JPH10320811A

JPH10320811A - 効率制御回折格子、および効率制御回折格子を備えた光ピックアップ装置

Info

Publication number: JPH10320811A
Application number: JP9124521A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Okada; 訓明岡田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】効率を制御できる効率制御回折格子、および
２種類の厚みの光ディスクの記録再生が可能でかつ光利
用効率の高い光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】透明基板と、該透明基板上に形成された
透明の第一電極と、該第一電極上に形成され、一部に反
射膜を備えるグレーティング層と、該グレーティング層
の上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上の一部に形成さ
れたポスト層と、該ポスト層に支持され、反射ミラーと
しても機能する第二電極を備えた回折格子において、該
第一電極と第二電極との間に印加する電圧を調整するこ
とにより、グレーティング層と第二電極との距離を変化
させ、それによって回折効率を制御できる。また、この
効率制御回折格子を光ピックアップ装置に搭載して、回
折効率を制御することで、２種類の厚みの光ディスクの
記録再生が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子の効率を
変化させる効率制御回折格子、および効率制御回折格子
を備え、光ディスクの記録再生を行う光ピックアップ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光の強度変調を行うための素子と
して、光の回折効果を利用する効率制御回折格子が、例
えば、O.Solgaardらの論文「デフォーマブルグレーティ
ングオプティカルモヂュレータ」（"Deformable Gratin
g Optical Modulator" / Optics Letters / Vol.17, N
o.9 / May 1, 1992）等において提案されている。この
効率制御回折格子は、小型化が可能な上、ＩＣプロセス
で作製することができるため、一括大量生産することが
できるという利点がある。

【０００３】この効率制御回折格子を図９に基づいて説
明する。効率制御回折格子は、シリコン基板４１と、シ
リコン基板４１の周辺領域上に形成されたスペーサ４２
（シリコン酸化膜）と、スペーサにより両端を支持され
る複数の微細な誘電体梁４３（シリコンリッチのシリコ
ン窒化膜）からなるグレーティングとを備えている。グ
レーティングの上面には、電極としても機能する反射膜
４４が設けられている。

【０００４】図９（ａ）は反射膜４４とシリコン基板４
１との間に電圧が印加されていない状態を示している。
この状態では、効率制御回折格子に入射した光はそのま
ま反射されて戻る。しかし、反射膜４４とシリコン基板
４１との間に電圧を印加すると、両者の間に静電力が働
き、図９（ｂ）に示すように、グレーティング４３が湾
曲してグレーティング４３の下面とシリコン基板４１の
上面とが接触する。このとき、グレーティング４３の上
面の反射膜とシリコン基板４１の上面の反射膜との間の
距離が変化するため、回折光が発生する。この印加電圧
を制御することにより、回折効率を変化させることがで
きる。

【０００５】また本発明は２種類の厚みの異なる光ディ
スクの記録再生を行う光ピックアップ装置にも関わるも
のである。従来のＣＤに代表される光ディスク規格に加
えて、ＤＶＤと呼ばれる高密度光ディスクの新しい規格
が生まれている。このＤＶＤのディスク基板の厚みは
０．６ｍｍであり、従来のＣＤの厚み１．２ｍｍの半分
である。ＤＶＤの規格では、ディスク基板厚みの変更の
他、使用する光源の波長が７８０ｎｍから６５０ｎｍ
へ、対物レンズのＮＡが０．４５から０．６に変更され
ている。

【０００６】一方、光ディスクの記録再生を行う光ピッ
クアップ装置は、通常、特定の厚みの光ディスクにしか
対応できない。つまり基板の厚みが規定された範囲外
（約±０．１ｍｍ以上）の光ディスクに対しては、球面
収差等の収差が発生するため記録再生が不可能となり、
通常の光ピックアップ装置ではＣＤとＤＶＤとの両方を
記録再生することができなかった。この問題を解決する
ため、これまでに様々な方法が提案されている。その中
の一つとして、特許2532818号に開示されているものを
図１０に基づいて説明する。

【０００７】この光ピックアップ装置では、屈折型対物
レンズ４５と同心円状の格子パターンを含むホログラム
レンズ４６とを組み合わせたものが用いられており、ホ
ログラムレンズ４６の格子パターンはディスク基板の厚
みの差で発生する球面収差を補償できるように設計され
ている。ＤＶＤの記録再生時には、図１０（ａ）に示す
ように、ホログラムレンズ４６の０次回折光がＤＶＤ４
７上に回折限界まで集光される。ＣＤ再生時には、図１
０（ｂ）に示すように、ホログラムレンズ４６の１次回
折光がＣＤ４８上に回折限界まで集光される。このよう
にして、図１０の光ピックアップ装置は、異なる基板厚
みを有する２種類の光ディスクの記録再生を行うことが
できる。

【０００８】この他、対物レンズをＣＤ用とＤＶＤ用と
の２種類用意して、これらを機械的に切り替える方法
や、ＣＤ再生時に開口制限を行って球面収差を低減する
方法等が提案されている。

【０００９】また本発明は、トラッキング制御法の異な
る光ディスクの記録再生を行う光ピックアップ装置にも
係わるものである。

【００１０】現在、ＣＤのトラッキング制御法として
は、主に３ビーム法が使われている。この方法では、回
折格子を用いて２本のサブビームを新たに発生させ、光
ディスク上で信号読み出し用のメインビームの前後方に
サブビームが並ぶようにし、この並びをトラック列に対
してほんの少し傾ける。そうすることによって、メイン
ビームスポットがトラックからずれたとき、２本のサブ
ビームの光ディスクからの反射光に光量差が生じ、その
差からラジアル誤差信号が得られる。

【００１１】一方、ＣＤに比べて高密度になっているＤ
ＶＤでは、トラックピッチがＣＤと異なって狭くなって
いる。このため、ＣＤおよびＤＶＤの記録再生を同一の
光ピックアップ装置で３ビーム法をトラッキング制御法
として用いて行おうとすると、サブビームの位置をＣＤ
用に調整した場合にはＤＶＤ記録再生時にサブビームが
隣接トラックにかかってしまい、ＤＶＤ用に調整した場
合にはＣＤ再生時のラジアル誤差信号が弱くなるという
問題が生じる。

【００１２】この問題を克服するために、ＤＶＤの記録
再生時には、一般には位相差検出法と呼ばれる方法でト
ラッキング制御が行われている。これは、図１１に示す
ように、スポット４９がピット５０中心から左右にずれ
たとき、回折光の発生のしかたが異なることを利用した
１ビームトラッキング制御法である。図１１に示される
ディスクからの反射光５１を、４分割光検出器で受け、
その結果を信号処理することによってラジアル誤差信号
を得る。この位相差検出法では、ピット深さがλ／４か
らずれると、ラジアルオフセットが発生するため、ピッ
ト深さの異なるＣＤとＤＶＤとを位相差検出法でトラッ
キング制御するためには、さらに複雑な処理が必要とな
る。このため、ＣＤ再生時には３ビーム法でラジアル誤
差信号を検出し、ＤＶＤ再生時には位相差検出法でラジ
アル誤差信号を検出する方法が採られている例も多い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の効率制御回折格
子は、梁を上下に駆動する構造であるため、梁の両端を
支持しなければならず、例えば梁が平行に並べられたよ
うな格子パターンのものしか形成できず、同心円形状の
格子パターンのような複雑な形状の回折格子は形成でき
なかった。また、細かい格子ピッチ、浅い溝深さの回折
格子が必要となると駆動する梁が細くなるため、より高
い作製精度が要求され、全ての梁を精密に形成し、かつ
正確に駆動することは難しくなる。加えて、耐久性も低
下する。

【００１４】また、従来の２種類の厚みの異なる光ディ
スクの記録再生を行う光ピックアップ装置は、常に光を
２分割しているため光の利用効率が低いという問題があ
った。その光利用効率は、例えば、ＣＤ再生時で３０
％、ＤＶＤ再生時で７０％である。光利用効率が低い
分、半導体レーザの出射パワーを引き上げねばならず、
半導体レーザへの負担が増すことになる。特に記録時に
は大きな照射パワーが必要となるため、光利用効率の向
上が望まれていた。

【００１５】また、それ以外の方法でも、対物レンズ切
り替え方式は機械的な機構であるため、信頼性に欠け、
小型化が難しい。開口制限方式では、残存収差が大きい
ため、再生信号品質が悪くなるという問題がある。

【００１６】また、ＣＤ再生用に３ビーム生成用グレー
ティングを設けた従来のＣＤ、ＤＶＤ互換再生光ピック
アップでは、ＤＶＤ再生時に不要なサブビームが発生し
てしまうため、ＤＶＤ再生時の光利用効率が低下してし
まうという問題があった。

【００１７】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、グレーティングレンズのような複雑な格
子パターンも可能とした効率制御回折格子の作製、およ
びその効率制御回折格子を用いて、光利用効率が高く、
信頼性、信号品質に優れたＣＤ、ＤＶＤ互換再生光ピッ
クアップ装置を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の効率制御回折格
子は、透明基板と、該透明基板上に形成された透明な第
一電極と、該第一電極上に形成され、交互に配置された
反射部と透過部とで構成されるグレーティング層と、該
グレーティング層上に形成された絶縁層と、該絶縁層上
の一部に形成されたポスト層と、該ポスト層に支持され
るように設けられており、反射ミラーとしても機能する
第二電極とを備えており、該第一電極と該第二電極との
間に印加する電圧を調整することによって該グレーティ
ング層と該第二電極との間の距離を変化させ、それによ
り該透明基板を通って入射した光の回折効率を制御し、
そのことにより上記目的を達成する。

【００１９】好ましくは、前記光の空気中での波長をλ
₀とし、前記絶縁層の屈折率をｎとするとき、該絶縁層
の厚さｄ１および前記ポスト層の厚さｄ２は、それぞ
れ、λ₀／４ｎ、λ₀／４の奇数倍で表される。

【００２０】前記効率制御回折格子は、前記透明基板の
前記光が入射する側の表面上および前記絶縁層上の少な
くとも一方に形成された反射防止膜をさらに備えていて
もよい。

【００２１】好ましくは、前記グレーティング層のパタ
ーンが同心楕円形状、もしくは同心円形状であり、それ
により前記効率制御回折格子がグレーティングレンズと
して機能する。

【００２２】本発明の光ピックアップ装置は、光源と、
該光源からの光を光ディスクに集光させる集光光学系
と、該光ディスクによって反射された該光を受け取り、
電気信号に変換する光検出器とを備えており、さらに前
記効率制御回折格子が該集光光学系の光路上に設けられ
ており、そのことにより上記目的を達成する。

【００２３】前記光ピックアップ装置は、所定の偏光状
態の光のみを透過する偏光ビームスプリッタと、該偏光
ビームスプリッタと前記効率制御回折格子との間の前記
光の光路中に配置された１／４波長板とをさらに備えて
いてもよい。この場合、該偏光ビームスプリッタおよび
該１／４波長板は、該光が該偏光ビームスプリッタを透
過して、該１／４波長板を通過して該効率制御回折格子
に入射し、該効率制御回折格子によって反射されて該１
／４波長板を再び通過して該偏光ビームスプリッタに入
射し、該偏光ビームスプリッタによって反射されること
によって前記集光光学系に導かれるように配置される。

【００２４】好ましくは、前記集光光学系と前記効率制
御回折格子との組み合わせは、焦点を２つ有する光学系
を構成しており、該効率制御回折格子で発生する０次回
折光は、異なる厚みを有する２種類の光ディスクのうち
の一方の情報面上に集光し、１次回折光は該２種類の光
ディスクの他方の情報面上に集光する。

【００２５】好ましくは、前記効率制御回折格子の前記
第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧は、光
ディスク上に集光すべき回折光の回折効率が最大となる
ように制御され、それにより光利用効率を最大にする。

【００２６】前記光ピックアップ装置は、前記光源から
の光を複数の光に分割するための、回折効率が可変であ
る回折格子をさらに備えていてもよい。

【００２７】本発明の他の光ピックアップ装置は、光源
と、該光源からの光ビームを複数の光ビームに分割する
素子と、該複数の光ビームを光ディスクに集光させる集
光光学系と、該光ディスクによって反射された該複数の
光ビームを受け取り、電気信号に変換する光検出器とを
備えており、該素子は前記効率制御回折格子であり、そ
のことにより上記目的を達成する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００２９】図１は、本発明の光ピックアップ装置の第
一の実施の形態の構成を概略的に示す図である。

【００３０】第一の実施形態の光ピックアップ装置１０
０は、光源として半導体レーザ１と、立ち上げプリズム
３と、立ち上げプリズム３の傾斜面に接着固定された効
率制御回折格子４と、対物レンズ５と、光検出器７と、
光ディスク６からの反射光を光検出器７へ導くホログラ
ム２と、により構成される。

【００３１】半導体レーザ１から出射された光１０は、
立ち上げプリズム３に入射し、効率制御回折格子４に導
かれる。効率制御回折格子４は、同心楕円状の格子パタ
ーンが刻まれた反射型回折格子であり、ここで０次回折
光および１次回折光が発生する。それぞれの回折光は、
対物レンズ５に入射して、光ディスク６上に集光される
が、このとき、０次回折光が基板厚みｔ１の光ディスク
６上に回折限界の集光スポット１１を形成し、１次回折
光が基板厚みｔ２の光ディスク６上に回折限界の集光ス
ポット１２を形成するように、対物レンズ５の形状と効
率制御回折格子４の格子パターンとが設計されている。

【００３２】効率制御回折格子４は、印加する電圧を制
御することによって回折格子の凹凸部の段差を変化させ
ることができ、それにより１次回折の効率を制御するこ
とができる。図２を用いて、本実施形態の効率制御回折
格子４の構造および動作を詳しく説明する。図２（ａ）
は電圧を印加していない状態を、（ｂ）は電圧を印加し
た状態を示している。また、図２（ｃ）は、効率制御回
折格子４の格子パターンを正面から見た状態を示してい
る。

【００３３】効率制御回折格子４は、ガラス等の透明基
板２１上に、透明な第一電極２２、グレーティング層２
３、絶縁層２４、ポスト層２５、および第二電極２６を
順に重ねて構成されている。第二電極２６は反射ミラー
としての役割も兼ねている。また、グレーティング層２
３の格子パターンは、反射部と透過部との繰り返しであ
る。このグレーティング層２３の反射部と反射ミラー２
６とで、反射型回折格子が構成される。また、絶縁層２
４の層厚ｄ₁は、絶縁層２４の屈折率をｎ、利用する光
の空気中での波長をλ₀とするとき、λ₀／４ｎの奇数倍
になるように設定されており、ポスト層２５の層厚ｄ₂
はλ₀／４の奇数倍になるように設定されている。

【００３４】第一電極２２と第二電極２６とに電圧が印
加されないとき（印加電圧０Ｖのとき）には、図２
（ａ）に示されるように、グレーティング層２３の反射
部と反射ミラー２６との段差がλ／２（λは媒質内での
波長）の整数倍となる。このため、１次以上の回折光は
発生せず、効率制御回折格子４は反射ミラーとして機能
する。

【００３５】一方、第一電極２２と第二電極２６とに正
の電圧を印加すると、第一電極２２と第二電極２６と
は、空気層および絶縁層２４を含むコンデンサを形成
し、第一電極２２には正電荷が、第二電極２６には負電
荷がチャージされる。この電荷間に静電引力が作用する
ため、図２（ｂ）に示されるように、第二電極２６は絶
縁層２４に接触するまで引き寄せられる。このとき、グ
レーティング層２３の反射部と反射ミラー２６との段差
は、λ／４の奇数倍となる。このときのグレーティング
層２３の反射部からの反射光と反射ミラー２６からの反
射光との位相差がπであるため、１次回折効率は最大と
なり、効率制御回折格子４に入射した光の約４０％にあ
たる１次回折光が得られる。

【００３６】図２（ｃ）は、効率制御回折格子４を正面
から見た図であり、この図では第二電極２６を省略して
いる。グレーティング層２３の格子パターンは、例え
ば、図２（ｃ）に示すような同心楕円形状のものも作製
可能である。ポスト層２５は格子パターンの透過部のあ
るところを取り囲むように配置される。

【００３７】続いて、この効率制御回折格子４を利用し
た光ピックアップ装置の光学系について、図３を用いて
説明する。図３（ａ）は基板厚みの薄いＤＶＤの記録再
生の仕組みを、（ｂ）は基板厚みの厚いＣＤの記録再生
の仕組みを表している。

【００３８】ＤＶＤの記録再生時には、効率制御回折格
子４には電圧を印加しない。そのため、１次回折光は発
生せず、この効率制御回折格子４は反射ミラーとして機
能する。効率制御回折格子４によって反射された光は、
対物レンズ５によりＤＶＤ６上に集光される。対物レン
ズ５はこの光学系で収差が最小となるよう設計されてい
るため、ＤＶＤ６上に回折限界の集光スポットを形成す
ることができる。

【００３９】また、この光学系では効率制御回折格子４
の０次回折光効率が１００％であるため、光利用効率は
極めて高い。したがって、光源の消費電力の低減、およ
び光源の長寿命化を図ることができる。また、記録時の
照射パワーの確保も、屈折型対物レンズとホログラムレ
ンズを組み合わせた従来の光ピックアップ装置と比べる
と容易である。

【００４０】次に、ＣＤの記録再生の場合について説明
する。効率制御回折格子４に電圧を印加すると、上記し
たように最大４１％の１次回折光が発生する。ＣＤの再
生時には、効率制御回折格子４と対物レンズ５の組み合
わせで、収差が最小となるよう効率制御回折格子４の格
子パターンが設計されているため、発生した１次回折光
は対物レンズ５を通過して、ＣＤ上に回折限界の集光ス
ポットを形成する。

【００４１】このようにして、ＣＤあるいはＤＶＤ上に
集光された光は、ディスク上のピット列によって回折・
反射される。ディスクからの反射光は、往路とは逆の経
路を辿ってホログラム２に入射し、ここで回折されて光
検出器７へ導かれる。光検出器７によってこの光から再
生信号とサーボ誤差信号が検出される。

【００４２】以上説明したように効率制御回折格子４を
用いた本実施形態の光ピックアップ装置では、屈折型対
物レンズと回折効率固定のホログラムレンズとを組み合
わせた従来の光ピックアップ装置に比べて、光の利用効
率を上げることができる。具体的には、従来の光ピック
アップ装置における２焦点レンズの光利用効率がＤＶＤ
再生時には７０％であり、ＣＤ再生時には３０％である
のに対し、本実施形態の光ピックアップ装置ではＤＶＤ
再生時に１００％、ＣＤ再生時に４０％とすることがで
きる。

【００４３】次に、本発明の光ピックアップ装置の第二
の実施形態を説明する。

【００４４】図４に本実施形態の光ピックアップ装置２
００の構成を示す。光ピックアップ装置２００は、光源
として半導体レーザ１と、コリメータ８と、効率制御回
折格子４と、対物レンズ５と、光検出器７と、光ディス
ク６からの反射光を光検出器７に導くホログラム２と、
により構成される。効率制御回折格子４は、透明の平板
基板上に構成されており、立ち上げミラーとしての役割
を兼ねることができるように光路に対して４５゜に傾け
て配置されている。

【００４５】このように、立ち上げプリズム３を省略し
た点を除けは、本実施形態の光ピックアップ装置２００
は、実施形態１の光ピックアップ装置１００と類似した
構成を有しており、また、ＤＶＤ再生時およびＣＤ再生
時においての動作も実施形態１の光ピックアップ装置１
００とほぼ同様である。このため詳細な構成および動作
の説明は省略する。

【００４６】半導体レーザ１から出射した光は、コリメ
ータ８で平行光に変換され、効率制御回折格子４に導か
れる。効率制御回折格子４で回折・反射された光は、立
ち上げられ、対物レンズ５を経て、光ディスク６上に集
光される。

【００４７】このように、本実施形態の光ピックアップ
装置２００では、立ち上げプリズムが不要となり、また
立ち上げプリズムと効率制御回折格子との接着工程も不
要となる。このため、生産コストを下げることができ
る。

【００４８】次に、本発明の光ピックアップ装置の第三
の実施形態を説明する。

【００４９】図５に、本実施形態の光ピックアップ装置
３００の構成を示す。光ピックアップ装置３００は、光
源として半導体レーザ１と、コリメータ８と、偏光ビー
ムスプリッタ１３と、１／４波長板１４と、効率制御回
折格子４と、対物レンズ５と、光検出器７と、光ディス
ク６からの反射光を検出器７に導くホログラム２と、に
より構成されている。１／４波長板１４および効率制御
回折格子４は、偏光ビームスプリッタ１３の一面にこの
順序で設けられている。したがって、上記実施形態１お
よび２では、効率制御回折格子４は光軸に対して傾斜し
て配置されていたのに対して、本実施形態では、効率制
御回折格子４は光軸に対して垂直に配置されている。こ
の点を除いては、本実施形態においても効率制御回折格
子４は、上記実施形態１および２と同様に動作する。つ
まり、ＤＶＤ記録再生時には電圧は印加されず、反射ミ
ラーとして機能する。これに対してＣＤ再生時には、効
率制御回折格子４には、反射型回折格子として機能する
よう、電圧が印加される。

【００５０】また、半導体レーザ１から出射される直線
偏光の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ１３を全透過
するように設定されている。また、１／４波長板１４の
光軸は、その直線偏光が１／４波長板１４を通過した後
に円偏光になるように設定されている。

【００５１】このような構成の光ピックアップ装置３０
０では、半導体レーザ１から出射された直線偏光は、偏
光ビームスプリッタ１３を全透過し、次いで１／４波長
板１４を透過して円偏光となって効率制御回折格子４に
導かれる。効率制御回折格子４によって回折・反射され
た円偏光は、再び１／４波長板１４を通過して直線偏光
に変えられる。この直線偏光は、半導体レーザ１を出射
した直後の直線偏光と比較して偏光方向が９０°回転し
ている。このため、１／４波長板１４を通過した光は偏
光ビームスプリッタ１３で全反射されて対物レンズ５に
入射し、対物レンズ５によって光ディスク６上に集光さ
れる。

【００５２】本実施形態では、効率制御回折格子４の格
子パターンは同心楕円形状ではなく、同心円形状とな
る。格子パターンを同心円形状にすることによって、効
率制御回折格子の格子パターンの設計が容易となる。

【００５３】また、上述したように本実施形態では、効
率制御回折格子４は光軸に対して垂直に配置されている
ので、光は回折格子４に垂直に入射する。このため、効
率制御回折格子４の光入射側の表面上に反射防止膜を設
けることによって、光利用効率をさらに向上させること
ができる。

【００５４】次に、本発明の第四の実施形態の光ピック
アップ装置を説明する。

【００５５】図６は、第四の実施形態の光ピックアップ
装置４００の構成および動作を示す図であり、（ａ）は
ＤＶＤ記録再生時を、（ｂ）はＣＤ再生時を示してい
る。

【００５６】光ピックアップ装置４００は、光源として
半導体レーザ１と、サブビームを生成するための第一効
率制御回折格子１５と、立ち上げプリズム３と、立ち上
げプリズム３の傾斜面に接着固定された第二効率制御回
折格子４と、対物レンズ５と、光検出器７と、光ディス
ク６からの反射光を光検出器７へ導くホログラム２と、
により構成される。このように、光ピックアップ装置４
００は、第一効率制御回折格子１５が加わっている点を
除けば、上記実施形態１の光ピックアップ装置１００に
類似した構成を有している。したがって、光ピックアッ
プ装置４００の構成および動作についての説明は省略す
る。

【００５７】第一効率制御回折格子１５は、半導体レー
ザ１から出射された１本のビームを分割してメインビー
ムおよびサブビームを形成するグレーティングとして機
能する。この効率制御回折格子１５は、効率制御回折格
子４と同様に、印加電圧を制御することによって回折効
率を変えることができ、それによりサブビームの光量を
調整する。

【００５８】このような構成の光ピックアップ装置４０
０において、半導体レーザ１から出射された光は、第一
効率制御回折格子１５で反射され、ホログラム２を通過
して、立ち上げプリズム３に入射する。立ち上げプリズ
ム３を通過した光は第二効率制御回折格子４に入射し、
ここで反射・回折される。第二効率制御回折格子４で回
折・反射された光は、立ち上げられ、対物レンズ５を経
て光ディスク６上に集光される。光ディスク６で反射さ
れた光は、対物レンズ５および第二効率制御回折格子４
を経て、ホログラム２に入射し、ここで回折されて光検
出器７へ導かれる。光検出器７は、受け取った光に応じ
て電気信号を発生する。

【００５９】光ピックアップ装置４００は、ＤＶＤ再生
時には位相差検出法によってラジアル誤差信号を検出
し、ＣＤ再生時には３ビーム法によってラジアル誤差信
号を検出する。したがって、第一効率制御回折格子１５
への印加電圧は、ＤＶＤ再生時には０とされ、回折光を
生じない。このため、ＤＶＤ再生時には第一効率制御素
子１５は反射ミラーとして機能し、光の損失をきわめて
少なく抑えることができる。また、第二効率制御回折格
子４への印加電圧も、上記実施形態１から３と同様に、
ＤＶＤ再生時には０とされ、第二効率制御回折格子４も
またＤＶＤ再生時には反射ミラーとして機能する。

【００６０】一方、ＣＤ再生時は、図６（ｂ）に示すよ
うに、第一効率制御回折格子１５に電圧を印加して回折
光を生じさせる。このうちの２本（例えば±１次回折
光）がラジアル信号検出用のサブビームとして用いら
れ、０次回折光が信号読みとり用のメインビームとして
用いられる。これら３本のビームは、ホログラム素子２
を通過して、立ち上げミラー３を経て第二効率制御回折
格子４に入射する。第二効率制御回折格子４には、上記
実施形態１と同様に、反射型回折格子として機能するよ
うに電圧が印加されている。このため、第二効率制御回
折格子４に入射した３本のビームはそれぞれ回折・反射
され、対物レンズ５によってＣＤ面上に集光される。第
二効率制御回折格子４の格子パターンは、上記実施形態
１でも述べたように、対物レンズ５と第二効率制御回折
格子４との組み合わせで収差が最小となるように設計さ
れている。このためＣＤの記録面上には回折限界の集光
スポットが形成される。

【００６１】ＣＤによって反射された３本のビームは、
往路とは逆の経路をたどってホログラム２に達し、ここ
で回折されて光検出器７に導かれる。光検出器７は、２
本のサブビームの光量の差からラジアル誤差信号を検出
し、メインビームから再生信号を検出する。

【００６２】以上説明したように、本実施形態の光ピッ
クアップ装置４００では、３ビーム形成用グレーティン
グの回折効率を変化させることができる。このため、Ｄ
ＶＤ再生時の光利用効率を低下させることなく、ＣＤ再
生時に３ビーム法を用いたトラッキング制御を行い、Ｄ
ＶＤ再生時には位相差検出法を用いたトラッキング制御
を行うことができる。

【００６３】次に、本発明の効率制御回折格子の作製法
を、図７を参照しながら説明する。

【００６４】まず、図７（ａ）に示すように、透明なガ
ラス基板２１に、第一電極２２として用いられる透明導
電膜を形成する。透明導電膜の材料としては、ＩＴＯが
よく知られている。続いて第一電極２２の上に、グレー
ティング層２３として用いられる金属層を形成する。上
述したように本発明の効率制御回折格子は反射型回折格
子として機能するため、この金属層の材料としてはアル
ミニウム、金等の反射率の高い材料を用いる。さらに、
金属層上に、金属層のエッチングに用いるマスクを作製
するためのレジスト２７を塗布する。

【００６５】次に、図７（ｂ）に示すように、レジスト
２７に対して露光、現像を行い、エッチングに用いるマ
スクを形成する。

【００６６】次に、図７（ｃ）に示すように、金属層を
エッチングしてマスクパターンをグレーティング層２３
に転写する。その後、リムーバでレジスト２７を除去す
る。

【００６７】グレーティング層２３の上には、図７
（ｄ）に示すように、絶縁層２４を形成する。絶縁層２
４の材料としては、ＳｉＯ₂等を用いることができる。
さらに、絶縁層２４の上にポスト層２５を成膜する。ポ
スト層２５は、この後で一部エッチングで除去しなけれ
ばならないため、絶縁層２４に対し選択エッチング可能
な材料を用いる。材料としては、Ｓｉ₃Ｎ₄等がある。絶
縁層２４、ポスト層２５の層厚は、それぞれ上記で規定
された値に設定する。例えば光源波長が６５０ｎｍであ
れば、絶縁層厚を４８８ｎｍ、ポスト層を５５７ｎｍに
すればよい。

【００６８】次に、図７（ｅ）に示すように、ポスト層
２５の中央部を除去する。これは、例えば周辺部をレジ
ストでマスクし、格子パターンの刻まれている中央部
を、熱リン酸でウェットエッチングすることによって行
われる。

【００６９】次に、図７（ｆ）に示すように、ポスト層
２５がエッチングされた部分に犠牲層２８を充填する。
犠牲層２８には、絶縁層２４およびポスト層２５に対し
て選択エッチング可能な材料を用いる。材料としては、
ＳＯＧや、レジスト、アルミニウム等がある。次いで、
犠牲層２８を充填した状態で表面を化学機械研磨して、
平滑にし、犠牲層２８の上面をポスト層２５の上面に合
わせる。

【００７０】次に、図７（ｇ）に示すように、犠牲層２
８およびポスト層２５の上に反射ミラーとしても機能す
る第二電極２６を形成する。第二電極２６には、後で行
われる犠牲層のエッチングに対して耐性のある金属材料
を用いる。材料としては、ニッケル等がある。ニッケル
第二電極の膜厚は、ポスト層厚が５００ｎｍ程度であれ
ば８μｍ程度にする。それにより、数Ｖの印加電圧で５
００ｎｍ程度変位させることができる。

【００７１】最後に、図７（ｈ）に示すように、犠牲層
２８を除去する。第二電極２６の周縁部の不要な部分に
穴を開け、第二電極２６の下の犠牲層２８をウェットエ
ッチングにより除去する。エッチャントは、犠牲層２８
の材料が、ＳＯＧならＫＯＨを、レジストなら有機溶媒
を、アルミニウムならアルカリ溶液を用いる。

【００７２】なお、以上説明した効率制御回折格子の作
製方法において、各層の形成は、スパッタ、ＣＶＤ、蒸
着、メッキ等の方法を材料に応じて使い分けて行われ
る。

【００７３】続いて、本発明の第五の実施形態の効率制
御回折格子を説明する。

【００７４】図８に、本実施形態の効率制御回折格子２
０の断面構成を示す。この効率制御回折格子２０は、透
明基板２１上に第一電極２２、グレーティング層２３、
絶縁層２４、反射防止膜２９、ポスト層２５、第二電極
２６を順に重ねて構成されており、さらに透明基板２１
の光が入射する側の面にも反射防止膜３０が設けられて
いる。効率制御回折格子２０の作成方法は、図７を参照
しながら説明した効率制御回折格子の作製方法における
各層の形成工程とほぼ同様であるが、絶縁層２４を形成
後に、ポスト層２５の形成に先立って反射防止膜２９が
形成される点、および透明基板２１の反射型回折格子が
形成される側の表面とは逆の表面上に反射防止膜３０が
形成される点が異なっている。

【００７５】反射防止膜２９および３０を設けることに
より、絶縁層２４と空気との境界面や透明基板２１と空
気との境界面で生じる反射を減らすことができる。特
に、効率制御回折格子に対して垂直に光が入射する場合
に、より光利用効率を向上させることができる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の効率制御
回折格子によれば、様々な格子パターンの回折格子を形
成できるため、グレーティングレンズのようなものも作
製可能である。また従来は、細い梁を２点で支持し駆動
していたため、耐久性に問題があったが、本発明は反射
ミラー全体を駆動し、その周囲を支持する構造であるの
で、耐久性に優れる。

【００７７】また本発明の効率制御回折格子を用いるこ
とにより、２種類の異なる厚みの光ディスクの記録再生
を行うことができる。効率制御回折格子への印加電圧を
制御することにより、ＣＤあるいはＤＶＤに対し、回折
限界まで集光させることができ、効率固定のホログラム
レンズを利用する場合に比べて、光利用効率を高くする
ことができる。

【００７８】また本発明の効率制御回折格子を用いるこ
とにより、３ビームトラッキング制御と１ビームトラッ
キング制御を併用する光ピックアップ装置の光利用効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における光ピックアップ
装置の構成を示す図である。

【図２】本発明の効率制御回折格子の構造を示す図で
あり、（ａ）は電極間に電圧を印加しない状態の断面図
であり、（ｂ）は電極間に電圧を印加した状態を示す断
面図であり、（ｃ）は回折格子パターンを正面から見た
図である。

【図３】図１の光ピックアップ装置の動作を示す図で
あり、（ａ）は効率制御回折格子に電圧を印加しない状
態を示しており、（ｂ）は効率制御回折格子に電圧を印
加した状態を示している。

【図４】本発明の他の実施形態における光ピックアッ
プ装置の構成を示す図である。

【図５】本発明のさらに他の実施形態における光ピッ
クアップ装置の構成を示す図である。

【図６】本発明のさらに他の実施形態における光ピッ
クアップ装置の構成および動作を示す図であり、（ａ）
はＤＶＤ再生時、（ｂ）はＣＤ再生時の光ピックアップ
装置の動作を示している。

【図７】本発明の効率制御回折格子の製造工程を示す
断面図である。

【図８】本発明のさらに他の実施形態における効率制
御回折格子の断面図である。

【図９】従来の効率制御回折格子の動作を説明する図
である。

【図１０】厚みの異なる２種類の光ディスクを再生す
る従来の光ピックアップ装置の主要部の構成を示す図で
ある。

【図１１】位相差検出トラッキング制御方法を説明す
る図である。

【符号の説明】

１半導体レーザ２ホログラム３立ち上げプリズム４効率制御回折格子５対物レンズ６光ディスク７光検出器８コリメータ１３偏光ビームスプリッタ１４１／４波長板１５３ビーム生成用効率制御回折格子２１透明基板２２第一電極２３グレーティング層２４絶縁層２５ポスト層２６第二電極２７レジスト２８犠牲層２９、３０反射防止膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板と、該透明基板上に形成された透明な第一電極と、該第一電極上に形成され、交互に配置された反射部と透
過部とで構成されるグレーティング層と、該グレーティング層上に形成された絶縁層と、該絶縁層上の一部に形成されたポスト層と、該ポスト層に支持されるように設けられており、反射ミ
ラーとしても機能する第二電極と、を備えており、該第一電極と該第二電極との間に印加する電圧を調整す
ることによって該グレーティング層と該第二電極との間
の距離を変化させ、それにより該透明基板を通って入射
した光の回折効率を制御する、効率制御回折格子。
【請求項２】前記光の空気中での波長をλ₀とし、前
記絶縁層の屈折率をｎとするとき、該絶縁層の厚さｄ１
および前記ポスト層の厚さｄ２は、それぞれ、λ₀／４
ｎ、λ₀／４の奇数倍で表される、請求項１に記載の効
率制御回折格子。
【請求項３】前記効率制御回折格子は、前記透明基板
の前記光が入射する側の表面上および前記絶縁層上の少
なくとも一方に形成された反射防止膜をさらに備えてい
る、請求項１または２に記載の効率制御回折格子。
【請求項４】前記グレーティング層のパターンが同心
楕円形状、もしくは同心円形状であり、それにより前記
効率制御回折格子がグレーティングレンズとして機能す
る、請求項１から３のいずれか１つに記載の効率制御回
折格子。
【請求項５】光源と、該光源からの光を光ディスクに集光させる集光光学系
と、該光ディスクによって反射された該光を受け取り、電気
信号に変換する光検出器と、を備えている光ピックアッ
プ装置であって、該集光光学系の光路上に設けられた請求項１から４のい
ずれか１つに記載の効率制御回折格子をさらに備えてい
る、光ピックアップ装置。
【請求項６】前記光ピックアップ装置は、所定の偏光
状態の光のみを透過する偏光ビームスプリッタと、該偏
光ビームスプリッタと前記効率制御回折格子との間の前
記光の光路中に配置された１／４波長板と、をさらに備
えており、該光は、該偏光ビームスプリッタを透過して、該１／４
波長板を通過して該効率制御回折格子に入射し、該効率
制御回折格子によって反射されて該１／４波長板を再び
通過して該偏光ビームスプリッタに入射し、該偏光ビー
ムスプリッタによって反射されることによって前記集光
光学系に導かれる、請求項５に記載の光ピックアップ装
置。
【請求項７】前記集光光学系と前記効率制御回折格子
との組み合わせは、焦点を２つ有する光学系を構成して
おり、該効率制御回折格子で発生する０次回折光は、異
なる厚みを有する２種類の光ディスクのうちの一方の情
報面上に集光し、１次回折光は該２種類の光ディスクの
他方の情報面上に集光する、請求項５または６に記載の
光ピックアップ装置。
【請求項８】前記効率制御回折格子の前記第一電極と
前記第二電極との間に印加される電圧は、光ディスク上
に集光すべき回折光の回折効率が最大となるように制御
され、それにより光利用効率を最大にする、請求項７に
記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】前記光ピックアップ装置は、前記光源か
らの光を複数の光に分割するための、回折効率が可変で
ある回折格子をさらに備えている、請求項５から８のい
ずれか１つに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】光源と、該光源からの光ビームを複数の光ビームに分割する素子
と、該複数の光ビームを光ディスクに集光させる集光光学系
と、該光ディスクによって反射された該複数の光ビームを受
け取り、電気信号に変換する光検出器と、を備えている
光ピックアップ装置であって、該素子は、請求項１から４のいずれか１つに記載の効率
制御回折格子である、光ピックアップ装置。