JP2858202B2

JP2858202B2 - 光ピックアップ

Info

Publication number: JP2858202B2
Application number: JP5331549A
Authority: JP
Inventors: 久寛石原; 一雄東浦; 則之佐藤
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JPH07192306A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスクあるいは光
磁気ディスク等の情報記録媒体から情報を読みとるため
の光ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＤ（コンパクトディスク）での記録情
報は、ディスク面に設けられた円周状のトラックに沿っ
て並んだピット列として蓄積されている。この記録情報
の読み出しは光ピックアップを用いて１トラックづつ行
っている。この光ピックアップとしては、図７に一例を
示す３ビーム非点収差法が多用されている。これは、レ
ーザ光源１の光を回折格子７、ハーフミラー３を介して
対物レンズ４にて集光されたコヒーレント光をディスク
５の情報トラック（ピット列）に照射し、反射光を対物
レンズ４、ハーフミラー３、シリンドリカルレンズ８を
介して光検出器９に導いている。ディスク５に照射した
スポット位置がピットのエッジ部分にかかった場合は反
射光と照射光との干渉効果により、ピット外の平らな場
所で反射した場合に比べて反射光の光量が減少する。

【０００３】光ピックアップでは、このピット列に対応
した反射光量の減衰パルスを、光検出器により電気パル
ス信号に変換して出力している。ところで現実の光ディ
スクにおいて、表面にそりや歪みを全く持たないような
理想的な平坦性を求めることは無理であり、またディス
クを駆動するドライバーの回転軸の傾きなども考慮する
と、正確な情報読み取りのためにはピックアップの対物
レンズ４とディスク表面との位置関係を適切に保つこと
が非常に大切である。そこで、レーザ光等の光源１から
の照射光がピット列（トラック）からそれないためのト
ラッキング方向の位置制御と、レーザビームの焦点位置
を常にディスクの情報面に一致させるためのフォーカス
制御を行っている。

【０００４】このような制御を行うための現在位置の検
出法として従来技術では、トラッキングずれ（ＴＥ）検
出には３ビーム法が、フォーカスずれ（ＦＥ）検出には
非点収差法が一般的であった。この従来の技術が図７、
８に示してあり、３ビーム法では回折格子７によってレ
ーザビームを０次、±１次の３本の光束に分け、ディス
ク５上で３つの光スポットが情報トラックより若干角度
がついた位置に並ぶよう集光している。この両端の±１
次回折光スポットからの反射光信号のレベルが常に等し
くなるようにサーボをかけることで、真ん中の０次光ス
ポットの位置をトラック中央に保っている。

【０００５】また非点収差法はディスク５面からの反射
光の光束にシリンドリカルレンズ８で非点収差を作りだ
し、フォーカスずれによってスポット形状（楕円の方向
と楕円度）が変化するのを、４分割光検出器３２の２対
の受光素子（３２ａ、３２ｄと３２ｂ、３２ｃ）の対角
成分出力の大きさを加算器３９、４０と比較器４１を用
いて比較したＦＥ信号で検知している。また、ＴＥ検出
手段にはプッシュプル法、ヘテロダイン法等があり、Ｆ
Ｅ検出手段にはナイフエッジ法、フーコー法等がある
が、いずれもフォーカスし、トラッキングをした１トラ
ックの情報のみを読み取っており、情報の読み取り効率
が悪い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】１トラックづつフォー
カスおよびトラッキングしながら、そのトラックの情報
を読み取っているので、情報の読み取りに時間がかかり
効率が悪いことから、１回の読み取りで２トラックの情
報を読み取るという提案もあるが、２つの光源を用いて
いるため、個々のアライメントが必要であり、コストも
安価にできない。そこで本発明は、トラックピッチが一
定であり、トラック間隔が狭いことから３つの光ビーム
をトラック間隔で作れば、フォーカスおよびトラッキン
グしたトラックの両隣のトラックもフォーカスおよびト
ラッキングされていることに着目し、１つの光源の光を
ホログラム素子により３ビームに分割して媒体に当て、
各ビームの反射光を独立に検出して１回の読み取りで３
トラックの情報を同時に読み取ることにより、読み取り
効率を上げた光ピックアップを提供する事を目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源の光を
媒体に当て、反射光を受光素子に導いて媒体のトラック
に記録した情報を読み取る光ピックアップにおいて、光
源と媒体との間の光路にホログラム素子を配置し、該ホ
ログラム素子は、光軸上で媒体のトラックと直交する方
向の線により分割され、少なくとも一方に上記トラック
方向への回折機能を有し、上記分割線の両側の回折条件
を異ならせた第１の領域と、該第１の領域と異なる回折
条件の第２の領域とを有し、光源の光を媒体位置でトラ
ック間隔となる３ビームとトラック方向に分かれる２ビ
ームの少なくとも５ビームに分割し、各ビームをそれぞ
れ独立の受光素子に導いて３つのトラックの情報を同時
に読み取ると共にフォーカスずれやトラッキングずれを
検出できるようにしている。

【０００８】

【作用】このような構成を有する光ピックアップにおい
ては、回折格子等のホログラム素子で回折を受けた光束
成分（±１次光）及び回折を受けない光束成分（０次
光）の３つの光ビームが隣接する３つのトラックに同時
に当てられ、反射光を各ビームに対応した独立の３つの
受光素子に導いて、記録データを読み取った高周波（Ｒ
Ｆ）信号が得られる。

【０００９】また、第１、第２の領域を有するホログ
ラム素子を用いているので、第１の領域で回折を受けた
光束成分（±１次光）によりトラッキングずれ信号およ
びフォーカスずれ信号を得ることができる一方、ＲＦ信
号はこの第１の領域の回折０次光成分、及び第２の領域
による回折±１次光成分により得ることが可能となる。
従ってＲＦ信号検出のための光束は、ＴＥ／ＦＥ信号検
出の光束とは独立に分離させることが可能となり、分割
化光検出器を用いる必要はない。そのため４分割受光素
子のような不感帯の影響を皆無とでき、スポット径の増
減やスポット位置の移動があっても出力信号の大きさが
変化する事はない。また複数のトラックからのＲＦ信号
を常に同時に検出できるように構成できるため、情報読
みだし速度も従来の数倍に高めることが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を用いて
詳細な説明をおこなう。図１に第１、第２の領域を有す
るホログラム素子を用いた本発明の一実施例の光ピック
アップ装置の模式的な構造図を示す。光源となる半導体
レーザ１からの射出光をホログラム２で複数の光ビーム
に分割し、対物レンズ４によって光ディスク５の記録面
上に複数の光スポットとして収束させている。

【００１１】ここでこのホログラム素子２は、図１、６
に示すように光軸上で媒体のトラックと直交する方向の
線により分割され、分割線の両側での回折条件が異な
り、分割線の少なくとも一方はトラック方向への回折機
能を有する第１の領域とその外側の第２の領域から成
り、各領域での回折条件が異なっており、分割線の他方
は第１の領域と第２の領域または上記外側の第２の領域
と同一条件の１つの領域から成り、第１の領域のホログ
ラム素子は分割線の両側で格子間隔及び格子方向を異な
らせた回折格子Ａ、Ｂを有し、それ以外の部分は両側で
共通の回折格子Ｃとしてある。この回折格子と光束の関
係は図１に示すように格子Ａ、Ｂよりも光束が大きく、
格子Ａ、Ｂの外周の格子Ｃの環状部分の大きさとしてあ
る。尚、図６（ｂ）、（ｃ）の場合は格子Ａ、Ｂの外周
と光束の外周を一致させてもよい。

【００１２】本実施例では図６（ａ）タイプのホログラ
ム素子について以下に説明するが、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）など他のパターンのホログラム素子についても、
以下に説明する効果は同様に得られる。まずこのホログ
ラム素子２のうちの、トラッキング及びフォーカスシン
グのエラー信号検出のための第１の領域の作用によっ
て、回折０次と回折１次の光ビームが記録面上のどの位
置に収束するか、図２の原理図を用いて具体的に説明す
る。

【００１３】半導体レーザ１から射出して図２の上側の
回折格子Ａに入射した光ビームのうち、回折されない０
次光は回折格子Ａを通過して対物レンズ４に入射し、点
Ｌ'に収束する。回折を受けた回折１次光は半導体レー
ザー１の位置Ｌを中心として光軸対称にある虚像Ａ+ 、
Ａ- に光源があるかのごとく対物レンズ４に入射し、点
Ａ'+、Ａ'-に収束する。即ち、回折格子Ａを射出した光
ビームは対物レンズ４によって、０次光に関してはＬと
共役な点Ｌ' に、１次光に関してはＡ+ 、Ａ-の共役点
Ａ'+、Ａ'-にと、各々記録面上の対応した位置（共役
点）に収束する。

【００１４】半導体レーザから射出して図２の下側の回
折格子Ｂに入射した光ビームについても、これと全く同
様に考えることができ、０次光に関してはＬと共役な点
Ｌ'に、１次光に関してはＢ+ 、Ｂ- の共役点Ｂ'+、Ｂ'
-にと、各々収束する。従って、半導体レーザーの射出
光は、ホログラム素子２の第１の領域の上下の回折格子
Ａ、Ｂの作用によって回折０次と回折１次の光ビームと
なり、対物レンズ４を通過した後光ディスク５の記録面
上にＬ' 、Ａ'+、Ａ'-、Ｂ'+、Ｂ'-の５点の光スポット
として収束することになる。

【００１５】次に、ホログラム素子２のうちの第２の領
域の回折格子Ｃの作用により、この０次光Ｌ' は上記の
回折光Ａ'+、Ａ'-、Ｂ'+、Ｂ'-とは別の±１次光を生ず
る事になる。光スポットを、光ディスク５の記録面に対
して垂直方向から見た様子を図３に示す。トラック１７
ａの中心の光スポット１０は回折０次光であり、１３、
１４、１５、１６の４点はホログラム素子の第１の領域
の回折作用による±１次の回折光であり、また１１、１
２の２点はホログラム素子の第２の領域の回折作用によ
る±１次の回折光である。

【００１６】ここで、回折格子Ａの回折１次光スポット
１３、１５は中心の光スポット１０に対して点対称の位
置になり、回折格子Ｂの回折１次光スポット１４、１６
も中心の光スポット１０に対して点対称の位置になる。
それぞれのスポット位置は各回折格子Ａ、Ｂ各々の格子
間隔と格子方向を定めることで、各々の１次回折光をト
ラックの適切な位置に収束させる事ができる。同様
に、ホログラム素子の第２の領域の格子間隔と格子方向
を適切に定める事で光スポット１１、１２を、０次光ス
ポット１０が照射されたトラック１７ａとは異なるトラ
ック１７ｂ、１７ｃ上に収束させる事ができる。また、
これらの回折１次光の光スポットの概略形状は、各々の
回折格子開口形状のフーリエ変換として得られる。

【００１７】次に光検出器６上の光スポットについて説
明する。光ディスク５の記録面上の光スポットは、光デ
ィスク５で反射し再度対物レンズ４を通過し光検出器６
側の焦点面で再結像するが、光検出器６側の焦点面での
光スポットの位置関係は記録面上の光スポットの位置関
係とやはり共役関係になる。従って、対物レンズ４と光
ディスク５の位置関係が光軸方向あるいは光軸と垂直方
向に移動した場合、スポット位置及びスポット形状が、
記録面と光検出器側の焦点面上とで同様に変化すること
になる。対物レンズ４と光ディスク５の位置関係の光軸
方向の変化、すなわちフォーカスずれに対する光検出器
６上の光スポットの変化を図４で説明する。

【００１８】合焦点では、図４（ｂ）に示すように０次
光の光スポット１８を中心として回折格子Ｃの回折１次
光の光スポット１９、２０が上下に位置し、全てが最小
の光スポットを形成している。そして、光スポット１８
は受光素子２５の中心に、光スポット１９、２０は受光
素子２５の両側に１列に並べた受光素子２６、２７の上
に位置する。そこで、受光素子２５、２６、２７の出力
からＲＦ信号が得られ、これらの信号は３トラック同時
に得られる。そして、各ＲＦ信号は４分割受光素子の場
合のような不感帯の影響が皆無である。

【００１９】また、回折格子Ａの回折１次光の光スポッ
ト２１、２３と回折格子Ｂの回折１次光の光スポット２
２、２４が上下に位置し、全てが最小の光スポットを形
成している。そして、光スポット１８は受光素子２５の
中心に、光スポット２１〜２４は受光素子２５の両側に
１列に並べた２分割受光素子２８ａ・２８ｂ〜３１ａ・
３１ｂの分割線に中心が位置する。

【００２０】一方、対物レンズ４と光ディスク５の距離
が近づいた時は、図４（ａ）に示すように０次光の光ス
ポット１８および回折格子Ｃの回折１次光の光スポット
１９、２０は位置の変化は無く径が大きくなり、回折格
子Ａの回折１次光の光スポット２１、２３は回折格子Ａ
の開口形状に似た形に大きくなりながらその中心が図４
の上側に移動し、回折格子Ｂの回折１次光の光スポット
２２、２４は回折格子Ｂの開口形状に似た形に大きくな
りながらその中心が図４の下側に移動し、光スポット２
１〜２４は２分割受光素子２８ａ・２８ｂ〜３１ａ・３
１ｂの一方に大半が位置することになる。尚、図４は理
想状態を示したので一方のみに位置しているが、実際は
ボケ等により他方にも一部が位置する。

【００２１】逆に対物レンズ４と光ディスク５の距離が
遠くなった時は、図４（ｃ）に示すように０次光の光ス
ポット１８および回折格子Ｃの回折１次光の光スポット
１９、２０は位置の変化は無く径が大きくなり、回折格
子Ａの回折１次光の光スポット２１、２３は回折格子Ａ
の上下逆の開口形状に似た形に大きくなりながらその中
心が図４の下側に移動し、回折格子Ｂの回折１次光の光
スポット２２、２４は回折格子Ｂの上下逆の開口形状に
似た形に大きくなりながらその中心が図４の上側に移動
する。

【００２２】従って、光検出器６の各受光素子２８ａ・
２８ｂ〜３１ａ・３１ｂの出力を図５に示すように、Ｆ
Ｅ信号に関しては２分割受光素子２８ａ・２８ｂと２９
ａ・２９ｂの出力、２分割受光素子３０ａ・３０ｂと３
１ａ・３１ｂの出力をそれぞれ比較器３３、３４で上下
逆に比較し、その結果を比較器３５で比較するように結
線する事で、ＦＥ信号が得られる事になる。そして、
このようにＦＥ信号を得ると、比較により波長変動が解
消できる。

【００２３】一方、対物レンズ４と光ディスク５との位
置関係のトラッキング方向のずれ（ＴＥ信号）検出に関
しては、通常の３ビーム法の場合と全く同様であり、図
５に示すように、２分割受光素子２８ａ・２８ｂと２９
ａ・２９ｂの出力、２分割受光素子３０ａ・３０ｂと３
１ａ・３１ｂの出力をそれぞれ加算器３６、３７で加算
し、その結果を比較器３８で比較するように結線する事
で、ＴＥ信号が＋１次回折光と−１次回折光との差とし
てプッシュプル検出できる。尚、ＴＥ信号は２分割受光
素子２８ａ・２８ｂと３０ａ・３０ｂの出力、あるいは
２分割受光素子２９ａ・２９ｂと３１ａ・３１ｂの出力
だけでも得られる。

【００２４】

【変更例】上記実施例は７ビーム方式の光ピックアップ
について説明したが、３ビーム非点収差法他種々のフォ
ーカス・トラッキング方式の光ピックアップについて
も、ＲＦ信号用の３ビームを光源と媒体間に配置するホ
ログラム素子で作れば同様に本発明の目的が達成でき
る。ただし、上記実施例のフォーカス・トラッキング方
式に比べて、不感帯等での差異はある。また、上記実施
例は光ディスクのピックアップについて説明したが、光
磁気ディスクに用いる場合は、図１でハーフミラー３と
光検出器６との間に偏光分離のための素子を配置すれば
同様に用いられる。また、ホログラム素子を回折格子と
したが、トラック方向に回折機能を有するホログラムも
同様に用いられる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明による光ピッ
クアップでは、３トラックの情報を同時に読み取りでき
るので、読み取り時間が従来の数分の一に短縮でき、１
つの光源としたから構成や調整が簡単化できる。そして
光検出素子不感帯の影響を皆無とできるため、スポット
径の増減、スポット位置の移動があってもＲＦ出力信号
の大きさが変化する事がなく、ジッター特性に優れた信
号検出が可能となる。また、第２請求項による、と５ビ
ームセンサとなって、センサの構成が簡単となり、第３
請求項の７ビーム方式にするとフォーカシングに４ビー
ムが使えて精度の向上ができると共に光軸に対するディ
スク等の媒体の傾きの影響を小さくすることができる。
また、第４請求項によると格子の方向等を工夫すること
によって、同一トラックに５ビームを収束できて正確な
制御が可能となる。また、第５請求項によると、３トラ
ックの同時読み取りが可能となると共に安定した高周波
信号が得られ、かつフォーカシングやトラッキングに４
つのビームを利用でき、精度が一層向上し、光軸に対す
る媒体の傾きの影響を一層小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光ピックアップの基本
構成模式図である。

【図２】ホログラム素子により光ビームがディスク記録
面上に収束する様子を説明する原理図。

【図３】光ディスク面に於ける７つのスポットの照射状
態を示す説明図。

【図４】光検出器の受光面上での光スポットの状態を示
す説明図。

【図５】光検出器の各エレメント出力からＲＦ信号、Ｆ
Ｅ信号、ＴＥ信号を得るための結線の状態を示す説明
図。

【図６】ホログラム素子の格子パターンを説明するため
の模式図。

【図７】４分割光検出素子方式の光ピックアップの基本
構成模式図。

【図８】４分割光検出素子出力の結線を示す説明図。

【符号の説明】

１・・半導体レーザ２・・ホログラム素子３・・ハーフミラー４・・対物レンズ５・・光ディスク６、９・・光検出器１０・・回折０次光１１、１２、１３、１４、１５、１６・・回折±１次光１７・・情報トラック１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４・・光検出
器上での光スポット形状２５、２６、２７・・ＲＦ信号用受光素子２８、２９、３０、３１・・ＴＥ、ＦＥ信号用受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−238123（ＪＰ，Ａ) 特開平５−135382（ＪＰ，Ａ) 特開平５−250718（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 7/135

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源の光を媒体に当て、反射光を受光素
子に導いて媒体のトラックに記録した情報を読み取る光
ピックアップにおいて、光源と媒体との間の光路にホログラム素子を配置し、該ホログラム素子は、光軸上で媒体のトラックと直交す
る方向の線により分割され、少なくとも一方に上記トラ
ック方向への回折機能を有し、上記分割線の両側の回折
条件を異ならせた第１の領域と、該第１の領域と異なる
回折条件の第２の領域とを有し、光源の光を媒体位置で
トラック間隔となる３ビームとトラック方向に分かれる
２ビームの少なくとも５ビームに分割し、各ビームをそ
れぞれ独立の受光素子に導いて３つのトラックの情報を
同時に読み取ると共にフォーカスずれやトラッキングず
れを検出できるようにしたことを特徴とする光ピックア
ップ。
【請求項２】前記ホログラム素子が、前記分割線の片
側は前記第１、第２の領域を有し、前記分割線の他方は
前記第２の領域と同一条件の領域のみを有するようにし
たことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】前記ホログラム素子の前記第１の領域
を、前記分割線に対して輪郭が対称となるよう配置した
ことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項４】前記ホログラム素子の前記第１の領域
を、前記分割線の両側での回折条件として、回折格子の
間隔および格子の方向を異ならせたことを特徴とする請
求項１または３記載の光ピックアップ。
【請求項５】前記ホログラム素子が、前記分割線の両
側にそれぞれ前記第１と第２の領域とを有し、両側の第
２の領域を同一条件の領域とし、この第２の領域によっ
て前記トラック間隔となる３ビームの両側の２ビームを
形成し、前記第１の領域によってトラック方向にそれぞ
れ２ビームを形成し、計７つのビームをそれぞれ独立の
受光素子に導いて、前記第１および第２の領域による上
記３ビームの反射光で、３つのトラック情報を読み取る
と共に高周波信号を検出し、残りの４つのビームの反射
光でトラッキングずれおよびフォーカスずれを検出でき
るようにしたことを特徴とする請求項１、３または４記
載の光ピックアップ。