JPH03170902A - 回折素子ユニット - Google Patents

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、例えば、各種光メモリ素子に記録・再生又は
消去を行う光学ヘッドに組み込まれる回折素子ユニット
に係り、特に、レーザ光の波長変動等に起因する回折角
の変動を抑制することのできる回折素子ユニットに関す
るものである。

〔従来の技術〕

近年、高密度、大容量化が可能で、かつ、繰り返して記
録・消去が行える光磁気メモリ素子の開発が活発に進め
られている。この光磁気メモリ素子は例えば、第６図中
に符号２１で示すように、透光性の基板２１ａ上に膜面
に垂直な方向に磁化容易軸を有する磁性体薄膜２ｌｂが
形成されてなるものであり、上記磁性体薄膜２ｌｂは記
録に先立って初期化によりいずれかの方向に磁化される
ようになっている。

記録時には、上記磁性体薄膜２ｌｂに初期化の際の外部
磁場の方向とは逆方向の外部磁場（図示せず）が印加さ
れた状態で、例えば、半導体レーザ２２等のレーザ光源
から比較的大きな強度でレーザ光Ｌ１が出射され、偏光
ビームスプリッタ２３を透過した透過光Ｌ２。が磁性体
薄膜２ｌｂに照射されることにより、照射部分において
温度上昇により保磁力が低下されて上記外部磁場の方向
に磁化が反転される。なお、偏光ビームスプリッタ２３
における反射光ＬＳＩは利用されない。

一方、再生時には、半導体レーザ２２から比較的小さい
強度でレーザ光Ｌ　．が出射され、偏光ビームスブリッ
タ２３における透過光Ｌｇｏが上記磁性体薄膜２ｌｂに
照射される。磁性体薄膜２ｌｂからの反射光Ｌ３は磁気
光学効果により磁化の向きに応じて偏光面が回転される
。上記反射光Ｌ３の一部は偏光ビームスプリッタ２３で
直角に反射され、この反射光Ｌ。における偏光面の傾き
が検光子２４を介して光検出器２５で検出されることに
より情報の再生が行われる。なお、偏光ビームスプリッ
タ２３における透過光Ｌ４。は利用されない。

又、情報の再生の精度を一層向上さセるため、光学ヘッ
ドを第７図のように構威して差動型の検出を行うことも
考えられる。即ち、第７図中光磁気メモリ素子３ｌ、半
導体レーザ３２及び偏光ビームスプリッタ３３は第６図
の光磁気メモリ素子２１〜偏光ビームスブリッタ２３と
同様に構威され、偏光ビームスブリツタ３３で反射され
た反射光Ｌ４１はその偏光面が（１／２）波長板３４に
より４５゜回転させられた後、ガラス等からなる基板３
５に形成された回折素子３５ａに入射される。

そして、回折素子３５ａで入射光が第０次回折光Ｌ，ｓ
ｏと第１次回折光Ｌ，Ｉとに分離されて第０次回折光Ｌ
，。が光検出器３６で受光される一方、第１次回折光Ｌ
ｓ＋が光検出器３７で受光され、光検出器３６・３７の
出力が差動増幅器３８で差動されることにより、磁性体
薄膜３ｌｂ上の情報が検出されるようになっている。上
記のように、反射光Ｌ４１を偏光戒分に分離するのに、
回折素子３５ａを利用すると、偏光ビームスプリツタ等
を使用する場合より光学ヘッドを軽量化できる等の利点
がある。なお、第８図に示すように、回折素子３５ａと
各光検出器３６・３７との間には、必要に応じてそれぞ
れ集光レンズ４０・４１が配置される。

上記の構戒において、回折素子３５ａは第９図に示すよ
うに、基板３５に紙面と直交する方向に延びる所定深さ
ｄの溝からなる回折格子３５ｂ・３５ｂ・・・を所定の
格子間隔Ｄで形成してなるものである。又、これら回折
格子３５ｂ・３５ｂ・・・に光磁気メモリ素子３ｌから
の反射光がいわゆるブラッグ角θ。（θ。＝ｓｉｎ−’
（λ／２Ｄ））で入射するように基板３５の傾きが設定
されている。但し、λは使用するレーザ光の波長である
。

ここで、回折格子３５ｂ・３５ｂ・・・の格子間隔Ｄを
０．５９λ、基板３５の屈折率を１．４５とした場合の
、回折格子３５ｂ・３５ｂ・・・による第０次回折光Ｌ
，。及び第１次回折光Ｌｓ＋のそれぞれにおける互いに
直交する２つの偏光威分の強度比と上記回折格子３５ｂ
・３５ｂ・・・の深さｄとの関係を第１０図に示す。但
し、Ｌ５。（ＴＥ）は第０次回折光Ｌ，。における回折
格子３５ｂ・３５ｂ・・・の方向（第９図の紙面と直角
方向）と平行な方向？偏光成分を示し、ＬＳ，（ＴＥ）
は第１次回折光ＬＳＩにおける回折格子３５ｂ・３５ｂ
・・・と平行な方向の偏光或分を示す。又、Ｌ５。（Ｔ
Ｍ）は第０次回折光Ｌ，。における回折格子３５ｂ・３
５ｂ・・・と直角な方向の偏光戒分を示し、Ｌ，．（Ｔ
Ｍ）は第１次回折光Ｌｓｔにおける回折格子３５ｂ・３
５ｂ・・・と直角な方向の偏光或分を示す。

同図から明らかなように、Ｌｓｏ　（ＴＭ）　　：　Ｌ
ｓＩ（ＴＭ）の強度比はほぼ１００：Ｏであり、一方、
ＬＳ。（ＴＥ）：　Ｌ，，（ＴＥ）の強度比は回折素子
３５ａを構或する回折格子３５ｂ・３５ｂ・・・の深さ
ｄにより変化する。上記の回折格子３５ｂにおいては、
Ｌ，。（ＴＥ）　　：　ＬＳＩ　（ＴＥ）　Ｌ＝．Ｏ　
：　１００となるように深さが１．２λ程度（第１０図
参照）に設定されている。これにより、回折素子３５ａ
においては、第０次回折光Ｌ，。は殆ど全てＴＭ波とな
り、第１次回折光ＬＳＩは殆ど全てＴＥ波となる。なお
、回折素子３５ａの手前側の（ｌ／２）波長板３４にて
偏光ビームスブリッタ３３からの反射光Ｌ■の偏光面が
４５゜回転されるので、回折素子３５ａによる偏光戊分
の振り分けの基準となる軸方向は半導体レーザ３１から
出射される直線偏光に対して４５゜の角度を有すること
になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の構成において、回折素子３５ａからの
第１次回折光ＬＳＩを情報の検出に利用する場合、半導
体レーザ３２から出射されるレーザ光Ｌ１の波長が温度
変化等に起因して変動すると、それに応じて回折素子３
５ａにおける回折角θが変動ずるものである。その場合
、回折角θ１の変動量が大きいと、回折素子３５ａにお
ける第１次回折光１−ｓ＋が光検出器３７で受光できな
くなり、その結果、情報の検出が行えなくなる恐れがあ
る。なお、第１次回折光ＬＳＩを光検出器３７で確実に
受光できるように光検出器３７における受光面積を充分
に大きくした場合、光検出器３７の応答速度が低下する
という問題が生しる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る回折素子ユニットは、上記の課題を解決す
るために、ガラス等からなる透光性の基板に対象とする
レーザ光等の光の波長程度の格子間隔で回折格子が形成
された回折素子と、この回折素子の後方に回折素子によ
る回折光が入射されるように配置され、その入射角の変
動量より出射角の変動量が小さくなるように透光性材料
により形成された回折角変動抑制手段とを備えているこ
とを基本的な特徴とするものである。

なお、上記回折角変動抑制手段は、例えば、回折素子に
おける回折角が変化する方向に上記回折光のビーム径を
拡大させるように配置されたビーム整形プリズムにより
構或することができる。

〔作　用］ 上記の構威によれば、透光性材料により形成された回折
角変動抑制手段に回折素子からの回折光を入射させ、そ
の入射角の変動量、換言すれば、回折素子における回折
角の変動量より出射角の変動量が小さくなるように出射
させることにより、回折素子における回折角の変動を抑
制することができるようになる。なお、例えば、回折素
子を使用した光学ヘッドに上記回折素子ユニットを組み
込むようにすれば、回折素子における回折角の変動が抑
制され、光検出器の受光面積を特に大きくしなくても回
折素子で回折された回折光が確実に光検出器で受光され
るようになる。

〔実施例１〕 本発明の一実施例を第１図乃至第４図に基づいて説明す
れば、以下の通りである。

本実施例に係る回折素子ユニット１は例えば、第２図に
示すような光学ヘッドに組み込まれて使用されるもので
ある。この光学ヘッドは光磁気メモリ素子３１に情報の
記録・再生を行うためのもので、主要部は第７図に示す
光学ヘッドと同様に構威されている。ここでは、第７図
の光学ヘッドと同一の構戊を有する部材に同一の参照番
号を付して説明を省略する。

本実施例では、第７図中の回折素子３５ａに代えて、回
折素子ユニットｌが設けられている。この回折素子ユニ
ット１は第１図にも示すように、ガラス等からなる透光
性の基板２に形成された回折素子２ａと、この回折素子
２ａからの第１次回折光Ｌ　５１の光路中に配置された
回折角変動抑制手段としてのビーム整形プリズム３とを
備えている。又、回折素子２ａと光検出器３６間及びビ
ーム整形プリズム３と光検出器３７間にはそれぞれ集光
レンズ４０・４１が配置されている。

回折素子２ａを構或ずる回折格子（具体的に図示せず）
は、第７図の回折素子３５ａにおける回折格子と同様に
その格子間隔が使用するレーザ光の波長程度、例えば、
０．５μｍ程度に設定されている。又、回折素子２ａを
構或する回折格子の方向は第７図の回折素子３５ａにお
ける回折格子と同様、第１図及び第２図の紙面と直交す
る方向とされている。更に、回折素子２ａを構戒する回
折格子の深さは、（１／２）波長板３４からの光束中の
ＴＭ波が殆ど全て第Ｏ次回折光Ｌ，。として透過する一
方、（１／２）波長板３４からの光束中のＴＥ波が殆ど
全て第１次回折光ＬＳＩとして回折する値に設定されて
いる。

ビーム整形プリズム３は回折素子２ａからの第１次回折
光ＬＳＩの進行方向を図中左向きに変えて出射させるも
のである。このビーム整形プリズム３は、第３図に示す
ように、入射光である回折素子２ａからの第１次回折光
ＬＳＩの紙面と平行な方向のビーム径ｒｌ　に対し、ビ
ーム整形プリズム３からの出射光Ｌ，の第３図の紙面と
平行な方向のビーム径ｒ２を例えば、３倍程度に拡大さ
せるように光学的特性が設定されている。一方、ビーム
整形プリズム３への入射光と出射光における第３図の紙
面と直交する方向のビーム径は１：１である。なお、第
１図及び第２図には光ビームの中心線のみが示されてい
る。

上記の構戒において、情報の再生時には、半導体レーザ
３２からの直線偏光のレーザ光Ｌ１の一部が偏光ビーム
スプリッタ３３を透過し、この透過光Ｌ２。が光磁気メ
モリ素子３１に照射される。

光磁気メモリ素子３１からの反射光Ｌ３はその一部が偏
光ビームスプリッタ３３で直角に反射され、この反射光
Ｌ　４１が（１／２）波長板３４で偏光面を４５゜回転
された後、回折素子２ａに入射される。

ここで上記のような偏光特性によりＴＭ波がほぼｌＯＯ
％第Ｏ次回折光Ｌ，。として集光レンズ４０を介して光
検出器３６に入射される。一方、（ｌ／２）波長板３４
からの光束中のＴＥ波はほぼ１００％第｛次回折光ＬＳ
Ｉとして回折され、ビーム整形プリズム３及び集光レン
ズ４１を介して集光レンズ４ｌに入射される。そして、
光検出器３６・３７の出力信号が差動増幅器３８で差動
されることにより光磁気メモリ素子３１上の情報が検出
される。

なお、半導体レーザ３２から出射されるレーザ光Ｌ，の
波長が変動した場合、それに応して回折素子２ａにおけ
る回折角θ１が変動する。例えば、レーザ光Ｌ．の波長
が標準値である場合に第１次回折光ＬＳＩの中心線が第
１図中Ａで示す位置にあり、回折角がθ１であるものと
すると、レーザ光Ｌ．の波長が標準値より短くなった場
合は第１次回折光ＬＳＩの中心線は例えば、Ｂで示す位
置となり、回折角はθ１より小さくなる。

一方、レーザ光Ｌ１の波長が標準値より長くなった場合
は第１次回折光ＬＳＩの中心線は例えば、Ｃで示す位置
となり、回折角はθ，より大きくなる。

ところで、本実施例では、第１次回折光ＬＳＩがビーム
整形プリズム３を通過すると、ビーム整形プリズム３か
らの出射光Ｌ６の出射角の変動量は、ビーム整形プリズ
ム３からの第１次回折光ＬＳＩの回折角の変動量より小
さくなる。例えば、ビーム整形プリズム３が第１図の紙
面方向、つまり、回折角の変動する矢印Ｘ方向において
、入射光のビーム径に対して出射光のビーム径を３倍程
度に拡大するように設定されている場合、上記第１次回
折光Ｌ，ｌの回折角の変動量に対し出射光Ｌ６の出射角
の変動量は（１／３３程度となる。

即ち、半導体レーザ３２から出射されるレーザ光の波長
を７８０ｎｍとし、これが最大限度｛Ｏｎｍ変動するも
のとすると、回折素子２ａにおける回折角の変動量は最
大限度１．８゜程度となる。その場合、ビーム整形プリ
ズム３からの出射光Ｌ，の出射角の変動量は最大限度０
．５８゜程度、つまり回折角の変動量の（１／３）程度
である。

なお、ビーム整形プリズム３を波長分散の大きいフリン
ト系ガラス等で形戒すると、波長変動により屈折率が変
化する波長分散の効果によりビーム整形プリズム３から
の出射角の変動を抑制する上で有利となる。

上記のように、本実施例では、回折素子２ａの後段にビ
ーム整形プリズム３を配置することにより、回折素子２
ａにおける回折角の変動量を例えば、（１／３）程度に
抑制することができるので、光検出器３７の受光面積を
特に大きくしなくても光検出器３７に入射されるべき光
束が光検出器３７から外れるようなことはなくなる。こ
れにより、情報の検出が確実に行えるようになる。

第４図に変形例を示す。

この変形例は上記実施例とはビーム整形プリズム３を逆
向きに配置し、回折素子２ａからの第１次回折光Ｌ　％
＋の進行方向を図中右向きに変えて出射させるように構
成したものである。この場合、回折素子２ａにおける回
折角の変動量が最大限度１．８６程度であれば、ビーム
整形プリズム３からの出射角の変動量は０．６１’程度
となる。

〔実施例２〕 次に、第５図に基づいて第２実施例を説明する。

第２実施例に係る回折素子ユニット１１は、例えば、第
２図に示す光学ヘッドに回折素子ユニット１に代えて組
み込まれうるものである。この回折素子ユニット１１は
ガラス等からなる透光性の基牟反１２を備え、基板１２
における（１／２）波長板３４に対向する側の表面部に
は回折素子１２ａが形戒されている。回折素子１２ａは
紙面と直交する方向に延びる回折格子（具体的に図示せ
ず）により実質的に第１実施例の回折素子２ａと同様に
構或されている。

一方、基板１２における回折素子１２ａが形成された表
面部とは反対側の表面部には、回折素子１２ａを構或ず
る回折格子と格子間隔及び方向の等しい回折角変動補償
用回折格子（具体的に図示せず）からなる回折角変動補
償用回折素子１２ｂが形戒されている。この回折角変動
補償用回折素子１２ｂは回折角変動抑制手段としての役
割を有している。

基板１２の後方には集光レンズ４０・４１が並列的に配
置され、各集光レンズ４０・４１の後方には光検出器３
６・３７が並列的に配置されている。

上記の構威において、（１／２）波長板３４を通過した
光束は回折素子１２ａに入射し、ここで、ＴＭ波がほぼ
１００％第Ｏ次回折光ＬＳＧとして透過する一方、ＴＥ
波がほぼ１００％第ｌ次回折光Ｌｓ＋として回折する。

上記の第Ｏ次回折光Ｌ，。

は回折角変動補償用回折素子１２ｂに入射し、ほぼ１０
０％第Ｏ次回折光Ｌ６。として透過した後、集光レンズ
４０を介して光検出器３６に入射する。

一方、上記の第１次回折光Ｌ５ｌは回折角変動補償用回
折素子１２ｂにてほぼ１００％第１次回折光Ｌ　．１と
して回折し、集光レンズ４Ｉを介して光検出器３７に入
射する。

ところで、回折素子１２ａを構戒する回折格子と回折角
変動補償用回折素子１２ｂを構成する回折格子とは格子
間隔及び方向が等しいので、回折素子１２ａにおける回
折角θ，と回折角変動補償用回折素子１２ｂにおける回
折角θ２とは互いに等しくなり、従って、回折角変動補
償用回折素子１２ｂからの第１次回折光Ｌ　７＋は第０
次回折光Ｌ　６０と平行に出射する。

そして、レーザ光の波長変動により、回折素子１２ａに
おける回折角が例えば、θ１゛に減少した場合は回折角
変動補償用回折素子１２ｂにおける回折角θ２“に減少
するが、この時もθ１　　とθ２′とが等しいので、回
折角変動補償用回折素子１２’）からの第１次回折光Ｌ
’ｌ＋は第０次回折光Ｌ６。と平行に出射する。なお、
回折角の変動に伴って第ｌ次回折光Ｌ８の中心線の位置
は若干ずれるが、基板１２の厚みを充分に小さく設定す
れば、上記第１次回折光Ｌ　７１の中心線位置のずれは
僅かであり、従って、第ｌ次回折光Ｌ　？＋は回折角の
変動にかかわらず光検出器３７に入射するようになる。

〔発明の効果］ 本発明に係る回折素子ユニットは、以上のように、透光
性基板に対象とする光の波長程度の格子間隔で回折格子
が形戒されてなる回折素子と、この回折素子の後方に回
折素子による回折光が入射されるように配置され、その
入射角の変動量より出射角の変動量が小さくなるように
透光性材料により形成された回折角変動抑制手段とを備
えている構或である。

このような構戒によれば、回折角変動抑制手段に回折素
子からの回折光を入射させ、その入射角の変動量、換言
すれば、回折素子における回折角の変動量より出射角の
変動量が小さくなるように出射させることにより、回折
角の変動を抑制することができるようになる。なお、例
えば、回折素子を使用した光学ヘッドに上記回折素子ユ
ニットを組み込むことにより、回折素子における回折角
の変動を抑制し、回折素子で回折された回折光を確実に
光検出器に受光させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すものである
。 第１図は回折素子ユニットを示す説明図である。 第２図は光学ヘッドを示す説明図である。 第３図はビーム整形プリズムによるビーム径の拡大の様
子を示す説明図である。 第４図は変形例における回折素子ユニットを示す説明図
である。 第５図は第２実施例における回折素子ユニットを示す説
明図である。 第６図乃至第１０図は従来例を示すものである。 第６図は偏光ビームスプリツタを使用した光学ヘッドを
示す説明図である。 第７図は回折素子を使用した光学ヘッドを示す説明図で
ある。 第８図は第７図の光学ヘッドの一部を詳細に示す説明図
である。 第９図は回折格子を示す概略縦断面図である．第１０図
は回折格子の深さとＴＥ波及びＴＭ波の強度比との関係
を示すグラフである。 １・１１は回折素子ユニット、２・１２は基板、２ａ・
１２ａは回折素子、３はビーム整形プリズム（回折角変
動抑制手段）である。 第 １ 図 １ 第 ２ 図 第 ６ 図 第 ８ 図 １ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透光性の基板に対象とする光の波長程度の格子間隔
   で回折格子が形成されてなる回折素子と、この回折素子
   の後方に回折素子による回折光が入射されるように配置
   され、その入射角の変動量より出射角の変動量が小さく
   なるように透光性材料により形成された回折角変動抑制
   手段とを備えていることを特徴とする回折素子ユニット
   。 ２、上記回折角変動抑制手段は回折素子における回折角
   が変化する方向に回折光のビーム径を拡大させるように
   配置されたビーム整形プリズムからなることを特徴とす
   る請求項第１項に記載の回折素子ユニット。