JPH09145922A - 回折用光学素子およびこれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光を３ビームに分離してコンパクトデ
ィスクの信号面等に照射するために使用する回折用光学
素子において、不必要な回折に起因する光利用効率の低
下を回避する。 【解決手段】 ＣＤピックアップ装置２０のレーザダイ
オード２１からのレーザ光は、回折用光学素子１を通過
して、その表面の複屈折性材料からなる第１の偏光性回
折格子３によって３つの光ビームに分けられ、反対側の
面の複屈折性材料からなる第２の偏光性回折格子４を素
通りし、１／４波長板２５を経てディスク２７を照射す
る。ディスク２７からの戻り光は、１／４波長板２５を
再度経て、偏光方向が直交する直線偏光光となって回折
用光学素子１に入射する。このため、回折用光学素子１
の第１の偏光性回折格子３を素通りして第２の偏光性回
折格子４による回折作用のみを受け、一次回折光がホト
ダイオード２２の受光面に照射される。レーザ光は不必
要な回折作用を受けないので、光利用効率の低下を回避
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光源からの
レーザ光を被照射面に導くと共に当該被照射面から反射
した戻り光を受光素子で受光するように構成してなる光
ピックアップ装置に使用するのに適した回折用光学素子
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク等の記録媒体に担持
されている情報を光学的に読み取るための光ピックアッ
プ装置としては、３ビーム方式のものが知られている。
この方式の光ピックアップ装置は例えば、特開昭６４−
８６３３７号公報に開示されている。この公報に開示さ
れている光ピックアップ装置は、レーザ光源から出射さ
れたレーザ光を３ビームに分けるための回折用光学素子
として、両面に回折格子が形成されたものを使用してい
る。すなわち、この回折用光学素子は、一方の面に、回
折光がそれぞれ異なる２点に焦点を結ぶようにされた２
つの領域からなる回折格子を備え、他方の面には、光ビ
ームを３つの光ビームに分けるための回折格子を備えて
いる。

【０００３】この構成の回折用光学素子は、レーザ光を
３つの光ビームに分ける機能を有すると共に、ディスク
等の記録面（被照射面）からの反射光を入射光と分離す
るためのビームスプリッタとしての機能、分離された反
射光を受光面上に集光させるための集光レンズとしての
機能を兼ね備えている。したがって、光ピックアップ装
置を構成する光学素子の数を減らすことができ、その
分、装置を小型コンパクトにできると共に、組み付けも
簡単になる。また、各光学素子の位置決め作業も、光学
素子の個数が少ないので簡単になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の両面に回折格子が形成されている回折用光学素子を
用いた光ピックアップ装置においては、レーザ光は、レ
ーザ光源から出射して記録媒体に入射する前の往路にお
いて当該回折用光学素子を通過すると共に、上記記録媒
体で反射された後に受光素子の側に戻る復路においても
当該回折用光学素子を通過する。したがって、往路にお
いて２つの領域からなる回折格子による回折を受け、復
路においても、レーザ光を３ビームに分離させるための
回折格子の回折作用を受ける。このために、受光素子の
側に向かう反射光に含まれる不要光が増加してしまい、
レーザ光の有効利用効率、すなわちエネルギー効率が著
しく低下する。

【０００５】本発明の課題は、この点に鑑みて、光ピッ
クアップ装置等の光学装置に適用した場合に、レーザ光
の利用効率を低下させることなく、しかも、光学系の構
成素子の個数を低減することの可能な回折用光学素子を
実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の回折用光学素子は、互いに平行な２つの
表面を有し、これらの表面のうちの一方の表面には複屈
折性材料からなる第１の回折格子が形成され、他方の表
面には、前記第１の偏光性回折格子とは回折方向が異な
る複屈折性材料からなる第２の偏光性回折格子が形成さ
れた構成を採用している。

【０００７】ここで、上記の第１あるいは第２の偏光性
回折格子の代わりに、１／４波長板を形成した構成を採
用してもよい。

【０００８】また、形成された第１および第２の偏光性
回折格子の表面を誘電体膜で覆うことが望ましい。この
ようにすれば、表面反射が防止されて光の利用効率が高
まる。また、回折格子の表面が保護される。さらには、
格子表面における異なる屈折率部分の反射係数の差を小
さくできるので、当該格子表面における異なる反射率部
分の間の光エネルギーの利用効率の差を小さくできる。

【０００９】一方、本発明は、光ピックアップ装置にお
いて、上記構成の回折用光学素子を、レーザ光源からの
レーザ光を被照射面に導くと共に当該被照射面から反射
した戻り光を受光素子に導くための光路上に配置して、
レーザ光源からのレーザ光を回折して被照射面に照射す
るか、或いは被照射面から反射した戻り光を回折して前
記受光素子に照射する構成を採用している。

【００１０】本発明の回折用光学素子は、複屈折性材料
からなる第１および第２の偏光性回折格子を備えてい
る。したがって、第１の偏光性回折格子の側から入射し
て第２の偏光性回折格子の側から出射するレーザ光（直
線偏光光）は、例えば、第１の偏光性回折格子で回折作
用を受ける場合には第２の偏光性回折格子によっては回
折作用を受けずにそのままこの偏光性回折格子を通過す
る。逆に、第２の偏光性回折格子の側から入射して第１
の偏光性回折格子から出射する直線偏光光は、第２の偏
光性回折格子による回折作用を受けるのみである。した
がって、従来のようにいずれの方向から直線偏光光が入
射しても回折されてしまう場合とは異なり、例えば、光
ピックアップ装置の回折用光学素子として用いた場合に
は、レーザ光の利用効率が不必要な回折作用を受けるた
めに低下してしまうことがない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。

【００１２】（第１の実施形態）図１には、本発明の一
つの実施形態に係る回折用光学素子を示してある。この
回折用光学素子１は、３ビーム方式のＣＤピックアップ
装置等の光ピックアップ装置に用いるのに適している。

【００１３】本例の回折用光学素子１は、一定の厚さの
ガラス基板２と、このガラス基板２における一方の表面
２ａに形成した第１の偏光性回折格子３と、このガラス
基板２における他方の表面２ｂに形成した第２の偏光性
回折格子４とを備えている。

【００１４】さらに、各偏光性回折格子３、４の表面
は、誘電体膜（図示せず）によってそれぞれ覆われてい
る。

【００１５】第１および第２の偏光性回折格子３、４
は、ＬｉＮｂＯ₃ 等の複屈折性材料により形成されてい
る。したがって、例えば、第１の偏光性回折格子３で
は、入射する異常光線には回折作用を施すが、入射する
常光線はそのまま透過させる。逆に、第２の偏光性回折
格子４では、入射する常光線には回折作用を施すが、入
射する異常光線はそのまま透過させる。

【００１６】また、第１および第２の偏光性回折格子
３、４は、回折方向が互いに直交、あるいは所定の角度
となるように形成されている。換言すると、相互に非平
行の状態となるように形成されている。

【００１７】このようにガラス基板上に複屈折性材料か
らなる偏光性回折格子を形成するためには、ガラス基板
の両面に複屈折性材料を成膜して、エッチング等によ
り、成膜部分に偏光性回折格子を形成すればよい。

【００１８】各偏光性回折格子を覆っている誘電体膜
は、反射防止膜として機能する。また、入射光が偏光性
回折格子３、４を素通りする場合に、２つの異なる屈折
率の領域（例えば図１に示す格子面４ａと格子面４ｂ）
における反射率の差を少なくして、当該各領域における
光エネルギー効率の差を抑制するものである。勿論、偏
光性回折格子３、４の表面保護膜としても機能する。

【００１９】なお、回折用光学素子１は、上記のよう
に、ガラス基板上に複屈折性材料からなる回折格子を形
成する代わりに、複屈折性材料からなる基板を用意し、
この両面に偏光性回折格子を形成してもよい。この場合
には、例えば、図２に示す工程を経て、回折用光学素子
を作成できる。

【００２０】まず、図２（ａ）に示すように、複屈性性
材料であるＬｉＮｂＯ₃ からなる基板１１を用意し、こ
の一方の表面１１ａにＳｉＯ₂ 膜のパターンを形成す
る。次に、図２（ｂ）に示すように、基板１１の他方の
面１１ｂにＡｌ膜を全面に蒸着する。この後、例えば、
摂氏２５０度に沸騰させた安息香酸に基板を漬けてドー
ピングを行い、プロトン交換により表面１１ａに異なる
屈折率の領域を形成する。これにより、面１１ａの側の
偏光性回折格子１３が形成される。次に、図２（ｃ）に
示すように、面１１ｂ側のＡｌ膜に所定のパターンを形
成すると共に、面１１ａの側が再びプロトン交換されて
しまうのを防止するために、偏光性回折格子１３の上に
Ａｌ膜を全面蒸着する。この後、再び基板を安息香酸に
漬けて表面１１ｂに異なる屈折率の領域を形成する。次
に、図２（ｄ）に示すように、Ａｌ膜をマスクとして用
いてＳｉＯ₂ 膜を表面１１ｂに形成した後に、Ａｌ膜を
除去する。これにより、面１１ｂの側にも偏光性回折格
子１４が形成される。各偏光性回折格子１３、１４の方
向は、異なる方向、例えば、直交するように形成され
る。

【００２１】図３（Ａ）には、上記構成の回折用光学素
子１を用いた３ビーム方式のＣＤピックアップ装置の光
学系を示してある。本例のＣＤピックアップ装置２０に
おいて、同一平面上にレーザダイオード２１とホトダイ
オード２２が配列された構造のＬＤ−ＰＤ一体型構造素
子２３を用いている。この素子２３のレーザダイオード
２１から発せられる直線偏光光であるレーザ光（異常光
線）は、反射鏡２４によって直角に反射されて、上記構
成の回折用光学素子１に入射する。

【００２２】レーザ光は、その入射側の表面に形成され
ている第１の偏光性回折格子３を通ることにより回折さ
れて、３つの光ビームに分けられる。しかし、出射側の
表面に形成されている第２の偏光性回折格子４をそのま
ま素通りする。３つの光ビームに分離されたレーザ光
は、１／４波長板２５を通過して円偏光光に変わり、対
物レンズ２６を介して、コンパクトディスク２７の信号
面に集光する。すなわち、１つのメインスポットと２つ
のサブスポットとによる３つの光スポットを形成する。

【００２３】ディスク２７で反射された円偏光光である
戻り光は、再度、１／４波長板２５を通ることにより、
偏光方向が異常光線とは直交する方向となった常光線に
変換される。したがって、回折用光学素子１を通過する
戻り光は、第２の回折格子４により回折作用を受ける。
これによって生じた一次回折光は、ＬＤ−ＰＤ一体型構
造素子２３のホトダイオード２２の各受光面に光スポッ
トを形成する。

【００２４】ここで、図３（Ｂ）に示すように、ＬＤ−
ＰＤ一体型構造素子２３の表面には、中心にレーザダイ
オード２１が配置され、その両側に、３個づつのホトダ
イオード２２の受光面が配列されている。上記のように
第２の回折格子４による回折によって得られた戻り光Ｌ
１の一次回折光は、このように配列されているホトダイ
オードの各受光面に光スポットを形成する。

【００２５】以上説明したように、本例のＣＤピックア
ップ装置２０においては、レーザダイオード２１からの
レーザ光（直線偏光光）が回折用光学素子１の第１の偏
光性回折格子３を介して３ビームに分離された後に１／
４波長板２５を介して円偏光光となってディスク２７の
信号面に照射し、この信号面から反射した戻り光は再度
１／４波長板２５を通って、レーザダイオードからの出
射光とは偏光方向が異なる直線偏光光に戻る。したがっ
て、この直線偏光光（戻り光）は、回折用光学素子１を
再度通過する際には、第１の偏光性回折格子３は素通り
し第２の偏光性回折格子４による回折作用のみを受けて
一次回折光に分けられて、ホトダイオード上に集光す
る。

【００２６】このように、本例の装置２０においては、
回折用光学素子１を通過する毎に、光が両面に形成され
ている第１および第２の偏光性回折格子３、４の双方に
よって回折されてしまうことはない。したがって、従来
における両面に回折格子が形成された構成の光学素子に
比べて、レーザ光の利用効率を飛躍的に高めることがで
きる。例えばレーザ光の往復時に両面に形成された回折
格子の双方によって回折作用を受ける場合のエネルギー
効率が２０パーセント未満であるのに比べて、本例の回
折用光学素子１では、光エネルギー効率を８０パーセン
ト以上にすることができる。

【００２７】また、ディスク２７からの戻り光は、ディ
スクおよびホトダイオードに照射される３ビームの分割
方向に対して直角方向あるいは所定の角度を持ったホト
ダイオードの配列方向に回折される。したがって、受光
面での受光に、ピット信号あるいはエラー信号等が混入
しない。

【００２８】更に、回折用光学素子１の組み付け作業に
おいては、第１および第２の偏光性回折格子が一体形成
されているので、その表面の第１の偏光性回折格子３か
ら３ビームに分かれる方向をディスクの信号面に形成さ
れているトラックの方向に合わせて、一次回折効率が最
大となるようにレーザを回転させてレーザ光の偏光方向
を調整すればよい。したがって、複数の光学素子を組み
付ける場合に比べて、各光学素子の結晶軸と光の偏光方
向の調整等の作業が極めて簡単になる。

【００２９】さらには、回折用光学素子１を使用するこ
とにより、２枚の回折格子を用いる場合に比べて、反射
面が少なくなるので、反射による光量の損失を少なくす
ることができる。

【００３０】これに加えて、回折用光学素子１を使用す
ることにより、光ピックアップ装置の光学系を構成する
光学素子の個数を削減することができるので、装置の小
型軽量化、その低コスト化を実現できる。

【００３１】なお、本例においては、回折用光学素子１
における第１の偏光性回折格子３の側が異常光線を回折
し、第２の偏光性回折格子４が常光線を回折する構造と
してある。しかし、この逆に、第１の偏光性回折格子３
により常光線を回折し、第２の偏光性回折格子４により
異常光線を回折する構造としてもよい。本例では回折格
子を直線形状のパターンとしているが曲線形状のパター
ンとしてもよい。

【００３２】また、本例では、複屈折性材料としてＬｉ
ＮｂＯ₃ を使用しているが、この他の複屈折性材料を使
用してもよい。例えば、ＴｉＯ₂ 、タンタル酸化物、Ｂ
ｉ酸化物等を使用してもよい。

【００３３】（第２の実施形態）図４には、本発明の別
の実施形態に係る回折用光学素子３０を示してある。こ
の回折用光学素子３０は、ガラス基板３１を備え、その
一方の表面３１ａには、上記の例の回折用光学素子１に
形成した第１の偏光性回折格子３と同様に複屈折性材料
からなる偏光性回折格子３３が形成されている。しか
し、他方の表面３１ｂには、１／４波長板３４が形成さ
れている。ここで、レーザの偏光方向に対して、偏光性
回折格子３３の機能と１／４波長板３４の機能を両方と
も満足できるように、当該回折格子３３を形成する複屈
折性材料の光学軸に対して１／４波長板３４を形成する
複屈折性材料の光学軸を４５度傾けておく。また、偏光
性回折格子３３は、本例では、異常光線を回折し、常光
線を透過する構造としてある。

【００３４】勿論、これとは逆に、常光線を回折し、異
常光線を透過する構造としてもよい。

【００３５】なお、本例の回折用光学素子３０も、複屈
折性材料からなる基板を用意し、その片方の表面には、
結晶軸が基板結晶軸に対して４５度傾いた１／４波長膜
を形成し、他方の表面には、偏光性回折格子をエッチン
グ等により形成するようにしてもよい。

【００３６】図５には、上記構成の回折用光学素子３０
を用いたＣＤピックアップ装置の光学系を示してある。
この図に示すように、ＣＤピックアップ装置４０のレー
ザダイオード４１から発生したレーザ光（異常光線）
は、まず、半反射鏡４２に照射される。この半反射鏡４
２は、異常光線を反射するが、偏光方向が直交する常光
線はそのまま透過させるものである。したがって、レー
ザ光はこの半反射鏡４２によって直角に反射され、上記
構成の回折用光学素子３０に入射する。回折用光学素子
３０は、その偏光性回折格子３３が形成されている側が
半反射鏡４２に側に向くように配置されている。

【００３７】レーザ光は、この回折用光学素子３０の片
面に形成されている偏光性回折格子３３による回折作用
を受けて、３ビームに分けられる。次に、反対側の表面
に形成されている１／４波長板３４を通り、円偏光光と
なって、対物レンズ４６を通ってコンパクトディスク４
７の信号面に光スポットとして照射される。

【００３８】ディスク３７で反射した戻り光は、対物レ
ンズ４６を介して、回折用光学素子３０に入射して、そ
の表面の１／４波長板３４を通ることにより、円偏光光
から常光線になる。したがって、この後は、回折用光学
素子３０の反対側の表面に形成されている偏光性回折格
子３３による回折作用を受けることなく、そのまま素通
りして半反射鏡４２に至り、この半反射鏡４２を透過し
て、ホトダイオード４８の受光面に照射する。なお、本
例では、ディスクへの入射光を回折しているがディスク
で反射した戻り光を回折させるようにしてもよい。

【００３９】本例の回折用光学素子３０を使用した場合
にも、前述した回折用光学素子１を使用した場合に得ら
れるのと同様な利点が得られる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折用光
学素子は、両面に複屈折性材料からなる偏光性回折格子
を形成し、これらの偏光性回折格子による回折方向を異
なる方向に設定してある。また、本発明では、一方の表
面には複屈折性材料からなる偏光性回折格子を形成し、
他方の面には、１／４波長板を形成した構成を採用して
いる。したがって、本発明の回折用光学素子を用いて光
ピックアップ装置の光学系を構成すれば、レーザ光はそ
の入射方向に応じて常に１回だけ回折作用を受けるか、
或いは回折されないこととなる。よって、従来構成の両
面に回折格子面が形成された光学素子とは異なり、例え
ば戻り光が不必要な回折作用を受けて光利用効率が低下
してしまうといった弊害を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した回折用光学素子を示す概略斜
視図である。

【図２】図１の回折用光学素子の製造工程を示す説明図
である。

【図３】図１の回折用光学素子を備えたＣＤピックアッ
プ装置の光学系を示す概略構成図である。

【図４】本発明を適用した回折用光学素子の別の例を示
す概略斜視図である。

【図５】図４の回折用光学素子を備えたＣＤピックアッ
プ装置の光学系を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 回折用光学素子 ２ ガラス基板 ２ａ、２ｂ ガラス基板の表面 ３ 第１の偏光性回折格子 ４ 第２の偏光性回折格子 ２０ ＣＤピックアップ装置 ２１ レーザダイオード ２２ ホトダイオード ２３ ＰＤ−ＬＤ一体型構造素子 ２４ 反射鏡 ２５ １／４波長板 ２６ 対物レンズ ２７ コンパクトディスク ３０ 回折用光学素子 ３３ 偏光性回折格子 ３４ １／４波長板 ４０ ＣＤピックアップ装置 ４１ レーザダイオード ４２ 半反射鏡 ４６ 対物レンズ ４７ コンパクトディスク ４８ ホトダイオード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行な２つの表面を有し、これら
   の表面のうちの一方の表面には複屈折性材料からなる第
   １の偏光性回折格子が形成され、他方の表面には、前記
   第１の回折格子とは回折方向の異なる複屈折性材料から
   なる第２の偏光性回折格子が形成されていることを特徴
   とする回折用光学素子。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１および第２
   の偏光性回折格子のうちの一方の偏光性回折格子の代わ
   りに、１／４波長板が形成されていることを特徴とする
   回折用光学素子。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記第１お
   よび第２の回折格子の表面には、誘電体膜が形成されて
   いることを特徴とする回折用光学素子。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のうちのいずれかの項
   に記載の回折用光学素子を、レーザ光源からのレーザ光
   を被照射面に導くと共に当該被照射面から反射した戻り
   光を受光素子に導くための光路上に配置して、前記レー
   ザ光源からのレーザ光を回折して前記被照射面に照射
   し、或いは前記被照射面から反射した戻り光を回折して
   前記受光素子に導くように構成したことを特徴とする光
   ピックアップ装置。