JPH1048588A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光の利用効率の高い光学異方性回折格子を有す
る光ヘッド装置を得る。 【解決手段】光源１、光学異方性回折格子２、位相差板
３、集光レンズ５、光記録媒体６と光検出器７とを有す
る光ヘッド装置で、光学異方性回折格子２が光学異方性
材料を挟持した２枚の基板を有し、光源１側に平らな第
２の基板９を配置し、光記録媒体６側に凹凸部を有する
第１の基板８を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤ（コンパクト
・ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ビデオディスク等の光デ
ィスク及び光磁気ディスク等に光学的情報を書き込んだ
り、光学的情報を読み取るための光ヘッド装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ディスク及び光磁気ディスク等
に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み取る光
ヘッド装置としては、ディスクの記録面から反射された
信号光を検出部へ導光（ビームスプリット）する光学部
品としてプリズム式ビームスプリッタを用いたものと、
回折格子又はホログラム素子を用いたものとが知られて
いた。

【０００３】従来、光ヘッド装置用の回折格子又はホロ
グラム素子は、ガラスやプラスチック基板上に、矩形の
断面を有する矩形格子（レリーフ型）をドライエッチン
グ法又は射出成形法よって形成し、これによって光を回
折しビームスプリット機能を付与していた。この等方性
回折格子は、往路（光源から光記録媒体へ向かう方向）
の利用効率が５０％程度で、復路（光記録媒体から光検
出器へ向かう方向）の利用効率が２０％程度であるた
め、往復で１０％程度が限界である。

【０００４】このため、光の利用効率が１０％程度の等
方性回折格子よりも光の利用効率を上げようとした場
合、偏光を利用することが考えられる。偏光を利用しよ
うとすると、プリズム式ビームスプリッタにλ／４板等
の位相差板を組み合わせて、往路（光源から光記録媒体
へ向かう方向）及び復路（光記録媒体から光検出器へ向
かう方向）の効率を上げて往復効率を上げる方法があっ
た。

【０００５】しかし、プリズム式偏光ビームスプリッタ
は高価であり、他の方式が模索されていた。一つの方式
としてＬｉＮｂＯ₃ 等の複屈折結晶の平板を用い、表面
に異方性回折格子を形成し偏向選択性をもたす方法が知
られている。しかし、複屈折結晶自体が高価であり量産
に適していないので、民生分野への適用は困難である。
またプロトン交換法によりＬｉＮｂＯ₃ 上に格子を形成
しようとすると、プロトン交換液中のプロトンが基板中
に拡散しやすいため、細かいピッチの格子を形成するの
は困難である。

【０００６】また、特表昭６３−５０３１０２号には、
透明基板上に格子状の凹凸部を形成し、そこに液晶を充
填することによって光学異方性回折格子を形成し、さら
に位相差板を積層した、光利用効率の高いホログラム
（回折素子）を利用した光ヘッド装置が記載されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成において
は、凹凸部の形成される基板は、回折光が光検出器にま
っすぐ届くように従来は光源側に配置されていた。

【０００８】こうすることにより、光の利用効率は向上
したが、より光の利用効率を向上させることが望まれて
いた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、光源からの光を回折
素子を通して光記録媒体上に照射することにより情報の
書き込み及び／又は情報の読み取りを行う光ヘッド装置
において、前記回折素子は、表面に格子状の凹凸部が形
成された第１の基板と平らな第２の基板との間に光学異
方性材料が充填されてなる光学異方性回折格子を備えて
なり、その第１の基板の凹凸部の屈折率を光学異方性材
料の常光屈折率あるいは異常光屈折率のいずれかにほぼ
等しくし、光源側に回折素子の第２の基板がくるように
配置したことを特徴とする光ヘッド装置を提供するもの
である。

【００１０】また、その光学異方性材料がネマチック液
晶であることを特徴とする光ヘッド装置、及び、それら
の回折素子が、光学異方性回折格子とその光記録媒体側
に積層された位相差板とからなることを特徴とする光ヘ
ッド装置を提供するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、光学異方性回折格子
を有しており、その光源側に回折素子の平らな第２の基
板が来るように配置している。それにより、光の利用効
率が向上する。

【００１２】図１は、本発明の光ヘッド装置の正面図で
ある。

【００１３】図１において、１は光源、２は光学異方性
回折格子、３は位相差板、４は光学異方性回折格子と位
相差板とを含めた回折素子、５は集光レンズ、６は光記
録媒体、７は光検出器、８は第１の基板、９は第２の基
板を示している。この第１の基板８は凹凸部を有する基
板であり、第２の基板は平らな基板である。

【００１４】図２は、この光学異方性回折格子２の断面
図である。

【００１５】図２において、８は第１の基板、９は第２
の基板、１１、１２は基板、１３は凸部、１４は周辺を
シールするシール材、１５は内部に封入された液晶を示
している。

【００１６】本発明では、基板はガラス、プラスチック
等からなる透明基板が用いられる。この基板の内、第１
の基板はその表面に凹凸部が設けられる。この凹凸部
は、基板自体をエッチングしたり、機械的に切削加工し
たり、プレス成形したりして形成すればよい。

【００１７】また、この基板の上に所望の屈折率の透明
材料膜を所定の凹凸部を有するように形成してもよい。
具体的には、透明材料膜を全面に形成し、これをエッチ
ングや機械加工により凹凸部を形成してもよいし、印刷
その他の方法で所定の凹凸部を直接形成してもよい。

【００１８】なお、通常のガラス、プラスチック等から
なる透明基板の屈折率は１．５程度であるので、光学異
方性材料の代表例である液晶の常光屈折率と合わせる場
合には、そのまま使用できる。基板を直接削る場合に
は、そのまま使用できるし、基板に透明材料膜を積層し
て用いる場合には、屈折率が基板とほぼ同じ透明材料膜
を形成すればよい。

【００１９】基板の屈折率を液晶の異常光屈折率（１．
７〜１．８程度）に合わせる場合には、その屈折率に近
い透明基板を用いることもできるが、そのような高屈折
の透明材料膜を形成し凹凸を形成することが好ましい。
これは、高屈折の基板材料は特殊な光学ガラス等を用い
なければならなくなり、高価であり量産に適切ではない
が、透明材料膜であれば容易に種々の屈折率の膜が形成
できるためである。

【００２０】これらの透明材料膜としては、ＳｉＯ_x や
ＳｉＯ_x Ｎ_y が好ましく、蒸着又はスパッタの条件を適
宜設定することにより、ｘ、ｙの値を変動させ、所望の
屈折率になるようにすればよい。特に、これらの膜はド
ライエッチングによって容易に微細加工することもでき
る。

【００２１】この場合、具体的には、たとえば、厚み１
〜２μｍ程度の透明材料膜を真空蒸着法、スパッタリン
グ法等により基板上に形成する。その後、フォトリソグ
ラフィ法及びドライエッチング法によって、屈折率１．
５程度の所定の周期の凸部からなる凹凸部とし、回折格
子パターンになるよう加工する。

【００２２】この凸部の長手方向に垂直な面における断
面形状は、長方形、正方形等の左右対称の矩形形状でも
よく、階段状、のこぎり状等の左右非対称の形状でもよ
い。左右非対称の形状の場合、光学異方性回折格子によ
る±１次回折光のうちいずれか一方の回折効率が高くな
り、回折効率の高い方の回折光のみを検出すればよく、
検出器が１つで高い光の利用効率が得られるため好まし
い。

【００２３】その液晶と接する側の面にポリイミド等の
配向膜を形成する。この配向膜はラビングを行うことが
好ましい。その場合には、配向膜のラビング方向を凸部
のストライプ方向に合わせる。

【００２４】次に、平らな基板である第２の基板を用意
する。この第２の基板は、その液晶と接する側の面にポ
リイミド等の配向膜を形成し、その配向膜をラビング等
により配向処理を行う。このラビング方向は、第１の基
板と重ねた時にその凸部のストライプ方向と平行になる
ようにラビングする。

【００２５】そして、第２の基板を第１の基板に重ねあ
わせ周辺でシールして接着する。そして内部に液晶を封
入する。

【００２６】この液晶としては、高分子液晶、液晶モノ
マー、液晶組成物等が適宜使用できる。液晶として高分
子液晶を用いる場合は、液晶モノマーを注入後、配向し
た状態で紫外線を照射するか加熱して液晶モノマーを重
合させる。その場合には、凹凸部のみによっても高分子
液晶は配向できるので、配向膜は省略してもよい。高分
子化しない場合には、通常はネマチック液晶を用いれば
よい。

【００２７】本発明では、この第１の基板と第２の基板
とその基板間に挟持された液晶等の光学異方性材料によ
り、光学異方性回折格子を形成する。この際に、凹凸部
が設けられた第２の基板を光源側に配置する。

【００２８】その後、第１の基板の外面（凹凸部が形成
された面と反対側の面）上に、ポリカーボネート、ポリ
ビニルアルコール等の材料からなる位相差板（λ／４
板）を積層する。

【００２９】格子状の凹凸部の屈折率を液晶の常光屈折
率とほぼ一致するようにした例について説明する。この
場合、格子状の凹凸部が光源とは反対側にあるが、この
場合往路においては、光源からのＰ波（図１の紙面に平
行な偏光方向の光）に対して、格子部と液晶部の常光屈
折率はほぼ等しいため、そのまま光は透過する。

【００３０】復路においては、位相差板によって偏光方
向は変化しＳ波で入射する。そのとき、Ｓ波に対応する
液晶の屈折率は１．７〜１．８（異常光屈折率）程度で
あり、前記凸部の屈折率はほぼ１．５であるため、回折
格子として機能し光の回折が起こる。

【００３１】このとき、往路においては、格子をどちら
の基板に形成しても有意な差は認められないが、回折す
る復路においては、光記録媒体側の基板に格子を設ける
ことにより、光源側に格子を設けるよりも高い回折効率
が得られる。

【００３２】この理由は不明であるが、光源側に格子を
設けた場合、液晶（光学異方性材料）を通過して後に回
折部に到達することにより、その間に光が、何らかの光
学的変化（擾乱）を受けることに起因していることが推
定される。

【００３３】格子状の凹凸部の屈折率を液晶の異常光屈
折率とほぼ一致するようにした場合には、光源からのＳ
波（図１の紙面に垂直な偏光方向の光）を入射させる
と、上記と同様往路では光は直進し、復路で回折する。

【００３４】本発明の回折素子は、光源側の面に他の回
折格子を形成してもよく、その場合３ビーム法によるト
ラッキングエラー検出ができ好ましい。

【００３５】本発明における凹凸部のパターンは、光記
録媒体からの戻り光のビーム形状が所望の形状になるよ
うに、回折格子面内で曲率をつけたり、格子間隔に分布
をつけたりすることもできる。

【００３６】本発明において、回折素子の光源側の面及
び／又は光記録媒体側の面に、ＵＶ硬化型アクリル樹脂
等の被膜を設けた場合、位相差板や基板の表面の凹凸に
起因する波面収差を低減でき好ましい。さらにそのＵＶ
硬化型アクリル樹脂等の被膜の上に、平坦度のよいガラ
ス基板やプラスチック基板等を積層することにより、格
段に波面収差を低減でき好ましい。したがって、回折素
子の光の入出射面が平坦化されていることにより、結果
的に波面収差が低減される。

【００３７】また、回折素子の光の入射面には反射防止
コート層を設けることが好ましい。この反射防止コート
層は蒸着、スパッタ等で形成されればよく、通常は基板
単体の時に形成される。凹凸部を形成する基板は、その
凹凸部を形成する工程があるため、あらかじめ反射防止
コート層を形成してからそのような加工工程を通過させ
ると、表面に傷が付いたりするという問題を生じやす
い。

【００３８】本発明の場合には、凹凸部を形成する基板
は反光源側に配置され位相差板が積層されるため、この
基板自身には反射防止コート層を形成する必要がない。
このため、製造が容易になる。即ち、この光記録媒体側
の反射防止コート層は、位相差板表面又はそれに積層し
た第３の基板面に形成すればよく、これは凹凸化の工程
を経ないので、傷等の問題を生じにくい。

【００３９】本発明における光源としては半導体レー
ザ、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅ等の気体
レーザ等の各種の固体、気体レーザが使用でき、半導体
レーザが小型軽量化、連続発振、保守点検等の点で好ま
しい。光源部に半導体レーザ等と非線形光学素子を組み
込んだ高調波発生装置（ＳＨＧ）を使用し、青色レーザ
等の短波長レーザを用いると、高密度の光記録及び読み
取りが可能になる。

【００４０】本発明の光記録媒体は、光により情報を記
録及び／又は読み取ることができる媒体である。その例
としてはＣＤ（コンパクト ディスク）、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ、ＤＶＤ（デジタル ビデオ ディスク）等の光ディ
スク、及び光磁気ディスク、相変化型光ディスク等が挙
げられる。

【００４１】

【実施例】

実施例１ 図２のような構造の光学異方性回折格子を作成し、それ
を用いて図１のような構成の光ヘッド装置を製造した。
１０ｍｍ×１０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍ、屈折率１．５
２のガラス製の基板１１上に、反応性スパッタ法によっ
て屈折率１．５２、深さ１．４μｍのＳｉＯＮ系の透明
材料膜を形成した。

【００４２】その後フォトリソグラフィ法及びドライエ
ッチング法によって、ＳｉＯＮの透明材料膜をピッチ
（周期）が５μｍの凸部とし、その結果長手方向に垂直
な面における断面形状が矩形状の格子状の凸部１３を形
成した。その液晶１５に接する側の面にポリイミド配向
膜を形成した。そのラビング方向が前記凹凸部のストラ
イプ方向に沿うようにして第１の基板８を製造した。

【００４３】１０ｍｍ×１０ｍｍ角、厚み０．５ｍｍ、
屈折率１．５２のガラス製の第２の基板１５を用意し、
その液晶１５に接する側の面にポリイミド配向膜を形成
した。そのラビング方向は第１の基板と重ねあわせたと
きに、その凹凸部のストライプ方向と平行になるように
して第２の基板９を製造した。

【００４４】その後、第１の基板８と、第２の基板９と
配向膜面が相対向するようにして配置し、周辺をシール
材でシールして空セルを形成した。この空セルに注入口
から正の誘電異方性のネマチック液晶（メルク社製「Ｂ
Ｌ００９」、Δｎ＝０．２９１５、常光屈折率＝１．５
２６６、異常光屈折率＝１．８１８１、固体液晶相への
相転移温度≦−２０℃、アイソトロピック相への相転移
温度＝１０８℃）を注入し、注入口を封止して光学異方
性回折格子を製造した。

【００４５】次いで、第１の基板８の外面（凹凸部と反
対側の面）に、透明接着剤を用いてポリカーボネート製
の位相差板３を接着した。さらにその上にＵＶ硬化型ア
クリル樹脂を塗布した。さらにその上にガラス製の第３
の基板を載置し、紫外線を照射して第３の基板を積層接
着した。さらに素子全体について、光の入射面及び光の
出射面に反射防止膜を形成し、回折素子４を作製した。

【００４６】この回折素子４を、光源１側に第２の基板
がくるように配置し、集光レンズ５、光検出器７を設け
た。

【００４７】以上の結果、光源の半導体レーザからの波
長６５０ｎｍのＰ波（図１の紙面に平行な偏光方向の
光）に対して往路で９５．６％の透過率であった。光記
録媒体６からの戻り光は位相差板３を通過してＳ波（紙
面に垂直な偏光方向の光）になって光学異方性回折格子
に入射するが、この復路の光に対しては、１次と−１次
合わせて回折効率は７８．５％であった。

【００４８】比較例１ 光学異方性回折格子は実施例１と同じ構成であるが、位
相差板を第２の基板側に積層し、凹凸部のある第１の基
板を光源側に配置する他は実施例１と同様にして光ヘッ
ド装置を製造した。

【００４９】この光ヘッド装置は、往路透過率は９５．
５％と実施例１とほぼ等しかったが、復路での回折効率
は７４．６％であり、実施例１に比して約４％程度の低
下が見られた。

【００５０】

【発明の効果】本発明では、光学異方性回折格子の凹凸
部を形成した第１の基板を光源とは反対側（光記録媒体
側）に配置することにより、往路での光利用効率の低下
なしに、復路での光の効率が向上する。

【００５１】本発明は、本発明の効果を損しない範囲内
で、種々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ヘッド装置の正面図。

【図２】本発明で用いる光学異方性回折格子の断面図。

【符号の説明】

１：光源 ２：光学異方性回折格子 ３：位相差板 ４：回折素子 ５：集光レンズ ６：光記録媒体 ７：位相差板 ８：第１の基板 ９：第２の基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を回折素子を通して光記録媒
   体上に照射することにより情報の書き込み及び／又は情
   報の読み取りを行う光ヘッド装置において、前記回折素
   子は、表面に格子状の凹凸部が形成された第１の基板と
   平らな第２の基板との間に光学異方性材料が充填されて
   なる光学異方性回折格子を備えてなり、その第１の基板
   の凹凸部の屈折率を光学異方性材料の常光屈折率あるい
   は異常光屈折率のいずれかにほぼ等しくし、光源側に回
   折素子の第２の基板がくるように配置したことを特徴と
   する光ヘッド装置。
2. 【請求項２】光学異方性材料がネマチック液晶であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
3. 【請求項３】回折素子が、光学異方性回折格子とその光
   記録媒体側に積層された位相差板とからなることを特徴
   とする請求項１又は２記載の光ヘッド装置。