JP3545307B2 - 光集積ユニット、光ピックアップ装置及び光集積ユニットの調整方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に光学的に情報を記録または再生する光ピックアップ装置に関するものである。特に、光利用効率が高く、組立て調整が容易な小型薄型光ピックアップ装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクは多量の情報信号を高密度で記録することができるため、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において利用が進められている。また光ディスク用ピックアップ装置に関しても、小型薄型化の要求に対して様々な集積化ピックアップが提案されている。
【０００３】
例えば従来例として、特開平２−２７３３３６号公報にはホログラム素子を利用することにより、光学系の部品点数を削減する光ピックアップ装置が示されている。この装置の原理を図７を用いて説明する。なお図７は上記公報中の図１を簡潔に描き直したものであり、図中の符号等は公報とは相違する。
【０００４】
図７において、光源としての半導体レーザ５からの出射光は３ビーム用の回折格子６により、メインビーム（０次光）と２つのサブビーム（±１次光）に分離され、ホログラム素子９に達する。そしてこのホログラム素子９を透過する光（０次回折光）だけがコリメートレンズ２により平行光になり、対物レンズ３を介して光ディスク４上に集光される。光ディスク４で反射された光、即ち戻り光は、上記メインビーム・サブビーム共に再び対物レンズ３、コリメートレンズ２を介して、ホログラム素子９に導かれる。そして今度はこのホログラム素子９で回折された光（１次回折光）だけが受光素子１０に入射して各種信号を生成するように構成されている。
【０００５】
ホログラム素子９は、光デイスク４の半径方向に対応するｘ方向に延びる分割線により２分割されており、片側の半円部で回折されたメインビームの１次回折光を用いて、ナイフエッジ法によりフォーカス誤差信号を生成する一方、この光と共に残りの半円部で回折されたメインビームの１次回折光を用いてＲＦ信号を生成している。
【０００６】
一方トラッキング誤差信号は、このホログラム素子９により回折されたサブビームの１次回折光を受光素子１０の別の領域で受光することにより、いわゆる３ビーム法により検出している。
【０００７】
この従来例は回折格子、ホログラム素子、半導体レーザおよび受光素子を一体化することにより、部品点数の削減および小型集積化を図っているものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例に示すような光ピックアップ装置では、往路においてはホログラム素子９の０次回折光、即ち単に通過した成分のみを利用しており、ホログラム素子９で回折された±１次あるいはそれ以上の高次の回折光は利用していない。一方、復路においてはホログラム素子９における１次回折光のみを利用しており、０次あるいは他の高次回折光は利用していないので、往路・復路共に光の利用効率が悪い。そのため記録時には光パワーの不足が生じ易く、また再生時にはディスクからの各種再生信号のＳ／Ｎが劣化しやすいという問題がある。
【０００９】
また、復路において、ホログラム素子９で回折され受光素子に導かれる光が、往路に設けた３ビーム用の回折格子６や光源である半導体レーザ５などを避けるように、ホログラム素子９における１次回折光の回折角度を大きく設定しなければ、不要な回折光が発生して干渉を生じたり、戻り光の影響で半導体レーザ５の発光状態が変動する等の問題が発生してしまう。
【００１０】
回折角度を大きくするためには、ホログラム素子９に形成される溝構造のピッチを小さくする必要がある。しかし光ディスクの高密度化に伴い、赤外レーザ、赤色レーザから更に青色レーザへと光源の短波長化が進んで来ると、この溝構造のピッチの微細化が顕著となり、製造上困難となる。また回折角度が大きいと、半導体レーザ５の波長変動による受光素子１０上の受光位置の変動量も大きくなるため、各種部品の加工や配置に対する許容公差が厳しくなる。
【００１１】
本発明は、ホログラム素子を用いた場合でも、半導体レーザ光源の光利用効率が高く、短波長光源にも適応できるようにホログラム素子の格子ピッチを大きく設定でき、しかも各光学部品に形状誤差があった場合でも、簡単な調整方法でサーボ信号オフセットを調整することができる小型の光集積ユニット、それを用いた光ピックアップ装置、並びに光集積ユニットの調整方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によれば、少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、前記受光素子の領域は、前記ホログラム素子の３分割された半円部分からの＋１次回折光でＦＥＳを検出するとともに、同じ部分からの−１次回折光でＲＦ信号を検出するように配置され、かつＲＦ側の受光領域の面積をＦＥＳ側の２分割受光領域の合計面積より小さくすることにより上記課題を解決する。
【００１３】
本願の第２の発明によれば、少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、前記半導体レーザからの出射光が前記ビームスプリッタに到達する以前の経路において、前記出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子を備え、前記受光素子の領域は、前記回折格子で分離された３ビームについて、前記ホログラム素子からの回折光の内、メインビームを＋１次回折光で検出するとともに、サブビームを−１次回折光で検出するように配置され、かつ検出器上で配列するビームの内、＋１次回折側と−１次回折側で交互に受光領域が設けられ、これらの受光領域間に絶縁層またはメタルマスクが介在していることにより上記課題を解決する。
【００１４】
本願の第３の発明によれば、少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、前記受光素子の領域は、前記ホログラム素子の３分割された半円部分からの＋１次回折光でＦＥＳを検出するとともに、同じ部分からの−１次回折光でＲＦ信号を検出し、２つの１／４円部分からの光でトラッキング誤差信号を検出するように配置され、前記半導体レーザからの出射光が前記ビームスプリッタに到達する以前の経路において、前記出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子を備え、前記受光素子の領域は、前記回折格子で分離された３ビームについて、前記ホログラム素子からの回折光の内、メインビームを＋１次回折光で検出するとともに、サブビームを−１次回折光で検出するように配置され、かつ検出器上で配列するビームの内、＋１次回折側と−１次回折側で交互に受光領域が設けられ、これらの受光領域間に絶縁層またはメタルマスクが介在していることにより上記課題を解決する。
【００１５】
本願の第４の発明によれば、前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであり、その上面に、１／４波長板が搭載されていることにより上記課題を解決する。
【００１６】
本願の第５の発明によれば、前記ホログラム素子と同一の透明基板に、前記半導体レーザからの出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子が一体で形成されていることにより上記課題を解決する。
【００１７】
本願の第６の発明によれば、前記受光素子は、フォトダイオードと電流電圧変換増幅回路を集積化されていることにより上記課題を解決する。
【００１８】
本願の第７の発明によれば、前記ビームスプリッタは、前記戻り光を前記ホログラム素子へ導く際に２回の反射を行わせると共に、前記反射を行う面が平行な構造であることにより上記課題を解決する。
【００１９】
本願の第８の発明によれば、上述の光集積ユニットを搭載することにより上記課題を解決する。
【００２０】
本願の第９の発明によれば、上述の光集積ユニットは前記半導体レーザと、前記半導体レーザからの出射光の光軸上に配置され、戻り光を分離して２つの平行な面で各々１回ずつの反射を行わせるビームスプリッタと、上記分離した戻り光を受光素子に導くホログラム素子と、上記分離された戻り光を受光する受光素子を備え、前記ビームスプリッタと、上記ホログラム素子を、上記出射光の光軸に垂直な面内で一体で調整することにより上記課題を解決する。
【００２１】
本願の第１０の発明によれば、前記調整を、出射光の光軸を中心とした回転調整、または面内の２次元平行移動調整の内、少なくとも一方とすることにより上記課題を解決する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を以下詳細に説明する。なお、各図中において、従来例で示した構成要素と同等のものについては同一符号を付すと共に詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１〜図６を用いて本発明の実施例を説明する。図１は本発明に掛かる光集積ユニットを用いた光ピックアップ装置の構成図の例である。図１において、光集積ユニット１から出射した光がコリメータレンズ２により平行光にされた後、対物レンズ３で光ディスク４に集光される。そしてその反射光は、対物レンズ３およびコリメータレンズ２を通過して、光集積ユニット１の受光素子上に集光される。
【００２４】
次に図２を用いて光集積ユニット１の構造の詳細を説明する。図２（ａ）は上面からみた構成図、図２（ｂ）は側面から見た構成図である。ここでは主に図２（ｂ）を用いる事として、必要に応じて図２（ａ）を参照する。
【００２５】
半導体レーザ５から出射した光２０（光軸中心２２）が３ビーム用回折格子６によってメインビーム（０次光）と２つのサブビームＡ及びＢ（±１次光）に分割され、複合プリズム７の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面７ａを透過し、４分の１波長板８を透過して、コリメータレンズ２に向かう。
【００２６】
なお図の煩雑を避けるため、サブビームＡ及びＢは図示していないが、図２（ｂ）において３ビーム用の回折格子６よりも図の上方においては、メインビームとサブビームＡ，Ｂがほぼ重なり合う形で存在しており、その外形が光２０であると考えても大差は無い。以下の説明においても特段の必要が無い限り同様に考え、メインビーム・サブビーム個々に関する説明は省略する。
【００２７】
そして戻り光２１（光軸中心２３、２４）は４分の１波長板８を透過してＰＢＳ面７ａ及び、反射ミラー面７ｂで反射され、ホログラム素子９に入射する。ホログラム素子９に入射した光２１は回折されて、受光素子１０に入射する。
【００２８】
ここで半導体レーザ５から出射した光の偏光はｘ方向の直線偏光（Ｐ偏光）で、ＰＢＳ面７ａを透過し、４分の１波長板８で円偏光にされ、光ディスクに入射する。戻り光は再び４分の１波長板８に入射してｙ方向の直線偏光（Ｓ偏光）になってＰＢＳ面７ａで反射される。
【００２９】
よって半導体レーザ光源から出射した光を、メインビーム・サブビーム共に殆ど全て光ディスクに導くとともに、戻り光も殆ど全てを検出器側に導くことができるため、従来例の光ピックアップ装置に比べて光利用効率を大幅に向上させることができる。
【００３０】
また先に説明した従来例においては、ホログラム素子９による１次回折光は、回折格子６や半導体レーザ５に干渉しないように、その回折角度を大きくして検出器に光を導く必要があった。また干渉しない場合でも、ホログラム素子９による往路の不要な±１次回折光がコリメータレンズ２や対物レンズ３に入射して、迷光ノイズとならないために、ある程度回折角度を大きくする必要があり、何れにしてもホログラム素子の溝構造のピッチの微細化の問題が生じる。
【００３１】
しかし図１ないし図２で説明した本発明の光集積ユニットでは、戻り光をビームスプリッタ７により分離して、その分離された後の光がホログラム素子９に導かれる構造であるため上記問題点が発生せず、ホログラム素子９の回折角度を大きくする必要が無い。従って将来的なレーザ光源の短波長化にも有利な構造となる。
【００３２】
次にホログラム素子９、受光素子１０及びサーボ信号検出法について図３を用いて説明する。図３（ａ）はホログラム素子９と受光素子１０の受光素子形状、並びにホログラム素子９の各領域により回折される光が受光素子１０のどの領域において受光されるかを示したものである。
【００３３】
ホログラム素子９は光ディスクのトラック方向に相当するｘ方向の分割線９ｌと、ラジアル方向に相当するｙ方向の分割線９ｍによって、９ａ〜９ｃの領域に３分割されている。受光素子１０はホログラム素子９による＋１次回折光を検出する１０ａ〜１０ｆの６つの受光領域と、−１次回折光を検出する１０ｇ〜１０ｉの３つの受光領域から構成されている（各受光領域からの出力はそれぞれＳａ〜Ｓｉとする）。
【００３４】
先の図１において対物レンズ３による集光ビームが光ディスクの情報記録面上にフォーカシングされている場合をまず想定すると、メインビームの戻り光のうちホログラム素子９の領域９ａで回折された＋１次回折光が受光素子１０の領域１０ａと１０ｂの分割線１０ｌ上に集光し、−１次回折光が１０ｇに集光するように構成されている。またホログラム素子９の領域９ｂでの−１次回折光が受光素子１０の領域１０ｈに、９ｃでの−１次回折光が１０ｉに集光する様になっている。
【００３５】
同様に前述したサブビームＡについては、９ｂで回折された＋１次回折光が１０ｅに集光し、９ｃで回折された＋１次回折光が１０ｃに集光する。またサブビームＢについては、９ｂで回折された＋１次回折光が１０ｄに集光し、９ｃで回折された＋１次回折光が１０ｆに集光する。
【００３６】
次にこの様に構成・配置されたホログラム素子９と受光素子１０によって、各種信号を検出する演算処理について、図３（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。
【００３７】
図３（ｂ）（ｃ）において、半円あるいは四分円上のマークは、ホログラム素子９の各領域で回折され受光素子の面上に投射された光のパターンであり、その由来・内訳は図３（ｂ）に示す通りである。
【００３８】
図３（ｂ）は光ディスクと対物レンズとの距離が近付いた場合の例であり、図３（ｃ）は逆に遠ざかった場合の例であるが、これらを参照すればＳａとＳｂを用いて、シングルナイフエッジ法によるフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）は
ＦＥＳ＝Ｓａ−Ｓｂ …（１）
により検出する事が出来る。
【００３９】
またＳｉとＳｈを用いて、プッシュプル法によるトラッキング誤差信号１（ＴＥＳ１）を
ＴＥＳ１＝Ｓｈ−Ｓｉ …（２）
により検出する事が可能である。
【００４０】
更にはサブビームＡとサブビームＢのプッシュプル信号ＴＥＳ（Ａ）及びＴＥＳ（Ｂ）を用いて、差動プッシュプル（ＤＰＰ）法によるＴＥＳ２を
により検出することもできる。ここで係数ｋはメインビームとサブビームの光強度の違いを補正するためのもので、強度比がメインビーム：サブビームＡ：サブビームＢ＝ａ：ｂ：ｂならば係数ｋ＝ａ／（２ｂ）である。
【００４１】
またピット情報が記録された光ディスクの再生時には、ＳｈとＳｉの信号の位相差の変化を検出して、位相差（ＤＰＤ）法によるＴＥＳ３を検出することもできる。
【００４２】
そして記録された情報信号（ＲＦ信号）は
ＲＦ＝Ｓｈ＋Ｓｇ＋Ｓｉ …（４）
により、再生すれば良い。
【００４３】
次にこの様なホログラム素子９並びに受光素子１０を有する事に対するメリットについて説明する。
【００４４】
まず、図３において、ホログラム素子９により回折された＋１次回折光と−１次回折光、それぞれ一方を受光する領域と他方を受光する領域とを設ける事によるメリットは、＋１次と−１次の回折光にそれぞれ機能分担をさせる事で、光集積ユニットとしての設計の自由度が高まり、性能の最適化を図れると言う点にある。
【００４５】
ここまでの説明では、メインビームのほかにサブビームＡ，Ｂを使用する３ビーム法の光集積ユニットについて説明したが、３ビーム用の回折格子６が存在しない１ビーム用の光集積ユニットを想定することもできる。この場合、図３においてサブビームＡ，Ｂに由来する光のパターンは当然存在せず、それらを受光するための受光素子１０の各領域１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆも不要である。
【００４６】
この時、フォーカス誤差信号ＦＥＳは式（１）、トラッキング誤差信号は式（２）のプッシュプル法あるいはＳｈとＳｉの位相差に基づくＤＰＤ法、ＲＦは式（４）の演算により得ることが出来る。
【００４７】
こう考える時、＋１次光側の受光素子の領域１０ａ，１０ｂでは、シングルナイフエッジ法によるＦＥＳを検出する事になるが、このサーボ信号検出に要求される受光素子の周波数応答は、普通、ＲＦ信号に比べて十分低い周波数でも検出可能である。一方、−１次光側の受光素子では、ＲＦ信号や位相差（ＤＰＤ）法によるＴＥＳを検出する事になるが、これらはいずれも高速応答の受光素子が必要となる。
【００４８】
受光素子においては、ピックアップの小型集積化のために、フォトダイオードと電流電圧変換増幅器などの回路系を一体化した光ＩＣ化が進められている。このような光ＩＣにおいて、ＲＦ生成用には高速化を実現するため受光領域の面積をより小さくする必要がある一方、ＦＥＳ生成用には応答は遅くても良いが、その引き込み範囲を十分確保するために受光領域の面積を大きく保ちたいなど、両者に求められる条件は相反する事がある。
【００４９】
これを従来の様に、＋１次あるいは−１次の回折光しか受光素子で利用しない場合を考えると、ＦＥＳ生成用の大面積の受光領域の近傍に、ＲＦ生成用の高速信号処理回路を配置する様な事も想定され、大面積の受光領域に阻まれて電流電圧変換増幅器の回路設計・配置の自由度が阻害されてＲＦ信号生成処理の高速性が犠牲になる等の可能性も有り得る。
【００５０】
しかし本発明に掛かる光集積ユニットにおいては、＋１次回折光と−１次回折光と言う、ほぼ同じ光量・パターンを有する光が、いわば原本とコピーのどちらでも自由に使えるため、それぞれ使える方を使って受光素子の領域を配置すれば良く、設計の自由度が高まる。
【００５１】
なお受光素子として、上記フォトダイオードと電流電圧変換増幅器などを集積化した、所謂光ＩＣを用いると、部品点数の削減の他、出力インピーダンスが高いフォトダイオードの信号線の引き回し距離が短くなるため信号のＳ／Ｎが向上したり応答速度も高めやすい、等の利点がある。
【００５２】
ところで先の図３でも示したが、−１次回折光でＲＦ等の高速信号、＋１次回折光からＦＥＳの様な低速のサーボ信号を生成すると言う分担を行った場合には、更に利点が生じる。
【００５３】
例を挙げれば、図３において受光領域の面積は小さいが高速処理が要求される左半分側に小さな受光領域とその直近に電流電圧変換増幅器を集中して配置し、右半分側には電流電圧変換増幅器を取り除いた分、大面積の受光領域を設け、これでＦＥＳを生成する、等の構成が考えられよう。ＦＥＳ用の受光領域から電流電圧変換増幅器までの配線距離は長く、速度は遅いがＲＦ側の速度を優先させると言うものである。
【００５４】
これは言わば受光素子の面上で信号速度に応じた処理の切り分けが行える訳であり、受光素子の信号線や電源等の引き回しを双方で完全に分離させて、高速信号と低速信号の干渉を回避する事も可能である。あるいはＦＥＳ生成用の受光領域は低速である一方、その位置調整精度はＦＥＳのオフセットとして敏感に影響するが、ＲＦ側は鈍感であるとすれば、位置調整をサーボ信号生成側に集中して行う事も出来、生産効率の向上に寄与する。
【００５５】
続いて３ビーム用の回折格子が存在する場合において、本発明の光集積ユニットのメリットを説明する。図３（ｂ）を再度参照すると、ホログラム素子９によって当然ながらメインビーム、サブビームＡ，Ｂの何れからも＋１次回折光、−１次回折光が生じているが、受光素子の各領域はこれらの何れかを受光する一方で、隣接するビームに起因する回折光は受光していない。
【００５６】
より具体的な例で説明する。受光素子の領域１０ｇ近傍に着目すれば、メインビームに起因する−１次回折光は１０ｇが受光するものの、隣接するサブビームＡ、Ｂに起因する−１次回折光を受光する受光素子の領域は無い。あるいは受光素子の領域１０ｅや１０ｆに着目すれば、それぞれサブビームＡ、Ｂの＋１次回折光を受光するが、隣接するサブビームＢに起因する半円形状の光やメインビームに起因する四分円形状の光を受光する領域は無い。
【００５７】
言い換えれば、先述したナイフエッジ法でＦＥＳを検出する必然性がある、受光素子１０の領域１０ａと１０ｂを除けば受光素子の各領域は隣接せず、間隔が開いている。
【００５８】
受光素子を形成する上では、隣接する受光領域とのクロストーク（互いの信号の漏れ込み）を抑えるためには、受光領域間の幅を十分大きくとる必要がある。このクロストークとはフォトダイオードの構造において、受光面から入射した光によって発生する光電流が受光表面ではなく内部構造を通して隣接受光領域まで拡散・浸透する事によりノイズとなる現象である。
【００５９】
本発明では先の図３で示した通り、受光素子の各領域は隣接せず、間隔が開いているため、上記クロストークが生じにくい。また間隔が開いていることにより、そこに絶縁層を埋め込んだり、あるいは受光素子の領域間にメタルマスクを設け、領域間に照射された光による影響を更に低減する等の措置も施しやすい。また間隔が開いている分、各領域間の浮遊静電容量も小さくなり、これを介した迷結合も抑えられて動作も安定させやすい。
【００６０】
受光素子の各領域の間隔を開ける事が出来るのは、ホログラム素子９による＋１次回折光と−１次回折光のそれぞれから、メインビーム・サブビームＡ，Ｂの何れを検出するかを分担している事に起因している。これは例えば図３（ｂ）において、−１次回折光を一切使わず、＋１次回折光だけで全ての信号を生成する事を想定すれば分かりやすい。特にＲＦ信号を得るためにはメインビームの全円形状の光を受光することが必要だが、その為には受光素子の領域１０ｃと１０ｄ、及び１０ｅと１０ｆの間にそれぞれ新たな受光領域を設け、そこに投射される四分円形状の光を受光しなければならないが、そうなるとこれら受光素子の領域はほぼ隣接するに等しく、先述のクロストークが生じ易くなってしまう。
【００６１】
ホログラム素子９における回折光の内、＋１次あるいは−１次回折光だけを用い、しかもクロストークを防ぐために受光素子の各領域の間隔を開けるための別の手法としては、光学系の設計により、受光素子上でのメインビームとサブビームの間隔をより大きく設定することも可能である。
【００６２】
メインビームとサブビームの間隔は、光ディスク上でのメインビームとサブビームの間隔や、あるいは先の図１におけるコリメータレンズ２（焦点距離ｆＣＬ）と対物レンズ３（焦点距離ｆＯＬ）の焦点距離の比ｆＣＬ／ｆＯＬに比例しており、検出器上で３ビーム間隔を任意に設定することはできない。光ディスク上で３ビーム間隔を大きくすると、サブビームの対物レンズへの入射角が大きくなるため十分な光学特性が得られず、またサブビームのトラック位置調整の精度が高くなりすぎて製造上問題となる。また対物レンズとコリメータレンズの焦点距離は光の利用効率などで決定され、特に記録型ピックアップにおいては、焦点距離の比ｆＣＬ／ｆＯＬを小さくする必要があるので、より受光素子上でのメインビームとサブビームの間隔が小さくなってしまう。
【００６３】
従って本発明における図３の様な、ホログラム素子９による＋１次回折光と、−１次回折光の双方を利用して受光素子１０の各領域の間隔を開けた構造・構成によれば、クロストークの低減と同時に３ビーム法ではメインビーム・サブビームの間隔を狭く設計しても問題が生じにくい。
【００６４】
なお以上の説明では回折格子６で半導体レーザ５からの出射光を３ビームに分離する例を説明したが、それ以上の数に分離する場合でも原理的には差は無く、同様な議論と利点が生じる。
【００６５】
またビームスプリッタ７は既述の通り、偏光ビームスプリッタであり、その上面に１／４波長板が搭載されているが、これによれば半導体レーザ５から出射される直線偏光がディスク面上には円偏光として照射されるため、ＲＦ信号の再生などに際してディスク基板の複屈折による影響を受けにくい上、戻り光は再度半導体レーザ５からの出射光とは９０度異なる偏光軸を有する直線偏光となって、ほぼ全てがホログラム素子９の方に導かれる。そのため光の利用効率が高まる他、半導体レーザ５からの出射光や戻り光の無用な干渉が抑えられる。
【００６６】
更にビームスプリッタ７は、先の図２でも示されている様に、戻り光を前記ホログラム素子へ導く際に２回の反射を行わせると共に、上記反射を行う面が平行な構造である事が好ましい。この様な構造であれば後述する様に、調整に際してビームスプリッタ７を平行移動させても、受光素子１０上に投射される戻り光の中心軸が移動しないため、調整が容易で生産性が高まる。
【００６７】
また更に同じく先の図２で示されている様に、ホログラム素子９と同一の透明基板に、半導体レーザ５からの出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子６が一体で形成されていると、回折格子６とホログラム素子９とを別個に作成して組み合わせるよりも部品点数が少なく、また調整箇所も減るため生産性の面で好適である。
【００６８】
引き続いてビームスプリッタ７及びホログラム素子９の調整方法について述べる。まず最も高精度の調整が必要とされるシングルナイフエッジ法を用いたＦＥＳオフセット調整について述べる。
【００６９】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）はホログラム素子９と受光素子との関係を示している。設計時の理想状態は、図４（ａ）で示したように、合焦状態においてホログラム素子９の分割領域９ａで回折された＋１次光が分割線１０ｌ上に集光するようにビームＰ１を形成している。
【００７０】
しかし実際のホログラム／レーザ一体化パッケージにおいては、レーザチップや受光素子の取付け誤差やパッケージ、ステム、ビームスプリッタの加工誤差などにより、ホログラム、レーザチップ、受光素子等の相対位置が設計値よりある公差範囲でずれている。よって図４（ｂ）のように集光ビームＰ１が分割線上からずれたり、集光状態からずれてビームが大きくなったりしている。そのため
ＦＥＳ＝Ｓａ−Ｓｂ …（５）
で演算されるＦＥＳが対物レンズの合焦状態においてもオフセットが発生する。
【００７１】
これを補正するために、従来例で示した光ピックアップ装置の場合、往復の光軸中心に位置するホログラム素子９を光軸に垂直な平面内において回転させてビームＰ１を分割線上に移動させることにより、ＦＥＳのオフセットが０になるよう調整を行っていた。
【００７２】
しかし本発明の光集積ユニットにおいては、ビームスプリッタ７を固定して、ホログラム素子９のみを回転調整することは先の図２を参照すれば明らかに困難で、量産性が悪い。
【００７３】
そこで本発明の光集積ユニットにおいては、図５に示すように、ホログラム素子９とビームスプリッタ７を一体化した後、レーザ出射ビームの光軸２２を中心として、一体化したホログラム素子９とビームスプリッタ７を回転させ、ビームＰ１を略ｙ方向に移動させて分割線１０ｌの中心にくるように調整して、ＦＥＳオフセットを補正する。このときのビームを図４（ｃ）に示す。この調整方法によりＰＢＳ面７ａ及び反射ミラー面７ｂとホログラム素子９との相対的位置関係がずれずに、受光素子に対して回折ビームを略ｙ方向に移動調整することができる。
【００７４】
即ち本発明に掛かる調整方法によれば、ビームスプリッタと、上記ホログラム素子を、上記出射光の光軸に垂直な面内で一体で調整するため、調整が容易に行える。
【００７５】
その他、ホログラム素子９の中心と復路ビーム２１の強度分布中心２３がずれている場合の調整方法について述べる。復路ビームの中心２３とホログラムの中心を一致させるためには、図５に示すｘ方向またはｙ方向に一体化したビームスプリッタ７及びホログラム素子９を光軸２２または２４に垂直な平面内で平行移動して調整する。
【００７６】
例えば図６に示すように、一体化したビームスプリッタ７及びホログラム素子９をｘ方向に移動させると、ＰＢＳ面で反射された復路ビームの強度中心２３が点線のようにシフトし、ホログラムの中心と光軸中心を一致させることができる。このとき、プリズムとホログラム素子はシフトするが、ＰＢＳ面７ａと反射ミラー面７ｂは平行に設定されているので、受光素子に向かうビームの中心２４の位置はずれない構造になっている。よって受光素子上でのビーム位置のシフト量も大きくずれないので、受光素子を小さくすることができる。ｙ方向の位置ずれについては、一体化したビームスプリッタ７及びホログラム素子９をｙ方向にシフトさせれば、光軸は全くシフトせずにホログラムの位置をシフトさせることができる。
【００７７】
ＦＥＳのオフセット調整により他の受光素子上でのビームも移動してしまうが、１０ｄ〜１０ｉの受光素子はビームの全体光量を検出するだけなので、ＦＥＳのオフセット調整で移動する範囲をカバーするような大きさに設定していれば調整後も問題なく信号を検出することができる。
【００７８】
この様に出射光の光軸を中心とした回転調整、または面内の２次元平行移動調整の内、少なくとも一方を行う調整方法によれば、ビームスプリッタ７、回折格子６、ホログラム素子９の何れも図２、図５あるいは図６のｚ軸方向に移動する事無く、言わば摺動面上で当たりを付けながらの調整で済むため、調整がなお一層容易で、機械による自動化もなお簡単に行える。
【００７９】
【発明の効果】
本発明は、ホログラム素子を用いた場合でも、半導体レーザ光源の光利用効率が高く、ホログラムのピッチを大きく設定できるため，将来的なレーザ光源の短波長化に有利な構造となる。
【００８０】
また、ホログラム素子９により，ほぼ同じ光量・パターンを有する回折された＋１次回折光と−１次回折光、それぞれ一方を受光する領域と他方を受光する領域とを設ける事により、＋１次と−１次の回折光にそれぞれ機能分担をさせるように受光素子の領域を配置すればよく、光集積ユニットとしての設計の自由度が高まり、性能の最適化を図ることができる。
【００８１】
さらに、−１次回折光でＲＦ等の高速信号、＋１次回折光からＦＥＳの様な低速のサーボ信号を生成すると言う分担を行った場合には，受光素子の面上で信号速度に応じた処理の切り分けが行えるため、受光素子の信号線や電源等の引き回しを双方で完全に分離させて、高速信号と低速信号の干渉を回避することや，位置調整をサーボ信号生成側に集中して行う事も出来、生産効率の向上に寄与することができる。
【００８２】
また、ホログラム素子９による＋１次回折光と、−１次回折光の双方を利用して受光素子１０の各領域の間隔を開けた構造・構成にすることにより、クロストークの低減と同時に３ビーム法ではメインビーム・サブビームの間隔を狭く設計しても問題が生じにくくなる。
【００８３】
また、偏光ビームスプリッタと１／４波長板を搭載することにより、光の利用効率が高まる他、ＲＦ信号の再生などに際してディスク基板の複屈折による影響を受けにくくなる。
【００８４】
また、ホログラム素子９と同一の透明基板に、３ビームに分離する回折格子６を一体で形成することにより，部品点数が少なく、また調整箇所も減るため生産性の面で好適である。
またフォトダイオードと電流電圧変換増幅器などを集積化した、所謂光ＩＣを用いると、部品点数の削減の他、出力インピーダンスが高いフォトダイオードの信号線の引き回し距離が短くなるため信号のＳ／Ｎが向上したり応答速度も高めやすくなる。
【００８５】
さらに、平行な２面での反射を行うビームスプリッタ構造にすることにより，ビームスプリッタ７を平行移動させても、受光素子１０上に投射される戻り光の中心軸が移動しないため、調整が容易で生産性が高まる。
【００８６】
また、本発明に掛かる調整方法によれば、各光学部品に形状誤差があった場合でもビームスプリッタと、上記ホログラム素子を、上記出射光の光軸に垂直な面内で一体で調整するため、調整が容易に行え，ビームスプリッタ７、回折格子６、ホログラム素子９の何れも図２、図５あるいは図６のｚ軸方向に移動する事無く、言わば摺動面上で当たりを付けながらの調整で済むため、調整がなお一層容易で、機械による自動化もなお簡単に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光ピックアップ装置の光学系を示す概略構成図である。
【図２】本発明の光集積ユニットの構成図である。
【図３】ホログラム素子と受光素子の関係を説明する図である。
【図４】光集積ユニットにおける検出器上のビームの調整方法を説明する図である。
【図５】光集積ユニットにおけるホログラム素子とビームスプリッタの調整方法を説明する図である。
【図６】光集積ユニットにおけるホログラム素子とビームスプリッタの調整方法を説明する図である。
【図７】従来例のホログラムピックアップの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 光集積ユニット
２ コリメータレンズ
３ 対物レンズ
４ 光ディスク
５ 半導体レーザ
６ 回折格子
７ ビームスプリッタ
８ １／４波長版
９ ホログラム素子
１０ 受光素子
２０ 往路ビーム
２１ 復路ビーム
２２ 往路ビームの光軸中心
２３ 復路ビームの光軸中心
２４ 復路ビームの光軸中心
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に光学的に情報を記録または再生する光ピックアップ装置に関するものである。特に、光利用効率が高く、組立て調整が容易な小型薄型光ピックアップ装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクは多量の情報信号を高密度で記録することができるため、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において利用が進められている。また光ディスク用ピックアップ装置に関しても、小型薄型化の要求に対して様々な集積化ピックアップが提案されている。
【０００３】
例えば従来例として、特開平２−２７３３３６号公報にはホログラム素子を利用することにより、光学系の部品点数を削減する光ピックアップ装置が示されている。この装置の原理を図７を用いて説明する。なお図７は上記公報中の図１を簡潔に描き直したものであり、図中の符号等は公報とは相違する。
【０００４】
図７において、光源としての半導体レーザ５からの出射光は３ビーム用の回折格子６により、メインビーム（０次光）と２つのサブビーム（±１次光）に分離され、ホログラム素子９に達する。そしてこのホログラム素子９を透過する光（０次回折光）だけがコリメートレンズ２により平行光になり、対物レンズ３を介して光ディスク４上に集光される。光ディスク４で反射された光、即ち戻り光は、上記メインビーム・サブビーム共に再び対物レンズ３、コリメートレンズ２を介して、ホログラム素子９に導かれる。そして今度はこのホログラム素子９で回折された光（１次回折光）だけが受光素子１０に入射して各種信号を生成するように構成されている。
【０００５】
ホログラム素子９は、光デイスク４の半径方向に対応するｘ方向に延びる分割線により２分割されており、片側の半円部で回折されたメインビームの１次回折光を用いて、ナイフエッジ法によりフォーカス誤差信号を生成する一方、この光と共に残りの半円部で回折されたメインビームの１次回折光を用いてＲＦ信号を生成している。
【０００６】
一方トラッキング誤差信号は、このホログラム素子９により回折されたサブビームの１次回折光を受光素子１０の別の領域で受光することにより、いわゆる３ビーム法により検出している。
【０００７】
この従来例は回折格子、ホログラム素子、半導体レーザおよび受光素子を一体化することにより、部品点数の削減および小型集積化を図っているものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例に示すような光ピックアップ装置では、往路においてはホログラム素子９の０次回折光、即ち単に通過した成分のみを利用しており、ホログラム素子９で回折された±１次あるいはそれ以上の高次の回折光は利用していない。一方、復路においてはホログラム素子９における１次回折光のみを利用しており、０次あるいは他の高次回折光は利用していないので、往路・復路共に光の利用効率が悪い。そのため記録時には光パワーの不足が生じ易く、また再生時にはディスクからの各種再生信号のＳ／Ｎが劣化しやすいという問題がある。
【０００９】
また、復路において、ホログラム素子９で回折され受光素子に導かれる光が、往路に設けた３ビーム用の回折格子６や光源である半導体レーザ５などを避けるように、ホログラム素子９における１次回折光の回折角度を大きく設定しなければ、不要な回折光が発生して干渉を生じたり、戻り光の影響で半導体レーザ５の発光状態が変動する等の問題が発生してしまう。
【００１０】
回折角度を大きくするためには、ホログラム素子９に形成される溝構造のピッチを小さくする必要がある。しかし光ディスクの高密度化に伴い、赤外レーザ、赤色レーザから更に青色レーザへと光源の短波長化が進んで来ると、この溝構造のピッチの微細化が顕著となり、製造上困難となる。また回折角度が大きいと、半導体レーザ５の波長変動による受光素子１０上の受光位置の変動量も大きくなるため、各種部品の加工や配置に対する許容公差が厳しくなる。
【００１１】
本発明は、ホログラム素子を用いた場合でも、半導体レーザ光源の光利用効率が高く、短波長光源にも適応できるようにホログラム素子の格子ピッチを大きく設定でき、しかも各光学部品に形状誤差があった場合でも、簡単な調整方法でサーボ信号オフセットを調整することができる小型の光集積ユニット、それを用いた光ピックアップ装置、並びに光集積ユニットの調整方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によれば、少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、前記受光素子の領域は、前記ホログラム素子の３分割された半円部分からの＋１次回折光でＦＥＳを検出するとともに、同じ部分からの−１次回折光でＲＦ信号を検出するように配置され、かつＲＦ側の受光領域の面積をＦＥＳ側の２分割受光領域の合計面積より小さくすることにより上記課題を解決する。
【００１３】
本願の第２の発明によれば、少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、前記半導体レーザからの出射光が前記ビームスプリッタに到達する以前の経路において、前記出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子を備え、前記受光素子の領域は、前記回折格子で分離された３ビームについて、前記ホログラム素子からの回折光の内、メインビームを＋１次回折光で検出するとともに、サブビームを−１次回折光で検出するように配置され、かつ検出器上で配列するビームの内、＋１次回折側と−１次回折側で交互に受光領域が設けられ、これらの受光領域間に絶縁層またはメタルマスクが介在していることにより上記課題を解決する。
【００１４】
本願の第３の発明によれば、少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、前記受光素子の領域は、前記ホログラム素子の３分割された半円部分からの＋１次回折光でＦＥＳを検出するとともに、同じ部分からの−１次回折光でＲＦ信号を検出し、２つの１／４円部分からの光でトラッキング誤差信号を検出するように配置され、前記半導体レーザからの出射光が前記ビームスプリッタに到達する以前の経路において、前記出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子を備え、前記受光素子の領域は、前記回折格子で分離された３ビームについて、前記ホログラム素子からの回折光の内、メインビームを＋１次回折光で検出するとともに、サブビームを−１次回折光で検出するように配置され、かつ検出器上で配列するビームの内、＋１次回折側と−１次回折側で交互に受光領域が設けられ、これらの受光領域間に絶縁層またはメタルマスクが介在していることにより上記課題を解決する。
【００１５】
本願の第４の発明によれば、前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであり、その上面に、１／４波長板が搭載されていることにより上記課題を解決する。
【００１６】
本願の第５の発明によれば、前記ホログラム素子と同一の透明基板に、前記半導体レーザからの出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子が一体で形成されていることにより上記課題を解決する。
【００１７】
本願の第６の発明によれば、前記受光素子は、フォトダイオードと電流電圧変換増幅回路を集積化されていることにより上記課題を解決する。
【００１８】
本願の第７の発明によれば、前記ビームスプリッタは、前記戻り光を前記ホログラム素子へ導く際に２回の反射を行わせると共に、前記反射を行う面が平行な構造であることにより上記課題を解決する。
【００１９】
本願の第８の発明によれば、上述の光集積ユニットを搭載することにより上記課題を解決する。
【００２０】
本願の第９の発明によれば、上述の光集積ユニットは前記半導体レーザと、前記半導体レーザからの出射光の光軸上に配置され、戻り光を分離して２つの平行な面で各々１回ずつの反射を行わせるビームスプリッタと、上記分離した戻り光を受光素子に導くホログラム素子と、上記分離された戻り光を受光する受光素子を備え、前記ビームスプリッタと、上記ホログラム素子を、上記出射光の光軸に垂直な面内で一体で調整することにより上記課題を解決する。
【００２１】
本願の第１０の発明によれば、前記調整を、出射光の光軸を中心とした回転調整、または面内の２次元平行移動調整の内、少なくとも一方とすることにより上記課題を解決する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を以下詳細に説明する。なお、各図中において、従来例で示した構成要素と同等のものについては同一符号を付すと共に詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１〜図６を用いて本発明の実施例を説明する。図１は本発明に掛かる光集積ユニットを用いた光ピックアップ装置の構成図の例である。図１において、光集積ユニット１から出射した光がコリメータレンズ２により平行光にされた後、対物レンズ３で光ディスク４に集光される。そしてその反射光は、対物レンズ３およびコリメータレンズ２を通過して、光集積ユニット１の受光素子上に集光される。
【００２４】
次に図２を用いて光集積ユニット１の構造の詳細を説明する。図２（ａ）は上面からみた構成図、図２（ｂ）は側面から見た構成図である。ここでは主に図２（ｂ）を用いる事として、必要に応じて図２（ａ）を参照する。
【００２５】
半導体レーザ５から出射した光２０（光軸中心２２）が３ビーム用回折格子６によってメインビーム（０次光）と２つのサブビームＡ及びＢ（±１次光）に分割され、複合プリズム７の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面７ａを透過し、４分の１波長板８を透過して、コリメータレンズ２に向かう。
【００２６】
なお図の煩雑を避けるため、サブビームＡ及びＢは図示していないが、図２（ｂ）において３ビーム用の回折格子６よりも図の上方においては、メインビームとサブビームＡ，Ｂがほぼ重なり合う形で存在しており、その外形が光２０であると考えても大差は無い。以下の説明においても特段の必要が無い限り同様に考え、メインビーム・サブビーム個々に関する説明は省略する。
【００２７】
そして戻り光２１（光軸中心２３、２４）は４分の１波長板８を透過してＰＢＳ面７ａ及び、反射ミラー面７ｂで反射され、ホログラム素子９に入射する。ホログラム素子９に入射した光２１は回折されて、受光素子１０に入射する。
【００２８】
ここで半導体レーザ５から出射した光の偏光はｘ方向の直線偏光（Ｐ偏光）で、ＰＢＳ面７ａを透過し、４分の１波長板８で円偏光にされ、光ディスクに入射する。戻り光は再び４分の１波長板８に入射してｙ方向の直線偏光（Ｓ偏光）になってＰＢＳ面７ａで反射される。
【００２９】
よって半導体レーザ光源から出射した光を、メインビーム・サブビーム共に殆ど全て光ディスクに導くとともに、戻り光も殆ど全てを検出器側に導くことができるため、従来例の光ピックアップ装置に比べて光利用効率を大幅に向上させることができる。
【００３０】
また先に説明した従来例においては、ホログラム素子９による１次回折光は、回折格子６や半導体レーザ５に干渉しないように、その回折角度を大きくして検出器に光を導く必要があった。また干渉しない場合でも、ホログラム素子９による往路の不要な±１次回折光がコリメータレンズ２や対物レンズ３に入射して、迷光ノイズとならないために、ある程度回折角度を大きくする必要があり、何れにしてもホログラム素子の溝構造のピッチの微細化の問題が生じる。
【００３１】
しかし図１ないし図２で説明した本発明の光集積ユニットでは、戻り光をビームスプリッタ７により分離して、その分離された後の光がホログラム素子９に導かれる構造であるため上記問題点が発生せず、ホログラム素子９の回折角度を大きくする必要が無い。従って将来的なレーザ光源の短波長化にも有利な構造となる。
【００３２】
次にホログラム素子９、受光素子１０及びサーボ信号検出法について図３を用いて説明する。図３（ａ）はホログラム素子９と受光素子１０の受光素子形状、並びにホログラム素子９の各領域により回折される光が受光素子１０のどの領域において受光されるかを示したものである。
【００３３】
ホログラム素子９は光ディスクのトラック方向に相当するｘ方向の分割線９ｌと、ラジアル方向に相当するｙ方向の分割線９ｍによって、９ａ〜９ｃの領域に３分割されている。受光素子１０はホログラム素子９による＋１次回折光を検出する１０ａ〜１０ｆの６つの受光領域と、−１次回折光を検出する１０ｇ〜１０ｉの３つの受光領域から構成されている（各受光領域からの出力はそれぞれＳａ〜Ｓｉとする）。
【００３４】
先の図１において対物レンズ３による集光ビームが光ディスクの情報記録面上にフォーカシングされている場合をまず想定すると、メインビームの戻り光のうちホログラム素子９の領域９ａで回折された＋１次回折光が受光素子１０の領域１０ａと１０ｂの分割線１０ｌ上に集光し、−１次回折光が１０ｇに集光するように構成されている。またホログラム素子９の領域９ｂでの−１次回折光が受光素子１０の領域１０ｈに、９ｃでの−１次回折光が１０ｉに集光する様になっている。
【００３５】
同様に前述したサブビームＡについては、９ｂで回折された＋１次回折光が１０ｅに集光し、９ｃで回折された＋１次回折光が１０ｃに集光する。またサブビームＢについては、９ｂで回折された＋１次回折光が１０ｄに集光し、９ｃで回折された＋１次回折光が１０ｆに集光する。
【００３６】
次にこの様に構成・配置されたホログラム素子９と受光素子１０によって、各種信号を検出する演算処理について、図３（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。
【００３７】
図３（ｂ）（ｃ）において、半円あるいは四分円上のマークは、ホログラム素子９の各領域で回折され受光素子の面上に投射された光のパターンであり、その由来・内訳は図３（ｂ）に示す通りである。
【００３８】
図３（ｂ）は光ディスクと対物レンズとの距離が近付いた場合の例であり、図３（ｃ）は逆に遠ざかった場合の例であるが、これらを参照すればＳａとＳｂを用いて、シングルナイフエッジ法によるフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）は
ＦＥＳ＝Ｓａ−Ｓｂ …（１）
により検出する事が出来る。
【００３９】
またＳｉとＳｈを用いて、プッシュプル法によるトラッキング誤差信号１（ＴＥＳ１）を
ＴＥＳ１＝Ｓｈ−Ｓｉ …（２）
により検出する事が可能である。
【００４０】
更にはサブビームＡとサブビームＢのプッシュプル信号ＴＥＳ（Ａ）及びＴＥＳ（Ｂ）を用いて、差動プッシュプル（ＤＰＰ）法によるＴＥＳ２を
【００４１】
またピット情報が記録された光ディスクの再生時には、ＳｈとＳｉの信号の位相差の変化を検出して、位相差（ＤＰＤ）法によるＴＥＳ３を検出することもできる。
【００４２】
そして記録された情報信号（ＲＦ信号）は
ＲＦ＝Ｓｈ＋Ｓｇ＋Ｓｉ …（４）
により、再生すれば良い。
【００４３】
次にこの様なホログラム素子９並びに受光素子１０を有する事に対するメリットについて説明する。
【００４４】
まず、図３において、ホログラム素子９により回折された＋１次回折光と−１次回折光、それぞれ一方を受光する領域と他方を受光する領域とを設ける事によるメリットは、＋１次と−１次の回折光にそれぞれ機能分担をさせる事で、光集積ユニットとしての設計の自由度が高まり、性能の最適化を図れると言う点にある。
【００４５】
ここまでの説明では、メインビームのほかにサブビームＡ，Ｂを使用する３ビーム法の光集積ユニットについて説明したが、３ビーム用の回折格子６が存在しない１ビーム用の光集積ユニットを想定することもできる。この場合、図３においてサブビームＡ，Ｂに由来する光のパターンは当然存在せず、それらを受光するための受光素子１０の各領域１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆも不要である。
【００４６】
この時、フォーカス誤差信号ＦＥＳは式（１）、トラッキング誤差信号は式（２）のプッシュプル法あるいはＳｈとＳｉの位相差に基づくＤＰＤ法、ＲＦは式（４）の演算により得ることが出来る。
【００４７】
こう考える時、＋１次光側の受光素子の領域１０ａ，１０ｂでは、シングルナイフエッジ法によるＦＥＳを検出する事になるが、このサーボ信号検出に要求される受光素子の周波数応答は、普通、ＲＦ信号に比べて十分低い周波数でも検出可能である。一方、−１次光側の受光素子では、ＲＦ信号や位相差（ＤＰＤ）法によるＴＥＳを検出する事になるが、これらはいずれも高速応答の受光素子が必要となる。
【００４８】
受光素子においては、ピックアップの小型集積化のために、フォトダイオードと電流電圧変換増幅器などの回路系を一体化した光ＩＣ化が進められている。このような光ＩＣにおいて、ＲＦ生成用には高速化を実現するため受光領域の面積をより小さくする必要がある一方、ＦＥＳ生成用には応答は遅くても良いが、その引き込み範囲を十分確保するために受光領域の面積を大きく保ちたいなど、両者に求められる条件は相反する事がある。
【００４９】
これを従来の様に、＋１次あるいは−１次の回折光しか受光素子で利用しない場合を考えると、ＦＥＳ生成用の大面積の受光領域の近傍に、ＲＦ生成用の高速信号処理回路を配置する様な事も想定され、大面積の受光領域に阻まれて電流電圧変換増幅器の回路設計・配置の自由度が阻害されてＲＦ信号生成処理の高速性が犠牲になる等の可能性も有り得る。
【００５０】
しかし本発明に掛かる光集積ユニットにおいては、＋１次回折光と−１次回折光と言う、ほぼ同じ光量・パターンを有する光が、いわば原本とコピーのどちらでも自由に使えるため、それぞれ使える方を使って受光素子の領域を配置すれば良く、設計の自由度が高まる。
【００５１】
なお受光素子として、上記フォトダイオードと電流電圧変換増幅器などを集積化した、所謂光ＩＣを用いると、部品点数の削減の他、出力インピーダンスが高いフォトダイオードの信号線の引き回し距離が短くなるため信号のＳ／Ｎが向上したり応答速度も高めやすい、等の利点がある。
【００５２】
ところで先の図３でも示したが、−１次回折光でＲＦ等の高速信号、＋１次回折光からＦＥＳの様な低速のサーボ信号を生成すると言う分担を行った場合には、更に利点が生じる。
【００５３】
例を挙げれば、図３において受光領域の面積は小さいが高速処理が要求される左半分側に小さな受光領域とその直近に電流電圧変換増幅器を集中して配置し、右半分側には電流電圧変換増幅器を取り除いた分、大面積の受光領域を設け、これでＦＥＳを生成する、等の構成が考えられよう。ＦＥＳ用の受光領域から電流電圧変換増幅器までの配線距離は長く、速度は遅いがＲＦ側の速度を優先させると言うものである。
【００５４】
これは言わば受光素子の面上で信号速度に応じた処理の切り分けが行える訳であり、受光素子の信号線や電源等の引き回しを双方で完全に分離させて、高速信号と低速信号の干渉を回避する事も可能である。あるいはＦＥＳ生成用の受光領域は低速である一方、その位置調整精度はＦＥＳのオフセットとして敏感に影響するが、ＲＦ側は鈍感であるとすれば、位置調整をサーボ信号生成側に集中して行う事も出来、生産効率の向上に寄与する。
【００５５】
続いて３ビーム用の回折格子が存在する場合において、本発明の光集積ユニットのメリットを説明する。図３（ｂ）を再度参照すると、ホログラム素子９によって当然ながらメインビーム、サブビームＡ，Ｂの何れからも＋１次回折光、−１次回折光が生じているが、受光素子の各領域はこれらの何れかを受光する一方で、隣接するビームに起因する回折光は受光していない。
【００５６】
より具体的な例で説明する。受光素子の領域１０ｇ近傍に着目すれば、メインビームに起因する−１次回折光は１０ｇが受光するものの、隣接するサブビームＡ、Ｂに起因する−１次回折光を受光する受光素子の領域は無い。あるいは受光素子の領域１０ｅや１０ｆに着目すれば、それぞれサブビームＡ、Ｂの＋１次回折光を受光するが、隣接するサブビームＢに起因する半円形状の光やメインビームに起因する四分円形状の光を受光する領域は無い。
【００５７】
言い換えれば、先述したナイフエッジ法でＦＥＳを検出する必然性がある、受光素子１０の領域１０ａと１０ｂを除けば受光素子の各領域は隣接せず、間隔が開いている。
【００５８】
受光素子を形成する上では、隣接する受光領域とのクロストーク（互いの信号の漏れ込み）を抑えるためには、受光領域間の幅を十分大きくとる必要がある。このクロストークとはフォトダイオードの構造において、受光面から入射した光によって発生する光電流が受光表面ではなく内部構造を通して隣接受光領域まで拡散・浸透する事によりノイズとなる現象である。
【００５９】
本発明では先の図３で示した通り、受光素子の各領域は隣接せず、間隔が開いているため、上記クロストークが生じにくい。また間隔が開いていることにより、そこに絶縁層を埋め込んだり、あるいは受光素子の領域間にメタルマスクを設け、領域間に照射された光による影響を更に低減する等の措置も施しやすい。また間隔が開いている分、各領域間の浮遊静電容量も小さくなり、これを介した迷結合も抑えられて動作も安定させやすい。
【００６０】
受光素子の各領域の間隔を開ける事が出来るのは、ホログラム素子９による＋１次回折光と−１次回折光のそれぞれから、メインビーム・サブビームＡ，Ｂの何れを検出するかを分担している事に起因している。これは例えば図３（ｂ）において、−１次回折光を一切使わず、＋１次回折光だけで全ての信号を生成する事を想定すれば分かりやすい。特にＲＦ信号を得るためにはメインビームの全円形状の光を受光することが必要だが、その為には受光素子の領域１０ｃと１０ｄ、及び１０ｅと１０ｆの間にそれぞれ新たな受光領域を設け、そこに投射される四分円形状の光を受光しなければならないが、そうなるとこれら受光素子の領域はほぼ隣接するに等しく、先述のクロストークが生じ易くなってしまう。
【００６１】
ホログラム素子９における回折光の内、＋１次あるいは−１次回折光だけを用い、しかもクロストークを防ぐために受光素子の各領域の間隔を開けるための別の手法としては、光学系の設計により、受光素子上でのメインビームとサブビームの間隔をより大きく設定することも可能である。
【００６２】
メインビームとサブビームの間隔は、光ディスク上でのメインビームとサブビームの間隔や、あるいは先の図１におけるコリメータレンズ２（焦点距離ｆＣＬ）と対物レンズ３（焦点距離ｆＯＬ）の焦点距離の比ｆＣＬ／ｆＯＬに比例しており、検出器上で３ビーム間隔を任意に設定することはできない。光ディスク上で３ビーム間隔を大きくすると、サブビームの対物レンズへの入射角が大きくなるため十分な光学特性が得られず、またサブビームのトラック位置調整の精度が高くなりすぎて製造上問題となる。また対物レンズとコリメータレンズの焦点距離は光の利用効率などで決定され、特に記録型ピックアップにおいては、焦点距離の比ｆＣＬ／ｆＯＬを小さくする必要があるので、より受光素子上でのメインビームとサブビームの間隔が小さくなってしまう。
【００６３】
従って本発明における図３の様な、ホログラム素子９による＋１次回折光と、−１次回折光の双方を利用して受光素子１０の各領域の間隔を開けた構造・構成によれば、クロストークの低減と同時に３ビーム法ではメインビーム・サブビームの間隔を狭く設計しても問題が生じにくい。
【００６４】
なお以上の説明では回折格子６で半導体レーザ５からの出射光を３ビームに分離する例を説明したが、それ以上の数に分離する場合でも原理的には差は無く、同様な議論と利点が生じる。
【００６５】
またビームスプリッタ７は既述の通り、偏光ビームスプリッタであり、その上面に１／４波長板が搭載されているが、これによれば半導体レーザ５から出射される直線偏光がディスク面上には円偏光として照射されるため、ＲＦ信号の再生などに際してディスク基板の複屈折による影響を受けにくい上、戻り光は再度半導体レーザ５からの出射光とは９０度異なる偏光軸を有する直線偏光となって、ほぼ全てがホログラム素子９の方に導かれる。そのため光の利用効率が高まる他、半導体レーザ５からの出射光や戻り光の無用な干渉が抑えられる。
【００６６】
更にビームスプリッタ７は、先の図２でも示されている様に、戻り光を前記ホログラム素子へ導く際に２回の反射を行わせると共に、上記反射を行う面が平行な構造である事が好ましい。この様な構造であれば後述する様に、調整に際してビームスプリッタ７を平行移動させても、受光素子１０上に投射される戻り光の中心軸が移動しないため、調整が容易で生産性が高まる。
【００６７】
また更に同じく先の図２で示されている様に、ホログラム素子９と同一の透明基板に、半導体レーザ５からの出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子６が一体で形成されていると、回折格子６とホログラム素子９とを別個に作成して組み合わせるよりも部品点数が少なく、また調整箇所も減るため生産性の面で好適である。
【００６８】
引き続いてビームスプリッタ７及びホログラム素子９の調整方法について述べる。まず最も高精度の調整が必要とされるシングルナイフエッジ法を用いたＦＥＳオフセット調整について述べる。
【００６９】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）はホログラム素子９と受光素子との関係を示している。設計時の理想状態は、図４（ａ）で示したように、合焦状態においてホログラム素子９の分割領域９ａで回折された＋１次光が分割線１０ｌ上に集光するようにビームＰ１を形成している。
【００７０】
しかし実際のホログラム／レーザ一体化パッケージにおいては、レーザチップや受光素子の取付け誤差やパッケージ、ステム、ビームスプリッタの加工誤差などにより、ホログラム、レーザチップ、受光素子等の相対位置が設計値よりある公差範囲でずれている。よって図４（ｂ）のように集光ビームＰ１が分割線上からずれたり、集光状態からずれてビームが大きくなったりしている。そのため
ＦＥＳ＝Ｓａ−Ｓｂ …（５）
で演算されるＦＥＳが対物レンズの合焦状態においてもオフセットが発生する。
【００７１】
これを補正するために、従来例で示した光ピックアップ装置の場合、往復の光軸中心に位置するホログラム素子９を光軸に垂直な平面内において回転させてビームＰ１を分割線上に移動させることにより、ＦＥＳのオフセットが０になるよう調整を行っていた。
【００７２】
しかし本発明の光集積ユニットにおいては、ビームスプリッタ７を固定して、ホログラム素子９のみを回転調整することは先の図２を参照すれば明らかに困難で、量産性が悪い。
【００７３】
そこで本発明の光集積ユニットにおいては、図５に示すように、ホログラム素子９とビームスプリッタ７を一体化した後、レーザ出射ビームの光軸２２を中心として、一体化したホログラム素子９とビームスプリッタ７を回転させ、ビームＰ１を略ｙ方向に移動させて分割線１０ｌの中心にくるように調整して、ＦＥＳオフセットを補正する。このときのビームを図４（ｃ）に示す。この調整方法によりＰＢＳ面７ａ及び反射ミラー面７ｂとホログラム素子９との相対的位置関係がずれずに、受光素子に対して回折ビームを略ｙ方向に移動調整することができる。
【００７４】
即ち本発明に掛かる調整方法によれば、ビームスプリッタと、上記ホログラム素子を、上記出射光の光軸に垂直な面内で一体で調整するため、調整が容易に行える。
【００７５】
その他、ホログラム素子９の中心と復路ビーム２１の強度分布中心２３がずれている場合の調整方法について述べる。復路ビームの中心２３とホログラムの中心を一致させるためには、図５に示すｘ方向またはｙ方向に一体化したビームスプリッタ７及びホログラム素子９を光軸２２または２４に垂直な平面内で平行移動して調整する。
【００７６】
例えば図６に示すように、一体化したビームスプリッタ７及びホログラム素子９をｘ方向に移動させると、ＰＢＳ面で反射された復路ビームの強度中心２３が点線のようにシフトし、ホログラムの中心と光軸中心を一致させることができる。このとき、プリズムとホログラム素子はシフトするが、ＰＢＳ面７ａと反射ミラー面７ｂは平行に設定されているので、受光素子に向かうビームの中心２４の位置はずれない構造になっている。よって受光素子上でのビーム位置のシフト量も大きくずれないので、受光素子を小さくすることができる。ｙ方向の位置ずれについては、一体化したビームスプリッタ７及びホログラム素子９をｙ方向にシフトさせれば、光軸は全くシフトせずにホログラムの位置をシフトさせることができる。
【００７７】
ＦＥＳのオフセット調整により他の受光素子上でのビームも移動してしまうが、１０ｄ〜１０ｉの受光素子はビームの全体光量を検出するだけなので、ＦＥＳのオフセット調整で移動する範囲をカバーするような大きさに設定していれば調整後も問題なく信号を検出することができる。
【００７８】
この様に出射光の光軸を中心とした回転調整、または面内の２次元平行移動調整の内、少なくとも一方を行う調整方法によれば、ビームスプリッタ７、回折格子６、ホログラム素子９の何れも図２、図５あるいは図６のｚ軸方向に移動する事無く、言わば摺動面上で当たりを付けながらの調整で済むため、調整がなお一層容易で、機械による自動化もなお簡単に行える。
【００７９】
【発明の効果】
本発明は、ホログラム素子を用いた場合でも、半導体レーザ光源の光利用効率が高く、ホログラムのピッチを大きく設定できるため，将来的なレーザ光源の短波長化に有利な構造となる。
【００８０】
また、ホログラム素子９により，ほぼ同じ光量・パターンを有する回折された＋１次回折光と−１次回折光、それぞれ一方を受光する領域と他方を受光する領域とを設ける事により、＋１次と−１次の回折光にそれぞれ機能分担をさせるように受光素子の領域を配置すればよく、光集積ユニットとしての設計の自由度が高まり、性能の最適化を図ることができる。
【００８１】
さらに、−１次回折光でＲＦ等の高速信号、＋１次回折光からＦＥＳの様な低速のサーボ信号を生成すると言う分担を行った場合には，受光素子の面上で信号速度に応じた処理の切り分けが行えるため、受光素子の信号線や電源等の引き回しを双方で完全に分離させて、高速信号と低速信号の干渉を回避することや，位置調整をサーボ信号生成側に集中して行う事も出来、生産効率の向上に寄与することができる。
【００８２】
また、ホログラム素子９による＋１次回折光と、−１次回折光の双方を利用して受光素子１０の各領域の間隔を開けた構造・構成にすることにより、クロストークの低減と同時に３ビーム法ではメインビーム・サブビームの間隔を狭く設計しても問題が生じにくくなる。
【００８３】
また、偏光ビームスプリッタと１／４波長板を搭載することにより、光の利用効率が高まる他、ＲＦ信号の再生などに際してディスク基板の複屈折による影響を受けにくくなる。
【００８４】
また、ホログラム素子９と同一の透明基板に、３ビームに分離する回折格子６を一体で形成することにより，部品点数が少なく、また調整箇所も減るため生産性の面で好適である。
またフォトダイオードと電流電圧変換増幅器などを集積化した、所謂光ＩＣを用いると、部品点数の削減の他、出力インピーダンスが高いフォトダイオードの信号線の引き回し距離が短くなるため信号のＳ／Ｎが向上したり応答速度も高めやすくなる。
【００８５】
さらに、平行な２面での反射を行うビームスプリッタ構造にすることにより，ビームスプリッタ７を平行移動させても、受光素子１０上に投射される戻り光の中心軸が移動しないため、調整が容易で生産性が高まる。
【００８６】
また、本発明に掛かる調整方法によれば、各光学部品に形状誤差があった場合でもビームスプリッタと、上記ホログラム素子を、上記出射光の光軸に垂直な面内で一体で調整するため、調整が容易に行え，ビームスプリッタ７、回折格子６、ホログラム素子９の何れも図２、図５あるいは図６のｚ軸方向に移動する事無く、言わば摺動面上で当たりを付けながらの調整で済むため、調整がなお一層容易で、機械による自動化もなお簡単に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光ピックアップ装置の光学系を示す概略構成図である。
【図２】本発明の光集積ユニットの構成図である。
【図３】ホログラム素子と受光素子の関係を説明する図である。
【図４】光集積ユニットにおける検出器上のビームの調整方法を説明する図である。
【図５】光集積ユニットにおけるホログラム素子とビームスプリッタの調整方法を説明する図である。
【図６】光集積ユニットにおけるホログラム素子とビームスプリッタの調整方法を説明する図である。
【図７】従来例のホログラムピックアップの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 光集積ユニット
２ コリメータレンズ
３ 対物レンズ
４ 光ディスク
５ 半導体レーザ
６ 回折格子
７ ビームスプリッタ
８ １／４波長版
９ ホログラム素子
１０ 受光素子
２０ 往路ビーム
２１ 復路ビーム
２２ 往路ビームの光軸中心
２３ 復路ビームの光軸中心
２４ 復路ビームの光軸中心
Claims (10)
- 少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、
前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、
前記受光素子の領域は、前記ホログラム素子の３分割された半円部分からの＋１次回折光でＦＥＳを検出するとともに、同じ部分からの−１次回折光でＲＦ信号を検出するように配置され、かつＲＦ側の受光領域の面積がＦＥＳ側の２分割受光領域の合計面積より小さいことを特徴とする光集積ユニット。 - 少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、
前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、
前記半導体レーザからの出射光が前記ビームスプリッタに到達する以前の経路において、前記出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子を備え、
前記受光素子の領域は、前記回折格子で分離された３ビームについて、前記ホログラム素子からの回折光の内、メインビームを＋１次回折光で検出するとともに、サブビームを−１次回折光で検出するように配置され、かつ検出器上で配列するビームの内、＋１次回折側と−１次回折側で交互に受光領域が設けられ、これらの受光領域間に絶縁層またはメタルマスクが介在していることを特徴とする光集積ユニット。 - 少なくとも半導体レーザと、戻り光を分離するビームスプリッタを上記半導体レーザからの出射光の光軸上に有すると共に、前記分離した戻り光を±１次光に回折させる複数領域に分割されたホログラム素子と、上記回折された光を受光する受光素子とを備えた光集積ユニットにおいて、
前記受光素子が、上記ホログラム素子の各領域で回折された＋１次回折光と−１次回折光の内、どちらか一方を受光する様に配置された領域と、他方を受光する様に配置された領域とを有し、
前記受光素子の領域は、前記ホログラム素子の３分割された半円部分からの＋１次回折光でＦＥＳを検出するとともに、同じ部分からの−１次回折光でＲＦ信号を検出し、２つの１／４円部分からの光でトラッキング誤差信号を検出するように配置され、
前記半導体レーザからの出射光が前記ビームスプリッタに到達する以前の経路において、前記出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子を備え、
前記受光素子の領域は、前記回折格子で分離された３ビームについて、前記ホログラム素子からの回折光の内、メインビームを＋１次回折光で検出するとともに、サブビームを−１次回折光で検出するように配置され、かつ検出器上で配列するビームの内、＋１次回折側と−１次回折側で交互に受光領域が設けられ、これらの受光領域間に絶縁層またはメタルマスクが介在していることを特徴とする光集積ユニット。 - 前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであり、その上面に、１／４波長板が搭載されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の光集積ユニット。
- 前記ホログラム素子と同一の透明基板に、前記半導体レーザからの出射光を少なくとも３ビームに分離する回折格子が一体で形成されていることを特徴とする、請求項２または３に記載の光集積ユニット。
- 前記受光素子は、フォトダイオードと電流電圧変換増幅回路を集積化されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の光集積ユニット。
- 前記ビームスプリッタは、前記戻り光を前記ホログラム素子へ導く際に２回の反射を行わせると共に、前記反射を行う面が平行な構造であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の光集積ユニット。
- 請求項１乃至７のいずれかに記載の光集積ユニットを搭載することを特徴とする光ピックアップ装置。
- 請求項１乃至７のいずれかに記載の光集積ユニットにおいて、前記光集積ユニットは前記半導体レーザと、前記半導体レーザからの出射光の光軸上に配置され、戻り光を分離して２つの平行な面で各々１回ずつの反射を行わせるビームスプリッタと、上記分離した戻り光を受光素子に導くホログラム素子と、上記分離された戻り光を受光する受光素子を備え、
前記ビームスプリッタと、上記ホログラム素子を、上記出射光の光軸に垂直な面内で一体で調整することを特徴とする、光集積ユニットの調整方法。 - 前記調整は、出射光の光軸を中心とした回転調整、または面内の２次元平行移動調整の内、少なくとも一方であることを特徴とする、請求項９に記載の光集積ユニットの調整方法。
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