JP2740226B2 - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JP2740226B2 JP1007887A JP788789A JP2740226B2 JP 2740226 B2 JP2740226 B2 JP 2740226B2 JP 1007887 A JP1007887 A JP 1007887A JP 788789 A JP788789 A JP 788789A JP 2740226 B2 JP2740226 B2 JP 2740226B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は走査ビームを発生する光源と、光源を記録ト
ラック上に走査スポットに結像する結像光学系とを具え
た記録トラックを光学的に走査する光走査装置に関する
ものである。
（従来の技術） 記録トラックは情報が設けられたトラック又は情報が
光学的に書込まれる光学的に検出可能なトラックとする
ことができる。前者のトラックの場合には走査ビームは
読取ビームであり、後者のトラックの場合には走査ビー
ムは書込むべき情報に従って強度変調された書込ビーム
で構成される。
記録トラックはテープ状記録担体又は円形ディスク状
記録担体のような種々の記録担体上に設けることができ
る。後者の場合には、記録トラックは連続らせんトラッ
ク又は多数の各別の同心トラックにすることができる。
上述の装置の例としては“CD"及び“レーザビジョン”
プレーヤとして知られている光オーディオ又はビデオデ
ィスク用読取装置、又は光データディスク用書込及び読
取装置がある。
走査スポットを走査すべきトラック部分に対し常に正
しく位置させるために、上述したタイプの光走査装置は
トラッキングサーボシステムを具えている。斯かるサー
ボシステムにおいては走査トラック部分の中心線に対す
る走査スポットの中心の位置を検出し、走査スポットの
位置を得られたトラッキング誤差信号に従って補正して
いる。
米国特許第4063287号明細書に開示されているよう
に、トラッキング誤差信号は走査スポットをトラックを
横切る方向に所定の周波数で変位させることにより得る
ことができる。走査スポットの周期的変位のために記録
トラックが位置する情報面からの光ビームは周期的に変
調される。この結果、光路内に配置された光検出器の出
力信号は走査スポットの変位に関連して周期的に変化す
る振幅及び位相成分を有し、これら成分が走査トラック
部分に対する走査スポット位置のずれの大きさ及び方向
を表す。
（発明が解決しようとする課題） 上記米国特許に開示されている装置においては、走査
スポットの周期的変位は光ビームの光路内に配置した鏡
を走査トラック部分の方向に実質的に平行な軸線を中心
に周期的に回動させて実現している。走査スポットの平
均位置は、例えばこの鏡の中心位置又は公称位置を発生
したトラッキング誤差信号によりセットすることにより
補正することができる。しかし、可動素子を用いるトラ
ッキングサーボシステムは帯域幅が制限される。
本発明の目的は、走査トラック部分に対する走査スポ
ットの位置を補正するのに及び／又はトラッキング誤差
信号を発生するのに可動素子を必要としない走査装置を
提供することにある。
（課題を解決するための手段） この目的のために、本発明は頭書に記載したタイプの
光走査装置において、回折格子を光源と記録トラックと
の間の光路内に、その格子構造の面がビーム軸に対し鋭
角をなすように且つ回折格子により高い回折次数に回折
されたビームの光のみが走査スポットに集束されるよう
に配置し、且つ光源をチューナブル（可変波長）レーザ
で構成したことを特徴とする。
ここで、高い回折次数とは１次、２次又はそれ以上の
回折次数を意味する。
本発明は、回折格子が選択した回折次数のビームを回
折する角度は走査ビームの波長の関数であるという事実
を利用するものである。この波長を変えることにより、
選択した回折次数のビームの方向及び従って記録トラッ
クに対する走査スポットの位置を変えることができる。
本発明走査装置の好適実施例においては、前記光源を
単一モードダイオードレーザとして動作する半導体ダイ
オードと、このダイオードに光学的に結合されレーザ光
に対し同調共振空胴として動作する光導波層を有する半
導体素子とで構成する。
斯かる複合半導体装置は「へき開−結合−空胴（Clea
ved-Coupled-Cavity）形半導体レーザ」とも称されてお
り、例えば「Electronics Letters」（1983）、Vol.1
9、No.9、第341〜342頁の論文“Demonstration of Mult
ilevel Multichannel Optical Frequency Shift Keying
with Cleaved-Coupled-Cavity Semiconductor Laser"
に開示されている光ファイバ通信システムの光源として
用いられている。
第２半導体素子を流れる電流を変化させることによ
り、その中の光導波層の屈折率及び従ってこの素子内の
共振空胴の光路長を変化させることができるため、この
複合光源は異なる波長に同調させることができる。
走査ビームの方向を電子−光学的に変える特徴は２通
りに応用することができる。第１の応用例では前記光源
に対する制御信号を振幅及び極性がトラッキング誤差信
号に比例する直流信号とし、走査ビームの波長が前記直
流信号により最適値に同調されるようにする。
最適波長とは選択した回折次数のビームの主軸が走査
すべきトラックの中心線に向けられる同調波長である。
この実施例においてはトラッキング誤差信号を発生さ
せる方法とは関係がなく、種々の既知の方法を使用する
ことができる。
本発明の第２の応用例ではトラッキング誤差信号を発
生させる。この応用例においては、前記光源を交流信号
源に結合して光源の波長を平均値を中心に小振幅で周期
的に変化させ、且つ光電検出装置を設けて記録トラック
面からの光を前記波長の周期的変化の周波数に等しい周
波数を有する基準信号により同期検波するようにする。
この平均値を中心とする波長の変化のために回折格子
は選択した回折次数のビームを周期的に往復運動させ
る。この結果、走査スポットが平均位置を中心に走査ト
ラック部分を横切る方向に周期的に振動する。この走査
スポットの周期的振動（走査スポットウォブリングとも
称されている）は米国特許第4063287号明細書に開示さ
れているのと同一の方法でトラッキング誤差信号を発生
させるのに使用することができる。
走査スポットを電子−光学的に周期的に変位させる装
置においては、更に、前記結像光学系をレンズ作用を有
する回折格子で構成することができる。
斯かる格子は直線格子細条及び一定の格子周期の代わ
りに変化する曲率を有する彎曲格子細条及び変化する格
子終期を有し、この格子は例えばホログラフィック格子
で構成することができる。この格子によれば光源を十分
高い品質で走査スポットに結像することができる。小振
幅の走査スポットウォブリングに必要とされる波長の周
期的変化は小さいため走査スポットの品質に許容し得な
い劣化が生ずることはない。
本発明走査装置の好適実施例においては、前記回折格
子を反射格子とし、格子の法線と走査ビームの主光線と
のなす角を45°より著しく大きいが90°より小さくす
る。
反射格子を用いることにより走査装置の高さを減少さ
せることができ、これはディスク状記録担体の読取及び
／又は書込装置に特に重要である。回折次数を格子周期
ととも適切に選択することにより、回折格子を選択した
次数のビームに対し45°角の鏡として作用させることが
でき、これによりこのビームを、格子は入射光ビームに
対し45°より著しく小さい角度に配置されるにもかかわ
らず、入射ビームに対し90°の角度に反射させることが
できる。これがため装置の実装高さを著しく小さくする
ことができる。
更に、前記光源がレーザビームを放射する活性層を有
するダイオードレーザを具え、このダイオードレーザが
ビームの主軸を含む活性層に平行な横平面内の開き角が
ビームの主軸を含む活性層に垂直な縦平面内の開き角よ
り小さいレーザビームを発生する走査装置においては、
格子細条を前記横平面を横切る方向にするのが好まし
い。
このようにすると、走査ビームが格子で反射されて横
平面内のビーム幅が広くなり、ビームの横幅を縦幅に等
しくして、ダイオードレーザにより放射されるビームが
非円形断面にもかかわらず、走査スポットを円形にする
ことができる。
上述した各走査装置においては、前記回折格子は位相
格子とするのが好ましい。斯かる格子は振幅格子より高
い効率を有する。
本発明走査装置の他の特徴によれば、前記位相格子を
格子条溝と格子中間細条を交互に具えるプロファイル格
子で構成する。斯かる格子は格子金型から出発して既知
のプレス成形又はレプリカ技術により低コストで多量生
産することができる。
本発明走査装置においては、前記位相格子を第１の平
均屈折率と第２の平均屈折率を交互に有する並列細条を
具える体積格子とすることもできる。
体積格子は格子構造が“肉薄”格子の場合のように表
面にのみ設けられるのではなく格子板の厚さを横切って
延在するいわゆる肉厚格子である。体積格子の一例はい
わゆる体積ホログラム格子である。この格子は特殊タイ
プの回折格子であり、２つの光ビームを特別の写真感光
材料の厚い板上に所定の角度で入射させることにより得
られる。両ビームは写真感光材料板内に高強度と低強度
を交互に有する深い干渉縞を形成する。写真感光材料
は、現像後に２つの露光レベルが２つの異なる屈折率に
変換されるように選択する。斯かる体積ホログラムによ
れば極めて高い効率を達成することができる。
光が種々の回折次数に分配されることにより生ずる回
折格子の使用に固有の光損失をできるだけ抑制するため
に、本発明走査装置においては、更に、種々の回折次数
への回折光強度分布を決定する格子パラメータを入射強
度の最大部分が選択した回折次数に含まれるように選択
する。
プロファイル格子の場合には前記パラメータは格子条
溝の幅と中間格子細条の幅の比、格子条溝の深さ及び格
子条溝の側壁の勾配である。所定の回折次数に対し最適
化した格子は“ブレーズ”格子と称されている。斯かる
格子は入射方向をさえぎる部分のない鋸歯状断面を有す
る場合が多い。
体積ホログラムの場合には、回折光強度分布を決定す
るパラメータは第１の屈折率を有する細条の幅と第２の
屈折率を有する細条の幅の比、第１及び第２の屈折率の
比、細条の厚さ及びこれら細条がこれら細条の長さ方向
に直交する平面内において入射方向となす角度である。
本発明走査装置においては、第１回折次数の一方に回
折されたサブビームを走査スポットに集束させることが
できる。第１次回折サブビームは格子をこの次数に対し
最適化しなくともそれより高次のサブビームより高い強
度を有している。しかし、前記の最適化によって第１次
回折サブビームの一方を他の次数のサブビームを犠牲に
して、更に強くすることができる。
本発明走査装置の他の実施例においては格子を第２次
又はそれより高い回折次数に対し最適化し得る点を利用
し、この実施例では第２次又はそれより高い次数のサブ
ビームを走査スポットに集束させる。この場合、選択し
たサブビームが同一の回折角を有するようにする場合に
は格子周期を大きくすることができ、格子を所要の精度
で製造することが容易になる。逆に格子周期を同一に維
持する場合には、ビームの入射角を大きくして走査装置
の高さを更に小さくすることができる。
回折格子の取扱い及び位置決めを容易にするために、
本発明走査装置の他の実施例においては、前記回折格子
を平角を有する３角プリズムの斜面上に設け、このプリ
ズムの他の２つの面はそれぞれ入射ビーム及び記録トラ
ックに向かうビームに対し直角にする。
（実施例） 図面につき本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図には円形ディスク状記録担体１の一部分を示し
てある。情報構造は情報表面３に位置する情報トラック
４で示してあり、情報トラックはトラック方向ｔに沿っ
て多数の情報領域５と中間領域６を交互に具えている。
情報構造は記録担体の上面に設け、基板２を透過する走
査ビームｂにより読取るのが好ましい。走査ビームは光
源７、例えば半導体レーザにより供給される。
走査ビームｂは対物レンズ９により集束されて情報面
に走査スポットＳを形成する。この対物レンズとダイオ
ードレーザとの間にはコリメータレンズ８を配置してダ
イオードレーザから放射された発散ビームを対物レンズ
の入射ひとみを適度に満たす断面を有する平行ビームに
して走査スポットＳが回折制限されたものになると共に
最小の直径になるようにする。読取ビームは情報面で反
射され、記録担体が駆動軸Ａにより回転している場合に
はこのビームが読取るべきトラック４に記録されている
情報に従って変調される。
ビームスプリッタ10、例えば半透鏡を光路内に配置す
る。このスプリッタは光源７により放射されたビームｂ
を対物レンズへ通し、記録担体からの被変調ビームを光
検出系11へと反射する。この検出系は読取トラックに記
録されている情報に従って変調された電気信号を出力す
る。この検出系は例えば“フィリップス テクニカル
レビュー“Vol.40、No.6、第151〜155頁に記載されてい
るように読取るべきトラックに対する光スポットの位置
ずれ及び／又は集束誤差を表す信号を出力することもで
きる。
既知のように、ビームスプリッタとして半透鏡の代わ
りに偏光ビーム分割プリズムを用いることもできる。こ
の場合には複屈折板を光路内にこのビームスプリッタと
対物レンズとの間に配置し、この板により記録担体から
戻ってくるビームの偏光方向を光源から放射されるビー
ムの偏光方向に対し90°回転させる必要がある。
記録担体から読取られる情報信号が充分大きな変調深
さを有するようにすると共に、隣接トラック部分間にク
ロストークが生じないようにするためには、走査スポッ
トを走査トラック部分上に極めて精密に保持する必要が
ある。この目的のためにはトラック部分の中心線に対す
る走査スポットの中心の位置を任意の瞬時に測定し得る
必要があると共に、必要に応じ、これに応じて走査スポ
ットの位置を補正する必要がある。本発明ではトラッキ
ング誤差信号を発生させるために光路内に直線回折格子
14を配置すると共に光源７をチューナブル（可変波長）
にする。
斯かるチューナブル光源の一例は共振空胴に結合され
た半導体レーザ（「へき開面−結合−空胴（Cleaved-Co
upled-Cavity）形半導体レーザ」）である。第２図は斯
かる光源の原理を示すものである。この光源は共通の冷
却体30上に２個の半導体ダイオード構造31及び32を具え
ている。ダイオード構造はｐ型及びｎ型の交互の複数の
半導体層といわゆる活性細条領域33,34とを具えてい
る。電流I1及びI2がこれらダイオード構造の上面と下面
の電極（図示せず）を経てこれらダイオードを流れる。
電流I1をダイオード31のしきい値電流より大きくしてレ
ーザ光をこのダイオードの活性細条領域33に発生させ
る。このレーザ光は両ダイオードを電気的に分離するへ
き開面35を横切ってダイオード32の活性細条領域34に入
射する。ダイオード32を流れる電流I2をこのダイオード
のしきい値電流より小さくしてその活性細条領域34にレ
ーザ光を発生させないで、この活性細条領域をダイオー
ド31に対し外部共振空胴として作用させる。
電流I2を変化させると、活性細条領域34内の電荷キャ
リヤの数の変化が生じるためこの細条領域の屈折率が変
化する。従ってダイオードレーザ31に対する外部共振空
胴の光路長が変化するため、このレーザは別の波長に同
調させることができる。第２図に示す光源についてのこ
れ以上の詳細については前述の「Electronics Letter
s」（1983）、Vol.19、No.9、第341〜342頁の論文を参
照されたい。この論文にはこの光源を光ファイバ通信シ
ステムに用いることが記載されている。
チューナブル光源はダイオードレーザと、これと一緒
に集積した同調共振空胴として動作する光導波層との組
合せで構成することもできる。その屈折率はその光導波
層を流れる電流を変化させることにより変化させること
ができる。光多重システム又は光ヘテロダイン測定シス
テムに用いられる斯かる複合光源は「Electronics Lett
ers」（1983）、Vol.19、No.17、第656〜657頁の論文
“Wavelenght Tuning of GaInAsP/InP Integrated Lase
r with Butt-Jointed Built-in Distributed Bragg Ref
le-ctor"に開示されている。本発明を実現するには、一
般に、光路長を連続的に調整し得る外部共振空胴に結合
したレーザ光源を用いることができる。
第１図に示すように、回折格子14の格子細条15及び16
は走査トラック部分の方向に事実上平行にする。回折格
子14は格子細条の方向に直交する平面XZ内において入射
ビームｂを非回折（零次）サブビーム、＋１次及び−１
次の２つのサブビーム及び２次以上の複数のサブビーム
に分割する。この格子の格子周期Pr及び傾角αとレーザ
ビームの公称波長とを１次以上のサブビームの１つのみ
が対物レンズ９の入射ひとみを通るように互いに調整す
る。図を明瞭にするために第１図にはこの１つのサブビ
ームbaのみ示してある。
前記複合光源のダイオードレーザ自体は周囲パラメー
タの安定下においてダイオードレーザの構造によって決
まる公称波長のレーザ光を放射する。１次、２次等の回
折光の所定の回折角はこの公称波長と関連する。
外部共振空胴を交流電流I2〜で駆動することによりレ
ーザビーム波長が公称波長を中心に変調される。この結
果として選択した次数の回折光の回折角が公称回折角を
中心に変調され、換言すれば選択したビームが主軸がそ
の公称方向を中心に振動することになる。従って、対物
レンズ９により形成される光スポットの位置が、走査ト
ラック部分の中心線と一致させる必要のある平均位置を
中心に振動する。周期的なスポット変位即ちスポットウ
ォブリングの振幅はトラック幅より著しく小さくし、例
えばトラック幅の1/30にする。スポットウォブリングの
周波数は読取るべき情報の周波数（例えば数MHz）と比
較して著しく小さくし、例えば数拾KHzにする。
走査トラック部分は例えば入射光を回折するためにそ
の周囲部分から光学的に識別することができ、走査トラ
ック部分に対する上記走査スポットの周期的変位のため
に記録担体により反射されるビームの強度は周期的に変
調される。この場合検出器11の出力信号Sdは読取った情
報を表す比較的大きな振幅を有する高周波数の交流成分
のみならず小振幅の低周波数の成分も含む。この低周波
数成分の振幅及び位相は走査スポットの中心と読取った
トラック部分の中心線との間の位置ずれの大きさ及び方
向を表す。走査スポットＳの中心がトラック部分の中心
線と一致する場合には検出信号Sdの低周波数成分の周波
数は走査スポットの振動周波数の２倍になる。この位置
がずれるとこの低周波数成分の周波数は走査スポットの
振動周波数に等しくなるが、この成分の位相は走査スポ
ットを振動させる信号の位相に対し、光スポットの中心
が走査トラック部分の中心線の左側に位置するのか右側
に位置するのかに応じて、同相又は逆相になる。
第３図はこのトラッキング誤差信号の発生原理を記す
ものである。第１図のものと対応する素子には同一の符
号を付してある。ダイオードレーザ31はしきい値電流よ
り大きい電流I1を供給するDC電源36により制御される。
共振空胴32はAC電源37と、できればDC電源38に接続す
る。交流電流I2〜によって選択した回折次数のビームba
を破線ba′及びba″で線図的に示すように周期的に変化
させる。これにより発生する走査スポットウォブリング
を第３図中の差込み図に線図的に示してある。
検出器11の出力信号Sdは高域通過フィルタ40を通過す
る高周波数情報信号のみならず、低周波数成分も含んで
いる。この低周波数成分を帯域通過フィルタ41及びでき
れば増幅器42に通す。次にこの成分を、例えばAC電源37
から取り出される走査スポットウォブリングと同一の位
相を有する基準信号Srefにより同期検波する。この検波
は、低周波数成分を素子43において基準信号と乗算し、
得られた信号を低域通過フィルタ44に通すことを意味す
る。このとき、トラッキング誤差信号Sradがこのフィル
タの出力信号に発生し、この信号により光スポットの位
置を制御部材45を介して補正することができる。
この補正は慣例の方法、例えば光路内に予め存在する
素子又はこの目的のために特別に配置した素子を傾動又
は変位させることにより実行することができる。
信号Sradは高周波微調整成分Srad,fと低周波成分S
rad,cとに分割し、高周波成分で小レンジの高速制御を
実現すると共に、低周波成分で大レンジの低速制御を実
現し、これによりトラックターンの偏心を補償すること
ができるようにするのが好ましい。後者の制御は例えば
読取装置の光学素子が配置されたスレッジを半径方向に
変位させることにより実現することができる。微調整は
例えば回折格子を小角度傾動させることにより実現する
ことができる。
本発明の一つの特徴によれば、走査スポット位置の微
調整を、第３図に示すように可動素子を用いることなく
電子−光学的に実現することができる。例えば、制御電
流I2＝を信号Srad,fにより新しい値にセットしてレーザ
ビームの同調波長を異なる値にする。このようにする
と、走査スポットの位置（第３図中の差込み図内の中心
位置Sm）が走査トラック部分に対しずれている場合には
このスポットの位置がこのトラック部分の中心線とその
中心が再び一致するようにシフトされる。
スポット位置を電子−光学的に補正するトラッキング
誤差信号は第３図につき述べた方法と異なる方法で得る
こともできる。例えば、米国特許第3876842号明細書に
開示されている方法を用いることができる。この方法で
は追加の光源又はビームスプリッタを用い、２つの追加
の光スポットを発生させ、これらスポットを走査トラッ
ク部分の両側縁部に投射する。これら光スポットの各々
に対し別々の検出器を付加する。これら検出器の出力信
号間の差がトラッキング誤差信号を表す。この信号は、
例えば米国特許第4423496号明細書に開示されているよ
うに、２個の光検出器を記録担体からの走査ビームの光
路内に配置し、両検出器間の境界線をトラック方向に平
行にし、且つこれら検出器の出力信号を比較することに
より走査ビーム自体から発生させることもできる。
光源の波長は上述した方法だけでなく、他の方法で同
調又は変調することができる。極めて速い同調を必要と
しない場合にはダイオードレーザの温度を例えばペルチ
ェ素子により変化させることにより波長を異なる値に同
調させることができる。
回折格子は光透過性格子とすることができる。しか
し、第１図に示すように、この格子はビームｂを90°の
角度に反射する反射格子とするのが好ましい。この場合
には光路の大部分が水平に延在するため、読取装置の実
装高さが小さくなる。格子を反射器として用いる利点
は、高次の回折ビームの１つを走査ビームとして用いる
ために格子の傾角αが小さくなるので、この格子が高さ
方向に小さな空間を必要とするだけになる点にある。従
って、走査装置の実装高さを更に低減することができ
る。この点は大衆用の携帯用又は車載用光ディスクプレ
ーヤに組込む走査装置に対し特に重要である。また、こ
のように小さい実装高さを有する走査装置は、磁気ディ
スクメモリと同様に多数の光メモリディスクを有し、各
ディスクを１つ又は２つの別々の走査ヘッドで走査する
ようにした光ディスクメモリ用の走査ヘッドとして用い
るのに極めて好適である。
ダイオードレーザはディスク状光記録担体用読取及び
／又は書込装置の光源として好んで使用されている。既
知のように、ダイオードレーザの前面23から放射される
ビームｂは対称でなく、第１図に示すようにこのビーム
の横平面、即ち活性細条領域に平行な平面XZ内の開き角
は縦平面、即ち活性細条領域に垂直な平面XY内の開き角
よりも著しく小さい。第１図において、横平面内のビー
ムの境界光線は実線で、縦平面内のビームの境界光線は
破線で示してある。ビームｂはコリメータレンズの位置
で楕円の断面形状を有する。情報面３上に円形の光スポ
ットＳを得るためには楕円断面のビームを円形断面のビ
ームに整形する必要がある。
第１図に示すように、所望のビーム整形は小さい傾角
α又は大きな入射角γの回折格子14によって実現するこ
とができる。ビームｂの主光線ｈは横平面内において反
射表面13に対し小角度αをなすため、ビームbaは略々垂
直方向に反射され、このビームは横平面内において入射
ビームよりも著しく幅が大きくなる。従って格子の周期
Prを適切に調整し、傾角αを適切に選択して反射面13で
反射された後のビームの横方向の幅が格子により変化さ
れない縦方向の幅に等しくなるようにすることができ
る。
第１図の装置では、実装高さの低減及び横平面内のビ
ーム幅の拡大が格子14により同時に満足される。しか
し、回折格子をこれら要件の一つを達成するためにのみ
用いられることもできる。
以上本発明を読取装置について説明した。しかし、本
発明は書込光スポットを精密に定められた通路に保持す
るのに使用する光学的に検出可能なサーボトラックが予
め設けられている記録担体の情報を光学的に書込む装置
に用いることもできる。斯かる書込装置は原理的に読取
装置と同一の構成を有する。しかしこの場合には走査ビ
ームを書込むべき情報で変調する必要がある。これは光
路内に配置した光変調器により、又はダイオードレーザ
を書込むべき情報に従って変調された制御信号で制御す
ることにより実現することができる。
回折格子は３角プリズムの一表面上に配置するのが好
適である。この３角プリズムの他の２つの表面は第１図
に17及び18で示してあり、これら表面間の角度βは格子
の位置合わせ及び実装を容易にするために90°にするの
が好適である。
回折格子は振幅格子とし、反射細条15と吸収もしくは
光透過細条16とを具えるものとすることができる。しか
し、回折格子は位相格子とするのが好適である。斯かる
格子は振幅格子に比べて高い回折効率を有する。位相格
子は第４図に示すように例えば格子条溝15とそれにより
高位の格子細条16を具える、いわゆるプロファイル格子
の形態にすることができる。斯かる格子は、格子構造が
設けられた金型を入手すれば既知のレプリカ成形技術を
用いて低コストで多量生産することができる。斯かる金
型は一度製造するだけでよい。
位相格子は第１の屈折率と第２の屈折率を交互に有す
る並列細条構造により成形することもできる。この構造
は数ミリメートル程度の厚さを有するいわゆる体積ホロ
グラム又は肉厚ホログラムの形状を有するものとするこ
とができる。斯かるホログラムは２つのビームを特殊の
写真感光材料の厚い板上に入射させて得ることができ
る。反射を得る必要があるのか体積ホログラムを得る必
要があるのかに応じて２つのビームを写真感光材料板の
異なる側に又は同一の側に入射させる必要がある。写真
感光材料板内において２つのビームが互いに干渉して高
強度と低強度を交互に有する並列細条構造が発生する。
この感光材料板を現像して強度パターンを高屈折率と低
屈折率を交互に有する細条パターンに変換する。第５図
は斯かる体積ホログラム14′の断面図を示す。
細条15′の屈折率n1と細条16′の屈折率n2との差Δｎ
は例えば0.02であり、n1及びn2は例えば1.52及び1.54で
ある。殆どの場合、これら細条は板14′の両面25及び26
に対し90°からずれた角度φをなす。
また、異なる屈折率を有する区域間の遷移は実際には
第５図に示すように急激に変化せず、第5a図に示すよう
に屈折率はもっと徐々に変化する。第5a図においては、
第５図の細条を横切る方向の板上の位置を水平方向に、
屈折率ｎを垂直方向にプロットしてある。
対物レンズを通過するビームbaは１次のサブビームの
１つとすることができる。これらのサブビームはそれよ
り高次のサブビームより高い強度を有する。回折格子で
回折されたｍ次のサブビームに対しては、回折角δに対
して が成立する。従って、例えば２次のサブビームをサブビ
ームbaとして選択する場合には同一の回折角δに対し格
子14の周期Prは１次のサブビームを選択する場合の２倍
になる。これがため、場合によっては２次又はそれより
高次のサブビームを選択するのが好ましい。その理由は
回折格子を一層容易に所要精度で製造することができる
ようになるためである。
２次又はそれより高次のサブビームを選択する場合及
び１次のサブビームを選択する場合の何れの場合には、
選択したサブビームに対する格子の効率を格子パラメー
タの適切な選択により増大させることができる。ここ
で、効率とは格子に入射した光の強度と格子により選択
した次数に回折された光の強度との比を意味する。プロ
ファイル格子の場合には前記格子パラメータは格子条溝
15の深さ、これら条溝の壁面の勾配及び条溝15の幅と中
間細条16の幅との比である。プロファイル格子の格子パ
ラメータの最適化は“ブレージング”として既知であ
る。第６図はこのように“ブレーズ”された格子の一例
14″の一部分を示すものである。この格子は入射光ビー
ムbaが光を所望の方向に反射する区域16″にできるだけ
多く入射するようにしてある。
第５及び5a図の体積ホログラムのような屈折率格子に
対しても選択した回折次数に対する効率を屈折率差Δ
ｎ、細条の傾角φ及び細条15′及び16′の幅の比の最適
な選択により最大にすることができる。ビームは回折さ
れるのであるが、回折格子の最適化とは近似的にはビー
ム部分が入射する格子部分を光を所望の方向に反射する
方向にすることであると言うこともできる。
波長可変光源及び回折格子を小振幅の走査スポットウ
ォブリングを発生するためにのみ用い（この場合には波
長変化も極めて小さくてよい）、平均走査スポット位置
を補正するのに用いない場合には、走査装置は著しく簡
単にすることができる。実際上、この場合にはレンズ作
用を有する回折格子を用いて別個のコリメータレンズ及
び対物レンズを不要にすることができる。斯かる格子は
彎曲格子線及び変化する格子周期を持つ。
第７図はこのように簡単化した走査装置の簡略図であ
る。第８図はその回折格子の正面図である。格子細条15
の曲率半径を１方向に均等に増大させる。格子周期も同
一の方向に均等に減少させる。第８図においては複数個
（ｑ）の格子周期につき１個の格子細条のみを示してあ
る。これがため、第８図では彎曲細条15の間隔はｑ×Pr
に等しい。第８図の格子は、例えば格子の位置にある写
真感光材料の板を走査スポットＳの位置にある点光源か
らの発散ビームとビームｂに対応するビームとに露光さ
せ、この板を現像することにより製造することができ
る。従って、この格子はホログラフィック（格子）対物
レンズと称すこともできる。
対物レンズがないために、第７図に示す走査装置の実
施例は極めて低い実装高さを有する。また、この装置は
極めて軽量になる。これがため、走査スポットの位置調
整は素子７及び14が配置されたホルダを変位させること
により所望の速度で精密に達成することができる。
また、直線格子、即ち直線格子細条と一定の格子周期
を有する格子を使用するときには、対物レンズをこの格
子が設けられたプリズムと一体化することにより装置を
簡単化することができると共にその高さを低減すること
ができる。
第９図はこのように一体化した素子の第１の実施例を
示すものである。この図は平角を有する３角プリズムの
横断面図を示し、回折格子14はその斜面上に設けられて
いる。このプリズムは第９図では第１図のプリズムと異
なる向きに配置され、即ちビームbaがプリズム内に表面
17から入射し、格子で反射された後に表面18′から出射
するように配置される。この出射表面は第１図の表面18
のように平面でなくレンズ作用を有する曲面であり、第
１図の対物レンズ９の代わりにすることができる。
米国特許第4668066号明細書に開示されているように
ディスク状記録担体用走査装置の対物レンズは単レンズ
素子を具えるものとすることができる。しかし、このレ
ンズ素子は収差のない走査スポットを形成し得るように
するために少なくとも１つの非球面を有する必要があ
る。斯かる収差補正は第６図の対物回折格子素子に導入
することもできる。これは前記曲面を球面18′の代わり
に破線曲線で示すような非球面18″にすることにより実
現することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はチューナブル光源と回折格子を具えた本発明に
よるディスク状記録担体用読取装置の一実施の斜視図、 第２図はチューナブル光源の一実施例を示す線図、 第３図は本発明によるトラッキング誤差信号を発生する
原理的構成を示す図、 第4,5及び６図は位相回折格子の種々の実施例を示す
図、 第７図はレンズ作用を持つ回折格子を具えた本発明走査
装置の他の実施例の斜視図、 第８図はこの回折格子の正面図、 第９図は曲面及び直線格子を有するプリズムを具えた本
発明走査装置の更に他の実施例の横断面図である。 １……記録担体 ７……チューナブル半導体レーザ ８……コリメータレンズ、９……対物レンズ 10……ビームスプリッタ、11……光検出器 14,14′,14″……回折格子 15,16……格子細条、18′……球面 18″……非球面、30……冷却体 31……ダイオードレーザ、32……外部共振空胴 33,34……活性細条領域、36,38……DC電源 37……AC電源、41……帯域通過フィルタ 42……増幅器、43,44……同期検波回路

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】走査ビームを発生する光源と、光源を記録
    トラック上に走査スポットに結像する結像光学系とを具
    えた記録トラックを光学的に走査する光走査装置におい
    て、回折格子を光源と記録トラックとの間の光路内に、
    その格子構造の面がビーム軸に対し鋭角をなすように且
    つ回折格子により高い回折次数に回折されたビームの光
    のみが走査スポットに集束されるように配置し、且つ光
    源をチューナブル（可変波長）レーザで構成したことを
    特徴とする光走査装置。
  2. 【請求項２】前記光源を単一モードダイオードレーザと
    して動作する半導体ダイオードと、このダイオードに光
    学的に結合されレーザ光に対し同調共振空胴として動作
    する光導波層を有する半導体素子とで構成してあること
    を特徴とする請求項１記載の光走査装置。
  3. 【請求項３】前記光源に対する制御信号を振幅及び極性
    がトラッキング誤差信号に比例する直流信号とし、走査
    ビームの波長が前記直流信号により最適値に同調される
    ようにしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の
    光走査装置。
  4. 【請求項４】前記光源を交流信号源に結合して光源の波
    長を平均値を中心に小振幅で周期的に変化させ、且つ光
    電検出装置を設けて記録トラック面からの光を前記波長
    の周期的変化の周波数に等しい周波数を有する基準信号
    により同期検波するようにしてあることを特徴とする請
    求項１〜３の何れかに記載の光走査装置。
  5. 【請求項５】前記結像光学系はレンズ作用を有する回折
    格子で構成してあることを特徴とする請求項４記載の光
    走査装置。
  6. 【請求項６】前記回折格子を反射格子とし、格子の法線
    と走査ビームの主光線とのなす角を45°より著しく大き
    いが90°より小さくしてあることを特徴とする請求項１
    〜５の何れかに記載の光走査装置。
  7. 【請求項７】前記光源がレーザビームを放射する活性層
    を有するダイオードレーザを具え、このダイオードレー
    ザがビームの主軸を含む活性層に平行な横平面内の開き
    角がビームの主軸を含む活性層に垂直な縦平面内の開き
    角より小さいレーザビームを発生する請求項６記載の装
    置において、前記回折格子の格子細条は前記横平面を横
    切る方向にしてあることを特徴とする光走査装置。
  8. 【請求項８】前記回折格子は位相格子であることを特徴
    とする請求項１〜７の何れかに記載の光走査装置。
  9. 【請求項９】前記位相格子はプロファイル格子で構成し
    てあることを特徴とする請求項８記載の光走査装置。
  10. 【請求項１０】前記位相格子は第１の平均屈折率と第２
    の平均屈折率を交互に有する並列細条を具える体積格子
    であることを特徴とする請求項８記載の光走査装置。
  11. 【請求項１１】種々の回折次数への回折光強度分布を決
    定する格子パラメータを入射強度の最大部分が選択した
    回折次数に含まれるように選択してあることを特徴とす
    る請求項１記載の光走査装置。
  12. 【請求項１２】第１回折次数の一方に回折されたサブビ
    ームが走査スポットに集束されるようにしてあることを
    特徴とする請求項１又は11記載の光走査装置。
  13. 【請求項１３】第２次又はそれより高い次数のサブビー
    ムが走査スポットに集束されるようにしてあることを特
    徴とする請求項１又は11記載の光走査装置。
  14. 【請求項１４】前記回折格子を平角を有する３角プリズ
    ムの斜面上に設け、このプリズムの他の２つの面はそれ
    ぞれ入射ビーム及び記録トラックに向かうビームに対し
    直角にしてあることを特徴とする請求項１記載の光走査
    装置。
  15. 【請求項１５】前記回折格子で反射されたビームが射出
    する、前記３角プリズムの回折格子に対向する表面を曲
    面にしてあることを特徴とする請求項14記載の光走査装
    置。
  16. 【請求項１６】前記曲面は非球面であり、且つ前記回折
    格子は直線格子であることを特徴とする請求項15記載の
    光走査装置。
  17. 【請求項１７】前記曲面は球面であり、且つ前記格子は
    収差補正用非球形状を有していることを特徴とする請求
    項15記載の光走査装置。
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