JPS63263635A - 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〕 入射レーザビームを軸対称に交叉させる第１のグレーテ
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
長変動の影響を殆ど受けることなく収差の極めて少ない
良好なビームスポットとずれの殆ど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、レーザ光源からのレーザ光の特定方向
の直線偏光（例えばＳ偏光）は反射してグレーティング
レンズ基に導きそれと垂直な方向の直線偏光（例えばＰ
偏光）は透過せしめる偏光ビ。

−ムスブリフタと、グレーティングレンズ系内において
ビームの往路と復路とで偏光角度を９０゜相違ならしめ
て上記偏光ビームスプリッタを透過可能ならしめる１／
４波長板と、偏光ビームスプリッタを透過した上記グレ
ーティングレンズ系からの信号光を所定の比率で振幅分
割する偏光依存性のない振幅分割ビームスプリッタとを
組合せ、振幅分割ビームスプリッタの反射成分をフォー
カシング用光検出器に導き且つ透過成分をトラッキング
用光検出器に導くことにより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〕

本発明は光ピックアップ、特にグレーティングレンズ系
を用いた光デイスク用ピンクアップ装置に関する。

〔従来の技術〕 光ディスクへの情報の書込みあるいは読取りを行うピッ
クアップは光デイスク装置全体の小型、高密度化、ある
いはアクセス時間の短縮等の要求から軽量、小型化、低
価格化が進められている。

かかる要望を充足するべく、近年、ホログラム素子を用
いた光ピックアップの開発が進められている。これは、
例えば特開昭５９−１６０１６６号公報に記載されてい
る如く、半導体レーザ光源からのレーザビームをホログ
ラム、偏光ビームスプリッタを通して光デイスク上に収
束させ、その反射ビーム（信号光）を１／４波長板によ
り偏光して光検出器に取り出すものであるが、その構造
の簡略さから軽量、小型、低価格化が実現でき、この点
においてはこれまでのものに比しかなり満足すべき結果
が得られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ホログラムレンズは周知の如く波長変化
に応じて回折角が変化し収差が生じるので、半導体レー
ザの発振波長の変化に伴い（半導体レーザビーム光源の
波長は駆動電流、周囲温度の変化に応じて僅かに変動す
る）、焦点位置の変化や焦点ビーム径の劣化といった固
有の問題があり、そのためホログラムを用いた光ピツク
ナツプの完全な実用化にまだ至っていない。

ところで、本願出願人は先に、特願昭６１−２２０８７
０号明細書において、上述の如き入射光の波長変動があ
っても実質上その影響を受けずに常に殆ど収差のない良
好なビームスポットを得ることができ且つかなり正確な
安定した合焦性能を期待でき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
変動の影響を殆ど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、本発明に係る光ピックア
ップ装置は、レーザ光源からのレーザ光の特定方向の直
線偏光のみを透過せしめそれと垂直な方向の直線偏光は
反射する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリ
ッタにより反射された直線偏光を軸対称に交叉させる第
１の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所定の一点
に合焦させる第２のグレーティングレンズとを光軸上に
配置したグレーティングレンズ系と、上記第１、第２グ
レーティングレンズの間に配置され上記グレーティング
レンズ系内においてビームの往路と復路とで偏光角度を
９０°相違ならしめる１／４波長板と、上記１／４波長
板により９０゜偏光角度を変えられ、上記偏光ビームス
プリッタを透過する上記グレーティングレンズ系からの
一信号光を一部は透過し一部は反射する偏光依存性のな
い振幅分割ビームスプリッタと、該振幅分割ビームスプ
リッタの反射光を検出するフォーカシング用光検出器と
、上記振幅分割ビームスプリッタの透過光を検出するト
ラッキング用光検出器を有することを構成上の特徴とす
る。

〔作　用〕

偏光ビームスプリッタは特定方向のレーザビーム（直線
偏光）のみ、例えばＰ波のみを通過させそれと直交する
方向の直線偏光、たとえばＳ波は反射する。従って、例
えばＳ波のみが偏光ビームスプリッタにより反射されグ
レーティングレンズ系に入射する。その時、直線偏光は
１／４波長板（λ／４板）により円偏光に変換される。

グレーティングレンズ系内においては、ビームは第１グ
レーティングレンズにより回折されるがその時回折光は
光軸対称に交叉せしめられる０次にこれらの回折光は第
２グレーティングレンズにより回折され、光ディスク（
光信号記録媒体）上の一点に収束する。光ディスクによ
り反射された反射ビーム（信号光）は往路と全く逆コー
スを辿ってグレーティングレンズ系から出ていく、その
際、円偏光はλ／４板により再び直線偏光にされる。

グレーティングレンズ系から出射される直線偏光（信号
光）は前記のλ／４板を通過するときに往路の直線偏光
に対し９０°偏光方向が異なる直線偏光（即ち、往路が
Ｓ波とすると復路はＰ波）になるため偏光ビームスブリ
フタを透過する。好ましくは偏光ビームスプリッタに一
体的に形成された振幅分割ビームスブリフタはこの透過
光を所定の比率で振幅分割し、その反射成分はフォーカ
シング用光検出器に導かれてフォーカシング制御を行い
、透過成分はトラッキング用検出器に導かれてトラッキ
ング制御を行う。

グレーティングレンズ系は後述するようにレーザビーム
の波長変動の影響を殆ど受けず、実質上京に光デイスク
上の一点にかなりの精度で合焦させることが出来る。即
ち、波長変動によりさもなければ生じるであろう収差は
グレーティングレンズ系を用いることにより殆ど発生し
ない。

〔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グレー
ティングレンズ系の構成について第６．７図を参照して
簡単に説明する。尚、この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号に詳しく開
示されている。

第６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１２
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所定
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λ０．λ　（λｏく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λ０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は、光軸を
中心とした同−半径上にあって、しかもその先軸からの
距離は波長λの光の方が波長λ０の光。

よりも遠い０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λ０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１１．１２の空間周波
数分布の具体的な決定方法について、第７図を参照して
以下（ｉ）〜（ｉｖ　）に説明する。

尚、点Ｐとグレーティングレンズ１１との距離を６１．
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Ｒ’ｌに達する、波長λＯ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
１２の中心の点ｒｌ（＝Ｏ）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７図中の実線ａ）。す
ると、上述した光路（Ｐ→Ｒ１→ｒｌ−”Ｑ）を仮定す
ることにより、点Ｒ１，ｒｌにおける空間周波数Ｆ１．
ｆｌが決定される。

（ｉｉ　）次に、波長がλ０からλ（〉λ０）に変った
場合について考える。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λ０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λ０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　）次に、再び波長がλになった場合
を考え、上記（ｉｉ　）と同様にしてグレーティングレ
ンズ１２上の点ｒ３（図示せず）とその空間周波数ｆ３
を求める。そして波長をλＯ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＝”ｌｌ　　２．　　・・
・）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１１．１２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λ０とは異なる波長λであっても、
これを実質上無収差で点Ｑに集束させることが出来る。

第８図はこのようにして決定した空間周波数の半径方向
の分布の一例を示すもので、各グレーティングレンズ１
１．１２の半径Ｒ，ｒは夫々、Ｒ−１，１８ｍｍ、　　
　　ｒ−０，９７ｍであり、グレーティングレンズ１１
．１２の開口数ＮＡＩ　、ＮＡ２は夫々、 ＮＡｌ−０，３、ＮＡ２＝０．５ とした。

本発明は上述の如きグレーティングレンズ光学　　、系
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詳細な説明する。

第１図は本発明の光ピックアップの基本原理を示すもの
で、同図において、上述のグレーティングレンズ系は全
体を２１でしめされ、第１グレーティングレンズ１１と
第２グレーティングレンズ１２とが光軸位置に配置され
る。半導体レーザ発光点２３（Ｐ）からの発散光は平板
ないし膜状の偏光ビームスプリッタ（偏光分離膜）２５
により反射されてグレーティングレンズ系２１に入射す
る。偏光ビームスプリッタ２５は周知の如く特定方向の
直線偏光のみ透過させ、それと垂直な方向の直線偏光は
反射する。即ち、例えばＰ波（またはＳ波）のみ透過し
、Ｓ波（またはＰ波）は反射する。

本発明の特徴の一つによれば、第１グレーティングレン
ズ１１と第２グレーティングレンズ１２との間に１／４
波長板（λ／４板）２９が付設される。偏光ビームスプ
リッタ２５により反射された直線偏光（例えばＳ波）は
第１グレーティングレンズ１１により上述の如く軸対称
に回折されるがその際、１／４波長板２９により円偏光
に変換され、第２グレーティングレンズ１２により光デ
ィスク１０の所定の１点Ｑ上に収束する。

半導体レーザからのビームの波長は前述の如く変動する
が、グレーティングレンズ系を用いることにより波長変
化に起因する収差は上述の如くかなり吸収でききわめて
精度の高い光信号が得られる。

光ディスク１０により反射されたビーム（信号光）は往
きと全く逆の光路を辿ってグレーティングレンズ系２１
内を逆行しグレーティングレンズ系２１から出射し、偏
光ビームスプリッタ２５に入射するが、復路においては
１７４波長板２９により円偏光から再度直線偏光に変換
されると同時にその偏光角が往路とは９０°だけ異なる
直線偏光となる。即ちλ／４板２９への往路光とλ／４
板２９からの復路光（信号光）とでは偏光角が９０°異
なり、従って信号光は偏光ビームスプリンタ２５を透過
する。

本発明の別の特徴によれば、偏光ビームスプリンタ２５
の後方には偏光に依存しない平板ないし膜状のビームス
プリッタ３３が設けられる。

ビームスプリッタ３３は信号光を所定の比率で振幅分割
し、その透過成分はトラッキング用光検出器３９に、ま
た反射成分はフォーカシング用光検出器３７に夫々導か
れる。

第２図は上記の基本原理に基づいて構成した光ピックア
ップの具体的実施例を示す。同図において、１／４波長
板２９は第１グレーティングレンズ１１の基板として用
いられている。即ち、第１グレーティングレンズ１１は
１／４波長板２９の一面に直接一体的に形成される。第
２グレーティングレンズ１２は通常の通り例えばガラス
基板上に形成される。尚、両基板ともグレーティングレ
ンズを形成していない方の面には好ましくは反射防止膜
が形成される。

また、偏光ビームスプリッタ２５と偏光依存性のないビ
ームスプリンタ３３とは共に膜として同一の透明基板（
ガラス基板）６１の両面に一体的に形成され、第１グレ
ーティングレンズ１１の平面に対し４５°の角度に配置
される。光ディスク１０のトラック溝５（第４図）方向
は図のＸ方向とする。また、半導体レーザ２３はその直
線偏光の偏光方向が紙面に垂直な方向（ｙ偏光）とする
。

第３図は光検知器３７．３９の構成例を示す。

第３図において、フォーカシング用光検出器３７及びト
ラッキング用光検出器３９は夫々それ自体公知の４分割
式及び２分割式ＰＩＮフォト・ダイオードから構成され
る。光ディスクの信号は光検出器３７．３９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３９を構成する２
分割フォト・ダイオード３９ａ。

３９ｂの分割面はトラックに平行に位置する。第４図に
おいて、光ディスク１０に結像するビームがトラック案
内溝５の中心に位置している時は第４図（ａ）に示す如
くビームスポットはフォト・ダイオード３９ａ、３９ｂ
の分割面中心に位置する。尚、第４図（ｂ）はビームが
案内溝５の左側にずれた場合を示し、この場合には一方
のフォト・ダイオード３９ａの受光量が一部カットされ
、反対にビームが案内溝の右側にずれた場合には第４図
（ｃ）に示す如く他方のフォト・ダイオード３９ｂの受
光量が一部暗くなる。尚、レーザビームをグレーティン
グレンズ系２１内で軸対称に交叉させるため、収束ビー
ムの位置ずれによる暗い部分は反転してフォト・ダイオ
ード３９ａ、３９ｂの分割面の近傍に現れることになる
。尚、第４図に示すトラッキングエラー検出法は両フォ
ト・ダイオード３９ａ、３９ｂの光量差を検出するプツ
シ゛ユ／ル法を利用したものである。

第５図はフォーカシング用光検出器３７を構成する４分
割光検出器の配置構成の一例を示す。４分割光検出器３
７はその受光領域が４つに分割されたＰＩＮフォト・ダ
イオード３７ａ、３７ｂ。

３７ｃ、３７ｄから構成される。４分割光検出器３７は
第５図（ａ）に示す如く、合焦状態においてフォト・ダ
イオード３７ａ、３７ｂ、３７ｃ１３７ｄの中ＩＣ，−
＆こビームスポットが当たるように配置される。光ディ
スク１０が合焦位置から第２グレーティングレンズ１２
に近づくと４分割光検出器３７上の信号光のスポットは
第５図（Ｃ）に示す如く横長の楕円になり、逆に遠ざか
ると第５図（ｂ）に示す如く縦長の楕円となる。従って
、４分割光検出器３７の４個の領域３７ａ、３７ｂ、３
７ｃ、３７ｄの光出力の差、即ち（１１＋１２）　−（
１３＋１４）を測れば合焦状態では“０″、光ディスク
が近づいた場合は〈Ｏ１遠ざかった場合は〉０になる。

従って、この誤差信号（１１＋１２）　−（１３＋１４
）が０になるように光学系をアクチュエータ（図示せず
）により上下に制御することによりフォーカシングが行
える。このフォーカシング制御はガラス基板６１、（Ｉ
光ビームスプリンタ２５、ビームスプリッタ３３によっ
て発生する非点収差を利用し非点収差法で行う。

尚、フォーカシング用光検出器或いはトラッキング用光
検出器によりフォーカシングエラーあるいはトラッキン
グエラーが検出された時の光学系の調整は、例えば光学
系全体を適当なアクチュエータ（図示せず）により光デ
ィスク１０に対して所定方向に動かすことにより行うこ
とができる。

以上の実施例において、トラッキング用光検出器及びフ
ォーカシング用光検出器は上記の２分割ないしは４分割
フォト・ダイオードに限らず、その他の光検出器を用い
得ることは勿論である。

また、フォーカシング用光検出器３７に入射するビーム
スプリンタ３３からの反射光はガラス基板６１内におい
てその幅の２倍の光路を通過することになるので大きな
非点収差を有することにな、す、従って４分割光検知器
３７により非点収差法に基づく確実なフォーカスエラー
の検知が行えるという副次的効果もある。

〔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実
質上受けることなく、殆ど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、トラッキング制御
、フォーカシング制御の作動信幀性の高い、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原理を
示す図、第２図は第１図に示される原理に基づく光ピッ
クアップ装置の具体的構成の一実施例を示す図、第３図
は第２図に示される光検出器の配置構成を示す図解図、
第４図はトラッキング用光検出器の３種のビーム検出状
態を示す図、第５図はフォーカシング用光検出器を構成
する４分割光検出器の３種のビーム検出状態を示す図、
第６図は本発明において用いられるグレーティングレン
ズ光学系の基本構成を示す図、第７図は第６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８図は第７図の方法により設計されるグレー
ティングレンズの空間周波数特性の一例を示す線図。 １０・・・光ディスク、 １１・・・第１グレーティングレンズ、１２・・・第２
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・・・偏光ビームスプリッタ、 ２９・・・１／４波長板、 ３３・・・ビームスプリッタ、 ３７・・・フォーカシング用光検出器、３９・・・トラ
ッキング用光検出器。 本発明の基本原理 １０・・・光デイスク媒体面 １１・・・グレーティングレンズ １２００．グレーティングレンズ ２１・・・グレーティングレンズ系 ３３・・・ビームスグリツタ Ｊ 本発明の実施例 第２＠ １０・・・光デイスク媒体 １１・・・グレーティングレンズ 】２・・・クレーティングレンズ ２３・・・半導体レーザ ６１・・・ガラス基板 第３回 （ｂ） （Ｃ） トラッキング用光検出器のビーム検出状態を示す図第４
図 フォーカシング用光検出器のビーム検出状態を説明する
図第５図 グレーティングレンズ系の基本構成を示す図第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源（２３）からのレーザ光の特定方向の直
   線偏光のみを透過せしめそれと垂直な方向の直線偏光は
   反射する偏光ビームスプリッタ（２５）と、 該偏光ビームスプリッタにより反射された直線偏光を軸
   対称に交叉させる第１の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）上の所定の一点に合焦させる第２
   のグレーティングレンズ（１２）とを光軸上に配置した
   グレーティングレンズ系（２１）と、 上記第１、第２グレーティングレンズの間に配置され上
   記グレーティングレンズ系内においてビームの往路と復
   路とで偏光角度を９０°相違ならしめる１／４波長板（
   ２９）と、上記１／４波長板により９０°偏光角度を変
   えられ、上記偏光ビームスプリッタを透過する上記グレ
   ーティングレンズ系からの信号光を一部は透過し一部は
   反射する偏光依存性のない振幅分割ビームスプリッタ（
   ３３）と、 該振幅分割ビームスプリッタの反射光を検出するフォー
   カシング用光検出器（３７）と、上記振幅分割ビームス
   プリッタの透過光を検出するトラッキング用光検出器（
   ３９）、 を有する光ピックアップ装置。