JP5337841B2

JP5337841B2 - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP5337841B2
Application number: JP2011127832A
Authority: JP
Inventors: 雅春深草
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: US20120314557A1; JP2012256387A; US8498189B2

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ、ノートブック型コンピュータ等の電子機器に搭載される光ピックアップ装置に関するものである。

従来、パーソナルコンピュータ、ノートブック型コンピュータ等の電子機器としての光ディスク装置に用いられる光ピックアップ装置において、光ディスクの種類（ＣＤ、ＤＶＤ）に対応させて２種類の波長のレーザ光を出射できるレーザ光源を用いたものがある（例えば特許文献１参照）。

また、光ピックアップ装置による光ディスクに対する情報の記録または再生において、上記レーザ光を回折格子によりメインビーム（０次光）と２つのサブビーム（±１次光）とに回折すると共に、それらの光ディスクからの反射光を受光してトラッキング制御を行うようにしているものがある。

特開２００９−４３３２６号公報

一方、市販されている光ディスクには少なからず偏心があり、光ピックアップ装置ではその偏心によるトラッキングエラーを補正してビームを追従させる制御を行う必要がある。その追従制御に対する上記偏心の影響は光ディスクの内周側の方が大きいため、追従制御をより一層高精度に行うことが求められている。追従制御を高精度に行うためには、例えば光ディスクの種類別に対応可能な回折格子を複数用いることで対応可能であるが、複数の回折格子を用いることにより、装置の大型化かつ高コスト化となるという問題が生じる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、トラッキングエラーの補正によるビームの追従性を確保すると共に装置のコンパクト化かつ低コスト化を促進し得るように構成された光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明の光ピックアップ装置は、光ディスクの種類に対応して異なる波長の第１及び第２のレーザ光を互いに平行に出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記第１及び第２のレーザ光をそれぞれ０次光と±１次光とに回折してトラッキング制御に用いるビームを生成する回折格子とを有し、前記回折格子は、第１のレーザ光を回折する第１の格子領域と、格子が前記第１の格子領域と同一の形状でありかつ前記第１の格子領域に対して格子ピッチ方向に偏倚して配設された第２の格子領域とを有する単板からなり、前記第１の格子領域と前記第２の格子領域との両方により前記第２のレーザ光を回折し、ＣＤ用の前記±１次光の前記０次光に対するトラック方向の偏倚は略１．５トラックであり、ＤＶＤ用の前記±１次光の前記０次光に対するトラック方向の偏倚は、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷで略２．５トラックであり、ＤＶＤ−ＲＡＭで略１．５トラックである構成とする。

本発明によれば、単板に突条または溝を形成して回折格子を構成し、突条または溝の形状及び格子ピッチを同一としかつ一方に対して他方を格子ピッチ方向にずらして第１格子領域と第２格子領域とを設けることができる。第１の格子領域により第１のレーザ光を回折し、両格子領域で第２のレーザ光を回折することにより、第１及び第２のレーザ光の各０次光（メインビーム）と±１次光（サブビーム）との回折を異ならせることができ、一方を基準に他方を位相シフトさせることにより、異なるトラックピッチの２種類の光ディスクに対して各トラックピッチに対応した各サブビームを照射することができる。これにより、トラックピッチが異なるＣＤとＤＶＤとを対象とする光ピックアップ装置において１枚の回折格子で対応でき、装置のコンパクト化かつ低コスト化を促進し得る。

本発明が適用された光ピックアップ装置の各光学素子のレイアウトを示す斜視図。（ａ）は非点収差生成素子の一例を模式化して示す斜視図、（ｂ）は光ディスクが光ピックアップ装置に近い場合の受光状態を示す図、（ｃ）は遠い場合の受光状態を示す図。受光器を示す正面図。集積プリズムの構成を示す模式的斜視図。本発明に基づく回折格子を示す正面図。回折格子の要部斜視図。（ａ）はＣＤ系の各ビームの配置を示し、（ｂ）はＤＶＤ系の各ビームの配置を示す図。

前記課題を解決するためになされた第１の発明は、光ディスクの種類に対応して異なる波長の第１及び第２のレーザ光を互いに平行に出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記第１及び第２のレーザ光をそれぞれ０次光と±１次光とに回折してトラッキング制御に用いるビームを生成する回折格子とを有し、前記回折格子は、第１のレーザ光を回折する第１の格子領域と、格子が前記第１の格子領域と同一の形状でありかつ前記第１の格子領域に対して格子ピッチ方向に偏倚して配設された第２の格子領域とを有する単板からなり、前記第１の格子領域と前記第２の格子領域との両方により前記第２のレーザ光を回折し、ＣＤ用の前記±１次光の前記０次光に対するトラック方向の偏倚は略１．５トラックであり、ＤＶＤ用の前記±１次光の前記０次光に対するトラック方向の偏倚は、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷで略２．５トラックであり、ＤＶＤ−ＲＡＭで略１．５トラックである構成とする。

これによると、単板に突条または溝を形成して回折格子を構成し、突条または溝の形状及び格子ピッチを同一としかつ一方に対して他方を格子ピッチ方向にずらして第１格子領域と第２格子領域とを設けることができる。第１の格子領域により第１のレーザ光を回折し、両格子領域で第２のレーザ光を回折することにより、第１及び第２のレーザ光の各０次光（メインビーム）と±１次光（サブビーム）との回折を異ならせることができ、一方を基準に他方を位相シフトさせることにより、異なるトラックピッチの２種類の光ディスクに対して各トラックピッチに対応した各サブビームを照射することができる。これにより、トラックピッチが異なるＣＤとＤＶＤとを対象とする光ピックアップ装置において１枚の回折格子で対応でき、装置のコンパクト化かつ低コスト化を促進し得る。
また、異なる種類の光ディスクの各トラックピッチの違いに対して、同一形状かつ同一格子ピッチの各格子領域間で容易に調整可能な位相シフトで、それぞれのトラッキング制御に用いることができるビームを生成することができる。

また、第２の発明は、前記第１または第２の発明において、前記第１のレーザ光がＣＤ用であり、前記第２のレーザ光がＤＶＤ用である構成とする。

これによると、トラッキングピッチとしてはＣＤとＤＶＤとの２種類に大きく分けることができ、第１及び第２のレーザ光をＣＤ用とＤＶＤ用とに分けることができる。光ディスクの種類としてＣＤとＤＶＤとがあり、それぞれ１回のみ書き込み可能なリードオンリータイプ（ＣＤ±Ｒ、ＤＶＤ±Ｒ）と繰り返し書き込み可能なリライタブルタイプ（ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ±ＲＷ）とがあり、さらにＤＶＤには記録型ＤＶＤ規格の一つであるＤＶＤ−ＲＡＭがあるが、それらの全てのタイプに対応し得る。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による光ピックアップ装置の一例として各光学素子のレイアウトを示す斜視図である。この光ピックアップ装置は、パーソナルコンピュータ、ノートブック型コンピュータ等の電子機器に搭載され、光ディスクとしてのＣＤ±Ｒ、ＣＤ±ＲＷ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭの各ディスクへアクセスして読み書きするものである。また、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭに対しても対応可能である。

図１に示される光ピックアップ装置は、異なる波長の第１及び第２のレーザ光Ｌ１・Ｌ２を平行に出射するレーザ光源としての２波長レーザダイオード１を有する。その２波長レーザダイオード１の出射光の光軸上には、２波長レーザダイオード１側から、各レーザ光をそれぞれ０次光（メインビーム）と±１次光（サブビーム）とに回折する回折格子ブロック２と、ビームスプリッタ３ａを内蔵する集積プリズム３と、波長板４と、コリメータレンズ５と、立ち上げミラー６と、サブ受光器７とが、この順に配設されている。

立ち上げミラー６は、コリメータレンズ５を通過した平行光の光軸に対して４５度後傾しかつ偏光分離膜が形成された反射面を有する。これにより、２波長レーザダイオード１から出射されたレーザ光の一部は立ち上げミラー６を通過してサブ受光器７に至り、他は反射面６ａにより９０度向きを変えられる。なお、サブ受光器７は、２波長レーザダイオード１から出射されるレーザ光の出力の制御に用いられる。

反射面６ａで９０度向きを変えられた反射光の光軸上には、光ディスクＤに対峙する対物レンズ８が配設されている。対物レンズ８は、光ディスクＤの記録ピットに焦点が合いかつ回転により記録ピットが振れても追従可能に、フォーカシング及びトラッキング制御されるようになっている。それらの制御については公知のアクチュエータにより行うことができ、説明を省略する。

また、集積プリズム３の側方にはメインの受光器９が配設されている。光ディスクＤの記録面で反射した光は、立ち上げミラー６からコリメータレンズ５・波長板４・集積プリズム３の順に戻り、波長板４を２回通過することにより偏光し、ビームスプリッタ３ａにより受光器９の方へ反射される。集積プリズム３には、上記したビームスプリッタ３ａの受光器９側に、ビームスプリッタ３ａと平行する非点収差生成素子３ｂが設けられている。

図２に、非点収差生成素子３ｂの一例を模式化して示す。図では、ビームスプリッタ３ａで反射して受光器９に向かうレーザ光Ｌ２の光軸Ｃ１を中心とする収束光の任意の位置の円形断面をＬａで示している。光軸Ｃ１上には円筒レンズで示される非点収差生成素子３ｂと、受光器９とが配設されている。非点収差生成素子３ｂは、図では説明上円筒レンズで示しているが、具体的にはフレネルミラーであってよい。

受光器９には、図３に示されるように、レーザ光の０次光及び±１次光を受光する各光検出部９ａ・９ｂ・９ｃ・９ｄ・９ｅ・９ｆが配設されている。例えば、ＤＶＤ用のレーザ光の０次光を光検出部９ａで、その±１次光を両側の各光検出部９ｂ・９ｃで、ＣＤ用のレーザ光の０次光を光検出部９ｄで、その±１次光を両側の各光検出部９ｅ・９ｆで、それぞれ検出する。

図２では光検出部９ａを代表して示して説明する。光検出部９ａにはレーザ光Ｌ２の０次光を受光する各受光素子Ａ〜Ｄが田の字状に配置され、かつ非点収差生成素子３ｂの軸（円筒の中心軸）方向に対して相対的に田の字が４５度傾くようにされている。図２（ａ）のレーザ光Ｌ２は、非点収差生成素子３ｂを通過することにより、非点収差生成素子３ｂの軸と同方向の成分が光検出部９ａの手前の焦点Ｆ１に収束し、非点収差生成素子３ｂの軸と直交する方向の成分が光検出部９ａの奥の焦点Ｆ２に収束する。このような収束となるレーザ光Ｌ２のスポットＳＰが円形断面となる位置に光検出部９ａが配置されている。

上記光検出部９ａはフォーカスエラー制御に用いられる。各受光素子Ａ〜Ｄの検出信号出力をＡ〜Ｄで表すと、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、ＦＥＳ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）となる。

光ディスクＤが光ピックアップ装置に近い場合、両焦点Ｆ１・Ｆ２が光ディスクＤから離れるため、焦点Ｆ１は受光器９に近づき、焦点Ｆ２は受光器９から遠ざかる。この場合には、図２（ｂ）に示されるように、スポットＳＰの図における上下方向の寸法が短くかつ左右方向の寸法が長くなり、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、ＦＥＳ＞０となる。逆に、光ディスクＤが光ピックアップ装置に遠い場合、両焦点Ｆ１・Ｆ２が光ディスクＤに近付くため、焦点Ｆ１は受光器９ａから遠ざかり、焦点Ｆ２は受光器９ａに近付く。この場合には、図２（ｃ）に示されるように、スポットＳＰの図における上下方向の寸法が長くかつ左右方向の寸法が短くなり、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、ＦＥＳ＜０となる。このフォーカスエラー信号ＦＥＳが、０または所定の許容範囲内に収まるようにフォーカシング制御を行う。

なお、上記ＤＶＤ用のフォーカスエラー信号ＦＥＳの求め方は、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷに適用し得るものであり、ＤＶＤ−ＲＡＭ用フォーカスエラー信号ＦＥＳは、ＦＥＳ＝｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝＋Ｋｔ×｛（Ｅ＋Ｉ＋Ｇ＋Ｋ）−（Ｈ＋Ｌ＋Ｆ＋Ｊ）｝である。ここで、Ｋｔは、動作設定に応じて定まる定数である。また、ＣＤ用フォーカスエラー信号ＦＥＳは、ＦＥＳ＝（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）である。

また、ＤＶＤ用のトラッキングエラー信号ＴＥＳは、ＤＶＤ−ＲＯＭの場合には、受光素子Ｘ・Ｙで検出した信号の位相差を変換した電圧をｐｈ（Ｘ，Ｙ）として、ＴＥＳ＝（Ａ，Ｄ）−ｐｈ（Ｂ，Ｃ）であり、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭの場合には、ＴＥＳ＝｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝−Ｋｔ×｛（Ｅ＋Ｉ＋Ｆ＋Ｊ）−（Ｇ＋Ｋ＋Ｈ＋Ｌ）｝である。ＣＤ用のトラッキングエラー信号ＴＥＳは、ＣＤ±Ｒ／ＲＷ、ＣＤ−ＲＯＭの場合には、ＴＥＳ＝｛（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）｝−Ｋｔ×｛（ｅ＋ｆ）−（ｇ＋ｈ）｝である。なお、ＣＤ−ＲＯＭの場合には、ＴＥＳ＝ｐｈ（ａ，ｄ）−ｐｈ（ｂ，ｃ）で求めるようにしてもよく、この場合には、例えばピットの高さが規格に入っていないような粗悪ディスクを再生するような場合でもトラッキングエラー信号ＴＥＳを好適に出力できる。

なお、図３で上下方向に並べられた各光検出部９ａ〜９ｃ・９ｄ〜９ｆの各並びが図の上下方向の線に対して左右にずれているが、これは０次光が光ディスクＤの記録面のトラック上に位置した場合にそのトラックに対して左右方向に位置する各トラック上に±１次光がそれぞれ位置するようにされているためである。それに対して、同じトラック上に位置させる場合には各並びは図の上下方向に配置される。

図４を参照して集積プリズム３の構成について説明する。本図示例の集積プリズム３は大中小３つのブロック３１・３２・３３から構成されている。大ブロック３１は平面視で台形形状に形成され、その台形形状における斜面に、中ブロック３２と小ブロック３３とがこの順に積層状態に重ね合わされている。大ブロック３１と中ブロック３２との間にビームスプリッタ３ａが設けられ、中ブロック３２と小ブロック３３との間に非点収差生成素子３ｂが設けられている。２波長レーザダイオード１から出射されるレーザ光の光軸に対して各合わせ面は４５度傾いている。

２波長レーザダイオード１から出射され光ディスクＤで反射してビームスプリッタ３ａに戻って来た反射光は非点収差生成素子３ｂに向かい、非点収差生成素子３ｂで反射して大ブロック３１と中ブロック３２との合わせ面に戻るようになり、合わせ面の対応する部分には反射鏡３ｃが設けられている。反射鏡３ｃで反射したレーザ光は集積プリズム３から外に出て受光器９に至る。

次に図５を参照して、回折格子について説明する。図５及び図６に示されるように、回折格子ブロック２の２波長レーザダイオード１に対峙する面に回折格子１１が凹状の溝１２により形成されている。回折格子１１は、２波長レーザダイオード１から出射される第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２の一部とを回折する第１の格子領域１１ａと、第２のレーザ光Ｌ２の残りを第１の格子領域１１ａに対してトラッキング方向に所定量ずらして回折する第２の格子領域１１ｂとにより構成されている。

両格子領域１１ａ・１１ｂは、両レーザ光Ｌ１・Ｌ２の並列方向となる図５における左右に、両レーザ光Ｌ１・Ｌ２の並列方向に直交する分割線ＤＬで分割されている。また、溝１２は、両格子領域１１ａ・１１ｂで同一断面形状に形成されていると共に、両レーザ光Ｌ１・Ｌ２の並列方向となる左右方向線（分割線ＤＬに直交する線）に対して所定の格子角度θの傾きで延在するように配設されている。

光ディスクのトラッキングピッチにおいて、ＣＤ−Ｒ／ＲＷには容量の違いによりピッチが異なり、６５０ＭＢの場合には１．６μｍであるが、７００ＭＢの場合には１．５μｍであり、平均の１．５５μｍをＣＤに対するトラックピッチとすることができる。したがって、回折格子１１の格子ピッチ（溝１２のピッチ）と上記格子角度θとを設計する場合には、０次光に対する±１次光のトラッキング方向のずれは、１．５トラックずらすとすると２．３２５（＝１．５５×１．５）μｍとなる。

また、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷのトラッキングピッチは０．７４μｍであり、ＤＶＤ−ＲＡＭの場合には１．２３μｍである。ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷの場合の０次光に対する±１次光のトラッキング方向のずれは、２．５トラックずらすとすると、１．８５（＝０．７４×２．５）μｍとなる。ＤＶＤ−ＲＡＭの場合の０次光に対する±１次光のトラッキング方向のずれは、１．５トラックずらすとすると、１．８４５（＝１．２３×１．５）μｍとなる。これらにより、ＤＶＤの上記した大別される２種類については略同一のずれとして取り扱うことができる。

同じ回折格子を用いた場合に、ＣＤ用レーザ光の波長λ１に対するＤＶＤ用レーザ光の波長λ２の比（λ２／λ１）が０．８４倍となる。したがって、ＣＤにおける±１次光のトラッキング方向のずれ（２．３２５μｍ）は、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷでは１．９５３（＝２．３２５×０．８４）となる。これは、ＤＶＤのトラックピッチの０．７４μｍから計算すると、２．６４トラックのずれとなる。同様に、ＤＶＤ−ＲＡＭでは、そのトラックピッチ１．２３μｍから計算すると、１．５８８（＝１．９５３／１．２３）となる。

したがって、ＣＤを基準とした場合に、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷのトラックずれを２．６４から２．５にするとよい。その調整を上記図５に示されるように回折格子１１の両格子領域１１ａ・１１ｂの各格子（溝１２）のずれにより行うことができる。

図７（ａ）に示されるように、ＣＤ系の各ビームの配置において０次光１３ａと±１次光１３ｂとは、進行方向（ディスクの回転に伴う移動方向）に２０μｍ離れ、図７（ｂ）に示されるように、ＤＶＤ系の０次光１４ａと±１次光１４ｂとは進行方向に１７μｍ離れることにより、ＣＤ系での１．５トラック（１．５Ｔ）のずれに対して、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷでは略２．５トラック（２．５Ｔ）のずれとなる。なお、ＤＶＤ−ＲＡＭでは、同じ０次光１４ａと±１次光１４ｂとを用いて、トラックピッチの違いから略１．５トラックのずれとなる。

このような関係を実現するためには、回折格子１１の具体的な形状として図５・６を参照して説明すると、深さＤｄを１４０〜１７０μｍ、格子ピッチ（溝１２のピッチ）Ｄｐを７．７２μｍ、格子角度θを６．６度、両格子領域１１ａ・１１ｂの各格子（溝１２）同士の位相シフト量（ピッチ方向の偏倚）Ｄｓを１．３μｍにするとよい。

このように形成された部分共用方式の回折格子１１を用いることにより、２波長レーザ光の一方の位相をシフトさせることができ、上記例ではＤＶＤ系をシフトさせるようにしている。なお、ＣＤ系をシフトさせることもでき、その場合には回折格子１１において図５の分割線ＤＬ２で示されるように、ＣＤ用のレーザ光Ｌ１を左右に二分割する位置が分割線ＤＬ２になるように格子を形成する。そして、ＤＶＤ系に対してＣＤ系の波長比分の伸びが約１．１９倍となるように格子ピッチＤｐを設定する。

なお、ＣＤ系のみの場合には０．５トラックのずれとしていたものに対して、回折格子１１を共用するべくＣＤ系でのトラックずれを１．５トラックとしたことにより６５０ＭＢと７００ＭＢとのトラックピッチのピッチずれが３倍に拡大される。そのため、ＣＤ系の方を基準として、実施形態で示したようにＤＶＤ系の位相シフトをずらす方式の方が、ＣＤ側での読み書き特性に対する悪影響が少なくなるため、ＤＶＤ系の位相シフトをずらす方式の方が有効となる。

上記実施形態では、回折格子を溝１２により形成したが、溝１２に限られるものではなく、突条により形成してもよい。また、２波長レーザダイオード１のレーザ光出射面と回折格子１１との距離は１．０〜１．２ｍｍの範囲内であれば問題無いが、１．１ｍｍにするとよい。

本発明にかかる光ピックアップ装置は、１枚の回折格子で異なる種類の光ディスクに対応でき、装置のコンパクト化かつ低コスト化を促進し得る効果を有し、レーザ光を回折して制御に用いる光学装置等として有用である。

１２波長レーザダイオード
２回折格子ブロック
９受光器
９ａ〜９ｆ光検出部
１１回折格子
１１ａ第１の格子領域
１１ｂ第２の格子領域
１２溝

Claims

光ディスクの種類に対応して異なる波長の第１及び第２のレーザ光を互いに平行に出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記第１及び第２のレーザ光をそれぞれ０次光と±１次光とに回折してトラッキング制御に用いるビームを生成する回折格子とを有し、
前記回折格子は、第１のレーザ光を回折する第１の格子領域と、格子が前記第１の格子領域と同一の形状でありかつ前記第１の格子領域に対して格子ピッチ方向に偏倚して配設された第２の格子領域とを有する単板からなり、
前記第１の格子領域と前記第２の格子領域との両方により前記第２のレーザ光を回折し、
ＣＤ用の前記±１次光の前記０次光に対するトラック方向の偏倚は略１．５トラックであり、
ＤＶＤ用の前記±１次光の前記０次光に対するトラック方向の偏倚は、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷで略２．５トラックであり、ＤＶＤ−ＲＡＭで略１．５トラックであることを特徴とする光ピックアップ装置。
前記第１のレーザ光がＣＤ用であり、前記第２のレーザ光がＤＶＤ用であ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。