JPS63228426A - 光ピツクアツプ装置 - 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】 〔概　要〕 半導体レーザからの入射レーザビームを軸対称に交叉さ
せる第１のインライン型グレーティングレンズとこの交
叉ビームを光デイスク上に収束させる第２のインライン
型グレーティングレンズとの２枚のグレーティングレン
ズを組合せることにより入射レーザビームの波長変動の
影響を受けることなく収差のない良好なビームスポット
とずれのない安定した合焦性能を実現し得るようにした
新規に開発されたグレーティングレンズ系において、グ
レーティングレンズ系内を逆行してくる光ディスクから
の反射ビームをλ／４板を介して第３のオフアクシス型
グレーティングレンズと第４のオフアクシス型グレーテ
ィングレンズからなる第２のグレーティングレンズ系に
より偏光分離し、半導体レーザとは銭なる位置に設けた
光検出器に導くことにより、光源レーザの波長変化に伴
う焦点位置ずれ並びに焦点ビーム径の劣化を防止した検
出精度並びに信頼性の高い光デイスク用ピックアップ装
置が実現出来る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、グレーティングレンズを組み合わせて集束機
能を持たせたグレーティングレンズ光学系に関する。

昨今、コヒーレント光源からの発散球面波光を１点に集
束させる機能を必要とする光学系、例えば光デイスク装
置の光ヘッド等においては、（ｉ）装置の小型化、（ｉ
ｉ　）アクセス時間の短縮化、（ｉｉｉ　）低価格化等
を実現するために、従来の光学素子と比較して薄型、計
量、小型かつ量産性に富むグレーティングレンズの使用
が検討されている。

〔従来の技術〕

従来のインライン型グレーティングレンズを第１１図に
示す。このレンズは、同図（ａ）に示すように、例えば
ある特定の波長λ。の平行光束のみを１点に集束させる
機能を有している。そのため、上記λ。よりも長い波長
λ　（〉λ。）の光に対しては、同図（ｂ）に示すよう
に収差が発生し、良好な集束性能が得られなくなる。ま
た、λ。よりも短かい波長に対しても、同様に収差が発
生する。

また、第１２図に示すようなオフアクシス型グレーティ
ングレンズの場合は、同図（ａ）に示すように波長がλ
。のときに無収差であっても、波長が変化すると同図（
ｂ）に示すように、収差が発生するばかりでなく、焦点
が光軸からずれてしまう。

このようにグレーティングレンズは、使用波長が所定の
値（λ０）からずれると、収差が発生して集束性能が劣
化するとともに、レンズの種類によっては焦点位置もず
れてしまうという性質を持っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

光ディスク装置の光ヘッドにおいては、コヒーレント光
源として半導体レーザを用いている。

しかるに、半導体゛レーザはその発振波長が温度に応じ
て変化するという特性を持っている。

従うて、グレーティングレンズを用いた光ヘッドにおい
ては、光源として使用される半導体レーザが温度変化に
伴い波長が実質上絶えず変化していると考えることがで
き、その結果グレーティングレンズによる集光スポット
品質が劣化し、しかも焦点位置も変化してしまう可能性
がある。これらのことは、光デイスク媒体上におけるス
ポットのビーム径拡大、トランクずれの発生、フォーカ
スずれの発生等につながる。特に、その変化が不連続的
である場合には、現状のサーボ機構では全く追従できな
いという問題がある。

そのため、外部に温度調整機能を設けて半導体レーザの
温度を適切値に維持しようとする試みもあるが、光ディ
スクに対する書込み時と読取り時とでは半導体レーザの
駆動電流が異なるので、ジャンクション部の温度が急激
に変化してしまい、よって外部の温度調整機構では精度
よく制御することはできない。

そこで、本願出願人は先に、特願昭６１−２２０８７０
号明細書において、上述の如き入射光の波長変動があっ
てもその影響を受けずに常に収差のない良好なビームス
ポットを得ることができ且つ正確な安定した合焦性能を
有するグレーティングレンズ光学系を提案した。

本発明はこのグレーティングレンズ光学系を利用して、
軽量、小型、低廉という要求は充足しつつ、尚且つ波長
変動の影響を受けない高精度にして信頼性の高い光ピッ
クアップ装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明によれば半導体レ
ーザからの入射レーザ光を軸対称に交叉させる第１のイ
ンライン型グレーティングレンズと、該第１グレーティ
ングレンズを透過した回折光を光信号記録媒体上の一点
に合焦させる第２のインライン型グレーティングレンズ
とを光軸上に配置した第１のグレーティングレンズ系と
、上記光信号記録媒体により反射されて往きと逆の光路
を辿る上記グレーティングレンズ系からの信号光の偏光
方向を９０°変化せしめる×波長板と、 往きと９０°偏光方向が異なる上記信号光を所定方向に
回折する第１のオフアクシス型グレーティングレンズと
、該第１オフアクシス型グレーティングレンズにより回
折された信号光をその回折方向と逆方向にジグザグ状に
回折せしめる第２のオフアクシス型グレーティングレン
ズとを光軸をずらして配置した第２のグレーティングレ
ンズ系と、 を有する光ピックアップ装置が提供され、第２グレーテ
ィングレンズ系による回折光は半導体レーザと異なる位
置に設けられる光検出器に導かれる。

〔作　用〕

レーザの発信波長変動によって光線の回折方向が変化し
ても所定の空間周波数分布を有する２枚のインライン型
グレーティングレンズにより構成される第１グレーティ
ングレンズ系によりビームは常に光デイスク媒体上の一
点（焦点）に集束せしめられる。

光デイスク媒体からの反射信号光はλ／４板により９０
°偏光方向が異なる直線偏光になり、従ってその大部分
が第２のグレーティングレンズ系により回折される。し
かも第２グレーティングレンズ系内の第１のオフアクシ
ス型グレーティングレンズによる回折方向と第２オフア
クシス型グレーティングレンズによる回折方向とはジグ
ザグ状となるように設計されているため発振波長変動に
よる第２グレーティングレンズ系内においての回折方向
の変化は相殺され、焦点ずれを比較的小さくすることが
できる。斯くして第２グレーティングレンズ系による回
折光（信号光）を半導体レーザとは異なる位置に設けら
れる光検出器に収束させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の好ましい実施例につき添付図面を参照し
て詳細に説明する。

まず初めに、本発明において重要な役割を果たすインラ
イン型グレーティングレンズ系の構成について第９，１
０図を参照して簡単に説明する。尚、このインライン型
グレーティングレンズ系の詳細構造は上記の特願昭６１
−２２０８７０号に開示されている。

第９図において、グレーティングレンズ系は第１、第２
のインライン型のグレーティングレンズ１１　、１２を
同一光軸（一点鎖線）上に配置した構成であり、光軸上
の点Ｐ（コヒーレント光源）から発散する球面波を第１
のグレーティングレンズ１１で光軸側に回折させ、光軸
と一旦交差させた後に、第２のグレーティングレンズ１
２によって光軸上の所定の点Ｑに集束させるようにした
ものである。

上記第１のグレーティングレンズ１１は、光軸に関して
回転対称の所定の空間周波数分布を有しており、光軸に
関して対称な任意の２点からの回折光が光軸上で交差す
るようにしである。また、上記第２のグレーティングレ
ンズ１２は、光軸に関して回転対称の所定の空間周波数
分布を有しており、上記交差した回折光が光軸上の１点
Ｑに集束するようにしである。

上記構成において、第１のインライン型グレーティング
レンズの任意の１点に同一方向から入射した、互いに異
なる波長λ。、λ　（λ。〈λ）の２つの光の進路を考
えてみる。まず、第１のインライン型グレーティングレ
ンズによって、波長λの光は波長λ。の光よりも大きな
角度で回折されるとともに、これらの回折光はいずれも
光軸と交わった後に、第２のインライン型グレーティン
グレンズ上に到達する。これらの光の到達点の光軸から
の距離は波長λの光の方が波長λ。の光よりも遠い。次
に、これらの光は上記第２のインライン型グレーティン
グレンズによって回折されるが、この時、波長λの光が
波長λ。の光よりも大きな角度で回折されるので、２つ
の光の間隔は次第に狭まっていき、最終的には１点で交
わる。よって、２つのインライン型グレーティングレン
ズに所定の空間周波数分布を持たせておくことにより、
上記２つの光の交わる点を上記光軸上の指定の１点に置
くことができる。

以上のことは第１のインライン型グレーティングレンズ
のどの点に入射した光についても言うことが出来、しか
も上記空間周波数分布は光軸に関して回転対称としであ
るので、入射した発散球面波光はその波長が変化したと
しても、光軸上の上記所定の１点に集束され、従って収
差や焦点位置ずれが生じることはなくなる。

次に、上記グレーティングレンズｉ１．１２の空間周波
数分布の具体的な決定方法について、第１０図を用いて
以下（ｉ）〜（ｉｖ）で述べる。尚、点Ｐと第１グレー
ティングレンズ１１との距離を１１．２つのグレーティ
ングレンズ１１　、１２間の距離をｄ、グレーティング
レンズ１２と点Ｑとの距離を１２とする。

（ｉ）まず、点Ｐを発してグレーティングレンズ１１の
最外周の点Ｒ１に達する、波長λ。の光線を考える。こ
の光線は、点Ｒ１で回折され、グレーティングレンズ１
２の中心の点ｒｌ（＝０）に達し、ここで更に回折され
て点Ｑに達するものとする（第１０図中の実線ａ）。す
ると、上述した光路（Ｐ−Ｒ１→ｒ１→Ｑ）を仮定する
ことにより点Ｒ１，ｒｌにおける空間周波数Ｆｌ、ｆｌ
が決定される。

（ｉｉ　）次に、波長がλ。からλ（〉λ。）に変った
場合について考える０点Ｐから点Ｒ１へと進んだ波長λ
の光線は、点Ｒ１において、波長がλ。

のときよりも大きな角度で回折され、グレーティングレ
ンズ１２上の点ｒ２に達する（破線ｂ）。

ここで、波長がλであるときでも点Ｑに集束するという
条件から、点ｒ２における空間周波数ｆ２が決定される
。

（ｉｉｉ　）波長がλ。の場合に戻り、点ｒ２で回折さ
れて点Ｑに達する光線がグレーティングレンズ１１上の
どこの点から来るのかを逆に求めることが出来る（実線
”ｃ　）。そのグレーティングレンズ１１上の点をＲ２
とすると、点Ｒ２での回折光が点Ｐに達するという条件
から、点Ｒ２における空間周波数Ｆ２が決定される。

（ｉｖ　）再び波長がλになった場合を考え、上記（ｉ
ｉ　）と同様にしてグレーティングレンズ１２上の点ｒ
３（図示せず）とその空間周波数ｆ３を求める。そして
波長をλ。に戻し、上記（ｉｉｉ　）と同様にしてグレ
ーティングレンズ１１上の点Ｒ３（図示せず）とその空
間周波数Ｆ３を求める。このようにして点Ｒｎ（ｎ＝１
．２．３．・・・）がグレーティングレンズ１１の中心
に達するまで上記（ｉｉ　）及び（ｉｉｉ　）の過程を
繰り返すことにより、グレーティングレンズ１１　、１
２における半径方向の空間周波数分布が決定される。な
お、第２のグレーティングレンズ１２の径は、点ｒｎの
位置で決定される。

以上のようにしてグレーティングレンズ１１　、１２の
空間周波数分布を決定することにより、点Ｐから発した
光が、基準となる波長λ。とは異なる波長λであっても
、これを無収差で点Ｑに集束させることが出来る。

また、特開昭５９−１６０１６６号公報には半導体レー
ザの波長が変化した場合光デイスク上のスポットの変化
を抑制する傾向にあるオフアクシス型グレーティングレ
ンズ光学系が開示されている。その構成を第１３図に示
す。この光学系は、２枚のオフアクシス型グレーティン
グレンズ３１　、３２をその先軸を互いにずらして配置
した構成であり、光を上記グレーティングレンズ３１　
、３２でジグザグに回折させて、光の波長変化によるそ
れぞれの回折角変動を互いに相殺する傾向にあるもので
ある。

本発明は上述の如きインライン型グレーチイングレン゛
ズ光学系とオフアクシス型グレーティングレンズ系とを
利用して光ピックアップ装置を実現したものであり、光
信号記録媒体として光ディスクを例にとり第１図以下を
参照して本発明の実施例を説明する。

第１図において、上述のインライン型グレーティングレ
ンズ系及びオフアクシス型グレーティングレンズ系は全
体を夫々２１及び４１で示される。

第１図において、光ディスク１０の平面と垂直な光軸Ｘ
−Ｘ上に半導体レーザＬＤ２３に近い方から順にアファ
クシス型グレーティングレンズ系４１、１／４波長板（
λ／４板）２５、インライン型グレーティングレンズ系
２１が並べられる。光検出器３５は半導体レーザ２３と
異なる位ｉｌｌ’（光軸Ｘ−Ｘから外れた位置）でその
近傍に設けられる。

第２図は第１図に示す光学系において、ＬＤ光を光デイ
スク１０上の点Ｑに集束させるときの様子を示したもの
である。ここで、ＬＤ２３の偏光方向を図中のＡの方向
とし、第１、第２オフアクシスゲレーテイングレンズ３
１　、３２の格子溝方向を略紙面に垂直な方向とする。

従って、ＬＤ光は第１、第２オフアクシス型グレーティ
ングレンズ３１　、３２に対してはＰ偏光となり、レー
ザビームの大部分を透過させることができる。オフアク
シス型グレーティングレンズ４１を通過したＬＤ光は次
いで１／４波長板２５を透過するときに、円偏光に変換
され、インライン型グレーティングレンズ系２１に入射
する。インライン型グレーティングレンズ系２１内に入
射したＬＤビームは第９図に示す如く、所定の空間周波
数分布を有する第１、第２インライン型グレーティング
レンズ１１　、２１により光デイスク１０上の点Ｑに集
束せしめられる。このとき、ＬＤビームの波長が変動し
ても焦点ずれやビームスポット径の劣化を伴うことなく
常に点Ｑに集束することは前述の通りである。

第３図は点Ｑにより反射される信号光の採取の様子を示
すものである。点Ｑからの反射信号光はインライン型グ
レーティングレンズ系２１内を往きと全く同一の光路を
たどって逆行し、λ／４板２５を通過する。このとき信
号光は再び直線偏光に変換されると同時にその偏光方向
が９０°異なる（矢印Ｂ方向）Ｓ偏光となる。従って、
このＳ偏光はその大部分がオフアクシス型グレーティン
グレンズ系４１により回折される。もしこのλ／４板２
５がないと、反射信号光は往きと全く同一の光路を逆行
してＬＤ２３に戻ってしまい信号光の検出が行えない。

この意味においてλ／４板２５とオフアクシス型グレー
ティングレンズ系４１は光の透過の一方向性を与える光
アイソレータを構成する。

オフアクシス型グレーティングレンズ系４１により回折
された信号光はＬＤ２３の周辺に配設される光検出器３
５に導かれる。

オフアクシス型グレーティングレンズ系４１内において
、信号光は２枚のオフアクシス型グレーティングレンズ
３１　、３２によりジグザグ状に回折される。即ち、第
６図に示す如く、信号光は第１オフアクシス型グレーテ
ィングレンズ３１により所定方向に回折され、間隔ｄ′
を隔てて平行に配置された第２オフアクシス型グレーテ
ィングレンズ３２により逆方向に回折され点Ｐ′に集束
せしめられる。このように２枚のオフアクシス型グレー
ティングレンズで光をジグザグに曲げることにより波長
変動に対してスポット位置をある程度同定することがで
きる。

第６図においてＰは光源、即ち半導体レーザ２３に対応
し、またＰ′は光検出器３５に対応する。

尚、２枚のオフアクシス型グレーティングレンズ３１　
、３２の間隔ｄ′をほぼゼロにすれば波長変動に伴う光
ディスクのトラックずれはほとんど生じない。

光検出器３５は例えばそれ自体公知のＰＩＮフォト・ダ
イオードにより形成される２分割あるいは４分割式光検
出器であり、光の強弱を検出する。

オフアクシス型グレーティングレンズ系４１内において
はインライン型グレーティングレンズ系２１のように波
長変動による収差の発生等を完全に補償することはでき
ないが上述の分割光検知器３５上での光量分布がエラー
検知可能なものであれば、収差の発生は実用上問題とな
らない。また光検知器３５の分割方向を適当に選べば若
干のビーム位置シフトも許容し得るようになる。

第４図は本発明に係る光ピックアップの具体的構造の一
例を示す。

第４図において、第１図に示す光学系がハウジング５０
内に組み込まれている。

第１インライン型グレーティングレンズ１１と第２イン
ライン型グレーティングレンズ１２とは空気層をはさん
で平行に配置してもよいが、好ましくは透明なガラス平
板６０の両面に一体的に形成する。

また、第１、第２オフアクシス型グレーティングレンズ
３１　、３２は密着されかつλ／４板２５と一体的に形
成され得る。即ち、例えばλ／４板２５を基板として第
１オフアクシス型グレーティングレンズ３１を形成し、
保護膜を介して第２オフアクシス型グレーティングレン
ズ３２を積層すればよい。この場合、グレーティングは
体積型が適当で、例えばポリビニルカルバゾールを主剤
とする媒体を用いることにより、良好な偏光依存性を付
与することもできる。保護膜としてはＳｔ系のコーティ
ング剤が適当である。以上述べた２つの一体化要素、即
ち、グレーティングレンズ系２１　、４１（第１図）を
ハウジング５０内にＬＤ２３、光検知器３５とともに固
設することにより、光学系の完全一体化が図れる。

第５図は本発明の別の実施例を示すものである。

ＬＤ光を点Ｑに集束させる過程は第２図と全く同様であ
る。信号光に関しても第１オフアクシス型グレーティン
グレンズ３１により回折されるところまではやはり第３
図と同様であるが、第２オフアクシス型グレーティング
レンズ３２により信号光の大部分が回折されるのではな
く所定量の光が回折されずに透過するように、第２オフ
アクシス型グレーティングレンズ３２の効率特性を設計
しである。これにより信号光を２つのエラー検知光とし
てとりだすことができ、その一方をフォーカシング用光
検出器３５Ａに導き、そして他方はトラッキング用光検
出器３５Ｂに導く。

前述′のフォーカシング用光検出器３５Ａ及びトラッキ
ング用光検出器３５Ｂは例えばそれ自体公知の２分割式
ＰＩＮフォト・ダイオードから構成される。

光ディスクのピットの有無、即ちチャンネル・ピットの
信号はこれら分割光検出器の出力の強弱で識別される。

光ディスクではトラッキングは光ディスクの案内溝によ
り行われる。トラッキング用光検出器３５Ｂを構成する
２分割フォト・ダイオードの分割面Ｗはピットの列（ト
ラック）の方向Ｃに平行に位置させる。こうすることに
より、検出器３５Ｂに達する信号光が波長変動によりＣ
方向（トランク方向）に移動してもその影響が無視でき
る。こうすればビームスポットは分割ＩｆａＷ上で変動
することはあってもその光量差には何ら影響を与えない
。

フォーカスエラー検知は第２オフアクシス型グレーティ
ングレンズ３２の空間周波数分布を適当に設定すること
により光検知器３５Ａによって同様に行なうことができ
る。

第７図は本発明の光学系を搭載したアクチュエータの一
例を示すものでトラッキングは回転軸線Ｙを中心とする
回転運動により行ない、またフォーカシングは回転子６
１全体の上下動で行なう。

第４図に示すハウジング５０内のし口２３、検知器３５
等への配線は、プリント配線および回転軸付近での外部
リード線６３との接合によって行なう６また回転子全体
はＬ０２３のヒートシンクの役割を果たすよう金属製と
するのが好ましい。

尚、６５は回転子６１の回転、上下動駆動用磁石である
。第７図の点Ｑに相当する部分に光ディスク１０（第１
図）がベース７０に平行に延在することになる。

第８図は第７図とは別のアクチュエータの構成例を示す
、光学系（ハウジング）５０を中心に配置したブロック
７１をガイド７３により上下あるいは前後に動かすこと
によりフォーカシング、トラッキングを行なう。

尚、７７は電磁石駆動用のコイルである。アクチュエー
タの作動方法自体は公知であり、従って詳述しない。

いずれにしても従来の光ピックアップの対物レンズ（第
２インライン型グレーティングレンズ１２に相当）をア
クチュエートするのと同様に光学系全体を動かすことが
できる０寸法的に見ても第２インライン型グレーティン
グレンズ１２を２鶴φ程度にすれば光学系の占める大き
さは５．ｘｌｏｕｘｌＯｆｌ”程度ですむため、ヘッド
全体が従来の対物レンズのアクチェエータだけの大きさ
で済む。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば発振波長の変化の影響を受
けず、収差の生じないグレーティングレンズ光学系を用
いることにより、焦点位置ずれ並びに焦点ビーム径の劣
化を起こさない、トラッキング制御、フォーカシング制
御の作動信鯨性の高い、軽量、小型、廉価な高性能の光
ピックアップ装置が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光ピックアップ装置の基本構成を
示す図、第２図は第１図に示す光学系のビーム集束方法
を説明する図、第３図は第１図に示す光学系の信号光集
束方法を説明する図、第４図は本発明に係る光ピックア
ップ装置の具体的構成の一例を示す図、第５図は本発明
の第２の実施例を示す第３図と同様の図、第６図はオフ
アクシス型グレーティングレンズ系による信号光集束方
法を説明する図、第７図は本発明において用いられるア
クチュエータの構造例を示す斜視図、第８図は第７図と
は別のアクチュエータの構造例を示す斜視図、第９図は
本発明において用いられるインライン型グレーティング
レンズ光学系の基本構成を示す図、第１θ図は第９図に
示されるグレーティングレンズの空間周波数の決定方法
を説明する図、第１１図は従来のインライン型グレーテ
ィングレンズの機能及びその欠点を示す図、第１２図は
従来のオフアクシス型グレーティングレンズの機能及び
その欠点を示す図、第１３図は本発明において用いられ
るオフアゲシス型グレーティングレンズ系の基本構成を
示す図。 １０・・・光ディスク、 １１・・・第１インライン型グレーティングレンズ、１
２・・・第２インライン型グレーティングレンズ、２１
・・・グレーティングレンズ光学系、２３・・・半導体
レーザ、 ２５・・・λ／４板、 ３１・・・第１オフアクシス型グレーティングレンズ、 ３２・・・第２オフアクシス型グレーティングレンズ、 ３５・・・光検出器、 ４１・・・オフアクシス型グレーティングレンズ系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザ（２３）からの入射レーザ光を軸対称
   に交叉させる第１のインライン型グレーティングレンズ
   （１１）と、該第１グレーティングレンズを透過した回
   折光を光信号記録媒体（１０）上の一点に合焦させる第
   ２のインライン型グレーティングレンズ（１２）とを光
   軸上に配置した第１のグレーティングレンズ系（２１）
   と、 上記光信号記録媒体により反射されて往きと逆の光路を
   辿る上記グレーティングレンズ系からの信号光の偏光方
   向を９０°変化せしめる１／４波長板（２５）と、 往きと９０°偏光方向が異なる上記信号光を所定方向に
   回折する第１のオフアクシス型グレーティングレンズ（
   ３１）と、該第１オフアクシス型グレーティングレンズ
   により回折された信号光をその回折方向と逆方向にジグ
   ザグ状に回折せしめる第２のオフアクシス型グレーティ
   ングレンズ（３２）とを光軸をずらして配置した第２の
   グレーティングレンズ系（４１）と、 を有し、第２グレーティングレンズ系による回折光を半
   導体レーザと異なる位置に設けられる光検出器（３５）
   に導くことを特徴とする光ピックアップ装置。