(57)【要約】【課題】  光源から情報記録媒体へ向かう光（往路光）および情報記録媒体から受光素子へ向かう光（復路光）のいずれに対しても光量の低下を抑制することができ、光ピックアップの小型化を図るとともに、波長に応じて光路が分離された光学系を有する従来の光ピックアップと比較して、記録や再生速度を同等程度に高速化する。【解決手段】  情報記録媒体に対して複数波長の光を発光する光源から、情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子までの光路上に、電圧が印加されることによって波長λ１の光を回折して波長λ２の光を透過する第一の偏光性回折格子１１と、電圧が印加されることによって波長λ１の光を透過して波長λ２の光を回折する第二の偏光性回折格子１２と、を設け、光源から発光される光の波長に応じて第一および第二の偏光性回折格子１１，１２に印加する電圧の強度を第一、第二の偏光性回折格子１１，１２で異ならせるようにした。【選択図】    図３
2005115976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１とこの波長λ１とは異なる波長λ２（ただし、λ１＞λ２）との光を発光する光源と、
前記光源から発光される光を情報記録媒体に集光する集光光学系と、
前記情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子を備える受光光学系と、
前記集光光学系における前記光源から前記受光光学系における前記受光素子までの光路上に設けられて電圧が印加されることにより波長λ１の光を回折して波長λ２の光を透過する第一の偏光性回折格子と、
前記集光光学系における前記光源から前記受光光学系における前記受光素子までの光路上に設けられて電圧が印加されることにより波長λ１の光を透過して波長λ２の光を回折する第二の偏光性回折格子と、
前記光源から発光される光の波長に応じて前記第一および第二の偏光性回折格子に印加する電圧の強度を前記第一の偏光性回折格子と前記第二の偏光性回折格子とで異ならせる回折制御手段と、
を具備する光ピックアップ。
【請求項２】
前記回折制御手段は、前記第一、第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を有効とし前記第一、第二の偏光性回折格子のいずれか他方の回折機能を無効とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記第一および第二の偏光性回折格子はホログラムである請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記第一および第二の偏光性回折格子はグレーティングである請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記第一および第二の偏光性回折格子は、一対の基板とこの基板に設けられて光学的に透明な電極と前記基板の間に設けられた液晶層とを有する液晶素子を有し、
前記回折制御手段は、前記電極に印加する実効電圧の強度を前記第一の偏光性回折格子と前記第二の偏光性回折格子とで異ならせる請求項１、２、３または４記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記第一および第二の偏光性回折格子は、電極パターンのピッチによってピッチが規定され、前記基板間隔によって深さが規定されている請求項５記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記第一および第二の偏光性回折格子は、高分子液晶として固化された領域と固化されていない領域とが所定のピッチで周期的に配列された前記液晶層を有し、この液晶層において固化された領域と固化されていない領域との配列によるピッチによってピッチが規定され、前記基板間隔によって深さが規定されている請求項５記載の光ピックアップ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一に記載の光ピックアップと、
前記光ピックアップが具備する集光光学系によって光が集光される情報記録媒体と前記光ピックアップとを相対的に移動させる移動機構と、
を具備する光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップおよび光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの小型軽量化や、ＣＤ（Compact Disc）とＤＶＤ（Digital Versatile Disc）との双方に対する再生互換性付与などに伴い、ＣＤとＤＶＤとの両方に対する記録や再生に対応することができる光ディスク装置が必須となっている。一般に、ＣＤに対して記録再生を行なうには、波長が約７８５ｎｍの半導体レーザが用いられ、ＤＶＤに対して記録再生を行なうには、波長が約６６０ｎｍのレーザ光が用いられる。
【０００３】
このため、ＤＶＤとＣＤとの両方に対応するためには、波長６６０ｎｍのレーザ光を出射するＤＶＤ用ＬＤと、波長７８５ｎｍのレーザ光を出射するＣＤ用ＬＤと、それぞれのレーザ光を検出するための光学系とを備える光ピックアップ装置が必要とある。
【０００４】
しかしながら、ＤＶＤ用の光学系とＣＤ用の光学系をそれぞれ個別に配置すると、光ピックアップ装置が大型化してしまい、特にノート型パソコンのような小型の光ディスク装置においては所定のサイズにレイアウトすることが困難となる。
【０００５】
そこで、近年では、２つの異なる波長の光源を備え、かつ、ＤＶＤ用とＣＤ用の光学系を共通の光路で構成した２波長対応の光ピックアップ装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、互いに波長が異なるレーザ光を出力する２つのレーザ素子を近接して配置し、かつ、各波長の射出光と反射光とが共通の光軸を通るようにした光ピックアップが開示されている。特許文献１の技術では、光ピックアップにおいて、２つのホログラムと２つのグレーティングとが用いられている。
【０００６】
また、波長選択性のあるホログラムを用いて、光源から対物レンズに向かう照明光と、ディスク記録面で反射された信号光を分離するようにした技術がある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された技術では、ＤＶＤ用の信号検出用ホログラムに対してはＣＤ用の光をそのまま透過し、ＣＤ用の信号検出用ホログラムに対してはＤＶＤ用の光をそのまま透過する波長選択性を持たせることで、ホログラムの集積化、小型化を達成している。
【０００７】
また、再生時に読み出すスポットを、液晶を用いた回折格子によって３つのビームに分けることで高速に読み出すことを可能とし、記録時には液晶の動作によって回折格子の形成を消失させて１つのビームとすることで高パワーを得ることができるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１２３４０３公報
【特許文献２】特開２０００−７６６８９公報
【特許文献３】特開２００２−１５０６００公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、光ピックアップにおいてホログラムとグレーティングとの波長選択性を用いるため、回折作用を持たせない波長に対する透過率を高く設定することが困難である。
【００１０】
また、特許文献２に記載された技術では、従来の２波長対応の光ピックアップは、グレーティングやホログラムにそれぞれの波長に応じて透過もしくは回折を生じる条件に設定した波長選択性を持たせているが、波長選択性は、ＣＤ用波長とＤＶＤ用波長とでそれぞれの透過率が減少してしまうため光学系を分離して配置した光ピックアップに対しては、照明効率と検出効率との低下を招いてしまい、再生速度や記録速度が劣ってしまう。
【００１１】
また、特許文献３に記載された技術では、記録時と再生時との切替に際して、２つの異なる波長で異なる種類のディスクに再生する場合に両方のディスクの所望のトラックピッチに対して３つのビームを配置することが困難であり、差動プッシュプル法の３ビームや検出用のホログラムに対応させることが不可能である。
【００１２】
本発明の目的は、光源から情報記録媒体へ向かう光（往路光）および情報記録媒体から受光素子へ向かう光（復路光）のいずれに対しても光量の低下を抑制することができ、光ピックアップの小型化を図るとともに、波長に応じて光路が分離された光学系を有する従来の光ピックアップと比較して、記録や再生速度を同等程度に高速化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明の光ピックアップは、波長λ１とこの波長λ１とは異なる波長λ２（ただし、λ１＞λ２）との光を発光する光源と、前記光源から発光される光を情報記録媒体に集光する集光光学系と、前記情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子を備える受光光学系と、前記集光光学系における前記光源から前記受光光学系における前記受光素子までの光路上に設けられて電圧が印加されることにより波長λ１の光を回折して波長λ２の光を透過する第一の偏光性回折格子と、前記集光光学系における前記光源から前記受光光学系における前記受光素子までの光路上に設けられて電圧が印加されることにより波長λ１の光を透過して波長λ２の光を回折する第二の偏光性回折格子と、前記光源から発光される光の波長に応じて前記第一および第二の偏光性回折格子に印加する電圧の強度を前記第一の偏光性回折格子と前記第二の偏光性回折格子とで異ならせる回折制御手段と、を具備する。
【００１４】
したがって、波長の異なる光を発光する光源受光素子までの光路上に第一および第二の偏光性回折格子を配置することで波長の異なる光の光路を重複させた場合にも、第一の偏光性回折格子または第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を選択的に有効とし、所望の波長の光のみを受光することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光ピックアップにおいて、前記回折制御手段は、前記第一、第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を有効とし前記第一、第二の偏光性回折格子のいずれか他方の回折機能を無効とする。
【００１６】
したがって、第一の偏光性回折格子または第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を確実に機能させることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子はホログラムである。
【００１８】
したがって、ホログラムによって実現される偏光性回折格子によって請求項１または２記載の発明の作用を得ることが可能になる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子はグレーティングである。
【００２０】
したがって、グレーティングによって実現される偏光性回折格子によって請求項１または２記載の発明の作用を得ることが可能になる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３または４記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子は、一対の基板とこの基板に設けられて光学的に透明な電極と前記基板の間に設けられた液晶層とを有する液晶素子を有し、前記回折制御手段は、前記電極に印加する実効電圧の強度を前記第一の偏光性回折格子と前記第二の偏光性回折格子とで異ならせる。
【００２２】
したがって、液晶素子に設けられた電極への電圧調整によって請求項１、２、３または４記載の発明の作用を得ることが可能になる。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子は、電極パターンのピッチによってピッチが規定され、前記基板間隔によって深さが規定されている。
【００２４】
したがって、実用上、液晶素子における電極パターンのピッチおよび基板間隔の調整によって請求項５記載の発明の作用を得ることが可能になる。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子は、高分子液晶として固化された領域と固化されていない領域とが所定のピッチで周期的に配列された前記液晶層を有し、この液晶層において固化された領域と固化されていない領域との配列によるピッチによってピッチが規定され、前記基板間隔によって深さが規定されている。
【００２６】
したがって、実用上、液晶層における液晶材料の高分子化の調整および基板間隔の調整によって請求項５記載の発明の作用を得ることが可能になる。
【００２７】
請求項８記載の発明の光ディスク装置は、請求項１ないし７のいずれか一に記載の光ピックアップと、前記光ピックアップが具備する集光光学系によって光が集光される情報記録媒体と前記光ピックアップとを相対的に移動させる移動機構と、を具備する。
【００２８】
したがって、請求項１ないし７のいずれか一に記載の発明の作用を奏する光ディスク装置を得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１記載の発明の光ピックアップによれば、波長の異なる光を発光する光源受光素子までの光路上に第一および第二の偏光性回折格子を配置することで波長の異なる光の光路を重複させた場合にも、第一の偏光性回折格子または第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を選択的に有効とし、所望の波長の光のみを受光することができるので、光源から情報記録媒体へ向かう光（往路光）および情報記録媒体から受光素子へ向かう光（復路光）のいずれに対しても光量の低下を抑制することができ、光ピックアップの小型化を図るとともに、波長に応じて光路が分離された光学系を有する従来の光ピックアップと比較して、記録や再生速度を同等程度に高速化することができる。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の光ピックアップにおいて、第一の偏光性回折格子または第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を確実に機能させることができ、請求項１記載の発明の効果をより確実に得ることができる。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の光ピックアップにおいて、ホログラムによって実現される偏光性回折格子によって請求項１または２記載の発明の効果を得ることができる。
【００３２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または２記載の光ピックアップにおいて、グレーティングによって実現される偏光性回折格子によって請求項１または２記載の発明の効果を得ることができる。
【００３３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１、２、３または４記載の光ピックアップにおいて、液晶素子に設けられた電極への電圧調整によって請求項１、２、３または４記載の発明の効果を得ることができる。
【００３４】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の光ピックアップにおいて、実用上、液晶素子における電極パターンのピッチおよび基板間隔の調整によって請求項５記載の発明の効果を得ることができる。
【００３５】
請求項７記載の発明によれば、請求項５記載の光ピックアップにおいて、実用上、液晶層における液晶材料の高分子化の調整および基板間隔の調整によって請求項５記載の発明の効果を得ることができる。
【００３６】
請求項８記載の発明の光ディスク装置によれば、請求項１ないし７のいずれか一に記載の発明の効果を奏する光ディスク装置を得ることができるので、光ディスク装置の小型化を図るとともに、波長に応じて光路が分離された従来の光ピックアップを有する光ディスク装置と比較して、記録や再生速度を同等程度に高速化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明を実施するための第一の実施の形態について図１ないし図３を参照して説明する。本実施の形態は、光ディスク装置への適用例を示す。
【００３８】
図１は、本発明を実施するための第一の実施の形態の光ディスク装置における光ピックアップを示す概略図である。図１に示すように、本実施の形態の光ディスク装置における光ピックアップＡは、レーザ光を発光する光源としての２波長半導体レーザ１を備えている。２波長半導体レーザ１から発光されたレーザ光は、この２波長半導体レーザ１を含む２波長ユニット２、コリメートレンズ３、立ち上げミラー４、１／４波長板５、対物レンズ６を介して情報記録媒体としての光ディスク７に照射される。ここに、集光光学系が実現されている。
【００３９】
なお、光ディスク装置は、光ディスク７を回転させる図示しない移動機構としてのスピンドルモータを備えている。公知の技術であるため説明を省略するが、スピンドルモータは、光ディスク７に対する情報の記録や再生に際して、光ディスク７の中心を回転中心として、光ディスク７を回転駆動する。
【００４０】
光ディスク７に照射されたレーザ光は、光ディスク７によって反射され、対物レンズ６、１／４波長板５、立ち上げミラー４およびコリメートレンズ３を介して、２波長ユニット２に入射される。ここに、後述する検出部１３を含めて、受光光学系が実現されている。
【００４１】
以降、２波長半導体レーザ１から光ディスク７へ向かうレーザ光を往路光、光ディスク７から２波長ユニット２へ向かうレーザ光を復路光として説明する。
【００４２】
２波長ユニット２は、第１のグレーティング９、第２のグレーティング１０、第１のホログラム１１、第２のホログラム１２を備えている。また、２波長ユニット２は、光ディスク７からの反射光を受光する受光素子１３ａ（図２参照）を有する検出部１３を備えている。本実施の形態では、第１のホログラム１１、第２のホログラム１２によって第一の偏光性回折格子および第二の偏光性回折格子が実現されている。
【００４３】
公知の技術であるため図示および説明を省略するが、第１および第２のグレーティング１１，１２は、ともに、一面側に複数の精密な溝（格子）が設けられた平面ガラス基板を有している。第１および第２のグレーティングは、所定の波長の平行光が照射された場合に、複数の精密な溝（格子）によって照射された平行光に対して回折、干渉を生じさせることで、照射された平行光を分光する。
【００４４】
本実施の形態の第１および第２のホログラム９，１０は、それぞれ、図示しない液晶素子からなる電気光学素子によって構成されている。公知の技術であるため図示および説明を省略するが、液晶素子は、光学的に透明な一対の基板と、この基板間に充填された液晶と、液晶に対して電界を発生させる電極とを備えている。そして、このような液晶素子を備えた電機光学素子は、電極に対して印加する電圧を調整することで、液晶において発生する電界を調整することが可能である。
【００４５】
第１および第２のホログラム９，１０は、液晶素子における電極のパターンを調整することにより、光軸に垂直な平面で周期的なストライプ状の屈折率分布を有しており、波長λ１の復路光（検出光）に対して、表１に示す０次回折光および±１次回折光となるような回折効率を生じさせる。具体的に、本実施の形態の第１および第２のホログラム９，１０における電極は、電圧を印加した場合に回折格子として作用する屈折率分布のピッチＰ（周期）と深さｄおよび偏光軸に対して平行または垂直方向における屈折率異方性Δｎが、それぞれ、波長λ１と波長λ２に応じて、所定の回折角度と回折効率となるようなパターンで設けられている。
【００４６】
一般的に、回折格子の設計においては、簡易なスカラー回折理論に基づいて回折効率を求めると波長λにおける０次回折効率η０と±１次回折効率η１は、それぞれ、以下の（１）式および（２）式によって示される。
【００４７】
η０＝（２ｗ／ｐ−１）＊２ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２θ    ・・・（１）
η１＝４（ｓｉｎ（πｗ／ｐ）／π）＊２ｓｉｎ２θ    ・・・（２）
なお、位相変化θ＝π／λ・Δｎｐである。
【００４８】
ここで、図２は、本実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。図２に示すように、光ディスク装置は、光ディスク装置が備える各部を駆動制御するＣＰＵ１４を備えている。このＣＰＵ１４には、検出部１３で受光したレーザ光に応じた信号にかかる演算／処理を行なう信号演算／処理部１５が接続されている。信号／演算処理部１５は、ＣＰＵ１４からの駆動信号に応じた信号をセレクタ部１６に出力する。
【００４９】
公知の技術であるため説明を省略するが、ＣＰＵ１４は、光ディスク７に対する情報の記録や再生に際して光ディスク装置が備える各部を駆動制御する。
【００５０】
セレクタ部１６は、信号演算／処理部１５からの信号に応じて２波長半導体レーザ１において該当する波長のレーザ光の発光を指示する信号を２波長半導体レーザ１に対して出力する。また、セレクタ部１６は、信号演算／処理部１５からの信号に応じた信号を液晶駆動部１７に対して出力する。
【００５１】
２波長半導体レーザ１は、セレクタ部１６からの信号に応じて該当する波長のレーザ光を発光する。
【００５２】
液晶駆動部１７は、セレクタ部１６からの信号に応じて第１のホログラム９および第２のホログラム１０をそれぞれ駆動制御する。
【００５３】
上述した検出部１３における受光素子１３ａには、信号演算／処理部１５が接続されている。検出部１３は、受光素子１３ａで受光した復路光に応じた信号を信号演算／処理部へ出力する。
【００５４】
なお、図２において、第１および第２のグレーティング９，１０は、電気的に非接続状態にある。
【００５５】
このような光ディスク装置においては、２波長半導体レーザ１から出射されるレーザ光の波長λ１またはλ２に応じて、第１のホログラム１１、第２のホログラム１２が有する電極に印加する電圧を調整し、第１および第２のホログラム１１，１２の回折作用の有無をそれぞれ切替える。
【００５６】
具体的には、２波長半導体レーザ１から波長λ１のレーザ光が出射される場合には、図３（ａ）に示すように、第１のホログラム１１が回折作用を有し、第２のホログラム１２の回折作用が無くなるように、第１および第２のホログラム１１，１２が有する電極に印加する電圧を調整する。すなわち、第１のホログラム１１においては屈折率異方性Δｎ１ｈが生じるような駆動電圧Ｖｏｎｈを印加し、第２のホログラム１２においては屈折率異方性Δｎ２ｈが消失するような駆動電圧Ｖｏｆｆｈを印加する。なお、駆動電圧Ｖｏｎｈおよび駆動電圧Ｖｏｆｆｈは、それぞれ所定の強さを有する矩形波形状の電圧である。これにより、第１のホログラム１１の回折機能を有効とし第２のホログラム１２の回折機能を無効とすることができる。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
【００５７】
一方、２波長半導体レーザ１から波長λ２のレーザ光が出射される場合には、図３（ｂ）に示すように、第２のホログラム１２が回折作用を有するように動作し、第１のホログラムは回折格子による回折作用が無くなるように動作する。すなわち、第２のホログラム１２は屈折率異方性Δｎ２ｈが生じるように液晶層に対して所定の矩形波形による駆動電圧Ｖｏｎｈを印加し、第１のホログラム１１は屈折率異方性Δｎ１ｈが消失するように液晶層に対して所定の矩形波形による駆動電圧Ｖｏｆｆｈを印加する。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。これにより、第２のホログラム１２の回折機能を有効とし第１のホログラム１１の回折機能を無効とすることができる。
【００５８】
上述したように、本実施の形態では、偏光性回折格子として、光軸に垂直な面に対して屈折率異方性をもつ複屈折媒質に形成された回折格子の溝を等方性媒質で充填した構造を有し、等方性媒質の屈折率が複屈折媒質の常光線屈折率もしくは異常光線屈折率とほぼ同じに設定された第１および第２のホログラム１１，１２を用いて、等方性媒質の屈折率と複屈折媒質の常光線屈折率と同じとすることにより、このような回折格子に常光線屈折率に従う偏光面をもった直線偏光が入射した場合に、格子部の複屈折媒質の屈折率を常光線屈折率とし、常光線屈折率に等しい等方性媒質の屈折率も偏光面の光に対して回折効果を生じさせることなく、入射光をそのまま透過させることができる。
【００５９】
一方で、異常光線屈折率にしたがう偏光面をもった直線偏光が入射した場合には、格子部の複屈折媒質の屈折率を異常光線屈折率とし、また、等方性媒質の屈折率は常光線屈折率に等しいため、この偏光面をもった光を回折させることができる。
【００６０】
これによって、入射光の偏光方向によって回折効率を変えることができる。
【００６１】
このように、本実施の形態によれば、上述したように、光源の波長λ１またはλ２に応じて第１および第２のホログラム１１，１２の回折作用の有無をそれぞれ切替えることで、所望の波長のレーザ光に対して所定の回折効率で光ディスク７からの反射光を検出し、他方の波長のレーザ光に対しては回折作用を持たないようにすることで、所望の波長のレーザ光に対して、照明効率（往路）と検出効率（復路）を全く低下させることなく高い透過率を得ることできる。これによって、第２のホログラム１２に対する波長λ１の透過率、および、第１のホログラム１１に対する波長λ２の透過率を高めることができ、従来の分離された光学系を用いた光ピックアップと同等の高速再生と高速記録が可能となる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、電気光学素子として液晶素子を用いることにより、液晶分子の屈折率異方性が液晶層に印加する電圧に応じて変化させることができるので、上述したように、液晶層を偏光性回折格子として用いて、電圧印加に応じて回折効率を変化させたり回折作用の有無を切替えたりすることができる。
【００６３】
なお、第１および第２のホログラム１１，１２として（１）式および（２）式によって示される回折格子は、偶数次回折光が生じる。このため、実際には、（１）式および（２）式によって示される演算よりも０次回折光の回折効率が低下する。ここで、表１に、実際のホログラムの回折効率の測定値とよく一致する厳密結合波解析法で計算した値を示す。
【００６４】
【表１】
2005115976.tif 000003
【００６５】
次に、本発明を実施するための第二の実施の形態について図４および図５を参照して説明する。本実施の形態は、光ディスク装置への適用例を示す。なお、上述の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【００６６】
特に図示しないが、本実施の形態の第１および第２のグレーティング９，１０は、それぞれ、液晶素子からなる電気光学素子によって構成されている。公知の技術であるため図示および説明を省略するが、液晶素子は、光学的に透明な一対の基板と、この基板間に充填された液晶と、液晶に対して電界を発生させる電極とを備えている。このような液晶素子を備えた電機光学素子は、電極に対して印加する電圧を調整することで、液晶において発生する電界を調整することが可能である。本実施の形態では、第１のグレーティング９、第２のグレーティング１０によって第一の偏光性回折格子および第二の偏光性回折格子が実現されている。
【００６７】
図４は、本発明の実施するための第二の実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。図２に示すように、第１および第２のグレーティング９，１０には、液晶駆動部１７が接続されている。液晶駆動部１７は、セレクタ部１６からの信号に応じて第１のグレーティング９および第２のグレーティング１０をそれぞれ駆動制御する。
【００６８】
第１および第２のグレーティング９，１０は、液晶素子における電極のパターンを調整することにより、光軸に垂直な平面で周期的なストライプ状の屈折率分布を有しており、波長λ１の復路光（検出光）に対して、表１に示す０次回折光および±１次回折光となるような回折効率を生じさせる。具体的に、本実施の形態の第１および第２のグレーティング９，１０における電極は、電圧を印加した場合に回折格子として作用する屈折率分布のピッチＰ（周期）と深さｄおよび偏光軸に対して平行または垂直方向における屈折率異方性Δｎが、それぞれ、波長λ１と波長λ２に応じて、所定の回折角度と回折効率となるようなパターンで設けられている。
【００６９】
なお、第１および第２のグレーティング９，１０における回折格子の設計も、上述した簡易なスカラー回折理論に基づく計算と同一である。
【００７０】
なお、第１および第２のグレーティング９，１０として（１）式および（２）式によって示される回折格子は、高次回折光が生じる。このため、実際には、（１）式および（２）式によって示される演算よりも０次回折光の回折効率が低下する。本実施の形態においても実際のグレーティングの回折効率の測定値とよく一致する厳密結合波解析法で計算した値に設定されたグレーティングを用いた（表１参照）。
【００７１】
このような光ディスク装置においては、２波長半導体レーザから出射されるレーザ光の波長λ１またはλ２に応じて、第１のグレーティング９、第２のグレーティング１０が有する電極に印加する電圧を調整し、第１および第２のグレーティング９，１０の回折作用の有無をそれぞれ切替え、第１のグレーティング９に対しては波長λ１の光を回折して波長λ２の光を透過させ、第２のグレーティングに対しては波長λ１の光を透過し波長λ２の光を回折させるように制御する。
【００７２】
具体的には、２波長半導体レーザ１から波長λ１のレーザ光が出射される場合には、図５（ａ）に示すように、第１のグレーティング９が回折作用を有するように動作させ、第２のグレーティング１０は回折作用が無くなるように動作させる。すなわち、第１のグレーティング９に対しては屈折率異方性Δｎ１ｇが生じるように液晶層に駆動電圧Ｖｏｎｇを印加し、第２のグレーティング１０に対しては屈折率異方性Δｎ２ｈが消失するように駆動電圧Ｖｏｆｆｇを印加する。なお、駆動電圧Ｖｏｎｇ、Ｖｏｆｆｇは、それぞれ所定の強さを有する矩形波形状の電圧である。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
【００７３】
一方で、２波長半導体レーザ１から波長λ２のレーザ光が出射される場合には、図５（ｂ）に示すように、第２のグレーティング１０が回折作用を有するように動作させ、第１のグレーティング９の回折作用が無くなるように動作させる。すなわち、第２のグレーティング１０に対しては屈折率異方性Δｎ２ｇが生じるような駆動電圧Ｖｏｎｇを印加し、第１のグレーティング９に対しては屈折率異方性Δｎ１ｇが消失するような駆動電圧Ｖｏｆｆｇを印加する。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
【００７４】
このように、光源の波長λに応じて第１または第２のグレーティング９または１０の回折作用の有無を切替える電気光学素子を用いることで、所望の光源の波長に対して所定の回折効率で高い照明効率の主ビームと副ビームからなる３ビームを光ディスクに照射することを可能とする一方で、他方の波長に対応した第２または第３のグレーティング１０または９に対しては回折作用を持たないため、高い透過率を得ることでき、照明効率（往路）と検出効率（復路）を全く低下させることがなくなり、従来の分離された光学系を用いた光ピックアップと同等の高速再生と高速記録が可能となる。
【００７５】
次に、本発明を実施するための第三の実施の形態について図６および図７を参照して説明する。本実施の形態は、光ディスク装置への適用例を示す。
【００７６】
図６は、本発明を実施するための第三の実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。上述した各種実施の形態では、２つのホログラム１１，１２または２つのグレーティング９，１０のいずれか一方を有する光ディスク装置について説明したが、２波長のレーザ光による記録を各々可能とする光ディスク装置を実現する場合には、光ピックアップＡに２つのホログラム１１，１２および２つのグレーティング９，１０を配置する方が好ましい。このときの波長λ１用の第１のホログラム１１と波長λ２用の第２のホログラム１２、および、波長λ１用の第１のグレーティング９と波長λ２用の第２のグレーティング１０の構成は上述した実施の形態と同一である。
【００７７】
本実施の形態では、第２のホログラム１２および第２のグレーティング１０に対する波長λ１の透過率、および、第１のホログラム９および第１のグレーティング１１に対する波長λ２の透過率を高めるために、液晶素子からなる２つのホログラム１１，１２および２つのグレーティング９，１０を電気光学素子として用いている。本実施の形態では、第１のグレーティング９、第２のグレーティング１０、第１のホログラム１１および第２のホログラム１２によって第一の偏光性回折格子および第二の偏光性回折格子が実現されている。
【００７８】
このような構成の光ディスク装置において、２波長半導体レーザ１から波長λ１のレーザ光が出射される場合には、第１のホログラム１１と第１のグレーティング９とが回折作用を有するように動作させ、第２のホログラム１２と第２のグレーティング１０は回折作用が無くなるように動作させる。すなわち、図７（ａ）に示すように、２波長半導体レーザ１から波長λ１のレーザ光が出射される場合には、第１のホログラム１１と第１のグレーティング９とにおいて屈折率異方性Δｎ１ｈとΔｎ１ｇとが生じるような駆動電圧ＶｏｎｈおよびＶｏｎｇをそれぞれ印加し、第２のホログラム１２と第２のグレーティング１０において屈折率異方性Δｎ２ｈとΔｎ２ｇが消失するような駆動電圧ＶｏｆｆｈおよびＶｏｆｆｇをそれぞれ印加する。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
【００７９】
一方、２波長半導体レーザ１から波長λ２のレーザ光が出射される場合には、図７（ｂ）に示すように、第２のホログラム１２と第２のグレーティング１０とが回折作用を有するように動作させ、第１のホログラム１１と第１のグレーティング９との回折作用が無くなるように動作させる。すなわち、第２のホログラム１２と第２のグレーティング１０とに対しては屈折率異方性Δｎ２ｈおよびΔｎ２ｇが生じるような駆動電圧ＶｏｎｈおよびＶｏｎｇをそれぞれ印加し、第１のホログラム１１と第１のグレーティング９とに対しては屈折率異方性Δｎ１ｈおよびΔｎ１ｇが消失するような駆動電圧ＶｏｆｆｈおよびＶｏｆｆｇをそれぞれ印加する。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
【００８０】
これにより上述した各種実施の形態の光ディスク装置が奏する効果をより確実に発揮させることができる。
【００８１】
本発明を実施するための第四の実施の形態について図８ないし図１０を参照して説明する。本実施の形態の光ディスク装置においては、上述した各種実施の形態における第１、第２のホログラム１１，１２もしくは第１、第２のグレーティング９，１０として、図８に示す液晶素子２０を用いている。図８は、本発明を実施するための第四の実施の形態の光ディスク装置における液晶素子を示す断面図である。本実施の形態の液晶素子２０は、ガラス等によって形成されている光学的に透明な基板２１と、この基板２１表面に膜状に設けられた透明電極２２とを有している。本実施の形態の透明電極２２は、例えば、ＩＴＯやＩｎＯ２等によって形成されている。透明電極２２は、第１、第２のホログラム１１，１２もしくは第１、第２のグレーティング９，１０としての所定の格子幅とピッチとなるようにパターニングされている。
【００８２】
液晶素子２０は、透明基板２１に設けられた配向膜２３を備えている。配向膜２３は、透明基板２１に垂直配向材を製膜し、この垂直配向材に対してラビング処理をすることで形成することができる。なお、垂直配向材は、例えば、ポリイミド等によって形成することが可能である。
【００８３】
液晶素子２０は、基板２１間の間隔を所定の厚さに制御するためのギャップ材２４を有している。このギャップ材２４は、基板２１への散布によって設けられている。液晶素子２０においては、このギャップ材２４によって所定の厚さに規定された基板２１間の間隔に液晶が挟持されている。本実施の形態の液晶素子２０においては、基板２１間に、ネマチック液晶などの屈折率異方性を有する液晶材料が注入されている。ここに、基板２１間に挟持された液晶によって液晶層２５が実現されている。液晶層２５は、ギャップ材によって所定の厚さに保持されている。また、この液晶層２５においては、液晶が固化（高分子化）された領域２５ｂと固化されていない領域２５ｃとの配列によるピッチによってピッチが規定されている。
【００８４】
加えて、特に図示しないが、対向配置された基板２１の端部には、シール材が設けられている。このシール材は、例えば、印刷等によって設けることが可能である。シール材は、基板２１間に封入された液晶が基板２１間の間隔の外へ漏れ出すことを防止する。
【００８５】
なお、透明電極２２のパターンは、目的とする回折格子に対して格子幅と格子ピッチとが一致するように設けられている。また、液晶素子２０における液晶分子は、液晶層２５の層方向に対して垂直方向に揃うようなホメオトロピック配向をなしており、常光線屈折率と同一の屈折率を示す。
【００８６】
このような液晶素子２０を有する第１、第２のホログラム１１，１２および第１および第２のグレーティング９，１０を備える光ディスク装置においては、各液晶素子２０に印加する駆動電圧Ｖｏｎによって、透明電極２２のパターンの領域の液晶分子２５ａをラビング方向と平行とし、異常光屈折率の方向が揃った状態に変化させる。このような状態において、透明電極パターンのない領域に従った偏光面をもつ直線偏光が入射すると、上述と同様の回折作用を生じさせ、所定の回折効率を得ることが可能となる（図９参照）。
【００８７】
一方で、液晶素子２０に対して十分に低い駆動電圧Ｖｏｆｆを印加した場合には、透明電極２２のパターンの有無によらず液晶分子２５ａは方向を変えないため、直線偏光の入射による回折作用を生じさせないようにすることができる（図９参照）。
【００８８】
本実施の形態では、液晶素子２０における液晶分子２５ａを配向制御することにより、上述したように、２波長半導体レーザから発光される光の波長λ１またはλ２に応じて駆動電圧を切替えて、回折効率および回折作用の有無を制御したり切替えたりすることが可能となる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、パターニングによって透明電極２１をパターニングする際には、回折格子としてのピッチが比較的広いグレーティングとして用いることが好ましい。
【００９０】
また、液晶素子２０の配向方法として電圧無印加時を水平とし、電圧印加時を垂直となるホモジニアス配向に構成することもできる。この水平配向の場合、印加電圧は十分に低いＶｏｎで回折作用を示し、十分高いＶｏｆｆで回折作用が消失するようになる。
【００９１】
ここで、図８に示す液晶素子２０の製造方法について図１０を参照して説明する。図１０は、液晶素子２０の製造方法を示す説明図である。
【００９２】
本実施の形態の液晶素子２０の製造に際しては、ガラス等によって形成された光学的に透明な基板２１に、ＩＴＯやＩｎＯ２等によって形成される透明電極２２を製膜し、この透明基板２２にポリイミド等からなる水平配向材を製膜し、ラビング処理をすることで配向膜を形成する。次に、液晶層を所定の厚さに制御するためのギャップ材を散布し、液晶セルを製作し、紫外線硬化型の高分子液晶などの屈折率異方性を有する液晶材料を封入する。この状態の液晶分子は液晶セル全面でラビング方向と平行に異常光屈折率の方向が揃った状態である。ここまでは、従来の液晶素子の製造方法と同様である。
【００９３】
次に、フォトマスク２６を用いて、第１、第２のホログラム１１，１２もしくは第１および第２のグレーティング９，１０としての所定の格子幅とピッチとなるように、液晶セル２０’における一方の基板２１側（図１０では上側）からステッパによる高精度な紫外線露光を行う。なお、ＵＶ露光中は、透明電極２１となる層２２’に前述のＶｏｎ相当の駆動電圧を印加しておく。これにより、フォトマスク２６による選択露光領域のみが、液晶分子２５ａの方向が液晶層２５と垂直な方向となるため、ＵＶ光液晶分子２５ａの高分子化（硬化）が生じ、液晶分子が高分子化（固化）し、駆動電圧によらず液晶分子の配向方向を固定化することができる。これによって、液晶層２５において固化された領域２５ｂと固化されていない領域２５との配列によるピッチが設けられる。
【００９４】
このような製造方法によって製造した液晶素子２０は、一様な透明電極であってパターン化していないが、ＵＶ光による硬化によって固化された領域２５ｂと固化されていない領域２５ｃとが回折格子の格子幅と格子ピッチと一致している。なお、固化された液晶分子は液晶層と垂直に揃った方向にホメオトロピック配向し常光線屈折率と同一の屈折率を示している。
【００９５】
このような液晶素子に対して駆動電圧Ｖｏｎ（ここでは電圧無印加の状態）を印加されている状態で、固化された領域２５ｂにおける液晶分子２５ａの領域に従った偏光面をもつ直線偏光が入射すると、上述した偏光性回折格子として回折作用が生じ、所定の回折効率を得ることが可能となる。
【００９６】
一方で、液晶素子２０に駆動電圧Ｖｏｆｆ（ここでは電圧印加の状態）印加されている状態では、固化されていない領域２５ｃにおける液晶分子２５ａが、液晶層２５と垂直な方向に配向方向を変えるため、光軸と垂直な平面での屈折率異方性が消失し、直線偏光の入射によって回折作用は生じない。
【００９７】
この機能を用いるとことにより２波長半導体レーザ１から発光される波長λ１、λ２のそれぞれの光に応じて駆動電圧を切り替えることで、回折効率および回折作用の有無を制御もしくは切替えることが可能となる。
【００９８】
また、上述したような液晶素子２０の製造方法は、透明電極２２をパターニングすることなく、ステッパを用いて微細な格子ピッチが形成できるため、検出用のホログラムのように比較的狭ピッチの回折格子として用いることができる。
【００９９】
なお、上述した各種の動作状態は、回折作用が生じる駆動電圧を駆動電圧Ｖｏｎとし、回折作用が消失する駆動電圧をＶｏｆｆとして示しており、印加電圧の大小を示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明を実施するための第一の実施の形態の光ディスク装置における光ピックアップを示す概略図である。
【図２】本実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は２波長半導体レーザから波長λ１のレーザ光が出射される場合の挙動を示す説明図であり、（ｂ）は２波長半導体レーザから波長λ２のレーザ光が出射される場合の挙動を示す説明図である。
【図４】本発明の実施するための第二の実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は２波長半導体レーザから波長λ１のレーザ光が出射される場合の挙動を示す説明図であり、（ｂ）は２波長半導体レーザから波長λ２のレーザ光が出射される場合の挙動を示す説明図である。
【図６】本発明を実施するための第三の実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。
【図７】（ａ）は２波長半導体レーザから波長λ１のレーザ光が出射される場合の挙動を示す説明図であり、（ｂ）は２波長半導体レーザから波長λ２のレーザ光が出射される場合の挙動を示す説明図である。
【図８】本発明を実施するための第四の実施の形態の光ディスク装置における液晶素子を示す断面図である。
【図９】液晶素子の構造を概略的に説明する斜視図である。
【図１０】液晶素子の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１    光源
２０    液晶素子
Ａ    光ピックアップ
【図１】
2005115976.tif 000004
【図２】
2005115976.tif 000005
【図３】
2005115976.tif 000006
【図４】
2005115976.tif 000007
【図５】
2005115976.tif 000008
【図６】
2005115976.tif 000009
【図７】
2005115976.tif 000010
【図８】
2005115976.tif 000011
【図９】
2005115976.tif 000012
【図１０】
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