(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも透明導電性膜と、断面形状が凹凸状の回折格子とがこの順番でそれぞれの表面に形成された２枚の透明基板間に、それぞれの回折格子が対向するように配置されて液晶層が挟持されてなる回折素子において、
回折格子は透明絶縁性膜により作製されており、一方の回折格子を形成する透明絶縁性膜の屈折率が液晶層の常光屈折率および異常光屈折率のうちのいずれか一方に等しく、他方の回折格子を形成する透明絶縁性膜の屈折率が液晶層の常光屈折率および異常光屈折率のうちの他方に実質的に等しく、
２枚の前記透明導電性膜を電極として前記液晶層に電圧を印加することにより、液晶分子の配向方向を透明基準面に平行または垂直の状態に制御し、
前記一方の回折格子は、前記液晶層に電圧を印加した場合に異常光偏光の入射光に対して回折光を発生し、前記液晶層に電圧を印加しない場合には前記異常光偏光の入射光に対して回折光を発生せず、
前記他方の回折格子は、前記液晶層に電圧を印加した場合に異常光偏光の入射光に対して回折光を発生せず、前記液晶層に電圧を印加しない場合には前記異常光偏光の入射光に対して回折光を発生することを特徴とする回折素子。
【請求項２】
一方の透明基板に形成された回折格子の２つの凹部と２つの凸部とからなる隣接する４領域がピッチＰのくり返し単位になっており、前記回折格子によって回折される０次、±１次および±２次の回折光の回折効率がそれぞれ実質的に等しくなるように、４領域の幅のピッチＰに対する割合が特定されている請求項１記載の回折素子。
【請求項３】
光源と光源からの出射光を光記録媒体上へ集光させるための対物レンズと、対物レンズにより集光されて光記録媒体により反射された出射光を検出するための光検出器とを備えた光ヘッド装置において、
光源と対物レンズとの間の光路中に請求項１または２記載の回折素子が設置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折素子および光ヘッド装置に関し、特に効率可変型の回折素子およびこの回折素子を搭載した、光記録媒体の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ、ＤＶＤまたは光磁気ディスクなどの光記録媒体（以下、「光ディスク」という）の情報記録面上に情報の記録または再生を行う光ヘッド装置が用いられている。
【０００３】
この光ヘッド装置において、情報の読み出しをより高速に行うには、光ディスクの回転数を上げることが最も簡便な方法である。しかし、光ディスクを回転させるスピンドルモータの高速化には限界がある。そこで、０次回折光、±１次回折光および±２次回折光を、場合によってさらに±３次回折光を、情報記録面の各々隣り合う複数のトラック上に集光する。そして、集光され情報記録面で反射された光を光検出器の受光面上に集光することにより、複数のトラック上に記録された情報を並列に読み出すことが提案されている。
また、高速回転時のトラッキング精度を向上させるために、従来の±１次回折光を用いる３ビーム法と同様にさらに高次の回折光を用いるトラッキング法も提案されている。この方式を用いた光ヘッドの概略を図２に示す。
【０００４】
半導体レーザ光源４０１からの出射光はマルチビーム生成回折素子４０２で０次回折光の他に、±１次回折光、±２次回折光、および±３次以上の高次回折光に分離される。このとき、マルチビーム生成回折素子４０２は、０次、±１次および±２次の回折光の各々の光量がほぼ等しくなるように設計されている。
【０００５】
±２次までの回折光、すなわち５本に分離された出射光は、各々ビームスプリッタ４０３、コリメートレンズ４０４および対物レンズの集光レンズ４０５を透過した後に、光ディスク４０６上の５本のトラックに入射する。入射してトラックで反射された光は、ピット情報の信号を持った反射光としてビームスプリッタ４０３で反射され、光検出器の受光面４０７上に集光し、得られた信号の処理がなされて情報の並列読み出しが行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマルチビーム生成回折素子を搭載した光ヘッド装置の場合、並列読み出しによる高速の情報再生はできるが、記録型の光ディスクへの情報記録時には、０次回折光の光量が低下しているために、情報記録面への書き込みに必要な光量が得られない問題を有していた。このため、一つの光ヘッド装置で並列高速読み出しと書き込みの両方を実現することは困難であった。
【０００７】
本発明は、上述の実情に鑑み、マルチビーム発生と１ビーム発生とを効率よく切り替えることができる回折素子を得て、この素子を光ヘッド装置に搭載し、高速で情報再生ができるとともに情報記録もできる機能を有する光ヘッド装置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、少なくとも透明導電性膜と、断面形状が凹凸状の回折格子とがこの順番でそれぞれの表面に形成された２枚の透明基板間に、それぞれの回折格子が対向するように配置されて液晶層が挟持されてなる回折素子において、回折格子は透明絶縁性膜により作製されており、一方の回折格子を形成する透明絶縁性膜の屈折率が液晶層の常光屈折率および異常光屈折率のうちのいずれか一方に等しく、他方の回折格子を形成する透明絶縁性膜の屈折率が液晶層の常光屈折率および異常光屈折率のうちの他方に実質的に等しく、２枚の前記透明導電性膜を電極として前記液晶層に電圧を印加することにより、液晶分子の配向方向を透明基準面に平行または垂直の状態に制御し、前記一方の回折格子は、前記液晶層に電圧を印加した場合に異常光偏光の入射光に対して回折光を発生し、前記液晶層に電圧を印加しない場合には前記異常光偏光の入射光に対して回折光を発生せず、前記他方の回折格子は、前記液晶層に電圧を印加した場合に異常光偏光の入射光に対して回折光を発生せず、前記液晶層に電圧を印加しない場合には前記異常光偏光の入射光に対して回折光を発生することを特徴とする回折素子を提供する。
【０００９】
また、光源と光源からの出射光を光記録媒体上へ集光させるための対物レンズと、対物レンズにより集光されて光記録媒体により反射された出射光を検出するための光検出器とを備えた光ヘッド装置において、光源と対物レンズとの間の光路中に上記の回折素子が設置されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の回折素子では、少なくとも透明導電性膜と、透明絶縁性膜により作製された断面形状が凹凸状の回折格子とがこの順に透明基板の、例えば片側表面に形成されており、このような透明基板２枚がそれぞれの回折格子を対向するように配置されて透明基板間に液晶層が挟持されている。そして、一方の透明基板上の回折格子を形成する透明絶縁性膜の屈折率が、挟持されている液晶層の常光屈折率または異常光屈折率のいずれかに等しい。
【００１１】
他方の透明基板上の回折格子を形成する透明絶縁性膜の屈折率は、上記常光屈折率または異常光屈折率のうち、上記の一方の透明絶縁性膜の屈折率とは異なる方の屈折率に等しい。すなわち、一方の透明絶縁性膜の屈折率が液晶層の常光屈折率に等しければ他方の透明絶縁性膜の屈折率は異常光屈折率に等しい。また、この逆に、一方の透明絶縁性膜の屈折率が液晶層の異常光屈折率に等しくてもよい。
【００１２】
本発明の回折素子では、液晶層を挟持しているそれぞれの透明基板に透明導電性膜が形成されており、この透明導電性膜を電極として液晶層に電圧を印加することにより、液晶分子の配向方向を透明基板面に平行または垂直の状態に制御することができる。そして、例えば、電圧非印加の状態で液晶の異常光屈折率を感じる方向に偏光している光（以下、異常光偏光とする）を入射することで、常光屈折率を有する側の回折格子との間に屈折率差があるため回折機能が発生するが、異常光屈折率を有する側の回折格子との間に屈折率差ないため回折機能が発生しない。
【００１３】
また、回折素子は一方の透明基板に形成された回折格子の２つの凹部と２つの凸部とからなる隣接する４領域、すなわち凹部と凸部とが交互に並んで構成する４領域が１ピッチＰとなり、くり返し単位となっている。そして、この回折格子によって回折される０次、±１次および±２次の回折光の回折効率が、それぞれほぼ等しくなるように、４領域の幅のピッチＰに対する割合が特定されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、光ヘッド装置の光源と対物レンズとの間の光路中に上記の回折素子を設置することにより、高速で情報再生ができるとともに情報記録もできる装置となる。本発明の回折素子を、例えばＣＤ用の波長７９０ｎｍで高出力半導体レーザを用いた光ヘッドに搭載することでＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの記録型光ディスクへの記録と、並列高速読み出し（再生）を回折素子の回折特性を切り変えて行うことができる。
【００１５】
本発明の回折素子は、１波長の使用のみに限定されず、ＤＶＤ用の波長６６０ｎｍの半導体レーザとＣＤ用の波長７９０ｎｍの半導体レーザとを合わせて搭載する光ヘッド装置においても適用できる。この場合には、例えば、通常単一のビームでトラッキング信号を得るＤＶＤの再生時には回折光が発生せず、ＣＤの再生時には複数の回折光を発生させ高速並列読み出しに対応できる。また、同時に電圧設定値を選択することで、ＣＤでの書き込み用の回折効率の比率を変化させることもできる。
【００１６】
本発明の回折素子に、一定の効率で回折する固定型の回折素子をさらに積層できる。また、光ディスクの複屈折性およびピット形状の信号への影響を低減するために入射光の偏光状態を制御する位相板、光ヘッド装置の収差を補正する位相補償素子、ビームの形状の改善や半導体レーザの光利用効率の改善をするビーム整形素子などが一体に積層でき、部品点数の低減および光ヘッド装置の簡略化、小型化などに有効である。
【００１７】
透明絶縁性膜を用いる回折格子の形成は、ＳｉＯxＮy膜（０≦ｘ＜２、０≦ｙ＜１．３３）などの無機物薄膜の他に、屈折率を調整した有機物薄膜なども使用でき、この場合加工性がよく透明導電性膜との選択比が大きく取りやすく好ましい。回折格子は、ドライエッチング法の他に、感光性を有する有機物材料へのパターン露光や金型成形加工などにより作製できる。以下、ＳｉＯxＮy膜という場合は、ｘおよびｙの採り得る範囲は、０≦ｘ＜２および０≦ｙ＜１．３３とする。
【００１８】
【実施例】
以下、図１を用いて、本実施例の回折素子を詳細に説明する。図１は回折素子３０１の断面を模式的に示しており、透明基板であるガラス基板３０２および３０３上には、ＩＴＯからなる厚さ３０ｎｍの透明導電性膜３０４、３０５が成膜された。一方のガラス基板３０２の透明導電性膜３０４上に、反応性スパッタ法により、波長７９０ｎｍの光に対する屈折率が１．５３の透明絶縁性膜であるＳｉＯxＮy膜３０６を、厚さ３μｍに成膜した。他方のガラス基板３０３上には、同じく反応性スパッタ法により、波長７９０ｎｍの光に対する屈折率が１．６４の透明絶縁性膜であるＳｉＯxＮy膜３０７を、厚さ１μｍに成膜した。
【００１９】
各々の基板上のＳｉＯxＮy膜３０６、３０７をフォトリソグラフィー法とドライエッチング法により、断面形状が凹凸状の回折格子３０８、３０９に加工した。このとき、エッチングガスとしてフッ化炭素ガスを用いて、透明導電性膜３０４、３０５とＳｉＯxＮy膜３０６、３０７との間に選択比をもたせることで、ＳｉＯxＮy膜３０６、３０７のエッチング終了時に透明導電性膜がエッチングされないようにした。
【００２０】
屈折率１．５３のＳｉＯxＮy膜３０６により形成される回折格子３０８の格子パターンは、２つの凹部と２つの凸部からなる隣接する４領域で幅３０μｍのピッチＰ（図示せず）を構成する。ピッチＰ内の４領域は、幅が順次１．５μｍ（凹部）、９．６μｍ（凸部）、８．７μｍ（凹部）および１０．２μｍ（凸部）となっており、また凸部の高さは３μｍであった。このときの４領域の幅ピッチＰに対する比は、１：６．４：５．８：６．８である。他方、屈折率１．６４のＳｉＯxＮy膜３０７により形成される回折格子３０９の格子パターンは、ピッチＰが３０μｍで、１つの凸部と１つの凹部とで１ピッチＰを構成し、それぞれの幅が等しく１５μｍとした。
【００２１】
回折格子３０８、３０９を形成したガラス基板３０２、３０３に配向膜となるポリイミド液をスピンコート法でコートし、格子方向に平行に配向処理を施して配向膜３１０とした。その後、両ガラス基板の間隔を一定値に固定するための、図示しない直径５μｍのガラスファイバーのチップを混入したエポキシ樹脂のシール材３１１により、ガラス基板３０２、３０３を接着し回折素子となる液晶セルを構成した。
【００２２】
液晶セル中には、波長７９０ｎｍに対する常光屈折率（ｎo）が１．５３であり異常光屈折率（ｎe）が１．６４である液晶が封入されて、配向処理により回折格子３０８、３０９の格子方向に平行に液晶分子が配向した液晶層３１２となった。透明導電性膜３０４、３０５からなる電極部間に周波数５００Ｈｚの矩形交流波を印加することで、液晶層３１２を駆動し、異常光偏光に対する屈折率を変化させることができた。
【００２３】
液晶セルに電圧を印加しない場合は、液晶分子は格子方向に平行であるために格子に平行な異常光偏光に対しては液晶層３１２は、屈折率が１．６４の層として振る舞う。このため、異常光偏光に対しては、ガラス基板３０３上の屈折率１．６４のＳｉＯxＮy膜３０７により形成された回折格子３０９は、位相差を発生しないため回折光を生じない。一方、ガラス基板３０２上の屈折率１．５３のＳｉＯxＮy膜３０６により形成した回折格子３０８は、液晶層３１２の異常光屈折率１．６４とに屈折率差があり位相差を発生するため回折光を発生する。このため電圧を印加しない場合は、回折素子３０１は、回折格子３０８による０次回折光量：１６％、±１次回折光量：１４％、±２次回折光量：１２％と並列読み出しに適したほぼ等しい光量配分を示した。
【００２４】
これに対して、透明導電性膜３０４、３０５からなる電極部間に周波数５００Ｈｚの矩形交流波を実効電圧１０Ｖrmsで印加することで、液晶層３１２の液晶分子の配向方向が基板面にほぼ垂直となり、異常光偏光に対して屈折率が１．５３の層として振る舞う。このため、電圧を印加していない場合とは逆に、異常光偏光に対しては、ガラス基板３０２上の屈折率１．５３のＳｉＯxＮy膜３０６により形成した回折格子３０８は、位相差を発生しないため回折光を生じない。
【００２５】
一方、ガラス基板３０３上の屈折率１．６４のＳｉＯxＮy膜３０７により形成した回折格子３０９は、液晶層の常光屈折率１．５３とに屈折率差があり位相差を発生するため回折光を発生する。このため電圧を印加した場合は、回折素子３０１は、回折格子３０９による０次回折光量：６５％、±１次回折光量：１２％、±２次回折光量：２％と、主ビームである０次回折光強度が充分に大きい、書き込みに適した光量配分を示した。
【００２６】
実施例以外のその他の有用な応用例としては、従来の３ビーム法での記録時と再生時との光量配分の切り替え、トラッキングをより正確に実施するための１ビーム再生マルチビームトラッキング法と１ビームトラッキング法との切り替え、１ビーム再生マルチビームトラッキング法と３ビームトラッキング法との切り替えなどが挙げられる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の回折素子は、上記のように光ディスクにおける複数トラックの情報の並列読み出し（再生）時のマルチビーム発生と、１トラックへの情報の書き込み（記録）時の１ビーム発生とを効率よく切り替えることができる。また回折格子の１ピッチ内の４領域を適切な比率に配分することにより、±２次以下の回折光の光量をほぼ同じにできる。
【００２８】
さらに、本発明の回折素子を光ヘッド装置に搭載することで、ＤＶＤとＣＤとの切り替えなど回折素子の回折効率を目的に合わせて設計できるので、情報用の信号検出を高速かつ安定して行うことができ、光ヘッド装置において安定した情報の記録および再生が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回折素子の１例を示す側面図。
【図２】従来のマルチビーム発生用回折格子の使用の形態を示す側面図。
【符号の説明】
３０１：回折素子
３０２、３０３：透明基板
３０４、３０５：透明導電性膜
３０６、３０７：ＳｉＯxＮy膜
３０８、３０９：回折格子
３１２：液晶層
４０１：半導体レーザ光源
４０２：マルチビーム生成回折格子
４０３：ビームスプリッタ
４０４：コリメートレンズ
４０５：対物レンズ
４０６：光ディスク
４０７：受光素子
【図１】
0004720028.tif 000002
【図２】
0004720028.tif 000003