(57)【要約】【課題】光の入射角度の違いによる回折効率の違いを無くすために、格子のデューティ比を限定することにより、光の入射角度が違っても回折効率がほぼ一定になるようにした偏光光学素子を提供する。【解決手段】本発明は、入射する光の偏光方向により回折効率が異なる偏光光学素子において、凹凸形状の回折格子を有し、格子の周期Λに対する格子の凸部の幅Ａの比率を格子のデューティー比（＝Ａ／Λ）と定義したときに、格子のデューティー比を０．４〜０．５とすることを特徴とする。すなわち、本発明の偏光光学素子では、格子のデューティー比を０．４〜０．５とすることにより、光の入射角度が違っても回折効率が等しく、かつ高効率になるようにすることができる。【選択図】              図３
2004212552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ピックアップ装置に用いられる偏光光学素子であって、
入射する光の偏光方向により回折効率が異なる回折格子（ホログラム）を有し、格子の周期に対する格子の凸部の幅の比率を格子のデューティー（ｄｕｔｙ）比と定義したときに、格子のデューティー比を０．４〜０．５とすることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の偏光光学素子において、
前記回折格子は、光学的異方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に等方性物質を充填してなることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項３】
光ピックアップ装置に用いられる回折光学素子であって、
請求項１または２記載の偏光光学素子を、第１光学部材と第２光学部材で挟んだ構造としたことを特徴とする回折光学素子。
【請求項４】
請求項３記載の回折光学素子において、
前記第１光学部材と前記第２光学部材の基板厚が異なることを特徴とする回折光学素子。
【請求項５】
請求項３または４記載の回折光学素子において、
前記第１光学部材と前記第２光学部材の屈折率が異なることを特徴とする回折光学素子。
【請求項６】
請求項３または４または５記載の回折光学素子において、
前記第１光学部材と前記第２光学部材のいずれか一方の表面に回折格子を形成したことを特徴とする回折光学素子。
【請求項７】
光源と光検出器を一体化したユニットに、請求項１または２記載の偏光光学素子あるいは請求項３〜６のいずれか一つに記載の回折光学素子を一体化したことを特徴とする光学素子ユニット。
【請求項８】
光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光して記録または再生を行う光ピックアップ装置において、
光路中に回折光学素子を配置して記録媒体からの反射光を回折光学素子により分岐し、光検出器で受光する光学系を備え、前記光路中に配置する回折光学素子が、請求項１または２記載の偏光光学素子、あるいは請求項３〜６のいずれか一つに記載の回折光学素子であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項９】
請求項８記載の光ピックアップ装置において、
請求項７記載の光学素子ユニットを用いることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
記録媒体に対して光ピックアップ装置を用いて情報の記録または再生を行う光ディスクドライブ装置において、
前記光ピックアップ装置として、請求項８または９に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光光学素子及び回折光学素子及び光学素子ユニット、並びにそれらを用いた光ピックアップ装置、及びその光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクドライブ装置等に搭載され、光ディスク等の記録媒体に対して情報の記録や再生を行う光ピックアップ装置が知られている。近年、光ピックアップ装置の小型化、低コスト化を図るために、記録媒体からの情報信号を含んだ反射光を光源に戻すことなく効率よく光検出器へ導く手段として回折光学素子（ホログラム素子）を用い、記録媒体からの反射光を回折光学素子（ホログラム素子）で回折して光源からの出射光と分岐することが行われている。
【０００３】
光ピックアップ装置に用いられる回折光学素子（ホログラム素子）とその製造方法については種々の提案がなされており、例えば特許文献１には、量産性を損うことなく高精度で所望のホログラム素子を製造するホログラム素子製造方法、及びその製造方法によって製造されたホログラム素子を提供することを目的として、「ホログラム素子のホログラムの各領域にホトリソグラフィー法で回折格子を形成するときに、各領域の回折格子の１次回折効率を測定して、各回折格子のデューティー比を算出し、このデューティー比に基づいて露光量を決定し、１次回折効率および露光量が所定の値になるようにホログラム素子を製造する」ことが記載されている。
【０００４】
ここで、特許文献１には、ホログラムのデューティー（ｄｕｔｙ）比を確認しながら回折効率比を一定にするホログラム加工方法の例が開示されている。光ピックアップ装置におけるホログラムは、複数の領域に分割されているが、この複数の領域間で回折効率が異なると信号にオフセットが生じる（特にトラッキング信号におけるバランス特性が乱れる）。したがって、ホログラムの各領域の回折効率は等しくなるようにしなければならない。各領域間の回折効率が理想的に全く等しい場合は、回折効率比は１．０となるが、製造上の理由で領域ごとに回折効率はバラツクので、各領域間の回折効率比は０．９〜１．１の範囲に抑えるようにしている。この範囲に抑えるために、デューティー比を０．４〜０．６にしている。
【０００５】
ところで、偏光性のホログラムは、レーザ光源からの光を高効率（約９７％）で透過させ、光ディスクからの反射光を高効率（約３８％）で回折させるので、光ディスクドライブ装置の記録および再生の高速化を図る上で重要な光学素子である。その反面、回折効率の高効率化のためにホログラムの溝を深く加工しなければならない。しかしながら、溝が深く、ピッチ（格子周期）の小さいホログラムは体積ホログラムの特性が表れる。光ピックアップ装置に使う上で問題になる体積ホログラムの特性とは、光の入射角度により回折効率が異なる角度依存性のことである。光ピックアップ装置において、ホログラムを光源とカップリングレンズの間に配置すると、収束光がホログラムに入るので光束の中心部と周辺部とでは光の入射角度が異なる。したがって体積ホログラムでは回折効率が異なることになり、信号にオフセットが生じてしまう。このため、本発明者らは、溝深さを浅くして、オフセットを最小限に抑えることを提案している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５８７２５号公報
【特許文献２】
特開平６−１９４５２３号公報
【特許文献３】
特許第２５９４５４８号公報
【特許文献４】
特開２０００−７５１３０号公報
【特許文献５】
特開平９−１０２１３８号公報
【非特許文献１】
光波電子光学、小山、西原共著、コロナ社、ｐ１１６〜１２２
【非特許文献２】
光集積回路、西原、春名、栖原共著、オーム社、ｐ１６７〜１７０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は回折光学素子の回折効率を光の入射角によらず一定にするための発明である。図１６にＢＫ７ガラス上にピッチ（格子周期）が異なるホログラムを形成した時の格子の溝深さと回折効率の関係を示す。ピッチ（格子周期）が１．６〜２．０μｍと異なる場合において、溝深さを変えていくとピッチごとに最大回折効率は異なるが、深さが０．６〜０．６５μｍ近辺で回折効率は４０％程度と最大になる。
仮に、ピッチ１．６μｍ、深さ０．６５μｍとすると、ホログラムの体積性を示すＱ値：
Ｑ＝２πλＴ／ｎ０Λ２
λ：波長（６６０ｎｍ）
Ｔ：格子溝深さ
ｎ０：屈折率（１．２５（１．５と１．０の平均））
Λ：格子ピッチ
は、０．８４となる。この場合、Ｑ値が１以下なのでこの場合は平面ホログラムとして扱うことができ、光の入射角によらずほぼ一定の回折効率が得られる。
【０００８】
次に図１７に液晶を用いてピッチ（格子周期）が異なる偏光ホログラムを形成した時の格子の溝深さと回折効率の関係を示す。ピッチが１．６〜２．０μｍと異なる場合において、溝深さを変えていくとピッチごとに最大回折効率は異なるが、溝深さが１．７〜１．８μｍ近辺で回折効率は最大になる。仮に、ピッチ１．６μｍ、深さ１．８μｍとすると、ホログラムの体積性を示すＱ値：
Ｑ＝２πλＴ／ｎ０Λ２
λ：波長（６６０ｎｍ）
Ｔ：格子溝深さ
ｎ０：屈折率（１．６（１．７と１．５の平均））
Λ：格子ピッチ
は、１．８２となる。この場合、Ｑ値が１以上なので平面ホログラムとしては扱うことはできず、体積ホログラムの特性が表れてくる。ここで図１８に偏光ホログラムのＱ値を変えたときの回折効率の光束入射角依存性を示す。Ｑ値が１以上で体積ホログラムの特性があると、図１８に示すように光の入射角αにより回折効率が異なる（詳細については、非特許文献１参照）。このように偏光ホログラムでは通常の無偏光のホログラムに比べて、溝深さを深くしなければ高い回折効率が得られないので、溝深さＴが大きくなる分、Ｑ値が大きくなる。結果として体積ホログラムの特性が表れ、光の入射角により回折効率が異なることになる。入射角により回折効率が異なるとトラック信号にアンバランスが生じ、信号にオフセットが発生する。
【０００９】
さらに液晶を用いた偏光ホログラムにおいて、格子のデューティー比（格子の凸部の幅Ａ／ピッチΛ）を変えた場合について検討した。格子のデューティー比を０．１〜０．９まで変えて、波長４０３ｎｍの光が垂直入射した場合に最大回折効率が得られる深さの格子に対して、光の入射角度を−２０〜２０°まで変えた時の回折効率の変化を図３に示す。格子のデューティー比が０．１〜０．３と小さい場合は入射角度依存性があり、光の入射角により回折効率が異なることがわかる。このように偏光ホログラムでは、溝深さＴが大きく、Ｑ値が大きい場合のほかに、デューティー比が小さい場合も回折効率の角度依存性が顕著になることがわかってきた。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、偏光ホログラムで生じる体積ホログラムの特性、すなわち回折効率の入射角度依存性を抑制する方法を提案するものである。そして、本発明の目的は、光の入射角度の違いによる回折効率の違いを無くすために、格子のデューティを限定することにより、光の入射角度が違っても回折効率がほぼ一定になるようにした偏光光学素子及び回折光学素子を提供することである。また、本発明では、その偏光光学素子または回折光学素子を光源、光検出器と一体に構成した光学素子ユニットを提供することを目的とする。さらに本発明では、回折効率がほぼ一定になるようにした偏光光学素子または回折光学素子を光学系に用いて信号のオフセットを小さくし、信頼性を向上した光ピックアップ装置を提供することを目的し、さらには、その光ピックアップ装置を搭載することにより安定した信号検出が可能な光ディスクドライブ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、光ピックアップ装置に用いられる偏光光学素子であって、入射する光の偏光方向により回折効率が異なる回折格子（ホログラム）を有し、格子の周期に対する格子の凸部の幅の比率を格子のデューティー（ｄｕｔｙ）比と定義したときに、格子のデューティー比を０．４〜０．５とすることを特徴とする。すなわち、請求項１記載の偏光光学素子では、格子のデューティー比を０．４〜０．５（より好ましくは略０．４５）とすることにより、光の入射角度が違っても回折効率が等しく、かつ高効率になるようにするものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の偏光光学素子において、前記回折格子は、光学的異方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に等方性物質を充填してなることを特徴とする。すなわち、請求項２記載の偏光光学素子では、光学的異方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に等方性物質を充填した構成として、格子のデューティー比を０．４〜０．５になるように精度良く加工することにより、光の入射角度が違っても回折効率が等しくなるようにすると同時に低コスト化を図るものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、光ピックアップ装置に用いられる回折光学素子であって、請求項１または２記載の偏光光学素子を、第１光学部材と第２光学部材で挟んだ構造としたことを特徴とする。すなわち、請求項３記載の回折光学素子では、請求項１または２記載の偏光光学素子を２つの光学部材で挟むことにより、平面性が高く、熱や湿度に対して安定になるようにするものである。また、空気→ガラス→偏光光学素子の順に光が入ってくるので、空気から直接偏光光学素子に光が入る場合に比べて、偏光光学素子に入る光の入射角度が小さくなり、入射角度依存性の許容値を大きく確保できるようになる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の回折光学素子において、前記第１光学部材と前記第２光学部材の基板厚が異なることを特徴とする。すなわち、請求項４記載の回折光学素子は、２つの光学部材の厚さを異ならせることにより、偏光光学素子を光検出器から遠ざけて、格子のピッチを大きくすることにより、Ｑ値を小さくして回折効率の入射角度依存性を緩和するものである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項３または４記載の回折光学素子において、前記第１光学部材と前記第２光学部材の屈折率が異なることを特徴とする。すなわち、請求項５記載の回折光学素子は、２つの光学部材のうち一方の部材の屈折率が他方の部材の屈折率よりも大きくすることにより、偏光光学素子に入る光の入射角度をより小さくして、入射角度依存性の許容値をさらに大きく確保できるようにするものである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項３または４または５記載の回折光学素子において、前記第１光学部材と前記第２光学部材のいずれか一方の表面に回折格子を形成したことを特徴とする。すなわち、請求項６記載の回折光学素子は、２つの光学部材のうち、一方の部材に回折格子（グレーティング）を設けることにより、３つのビームを使った信号検出ができるようにし、光軸ずれに対して安定な信号検出ができるようにするものである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、光源と光検出器を一体化したユニットに、請求項１または２記載の偏光光学素子あるいは請求項３〜６のいずれか一つに記載の回折光学素子を一体化したことを特徴とする。すなわち、請求項７記載の光学素子ユニットは、光源と光検出器を一体化したユニットに、偏光光学素子や回折光学素子を一体化することにより、経時変化に安定な信号検出ができるようにするものである。
【００１８】
請求項８に係る発明は、光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光して記録または再生を行う光ピックアップ装置において、光路中に回折光学素子を配置して記録媒体からの反射光を回折光学素子により分岐し、光検出器で受光する光学系を備え、前記光路中に配置する回折光学素子が、請求項１または２記載の偏光光学素子、あるいは請求項３〜６のいずれか一つに記載の回折光学素子であることを特徴とする。また、請求項９に係る発明は、請求項８記載の光ピックアップ装置において、請求項７記載の光学素子ユニットを用いることを特徴とする。すなわち、請求項８，９記載の光ピックアップ装置は、光の入射角度が違っても回折効率が等しい偏光光学素子または回折光学素子を使うことにより、信号のオフセットを小さくして光ピックアップ装置の信頼性向上を図るものである。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、記録媒体に対して光ピックアップ装置を用いて情報の記録または再生を行う光ディスクドライブ装置において、前記光ピックアップ装置として、請求項８または９に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。すなわち、請求項１０記載の光ディスクドライブ装置は、請求項８または９記載の光ピックアップ装置を搭載することにより、安定した信号検出が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（実施例１）
まず、図１〜図４を参照して本発明の第１の実施例を説明する。図１は偏光光学素子の一例を示す、偏光ホログラムの概略要部断面図である。この偏光ホログラム１Ａは、複屈折性を有する光学的異方性材料（複屈折性材料と言う）２に凹凸形状の回折格子（ホログラム）を形成したものである。図１に示すように、波長λ（４０３ｎｍ）の光が偏光ホログラム１Ａに垂直入射（０°入射）すると透過光（０次光）と回折光（ここでは±１次光だけ示す）を生じる。ここで偏光ホログラム１Ａのピッチ（格子周期）は１μｍで、波長４０３ｎｍの光が垂直に入射した時の回折効率が最大になるような溝深さになっているものとする。このように設定された偏光ホログラム１Ａにおいて、格子のデューティー（ｄｕｔｙ）比（ｄｕｔｙ比＝格子の凸部の幅Ａ／格子の周期Λ）を０．１〜０．９まで変化させたサンプルを用意し、図２に示すように光を−２０°から＋２０°まで入射角を変化させてホログラムに入射させて＋１次光の回折効率を測定する。格子のデューティー比が０．１〜０．９の各サンプルの場合の＋１次光の回折効率の結果を図３に示す。
【００２２】
回折効率は、光の入射角度に関わらず一定で、かつ高効率であることが望ましいが、図３からわかるように、格子のデューティー比が０．１〜０．３５では光の入射角度により回折効率は大きく変化している。また、デューティー比が０．７〜０．９では入射角度により回折効率も変化する上、回折効率自体が低い値になっている。デューティー比が０．１〜０．３５の場合のように回折効率が入射角度で変化すると、図４に示すように偏光ホログラム１Ａに収束光が入った場合、入射角度により回折効率が大きく違うので、回折光の強度分布は左右対称ではなくなってしまう。すなわち＋の角度で入った光の回折効率は低く、−の角度で入った光の回折効率は高いので強度分布は対称ではなくなってしまう。このような偏光ホログラムを光ピックアップ装置の光学系に用いると、信号にアンバランスを生じて、オフセットが発生してしまう。一方、デューティー比が０．７〜０．９の場合では回折効率自体が低いので、このような偏光ホログラムを光ピックアップ装置の光学系に用いると検出光量が小さく、高速な記録・再生に適さなくなる。
【００２３】
以上の結果から、格子のデューティー比は０．４〜０．６が好ましい範囲と考えられる。但し、デューティー比が０．５５〜０．６では入射角度により回折効率は変化せずに良好な角度特性である反面、回折効率がデューティー比０．４〜０．５の場合に比べて約１０％も低くなるので、高速な記録・再生を目指す上では好ましくない。したがって、角度依存性の少なさと回折効率の高さを満たす観点から、デューティー比は０．４〜０．５が望ましく、デューティー比０．４では回折効率の角度依存性が少しあり、デューティー比０．５では回折効率が低いので、デューティー比は０．４５が最適と言える。
格子のデューティー比が０．４〜０．５の場合、入射角が＋１０°より大きくなると回折効率が低下しているが、通常の光ピックアップ装置ではコリメートレンズの開口数（ＮＡ）やレーザ光源の放射角度の制限から、偏光ホログラムに入射する角度はほとんどの場合、±１０°以下であるので実用上は問題ないレベルである。
【００２４】
（実施例２）
実施例１では偏光ホログラム１Ａのデューティー比は０．４〜０．５が適していると述べたが、逆にデューティー比のバラツキを０．４〜０．５に抑えなけばならない。
偏光ホログラムの作り方としては幾つかの方法があるが、ＬｉＮｂＯ３結晶を用いてプロトン交換により偏光ホログラムを製造する方法が知られている（特許文献２参照）。また、プロトン交換の方法については、非特許文献２に記載されている。プロトン交換では、水素イオンが結晶中に浸透することを利用するので、矩形でデューティー比を精度良く作ることは難しい。したがって、格子のデューティー比を０．４〜０．５に制御して偏光ホログラムを作るには、機械的、化学的に溝加工を行うことが望ましい。具体的には図５に示す偏光ホログラム１Ｂのように、光学的異方性材料（複屈折性材料）２にエッチングにより凹凸形状の格子を形成し、少なくともその凹部を、光学的異方性材料の屈折率ｎｏ、ｎｅの一方と同じ屈折率の等方性材料３で充填する方法が適している（特許文献３参照）。
【００２５】
ここで、図５に示すような構成の偏光ホログラム１Ｂにおいて、本実施例では光学的異方性材料２として有機延伸膜を使うことを提案する。特許文献３では、光学的異方性材料としてカルサイトが示されているが、有機延伸膜はカルサイトに比べて大面積化が容易で、膜厚が薄く、安価に入手できると言うメリットを持っている。格子のデューティー比を０．４〜０．５になるように加工するためには、フォトリソグラフィー工程において、デューティー比が０．４〜０．５になるようにマスクを形成すれば良い。有機膜延伸膜の具体例としては、ポリイミドやポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の高分子フィルムを延伸により分子鎖を一軸方向に配向させ、面内複屈折を発生させる方法がある。図６は有機延伸膜の作製方法の一例を示しており、ガラス基板上にポリアミド酸膜を形成し、これを基板から剥離した後、延伸により分子鎖を一軸方向に配向させてポリイミド複屈折膜を作製した例である。この方法では、延伸の時の温度や加える力により複屈折Δｎを変えることができ、安価で量産可能な方法である。尚、本出願人は、有機延伸膜をホログラムに用いることを既に提案している（特許文献４参照）。
【００２６】
さらに有機延伸膜以外の材料として液晶を用いることも可能である。液晶は、電圧印加の有無により配向方向が変わり、配向方向の違いが屈折率の違いとなる。ここで、図７に液晶を用いた偏光ホログラムの作製工程を示す。図７（ａ）に示すように、２つの基板５ａ，５ｂの間に液晶４を設け、図７（ｂ）に示すように、液晶の両面に電極を設けて電圧印加させて配向させた状態で、格子パターンを形成したマスク６を通して露光し、液晶４を硬化させる。次に図７（ｃ）に示すように、液晶の硬化した所だけを残して、その他の部分は上側の基板５ｂとともに除去し、図７（ｄ）に示すように、液晶４の屈折率ｎｏ、ｎｅの一方と同じ屈折率の等方性材料３を凹部に充填すれば偏光ホログラム１Ｃを形成できる。この工程ではエッチング工程が不要なので、工程が簡素化され、高価なエッチング装置が不要なので設備投資が安く、低コスト化も図れる。
【００２７】
また、液晶を使って偏光ホログラムを作る別の方法としては、図８に示すような方法もある。まず図８（ａ），（ｂ）に示すように、等方性基板５ａにフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行って凹凸加工した後、図８（ｃ）に示すように、もう１枚の基板５ｂと貼り合わせ、図８（ｄ）に示すように、基板間に液晶４を充填して、偏光ホログラム１Ｄを作製する。この方法は、例えば特許文献５に開示されている。この方法では、ガラス基板等をエッチングするので、デューティー比を０．４〜０．５に管理して加工しやすいというメリットを有する。
【００２８】
（実施例３）
次に実施例１，２に示した偏光光学素子（偏光ホログラム）を２つの光学部材（例えば透明な平面基板）で挟んだ構成の回折光学素子について説明する。図９にその構成例を示す。この回折光学素子（偏光ホログラム素子）１Ｅは、図５に示した偏光光学素子（偏光ホログラム）１Ｂを、第１光学部材７と第２光学部材８とで挟んだ構成になっている。このような構成にすると光学部材（具体的にはガラスもしくはプラスチック部材からなる透明な平面基板）７，８により偏光光学素子１Ｂが覆われるので、平面性が高く、熱や湿度に対して安定になる。また、直接ホログラム面に触れることがないので、偏光ホログラムが傷ついたり、汚れたりすることがない。このように光学部材７，８で偏光光学素子１Ｂを覆った構成とすれば、その光学部材の表面であれば汚れた場合でも拭くことができる。
【００２９】
さらに偏光光学素子１Ｂが光学部材７，８で覆われている場合は、図１０（ａ）に示すように空気→光学部材７→偏光光学素子１Ｂの順に光が入ってくるので、図１０（ｂ）に示すように空気から直接偏光光学素子１Ｂに光が入る場合に比べて、偏光光学素子１Ｂに入る光の入射角度が小さくなる。また、光の入射角がθ０の時、図１０（ｂ）に示すように、光学部材がない場合は、光は偏光光学素子１Ｂに入射角θ０で入射するが、図１０（ａ）のように光学部材７があると、スネルの法則により、
ｓｉｎθ０＝ｎ１・ｓｉｎθ１
となり、光は偏光光学素子１Ｂに入射角θ１で入射する。仮にθ０＝１０°、光学部材７の屈折率ｎ１がｎ１＝１．５とすると、θ１＝６．６５°となり、光学部材７があると偏光光学素子１Ｂへの入射角度が小さくなることがわかる。前述の図３で示したように、回折効率は入射角度により変動するので、入射する光の角度の範囲が狭ければ、利用できるデューティー比の範囲を広げることができ、加工バラツキの許容値が大きくなり、歩留りが向上する。
【００３０】
（実施例４）
次に実施例３で示した回折光学素子を光学素子ユニットに一体化した場合の第１光学部材７と第２光学部材８の関係を説明する。まず、本発明の回折光学素子１Ｅを光学素子ユニット１１に搭載した場合の構成例を図１１に示す。この光学素子ユニット１１は、図１１（ａ）に示すように、半導体レーザからなる光源９と光検出器（受光素子）１０を一体に収納したユニット１１ａの光出・入射用の開口部に、実施例３で示した回折光学素子（偏光ホログラム素子）１Ｅを固定して一体化した構成のホログラム光源ユニットである。
ここで回折光学素子１Ｅの偏光ホログラム１Ｂの格子ピッチは、ホログラム面と、光検出器１０の受光素子面の間隔で決まる。偏光ホログラム１Ｂの格子ピッチはできるだけ大きい方が加工が容易で、Ｑ値も大きくなるので望ましい。偏光ホログラム１Ｂの格子ピッチを大きくするためには、ホログラム面と、光検出器１０の受光素子面を、光軸方向（図１１のＺ軸方向）に遠ざければよい。したがって、図１１（ｂ）に示すように、第２光学部材８を厚くすればホログラム面を光検出器１０の受光素子面から遠ざけることができる。
【００３１】
しかしながら、第２光学部材８を厚くした分、第１光学部材７も厚くすると回折光学素子全体が厚くなるので、ダイシングで切るときに切りにくくなる。ダイシングはダイサーという刃を回転させて切るので、厚いものを切る時は切削速度を遅くしなければならず、加工時間が長くなる。したがって生産性が低下する。ダイシングのことを考慮すると、回折光学素子全体の厚さとしては、せいぜい３．５ｍｍ以下程度にしなければいけないので、図１１（ｂ）に示すように、第２光学部材８を厚くした分、第１光学部材７は薄くした方が望ましい。
以上のように、第２光学部材８を厚くしたことにより、偏光ホログラム１Ｂの格子ピッチを大きくでき、偏光ホログラム１Ｂの加工が容易になる。さらに第１光学部材７は薄くしたことにより、回折光学素子全体の厚さを厚くならないようにでき、ダイシング加工にかかる時間を長くしないため、生産性の低下を防ぐことができる。
【００３２】
（実施例５）
次に実施例４で示した光学素子ユニット１１の回折光学素子１Ｅの第１光学部材７と第２光学部材８の関係をさらに説明する。第１光学部材７の屈折率ｎ１は、実施例３で説明したように、
ｓｉｎθ０＝ｎ１・ｓｉｎθ１
となるので、屈折率ｎ１が大きいほど偏光ホログラム１Ｂへの入射角度θ１が小さくなり、角度依存性の影響を緩和するのに効果がある。したがって、第１光学部材７は屈折率が１．７くらいの高屈折率ガラスを用いることが望ましい。その一方、第２光学部材８は実施例４で示したように基板厚さを厚くすることが望ましい。基板厚さを厚くしてもコストが高くなったり、ダイシングで切りにくくなったりしないように、安価で加工が容易な材料であることが望ましい。具体的には、ＢＫ７や石英ガラスや樹脂などである。このように第１光学部材７と第２光学部材８は別の光学材料としたほうが、角度依存性の緩和、偏光ホログラムの加工性の観点から有利である。
【００３３】
（実施例６）
光ピックアップ装置では、３ビーム法やＤＰＰ法など３つの光ビームを光ディスクに照射してトラック信号を検知する方法が良く知られている。３つの光ビームを使うことにより１つの光ビームを照射する方法に比べてトラックオフセットの影響を受けにくくなる。３つの光ビームを生成するためには回折格子（グレーティング）が必要であるが、図１２に示すように、３つの光ビームを生成するためのグレーティング１２を、第２光学部材８の１面に形成することができる。グレーティング１２で生成させる３つの光ビームを、メインビーム（０次光）、サブビーム（±１次光）と分けると、メインビーム（０次光）は光ディスクから反射されて回折光学素子１Ｅに垂直に入射するが、サブビーム（±１次光）は回折光学素子１Ｅに垂直ではなく、プラスとマイナスの逆の所定の傾きを持って入射する。従って偏光光学素子１Ｂに角度依存性があると、サブビームのうち、＋１次光は回折効率が高く、−１次光は回折効率が低いといった現象が生じてしまい、正確なトラック検出ができなくなってしまう。したがって、本発明のように格子のデューティー比を０．４〜０．５に限定し、角度依存性を抑制した構成の偏光光学素子１Ｂ（または回折光学素子１Ｅ）を光ピックアップ装置に用いることは、３ビーム法やＤＰＰ法など、３つの光ビームを光ディスクに照射してトラック信号を検知する方法に対しても、正確な信号検出ができる有効な手段となる。
【００３４】
（実施例７）
次に光ピックアップ装置の実施例を説明する。図１３は本発明の一実施例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。図１３において、符号１１は光学素子ユニット（ホログラム光源ユニット）、１３はカップリングレンズ、１４は立上げミラー、１５は１／４波長板、１６は集光レンズである対物レンズ、１７は記録媒体である光ディスクである。図１３に示す光ピックアップ装置の光学素子ユニット１１のユニット内には、図１１または図１２に示したように、光源９及び光検出器（受光素子）１０が一体に配設されており、そのユニットの光出・入射用の開口部に回折光学素子１Ｅが一体に設置されている。尚、図１３に示す構成は一例であり、本発明に係る光ピックアップ装置はこの構成に限定されるものではない。
【００３５】
図１３において、光学素子ユニット１１内の光源（例えば半導体レーザ）９から出射された直線偏光の光は、回折光学素子（偏光ホログラム素子）１Ｅを透過し、カップリングレンズ１３で略平行光になり、立上げミラー１４で光路を略直角方向に偏向され、１／４波長板１５を透過して円偏光となり、対物レンズ１６で集光されて光ディスク１７の記録面に微小なスポット光として照射される。そして、光ディスク１７の記録面上の信号を読み取った光は、記録面で反射されて往路とは反対回りの円偏光となり、対物レンズ１６で略平行光とされ、１／４波長板１５を透過して往路とは直交した直線偏光となり、立上げミラー１４で光路を偏向され、カップリングレンズ１３に戻り、回折光学素子（偏光ホログラム素子）１Ｅの偏光ホログラム１Ｂで回折されて分岐され、分岐された光は光検出器（受光素子）１０で受光され、情報信号、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号等の信号が検出される。
【００３６】
図１３に示すような構成の光ピックアップ装置に、実施例１〜６に示した偏光光学素子や回折光学素子を用いれば、以下のような利点がある。
（１）入射角度によらず回折効率が均一なので、信号出力にアンバランスが無く正確なトラッキング誤差信号の検出ができる。
（２）回折効率が均一で、かつ回折効率自体も高いので、高速記録・再生に対応できる。
（３）回折光学素子１Ｅの光学部材７により偏光ホログラム１Ｂに入射する光の入射角度の範囲を狭い範囲に抑えられるので、利用できるデューティー比の範囲を広げることができ、加工バラツキの許容値が大きくなり、歩留りが向上する。
また、このような回折光学素子を、図１１または図１２に示すように、光源９と光検出器１０が一体となった光学素子ユニット１１に一体化することにより、経時変化に安定な信号検出ができる。
【００３７】
（実施例８）
実施例７に示した光ピックアップ装置は、回折効率が高く、均一な回折効率の偏光ホログラムを用いるので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られる。また、回折効率が高いと信号検出系の光集積回路（ＯＰＩＣ）のゲインを小さくでき、ＯＰＩＣの高速応答化に貢献できる。また、入射角度により回折効率が変わらなければオフセットの小さい信号が得られる。したがって光ディスクドライブ装置の記録・再生速度の高速化と安定したサーボ制御を達成することができる。
さらに、本発明に係る光ピックアップ装置は、偏光分離に偏光ホログラム１Ｂを用いた回折光学素子１Ｅを用い、光源１と光検出器（受光素子）１０を配設した光学素子ユニット１１と一体化しているので、光ピックアップ装置の小型化、薄型化が可能であり、図１４に示すようなノート型パーソナルコンピュータ１９に搭載される光ディスクドライブ装置２０の光ピックアップ装置として好適に用いることができる。
【００３８】
次に光ディスクドライブ装置の構成例を図１５に示す。図１５は光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。この光ディスクドライブ装置２０は、情報記録媒体としての光ディスク１７を回転駆動するためのスピンドルモータ２２、光ピックアップ装置２３、レーザコントロール回路２４、エンコーダ２５、モータドライバ２７、再生信号処理回路２８、サーボコントローラ３３、バッファＲＡＭ３４、バッファマネージャ３７、インターフェース３８、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）３９、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４０、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４１などを備えている。尚、図１１における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表わすものではない。また、光ディスク１７としては、ＣＤ（コンパクト・ディスク）系の光ディスク（ＣＤ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ）や、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）系の光ディスク（ＤＶＤ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ）等があり、光ピックアップ装置２３内に波長の異なる光源を複数備えることにより、互換性を持たせることができる。
【００３９】
光ピックアップ装置２３は、光ディスク１７のスパイラル状または同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光を照射すると共に、記録面からの反射光を受光し、情報の記録または再生を行うための装置であり、例えば実施例７で説明した図１３のような構成となっている。
再生信号処理回路２８は、光ピックアップ装置２３の出力信号である電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいてウォブル信号、再生情報を含むＲＦ信号及びサーボ信号（フォーカスエラー信号、トラックエラー信号）などを検出する。そして、再生信号処理回路２８では、ウォブル信号からアドレス情報及び同期信号等を抽出する。ここで抽出されたアドレス情報はＣＰＵ４０に出力され、同期信号はエンコーダ２５に出力される。さらに、再生信号処理回路２８では、ＲＦ信号に対して誤り訂正処理等を行なった後、バッファマネージャ３７を介してバッファＲＡＭ３４に格納する。また、サーボ信号は再生信号処理回路２８からサーボコントローラ３３に出力される。サーボコントローラ３３では、サーボ信号に基づいて光ピックアップ装置２３を制御する制御信号を生成し、モータドライバ２７に出力する。
【００４０】
前記バッファマネージャ３７では、バッファＲＡＭ３４へのデータの入出力を管理し、蓄積されたデータ量が所定の値になると、ＣＰＵ４０に通知する。前記モータドライバ２７では、サーボコントローラ３３からの制御信号及びＣＰＵ４０の指示に基づいて、光ピックアップ装置２３及びスピンドルモータ２２を制御する。前記エンコーダ２５では、ＣＰＵ４０の指示に基づいて、バッファＲＡＭ３４に蓄積されているデータをバッファマネージャ３７を介して取り出し、エラー訂正コードの付加などを行い、光ディスク１７への書き込みデータを作成するとともに、再生信号処理回路２８からの同期信号に同期して、書き込みデータをレーザコントロール回路２４に出力する。前記レーザコントロール回路２４では、エンコーダ２５からの書き込みデータに基づいて、光ピックアップ装置２３からのレーザ光出力を制御する。
【００４１】
前記インターフェース３８は、ホスト（例えば、パーソナルコンピュータ）との双方向の通信インターフェースであり、ＡＴＡＰＩ（ＡＴ  Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）及びＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等の標準インターフェースに準拠している。
前記ＲＯＭ３９には、ＣＰＵ４０にて解読可能なコードで記述された制御用のプログラム等が格納されている。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ３９に格納されている前記プログラムに従って上記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にＲＡＭ４１に保持する。
【００４２】
以上、光ディスクドライブ装置の一構成例を説明したが、本発明では光ピックアップ装置２３として、実施例１〜６で説明した光学素子（偏光光学素子、回折光学素子）を用いた光ピックアップ装置（例えば図１３の構成）を搭載しているので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られ、かつ記録・再生速度の高速化を達成することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の偏光光学素子では、格子のデューティー比を０．４〜０．５（より好ましくは略０．４５）と限定することにより、回折効率の入射角度依存性を抑制でき、光の入射角度が違っても回折効率が等しく、かつ高効率になるようにすることができるので、信号にアンバランスが出ることなく高い回折効率を得ることができる。
請求項２記載の偏光光学素子では、光学的異方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に等方性物質を充填した構成としたので、格子のデューティー比を０．４〜０．５になるように精度良く加工することができ、光の入射角度が違っても回折効率が等しくなるようにすると同時に、低コスト化を図ることができる。
【００４４】
請求項３記載の回折光学素子では、請求項１または２記載の偏光光学素子を２つの光学部材で挟むことにより、偏光光学素子が光学部材で覆われるので平面性が高く、熱や湿度に対して安定になる。また、直接ホログラム面に触れないので、偏光光学素子が傷ついたり、汚れたりすることがない。さらに、偏光光学素子への光の入射角度を小さくできるので、入射角度依存性の許容値を大きく確保できるようになり、回折効率の変動を小さくできる。
請求項４記載の回折光学素子では、２つの光学部材の厚さを異ならせることにより、素子全体の厚さを変えることなく、偏光光学素子を光検出器から遠ざけて、格子のピッチを大きくすることができ、Ｑ値を小さくして回折効率の入射角度依存性を緩和することができる。また、偏光光学素子の格子ピッチを大きくすることができるので加工しやすくなる。
【００４５】
請求項５記載の回折光学素子では、２つの光学部材のうち一方の部材の屈折率を他方の部材の屈折率よりも大きくすることにより、偏光光学素子に入る光の入射角度をより小さくして、入射角度依存性の許容値をさらに大きく確保できるようにすることができ、コストアップすることなく加工性に優れた回折光学素子を提供することができる。
請求項６記載の回折光学素子では、２つの光学部材のうち、一方の部材に回折格子（グレーティング）を設けることにより、３つのビームを記録媒体に照射して信号検出ができ、光軸ずれに対して安定なトラック信号検出ができるようになる。また、サブビームがある角度を持って偏光光学素子に入射しても、格子のデューティー比を０．４〜０．５と限定して回折効率の入射角度依存性を抑制しているので、サブビーム信号にアンバランスが出ることなく高い回折効率を得ることができる。
請求項７記載の光学素子ユニットでは、光源と光検出器を一体化したユニットに、偏光光学素子または回折光学素子を一体化することにより、経時変化に安定な信号検出ができるようになる。
【００４６】
請求項８，９記載の光ピックアップ装置では、光の入射角度が違っても回折効率が等しい偏光光学素子または回折光学素子を使うことにより、信号出力にアンバランスが無く、正確なトラッキング信号検出ができるうえに高速記録が可能となる。
請求項１０記載の光ディスクドライブ装置では、請求項８または９記載の光ピックアップ装置を搭載することにより、安定した信号検出ができ、記録・再生速度の高速化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光光学素子の一例を示す偏光ホログラムの概略要部断面図である。
【図２】図１に示す偏光ホログラムに入射角度を変えて光を入射させ、１次光の回折効率を測定する方法の説明図である。
【図３】（ａ）はデューティー比が０．１〜０．９の偏光ホログラムのサンプルを用い、光の入射角度を−２０°から＋２０°まで変化させて＋１次光の回折効率を測定した結果を示す図、（ｂ）は偏光ホログラムの格子のデューティー比の説明図である。
【図４】偏光ホログラムに収束光が入射した場合の回折光の強度分布の説明図である。
【図５】本発明の一実施例を示す偏光光学素子の概略要部断面図である。
【図６】有機延伸膜の作製方法の一例を示す図である。
【図７】液晶を用いた偏光光学素子の作製工程の一例を示す図である。
【図８】液晶を用いた偏光光学素子の作製工程の別の例を示す図である。
【図９】本発明の一実施例を示す回折光学素子の概略要部断面図である。
【図１０】図９に示す回折光学素子の作用効果の説明図である。
【図１１】図９に示す回折光学素子を一体化した光学素子ユニットの構成説明図である。
【図１２】光学部材の１面にグレーティングを設けた回折光学素子を用いた光学素子ユニットの構成説明図である。
【図１３】本発明の一実施例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図１４】ノート型パーソナルコンピュータとそれに搭載される光ディスクドライブ装置の一例を示す外観斜視図である。
【図１５】光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】ＢＫ７ガラス上にピッチの異なる凹凸形状のホログラムを形成した時の、格子の溝深さと回折効率の関係を示す図である。
【図１７】液晶を用いてピッチの異なる偏光ホログラムを形成した時の、格子の溝深さと回折効率の関係を示す図である。
【図１８】偏光ホログラムのＱ値を変えたときの回折効率の光束入射角依存性を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ：偏光ホログラム（偏光光学素子）
１Ｅ：回折光学素子
２：光学的異方性材料（複屈折性材料）
３：光学的等方性材料
４：液晶
５ａ，５ｂ：基板
６：マスク
７：第１光学部材
８：第２光学部材
９：光源
１０：光検出器（受光素子）
１１：光学素子ユニット
１２：グレーティング（回折格子）
１３：カップリングレンズ
１４：立上げミラー
１５：１／４波長板
１６：対物レンズ
１７：光ディスク（記録媒体）
【図１】
2004212552.tif 000003
【図２】
2004212552.tif 000004
【図３】
2004212552.tif 000005
【図４】
2004212552.tif 000006
【図５】
2004212552.tif 000007
【図６】
2004212552.tif 000008
【図７】
2004212552.tif 000009
【図８】
2004212552.tif 000010
【図９】
2004212552.tif 000011
【図１０】
2004212552.tif 000012
【図１１】
2004212552.tif 000013
【図１２】
2004212552.tif 000014
【図１３】
2004212552.tif 000015
【図１４】
2004212552.tif 000016
【図１５】
2004212552.tif 000017
【図１６】
2004212552.tif 000018
【図１７】
2004212552.tif 000019
【図１８】
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