JPH10300929A - Polarizing diffraction element, optical pickup, and method for detecting photomagnetic signal - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarizing diffraction element which uses an anisotropic crystal substrate having an ion exchange area and no phase canceling means and obtains detection sensitivity and a branching ratio and is reducible in cost, the optical pickup which is small in sized and low in price, and to provide a light signal detecting method which uses the polarizing diffraction element and is high in efficiency. SOLUTION: The surface of a polarizing diffraction grating 7 formed of the anisotropic crystal substrate having the ion exchange area 2 is formed flatly. This grating is so arranged that variation in optical path length caused only in the ion exchange area 2 to at least one polarized light component is 1/2 as large as wavelength in use and the main polarizing direction of the incident light is at 47 to 70 deg. to the crystal axis of the substrate 1. Further, variation in optical path length caused only in the ion exchange area 2 to at least one polarized component is 3/2 as large as the wavelength in use and the main polarizing direction of the incident light is at 43 to 63 deg. to the crystal axis of the substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光記録や光情報処
理等の光の偏光を利用する分野において使用され、入射
偏光によってその回折特性が異なる偏光性回折素子およ
びその偏光性回折素子を用いた光ピックアップ並びに光
磁気信号の検出方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in the field of utilizing light polarization such as optical recording and optical information processing, and uses a polarizing diffractive element having a different diffraction characteristic depending on the incident polarized light. The present invention relates to an optical pickup and a method for detecting a magneto-optical signal.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光記録や光情報処理等の光の偏光を利用
する分野において、プリズム等による高価で大型な偏光
素子に対し、小型化や低価格化に有利な異方性結晶を用
いた回折格子型の偏光素子が提案されている。この素子
は、結晶中にイオン交換を行ない、その屈折率変化の異
方性を利用して偏光機能を発揮している。この偏光素子
の一例として、特開平６−２７３２２号公報には、図７
（ａ）に示す端面構造を有してものが開示されている。2. Description of the Related Art In the field of using light polarization such as optical recording and optical information processing, anisotropic crystals that are advantageous for miniaturization and cost reduction are used for expensive and large polarizing elements such as prisms. A diffraction grating type polarizing element has been proposed. This element performs ion exchange in the crystal and exhibits a polarizing function by utilizing the anisotropy of the change in the refractive index. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-27322 discloses an example of this polarizing element.
A structure having the end face structure shown in FIG.

【０００３】この偏光素子は、ニオブ酸リチウムのよう
な異方性結晶基板１に等間隔にイオン交換部２を形成し
て、その交換部２の表面部分をエッチングにより一部除
去して溝１ａを形成してなるものである。この偏光性回
折素子においては、常光成分に対しては、イオン交換部
２は、結晶基板１の屈折率に対して０．０４程度減少す
る（位相進みを生じる）が、異常光成分に対し、イオン
交換部２の屈折率は結晶基板１に対して０．１３程度増
加する（位相遅れを生じる）。In this polarizing element, an ion exchange portion 2 is formed at equal intervals on an anisotropic crystal substrate 1 such as lithium niobate, and a surface portion of the exchange portion 2 is partially removed by etching to form a groove 1a. Is formed. In this polarization diffractive element, for the ordinary light component, the ion exchange unit 2 decreases the refractive index of the crystal substrate 1 by about 0.04 (produces a phase lead), but for the extraordinary light component, The refractive index of the ion exchange unit 2 increases by about 0.13 with respect to the crystal substrate 1 (a phase delay occurs).

【０００４】この偏光素子において、常光が入射した場
合、イオン交換部２、溝１ａ共に位相進みを生じるが、
異常光が入射した場合はイオン交換部２では位相の遅れ
が、溝１ａでは位相の進みが生じ、位相のずれを相殺し
合う方向に作用する。これにより、常光を回折し、異常
光を回折しない偏光性回折素子を実現したものである。In this polarizing element, when ordinary light enters, both the ion exchange section 2 and the groove 1a lead to a phase advance.
When the extraordinary light is incident, a phase delay occurs in the ion exchange section 2 and a phase advance occurs in the groove 1a, and acts in a direction to offset the phase shift. Thus, a polarizing diffractive element that diffracts ordinary light and does not diffract extraordinary light is realized.

【０００５】この素子の製造工程は図７（ｂ）〜（ｈ）
に示す通りであり、ニオブ酸リチウムのような異方性結
晶基板１に金属膜３を施し（図７（ｂ））、次に金属膜
３の表面にフォトリソグラフィによりレジスト４のパタ
ーンを形成し（図７（ｃ）、次にこのパターニングした
金属膜３をドライエッチングによりパターニングし（図
７（ｄ））、その後レジスト４を除去し（図７
（ｅ））、続いて金属膜３をマスクとして安息香酸中で
熱処理を行うことにより、イオン交換部２を形成する
（図７（ｆ））。次にドライエッチングにより、イオン
交換部２を形成した部分の表面層を一部除去して溝１ａ
を形成し（図７（ｇ））、その後、金属膜３を除去する
（図７（ｈ））。FIGS. 7 (b) to 7 (h) show a manufacturing process of this device.
As shown in FIG. 7, a metal film 3 is applied to an anisotropic crystal substrate 1 such as lithium niobate (FIG. 7B), and a pattern of a resist 4 is formed on the surface of the metal film 3 by photolithography. (FIG. 7C) Next, the patterned metal film 3 is patterned by dry etching (FIG. 7D), and then the resist 4 is removed (FIG. 7D).
(E)) Subsequently, heat treatment is performed in benzoic acid using the metal film 3 as a mask to form the ion exchange portion 2 (FIG. 7 (f)). Next, the surface layer of the portion where the ion exchange part 2 was formed was partially removed by dry etching to remove the groove 1a.
Is formed (FIG. 7 (g)), and then the metal film 3 is removed (FIG. 7 (h)).

【０００６】上記従来例は、位相相殺手段として溝１ａ
を設けた例であるが、特公平５−７５０８１号公報に
は、図８（ａ）に示すように、イオン交換部２上に位相
相殺手段として誘電体膜５を設けた例が開示されてい
る。このように、誘電体膜５は、常光成分の受けるイオ
ン交換部２における屈折率低下による位相変化が誘電体
膜５によって相殺され、常光成分はイオン交換部２にお
いても直進通過する。一方、異常光成分は、イオン交換
部２において位相が遅れ、さらに誘電体膜５においても
位相の遅れを生じることにより、回折光となって結晶基
板１から出射する。In the above conventional example, the groove 1a is used as a phase canceling means.
Japanese Patent Publication No. 5-75081 discloses an example in which a dielectric film 5 is provided as a phase canceling means on an ion exchange section 2 as shown in FIG. I have. As described above, in the dielectric film 5, the phase change due to the decrease in the refractive index in the ion exchange unit 2 that receives the ordinary light component is canceled by the dielectric film 5, and the ordinary light component also passes straight through the ion exchange unit 2. On the other hand, the extraordinary light component has a phase delay in the ion exchange section 2 and a phase delay in the dielectric film 5, so that the extraordinary light component is emitted from the crystal substrate 1 as diffracted light.

【０００７】図８（ａ）の偏光素子は、図８（ｂ）〜
（ｆ）の工程については図７（ｂ）〜（ｆ）と同様の工
程を経た後、マスクパターニング（図８（ｇ））、位相
相殺用誘電体膜５の成膜（図８（ｈ））、レジスト、マ
クス除去（図８（ｉ））の工程によって製造する。[0007] The polarizing element of FIG.
As for the step (f), after performing the same steps as those in FIGS. 7B to 7F, mask patterning (FIG. 8G) and formation of the phase canceling dielectric film 5 (FIG. 8H) ), Resist and mask removal (FIG. 8 (i)).

【０００８】また、このうようにイオン交換部２を有す
る偏光素子は、その多機能性から、光記録媒体のピック
アップとしても使用されている。特開平７−１７６０９
５号、特開平５−１６６２３７号公報には、光磁気記録
媒体のカー回転検出手段のみならず、トラッキング信号
やフォーカスエラー信号検出手段としても用いられ、特
開平８−１９００１９号公報においては、１／４波長板
と組合わせて光記録媒体への入射光と媒体からの反射光
の光路を分離するために使用されている。この場合にお
いても、この素子は偏光を分離するという通常の偏光子
として使用されており、このため、前述のように位相相
殺の手段を設けていた。The polarizing element having the ion exchange section 2 is also used as a pickup for an optical recording medium because of its multifunctionality. JP-A-7-17609
No. 5, JP-A-5-166237 discloses not only a Kerr rotation detecting means for a magneto-optical recording medium but also a tracking signal and a focus error signal detecting means. It is used in combination with a quarter-wave plate to separate an optical path of light incident on an optical recording medium and light reflected from the medium. Also in this case, this element is used as a normal polarizer for separating polarized light, and therefore, a means for phase cancellation is provided as described above.

【０００９】また、光磁気記録媒体におけるカー回転検
出手段として従来より用いられるものに、図３（ａ）に
示す特公平４−１９５２２号公報に記載のウォラストン
プリズム２１がある。このウォラストンプリズム２１
は、入射光の偏光を手前の結晶の軸に対して４５度の角
度で入射したとき、図示のように（Ａ）２５％、（Ｂ）
５０％、（Ｃ）２５％の３つに分割され、かつ（Ａ）と
（Ｃ）の光の偏光方向に互いに直交する。このウォラス
トンプリズム２１を用いたものにおいては、光磁気信号
（カー回転）の検出信号（ＭＯ）は、ＭＯ＝（Ａ）−
（Ｃ）で行われ、入射光量の５０％が光磁気信号検出
に、残りの５０％がフォーカスエラー信号やウォブリン
グ信号（半径方向に周期的に変位する記録帯からの反射
光の検出出力であり、一定周期で変化する速度制御用信
号）の検出に使用される。A Wollaston prism 21 disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-19522 shown in FIG. 3A has been used as a Kerr rotation detecting means in a magneto-optical recording medium. This Wollaston prism 21
As shown in the figure, when polarized light of incident light is incident at an angle of 45 degrees with respect to the axis of the crystal in front, (A) 25% and (B)
The light is divided into 50% and (C) 25%, and is orthogonal to the polarization directions of the light of (A) and (C). In the apparatus using the Wollaston prism 21, the detection signal (MO) of the magneto-optical signal (Kerr rotation) is expressed as MO = (A)-
(C), 50% of the amount of incident light is used for magneto-optical signal detection, and the remaining 50% is a focus error signal or a wobbling signal (a detection output of reflected light from a recording band periodically displaced in the radial direction). , Which is used for detecting a speed control signal that changes at a constant cycle.

【００１０】また、特開平３−２９１３７号公報におい
ては、上記のように、位相相殺手段を施した偏光性回折
素子を使用し、基板の結晶に対して４５度の偏光を入射
光とし、分割された（Ａ）＋１次光（入射光量の２０
％）、（Ｂ）０次光（５０％）、（Ｃ）−１次光（２０
％）の３つの光を用い、光磁気信号を、ＭＯ＝（Ａ）−
（Ｂ）−（Ｃ）により検出している。In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-29137, as described above, a polarizing diffractive element provided with a phase canceling means is used. (A) +1 order light (incident light amount of 20
%), (B) 0th-order light (50%), (C)-1st-order light (20%)
%) And the magneto-optical signal is expressed as MO = (A) −
(B)-(C).

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図７および図８に示し
たように、溝１ａや誘電体膜５を設けて位相相殺を行う
偏光素子においては、エッチングの工程や誘電体膜の形
成等、製造工程の増加を招くという問題点がある。As shown in FIGS. 7 and 8, in a polarizing element in which a groove 1a and a dielectric film 5 are provided to cancel phases, an etching step, formation of a dielectric film, and the like are required. There is a problem that the number of manufacturing steps is increased.

【００１２】本発明の第１の目的は、位相相殺手段を持
たず、コストダウンが図れ、かつ検出感度や分岐比が得
られる偏光性回折素子を提供することにある。本発明の
第２の目的は、前記偏光性回折素子を用いることによ
り、小型で低価格の光ピックアップを提供することにあ
る。本発明の第３の目的は、光ピックアップに前記偏光
性回折素子を用いた効率の良い光磁気信号の検出方法を
提供することにある。A first object of the present invention is to provide a polarizing diffraction element which does not have a phase canceling means, can reduce costs, and can obtain a detection sensitivity and a branching ratio. A second object of the present invention is to provide a small and inexpensive optical pickup by using the polarizing diffraction element. A third object of the present invention is to provide an efficient method for detecting a magneto-optical signal using the polarizing diffraction element in an optical pickup.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の偏光性回折素子
は、異方性結晶基板の表面部分にイオン交換により形成
された回折格子を有する偏光性回折素子において、前記
回折格子が形成された素子の表面が平坦に形成され、少
なくとも一方の偏光成分に対するイオン交換部のみで受
ける光路長変化が、使用する波長の１／２倍で、かつ入
射光の主な偏波方向が、該基板の結晶軸に対して４７度
ないし７０度となるように配置されているか、または、
少なくとも一方の偏光成分に対するイオン交換部のみで
受ける光路長変化が、使用する波長の３／２倍で、かつ
入射光の主な偏波方向が、該基板の結晶軸に対して４３
度ないし６３度となるように配置されていることを特徴
とする（請求項１）。According to the present invention, there is provided a polarizing diffraction element having a diffraction grating formed by ion exchange on a surface portion of an anisotropic crystal substrate, wherein the diffraction grating is formed. The surface of the element is formed flat, the change in the optical path length received by only the ion-exchange part for at least one polarization component is 倍 of the wavelength used, and the main polarization direction of the incident light is Is arranged at an angle of 47 to 70 degrees with respect to the crystal axis, or
The change in the optical path length of at least one of the polarization components received only by the ion exchange unit is 3/2 times the wavelength used, and the main polarization direction of the incident light is 43% with respect to the crystal axis of the substrate.
It is arranged so that it may be at an angle of 63 degrees to 63 degrees (claim 1).

【００１４】本発明の光ピックアップは、光源と、該光
源からの光を光記録媒体に集光して該光記録媒体からの
反射光を集光する集光光学系と、前記光源からの光と前
記反射光を分離するための分離光学系と、前記反射光の
少なくとも一部を回折させる光素子と、該光素子によっ
て分割された複数の光束を受光する受光素子とを具備す
る光ピックアップにおいて、前記光素子が、請求項１に
記載の偏光性回折素子であることを特徴とする（請求項
２）。An optical pickup according to the present invention comprises: a light source; a condensing optical system for condensing light from the light source on an optical recording medium and condensing reflected light from the optical recording medium; And a separation optical system for separating the reflected light, an optical element for diffracting at least a part of the reflected light, and a light receiving element for receiving a plurality of light beams divided by the optical element. The optical element is the polarization diffractive element according to claim 1 (claim 2).

【００１５】本発明の光磁気信号の検出方法は、偏光性
回折素子に対し、光磁気記録媒体からの反射戻り光の主
な偏波方向を入射したときの±１次回折光による光検出
器の出力をＰ₁、０次回折光からの出力をＰ₀、任意の偏
波面のときの±１次回折光による光検出器の出力をＰ₁
（θ）、０次回折光からの出力をＰ₀（θ）とした場
合、前記出力Ｐ₀（θ）をＰ₁：Ｐ₀に分割し、光磁気信
号ＭＯを、ＭＯ＝Ｐ₁（θ）−（Ｐ₁／Ｐ₀）Ｐ₀（θ）に
より検出することを特徴とする（請求項３）。The method of detecting a magneto-optical signal according to the present invention is directed to a method of detecting an optical detector using ± 1st-order diffracted light when the main polarization direction of reflected return light from a magneto-optical recording medium enters a polarizing diffraction element. The output is P ₁ , the output from the 0th-order diffracted light is P ₀ , and the output of the photodetector by ± 1st-order diffracted light at an arbitrary polarization plane is P ₁
(Θ), when the output from the 0th-order diffracted light is P ₀ (θ), the output P ₀ (θ) is divided into P ₁ : P ₀ , and the magneto-optical signal MO is obtained as MO = P ₁ (θ) - (P ₁ / P ₀₎ and detecting the P ₀ (theta) (claim 3).

【００１６】[0016]

【作用】請求項１、２においては、偏光性回折素子が位
相相殺手段を持たないため、ある偏光を入射光とする
と、殆ど透過するのではなく、一部が回折し、その偏光
と直角な方向の偏光は殆ど回折するのではなく、一部が
透過する。しかしながら、前記回折格子が形成された素
子の表面が平坦に形成され、少なくとも一方の偏光成分
に対するイオン交換部のみで受ける光路長変化が、使用
する波長の１／２または３／２倍となるようにイオン交
換部の深さを設定し、また、入射光の主な偏波方向が、
該基板の結晶軸に対して４７度ないし７０度あるいは４
３度ないし６３度となるように配置することにより、光
磁気信号の検出において、良好なカー回転検出感度を得
ることができる。According to the first and second aspects, since the polarizing diffractive element has no phase canceling means, if a certain polarized light is made incident light, it is not transmitted, but is partially diffracted, and is perpendicular to the polarized light. Polarized light is not diffracted but transmitted partially. However, the surface of the element on which the diffraction grating is formed is formed flat, and the change in the optical path length received by only the ion exchange unit for at least one polarization component is と or ３ times the wavelength used. The depth of the ion exchange section is set to, and the main polarization direction of the incident light is
47 to 70 degrees or 4 with respect to the crystal axis of the substrate
By arranging it at 3 to 63 degrees, good Kerr rotation detection sensitivity can be obtained in the detection of a magneto-optical signal.

【００１７】請求項３においては、±１次光の各光検出
器が加算されてＰ₁（θ）となり、フォーカシング制御
等のために分割配置された４個の０次光の光検出器の検
出信号が加算され、Ｐ₀（θ）とされる。光磁気記録媒
体からの反射戻り光の主な偏波方向を入射したときの±
１次回折光による光検出器の出力をＰ₁、０次回折光か
らの出力をＰ₀とし、これらの比Ｐ₁／Ｐ₀を、０次光の
光検出器の出力に乗じ、その結果と±一次回折光の出力
とを比較し、その大小によって読み出し信号を判定す
る。In the third aspect, the photodetectors of the ± 1st order light are added to form P ₁ (θ), and four 0th order light photodetectors divided and arranged for focusing control or the like are provided. The detection signals are added and set to P ₀ (θ). ± when the main polarization direction of the reflected return light from the magneto-optical recording medium is incident
1 the output of the photodetector by order diffracted light output from P _1, 0-order diffracted light and P _0, these ratios P ₁ / P _0, multiplied by the output of the optical detector of the zero-order light, the result with ± The output of the first-order diffracted light is compared, and the read signal is determined based on the magnitude of the output.

【００１８】[0018]

【発明の実施の形態】図１（ａ）は本発明による偏光性
回折素子の端面図、図１（ｂ）〜（ｇ）はその製造工程
図である。本発明の偏光性回折素子７は、ニオブ酸リチ
ウムのような結晶性基板１に等間隔に帯状のイオン交換
部２を形成してなるものである。該偏光性回折素子７
は、ニオブ酸リチウムからなる基板１の表面にマスク３
としてタンタルを蒸着し（図１（ｂ））、レジスト４の
パターニングおよびマスクエッチングを順次行い（図１
（ｃ）、（ｄ））、続いてレジスト４を除去し（図１
（ｅ））、格子状のマスクパターンを形成した。そし
て、２３０℃のピロリン酸中に２．５時間浸漬後、２５
０℃１時間の空気中アニールを行い、深さ３．３μｍの
プロトン交換部でなるイオン交換部２を形成した（図１
（ｆ））。その後、タンタルマスク３をフッ酸で溶融し
て（図１（ｇ））素子を作製した。このように、イオン
交換部２のエッチングを除いた工程あるいは誘電体層の
形成工程を除くことにより、イオン交換部２の表面に溝
や誘電体層がなく、表面が平坦な素子が得られる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A is an end view of a polarizing diffraction element according to the present invention, and FIGS. 1B to 1G are manufacturing process diagrams. The polarizing diffractive element 7 of the present invention is formed by forming strip-shaped ion exchange portions 2 at equal intervals on a crystalline substrate 1 such as lithium niobate. The polarizing diffraction element 7
Is a mask 3 on the surface of the substrate 1 made of lithium niobate.
Then, tantalum is deposited (FIG. 1B), and patterning and mask etching of the resist 4 are sequentially performed (FIG. 1B).
(C), (d)) Then, the resist 4 is removed (FIG. 1).
(E)) A grid-like mask pattern was formed. Then, after immersing in pyrophosphoric acid at 230 ° C. for 2.5 hours, 25
Annealing in air at 0 ° C. for 1 hour was performed to form an ion-exchange portion 2 composed of a 3.3-μm deep proton exchange portion (FIG. 1).
(F)). Thereafter, the tantalum mask 3 was melted with hydrofluoric acid (FIG. 1 (g)) to produce an element. As described above, by removing the step excluding the etching of the ion exchange section 2 or the step of forming the dielectric layer, an element having no grooves or dielectric layer on the surface of the ion exchange section 2 and having a flat surface can be obtained.

【００１９】図２（ａ）は偏光性回折素子７を用いた光
磁気記録再生装置における光ピックアップ（光ヘッド）
を示す構成図であり、半導体レーザからなる光源１０か
らの出射光からグレーティングレンズ１１により３ビー
ムとし、これらの３ビームをカップリングレンズ１２に
通してビームスプリッタ１３において反射させ、対物レ
ンズ１４により光磁気記録媒体１５に集光し、反射光を
対物レンズ１４、ビームスプリッタ１３に通し、さらに
本発明の偏光性回折素子７を通して受光素子１７で受光
させる。ここで、グレーティングレンズ１１、カップリ
ングレンズ１２、ビームスプリッタ１３、対物レンズ１
４が集光光学系を構成する。ビームスプリッタ１３は、
分離光学系も兼ねる。FIG. 2A shows an optical pickup (optical head) in a magneto-optical recording / reproducing apparatus using the polarizing diffraction element 7.
FIG. 2 is a configuration diagram showing three beams formed by a grating lens 11 from light emitted from a light source 10 composed of a semiconductor laser, these three beams are reflected by a beam splitter 13 through a coupling lens 12, and are reflected by an objective lens 14. The light is condensed on the magnetic recording medium 15, the reflected light passes through the objective lens 14 and the beam splitter 13, and is received by the light receiving element 17 through the polarizing diffraction element 7 of the present invention. Here, grating lens 11, coupling lens 12, beam splitter 13, objective lens 1
Reference numeral 4 constitutes a light collecting optical system. The beam splitter 13
Also serves as a separation optical system.

【００２０】図２（ｂ）は受光素子１７を構成するフォ
トダイオード（光検出器）を示す図であり、Ａ〜Ｄは０
次光を分割受光するフォトダイオード、Ｉ、Ｊはそれぞ
れ＋１次回折光、−１次回折光を受光するフォトダイオ
ード、Ｅ、Ｆはトラッキング制御のために、光磁気記録
媒体１５の半径方向の異なる位置に照射される３つに分
割されたビームのうち、両端のビームを受光するフォト
ダイオードである。FIG. 2B is a diagram showing a photodiode (photodetector) constituting the light receiving element 17, wherein A to D are 0.
Photodiodes for splitting and receiving the next light, I and J are photodiodes for receiving the + 1st-order diffracted light and -1st-order diffracted light, respectively, and E and F are located at different positions in the radial direction of the magneto-optical recording medium 15 for tracking control. It is a photodiode that receives the beams at both ends of the three split beams to be irradiated.

【００２１】図３（ｂ）は、異常光成分のイオン交換部
２における光路長変化が半波長である時について、光の
分離を示す図であり、Ｉ、Ｊはそれぞれフォトダイオー
ドＩ、Ｊで受光されるもの、９は結晶基板１の結晶軸の
方向を示す。FIG. 3B is a diagram showing light separation when the change in the optical path length of the extraordinary light component in the ion exchange section 2 is a half wavelength. I and J are photodiodes I and J, respectively. Those 9 to be received indicate the direction of the crystal axis of the crystal substrate 1.

【００２２】図４（ａ）は、入射偏光方向８と結晶基板
１の結晶軸９とがなす角度が一致する場合（θ＝０度）
と、互いに直交する場合（θ＝９０度）と、θ＝６０度
である場合について、それぞれフォトダイオードＩ、Ｊ
で受光される光の割合を上下に示し、また、中央のＡ〜
Ｄで受光させる透過分の割合を中央に示す。FIG. 4A shows a case where the angle formed by the incident polarization direction 8 and the crystal axis 9 of the crystal substrate 1 matches (θ = 0 degree).
And the photodiodes I and J in a case where they are orthogonal to each other (θ = 90 degrees) and a case where θ = 60 degrees, respectively.
The ratio of the light received at is shown above and below, and A to
The ratio of the transmitted light received at D is shown in the center.

【００２３】図４（ｂ）は、本発明による光磁気信号の
検出方法を実施する回路のブロック図である。図４
（ｂ）の回路においては、図４（ａ）の下段に示すよう
に、θ＝６０度における例について検出出力の分配を示
す。図４（ｂ）において、フォトダイオードＡ〜Ｄの検
出出力を加算し、例えば分圧回路により２６％、３０％
に分割し、３０％分の分割出力を、比較手段２０によ
り、フォトダイオードＩ、Ｊの出力の和の出力と比較す
る。他の２６％は、後述のように、フォーカス信号、ト
ラッキング信号、ウォブリング信号に用いる。FIG. 4B is a block diagram of a circuit for implementing the method for detecting a magneto-optical signal according to the present invention. FIG.
In the circuit of FIG. 4B, as shown in the lower part of FIG. 4A, the distribution of the detection output is shown for an example at θ = 60 degrees. In FIG. 4B, the detection outputs of the photodiodes A to D are added and, for example, 26% and 30%
Then, the divided output of 30% is compared with the output of the sum of the outputs of the photodiodes I and J by the comparing means 20. The other 26% is used for a focus signal, a tracking signal, and a wobbling signal, as described later.

【００２４】この偏光性回折素子７を用いた光磁気信号
の検出方法を数式を用いて説明すると次のようになる。
ステップ上の屈折率変化で与えられる矩形回折格子にお
いて、イオン交換部２における屈折率変化のうち、異常
光成分の屈折率変化：Δｎ_e、常光成分の屈折率変化：
Δｎ_o、イオン交換部２の深さ：ｄ、光の波長：λとす
ると、常光Ｐ_oと異常光Ｐ_eの透過率（０次回折効率）
は、それぞれ近似的に、 Ｐ_o（０）＝cos²（πΔｎ_oｄ／λ） Ｐ_e（０）＝cos²（πΔｎ_eｄ／λ） … （１） であり、また、常光、異常光の各±１次の回折効率の和
Ｐ０（１）、Ｐｅ（１）は、高次回折光への光の漏れを
考慮したファクターγ（０．７〜０．８）を用いて表示
すると、 Ｐ_o（１）＝γsin²（πΔｎ_oｄ／λ） Ｐ_e（１）＝γsin²（πΔｎ_eｄ／λ） …（２） となる。A method for detecting a magneto-optical signal using the polarizing diffractive element 7 will be described below using mathematical expressions.
In the rectangular grating given by the refractive index change of the step, of the refractive index change in the ion-exchange unit 2, the refractive index change of the abnormal light component: [Delta] n _e, the refractive index change of the normal light component:
[Delta] n _o, the depth of the ion exchange unit 2: d, light of wavelength: When lambda, ordinary transmittance of P _o and an abnormal light P _e (0-order diffraction efficiency)
They are each approximately a ^{_{P o (0) = cos 2}} (πΔn o d / λ) P e (0) = cos 2 (πΔn e d / λ) ... (1), also ordinary, extraordinary light The sums P0 (1) and Pe (1) of the ± 1st-order diffraction efficiencies are expressed using a factor γ (0.7 to 0.8) that takes into account the leakage of light into higher-order diffracted light. ^{_{o (1) = γsin 2 (}} πΔn o d / λ) P e (1) = γsin 2 (πΔn e d / λ) ... a (2).

【００２５】図２（ａ）に示すように、入射光量をＰ_in
とし、入射偏光方向８と結晶基板１のの結晶軸９とがな
す角度をθとすると、０次光Ｐ（０）、±１次光Ｐ
（１）は、 Ｐ（０）＝Ｐ_in（cos２θＰ_e（０）＋sin２θＰ_o（０））…（３） Ｐ（１）＝Ｐ_in（cos２θＰ_e（１）＋sin２θＰ_o（１））…（４） となる。As shown in FIG. 2A, the incident light amount is represented by P _in
If the angle between the incident polarization direction 8 and the crystal axis 9 of the crystal substrate 1 is θ, the zero-order light P (0) and the ± first-order light P
(1) is P (0) = P _in (cos 2θP _e (0) + sin 2θP _o (0)) (3) P (1) = P _in (cos 2θP _e (1) + sin 2θP _o (1)) (4) ).

【００２６】ここで、前記フォトダイオードＡ〜Ｄから
の出力を、図４（ｂ）に示すように、光磁気検出用Ｐ_MO
と、各種誤差信号（フォーカス信号、トラッキング信
号、ウォブリング信号）検出用Ｐ_FEに分割する。入射光
の主偏波面に対する分離比κ＝Ｐ（１）／Ｐ（０）とお
き、Ｐ（０）を、 Ｐ_MO＝κＰ（０） Ｐ_FE＝（１−κ）Ｐ（０） となるように分割し、カー回転検出を、 ΔＰ＝Ｐ_MO−Ｐ（１） の演算結果の正負の判定によって行うことにすれば、上
記オフセットの問題は生じないだけでなく、Ｐ_FEを各種
誤差信号の検出に使用することができる。Here, the outputs from the photodiodes A to D are converted to the magneto-optical detection P _MO as shown in FIG.
When various error signals to divide (focus signal, a tracking signal, wobbling signal) the detection P _FE. By setting the separation ratio κ = P (1) / P (0) of the incident light to the main polarization plane, P (0) is expressed as P _MO = κP (0) P _FE = (1−κ) P (0) If the car rotation detection is performed by determining whether the calculation result of ΔP = P _MO −P (1) is positive or negative, not only the above-mentioned problem of offset does not occur but also _PFE Can be used to detect

【００２７】一方、検出感度は、 ｄ（ΔＰ）／ｄθ＝ξ_g＝Ｐ_inαsin２θ …（５） ここで、α＝κ（Ｐ_e（０）−Ｐ_o（０））−（Ｐ_e（１）−Ｐ_o（１）） …（６） で与えられる。On the other hand, the detection sensitivity is d (ΔP) / dθ = ξ _g = P _in α sin 2θ (5) where α = κ (P _e (0) −P _o (0)) − (P _e ( 1) −P _o (1)) (6)

【００２８】一方、変形ウォラストンプリズムの場合の
感度は、その原理から、（５）式に対応した表現とし
て、 ξ_w＝Ｐ_insin２θ …（７） であることが導かれ、ウォラストンプリズムの場合はθ
＝４５度であるのでこれを代入し、（５）、（７）式を
比較すると、偏光性回折素子との感度の比はαsin２θ
で与えられることが分かる。On the other hand, the sensitivity in the case of the modified Wollaston prism is derived from the principle that 表現_w = P _in sin2θ (7) as an expression corresponding to the expression (5). If θ
= 45 degrees, this is substituted, and the expressions (5) and (7) are compared. As a result, the ratio of the sensitivity to the polarizing diffraction element is α sin 2θ
Is given by

【００２９】上述のように、結晶基板１としてニオブ酸
リチウムを用い、イオン交換部２としてプロトン交換部
を用いた場合には、イオン交換部２における異常光の屈
折率変化Δｎ_e＝０．１３、常光の屈折率変化＝−０．
０４、光の波長λ＝０．７９μｍとして、上記（１）〜
（６）式から計算したαsin２θとイオン交換部２の深
さｄを計算した結果をそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）に示
す。As described above, when lithium niobate is used as the crystal substrate 1 and a proton exchange unit is used as the ion exchange unit 2, the refractive index change Δn _e of the extraordinary light in the ion exchange unit 2 is 0.13. , Change in refractive index of ordinary light = −0.
04, assuming that the light wavelength λ = 0.79 μm,
FIGS. 6A and 6B show the results of calculating αsin2θ calculated from the equation (6) and the depth d of the ion exchange unit 2, respectively.

【００３０】図６（ａ）、（ｂ）からわかるように、θ
＝６０度の時、光の波長のほぼ半波長に相当する交換深
さｄ＝３．２５μｍ、あるいはｄ＝６．５μｍの時、｜
αsin２θ｜が０．８となり、ウォラストンプリズムと
同等の検出感度が得られる。図７（ａ）は試作した結晶
基板における入射偏光と回折光の前記角度と光強度との
関係であり、図６（ｂ）に示す演算結果とほぼ同様の結
果を示す。As can be seen from FIGS. 6A and 6B, θ
= 60 degrees, the exchange depth d = 3.25 μm corresponding to almost half the wavelength of light, or d = 6.5 μm, |
αsin2θ | is 0.8, and the same detection sensitivity as a Wollaston prism can be obtained. FIG. 7A shows the relationship between the angle and the light intensity of the incident polarized light and the diffracted light in the prototype crystal substrate, and shows a result almost similar to the calculation result shown in FIG. 6B.

【００３１】また、図６（ｂ）は、θ＝６０度の時、透
過光＝５６％、回折光＝３０％となることを示す。図４
（ｂ）に示す信号処理を行う場合、θ＝４７度以上であ
れば透過光の出力が回折光を上まわり、また、θ＝７０
度であれば、透過光＝６５％、回折光＝２５％程度とな
り、θ＝４７度〜７０度の範囲であれば、前記各誤差信
号処理の上で好都合なレベルの出力が得られる。FIG. 6B shows that when θ = 60 degrees, transmitted light = 56% and diffracted light = 30%. FIG.
In the case of performing the signal processing shown in (b), if θ = 47 degrees or more, the output of the transmitted light exceeds the diffracted light, and θ = 70.
If it is a degree, the transmitted light is about 65% and the diffracted light is about 25%. If θ is in the range of 47 ° to 70 °, an output of a convenient level can be obtained in the above error signal processing.

【００３２】図１の工程において、前記実施例と異な
り、２５０℃の安息香酸中への浸漬時間を変え、７時間
浸漬することにより、深さｄ＝６．５μｍ（異常光の光
路長の変化が３λ／２波長に相当する）のプロトン交換
領域２を形成し、回折効率の偏光依存性を調べた。その
結果を図７（ｂ）に示す。このように、交換深さｄを３
λ／２波長に相当する値に設定すれば、θがほぼ４２度
〜６３度の範囲において、透過光の強度が回折光の強度
以上となり、また、透過光の強度が６５％以下、回折光
の強度が２５％以上となり、処理に好適な検出出力が得
られる。In the process of FIG. 1, unlike the above embodiment, the dipping time in benzoic acid at 250 ° C. was changed and the dipping was carried out for 7 hours to obtain a depth d = 6.5 μm (change in the optical path length of extraordinary light). (Corresponding to 3λ / 2 wavelength), and the polarization dependence of diffraction efficiency was examined. The result is shown in FIG. Thus, the exchange depth d is 3
If the value is set to a value corresponding to the wavelength of λ / 2, the intensity of the transmitted light is equal to or higher than the intensity of the diffracted light and the intensity of the transmitted light is equal to or less than 65% when the θ is in a range of approximately 42 to 63 degrees. Is 25% or more, and a detection output suitable for processing is obtained.

【００３３】図４（ｂ）における信号処理について説明
すると、フォーカスエラー（ＦＥ）信号は非点収差法に
より、すなわち焦点が合えばフォトダイオードＡ〜Ｄで
受ける受光スポット形状が真円となり、各フォトダイオ
ードＡ〜Ｄの受光強度をそれぞれＩ_A〜Ｉ_Dと同じ符号で
表すと、Ｉ_A＋Ｉ_D＝Ｉ_B＋Ｉ_Cとなる。一方焦点が合わな
い場合には受光スポット形状が楕円となってＩ_A＋Ｉ_D≠
Ｉ_B＋Ｉ_Cとなることから、フォーカシングエラーが検出
される。また、トラッキング（ＴＲ）誤差信号は、３ビ
ーム法によって検出しており、フォトダイオードＥ、Ｆ
の各出力をＩ_E、Ｉ_Fで表すと、Ｉ_EとＩ_Fの差の信号がト
ラッキング誤差信号となる。The signal processing in FIG. 4B will be described. The focus error (FE) signal is obtained by the astigmatism method, that is, when focused, the light receiving spots received by the photodiodes A to D become perfect circles. If the received light intensity of the diode A~D respectively represented by the same reference numerals as I _a ~I _D, the _{I a + I D = I B} + I C. On the other hand, when the image is out of focus, the shape of the received light spot becomes an ellipse and I _A + I _D ≠
Since the I _B + I _C, the focusing error is detected. The tracking (TR) error signal is detected by the three-beam method, and the photodiodes E and F are detected.
Each output of the I _E, expressed in I _F, the signal of the difference between I _E and I _F is the tracking error signal.

【００３４】上記のようにθ＝６０度にした実施例にお
いて、０次出力：５６％、±１次：３０％である場合、
８分割フォトダイオードＡ〜Ｆ、Ｉ、Ｊのうちの中央の
４分割フォトダイオードＡ〜Ｄからの各出力のうち、３
０（＝Ｐ（１））／５６（Ｐ（０））＝５４％（フォト
ダイオードＡ〜Ｄ、Ｉ、Ｊの全出力から見ると、２６％
に相当）を分岐させる経路を設ければ、 フォーカスエラー信号（ＦＥ）＝０．５４×｛（Ｉ_A＋
Ｉ_D）−（Ｉ_B＋Ｉ_C）｝ トラッキング誤差信号（ＴＲ）＝Ｉ_E−Ｉ_F 光磁気信号（ＭＯ）＝（Ｉ_I−Ｉ_J）−０．５６（Ｉ_A＋
Ｉ_D＋Ｉ_B＋Ｉ_C） によって各信号を検出する。このような方法により前記
各信号を検出した場合、現状の通常の光磁気ディスクか
らの反射で得られる偏光回転に対するＭＯ信号の変化
は、入射光量に対して１．３％と良好な感度が得られ
た。In the embodiment where θ = 60 degrees as described above, if the 0th order output is 56% and ± 1st order is 30%,
Of the outputs from the central four-segment photodiodes A to D among the eight-segment photodiodes A to F, I, and J, 3
0 (= P (1)) / 56 (P (0)) = 54% (26% when viewed from all outputs of the photodiodes A to D, I, and J)
Is provided, a focus error signal (FE) = 0.54 × ｛(I _A +
_{I D) - (I B +} I C)} tracking error signal (TR) = I _E -I _F magneto-optical signal _{(MO) = (I I -I} J) -0.56 (I A +
Detecting the respective signal by _{I D + I B + I C} ). When each of the signals is detected by such a method, the change of the MO signal with respect to the polarization rotation obtained by the reflection from the current ordinary magneto-optical disk has a good sensitivity of 1.3% with respect to the incident light amount. Was done.

【００３５】[0035]

【発明の効果】請求項１によれば、イオン交換部に位相
相殺手段を持たず、かつイオン交換部の深さ、結晶軸に
対する偏光方向を前記所定の値、方向に設定したので、
検出感度や分岐比を低下させることなく、製造工程が大
幅に簡略化され、価格が低減された偏光性回折素子を提
供することができる。According to the first aspect of the present invention, the ion exchange section has no phase canceling means, and the depth of the ion exchange section and the polarization direction with respect to the crystal axis are set to the predetermined values and directions.
The manufacturing process can be greatly simplified without lowering the detection sensitivity and the branching ratio, and a polarizing diffraction element with reduced cost can be provided.

【００３６】請求項２によれば、請求項１の偏光性回折
素子を用いることにより、小型で低価格の光ピックアッ
プを提供することができる。According to the second aspect, by using the polarizing diffraction element of the first aspect, it is possible to provide an optical pickup which is small and inexpensive.

【００３７】請求項３によれば、光ピックアップに前記
偏光性回折素子を用いた効率の良い光信号検出方法を提
供することができる。According to the third aspect, it is possible to provide an efficient optical signal detection method using the polarizing diffraction element in an optical pickup.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】（ａ）は本発明による偏光性回折素子の一実施
例の端面図、（ｂ）〜（ｇ）はその製造工程図である。FIG. 1 (a) is an end view of an embodiment of a polarizing diffraction element according to the present invention, and FIGS. 1 (b) to 1 (g) are manufacturing process diagrams thereof.

【図２】（ａ）は本発明による光ピックアップの一例を
示す構成図、（ｂ）は本実施例において用いる受光素子
である８分割フォトダイオードの配置図である。FIG. 2A is a configuration diagram illustrating an example of an optical pickup according to the present invention, and FIG. 2B is an arrangement diagram of an eight-division photodiode that is a light receiving element used in the present embodiment.

【図３】（ａ）は従来のウォラストンプリズムの光分離
の態様を示す図、（ｂ）は本発明の実施例における偏光
性回折素子の光分離の態様を示す図である。FIG. 3A is a diagram illustrating a light separation mode of a conventional Wollaston prism, and FIG. 3B is a diagram illustrating a light separation mode of a polarizing diffraction element according to an embodiment of the present invention.

【図４】（ａ）は本実施例における各入射光の結晶軸に
対する角度を変化させた場合における分岐光の割合を示
す図、（ｂ）は本実施例における偏光性回折素子の信号
処理回路を示す図である。FIG. 4A is a diagram illustrating a ratio of branch light when an angle of each incident light with respect to a crystal axis in the present embodiment is changed, and FIG. 4B is a signal processing circuit of a polarizing diffraction element according to the present embodiment. FIG.

【図５】（ａ）は本実施例におけるイオン交換深さと変
調係数との関係を示すグラフ、（ｂ）は入射光の偏光方
向と結晶軸とのなす角度に対する透過光と回折光の強度
を示すグラフである。5A is a graph showing the relationship between the ion exchange depth and the modulation coefficient in the present embodiment, and FIG. 5B is a graph showing the intensity of transmitted light and diffracted light with respect to the angle between the polarization direction of incident light and the crystal axis. It is a graph shown.

【図６】（ａ）は本実施例における入射光の偏光方向と
結晶軸とのなす角度に対する透過光と回折光の強度の実
測値を示すグラフ、（ｂ）は本発明の他の実施例におけ
る入射光の偏光方向と結晶軸とのなす角度に対する透過
光と回折光の強度を示すグラフである。6A is a graph showing measured values of transmitted light and diffracted light with respect to an angle between a polarization direction of incident light and a crystal axis in the present embodiment, and FIG. 6B is a graph showing another embodiment of the present invention. 3 is a graph showing the intensity of transmitted light and diffracted light with respect to the angle between the polarization direction of the incident light and the crystal axis in FIG.

【図７】（ａ）は従来の偏光性回折素子の一例を示す端
面図、（ｂ）〜（ｈ）はその製造工程図である。FIG. 7A is an end view showing an example of a conventional polarizing diffraction element, and FIGS. 7B to 7H are manufacturing process diagrams thereof.

【図８】（ａ）は従来の偏光性回折素子の一例を示す端
面図、（ｂ）〜（ｉ）はその製造工程図である。FIG. 8A is an end view showing an example of a conventional polarizing diffraction element, and FIGS. 8B to 8I are manufacturing process diagrams thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１：異方向性結晶基板、１ａ：溝、２：イオン交換領
域、３：金属膜、４：レジスト、５：誘電体膜、７：偏
光性回折素子、８：偏光方向、９：結晶軸、１０：光
源、１１：グレーティングレンズ、１２：カップリング
レンズ、１３：ビームスプリッタ、１４：対物レンズ、
１５：光磁気記録媒体、１７：受光素子、Ａ〜Ｆ、Ｉ、
Ｊ：フォトダイオード、２０：比較手段、２１ウォラス
トンプリズム1: anisotropic crystal substrate, 1a: groove, 2: ion exchange region, 3: metal film, 4: resist, 5: dielectric film, 7: polarizing diffraction element, 8: polarization direction, 9: crystal axis, 10: light source, 11: grating lens, 12: coupling lens, 13: beam splitter, 14: objective lens,
15: magneto-optical recording medium, 17: light receiving element, A to F, I,
J: photodiode, 20: comparison means, 21 Wollaston prism

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小室 栄樹 東京都中央区日本橋一丁目13番１号 ティ −ディ−ケイ株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Eiki Komuro 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo Inside TDK Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】異方性結晶基板の表面部分にイオン交換に
より形成された回折格子を有する偏光性回折素子におい
て、 前記回折格子が形成された素子の表面が平坦に形成さ
れ、 少なくとも一方の偏光成分に対するイオン交換部のみで
受ける光路長変化が、使用する波長の１／２倍で、かつ
入射光の主な偏波方向が、該基板の結晶軸に対して４７
度ないし７０度となるように配置されているか、 または、少なくとも一方の偏光成分に対するイオン交換
部のみで受ける光路長変化が、使用する波長の３／２倍
で、かつ入射光の主な偏波方向が、該基板の結晶軸に対
して４３度ないし６３度となるように配置されているこ
とを特徴とする偏光性回折素子。1. A polarizing diffraction element having a diffraction grating formed by ion exchange on a surface portion of an anisotropic crystal substrate, wherein a surface of the element on which the diffraction grating is formed is formed flat, and at least one of polarizations is provided. The change in the optical path length received by the ion exchange section only for the component is 倍 of the wavelength used, and the main polarization direction of the incident light is 47 ° with respect to the crystal axis of the substrate.
Or 70 degrees, or a change in the optical path length received by only the ion exchange unit with respect to at least one polarization component is 3/2 times the wavelength used, and the main polarization of the incident light A polarizing diffraction element, wherein the direction is arranged so as to be 43 to 63 degrees with respect to the crystal axis of the substrate. 【請求項２】光源と、 該光源からの光を光記録媒体に集光して該光記録媒体か
らの反射光を集光する集光光学系と、 前記光源からの光と前記反射光を分離するための分離光
学系と、 前記反射光の少なくとも一部を回折させる光素子と、 該光素子によって分割された複数の光束を受光する受光
素子とを具備する光ピックアップにおいて、 前記光素子が、請求項１に記載の偏光性回折素子である
ことを特徴とする光ピックアップ。2. A light source, a light condensing optical system for condensing light from the light source on an optical recording medium and condensing reflected light from the optical recording medium, and transmitting light from the light source and the reflected light. An optical pickup comprising: a separation optical system for separation; an optical element that diffracts at least a part of the reflected light; and a light receiving element that receives a plurality of light beams split by the optical element. An optical pickup comprising the polarizing diffraction element according to claim 1. 【請求項３】偏光性回折素子に対し、光磁気記録媒体か
らの反射戻り光の主な偏波方向を入射したときの±１次
回折光による光検出器の出力をＰ₁ 、０次回折光からの
出力をＰ₀、 任意の偏波面のときの±１次回折光による光検出器の出
力をＰ₁（θ）、０次回折光からの出力をＰ₀（θ）とし
た場合、 前記出力Ｐ₀（θ）をＰ₁ ：Ｐ₀ に分割し、光磁気信号
ＭＯを、 ＭＯ＝Ｐ₁（θ）−（Ｐ₁／Ｐ₀）Ｐ₀（θ）により検出す
ることを特徴とする光磁気信号の検出方法。3. The output of the photodetector due to ± 1st-order diffracted light when the main polarization direction of the reflected return light from the magneto-optical recording medium enters the polarizing diffractive element is represented by P ₁ , and the 0th-order diffracted light. the output of P _0, the ± 1 output of the photodetector by order diffracted light for an arbitrary polarization P ₁ (θ), if 0 the output from the order diffracted light and the P ₀ (theta), the output P ₀ (Θ) is divided into P ₁ : P ₀ , and a magneto-optical signal MO is detected by the following _equation : MO = P ₁ (θ) − (P ₁ / P ₀ ) P ₀ (θ) Detection method.