JP3691274B2 - 光ピックアップおよびホログラム素子 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は光ピックアップおよびホログラム素子に関し、特にたとえばCDやDVD等のような光ディスク(以下、単に「ディスク」という。)からの反射光を回折するとともに受光素子上に収束させる、光ピックアップおよびホログラム素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディスクから情報を読み取る光ピックアップには、記録情報の再生機能とともにフォーカスエラーおよびトラッキングエラーを検出する機能が要求され、従来では、周知のフーコー法や非点収差法等でフォーカスエラーを検出し、プッシュプル法や3ビーム法等でトラッキングエラーを検出するようにしていた。そして、フーコー法と3ビーム法とを組み合わせて用いる場合には、たとえば図9に示すように、メインビームを受光する受光素子2a〜2cと、サブビームを受光する受光素子3aおよび3bとを有する光検出器1を用いて、受光素子2aおよび2bの出力信号の差(S2a−S2b)でフォーカス誤差信号を求め、受光素子3aおよび3bの出力信号の差(S3a−S3b)でトラッキング誤差信号を求めるようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ディスクで反射されたサブビームの反射光はレンズを斜めに通るため、ホログラム素子4(図9)において均等には二分されず、分割された2つのサブビームのスポットサイズは同じではなくなる。したがって、分割後にスポットサイズの大きい側(以下、「開口側」という。)として回折されたサブビームとスポットサイズの小さい側(以下、「遮光側」という。)として回折されたサブビームとは、光検出器1の受光面上で対称形状とはならず、受光面上では、遮光側のサブビームBのスポットサイズの方が開口側のサブビームAのスポットサイズよりも大きくなる。
【0004】
一方、従来のホログラム素子4のパターン設計においては、メインビームに対する波面収差を小さくすることが重視され、サブビームについては大きな波面収差が残留していた。すなわち、従来では、図10に示すように、分割線5からの距離xに対して、Ax4 +Bx2 +Cの偶関数で表される第1パターン6および第2パターン7を設計し、これらのパターンを二分して接合することによって全体パターン8を得るようにしていたが、このパターン設計においてはサブビームに対する波面収差は考慮されていなかった。
【0005】
そのため、図9に示すように、遮光側のサブビームBが受光素子3aおよび3bからはみ出すおそれがあり、トラッキングエラーバランスやジッタが温度変化に伴って大きく変動し、光ピックアップの特性が不安定になるという問題があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、光ピックアップの特性を安定させることができる、光ピックアップを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、レーザ素子からのレーザビームを1つのメインビームと2つのサブビームとに分割する回折素子と、メインビームおよびサブビームをディスクに収束させるレンズと、ディスクからの反射光をそれぞれ回折する第1パターンおよび第2パターンに二分されたホログラム素子と、第1パターンおよび第2パターンでそれぞれ回折されたメインビームを受光する第1部分とサブビームを受光する第2部分とを含む光検出器とを備える光ピックアップにおいて、第1パターンおよび第2パターンのそれぞれは、実光源点と所定距離だけ離間したサブビームのそれぞれの仮想光源点からホログラム素子までの光路長とホログラム素子から光検出器の第2部分までの光路長との差がレーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡で表されることを特徴とする、光ピックアップである。
【0007】
第2の発明は、レーザ素子からのレーザビームを回折素子によって分割された1つのメインビームと2つのサブビームのうち、ディスクで反射された2つのサブビームをピッチの異なる第1パターンと第2パターンによりそれぞれ回折して受光素子に収束するためのホログラムパターンを備える、ホログラム素子において、第1パターンおよび第2パターンのそれぞれは、実光源点と所定距離だけ離間したサブビームのそれぞれの仮想光源点からホログラム素子までの光路長とホログラム素子から受光素子までの光路長との差がレーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡で表されることを特徴とする、ホログラム素子である。
【0008】
【作用】
ホログラム素子の第1パターンおよび第2パターンは、それぞれ2つのサブビームのそれぞれの仮想光源点からホログラム素子までの光路長とホログラム素子から光検出器の第2部分までの光路長との差がレーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡となるように設計されているので、サブビームのスポットが光検出器の第2部分からはみ出す心配はない。
【0009】
【発明の効果】
この発明によれば、サブビームのスポットが受光面からはみ出すのを防止できるので、光ピックアップの特性を安定させることができる。
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0010】
【実施例】
図1に示すこの実施例の光ピックアップ10は、ディスクモータ12によって回転されるCDやDVD等のようなディスク14から情報を読み取るためのものであり、所定の波長のレーザ光を発光する光源としての半導体レーザ素子16を含む。半導体レーザ素子16には、APC(Automatic Power Control)18が接続され、このAPC18によって半導体レーザ素子16の出力が制御される。また、半導体レーザ素子16とディスク14との間には、回折素子としてのホログラム素子20および対物レンズ22が配置され、ホログラム素子20の斜め下方には、光検出器24(図2)が配置される。
【0011】
ホログラム素子20は、石英ガラス等からなる基板26を含み、基板26の下面には1つのメインビームと2つのサブビームを生成するためのグレーティングパターン28が形成され、基板26の上面には光偏向用のホログラムパターン30が形成される。ホログラムパターン30は、図2に示すように、ディスク14の径方向に延びる分割線A0によって、互いに異なるピッチを有する第1パターン30aと第2パターン30bとに分割される。
【0012】
対物レンズ22は、フォーカシングアクチュエータを構成する図示しないアクチュエータコイルに固定され、アクチュエータコイルに通電されることによって上下方向に変位される。
光検出器24は、図2に示すように、5つの受光素子32a,32b,32c,32eおよび32fに分割され、受光素子32aと32bとを隔てる分割線B0は、フォーカスオフセットを防止するために、ホログラムパターン30(図2)における回折方向とほぼ同じ方向であってわずかに角度をもつように形成される。
【0013】
一般に、開口数NAの対物レンズで波長λのビームを絞ったスポット(エアリディスク)の直径dは、d=1.22λ/NAで表すことができる。また、対物レンズ22の半導体レーザ16側のNAをNAL とし、メインビーム(0次光)のホログラムパターン30で分割された後のNAをNAO とすると、メインビーム(0次光)はホログラムパターン30で2等分されることから、NAO =NAL /2と表すことができる。したがって、メインビーム(0次光)のスポット径d0は、d0=2.44λ/NAL となる。一方、サブビームは、中心からずれた位置で分割されるため、図2に示すように、開口側のサブビームAのスポットは受光素子32eおよび32f上で小さく絞り込まれるが、遮光側のサブビームBのスポットは受光素子32eおよび32f上で大きくぼけた状態となる。そのため、受光素子32eおよび32fの幅は、遮光側スポットの大きさよりも広く設定する必要があるが、この幅をあまりに広くすると、チップサイズが大型化してしまう。そこで、この実施例では、サブビームを光源としたときの光路長と波長とに基づいて、受光素子32eおよび32f上でのサブビームのスポットサイズが最小となるようにホログラムパターン30を設計する。
【0014】
すなわち、図3に示すように、+1次サブビームを光源としたときの光路長と波長とに基づいて受光素子上でのサブビームスポットが最小となるように円形領域全体に第1パターン30aを設計し、−1次サブビームを光源としたときの光路長と波長とに基づいて受光素子上でのサブビームスポットが最小となるように円形領域全体に第2パターン30bを設計し、これらを二分して接合することによってホログラムパターン30を得る。より具体的に説明すると、第1パターン30aを設計する際には、図4(A)に示すように、ホログラム素子20と光検出器24とを所定位置に配置し、+1次サブビームの仮想光源点をP1 とし、受光素子32f上における収束点をS1 としたとき、+1次サブビームの光路長(光学的距離)O1 P1 とO1 S1 との差(O1 P1 −O1 S1 )がnλ(n=0,±整数,λ:波長)となるホログラム素子20上の点O1 の軌跡を求めて、これを第1パターン30aとする。一方、図4(B)に示すように、−1次サブビームの仮想光源点P2 と収束点S2 とに基づいて、同様の方法によって第2パターン30bを求める。そして、第1パターン30aおよび第2パターン30bのそれぞれを二分して接合する。なお、空気中と基板26中とにわたる光路長は、それぞれの光路長をいわゆる光線追跡計算によって求め、これらを合計することによって得られる。
【0015】
たとえば、16μmピッチのグレーティングパターン28を用いてレーザ光を3つに分割し、ディスク14上においてメインビームスポットから±13μm隔てた位置にサブビームスポットを作り、このサブビームの反射光を対物レンズ22およびホログラムパターン30を通してメインビームの光軸から±66μm隔てた位置に収束させる場合、サブビームの仮想光源点P1 およびP2 は、それぞれ±70μmだけ実際の発光点P0 からずれることになる。そして、この条件下では、上述の設計方法に従って、図5のグラフに示す第1パターン30aと、図6のグラフに示す第2パターン30bとが得られ、これらのパターン30aおよび30bに基づいて図7に示すホログラムパターン30が得られる。第1パターン30aおよび第2パターン30bのそれぞれは、Ax4 +Dx3 +Bx2 +Ex+Cを基本とする多項式で表すことができる。つまり、ホログラムパターン30における第1パターン30aおよび第2パターン30bは、これらの境界線からの距離xに対して奇数次の依存性を有するパターンで構成されることになる。
【0016】
動作において、光ピックアップ10のスイッチをオンすると、ディスクモータ12によってディスク14が回転されるとともに、半導体レーザ素子16が発光される。すると、半導体レーザ素子16からのレーザビームがグレーティングパターン28によって回折され、メインビームと2つのサブビームとに分割される。グレーティングパターン28によって分割された3つのビームは、ホログラムパターン30を通過し、対物レンズ22によってディスク14に収束される。ディスク14によって反射された反射光は、対物レンズ22を経て、ホログラムパターン30によって回折され、メインビームが光検出器24の受光素子32a〜32cに収束され、サブビームが受光素子32eおよび32f に収束される。そして、受光素子32aおよび32bの出力信号の差(S32a−S32b)でフォーカス誤差信号が求められ、受光素子32eおよび32fの出力信号の差(S32e−S32f)でトラッキング誤差信号が求められる。
【0017】
この実施例によれば、サブビームを光源としたときの光路長と波長とに基づいて、サブビームのスポットサイズが最小となるようにホログラムパターン30を設計しているので、遮光側のサブビームが受光面からはみ出す心配はない。したがって、トラッキングエラーバランスやジッタが温度変化に伴って大きく変動するのを防止でき、光ピックアップ10の特性を安定させることができる。また、ホログラム素子20や光検出器24等の取付精度の許容範囲を広げることができる。なお、図8は、図7に示したホログラムパターン30を用いた場合のサブビームスポットの中心からの距離と光強度との関係を示したグラフである。このグラフでは、サブビームスポットの裾の部分における光強度が従来技術に比べて大幅に小さくなっており、このことからサブビームのスポットサイズが実質的に小さくなっていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の光ピックアップを示す図解図である。
【図2】図1実施例で用いられる光検出器を示す図解図である。
【図3】図1実施例で用いられるホログラム素子を示す図解図である。
【図4】ホログラム素子の設計方法を示す図解図である。
【図5】第1パターンを示すグラフである。
【図6】第2パターンを示すグラフである。
【図7】第1パターンと第2パターンとを組み合わせたホログラムパターンを示すグラフである。
【図8】サブビームスポットの中心からの距離と光強度との関係を示すグラフである。
【図9】従来技術を示す図解図である。
【図10】従来のホログラムパターンを示す図解図である。
【符号の説明】
10 …光ピックアップ
16 …半導体レーザ素子
20 …ホログラム素子
22 …対物レンズ
24 …光検出器
28 …グレーティングパターン
30 …ホログラムパターン
Claims (2)
- レーザ素子からのレーザビームを1つのメインビームと2つのサブビームとに分割する回折素子と、前記メインビームおよび前記サブビームをディスクに収束させるレンズと、前記ディスクからの反射光をそれぞれ回折する第1パターンおよび第2パターンに二分されたホログラム素子と、前記第1パターンおよび前記第2パターンでそれぞれ回折された前記メインビームを受光する第1部分と前記サブビームを受光する第2部分とを含む光検出器とを備える光ピックアップにおいて、
前記第1パターンおよび前記第2パターンのそれぞれは、実光源点と所定距離だけ離間した前記サブビームのそれぞれの仮想光源点から前記ホログラム素子までの光路長と前記ホログラム素子から前記光検出器の前記第2部分までの光路長との差が前記レーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡で表されることを特徴とする、光ピックアップ。 - レーザ素子からのレーザビームを回折素子によって分割された1つのメインビームと2つのサブビームのうち、ディスクで反射された2つの前記サブビームをピッチの異なる第1パターンと第2パターンによりそれぞれ回折して受光素子に収束するためのホログラムパターンとを備える、ホログラム素子において、
前記第1パターンおよび前記第2パターンのそれぞれは、実光源点と所定距離だけ離間した前記サブビームのそれぞれの仮想光源点から前記ホログラム素子までの光路長と前記ホログラム素子から前記受光素子までの光路長との差が前記レーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡で表されることを特徴とする、ホログラム素子。
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