JPS59137908A - 複合グレ−テイングレンズ - Google Patents

複合グレ−テイングレンズ

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JPS59137908A
JPS59137908A JP58011460A JP1146083A JPS59137908A JP S59137908 A JPS59137908 A JP S59137908A JP 58011460 A JP58011460 A JP 58011460A JP 1146083 A JP1146083 A JP 1146083A JP S59137908 A JPS59137908 A JP S59137908A
Authority
JP
Japan
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lens
light
grating
ruggedness
pattern
Prior art date
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Pending
Application number
JP58011460A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiichi Ogoshi
誠一 大越
Genichi Hatagoshi
玄一 波多腰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP58011460A priority Critical patent/JPS59137908A/ja
Publication of JPS59137908A publication Critical patent/JPS59137908A/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/188Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
    • G02B5/1885Arranged as a periodic array

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Head (AREA)

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】 [発明の技術分野] 本発明は入射光を複数の平行光に変換する複合グレーテ
ィングレンズに関し、特に光学式ビデオディスク等のト
ラッキング誤差検出装置の光学系として有用な複合グレ
ーティングレンズにtbする〇[発明の技術的背景とそ
の問題点] 一般に光学式ビデオディスクやデジタルオーディオディ
スクにおいては情報の高密度化のためにディスク上のト
ラックは例えばその幅が0.5μm。
を照射し、その反射光からトラックに記録されている情
報を読み出している。
このような装置においてはレーザ照射光がディスク上で
常に微小スポットを保ち、さらにトラックから外れない
ようにディスクの面振れおよびトラックの偏心に対して
追従させねばならない。
このディスク上で微小スポットを保つように面振れに追
従するサーボをフォーカシングサーボ、スポットがトラ
ックの偏心に追従するサーボをトラッキングサーボまた
はラジアルサーボと称している−0 ゛トラッキングサーボのためのサーボ信号、つまシトラ
ッキング誤差信号を得る方法の一つとじて3ビーム法と
呼ばれるものがある。この3ビーム法によるトラッキン
グ誤差検出装置の光路図を第1図(a) K示す。同図
においてレーザ光源(1)から発射された光ビームはコ
リメーションレンズ(2)によっで平行光来援変換され
る。更にこめ平行光束は直線形回折格子(31により0
次及び±1次の3ビームに変換される。
この3ビームはそれぞれ対物レンズ(4)によシディス
ク面(8)上に焦点を結ぶ。この照射スポット拡大図が
第1図(b)である。同図で示されるように、3個の微
小スポット(9a)(9b)(9c)はスポット(9b
)を中心忙して両側のスボッ) (9a)、(9C)が
トラック四の中心線に対して互いに左右逆方向に等量偏
位されてディスク面(8)に照射される0このディスク
面(8)からの反射光は再び対物レンズ(4)によって
0次および±1次の平行光束に変換され、ビームスプリ
ッタ−(5)によって折シ返され、結像レンズ(6)に
よシ光検出器(力の検知面上に3つの焦点を結゛ぶ。こ
の光検出器(力のフォトダイオードを示したものが第1
図(C)である。同図における(7a)(7b)(7c
)はそれぞれ第1図(b)の照射スポット(9a)(9
bX9c)に対応した検出信号を表わしている。従って
照射スポット(9a)、(9c)に対応した検出信号(
7a)、(7c)の大きさを比較することによってトラ
ッキング誤差信号を得石ことができる。崗、第1図(a
)においては直線形回折格子(3)をコリメーションレ
ンズ(2)とビームスプリッタ−(5)の間に設けたが
、レーザ光源(1)トコリメーションレンズ(2)との
間に設けることもできる。
この3ビーム法においてトラッキング誤差信号を得るに
は第1図(b)の両側のスボッ) (9a)(9c)を
トラックα値の中心線に対して予め左右対称の位置に照
射するように設定すると同時に、中心線からの偏位量δ
によってトラッキング誤差信号の検出感度が異なるので
最適な偏位量に設定する必安がある。そのためには第1
図(a)において挿入した回折格子(3)を光軸周シに
回転調整する機構を設け、3スポツトの位置を適正に変
えることが必要である。
ところがこの場合、レーザ光源(1)とコリメーション
レンズ(2) トの間隔またはコリメーションレンズ(
2)とビームスプリッタ−(5)との間隔を大きくとら
なければならず光学系も大型化される。また特に半導体
レーザ光源を用いた場合、出射ビームの開き角が大きい
ためレーザ光源(1)とコリメーションレンズ(2)と
の間隔をできるだけ小さくして集光効率を上げることが
望ましいがレーザ光源(1)とコリメーションレンズ(
2)との間に回折格子(3)を挿入する場合には、前述
のように回折格子(3)の回転調整のだめのスペースを
とらなければならないことから、レーザ光源(1)とコ
リメーションレンズ(2)の間隔を短くすることには自
から限度がある。この結果、レーザ光の集光効率が低下
し、正確なトラッキング検出信号が得られないという欠
点が生じる1また別の3ビーム法としてレーザ光源を3
個設ける方法がある。これはレーザ光源(1)の代シに
3個併設されたレーザ光源(例えば半導体し−ザ)を用
いれば光源から直接光ビームが3本発射されるので、回
折格子(3)を設ける心安が無い利点がある。しかしこ
の方法も前例と同様に、3個のレーザ光源を光軸周りに
回転して3スポツトの位置調整をしなければならないこ
とと、それ以上に困難なことは3個のレーザ光−の出力
特性が等しい必要があり、3個の半導体レーザを集積し
た光源においてはその良品率(歩留り)が単品のそれに
比べ著しく低下する欠点を有する。
[発明の目的] 本発明の目的は、トラッキング誤差検出装置等の光学系
において、簡略な構造にして簡単な操作により所望の回
折光が得られる1枚の複合グレーティングレンズを提供
することにある0[発明の概要コ 本発明による゛複合グレーティングレンズは、光通過性
基板の一面に格子状の凹凸を一定の格子間隔・段差で形
成させ、その上にフレネルゾーンプレートのパターンに
相当する凹凸を重畳して設けたものであシ、トラッキン
グ誤差検出装置等の光学系において、コリメーションレ
ンズと直線形回折格子の代わシに設置することにより、
レーザ光源から発射された光ビームを所望の回折光に変
換することが本レンズ1枚で可能となるものである。
[発明の実施例] 以下、本発明の実施例を図面によって説明する。
第2図は本発明による複合グレーティングレンズの一実
施例を示す図である。また第3図は第2図における複合
グレーティングレンズのl −f線に沿った断面図であ
る。光透過媒体であるアクリル樹脂や塩化ビニル等を材
料としたレンズ基板aljの一面に、一定の格子間隔・
段差で格子状の凹凸(財)が形成されている。この凹凸
Qυは第2図では上下忙引かれた6本の直線によシ示さ
れている。またこの格子状の凹凸09面にはフレネルゾ
ーンプレートのパターン忙相当する細かい周期の凹凸0
1)が重畳して形成されている。7レネルゾーンプレー
トのパターンとは同心円のパターンであシ内周から外周
へいくほどピッチが狭くなるものである。つまり、本レ
ンズの焦点距離をfl、レーザ光の波長をλ0とすると
、中心からn番目の内径r 1(n)、及び外径「2(
2)は次式で与えられる。
’ 1m =(2’ s (0% )λo+((”  
8)λo)2)”    ・・・(1)r2(Ii= 
(2’l(n ’)λθ+((n−1)λG)2)” 
 ・(2+−4 ナオ、フレネルゾーンプレートのパターンヲ表わす第2
図の黒色の円環は第3図の凹部分に対応し、白色の円環
は白部分に対応するように描かれている0 また、第2図では中心円の直径と格子間隔が一致して描
かれているが、必ずしもその必要は無く格子状凹凸c2
1)は同心円パターンの何処に位置しても支障ない。さ
らに同心円状凹凸Hの中心円は凹であっても凸であって
もよい。
一方、フレネルゾーンプレートのパターンに相当する凹
凸C(1)の段差d1はレンズ材料の屈折率をnとする
き、次式で与えられる1/2波長相当の光路差が生じる
値に設定されている。
一λO dl −/2(n−t)     ・・・(3)このよ
うなフレネルゾーンプレートのパターンが構成されたレ
ンズであれば焦点位置に半導体レーザの様なほぼ点光源
とみなせる発光源を置けば   □レンズを通った光は
回折にょシその一次光は平行光束になる。
さらKこの7レネルゾーンプレートのパターンに相当す
る凹凸6υは絢期AOの格子状の凹凸CJIIK重畳し
て形成されているため、このレンズを通った光は直線回
折格子シDによシo次およびn次の回折光に変換される
と同時に、第4図に示すような平行光束に変換される。
この場合の11次光の回折角θは次式で与えられる。
ここで直線回折格子による±1次の回折光強度が最大と
なる゛条件は第3&1において回折格子状凹凸aaの凸
部と凹部の各幅A1.A2が等しく (A、=A2:A
O/I)、その段差d2は式(3)で求まるフレネルゾ
ーンプレートのパターンに相当する凹凸Qυの段差d1
の値と等しくした場合である。このような条件では±2
次およびその整数倍の次数の回折光は強度0となり、±
3次以上の奇数次の回折光の強度も0次光および11次
光に較べ非常に小さく、レンズH入射した光を有効に利
用で自る。
第5図(a)は本発明の複合グレーティングレンズを絹
込んだトラッキング誤差検出装置を示す。
レーザ光源(1)(ここでは半導体レーザ)から出射さ
れたレーザ光は本発明の複合グレーティングレンズaつ
を通過することにょ93本の平行光束に変換されその光
は対物レンズ(4)Kよってディスク(8)の記録面上
に3個の微小スポットとして照射される。第5図(b)
で示されるこの時の各スポットの間隔りは対物レンズ(
4)の焦点距離を12とすると、式(4)で与えられた
回折角θ(rad)とからD=fz・θ    ・・・
(5) で与えられる。
この実施例ではλ6 = 0.8(μm)、Ao= 0
.08 (關〕としだ。これからθ中0.01 (r 
ad)となシf2=4(am)とからD = 0.04
(u)となる。
この3スポツトのディスク(8)よシの反射光を対物レ
ンズ(4)で集光し、ビームスプリッタ−(5)および
結像レンズ(6)て3素子の光検出器(7)に導く。第
5図(りで示される光検出器のフォトダイオードのうち
(7a)および(7c)からの出力の差信号からトラツ
ーキング誤差信号が得られ、中央の(7b)からの出 
′°力から再生信号が得られる。
第5図(b)における両スポット(9a)、(9c)の
トラッり叫の中心線からの偏位量δは、トラッキング誤
差信号の感度が最大となるように、複合グレーティフグ
レンズa々を光軸回シに回転調整することにより、適正
な値に設定することができる。
また第5図(alに示した光学系は基本的モデルであシ
、複合グレーティングレンズ以外の各素子について何等
の制約を与えるものではない。例えばレーザ光源が本光
学系から離れた位置から光)、アイμで導波されその出
射端面が図中のレーザ光源の出射端面と一致する位置に
配置されたものや、高次の回折光を使用した光学装置等
、本発明の俊旨を変更しない範囲において種々変形して
実施することができる。
第6図は本発明の他の実施例を示す0第3図に示された
様に、複合グレーティングレンズの断面形状のフレネル
ゾーンのパターンに相当する部分については矩形釦なっ
ている。第6図に示す様にこの部分をその断面が#1は
鋸刃状で透過光の位相差が漸次変化するような形状にす
ればコリメートレンズとしての回折効率が#1ぼ100
 %となシ、複合グレーティングレンズに入射したレー
ザ光の大部分を3本の平行光束に集束できる。
以上の様な複合グレーティングレンズはパターンのデー
タを計算機で求め例えば半導体ICのマスクパターン作
成に使われる電子ビーム描画装置を用いてガラス基板上
に塗布した電子線レジスト上に描画し現像することで作
成できる。さらにそれを量産するにはこれを原核として
金型を作成しそのパターンを透明な材料、例えばアクリ
ル樹脂に転写すれば低価格に製造できる。
尚、もう一方のフォーカシングサーボに必要なフォーカ
シング誤差検出については省略したが、その方法は本発
明との紹合せにおいて何ら限定されることはない。例え
ば対物レンズの駆動にリニアモータ形式の駆動機構を使
用する等、これまでに知られている各種の方法を用いる
ことができる。
またサーボの駆動方式は対物レンズのみを駆動しても良
く、光学系全体を駆動しても良い。
[′発明の効果] 以上詳述したように、本発明によれば、トラッキング誤
差検出装置等の光学系において、フレネルゾーンプレー
トのパターンと直線回折格子の両方の作用を持つ複合グ
レーティングレンズを使用できるので、コリメートレン
ズンズの°保持機構と直線回折格子の回転調整機構が一
体となってスペースも少なくて済み、また直線回折格子
とガラスレンズの組合せに比べて低価格で量産が可能で
ある0
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のトラッキング誤差検出装置を示す図、第
2図は本発明に係る複合グレーティングレンズ中心部拡
大図、第3図は第2図のl −1’Hに漬った断面図、
@4図は複合グレーティングレンズの回折光路を示す図
、第5図は複合グレーティングレンズを用いたトラッキ
ング誤差検出装置を示す図、第6図は複合グレーティン
グレンズの他の実施例の断面図である。 l・・・v −f 光源、2・・・コリメートレンレン
°ズ、3・・・直線回折格子、4・・・対物レンズ、5
・・・ビームスプリッタ−16・・・結像レンズ。 7・・・光検出器、7a、7b、7c・・・フォトダイ
オード、8・・・ディスク、9a、9b、9c・・・照
射スポット、10・・・トラック、11・・・複合グレ
ーティングレンス基盤、12・・・複合グレーティング
レンズ、21・・・格子状の凹凸、 31・・・フレネルゾーンのパターンに相当する凹凸。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光透過性基板の一面に格子状の凹凸が一定の格子
    間隔及び段差を成すように形成され、この上に7レネル
    ゾーンプレートのパターンに和尚する凹凸が重畳して形
    成されたことを特徴とする複合グレーティングレンズ。
  2. (2)格子状の凹凸社、その凹部と凸部の各幅が互いに
    等しいことを特徴とする特許請求の範囲第1項記賊の複
    合グレーティングレンズ。
  3. (3)格子状の凹凸の段差とフレネルゾーンプレートの
    パターンに相当する凹凸の段差とが等しいことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項または第2項記載の複合グレ
    ーティングレンズ。
JP58011460A 1983-01-28 1983-01-28 複合グレ−テイングレンズ Pending JPS59137908A (ja)

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