JP2005108331A - 光ピックアップおよびホログラムレーザ - Google Patents

Abstract

【課題】 トラッキング信号検出用の信号に入ってくるＤＣオフセットをキャンセルして、目的の情報記録面から確実に情報を読取ることができるようにする。
【解決手段】 ３ビーム法でトラッキングサーボを行う際に、Ｄ3-1，Ｄ3-2，Ｄ8-1，Ｄ8-2の補助受光領域を設ける。補助受光領域には、読取りの対象となる情報記録面とは異なる情報記録面からの戻り光による像が形成される。±１次回折光である副ビームは、受光領域Ｄ３，Ｄ８およびＤ１，Ｄ１０に入射する。ホログラム８の回折方向に関し、受光領域Ｄ３，Ｄ８の両側には、補助受光領域Ｄ3-1、Ｄ3-2、Ｄ8-1、およびＤ8-2を設けている。内部結線で、Ｄ８−（Ｄ8-1＋Ｄ8-2）およびＤ３−（Ｄ3-1＋Ｄ3-2）の演算を行っておくので、ＤＰＰに用いるＲＥＳ信号のＤ１＋Ｄ３や、Ｄ８＋Ｄ１０では、ＤＣオフセットをキャンセルしておくことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＤ、ＣＤ-Ｒ/ＲＷ、ＤＶＤ、ＤＶＤ±Ｒ/ＲＷ等の光ディスクの信号読取り、書込み用に用いられ、特に、情報記録面を複数有する光ディスクの情報を読取るのに好適な光ピックアップおよびホログラムレーザに関する。

従来、ＣＤファミリーと呼ばれ、発光波長７８０ｎｍの半導体レーザ素子を光源として信号の読書きが行われる光ディスクが使用されている。ＣＤファミリーの場合、トラッキングサーボには回折格子が必要な３ビーム法が主に用いられている。

近年、より情報記録用の大きいＤＶＤファミリーと呼ばれる光ディスクも大量に使用されるようになってきている。ＤＶＤファミリーでは、信号の読書き用の光源に発光波長６３０ｎｍ〜６９０ｎｍの赤色半導体レーザ素子が用いられる。ＤＶＤファミリーの場合、トラッキングサーボには位相差法（ＤＰＤ法）が用いられる。さらに、情報の記録容量を増やすために情報記録面を複数有する光ディスクが用いられる。この場合、情報を読取り中の情報記録面以外の情報記録面からの反射光が発生するので、その対策が必要となる（たとえば、特許文献１および特許文献２参照。）。

また、情報を記録することができる媒体としてＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ（以下、まとめて「ＣＤ−Ｒ／ＲＷ」と記載する）や、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ（以下、まとめて「ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷ」と記載する）等も用いられる。これらの書込み可能な光ディスクには、情報を記録するトラックに沿って案内溝が設けられている。案内溝は単純な溝ではなく、ウォブルといううねりが付加されているので、トラッキングサーボにはＰＰ法が用いられる。しかし、ディスクの傾きによりＰＰ信号にＤＣオフセットが発生すると書込み精度が悪くなるので、これをキャンセルできる差動ＰＰ法（ＤＰＰ法：回折格子必要）が用いられる。特に、ＤＶＤファミリーの光ディスク用のピックアップでは、ＣＤファミリーも読取ることが求められるので、３ビームが必要なＤＰＰ法を用いても光学素子が増えることはない。

図１３は、基本的な光ピックアップの構成を概略的に示す。光ピックアップ１は、ホログラムレーザ２、コリメートレンズ３、立上げミラー４および対物レンズ５を含み、光ディスク６の情報記録面７から記録されている情報を読取ったり、情報を記録したりする。ホログラムレーザ２は、レーザ光源としての半導体レーザチップ、信号検出用受光素子としてフォトダイオード、光ディスク６からの戻り光を受光素子に偏向させるためのホログラム、レーザ光を３つのビームに分割する回折格子を一体化したユニットとして形成されている。

図１４は、従来から用いられるホログラム素子のホログラム８のパターンと、それに対応する受光素子９の受光部の受光領域の形状、および信号の読取り方法を示す。図１４には、ホログラム８と受光素子９との平面的な位置関係も示している。この平面は、光軸に対し垂直である。また、ホログラム８のパターンを透過または回折した光の受光領域上でのパターンも示す。ホログラム８のパターンと受光領域上のレーザ光パターンの形状とが合わないのは、受光素子９がホログラム８に対し焦点位置より遠い側にあるためである。逆に、受光素子９がホログラム８に対して焦点位置よりも近い側にあれば、ホログラム８のパターンに比例した形状となる。

このような従来例では、フォーカス制御にはナイフエッジ法、トラッキング制御にはＤＰＰ法を用いる。フォーカス制御にナイフエッジ法を用いるためには、主ビームの半分を用いてＤ５とＤ６との出力の差を取ればよい。Ｄ４およびＤ７は、フォーカス制御信号に対し、読取り中の情報記録面７と異なる情報記録面からの反射光によるＤＣオフセットをキャンセルするために設けてある（たとえば、特許文献３および特許文献４参照。）。

図１４に示すように、ホログラム８は、光ディスクのトラック方向と等価な方向に対し平行な直線と垂直な直線とにより、３つの領域に分割される３分割ホログラムを形成している。ここで「トラック方向と等価」とは、たとえば、図１３の光ディスク６上でトラック方向に並ぶ３つのビームが対物レンズ５やコリメートレンズ３で絞られたり、立上げミラー４で反射されたりした後で、ホログラム８上で並ぶ方向を「トラック方向と等価」な方向とする。

ここで、図１５〜１７を用いてＤＰＰ法の詳細を説明する。よく知られているように、光ディスク６の情報記録面７では、情報を記録したピットがトラック方向に並んでいる。ピット上に集光された光は、反射されると同時にピットで回折される。そのうち回折作用を受けていない光は対物レンズ５をそのまま通過するが、回折作用を受けた光は対物レンズ５で一部がけられることになる。この、回折された光と回折されなかった光とが重なる部分は、干渉効果で明るくなったり暗くなったりして、図１５に示す「明」と「暗」との部分を形成する。主ビームをトラック方向の中心線で２分割して、その両側の信号の差であるＭＰＰ信号（メインプッシュプル信号）を取れば、主ビームがトラックの真上にあるときに信号の差がなくとなることが判る。このことを利用して、対物レンズ５で集光された光が常にトラック上にくるように制御することができる。すなわち、トラッキング制御が可能となる。

サブビーム関しては、＋１次光と−１次光との差であるＳＰＰ信号（サブプッシュプル信号）をとってもプッシュプル信号が得られる。さらに、ＭＰＰとＳＰＰの差であるＤＰＰ信号を取ることにより、より精度の高いトラッキング制御信号が得られる。図１７（ａ）に示すように、回路上では、強度の弱いＳＰＰ信号をＭＰＰ信号に対しＫ倍に増幅し、強度をＭＰＰと合わせることによって、図１７（ｂ）に示すように、ＤＰＰ信号が得られる。図１６（ａ）に示すように用いられる３ビーム用回折格子１０の位相シフト領域は、副ビームの位置調整（トラックに対する位置）を簡単にするためのものである（詳細は、たとえば特許文献５参照。）。

ピット情報は、主ビーム全部に含まれているので、図１４に示すように、主ビームが入射する受光領域の信号を足し合わせて（Ｄ２＋Ｄ９＋（Ｄ４＋Ｄ５＋Ｄ６＋Ｄ７））ＲＦ信号（情報信号）とすれば、信号強度を最も大きくすることができる。

特開平７−１２９９８０号公報 特開平９−１６１２８２号公報 特開平９−１６１２８２号号公報 特開２０００−５７５９２号公報 特開２００１−２５０２５０号公報

以上、記録系ディスクの読書きのためにはＤＰＰ法が必要であることを説明してきたが、この場合、情報記録面７を複数層有する２層ディスクなどから情報を読もうとすると、非読み取り面からの信号がトラッキング信号検出用のＳＰＰ信号にＤＣオフセットとして入ってくる。一般に、単層の情報記録面から読取る場合、フォーカス誤差信号などのようなプッシュプル信号では、対物レンズ５と情報記録面７との距離を変化させると、Ｓ字状の曲線が得られ、合焦点位置で信号が０になる。２層ディスクで他の情報記録面からの戻り光も同時に受光すると、合焦点位置でも、他の情報記録面からの受光の影響を受けて、信号が０とならず、ＤＣオフセットが生じる。

特許文献１では、複数の受光領域がトラック方向に対して略垂直に配置され、回折光に非点収差を発生させるように構成したＨＯＥ（Hologram Optical Element）で、波長変動によるホログラムの回折角の変化に影響されることがないようにして、光検出器上のスポット中心が分割線上からずれることがなく、トラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号にオフセットが発生しないようにしている。ただし、ＨＯＥには２つのホログラム素子を用いる必要がある。

引用文献２では、ＦＥＳ信号（フォーカス誤差信号）用に、２つの主受光領域と、大きくデフォーカス状態になった場合にその２つの主受光領域からはみ出す戻り光を検出する補助受光領域とを設け、ＦＥＳカーブが層間で干渉しないようにしてオフセットの発生を防いでいる。しかし、トラッキングエラー信号のオフセットを防止することはできない。

本発明の目的は、トラッキング信号検出用の信号に入ってくるＤＣオフセットをキャンセルして、目的の情報記録面から確実に情報を読取ることができる光ピックアップおよびホログラムレーザを提供することである。

本発明は、レーザ光源と、光源から出たレーザ光を０次回折光である主ビームおよび±１次回折光である２つの副ビームの３つのビームに分ける回折格子と、光ディスクの情報記録面にレーザ光を集光する対物レンズと、光ディスクで反射されてレーザ光源に向かう戻り光を回折効果を利用して偏向させるホログラムと、ホログラムによって偏向させた戻り光を受光する受光素子とを有する光ピックアップであって、
該受光素子の受光部は複数の受光領域に分割されており、
該複数の受光領域には、該２つの副ビームのそれぞれに対応する光が入射する１組の受光領域に隣接する部分に設けられる補助受光領域を含むことを特徴とする光ピックアップである。

また本発明で、前記ホログラムは、前記光ディスクのトラック方向と等価な方向に対して垂直な分割線によって区画されていることを特徴とする。

また本発明で、前記補助受光領域は、前記主ビームが入射する主受光領域に対し、前記ホログラムの回折方向と略同方向に配置されることを特徴とする。

また本発明で、前記補助受光領域は、前記主受光領域に対し、前記ホログラムの回折方向と略同方向で、主受光領域の前後に配置されることを特徴とする。

また本発明で、前記複数の受光領域は、
前記ホログラムで発生した±１次回折光に対応する１組の受光領域としての３つの領域と、
該３つの領域のうち、±１次回折光の一方の副ビームが入射する受光領域に隣接する部分に設けられる補助受光領域と、
該３つの領域のうち、±１次回折光の他方の副ビームが入射する受光領域に隣接する部分に設けられる補助受光領域とを含むことを特徴とする。

また本発明で、前記補助受光領域は、前記主受光領域に対し、前記ホログラムの回折方向と略垂直方向に配置された複数の領域を有し、
各領域は、前記光ディスクのトラック方向と等価な方向に略垂直に伸びた形状として形成されていることを特徴とする。

また本発明で、前記補助受光領域は、前記主ビームが入射する受光領域に隣接する部分にも設けられることを特徴とする。

また本発明で、前記補助受光領域は、前記主ビームが入射する主受光領域に対し、前記ホログラムの回折方向と略同方向に配置されることを特徴とする。

また本発明で、前記レーザ光源からのレーザ光を３ビームに分割する回折格子は、位相シフト回折格子であることを特徴とする。

また本発明で、前記ホログラムは、一方の偏光方向に対しては回折光が発生せず略透過光のみであり、他方の偏光方向の光に対しては回折光が生じる特性を有する偏光ホログラム素子であることを特徴とする。

また本発明は、前記レーザ光源、前記受光素子、前記回折格子および前記ホログラムを、一体化したホログラムレーザとして含むことを特徴とする。

さらに本発明は、前述のいずれか１つに記載の光ピックアップに使用するホログラムレーザであって、
前記レーザ光源および前記受光素子がパッケージ内に収納され、
前記回折格子および前記ホログラムが該パッケージの表面に装着されることを特徴とするホログラムレーザである。

本発明によれば 受光素子の受光部は複数の受光領域に分割されており、複数の受光領域には、２つの副ビームのそれぞれに対応する光が入射する１組の受光領域に隣接する部分に補助受光領域が設けられ、読取る情報記録面と異なる情報記録面からの戻り光が受光されるので、ＤＣオフセットを減少させる信号として利用し、読取りと書込みとができる光ピックアップで、２層の情報記録面を持つディスクの記録情報を、各層毎に確実に読む事が出来る。

また本発明によれば、ホログラムが光ディスクのトラック方向と等価な方向に対して垂直な分割線によって区画されているので、トラック方向に応じて像が形成される主受光領域と像が形成されない主受光領域とが生じやすくなり、主受光領域間での受光量の差に基づいて発生する信号の強度を大きくすることができる。

また本発明によれば、補助受光領域は、主ビームが入射する主受光領域に対してホログラムの回折方向と略同方向に配置されるので、焦点が合っていない他の情報記録面からの戻り光を効率よく受光することができる。

また本発明によれば、補助受光領域は、主受光領域に対してホログラムの回折方向と略同方向で、主受光領域の前後に配置されるので、焦点が合っていない他の情報記録面が遠近いずれにずれていても、戻り光による像を受光することができる。

また本発明によれば、複数の受光領域は、ホログラムで発生した±１次回折光に対応する１組の受光領域としての３つの領域と、±１次回折光によるそれぞれの副ビームが入射する受光領域に隣接する部分に設けられる補助受光領域とを含むので、３つのビームを有効に利用して、ＤＣオフセットの低減を図ることができる。

また本発明によれば、補助受光領域は、主受光領域に対してホログラムの回折方向と略垂直方向に配置された複数の領域を有し、各領域は、光ディスクのトラック方向と等価な方向に略垂直に伸びた形状として形成されているので、焦点から外れた位置の情報記録面からの戻り光を受光しやすくすることができる。

また本発明によれば、補助受光領域は、主ビームが入射する受光領域に隣接する部分にも設けられるので、情報記録面の違いにより、ずれた位置に生じる主ビームによる像を確実に捕えて、ＤＣオフセットの解消に寄与させることができる。

また本発明によれば、補助受光領域は、主ビームが入射する主受光領域に対し、ホログラムの回折方向と略同方向に配置されるので、主ビームの戻り光を確実に受光して、ＤＣオフセットを低減することができる。

また本発明によれば、レーザ光源からのレーザ光を位相シフト回折格子で３ビームに分割するので、３ビームの回転調整なしにトラックサーボをかけることができる。

また本発明によれば、ホログラムは一方の偏光方向に対しては回折光が発生せず略透過光のみであり、他方の偏光方向の光に対しては回折光が生じる特性を有する偏光ホログラム素子であるので、光ディスクに向うレーザ光に損失が生じないようにすることができる。

また本発明によれば、レーザ光源、受光素子、回折格子およびホログラムを、一体化したホログラムレーザとして含むので、小型化や信頼性向上を図ることができる。

さらに本発明によれば、前述のいずれか１つに記載の光ピックアップに使用するホログラムレーザを、レーザ光源および受光素子がパッケージ内に収納され、回折格子およびホログラムがパッケージの表面に装着される状態で形成するので、光ピックアップの部品として、小型化や信頼性向上を図ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態である光ピックアップ１１の受光領域の配置を、ホログラム８に対して示す。光ピックアップ１１は、２層ディスクなどから、３ビーム法で情報を読取るために使用する。図１４等で従来例として示す部分に対応する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。

信号検出用の受光素子１９はフォトダイオードなどであって、その受光部は、従来例と同様、複数の受光領域に分割されている。この受光領域のセグメント形状が延伸する方向は、ホログラム８により回折される方向としている。図では光の方向に関係なく一定の方向に平行なように記載しているけれども、実際には従来例の図１４と同様に、入射する光の向きによって受光領域の伸びる方向を変えるようにしている。すなわち、Ｄ８，Ｄ９，Ｄ１０などの受光領域はやや右上がりに傾斜し、Ｄ３，Ｄ２，Ｄ１などの受光領域はやや右下がりに傾斜する。

これは、周囲温度等によるレーザの波長変化により、ホログラム８の回折角が変化し、受光素子１９に入る光が受光領域のセグメント方向に動いても、本配置により受光ビームがセグメント形状を外れることがないようにするためである。

＋１次回折光である副ビームは、受光領域Ｄ３およびＤ１０に入射する。−１次回折光である副ビームは、受光領域Ｄ１およびＤ８に入射する。ホログラム８の回折方向は、紙面の左右方向となる。この回折方向に関し、受光領域Ｄ３，Ｄ８の両側には、補助受光領域Ｄ3-1、Ｄ3-2、Ｄ8-1、およびＤ8-2を設けている。内部結線で、Ｄ８−（Ｄ8-1＋Ｄ8-2）およびＤ３−（Ｄ3-1＋Ｄ3-2）の演算を行っておくので、トラッキングサーボ用のＤＰＰ法に用いるＲＥＳ信号のＤ１＋Ｄ３や、Ｄ８＋Ｄ１０では、ＤＣオフセットをキャンセルしておくことができる。フォーカスサーボには、ナイフエッジ法を用い、ＦＥＳ信号の演算を行う。情報の読取りは、ＲＦ信号に基づいて行う。

図２は、２層ディスク２０から情報を読取る状態を示す。立上げミラー４は、図１４に示す立上げミラー４と基本的に同等であるけれども、模式的に示している。立上げミラー４は、光の方向を変え、読取り面に対して垂直方向の装置厚さを薄くするために用いられるだけであるので、光ピックアップ１１の本質的な機能とは無関係である。ここで、２層ディスク２０のうち、１層目の情報記録面２１を非読み取り面とし、２層目の情報記録面２２を読み取り面とする場合を想定する。本実施形態のホログラムレーザ３０については後述する。

図３は、図１に、非読み取り中の情報記録面２１からの反射光による像を書き加えて示す。各像については斜線を施して示す。非読み取り中の情報記録面２１からの像は、焦点が合っていないので、拡大して、先端部分が補助受光領域Ｄ3-1およびＤ8-2にかかることが判る。補助受光領域Ｄ3-1およびＤ8-2には、図１に示すように、読み取り面からの戻り光による像はかからないので、補助受光領域Ｄ3-1，Ｄ8-2からの信号には非読み取り面からの戻り光による成分に対応するもののみが含まれ、これを利用して、ＤＣオフセットをキャンセルすることができる。

図４および図５は、２層ディスク２０で読取り中の情報記録面２１が奥にある場合を示す。非読み取り中の情報記録面２２からの像は、焦点が合っていないので、拡大して、先端部分が補助受光領域Ｄ3-2およびＤ8-1にかかることが判る。したがって、補助受光領域Ｄ3-2，Ｄ8-1からの信号を利用して、ＤＣオフセットをキャンセルすることができる。

以上で説明しているように、受光素子１９は後述するホログラム素子に形成されるホログラム８からの回折光を入射させるために、複数の受光領域を有している。これらの受光領域には、各々光ディスク２や２層ディスク２０からの戻り光が入射される。これらの受光領域の近傍にオフセットキャンセル用の受光領域である補助受光領域Ｄ8-1,Ｄ8-2,Ｄ3-1,Ｄ3-2を配置する。なお、後述する図１０では、補助受光領域Ｄ10-1、Ｄ10-2、Ｄ1-1、Ｄ1-2も配置する。これらの補助受光領域はホログラム素子からの回折光の回折方向と略同方向に配置される。これらの補助受光領域Ｄ8-1,Ｄ8-2,Ｄ3-1,Ｄ3-2を、回折光とは垂直な方向に配置する場合、その分、３ビームの間隔を広げる必要があるが、３ビームの間隔を広げると、受光素子１９が大きくなったり、回転調整がしにくくなるといった点が考えられるからである。

本受光素子１９には、１層の情報記録面７を持つ光ディスク６を読取る、あるいは記録する場合には、ＤＣオフセットを生じさせるような光は入射しない。しかし、２層の情報記録面２１，２２を記録領域として持つ２層ディスク２０や２層以上の多層ディスクを読取る場合、読取っている層とは違う層からの反射光が広がった状態で受光素子１９の受光部上に入射される。この光の一部は、本来の信号読み取り用の受光領域と補助受光領域とに入射する。補助受光領域に入射された光に対応して発生する信号は、本来の信号取得用セグメントである主受光領域に入射された光に対応して発生する信号との差を求めるために使用する。この差は、受光素子１９内の信号処理で電気的に演算されることが多い。演算を用いることで、信号読み取り用の主受光領域に入った光をキャンセルすることができ、ＤＣオフセットを軽減することができる。

またこの受光素子１９は、本来の信号が入射する位置に対しホログラム８の回折方向に関して前後の位置に補助受光領域が配置される。これは、読取っている層が、対物レンズ５に近い側か遠い側かにより、受光素子１９の受光部上に戻ってくる位置が異なるため、どちらの層から信号が戻ってきてもＤＣオフセットのキャンセルが可能となるからである。特にこの方向の方が回折方向に垂直な方向よりも設置場所に余裕がある。

図６は、本実施形態のホログラムレーザ３０の構造を、部分断面視して示す。キャップ３１およびステム３２で、受光素子１９などを収納するパッケージを形成する。ステム３２は、キャップ３１の底部に設けられ、ステム３２からは、複数のリード３３が相互間を電気的に絶縁された状態で引出される。キャップ３１およびステム３２が形成する空間内には、半導体レーザ３５も収納される。

半導体レーザ３５は、発光波長７８０ｎｍを有する赤外レーザ光を出射する赤外レーザ、あるいは発光波長６５０ｎｍの赤色光を出射する赤レーザなどを用いる。受光素子１９は、信号検出用フォトダイオードなどが使用され、放熱台に搭載されている。

半導体レーザ３５用の半導体素子および信号検出用フォトダイオードである受光素子１９は、キャップ３１で封止し、リードと電気的に接続するためのワイヤ等の微細部品が外部に接触することを防いでいる。レーザ光は、キャップ３１の窓を通して出し入れするようにしている。ホログラム８の調整や取付けの前に、半導体レーザ３５および受光素子１９を動作させ、試験などを行って不具合を発見することができるので、無駄が少ない。

半導体レーザ３５はシリコン（Ｓｉ）、窒化カーバイド（ＳｉＣ）等で作製されたサブマウント上に搭載させたり、ステム３２の放熱板に直接搭載させることができる。キャップ３１はたとえばガラス製であり、ガラスで覆ったパッケージ内は結露しないように乾燥空気等を封入密閉するか、外部と通気状態としておくことが望ましい。半導体レーザ３５の半導体チップや、受光素子１９を搭載するパッケージには、外部との接続をリード３３で行う形状のものばかりではなく、リードを樹脂でモールドした形状のものなどを用いることができる。

これらの光学部品を搭載するパッケージの外形は、小判型にすることが望ましい。これは、図１３から判るように、光ディスク６に対して垂直方向の厚さを薄くすることが第１の目的である。外形の直線部分（弦の方向）により光ピックアップの厚さが決まるため、円形のパッケージに比べ、小判型パッケージの方がが、光ピックアップ自体の厚さを小さくすることができる
ホログラム８は、キャップ３１の頂部に装着されるホログラム素子４０に形成される。ホログラム素子４０を装着するキャップ３１側には透光性を有する窓が設けられ、ホログラム素子４０でキャップ３１の窓に臨む側には、回折格子４１が形成される。回折格子４１には、レーザ光を３つのビームに分けるためのグレーティングパターンが形成されている。グレーティングパターンは、たとえば図１６に示すようなものを用いることができる。ホログラム素子４０の頂部側には、ホログラムパターンを有するホログラム８が形成される。

図７は、ホログラム素子４０の構成を示す。ホログラム素子４０は、半導体レーザ３５や受光素子１９を収納するパッケージと一体化されて用いられる。ホログラム素子４０は、レーザ光の偏光方向によりホログラム素子として機能したりしなかったりする機能を持つ偏光ホログラムとして形成されている場合もある。偏光ホログラムは、ガラスや合成樹脂などで透明で所定の光学的性質を有する材料を用いて偏光ホログラム素子４２として形成する。偏光ホログラム素子４２は、偏光方向により光を透過したり、回折したりする役割を持っている。これは、偏光ホログラム素子４２で回折格子４１を形成している材料が光の偏光方向により、屈折率が変化する特性を持ち、この特性を利用することにより実現することができる。回折格子４１は偏光ホログラム素子４２の一つの表面に形成し、他の表面にはホログラム８を形成する。偏光ホログラム素子４２でホログラム８が形成される面には、１／４波長板４３を装着して一体化することもできる。

図８は、この偏光ホログラム素子４２の機能を示す。図７の１／４波長板４３は、レーザの偏光方向により、最適に設定する。偏光ホログラム素子４２を用いることで、図８（ａ）に示すように、往路の光がホログラムを通過しても±１次光が発生しないので、レーザ光をロスすることなく光ディスク側に光を導くことができる。このような構成は、特に書込み系の光ピックアップに用いると、同じレ−ザパワーでより多くの光を光ディスクに導くことが可能となるので、有利となる。

図８（ｂ）に示すように、復路では０次光が発生せず、±１次光のみが発生する。このため、偏光ホログラム素子４２を用いない光ピックアップに比べ、受光素子１９への入射光量が増大する。受光量が増大することにより、受光素子１９の周波数特性が向上するので、より高速読み取り／書込みを行うことが可能となる。

従来のホログラム素子では、往路の光が通過する際、光の回折により、±１次光の光が発生する。この光は光ディスクには到達しないので、この分の光量ロスが発生する。このような構造にした場合、特に書込みが必要な光ピックアップの場合、本実施の形態のよる構造を持つホログラムレーザ３０に比べ、同一レーザパワーを出射しても、ホログラム素子による損失の分、光ディスクに到達する光量が低下する。このロスはホログラムの回折効率にもよるが、２０％から５０％のロスとなる。

偏光ホログラム素子４２を通過するレーザ光を、往路と復路とで偏光方向を変えるため、ホログラム素子４０と対物レンズ５との間に１／４波長板４３を配置する。１／４波長板４３は、図７に示すようにホログラム素子４０として一体に形成すれば、部品点数を減らすことが可能となる。

図９は、本発明の第２の実施の形態として、ホログラムレーザ５０の概略的な構成を示す。図６に示すホログラムレーザ３０に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。ホログラムレーザ５０では、図８に示すような偏光ホログラム素子４２を用いる方法とは別の手段として、偏光プリズム５１を用いる構成も考えられる。これは往路にホログラム８を設ける代わりに偏光プリズム５１を搭載する。偏光プリズム５１も偏光ホログラム素子４２同様、レーザ光の偏光方向により、透過したり反射したりする特性を有する。よって半導体レーザ３５から出射されたレーザ光を透過させ、光ディスクからの反射による戻り光を反射させる特性を持つ偏光反射面５２を形成することができる。反射された戻り光は、ミラー５３を介しホログラム素子４０へと導かれホログラム８により回折された光が受光素子１９に入射する。

また、ホログラム素子４０の下面には３ビーム用の回折格子４１が形成されている。この回折格子４１は３ビームによりトラッキング制御信号を取得する方式、例えば３ビーム法でＤＰＰ法を用いるために設けてある。本回折格子４１も偏光特性を持たせれば、復路でのホログラム素子４０と３ビーム用の回折格子４１との干渉を考える必要が無くなり、設計の自由度が広がる。

また、ホログラム８は格子により形成されているため、格子のピッチは回折角により決まる。ピッチが小さくなると、格子を作成するときに不利となるので、なるべく格子のピッチは大きくすることが望ましい。一方、格子のピッチを小さくすると回折角が小さくなるので、ホログラム８で回折された回折光（信号光）が回折格子４１にかかってしまい、信号が乱れるという問題がある。偏光回折格子を用いれば、非読み取り面からの反射光の回折位置や広がりに対する耐性が高くなるので、格子のピッチを大きくして回折角が小さくなっても、回折格子に光がかかって乱されることがなくなるので、信号を読取ることができるようになる。よって、結果的にホログラム素子４０をより容易に作製することができ、コスト低減も図ることができる。

ホログラム素子４０の裏面には３ビーム生成用の回折格子４１を形成し、レーザ光を３つのビームに分割する。この３つのビームは、中央が０次で、両端が±１次のビームとなる。この両端のビームにより、トラック信号を取得する。これは３ビーム法と呼ばれ、７８０ｎｍの波長を用いて信号を取得するＣＤディスクを読むために必要とされる一般的なトラッキング制御用の信号取得方法の１つである。パッケージの外形の円形部分では、ホログラムレーザ５０を光ピックアップに組み込む際に回転調整を実施する。これは、３ビームのビーム位置を光ディスクのピットに対して調整することにより、３ビーム法でＤＰＰ法によるサーボ制御用のトラッキング信号を得るための最適位置に調整するためである。

また、グレーティングパターンを有する回折格子４１では、回折格子４１内に山／谷の反転領域を設けると、トラックサーボの方式にＤＰＰ法を用いる場合、３ビームの回転調整無しにトラックサーボをかけることができる。これは回折格子４１に位相反転領域が設けられる場合、３ビームの±１次光すなわちサブビームにプッシュプル信号が発生しないため、メインとサブのプッシュプル成分の位相差を調整することなく、トラックサーボを掛けることができるからである。位相シフト方式のグレーティングとしては、位相反転領域を回折格子４１の溝方向に垂直方向に反転させたものや、溝方向に対し斜め方向に連続に位相を反転させたもの等の方式がある。

図１０は、本発明の第３の実施の形態として、受光素子５９の受光部の受光領域の配置をホログラム８に対して示す。受光素子５９では、受光領域Ｄ１，Ｄ１０の両側にも、補助受光領域Ｄ1-1，Ｄ1-2；Ｄ10-1，Ｄ10-2を設けている。これによって、より有効にＤＣオフセット解消用の信号を検出することができる。

図１１は、本発明の第４の実施形態として、受光素子６９の受光部の受光領域の配置をホログラム８に対して示す。本実施形態では、トラック方向に関して、補助受光領域を副ビームが入射する受光領域の外側に設けている。図３や図５に示すように、他の情報記録面からの戻り光による像は、トラック方向の外側に広がるように形成されるので、ＤＣオフセットを解消させるための信号を補助受光領域で得ることができる。

図１２は、本発明の第５の実施形態として、フォーカス制御信号の取得にビームサイズ法を用いた場合を示す。なお、第１〜第４の実施形態では、ＦＥＳ信号を用いるナイフエッジ法を用いることができる。フォーカシングサーボ通常のビームサイズ法では、トラッキング制御には３ビーム法を用いるので図１２（ａ）のようにホログラム素子７０は分割されていない。その代わり、光ディスクで反射された信号がホログラムに入射したときに発生する±１次回折光を両方とも使用している。これまで説明してきた方式でも±１次回折光は発生するが、その一方のみを使用していた。その方が受光素子の面積が少なくて済むためである。

図１２（ｂ）は、本実施形態の２分割ホログラム素子８０を示す。トラッキング制御にＤＰＰ法を採用する場合、ホログラムをトラック方向と等価な方向に対して平行な線で２分割する。そして副ビームが入射する受光領域Ｓ１，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ１２に隣接する位置に補助受光領域を配置する。そうすれば、たとえばＳ7-1とＳ12-2との差を取れば、非読み取り面から反射してきた光によるＤＣオフセットをキャンセルすることができる。図では簡単のため非読み取り面から反射してきた光を２分割ホログラム素子８０の左側にしか示していないが、右側にも戻ることは当然である。また、本実施形態の場合でも偏光ホログラムを利用すれば、より光の利用効率を高くすることができることは言うまでもない。

上記の説明は、１つの波長の光を読むための光ピックアップを前提としているが、異なる波長の光を読むための光ピックアップも同様に構成することができる。この場合、１つのパッケージに異なる波長の光を発するレーザ光源を収めたり、異なるパッケージで構成するようにすれば良い。

本発明の第１の実施形態である光ピックアップ１１の受光領域の配置を、ホログラム８に対して示す図である。 図１の光ピックアップ１１で、２層ディスク２０から情報を読取る状態を示す簡略化した断面図である。 図１の受光領域に、非読み取り中の情報記録面からの反射光による像を書き加えて示す図である。 図１の光ピックアップ１１で、２層ディスク２０から情報を読取る状態を示す簡略化した断面図である。 図１の受光領域に、非読み取り中の情報記録面からの反射光による像を書き加えて示す図である。 図２のホログラムレーザ３０の構造を、部分断面視して示す斜視図である。 図６のホログラム素子４０の概略的な構成を示す断面図である。 図７の偏光ホログラム素子４２の機能を示す簡略化した断面図である。 本発明の第２の実施の形態として、ホログラムレーザ５０の構造を、部分断面視して示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態として、受光素子５９の受光部の受光領域の配置をホログラム８に対して示す図である。 本発明の第４の実施形態として、受光素子６９の受光部の受光領域の配置をホログラム８に対して示す図である。 本発明の第５の実施形態として、フォーカス制御信号の取得にビームサイズ法を用いた場合を示す図である。 従来からの基本的な光ピックアップの構成を概略的に示す断面図である。 従来から用いられるホログラム素子のホログラム８のパターンと、それに対応する受光素子９の受光部の受光領域の形状、および信号の読取り方法を示す図である。 従来からトラッキング制御に用いるプッシュプルパターンの考え方を示す図である。 従来からの３ビーム用回折格子の構成および機能を示す図である。 従来からの位相シフトＤＰＰ法の考え方を示す図である。

符号の説明

８ ホログラム
１１ 光ピックアップ
１９，５９，６９ 受光素子
２０ ２層ディスク
２１，２２ 情報記録面
３０，５０ ホログラムレーザ
３５ 半導体レーザ
４０ ホログラム素子
４１ 回折格子
４２ 偏光ホログラム素子
５１ 偏光プリズム
８０ ２分割ホログラム素子

Claims (12)

1. レーザ光源と、光源から出たレーザ光を０次回折光である主ビームおよび±１次回折光である２つの副ビームの３つのビームに分ける回折格子と、光ディスクの情報記録面にレーザ光を集光する対物レンズと、光ディスクで反射されてレーザ光源に向かう戻り光を回折効果を利用して偏向させるホログラムと、ホログラムによって偏向させた戻り光を受光する受光素子とを有する光ピックアップであって、
   該受光素子の受光部は複数の受光領域に分割されており、
   該複数の受光領域には、該２つの副ビームのそれぞれに対応する光が入射する１組の受光領域に隣接する部分に設けられる補助受光領域を含むことを特徴とする光ピックアップ。
2. 前記ホログラムは、前記光ディスクのトラック方向と等価な方向に対して垂直な分割線によって区画されていることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
3. 前記補助受光領域は、前記主ビームが入射する主受光領域に対し、前記ホログラムの回折方向と略同方向に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
4. 前記補助受光領域は、前記主受光領域に対し、前記ホログラムの回折方向と略同方向で、主受光領域の前後に配置されることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ。
5. 前記複数の受光領域は、
   前記ホログラムで発生した±１次回折光に対応する１組の受光領域としての３つの領域と、
   該３つの領域のうち、±１次回折光の一方の副ビームが入射する受光領域に隣接する部分に設けられる補助受光領域と、
   該３つの領域のうち、±１次回折光の他方の副ビームが入射する受光領域に隣接する部分に設けられる補助受光領域とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ピックアップ。
6. 前記補助受光領域は、前記主受光領域に対し、前記ホログラムの回折方向と略垂直方向に配置された複数の領域を有し、
   各領域は、前記光ディスクのトラック方向と等価な方向に略垂直に伸びた形状として形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
7. 前記補助受光領域は、前記主ビームが入射する受光領域に隣接する部分にも設けられることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
8. 前記補助受光領域は、前記主ビームが入射する主受光領域に対し、前記ホログラムの回折方向と略同方向に配置されることを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
9. 前記レーザ光源からのレーザ光を３ビームに分割する回折格子は、位相シフト回折格子であることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
10. 前記ホログラムは、一方の偏光方向に対しては回折光が発生せず略透過光のみであり、他方の偏光方向の光に対しては回折光が生じる特性を有する偏光ホログラム素子であることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
11. 前記レーザ光源、前記受光素子、前記回折格子および前記ホログラムを、一体化したホログラムレーザとして含むことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の光ピックアップに使用するホログラムレーザであって、
    前記レーザ光源および前記受光素子がパッケージ内に収納され、
    前記回折格子および前記ホログラムが該パッケージの表面に装着されることを特徴とするホログラムレーザ。

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