JP4387141B2 - Polarization diffraction grating - Google Patents
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Description
本発明は、偏光性回折格子からなる偏光光学素子、および、それを用いた光ピックアップ装置、光ディスクドライブ装置に関する。 The present invention relates to a polarizing optical element including a polarizing diffraction grating, and an optical pickup device and an optical disk drive device using the polarizing optical element.
液晶表示のカラーフィルタ用途として、基板に対して斜めに傾いた格子が提案されている（例えば、特許文献１ 参照。）。斜めにすることにより０次光と１次光以外の高次光が発生しないで、しかも回折効率の波長依存性もほとんど無いものとなる。 As a color filter application for liquid crystal display, a lattice inclined obliquely with respect to the substrate has been proposed (for example, see Patent Document 1). By tilting, high-order light other than the 0th-order light and the 1st-order light is not generated, and the wavelength dependence of the diffraction efficiency is hardly present.
図１３は偏光性回折格子の１例を示す模式図である。
同図において符号１、１’は基板、２は第１の媒質、３は第２の媒質をそれぞれ示す。
偏光性回折格子は、基板１、１’に挟まれた、互いに屈折率の異なる第１の媒質２と第２の媒質３との境界面に、断面が矩形波状に形成されている。すなわち、矩形状の凹凸によって、２つの媒質が互いに同じ幅で入り組むように、基板面に平行な方向に周期的に所定のピッチで交互に並んでいる。凹凸の上面と底面は基板表面に対し平行であり、上面と底面を結ぶ壁面は基板表面に対し垂直になっている。紙面に垂直な方向にはこのような凹凸が、格子ラインとして所定の長さで形成されている。同図では理解を容易にするために縦横とも誇張して示してある。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a polarizing diffraction grating.
In the figure,
The polarizing diffraction grating has a rectangular wave cross section at the boundary surface between the
矩形波のピッチに比べて凹凸の深さが浅い場合は、平面ホログラムとしての性質を示し、逆に或る程度深い場合は、Ｑ値が大きくなり体積ホログラムとしての性質を示す。ただし、ここで言うＱ値とは、光の空気中の波長λ、格子深さＴ、回折格子媒質の屈折率ｎ、格子ピッチをｄとするとき、
Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２
で表される値のことである。
平面ホログラムの＋１次回折光の回折効率は、面に対する光束の入射角度による依存性があまり大きくないが、体積ホログラムのそれは、入射角度に大きく依存する。
When the depth of the unevenness is shallower than the pitch of the rectangular wave, the property as a planar hologram is exhibited, and conversely, when the depth is somewhat deep, the Q value is increased and the property as a volume hologram is exhibited. However, the Q value here refers to the wavelength λ of light in the air, the grating depth T, the refractive index n of the diffraction grating medium, and the grating pitch d.
Q = 2πλT / nd 2
It is a value represented by.
The diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light of the plane hologram is not so dependent on the incident angle of the light beam with respect to the surface, but that of the volume hologram greatly depends on the incident angle.
図１４はホログラムの種類による＋１次回折光の回折効率を表すグラフである。
同図において符号Ｐは平面ホログラムによる１次光回折効率を表す曲線、Ｖは体積ホログラムによる１次光回折効率を表す曲線をそれぞれ示す。
平面ホログラムの場合は、光束が面に対して垂直に入射するとき最も回折効率が高くなる。そして、入射光束が面に対し傾いていっても、回折効率の低下はあまり著しくない。
それに比べ、体積ホログラムの場合は、光束が面に対し垂直に入射したときは、平面ホログラムとほぼ同等の回折効率を示すが、入射角度が−（マイナス）方向に傾いていくと、回折効率はそれより減少し、逆に、入射角度が＋方向に傾いていくと、回折効率は上昇し、或る角度θＢにおいて最大値を示し、それ以上の角度では減少に転ずる。
この現象は、非特許文献１にも示されている。
FIG. 14 is a graph showing the diffraction efficiency of + 1st order diffracted light according to the type of hologram.
In the figure, the symbol P represents a curve representing the first-order light diffraction efficiency by a plane hologram, and V represents a curve representing the first-order light diffraction efficiency by a volume hologram.
In the case of a planar hologram, the diffraction efficiency is highest when the light beam enters perpendicularly to the surface. Even if the incident light beam is inclined with respect to the surface, the diffraction efficiency is not significantly reduced.
In contrast, in the case of a volume hologram, when the light beam is incident on the surface perpendicularly, the diffraction efficiency is almost the same as that of the planar hologram, but when the incident angle is inclined in the-(minus) direction, the diffraction efficiency is If the incident angle is further decreased and the incident angle is tilted in the + direction, the diffraction efficiency increases, shows a maximum value at a certain angle θB, and starts decreasing at an angle larger than that.
This phenomenon is also shown in
偏光性回折格子の回折効率を高めるためには回折格子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、ピッチの小さい偏光性回折格子は前述のように体積ホログラムの特性が表れる。
一般に偏光性回折格子には光を面に垂直入射（入射角０°）させて使うが、光ピックアップにおいて偏光性回折格子を光源とカップリングレンズの間に配置すると、収束光が偏光性回折格子に入るので光束の中心部は垂直入射するが、周辺部では光の入射角度が＋５°や−５°の角度で入射する。＋５°で入射した光は回折効率η１が大きく、−５°で入射した光は回折効率η２が小さいと、ビームの左右で回折効率が異なることになり、プッシュプル信号にオフセットが生じてしまう。
この問題を解決するため、本発明者等は回折格子自体を傾ける方式を提案した（特願２００３−０９０７６９）。
In order to increase the diffraction efficiency of the polarizing diffraction grating, the grooves of the diffraction grating must be processed deeply. However, a polarizing diffraction grating having a deep groove and a small pitch exhibits the characteristics of a volume hologram as described above.
In general, a polarizing diffraction grating is used by making light incident perpendicularly to the surface (
In order to solve this problem, the present inventors have proposed a method of tilting the diffraction grating itself (Japanese Patent Application No. 2003-090769).
図１５は格子面の傾斜による１次光回折効率のグラフのシフトを説明するための図である。
同図において符号ｇ０は格子を傾けないときの光軸に沿った入射光、いわゆる主光線に対する１次回折光の回折効率のグラフ、ｇθＢは格子をθＢ傾けた場合の主光線に対する１次回折光の回折効率のグラフをそれぞれ示す。
この先願によれば、回折格子を傾けない場合の１次光回折効率はグラフｇ０で示される。１次光回折効率が最も高くなる入射角度（θＢ）だけ光軸に対して回折格子自体を傾けて、主光線に対して最も回折効率が大きくなるようにすると、グラフｇ０は座標軸対称にシフトして、主光線に対する１次光回折効率のグラフｇθＢを得る。このグラフは光軸に関し＋５°や−５°の角度で入射した場合でも回折効率η１とη２が等しくなる。このようにしてプッシュプル信号にオフセットが生じないように構成している。このように構成すると、収束光のすべての角度に対し、回折効率が上昇するので、受光素子に入射する光量も増加し、高速応答も可能になる。
FIG. 15 is a diagram for explaining the shift of the graph of the first-order light diffraction efficiency due to the inclination of the grating surface.
In the figure, g0 is a graph of the diffraction efficiency of the first-order diffracted light with respect to the incident light along the optical axis when the grating is not tilted, so-called chief ray, and gθB is the diffraction of the first-order diffracted light with respect to the chief ray when the grating is tilted by θB. The efficiency graphs are shown respectively.
According to this prior application, the first-order light diffraction efficiency when the diffraction grating is not tilted is shown by a graph g0. If the diffraction grating itself is tilted with respect to the optical axis by the incident angle (θB) at which the first-order light diffraction efficiency is the highest, and the diffraction efficiency is maximized with respect to the principal ray, the graph g0 shifts symmetrically with respect to the coordinate axis. Thus, a graph gθB of the first-order light diffraction efficiency with respect to the principal ray is obtained. In this graph, the diffraction efficiencies η1 and η2 are equal even when incident at an angle of + 5 ° or −5 ° with respect to the optical axis. In this way, the push-pull signal is configured not to be offset. With this configuration, the diffraction efficiency increases for all angles of the convergent light, so that the amount of light incident on the light receiving element increases and a high-speed response is possible.
上記先願においては、光軸に対して格子自体を傾けて、主光線に関し最も回折効率が大きくなるようにして、光軸に対し傾いた角度で入射した場合でも＋５°入射と−５°入射で回折効率が等しくなるようにしてプッシュプル信号にオフセットが生じないように構成されている。しかしながら回折効率が等しくなるのでオフセットは生じないが、傾斜角入射光に対する回折効率自体は低下するのでプッシュプル信号光量は低下する。
さらに同先願において、全領域でブラッグ角になるように格子を傾斜することで回折効率の低下を抑制する方法が提案されているが、収束光が入射する場合、全領域でブラッグ角になるようにおのおのの格子を少しずつ傾けて加工することは難しい。
In the above prior application, the grating itself is tilted with respect to the optical axis so that the diffraction efficiency is maximized with respect to the principal ray, and even when incident at an angle inclined with respect to the optical axis, + 5 ° incidence and −5 ° incidence Thus, the push-pull signal is configured to have no offset by making the diffraction efficiencies equal. However, since the diffraction efficiencies are equal, no offset occurs, but the diffraction efficiency itself with respect to the incident light with the tilt angle is lowered, so that the push-pull signal light quantity is lowered.
Further, in the earlier application, a method for suppressing a decrease in diffraction efficiency by tilting the grating so as to have a Bragg angle in the entire region is proposed. However, when convergent light is incident, the Bragg angle is obtained in the entire region. It is difficult to work by tilting each grid little by little.
偏光性回折格子を構成する材料として、光学的異方性材料が必要となるが、この材料としてカルサイトを用いる例がある（例えば、特許文献２ 参照。）。しかしながら、カルサイトは大面積・低コストに関して難がある。一方、このような用途に使える材料として、有機延伸膜をホログラムに用いた例がある（例えば、特許文献３ 参照。）。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。 An optically anisotropic material is required as a material constituting the polarizing diffraction grating, and there is an example in which calcite is used as this material (for example, see Patent Document 2). However, calcite has difficulty in terms of large area and low cost. On the other hand, as a material that can be used for such applications, there is an example in which an organic stretched film is used for a hologram (see, for example, Patent Document 3). Compared to calcite, the organic stretched film has the advantage of being easy to increase in area, thin in thickness, and available at low cost.
受光素子に入る光量を大きくするために矩形波ピッチに対する深さを深くすると、特定の入射角度に対して回折効率が大きくなるような体積ホログラムの特性が現れる。この体積ホログラムは、通常の使い方では、入射角度の違いによる回折効率の違いから生じるプッシュプル信号のオフセットが発生する。これを避けるため回折効率が最大になる入射角で主光線が入射するように格子を傾ける。それでも主光線に対する回折効率に比べて、傾斜入射光線に対する回折効率は低くなる。収束しながら入射するすべての入射光の入射角に対してブラッグ角度になるよう、ホログラムの格子を傾斜する方法は製造が難しい。
本発明では格子を複数の領域に分けて、領域ごとに格子の形状を変える事により、＋５°入射、−５°入射のような光軸に関し斜めに入射する光に対して回折効率が等しく、かつ回折効率自体も低下しないようにすることを提案する。
When the depth with respect to the rectangular wave pitch is increased in order to increase the amount of light entering the light receiving element, the characteristics of a volume hologram that increases the diffraction efficiency for a specific incident angle appear. In a normal usage, this volume hologram causes an offset of a push-pull signal resulting from a difference in diffraction efficiency due to a difference in incident angle. To avoid this, the grating is tilted so that the chief ray is incident at an angle of incidence that maximizes the diffraction efficiency. Nevertheless, the diffraction efficiency for obliquely incident light is lower than the diffraction efficiency for chief rays. It is difficult to manufacture the method of tilting the hologram grating so that the Bragg angle is set with respect to the incident angle of all incident light incident while converging.
In the present invention, the grating is divided into a plurality of regions, and by changing the shape of the lattice for each region, diffraction efficiency is equal to light incident obliquely with respect to the optical axis such as + 5 ° incidence and −5 ° incidence, In addition, it is proposed that the diffraction efficiency itself is not lowered.
請求項１に記載の発明では、光学的に透明、且つ、互いに平行に配された２枚の基板と、両基板の間に挟まれ、少なくとも一方が複屈折性を示し、互いに光学的特性の異なる２つの媒質が境界面をもって交互に周期的に配列された構造を有する矩形形状の偏光性回折格子において、該回折格子は側面部が前記基板に対して傾斜し、前記配列方向に関して複数の領域に分割され、各々の領域において前記境界面の傾斜する角度が異なることを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の偏光性回折格子において、前記光学的特性の異なる２つの媒質のうち一方の媒質のみが複屈折性を示す媒質であり、他方の媒質は光学的等方性を示す媒質であることを特徴とする。
In the first aspect of the present invention, two substrates that are optically transparent and arranged in parallel to each other are sandwiched between the two substrates, at least one of which exhibits birefringence, and has optical properties relative to each other. in the polarizing diffraction grating rectangular shape two different medium to have a periodically arranged structure alternately with the interface, the diffraction grating is inclined sidewall is relative to the substrate, the plurality with respect to the arrangement direction It is divided into regions, and the angle at which the boundary surface inclines is different in each region.
In the invention according to
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の偏光性回折格子において、前記複屈折性を示す媒質の面内の直交する２方向の異なる屈折率のうち一方の屈折率と前記光学的等方性を示す媒質の屈折率とが略等しいことを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の偏光性回折格子において、該回折格子は奇数の領域に分割されており、中央の領域の前記境界面の傾斜角は、使用すべき光の波長に関し、前記基板の面に垂直に入射する光線の１次回折光の回折効率が最大になる角度θＢに設定されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the polarizing diffraction grating according to the second aspect, wherein one of the two different refractive indices in two orthogonal directions within the plane of the birefringent medium and the optical refractive index. The refractive index of a medium exhibiting isotropic property is substantially equal.
According to a fourth aspect of the present invention, in the polarizing diffraction grating according to any one of the first to third aspects, the diffraction grating is divided into an odd-numbered area, and an inclination of the boundary surface in a central area. The angle is set to an angle θB at which the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of the light incident perpendicularly to the surface of the substrate is maximized with respect to the wavelength of light to be used.
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の偏光性回折格子において、前記奇数の領域のうち最外側の領域の前記境界面の傾斜角は、前記回折格子に入射させるべき収束性の光束のうち１次回折光の回折効率を最大にしたい光線の相対入射角度がθＢになるように設定されていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、光学的に透明、且つ、互いに平行に配された２枚の基板と、両基板の間に挟まれ、少なくとも一方が複屈折性を示し、互いに光学的特性の異なる２つの媒質が境界面をもって交互に周期的に配列された構造を有する矩形形状の偏光性回折格子において、該回折格子は側面部が前記基板に対して傾斜し、複数の領域に分割され、各々の領域において前記回折格子の深さが異なることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the polarizing diffraction grating according to the fourth aspect, the inclination angle of the boundary surface of the outermost region of the odd number regions is a convergence property to be incident on the diffraction grating. It is characterized in that the relative incident angle of a light beam for maximizing the diffraction efficiency of the first-order diffracted light is set to θB.
In the invention described in
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の偏光性回折格子において、前記光学的特性の異なる２つの媒質のうち一方の媒質のみが複屈折性を示す媒質であり、他方の媒質は光学的等方性を示す媒質であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の偏光性回折格子において、前記複屈折性を示す媒質の面内の直交する２方向の異なる屈折率のうち一方の屈折率と前記光学的等方性を示す媒質の屈折率とが略等しいことを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項６ないし８のいずれか１つに記載の偏光性回折格子において、該回折格子は奇数の領域に分割されており、中央の領域の前記回折格子の深さは、使用すべき光の波長に関し、前記基板の面に垂直に入射する光線の出射角θなる１次回折光の回折効率が最大になる深さに設定されていることを特徴とする。
In the invention according to
According to an eighth aspect of the present invention, in the polarizing diffraction grating according to the seventh aspect, one of the two different refractive indexes in the two orthogonal directions in the plane of the birefringent medium and the optical index. The refractive index of a medium exhibiting isotropic property is substantially equal.
According to a ninth aspect of the present invention, in the polarizing diffraction grating according to any one of the sixth to eighth aspects, the diffraction grating is divided into odd-numbered regions, and the depth of the diffraction grating in the central region. This is characterized in that, with respect to the wavelength of light to be used, it is set to a depth at which the diffraction efficiency of the first-order diffracted light having the emission angle θ of the light incident perpendicularly to the surface of the substrate is maximized.
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の偏光性回折格子において、前記奇数の領域のうち最外側の領域の前記回折格子の深さは、前記回折格子に入射させるべき収束性の光束のうち１次回折光の回折効率を最大にしたい光線の入射角に対する相対出射角度が前記θになるように設定されていることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の偏光性回折格子において、該回折格子を使用すべき所望の光の空気中における波長をλ、格子深さをＴ、回折格子媒質の屈折率をｎ、格子ピッチをｄとしたとき、Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２で定義される回折格子のＱ値が、Ｑ＞２となるよう構成したことを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the polarizing diffraction grating according to the ninth aspect, the depth of the diffraction grating in the outermost region of the odd number regions is a convergence property to be incident on the diffraction grating. It is characterized in that the relative emission angle with respect to the incident angle of the light beam for maximizing the diffraction efficiency of the first-order diffracted light among the light beams is set to be θ.
In the eleventh aspect of the present invention, in the polarizing diffraction grating according to any one of the first to tenth aspects, the wavelength of desired light to be used in the diffraction grating is λ, and the grating depth is It is characterized in that the Q value of the diffraction grating defined by Q = 2πλT / nd 2 is Q> 2, where T, the refractive index of the diffraction grating medium is n, and the grating pitch is d.
請求項１２に記載の発明では、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の偏光性回折格子において、前記複屈折性を示す媒質は有機延伸膜であることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の偏光性回折格子において、前記複屈折性を示す媒質は液晶であることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の偏光性回折格子を、レーザ光源と受光素子を一体化した投受光素子の光入出射面に一体化してユニットを構成してなる光学素子ユニットを特徴とする。
In a twelfth aspect of the present invention, in the polarizing diffraction grating according to any one of the first to eleventh aspects, the medium exhibiting birefringence is an organic stretched film.
In a thirteenth aspect of the present invention, in the polarizing diffraction grating according to any one of the first to eleventh aspects, the medium exhibiting birefringence is a liquid crystal.
According to a fourteenth aspect of the present invention, the polarizing diffraction grating according to any one of the first to thirteenth aspects is integrated with a light incident / exit surface of a light projecting / receiving element in which a laser light source and a light receiving element are integrated. An optical element unit comprising:
請求項１５に記載の発明では、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の偏光性回折格子と、光源と、対物レンズと、受光素子とを有する記録媒体記録再生のための光ピックアップ装置であって、前記光源からの光束の光路中に前記偏光性回折格子を配置し、前記記録媒体からの反射光を前記偏光性回折格子により分岐し、前記受光素子で受光することを特徴とする。
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載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を特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an optical pickup device for recording / reproducing a recording medium, comprising the polarizing diffraction grating according to any one of the first to thirteenth aspects, a light source, an objective lens, and a light receiving element. The polarizing diffraction grating is disposed in the optical path of the light beam from the light source, the reflected light from the recording medium is branched by the polarizing diffraction grating, and is received by the light receiving element. .
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided an optical disk drive device on which the optical pickup device according to the fifteenth aspect is mounted.
請求項１７に記載の発明では、請求項１に記載の偏光性回折格子を作製する方法であって、光学的に透明な第１の基板の片面に、外部から電圧印加可能な状態に帯状の透明電極を所定の等間隔に形成し、同じく透明な第２の基板の片面に、外部から電圧印加可能な状態に帯状の透明電極を複数の領域に分けて形成し、各領域内では前記透明電極を前記所定の等間隔に形成し、領域間では前記所定の等間隔とは異なる間隔で配置し、前記両基板の前記透明電極を形成した面を、前記帯状電極が配列方向に所定量ずれて向き合うように対向させ、その間に光硬化型液晶を封入し、前記両基板の前記透明電極間に電圧を印加しながら光照射を行うことによって、前記液晶の電圧印加による配向状態のまま前記液晶を固化させる偏光性回折格子の作製方法を特徴とする。 According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a method for producing the polarizing diffraction grating according to the first aspect of the present invention, wherein a band-like shape is formed on one side of an optically transparent first substrate so that an external voltage can be applied. Transparent electrodes are formed at predetermined equal intervals, and a strip-like transparent electrode is formed on one side of a transparent second substrate in a state where voltage can be applied from the outside in a plurality of regions. The electrodes are formed at the predetermined equal intervals, and the regions are arranged at intervals different from the predetermined equal intervals, and the surfaces of the two substrates on which the transparent electrodes are formed are shifted by a predetermined amount in the arrangement direction of the strip electrodes. Facing each other, encapsulating a photo-curable liquid crystal therebetween, and irradiating light while applying a voltage between the transparent electrodes of the two substrates, whereby the liquid crystal remains in an alignment state due to voltage application of the liquid crystal. Of Polarizing Diffraction Grating to Solidify Law and said.
本発明の偏光性回折格子によれば、作製が容易でありながら、光ディスクへの入射光の光量を大きく損失することなく、光ディスクからの収束しながら入射する戻り光を効率よく回折させて受光素子に導くことができ、高速応答性の光ピックアップ装置を作ることができる。 According to the polarizing diffraction grating of the present invention, the light receiving element can diffract return light efficiently while converging from the optical disk without losing a large amount of light incident on the optical disk, although it is easy to manufacture. Therefore, a high-speed responsive optical pickup device can be manufactured.
特定方向の偏光に関しては作用を与えず、それと直交方向の偏光に対しては高い１次回折効率を示す偏光性回折格子であって、互いに光学的特性の異なる２つの媒質が格子面に対し傾斜する境界面をもって交互に周期的に配列された構造を有し、該格子面が複数の領域に分割され、各領域毎に前記境界面の傾斜角を異ならせることによって、１次回折光に対する最高の回折効率を示す入射角度が領域毎に異なり、収束光に対し、主光線も、周辺光線も高い回折効率を示す偏光性回折格子を作製する。光源と受光素子が一体化された投受光素子の投受光窓に、光束分割用のグレーティングを貼り付け、所定の光学的距離を置いて前記偏光性回折格子を貼り付け一体化させ、光学素子ユニットを構成する。この光学素子ユニットを、光ディスクの記録・再生用光ピックアップに用いる。 A polarizing diffraction grating that has no effect on polarized light in a specific direction and exhibits high first-order diffraction efficiency for polarized light in a direction orthogonal to the polarized light. Two media having different optical characteristics are inclined with respect to the grating surface. The lattice plane is divided into a plurality of regions, and the inclination angle of the boundary surface is different for each region, so that the best for the first-order diffracted light is obtained. An incident angle indicating diffraction efficiency varies from region to region, and a polarizing diffraction grating is produced that exhibits high diffraction efficiency for both the principal ray and the peripheral ray with respect to the convergent light. An optical element unit is formed by attaching a grating for beam splitting to a light projecting / receiving window of a light projecting / receiving element in which a light source and a light receiving element are integrated, and affixing and integrating the polarizing diffraction grating at a predetermined optical distance. Configure. This optical element unit is used for an optical pickup for recording / reproducing optical disks.
以下に実施形態に従って本発明を説明する。
図１は本発明のホログラムの実施形態を説明するための図である。
同図において符号１、１’は基板、２は第１の媒質、３は第２の媒質、Ａ、Ｂ、Ｃは壁面の傾斜角を異ならせた３つのブロック、Ｈは偏光性回折格子、ＬＡ、ＬＢ、ＬＣは光束をそれぞれ示す。
互いに光学的特性の異なる第１の媒質２と、第２の媒質３は光学的に透明な基板１、１’に挟まれており、両媒質の境界は傾斜した矩形波状の凹凸が形成され、双方の媒質が部分的に相互に入り込むように、周期的に所定のピッチで並んでいる。この構成は基本的には図１３に示した構成に類似であるが、図１３の構成では、両媒質の凹凸の境界が基板の面に平行な上面・底面と垂直な壁面の繰り返しで構成されていたのに対し、本実施形態では、上記境界が、基板の面に平行な上面・底面を有する点では同じであるが、壁面は基板の面に垂直ではなく、或る特定な角度を有している点が異なる。
Hereinafter, the present invention will be described according to embodiments.
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a hologram of the present invention.
In the figure,
The
先願の説明で示したように、図１３に示した回折格子を傾斜させて配置した場合、全ての矩形状の凹凸の壁面（以後単に壁面と称す）は主光線に対し同じ角度傾くことになる。また、特許文献１に示された回折格子は上面・底面が基板面に平行であり、壁面が特定な角度で傾斜しているが、これも領域分割はされておらずすべての壁面が同一の角度を有している。
本実施形態は壁面が既に傾いているので、主光線は基板に垂直に入射させることができるが、本発明では、基板面に対し壁面の傾斜角度は一定ではないことが特徴である。
As shown in the description of the prior application, when the diffraction grating shown in FIG. 13 is tilted, all the rectangular uneven wall surfaces (hereinafter simply referred to as wall surfaces) are inclined at the same angle with respect to the principal ray. Become. In addition, the diffraction grating shown in
In the present embodiment, since the wall surface is already inclined, the principal ray can be incident on the substrate perpendicularly. However, the present invention is characterized in that the inclination angle of the wall surface with respect to the substrate surface is not constant.
図２は偏光性回折格子の平面図である。
図１、２においてブロックＢは、基板面に垂直に入射する主光線の１次回折光が最大の回折効率を示す角度に壁面を傾斜させてある。ブロックＡは、主光線に対し−θ１の角度で入射する光線の１次回折光が最大の回折効率を示す角度に壁面を傾斜させてある。ブロックＣは、主光線に対し＋θ１の角度で入射する光線の１次回折光が最大の回折効率を示す角度に壁面を傾斜させてある。
ブロックＢの壁面の基板面に対する傾斜角をθＢとすると、ブロックＡのそれはθＢ−θ１、ブロックＣのそれはθＢ＋θ１となる。すなわち、入射光線と壁面がなす相対角度がすべてθＢとなっている。
収束光の最外側の光線の入射角を±θ２としたとき、θ１とθ２の関係は以下に述べるような関係に設定する。
FIG. 2 is a plan view of the polarizing diffraction grating.
1 and 2, the wall surface of the block B is inclined at an angle at which the first-order diffracted light of the principal ray incident perpendicularly to the substrate surface exhibits the maximum diffraction efficiency. In the block A, the wall surface is inclined at an angle at which the first-order diffracted light of the light ray incident at an angle of −θ1 with respect to the principal ray exhibits the maximum diffraction efficiency. In the block C, the wall surface is inclined at an angle at which the first-order diffracted light of the light ray incident at an angle of + θ1 with respect to the principal ray shows the maximum diffraction efficiency.
If the inclination angle of the wall surface of block B with respect to the substrate surface is θB, that of block A is θB−θ1, and that of block C is θB + θ1. That is, the relative angles formed between the incident light beam and the wall surface are all θB.
When the incident angle of the outermost ray of the convergent light is ± θ2, the relationship between θ1 and θ2 is set to the relationship described below.
図３は本実施形態のホログラムの回折効率を示す図である。同図（ａ）は壁面の傾斜角±θ１を入射角の限界値±θ２に一致させた場合、同図（ｂ）は壁面の傾斜角±θ１の絶対値を入射角の限界値θ２より小さい値に設定した場合をそれぞれ示す図である。
同図において符号ｇＡ、ｇＢ、ｇＣはブロックＡ、Ｂ、Ｃにおける１次回折光の回折効率のグラフをそれぞれ示す。
同図（ａ）に示すグラフの実線の部分が光束の中心を通る横断面における１次回折光の回折効率である。ブロックＡおよびＢにおいては、収束光の最外側の光線の角度θ２（入射角の限界値）において１次光回折効率が最大になるように設定している。すなわち、最外側の光線の回折効率が主光線の回折効率と等しくなっている。したがって、光量損失をかなり低減できる。
FIG. 3 is a diagram showing the diffraction efficiency of the hologram of this embodiment. FIG. 6A shows the case where the wall surface inclination angle ± θ1 coincides with the incident angle limit value ± θ2, and FIG. 5B shows the absolute value of the wall surface inclination angle ± θ1 smaller than the incident angle limit value θ2. It is a figure which shows the case where it sets to a value, respectively.
In the figure, symbols g A , g B , and g C indicate diffraction efficiency graphs of the first-order diffracted light in the blocks A, B, and C, respectively.
The solid line portion of the graph shown in FIG. 4A is the diffraction efficiency of the first-order diffracted light in the cross section passing through the center of the light beam. In the blocks A and B, the first-order light diffraction efficiency is set to become maximum at the angle θ2 (incident angle limit value) of the outermost ray of the convergent light. That is, the diffraction efficiency of the outermost light beam is equal to the diffraction efficiency of the principal light beam. Therefore, the light loss can be considerably reduced.
同図（ｂ）に示すグラフでは、入射角の限界値±θ２における回折効率が、グラフｇＢとグラフｇＡの交点、および、グラフｇＢとグラフｇＣの交点における回折効率ηに等しくなるように壁面の傾斜角θＢ±θ１を選んである。こうすることによって、光束の平均的な回折効率はさらに上昇し、それだけ光量損失の低減が図れる。図からも明らかなように、このときのθ１はθ２の３分の２に等しい。角度θ２があまり大きくなければ、ブロックＡ、Ｂ、Ｃの有効幅も光束の径をほぼ３等分する大きさになる。
このθ１の設定方法は、光束断面が、回折格子のライン方向に平行な辺を有する長方形の場合に最高の回折効率を示すことが明らかである。実際の光束断面は通常の場合円形なので、±θ２における回折効率がグラフｇＢとグラフｇＡ等の交点における回折効率よりも若干小さくなっても、±θ１の絶対値を小さくしてさらにグラフｇＢの中心側に近づけた方が、総合の回折効率はより大きくなる。
In the graph shown in FIG. 6B, the diffraction efficiency at the incident angle limit value ± θ2 is equal to the diffraction efficiency η at the intersection of the graphs g B and g A and at the intersection of the graphs g B and g C. Thus, the inclination angle θB ± θ1 of the wall surface is selected. By doing so, the average diffraction efficiency of the light beam is further increased, and the light amount loss can be reduced accordingly. As is apparent from the figure, θ1 at this time is equal to two-thirds of θ2. If the angle θ2 is not so large, the effective widths of the blocks A, B, and C are also sized so as to divide the light beam diameter into approximately three equal parts.
It is apparent that this method of setting θ1 exhibits the highest diffraction efficiency when the beam cross section is a rectangle having sides parallel to the line direction of the diffraction grating. Since the actual beam cross section is usually circular, even if the diffraction efficiency at ± θ2 is slightly smaller than the diffraction efficiency at the intersection of graphs g B and g A , the absolute value of ± θ1 is reduced to further increase the graph g. The closer to the center side of B, the greater the total diffraction efficiency.
ここでは光束透過領域を３分割した場合で説明したが、分割数を多くしてそれに合わせて格子の傾きを変えれば同様の効果が得られる。
逆に図３（ｂ）において、θ１の絶対値をもっと小さくして、グラフｇＢを省略することもできる。この場合は領域を２分割にすることになる。
エッチングで格子を作ったり、機械加工で格子を作ったりする場合、領域分割してその領域ごとに傾きを変えるのであれば、領域ごとに露光したり、領域ごとに切削すれば良いので、１つずつの格子を傾きを変えて加工する方法に比べ加工時間はかからずに、かつ高効率を得ることができる。
Although the case where the light beam transmission region is divided into three has been described here, the same effect can be obtained by increasing the number of divisions and changing the grating inclination accordingly.
In FIG. 3 (b) conversely, to more reduce the absolute value of .theta.1, it is also possible to omit the graph g B. In this case, the area is divided into two.
If a grid is formed by etching or a grid is formed by machining, if the area is divided and the inclination is changed for each area, one area can be exposed or cut for each area. Compared to the method of processing each lattice with different inclinations, processing time is not required and high efficiency can be obtained.
図１の第１の媒質２および第２の媒質３は配向状態が異なる媒質でともに複屈折性をもっていても良いが、一方の媒質が複屈折性を示し、他方の媒質が等方性媒質である構成の方が媒質の選択の幅を広げられて好ましい。往路で透過率が高く、復路で回折効率の高い偏光ホログラムを実現するには格子が傾斜断面構造を持ち、かつ、このとき複屈折媒質は基板に平行な面内における直交する２方向の屈折率が異なる屈折率異方性を示して、直交する２方向のうちのいずれかの方向の屈折率が等方性媒質の屈折率と略等しいことが必要となる。
本実施形態によれば、体積性のある格子を基板に対して斜めに傾けて＋１次回折光に高効率を得ると共に、収束光が入った場合でも周辺部の格子傾き角度を中心部と異ならせることにより回折効率の低下を抑制できるので、高速記録・再生と信頼性の高いプッシュプル信号を得ることができる。さらに＋１次回折光だけが高効率になるので、受光素子は＋１次光だけを受光すれば良く１個で済む。±１次光を受光して２個の受光素子を必要とする構成よりも受光素子が少ないので、低コスト化と小型化を図れる。
The
According to the present embodiment, the volumetric grating is tilted with respect to the substrate to obtain high efficiency for the + 1st order diffracted light, and the grating inclination angle of the peripheral part is made different from the central part even when convergent light enters. As a result, a decrease in diffraction efficiency can be suppressed, and a high-speed recording / reproducing and highly reliable push-pull signal can be obtained. Furthermore, since only the + 1st order diffracted light becomes highly efficient, only one + 1st order light needs to be received. Since the number of light receiving elements is smaller than that of a structure that receives ± primary light and requires two light receiving elements, the cost and size can be reduced.
図４は本発明の他の実施形態を説明するための図である。
図５は図４に示す実施形態の回折効率の一例を示す線図である。
図４において符号は図１における符号に準ずる。
本実施形態ではブロックごとに格子の壁の高さ、あるいは溝の深さ（以下、回折格子の深さ、もしくは単に深さと呼ぶ）を異ならせている。図４における構成を数値例で示せば、波長６５０ｎｍのレーザ光に対して、ピッチ１．０μｍ、深さ２．７μｍで、壁面は約８°傾斜している。このような偏光回折格子の回折効率は図５に示すようになる。
すなわち、垂直入射の主光線に対して１次回折光が最大回折効率となるよう設定されており、その効率は８０％以上の値を示している。この回折格子のみであると、光線の入射角が±６°の場合、回折効率が２０％以下まで低下してしまう。そこで±６°傾いた光線が入射する領域の格子の、傾斜角は変えずに深さだけを３．７μｍにすると、±６°傾いて入射した場合でも４０％以上の回折効率が得られる。このように領域により深さを変えることで垂直入射する光だけではなく傾いて入射する光に対しても高い効率で回折させることができるようになるので、前記と同様、高速再生と信頼性の高いプッシュプル信号を得ることができる。
FIG. 4 is a view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the diffraction efficiency of the embodiment shown in FIG.
In FIG. 4, the reference numerals are the same as those in FIG.
In this embodiment, the height of the grating wall or the depth of the groove (hereinafter referred to as the depth of the diffraction grating, or simply the depth) is varied for each block. If the structure in FIG. 4 is shown by a numerical example, with respect to the laser beam with a wavelength of 650 nm, the pitch is 1.0 μm, the depth is 2.7 μm, and the wall surface is inclined about 8 °. The diffraction efficiency of such a polarization diffraction grating is as shown in FIG.
That is, the first-order diffracted light is set to have a maximum diffraction efficiency with respect to the principal ray of normal incidence, and the efficiency shows a value of 80% or more. When only this diffraction grating is used, the diffraction efficiency is reduced to 20% or less when the incident angle of the light beam is ± 6 °. Accordingly, if the depth of the grating in the region where the light beam tilted by ± 6 ° is incident is changed to 3.7 μm without changing the tilt angle, a diffraction efficiency of 40% or more can be obtained even when the light beam is tilted by ± 6 °. In this way, by changing the depth depending on the region, it becomes possible to diffract not only vertically incident light but also obliquely incident light with high efficiency. A high push-pull signal can be obtained.
本実施形態においても図３（ｂ）を用いて説明したような方法が有効である。
すなわち、ブロックＡ、Ｃの幅を中央側にもう少し広げて、且つ、グラフｇＡ、ｇＣのピーク値がもっと中央寄りになるようにそれぞれの深さを選定する。この操作はＱ値をより高くすることで可能である。深さの選定の基準は、主光線が角度θで出射するとしたとき、グラフｇＡ、ｇＣのピーク値に対応する入射角の光線が、回折格子を出るとき入射角に対する相対出射角がθになるような深さである。この目的のためにはブロックＡとブロックＣの深さが等しくならなくても構わない。
ただし、ブロックＡの幅は、ブロックＡとブロックＢの境界におけるグラフｇＢの回折効率の値がグラフｇＡのピーク値を上回らない範囲とする。ブロックＣの幅についても同様とする。なぜなら、この条件を外れると総合の回折効率がかえって減少するからである。
Also in this embodiment, the method described with reference to FIG.
That is, the depths of the blocks A and C are selected so that the widths of the blocks A and C are slightly expanded toward the center and the peak values of the graphs g A and g C are closer to the center. This operation is possible by increasing the Q value. The standard for selecting the depth is that when the chief ray is emitted at an angle θ, a ray having an incident angle corresponding to the peak values of the graphs g A and g C exits the diffraction grating, and the relative emission angle with respect to the incident angle is θ. The depth is such that For this purpose, the depths of block A and block C need not be equal.
However, the width of the block A, the value of the diffraction efficiency of the graph g B at the boundaries of the blocks A and B is a range that does not exceed the peak value of the graph g A. The same applies to the width of the block C. This is because the overall diffraction efficiency will decrease if this condition is not met.
矩形格子を傾斜させて、入射光に対してブラッグ角として高回折効率化できる領域について考察する。
従来から、矩形回折格子の回折効率は、格子を薄い平面型格子として近似したスカラー回折理論からの理論式より計算予測できた。
スカラー回折理論による矩形格子の回折効率理論式は、以下のようである。
波長λの単色光が格子をを透過した際、溝の山と谷で生じる位相変化δは、
δ＝π・ΔｎＴ／λ ・・・・・（１）
である。ここで、Ｔは格子の深さ、Δｎは格子部屈折率差を表す。
±ｍ次回折光の回折効率（光強度効率）ηｍ（垂直入射）は、
ηｍ＝４（ｓｉｎ（ｍπｑ）／ｍπ）２ｓｉｎ２δ ・・・・・（２）
となる。ここでｑは矩形格子のデューティを表す。
Consider a region where the diffraction grating can be tilted to increase the diffraction efficiency as a Bragg angle with respect to incident light.
Conventionally, the diffraction efficiency of a rectangular diffraction grating has been calculated and predicted from a theoretical formula based on a scalar diffraction theory in which the grating is approximated as a thin planar grating.
The theoretical formula for the diffraction efficiency of a rectangular grating according to the scalar diffraction theory is as follows.
When monochromatic light of wavelength λ is transmitted through the grating, the phase change δ that occurs at the crest and trough of the groove is
δ = π · ΔnT / λ (1)
It is. Here, T represents the depth of the grating, and Δn represents the refractive index difference of the grating part.
Diffraction efficiency (light intensity efficiency) η m (normal incidence) of ± mth order diffracted light is
η m = 4 (sin (mπq) / mπ) 2 sin 2 δ (2)
It becomes. Here, q represents the duty of the rectangular lattice.
平面型格子の場合、（２）式により矩形格子の回折効率は予測できた。格子の体積性を表わすＱ値で言えばＱ＜０．５である格子については、実測値と（２）式による計算値がほぼ一致するが、Ｑ＞２となる格子では実測値と計算値が合わなくなってくる。Ｑ＜０．５である格子については、（２）式から出てくる矩形格子の回折効率最大値（垂直入射）は理論値で４０．５％である。一方、Ｑ＞２の格子で正確に計算予測するためには（２）式ではなくベクトル回折理論による数値計算が必要となる。以上の事実は、Ｑ＞２の領域の格子は体積格子の特性を持ち始め、特定の角度（ブラッグ角）で回折効率がピークを持つことからもわかる。
非特許文献１にも示されているが、Ｑ＞２の領域の格子は体積格子の特性を示し、特定の入射角度に対して高い回折効率を示す。一方、Ｑ＜２である格子については入射角によらずほぼ一定の回折効率を示す。以上のことから、本発明の傾斜格子を適用することにより高回折効率化の効果が得られる領域は、回折格子のＱ値がＱ＞２であるような領域の格子である。すなわち、Ｑ＞２とすることにより、体積ホログラムの特性が現れ、特定の角度で高い回折効率が得られるので高速再生に適している。
In the case of a planar grating, the diffraction efficiency of a rectangular grating could be predicted from equation (2). In terms of the Q value representing the volume of the lattice, for a lattice with Q <0.5, the measured value and the calculated value by equation (2) are almost the same, but for the lattice with Q> 2, the measured value and the calculated value Will not fit. For a grating with Q <0.5, the maximum value of the diffraction efficiency (normal incidence) of the rectangular grating derived from equation (2) is 40.5% in theory. On the other hand, in order to accurately calculate and predict with a lattice of Q> 2, numerical calculation based on the vector diffraction theory is required instead of the equation (2). The above facts can also be understood from the fact that the grating in the region of Q> 2 starts to have the characteristics of a volume grating, and the diffraction efficiency has a peak at a specific angle (Bragg angle).
Although also shown in
図６は有機延伸膜の作製方法を示す模式図である。
同図において符号０はガラス基板、２ｏは延伸膜基材をそれぞれ示す。
従来技術の項で説明したように、偏光性回折格子を構成する材料として、複屈折性を有する有機延伸膜が適している。有機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。
同図（ａ）で延伸膜基材２ｏとして例えばポリアミド酸膜をガラス基板０上に形成し、
同図（ｂ）で剥離後、
同図（ｃ）で加熱延伸を行って有機延伸膜２（この場合はポリイミド複屈折膜）を得る。
延伸の時の温度や加える力により複屈折率差Δｎは変えることができ、安価で量産可能な方法である。
以下、有機延伸膜を本発明に用いた場合の偏光性回折格子の作製工程を説明する。
FIG. 6 is a schematic view showing a method for producing an organic stretched film.
In the figure,
As described in the section of the prior art, an organic stretched film having birefringence is suitable as a material constituting the polarizing diffraction grating. As a specific example of the organic stretched film, a polymer film such as polyimide, polycarbonate, or polyethylene terephthalate is oriented by aligning molecular chains in a uniaxial direction to generate in-plane birefringence.
For example, a polyamic acid film is formed on the
After peeling in the figure (b),
In FIG. 2C, heat stretching is performed to obtain an organic stretched film 2 (in this case, a polyimide birefringent film).
The birefringence difference Δn can be changed by the temperature at the time of stretching and the applied force, and this is a cheap and mass-produced method.
Hereinafter, a process for producing a polarizing diffraction grating when an organic stretched film is used in the present invention will be described.
図７は偏光性回折格子の作製工程を説明するための断面模式図である。
同図において符号１’はカバーガラス、４、４’はレジスト、５はイオンビーム、６は電極、７は等方性物質をそれぞれ示す。
基板１に第１の媒質２として有機延伸膜を載せる（ａ）。さらにレジスト４を重ねる（ｂ）。ブロックＡの格子凹部に相当するマスクを重ねて露光し、格子凹部のみレジスト４を残す（ｃ）。イオンビーム用レジストを一様に重ねる（ｄ）。エッチング等によりレジスト４を除去する（ｅ）。電極６の上で基板１自体をブロックＡに必要な所定の角度傾けて、イオンビーム５を照射する（ｆ）。所定の深さの凹部が得られたら、（ｂ）の工程に戻って以下順次ブロックＢ、ブロックＣの凹部を形成する（ｇ）。
残っているレジストを除去する（ｈ）。少なくとも凹部には等方性媒質７を充填し、カバーガラス１’を重ねて完成となる（ｉ）。
このようにして、ブロックごとに異なる傾斜角を有する偏光性回折格子が形成される。
複屈折性材料として有機延伸膜を使うことにより大面積に加工でき、コストダウンを図れる。また基板の屈折率を任意に選べるのでコストダウンもしやすい。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the polarizing diffraction grating.
In the figure, reference numeral 1 'denotes a cover glass, 4' denotes a resist, 5 denotes an ion beam, 6 denotes an electrode, and 7 denotes an isotropic substance.
An organic stretched film is placed on the
The remaining resist is removed (h). At least the recess is filled with the
In this way, a polarizing diffraction grating having a different tilt angle for each block is formed.
By using an organic stretched film as the birefringent material, it can be processed into a large area and the cost can be reduced. Further, since the refractive index of the substrate can be arbitrarily selected, it is easy to reduce the cost.
図７（ｆ）において基板の傾斜角を一定とし、図７（ｇ）における３通りの繰り返しを、エッチングの深さを変えることにより形成し、以後の工程を同様に行えば、図４に示した実施形態の偏光性回折格子を得ることができる。 7 (f), the substrate tilt angle is constant, the three repetitions in FIG. 7 (g) are formed by changing the etching depth, and the subsequent steps are performed in the same manner as shown in FIG. The polarizing diffraction grating of the embodiment can be obtained.
図８は本発明のさらに他の実施形態を説明するための断面模式図である。
同図において符号８は液晶を示す。
複屈折性を有する材料として、有機延伸膜の代わりに液晶を用いることができる。
基本的には図７に示した作製工程と同様であるが、図７（ａ）において、基板１の上に有機延伸膜２の代わりに等方性物質７を載せて以後の工程に進む。図７（ｉ）において、格子溝を充填する媒質として、等方性物質７の代わりに液晶８を用いることによって図８に示す偏光性回折格子が得られる。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the present invention.
In the figure,
As a material having birefringence, liquid crystal can be used instead of the organic stretched film.
7 is basically the same as the manufacturing process shown in FIG. 7, but in FIG. 7A, the
図９は本発明のさらに他の実施形態を説明するための断面模式図である。
同図において符号９は透明電極を示す。
液晶を用いると、図７とは全く異なる作製工程で偏光性回折格子を作ることができる。
基板１、および基板１’に予め所望の回折格子に対応する間隔の帯状の透明電極９を、外部から電圧印加可能な状態に形成しておく。両基板１、１’の間に液晶８を封入して後、外部からしかるべき電圧を印加する。電圧印加部分８ａの液晶の配向方向が所望の一定方向になった状態で液晶を硬化させる。例えば、紫外線照射で硬化する樹脂を配合しておくと良い。
基板に形成しておく透明電極９を上下で所定量ずらしておくと、電圧印加時に斜め方向に格子が形成される。このずれ量を領域ごとに少しずつずらせば斜めの傾き角度が領域ごとに異なることになり、図８に示した偏光性回折格子とほぼ同等な偏光性回折格子を得ることができる。
複屈折性材料として液晶を使うことにより大面積に加工でき、電圧印加と紫外線露光だけで格子を形成できるので、高価なエッチング装置を必要とせずコストダウンを図れる。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the present invention.
In the figure,
When liquid crystal is used, a polarizing diffraction grating can be manufactured by a manufacturing process completely different from that in FIG.
A strip-shaped
If the
By using a liquid crystal as a birefringent material, a large area can be processed, and a grating can be formed only by applying voltage and exposing to ultraviolet rays. Therefore, an expensive etching apparatus is not required and cost can be reduced.
図１０は本発明に示した偏光性回折格子を光ピックアップ装置に用いた例を示す図である。
同図において符号１０は光源、１１は受光素子、１２は偏光性回折格子、１３はコリメートレンズ、１４は１／４波長板、１５は対物レンズ、１６は光記録媒体、Ｌは光束をそれぞれ示す。
光源１０から出た特定の方向に偏光した発散光束Ｌは、偏光性回折格子１２によっても変化を受けず、コリメートレンズ１３に入射する。光束Ｌは平行光に変換され、１／４波長板１４に入射して位相の変調を受け対物レンズ１５に入射する。ここで光束Ｌは収束光となり、光記録媒体１６に入射し、反射される。光記録媒体１６に記録された情報により変調を受けた反射光は、再度対物レンズ１５に入射後、もとの平行光束に変換され、１／４波長板１４に再入射する。結果的に光束Ｌは、１／２波長の位相変換を受け、もとの光束に対し偏光面が９０°変化する。この平行光束はコリメートレンズ１３に再度入射して、収束光となって偏光性回折格子１２に入射する。光束Ｌは偏光面が９０°変わっているため、偏光性回折格子１２によってそのほとんどが１次回折光となり、受光素子１１に入射する。なお、同図において、紙面に垂直方向がトラック方向である。
FIG. 10 is a diagram showing an example in which the polarizing diffraction grating shown in the present invention is used in an optical pickup device.
In the figure,
The divergent light beam L emitted from the
本発明を光ピックアップ装置に利用すると次のような効果がある。
１．回折効率が高いので、高速記録再生に対応できる。
２．回折効率が最大になる入射角で光が入射するようになっているので入射角度による回折効率アンバランスが生じず、正確なトラッキング信号検出ができる。
３．周辺部の光も回折効率が高いのでプッシュプル信号の低下が小さい。
４．周辺部の光も回折効率を高めているので、光軸ずれ等により回折格子に入射する光の角度が変わってもオフセットはほとんど生じない。
５．高回折効率なので高速記録再生が可能である。
When the present invention is used in an optical pickup device, the following effects are obtained.
1. High diffraction efficiency enables high-speed recording / playback.
2. Since light is incident at an incident angle that maximizes the diffraction efficiency, diffraction efficiency imbalance due to the incident angle does not occur, and accurate tracking signal detection can be performed.
3. Since the peripheral light also has high diffraction efficiency, the drop of the push-pull signal is small.
4). Since the light in the peripheral portion also increases the diffraction efficiency, an offset hardly occurs even if the angle of the light incident on the diffraction grating changes due to an optical axis shift or the like.
5. High diffraction efficiency enables high-speed recording / reproduction.
図１１は本発明のさらに他の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１７はグレーティング、１８は光学的に透明な等方性媒質、２０は投受光素子、３０は光学素子ユニットを示す。
本実施形態は、図１０に長円形Ｄで示した部分、すなわち、光源１０と受光素子１１が一体となった投受光素子２０に偏光性回折格子１２を一体化した構成の光学素子ユニット３０である。グレーティング１７は、光源からの光束を０次光、±１次光の３本の光束に分離し、トラッキング等に利用するために挿入してある。戻り光が偏光性回折格子１２で１次回折した光束が受光素子１１に入射する過程でグレーティング１７に入射しないように構成してある。
本実施形態の光学素子ユニット３０は、経時変化の少ない、安定した信号検出ができる。
FIG. 11 is a diagram for explaining still another embodiment of the present invention.
In the figure, reference numeral 17 denotes a grating, 18 denotes an optically transparent isotropic medium, 20 denotes a light projecting / receiving element, and 30 denotes an optical element unit.
This embodiment is an
The
図１２は本発明の光学素子ユニットを光ディスクドライブ装置に適用した状態を示す概念図である。
同図において符号４０は光ピックアップ装置、５０は光ディスクドライブ装置、６０はパソコンをそれぞれ示す。
光ディスクドライブ装置５０はパソコン６０からの指示およびデータによって、指定の読み書きを行う。読み書きにあたっては、光学素子ユニット３０を含む光ピックアップ装置４０が動作する。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a state in which the optical element unit of the present invention is applied to an optical disc drive apparatus.
In the figure,
The optical disk drive device 50 performs designated reading and writing according to instructions and data from the
本装置に用いられる光ピックアップ装置は、回折効率が高く、回折効率にアンバランスのない偏光ホログラムを用いるので、高速な記録再生に適した信頼性の高い信号が得られる。回折効率が高いとＰＤＩＣのゲインを小さくでき、ＰＤＩＣの高速応答化に貢献できる。
さらに入射角度により回折効率の低下が抑えられているので、プッシュプル信号の低下も小さい。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。
Since the optical pickup device used in this apparatus uses a polarization hologram having high diffraction efficiency and no unbalance in diffraction efficiency, a highly reliable signal suitable for high-speed recording / reproduction can be obtained. If the diffraction efficiency is high, the gain of the PDIC can be reduced, which can contribute to the high speed response of the PDIC.
Furthermore, since the decrease in diffraction efficiency is suppressed by the incident angle, the decrease in push-pull signal is small. Therefore, it is possible to increase the recording / reproducing speed of the optical disk drive device and to achieve stable servo control.
１ 基板
２ 第１の媒質
３ 第２の媒質
４ レジスト
５ イオンビーム
６ 電極
７ 等方性物質
８ 液晶
９ 電極
２０ 投受光素子
３０ 光学素子ユニット
４０ 光ピックアップ装置
５０ 光ディスクドライブ装置
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