JP4207740B2 - 光ピックアップ - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ装置、光ディスク装置などに用いることができる光ピックアップ、および、光ピックアップの構成部品である回折格子素子に関するものである。
現在、光ディスクには、CD−ROM、CD−R、MD、DVD−ROM、DVD−Rなど用途によって様々な規格が存在し、各々にて異なるサーボ信号検出方法が採用されている。フォーカスエラー信号検出方法はスポットサイズ検出法(以下、SSD法という)など、トラッキングサーボ信号検出方法は、3ビーム法、差動プッシュプル法(以下、DPP法という)、位相差検出法(以下、DPD法という)などが採用されている。
さらに、近年では、異なる規格のディスクを同一のシステムで対応可能な複合システムが主流であり、CD−ROM、CD−R、CD−RWを同一のシステムで扱える複合システムではDPP法が採用されているものがある。
しかし、同一規格ディスク内でも、構成樹脂、ピット深さなどが異なるものが存在し、CD−ROMにおいて、ピット深さがλ(=レーザ光波長)/4である光ディスクではプッシュプル信号が検出不可能であることが発覚し、このようなディスクにも対応するため、上記のCD系複合システムにおいてもDPD法によるトラッキングエラー信号検出が補助的に求められるようになってきた。
DPD法に対応した光ディスクシステムに利用可能な光ピックアップの従来例として、特許文献1に示すものが提案されている。
図11は従来の技術における光ピックアップの概略斜視図、図12はこの光ピックアップで用いられる回折格子素子の平面図、図13はこの光ピックアップで用いられる受光素子基板の平面図である。
図11から13において、半導体レーザ(図示せず)からの射出光は、光軸103に沿って情報記録媒体である光ディスク101に達し、そこで反射される。光ディスク101側から回折格子素子106、受光素子基板109が光軸103上に沿って所定の位置関係で配置されている。
図11および図12に示すように、回折格子素子106の中央には、光の回折とレンズ作用を有するホログラム107が形成され、ホログラム107は、光軸103を通り、かつ、光ディスク101のピット列接線方向104(以下、タンジェンシャル方向という)と平行な直線を境界として第1領域107aと第2領域107bに分割されている。
第1領域107aと第2領域107bは、各々同一の連続する波面の回折光を生成する同一曲線群にて構成され、各々の波面の中心方向を異ならせることにより、第1領域107aと第2領域107bに入射したディスク反射光102の回折角は同一であるが、その回折方向はそれぞれ異なるように配置される。
また、第1領域107aと第2領域107bでの回折光のうち、波面中心方向へ回折する回折光は収束し、波面中心方向と反対方向へ回折する回折光は発散するようレンズ効果が付加されている。
第1領域107aへ入射した反射光102は、+1次回折光108a+、−1次回折光108a−に分割され、第2領域107bへ入射した反射光102は、+1次回折光108b+、−1次回折光108b−に分割される。
受光素子基板109は、同一平面の受光面上に4つの受光領域109a+、109a−、109b+、109b−を有し、それぞれの受光領域は図13に示す位置関係で形成されている。ただし、受光領域109a+、109a−の中央を通る第1の直線110aと、受光領域109b+、109b−の中央を通る第2の直線110bの交点は、ほぼ光軸103の近傍を通る。この4つの受光領域109a+、109a−、109b+、109b−に4つの回折光108a+、108a−、108b+、108b−がそれぞれ入射する。
ここで、図12に示すように第1領域107aで回折された+1次回折光の回折方向は、119a+、−1次回折光の回折方向は119a−、第2領域107bで回折された+1次回折光の回折方向は119b+、−1次回折光の回折方向は119b−である。
また、受光素子基板109における受光領域109a+、109a−の中央を通る第1の直線110aが、上記した回折方向119a+と回折方向119a−上にあり、受光領域109b+、109b−の中央を通る第2の直線110bが上記した回折方向119b+と回折方向119b−上にある。
受光領域109a+、109a−は、これら領域の中央を通る第1の直線110aと平行な方向にそれぞれ4分割されており、2つの中央領域部Ea1、Ea2と2つの外側領域部Eb、Ecからそれぞれ構成される。同様に、受光領域109b+、109b−は、これら領域の中央を通る第2の直線110bと平行な方向にそれぞれ4分割されており、2つの中央領域部Ea1、Ea2と2つの外側領域部Eb、Ecからそれぞれ構成される。
図14は、4つの受光領域109a+、109a−、109b+、109b−に入射した回折光からSSD法によってフォーカスエラー信号を求める方法を示す模式図である。
受光領域109a+の中央領域部Ea1、Ea2から得られる光電変換信号をR+i、2つの外側領域部Eb、Ecから得られる光電変換信号をR+oとし、受光領域109a−の中央領域部Ea1、Ea2から得られる光電変換信号をR-i、2つの外側領域部Eb、Ecから得られる光電変換信号をR-oとし、受光領域109b+の中央領域部Ea1、Ea2から得られる光電変換信号をL+i、2つの外側領域部Eb、Ecから得られる光電変換信号をL+oとし、受光領域109b−の中央領域部Ea1、Ea2から得られる光電変換信号をL-i、2つの外側領域部Eb、Ecから得られる光電変換信号をL-oとする。
この時、フォーカスエラー信号FEは以下のように算出される。
FE=(L+i+L-o)+(R+i+R-o)−(L-i+L+o)−(R-i+R+o) (式1)
図15は、4つの受光領域109a+、109a−、109b+、109b−に入射した回折光からDPD法によってトラッキングエラー信号を求める方法を示す模式図である。
受光領域109a+の中央領域部Ea1と外側領域部Ebとの光電変換信号の和をRu+、中央領域部Ea2と外側領域部Ecとの光電変換信号の和をRd+、受光領域109a−の中央領域部Ea2と外側領域部Ecとの光電変換信号の和をRu−、中央領域部Ea1と外側領域部Ebとの光電変換信号の和をRd−、受光領域109b+の中央領域部Ea1と外側領域部Ebとの光電変換信号の和をLu+、中央領域部Ea2と外側領域部Ecとの光電変換信号の和をLd+、受光領域109b−の中央領域部Ea2と外側領域部Ecとの光電変換信号の和をLu−、中央領域部Ea1と外側領域部Ebとの光電変換信号の和をLd−とする。
この時、トラッキングエラー信号は、(Ru+ + Ru−)+(Ld+ + Ld−)と(Lu+ + Lu−)+(Rd+ + Rd−)の位相差を比較することにより求められる。
このように、ディスク反射光情報のうち、ホログラム107によって解説された±1次回折光を用いてSSD法によるフォーカスエラー信号とDPD法によるトラッキングエラー信号を得ることができる。
特開平11−296873号公報
しかしながら、上記の光ピックアップには以下のような問題がある。
第1の問題点は、SSD法とDPD法とでエラー検出に必要な信号情報が異なるため、受光素子基板に設けられた回路が複雑となり、かつ外部出力端子が増加する点である。
従来例において、SSD法のみを考慮する場合、4つの受光領域において、それぞれ中央領域部のEa1、Ea2からの信号は必ず加算しているため、本来分割は不要であり、各受光領域は3分割でよい。また、DPD法のみを考慮する場合、4つの受光領域において、それぞれEa1とEbからの信号、Ea2とEcからの信号は必ず加算されており、各受光領域は2分割でよい。
しかし、上記したように、各受光領域上で回折光が入射する部分において、SSD法とDPD法では必要とされる信号情報をもつ部位が異なるため、各受光領域をより細かく分割、少なくとも4分割して必要な部位を取り出し、演算する必要がある。
このように、受光領域を細分化するため、既存の受光回路の大幅な変更や複雑化、あるいは、外部出力端子の増加が発生する。
回路の大幅な変更は、既存品との互換性を失わせ、回路の複雑化や外部出力端子の増加は、受光素子面積の増加、パッケージ面積の増加につながり、小型化、簡素化、低コスト化の流れに反する。
図16から図18は、受光領域109a+、109a−、109b+、109b−を各々4分割した際の各領域部と外部出力端子との接続例である。
受光素子基板109内に演算回路を設けず、一切演算を実施しない場合、外部出力端子は、16端子必要となる(図16)。また、前述の従来例にて述べた検出信号の演算式(式1)中のカッコ内の信号のみ受光素子基板内の回路で演算した場合、フォーカスエラー検出信号用に4端子、トラッキングサーボ検出信号用に4端子の計8端子となる(図17)。
図18はこの構成で、外部出力端子を最小とした場合の接続例であり、フォーカスエラー検出信号用に2端子、トラッキングサーボ検出用に2端子の計4端子となる。
図17におけるフォーカスエラー検出信号用の4端子、信号(L+i+L-o)検出用端子、(R+i+R-o)検出用端子、(L-i+L+o)検出用端子、(R-i+R+o)検出用端子にそれぞれ出力される信号を、受光素子基板内の回路でさらに演算するようにすると、[(L+i+L-o)+(R+i+R-o)]端子と、[(L-i+L+o)+(R-i+R+o)]端子の計2端子に削減される。
同様に、トラッキングエラー検出信号用4端子は、(Ru+ + Ru−)端子、(Ld+ + Ld−)端子、(Lu+ + Lu−)端子、(Rd+ + Rd−)端子のうち、(Ld+ + Ld−)端子、(Rd+ + Rd−)端子を消去して (Ru+ + Ru−)端子と(Lu+ + Lu−)端子の位相比較によりDPD法を適用する。
図18に示す例では、受光素子基板内での演算回路は、図17のそれと比較して簡素であり、外部出力端子数も半減している。しかし、欠点として、フォーカスエラー検出信号については、本来2端子分の出力信号を1端子より出力するため、1端子当りの信号量許容レンジが2倍以上なければ、端子出力が飽和してしまう。また、トラッキングエラー検出信号については、信号量が半分になってしまう。
また、従来例の光ピックアップをCD系の複合システムに適用する場合、さらにプッシュプル法(以下、PP法という)によるトラッキングエラー検出方法を追加することになり、回路の複雑化や外部出力端子の増加を回避する方法がさらに限定されてしまう。
PP法は、ホログラム107の第1領域107aと第2領域107に入射した反射光102の光量差により、光軸103と光ディスク101上のピット列中央とのラジアル方向(タンジェンシャル方向と直交する方向)ずれを検出する方法である。
図14にて用いた符号を用いると、PP法によるトラッキングエラー検出信号TEは以下のように記述される。
TE=(R+i+R-o)+(R-i+R+o)−(L+i+L-o)−(L-i+L+o) (式2)
つまり、PP法によるトラッキングエラー検出信号はSSD法によるフォーカスエラー検出信号と同じく、各受光領域を3分割することにより取得可能である。また、図17では、フォーカスエラー検出信号に利用される4端子出力は、上記トラッキングエラー検出信号演算に用いられた4信号と全く同一である。SSD法とPP法によるエラー検出は共通の出力信号による外部演算の相違のみにより実行可能である。
図18に示した例では、回路内での演算がPP法によるトラッキングエラー検出信号を得るには過剰であるため、別途回路と外部出力端子の追加が必要になり、せっかくのメリット、すなわち外部出力端子数の増加抑制効果が出なくなってしまう。
このように、図16に示した場合を除いて、外部端子出力が各エラー検出法により独立し、共有不可能であるため、受光素子基板内の回路の複雑化、外部出力端子増加は回避できない。上記したように、回路演算と外部出力端子の選択方法によっては、SSD法とPP法演算に必要な信号は共有化が可能であるが、DPD法演算に必要な信号は共有化が困難である。
上記課題を解決するため、本発明の光ピックアップは、光を情報記録媒体に照射し、情報記録媒体からの反射光を用いて情報記録媒体上の情報を読み取る光ピックアップであって、光源と、反射光を受光して、光信号を電気信号に変換する受光素子と、情報記録媒体からの反射光を回折して受光素子に導く回折格子素子とを少なくとも有し、回折格子素子は、回折格子領域が第1の分割線となる直線により上下に分割された回折格子素子であって、第1の分割線の上部領域は、第1の分割線と直交する第2の分割線となる直線によって左右に分割され、かつ左側の領域は第1の回折格子パターンを、右側の領域は第1の回折格子パターンと異なる回折角を有する第2の回折格子パターンを有しており、第1の分割線の下部領域は、第2の分割線と平行な方向に複数分割されており、複数の分割領域は第1の回折格子パターンを有する領域と第2の回折格子パターンを有する領域とが交互に配されており、第2の分割線は情報記録媒体上に形成されたピット列の接線方向と平行であり、光源から情報記録媒体に向けて射出される光の光軸は、第2の分割線あるいはその延長線と交わっており、光軸と第1の分割線とは交わらないことを特徴とする。
前記複数の分割領域のうち、少なくとも1組の隣り合う領域間の境界線が前記第2の分割線の延長線上にあることが好ましい。
前記回折格子領域が一方の面に設けられ、前記一方の面と略平行な他方の面に3ビーム用回折格子が形成されており、光学的に透明な材料からなることがさらに好ましい。
また、本発明の光ピックアップにおいて、前記受光素子は、同一平面に形成された第1〜第4受光領域を少なくとも有しており、前記第1受光領域は、前記第1の分割線の上部領域のうち、前記第1の回折格子パターンを有する左側の領域からの+1次回折光および前記第1の分割線の下部領域のうち、前記第1の回折格子パターンを有する領域からの+1次回折光を受光し、前記第2受光領域は、前記第1の分割線の上部領域のうち、前記第1の回折格子パターンを有する左側の領域からの−1次回折光および前記第1の分割線の下部領域のうち、前記第1の回折格子パターンを有する領域からの−1次回折光を受光し、前記第3受光領域は、前記第1の分割線の上部領域のうち、前記第2の回折格子パターンを有する右側の領域からの+1次回折光および前記第1の分割線の下部領域のうち、前記第2の回折格子パターンを有する領域からの+1次回折光を受光し、前記第4受光領域は、前記第1の分割線の上部領域のうち、前記第2の回折格子パターンを有する右側の領域からの−1次回折光および前記第1の分割線の下部領域のうち、前記第2の回折格子パターンを有する領域からの−次回折光を受光することが好ましい。
前記第1〜第4受光領域は、前記第1の分割線と平行な方向にそれぞれ3分割されており、前記第1〜第4受光領域中の各分割領域からの光電変換信号を演算処理する回路をさらに備えているがより好ましい。
また、フォーカスエラー信号の検出はスポットサイズ検出法(SSD法)により行い、トラッキングエラー信号の検出は差動プッシュプル法(DPP法)あるいは位相差検出法(DPD法)により行うことを特徴とする。
以上のように本発明によれば、光を情報記録媒体に照射し、前記情報記録媒体からの反射光を用いて情報を読み取る光ピックアップにおいて、受光素子基板内の回路が比較的簡素で、外部出力端子も少なく、SSD法によるフォーカスエラー検出信号、DPP法とDPD法によるトラッキングエラー検出信号とが検出可能な小型、簡素、低コストの光ピックアップを実現できる。
以下に、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態における光ピックアップの概略斜視図であり、図2は、この光ピックアップに用いる回折格子素子の平面図、図3は同じくこの光ピックアップに用いる受光素子基板の平面図である。
図示されない半導体レーザからの射出光は、光軸9を通り、受光素子基板6側から3ビーム用回折格子4、回折格子素子3、対物レンズ2の順に通過し、情報記録媒体である光ディスク1の表面上にあるピット列に集光する。光軸9は受光素子基板6の表面と直交している。光ディスク1に集光したレーザ光は反射され、その反射光10は、光軸9を通って戻るように位置関係が規定されている。なお、受光素子基板6側から3ビーム用回折格子4を通過することにより、レーザからの射出光は1本のメインビームと2本のサイドビームに分割されるが、サイドビームについては、一旦無視する。
回折格子素子3は、光軸9と直交し、かつ、光ディスク1のタンジェンシャル方向と平行な直線11とラジアル方向と平行な直線12により4分割されており、光ディスク1表面上のピット列の通過方向、紙面上方左側から右回りに第1領域〜第4領域とする。
第3、4領域は、さらに直線11と平行な方向に等間隔に分割されており、直線11から離れる方向へ第3領域で3a〜3e、あるいは、第4領域で4a〜4eとする。
第1領域および第2領域には、光の回折とレンズ作用を有するホログラムが形成されており、第1領域に形成されたホログラム13と第2領域に形成されたホログラム14は、光軸9と直線12を含む平面内に異なる集光点を有し、各々回折角が異なるように構成されている。
本実施の形態では、各々の集光点を光軸9より紙面左側とし、ホログラム14による回折角がホログラム13による回折角より大きいものとする。第3、4領域を構成する分割領域3a〜3e、4a〜4eには、ホログラム13、14と同じ回折パターンが交互に配置されており、本実施の形態では、領域3a、3c、3e、4b、4dにホログラム14と同じパターンを、領域3b、3d、4a、4c、4eにホログラム13と同じパターンを配置した。
図2、図3に示すように、ホログラム14により回折された+1次回折光15+および−1次回折光15−は、それぞれ図2中に12+および12−で示した方向に回折される。同様に、ホログラム13により回折された+1次回折光16+および−1次回折光16−も、それぞれ図2中に12+および12−で示した方向に回折される。
また、図3に示すように、受光素子基板6上の同一平面内には、受光領域18〜25が配置され、受光領域18〜21の中心を通る直線26は、光軸9と回折方向12+、12−を含む平面内に含まれる。反射光10のホログラム13による+1次回折光16+が受光領域18へ、−1次回折光16−が受光領域19へ、ホログラム14による+1次回折光15+が受光領域20へ、−1次回折光15−が受光領域21へ照射するようそれぞれ配置されている。受光領域18〜21は、それぞれが直線26と平行な方向で中央領域部Eaと2つの外側領域部Eb、Ecに3分割されている。受光領域22〜25には、半導体レーザからの射出光が3ビーム用回折格子4にて回折されて発生した、2本のサイドビームが光ディスク1にて反射し、さらに回折格子素子3で回折された−1次回折光が照射するよう配置されている。
図3に、各受光領域18〜21上における各回折光15+、15−、16+、16−の投影形状を示した。
受光領域18、19に照射する回折光は、回折格子素子3上のホログラム13で回折された光であり、図6(a)に斜線で示した領域に入射した反射光の回折光となる。同様に受光領域20、21に照射する回折光は、回折格子素子3上のホログラム14で回折された光であり、図6(b)に斜線で示した領域に入射した反射光の回折光となる。
つまり、受光領域18〜21へ照射する回折光パターンは、回折格子素子3の第1領域、あるいは、第2領域へ入射した1/4円の回折光と第3、4領域へ入射した1/2円を短冊状に分割して交互に抜き出した、短冊模様の1/2円により構成される。また、反射光10の光量分布は光軸9を中心とするガウス分布であるため、全光量をAとし、ホログラム13、14の回折効率をそれぞれ同じくBであるとした場合、第1領域での1/4円状の回折光と第2領域での1/4円状の回折光と第3、4領域での各短冊模様の1/2円状の回折光の光量はそれぞれA×(B/4)で同一である。
また、図4は本発明の実施の形態における受光素子基板6上に配置された受光領域18〜25の各領域部の結線図である。
受光領域19の中央領域部Eaと受光領域18の外側領域部Eb、Ecの光電変換信号の和をFE1、受光領域19の外側領域部Eb、Ecと受光領域18の中央領域部Eaの光電変換信号の和をFE2、受光領域21の中央領域部Eaと受光領域20の外側領域部Eb、Ecの光電変換信号の和をFE3、受光領域21の外側領域部Eb、Ecと受光領域20の中央領域部Eaの光電変換信号の和をFE4とし、受光領域22、23の光電変換信号の和をE、受光領域24、25の光電変換信号の和をFとする。
これらの信号とトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号との関係については、後で詳述する。
図5は本発明の実施の形態における回折格子素子による±1次回折光の光路説明図である。+1次回折光15+あるいは+1次回折光16+は、回折格子素子3表面と光軸9の交点17を中心とし、回折格子素子3と半導体レーザ発光点間の距離L1を半径とする円弧S1と比較して、交点17を中心する半径がL2(>L1)の円弧S2上にて合焦する。
一方、−1次回折光15−あるいは−1次回折光16−は、交点17を中心とする半径がL3(<L1)の円弧S3上にて合焦する。
上記したように、回折格子素子3上の各ホログラムによって回折された±1次光回折はホログラムの持つレンズ作用により合焦点までの距離が異なる。
一般的に、光ピックアップ装置の動作において、対物レンズ2が光軸9を上下方向へシフトし、合焦点位置を変化させてフォーカス調整を行う。
本実施の形態の場合、対物レンズ2が基準位置より受光素子基板6側へ移動すると、−1次回折光は、合焦点が受光素子基板6上に来て受光領域上で集光する。逆に、対物レンズ2が基準位置より光ディスク1側へ移動すると、+1次回折光は、合焦点が受光素子基板6上に来て受光領域上で集光する。
つまり、本実施の形態でも、従来例と同様の原理で、SSD法によるフォーカスエラー信号の検出が可能である。従来例とは回折光の形状が異なるが、従来例における各受光領域へ照射する1/2円状の回折光と、本実施の形態における1/4円形状の回折光と短冊模様の1/2円状の回折光は、上記したように回折効率とホログラムパターンが同一であれば、光量も集光点も同じである。よって、SSD法によるフォーカスエラー検出信号FEは以下の式により算出される。
FE=FE1+FE3−FE2−FE4 (式3)
次に、回折格子素子3により形成される、1/4円形状の回折光と短冊模様の1/2円状の回折光がどのようなピット情報を有するかについて、図7、8を用いて説明する。
図7に示した回折格子素子は、図6に示した回折格子素子3と同じであり、図8に示した従来の回折格子素子は、図2で示した領域分割を用いると、第4領域に第1領域と同じホログラム13を、第3領域に第2領域と同じホログラム14を配置したもので、ここでは、回折格子素子30とする。その他の構成については本実施の形態における構成と全く同じである。
半導体レーザより射出され、光軸9を通って対物レンズにて集光された収束光が光ディスク1表面上のピット列に対して、ラジアル方向にやや左側にずれた位置に入射し、反射された場合を考える(図7(a)、図8(a))。
ピット列表面は、ピット外表面と比較して反射率が低いため、ピット列表面にて反射された反射光27aは、ピット列外表面にて反射された反射光27bより光量が低下する(図7(b)、図8(b))。この反射光27a、27bよりなる反射光27が光軸9を通り回折格子素子3、あるいは、回折格子素子30へ入射し、回折されると、図7(c)、図8(c)に示す4つの+1次回折光が発生する。ここでは、−1次回折光については省略して説明する。
第1領域からの回折光を28u、第2領域からの回折光を29u、第3、4領域からの回折光で、かつ、第1領域と同一のホログラム13による回折光を28d、第3、4領域からの回折光で、かつ、第2領域と同一のホログラム14による回折光を29dとする。
回折光28uと回折光29uは、図7(c)と図8(c)の場合において、それぞれ同じである。回折光28uと29uの光量差から、ピット列中心と光軸9とのずれを読み取ることができる。
一方、図7(c)における回折光28dは、図8(c)における回折光28dの一部と回折光29dの一部を有し、また、図7(c)における回折光29dは、図8(c)における回折光28dの一部と回折光29dの一部を有している。
このことは、本来、反射光27内に存在したラジアル方向の光量差が、図7(c)における回折光28d、29dには反映されておらず、反射光27に含まれるピット列位置ラジアル方向に関する情報は回折光28d、29dからは読み取れないことを意味する。
ただし、タンジェンシャル方向のピット列の有無に関する情報は失われないため、光ディスク上データの読み取り能力が低下することはない。また、第3、4領域の分割数が少ない場合、第3、4領域に入射した反射光27内の光量分布の偏りを平均化する効果が低下する可能性がある。また、分割数が多く、各領域に配置されたホログラムを形成する回折格子数が極端に少ない場合、ホログラムの回折、レンズ機能が低下する可能性がある。
次にDPP法、および、DPD法によるトラッキングエラー信号の検出方法について説明する。検出演算に際しては、図4に示した6つの光電変換信号FE1〜FE4、E、Fを使用する。各演算式は下記のとおりである。
DPP法によるトラッキングエラー検出信号TE(DPP)は、
TE(DPP)=(FE1+FE2−FE3−FE4)+k×(E−F) (式4)
DPD法によるトラッキングエラー検出信号TE(DPD)は、信号(FE1+FE2)と(FE3+FE4)との位相差から求める。
まず、DPP法によるトラッキングエラー検出方法について説明する。光電変換信号FE1、FE2の和は、図4を参照すると、受光領域18、19に照射した±1次回折光16+、16−に起因する光電変換信号の和である。つまり、回折格子素子3の第1領域と第3、4領域中の第1領域と同一のホログラム13が配置された領域からの回折光によって発生した信号である。
光電変換信号FE3、FE4の和は、図4を参照すると、受光領域20、21に照射した±1次回折光15+、15−に起因する光電変換信号の和である。つまり、回折格子素子3の第2領域と第3、4領域中の第2領域と同一のホログラム14が配置された領域からの回折光によって発生した信号である。
上記(式4)から、トラッキングエラー信号は、回折格子素子3の第1領域と第3、4領域中の第1領域と同一のホログラム13が配置された領域からの回折光の光量と、回折格子素子3の第2領域と第3、4領域中の第2領域と同一のホログラム14が配置された領域からの回折光の光量を比較した信号であることがわかる。
図7、8を用いて上記したように、第1、2領域からの回折光にはピット列位置ラジアル方向情報が含まれており、第3、4領域からの回折光にはこの情報は含まれていない。
よって、ピット列位置ラジアル方向情報に関しては、第1、2領域での回折光の持つ情報を比較することになるが、これらの情報のみでも、プッシュプル法を用いることができることは、従来の技術で説明した事項から容易に理解できるものである。
ただし、図8で示した回折格子素子30を使用した場合と比較して、上記の検出信号レベルは半分になる。これは、第3、4領域にて回折された回折光には、ピット列のラジアル方向に関する情報が含まれておらず、これらの回折光を利用できないためである。
次に、DPD法によるトラッキングエラー検出方法について説明する。
DPD法によるトラッキングエラー信号検出に関して、DPD法のみ考慮する場合、受光領域は2分割でよく、外部出力端子は4端子でよいことはすでに説明したとおりである。
図12、図17を再び用いて説明すると、各受光領域から各外部端子までの途中で結線して加算された光電変換信号、例えば、光電変換信号(Ru+ + Ru−)は、回折格子素子106内の第2領域107bを、光軸103を通るラジアル方向と平行な直線120で分割し、光ディスク101上のピット列通過方向に関して左側から右回りに領域I、II、III、IVとした際の、領域IIからの±1次回折光の光電変換信号である。
つまり、DPD法を用いる場合には、光軸を通り、かつ、タンジェンシャル方向とラジアル方向に分割された1/4円状の反射光が持つ位相情報を、ラジアル方向に隣り合う1/4円状の反射光と比較することになる。図12を用いて示すと、(領域I+領域III)からの信号と(領域II+領域IV)からの信号との位相を比較することになる。
図12に示した従来例では、領域IとIV、あるいは、領域IIとIIIには、同じ位相情報が含まれている。そのため、本実施の形態に示したように各受光領域が中央で分割されていない場合は、本来、領域IとIV、あるいは、領域IIとIIIに入射する信号を分別して出力することは不可能であった。
しかし、本実施の形態では、図12に示した回折格子素子106の領域III、IVに対応する部位が、回折格子素子3における第3、4領域に当たり、この領域に入射した反射光に含まれるピット列位置のラジアル方向に関する情報は回折光に反映されない。
つまり、受光素子基板6内の受光領域18〜21に照射する回折光は、その領域表面上で、1/4円形状の回折光と短冊模様の1/2円状の回折光からなる光パターン形状をしているが、ピット列位置のラジアル方向に関する情報を有するのは、1/4円形状の回折光のみである。そのため、各受光領域を中央で分割しなくとも、(領域I+領域III)からの信号と(領域II+領域IV)からの信号、すなわち、信号(FE1+FE2)と(FE3+FE4)との間で位相信号の差が取れることとなり、DPD法によるトラッキングエラー検出信号を得ることが可能となる。
ただし、従来例と比較して、検出信号量は半分になるのは、DPP法の説明で述べたのと同じ理由である。
なお、本実施の形態では、第3領域と第4領域を各々5分割としたが、分割数は特にこれに限定されるものではなく、分割間隔、分割方向についても規定するものではない。ただし、分割数が少ない場合、第3、4領域に入射した反射光10内の光量分布の偏りを平均化する効果が低下し、DPD信号の安定性が低下する可能性がある。また、分割数が多く、各領域に配置されたホログラムを形成する回折格子数が極端に少ない場合、ホログラムの回折、レンズ機能が低下する可能性がある。
また、回折格子素子3におけるタンジェンシャル方向領域の分割線である直線12の位置についても特に規定するものではない。
(変形例)
図9は、本実施の形態における光ピックアップ装置に利用可能な回折格子素子の変形例を示した図である。なお、その他の構成については、図1に示した形態と同一であるものとする。
本変形例の回折格子素子33と、上記した回折格子素子3との相違は、回折格子素子を4分割する直線の内、ラジアル方向に平行な直線34が光軸9を通っておらず、光軸9を通り、かつ、ラジアル方向に平行な直線35より距離xだけ離れている点である。
対物レンズ2を通過した後の半導体レーザ出力が同じ値で、各システム構成材料での回折・透過効率がすべて同一であると仮定して、従来例と本実施の形態を比較した場合、SSD法によるフォーカスエラー検出信号、DPP法によるトラッキングエラー検出信号、DPD法によるトラッキングエラー検出信号の出力は、それぞれ従来例の等倍、1/2倍、1/2倍となることは既に述べたとおりである。
信号量が低下することはシステムの安定動作上、不利であり、可能な限り信号量が取れることが望ましい。そもそも、CD系の複合システムでは、トラッキングエラー検出方法としてDPP法が主流であり、DPD法はあくまでDPP法が使用不可能な光ディスクに対しての補助的なシステムである。
回折格子素子33は、その点を考慮し、DPD法による検出信号の低下を犠牲にして、DPP法による検出信号の低下を抑制しうるものである。
図10は、上記した距離xとDPP法による検出信号量およびDPD法による検出信号量の関係を模式的に示したものである。DPP法による検出信号量は、x<0、つまり、直線34が紙面下方にシフトした場合、信号レベルが上がり、x>0、つまり、直線34が紙面上方にシフトした場合、信号レベルが下がる。
一方、DPD法による検出信号レベルは、x=0の時最大となり、x=0から離れるにしたがって低下する。そこで、xを適切に選択することにより、DPD法による検出信号レベルを必要なレベル確保しつつ、DPP法による検出信号レベルの低下を抑制した、光ピックアップの製作が可能となる。
以上のように本実施の形態によれば、光を情報記録媒体に照射し、前記情報記録媒体からの反射光を用いて情報を読み取る光ピックアップにおいて、受光素子基板内の回路が比較的簡素で、外部出力端子も少なく、SSD法によるフォーカスエラー検出信号、DPP法とDPD法によるトラッキングエラー検出信号とが検出可能な小型で低コストの光ピックアップを実現できる。
本発明に係る光ピックアップは、規格の異なる光ディスクを同一のシステムで扱うことを可能にする光ピックアップとして特に有用である。
本発明の一実施の形態における光ピックアップの概略斜視図 本発明の一実施の形態における光ピックアップに用いる回折格子素子の平面図 本発明の一実施の形態における光ピックアップに用いる受光素子基板の平面図 本発明の一実施の形態における受光素子基板上に配置された受光領域の各領域部の結線図 本発明の一実施の形態における回折格子素子による±1次回折光の光路説明図 本発明の一実施の形態における回折光パターンを示す図 本発明の一実施の形態における回折光パターンの詳細を説明する図 従来の技術における回折光パターンの詳細を説明する図 本発明の一実施の形態における回折格子素子の変形例を示す図 本発明の一実施の形態における回折格子素子分割位置とトラッキングエラー検出信号の相関説明図 従来の技術における光ピックアップの概略斜視図 従来の技術における光ピックアップで用いられる回折格子素子の平面図 従来の技術における光ピックアップで用いられる受光素子基板の平面図 従来の技術における4つの受光領域に入射した回折光からSSD法によるフォーカスエラー信号を求める方法を示す模式図 従来の技術における4つの受光領域に入射した回折光からSSD法によるトラッキングエラー検出信号を求める方法を示す模式図 従来の技術における4つの受光領域を各々4分割した際の各領域部と外部出力端子との接続を示した一例を示す図 従来の技術における4つの受光領域を各々4分割した際の各領域部と外部出力端子との接続を示した別の一例を示す図 従来の技術における4つの受光領域を各々4分割した際の各領域部と外部出力端子との接続を示したさらなる別の一例を示す図
符号の説明
1 光ディスク
2 対物レンズ
3 回折格子素子
4 3ビーム用回折格子
6 受光素子基板
9 光軸
10 反射光
11 ラジアル方向分割線
12 タンジェンシャル方向分割線
12+ +1次回折光回折方向
12− −1次回折光回折方向
13 ホログラム
14 ホログラム
15+ ホログラム14からの+1次回折光
15− ホログラム14からの−1次回折光
16+ ホログラム13からの+1次回折光
16− ホログラム13からの−1次回折光
17 回折格子素子3と光軸9の交点
18〜25 受光領域
26 受光領域18〜21の中央分割線
27a ピット列表面での反射光
27b ピット列外表面での反射光
28u 回折格子素子3における第1領域での+1次回折光
29d、28d 回折格子素子3における第3、4領域での+1次回折光
29u 回折格子素子3における第2領域での+1次回折光
33 回折格子素子
34 タンジェンシャル方向分割線
35 光軸9を通るタンジェンシャル方向分割線
101 光ディスク
102 反射光
103 光軸
104 タンジェンシャル方向
105 ラジアル方向
106 回折格子素子
107 ホログラム
107a 第1領域
107b 第2領域
108a+〜108b− 回折光パターン
109 受光素子基板
109a+〜109b− 受光領域
110a 受光領域109a+、109a−の中央分割線
110b 受光領域109b+、109b−の中央分割線
120 タンジェンシャル方向分割線

Claims (6)

  1. 光を情報記録媒体に照射し、前記情報記録媒体からの反射光を用いて前記情報記録媒体上の情報を読み取る光ピックアップであって、
    光源と、
    前記反射光を受光して、光信号を電気信号に変換する受光素子と、
    前記情報記録媒体からの反射光を回折して前記受光素子に導く回折格子素子とを少なくとも有し、
    前記回折格子素子は、
    回折格子領域が第1の分割線となる直線により上下に分割された回折格子素子であって、
    前記第1の分割線の上部領域は、前記第1の分割線と直交する第2の分割線となる直線によって左右に分割され、かつ左側の領域は第1の回折格子パターンを、右側の領域は前記第1の回折格子パターンと異なる回折角を有する第2の回折格子パターンを有しており、
    前記第1の分割線の下部領域は、前記第2の分割線と平行な方向に複数分割されており、
    前記複数の分割領域は前記第1の回折格子パターンを有する領域と前記第2の回折格子パターンを有する領域とが交互に配されており、
    前記第2の分割線は前記情報記録媒体上に形成されたピット列の接線方向と平行であり、前記光源から前記情報記録媒体に向けて射出される光の光軸は、前記第2の分割線あるいはその延長線と交わっており、
    前記光軸と前記第1の分割線とは交わらないことを特徴とする光ピックアップ。
  2. 前記複数の分割領域のうち、少なくとも1組の隣り合う領域間の境界線が前記第2の分割線の延長線上にあることを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ
  3. 前記回折格子領域が一方の面に設けられ、前記一方の面と略平行な他方の面に3ビーム用回折格子が形成されており、光学的に透明な材料からなることを特徴する請求項1または2記載の光ピックアップ
  4. 前記受光素子は、同一平面に形成された第1〜第4受光領域を少なくとも有しており、
    前記第1受光領域は、前記第1の分割線の上部領域のうち、前記第1の回折格子パターンを有する左側の領域からの+1次回折光および前記第1の分割線の下部領域のうち、前記第1の回折格子パターンを有する領域からの+1次回折光を受光し、
    前記第2受光領域は、前記第1の分割線の上部領域のうち、前記第1の回折格子パターンを有する左側の領域からの−1次回折光および前記第1の分割線の下部領域のうち、前記第1の回折格子パターンを有する領域からの−1次回折光を受光し、
    前記第3受光領域は、前記第1の分割線の上部領域のうち、前記第2の回折格子パターンを有する右側の領域からの+1次回折光および前記第1の分割線の下部領域のうち、前記第2の回折格子パターンを有する領域からの+1次回折光を受光し、
    前記第4受光領域は、前記第1の分割線の上部領域のうち、前記第2の回折格子パターンを有する右側の領域からの−1次回折光および前記第1の分割線の下部領域のうち、前記第2の回折格子パターンを有する領域からの−次回折光を受光することを
    特徴とする請求項記載の光ピックアップ。
  5. 前記第1〜第4受光領域は、前記第1の分割線と平行な方向にそれぞれ3分割されており、
    前記第1〜第4受光領域中の各分割領域からの光電変換信号を演算処理する回路をさらに備えたことを特徴とする請求項記載の光ピックアップ。
  6. フォーカスエラー信号の検出はスポットサイズ検出法(SSD法)により行い、トラッキングエラー信号の検出は差動プッシュプル法(DPP法)あるいは位相差検出法(DPD法)により行うことを特徴とする請求項記載の光ピックアップ。
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