JPS6364644A - 光学式情報再生装置 - 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］ この発明は例えば光デイスクメモリやディジタルオーデ
ィオディスク等の光デイスク装置における光学式情報記
録媒体（以下ディスクと呼ぶ）の情報を再生するための
光学式情報再生装置に関するものでおる。

［従来の技術］ 第９図り例えば特開昭６０７２８０４４＠公報に示され
た従来の光学式情報再生装置の梠成例を示す図でおる。

図において、（１）は半導体レー゛ザ、（２）は射出光
、（３）は第１のガラス基板、（４）はコリメート用オ
ファクシスゲレーティングレンズ、（５）は平行光束、
（６）は第２のガラス基板、（７）は収束用オファクシ
スゲレーティングレンズ、（８）は１次回析光、（９）
はディスク、（１０）は情報記録面、（１１）は光軸、
（１２）は零次透過光、（１３）は非点収差用グレーテ
ィングレンズ、（１４）は４分割光検出器である。

次に動作について説明する。半導体レーザ（１）からの
射出光（２）は、第１のカラス基板（３）の１部に形成
されたコリメート用オファクシスゲレーティングレンズ
（４）で集められ、この第１のガラス基板（３）面の法
線に対して数１０°の角度をなす平行光束（５）となり
、第２のガラス基板（６）の一部に形成された収束用オ
ファクシスゲレーティングレンズ（７）へ入射する。

この平行光束（５）のオファクシスゲレーティングレン
ズ（７）による１次回析光（８）はディスク（９）中の
情報記録面（１０）土に焦点を結ぶ。この場合、１次回
析光（８）の光軸が情報記録面（１０）に対して垂直に
なるように、オファクシスゲレーティングレンズ（７）
が形成されている。

焦点におかれたピットの情報を含んだ１次回析光（８）
の反射光は再び収束用のオファクシスゲレーティングレ
ンズ（７）に向うが、この反射光のうちの零次透過光（
１２）は単に透過光として後方へ進み、収束用オファク
シスゲレーティングレンズ（７）への入射口である平行
光束（５）の光軸と異なる光軸（１１）を有することに
なる。

従って、半導体レーザ（１）からの射出光（２）あるい
は平行光（５）と情報記録面（１０）からのピット情報
を含んだ零次透過光（１２）とを分離することができる
。

このようにして得られた零次透過光（１２）からなる反
射光から、第１のガラス基板（３）の一部に形成された
例えば非点収差光学用グレーティングレンズ（１３）と
例えば４分割光検出器（１４）からなる受光部光学系に
より、記録情報信号、フを一カス誤外信号、トラッキン
グ誤差信号を検出する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の光学式情報再生装置は以上のようにＨ”ｉ成され
ているので、以下のような問題点がある。

第１に、透過形のオフ７クシスグレーテインクレンズを
２枚と透過形のインラシン形グレーティングレンズを用
いているため、光の利用効率が非常に低いという問題点
がおる。例えば、上記コリメータ用オファクシスゲレー
ティングレンズ（４）の１次回析光の回析効率は開口数
が０．１程度であるので、比較的高くなるが、それでも
高々３０％であり、収束用オファクシスゲレーティング
レンズ（７）ｒＧ、ｔ、ＡＰＰＬＥＤ　０ＰＴＩＣ３／
Ｖｏ１．２４．　Ｎｏ。

２４／１９８５　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１．５第４３０７
頁乃至第４３１１頁（以下、文献と称す）に示されるよ
うに、１次回析光の回析効率は２１％しかない。また、
上記非点収差光学用グレーティングレンズ（１３）の１
次回析光の回析効率は上記文献に示されているように３
０％しかない。したがって、上記収束用オファクシスゲ
レーティングレンズの零次回析光の回析効率を５０％、
上記ディスクの反射率を１００％としても、上記コリメ
ータ用オファクシスゲレーティングレンズ（３）から非
点収差光学用グレーティングレンズ（１３）に至るまで
の効率は０．９５％にしかならない。

第２に、収束用オファクシスグレーテイングレンズ（７
）においては、ディスク（９）の情報記録面（１０〉に
記録されているピット情報を読み出すために、射出側の
開口数ＮＡはＮＡ＝０．４５　〜０，５必要である。し
かも、入射光でおる上記平行光束（５）は上記収束用オ
ファクシスゲレーティングレンズの射出側光軸（１１）
に対して３０°程度傾いているので、等価的な回析角度
の最大値は５７°にも達し、波長がλ＝　７８０１１１
ｍの半導体レーザ光に対する最小格子間隔は０．８２μ
ｍ程度となり、矩形形状の回析格子としたときの格子幅
は０．４１μｍ程度になり、サブミクロンの加工精度が
要求されるという問題点がある。さらに、回析効率を上
げるためには格子形状をブレーズ化しなければならない
が、格子間隔０．８２μｍで格子形状を三角形状にする
のは容易ではないという問題点かめる。

第３に、半導体レーザ（１）、第１のガラス基板（３）
、第２のガラス基板（６）および４分割光検出器（１４
）は一つの筐体（１５）に組込まれているが、第９図に
示された構成では寸法が大きくなるとともにオートフォ
ーカス、オートトラッキングを実現するためには、上記
筐体（１５）全体を一体駆動しなければならず、第９図
には図示されていないが、アクチュエータの駆動ｆｆ１
ｆｆｉが大きくなるというという問題点がおる。

第４に、情報記録面（１０）のピット情報を読み出す回
析限界の集光スポットを得るために、上記収束用オファ
クシスゲレーティングレンズ（７〉の１次回析光を用い
ているが、このレンズの開口数は前記のようにＮＡ＝　
０．４５〜０．５というものであり、その最小格子間隔
は０．８２μｍ程度になっており、このような高開口数
のグレーティングレンズでは光源である半導体レーザの
波長の変換に対して敏感であり、レンズの焦点距離や回
析角度が大きく変化するとともに収差が大きくなるとい
う問題点がおる。

第５に、構成要素も多く互いに位置関係を精度よく合せ
なければならないという組立上の問題点がある。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、部品点数を減じた簡単な構成で、薄形化が可
能で、しかも製造および調整が容易であり、生産に適し
安価で特性の良好な光学式情報再生装置を得ることを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る光学式情報再生装置は、コリメータ用オ
フアクシスレンズと収束用オファクシスゲレーティング
レンズの作用を単玉の対物レンズにもたせ、収束用オフ
アクシスレンズの入射光と反射光の分離作用と非点収差
光学用グレーティングレンズの作用を１枚の反射形回析
格子レンズに持たせるとともに該反射形何析格子レンズ
に光路を折り曲げる反射鏡の作用をもたせるこようにし
たものである。

［作用］ この発明における光学式情報再生装置コリメータ用オフ
ァクシスゲレーティングレンズと収束用オファクシスゲ
レーティングレンズの作用を１つの単玉の対物レンズで
行なわせ、収束用オファクシスゲレーティングレンズの
入射光と反射光の分離作用および非点収差要インライン
形グレーティングレンズの作用を１つの反射形回析格子
レンズで行なわせるようにするとともに、反射鏡の作用
も兼ねさせて光路を曲げるようにしたことにより、寸法
も小さくして薄形化を計ることができる。

しかも、上記反射形回析格子レンズの最小格子間隔は２
μ川用度であり、通常のＬＳＩ等の製造で用いられる微
細加工技術を応用したプロセスで容易に得られるもので
、高精度のものを大損にかつ安価に作製することができ
、最産に適する。また、対物レンズもプライチック等を
用いた非球面レンズとしたことにより、単玉のレンズと
することができ、このレンズも射出形成等により大量生
産を可能とする。

［発明の効果］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す斜視図でおり、第２図は
その平面図、第３図はぞの側面図でおる。

第１図乃至第３図において、（１６）は半導体レーザ（
１）と対物レンズ（１８）に至る光路の途中に配設した
反射形回析格子レンズである。

つぎに動作について説明する。半導体レーザ（１）から
の発散射出光（２）は直接反射形回析格子レンズ（１６
）に入射し、その表面に刻まれた反射形回析格子で回析
されないＯ次回杭先が対物レンズ（１８）に入射する。

上記対物レンズ（１８）は半導体レーザ（１）の発光点
を物点とし、ディスク面上の点を像点とするように設計
されているので、上記反射形回析格子レンズ（１６）で
回析された発散球面波（１７）は上記対物レンズ（１８
）により上記ディスク（９）上の情報記録面（１０）に
（まぼ回析限界の集光スポットで集光される。

情報記録面（１０）からのピット情報を有する反射光ｔ
よ再び上記対物レンズ（１８）に入射し、このλｊ物レ
ンズ（１８）により上記半導１ホレーザ（１）の発光点
を集光点とする収束光に変換され、上記反射形回析格子
レンズ（１６〉に入射する。

上記反射形回析格子レンズ（１６）に入射した収束光の
うち、上記反射形回析格子レンズ（１６）によって発生
する零次回析光は光路を曲げられたのち、上記発散射出
光（２）を逆心する形で上記半導体レーザ（１）上に集
光されるが、上記反射形回析格子レンズ（１６）の１次
回杭先は上記４分υ］光検出器（１４）に集光する収束
光（１９）に変換される。

第３図に示すように、上記収束光（１９）は上記発散射
出光（２）の光路とは重ならず、上記半導体レーザ（１
）から上記反射形回析格子レンズ（１６）に至る光軸（
２３）と零でない角度θをなしているので、情報記録面
（１０）のピット情報を有する反射光のみを４分割光検
出器（１４）に導くことができる。

上記反射形回析格子レンズ（１６）に刻まれた格子パタ
ーンは、半導体レーザ（１）と４分割光検出器（１４）
と上記反射形回析格子レンズ（１６）の配設位置関係と
上記半導体レーザ（１）の射出光の波長および収束光（
１９）に付加する収差によって決定されるもので、正確
には下記（１）式で定義される位相差がπの偶数倍ある
いは奇数倍となる等位相曲線として表現される。

ΔΦ＝ ・・・（１） （１）式において、Φ１．は上記半導体レーザ（１）を
波源としたときの上記反射形回析格子レンズ（１６）面
上での位相、Φ２．は上記４分割光検出器（１４）を波
源とする上記反射形回析格子レンズ（１６）面上での位
相、（Ｘ、Ｙ）は第１図に示す上記反射形回析格子レン
ズ（１６）面上にとった座標である。

上記（１）式において、第３項の係数Ｃｉ・の値と次数
１．」を選択することにより、種々の収差を零とすると
、第４図に示すような格子パターンが得られる。

第４図において、図示の都合上、格子パターンは６６本
おきのもののみ描いである。このように、第４図に示し
た格子パターンをもつ上記反射形回析格子レンズ（１６
）に、第１図に示す溝成で光が入射したとぎ、収束光（
１９）は第１の焦線（２０＞　、第２の焦線（２２）お
よび最小錯乱円（２１）を有する非点光束とすることが
できる。

第１図において、上記４分割光検出器（１４）を上記収
束光（１９〉の最小錯乱円（２１）の位置に設置すると
、オートフォーカス誤差信号を１ｑることができる。

第６図は、上記対物レンズ（１８）とディスク（９）と
の距離が変化したときの、上記４分割光検出器（１４）
面上のスポットダイアグラムの一例を示したものである
。このように、４分割光検出器（１４）面椅子でパター
ンが変化するので、上記４分割光検出器（１４）の出力
端に接続された作動増幅器（２４）の出力として、第６
図に示すようなオートフォーカス誤差信号を得ることが
できる。つまり、第６図（ａ）は負のフォーカスずれあ
り、同図（ｂ）はフォーカスずれなし、同図（Ｃ）は正
のフォーカスずれありの状態を示す。

また、トラッキング誤差信号はいわゆるプッシュプル方
式により容易に１ｑることかでき、情報信号は上記４分
割光検出器（１４）のそれぞれの出力を加算することに
より得ることができる。

さて、第３図において、角度θを任意に選択すると、上
記半導体レーザ（１）の発振波長が周囲温度の変換等に
より変化するため、上記４分割光検出器（１４）面上の
光スポットはほぼ座標軸Ｘに沿って移動するので、オー
トフォーカス誤差信号が劣化し、最悪の場合、信号が得
られないという不具合を生じる場合がおる。

この発明ではこの不具合を除去するため、上記角度θに
制限をもうけている。以下されについて説明する。第７
図は説明図でおり、上記反射形回析格子レンズ（１６）
は透過形ホログラムと見なしている。

第７図において、半導体レーザ（１〉と反射形回析格子
レンズ（１６）までの距離をλ、反射形回析格子レンズ
（１６）と第２終線（２２）までの距離をＲ１非点隔差
をΔＺ、第１の光軸（２３）と第２の光軸（２５）との
なす角をθ、上記反射形回回析子レンズ（１６）上での
光束径をり、上記対物レンズ（１８）の上記半券ｉホレ
ーザ（１）側の開口数をＮＡＯ１対物レンノズ（１８）
出射側開口数をＮＡ、上記反射形回析格子レンズ（１６
の上記４分割検出器（１４）側の開口数をＮＡＯ−１最
小錯乱円の直径をＤＳｐＯｔ、最小錯乱円の半径をＲ５
ｐｏｔ、オートフォーカス誤差信号の最大もしくは最小
を与える上記ディスク（９）の移動量を△Ｚｄとすると
、以下の（２）式から（３）式が成り立つ。

Ｄ＝２’ｆ’　ＮＡＯ・・・（２） 一方、上記反射形回析格子レンズ（１６）と対物レンズ
（１８）からなる光学系の倍率をｍ−とすると、非点隔
差ΔＺとディスク移動量△Ｚｄとの関係は（４）式のよ
うになる。

△Ｚ＝４Ｘｍ−２ＸΔＺｄ　　　　　　　・（４）ここ
で、倍率ｍ−は対物レンズ（１８）の倍率をｍとして ｍ’−＝ｍＸ□ ｌ　　　　　　　　　　・・・（５） ｍ＝ＮＡ／ＮＡＯ と書くことができる。したがって、（６）式が成り立つ
。

Ｒ５ｐｏｔ＝　２　ｘ尻ｘ−ｘＮＡＯＸΔＺｄ・・・（
６） つぎに、上記半導体レーザ（１）の発振波長が変化する
と、光スポットは第３図に示したＸ軸にほぼ沿って移動
するが、この移動量へＸが最小錯乱半径Ｒ５ｐｏｔを越
えると、オートフォーカス誤差信号を１昇ることができ
なくなる。すなわち、ΔＸ　＜ＲｓｐｏｔｘＡ　　（０
＜Ａｓ２．８）・・・（７）でなくてはならない。

一方、上記半導体レーザ（１）の発振波長λの波長変化
量Δλと上記移動量ΔＸとの関係は、回析格子の式 ｄｓｉｎθ−λ　　（ｄ：格子開明、　０くθ＜９０°
）・・・（８） を微文するこにより、 △λ 八Ｘ＝Ｒｔａｎθ□　　　　　　−（９）λ と求まる。上記（６）式、（９）式を（７）式に代入す
ると、 の不等式が得られる。

上記（１０）式は、半導体レーザ（１）の発振波長が変
化しても安全にオートフォーカス誤差信号を得るために
必要な上記角度θとディスク移動量ΔＺｄとの関係を示
す。

一方、上記角度θは半導体レーザ（１）と４分側光検出
器（１４）で受光するためには、４分割光検出器（１４
）の直径［）ＱＤは少なくとも、上記最小錯乱円（２１
）の直径Ｏ５ｐｏｔ以上が必要である。

さらに、第１の焦線（２０）と第２の焦線（２２）の長
さが最小錯乱円（２１）の直径の２倍あることを考慮す
ると、最大フォーカスＫ＞”　Ｐ信号を得るためには、
４分割光検出器（１４）の直径ＤＱＤを２　Ｘ　Ｄ　５
ｐｏｔ以上にする必要がある。

ここで、４分割光検出器（１４）に集光する収束光（１
９）が半導体レーザ（１）でさえぎれないためらには、
もしくは、逆に半導体レーザ（１）の射出口（２）が４
分割光検出器（１４）でさえぎられないためには、４分
割光検出器（１４）の中心を、半導体レーザ（１）と反
射形回析格子レンズ（１６）の中心を通る光ｔ’１ｌｌ
（２３＞から少なくとも４分割光検出器（１４）の半径
だけ離して設置しなければならない。従って、下記（１
１）式の制限を受けることになる。

すなわち、 である。

前記（６）式と（１１）式から上記角度θはとなる。

さらに、上記角度θは反射形回析格子レンズ（１６）の
格子周期に対する製作上の制限により上限をもつ。反射
形回析格子レンズ（１６）の作製を安易にするためには
矩形格子にあける格子幅０．８μｍ以上、すなわち格子
周期１．６μｍ以上が望ましい。

反射形回析格子レンズ（１６）の中心における格子周期
を１．６μｍ以上とするには前記（８）式から半導体レ
ーザ（１）の光（辰波長をλ（単位はμｍ）とすると、 λ でなければならない。

前記（１０）式、（１２）式およ゛び（１３）式がこの
発明における上記角度θに対する制限条件である。第８
図に一例として、λ＝　０．７８　μｍ　、　ｍ　＝５
゜ＮＡＯ＝　０．０９．、　、ｌ　＝１６＋＋＋ｍ、λ
／Δλ＝７８．　Ａ＝０．７としたときの上記３つの式
で示される制限を条件を示す。

図において、（２６）は半導体レーザ（１）の発１辰波
長が変化しても安定にオートフォーカス誤差信号を得る
ための制限条件（１０）式の上限を表わし、（２７）は
配置上の制限条件（１２）式の下限を表わし、（２８）
は反射形回析格子レンズ（１６）の製作上の制限条件（
１３）式の上限を表わす。

図中斜線で囲まれた領域が実現可能領１或である。

、この発明（関わる光学式情報再生装置において用いる
反射形回析格子レンズ（１６）は、例えばＰＭＭＡ等の
電子線レジストを塗イ「シたガラス仮に電子ビームで直
接格子パターンを病臥し、後処理を施し、その表面にＡ
１等の金属をメッキもしくは蒸着することにより製作す
ることかできる。

量産のためには、上記反射形回析格子レンズ（１６）か
ら電鋳等により金型を作製し、これをマスターとして射
出成形等によりレプリカを作製し、所用の反射形回析格
子レンズを作製するのが良い。

また、この発明に係わり光学式情報再生装置は、反射形
回析格子レンズ（１６）と対物レンズ（１８）の２つの
光学阻止しか用いていないので、前記第９図に示した従
来装置にくらべて、光の利用効率が高いという利点を有
している。たとえば、上記反射形回析格子レンズの格子
断面形状を矩形とした場合でも零次回析光の効率は５０
％、１次回析光の回析効率は２０７３％ある。

したがって、上記ディスク（９）の反射率を１００％、
上記対物レンズの透過率を９５％とした場合、上記反射
形回析格子レンズ（１６）から対物レンズ（１８）、デ
ィスク（９）を経て再び対物レンズ（１８）から反射回
析格子レンズく１６）に至るまでの効率は９．２％おり
、従来装置の約１０倍の効率を有している。

さらに、オートフォーカスおよびオートトラッキングの
ためには、上記対物レンズのみを駆動すればよく、第１
図には図示していないか、アクチュエータの駆動％Ｑが
軽くなるという利点がある。

［発明の効果１ 以上のように、この発明によれば、半導体レーザと対物
レンズとの間に反射形回析格子レンズを３’Ｑ　Ｈ’Ａ
し、この反射形回析格子レンズに、入出力光の分離作用
、集光スポットを常に情報記録面上に照射するための誤
着信号を発生させるためのセンυ光学系の作用および装
置を薄形化するために必要な光路の折り曲げの作用を同
時にもたせるように構成したので、８ＩＳ品数を低減で
きるとともに、反則形回析格子レンズは射出成形と金属
膜の＠肴等による高精度で大量生産が可能であり、安価
な光学式情報再生装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による光学式情報再生装置
を示す斜視図、第２図はこの発明の一実施例による光学
式情報再生装置を示す平面図、第３図はその側面図、第
４図は格子パターンの零を示す図、第５図は４分割光検
出器面上でのスポットダイアグラムの変化を示す図、第
６図はフォーカス誤差信号を得る方法を示す図、第７図
は波長変化ｍとフォーカス誤差信号との関係を得るため
の図、第８図は角度θとディスク移動量ΔＺｄとの関係
を示す図、第９図は従来の光学式情報再生装置を示す構
成図である。 図において、（１）は半導体レーザ、（２）は射出光、
（１４）は４分割光検出器、（１６）は反射形回析格子
レンズ、（１８）は対物レンズ、である。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザからの射出光を光学式情報記録媒体
   上に集光させるための対物レンズと、前記半導体レーザ
   から前記対物レンズに至る光路内に前記射出光を反射し
   て該対物レンズに入射させるとともに前記光学式情報記
   録媒体よりの情報を含んだ反射光を該半導体レーザの設
   置位置とは異なる位置に導きかつ該反射光を非点光束と
   するための反射形回析格子レンズと、前記反射形回析格
   子レンズにより分離された前記反射光を検出する４分割
   光検出器を備え、かつ、前記半導体レーザと前記反射形
   回析格子レンズの中心とを結ぶ線分と前記４分割光検出
   器の中心と該反射形回析格子レンズの中心とを結ぶ線分
   のなす角度が、 ｔａｎθ＜２×ｍ＾２×ＮＡＯ／ｌ×λ／Δλ×ΔＺｄ
   ×Ａ（０＜Ａ≦０．８） ４ｍ＾２ＮＡＯ／ｌ×ΔＺｄ＜ｓｉｎθ＜λ／１．６た
   だし、ｍは上記対物レンズの倍率、ｌは上記半導体レー
   ザと上記反射形回析格子レンズとの距離、λは上記半導
   体レーザの発振波長（単位μｍ）、Δλｆ上記発振波長
   の変動幅、ＮＡＯは上記対物レンズの上記半導体レーザ
   側の開口数、ΔＺｄは非点収差法によるオートフォーカ
   ス誤差信号出力が滞在もしくは最小となるリディスク移
   動量、Ａは計数の範囲内にあることを特徴とする光学式
   情報再生装置。
2. （２）光学式情報記録媒体上に集光させる光は、反射形
   回析格子レンズにおける０次回析光であることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の光学式情報再生装
   置。
3. （３）光学式情報記録媒体で反射され、反射形回析格子
   レンズで回析されて４分割光検出器に入射する光は、前
   記反射形回析格子レンズにおける１次回析光であること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の光学式情
   報再生装置。