JP2001202637A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォーカスエラー信号ガイド層を有する多層
記録媒体に対してフォーカスエラー信号の検出感度を低
下させることなく検出範囲を広げて常に安定したフォー
カスサーボ特性が得られる光ピックアップ装置を提供す
る。 【解決手段】 光源１２と、光源１２からの光を光記録
媒体１に集光させる対物レンズ１７と、対物レンズ１７
と光源１２との間の光路中に配置され、光記録媒体１か
らの戻り光をフォーカルパワーの異なる２種以上の±１
次回折光に回折させるホログラム素子１４と、ホログラ
ム素子１４での戻り光の回折光をそれぞれ受光する複数
の受光素子４２〜４７とを有し、複数の受光素子４２〜
４７の少なくとも一つの出力を選択してフォーカスエラ
ー信号を検出するよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光記録媒体に対
して情報を光学的に記録または再生する光ピックアップ
装置、特に厚さ方向に複数の記録層を有する多層記録媒
体に対して情報の記録または再生を行なうのに好適な光
ピックアップ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光記録媒体の大容量化を実現する
ために、多層式の光記録媒体が提案されている。例え
ば、特許第２８３５０７４号公報には、少なくとも３層
の記録面を重ね合わせた構造の光記録媒体に集光位置の
異なる２本のビームを共通の対物レンズを経て照射し、
一方のビームを用いて記録面の少なくとも一つに設けら
れたトラッキング用の固定情報に基づいてトラッキング
を行いながら、他方のビームを用いて固定情報が設けら
れた記録面とは異なる記録面に対してデータの記録再生
を行った後、該データをトラッキング情報として一方の
ビームでトラッキングを行いながら、他方のビームで他
の異なる記録面に対してデータの記録再生を行うように
した多層式光ディスク装置が開示されている。

【０００３】この多層式光ディスク装置では、光記録媒
体として記録面の少なくとも一つにトラッキング用の固
定情報を設ければよいので、各記録面にトラッキング用
の固定情報を設ける場合に比べて光記録媒体の構造を簡
単にできる利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の多層式光ディスク装置では、フォーカシングについ
てもトラッキングと同様に、一方のビームを用いてトラ
ッキング用の固定情報に基づいてフォーカシングを行い
ながら、他方のビームを用いて固定情報が設けられた記
録面とは異なる記録面に対してデータの記録再生を行っ
た後、該データをフォーカシング情報として一方のビー
ムでフォーカシングを行いながら、他方のビームで他の
異なる記録面に対してデータの記録再生を行うようにし
ている。

【０００５】しかし、このようにデータをフォーカシン
グ情報として用いると、データによって変調された戻り
光からフォーカスエラー信号を検出することになるた
め、フォーカスエラー信号を高精度で検出できないとい
う問題がある。

【０００６】このような問題を解決するには、フォーカ
スエラー信号ガイド層を設けて、その層から一方のビー
ムを用いてフォーカスエラー信号を得るようにして、他
方のビームでデータの記録再生を行うのが望ましい。し
かし、この場合には、他方のビームを所望の記録層に集
光させるために対物レンズを光軸方向に移動させると、
フォーカスエラー信号ガイド層では一方のビームがデフ
ォーカス状態となるため、フォーカスエラー信号の検出
精度が低下することになる。

【０００７】このデフォーカスによる検出精度の低下を
解消する一つの方法としては、記録層毎にフォーカスエ
ラー信号を電気的にオフセットしてフォーカスサーボを
かけることが考えられるが、このようにするとフォーカ
スエラー信号の検出範囲が狭くなって、光記録媒体の面
ぶれ等によるサーボはずれが増えたり、フォーカス引き
込みの失敗が増えるという問題が生じることになる。ま
た、他の方法としては、フォーカスエラー信号のもとも
との検出範囲を広くすることも考えられるが、この場合
には検出感度が低下して、安定なサーボ特性が得られな
いという問題が生じることになる。

【０００８】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、フォーカスエラー信号ガイド層
を有する多層記録媒体に対してフォーカスエラー信号の
検出感度を低下させることなく検出範囲を広げることが
でき、常に安定したフォーカスサーボ特性が得られるよ
う適切に構成した光ピックアップ装置を提供することを
目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１に係る光ピックアップ装置の発明は、光源と、該光
源からの光を光記録媒体に集光させる対物レンズと、該
対物レンズと前記光源との間の光路中に配置され、前記
光記録媒体からの戻り光をフォーカルパワーの異なる２
種以上の±１次回折光に回折させるホログラム素子と、
該ホログラム素子での戻り光の回折光をそれぞれ受光す
る複数の受光素子とを有し、前記複数の受光素子の少な
くとも一つの出力を選択してフォーカスエラー信号を検
出するよう構成したことを特徴とするものである。

【００１０】このように、光記録媒体からの戻り光をホ
ログラム素子によりフォーカルパワーの異なる２種以上
の±１次回折光に回折させてそれぞれ受光素子で受光す
ると、光源からの光が光記録媒体のフォーカスエラー信
号ガイド層に対してデフォーカス状態となっても、いず
れかの受光素子に入射する戻り光はフォーカスエラー信
号を検出するのに適した状態になる。したがって、デフ
ォーカス状態に応じて適切な受光素子の出力を選択する
ことで、例えばビームサイズ法やフーコー法等によりフ
ォーカスエラー信号を検出することが可能となり、フォ
ーカスエラー信号の検出感度を低下させることなく検出
範囲を広げることができ、常に安定したフォーカスサー
ボ特性を得ることが可能となる。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
光ピックアップ装置において、前記ホログラム素子は、
透明基板の両面に形成されたホログラムパターンからな
ることを特徴とするものである。

【００１２】このように、透明基板の両面にホログラム
パターンを形成してホログラム素子を構成することで、
より多くの種類の異なるフォーカルパワーの±１次回折
光を容易に得ることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。図１は、この発明に係
る光ピックアップ装置の一実施の形態を示す光学系の全
体の概略構成図である。図１において、光記録媒体１
は、フォーカスおよびトラッキング制御用のグルーブを
有するガイドトラック層２と、該ガイドトラック層２上
に記録／再生用レーザ光の吸収層３を介して設けられた
フォトポリマ、フォトリフラクティブ結晶、フォトクロ
ミック材料等の記録媒質４と、この記録媒質４の表面お
よびガイドトラック層２の他方の面上にそれぞれ設けら
れた保護層５とを有し、記録媒質４中の異なる深さ位置
においてその屈折率や光吸収率を変化させて情報を記録
することにより、複数の記録層６を形成するようになっ
ている。この実施の形態では、かかる光記録媒体１に、
その記録媒質４側からフォーカス制御およびトラッキン
グ制御を行うためのサーボ用レーザ光１０と、記録／再
生用レーザ光２０とを照射して所望の記録層に対して情
報の記録／再生を行なう。なお、サーボ用レーザ光１０
は記録／再生用レーザ２０とは異なる波長、例えば記録
／再生用レーザ２０の波長よりも長くする。

【００１４】サーボ用レーザ光１０は、光源ユニット１
１から出射させる。この光源ユニット１１には、半導体
レーザ１２、複数の受光素子を有する光検出器１３およ
びホログラム素子１４を設け、半導体レーザ１２からホ
ログラム素子１４を経てサーボ用レーザ光１０を出射さ
せる。この光源ユニット１１からのサーボ用レーザ光１
０は、コリメータレンズ１５で平行光束にし、ダイクロ
イックプリズム１６を経て対物レンズ１７により光記録
媒体１に集光させる。

【００１５】また、光記録媒体１で反射されるサーボ用
レーザ光１０の戻り光は、往路とは逆の経路をたどっ
て、対物レンズ１７、ダイクロイックプリズム１６およ
びコリメータレンズ１５を経て光源ユニット１１のホロ
グラム素子１４に入射させ、ここでフォーカルパワーの
異なる２種以上の±１次回折光に回折させて、それらの
回折光を光検出器１３の複数の受光素子で受光してフォ
ーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を検出
する。なお、対物レンズ１７は、フォーカスエラー信号
およびトラッキングエラー信号に基づいて、公知の対物
レンズ駆動手段により光記録媒体１に対してフォーカス
方向およびトラッキング方向に駆動可能に構成する。

【００１６】一方、記録／再生用レーザ光２０は、半導
体レーザ２１から出射させる。この半導体レーザ２１か
ら出射したレーザ光は、コリメータレンズ２２で平行光
に変換して、例えば液晶よりなる絞り手段２３を経て偏
光ビームスプリッタ２４にＰ偏光で入射させ、該偏光ビ
ームスプリッタ２４を透過するレーザ光を１／４波長板
２５を経てダイクロイックプリズム１６に入射させて、
該ダイクロイックプリズム１６で反射させて上記サーボ
用レーザ光１０と同一光路に導き、この同一光路に導か
れた記録／再生用レーザ光２０を対物レンズ１７により
光記録媒体１に集光させる。

【００１７】また、光記録媒体１で反射される記録／再
生用レーザ光２０の戻り光は、往路とは逆の経路をたど
って、対物レンズ１７、ダイクロイックプリズム１６お
よび１／４波長板２５を経て偏光ビームスプリッタ２４
に入射させる。ここで、偏光ビームスプリッタ２４に入
射する光記録媒体１からの反射光は、往路と復路とで１
／４波長板２５を透過するのでＳ偏光となり、偏光ビー
ムスプリッタ２４で反射される。この偏光ビームスプリ
ッタ２４で反射されるレーザ光は、検出レンズ２６で集
光し、その集光点においてピンホール２７を介してＰＩ
Ｎフォトダイオード２８で受光し、その出力に基づいて
光記録媒体１の所望の記録層に記録されている情報を再
生する。

【００１８】この実施の形態では、コリメータレンズ１
５を固定としてサーボ用レーザ光１０を対物レンズ１７
に平行光束で入射させると共に、記録／再生用レーザ光
２０は記録／再生すべき所望の記録層６の深さ位置に応
じて絞り手段２３により光束径を制御して対物レンズ１
７に平行光束で入射させ、その状態で対物レンズ１７を
上記フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信
号に基づいてフォーカス方向およびトラッキング方向に
駆動して、記録／再生用レーザ光２０を所望の記録層６
に集光させながら所望のトラックを追従させて情報を記
録または再生する。なお、対物レンズ１７は、サーボ用
レーザ光１０がガイドトラック層２に集光するとき、記
録／再生用レーザ光２０が記録媒質４のほぼ中間の厚さ
位置の記録層６に集光するよう構成する。

【００１９】また、ホログラム素子１４は、図２に平面
図を示すように、透明基板３１の一方の表面に三つの異
なるホログラムパターン３２，３３，３４を交互に形成
して構成する。ホログラムパターン３２は単純な直線の
格子で形成し、ホログラムパターン３３は＋１次回折光
が凸レンズの作用を有し、−１次回折光が凹レンズの作
用を有するようなフォーカルパワーを回折光に与えるよ
うに、例えば同心円群の一部を切り取ったようなパター
ンに形成し、ホログラムパターン３４はホログラムパタ
ーン３３よりもさらに大きなフォーカルパワーを回折光
に与えるように形成する。

【００２０】これにより、サーボ用レーザ光１０がガイ
ドトラック層２に集光している状態で、図３に各ホログ
ラムパターン３２，３３，３４による±１次回折光の焦
点位置を光軸方向にのみ着目して示すように、ホログラ
ムパターン３２で回折された±１次回折光は半導体レー
ザ１２と共役な位置３５に集光させ、ホログラムパター
ン３３で回折された＋１次回折光は位置３５よりも前方
の位置３６ａに、−１次回折光は位置３５よりも後方の
位置３６ｂに集光させ、ホログラムパターン３４で回折
された＋１次回折光は位置３６ａよりも前方の位置３７
ａに、−１次回折光は位置３６ｂよりも後方の位置３７
ｂに集光させる。

【００２１】また、光検出器１３は、図４に斜視図を、
図５に平面図をそれぞれ示すように、共通の半導体基板
４１に、ホログラムパターン３２での±１次回折光をそ
れぞれ受光する受光素子４２，４３と、ホログラムパタ
ーン３３での±１次回折光をそれぞれ受光する受光素子
４４，４５と、ホログラムパターン３４での±１次回折
光をそれぞれ受光する受光素子４６，４７とを形成して
構成する。本実施の形態では、後述するようにビームサ
イズ法によってフォーカスエラー信号を検出するため、
受光素子４２〜４７の各々を３分割の受光領域４２ａ，
４２ｂ，４２ｃ；４３ａ，４３ｂ，４３ｃ；４４ａ，４
４ｂ，４４ｃ；４５ａ，４５ｂ，４５ｃ；４６ａ，４６
ｂ，４６ｃ；４７ａ，４７ｂ，４７ｃをもって構成す
る。

【００２２】なお、半導体レーザ１２は半導体基板４１
の平面と平行な方向にサーボ用レーザ光１０を出射する
ように半導体基板４１上にマウントして、該半導体レー
ザ１２からのサーボ用レーザ光１０を、同様に半導体基
板４１上にマウントした立ち上げミラー４８で反射させ
てホログラム素子１４に導くようにする。

【００２３】このようにして、記録／再生すべき所望の
記録層６の深さ位置に応じて、受光素子４２〜４７の出
力を適宜選択してビームサイズ法によりフォーカスエラ
ー信号を検出するようにする。すなわち、記録／再生す
べき所望の記録層６が記録媒質４のほぼ中間の厚さ領域
に位置する場合には、サーボ用レーザ光１０はガイドト
ラック層２にほぼ集光し、コリメータレンズ１５に入射
するサーボ用レーザ光１０の戻り光はほぼ平行光とな
り、ホログラム素子１４の各ホログラムパターン３２，
３３，３４による±１次回折光の集光位置は、図３に示
したようになる。したがって、この場合には、共役位置
の前後で集光するホログラムパターン３３での±１次回
折光をそれぞれ受光する受光素子４４，４５を選択し
て、フォーカスエラー信号ＦＥＳ１を、受光領域４４
ａ，４４ｂ，４４ｃ；４５ａ，４５ｂ，４５ｃの各出力
を同じ符号で表して、 ＦＥＳ１＝（４４ａ＋４５ｂ＋４５ｃ）−（４５ａ＋４
４ｂ＋４４ｃ） により検出する。

【００２４】また、記録／再生すべき所望の記録層６が
記録媒質４のほぼ中間の厚さ領域よりもガイドトラック
層２側の領域に位置する場合には、上記の場合よりも対
物レンズ１７が光記録媒体４に近づく方向に移動し、サ
ーボ用レーザ光１０はガイドトラック層２よりも遠い位
置で集光するので、コリメータレンズ１５に入射するサ
ーボ用レーザ光１０の戻り光は発散光となり、ホログラ
ム素子１４の各ホログラムパターン３２，３３，３４に
よる±１次回折光の集光位置は、図３において下側にシ
フトすることになる。したがって、この場合には、共役
位置の前後に集光することになるホログラムパターン３
４の＋１次回折光を受光する受光素子４６と、ホログラ
ムパターン３２の−１次回折光を受光する受光素子４３
とを選択して、フォーカスエラー信号ＦＥＳ２を、同様
にして、 ＦＥＳ２＝（４６ａ＋４３ｂ＋４３ｃ）−（４３ａ＋４
６ｂ＋４６ｃ） により検出する。

【００２５】これに対し、記録／再生すべき所望の記録
層６が記録媒質４のほぼ中間の厚さ領域よりもガイドト
ラック層２とは反対側の領域に位置する場合には、対物
レンズ１７が光記録媒体４から離れる方向に移動し、サ
ーボ用レーザ光１０はガイドトラック層２よりも手前の
位置で集光するので、コリメータレンズ１５に入射する
サーボ用レーザ光１０の戻り光は収束光となり、ホログ
ラム素子１４の各ホログラムパターン３２，３３，３４
による±１次回折光の集光位置は、図３において上側に
シフトすることになる。したがって、この場合には、共
役位置の前後で集光することになるホログラムパターン
３２の＋１次回折光を受光する受光素子４２と、ホログ
ラムパターン３４の−１次回折光を受光する受光素子４
７とを選択して、フォーカスエラー信号ＦＥＳ３を、同
様にして、 ＦＥＳ３＝（４７ａ＋４２ｂ＋４２ｃ）−（４２ａ＋４
７ｂ＋４７ｃ） により検出する。

【００２６】このようにすると、フォーカスエラー信号
ＦＥＳ１、ＦＥＳ２およびＦＥＳ３は、図６に示すよう
になり、各フォーカスエラー信号ＦＥＳ１、ＦＥＳ２、
ＦＥＳ３の検出感度を低下させることなく、全体の検出
範囲をＬからＬ′まで広げることができる。なお、トラ
ッキングエラー信号については、例えば各受光素子をさ
らに２分割して、選択した受光素子の出力に基づいて公
知のプッシュプル法や位相差法等により検出する。

【００２７】以上のように、この実施の形態によれば、
サーボ用レーザ光１０の光記録媒体１からの戻り光をホ
ログラム素子１４によりフォーカルパワーの異なる３種
の±１次回折光に回折させて受光素子４２〜４７でそれ
ぞれ受光し、それらの出力を記録／再生すべき所望の記
録層６が位置する厚さ領域に応じて適切に選択してフォ
ーカスエラー信号を検出するようにしたので、フォーカ
スエラー信号の検出感度を低下させることなく検出範囲
を広げることができ、常に安定したフォーカスサーボ特
性を得ることができる。

【００２８】なお、この発明は上述した実施の形態にの
み限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可
能である。例えば、上述した実施の形態では、ホログラ
ム素子１４によって光記録媒体１からのサーボ用レーザ
光１０の戻り光をフォーカルパワーの異なる３種の±１
次回折光に回折させるようにしたが、さらに多くの種類
の±１次回折光に回折させるようにすることもできる。
このようにすれば、フォーカスエラー信号をより高精度
で検出することができると共に、より多層の記録層を有
する光記録媒体に対しても安定したフォーカスサーボ特
性を得ることができる。また、ホログラム素子１４は、
透明基板３１の一方の表面に限らず、両面にホログラム
パターンを形成して構成することもできる。このように
すれば、より多種類の±１次回折光を容易に得ることが
できる。さらに、上記の実施の形態では、２個の受光素
子の出力を選択してフォーカスエラー信号を検出するよ
うにしたが、１個の受光素子の出力を選択してフォーカ
スエラー信号を検出するようにすることもできるし、フ
ォーカスエラー信号をフーコー法（ダブルナイフエッジ
法）により検出するようにすることもできる。また、こ
の発明は、光記録媒体として、相変化型薄膜や光磁気型
薄膜を用いる場合にも有効に適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、光記録媒体からの戻
り光をホログラム素子によりフォーカルパワーの異なる
２種以上の±１次回折光に回折させてそれぞれ受光素子
で受光し、それらの出力の少なくとも一つを選択してフ
ォーカスエラー信号を検出するようにしたので、光源か
らの光が光記録媒体のフォーカスエラー信号ガイド層に
対してデフォーカス状態となっても、適切な受光素子の
出力を選択することで、フォーカスエラー信号の検出感
度を低下させることなく検出範囲を広げることができ、
常に安定したフォーカスサーボ特性を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る光ピックアップ装置の一実施
の形態を示す光学系の全体の概略構成図である。

【図２】 図１に示すホログラム素子の平面図である。

【図３】 図２に示す各ホログラムパターンによる±1
次回折光の焦点位置を光軸方向にのみ着目して示す図で
ある。

【図４】 図１に示す光検出器の斜視図である。

【図５】 同じく、光検出器の平面図である。

【図６】 光検出器から得られるフォーカスエラー信号
の特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 光記録媒体 ２ ガイドトラック層 ３ 吸収層 ４ 記録媒質 ５ 保護層 ６ 記録層 １０ サーボ用レーザ光 １１ 光源ユニット １２ 半導体レーザ １３ 光検出器 １４ ホログラム素子 １５ コリメータレンズ １６ ダイクロイックプリズム １７ 対物レンズ ２０ 記録／再生用レーザ光 ２１ 半導体レーザ ２２ コリメータレンズ ２３ 絞り手段 ２４ 偏光ビームスプリツタ ２５ １／４波長板 ２６ 検出レンズ ２７ ピンホール ２８ ＰＩＮフォトダイオード ３１ 透明基板 ３２，３３，３４ ホログラムパターン ４１ 半導体基板 ４２，４３，４４，４５，４６，４７ 受光素子 ４８ 立ち上げミラー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D029 HA06 JA04 JB13 JC03 JC06 KB03 5D118 AA13 BA01 BC01 CA05 CG07 CG15 CG26 CG32 DA08 DB02 DB12 DB22 5D119 AA29 BA01 DA03 DA12 EA03 FA05 FA13 FA17 FA30 JA23 KA02 KA21 LB07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 該光源からの光を光記録媒体に集光させる対物レンズ
   と、 該対物レンズと前記光源との間の光路中に配置され、前
   記光記録媒体からの戻り光をフォーカルパワーの異なる
   ２種以上の±１次回折光に回折させるホログラム素子
   と、 該ホログラム素子での戻り光の回折光をそれぞれ受光す
   る複数の受光素子とを有し、 前記複数の受光素子の少なくとも一つの出力を選択して
   フォーカスエラー信号を検出するよう構成したことを特
   徴とする光ピックアップ装置。
2. 【請求項２】 前記ホログラム素子は、透明基板の両面
   に形成されたホログラムパターンからなることを特徴と
   する請求項１に記載の光ピックアップ装置。