JP2005293716A - 光ピックアップ - Google Patents

Abstract

【課題】 ホログラム素子を用いることなく、簡易な制御で各種ＤＶＤに対し記録再生を行うことができる光ピックアップを提供する。
【解決手段】 半導体レーザからのレーザビームをメインビームと複数のサブビームに分割する回折格子を備えた光ピックアップにおいて、回折格子として、分割線１２１で分割された第１及び第２の領域１２２、１２３を有し、第１の領域１２２には、分割線に対して時計回り方向に角度αとなるように格子溝１２４が形成され、第２の領域１２３には、分割線に対して反時計回り方向に角度αとなるように格子溝１２５が形成された、回折格子１２を用いる。回折格子は、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷに対し、グルーブ位置する中央のスポットと、それを挟むように両隣のランド上に位置する２つのスポットの、計５個のスポットを形成し、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷ及びＤＶＤ−ＲＡＭのいずれに対してもＤＰＰ法を利用できるようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光ディスクドライブに用いられる光ピックアップに関し、特に、ＤＶＤ用の光ピックアップに関する。

ＤＶＤと呼ばれる光ディスクには、ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，及びＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷが含まれる。これらの光ディスクのうち、ＤＶＤ−ＲＯＭやＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのトラックピッチは０．７４ｍｍである。これに対して、ＤＶＤ−ＲＡＭのトラックピッチは０．６１５ｍｍであって、他の光ディスクと異なっている。

光ディスクドライブは、上記のような光ディスクに記録された情報を読み出し、また、書き込み可能な光ディスクに対して情報を書き込むための装置である。そのため、光ディスクドライブは、光ディスクにレーザビームを照射し、その反射光を検出するための光ピックアップを備えている。

上述のように、ＤＶＤ−ＲＡＭのトラックピッチは、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのトラックピッチと異なっている。それにもかかわらず、これらの光ディスクは、共通の光ディスクドライブによって読み書きできることが望まれている。それゆえ、従来の光ピックアップは、上述のようなトラックピッチの異なる複数種の光ディスクに対応するために、１ビーム法と呼ばれる方法でトラックをたどるように、ホログラム素子とＰＤＩＣとを用いて構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１１０８０６号公報

従来の光ピックアップは、高価なホログラム素子を用いるため高コストであるという問題点がある。

また、従来の光ピックアップは、特殊な制御が必要であるという問題点もある。

そこで本発明は、ホログラム素子を用いることなく、簡易な制御で各種ＤＶＤに対し記録再生を行うことができる光ピックアップを提供することを目的とする。

本発明によれば、光源（１１）からの入射ビームをメインビーム及びサブビームに分割するための回折格子（１２）を備えた光ピックアップ（１０）において、前記回折格子が、前記メインビームを対称軸として２対以上の複数の上記サブビームを構成することを特徴とする光ピックアップが得られる。

具体的には、上記光ピックアップは、互いに異なる方向に沿って格子（１２４，１２５）が形成されている第１及び第２の領域（１２２，１２３）を有している。

上記光ピックアップでは、前記入射ビームの中心が前記第１の領域（１２２）と前記第２の領域（１２３）の境界上に位置するように、前記光源と前記回折格子とを配置し、前記入射ビームが前記第１及び前記第２の領域の双方に入射させる。

上記光ピックアップにおいて、前記第１の領域に形成された格子と前記第２の領域に形成された格子とは、前記第１の領域と前記第２の領域の境界線を対象軸として線対称に形成されている。

他の具体例として、上記光ピックアップは、前記回折格子が、第１の回折格子角度を有する凹部（６１）と第２の回折格子角度を有する凸部（６２）とが千鳥状に配置されている。

なお、上記カッコ内の数字は、単に本発明の理解を容易にするために用いられており、何ら本発明を限定するものではない。

本発明の光ピックアップは、回折格子の形状を変更するだけでよいので、安価に構成することができる。

また、３ビームを利用するＤＰＰ法でトラックをたどるので複雑な制御を必要としない。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１に本実施の形態に係る光ピックアップ１０を示す。この光ピックアップ１０は、公知の３ビーム法による光ピックアップと基本的に同じ構成である。即ち、半導体レーザ１１、回折格子１２、偏光ビームスプリッタ１３、コリーメータレンズ１４、立ち上げミラー１５、１／４波長板１６、対物レンズ１７、センサレンズ１８、及び光検出器１９を備えている。

半導体レーザ１１は、図示しない制御回路の制御の下、光ディスク（ＤＶＤ）２０への情報の書き込み、あるいは光ディスク２０からの情報の読出しに適した光強度を持つ、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームを出射する。半導体レーザ１１から出射されたレーザビームは、回折格子１２に入射する。

回折格子１２は、入射するレーザビームを、後述するように、メインビームと複数のサブビームとに分割する。回折格子１２で分割されたレーザービーム（メインビーム及びサブビーム）は、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。

偏光ビームスプリッタ１３は、回折格子１２側から入射するレーザビームの所定の偏光成分をコリメータレンズ１４側へ透過させる。また、偏光ビームスプリッタ１３は、コリメータレンズ１４側から入射するレーザ光の所定の偏光成分を反射し、センスレンズ１８へ入射させる。

コリメータレンズ１４は、偏光ビームスプリッタ１３側から入射するレーザビームを平行光に変換して立ち上げミラー１５側へ出射し、また立ち上げミラー１５側から入射するレーザビームを集光して偏光ビームスプリッタ１３へ出射する。

立ち上げミラー１５は、コリメータレンズ１４側から入射するレーザビームを１／４波長板１６に入射させ、１／４波長板１６側から入射するレーザビームをコリメータレンズ１４に入射させる。

１／４波長板１６は、立ち上げミラー１５と対物レンズ１７との間で、入射するレーザビームの偏光状態を変化させて出射する。

対物レンズ１７は、１／４波長板１６側からのレーザビームを光ディスク２０のトラック上に集光し、その反射光を１／４波長板１６に入射させる。

センサレンズ１８は、光ディスク２０で反射され、対物レンズ１７、１／４波長板１６、立ち上げミラー１５、コリメータレンズ１４、及び偏光ビームスプリッタ１３を経て入射するレーザビームに非点収差を与え、光検出器１９の検出面に入射させる。

光検出器１９は、センサレンズ１８からのレーザビームを検出し、その光強度に応じた電気信号を検出信号として制御回路へ出力する。

制御回路は、光検出器１９からの検出信号に基づき、フォーカシング制御、トラッキング制御、及び復号等を行う。

次に、本実施の形態に係る光ピックアップに用いられる回折格子１２について、図１に加えて図２及び図３をも参照して、詳細に説明する。

図２に示すように、回折格子１２の一表面は、分割線（仮想線でもよい）１２１により、第１及び第２の領域１２２，１２３に分割されている。第１の領域１２２には、第１の格子溝１２４が、分割線１２１に対して時計回り方向に角度αを成すよう、所定の間隔で平行に形成されている。また、第２の領域１２３には、第２の格子溝１２５が、分割線に対して反時計回りに角度αを成すように、所定の間隔で平行に形成されている。そして、第１の格子溝１２４と第２の格子溝１２５とは、分割線１２１を対称軸として線対称に形成されている。

回折格子１２は、その中心が半導体レーザ１１からのレーザビームの中心と一致するように配置される。即ち、半導体レーザ１１と回折格子１２とは、図２のハッチングで示す領域にレーザビームが入射するように配置される。

なお、回折格子１２は、どのような方法で作成されたものでもよい。例えば、ガラス等の基板をエッチングして形成してもよいし、基板表面に金属等を蒸着して形成してもよい。あるいは、樹脂を用いて射出成形などで形成するようにしてもよい。

上記構成において、回折格子１２の第１の領域１２２を透過したレーザビームは、光ディスク２０上に３つのスポット（メインビームとその両側に位置する一対のサブビームに対応）を形成する。同様に、回折格子１２の第２の領域１２３を透過したレーザビームもまた３つのスポットを形成する。ただし、第１の領域１２２を透過したレーザビームにより形成される３つのスポットのうちの中央に位置するスポットと、第２の領域１２３を透過したレーザビームにより形成される３つのスポットのうちの中央に位置するスポットとは、光ディスク２０の表面上で互いに一致する。従って、光ディスク２０の表面上に実際に形成されるスポットは５個である。

図３（ａ）及び（ｂ）に、光ディスク２０のグルーブ（凹部）３１及びランド（凸部）３２とレーザビームのスポットＭ、Ｓ１〜Ｓ４との位置関係を示す。図３（ａ）が、光ディスク２０がＤＶＤ−ＲＡＭの場合を、図３（ｂ）が、光ディスク２０がＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合を、それぞれ示している。

図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、グルーブ３１及びランド３２の幅は、ＤＶＤ−ＲＡＭの方がＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷよりも広い。しかし、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷでは、トラックがグルーブ３１にのみに存在しているのに対して、ＤＶＤ−ＲＡＭでは、グルーブ３１とランド３２の双方に存在する。それゆえ、トラックピッチは、ＤＶＤ−ＲＡＭが０．６１５ｍｍ、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷが０．７４ｍｍと、ＤＶＤ−ＲＡＭの方がＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷよりも狭くなっている。

一方、ビームスポットに関しては、中央のスポットＭが、回折格子１２の第１の領域１２２と第２の領域１２３の双方を透過したレーザビームにより形成されるスポットである。また、右上のスポットＳ１及び左下のスポットＳ２が、回折格子１２の第１の領域１２２を透過したレーザビームのみにより形成されるスポットである。また、左上のスポットＳ３及び右下のスポットＳ４が、回折格子１２の第２の領域１２３を透過したレーザビームのみにより形成されるスポットである。なお、スポットＳ１〜Ｓ４が夫々縦長になっているのは、これらが回折格子１２に入射したレーザビームのうちの上又は下半分によって形成されるものだからである。

なお、スポットの径（Ｍの直径、Ｓ１−Ｓ４の短径）は、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷに対するトラッキング制御にＤＰＰ方が使用できるように決定される。また、各スポットの位置は、ＤＶＤ−ＲＡＭに対して、中央のスポットＭの中心がグルーブ３１の中心線上に位置するとき、スポットＳ１−Ｓ４の中心がランドとグルーブの境界線上に位置するように決定される。そして、これらの条件を満たすように、回折格子１２が形成され、光学系が配置される。

次に、図１の光ピックアップのトラッキング制御及びフォーカシング制御に夫々用いられるトラッキングエラー信号及びフォーカシングエラー信号の生成方法について説明する。

まず、光ディスク２０がＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合について説明する。

図４（ａ）は、光検出器１９に含まれるフォトディテクタ集積回路（ＰＤＩＣ）の配置と、受光の様子を示している。図示のＰＤＩＣは、一列に並べて配置された３個の４分割フォトディテク（以下、単にフォトディテクタ）４１，４２及び４３を備えている。中央に位置するフォトディテクタ４１が、メインビーム（スポットＭ）に対応しており、残りの２個のフォトディテクタ４２，４３がそれぞれサブビーム（スポットＳ１〜Ｓ４）に対応している。また、フォトディテクタ４２の右半分の検出領域Ｅ３及びＥ４と、フォトディテクタ４３の左半分の検出領域Ｆ１及びＦ２とが、回折格子１２の第１の領域１２２により形成されたスポットＳ１，Ｓ２に対応する。また、フォトディテクタ４２の左半分の検出領域Ｅ１及びＥ２と、フォトディテクタ４３の右側の検出領域Ｆ３及びＦ４とが、回折格子２２の第２の領域１２３により形成されたスポットＳ３，Ｓ４に対応する。

光ディスク２０がＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合、その表面に形成されるスポットの位置は、上述した通り図４（ｂ）に示したようになる。つまり、スポットＳ１及びＳ２が、ランド３１上に位置しているとき、スポットＳ３及びＳ４もまたランド３１の上に位置する。また、スポットＳ１及びＳ２がグルーブ４２上に位置しているときは、スポットＳ３及びＳ４もまたグルーブ３２の上に位置する。従って、光ディスク２０がＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合は、トラッキングエラー信号（ＴＥ信号）を得るために、公知のＤＰＰ法を用いることができる。

ＤＰＰ法によるＴＥ信号（＝ＤＰＰ）は、以下の数式１により求めることができる。

〔数１〕
ＭＰＰ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）
ＳＰＰ＝（ＥＦ１＋ＥＦ４）−（ＥＦ２＋ＥＦ３）
ＤＰＰ＝ＭＰＰ−Ｋ・ＳＰＰ
ここで、ＭＰＰはメインビームにより求められるプッシュプル信号、ＳＰＰはサブビームにより求められるプッシュブル信号、Ｋはメインビームとサブビームとの光強度差を補償する定数である。

図４（ｂ）に、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷ上で、スポットＳ１〜Ｓ４をトラッキング方向に移動させたときのＭＰＰ，ＳＰＰ、及びＤＰＰの変化の様子を示しておく。

なお、光ディスク２０がＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合のフォーカスエラー信号（ＦＥ信号）の生成には、メインビームを利用する公知の非点収差法が利用できる。

次に、光ディスク２０がＤＶＤ−ＲＡＭの場合について説明する。

図５（ａ）は、図４（ａ）と同様に光検出器１９に含まれるフォトディテクタ集積回路（ＰＤＩＣ）の配置と、受光の様子を示している。

光ディスク２０がＤＶＤ−ＲＡＭの場合、その表面に形成されるスポットの位置は、上述した通り図３（ａ）に示したようになる。この場合、スポットＳ１及びＳ２に含まれるランド３２（あるいはグルーブ３１）の割合は、スポットＳ３及びＳ４に含まれるグルーブ３１（あるいはランド３２）の割合に等しい。それゆえ、スポットＳ１及びＳ２に基づくプッシュプル信号とスポットＳ３及びＳ４に基づくプッシュプル信号とは、互いに逆極性で同じ大きさとなり、サブビームによるプッシュブル信号ＰＳＳはキャンセル（ＳＰＰ＝０）される。

ここで、サブビームによるプッシュプル信号ＳＰＰがキャンセルされるということは、ＤＶＤ−ＲＡＭに対し、ＤＰＰ法によるトラッキングエラー信号の生成が行えないことを意味しているのではない。これは、逆に、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷ用の構成を採用しているにもかかわらず、ＤＶＤ−ＲＡＭに対するトラッキングエラー検出を行う際の阻害要因が存在しないことを意味している。

図５（ｂ）に、ＤＶＤ−ＲＡＭ上でスポットＳ１〜Ｓ４をトラッキング方向に移動させたときのＭＰＰ，ＳＰＰ、及びＤＰＰの変化の様子を示す。上述した数式１及び図５（ｂ）から理解されるように、ＳＰＰがキャンセルされると、ＤＰＰはＭＰＰに等しくなる。つまり、本実施の形態に係る光ピックアップでは、光ディスク２０がＤＶＤ−ＲＡＭの場合でも、ＴＥ信号を得るためにＤＰＰ法を用いることができる。但し、得られるＴＥ信号は、メインビームにのみ基づくものであるため、レンズシフト時のオフセットのみをキャンセルすることができる。

光ディスク２０がＤＶＤ−ＲＡＭの場合も、フォーカスエラー信号（ＦＥ信号）の生成には、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合と同様、メインビームを利用する公知の非点収差法が利用できる。また、サブビームを用いた差動非点収差法を用いることもできる。サブビームを用いた差動非点収差法によるフォーカスエラー信号ＦＥは、数式２により与えられる。なお、サブビームを用いた差動非点収差法によりＦＥ信号を求める場合には、トラッキングによるクロストーク成分をキャンセルすることができる。

〔数２〕
ＦＥ＝（ＥＦ１＋ＥＦ３）−（ＥＦ２＋ＥＦ４）
以上のようにして、本実施の形態に係る光ピックアップでは、同一のピックアップを用いて、ＤＶＤ−ＲＡＭ及びＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのいずれに対しても、トラッキング制御及びフォーカシング制御が可能である。その結果、本実施の形態に係る光ピックアップは、ＤＶＤ−ＲＡＭ及びＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのいずれに対しても読み書きを行うことができる。

本実施の形態に係る光ピックアップの基本構成は、既存の光ピックアップと同じであり、回折格子のみを変更すればよく、高価なホログラム素子を必要としないので、安価に製造することができる。

また、ホログラム素子を用いた場合のような複雑な制御を必要としない。

次に、図６を参照して、本発明の他の実施の形態について説明する。

本実施の形態に係る光ピックアップは、図６に示すような回折格子を有している。図示の回折格子は、第１の角度（ビームスポットを結んだ線の傾き）を有する凹部（ハッチングの無い長方形領域）６１と、第１の角度とは異なる第２の角度（ビームスポットを結んだ線の傾き）を有する凸部（ハッチングを有する長方形領域）６２とを、千鳥状に配置したものである。

ここで、凹部６１及び凸部６２の図の縦方向の幅Ｗを変更することにより、ビームスポットを結ぶ線の傾きを変更することができる。つまり、幅Ｗを大きくすれば回折角度を小さくして、ビームスポットを図３（ａ）及び（ｂ）の状態とすることができ、幅Ｗを小さくすれば回折角度を大きくし、図７（ａ）及び（ｂ）の状態とすることができる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、図３（ａ）及び（ｂ）とは異なり、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷに対して中央のスポットＭの中心がグルーブの中心線上に位置するとき、スポットＳ１−Ｓ４の中心がランドとグルーブの境界線上に位置するようにしたものである。この場合のフォトディテクタの配置とＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのスポットからの反射光を受光している状態を図８（ａ）に、そのときのプッシュプル信号の変化を図８（ｂ）に示す。また、フォトディテクタの配置とＤＶＤ−ＲＡＭのスポットからの反射光を受光している状態を図９（ａ）に、そのときのプッシュプル信号の変化を図９（ｂ）に示す。

図８及び図９から明らかなように、本実施の形態では、ＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合にＳＰＰが打ち消され、ＤＶＤ−ＲＡＭの場合にＳＰＰが得られる。これは、ちょうど図４及び図５に示した場合と逆である。しかしながら、本実施の形態においても、ＤＶＤ−ＲＡＭ及びＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのいずれに対しても、トラッキング制御及びフォーカシング制御が可能である。その結果、本実施の形態に係る光ピックアップもまた、ＤＶＤ−ＲＡＭ及びＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのいずれに対しても読み書きを行うことができる。

以上、本発明について一実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では３個の４分割フォトディテクタを用いる場合について説明したが、両側に位置するフォトディテクタは、２又はそれ以上の分割フォトディテクタでもよい。

本発明の一実施の形態にかかる光ピックアップの構成を示す概略図である。 図１の光ピックアップに用いられる回折格子の正面図である。 光ディスクのグルーブ及びランドとビームスポットとの位置関係を説明するための図であって、（ａ）はＤＶＤ−ＲＡＭの場合、（ｂ）はＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合を示す図である。 （ａ）は、図１の光ピックアップに用いられる光検出器に含まれるフォトディテクタの配置とＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのスポットからの反射光を受光している状態を示す図、（ｂ）は、（ａ）のフォトディテクタからの出力により得られるプッシュプル信号の変化を示すグラフである。 （ａ）は、図１の光ピックアップに用いられる光検出器に含まれるフォトディテクタの配置とＤＶＤ−ＲＡＭのスポットからの反射光を受光している状態を示す図、（ｂ）は、（ａ）のフォトディテクタからの出力により得られるプッシュプル信号の変化を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態に係る光ピックアップに用いられる回折格子の構成を示す図である。 光ディスクのグルーブ及びランドとビームスポットとの位置関係を説明するための図であって、（ａ）はＤＶＤ−ＲＡＭの場合、（ｂ）はＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷの場合を示す図である。 （ａ）は、図１の光ピックアップに用いられる光検出器に含まれるフォトディテクタの配置とＤＶＤ±Ｒ／±ＲＷのスポットからの反射光を受光している状態を示す図、（ｂ）は、（ａ）のフォトディテクタからの出力により得られるプッシュプル信号の変化を示すグラフである。 （ａ）は、図１の光ピックアップに用いられる光検出器に含まれるフォトディテクタの配置とＤＶＤ−ＲＡＭのスポットからの反射光を受光している状態を示す図、（ｂ）は、（ａ）のフォトディテクタからの出力により得られるプッシュプル信号の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ 光ピックアップ
１１ 半導体レーザ
１２ 回折格子
１２１ 分割線
１２２ 第１の領域
１２３ 第２の領域
１２４ 第１の格子溝
１２５ 第２の格子溝
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４ コリーメータレンズ
１５ 立ち上げミラー
１６ １／４波長板
１７ 対物レンズ
１８ センサレンズ
１９ 光検出器
２０ 光ディスク
３１ グルーブ
３２ ランド
４１，４２，４３ ４分割フォトディテクタ
６１ 凹部
６２ 凸部

Claims (8)

1. 光源からの入射ビームをメインビーム及びサブビームに分割するための回折格子を備えた光ピックアップにおいて、
   前記回折格子が、前記メインビームを対称軸として２対以上の複数の上記サブビームを構成することを特徴とする光ピックアップ。
2. 請求項１に記載された光ピックアップにおいて、
   前記回折格子が、互いに異なる方向に沿って格子溝が形成されている第１及び第２の領域を有していることを特徴とする光ピックアップ。
3. 請求項２に記載された光ピックアップにおいて、
   前記入射ビームの中心が前記第１の領域と前記第２の領域の境界線上に位置するように、前記光源と前記回折格子とを配置し、前記入射ビームが前記第１及び前記第２の領域の双方に入射するようにしたことを特徴とする光ピックアップ。
4. 請求項２又は３に記載された光ピックアップにおいて、
   前記第１の領域に形成された格子と前記第２の領域に形成された格子とが、前記第１の領域と前記第２の領域の境界線を対象軸として線対称に形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
5. 請求項１に記載された光ピックアップにおいて、
   前記回折格子が、第１の回折格子角度を有する凹部と第２の回折格子角度を有する凸部を千鳥状に配置したことを特徴とする光ピックアップ。
6. 請求項４又は５に記載された光ピックアップにおいて、
   光ディスクが第１の物理フォーマットを有する光ディスクと第２の物理フォーマットを有する光ディスクの内どちらか一方の物理フォーマットを有している場合に、前記メインビームが当該光ディスクのグルーブの幅方向中央に照射された状態で、前記サブビームが当該光ディスクのランドとグルーブとの境界上に照射されるようにしたことを特徴とする光ピックアップ。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載された光ピックアップにおいて、
   前記メインビームに対応する第１の４分割フォトディテクタと、前記サブビームに対応し、前記第１の４分割フォトディテクタを挟むように配置された第２及び第３の２以上の分割フォトディテクとを含むフォトディテクタ集積回路を有していることを特徴とする光ピックアップ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一つに記載された光ピックアップを備えていることを特徴とする光ディスクドライブ。
   
   

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