(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学部材と、該第１の光学部材に貼り合わされる第２の光学部材を有し、該第１または第２の光学部材に互いに向きの異なる斜面を含む複数の窪みを形成し、該斜面に誘電体の多層薄膜をコーティングして偏光分離機能を持たせ、前記窪みを透明樹脂または液体で埋め、前記第１及び第２の光学部材を貼り合わせて形成されたことを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】
請求項１記載の偏光分離素子を用い、前記斜面は第１の斜面と第２の斜面とを有し、往路光束と復路光束をそれぞれ偏光分離機能を有する前記第１及び第２の斜面に透過させ、前記偏光分離素子の前記第２の斜面を透過した復路光束を受光素子で受光して、光磁気信号を検出するよう構成したことを特徴とする光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光ディスク装置等に用いられる偏光分離素子および光ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の光ヘッドは、例えばＵＳＰ−Ｎｏ．４７６４９１２に開示されるように、光学ガラスの削り出し及び研磨加工によるバルク（方形）型の光学部品を多用しており、特に光磁気信号も検出する形式の光ヘッドでは、偏光プリズム等も必要であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述の光ヘッドではバルク型の光学部品の占める体積が大きく、加工自体が高コストであり、更に組立時の位置出し箇所が多岐に渡るため、装置の小型化、低コスト化、軽量化を図る事が難しかった。ゆえにアクセス速度面での性能が犠牲になり、市場での普及を妨げていた。また、光学系のレイアウトも、発光素子と受光素子とが分離され、発光素子を始点とする往路の光学系と受光素子を終点とする復路の光学系のそれぞれに、専用の光学部品を使っており、非常に部品点数やスペース効率の面で無駄があった。更に位置精度が累積されるため、光学系の位置精度を確保する事が困難であり、検出信号特に焦点誤差信号の初期オフセットを除去するために、手間の掛かる調整作業が必要となっていた。
本発明は、かかる課題を解決するためのものであり、その主目的は、光学部品の抜本的削減と小型軽量化と調整工程の簡略化にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏光分離素子は、第１の光学部材と、第１の光学部材に貼り合わされる第２の光学部材を有し、第１または第２の光学部材に互いに向きの異なる斜面を含む複数の窪みを形成し、斜面に誘電体の多層薄膜をコーティングして偏光分離機能を持たせ、窪みを透明樹脂または液体で埋め、第１及び第２の光学部材を貼り合わせて形成されたことを特徴とする。
【０００５】
また本発明の光ヘッドは、上記の偏光分離素子を用い、上記斜面は第１の斜面と第２の斜面とを有し、往路光束と復路光束をそれぞれ偏光分離機能を有する第１及び第２の斜面に透過させ、偏光分離素子の第２の斜面を透過した復路光束を受光素子で受光して、光磁気信号を検出するよう構成したことを特徴とする。
【０００６】
【作用】
本発明の上記構成によれば、
（Ａ）往路の光学系と復路の光学系のそれぞれに関係する光学部品を共通化でき、発光素子と受光素子を共通のパッケージに格納できる。
（Ｂ）光磁気信号を検出するための偏光分離素子が、他の光学部品と複合化、一体化できる。その結果、本発明の偏光分離素子の採用により、大幅な機能複合化、小型化が実現できる。
【０００７】
【実施例】
（実施例１）
実施例１は本実施例の偏光分離素子に関する実施例である。ここで説明する偏光分離素子は、光磁気信号（ＭＯ信号）の再生を必要とする光磁気ディスク装置の光ヘッド等に用いるための光学素子である。本実施例の主旨は、従来の製造方法からの大幅転換により、光磁気信号検出用の偏光分離素子を簡便な方法で製造する事にある。以下、図１，図２，図３を用いて本実施例を説明する。
【０００８】
図１において第１光学部材６２０は中央部に窪み６２１と略４５度の斜面６２２が形成されている。この第１光学部材６２０はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の光学樹脂で一体に射出成形され、大量にしかも低コストで製作できる。一方第２光学部材６３０は平行平面板であり、曲面や斜面を含まないため通常の光学ガラスのカッティングで作られ、やはり大量にしかも低コストで供給可能である。
【０００９】
図３には、第１光学部材６２０と第２光学部材６３０とを合体して、偏光分離素子６０１を形成する様子を示す。第１光学部材６２０の窪み６２１を、樹脂６４０で埋め、第２光学部材６３０で覆っている。この樹脂６４０は硬化後の屈折率が、第１及び第２光学部材と同等に、約１．５となるよう化学的組成を調整されている。そして第１及び第２光学部材が合体した状態で窪み６２１に充填された樹脂６４０は三角プリズムとして機能する。なお、本実施例では樹脂６４０としてＵＶ（紫外線）硬化樹脂を用い、合体後にＵＶ照射を行って硬化させているが、これに限らず熱硬化樹脂等を用いても良い。
【００１０】
第１光学部材６２０の斜面６２２もしくは片面全域には誘電体の多層薄膜が図３の如くコーティング（蒸着）され、誘電体Ａ（６２５）と誘電体Ｂ（６２６）とが交互に積層されている。これは通常マルチコートと呼ばれる蒸着手法であるが、本実施例では、基材となる第１光学部材６２０が樹脂である事を考慮している。すなわち、樹脂（本実施例ではＰＭＭＡを想定する）の耐熱温度（ガラス転移点；ＴＧ）が約８０゜Ｃとガラスに比べて極端に低いため、蒸着の際には約７０゜Ｃ以下で行っている。また、樹脂の熱膨張率が大きいため、蒸着物質との応力歪によるクラックの発生を考慮して、蒸着物質が選定されている。具体的には、
誘電体Ａ…ＭｇＦ２（沸化マグネシウム）、屈折率＝１．３
誘電体Ｂ…ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、屈折率＝２．２
を０．３〜０．４λ（λは使用波長；約７８０ｎｍ）の膜厚で交互に積層し、それらの界面でのＰ偏光またはＳ偏光による透過率の差を積み重ねて、所望の偏光透過特性を得られるようにしている。
【００１１】
ここで、図２の樹脂６４０が充填した部分と第１光学部材６２０は、上述の多層薄膜（６２５，６２６）を介して、いわゆる偏光ビームスプリッタとして機能する事になる。実験の結果、最終的には蒸着薄膜の層数を誘電体Ａ，Ｂ合わせて１０〜２０層の範囲で最適値があり、Ｐ偏光透過率（Ｐ波６５１の透過率）に対するＳ偏光透過率（Ｓ波６５２の透過率）の割合、即ち消光比が１００：１程度の偏光透過特性が得られた。
【００１２】
上記に示した蒸着物質の組み合わせは、ほんの１例といえるが、温度変化に対する特性変化やクラックの発生も認められず、十分使用可能な偏光分離素子６０１が供給できる。但し消光比を確保するためには、組立後に樹脂６４０内部に残留応力による複屈折が発生しない事が前提となる。このため本実施例では製造工程の最後にアリーリング処理を実施し、樹脂６４０内部の在留応力を除去している。アニーリング条件としては、７０°Ｃで１時間程度で良い。
【００１３】
ところで、このように構成された偏光分離素子６０１に入射させる光線の入射角θ（中心値４５度）に依存して、上記の消光比は変化する事に留意しなければならない。すなわち入射角θが変わると、誘電体Ａ，Ｂの有効膜厚が変化するため、光線の反射透過特性が変わってしまう。最適の膜厚制御をしても、光磁気信号検出に必要な消光比（約５０：１以上）を確保できる入射角θは偏光素子６０１内部での入射角で言うと、約＋／−９度が限界である事が、光学シミュレーション及び実験の結果確認されている。これは媒質中のＮＡ（開口数）に換算してＮＡ０．１５の収束（または発散光束）に相当する。
【００１４】
付け加えると、本実施例で示した偏光分離素子６０１は、製造方法が簡単であるという利点に加えて、光学部材６２０の形状精度特に斜面６２２の面精度が、従来方式のガラス削り出しによる偏光ビームスプリッタの場合に比べて大幅に緩和されるという特筆すべき利点がある。この理由は、斜面６２２の面精度が悪くても樹脂６４０が埋めてくれるからであり、例えば樹脂６４０の屈折率が光学部材６２０の屈折率に対して０．０３程度異なっている場合でも、斜面６２２が２０μ程度の面精度（うねり）以下であれば、光学特性上問題なく使用できる。これは、従来形式の偏光ビームスプリッタを構成する三角プリズムの斜面精度の要求値に対しで、２０倍程度緩和される事を意味する。また、射出成形によって部品製作できるため、外形形状も非常に小型のものが製作可能であり、光磁気検出用の光ヘッドに適用すると非常に小型の検出光学系が実現できる。
【００１５】
なお、本実施例では窪んだ斜面６２２を樹脂６４０でモールドしているが、周辺の密封性が良ければ、液体例えばシリコンオイル等を充填しても同等の機能を発揮し得る。この場合には、樹脂６４０で留意しなければならなかった複屈折の問題を回避し易いという利点が有る。
（実施例２）
図４には実施例２として、他の形式の偏光分離素子を示す。この実施例では実施例１で述べた偏光ビームスプリッタの機能を、偏光フィルムまたは偏光板で置き換えている。
図４で、光学部材７２０は光学樹脂で成形され、窪んだ部分に偏光板７４０をはめこんで固着している。偏光板はガラス板に微細な銀粒子を混在させて、加熱伸張させて偏光機能を持たせたものが、性能すなわち消光比が優れているが、これに限らず沃素の入ったフィルムを伸張して造った偏光フィルム等でも良い。但し、一般的にこの様な偏光フィルムは耐熱性が悪く、高温環境下で伸張していたフィルムが残留応力で縮む事で偏光特性が劣化するという欠点があった。
【００１６】
本実施例の利点は、偏光板または偏光フィルムを、それらに較べて遥かに頑丈な光学部材７２０で裏打ちしているため、耐熱性の悪い偏光フィルムであっても高温環境下で縮み難くなる事である。ゆえに耐環境特性のすぐれた偏光分離素子７０１を得る事ができる。しかしながら光学部材７２０と偏光板または偏光フィルム７４０を固着する接着層での微少な剪断ズレがあると、偏光板または偏光フィルム７４０が若干縮む恐れがあり、長期の経時変化が発生する恐れがある。この防止策として本実施例では、組立工程後にアリーリング処理を実施し、予め残留応力を緩和させて経時変化を防止している。アニーリング条件としては、７０°Ｃで１時間程度で良い。
（実施例３）
実施例３は、光磁気信号検出用の光ヘッドに前述の実施例１に示した偏光分離素子を応用したものであり、以下図５，図６，図７によって説明する。
【００１７】
図５で、光学部材８２０は実施例１で示した光学部材６２０に類似しており、窪んだ斜面は斜面方向の異なる３種類の斜面８２８ａ，８２８ｂ，８２８ｃから成っている。
【００１８】
また、本実施例では実施例１の第２光学部材６３０の代わりに、ホログラム素子８３０を用いており、これらで偏光分離素子８０１を構成し、機能複合させている。窪んだ斜面８２８ａ〜ｃには光学部材８２０の屈折率と同等の約１．５の屈折率を示す樹脂を３箇所に充填する。図６には組み立てた状態の光ヘッドを示すが、光学部材８２０は実施例１で述べた偏光分離機能を有すると共に、実施例１で述べた復路光束の光路長調整機能も有していることが特徴的である。
【００１９】
図７は光軸方向から見た光ヘッドの平面図であり、図６に示した各部品を透視して示している。図中矢印８２９は光学部材８２０に形成された３箇所の斜面の方向即ち偏光透過方向を示しており、中央部の斜面８２８ｃは発光素子１０の接合面つまり偏波面の方向に沿っている。一方両側の斜面８２８ａ，８２８ｂは斜面８２８ｃの方向に対して、略４５度回転させた方向に斜面が向いている。  本実施例では光記録媒体（非図示）として光磁気ディスクを想定しており、光ヘッドの仕様としては、光記録媒体で反射される時に生じる復路光束８０１ｒ中のカー回転角を変調成分として検出する形式となっている。光記録媒体に入射する光束は直線偏光であり、本実施例では斜面８２８ｃに対してＰ偏光になっている。従って、往路光束（図６の８０１ｆ）は殆ど損失無く斜面８２８ｃを透過する。また、復路光束８０１ｒ（計４本の光束）は２本の光束が一対となり斜面８２８ａ及び８２８ｂを透過しようとするが、上記のように斜面８２８ａと斜面８２８ｂとはそれぞれ別方向に略４５度だけ回転しているため、復路光束８０１ｒに含まれる光磁気信号変調成分であるところのカー回転角を、直交する４５度方向に偏光透過した後に差動検出して検出できる。
【００２０】
ところで、光学部材８２０に形成された３箇所の窪んだ斜面のうち中央部の斜面８２８ｃを省略しても機能上は問題が無い。但し本実施例では部品製造方法上の観点から斜面を敢えて形成し、ここに実施例１で述べたような誘電体の多層薄膜をコーティングしている。その理由は、仮に斜面８２８ｃが無く平面であったとすると、誘電体薄膜を蒸着した場合、往路光束８０１ｆの入射角が０度となって、往路光束８０１ｆを透過せずにかなりの部分を反射してしまうのと、逆にこの微小な部分をコーティングしない為には、微妙かつ精密なマスキング工程が必要となってしまうからである。即ち斜面８２８ｃはダミーとして存在していると言える。しかしながら、この斜面８２８ｃによる偏光分離機能即ちフィルター効果を利用して、発行素子１０から出射するレーザ光線の消光比を向上させ、光磁気信号の品質を若干改善するという副次的な効果も存在する。
（実施例４）
実施例４は、光磁気信号検出用の光ヘッドに前述の実施例２に示した偏光分離素子を応用したものであり、図８，図９に図示する。
【００２１】
本実施例は上述の実施例３で説明したような窪んだ斜面８２８ａ，８２８ｂによる偏光分離機能を、偏光板９４０ａ，９４０ｂで置き換えたものである。従って図９に示す偏光板９４０ａ，９４０ｂの偏光透過方向は、それぞれ実施例３の斜面８２８ａ，８２８ｂの方向に対応している。
【００２２】
本実施例では、図８に示すように偏光板９４０ａ．９４０ｂを光学部材９２０にはめ込んで固着した状態で、光学部材９２０の平面に対して段差Ｌだけ偏光板が飛び出している。この段差Ｌによって復路光束の光路長を調整して焦点誤差信号の初期オフセットをキャンセルしているので、焦点誤差信号の検出光学系の調整工程を省略できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、往路の光学系と復路の光学系のそれぞれに関係する光学部品を共通化でき、発光素子と受光素子を共通のパッケージに収容できる。
【００２４】
また、光磁気信号を検出するための偏光分離素子が、他の光学部品と複合化、一体化でき、経時変化の少ない安定的な信号検出が可能となる。
【００２５】
また全体を通して、一体成形の光学部材や偏光分離素子の採用、そしてホログラム素子の一体化により、大幅な機能複合化、小型化、そして調整工程の簡略化が実現できるため、光記録再生装置の市場に与えるインパクトは大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の偏光分離素子を示す斜視図。
【図２】実施例１の偏光分離素子を示す断面図。
【図３】実施例１の偏光分離素子の、多層薄膜を示す断面図。
【図４】実施例２の偏光分離素子を示す斜視図。
【図５】実施例３の光ヘッドの、偏光分離素子を示す斜視図。
【図６】実施例３の光ヘッドを示す側断面図。
【図７】実施例３の光ヘッドを示す平面図。
【図８】実施例４の光ヘッドを示す側断面図。
【図９】実施例４の光ヘッドを示す平面図。
【符号の説明】
１０    発光素子
１５  仮想発光点
８０    パッケージ
８３０，９３０  ホログラム素子
６２２，８２２ａ，８２２ｂ，８２２ｃ    斜面
７４０，９４０ａ，９４０ｂ  偏光板
１１７５  第２受光素子
８０１ｆ，９０１ｆ  往路光束
８０１ｒ，９０１ｒ  復路光束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003551925.tif 000009
【図９】
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