JPH07192298A

JPH07192298A - 光ピックアップ

Info

Publication number: JPH07192298A
Application number: JP5335013A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Sato; 則之佐藤; Hisahiro Ishihara; 久寛石原; Kazuo Higashiura; 一雄東浦
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】光ピックアップにおいて、分割化光検出器の
不感帯の影響を除去し、ジッター特性に優れ、調整の容
易で、高感度な信号検出を行う。読み取り効率を上げ
る。【構成】媒体のトラックに記録した情報を読み取る光
ピックアップとして、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に格子の基本間隔を変調し
た回折格子を有し、上記分割線の両側の格子の基本間隔
を異ならせた、更に、分割線に対して輪郭が対称なホロ
グラム素子を配置した。【効果】ジッター特性に優れ、調整の容易で、高感度
な信号検出が行える。

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取るため
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
を読み取るピックアップとしては、図１０に示す３ビー
ム非点収差法が多用さている。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。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。

【０００３】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。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。

【０００４】この従来の技術が図１０、図１１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。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２６の２対の受光素子（２６ａ、２６ｄと２６
ｂ、２６ｃ）の対角成分出力の大きさを加算器３３、３
４と比較器３５を用いて比較したＦＥ信号で検知してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで非点収差法に
よる従来例のフォーカスずれ検出では、図１１に示す通
り４分割光検出器２６の出力を演算した結果からＦＥ信
号を求めているため、信号光スポットの中心部は４分割
光検出器２６の分割線（不感帯）上に位置することとな
る。この方式ではその４分割光検出器２６の各受光素子
出力の総和から記録データを読み取った高周波（ＲＦ）
信号も得ているが、光パワー密度の高い光スポット中心
部が不感帯に位置するため、スポット径の増減、あるい
はスポット位置の移動により、出力信号の大きさが変化
してしまう。つまりトラッキング制御、フォーカス制御
のためのレンズのアクチュエータ動作自体が、出力信号
変動（すなわちジッター）を招いてしまった。

【０００６】そこで本発明は光検出器の不感帯の影響を
除去し、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い、ジッタ
ー特性に優れ、調整の容易な光ピックアップ装置を提供
する事を目的とする。

【０００７】

【問題を解決するための手段】本発明は、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として、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
方向に格子の基本間隔を変調した回折格子を有し、上記
分割線の両側の格子の基本間隔を異ならせたことを第１
の特徴とし、更に、分割線に対して輪郭が対称なホログ
ラム素子を配置したこと、格子の角度が異なるホログラ
ム素子を用いたことを他の特徴とする。

【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）によりトラッキングずれ信号及びフォ
ーカスずれ信号を得る一方、回折を受けない０次光成分
はＲＦ信号を得るためだけに利用される。従ってＲＦ信
号検出には分割化光検出器を用いる必要がなく、受光素
子の不感帯の影響が皆無のため、光スポット径の増減、
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。そして、格子の変調により回折±１次光
の光スポットはトラック方向に伸びた形状となりフォー
カスズレに対する受光素子出力ゲインが小さくなり、Ｆ
Ｅ信号における受光素子の位置調整が容易となる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を用いて
詳細な説明を行う。図１に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
近傍に複数の光スポットとして収束させている。ここで
このホログラム素子２は、図１、３、５、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（分割線は図３（ａ）、（ｂ）以外は仮想であ
る）、少なくとも一方に上記トラック方向に回折機能を
有し、上記分割線の両側の格子の基本間隔を異ならせた
回折格子Ａ、Ｂを有している。（図３の（ｅ）の場合は
格子Ａのみを有する）

【００１０】本実施例の図３（ｂ）タイプのホログラム
素子について以下に説明するが、図３の（ａ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）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。具体的回折格子の例としては、格子Ａの基本間隔が
３０μｍで、変調は格子数が３０本とした時の両端での
差が１μｍの漸減あるいは漸増、格子Ｂの基本間隔が６
０μｍで、変調は格子数が３０本とした時の両端での差
が２μｍの漸減あるいは漸増というように変調量は基本
間隔に対して微量である。従って、これを図示したので
は変調が図面に現れないので、図１、２、５は変調が理
解できるように強調して示してある。又、格子Ａ、Ｂの
角度差も数度以下で、これを図示したのでは角度差が図
面に現れないので、変調と同様に強調して示してある。

【００１１】尚、格子の基本間隔や変調量は、受光素子
の配置、フォーカス等での制御可能範囲、位置ズレと受
光素子出力ゲインの関係（許容される光ピックアップの
性能と調整のし易さとから）等の条件に応じて適宜に設
定すればよい。格子間隔を変調した回折格子の作用によ
って、回折１次光の虚像がどの位置になるか図２（ａ）
（ｂ）の原理図を用いて具体的に説明する。図２（ａ）
の回折格子は、格子の基本間隔に対して図の上側ほど狭
くなるように格子間隔を変調してある。

【００１２】従って、メリジオナル面内で半導体レーザ
Ｌから射出した光ビームは、光軸に近い部分で回折され
た回折角より光軸から離れた部分で回折された回折角が
大きくなり、回折１次光は半導体レーザの位置Ｌを中心
として点対称で光軸方向に異なる点に虚像Ａ+ 、Ａ- を
生成する。同様に、図２（ｂ）の回折格子は、格子の基
本間隔に対して光軸に近いほど狭くなるように格子間隔
を変調してあるが、光軸方向に図２（ａ）と逆の位置に
虚像Ａ+ 、Ａ- を生成する。尚、前記虚像のサジタル面
内の焦点は、半導体レーザの位置を中心として光軸に垂
直な断面内にある。

【００１３】上記変調回折格子を上記分割線の上下に組
み合わせたホログラム素子は、図５に示すような組み合
わせがあるが、以下（ａ）について詳しく説明する。こ
のホログラム素子の作用によって、光ディスクの記録面
に収束する光スポットについて図６を用いて説明する。
図で格子Ａ、Ｂは基本間隔が異なり、変調度は同一とし
てある。半導体レーザ１（Ｌ）から射出して図６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。回折をうけた回折１次光は半導体レ
ーザーの位置Ｌを中心として点対称にある虚像Ａ+ 、Ａ
- に光源があるかのごとく対物レンズ４に入射し、ディ
スク５付近で点Ａ'+、Ａ'-に収束する。

【００１４】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、各々記録面近傍の対応した位置（共役点）に
収束する。ディスク５に対し点Ａ'+、Ａ'-が前後にずれ
るのは、変調格子の作用である。半導体レーザ１から射
出して図６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、各々ディスク５付近で収
束する。

【００１５】従って、半導体レーザーの射出光は、ホロ
グラム素子２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の記録面近傍に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。そして、格子Ａ、Ｂの変調度を同一としてある
ので、ディスク５面に対する点Ａ'+、Ａ'-、Ｂ'+、Ｂ'-
の光軸方向距離が一致している。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４に
示す。トラック１５の中心の光スポット１０は回折０次
光であり、その他の４点は±１次の回折光である。尚、
ホログラム素子２で回折格子の設けられていない部分を
通過した光ビームは、回折０次光と同じ光スポットに収
束する。

【００１６】ここで、回折格子Ａの回折１次光スポット
１１、１３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１２、１４
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
の基本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。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のデフォーカス像
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、図１
に示す通り光ディスク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７、８で説
明する。

【００１８】図７は合焦点を（ｂ）、対物レンズ４とデ
ィスク５が近い時を（ａ）、対物レンズ４とディスク５
が遠い時を（ｃ）とし、受光素子６付近での０次光の光
ビーム１６’、回折格子Ａの回折１次ビーム１７’、１
９’、回折格子Ｂの回折１次ビーム１８’、２０’のメ
リジオナル面での形状を示しており、各ビームの受光素
子での光スポットを図８に示している。合焦点では、図
８（ｂ）に示すように０次光の光スポット１６を中心と
して回折格子Ａの回折１次光の光スポット１７、１９と
回折格子Ｂの回折１次光の光スポット１８、２０が上下
に位置し、概略サジタル方向（トラックと直交する方
向）に最小幅の光スポットを形成している。そして、光
スポット１６は受光素子２１の中心に、回折１次光の光
スポット１７〜２０は受光素子２１の両側に１列に並べ
た２分割受光素子２２ａ・２２ｂ〜２５ａ・２５ｂの分
割線に中心が位置する。

【００１９】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８（ａ）に示すように０次光の光ス
ポット１６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１７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８の上側
に移動し、回折格子Ａの回折１次光の光スポット１９は
メリジオナル方向は狭くなりサジタル方向は広がりなが
らその中心が図８の上側に移動し、回折格子Ｂの回折１
次光の光スポット１８はメリジオナル方向は狭くなりサ
ジタル方向は広がりながらその中心が図８の下側に移動
し、回折格子Ｂの回折１次光の光スポット２０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８の下側に移動し、回折１次光の光スポット１７〜２
０は２分割受光素子２２ａ・２２ｂ〜２５ａ・２５ｂの
一方に大半が位置することになる。尚、図８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。

【００２０】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８（ｃ）に示すように０次光の光ス
ポット１６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１７はメリジオナル方向
は狭くなりサジタル方向は広がりながらその中心が図８
の下側に移動し、回折格子Ａの回折１次光の光スポット
１９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８の下側に移動し、回折格子Ｂの回折１
次光の光スポット１８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８の上側に移動し、回
折格子Ｂの回折１次光の光スポット２０はメリジオナル
方向は狭くなりサジタル方向は広がりながらその中心が
図８の上側に移動する。

【００２１】ホログラム素子の格子を変調しないと、図
８（ｂ）での１次光スポット１７〜２０は微小面積の点
となり、２分割受光素子２２ａ・２２ｂ〜２５ａ・２５
ｂの分割線と光スポット１７〜２０の中心を合わせる調
整が面倒になるが、上記実施例によれば光スポットがト
ラック方向に伸びているので、微調整ができて位置調整
が容易となる。

【００２２】以上は、図５の（ａ）のホログラム素子に
ついての説明である。他の（ｂ）（ｃ）（ｄ）などはメ
リジオナル面内の収束位置が異なり、従ってフォーカシ
ングによる光検出器上の光スポットの形状は各々に対応
した変化をするが、光スポットの移動に関しては今まで
の説明と同様に変化する。

【００２３】従って、光検出器６の各受光素子２２ａ・
２２ｂ〜２５ａ・２５ｂの出力を図９に示すように、Ｆ
Ｅ信号に関しては２分割受光素子２２ａ・２２ｂと２３
ａ・２３ｂの出力、２分割受光素子２４ａ・２４ｂと２
５ａ・２５ｂの出力をそれぞれ比較器２７、２８で上下
逆に比較し、その結果を比較器２９で比較するように結
線する事で得られる。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。

【００２４】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
９に示すように、２分割受光素子２２ａ・２２ｂと２３
ａ・２３ｂの出力、２分割受光素子２４ａ・２４ｂと２
５ａ・２５ｂの出力をそれぞれ加算器３０、３１で加算
し、その結果を比較器３２で比較するように結線して＋
１次回折光と−１次回折光との差を求める事でプッシュ
プル検出できる。

【００２５】尚、ＴＥ信号は２分割受光素子２２ａ・２
２ｂと２４ａ・２４ｂの出力、あるいは２分割受光素子
２３ａ・２３ｂと２５ａ・２５ｂの出力だけでも得られ
る。またＲＦ信号に関しては、焦点合わせの程度に応じ
て回折０次光のビーム径が増減するのみで、常に光検出
器６の受光素子２１上にスポットが位置している。従っ
て、従来例に見られたような光検出素子不感帯の影響
は、一切発生しない。

【００２６】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。

【００２７】

【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、光検出素子不感帯の影響が皆無のため、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と共に、回折±１次光の光ビ
ームのスポット形状を格子変調によってトラック方向に
伸ばしたから、２分割受光素子の配置や位置調整が容易
となる。また、第２請求項によると３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５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
傾きの影響が無くせ、第４請求項によると同一トラック
に５ビームを収束できて正確な制御ができるという効果
を奏する。

【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虚像が生成される様子を
説明する原理図。

【図３】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４】光ディスク面に於ける５つのスポットの照射状
態を示す説明図。

【図５】格子間隔を変調した回折格子の組み合わせを示
す説明図。

【図６】ホログラム素子により光ビームがディスク記録
面近傍に収束する様子を説明する原理図。

【図７】受光素子近傍での収束光束のメリジオナル面内
の様子を説明する説明図。

【図８】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９】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１０】従来例の光ピックアップの基本構成模式図。

【図１１】従来例の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・・回折±１次光１５・・情報トラック１６、１７、１８、１９、２０・・光検出器上での光ス
ポット形状２１・・ＲＦ信号用受光素子２２、２３、２４、２５・・ＴＥ、ＦＥ信号用受光素子

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【手続補正書】

【提出日】平成６年６月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【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
を読み取るピックアップとしては、図１０に示す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。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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims

【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
ック方向に格子の間隔を変調した回折格子を有し、上記
分割線の両側の格子の基本間隔を異ならせた光ピックア
ップ。
【請求項２】分割線の片側のみにホログラム素子を配
置した請求項１の光ピックアップ。
【請求項３】分割線に対して輪郭が対称なホログラム
素子を配置した請求項１の光ピックアップ。
【請求項４】分割線の両側の回折格子の基本間隔およ
び角度を異ならせた請求項１、３の光ピックアップ。