(57)【要約】【課題】  入射する光束に対する回折効率が高く、しかも、量産性が高い偏光回折光学素子を提供することである【解決手段】  回折効率が入射する光束の入射角に依存する偏光回折格子を複数積層し、各層の偏光回折格子の傾斜角度を、入射する光束に対する相対的な傾きの差が小さくなる角度に設定する。これにより、偏光回折光学素子における光束が入射される全域において回折効率を高めることができる。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折効率が入射する光束の入射角に依存する偏光回折格子を備えた偏光回折光学素子において、
前記偏光回折格子が複数積層され、各層の前記偏光回折格子の傾斜角度が入射する光束に対する相対的な傾きの差が小さくなる角度に設定されていることを特徴とする偏光回折光学素子。
【請求項２】
前記偏光回折格子は、矩形傾斜型であり、矩形部分の傾斜角が各層ごとに異なることを特徴とする請求項１記載の偏光回折光学素子。
【請求項３】
前記偏光回折格子は、ブレーズ型であり、バックサグ角度が各層ごとに異なることを特徴とする請求項１記載の偏光回折光学素子。
【請求項４】
前記偏光回折格子は、光学的異方性材料の層に凹凸形状が形成され、少なくとも凹部に光学的等方性材料が充填されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の偏光回折光学素子。
【請求項５】
前記光学的異方性材料の層は有機延伸膜であることを特徴とする請求項４記載の偏光回折光学素子。
【請求項６】
前記偏光回折格子は、光学的等方性材料の層に凹凸形状が形成され、少なくとも凹部に光学的異方性材料が充填されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の偏光回折光学素子。
【請求項７】
前記光学的異方性材料は液晶であることを特徴とする請求項６記載の偏光回折光学素子。
【請求項８】
レーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光を光ディスク上に集光させる対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を受光する受光素子と、
前記光ディスクからの反射光を前記受光素子に向けて屈曲させる請求項１ないし７のいずれか一記載の偏光回折光学素子と、
を具備する光ピックアップ。
【請求項９】
光ディスクを回転させる回転駆動機構と、
請求項８記載の光ピックアップと、
を具備する光ディスクドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光回折光学素子、偏光回折光学素子を用いた光ピックアップ及び光ディスクドライブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスクドライブ装置に搭載される光ピックアップとして、光情報記録媒体である光ディスクからの反射光を回折光学素子により分岐し、分岐された光を受光素子で受光する光学系を備えたものが種々提案されており、例えば、特許文献１、２に開示されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１、２に開示された光ピックアップの構成によれば、それぞれ手段は異なるが、往路において余分な回折光が発生しないため、往路の効率は高い。一方、復路の効率に関しては、回折格子もしくは偏光性回折格子の回折効率が大きく影響する。
【０００４】
ところで、「光波電子光学」では、平面ホログラムと体積ホログラムとについて論じられている。平面ホログラムか体積ホログラムかを判断するパラメータとしてＱ値というものがある。
【０００５】
Ｑ＝２πλＴ／（ｎｄ２）
但し、λ：光源波長
Ｔ：格子深さ
ｎ：回折格子媒質の屈折率
ｄ：格子ピッチ
一般にＱ≦０．５の場合は平面ホログラム、Ｑ≧１０の場合は体積ホログラム、０．５＜Ｑ＜１０の場合はその中間領域のホログラムという目安がある。平面ホログラムと体積ホログラムとの性質の違いとしては、回折効率が入射する光束の入射角に依存するか否かという点が挙げられる。平面ホログラムでは光束の入射角に関わらず回折効率は一定であるが、体積ホログラムでは光束の入射角により回折効率は大きく変化し、特定の入射角(ブラッグ角)時に回折効率は最大になる。図５は、Ｑ値に応じた一次回折光の効率と光束入射角との関係を示すグラフである。一次回折光の効率が最大となる光束入射角（ブラッグ角）θＢは、次式であらわせる。
θＢ＝ｓｉｎ−１(λ／２ｄ)
図５に示すように、Ｑ値が２以上の回折格子に光束をある角度で斜め入射させれば、＋１次回折光もしくは−１次回折光の回折効率をＱ値が０．１の回折格子における回折効率よりも高くできる。また、この時の入射角がブラッグ角に近い程、高い回折効率が得られる。なお、図５には示していないが、１＜Ｑ＜２の場合であっても、回折効率が入射する光束の入射角に依存する特性が出ていれば、回折格子に光束をある角度で斜め入射させる事により、＋１次回折光もしくは−１次回折光の回折効率をＱ値が０．１の回折格子における回折効率よりも高くする事が可能である。
【０００６】
【特許文献１】特許第３０４７３１４号公報
【特許文献２】特許第２５９４５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の発明の構成によれば、戻り光束を回折格子に対して斜めに入射できるのでブラッグ回折させる事も可能であるが、光源からの光束が回折格子を避けなければならないので、回折格子を往路の光軸からある程度離して配置しなければならない。従って、ブラッグ角を大きくする必要、すなわち回折格子の格子ピッチを小さくする必要があり、設計の自由度が低くなる。
【０００８】
また、特許文献２記載の発明の構成によれば、往路と復路との光軸が完全に重なった光路中に回折格子を配置できるが、回折格子単体でブラッグ回折させるには回折格子自体を往復路の光軸に対して斜めに配置する必要があり、発散光路中に配置した場合は往路において非点収差が発生してしまうため、光記録媒体の記録再生性能が劣化する。
【０００９】
本発明の目的は、入射する光束に対する回折効率が高く、しかも、量産性が高い偏光回折光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、回折効率が入射する光束の入射角に依存する偏光回折格子を備えた偏光回折光学素子において、前記偏光回折格子が複数積層され、各層の前記偏光回折格子の傾斜角度が入射する光束に対する相対的な傾きの差が小さくなる角度に設定されている。
【００１１】
したがって、量産性が高く、高回折効率の偏光回折光学素子が実現される。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の偏光回折光学素子において、前記偏光回折格子は、矩形傾斜型であり、矩形部分の傾斜角が各層ごとに異なる。
【００１３】
したがって、入射する光束における矩形部分の傾斜方向に沿った両側において、高回折効率の偏光回折光学素子が実現される。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の偏光回折光学素子において、前記偏光回折格子は、ブレーズ型であり、バックサグ角度が各層ごとに異なる。
【００１５】
したがって、入射する光束におけるバックサグ角の配列方向に沿った両側において高回折効率の偏光回折光学素子が実現される。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の偏光回折光学素子において、前記偏光回折格子は、光学的異方性材料の層に凹凸形状が形成され、少なくとも凹部に光学的等方性材料が充填されている。
【００１７】
したがって、光学的異方性材料の層に直接凹凸形状を加工できるので微小ピッチの格子を形成でき、光学的等方性材料が充填物質と接着剤とを兼ねることができ、偏光回折格子の製造工程が簡素化される。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の偏光回折光学素子において、前記光学的異方性材料の層は有機延伸膜である。
【００１９】
したがって、光学的異方性材料に有機延伸膜を用いるため、材料費が安価で、大面積加工ができるため、低コスト化が実現される。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の偏光回折光学素子において、前記偏光回折格子は、光学的等方性材料の層に凹凸形状が形成され、少なくとも凹部に光学的異方性材料が充填されている。
【００２１】
したがって、光学的等方性材料として加工が容易な硝子材等を用いることができ、微小ピッチの格子を安定して形成でき、高信頼性を確保できる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の偏光回折光学素子において、前記光学的異方性材料は液晶である。
【００２３】
したがって、充填材が液晶なので、複屈折率を大きくすることができ、凹凸形状を浅溝加工とすることができるため加工時間を短縮でき、量産性が高くなる。
【００２４】
請求項８記載の発明の光ピックアップは、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光を光ディスク上に集光させる対物レンズと、前記光ディスクからの反射光を受光する受光素子と、前記光ディスクからの反射光を前記受光素子に向けて屈曲させる請求項１ないし７のいずれか一記載の偏光回折光学素子と、を具備する。
【００２５】
したがって、請求項１ないし７のいずれか一記載の偏光回折光学素子を備えた光ピックアップでは、信号出力にアンバランスが無くトラッキング信号等を正確に検出でき、それに伴って高速記録再生が可能となる。
【００２６】
請求項９記載の発明の光ディスクドライブ装置は、光ディスクを回転させる回転駆動機構と、請求項８記載の光ピックアップと、を具備する。
【００２７】
したがって、請求項８記載の光ピックアップ装置を搭載することにより記録再生速度の高速化を達成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
偏光回折光学素子に入射する光束は集束光であり、入射する光束は略±６°の角度を有している。体積ホログラムの場合、Ｑ値が１０〜４ではブラッグ角から外れると回折効率が急激に低下してしまい、特に入射した光束の＋６°付近と−６°付近ではトラッキング信号等を検出するための光量が低下してしまう。そこで、光束の中心付近及び＋６°、−６°付近のそれぞれの領域を分割して最適な傾斜角を持たせて偏光回折格子の溝形状を形成することで、各領域において最適な回折効率を得ることが可能となる。本発明では、各領域ごとに偏光回折格子の傾斜角度を変えるために、傾斜角度の異なる偏光回折格子を積層している。なお、マスク露光もしくはエッチングにより偏光回折格子を成形できるが、一層の偏光回折光学素子において傾斜角度が各領域で異なる溝を形成することは非常に困難であり、量産性に問題がある。本発明では各層ごとに傾斜の異なる偏光回折格子を形成し、積層構成とすることで量産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図４に基づいて説明する。図１は光ディスク装置を示すブロック図、図２は光ピックアップの構成図、図３は光ピックアップの一部を拡大して示す構成図、図４は偏光回折光学素子の断面図と平面図である。
【００３０】
光ディスク装置１は、光ディスクＤを任意の回転速度で回転させる回転駆動機構の主要部を構成するスピンドルモータ２、このスピンドルモータ２の制御を行う回転制御部３、光ディスクＤの記録面に対してレーザ光を出射して光ディスクＤの記録面で反射されたレーザ光を受光する光ピックアップ４、この光ピックアップ４を光ディスクＤの半径方向に移動させるスライダモータ５、このスライダモータ５の制御を行うスライダモータ制御部６、光ピックアップ４の制御を行う光ピックアップ制御部７、光ピックアップ４からの信号を処理する信号処理部８、各種プログラム及び格納データを演算処理し各部の動作を制御するＣＰＵ９、リード／ライト処理プログラムや制御プログラム等の固定的データを予め格納する記憶媒体であるＲＯＭ１０、光ディスクＤから読み出したリードデータ及び光ディスクＤに書き込むライトデータ等を一時的に格納する記憶手段であるＲＡＭ１１等を備えている。このような光ディスク装置１は、外部インターフェース（図示せず）を介して上位装置であるホストコンピュータ１２に接続されている。
【００３１】
この光ディスク装置１による光ディスクＤに対するデータのリード／ライト動作について説明する。ホストコンピュータ１２から光ディスク装置１にリード／ライトコマンドが入力されると、光ディスク装置１のＣＰＵ９は、ＲＯＭ１０に格納されたリード／ライト処理プログラムに基づいてリード／ライト処理を実行する。
【００３２】
ＣＰＵ９は、回転制御部３によりスピンドルモータ２を駆動制御して光ディスクＤを回転させ、スライダモータ制御部６によりスライダモータ５を駆動制御して光ピックアップ４を光ディスクＤの半径方向に移動させながら、光ピックアップ制御部７により光ピックアップ４を駆動制御して光ディスクＤの記録面に対しレーザ光を出射し、光ディスクＤの記録面に反射されたれレーザ光を受光してリード／ライトを実行する。このとき、ＣＰＵ９は、一時的にＲＡＭ１１に格納されたリードデータをホストコンピュータ１２に送信し、ライトデータをホストコンピュータ１２から一時的にＲＡＭ１１に格納する処理も行う。
【００３３】
光ピックアップ４は図２に示すように、レーザ光を出射する半導体レーザ２１、受光素子２２、偏光回折光学素子２３、カップリングレンズ２４、１／４波長板２５、対物レンズ２６等により構成されている。半導体レーザ２１から出射されたレーザ光は、偏光回折光学素子２３を通過し、カップリングレンズ２４により平行光とされ、１／４波長板２５により円偏光に変換され、対物レンズ２６により光ディスクＤの面上に光スポットの状態で照射される。光ディスクＤの面上に照射されたレーザ光は、光ディスクＤの面上で反射され、その反射光は、再び対物レンズ２６、１／４波長板２５を通って円偏光から出射光の偏光面と垂直な直線偏光に変換される。この結果、反射光は偏光回折光学素子２３で回折され、受光素子２２で受光され、トラッキング検出用の信号や再生信号として用いられる。
【００３４】
光ピックアップ４の小型化を図るためには、図３に示すように、偏光回折光学素子２３と受光素子２２との光軸方向の距離Ｌを短縮化する必要があり、光軸方向の距離Ｌと、半導体レーザ２１と受光素子２２との距離ｍとにより回折角が決まる。そして、小型化されるほど、回折角を大きくするために偏光回折光学素子２３の回折格子のピッチを狭くしなければならず、体積性が高まりＱ値が大きくなる。Ｑ値が大きくなると図５で説明したように回折格子の入射角依存性が発生し回折格子に入射する集束光の周辺部（図３に示す±６°の近傍）での回折効率が低下する。収束光の周辺部の光は受光素子２２に入射すると主にトラッキング検出用の信号に利用されるため、回折効率の低下に伴う光量低下によりトラッキング制御精度の低下をまねき、記録再生性能に悪影響を及ぼす。
【００３５】
そこで、この偏光回折光学素子２３では、矩形傾斜型の偏光回折格子２７を３層積層し、各偏光回折格子２７ごとに矩形部分の傾斜角度を異ならせている。具体的には、偏光回折光学素子２３に入射する収束光が−６°の領域では上層の偏光回折格子２７の矩形部分の傾斜角を−１４°とし、入射する収束光が＋６°の領域では下層の偏光回折格子２７の矩形部分の傾斜角を−２°とし、偏光回折光学素子２３に入射する収束光が±０°の領域では中層の偏光回折格子２７の矩形部分の傾斜角を−８°とする。これにより、各偏光回折格子２７の矩形部分の傾斜角度に対する入射する光束の相対的な傾きがそれぞれ−８°となり、相対的な傾きの差が小さくなり、各偏光回折格子２７における入射する光束との相対的な傾き角度を体積ホログラムのブラック角と略同じ角度とすることができる。これにより、偏光回折格子２７の回折効率が偏光回折光学素子２３の全域で最適化され、偏光回折光学素子２３に入射する集束光の周辺部での回折効率の低下が防止される。
【００３６】
また、偏光回折光学素子２３の各領域における偏光回折格子２７の矩形部分の傾斜角を変えるために、それぞれ異なる傾斜角（−１４°、−８°、−２°）の偏光回折格子２７を積層したので、この偏光回折光学素子２３の量産性が高くなる。そして、偏光回折光学素子２３の全域で回折効率が向上し、光ピックアップ４の小型化が可能となる。
【００３７】
各層の偏光回折格子２７は、石英やＢＫ７のような透明なガラス、樹脂からなる基板２７ａ上に光学的異方性材料の層２７ｂが設けられ、この層２７ｂに矩形型の凸凹形状が形成され、少なくとも凹部に光学的等方性材料２７ｃが充填されることにより形成されている。
【００３８】
光学的異方性材料の層２７ｂとしては、有機延伸膜を用いることができる。有機延伸膜の屈折率は低屈折率なので、充填材料である光学的等方性材料２７ｃは屈折率を調整しやすく、透明度を高くして光利用効率を低下しないようにできる。
【００３９】
有機延伸膜の作製方法の１例としては、ガラスなどの透明基板上にＳｉＯなどを斜め蒸着したり、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの有機膜を布でこすってラビング処理した配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させ、このあと紫外線を照射してポリマー化して作成する方法がある。（J.Appl.Phys. vol.72. No3.  P938  1992）この方法により、有機延伸膜を安価に生産することができる。
【００４０】
また、有機延伸膜を得る別の加工法としては、スピンコートなどにより作製したポリイミドやポリカーボネ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もある。延伸の時の温度や加える力により複屈折Δｎは変えることができ、安価で量産可能な方法である。
【００４１】
このようにして得られた有機延伸膜にエッチング等により矩形型の凹凸形状を形成し、その凹部を光学的等方性材料２７ｃで埋めて平坦化することにより低コストで高効率な偏光回折格子２７が形成される。
【００４２】
光学的異方性材料の膜２７ｂとして有機延伸膜を用いた場合には、材料費が安価で、大面積加工ができるため、低コスト化を実現できる。
【００４３】
以上説明したような偏光回折光学素子２３を含む光ピックアップ４（図２参照）によれば、信号出力にアンバランスが無くトラッキング信号等を正確に検出することができ、それに伴って高速記録再生が可能となる。
【００４４】
さらに、以上説明したような偏光回折光学素子２３を含む光ピックアップ４を搭載した光ディスク装置１（図１参照）によれば、記録再生速度の高速化を達成することができる。
【００４５】
本発明の第２の実施の形態を図６ないし図８に基づいて説明する。なお、図１ないし図４において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する。
【００４６】
本実施の形態の偏光回折光学素子３１は、図６に示すように、３層のフレーズ型の偏光回折格子３２を有し、バックサグ角度γが各層の偏光回折格子３２ごとに異なっている。図７はブレーズ形状を示すもので、γはバックサグ角度、Ｐはピッチ寸法、Ｔは凹部の深さ寸法である。
【００４７】
図８は、ブレーズ型の偏光回折格子３２の一次回折効率の入射角依存性のグラフを示したものであり、入射角によって回折効率が変動するため、各領域（Ｄ、Ｅ、Ｆ領域）でパラメータγを変える事で、各領域の回折効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
各層の偏光回折格子３２は、石英やＢＫ７のような透明なガラス、樹脂からなる基板３２ａ上に光学的異方性材料の層３２ｂが設けられ、この層３２ｂにブレーズ型の凹凸形状が形成され、少なくとも凹部に光学的等方性材料３２ｃが充填されることにより形成されている。光学的異方性材料の層３２ｂとしては、有機延伸膜を用いることができる。
【００４９】
本実施の形態では、各層の偏光回折格子３２ごとにバックサグ角度を異ならせたことにより、各偏光回折格子３２のバックサグ角度（傾斜角度）に対する入射する光束の相対的な傾きの差が小さくなり、回折効率のバラツキをなくすことができ、偏光回折格子３２の回折効率を偏光回折光学素子３１の全域で最適化することができ、偏光回折光学素子３１に入射する集束光の周辺部での回折効率の低下が防止される。
【００５０】
なお、上述した第１、第２の実施の形態では、光学的異方性材料の層２７ｂ、３２ｂに凹凸形状を形成し、少なくとも凹部に光学的等方性材料２７ｃ、３２ｃを充填することにより偏光回折格子２７，３２を形成したが、基板上に光学的等方性材料の層を設け、この層に凹凸形状を形成し、少なくとも凹部に光学的異方性材料を充填することにより偏光回折格子を形成してもよい。
【００５１】
この場合において、この偏光回折格子では、光学的等方性材料である加工が容易な硝子材等に直接凹凸形状を加工するので、加工が容易であり、微小ピッチの凹凸形状を安定して形成でき高信頼性を確保できる。
【００５２】
さらに、この場合において、光学的異方性材料としては、液晶を用いることができる。液晶の複屈折率は、配合によりある程度任意に変えることができる。凹凸加工において溝深さを浅くしたい場合は複屈折率を大きくし、深い溝加工が可能であれば複屈折率を小さくすれば良い。体積ホログラムを作りたい場合は複屈折率を小さくして深い溝加工にすればよい。このように多用な偏光回折格子を作る事に対応できる液晶は、作るものにより複屈折率も多用に変わることが予想される。液晶の複屈折率を大きくした場合には、凹凸形状の溝深さを浅くでき、凹凸形状の加工時間の短縮により量産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光ディスク装置を示すブロック図である。
【図２】光ピックアップの構成図である。
【図３】光ピックアップの一部を拡大して示す構成図である。
【図４】偏光回折光学素子の断面図と平面図である。
【図５】偏光回折格子のＱ値に応じた回折効率を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態の偏光回折光学素子の断面図と平面図である。
【図７】偏光回折格子のブレーズ形状を示す拡大図である。
【図８】ブレーズ型の偏光回折格子の一次回折効率の入射角依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
４      光ピックアップ
２１      半導体レーザ
２２      受光素子
２３      偏光回折光学素子
２６      対物レンズ
２７      偏光回折格子
２７ｂ    光学的異方性材料の層
２７ｃ    光学的等方性材料
３１      偏光回折光学素子
３２      偏光回折格子
３２ｂ    光学的異方性材料の層
３２ｃ    光学的等方性材料
Ｄ      光ディスク
【図１】
2005149594.tif 000003
【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】
2005149594.tif 000009
【図８】
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