(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを出射するレーザ光源と、
上記レーザ光源からの光ビームを光学記録媒体の情報記録面にフオーカスする対物レンズと、
上記光学記録媒体からの戻り光を受光する受光手段と、
上記レーザ光源からの出射光と上記光学記録媒体からの戻り光とを分離する光ビーム分離手段と、
上記受光手段の少なくとも一部と上記光ビーム分離手段との間に配置され、上記光ビームのうちの所定の偏光成分を透過させる金属１次元格子とを具え、
上記金属１次元格子は、格子周期ｄと格子を構成する金属導体の厚みｈとの比ｈ／ｄが約０．１以上になるように形成された
ことを特徴とする光学ピツクアツプ。
【請求項２】
上記光ビーム分離手段と上記金属１次元格子との間に半波長板を配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の光学ピツクアツプ。
【請求項３】
上記金属１次元格子は、
格子面内で格子に垂直な方向と、上記格子面の法線とからできる平面内に主光線があるように配置され、
上記格子周期ｄが、上記格子面に上記半波長板を介して入射する入射光の入射角をθとし、当該入射光の波長をλ０とした場合、
【数１】
0003544239.tif 000062
の条件を満足する
ことを特徴とする請求項２に記載の光学ピツクアツプ。
【請求項４】
上記金属１次元格子は、
上記格子方向と上記格子面の法線とからできる平面内に主光線があるように配置され、
上記格子周期ｄが、上記格子面に上記半波長板を介して入射する入射光の入射角をθとし、当該入射光の波長をλ０とした場合、
【数２】
0003544239.tif 000063
の条件を満足する
ことを特徴とする請求項２に記載の光学ピツクアツプ。
【請求項５】
上記金属１次元格子は、
上記格子周期ｄが、上記格子面に入射する入射光の入射角をθとし、当該入射光の波長をλ０とした場合、
【数３】
0003544239.tif 000064
の条件を満足する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学ピツクアツプ。
【請求項６】
上記光ビーム分離手段は、偏光ビームスプリツタ膜を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学ピツクアツプ。
【請求項７】
上記金属１次元格子は、
入射する主光線の入射角が６０°以上になるように配置する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学ピツクアツプ。
【請求項８】
光ビームを出射するレーザ光源と、
上記レーザ光源からの光ビームを光学記録媒体の情報記録面にフオーカスする対物レンズと、
上記光学記録媒体からの戻り光を受光する複数の受光部を有する受光手段と、上記レーザ光源からの出射光と上記光学記録媒体からの戻り光とを分離する光ビーム分離手段と、
上記受光手段の少なくとも一部と上記光ビーム分離手段との間に配置され、上記光ビームのうちの所定の偏光成分を透過させると共に、格子周期ｄと格子を構成する金属導体の厚みｈとの比ｈ／ｄが約０．１以上になるように形成された金属１次元格子と、
上記金属１次元格子を透過した光ビームの偏光成分を受光する受光部の出力と、上記金属１次元格子で反射した光ビームの偏光成分を受光する受光部の出力とに基づいて、上記光学記録媒体上の情報信号を検出する検出手段と
を具えることを特徴とする光記録媒体再生装置。
【請求項９】
上記光ビーム分離手段と上記金属１次元格子との間に半波長板を配置した
ことを特徴とする請求項８に記載の光記録媒体再生装置。
【請求項１０】
上記金属１次元格子は、
格子面内で格子に垂直な方向と、上記格子面の法線とからできる平面内に主光線があるように配置され、
上記格子周期ｄが、上記格子面に上記半波長板を介して入射する入射光の入射角をθとし、当該入射光の波長をλ０とした場合、
【数４】
0003544239.tif 000065
の条件を満足する
ことを特徴とする請求項９に記載の光記録媒体再生装置。
【請求項１１】
上記金属１次元格子は、
上記格子方向と上記格子面の法線とからできる平面内に主光線があるように配置され、
上記格子周期ｄが、上記格子面に上記半波長板を介して入射する入射光の入射角をθとし、当該入射光の波長をλ０とした場合、
【数５】
0003544239.tif 000066
の条件を満足する
ことを特徴とする請求項９に記載の光記録媒体再生装置。
【請求項１２】
上記金属１次元格子は、
上記格子周期ｄが、上記格子面に入射する入射光の入射角をθとし、当該入射光の波長をλ０とした場合、
【数６】
0003544239.tif 000067
の条件を満足する
ことを特徴とする請求項８に記載の光記録媒体再生装置。
【請求項１３】
上記光ビーム分離手段は、偏光ビームスプリツタ膜を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の光記録媒体再生装置。
【請求項１４】
上記金属１次元格子は、
入射する主光線の入射角が６０°以上になるように配置する
ことを特徴とする請求項８に記載の光記録媒体再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野
従来の技術（図２５及び図２６）
発明が解決しようとする課題（図２７）
課題を解決するための手段（図２）
作用（図２）
実施例
（１）光記録媒体再生装置
（１─１）光記録媒体再生装置の全体構成（図１）
（１─２）光ピツクアツプ（図２及び図３）
（２）金属１次元格子（図４及び図５）
（２─１）金属１次元格子の原理
（２─２）モード展開法と従来理論との差異（図６〜図１２）
（２─３）金属１次元格子検光子の可能性（図１３）
（３）実施例における金属１次元格子の座標系（図１４）
（３─１）第１実施例（図１５〜図１８）
（３─２）第２実施例（図１９〜図２０）
（３─３）第３実施例（図２１〜図２４）
（４）モード展開法
（５）他の実施例
発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は光ピツクアツプ及び光記録媒体再生装置に関し、特に光磁気記録媒体を再生するものに適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、光磁気記録媒体再生装置には図２５に示す構成の光磁気デイスク記録再生光ピツクアツプ１が用いられている。この光ピツクアツプ１は、ＬＤ（レーザダイオード）２から射出された照明光をＢＳ（ビームスプリツタ）３、対物レンズ４等を介してデイスク面５上に集光し、デイスク面５上で反射された反射光を対物レンズ４、ＢＳ３及びマルチレンズ６を介してＰＤ（フオトデイテクタ）７に導く構成になつている。
ところが現在のところ、この光磁気デイスクの記録再生用光ピツクアツプ１としては、ＬＤ、ＰＤや偏光ビームスプリツタ（以下、ＰＢＳとする）などの光学部品をそれぞれ個別にマウントするしか構成のしようがなく、光ピツクアツプの小型化や高信頼性化が実現されていなかつた。
【０００４】
これに対してＣＤ（コンパクトデイスク）の再生装置においては、図２６に示すような複合光学素子（レーザカプラ方式）が光ピツクアツプとして用いられており、小型化や高信頼性化が既に実現されている。そこでこのような構成を複合光学素子に応用することが望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上述の構成のように無偏光光学系のままでは光磁気デイスクを再生することはできない。そこで、従来ＣＤに用いられている技術を光磁気デイスクの記録再生用光ピツクアツプに適用するには、受光素子上に配置されるビームスプリツタを検光子機能を有するＰＢＳに変更する必要がある。しかし図２６に示す構成の場合、ＰＢＳに入射するレーザ光線の入射角の中心値は２１〔°〕と小さな角度になるのを避け得ない。しかしながら現在の技術では光学薄膜に入射されるレーザ光線の入射角の中心値が４５〔°〕以上になるように設計しなければ、ＰＢＳは本来の機能を実現し得ない。このため上述のような小さな入射角度しか望めない状況下では多層薄膜でなるＰＢＳを適用できない問題があつた。
【０００６】
そこで、偏光子として金属１次元格子を用いることが考えられている。ちなみに赤外域用（波長３〜１０〔μｍ〕程度）の金属１次元格子は、既に商品化されている。この金属１次元格子を図２７に示す。金属１次元格子８は多数の平行導体線が並列に配列されて構成されている。このとき格子周期ｄを入射光の波長λより短く設定すれば、図２７に示すように格子に対して平行な偏光成分（Ｐ偏光）を反射する一方で、垂直な偏光成分（Ｓ偏光）を透過する性質が現れる。金属１次元格子８でなる偏光子はこの性質を利用している。
【０００７】
さて金属１次元格子を用いる従来型の偏光子の場合、導体線幅ｂと格子周期ｄの比がｂ／ｄ〜０．６  、波長λと格子周期ｄの比がλ／ｄ≧５という２つの条件が要求される。従つて可視波長域から近赤外波長域の光として、例えば  ７８０〔ｎｍ〕程度の波長を有する光を金属１次元格子で偏光するには、周囲の媒質の屈折率も考慮すると格子周期ｄは約  １００〔ｎｍ〕が要求され、その作製が極めて困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比して小型かつ信頼性の高い光学ピツクアツプ及び光記録媒体再生装置を提案しようとするものである。
【０００９】
かかる課題を解決するため本発明においては、光ビームを出射するレーザ光源と、レーザ光源からの光ビームを光学記録媒体の情報記録面にフオーカスする対物レンズと、光学記録媒体からの戻り光を受光する受光手段と、レーザ光源からの出射光と光学記録媒体からの戻り光とを分離する光ビーム分離手段と、受光手段の少なくとも一部と光ビーム分離手段との間に配置され、光ビームのうちの所定の偏光成分を透過させる金属１次元格子とを設け、金属１次元格子は、格子周期ｄと格子を構成する金属導体の厚みｈとの比ｈ／ｄが約０．１以上になるように形成するようにした。
また本発明においては、光ビームを出射するレーザ光源と、レーザ光源からの光ビームを光学記録媒体の情報記録面にフオーカスする対物レンズと、光学記録媒体からの戻り光を受光する複数の受光部を有する受光手段と、レーザ光源からの出射光と光学記録媒体からの戻り光とを分離する光ビーム分離手段と、受光手段の少なくとも一部と光ビーム分離手段との間に配置され、光ビームのうちの所定の偏光成分を透過させると共に、格子周期ｄと格子を構成する金属導体の厚みｈとの比ｈ／ｄが約０．１以上になるように形成された金属１次元格子と、金属１次元格子を透過した光ビームの偏光成分を受光する受光部の出力と、金属１次元格子で反射した光ビームの偏光成分を受光する受光部の出力とに基づいて、光学記録媒体上の情報信号を検出する検出手段とを設けるようにした。
【００１０】
【作用】
格子周期ｄと格子を構成する金属導体の厚みｈの比ｈ／ｄが約  ０．１以上になるように形成された金属１次元格子と、金属１次元格子によつて分岐された光束をそれぞれ受光する受光素子群を備えることにより、従来に比して小型かつ信頼性を高くすることができる。
【００１１】
【実施例】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１２】
（１）光記録媒体再生装置
（１─１）光記録媒体再生装置の全体構成
図１において、１０は全体として光記録媒体再生装置としての光磁気記録再生装置を示している。
光磁気記録再生装置１０に配設される光ピツクアツプ１１は、光磁気デイスク５２に対してレーザ光を照射し、光磁気記録又は再生に必要な所定強度の光スポツトを照射する。また光ピツクアツプ１１は光磁気デイスク５２からの反射光を検出して電気信号に変換し、Ｉ−Ｖアンプ回路１３で電流電圧変換する。マトリクスアンプ１４は、Ｉ−Ｖアンプ回路１３からの出力信号を入力して演算処理し、トラツキングエラー信号Ｓ１、フオーカスエラー信号Ｓ２、ＭＯ信号Ｓ３及びピツト信号Ｓ４を生成する。復調復号回路５５は再生時、マトリクスアンプ１４から供給されたＭＯ信号Ｓ３及びピツト信号Ｓ４を復調すると共に復号してＤ／Ａ変換回路５６に出力し、アナログ信号に変換する。
【００１３】
（１−２）光ピツクアツプ
ここで、光磁気記録再生装置１０に配設される光ピツクアツプ１１の構成を図２（Ａ）に示す。光ピツクアツプ１１は、レーザ光を照射する光源１２、光源からの入射光を所定の反射によつて出射させる導波体１３、導波体１３の下側の所定位置に配される２つのフオトデイテクタ１４ａ、１４ｂ及びこれらを支持する支持部１５からなつている。
【００１４】
導波体１３は断面略台形形状に加工されている。この導波体１３の入射光照射面は、光源１２に対して傾斜している。この入射光照射面にはビームスプリツタ膜１６が配され、ビームスプリツタ膜１６を介した光束の導波体１３内部の照射領域に金属１次元格子１７が配されている。さらに金属１次元格子１７によつて反射された光束の照射領域に全反射膜１８が配されている。このとき、一方のフオトデイテクタ１４ａは金属１次元格子１７の下側に配置され、他方のフオトデイテクタ１４ｂは全反射膜１８によつて全反射された光束の照射領域の対応部分に配置される。
【００１５】
ここで、光学ピツクアツプ１１に配される２つのフオトデイテクタ１４ａ、１４ｂの分割パターンと各信号の取り方を図２（Ｂ）に示す。入射光に対して手前に配置されたフオトデイテクタ１４ａ及び他方を奥側に配置されたフオトデイテクタ１４ｂは、それぞれ４つの領域（ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びｅ、ｆ、ｇ、ｈ）に分割されており、各センサから出力された電流をＩ−Ｖアンプ回路１３が電流電圧変換する。マトリクスアンプ１４は、Ｉ−Ｖアンプ回路１３から出力される各センサからの出力を演算し、トラツキングエラー信号Ｓ１、フオーカスエラー信号Ｓ２及び読み出し信号Ｓ３、Ｓ４を得る。ちなみに、この読み出し信号Ｓ３は光磁気デイスク５２からの反射光のカー回転角に応じたＭＯ信号であり、読み出し信号Ｓ４は、ピツトに応じたＲＦ信号（光強度信号）である。
【００１６】
また光学ピツクアツプ１１の構成は、光路分岐用のビームスプリツタ膜を、図２６に示したＣＤ用に対して、無偏光タイプから、例えばＴｓ（Ｓ偏光透過率）＝３０〔％〕、Ｔｐ（Ｐ偏光透過率）＝６５〔％〕である偏光タイプに変更する。またデイスクから戻つてきた光の平均光量が２つのフオトデイテクタ１４ａ、１４ｂに等量に分かれるような方向に向けて金属１次元格子１７が配される。
【００１７】
また、金属１次元格子１７は所定の条件を満たすとき、格子に平行なＰ偏光（電界‖格子）は反射され、格子に垂直なＳ偏光（電界⊥格子）は透過することが知られている。金属１次元格子１７の格子幅をｂ、格子周期をｄ、格子の厚さをｈとする。ここでｂ／ｄ＝  ０．４とし、ｈ／ｄを変化させたときのＴｓと、λ０（格子の周囲における光波長）／ｄ（λ０＝λ／ｎ）との関係を図３に示す。このグラフからわかるように、ｈ／ｄ＝  ０．１付近から共鳴領域（Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｒｅｇｉｏｎ  、Ｔｓ〜１）と呼ばれるものが現れる。この共鳴領域を用いることで、λ０／ｄは、共鳴領域を用いない場合の１／４となり、波長一定のもとでは格子の周期ｄを従来知られている条件の約４倍程度にすることができる。このためｈ／ｄ≧０．１を満たす金属１次元格子を用いる。
【００１８】
（２）金属１次元格子（ｈ／ｄを考慮した理論）
図４に金属１次元格子１７の断面図を示し、ｈ／ｄを考慮した理論について金属１次元格子１７の格子の断面形状が長方形である場合は、モード展開法（Ｍｏｄａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ）が適用可能である。モード展開法では、格子が存在する領域と格子の外部領域とに分けて考える。外部領域では、通常の回析理論と同様に、電磁場をレイリー展開（平面波展開）し、格子内部の領域（図５に示す０≦ｘ≦ｃ、−ｈ／２≦ｙ≦ｈ／２）では、電磁場をモード展開（ｘ＝０又はｘ＝ｃ）における境界条件を満たすようなモードに展開）し、（０≦ｘ≦ｄ、ｙ＝±ｈ／２）において２つの展開のマツチング条件を課すことにより、展開係数を決定する。（モード展開法の詳細は後述する。）
【００１９】
（２─１）金属１次元格子の原理
金属１次元格子の原理について、以下に述べる。ここで金属は完全導体とする。モード展開の表式は、以下の通りである。
まずＳ波（ＴＭ波すなわち磁場ｆがグリツドに平行な場合）については、
【数７】
0003544239.tif 000002
で表される。これは、「ｘ＝０又はｘ＝ｃでノイマン境界条件（境界面での法線方向の導関数が０になる）を満たすように」という条件から導かれる。
このため、ＴＭ波の場合には、格子にはさまれた領域に存在する電磁場が透過光を生み出す。
【００２０】
次にＰ波（ＴＥ波すなわち電場ｆが格子に対して平行な場合）については、
【数８】
0003544239.tif 000003
と表される。これは、ｘ＝０又はｘ＝ｃでデイリクレ境界条件（導体内では電場が存在しないため、境界面で０になる）を満たしている。
この場合、ｍ＝０の項は、β０  ＝０であるためｓｉｎ  （β０  ｘ）＝０となり存在しない。このことから、展開の１次以上の項を無視すると、格子にはさまれた領域には電場は存在しないことになる。
【００２１】
ここで、金属１次元格子において、近似（ｍ≧１の項を無視する）のもとでは、格子にはさまれた領域に対して、ＴＭ波は入り込めるが、ＴＥ波は入り込めない。すなわちＴＭ波では電磁場が存在し、ＴＥ波では電磁場は存在しない。このためＴＭ波は透過光を作り出す源が存在するため透過し、ＴＥ波は透過光を作り出す源が存在しないため反射する。
【００２２】
（２─２）モード展開法と従来理論との差異
従来理論によるＴｓとλ／ｄとの関係を表すグラフを図６に示す。またモード展開法によるＴｓとλ／ｄとの関係を表すグラフを図７に示す。この２つの図からわかるように、両者の結果は著しく異なる。このため、両者の結果の比較及びＲｓ、Ｒｐの導出のために、レイリー展開は０次（主透過、反射光）、±１次（エバネセント波）までとし、モード展開は０次のみ（Ｓ波：ＴＭ波）、１次のみ（Ｐ波：ＴＥ波）とする。ちなみに、Ｐ波は０次のモードが存在しない。
【００２３】
このように、低次の項だけで近似し、Ｔｓ、Ｔｐ、Ｒｓ、Ｒｐをそれぞれ求め、垂直入射、完全導体及びｄ＝２ｃの条件の下でグラフ化する。
まず、Ｓ波（ＴＭ波）について述べる。ｈ／ｄ＝  ０．１のとき（厚みが小さいとき）の透過率及び反射率を図８（Ａ）、（Ｂ）に示す。またｈ／ｄ＝  ０．５のとき（厚みが大きく、格子の断面形状が正方形のとき）の透過率及び反射率を図９（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【００２４】
図９（Ａ）が図７と類似していることを認識するのは容易である。また、厚みを小さくしていくと、図８（Ａ）のようになり、やがて従来の理論を示す図６のようになる。例えばｈ／ｄ＝０．０１のとき（厚みが微小になつたとき）の透過率を図１０に示す。
【００２５】
次に、Ｐ波（ＴＥ波）について述べる。Ｓ波と同様に、ｈ／ｄ＝  ０．１のときの透過率及び反射率を図１１（Ａ）、（Ｂ）に示し、ｈ／ｄ＝  ０．５のときの透過率及び反射率を図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す。
ここで、Ｓ波の場合を考慮しつつ、図１１（Ａ）、（Ｂ）及び図１２（Ａ）、（Ｂ）を見ると、従来の設計理論からは導かれない以下のことがわかる。
ｈ／ｄ＝  ０．５のとき（格子断面が正方形のとき）、Ｔｓ＝１となるλ／ｄでは、Ｒｐ＞０．９９となる。さらに、このときλ／ｄ〜  １．４であるから、λ＝  ７８０〔ｎｍ〕とすると、ｄ〜  ５５０〔ｎｍ〕、ｈ〜  ２７５〔ｎｍ〕となる。すなわち、この共鳴領域を用いることにより、λ／ｄ≧５などという困難は回避できる。
【００２６】
上述のように、従来の設計理論では格子の厚みが小さい場合のみ通用する理論であつた。格子の厚みを大きくすることで、格子のピツチを大きくすることができる。また、格子の厚みをｈ／ｄ＝  ０．５から小さくすると、Ｔｓ＝１となるピーク位置（λ／ｄ）は１に近づく。さらに、格子の厚みを小さくすると、Ｐ波の消光比Ｒｐ：Ｔｐは悪くなる。
【００２７】
（２─３）金属１次元格子検光子の可能性
ここで、金属１次元格子の断面形状が正方形である場合、消光比はＴｓ／Ｒｓ＝∞、Ｒｐ／Ｔｐ＞  ２００であるが、正方形（ｄ〜  ５５０〔ｎｍ〕、ｈ〜  ２７５〔ｎｍ〕）がやや困難であるとすると、ｈ／ｄを小さくしていくことを考える必要がある。
【００２８】
ここで図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ｈ／ｄ＝  ０．４とすると、ｄ＝  ６１８〔ｎｍ〕、ｈ＝  ２４７〔ｎｍ〕でＴｓ／Ｒｓ＝∞、Ｒｐ／Ｔｐ〜４０となる。一般的にプロセス能力としては、ピツチが〜  ０．５〔μｍ〕である場合、非常に困難であり、０．５〔μｍ〕〜１〔μｍ〕である場合はやや困難であるといえる。しかし、今回の結果によれば、垂直入射、完全導体、断面形状長方形及びデユーテイ５０〔％〕の条件の下で金属１次元格子検光子は充分な特性を示し、プロセス能力としても、非常に困難である領域は回避できる。
【００２９】
（３）実施例における金属１次元格子の座標系
ここで、金属１次元格子に光束が斜入射する場合の座標系について述べる。ここでの金属１次元格子は完全導体でなるものとする。
格子に対する座標系を図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す。Ｚ軸は格子と平行にし、ベクトルｋは入射光の波数ベクトルを表し、ベクトルａは入射光の電場ベクトルを表す。ベクトルｋ＝（α、β、γ）に対して、
【数９】
0003544239.tif 000004
で表すことができる。
【００３０】
またベクトルｋをＸＹ平面へ投影したものをベクトルｋ′とし、ベクトルｋ′に直交するベクトルをベクトルｕとする。このときベクトルｕとベクトルａとのなす角をδとすると、透過率Ｔと反射率Ｒは、次式
【数１０】
0003544239.tif 000005
で表される。ちなみに、Ｔｐ、Ｔｓ、Ｒｐ、Ｒｓは投影図上におけるＰ波透過率、Ｓ波透過率、Ｐ波反射率、Ｓ波反射率である。
【００３１】
さて（１０）式の透過率Ｔ及び反射率Ｒにおいて、検光子としての特性を満たすとき、Ｔｐ〜１、Ｔｓ〜１、Ｒｐ〜０、Ｒｓ〜０より、透過率Ｔはｃｏｓ２δ、反射率Ｒはｓｉｎ２δと表せる。ここで４５〔°〕差動検波ができるのは、Ｔ＝Ｒのとき、すなわち次式
【数１１】
0003544239.tif 000006
のときである。
【００３２】
入射光の電場を、位置ベクトルベクトルｒを用いて表すと、次式
【数１２】
0003544239.tif 000007
となる。図２（Ａ）に示すような光学ピツクアツプ１１の場合の入射偏光の電場ベクトルベクトルａは、入射光の波数ベクトルベクトルｋと、ｙ軸方向の単位ベクトルであるベクトルｙ″とを用いて以下のように表すことができる。
【数１３】
0003544239.tif 000008
ちなみに、ここではカー回転は考慮しないものとする。
【００３３】
またδは、電場ベクトルベクトルａと直交ベクトルベクトルｕとのなす角であるため、次式
【数１４】
0003544239.tif 000009
で表せる。ここで、ベクトルｋ′＝（α、−β、０）であるため、ベクトルｕ＝（β、α、０）となる。よつて（１４）式から次式
【数１５】
0003544239.tif 000010
となる。
ここで（１１）式から、次式
【数１６】
0003544239.tif 000011
とおくことができるため、
【数１７】
0003544239.tif 000012
が得られる。
【００３４】
このとき、格子面への入射角θとφの条件を０〔°〕≦θ＜９０〔°〕、−９０〔°〕＜φ≦９０〔°〕とする。よつて（１７）式は、次式
【数１８】
0003544239.tif 000013
で表される。
【００３５】
ここで、投影した場合のＴｐ、Ｔｓ、Ｒｐ、Ｒｓが問題となるので、ｋ´は、次式
【数１９】
0003544239.tif 000014
と表される。このため格子にとつての波長λ´は、次式
【数２０】
0003544239.tif 000015
となり、
【数２１】
0003544239.tif 000016
のなる。
【００３６】
（３─１）第１実施例
図２（Ａ）との対応部分に同一符号を付して示す図１５及び図１６において、２０は全体として金属１次元格子１７及び半波長板２１を縦に配置する光ピツクアツプを示し、２２は全体として金属１次元格子１７及び半波長板２１を横に配置する光ピツクアツプを示す。
第１実施例では、これらの光ピツクアツプ２０、２２における入射光と金属１次元格子の格子との関係を図１７に示すようにする。すなわちφ＝０となるように格子を配置し、θを変化させるように配置する。
【００３７】
光ピツクアツプ２０、２２は、光源１２、導波体１３、２つのフオトデイテクタ１４ａ、１４ｂ及び支持部１５からなつている。光ピツクアツプ２０に配設される導波体１３の入射光照射面にはビームスプリツタ膜１６が配される。ビームスプリツタ膜１６を介した光束の導波体１３内部の照射領域の対応位置にフオトデイテクタ１４ａが配され、ここで反射された光束の照射領域に全反射膜１８が配されている。全反射膜１８によつて全反射された光束は、縦に配された半波長板２１を介し、縦に配された金属１次元格子１７に入射するようになされている。
【００３８】
ちなみに一方のフオトデイテクタ１４ａの分割パターンは、図２（Ｂ）と同様に４つの領域（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に分割されている。他方のフオトデイテクタ１４ｂは、金属１次元格子１７によつて反射及び透過されたそれぞれの光束の照射領域の対応部分に配置される。このフオトデイテクタ１４ｂの分割パターンは、金属１次元格子１７による反射光を照射し得る領域（ｅ）と金属１次元格子１７による透過光を照射し得る３つの領域（ｆ、ｇ、ｈ）の４つの領域からなつている。
【００３９】
ここで、φ＝０となるように格子を配置し、θを変化させる場合、格子からの透過光、反射光が０次光のみであるのは
【数２２】
0003544239.tif 000017
に対して、
【数２３】
0003544239.tif 000018
のときである（以下に詳述するモード展開を参照）。従つて
【数２４】
0003544239.tif 000019
となる。ここで０〔°〕≦θ＜９０〔°〕、λ０  ／ｄ＞０より、
【数２５】
0003544239.tif 000020
が得られる。
【００４０】
このときの入射角θとλ０  ／ｄの関係の特性を図１８に示す。金属１次元格子は、偏光方向に応じて入射光を透過光と反射光とに分離するため、検光子として作用する。ちなみに、格子面への入射角θを大きくしていくと、（２５）式で表されている格子周期ｄの範囲は、格子周期ｄが小さい側へとシフトしていく。
【００４１】
以上の構成によれば、格子周期ｄがλ０  ／（１＋ｓｉｎ  θ）以下である金属１次元格子を半波長板と共に、光ピツクアツプの導波体に縦又は横に配することにより、４５〔°〕差動検波することができ、小型化及び信頼性の高い光記録媒体用の光ピツクアツプを実現できる。
【００４２】
（３─２）第２実施例
上述の第１実施例では、格子面への入射角θを大きくすることで（２５）式で表されている格子周期ｄの範囲が小さい側へとシフトしていくものについて述べたが、これに対して第２実施例では、格子周期ｄを大きい側へシフトするものについて述べる。
【００４３】
第１実施例では、図１５及び図１６に示す光ピツクアツプ２０、２２における金属１次元格子１７の格子をφ＝０となるように配したが、第２実施例では、光ピツクアツプ２０、２２における金属１次元格子１７の格子をφ＝９０〔°〕となるように配置する。
【００４４】
光ピツクアツプ２０、２２は、光源１２、導波体１３、２つのフオトデイテクタ１４ａ、１４ｂ及び支持部１５からなつている。光ピツクアツプ２０に配設される導波体１３の入射光照射面にはビームスプリツタ膜１６が配される。ビームスプリツタ膜１６を介した光束の導波体１３内部の照射領域の対応位置にフオトデイテクタ１４ａが配され、ここで反射された光束の照射領域に全反射膜１８が配されている。全反射膜１８によつて全反射された光束は、縦に配された半波長板２１を介し、縦に配された金属１次元格子１７に入射するようになされている。
【００４５】
ここで、図１９に示すように金属１次元格子１７の格子をφ＝９０〔°〕となるように配し、θを変化させる場合、θ′＝０、φ＝９０、（２０）式より、次式
【数２６】
0003544239.tif 000021
が得られる。このときの入射角θとλ０  ／ｄの関係を図２０に示す。このように第２実施例では、格子面への入射角θを大きくしていくと、（２６）式で表されている格子周期ｄの範囲が大きい側へとシフトしていく。
【００４６】
以上の構成によれば、格子周期ｄがλ０  ／ｃｏｓ  θ以下である金属１次元格子を半波長板と共に、光ピツクアツプの導波体の縦又は横に配することにより、４５〔°〕差動検波することができ、小型化及び信頼性の高い光記録媒体用の光ピツクアツプを実現できる。
【００４７】
（３─３）第３実施例
図２（Ａ）との対応部分に同一符号を付して示す図２１及び図２２において、３０は全体として金属１次元格子１７を縦に配置し、金属１次元格子１７を透過した透過光の照射領域に全反射膜３１を配する光ピツクアツプを示し、３２は全体として金属１次元格子１７を縦に配置する光学ピツクアツプを示す。
【００４８】
図２１に示す光ピツクアツプ３０は、光源１２、導波体１３、２つのフオトデイテクタ１４ａ、１４ｂ及び支持部１５からなつている。光ピツクアツプ３０に配設される導波体１３の入射光照射面にはビームスプリツタ膜１６が配される。ビームスプリツタ膜１６を介した光束は、縦に配された金属１次元格子１７に入射し、透過及び反射される。このときの反射光の照射領域の対応位置にフオトデイテクタ１４ａが配され、透過光の照射領域に全反射膜３１が配されている。また、全反射膜３１によつて反射された光束の照射領域に全反射膜１８が配されている。
【００４９】
ちなみに一方のフオトデイテクタ１４ａの分割パターンは、図２（Ｂ）と同様に４つの領域（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に分割されている。他方のフオトデイテクタ１４ｂは、全反射膜１８によつて反射された光束の照射領域の対応部分に配置される。このフオトデイテクタ１４ｂの分割パターンは、一方のフオトデイテクタ１４ａの分割パターンと同様に４つの領域（ｅ、ｆ、ｇ、ｈ）に分割されている。
【００５０】
また図２２に示す光ピツクアツプ３２は、光源１２、導波体１３、２つのフオトデイテクタ１４ａ、１４ｂ及び支持部１５からなつている。光ピツクアツプ３２に配設される導波体１３の入射光照射面にはビームスプリツタ膜１６が配される。ビームスプリツタ膜１６を介した光束の導波体１３内部の照射領域の対応位置にフオトデイテクタ１４ａが配され、ここで反射された光束の照射領域に全反射膜１８が配されている。全反射膜１８によつて全反射された光束は、縦に配された金属１次元格子１７に入射し、透過及び反射するようになされている。
【００５１】
ちなみに一方のフオトデイテクタ１４ａの分割パターンは、図２（Ｂ）と同様に４つの領域（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に分割されている。他方のフオトデイテクタ１４ｂは、金属１次元格子１７によつて反射及び透過された光束の照射領域の対応部分に配置される。このフオトデイテクタ１４ｂの分割パターンは、金属１次元格子１７による反射光を照射し得る領域（ｅ）と金属１次元格子１７による透過光を照射し得る３つの領域（ｆ、ｇ、ｈ）の４つの領域からなつている。
【００５２】
ここで、上述の第１及び第２実施例では、半波長板２１を用いて入射光の偏光方向を４５〔°〕回転させる必要がある。しかし、第３実施例においては、金属１次元格子の場合、図２（Ａ）、図２１及び図２２に示す光ピツクアツプ１１、３０及び３２のように、半波長板を用いなくても、次式
【数２７】
0003544239.tif 000022
を満たすように格子を配置すれば４５〔°〕差動検出できる。このときの入射光と金属１次元格子の格子との関係を図２３に示す。
【００５３】
このとき、（２０）式、（２１）式を用いて、
【数２８】
0003544239.tif 000023
ここで  （２８）式のｓｉｎ２φとｃｏｓ  φは、次式
【数２９】
0003544239.tif 000024
であるため、これらを（２８）式に代入することにより
【数３０】
0003544239.tif 000025
が得られる。
【００５４】
このとき
【数３１】
0003544239.tif 000026
は、図２４のように変化する。
ちなみにｄ／λ０  において、格子面への入射角θを６０〔°〕以上にすることで一段と有利に検出し得る。
【００５５】
以上の構成によれば、格子周期ｄが（３０）式の条件下にある金属１次元格子を光ピツクアツプの導波体の縦又は横に配することにより、半波長板を用いずに４５〔°〕差動検出することができ、小型化及び信頼性の高い光磁気記録媒体用の光ピツクアツプを実現できる。
【００５６】
（４）モード展開法
ここでは、上述の記載内に用いられたモード展開法の簡単な式展開を述べる。モード展開法は、矩形の回析格子など、特殊な形状の場合に適用され、簡単に結果が得られるということで広く知られている。この方法では、グルーブ内部のモード展開とグルーブ外部のレイリー展開とをマツチングさせるこということを行なう。図５に示すような金属１次元格子（完全導体）の場合についての具体的な式展開を以下に述べる。
【００５７】
ｆ（ｘ，ｙ）を、磁場（Ｓ−ｍｏｄｅ）あるいは電場（Ｐ−ｍｏｄｅ）のＺ軸に沿つた成分の空間依存成分であるとして、金属の上方、下方（ｙ≧ｈ／２、ｙ≦−ｈ／２）では平面波に展開する（レイリー展開）。
金属の上方（ｙ≧ｈ／２）及び下方（ｙ≦−ｈ／２）については、次式
【数３２】
0003544239.tif 000027
【数３３】
0003544239.tif 000028
【数３４】
0003544239.tif 000029
【数３５】
0003544239.tif 000030
ここでＲｎ及びＴｎは、反射波及び透過波の複素振幅である。
【００５８】
０≦ｘ≦ｃ及び−ｈ／２≦ｙ≦ｈ／２においては、ノイマン境界条件である∂ｆ／∂ｎ′（ｎ′は面法線ベクトルを示す）＝０（Ｓ−ｍｏｄｅ）あるいはデイリクレ境界条件ｆ＝０（Ｐ−ｍｏｄｅ）を満足するようにヘルムホルツ方程式Δｆ＋ｋ２  ｆ＝０を解く（モード展開）と、次式
【数３６】
0003544239.tif 000031
【数３７】
0003544239.tif 000032
【数３８】
0003544239.tif 000033
となる。ここで、βｍ  ＝ｍπ／ｃ、μｍ  ＝＋（ｋ０２−βｍ  ２  ）１／２  、またａｍ  及びｂｍ  は複素振幅を示す。但し、Ｐ−ｍｏｄｅではφ０  ＝０からｍ≧１である。
【００５９】
次に０≦ｘ≦ｃ及びｙ＝±ｈ／２において、ｆ（ｘ，ｙ）及び∂ｆ／∂ｙが連続というマツチング条件を課すと、ｙ＝ｈ／２のとき、次式
【数３９】
0003544239.tif 000034
【数４０】
0003544239.tif 000035
で表され、ｙ＝−ｈ／２のとき、次式
【数４１】
0003544239.tif 000036
【数４２】
0003544239.tif 000037
で表される。ここで
【数４３】
0003544239.tif 000038
【数４４】
0003544239.tif 000039
のようになる。
【００６０】
ここで、Ｓ波の場合について述べる。（３９）式、（４１）式は０≦ｘ≦ｃで成立する。この領域において、ｕｍ（ｘ）＝ｃｏｓ  （βｍｘ）は互いに直交しているため、次式
【数４５】
0003544239.tif 000040
によつて、（３９）式、（４１）式にｕｊ（ｘ）を掛けて、０≦ｘ≦ｃの範囲で積分することにより、次式
【数４６】
0003544239.tif 000041
【数４７】
0003544239.tif 000042
【数４８】
0003544239.tif 000043
となる。
【００６１】
また、ｆはｃ≦ｘ≦ｄ及びｙ＝±ｈ／２においてもノイマン境界条件∂ｆ／∂ｎ′＝０を満たさなければならないため、次式
【数４９】
0003544239.tif 000044
【数５０】
0003544239.tif 000045
となる。
【００６２】
（４０）式は０≦ｘ≦ｃの条件の基で成り立ち、（４９）式はｃ≦ｘ≦ｄの条件の基で成り立つている。このためｅｘｐ（−ｃαｑ  ｘ）を掛けて、それぞれの区間で積分し、両辺を加える。このときｅｘｐ（−ｃαｕ  ｘ）の直交性により、次式
【数５１】
0003544239.tif 000046
【数５２】
0003544239.tif 000047
が得られる。
同様にして（４２）式、（５０）式より
【数５３】
0003544239.tif 000048
が得られる。
【００６３】
次に、（４６）式、（４７）式、（５１）式、（５３）式の４式を連立させる。このとき未知数は４つであり、ここで求めたいのはＲｎとＴｎであるため、次式
【数５４】
0003544239.tif 000049
として（４６）式±（４７）式より
【数５５】
0003544239.tif 000050
【数５６】
0003544239.tif 000051
となる。また、（５１）式±（５３）式より、次式
【数５７】
0003544239.tif 000052
【数５８】
0003544239.tif 000053
が得られる。
【００６４】
このとき得られた（５７）式、（５８）式に（５５）式、（５６）式を代入することにより、次式
【数５９】
0003544239.tif 000054
【数６０】
0003544239.tif 000055
が得られる。
これらを行列を用いて表すと
【数６１】
0003544239.tif 000056
となり、この行列式を次式
【数６２】
0003544239.tif 000057
のように表記する。従つて、
【数６３】
0003544239.tif 000058
となる。同様にして
【数６４】
0003544239.tif 000059
となる。
【００６５】
Ｐ波の場合について、上述と同様にして
【数６５】
0003544239.tif 000060
【数６６】
0003544239.tif 000061
が得られる。
【００６６】
（５）他の実施例
なお上述の実施例においては、完全導体でなる金属１次元格子について述べたが、本発明はこれに限らず、金属格子として検光子の性能が保証されるような金属であれば完全導体でない金属１次元格子でも良い。
【００６７】
また上述の実施例においては、導波体１３の入射光照射面にＢＳ膜を配するものについて述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＴｐ＝  １００、Ｔｓ＝２５のようにエンハンス機能を有するＰＢＳを金属１次元格子の手前に配するようにしても良い。
【００６８】
さらに上述の実施例においては、光磁気デイスクを光磁気記録又は再生する光ピツクアツプについて述べたが、本発明はこれに限らず、光カード等の記録媒体の記録又は再生する光ピツクアツプでも良い。
【００６９】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、格子周期ｄと格子を構成する金属導体の厚みとの比ｈ／ｄが約  ０．１になるように形成された金属１次元格子と、金属１次元格子によつて分岐された光束をそれぞれ受光する受光素子群を備えることにより、従来に比して小型かつ信頼性の高い光ピツクアツプ及び光記録媒体再生装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における光記録媒体再生装置の全体構成を示す略線図である。
【図２】本発明における光ピツクアツプの構成を示す略線図及びフオトデイテクタの信号処理を示すブロツク図である。
【図３】ｂ／ｄ＝  ０．４のときのＴｓとλ０  ／ｄとの関係（共鳴領域の発生）を示す特性曲線図である。
【図４】金属１次元格子の断面図を示す略線図である。
【図５】金属１次元格子断面の座標系を示す略線図である。
【図６】従来の設計理論による波長／グリツド周期とＳ偏光透過率、Ｐ偏光透過率との関係を示す特性曲線図である。
【図７】モード展開法における波長／グリツド周期と透過率の関係を示す特性曲線図である。
【図８】ｈ／ｄ＝  ０．１のときのＳ波透過率及びＳ波反射率の特性を示す特性曲線図である。
【図９】ｈ／ｄ＝  ０．５のときのＳ波透過率及びＳ波反射率の特性を示す特性曲線図である。
【図１０】ｈ／ｄ＝０．０１のときのＳ波透過率の特性を示す特性曲線図である。
【図１１】ｈ／ｄ＝  ０．１のときのＰ波透過率及びＰ波反射率の特性を示す特性曲線図である。
【図１２】ｈ／ｄ＝  ０．５のときのＰ波透過率及びＰ波反射率の特性を示す特性曲線図である。
【図１３】ｈ／ｄ＝  ０．４のときのＳ波透過率及びＰ波反射率の特性を示す特性曲線図である。
【図１４】金属１次元格子の座標系を示す略線図である。
【図１５】第１及び第２実施例における光ピツクアツプの構成例を示す略線図である。
【図１６】第１及び第２実施例における光ピツクアツプの他の構成を示す略線図である。
【図１７】本発明の第１実施例における入射光と金属１次元格子との関係を示す略線図である。
【図１８】第１実施例におけるｄ／λ０  の特性を示す特性曲線図である。
【図１９】本発明の第２実施例における入射光と金属１次元格子との関係を示す略線図である。
【図２０】第２実施例におけるｄ／λ０  の特性を示す特性曲線図である。
【図２１】第３実施例における光ピツクアツプの構成例を示す略線図である。
【図２２】第３実施例における光ピツクアツプの他の構成例を示す略線図である。
【図２３】本発明の第３実施例における入射光と金属１次元格子との関係を示す略線図である。
【図２４】第３実施例におけるｄ／λ０  の特性を示す特性曲線図である。
【図２５】従来の光ピツクアツプの構成を示す略線図である。
【図２６】ＣＤ用複合光学素子の構成を示す略線図である。
【図２７】金属１次元格子の構成を示す略線図である。
【符号の説明】
１、１１、２０、２２、３０、３２……光ピツクアツプ、２……レーザダイオード、３……ビームスプリツタ、７、１４  ……フオトデイテクタ、８、１７……金属１次元格子、１０……光記録媒体再生装置、１３……導波体、１６……ビームスプリツタ膜、１８、３１……全反射膜、２１……半波長板。
【図１】
0003544239.tif 000068
【図２】
0003544239.tif 000069
【図３】
0003544239.tif 000070
【図４】
0003544239.tif 000071
【図５】
0003544239.tif 000072
【図６】
0003544239.tif 000073
【図７】
0003544239.tif 000074
【図１０】
0003544239.tif 000075
【図８】
0003544239.tif 000076
【図９】
0003544239.tif 000077
【図１１】
0003544239.tif 000078
【図１２】
0003544239.tif 000079
【図１３】
0003544239.tif 000080
【図１４】
0003544239.tif 000081
【図１５】
0003544239.tif 000082
【図１６】
0003544239.tif 000083
【図１７】
0003544239.tif 000084
【図１８】
0003544239.tif 000085
【図１９】
0003544239.tif 000086
【図２０】
0003544239.tif 000087
【図２１】
0003544239.tif 000088
【図２２】
0003544239.tif 000089
【図２３】
0003544239.tif 000090
【図２４】
0003544239.tif 000091
【図２５】
0003544239.tif 000092
【図２６】
0003544239.tif 000093
【図２７】
0003544239.tif 000094