JP2006331522A - 回折素子および光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回折光と、回折されない光ビームとを用いてトラッキングのオフセットをキャンセルできるとともに非点収差の発生を防止できる回折素子、およびこの回折素子を用いた光ディスク装置を提供すること。
【解決手段】 回折素子８は、表面に溝部８１および突条部８２が交互に複数配列された格子領域８６に対し、その溝部８１の長さ方向の両側に表面が平坦となる平坦領域８６とを有し、この平坦領域８６が溝部８１の深さ方向における中心位置と同一高さに形成される。故に、光ビームの光束の断面積よりも小さい領域内に溝部８１が来るように回折素子８を配設することにより３ビーム生成素子として用いた場合であっても、平坦領域８７、８８は、溝部８１の深さ方向における中心位置と同一高さに形成されているため、回折素子８の非点収差の発生を防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、溝部および突条部が交互に配列された回折素子、およびこの回折素子を備えた光ディスク装置に関するものである。

光記録ディスクに対する信号検出のための構成としては様々な構成が提案されているが、いずれの構成を採用した場合でも、光ディスク装置は、基本的には、レーザ光源と、光検出器と、レーザ光源から出射されたレーザ光を光記録ディスクに導く往路および光記録ディスクで反射した戻り光を光検出器に導く復路を構成する光学系とを有している。また、光ディスク装置では、様々な回折素子が用いられている。

例えば、ＤＰＰ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）などによりトラキングエラー信号を得るには、回折素子によって、レーザ光源から出射された光から０次光からなるメインビーム、および回折光からなるサブビームを生成しており、このような回折素子として、光ビームの光束の断面積よりも小さい領域内に溝部を形成した回折素子を用い、回折光と、回折されない光ビームとを用いてトラッキングのオフセットをキャンセルする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１６２３８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の回折素子の場合、メインビームの位相が、溝部を備えた領域と、溝部を形成していない平坦部との間で大きな差異が生じるため、非点収差の発生を防止できないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、回折光と、回折されない光ビームとを用いてトラッキングのオフセットをキャンセルできるとともに、非点収差の発生を防止できる回折素子、およびこの回折素子を用いた光ディスク装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、表面に溝部および突条部が交互に配列された回折素子であって、前記表面には、前記溝部および前記突条部が交互に複数配列された格子領域と前記表面が平坦に形成された平坦領域とを有し、前記回折素子への入射光の波長をλとすると、前記平坦領域は、前記溝部の深さ方向における中心位置に対しｎλ（ただし、ｎは整数）の高さに形成されるとともに前記格子領域に対し、前記溝部の長さ方向の両側に形成されていることを特徴とする。

本発明を適用した回折素子は、光ディスク装置に用いることができる。このような光ディスク装置は、レーザ光源と、光検出器と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を光記録ディスクに導く往路および前記光記録ディスクで反射した戻り光を光検出器に導く復路を構成する光学系とを有し、前記光学系は、前記回折素子を前記レーザ光源と前記光記録ディスクとの前記往路または前記復路との間に備え、前記レーザ光源から出射された光ビームの断面積が前記格子領域より大きくなっている。

本発明において、前記溝部の深さ方向における中心位置は、当該溝部の長さ方向で同一の高さ位置にあることが好ましい。このように構成すると、回折素子に起因する非点収差の発生を防止できる。

本発明において、前記溝部の深さ方向における中心位置は、溝部同士の間で同一の高さ位置にあることが好ましい。このように構成すると、回折素子に起因する非点収差の発生を防止できる。

本発明では、前記格子領域と該格子領域の両側に形成された前記平坦領域との境界としての２つの段差部が、平行に形成されていることが好ましい。このように構成すると、溝部の長さ方向に直交する方向の格子領域を、光ビームの光束の断面積の外側まで突出するように回折素子を配設することにより、回折素子を光ディスク装置に取り付ける際に、溝部の長さ方向に直交する方向への調整をラフに行え、取り付け作業の作業性を向上させることができる。

本発明の回折素子は、表面に溝部および突条部が交互に複数配列された格子領域に対し、その溝部の長さ方向の両側に表面が平坦となる平坦領域とを有し、回折素子への入射光の波長をλとすると、平坦領域は、溝部の深さ方向における中心位置に対しｎλ（ただし、ｎは整数）の高さに形成されているので、例えば本発明を適用した回折素子を光ディスク装置の光学系に用い、光ビームの光束の断面積よりも小さい領域内に格子領域が来るように回折素子を配設することにより３ビーム生成素子として用いた場合、回折光と、回折されない光ビームとを用いてトラッキングのオフセットをキャンセルできるとともに、回折素子の非点収差の発生を防止することができる。

（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ディスク装置の要部の構成を模式的に示す説明図である。

図１において、本形態の光ディスク装置１は、例えば波長６５０ｎｍのレーザ光束を発する半導体レーザ２と、光検出器３とを有している。また、光ディスク装置１は、半導体レーザ２から光記録ディスク１０に向けて、ビームスプリッタ４１、コリメートレンズ４２、立ち上げミラー４３、および対物レンズ４４を備えた光学系４０を有しており、これらの光学素子によって、半導体レーザ２から出射されたレーザ光を光記録ディスク１０に導く往路が構成されている。また、光学系４０は、ビームスプリッタ４１と光検出器３との間にセンサレンズ４５を備えており、対物レンズ４４、立ち上げミラー４３、コリメートレンズ４２、ビームスプリッタ４１、およびセンサレンズ４５によって、光記録ディスク１０で反射した戻り光を光検出器３に導く復路が構成されている。なお、光検出器３からみてビームスプリッタ４１の背後には、半導体レーザ２から光記録ディスク１０に向かうレーザ光のうち、ビームスプリッタ４１で反射された光を検出するフロントモニタ５（モニター用光検出器）が配置されている。

光検出器３は、光記録ディスク１０で反射した戻り光を検出して情報を記録する際、あるいは情報の再生を行う際、フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号を生成するのに用いられ、これらのフォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号は、対物レンズ駆動装置７にフィードバックされるようになっている。

光記録ディスク１０は、例えば、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などであり、ＤＶＤ−ＲＡＭでは、図示を省略するが、ウォブル（うねり）が付されたランドとグルーブが同心円状に交互に形成され、ランドおよびグルーブのいずれもが、ピットが形成されるトラックとして用いられる。ここで、ウォブルから得られる信号は、クロックの引き込みに用いられる。

本形態の光ディスク装置１において、半導体レーザ２とビームスプリッタ４１との間には、半導体レーザ２から出射されたレーザ光から、−１次回折光からなるサブビーム、０次光からなるメインビーム、および＋１次回折光からなるサブビームを生成するためのグレーティングあるいはホログラム素子からなる回折素子８を備えている。このため、対物レンズ４４によって０次光からなるメインビームを光記録ディスク１０のトラック上に集光させ、その戻り光を光検出器３で検出することにより情報の再生を行うことができる。また、対物レンズ４４によって０次光からなるメインビームを光記録ディスク１０のトラック上に集光させて情報の記録を行うことができる。さらに、対物レンズ４４によって−１次回折光からなるサブビーム、および＋１次回折光からなるサブビームを、光記録ディスク１０のトラックの接線方向でメインビームのスポットを挟む位置に集光させ、その戻り光を光検出器３で検出することにより、ＤＰＰ法などによりトラッキングエラー信号を得ることができる。

（回折素子８の構成）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１で用いた回折素子の平面図、溝部の長さ方向に沿って回折素子を切断したときの断面図、および斜視図である。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本形態の光ディスク装置１に用いる回折素子８において、中央には、溝部および突条部が交互に複数配列された格子領域８６が形成され、この格子領域８６の両側には、表面が平坦に形成された平坦領域８７、８８が形成されている。

本実施の形態では、溝部８１はいずれも、溝部８１を挟む両側の突条部８２の上面８２０から溝部８１の底部８１０に到る深さ寸法ｄが、溝部８１の長さ方向（矢印Ｌで示す）で同一深さに形成されている。また、溝部８１の深さは、溝部８１同士の間で同一深さに形成されている。故に、溝部８１の深さ方向における中心位置（図２（ｂ）に一点鎖線Ｃで示す）は、溝部８１の長さ方向で同一の高さ位置にあり、溝部８１同士の間で同一の高さ位置にある。本実施の形態では、平坦領域８７、８８が、溝部８１の深さ方向における中心位置と同一高さに形成されている。

ここで、回折素子８では、いずれの領域でも、溝部８１の幅寸法と突条部８２の幅寸法が等しく、格子のデューティ比は全て５０：５０である。また、本実施の形態では、格子領域８６と格子領域の両側に形成された平坦領域８７、８８との境界としての２つの段差部が図２（a）に示すように平行に形成されている。

このように構成した回折素子８において、格子領域８６は、長さ方向と直交する方向にストライプ状に形成され、半導体レーザ２から出射されたレーザ光は、格子領域８６と、平坦領域８７、８８に跨るように回折素子８に入射する。ここで、半導体レーザ２から出射されたレーザ光のファーフィールドパターンは楕円であり、その長軸方向が溝部８１の長さ方向と直交する方向に対応し、短軸方向が溝部８１の長さ方向に対応する。また、半導体レーザ２から出射されたレーザ光は、図２（ａ）に円ＬＬで示す領域が光記録ディスク１０への集光に利用される。

（本形態の主な効果）
図３は、本発明の実施の形態１で用いた回折素子を透過前後における０次光の光強度分布の変化を示す説明図であり、回折素子８の平面図を図３（ａ）に示すとともに、この回折素子８への入射光の光強度分布を、図３（ａ）に示す回折素子８の方向に対応させて図３（ｂ）、（ｃ）に示すとともに、回折素子８からの出射光の光強度分布を、図３（ａ）に示す回折素子８の方向に対応させて図３（ｄ）、（ｅ）に示す。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した光ディスク装置において光記録ディスク上にスポットを形成した様子を示す説明図、および従来の光ディスク装置において光記録ディスク上にスポットを形成した様子を示す説明図である。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すように、本形態の光ディスク装置１において、レーザ光束を回折素子８の溝部８１と直交する方向に回折素子を切断したときの光量分布は、回折素子８の透過前後で大きな変化がないのに対して、図３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示すようにレーザ光束を回折素子８の溝部８１と平行な方向に回折素子を切断したときの光量分布は、回折素子８の透過前後で大きな変化がある。すなわち、回折素子８においては、溝部８１の長さ方向における格子領域８６は、±１次回折効率が高いのに対して、平坦領域８７、８８では、±１次回折効率が０であるため、格子領域８６から出射される０次光は光強度が大きく低下するのに対して、平坦領域８７、８８からから出射される０次光は光強度の低下が一切発生しない。従って、０次光のピーク形状は、格子領域で光量が大きく低下した分、図３（ｃ）に矢印Ｂで示すように、裾野部分が底上げされた形状になる。従って、対物レンズ４４に入射する０次光については、ＮＡを大きくしたのと同様な効果を得ることができる。

それ故、光記録ディスク１０にメインビームを集光させると、図４（ａ）に本発明を適用した場合を示し、図４（ｂ）に従来例を示すように、本形態によれば、光記録ディスク１０に集光させたメインスポットについてはそのスポット径を小さくできる。それ故、半導体レーザ２から出射されるレーザ光については、パワーが低くても光記録ディスク１０への記録を行うことができるので、パワーの節約や低コスト化を図ることができ、かつ、発熱対策が容易となる。

また、本形態では、回折素子８における格子のデューティ比については全て５０：５０でよいので、高次の回折光の発生を抑えることができる。このため、光記録ディスク１０にサブビームを集光させると、本形態では、従来例と比較して、＋１次のサブスポットおよび−１次のサブスポットのいずれについてもスポット径が拡大される。従って、トラックとサブビームとの位置精度の公差が広くなるので、光ディスク装置１を製造する際、作業効率の向上を図ることができる。しかも、トラックピッチが相違する光記録ディスク１０であっても、トラッキングエラー信号を適正に得ることができる。

さらに、本形態のように光ビームの光束の断面積よりも小さい領域内に格子領域８６および平坦領域８７、８８が来るように回折素子８を配設させることにより３ビーム生成素子として用いた場合であっても、平坦領域８７、８８は、溝部８１の深さ方向における中心位置と同一高さに形成されているため、回折素子の非点収差の発生を確実に防止することができるとともに回折素子８の薄型化が図れる。

［その他の実施の形態］
図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、その他の実施の形態１の回折素子の平面図、溝部の長さ方向に沿って回折素子を切断したときの断面図である。また、図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、その他の実施の形態２の回折素子の平面図、溝部の長さ方向に沿って回折素子を切断したときの断面図である。なお、以下に説明する他の実施の形態１、２は、基本的な構成が実施の形態１と共通しているので、共通する部分には同一の符号を付して説明する。

図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、その他の実施の形態１、２の光ディスク装置１においても、上記形態と同様、回折素子８の中央には、溝部および突条部が交互に複数配列された格子領域８６が形成され、この格子領域８６の両側には、表面が平坦に形成された平坦領域８７、８８が形成されている。

その他の実施の形態１、２の溝部８１は、共に、この溝部８１を挟む両側の突条部８２の上面８２０から溝部８１の底部８１０に到る深さ寸法ｄが、溝部８１の長さ方向（矢印Ｌで示す）で同一深さに形成されている。また、溝部８１の深さは、溝部８１同士の間で同一深さに形成されている。故に、溝部８１の深さ方向における中心位置（図５（ｂ）に一点鎖線Ｃで示す）は、溝部８１の長さ方向で同一の高さ位置にあり、溝部８１同士の間で同一の高さ位置にある。なお、その他の実施の形態１、２の平坦領域８７、８８も上記形態と同様、溝部８１の深さ方向における中心位置と同一高さに形成されている。

さらに、格子領域８６は、いずれの領域でも、溝部８１の幅寸法と突条部８２の幅寸法が等しく、格子のデューティ比は全て５０：５０である。但し、その他の実施の形態１の回折素子８では、格子領域８６と平坦領域８７、８８との境界としての２つの段差部が、図５（a）に示すように楕円形状に形成されており、その他の実施の形態２の回折素子８では、格子領域８６と平坦領域８７、８８との境界としての２つの段差部が、図５（a）に示すように円形状に形成されている。

さらにまた、上記形態およびその他の実施の形態１、２では、平坦領域８７、８８は、溝部８１の深さ方向における中心位置と同一高さに形成されている。すなわち、平坦領域８７、８８は、溝部８１の深さ方向における中心位置に対する高さ（ｎλ）のｎ＝０に相当する高さに形成されているが、平坦領域８７、８８は、溝部８１の深さ方向における中心位置と異なる高さに形成してもよい。すなわち、平坦領域８７、８８は、溝部８１の深さ方向における中心位置に対し入射光の波長（λ）の０を除く整数倍分低く形成してもよいし、反対に高く形成してもよい。

本発明の実施の形態１に係る光ディスク装置の要部の構成を模式的に示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１で用いた回折素子の平面図、溝部の長さ方向に沿って回折素子を切断したときの断面図、および斜視図である。 本発明の実施の形態１で用いた回折素子を透過前後における０次光の光強度分布の変化を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した光ディスク装置において光記録ディスク上にスポットを形成した様子を示す説明図、および従来の光ディスク装置において光記録ディスク上にスポットを形成した様子を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、その他の実施の形態１の回折素子の平面図、溝部の長さ方向に沿って回折素子を切断したときの断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、その他の実施の形態２の回折素子の平面図、溝部の長さ方向に沿って回折素子を切断したときの断面図である。

符号の説明

１ 光ディスク装置
２ レーザ光源
３ 光検出器
１０ 光記録ディスク
２０ 光学系
８ 回折素子
８１ 溝部
８２ 突条部
８１０ 溝部の底部
８２ 突条部の上面
８６ 格子領域
８７、８８ 平坦領域

Claims (6)

1. 表面に溝部および突条部が交互に配列された回折素子であって、
   前記表面には、前記溝部および前記突条部が交互に複数配列された格子領域と前記表面が平坦に形成された平坦領域とを有し、
   前記回折素子への入射光の波長をλとすると、前記平坦領域は、前記溝部の深さ方向における中心位置に対しｎλ（ただし、ｎは整数）の高さに形成されるとともに前記格子領域に対し、前記溝部の長さ方向の両側に形成されていることを特徴とする回折素子。
2. 請求項１において、前記溝部の深さ方向における中心位置は、当該溝部の長さ方向で同一の高さ位置にあることを特徴とする回折素子。
3. 請求項１または２において、前記溝部の深さ方向における中心位置は、溝部同士の間で同一の高さ位置にあることを特徴とする回折素子。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記格子領域と該格子領域の両側に形成された前記平坦領域との境界としての２つの段差部が、平行に形成されていることを特徴とする回折素子。
5. 請求項１ないし４のいずれかに規定する回折素子を備えた光ディスク装置であって、
   レーザ光源と、光検出器と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を光記録ディスクに導く往路および前記光記録ディスクで反射した戻り光を光検出器に導く復路を構成する光学系とを有し、
   前記光学系は、前記回折素子を前記レーザ光源と前記光記録ディスクとの前記往路または前記復路との間に備え、
   前記レーザ光源から出射された光ビームの断面積が前記格子領域より大きいことを特徴とする光ディスク装置。
6. 請求項５において、前記光学系は、前記回折素子を前記往路の途中位置で前記レーザ光源から出射されたレーザ光から０次光からなるメインビーム、および回折光からなる２つのサブビームを形成する３ビーム生成用素子として備えていることを特徴とする光ディスク装置。
   

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