JP2006228260A - 光ピックアップ - Google Patents

Abstract

【課題】 光の利用効率を低下させずに、プッシュプル法を利用したトラッキング誤差信号のオフセットを容易にかつ低コストで補正できるようにする。
【解決手段】 ディスク上にメインビームと少なくとも２つのサブビームとを集光し、それぞれのプッシュプル信号からトラッキング誤差信号を検出する光ピックアップである。第１のサブビームから生成されるプッシュプル信号の位相と、第２のサブビームから生成されるプッシュプル信号の位相とが略１８０°ずれている。第１のサブビーム１０と第２のサブビーム１１とを生成する回折光学素子２によって、第１のサブビーム１０および第２のサブビーム１１の一部分に位相差が与えられる。
【選択図】 図３

Description

本発明は光ピックアップに関し、特に、光ディスクなどの情報記録媒体に情報の記録、再生、消去などを行なう光ピックアップに関する。

（従来例１）
この種の光ピックアップにおけるトラッキング誤差信号の検出方法として、３ビームを用いた差動プッシュプル法（ＤＰＰ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ）法）が、特許文献１に記載されている。

これについて、図１３を用いて説明する。
半導体レーザ１０１からの出射光を回折光学素子１０２によって３ビームに分割した後、コリメータレンズ１０３と対物レンズ１０５により光ディスク１０６上に集光させる。そして、光ディスク１０６からの反射光をビームスプリッタ１０４で反射させ、集光レンズ１０７を通して光検出器１０８に導く。ここで、図１４に示すように、上記の３ビームを用いて、光ディスク１０６上のトラックの接線方向にメインビーム１０９、＋１次光のサブビーム１１０、−１次光のサブビーム１１１を配列させる。図１４においてＸ方向は光ディスク１０６のトラックに垂直な方向、Ｙ方向は光ディスク１０６のトラックに平行な方向である。

ここで、メインビーム１０９が集光するトラックＴに対して、サブビーム１１０、１１１は、１／２トラックピッチだけ半径方向にずれた位置に配置させる。そして、メインビーム１０９、サブビーム１１０、１１１の反射光を、図１５に示すようにそれぞれトラックに平行な方向の分割線を有する２分割光検出器１１２、１１３、１１４で受光する。また、各２分割光検出器１１２、１１３、１１４のそれぞれからの差信号すなわちプッシュプル信号ＭＰＰ、ＳＰＰ１、ＳＰＰ２を生成する。

上記のようにサブビーム１１０とサブビーム１１１はメインビーム１０９に対して１／２トラックピッチだけ半径方向にずれているため、図１６に示すように、サブビーム１１０とサブビーム１１１のプッシュプル信号ＳＰＰ１、ＳＰＰ２は、メインビーム１０９のプッシュプル信号ＭＰＰに対して、位相が１８０°ずれた信号となる。

したがって、図１５の回路によって
ＤＰＰ＝ＭＰＰ−ｋ（ＳＰＰ１＋ＳＰＰ２） （１）
の演算を行なうことにより、対物レンズシフトやディスクの傾きにより発生するオフセット信号をキャンセルしたプッシュプル信号を生成することができる。ここで、係数ｋは、メインビーム１０９の光強度をａ、サブビーム１１０およびサブビーム１１１の光強度をｂとしたとき
ｋ＝ａ／（２ｂ） （２）
で与えられる。

しかしながら、このＤＰＰ法は、サブビーム１１０およびサブビーム１１１をメインビーム１０９に対してディスクの半径方向（Ｘ方向）にちょうど１／２トラックピッチだけずらして配置させる必要があるため、トラックピッチの異なる複数の種類の光ディスクを、１つの光ピックアップで記録、再生する場合には問題となる。

（従来例２）
この問題を解決する手段として、特許文献２には、プッシュプルオフセットを上記従来例１とは異なる方法でキャンセルすることができる光ディスクの記録再生方法が提案されている。

図１７を用いてこの方法を説明する。図外の半導体レーザから出射された光を回折光学素子１０２で３ビームに分割し対物レンズ１０５で光ディスク１０６上に集光させる。ここで、回折光学素子１０２の溝部１０２ａは有効光束の中央部にのみ形成されている。１０２ｂは平坦部で、回折光学素子１０２における溝部１０２ａの周囲に形成されている。

この構成により、溝部１０２ａにより生成されるサブビーム１１０およびサブビーム１１１のビーム径は、有効光束径（対物レンズ１０５の開口径）に比べて小さくなる。したがって、回折光学素子１０２の±１次光については回折された光に対する対物レンズ１０５の開口数が実質小さくなったことになるが、回折光学素子１０２の０次光は、対物レンズ１０５の開口よりも大きく設定されているので光ディスク１０６上には対物レンズ１０５の開口数で決まる回折限界のビームスポットが形成される。

図１８に示すように、メインビーム１０９としてトラックピッチに対し適正な大きさのビームスポットが形成されるような光学系を用いている場合は、サブビーム１１０、１１１はトラックピッチに対して大きなビームスポットが形成される。半径方向の開口率によって定まる光学カットオフ周波数がトラックピッチの空間周波数よりも大きくなるように、回折光学素子１０２の溝部１０２ａの半径を決めることにより、サブビーム１１０、１１１としての＋１次および−１次光からはトラッキング誤差信号（プッシュプル信号）を得ることができなくなる。

しかし、対物レンズシフトなどによるオフセット信号は得られるため、上述の（１）式の演算により、同様にオフセットキャンセルは可能になる。これによれば、トラック横断による変調信号が出ないため、サブビーム１１０、１１１をメインビーム１０９に対してちょうど１／２トラックピッチだけディスク１０６の半径方向にずらせて配置させる必要がなく、トラックピッチの異なる複数の種類の光ディスクを、１つの光ピックアップで再生することが可能となる。
特開昭６１−９４２４６号公報 特開平１０−１６２３８３号公報

しかしながら、上述した図１７の回折光学素子１０２を用いた場合は、０次光を含むメインビーム１０９の光強度は、回折光学素子１０２の溝部１０２ａでは平坦部１０２ｂに対して回折効率の分だけ減ってしまうため、回折光学素子１０２の外周部である平坦部１０２ｂの光強度が相対的に強くなる。また、０次光の位相に関しても、溝部１０２ａでは平坦部１０２ｂに対して光学的位相差が発生する。これによって、メインビーム１０９の光ディスク１０６上での集光ビーム形状が変化し、記録再生特性が劣化する。これを補正する方法として、平坦部１０２ｂにも中央部とは回折方向の異なる回折格子を設け、０次光の強度分布や位相差を均一にする方法も提案されているが、その部分の回折光は利用しない（０次光のみ用いる）ため、光が無駄になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光の利用効率を低下させずに、プッシュプル法を利用したトラッキング誤差信号のオフセットを容易にかつ低コストで補正できるようにすることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を有する。
第１に、ディスク上にメインビームと少なくとも２つのサブビームとを集光し、それぞれのプッシュプル信号からトラッキング誤差信号を検出する光ピックアップにおいて、第１のサブビームから生成されるプッシュプル信号の位相と、第２のサブビームから生成されるプッシュプル信号の位相とが略１８０°ずれていることを特徴とする。

第２に、第１および第２のサブビームを生成する回折光学素子を備え、この回折光学素子によって前記第１および第２のサブビームの一部分に位相差を与えるものであることを特徴とする。

第３に、回折光学素子により、第１のサブビームはディスクのトラックに平行な方向の分割線で分割された略半面に略９０°の位相差が与えられ、第２のサブビームは前記分割線で分割された略半面のうち第１のサブビームとは異なる方の略半面に略９０°の位相差が与えられるものであることを特徴とする。

第４に、回折光学素子は、メインビームが通る部分において回折機能発生要素が設けられていないことを特徴とする。

第５に、波長の異なる少なくとも２つの光源を備え、回折光学素子は、それぞれの光源から出射された光ビームよりメインビームと少なくとも２つのサブビームを生成するための周期構造を備え、前記周期構造は、各光源ごとに、第１のサブビームにはディスクのトラックに平行な方向の分割線で分割された略半面に略９０°の位相差を与え、第２のサブビームには前記分割線で分割された略半面のうち第１のサブビームとは異なる方の略半面に略９０°の位相差を与えることが可能なものであることを特徴とする。

第６に、回折光学素子はディスクのトラックに平行な方向の分割線によって前記ディスクの半径方向に少なくとも３つの領域に分割され、分割された互いに隣り合う各領域の周期構造の位相が略９０°異なり、前記分割線は各サブビームの中央部を通っていることを特徴とする。

本発明によれば、トラックピッチの異なる複数のディスクに対して、光の利用効率を低下させずに、プッシュプル法を利用したトラッキング誤差信号のオフセットを容易にかつ低コストで補正することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の光ピックアップの構成図である。半導体レーザ１からの出射光を回折光学素子２によってメインビームと２つのサブビームに分割した後コリメータレンズ３によってほぼ平行光とする。その後、対物レンズ５により光ディスク６上に集光させ、反射光を対物レンズ５を介して再度ほぼ平行光とし、ビームスプリッタ４で反射させ、集光レンズ７で光検出器８に導く。

図２は光検出器８の構成図である。メインビームと２つのサブビームは、それぞれトラック方向（Ｙ方向）に平行な分割線を有する２分割光検出器１２、１３、１４で受光される。そして、各２分割光検出器１２、１３、１４からの差信号プッシュプル信号ＭＰＰ、ＳＰＰ１、ＳＰＰ２を得る。

ここで、本第１の実施の形態においては、回折光学素子２に形成された周期構造に特徴を有する。その周期構造を図３に示す。回折光学素子２の周期構造は、光ディスク６の半径方向（Ｘ方向）の分割線Ｄ１と光ディスク６のトラック方向（Ｙ方向）の分割線Ｄ２とによって４つの領域１７〜２０に分割されている。そして、そのうちの１つの領域１７に対してＸ方向に隣り合う領域１８の周期構造の位相が、領域１７の周期構造と＋９０°異なっており、また領域１８とＹ方向に隣り合う領域１９に対してＸ方向に隣り合う領域２０の周期構造の位相が、領域１９の周期構造と＋９０°異なっている。

図３において、９はメインビーム、１０、１１はサブビームである。２つのサブビーム１０、１１のうち一方のサブビーム１０は、図３における互いにＸ方向に隣り合う２つの領域（すなわち領域１７および領域１８）のみから生成され、他方のサブビーム１１は、前記２つの領域１７、１８とＹ方向に隣り合いかつ互いにＸ方向に隣り合う他の２つの領域（すなわち領域１９および領域２０）のみから生成されるように、周期構造のピッチが設定されている。かつＹ方向の分割線Ｄ２がサブビーム生成領域の略中心になるような構成となっている。

これにより、周期構造によって生成された２つのサブビームのうち、一方のサブビームについては、Ｙ方向の分割線Ｄ２で分割された略半面に略９０°の位相差が与えられる。他方のサブビームについては、分割線Ｄ２で分割された略半面のうち前記一方のサブビームとは異なる方の略半面に、略９０°の位相差が与えられる。

なお、図３の構成に代えて、図４に示すように、メインビーム９が通過する領域の周期構造がカットされるとともに、サブビーム１０、１１が略半円のような円ではない構成となるように、これらサブビーム１０、１１を生成する領域１７〜２０が配置された構成となっていてもよい。図４の構成にすれば、周期構造によるメインビーム９の光量のロスが抑えられ、メインビーム９の光利用効率を向上させることができる。

図３の構成の回折光学素子２によって生成されたメインビーム９とサブビーム１０、１１の光ディスク６上のスポットは、図５の形状になる。また、図４の構成の回折光学素子２によって生成されたメインビーム９とサブビーム１０、１１の光ディスク６上のスポットは、図６の形状になる。

これらの場合において、サブビーム１０、１１を用いたプッシュプル信号ＳＰＰ１とＳＰＰ２は、図７に示すように位相が１８０°ずれた信号となる。そして、図２の回路により得られる、ＳＰＰ１とＳＰＰ２の和のプッシュプル信号ＳＰＰは、図７に示すように振幅がほぼ０となる。

一方、対物レンズ５のラジアルシフトや光ディスク６の傾きによるＭＰＰ、ＳＰＰ１、ＳＰＰ２のオフセット成分に対しては、対物レンズ５のラジアルシフトや光ディスク６の傾きに対してそれぞれ同じ側（同相）にオフセットが発生する。したがって、図２の回路によって、
ＤＰＰ＝ＭＰＰ−ｋ（ＳＰＰ１＋ＳＰＰ２） （１）
の演算を行なうことにより、上記オフセットをキャンセルしたＤＰＰ信号を検出することができる。ここで、係数ｋはメインビーム９とサブビーム１０、１１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９：サブビーム１０：サブビーム１１＝ａ：ｂ：ｂならば、係数ｋ＝ａ／（２ｂ）である。

以上のように、回折光学素子２において、サブビーム１０、１１を生成する周期構造を、ラジアル方向（Ｘ方向）に平行な直線構造をトラックに平行な方向（ｙ方向）に周期性をもたせた構造とすることで、従来例１のようにサブビームをメインビームに対してちょうど１／２トラックピッチだけラジアル方向にずらせて配置させる必要がなく、トラックピッチの異なる複数の種類の光ディスクを、１つの光ピックアップで再生することが可能となる。また、従来例２のように光ディスク６上でのメインビームの集光スポット形状が変化することもない。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施の形態の光ピックアップの構成図である。この光ピックアップは、ラジアル方向（Ｘ方向）に発光点が並んだ波長の異なる２つの半導体レーザ１、２１を備えている。これらの半導体レーザ１、２１は、ディスク６の半径方向に沿ったたとえば２００μｍ以内の狭い領域に並べられたものであるのが好適である。図示の光ピックアップは、２つの半導体レーザ１、２１からのそれぞれの出射光を回折光学素子２によってメインビームと２つのサブビームに分割した後、コリメータレンズ３によってほぼ平行光とする。その後、対物レンズ５により光ディスク６上に集光させ、反射光を対物レンズ５を介して再度ほぼ平行光とし、ビームスプリッタ４で反射させ、集光レンズ７で光検出器８に導く。ここでは、波長の異なる２つの光線を、実線と破線とによって表している。

図９は、図８における光検出器８の構成図である。メインビーム９、２８と２つのサブビーム１０、１１、２９、３０とは、図２に示すようにそれぞれトラック方向（Ｙ方向）に平行な分割線を有する２分割光検出器１２、１３、１４で受光される。そして、各２分割光検出器１２、１３、１４からの差信号プッシュプル信号ＭＰＰ、ＳＰＰ１、ＳＰＰ２を得る。

ここで、本第２の実施の形態においては、回折光学素子２に形成された周期構造に特徴を有する。その周期構造を図９に示す。回折光学素子２の周期構造は、光ディスク６の半径方向（Ｘ方向）の分割線Ｄ１と光ディスク６のトラック方向（Ｙ方向）の分割線Ｄ２１、Ｄ２２とによって６つの領域２２〜２７に分割されている。そして、そのうちの１つの領域２２に対してＸ方向に隣り合う領域２３の周期構造の位相が、領域２２の周期構造と＋９０°異なっており、さらに領域２３に対してＸ方向に隣り合う他の領域２４の周期構造の位相が、領域２３の周期構造と−９０°異なっている。また領域２２とＹ方向に隣り合う領域２７に対してＸ方向に隣り合う領域２６の周期構造の位相が、領域２７の周期構造と−９０°異なっており、さらに領域２６に対してＸ方向に隣り合う他の領域２５の周期構造の位相が、領域２６の周期構造と＋９０°異なっている。あるいは、領域２４の周期構造の位相が領域２３の周期構造と＋９０°異なっており、領域２５の周期構造の位相が領域２６の周期構造と−９０°異なっている構成となっていてもよい。

ここで、２つの半導体レーザ１、２１からのそれぞれの出射光に対して生成される２つのサブビーム１０、１１、２９、３０のうち一方のサブビーム１０、２９は互いにＸ方向に隣り合う２つの領域２３、２４および２つの領域２２、２３のみから生成される。そして、他方のサブビーム１１、３０は、前記２つの領域とＹ方向に隣り合いかつ互いにＸ方向に隣り合う２つ領域２５、２６および２つの領域２６、２７のみから生成されるように、周期構造のピッチが設定され、かつＸ方向の分割線Ｄ１がサブビーム生成領域の略中心になるような構成となっている。

これにより、２つの半導体レーザ１、２１からのそれぞれの出射光に対して周期構造によって生成された２つのサブビームのうち、一方のサブビームはＹ方向の分割線Ｄ２１、Ｄ２２で分割された略半面に略９０°の位相差が与えられ、他方のサブビームについては分割線Ｄ２１、Ｄ２２で分割された略半面のうち前記一方のサブビームとは異なる略半面に略９０°の位相差が与えられる。

なお、図９の構成に代えて、図１０に示すように、メインビーム９、２８が通過する領域の周期構造がカットされ、サブビーム１０、１１、２９、３０が例えば略半円のような円ではない構成となるように、これらサブビーム１０、１１、２９、３０を生成する領域２２〜２７が配置された構成となっていてもよい。図１０の構成にすれば、周期構造によるメインビーム９、２８の光量のロスが抑えられ、メインビーム９、２８の光利用効率を向上させることができる。

図９の構成の回折光学素子２によって生成されたメインビーム９、２８とサブビーム１０、１１、２９、３０の光ディスク６上のスポットは、図１１の形状になる。また、図１０の構成の回折光学素子によって生成されたメインビーム９、２８とサブビーム１０、１１、２９、３０の光ディスク６上のスポットは、図１２の形状になる。このとき、サブビーム１０、１１またはサブビーム２９、３０を用いたプッシュプル信号ＳＰＰ１とＳＰＰ２は、図７に示すように位相が１８０°ずれた信号となり、ＳＰＰ１とＳＰＰ２の和のプッシュプル信号ＳＰＰは振幅がほぼ０となる。

一方、図８における対物レンズ５のラジアルシフトや光ディスク６の傾きによるＭＰＰ、ＳＰＰ１、ＳＰＰ２のオフセット成分に対しては、対物レンズ５のラジアルシフトや光ディスク６の傾きに対してそれぞれ同じ側（同相）にオフセットが発生する。したがって、図２の回路によって、
ＤＰＰ＝ＭＰＰ−ｋ（ＳＰＰ１＋ＳＰＰ２） （１）
の演算を行なうことにより、上記オフセットをキャンセルしたＤＰＰ信号を検出することができる。ここで、係数ｋはメインビーム９、２８とサブビーム１０、１１、２９，３０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９：サブビーム１０：サブビーム１１＝ａ：ｂ：ｂ、またメインビーム２８：サブビーム２９：サブビーム３０＝ａ：ｂ：ｂならば、係数ｋ＝ａ／（２ｂ）である。

回折光学素子２において、サブビーム１０、１１、２９、３０を生成する周期構造に関し、ラジアル方向（Ｘ方向）に平行な直線構造をトラックに平行な方向（Ｙ方向）に周期性をもたせた構造とすることで、従来例１のようにサブビームをメインビームに対してちょうど１／２トラックピッチだけラジアル方向にずらせて配置させる必要がなく、トラックピッチの異なる複数の種類の光ディスクを、１つの光ピックアップで再生することが可能となる。また、従来例２のように光ディスク６上でメインビームの集光スポット形状が変化することもない。

また、上記のようにディスク半径方向に沿ったたとえば２００μｍ以内の狭い領域に異なる波長をもつ２つの半導体レーザ１、２１の発光点が並べられたものであることにより、回折光学素子２において９０°の位相差を与える領域２２、２３、２４や領域２５、２６、２７をディスク半径方向に交互に３つ配置し、中央の領域２３、２６を２つの波長のビームで共用する構成とすれば、従来例１のようにサブビームをメインビームに対してちょうど１／２トラックピッチだけラジアル方向にずらせて配置させる必要がなく、トラックピッチの異なる複数の種類の光ディスクを、１つの光ピックアップで再生することが可能となると同時に、従来例２のように光ディスク６上でのメインビームの集光スポット形状が変化することがない光ピックアップを容易に実現することができる。

また、異なる波長をもつ半導体レーザ１、２１の発光点がディスク６の半径方向に３つ以上並べられた光ピックアップにおいても、回折光学素子２において９０°の位相差を与える領域をディスク半径方向に交互に配置させることにより、同様の効果を得ることができる。

本発明の光ピックアップは、光の利用効率を低下させずに、プッシュプル法を利用したトラッキング誤差信号のオフセットを容易にかつ低コストで補正することができるものであり、トラックピッチの異なる複数のディスクに対して用いることができる光ピックアップとして有用である。

本発明の第１の実施の形態の光ピックアップの構成図 図１における光検出器の詳細図 図１の回折光学素子の周期構造を示す概略図 図１の回折光学素子の他の周期構造を示す概略図 図３の回折光学素子による光ディスク上のスポットの配列図 図４の回折光学素子による光ディスク上のスポットの配列図 図２の光検出器より得られる信号波形の図 本発明の第２の実施の形態の光ピックアップの構成図 図８の回折光学素子の周期構造を示す概略図 図８の回折光学素子の他の周期構造を示す概略図 図９の回折光学素子による光ディスク上のスポットの配列図 図１０の回折光学素子による光ディスク上のスポットの配列図 従来例１の光ピックアップの構成図 図１３の光ピックアップにおける光ディスク上のスポットの配列図 図１３の光ピックアップにおける光検出器の詳細図 図１３の光検出器より得られる信号波形の図 従来例２の光ピックアップの要部の構成図 図１７の光ピックアップにおける光ディスク上のスポットの配列図

符号の説明

１、２１ 半導体レーザ
２ 回折光学素子
９、２８ メインビーム
１０、１１、２９、３０ サブビーム
１７、１８、１９、２０、２２、２３、２４、２５、２６、２７ 領域

Claims (6)

1. ディスク上にメインビームと少なくとも２つのサブビームとを集光し、それぞれのプッシュプル信号からトラッキング誤差信号を検出する光ピックアップにおいて、第１のサブビームから生成されるプッシュプル信号の位相と、第２のサブビームから生成されるプッシュプル信号の位相とが略１８０°ずれていることを特徴とする光ピックアップ。
2. 第１および第２のサブビームを生成する回折光学素子を備え、この回折光学素子によって前記第１および第２のサブビームの一部分に位相差を与えるもので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. 回折光学素子により、第１のサブビームはディスクのトラックに平行な方向の分割線で分割された略半面に略９０°の位相差が与えられ、第２のサブビームは前記分割線で分割された略半面のうち第１のサブビームとは異なる方の略半面に略９０°の位相差が与えられるものであることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ。
4. 回折光学素子は、メインビームが通る部分において回折機能発生要素が設けられていないことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の光ピックアップ。
5. 波長の異なる少なくとも２つの光源を備え、
   回折光学素子は、それぞれの光源から出射された光ビームよりメインビームと少なくとも２つのサブビームを生成するための周期構造を備え、
   前記周期構造は、各光源ごとに、第１のサブビームにはディスクのトラックに平行な方向の分割線で分割された略半面に略９０°の位相差を与え、第２のサブビームには前記分割線で分割された略半面のうち第１のサブビームとは異なる方の略半面に略９０°の位相差を与えることが可能なものであることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の光ピックアップ。
6. 回折光学素子はディスクのトラックに平行な方向の分割線によって前記ディスクの半径方向に少なくとも３つの領域に分割され、分割された互いに隣り合う各領域の周期構造の位相が略９０°異なり、前記分割線は各サブビームの中央部を通っていることを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ。

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