JP2005128211A - 光学素子およびそれを用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トラッキング誤差信号のオフセットを減少させ、再生信号あるいはトラッキング誤差信号のＳ／Ｎ比を向上させた光学装置を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体レーザ素子１からの出射光が回折格子２０に入射し、１本のメインビームと、２本のサブビームとなる。これらのビームはコリメートレンズに取り込まれ、光情報記録媒体の情報面に入射する。
回折格子２０は、ブレーズ状に形成された第一の格子領域８と、第二の格子領域９とを有し、第一の格子領域８と第二の格子領域９は、入射する光の光軸面を境に、前記回折格子の中心線に対して平行に回折格子が形成され、その形状がブレーズ状であり、それらの前記鋸歯形状の斜面が前記回折格子の中心面を向いて互いに対称に向かい合っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特定の回折光の回折効率を向上させ、信号検出に用いるための光学素子および光学装置に関するものである。

光ディスク等の情報記録媒体の情報を記録・再生する際に用いられる光ピックアップ装置では、光源からの出射光を主ビームと副ビームに分割したり、光ディスク上に記録された情報により変調を受けた反射光を反射光の光路から分離分割して受光素子上に導いたりする場合に、回折素子が広く用いられている。

回折素子を用いた光学装置の従来例は、例えば、特許文献１に詳しく示されており、以下、この従来技術について図７を参照して説明する。

図７において、光源である半導体レーザ素子１から出射される光の光軸上に、半導体レーザ素子１側から順に、３ビーム生成用の回折格子２、光偏向手段であり、かつ集光手段であるホログラム光学素子３、集光手段であるコリメートレンズ４および集光手段である対物レンズ５が配置されている。さらに対物レンズ５の集光面上には情報記録媒体６が配置されている。また、半導体レーザ素子１の両側には、ホログラム光学素子３によって偏向した光を受光するための複数の受光素子を有する受光素子群７が形成されている。

回折格子２には一定のピッチを有する格子が形成されている。また、ホログラム光学素子３には、レンズ効果を有する回折格子が形成されている。

図７において、半導体レーザ素子１から出射された光は、回折格子２を透過する際に前記回折格子２により＋１次回折光、−１次回折光、および０次回折光の３光束に分けられる。０次回折光は、メインビームとよばれ、情報記録媒体６に記録された信号、および光学装置と情報記録媒体６との焦点誤差信号、またはトラッキング誤差信号を得るために使用されるものであり、±１次回折光は、サブビームとよばれ、トラッキング誤差信号を得るために使用されるものである。これら３光束は、ホログラム光学素子３を通過してコリメートレンズ４に入射する。コリメートレンズ４により平行光にコリメートされた光は対物レンズ５によって情報記録媒体６上に集光され、対物レンズ５側に反射される。

情報記録媒体６上で反射した光は、逆向きの経路で伝搬し、対物レンズ５、コリメートレンズ４、ホログラム光学素子３の順にそれぞれ再入射する。ホログラム光学素子３に再入射した光は、受光素子群７に入射するように前記ホログラム光学素子３によって偏向され、受光素子群７からの出力信号より、情報記録媒体６に記録された情報信号、焦点誤差信号、トラッキング誤差信号の各種信号を得る。

しかしながら、前述の光学的記録再生装置では、回折格子２を透過する際、０次光と±１次光の回折効率を同時に上げ、光量を増加させることは難しかった。

また、従来の光学装置においては、情報記録媒体６のトラック方向の傾きにより、情報記録媒体６上でのサブビームスポットに基づく信号を差動演算して得られるトラッキング誤差信号にオフセットが生じる欠点があった。このオフセットは半導体レーザ素子１の端面や回折格子２やホログラム光学素子３や情報記録媒体６等の間で生じる多重反射によって引き起こされる。

図８（ａ）に示すように、半導体レーザ素子１の出射点Ｃから出射された光は、情報記録媒体６の光点Ｂで反射され、回折格子２で回折され、半導体レーザ素子１の端面の光点Ｄに戻る。ここで反射され、もう一度回折格子２を透過した光は情報記録媒体６の光点Ａに到達する（光路１：Ｃ→Ｂ→Ｄ→Ａ）。このように多数回反射された光が図示しない受光素子群７に到達することがある。この結果、本来の光路を通って受光素子群７に到達した光との間で光路長差に基づく位相差を生じ、両者が干渉し合うことがある。

また、図８（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子１の出射点Ｃから出射された光は、情報記録媒体６の光点Ａで反射され、回折格子２を透過し、半導体レーザ素子１の端面の光点Ｄに戻る。ここで反射され、もう一度回折格子２を透過した光は情報記録媒体６の光点Ａに到達する（光路２：Ｃ→Ａ→Ｄ→Ａ）。この場合も同様に、このように多数回反射された光が図示しない受光素子群７に到達することがある。この結果、本来の光路を通って受光素子群７に到達した光との間で光路長差に基づく位相差を生じ、両者が干渉し合うことがある。

また、上記の干渉の程度（干渉強度）は、情報記録媒体６のトラック方向の傾きδに応じた位相差により変動する。従って、サブビームスポットに基づく信号強度が変動し、トラッキング誤差信号にオフセットが生じるという問題があった。

同様にメインビームとサブビームとの間でも多重反射による干渉が生じる場合があり、再生信号ならびにトラッキング誤差信号のＳ／Ｎ比が劣化してしまうという問題も有していた。

これらの問題を解決するために、例えば、特許文献１に示すように回折効率の異なる複数の領域に分割された３ビーム生成用の回折格子を用いることが提案されている。
特開２００１−１４７１７号公報

この構成によれば、上記の問題を解決するには有効であるが、一方、半導体レーザ素子１から出射される光の光軸上と回折格子２の中心を正確に合わせることが難しいという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、容易に回折格子の回折領域が製作でき、半導体レーザ素子１から出射される光の光軸と回折格子２の中心が正確に合っていなくても、光の利用効率を増加させることを目的としている。

また本発明は、特許文献１と同じく、情報記録媒体と光学装置に使用される光学部品との間に生じる多重反射を抑制することでトラッキング誤差信号のオフセットを減少させるとともに、メインビームとサブビームとの間の干渉を抑制することで再生信号あるいはトラッキング誤差信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光学素子は、入射した光を少なくとも２つ以上の複数の光に分岐するための回折格子領域を持った光学素子であって、前記回折格子領域が互いに回折効率の異なる第一の回折領域及び第二の回折領域を有しており、前記第一の回折領域及び前記第二の回折領域は、前記光学素子の中心線に対して略平行に形成された鋸歯形状の回折格子であり、前記第一の回折領域と前記第二の回折領域がそれぞれ前記光学素子の中心面に対して対称に配置されており、前記第一の回折領域と前記第二の回折領域における前記鋸歯形状の斜面が、前記中心面に向いていることを特徴とする。

第一の回折領域と第二の回折領域の間に無格子領域を有することが好ましい。

本発明の光学装置は、光源と、前記光源から出射した光を複数の光束に分岐するための光学素子と、前記光学素子を通過した光を情報記録媒体に集光するための集光手段とを有した光学装置であって、前記光学素子は上記した光学素子であることを特徴とする。

前記光学素子において、第一の回折領域と第二の回折領域の間に無格子領域を有することが好ましい。

また、前記光学素子のうち前記第一の格子領域と第二の格子領域において発生した０次回折光を、前記情報記録媒体上の情報を再生、または前記情報記録媒体上に情報を記録させるためのメインビームとして用い、前記第一の格子領域からの＋１次回折光、前記第二の格子領域からの−１次光のそれぞれを、トラッキング誤差信号を検出するためのサブビームとして用いることが好ましい。

また、前記無格子領域を通過した光を前記情報記録媒体上の情報を再生、または前記情報記録媒体上に情報を記録させるためのメインビームとして用い、前記第一の格子領域の＋１次光の回折効率がほぼ１００％、前記第二の格子領域の−１次光の回折効率がほぼ１００％になるように調整され、それぞれの回折光を、トラッキング誤差信号を検出するためのサブビームとして用いることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、光軸を通る面を境に形状は同じで互いに向かい合っているようなブレーズ状の格子領域を有する回折格子を用いることで、光利用効率が向上し、メインビーム、サブビームの光量が大きくなることで、それぞれのＳ／Ｎ比が向上する。

さらにこの発明によれば、メインビームを生成するための格子領域の±１次光の回折効率よりも第一の回折領域の＋１次光の回折効率、第二の回折領域の−１次光の回折効率が大きくなるため、情報記録媒体と光学装置に使用される光学部品との間の多重反射を抑制できる。この結果トラッキング誤差信号のオフセットが減少する。

さらに、この発明によれば、入射する光の光軸面と、第一の格子領域と、第二の格子領域の境界がずれた場合でも、メインビームを生成するための格子領域の０次回折光の回折効率を±１次光の回折効率よりも高く、またメインビームを生成するための格子領域の±１次光の回折効率よりも第一の回折領域の＋１次光の回折効率、第二の回折領域の−１次光の回折効率が高い状態を保てるために組み立て精度に対する許容度を大きくすることができ、組み立てを容易にすることができる。

以下に本発明の実施の形態について図を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態における光学素子の構成は、基本的には図７に示した従来の光学装置の構成の一部と同じであるが、回折格子２の構造が下記に詳述する点で従来と異なる。

図１は、本発明の第１の実施の形態の光学装置における回折格子の模式図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面の拡大図である。

回折格子２０は、ブレーズ状に形成された第一の格子領域８と、第二の格子領域９とを有し、第一の格子領域８と第二の格子領域９は、入射する光の光軸面を境に、前記回折格子の中心線（図１中のｙ軸）に対して平行に回折格子が形成され、その形状がブレーズ状（鋸歯形状）であり、それらの前記鋸歯形状の斜面が前記回折格子の中心面を向いて互いに対称に向かい合っている。

第一の格子領域８における格子および第二の格子領域９は第一の格子領域においては−１次光を、第二の格子領域においては＋１次光の回折効率を抑制させる形状を有する。

本発明の第１の実施の形態における回折格子によってレーザ（図示せず）からの出射光が回折された状態を示す模式図を図２に示し、さらにこの光学素子を用いた光学装置の模式図を図３に示す。以下、この光学装置における光の経路について説明する。

半導体レーザ素子１からの出射光が回折格子２０に入射し、回折されて放射される際、回折格子を３つの領域１０、１１、１２に分けると、領域１１での０次回折光がメインビームとなり、領域１０での＋１次回折光および領域１２での−１次回折光がそれぞれサブビームとなる。これらのビームはコリメートレンズに取り込まれ、光情報記録媒体（図示せず）の情報面に入射する。

第一の格子領域８において、０次光の回折効率をほぼ５０％、＋１次光の回折効率をほぼ５０％、−１次回折光の回折効率をほぼ０％、第二の格子領域９において０次光の回折効率をほぼ５０％、＋１次光の回折効率をほぼ０％、−１次回折光の回折効率をほぼ５０％となるように設定すると、光の利用効率が最大となり、半導体レーザ素子１の出射光強度を上げることなく、メインビーム、サブビームそれぞれの光量を増加することができる。

上記について詳しく説明すると、本実施形態における回折格子は、その形状がブレーズ状（鋸歯形状）であるため、回折光の光量バランスを変えることが可能である。例えば、１次の回折光のうち、ブレーズ状の斜面側に回折される回折光が＋１次回折光であるとすると、その光量を増加させ、その分−１次回折光の光量を抑えることができる。

さらに、本実施の形態では、第一の回折領域８および第二の回折領域９においてブレーズ状の斜面がそれぞれ前記回折格子の中心面を向いて、かつ対称に配置されているため、サブビームとして利用する側の回折光の光量を増加させることができ、光利用効率が増すこととなる。本実施形態の場合では、第一の回折領域で回折される＋１次回折光、第二の回折領域で回折される−１次回折光がそれぞれサブビームとなる。

また、回折格子２０が上記のような形状を持つことで、入射する光の光軸面と、第一の格子領域と、第二の格子領域の境界がずれた場合でも、メインビームの回折効率は低下しない。

また、なお、図４に示すように入射する光の光軸面と、第一の格子領域と、第二の格子領域の境界がずれた場合でも、回折格子２０上の領域１１において０次回折光の回折効率はほぼ５０％に保持され、回折光の光量自体が稼げているので、動作への影響を小さくできる。このことにより、組み立て誤差に対する許容度を大きくすることが出来る。

さらに、回折格子内のメインビームを発生させる領域で生じた±１次回折光は、第一の回折領域における＋１次回折光および第二の回折領域における−１次回折光に比してコリメータレンズに入射する割合が低くなる。よって、図８に示したような光情報記録媒体と半導体レーザ、回折格子間での多重反射を抑制でき、トラッキング誤差信号のオフセットが減少する。さらに、メインビームとサブビームとの間の干渉も抑制することが出来る。

すなわち、本発明によれば、メインビームとサブビームの両方の光量を増加させることで、それぞれのＳ／Ｎ比が向上するため、メインビームとサブビームとの間の干渉が抑えられ、それと同時に光利用効率の増加で再生信号、トラッキング誤差信号のＳ／Ｎ比が向上するものである。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態における光学素子について説明する。

本実施の形態における光学素子の構成は、回折格子２の中央部分に無格子領域を有する点で、第１の実施の形態における光学素子と異なる。

図５は本実施の形態における光学素子の平面図であり、回折格子２１は、中央部分に無格子領域１３を有し、この無格子領域１３をはさむように互いに向かい合った、ブレーズ状に形成された第一の格子領域８と第二の格子領域９を有する。

本実施形態によれば、無格子領域１３を透過する光をメインビームとして用いており、この領域では０次回折光の回折効率は１００％であるから、メインビームの強度を十分に上げられる。

このときサブビームを生成するための第一の回折領域の＋１次光の回折効率、第二の回折領域の−１次光の回折効率をそれぞれほぼ１００％になるように設定すると、メインビーム、サブビームのいずれにおいても光利用効率を最も高くすることができる。

また、無格子領域１３では回折が起こらないため、±１次回折光が発生しない。すなわち、光情報記録媒体と半導体レーザ、回折格子間での多重反射によるメインビームとサブビームとの干渉現象は考慮する必要が無くなり、サブビームスポット信号強度変動に基づくトラッキング誤差信号のオフセットや、メインビームとサブビームとの間での多重反射による干渉による再生信号ならびにトラッキング誤差信号のＳ／Ｎ比の劣化などは起こらない。

このことにより、動作安定度が格段に向上した高い信頼性を有する光ピックアップ装置を得ることが可能となる。

さらに、第１の実施の形態でも述べたように、図６に示すように、入射する光の光軸面と無格子領域１３の中心がずれた場合でも、組み立て誤差に対する許容度を確保することができ、この光学素子を用いた光ピックアップ装置の製造歩留まりの向上・安定化が図れる。

なお、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、光学素子２０または２１はレーザ光に対して透明であればよく、特にその材質等は限定しない。

同様に、半導体レーザ、受光素子の種類や構造も特に本実施の形態に限定されるものではない。

また、受光素子の位置は半導体レーザと同一平面でなくてもよい。

本発明に係る光学素子を用いた光学装置は、再生信号、トラッキング誤差信号のＳ／Ｎ比が向上した高品質の光ピックアップ装置として特に有用である。

本発明の第１の実施の形態の光学装置における回折格子の模式図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面の拡大図 本発明の第１の実施の形態における回折格子によってレーザ光が回折された状態を示す模式図 本発明の第１の実施の形態の光学装置の模式図 本発明の第１の実施の形態における回折格子によってレーザ光が回折された状態を示す模式図の別の一例を示す図 本発明の第２の実施の形態の光学装置における回折格子の模式図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面の拡大図 本発明の第２の実施の形態における回折格子によってレーザ光が回折された状態を示す模式図の別の一例を示す図 従来の技術における光学装置を示す模式図 （ａ）（ｂ）は情報記録媒体と光学装置との間の多重反射を説明する図

符号の説明

１ 半導体レーザ素子
２ 回折格子
３ ホログラム光学素子
４ コリメートレンズ
５ 対物レンズ
６ 情報記録媒体
７ 受光素子群
８ 第一の格子領域
９ 第二の格子領域
１０、１２ 回折格子上でのサブビーム生成領域
１１ 回折格子上でのメインビームを生成する領域
１３ 無格子領域
２０、２１ 回折格子

Claims (6)

1. 入射した光を少なくとも２つ以上の複数の光に分岐するための回折格子領域を持った光学素子であって、
   前記回折格子領域が互いに回折効率の異なる第一の回折領域及び第二の回折領域を有しており、
   前記第一の回折領域及び前記第二の回折領域は、前記光学素子の中心線に対して略平行に形成された鋸歯形状の回折格子であり、
   前記第一の回折領域と前記第二の回折領域がそれぞれ前記光学素子の中心面に対して対称に配置されており、
   前記第一の回折領域と前記第二の回折領域における前記鋸歯形状の斜面が、前記中心面に向いていることを特徴とする光学素子。
2. 前記第一の回折領域と前記第二の回折領域の間に無格子領域を有することを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 光源と、前記光源から出射した光を複数の光束に分岐するための光学素子と、前記光学素子を通過した光を情報記録媒体に集光するための集光手段と、前記情報記録媒体で反射された戻り光を受光する受光素子とを有した光学装置であって、
   前記光学素子は請求項１記載の光学素子であることを特徴とする光学装置。
4. 光源と、前記光源から出射した光を複数の光束に分岐するための光学素子と、前記光学素子を通過した光を情報記録媒体に集光するための集光手段と、前記情報記録媒体で反射された戻り光を受光する受光素子とを有した光学装置であって、
   前記光学素子は請求項２記載の光学素子であることを特徴とする光学装置。
5. 前記光学素子のうち前記第一の格子領域と第二の格子領域において発生した０次回折光を、前記情報記録媒体上の情報を再生、または前記情報記録媒体上に情報を記録させるためのメインビームとして用い、前記第一の格子領域からの＋１次回折光、前記第二の格子領域からの−１次光のそれぞれを、トラッキング誤差信号を検出するためのサブビームとして用いることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記無格子領域を通過した光を前記情報記録媒体上の情報を再生、または前記情報記録媒体上に情報を記録させるためのメインビームとして用い、前記第一の格子領域の＋１次光の回折効率がほぼ５０％で、−１次回折光の回折効率がほぼ０％になるように調整され、前記第二の格子領域の＋１次光の回折効率がほぼ０％、−１次回折光の回折効率がほぼ５０％になるように調整されたことを特徴とする請求項５に記載の光学装置。

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