｘ面のニオブ酸リチウム基板、２１
ａはニオブ酸リチウム基板２０表面に周期的に形成され
たプロトン交換領域であり、ニオブ酸リチウム基板２０
の表面はプロトン交換領域２１の領域のみをエッチング
され溝２４が形成されている。ニオブ酸リチウム板２０
の裏面には表面同様に表面に周期的なプロトン交換領域
２１ｂが形成されている。２０３は誘電体膜でプロトン
交換領域２１ｂのみに同一パターンで形成されている。
【００６２】以下、本実施例の偏光異方性ホログラムに
ついて説明する。本偏光異方性ホログラムの機能は表面
および裏面の機能を分離して考えることができる。表面
は常光（結晶のｙ軸方向に電界ベクトルを持つ光）を回
折し異常光（結晶のｚ軸方向に電界ベクトルを持つ光）
は回折せず、裏面は異常光を回折し常光は回折しないと
いう逆の機能を持つものである。これらはそれぞれ第１
から第６の実施例の第１の偏光異方性ホログラムと第２
の偏光異方性ホログラムに対応するものである。
【００６３】まず表面の機能について説明する。表面の
機能は異常光は回折せず常光を回折するものである。
【００６４】図１０は基板の屈折率とプロトン交換領域
の屈折率を示したものである。屈折率は基板の作製条
件、プロトン交換条件により若干異なるがその代表的な
値を示しておく。ｎoはニオブ酸リチウム基板２０の常
光の屈折率、ｎeはニオブ酸リチウム基板２０の異常光
の屈折率、ｎopはプロトン交換領域２１の常光の屈折
率、ｎepはプロトン交換領域２１の異常光の屈折率であ
る。Δｎo，Δｎeは常光および異常光のプロトン交換領
域２１とニオブ酸リチウム基板２０の差であり次式で与
えられる。
【００６５】Δｎo＝ｎop−ｎo （式１） Δｎe＝ｎep−ｎe （式２） プロトン交換領域２１の屈折率はニオブ酸リチウム基板
２０の屈折率と比較して異常光の屈折率ｎeが０．１３
増加し、逆に常光の屈折率ｎoは０．０４減少する。
【００６６】偏光異方性ホログラムはこの屈折率の変化
の違いを利用するものである。まずこの偏光分離素子に
常光が入射した場合を考える。プロトン交換領域２１ａ
を通過しない、つまりニオブ酸リチウム基板２０のみを
通過する光の位相を基準とすると、プロトン交換領域２
１ａおよび溝２４の屈折率はニオブ酸リチウム基板２０
の屈折率より小さいためこの領域を通過する光は位相の
進みが生じる。位相の変化量Δφoは位相の進みを負、
遅れを正で表すと次式で与えられる。
【００６７】 Δφo＝（２π／λ）（Δｎo・ｄp＋Δｎoa・ｄa） （式３） ここでλは入射光の波長、またΔｎoaは基板の常光屈折
率ｎoと空気の屈折率１との差で、次式で与えられる。
【００６８】Δｎoa＝１−ｎo （式４） 一方、偏光分離素子に異常光が入射した場合を考え、プ
ロトン交換領域２１を通過しない、つまりニオブ酸リチ
ウム基板２０のみを通過する光を基準として光の位相を
考える。溝２４の屈折率はニオブ酸リチウム基板２０の
屈折率より小さいためこの領域を通過する光は位相の進
みが生じる。これに対しプロトン交換領域２１の屈折率
はニオブ酸リチウム基板２０の屈折率より大きいためこ
の領域を通過する光は位相の遅れが生じ溝２４による位
相の進みを打ち消す方向に作用する。位相の変化量Δφ
eは位相の進みを負、遅れを正で表すと次式で与えられ
る。
【００６９】 Δφe＝（２π／λ）（Δｎe・ｄp＋Δｎea・ｄa） （式５） ここでλは入射光の波長、ｄaは溝の深さ、またΔｎea
は基板の異常光屈折率ｎｅと空気の屈折率１との差で、
次式で与えられる。
【００７０】Δｎea＝１−ｎe （式６） 表面の機能は常光を回折し、異常光を回折しないもので
ある。したがって異常光を回折しないための条件は （２π／λ）（Δｎe・ｄp＋Δｎea・ｄa）＝２ｍπ （式８） を満足することである。ここでｍは任意の整数である。
また常光が回折するためにはΔφoが適当な値を持てば
良い。したがって以上のような条件を満たすようにプロ
トン交換深さｄpと溝の深さｄaを適当に選べばこの機能
が実現される。
【００７１】次に裏面の機能について説明する。裏面の
機能は異常光を回折し常光は回折しないという表面と機
能を持つものである。先にも述べたようにプロトン交換
領域の屈折率は基板に対して異常光で０．１３増加し、
常光で０．０４減少する。プロトン交換領域２１ｂを通
過しない、つまりニオブ酸リチウム基板２０のみを通過
する光の位相を基準とすると、誘電体膜２０３とプロト
ン交換領域２１ｂを通過する各偏光の位相差は Δφo＝（２π／λ）（Δｎo・ｄp＋Δｎda・ｄd） （式９） Δφe＝（２π／λ）（Δｎe・ｄp＋Δｎea・ｄd） （式１０） ここでｄdは誘電体膜２０３の厚さである。またΔｎda
は誘電体膜２０３の屈折率ｎdと空気の屈折率１との差
で、次式で与えられる。
【００７２】Δｎda＝ｎd−１ （式１１） 常光を回折しないための条件はΔφoが０または（２
π）の整数倍であれば良い。また異常光を回折するため
にはΔφeが適当な値をとれば良く、この二つの条件を
満足するようにｄdとｄpを選べばよい。
【００７３】以上のようにして表面と裏面で異なる偏光
特性を持つホログラムを１枚の基板上で実現できる。以
下これらの複合した素子の機能について図１１を用い説
明する。まず素子表面に常光および異常光の混合した光
Ｌ１が入射した場合を考える（図１１（ａ））。Ｌ１は
表面の作用により常光成分のみが一部回折（Ｌ３，Ｌ
４）され、異常光成分と常光成分の一部がそのまま透過
する（Ｌ２）。
【００７４】さらにこれらの光は裏面に入射する（図１
１（ｂ））。Ｌ３，Ｌ４は常光成分のみであるから裏面
をそのまま透過する。一方Ｌ２は異常光成分を持つため
この偏光成分の一部が回折される（Ｌ６，Ｌ７）。また
Ｌ２の異常成分の一部と常光成分はそのそのまま透過す
る（Ｌ５）。
【００７５】以上のように本素子は直交する２つの偏光
成分を各々異なった位置へ回折する偏光異方性ホログラ
ムとして作用することができる。なお本実施例では入射
光の一部がそのまま透過する素子について説明したがこ
の限りではなく表面および裏面で回折すべき偏光成分を
すべて回折するようにすることも可能であり、、第１か
ら第６の実施例の光ヘッド装置などのへの応用ができ２
つの偏光異方性ホログラムの機能を１つの偏光異方性ホ
ログラムによって実現できる。
【００７６】なおここでは基板としてニオブ酸リチウム
を用いた場合について述べたがこれに限られるものでは
無く、タンタル酸リチウムやタンタル酸リチウムとニオ
ブ酸リチウムの混晶等の複屈折材料によりこれを実現で
きる。
【００７７】（実施例８）本実施例は実施例７と同様の
機能を持つ素子を異なる構造で実現するものである。図
１２に本実施例の偏光異方性ホログラムの斜視図をしめ
す。（ａ）が表面、（ｂ）が裏面からの斜視図である。
２０はｘ面のニオブ酸リチウム基板、２１ａはニオブ酸
リチウム基板２０表面に周期的に形成されたプロトン交
換領域であり、ニオブ酸リチウム基板２０の表面はプロ
トン交換領域２１の領域のみをエッチングされ溝２４ａ
が形成されている。ニオブ酸リチウム板２０の裏面には
表面同様に表面に周期的なプロトン交換領域２１ｂおよ
び溝２４ｂが形成されている。
【００７８】本素子の表面は実施例７の素子と同様の動
作をする。裏面は実施例７の裏面と同様に異常光のみを
回折するがその動作原理が異なる。本素子では常光を回
折しないために式（３）で表されるΔφoを（２π）の
整数倍（たとえば２π）とし、所望の異常光の回折効率
が得られるよなΔφeとするようにプロトン交換領域２
１ｂおよび溝２４ｂの深さを決めている。
【００７９】以上のようにして実施例７と同様の機能を
持つ素子を異なる構造で実現することができる。
【００８０】（実施例９）本実施例は実施例７と実施例
８同様の機能を持つ素子を異なる構造で実現するもので
ある。図１３に本実施例の偏光異方性ホログラムの斜視
図をしめす。（ａ）が表面、（ｂ）が裏面からの斜視図
である。２０はｘ面のニオブ酸リチウム基板、２１ａは
ニオブ酸リチウム基板２０表面に周期的に形成されたプ
ロトン交換領域であり２０３ａはプロトン交換領域２１
ａと同じパターンで形成された誘電体膜である。ニオブ
酸リチウム板２０の裏面には表面同様に表面に周期的な
プロトン交換領域２１ｂおよび誘電体膜２０３ｂが形成
されている。
【００８１】本素子の裏面は実施例７の素子と同様の動
作をする。表面は実施例７の表面と同様に常光のみを回
折するがその動作原理が異なる。本素子では異常光を回
折しないために式（１０）で表されるΔφeを（２π）
の整数倍（たとえば２π）とし、所望の常光の回折効率
が得られるよなΔφoとするようにプロトン交換領域２
１ｂおよび溝２４ｂの深さを決めている。
【００８２】以上のようにして実施例７および実施例８
と同様の機能を持つ素子を異なる構造で実現することが
できる。
【００８３】（実施例１０）本実施例は実施例７から９
の光学素子を用いた光ヘッド装置である。図１４は第１
の実施例の光ヘッド装置の構成図である。以下この図を
基に第１０の実施例の光ヘッド装置について説明する。
【００８４】半導体レーザ１０１を出た光はコリメーテ
ィングレンズ１０２により平行光に変換されビームスプ
リッタ１０６、全反射プリズム１１０を経て対物レンズ
１０３により光ディスク１０５上に集光される。光ディ
スク１０５からの反射光は対物レンズ１０３により再び
平行光に変換され全反射プリズム１１０を経てビームス
プリッタ１０６に入射し、ビームスプリッタ１０６によ
り反射される。ビームスプリッタ１０６により反射され
た光は検出レンズ１０４により集束光に変換され、実施
例７から９の光学素子のいずれからなる偏光ホログラム
１２５に入射する。偏光分離ホログラム１２５のｚ軸は
入射光の主たる偏光方向に対して４５度の傾きを持つよ
うに設置されている。
【００８５】偏光分離ホログラム１２５に入射した光は
ｚ軸方向の偏光成分、ｚ軸と垂直な偏光成分それぞれ異
なる面ですべて回折され光検出器１９６へ入射し記録再
生信号よびサーボ信号を得ることができる。
【００８６】偏光分離ホログラム１２５および光検出器
１９６は図２から図４に示す形状で偏光分離ホログラム
１２１および偏光分離ホログラム１２２のパターンを偏
光分離ホログラム１２５の表面および裏面に形成するこ
とにより、実施例１から実施例３で説明したものと同様
に動作させることができる。また半導体レーザ１０１と
ビームスプリッタ１０６の光路中に回折格子１１１を配
置することにより実施例４で説明した図５のような構成
も可能となる。
【００８７】（実施例１１）本実施例は実施例７から９
の光学素子を用いた光ヘッド装置である。図１５は第１
の実施例の光ヘッド装置の構成図である。以下この図を
基に第１１の実施例の光ヘッド装置について説明する。
【００８８】半導体レーザ１０１を出た光はコリメーテ
ィングレンズ１０２により平行光に変換されビームスプ
リッタ１０６、全反射プリズム１１０を経て対物レンズ
１０３により光ディスク１０５上に集光される。光ディ
スク１０５からの反射光は対物レンズ１０３により再び
平行光に変換され全反射プリズム１１０を経てビームス
プリッタ１０６に入射し、ビームスプリッタ１０６によ
り反射される。ビームスプリッタ１０６により反射され
た光は検出レンズ１０４により集束光に変換される。さ
らにこの光は円筒レンズ１０９を透過し非点収差が付加
され、実施例７から９の光学素子のいずれからなる偏光
ホログラム１２６に入射する。偏光分離ホログラム１２
６のｚ軸は入射光の主たる偏光方向に対して４５度の傾
きを持つように設置されている。
【００８９】偏光分離ホログラム１２６に入射した光は
ｚ軸方向の偏光成分、ｚ軸と垂直な偏光成分それぞれ異
なる面で一部回折され光検出器１９６へ入射し記録再生
信号よびサーボ信号を得ることができる。
【００９０】偏光分離ホログラム１２６および光検出器
１９６は図７に示す形状で偏光分離ホログラム１２３お
よび偏光分離ホログラム１２４のパターンを偏光分離ホ
ログラム１２６の表面および裏面に形成することによ
り、実施例５で説明したものと同様に動作させることが
できる。また半導体レーザ１０１とビームスプリッタ１
０６の光路中に回折格子１１１を配置することにより実
施例６で説明した図８のような構成も可能となる。
【００９１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば光磁気信号
検出のためのヘッドアンプが少なく、そのアンバランス
もない高性能な光ヘッドが実現できその実用的効果は大
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の光ヘッド装置の構成図
【図２】実施例１の光ヘッド装置の偏光分離ホログラム
の格子パターンと光検出器のセグメント分割パターンの
対応関係を示すための図
【図３】実施例２の光ヘッド装置の偏光分離ホログラム
の格子パターンと光検出器のセグメント分割パターンの
対応関係を示すための図
【図４】実施例３の光ヘッド装置の偏光分離ホログラム
の格子パターンと光検出器のセグメント分割パターンの
対応関係を示すための図
【図５】実施例４の光ヘッド装置の偏光分離ホログラム
の格子パターンと光検出器のセグメント分割パターンの
対応関係を示すための図
【図６】実施例５の光ヘッド装置の構成図
【図７】実施例５の光ヘッド装置の偏光分離ホログラム
の格子パターンと光検出器のセグメント分割パターンの
対応関係を示すための図
【図８】実施例６の光ヘッド装置の偏光分離ホログラム
の格子パターンと光検出器のセグメント分割パターンの
対応関係を示すための図
【図９】実施例７の光学素子の斜視図
【図１０】基板の屈折率とプロトン交換領域の屈折率を
示す図
【図１１】実施例７の光学素子の動作を説明するための
図
【図１２】実施例８の光学素子の斜視図
【図１３】実施例９の光学素子の斜視図
【図１４】実施例１０の光ヘッド装置の構成図
【図１５】実施例１１の光ヘッド装置の構成図
【図１６】従来の光ヘッド装置の構成図
【図１７】従来の光ヘッド装置の偏光分離ホログラムの
格子パターンと光検出器のセグメント分割パターンの対
応関係を示すための図
【符号の説明】
２０ ニオブ酸リチウム板 ２１ プロトン交換領域 １０２ コリメーティングレンズ １０１ 半導体レーザ １０３ 対物レンズ １０４ 検出レンズ １０５ 光ディスク １０６ ビームスプリッタ １０７ 偏光ビームスプリッタ １０９ 円筒レンズ １１０ 全反射プリズム １１１ 回折格子１１１ １２０ 偏光分離ホログラム １２１ 偏光分離ホログラム １２２ 偏光分離ホログラム １２３ 偏光分離ホログラム １２４ 偏光分離ホログラム １２５ 偏光分離ホログラム １２６ 偏光分離ホログラム １９２ 光検出器 １９３ 光検出器 １９４ 光検出器 １９６ 光検出器 １９７ 光検出器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】放射光源と、前記放射光源からの直線偏光
    の光ビームを受け情報媒体上へ微小スポットに収束する
    集光光学系と、前記情報媒体で反射回折した光から情報
    を読み出す光学系を有する光ヘッド装置において、前記
    情報を読み出す光学系が前記前記情報媒体で反射回折し
    た光を、特定の方向の偏光成分を回折する第１の回折素
    子と、前記特定の方向と直交する方向の偏光を回折する
    第２の回折素子を有することを特徴とする光ヘッド装
    置。
  2. 【請求項２】放射光源と、前記放射光源からの直線偏光
    の光ビームを受け情報媒体上へ微小スポットに収束する
    集光光学系と、前記情報媒体で反射回折した光から情報
    を読み出す光学系を有する光ヘッド装置において、前記
    情報を読み出す光学系が前記前記情報媒体で反射回折し
    た光に収差を与える光学系と、特定の方向の偏光成分の
    一部を回折する第１の回折素子と、前記特定の方向と直
    交する方向の偏光の一部を回折する第２の回折素子を有
    することを特徴とする光ヘッド装置。
  3. 【請求項３】複屈折結晶の表面に第１のプロトン交換領
    域を持ち、前記第１のプロトン交換領域の表面が前記結
    晶表面に対して凹であり、前記複屈折結晶の裏面に第２
    のプロトン交換領域を持ち、前記第２のプロトン交換領
    域上部のみに誘電体を持つことを特徴とする光学素子。
  4. 【請求項４】複屈折結晶の表面に第１のプロトン交換領
    域を持ち、前記第１のプロトン交換領域の表面が前記結
    晶表面に対して凹であり、複屈折結晶の裏面に第２のプ
    ロトン交換領域を持ち、前記第２のプロトン交換領域の
    表面が前記結晶表面に対して凹であることを特徴とする
    光学素子。
  5. 【請求項５】複屈折結晶の表面に第１のプロトン交換領
    域を持ち、裏面に第２のプロトン交換領域を持ち前記第
    １のプロトン交換領域および第２のプロトン交換の上部
    のみに誘電体を持つことを特徴とする光学素子。
  6. 【請求項６】放射光源と、前記放射光源からの直線偏光
    の光ビームを受け情報媒体上へ微小スポットに収束する
    集光光学系と、前記情報媒体で反射回折した光から情報
    を読み出す光学系を有する光ヘッド装置において、前記
    情報を読み出す光学系が前記前記情報媒体で反射回折し
    た光を、特定の方向の偏光成分を第１の方向に回折し前
    記特定の方向と直交する方向の偏光を第２の方向へ回折
    する回折素子を有することを特徴とする光ヘッド装置。
  7. 【請求項７】放射光源と、前記放射光源からの直線偏光
    の光ビームを受け情報媒体上へ微小スポットに収束する
    集光光学系と、前記情報媒体で反射回折した光から情報
    を読み出す光学系を有する光ヘッド装置において、前記
    情報を読み出す光学系が前記前記情報媒体で反射回折し
    た光に収差を与える光学系と、特定の方向の偏光成分を
    第１の方向に回折し前記特定の方向と直交する方向の偏
    光を第２の方向へ回折する回折素子を有することを特徴
    とする光ヘッド装置。
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