JPS63241735A

JPS63241735A - 光ピツクアツプ

Info

Publication number: JPS63241735A
Application number: JP62074618A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Hori; 義和堀; Makoto Kato; 誠加藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-07
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH0810495B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、レーザ光を用いて光ディスクや光磁気ディス
ク等の光記憶媒体に記憶される情報の記録や読み出し等
を行うための光情報処理用の光ピックアップに関するも
のである。

従来の技術従来、光ディスクや光磁気ディスク等の光記憶媒体に記
憶される情報の記録や読み出しをレーザ光を用いて行う
光ピックアップは、光源としての半導体レーザ、この半
導体レーザから出射する光を光記憶媒体上に収束するた
めの光学レンズ、該光記憶媒体で反射するレーザ光を受
光素子に導（ためのビームスプリッタ、この反射光に非
点収差等を与え、光記憶媒体上に収束された光の焦点ず
れを検出可能にして、受光素子に結像させるためのシリ
ンドリカルレンズ及び反射光を受光して、焦点ずれトラ
ッキングずれ及び前記光記憶媒体に記憶された情報を検
出するための受光素子を含んで構成されている。

通常の光ピックアップは、このように光記憶媒体で反射
するレーザ光を受光素子に導くためのビームスプリッタ
や反射光に非点収差等を与え、該光記憶媒体上に収束さ
れた光の焦点ずれを検出可能にして受光素子に結像させ
るためのシリンドリカルレンズ等が必要とされるので、
光学部品点数、が増え光軸合わせが困難となり製造価格
が高価なものとなり、また光ピックアップを小型化する
上でおおきな問題となっていた。

そこで、小型化を実現するために、前記のビームスプリ
ッタと前記のシリンドリカルレンズの両方の機能を同時
に実現可能なホログラム素子で置き換えられた光ピック
アップが開発された。（木材ら、第２２回微小光学研究
会論文　Ｖｏｌ　　１４，２２８．１９８６）このホログラム型の光ピックアップの概略を第６図に示
す。半導体レーザ６１より放射された光は、ホログラム
レンズ６２を通過し結像レンズ６３により光デイスク６
４０表面に集光される。光ディスク６４の表面で記録情
報に応じた強度で反射して広がる光は、再度結像レンズ
６３により収束され一部は半導体レーザ６１に戻るが、
一部は、二つの領域（Ｒ１，Ｒ２）に分割されたホログ
ラム素子６２により二方向に分割され、四分割の受光素
子６５に結像され、所謂ナイフェツジ法により焦点ずれ
トラッキングずれ及び前記光記憶媒体に記憶された情報
の信号が検出される。

発明が解決しようとする問題点ところが、このホログラム型の光ピックアップでは、半
導体レーザ６１より放射された光が一度ホログラム素子
６２を通過し、結像レンズ６３により光ディスク６４の
表面に集光されるので、一度ホログラム素子６２を通過
する時点で回折をうけ、ホログラム素子の回折効率が高
い場合には光の透過効率が低いので、光ディスク６４の
表面に集光される光の量が低下してしまい、ディスク面
上で充分な光強度が得られないという問題点があった。

また、逆に回折効率の低いホログラム素子を用いる場合
には受光素子６５へ到達する光の強度が弱く雑音の少な
い信号の検出が不可能となるという問題点があるのみな
らず、半導体レーザ６１に戻る光の量が増加するので、
半導体レーザの発振が不安定となり雑音を発生するとい
う大きな問題があった。

本発明はこのような問題点を克服し、高効率で低雑音か
つ小型軽量で低価格なホログラム型光ピックアップを提
供するものである。

問題点を解決するための手段本発明は、次に述べる光ビックを提供するものである。

（１）　　偏光を放射するレーザ、前記レーザから出射
する光を光記憶媒体上に収束するための光学レンズ、前
記光記憶媒体によって反射される光の光路中に配置され
所定波面を生成する回折素子、及び前記回折素子で回折
される光を検出するための受光素子を含んで構成される
光ピックアップに於いて、前記回折素子が屈折率異方性
を有する光学媒体を用いて形成されている事を特徴とす
る光ピックアップを提供するものである。

■　また、本発明は偏光を放射するレーザ、このレーザ
から出射する光を光記憶媒体上に収束するための光学レ
ンズ、該光記憶媒体で反射するレーザ光の偏光方向を出
射時の光の偏光方向に対して直角方向に回転させるため
の位相板、前記反射光の光路中に配置され所定波面を生
成する回折素子、及び前記回折素子で回折される光を検
出するための受光素子を含んで構成される光ピックアッ
プに於いて、前記回折素子が屈折率異方性を有する光学
結晶を用いて形成されており、かつこの光学結晶の光軸
方向が、前記レーザの放射光の偏光方向と平行に配置さ
れている。

（３）　　また、前記回折素子が屈折率異方性を有する
一軸性の光学結晶を用いて形成されている光ピックアッ
プである。

（４）また、前記回折素子が屈折率異方性を有する一軸
性の光学結晶を用いて形成されており、かつこの一軸性
の光学結晶の光軸方向が、前記レーザの放射光の偏光方
向と平行に配置されている。

（５）　　さらにまた、前記回折格子が、光記憶媒体に
よって反射される光の光路中に配置されて所定波面を生
成し、かつ自らを透過して収束させる機能を有する事を
特徴とする。

（６）前記回折素子が、空間的な分布を有する電界の印
加される一様に配列されたネマティックを主体とする液
晶を含んで構成されている。

σ）前記回折素子が、表面にイオン交換法により空間的
な屈折率が形成されたニオブ酸リチウムのＸ方位もしく
はＹ方位カット板を用いて形成されている。

（８）前記レーザが半導体レーザであることを特徴とす
る。

作用本発明は、屈折率異方性を有する光学媒体を用いたホロ
グラム素子等の回折素子がその回折素子へ入射する偏光
の方向に応じて回折効率に異方性が生ずることに基づき
、レーザ光の偏光方向を選択することにより出射レーザ
光の偏光に対して回折を与えず、偏光方向の直角方向に
回転した反射光に対してのみ回折を与え得ることを応用
するものであり、その結果高効率の光ピックアップが実
現されるものである。

実施例本発明の詳細を実施例を用いて説明する。

本発明の第一の実施例の概略を第１図に示す。

偏光を放射する半導体レーザ１より放射する光は液晶を
用いたホログラム素子（回折素子）２を通過し、結像レ
ンズ３により１／４波長板４を介して光ディスク５の表
面に集光される。この場合ホログラム素子２を通過する
レーザ光は回折を受ける事はなく半導体レーザ１からの
放射光は、はぼ全部光ディスク５の表面に集光される。

そして光ディスク５の表面で反射するレーザ光は、再度
１／４波長板４を通って結像レンズ３により収束される
。

この時反射光は前記１／４波長板を二回通過するのでそ
の偏光方向は９０度回転している。従って反射光の一部
は半導体レーザ１に戻るが一部は二つの領域（Ｒ１，Ｒ
２）を有するホログラム素子２により回折され、二方向
に分割され、ディスク面の情報が四分割の受光素子６に
結像され焦点ずれトラッキングずれ及び前記光記憶媒体
に記憶された情報の信号が検出される。この時受光素子
に導かれる光の量はホログラム素子２の回折効率でほぼ
決定される。しかるに、従来例とは異なりホログラム素
子の回折効率が、往路の光の利用効率に影響を与える事
はない。

本発明のホログラム素子（回折素子）の原理を第２図及
び第３図に示す。第２図は一軸性の光学結晶の屈折率楕
円体を示している。（ａ）は光軸が２方向にある場合の
屈折率楕円体を示しており、この場合Ｚ方向に偏光方向
を有する光（異常光）に対して屈折率がＮｅであり、ま
たＸ−Ｙ平面に偏光方向が存在する光（常光〉に対して
屈折率がＮｏである。また（ｂ）は一軸性の光学結晶の
光軸がＺ方向から傾いた場合の屈折率楕円体を示してお
り、この場合Ｚ方向に偏光方向を有する光に対して屈折
率がＮｅよりも小さく（即ち、　Ｎｅｘｃｏｓθ、θは
楕円対の平均的傾き）、またＸ方向に偏光方向が存在す
る光に対しては、屈折率はＮＯである。そこで（ａ）、
（ｂ）を比較するとＸ方向に偏光方向が存在しＹ方向に
伝搬する光に対しては屈折率が常にＮｏであり、またＺ
方向に偏光方向が存在しＹ方向に伝搬する光に対しては
屈折率が興なっている。したがって、何らかの方法例え
ば電圧の印加により光軸方向の異なる。もしくは傾いた
領域を空間的に分布させることにより偏光方向依存性を
有するホログラム素子の形成が可能となる。

第３図（ａ）に第一の実施例に用いた液晶を用いたホロ
グラム素子の断面の概略を示す。３１．３２は透明なガ
ラス基板、３３はホログラムに対応する空間的な周期構
造を有する透明電極、３４は透明な共通電極、３５．３
６は基板に平行に一様に配列（ホモジニアス配向）され
た正の誘電異方性を有するネマティク液晶層であり、特
に３６は透明電極間で電圧が印加され傾いた配列をとっ
ている領域である。この場合液晶層の光軸の方向は紙面
上の水平方向（Ｚ方向）である。このような液晶ホログ
ラム素子に３７の方向（Ｙ方向）より光が入射する場合
、その偏光方向が紙面に垂直な光は常に常光となり回折
現象は生じない。即ちホログラム素子としては動作しな
い。ところが、偏光方向が紙面の水平方向（Ｚ方向）の
光に対しては、電圧の印加されない領域と電圧の印加さ
れて液晶分子の傾斜している領域で屈折率が異なり、そ
の結果回折現象が生じ、液晶層はホログラム素子として
働く。前記の実施例においては半導体レーザ１からの放
射光の偏光方向と液晶層の光軸の方向は互いに直角の方
向に配置されている。

第３図（ｂ）には（ａ）の上方より観察できる液晶ホロ
グラム素子に形成された空間的な周期構造を有する透明
電極３３の形状の概略を示している。この形状はホログ
ラフィック露光法により形成されるが、同一の形状を数
値的に処理する電子線露光法によっても形成することが
可能である。

この図に対応して配列された液晶層の光軸方向はＺ方向
であり、Ｘ方向に偏光したレーザ光が出射されてこの素
子を通過し、ディスクで反射され偏光方向の９０度回転
した光がこの液晶ホログラム素子により回折される。

また、液晶ホログラム素子を用いると印加電圧に応じて
液晶分子の傾きが制御でき、その結果ホログラム素子の
回折効率を任意に制御する事が可能であり、半導体レー
ザへの戻り光量を制御する事が可能であるので半導体レ
ーザの戻り光雑音が最少となる状態で光ピックアップを
動作させる事ができる。

実施例においては基板に平行に一様に配列（ホモジニア
ス配向）された正の誘電異方性を有するネマティク液晶
層をホログラム素子として用いた場合を示したが、基板
に垂直に配列（ホメオトロピック配向）され負の誘電異
方性を有するネマティク液晶層をホログラム素子として
用いる事も可能である。また基板に平行でかつ捩れた構
造を有するツイストネマティックタイプの液晶層をホロ
グラム素子として用いる事も可能でありまたこの場合コ
レステリック液晶が含まれていても何らさしつかえない
。

以上は液晶をホログラム素子として用いた場合を示した
が、他にニオブ酸リチウム等の一軸性の屈折率異方性を
有する光学結晶を用いる事も可能である。

第４図にニオブ酸リチウム基板を用いて形成した異方性
ホログラム素子の概略をしめす。Ｙ方位カットのニオブ
酸リチウム基板４１の表面の所定の領域にフォトリソグ
ラフィ等（ホログラフィック露光を含む）によりマスク
を形成し、表面の露出された領域４２に安息香酸等を用
いてイオン交換を行い、屈折率の高い領域４２を形成す
る。Ｙ板の表面にイオン交換されて形成された領域はＸ
方向の偏光に対しては屈折率が変化せず、またＺ方向の
偏光に対しては屈折率が増加する。従ってこの素子はＸ
方向の偏光に対してはホログラム素子として機能せず、
Ｚ方向の偏光に対してはホログラム素子として機能する
。従って、前記の液晶ホログラム素子と同様に本発明の
実施に適用することが可能である。またこの素子におい
て回折効率はイオン交換される表面層の厚さにより制御
することが可能である。

また第４図ではＹカット板を用いた場合を示したが、Ｘ
カット板を用いても同様の効果を与えることが可能であ
る。この場合はＹ軸方向の偏光に対してはホログラム素
子として機能せず、Ｚ軸方向の偏光に対してはホログラ
ム素子として機能する。

第一の実施例では、１／４波長板を用いた光ピックアッ
プを示したが、光記録媒体が光磁気ディスクの場合には
反射光の偏光方向が記録情報に応じて回転するので、こ
の１／４波長板を省（ことも可能である。

また、第一の実施例では反射光が異方性ホログラム素子
で二方向に分割される場合を示したが、前記のようなホ
ログラム素子は一定の厚さを有しているので、収束ビー
ムに対して発生するアスティグマを利用した方法（中村
他、Ｎａｔ　１ｏｎａ　１Ｔｅｃｈ、　　Ｒｅｐｏｒｔ
、ｖｏ１３２，４９０（１９８６））　により非点収差
を作り出すことが可能である。これを利用することによ
り更に簡単な構造の光ピックアップを構成する事が可能
である。

なお、ホログラム素子自体に非点収差波面を記録し、そ
の再生波面により同様の効果を与えることも可能である
。

第５図にこのアスティグマ法を利用したホログラム型光
ピックアップの実施例をしめす。偏光を放射する半導体
レーザ５１より放射する光は液晶を用いたホログラム素
子５２を通過し、結像レンズ５３により、１／４波長板
５４を通って光ディスク５５の表面に集光される。この
場合ホログラム素子（回折素子）５２を通過するレーザ
光は、第一の実施例と同様回折を受ける事はなく半導体
レーザ５１からの放射光はほぼ全部光ディスク５５の表
面に集光される。そして光ディスク５５の表面で反射す
るレーザ光は再度１／４波長板５４を通って集光レンズ
５３により収束される。この時反射光は前記１／４波長
板を二回通過するのでその偏光方向は９０度回転してい
る。従って反射光の一部は半導体レーザ５１に戻るが、
一部は回折素子５２により回折され、通常の四分割の受
光素子５６に結像され、焦点ずれトラッキングずれ及び
前記光記憶媒体に記憶された情報の信号が検出される。

高効率の光ピックアップが実現出来る点、及び印加電圧
に応じて液晶分子の傾きが制御できホログラム素子の回
折効率を任意に制御する事ができ、半導体レーザへの戻
り光量を制御する事が可能であるので半導体レーザの戻
り光雑音が最少となる状態で光ピックアップを動作させ
る事ができる点は第一の実施例と同様である。本実施例
でも液晶を回折素子として用いた場合を示したが、ニオ
ブ酸リチウム等の一軸性の光学異方性を有する結晶を用
いる事も可能である事は自明である。

本実施例に於ける回折素子のホログラム形状は通常の回
折格子でよく、三光束干渉露光法等で容易に実現するこ
とができるのも本実施例の大きな特長である。

実施例においては、ナイフェツジ法及びアスティグマ法
による異方性ホログラム型光ピックアップを示したが、
他の検出方法に基づく異方性ホログラム型光ピックアッ
プを構成す、る事も可能であることは明らかである。

また、実施例においては半導体レーザを光源として用い
ているが、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の気体レーザあるいは色
素レーザ、固体レーザを用いる事も可能であることは自
明である。

また、本実施例では液晶やニオブ酸リチウム等を用イテ
イルカ、ＫＤ２Ｐｏ４、β−ＢａＢ２Ｏ４、ＰＬＺＴ等
の電気光学効果等を有する一軸性の結晶を用いることも
可能であり、またＫＴｉＰ０４等の二軸性の光学結晶等
も含め　屈折率異方性を有する媒体を回折素子として用
いることにより効果を発揮することが可能である。

発明の効果以上に示したごとく、本発明は、従来の光ピックアップ
の問題点を克服し、光の利用効率が高くかつ半導体レー
ザの戻り光雑音の低下が図れ、かつ小型軽量で低価格な
ホログラム型光ピックアップを提供するものであり、大
きな価値を有するものであると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の異方性ホログラム型光ピックアップの
第一の実施例の概略斜視図、第２図は一軸性の光学結晶
の屈折率楕円体を示し、本発明のホログラム素子の原理
を説明図、第３図は第一の実施例に用いた液晶を用いた
異方性ホログラム素子の概略図、第４図はニオブ酸リチ
ウム基板を用いて形成した異方性ホログラム素子の概略
図、第５図はアスティグマ法を利用した異方性ホログラ
ム型光ピックアップの実施例の要部概略図、第６図は従
来のホログラム型光ピックアップの概略図である。１・・・偏光を放射する半導体レーザ、２・・・液晶ホ
ログラム素子、３・・・結像レンズ、４・・・１／４波
長板、５・・・光ディスク、６・・・受光素子。代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図第２図第３図３３透明を極ｘ第４図第　５　図　　　　　　　　　　　　　　　　５５　　
ナイヌグ第６図乙４≠イヌク６５４分９「すＰＤ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）偏光を放射するレーザ、前記レーザから出射する
光を光記憶媒体上に収束するための光学レンズ、前記光
記憶媒体によって反射される光の光路中に配置され所定
波面を生成する回折素子、及び前記回折素子で回折され
る光を検出するための受光素子を含んで構成される光ピ
ックアップに於いて、前記回折素子が屈折率異方性を有
する光学媒体を用いて形成されている事を特徴とする光
ピックアップ。
（２）回折素子が屈折率異方性を有する一軸性の光学結
晶を用いて形成されている事を特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光ピックアップ。
（３）回折素子が屈折率異方性を有する一軸性の光学結
晶を用いて形成されており、かつ前記一軸性の光学結晶
の光軸方向が前記レーザの放射光の偏光方向と平行に配
置されている事を特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の光ピックアップ。
（４）回折格子が光記憶媒体によって反射される光の光
路中に配置され所定波面を生成し、かつ自らを透過して
収束させる機能を有する事を特徴とする特許請求の範囲
第３項記載の光ピックアップ。
（５）回折素子が空間的な分布を有する電界の印加され
る一様に配列されたネマティックを主体とする液晶を含
んで構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の光ピックアップ。
（６）回折素子が表面にイオン交換法により空間的な屈
折率が形成されたニオブ酸リチウムのＸ方位もしくはＹ
方位カット板を用いて形成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ。
（７）前記レーザが半導体レーザであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ。
（８）偏光を放射するレーザ、前記レーザから出射する
光を光記憶媒体上に収束するための光学レンズ、該光記
憶媒体で反射するレーザ光の偏光方向を出射時の光の偏
光方向に対して直角方向に回転させるための位相板、前
記反射光の光路中に配置され所定波面を生成する回折素
子、及び前記回折素子で回折される光を検出するための
受光素子を含んで構成される光ピックアップに於いて、
前記回折素子が屈折率異方性を有する光学結晶を用いて
形成されており、かつ前記光学結晶の光軸方向が前記レ
ーザの放射光の偏光方向と平行に配置されている事を特
徴とする光ピックアップ。
（９）回折素子が屈折率異方性を有する一軸性の光学結
晶を用いて形成されている事を特徴とする特許請求の範
囲第８項記載の光ピックアップ。
（１０）回折素子が屈折率異方性を有する一軸性の光学
結晶を用いて形成されており、かつ前記一軸性の光学結
晶の光軸方向が前記レーザの放射光の偏光方向と平行に
配置されている事を特徴とする特許請求の範囲第８項記
載の光ピックアップ。
（１１）回折格子が光記憶媒体によって反射される光の
光路中に配置され所定波面を生成し、かつ自らを透過し
て収束させる機能を有する事を特徴とする特許請求の範
囲第８項記載の光ピックアップ。
（１２）回折素子が空間的な分布を有する電界の印加さ
れる一様に配列されたネマティックを主体とする液晶を
含んで構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
第８項に記載の光ピックアップ。
（１３）回折素子が表面にイオン交換法により空間的な
屈折率が形成されたニオブ酸リチウムのＸ方位もしくは
Ｙ方位カット板を用いて形成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第８項に記載の光ピックアップ。
（１４）レーザが半導体レーザであることを特徴とする
特許請求の範囲第８項に記載の光ピックアップ。