JP3462987B2 - 複数ビーム生成用回折格子及びマルチビーム光ピックアップ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のビームを生
成する回折格子、及び、光記録媒体の複数のトラックに
対して同時に情報の記録、再生を行うマルチビーム光ピ
ックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】光を利用した技術は、周波数が高い（高
速）、空間情報処理ができる、位相処理ができる等の多
くの特徴を有しているため、通信、計測、加工などの多
岐に渡る分野で研究・開発・実用化が行われている。

【０００３】その技術の中で、波長選択、偏向、複数ビ
ームを生成するための素子として回折格子及びホログラ
ムが利用されているが、例えば、分光器等に利用される
回折格子は、入射光の波長を分離するために用いられて
おり、その格子周期は一定である。

【０００４】また、特開平５−２６４９２３号公報にお
いては、レーザプリンタへの応用として、光偏向・集光
のためにホログラムを用いたホログラムスキャナが提案
されている。これは光源としての半導体レーザから発せ
られた光をホログラムディスク上に複数形成された走査
用ホログラムに入射させ、走査用ホログラムにより回折
して偏向された回折光を走査面（感光体ドラム）上に結
像させ、ホログラムディスクの回転により回折光の偏向
角を変化せしめて光走査を行うようになっている。走査
面上の非点収差、像面湾曲等の特性を補正するために、
２次元的に格子ピッチを変調している。

【０００５】さらに、光情報記録媒体（光ディスク）を
用いた情報記録再生装置においては、情報の読み取りを
行う光ピックアップにおいて複数のビームを発生させ、
光ディスクに複数のビームを同時に照射して信号を得る
光ピックアップが知られている。これら光ピックアップ
においては、複数のビームを発生させるために回折格子
が用いられている（例えば、特開平１−２６９２３９号
公報）。以下、ピックアップに用いられる回折格子につ
いて詳しく説明する。

【０００６】（従来例１）特開平１−２６９２３９号公
報には、ビーム分割用の回折格子とＲＥＳ（Ｒａｄｉａ
ｌ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）、ＦＥＳ（Ｆｏｃｕｓ
Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）光の分割用ホログラム素
子とレーザ光源を一体化した光ピックアップについて記
載されている。

【０００７】図１４は上記３ビーム光ピックアップの構
成を示す図である。光源である半導体レーザ１１２を出
た発散光は、回折格子１１３で複数のビームに分けら
れ、各々ホログラム素子１１４を０次回折光として透過
し、コリメータレンズ１１５に入射する。コリメータレ
ンズ１１５で平行光にされた各ビームは対物レンズ１１
６によりディスク１１７上で十分小さい光スポットに集
光されディスク１１７の情報を反映した光ビームとして
反射し、対物レンズ１１６、コリメータレンズ１１５と
辿り、ＲＥＳとＦＥＳ及び再生ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒ
ｅｑｕｅｎｃｙ）信号は、ホログラム素子１１４で０次
回折光と１次回折光に分けられ、１次回折光はＲＥＳ用
受光部、ＦＥＳ用受光部及びＲＦ信号用受光部からなる
内部受光部１１８に入射する。

【０００８】ここで、半導体レーザ１１２、回折格子１
１３、ホログラム素子１１４、内部受光部１１８はホロ
グラムレーザユニット１１９として一体に組み上げられ
ている。前記回折格子では０次回折光と±１次回折光の
３つのビームに分割され、０次回折光はＲＦ信号及びＦ
ＥＳとして、また、±１次回折光はＲＥＳとして用いら
れる。従って、トラッキングは、３ビーム法を用いてい
る。

【０００９】（従来例２）また、複数のビームを同時に
光記録媒体に照射して、その複数のビームにより光記録
媒体の複数のトラックに対して同時に情報を記録または
再生するマルチビーム光ピックアップが提案されている
（特開平１−２４８３２９号公報）。

【００１０】以下に図を用いて、このマルチビーム光ピ
ックアップについて説明する。図１５は光学系の構成図
である。光源である半導体レーザ１０２を出た光は、コ
リメータレンズ１０４で平行光にされた後、回折格子１
０３に入射し複数のビームに分けられる。更に各ビーム
はビームスプリッタ１０５を通り、対物レンズ１０６に
よりディスク１０７上で十分小さい光スポットに集光さ
れディスク１０７の情報を反映した光ビームとして反射
し対物レンズ１０６を通った後、ビームスプリッタ１０
５で反射し、集光レンズ１０８、シリンドリカルレンズ
１０９を通って受光素子１１０に入射する。

【００１１】回折格子による光ビームの分割は、例えば
３ビームに分ける場合、ディスク１０７上で中央に回折
格子１０３の０次回折光（メインビームと呼ぶ）と、そ
の両外側に±１次回折光（サブビームと呼ぶ）を配し、
合計３ビームの同時読み出しを行う。

【００１２】上記従来例１，２において示した従来のピ
ックアップの中で用いられる回折格子は、通常、図１６
の平面図及び図１７の断面図に示すように、回折格子基
板１３０に形成される格子溝１２１及び格子山１２２が
直線で格子周期ｐｎが開口面に渡って一定であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−２６４９２
３号公報のようなレーザプリンタ等に用いられるホログ
ラムスキャナにおいては、ホログラムに形成された回折
格子は１本の入射ビームを偏向するために用いられ、複
数に分割することはない。なぜなら、このような用途で
は、回折後のビーム強度が大きいことが必要とされるの
で、複数のビームに分割してしまうと各回折光のビーム
強度が低下し、走査面上で必要なビーム強度が得られな
いからである。したがって、一般には最低次の回折光の
みが利用される。

【００１４】したがって、高次回折光を複数利用すると
きの、最高次回折光における収差補正といった概念はな
い。また、走査面上のＸ（主走査）方向及びＹ（副走
査）方向におけるビームスポットを収束させるために、
格子形状は、曲線で形成されている。

【００１５】また、従来例１，２に示したように、光ピ
ックアップの回折格子は、上記したように、通常、図１
６，１７に示したような等ピッチの直線格子からなって
おり、この場合、特に、複数の光ビームを用いて複数の
トラックに対して情報を記録または再生するマルチビー
ム光ピックアップにおいては、以下に示すような問題が
ある。

【００１６】マルチビーム光ピックアップにおいては、
各ビームのディスク上での間隔Ｐｄを均等とすれば、Ｐ
ｄと内部受光部での間隔Ｐｈの関係は、対物レンズの焦
点距離をｆＯＬ、コリメータレンズの焦点距離をｆＣＬ
とおくと、 Ｐｄ＝Ｐｈ・ｆＯＬ／ｆＣＬ となる。

【００１７】多くのビームを同時に記録・再生に利用す
るには、Ｐｄを小さくすることが必要であるが、Ｐｄを
小さくするためにはＰｈを小さくするか、あるいはｆＣ
Ｌを大きくすることが必要であり、Ｐｈは受光素子の光
電変換感度、加工組立精度により制約を受けるため任意
に小さくできず、一方ｆＣＬを大きくするとコリメータ
レンズの実効的な開口数が小さくなり、光の利用効率が
悪くなる。そこで、対物レンズ、コリメータレンズ、回
折格子、ディスク等の収差できまるディスク上の許容像
高をできるだけ大きくすることが必要である。

【００１８】しかし、従来のマルチビーム光ピックアッ
プにおいては、上述のようにビーム分割用回折格子とし
て格子溝が直線で、かつ格子周期が開口面に渡って一定
のものを用いていたため、平行光に対しては収差が小さ
いが、特開平１−２６９２３９号公報に開示される光ピ
ックアップ構成のような発散光に対しては収差が大き
く、光学系全体の収差を悪化させる主原因となってい
た。

【００１９】例えば、従来のマルチビーム光ピックアッ
プにおける各ビームの波面収差を図１８に、また、その
内の回折格子に起因する波面収差を図１９に示す。ここ
で像高とは、ディスク上における０次回折ビーム位置を
原点としたときの回折ビーム位置である。

【００２０】各ビーム波面収差（ｒ．ｍ．ｓ．値）の基
準値を０．０７λ（Ｍａｒｅｃｈａｌ Ｃｒｉｔｅｒｉ
ｏｎ）とすると、最大許容像高は約２５μｍとなるた
め、ディスク上における各ビーム間隔が９μｍの場合、
±２次回折光までしか利用できない（２×９＝１８μｍ
＜２５μｍ）ため５ビーム読み出しとなる。しかし、実
際にはピックアップを構成する各光学部品の収差、組み
立て誤差等を考慮すると可能なビーム数は更に減少す
る。

【００２１】したがって、±３次回折光における波面収
差値は、各部品の組み立て公差を含めると上記基準値を
越えてしまい、すべてのビームを読み出すことができな
かった。

【００２２】また、図１８，１９から分かるが、光学系
の収差の大部分は回折格子の収差が原因である。従来の
マルチビーム光ピックアップにおいては、直線格子の等
ピッチ回折格子を用いているため、発散光束に対する収
差が大きく、そのため許容像高を大きくできず、ひいて
はビーム数を多くできなかった。従って、高像高側のサ
ブビームのスポット径を十分小さくできず、ジッタ特性
に大きな悪影響を及ぼし十分高速な読み出しもできない
と言う問題点があった。

【００２３】このように、従来の直線格子の等ピッチ回
折格子では、マルチビーム光ピックアップのような高次
のビームを必要とする用途には対応できなかった。

【００２４】ところで、不等ピッチの回折格子として
は、特開平７−３０２４３５号公報（以下、従来例３と
記す）に、トラッキング制御に３ビーム法を用いるピッ
クアップ装置において、ビーム３分割用の反射型の回折
格子として不等ピッチの回折格子を用いることが記載さ
れている。以下、これについて説明する。

【００２５】ここでは、図２０に示すように、半導体レ
ーザ７から出射したビームを、その光軸に対し４５°の
角度を有して配置された反射型回折格子８１によって、
ビーム進行方向を直角に曲げるとともに３ビームに分割
する。分割された各ビームはホログラム素子９、集光用
レンズ５を通過しディスク６上に集光する。ディスク６
からの反射光は集光用レンズ５を通過して、ホログラム
素子９で１次回折（あるいは−１次回折）し、受光素子
１０に入射する。

【００２６】反射型の回折格子を用いたピックアップで
は、回折格子への入射光の光軸が傾いているため、０次
回折光と±１次回折光との間隔が非対称となるが、従来
例３では、その非対称を是正するため、回折格子８１
を、その周期が矢印Ｘ方向にいくに従って長くなるよう
に形成している。

【００２７】つまり、従来例３の回折格子８１は不等ピ
ッチとなっているが、これは、０次回折光に対して＋１
次回折光と−１次回折光が対称にはならないことを補正
するのが目的であり、±２次以上の高次ビームの収差を
補正するものではない。したがって、±１次の回折光が
規定の波面収差を満足したとしても、それ以上の高次回
折光において波面収差の条件を満足するとは言えない。
また、従来例３では、±２次以上の高次ビームに対して
所定の波面収差を満足するような設計方法を何ら示唆し
ていない。

【００２８】しかしながら、上記したマルチビーム光ピ
ックアップでは、高次回折光の波面収差をも規定のレベ
ル以下にする必要があり、従来例３に記載の回折格子を
適用することでは対応できない。

【００２９】また、従来例３は反射型の回折格子特有の
±１次回折光の非対称性を解決するためになされたもの
であり、±１次回折光が対称となる透過型の回折格子は
従来例３では問題としていない。

【００３０】しかしながら、本発明者の検討の結果、図
１８，１９に示したように、透過型の回折格子において
も、発散光束を用いた場合には特に高次回折光の波面収
差が問題となってくることが明らかになった。

【００３１】本発明は、上記の事情に鑑み、高次の回折
光の波面収差を補償できる回折格子及びマルチビーム光
ピックアップを提供することを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の複数ビ
ーム生成用回折格子は、±２次以上の高次回折光を用い
る回折格子であって、回折格子形成面上に直交する２つ
の対称軸を有し、格子形状が直線で形成され、２つの対
称軸のうち第１の対称軸は格子に直角で、第２の対称軸
は格子に平行であり、第２の対称軸により分割された部
分の格子周期が中心部で小さく周辺に行くにつれて大き
くなるように変調され、かつ、±２次以上の高次回折光
の波面収差を小さくするように格子周期が決められてい
ることを特徴とする。

【００３３】請求項２に記載の複数ビーム生成用回折格
子は、請求項１に記載の複数ビーム生成用回折格子にお
いて、格子に対し直角方向をｙ座標に取り、第２の対称
軸上のｙ座標を０とし、さらにｙ＝０からの回折格子番
号をｎとしたとき、回折格子番号ｎのｙ座標が、 ｆ（ｙ，ｎ）＝０ を満たしており、ｆ（ｙ，ｎ）が ａ・ｙ−ｂ・ｙ³−ｃ・ｎ （ただし、ａ，ｂ，ｃは定数で同符号、ｎ＝±１，±
２，±３，…）なる項を含む多項式からなることを特徴
とする。

【００３４】請求項３に記載の複数ビーム生成用回折格
子は、請求項１に記載の複数ビーム生成用回折格子にお
いて、前記回折格子の周期が階段状に変化していること
を特徴とする。

【００３５】請求項４に記載のマルチビーム光ピックア
ップは、回折格子の±２次以上の高次回折光を用いて、
光源から出射される出射光をメインビーム及び複数のサ
ブビームに分割し、光学系を介してメインビーム及びサ
ブビームを光記録媒体に照射することで、光記録媒体の
複数のトラックに対して同時に情報を記録または再生す
るマルチビーム光ピックアップにおいて、回折格子は格
子形状が直線で形成されており、光学系全体でのメイン
ビーム及びサブビームの波面収差が小さくなるよう、格
子周期が変調されていることを特徴とする。

【００３６】請求項５に記載のマルチビーム光ピックア
ップは、回折格子の±２次以上の高次回折光を用いて、
光源から出射される出射光をメインビーム及び複数のサ
ブビームに分割し、メインビーム及びサブビームを光記
録媒体に照射して、光記録媒体の複数のトラックに対し
て同時に情報を記録または再生するマルチビーム光ピッ
クアップにおいて、回折格子形成面上に直交する２つの
対称軸を有し、格子形状が直線で形成され、２つの対称
軸のうち第１の対称軸は格子に直角で、第２の対称軸は
格子に平行であり、第２の対称軸により分割された部分
の格子周期が中心部で小さく周辺に行くにつれて大きく
形成されていることを特徴とする。

【００３７】請求項６に記載のマルチビーム光ピックア
ップは、請求項５に記載のマルチビーム光ピックアップ
において、格子に対し直角方向をｙ座標に取り、第２の
対称軸上のｙ座標を０とし、さらにｙ＝０からの回折格
子番号をｎとしたとき、回折格子番号ｎのｙ座標が、 ｆ（ｙ，ｎ）＝０ を満たしており、ｆ（ｙ，ｎ）が ａ・ｙ−ｂ・ｙ³−ｃ・ｎ （ただし、ａ，ｂ，ｃは定数で同符号、ｎ＝±１，±
２，±３，…）なる項を含む多項式からなることを特徴
とする。

【００３８】請求項７に記載のマルチビーム光ピックア
ップは、請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のマル
チビーム光ピックアップにおいて、前記回折格子は、前
記光源からの出射光を透過して、前記出射光を前記メイ
ンビーム及び前記サブビームに分割することを特徴とす
る。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の回折格子を適用したマルチ
ビーム光ピックアップの一実施の形態の構成図である。
なお、以下の図１の説明においては７ビームのマルチビ
ーム光ピックアップについて説明するが、ビーム数はこ
れに限るものではない。

【００４０】マルチビーム光ピックアップ１は、ホログ
ラムレーザユニット２、コリメータレンズ３、アパチャ
ー４、対物レンズ５より構成されている。６はディスク
である。

【００４１】ホログラムレーザユニット２は、半導体レ
ーザ７、透過型の不等ピッチ回折格子８、ホログラム素
子９、内部受光部１０を一体化したものであり、ホログ
ラムガラス１１の半導体レーザ７側の面に不等ピッチ回
折格子８、ディスク６側の面にホログラム素子９が形成
されている。不等ピッチ回折格子８は半導体レーザ７か
らの出射光の光軸に略垂直に配されており、その出射光
を透過して、後述するように複数のビームに分割する。

【００４２】以下、本マルチビーム光ピックアップの動
作を説明する。半導体レーザ７より出射した光ビームは
不等ピッチ回折格子８に発散光束として入射し、０次回
折光（メインビームＢ０）、＋１次回折光（Ｂ１
（＋））、−１次回折光（Ｂ１（−））、＋２次回折光
（Ｂ２（＋））、−２次回折光（Ｂ２（−））、＋３次
回折光（Ｂ３（＋））、−３次回折光（Ｂ３（−））の
７本のビームに分けられ、コリメータレンズ３、対物レ
ンズ５を透過しディスク６上で集光される。

【００４３】ディスク６からの反射光は上記経路を逆行
し、対物レンズ５、コリメータレンズ３を通り、ＲＦ信
号、ＦＥＳ、ＲＥＳの内部受光部１０に向かう光ビーム
はホログラム素子９で回折され、１次回折光として内部
受光部１０に入射する。

【００４４】７ビーム、即ち７トラック分のＲＦ信号を
正確かつ高速に読み出すためには、ディスク６上でメイ
ンビーム（Ｂ０）だけでなく、各サブビーム（Ｂ１
（＋）、Ｂ１（−）、Ｂ２（＋）、Ｂ２（−）、Ｂ３
（＋）、Ｂ３（−））のスポット径を十分小さく絞り込
むことが必要である。

【００４５】ここで、本発明の不等ピッチ回折格子を用
いた場合の、各ビームと波面収差の関係の一例（後述す
る数値例１の不等ピッチ回折格子を用いた例）を図２に
示す。従来の等間隔回折格子の場合と同様、メインビー
ム（Ｂ０）とサブビーム（Ｂ１（＋）、Ｂ１（−）、Ｂ
２（＋）、Ｂ２（−）、Ｂ３（＋）、Ｂ３（−）のディ
スク上の各ビーム間隔は９μｍとする。

【００４６】図２より、不等ピッチ回折格子を用いるこ
とにより、±４次回折光までが波面収差（ｒ．ｍ．ｓ
値）の基準値（Ｍａｒｅｃｈａｌ Ｃｒｉｔｅｒｉｏ
ｎ）０．０７λ以下となり、７ビームすべてについて回
折限界までビームを絞り込めていることがわかる。

【００４７】また、許容像高で評価すると０．０７λ以
下となる許容像高は約４２μｍとなり、従来の２５μｍ
に対し許容像高を増大できることが分かる。その結果、
像高が大きいほど、各ビーム間隔を一定としたとき該許
容像高中に形成することのできるビーム数を増大するこ
とができる。この場合の、利用可能な最大ビーム数は、 Ｉｎｔ（４２μｍ／９μｍ）＝Ｉｎｔ（４．６７）＝４ となり、片側当たり４本の高次ビームを利用することが
できる。ここで、関数Ｉｎｔ（ｘ）は、ｘ以下でかつ最
も大きい整数を表す。したがって、０次光をあわせると
両側で９本のビームが所望の波面収差を満足することに
なる。

【００４８】更に、このときの回折格子のみに起因する
波面収差は、図３（後述する数値例１の不等ピッチ回折
格子を用いた場合）に示すように、十分小さく抑えられ
ている。

【００４９】なお、本実施の形態においては、対物レン
ズの焦点距離は２．８ｍｍ、開口数０．６、コリメータ
レンズの開口数は０．０９、光源の波長は６５０ｎｍで
あった。

【００５０】以下に、本発明の不等ピッチ回折格子につ
いて、従来の等ピッチ回折格子と比較しながら更に詳し
く説明する。

【００５１】従来の等ピッチの回折格子においては、平
行光束が入射する場合については、０次から高次に至る
まで収差を小さく抑えながらビーム分割が可能であった
が、本実施の形態の如く小型集積化、ローコスト化、調
整の容易化のため、半導体レーザ１１２、回折格子１１
３、ホログラム素子１１４、内部受光部１１８等が一体
となったホログラムピックアップを用いる場合において
は、発散光束中に回折格子が置かれるため、光束中央部
と周辺部で入射角度が異なることにより、非点収差等が
発生し光学系全体の収差を大きくしていた。本発明者ら
は回折格子の格子周期を回折格子面内で可変とするこ
と、特に中心部で小さく周辺に行くにつれて大きくする
ことで、光学系全体の収差を小さく抑えられることを見
いだした。

【００５２】（実施例１）本実施例では、図１に示した
光学系全体の収差が小さくなるように、回折格子を最適
化した場合について説明する。

【００５３】本発明者は、不等ピッチ回折格子の格子周
期について、数多く検討した結果、特に、各格子を表す
格子位置のｙ座標（ｙは直線格子の格子に垂直な方向の
座標）が、 ｆ（ｙ，ｎ）＝０ を満たしており、且つ、ｆ（ｙ，ｎ）が ａ・ｙ−ｂ・ｙ³−ｃ・ｎ （ただし、ａ，ｂ，ｃは定数で同符号，ｎ＝±１，±
２，±３，…）なる項を含む多項式からなる場合に好適
な結果が得られることがわかった。具体的な不等ピッチ
回折格子の格子周期の数値例（数値例１）を表１に示
す。

【００５４】

【表１】

【００５５】なお、この数値例１では、各回折格子を表
す格子位置のｙ座標が、以下の式にて表される。 ０．０４１５ｙ−０．００６１４ｙ³−０．０００６５ｎ＝０ （式１） 但し、ｙは直線格子の格子に垂直な方向の座標、ｎは回
折格子の中心部から数えた格子の番号で、ｙ＞０でｎ＝
１，２，３，…、ｙ＜０でｎ＝−１，−２，−３，…で
ある。

【００５６】上式を基に、格子番号に対する格子周期に
換算した結果を図４に示す。格子番号が増大するにつれ
て、すなわち周辺部に行くに従い格子周期が増加してい
る。

【００５７】なお、表１および図４には、回折格子の中
心部から片側のみを示したが、実際にはビーム分割方向
の直角方向で光軸を通る直線に対して対称となってい
る。図４で言えば、格子番号１の軸に対してマイナスの
格子番号方向に折り返した特性となる。

【００５８】図５に本数値例における不等ピッチ回折格
子の基本周期を平面方向から見た概念図として示す。回
折格子基板１３に形成される回折格子部１２は、格子が
ビームを分割する方向に対し直角に刻まれており、格子
周期が光軸が交わる点を通り格子方向に平行な直線に対
して対称である。また、格子周期は回折格子面が光軸と
交わる点即ち回折格子の中心部に近い所では小さく離れ
るにつれて大きくなるように形成されている。

【００５９】このように、光軸付近に比べて光束周辺部
の格子周期を大きくすることで、図２，図３に示したよ
うに、発散光束中における周辺部の収差を小さくするこ
とができ、光束全体の波面収差を小さく抑えることがで
きる。

【００６０】図６に不等ピッチ回折格子の断面図を示
す。格子周期とは回折格子の基本繰り返し周期を指し、
例えば回折格子の中心部から数えてｎ番目の格子周期ｐ
ｎは図に示す通りである。

【００６１】さらに、図７のように凸部１４−１、１４
−２、１４−３、１４−４は１周期中に各々１つずつ
（凹部も１周期中に１つずつ）のものでも、図８に示す
凹凸が各々３つずつのものでも同様に格子周期は各々図
７及び図８に示すｐで定義される。なお、基本周期内の
格子形状は、各回折次数の効率配分により最適設計され
る。

【００６２】このような基本周期の凹凸の形状は、本実
施例における不等ピッチ回折格子においては、寸法ａ，
ｂ，ｃ，ｄはｐに対する比で決定される。

【００６３】従って、 ｋｎ−１／ｐｎ−１＝ｋｎ／ｐｎ＝ｋｎ＋１／ｐｎ＋１
＝ … ｌｎ−１／ｐｎ−１＝ｌｎ／ｐｎ＝ｌｎ＋１／ｐｎ＋１
＝ … 及び、 ａｎ−１／ｐｎ−１＝ａｎ／ｐｎ＝ａｎ＋１／ｐｎ＋１
＝ … ｂｎ−１／ｐｎ−１＝ｂｎ／ｐｎ＝ｂｎ＋１／ｐｎ＋１
＝ … ｃｎ−１／ｐｎ−１＝ｃｎ／ｐｎ＝ｃｎ＋１／ｐｎ＋１
＝ … ｄｎ−１／ｐｎ−１＝ｄｎ／ｐｎ＝ｄｎ＋１／ｐｎ＋１
＝ … ｅｎ−１／ｐｎ−１＝ｅｎ／ｐｎ＝ｅｎ＋１／ｐｎ＋１
＝ … となる。

【００６４】本発明における回折格子の基本周期とは、
上記のように光線の回折方向を決めるものであり、基本
周期中の格子形状については効率設計上どのようなもの
でもその効果は変わらない。

【００６５】本数値例１においては、図２、図３に示し
たように、対物レンズ、コリメータレンズ、回折格子、
ディスク等すべて含む光学系全体の収差と回折格子のみ
の収差が近い数値である。これは対物レンズ、コリメー
タレンズ、ディスク等から発生する収差とは逆方向の収
差を不等ピッチ回折格子により発生させ補正しているた
めであり、例えば光学系が変わった場合には最適化が可
能である。

【００６６】なお、本数値例１の不等ピッチ回折格子を
用いたマルチビーム光ピックアップにおいては、各光学
部品の収差、部品組み立て誤差、レーザ光量等を考慮
し、図１において説明したような７ビームのマルチビー
ム光ピックアップとすることが適当であるが、図２，３
で示したように本数値例によれば９本のビームが所望の
波面収差を満足しており、９ビームのマルチビーム光ピ
ックアップとしてもよい。

【００６７】本発明者は、上記した式１（３次の多項
式）で示した回折格子の他に、更に次数の高い多項式で
表される回折格子についても検討した。その数値例を式
２，３に示す。 ０．０４１５ｙ−０．００６１３２３ｙ³ −０．００００１７４７５ｙ⁵−０．０００６５ｎ＝０ （式２） ０．０４１５ｙ−０．００５９８６４ｙ³−０．００００５２４２９ｙ⁵ −０．０１００１３ｙ⁷−０．０００６５ｎ＝０ （式３） ｙは図５に示した座標、ｎは回折格子の中心部から数え
た格子の番号で、ｙ＞０でｎ＝１，２，３，…、ｙ＜０
でｎ＝−１，−２，−３，…である。

【００６８】図９に式１で表されるｙの３次多項式によ
る格子位置のときの波面収差、式２で表される５次多項
式による格子位置のときの波面収差、式３で表される７
次多項式による格子位置のときの波面収差を、従来型回
折格子（直線等ピッチ型）と比較して、像高１８μｍ，
２７μｍ，３６μｍの場合について示す。各像高とも従
来型回折格子に対して、どの多項式の場合も波面収差は
大きく改善されているが、５次多項式，７次多項式によ
る波面収差は３次多項式によるものと比べて殆ど変わら
ない。よって、本実施例による回折格子においては格子
位置をｙの３次多項式で表現すれば必要十分な効果が得
られる。

【００６９】（実施例２）次に、回折格子に起因する収
差が小さくなるように最適化した実施例について説明す
る。

【００７０】不等ピッチ回折格子の格子周期について、
数多く検討した結果、本例においても、特に、各格子を
表す格子位置のｙ座標（図５に示したｙ座標）が、 ｆ（ｙ，ｎ）＝０ を満たしており、且つ、ｆ（ｙ，ｎ）が ａ・ｙ−ｂ・ｙ³−ｃ・ｎ （ただし、ａ，ｂ，ｃは定数で同符号，ｎ＝±１，±
２，±３，…）なる項を含む多項式からなる場合に好適
な結果が得られることがわかった。具体的な不等ピッチ
回折格子の格子周期の数値例（数値例２）を表２に示
す。

【００７１】なお、数値例２は、各格子を表す格子位置
のｙ座標が、以下の式にて表される場合である。 ０．０４１５ｙ−０．００４１６ｙ³−０．０００６５ｎ＝０ （式４） 但し、ｙは図５に示した座標、ｎは回折格子の中心部か
ら数えた格子の番号である。

【００７２】

【表２】

【００７３】上式を基に、格子番号に対する格子周期に
換算した結果を図１０に示す。上記式１と同様、格子番
号が増大するにつれて、すなわち周辺部に行くに従い格
子周期が増加していることがわかる。また、その他の特
徴として、式１よりも格子周期の変化の割合が緩やかに
なっている。

【００７４】また、このときの波面収差を図１１に、ま
た、回折格子のみの波面収差を図１２に示す。

【００７５】図１１及び図１２に示す収差はいずれも小
さく抑えられ、波面収差が０．０７λ以下である許容像
高は３７μｍと大きく改善されており、±４次回折光ま
で可能である。本数値例２の不等ピッチ回折格子を用い
たピックアップにおいては、各光学部品の収差、部品組
み立て誤差、レーザ光量等を考慮した上で、例えば５ビ
ームのマルチビーム光ピックアップを構成できる。

【００７６】また、上記したように、本実施例において
は回折格子に起因する収差を小さくするよう最適化して
おり、収差状況の異なる対物レンズ、コリメータレンズ
等の光学系においても効果は同様である。

【００７７】また、本実施例においても実施例１と同様
に、格子形状は図５〜図８のような様々な形状を取るこ
とができる。

【００７８】なお、以上説明した本実施の形態において
は、格子周期が徐々に変化する数値例を示したが、例え
ば、表３の数値例に示すように回折格子を複数の領域に
分割し、領域内では同一の格子周期で領域毎に変化する
ものであっても十分効果はある。上式を基に、格子番号
に対する格子周期に換算した結果を図１３に示す。図４
および１０と異なり、格子周期の変化が階段状となって
いることがわかる。

【００７９】

【表３】

【００８０】また、本発明による回折格子における格子
周期は、上記式１〜式４のみに限定されるものでなく、
格子周期が、ｙに比例するもの、ｙ²に比例するもの
等、ｙのべき乗に比例するもの及びこれらの多項式に比
例するものも含まれる。

【００８１】基板１３及び回折格子部１２の材料は使用
する波長を透過すれば良く、例えば、ガラス、石英、高
分子樹脂等の材料で形成される。回折格子の形成方法
は、電子ビーム描画、２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ Ｐｏｌｙｍｅ
ｒｉｚａｔｉｏｎ）法、フォトリソグラフィー法等であ
るが、本実施の形態においては、精度、コスト等考慮し
てフォトリソグラフィー法（エッチングは反応性イオン
エッチング）を採用、材料は石英を使用した。

【００８２】尚、ビーム数、対物レンズ、コリメータレ
ンズの焦点距離・ＮＡ、使用波長等の光学系の仕様が変
わっても本発明の効果に変わりはなく、単一ビームでの
信号の書き込み又は読み出しを行い、サブビームをトラ
ッキング等のサーボ信号として使用する光ディスク装置
においても同様の効果がある。

【００８３】また、本発明による不等ピッチ回折格子の
効果はホログラムレーザユニットを用いた光ピックアッ
プに限定されるものではなく、発散又は収束光束中に回
折格子を置く場合においては十分効果を発揮するもので
ある。

【００８４】

【発明の効果】本発明の回折格子によれば、メインビー
ムだけでなく高次のサブビームの波面収差をも抑えるこ
とができる。

【００８５】また、本発明のマルチビーム光ピックアッ
プによれば、同様に、メインビームだけでなく高次のサ
ブビームの波面収差をも抑えることができ、スポット径
を十分絞り込み、各ビームのジッタ特性を向上できる。
よって、ビーム数を多くでき、より高速の読み出しが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るマルチビーム光ピ
ックアップの構成を示す図である。

【図２】数値例１の回折格子を用いたマルチビーム光ピ
ックアップ全体の波面収差を示す図である。

【図３】数値例１の不等ピッチ回折格子の波面収差を示
す図である。

【図４】数値例１の不等ピッチ回折格子の格子周期を示
す図である。

【図５】本発明の不等ピッチ回折格子の一例を示す概念
図である。

【図６】図１の不等ピッチ回折格子の格子形状を示す断
面図である。

【図７】本発明の不等ピッチ回折格子の格子形状の他の
例を示す概念図である。

【図８】本発明の不等ピッチ回折格子の格子形状のさら
に他の例を示す概念図である。

【図９】本発明における波面収差の多項式次数依存性を
示す図である。

【図１０】数値例２の不等ピッチ回折格子の格子周期を
示す図である。

【図１１】数値例２の回折格子を用いたピックアップ全
体の波面収差を示すグラフである。

【図１２】数値例２の不等ピッチ回折格子の波面収差を
示すグラフである。

【図１３】本発明の不等ピッチ回折格子の格子周期の他
の例を示す図である。

【図１４】従来の光ピックアップを示す構成図である。

【図１５】従来のマルチビーム光ピックアップを示す構
成図である。

【図１６】従来の回折格子の形状を示す図である。

【図１７】従来の回折格子の断面形状を示す図である。

【図１８】従来のマルチビーム光ピックアップにおける
ピックアップ全体の波面収差を示す図である。

【図１９】従来のマルチビーム光ピックアップにおける
回折格子の波面収差を示す図である。

【図２０】従来の不等ピッチ回折格子を用いた光ピック
アップを示す構成図である。

【符号の説明】

１ マルチビーム光ピックアップ ２ ホログラムレーザユニット ３ コリメータレンズ ４ アパチャー ５ 対物レンズ ６ ディスク ７ 半導体レーザ ８ 回折格子 ９ ホログラム素子 １０ 内部受光部 １１ ホログラムガラス １２ 回折格子部 １３ 回折格子基板 １４−１，２，３，４ 回折格子凸部 ｐｎ 回折格子の格子周期

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上山 徹男 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−161293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−273749（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−149943（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−311828（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−85523（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−153104（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−325217（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−277003（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−141032（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/09 - 7/22 G02B 5/18 - 5/32

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ±２次以上の高次回折光を用いる回折格
   子であって、 前記 回折格子形成面上に直交する２つの対称軸を有し、
   格子形状が直線で形成され、前記２つの対称軸のうち第
   １の対称軸は格子に直角で、第２の対称軸は格子に平行
   であり、前記第２の対称軸により分割された部分の格子
   周期が中心部で小さく周辺に行くにつれて大きくなるよ
   うに変調され、かつ、±２次以上の高次回折光の波面収
   差を小さくするように格子周期が決められていることを
   特徴とする複数ビーム生成用回折格子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の複数ビーム生成用回折
   格子において、 前記格子に対し直角方向をｙ座標に取り、前記第２の対
   称軸上のｙ座標を０とし、さらにｙ＝０からの回折格子
   番号をｎとしたとき、 回折格子番号ｎのｙ座標が、 ｆ（ｙ，ｎ）＝０ を満たしており、ｆ（ｙ，ｎ）が ａ・ｙ−ｂ・ｙ³−ｃ・ｎ （ただし、ａ，ｂ，ｃは定数で同符号、ｎ＝±１，±
   ２，±３，…）なる項を含む多項式からなることを特徴
   とする複数ビーム生成用回折格子。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の複数ビーム生成用回折
   格子において、 前記回折格子の周期が階段状に変化していることを特徴
   とする複数ビーム生成用回折格子。
4. 【請求項４】 回折格子の±２次以上の高次回折光を用
   いて、光源から出射される出射光をメインビーム及び複
   数のサブビームに分割し、光学系を介して前記メインビ
   ーム及び前記サブビームを光記録媒体に照射すること
   で、該光記録媒体の複数のトラックに対して同時に情報
   を記録または再生するマルチビーム光ピックアップにお
   いて、 前記回折格子は格子形状が直線で形成されており、光学
   系全体での前記メインビーム及び前記サブビームの波面
   収差が小さくなるよう、格子周期が変調されていること
   を特徴とするマルチビーム光ピックアップ。
5. 【請求項５】 回折格子の±２次以上の高次回折光を用
   いて、光源から出射される出射光をメインビーム及び複
   数のサブビームに分割し、前記メインビーム及び前記サ
   ブビームを光記録媒体に照射して、該光記録媒体の複数
   のトラックに対して同時に情報を記録または再生するマ
   ルチビーム光ピックアップにおいて、 前記回折格子形成面上に直交する２つの対称軸を有し、
   格子形状が直線で形成され、前記２つの対称軸のうち第
   １の対称軸は格子に直角で、第２の対称軸は格子に平行
   であり、前記第２の対称軸により分割された部分の格子
   周期が中心部で小さく周辺に行くにつれて大きく形成さ
   れていることを特徴とするマルチビーム光ピックアッ
   プ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のマルチビーム光ピック
   アップにおいて、 前記格子に対し直角方向をｙ座標に取り、前記第２の対
   称軸上のｙ座標を０とし、さらにｙ＝０からの回折格子
   番号をｎとしたとき、 回折格子番号ｎのｙ座標が、 ｆ（ｙ，ｎ）＝０ を満たしており、ｆ（ｙ，ｎ）が ａ・ｙ−ｂ・ｙ³−ｃ・ｎ （ただし、ａ，ｂ，ｃは定数で同符号、ｎ＝±１，±
   ２，±３，…）なる項を含む多項式からなることを特徴
   とするマルチビーム光ピックアップ。
7. 【請求項７】 請求項４乃至請求項６のいずれかに記載
   のマルチビーム光ピックアップにおいて、 前記回折格子は、前記光源からの出射光を透過して、前
   記出射光を前記メインビーム及び前記サブビームに分割
   することを特徴とするマルチビーム光ピックアップ。