JPS6376119A - 光ピツクアツプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、３ビ一ム方式のトラッキング誤差検出をおこ
なう光ピツクアップに係り、特にその光学的な構成の簡
略化に好適な光学系の構成に関する０ 〔従来の技術〕 従来、３ビ一ム方式によるトラッキング誤差検出手段と
しては、例えば特開昭５７−２０５８３３　　号公報に
示されるように、半導体レーザ光源およびビームスプリ
ッタ間の光路中に等間隔でかつ直線状のパターンの位相
溝を持つ位相型回折格子を光軸に対して垂直に配置する
ものが知られている０この方法は簡単な光学系で３ビ一
ム方式のトラッキング誤差検出を行なう事ができる反面
、光学的情報記録媒体（以下光ディスクと記す。）に入
射する光ビームと光ディスクからの反射光ビームを分！
１７るためのビームスプリッタおよび入射光を分離して
３本の光ビームを発生させるための回折格子という特別
な光学部品を２点必要とするという問題があった。

これに対して、反射型回折格子の格子溝の部分にビーム
スプリンタ膜な設けて回折格子とビームスプリッタを一
体化した光学素子を用い、光学部品点数を削減した光ピ
ツクアップについて、本発明者らは検討をすすめている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このようなビームスプリッタと回折格子を一
体化した光学素子を用いる場合、その位相溝が設けられ
る面は光軸に対して傾斜して配置されるため、従来の光
ピツクアップで用いられている回折格子のような、等間
隔直線状の格子溝のパターン２持つ反射型回折格子では
、その反射型回折格子によって分離される±１次回折光
に著しく大きな波面収差が発生し、かつ光スポットの照
射位置に位置ずれが生じるため、光デイスク上に±１次
回折光の光スポットを正しく照射させることができない
。したがって、ビームスプリッタと回折格子を一体化し
た光ピンクアップを実用化するためには、発生する波面
収差および光スポットの照射位置ずれの影響ご実用上問
題ない程度まで低減できるような格子溝のパターンをも
つ反射型回折格子が新たに必要となる。

本発明の目的は上記したような波面収差および光スポッ
トの位置ずれ改善した反射型回折格子および光ピツクア
ップを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、反射型回折格子の格子溝パターン２後述す
るような不等間隔曲線状にし、かつこの反射型回折格子
に入射する光ビームのうち、少なくともその光軸上を進
行する光ビームが入射する部分の格子溝の並びの方向念
入射光軸と反射型回折格子が設けらちでいる面に立てた
法線を共に含む面に略平行にし、この反射型回折格子に
よって分離される０次および±１次回折光の伝播の方向
ご前述の光軸および法Ｗｅ共に含む面に対して略平行に
する事によって達成される。

〔作用〕

反射型回折格子ご光軸に対して傾斜して配置した場合、
その格子溝パターンご後述するような不等間隔曲線状の
パターンにすることによって、±１次回折光に発生する
波面収差を大幅に低減することができる。また、±１次
回折光の伝播の方向号前述のように、反射型回折格子へ
の入射光軸と反射型回折格子の格子溝が設けられている
面に立てた法線を共に含む面に対して略平行にすること
によって、光ディスクの接線方向に略々平行に並んで照
射される±１次回折光の光スポットの照射位置ずれの方
向を、各党スポット照射位置の並びの方向Ｔなわち光デ
イスク接線方向に略一致させることができ、それによっ
て光ディスクの半径方向への光スポットの位置ずれを大
幅に低減させる事ができる。したがって６ビ一ム方式に
よるトラッキング誤差検出を行なう際に±１次回折光の
光スポットの光デイスク半径方向への位置ずれによりて
生じるトラッキングオフセットを大幅に低減することが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する０ 第１図は、本発明の光ピツクアップの一例ごしめした正
面図である。半導体レーザ光源１分発した発散光ビーム
２は、反射型回折格子６に入射する。この反射型回折格
子３は、入射光ビーム２の光軸（２軸）に対して傾斜す
るように配置されている。なお、第１図ではこの傾斜角
度は約４５°である。また、この反射型回折格子３は、
その内部に凹凸型の格子溝３ｂを設け、さらにその上部
にビームスプリッタ膜己Ｃを形成している。

反射型回折格子３に入射した発散光ビーム２は凹凸型の
ビームスプリッタ膜３Ｃで反射される際、０次光ビーム
４＆％＋１次回折光ビーム４ｂ、、−１次回折光ビーム
４Ｃに分離される。分離された各光ビーム４ａ、　４ｂ
、　４ｃは、第１図の光軸（ｙ軸）および反射型回折格
子３の格子溝が設けられている面に平行に設けられたｙ
軸を共に含む、７−Ｚ平面に略平行な方向に伝播し、対
物レンズ５を経て元ディスク６の記録トラック６＆上に
各々別個に集束され、第２図にしめすように、記録トラ
ック６ａに沿った方向すなわち光ディスク６の接線方向
に略々平行な一直線上に光スポラ）　７ａ、　７ｂ、　
７ｃＥ形成する。さらに光スポット７ａ、　７ｂ、　７
ｃの光ディスク６からの反射光は対物レンズ５２逆行し
今度は反射型回折格子３を透過後、凹レンズ８を経て光
検出器９に入射する。光検出器９は例えば第１図中にし
めすように６領域９ａ、　９ｂ、　９ｃ、　９ｄ、　９
ｅ、　９ｆに分割される。

０次光ビームの光スポラ）７ａの光ディスク６からの反
射光１０＆は、領域９ａ、　９ｂ、　９ｃ、　９ｄに入
射し、領域９＆と９ｄの出力信号の和と領域９ｂと９０
の出力信号の和との差信号から非点収差方式によって、
光スポラ）７８の焦点位Ｗｔ誤差信号が検出される。

また残りの２領域９ｅ、　９ｆには各々±１次回折光４
ａ。

４ｂの光スポラ）７ｂ、７ｃの光ディスク６からの反射
光１０ｂ、　１０ｃが別個に入射し、面領域の差信号か
ら光スポラ）７ａのトラッキング誤差信号が検出される
。このようなトラッキング誤差検出手段は一般に３ビ一
ム方式と呼ばれている。なお光ディスク６に記録されて
いる情報信号は、例えば光検出器９の各領域９ａ、　９
ｂ、　９ｃ、　９ｄの出力信号の和から検出される。

ところで、第１図の実施例にしめすように、反射型回折
格子３３光軸に対して傾斜して配置する場合、前述した
ように、従来の等間隔直線状の格子溝パターンを持った
回折格子では、±１次回折光に１／２波長波長波１波長
程　ｒｍｓ値）もの大きな波長収差が発生し、光スポラ
）７ｂ、７ｃを回折限界程度まで絞り込む事ができなく
なってしまう。

このような波面収差を低減する対策として、本発明では
、以下にしめすような不等間隔曲線状の格子溝パターン
を持つ反射型回折格子を考案した。

以下、本発明の格子溝パターンの一実施例について述べ
る。この格子溝パターンは、反射型回折格子３によって
分離される±１次回折光４ｂ、　ｄａ　ｆ各々仮想的に
設定した光源を発する発数光束と見なし、＋１次回折光
４ｂ、−１次回折光４Ｃのいずれか一方の回折光の仮想
光源からの光ビームと、レーザ光源１を発し、反射型回
折格子３に入射する実際の入射光ビーム２を反射型回折
光子５上でコヒーレントに重ね合わせた場合に発生する
干渉縞の明縞または暗線どちらか一方の縞が表われる位
置に格子溝の凹部または凸部の略中央部が位置するよう
に格子溝を設ける事によって得られる。

第３図は、本実施例の格子溝／＜ターンの作成原理を説
明するための正面図および平面図である。

本実施例の格子溝パターンは、第３図にしめすように、
反射型回折格子３の格子溝が設けられる面上の点Ｐとレ
ーザ光源１までの光学的距離Ｒ，，−１次回折光４０？
発する仮想的な光源１Ｃと点２間の光学的距離をＲｏと
すると、 Ｒｏ　　Ｒγ＝ｍ、λ　□（１） ただし、λはレーザ光の波長、１は任意の整数。

（１）式の関係を満たす点Ｐの位置に格子溝の凹部また
は凸部のどちらか一方を設ける。第４図に、上記の関係
式？満たす位置に格子溝を設けた格子溝パターンの一例
をしめす。第４図で黒線１１は、格子溝の凸部または凹
部の略中央部が通る軌跡をしめす。第４図で明らかなよ
うに、（り式で得られる格子溝パターンは不等間隔曲線
状になっている。

（以下このような不等間隔曲線状の格子号簡単のため、
曲線格子と記す。） なお、実際の反射型回折格子３は、第５図（ａ）のよう
に、（１）式の関係２満たす座標（ｚ、ｙ）の位置Ｐに
略矩型状の格子溝断面の凹部の略中央部３ｂ−１が位置
するかもしくは、第５図（ｂ）のように、格子溝断面の
凸部の略中央部３ｂ−２が位置するように、得られる干
渉縞に沿って、格子溝３ｂを設ける。また第５図（Ｃ）
　（ｄ）にしめすように、格子溝の断面形状を略正弦波
状の形状にしてもよいし、第５図（、）にしめすように
、略三角波状にしてもよい。

また、前述の（１）式で述べた作成原理と同様＋１次回
折光４ｂの仮想光源１ｂからの光ビームとレーザ光源１
からの光ビーム２を重ね合わせて得られる干渉縞に沿っ
て格子溝を設けても、前述の曲ｉ格子と同様の性能なも
つ曲線格子が得られる。

さらに、以上の実施例では、仮想光源１ｂ、１ｃの位置
２反射型回折格子３上での±１次回折光４ｂ。

４ｃの位相分布と全く同一の位相分布企もつような発散
光２発する光源の位置に正確に合わせているが、これに
限定されるものではなく、この光源の位置の近傍内の適
当に離れた位置に仮想光源１ｂ。

１Ｃを想定して、格子溝パターンご作成してもよい。

以上の様にして得られる曲線格子ご第１［４の反射型回
折格子３として用いる事によって、従来の等間隔直線状
の格子溝Ｂもつ回折格子を用いた場合に比べて、±１次
回折光４ｂ、４ｃに発生する波面収差を大幅に低減する
ことができる。第６図は、第４図にしめしたような格子
溝パターンをもつ曲線格子を第１図の反射型回折格子６
として用いた場合に、レーザ光源１の位置ずれ量（第１
図のＸ方向）と、±１次回折光４ｂ、４ｃの各々に発生
する波面収差（ｒｍ８値）の関係をしめした図である０
第６図から明らかなように、前述したような曲線格子を
用いる事によって・レーザ光源が理想位置から、±０．
５ｍ程度ずれても±１次回折光４ｂ、４ｃの波面収差を
１　、／’２０波長程度（ｒｍｓ値）以下にすることが
でき、光デイスク６上の光スボツ）　７ｂ、　７ｃを実
用上問題ない程度まで絞り込むことが可能となる。

一方このような曲線格子を反射型回折格子３として用い
た場合、光デイスク上に照射される±１次回折光４ｂ、
４ｃの光スボッ）７ｂもしくは７Ｃに照射位置に位置ず
れが生じる。第７図は、第６図同様第４図にしめしたよ
うな格子溝パターンをもつ曲線格子を用いた場合に、レ
ーザ光源１の位置ずれ量と±１次回折光４ｂ、４ｃの光
スボツ）７ｂ、７ｃの理想位置からの位置ずれ量の関係
をしめしたものである。なお第７図の横軸は、レーザ光
源１のＸ軸方向に関する光源の位置ずれ量をしめし、縦
軸は第１図の反射型回折格子３上に設けたｙ軸を対物レ
ンズ５によって光学的に光デイスク６上に投影した時に
得られるｉ軸方向に関する光スボッ）７ａ、７ｂの位置
ずれ量をしめす。

第７図にしめすように、レーザ光源１に位置ずれがある
場合、光スボッ）７ａ、７ｂは、互いに反対の向きに、
はぼ同じ距離だけ照射位置が移動する。

しかし、その一方し−ザ元源１が位置ずれしていない場
合でも光スボッ）７ｂに０．６μｍ程度の位置ずれが生
じてしまう。

なお、このような光スボッ）７ｂの位置ずれは、第３図
および（１）式でしめした実施例のように一１次回折光
４Ｃの仮想光源１Ｃから発する光ビームとレーザ光源１
から発する光ビームを重ね合わせた際にあられれる干渉
縞に沿って格子溝を設けた曲線格子を用いた場合に発生
するもので、曲線格子が＋１次回折光４ｂの仮想光源か
らの光ビームとレーザ光源１からの光ビームとの干渉縞
に沿って格子溝を設けた格子である場合は、逆に光スポ
ット７Ｃに位置ずれが生じる。

このように、±１次回折光の光スボッ）　７ｂ、　７ｃ
のうち、一方の光スポットにのみ位置ずれが発生したり
、両党スポットの位置ずれの絶対量が異なる場合、（以
下このような位置ずれご非対称な位置すれと記す。）そ
の位置ずれの方向が光ディスク６の記録トラック６＆の
方向に垂直すなわち光ディスク６の半径方向になってい
ると、第８図のように、光スボッ）　７ａ、　７ｂ、　
７ｃが記録トラック６ａに略々平行な一直線上に並ばず
、光デイスク半径方向に関して相対的な位置ずれが生じ
る。このため６ビ一ム方式によるトラッキング誤差信号
に著しいオフセットが生じてしまう。このような光スポ
ットの非対称な位置ずれが発生する方向は、格子溝パタ
ーンに関係なく、反射型回折格子３に入射する光ビーム
２の光軸（Ｚ軸）と反射型回折格子の格子溝が設けられ
ている面に立てた法線を共に含む面と格子溝が設けられ
ている面との交線すなわち第１図のｙ軸を対物レンズ５
によって光学的に光デイスク６上に投影したｉ軸の方向
にのみ限られる。

そこで、前述したような光スボッ）７ｂもしくは７Ｃの
光ディスク６の半径方向への位置ずれおよびその位置ず
れに併うトラッキングオフセットを低減するために反射
型回折格子３によって分離される０次および±１次回折
光４ａ、　４ｂ、　４ｃの伝播する方向が先程述べたよ
うな、入射光ビーム２の光軸と反射型回折格子３に立て
た法線を共に含む平面すなわち第１図の？−Ｚ平面に略
平行になるように格子溝パターンの方向を定める。

なお、０次および±１次回折光４ａ、　４ｂ、　４ｃの
伝播の方向を７−Ｚ平面に略平行な方向にするためには
、第４図の例でしめすように反射型回折格子３に入射す
る光ビーム２のうち少なくともその光軸付近の光ビーム
が入射する部分の格子溝３ｂの並びの方向を第１図のｙ
−Ｚ平面に平行な方向すなわちｙ軸方向に略一致するよ
うに、格子溝パターンの向きを定めればよい。

すなわち、（１）式に従って、格子溝パターンを作成す
る際、仮想光源の位置を第３図の実施例のように１．−
２平面内に想定して（１）式を計算すればよい。

以上の説明は、光スポットの非対称な位置ずれが生じる
ｉ一方向に限ったが、もちろん光スポットの位置ずれは
、ｉ軸以外の方向にも生じるＯしかし、ｉ軸方向以外の
方向は、いずれも例えば第１０図にしめすように、レー
ザ光源１に位置ずれがない場合は、光スボッ）　７ｂ、
　７ｃの位置ずれもほとんど無く、またレーザ光源１に
位置ずれがある場合は、光スボッ）７ｂ、７ｃは互いに
逆向きにほぼ同一の距離だけ移動する。したがって、も
しレーザ光源１に位置ずれがある場合でも、第１１図に
しめすように、光スポット７ａ、　７ｂ、　７ｃの照射
位置の直線性は常に保たれている。このため、光ビック
アンプ全体を光軸のまわりに回転させる等の手法によっ
て容易に光スポットの位置ずれを補正することができる
。

このようにすると、対物レンズ５によって光デイスク６
上に照射される光スボッ）　７ａ　７ｂ、　７ｃはほぼ
第１図のｉ軸に平行な一直線上に並ぶ。また３ビ一ム方
式でトラッキング誤差信号を検出する場合、光スボッ）
　７＆、　７ｂ、　７ｃの照射位置は光ディスク６の記
録トラック６ａに対して略々平行な直線上になるように
１配置するので、結局上記のように光スボッ）　７ａ、
　７ｂ、　７ｏをほぼｉ軸に略平行な一直線上に並べる
ことによって、第９図のように光スボツ）７ｂ、７ａの
非対称な位置ずれが生じるｉ軸の方向ご光ディスク乙の
記録トラック方向すなわち光ディスク乙の接線方向に略
々一致させることができる。したがって光スボッ）　７
ｂ、　７ｃの半径方向の照射位置ずれを大幅に低減でき
りそれに併りてトラッキングオフセットも大幅に低減す
ることができる０ なお前述の光スボッ）７−ｏもしくは７０の非対称な位
置ずれは、当然光ディスク６からの反射光１０ｂ。

１０ｃにも影響し、反射光ｉｏｂもしくは１０ｃが、光
検出器９の領域９θ、９ｆに対して相対的にずれて照射
される。しかしそのような位置ずれ量も見込んで、例え
ば第１２図にしめすように、光スポット１０ｂもしくは
１０ｃが位置ずれをおこしても、それぞれ常に領域９θ
、９ｆの各々にのみ入射するように９ｅ。

９ｆの受光面を広くとっておけばｒＪＪ題は生じない。

次に、第１３図は、本発明の曲線格子の他の一実施例？
しめすもので、その作成原理ご説明するための正面図お
よび平面図である。本実施例は、第６図にしめしたよう
な反射型回折格子によって分離される±１次回折光４ｂ
、４ｃの波面収差が互いに異なる点を改養するために、
＋１次回折光４ｂの仮想光源１ｂからの光ビームとレー
ザ光源１からの光ビームとの干渉縞および一１次回折光
４Ｃの仮想光源１ｃからの光ビームとレーザ光源１から
の光ビームとの干渉縞のそれぞれの干渉縞があられれる
位置の平均の位置に格子溝の凹部もしくは、凸部を設け
たものである。すなわち、反射型回折格子乙の格子が設
けられる面上の点Ｐとレーザ光源１までの光学的距離を
Ｒγ、＋１次回折光４ｂの仮想光源１ｂと点２間の光学
的距離ＥＲＧ、−１次回折光４Ｃの仮想光源１Ｃと点２
間の光学的距離’２Ｒｏとすると＝　（Ｒ，−ゴ。’）
　／２　＝ｍ、λ　□（２）ただし、λはレーザ光の波
長、ｍは任意の整数、（２）式の関係をみたす点Ｐの位
置に格子溝の凹部または凸部を設ける。

第１４図に（２）式ご計算して得られた曲線格子ご第１
図の反射型回折格子３として用いた場合のレーザ光源の
位置ずれ量（Ｘ軸方向）と±１次回折光４ｂ、４ｃに発
生する波面収差量（ｒｍｓ値）の関係の一例Ｂしめす。

第１４図から明らがなように（２）式の関係式から作成
した曲線格子を用いた場合は（１）式の関係式から作成
した曲線格子を用いた場合と異なり、発生する波面収差
＋１次回折光４ｂ、　−１次回折光４Ｃとも同一の値と
なり、その絶対量も若干低くなる。

第１５図は、（２）式の関係式から作成した曲線格子を
用いた場合の光スポットの位置ずれのようすをしめした
図で、図の縦軸、横軸は第７図と同一である。第１５図
から明らかなように、（２）式から作成した曲線格子を
用いるとレーザ光源１に位置ずれかない場合でも、＋１
次回折光４ｂの光スポツト７飄−１次回折光４Ｃの光ス
ボノ）７ｃが同一の向きに同一の距離（約０．２μｍ程
度）だけ位置ずれが生じる。

このような場合も、その位置ずれの方向を光ディスク乙
の半径方向に合わせた場合は、第１の実施例の場合同様
トラッキングオフセットが増大する。

したがって、第１の実施例と全く同様に０次および±１
次回折光４ａ、　４ｂ、　４ｃの伝播の方向を第１図の
ｙ−Ｚ平面に略平行にすることによって、第１６図のよ
うに、光スボッ）７ｂ、７ｃの位置ずれの方向を光ディ
スク乙の接線方向に略一致させる事ができトラッキング
オフセットを大幅に低減できる。

なお飄以上述べた実施例では、反射型回折格子３の光軸
に対する傾斜角度が４５°の場合のみ記したがもちろん
この傾斜角度は０°〜９０°の任意の角度でよくその都
度（１）式もしくは（２）式の関係を計算して格子溝パ
ターンを作成すればよい。

最後に本発明の反射型回折格子の具体的な構成について
、その−例を第１７図３用いて説明する。

本発明の反射型回折格子６は、光学ガラスもしくは光学
用プラスチックの平行平板からなる基板３ａの片面に、
本発明でしめした格子溝パターンに従って凹凸の格子溝
５ｂｆ刻み、その上に例えば誘電体膜または金属膜など
で構成されたハーフミラ−ａ３ｃを形成してさらにその
上に、基板３＆に近い屈折率を有する光学用プラスチッ
ク層、例えば紫外線硬化が可能なアクリル糸面脂層３ｄ
を基板３ａに刻まれた格子溝をうめ込むような状態で形
成する事によって作成される。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、光軸に対して傾斜
して配置された反射型回折格子によって分離された±１
次回折光が光デイスク上に形成する各光スポットの波面
収差および光デイスク半径方向への位置すれとそれに併
う６ピ一ム方式のトラッキングオフセットを大幅に低減
することができるので、ビームスプリッタと回折格子を
一体化し、光学部品点数の削減をはかる光ピツクアップ
の実用化に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例をしめず正面図、第２図は
、元スポットの照射位置をしめす平面図・第３図、第４
図、第５図は、本発明の第１の実施例の格子溝パターン
の作成原理をしめ丁模式図１および斜視図、第６図、第
７図、第８図、第９図。 第１０図、第１１図、第１２図は１第１図の実施例の格
子溝パターンの特性なしめ丁模式図および平面図、第１
３図は、本発明の第２の実施例の格子溝パターンの作成
原理をしめず模式図、第１４図、第１５図。 第１６図は、第２の実施例の格子溝パターンの特性をし
めず模式図および平面図、第１７図は、本実施例の反射
型回折格子の構成例をしめず断面図。 １・・・レーザ光源、　　　　３・・・反射型回折格子
、５・・・対物レンズ、　　　　６・・・光ディスク、
９・・・光検出器。 ど＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源と該レーザ光源より発した発散光ビーム
   を集束して、光学式情報記録媒体に照射する対物レンズ
   を設け、かつ前記レーザ光源と前記対物レンズ間の光路
   中に凹凸の格子溝を設けた反射型回折格子を光軸に対し
   て傾斜して配置し、該反射型回折格子によって前記レー
   ザ光源より発した発散光ビームを反射させ、かつ該発散
   光ビームを０次および±１次回折光ビームに分離して、
   該各々の回折光ビームを前記対物レンズに導くように構
   成された光ピックアップにおいて、前記反射型回折格子
   は、前記光源および前記光源から所定の距離だけ離れた
   位置に設けた第２の光源の各々から発した互いにコヒー
   レントな光ビームを前記反射型回折格子上で重ね合わせ
   た場合に発生する干渉縞の明縞または暗縞のどちらか一
   方の縞の位置に格子溝の凹部もしくは凸部断面の略中央
   部が位置するように格子溝の凹部および凸部を設ける事
   によって形成される不等間隔曲線状の格子溝を有する反
   射型回折格子であることを特徴とする光ピックアップ。 ２、前記反射型回折格子は、該反射型回折格子に入射す
   る光ビームのうち少なくともその光軸上を進行する光ビ
   ームが入射する部分の格子溝の並びの方向が前記入射ビ
   ームの光軸および前記反射型回折格子の格子溝が刻まれ
   る面に立てた法線を共に含む平面に対して略平行である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光ピッ
   クアップ。