JP3507632B2 - 回折格子レンズ - Google Patents
回折格子レンズInfo
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/14—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam specially adapted to record on, or to reproduce from, more than one track simultaneously
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
- G02B5/1885—Arranged as a periodic array
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- G—PHYSICS
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光等を極小
スポットに集束させる回折格子レンズに係わり、特に光
ディスク用集束レンズとして用いるに適した回折格子レ
ンズ及びこれを用いた光ディスク装置に関する。
スポットに集束させる回折格子レンズに係わり、特に光
ディスク用集束レンズとして用いるに適した回折格子レ
ンズ及びこれを用いた光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ビデオディスクやＣＤ等の再生専
用ディスクは勿論のこと、追記形や書換形等の記録・再
生可能ディスクにおいては、記録情報の高密度化が益々
要求されている。そのためには、レーザ光を極小スポッ
トに集束させることのできる光源及び光学系が必要であ
る。
用ディスクは勿論のこと、追記形や書換形等の記録・再
生可能ディスクにおいては、記録情報の高密度化が益々
要求されている。そのためには、レーザ光を極小スポッ
トに集束させることのできる光源及び光学系が必要であ
る。
【０００３】一般に、光源の波長λ及び集束レンズの開
口数ＮＡに対して、集束された光の回折限界スポット径
ｓは、 ｓ＝ｃ・λ／ＮＡ …（１） で与えられる。ここでｃは、例えばガウス分布で強度が
１／ｅ2 になる直径をとった場合０．６７となる。一般
に、レンズの開口数は最大でも１であるから、上式から
分かるように、ｓはｃλより小さくすることはできな
い。
口数ＮＡに対して、集束された光の回折限界スポット径
ｓは、 ｓ＝ｃ・λ／ＮＡ …（１） で与えられる。ここでｃは、例えばガウス分布で強度が
１／ｅ2 になる直径をとった場合０．６７となる。一般
に、レンズの開口数は最大でも１であるから、上式から
分かるように、ｓはｃλより小さくすることはできな
い。
【０００４】極小スポットを得る有効な方法は光源の波
長λを短くすることであるが、光源として小型の半導体
レーザを用いる場合、短波長化には限度がある。また、
紫外域より短波長になると、レンズ材料の透明領域の制
約から従来の光学系を用いることができなくなってしま
う。
長λを短くすることであるが、光源として小型の半導体
レーザを用いる場合、短波長化には限度がある。また、
紫外域より短波長になると、レンズ材料の透明領域の制
約から従来の光学系を用いることができなくなってしま
う。
【０００５】上記（１）式で示された限界を越える手法
として、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）が提案
されている（例えば、B.D.Terris et al.:Appl.Phys.Le
tt.,65(1994)p.388 ）。これは、図１２に示したように
ＳＩＬ中で集束された光のスポット径が、空気中での集
束スポット径より小さくできることを利用したものであ
る。スポット径をこのように小さくできるのは、屈折率
ｎが１より大きい媒質の中では開口数（＝ｎ sinθ）を
１より大きくできることによる。
として、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）が提案
されている（例えば、B.D.Terris et al.:Appl.Phys.Le
tt.,65(1994)p.388 ）。これは、図１２に示したように
ＳＩＬ中で集束された光のスポット径が、空気中での集
束スポット径より小さくできることを利用したものであ
る。スポット径をこのように小さくできるのは、屈折率
ｎが１より大きい媒質の中では開口数（＝ｎ sinθ）を
１より大きくできることによる。
【０００６】このような光学系では、ＳＩＬの表面に集
束された光はそのまま空気中に伝搬することはできず、
一部はいわゆるエバネッセント波となる。ＳＩＬによる
極小スポットを利用するには、少なくともこのエバネッ
セント波を用いる必要があるため、ディスク基板はＳＩ
Ｌの焦点近傍に保たなければならない。
束された光はそのまま空気中に伝搬することはできず、
一部はいわゆるエバネッセント波となる。ＳＩＬによる
極小スポットを利用するには、少なくともこのエバネッ
セント波を用いる必要があるため、ディスク基板はＳＩ
Ｌの焦点近傍に保たなければならない。
【０００７】しかしながら、この種の装置にあっては次
のような問題があった。即ち、図１２のＳＩＬは曲率が
大きく無収差のレンズが必要であり、その作成は極めて
困難である。また、レンズが必然的に厚くなるため、小
型化や他の部品との位置合わせも難しいという問題点が
ある。
のような問題があった。即ち、図１２のＳＩＬは曲率が
大きく無収差のレンズが必要であり、その作成は極めて
困難である。また、レンズが必然的に厚くなるため、小
型化や他の部品との位置合わせも難しいという問題点が
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、光源
の短波長化の必要なしに極小スポットを得る手法として
ＳＩＬが注目されているが、極小スポットを得るための
ＳＩＬは作成が難しく、また光学系の小型化や他の部品
との位置合わせも難しいという問題があった。
の短波長化の必要なしに極小スポットを得る手法として
ＳＩＬが注目されているが、極小スポットを得るための
ＳＩＬは作成が難しく、また光学系の小型化や他の部品
との位置合わせも難しいという問題があった。
【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、光源の短波長化の必要
なしにスポット径の極小化をはかることができ、かつ小
型化，他の部品との集積化も容易な回折格子レンズを提
供することにある。
ので、その目的とするところは、光源の短波長化の必要
なしにスポット径の極小化をはかることができ、かつ小
型化，他の部品との集積化も容易な回折格子レンズを提
供することにある。
【００１０】
（構成）本発明の骨子は、開口数が１より大きい回折格
子レンズにより、極小スポットへの集光を実現すること
にある。
子レンズにより、極小スポットへの集光を実現すること
にある。
【００１１】 即ち本発明は、一面及び他面を有し屈折
率が１より大きい透光性基板と、この透光性基板の一面
に形成された回折格子からなるレンズ効果を有する回折
格子パターンとを具備してなる回折格子レンズにおい
て、前記回折格子パターンは、前記基板の一面側に入射
された光線束を該基板の他面側に設けた焦点に集束させ
ると共に、該焦点を頂点として算出した開口数が１より
大きくなるように形成され、且つ前記回折格子パターン
の中央部には回折格子が形成されていない領域が設けら
れていることを特徴とする。また本発明は、一面及び他
面を有し屈折率が１より大きい透光性基板と、この透光
性基板の一面に形成された回折格子からなるレンズ効果
を有する第１及び第２の回折格子パターンとを具備して
なる回折格子レンズにおいて、第１の回折格子パターン
は、前記基板の一面側に入射された光線束を該基板の他
面側に設けた焦点に集束させると共に、該焦点を頂点と
して算出した開口数が１より大きくなるように形成さ
れ、第２の回折格子パターンは、第１の回折格子パター
ンの内側に設けられ、第１の回折格子パターンとは異な
るレンズ作用を有することを特徴とする回折格子レン
ズ。また本発明は、一面及び他面を有し屈折率が１より
大きい透光性基板と、この透光性基板の一面に形成され
た回折格子からなるレンズ効果を有する複数の回折格子
パターンとを具備してなる回折格子レンズにおいて、前
記各回折格子パターンは、前記基板の一面側に入射され
た光線束を該基板の他面側に設けた焦点に集束させると
共に、該焦点を頂点として算出した開口数が１より大き
くなるように形成されていることを特徴とする。
率が１より大きい透光性基板と、この透光性基板の一面
に形成された回折格子からなるレンズ効果を有する回折
格子パターンとを具備してなる回折格子レンズにおい
て、前記回折格子パターンは、前記基板の一面側に入射
された光線束を該基板の他面側に設けた焦点に集束させ
ると共に、該焦点を頂点として算出した開口数が１より
大きくなるように形成され、且つ前記回折格子パターン
の中央部には回折格子が形成されていない領域が設けら
れていることを特徴とする。また本発明は、一面及び他
面を有し屈折率が１より大きい透光性基板と、この透光
性基板の一面に形成された回折格子からなるレンズ効果
を有する第１及び第２の回折格子パターンとを具備して
なる回折格子レンズにおいて、第１の回折格子パターン
は、前記基板の一面側に入射された光線束を該基板の他
面側に設けた焦点に集束させると共に、該焦点を頂点と
して算出した開口数が１より大きくなるように形成さ
れ、第２の回折格子パターンは、第１の回折格子パター
ンの内側に設けられ、第１の回折格子パターンとは異な
るレンズ作用を有することを特徴とする回折格子レン
ズ。また本発明は、一面及び他面を有し屈折率が１より
大きい透光性基板と、この透光性基板の一面に形成され
た回折格子からなるレンズ効果を有する複数の回折格子
パターンとを具備してなる回折格子レンズにおいて、前
記各回折格子パターンは、前記基板の一面側に入射され
た光線束を該基板の他面側に設けた焦点に集束させると
共に、該焦点を頂点として算出した開口数が１より大き
くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】 ここで、本発明の望ましい実施態様とし
ては次のものがあげられる。 (1) 回折格子パターンが不等間隔同心円よりなること。(2) 回折された光が基板と空気との界面で全反射領域を
満たす角度となる領域のみに回折格子が形成されている
こと。(3) 複数の回折格子パターンが隣接して形成されている
こと。 （作用） 本発明によれば、屈折率が１より大きい透明基板の一主
面上に回折格子パターンを形成し、空気中より入射され
た光を基板側に回折させ、主面とは反対側の面近傍にお
ける焦点又は基板外側の仮想焦点に集束させるように
し、かつ回折された集束光の開口数が１より大きくなる
ようにしているので、入射光を空気中での回折限界より
小さい極小スポットに絞ることができる。また、回折格
子パターンは平面的に形成できるので、ＳＩＬとは異な
り小型化が可能で、他の部品との集積化も容易となる。
ては次のものがあげられる。 (1) 回折格子パターンが不等間隔同心円よりなること。(2) 回折された光が基板と空気との界面で全反射領域を
満たす角度となる領域のみに回折格子が形成されている
こと。(3) 複数の回折格子パターンが隣接して形成されている
こと。 （作用） 本発明によれば、屈折率が１より大きい透明基板の一主
面上に回折格子パターンを形成し、空気中より入射され
た光を基板側に回折させ、主面とは反対側の面近傍にお
ける焦点又は基板外側の仮想焦点に集束させるように
し、かつ回折された集束光の開口数が１より大きくなる
ようにしているので、入射光を空気中での回折限界より
小さい極小スポットに絞ることができる。また、回折格
子パターンは平面的に形成できるので、ＳＩＬとは異な
り小型化が可能で、他の部品との集積化も容易となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる回折格子レンズの概略構成を示す平面図と断面図
である。
形態によって説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる回折格子レンズの概略構成を示す平面図と断面図
である。
【００１４】図中１０は透明基板であり、この基板１０
の表面にレンズ作用を有する回折格子のパターン１１が
形成されている。この回折格子は、ブレーズ化された不
等間隔同心円からなり、入射光１２を回折させて反対側
の基板表面の焦点に集束させるように、即ちレンズ作用
を有するようにパターンが設計されている。ここで、透
明基板１０の屈折率をｎとすると、回折格子レンズの開
口数ＮＡは、 ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ …（２） で与えられる。従って、焦点面におけるスポット径は前
記（１）式から、 ｓ＝ｃ・λ／（ｎ・ｓｉｎθ） …（３） となる。ここで、 ｓｉｎθ＞１／ｎ …（４） となるようにθを設定すれば、（３）式のスポット径ｓ
は空気中での回折限界スポット径ｃλより小さくできる
ことは明らかである。例えばｎ＝１．８の場合、θ＞３
４゜にすれば、この条件が満たされる。
の表面にレンズ作用を有する回折格子のパターン１１が
形成されている。この回折格子は、ブレーズ化された不
等間隔同心円からなり、入射光１２を回折させて反対側
の基板表面の焦点に集束させるように、即ちレンズ作用
を有するようにパターンが設計されている。ここで、透
明基板１０の屈折率をｎとすると、回折格子レンズの開
口数ＮＡは、 ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ …（２） で与えられる。従って、焦点面におけるスポット径は前
記（１）式から、 ｓ＝ｃ・λ／（ｎ・ｓｉｎθ） …（３） となる。ここで、 ｓｉｎθ＞１／ｎ …（４） となるようにθを設定すれば、（３）式のスポット径ｓ
は空気中での回折限界スポット径ｃλより小さくできる
ことは明らかである。例えばｎ＝１．８の場合、θ＞３
４゜にすれば、この条件が満たされる。
【００１５】このような回折格子レンズは、前記図１２
のレンズに比べて平板で構成でき、作成も容易であると
いう利点がある。即ち、回折格子パターンは、例えば電
子ビーム描画やＮＣ旋盤等を用いて容易に形成できる。
さらに、同心円パターンであるため、基板を直接ＮＣ旋
盤で加工することも可能であるし、金型を用いて複製す
ることも可能である。
のレンズに比べて平板で構成でき、作成も容易であると
いう利点がある。即ち、回折格子パターンは、例えば電
子ビーム描画やＮＣ旋盤等を用いて容易に形成できる。
さらに、同心円パターンであるため、基板を直接ＮＣ旋
盤で加工することも可能であるし、金型を用いて複製す
ることも可能である。
【００１６】次に、回折格子パターンの具体例を、図２
を用いて説明する。図２は、レンズ１３により基板表面
からｆの距離に集束するように入射してきた光を、ｈの
距離にある反対側基板表面に集束するように回折させる
回折格子レンズを示したものである。この回折格子レン
ズの中心からｒの距離における格子位相Φは、次式で与
えられる。
を用いて説明する。図２は、レンズ１３により基板表面
からｆの距離に集束するように入射してきた光を、ｈの
距離にある反対側基板表面に集束するように回折させる
回折格子レンズを示したものである。この回折格子レン
ズの中心からｒの距離における格子位相Φは、次式で与
えられる。
【００１７】
Φ＝（２π／λ）｛（ｎ2 ｈ2 ＋ｒ2 ）1/2
−（ｆ2 ＋ｒ2 ）1/2 −（ｎｈ−ｆ）｝…（５）
中心からｍ番目の格子半径は
Φ＝２πｍ …（６）
を満たすｒの位置となる。例として、図１のように入射
光が平行光の場合、即ちｆ＝∞の場合には、ｍ番目の格
子半径ｒm は、 ｒm ＝｛（ｍλ）2 ＋２ｍλ（ｎｈ）｝1/2 …（７） で与えられる。
光が平行光の場合、即ちｆ＝∞の場合には、ｍ番目の格
子半径ｒm は、 ｒm ＝｛（ｍλ）2 ＋２ｍλ（ｎｈ）｝1/2 …（７） で与えられる。
【００１８】このように本実施形態によれば、透明基板
１０上に回折格子パターン１１を形成し、レンズの開口
数を１より大きくしているので、光源の短波長化の必要
なしに極小スポットへの集光を実現することができる。
そしてこの場合、従来のＳＩＬ等とは異なり平面的に構
成できることから、小型化をはかることができ、他の部
品との集積化も容易である。 （第２の実施形態）図１、図２は高い回折効率が得られ
るように、ブレーズ化された格子形状となっているが、
必ずしもこのようなブレーズ化格子でなくてもよい。例
えば、図３に示すように、透明基板１０の表面に２値の
回折格子パターン２１を設けたものであっても良い。
１０上に回折格子パターン１１を形成し、レンズの開口
数を１より大きくしているので、光源の短波長化の必要
なしに極小スポットへの集光を実現することができる。
そしてこの場合、従来のＳＩＬ等とは異なり平面的に構
成できることから、小型化をはかることができ、他の部
品との集積化も容易である。 （第２の実施形態）図１、図２は高い回折効率が得られ
るように、ブレーズ化された格子形状となっているが、
必ずしもこのようなブレーズ化格子でなくてもよい。例
えば、図３に示すように、透明基板１０の表面に２値の
回折格子パターン２１を設けたものであっても良い。
【００１９】このような２値の回折格子は、ＬＳＩの製
造プロセスと同様に、マスクを用いたリソグラフィ技術
で容易に作成可能であり、しかも量産にも適している。 （第３の実施形態）図１〜図３は回折された集束光の焦
点位置が基板反対側表面にある場合を示したが、光ディ
スクシステムに用いる場合には、ディスクや保護層の厚
さを考慮して回折格子レンズを設計する必要がある。即
ち、図４に示すようにディスク裏面側から光を照射する
場合は、ディスク１５の厚さを考慮して回折格子レンズ
を設計する必要がある。
造プロセスと同様に、マスクを用いたリソグラフィ技術
で容易に作成可能であり、しかも量産にも適している。 （第３の実施形態）図１〜図３は回折された集束光の焦
点位置が基板反対側表面にある場合を示したが、光ディ
スクシステムに用いる場合には、ディスクや保護層の厚
さを考慮して回折格子レンズを設計する必要がある。即
ち、図４に示すようにディスク裏面側から光を照射する
場合は、ディスク１５の厚さを考慮して回折格子レンズ
を設計する必要がある。
【００２０】また、ディスク表面側から光を照射する場
合には、ディスク１５の記録面上の保護層１６の厚さを
考慮して回折格子レンズを設計する必要がある。保護層
１６の厚さが無視できる場合には、図１〜図３の回折格
子レンズをそのまま用いることができる。 （第４の実施形態）図１〜図３の実施形態では、回折格
子領域が円形である場合を示したが、図５に示したよう
に回折格子領域は矩形でも良い。このような矩形領域の
回折格子が容易に作成できることは本発明の大きな特徴
である。
合には、ディスク１５の記録面上の保護層１６の厚さを
考慮して回折格子レンズを設計する必要がある。保護層
１６の厚さが無視できる場合には、図１〜図３の回折格
子レンズをそのまま用いることができる。 （第４の実施形態）図１〜図３の実施形態では、回折格
子領域が円形である場合を示したが、図５に示したよう
に回折格子領域は矩形でも良い。このような矩形領域の
回折格子が容易に作成できることは本発明の大きな特徴
である。
【００２１】さらに、この回折格子レンズは、図６に示
すように複数個（例えば３個）を集積化することも容易
である。即ち、格子形状を２値の回折格子パターン（２
１ａ，２１ｂ，２１ｃ）とすれば、ＬＳＩの製造プロセ
スと同様にマスクを用いたリソグラフィ技術で容易に作
成することができる。そして、図６の回折格子レンズ
は、複数のトラックに対して同時に記録又は再生を行う
マルチトラック記録／再生に使用することができる。 （第５の実施形態）図７は、本発明の第５の実施形態に
係わる回折格子レンズを示す平面図と断面図である。回
折格子レンズの基本パターンは図３に示すものと同じで
あるが、これに加えて本実施形態では、回折格子の位相
がΛの周期で１次元的に変調されている。これにより、
回折されたビームは複数の焦点に集束される。また、焦
点の個数は位相を変調する関数で変えることができる。
すように複数個（例えば３個）を集積化することも容易
である。即ち、格子形状を２値の回折格子パターン（２
１ａ，２１ｂ，２１ｃ）とすれば、ＬＳＩの製造プロセ
スと同様にマスクを用いたリソグラフィ技術で容易に作
成することができる。そして、図６の回折格子レンズ
は、複数のトラックに対して同時に記録又は再生を行う
マルチトラック記録／再生に使用することができる。 （第５の実施形態）図７は、本発明の第５の実施形態に
係わる回折格子レンズを示す平面図と断面図である。回
折格子レンズの基本パターンは図３に示すものと同じで
あるが、これに加えて本実施形態では、回折格子の位相
がΛの周期で１次元的に変調されている。これにより、
回折されたビームは複数の焦点に集束される。また、焦
点の個数は位相を変調する関数で変えることができる。
【００２２】図７に示すように３焦点を持つようなレン
ズとすることにより、３つのビームを用い、中心のビー
ムで情報の読取りを行い、両側のビームでトラッキング
を行う、３ビーム法（ツインスポット方式）によるトラ
ッキング制御が可能となる。この場合の焦点位置の間隔
ｄに対し、位相変調の周期Λは、 Λ＝ｎλｈ／ｄ …（８） で与えれば良い（λは波長、ｎは回折格子レンズ基板の
屈折率）。 （第６の実施形態）以上のような回折格子レンズにおい
ては、回折された光の一部は基板から外へ伝搬すること
はなくエバネッセント光となる。そのため、このように
して絞られた極小スポットを利用するためには、エバネ
ッセント光との相互作用のある距離までディスク面を近
付けるように、位置を制御することが重要である。
ズとすることにより、３つのビームを用い、中心のビー
ムで情報の読取りを行い、両側のビームでトラッキング
を行う、３ビーム法（ツインスポット方式）によるトラ
ッキング制御が可能となる。この場合の焦点位置の間隔
ｄに対し、位相変調の周期Λは、 Λ＝ｎλｈ／ｄ …（８） で与えれば良い（λは波長、ｎは回折格子レンズ基板の
屈折率）。 （第６の実施形態）以上のような回折格子レンズにおい
ては、回折された光の一部は基板から外へ伝搬すること
はなくエバネッセント光となる。そのため、このように
して絞られた極小スポットを利用するためには、エバネ
ッセント光との相互作用のある距離までディスク面を近
付けるように、位置を制御することが重要である。
【００２３】この距離が大きくなると、エバネッセント
光は急激に減衰し一部の伝搬光のみがディスク面に達す
ることになるので、もはや回折限界以下のスポットは利
用できなくなる。この場合に伝搬光成分はそれ程大きく
は減衰しないので、反射光を検出して焦点位置を検出し
ようとする場合には伝搬光成分が邪魔になる場合があ
る。
光は急激に減衰し一部の伝搬光のみがディスク面に達す
ることになるので、もはや回折限界以下のスポットは利
用できなくなる。この場合に伝搬光成分はそれ程大きく
は減衰しないので、反射光を検出して焦点位置を検出し
ようとする場合には伝搬光成分が邪魔になる場合があ
る。
【００２４】図８は、このような不要の伝搬光成分への
回折をなくすようにしたもので、回折格子パターン４１
はｒ＞ｒ0 の領域のみに形成されている。ここで、 ｒ0 ＝ｈ・ｔａｎθ0 …（９） ｓｉｎθ0 ＝１／ｎ …（10） である。（９），（10）式より ｒ0 ＝ｈ／（ｎ2 −１）1/2 …（11） となる。 （第７の実施形態）図８の回折格子パターンのない領域
には、焦点検出やトラッキング検出のための他の回折格
子パターンを形成しても良い。図９は、そのパターンの
例を示したものであり、回折格子パターン４１の形成さ
れていない半径ｒ0 の領域に回折格子パターン４２が形
成されている。この例では回折格子パターン４２は、デ
ィスク面からの反射光を非点収差を持つようなビームに
回折させるように、円形ではなく楕円形に形成されてい
る。これにより、いわゆる非点収差法による焦点検出／
制御が可能となる。
回折をなくすようにしたもので、回折格子パターン４１
はｒ＞ｒ0 の領域のみに形成されている。ここで、 ｒ0 ＝ｈ・ｔａｎθ0 …（９） ｓｉｎθ0 ＝１／ｎ …（10） である。（９），（10）式より ｒ0 ＝ｈ／（ｎ2 −１）1/2 …（11） となる。 （第７の実施形態）図８の回折格子パターンのない領域
には、焦点検出やトラッキング検出のための他の回折格
子パターンを形成しても良い。図９は、そのパターンの
例を示したものであり、回折格子パターン４１の形成さ
れていない半径ｒ0 の領域に回折格子パターン４２が形
成されている。この例では回折格子パターン４２は、デ
ィスク面からの反射光を非点収差を持つようなビームに
回折させるように、円形ではなく楕円形に形成されてい
る。これにより、いわゆる非点収差法による焦点検出／
制御が可能となる。
【００２５】図１０は、本実施形態の回折格子レンズを
用いた光学系の例を示したものである。図中４０は表面
に集束用回折格子レンズ及び非点収差回折格子レンズの
各パターンが形成されている基板（本実施形態の回折格
子レンズ）、５１は半導体レーザ、５２はコリメーショ
ンレンズ、５３はビームスプリッタ、５４は光ディス
ク、５５は４分割光検出器、５６は差動アンプである。
用いた光学系の例を示したものである。図中４０は表面
に集束用回折格子レンズ及び非点収差回折格子レンズの
各パターンが形成されている基板（本実施形態の回折格
子レンズ）、５１は半導体レーザ、５２はコリメーショ
ンレンズ、５３はビームスプリッタ、５４は光ディス
ク、５５は４分割光検出器、５６は差動アンプである。
【００２６】このような構成において、ディスク５４が
合焦点位置にある場合、ディスク５４からの戻り光束の
形状は、４分割光検出器５５上で円形となり差動アンプ
出力のエラー電圧は０となる。焦点ずれを生じると、戻
り光束の形状は長円形となり、フォーカスエラー電圧が
発生する。このようにしてフォーカス制御を行うことが
できる。そしてこの場合、従来の非点収差法では必須で
あった円筒レンズを省略することが可能となる。また、
４分割光検出器５５の検出信号を基にトラッキング制御
を行うことも可能である。
合焦点位置にある場合、ディスク５４からの戻り光束の
形状は、４分割光検出器５５上で円形となり差動アンプ
出力のエラー電圧は０となる。焦点ずれを生じると、戻
り光束の形状は長円形となり、フォーカスエラー電圧が
発生する。このようにしてフォーカス制御を行うことが
できる。そしてこの場合、従来の非点収差法では必須で
あった円筒レンズを省略することが可能となる。また、
４分割光検出器５５の検出信号を基にトラッキング制御
を行うことも可能である。
【００２７】なお、焦点検出法は、図１０に示した非点
収差法に限るものではなく、種々の方法に対応させて回
折格子パターンを設計することができる。いずれにして
も、２種類以上の異なる機能の回折格子レンズを１枚の
基板の上に形成できることは本発明の大きな特長であ
る。 （第８の実施形態）第７の実施形態では、ｒ＜ｒ0 の領
域に集束用回折格子レンズとは異なる非点収差回折格子
レンズのパターンを形成したが、焦点検出やトラッキン
グ検出のための異なる回折格子パターンを形成する領域
はｒ＜ｒ0 の領域に限定する必要はない。
収差法に限るものではなく、種々の方法に対応させて回
折格子パターンを設計することができる。いずれにして
も、２種類以上の異なる機能の回折格子レンズを１枚の
基板の上に形成できることは本発明の大きな特長であ
る。 （第８の実施形態）第７の実施形態では、ｒ＜ｒ0 の領
域に集束用回折格子レンズとは異なる非点収差回折格子
レンズのパターンを形成したが、焦点検出やトラッキン
グ検出のための異なる回折格子パターンを形成する領域
はｒ＜ｒ0 の領域に限定する必要はない。
【００２８】具体的には、図１１（ａ）のように集束用
回折格子レンズのパターン４１の外側に非点収差回折格
子レンズのパターン６２を設けてもよいし、図１１
（ｂ）のように内側と外側に収差回折格子レンズのパタ
ーン６２ａ，６２ｂをそれぞれに設けてもよい。
回折格子レンズのパターン４１の外側に非点収差回折格
子レンズのパターン６２を設けてもよいし、図１１
（ｂ）のように内側と外側に収差回折格子レンズのパタ
ーン６２ａ，６２ｂをそれぞれに設けてもよい。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
レーザ光を空気中での回折限界より小さい極小スポット
に絞ることができ、かつ小型化が可能で、他の部品との
集積化も容易な回折格子レンズを実現できる。
レーザ光を空気中での回折限界より小さい極小スポット
に絞ることができ、かつ小型化が可能で、他の部品との
集積化も容易な回折格子レンズを実現できる。
【図１】第１の実施形態に係わる回折格子レンズの概略
構成を示す図。
構成を示す図。
【図２】第１の実施形態の回折格子レンズにおける格子
位相を説明するための図。
位相を説明するための図。
【図３】第２の実施形態に係わる回折格子レンズの概略
構成を示す図。
構成を示す図。
【図４】第３の実施形態に係わる回折格子レンズの概略
構成を示す図。
構成を示す図。
【図５】第４の実施形態に係わる回折格子レンズの概略
構成を示す図。
構成を示す図。
【図６】第４の実施形態の回折格子レンズを複数個集積
化した構成を示す図。
化した構成を示す図。
【図７】第５の実施形態に係わる回折格子レンズの概略
構成を示す図。
構成を示す図。
【図８】第６の実施形態に係わる回折格子レンズの概略
構成を示す図。
構成を示す図。
【図９】第７の実施形態に係わる回折格子レンズの概略
構成を示す図。
構成を示す図。
【図１０】第７の実施形態の回折格子レンズの応用例を
示す図。
示す図。
【図１１】第８の実施形態に係わる回折格子レンズの概
略構成を示す図。
略構成を示す図。
【図１２】従来のＳＩＬを示す図。
１０…透明基板
１１，２１，３１，４１…回折格子レンズパターン
１２…入射光
１３…レンズ
１５…光ディスク基板
１６…保護層
４２，６２…非点収差回折格子レンズパターン
５１…半導体レーザ
５２…コリメーションレンズ
５３…ビームスプリッタ
５５…４分割光検出器
５６…差動アンプ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G11B 7/135
Claims (6)
- 【請求項１】一面及び他面を有し屈折率が１より大きい
透光性基板と、この透光性基板の一面に形成された回折
格子からなるレンズ効果を有する回折格子パターンとを
具備してなり、 前記回折格子パターンは、前記基板の一面側に入射され
た光線束を該基板の他面側に設けた焦点に集束させると
共に、該焦点を頂点として算出した開口数が１より大き
くなるように形成され、且つ前記回折格子パターンの中
央部には回折格子が形成されていない領域が設けられて
いることを特徴とする回折格子レンズ。 - 【請求項２】一面及び他面を有し屈折率が１より大きい
透光性基板と、この透光性基板の一面に形成された回折
格子からなるレンズ効果を有する第１及び第２の回折格
子パターンとを具備してなり、 第１の回折格子パターンは、前記基板の一面側に入射さ
れた光線束を該基板の他面側に設けた焦点に集束させる
と共に、該焦点を頂点として算出した開口数が１より大
きくなるように形成され、第２の回折格子パターンは、
第１の回折格子パターンの内側に設けられ、第１の回折
格子パターンとは異なるレンズ作用を有することを特徴
とする回折格子レンズ。 - 【請求項３】一面及び他面を有し屈折率が１より大きい
透光性基板と、この透光性基板の一面に形成された回折
格子からなるレンズ効果を有する複数の回折格子パター
ンとを具備してなり、 前記各回折格子パターンは、前記基板の一面側に入射さ
れた光線束を該基板の他面側に設けた焦点に集束させる
と共に、該焦点を頂点として算出した開口数が１より大
きくなるように形成されていることを特徴とする回折格
子レンズ。 - 【請求項４】前記回折格子パターンは、不等間隔同心円
に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れ
かに記載の回折格子レンズ。 - 【請求項５】前記回折格子は、該回折格子で回折された
光が前記基板と空気との界面で全反射となる領域のみに
形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか
に記載の回折格子レンズ。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の回折格子
レンズを光学系の一部に用いたことを特徴とする光学装
置。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24505396A JP3507632B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 回折格子レンズ |
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|---|---|
| JPH1092002A JPH1092002A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3507632B2 true JP3507632B2 (ja) | 2004-03-15 |
Family
ID=17127887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24505396A Expired - Fee Related JP3507632B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 回折格子レンズ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6266315B1 (en) * | 1997-11-22 | 2001-07-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Catadioptric optical system, optical pickup and optical disk drive employing the same, and optical disk |
| US6396789B1 (en) * | 1998-02-27 | 2002-05-28 | Calimetrics, Inc. | Data storage system and methods using diffractive near-field optics |
| KR100297764B1 (ko) * | 1998-04-27 | 2001-08-07 | 윤종용 | 고밀도 기록/재생 가능한 광픽업장치 |
| US6377535B1 (en) * | 1998-07-06 | 2002-04-23 | Read-Rite Corporation | High numerical aperture optical focusing device having a conical incident facet and a parabolic reflector for use in data storage systems |
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| JP3368422B2 (ja) | 1999-01-29 | 2003-01-20 | 富士通株式会社 | レンズ装置、これを用いた光学ヘッドおよび光ディスク装置 |
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| US6181478B1 (en) * | 1999-07-16 | 2001-01-30 | Michael Mandella | Ellipsoidal solid immersion lens |
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| US8117955B2 (en) | 2006-10-26 | 2012-02-21 | Lone Star Ip Holdings, Lp | Weapon interface system and delivery platform employing the same |
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- 1996-09-17 JP JP24505396A patent/JP3507632B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-09-17 US US08/932,909 patent/US5978139A/en not_active Expired - Fee Related
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