JP2002182034A

JP2002182034A - 光学素子および光ピックアップ

Info

Publication number: JP2002182034A
Application number: JP2000380991A
Authority: JP
Inventors: Junichi Asada; 潤一麻田; Seiji Nishiwaki; 青児西脇; Yoichi Saito; 陽一斉藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-26
Also published as: US6594042B2; US20020114073A1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の光学素子は、入射する２つの光の偏光
方向が互いに同一である必要があり、光学素子を含む光
学系の部品点数が増加していた。【解決手段】互いに偏光方向が実質直交する直線偏光
であり、異なる波長λ１，λ２をそれぞれ有する第１の
入射光および第２の入射光を一方の主面から受け付け透
過させ、第１の入射光および第２の入射光が反射体によ
り反射されて生じた第１の反射光および第２の反射光
を、他方の主面から受け付け再び透過させる光学素子で
あって、第１の入射光、第２の入射光および第２の反射
光を受けるとそのまま透過させ、第１の反射光を受ける
と回折させる偏光ホログラム４２と、第１の入射光およ
び反射光、または第２の入射光および反射光の全部また
は一部の偏光状態を異ならせる少なくとも一つの波長板
４６と、第１の入射光はそのまま透過させ、第２の入射
光は透過面積を狭める開口制限膜４８とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ディスクに信号を
記録、または光ディスクの信号を再生するために使われ
る光ピックアップおよびその構成に用いる光学素子に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を、図４および図５を用いて
説明する。図４（ｂ）は従来の光学素子の断面構成およ
びこれを用いた光ピックアップの光学系の一部を示す。
また、図４（ａ）はこの光学素子に用いられる開口制限
手段のパターン形状を示す平面図である。この素子に対
して２つの異なる波長、例えばＤＶＤ等の記録再生用に
用いられる波長６５０ｎｍの光とＣＤ等の記録再生用に
用いられる波長８００ｎｍの光が入射、透過するものと
する。

【０００３】図において光学素子は、ガラス基板６１と
もう１枚のガラス基板６３との間に、屈折率異方性材料
により作られた凹凸のグレーティングからなる偏光ホロ
グラム６２と、波長板６６とを挟んで形成されている。
波長板６６は、６５０ｎｍの波長に対して５／４波長の
位相差を与える光学厚みであり、これは８００ｎｍの波
長の光に対しては約１波長の位相差を与える光学厚みに
相当する。

【０００４】偏光ホログラムは、屈折率異方性材料（例
えば屈折率ｎ１とｎ２）からなる深さｄ１の凹凸のグレ
ーティングと、その凹部に充填された異方性材料の２つ
の屈折率のいずれかと等しい屈折率を有する等方性材料
（例えば屈折率ｎ１）とから形成されている。一般に溝
部と溝部間を通る光の位相差をφとすると、透過率Ｔ
は、

【０００５】

【数１】Ｔ＝ｃｏｓ²（φ／２）・・・（式１）で表される。互いに直交する偏光方向の光に対するグレ
ーティングの屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２とすると、屈
折率がｎ１の方向に平行な偏光に対しては、

【０００６】

【数２】 φ＝０・・・（式２）となるため透過率は１である。

【０００７】一方、それと直交する偏光の光に対して
は、

【０００８】

【数３】 φ＝２π（ｎ１−ｎ２）ｄ１／λ ・・・（式３）となるため、

【０００９】

【数４】 φ＝π ・・・（式４）となるように深さｄ１を設定すれば透過率は０となり完
全に回折される。なお、上記の各式において、図４に示
す６５０ｎｍの光は波長λ１に対応し、８００ｎｍの光
は波長λ２に対応するものである。

【００１０】すなわち、このグレーティングに直線偏光
の光が入射した時、異方性材料の屈折率ｎ１となる偏光
方向に対しては、回折格子が無いに等しいため、入射光
は全て透過する。反面、上記偏光方向と直交する偏光方
向に対しては回折格子として機能し、入射光を回折す
る。

【００１１】図４（ｂ）では、波長の異なる２つの光源
より出射される光のうち、波長λ１の光は紙面に平行な
偏光方向の直線偏光の光であり、波長λ２の光は紙面と
垂直の偏光方向の光である。波長λ１の光は波長分離フ
ィルター７０により反射され光学素子７２に入射する。
一方、波長λ２の光は１／２波長板７１により偏波面が
９０°回転し、紙面と平行な偏光方向の直線偏光となっ
た上で波長分離フィルター７０を透過し、光学素子７２
に入射する。

【００１２】従って、それぞれ素子に入射する際の偏光
方向が、偏光ホログラムのグレーティングの屈折率がｎ
１となる方向に対応する。このため光学素子に入射した
光は、いずれの波長においても偏光ホログラム６２を全
て透過していく。

【００１３】波長６５０ｎｍの光に対しては偏光ホログ
ラム６２を透過した後、この波長に対して５／４波長分
の位相差を与える波長板６６により円偏光に変換されて
素子を出射し、反射体６７により反射されて復路を辿る
ときには波長板６６によって往路と直交する方向の直線
偏光の光に変換されるため、偏光ホログラム６２により
完全回折される。

【００１４】一方、波長８００ｎｍの光に対しては偏光
ホログラム６２を透過した後、この波長に対しては光学
厚みがほぼ１波長分相当の波長板６６を透過することで
偏光変換されず、反射体６７により反射された復路にお
いても同様に波長板６６により偏光変換されないため、
往路と同じく偏光ホログラム６２により回折されない。
より一般的には、２つの光源波長をλ１とλ２としたと
き、下記の条件により波長板６６を設計する。

【００１５】

【数５】（Ｎ１＋１／４）λ１≒Ｎ２×λ２（Ｎ１、Ｎ２は整数）・・・（式５）このとき、上記６５０ｎｍの光は波長λ１に対応し、上
記８００ｎｍの光は波長λ２に対応するものである。

【００１６】また、片側のガラス基板６３にはこれを透
過する光の波長に応じて透過率を異ならせる波長選択性
の光学薄膜、すなわち開口制限膜６８が形成されてい
る。ここでは波長６５０ｎｍの光については開口制限膜
６８（図４（ａ）（ｂ）の領域Ａに輪帯状に形成）をほ
ぼ全透過させるため、領域Ａを透過する光と素子中心近
傍の領域Ｂを透過する光とで位相段差が生じないように
位相補償膜６９が領域Ｂに形成されている。

【００１７】一方、波長８００ｎｍの光については図の
Ｂの領域のみ透過率が高く、Ａの領域ではほとんど透過
しない膜設計条件になっており領域Ａで遮光されること
で開口制限されるようになっている。

【００１８】以上説明したように、光学素子７２におい
ては、２つの異なる波長の光がそれぞれ素子を往復通過
する際に、一方の光については偏光ホログラム６２によ
り往路はほぼ完全透過、復路は完全回折で、かつ開口制
限膜６８による開口制限は行われず、もう一方の光につ
いては偏光ホログラム６２により往復路共に回折せず、
開口制限膜６８による開口制限のみが行われるようにな
っている。

【００１９】このような機能を有する光学素子は、波長
の異なる複数の光源を有する光ピックアップ、例えば図
５に示すような光ピックアップ等に用いる素子として利
用できる。以下、それを説明する。

【００２０】図５は、図４で示した従来の光学素子を用
いた光ピックアップの光学系構成を示す図である。図の
従来例における光ピックアップでは、光源波長とＮＡの
異なる２つの光学系が１つの対物レンズ１０７および対
物レンズ１０７と共にアクチュエータ可動子１０６に搭
載された従来の光学素子１１７を共有する構成となって
いる。

【００２１】一般に２つの光学系により記録または再生
が行われる光ディスクの基材厚は互いに異なる（例えば
ＤＶＤは基材厚０．６ｍｍ、ＣＤは基材厚１．２ｍｍ）
ため、片方の光学系を有限系、もう一方を無限系とする
ことで、基材厚差による球面収差を補正するとともに、
２つの光学系で同じ対物レンズに入射する光の開口を異
ならせることで各々の光学系のＮＡが最適化されてい
る。すなわち、光源波長と最適ＮＡの異なる２つの光学
系を有しながら対物レンズが１つで済む光学系構成が実
現されている。

【００２２】図５に於いて光ピックアップは２つの波長
の異なる半導体レーザ１０１（波長λ１）、１１５（波
長λ２）を光源として有しており、また半導体レーザ１
０１の近傍に光検出器１０９が、半導体レーザ１１５の
近傍に光検出器１１０が各々集積化されて配置されてい
る。また、各々の半導体レーザを出射した光は互いにそ
の偏光方向が直交する方向を有しており、半導体レーザ
１０１の出射光は紙面に平行の方向、半導体レーザ１１
５の出射光は紙面垂直方向になっている。

【００２３】一般に半導体レーザを出射した光ビームは
楕円状に放射されており、レーザチップの接合面と垂直
に楕円長軸、接合面と平行に楕円短軸を有する。またレ
ーザチップの接合面と平行な直線偏光の光となってい
る。

【００２４】半導体レーザー光源１０１を出射した波長
λ１のレーザー光は、紙面に平行な偏光方向の光であ
り、すなわち紙面に垂直方向に楕円長軸を有する放射パ
ターンの光である。この光は、コリメートレンズ１０２
により平行光に変換され、ビーム整形プリズム１０４を
透過することで紙面内方向にのみビーム光束断面の径が
拡大されて楕円状の断面の光から円状の断面の光に整形
される。ビーム整形された光は波長分離フィルター１０
３を大部分反射、一部透過し、透過した光は光検出器１
１６により光量検出され、半導体レーザ１０１の出射光
量の制御に用いられる。

【００２５】一方、波長分離フィルター１０３を反射し
た光は、アクチュエータ可動子１０６に搭載された光学
素子１１７、すなわち図４で示した光学素子を透過す
る。

【００２６】ここで半導体レーザ１０１より出射された
光の偏光方向は、往路において光学素子１１７の偏光ホ
ログラムのグレーティングが見えない方向（紙面と平行
方向）になっており、この光は図４に示した５／４λ１
の位相差（波長λ２に対してはλ２の位相差）を与える
光学厚みの波長板により円偏光に変換される。なおこの
光は光学素子１１７の開口制限膜では開口制限されず、
アクチュエータ可動子１０６によってのみ開口制限され
る。

【００２７】円偏光に変換された光は、対物レンズ１０
７により光ディスク１０８の信号面に集光され、反射し
た後、再び対物レンズ１０７を経て光学素子１１７の波
長板により往路と直交する偏光方向の光となり、光学素
子１１７の偏光ホログラムで完全回折される。回折され
た光は往路と逆に光学系を進んでいき、光検出器１０９
に集光入力され、その光量が検出され、制御信号および
再生信号を得る。

【００２８】一方、もう一つの波長λ２の半導体レーザ
ー光源１１５を出射するレーザー光はホログラム１１４
を経て集光レンズ（コリメートレンズ）１１１で集光さ
れ、１／２波長板１１８で偏波面が９０°回転し、波長
分離フィルター１０３を透過し、光学素子１１７に入射
する。

【００２９】すなわち、波長λ２の光は光学素子１１７
に入射する際、波長λ１の光と同じく光学素子の偏光ホ
ログラムのグレーティングが見えない方向となってい
る。このため、往路ではグレーティングによる回折は受
けない。また、光学素子１１７の波長板の光学厚みがλ
２の光から見て１波長の位相差を与えるため、偏光状態
も変換されない。

【００３０】光学素子１１７の波長板を透過した光は、
光学素子１１７の開口制限膜で開口制限されて対物レン
ズ１０７に入射し、対物レンズ１０７により異なる基材
厚を有する光ディスク１１２の信号面に集光される。光
ディスク１１２を反射した光は光学素子１１７を透過す
るが、復路でも光学素子１１７の偏光ホログラムのグレ
ーティングが見えない偏光方向であるため、回折される
ことなく光学素子１１７を透過する。透過光は、波長分
離フィルター１０３、１／２波長板１１８、コリメート
レンズ１１１を経てホログラム１１４により回折され、
検出器１１０の検出面に入射することで信号検出が行わ
れる。

【００３１】ここで、波長λ１の光については復路で光
を回折分岐させる光学素子１１７がアクチュエータ可動
子１０６に搭載されているため対物レンズ１０７がディ
スクの偏芯などに追従してシフトした時に生ずる信号の
オフセットを低減できる。すなわち、ＤＶＤ等の凹凸の
ランド／グルーブ構造を有する高密度ディスクの記録再
生においては凹凸構造による光の回折を利用したプッシ
ュプル方式のトラッキング検出方式が用いられるが、こ
のような検出方式では、対物レンズと偏光ホログラムの
相対位置がレンズシフトでずれると開口内の光量分布ず
れにより偏光ホログラムによる回折光の光量変動成分と
なってしまい、制御信号にＤＣ的なオフセットが発生す
る。このオフセットはトラックセンターに対するスポッ
ト位置制御の誤差要因となるが、高密度のディスクでは
トラック間ピッチが狭いため位置誤差のマージンは極め
て少ない。これを防ぐためには偏光ホログラムが対物レ
ンズと一体に動いていた方が有利である。

【００３２】また波長λ２の光については往復路で光学
素子１１７の偏光ホログラム回折影響を受けない変わり
に光学素子１１７の開口制限膜によりＮＡが最適化され
る。

【００３３】以上、説明したような光学素子１１７をア
クチュエータ可動子１０６に搭載することで片側の光学
系の検出系に於ける信号のオフセットを低減しつつ、波
長とＮＡの異なる２つの光学系で一つの対物レンズを共
用した光学系を構成できるため、光ピックアップの光学
系構成が簡素化され小型化できる。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光学素子およびそれを用いた光ピックアップ
では、以下の問題があった。すなわち、上記原理に基づ
く従来の光学素子を用いる場合、光学系の往路において
素子に入射する２つの異なる波長の光は、その光源から
出射した時、偏光方向がいずれも一致している必要があ
った。

【００３５】一方、限られたスペースの中で光学系のレ
イアウトを決める場合、従来例のように２つのレーザ光
源の偏波面が一致しない方向でレイアウトした方が有利
な場合がある。例えば従来例で示したような、ビーム整
形プリズムによるビーム整形を行う光学系では、レーザ
の配置でビームの整形方向が決まってしまうことから、
その形状や大きさ、配置の設計に関わってくる。さら
に、従来例で示すように２つのレーザ光源が検出器と一
体化されたユニット形態であれば、ユニット自体が大き
くなることや、ユニットで入出力されるレーザ駆動電流
やディテクタ出力電流等の取り出し端子とそれと接合さ
せるフレキの引き回しなど設計的に考慮すべきことが多
く、より光源のレイアウトの自由度が要求される。

【００３６】この場合、従来例のように、各レーザユニ
ットを出射した光の偏光方向が光学素子に入射する際に
揃うように、どちらかの光学系に１／２波長板をおき、
その偏波面を９０°回転する必要があるが、光学系の部
品点数増加や、光ピックアップのコスト、組立工数の増
加などの問題がある。

【００３７】すなわち、従来の光学素子およびそれを用
いた光ピックアップにおいては、光学素子の特性上、光
学系のレイアウトの自由度を犠牲にするか、光学部品点
数を増やすしかなかった。

【００３８】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、光学系のレイアウトの自由度を確保したり、
光学部品の点数を削減した光学系を構成できるような光
学素子およびそれを用いた光ピックアップを得ることを
目的とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の本発明（請求項１に対応）は、互いに偏光
方向が実質直交する直線偏光であり、異なる波長λ１，
λ２をそれぞれ有する第１の入射光および第２の入射光
を一方の主面から受け付け透過させるとともに、前記第
１の入射光および第２の入射光が反射体により反射され
て生じた第１の反射光および第２の反射光を、他方の主
面から受け付け再び透過させる光学素子であって、前記
第１の入射光、前記第２の入射光および前記第２の反射
光を受けるとそのまま透過させ、前記第１の反射光を受
けると回折させる偏光ホログラムと、前記第１の入射光
および反射光、または前記第２の入射光および反射光の
全部または一部の偏光状態を異ならせる少なくとも一つ
の波長板と、前記第１の入射光はそのまま透過させ、前
記第２の入射光はその透過面積を狭める開口制限手段と
を備えたことを特徴とする光学素子である。

【００４０】また、第２の本発明（請求項２に対応）
は、前記波長板は、前記第１の入射光および反射光の波
長λ１については、（Ｎ＋１／４）・λ１（Ｎ＝１、
２、３・・・）の位相差を与え、前記第２の入射光および
反射光の波長λ２については、Ｍ・λ２（Ｍ＝１，２，
３・・・）の位相差を与えるものであり、前記偏光ホログ
ラムの、前記第１の入射光に対する溝部と溝間との屈折
率差をΔｎ１、該第１の入射光と同一の波長であって、
それと直交する偏光方向を有する光に対する溝部と溝間
との屈折率差をΔｎ２、前記第２の入射光に対する偏光
ホログラムの溝部と溝間との屈折率差をΔｎ２’とする
と、該偏光ホログラムの溝部の深さｄは、ｄ＝ｍ・λ１・（１／Δｎ１）（ｍ＝０，１，２，３，・・・）、ｄ＝（２ｋ−１）・λ１・（１／Δｎ２）（ｋ＝０、１，２，３，・・・）、ｄ＝Ｌ・λ２・（１／Δｎ２’）（Ｌ＝０，１，２，３，・・・）を満たすものであることを特徴とする上記本発明であ
る。

【００４１】また、第３の本発明（請求項３に対応）
は、前記波長板は、第１の波長板と、第２の波長板とを
備え、前記第１の波長板と前記第２の波長板は、前記偏
光ホログラムを挟んで対向して配置されており、前記第
２の波長板が、前記第１および第２の入射光を受ける側
に設けられていることを特徴とする上記本発明である。

【００４２】また、第４の本発明（請求項４に対応）
は、前記第１の波長板は、前記第１の入射光および反射
光の波長λ１については、（Ｎ＋１／４）・λ１（Ｎ＝
１、２、３・・・）の位相差を与え、前記第２の入射光お
よび反射光の波長λ２については、Ｍ・λ２（Ｍ＝１，
２，３・・・）の位相差を与えるものであり、第２の波長
板は、前記波長λ１に対しては、その整数倍の位相差を
与え、前記波長λ２に対しては、（ｍ＋１／２）・λ２
（ｍ＝０，１，２・・・）の位相差を与えるものであるこ
とを特徴とする上記本発明である。

【００４３】また、第５の本発明（請求項５に対応）
は、前記第２の波長板および前記偏光ホログラムは前記
開口制限手段として機能することを特徴とする上記本発
明である。

【００４４】また、第６の本発明（請求項６に対応）
は、前記第１の波長板は、前記第１の入射光および反射
光の波長λ１については、（Ｎ＋１／４）・λ１（Ｎ＝
１、２、３・・・）の位相差を与え、前記第２の入射光お
よび反射光の波長λ２については、Ｍ・λ２（Ｍ＝１，
２，３・・・）の位相差を与えるものであり、前記第２の
波長板は、前記波長λ１については、ｍ・λ１（ｍ＝
１，２，３・・・）の位相差を与え、前記波長λ２に対し
ては、（ｋ＋１／２）・λ２（ｋ＝０，１，２・・・）の
位相差を与える第１の領域と、前記波長λ１およびλ２
両方に対して、それら波長の整数倍の位相差を与える第
２の領域とを有するものであることを特徴とする上記本
発明である。

【００４５】また、第７の本発明（請求項７に対応）
は、第１から第６のいずれかの本発明の光学素子と、互
いに偏光方向が実質直交する直線偏光であり、異なる波
長λ１，λ２をそれぞれ有する第１の入射光および第２
の入射光をそれぞれ出射する第１のレーザ光源および第
２のレーザ光源と、前記第１の入射光と前記第２の入射
光とを集光させるための集光手段と、前記光学素子を搭
載して設けられた、前記集光手段から射出された光を反
射体に集光させるための対物レンズ手段と、前記対物レ
ンズ手段を微動させるためのアクチュエータと、前記第
１の入射光が前記反射体から反射されて生じた第１の反
射光および前記第２の入射光が前記反射体から反射され
て生じた第２の反射光とを検出する検出手段とを備えた
ことを特徴とする光ピックアップである。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
を参照して説明する。

【００４７】（実施の形態１）図１（ｂ）は、本発明の
実施の形態１における光学素子の断面構造およびこれを
用いた光ピックアップの光学系の一部を示す図である。
また、図１（ａ）は本発明の光学素子において用いられ
る開口制限手段の形成パターンを示す平面図である。図
１の構成において光学素子５１は、２枚のガラス基板４
１，４２とその間に挟まれた波長板４６と偏光ホログラ
ム４２とを備えている。

【００４８】ここで波長板４６は、素子に入射する２つ
の異なる波長λ１，λ２の光に対して、波長λ１につい
ては、（Ｎ＋１／４）・λ１（Ｎ＝１、２、３・・・）の位相差を発生させ、かつ波長λ２については、Ｍ・λ２（Ｍ＝１，２，３・・・）の位相差を発生させる。

【００４９】波長の異なる２つの光源を出射した光は、
互いに直交する方向の偏光方向の光であり、波長１の光
（紙面平行方向の直線偏光）については波長分離フィル
ター５０により反射され、波長λ２の光（紙面に垂直方
向の直線偏光）は波長分離フィルター５０を透過して、
それぞれ光学素子５１に入射する。

【００５０】従って、光学素子５１に入射する直前で、
波長の異なる２つの光の偏光方向は互いに直交してお
り、これらの光はそれぞれ光学素子５１の一方の主面か
ら入射し（往路）、素子を透過した光が反射体４７によ
り反射されて、他方の主面から入射して、再び該光学素
子５１を通る（復路）。

【００５１】ところで、波長λ１の入射偏光方向（紙面
内左右方向と平行）の光に対する偏光ホログラム４２の
溝部と溝部間の屈折率差をΔｎ１、それと直交する偏光
方向（紙面と垂直）の光に対する偏光ホログラム４２の
溝部と溝部間の屈折率差をΔｎ２としたとき、偏光ホロ
グラム４２の溝深さｄは、

【００５２】

【数６】ｄ＝ｍ・λ１・（１／Δｎ１）（ｍ＝１，２，３，・・・）・・・（式６）かつ

【００５３】

【数７】ｄ＝（２ｋ−１）・λ１・（１／Δｎ２）（ｋ＝０、１，２，３，・・・）・・・（式７）を満たし、かつ、波長λ１の入射光の偏光方向と直交す
る偏光方向の波長λ２の光に対しては、

【００５４】

【数８】ｄ＝Ｌ・λ２・（１／Δｎ２）（Ｌ＝１，２，・・・）・・・（式８）を満たす。なお、厳密には波長λ１の光の復路の偏光方
向と、波長λ２の光の往路の偏光方向（これらは同一の
偏光方向）に対する偏光ホログラム４２の溝部と溝部間
の屈折率差は、波長が異なるため完全に同じではない
が、その差は小さいのでここでは同じものとして説明す
る。

【００５５】このような条件を満たすことで、波長λ１
の光が光学素子５１に入射した際、往路では溝部と溝部
間で光の位相差φが（式３）のｄ１に（式６）のｄを代
入し、かつ（ｎ１−ｎ２）をΔｎ１に置き換えること
で、

【００５６】

【数９】 φ＝２π、４π、６π・・・・・・（式９）となるため、入射光となる波長λ１の光はほぼ完全透過
となる。

【００５７】一方、復路では偏光方向が波長板４６によ
り９０°回転して光学素子５１に入射し、このとき溝部
と溝部間で光の位相差φが、同じく（式３）のｄ１に
（式７）のｄを代入し、かつ（ｎ１−ｎ２）をΔｎ２に
置き換えることにより、

【００５８】

【数１０】 φ＝π、３π、５π・・・・・・（式１０）となるため、反射光となる波長λ１の光はほぼ完全回折
される。

【００５９】一方、波長λ２の光については往復路共に
波長λ１の往路の光と直交する直線偏光の光であり、こ
の場合、溝部と溝部間で光の位相差φが、同じく（式
３）のｄ１に（式８）のｄを代入し、かつ（ｎ１−ｎ
２）をΔｎ２に置き換えることでにより、

【００６０】

【数１１】 φ＝２π、４π、６π・・・・・・（式１１）となるため、入射光および反射光となる波長λ２の光
は、いずれもほぼ完全透過となる。

【００６１】本実施の形態による光学素子によれば、こ
のような構成により、偏光方向が直交した２つの異なる
波長の光に対して一方は往路完全透過、復路完全回折、
一方は往復路とも完全回折させることができる。

【００６２】なお、波長λ２についてはガラス基板４３
に形成された開口制限膜４８で従来例の光学素子と同様
に開口制限される。このような光学素子５１の構成にす
ることで、素子に入射する波長の異なる２つのレーザ光
源からの光の偏光方向が直交している場合であっても、
偏光ホログラム４２の溝部で発生する位相差を最適化す
ることで、一方の光（波長λ）については往路は透過、
復路は回折させ、もう一方の光（波長λ２）については
往復路共に回折されずに透過させることができる。この
ためこれを用いた光ピックアップの光学系においても１
／２波長板が省略できるため、光学系がより簡素化さ
れ、部品点数の削減が可能となる。

【００６３】（実施の形態２）図２（ｂ）は、本発明の
実施の形態２における光学素子の断面構造およびこれを
用いた光ピックアップの光学系の一部を示す図である。
また、図２（ａ）は本発明による開口制限手段のパター
ンを示す平面図である。図において光学素子は、３枚の
ガラス基板とその間に挟まれた波長板Ｂ４と偏光ホログ
ラム５および波長板Ａ６とから構成されている。

【００６４】ここでガラス基板１とガラス基板２と間に
形成された波長板Ｂ４は、素子中心を中心とする円形領
域（図の領域Ｂ）では素子に入射する２つの異なる波長
の光に対して、波長λ１については、ｍ・λ１（ｍ＝１，２，３・・・）の位相差を生じ、かつ波長λ２については、（ｋ＋１／２）・λ２（ｋ＝０，１，２・・・）の位相差を生じる厚みであり、その外側の輪帯領域（図
の領域Ａで示す輪帯部）では波長λ１および波長λ２の
両方の光に対して波長の整数倍の位相差を生じる光学厚
みになっている。

【００６５】また、ガラス基板２とガラス基板３との間
には偏光ホログラム５と波長板Ｂ６とが挟持されてお
り、波長板Ｂ６は、素子に入射する２つの異なる波長λ
１，λ２の光に対して、波長λ１については、（Ｎ＋１／４）・λ１（Ｎ＝１、２、３・・・）かつ波長λ２については、Ｍ・λ２（Ｍ＝１，２，３・・・）の位相差を生ずる光学厚みを有する。

【００６６】波長の異なる２つの光源を出射した光は、
互いに直交する方向の偏光方向の光であり、波長１の光
（紙面平行方向の直線偏光）については波長分離フィル
ター８により反射され、波長λ２の光（紙面に垂直方向
の直線偏光）は波長分離フィルター８を透過して、光学
素子９に入射する。

【００６７】従って、実施の形態１と同様、光学素子９
に入射する直前で、波長の異なる２つの光の偏光方向は
互いに直交しており、波長λ１の往路の直線偏光の光に
対して偏光ホログラム５はそのグレーティングが見えな
い方向に配置されている。

【００６８】すなわち、入射光となる波長λ１の光は、
波長板（あるいは波長膜）Ｂ４を透過する際には領域
Ａ、Ｂともに波長の整数倍になっているため偏光状態に
影響を受けず、かつ往路では偏光ホログラム５のグレー
ティングの見えない偏光方向になっているため偏光ホロ
グラム５による回折作用を受けずそのまま透過する。

【００６９】透過した光は、（Ｎ＋１／４）・λ１（Ｎ＝１、２、３・・・）の位相差を生じる光学厚みである波長板Ａ６により円偏
光に変換されて光学素子９を出射する。

【００７０】一方、反射体７により反射した、反射光と
なる復路の波長λ１の光は、波長板６により往路と直交
する方向の直線偏光の光となるため、偏光ホログラム５
により完全回折される。ただし回折された光は往路（入
射光）と同じく領域Ａ、Ｂでともに偏光状態に影響を受
けずにそのまま光学素子９を透過する。

【００７１】一方、入射光となる波長λ２の光は、波長
板Ｂ４により領域Ｂでは、（ｋ＋１／２）・λ２（ｋ＝
０，１，２・・・）の位相差を受けその偏光方向が９０度
回転し、領域Ａではｍ・λ１（ｍ＝１，２，３・・・）の
光位相となっているために偏光状態の影響を受けない。

【００７２】領域Ｂで偏光状態が９０度回転した光は、
波長λ１の光の入射偏光方向と揃うため、偏光ホログラ
ム５により回折されない。これに対し、領域Ａを透過す
る光は波長板Ｂ４により偏光状態の影響を受けないため
偏光ホログラム５のグレーティングが見える方向の偏光
状態であり、この光は偏光ホログラム５により往路で回
折される。すなわち、波長λ２の光については、光学素
子９を透過し対物レンズに入射する際、領域Ｂのみに開
口制限されているのと等価である。

【００７３】本実施の形態の光学素子によれば、このよ
うな素子構成にすることで、波長の異なる２つのレーザ
光源からの光の偏光方向が直交している場合であって
も、波長板Ｂ４により開口内の偏光状態を揃えることが
でき、かつ、波長板Ｂ４と偏光ホログラム５との組み合
わせにより波長λ２の光の開口制限も行うことができ、
実施の形態１と同様の光学素子が得られる。

【００７４】なお、波長板４の領域Ａと領域Ｂの光学厚
みの関係が互いに逆の場合は元々偏光状態の揃った２つ
の光に対しても同じ開口制限機能を満たすことができ、
この場合開口制限用の薄膜を別途素子に形成する必要が
ない。またこの場合、偏光ホログラム５の断面形状が溝
部と溝部間の位相が連続的に変化しているブレーズド形
状のような場合であっても適用できる。

【００７５】（実施の形態３）図３は、本発明の実施の
形態３に於ける光学素子の断面構造およびこれを用いた
光ピックアックの光学系の一部を示す図である。図３の
構成において光学素子は、３枚のガラス基板２１，２
２，２３とその間に挟まれた波長板（あるいは波長膜）
２４と偏光ホログラム２５および波長板２６とガラス基
板２３上に形成された開口制限膜２８と位相補償膜２９
とを備えている。。

【００７６】ここでガラス基板２１とガラス基板２２と
間に形成された波長板（あるいは波長膜）Ｃ２４は、２
つの異なる波長λ１，λ２の光に対して、波長λ１に対
しては、ｍ・λ１（ｍ＝１，２，３・・・）の位相差、かつ波長λ２について、（ｋ＋１／２）・λ２（ｋ＝０，１，２・・・）の位相差を生ずる光学厚みになっている。

【００７７】一方、ガラス基板２２とガラス基板２３と
の間に形成された波長板Ａ２６は、波長λ１に対して
（Ｎ＋１／４）・λ１（Ｎ＝１、２、３・・・）かつ波長
λ２に対してＭ・λ２（Ｍ＝１，２，３，・・・）の位相
差を生ずる光学厚みになっている。

【００７８】波長の異なる２つの光源を出射した光は、
互いに直交する方向の偏光方向の光であり、波長１の光
（紙面平行方向の直線偏光）については波長分離フィル
ター３０により反射され、波長λ２の光（紙面に垂直方
向の直線偏光）は波長分離フィルター３０を透過して、
それぞれ光学素子３１に入射する。

【００７９】従って、光学素子３１に入射する直前で、
波長の異なる２つの光の偏光方向は互いに直交してお
り、波長λ１の往路の直線偏光の光に対して偏光ホログ
ラム２５はそのグレーティングが見えない方向に配置さ
れている。

【００８０】すなわち、入射光である波長λ１の光は波
長板Ｃ２４を透過する際には波長の整数倍になっている
ため偏光状態に影響を受けず、かつ往路では偏光ホログ
ラム２５のグレーティングの見えない偏光方向になって
いるため偏光ホログラム２５による回折作用を受けずそ
のまま透過する。

【００８１】透過した光は、（Ｎ＋１／４）・λ１（Ｎ＝１、２、３・・・）を満たす光学厚みである波長板２６により円偏光に変換
されて光学素子３１を出射する。

【００８２】一方、反射体２７により反射した、反射光
となる復路の波長λ１の光は、波長板２６により往路と
直交する方向の直線偏光の光となるため偏光ホログラム
２５により完全回折される。ただし回折された光は往路
（入射光）と同じく偏光状態に影響を受けずにそのまま
光学素子３１を透過する。

【００８３】一方、入射光となる波長λ２の光は、波長
板Ｃ２４により、（ｋ＋１／２）・λ２（ｋ＝０，１，
２・・・）の位相差を受けその偏光方向が９０度回転す
る。偏光状態が９０度回転した波長λ２の光は、その偏
光方向が、波長λ１の光の入射偏光方向と揃うため、偏
光ホログラム２５により回折されない。偏光ホログラム
２５を透過した波長λ２の光は波長板Ｃ２４により偏光
状態の影響を受けず、ガラス基板２３上に形成された開
口制限膜２８により開口を制限されて領域Ｂの光だけが
光学素子３１を透過する。

【００８４】光学素子３１を透過した光は反射体２７に
より反射され、波長板２６、偏光ホログラム２５を偏光
状態の影響及び回折作用を受けずに透過し、波長板Ｃ２
４で再び９０°偏波面が回転した直線偏光の光となる。

【００８５】本実施の形態の光学素子によれば、このよ
うな素子構成にすることで、波長の異なる２つのレーザ
光源からの光の偏光方向が直交している場合であって
も、波長板Ｃ２４により開口内の偏光状態を揃えること
が一つの光学素子で可能となる。

【００８６】また、本実施の形態では、本発明の開口制
限手段の一例として従来例と同様に開口制限膜を用いて
いるが、その代わりに波長選択性の回折格子、すなわち
２つの異なる波長で一方は回折するがもう一方は回折し
ない位相深さのグレーティングや、電気的に切換動作す
る物理的な絞り、あるいは液晶シャッターなどのものを
用いても良い。この場合にも１つの素子で偏光方向が互
いに直交し、波長の異なる２つの光に対して開口制限と
偏光性グレーティングの回折作用の有無を区別させるこ
とができる。また、開口制限手段において、位相補償膜
は省いた構成としてもよい。

【００８７】なお、上記の各実施の形態において、波長
板４６は本発明の第１の波長板に相当するものであり、
波長板Ａ６は本発明の第１の波長板に相当するものであ
り、波長板Ｂ４は第３の本発明の第２の波長板に相当す
るものであり、波長板Ａ２６は本発明の第１の波長板に
相当するものであり、波長板Ｃ２４は本発明の第２の波
長板に相当するものであり、開口制限膜４８，２８、波
長板Ｂ２４および偏光ホログラム５は、本発明の開口制
限手段に相当するものであり、偏光ホログラム５，２
５，４２は本発明の偏光ホログラムに相当するものであ
り、半導体レーザ１０１は本発明の第１のレーザ光源、
半導体レーザ１１５は本発明の第２のレーザ光源、コリ
メートレンズ１０２，集光レンズ１１１，波長分離フィ
ルター１０３，ビーム成形プリズム１０４は本発明の集
光手段の一例であり、対物レンズ１０７は本発明の対物
レンズ手段の一例であり、アクチュエータ可動子１０６
は本発明のアクチュエータの一例であり、光検出器１０
６，１０９，ホログラム１１４は本発明の検出手段の一
例である。

【００８８】また、波長板４６，波長板Ａ２６、波長板
Ｂ４、波長板Ｃ２４の与える位相差は、上記の各実施の
形態に記載したとおりのものとしたが、本発明の第１お
よび第２の波長板はの与える位相差は、これに限定する
ものではなく、これら第１および第２の波長板を有する
本発明の波長板が、互いに偏光方向が実質直交する直線
偏光であり、異なる波長λ１，λ２をそれぞれ有する第
１の入射光および第２の入射光と、これら第１の入射光
および第２の入射光が反射体により反射されて生じた第
１の反射光および第２の反射光に対し、第１の入射光お
よび反射光、または前記第２の入射光および反射光の全
部または一部の偏光状態を異ならせるような位相差を与
えるようなものであればよい。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明により、光学素子に入射する光の偏光状態が
互いに直交している場合において、往復路の透過、回折
機能の切り分けや開口制限の切り分けを一つの素子で行
うことができるため、１／２波長板が省略でき、光学系
をより簡素に実現できるため光ピックアップをより小型
化、低コスト化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における光学素子の断面
構成およびこれを用いた光ピックアップの光学系の一部
を示す図

【図２】本発明の実施の形態２における光学素子の断面
構成およびこれを用いた光ピックアップの光学系の一部
を示す図

【図３】本発明の実施の形態３における光学素子の断面
構成およびこれを用いた光ピックアップの光学系の一部
を示す図

【図４】従来の光学素子の断面構成およびこれを用いた
光ピックアップの光学系の一部を示す図

【図５】従来の光学素子を用いた光ピックアップの構成
概略図

【符号の説明】

１，２，３、、２１４３ガラス基板４、波長板Ｂ５偏光ホログラム６、２６波長板Ａ７反射体８波長分離フィルター９、３１，５１光学素子２４反射板Ｃ２８開口制限膜４６波長板４９位相補償膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤陽一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA13 AA25 AA57 BA05 BA06 BA42 BB03 BC21 CA01 CA05 CA09 CA20 5D119 AA04 AA41 AA43 BA01 CA09 DA01 DA05 EC45 EC47 EC48 FA05 FA08 JA23 JA31 JA32 JA63 JA64 JB02 JB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに偏光方向が実質直交する直線偏光
であり、異なる波長λ１，λ２をそれぞれ有する第１の
入射光および第２の入射光を一方の主面から受け付け透
過させるとともに、前記第１の入射光および第２の入射
光が反射体により反射されて生じた第１の反射光および
第２の反射光を、他方の主面から受け付け再び透過させ
る光学素子であって、前記第１の入射光、前記第２の入射光および前記第２の
反射光を受けるとそのまま透過させ、前記第１の反射光
を受けると回折させる偏光ホログラムと、前記第１の入射光および反射光、または前記第２の入射
光および反射光の全部または一部の偏光状態を異ならせ
る少なくとも一つの波長板と、前記第１の入射光はそのまま透過させ、前記第２の入射
光はその透過面積を狭める開口制限手段とを備えたこと
を特徴とする光学素子。
【請求項２】前記波長板は、前記第１の入射光および
反射光の波長λ１については、（Ｎ＋１／４）・λ１
（Ｎ＝１、２、３・・・）の位相差を与え、前記第２の入
射光および反射光の波長λ２については、Ｍ・λ２（Ｍ
＝１，２，３・・・）の位相差を与えるものであり、前記偏光ホログラムの、前記第１の入射光に対する溝部
と溝間との屈折率差をΔｎ１、該第１の入射光と同一の
波長であって、それと直交する偏光方向を有する光に対
する溝部と溝間との屈折率差をΔｎ２、前記第２の入射光に対する偏光ホログラムの溝部と溝間
との屈折率差をΔｎ２’とすると、該偏光ホログラムの
溝部の深さｄは、ｄ＝ｍ・λ１・（１／Δｎ１）（ｍ＝０，１，２，３，・・・）、ｄ＝（２ｋ−１）・λ１・（１／Δｎ２）（ｋ＝０、１，２，３，・・・）、ｄ＝Ｌ・λ２・（１／Δｎ２’）（Ｌ＝０，１，２，３，・・・）を満たすものであることを特徴とする請求項１に記載の
光学素子。
【請求項３】前記波長板は、第１の波長板と、第２の
波長板とを備え、前記第１の波長板と前記第２の波長板は、前記偏光ホロ
グラムを挟んで対向して配置されており、前記第２の波長板が、前記第１および第２の入射光を受
ける側に設けられていることを特徴とする請求項１に記
載の光学素子。
【請求項４】前記第１の波長板は、前記第１の入射光
および反射光の波長λ１については、（Ｎ＋１／４）・
λ１（Ｎ＝１、２、３・・・）の位相差を与え、前記第２
の入射光および反射光の波長λ２については、Ｍ・λ２
（Ｍ＝１，２，３・・・）の位相差を与えるものであり、第２の波長板は、前記波長λ１に対しては、その整数倍
の位相差を与え、前記波長λ２に対しては、（ｍ＋１／
２）・λ２（ｍ＝０，１，２・・・）の位相差を与えるも
のであることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】前記第２の波長板および前記偏光ホログ
ラムは前記開口制限手段として機能することを特徴とす
る請求項３に記載の光学素子。
【請求項６】前記第１の波長板は、前記第１の入射光
および反射光の波長λ１については、（Ｎ＋１／４）・
λ１（Ｎ＝１、２、３・・・）の位相差を与え、前記第２
の入射光および反射光の波長λ２については、Ｍ・λ２
（Ｍ＝１，２，３・・・）の位相差を与えるものであり、前記第２の波長板は、前記波長λ１については、ｍ・λ
１（ｍ＝１，２，３・・・）の位相差を与え、前記波長λ
２に対しては、（ｋ＋１／２）・λ２（ｋ＝０，１，２
・・・）の位相差を与える第１の領域と、前記波長λ１お
よびλ２両方に対して、それら波長の整数倍の位相差を
与える第２の領域とを有するものであることを特徴とす
る請求項４に記載の光学素子。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載の光学
素子と、互いに偏光方向が実質直交する直線偏光であり、異なる
波長λ１，λ２をそれぞれ有する第１の入射光および第
２の入射光をそれぞれ出射する第１のレーザ光源および
第２のレーザ光源と、前記第１の入射光と前記第２の入射光とを集光させるた
めの集光手段と、前記光学素子を搭載して設けられた、前記集光手段から
射出された光を反射体に集光させるための対物レンズ手
段と、前記対物レンズ手段を微動させるためのアクチュエータ
と、前記第１の入射光が前記反射体から反射されて生じた第
１の反射光および前記第２の入射光が前記反射体から反
射されて生じた第２の反射光とを検出する検出手段とを
備えたことを特徴とする光ピックアップ。