JP4004905B2 - 光集積化ユニット及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に光学的に情報を記録、または再生する光ディスク装置に用いられる光ピックアップ装置及び光集積化ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置を、小型化、薄型化および高信頼性化を図る手段として、ホログラムを用いたものが考案されている。その光ピックアップ装置のＤＶＤ（デジタルビデオディスク）用のホログラムの基本的な構造としては、ディスク半径方向に２分割されており、かつその一方は、さらにトラック方向に２分割されている。そして、前記ディスクからの反射ビームの半分でフォーカス誤差信号を、もう半分でトラック誤差信号を、ビーム全面で情報信号を検出するものである。前記トラック誤差信号には、前記ディスク半径方向に半分に分割されたビームをさらに前記トラック方向に２分割することで、トラックに対する位置信号、いわゆるプッシュプル信号（ＰＰ信号）を検出できる構成となっている（例えば、特許文献１ 参照。）。
【０００３】
このように構成されるホログラムを用いた光集積化ユニットと、該光集積化ユニットから出射されたレーザ光をディスク上に集光させるための対物レンズ手段とによって光ピックアップ装置が構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１６１２８２号公報（第４−５頁、第１−３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光ピックアップ装置の中でも特に、記録用として、対物レンズ出射光の光量低下が無くかつ対物レンズのシフトやディスクの傾きに対するオフセットを抑圧し、安定したトラッキングサーボ性能を得ることができる１ビーム法を用いた光ピックアップ装置について、本出願人は特願２００１−３４５０７２号を提案している。
【０００６】
その光ピックアップ装置のＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）用の基本的な構造について、図９を用いて説明する。この光集積化ユニットに使用されているホログラム１６は、ディスク半径方向に２ 分割されており、かつその一方は、さらにトラック方向に２分割されている。そして、前記ディスクからの反射ビームの半分でフォーカス誤差信号を、もう半分でトラック誤差信号を、ビーム全面で情報信号を検出するものである。前記トラック誤差信号には、前記ディスク半径方向に半分に分割されたビームをさらに前記トラック方向に２分割することで、トラックに対する位置信号、いわゆるプッシュプル信号（ＰＰ信号）を検出できる構成となっている。また、ホログラム素子１５において、ホログラム１６の反対面にディスクの半径方向に回折効率を異ならせた回折格子１７が形成されており、対物レンズシフトやディスク傾きによるオフセットをキャンセルするための補正信号（以下、キャンセル信号）を生成し、ＰＰ信号のオフセット補正を行うことで安定したトラッキングサーボ性能を得ることができる。このように構成されるホログラムを用いた光集積化ユニットと、該光集積化ユニットから出射されたレーザ光をディスク上に集光させるための対物レンズ手段とによって光ピックアップ装置が構成されている。
【０００７】
上述のように構成される光集積化ユニットを用いたピックアップ装置では、図９に示すように、回折格子１７は前記ホログラム１６からの±１次の回折光の内、どちらか一方（図１０では受光領域１４ａ〜１４ｆへの＋１次の回折光）のみが入射するように配置されている。回折格子１７上でのビーム配置を図１１に示すが、ホログラムからの＋１次回折光１６ａ〜１６ｃを使用しているため、ホログラム基板１５のホログラム形成面と反対面の位置では各ビームが十分に分離できず、１６ａと１６ｃは重なり合ってしまう。この面にトラッキングオフセットをキャンセルするための回折格子１７を形成した場合、キャンセル信号を生成する１６ａのビームのみならず、本来フォーカス信号を検出するためだけに用いられる１６ｃのビームも回折格子１７を透過することになって、透過率変化の影響を受けてしまう。その影響はフォーカス信号にノイズとなって現れてしまうため、フォーカスサーボが引き込めなくなったり、引き込めても十分にゲインを上げることが出来ず、サーボの抑え込みが不十分であったりするといった問題があった。
【０００８】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、メインビームの光量低下が無く（１ビーム法）、かつ、対物レンズの移動やディスクの傾きによりオフセットの発生しない、安定したサーボ性能が得られる光集積化ユニットを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下のような構成とした。
【００１０】
レーザ光を出射する発光部と、発光部から出射された光を透過させディスクに入射し、かつ、ディスクからの反射光を反射させてホログラムへと導く光分岐素子と、光分岐素子からの光を回折させて受光部へと光を導くためのホログラムと、前記ホログラムで回折された光を受光する受光部と、ホログラムと受光部の間にホログラムで回折された±１次回折光のうちの一方の回折光が通過するように配置された光学素子を含む構成の光集積化ユニットであって、前記光学素子は光学素子への入射した前記回折光のディスク半径方向への入射位置に対して光学素子の出射光の光強度を変化させて、前記受光部へ導く機能を有している。
【００１１】
また、光学素子は複数の領域に分割されており、前記分割された複数の領域のうち少なくとも１つの領域において、ディスクの半径方向の位置に対する前記光学素子の光強度の変化率の極性が、反転している。さらに中間部で極性が反転していると望ましい。さらに、ディスクの半径方向の位置に対する光強度の変化率の絶対値が一定であることがより望ましい。
【００１２】
また、前記光学素子は回折格子であり、格子の谷幅と溝幅の比が、格子長手方向に変化している。回折格子の格子の溝深さが、格子長手方向に変化している構成としても良い。
【００１３】
また、前記光学素子は反射膜であり、反射膜の面積率が、ディスク半径方向に変化している。
【００１４】
さらに、前記ホログラム素子と光学素子は、同一基板に形成されていることが望ましい。上記光集積化ユニットと本光集積化ユニットから照射されるレーザ光をディスク上に集光させるためのレンズ手段で光ピックアップ装置を構成する。
【００１５】
尚、以上の各構成要素は、可能な限り互いに組み合わせることができるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施例による光集積化ユニットの概略構成図を示している。光集積化ユニット１は、ステム２に搭載されたＬＤチップ３、受光部４、光分岐素子５とホログラム基板６で構成されている。ホログラム基板６上にはホログラム７とその反対面に回折格子８が形成されている。さらに、ホログラム７の±１次回折光のうち、どちらか一方の回折光のみが回折格子８に入射するよう、回折格子８が配置されている。
【００１８】
発光部であるＬＤチップ３から出射された光は、光分岐素子５のＡ面を透過した後、ディスクに入射する。ディスクからの反射光は、光分岐素子５のＡ面で反射し、さらに、Ｂ面でも反射した後、ホログラム７へ入射する。ホログラム７で±１次回折光に分割された後、受光部４に到達するが、ホログラム７の±１次回折光の内、どちらか一方のみ、回折格子８に入射した後、受光部４に到達する。
【００１９】
次に、ホログラム７、回折格子８と受光部４の関係を図２に示す。あくまでも模式的に表現したもので、実際にはホログラム基板６の大きさは、例えば□３〜４ｍｍ程度で、一方、受光部４の各光検出器サイズは、５０μｍ×２００μｍ程度で、かつ、ホログラム７の中心より数百μｍの距離に位置している。ホログラム７は図示するように、半径方向（図中Ｘ方向）に対して２分割（ａとｂ・ｃ）されており、分割された一方は、さらにトラック方向（図中Ｙ方向）に対して２分割され（ｂとｃ）ており、トータルで３分割されている。受光部４は、例えば、合計９セグメントの光検出器で構成されている。図中、左側がホログラム７の−１次回折光、右側を＋１次回折光とする。
【００２０】
ディスクからの反射光はホログラム７で３分割され、±１次回折光として６個のビームに分かれて光検出器の方向に回折する。さらに、＋１次回折光は、回折格子８でそれぞれ３分割（メイン＋両サブビーム）され、合計９個のビームに分割され、各光検出器へ入射する。フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）は光検出器４ａと４ｂの差動から、また、情報信号（ＲＦ信号）は光検出器４ＡＢ、４Ｃ、４Ｄの合算から得る。
【００２１】
次に、トラックエラー信号（ＴＥＳ）は、下記演算式により得られる。
ＴＥＳ＝（４Ｃ−４Ｄ）−α＊（（４Ｃ＋４Ｄ）−β＊（４ｃ＋４ｅ＋４ｄ＋４ｆ））・・・（１）
ここで、（４Ｃ−４Ｄ）は、プッシュプル信号（ＰＰ信号）であり、係数α以降の式は対物レンズシフトによるオフセット補正信号である。
このような構成とすることで、対物レンズシフトによるオフセット補正信号を生成することでＴＥＳ信号から対物レンズシフトの影響が除去できることになる。
【００２２】
次に、回折格子８上に入射するビーム形状を図３に具体的に示す。回折格子８上のビームは、ホログラム７上の３個のビーム、７ａ、７ｂ、７ｃに対応して、それぞれ、８ａ、８ｂ、８ｃとすると、回折格子８は、ビーム８ｂ、８ｃに対応して、８Ａ、８Ｂの２個の領域に分割されている。受光素子４上では、回折格子８を通過した９個のビームがそれぞれ重なることはないが、ホログラム基板６の厚みは、例えば１ｍｍ程度であり、ホログラムからの距離が十分にとれないため、ビーム８ａとビーム８ｂが重なり、ビーム８ａも回折格子８Ａに入射することになる。
【００２３】
ここで、ビーム８ａのうち、回折格子８Ａの０次透過光が光検出器４ａ、４ｂに入射し、フォーカスエラー信号を検出する。対物レンズが、トラッキングのためにシフトすると、この回折光８ａも回折格子８Ａ上で図中Ｘ方向に移動する。ところが、回折格子８Ａは、Ｘ方向に回折効率が変化するように構成されており、フォーカスエラー信号に関係無く、光検出器への入射光量が変化することになる。つまりは、ジャストフォーカスにもかかわらず、トラッキングにより対物レンズが移動すると、フォーカスエラー信号が変化するため、正しいフォーカスエラー信号を検出できなくなる。
【００２４】
図４を基に光学素子８の詳細について説明する。図４は、回折格子８Ａのディスク半径方向であるＸ方向の回折効率を表したものである。ここで、（ａ）は回折格子８Ａの回折効率を途中で極性を反転させた例であり、（ｂ）は回折効率を単調に増加させた例を示している。
【００２５】
回折効率が例えば単調に増加している（ｂ）の場合、図示している様に、回折格子８Ａ上でビームが移動した場合、回折効率が高い側に全体的に移動する、すなわち、光検出器４ａ、４ｂに入射する光量が低下する。（０次光量は±１次回折光量とは反比例するため）ところが、一方、（ａ）の場合は、回折効率の変化率の極性が途中で反転しているため、同様にビームが移動した場合、図中左側のビームは回折効率が高い方向に移動するが、右側のビームは逆に回折効率が低い方向に移動するため、光検出器４ａ、４ｂに入射する光量の変化を抑圧可能となる。つまり、（ａ）の構成の方が（ｂ）の構成に比べてトラッキングにより対物レンズが移動しても、フォーカスエラー信号の変化を抑圧できるので、正しいフォーカスエラー信号を検出できる。
【００２６】
回折効率を変化させる手段として、本回折格子８Ａ、８Ｂは、図５に記載の通り、格子の谷幅と溝幅の比が、格子長手方向に連続的に変化している構成とすることができる。また、回折効率を変化させる手段として、本回折格子８Ａ、８Ｂは、図６に記載の通り、格子長手方向に変化している構成としてもかまわない。
【００２７】
さらに、図５、図６において、ディスクの半径方向（格子長手方向）の光ビームの位置に対して、回折効率の変化率が一定となるように、格子の谷幅と溝幅の比を変化させたり、格子の溝深さを変化させると、対物レンズが移動する際の、回折効率変化をより小さくできる。
【００２８】
以上は、ディスク半径方向に透過率が変化する光学素子として、回折格子の場合について説明したが、本光学素子の別の実施例として、ディスク半径方向に反射率が変化する構成としてもかまわない。反射率を変化させる手段としては、反射膜の組成を変化させて、反射率を変化させる方法がある。別の方法としては、図７記載の様に、微小ドットで構成される反射膜の面積率（ドットの密度）を変化させる方法もある。本構成であれば、通常のフォトリソプロセスを用いて、容易に大量生産可能である。
【００２９】
図４においては、光学素子の透過率（＝回折効率）の変化率の極性を途中で反転させているが、図８に記載する様に、ビーム８ｂの中央部で反転、さらには、極性反転前後の透過率の変化率の絶対値を同じ値にすれば、対物レンズの移動による透過率（＝回折効率）の変化をより抑えることができる。
【００３０】
上記のように回折格子や反射膜での具体例をあげて対物レンズの移動によるオフセットを除去する方法について説明を行ったが、原理的には、光学素子に光学素子への入射光のディスク半径方向への入射位置に対して光学素子の出射光の光強度が変化する機能を有していればレンズシフトによるオフセット除去が可能となる。さらに、図４で示したように、ディスクの半径方向の位置に対する前記光学素子の光強度の変化率の極性を反転させる構成とすれば、より厳密にオフセットの除去ができることになる。
【００３１】
以上に示した光学素子８をホログラム素子７と同一基板６の対向面に形成すれば、光集積化ユニットとして、部品点数の増加は無い。また、光学素子を形成時にホログラム素子との位置決めを行っておけば、光集積化ユニットを組立て時に位置調整する必要もなく、かつ、位置決めも高精度に行える。
【００３２】
この様に、メインビームの光量低下が無い１ビーム法において、対物レンズの移動やディスクの傾きにより発生するトラックオフセットを補正するとともに、フォーカスサーボ信号にも悪影響を及ぼさない構成とすることが可能となり、安定したサーボ性能が得られる。
【００３３】
なお、本光集積化ユニットは光分岐素子としてマイクロプリズムを用いて、ディスクからの反射光をマイクロプリズムで反射させてホログラムに導いたが、マイクロプリズムとホログラムの代わりに液晶素子などの複屈折材料を用いて、ディスクからの反射光を分岐して本光学素子７に導く構成としても、効果は変わらない。
【００３４】
また、本光集積化ユニット１と本光集積化ユニット１から照射されるレーザ光をディスク上に集光させるためのレンズ手段を組合わせ、光ピックアップを構成することにより、必要最小限の光学部品で構成でき、かつ、信号検出系の調整も不要となるため、小型、薄型でかつ、組立て性が良く、信頼性にも優れ、安定したサーボ性能を有する光ピックアップを容易に得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
上記にて説明された本発明の構成とすることで、光記録媒体に対して１ビームでトラッキングを行うことによって、光の有効利用を図り、対物レンズの移動やディスクの傾きにより発生するオフセットを補正することが可能な光集積化ユニット及び光ピックアップにおいて、フォーカスサーボ信号へのノイズの混入を抑圧し、安定したサーボ性能を得ることを可能とするものであり、小型・薄型、量産性に優れ、かつ信頼性に優れているという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光集積化ユニットの概略図である。
【図２】 本発明の光集積化ユニットにおいて、ホログラム素子と受光部の関係を示す概略図である。
【図３】 図２の回折格子上における、ディスク反射光を示す概略図である。
【図４】 本発明における回折格子の透過率の変化を示す概略図である。
【図５】 本発明における回折格子の概略図である。
【図６】 本発明における回折格子の概略図である。
【図７】 本発明における光学素子の概略図である。
【図８】 本発明における回折格子の透過率の変化を示す概略図である。
【図９】 本発明の光ピックアップの課題を説明するための図である。
【図１０】 図９における光検出器の構成を示す図である。
【図１１】 図９における回折格子と回折格子上での光ビーム形状を示す図である。
【符号の説明】
１ 光集積化ユニット
２ ステム
３ ＬＤチップ
４ 受光部
４ａ〜４ｆ；４ＡＢ，４Ｃ，４Ｄ 受光領域
５ 光分岐素子
６ ホログラム素子
７ ホログラム
７ａ，７ｂ，７ｃ 分割領域
８ 回析格子

Claims (10)

1. レーザ光を出射する発光部と、発光部から出射された光を透過させディスクに入射し、かつ、ディスクからの反射光を反射させてホログラムへと導く光分岐素子と、光分岐素子からの光を回折させて受光部へと光を導くためのホログラムと、前記ホログラムで回折された光を受光する受光部と、ホログラムと受光部の間にホログラムで回折された±１次回折光のうちの一方の回折光が通過するように配置された光学素子を含む構成の光集積化ユニットにおいて、
   前記光学素子は、光学素子へ入射した前記回折光を、そのディスク半径方向への入射位置に対する光学素子の出射光の光強度を変化させて、前記受光部へ導く機能を有する光集積化ユニット。
2. 前記光学素子は複数の領域に分割されており、前記分割された複数の領域のうち少なくとも１つの領域において、ディスクの半径方向の位置に対する前記光学素子の光強度の変化率の極性が、反転していることを特徴とする請求項１記載の光集積化ユニット。
3. 前記光学素子の分割された複数の領域のうち少なくとも１つの領域のディスク半径方向の中間部で極性が反転していることを特徴とする請求項２記載の光集積化ユニット。
4. 前記光学素子は、ディスクの半径方向の位置に対する前記光強度の変化率の絶対値が一定であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光集積化ユニット。
5. 前記光学素子は回折格子であり、格子の谷幅と溝幅の比が、格子長手方向に変化していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光集積化ユニット。
6. 前記光学素子は回折格子であり、格子の溝深さが、格子長手方向に変化していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光集積化ユニット。
7. 前記光学素子は反射膜であり、反射膜の面積率が、ディスク半径方向に変化していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光集積化ユニット。
8. 前記ホログラム素子と光学素子は、同一基板に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光集積化ユニット。
9. 前記光学素子は、ホログラムで回折された±１次回折光のうちの一方の回折光を分割して、前記受光部へ導く機能を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光集積化ユニット。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光集積化ユニットと前記光集積化ユニットから照射されるレーザ光をディスク上に集光させるためのレンズ手段を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。

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