JPH0810495B2

JPH0810495B2 - 光ピツクアツプ

Info

Publication number: JPH0810495B2
Application number: JP62074618A
Authority: JP
Inventors: 義和堀; 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: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS63241735A

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
受光素子に導く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、受光素子に結像されるためのシ
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。（木村ら、第22回微小光学研究
会論文Vol14,228,1986）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により光ディスク64の表
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
謂ナイフエッ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上記問題点を解決するため本発明は、偏光を放射する
レーザと、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と、前記光記録媒体で反射す
るレーザ光の偏光方向を、出射時の光の偏光方向に対し
てほぼ直角方向に回転させるための位相板と、前記光記
録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と、前記光回折素子で回折され
る光を検出するための受光素子とを含んで構成される光
ピックアップにおいて、前記回折素子が、屈折率異方性
を有する一軸性の単一の光学結晶でなり、かつ、前記光
学結晶の光軸が、前記回折素子の表面に平行となるよう
に設定され、さらに、前記光学結晶内部の前記光軸方向
の屈折率が、周期的に分布する光学媒体を用いて形成さ
れている光ピックアップを提供するものである。

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、ほぼ全部光ディスク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,R2）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Ｚ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、Ne×cosθ、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異な
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、36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ック液晶層であり、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）され負の誘導
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波長板を省くことも可能である。

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、Nationaltech.Report,vol32,490（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、二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、ナイフエッ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い
ているが、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KTiPO₄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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光を放射するレーザと、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
めの光学レンズと、前記光記録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ほぼ直角方向に回転させるた
めの位相板と、前記光記録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と、前記光回折素子で回折される光を検出するための受光素
子とを含んで構成される光ピックアップにおいて、前記回折素子が、屈折率異方性を有する一軸性の単一の
光学結晶でなり、かつ、前記光学結晶の光軸が、前記回
折素子の表面に平行となるように設定され、さらに、前
記光学結晶内部の前記光軸方向の屈折率が、周期的に分
布する光学媒体を用いて形成されていることを特徴とす
る光ピックアップ。
【請求項２】回折素子を形成する一軸性の単一の光学結
晶の光軸方向が、光記録媒体によって反射され前記回折
素子に入射するレーザ光の偏光方向と平行であることを
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。
【請求項３】回折素子が光透過型であり、かつ収束する
波面を発生する機能を有することを特徴とする特許請求
の範囲第２項に記載の光ピックアップ。
【請求項４】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。
【請求項５】回折素子が表面にイオン交換法によりＺ方
位に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。
【請求項６】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。