JPH02264202A - 光回折格子素子並びに光ピックアップ装置および光走査装置 - 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、コンパクトディスクプレーヤおよびビデオデ
ィスクプレーヤ等の光記録再生装置に好適な光ピックア
ップ装置、並びに光カード記録再生装置およびレーザビ
ームプリンタ等に好適な光直線走査装置、並びにこれら
再装置に供される光回折格子素子に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、第８図に示すように、光回折格子素子２２を使用
する例えば光ピックアップ装置では、半導体レーザ２１
．からの出射光は、光回折格子素子２２、コリメートレ
ンズ２３および対物レンズ２４を介して記録担体２５上
に集光される。記録担体２５からの反射光は、対物レン
ズ２４およびコリメートレンズ２３介し、光回折格子素
子２２にて回折され、第９図に示すように、例えば４分
割された受光素子２６における受光部２６ａ・２６ｂの
境界線上の点と、受光部２６ｃ・２６ｄの境界線上の点
との２点に集光スポットＳ２．−Ｓ２□として集光され
る。そして、受光素子２６における受光部２６ａ〜２６
ｄの出力信号５ａ−３ｄから、ＲＥＳ＝　（Ｓａ＋５ｂ
）−（Ｓｃ＋Ｓｄ）の演算式により得られたラジアル誤
差信号ＲＥＳに基づき、半導体レーザ２１の発したレー
ザ光が記録担体２５の情報記録トラックに集光されるよ
うに、対物レンズ２４が駆動される。

上記の光回折格子素子２２は、第１０図（ａ）に示すよ
うに、格子ピッチの異なる２個の領域２２ａ２２ｂを有
し、これら領域２２ａ−２２ｂの格子ピッチｄｚ＋’ｄ
ｚｚは、領域２２ａ２２ｂへ入射した記録担体２５から
の反射光が、上述のように、受光素子２６における境界
線上の２点に集光するような周期の格子として形成され
ている。

光回折格子素子２２の断面形状は、光利用効率の高い鋸
歯形のブレーズ形状が有効であるとされており、このブ
レーズ形状に加工する方法としてよく知られているのが
イオンエツチング法である。この方法は、例えばブレー
ズ加工が施される基材として、ＧａＡｓあるいはＰＭＭ
Ａ等、フォトレジストよりエツチング速度の速い材料を
使用する。そして、この基材の上にフォトレジストを塗
布し、ホログラフィックな方法によりグレーティングを
作製し、このグレーティングを基材エッチマスクとする
。基材をエツチングする際には、第１１図（ａ）に示す
ように、グレーティングの溝方向に対し、基材２８へ斜
め方向から一定の入射角で光ビームを照射する。これに
より、同図（ｂ）に示すように、基材２８上のフォトレ
ジスト２７がピンニングとして働き、そこを頂点として
基材２８が加工され、最終的に形成されるブレーズの断
面形状は、同図（Ｃ）に示すように、光ビームの入射角
に対して一定の関係を有するブレーズ角θの面と、この
面に垂直な面とに加工される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のように、２個の領域２２ａ・２２ｂを
有し、入射光を２つの異なる方向へ回折させるように各
領域２２ａ・２２ｂ間で格子ピッチが異なる光回折格子
素子２２、あるいは３個以上の各々格子間ピッチが異な
る領域を有する光回折格子素子では、イオンエツチング
法にてブレーズ形状を形成する際、製作の容易性、量産
性およびコストの面から、数種類の格子ピッチのブレー
ズ形状を同時に形成することが多い。このとき、例えば
第１０図（ａ）に示す光回折格子素子２２の領域２２ａ
・２２ｂでは、それぞれ同図（ｂ）（Ｃ）に示すように
、ブレーズ形状の谷部りの深さｔを同じとし、谷部りと
山部の頂部Ｍとの幅を変えることにより、あるいは同図
（ｄ）（ｅ）に示すように、谷部りの深さｔを変えて相
似形に形成することにより格子ピッチを異ならせている
。

その結果、光回折格子素子２２の異なる領域２２ａ・２
２ｂ間では、光の利用効率が異なることになり、受光素
子２６上に集光される２個の集光スポラ）Ｓｚ＋・Ｓ２
□間に光量差が生じる。従って、対物レンズ２４の焦点
位置が記録担体２５上の情報記録トラック位置にある場
合であっても、ラジアル誤差信号ＲＥＳは零にならず、
オフセットが生じるという問題点を有している。

また、レーザ光を発する光源と光回折格子素子とが相対
移動可能に設けられ、光源の発したレーザ光を光回折格
子素子により所定の直線方向へ回折方向を変化させて回
折させ、走査を行う光走査装置が知られているが、この
ような光走査装置においても、光回折格子素子の各部に
おいて光の利用効率に差があり、均一な光量による走査
を行うことができないという問題点を有している。

〔課題を解決するための手段〕 請求項第１項記載の光回折格子素子は、上記の課題を解
決するために、山部と谷部とが交互に連続するブレーズ
形状により回折格子が形成され、この回折格子のピッチ
が異なることにより入射光が２以上の異なる方向へ回折
される光回折格子素子において、上記のブレーズ形状は
、各谷部の深さ、谷部の幅およびブレーズ角が同一に設
定され、かつ格子ピッチに応じて山部の頂部の幅が設定
されていることを特徴としている。

請求項第２項記載の光ピックアップ装置は、上記の課題
を解決するために、光ビームを発する光源と、この光源
の発した光ビームを記録担体上に集光させる光学系と、
上記の光源と記録担体との間に配され、記録担体からの
反射光を受光素子に導く請求項第１項記載の光回折格子
素子とを備えていることを特徴としている。

請求項第３項記載の光走査装置は、上記の課題を解決す
るために、光ビームを発する光源と請求項第１項記載の
光回折格子素子とが相対移動可能に設けられ、この光回
折格子素子は、光源との相対移動時に光源から入射した
光ビームの回折方向を所定の直線方向へ変化させるよう
に形成されていることを特徴としている。

〔作　用〕

請求項第１項記載の光回折格子素子の構成によれば、ブ
レーズ形状における各谷部の深さ、谷部の幅およびブレ
ーズ角が同一に設定され、がっ格子ピッチに応じて山部
の頂部の幅が設定されているので、格子ピッチの異なる
部位間で光の利用効率を均一にすることができる。これ
により、本光回折格子素子を介して得られる各回折光の
光量はほぼ均一となる。

請求項第２項記載の光ピックアップ装置の構成によれば
、光源の発した光ビームは光学系に導かれて記録担体上
に集光され、その反射光は前記の光回折格子素子により
受光素子に導かれる。ここで、光回折格子素子は、前述
のように、格子ピッチの異なる部位間で光の利用効率が
均一になっているので、光回折格子素子の回折光によっ
て受光素子上に形成される複数の集光スポットの光量は
等しくなる。これにより、受光素子の出力信号から得ら
れるラジアル誤差信号ＲＥＳには、集光スポットの光量
差によるオフセット要因が存在せず、正確なトラッキン
グ制御を行うことができる。

請求項第３項記載の光走査装置の構成によれば、光源の
発した光ビームは、この光源と相対移動する前記の光回
折格子素子により回折される。この光ビームの回折方向
は所定の直線方向へ変化し、これにより、例えば記録担
体に対して光ビームによる直線的な走査が行われる。こ
のとき、光回折格子素子は、前述のように、格子ピッチ
の異なる部位間で光の利用効率が均一になっているので
、光回折格子素子の各部から得られる回折光の光量はほ
ぼ均一となる。従って、走査範囲にわたって均一な光量
の光ビームを供給することができ、例えば記録担体に対
する正確な書込み、あるいは読み出し動作を行うことが
できる。

〔実施例１〕 本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて以下
に説明する。

光ピックアップ装置は、第２図に示すように、レーザ光
を発する半導体レーザ１と、この半導体レーザ１の発し
たレーザ光を平行光にするコリメートレンズ３と、コリ
メートレンズ３を介して入射した光を記録担体５上に集
光させる対物レンズ４と、対物レンズ４およびコリメー
トレンズ３を介して入射した記録担体５からの反射光を
回折させて受光素子６上に集光させる光回折格子素子２
と、入射した光を電気信号に変換する受光素子６とを備
えている。

上記の受光素子６は、第３図に示すように、十字形の境
界線を挟んで４個の受光部６ａ・６ｂ６ｃ・６ｄを有し
ている。これら受光部６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄの出力信
号をそれぞれ５ａ−３ｂ・５ｃ−３ｄとすると、ラジア
ル誤差信号ＲＥＳは、ＲＥＳ＝　（Ｓａ＋５ｂ）−（Ｓ
ｃ＋Ｓｄ）の演算式によって得られ、同信号に基づき、
半導体レーザｌの発したレーザ光が記録担体５の情報記
録トラックに集光されるように、対物レンズ４が駆動さ
れる構成となっている。

上記の光回折格子素子２は、第１図（ａ）に示すように
、格子ピッチの異なる２個の領域２ａ・２ｂを有してい
る。これら領域２ａ・２ｂの格子ピッチｄ１　・ｄ２は
、領域２ａ・２ｂへ入射した記録担体５からの反射光を
、それぞれ、受光素子６の受光部６ａ・６ｂの境界線上
の点と、受光部６ｃ・６ｄの境界線上の点との２点に、
回折させて集光させるように形成されている。

光回折格子素子２における領域２ａ・２ｂの断面形状は
、それぞれ第１図（ｂ）および同図（Ｃ）に示すように
、光利用効率の高い鋸歯形のブレーズ形状をなしている
。これら領域２ａ・２ｂのブレーズ形状は、非対称の■
字形の谷部りと山部の平坦な頂部Ｍとから構成され、格
子ピッチｄ１・ｄ２は、両頭域２ａ・２ｂ間における光
の利用効率が同じになるように、ブレーズ形状の谷部り
と山部の頂部Ｍとの占有比率を異ならせることにより設
定されている。即ち、領域２ａと領域２ｂとではブレー
ズ形状における谷部りの深さｔ、谷部りの幅およびブレ
ーズ角θが同一に設定され、領域２ａの格子ピッチｄ１
と領域２ｂの格子ピッチｄ２との差に相当する分、領域
２ｂの山部の頂部Ｍの幅が広（なっている。

上記の構成において、半導体レーザ１の発したレーザ光
は、光回折格子素子２を介してコリメートレンズ３へ入
射し、平行光とされる。このレーザ光は、対物レンズ４
により記録担体５の情報記録トラックに集光される。記
録担体５からの反射光は、対物レンズ４およびコリメー
トレンズ３を介して光回折格子素子２へ入射する。領域
２ａへ入射した光は受光素子６の受光部６ａ・６ｂの境
界線上に集光スポットＳｔ　として集光され、領域２ｂ
へ入射した光は受光部６Ｃ・６ｄの境界線上に集光スポ
ットＳ２として集光される。

ここで、光回折格子素子２における領域２ａ・２ｂ間で
は、ブレーズ形状における谷部りの深さｔ、谷部りの幅
およびブレーズ角θが同一であり、領域２ａの格子ピッ
チｄ、と領域２ｂの格子ピッチｄ２との差に相当する分
、領域２ｂの山部の頂部Ｍの幅を広くすることにより格
子ピッチｄ１・ｄ２を設定しているので、両頭域２ａ・
２ｂ間における光の利用効率がほぼ同じになっている。

従って、受光素子６に形成される集光スットＳＩ・Ｓ２
の光量はほぼ等しくなり、対物レンズ４の焦点位置が記
録担体５の情報記録トラック上にある場合、ＲＥＳ＝　
（Ｓａ十５ｂ）−（Ｓｃ十Ｓｄ）の演算式によって得ら
れるラジアル誤差信号ＲＥＳは零となる。これより、上
記の焦点位置が情報記録トラックからずれた場合、ラジ
アル誤差信号ＲＥＳはそのずれ量に対応したものとなり
、トラックずれが正確に修正される。

上記のように、本発明の構成は、格子ピッチの異なる２
個以上の領域を有し、かつ断面形状が鋸歯形のブレーズ
形状の光回折格子素子において、各領域から回折される
光の光量を等しく設計したいという場合に有効である。

従って、例えば、第４図（ａ）に示すように、３個の領
域７ａ・７ｂ・７ｃに分割され、これら領域７ａ・７ｂ
・７Ｃがブレーズ形状に形成されている光回折格子素子
７においても、各領域７ａ〜７Ｃのブレーズ形状は、同
図（ｂ）、同図（Ｃ）および同図（ｄ）に示すように、
谷部りの深さｔ、谷部りの幅およびブレーズ角θを同二
に設定し、山部の頂部Ｍの幅を変えることにより格子ピ
ッチｄｚ−ｄ＋ｚ−ｄ＋３の変化に対応している。

（実施例２） 本発明の他の実施例を第５図ないし第７図に基づいて以
下に説明する。尚、説明の便宜上、前記の実施例の図面
に示した部材と同一の機能を有する部材には同一の符号
を付記し、その説明を省略する。

本実施例では、回折格子素子を光走査装置のレーザ光走
査部に使用した構成を示している。光走査装置は、第５
図に示すように、半導体レーザ１と、回転子８と、回転
子８上に設けられた複数の光回折格子素子９・・・と、
回転子８を回転させるモータ１０とを備えている。

上記の光回折格子素子９は、第６図（ａ）に示すよ・う
に扇形をなしている。また、光回折格子素子９の断面は
、第６図（ｂ）に示すように、ブレーズ形状をなし、各
谷部りの深さし、谷部りの幅およびブレーズ角θが同一
であり、山部の頂部Ｍの幅を変えることにより格子ピッ
チが変わっている。そして、格子形状は、同図（ａ）に
おいて、光回折格子素子９の面外の点Ｐを中心に同心円
状になっており、さらに、光回折格子素子９にレンズ効
果をもたせるため、その格子ピッチはＰ方向へ行くに従
って徐々に広くなっている。このように光回折格子素子
９は回折格子がレンズ機能を有するように形成されてい
ることにより、光回折格子素子９に入射したレーザ光は
、回折され、かつモータ１０によって回転される光回折
格子素子９の動きにより、その進行方向が、第５図に示
すように、直線的に移動する。即ち、このレーザ光が照
射される面は直線的に走査されることになる。

このとき、光回折格子素子９は、断面形状がブレーズ形
状をなし、各谷部りの深さｔ、谷部りの幅およびブレー
ズ角θが同一であり、山部の頂部Ｍの幅を変えることに
より格子ピッチが設定されている。従って、光回折格子
素子９の各部にて回折させるレーザ光の光量を常にほぼ
一定に保持することが可能である。

また、上記のように、光回折格子素子９・・・によリレ
ーザ光を直線的に走査される構成は、第７図に示す構成
によっても実現することができる。同図に示す光走査装
置では、光回折格子素子１１は、ブレーズ形状の各谷部
りの深さｔ、谷部りの幅およびブレーズ角θが同一であ
り、山部の頂部Ｍの幅を変えることにより格子ピッチが
変わっている。格子ピッチは一端部側が広くかつ他端部
に向かうに従って徐々に狭くなっている。そして、上記
の光回折格子素子１１を半導体レーザ１からのレーザ光
の入射方向に対して垂直に配し、かつ光回折格子素子１
１の回折格子とレーザ光とが直交する方向に光回折格子
素子１１を往復移動させることにより、半導体レーザ１
から入射したレーザ光が回折され、光回折格子素子１１
の動きにより、回折光の進行方向が直線的に移動するよ
うになっている。このような構成においても、第５図に
示した構成と同様、光回折格子素子１１の各部にて回折
させるレーザ光の光量を常にほぼ一定に保持することが
可能である。

上記のように、実施例１に示した光回折格子素子２の構
成は、各々異なるピッチで形成されるべきブレーズ形状
の回折格子を有する光回折格子素子９・１．１に対して
も適用することができる。

〔発明の効果〕

請求項第１項記載の光回折格子素子は、以上のように、
山部と谷部とが交互に連続するブレーズ形状により回折
格子が形成され、この回折格子のピッチが異なることに
より入射光が２以上の異なる方向へ回折される光回折格
子素子において、上記のブレーズ形状は、各谷部の深さ
、谷部の幅およびブレーズ角が同一に設定され、かつ格
子ピッチに応じて山部の頂部の幅が設定されている構成
である。

それゆえ、格子ピッチの異な°る部位間で光の利用効率
を均一にすることができ、各部位から得られる複数の回
折光の光量をほぼ均一にすることができるという効果を
奏する。

請求項第２項記載の光ピックアップ装置は、以上のよう
に、光ビームを発する光源と、この光源の発した光ビー
ムを記録担体上に集光させる光学系と、上記の光源と記
録担体との間に配され、記録担体からの反射光を受光素
子に導く請求項第１項記載の光回折格子素子とを備えて
いる構成である。

それゆえ、光回折格子素子からの回折光によって受光素
子上に形成される各集光スポットの光量はほぼ同一とな
り、正確なトラッキング制御を行うことができるという
効果を奏すも。

請求項第３項記載の光走査装置は、以上のように、光ビ
ームを発する光源と請求項第１項記載の光回折格子素子
とが相対移動可能に設けられ、この光回折格子素子は、
光源との相対移動時に光源から入射した光ビームの回折
方向を所定の直線方向へ変化させるように形成されてい
る構成である。

それゆえ、光ビームによる走査範囲にわたって均一な光
量の光ビームを供給することができ、例えば記録担体に
対する正確な書込み、あるいは読み出し動作を行うこと
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すものであ
る。 第１図（ａ）は光回折格子素子を示す概略の正面図であ
る。 第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図
である。 第１図（Ｃ）は第１図（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図
である。 第２図は光ピックアップ装置の構成を示す概略の説明図
である。 第３図は受光素子上の集光スポットを示す説明図である
。 第４図（ａ）は他の光回折格子素子を示す概略の正面図
である。 第４図（ｂ）は第４図（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視断面図
である。 第４図（ｃ）は第４図（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図
である。 第４図（ｄ）は第４図（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視断面図
である。 第５図ないし第７図は本発明の他の実施例を示すもので
ある。 第５図は光走査装置の構成を示す概略の斜視図である。 第６図（ａ）は光回折格子素子を示す正面図である。 第６図（ｂ）は第６図（ａ）におけるＦ−Ｆ矢視断面図
である。 第７図は他の光走査装置の構成を示す概略の斜視図であ
る。 第８図ないし第１１図は従来例を示すものである。 第８図は光ピックアップ装置の構成を示す概略の説明図
である。 第９図は受光素子上の集光スポットを示す説明図である
。 第１０図（ａ）は光回折格子素子を示す概略の正面図で
ある。 第１０図（ｂ）は第１０図（ａ）におけるＧ−Ｃ矢視断
面図である。 第１０図（Ｃ）は第１０図（ａ）におけるＨＨ矢視断面
図である。 第１０図（ｄ）は他の光回折格子素子の第１０図（ａ）
におけるＧ−Ｃ矢視断面図である。 第１０図（ｅ）は他の光回折格子素子の第１０図（ａ）
におけるＨ−Ｈ矢視断面図である。 第１１図（ａ）〜（Ｃ）はイオンエツチングによる回折
格子の製造過程を示す説明縦断面図である。 ｌは半導体レーザ（光源）、２・７・９・１１は光回折
格子素子、５は記録担体、６は受光素子、Ｌは谷部、Ｍ
は山部の頂部、θはブレーズ角、ｄｌ　・ｄ２は格子ピ
ッチである。 ｉ　１　図（ａ） 第１　図（ｂ） （Ａ−Ａ断面図） 特許出願人　　　　　シャープ　株式会社ｆＸ１　図（
Ｃ） （Ｂ−８断面図） １Ｍ ヒ一一一一←−一雪 第 図 第 図 ｂ ｄ 第 図 （ａ） 第 図 図（Ｃ） ／ ６／ ／ 第 図 ６ｂ ６ｄ 第１０ 図（ａ） 第１０図（ｂ） （Ｇ−Ｇ断面図） ｊｌ　１０図（Ｃ） （Ｈ−Ｈ断面図） 第１０図（ｄ） （Ｇ−Ｇ断面図） 第 １０図（ｅ） ｔＫへ／へ／へ／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、山部と谷部とが交互に連続するブレーズ形状により
   回折格子が形成され、この回折格子のピッチが異なるこ
   とにより入射光が２以上の異なる方向へ回折される光回
   折格子素子において、上記のブレーズ形状は、各谷部の
   深さ、谷部の幅およびブレーズ角が同一に設定され、か
   つ格子ピッチに応じて山部の頂部の幅が設定されている
   ことを特徴とする光回折格子素子。 ２、光ビームを発する光源と、 この光源の発した光ビームを記録担体上に集光させる光
   学系と、 上記の光源と記録担体との間に配され、記録担体からの
   反射光を受光素子に導く請求項第１項記載の光回折格子
   素子とを備えていることを特徴とする光ピックアップ装
   置。 ３、光ビームを発する光源と請求項第１項記載の光回折
   格子素子とが相対移動可能に設けられ、この光回折格子
   素子は、光源との相対移動時に光源から入射した光ビー
   ムの回折方向を所定の直線方向へ変化させるように形成
   されていることを特徴とする光走査装置。