JPH0721873B2 - Optical information processing device - Google Patents

Optical information processing device

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JPH0721873B2
JPH0721873B2 JP59037537A JP3753784A JPH0721873B2 JP H0721873 B2 JPH0721873 B2 JP H0721873B2 JP 59037537 A JP59037537 A JP 59037537A JP 3753784 A JP3753784 A JP 3753784A JP H0721873 B2 JPH0721873 B2 JP H0721873B2
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lens
grating
objective lens
light beam
information processing
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顕也 後藤
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    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11B7/00Recording 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
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording 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
    • G11B7/08Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/085Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam into, or out of, its operative position or across tracks, otherwise than during the transducing operation, e.g. for adjustment or preliminary positioning or track change or selection
    • G11B7/08547Arrangements for positioning the light beam only without moving the head, e.g. using static electro-optical elements

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光学式情報処理装置に係り、特に光学式ビデ
オディスクやディジタルオーディオディスク等のいわゆ
る光ディスクの情報再生および/または記録に用いられ
るピックアップヘッド部の光学系の改良に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical information processing apparatus, and more particularly to a pickup head used for reproducing and / or recording information on so-called optical disks such as optical video disks and digital audio disks. The improvement of the optical system of the part.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

光ディスクは通常、微細なピットの配列により情報が記
録される。光ディスクの情報読取りを行うピックアップ
ヘッドは、半導体レーザ等の光源とホトダイオード等の
光検出器を備え、光源からの光ビームをコリメータレン
ズにより平行ビームに変換して対物レンズにより光ディ
スクの情報記録面に収束させて走査し、情報記録面から
の反射光ビームを光検出器により検出するようになって
いる。このピックアップヘッドの光学系において最も重
要な部品は、光ビームを光ディスクの情報記録面上で直
径1μm程度に絞り込むための対物レンズである。
Information is usually recorded on an optical disc by an array of fine pits. A pickup head that reads information from an optical disc is equipped with a light source such as a semiconductor laser and a photodetector such as a photodiode. The light beam from the light source is converted into a parallel beam by a collimator lens and focused on the information recording surface of the optical disc by an objective lens. Then, the light beam reflected by the information recording surface is detected by a photodetector. The most important component in the optical system of this pickup head is an objective lens for narrowing the light beam to a diameter of about 1 μm on the information recording surface of the optical disc.

従来、この対物レンズとしては単レンズを複数枚組合せ
た複合レンズが用いられていた。これは微細な光ビーム
スポットを形成するために、球面収差やコマ収差、非点
収差、像面彎曲、歪曲等の各種レンズ収差を極力なくす
ことが必要だからである。しかしながら、複合レンズに
よってもレンズ収差を完全に零にすることは不可能であ
る。また高性能の複合レンズは、研磨、組立調整が困難
であるため量産が難しく、従って高価であり、更に複数
枚のガラスレンズを用いるためにピックアップヘッドの
重量が大になるといった欠点があった。
Conventionally, a compound lens in which a plurality of single lenses are combined has been used as this objective lens. This is because it is necessary to minimize various lens aberrations such as spherical aberration, coma aberration, astigmatism, field curvature, and distortion in order to form a fine light beam spot. However, even with a compound lens, it is impossible to completely eliminate the lens aberration. Further, a high-performance compound lens has drawbacks that it is difficult to mass-produce because it is difficult to polish and assemble and adjust it, and therefore it is expensive, and the weight of a pickup head becomes large because a plurality of glass lenses are used.

このような問題を解決するため、対物レンズとしてグレ
ーティングレンズを用いることが提案されている。グレ
ーティングレンズは回折格子の一種で、例えばガラス基
板上に同心円状をなし、かつ周辺にいくに従ってピッチ
が徐々に狭くなる不等間隔回折格子パターンを形成した
ものである。不等間隔回折格子であるために、各部の回
折角が少しずつ異なる結果、格子ピッチを適当に設定す
ることにより平行光ビームを一点に収束するレンズ作用
をもつ。グレーティングレンズの格子間隔は使用する光
ビームの波長オーダであることが必要であるから、例え
ばガラス基板上にレジストを塗布し、これを電子ビーム
(EB)描画によってパターニングすることが行われる。
In order to solve such a problem, it has been proposed to use a grating lens as the objective lens. The grating lens is a kind of diffraction grating, and is, for example, a concentric circular grating pattern formed on a glass substrate and having an unequal interval diffraction grating pattern whose pitch gradually narrows toward the periphery. Since the diffraction gratings are unequal intervals, the diffraction angles of the respective parts are slightly different, and as a result, it has a lens effect of converging the parallel light beam into one point by appropriately setting the grating pitch. Since the grating interval of the grating lens needs to be in the wavelength order of the light beam to be used, for example, a resist is applied on a glass substrate and patterned by electron beam (EB) drawing.

しかしながら、このようなEB描画によるグレーティング
レンズにも問題がある。第1に、レジストによる不透過
部分と透過部分を交互に配列して回折現象のみを利用す
るためと格子間隔が波長オーダとなるために、回折効率
が20〜30%と低い。第2に、一次回折光を光ビームスポ
ットとして収束させようとする場合、零次回折光がビー
ム収束点とその周辺を照らすと情報読取りに悪影響を与
える。このため、一次回折光ビームと入射光ビームが同
軸の関係になるインライン型では不都合であり、これら
の軸をずらせたオフアクシス型としなければならない。
そしてオフアクシス型グレーティングレンズを用いる
と、光学系の光軸合せが難しくなる。第3に、現在のEB
描画技術では、ビーム走査幅が2mm程度であり、必要な
径のレンズを得ることは難しい。描画されるレンズ基板
側の走査を組合せれば、勿論必要な直径のレンズが得ら
れるが、これでは、1μm程度のビームスポットを得る
ための微細な回折格子パターンを高精度に作ることはで
きない。またEB描画によるグレーティングレンズは量産
性にも欠ける。
However, there is also a problem in such a grating lens by EB drawing. First, the diffraction efficiency is as low as 20 to 30% because the non-transmissive portions and the transmissive portions of the resist are alternately arranged and only the diffraction phenomenon is used, and the lattice spacing is on the order of wavelength. Secondly, when trying to converge the first-order diffracted light as a light beam spot, if the zero-order diffracted light illuminates the beam convergence point and its periphery, it adversely affects information reading. For this reason, the in-line type in which the first-order diffracted light beam and the incident light beam have a coaxial relationship is inconvenient, and the off-axis type in which these axes are offset must be used.
When the off-axis type grating lens is used, it becomes difficult to align the optical axis of the optical system. Third, the current EB
With the drawing technology, the beam scanning width is about 2 mm, and it is difficult to obtain a lens with the required diameter. Of course, if the scanning on the lens substrate side to be drawn is combined, a lens having a necessary diameter can be obtained, but with this, a fine diffraction grating pattern for obtaining a beam spot of about 1 μm cannot be formed with high precision. In addition, the EB drawing grating lens lacks mass productivity.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明は上記の点に鑑み、高性能で軽量かつ安価なピッ
クアップヘッドをもつ光学式情報処理装置を提供するこ
とを目的とする。
In view of the above points, an object of the present invention is to provide an optical information processing apparatus having a high-performance, lightweight and inexpensive pickup head.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明は、光ディスク等の情報再生および/または記録
を行うピックアップ部の光学系における対物レンズとし
て、全体がガラス,プラスチック,両者の複合などによ
る透明材料からなるインライン型グレーティングレンズ
を用いる。このグレーティングレンズは、一方の面が平
面や凸面などの平滑面であり、他方の面に断面が鋸歯状
をなす同心円状の不等間隔回折格子パターンを形成した
もので、回折現象によるレンズ作用を主体としながら、
屈折によるレンズ作用をも併用することに特徴がある。
またこのグレーティングレンズはその平滑面も光ディス
クに対向させるように取付けられる。
The present invention uses an in-line type grating lens which is entirely made of a transparent material such as glass, plastic, or a composite of both as an objective lens in an optical system of a pickup unit for reproducing and / or recording information on an optical disk or the like. In this grating lens, one surface is a smooth surface such as a flat surface or a convex surface, and the other surface is formed with concentric circular unequal-interval diffraction grating patterns having a sawtooth-shaped cross section. Mainly,
The feature is that the lens action by refraction is also used together.
The grating lens is mounted so that its smooth surface faces the optical disk.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、複合レンズを対物レンズとする従来の
装置に比べてピックアップ部をはるかに軽量、かつ安価
に作ることができる。しかも本発明での対物レンズはグ
レーティングレンズであるから、本質的にレンズ収差を
なくすることができ、微細な光ビームスポットを得るこ
とができる。
According to the present invention, the pickup unit can be made much lighter and cheaper than the conventional device using the compound lens as the objective lens. Moreover, since the objective lens in the present invention is a grating lens, lens aberration can be essentially eliminated, and a fine light beam spot can be obtained.

また本発明では、EB描画によるレジストパターンを用い
たグレーティングレンズと異なり、グレーティングレン
ズ全体が透明材料であって回折によるレンズ作用の他、
屈折によるレンズ作用をも併用する結果、等価的に収束
効率ほぼ100%を実現することができる。そしてこのグ
レーティングレンズはインライン型であるので光学系の
光軸合せも容易に行うことができる。
Further, in the present invention, unlike the grating lens using the resist pattern by EB drawing, the entire grating lens is made of a transparent material and in addition to the lens function by diffraction,
As a result of using the lens action by refraction together, it is possible to equivalently achieve a convergence efficiency of almost 100%. Since this grating lens is an in-line type, the optical axis of the optical system can be easily aligned.

更に本発明におけるグレーティングレンズは、先端形状
が100〜200Åのダイヤモンドバイトを用いた最近の超精
密旋盤加工により、EB描画では得られない大きな直径の
ものを精度よよく量産したり、射出成型,コンプレッシ
ョン,フォトポリマーなどのレプリカ技術により量産す
ることができる。
Furthermore, the grating lens in the present invention is manufactured by a recent ultra-precision lathe process using a diamond bite having a tip shape of 100 to 200Å, and mass-produces a large diameter lens which cannot be obtained by EB drawing with high precision, injection molding, compression. It can be mass-produced by replica technology such as photopolymer.

更に本発明では、グレーティングレンズの一方の面は平
面や凸面などの平滑面としてこれを光ディスクに対向さ
せることにより、グレーティング面へのゴミの付着等に
よる対物レンズ性能の劣化を防止することができる。
Further, in the present invention, one surface of the grating lens is a smooth surface such as a flat surface or a convex surface and is opposed to the optical disk, so that deterioration of the objective lens performance due to adhesion of dust or the like to the grating surface can be prevented.

また、特に平滑面を光ディスク側に位置させ、不等間隔
回折格子パターンの形成されている面を光源側に位置さ
せてインライン型グレーティングレンズを配置している
ので、光源側から到来した、たとえば平行光ビームは回
折格子で回折されて方向を変え、続いて平滑面で屈折す
ることになる。したがって、上記関係とは逆の関係にイ
ンライン型グレーティングレンズを配置した場合に較べ
て光の屈折の度合いを大きくでき、焦点距離を短くでき
る。つまり、必要な焦点距離を小型の対物レンズで得る
ことができる。このように、対物レンズの小型化を実現
できるので、装置の小型化を実現でき、この結果として
高速駆動の実現に寄与でき、アクセス時間の短縮化に寄
与できる。
Further, since the in-line type grating lens is arranged with the smooth surface positioned on the optical disk side and the surface on which the unequal-interval diffraction grating pattern is formed positioned on the light source side, for example, parallel light coming from the light source side, The light beam is diffracted by the diffraction grating to change its direction, and then refracted on the smooth surface. Therefore, the degree of refraction of light can be increased and the focal length can be shortened as compared with the case where the in-line type grating lens is arranged in a relationship opposite to the above relationship. That is, the required focal length can be obtained with a small objective lens. In this way, the objective lens can be miniaturized, so that the device can be miniaturized, and as a result, high-speed driving can be realized and the access time can be shortened.

また、上記関係にインライン型グレーティングレンズを
配置しているので、光源側から到来した光ビームの一部
が回折格子の表面で反射されても回折格子の表面は光軸
に対して傾斜しているので、この反射光ビームが逆の光
路を辿って光検出器に直接侵入するようなことはない。
したがって、対物レンズで反射された光ビームと情報記
録面からの反射光ビームとが光検出器に入射したときに
起こり易いビーム干渉の発生を防止することができる。
Further, since the in-line type grating lens is arranged in the above relationship, even if a part of the light beam coming from the light source side is reflected by the surface of the diffraction grating, the surface of the diffraction grating is inclined with respect to the optical axis. Therefore, the reflected light beam does not follow the reverse optical path and directly enter the photodetector.
Therefore, it is possible to prevent the occurrence of beam interference that tends to occur when the light beam reflected by the objective lens and the light beam reflected from the information recording surface are incident on the photodetector.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。第1図
は一実施例の光学式情報読取装置におけるピックアップ
部の光学的構成を示している。1は光源としての半導体
レーザであり、例えば出力3mW、波長780nmの光ビームを
送出する。半導体レーザ1からの光ビームは直線グレー
ティング2によって±一次回折光と零次回折光の3ビー
ムの分割される。一つのビームは情報読取り用であり、
他の二つはトラッキング用として用いられる。このグレ
ーティング2から得られる回折光ビームは偏光性ビーム
スプリッタ3を通ってコリメータレンズ4により平行光
ビームに変換される。そしてこの光ビームは、プリズム
ミラー5により直角に曲げられ、1/4波長板6を通って
円偏光となって対物レンズ7に入射され、ビームスポッ
トとして光ディスク8のピットが配列された情報記録面
に照射される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an optical configuration of a pickup section in an optical information reading apparatus according to an embodiment. Reference numeral 1 denotes a semiconductor laser as a light source, which emits a light beam having an output of 3 mW and a wavelength of 780 nm, for example. The light beam from the semiconductor laser 1 is divided into three beams of ± first-order diffracted light and zero-order diffracted light by the linear grating 2. One beam is for reading information,
The other two are used for tracking. The diffracted light beam obtained from the grating 2 passes through the polarizing beam splitter 3 and is converted into a parallel light beam by the collimator lens 4. Then, this light beam is bent at a right angle by the prism mirror 5, passes through the 1/4 wavelength plate 6, becomes circularly polarized light, and is incident on the objective lens 7, and the information recording surface on which the pits of the optical disk 8 are arranged as beam spots. Is irradiated.

光ディスク8からの情報を含んだ反射光ビームは同じ光
学系を戻る。このとき、1/4波長板6により偏光面が最
初とは90度回転して偏光性ビームスプリッタ3に入り、
ここで分離されて凹レンズ、円筒レンズ等を組合せたビ
ーム変換系9を介して光検出器としてのホトダイオード
アレイ10に導かれ、画像,音声信号またはコード・デー
タ信号などのRF信号の他、フォーカス誤差信号、トラッ
キング誤差信号が得られる。
The reflected light beam containing information from the optical disk 8 returns through the same optical system. At this time, the plane of polarization is rotated 90 degrees from the beginning by the 1/4 wavelength plate 6 and enters the polarizing beam splitter 3,
It is separated here and is guided to a photodiode array 10 as a photodetector through a beam conversion system 9 in which a concave lens, a cylindrical lens and the like are combined, and an RF signal such as an image, a sound signal or a code / data signal, as well as a focus error. A signal and a tracking error signal are obtained.

以上のような構成において、対物レンズ7としては第2
図に拡大断面図を示したように、インライン型グレーテ
ィングレンズ71を用いている。このグレーティングレン
ズ71は、全体が透明アクリルや片球面ガラスにプラスチ
ック薄膜グレーティングを接着した等の透明材料により
形成され、光ディスク8に対向する面は平面や球面など
の平滑面であり、筒体72に保持されて外気にさらされな
い他方の面に、フルネルレンズにおけると同様の鋸歯状
断面をなす同心円状の回折格子パターンが形成されてい
る。この回折格子ピッチは、グレーティングレンズ71
基板部および光ディスク8のカバーガラス82の厚みと屈
折率を考慮した上で、780nmの波長に対して焦点距離4mm
として光ビームが情報記録面81に収束されるように、不
等間隔で精密に設定される。このグレーティングレンズ
71が単なるグレーティングでない点は、いわゆる通常の
グレーティングにおけるような光透過部と遮断部の組合
せではなく、溝と溝の間は一定の曲面をもったテーパに
より透明材料の厚みを連続的に変化させて、屈折による
レンズ作用をもたせていることである。この屈折による
焦点距離も4mmとなるように、その鋸歯状部分の形状が
精密に加工されている。
In the above-mentioned configuration, the objective lens 7 has the second
To as an enlarged cross-sectional view diagram, using an in-line type grating lens 71. The grating lens 71 is made of a transparent material such that the whole is adhered to a plastic film grating transparent acrylic or single spherical glass, the surface facing the optical disc 8 is a smooth surface such as a plane or spherical, cylindrical body 7 A concentric diffraction grating pattern having a sawtooth-shaped cross section similar to that of the Fresnel lens is formed on the other surface which is held by 2 and is not exposed to the outside air. This diffraction grating pitch has a focal length of 4 mm for a wavelength of 780 nm, considering the thickness and refractive index of the substrate portion of the grating lens 7 1 and the cover glass 8 2 of the optical disc 8.
Light beam to be converged on the information recording surface 81, is precisely set at unequal intervals as. This grating lens
The point that 1 is not a simple grating is not a combination of a light transmitting part and a blocking part as in a so-called normal grating, but the thickness of the transparent material is continuously changed by a taper with a constant curved surface between the grooves. That is, the lens function is provided by refraction. The shape of the serrated portion is precisely processed so that the focal length due to this refraction is also 4 mm.

このようなグレーティングレンズ71は、超高精密旋盤加
工による金型を用いて量産することができる。
Such a grating lens 71 can be mass-produced by using a mold with ultra high precision lathe.

次に上記したグレーティングレンズ71の設計基準を第3
図および第4図を用いて詳細に説明する。第3図のZ軸
は光軸であり、グレーティングレンズ71の屈折率をnS
厚みをhS、光ディスクのカバーガラス82の屈折率をnC
厚みをhC、ワーキングディスタンスをdとしている。図
のx軸上の距離で表わされる不等間隔回折格子のピッチ
は次のようにして求まる。まず、Z軸上で、グレーティ
ングレンズ面から光ディスクの情報記録面81上のP点ま
での光学路長は、 l(o)=d+nShS+nChC ……(1) で表わされる。一方、グレーティングレンズ面で中心か
らxの距離の点から、情報記録面上のビーム収束点P点
までの光学路長は、 と表わされる。また距離xは、 である。
Next, the above-mentioned design criteria for the grating lens 7 1
A detailed description will be given with reference to FIGS. The Z axis in FIG. 3 is the optical axis, and the refractive index of the grating lens 7 1 is n S ,
The thickness h S, the refractive index of the cover glass 82 of the optical disk n C,
The thickness is h C and the working distance is d. The pitch of the non-equidistant diffraction grating represented by the distance on the x-axis in the figure is obtained as follows. First, on the Z-axis, the optical path length from the grating lens surface to the point P on the information recording surface 81 of the optical disc is represented by l (o) = d + n S h S + n C h C ...... (1) . On the other hand, the optical path length from the point of distance x from the center on the grating lens surface to the point P of beam convergence on the information recording surface is Is represented. The distance x is Is.

いま、グレーティングレンズ面の中心からm番目の格子
位置をxmとしたとき、この位置からの一次回折光が中心
を直進した透過光と情報記録面上のP点で同位相で重な
る条件は、使用波長をλとして、 l(xm)=l(o)+mλ ……(4) と表わされる。そこで(4)式を(2)式に代入し、x
=xmのときのmを求め、このmを(3)式に代入す
れば、xmが求まる。一方、このxm位置付近での一次回折
光がP点で強め合うためには、この付近での格子ピッチ
pは、 psinm=λ ……(5) により求まる。
Now, assuming that the m-th grating position from the center of the grating lens surface is xm, the condition that the first-order diffracted light from this position overlaps the transmitted light traveling straight through the center and the point P on the information recording surface in phase is used. Letting the wavelength be λ, it is expressed as follows: l (xm) = 1 (o) + mλ (4) Then, substituting equation (4) into equation (2), x
X is obtained by finding m when == xm and substituting this m into the equation (3). On the other hand, in order for the first-order diffracted lights in the vicinity of the xm position to reinforce each other at the point P, the grating pitch p in this vicinity can be obtained by psinm = λ (5).

具体的な数値例を挙げる。グレーティングレンズ71が透
明アクリルであって、nS=1.5、hS=2.5〔mm〕、ディス
クのカバーガラス82がnC=1.55、hC=1.2〔mm〕とし、
ワーキングディスタンスがd=3〔mm〕とすると、グレ
ーティング本数N=884〔本〕で最外周溝の半径はxN
2.8〔mm〕となる。また格子ピッチは、中心付近で300
〔μm〕程度で、周辺に行くにつれて徐々に小さくなり
最外周付近で1.5〔μm〕程度とすればよい。
Here are specific numerical examples. The grating lens 7 1 is transparent acrylic, n S = 1.5, h S = 2.5 [mm], the cover glass 8 2 of the disk is n C = 1.55, h C = 1.2 [mm],
If the working distance is d = 3 [mm], the number of gratings is N = 884 [lines] and the radius of the outermost groove is x N =
It will be 2.8 [mm]. The lattice pitch is 300 near the center.
It is about [μm], and becomes gradually smaller toward the periphery, and it may be about 1.5 [μm] near the outermost periphery.

次にグレーティング面の鋸歯状断面形状について第4図
により説明する。xm-1<x<xmにおけるグレーティング
の高さをfm(x)とするとすると、第4図において、 f′(x)=−tanθ ……(5) sinθ=nSsinθ ……(6) sin=nSsin ……(7) =θ−θ ……(8) である。これらの式を用いて、屈折した光ビームが前述
の情報記録面上のP点に収束するためのfm(x)は、次
の(9)〜(11)の微分方程式の解として求まる。
Next, the sawtooth cross-sectional shape of the grating surface will be described with reference to FIG. Assuming that the height of the grating at xm -1 <x <xm is fm (x), in Fig. 4, f '(x) = -tan θ ... (5) sin θ = n S sin θ S ... (6) sin = n S sin S (7) S = θ−θ S (8) Using these equations, fm (x) for the refracted light beam to converge on point P on the information recording surface is obtained as the solution of the differential equations (9) to (11) below.

ただし、境界条件は、x=xmでfm(x)=0である。 However, the boundary conditions are x = xm and fm (x) = 0.

以上の式から求まる曲面をもった鋸歯状断面とすること
によって、回折作用の他、屈折によるレンズ作用を併せ
持たせ、波長780nmの光ビームに対して焦点距離が4mm、
開口数が約0.47で、実効的に収束効率100%のグレーテ
ィングレンズが得られる。
By having a sawtooth cross section with a curved surface obtained from the above formula, in addition to the diffraction effect, it also has a lens effect by refraction, the focal length is 4 mm for a light beam with a wavelength of 780 nm,
With a numerical aperture of about 0.47, a grating lens with a focusing efficiency of 100% can be obtained effectively.

以上において対物レンズ7の詳細を説明したが、第1図
の光学系のうちコリメータレンズ4にも、第5図に示す
ようなインライン型グレーティングレンズを用いること
ができる。この場合にも、全体が透明材料からなり、一
方の面に断面が鋸歯状をなす不等間隔回折格子パターン
が形成されたものとする。ただし回折格子パターンは、
第5図から明らかなように楕円状とする点で対物レンズ
の場合と異なる。これは、通常のストライプ構造半導体
レーザから放射される光ビームが、基板と平行な方向の
放射角より垂直方向の放射角が大きく、断面が楕円状の
ビームとなっており、これを均一径の平行光ビームに変
換するためである。このコリメータレンズとしてのグレ
ーティングレンズも対物レンズと同様に超高精密旋盤加
工により形成することができる。
Although the details of the objective lens 7 have been described above, an in-line type grating lens as shown in FIG. 5 can be used as the collimator lens 4 in the optical system of FIG. Also in this case, it is assumed that the whole is made of a transparent material, and one surface is formed with a non-equidistant diffraction grating pattern having a sawtooth cross section. However, the diffraction grating pattern
As is apparent from FIG. 5, it is different from the case of the objective lens in that it has an elliptical shape. This is because the light beam emitted from a normal semiconductor laser with a stripe structure has a larger emission angle in the vertical direction than the emission angle in the direction parallel to the substrate and is an elliptical beam with a uniform diameter. This is for converting into a parallel light beam. The grating lens as the collimator lens can also be formed by ultra-high precision lathe processing similarly to the objective lens.

以上説明したように本実施例では、機械加工により得ら
れるインライン型グレーティングレンズを対物レンズと
して用いており、従来の複合レンズを用いた装置に比べ
てピックアップ部を軽量とし、かつレプリカ作成技術に
より安価にすることができる。しかもこのグレーティン
グレンズは本質的に回折を利用しているためレンズ収差
を殆んどなくすることができ、かつ回折現象の他屈折に
よるレンズ作用をも併用して実効的に収束効率約100%
が得られ、ピックアップ部の高性能化が可能である。ま
た機械加工により得られるため研磨工程や組立て工程が
不要なので量産性にも優れている。またグレーティング
レンズの一方の凸面や平面などの平滑な面を光ディスク
に対向させ、グレーティング面を光学鏡筒内に収め得る
光源側に位置させて対物レンズ7を設けているので、ゴ
ミやホコリの付着によるレンズ性能の劣化を防止するこ
とが可能である。また、上述した関係に対物レンズ7を
配置しているので、光源側から到来した平行光ビームは
回折格子で回折されて方向を変え、続いて平滑面で屈折
することになる。したがって、上記関係とは逆の関係に
対物レンズを配置した場合に較べて光の屈折の度合いを
大きくでき、焦点距離を短くできる。つまり、必要な焦
点距離を小型の対物レンズで実現できる。このように、
対物レンズ7を小型化できるので、装置の小型化を実現
でき、この結果として高速駆動を実現でき、アクセス時
間の短縮化を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the in-line type grating lens obtained by machining is used as the objective lens, the pickup unit is lighter than the device using the conventional compound lens, and the cost is low due to the replica making technique. Can be Moreover, since this grating lens essentially uses diffraction, lens aberration can be almost eliminated, and in addition to the diffraction phenomenon, the lens function by refraction is also used, and the focusing efficiency is approximately 100%.
It is possible to improve the performance of the pickup section. In addition, since it is obtained by machining, it does not require a polishing process or an assembling process, so it is excellent in mass productivity. Further, since one convex surface or flat surface of the grating lens is opposed to the optical disk, and the objective lens 7 is provided with the grating surface positioned on the side of the light source that can be housed in the optical lens barrel, dust or dust adheres. It is possible to prevent the deterioration of the lens performance due to. Further, since the objective lens 7 is arranged in the above-described relationship, the parallel light beam coming from the light source side is diffracted by the diffraction grating to change its direction, and then refracted by the smooth surface. Therefore, the degree of refraction of light can be increased and the focal length can be shortened as compared with the case where the objective lens is arranged in a relationship opposite to the above relationship. That is, the required focal length can be realized with a small objective lens. in this way,
Since the objective lens 7 can be downsized, the device can be downsized, and as a result, high-speed driving can be realized and the access time can be shortened.

さらにまた、上記関係に対物レンズ7を配置しているの
で、光源側から到来した光ビームの一部が回折格子の表
面で反射されても回折格子の表面は光軸に対して傾斜し
ているので、この反射光ビームが逆の光路を辿って光検
出器10に直接侵入するようなことはない。したがって、
対物レンズ7で反射された光ビームと情報記録面81から
の反射光ビームとが光検出器10に入射したときに起こり
易いビーム干渉の発生も防止することができる。
Furthermore, since the objective lens 7 is arranged in the above relationship, even if a part of the light beam coming from the light source side is reflected by the surface of the diffraction grating, the surface of the diffraction grating is inclined with respect to the optical axis. Therefore, the reflected light beam does not follow the reverse optical path and directly enter the photodetector 10. Therefore,
Can be a reflected light beam from the light beam and the information recording surface 81 is reflected by the objective lens 7 is also prevented occurrence of possible easily beam interference when incident on the light detector 10.

なお実施例では、情報再生についてのみ説明したが、本
発明は同じ光学系を用いて光学的に情報記録を行うよう
にした装置にも勿論適用することができる。また本発明
の装置は、ビデオディスク、オーディオディスクに限ら
ず、同様の原理による光学的メモリの情報処理にも適用
することができる。
In the embodiments, only information reproduction has been described, but the present invention can of course be applied to an apparatus that optically records information using the same optical system. The device of the present invention can be applied not only to video discs and audio discs, but also to information processing of optical memories according to the same principle.

また、グレーティングレンズの平滑面は、平面でなくて
もよく、例えば第6図のようにゆるい一定の曲率をもっ
た球面としてもよい。更に、実施例ではグレーティング
面の断面が鋸歯状となる面をフルネルレンズにおけると
同様な曲面としたが、第7図に示すように直線面で近似
しても一定の性能が得られる。
Further, the smooth surface of the grating lens does not have to be a flat surface, and may be, for example, a spherical surface having a gentle constant curvature as shown in FIG. Further, in the embodiment, the surface where the grating surface has a saw-tooth cross section is the same curved surface as in the Fresnel lens, but a certain performance can be obtained even if it is approximated by a straight surface as shown in FIG.

また光学系として、偏光性ビームスプリッタの代りに通
常のビームスプリッタを用い、1/4波長板を省いた構成
のものを用いた場合にも本発明は有効である。
The present invention is also effective when an ordinary beam splitter is used as the optical system instead of the polarizing beam splitter and a quarter wave plate is omitted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の光学的情報読取装置におけ
るピックアップ部の光学的構成を示す図、第2図はその
対物レンズ部の拡大断面図、第3図および第4図は対物
レンズとしてのグレーティングレンズの設計基準を説明
するための図、第5図は上記ピックアップ部のコリメー
タレンズの構成例を示す図、第6図および第7図は対物
レンズおよび/またはコリメータレンズに用いるグレー
ティングレンズの変形例を示す図である。 1……半導体レーザ(光源)、2……グレーティング
(等間隔直線状)、3……偏光性ビームスプリッタ、4
……コリメータレンズ、5……プリズムミラー、6……
1/4波長板、7……対物レンズ、71……インライン型グ
レーティングレンズ、72……筒体、8……光ディスク、
81……情報記録面、82……カバーガラス、9……ビーム
変換系、10……ホトダイオードアレイ(光検出器)。
FIG. 1 is a diagram showing an optical configuration of a pickup section in an optical information reading apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view of an objective lens section thereof, and FIGS. 3 and 4 are objective lenses. For explaining the design criteria of the grating lens as an example, FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the collimator lens of the pickup section, and FIGS. 6 and 7 are grating lenses used for the objective lens and / or the collimator lens. It is a figure which shows the modification of. 1 ... Semiconductor laser (light source), 2 ... Grating (equal-spaced linear shape), 3 ... Polarizing beam splitter, 4
…… Collimator lens, 5 …… Prism mirror, 6 ……
1/4 wavelength plate, 7 ... Objective lens, 7 1 ... In-line type grating lens, 7 2 ... Cylindrical body, 8 ... Optical disc,
8 1 …… Information recording surface, 8 2 …… Cover glass, 9 …… Beam conversion system, 10 …… Photodiode array (photodetector).

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源から出た光ビームを記録媒体の情報記
録面に収束させる対物レンズを備えた光学式情報処理装
置において、前記対物レンズは、一方の面に断面が鋸歯
状をなす同心円状の不等間隔回折格子パターンが形成さ
れるとともに他方の面が平滑面に形成されてなるインラ
イン型グレーティングレンズで構成され、上記一方の面
に前記光ビームを入射させるように配置されていること
を特徴とする光学式情報処理装置。
1. An optical information processing apparatus comprising an objective lens for converging a light beam emitted from a light source onto an information recording surface of a recording medium, wherein the objective lens has a concentric circular shape having a sawtooth cross section on one surface. Of an in-line type grating lens having a non-equidistant diffraction grating pattern and the other surface formed into a smooth surface, and is arranged so that the light beam is incident on the one surface. A characteristic optical information processing device.
【請求項2】前記対物レンズの他方の面は、非平面に形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載の光学式情報処理装置。
2. The optical information processing apparatus according to claim 1, wherein the other surface of the objective lens is formed as a non-planar surface.
【請求項3】前記対物レンズの他方の面は、球面に形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記
載の光学式情報処理装置。
3. The optical information processing apparatus according to claim 2, wherein the other surface of the objective lens is formed into a spherical surface.
【請求項4】前記対物レンズの前記一方の面に形成され
た不等間隔回折格子パターンの各回折格子は、前記光ビ
ームを入射させる面が曲面を含む面に形成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光学式情
報処理装置。
4. Each of the diffraction gratings of the non-equidistant diffraction grating pattern formed on the one surface of the objective lens is formed so that the surface on which the light beam is incident is a surface including a curved surface. The optical information processing device according to claim 1.
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